栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术涉及栅极驱动电路。本发明专利技术提供一种更简易的电路结构且使用了N沟道MOSFET的栅极驱动电路的高边驱动器。一种对功率半导体开关进行驱动的高边驱动器电路，其具备：主开关N沟道MOSFET，漏极端子连接于电源的正侧Vdc，源极端子连接于对功率半导体开关进行驱动的信号的OUT端子；电荷蓄积电路，从Vdc蓄积电荷；带电压检测功能的开关，检测电荷蓄积电路的输出端子与Vdc的电压差，在检测到电荷蓄积电路的输出端子电压比电源的正侧Vcc的电压高一定电压以上的情况下，向所述主开关N沟道MOSFET的栅极端子施加所述电荷蓄积电路的输出电压的一部分或全部。

【技术实现步骤摘要】
栅极驱动电路
本专利技术涉及对IGBT等功率半导体开关进行驱动的栅极驱动电路。
技术介绍
对于大功率的反相器或DCDC转换器等功率设备来说，使用高频大功率开关元件的情况较多。作为高频大功率开关元件，较多地使用IGBT（InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极晶体管）或MOSFET（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）。这样的元件的驱动端子（例如，栅极端子）的输入特性为电容性的情况较多，在驱动时必须流动大电流。因此，提出了各种以对这些高频大功率开关元件进行驱动为目的的电路。这样的电路常常被称为栅极驱动电路。本专利技术涉及在该栅极驱动电路中使用的改良后的高边驱动器。现有技术和其问题点在图7、图8中示出了对上述那样的高频大功率开关元件进行驱动的以往的栅极驱动电路的例子。图7所示的栅极驱动电路3是作为将IGBT2驱动为ON的元件而使用P沟道MOSFET1（以下，称为Q1）的电路。Q1通过使其栅极电压与源极电压相比为低电压来进行ON动作。其结果是，Q1导通，在漏极端子出现Vcc电压。该Vcc电压经由电阻11且经由输出端子7被施加到IGBT2的栅极端子。因此，通过使图7的IN端子5为低电平（LOW），从而能够使Q1进行ON动作。然后，当Q1进行ON动作时，如上述那样，能够使IGBT2进行ON动作。像这样，根据图7所示的电路结构的栅极驱动电路3，能够利用IN端子5的输入电位使IGBT2进行ON动作（或OFF动作）。可是，通常地，P沟道MOSFET具有与N沟道MOSFET相比品种少且ON电阻也大的趋势，图7中的Q1作为使用了N沟道MOSFET的结构使IGBT2进行ON动作的电路而能够期待性能的提高。根据这样的情况，图8所示的电路结构的栅极驱动电路也被使用。在该电路结构中是作为图8中的Q1a而使用N沟道MOSFET来构成的栅极驱动电路3a。为了使N沟道MOSFET进行ON动作，必须使其栅极电位为比源极电位高的电压。另一方面，图8中的Q1a的源极电压上升到栅极驱动电路3a的电源的正侧电压Vcc附近。正侧电压Vcc在图8中被供给到正侧电压端子4，在图7中也同样地，正侧电压Vcc被供给到正侧电压端子4。因此，构成接下来说明那样的自举电路和电平移位电路来制作出用于使图8中的Q1a的栅极电位上升到比源极电位高的电压的高电位。在图8所示的电路结构的例子中，将二极管12（以下，称为D1）与电容器13（以下，称为C1）的串联电路如图8那样连接在OUT端子7与正侧电压端子4之间。然后，在OUT端子7为GND电位时在C1中蓄积电荷，在使IN端子5为高电平（High）而Q1a进行ON动作时，使电平移位用光电耦合器10（以下，称为PC1）的输出侧晶体管进行ON动作，向Q1a的栅极端子施加在C1中充电的电荷。由此，当Q1a进行ON动作而OUT端子7的电压上升时，C1与D1的阴极侧连接的点的端子电压与Vcc相比为高电压，能够向Q1a的栅极端子施加比Vcc高的电压。根据这样的方式，能够利用D1和C1比较简单地制作对Q1a进行驱动的处于高的电位的电源。可是，为了使用该高压电源来使Q1a进行ON动作，需要在电路方面进行研究。例如，进行使用光电耦合器（图8中的PC1）等绝缘元件将高压电源与IN端子5的输入电位绝缘或者使用电平移位电路等另外设置将电压电平从高压电源移位的开关这样的研究。如果不实施这样的研究，则制作使用IN端子5的输入电位使Q1a进行ON/OFF的电路是困难的。现有专利技术例如，在后述的专利文献1（日本特许第6303060号公报）中公开了使用了P沟道MOSFET和N沟道MOSFET的栅极驱动电路。特别地公开了一种电路结构，其特征在于，输入信号经由电平移位电路被供给到P沟道MOSFET。在后述的专利文献2（日本特开2006-270382号公报）中公开了一种从悬浮电源向高边驱动器供给电源的电路结构，其特征在于，利用能够进行高速动作的电平移位电路。在后述的专利文献3（日本特开2000-286687号公报）中公开了一种从悬浮电源向高边驱动器供给电源的电路结构，其特征在于，利用能够在不导致芯片面积或功耗的增大的情况下防止误动作的电平移位电路。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特许第6303060号公报；专利文献2：日本特开2006-270382号公报；专利文献3：日本特开2000-286687号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的课题如上述那样，在栅极驱动电路中，作为主开关而使用了P沟道MOSFET的情况下，性能不足，因此，使用N沟道MOSFET的情况较多，此外，也能够比较简单地制作用于驱动N沟道MOSFET的电位高的电源。可是，为了使用该高压电源来驱动N沟道MOSFET，需要用于消除与输入信号的电压差的绝缘部件或电压移位电路，电路繁杂且高价，也考虑了不能得到采用N沟道MOSFET带来的充分的改善效果的情况。本专利技术是鉴于这样的问题而提出的，其目的在于提供一种更简易的电路结构且使用了N沟道MOSFET的栅极驱动电路的高边驱动器。用于解决课题的方案（1）为了解决上述课题，本专利技术是一种高边驱动器，所述高边驱动器是对功率半导体开关进行驱动的电路，其中，所述高边驱动器具备：主开关N沟道MOSFET，漏极端子连接于所述电路的电源的正侧Vdc，源极端子连接于OUT端子，所述OUT端子是输出对所述功率半导体开关进行驱动的信号的端子；电荷蓄积电路，从所述电路的电源的正侧Vdc注入电流来蓄积电荷；以及带电压检测功能的开关，检测所述电荷蓄积电路的输出端子与所述电路的电源的正侧Vdc的电压差来进行动作，所述带电压检测功能的开关在检测到所述电荷蓄积电路的输出端子电压比所述电路的电源的正侧Vdc的电压高一定电压以上的情况下，向所述主开关N沟道MOSFET的栅极端子施加所述电荷蓄积电路的输出电压的一部分或全部，使所述主开关N沟道MOSFET进行ON动作。（2）此外，本专利技术是上述（1）记载的高边驱动器，其中，具备：启动用P沟道MOSFET，与所述主开关N沟道MOSFET并联连接，并且，源极端子连接于所述电源的正侧Vdc，漏极端子连接于所述OUT端子；以及ON信号输入端子，输入用于使所述功率半导体开关进行ON动作的信号，并且，连接于所述启动用P沟道MOSFET的栅极端子，在向所述ON信号输入端子输入了用于使所述功率半导体开关进行ON动作的信号的情况下，所述启动用P沟道MOSFET进行ON动作，所述启动用P沟道MOSFET进行ON动作，由此，所述OUT端子的电压上升，所述带电压检测功能的开关检测到所述电荷蓄积电路的输出端子电压比所述电路的电源的正侧Vdc的电压高一定电压以上，向所述主开关N沟道MOSFET的栅极端子施加所述电荷蓄积电路的输出电压的一部分或全部，使所述主开关N沟道MOSFET进行ON动作。（本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高边驱动器，所述高边驱动器是对功率半导体开关进行驱动的电路，其中，所述高边驱动器具备：/n主开关N沟道MOSFET，漏极端子连接于所述电路的电源的正侧Vdc，源极端子连接于OUT端子，所述OUT端子是输出对所述功率半导体开关进行驱动的信号的端子；/n电荷蓄积电路，从所述电路的电源的正侧Vdc注入电流来蓄积电荷；以及/n带电压检测功能的开关，检测所述电荷蓄积电路的输出端子与所述电路的电源的正侧Vdc的电压差来进行动作，/n所述带电压检测功能的开关在检测到所述电荷蓄积电路的输出端子电压比所述电路的电源的正侧Vdc的电压高一定电压以上的情况下，向所述主开关N沟道MOSFET的栅极端子施加所述电荷蓄积电路的输出电压的一部分或全部，使所述主开关N沟道MOSFET进行ON动作。/n

