CN110447171B - 开关元件控制电路以及功率模块 - Google Patents

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Abstract

本发明的开关元件控制电路100，在对开关元件200的阈值电压进行测定的测定模式与对开关元件200的ON/OFF运作进行控制的控制模式之间实施切换，其特征在于，包括：阈值电压测定用电源10；第三电极电压控制部20；ON/OFF状态判定部30；以及记忆部40，将施加于第三电极的第三电极电压作为开关元件的阈值电压进行记忆，其中，第三电极电压控制部20在控制模式下，在将开关元件200变为ON状态时，根据记忆部40中记忆的包含有阈值电压的信息来控制第三电极电压。根据本发明的开关元件控制电路100，能够减小开关元件的开关损耗，并且，能够切实地控制控制开关元件的ON/OFF运作，而且，还能够提高生产效率。

Description

开关元件控制电路以及功率模块
技术领域
本发明涉及开关元件控制电路以及功率模块。
背景技术
以往，一种用于控制开关元件的ON/OFF运作的开关元件控制电路已被普遍认知(例如，参照专利文献1)。
以往的开关元件控制电路900如图7所示，为了控制开关元件800的ON/OFF运作，从而具备控制栅极电压的栅极电压控制部920。
根据以往的开关元件控制电路900，就能够通过控制栅极电压，从而控制控制开关元件800的ON/OFF运作。
【先行技术文献】
【专利文献1】国际公开第2012/153459号
然而近年来，能够通过加快开关元件的开关速度来减小开关元件的开关损耗的开关元件控制电路已成为了行业需求。作为一种实现上述需要的方法，可以想到的是：通过将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于栅电极来缩短开启(Turn ON)期以及关断(Turn OFF)期,从而加快开关元件的开关速度，并减小开关元件的开关损耗(参照图4)。
但是，由于开关元件的阈值电压会因开关元件的制造误差而发生变动(参照图4(b))，因此就很难将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于栅电极。这样一来，由于无法加快开关元件的开关速度，因此就难以减小开关元件的开关损耗。
另外，当开关元件的阈值电压因制造误差而高于设计上的阈值电压时，即便是将稍微超过设计上的阈值电压的栅极电压施加于栅电极，开关元件也可能不会变为开启状态，这样就会出现无法控制开关元件的ON/OFF运作的问题。特别是，当开关元件是由含有GaN(氮化镓)的材料形成的情况下，由于其最绝对最大额定电压与阈值电压之间的差很小，所以上述问题就会显得更加突出。
另外，在理论上，也可以在编入开关元件控制电路前对开关元件进行阈值电压的测定，并基于测定后的阈值电压来决定栅极电压。但是，由于一般来说开关元件是被大量生产的，因此要对生产后的每个开关元件进行阈值电压的测定是非常繁琐的，因为这样会导致无法提高生产效率。
因此，本发明鉴于上述这些问题，目的是提供一种开关元件控制电路，其能够减小开关元件的开关损耗，并且，能够切实地控制控制开关元件的ON/OFF运作，而且，还能够提高生产效率。另外，本发明还提供一种具备这样的开关元件的功率模块。
发明内容
【1】本发明的开关元件控制电路，在对具备第一电极、第二电极、以及第三电极的开关元件的阈值电压进行测定的测定模式与对所述开关元件的ON/OFF运作进行控制的控制模式之间实施切换，其特征在于，包括：阈值电压测定用电源，在所述测定模式下，将电流提供给所述开关元件的所述第一电极；第三电极电压控制部，在所述测定模式下，控制所述第三电极电压从而使所述第三电极电压阶段性地变高，在所述控制模式下，为了控制所述开关元件的ON/OFF运作而控制所述第三电极电压；ON/OFF状态判定部，在所述测定模式下，对所述开关元件的ON/OFF状态进行判定；以及记忆部，在所述测定模式下，当所述ON/OFF状态判定部判定所述开关元件处于ON状态时，将施加于所述第三电极的所述第三电极电压作为所述开关元件的阈值电压进行记忆，其中，所述第三电极电压控制部在所述控制模式下，在将所述开关元件变为ON状态时，根据所述记忆部中记忆的包含有所述阈值电压的信息来控制所述第三电极电压。
