JP2010028197A - Signal transfer circuit using pulse transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パルストランスを用いた信号伝達回路に係わり、特に、半導体素子を駆動するための信号を伝達する信号伝達回路に係わる。 The present invention relates to a signal transmission circuit using a pulse transformer, and more particularly to a signal transmission circuit for transmitting a signal for driving a semiconductor element.
絶縁を確保しながら信号を伝達する回路として、パルストランスを用いた信号伝達回路が知られている。パルストランスを用いた信号伝達回路は、例えば、パワー半導体素子を駆動するために使用される。 As a circuit for transmitting a signal while ensuring insulation, a signal transmission circuit using a pulse transformer is known. A signal transmission circuit using a pulse transformer is used for driving a power semiconductor element, for example.
図5は、パルストランスを用いた従来の信号伝達回路の一例を示す図である。以下の説明では、信号伝達回路を利用してIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を駆動するものとする。 FIG. 5 is a diagram showing an example of a conventional signal transmission circuit using a pulse transformer. In the following description, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) is driven using a signal transmission circuit.
図5において、パルストランスTは、1次側に巻線N1およびN2を備え、2次側に巻線N3を備える。巻線N1、N2の一方の端子には直流電源Vccが接続され、巻線N1の他方の端子にはスイッチ素子Q1が接続されている。スイッチ素子Q1は、この実施例では、MOSトランジスタである。巻線N2の他方の端子にはダイオードD2のカソードが接続され、ダイオードD2のアノードは接地されている。なお、各巻線に付されている黒点は、巻線の極性を示している。 In FIG. 5, the pulse transformer T includes windings N1 and N2 on the primary side and a winding N3 on the secondary side. A DC power supply Vcc is connected to one terminal of the windings N1 and N2, and a switch element Q1 is connected to the other terminal of the winding N1. The switch element Q1 is a MOS transistor in this embodiment. The cathode of the diode D2 is connected to the other terminal of the winding N2, and the anode of the diode D2 is grounded. In addition, the black dot attached | subjected to each winding has shown the polarity of winding.
パルストランスTの2次側には、IGBTを駆動する駆動回路が構成されている。この駆動回路は、ダイオードD1、抵抗R1、R2、スイッチ素子Q2を含んで構成される。スイッチ素子Q2は、この実施例では、pMOSトランジスタである。巻線N3の一方の端子は、ダイオードD1のアノードおよびスイッチ素子Q2のゲートに接続されている。ダイオードD1のカソードは、抵抗R1を介してIGBTのゲートに接続されている。また、抵抗R2は、ダイオードD1および抵抗R1に対して並列に接続される。さらに、巻線N3の他方の端子は、IGBTのエミッタに接続されている。そして、スイッチ素子Q2のソースおよびドレインが、それぞれIGBTのゲートおよびエミッタに接続されている。 A drive circuit for driving the IGBT is configured on the secondary side of the pulse transformer T. This drive circuit includes a diode D1, resistors R1 and R2, and a switch element Q2. The switch element Q2 is a pMOS transistor in this embodiment. One terminal of the winding N3 is connected to the anode of the diode D1 and the gate of the switch element Q2. The cathode of the diode D1 is connected to the gate of the IGBT via the resistor R1. The resistor R2 is connected in parallel with the diode D1 and the resistor R1. Furthermore, the other terminal of the winding N3 is connected to the emitter of the IGBT. The source and drain of the switch element Q2 are connected to the gate and emitter of the IGBT, respectively.
上記構成の信号伝達回路において、スイッチ素子Q1をオン/オフ制御することによりパルストランスTに交流信号が与えられる。すなわち、スイッチ素子Q1をオン状態に制御すると、パルストランスTの2次側の電圧V2が正電圧となり、スイッチ素子Q2がオフ状態に制御される。そうすると、ダイオードD1を介してIGBTのゲートに電流が供給され、IGBTはオン状態に制御される。一方、スイッチ素子Q1をオフ状態に制御すると、電圧V2が負電圧となり、スイッチ素子Q2はオン状態に制御される。そうすると、IGBTはオフ状態に制御される。このように、IGBTは、スイッチ素子Q1に入力される信号に従って制御される。 In the signal transmission circuit having the above-described configuration, an AC signal is applied to the pulse transformer T by performing on / off control of the switch element Q1. That is, when the switch element Q1 is controlled to be in the on state, the secondary-side voltage V2 of the pulse transformer T becomes a positive voltage, and the switch element Q2 is controlled to be in the off state. Then, a current is supplied to the gate of the IGBT via the diode D1, and the IGBT is controlled to be in an on state. On the other hand, when the switch element Q1 is controlled to be turned off, the voltage V2 becomes a negative voltage, and the switch element Q2 is controlled to be turned on. Then, the IGBT is controlled to the off state. As described above, the IGBT is controlled according to the signal input to the switch element Q1.
