构仅是一例，本发明不限于上述电路结构。即，与上述电路结构相同地能够实现本发明的特征性功能的电路也包含在本公开中。例如，在能够实现与上述电路结构相同的功能的范围内，相对于某个元件串联或者并联地连接了开关元件(晶体管)、电阻元件或者电容元件等元件的电路也包含在本公开中。换言之，上述实施方式中的“连接”不限于两个端子(节点)直接连接的情况。上述实施方式中的“连接”也包括在能够实现相同的功能的范围内这两个端子(节点)通过元件而连接的情况。
[0308]另外，在本公开中，有关信号的输入输出的表述不限于该信号直接输入输出的情况，也包括间接输入输出的情况。例如，“信号从A输出给B”、“信号从A输入B”、“信号从A输出并输入B”等表述，也包括在A和B之间包含其它元件或者电路的结构。另外，这些表述也包括从A输出的信号在通过其它元件或者电路而发生变化后再输入B的情况。
[0309]另外，本发明不限于这些实施方式或者其变形例。只要不脱离本发明的宗旨，对本实施方式或者其变形例实施本领域技术人员能够想到的各种变形而得到的方式、或者将不同的实施方式或者其变形例中的构成要素进行组合而构成的方式，都包含在本发明的范围内。
[0310]在上述实施方式I?5中说明了作为被调制信号的基础的输入信号对电压值的差异具有信息的示例。但是，输入信号不限于此。输入信号例如也可以具有作为脉冲波的占空比的差异的信息。例如，输入信号也可以是PWM(Pulse Width Modulat1n:脉宽调制)信号。PWM信号是作为输入信号的基础的规定的波形(例如正弦波)的电压振幅的大小被变换成脉冲宽度的大小的信号。PWM信号的电压振幅一定、占空比不同。另外，关于PWM动作，在电源控制等中也能够应用公知的技术。
[0311]在上述实施方式I?5中说明了调制电路是差分混合器或者开关电路的示例。但是，调制电路不限于此。调制电路只要能够将高频和输入信号合成、或者能够用输入信号调制高频，则也可以是其它的结构。
[0312]例如，栅极驱动电路是驱动半导体开关元件的绝缘型的栅极驱动电路，具有:调制电路，生成根据输入信号对高频进行调制而得到的第一被调制信号、和根据与所述输入信号不同的信号对高频进行调制而得到的第二被调制信号；第一电磁场谐振耦合器，对所述第一被调制信号进行绝缘传输；第二电磁场谐振耦合器，对所述第二被调制信号进行绝缘传输；第一整流电路，生成对通过所述第一电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述第一被调制信号进行整流后的第一信号；第二整流电路，生成对通过所述第二电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述第二被调制信号进行整流后的第二信号；电容器；第三整流电路，生成对通过所述栅极驱动电路具有的电磁场谐振耦合器绝缘传输的高频进行整流后的第三信号，并根据所生成的所述第三信号对所述电容器充电；以及驱动电路，包括根据所述第一信号及所述第二信号将对所述电容器充电的电荷提供给所述半导体开关元件的栅极端子的至少一个开关元件。
[0313]由此，不需要另外设置绝缘电源，即可对电容器充电，能够通过驱动电路向半导体开关兀件提供大电流。
[0314]例如，所述栅极驱动电路也可以还具有第三电磁场谐振耦合器，所述电磁场谐振耦合器是所述第三电磁场谐振耦合器，所述第三整流电路生成对由所述第三电磁场谐振耦合器绝缘传输的高频进行整流后的所述第三信号。
[0315]例如，所述栅极驱动电路也可以还具有频率分配滤波器，将高频划分为由该高频的基波成分构成的基波信号、和由该高频的高次谐波成分构成的高次谐波信号，所述调制电路调制的高频是由所述频率分配滤波器分离后的所述高次谐波信号，所述第三电磁场谐振耦合器绝缘传输的高频是由所述频率分配滤波器分离后的所述基波信号。
