共振型ゲート駆動回路の電力低減とゲート電流制御に関する研究

■動作および原理

ここからは，IGBTのオン／オフ時の具体的なSW1，SW2の動作について説明します．

IGBTを駆動する際の，SW1，SW2の動作を図a-2に示します．IGBTのオン・オフ時にはゲートへの電荷充電と放電の過程があります．まず，IGBTがオフ状態からオン状態に遷移する際のIGBTゲート容量への充電について．SW1のスイッチングによって電流制限しつつゲートへの充電を行います．このときのゲート電流振動，ゲート電圧オーバーシュートについては後述します．つづいてゲート電圧が上昇してくると充電電流が減少し0Aの収束していきます．この状態を経てSW1のベタ・オンの状態とし，ＩＧＢＴゲートへの充電が完了します．

つぎにIGBTがオン状態からオフ状態に遷移する際のIGBTゲート容量の放電について．SW1をオフとしSW2のスイッチングによって電流制限しつつゲート電荷の放電を行います．放電時についてもゲート電圧の低下とともに充電電流が減少し0Aに漸近するよう収束していきます．この状態を経てSW2をベタ・オンの状態とし，IGBTゲートへの放電が完了します．

ところで，通常LCの系にパルス状またはステップ状の電圧を与えるとオーバーシュートをともなって振動することはご存知の通りと思います．通常こういった振動を抑制するためにフィードバックによって極消去を行うのが一般的ですが，この回路ではフィードバックさせずに，オーバーシュートなく充電するように設計します．その方法はいくつかありますが，ここではもっとも単純と思われる次の２種類の方法を紹介します．

［方法１］インダクタ電流I_LGの不連続領域のみを使用する．

具体的には図a-3のようにインダクタ電流I_LGを連続的に通電しないようにSW1あるいはSW2のデューティを設定して１回のスイッチングの度にインダクタ電流I_LGが不連続になるよう設定します．しかし，負荷側（ゲート）電位が低い条件の場合には電流の減少スピードが遅いためonデューティを小さく設定する必要があります．そのため，ゲート充電にかかる時間が大きくなる傾向があります．ただし，ゲート容量への充電によってゲート電位の上昇が早い場合，SW1，SW2のonデューティを大きく設定することも可能です．

図a-3のようにI_Lgが断続的に通電する場合には，LC共振をおこすことはありませんのでIGBTゲートに電源B1の電圧以上に充電されることはありません．（リップル成分をのぞく）