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JP2009273244A - Switching circuit - Google Patents

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JP2009273244A
JP2009273244A JP2008122007A JP2008122007A JP2009273244A JP 2009273244 A JP2009273244 A JP 2009273244A JP 2008122007 A JP2008122007 A JP 2008122007A JP 2008122007 A JP2008122007 A JP 2008122007A JP 2009273244 A JP2009273244 A JP 2009273244A
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JP
Japan
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switching element
switching
circuit
capacitor
adjustment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2008122007A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Suzuki
豊 鈴木
Hiroyuki Sakakibara
啓之 榊原
Kaoru Torii
薫 鳥居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Soken Inc
Original Assignee
Nippon Soken Inc
Toyota Motor Corp
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Publication date
Application filed by Nippon Soken Inc, Toyota Motor Corp filed Critical Nippon Soken Inc
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a switching circuit, with the recovery surge voltage suppressed. <P>SOLUTION: The switching circuit, supplying electric power to a load, includes: a switching element 10 capable of controlling opening and closing states between terminals by a control signal; a flywheel diode 14 connected to the switching element 10 in series and feeding back a current from the load, when the switching element 10 is open; and an adjustment circuit 22 for adjusting a control signal (gate voltage) of the switching element 10, according to the temporal changes of a voltage between terminals (between collector and emitter) when the switching element 10 is closed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、負荷への電源供給に用いられるスイッチング回路に関する。   The present invention relates to a switching circuit used for power supply to a load.

電源におけるチョッパ回路、DC−DCコンバータ等においてスイッチング回路が広く用いられている。例えば、電気自動車、ハイブリッド自動車等に搭載されるモータ等の負荷を駆動するためのインバータ回路にもスイッチング回路が用いられている。   Switching circuits are widely used in chopper circuits and DC-DC converters in power supplies. For example, a switching circuit is also used in an inverter circuit for driving a load such as a motor mounted on an electric vehicle, a hybrid vehicle, or the like.

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)とダイオードの逆並列回路からなるスイッチング回路を2つ直列接続したチョッパ回路が開示されている。このようなチョッパ回路において、IGBTをターンオンした際にフライホイールダイオードに逆回復電流が流れ、配線のインダクタンスの影響によりIGBTのコレクタ電流変化に伴ってフライホイールダイオードに印加されるリカバリーサージ電圧が大きくなるという問題がある。   A chopper circuit is disclosed in which two switching circuits composed of an anti-parallel circuit of an insulated gate bipolar transistor (IGBT) and a diode are connected in series. In such a chopper circuit, when the IGBT is turned on, a reverse recovery current flows through the flywheel diode, and the recovery surge voltage applied to the flywheel diode increases as the collector current of the IGBT changes due to the influence of the wiring inductance. There is a problem.

図7は、スイッチング素子がターンオンしたときのスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Vce、フライホイールダイオードの端子間電圧Vd、出力コンデンサの端子間電圧Vc、回路の寄生インダクタンスによって生じる誘起電圧VLの時間変化を示す。図7(a)はスイッチング素子のコレクタ電流Icが比較的小さい場合を示し、図7(b)はスイッチング素子のコレクタ電流Icが比較的大きい場合を示す。   FIG. 7 shows the time variation of the collector-emitter voltage Vce of the switching element, the flywheel diode terminal voltage Vd, the output capacitor terminal voltage Vc, and the induced voltage VL caused by the parasitic inductance of the circuit when the switching element is turned on. Indicates. FIG. 7A shows a case where the collector current Ic of the switching element is relatively small, and FIG. 7B shows a case where the collector current Ic of the switching element is relatively large.

スイッチング素子がターンオンした際にフライホイールダイオードに発生するリカバリーサージ電圧は、フライホイールダイオードの逆回復電流が0に戻るときのdId/dtによって回路の寄生インダクタンスにより誘起される電圧が一要因となる。   The recovery surge voltage generated in the flywheel diode when the switching element is turned on is caused by a voltage induced by the parasitic inductance of the circuit due to dId / dt when the reverse recovery current of the flywheel diode returns to zero.

