構僅是一例，本發(fā)明不限于上述電路結構。即，與上述電路結構相同地能夠實現(xiàn)本發(fā)明的特征性功能的電路也包含在本公開中。例如，在能夠實現(xiàn)與上述電路結構相同的功能的范圍內(nèi)，相對于某個元件串聯(lián)或者并聯(lián)地連接了開關元件(晶體管)、電阻元件或者電容元件等元件的電路也包含在本公開中。換言之，上述實施方式中的“連接”不限于兩個端子(節(jié)點)直接連接的情況。上述實施方式中的“連接”也包括在能夠實現(xiàn)相同的功能的范圍內(nèi)這兩個端子(節(jié)點)通過元件而連接的情況。
[0308]另外，在本公開中，有關信號的輸入輸出的表述不限于該信號直接輸入輸出的情況，也包括間接輸入輸出的情況。例如，“信號從A輸出給B”、“信號從A輸入B”、“信號從A輸出并輸入B”等表述，也包括在A和B之間包含其它元件或者電路的結構。另外，這些表述也包括從A輸出的信號在通過其它元件或者電路而發(fā)生變化后再輸入B的情況。
[0309]另外，本發(fā)明不限于這些實施方式或者其變形例。只要不脫離本發(fā)明的宗旨，對本實施方式或者其變形例實施本領域技術人員能夠想到的各種變形而得到的方式、或者將不同的實施方式或者其變形例中的構成要素進行組合而構成的方式，都包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0310]在上述實施方式I?5中說明了作為被調(diào)制信號的基礎的輸入信號對電壓值的差異具有信息的示例。但是，輸入信號不限于此。輸入信號例如也可以具有作為脈沖波的占空比的差異的信息。例如，輸入信號也可以是PWM(Pulse Width Modulat1n:脈寬調(diào)制)信號。PWM信號是作為輸入信號的基礎的規(guī)定的波形(例如正弦波)的電壓振幅的大小被變換成脈沖寬度的大小的信號。PWM信號的電壓振幅一定、占空比不同。另外，關于PWM動作，在電源控制等中也能夠應用公知的技術。
[0311]在上述實施方式I?5中說明了調(diào)制電路是差分混合器或者開關電路的示例。但是，調(diào)制電路不限于此。調(diào)制電路只要能夠將高頻和輸入信號合成、或者能夠用輸入信號調(diào)制高頻，則也可以是其它的結構。
[0312]例如，柵極驅動電路是驅動半導體開關元件的絕緣型的柵極驅動電路，具有:調(diào)制電路，生成根據(jù)輸入信號對高頻進行調(diào)制而得到的第一被調(diào)制信號、和根據(jù)與所述輸入信號不同的信號對高頻進行調(diào)制而得到的第二被調(diào)制信號；第一電磁場諧振耦合器，對所述第一被調(diào)制信號進行絕緣傳輸；第二電磁場諧振耦合器，對所述第二被調(diào)制信號進行絕緣傳輸；第一整流電路，生成對通過所述第一電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃龅谝槐徽{(diào)制信號進行整流后的第一信號；第二整流電路，生成對通過所述第二電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃龅诙徽{(diào)制信號進行整流后的第二信號；電容器；第三整流電路，生成對通過所述柵極驅動電路具有的電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)母哳l進行整流后的第三信號，并根據(jù)所生成的所述第三信號對所述電容器充電；以及驅動電路，包括根據(jù)所述第一信號及所述第二信號將對所述電容器充電的電荷提供給所述半導體開關元件的柵極端子的至少一個開關元件。
[0313]由此，不需要另外設置絕緣電源，即可對電容器充電，能夠通過驅動電路向半導體開關兀件提供大電流。
[0314]例如，所述柵極驅動電路也可以還具有第三電磁場諧振耦合器，所述電磁場諧振耦合器是所述第三電磁場諧振耦合器，所述第三整流電路生成對由所述第三電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)母哳l進行整流后的所述第三信號。
[0315]例如，所述柵極驅動電路也可以還具有頻率分配濾波器，將高頻劃分為由該高頻的基波成分構成的基波信號、和由該高頻的高次諧波成分構成的高次諧波信號，所述調(diào)制電路調(diào)制的高頻是由所述頻率分配濾波器分離后的所述高次諧波信號，所述第三電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)母哳l是由所述頻率分配濾波器分離后的所述基波信號。
