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公開番号2025027500
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-28
出願番号2023132270
出願日2023-08-15
発明の名称ゲート駆動回路、電力変換装置、およびモータユニット
出願人ニデック株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20250220BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】スイッチング損失の低減と、スイッチング時に発生するノイズ及びサージの抑制とを両立させるゲート駆動回路を提供する。
【解決手段】ゲート駆動回路GDAは、第1、第2電位が印加される第1、第2端子P1,2と、スイッチング素子TRのゲート端子と接続される第3端子P3と、第1端子と第1ノードとの間に接続される第1スイッチSW1と、第1ノードN1に接続されるアノード端子と、第2ノードN2に接続されるカソード端子とを有する第1ダイオードD1と、第1、第3ノードN1、3の間に接続されるインダクタL1と、第2、第3ノードの間に接続される第2スイッチSW2と、第2端子と第3ノードとの間に接続される第3スイッチと、第2端子と第4ノードN4との間に接続される第4スイッチSW4と、を備え、第1スイッチは、Pチャネル型MOS-FETを含み、第2～第4スイッチは、Nチャネル型MOS-FETを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路であって、
第１電位が印加される第１端子と、
前記第１電位より低い第２電位が印加される第２端子と、
前記スイッチング素子のゲート端子と接続される第３端子と、
前記第１端子と第１ノードとの間に接続される第１スイッチと、
前記第１ノードに接続されるアノード端子と、第２ノードに接続されるカソード端子とを有する第１ダイオードと、
前記第１ノードと第３ノードとの間に接続されるインダクタと、
前記第２ノードと前記第３ノードとの間に接続される第２スイッチと、
前記第２端子と前記第３ノードとの間に接続される第３スイッチと、
前記第２端子と第４ノードとの間に接続される第４スイッチと、
を備え、
前記第１スイッチは、Ｐチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、
前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチは、Ｎチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、
前記第２ノードは、前記第４ノードと直接的又は間接的に接続され、
前記第４ノードは、前記第３端子と直接的又は間接的に接続される、
ゲート駆動回路。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記第２ノードと前記第４ノードとの間に接続される第５スイッチをさらに備え、
前記第５スイッチは、Ｐチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含む、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項３】
前記第４ノードと前記第３端子との間に接続される第１抵抗素子をさらに備える、請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項４】
前記第１ノードと前記第２ノードとの間において、前記第１ダイオードと直列接続される第２抵抗素子をさらに備え、
前記第４ノードは、前記第３端子と直接的に接続される、
請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項５】
前記第３端子に接続されるアノード端子と、前記第１端子に接続されるカソード端子とを有するクランプダイオードをさらに備える、請求項１に記載のゲート駆動回路。
【請求項６】
前記スイッチング素子のソース端子またはエミッタ端子と接続される第４端子をさらに備え、
前記第４端子は、前記第２端子と直接的に接続される、
請求項１から５のいずれか一項に記載のゲート駆動回路。
【請求項７】
前記スイッチング素子のソース端子またはエミッタ端子と接続される第４端子と、
前記第１電位より低く且つ前記第２電位より高い第３電位が印加される第５端子と、
をさらに備え、
前記第４端子は、前記第５端子と直接的に接続される、
請求項１から５のいずれか一項に記載のゲート駆動回路。
【請求項８】
複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路と、
前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記スイッチング素子を駆動する複数のゲート駆動回路と、
前記複数のゲート駆動回路を制御する制御部と、
を備え、
前記複数のゲート駆動回路のそれぞれは、
第１電位が印加される第１端子と、
前記第１電位より低い第２電位が印加される第２端子と、
対応する前記スイッチング素子のゲート端子と接続される第３端子と、
前記第１端子と第１ノードとの間に接続される第１スイッチと、
前記第１ノードに接続されるアノード端子と、第２ノードに接続されるカソード端子とを有する第１ダイオードと、
前記第１ノードと第３ノードとの間に接続されるインダクタと、
前記第２ノードと前記第３ノードとの間に接続される第２スイッチと、
前記第２端子と前記第３ノードとの間に接続される第３スイッチと、
前記第２端子と第４ノードとの間に接続される第４スイッチと、
を備え、
前記第１スイッチは、Ｐチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、
前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチは、Ｎチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、
前記第２ノードは、前記第４ノードと直接的又は間接的に接続され、
前記第４ノードは、前記第３端子と直接的又は間接的に接続される、
電力変換装置。
【請求項９】
前記第２ノードは、前記第４ノードと直接的に接続され、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオンにする場合、
