CN107980199B - 电源开关装置 - Google Patents

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Abstract

电源开关装置(100)包含相互并联连接的多个半导体开关元件(T1a、T1b)以及多个平衡电阻部(Ra、Rb)。多个平衡电阻部(Ra、Rb)的各一端与对应的半导体开关元件(T1a、T1b)的控制电极连接，对各另一端输入共通的控制信号。各平衡电阻部(Ra、Rb)构成为根据控制信号，在多个半导体开关元件(T1a、T1b)导通的情况下和截止的情况下，其电阻值切换为不同的值。

Description

电源开关装置
技术领域
本发明涉及电源开关装置，该电源开关装置具有相互并联连接的多个半导体开关元件和这些半导体开关元件的栅极驱动电路。本发明还涉及还具有这些多个半导体开关元件的保护电路的电源开关装置。
背景技术
在并联连接多个电力用半导体开关元件的情况下，通过各半导体元件的栅/漏间(或栅/源间)的电容和布线电感构成闭合电路。而且，在该闭合电路中，有时在半导体开关元件的导通时或截止时产生寄生振荡(特别是在截止时容易产生寄生振荡)。当产生寄生振荡时，有时半导体开关元件会被破坏。该寄生振荡是并联连接多个半导体开关元件的结构所固有的问题。
为了避免该问题，一般在各半导体开关元件的栅极连接电阻值比较大的栅极电阻。例如，在专利文献1(日本特开2003-088098号公报)中，通过在栅极驱动电路的输出端侧设置的阻尼电阻来抑制寄生振荡。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-088098号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在如上所述连接电阻值比较大的栅极电阻时，产生导通时间和截止时间变长这样的问题。这是因为，导通时间和截止时间由栅极电阻的电阻值与半导体开关元件的栅/源间电容之积决定。而且，当导通时间和截止时间变长时，导通损失和截止损失也分别增加。其结果是，例如，在为了抑制截止时的寄生振荡而附加了栅极电阻的情况下，不仅截止时的损失增大，导通时的损失也增大。
在抑制使半导体开关元件进行高速开关的情况下产生的放射噪声时，也产生同样的问题。这里，放射噪声是由于漏极电压和漏极电流的急剧变化而引起的。例如，在导通时产生的放射噪声成为问题的情况下，在通过附加电阻值比较大的栅极电阻来抑制导通时的漏极电压和漏极电流的变化率的情况下，不仅导通时的损失增大，截止时的损失也增大。
本发明是考虑上述问题点而完成的，其目的在于，在包含并联连接的多个半导体开关元件的电源开关装置中，即使寻求导通和截止中的任意一方产生的问题的对策，另一方的动作时的损失也不会增大。
用于解决课题的手段
本发明的电源开关装置具有相互并联连接的多个半导体开关元件、多个平衡电阻部、控制电路。多个半导体开关元件相互并联连接，分别具有第1主电极和第2主电极以及控制电极。多个平衡电阻部分别与多个半导体开关元件对应，各一端与对应的半导体开关元件的控制电极连接。控制电路将用于使各半导体开关元件导通和截止的共通的控制信号输出到多个平衡电阻部的各另一端。各平衡电阻部构成为在根据控制信号使多个半导体开关元件导通的情况下和截止的情况下，各平衡电阻部的电阻值被切换为不同的值。该平衡电阻部被设置作为如下的平衡电阻，该平衡电阻用于在并联连接多个电力用半导体开关元件的情况下，抑制半导体开关元件的开关时产生的寄生振荡。
发明效果
根据上述发明，能够在多个半导体开关元件导通的情况下和截止的情况下使各平衡电阻部的电阻值成为不同的值，因此，即使寻求导通和截止中的任意一方产生的问题的对策，另一方的动作时的损失也不会增大。
附图说明
图1是示出实施方式1的电源开关装置100的结构的电路图。
图2是示出图1的电源开关装置100的动作的时序图。
图3是示出实施方式2的电源开关装置101的结构的电路图。
图4是示出实施方式3的电源开关装置102的结构的电路图。
图5是示出实施方式4的电源开关装置103的结构的电路图。
图6是示出在图1的电源开关装置100中组合了短路保护电路的情况下的结构的电路图。
图7是示出图6的RTC动作判断电路30的动作的时序图。
图8是示出图6的电源开关装置104中通常动作时的栅极电流Ig的路径的图。
图9是示出图6的电源开关装置104中短路动作时的栅极电流Ig的路径的图。
图10是示出在图4的电源开关装置102中组合了短路保护电路的情况下的结构的电路图。
图11是示出图10的电源开关装置105中半导体开关元件T2a发生了短路故障的情况下的栅极电流Ig的路径的图。
图12是示出在图4的电源开关装置102中组合了短路保护电路的情况下的变形例的结构的电路图。
图13是示出图12的电源开关装置106中仅半导体开关元件T2a发生了短路故障的情况下的栅极电流Ig的路径的图。
具体实施方式
下面，参照附图对各实施方式进行详细说明。另外，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略其说明。
<实施方式1>
[电源开关装置100的结构]
图1是示出实施方式1的电源开关装置100的结构的电路图。参照图1，电源开关装置100包含相互并联连接的半导体模块Ta、Tb以及驱动电路GD。
半导体模块Ta包含连接在高压侧节点ND与低压侧节点NS之间的作为半导体开关元件T1a的功率NMOSFET(N-channel Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor)以及二极管D1a。二极管D1a与半导体开关元件T1a逆并联(即，NMOSFET(T1a)的漏极侧成为二极管D1a的阴极侧)连接。二极管D1a是为了在半导体开关元件T1a的截止时流过续流电流而设置的。在图1中，设NMOSFET(T1a)的内部栅极电阻为ra。
同样，半导体模块Tb包含连接在高压侧节点ND与低压侧节点NS之间的作为半导体开关元件T1b的功率NMOSFET以及二极管D1b。二极管D1b与半导体开关元件T1b逆并联连接。二极管D1b是为了在半导体开关元件T1b的断开时流过续流电流而设置的。在图1中，设NMOSFET(T1b)的内部栅极电阻为rb。
各半导体开关元件T1a、T1b包含第1主电极、第2主电极和控制电极，是根据提供给控制电极的信号将流过第1主电极和第2主电极间的电流切换为导通或截止的自消弧型半导体器件。在图1的情况下，示出使用N型功率MOSFET作为半导体开关元件T1a、T1b的例子。该情况下，第1主电极是NMOSFET的源极，第2主电极是NMOSFET的漏极，控制电极是NMOSFET的栅极。
驱动电路GD包含平衡电阻部Ra、Rb和控制电路12。平衡电阻部Ra连接在从控制电路12的输出节点N1分支的对半导体开关元件T1a的控制电极输出控制信号的输出节点N1a与半导体开关元件T1a的栅极之间。平衡电阻部Rb连接在从控制电路12的输出节点N1分支的对半导体开关元件T1b的控制电极输出控制信号的输出节点N1b与半导体开关元件T1a的栅极之间。平衡电阻部Ra、Rb被设置为使半导体开关元件T1a、T1b的导通和截止的定时一致的平衡电阻。进而，平衡电阻部Ra、Rb是为了在并联连接多个电力用半导体开关元件的情况下抑制半导体开关元件的导通时或截止时产生的寄生振荡而设置的。
更详细地讲，平衡电阻部Ra包含相互并联连接的二极管D2a和电阻元件R3a。二极管D2a的阴极与半导体开关元件T1a的栅极连接，阳极与控制电路12的输出节点N1a连接。同样，平衡电阻部Rb包含相互并联连接的二极管D2b和电阻元件R3b。二极管D2b的阴极与半导体开关元件T1b的栅极连接，阳极与控制电路12的输出节点N1b连接。
控制电路12输出用于使多个半导体开关元件T1a、T1b导通和截止的共通的控制信号。更详细地讲，控制电路12包含开关控制电路13、作为开关元件的导通用NMOSFET14、作为开关元件的截止用PMOSFET(P-channel MOSFET)15、对导通时的开关速度进行调节的导通用栅极电阻R1、对截止时的开关速度进行调节的截止用栅极电阻R2、第1直流电源10、第2直流电源11。导通用栅极电阻R1的电阻值选定为使得成为所要求的导通时的开关速度。截止用栅极电阻R2的电阻值选定为成为所要求的截止时的开关速度。在该说明书中，有时将导通用栅极电阻称为第1电阻元件，将截止用栅极电阻称为第2电阻元件。
