CN108809060A - 驱动装置及开关装置 - Google Patents

驱动装置及开关装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108809060A
CN108809060A CN201810376554.XA CN201810376554A CN108809060A CN 108809060 A CN108809060 A CN 108809060A CN 201810376554 A CN201810376554 A CN 201810376554A CN 108809060 A CN108809060 A CN 108809060A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor element
voltage
circuit
driving device
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810376554.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108809060B (zh
Inventor
松原邦夫
兼田博利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of CN108809060A publication Critical patent/CN108809060A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108809060B publication Critical patent/CN108809060B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/083—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the ignition at the zero crossing of the voltage or the current
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/28—Modifications for introducing a time delay before switching
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0822—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in field-effect transistor switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162—Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16—Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/168—Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
    • H02M1/0054—Transistor switching losses
    • H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

本发明能够进一步降低关断损耗。本发明提供一种驱动装置及开关装置，该驱动装置具备：栅极驱动电路，驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极；第一时刻产生电路，在第一半导体元件的关断期间中施加到第二半导体元件的电压变化为基准电压时产生第一时刻信号；以及第一驱动条件变更电路，根据第一时刻信号，缓和栅极驱动电路引起的第一半导体元件的栅极的电荷量的变化。

Description

驱动装置及开关装置
技术领域
本发明涉及驱动装置及开关装置。
背景技术
以往，对于驱动串联连接的两个半导体元件的各栅极的驱动装置，提出了用于边降低关断损耗、浪涌电压等边将半导体元件关断的各种技术。例如，公开了通过在进行关断的半导体元件的电压达到电源电压Ed时变更驱动条件，从而抑制关断损耗的增加、降低浪涌电压的驱动方法(例如，参照专利文献1～3)。在该方法中，利用了在进行关断的半导体元件的电压达到电源电压Ed时，电流开始向串联连接的其他半导体元件换流。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5516705号说明书
专利文献2：日本特开2015-204659号公报
专利文献3：日本专利第4742828号说明书
发明内容
技术问题
然而，随着半导体元件的开关速度变快，主电路布线电感的影响变大，电流逐渐变得不会在关断过程中的半导体元件的电压达到电源电压的时刻，开始向其他半导体元件换流。即，即使在该时刻变更驱动条件，也逐渐变得无法改善上述关断损耗与浪涌电压之间的权衡。
技术方案
在本发明的第一形态中，可以提供一种驱动装置。驱动装置可以具备驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极的栅极驱动电路。驱动装置可以具备在第一半导体元件的关断期间中施加到第二半导体元件的电压减小而下降到基准电压以下时产生第一时刻信号的第一时刻产生电路。驱动装置可以具备根据第一时刻信号，使栅极驱动电路引起的第一半导体元件的栅极的电荷量的变化变得缓和的第一驱动条件变更电路。
