本發(fā)明涉及用于功率轉(zhuǎn)換裝置的電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路。

背景技術(shù)：

圖4是表示使用電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件的逆變器的主電路結(jié)構(gòu)的圖。

圖4所示的逆變器的主電路包括：直流電源1、由電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件2a～2f(以下稱作開關(guān)元件2a～2f)構(gòu)成的三相逆變器部2、柵極驅(qū)動(dòng)電路3a、3b、控制電路4?？刂齐娐?對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)電路3a、3b分別提供控制信號(hào)sa、sb。m為負(fù)載電動(dòng)機(jī)。

此外，直流電源1也可以用由對(duì)交流電源電壓進(jìn)行整流的整流電路以及電解電容器構(gòu)成的電路來(lái)代替。另外，圖4僅分別示出了一個(gè)相的半導(dǎo)體開關(guān)元件2a、2b的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a、3b及控制信號(hào)sa、sb，而對(duì)于其他半導(dǎo)體開關(guān)元件2c～2f也同樣設(shè)有分別提供控制信號(hào)sc～sf的柵極驅(qū)動(dòng)電路3c～3f。

電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件2a～2f除了圖示的mosfet之外也可以使用igbt，在使用igbt的情況下，回流二極管與igbt主體反并聯(lián)連接。

柵極驅(qū)動(dòng)電路3a、3b的結(jié)構(gòu)也相同，因此此處，對(duì)驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件2a的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說(shuō)明。

圖5是表示作為第一現(xiàn)有技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a1的結(jié)構(gòu)的圖。圖5中，柵極驅(qū)動(dòng)電路3a1包括：由輸入有控制信號(hào)sa的光電耦合器等裝置構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)部31；用于驅(qū)動(dòng)電路的直流電源32(將其電壓值設(shè)為vb)；一端與驅(qū)動(dòng)部31相連的基極電阻33；在各個(gè)基極與基極電阻33的另一端相連且各個(gè)發(fā)射極與開關(guān)元件2a的柵極相連的狀態(tài)下串聯(lián)連接并輸出輸入信號(hào)的非反轉(zhuǎn)信號(hào)的構(gòu)成圖騰柱輸出型晶體管的晶體管34、35；以及分別與晶體管34、35串聯(lián)的用于限制電流的電阻36、37。

此處，用于使主電路的開關(guān)元件2a導(dǎo)通的晶體管34為npn型，用于使開關(guān)元件2a截止的晶體管35為pnp型，通過(guò)將從驅(qū)動(dòng)部31經(jīng)由基極電阻33輸入的信號(hào)s1分別施加到所述晶體管34、35的基極，從而所述晶體管34、35相配合地進(jìn)行導(dǎo)通、截止動(dòng)作。

該電路的電源也可以設(shè)置為分別與晶體管34、35相對(duì)應(yīng)的正負(fù)電源，以代替直流電源32。

對(duì)圖5所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a1的動(dòng)作進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在信號(hào)s1為“高”電平時(shí)，晶體管34導(dǎo)通，電流從直流電源32流入開關(guān)元件2a的柵極。由此，在開關(guān)元件2a的柵源極間電壓vgs超過(guò)開關(guān)元件2a的柵極閾值電壓(以下也簡(jiǎn)稱為閾值電壓)vth的情況下，開關(guān)元件2a導(dǎo)通。另一方面，在信號(hào)s1為“低”電平時(shí)，晶體管35導(dǎo)通，從而電流朝存積于開關(guān)元件2a的柵極的電荷放電的方向流過(guò)。因此，開關(guān)元件2a截止。

此外，通過(guò)調(diào)整基極電阻33及用于限制電流的電阻36、37的電阻值，從而對(duì)開關(guān)元件2a切換時(shí)的柵源極間電壓的波形進(jìn)行控制以使得波形的上升沿、下降沿不會(huì)過(guò)于劇烈，由此抑制浪涌電壓。