上記構成の信号伝達回路は、応答速度が速く、また経年劣化が少ないので、例えば、車両に搭載されている。なお、特許文献1には、上記信号伝達回路に類似の構成を持ったパワーMOSFET駆動回路が記載されている。
図5に示す構成の信号伝達回路においては、スイッチ素子Q1がオフ状態のまま保持されると、パルストランスTに蓄積されていたエネルギーが放出され、パルストランスTがオフ状態になる。そうすると、スイッチ素子Q2もオフ状態を保持するようになる。このとき、例えば、外来要因によりIGBTのゲートに電圧または電流が印加されると、駆動電圧VGEが上昇し、IGBTが一時的にオン状態になることがある。すなわち、IGBTが誤ってターンオンしてしまう。なお、例えば、IGBTのコレクタに電圧が与えられると、コレクタ・ゲート間の寄生容量によってゲートに電圧(すなわち、駆動電圧VGE)が発生する。そして、駆動電圧VGEが閾値レベルよりも大きくなると、IGBTがターンオンして電流が流れることになる。この場合、無駄な電流消費が発生してしまう。 In the signal transmission circuit having the configuration shown in FIG. 5, when the switch element Q1 is held in the off state, the energy accumulated in the pulse transformer T is released, and the pulse transformer T is turned off. Then, the switch element Q2 is also kept off. At this time, for example, when a voltage or current is applied to the gate of the IGBT due to an external factor, the drive voltage V GE rises and the IGBT may be temporarily turned on. That is, the IGBT is erroneously turned on. For example, when a voltage is applied to the collector of the IGBT, a voltage (that is, a drive voltage V GE ) is generated at the gate due to the parasitic capacitance between the collector and the gate. When the drive voltage V GE becomes larger than the threshold level, the IGBT is turned on and a current flows. In this case, useless current consumption occurs.
本発明の課題は、パルストランスを用いた信号伝達回路に接続される回路要素の誤動作を回避することである。 An object of the present invention is to avoid malfunction of a circuit element connected to a signal transmission circuit using a pulse transformer.
本発明の信号伝達回路は、第1の状態および第2の状態を選択的に指示する入力信号により駆動される入力スイッチが接続される1次巻線、および、一方の端子に一方向素子を介して回路要素の制御端子が接続されるとともに他方の端子に前記回路要素の基準端子が接続される2次巻線、を備えるパルストランスと、前記回路要素の制御端子と基準端子との間に設けられる駆動スイッチと、前記第1の状態が指示されたときは、前記駆動スイッチをオフ状態に制御し、前記第2の状態が指示されたときは、前記駆動スイッチをオン状態に制御するスイッチ制御手段と、前記第2の状態において前記駆動スイッチをオン状態に保持するコンデンサを備える。 The signal transmission circuit according to the present invention includes a primary winding to which an input switch driven by an input signal that selectively indicates the first state and the second state is connected, and a one-way element at one terminal. A pulse transformer comprising a secondary winding to which the control terminal of the circuit element is connected and the reference terminal of the circuit element is connected to the other terminal, and between the control terminal and the reference terminal of the circuit element A drive switch provided and a switch that controls the drive switch to an off state when the first state is instructed, and controls the drive switch to an on state when the second state is instructed Control means and a capacitor for holding the drive switch in the on state in the second state.
上記構成の信号伝達回路においては、第2の状態が指示されると、スイッチ制御手段がコンデンサの電圧を制御することにより、駆動スイッチがオン状態に制御される。そうすると、制御対象の回路要素の制御端子と基準端子との間のインピーダンスが低く保持される。よって、この場合、制御対象の回路要素の制御端子に不要な信号が印加されても、制御端子と基準端子との間の電圧の上昇は抑えられ、誤動作の発生が抑制される。 In the signal transmission circuit having the above configuration, when the second state is instructed, the switch control unit controls the voltage of the capacitor, whereby the drive switch is controlled to be in the on state. As a result, the impedance between the control terminal of the circuit element to be controlled and the reference terminal is kept low. Therefore, in this case, even if an unnecessary signal is applied to the control terminal of the circuit element to be controlled, an increase in voltage between the control terminal and the reference terminal is suppressed, and occurrence of malfunction is suppressed.