【2】在本发明的开关元件控制电路中，理想的情况是：进一步包括对流通所述开关元件的第一电极电流进行检测的第一电极电流检测部，在所述测定模式中，所述ON/OFF状态判定部根据所述第一电极电流检测部的所述第一电极电流的检测结果来判定所述开关元件的ON/OFF状态。
【3】在本发明的开关元件控制电路中，理想的情况是：所述第三电极电压控制部在所述测定模式下，控制所述第三电极电压从而使第三电极电压随时间经过呈阶段性地变高。
【4】在本发明的开关元件控制电路中，理想的情况是：所述第三电极电压控制部在所述测定模式下，控制所述第三电极电压从而使第三电极电压随时间经过成为具有大的脉冲振幅的脉冲状电压。
【5】在本发明的开关元件控制电路中，理想的情况是：所述开关元件为MOSFET、IGBT或HEMT。
【6】在本发明的开关元件控制电路中，理想的情况是：所述开关元件由含有GaN(氮化镓)、SiC(碳化硅)或Ga2O3(三氧化二镓)的材料形成。
【7】本发明的功率模块，其特征在于，包括：具备第一电极、第二电极、以及第三电极的开关元件；以及上述【1】至【6】中任意一项所记载的开关元件控制电路。
发明效果
根据本发明的开关元件控制电路，由于在测定模式下，能够对实际与开关元件控制电路相连接的开关元件的阈值电压(以下简称为实际阈值电压)进行测定，在控制模式下，能够在开关元件处于ON状态时，根据实际阈值电压来控制施加于第三电极的第三电极电压，因此，即便实际阈值电压因开关元件的制造误差变得与设计上的阈值电压不同，也能够在开关元件处于ON状态时，根据实际阈值电压对第三电极施加稍微超过实际阈值电压的第三电极电压。这样一来，与将大幅超过预先设计的阈值电压的第三电极电压施加于第三电极相比(参照比较例、图4(a))，就能够缩短开启期以及关断期，从而加快开关元件的开关速度，其结果就是，能够减小开关元件的开关损耗。
另外，根据本发明的开关元件控制电路，由于如上述般，能够在开关元件处于ON状态时，根据实际阈值电压对第三电极施加稍微超过实际阈值电压的第三电极电压，因此即便实际阈值电压因开关元件的制造误差变得与设计上的阈值电压不同，也能够对第三电极施加稍微超过实际阈值电压的第三电极电压。这样，就能够防止将稍微超过阈值电压(设计上的阈值电压)的第三电极电压施加于第三电极后导致开关元件无法变为ON状态的现象发生，其结果就是，能够切实地控制开关元件的ON/OFF运作。
特别是，当开关元件是由含有GaN的材料形成的情况下，由于即便绝对最大额定电压与阈值电压之间的差很小，也能够对第三电极施加稍微超过实际阈值电压的第三电极电压，因此能够防止将稍微超过阈值电压(设计上的阈值电压)的第三电极电压施加于第三电极后导致开关元件无法变为ON状态的现象发生，其结果就是，能够切实地控制开关元件的ON/OFF运作。
另外，根据本发明的开关元件控制电路，由于在测定模式下，能够对实际阈值电压进行测定，并在控制模式下，能够在开关元件处于ON状态时，根据实际阈值电压来控制施加于第三电极的第三电极电压，因此，即便是在已大量生产开关元件的情况下，也不必在将开关元件连接与开关元件控制电路之前，对制造后每个开关元件分别测定阈值电压。这样一来，工序就不会变得繁琐，从而能够轻易地提高生产效率。
附图说明
图1是展示实施方式涉及的功率模块1以及开关元件控制电路100的电路图。
图2是用于说明实施方式涉及的开关元件控制电路100的测定模式的简图。
图3是用于说明实施方式涉及的开关元件控制电路100的控制模式的简图。
图4是将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于栅电极时的效果说明图。其中，图4(a)是展示在比较例涉及的开关元件控制电路中对栅电极施加栅极电压时的栅极·源极间电压的时间变化的图表，图4(b)是展示在实施方式涉及的开关元件控制电路100中对栅电极施加稍微超过阈值电压的栅极电压时的栅极·源极间电压的时间变化的图表。
图5是实施方式中的测定模式的说明图。
图6是变形例中的测定模式的说明图。
图7是以往的开关元件控制电路900的说明图。
具体实施方式
以下，将依据附图，对本发明的开关元件控制电路以及功率模块进行说明。另外，各附图仅为简图，并不能严谨地反应出实际的电路构成和图表。