第1直流电源10和第2直流电源11相互串联连接(直流电源10的负极节点和直流电源11的正极节点连接)。第1直流电源10和第2直流电源11的连接节点N3与NMOSFET(T1a)的源极N4a和NMOSFET(T1b)的源极N4b连接。下面，设第1直流电源10和第2直流电源11各自的输出电压(电源电压)为Vs。
导通用栅极电阻R1和NMOSFET14串联连接在第1直流电源10的正极节点N2与控制电路12的输出节点N1之间。在图1中，导通用栅极电阻R1与NMOSFET14的漏极侧连接，但是，也可以与其相反而使导通用栅极电阻R1与NMOSFET14的源极侧连接。同样，截止用栅极电阻R2和PMOSFET15串联连接在控制电路12的输出节点N1与接地节点GND之间。在图1中，截止用栅极电阻R2与PMOSFET15的漏极侧连接，但是，也可以与其相反而使导通用栅极电阻R1与PMOSFET15的源极侧连接。
开关控制电路13根据外部控制信号Sg，对导通用MOSFET14和截止用
MOSFET15进行控制。在实施方式1的例子中，开关控制电路13在外部控制信号Sg为高电平(H电平)时，使MOSFET14导通，使MOSFET15截止。其结果是，半导体开关元件T1a、T1b导通。开关控制电路13在外部控制信号Sg为低电平(L电平)时，使MOSFET14截止，使MOSFET15导通。其结果是，半导体开关元件T1a、T1b截止。
[电源开关装置100的动作]
接着，对图1的电源开关装置100的动作进行说明。另外，电力用半导体模块Ta、Tb是相同电路结构，平衡电阻部Ra、Rb也是相同电路结构，因此，半导体开关元件T1a、T1b的导通和截止大致同时产生。因此，在以下说明中，主要对电力用半导体模块Ta的动作进行说明。
图2是示出图1的电源开关装置100的动作的时序图。在图2中，从上方起依次示出外部控制信号Sg、半导体开关元件T1a、T1b的栅极电压Vga、Vgb、从控制电路12的输出节点N1输出的控制电流(栅极电流)Ig、从高压侧节点ND流向半导体开关元件T1a、T1b的漏极电流Id、以及半导体开关元件T1a、T1b的漏极电压Vd。横轴是时间(TIME)。
参照图1和图2，在时刻t0，响应于外部控制信号Sg从L电平切换为H电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为导通状态，截止用MOSFET15切换为截止状态。由此，栅极电流从第1直流电源10的正极节点N2经由导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的二极管D2a和内部栅极电阻ra流向半导体开关元件T1a。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加正电压。这里，在图1的平衡电阻部Ra的情况下，栅极电流几乎都流过顺向的二极管D2a，不流过电阻元件R3a。
在时刻t20，栅极-源极间电压上升，在成为半导体开关元件T1a的阈值电压以上时，半导体开关元件T1a导通(导通)。漏极电流Id经由连接在半导体开关元件T1a的漏极-源极间的未图示的主电路流向半导体开关元件T1a。此时的导通时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra和导通用栅极电阻R1的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。而且，该电阻值越大，则导通时间越长。
时刻t1～时刻t2是由于半导体开关元件T1a的镜像效应而使栅极电压Vg恒定的镜像期间。在镜像期间内，由于主电极间电压Vd的变动而使半导体开关元件T1a的寄生电容变动，因此，栅极电压Vg恒定。当在时刻t2脱离镜像期间后，栅极电压Vg再次增加，在时刻t3，栅极电压Vga到达正的电源电压Vs，由此，导通动作结束。
在时刻t4，响应于外部控制信号Sg从H电平切换为L电平，将控制电路12的导通用MOSFET14切换为截止状态，截止用MOSFET15切换为导通状态。由此，栅极电流从半导体开关元件T1a的栅极依次通过内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和截止用栅极电阻R2而流到接地节点GND。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加负电压。这里，在图1的平衡电阻部Ra的情况下，阻止二极管D2a的逆向的栅极电流，因此，栅极电流几乎都流过电阻元件R3a。
在栅极-源极间电压降低而小于半导体开关元件T1a的阈值电压时，半导体开关元件T1a截止。由此，不流过经由连接在漏极-源极间的未图示的主电路的漏极电流Id。此时的截止时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和截止用栅极电阻R2的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
在时刻t5，主电极间电压Vd开始增加，由此，时刻t5～时刻t6成为栅极电压Vg大致恒定的镜像期间。在时刻t6脱离镜像期间后，栅极电压Vg再次开始减少。在时刻t7，栅极电压Vga到达负的电源电压-Vs，由此，截止动作结束。
[实施方式1的效果]
在图1中，未在平衡电阻部Ra、Rb中设置二极管D2a、D2b，而仅电阻元件R3a、R3b的情况下，不仅截止时的栅极电阻值增大，导通时的栅极电阻值也增大，因此，不仅截止损失增加，导通损失也增加。在现有技术中，大多采用这种结构，以抑制截止时的寄生振荡。
与此相对，在本实施方式的电源开关装置100中，通过电阻元件R3a与二极管D2a的并联连接来构成平衡电阻部Ra。其中，二极管D2a连接成阴极成为半导体开关元件T1a的栅极侧。由此，在半导体开关元件T1a的导通时，不经由电阻R3a流过栅极电流Ig。其结果是，导通时的栅极电阻的值由导通用栅极电阻R1和电力用半导体模块Ta的内部栅极电阻ra决定。即使为了抑制截止时的寄生振荡而增大平衡电阻部Ra的电阻R3a，导通时间也不会增大。即，在本实施方式的电源开关装置100中，能够抑制开关动作中产生的寄生振荡，而不增加并联连接的半导体开关元件T1a、T1b的导通损失。
[变形例]
在不希望增加截止时的损失的情况下，使构成平衡电阻部Ra、Rb的二极管D2a、D2b的极性与图1的情况相反。即，二极管D2a的阴极与控制电路12的输出节点N1a连接，阳极与半导体开关元件T1a的栅极连接。二极管D2b的阴极与控制电路12的输出节点N1b连接，阳极与半导体开关元件T1b的栅极连接。对该情况下的电源开关装置100的动作、特别是半导体模块Ta、平衡电阻部Ra和控制电路12的动作进行说明。
响应于外部控制信号Sg从L电平切换为H电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为导通状态，截止用MOSFET15切换为截止状态。由此，栅极电流从第1直流电源10的正极节点N2经由导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和电力用半导体模块Ta的内部栅极电阻ra流向半导体开关元件T1a。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加正电压。
在栅极-源极间电压上升而成为半导体开关元件T1a的阈值电压以上时，半导体开关元件T1a导通。此时的导通时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和导通用栅极电阻R1的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
另一方面，响应于外部控制信号Sg从H电平切换为L电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为截止状态，截止用MOSFET15切换为导通状态。由此，栅极电流从半导体开关元件T1a的栅极依次通过内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的二极管D2a和截止用栅极电阻R2流到接地节点GND。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加负电压。