スイッチング回路の等価回路は、図8に示すように、各配線が有する寄生インダクタLU,LM,LLを含んでいる。リカバリーサージ電圧(Vd)はそれぞれの寄生インダクタLU,LM,LLで発生する電圧VLU,VLM,VLLの和で表される誘起電圧VL=VLU+VLM+VLLを用いて数式(1)で表すことができる。   As shown in FIG. 8, the equivalent circuit of the switching circuit includes parasitic inductors LU, LM, and LL included in each wiring. The recovery surge voltage (Vd) can be expressed by Equation (1) using an induced voltage VL = VLU + VLM + VLL expressed by the sum of voltages VLU, VLM, VLL generated by the respective parasitic inductors LU, LM, LL.

リカバリーサージ電圧Vd=Vc−Vce−VL・・・・(1)   Recovery surge voltage Vd = Vc−Vce−VL (1)

スイッチング素子のコレクタ電流Icが比較的小さい場合、スイッチング素子がターンオンしたときのスイッチング素子のコレクタ電流Icの低下も速く、フライホイールダイオードの両端に生じるリカバリーサージ電圧(Vd)がピーク値となるときにはスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Vceがすでに小さくなっており、図7(a)に示すように、リカバリーサージ電圧(Vd)が大きくなる。   When the collector current Ic of the switching element is relatively small, the collector current Ic of the switching element decreases rapidly when the switching element is turned on, and switching occurs when the recovery surge voltage (Vd) generated at both ends of the flywheel diode has a peak value. The collector-emitter voltage Vce of the element has already decreased, and the recovery surge voltage (Vd) increases as shown in FIG.

一方、スイッチング素子のコレクタ電流Icが比較的大きい場合、スイッチング素子がターンオンしたときのスイッチング素子のコレクタ電流Icの低下には時間が掛かり、フライホイールダイオードの両端に生じるリカバリーサージ電圧(Vd)がピーク値となるときにスイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧Vceは比較的大きいままに維持されるので、図7(b)に示すように、リカバリーサージ電圧(Vd)は比較的小さくなる。   On the other hand, when the collector current Ic of the switching element is relatively large, it takes time to lower the collector current Ic of the switching element when the switching element is turned on, and the recovery surge voltage (Vd) generated at both ends of the flywheel diode peaks. When the value is reached, the collector-emitter voltage Vce of the switching element is maintained relatively large, so that the recovery surge voltage (Vd) is relatively small as shown in FIG. 7B.

特許文献1には、チョッパ回路にダイオードを流れる電流検出器を設け、これによりフライホイールダイオードの逆回復電流を検出し、その出力を絶縁回路を介してIGBTのゲート駆動回路に入力し、IGBTのターンオン時間を制御することによってリカバリーサージ電圧を抑制する回路が開示されている。   In Patent Document 1, a current detector that flows through a diode is provided in the chopper circuit, thereby detecting a reverse recovery current of the flywheel diode, and an output thereof is input to the gate drive circuit of the IGBT via the insulation circuit. A circuit that suppresses the recovery surge voltage by controlling the turn-on time is disclosed.

特開平10−127045号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-127045

しかしながら、上記従来技術のように、リカバリーサージ電圧を抑制するために電流検出器や絶縁回路を設けた場合、スイッチング回路の構成が複雑となり、回路規模が大きくなると共に製造コストが増大してしまう。   However, when a current detector or an insulation circuit is provided to suppress the recovery surge voltage as in the above-described prior art, the configuration of the switching circuit becomes complicated, the circuit scale increases, and the manufacturing cost increases.

本発明は、上記従来技術の問題点の解決に限定されるものではないが、リカバリーサージ電圧の影響を抑制したスイッチング回路を提供することを目的とする。   The present invention is not limited to solving the above-described problems of the prior art, but an object of the present invention is to provide a switching circuit in which the influence of the recovery surge voltage is suppressed.

本発明の1つの態様は、負荷に電力を供給するスイッチング回路であって、制御信号によって端子間の開閉状態を制御可能なスイッチング素子と、前記スイッチング素子に直列に接続され、前記スイッチング素子が開状態となった場合に前記負荷からの電流を帰還させるフライホイールダイオードと、前記スイッチング素子を閉状態にする際に前記端子間の電圧の時間的変化に応じて前記制御信号を調整する調整回路と、を備えることを特徴とする。   One aspect of the present invention is a switching circuit for supplying power to a load, the switching element being capable of controlling an open / close state between terminals by a control signal, and connected in series to the switching element, wherein the switching element is opened. A flywheel diode that feeds back a current from the load when a state occurs, and an adjustment circuit that adjusts the control signal in accordance with a temporal change in the voltage between the terminals when the switching element is closed. It is characterized by providing.