【实施方式】
1.实施方式涉及的功率模块1以及开关元件控制电路100的构成
实施方式涉及的功率模块1如图1所示，具备开关元件200；以及控制开关元件200的ON/OFF运作的实施方式涉及的开关元件控制电路100。实施方式涉及的功率模块1被由高耐热性·高绝缘性的树脂或陶瓷等形成的封装件(Package)所覆盖。在实施方式涉及的功率模块1中，配置有：输入直流电源电压VDD的(+)侧输入端子T1；接地侧的(-)侧输入端子T2；(+)侧输出端子T3；接地侧的(-)侧输出端子T4；以及输入驱动信号(例如，栅极脉冲)Pg的控制端子T5。
在(+)侧输入端子T1与(-)侧输入端子T2之间，连接有用于施加电源电压VDD的栅极驱动用电源300。栅极驱动用电源300通过栅极电压控制部20与开关元件200的栅电极连接，并将电压提供给栅电极。在(+)侧输出端子T3与(-)侧输出端子T4之间，连接有负载电路400。负载电路400例如具有负载电阻410以及直流驱动电源420，它们串联在(+)侧输出端子T3与(-)侧输出端子T4之间。另外，(-)侧输出端子T4接地。
开关元件200为具备源电极(第二电极)；漏电极(第一电极)以及栅电极(第三电极)的MOSFET。开关元件200在栅电极被施加超过阈值电压(实际阈值电压Vth)的栅极电压(第三电极电压)后变为ON状态，并在栅极电压低于阈值电压后变为OFF状态。栅极电压由电源电压VDD处提供，并通过后述的栅极电压控制部20(第三电极电压控制部)来控制。可以采用合适的开关元件来作为开关元件200。在本实施方式中，开关元件200为MOSFET。另外，开关元件200由含有GaN的材料形成。
开关元件200的漏电极通过(+)侧输出端子T3与负载电路400连接，并且，通过后述的阈值电压测定用开关12与后述的阈值电压测定用电源10连接。开关元件200的栅电极与栅极电压控制部20连接。开关元件200的源电极与漏极电流检测部50连接，并且通过电阻与(-)侧输出端子T4连接。
实施方式涉及的开关元件控制电路100包括：阈值电压测定用电源10；阈值电压测定用开关12；栅极电压控制部20(第三电极电压控制部)；ON/OFF状态判定部30；记忆部40；以及漏极电流检测部50(第一电极电流检测部)。
在测定模式下，通过开启阈值电压测定用开关12，阈值电压测定用电源10将阈值电压测定用电流提供给开关元件200的漏电极(第一电极)。在控制模式下，通过关断阈值电压测定用开关12，从而停止从阈值电压测定用电源10向开关元件200提供阈值电压测定用电流。
可以使用合适的开关来作为阈值电压测定用开关12。例如，可以使用光电耦合器(Photo coupler)。
在测定模式下，栅极电压控制部20控制栅极电压从而使栅极电压阶段性地变高，在控制模式下，为了控制开关元件200的ON/OFF运作而控制施加于栅电极的栅极电压。在控制模式下，在将开关元件200变为ON状态时，栅极电压控制部20根据记忆部40中记忆的包含有阈值电压的信息来控制栅极电压。
栅极电压控制部20在通过后述的ON/OFF状态判定部30判定开关元件200处于OFF状态后，控制栅极电压使其升高一个阶段(参照图5)。另外，栅极电压控制部20在通过后述的ON/OFF状态判定部30判定开关元件200处于ON状态后，将施加于栅电极的栅极电压Vgs作为阈值电压发送至记忆部40。
在测定模式下，漏极电流检测部50对开关元件200的漏电极Id(源电极)进行检测，并将检测结果发送至ON/OFF状态判定部30。虽然漏极电流检测部50是通过在与开关元件200的源电极相连接的电阻处流通电流后转换为电压来进行检测的，但也可以通过使用合适的检测装置来进行检测。
在测定模式下，ON/OFF状态判定部30根据收到的来自于漏极电流检测部50的检测结果来判定开关元件200的ON/OFF状态。
在测定模式下，记忆部40在ON/OFF状态判定部30判定开关元件200处于ON状态后，将施加于栅电极的栅极电压作为开关元件200的阈值电压进行记忆。
栅极电压控制部20通过(+)侧输入端子T1与栅极驱动用电源300连接，并且，与控制端子T5连接。另外，栅极电压控制部20与记忆部40连接。ON/OFF状态判定部30分别与栅极电压控制部20、记忆部40以及漏极电流检测部50连接。
