栅极驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及驱动作为电力变换用半导体元件的半导体开关元件的栅极驱动电路。
【背景技术】
[0002]作为驱动作为电力变换用半导体元件的半导体开关元件（以下简称为开关元件)的栅极驱动电路，以往提出了例如以下的例子。即，在该以往技术中，在通过恒定电流源来驱动开关元件的情况下，在运算放大器中对根据从恒定电流源经由分流电阻流过开关元件的栅极的栅极电流Ic和分流电阻的电阻值Rout得到的检测电压Ve与基准电源的基准电压Vref进行比较，对栅极电流Ic进行反馈控制以使得一直是Ve = Vref，从而降低恒定电流的偏差（例如参照下述专利文献1)。
[0003]现有技术问题
[0004]专利文献
[0005]专利文献1 :日本特开2012-114587号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的技术问题
[0007]但是，在通过这样的栅极驱动电路来驱动开关元件的情况下，随着开关动作而产生的开关损失和开关噪声存在着折衷的关系。因此，为了同时实现开关损失的降低和开关噪声的降低，需要根据开关元件被驱动的条件（例如电流值、温度等）来控制栅极电阻、栅极电压以调整对于开关元件的栅极电流的值。
[0008]以往，在对开关元件进行恒定电流驱动的栅极驱动电路中，进行开关元件附近的温度检测，在检测出异常的情况下，进行停止开关动作等保护动作。但是，如上所述，没有进行根据开关元件被驱动的条件（例如电流值、温度等）来调整对于开关元件的栅极电流的值等与驱动状态的变更有关的控制。因此，由于例如开关元件附近的温度的变化，开关损失过大而元件破坏、或者开关噪声的产生过多等，难以同时实现开关损失的降低和开关噪声的降低。
[0009]本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种能够进行根据开关元件被驱动时的温度条件等的变化来调整对于开关元件的栅极电流的控制，能够自动地同时实现开关损失的降低和开关噪声的降低的栅极驱动电路。
[0010]解决技术问题的技术方案
[0011]本发明的栅极驱动电路，通过对电力变换用的开关元件的栅电极进行充放电来驱动所述开关元件，具备：温度检测电路，检测所述开关元件的温度；电流源，对所述温度检测电路提供正向电流；放大电路，对所述温度检测电路的正向电压进行放大；电流调整电路，根据所述放大电路的输出电压，调整流过所述开关元件的栅电极的栅极电流的大小；以及驱动电路，接受外部信号而使所述开关元件导通/断开，根据与所述温度检测电路的温度变化对应的正向电压的大小的变化，调整从所述电流调整电路流过所述开关元件的栅电极的栅极电流的大小。
[0012]发明效果
[0013]根据本发明的栅极驱动电路，在开关元件的温度低而开关损失可容许的情况下，通过以使开关元件的栅极电流减少的方式进行控制来降低开关元件的开关速度，从而抑制开关噪声的产生。另外，在开关元件的温度高而开关损失无法容许的情况下，通过以使开关元件的栅极电流增加的方式进行控制来提高开关元件的开关速度，从而能够抑制开关损失的增加。
[0014]因此，能够自动地同时实现开关损失的降低和开关噪声的降低，而且，能够以比以往更少的元件数来实现温度检测电路、调整栅极电流的电流调整电路，并且能够高精度地调整栅极电流的值。
【附图说明】
[0015]图1是示出本发明的实施方式I的栅极驱动电路的电路图。
[0016]图2是示出构成本发明的实施方式I的栅极驱动电路的温度检测电路的二极管的电压-电流的关系的特性图。
[0017]图3是示出本发明的实施方式I的栅极驱动电路的放大电路的输入电压以及输出电压的温度依赖性的特性图。
[0018]图4是示出对于开关元件的栅极电阻的开关时间、以及开关损失的关系的特性图。
[0019]图5是示出本发明的实施方式2的栅极驱动电路的电路图。
[0020]图6是示出本发明的实施方式3的栅极驱动电路的电路图。
[0021]图7是示出本发明的实施方式4的栅极驱动电路的电路图。
【具体实施方式】
[0022]实施方式1.