[0316]由此，能夠將現(xiàn)有技術中未被使用的高次諧波信號用于驅動電路的開閉控制。因此，能夠提高用于對電容器充電的電力效率。因此，能夠增加在電容器的充電中使用的電量，能夠使半導體開關元件的開關更加快速化。
[0317]例如，所述柵極驅動電路也可以還具有放大電路，將高頻放大后輸出給所述第三電磁場諧振耦合器，所述第三電磁場諧振耦合器對從所述第一放大電路輸出的高頻進行絕緣傳輸。
[0318]由此，能夠進一步增加在電容器的充電中使用的電量，能夠使半導體開關元件的開關非?？焖倩?。
[0319]例如，所述柵極驅動電路也可以還具有高頻振蕩電路，生成由所述調(diào)制電路進行調(diào)制的高頻、和由所述第三電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)母哳l。
[0320]例如，所述高頻振蕩電路也可以還具有控制端子，根據(jù)輸入所述控制端子的信號調(diào)整針對所述第三電磁場諧振耦合器而生成的高頻的振幅。
[0321]例如，也可以向所述控制端子輸入所述輸入信號，所述高頻振蕩電路根據(jù)輸入所述控制端子的所述輸入信號調(diào)整針對所述第三電磁場諧振耦合器而生成的高頻的振幅。
[0322]由此，能夠僅在對電容器充電的期間從高頻振蕩電路輸出高頻，能夠使柵極驅動電路省電。
[0323]例如，所述電磁場諧振耦合器也可以是所述第二電磁場諧振耦合器，所述第三整流電路通過對所述第二被調(diào)制信號進行整流來生成所述第三信號。
[0324]由此，電磁場諧振耦合器的數(shù)量成為兩個，能夠實現(xiàn)柵極驅動電路的簡化。
[0325]例如，所述柵極驅動電路也可以還具有放大電路，將所述第二被調(diào)制信號放大后輸出給所述第二電磁場諧振親合器，所述第二電磁場諧振親合器對從所述第一放大電路輸出的所述第二被調(diào)制信號進行絕緣傳輸。
[0326]由此，能夠進一步增加在電容器的充電中使用的電量，能夠使半導體開關元件的開關更加快速化。
[0327]例如，也可以還具有尚頻振蕩電路，生成由所述調(diào)制電路進彳丁調(diào)制的尚頻。
[0328]例如，所述驅動電路也可以至少包括:第一開關元件，根據(jù)所述第一信號將對所述電容器充電的電荷提供給所述半導體開關元件的柵極端子；以及第二開關元件，根據(jù)所述第二信號從所述柵極端子提取電荷。
[0329]例如，通過將驅動電路設為所謂半橋電路的結構，能夠向半導體開關元件提供大電流。
[0330]例如，所述驅動電路也可以包括:第三開關元件，根據(jù)所述第二信號進行動作，并與所述第二開關元件聯(lián)動地從所述柵極端子提取電荷，將所提取出的電荷向所述電容器充電；以及第四開關元件，根據(jù)所述第一信號進行動作，并與所述第一開關元件聯(lián)動地將對所述電容器充電的電荷提供給所述柵極端子。
[0331]這樣，通過將驅動電路設為所謂H全橋電路的結構，能夠將一次向半導體開關元件的柵極提供的電荷回收，并再次對電容器充電。
[0332]例如所述調(diào)制電路也可以是通過將所述輸入信號和所述高頻混合來生成對該高頻進行調(diào)制而得到的所述第一被調(diào)制信號，通過將使所述輸入信號反轉后的信號和高頻混合來生成對該高頻進行調(diào)制而得到的所述第二被調(diào)制信號的混合電路。
[0333]例如所述調(diào)制電路也可以是根據(jù)所述輸入信號來切換將所述高頻輸出給所述第一電磁場諧振耦合器還是輸出給所述第二電磁場諧振耦合器、從而生成對該高頻進行調(diào)制而得到的第一被調(diào)制信號和對該高頻進行調(diào)制而得到的所述第二被調(diào)制信號的開關電路。
[0334]例如所述柵極驅動電路的至少一部分也可以實現(xiàn)為集成電路。
[0335]由此，能夠使柵極驅動電路小型化，減少電路的安裝工時。
[0336]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0337]本發(fā)明能夠用作例如驅動處理大功率的IGBT和SiC FET那樣的半導體開關元件的柵極驅動電路。
[0338]標號說明