上記構成の信号伝達回路において、前記駆動スイッチとしてpMOSトランジスタを採用し、前記スイッチ制御手段としてダイオードを備えるトランジスタ素子を採用するようにしてもよい。この場合、前記コンデンサは、前記駆動スイッチの制御端子に接続され、前記第2の状態が指示されたときに前記ダイオードを介してチャージされた電圧により、前記駆動スイッチをオン状態に保持する。また、この構成においては、コンデンサの容量は小さくてもよい。 In the signal transmission circuit having the above configuration, a pMOS transistor may be employed as the drive switch, and a transistor element including a diode may be employed as the switch control means. In this case, the capacitor is connected to the control terminal of the drive switch, and holds the drive switch in the on state by the voltage charged through the diode when the second state is instructed. In this configuration, the capacitance of the capacitor may be small.
上記構成の信号伝達回路において、前記スイッチ制御手段は、前記第1の状態が指示されたときは、前記コンデンサの電荷を放出させることにより前記駆動スイッチをオフ状態に制御するようにしてもよい。コンデンサの電荷を放出させると、pMOSトランジスタがオフ状態を保持し、制御対象の回路要素の制御端子に所定電圧が印加される。 In the signal transmission circuit having the above configuration, when the first state is instructed, the switch control unit may control the drive switch to an off state by releasing the charge of the capacitor. When the charge of the capacitor is discharged, the pMOS transistor is kept off, and a predetermined voltage is applied to the control terminal of the circuit element to be controlled.
上記構成の信号伝達回路において、前記回路要素はIGBTであり、信号伝達回路を前記IGBTのゲート駆動回路としてもよい。この構成においては、大きな電圧がIGBTのコレクタに印加されたとしても、IGBTのゲート電圧(制御端子)がしきい値を越えることはない。すなわち、不適切なタイミングでIGBTがターンオンして不必要な電流が流れることは回避される。 In the signal transmission circuit configured as described above, the circuit element may be an IGBT, and the signal transmission circuit may be a gate drive circuit of the IGBT. In this configuration, even if a large voltage is applied to the collector of the IGBT, the gate voltage (control terminal) of the IGBT does not exceed the threshold value. That is, it is avoided that the IGBT is turned on at an inappropriate timing and unnecessary current flows.
なお、本発明の「接続」は直接接続を示すだけでなく、抵抗素子など介する間接接続も含む。 Note that “connection” in the present invention includes not only direct connection but also indirect connection through a resistance element or the like.
本発明によれば、パルストランスを用いた信号伝達回路に接続される回路要素の誤動作を回避することが出来る。 According to the present invention, it is possible to avoid malfunction of circuit elements connected to a signal transmission circuit using a pulse transformer.
図1は、本発明の実施形態の信号伝達回路の構成を示す図である。以下の説明では、信号伝達回路を用いてIGBTを駆動するものとする。
実施形態の信号伝達回路1は、この実施例では、図5に示した回路構成を採用する。すなわち、パルストランスTの1次側には、スイッチ素子(入力スイッチ)Q1が接続されている。スイッチ素子Q1は、第1の状態および第2の状態を選択的に指示する入力信号により駆動される。第1の状態はオン状態に相当し、第2の状態はオフ状態に相当する。そして、例えば、入力信号の電圧レベルがスイッチ素子Q1のしきい値電圧よりも高いときに第1の状態が指示され、入力信号の電圧レベルがスイッチ素子Q1のしきい値電圧よりも低いときに第2の状態が指示される。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a signal transmission circuit according to an embodiment of the present invention. In the following description, it is assumed that the IGBT is driven using a signal transmission circuit.
In this embodiment, the signal transmission circuit 1 of the embodiment employs the circuit configuration shown in FIG. That is, a switch element (input switch) Q1 is connected to the primary side of the pulse transformer T. Switch element Q1 is driven by an input signal that selectively indicates the first state and the second state. The first state corresponds to the on state, and the second state corresponds to the off state. For example, the first state is indicated when the voltage level of the input signal is higher than the threshold voltage of the switch element Q1, and when the voltage level of the input signal is lower than the threshold voltage of the switch element Q1. A second state is indicated.