在栅极-源极间电压降低而小于半导体开关元件T1a的阈值电压时，半导体开关元件T1a截止。此时的截止时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra和截止用栅极电阻R2的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
这样，在半导体开关元件T1a截止时，不经由平衡电阻部Ra的电阻元件R3a流过栅极电流。因此，即使为了抑制开关时的寄生振荡而增大平衡电阻部Ra的电阻元件R3a的电阻值，截止时间也不会增大。即，在上述变形例的电源开关装置中，能够抑制开关动作中产生的寄生振荡，而不增加并联连接的半导体开关元件T1a、T1b的截止损失。
<实施方式2>
[电源开关装置101的结构]
图3是示出实施方式2的电源开关装置101的结构的电路图。图3的电源开关装置101与图1的电源开关装置100的不同之处在于平衡电阻部Ra、Rb的结构。图3的其他结构与图1的情况相同，因此，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略说明。
如图3所示，平衡电阻部Ra包含在控制电路12的输出节点N1a与半导体开关元件T1a的栅极之间相互串联连接的二极管D2a和电阻元件R4a。进而，平衡电阻部Ra包含与二极管D2a和电阻元件R4a的整体并联连接的电阻元件R3a。二极管D2a的阴极是半导体开关元件T1a的栅极侧。二极管D2a和电阻元件R4a的排列顺序也可以与图3的情况相反。
同样，平衡电阻部Rb包含在控制电路12的输出节点N1b与半导体开关元件T1b的栅极之间相互串联连接的二极管D2b和电阻元件R4b。进而，平衡电阻部Rb包含与二极管D2b和电阻元件R4b的整体并联连接的电阻元件R3b。二极管D2b的阴极是半导体开关元件T1b的栅极侧。二极管D2b和电阻元件R4b的排列顺序也可以与图3的情况相反。
[电源开关装置101的动作]
接着，对图3的电源开关装置101的动作进行说明。另外，电力用半导体模块Ta、Tb是相同电路结构，平衡电阻部Ra、Rb也是相同电路结构，因此，半导体开关元件T1a、T1b的导通和截止大致同时产生。因此，在以下说明中，主要对电力用半导体模块Ta的动作进行说明。
响应于外部控制信号Sg从L电平切换为H电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为导通状态，截止用MOSFET15切换为截止状态。由此，栅极电流从第1直流电源10的正极节点N2经由导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a、R4a、二极管D2a和电力用半导体模块Ta的内部栅极电阻ra流向半导体开关元件T1a。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加正电压，半导体开关元件T1a导通。此时的导通时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a、R4a和导通用栅极电阻R1的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
另一方面，响应于外部控制信号Sg从H电平切换为L电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为截止状态，截止用MOSFET15切换为导通状态。由此，栅极电流从半导体开关元件T1a的栅极依次通过内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和截止用栅极电阻R2流到接地节点GND。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加负电压，半导体开关元件T1a截止。此时的截止时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和截止用栅极电阻R2的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
即，根据上述结构，如果设电阻元件R3a、R4a的电阻值分别为R3a、R4a，则导通时的平衡电阻部Ra的电阻值由下式给出。
R3a×R4a/(R3a+R4a)…(1)
截止时的平衡电阻部Ra的电阻值由R3a给出。因此，能够使导通时的平衡电阻部Ra的电阻值小于截止时的平衡电阻部Ra的电阻值。其结果是，能够抑制开关时的寄生振荡，而不会白白增加并联连接的半导体开关元件的导通损失。并且，在图1所示的实施方式1的结构中，在寄生振荡时，在半导体模块Ta的栅极-半导体模块Tb的栅极间，电荷仅通过一个电阻元件，与此相对，在实施方式2的结构中，通过多个电阻元件，因此，开关时产生的寄生振荡的抑制效果较大。
[变形例]
在不希望增加截止损失的情况下，使构成平衡电阻部Ra、Rb的二极管D2a、D2b的极性与图3的情况相反。即，二极管D2a的阴极是控制电路12的输出节点N1a侧。二极管D2b的阴极是控制电路12的输出节点N1b侧。
该情况下，导通时的平衡电阻部Ra的电阻值由R3a给出，截止时的平衡电阻部Ra的电阻值由上式(1)给出。因此，能够使截止时的平衡电阻部Ra的电阻值小于导通时的平衡电阻部Ra的电阻值。其结果是，通过选定电阻元件R3a、R4a的电阻值，能够抑制开关时的寄生振荡，而不会白白增加并联连接的半导体开关元件的截止损失。
<实施方式3>
[电源开关装置102的结构]
图4是示出实施方式3的电源开关装置102的结构的电路图。图4的电源开关装置102与图1的电源开关装置100的不同之处在于平衡电阻部Ra、Rb的结构。图4的其他结构与图1的情况相同，因此，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略说明。
如图4所示，平衡电阻部Ra包含在控制电路12的输出节点N1a与半导体开关元件T1a的栅极之间相互串联连接的二极管D2a和电阻元件R4a。进而，平衡电阻部Ra包含与二极管D2a和电阻元件R4a的整体并联连接、且相互串联连接的电阻元件R3a和二极管D3a。二极管D2a的阴极是半导体开关元件T1a的栅极侧。二极管D3a的阴极是控制电路12的输出节点N1a侧。即，二极管D2a、D3a的极性相互相反。二极管D2a和电阻元件R4a的排列顺序也可以与图4的情况相反，电阻元件R3a和二极管D3a的排列顺序也可以与图4的情况相反。
同样，平衡电阻部Rb包含在控制电路12的输出节点N1b与半导体开关元件T1b的栅极之间相互串联连接的二极管D2b和电阻元件R4b。进而，平衡电阻部Rb包含与二极管D2b和电阻元件R4b的整体并联连接、且相互串联连接的电阻元件R3b和二极管D3b。二极管D2b的阴极是半导体开关元件T1b的栅极侧。二极管D3b的阴极是控制电路12的输出节点N1b侧。即，二极管D2b、D3b的极性相互相反。二极管D2b和电阻元件R4b的排列顺序也可以与图4的情况相反，电阻元件R3b和二极管D3b的排列顺序也可以与图4的情况相反。
[电源开关装置102的动作]
接着，对图4的电源开关装置102的动作进行说明。另外，电力用半导体模块Ta、Tb是相同电路结构，平衡电阻部Ra、Rb也是相同电路结构，因此，半导体开关元件T1a、T1b的导通和截止大致同时产生。因此，在以下说明中，主要对电力用半导体模块Ta的动作进行说明。
响应于外部控制信号Sg从L电平切换为H电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为导通状态，截止用MOSFET15切换为截止状态。由此，栅极电流从第1直流电源10的正极节点N2经由导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a、二极管D2a和电力用半导体模块Ta的内部栅极电阻ra流向半导体开关元件T1a。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加正电压，半导体开关元件T1a导通。此时的导通时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a和导通用栅极电阻R1的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