驱动装置可以还具备判定施加到第二半导体元件的电压是否成为基准电压的第一判定电路。第一时刻产生电路可以根据施加到第二半导体元件的电压成为基准电压以下的判定结果，产生第一时刻信号。
驱动装置可以还具备设置在第一判定电路和第一驱动条件变更电路之间的第一绝缘信号传送器。
第一时刻产生电路可以被预先调整为，若达到从接收到关断第一半导体元件的控制信号而开始第一半导体元件的关断起到施加到第二半导体元件的电压减小而变化为基准电压以下为止的时间，则产生第一时刻信号。
第一时刻产生电路可以产生预先确定的脉冲宽度的第一时刻信号。第一驱动条件变更电路可以在从接收到第一时刻信号起产生有第一时刻信号的期间，降低栅极驱动电路使第一半导体元件的栅极的电荷变化的速度。
第一时刻产生电路可以在结束第一半导体元件的关断之前结束产生第一时刻信号。基准电压可以为0V。
驱动装置可以还具备判定在第一半导体元件的关断期间施加到第二半导体元件的电压是否成为基准电压以下的判定电路。
在本发明的第二形态中，可以提供一种开关装置。开关装置可以具备第一形态的驱动装置。开关装置可以具备由驱动装置对栅极进行驱动的第一半导体元件和第二半导体元件。
第一半导体元件和第二半导体元件可以为宽带隙半导体元件。
在本发明的第三形态中，可以提供一种驱动装置。驱动装置可以具备驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极的栅极驱动电路。驱动装置可以具备在第一半导体元件的关断期间中施加到第一半导体元件的电压达到基准电压以上时产生第一时刻信号的第一时刻产生电路。驱动装置可以具备根据第一时刻信号，使栅极驱动电路引起的第一半导体元件的栅极的电荷量的变化变得缓和的第一驱动条件变更电路。
第一时刻产生电路可以被预先调整为，若达到从接收到关断第一半导体元件的控制信号而开始第一半导体元件的关断起到施加到第一半导体元件的电压变化为基准电压以上为止的时间，则产生第一时刻信号。
基准电压可以为正极侧电源线和负极侧电源线间的电压以上。
在本发明的第四形态中，可以提供一种驱动装置。驱动装置可以具备驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极的栅极驱动电路。驱动装置可以具备在第一半导体元件的关断期间中在开始向第二半导体元件换流时产生第一时刻信号的第一时刻产生电路。驱动装置可以具备根据第一时刻信号，使栅极驱动电路引起的第一半导体元件的栅极的电荷量的变化变得缓和的第一驱动条件变更电路。
第一时刻产生电路可以被预先调整为，若达到从接收到关断第一半导体元件的控制信号而开始第一半导体元件的关断起到开始向第二半导体元件换流为止的时间，则产生第一时刻信号。
上述发明概要并未列举本发明的全部特征。这些特征组的子组合也构成发明。
附图说明
图1示出本实施方式的开关装置。
图2示出开关装置的详细情况。
图3示出由比较例的开关装置进行关断时的动作波形的一例。
图4示出由另一比较例的开关装置进行关断时的动作波形的一例。
图5示出由本实施方式的开关装置进行关断时的动作波形的一例。
符号说明：
1：开关装置、2：驱动装置、11：第一半导体元件、12：第二半导体元件、13：关断对象元件、14：相对臂元件、101：正极侧电源线、102：负极侧电源线、105：电源输出端子、200：栅极驱动电路、210：判定电路、211：电阻、212：电阻、215：绝缘信号传送器、221：第一时刻产生电路、222：第二时刻产生电路、231：第一驱动条件变更电路、232：第二驱动条件变更电路、1011：布线电感、1021：布线电感
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下实施方式并不限定权利要求所涉及的发明。此外，实施方式中所说明的特征的全部组合并不一定是发明的解决方案所必须的。
图1示出本实施方式的开关装置1。应予说明，图中，中空的箭头符号表示电压。
作为一例，开关装置1示出了用于马达驱动或电力供给的电力变换装置的一相，通过对正极侧电源线101和负极侧电源线102与电源输出端子105之间的连接进行切换来从电源输出端子105输出变换后的电压。
这里，在正极侧电源线101和负极侧电源线102之间施加有例如600V～800V的直流电压Ed。此外，在正极侧电源线101和负极侧电源线102会存在分别与布线长度对应的布线电感1011、1021。
开关装置1具备第一半导体元件11和第二半导体元件12以及驱动装置2。
第一半导体元件11和第二半导体元件12依次串联连接于负极侧电源线102和正极侧电源线101之间。在第一半导体元件11和第二半导体元件12的中间点可连接有电源输出端子105。
第一半导体元件11和第二半导体元件12是通过后述的驱动装置2来切换为导通/关断的开关元件。作为一例，第一半导体元件11和第二半导体元件12构成了电力变换装置中的下臂和上臂。
第一半导体元件11和第二半导体元件12是以硅为基材的硅半导体元件。此外，不限于硅半导体元件，也可以是宽带隙半导体元件。宽带隙半导体元件是指带隙比硅半导体元件大的半导体元件，例如是包含SiC、GaN、金刚石、氮化镓系材料、氧化镓系材料、AlN、AlGaN或ZnO等的半导体元件。与硅半导体元件相比，宽带隙半导体元件可以提高开关速度。