パルストランスTの2次側には、IGBT(回路要素)を駆動するための駆動回路が構成されている。なお、以下の説明では、巻線N3の黒点が付されている側の端子(一方の端子)をホット端子、他方の端子をコールド端子と呼ぶことがある。 On the secondary side of the pulse transformer T, a drive circuit for driving an IGBT (circuit element) is configured. In the following description, the terminal (one terminal) on which the black dot of the winding N3 is attached may be referred to as a hot terminal and the other terminal as a cold terminal.
駆動回路は、図5を参照しながら説明したように、ダイオード(一方向素子)D1、抵抗R1、R2、スイッチ素子(駆動スイッチ)Q2を備える。ここで、ダイオードD1は、パルストランスTとIGBTのゲート(制御端子)との間において、パルストランスTからIGBTへ順方向電流を流す向きに設けられている。また、スイッチ素子Q2は、pMOSトランジスタである。そして、スイッチ素子Q2のソースおよびドレインが、それぞれIGBTのゲートおよびエミッタ(基準端子)に接続されている。 As described with reference to FIG. 5, the drive circuit includes a diode (unidirectional element) D1, resistors R1 and R2, and a switch element (drive switch) Q2. Here, the diode D1 is provided in a direction in which a forward current flows from the pulse transformer T to the IGBT between the pulse transformer T and the gate (control terminal) of the IGBT. The switch element Q2 is a pMOS transistor. The source and drain of the switch element Q2 are connected to the gate and emitter (reference terminal) of the IGBT, respectively.
実施形態の信号伝達回路1は、さらに、コンデンサCおよびスイッチ素子(スイッチ制御手段)Q3を備えている。コンデンサCの一方の端子はスイッチ素子Q2のゲート(制御端子)に接続され、コンデンサCの他方の端子はスイッチ素子Q2のドレインに接続されている。以下、コンデンサCの他方の端子の電位に対する一方の端子の電位をコンデンサCの電圧Vcとして説明する。また、スイッチ素子Q3は、この実施例では、pMOSトランジスタである。スイッチ素子Q3のゲートは巻線N3のコールド端子に接続され、そのソースは巻線N3のホット端子に接続され、そのドレインはコンデンサCおよびスイッチ素子Q2のゲートに接続されている。さらに、スイッチ素子Q3は、ボディダイオードBDを備えている。ボディダイオードBDのアノードおよびカソードは、それぞれスイッチ素子Q3のドレインおよびソースに接続されている。 The signal transmission circuit 1 of the embodiment further includes a capacitor C and a switch element (switch control means) Q3. One terminal of the capacitor C is connected to the gate (control terminal) of the switch element Q2, and the other terminal of the capacitor C is connected to the drain of the switch element Q2. Hereinafter, the potential of one terminal with respect to the potential of the other terminal of the capacitor C will be described as the voltage Vc of the capacitor C. The switch element Q3 is a pMOS transistor in this embodiment. The gate of the switch element Q3 is connected to the cold terminal of the winding N3, its source is connected to the hot terminal of the winding N3, and its drain is connected to the capacitor C and the gate of the switch element Q2. Furthermore, the switch element Q3 includes a body diode BD. The anode and cathode of the body diode BD are connected to the drain and source of the switch element Q3, respectively.
なお、巻線N2およびダイオードD2は、パルストランスTの励磁エネルギーを効率よく電源に還すために設けられているが、実施形態の信号伝達回路において必須の構成要素ではない。また、スイッチ素子Q2もボディダイオードを備えるようにしてもよい。 The winding N2 and the diode D2 are provided in order to efficiently return the excitation energy of the pulse transformer T to the power source, but are not essential components in the signal transmission circuit of the embodiment. The switch element Q2 may also include a body diode.
上記構成の信号伝達回路1において、IGBTは、パルストランスTの1次側に与えられる入力信号に従って駆動される。すなわち、実施形態の信号伝達回路1は、絶縁を確保しながら入力信号を伝達し、IGBTのゲート(ゲート・エミッタ間)に与える。なお、以下の説明では、IGBTのエミッタ端子の電圧(すなわち、巻線N3のコールド端子の電圧)を基準電位Vrefと呼ぶことがある。基準電位Vrefは、必ずしも一定である必要はない。 In the signal transmission circuit 1 configured as described above, the IGBT is driven according to an input signal applied to the primary side of the pulse transformer T. That is, the signal transmission circuit 1 according to the embodiment transmits an input signal while ensuring insulation, and applies the signal to the gate (between the gate and the emitter) of the IGBT. In the following description, the voltage at the emitter terminal of the IGBT (that is, the voltage at the cold terminal of the winding N3) may be referred to as a reference potential Vref. The reference potential Vref is not necessarily constant.