另一方面，响应于外部控制信号Sg从H电平切换为L电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为截止状态，截止用MOSFET15切换为导通状态。由此，栅极电流从半导体开关元件T1a的栅极依次通过内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a、二极管D3a和截止用栅极电阻R2流到接地节点GND。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加负电压，半导体开关元件T1a截止。此时的截止时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和截止用栅极电阻R2的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
即，根据上述结构，如果设电阻元件R3a、R4a的电阻值分别为R3a、R4a，则导通时的平衡电阻部Ra的电阻值由R4a给出，截止时的平衡电阻部Ra的电阻值由R3a给出。这样，导通时的平衡电阻部Ra的电阻值(R4a)和截止时的平衡电阻部Ra的电阻值(R3a)能够完全独立进行调整。因此，在不希望增加导通时的损失的情况下，通过将构成平衡电阻部Ra的电阻元件R3a的电阻值设定得更大，能够抑制开关时的寄生振荡，而完全不会对导通损失造成影响。同样，在不希望增加截止时的损失的情况下，通过将构成平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值设定得更大，能够抑制在并联连接半导体开关元件的情况下产生的开关动作时的寄生振荡，而不会白白增加与一方的开关动作相伴的损失。
<实施方式4>
[电源开关装置103的结构]
图5是示出实施方式4的电源开关装置103的结构的电路图。图5的电源开关装置103与图1的电源开关装置100的不同之处在于控制电路12和平衡电阻部Ra、Rb的结构。图5的其他结构与图1的情况相同，因此，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略说明。
如图5所示，控制电路12具有导通用NMOSFET14的源极侧的输出节点N10和截止用PMOSFET15的源极侧的输出节点N11。从导通用NMOSFET14的源极侧的输出节点N10分支，配设有对半导体开关元件T1a的控制电极输出控制信号的布线N10a和对半导体开关元件T1b的控制电极输出控制信号的布线N10b。从截止用PMOSFET15的源极侧节点N11分支，配设有对半导体开关元件T1a的控制电极输出控制信号的布线N11a和对半导体开关元件T1b的控制电极输出控制信号的布线N11b。布线N10a和布线N11a与半导体开关元件T1a的控制电极(栅极)连接。布线N10b和布线N11b与半导体开关元件T1b的控制电极(栅极)连接。在该说明书中，有时将导通用NMOSFET14的源极侧的输出节点N10称为第1输出节点，将截止用PMOSFET的源极侧的输出节点N11称为第2输出节点。
平衡电阻部Ra包含设置在输出节点N10与半导体开关元件T1a的栅极之间(即布线N10a上)的电阻元件R4a、以及设置在输出节点N11与半导体开关元件T1a的栅极之间(即布线N11a上)且相互串联连接的二极管D3a和电阻元件R3a。二极管D3a的阴极是输出节点N11侧。二极管D3a和电阻元件R3a的排列顺序也可以与图5的情况相反。并且，二极管D3a也可以构成为与电阻元件R4a串联连接。该情况下，二极管D3a的阴极是半导体开关元件T1a的栅极侧。该情况下，二极管D3a和电阻元件R4a的排列顺序不限。
同样，平衡电阻部Rb包含设置在输出节点N10与半导体开关元件T1b的栅极之间(即布线N10b上)的电阻元件R4b、以及设置在输出节点N11与半导体开关元件T1b的栅极之间(即布线N11b上)且相互串联连接的二极管D3b和电阻元件R3b。二极管D3b的阴极是输出节点N11侧。二极管D3b和电阻元件R3b的排列顺序也可以与图5的情况相反。并且，二极管D3b也可以构成为与电阻元件R4b串联连接。该情况下，二极管D3b的阴极是半导体开关元件T1b的栅极侧。该情况下，二极管D3b和电阻元件R4b的排列顺序不限。
[电源开关装置103的动作]
接着，对图5的电源开关装置103的动作进行说明。另外，电力用半导体模块Ta、Tb是相同电路结构，平衡电阻部Ra、Rb也是相同电路结构，因此，半导体开关元件T1a、T1b的导通和截止大致同时产生。因此，在以下说明中，主要对电力用半导体模块Ta的动作进行说明。
响应于外部控制信号Sg从L电平切换为H电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为导通状态，截止用MOSFET15切换为截止状态。由此，栅极电流从第1直流电源10的正极节点N2经由导通用栅极电阻R1、输出节点10a、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a和电力用半导体模块Ta的内部栅极电阻ra流向半导体开关元件T1a。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加正电压，半导体开关元件T1a导通。此时的导通时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a和导通用栅极电阻R1的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
另一方面，响应于外部控制信号Sg从H电平切换为L电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为截止状态，截止用MOSFET15切换为导通状态。由此，栅极电流从半导体开关元件T1a的栅极依次通过内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a、二极管D3a、输出节点N11和截止用栅极电阻R2流到接地节点GND。其结果是，对第1半导体开关元件T1a的栅极-源极间施加负电压，半导体开关元件T1a截止。此时的截止时间由半导体开关元件T1a的内部栅极电阻ra、平衡电阻部Ra的电阻元件R3a和截止用栅极电阻R2的合成电阻值与半导体开关元件T1a的栅极-源极间电容之积决定。
根据上述结构，除了得到与实施方式3相同的效果以外，与实施方式3相比，能够减少平衡电阻部Ra、Rb的部件数量。另外，平衡电阻部Ra、Rb的结构也可以是图1、图3和图4中说明的实施方式1、2和3的结构。
<实施方式5>
[电源开关装置的整体结构]
图6是示出在图1的电源开关装置100中组合了短路保护电路的情况下的结构的电路图。图6的半导体模块Ta与图1的半导体模块Ta的不同之处在于还包含RTC(Real-TimeCurrent Control)电路20a。图6的半导体模块Tb与图1的半导体模块Tb的不同之处在于还包含RTC电路20b。即，RTC电路20(20a、20b)按照每个半导体开关元件T2a、T2b而单独设置。进而，在图6的半导体模块Ta中，使用带检测端子ta的半导体开关元件T2a，在半导体模块Tb，使用带检测端子tb的半导体开关元件T2b。
图6的驱动电路GD与图3的驱动电路GD的不同之处在于还包含与导通用栅极电阻R1连接的RTC动作判断电路30。在该说明书中，有时将RTC电路20称为第1短路保护电路，将RTC动作判断电路30称为第2短路保护电路。
图6的其他结构与图1相同，因此，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略说明。
[RTC电路的结构和动作]
RTC电路20a、20b在半导体开关元件T2a、T2b的漏极电流(主电路电流)分别成为过电流的情况下，降低半导体开关元件T2a、T2b的栅极-源极间电压，由此减小漏极电流。由此，保护半导体开关元件T2a、T2b。RTC电路20a、20b的电路结构相同，因此，下面对RTC电路20a进行说明。
如图6所示，RTC电路20a包含检测电阻R5a、二极管D4a、电阻元件R6a、NPN型双极晶体管Q1a。检测电阻R5a连接在检测端子ta与半导体开关元件T2a的源极侧的节点N4a之间。另外，二极管D4a和电阻元件R6a的排列顺序也可以相反。双极晶体管Q1a的基极与半导体开关元件T2a的检测端子ta连接。