圖5所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路記載于例如專利文獻(xiàn)1。

接著，圖6是表示作為第二現(xiàn)有技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a2的結(jié)構(gòu)的圖。該柵極驅(qū)動(dòng)電路3a2由后述的如圖5所示電路中添加了由晶體管38等構(gòu)成的有源鏡像鉗位電路(activemirrorclampcircuit)而成。

圖5所示的電路中，截止用的晶體管35導(dǎo)通，開關(guān)元件2a截止，圖4所示的對(duì)相臂的開關(guān)元件2b也處于截止?fàn)顟B(tài)，與開關(guān)元件2a反并聯(lián)狀態(tài)的寄生二極管中有與流過(guò)開關(guān)元件2a的電流相反反向的回流電流流過(guò)時(shí)，開關(guān)元件2b的狀態(tài)從截止?fàn)顟B(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，該情況下，正處于截止?fàn)顟B(tài)的開關(guān)元件2a中被施加有急劇的電源電壓。由此，電源電壓作為反向電壓也被急劇地施加至開關(guān)元件2a的寄生二極管。因此，在開關(guān)元件2a的寄生二極管反向恢復(fù)時(shí)，開關(guān)元件2a的柵漏極間的電壓v與時(shí)間t的電壓變化率dv/dt較大的情況下，如虛線所示，較大值的電流i(i＝c·dv/dt)經(jīng)由開關(guān)元件2a的柵漏極間的寄生電容(電容c)，流入開關(guān)元件2a的柵極。由此，開關(guān)元件2a的柵源極間電壓vgs上升。開關(guān)元件2a的柵漏極間電壓vgs在超過(guò)其閾值電壓vth的情況下，開關(guān)元件2a導(dǎo)通，使得上下臂短路，最壞的情況下，開關(guān)元件2a、2b可能損壞。

為了防止開關(guān)元件2a、2b被損壞，如圖6所示，將晶體管38連接至開關(guān)元件2a的柵源極間，在開關(guān)元件2a截止時(shí)，強(qiáng)制使晶體管38導(dǎo)通。由此，將開關(guān)元件2a的柵源極間設(shè)為低阻抗，以防止其導(dǎo)通。該情況下，開關(guān)元件2a的柵極通過(guò)信號(hào)線39與驅(qū)動(dòng)部31a相連，晶體管38的基極也與驅(qū)動(dòng)部31a相連，以形成有源鏡像鉗位電路。該有源鏡像鉗位電路是自動(dòng)地檢測(cè)、判斷因開關(guān)元件2a的柵漏極間的寄生電容(鏡像電容)的影響而導(dǎo)致的開關(guān)元件2a的柵源極間電壓vgs的上升，并將該上升鉗位住的電路。

作為使晶體管38導(dǎo)通的控制動(dòng)作，驅(qū)動(dòng)部31a通過(guò)信號(hào)線39檢測(cè)出開關(guān)元件2a的柵源極間電壓vgs，在該電壓vgs達(dá)到閾值電壓vth之前強(qiáng)制輸出導(dǎo)通信號(hào)s2，并提供至晶體管38的基極。

具備圖6所示的有源鏡像鉗位電路的柵極驅(qū)動(dòng)電路記載于例如專利文獻(xiàn)2。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利特開2004-129378號(hào)公報(bào)(參照[0005]、圖8等)

專利文獻(xiàn)2：日本專利特開2006-296119號(hào)公報(bào)(參照[0008]、圖2等)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題

此外，一般為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的大容量化，有時(shí)將逆變器等裝置的各臂部的多個(gè)開關(guān)元件相并聯(lián)來(lái)使用。

圖7是表示利用電路結(jié)構(gòu)與圖5所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a1相同的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a1來(lái)驅(qū)動(dòng)互相并聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)元件2a、2a’時(shí)的電路結(jié)構(gòu)的圖。該圖7中，參照符號(hào)i1、i2分別表示開關(guān)元件2a、2a’的漏極電流。

