CN110912381A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

目的在于提供能够抑制多相转换器中的浪涌电压的影响的技术。半导体装置具备：寄生电感(L1、L2)，它们分别与功率晶体管(Q1、Q2)连接；以及驱动电路(DR)，其与连接点(S1、S2)连接，该连接点(S1、S2)分别将功率晶体管(Q1、Q2)和寄生电感(L1、L2)连接，该驱动电路(DR)对功率晶体管(Q1、Q2)进行驱动。驱动电路(DR)使功率晶体管(Q1、Q2)的连接点(S1、S2)处的基准电位相互绝缘。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置、特别是多相转换器。
背景技术
以往，关于半导体装置提出有各种技术。例如在专利文献1中提出有能够抑制浪涌电压的逆变器。
专利文献1：日本特开2016－092988号公报
但是，在现有技术中，在多相转换器中不能抑制对一相的栅极施加其他相的浪涌电压这一情况，因此，担心产生误动作。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述的问题而提出的，目的在于提供能够抑制多相转换器中的浪涌电压的影响的技术。
本发明涉及的半导体装置具备：多个半导体开关元件，它们构成多相转换器，分别与各相对应；多个寄生电感，它们分别与所述多个半导体开关元件连接；以及驱动电路，其与多个连接点连接，该多个连接点分别将所述多个半导体开关元件和所述多个寄生电感连接，该驱动电路对所述多个半导体开关元件进行驱动，所述驱动电路使所述多个连接点处的所述多个半导体开关元件的基准电位相互绝缘。
发明的效果
根据本发明，驱动电路使多个连接点处的多个半导体开关元件的基准电位相互绝缘，因此，能够抑制多相转换器中的浪涌电压的影响。
附图说明
图1是表示第1关联半导体装置的结构的电路图。
图2是表示第2关联半导体装置的结构的电路图。
图3是针对应用了实施方式1涉及的半导体装置的电路，示出该电路的一个例子的电路图。
图4是表示实施方式1涉及的半导体装置的结构的电路图。
图5是表示实施方式2涉及的半导体装置的结构的电路图。
图6是表示变形例涉及的半导体装置的结构的电路图。
标号的说明
Q1、Q2功率晶体管，L1、L2寄生电感，DR驱动电路，S1、S2连接点，12a、12b微变压器，16封装体。
具体实施方式
＜第1关联半导体装置以及第2关联半导体装置＞
首先，在说明本发明的实施方式1涉及的半导体装置之前，说明与其关联的第1半导体装置以及第2半导体装置(下面，记作“第1关联半导体装置以及第2关联半导体装置”)。
图1是表示第1关联半导体装置的结构的电路图。图1的第1关联半导体装置构成多相转换器。该第1关联半导体装置基于输入端子IN1、IN2的输入信号而对与商用电源连接的端子R、S的交流电压进行，由此生成期望的直流电压而从端子P、N输出。
图1的第1关联半导体装置具备驱动电路DR、多个半导体开关元件(功率晶体管Q1、Q2)、多个寄生电感(寄生电感L1、L2)、以及多个二极管(二极管D1、D2)。
功率晶体管Q1、Q2构成多相转换器的下桥臂，功率晶体管Q1、Q2分别与各相对应。功率晶体管Q1、Q2使用例如由Si(硅)构成的MOSFET。此外，功率晶体管的数量与多相转换器的相的数量相同，不限于2个，也可以是大于或等于3个。
功率晶体管Q1、Q2的漏极分别与端子R、S连接。另外，功率晶体管Q1、Q2的源极经由公共配线的寄生电感L1、L2与端子N以及驱动电路DR的端子GND连接。此外，端子GND的电位与接地电位对应。
驱动电路DR的输出端子OUT1、OUT2与功率晶体管Q1、Q2的栅极连接，驱动电路DR能够基于输入端子IN1、IN2的输入信号而进行使功率晶体管Q1、Q2导通以及截止的驱动。对驱动电路DR供给用于驱动功率晶体管Q1、Q2的电源Vcc的电力。作为驱动电路DR使用例如LVIC(Low Voltage Integrated Circuit，低压集成电路)。