此外，在本实施例中，第一半导体元件11和第二半导体元件12为MOSFET，具有正极侧电源线101一侧为阴极的寄生二极管(图1所示)。应予说明，第一半导体元件11和第二半导体元件12也可以使用IGBT或双极型晶体管等其他结构的半导体元件，并根据需要在各个半导体元件反向并联连接二极管、肖特基势垒二极管等。
驱动装置2基于输入信号驱动第一半导体元件11和第二半导体元件12。例如，在将第一半导体元件11和第二半导体元件12交替地设为导通状态的情况下，驱动装置2将一个元件关断而切换为关断状态之后，将另一个元件导通。这里，将第一半导体元件11和第二半导体元件12之中的要进行关断的对象元件称为关断对象元件13，将维持在关断状态的元件称为相对臂元件14。驱动装置2通过在关断期间(在本实施方式中作为一例为从关断执行开始起到完成的期间)切换关断对象元件13的栅极电荷的变化速度，即切换作为关断对象元件13的栅极-源极间电压的栅极电压(Vgs)的变化速度，从而降低关断损耗，并抑制浪涌电压。
驱动装置2具备栅极驱动电路200、判定电路210、第一时刻产生电路221和第二时刻产生电路222、第一驱动条件变更电路231和第二驱动条件变更电路232。
栅极驱动电路200基于输入信号驱动第一半导体元件11和第二半导体元件12的栅极。栅极驱动电路200可以经由第一驱动条件变更电路231将针对第一半导体元件11的控制信号提供给第一半导体元件11的栅极。此外，栅极驱动电路200可以经由第二驱动条件变更电路232将针对第二半导体元件12的控制信号提供给第二半导体元件12的栅极。在关断期间向关断对象元件13输出的控制信号为使关断对象元件13关断的关断信号。例如，关断信号通过将导通状态的关断对象元件13的栅极输入电容Cgs(13)向反向偏置方向(-Vgs)充电，从而将关断对象元件从导通状态切换为关断状态。
这里，在第二半导体元件12的关断期间，伴随着第二半导体元件12的漏极源极间的电压Vds(12)上升到正极侧电源线101和负极侧电源线102之间的直流电压Ed，第一半导体元件11的漏极源极间的电压Vds(11)减小，并最终成为零。但是，此时来自第一半导体元件11的寄生电容的放电受正极侧电源线101的布线电感1011阻碍，因此，即使第二半导体元件12的电压Vds(12)达到直流电压Ed，第一半导体元件11的电压Vds(11)也仍不为零。同样，在第一半导体元件11的关断期间，伴随着第一半导体元件11的漏极源极间的电压Vds(11)上升到直流电压Ed，第二半导体元件12的漏极源极间的电压Vds(12)减小，并最终成为零。但是，此时来自第二半导体元件12的寄生电容的放电受负极侧电源线102的布线电感1021阻碍，因此，即使第一半导体元件11的电压Vds(11)达到直流电压Ed，第二半导体元件12的电压Vds(12)也仍不为零。因此，在本实施方式的驱动装置2设置有判定电路210。
判定电路210判定在关断期间施加到相对臂元件14的电压Vds(14)是否成为基准电压以下。例如，判定电路210可以判定在第一半导体元件11的关断期间施加到第二半导体元件12的电压Vds(14)是否成为基准电压以下。除此之外/代替此方式，判定电路210可以判定在第二半导体元件12的关断期间施加到第一半导体元件11的电压Vds(11)是否成为基准电压以下。
这里，基准电压可以是比在关断对象元件13的漏极源极间的电压Vds(13)达到正极侧电源线101和负极侧电源线102之间的直流电压Ed的时刻施加到相对臂元件14的电压Vds(14)小的电压。例如，基准电压可以是在相对臂元件14中漏极电流开始向寄生二极管或反向并联连接的二极管换流时的漏极源极电压Vds(14)。在本实施方式中，作为一例，基准电压为0V或者去除误差而为0V。在从关断对象元件13观察的情况下，基准电压成为直流电压Ed以上的值。应予说明，在本实施方式中，利用基准电压进行了判别、判断，但是也可以如上所述利用寄生二极管或反向并联连接的二极管的换流来进行判别、判断。
判定电路210可以将在第一半导体元件11的关断期间施加到第二半导体元件12的电压Vds(12)是否成为基准电压以下的判定结果提供给第一时刻产生电路221。此外，判定电路210可以将在第二半导体元件12的关断期间施加到第一半导体元件11的电压Vds(11)是否成为基准电压以下的判定结果提供给第二时刻产生电路222。
在第一半导体元件11的关断期间中，施加到第二半导体元件12的电压Vds(12)下降到基准电压时，第一时刻产生电路221产生第一时刻信号。例如，第一时刻产生电路221可以根据判定电路210的施加到第二半导体元件12的电压Vds(12)成为基准电压以下的判定结果，产生第一时刻信号。第一时刻产生电路221可以将第一时刻信号提供给第一驱动条件变更电路231。
第二时刻产生电路222在第二半导体元件12的关断期间中，产生与施加到第一半导体元件11的电压Vds(11)减小而变化为基准电压以下的时刻对应的第二时刻信号。例如，第二时刻产生电路222可以根据由判定电路210判定为施加到第一半导体元件11的电压Vds(11)成为基准电压以下这一情况而产生第二时刻信号。第二时刻产生电路222可以将第二时刻信号提供给第二驱动条件变更电路232。