若圖7所示的開關(guān)元件2a、2a’的閾值電壓vth存在特性上的偏差，則該開關(guān)元件2a、2a’的切換時(shí)刻存在差異。圖8是表示圖7所示的開關(guān)元件的一個(gè)柵源極間電壓的波形圖。也就是說(shuō)，如圖8所示，相對(duì)于上升的柵源極間電壓vgs而具有較低的閾值電壓vth1的元件在時(shí)刻t1導(dǎo)通，另一方面，具有較高的閾值電壓vth2的元件在時(shí)刻t2導(dǎo)通，在t1、t2間產(chǎn)生時(shí)間差δt。由此，較早導(dǎo)通的元件在時(shí)間差δt的期間有較大電流流過(guò)，集中產(chǎn)生開關(guān)損耗。

圖9、圖10均是表示開關(guān)元件2a、2a’的漏極電流i1、i2的波形的波形圖。圖9示出了開關(guān)元件2a的閾值電壓vth1、開關(guān)元件2a’的閾值電壓vth2之差(換言之為導(dǎo)通時(shí)刻t1、t2之差)較小的情況。圖10示出了閾值電壓vth1與閾值電壓vth2之差較大的情況。如圖9、圖10所示，時(shí)間差δt越大，漏極電流i1、i2的不平衡越明顯。

另外，圖11是表示如下的二極管(開關(guān)元件為mosfet的情況下為寄生二極管)分別逆恢復(fù)時(shí)的電流i1d、i2d的波形的波形圖，所述二極管分別連接至設(shè)有互相并聯(lián)且柵極閾值電壓vth1、vth2之差較大的兩個(gè)開關(guān)元件2a、2a’的臂的相對(duì)側(cè)的臂上互相并聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)元件。

若開關(guān)元件2a、2a’各自的閾值電壓vth1、vth2之差較大，則即使假設(shè)相對(duì)側(cè)的臂上二極管之間的特性相同，將各開關(guān)元件到各二極管為止的路徑的布線結(jié)構(gòu)要素上的差異也考慮在內(nèi)，在開關(guān)元件2a、2a’之間，至少會(huì)產(chǎn)生柵極電流的不平衡。其結(jié)果是，如圖11所示，開關(guān)元件2a、2a’從截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)移為導(dǎo)通狀態(tài)的過(guò)度狀態(tài)下，相對(duì)側(cè)的臂的二極管在其從回流狀態(tài)轉(zhuǎn)移至逆恢復(fù)狀態(tài)時(shí)電流i1d、i2d產(chǎn)生不平衡。

因此，對(duì)于柵極驅(qū)動(dòng)電路考慮到開關(guān)元件的柵極閾值電壓的偏差需要進(jìn)行損耗設(shè)計(jì)、溫度設(shè)計(jì)，必然地，在所使用的開關(guān)元件沒(méi)有上述偏差的情況下，即、與各開關(guān)元件的特性相一致的情況相比，柵極驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)工作不得不變得冗長(zhǎng)。若對(duì)各開關(guān)元件的特性分別進(jìn)行管理則設(shè)計(jì)的冗長(zhǎng)化得到緩和，但分別管理特性所需的費(fèi)用增加，因此相應(yīng)的成本上升無(wú)法避免。

然而，通過(guò)在圖7所示的電路中的柵極驅(qū)動(dòng)電路也具備上述有源鏡像鉗位電路，從而能防止開關(guān)元件2a、2a’不必要的導(dǎo)通，但柵極驅(qū)動(dòng)電路的規(guī)模會(huì)變大，且需要有源鏡像鉗位電路的控制電路或具備其控制功能的專用ic，隨之導(dǎo)致成本上升。

此外，即使設(shè)置了有源鏡像鉗位電路，因閾值電壓vth1、vth2之差而導(dǎo)致的電流不平衡的問(wèn)題也得不到解決。

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種柵極驅(qū)動(dòng)電路，在上下的各臂上驅(qū)動(dòng)互相并聯(lián)連接的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的情況下，能夠抑制因其柵極閾值電壓之差而引起的半導(dǎo)體開關(guān)間的電流不平衡，并且能夠防止相對(duì)臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)上下臂發(fā)生短路，而不會(huì)增大電路規(guī)模。