[0023]图1是示出本发明的实施方式I的栅极驱动电路的电路图。
[0024]该实施方式I的栅极驱动电路具备由构成例如转换器或逆变器的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)构成的电力变换用的开关元件1，回流用的二极管2与该开关元件I逆并联地连接。另外，作为开关元件 I，不限于 IGBT，而能够使用功率 MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、双极型晶体管、GT0(Gate Turn offthyristor，栅极可关断晶闸管)等半导体元件。
[0025]另外，在形成了开关元件I和二极管2的同一芯片上几乎不产生温度差的接近的位置，设置了将多个二极管3串联连接而成的温度检测电路4。该温度检测电路4的一端侧经由限流用的电阻Rl与控制电源5连接，另一端侧与接地侧端子13连接。另外，上述控制电源5相当于在权利要求书中对温度检测电路4提供正向电流的电流源。
[0026]此处，构成上述温度检测电路4的二极管3的输出特性如公知那样成为图2所示。因此，通过预先取得图2那样的二极管3的电压-电流特性的温度依赖性，能够利用温度检测电路4检测开关元件I的温度。
[0027]在开关元件I的栅极侧，依次连接了控制电源5、限流用的电阻R2、用于对开关元件I的栅电极提供栅极电流而充电的P沟道型MOSFET 7、限流用的电阻R3、以及用于停止向开关元件I的栅电极供给栅极电流而放电的N沟道型MOSFET 8,MOSFET 8的源极侧与接地侧端子13连接。另外，为了驱动开关元件1，控制电源5的电压Vcc被调整为恒定电压。
[0028]在限流用的电阻Rl和温度检测电路4的电流输入侧的连接点，连接了第I运算放大器9的一个输入端子。第I运算放大器9的另一个输入端子经由电阻R4与接地侧端子13连接。对第I运算放大器9的输出端子连接了齐纳二极管10。另外，电阻R5是第I运算放大器9的反馈用的电阻。另外，第I运算放大器9对应于在权利要求书中对温度检测电路4的正向电压进行放大的放大电路。
[0029]在限流用的电阻R2和MOSFET 7的漏极的连接点，连接了第2运算放大器12的一个输入端子。对控制电源5连接了电压调整用的电阻R6，对该电阻R6和齐纳二极管10的连接点连接了第2运算放大器12的另一个输入端子。第2运算放大器12的输出端子与MOSFET 7的栅极连接。另外，第2运算放大器12和MOSFET 7对应于在权利要求书中调整流过开关元件I的栅电极的栅极电流I的大小的电流调整电路。
[0030]14是为了对开关元件I进行导通/断开控制而从外部输入的控制信号的输入端子。该输入端子14经由电阻R7与MOSFET 8的栅极连接，并且经由电阻R8和二极管15与电阻R6和齐纳二极管10的连接点连接。另外，上述两个MOSFET 7、8对应于在权利要求书中接受外部信号而使开关元件I导通/断开的驱动电路。
[0031]在上述结构的栅极驱动电路中，首先，对根据从外部输入到输入端子14的控制信号对开关元件I进行导通/断开控制时的基本的动作进行说明。
[0032]首先，说明对输入端子14输入了 L电平、即与接地侧端子13相同的电压的控制信号的情况。此时，MOSFET 8断开，并且第2运算放大器12控制MOSFET 7的栅极电压，以使得输入端子间的电压差为相同，即，使得输入到一个输入端子的、从控制电源5的电位Vcc减去栅极电流和电阻R2所致的电压降而得到的电位，与输入到另一个输入端子的、Vb的电位与控制电源5的电位Vcc之间的电位差相同，并且调节MOSFET 7的导通电阻，从而控制栅极电流的大小。像这样，从控制电源5经由电阻R2以及MOSFET 7对开关元件I的栅电极供给栅极电流I，所以开关元件I导通。
[0033]接下来，说明对输入端子14输入了与控制电源5的电位Vcc相同的电位即H电平的控制信号的情况。此时，MOSFET 8导通，并且第2运算放大器12的输入端子间的电压差消失，从而第2运算放大器12使MOSFET 7截止以使得电流不流过电阻R2。由此，不从控制电源5对开关元件I的栅电极供给栅极电流I，所以开关元件I断开。
[0034]接下来，对基于温度检测电路4执行的开关元件I附近的温度检测的栅极电流I的调整动作进行说明。
[0035]作为构成温度检测电路4的二极管3的电压-电流特性的温度依赖性，在二极管3的阴极电流恒定的情况下，如图2所示，阳极/阴极间电压根据温度而变化。
[0036]因此，通过第I运算放大器9对温度检测电路4的正向电压Va进行放大。如图3所示，齐纳二极管10的阈值