驱动装置制造方法及图纸

技术编号:14002365 阅读:81 留言:0更新日期:2016-11-16 09:35
一种驱动装置,对功率开关元件(200)进行控制,具备:进行所述功率开关元件的导通动作的通侧电路(110);以及进行断开动作的断侧电路(120)。所述通侧或断侧电路具有:多个主MOS晶体管(Tr10~Tr15、Tr50~Tr55);规定所述主MOS晶体管的漏极电流的感测MOS晶体管(Tr20、Tr60);将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定的感测电流控制电路(SC);以及与所述主MOS晶体管的栅极连接而对所述主MOS晶体管的导通断开进行控制从而切换所述功率开关元件的栅极电流的开关电路(SW)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】关联申请的交叉引用本申请基于在2014年3月27日申请的日本申请号2014-66595号、和在2014年10月28日申请的日本申请号2014-219348号,此处引用其记载内容。
本申请涉及进行功率开关元件的导通断开动作的驱动装置
技术介绍
关于构成逆变器、转换器等半导体电力转换装置的功率开关元件,作为解决开关动作时的浪涌电压和开关损失的折衷的技术,使用动态地控制栅极电压或栅极电流的主动栅极控制(AGC)。例如,在使用绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为功率开关元件的情况下,对关断时的集电极-发射极间电压(以后称为集电极电压Vce)的时间变化dV/dt进行反馈,控制IGBT的栅极电荷的放电速度。具体而言,在专利文献1中,提出了通过切换向IGBT的栅极注入的栅极电流的电流量,在放电过程中切换栅极电荷的放电速度的技术。但是,专利文献1的技术需要与切换级数对应的数目的栅极断开电路,所以电路规模、即布局面积变大。另一方面,在专利文献2中,提出了在具有宽范围的输出电流、换言之能够大幅度地切换输出电流的半导体装置中能够抑制布局面积的电路。具体而言,该半导体装置通过参照电流的电流镜生成输出电流。并且,通过将电流镜设为多级,从而实现输出电流的宽动态范围。但是,专利文献2的技术中,向用于使输出晶体管导通的栅极的电流供应通过参照电流来进行,所以构成电流镜的输出晶体管的级数越增加,则参照电流越变化。即,在每次使输出晶体管导通时输出电流变动。此外,在专利文献2那样的电路结构中,一般来说,期望尽可能减小参照电流,但电荷向构成电流镜的输出晶体管的栅极的注入速度依赖于参照电流,所以若参照电流小,则直至输出晶体管导通为止的时间变长。也就是说,在将专利文献2的技术应用于功率开关元件的断开用电路的情况下,有可能不能确保从接受意在断开功率开关元件的指示至输出晶体管导通为止的响应速度。在先技术文献专利文献专利文献1:日本特许第3885563号公报专利文献2:日本特开2006-20098号公报
技术实现思路
本申请是鉴于上述问题而完成的,其目的在于,以高精度控制栅极电流,且提高栅极电流的切换速度。在本申请的某方式中,对功率开关元件的导通断开进行控制的驱动装置具备:通侧电路,进行所述功率开关元件的导通动作;以及断侧电路,进行所述功率开关元件的断开动作。所述通侧电路以及所述断侧电路的至少一方的电路具有:多个主MOS晶体管,作为输出晶体管;感测MOS晶体管,栅极与所述主MOS晶体管的栅极共通,相对于所述主MOS晶体管构成电流镜,从而规定所述主MOS晶体管的漏极电流;以及感测电流控制电路,将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定。进而,所述通侧电路以及所述断侧电路的至少一方的电路具有:开关电路,与所述主MOS晶体管的栅极连接,对所述主MOS晶体管的导通断开进行控制,从而切换所述功率开关元件中的栅极电流。据此,形成多个与感测MOS晶体管构成电流镜的主MOS晶体管,它们的有效/无效通过开关电路的导通断开控制而被控制。因此,通过切换被设为有效的主MOS晶体管的数目,能够切换输出电流。此外,感测MOS晶体管的漏极电流通过参照电位和基准电阻的电阻值来规定,该感测MOS晶体管通过电流镜规定主MOS晶体管的漏极电流。因此,能够不依赖于向本专利技术所涉及的驱动装置供应电力的电源电压或断侧电路的输出电流的电流值而高精度地控制输出电流。进而,感测MOS晶体管的漏极电流不依赖于开关电路的导通断开而固定,因此能够不依赖于被设为有效的主MOS晶体管的数目而高精度地控制输出电流。此外,为了驱动作为输出晶体管的主MOS晶体管而向栅极的电压施加由运算放大器的输出控制,所以与由参照电流控制的情况相比,能够提高开关速度。附图说明参照附图,通过下述的详细的记述,关于本申请的上述目的以及其他目的、特征、优点变得更明确。该附图是,图1是表示第一实施方式所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。图2是表示由驱动装置进行的驱动的时序图。图3是表示开关电路的详细的结构的电路图。图4是表示NMOS晶体管的布局的俯视图。图5是图4所示的区域V的扩大图。图6是表示变形例1所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。图7是表示第二实施方式所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。图8是表示第三实施方式所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。图9是表示变形例2所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。图10是表示变形例3所涉及的驱动装置的概略结构的电路图。具体实施方式(第一实施方式)最初,参照图1,说明本实施方式所涉及的驱动装置。如图1所示,该驱动装置100控制作为驱动负载500的功率开关元件的绝缘栅双极晶体管(IGBT)200的驱动。该驱动装置100具备通侧电路110、断侧电路120、dV/dt检测电路130和延迟电路140。通侧电路110以及断侧电路120在电源和GND(地)之间串联连接,在其中间点上连接有IGBT200的栅极。通侧电路110由PMOS晶体管构成,在该PMOS晶体管为导通状态时向IGBT200的栅极施加电源电压Vcc。由此IGBT200成为导通状态,在IGBT200的集电极-发射极间流过电流,向负载500供应电力。断侧电路120具有多个NMOS晶体管(Tr10~Tr15、Tr20)。这些NMOS晶体管由作为输出晶体管的主MOS晶体管(Tr10~Tr15)、和规定主MOS晶体管的漏极电流的感测MOS晶体管Tr20构成。在本实施方式中,六个主MOS晶体管(Tr10~Tr15)相对于感测MOS晶体管Tr20构成电流镜。具体而言,各主MOS晶体管(Tr10~Tr15)的栅极被设为与感测MOS晶体管Tr20的栅极共通,源极共通而接地。各主MOS晶体管(Tr10~Tr15)的漏极与IGBT200的栅极连接。在这样的结构中,在各主MOS晶体管(Tr10~Tr15)中分别以与感测MOS晶体管Tr20的尺寸比相同的电流比流过漏极电流。也就是说,在本实施方式中,存在六个向IGBT200的栅极注入的电流的电流路径。另外,尺寸是MOS晶体管中的沟道宽度W与沟道长度L的宽长比(W/L)。此外,断侧电路120具有:运算放大器121,用于对感测MOS晶体管Tr20的漏极电流进行控制;基准电阻122,用于规定该运算放大器121的输出;以及参照电源123,向该运算放大器121的一个输入端子赋予参照电位Vref。运算放大器121若从未图示的微机等被输入表示使IGBT200断开的控制信号,则向感测MOS晶体管Tr20的栅极施加电压,从而向IGBT200的栅极注入固定电流。基准电阻122是分流电阻,规定感测MOS晶体管Tr20的漏极电流的电流值。进而,规定向IGBT200的栅极注入的电流的电流值。向IGBT200的栅极注入的电流是在主MOS晶体管(Tr10~Tr15)中流过的漏极电流的合计。并且,主MOS晶体管(Tr10~Tr15)与感测MOS晶体管Tr20一起构成电流镜,因此向IGBT200的栅极注入的电流依赖于感测MOS晶体管Tr20的漏极电流。在这样的结构中,若被输入表示使IGBT200断开的信号,则运算放大器121被驱动而向感测MOS晶体管Tr20施加栅极电压。此时的漏极电流由基准电阻122的电阻值R规定。并且,其电流值通过调整运算放本文档来自技高网
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驱动装置

