栅极驱动电路制造技术

一种能够对半导体开关元件输出不仅是上升时间、下降时间也较短的驱动信号的具有信号绝缘功能的栅极驱动电路，具备：输入端子，被输入控制信号；输出端子；电容器，连接在输出端子上；调制部（170），生成表示控制信号中的第一逻辑值的定时的第一调制信号和表示控制信号中的至少第二逻辑值的定时的第二调制信号；第一电磁谐振耦合器（107），将第一调制信号非接触地传送；第二电磁谐振耦合器（108），将第二调制信号非接触地传送；第一整流电路（171），通过将第一调制信号解调而生成第一解调信号，向输出端子输出；第二整流电路（172），通过将第二调制信号解调而生成第二解调信号，向输出端子输出。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】栅极驱动电路
本专利技术涉及驱动半导体开关元件的栅极端子的栅极驱动电路，特别涉及具有通过非接触信号传送实现的信号绝缘功能的栅极驱动电路。
技术介绍
半导体开关元件(以下，也简称作“开关元件”)的栅极驱动电路(或驱动半导体开关元件的电路)，是驱动开关元件的栅极端子的电路，例如是通过对称作功率半导体的IGBT(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极型晶体管)等的高耐压的开关元件的栅极端子施加栅极电压来控制功率半导体开关元件的开启关闭(ON/OFF)的电路。一般的栅极驱动电路在输出部中使用P型晶体管和N型晶体管，当使开关元件从关闭成为开启时P型晶体管动作，当使开关元件从开启成为关闭时N型晶体管动作。即，当使开关元件从开启成为关闭时，将开关元件的栅极电流抽出。这样的栅极驱动电路由于功率半导体开关元件的基准电压、即栅极驱动电路的输出侧的基准电位变得非常高，所以在作为向栅极驱动电路的控制信号的输入部的1次侧与驱动开关元件的栅极驱动电路的输出侧(2次侧)之间需要直流成分的绝缘。将这样能够在元件的1次侧和2次侧实现直流成分的绝缘的元件称作信号绝缘元件，这是为了驱动开关元件而不可或缺的元件。此外，这样的具有信号绝缘功能的电子电路元件被用于将逻辑接地与RF接地分离，称作数字隔离器(专利文献1)。特别是，为了驱动功率半导体开关元件，在外部需要绝缘电源，也被称作栅极驱动系统的栅极驱动电路变得非常庞大。因此，如果不仅将栅极信号绝缘，而能够将绝缘后的电力向栅极供给，则外部绝缘电源也不再需要，能够实现栅极绝缘电路的小型化。作为实现这样的信号绝缘功能的信号传送电路，代表性的结构是经由脉冲变压器等的非接触信号传送部来进行分离的结构(例如，参照专利文献2)。但是，该脉冲变压器因为尺寸较大，所以不能在半导体的栅极驱动电路中使用。所以，通过代替脉冲变压器而使用对置的平面螺旋电感器(spiralinductor)作为非接触信号传送部，能够实现某种程度的平面化、小型化(例如，参照专利文献3)。在图14中表示在专利文献3中公开的在非接触信号传送部中使用螺旋电感器的结构的数字隔离器的例子。该数字隔离器由形成有发送电路的发送电路芯片2041、形成有发送螺旋电感器2045的发送芯片2043、形成有接收螺旋电感器2046的接收芯片2044、形成有解调电路的接收电路芯片2042构成。发送电路芯片2041和发送芯片2043、以及接收电路芯片2042和接收芯片2044通过金属线(wire)2047连接。输入信号被发送电路芯片2041调制为非接触信号传送用信号，向发送芯片2043的发送螺旋电感器2045输送。发送螺旋电感器2045及接收螺旋电感器2046起到线圈的作用。由于发送芯片2043上的发送螺旋电感器2045和接收芯片2044上的接收螺旋电感器2046通过电磁感应而耦合，所以输送到发送螺旋电感器2045中的电力(电流)被向电绝缘的接收螺旋电感器2046传送。在接收螺旋电感器2046中产生的电力(电流)被接收电路芯片2042上的接收电路解调，作为输出信号取出。但是，这样的通过平面螺旋电感器进行的非接触信号(电力)传送有因为电磁感应耦合而传送效率较差，因为不能取得配线间的空气隙而不能取得耐压等的较多问题。