根据上述结构的RTC电路20a，当经由半导体开关元件T2a的检测端子ta流过检测电流时，在检测电阻R5a中产生电压(即，通过检测电阻R5a检测到检测电流)。当检测电阻R5a中产生的电压超过阈值时，NPN型晶体管Q1a导通。其结果是，半导体开关元件T2a的栅极-源极间电压降低，因此，半导体开关元件T2a的漏极电流(主电路电流)减小。
图6的RTC电路20a只不过是一例。更一般地讲，RTC电路20a构成为包含检测流过半导体开关元件的漏极电流(主电路电流)的电流检测部(R5a)、以及在检测到的漏极电流超过阈值的情况下降低半导体开关元件的栅极电压的判断处理部(Q1a)即可，也可以是其他任意结构。
[RTC动作判断电路的结构和动作]
RTC动作判断电路30判断RTC电路20a、20b中的任意一方(至少一方)是否正在进行动作。然后，RTC动作判断电路30在检测到RTC电路20a、20b中的任意一方正在进行动作的情况下，强制切断控制电路12的输出(向控制电路12输出使半导体开关元件T2a、T2b成为截止状态的控制信号)。具体而言，RTC动作判断电路30包含延迟电路31(屏蔽(mask)电路)、电压削减电路32、PNP型双极晶体管Q2。
延迟电路31包含与导通用栅极电阻R1并联连接、且相互串联连接的电容器C1和电阻元件R7。电阻元件R7的一端与导通用栅极电阻R1的低电压侧的节点N5连接。
电压削减电路32包含齐纳二极管ZD1和电阻元件R8、R9。齐纳二极管ZD1的阳极与电阻元件R7的另一端N6连接。电阻元件R8、R9按照该排列顺序连接在齐纳二极管ZD1的阴极与直流电源10的正极节点N2之间。
PNP型双极晶体管Q2的发射极与直流电源10的正极节点N2连接，晶体管Q2的基极与电阻元件R8、R9的连接节点连接。从晶体管Q2的集电极向开关控制电路13输出表示RTC电路20a、20b的动作判定结果的信号。
图7是示出图6的RTC动作判断电路30的动作的时序图。在图7中，从上方起依次示出外部控制信号Sg、半导体开关元件T1a、T1b的栅极电压Vga、Vgb、从控制电路12的输出节点N1输出的控制电流(栅极电流)Ig、半导体开关元件T1a、T1b的漏极电流Id和半导体开关元件T1a、T1b的漏极电压Vd。进而，在图7中，示出导通用栅极电阻R1中产生的电压Vrg和晶体管Q2的基极/发射极间电压Vgf。下面，对流过短路电流的情况下的半导体开关元件T2a和平衡电阻部Ra的动作进行说明。半导体开关元件T2b和平衡电阻部Rb也同样。
参照图6、图7，在时刻t10，响应于外部控制信号Sg从L电平切换为H电平，控制电路12的导通用MOSFET14切换为导通状态，截止用MOSFET15切换为截止状态。由此，栅极电流从第1直流电源10的正极节点N2经由导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的二极管D2a和内部栅极电阻ra流向半导体开关元件T2a。其结果是，对第1半导体开关元件T2a的栅极-源极间施加正电压，在时刻t21，半导体开关元件T2a导通。
在短路时负荷较小，因此，与正常动作时相比，流过较大的漏极电流Id(主电路电流)。在时刻t11，电阻元件R5a中产生的电压超过阈值电压，因此，晶体管Q1a成为导通状态(RTC电路20a成为动作状态)。其结果是，栅极电压Vga降低。进而，RTC电路20a成为动作状态，由此，在时刻t11以后也持续流过栅极电流Ig。在流过栅极电流Ig的期间内，持续进行电容器C1的充电，因此，晶体管Q2的基极/发射极间电压Vgf的绝对值持续增加。
在时刻t13，栅极/发射极间电压Vgf超过晶体管Q2的阈值电压Vgfon时，晶体管Q2成为导通状态。由此，从RTC动作判断电路30向开关控制电路13输出的表示判断结果的信号被激活(成为H电平)。其结果是，在时刻t14，开关控制电路13使栅极电压Vga成为0V。进而，RTC动作判断电路30的判定结果输出到外部电路，由此，在时刻t15，外部控制信号Sg从H电平切换为L电平。
下面，对电压削减电路32的效果进行补充。晶体管Q2的阈值电压Vgfon为0.6V～1V左右。因此存在以下问题：为了在通常动作中的导通时(图2的时刻t0～时刻t3的期间内)使得晶体管Q2的栅极电压Vgf的绝对值不会超过阈值电压Vgfon的绝对值，必须使延迟电路31的时间常数成为比较大的值。
与此相对，在设置有电压削减电路32的图6的电路中，导通时的晶体管Q2的栅极电压Vgf与从电容器C1的电压减去齐纳二极管ZD1的齐纳电压并通过电阻元件R8、R9对减法结果进行分压后的电压相等。即，与未设置电压削减电路32的情况相比，削减了晶体管Q2的栅极电压Vgf的绝对值。其结果是，能够使延迟电路31的时间常数成为比较小的值，因此，能够使短路保护动作高速化。
另外，电压削减电路32不一定是必要的结构。即，RTC动作判断电路30至少包含输出使导通用栅极电阻R1的两端间的电压的变化延迟的电压的延迟电路(掩模电路)31、以及在延迟电路31的输出电压超过阈值时判定为RTC电路正在进行动作的判定电路(Q2)。
[电源开关装置104的动作]
接着，对包含短路保护电路的动作的电源开关装置的动作进行说明。
图8是示出图6的电源开关装置104中通常动作时的栅极电流Ig的路径的图。
图9是示出图6的电源开关装置104中短路动作时的栅极电流Ig的路径的图。在图8、图9中，利用粗线示出栅极电流Ig的路径。
首先，参照图8对未产生短路的通常动作时进行说明。在通常动作时，NPN型晶体管Q1a、Q1b成为截止状态，因此，RTC电路20a、20b不进行动作。并且，在通常动作时的导通时，仅在对半导体开关元件T2a、T2b的输入电容进行充电的期间内，如图8所示，流过栅极电流Ig，在导通用栅极电阻R1的两端产生电压。为了此时使PNP型晶体管Q2不导通，RTC动作判断电路30包含由电容器C1和电阻R7构成的延迟电路31(屏蔽电路)。延迟电路31使电阻R9的两端产生的电压的上升延迟，由此，晶体管Q2依然为截止状态。
接着，参照图9对短路动作时进行说明。在由于开关控制电路13的误动作等而使主电路短路、且半导体模块Ta、Tb的主电路电流同时成为过电流的情况下，从各半导体开关元件T2a、T2b的检测端子ta、tb流出的电流也与主电路电流成比例地增加。其结果是，检测电阻R5a、R5b中产生的电压上升，由此，各NPN型晶体管Q1a、Q1b的基极-发射极间电压上升。在该基极-发射极间电压超过各NPN型晶体管Q1a、Q1b的阈值电压的情况下，各NPN晶体管Q1a、Q1b导通。
其结果是，如图9所示，按照导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的二极管D2a、RTC电路20a内的二极管D4a和电阻元件R6a的顺序流过栅极电流Ig。进而，按照导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Rb的二极管D2b、RTC电路20b内的二极管D4b和电阻R6b的顺序流过栅极电流Ig。进而，各NPN晶体管Q1a、Q1b导通，由此，各半导体开关元件T2a、T2b的栅极-源极间电压降低，与此相伴，主电路电流Id减小。
此时，半导体开关元件T2a的栅极-源极间电压与电阻元件R6a中产生的电压相等。该电阻元件R6a的电压是通过导通用栅极电阻R1的电阻值和电阻元件R6a的电阻值的二分之一对电源电压Vs进行分压后的电压。同样，半导体开关元件T2b的栅极-源极间电压与电阻元件R6b中产生的电压相等。该电阻元件R6b的电压是通过导通用栅极电阻R1的电阻值和电阻元件R6b的电阻值的二分之一对电源电压Vs进行分压后的电压。如上所述，电阻元件R6a的电阻值和电阻元件R6b的电阻值相等。平衡电阻部Ra、Rb的电阻值与正常动作时的导通时的电阻值、即二极管D2a、D2b的导通电阻分别相等，因此能够忽视。
在RTC电路动作后，持续流过栅极电流Ig，因此，在导通用栅极电阻R1中持续产生电压。该导通用栅极电阻R1中产生的电压是通过导通用栅极电阻R1的电阻值和电阻元件R6a的电阻值的二分之一对电源电压Vs进行分压后的电压。其结果是，在电阻元件R9中产生的电压超过PNP型晶体管Q2的动作阈值电压时，PNP型晶体管Q2导通。其结果是，通过开关控制电路13强制切断外部控制信号Sg。