より具体的には、前記調整回路は、前記スイッチング素子を閉状態にする際に前記端子間の電圧の低下速度が速くなるほど前記スイッチング素子の閉にする速度を遅くすることが好適である。   More specifically, it is preferable that the adjustment circuit slows down the switching element as the voltage drop rate between the terminals increases when the switching element is closed.

例えば、前記調整回路は、コンデンサと、前記コンデンサに直列に接続された電流制限素子と、前記電流制限素子と並列に接続された抵抗と、を備えることが好適である。ここで、電流制限素子はダイオードとすることができる。前記スイッチング素子の一端に前記電流制限素子と前記コンデンサの直列回路を接続し、これによって前記スイッチング素子の前記制御信号を調整する。   For example, the adjustment circuit preferably includes a capacitor, a current limiting element connected in series to the capacitor, and a resistor connected in parallel with the current limiting element. Here, the current limiting element can be a diode. A series circuit of the current limiting element and the capacitor is connected to one end of the switching element, thereby adjusting the control signal of the switching element.

また、前記調整回路は、さらに、前記コンデンサに直列接続された抵抗を備えてもよい。前記コンデンサに抵抗を直列接続することによって、前記スイッチング素子の前記端子間の電圧の変化に応じた前記制御信号の制御の時定数を調整することができる。これにより、例えば、前記制御信号に振動が発生することを抑制することができる。   The adjustment circuit may further include a resistor connected in series to the capacitor. By connecting a resistor in series with the capacitor, it is possible to adjust a control time constant of the control signal in accordance with a change in voltage between the terminals of the switching element. Thereby, for example, the occurrence of vibration in the control signal can be suppressed.

より具体的には、例えば、前記スイッチング素子はIGBTであり、前記電流制限素子は調整用ダイオードであり、前記調整回路は、前記調整用ダイオードのカソードが前記IGBTのコレクタに接続され、前記調整用ダイオードのアノードが前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端が前記IGBTのゲートに接続されている回路とすることが好適である。   More specifically, for example, the switching element is an IGBT, the current limiting element is an adjustment diode, and the adjustment circuit has a cathode of the adjustment diode connected to a collector of the IGBT, and the adjustment circuit It is preferable that the anode of the diode is connected to one end of the capacitor, and the other end of the capacitor is connected to the gate of the IGBT.

また、例えば、前記スイッチング素子はFETであり、前記電流制限素子は調整用ダイオードであり、前記調整回路は、前記調整用ダイオードのカソードが前記FETのドレインに接続され、前記調整用ダイオードのアノードが前記コンデンサの一端に接続され、前記コンデンサの他端が前記FETのゲートに接続されている回路とすることが好適である。   Further, for example, the switching element is an FET, the current limiting element is an adjustment diode, and the adjustment circuit includes a cathode of the adjustment diode connected to a drain of the FET, and an anode of the adjustment diode It is preferable that the circuit is connected to one end of the capacitor and the other end of the capacitor is connected to the gate of the FET.

本発明によれば、リカバリーサージ電圧の影響を抑制したスイッチング回路を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the switching circuit which suppressed the influence of the recovery surge voltage can be provided.

本発明の実施の形態におけるスイッチング回路100は、図1に示すように、スイッチング素子10、フライホイールダイオード12、14、コンデンサ16、制御ユニット18、ゲート抵抗20及び調整回路22を含んで構成される。   As shown in FIG. 1, the switching circuit 100 according to the embodiment of the present invention includes a switching element 10, flywheel diodes 12 and 14, a capacitor 16, a control unit 18, a gate resistor 20, and an adjustment circuit 22. .

スイッチング回路100の端子T1及びT2には電源200が接続される。電源200は、直流電源とすることができる。スイッチング回路100の端子T3及びT4には負荷(例えば、モータ)300が接続される。スイッチング回路100は、電源200から供給される電力を受けて、電圧等を変換して電力を負荷300へ供給する。   A power source 200 is connected to the terminals T1 and T2 of the switching circuit 100. The power source 200 can be a DC power source. A load (for example, a motor) 300 is connected to the terminals T3 and T4 of the switching circuit 100. The switching circuit 100 receives power supplied from the power source 200, converts a voltage or the like, and supplies the power to the load 300.

