CN109983699B - 栅极驱动电路 - Google Patents

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Abstract

多个栅极驱动器单元(3、4)分别对并联连接的多个半导体开关元件(SW1、SW2)进行驱动。控制电路(5)对多个栅极驱动器单元(3、4)进行控制。栅极驱动器单元(3、4)具有：栅极驱动器(6)，其向对应的半导体开关元件(SW1、SW2)的栅极供给栅极电压；以及电位差测定部(7)，其对由对应的半导体开关元件(SW1、SW2)的发射极侧的配线电感产生的电位差(Va)以输出频率的1个周期为单位进行测定。控制电路(5)以使导通或者截止的通断动作时的多个半导体开关元件(SW1、SW2)的电位差(Va)彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元(3、4)的栅极驱动器(6)供给的栅极电压(VGE)进行调整。

Description

栅极驱动电路
技术领域
本发明涉及对并联连接的多个半导体开关元件进行驱动的栅极驱动电路。
背景技术
半导体开关元件用于电力铁道或者电力送电的逆变控制。在使并联连接的多个半导体开关元件进行动作的情况下，由于元件间的特性波动而产生电流不平衡。
图4是表示并联连接的2个半导体开关元件的导通通断波形的图。图5是表示并联连接的2个半导体开关元件的截止通断波形的图。I1、I2是流过2个半导体开关元件的电流，VGE是栅极-发射极间电压，VCE是集电极-发射极间电压。从图4、5可知，电流I1、I2产生不平衡。
专利文献1：日本特开2012-249224号公报
发明内容
存在以下问题，即，在产生电流不平衡时在各半导体开关元件处所产生的损耗出现波动。另外，提出有对并联连接的多个半导体开关元件的集电极-发射极间电压VCE进行检测而对栅极信号的定时(timing)进行调整的技术(例如，参照专利文献1)。但是，集电极-发射极间电压VCE理论上是相同的，因此无法准确地对di/dt的波动进行监视。
本发明就是为了解决上述的课题而提出的，其目的在于得到能够抑制通断损耗的波动的栅极驱动电路。
本发明涉及的栅极驱动电路，其特征在于，具备：多个栅极驱动器单元，其分别对并联连接的多个半导体开关元件进行驱动；以及控制电路，其对所述多个栅极驱动器单元进行控制，各栅极驱动器单元具有：栅极驱动器，其向对应的所述半导体开关元件的栅极供给栅极电压；以及电位差测定部，其对由对应的所述半导体开关元件的发射极侧的配线电感产生的电位差以输出频率的1个周期为单位进行测定，所述控制电路以使导通或者截止的通断动作时的所述多个半导体开关元件的所述电位差彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元的所述栅极驱动器供给的所述栅极电压进行调整。
发明的效果
就本发明而言，以使由导通或者截止的通断动作时的多个半导体开关元件的发射极侧的配线电感产生的电位差彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元的栅极驱动器供给的栅极电压进行调整。由此，能够使各半导体开关元件的di/dt一致，因此能够抑制并联连接动作时的电流不平衡，抑制通断损耗的波动。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的栅极驱动电路的图。
图2是将图1的一部分放大的图。
图3是将本发明的实施方式2涉及的栅极驱动电路的一部分放大的图。
图4是表示并联连接的2个半导体开关元件的导通通断波形的图。
图5是表示并联连接的2个半导体开关元件的截止通断波形的图。
具体实施方式
参照附图对本发明的实施方式涉及的栅极驱动电路进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1涉及的栅极驱动电路的图。电力变换或者控制所使用的半导体开关元件SW1、SW2彼此串联连接。多个该半导体开关元件SW1、SW2的元件对并联连接。多个栅极驱动器单元3、4分别对并联连接的多个半导体开关元件SW1、SW2进行驱动。电感L是半导体开关元件SW1、SW2进行通断时的负载电感。控制电路5对多个栅极驱动器单元3、4进行控制。
向半导体开关元件SW1逆并联地连接有二极管D1。在半导体开关元件SW1的栅极连接有栅极电极1a。在半导体开关元件SW1的集电极连接有集电极(collector)电极(electrode)1b以及集电极辅助电极1c。集电极电极1b以及发射极电极1d是在并联电路中流过主电流时使用的。半导体开关元件SW1的发射极与发射极电极1d之间的配线电感是L1。半导体开关元件SW1的发射极与发射极辅助电极1e之间的配线电感是L2。发射极电极1d与发射极辅助电极1f之间的配线电感是L3。半导体开关元件SW2侧的结构也同样如此。
信号从输入电极3a输入至栅极驱动器单元3。栅极驱动器单元3的电极3b、3c、3d、3e分别与半导体开关元件SW1的集电极辅助电极1c、栅极电极1a、发射极辅助电极1e以及发射极辅助电极1f连接。
图2是将图1的一部分放大的图。栅极驱动器单元3具有栅极驱动器6和电位差测定部7。栅极驱动器6向对应的半导体开关元件SW1的栅极供给栅极电压。电位差测定部7对由存在于对应的半导体开关元件SW1的发射极侧的发射极辅助电极1e、1f之间的配线电感产生的电位差Va以输出频率的1个周期为单位进行测定。栅极驱动器单元4的结构也同样如此。
根据L＝V*di/dt这一关系，对由经由电感L1而流过的电流产生的电位差Va进行监视，由此能够准确地对导通或者截止的通断动作时的各元件的di/dt的波动进行监视。
控制电路5以使导通的通断动作时的多个半导体开关元件SW1、SW2的电位差Va彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元3、4的栅极驱动器6供给的栅极电压VGE进行调整。控制电路5由执行在存储器中存储的程序的CPU、系统LSI等处理电路实现。另外，也可以是多个处理电路协作而执行上述功能。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，以使由导通的通断动作时的多个半导体开关元件SW1、SW2的发射极侧的配线电感L1产生的电位差Va彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元3、4的栅极驱动器供给的栅极电压进行调整。由此，能够使各半导体开关元件SW1、SW2的di/dt一致，因此能够抑制并联连接动作时的电流不平衡，抑制通断损耗的波动。
另外，控制电路5也可以以使截止的通断动作时的多个半导体开关元件SW1、SW2的电位差Va彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元3、4的栅极驱动器6供给的栅极电压VGE进行调整，而不是导通。在该情况下也能够得到上述的效果。
另外，控制电路5也可以以使多个半导体开关元件SW1、SW2的产生电位差Va的定时相同的方式，对由各栅极驱动器单元3、4的栅极驱动器6供给的栅极电压进行调整。由此，能够使各半导体开关元件的导通或者截止的定时一致，因此能够抑制通断损耗的波动。
实施方式2.
图3是将本发明的实施方式2涉及的栅极驱动电路的一部分放大的图。栅极驱动器单元3还具有集电极-发射极间电位差测定部8，该集电极-发射极间电位差测定部8将对应的半导体开关元件SW1的集电极辅助电极1c与发射极辅助电极1f之间的电压即集电极-发射极间电压VCEsat以输出频率的1个周期为单位进行测定。栅极驱动器单元4的结构也同样如此。
控制电路5以使稳态接通时的多个半导体开关元件SW1、SW2的集电极-发射极间电压VCEsat彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元3、4的栅极驱动器6供给的栅极电压VGE进行调整。由此，能够抑制稳态接通时的损耗的波动。
此外，在实施方式1、2中，多个半导体开关元件SW1、SW2是Si-晶体管、Si-MOSFET或者Si-IGBT。但是，多个半导体开关元件SW1、SW2不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或者金刚石。由这样的宽带隙半导体形成的功率半导体元件，由于耐电压性、容许电流密度高，所以能够小型化。通过使用该小型化的元件，从而能够使组装有该元件的半导体模块也小型化。另外，由于元件的耐热性高，所以能够使散热器的散热鳍片小型化，能够将水冷部空冷化，因而能够进一步将半导体模块小型化。另外，由于元件的电力损耗低且高效，因此能够使半导体模块高效化。
标号的说明
SW1、SW2半导体开关元件，3、4栅极驱动器单元，5控制电路，6栅极驱动器，7电位差测定部，8集电极-发射极间电位差测定部。

