JP2006314154A - Power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源の高圧側と低圧側との間に少なくとも一対の半導体スイッチング素子が直列に接続されて駆動回路によりオンオフ駆動する電力変換器に関するものである。 The present invention relates to a power converter in which at least a pair of semiconductor switching elements are connected in series between a high-voltage side and a low-voltage side of a power supply and are driven on and off by a drive circuit.
近年、環境意識の高まりからガソリンエンジンとモータの双方を動力源として用いるハイブリッド自動車(HEV)が注目されている。これらのHEVをはじめとして電気自動車においてもモータを駆動するためにインバータ装置が用いられている。 In recent years, attention has been paid to a hybrid vehicle (HEV) using both a gasoline engine and a motor as power sources due to an increase in environmental awareness. Inverters are used to drive motors in electric vehicles including these HEVs.
図3は一般的なインバータ装置1を示すブロック図である。この図3に示したインバータ装置1は、車両走行用の三相交流電動機であるモータ2を駆動する三相インバータであって、例えばNチャネルのパワーMOSFET(N−MOS)が使用された6つの半導体スイッチング素子3a〜3c,4a〜4cを有して構成されている。
FIG. 3 is a block diagram showing a general inverter device 1. The inverter device 1 shown in FIG. 3 is a three-phase inverter that drives a motor 2 that is a three-phase AC motor for running a vehicle. For example, six inverter devices using N-channel power MOSFETs (N-MOS) are used. The
ハイサイド半導体スイッチング素子3a,3b,3cのドレインは電源Bのプラス(+)側に共に接続され、同じくその各ソースはそれぞれ同相のローサイド半導体スイッチング素子4a,4b,4cの各ドレインに接続されている。また、ローサイド半導体スイッチング素子4a,4b,4cのソースは共に電源Bのマイナス(−)側に接続されている。そして、ハイサイド半導体スイッチング素子3a,3b,3cの各ソースとローサイド半導体スイッチング素子4a,4b,4cの各ドレインとの接続点の電圧が、モータ2のU相、V相及びW相の各相に接続される。
The drains of the high-side
そして、これらの各半導体スイッチング素子3a〜3c,4a〜4cは、ゲート駆動回路5からそれぞれのゲート端子に与えられる制御信号に応じたタイミングでオンオフする。
The
尚、各半導体スイッチング素子3a,3b,3c,4a,4b,4cとしては、一般的なインバータで使用されているものであれば図3のようなパワーMOSFETに限られず、パワー接合トランジスタまたはIGBTなどの他の半導体スイッチング素子が使用されることもある。また、SiC半導体、GaN半導体を用いた半導体スイッチング素子が使用されることもある。
Each
図4は、ノーマリオフ型の半導体デバイスを用いた従来のインバータ装置1の一部を例示したブロック図である。図4の例において、ハイサイド及びローサイドの各半導体スイッチング素子3a,4aがノーマリオフ型であって、各半導体スイッチング素子3a,4aの制御端子6に正電圧を印加したときに導通状態になり、制御端子6に電圧を印加しない(即ちゼロ電圧)のときに遮断状態になる。
FIG. 4 is a block diagram illustrating a part of a conventional inverter device 1 using a normally-off type semiconductor device. In the example of FIG. 4, each of the high-side and low-side
図4では、ゲート駆動回路5として、ハイサイド駆動回路7aとローサイド駆動回路7bとを分けて図示している。ローサイド駆動回路7bのプラス電源端子が電源8cに直接接続されているのに対し、ハイサイド駆動回路7aのプラス電源端子は、逆流防止用ダイオード8a及び抵抗8bを介して電源8cに接続されている。また、モータ2への出力端子となるハイサイド半導体スイッチング素子3aのソースは、コンデンサ8dを介してハイサイド駆動回路7aのプラス電源端子に接続される。この場合、コンデンサ8d、逆流防止用ダイオード8a及び抵抗8bは、ハイサイド駆動回路7aに正電圧を印加するためのブートストラップ回路を構成する。
In FIG. 4, as the
図4の回路において、ローサイド駆動回路7bは電源8cからの電圧により動作する。また、ハイサイド駆動回路7aについては、ローサイド半導体スイッチング素子4aがオンでハイサイド半導体スイッチング素子3aがオフのときにコンデンサ8dが充電され、その充電された電荷によりハイサイド駆動回路7aが動作する。
In the circuit of FIG. 4, the low-