上述电阻元件R9的电压成为依赖于导通用栅极电阻R1的电压的值。因此，导通用栅极电阻R1和RTC电路20a的电阻R6a的分压比影响RTC动作判断电路30的动作精度。因此，例如，在平衡电阻部Ra、Rb中未设置二极管D2a、D2b的现有技术的结构的情况下，当为了抑制截止时的寄生振荡而增加平衡电阻部Ra、Rb的电阻值时，导通用栅极电阻R1的两端产生的电压相对降低。因此，RTC动作判断电路30的动作延迟，最差的情况下，还产生在短路时RTC动作判断电路不进行动作的情况。与此相对，在本实施方式的结构中，即使为了抑制寄生振荡而增大截止时的平衡电阻部Ra、Rb的电阻值(即电阻元件R3a、R3b的电阻值)，也不会影响导通用栅极电阻R1的值。其结果是，RTC电路20a、20b进行动作后的导通用栅极电阻R1的两端产生的电压始终恒定而与平衡电阻部的电阻元件R3a、R3b的值无关，因此，能够使RTC动作判断电路30准确地进行动作。
如上所述，在本实施方式的电源开关装置104中，得到与实施方式1相同的效果，并且，能够在短路时使RTC动作判断电路30准确地进行动作。
<实施方式6>
[电源开关装置105的结构]
图10是示出在图4的电源开关装置102中组合了短路保护电路的情况下的结构的电路图。图10的半导体模块Ta、Tb与图4的半导体模块Ta的不同之处在于分别还包含RTC电路20a、20b。RTC电路20a、20b的结构例与图6中说明的结构例相同，因此省略说明。
进而，在图10的半导体模块Ta中，使用带检测端子ta的半导体开关元件T2a，在半导体模块Tb中，使用带检测端子tb的半导体开关元件T2b。
图10的驱动电路GD与图4的驱动电路GD的不同之处在于，还包含与平衡电阻部Ra的电阻元件R4a连接的RTC动作判断电路30a、以及与平衡电阻部Rb的电阻元件R4b连接的RTC动作判断电路30b。RTC动作判断电路30a、30b的结构与图6中说明的RTC动作判断电路30相同，因此，除了末尾的“a”和“b”的标号以外，标注与图6的RTC动作判断电路30相同的参照标号，由此省略说明。末尾的“a”和“b”的标号表示分别与RTC动作判断电路30a、30b对应。另外，RTC动作判断电路30a、30b也可以分别与平衡电阻部Ra、Rb的两端连接。
图10的其他结构与图4相同，因此，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略说明。
[电源开关装置105的动作]
接着，对并联连接的半导体开关元件T2a、T2b中的半导体开关元件T2a由于某种故障而短路的情况下的短路保护动作进行说明。
图11是示出图10的电源开关装置105中半导体开关元件T2a短路故障的情况下的栅极电流Ig的路径的图。在图11中，利用粗线示出栅极电流Ig的路径。
在半导体开关元件T2a由于某种故障而短路时，从半导体开关元件T2a的检测端子ta流出的检测电流也与主电极间的主电流成比例地增加。由此，当检测电阻R5a中产生的电压、即NPN型晶体管Q1a的基极-发射极间电压超过阈值电压时，NPN型晶体管Q1a导通。其结果是，如图11所示，按照导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a和二极管D2a、RTC电路20a内的二极管D4a以及电阻元件R6a的顺序流过栅极电流Ig。NPN型晶体管Q1a导通，由此，半导体开关元件T2a的栅极-源极间电压降低，与此相伴，主电流Id减小。
此时，半导体开关元件T2a的栅极-源极间电压与电阻元件R6a中产生的电压相等。该电阻元件R6a的电压是通过导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值、电阻元件R6a的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压。
在RTC电路20a的动作后，持续流过栅极电流Ig，因此，在平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的两端间持续产生电压。该平衡电阻部Ra的电阻元件R4a中的电压是通过导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值、电阻元件R6a的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压。其结果是，当电阻元件R9a中的电压超过PNP型晶体管Q2a的动作阈值电压时，PNP型晶体管Q2a导通。其结果是，通过开关控制电路13强制切断外部控制信号Sg。
上述电阻元件R9a的电压成为依赖于平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电压的值。因此，导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a和RTC电路20a的电阻R6a的分压比影响RTC动作判断电路30a的动作精度。在本实施方式的情况下，导通时和短路动作时的平衡电阻部Ra的电阻值由电阻元件R4a的电阻值决定，截止时的平衡电阻部Ra的电阻值由电阻元件R3a的电阻值决定。即，导通时的平衡电阻部Ra的电阻值不会影响截止时的平衡电阻部Ra的电阻值。因此，能够减小导通用栅极电阻R1的电阻值，能够增大平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值。其结果是，通过相对地增大RTC电路20a进行动作后的平衡电阻部Ra的电阻R4a的电压，能够使RTC动作判断电路30a准确地进行动作。
另外，平衡电阻部Ra的电路结构和平衡电阻部Rb的电路结构相同，半导体模块Ta的电路结构和半导体模块Tb的电路结构相同，因此，在半导体开关元件T2b短路故障的情况下，也与上述同样，能够高速且准确地进行短路保护。进而，通过增大平衡电阻部Ra、Rb的电阻元件R4a、R4b的电阻值，能够得到抑制在并联连接半导体开关元件的情况下产生的开关时的寄生振荡的效果。
并且，在所述实施方式5的情况(图6的电源开关装置104)下，设为仅半导体开关元件T2a由于某种故障而短路，仅RTC电路20a进行动作。该情况下，导通用栅极电阻R1的两端间的电压是通过导通用栅极电阻R1的电阻值和电阻元件R6a的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压。因此，与在半导体开关元件T2a、T2b中同时流过短路电流的情况相比，RTC动作判断电路30的动作精度降低。与此相对，根据本实施方式，通过使导通用栅极电阻R1的电阻值成为0Ω，在半导体开关元件T2a、T2b中的任意一方短路的情况下和双方同时短路的情况下，RTC电路动作后的电阻元件R4a的电压均与通过平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值和电阻元件R6b的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压相等。因此，无论哪种情况下，都能够以相同精度使RTC动作判断电路30a准确地进行动作。
[实施方式6的效果]
这样，在本实施方式的电源开关装置105中，在半导体开关元件T2a、T2b中的至少一方流过短路电流的情况下，能够准确地使RTC动作判断电路30a、30b进行动作。其结果是，能够进行高速且准确的短路保护。
进而，在所述实施方式5中，半导体开关元件T2a、T2b、…的并联数量越是增加，在任意一个半导体开关元件由于某种故障而短路的情况下，RTC动作判断电路的动作精度越低。与此相对，在本实施方式中，即使半导体开关元件T2a、T2b、…的并联数量增加，RTC动作判断电路30a、30b、…的动作精度也不变，因此，本实施方式在半导体开关元件的并联数量较多时特别有效。
另外，本实施方式的RTC动作判断电路30a、30b能够分别与图3中说明的平衡电阻部Ra、Rb的两端或电阻元件R4a、R4b连接。并且，本实施方式的RTC动作判断电路30a、30b能够分别与图5中说明的平衡电阻部Ra、Rb的两端或电阻元件R4a、R4b连接。
<实施方式7>
[电源开关装置106的结构]
图12是示出在图4的电源开关装置102中组合了短路保护电路的情况下的变形例的结构的电路图。图12的半导体模块Ta、Tb与图4的半导体模块Ta的不同之处在于分别还包含RTC电路20a、20b。RTC电路20a、20b的结构例与图6中说明的结构例相同，因此省略说明。