スイッチング素子10は、制御信号を受けて端子間の開閉を制御可能な素子である。スイッチング素子10は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)や電界効果型トランジスタ(MOSFET)等とすることができる。スイッチング素子10をIGBTとした場合、制御信号はゲートに印加されるゲート電圧であり、コレクタ−エミッタ間が開閉制御される。スイッチング素子10をMOSFETとした場合、制御信号はゲートに印加されるゲート電圧であり、ドレイン−ソース間が開閉制御される。   The switching element 10 is an element that can control opening and closing between terminals in response to a control signal. The switching element 10 can be, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT), a field effect transistor (MOSFET), or the like. When the switching element 10 is an IGBT, the control signal is a gate voltage applied to the gate, and the collector-emitter is controlled to open and close. When the switching element 10 is a MOSFET, the control signal is a gate voltage applied to the gate, and the drain-source is controlled to open and close.

以下、本実施の形態ではIGBTを例に説明するが、MOSFET等の他のスイッチング素子でも同様である。   Hereinafter, in the present embodiment, an IGBT will be described as an example, but the same applies to other switching elements such as MOSFETs.

スイッチング素子10のコレクタ−エミッタ間にはフライホイールダイオード12が逆並列に接続される。スイッチング素子10のコレクタは端子T4に接続され、スイッチング素子10のエミッタは端子T2に接続される。また、フライホイールダイオード14のアノードはスイッチング素子10のコレクタに接続され、カソードは端子T3に接続される。端子T3と端子T1は短絡される。   A flywheel diode 12 is connected in antiparallel between the collector and emitter of the switching element 10. The collector of the switching element 10 is connected to the terminal T4, and the emitter of the switching element 10 is connected to the terminal T2. The anode of the flywheel diode 14 is connected to the collector of the switching element 10, and the cathode is connected to the terminal T3. Terminal T3 and terminal T1 are short-circuited.

コンデンサ16は、負荷300に供給される電力の変動を抑えるためのスナバとして設けられる。コンデンサの両端は端子T2及びT3に接続され、これにより、コンデンサ16はスイッチング素子10及びフライホイールダイオード14の直列回路に並列に接続される。   Capacitor 16 is provided as a snubber for suppressing fluctuations in power supplied to load 300. Both ends of the capacitor are connected to terminals T2 and T3, whereby the capacitor 16 is connected in parallel to the series circuit of the switching element 10 and the flywheel diode 14.

制御ユニット18は、スイッチング素子10の制御信号を生成し、スイッチング素子10のゲートに制御信号を入力する。制御ユニット18からの制御信号によりスイッチング素子10のコレクタ−エミッタ間が開閉され、端子T3及びT4に接続された負荷300へ供給される出力電力が調整される。制御ユニット18からの制御信号はゲート抵抗20を介してスイッチング素子10のゲートに入力される。   The control unit 18 generates a control signal for the switching element 10 and inputs the control signal to the gate of the switching element 10. The control signal from the control unit 18 opens and closes the collector-emitter of the switching element 10 and adjusts the output power supplied to the load 300 connected to the terminals T3 and T4. A control signal from the control unit 18 is input to the gate of the switching element 10 via the gate resistor 20.

本実施の形態のスイッチング回路100はさらに調整回路22を備える。調整回路22は、スイッチング素子10をターンオンする際にコレクタ−エミッタ間の電圧Vceの時間的変化に応じてスイッチング素子10のゲートに印加される制御信号を調整する。基本的な調整は、スイッチング素子10をターンオンする際にコレクタ−エミッタ間の電圧Vceの低下速度が速くなるほどスイッチング素子10をターンオンする速度を遅くするようにゲート電圧の調整を行う。   The switching circuit 100 according to the present embodiment further includes an adjustment circuit 22. The adjustment circuit 22 adjusts a control signal applied to the gate of the switching element 10 according to a temporal change in the collector-emitter voltage Vce when the switching element 10 is turned on. The basic adjustment is such that when the switching element 10 is turned on, the gate voltage is adjusted so that the rate at which the switching element 10 is turned on becomes slower as the rate of decrease in the collector-emitter voltage Vce increases.

調整回路22は、コンデンサC、ダイオードD及び抵抗R1を含んで構成される。ダイオードDは抵抗R1に並列接続され、その並列接続回路がコンデンサCに直列接続される。ダイオードDのカソードをスイッチング素子10のコレクタ側に接続し、ダイオードDのアノードをコンデンサCの一端に接続し、コンデンサCの他端をスイッチング素子10のゲート側に接続する。   The adjustment circuit 22 includes a capacitor C, a diode D, and a resistor R1. The diode D is connected in parallel to the resistor R1, and the parallel connection circuit is connected in series to the capacitor C. The cathode of the diode D is connected to the collector side of the switching element 10, the anode of the diode D is connected to one end of the capacitor C, and the other end of the capacitor C is connected to the gate side of the switching element 10.

