驱动电路及逆变器电路制造技术

本发明专利技术利用常导通型的开关元件来构成半桥电路，并防止用作驱动电路或者逆变器电路时的桥臂短路，从而提供一种安全的电路。该电路是在输入输出端子对的一端与高压侧的第一电源电压(V1)相连的第一开关元件(14)与第二开关元件(15)进行串联连接的半桥电路中、在第二开关元件(15)与低压侧的第二电源电压(V2)之间插入了常截止型的第三开关元件(16)后的驱动电路，当由控制电路用电源(13a、13b)所提供的工作电压(VH)或(VL)不足以使控制电路（11）进行动作时，第三开关元件(16)截止。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及驱动电路，尤其涉及一种在利用阈值电压为负电压的常导通特性的开关元件来构成半桥电路时、对该半桥电路的桥臂短路进行保护的方法。
技术介绍
使用以GaN-FET(Gallium Nitride-Field Effect Transistor:氮化嫁场效应晶体管)、SiC-JFET(Silicon Carbide-Junction Field Effect Transistor:碳化娃结型场效应晶体管)为代表的、带隙超过2eV的宽带隙半导体的器件与使用硅的MOSFET相比，具有高速开关、低导通电阻等优异特性，而大多数的阈值电压为-3V左右，因而具有即使栅极电压为0V、也会有电流流过漏极的常导通(normally on)特性。另外，对于GaN、SiC，也开发了具有常截止(normally off)特性的器件，但由于其阈值电压低至2V左右，因此无法直接用其替换硅的M0SFET。图5示出了现有结构的驱动电路(逆变器电路)30的电路结构图。图5是使用现有的常截止型硅MOSFET来作为开关元件14、15时的例子。由控制电路8基于来自输入控制端子3的输入信号来控制高压侧的M0SFET14的导通和截止，由控制电路9基于来自输入控制端子4的输入信号来控制低压侧的M0SFET15的导通和截止，其结果，将由电源12提供的电压Vl和V2(此处为接地电位)之间的电压输出到输出端子23。控制电路8及9的工作电压由内部电源13所提供的电压VH、及电压VL (这里为接地电位)提供。然而，若对于常导通型元件采用上述结构并用常导通型元件来替换图5中的常截止型M0SFET14、15，则常导通型器件会在驱动电路启动时、或控制电路31的内部电源13被切断时等栅极端子上没有输入控制信号的情况下变为导通状态。其结果，会存在开关元件14,15同时变为导通状态、从而引起大的短路电流流过、即所谓的桥臂短路的危险。 针对这种问题，专利文献I中揭示了以下方案:即，栅极驱动电路(驱动电路)具备与主电源的接地侧相连接并与主电源进行联动而建立的第二电源，并利用控制信号来对由该第二电源提供的负电压和由控制电源提供的栅极导通用电压进行切换，从而输出到开关元件的栅极。另外，专利文献I中，当控制电源在建立了主电源的状态下关闭时，向低压侧的开关元件的栅极施加来自第二电源的截止电压，由此来防止桥臂短路。现有技术文献专利文献专利文献1:日本专利特开2004-242475号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题如上所述，对于常导通型器件，在与高压电源相连接的逆变器电路那样的结构中，可能会因启动时、控制电路的电源被切断等无法避免的状况而引起桥臂短路，因此存在着难以用作功率器件的问题。作为上述问题的解决对策，专利文献I中具备与主电源联动而建立的第二电源，使得在控制电源关闭的情况下也能将低压侧的开关元件维持在截止状态，但如果产生该第二电源本身的故障、失灵，则无法维持截止状态，从而无法处理桥臂短路的情况。有鉴于上述情况，本专利技术的目的在于提供一种安全的驱动电路，能够消除在驱动电路中采用常导通型开关元件所引起的桥臂短路的危险性，尤其是不会破坏采用由宽带隙半导体构成的器件所带来的高速开关、低导通电阻等特征。