栅极驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种能够使对开关元件进行导通、关断驱动的输出晶体管的输出电流与温度、电源电压的变动无关地保持恒定的栅极驱动电路。
【背景技术】
[0002]对电力变换器中的IGBT、MOS-FET等的开关元件进行导通、关断驱动的栅极驱动电路例如由图6所示构成。在图6中，Ql、Q2是由形成了半桥电路的MOS-FET构成的开关元件，I是对高压侧的开关元件Ql进行导通、关断驱动的栅极驱动电路。应予说明，对低压侧的开关元件Q2进行导通、关断驱动的栅极驱动电路2与上述栅极驱动电路I是相同的构成。因此，这里对驱动高压侧的开关元件Ql的栅极驱动电路I进行说明。
[0003]上述栅极驱动电路I具备由P沟道型MOS-FET构成且向上述开关元件Ql的栅极供给恒定电流并对该开关元件Ql进行导通、关断驱动的输出晶体管PM2。另外，上述栅极驱动电路I具备由与上述输出晶体管PM2图腾柱连接的η沟道型MOS-FET构成且与上述输出晶体管ΡΜ2互补地导通、关断控制的输出晶体管匪2。
[0004]并且，上述栅极驱动电路I具备由P沟道型MOS-FET构成且在与上述输出晶体管ΡΜ2之间构成电流镜电路的晶体管PMl。另外，上述栅极驱动电路I具备由η沟道型MOS-FET构成且将上述晶体管PMl作为负载通过误差放大器AMP的输出而控制电流Icont的控制晶体管匪I。顺便提一句，上述误差放大器AMP起到基于根据流经上述控制晶体管匪I的电流Icont而产生于电阻Rl的电压与基准电压Vref的电压差，使上述电流Icont恒定的作用。
[0005]另外，由η沟道型MOS-FET构成且根据栅极控制信号nDRV被导通、关断驱动的晶体管匪3对基于上述误差放大器AMP的输出的上述控制晶体管匪I的驱动进行导通、关断控制。通过上述控制晶体管匪I进行导通动作，从而流经该控制晶体管匪I的电流Icont通过上述晶体管PMl流通。其结果，在与上述晶体管PMl之间构成电流镜电路的上述输出晶体管PM2，流通有与上述电流Icont成比例的电流。该电流被供给到上述开关元件Ql的栅极而该开关元件Ql被导通驱动。
[0006]S卩，上述构成的栅极驱动电路I，根据通过上述误差放大器AMP和上述控制晶体管匪I而生成的恒定的电流Icont，通过上述晶体管PMl控制上述输出晶体管PM2的导通电流。而且，上述栅极驱动电路I在上述电流控制下以恒定电流导通驱动上述开关元件Ql。因此，即使温度、电源电压变动的情况下，针对上述开关元件Ql的栅极容量的充电时间也恒定。其结果，上述开关元件Ql的导通时间保持恒定。
[0007]另外，图7示出了专利文献I中记载的栅极驱动电路。该栅极驱动电路3构成为对由P沟道型MOS-FET构成且导通、关断驱动上述开关元件Ql的输出晶体管4使用由P沟道型MOS-FET 5和η沟道型MOS-FET 6构成的CMOS结构的前置驱动器7进行导通、关断控制。并且，采用恒压源8规定上述前置驱动器7中的η沟道型M0S-FET6的作为动作基准电压的源极电压，从而以恒定电压Vgl驱动上述开关元件Ql。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:日本特开2010-193431号公报
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]然而，在图6所示的构成的栅极驱动电路I中，使用上述误差放大器AMP生成对上述输出晶体管PM2进行导通、关断驱动的控制信号。因此，存在由上述误差放大器AMP的响应延迟引起的上述输出晶体管PM2的控制发生延迟的问题。另外，在上述栅极驱动电路I中，为了改变针对上述开关元件Ql的栅极电阻，有时会并列地设置多个上述输出晶体管PM2。此时，需要对每个上述各输出晶体管PM2分别设置包括上述晶体管PMUWl等的控制电路部。因此，存在其构成大型化的问题。
[0013]另外，在图7所示的构成的栅极驱动电路3中，可以使对输出晶体管4进行导通驱动的电压Vgl恒定。但是，在温度、电源电压存在变动的情况下，流经上述前置驱动器7中的上述η沟道型MOS-FET 6的导通电流Im发生变化。于是，针对上述输出晶体管4的栅极容量的充电时间发生变化，其结果是，存在该输出晶体管4的导通时间变动的缺点。