解決技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的第一方面涉及半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路，所述半導(dǎo)體開關(guān)元件用于對(duì)由互相并聯(lián)連接的多個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的開關(guān)元件組進(jìn)行驅(qū)動(dòng)而設(shè)置，與所述開關(guān)元件組的柵極共通地連接，

所述柵極驅(qū)動(dòng)電路包括：使所述開關(guān)元件組導(dǎo)通的第1開關(guān)；與所述第1開關(guān)串聯(lián)連接并使所述開關(guān)元件組截止的第2開關(guān)；對(duì)流過(guò)所述第1開關(guān)的電流進(jìn)行限制的第1電流限制用電阻；對(duì)流過(guò)所述第2開關(guān)的電流進(jìn)行限制的第2電流限制用電阻；以及至少作為所述第1開關(guān)及所述第2開關(guān)的驅(qū)動(dòng)電源的第1直流電源，

所述柵極驅(qū)動(dòng)電路還包括：

根據(jù)對(duì)于所述第1開關(guān)的導(dǎo)通指令信號(hào)來(lái)導(dǎo)通，從而使所述開關(guān)元件組導(dǎo)通的第3開關(guān)；

根據(jù)對(duì)于所述第2開關(guān)的截止指令信號(hào)來(lái)截止，從而使所述開關(guān)元件組截止的第4開關(guān)；

第2直流電源，該第2直流電源作為驅(qū)動(dòng)所述第3開關(guān)及所述第4開關(guān)的電源，與包含所述第3開關(guān)與所述第4開關(guān)在內(nèi)的串聯(lián)電路的兩端相連，且電壓值比所述第1直流電源的電壓值要低，

由此，使得經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的所述第3開關(guān)從所述第2直流電源流過(guò)所述開關(guān)元件組的柵極的電流的路徑的阻抗低于經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的所述第1開關(guān)從所述第1直流電源流過(guò)所述開關(guān)元件組的柵極的電流的路徑的阻抗。

本發(fā)明的第2方面為在本發(fā)明第1方面的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路中，使得所述第2直流電源的電壓值大致等于所述開關(guān)元件組的柵極閾值電壓中的最大值。

本發(fā)明的第3方面為在本發(fā)明第1或第2方面的半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路中，還具備截止延遲電路，該截止延遲電路用于使得使所述第4開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)刻比使所述第2開關(guān)導(dǎo)通的時(shí)刻要遲。

本發(fā)明的第4方面為在本發(fā)明第1至第3方面中的任一項(xiàng)半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動(dòng)電路中，利用與所述第1直流電源的兩端相連的電阻與齊納二極管的串聯(lián)電路、以及與所述齊納二極管并聯(lián)連接的電容器構(gòu)成所述第2直流電源，將所述電容器兩端的電壓用作為所述第2直流電源的電壓。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明的柵極驅(qū)動(dòng)電路，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)如下兩個(gè)功能：即，在驅(qū)動(dòng)互相并聯(lián)連接的多個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件的情況下，能夠抑制因主電路的開關(guān)元件的柵極閾值電壓之差而引起的半導(dǎo)體開關(guān)的電流不平衡的功能；以及能夠防止相對(duì)臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)伴隨各二極管發(fā)生逆恢復(fù)現(xiàn)象時(shí)產(chǎn)生的上下臂短路的功能。

由此，能夠消除設(shè)計(jì)冗長(zhǎng)化的問(wèn)題或分別管理各開關(guān)元件特性所需的費(fèi)用的問(wèn)題。另外，還能避免電路規(guī)模變大，從而降低成本。

附圖說(shuō)明

圖1是將本發(fā)明的實(shí)施方式所涉及的柵極驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)對(duì)象的半導(dǎo)體開關(guān)元件一起示出的圖。