2.实施方式涉及的开关元件控制电路100的运作
实施方式涉及的开关元件控制电路100在对开关元件的阈值电压进行测定的测定模式与对开关元件的ON/OFF运作进行控制的控制模式之间实施切换。
(1)测定模式
测定模式是对开关元件控制电路100上连接的开关元件200的阈值电压进行测定的模式。该模式在对开关元件控制电路100以及开关元件200进行驱动之前，或暂时停止对开关元件控制电路100以及开关元件200进行驱动之后进行。
在测定模式下，在不从驱动电源420提供电流的状态下对开关元件200的阈值电压进行测定。并且，从阈值电压测定用电源10向开关元件200的漏电极提供阈值电压测定用的电流(参照图2)。
接着，通过栅极电压控制部20控制栅极电压从而使其随时间经过阶段性地变高(参照图5)。具体来说，如下述般来控制栅极电压。
首先，栅极电压控制部20控制栅极电压从而将比预估的阈值电压更低的电压施加于栅电极。此时，由于漏极电流检测部50检测不到漏极电流(漏极电流的值为0)，因此ON/OFF状态判定部30判定开关元件200处于OFF状态。一旦ON/OFF状态判定部30判定开关元件200处于OFF状态，栅极电压控制部20则会控制栅极电压使其升高一个阶段(参照图5)。之后会重复上述步骤使栅极电压逐步升高，当漏极电流检测部50检测到漏极电流时(漏极电流的值不再为0)，ON/OFF状态判定部30则会判定开关元件200处于ON状态。一旦ON/OFF状态判定部30则会判定开关元件200处于ON状态，栅极电压控制部20则会将施加于栅电极的栅极电压Vgs作为阈值电压发送至记忆部40。然后，记忆部40会检测到在漏极电流时将施加于栅电极的栅极电压Vgs作为阈值电压进行记忆。
(2)控制模式
控制模式是在关断阈值电压测定用开关12并连接负载电阻410以及驱动电源420的状态下通过来自于控制端子T5的驱动信号(例如，栅极脉冲)Pg来控制开关元件200的ON/OFF运作的模式。在控制模式下，在将开关元件200变为ON状态时，根据记忆部40中记忆的包含有阈值电压的信息，将稍微超过阈值电压的栅极电压施加于栅电极(参照图3)。在将开关元件200变为OFF状态时，使施加于栅电极的栅极电压低于阈值电压Vth。
3.实施方式涉及的开关元件控制电路100以及功率模块1的效果
根据实施方式涉及的开关元件控制电路100以及功率模块1，由于在测定模式下，能够对实际与开关元件控制电路100相连接的开关元件200的阈值电压进行测定，在控制模式下，能够在开关元件200处于ON状态时，根据实际阈值电压来控制施加于栅电极的栅极电压，因此，即便实际阈值电压因开关元件200的制造误差变得与设计上的阈值电压不同，也能够在开关元件200处于ON状态时，根据实际阈值电压对栅电极施加稍微超过实际阈值电压的栅极电压。这样一来，与将大幅超过预先设计的阈值电压的栅极电压施加于栅电极相比(参照比较例、图4(a))，就能够缩短开启期以及关断期，从而加快开关元件的开关速度，其结果就是，能够减小开关元件的开关损耗。
另外，根据实施方式涉及的开关元件控制电路100以及功率模块1，由于如上述般，能够在开关元件200处于ON状态时，根据实际阈值电压对栅电极施加稍微超过实际阈值电压的栅极电压，因此即便实际阈值电压因开关元件200的制造误差变得与设计上的阈值电压不同，也能够对栅电极施加稍微超过实际阈值电压的栅极电压。这样，就能够防止将稍微超过阈值电压(设计上的阈值电压)的栅极电压施加于栅电极后导致开关元件无法变为ON状态的现象发生，其结果就是，能够切实地控制开关元件200的ON/OFF运作。
特别是，当开关元件200是由含有GaN的材料形成的情况下，由于即便绝对最大额定电压与阈值电压之间的差很小，也能够对栅电极施加稍微超过实际阈值电压的栅极电压，因此能够防止将稍微超过阈值电压(设计上的阈值电压)的栅极电压施加于栅电极后导致开关元件200无法变为ON状态的现象发生，其结果就是，能够切实地控制开关元件200的ON/OFF运作。