[0014]本发明是考虑到这样的实情而做出的，其目的是提供一种通过使对开关元件进行导通、关断驱动的输出晶体管的输出电流与温度、电源电压的变动无关地保持恒定，由此能够使上述输出晶体管的导通时间稳定的简易构成的栅极驱动电路。
[0015]技术方案
[0016]为了实现上述的目的，本发明的栅极驱动电路的特征在于，具备:
[0017]输出晶体管，其向开关元件的栅极供给恒定电流而对该开关元件进行导通驱动的输出晶体管；
[0018]CMOS结构的前置驱动器，由P沟道MOS-FET和η沟道MOS-FET构成，且接收栅极控制信号而对上述输出晶体管进行导通、关断驱动；
[0019]基准电流源，控制恒流用晶体管的栅极电压而使流经该恒流用晶体管的电流恒定；以及
[0020]缓冲放大器，将上述恒流用晶体管的栅极电压作为上述前置驱动器的动作基准电压而施加。
[0021]优选地，上述基准电流源具备求出根据流经上述恒流用晶体管的电流而产生于基准电阻的电压和预先设定的基准电压之间的电压差的误差放大器，且根据该误差放大器的输出对上述恒流用晶体管的栅极电压进行反馈控制，从而使流经该恒流用晶体管的电流恒定。顺便提一句，上述基准电阻实质上由能忽略温度依赖性的电阻器构成。
[0022]另外，上述输出晶体管和上述恒流用晶体管均由MOS-FET构成。而且，通过上述缓冲放大器而动作基准电压得到设定的上述前置驱动器在接收上述栅极控制信号以对上述输出晶体管进行导通驱动时，起到使流经该输出晶体管的电流为与流经上述恒流用晶体管的电流成比例的电流的作用。
[0023]优选地，在并联连接地设置有多个上述输出晶体管时，与这些各输出晶体管分别对应地设置有多个上述前置驱动器。这些多个前置驱动器个别地接收栅极控制信号，从而对上述各输出晶体管进行导通、关断驱动，从而起到选择性地设定对上述开关元件进行导通、关断驱动的栅极电流的作用。
[0024]应予说明，除了上述的构成，还优选具备电容器，其通过开关元件选择性地保持上述恒流用晶体管的栅极电压，并将保持的上述栅极电压施加到上述缓冲放大器。在这样构成的栅极驱动电路中，上述开关元件起到接收向上述前置驱动器输入的上述栅极控制信号而上述输出晶体管进行关断动作时，将上述恒流用晶体管的栅极电压保持到电容器的作用。并且，上述基准电流源构成为与上述开关元件一起被导通、关断驱动。
[0025]有益效果
[0026]根据上述构成的栅极驱动电路，能够利用与由上述基准电流源规定的电流成比例的电流对上述前置驱动器进行导通、关断驱动。并且，能够将由上述基准电流源规定的电流与温度、电源电压的变动无关地保持恒定。因此，能够与温度、电源电压的变动无关地以恒定的电流驱动上述输出晶体管，能够一直恒定且稳定地保持该导通时间。
[0027]其结果，根据本发明的栅极驱动电路，能够在不带来由温度、电源电压的变动引起的响应时间延迟的问题的情况下，稳定地驱动开关元件。并且，其构成较为简单，即使并列使用多个输出晶体管的情况下，栅极驱动电路的构成也不会变得大型化。因此，作为针对智能功率模块IPM等中的各种开关元件的驱动电路，其实用的优点较多。
【附图说明】
[0028]图1是表示本发明的栅极驱动电路的基本构成的主要部分示意构成图。
[0029]图2是表示相对于动作温度的变化的输出晶体管的作为输出电流的源电流的变化的图。
[0030]图3是表示本发明的第一实施方式的栅极驱动电路的构成例的图。
[0031]图4是表示本发明的第二实施方式的栅极驱动电路的构成例的图。
[0032]图5是表示本发明的第三实施方式的栅极驱动电路的构成例的图。
[0033]图6是表示以往的栅极驱动电路的一个例子的图。
[0034]图7是表示以往的栅极驱动电路的另一个例子的图。
[0035]符号说明
[0036]10、10a、10b、1c:栅极驱动电路(高压侧)
[0037]Ila:输出晶体管(P沟道型MOS-FET ；PM2)
[0038]Ilb:输出晶体管(η沟道型MOS-FET ;ΝΜ2)
[0039]12、12’:前置驱动器
[0040]12a、12a’:p 沟道型 MOS-FET