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公開番号2024159160
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2023074978
出願日2023-04-28
発明の名称ゲートドライブ回路
出願人株式会社三社電機製作所
代理人個人,個人
主分類H03F 3/26 20060101AFI20241031BHJP(基本電子回路)
要約【課題】出力側及び入力側に重畳したコモンモードノイズを除去する。
【解決手段】ゲートドライブ回路100は、ゲート制御信号11を、ポジティブ信号21Aとネガティブ信号21Bとからなる差動信号21に変換する信号変換回路2と、それぞれ中性点を有する一次巻線及び二次巻線を有し、一次巻線の中性点が第1グランドの電位とされるとともに一次巻線の両端にポジティブ信号21A及びネガティブ信号21Bがそれぞれ入力される第1パルストランス3と、第1パルストランス3の二次巻線の両端電圧に基づいて一対の抵抗素子の両端に一対の入力差電圧22A,22Bを生成する入力差電圧生成回路6と、一対の入力差電圧22A,22Bを差動増幅して一対の出力差電圧23A,23Bを出力する差動増幅回路7と、一対の出力差電圧23A,23Bに基づいて、ゲート駆動信号25Aを生成するゲート駆動信号生成回路9と、を備える。
【選択図】図2A
特許請求の範囲【請求項１】
第１グランドの電位を基準電位として動作し、シングルエンド信号であるゲート制御信号を、互いの信号レベル差が前記ゲート制御信号に対応するポジティブ信号及びネガティブ信号とからなる差動信号に変換する信号変換回路と、
互いに電気的に絶縁され且つそれぞれ中性点を有する一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線の前記中性点が前記第１グランドの電位とされるとともに前記一次巻線の両端に前記差動信号のポジティブ信号及びネガティブ信号がそれぞれ入力される第１パルストランスと、
互いに直列に接続された一対の抵抗素子を有し、当該一対の抵抗素子の両端及び接続点が、直接電気的に又は伝送ケーブル及び第２パルストランスを介して、前記第１パルストランスの前記二次巻線の両端及び前記中性点にそれぞれ接続され、前記一対の抵抗素子の両端に前記接続点の電位を基準とする一対の入力差電圧を生成する入力差電圧生成回路と、
前記入力差電圧生成回路に電気的に接続され、前記一対の入力差電圧を差動増幅して一対の出力差電圧を出力する差動増幅回路と、
前記差動増幅回路に電気的に接続され、前記一対の出力差電圧に基づいて、所定電位を基準とするシングルエンド信号であるゲート駆動信号を生成し、当該ゲート駆動信号を、第２グランドの電位を基準として動作するスイッチング素子に出力するゲート駆動信号生成回路と、を備える、ゲートドライブ回路。
続きを表示（約 980 文字）【請求項２】
前記第２パルストランスは、互いに電気的に絶縁され且つそれぞれ中性点を有する一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線の両端及び中性点が前記伝送ケーブルを介してそれぞれ前記第１パルストランスの前記二次巻線の両端及び前記中性点に電気的に接続され、
前記入力差電圧生成回路は、前記一対の抵抗素子の両端及び前記接続点が、前記第２パルストランスの前記二次巻線の両端及び前記中性点にそれぞれ接続されている、請求項１に記載のゲートドライブ回路。
【請求項３】
２つの前記スイッチング素子が、互いにプッシュプル接続された第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子を構成しており、
前記差動増幅回路として、第１差動増幅回路及び第２差動増幅回路を備え、
前記ゲート駆動信号生成回路として、第１及び第２ゲート駆動信号生成回路を備え、
前記第１差動増幅回路は、前記入力差電圧生成回路に電気的に接続され、前記一対の入力差電圧を差動増幅して、高電位の一対の第１出力差電圧を出力する回路であり、
前記第２差動増幅回路は、前記入力差電圧生成回路に電気的に接続され、前記一対の入力差電圧を差動増幅して、前記一対の第１出力差電圧より低い低電位の一対の第２出力差電圧を出力する回路であり、
前記第１ゲート駆動信号生成回路は、前記第１差動増幅回路に電気的に接続され、前記一対の第１出力差電圧に基づいて、正電位を基準とする前記ゲート駆動信号である第１ゲート駆動信号を生成し、当該第１ゲート駆動信号を前記第１スイッチング素子に出力する回路であり、
前記第２ゲート駆動信号生成回路は、前記第２差動増幅回路に電気的に接続され、前記一対の第２出力差電圧に基づいて、負電位を基準とする前記ゲート駆動信号である第２ゲート駆動信号を生成し、当該第２ゲート駆動信号を前記第２スイッチング素子に出力する回路である、請求項１又は２に記載のゲートドライブ回路。
【請求項４】
前記ゲート駆動信号生成回路は、前記一対の出力差電圧が入力され且つ所定電位を基準とするシングルエンド信号を出力するフリップフロップを含み、当該シングルエンド信号を前記ゲート駆動信号として出力する回路である、請求項１乃至３に記載のゲートドライブ回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲートドライブ回路に関する。
続きを表示（約 3,000 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、フローティング状態で動作するスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路において、入力側と出力側とを絶縁することが知られている。そのような場合、スイッチング素子のスイッチング等に起因して、コモンモードノイズが発生する場合がある。このコモンモードノイズ対策として種々の提案がなされている。例えば、特許文献１のゲート駆動回路では、パルストランスによって入力側と出力側とが絶縁され、入力側が第１の接地電位点に接地されるとともに出力側が第２の接地電位点に接地される。そして、パルストランスの一次巻線に一次側ゲート駆動信号が入力され、パルストランスの二次側の出力が比較器によって差動増幅されて、二次側ゲート駆動信号として出力される。