进而，在图12的半导体模块Ta中，使用带检测端子ta的半导体开关元件T2a，在半导体模块Tb，使用带检测端子tb的半导体开关元件T2b。
图12的驱动电路GD还包含二极管D5a、D5b。二极管D5a的阴极与连结平衡电阻部Ra和半导体开关元件T2a的栅极的接线连接。二极管D5b的阴极与连结平衡电阻部Rb和半导体开关元件T2b的栅极的接线连接。二极管D5a的阳极和二极管D5b的阳极与共通的连接节点N9连接。
RTC动作判断电路30连接在控制电路12的输出节点N1与连接节点N9之间。RTC动作判断电路30的结构与图6中说明的结构相同。即，RTC动作判断电路30包含延迟电路31(屏蔽电路)、电压削减电路32、PNP型双极晶体管Q2。延迟电路31包含串联连接在输出节点N1与连接节点N9之间的电容器C1和电阻元件R7(电容器C1与接近输出节点N1的一侧连接)。
图12的其他结构与图4相同，因此，对相同或相当的部分标注相同的参照标号并省略说明。另外，图12的平衡电阻部Ra、Rb的结构和控制电路12的结构可以是图1的变形例、图3、图5中的任意一个结构。在将本实施方式与图5的结构进行组合的情况下，RTC动作判断电路30连接在控制电路12的输出节点N10与连接节点N9之间。在该说明书中，有时将连接节点N9称为第1连接节点。
[电源开关装置106的动作]
接着，对并联连接的半导体开关元件T2a、T2b中的半导体开关元件T2a由于某种故障而短路的情况下的短路保护动作进行说明。
图13是示出图12的电源开关装置106中半导体开关元件T2a短路故障的情况下的栅极电流Ig的路径的图。在图13中，利用粗线示出栅极电流Ig的路径。
在半导体开关元件T2a由于某种故障而短路时，从半导体开关元件T2a的检测端子ta流出的检测电流也与主电极间的主电流成比例地增加。由此，当检测电阻R5a中的电压、即NPN型晶体管Q1a的基极-发射极间电压超过阈值电压时，NPN型晶体管Q1a导通。其结果是，如图13所示，按照导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a、RTC电路20a内的二极管D4a和电阻元件R6a的顺序流过栅极电流Ig。NPN型晶体管Q1a导通，由此，半导体开关元件T2a的栅极-源极间电压降低，与此相伴，主电流Id减小。
此时，半导体开关元件T2a的栅极-源极间电压与电阻元件R6a中产生的电压相等。该电阻元件R6a的电压是通过导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值、电阻元件R6a的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压。
在RTC电路20a的动作后，持续流过栅极电流Ig，因此，在导通用栅极电阻R1的两端间持续产生电压。该导通用栅极电阻R1中的电压是通过导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值、电阻元件R6a的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压。其结果是，在电阻元件R9中产生的电压超过PNP型晶体管Q2的动作阈值电压时，PNP型晶体管Q2导通。其结果是，通过开关控制电路13强制切断外部控制信号Sg。
上述电阻元件R9的电压成为依赖于平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电压的值。因此，导通用栅极电阻R1、平衡电阻部Ra的电阻元件R4a和RTC电路20a的电阻R6a的分压比影响RTC动作判断电路30的动作精度。在本实施方式的情况下，导通时和短路动作时的平衡电阻部Ra的电阻值由电阻元件R4a的电阻值决定，截止时的平衡电阻部Ra的电阻值由电阻元件R3a的电阻值决定。即，导通时的平衡电阻部Ra的电阻值不会影响截止时的平衡电阻部Ra的电阻值。因此，能够增大平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值，能够减小导通用栅极电阻R1的电阻值。其结果是，通过相对地增大RTC电路20a进行动作后的平衡电阻部Ra的电阻R4a的电压，能够使RTC动作判断电路30准确地进行动作。
另外，平衡电阻部Ra的电路结构和平衡电阻部Rb的电路结构相同，半导体模块Ta的电路结构和半导体模块Tb的电路结构相同，因此，在半导体开关元件T2b短路故障的情况下，与上述同样，能够高速且准确地进行短路保护。进而，通过增大平衡电阻部Ra、Rb的电阻元件R4a、R4b的电阻值，能够抑制在并联连接半导体开关元件的情况下产生的开关时的寄生振荡。
并且，在所述实施方式5的情况(图6的电源开关装置104)下，设为仅半导体开关元件T2a由于某种故障而短路，仅RTC电路20a进行动作。该情况下，导通用栅极电阻R1的两端间的电压是通过导通用栅极电阻R1的电阻值和电阻元件R6a的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压。因此，与在半导体开关元件T2a、T2b中同时流过短路电流的情况相比，RTC动作判断电路30的动作精度降低。与此相对，根据本实施方式，通过将导通用栅极电阻R1的电阻值设定为0Ω，在半导体开关元件T2a、T2b中的任意一方短路的情况下和双方同时短路的情况下，RTC电路动作后的电阻元件R4a的电压均与通过平衡电阻部Ra的电阻元件R4a的电阻值和电阻元件R6b的电阻值对电源电压Vs进行分压后的电压相等。因此，无论哪种情况下，都能够以相同精度使RTC动作判断电路30准确地进行动作。
[实施方式7的效果]
在本实施方式的电源开关装置106中，得到与实施方式6相同的效果。进而，在所述实施方式6中，需要与半导体开关元件的并联数量相同数量的RTC动作判断电路，但是，在本实施方式中，与半导体开关元件的并联数量无关，RTC动作判断电路为一个即可，因此，能够抑制由于部件数量的增加而引起的成本增大和控制电路面积的增大。
<各实施方式中共通的变形例>
也可以代替构成栅极驱动电路GD的导通用MOSFET14和截止用MOSFET15而分别使用双极晶体管。作为构成半导体模块Ta、Tb的半导体开关元件T1a、T1b，也可以代替MOSFET而使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。不仅可以并联连接2个半导体开关元件T1a、T1b，还可以并联连接3个以上的半导体开关元件。
作为半导体开关元件T1a、T1b的材料，不仅可以使用Si(硅)，还可以使用SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、C(金刚石)等宽带隙半导体。宽带隙半导体开关元件适合于高速开关。在如现有技术那样平衡电阻部Ra、Rb中未设置二极管的情况下，不仅截止时的栅极电阻值增大，导通时的栅极电阻值也增大，因此，不仅截止损失增加，导通损失也增加，因此，不能完全活用宽带隙半导体元件的高速开关元件。与此相对，通过如图1、图3、图4、图5那样构成平衡电阻部Ra、Rb，能够抑制开关动作中产生的寄生振荡，而不会增加与导通时或截止时中的任意一方的开关动作相伴的损失，因此，不会破坏昂贵的宽带隙半导体元件。其结果是，能够活用适合于高速开关的宽带隙半导体元件的特性。
<其他应用例>
各实施方式的电源开关装置还能够用于抑制由于半导体开关元件T1a、T1b的漏极-源极间的较大的电压变化dV/dt和电流变化dI/dt而引起的放射噪声。即，在截止时的放射噪声成为问题的情况下，通过使用图1、图3、图4、图5所示的结构作为平衡电阻部Ra、Rb的结构，能够限制截止时的放射噪声，而不会增大导通损失。相反，在导通时的放射噪声成为问题的情况下，通过采用使图1、图3的二极管的极性相反的结构作为平衡电阻部Ra、Rb的结构，或者在图4中选定电阻元件R4a的电阻值，或者在图5中选定电阻元件R4a的电阻值，能够限制导通时的放射噪声，而不会增大截止损失。
应该理解到，本次公开的实施方式在全部方面是例示的，没有进行限制。本发明的范围不由上述说明示出，而由权利要求书示出，意图是包含与权利要求书均等的意思和范围内的全部变更。
标号说明
