栅极驱动电路和功率变换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及栅极驱动电路和功率变换装置。该栅极驱动电路包括P型场效应晶体管、N型场效应晶体管及二极管。该二极管形成为使施加到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的电压移动到栅极的阈值电压侧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及栅极驱动电路和采用该栅极驱动电路的功率变换装置。
技术介绍
通常，已知一种包括P型场效应晶体管和N型场效应晶体管的栅极驱动电路。日本专利特开No.2006-340088公开了一种信号驱动电路(栅极驱动电路)，该信号驱动电路包括PMOS晶体管(P型场效应晶体管)和NMOS晶体管(N型场效应晶体管)，NMOS晶体管的漏极连接到PMOS晶体管的漏极。在该信号驱动电路中，PMOS晶体管的栅极和NMOS晶体管的栅极彼此连接，并且被施加以相同的电压。PMOS晶体管的源极连接到电源电位，NMOS晶体管的源极连接到地电位。然而，在上述日本专利特开No. 2006-340088中公开的信号驱动电路中，用于相同的电压被施加于PMOS晶体管的栅极和NMOS晶体管的栅极，因而存在着PMOS晶体管和NMOS晶体管同时处于导通状态的时段。因此，短路电流从电源电位经过PMOS晶体管和NMOS晶体管流到地电位，以至于增加功率消耗并且阻碍切换速度加速。
技术实现思路
为了解决上述问题而提出本专利技术，本专利技术的目的是提供一种能够抑制由于在P型场效应晶体管和N型场效应晶体管同时处于导通状态的时段中产生的短路电流而引起的功率消耗增加并且允许功率元件进行高速切换的栅极驱动电路及采用该栅极驱动电路的功率变换器。为了完成上述目的，根据本专利技术的第一个方面的栅极驱动电路是一种驱动开关元件的栅极的栅极驱动电路，该栅极驱动电路包括P型场效应晶体管#型场效应晶体管，其与所述P型场效应晶体管串联连接；以及二极管，其连接到至少所述P型场效应晶体管的栅极或所述N型场效应晶体管的栅极，并且连接到电源。所述二极管形成为使施加到至少所述P型场效应晶体管的所述栅极或所述N型场效应晶体管的所述栅极的电压移动到至少所述P型场效应晶体管的所述栅极或所述N型场效应晶体管的所述栅极的阈值电压侧。阈值电压表示场效应晶体管(FET)运载漏极电流所需要的栅极电压。P型场效应晶体管的阈值电压是来自正电源电压的栅极电压，并且N型场效应晶体管的阈值电压是从基准电源(OV)侧电源电压测得的栅极电压。在根据第一个方面的栅极驱动电路中，如上所述，二极管使施加到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的电压移动到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的阈值电压侧，藉此减小施加到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的电压与至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的阈值电压之间的差。因而，可以缩短从施加到栅极的电压开始升高(或者开始降低)时的时间起到至少P型场效应晶体管或N型场效应晶体管从导通状态切换为截止状态(或从截止状态切换到导通状态)时的时间为止的时段。因此，可以缩短P型场效应晶体管和N型场效应晶体管两者同时处于导通状态的时段，因而可以抑制由于短路电流而引起的功率消耗，同时允许功率元件执行高速切换。根据本专利技术的第二个方面的功率变换装置包括功率变换部，其包括多个开关元件；以及栅极驱动电路，其驱动所述多个开关元件的栅极。所述栅极驱动电路包括P型场效应晶体管#型场效应晶体管，其与所述P型场效应晶体管相连接；以及二极管，其连接到至少所述P型场效应晶体管的栅极或所述N型场效应晶体管的栅极，并且连接到电源。所述二极管形成为使施加到至少所述P型场效应晶体管的所述栅极或所述N型场效应晶体管的所述栅极的电压移动到至少所述P型场效应晶体管的所述栅极或所述N型场效应晶体管的所述栅极的阈值电压侧。