第一驱动条件变更电路231在第一半导体元件11的关断期间中根据第一时刻信号缓和由栅极驱动电路200引起的第一半导体元件11的栅极电荷量的变化。例如，第一驱动条件变更电路231可以在接收到第一时刻信号之前，将从栅极驱动电路200提供的关断信号直接提供给第一半导体元件11的栅极。此外，第一驱动条件变更电路231在接收了第一时刻信号之后，以使栅极电压的变化速度的绝对值，即针对第一半导体元件11的栅极的电荷注入速度下降的方式校正关断信号而进行提供。作为一例，第一驱动条件变更电路231可以减小关断信号的电流，可以减小关断信号的电压，也可以停止关断信号。要减小关断信号的电流，例如可以使朝向栅极的关断信号的内部路径分出支路而进行分流。要减小关断信号的电压，例如可以通过将朝向栅极的关断信号的内部路径从电阻值小的路径切换为电阻值大的路径等来增大第一半导体元件11的栅极电阻。应予说明，第一驱动条件变更电路231可以根据预先设定的时刻来降低由栅极驱动电路200引起的第一半导体元件11的栅极电荷变化速度。预先设定的时刻与接收第一时刻信号的时刻相同。此外，可以通过信号的延迟时间等产生第一时刻信号，也可以计算产生第一时刻信号的时刻而产生第一时刻信号。
第二驱动条件变更电路232与第一驱动条件变更电路231同样，在第二半导体元件12的关断期间中根据第二时刻信号，降低栅极驱动电路200使第二半导体元件12的栅极的电荷变化的速度。
根据以上的开关装置1，在关断对象元件13(作为一例为第一半导体元件11)的关断期间中，与施加到相对臂元件14(作为一例为第二半导体元件12)的电压Vds(14)减小而变化为基准电压(作为一例为0V)以下的时刻对应产生时刻信号，并根据该信号降低关断对象元件13的栅极电荷变化速度。即，相对臂元件14的电压Vds(14)成为基准电压之前，增大关断对象元件13的栅极电荷的变化速度，在相对臂元件14的电压Vds(14)为基准电压以下时，减小变化速度。因此，与在施加到相对臂元件14的电压Vds(14)大于基准电压的时刻减小电荷变化速度的情况相比，能够缩短关断期间而降低关断损耗。此外，由于当相对臂元件14的电压Vds(14)成为基准电压以下时降低栅极电荷的变化速度，所以能够降低浪涌电压。
图2示出开关装置1的详细情况。应予说明，在图2中，仅图示了图1所示的构成中的与第一半导体元件11的关断有关的构成，无关于有没有与第二半导体元件12的关断有关的构成。
驱动装置2除了图1所示的构成之外，可以还具备电阻211、212和绝缘信号传送器215。
电阻211、212对作为相对臂元件14的第二半导体元件12的漏极源极电压Vds(12)进行分压。电阻211、212相对于第二半导体元件12并联连接，在电阻211、212之间连接有判定电路210。
判定电路210可以判定在第一半导体元件11的关断期间施加到第二半导体元件12的电压Vds(12)是否成为基准电压以下。判定电路210可以将判定结果提供给绝缘信号传送器215。
绝缘信号传送器215设置于判定电路210和第一驱动条件变更电路231之间。绝缘信号传送器215可以将来自判定电路210的信号电压进行变换而提供给第一时刻产生电路221。
根据以上的开关装置1，在第一半导体元件11的关断期间中，与施加到第二半导体元件12的电压Vds(12)减小而变化为基准电压以下的时刻对应产生时刻信号，并根据该信号降低第一半导体元件11的栅极电荷变化速度。
图3示出由本实施方式的比较例的开关装置进行关断时的动作波形的一例。应予说明，在该开关装置中，从栅极驱动电路输出的关断信号直接提供给关断对象元件13的栅极。
首先，在时刻t1开始流通负的栅极电流Ig(13)。由此，从栅极驱动电路输出关断信号而在关断对象元件13上开始栅极电荷向反向偏置方向的注入。然后，在时刻t1～t2的期间关断对象元件13的栅极输入电容Cgs(13)被向反向偏置方向充电，栅极源极电压Vgs(13)减小。
接下来，如果栅极源极电压Vgs(13)减小到米勒电压(时刻t2)，则栅极电荷的大部分用于反馈电容(栅极漏极电容)Cgd(13)的充电，栅极源极电压Vgs(13)的变化变得平坦(即，米勒平台)，关断对象元件13的漏极源极电压Vds(13)增大。
伴随此，漏极源极间电压Vds(14)下降，从相对臂元件14的寄生电容Cds(14)流通有放电电流，因此，漏极电流Id(13)减小，与该电流变化量对应的电压VL施加到正极侧电源线101的布线电感1011。
接下来，在时刻t3如果相对臂元件14的漏极源极间电压Vds(14)成为零，则在电源输出端子105流通的负载电流IL向相对臂元件14的寄生二极管换流，同时关断对象元件13的米勒平台结束，而漏极电流Id(13)急剧减小(在时刻t4成为零)。由此，施加到正极侧电源线101的布线电感1011的电压VL瞬间增大，而关断对象元件13的漏极源极间电压Vds(13)增大到峰值电压Vp。之后，在时刻t4成为直流电压Ed。
然后，在时刻t4以后的期间，向关断对象元件13的栅极输入电容Cgs(13)的充电结束，而完成关断对象元件13的关断。虽然在图3中未图示，但在完成关断对象元件13的关断时，进行相对臂元件14的导通。
图4示出由本实施方式的另一比较例的开关装置进行关断时的动作波形的一例。应予说明，在该开关装置中，从栅极驱动电路输出的关断信号在后述的时刻t21之前直接提供给关断对象元件13的栅极。此外，在时刻t21之后关断信号被校正而提供给关断对象元件13。
首先，在时刻t1～t2的期间，以得到与图3同样的动作波形的方式进行动作。
接下来，如果关断对象元件13的漏极源极电压Vds(13)增大，而在图中的时刻t21成为与正极侧电源线101和负极侧电源线102之间的直流电压Ed相等(参照图中的虚线框)，则在时刻t21～t35’的期间关断信号被校正，关断对象元件13的栅极电荷变化速度降低。例如，栅极电流Ig(13)被控制为更接近零的负的恒定值。
