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JP2016005295A - Insulated gate signal transmission circuit - Google Patents

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JP2016005295A
JP2016005295A JP2014122139A JP2014122139A JP2016005295A JP 2016005295 A JP2016005295 A JP 2016005295A JP 2014122139 A JP2014122139 A JP 2014122139A JP 2014122139 A JP2014122139 A JP 2014122139A JP 2016005295 A JP2016005295 A JP 2016005295A
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JP
Japan
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voltage
photocoupler
switching element
pulse transformer
output
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014122139A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
大森 洋一
Yoichi Omori
洋一 大森
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.)
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toyo Electric Manufacturing Ltd filed Critical Toyo Electric Manufacturing Ltd
Priority to JP2014122139A priority Critical patent/JP2016005295A/en
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Abstract

【課題】スイッチング素子の絶縁ゲート信号伝達回路のフォトカプラの過電流検知保護機能を残したままで,の伝達遅れを短くする。
【解決手段】パルストランス2の入出力にコンデンサ3,4を直列に接続し抵抗11,12を並列に接続したパルストランス回路13とフォトカプラ1を並列に接続して,スイッチング素子10のゲート電圧を生成する。
【選択図】図1
An object of the present invention is to reduce a transmission delay while maintaining an overcurrent detection protection function of a photocoupler of an insulated gate signal transmission circuit of a switching element.
A gate voltage of a switching element is obtained by connecting a pulse transformer circuit and a photocoupler connected in parallel with capacitors and 4 connected in series to the input and output of the pulse transformer 2 and resistors 11 and 12 connected in parallel. Is generated.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、スイッチング素子のゲート信号を絶縁して伝達する回路に関するものである。   The present invention relates to a circuit for insulating and transmitting a gate signal of a switching element.

スイッチング信号を絶縁して所定電圧に増幅しスイッチング素子のゲート端子に印加する従来の回路を図2に示す。図2において,フォトカプラ1は入力したスイッチング信号Sを絶縁して所定電圧に増幅して出力する。電圧バッファ8は,フォトカプラ1の出力に応じた電圧をゲート抵抗9を介してスイッチング素子10のゲート端子に印加する。以上により,スイッチング素子10は,絶縁されたスイッチング信号Sに従ってオンオフ動作する。   FIG. 2 shows a conventional circuit that insulates the switching signal, amplifies it to a predetermined voltage, and applies it to the gate terminal of the switching element. In FIG. 2, the photocoupler 1 insulates the input switching signal S, amplifies it to a predetermined voltage, and outputs it. The voltage buffer 8 applies a voltage according to the output of the photocoupler 1 to the gate terminal of the switching element 10 via the gate resistor 9. As described above, the switching element 10 is turned on / off according to the insulated switching signal S.

特開2006−074372号公報JP 2006-074372 A

「アバゴ・テクノロジー製ACPL−36JV−000E データシート」、アバゴ・テクノロジー、2010年、6月15日"Avago Technology's ACPL-36JV-000E Data Sheet", Avago Technologies, 2010, June 15

フォトカプラは入出力間の信号の伝達遅延が数百nsecあるためスイッチング素子の動作がスイッチング信号通りとならないことが従来技術の課題である。例えば,図3のように同じスイッチング信号で並列に接続された2つのスイッチング素子を各々別のフォトカプラによる絶縁ゲート信号伝達回路において,フォトカプラ1とフォトカプラ21の信号遅延時間が異なると,スイッチング素子10と30は同時にオンオフができなくなるので,その時間ずれに応じてスイッチング素子に流れる電流にアンバランスが生じて,片方のスイッチング素子に電流が集中してしまいスイッチング素子が破損してしまう恐れがある。   Since the photocoupler has a signal transmission delay between input and output of several hundreds nsec, it is a problem of the prior art that the operation of the switching element does not follow the switching signal. For example, when two switching elements connected in parallel with the same switching signal as shown in FIG. 3 are used in an insulated gate signal transmission circuit using different photocouplers, if the signal delay times of the photocoupler 1 and the photocoupler 21 are different, the switching is performed. Since the elements 10 and 30 cannot be turned on and off at the same time, the current flowing through the switching element is unbalanced according to the time difference, and the current is concentrated on one switching element, which may damage the switching element. is there.