さらに、パルストランスの一次巻線と二次巻線との間に、第２の接地電位点に接地された静電シールド板が配置される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－０７４０７９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のゲート駆動回路は、出力側に重畳したコモンモードノイズを除去することができるが、入力側に重畳したコモンモードノイズを除去することができない。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、出力側及び入力側に重畳したコモンモードノイズを除去することが可能なゲートドライブ回路を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本開示のある形態（aspect）に係るゲートドライブ回路は、第１グランドの電位を基準電位として動作し、シングルエンド信号であるゲート制御信号を、互いの信号レベル差が前記ゲート制御信号に対応するポジティブ信号及びネガティブ信号とからなる差動信号に変換する信号変換回路と、互いに電気的に絶縁され且つそれぞれ中性点を有する一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線の前記中性点が前記第１グランドの電位とされるとともに前記一次巻線の両端に前記差動信号のポジティブ信号及びネガティブ信号がそれぞれ入力される第１パルストランスと、互いに直列に接続された一対の抵抗素子を有し、当該一対の抵抗素子の両端及び接続点が、直接電気的に又は伝送ケーブル及び第２パルストランスを介して、前記第１パルストランスの前記二次巻線の両端及び前記中性点にそれぞれ接続され、前記一対の抵抗素子の両端に前記接続点の電位を基準とする一対の入力差電圧を生成する入力差電圧生成回路と、前記入力差電圧生成回路に電気的に接続され、前記一対の入力差電圧を差動増幅して一対の出力差電圧を出力する差動増幅回路と、前記差動増幅回路に電気的に接続され、前記一対の出力差電圧に基づいて、所定電位を基準とするシングルエンド信号であるゲート駆動信号を生成し、当該ゲート駆動信号を、第２グランドの電位を基準として動作するスイッチング素子に出力するゲート駆動信号生成回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、出力側及び入力側に重畳したコモンモードノイズを除去することが可能なゲートドライブ回路を提供できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本開示のゲートドライブ回路が用いられるプッシュプル増幅回路の構成を示す回路図である。
図２Ａは、図１のゲートドライブ回路の第１構成例を示すブロック図である。
図２Ｂは、図１のゲートドライブ回路の第２構成例を示すブロック図である。
図３は、図２Ａのゲートドライブ回路の第１構成例の具体的な回路構成の一例を示す回路図である。
図４Ａは、コモンモードノイズが重畳した差動信号の波形を示す波形図である。
図４Ｂは、図４Ａの差動信号によって第１パルストランスに誘起された差動信号の波形を示す波形図である。
図４Ｃは、図４Ｂの第１パルストランスに誘起された差動信号に由来する信号から入力差電圧生成回路によって生成された入力差電圧の波形を示す波形図である。
図５は、図３のプッシュプル増幅回路を用いたスイッチング電源装置の動作を示す回路図である。
図６は、図５のスイッチングモジュールが発生するスイッチングノイズを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示のある形態（aspect）に係るゲートドライブ回路は、第１グランドの電位を基準電位として動作し、シングルエンド信号であるゲート制御信号を、互いの信号レベル差が前記ゲート制御信号に対応するポジティブ信号及びネガティブ信号とからなる差動信号に変換する信号変換回路と、互いに電気的に絶縁され且つそれぞれ中性点を有する一次巻線及び二次巻線を有し、前記一次巻線の前記中性点が前記第１グランドの電位とされるとともに前記一次巻線の両端に前記差動信号のポジティブ信号及びネガティブ信号がそれぞれ入力される第１パルストランスと、互いに直列に接続された一対の抵抗素子を有し、当該一対の抵抗素子の両端及び接続点が、直接電気的に又は伝送ケーブル及び第２パルストランスを介して、前記第１パルストランスの前記二次巻線の両端及び前記中性点にそれぞれ接続され、前記一対の抵抗素子の両端に前記接続点の電位を基準とする一対の入力差電圧を生成する入力差電圧生成回路と、前記入力差電圧生成回路に電気的に接続され、前記一対の入力差電圧を差動増幅して一対の出力差電圧を出力する差動増幅回路と、前記差動増幅回路に電気的に接続され、前記一対の出力差電圧に基づいて、所定電位を基準とするシングルエンド信号であるゲート駆動信号を生成し、当該ゲート駆動信号を、第２グランドの電位を基準として動作するスイッチング素子に出力するゲート駆動信号生成回路と、を備える。
【００１０】
この構成によれば、ゲートドライブ回路の入力側と出力側とが第１パルストランスによって互いに絶縁され、第１グランドの電位を基準とする入力側に対し、出力側がスイッチング素子に繋がっていて第２グランドの電位を基準とするフローティング状態になる。この状態において、シングルエンド信号であるゲート制御信号が信号変換回路によって、互いの信号レベル差がゲート制御信号に対応するポジティブ信号及びネガティブ信号とからなる差動信号に変換され、且つ、第１パルストランスの１次巻線の中性点が第１グランドの電位とされるとともに一次巻線の両端に当該差動信号が入力される。これにより、ポジティブ信号及びネガティブ信号は、同じトランスの巻線にその両端電圧として誘起される、それぞれ２倍の振幅を有し且つ互いに逆位相（正負が逆）の一対のシングルエンド電圧信号に変換される。従って、入力側において、これらのポジティブ信号及びネガティブ信号にそれぞれコモンモードノイズが重畳した場合、ポジティブ信号のコモンモードノイズとネガティブ信号のコモンモードノイズとは互いに正負（プラスマイナス）が逆になるので、第１パルストランスにおいて相殺されて除去される。
（【００１１】以降は省略されています）

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