在根据第二个方面的栅极驱动电路中，如上 所述，二极管使施加到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的电压移动到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的阈值电压侧，藉此减小施加到至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的电压与至少P型场效应晶体管的栅极或N型场效应晶体管的栅极的阈值电压之间的差。因而，可以缩短从施加到栅极的电压开始升高(或者开始降低)时的时间起到至少P型场效应晶体管或N型场效应晶体管从导通状态切换到截止状态(或者从截止状态切换到导通状态)时的时间为止的时段。因此，可以缩短P型场效应晶体管和N型场效应晶体管两者同时处于导通状态的时段，因而可以提供能够抑制由于短路电流而引起的功率消耗增加的功率变换装置。当结合附图时，根据本专利技术的以下详细描述的本专利技术的上述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显。附图说明图I是根据本专利技术的第一实施方式功率变换装置(电动机控制装置)的框图；图2是根据本专利技术的第一实施方式功率变换装置(电动机控制装置)的栅极驱动电路的电路图；图3是例示根据本专利技术的第一实施方式功率变换装置(电动机控制装置)的栅极驱动电路的操作的电压波形图；图4是根据比较例的栅极驱动电路的电路图；图5是根据本专利技术的第二实施方式功率变换装置(电动机控制装置)的栅极驱动电路的电路图；图6是例示根据本专利技术的第二实施方式功率变换装置(电动机控制装置)的栅极驱动电路的操作的电压波形图；图7是示出通过仿真而获得的比较例、第一实施方式和第二实施方式的同时导通时段、功率消耗和电路常数的图；图8是根据本专利技术的第二实施方式的第一变型例的栅极驱动电路的电路图；图9是根据本专利技术的第二实施方式的第二变型例的栅极驱动电路的电路图，其中R4 >> R6 ;以及图10是用二极管替代本专利技术中的齐纳二极管的示例。具体实施例方式下面参照附图描述本专利技术的实施方式。第一实施方式首先，参照图I来描述作为根据本专利技术的第一实施方式的功率变换装置的示例的电动机控制装置100的结构。该功率变换器包括根据本专利技术的栅极驱动电路，诸如高频电源装置或者电动机驱动装置等。如图I所示，根据第一实施方式的电动机控制装置100包括变换器部I、逆变器部2、栅极驱动电路部3、控制电源4、控制部5和输入/输出端口(1/0)6。变换器部I是将交流电压变换为直流电压的功率整流器的示例，并且逆变器部2是本专利技术中的“功率变换部”的示例。·三相交流电源从R端子、S端子和T端子输入到变换器部I。变换器部I包括三相全波整流二极管电桥和平流电容器，平流电容器使三相全波整流二极管电桥的直流输出侧的电压平滑。三相交流电源连接到变换器部I的输入侧，并且变换器部I的输出侧连接到逆变器部2的输入侧。逆变器部2的输出通过U端子、V端子和W端子连接到作为负载的电动机(M) 200。控制电源部4与R端子和S端子相连接，并且单相交流电源输入到控制电源4。控制电源4连接到控制部5和栅极驱动电路部3，并且向它们供电。控制部5与输入/输出端口(I/O) 6相连接，并且命令从外部通过输入/输出端口(1/0)6输入到控制部5。控制部5向栅极驱动电路部3输出PWM栅极驱动信号。变换器部I设置有由平流电容器8和六个二极管7构成的全波整流器电路。变换器部I具有将交流电转换为直流电的功能。逆变器部2设置有六个开关元件9。每个开关元件9都由IGBT (绝缘栅双极晶体管)和续流二极管(free wheel diode)构成。栅极驱动电路部3设置有栅极驱动电路11 (参见图2)，栅极驱动电路11连接到六个开关元件9的相应栅极。图2是各个栅极驱动电路的电路图。各个栅极驱动电路11都由PchFET 12,NchFET 13、电阻器R2、R3、R4和R5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动开关元件的栅极的栅极驱动电路，该栅极驱动电路包括：P型场效应晶体管；N型场效应晶体管，其与所述P型场效应晶体管串联连接；以及二极管，其连接到至少所述P型场效应晶体管的栅极或所述N型场效应晶体管的栅极，并且连接到电源，其中所述二极管形成为使施加到至少所述P型场效应晶体管的所述栅极或所述N型场效应晶体管的所述栅极的电压移动到至少所述P型场效应晶体管的所述栅极或所述N型场效应晶体管的所述栅极的阈值电压侧。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金田平次，
申请(专利权)人：株式会社安川电机，
类型：发明
国别省市：