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公開番号2025121694
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-20
出願番号2024017319
出願日2024-02-07
発明の名称三相ゲートドライバ回路、それを用いたモータ駆動装置、電子機器
出願人ローム株式会社
代理人個人,個人
主分類H02M 1/08 20060101AFI20250813BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】100%デューティサイクルで動作可能なゲートドライバ回路を提供する。
【解決手段】レベルシフタは、対応する相のハイサイドトランジスタのオン、オフを指示するハイサイド制御信号をレベルシフトするとともに、電流制御信号に応じて、動作電流I_OPが、I₁>I₂>I₃を満たす第1電流量I₁、第2電流量I₂、第3電流量I₃の3段階で切替え可能である。コントローラ回路は、ある相(U相)においてチャージポンプ回路がオン(CP_ENがH)である間に、他の相(V相またはW相)の出力V_OUTV,V_OUTWの遷移が発生するとき、U相のレベルシフタの動作電流I_OPが第2電流量I₂となるように電流制御信号を生成する。
【選択図】図9
特許請求の範囲【請求項１】
三相インバータを駆動する三相ゲートドライバ回路であって、
Ｕ相ゲートドライバ回路と、
Ｖ相ゲートドライバ回路と、
Ｗ相ゲートドライバ回路と、
コントローラ回路と、
を備え、
前記Ｕ相ゲートドライバ回路、前記Ｖ相ゲートドライバ回路、前記Ｗ相ゲートドライバ回路はそれぞれ、
ブートストラップキャパシタと接続されるべきブートストラップラインと、
オン、オフが制御可能なチャージポンプ回路を含み、前記チャージポンプ回路がオンのとき、前記ブートストラップラインに充電電流を供給するように構成された充電回路と、
対応する相のインバータの出力と接続されるべきスイッチングラインと、
対応する相のハイサイドトランジスタのオン、オフを指示するハイサイド制御信号をレベルシフトするとともに、電流制御信号に応じて、動作電流が、Ｉ
１
＞Ｉ
２
＞Ｉ
３
を満たす第１電流量Ｉ
１
、第２電流量Ｉ
２
、第３電流量Ｉ
３
の３段階で切替え可能なレベルシフタと、
前記レベルシフタによるレベルシフト後の前記ハイサイド制御信号にもとづいて、前記対応する相のハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
対応する相のローサイドトランジスタのオン、オフを指示するローサイド制御信号に応じて、当該ローサイドトランジスタを駆動するローサイドドライバと、
を備え、
前記コントローラ回路は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のひとつにおいて、
（i）前記チャージポンプ回路がオフであるとき、前記レベルシフタの前記動作電流が前記第１電流量Ｉ
１
となるように前記電流制御信号を生成し、
（ii）所定の第１判定時間にわたって、前記ハイサイドトランジスタがオン、前記ローサイドトランジスタがオフである第１状態を継続したとき、前記チャージポンプ回路をオンし、前記レベルシフタの前記動作電流が前記第３電流量Ｉ
３
となるように前記電流制御信号を生成し、
（iii）前記チャージポンプ回路がオンである間に、他の相の出力の遷移が発生するとき、前記レベルシフタの前記動作電流が前記第２電流量Ｉ
２
となるように前記電流制御信号を生成する、三相ゲートドライバ回路。
続きを表示（約 850 文字）【請求項２】
前記コントローラ回路は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の前記ひとつにおいて、
（iv）前記レベルシフタの前記動作電流を前記第２電流量Ｉ
２
に切替えたあと所定時間の経過後に、前記レベルシフタの前記動作電流を前記第３電流量Ｉ
３
に戻す、請求項１に記載の三相ゲートドライバ回路。
【請求項３】
前記コントローラ回路は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のひとつにおいて、
（v）所定の第２判定時間にわたって、前記ハイサイドトランジスタがオフ、前記ローサイドトランジスタがオフである第３状態を継続したとき、前記チャージポンプ回路をオンし、前記レベルシフタの前記動作電流が前記第３電流量Ｉ
３
となるように前記電流制御信号を生成する、請求項１または２に記載の三相ゲートドライバ回路。
【請求項４】
前記第１判定時間は、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）モードで動作する際のスイッチング周期より長い、請求項１または２に記載の三相ゲートドライバ回路。
【請求項５】
前記ハイサイドドライバは、電流源と、電流源が生成する電流を折り返して前記ハイサイドトランジスタのゲートに供給するカレントミラー回路と、を含み、
前記チャージポンプ回路がオンの状態において、オフのときに比べて、前記電流源の電流量が小さくなる、請求項１または２に記載の三相ゲートドライバ回路。
【請求項６】
ひとつの半導体基板に一体集積化された、請求項１または２に記載の三相ゲートドライバ回路。
【請求項７】
三相インバータと、
前記三相インバータを駆動する請求項１または２に記載の三相ゲートドライバ回路と、
を備える、モータ駆動装置。
【請求項８】