この問題を解決するために,特許文献1ではフォトカプラの代わりにパルストランスを用いている。非特許文献1に示されているフォトカプラは,スイッチング信号を絶縁伝達する手段の他に,スイッチング素子に流れる電流の過電流を検出する機能を併せ持っている。従って,特許文献1のようにフォトカプラを使用しなくなると過電流検知回路を別に用意する必要があり,回路が複雑になり高価となってしまう。   In order to solve this problem, Patent Document 1 uses a pulse transformer instead of a photocoupler. The photocoupler disclosed in Non-Patent Document 1 has a function of detecting an overcurrent of a current flowing through a switching element in addition to means for insulatingly transmitting a switching signal. Therefore, when the photocoupler is not used as in Patent Document 1, it is necessary to prepare a separate overcurrent detection circuit, which makes the circuit complicated and expensive.

前記課題を解決するために本発明は、
スイッチング信号に応じた電圧を絶縁出力するフォトカプラと,
入出力にコンデンサを直列に抵抗を並列に接続されたパルストランスで構成されて前記スイッチング信号を入力とするパルストランス回路と,
前記フォトカプラの出力と前記パルストランス回路の出力とを抵抗を介して入力した電圧に応じた電圧を,ゲート抵抗を介して前記スイッチング素子のゲート端子に印加する電圧バッファとを具備することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention provides:
A photocoupler that provides isolated output of the voltage corresponding to the switching signal;
A pulse transformer circuit comprising a pulse transformer in which a capacitor is connected in series with a resistor in input and output, and the switching signal is input;
A voltage buffer for applying a voltage corresponding to a voltage inputted through a resistor to the output of the photocoupler and the output of the pulse transformer circuit to the gate terminal of the switching element through a gate resistor; And

本発明において,スイッチング信号の変化時にパルストランス回路の出力電圧が遅れることなく変化して電圧バッファを介してスイッチング素子のゲート端子電圧を変化させることができる。よって図3のように複数のスイッチング素子を並列に接続した回路に本発明を適用することで,それらのスイッチング素子のゲート端子電圧のずれを無くする事ができ,各スイッチング素子の電流バランスを保つことができる。   In the present invention, when the switching signal changes, the output voltage of the pulse transformer circuit changes without delay, and the gate terminal voltage of the switching element can be changed via the voltage buffer. Therefore, by applying the present invention to a circuit in which a plurality of switching elements are connected in parallel as shown in FIG. 3, the deviation of the gate terminal voltage of these switching elements can be eliminated, and the current balance of each switching element is maintained. be able to.

またスイッチング信号が変化しない状態では,スイッチング素子のゲート端子電圧はフォトカプラ出力電圧に依存するようになる。よってフォトカプラにスイッチング素子の過電流検知機能がある場合に該過電流を検知すると,スイッチング信号を変化させること無くフォトカプラの出力電圧がオフ方向に変化させることができるので,スイッチング素子をオフさせることができる。   When the switching signal does not change, the gate terminal voltage of the switching element depends on the photocoupler output voltage. Therefore, if the photocoupler has an overcurrent detection function of the switching element, if the overcurrent is detected, the output voltage of the photocoupler can be changed in the off direction without changing the switching signal, so the switching element is turned off. be able to.

本発明の絶縁ゲート信号伝達回路の説明図である。(実施例1)It is explanatory drawing of the insulated gate signal transmission circuit of this invention. (Example 1) 従来の絶縁ゲート信号伝達回路の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional insulated gate signal transmission circuit. 従来の2個の絶縁ゲート信号伝達回路を使ったスイッチング素子並列回路図である。It is a switching element parallel circuit diagram using two conventional insulated gate signal transmission circuits. 本発明の各部電圧波形例を表した図である。It is a figure showing the example of each part voltage waveform of this invention.

図1は、本発明の絶縁ゲート信号伝達回路の一例であり,図4は図1の各部電圧波形例を表した図である。以下に図1及び図4に基づいて説明する。   FIG. 1 is an example of an insulated gate signal transmission circuit according to the present invention, and FIG. 4 is a diagram showing an example of voltage waveforms at various parts in FIG. This will be described below with reference to FIGS.