[0339]I半導體開關元件；2負載；3信號發(fā)生器；10高頻振蕩電路；20電磁場諧振耦合器；20a第一電磁場諧振親合器；20b第二電磁場諧振親合器；20c第三電磁場諧振親合器；30調(diào)制電路(混合電路)；30a調(diào)制電路(開關電路)；40整流電路；40a第一整流電路；40b第二整流電路;40c第三整流電路;41a、41b、41c 二極管;42a、42b、42c電感器；43a、43b、43c電容器；50電容器；60半橋電路(輸出電路)；60a H電橋電路(輸出電路)；61晶體管(第一開關元件)；62晶體管(第二開關元件)；63晶體管(第三開關元件)；64晶體管(第四開關元件)；70、70a放大電路；71輸出端子；72輸出基準端子；73控制端子；90頻率分配濾波器；100、101 直流電源；501 ?509、601 ?608、701 ?709 波形；1000 ?1003、1006 ?1012、100a柵極驅動電路；2000第一振蕩器；2001第一輸入輸出端子；2002、2005開放部；2003第一振蕩器；2004第一輸入輸出端子。
【主權項】
1.絕緣型的柵極驅動電路，驅動半導體開關元件，具有: 調(diào)制電路，生成根據(jù)第一輸入信號對第一高頻進行調(diào)制而得到的第一被調(diào)制信號、和根據(jù)與所述第一輸入信號不同的第二輸入信號對所述第一高頻進行調(diào)制而得到的第二被調(diào)制信號； 絕緣傳輸部，由包含對所述第一被調(diào)制信號進行絕緣傳輸?shù)牡谝浑姶艌鲋C振耦合器、和對所述第二被調(diào)制信號進行絕緣傳輸?shù)牡诙姶艌鲋C振耦合器的多個電磁場諧振耦合器構成； 第一整流電路，對通過所述第一電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃龅谝槐徽{(diào)制信號進行整流，由此生成第一信號； 第二整流電路，對通過所述第二電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃龅诙徽{(diào)制信號進行整流，由此生成第二信號； 第三整流電路，對通過所述多個電磁場諧振耦合器中的一個電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)牡诙哳l進行整流，由此生成充電用電壓； 電容器，根據(jù)所述充電用電壓被充電；以及 輸出電路，根據(jù)所述第一信號及所述第二信號中的至少一方，選擇是否將對所述電容器充電的電荷提供給所述半導體開關元件的柵極端子。
2.根據(jù)權利要求1所述的柵極驅動電路， 所述絕緣傳輸部還包含對所述第二高頻進行絕緣傳輸?shù)牡谌姶艌鲋C振耦合器。
3.根據(jù)權利要求2所述的柵極驅動電路， 所述第二高頻的振幅的最大值大于所述第一被調(diào)制信號及所述第二被調(diào)制信號的振幅的最大值。
4.根據(jù)權利要求2或3所述的柵極驅動電路， 所述柵極驅動電路還具有生成所述第一高頻和所述第二高頻的高頻生成器。
5.根據(jù)權利要求4所述的柵極驅動電路， 所述高頻生成器還包括: 頻率分配濾波器，將高頻分離為基波成分和高次諧波成分，并將所述基波成分作為所述第二高頻輸出，將所述高次諧波成分作為所述第一高頻輸出。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的柵極驅動電路， 所述高頻生成器還包括改變所述第二高頻的振幅的放大電路。
7.根據(jù)權利要求6所述的柵極驅動電路， 所述放大電路根據(jù)輸入到控制端子的信號來改變所述第二高頻的振幅， 在所述輸出電路不向所述半導體開關元件的柵極端子提供所述電荷時，所述第三整流電路輸出所述充電用電壓，在所述輸出電路向所述半導體開關元件的柵極端子提供所述電荷時，所述第三整流電路不輸出所述充電用電壓。
8.根據(jù)權利要求1所述的柵極驅動電路， 所述第二被調(diào)制信號包括所述第二高頻， 所述第三整流電路對通過所述第二電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃龅诙徽{(diào)制信號進行整流，由此生成所述充電用電壓。
9.根據(jù)權利要求8所述的柵極驅動電路， 所述第二被調(diào)制信號的振幅的最大值大于所述第一被調(diào)制信號的振幅的最大值。
10.根據(jù)權利要求8所述的柵極驅動電路， 所述柵極驅動電路還具有放大電路，該放大電路設于所述調(diào)制電路和所述第二電磁場諧振耦合器之間，并對所述第二被調(diào)制信號進行放大。
