栅极驱动电路以及具备该栅极驱动电路的电力变换装置制造方法及图纸

在具备对驱动对象半导体元件的栅极施加导通电压的导通驱动元件、和对所述栅极施加截止电压的截止驱动元件的栅极驱动电路中，在所述栅极驱动电路的输出端子之间，作为能够在接通时回收在所述驱动对象半导体元件的输入电容中积蓄的电荷的回收电路，串联地连接回收开关、电抗器、以及电容器，通过控制电路，控制所述导通驱动元件、所述截止驱动元件、以及所述回收开关，降低栅极驱动电路的功耗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】栅极驱动电路以及具备该栅极驱动电路的电力变换装置
本专利技术涉及栅极驱动电路，特别涉及从电源对半导体开关元件的栅极供给电力，进行栅极的导通/截止驱动的栅极驱动电路。
技术介绍
电压驱动型半导体开关元件(驱动对象半导体元件)的栅极驱动电路具备对驱动对象半导体元件的栅极施加导通电压的导通驱动元件、和对栅极施加截止电压的截止驱动元件，通过使导通驱动元件或者截止驱动元件的一方成为导通、使另一方成为截止，将驱动对象半导体元件的栅极控制为导通状态或者截止状态。在对驱动对象半导体元件的栅极施加电压的情况下，栅极电压以依照由栅极的寄生电容和直至栅极的电阻量决定的时间常数的比值变化，所以为了降低在开闭(switching)时发生的噪声，对栅极连接电阻，降低栅极电流的峰值、变化率。但是，由于驱动对象半导体元件的开闭的高频化，栅极的电阻所致的导通损失成为问题，所以还提出了：将栅极电阻置换为电抗器，利用该电抗器和驱动对象半导体元件的栅极的寄生电容将LC谐振电路构成为辅助驱动部，从而将开关损失以及噪声都降低，而且降低栅极驱动电路中的导通损失，而更容易控制的栅极驱动电路(专利文献1)。即，在专利文献1中提出的栅极驱动电路具备：直流电源电路，将IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管)作为半导体开关元件(驱动对象半导体元件)，将第1直流电源和第2直流电源串联连接，将其连接点作为电源中间点并作为基准电位；以及驱动元件部，该驱动元件部包括：导通驱动元件，使对驱动对象半导体元件的栅极供给第1直流电源的正电压的第1电源路径进行断续；以及截止驱动元件，使对驱动对象半导体元件的栅极供给第2直流电源的负电压的第2电源路径进行断续，进而将把电抗器和开关元件串联连接的辅助驱动部设置于电源中间点与驱动对象半导体元件的栅极之间。另外，驱动元件部由驱动控制部控制，在驱动控制部使导通驱动元件成为导通时，经由导通驱动元件，对驱动对象半导体元件的栅极，施加为了成为导通状态而所需的导通电压，在驱动控制部使截止驱动元件成为导通时，对驱动对象半导体元件的栅极，施加为了成为截止状态而所需的截止电压。另外，构成为在驱动控制部使导通驱动元件以及截止驱动元件都成为截止时，由构成辅助驱动部的电抗器和驱动对象半导体元件的栅极的寄生电容形成谐振电路。在驱动对象半导体元件的栅极成为导通的状态、即导通驱动元件是导通、截止驱动元件是截止的状态下，在电抗器中，电流从驱动对象半导体元件的栅极侧流向电抗器。在从该状态，导通驱动元件成为关断时，由于谐振电路的谐振，以驱动对象半导体元件的栅极的寄生电容的积蓄电荷放电而成为零、或者进一步充电到逆极性的方式持续流过电流。其结果，栅极电压急速降低，与此同时驱动对象半导体元件的两端电压(源极/漏极间电压、集电极/发射极间电压)急速增大，而驱动元件成为关断。然后，在驱动对象半导体元件的栅极电压达到截止电压，而驱动控制部使截止驱动元件成为接通时，栅极电压被保持为截止电压，从而驱动对象半导体元件被保持为截止状态。另一方面，在驱动对象半导体元件的栅极成为截止的状态、即导通驱动元件是截止、截止驱动元件是导通的状态下，电流从电抗器流向驱动对象半导体元件的栅极侧。在从该状态，截止驱动元件成为关断时，由于谐振电路的谐振，驱动对象半导体元件的栅极的寄生电容的积蓄电荷放电并进而充电到逆极性、或者从积蓄电荷为零的状态向充电的方向持续流过电流。