IGBTをターンオンする際には、パルストランスTの1次側に接続されているスイッチ素子Q1をオン状態に制御する。つまり、第1の状態が指示される。なお、この実施例では、スイッチQ1がターンオンされた時点で、スイッチ素子Q2はオン状態であり、また、コンデンサCは負電圧を保持しているものとする。コンデンサCが負電圧を保持している状態とは、スイッチ素子Q2のゲートの電位が基準電位Vrefよりも低い状態に相当する。 When the IGBT is turned on, the switch element Q1 connected to the primary side of the pulse transformer T is controlled to be turned on. That is, the first state is instructed. In this embodiment, when the switch Q1 is turned on, the switch element Q2 is in an on state, and the capacitor C is holding a negative voltage. The state where the capacitor C holds a negative voltage corresponds to a state where the gate potential of the switch element Q2 is lower than the reference potential Vref.
スイッチ素子Q1がターンオンすると、パルストランスTの2次側の電圧V2が正電圧となる。この電圧V2がスイッチ素子Q3のしきい値電圧に達すると、スイッチ素子Q3はオン状態になる。そうすると、スイッチ素子Q3を介して流れる電流により(或いは、コンデンサCから負電荷が引き抜かれることにより)、スイッチ素子Q2のゲートの電位が上昇する。この結果、スイッチ素子Q2はオフ状態になる。この後、ダイオードD1介してIGBTのゲートに電流が供給されることによりゲート電圧が発生し、IGBTはオン状態に移行する。 When the switch element Q1 is turned on, the voltage V2 on the secondary side of the pulse transformer T becomes a positive voltage. When this voltage V2 reaches the threshold voltage of switch element Q3, switch element Q3 is turned on. As a result, the potential of the gate of the switch element Q2 rises due to the current flowing through the switch element Q3 (or the negative charge is extracted from the capacitor C). As a result, the switch element Q2 is turned off. Thereafter, a current is supplied to the gate of the IGBT through the diode D1, thereby generating a gate voltage, and the IGBT is turned on.
IGBTをターンオフする際には、スイッチ素子Q1をオフ状態に制御する。つまり、第2の状態が指示される。スイッチQ1がターンオフすると、パルストランスTの2次側の電圧V2が負電圧となる。そうすると、スイッチ素子Q3はオフ状態となる。また、電圧V2が負電圧であるため、スイッチ素子Q3のボディダイオードBDを介して電流が流れる(或いは、コンデンサCから正電荷が引き抜かれる)。これにより、コンデンサCがチャージされて電圧Vcが負電圧となり、スイッチ素子Q2のゲートの電位がそのソース電位よりも低くなる。すなわち、ゲート・ソース間に負電圧が発生し、スイッチQ2はオン状態に移行する。この結果、IGBTのゲートの電位が低下し、IGBTはオフ状態に移行する。このボディダイオードBDを介して流れる電流により、コンデンサCがチャージされて電圧Vcは負電圧となる。 When turning off the IGBT, the switch element Q1 is controlled to be in an off state. That is, the second state is instructed. When the switch Q1 is turned off, the voltage V2 on the secondary side of the pulse transformer T becomes a negative voltage. Then, the switch element Q3 is turned off. Further, since the voltage V2 is a negative voltage, a current flows through the body diode BD of the switch element Q3 (or positive charge is drawn from the capacitor C). Thereby, the capacitor C is charged, the voltage Vc becomes a negative voltage, and the potential of the gate of the switch element Q2 becomes lower than its source potential. That is, a negative voltage is generated between the gate and the source, and the switch Q2 is turned on. As a result, the potential of the gate of the IGBT is lowered, and the IGBT shifts to an off state. Due to the current flowing through the body diode BD, the capacitor C is charged and the voltage Vc becomes a negative voltage.
この後、スイッチQ1がオフ状態に保持されると、パルストランスTの励磁エネルギーは時間経過に伴って放出され、電圧V2はやがて実質的にゼロになる。このとき、コンデンサCの電圧Vcは負電圧を保持している。また、スイッチ素子Q3のボディダイオードBDに逆方向電圧がかかっているので、スイッチ素子Q3はオフ状態を保持する。そうすると、コンデンサCに蓄積されている電荷は引き抜かれることはなく、スイッチ素子Q2のゲートには負電圧が与えられたままである。したがって、スイッチQ2は、オン状態を保持することになる。 Thereafter, when the switch Q1 is held in the OFF state, the excitation energy of the pulse transformer T is released with the passage of time, and the voltage V2 eventually becomes substantially zero. At this time, the voltage Vc of the capacitor C holds a negative voltage. Further, since a reverse voltage is applied to the body diode BD of the switch element Q3, the switch element Q3 maintains the off state. As a result, the electric charge accumulated in the capacitor C is not extracted, and a negative voltage remains applied to the gate of the switch element Q2. Therefore, the switch Q2 is kept on.