[0316]由此，能够将现有技术中未被使用的高次谐波信号用于驱动电路的开闭控制。因此，能够提高用于对电容器充电的电力效率。因此，能够增加在电容器的充电中使用的电量，能够使半导体开关元件的开关更加快速化。
[0317]例如，所述栅极驱动电路也可以还具有放大电路，将高频放大后输出给所述第三电磁场谐振耦合器，所述第三电磁场谐振耦合器对从所述第一放大电路输出的高频进行绝缘传输。
[0318]由此，能够进一步增加在电容器的充电中使用的电量，能够使半导体开关元件的开关非常快速化。
[0319]例如，所述栅极驱动电路也可以还具有高频振荡电路，生成由所述调制电路进行调制的高频、和由所述第三电磁场谐振耦合器绝缘传输的高频。
[0320]例如，所述高频振荡电路也可以还具有控制端子，根据输入所述控制端子的信号调整针对所述第三电磁场谐振耦合器而生成的高频的振幅。
[0321]例如，也可以向所述控制端子输入所述输入信号，所述高频振荡电路根据输入所述控制端子的所述输入信号调整针对所述第三电磁场谐振耦合器而生成的高频的振幅。
[0322]由此，能够仅在对电容器充电的期间从高频振荡电路输出高频，能够使栅极驱动电路省电。
[0323]例如，所述电磁场谐振耦合器也可以是所述第二电磁场谐振耦合器，所述第三整流电路通过对所述第二被调制信号进行整流来生成所述第三信号。
[0324]由此，电磁场谐振耦合器的数量成为两个，能够实现栅极驱动电路的简化。
[0325]例如，所述栅极驱动电路也可以还具有放大电路，将所述第二被调制信号放大后输出给所述第二电磁场谐振親合器，所述第二电磁场谐振親合器对从所述第一放大电路输出的所述第二被调制信号进行绝缘传输。
[0326]由此，能够进一步增加在电容器的充电中使用的电量，能够使半导体开关元件的开关更加快速化。
[0327]例如，也可以还具有尚频振荡电路，生成由所述调制电路进彳丁调制的尚频。
[0328]例如，所述驱动电路也可以至少包括:第一开关元件，根据所述第一信号将对所述电容器充电的电荷提供给所述半导体开关元件的栅极端子；以及第二开关元件，根据所述第二信号从所述栅极端子提取电荷。
[0329]例如，通过将驱动电路设为所谓半桥电路的结构，能够向半导体开关元件提供大电流。
[0330]例如，所述驱动电路也可以包括:第三开关元件，根据所述第二信号进行动作，并与所述第二开关元件联动地从所述栅极端子提取电荷，将所提取出的电荷向所述电容器充电；以及第四开关元件，根据所述第一信号进行动作，并与所述第一开关元件联动地将对所述电容器充电的电荷提供给所述栅极端子。
[0331]这样，通过将驱动电路设为所谓H全桥电路的结构，能够将一次向半导体开关元件的栅极提供的电荷回收，并再次对电容器充电。
[0332]例如所述调制电路也可以是通过将所述输入信号和所述高频混合来生成对该高频进行调制而得到的所述第一被调制信号，通过将使所述输入信号反转后的信号和高频混合来生成对该高频进行调制而得到的所述第二被调制信号的混合电路。
[0333]例如所述调制电路也可以是根据所述输入信号来切换将所述高频输出给所述第一电磁场谐振耦合器还是输出给所述第二电磁场谐振耦合器、从而生成对该高频进行调制而得到的第一被调制信号和对该高频进行调制而得到的所述第二被调制信号的开关电路。
[0334]例如所述栅极驱动电路的至少一部分也可以实现为集成电路。
[0335]由此，能够使栅极驱动电路小型化，减少电路的安装工时。
[0336]产业上的可利用性
[0337]本发明能够用作例如驱动处理大功率的IGBT和SiC FET那样的半导体开关元件的栅极驱动电路。
[0338]标号说明