具体的に、図4中の両駆動回路7a,7bに対し相補PWMパルスを入力する。この場合において、ローサイド半導体スイッチング素子4aがオンのときには、ハイサイド半導体スイッチング素子3aのソース(即ち、モータ2への出力)がグランドレベルに落ちる。この際、コンデンサ8dの両端電圧が増大するため、このコンデンサ8dに充電が行われる。そして、コンデンサ8dが十分に充電されれば、その後にローサイド半導体スイッチング素子4aがオフとなったときに、コンデンサ8dに蓄えられた電荷がハイサイド駆動回路7aに印加されて、ハイサイド半導体スイッチング素子3aが駆動される。その後は、コンデンサ8dの電圧が一定レベルより低下してしまうまでに、相補PWMパルスを切り替えてやれば、両半導体スイッチング素子3a,4aが連続してオンオフ動作する。
Specifically, complementary PWM pulses are input to both
このように、ブートストラップ回路のコンデンサ8dの充電状態を電圧源として利用することにより、特にハイサイド駆動回路7aのスイッチング動作が容易に可能になる。
In this way, by using the charged state of the
ところで、近年、インバータ装置1に用いられる半導体スイッチング素子3a,3b,3c,4a,4b,4cとして、大電流及び高耐圧を可能にする化合物半導体デバイスが多く開発されており、ノーマリオン型(ディプレッション型)の半導体デバイスが開発されている。このノーマリオン型の半導体デバイスは、ノーマリ・オフの半導体デバイスと異なり、ゲート電圧を印加しないときにおいてもドレイン電流が流れる。ノーマリオン型の半導体デバイスは、製造が比較的容易であることから、この半導体デバイスを用いてインバータ装置1を構成することは非常に有意義である。
By the way, in recent years, as
ここで、ノーマリオン型半導体デバイスを使用したインバータ装置としては、例えば特許文献1及び特許文献2が公開されている。 Here, as an inverter device using a normally-on type semiconductor device, for example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 are disclosed.
ノーマリオン型半導体スイッチング素子を使用したインバータ装置では、半導体スイッチング素子3a,4aの制御端子に正電圧を印加したときに導通状態になり、負の電圧を印加したときに遮断状態になる。この場合、正電圧と負電圧の両方を用いて動作する駆動回路7a,7bを構成する必要があるが、図4に示したような一般的なブートストラップ回路を用いるだけでは、負電圧を発生することができず、そのままではハイサイド駆動回路7aを構成することができない。
In an inverter device using a normally-on type semiconductor switching element, a conductive state is established when a positive voltage is applied to the control terminals of the
この点、特許文献1,2には、半導体スイッチング素子3a,4aに負電圧を入力できる構成が開示されている。
In this regard, Patent Documents 1 and 2 disclose a configuration in which a negative voltage can be input to the
しかしながら、この特許文献1,2では、半導体スイッチング素子の数だけフローティング(独立)の正電圧源及び負電圧源を設ける必要がある。 However, in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to provide floating (independent) positive voltage sources and negative voltage sources corresponding to the number of semiconductor switching elements.
例えば、特許文献1では、半導体スイッチング素子と独立(フローティング)で動作する正バイアス電圧発生用電源をスイッチング素子の数だけ準備する必要があるし、また、負電圧については、半導体スイッチング素子のスイッチング動作時に、コンデンサに電荷を充電して電圧源を発生する方式を用いているため、ハイサイドのコンデンサに充電した電力をローサイド側の負電圧発生回路に用いることとなり、電圧が低下してしまうという欠点がある。 For example, in Patent Document 1, it is necessary to prepare power supplies for generating a positive bias voltage that operates independently (floating) from a semiconductor switching element, as many as the number of switching elements. At times, a method of generating a voltage source by charging a capacitor with a charge is used, so that the power charged in the capacitor on the high side is used for the negative voltage generation circuit on the low side, and the voltage drops. There is.