このように、実施形態の信号伝達回路1においては、パルストランスTがオフ状態であるときは、スイッチ素子Q2がオン状態を保持する。そうすると、IGBTのゲート・エミッタ間のインピーダンスが低く保たれる。このインピーダンスは、スイッチ素子Q2のオン特性に依存し、例えば数オーム程度である。したがって、IGBTのコレクタ側において外来要因が発生しても、IGBTのゲート電圧の変動はわずかであり、入力信号に反してIGBTがオン状態に移行することはない。この結果、IGBTを介して無駄な電流が流れることを回避できる。 Thus, in the signal transmission circuit 1 according to the embodiment, when the pulse transformer T is in the off state, the switch element Q2 holds the on state. Then, the impedance between the gate and the emitter of the IGBT is kept low. This impedance depends on the ON characteristics of the switch element Q2, and is about several ohms, for example. Therefore, even if an external factor occurs on the collector side of the IGBT, the IGBT gate voltage fluctuates little and the IGBT does not shift to the ON state against the input signal. As a result, it is possible to avoid a wasteful current from flowing through the IGBT.
コンデンサCは、スイッチ素子Q2のゲートにしきい値電圧を発生させるために設けられている。このため、コンデンサCの容量は、スイッチ素子Q2の定格に依存するが、十分に小さくてよい。したがって、IGBTのターンオフ時間も短くなる。 The capacitor C is provided for generating a threshold voltage at the gate of the switch element Q2. For this reason, the capacity of the capacitor C depends on the rating of the switch element Q2, but may be sufficiently small. Therefore, the IGBT turn-off time is also shortened.
図2は、実施形態の信号伝達回路1の使用例を示す図である。この実施例では、信号伝達回路1は、DC/DCコンバータ10において使用される。DC/DCコンバータ10は、1組のIGBT11、12を備える。IGBT11、12は、直列的に接続されており、入力電源Vinとグランドとの間に設けられる。IGBT11、12の出力側には、コイルLおよび出力コンデンサCoutが設けられる。そして、実施形態の信号伝達回路1は、グランド側に設けられるIGBT12を駆動するために使用される。この場合、図1に示すIGBTは、図2に示すIGBT12に相当する。なお、入力電源Vin側に設けられるIGBT11は、実施形態の信号伝達回路1で駆動されてもよいし、他の構成の回路で駆動されてもよい。 FIG. 2 is a diagram illustrating a usage example of the signal transmission circuit 1 according to the embodiment. In this embodiment, the signal transmission circuit 1 is used in a DC / DC converter 10. The DC / DC converter 10 includes a pair of IGBTs 11 and 12. The IGBTs 11 and 12 are connected in series and are provided between the input power source Vin and the ground. A coil L and an output capacitor Cout are provided on the output side of the IGBTs 11 and 12. The signal transmission circuit 1 according to the embodiment is used to drive the IGBT 12 provided on the ground side. In this case, the IGBT shown in FIG. 1 corresponds to the IGBT 12 shown in FIG. The IGBT 11 provided on the input power source Vin side may be driven by the signal transmission circuit 1 of the embodiment or may be driven by a circuit having another configuration.
上記構成のDC/DCコンバータ10においては、IGBT11、12が交互に駆動される。そして、IGBT11がオン状態に制御され、且つIGBT12がオフ状態に制御されているときは、図1に示すスイッチ素子Q2がオン状態に保持されるので、IGBTのゲート・エミッタ間のインピーダンスが低く保たれている。したがって、この期間に、例えば、大きな電圧がコイルL側からIGBT12のコレクタに印加されたとしても、IGBT12のゲート電圧がしきい値を越えることはない。すなわち、不適切なタイミングでIGBT12がターンオンして不必要な電流が流れることは回避される。 In the DC / DC converter 10 having the above configuration, the IGBTs 11 and 12 are driven alternately. When the IGBT 11 is controlled to be in the on state and the IGBT 12 is controlled to be in the off state, the switch element Q2 shown in FIG. I'm leaning. Therefore, for example, even if a large voltage is applied to the collector of the IGBT 12 from the coil L side during this period, the gate voltage of the IGBT 12 does not exceed the threshold value. That is, it is avoided that the IGBT 12 is turned on at an inappropriate timing and an unnecessary current flows.