Claims (5)

1.一种栅极驱动电路，其特征在于，具备：
多个栅极驱动器单元，其分别对并联连接的多个半导体开关元件进行驱动；以及
控制电路，其对所述多个栅极驱动器单元进行控制，
各栅极驱动器单元具有：
栅极驱动器，其向对应的所述半导体开关元件的栅极供给栅极电压；以及
电位差测定部，其对由对应的所述半导体开关元件的发射极侧的配线电感产生的电位差以输出频率的1个周期为单位进行测定，
所述控制电路以使导通或者截止的通断动作时的所述多个半导体开关元件的所述电位差彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元的所述栅极驱动器供给的所述栅极电压进行调整，
各栅极驱动器单元还具有集电极-发射极间电位差测定部，该集电极-发射极间电位差测定部将对应的所述半导体开关元件的集电极-发射极间电压以输出频率的1个周期为单位进行测定，
所述控制电路以使稳态接通时的所述多个半导体开关元件的所述集电极-发射极间电压彼此相同的方式，对由各栅极驱动器单元的所述栅极驱动器供给的所述栅极电压进行调整。
2.根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述控制电路以使所述多个半导体开关元件的产生所述电位差的定时相同的方式，对由各栅极驱动器单元的所述栅极驱动器供给的所述栅极电压进行调整。
3.根据权利要求1或2所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述多个半导体开关元件是Si-晶体管、Si-MOSFET或者Si-IGBT。
4.根据权利要求1或2所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述多个半导体开关元件由宽带隙半导体形成。
5.根据权利要求3所述的栅极驱动电路，其特征在于，
所述多个半导体开关元件由宽带隙半导体形成。
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