第１タイミングに、前記第１スイッチをオンにすると共に、前記第２スイッチ及び前記第４スイッチをオフにし、
前記第１タイミングの前、前記第１タイミング、又は前記第１タイミングの後の第２タイミングに、前記第３スイッチをオンにし、
前記第２タイミングの後の第３タイミングに、前記第２スイッチをオンにすると共に、前記第３スイッチをオフにする、
請求項８に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２ノードは、前記第４ノードと直接的に接続され、
前記ゲート駆動回路は、前記第３ノードと接続されるアノード端子と、前記第２ノードと接続されるカソード端子とを有する第２ダイオードをさらに備え、
前記制御部は、前記スイッチング素子をオンにする場合、
第１タイミングに、前記第１スイッチをオンにすると共に、前記第２スイッチ及び前記第４スイッチをオフにし、
前記第１タイミングの前、前記第１タイミング、又は前記第１タイミングの後の第２タイミングに、前記第３スイッチをオンにし、
前記第２タイミングの後の第３タイミングに、前記第３スイッチをオフにする、
請求項８に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲート駆動回路、電力変換装置、およびモータユニットに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、高耐圧、高耐熱、及び高速スイッチングに対応するパワー半導体スイッチング素子として、ＳｉＣ（シリコンカーバイド）製のスイッチング素子が注目されている。ＳｉＣ製のスイッチング素子の場合、トランスコンダクタンスが低いため、ゲート端子に十分に高い電圧が印加されるまでは導通抵抗が下がらず、導通損失が発生する。
【０００３】
スイッチング素子のスイッチングを高速で行うことにより損失は低減する一方、ノイズ及びサージが悪化する。スイッチング素子のターンオン時において、スイッチング素子に寄生するボディダイオードから生じる逆回復電流が、スイッチング素子の電流波形に重畳される。スイッチング素子のスイッチングを高速で行う場合、上記の逆回復電流が急峻になるため、ノイズ及びサージの悪化を招く。スイッチング素子のターンオフ時には、スイッチング素子の電流経路が有する寄生インダクタンス成分に起因して、サージ電圧が発生する。
【０００４】
例えば、特許文献１には、スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路として、スイッチング損失及びノイズを低減する回路構成を備えたゲート駆動回路が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２００５－０３９９８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来から、駆動対象であるスイッチング素子のスイッチング損失の低減と、スイッチング時に発生するノイズ及びサージの抑制とを両立できるゲート駆動回路の開発が要望されていた。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みて提案されたものであり、駆動対象であるスイッチング素子のスイッチング損失の低減と、スイッチング時に発生するノイズ及びサージの抑制とを両立できるゲート駆動回路と、そのゲート駆動回路を備える電力変換装置及びモータユニットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のゲート駆動回路における一つの態様は、スイッチング素子を駆動するゲート駆動回路であって、第１電位が印加される第１端子と、前記第１電位より低い第２電位が印加される第２端子と、前記スイッチング素子のゲート端子と接続される第３端子と、前記第１端子と第１ノードとの間に接続される第１スイッチと、前記第１ノードに接続されるアノード端子と、第２ノードに接続されるカソード端子とを有する第１ダイオードと、前記第１ノードと第３ノードとの間に接続されるインダクタと、前記第２ノードと前記第３ノードとの間に接続される第２スイッチと、前記第２端子と前記第３ノードとの間に接続される第３スイッチと、前記第２端子と第４ノードとの間に接続される第４スイッチと、を備え、前記第１スイッチは、Ｐチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチは、Ｎチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、前記第２ノードは、前記第４ノードと直接的又は間接的に接続され、前記第４ノードは、前記第３端子と直接的又は間接的に接続される。
【０００９】
本発明の電力変換装置における一つの態様は、複数のスイッチング素子を有するブリッジ回路と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応して設けられ、対応する前記スイッチング素子を駆動する複数のゲート駆動回路と、前記複数のゲート駆動回路を制御する制御部と、を備え、前記複数のゲート駆動回路のそれぞれは、第１電位が印加される第１端子と、前記第１電位より低い第２電位が印加される第２端子と、対応する前記スイッチング素子のゲート端子と接続される第３端子と、前記第１端子と第１ノードとの間に接続される第１スイッチと、前記第１ノードに接続されるアノード端子と、第２ノードに接続されるカソード端子とを有する第１ダイオードと、前記第１ノードと第３ノードとの間に接続されるインダクタと、前記第２ノードと前記第３ノードとの間に接続される第２スイッチと、前記第２端子と前記第３ノードとの間に接続される第３スイッチと、前記第２端子と第４ノードとの間に接続される第４スイッチと、を備え、前記第１スイッチは、Ｐチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、前記第２スイッチ、前記第３スイッチ及び前記第４スイッチは、Ｎチャネル型ＭＯＳ－ＦＥＴを含み、前記第２ノードは、前記第４ノードと直接的又は間接的に接続され、前記第４ノードは、前記第３端子と直接的又は間接的に接続される。
【００１０】
本発明のモータユニットにおける一つの態様は、モータと、前記モータに電力を供給する上記態様の電力変換装置と、を備える。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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