モータと、
前記モータを駆動する請求項７に記載のモータ駆動装置と、
を備える、電子機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、三相ゲートドライバ回路に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
モータドライバ回路やＤＣ／ＤＣコンバータ、電力変換装置などにおいて、パワートランジスタを用いたハーフブリッジ回路、Ｈブリッジ回路、三相ブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と総称する）が多用されている。
【０００３】
ブリッジ回路のハイサイドトランジスタをＮ型のトランジスタ、すなわちＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタで構成する場合、ブートストラップ回路が利用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－０６１６６３号公報
【０００５】
［概要］
ブートストラップ回路を利用したゲートドライバ回路は、ハイサイドトランジスタを長時間にわたってオンに固定することができず、ブリッジ回路をハイ出力状態に固定することができない。このことは、デューティサイクル１００％の動作（非ＰＷＭモード）が不可であること意味する。
【０００６】
本開示は係る課題に鑑みてなされたものあり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、１００％デューティサイクルで動作可能なゲートドライバ回路の提供にある。
【０００７】
本開示のある態様は、三相インバータを駆動する三相ゲートドライバ回路に関する。三相ゲートドライバ回路は、Ｕ相ゲートドライバ回路と、Ｖ相ゲートドライバ回路と、Ｗ相ゲートドライバ回路と、コントローラ回路と、を備える。Ｕ相ゲートドライバ回路、Ｖ相ゲートドライバ回路、Ｗ相ゲートドライバ回路はそれぞれ、ブートストラップキャパシタと接続されるべきブートストラップラインと、オン、オフが制御可能なチャージポンプ回路を含み、チャージポンプ回路がオンのとき、ブートストラップラインに充電電流を供給するように構成された充電回路と、対応する相のインバータの出力と接続されるべきスイッチングラインと、対応する相のハイサイドトランジスタのオン、オフを指示するハイサイド制御信号をレベルシフトするとともに、電流制御信号に応じて、動作電流が、Ｉ
１
＞Ｉ
２
＞Ｉ
３
を満たす第１電流量Ｉ
１
、第２電流量Ｉ
２
、第３電流量Ｉ
３
の３段階で切替え可能なレベルシフタと、レベルシフタによるレベルシフト後のハイサイド制御信号にもとづいて、対応する相のハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、対応する相のローサイドトランジスタのオン、オフを指示するローサイド制御信号に応じて、当該ローサイドトランジスタを駆動するローサイドドライバと、を備える。コントローラ回路は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のひとつにおいて、（i）チャージポンプ回路がオフであるとき、レベルシフタの動作電流が第１電流量Ｉ
１
となるように電流制御信号を生成し、（ii）所定の第１判定時間にわたって、ハイサイドトランジスタがオン、ローサイドトランジスタがオフである第１状態を継続したとき、チャージポンプ回路をオンし、レベルシフタの動作電流が第３電流量Ｉ
３
となるように電流制御信号を生成し、（iii）チャージポンプ回路がオンである間に、他の相の出力の遷移が発生するとき、レベルシフタの動作電流が第２電流量Ｉ
２
となるように電流制御信号を生成する。
【０００８】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、本開示の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施の形態に係るモータ駆動装置の回路図である。
図２は、実施形態に係る三相ゲートドライバ回路の回路図である。
図３は、図２の三相ゲートドライバ回路の動作を説明するタイムチャートである。
図４は、図２の三相ゲートドライバ回路の別の動作を説明するタイムチャートである。
図５は、図２の三相ゲートドライバ回路の状態遷移図である。
図６は、図２の三相ゲートドライバ回路の１２０度通電制御における動作を説明する図である。
図７は、図２の三相ゲートドライバ回路の変形例に係る状態遷移図である。
図８は、変形例１に係る三相ゲートドライバ回路の１２０度通電制御における動作を説明する図である。
図９は、実施形態に係る三相ゲートドライバ回路におけるＵ相のレベルシフタの動作電流の制御を説明する図である。
図１０は、比較技術１に係る三相ゲートドライバ回路におけるＵ相のレベルシフタの動作電流Ｉ
ＯＰ
の制御を説明する図である。
図１１は、比較技術２に係る三相ゲートドライバ回路におけるＵ相のレベルシフタの動作電流Ｉ
ＯＰ
の制御を説明する図である。
図１２は、一実施例に係るゲートドライバ回路の回路図である。
図１３は、一実施例に係るチャージポンプ回路の回路図である。
【００１０】
［詳細な説明］
（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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