所以，作为较高的传送效率、且能够得到较高的绝缘耐压的非接触信号传送技术，报告了电磁谐振(electromagneticresonance)耦合(或者，也称作电磁场谐振耦合)的技术(例如，参照非专利文献1)。此外，还提出了在非接触信号传送部中使用图15所示那样的开口环(openring)型的电磁谐振耦合器的电力(信号)传送装置(例如，参照专利文献4)。现有技术文献专利文献专利文献1：美国专利第7692444号说明书专利文献2：日本特开2001－267905号公报专利文献3：日本特开2007－311753号公报专利文献4：日本特开2008－067012号公报非专利文献1：AndreKurs,etal.:“WirelessPowerTransferviaStronglyCoupledMagneticResonances”,ScienceExpress,Vol.317,No.5834,pp.83-86(2207)
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，在想要通过使用电磁谐振耦合器作为非接触电力传送装置来实现具有信号绝缘功能的栅极驱动电路的情况下，有不能使半导体开关元件高速地动作的问题。即，在想要通过具备电磁谐振耦合器的栅极驱动电路来驱动功率半导体开关元件的情况下，电磁谐振耦合器虽然能够为了使功率半导体开关元件从关闭成为开启而对功率半导体开关元件供给栅极电流，但当使功率半导体开关元件从开启成为关闭时，因为不能将蓄积在功率半导体开关元件的栅极中的电荷有效地抽出，所以不能将功率半导体开关元件高速地下降。这是因为，电磁谐振耦合器由于是仅仅被动地传送电力的元件，所以虽然能够对负载供给电力，但是不能主动地将电力抽出。另外，为了应对这样的课题，也可以考虑作为被栅极驱动电路驱动的半导体开关元件的结构而做成将P型晶体管与N型晶体管组合的互补型的结构，但在以由GaN等的氮化物半导体构成的功率半导体开关元件为对象的情况下，由于不能用氮化物半导体制作P型晶体管，所以不能做成互补型的结构。所以，本专利技术是解决上述以往的课题的，目的是提供一种对于半导体开关元件能够输出不仅上升时间、下降时间也较短的驱动信号的具有信号绝缘功能的栅极驱动电路。由于解决课题的手段为了解决上述以往的课题，本专利技术的栅极驱动电路，根据输入的2值的控制信号，生成驱动半导体开关元件的栅极端子的信号，其特征在于，具备：输入端子，被输入上述控制信号，由输入信号端子和输入接地端子的对构成；输出端子，由输出信号端子、和与上述输入接地端子电绝缘的输出接地端子的对构成；电容器，连接在上述输出信号端子与上述输出接地端子之间；调制部，具有至少一个振荡电路，通过用输入到上述输入端子中的控制信号将从上述振荡电路输出的振荡信号调制，生成表示上述控制信号中的第一逻辑值的定时的第一调制信号、和表示上述控制信号中的至少第二逻辑值的定时的第二调制信号；第一电磁谐振耦合器，由通过电磁场谐振而耦合的第一发送侧谐振器及第一接收侧谐振器构成，连接在上述调制部上，以将上述第一调制信号向上述第一发送侧谐振器输入；第二电磁谐振耦合器，由通过电磁场谐振而耦合的第二发送侧谐振器及第二接收侧谐振器构成，连接在上述调制部上，以将上述第二调制信号向上述第二发送侧谐振器输入；第一整流电路，具有连接在上述第一接收侧谐振器上的至少一个二极管，通过将上述第一调制信号解调而生成第一解调信号，向上述输出端子输出；以及第二整流电路，具有连接在上述第二接收侧谐振器上的至少一个二极管，通过将上述第二调制信号解调而生成第二解调信号，向上述输出端子输出。另外，本专利技术不仅能够作为栅极驱动电路实现，还能够作为非接触电力传送装置或电信号绝缘元件实现。还能够作为具备半导体开关元件和栅极驱动电路的开关装置实现。专利技术效果根据本专利技术，能够输出不仅是上升时间、下降时间也较短的驱动信号。此外，能够实现在非接触传送部中使用电磁谐振耦合器的栅极驱动电路。由此，能够实现不需要外部绝缘电源(低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.11.01 JP 2011-2406661.