栅极驱动电路的制作方法_2

文档序号:9355555阅读:来源:国知局
电压分量Vz成为第I运算放大器9的放大后的输出电压的偏移电压,所以将减去该偏移电压Vz而得到的电压量用作栅极电流调整用的电流调整电压Vb。如根据图3的特性可知,减去该偏移电压Vz而得到的电流调整电压Vb具有如果温度变小则变大的特性。另外,在减去偏移电压Vz时,除了上述方法以外,还可以在第I运算放大器9中设置偏移来减去。
[0037]当前,在开关元件I的温度低的情况下,温度检测电路4的正向电压Va变大,所以第I运算放大器9将输出电压调整得较大,以使第I运算放大器9的两个输入端子之间的电压差相同。由此,电流调整电压Vb被调整为比控制电源5的电位Vcc被电阻R6和电阻R8分压而得到的电压更大。其结果是,第2运算放大器12的电流调整电压Vb与控制电源5的电位Vcc之间的电位差变小,所以第2运算放大器12以使导通电阻值变大的方式调整MOSFET 7的栅极电压,所以开关元件I的栅极电流I被控制为减少。因此,开关元件I的开关速度变慢,所以虽然开关损失稍许增大,但此时的电流变化(di/dt)变小,所以开关噪声被抑制。即,在开关元件I的温度低而开关损失可容许的情况下,降低了开关噪声的产生。
[0038]另一方面,在开关元件I的温度高的情况下,温度检测电路4的正向电压Va变小,所以第I运算放大器9的输出电压相比于温度低的情况调整为低的电压。其结果是,电流调整电压Vb被调整为比控制电源5的电位Vcc被电阻R6和电阻R8分压而得到的电压更小。因此,第2运算放大器12的两个输入端子之间的电压差被调整得较大,所以第2运算放大器12以使导通电阻值变小的方式调整MOSFET 7的栅极电压,所以开关元件I的栅极电流I被控制为增大。因此,开关元件I的开关速度变快,所以虽然此时的电流变化(di/dt)变大而开关噪声稍许增大,但开关损失被抑制。换言之,在开关元件I的温度高而开关损失无法容许的情况下,降低了开关损失的增加。
[0039]另外,关于基于开关元件I的温度变化的栅极电流I的调整,还能够通过调整第I运算放大器9的增益、或者与齐纳二极管10串联地连接未图示的电阻来调整。
[0040]另外,关于齐纳二极管10,此处设为在与开关元件I相同的芯片上配置的结构,但不限于该结构,还可以配置成与其独立的芯片。例如,可以设为配置于对开关元件I进行冷却的散热片的附近的结构。在该结构的情况下,在周边温度变化时,能够通过齐纳二极管10检测开关元件I可容许的温度差。以下,对这一点进行说明。
[0041]一般而言,如果使用额定5V以上的齐纳二极管10,则呈现温度上升时其击穿电压增加这样的正特性。
[0042]因此,在周边温度低而散热片能够容许开关损失的情况下,同时齐纳二极管10的击穿电压变小,所以电流调整电压Vb被调整为变大。其结果是,电流调整电压Vb与控制电源5的电位Vcc之间的电位差变小,所以向开关元件I的栅极电流I被电流调整电路12、7控制为变小。
[0043]另一方面,在周边温度高而散热片无法容许开关损失的情况下,同时齐纳二极管10的击穿电压变大,所以电流调整电压Vb被调整为变小。其结果是,电流调整电压Vb与控制电源5的电位Vcc之间的电位差变大,所以对于开关元件I的栅极电流I被电流调整电路12、7控制为变大。
[0044]像这样,通过使用具有随着温度上升而击穿电压增加的正特性的齐纳二极管10,即使在不仅芯片温度而且周边温度、散热片等的温度也变化了的情况下,也能够实现开关损失和开关噪声的折衷。
[0045]另外,在上述说明中,设为通过使用正特性的齐纳二极管10来控制为如果周边温度上升则开关元件I的栅极电流I变大,但另一方面,额定5V以下的齐纳二极管10通常呈现负特性。因此,如果使用具有这样的负特性的齐纳二极管10,则随着温度上升而击穿电压变小,所以电流调整电压Vb变大,其结果是,对于开关元件I的栅极电流I被电流调整电路12、7控制为变小。像这样,能够根据使用的齐纳二极管10的特性来调整栅极电流I的校正倾向。
[0046]接下来,具体地说明对于上述开关元件I的栅极电流或者栅极电阻的开关时间、开关损失的关系。
[0047]图4(a)示出开关元件I的栅极电阻和开关时间的关系,图4(b)示出栅极电阻和开关损失的关系。在该情况下,栅极电阻和栅极电流的大小的关系为反比例的关系,在栅极电阻小的情况下栅极电流变大。另外,此处的栅极电阻相当于MOSFET 7的导通电阻。