また、特許文献2では、配線の自己インダクタンスにより発生するマイナスサージからハイサイドスイッチング駆動回路の高耐圧ICを保護する構成を開示しているが、やはり半導体スイッチング素子の数だけフローティング(独立)の正電圧源及び負電圧源を設ける必要があるし、またハイサイド半導体スイッチング素子の数だけ高耐圧ICを設けなければならないという欠点がある。 Further, Patent Document 2 discloses a configuration that protects the high voltage IC of the high-side switching drive circuit from a negative surge generated by the self-inductance of the wiring. There are disadvantages in that it is necessary to provide a voltage source and a negative voltage source, and it is necessary to provide high voltage ICs as many as the number of high side semiconductor switching elements.
そこで、本発明の課題は、簡単な構成でノーマリオン型の半導体スイッチング素子を駆動できる電力変換器を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a power converter that can drive a normally-on type semiconductor switching element with a simple configuration.
上記課題を解決すべく、請求項1に記載の発明は、高電圧源に接続されたハイサイド半導体スイッチング素子と、前記ハイサイド半導体スイッチング素子と所定の基準電圧との間に直列に接続されたローサイド半導体スイッチング素子と、前記ハイサイド半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するハイサイド駆動回路と、前記ローサイド半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するローサイド駆動回路と、前記基準電圧を基準とした第1の電圧を前記ローサイド駆動回路に与える第1の電圧源と、前記基準電圧を基準とした前記第1の電圧と逆極性の第2の電圧を前記ローサイド駆動回路に与える第2の電圧源と、前記ハイサイド半導体スイッチング素子と前記ローサイド半導体スイッチング素子との接続点の電圧を基準とした前記第1の電圧を前記ハイサイド駆動回路に与えるブートストラップ回路と、前記ハイサイド半導体スイッチング素子と前記ローサイド半導体スイッチング素子との接続点の電圧を基準とした前記第2の電圧を前記ハイサイド駆動回路に与える定電圧ダイオードとを備えるものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is connected in series between a high-side semiconductor switching element connected to a high voltage source and the high-side semiconductor switching element and a predetermined reference voltage. A low-side semiconductor switching element; a high-side drive circuit that drives the high-side semiconductor switching element on and off; a low-side drive circuit that drives the low-side semiconductor switching element on and off; and a first voltage based on the reference voltage as the low-side drive A first voltage source applied to the drive circuit; a second voltage source applied to the low-side drive circuit with a second voltage having a polarity opposite to the first voltage with reference to the reference voltage; and the high-side semiconductor switching The first voltage with reference to the voltage at the connection point between the device and the low-side semiconductor switching device. A bootstrap circuit that applies a voltage to the high-side drive circuit, and a constant that applies to the high-side drive circuit the second voltage based on a voltage at a connection point between the high-side semiconductor switching element and the low-side semiconductor switching element. And a voltage diode.
請求項2記載の発明は、に記載の電力変換器であって、前記ハイサイド半導体スイッチング素子及び前記ローサイド半導体スイッチング素子がノーマリオン型の半導体スイッチング素子である。 The power converter according to claim 2, wherein the high-side semiconductor switching element and the low-side semiconductor switching element are normally-on type semiconductor switching elements.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の電力変換器であって、前記定電圧ダイオードに直列に抵抗が接続されたものである。 The invention according to claim 3 is the power converter according to claim 1 or 2, wherein a resistor is connected in series to the constant voltage diode.
請求項4に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の電力変換器であって、前記定電圧ダイオードに直列に定電流回路が接続されたものである。 The invention according to claim 4 is the power converter according to claim 1 or 2, wherein a constant current circuit is connected in series to the constant voltage diode.