另外，根据实施方式涉及的开关元件控制电路100以及功率模块1，由于在测定模式下，能够对实际阈值电压进行测定，并在控制模式下，能够在开关元件200处于ON状态时，根据实际阈值电压来控制施加于栅电极的栅极电压，因此，即便是在已大量生产开关元件200的情况下，也不必在将开关元件200连接与开关元件控制电路100之前，对制造后每个开关元件分别测定阈值电压。这样一来，工序就不会变得繁琐，从而能够轻易地提高生产效率。
另外，根据实施方式涉及的开关元件控制电路100，由于具备用于对流通开关元件200的漏极电流进行的检测的漏极电流检测部50，并且在测定模式下，ON/OFF状态判定部30根据漏极电流检测部50的漏极电流检测结果来判定开关元件200的ON/OFF状态，因此就能够简便且切实地对开关元件200的阈值电压进行测定。
另外，根据实施方式涉及的开关元件控制电路100，由于在测定模式下，栅极电压控制部20会控制栅极电压使其随时间经过阶段性地变高，因此就能够简高效且切实地对开关元件200的阈值电压进行测定。
另外，根据实施方式的开关元件控制电路100，由于开关元件200为MOSFET，因此是一种能够进行高速开关的开关元件控制电路。
另外，由于开关元件200由含有GaN的材料形成，因此绝对最大额定电压与阈值电压之间的差很小，但即便如此，根据实施方式的开关元件控制电路100，也能够对栅电极施加稍微超过实际阈值电压的栅极电压。这样一来，就能够防止将稍微超过阈值电压(设计上的阈值电压)的栅极电压施加于栅电极后导致开关元件200无法变为ON状态的现象发生，其结果就是，能够切实地控制开关元件200的ON/OFF运作。
另外，根据实施方式涉及的功率模块1，由于开关元件200由含有GaN的材料形成，因此开关元件200是一种导通(ON)电阻低的开关元件，其能够用于实现导通损耗小的功率模块。
【变形例】
变形例涉及的开关元件控制电路(未图示)基本上与实施方式涉及的开关元件控制电路100具有同样的构成，但是其测定模式下的栅极电压的形态与实施方式涉及的开关元件控制电路100有所不同，即，在变形例涉及的开关元件控制电路中，栅极电压控制部20在测定模式下，控制栅极电压从而使其随时间经过成为具有大的脉冲振幅的脉冲状电压(参照图6)。
像这样，变形例涉及的开关元件控制电路虽然在测定模式下的栅极电压的形态上不同于实施方式所涉及的开关元件控制电路100，但是其与实施方式涉及的开关元件控制电路100一样，由于在测定模式下，能够对实际与开关元件控制电路相连接的开关元件的阈值电压进行测定，在控制模式下，能够在开关元件处于ON状态时，根据实际阈值电压来控制施加于栅电极的栅极电压，因此，即便实际阈值电压因开关元件的制造误差变得与设计上的阈值电压不同，也能够在开关元件处于ON状态时，根据实际阈值电压对栅电极施加稍微超过实际阈值电压的栅极电压。这样一来，与将大幅超过预先设计的阈值电压的栅极电压施加于栅电极相比，就能够缩短开启期以及关断期，从而加快开关元件的开关速度，其结果就是，能够减小开关元件的开关损耗。
另外，变形例涉及的开关元件控制电路由于除了在测定模式下的栅极电压的形态以外与实施方式所涉及的开关元件控制电路100具有同样的构成，因此也同样具有实施方式涉及的开关元件控制电路100所具有的相关效果。
以上，对本发明基于上述实施方式进行了说明。本发明并不限于上述的实施方式，能够在不脱离本发明主旨的范围内实施各种形态，例如，可以是如下变形例：
(1)上述实施方式中记载的构成要素的数量等仅为示例，本发明能够在不损害发明效果的范围内进行变更。
(2)上述实施方式中，虽然栅极电压控制部20在控制模式下，在将开关元件变为ON状态时，根据记忆部中记忆的包含有阈值电压的信息来控制栅极电压，但本发明并不仅限于此。本发明也可以是：在开关元件200的附近配置温度检测元件，在测定模式下，在ON/OFF状态判定部判定开关元件处于ON状态时将施加于栅电极的栅极电压作为开关元件的阈值电压进行记忆，在控制模式下，根据包含有该阈值电压和由温度检测元件所检测出的温度检测结果的信息来控制栅极电压。
(3)上述实施方式中，虽然开关元件控制电路只对一个开关元件进行控制，但本发明并不仅限于此。本发明涉及的开关元件控制电路也可以对多个开关元件进行控制。
(4)上述实施方式中，虽然开关元件是由含有GaN的材料形成的，但本发明并不仅限于此。本发明涉及的开关元件也可以是由含有SiC互Ga2O3等宽带隙半导体的材料、或含有硅的材料来形成。