为解决问题所采用的技术方案为实现上述目的，在本专利技术所涉及的驱动电路中，第一特征在于，输入输出端子对的一端与第一电源电压相连的第一开关元件的所述输入输出端子对的另一端与第二开关元件串联连接，并输出所述第一开关元件与所述第二开关元件之间的中间节点的电压，所述第一开关元件及所述第二开关元件分别由宽带隙半导体构成且具有常导通特性，包括:第三开关元件，该第三开关元件具有常截止特性且该第三开关元件的输入输出端子对的一端与所述第二开关元件的输入输出端子对中未与所述第一开关元件相连的一端侧相连，另一端与比所述第一电源电压更低的第二电源电压相连；第一控制电路，该第一控制电路基于输入信号向所述第一开关元件的控制端子输出用于对所述第一开关元件的导通和截止进行控制的第一控制信号；第二控制电路，该第二控制电路基于输入信号向所述第二开关元件的控制端子输出用于对所述第二开关元件的导通和截止进行控制的第二控制信号；第三控制电路，该第三控制电路向所述第三开关元件的控制端子输出用于对所述第三开关元件的导通和截止进行控制的第三控制信号；以及控制电路用电源，该控制电路用电源向所述第一控制电路及所述第二控制电路提供工作所必需的工作电压，所述第三控制电路将所述工作电压与规定值进行比较，基于其比较结果，当所述工作电压不足以使控制电路工作时，对所述第三开关元件进行截止控制。根据上述第一特征的驱动电路，在第二开关元件与第二电源电压之间插入常截止型的第三开关元件，当由控制电路所提供的工作电压不够时，第三开关元件截止。由此，当驱动电路启动时、或控制电路的内部电源13被切断时，第三开关元件会变为截止状态，由此来防止桥臂短路。此外，通过使用由宽带隙半导体所构成的元件来作为第一开关元件、或第二开关元件，能够实现低导通电阻、且具有高速开关特性的开关元件，并能实现驱动电路的高速化、低耗电量化。在上述第一特征的本专利技术所涉及的驱动电路中，其第二特征进一步在于，包括:第一电阻，该第一电阻的一端与所述第二开关元件的控制端子相连，另一端与所述第二电源电压相连；以及第二电阻，该第二电阻的一端与所述第三开关元件的控制端子相连，另一端与所述第二电源电压相连。根据上述第二特征的驱动电路，具备第一及第二电阻，由此，当未向第二及第三开关元件的控制端子输入控制信号时，经由第一及第二电阻向控制端子提供第二电源电压。此时，由于第三开关元件截止，故第二开关元件与第三开关元件的连接节点的电位会上升，但由于维持着向第二开关元件的控制端子施加第二电源电压，因此，施加在第二开关元件的控制端子上的电压相对于该连接节点的电位为负电压。因此，在该连接节点的电位相对于第二电源电压上升到第二开关元件的阈值电压的绝对值以上后，第二开关元件会自动截止。由此，可以使用低耐压的元件来作为第三开关元件，并能使用导通电阻、尺寸较小的元件，因而能使添加第三开关元件所带来的影响最小化。在上述第一或第二特征的本专利技术所涉及的驱动电路中，其第三特征进一步在于，所述控制电路用电源将高于所述第二电源电压的第三电源电压作为所述工作电压，提供给所述第一控制电路、及所述第二控制电路，当由所述控制电路用电源提供的所述第三电源电压低于规定值时，所述第三控制电路对所述第三开关元件进行截止控制。根据上述第三特征的驱动电路，当由控制电路用电源提供的第三电源电压(正电压)低于规定值、不足以作为控制电路的工作电压时，使第三开关元件截止，由此能防止因该正电压不良而引起的桥臂短路。在上述第一至第三中任一特征的本专利技术所涉及的驱动电路中，其第四特征进一步在于，所述控制电路用电源将低于所述第二电源电压的第四电源电压作为所述工作电压，提供给所述第一控制电路、及所述第二控制电路，当由所述控制电路用电源提供的所述第四电源电压高于规定值时，所述第三控制电路对所述第三开关元件进行截止控制。根据上述第四特征的驱动电路，当由控制电路用电源提供的第四电源电压(负电压)高于规定值、不足以作为控制电路的工作电压时，使第三开关元件截止，由此能防止因该正电压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：木原诚一郎，
申请(专利权)人：夏普株式会社，
类型：
国别省市：