<他の実施形態>
図3は、他の実施形態の信号伝達回路2の構成を示す図である。信号伝達回路2の構成は、基本的には、図1に示す信号伝達回路1と同じである。ただし、信号伝達回路2は、図1に示す信号伝達回路1が備えるスイッチ素子Q2の代わりに、スイッチ素子Q4(駆動スイッチ)を備える。スイッチ素子Q4は、nMOSトランジスタである。また、信号伝達回路2は、図1に示す信号伝達回路1が備えるスイッチ素子Q3の代わりに、ダイオードD3および反転バッファINV(スイッチ制御手段)を備える。ダイオードD3のアノードは巻線N3のホット端子に接続され、ダイオードD3のカソードはコンデンサCの一方の端子に接続され、コンデンサCの他方の端子は巻線N3のコールド端子に接続される。また、巻線N3のホット端子は、反転バッファINVの入力端子に接続される。そして、反転バッファINVの出力端子がスイッチ素子Q4のゲートに接続される。さらに、巻線N3に並列に抵抗R3が設けられる。また、コンデンサCの電圧Vcが反転バッファINVの出力電圧源となるように、コンデンサCの両端が反転バッファINVの電源端子と接地端子に接続される。
<Other embodiments>
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of the
上記構成の信号伝達回路2の動作は、基本的には、図1を参照しながら説明した信号伝達回路2と同じである。第1の状態が指示されたとき、すなわち、スイッチ素子Q1をターンオンすると、パルストランスTの2次側に正電圧が発生し、コンデンサCがチャージされる。また、同時に反転バッファINVの入力端子に高レベル信号が与えられ、反転バッファINVの出力信号が低レベル状態となるので、nMOSトランジスタであるスイッチ素子Q4はオフ状態に制御される。そうすると、ダイオードD1を介してIGBTのゲートに電流が供給され、IGBTはオン状態に制御される。
The operation of the
第2の状態が指示されたとき、すなわち、スイッチ素子Q1がターンオフすると、パルストランスTの2次側に負電圧が発生し、反転バッファINVの入力端子には低レベル信号が与えられる。そうすると、コンデンサCにチャージされた電圧によって反転バッファINVの出力信号は高レベル状態となり、スイッチ素子Q4はターンオンするので、IGBTはターンオフする。この後、スイッチ素子Q1がオフ状態を保持し、パルストランスTの励磁エネルギーが放出されて巻線N3の電圧がゼロに近づくものとする。このとき、コンデンサCに蓄積されている電荷は引き抜かれることはなく、反転バッファINVの出力信号は高レベル状態を維持する。よって、スイッチ素子Q4はオン状態のままであり、IGBTのゲート・エミッタ間のインピーダンスは低い状態に保持される。したがって、図1に示した回路構成と同様に、コレクタ側からの外来要因があっても、IGBTが誤点弧することはない。 When the second state is instructed, that is, when the switch element Q1 is turned off, a negative voltage is generated on the secondary side of the pulse transformer T, and a low level signal is applied to the input terminal of the inverting buffer INV. Then, the output signal of the inversion buffer INV becomes a high level state by the voltage charged in the capacitor C, and the switch element Q4 is turned on, so that the IGBT is turned off. Thereafter, it is assumed that the switch element Q1 is maintained in the OFF state, the excitation energy of the pulse transformer T is released, and the voltage of the winding N3 approaches zero. At this time, the electric charge accumulated in the capacitor C is not extracted, and the output signal of the inverting buffer INV maintains a high level state. Therefore, the switch element Q4 remains on, and the impedance between the gate and the emitter of the IGBT is kept low. Therefore, similarly to the circuit configuration shown in FIG. 1, even if there is an external factor from the collector side, the IGBT is not erroneously fired.