其结果，栅极电压急速上升，与此同时驱动对象半导体元件的两端电压急速降低，而驱动对象半导体元件成为接通。然后，在驱动对象半导体元件的栅极电压达到导通电压，而驱动控制部使导通驱动元件成为接通时，栅极电压被保持为导通电压，从而驱动对象半导体元件被保持为导通状态。在辅助驱动部中，在使驱动对象半导体元件成为关断时，直至使导通驱动元件成为关断，并且，在使驱动对象半导体元件成为接通时，直至使截止驱动元件成为关断，需要在电抗器中流过为了通过谐振使栅极电压变化至截止电压或者导通电压而所需的大小的电流。换言之，无需流过其以上的电流，所以通过控制在电抗器中流过电流的期间，能够进一步降低栅极驱动电路中的功耗。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2005‐039988号公报
技术实现思路
但是，在专利文献1提出的栅极驱动电路中，在辅助驱动部设置电抗器，回收电力被积蓄成电抗器的励磁能量之后，该积蓄的能量全部被逆极性地供给到栅极/源极之间，关于栅极/源极之间的电位，导通时的电压和截止时的电压必定相同。另外，在驱动的驱动对象半导体元件的栅极/源极之间的额定电压在正极和负极中不同的情况下，对栅极/源极之间施加超过耐压的电压而有可能使驱动对象半导体元件产生故障。进而，在以正极和负极的额定电压低的一方的电压规定栅极的电源电压时，存在施加到栅极/源极之间的电压变低，有可能使驱动对象半导体元件的能力(开关速度、导通电阻)降低这样的问题。因此，本专利技术的目的在于，进一步发展专利文献1提出的回收电力的技术，通过降低栅极驱动的电源电压，提供小型的栅极驱动电路。在本专利技术中，提供一种栅极驱动电路，具备：导通驱动元件，对驱动对象半导体元件的栅极施加导通电压；以及截止驱动元件，对所述驱动对象半导体元件的所述栅极施加截止电压，其特征在于，具备：回收电路，在所述栅极驱动电路的输出端子之间串联地连接回收开关、电抗器、及电容器，能够在所述驱动对象半导体元件的接通时回收在所述驱动对象半导体元件的输入电容中积蓄的电荷；以及控制电路，控制所述导通驱动元件、所述截止驱动元件、及所述回收开关。在本专利技术的栅极驱动电路中，在驱动对象半导体元件的接通时以及关断时，能够使用在输出端子之间连接的回收电路中设置的电容器，回收以及供给驱动驱动对象半导体元件的电荷，所以通过导通驱动元件以及截止驱动元件分别供给的栅极电源补充不足量的电力即可，能够大幅降低正极侧栅极电源和负极侧栅极电源的合计电力。由此，能够实现栅极电源电路的小型化。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1所涉及的栅极驱动电路的结构的框图。图2是在本专利技术的实施方式1中使用的回收电路的结构图。图3是在本专利技术的实施方式1中使用的回收开关的结构图。图4是示出本专利技术的实施方式2所涉及的栅极驱动电路的具体例的结构图。图5是本专利技术的实施方式2所涉及的动作记录图。图6是本专利技术的实施方式2所涉及的动作原理图。图7是本专利技术的实施方式2所涉及的动作原理图。图8是本专利技术的实施方式2所涉及的动作原理图。图9是本专利技术的实施方式2所涉及的动作原理图。图10是本专利技术的实施方式2所涉及的动作原理图。图11是本专利技术的实施方式2所涉及的动作原理图。图12A是本专利技术的实施方式2所涉及的驱动信号生成的框图。图12B是本专利技术的实施方式2所涉及的驱动信号生成的框图。图13A是本专利技术的实施方式2所涉及的驱动信号生成的框图。图13B是本专利技术的实施方式2所涉及的驱动信号生成的框图。图13C是本专利技术的实施方式2所涉及的驱动信号生成的框图。图14是示出本专利技术的实施方式2所涉及的驱动信号的生成的波形图。图15是本专利技术的实施方式3所涉及的动作记录图。图16是本专利技术的实施方式3所涉及的动作原理图。图17是本专利技术的实施方式3所涉及的驱动信号生成的框图。