10：第1直流电源；11：第2直流电源；12：控制电路；13：开关控制电路；20、20a、20b：RTC电路；30、30a、30b：RTC动作判断电路；31：延迟电路；32：电压削减电路；100～104：电源开关装置；GD：驱动电路；Id：漏极电流(主电流)；Ig：栅极电流；N1：输出节点；N2：正极节点；N3：连接节点；ND：高压侧节点；NS：低压侧节点；Ra、Rb：平衡电阻部；Sg：外部控制信号；T1a、T1b、T2a、T2b：半导体开关元件；Ta、Tb：半导体模块。

Claims (9)

1.一种电源开关装置，其中，
所述电源开关装置具有相互并联连接的多个半导体开关元件，各所述半导体开关元件具有第1主电极、第2主电极和控制电极，
所述电源开关装置还具有控制电路，
所述控制电路包含：
至少一个输出节点，其用于输出使各所述半导体开关元件导通和截止的控制信号；
第1电阻元件，其对各所述半导体开关元件的导通时的开关速度进行调节；以及
第2电阻元件，其对各所述半导体开关元件的截止时的开关速度进行调节，
所述电源开关装置还具有多个平衡电阻部，该多个平衡电阻部分别与所述多个半导体开关元件对应，分别连接在所述对应的半导体开关元件的所述控制电极与所述至少一个输出节点之间，
各所述平衡电阻部是为了抑制各所述半导体开关元件的导通时和截止时中的至少一方产生的所述半导体开关元件间的寄生振荡而设置的，
各所述平衡电阻部还构成为，在根据所述控制信号使各所述半导体开关元件导通的情况下和截止的情况下，各所述平衡电阻部的电阻值被切换为不同的值，
所述电源开关装置还具有：
多个第1保护电路，它们分别与所述多个半导体开关元件对应地设置，分别在检测到在所述对应的半导体开关元件的所述第1主电极和第2主电极间流过过电流的情况下，减小所述控制电极与所述第1主电极之间的电压；以及
第2保护电路，其检测用于提供所述控制信号的布线中流过的电流，根据检测到的电流判断是否所述多个第1保护电路中的至少一个处于动作状态，在所述多个第1保护电路中的对应的保护电路为动作状态的情况下，改变所述控制信号以使各所述半导体开关元件截止。
2.根据权利要求1所述的电源开关装置，其中，
所述控制电路具有第1输出节点作为所述至少一个输出节点，
各所述平衡电阻部包含连接在所述控制电路的所述第1输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间的第1整流元件、以及与所述第1整流元件并联连接的第3电阻元件，
所述第1整流元件具有与所述控制电路的所述第1输出节点直接连接的阳极，
所述控制电路包含：
第1开关元件，其连接在电源节点与所述控制电路的所述第1输出节点之间；以及
第2开关元件，其连接在接地节点与所述第1输出节点之间，
所述第1电阻元件在所述电源节点与所述第1输出节点之间与所述第1开关元件串联连接，
所述控制电路在所述第1开关元件处于导通状态、且所述第2开关元件处于截止状态时，从所述第1输出节点输出用于使各所述半导体开关元件成为导通状态的所述控制信号，
所述第2保护电路根据所述第1电阻元件上产生的电压，判断是否所述多个第1保护电路中的至少一个处于动作状态。
3.根据权利要求1所述的电源开关装置，其中，
所述控制电路具有第1输出节点作为所述至少一个输出节点，
各所述平衡电阻部包含：
第1整流元件和第3电阻元件，它们在所述控制电路的所述第1输出节点与所述对应的半导体开关元件的控制电极之间相互串联连接；以及
第4电阻元件，其与所述第1整流元件和所述第3电阻元件的整体并联连接，
所述第1整流元件阻止从所述控制电极向所述第1输出节点的方向的电流，
所述第2保护电路与各所述平衡电阻部对应地单独设置，
所述第2保护电路根据所述对应的平衡电阻部的所述第3电阻元件上产生的电压，判断所述多个第1保护电路中的对应的保护电路是否处于动作状态。
4.根据权利要求1所述的电源开关装置，其中，
所述控制电路具有第1输出节点作为所述至少一个输出节点，
各所述平衡电阻部包含：
第1整流元件和第3电阻元件，它们在所述控制电路的所述第1输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间相互串联连接；以及
第2整流元件和第4电阻元件，它们与所述第1整流元件和所述第3电阻元件的整体并联连接，并且相互串联连接，
所述第1整流元件阻止从所述控制电极向所述第1输出节点的方向的电流，
所述第2整流元件阻止从所述第1输出节点向所述控制电极的方向的电流，
所述第2保护电路与各所述平衡电阻部对应地单独设置，
所述第2保护电路根据所述对应的平衡电阻部的所述第3电阻元件上产生的电压，判断所述多个第1保护电路中的对应的保护电路是否处于动作状态。
5.根据权利要求1所述的电源开关装置，其中，
所述控制电路具有与电源节点连接的第1输出节点和与接地节点连接的第2输出节点作为所述至少一个输出节点，
各所述平衡电阻部连接在各个所述第1输出节点及第2输出节点与所述对应的半导体开关元件的控制电极之间，
各所述平衡电阻部包含：
第3电阻元件，其连接在所述控制电路的所述第1输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间；
第4电阻元件，其连接在所述控制电路的所述第2输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间；以及
第1整流元件，其与所述第3电阻元件和所述第4电阻元件中的任意一方串联连接，
所述第2保护电路与各所述平衡电阻部对应地单独设置，
所述第2保护电路根据所述对应的平衡电阻部的所述第3电阻元件上产生的电压和所述对应的平衡电阻部的两端之间的电压中的任意一方，判断所述多个第1保护电路中的对应的保护电路是否处于动作状态。
6.根据权利要求1所述的电源开关装置，其中，
所述控制电路具有第1输出节点作为所述至少一个输出节点，
各所述平衡电阻部包含：
第1整流元件和第3电阻元件，它们在所述控制电路的所述第1输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间相互串联连接；以及
第2整流元件和第4电阻元件，它们与所述第1整流元件和所述第3电阻元件的整体并联连接，并且相互串联连接，
所述第1整流元件阻止从所述控制电极向所述第1输出节点的方向的电流，
所述第2整流元件阻止从所述第1输出节点向所述控制电极的方向的电流，
所述电源开关装置还具有多个第3整流元件，该多个第3整流元件的阴极分别连接于各所述平衡电阻部与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间的接线，
各所述第3整流元件的阳极与共同的第1连接节点连接，
所述第2保护电路连接在所述第1输出节点与所述第1连接节点之间，
所述第2保护电路根据各所述平衡电阻部上产生的电压，判断是否所述多个第1保护电路中的至少一个处于动作状态。
7.根据权利要求1所述的电源开关装置，其中，
所述控制电路具有与电源节点连接的第1输出节点和与接地节点连接的第2输出节点作为所述至少一个输出节点，
各所述平衡电阻部连接在各个所述第1输出节点及第2输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间，
各所述平衡电阻部包含：
第3电阻元件，其连接在所述控制电路的所述第1输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间；
第4电阻元件，其连接在所述控制电路的所述第2输出节点与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间；以及
第1整流元件，其与所述第3电阻元件和所述第4电阻元件中的任意一方串联连接，
所述电源开关装置还具有多个第3整流元件，该多个第3整流元件的阴极分别连接于各所述平衡电阻部与所述对应的半导体开关元件的所述控制电极之间的接线，
各所述第3整流元件的阳极与共同的第1连接节点连接，
所述第2保护电路连接在所述第1输出节点及第2输出节点中的任意一方与所述第1连接节点之间，
所述第2保护电路根据各所述平衡电阻部上产生的电压，判断是否所述多个第1保护电路中的至少一个处于动作状态。
8.根据权利要求1～7中的任意一项所述的电源开关装置，其中，
各所述半导体开关元件是由宽带隙半导体形成的自消弧型半导体器件，其中，所述宽带隙半导体的带隙比硅的带隙宽。
9.根据权利要求8所述的电源开关装置，其中，
所述宽带隙半导体是碳化硅、氮化镓和金刚石中的任意一者。
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