なお、ダイオードD及びコンデンサCはスイッチング素子10に直接接続する必要はなく、例えば、コンデンサCは抵抗R2を介してスイッチング素子10のゲートに接続してもよい。コンデンサCに抵抗R2を直列接続することによって、スイッチング素子10のコレクタ−エミッタ間の電圧Vceの変化に応じて制御信号を制御する際の時定数を調整することができる。これにより、例えば、制御信号に振動が発生することを抑制することができる。   Note that the diode D and the capacitor C do not need to be directly connected to the switching element 10, and for example, the capacitor C may be connected to the gate of the switching element 10 via the resistor R2. By connecting the resistor R2 in series with the capacitor C, it is possible to adjust the time constant when the control signal is controlled in accordance with the change in the collector-emitter voltage Vce of the switching element 10. Thereby, for example, the occurrence of vibration in the control signal can be suppressed.

以下、本実施の形態におけるスイッチング回路100の動作について説明する。図2は、スイッチング素子10をターンオンしたときのスイッチング素子10のコレクタ−エミッタ間の電圧Vce、スイッチング素子10のコレクタ電流Ic、フライホイールダイオード14の端子電圧Vdを示す。図2において、実線は調整回路22を備えるスイッチング回路100における変化を示し、破線は調整回路22を備えないスイッチング回路100における変化を示す。   Hereinafter, the operation of the switching circuit 100 in the present embodiment will be described. FIG. 2 shows the collector-emitter voltage Vce of the switching element 10, the collector current Ic of the switching element 10, and the terminal voltage Vd of the flywheel diode 14 when the switching element 10 is turned on. In FIG. 2, a solid line indicates a change in the switching circuit 100 including the adjustment circuit 22, and a broken line indicates a change in the switching circuit 100 that does not include the adjustment circuit 22.

図2から明らかなように、調整回路22を設けた回路では電圧Vceの低下速度が調整回路22を設けない場合に比べて遅くなり、フライホイールダイオード14の端子電圧Vdのピーク電圧値も調整回路22を設けない回路よりも低く抑えられている。   As is apparent from FIG. 2, in the circuit provided with the adjustment circuit 22, the rate of decrease of the voltage Vce is slower than in the case where the adjustment circuit 22 is not provided, and the peak voltage value of the terminal voltage Vd of the flywheel diode 14 is also adjusted. The circuit is kept lower than the circuit without 22.

すなわち、本発明の実施の形態におけるスイッチング回路100では、ゲート−コレクタ間にコンデンサC、ダイオードD及び抵抗R1からなる調整回路22が接続されているため、スイッチング素子10のコレクタ電流Icが小さく、コレクタ−エミッタ間の電圧Vceの低下速度が大きい場合であっても、調整回路22によってスイッチング素子10のゲート電圧の増加が抑制され、スイッチング素子10のスイッチング速度が遅くなる。   That is, in the switching circuit 100 according to the embodiment of the present invention, since the adjustment circuit 22 including the capacitor C, the diode D, and the resistor R1 is connected between the gate and the collector, the collector current Ic of the switching element 10 is small, and the collector Even when the rate of decrease in the voltage Vce between the emitters is large, the adjustment circuit 22 suppresses an increase in the gate voltage of the switching element 10, and the switching speed of the switching element 10 becomes slow.

一方、スイッチング素子10のコレクタ電流Icが大きく、コレクタ−エミッタ間の電圧Vceの低下が遅い場合は、調整回路22によるスイッチング素子10のゲート電圧への影響は小さくなり、スイッチング素子10のスイッチング速度は低下しない。   On the other hand, when the collector current Ic of the switching element 10 is large and the decrease in the collector-emitter voltage Vce is slow, the influence of the adjustment circuit 22 on the gate voltage of the switching element 10 is small, and the switching speed of the switching element 10 is It does not decline.