[0048]在开关元件I的温度低的情况下,即使该开关元件I的开关损失稍许增大,开关元件I的结点温度(junct1n temperature)也不会达到破坏电平,所以通过增大开关元件I的栅极电阻(即减小栅极电流I)使开关时间变慢,从而电流变化(di/dt)变小,其结果是,能够降低开关噪声的产生。
[0049]另外,关于开关元件I的开关时间和开关噪声的大小的关系,通过由连接开关元件I的电路的形状等来决定的电感值、电流的大小等来决定,但不论在什么情况下,只要减小开关元件I的栅极电阻(即增大栅极电流I),则开关时间变快,所以开关损失被降低,但开关元件I导通/断开时的电流变化(di/dt)变大,其结果是,产生的开关噪声变大。
[0050]关于开关元件I的温度,根据开关元件I被设置的条件、冷却等方法,其程度不同,但如果栅极电阻变大(换言之,如果栅极电流I变小)则开关损失变大,所以具有元件的温度也变高的倾向。
[0051]关于构成电流调整电路的MOSFET 7的栅极电压,也根据所使用的元件而其特性不同,而通过控制MOSFET 7的栅极电压,能够控制MOSFET 7的源极/漏极间的导通电阻的值。
[0052]根据以上观点,在该实施方式I中,根据开关元件I被驱动时的温度条件的变化,通过第2运算放大器12调整与电流调整电路的输出阻抗相当的MOSFET 7的导通电阻来控制开关元件I的栅极电流I,从而自动地同时实现开关损失的降低和开关噪声的降低。
[0053]S卩,在开关元件I的温度低的情况下,如图4(a)所示,通过降低从第2运算放大器12对MOSFET 7的栅极施加的栅极电压而将MOSFET 7的导通电阻(栅极电阻)从10 Ω变为40 Ω,将开关元件I导通时的开关时间从25ns变为43ns,并且通过将断开时的开关时间从280ns变为770ns,从而降低在开关时产生的噪声。但是,如图4(b)所示,开关时的损失从1.2mJ增大到1.8mJ。相反地,在开关元件I的温度高的情况下,通过增大从第2运算放大器12施加到MOSFET 7的栅极的栅极电压来减小MOSFET 7的导通电阻(栅极电阻),缩短开关元件I的开关时间,从而减小开关损失。
[0054]如以上那样,在该实施方式I中,在开关元件I的温度低而开关损失可容许的情况下,通过控制为开关元件I的栅极电流I减少,使开关元件I的开关速度变慢,从而抑制开关噪声的产生。另外,在开关元件I的温度高而开关损失无法容许的情况下,通过控制为开关元件I的栅极电流I增加,使开关元件I的开关速度变快,从而抑制开关损失的增加。
[0055]由此,能够自动地同时实现开关元件I的开关损失的降低和开关噪声的降低,所以能够消除如以往那样由于开关元件I附近的温度变化而开关损失过大而元件破坏、或者开关噪声的产生过多等问题发生。
[0056]实施方式2.
[0057]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,对与图1所示的实施方式I对应或者相当的构成部分附加相同的符号。
[0058]由于温度变化、来自其它电路的噪声等,控制电源5的电源电压Vcc有时会变动。另外,如果电源电压Vcc变动,则温度检测电路4的正向电压Va随之变动,二极管3的正向电流变动,其结果是,无法检测正确的温度变化,由于温度以外的条件,开关元件I的驱动状态变化。
[0059]为了避免该问题,在该实施方式2中,设置了用于提供温度检测电路4的正向电流的大小始终为恒定那样的恒定电流的恒定电流生成器17。S卩,该恒定电流生成器17包括具有已知的电阻值的电阻RlO?R12、第3运算放大器18、以及作为电流调整用的半导体元件的P沟道型MOSFET 19。
[0060]在控制电源5与温度检测电路4之间,依次连接了构成恒定电流生成器17的电阻RlO和MOSFET 19。另外,在电阻RlO和MOSFET 19的漏极的连接点,连接了第3运算放大器18的一个输入端子。进而,在控制电源5与接地侧端子13之间,串联地连接了构成恒定电流生成器17的两个电阻Rll、R12,在两个电阻Rll、R12的连接点,连接了第3运算放大器18的另一个输入端子。
[0061]另外,通过对电流调整用的MOSFET 19的栅极电压进行反馈控制,使得相对于控制电源5的电压Vcc,电阻RlO和电阻Rll中的电压降分别相同,换言之对第3运算放大器18的两个输入端子施加的电压变为相同,从而调整为在温度检测电路4中流过的正向电流的大小始终成为恒定。
[0062]另外,在该实施方式2中,设为在第I运算放大器9的
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