圖2是表示低電壓的直流電源的其他結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是表示由圖1所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)的開關(guān)元件的柵源極間電壓的波形的波形圖。

圖4是表示使用電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件的逆變器的主電路結(jié)構(gòu)的圖。

圖5是表示作為第一現(xiàn)有技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的圖。

圖6是表示作為第二現(xiàn)有技術(shù)的柵極驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)的圖。

圖7是表示利用電路結(jié)構(gòu)與圖5所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路相同的柵極驅(qū)動(dòng)電路來(lái)驅(qū)動(dòng)互相并聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)元件時(shí)的電路結(jié)構(gòu)的圖?！?/p>

圖8是表示圖7所示的開關(guān)元件的一個(gè)柵源極間電壓的波形圖。

圖9是表示并聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)元件的柵極閾值電壓之差較小時(shí)這兩個(gè)開關(guān)元件的柵極電流的波形的波形圖。

圖10是表示并聯(lián)連接的兩個(gè)開關(guān)元件的柵極閾值電壓之差較大時(shí)這兩個(gè)開關(guān)元件的柵極電流的波形的波形圖。

圖11是表示如下的二極管分別逆恢復(fù)時(shí)的電流的波形的波形圖，所述二極管分別連接至設(shè)有互相并聯(lián)的柵極閾值電壓之差較大的兩個(gè)開關(guān)元件的臂的相對(duì)側(cè)的臂上互相并聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)元件。

具體實(shí)施方式

以下，根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。

圖1是將本實(shí)施方式所涉及的柵極驅(qū)動(dòng)電路30的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)對(duì)象的半導(dǎo)體開關(guān)元件2a、2a’一起示出的圖。該實(shí)施方式中設(shè)定如下情況，與上述圖7所示的電路中的相同，逆變器等電路的一個(gè)臂上互相并聯(lián)連接有兩個(gè)開關(guān)元件2a、2a’，該開關(guān)元件2a、2a’由柵極驅(qū)動(dòng)電路30來(lái)驅(qū)動(dòng)。

圖1中，對(duì)與圖7相同或相當(dāng)?shù)牟糠謽?biāo)注同一參照標(biāo)號(hào)。因此以下以與圖7不同的部分為中心來(lái)說(shuō)明柵極驅(qū)動(dòng)電路30。

圖1的柵極驅(qū)動(dòng)電路30中，對(duì)于圖7的柵極驅(qū)動(dòng)電路3a1新添加有截止延遲電路41、二極管42、44、形成圖騰柱輸出型晶體管的npn型晶體管43(以下稱為晶體管43)以及pnp型晶體管45(以下稱為晶體管45)以及直流電源46。也就是說(shuō)，晶體管34、35共通連接的基極與晶體管43、45共通連接的基極之間，連接有截止延遲電路41與二極管42的并聯(lián)電路，晶體管43、45的發(fā)射極之間連接有二極管44。并且，在晶體管43、45的發(fā)射極之間連接有直流電源46。晶體管45的發(fā)射極與晶體管34、35的發(fā)射極一起與開關(guān)元件2a、2a’的柵極相連。

二極管44用于在晶體管34、43同時(shí)導(dǎo)通的情況下，防止在晶體管43施加反向電壓。

此處，優(yōu)選為，直流電源46的電壓vb2的值為比直流電壓32的電壓vb1的值要低的值(vb2＜vb1)，設(shè)為主電路的開關(guān)元件2a、2a’各自的柵極閾值電壓vth1、vth2的最大值中較大一方的值左右。電壓vb2如圖1所示，可以從與輸入側(cè)的直流電源32分開獨(dú)立構(gòu)成的直流電源46得到。電壓vb2也可以如示出低電壓的直流電源的其他結(jié)構(gòu)的圖2所示那樣，從與直流電源32相連的電路得到。該電路中，電阻46a及齊納二極管46b與直流電源32串聯(lián)連接，電容器46c與齊納二極管46b并聯(lián)連接。電壓vb2作為電容器46c兩端的電壓來(lái)提供。