図3は、ターンオン時のスイッチング素子10のコレクタ電流Icとフライホイールダイオード14のリカバリーサージ電圧(Vd)との関係を示す図である。また、図4は、ターンオン時のスイッチング素子10のコレクタ電流Icとスイッチング素子10のスイッチング損失との関係を示す図である。なお、図3及び図4において、実線が調整回路22を備えるスイッチング回路100の特性を示し、破線は調整回路22を備えないスイッチング回路100の特性を示す。   FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the collector current Ic of the switching element 10 and the recovery surge voltage (Vd) of the flywheel diode 14 at the time of turn-on. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the collector current Ic of the switching element 10 and the switching loss of the switching element 10 at turn-on. 3 and 4, the solid lines indicate the characteristics of the switching circuit 100 including the adjustment circuit 22, and the broken lines indicate the characteristics of the switching circuit 100 that does not include the adjustment circuit 22.

調整回路22の作用により、コレクタ電流Icが大きいときにスイッチング素子10のスイッチング損失を所望値以下に抑制するようにゲート抵抗20の値を定めた場合であっても、コレクタ電流Icが小さいときのフライホイールダイオード14のリカバリーサージ電圧(Vd)を抑制することができる。   Even when the value of the gate resistance 20 is determined so as to suppress the switching loss of the switching element 10 to a desired value or less when the collector current Ic is large due to the operation of the adjustment circuit 22, The recovery surge voltage (Vd) of the flywheel diode 14 can be suppressed.

また、本実施の形態における調整回路22ではダイオードDをゲートからコレクタに向けて順方向に接続することによって、スイッチング素子10のターンオフ時にはコレクタ−エミッタ間電圧Vceが高くなるためにダイオードDが遮断状態となり、コレクターエミッタ間電圧Vceの影響は抵抗R1及びコンデンサC(及び抵抗R2)を介するためゲートに伝達されなくなる。したがって、スイッチング素子10のゲート電圧はコレクターエミッタ間電圧Vceの影響をほとんど受けない。   Further, in the adjustment circuit 22 in the present embodiment, the diode D is connected in the forward direction from the gate to the collector, so that the collector-emitter voltage Vce becomes high when the switching element 10 is turned off. Thus, the influence of the collector-emitter voltage Vce is not transmitted to the gate because it passes through the resistor R1 and the capacitor C (and resistor R2). Therefore, the gate voltage of the switching element 10 is hardly affected by the collector-emitter voltage Vce.

図5は、スイッチング素子10をターンオフしたときのスイッチング素子10のコレクタ−エミッタ間の電圧Vce、スイッチング素子10のコレクタ電流Ic、フライホイールダイオード14の端子電圧Vdを示す。図5において、実線は調整回路22にダイオードDを設けた場合のスイッチング回路100における変化を示し、破線は調整回路22にダイオードとR1を設けないでスイッチング素子10のコレクタ端子とコンデンサを繋いだ場合のスイッチング回路100における変化を示す。   FIG. 5 shows the collector-emitter voltage Vce of the switching element 10, the collector current Ic of the switching element 10, and the terminal voltage Vd of the flywheel diode 14 when the switching element 10 is turned off. In FIG. 5, the solid line indicates a change in the switching circuit 100 when the adjustment circuit 22 is provided with the diode D, and the broken line is a case where the collector terminal of the switching element 10 and the capacitor are connected without providing the adjustment circuit 22 with the diode and R1. The change in the switching circuit 100 is shown.

図5より明らかなように、調整回路22にダイオードを設けた場合にはスイッチング素子10のターンオフ時間を調整回路22にダイオードとR1を設けないでスイッチング素子10のコレクタ端子とコンデンサを繋いだ場合に比べて短くすることができる。これは、スイッチング素子10のコレクタ電流Icが小さい場合であっても同様の傾向を示す。スイッチング素子10のターンオフ時間が長くなることはスイッチング素子10のスイッチング損失を単に増加させるだけであるので、調整回路22にダイオードを設けることによってスイッチング素子10のスイッチング損失を低減できるといえる。   As is clear from FIG. 5, when the adjustment circuit 22 is provided with a diode, the switching element 10 is turned off when the adjustment circuit 22 is not provided with the diode and R1 and the collector terminal of the switching element 10 and the capacitor are connected. It can be shortened. This shows the same tendency even when the collector current Ic of the switching element 10 is small. Since the increase in the turn-off time of the switching element 10 merely increases the switching loss of the switching element 10, it can be said that the switching loss of the switching element 10 can be reduced by providing a diode in the adjustment circuit 22.

<応用例>
図6は、本発明の実施の形態におけるスイッチング回路100を3相モータ駆動用のインバータ回路に適用した例を示す。
<Application example>
FIG. 6 shows an example in which the switching circuit 100 according to the embodiment of the present invention is applied to an inverter circuit for driving a three-phase motor.