二极管D1、D2构成多相转换器的上桥臂。二极管D1的阳极与端子R以及功率晶体管Q1的漏极连接，二极管D1的阴极与端子P连接。二极管D2的阳极与端子S以及功率晶体管Q2的漏极连接，二极管D2的阴极与端子P连接。
在以上的结构中，在功率晶体管Q1、Q2被驱动(进行动作)时，将输入信号输入至驱动电路DR的输入端子IN1、IN2，驱动电路DR基于该输入信号，经由输出端子OUT1、OUT2进行功率晶体管Q1、Q2的栅极的充放电。该栅极的充放电是通过从输出端子OUT1、OUT2经由功率晶体管Q1、Q2向端子GND流动的栅极充电电流进行的。此时，在栅极充电电流所流过的路径存在公共配线的寄生电感L1、L2，因此，基于该寄生电感和驱动时的栅极充电电流的变化(di/dt)而产生感应电压。因此，在栅极的充放电时，感应电压作为浪涌电压施加于功率晶体管Q1、Q2的栅极。与此相对，在下面说明的第2关联半导体装置中，能够抑制该浪涌电压。
图2是表示第2关联半导体装置的结构的电路图。就第2关联半导体装置而言，功率晶体管Q1、Q2的源极与驱动电路DR的端子GND连接而不经由公共配线的寄生电感L1、L2。根据这样的结构，能够降低栅极充电电流所流过的路径的寄生电感。因此，能够抑制对功率晶体管Q1、Q2的栅极施加的感应电压即浪涌电压。
但是，就第2关联半导体装置而言，各相的栅极驱动的基准电压相同。因此，在连接了多相、并且栅极电压进一步变大的多相转换器中，驱动相的功率晶体管的浪涌电压经由在各相的功率晶体管的源极附近连接的驱动电路DR的端子GND而施加于非驱动相的功率晶体管的栅极。其结果，对非驱动相的功率晶体管的栅极施加不必要的电压，因此，有可能发生误动作。为了抑制这样的浪涌电压的影响，需要设置用于对栅极施加反向偏置的电源或者用于抑制浪涌电压的影响的滤波电路等。与此相对，在下面说明的本实施方式1涉及的半导体装置中，能够以简易的结构抑制多相转换器中的浪涌电压的影响。
＜实施方式1＞
图3是针对应用了本实施方式1涉及的半导体装置的电路，示出该电路的一个例子的电路图。下面，在本实施方式1涉及的结构要素中对与上述的结构要素相同或者类似的结构要素标注相同的参照标号，主要说明不同的结构要素。
本实施方式1涉及的半导体装置构成转换器1，具体而言，与第1关联半导体装置以及第2关联半导体装置同样地构成多相转换器。转换器1将商用电源2的交流电压变换为期望的直流电压，经由电容器C1将该直流电压向逆变器3输出。逆变器3将被输入进来的直流电压变换为期望的交流电压，将该交流电压向负载4输出。此外，图3是一个例子，本实施方式1涉及的半导体装置也可以应用于除了图3的电路以外的电路。
图4是表示本实施方式1涉及的半导体装置的结构的电路图。本实施方式1涉及的半导体装置与第1关联半导体装置以及第2关联半导体装置同样地，基于输入端子IN1、IN2的输入信号对与商用电源连接的端子R、S的交流电压进行控制，从而生成期望的直流电压而从端子P、N输出。
功率晶体管Q1、Q2、寄生电感L1、L2、以及二极管D1、D2与第1关联半导体装置及第2关联半导体装置的功率晶体管Q1、Q2、寄生电感L1、L2、以及二极管D1、D2相同。
驱动电路DR与第1关联半导体装置以及第2关联半导体装置同样地，驱动功率晶体管Q1、Q2。作为驱动电路DR使用例如HVIC(High Voltage Integrated Circuit，高压集成电路)或者LVIC等。
本实施方式1涉及的驱动电路DR分别与连接点S1、S2连接，该连接点S1、S2分别将功率晶体管Q1、Q2和寄生电感L1、L2连接。在图4的例子中，驱动电路DR的端子VS1与在功率晶体管Q1的源极附近设置的连接点S1连接，不与在功率晶体管Q2的源极附近设置的连接点S2连接。而且，驱动电路DR的端子VS2与连接点S2连接，而不与连接点S1连接。
另外，本实施方式1涉及的驱动电路DR使功率晶体管Q1、Q2的多个连接点(连接点S1、S2)处的基准电位相互绝缘。这里，驱动电路DR包含通过结隔离而使功率晶体管Q1、Q2的基准电位相互绝缘的pn结，各相的端子VS1、VS2以及向栅极输出的端子(OUT1、OUT2)通过驱动电路DR相互绝缘。
＜动作＞