一种栅极驱动电路，根据输入的2值的控制信号，生成驱动半导体开关元件的栅极端子的信号，其特征在于，具备：输入端子，被输入上述控制信号，由输入信号端子和输入接地端子的对构成；输出端子，由输出信号端子、和与上述输入接地端子电绝缘的输出接地端子的对构成；电容器，连接在上述输出信号端子与上述输出接地端子之间；调制部，具有至少一个振荡电路，通过用输入到上述输入端子中的控制信号将从上述振荡电路输出的振荡信号调制，生成表示上述控制信号中的第一逻辑值的定时的第一调制信号、和表示上述控制信号中的至少第二逻辑值的定时的第二调制信号；第一电磁谐振耦合器，由通过电磁场谐振而耦合的第一发送侧谐振器及第一接收侧谐振器构成，连接在上述调制部上，以将上述第一调制信号向上述第一发送侧谐振器输入；第二电磁谐振耦合器，由通过电磁场谐振而耦合的第二发送侧谐振器及第二接收侧谐振器构成，连接在上述调制部上，以将上述第二调制信号向上述第二发送侧谐振器输入；第一整流电路，具有连接在上述第一接收侧谐振器上的至少一个二极管，通过将上述第一调制信号解调而生成第一解调信号，向上述输出端子输出；以及第二整流电路，具有连接在上述第二接收侧谐振器上的至少一个二极管，通过将上述第二调制信号解调而生成第二解调信号，向上述输出端子输出。2.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，上述调制部还具有连接在上述输入信号端子上的第一混合电路及第二混合电路；上述第一混合电路通过用输入到上述输入端子中的控制信号将从上述振荡电路输出的振荡信号调制，生成上述第一调制信号；上述第二混合电路通过用输入到上述输入端子中的控制信号将从上述振荡电路输出的振荡信号调制，生成上述第二调制信号。3.如权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，上述调制部还具有插入连接在上述输入信号端子与上述第二混合电路之间的反转电路。4.如权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，上述调制部具有第一振荡电路及第二振荡电路，作为上述至少一个振荡电路；上述第一混合电路用上述控制信号将从上述第一振荡电路输出的振荡信号调制；上述第二混合电路用上述控制信号将从上述第二振荡电路输出的振荡信号调制。5.如权利要求4所述的栅极驱动电路，其特征在于，从上述第一振荡电路输出的振荡信号的频率与从上述第二振荡电路输出的振荡信号的频率不同。6.如权利要求2所述的栅极驱动电路，其特征在于，上述第一混合电路及上述第二混合电路的至少一方是按照上述控制信号开启或关闭的开关电路。7.如权利要求6所述的栅极驱动电路，其特征在于，构成上述第一混合电路的开关电路是具有连接在上述输入信号端子上的栅极端子、连接在上述振荡电路上的漏极端子、和连接在上述输入接地端子上的源极端子、并且将上述漏极端子的信号作为上述第一调制信号输出的第一晶体管；构成上述第二混合电路的开关电路是具有连接在上述输入信号端子上的栅极端子、连接在上述振荡电路上的漏极端子、和源极端子、并且将上述源极端子中的信号作为上述第二调制信号输出的第二晶体管。8.如权利要求6所述的栅极驱动电路，其特征在于，构成上述第一混合电路的开关电路是具有连接在上述输入信号端子上的栅极端子、连接在上述振荡电路上的漏极端子、和源极端子、并且将上述源极端子中的信号作为上述第一调制信号输出的第一晶体管；构成上述第二混合电路的开关电路是具有连接在上述输入信号端子上的栅极端子、连接在上述振荡电路上的漏极端子、和连接在上述输入接地端子上的源极端子、并且将上述漏极端子中的信号作为上述第二调制信号输出的第二晶体管。9.如权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，上述调制部还具有基于输入到上述输入信号端子中的控制信号、将从上述振荡电路输出的振荡信号分配给两个输出路径中的某个输出路径的路径切换电路；上述路径切换电路将分配给上述两个输出路径中的一个输出路径的上述振荡信号作为上述第一调制信号输出，将分配给上述两个输出路径的另一个输出路...

【专利技术属性】
技术研发人员：永井秀一，上田大助，大塚信之，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：
国别省市：