本応用例におけるインバータ回路は、スイッチング回路100a〜100f、電源200、負荷(3相モータ)300、制御ユニット400を含んで構成される。スイッチング回路100a及び100b、スイッチング回路100c及び100d、スイッチング回路100e及び100fはそれぞれ上アーム及び下アームとしてインバータ回路を構成している。本応用例では、各スイッチング回路100a〜100fのコンデンサ16は全体として共通に設けている。   The inverter circuit in this application example includes switching circuits 100a to 100f, a power source 200, a load (three-phase motor) 300, and a control unit 400. The switching circuits 100a and 100b, the switching circuits 100c and 100d, and the switching circuits 100e and 100f constitute an inverter circuit as an upper arm and a lower arm, respectively. In this application example, the capacitors 16 of the switching circuits 100a to 100f are provided in common as a whole.

制御ユニット400は、スイッチング回路100a〜100fの制御ユニットに接続される。制御ユニット400は、(1)上アームであるスイッチング回路100a,100c,100eのいずれか1つがオンであり、下アームであるスイッチング回路100b,100d,100fのいずれか2つがオンである状態、(2)上アームであるスイッチング回路100a,100c,100eのいずれか2つがオンであり、下アームであるスイッチング回路100b,100d,100fのいずれか1つがオンである状態、を繰り返すようにスイッチング回路100a〜100fの制御を行う。これによって、電源200と負荷(3相モータ)300との間で電力の授受を行う。   The control unit 400 is connected to the control units of the switching circuits 100a to 100f. In the control unit 400, (1) any one of the switching circuits 100a, 100c, and 100e that are upper arms is on, and any two of the switching circuits 100b, 100d, and 100f that are lower arms are on, 2) The switching circuit 100a repeats such a state that any two of the switching circuits 100a, 100c, and 100e that are the upper arms are on and one of the switching circuits 100b, 100d, and 100f that are the lower arms is on. Control of ~ 100f is performed. As a result, power is transferred between the power source 200 and the load (three-phase motor) 300.

本応用例におけるインバータ回路としての基本動作は従来のインバータ回路と同様であるので詳しい説明は省略する。なお、インバータ回路ではオフ状態となっているスイッチング素子に逆並列に接続されているダイオードがフライホイールダイオードとして機能する。   Since the basic operation as an inverter circuit in this application example is the same as that of a conventional inverter circuit, detailed description is omitted. In the inverter circuit, a diode connected in antiparallel to the switching element in the off state functions as a flywheel diode.

本応用例においても、各スイッチング回路100a〜100fにそれぞれ設けられた調整回路の作用により、コレクタ電流Icが小さいときのフライホイールダイオードのリカバリーサージ電圧(Vd)を抑制することができる。また、ゲート抵抗を適正値に設定することによってコレクタ電流Icが大きいときのスイッチング素子10のスイッチング損失を所望値以下に抑制することができる。また、ターンオフ時のスイッチング速度を低下させることがなく、これによってもスイッチング損失を抑制することができる。   Also in this application example, the recovery surge voltage (Vd) of the flywheel diode when the collector current Ic is small can be suppressed by the action of the adjustment circuit provided in each of the switching circuits 100a to 100f. Further, by setting the gate resistance to an appropriate value, the switching loss of the switching element 10 when the collector current Ic is large can be suppressed to a desired value or less. Moreover, the switching speed at the time of turn-off is not lowered, and this can also suppress the switching loss.

本発明の実施の形態におけるスイッチング回路の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the switching circuit in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるターンオン時の電圧Vce,電圧Vd及び電流Icの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the voltage Vce at the time of turn-on in embodiment of this invention, the voltage Vd, and the electric current Ic. 本発明の実施の形態におけるIGBT電流とリカバリーサージ電圧との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between IGBT electric current and recovery surge voltage in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるIGBT電流とスイッチング損失との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between IGBT electric current and switching loss in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるターンオフ時の電圧Vce,電圧Vd及び電流Icの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the voltage Vce, the voltage Vd, and the electric current Ic at the time of turn-off in embodiment of this invention. 本発明の実施の形態におけるスイッチング回路の応用例を示す図である。It is a figure which shows the example of application of the switching circuit in embodiment of this invention. 従来のスイッチング回路におけるターンオン時の電圧Vce,電圧Vd、電圧Vc及び電圧VLの時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the voltage Vce at the time of turn-on in the conventional switching circuit, the voltage Vd, the voltage Vc, and the voltage VL. 従来のスイッチング回路の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the conventional switching circuit.

