[发明专利]栅极驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及驱动半导体开关元件的栅极端子的栅极驱动电路，特别涉及具有通过非接触信号传送实现的信号绝缘功能的栅极驱动电路。

背景技术

半导体开关元件（以下，也简称作“开关元件”）的栅极驱动电路（或驱动半导体开关元件的电路），是驱动开关元件的栅极端子的电路，例如是通过对称作功率半导体的IGBT（insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管）等的高耐压的开关元件的栅极端子施加栅极电压来控制功率半导体开关元件的开启关闭(ON/OFF)的电路。一般的栅极驱动电路在输出部中使用P型晶体管和N型晶体管，当使开关元件从关闭成为开启时P型晶体管动作，当使开关元件从开启成为关闭时N型晶体管动作。即，当使开关元件从开启成为关闭时，将开关元件的栅极电流抽出。

这样的栅极驱动电路由于功率半导体开关元件的基准电压、即栅极驱动电路的输出侧的基准电位变得非常高，所以在作为向栅极驱动电路的控制信号的输入部的1次侧与驱动开关元件的栅极驱动电路的输出侧（2次侧）之间需要直流成分的绝缘。将这样能够在元件的1次侧和2次侧实现直流成分的绝缘的元件称作信号绝缘元件，这是为了驱动开关元件而不可或缺的元件。此外，这样的具有信号绝缘功能的电子电路元件被用于将逻辑接地与RF接地分离，称作数字隔离器（专利文献1）。特别是，为了驱动功率半导体开关元件，在外部需要绝缘电源，也被称作栅极驱动系统的栅极驱动电路变得非常庞大。因此，如果不仅将栅极信号绝缘，而能够将绝缘后的电力向栅极供给，则外部绝缘电源也不再需要，能够实现栅极绝缘电路的小型化。

作为实现这样的信号绝缘功能的信号传送电路，代表性的结构是经由脉冲变压器等的非接触信号传送部来进行分离的结构（例如，参照专利文献2）。但是，该脉冲变压器因为尺寸较大，所以不能在半导体的栅极驱动电路中使用。所以，通过代替脉冲变压器而使用对置的平面螺旋电感器(spiral inductor)作为非接触信号传送部，能够实现某种程度的平面化、小型化（例如，参照专利文献3）。

在图14中表示在专利文献3中公开的在非接触信号传送部中使用螺旋电感器的结构的数字隔离器的例子。该数字隔离器由形成有发送电路的发送电路芯片2041、形成有发送螺旋电感器2045的发送芯片2043、形成有接收螺旋电感器2046的接收芯片2044、形成有解调电路的接收电路芯片2042构成。发送电路芯片2041和发送芯片2043、以及接收电路芯片2042和接收芯片2044通过金属线(wire)2047连接。输入信号被发送电路芯片2041调制为非接触信号传送用信号，向发送芯片2043的发送螺旋电感器2045输送。发送螺旋电感器2045及接收螺旋电感器2046起到线圈的作用。由于发送芯片2043上的发送螺旋电感器2045和接收芯片2044上的接收螺旋电感器2046通过电磁感应而耦合，所以输送到发送螺旋电感器2045中的电力（电流）被向电绝缘的接收螺旋电感器2046传送。在接收螺旋电感器2046中产生的电力（电流）被接收电路芯片2042上的接收电路解调，作为输出信号取出。但是，这样的通过平面螺旋电感器进行的非接触信号（电力）传送有因为电磁感应耦合而传送效率较差，因为不能取得配线间的空气隙而不能取得耐压等的较多问题。

所以，作为较高的传送效率、且能够得到较高的绝缘耐压的非接触信号传送技术，报告了电磁谐振(electromagnetic resonance)耦合（或者，也称作电磁场谐振耦合）的技术（例如，参照非专利文献1）。此外，还提出了在非接触信号传送部中使用图15所示那样的开口环(open ring)型的电磁谐振耦合器的电力（信号）传送装置（例如，参照专利文献4）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7692444号说明书

专利文献2：日本特开2001－267905号公报

专利文献3：日本特开2007－311753号公报

专利文献4：日本特开2008－067012号公报

非专利文献1：Andre Kurs,et al.:“Wireless Power Transfer via Strongly Coupled Magnetic Resonances”,Science Express,Vol.317,No.5834,pp.83-86（2207）

发明概要

发明要解决的课题