(5)上述实施方式中，虽然是使用MOSFET来作为开关元件，但本发明并不仅限于此。也可以使用除MOSFET以外的开关元件(例如，HEMT、IGBT等)。
符号说明
1…功率模块；10…阈值电压测定用电源；12…阈值电压测定用开关；20、920…栅极电压控制；30…ON/OFF状态判定部；40…记忆部；50…漏极电流检测部；100、900…开关元件控制电路；200、800…开关元件；300…栅极驱动用电源；400…负载电路；410…负载电阻；420…驱动电源；T1…(+)侧输入端子；T2…(-)侧输入端子；T3…(+)侧输出端子；T4…(-)侧输出端子；T5…控制端子；VDD…电源电压；Vth…阈值电压

Claims (7)

1.一种开关元件控制电路，在对具备第一电极、第二电极、以及第三电极的开关元件的阈值电压进行测定的测定模式与对所述开关元件的ON/OFF运作进行控制的控制模式之间实施切换，所述第三电极为栅极，其特征在于，包括：
阈值电压测定用电源，在所述测定模式下，将电流提供给所述开关元件的所述第一电极；
第三电极电压控制部，在所述测定模式下，控制所述第三电极电压从而使所述第三电极电压阶段性地变高，在所述控制模式下，为了控制所述开关元件的ON/OFF运作而控制所述第三电极电压；
ON/OFF状态判定部，在所述测定模式下，对所述开关元件的ON/OFF状态进行判定；以及
记忆部，在所述测定模式下，当所述ON/OFF状态判定部判定所述开关元件处于ON状态时，将施加于所述第三电极的所述第三电极电压作为所述开关元件的阈值电压进行记忆，
其中，所述第三电极电压控制部在所述控制模式下，在将所述开关元件变为ON状态时，根据所述记忆部中记忆的包含有所述阈值电压的信息来控制所述第三电极电压。
2.根据权利要求1所述的开关元件控制电路，其特征在于，进一步包括：
对流通所述开关元件的第一电极电流进行检测的第一电极电流检测部，
在所述测定模式中，所述ON/OFF状态判定部根据所述第一电极电流检测部的所述第一电极电流的检测结果来判定所述开关元件的ON/OFF状态。
3.根据权利要求1或2所述的开关元件控制电路，其特征在于：
其中，所述第三电极电压控制部在所述测定模式下，控制所述第三电极电压从而使第三电极电压随时间经过呈阶段性地变高。
4.根据权利要求1或2所述的开关元件控制电路，其特征在于：
其中，所述第三电极电压控制部在所述测定模式下，控制所述第三电极电压从而使第三电极电压随时间经过成为具有大的脉冲振幅的脉冲状电压。
5.根据权利要求1或2所述的开关元件控制电路，其特征在于：
其中，所述开关元件为MOSFET、IGBT或HEMT。
6.根据权利要求1或2所述的开关元件控制电路，其特征在于：
其中，所述开关元件由含有GaN、SiC或Ga2O3的材料形成。
7.一种功率模块，其特征在于，包括：
具备第一电极、第二电极、以及第三电极的开关元件；以及
权利要求1至6中任意一项所记载的开关元件控制电路。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3675360A1 (de) 2018-12-27 2020-07-01 Siemens Aktiengesellschaft Betreiben eines leistungshalbleiterelements
JP7303672B2 (ja) * 2019-06-24 2023-07-05 株式会社東芝 駆動回路

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4857769A (en) * 1987-01-14 1989-08-15 Hitachi, Ltd. Threshold voltage fluctuation compensation circuit for FETS
JPH06252395A (ja) * 1993-02-24 1994-09-09 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 閾値電圧導出方法
JP2002016486A (ja) * 2000-06-30 2002-01-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