【技术保护点】
一种驱动装置,对功率开关元件(200)的导通断开进行控制,具备:通侧电路(110),进行所述功率开关元件的导通动作;以及断侧电路(120),进行所述功率开关元件的断开动作,所述通侧电路以及所述断侧电路中的至少一方的电路具有:多个主MOS晶体管(Tr10~Tr15、Tr50~Tr55),作为输出晶体管;感测MOS晶体管(Tr20、Tr60),栅极与所述主MOS晶体管的栅极共通,相对于所述主MOS晶体管构成电流镜,从而规定所述主MOS晶体管的漏极电流;以及感测电流控制电路(SC),将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定,进而,所述通侧电路以及所述断侧电路中的至少一方的电路具有:开关电路(SW),与所述主MOS晶体管的栅极连接,对所述主MOS晶体管的导通断开进行控制,从而切换所述功率开关元件中的栅极电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.27 JP 2014-066595;2014.10.28 JP 2014-219341.一种驱动装置,对功率开关元件(200)的导通断开进行控制,具备:通侧电路(110),进行所述功率开关元件的导通动作;以及断侧电路(120),进行所述功率开关元件的断开动作,所述通侧电路以及所述断侧电路中的至少一方的电路具有:多个主MOS晶体管(Tr10~Tr15、Tr50~Tr55),作为输出晶体管;感测MOS晶体管(Tr20、Tr60),栅极与所述主MOS晶体管的栅极共通,相对于所述主MOS晶体管构成电流镜,从而规定所述主MOS晶体管的漏极电流;以及感测电流控制电路(SC),将所述感测MOS晶体管的漏极电流控制为固定,进而,所述通侧电路以及所述断侧电路中的至少一方的电路具有:开关电路(SW),与所述主MOS晶体管的栅极连接,对所述主MOS晶体管的导通断开进行控制,从而切换所述功率开关元件中的栅极电流。2.如权利要求1所述的驱动装置,所述感测电流控制电路具有:参照电源(113、123),产生参照电位(Vref);基准电阻(112、122),与所述感测MOS晶体管串联连接;以及运算放大器(111、121),以所述基准电阻与所述感测MOS晶体管之间的电位接近于所述参照...

【专利技术属性】
技术研发人员:赤间贞洋山本圣小林敦金森淳
申请(专利权)人:株式会社电装
类型:发明
国别省市:日本;JP

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