这里，在时刻t21，如前所述，在来自相对臂元件14的寄生电容的放电电流的影响下，在正极侧电源线101的布线电感1011产生电压VL，因此，漏极源极间电压Vds(14)未成为零，关断对象元件13的米勒平台正在持续。如果在该时刻降低栅极电荷的变化速度(栅极电流Ig向负方向减小)，则栅极电荷向反向偏置方向的注入量减小，因此，漏极源极间电压Vds(13)的上升速度dv/dt变小。
接下来，在时刻t3’(其中，t3’>t3)相对臂元件14的漏极源极间电压Vds(14)成为零时，负载电流IL向相对臂元件14的寄生二极管换流，同时关断对象元件13的米勒平台结束，而漏极电流Id(13)急剧减小(在时刻t4’(其中，t4’>t4)成为零)。由此，施加到正极侧电源线101的布线电感1011的电压VL瞬间增大，而关断对象元件13的漏极源极间电压Vds(13)增大到峰值电压Vp’。这里，在图4的动作波形中，在时刻t21～t35’的期间对应栅极电荷的变化速度降低的部分，峰值电压Vp’小于峰值电压Vp。之后，在时刻t4’成为直流电压Ed。
然后，在时刻t4’以后的期间，向关断对象元件13的栅极输入电容Cgs(13)的充电结束，而完成关断对象元件13的关断。
此外，在图4的动作波形中利用斜线区域概念性地示出的关断损耗Eoff’比图3的关断损耗Eoff大。是因为，在图4的动作波形中，与图3的动作波形相比，在时刻t21～t3’的期间漏极电流Id(13)的下降速度小，时刻t2～t4’的期间比时刻t2～t4的期间长。
图5示出由本实施方式的开关装置1进行关断时的动作波形的一例。应予说明，在开关装置1中，从栅极驱动电路输出的关断信号在时刻t3之前直接提供给关断对象元件13的栅极。此外，在时刻t3之后关断信号被校正而提供给关断对象元件13。
首先，在时刻t1～t3的期间，以得到与图3同样的动作波形的方式进行动作。
接下来，在时刻t3相对臂元件14的漏极源极电压Vds(14)成为零时(参照图中下侧的虚线框)，第一时刻产生电路221产生预先确定的脉冲宽度的第一时刻信号。据此，第一驱动条件变更电路231在从接收到第一时刻信号起产生有第一时刻信号的期间，校正关断信号而降低第一半导体元件11的栅极电荷变化速度(参照图中上侧的虚线框)。例如，栅极电流Ig(13)被控制为更接近零的负的恒定值。应予说明，在本实施方式中，作为一例，产生有第一时刻信号的期间可以是时刻t3～t35”的期间，时刻t35”可以在结束关断对象元件13的关断的后述的时刻t4”之前。
这里，在时刻t3，相对臂元件14的漏极源极电压Vds(14)成为零，关断对象元件13的米勒平台结束。因此，栅极源极电压Vgs(13)开始再次减小，并且，漏极电流Id(13)急剧减小而在时刻t4”(其中，t4”≥t4)成为零。
如果漏极源极间电压Vds(14)成为零，则负载电流IL向相对臂元件14的寄生二极管换流，同时关断对象元件13的米勒平台结束，而漏极电流Id(13)急剧减小。由此，施加到正极侧电源线101的布线电感1011的电压VL瞬间增大，而关断对象元件13的漏极源极间电压Vds(13)增大到峰值电压Vp”。这里，在图5的动作波形中，在时刻t3～t35”的期间对应栅极电荷的变化速度降低的部分，峰值电压Vp”小于峰值电压Vp。之后，漏极源极间电压Vds(13)在时刻t4”成为直流电压Ed。
然后，在时刻t4”以后的期间，向关断对象元件13的栅极输入电容Cgs(13)的充电结束，而完成关断对象元件13的关断。
在图5的动作波形中，相对于图3的动作波形，从开始关断对象元件13的关断动作的时刻t2起到关断对象元件13的漏极电流Id(13)成为零的时刻t4”为止期间的长度稍微变长，但如上所述浪涌电压峰值Vp”变小。因此，在图5的动作波形中关断损耗Eoff”成为与图3的关断损耗Eoff相同程度的大小。
应予说明，在上述实施方式中，以第一时刻产生电路221和第二时刻产生电路222在施加到相对臂元件的电压下降到基准电压时产生时刻信号的情况进行了说明，但也可以在开始向相对臂元件换流时产生时刻信号。例如，第一时刻产生电路221和第二时刻产生电路222可以在漏极电流开始向相对臂元件的寄生二极管或反向并联连接的二极管换流时产生时刻信号。作为一例，第一时刻产生电路221和第二时刻产生电路222可以利用电流传感器测定在寄生二极管流通的电流量，并根据该测定结果在表示开始换流时产生时刻信号。
此外，将用于产生第一时刻信号的基准电压设为在相对臂元件14中漏极电流Id(14)开始向寄生二极管换流时的漏极源极电压Vds(14)而进行了说明，但也可以设为其他电压。例如，基准电压可以是关断对象元件13的漏极源极电压Vds(13)变得比正极侧电源线101和负极侧电源线102之间的直流电压Ed高时的漏极源极电压Vds(14)。基准电压可以是正极侧电源线101和负极侧电源线102之间的电压以上。此外，基准电压也可以是小于在这些时刻中施加到正极侧电源线101的布线电感1011的电压VL的电压。
此外，以第一时刻产生电路221和第二时刻产生电路222基于判定电路210的判定结果等产生时刻信号的情况进行了说明，但也可以以固定时刻来产生。例如，第一时刻产生电路221和第二时刻产生电路222中的至少一方可以被预先调整为：若达到从接收到关断信号而开始关断对象元件13的关断起，到施加到相对臂元件14的电压减小而变化为基准电压以下为止的时间、或到开始向相对臂元件换流为止的时间、或者到施加到关断对象元件13的电压变化为基准电压以上为止的时间，则产生时刻信号。这样的期间可以在开关装置1的出货前预先测定而设定于第一时刻产生电路221和/或第二时刻产生电路222。在此情况下，由于能够省略判定电路210，所以能够使开关装置1简化。