JP3886876B2 (ja) * 2002-01-17 2007-02-28 三菱電機株式会社 電力用半導体素子の駆動回路
JP2006050776A (ja) * 2004-08-04 2006-02-16 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体スイッチ回路および電力変換装置およびインバータ装置および空気調和機
US7453291B2 (en) * 2004-09-09 2008-11-18 The Regents Of The University Of California Switch linearized track and hold circuit for switch linearization
US7479770B2 (en) * 2005-04-28 2009-01-20 Texas Instruments Incorporated System and method for driving a power field-effect transistor (FET)
US7675346B2 (en) * 2006-07-11 2010-03-09 Delphi Technologies, Inc. Switching control system to reduce coil output voltage when commencing coil charging
US7365585B2 (en) * 2006-08-09 2008-04-29 Atmel Corporation Apparatus and method for charge pump slew rate control
KR20090086228A (ko) 2006-11-28 2009-08-11 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. 광 피드백을 갖는 능동 매트릭스 디스플레이 디바이스 및 이의 구동 방법
TWI337754B (en) 2007-04-20 2011-02-21 Au Optronics Corp Semiconductor structure of display device and method for fabricating the same
JP2011200037A (ja) * 2010-03-19 2011-10-06 Toyota Motor Corp 半導体電力変換装置
JP5392578B2 (ja) * 2011-01-28 2014-01-22 株式会社デンソー 電子装置
WO2012153459A1 (ja) 2011-05-11 2012-11-15 富士電機株式会社 絶縁ゲート型スイッチング素子の駆動回路
US9203393B2 (en) * 2012-08-30 2015-12-01 Denso Corporation Semiconductor apparatus
JP5812027B2 (ja) * 2013-03-05 2015-11-11 株式会社デンソー 駆動制御装置
KR102035302B1 (ko) 2013-04-25 2019-10-23 삼성디스플레이 주식회사 유기 발광 표시 장치의 화소 회로
US9599656B2 (en) * 2014-11-25 2017-03-21 Globalfoundries Inc. Methods, apparatus and system for voltage ramp testing
CN105356727B (zh) * 2015-11-27 2018-11-27 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 用于开关电源的开关管驱动控制方法以及控制电路
JP6683510B2 (ja) * 2016-03-17 2020-04-22 東京エレクトロンデバイス株式会社 半導体装置、メンテナンス装置、及びメンテナンス方法

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