請求項1に記載の発明の電力変換器において、ハイサイド半導体スイッチング素子のバイアス電圧は、ローサイド半導体スイッチング素子との接続点の電圧を基準に動作させるが、ハイサイド半導体スイッチング素子とローサイド半導体スイッチング素子との接続点の電圧は、両半導体スイッチング素子のオンオフ動作により変化するため、バイアス電圧として、フローティング動作(ソースの電位に因らない独立動作)により生成した第1の電圧及び第2の電圧を生成する必要がある。そこで、ブートストラップ回路により第1の電圧を、定電圧ダイオードにより第2の電圧を、それぞれフローティング動作で生成し、ハイサイド駆動回路に与える。これにより、例えば請求項2記載のノーマリオン型の半導体スイッチング素子で回路構成する場合に、簡単な回路構成でハイサイド半導体スイッチング素子をオンオフ駆動できる。 The power converter according to claim 1, wherein the bias voltage of the high-side semiconductor switching element is operated based on the voltage at the connection point with the low-side semiconductor switching element. The high-side semiconductor switching element and the low-side semiconductor switching element Since the voltage at the connection point between the first and second semiconductor switching elements changes depending on the ON / OFF operation of both semiconductor switching elements, the first voltage and the second voltage generated by the floating operation (independent operation not depending on the source potential) are used as the bias voltage. Need to be generated. Therefore, the first voltage is generated by the bootstrap circuit and the second voltage is generated by the constant voltage diode, respectively, in a floating operation, and is supplied to the high side drive circuit. Accordingly, for example, when the circuit is configured with the normally-on type semiconductor switching element according to the second aspect, the high-side semiconductor switching element can be driven on and off with a simple circuit configuration.
請求項3に記載の発明の電力変換器は、定電圧ダイオードに流れる電流を抵抗により容易に調整できる。 In the power converter according to the third aspect of the present invention, the current flowing through the constant voltage diode can be easily adjusted by a resistor.
請求項4に記載の発明の電力変換器は、定電圧ダイオードと定電流回路により、ハイサイド駆動回路に与える第2の電圧を容易に調整できる。さらに、請求項3のように抵抗を用いる場合に比べて、小さな消費電力でフローティング状態の第2の電圧を生成することができるため、省電力の要請に合致した電力変換器を提供できる。 In the power converter according to the fourth aspect of the present invention, the second voltage applied to the high side drive circuit can be easily adjusted by the constant voltage diode and the constant current circuit. Furthermore, since the second voltage in the floating state can be generated with less power consumption than in the case of using a resistor as in claim 3, a power converter meeting the demand for power saving can be provided.
{第1の実施の形態}
<構成>
図1は本発明の第1の実施の形態に係る電力変換器11を示す回路ブロック図である。ただし、図1では、三相のうちのいずれか一相の構成のみを示すこととし、他の相については同様の構成のため図示省略している。
{First embodiment}
<Configuration>
FIG. 1 is a circuit block diagram showing a
この電力変換器11は、例えば、ハイブリッド自動車(HEV)等の電気自動車の走行用のモータ(図3中の符号2参照)を駆動するための例えば三相インバータ装置であって、U,V,Wの各相のそれぞれにおいて、図1の如く、ノーマリオン型(ディプレッション型)のハイサイド半導体スイッチング素子15(例えば、FET等)と、同じくノーマリオン型(ディプレッション型)のローサイド半導体スイッチング素子17(例えば、FET等)とが直列(トーテムポール型)に接続され、各半導体スイッチング素子15,17をオンオフ駆動する駆動回路19,21がそれぞれ設けられている。