フォトカプラ1は入力したスイッチング信号Sを絶縁して所定電圧V5に増幅して出力する。その際のスイッチング信号Sとフォトカプラ1の出力電圧V5の一例を表したのが図4のSとV5の波形であり,スイッチング信号Sの立ち上がり時点でV5はtdrの遅れがあり,立ち下がり時点でtdfの遅れがある。   The photocoupler 1 insulates the input switching signal S, amplifies it to a predetermined voltage V5, and outputs it. An example of the switching signal S and the output voltage V5 of the photocoupler 1 at this time is shown by the waveforms of S and V5 in FIG. 4. At the rising edge of the switching signal S, V5 has a delay of tdr and the falling edge. There is a delay of tdf.

一方パルストランス回路13は,パルストランス2の入力側にコンデンサ3を直列に接続し抵抗11を並列に接続し,パルストランス2の出力側に抵抗12を並列接続してコンデンサ4を直列に接続した構成となっている。パルストランス回路13の入力側にスイッチング信号Sを接続すると,パルストランスの入力電圧波形V1と出力電圧波形V2とパルストランス回路の出力波形V3は,図4のようになる。   On the other hand, in the pulse transformer circuit 13, a capacitor 3 is connected in series to the input side of the pulse transformer 2 and a resistor 11 is connected in parallel, and a resistor 12 is connected in parallel to the output side of the pulse transformer 2 and a capacitor 4 is connected in series. It has a configuration. When the switching signal S is connected to the input side of the pulse transformer circuit 13, the input voltage waveform V1 and output voltage waveform V2 of the pulse transformer and the output waveform V3 of the pulse transformer circuit are as shown in FIG.

フォトカプラ1の出力は抵抗5を介して,パルストランス回路の出力は抵抗6を介して電圧バッファ8の入力に接続されていて,抵抗5の抵抗値に対して抵抗6の抵抗値が十分に小さいとすると,電圧バッファ8の入力電圧はパルストランス回路13の出力電圧にほぼ依存することとなる。但し,時間の経過とともに徐々にコンデンサ4の充放電によりパルストランス回路13の出力電圧V3はフォトカプラ1の出力電圧V5に一致する。   The output of the photocoupler 1 is connected to the input of the voltage buffer 8 via the resistor 5 and the output of the pulse transformer circuit is connected to the input of the voltage buffer 8 via the resistor 6, and the resistance value of the resistor 6 is sufficiently larger than the resistance value of the resistor 5. If it is small, the input voltage of the voltage buffer 8 substantially depends on the output voltage of the pulse transformer circuit 13. However, the output voltage V3 of the pulse transformer circuit 13 coincides with the output voltage V5 of the photocoupler 1 as the capacitor 4 is gradually charged and discharged with time.

電圧バッファ8は,入力した電圧に応じた電圧をゲート抵抗9を介してスイッチング素子10のゲート端子に印加する。以上により,スイッチング素子10は,絶縁されたスイッチング信号Sに従って遅れることなくオンオフ動作する。   The voltage buffer 8 applies a voltage corresponding to the input voltage to the gate terminal of the switching element 10 via the gate resistor 9. As described above, the switching element 10 is turned on and off without delay according to the insulated switching signal S.

例えば,スイッチング素子10がオン状態の時,スイッチング信号Sは5VでV5=15Vとし,スイッチング素子10がオフ状態の時,スイッチング信号Sは0VでV5=−15Vとする。するとS=0V時はコンデンサ4の電圧Vc2=−15Vとなっているので,S=5Vに変化時にV3の電圧を15Vより大きくするために,パルストランスの巻数比は1:8程度が望ましい。そうするとS=5Vに変化時にV2=40Vとなり,V3=25Vとなる。抵抗5と抵抗6の抵抗値比を5:1とすると,この時点でV4は約18Vとなり,遅れることなく電圧バッファ8を介して正のゲート電圧をスイッチング素子に印加することができる。なお,ツェナダイオード7は,電圧バッファ8の電源であるPVやNV以上の電圧を電圧バッファ8に入力しないように制限する役割がある。   For example, when the switching element 10 is on, the switching signal S is 5V and V5 = 15V, and when the switching element 10 is off, the switching signal S is 0V and V5 = −15V. Then, since the voltage Vc2 of the capacitor 4 is -15V when S = 0V, the turn ratio of the pulse transformer is preferably about 1: 8 in order to make the voltage of V3 larger than 15V when changing to S = 5V. Then, when changing to S = 5V, V2 = 40V and V3 = 25V. If the resistance value ratio between the resistors 5 and 6 is 5: 1, V4 becomes about 18 V at this time, and a positive gate voltage can be applied to the switching element via the voltage buffer 8 without delay. The Zener diode 7 has a role of restricting the voltage buffer 8 from being supplied with a voltage higher than PV or NV, which is the power source of the voltage buffer 8.