此外，直流電源32、46分別作為第1、第2直流電源來(lái)設(shè)置，晶體管34、35、43、45分別作為第1、第2、第3、第4開關(guān)來(lái)設(shè)置。另外，用于限制電流的電阻36、37分別作為第1、第2電流限制用的電阻來(lái)設(shè)置。第1直流電源即直流電源32不僅為圖1所示的正側(cè)電源，也可以設(shè)作為分別與晶體管34、35相對(duì)應(yīng)的正側(cè)電源及負(fù)側(cè)電源。

在上述結(jié)構(gòu)中，主電路的開關(guān)元件2a、2a’也可以由igbt構(gòu)成，其并聯(lián)連接數(shù)可以為三個(gè)以上。另外，第1～第4開關(guān)即晶體管34、35、44、45并不限于雙極晶體管，也可以使用fet。

另外，第1、第2電流限制用電阻即電流限制用電阻36、37可以分別連接至晶體管34、35的發(fā)射極一側(cè)。

接下來(lái)，對(duì)本實(shí)施方式的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。

開關(guān)元件2a、2a’導(dǎo)通時(shí)，基于指示導(dǎo)通的控制信號(hào)sa從驅(qū)動(dòng)部31輸出并指令導(dǎo)通的信號(hào)s1經(jīng)由基極電阻33被施加至導(dǎo)通用的晶體管34的基極。信號(hào)s1同時(shí)經(jīng)由基極電阻33、二極管42被施加至導(dǎo)通用的晶體管43的基極。由此，晶體管34、43均導(dǎo)通。

此時(shí)，在晶體管43一側(cè)，其輸出電流路徑不存在像晶體管34一側(cè)的電阻36那樣的電流限制用的電阻，輸出電流路徑為低阻抗。因此，電流從電壓vb2的直流電源46經(jīng)由晶體管43及二極管44迅速流至開關(guān)元件2a、2a’的柵極一側(cè)。

之后，從各開關(guān)元件2a、2a’的柵源極間電壓vgs到達(dá)電壓vb2的時(shí)刻起，來(lái)自具有比電壓vb2要高的電壓vb1的直流電源32的電流經(jīng)由用于限制電流的電阻36、晶體管34而流至各開關(guān)元件2a、2a’的柵極一側(cè)，柵極電位vgs最終確立。

因此，即使開關(guān)元件2a、2a’各自的柵極閾值電壓vth1、vth2存在差異，柵源極間電壓vgs如圖3所示以較大的電壓變化率dv/dt急速上升直到到達(dá)vb2，其中，所述圖3是表示由圖1所示的柵極驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)的開關(guān)元件的柵源極間電壓的波形的波形圖。因此，柵源極間電壓vgs上升之后到達(dá)各閾值電壓vth1、vth2為止的時(shí)刻t1、t2之前所經(jīng)過(guò)的時(shí)間極短，時(shí)刻t1與t2間的時(shí)間差δt非常短。

此外，為了防止在上述時(shí)間差δt之間，在晶體管43有過(guò)大電流流過(guò)，可以在晶體管43的發(fā)射極一側(cè)或集電極一側(cè)并聯(lián)連接電阻值與用于限制電流的電阻36、37的電阻值相比小得多的電流限制用電阻。

根據(jù)該實(shí)施方式，開關(guān)元件2a、2a’導(dǎo)通時(shí)的電流不平衡或因該電流不平衡而導(dǎo)致的損耗不平衡得到消除，開關(guān)元件2a、2a’導(dǎo)通時(shí)的漏電流的波形成為圖9所示那樣的波形，其中，圖9表示開關(guān)元件2a、2a’閾值電壓vth之差較小時(shí)的波形。由此，開關(guān)元件2a、2a’的電流波形大致相等，因此與設(shè)有開關(guān)元件2a、2a’的臂相對(duì)的臂的二極管中流過(guò)的電流的波形也大致相同。因此，即使在二極管一側(cè)產(chǎn)生如圖11所示那樣的電流不平衡或因該電流不平衡而導(dǎo)致的損耗不平衡得以消除。