Claims (15)

1.一种驱动装置，其特征在于，具备：
栅极驱动电路，其驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极；
第一时刻产生电路，其在所述第一半导体元件的关断期间中施加到所述第二半导体元件的电压下降到基准电压时产生第一时刻信号；以及
第一驱动条件变更电路，其根据所述第一时刻信号，使所述栅极驱动电路引起的所述第一半导体元件的栅极的电荷量的变化变得缓和。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动装置还具备：第一判定电路，判定施加到所述第二半导体元件的电压是否成为基准电压，
所述第一时刻产生电路根据施加到所述第二半导体元件的电压成为基准电压以下的判定结果，产生所述第一时刻信号。
3.根据权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动装置还具备设置在所述第一判定电路和所述第一驱动条件变更电路之间的第一绝缘信号传送器。
4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一时刻产生电路被预先调整为，若达到从接收到关断所述第一半导体元件的控制信号而开始所述第一半导体元件的关断起到施加到所述第二半导体元件的电压减小而变化为所述基准电压以下为止的时间，则产生所述第一时刻信号。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一时刻产生电路产生预先确定的脉冲宽度的所述第一时刻信号，
所述第一驱动条件变更电路在从接收到所述第一时刻信号起产生有所述第一时刻信号的期间，降低所述栅极驱动电路使所述第一半导体元件的栅极的电荷变化的速度。
6.根据权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一时刻产生电路在结束所述第一半导体元件的关断之前结束产生所述第一时刻信号。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述基准电压为0V。
8.根据权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动装置还具备：判定电路，判定在所述第一半导体元件的关断期间施加到所述第二半导体元件的电压是否成为基准电压以下。
9.一种驱动装置，其特征在于，具备：
栅极驱动电路，其驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极；
第一时刻产生电路，其在所述第一半导体元件的关断期间中施加到所述第一半导体元件的电压达到基准电压以上时产生第一时刻信号；以及
第一驱动条件变更电路，其根据所述第一时刻信号，使所述栅极驱动电路引起的所述第一半导体元件的栅极的电荷量的变化变得缓和。
10.根据权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一时刻产生电路被预先调整为，若达到从接收到关断所述第一半导体元件的控制信号而开始所述第一半导体元件的关断起到施加到所述第一半导体元件的电压变化为基准电压以上为止的时间，则产生所述第一时刻信号。
11.根据权利要求9或10所述的驱动装置，其特征在于，
所述基准电压为所述正极侧电源线和所述负极侧电源线间的电压以上。
12.一种驱动装置，其特征在于，具备：
栅极驱动电路，其驱动串联连接在正极侧电源线和负极侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件的栅极；
第一时刻产生电路，其在所述第一半导体元件的关断期间中在开始向所述第二半导体元件换流时产生第一时刻信号；以及
第一驱动条件变更电路，其根据所述第一时刻信号，使所述栅极驱动电路引起的所述第一半导体元件的栅极的电荷量的变化变得缓和。
13.根据权利要求12所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一时刻产生电路被预先调整为，若达到从接收到关断所述第一半导体元件的控制信号而开始所述第一半导体元件的关断起到开始向所述第二半导体元件换流为止的时间，则产生所述第一时刻信号。
14.一种开关装置，其特征在于，具备：
权利要求1～13中任一项所述的驱动装置，和
由所述驱动装置对栅极进行驱动的第一半导体元件和第二半导体元件。
15.根据权利要求14所述的开关装置，其特征在于，
所述第一半导体元件和所述第二半导体元件为宽带隙半导体元件。
CN201810376554.XA 2017-05-01 2018-04-25 驱动装置及开关装置 Active CN108809060B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-091478 2017-05-01
JP2017091478A JP6168253B1 (ja) 2017-05-01 2017-05-01 駆動装置およびスイッチ装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108809060A true CN108809060A (zh) 2018-11-13
CN108809060B CN108809060B (zh) 2023-11-10