图18是示出本专利技术的实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种栅极驱动电路，具备：导通驱动元件，对驱动对象半导体元件的栅极施加导通电压；以及截止驱动元件，对所述驱动对象半导体元件的所述栅极施加截止电压，所述栅极驱动电路的特征在于，具备：回收电路，在所述栅极驱动电路的输出端子之间串联地连接回收开关、电抗器和电容器，能够在所述驱动对象半导体元件接通时回收在所述驱动对象半导体元件的输入电容中积蓄的电荷；以及控制电路，控制所述导通驱动元件、所述截止驱动元件和所述回收开关。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.22 JP 2015-2494641.一种栅极驱动电路，具备：导通驱动元件，对驱动对象半导体元件的栅极施加导通电压；以及截止驱动元件，对所述驱动对象半导体元件的所述栅极施加截止电压，所述栅极驱动电路的特征在于，具备：回收电路，在所述栅极驱动电路的输出端子之间串联地连接回收开关、电抗器和电容器，能够在所述驱动对象半导体元件接通时回收在所述驱动对象半导体元件的输入电容中积蓄的电荷；以及控制电路，控制所述导通驱动元件、所述截止驱动元件和所述回收开关。2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，具备对所述驱动对象半导体元件施加导通电压的所述导通驱动元件以及施加截止电压的所述截止驱动元件的所述栅极驱动电路是包括正极侧驱动器开关、负极侧驱动器开关、正极侧栅极电源以及负极侧栅极电源的半桥逆变器型栅极驱动电路，所述回收电路是将正极侧回收开关、正极侧电抗器以及正极侧电容器串联连接的正极侧回收电路和将负极侧回收开关、负极侧电抗器以及负极侧电容器串联连接的负极侧回收电路，在所述半桥逆变器型栅极驱动电路的输出端子之间并联地连接，所述控制电路为了使所述驱动对象半导体元件接通，在使所述负极侧驱动器开关截止之后，使所述负极侧回收开关导通一定期间，使所述正极侧回收开关导通一定期间，使所述正极侧驱动器开关导通而维持所述驱动对象半导体元件的接通，为了使所述驱动对象半导体元件关断，在使所述正极侧驱动器开关截止之后，使所述正极侧回收开关导通一定期间，使所述负极侧回收开关导通一定期间，使所述负极侧驱动器开关导通而维持所述驱动对象半导体元件的关断。3.根据权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述控制电路中的控制是以如下方式进行的：在使所述驱动对象半导体元件接通的情况下，使所述负极侧驱动器开关截止的定时和所述负极侧回收开关导通的定时同步，使所述负极侧回收开关截止的定时和所述正极侧回收开关导通的定时同步，使所述正极侧回收开关截止的定时和所述负极侧驱动器开关导通的定时同步。4.根据权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述控制电路中的控制是以如下方式进行的：在使所述驱动对象半导体元件关断的情况下，使所述正极侧驱动器开关截止的定时和所述正极侧回收开关导通的定时同步，使所述正极侧回收开关截止的定时和所述负极侧回收开关导通的定时同步，使所述负极侧回收开关截止的定时和所述正极侧驱动器开关导通的定时同步。5.根据权利要求2至4中的任意一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述正极侧回收开关导通的期间和所述负极侧回收开关导通的期间相等。6.根据权利要求2至5中的任意一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述正极侧回收开关导通的期间为由所述驱动对象半导体元件的所述输入电容和所述正...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤亮太，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP