CN108141127B - 功率半导体元件的驱动电路、电力变换组件以及电力变换装置 - Google Patents

Abstract

本发明的功率半导体元件的驱动电路是分别对应于并联连接的多个功率半导体元件而设置、驱动功率半导体元件的驱动电路。并且，本发明的功率半导体元件的驱动电路具备：存储功率半导体元件的特性信息的存储部；和基于存储于存储部的特性信息来控制功率半导体元件的栅极驱动条件的栅极驱动控制部。

Description

功率半导体元件的驱动电路、电力变换组件以及电力变换 装置

技术领域

本发明涉及功率半导体元件的驱动电路、电力变换组件以及电力变换装置。

背景技术

作为电力变换装置，有将直流电力变换成交流电力的逆变器装置、将交流电力变换成直流电力的转换器装置。在这些电力变换装置中，虽然通过功率半导体元件的开关动作进行电力变换，但却是以增大变换电力容量为目的将多个功率半导体元件并联连接，将这多个功率半导体元件同时进行开关驱动。

在如此将多个功率半导体元件并联连接进行驱动的情况下，由于在各个功率半导体元件中存在阈值电压、接通电压等元件固有的特性的偏差，有在它们导通时流过各个功率半导体元件的电流值会不平衡的课题。考虑该电流值的不平衡(以下称作电流不平衡)，以往在将功率半导体元件并联连接时，需要以小于各个额定电流的电流值进行设计，使得功率半导体元件不会被异常的电压、电流击穿。为此，不能最大限度地发挥功率半导体元件的性能。

另外，通过进行功率半导体元件的挑选，将具有相同特性的功率半导体元件彼此组合，能解决上述的课题，但挑选特性时的成本增加以及并联数的限制成为课题。作为解决这些课题的技术，提出专利文献1记载的电力变换装置。

在专利文献1中记载了“具备：使相对于IGBT的栅极电阻变化的多个可变栅极电阻电路；和根据分别流过IGBT的电流脉冲的时间上的偏离来控制各可变栅极电阻电路从而使IGBT的开启/关断控制开始时的各栅极电阻控制电路”。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开2014-230307号公报

发明内容

发明要解决的课题

根据专利文献1记载的现有技术，在IGBT的开启/关断时即在开关动作时电流不会集中在特定的IGBT。但是，该现有技术是对IGBT的开关动作时的电流不平衡进行改善的技术，未考虑稳态动作时的电流不平衡。因此，不能可靠地改善因功率半导体元件的阈值电压、接通电压等特性的个体差异而产生的电流不平衡。

本发明目的在于，提供不仅能改善开关动作时的电流不平衡、还能改善稳态动作时的电流不平衡的功率半导体元件的驱动电路、搭载该驱动电路的电力变换组件以及具备该电力变换组件的电力变换装置。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，例如采用记载于权利要求书的构成。

本申请包含多种解决上述课题的手段，若举出其一例，则是分别对应于被并联连接的多个功率半导体元件而设置、驱动功率半导体元件的驱动电路，其特征在于，具备：存储功率半导体元件的特性信息的存储部；和基于存储于存储部的特性信息来控制功率半导体元件的栅极驱动条件的栅极驱动控制部。

发明的效果

根据本发明，由于不仅能改善开关动作时的电流不平衡还能改善稳态动作时的电流不平衡，因此能可靠地改善因功率半导体元件的阈值电压、接通电压等特性的个体差异而产生的电流不平衡。

上述以外的课题、构成以及效果通过以下的实施方式的说明而得以明确。

附图说明

图1是表示功率半导体元件的驱动电路的基本构成的框图的示例。

图2是表示用于功率半导体元件的并联连接所带来的变换电力容量的增大化的电路构成的一例的框图的示例。

图3是表示电力变换组件(功率组件)以及电力变换装置的构成的概略的立体图的示例。

图4是表示实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路的构成的框图的示例。

图5是表示存储于存储部的功率半导体元件的特性分布图的信息的一例的特性分布图的示例。

图6是表示功率半导体元件的开关动作时的电流的上升沿或下降沿的定时的延迟偏差Δton、栅极电压的斜率dVge/dt以及栅极电压Δ|Vge|的波形图的示例。

图7是说明实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路的效果的波形图的示例。

图8是表示实施例2所涉及的功率半导体元件的驱动电路的构成的框图的示例。

图9是表示电流传感器的一例的构成图的示例。

图10是表示对延迟电路部的反馈控制的处理次序的一例的流程图的示例。

图11是表示对栅极电压斜率可变电路部的反馈控制的处理次序的一例的流程图的示例。

图12是表示对栅极电压可变电路部的反馈控制的处理次序的一例的流程图的示例。

图13是表示栅极电压斜率可变电路部的电路构成的一例的电路图的示例。

图14是表示栅极电压可变电路部的电路构成的一例的电路图的示例。

具体实施方式

以下使用附图来详细说明用于实施本发明的形态(以下记述为“实施方式”)。本发明并不限定于实施方式。在本说明书以及图面中，对相同构成要素或具有实质相同功能的构成要素标注相同标号，省略重复的说明。

<电力变换装置>

电力变换装置具有将直流电力变换成交流电力的逆变器功能(逆变器装置)、或将交流电力变换成直流电力的转换器功能(转换器装置)。这种电力变换装置例如能用在以使用积蓄在蓄电池等中的能量对服务器等负载无间断地提供交流的电力为目的的无停电电源装置(Uninterruptible Power System：UPS)中。

其中，这里例示的用途是一例，并不限于向无停电电源装置的用途。即，除了无停电电源装置以外，还能用在面向工程机械电力变换装置、面向铁路电力变换装置、面向电梯电力变换装置、面向汽车电力变换装置、面向家用电气产品电力变换装置等各种用途中。

[功率半导体元件的驱动电路的基本构成]

首先，说明电力变换装置中的主电路的功率半导体元件的驱动电路的基本构成。图1是表示功率半导体元件的驱动电路的基本构成的框图的示例。

在图1中，功率半导体元件的驱动电路1构成为具有：驱动上臂功率半导体元件2的上臂驱动电路4、驱动下臂功率半导体元件3的下臂驱动电路5和上级控制电路部6。以下也有将功率半导体元件的驱动电路1仅记述为驱动电路1的情况。另外，也有将上臂驱动电路4仅记述为驱动电路4的情况、和将下臂驱动电路5仅记述为驱动电路5的情况。在功率半导体元件2、3分别以相反极性并联连接二极管7、8。

上臂功率半导体元件2以及下臂功率半导体元件3是根据栅极电压对高电压的电源电压进行开关的开关元件，通过该开关动作进行电力变换。以下，也有将上臂功率半导体元件2以及下臂功率半导体元件3仅记述为功率半导体元件2以及功率半导体元件3的情况。作为功率半导体元件2、3，能使用电压驱动型的元件的一例的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Bipolar Transistor：IGBT)等。

上臂功率半导体元件2以及下臂功率半导体元件3是电力变换装置中的主电路，串联连接在高电位侧电源与低电位侧电源之间。即，上臂功率半导体元件2的漏极与高电位侧电源连接，下臂功率半导体元件3的源极与低电位侧电源连接，上臂功率半导体元件2的源极和下臂功率半导体元件3的漏极被共同连接于输出端子9。并且，导出到输出端子9的电压(输出电压)被提供给不图示的负载。

上臂功率半导体元件2、下臂功率半导体元件3以及二极管7、8被模块化。以下，将由上臂功率半导体元件2、下臂功率半导体元件3以及二极管7、8构成的模块称作功率模块10。

上级控制电路部6对上臂驱动电路4以及下臂驱动电路5提供用于控制它们的脉冲串信号。脉冲串信号例如是使用以一定的频率变化的载波的脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation：PWM)信号。在脉冲串信号是PWM信号的情况下，能通过提高载波的频率来提高控制的精度。

[变换电力容量的增大化]

于是，将上臂功率半导体元件2以及下臂功率半导体元件3分别并联连接多个，对这多个功率半导体元件同时进行开关驱动，由此能谋求变换电力容量的增大。

图2是表示用于功率半导体元件的并联连接所带来的变换电力容量的增大化的电路构成的一例的电路图的示例。在此，示出将上臂功率半导体元件2以及下臂功率半导体元件3分别各并联连接2个的示例。在本示例中举出2个并联连接，但功率半导体元件2、3的并联连接数并不限于2个，并联连接数越多则变换电力容量的增大化的效果越大。

在图2中，由上臂功率半导体元件2、下臂功率半导体元件3以及二极管7、8构成的功率模块10(10-1、10-2)、和上臂驱动电路4以及下臂驱动电路5被组件化。以下将该组件称作电力变换组件(功率组件)11。在本示例的情况下，电力变换组件11是2个，这2个电力变换组件11-1、11-2相互并联连接来使用。

更具体地，电力变换组件11-1侧的上臂功率半导体元件2的漏极和电力变换组件11-2侧的上臂功率半导体元件2的漏极被共同连接于高电位侧电源端子12。另外，电力变换组件11-1侧的下臂功率半导体元件3的源极和电力变换组件11-2侧的下臂功率半导体元件3的源极被共同连接于低电位侧电源端子13。并且，电力变换组件11-1侧以及电力变换组件11-2侧的上臂功率半导体元件2的源极和下臂功率半导体元件3的漏极被共同连接于输出端子9。

另外，在本示例中例示了在电力变换组件11-1、11-2搭载高电位侧以及低电位侧的双方的上臂功率半导体元件2以及下臂功率半导体元件3的2in1构成的功率模块10-1、10-2，但并不限于此。即，除了2in1构成以外，也可以是搭载了一方的臂的功率半导体元件的1in1构成的功率模块。

[电力变换组件以及电力变换装置的构成]

接下来，说明电力变换组件以及电力变换装置的构成。图3是表示电力变换组件以及电力变换装置的构成的概略的立体图的示例。但是图3所示的电力变换装置的构成是一例，并不限于该构成。

在图3中，电力变换组件11(11-1、11-2)是将受热块14、平滑电容器15、导热管16、散热风扇17、汇流条18、保险丝19n、19p等部件一体化来构成的单位组件。受热块14从两侧夹着功率半导体元件2、3而设。导热管16内置于受热块14。散热风扇17起到释放导热管16的热的作用。汇流条18是用于将功率半导体元件2、3和平滑电容器15连接的构件。保险丝19n、19p与汇流条18连接。在电力变换组件11还安装控制基板20。在控制基板20搭载功率半导体元件2、3的驱动电路4、5。

电力变换装置30使用多个上述构成的电力变换组件11，通过组合用于排出冷却风的风扇组件31、电力变换装置30的无源部件32等来构成。在本示例的情况下，6个电力变换组件11成为配置在电力变换装置30的中间部的构成。6个电力变换组件11例如由逆变器3相份的3个电力变换组件和转换器3相份的3个电力变换组件构成。但配置于电力变换装置30的电力变换组件11的数量并不限于6个，其数量任意。风扇组件31配置在电力变换装置30的上部，无源部件32配置在电力变换装置30的下部。

在上述构成的电力变换装置30中，由于由功率半导体元件2、3以及二极管7、8构成的功率模块10、和上臂驱动电路4以及下臂驱动电路5被组件化，因此能以电力变换组件11为单位进行交换或扩展。由此能提升电力变换装置30的维护性。

在此，在电力变换装置30中，如图2所示那样考虑以增大变换电力容量为目的而将功率半导体元件2、3分别并联连接多个并对这多个功率半导体元件2、3同时进行开关驱动的情况。在该情况下有如下课题：各个功率半导体元件的阈值电压、接通电压等元件固有的特性有偏差，因此在它们导通时流过各个功率半导体元件的电流值会不平衡。

<本发明的实施方式>

为此，在本实施方式中，在图1所示的功率半导体元件的驱动电路1中，在对并联连接的多个功率半导体元件2、3同时进行开关驱动时，改善了开启/关断时即开关动作时以及稳态动作时的电流不平衡。在此，所谓“稳态动作”，是从功率半导体元件2、3的开启后到关断前的期间的动作、即功率半导体元件2、3的导通时的动作。

本实施方式所涉及的驱动电路1在并联连接的电力变换组件11-1、11-2，在对应于多个功率半导体元件2、3而设的上臂驱动电路4以及下臂驱动电路5的每一者都具有存储功率半导体元件2、3的特性信息的存储部51(参考图4)。作为功率半导体元件2、3的特性信息，例如能例示电流变化开始时间、开关速度、阈值电压、接通电压等。并且，上臂驱动电路4以及下臂驱动电路5基于存储于存储部51的功率半导体元件2、3的特性信息来控制功率半导体元件2、3的栅极驱动条件、具体为栅极电流或栅极电压。

如此，通过在每个驱动电路4、5设置存储功率半导体元件2、3的特性信息的存储部51，基于该特性信息控制功率半导体元件2、3的栅极驱动条件(栅极电流或栅极电压)，能得到如下那样的作用、效果。即，由于不仅能改善功率半导体元件2、3的开关动作时的电流不平衡，还能改善稳态动作时的电流不平衡，因此能可靠地改善因功率半导体元件2、3的阈值电压、接通电压等特性的个体差异而产生的电流不平衡。

另外，通过在每个驱动电路4、5具备存储部51，在以组件为单位交换电力变换组件11时，在交换后的电力变换组件11的存储部51中存储搭载于该电力变换组件11的功率半导体元件的特性信息。因此，即使交换电力变换组件11，也不需要每次都改写存储部51的特性信息。另外，在采用对多个电力变换组件11共通设置存储部51的构成的情况下，每当交换电力变换组件11，就需要将存储部51的存储内容改写成与交换后的电力变换组件11的功率半导体元件对应的特性信息。

以下，说明本实施方式所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的具体的实施例。

[实施例1]

图4是表示实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的构成的框图的示例。以下说明电力变换组件11-1、11-2的下臂驱动电路5的具体的构成，但上臂驱动电路4也成为相同构成。下臂驱动电路5(以下仅记述为“驱动电路5”)具备存储部(存储装置)51、接口(I/F)电路部52、延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55。

存储部51存储下臂功率半导体元件3的特性信息。作为存储于存储部51的信息，例如优选是功率半导体元件3的出厂检查时取得的各功率半导体元件的特性分布图的信息。图5是表示存储于存储部51的功率半导体元件的特性分布图的信息的一例的特性分布图的示例。

在图5A示出表示电力变换组件11-1侧的下臂功率半导体元件3的接通电压与开关速度(SW速度)的关系的特性分布图、和表示接通电压与延迟时间的关系的特性分布图。另外，在图5B示出表示电力变换组件11-2侧的下臂功率半导体元件3的接通电压与开关速度(SW速度)的关系的特性分布图、和接通电压与延迟时间的关系的特性分布图。图5A以及图5B所示的特性分布图是一例，并不限于此。

接口电路部52将从上级控制电路部6提供的信息传递到延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55。延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55构成在基于存储于存储部51的特性信息的上级控制电路部6的控制下控制功率半导体元件3的栅极驱动条件的栅极驱动控制部。

具体地，延迟电路部53对功率半导体元件3的开关动作时的电流的上升沿或下降沿定时的延迟偏差Δton进行调整。栅极电压斜率可变电路部54为了调整功率半导体元件3的开关动作时的电流的斜率di/dt的偏差而使栅极电压的斜率dVge/dt变化。栅极电压可变电路部55为了调整功率半导体元件3的稳态动作时(导通时)的电流而使栅极(栅极-发射极间)电压Δ|Vge|变化。图6是表示功率半导体元件3的开关动作时的电流的上升沿或下降沿定时的延迟偏差Δton、栅极电压的斜率dVge/dt以及栅极电压Δ|Vge|的波形图的示例。

在上述构成的实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1中，上级控制电路部6从存储部51读出功率半导体元件3的特性信息即特性分布图的信息(参考图5A)。然后，上级控制电路部6以这些读出的信息为基础来算出并联连接的功率半导体元件3间的差分信息，将其作为控制信号经由接口电路部52提供到延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55。

延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55以从上级控制电路部6提供的控制信号为基础来控制功率半导体元件3的栅极驱动条件。在该情况下，即使作为功率半导体元件3的驱动信号而从输入端子21输入的信号相同，也对分别搭载于电力变换组件11-1、11-2的功率半导体元件3施加不同的栅极电压波形。

另一方面，详细的内部构成虽未图示，在分别搭载于电力变换组件11-1、11-2的功率模块10-1、10-2的高电位侧的上臂功率半导体元件2分别连接同样构成的驱动电路4。另外，在搭载于高电位侧的驱动电路4的存储部(相当于图4的存储部51)中记录与上臂功率半导体元件2对应的特性分布图信息。并且，在驱动上臂功率半导体元件2时，上级控制电路部6与驱动下臂功率半导体元件3的情况同样地算出并联连接的功率半导体元件2间的差分信息，基于该差分信息来控制驱动电路4。

接下来，参考图7来说明实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的作用、效果。图7是说明实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的效果的波形图的示例。图7A是利用现有的驱动电路对具有特性偏差的并联连接的功率半导体元件进行控制的情况的驱动波形的示例。图7B是利用实施例1所涉及的驱动电路1进行控制的情况的驱动波形的示例。

在利用现有的驱动电路驱动具有特性偏差的并联连接的功率半导体元件的情况下，如图7A所示那样，虽然栅极驱动波形一致，但流过各个功率半导体元件的电流I1、I2变得不平衡。首先，有因相互的定时延迟偏差而在电流的变化开始时间中产生差分Δton的情况。另外，还有在电流的开关速度中产生差分Δdi/dt的情况。进而，还有因阈值电压、接通电压等特性偏差而在稳态动作时在电流中产生差分ΔI的情况。

作为记录于实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1所具备的存储部(记录装置)51的特性分布图的信息，例如有电流变化开始时间、开关速度、阈值电压、接通电压等。上级控制电路部6根据存储于存储部51的特性分布图的信息来算出差分信息即Δton、Δdi/dt、ΔI，对延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55输出控制信号，以消除该差分。

于是，延迟电路部53对开关动作时的电流的上升沿或下降沿定时的延迟偏差Δton进行调整。另外，栅极电压斜率可变电路部54使栅极电压的斜率dVge/dt变化，栅极电压可变电路部55使栅极电压Δ|Vge|变化。其结果，如图7B所示那样，由于输出不同的栅极驱动波形，因此降低了开关动作时以及稳态动作时的功率半导体元件的输出电流的不平衡。

另外，在本实施例中举出功率半导体元件并联2个的情况为例进行了说明，但在将功率半导体元件的并联数增加到n个(n为3以上的整数)的情况下，也能适用本实施方式所涉及的驱动电路1。在功率半导体元件的并联数为n个的情况下，在上级控制电路部6中考虑如下控制：每当计算差分信息，将例如第n个功率半导体元件的特性分布图的信息作为基准信息，针对剩余的第1个到第(n-1)个功率半导体元件的特性分布图的信息计算差分。

[实施例2]

实施例2是实施例1的变形例。图8是表示实施例2所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的构成的框图的示例。如图8所示那样，实施例2所涉及的功率半导体元件的驱动电路1除了备实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的构成要素以外还具备电流传感器61-1、61-2以及电流算出部62-1、62-2的构成。

电流传感器61-1、61-2检测与流过功率半导体元件2、3的电流相应的信息。电流算出部62-1、62-2基于电流传感器61-1、61-2的检测输出(检测信息)来算出实际流过功率半导体元件2、3的电流。在本示例中，将电流传感器61-1、61-2和电流算出部62-1、62-2图示为分开的构成要素，但也能设为一体构成。在此，电流传感器61-1、61-2和电流算出部62-1、62-2构成检测流过功率半导体元件2、3的电流的多个电流检测部。

在本实施例中，将电流传感器61-1、61-2以及电流算出部62-1、62-2的检测结果反馈给上级控制电路部6。上级控制电路部6例如由CPU(Central Processing Unit，中央处理器)构成，对延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55除了执行基于存储于存储部51的特性信息的控制以外，还执行基于反馈信息的控制。

在实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1中，存储于存储部51的特性信息是出厂检查时取得的特性分布图的信息。在基于该出厂检查时取得的特性分布图的信息的延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55的控制中也能充分得到电流不平衡的降低效果。

其中，在使电力变换组件11-1、11-2热运行(heat run)的状态下，在电力变换组件11-1、11-2间产生温度差、或因热循环而出现安装系统的劣化的情况下，与出厂检查时的特性分布图的信息相比而实际特性发生变化。在这样的情况等下考虑电流不平衡的劣化。

与此相对，在实施例2所涉及的功率半导体元件的驱动电路1中，进行基于实际流过功率半导体元件2、3的电流的检测结果的延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55的反馈控制。因此，根据实施例2所涉及的功率半导体元件的驱动电路1的反馈控制，对于电力变换组件11-1、11-2的热循环后出现的电流不平衡的劣化也能得到电流不平衡的降低效果。

(电流传感器)

在此，使用图9来说明电流传感器61(61-1、61-2)。图9是表示电流传感器61的一例的构成图的示例。在此，作为电流传感器61，使用在磁场的检测中不使用磁芯的无芯电流传感器、具体例示使用罗氏线圈的传感器。但作为电流传感器61并不限于使用罗氏线圈的传感器。

如图9所示那样，使用罗氏线圈的电流传感器61成为在一次导体611的周边配置空芯的线圈612的构成。在该电流传感器61中，在线圈612的两端感应出与流过一次导体611的电流对应的电压。作为该电压(感应电动势)，在端子613a、613b间导出为流过一次导体611的电流的微分波形。

图9所示的电流算出部62(62-1、62-2)将在端子613a、613b间导出的微分波形的电压作为与流过功率半导体元件2、3的电流相应的信息而取入，基于该电压算出实际流过功率半导体元件2、3的电流。作为一例，电流算出部62由积分电路621和有效值电路622构成，通过对微分波形的电压进行积分来再现流过功率半导体元件2、3的电流，算出实际流过功率半导体元件2、3的电流。

(反馈控制)

接下来，具体说明对延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55的基于流过功率半导体元件2、3的电流的检测结果的上级控制电路部6的反馈控制。另外，在本示例中，反馈控制在构成上级控制电路部6的CPU的控制下执行。

图10是表示对延迟电路部53的反馈控制的处理次序的一例的流程图的示例。

CPU取入电流算出部62-1、62-2的输出、即功率半导体元件2、3的检测电流，求取电流的上升沿滞后时间Δton(步骤S11)，接下来判断电流的上升沿滞后时间Δton是否为给定值以下(步骤S12)。然后，若电流的上升沿滞后时间Δton为给定值以下(S12“是”)，则CPU使栅极驱动条件保持现行不变，结束本反馈控制的处理。另一方面，若电流的上升沿滞后时间Δton不是给定值以下(S12“否”)，则CPU运算延迟时间调整量(步骤S13)，接下来通过控制延迟电路部53来调整电流的上升沿滞后时间Δton(步骤S14)。

图11是表示对栅极电压斜率可变电路部54的反馈控制的处理次序的一例的流程图的示例。

CPU取入电流算出部62-1、62-2的输出、即功率半导体元件2、3的检测电流，求取电流的斜率di/dt(步骤S21)，接着判断电流的斜率di/dt是否为给定值以内(步骤S22)。然后，若电流的斜率di/dt为给定值以内(S22“是”)，则CPU使栅极驱动条件保持现行不变，结束本反馈控制的处理。另一方面，若电流的斜率di/dt不是给定值以内(S22“否”)，则CPU运算栅极电压斜率调整量(步骤S23)，接着通过控制栅极电压斜率可变电路部54来调整电流的斜率di/dt(步骤S24)。

图12是表示对栅极电压可变电路部55的反馈控制的处理次序的一例的流程图的示例。

CPU取入电流算出部62-1、62-2的输出、即功率半导体元件2、3的检测电流，求取稳态动作时的电流(稳态电流)(步骤S31)，接着判断稳态电流是否是给定范围内(步骤S32)。然后，若稳态电流为给定范围内(S32“是”)，则CPU使栅极驱动条件保持现行不变，结束本反馈控制的处理。另一方面，若稳态电流不在给定范围内(S32“否”)，则CPU运算栅极电压调整量(步骤S33)，接着通过控制栅极电压可变电路部55来调整栅极电压(步骤S34)。

在上述的反馈控制中，上级控制电路部6(具体为CPU)可以在给定的条件下，基于电流传感器61-1、61-2以及电流算出部62-1、62-2检测到的电流来更新预先存储于存储部51的特性信息。作为给定的条件，例如是上级控制电路部6判断为基于出厂检查时的特性分布图的信息进行控制时的电流不平衡与由电流传感器61-1、61-2以及电流算出部62-1、62-2检测到的电流不平衡相比变差的情况。

在该情况下，针对延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55在存储部51再存储(更新)从上级控制电路部6输出的新的成为控制信息的基础的特性数据。通过进行该更新处理，来自上级控制电路部6的控制信息成为与实际的电流不平衡对应的信息。其结果，能进行延迟电路部53、栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55的控制，以使得电流不平衡始终被改善。

[实施例3]

实施例3是实施例1所涉及的功率半导体元件的驱动电路1中的栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55的具体例。

图13是表示栅极电压斜率可变电路部54的具体的电路构成的一例的电路图的示例。如图13所示那样，栅极电压斜率可变电路部54具备预驱动器71、可变电阻控制部72、缓冲器部73和可变电阻部74。另外，如图4、图8所示那样，分别在栅极电压斜率可变电路部54的前级配置延迟电路部53，在后级配置栅极电压可变电路部55，但在图13中省略它们的图示。

对输入端子75经由延迟电路部53输入驱动功率半导体元件3的信号。该信号经由预驱动器71传递到缓冲器部73。经过缓冲器部73的信号经由可变电阻部74成为功率半导体元件3的栅极输入。对输入端子76输入从上级控制电路部6送来的开关速度控制信号。开关速度控制信号通过控制可变电阻部74的电阻值来改变功率半导体元件3的栅极输入电流(栅极注入电流)的值。

由于一般功率半导体元件3的栅极寄生电容是恒定的，因此通过改变功率半导体元件3的开关时的栅极注入电流的值，能使栅极电压的斜率变化。

图14是表示栅极电压可变电路部55的具体的电路构成的一例的电路图的示例。如图14所示那样，栅极电压可变电路部55具备：栅极电源81、开关控制部82、电阻元件83、齐纳电压不同的例如3个齐纳二极管(定电压二极管)84-1、84-2、84-3、和3个开关85-1、85-2、85-3。

对栅极电源81经由电源端子86、87输入电源电压。对开关控制部82经由输入端子88输入从上级控制电路部6送来的接通电压控制信号。开关控制部82根据接通电压控制信号来对开关85-1、85-2、85-3进行接通(闭合)/断开(打开)控制，切换齐纳电压不同的齐纳二极管84-1、84-2、84-3的连接的有无。

在此，若将栅极电源81的输出电压设为V_out、齐纳二极管84-1、84-2，将84-3的两端电压(齐纳电压)设为V_ZD，则加在电阻元件83的两端的电压V_r能用下式(1)表示。

V_r＝V_out-V_ZD……(1)

通过切换开关85-1、85-2、85-3来切换齐纳电压V_ZD不同的齐纳二极管84-1、84-2、84-3的连接，因此能通过齐纳电压V_ZD发生变化来改变加在电阻元件83的两端的电压V_r。

如图14所示那样，正偏置电源与负偏置电源之间的电压是栅极电源81的输出电压V_out。另外，正偏置电源与基准电位之间的电压是加在电阻元件83的两端的电压V_r。另一方面，如图13所示那样，由于施加在功率半导体元件3的栅极的电压等于正偏置电源与基准电位之间的端子间电压V_r，因此若使齐纳电压V_ZD变化，就能改变功率半导体元件3的栅极施加电压。

一般，由于通过使功率半导体元件3的栅极施加电压变化而接通电压和电流的特性发生变化，因此能使稳态电流变化。因此，通过基于存储于存储部51的特性信息来控制功率半导体元件3的栅极电压，能改善稳态动作时的电流不平衡。