例如在使功率晶体管Q1进行通断动作的情况下，如上所述，由于在功率晶体管Q1产生的栅极充电电流的变化(di/dt)和寄生电感L1而产生浪涌电压。这里，就本实施方式1涉及的半导体装置而言，通过驱动电路DR使功率晶体管Q1、Q2的基准电位相互绝缘。因此，能够切断端子VS1和端子VS2之间的电流，能够抑制由在功率晶体管Q1动作时产生的浪涌电压引起的对功率晶体管Q2的栅极电压的影响。其结果，能够抑制功率晶体管Q2的栅极电压的不必要的变动，能够抑制该变动引起的误动作。
＜实施方式1的汇总＞
根据以上的本实施方式1涉及的半导体装置，能够抑制由驱动相的功率晶体管的浪涌电压引起的对非驱动相的功率晶体管的影响，因此，能够抑制栅极的误动作。另外，即使不设置用于对栅极施加反向偏置的电源或者用于抑制浪涌电压的影响的滤波电路等，也能够得到以上的效果。因此，也能够期待电源个数的削减化、电路设计的容易化、以及通断速度的高速化等。
＜实施方式2＞
图5是表示本实施方式2涉及的半导体装置的结构的电路图。下面，在本实施方式2涉及的结构要素中对与上述的结构要素相同或者类似的结构要素标注相同的参照标号，主要说明不同的结构要素。
实施方式1涉及的驱动电路DR包含通过结隔离而使功率晶体管Q1、Q2的基准电位相互绝缘的pn结。与此相对，本实施方式2涉及的驱动电路DR包含多个栅极驱动器(栅极驱动器11a、11b)和多个微变压器(微变压器12a、12b)。
栅极驱动器11a、11b与功率晶体管Q1、Q2对应地设置，对功率晶体管Q1、Q2的栅极进行驱动。微变压器12a、12b与功率晶体管Q1、Q2对应地设置，对栅极驱动器11a、11b供给电力，并且使功率晶体管Q1、Q2的基准电位相互绝缘。
根据以上的本实施方式2涉及的半导体装置，能够得到与实施方式1相同的效果。
＜变形例＞
图6是表示实施方式1的变形例涉及的半导体装置的结构的电路图。图6的半导体装置具备将实施方式1的功率晶体管Q1、Q2、寄生电感L1、L2、二极管D1、D2、以及驱动电路DR覆盖的封装体16。在这样的结构中，也能够得到与实施方式1相同的效果。此外，虽然未图示，但也可以在实施方式2中追加相同的封装体。
另外，在实施方式1、2中，说明的是与第1关联半导体装置以及第2关联半导体装置同样地功率晶体管Q1、Q2由Si构成。但是，功率晶体管Q1、Q2也可以由与Si相比带隙大的宽带隙半导体构成。宽带隙半导体例如包含碳化硅、氮化镓类材料或者金刚石。根据这样的结构，能够加快功率晶体管的通断速度。如果加快通断速度则浪涌电压变高，但根据实施方式1、2的结构，能够如上所述地抑制浪涌电压的影响。因此，根据实施方式1、2的结构，宽带隙半导体的应用变容易。
此外，本发明能够在其发明范围内对各实施方式以及各变形例自由地进行组合，或者对各实施方式以及各变形例适当地进行变形、省略。

Claims (5)

1.一种半导体装置，其具备：
多个半导体开关元件，它们构成多相转换器，分别与各相对应；
多个寄生电感，它们分别与所述多个半导体开关元件连接；以及
驱动电路，其分别与多个连接点连接，该多个连接点分别将所述多个半导体开关元件和所述多个寄生电感连接，该驱动电路对所述多个半导体开关元件进行驱动，
所述驱动电路使所述多个半导体开关元件的所述多个连接点处的基准电位相互绝缘。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述驱动电路包含使所述多个半导体开关元件的所述基准电位相互绝缘的pn结。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述驱动电路包含使所述多个半导体开关元件的所述基准电位相互绝缘的多个微变压器。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的半导体装置，其中，
还具备封装体，该封装体覆盖所述多个半导体开关元件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其中，
所述多个半导体开关元件包含宽带隙半导体。
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