<他の使用形態>
図4は、信号の送受信のために信号伝達回路が使用される実施例を示す図である。信号伝達回路は、図1に示す構成または図3に示す構成のいずれであってもよい。そして、この使用形態によれば、絶縁を確保しながら信号を送受信する構成において、信号線が外来ノイズを受ける場合であっても、信号誤りが抑制される。なお、信号伝達回路の出力信号は、制御回路20の受信素子(回路要素:例えば、トランジスタ)に与えられる。また、実施形態の信号伝達回路を並列に設ければ、0〜100パーセントのデューティで信号を送受信できる。パルストランスの磁気飽和を回避しながら0〜100パーセントのデューティで信号を扱えるようにした構成は、特に限定されるものではないが、例えば、特開平7−15949号公報に記載されている。
<Other usage patterns>
FIG. 4 is a diagram illustrating an embodiment in which a signal transmission circuit is used for signal transmission and reception. The signal transmission circuit may have either the configuration shown in FIG. 1 or the configuration shown in FIG. And according to this usage pattern, in the configuration for transmitting and receiving signals while ensuring insulation, signal errors are suppressed even when the signal line receives external noise. The output signal of the signal transmission circuit is given to the receiving element (circuit element: for example, transistor) of the
一方向素子としてダイオードD1を用いたが、例えばトランジスタなどのスイッチング素子を用いてもよい。この場合、電流を一方向にしか流さないようにスイッチング素子を制御する。 Although the diode D1 is used as the unidirectional element, for example, a switching element such as a transistor may be used. In this case, the switching element is controlled so that the current flows only in one direction.
1、2 信号伝達回路
10 DC/DCコンバータ
1, 2 Signal transmission circuit 10 DC / DC converter
Claims (4)
前記回路要素の制御端子と基準端子との間に設けられる駆動スイッチと、
前記第1の状態が指示されたときは、前記駆動スイッチをオフ状態に制御し、前記第2の状態が指示されたときは、前記駆動スイッチをオン状態に制御するスイッチ制御手段と、
前記第2の状態において前記駆動スイッチをオン状態に保持するコンデンサと、
を備えることを特徴とする信号伝達回路。 A primary winding to which an input switch driven by an input signal selectively indicating the first state and the second state is connected, and a control terminal of a circuit element is connected to one terminal via a one-way element A pulse transformer comprising a secondary winding connected and connected to the other terminal to the reference terminal of the circuit element;
A drive switch provided between a control terminal and a reference terminal of the circuit element;
Switch control means for controlling the drive switch to an off state when the first state is instructed, and to control the drive switch to an on state when the second state is instructed;
A capacitor for holding the drive switch in an on state in the second state;
A signal transmission circuit comprising:
前記駆動スイッチは、pMOSトランジスタであり、
前記スイッチ制御手段は、ダイオードを備えるトランジスタ素子であり、
前記コンデンサは、前記駆動スイッチの制御端子に接続され、前記第2の状態が指示されたときに前記ダイオードを介してチャージされた電圧により、前記駆動スイッチをオン状態に保持する
ことを特徴とする信号伝達回路。 The signal transmission circuit according to claim 1,
The drive switch is a pMOS transistor;
The switch control means is a transistor element including a diode,
The capacitor is connected to a control terminal of the drive switch, and holds the drive switch in an on state by a voltage charged through the diode when the second state is instructed. Signal transmission circuit.
前記スイッチ制御手段は、前記第1の状態が指示されたときは、前記コンデンサの電荷を放出させることにより前記駆動スイッチをオフ状態に制御する
ことを特徴とする信号伝達回路。 The signal transmission circuit according to claim 2,
When the first state is instructed, the switch control means controls the drive switch to be in an OFF state by releasing the electric charge of the capacitor.
前記回路要素はIGBTであり、
前記IGBTのゲート駆動回路であることを特徴とする信号伝達回路。 The signal transmission circuit according to claim 1,
The circuit element is an IGBT;
A signal transmission circuit which is the gate drive circuit of the IGBT.
Priority Applications (1)
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| JP2008183782A JP2010028197A (en) | 2008-07-15 | 2008-07-15 | Signal transfer circuit using pulse transformer |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116073809A (en) * | 2023-03-23 | 2023-05-05 | 杭州飞仕得科技股份有限公司 | Pulse transformer signal bidirectional transmission device and protection method thereof |
-
2008
- 2008-07-15 JP JP2008183782A patent/JP2010028197A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116073809A (en) * | 2023-03-23 | 2023-05-05 | 杭州飞仕得科技股份有限公司 | Pulse transformer signal bidirectional transmission device and protection method thereof |
| CN116073809B (en) * | 2023-03-23 | 2023-06-16 | 杭州飞仕得科技股份有限公司 | Pulse transformer signal bidirectional transmission device and protection method thereof |
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