符号の説明Explanation of symbols

10 スイッチング素子、12,14 フライホイールダイオード、16 コンデンサ、18 制御ユニット、20 ゲート抵抗、22 調整回路、100(100a〜100f) スイッチング回路、200 電源、300 負荷、400 制御ユニット、C コンデンサ、D ダイオード、R1,R2 抵抗。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Switching element, 12, 14 Flywheel diode, 16 capacitor | condenser, 18 Control unit, 20 Gate resistance, 22 Adjustment circuit, 100 (100a-100f) Switching circuit, 200 Power supply, 300 Load, 400 Control unit, C capacitor, D diode , R1, R2 resistance.

Claims (6)

負荷に電力を供給するスイッチング回路であって、
制御信号によって端子間の開閉状態を制御可能なスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に直列に接続され、前記スイッチング素子が開状態となった場合に前記負荷からの電流を帰還させるフライホイールダイオードと、
前記スイッチング素子を閉状態にする際に前記端子間の電圧の時間的変化に応じて前記制御信号を調整する調整回路と、
を備えることを特徴とするスイッチング回路。
A switching circuit for supplying power to a load,
A switching element capable of controlling an open / close state between terminals by a control signal;
A flywheel diode connected in series to the switching element and for feeding back current from the load when the switching element is open;
An adjustment circuit that adjusts the control signal according to a temporal change in the voltage between the terminals when the switching element is closed;
A switching circuit comprising:
請求項1に記載のスイッチング回路であって、
前記調整回路は、前記スイッチング素子を閉状態にする際に前記端子間の電圧の低下速度が速くなるほど前記スイッチング素子の閉にする速度を遅くすることを特徴とするスイッチング回路。
The switching circuit according to claim 1,
The adjusting circuit is characterized in that, when the switching element is in a closed state, the speed at which the switching element is closed decreases as the voltage drop rate between the terminals increases.
請求項1又は2に記載のスイッチング回路であって、
前記調整回路は、コンデンサと、前記コンデンサに直列に接続された電流制限素子と、前記電流制限素子と並列に接続された抵抗と、を備えることを特徴とするスイッチング回路。
The switching circuit according to claim 1 or 2,
The adjustment circuit includes a capacitor, a current limiting element connected in series to the capacitor, and a resistor connected in parallel with the current limiting element.
請求項3に記載のスイッチング回路であって、
前記調整回路は、さらに、前記コンデンサに直列接続された抵抗を備えることを特徴とするスイッチング回路。
A switching circuit according to claim 3,
The adjustment circuit further includes a resistor connected in series to the capacitor.
請求項3又は4に記載のスイッチング回路であって、
前記スイッチング素子はIGBTであり、前記電流制限素子は調整用ダイオードであり、
前記調整回路は、
前記調整用ダイオードのカソードが前記IGBTのコレクタに接続され、
前記調整用ダイオードのアノードが前記コンデンサの一端に接続され、
前記コンデンサの他端が前記IGBTのゲートに接続され、
ていることを特徴とするスイッチング回路。
A switching circuit according to claim 3 or 4,
The switching element is an IGBT, and the current limiting element is an adjustment diode;
The adjustment circuit includes:
A cathode of the adjustment diode is connected to a collector of the IGBT;
An anode of the adjustment diode is connected to one end of the capacitor;
The other end of the capacitor is connected to the gate of the IGBT;
A switching circuit characterized by that.
請求項3又は4に記載のスイッチング回路であって、
前記スイッチング素子はFETであり、前記電流制限素子は調整用ダイオードであり、
前記調整回路は、
前記調整用ダイオードのカソードが前記FETのドレインに接続され、
前記調整用ダイオードのアノードが前記コンデンサの一端に接続され、
前記コンデンサの他端が前記FETのゲートに接続され、
ていることを特徴とするスイッチング回路。
A switching circuit according to claim 3 or 4,
The switching element is an FET, and the current limiting element is an adjustment diode;
The adjustment circuit includes:
The cathode of the adjustment diode is connected to the drain of the FET;
An anode of the adjustment diode is connected to one end of the capacitor;
The other end of the capacitor is connected to the gate of the FET;
A switching circuit characterized by that.
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