[0339]I半导体开关元件；2负载；3信号发生器；10高频振荡电路；20电磁场谐振耦合器；20a第一电磁场谐振親合器；20b第二电磁场谐振親合器；20c第三电磁场谐振親合器；30调制电路(混合电路)；30a调制电路(开关电路)；40整流电路；40a第一整流电路；40b第二整流电路;40c第三整流电路;41a、41b、41c 二极管;42a、42b、42c电感器；43a、43b、43c电容器；50电容器；60半桥电路(输出电路)；60a H电桥电路(输出电路)；61晶体管(第一开关元件)；62晶体管(第二开关元件)；63晶体管(第三开关元件)；64晶体管(第四开关元件)；70、70a放大电路；71输出端子；72输出基准端子；73控制端子；90频率分配滤波器；100、101 直流电源；501 ?509、601 ?608、701 ?709 波形；1000 ?1003、1006 ?1012、100a栅极驱动电路；2000第一振荡器；2001第一输入输出端子；2002、2005开放部；2003第一振荡器；2004第一输入输出端子。
【主权项】
1.绝缘型的栅极驱动电路，驱动半导体开关元件，具有: 调制电路，生成根据第一输入信号对第一高频进行调制而得到的第一被调制信号、和根据与所述第一输入信号不同的第二输入信号对所述第一高频进行调制而得到的第二被调制信号； 绝缘传输部，由包含对所述第一被调制信号进行绝缘传输的第一电磁场谐振耦合器、和对所述第二被调制信号进行绝缘传输的第二电磁场谐振耦合器的多个电磁场谐振耦合器构成； 第一整流电路，对通过所述第一电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述第一被调制信号进行整流，由此生成第一信号； 第二整流电路，对通过所述第二电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述第二被调制信号进行整流，由此生成第二信号； 第三整流电路，对通过所述多个电磁场谐振耦合器中的一个电磁场谐振耦合器绝缘传输的第二高频进行整流，由此生成充电用电压； 电容器，根据所述充电用电压被充电；以及 输出电路，根据所述第一信号及所述第二信号中的至少一方，选择是否将对所述电容器充电的电荷提供给所述半导体开关元件的栅极端子。
2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路， 所述绝缘传输部还包含对所述第二高频进行绝缘传输的第三电磁场谐振耦合器。
3.根据权利要求2所述的栅极驱动电路， 所述第二高频的振幅的最大值大于所述第一被调制信号及所述第二被调制信号的振幅的最大值。
4.根据权利要求2或3所述的栅极驱动电路， 所述栅极驱动电路还具有生成所述第一高频和所述第二高频的高频生成器。
5.根据权利要求4所述的栅极驱动电路， 所述高频生成器还包括: 频率分配滤波器，将高频分离为基波成分和高次谐波成分，并将所述基波成分作为所述第二高频输出，将所述高次谐波成分作为所述第一高频输出。
6.根据权利要求4或5所述的栅极驱动电路， 所述高频生成器还包括改变所述第二高频的振幅的放大电路。
7.根据权利要求6所述的栅极驱动电路， 所述放大电路根据输入到控制端子的信号来改变所述第二高频的振幅， 在所述输出电路不向所述半导体开关元件的栅极端子提供所述电荷时，所述第三整流电路输出所述充电用电压，在所述输出电路向所述半导体开关元件的栅极端子提供所述电荷时，所述第三整流电路不输出所述充电用电压。
8.根据权利要求1所述的栅极驱动电路， 所述第二被调制信号包括所述第二高频， 所述第三整流电路对通过所述第二电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述第二被调制信号进行整流，由此生成所述充电用电压。
9.根据权利要求8所述的栅极驱动电路， 所述第二被调制信号的振幅的最大值大于所述第一被调制信号的振幅的最大值。
10.根据权利要求8所述的栅极驱动电路， 所述栅极驱动电路还具有放大电路，该放大电路设于所述调制电路和所述第二电磁场谐振耦合器之间，并对所述第二被调制信号进行放大。
11.根据权利要求8?10中任意一项所述的栅极驱动电路， 所述栅极驱动电路还具有生成所述第一高频的高频振荡电路。