The
ハイサイド半導体スイッチング素子15のドレインは、高電圧源18に接続され、ローサイド半導体スイッチング素子17のソースは、グランド(基準電圧)に接続されている。また、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソースとローサイド半導体スイッチング素子17のドレインとが接続され、この接続点の電圧がモータ(図3中の符号2参照)への出力電圧となる。
The drain of the high-side
また、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソースと正電圧源(第1の電圧源)23との間には、図4に示した従来のノーマリオフ型のインバータ装置と同様に、抵抗29、順方向ダイオード27及びコンデンサ31が接続されており、順方向ダイオード27とコンデンサ31との接続点が、後述のハイサイド駆動回路19のプラス電源端子(VCC+)に接続されている。
Further, between the source of the high-side
ハイサイド半導体スイッチング素子15のゲートはハイサイド駆動回路19に接続され、ローサイド半導体スイッチング素子17のゲートはローサイド駆動回路21に接続されている。
The gate of the high side
各駆動回路19,21は、グランド端子(GND)に印加される電圧を基準として、プラス電源端子(VCC+)及びマイナス電源端子(VCC−)にそれぞれ印加される電圧を用いて各半導体スイッチング素子15,17をオンオフ駆動するものである。
Each of the
各駆動回路19,21の電圧源としては、正電圧源(V+)23と負電圧源(第2の電圧源:V−)25とが適用され、相対的に、正電圧源(V+)23がハイサイド、負電圧源(V−)25がローサイドに位置するように、両電圧源23,25が互いに直列に接続されている。
A positive voltage source (V +) 23 and a negative voltage source (second voltage source: V−) 25 are applied as voltage sources of the
ローサイド駆動回路21のプラス電源端子(VCC+)は、正電圧源23の正側端子(V+)に直接接続されている。
The positive power supply terminal (VCC +) of the low
ローサイド駆動回路21のグランド端子(GND)は、ローサイド半導体スイッチング素子17のソースとともに、グランド(基準電圧)に接続されている。
The ground terminal (GND) of the low-
ローサイド駆動回路21のマイナス電源端子(VCC−)は、負電圧源25の負側端子(V−)に接続されている。
The negative power supply terminal (VCC−) of the low
これに対し、ハイサイド駆動回路19のプラス電源端子(VCC+)は、逆流防止用ダイオード27及び抵抗29を介して正電圧源23の正側端子に接続されている。また、ハイサイド駆動回路19のプラス電源端子(VCC+)とハイサイド半導体スイッチング素子15のソースとの間に、上記のコンデンサ31が介装されている。そして、順方向ダイオード27とコンデンサ31との接続点が、ハイサイド駆動回路19のプラス電源端子(VCC+)に接続されている。この場合、コンデンサ31、逆流防止用ダイオード27及び抵抗29は、ハイサイド駆動回路19に与える正電圧(第1の電圧)をフローティング動作で生成するためのブートストラップ回路を構成している。
On the other hand, the positive power supply terminal (VCC +) of the high
また、ハイサイド駆動回路19のグランド端子(GND)は、モータへの出力端子となるハイサイド半導体スイッチング素子15のソースに接続されている。
The ground terminal (GND) of the high-
さらに、ハイサイド駆動回路19のマイナス電源端子(VCC−)は、抵抗33を通じて負電圧源25の負側端子(V−)に接続されるとともに、定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)35を通じてハイサイド半導体スイッチング素子15のソースに接続されている。
Further, the negative power supply terminal (VCC−) of the high
ここで、定電圧ダイオード35のアノードは、抵抗33を通じて負電圧源25の負側端子(V−)に接続され、定電圧ダイオード35のカソードは、ハイサイド駆動回路19のグランド端子(GND)に接続されている。これにより、ハイサイド駆動回路19のマイナス電源端子(VCC−)は、このハイサイド駆動回路19のグランド端子(GND)に対して、定電圧ダイオード35の逆方向電圧分だけ低く設定される。即ち、グランド端子(GND)の電圧を基準とすると、マイナス電源端子(VCC−)には、この定電圧ダイオード35でフローティング動作により生成された負電圧(第2の電圧)が印加されることになる。尚、定電圧ダイオード35によって生成される定電圧は、ハイサイド駆動回路19のマイナス電源端子(VCC−)に印加される電圧と、ローサイド半導体スイッチング素子17がオフのときにおけるハイサイド半導体スイッチング素子15のソース電圧との電位差が、負電圧源25の負側端子(V−)と同等になるよう設定されている。
Here, the anode of the
<動作>
上記構成の電力変換器の動作を説明する。ここでは、三相のうちのいずれか一相の構成のみの動作例を説明することとし、他の相については同様の説明を省略する。
<Operation>
The operation of the power converter having the above configuration will be described. Here, an operation example of only one of the three phases will be described, and the same description will be omitted for the other phases.