Family

ID=59384293

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810376554.XA Active CN108809060B (zh) 2017-05-01 2018-04-25 驱动装置及开关装置

Country Status (4)

Country Link
US (3) US10505535B2 (zh)
JP (1) JP6168253B1 (zh)
CN (1) CN108809060B (zh)
DE (1) DE102018206424B4 (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112068624A (zh) * 2019-06-10 2020-12-11 富士电机株式会社 栅极驱动装置、开关装置及栅极驱动方法
CN112534694A (zh) * 2019-01-10 2021-03-19 富士电机株式会社 栅极驱动装置、开关装置
CN113162377A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 上海瀚薪科技有限公司 一种碳化硅功率组件、驱动电路及控制方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7073706B2 (ja) 2017-12-19 2022-05-24 富士電機株式会社 駆動装置および半導体装置
EP3525348B1 (en) * 2018-02-08 2021-08-25 General Electric Technology GmbH Switching apparatus
JP6451890B1 (ja) 2018-07-25 2019-01-16 富士電機株式会社 駆動装置およびスイッチング装置
JP6418350B1 (ja) 2018-07-25 2018-11-07 富士電機株式会社 駆動装置およびスイッチング装置
CN112930642A (zh) * 2018-11-05 2021-06-08 三菱电机株式会社 栅极驱动电路和功率转换装置
DE112019003885T5 (de) 2019-01-10 2021-04-22 Fuji Electric Co., Ltd. Gattertreibervorrichtung und schaltvorrichtung
JP7259570B2 (ja) 2019-06-10 2023-04-18 富士電機株式会社 駆動装置およびスイッチ装置
JP7427949B2 (ja) 2019-12-12 2024-02-06 株式会社デンソー ゲート駆動回路
JP2023138093A (ja) * 2022-03-18 2023-09-29 株式会社東芝 電子回路および駆動システム

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542903A (zh) * 2007-01-18 2009-09-23 丰田自动车株式会社 功率半导体元件的驱动电路
CN102439831A (zh) * 2010-07-30 2012-05-02 丰田自动车株式会社 用于驱动电压驱动型元件的驱动装置
CN105553235A (zh) * 2014-10-24 2016-05-04 株式会社日立制作所 半导体驱动装置及使用该半导体驱动装置的电力变换装置
US20160209853A1 (en) * 2015-01-19 2016-07-21 Infineon Technologies Austria Ag Protection from hard commutation events at power switches