在实施例3中说明了栅极电压斜率可变电路部54以及栅极电压可变电路部55的具体例，但对于延迟电路部53中的延迟控制，能运用上级控制电路部6的数字控制带来的延迟等周知的技术。

另外，本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。例如上述的实施例是为了易于理解地说明本发明而详细阐述，但并不是限定于具备全部构成。另外，也能将某实施例的构成的一部分置换为其他实施例的构成，另外，还能在某实施例的构成中加入其他实施例的构成。另外，能对各实施例的构成的一部分进行其他构成的追加、删除、置换。

标号的说明

1 功率半导体元件的驱动电路

2 上臂功率半导体元件

3 下臂功率半导体元件

4 上臂驱动电路4

5 下臂驱动电路

6 上级控制电路部

10(10-1、10-2) 功率模块

11(11-1、11-2) 电力变换组件

20 控制基板

30 电力变换装置

51 存储部(存储装置)

53 延迟电路部

54 栅极电压斜率可变电路部

55 栅极电压可变电路部

61(61-1、61-2) 电流传感器

62(62-1、62-2) 电流算出部

Claims (4)

1.一种功率半导体元件的驱动电路，分别对应于被并联连接的多个功率半导体元件而设置，驱动所述功率半导体元件，其特征在于，具备：

存储部，存储所述功率半导体元件的特性信息；

栅极电压控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息来控制所述功率半导体元件的栅极电压；

栅极电压斜率控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息，为了调整所述功率半导体元件的开关动作时的电流的斜率的偏差而使所述功率半导体元件的栅极电压的斜率变化；和

延迟控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息，控制作为所述功率半导体元件的驱动信号而被输入的输入信号与基于该输入信号的输出信号之间的延迟时间，所述输出信号输出至所述功率半导体元件。

2.一种电力变换组件，搭载功率半导体元件以及驱动所述功率半导体元件的驱动电路，所述电力变换组件被并联连接来使用，其特征在于，

具备控制所述驱动电路的上级控制电路部，

所述驱动电路具备：

存储部，存储所述功率半导体元件的特性信息；

栅极驱动控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息来控制所述功率半导体元件的栅极驱动条件；和

延迟控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息，来控制作为所述功率半导体元件的驱动信号而被输入的输入信号与基于该输入信号的输出信号之间的延迟时间，所述输出信号输出至所述功率半导体元件，

所述上级控制电路部基于存储于所述存储部的所述特性信息控制所述栅极驱动控制部，由所述栅极驱动控制部来控制所述功率半导体元件的栅极电压和栅极电压的斜率，基于存储于所述存储部的所述特性信息控制所述延迟控制部，由所述延迟控制部来改变所述延迟时间。

3.一种电力变换装置，具备：

多个电力变换组件，搭载功率半导体元件以及驱动所述功率半导体元件的驱动电路，该多个电力变换组件被并联连接来使用；

多个电流检测部，检测被并联连接的多个所述电力变换组件的功率半导体元件各自流过的电流；和

上级控制电路部，控制所述驱动电路，

所述驱动电路具备：

存储部，存储所述功率半导体元件的特性信息；

栅极驱动控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息来控制所述功率半导体元件的栅极驱动条件；和

延迟控制部，基于存储于所述存储部的所述特性信息，来控制作为所述功率半导体元件的驱动信号而被输入的输入信号与基于该输入信号的输出信号之间的延迟时间，所述输出信号输出至所述功率半导体元件，

所述上级控制电路部基于存储于所述存储部的所述特性信息以及所述多个电流检测部检测出的电流的差分控制所述栅极驱动控制部，由所述栅极驱动控制部来控制所述功率半导体元件的栅极电压以及栅极电压的斜率，基于存储于所述存储部的所述特性信息以及所述多个电流检测部检测出的电流的差分控制所述延迟控制部，由所述延迟控制部来改变所述延迟时间。

4.根据权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于，

所述上级控制电路部基于所述多个电流检测部检测出的电流来更新存储于所述存储部的所述特性信息。

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