【技术特征摘要】
20190927 JP 2019-1777681.一种高边驱动器，所述高边驱动器是对功率半导体开关进行驱动的电路，其中，所述高边驱动器具备：
主开关N沟道MOSFET，漏极端子连接于所述电路的电源的正侧Vdc，源极端子连接于OUT端子，所述OUT端子是输出对所述功率半导体开关进行驱动的信号的端子；
电荷蓄积电路，从所述电路的电源的正侧Vdc注入电流来蓄积电荷；以及
带电压检测功能的开关，检测所述电荷蓄积电路的输出端子与所述电路的电源的正侧Vdc的电压差来进行动作，
所述带电压检测功能的开关在检测到所述电荷蓄积电路的输出端子电压比所述电路的电源的正侧Vdc的电压高一定电压以上的情况下，向所述主开关N沟道MOSFET的栅极端子施加所述电荷蓄积电路的输出电压的一部分或全部，使所述主开关N沟道MOSFET进行ON动作。


2.根据权利要求1所述的高边驱动器，其中，具备：
启动用P沟道MOSFET，与所述主开关N沟道MOSFET并联连接，并且，源极端子连接于所述电源的正侧Vdc，漏极端子连接于所述OUT端子；以及
ON信号输入端子，输入用于使所述功率半导体开关进行ON动作的信号，并且，连接于所述启动用P沟道MOSFET的栅极端子，
在向所述ON信号输入端子输入了用于使所述功率半导体开关进行ON动作的信号的情况下，所述启动用P沟道MOSFET进行ON动作，
所述启动用P沟道MOSFET进行ON动作，由此，所述OUT端子的电压上升，
所述带电压检测功能的开关检测到所述电荷蓄积电路的输出端子电压比所述电路的电源的正侧Vdc的电压高一定电压以上，向所述主开关N沟道MOSFET的栅极端子施加所述电荷蓄积电路的输出电压的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：小川纮生，
申请(专利权)人：株式会社田村制作所，
类型：发明
国别省市：日本;JP