この電力変換器では、三相の各相の両駆動回路19,21に対して順次に相補PWMパルスを入力し、互いに直列(トーテムポール型)に接続されたハイサイド半導体スイッチング素子15とローサイド半導体スイッチング素子17を交互にオンオフすることで、高電圧源18からの直流電流を電力変換して交流電力を生成する。
In this power converter, complementary PWM pulses are sequentially input to the
この電力変換の動作において、ローサイド半導体スイッチング素子17は、基準となるソースがグランド(基準電圧)に接続されているので、通常のバイアス駆動回路としてのローサイド駆動回路21でオンオフ動作させることができる。
In this power conversion operation, the low-side
この場合、この実施の形態では、ローサイド駆動回路21は正電圧源23からプラス電源端子(VCC+)に与えられる正電圧(V+)と、負電圧源25からマイナス電源端子(VCC−)に与えられる負電圧(V−)とをそのまま用いて、ローサイド半導体スイッチング素子17をオンオフ駆動する。
In this case, in this embodiment, the low-
具体的に、正電圧源23からプラス電源端子(VCC+)に与えられる正電圧(V+)をローサイド半導体スイッチング素子17のゲートに印加することで、このローサイド半導体スイッチング素子17をオンにし、また負電圧源25からマイナス電源端子(VCC−)に与えられる負電圧(V−)をローサイド半導体スイッチング素子17のゲートに印加することで、このローサイド半導体スイッチング素子17をオフにする。
Specifically, by applying a positive voltage (V +) given from the
これに対して、ハイサイド半導体スイッチング素子15のバイアス電圧は、そのソース側の電位を基準に動作させる。ところが、ソースの電位が出力により変化するため、バイアス電圧として、フローティング動作(ソースの電位に因らない独立動作)により生成した正電圧及び負電圧を生成する必要がある。
On the other hand, the bias voltage of the high-side
そこで、ハイサイド駆動回路19については、ブートストラップ回路のコンデンサ31に充電された電荷を正電圧の電圧源とし、また定電圧ダイオード35のアノード側の電圧を負電圧の電圧源として、ハイサイド半導体スイッチング素子15をオンオフ駆動する。
Therefore, with respect to the high
具体的に、両駆動回路19,21に対し相補PWMパルスを入力する場合、ローサイド半導体スイッチング素子17がオンのときには、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソース(即ち、モータへの出力)がグランド(基準電圧)レベルに落ちる。この際、ブートストラップ回路のコンデンサ31の両端電圧が増大するため、このコンデンサ31に充電が行われる。そして、コンデンサ31が十分に充電されれば、その後にローサイド半導体スイッチング素子17がオフとなったときに、このブートストラップ回路のコンデンサ31に蓄えられた電荷が正電圧としてハイサイド駆動回路19に印加され、この正電圧を電圧源として用いて、ハイサイド半導体スイッチング素子15をオンにする。そうすると、高電圧源18からの給電によりハイサイド半導体スイッチング素子15のソース(即ち、モータへの出力)がハイとなり、このハイの電圧がモータに出力される。
Specifically, when complementary PWM pulses are input to both drive
また、ハイサイド駆動回路19によってハイサイド半導体スイッチング素子15をオフにするときは、マイナス電源端子(VCC−)に与えられる定電圧ダイオード35のアノード側に生成された負電圧を用いて、これをハイサイド半導体スイッチング素子15のゲートに入力する。より詳細に説明すれば、定電圧ダイオード35のアノードが抵抗33を通じて負電圧源25の負側端子(V−)に接続され、定電圧ダイオード35のカソードが、ハイサイド駆動回路19のグランド端子(GND)に接続されているため、ハイサイド駆動回路19のマイナス電源端子(VCC−)は、ハイサイド駆動回路19のグランド端子(GND)に対して、定電圧ダイオード35の逆方向電圧分だけ低く設定される。このことは、グランド端子(GND)の電圧を基準とした場合に、ハイサイド駆動回路19のマイナス電源端子(VCC−)には定電圧ダイオード35の逆方向電圧に対応する負電圧(V−)が印加されることを意味する。この負電圧をハイサイド駆動回路19を通じてハイサイド半導体スイッチング素子15のゲートに入力することにより、ハイサイド半導体スイッチング素子15がオフとなる。このとき、ローサイド駆動回路21によりローサイド半導体スイッチング素子17がオンになるため、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソース(即ち、モータへの出力)がグランド(基準電圧)レベルに落ちる。
When the high-side
このように、図4に示したノーマリオフの回路に比べて、負電圧源25と定電圧ダイオード35を追加するだけで、ローサイド駆動回路21だけでなくハイサイド駆動回路19にも容易にフローティング型の負電圧電源を生成することができ、よってノーマリオン型の電力変換器を容易に構成することができる。
As described above, as compared with the normally-off circuit shown in FIG. 4, only the
また、定電圧ダイオード35に流れる電流を、抵抗33によって容易に調整できる利点もある。
Further, there is an advantage that the current flowing through the
{第2の実施の形態}
図2は本発明の第2の実施の形態に係る電力変換器41を示す回路ブロック図である。ただし、図2では、三相のうちのいずれか一相の構成のみを示すこととし、他の相については同様の構成のため図示省略している。尚、この実施の形態においては、第1の実施の形態と同様の機能を有する要素について同一符号を付している。
{Second Embodiment}
FIG. 2 is a circuit block diagram showing a
この実施の形態においては、第1の実施の形態中の定電圧ダイオード35と抵抗33との直列回路に代えて、定電圧ダイオード35a及び定電流回路37が使用され、第1の実施の形態中の抵抗33が省略されている点で第1の実施の形態と異なっている。
In this embodiment, instead of the series circuit of the
その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。 Other configurations are the same as those of the first embodiment.
かかる構成の電力変換器の動作を説明する。ここでは、三相のうちのいずれか一相の構成のみの動作例を説明することとし、他の相については同様の説明を省略する。 The operation of the power converter having such a configuration will be described. Here, an operation example of only one of the three phases will be described, and the same description will be omitted for the other phases.
ローサイド駆動回路21は正電圧源23からプラス電源端子(VCC+)に与えられる正電圧(V+)と、負電圧源25からマイナス電源端子(VCC−)に与えられる負電圧(V−)とをそのまま用いて、ローサイド半導体スイッチング素子17をオンオフ駆動する。
The low-
具体的に、正電圧源23からプラス電源端子(VCC+)に与えられる正電圧(V+)をローサイド半導体スイッチング素子17のゲートに印加することで、このローサイド半導体スイッチング素子17をオンにし、また負電圧源25からマイナス電源端子(VCC−)に与えられる負電圧(V−)をローサイド半導体スイッチング素子17のゲートに印加することで、このローサイド半導体スイッチング素子17をオフにする。
Specifically, by applying a positive voltage (V +) given from the
一方、ハイサイド駆動回路19は、コンデンサ31に充電された電荷を正電圧の電圧源とし、また定電圧ダイオード35aのアノード側の電圧を負電圧の電圧源として、ハイサイド半導体スイッチング素子15をオンオフ駆動する。
On the other hand, the high-
具体的に、両駆動回路19,21に対し相補PWMパルスを入力する場合、ローサイド半導体スイッチング素子17がオンのときには、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソース(即ち、モータへの出力)がグランド(基準電圧)レベルに落ちる。この際、コンデンサ31の両端電圧が増大するため、このコンデンサ31に充電が行われる。そして、コンデンサ31が十分に充電されれば、その後にローサイド半導体スイッチング素子17がオフとなったときに、コンデンサ31に蓄えられた電荷が正電圧としてハイサイド駆動回路19に印加され、この正電圧を電圧源として用いて、ハイサイド半導体スイッチング素子15をオンにする。これにより、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソースが正電圧源18からの給電によりハイとなり、このハイの電圧がモータに出力される。
Specifically, when complementary PWM pulses are input to both drive
また、ハイサイド駆動回路19によってハイサイド半導体スイッチング素子15をオフにするときは、定電流回路37による定電流により、定電圧ダイオード35aのアノード側には、ハイサイド半導体スイッチング素子15のソースよりも、定電圧ダイオード35aの逆方向電圧分だけ低い電圧が形成される。そして、ハイサイド駆動回路19は、この定電圧ダイオード35aによって生成された負電圧(V−)を用いて、これをハイサイド半導体スイッチング素子15のゲートに入力する。
When the high-side
このように、図4に示したノーマリオフの回路に比べて、負電圧源25、定電圧ダイオード35a及び定電流回路37を追加するだけで、ローサイド駆動回路21だけでなくハイサイド駆動回路19にも容易にフローティング型の負電圧電源を生成することができ、よってノーマリオン型の電力変換器を容易に構成することができる。
In this way, as compared with the normally-off circuit shown in FIG. 4, only the
また、抵抗33を使用していた第1の実施の形態に比べると、その抵抗33に発生していた消費電力よりも小さな消費電力で、定電圧ダイオード35aのアノード側に、ハイサイド駆動回路19用のフローティング状態の負電圧を生成することができるため、省電力の要請に合致した電力変換器を提供できる。
Compared to the first embodiment in which the
尚、上記各実施の形態では、三相のインバータ装置を例に挙げて電力変換器を説明したが、これに限られるものではない。 In each of the above embodiments, the power converter has been described by taking a three-phase inverter device as an example. However, the present invention is not limited to this.