12.根据权利要求8?11中任意一项所述的栅极驱动电路， 在所述输出电路不向所述半导体开关元件的栅极端子提供所述电荷时，所述第三整流电路输出所述充电用电压，在所述输出电路向所述半导体开关元件的栅极端子提供所述电荷时，所述第三整流电路不输出所述充电用电压。
13.根据权利要求1?12中任意一项所述的栅极驱动电路， 所述输出电路包括: 第一开关元件，根据所述第一信号向所述半导体开关元件的栅极端子提供对所述电容器充电的电荷；以及 第二开关元件，根据所述第二信号从所述半导体开关元件的栅极端子提取电荷。
14.根据权利要求1?12中任意一项所述的栅极驱动电路， 所述输出电路包括: 第一开关元件及第四开关元件，根据所述第一信号向所述半导体开关元件的栅极端子提供对所述电容器充电的电荷；以及 第二开关元件及第三开关元件，根据所述第二信号从所述栅极端子提取电荷，并将该电荷向所述电容器充电。
15.根据权利要求1?14中任意一项所述的栅极驱动电路， 所述调制电路是通过将所述第一输入信号和所述第一高频混合来生成所述第一被调制信号、并且通过将所述第二输入信号和所述第一高频混合来生成所述第二被调制信号的混合电路。
16.根据权利要求1?15中任意一项所述的栅极驱动电路， 所述第二输入信号是所述第一输入信号的反转信号。
17.根据权利要求1?14中任意一项所述的栅极驱动电路， 所述调制电路是根据所述第一输入信号和所述第二输入信号来切换将所述第一高频输出给所述第一电磁场谐振耦合器还是输出给所述第二电磁场谐振耦合器、从而生成所述第一被调制信号和所述第二被调制信号的开关电路。
18.绝缘型的栅极驱动电路，驱动半导体开关元件，具有: 调制电路，生成根据输入信号对第一高频进行调制而得到的被调制信号； 绝缘传输部，包含对所述被调制信号进行绝缘传输的电磁场谐振耦合器； 整流电路，对通过所述电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述被调制信号进行整流，由此生成信号； 另一整流电路，对通过所述绝缘传输部绝缘传输的第二高频进行整流，由此生成充电用电压； 电容器，根据所述充电用电压被充电；以及 输出电路，根据所述信号选择是否将对所述电容器充电的电荷提供给所述半导体开关元件的栅极端子。
19.根据权利要求18所述的栅极驱动电路， 所述被调制信号包括所述第二高频， 所述另一整流电路对通过所述电磁场谐振耦合器绝缘传输的所述第二高频进行整流，由此生成所述充电用电压。
20.根据权利要求18所述的栅极驱动电路， 所述绝缘传输部还包括对所述第二高频进行绝缘传输的另一电磁场谐振耦合器。
【专利摘要】栅极驱动电路(1000)具有：调制电路(30)，生成第一被调制信号和第二被调制信号；绝缘传输部，包括对第一被调制信号进行绝缘传输的第一电磁场谐振耦合器(20a)、和对第二被调制信号进行绝缘传输的第二电磁场谐振耦合器(20b)；第一整流电路(40a)，通过对第一被调制信号进行整流来生成第一信号；第二整流电路(40b)，通过对第二被调制信号进行整流来生成第二信号；第三整流电路(40c)，通过对第二高频进行整流来生成充电用电压；电容器(50)，根据充电用电压被充电；以及输出电路(60)，根据第一信号及第二信号中的至少一方选择是否将对电容器充电的电荷提供给半导体开关元件的栅极端子。
【IPC分类】H03K17-687, H02M1-08, H02J17-00, H03K17-04
【公开号】CN104584433
【申请号】CN201480001940
【发明人】河井康史, 永井秀一
【申请人】松下知识产权经营株式会社
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年8月18日
【公告号】US20150234417, WO2015029363A1