開關(guān)元件2a、2a’導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)從驅(qū)動(dòng)部31輸出以指令截止的信號(hào)s1來(lái)使晶體管35、45導(dǎo)通。此時(shí)，晶體管45一側(cè)的基極連接有截止延遲電路41，因此輸入側(cè)的晶體管35比晶體管45更早導(dǎo)通。

由此，開關(guān)元件2a、2a’的柵極的充電電荷經(jīng)由晶體管35及電阻37而被逐漸放電，之后晶體管45導(dǎo)通。

此處，截止延遲電路41能夠?qū)崿F(xiàn)如下兩個(gè)功能：利用用于限制電流的電阻37來(lái)確保開關(guān)元件2a、2a’截止動(dòng)作時(shí)的柵極電阻，以使得各開關(guān)元件2a、2a’的柵源極間電壓vgs不會(huì)急速下降的功能；以及在開關(guān)元件2a、2a’的截止完成后防止可能因相對(duì)臂的開關(guān)元件的導(dǎo)通而產(chǎn)生的開關(guān)元件2a、2a’的誤導(dǎo)通動(dòng)作而無(wú)需專用ic等的功能。該截止延遲電路41只要能使晶體管45的導(dǎo)通動(dòng)作比晶體管35的導(dǎo)通動(dòng)作要遲即可。因此，例如可以由具有電阻值r的電阻及具有電容值c的電容器構(gòu)成，由具有時(shí)間常數(shù)rc的rc時(shí)間常數(shù)電路等構(gòu)成，使其具有規(guī)定的延遲時(shí)間。

開關(guān)元件2a、2a’從導(dǎo)通狀態(tài)切換為截止的過(guò)度狀態(tài)以外的通常截止?fàn)顟B(tài)下，通過(guò)使晶體管45變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，從而各開關(guān)元件2a、2a’的柵極與源極幾乎以零阻抗來(lái)短路。因此，即使與開關(guān)元件2a、2a’的臂相對(duì)的臂的開關(guān)元件導(dǎo)通，開關(guān)元件2a、2a’的各回流二極管(或寄生二極管)與開關(guān)元件2a、2a’施加有反向電壓的狀態(tài)下逆恢復(fù)時(shí)以較大的電壓變化率dv/dt來(lái)產(chǎn)生逆恢復(fù)電壓，各開關(guān)元件2a、2a’的柵源極間電壓vgs也不會(huì)超過(guò)閾值電壓vth1、vth2，能夠防止因其誤導(dǎo)通動(dòng)作而造成的上下臂的短路。

如上所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，僅通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的柵極驅(qū)動(dòng)電路添加由直流電源46及晶體管43、45等構(gòu)成的電路就能夠?qū)崿F(xiàn)如下兩個(gè)功能：即，能夠抑制因主電路的互相并聯(lián)連接的開關(guān)元件的柵極閾值電壓之差而引起的開關(guān)元件的電流不平衡的功能；以及能夠防止相對(duì)臂的半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通時(shí)上下臂短路的功能。

工業(yè)上的實(shí)用性

本發(fā)明所涉及的柵極驅(qū)動(dòng)電路在用于驅(qū)動(dòng)互相并聯(lián)連接的多個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體開關(guān)元件的情況下，能適用于逆變器、轉(zhuǎn)換器、斬波器等各種功率轉(zhuǎn)換裝置。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

1：直流電源

2a，2a’，2b，2c，2d，2e，2f：半導(dǎo)體開關(guān)元件

4：控制電路

30：柵極驅(qū)動(dòng)電路

31：驅(qū)動(dòng)部

32，46：直流電源

33：基極電阻

34，35，43，45：晶體管

36，37：電阻

41：截止延遲電路

42，44：二極管

46a：電阻

46b：齊納二極管

46c：電容器

m：電動(dòng)機(jī)。