11,41 電力変換器
15 ハイサイド半導体スイッチング素子
17 ローサイド半導体スイッチング素子
18 高電圧源
19 ハイサイド駆動回路
21 ローサイド駆動回路
23 正電圧源
25 負電圧源
27 逆流防止用ダイオード
29 抵抗
31 コンデンサ
33 抵抗
35,35a 定電圧ダイオード
37 定電流回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記ハイサイド半導体スイッチング素子と所定の基準電圧との間に直列に接続されたローサイド半導体スイッチング素子と、
前記ハイサイド半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するハイサイド駆動回路と、
前記ローサイド半導体スイッチング素子をオンオフ駆動するローサイド駆動回路と、
前記基準電圧を基準とした第1の電圧を前記ローサイド駆動回路に与える第1の電圧源と、
前記基準電圧を基準とした前記第1の電圧と逆極性の第2の電圧を前記ローサイド駆動回路に与える第2の電圧源と、
前記ハイサイド半導体スイッチング素子と前記ローサイド半導体スイッチング素子との接続点の電圧を基準とした前記第1の電圧を前記ハイサイド駆動回路に与えるブートストラップ回路と、
前記ハイサイド半導体スイッチング素子と前記ローサイド半導体スイッチング素子との接続点の電圧を基準とした前記第2の電圧を前記ハイサイド駆動回路に与える定電圧ダイオードと
を備える電力変換器。 A high-side semiconductor switching element connected to a high voltage source;
A low-side semiconductor switching element connected in series between the high-side semiconductor switching element and a predetermined reference voltage;
A high-side drive circuit for driving the high-side semiconductor switching element on and off;
A low-side driving circuit for driving the low-side semiconductor switching element on and off;
A first voltage source that provides the low-side drive circuit with a first voltage based on the reference voltage;
A second voltage source that provides the low-side drive circuit with a second voltage having a polarity opposite to the first voltage with respect to the reference voltage;
A bootstrap circuit that applies the first voltage to the high-side drive circuit based on a voltage at a connection point between the high-side semiconductor switching element and the low-side semiconductor switching element;
A power converter comprising: a constant voltage diode that applies the second voltage to the high-side drive circuit based on a voltage at a connection point between the high-side semiconductor switching element and the low-side semiconductor switching element.
前記ハイサイド半導体スイッチング素子及び前記ローサイド半導体スイッチング素子がノーマリオン型の半導体スイッチング素子である電力変換器。 The power converter according to claim 1,
The power converter in which the high-side semiconductor switching element and the low-side semiconductor switching element are normally-on type semiconductor switching elements.
前記定電圧ダイオードに直列に抵抗が接続された電力変換器。 The power converter according to claim 1 or 2, wherein
A power converter in which a resistor is connected in series to the constant voltage diode.
前記定電圧ダイオードに直列に定電流回路が接続された電力変換器。 The power converter according to claim 1 or 2, wherein
A power converter in which a constant current circuit is connected in series to the constant voltage diode.
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