11.根據(jù)權利要求8?10中任意一項所述的柵極驅動電路， 所述柵極驅動電路還具有生成所述第一高頻的高頻振蕩電路。
12.根據(jù)權利要求8?11中任意一項所述的柵極驅動電路， 在所述輸出電路不向所述半導體開關元件的柵極端子提供所述電荷時，所述第三整流電路輸出所述充電用電壓，在所述輸出電路向所述半導體開關元件的柵極端子提供所述電荷時，所述第三整流電路不輸出所述充電用電壓。
13.根據(jù)權利要求1?12中任意一項所述的柵極驅動電路， 所述輸出電路包括: 第一開關元件，根據(jù)所述第一信號向所述半導體開關元件的柵極端子提供對所述電容器充電的電荷；以及 第二開關元件，根據(jù)所述第二信號從所述半導體開關元件的柵極端子提取電荷。
14.根據(jù)權利要求1?12中任意一項所述的柵極驅動電路， 所述輸出電路包括: 第一開關元件及第四開關元件，根據(jù)所述第一信號向所述半導體開關元件的柵極端子提供對所述電容器充電的電荷；以及 第二開關元件及第三開關元件，根據(jù)所述第二信號從所述柵極端子提取電荷，并將該電荷向所述電容器充電。
15.根據(jù)權利要求1?14中任意一項所述的柵極驅動電路， 所述調(diào)制電路是通過將所述第一輸入信號和所述第一高頻混合來生成所述第一被調(diào)制信號、并且通過將所述第二輸入信號和所述第一高頻混合來生成所述第二被調(diào)制信號的混合電路。
16.根據(jù)權利要求1?15中任意一項所述的柵極驅動電路， 所述第二輸入信號是所述第一輸入信號的反轉信號。
17.根據(jù)權利要求1?14中任意一項所述的柵極驅動電路， 所述調(diào)制電路是根據(jù)所述第一輸入信號和所述第二輸入信號來切換將所述第一高頻輸出給所述第一電磁場諧振耦合器還是輸出給所述第二電磁場諧振耦合器、從而生成所述第一被調(diào)制信號和所述第二被調(diào)制信號的開關電路。
18.絕緣型的柵極驅動電路，驅動半導體開關元件，具有: 調(diào)制電路，生成根據(jù)輸入信號對第一高頻進行調(diào)制而得到的被調(diào)制信號； 絕緣傳輸部，包含對所述被調(diào)制信號進行絕緣傳輸?shù)碾姶艌鲋C振耦合器； 整流電路，對通過所述電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃霰徽{(diào)制信號進行整流，由此生成信號； 另一整流電路，對通過所述絕緣傳輸部絕緣傳輸?shù)牡诙哳l進行整流，由此生成充電用電壓； 電容器，根據(jù)所述充電用電壓被充電；以及 輸出電路，根據(jù)所述信號選擇是否將對所述電容器充電的電荷提供給所述半導體開關元件的柵極端子。
19.根據(jù)權利要求18所述的柵極驅動電路， 所述被調(diào)制信號包括所述第二高頻， 所述另一整流電路對通過所述電磁場諧振耦合器絕緣傳輸?shù)乃龅诙哳l進行整流，由此生成所述充電用電壓。
20.根據(jù)權利要求18所述的柵極驅動電路， 所述絕緣傳輸部還包括對所述第二高頻進行絕緣傳輸?shù)牧硪浑姶艌鲋C振耦合器。
【專利摘要】柵極驅動電路(1000)具有：調(diào)制電路(30)，生成第一被調(diào)制信號和第二被調(diào)制信號；絕緣傳輸部，包括對第一被調(diào)制信號進行絕緣傳輸?shù)牡谝浑姶艌鲋C振耦合器(20a)、和對第二被調(diào)制信號進行絕緣傳輸?shù)牡诙姶艌鲋C振耦合器(20b)；第一整流電路(40a)，通過對第一被調(diào)制信號進行整流來生成第一信號；第二整流電路(40b)，通過對第二被調(diào)制信號進行整流來生成第二信號；第三整流電路(40c)，通過對第二高頻進行整流來生成充電用電壓；電容器(50)，根據(jù)充電用電壓被充電；以及輸出電路(60)，根據(jù)第一信號及第二信號中的至少一方選擇是否將對電容器充電的電荷提供給半導體開關元件的柵極端子。
【IPC分類】H03K17-687, H02M1-08, H02J17-00, H03K17-04
【公開號】CN104584433
【申請?zhí)枴緾N201480001940
【發(fā)明人】河井康史, 永井秀一
【申請人】松下知識產(chǎn)權經(jīng)營株式會社
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年8月18日
【公告號】US20150234417, WO2015029363A1