フォトカプラ1に過電流検出機能があり,スイッチング素子10の過電流を検出すると,フォトカプラ1はスイッチング信号Sに関係なく出力電圧V5を負の電圧にする。すると,電圧バッファ8の入力電圧及びパルストランス回路13の出力電圧V3やコンデンサ4の電位Vc2がV5まで徐々に変化して,スイッチング素子10をオフすることができる。   The photocoupler 1 has an overcurrent detection function. When the overcurrent of the switching element 10 is detected, the photocoupler 1 sets the output voltage V5 to a negative voltage regardless of the switching signal S. Then, the input voltage of the voltage buffer 8, the output voltage V3 of the pulse transformer circuit 13, and the potential Vc2 of the capacitor 4 are gradually changed to V5, and the switching element 10 can be turned off.

本発明は,従来のフォトカプラによる絶縁ゲート信号伝達回路に並列にパルストランスによる回路を付加するだけなので,簡単にゲート信号の伝達遅れを非常に小さくすることができ,スイッチング素子の高精度な制御が可能となり,電圧型PWMインバータの正電位と負電位の短絡防止用のデッドタイムの設定にフォトカプラの伝達時間のばらつきを考慮する必要がなくなり,デッドタイムを短く設定できることから,電圧型PWMインバータの出力電圧を高精度に制御できるようになり,電圧型PWMインバータを用いた装置の性能向上を図ることができる。   Since the present invention only adds a circuit using a pulse transformer in parallel to an insulated gate signal transmission circuit using a conventional photocoupler, the transmission delay of the gate signal can be easily reduced, and the switching element can be controlled with high accuracy. This eliminates the need to take into account variations in the transmission time of the photocoupler when setting the dead time for preventing the short-circuit between the positive and negative potentials of the voltage type PWM inverter, and the dead time can be set short. Can be controlled with high accuracy, and the performance of the apparatus using the voltage type PWM inverter can be improved.

1,21 フォトカプラ
2 パルストランス
3,4 コンデンサ
5,6,11,12 抵抗
7 ツェナダイオード
8,28 電圧バッファ
9,29 ゲート抵抗
10,30 スイッチング素子
13 パルストランス回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,21 Photocoupler 2 Pulse transformer 3, 4 Capacitor 5, 6, 11, 12 Resistance 7 Zener diode 8, 28 Voltage buffer 9, 29 Gate resistance 10, 30 Switching element 13 Pulse transformer circuit

Claims (1)

スイッチング信号を絶縁伝達してスイッチング素子のゲート端子に所定電圧を印加する絶縁ゲート信号伝達回路において,
前記スイッチング信号に応じた電圧を絶縁出力するフォトカプラと,
入出力にコンデンサを直列に抵抗を並列に接続されたパルストランスで構成されて前記スイッチング信号を入力とするパルストランス回路と,
前記フォトカプラの出力と前記パルストランス回路の出力とを抵抗を介して入力した電圧に応じた電圧をゲート抵抗を介して前記スイッチング素子のゲート端子に印加する電圧バッファとを具備することを特徴とする絶縁ゲート信号伝達回路。

In an insulated gate signal transmission circuit that insulates and transmits a switching signal and applies a predetermined voltage to the gate terminal of the switching element.
A photocoupler that insulates and outputs a voltage corresponding to the switching signal;
A pulse transformer circuit comprising a pulse transformer in which a capacitor is connected in series with a resistor in input and output, and the switching signal is input;
And a voltage buffer for applying a voltage corresponding to a voltage inputted to the output of the photocoupler and the output of the pulse transformer circuit via a resistor to the gate terminal of the switching element via a gate resistor. Insulated gate signal transmission circuit.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107634742A (en) * 2016-07-19 2018-01-26 罗姆股份有限公司 Signal circuit and vehicle

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