制御信号と電力供給を光絶縁した高速・高耐圧パワーデバイス用共振形ドライブ回路

石垣将紀; 藤田英明

文献

J-GLOBAL ID：200902234907203770 整理番号：09A0235621

制御信号と電力供給を光絶縁した高速・高耐圧パワーデバイス用共振形ドライブ回路

A Resonant Gate-Drive Circuit for Fast High-Voltage Power Semiconductor Devices with Optical Isolation of Both Control Signal and Power Supply

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資料名：
巻： 129 号： 3 ページ： 303-310 (J-STAGE) 発行年： 2009年
JST資料番号： X0451A ISSN： 0913-6339 資料種別：逐次刊行物 (A)
記事区分：原著論文発行国：日本 (JPN) 言語：日本語 (JA)

電力変換器の大容量化を目的として,SiCやGaNなどの高速かつ高耐圧なパワーデバイスの開発が行われているが,その高速なスイッチング動作により,サージ電圧・スパイク電流の発生や高周波漏れ電流,EMIなどの問題を引き起こすことがある。そのため,一般に電力変換器のゲートドライブ回路と制御回路の間には,光絶縁が使われている。これに対して,MOSFETやIGBTなどの自己消弧デバイス用のゲートドライブ回路には,制御信号だけでなく,電力を供給する必要があり,高周波漏れ電流の低減を目的として,ドライブ回路への電力供給についても種々の絶縁方式が提案・研究されている。本論文では,制御信号と電力供給の両者を光絶縁した高速・高耐圧パワーデバイス用共振形ゲートドライブ回路について検討を行った。提案する共振ドライブ回踏の動作特性および消費電力低減効果を理論的に検討し,MOSFETおよびIGBTへ適用した場合の動作特性を実験により確認した。その結果,一般的なゲートドライブ回路に比べて,共振ドライブ回路は消費電力を約1/5に低減できることを確認した。また,共振ドライブ回路への電力供給に光絶縁を適用することにより,パワーデバイスや共振ドライブ回路に急峻な電位変化があっても制御回路や電源に漏れ電流が流れることはなく,良好な動作が可能である。さらに,提案回路の出力インピーダンスが低いため,パワーデバイスの帰還容量に起因する変位電流が流れても,ゲート・ソース間電圧の変動をほとんど生じることがなく,誤ターンオンを抑制できることを明らかにした。

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その他の電子回路

引用文献 (17件)：

(1) L. Lorenz: “Power semiconductor devices-development trends and system interactions”, in Proc. of PCC2007, pp. 348-354 (2007-4)
(2) S. Harada, Y. Hayashi, K. Takao, A. Kinoshita, M. Kato, M. Okamoto, T. Kato, S. Nishizawa, T. Yatsuo, K. Fukuda, H. Ohashi, and K. Arai: “Demonstration of motor drive with SiC normally-off IBMOSFET/SBD power converter”, in Proc. of IEEE ISPSD, pp. 289-292 (2007-5)
(3) T. Hasegawa, K. Yamaji, H. Irokawa, H. Shirahama, C. Tanaka, and K. Akabane: “Development of a thyristor valve for next generation 500kV HVDC transmission systems”, IEEE Trans. on Power Del., Vol. 11, No. 4, pp. 1783-1788 (1996-7)
(4) K. Wada, K. Shirakawa, and T. Shimizu: “Discussion of internal Noise Currents in a Control Circuit on a 200-kHz Switching PWM Inverter”, in Proc. of PCC2007, pp. 423-428 (2007-4)
(5) T. Shinohe, M. Yamaguchi, and K. Hoshi: “Power supply circuit”, US Patent, No. 6, 111, 454 (2000-3)

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