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000252807A (ja) * 1999-03-03 2000-09-14 Honda Motor Co Ltd スイッチング回路及びそのスイッチング方法
JP4108633B2 (ja) 2003-06-20 2008-06-25 シャープ株式会社 薄膜トランジスタおよびその製造方法ならびに電子デバイス
US20070194379A1 (en) 2004-03-12 2007-08-23 Japan Science And Technology Agency Amorphous Oxide And Thin Film Transistor
JP4506276B2 (ja) * 2004-05-17 2010-07-21 富士電機システムズ株式会社 自己消弧形半導体素子の駆動回路
JP4742828B2 (ja) 2005-11-18 2011-08-10 日産自動車株式会社 電圧駆動型スイッチング回路
JP2009124781A (ja) * 2007-11-12 2009-06-04 Fuji Electric Systems Co Ltd 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置
JP5298557B2 (ja) * 2008-02-14 2013-09-25 富士電機株式会社 電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置
JP5451123B2 (ja) * 2009-03-17 2014-03-26 スパンション エルエルシー 電源装置，電源制御装置及び電源装置の制御方法
US8461775B2 (en) * 2010-05-18 2013-06-11 Luxera, Inc. Integrated three dimensional inductor and method of manufacturing same
KR101900722B1 (ko) * 2012-07-10 2018-09-20 삼성전자주식회사 파워 모스 트랜지스터의 게이트 구동회로
JP5516705B2 (ja) 2012-11-26 2014-06-11 富士電機株式会社 半導体素子のゲート駆動方法
US9510436B2 (en) * 2014-03-31 2016-11-29 Hypertherm, Inc. Wide bandgap semiconductor based power supply assemblies for plasma operating systems and related methods and devices
JP6349897B2 (ja) 2014-04-11 2018-07-04 株式会社デンソー 駆動回路のタイミング調整方法及び駆動回路のタイミング調整回路

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101542903A (zh) * 2007-01-18 2009-09-23 丰田自动车株式会社 功率半导体元件的驱动电路
CN102439831A (zh) * 2010-07-30 2012-05-02 丰田自动车株式会社 用于驱动电压驱动型元件的驱动装置
CN105553235A (zh) * 2014-10-24 2016-05-04 株式会社日立制作所 半导体驱动装置及使用该半导体驱动装置的电力变换装置
US20160209853A1 (en) * 2015-01-19 2016-07-21 Infineon Technologies Austria Ag Protection from hard commutation events at power switches
CN105811373A (zh) * 2015-01-19 2016-07-27 英飞凌科技奥地利有限公司 免受功率开关处的硬换向事件的损害的保护

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112534694A (zh) * 2019-01-10 2021-03-19 富士电机株式会社 栅极驱动装置、开关装置
CN112068624A (zh) * 2019-06-10 2020-12-11 富士电机株式会社 栅极驱动装置、开关装置及栅极驱动方法
CN112068624B (zh) * 2019-06-10 2023-03-10 富士电机株式会社 栅极驱动装置、开关装置及栅极驱动方法
CN113162377A (zh) * 2020-01-22 2021-07-23 上海瀚薪科技有限公司 一种碳化硅功率组件、驱动电路及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10944395B2 (en) 2021-03-09
US20210175885A1 (en) 2021-06-10
JP2018191423A (ja) 2018-11-29
US20200112306A1 (en) 2020-04-09
US11329645B2 (en) 2022-05-10
JP6168253B1 (ja) 2017-07-26
CN108809060B (zh) 2023-11-10
DE102018206424B4 (de) 2022-05-25
US20180316344A1 (en) 2018-11-01
US10505535B2 (en) 2019-12-10
DE102018206424A1 (de) 2018-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108809060A (zh) 驱动装置及开关装置
US11018661B2 (en) Short circuit detector including a voltage detector
US8928363B2 (en) Semiconductor drive circuit and power conversion apparatus using same
CN101617471B (zh) 功率半导体器件的控制方法和电路
CN112019200A (zh) 包括故障安全下拉电路的功率器件和电子开关器件
US8810287B2 (en) Driver for semiconductor switch element
US8363440B2 (en) Power conversion circuit having off-voltage control circuit
EP2600527A2 (en) Semiconductor switch and power conversion apparatus
US10547300B1 (en) Driving device and switching device
US10637465B2 (en) Driving device and switching device
US9293284B1 (en) Soft-switching gate control
JP2020156304A (ja) 電力変換装置
JP7078619B2 (ja) 並列逆導通ｉｇｂｔおよびワイドバンドギャップスイッチのスイッチング
US11196336B2 (en) Gate drive apparatus and switching apparatus
US11894837B2 (en) Gate driving apparatus, switching apparatus and gate driving method
US11271560B2 (en) Gate drive device and switching device
CN105493407B (zh) 半导体开关装置
JP7259570B2 (ja) 駆動装置およびスイッチ装置
CN219918706U (zh) 用于功率器件的栅极驱动电路
JP7443795B2 (ja) ゲート駆動装置およびスイッチング装置
US20240039523A1 (en) Nitride semiconductor module
JP7551043B1 (ja) 電力変換装置
CN106464123A (zh) 功率用半导体元件的驱动电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TG01 Patent term adjustment
TG01 Patent term adjustment