CN112073039A - 驱动装置及开关装置 - Google Patents

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长野刚
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

若在驱动装置中设置用于短路保护的结构，则会导致装置大型化。本发明提供一种驱动装置，包括：根据输入了使串联连接在正侧电源线和负侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件中的第一半导体元件断开的信号的情况来使该第一半导体元件断开的栅极驱动电路；测定与施加于第二半导体元件的电压对应的参数的测定电路；在第一半导体元件的断开期间中参数满足了第一条件时产生第一定时信号的定时产生电路；以及根据第一定时信号，在第一半导体元件的断开期间中将第一半导体元件的栅极电压的变化速度设为比基准速度要低的速度的驱动条件变更电路，栅极驱动电路根据第一半导体元件导通期间参数满足了第二条件的情况来使第一半导体元件断开。

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，在驱动半导体元件的驱动装置中，为了降低开关损耗、抑制关断时的浪涌电压，采用了在断开期间使栅极电压的变化速度变化的有源栅极驱动方式(例如参照专利文献1)。另外，提出了用于检测短路来保护元件的各种方法(例如参照专利文献2、3)。
专利文献1：日本专利第6168253号公报
专利文献2：日本专利特开2007-259533号公报
专利文献3：日本专利第5729472号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，若在驱动装置中设置用于短路保护的结构，则会导致装置大型化。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述课题，在本发明的第一方式中，提供一种驱动装置。驱动装置可以具备栅极驱动电路，该栅极驱动电路根据输入了使串联连接在正侧电源线与负侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件中的第一半导体元件断开的信号的情况，使该第一半导体元件断开。驱动装置可以具备测定电路，该测定电路测定与施加于第二半导体元件的电压对应的参数。驱动装置可以具备定时产生电路，该定时产生电路在第一半导体元件的断开期间中参数满足第一条件时产生第一定时信号。驱动装置可以具备驱动条件变更电路，该驱动条件变更电路根据第一定时信号，在第一半导体元件的断开期间中将第一半导体元件的栅极电压的变化速度设为比基准速度要低的速度。栅极驱动电路也可以根据在第一半导体元件导通期间参数满足了第二条件的情况，来使第一半导体元件断开。
栅极驱动电路也可以在从第一半导体元件导通开始起经过基准时间以后，根据参数满足了第二条件的情况来使第一半导体元件断开。
定时产生电路可以在第一半导体元件导通的期间参数满足了第二条件时，产生第二定时信号。驱动条件变更电路可以根据第二定时信号，在第一半导体元件的断开期间中将栅极电压的变化速度设为比基准速度要低的速度。
定时产生电路产生预先确定的第一脉宽的第一定时信号，
驱动条件变更电路可以在从接收到第一定时信号时起产生了第一定时信号的期间降低栅极电压的变化速度。
定时产生电路可以产生预先确定的、比第一脉宽要大的第二脉宽的第二定时信号。驱动条件变更电路可以在从接收到第二定时信号时起产生了第二定时信号的期间降低栅极电压的变化速度。
第二脉宽可以比从第一半导体元件的断开开始到结束为止的时间宽度要大。
驱动装置可以具备判定参数是否满足第一条件的第一判定电路。驱动装置可以具备判定参数是否满足第二条件的第二判定电路。
第一条件和第二条件可以是相同的条件。第一判定电路和第二判定电路可以是相同的电路。
参数可以表示施加于第二半导体元件的电压。
第二条件可以是施加于第二半导体元件的电压为第二基准电压以下。第二基准电压可以小于正侧电源线和负侧电源线之间的电压。
第一条件可以是施加于第二半导体元件的电压为第一基准电压以下。第二条件可以是施加于第二半导体元件的电压为第二基准电压以下。第一基准电压和第二基准电压中的至少一个可以是0V。
参数可以表示施加于第一半导体元件的电压。
第二条件可以是施加于第一半导体元件的电压为第四基准电压以上。第四基准电压可以大于0V。
第一条件可以是施加于第一半导体元件的电压为第三基准电压以上。第二条件可以是施加于第一半导体元件的电压为第四基准电压以上。第三基准电压和第四基准电压中的至少一个可以为正侧电源线和负侧电源线之间的电压以上。
在本发明的第二方式中，提供一种开关装置。开关装置可以具备串联连接在正侧电源线与负侧电源线之间的两个半导体元件。开关装置可以具备驱动两个半导体元件中的一个半导体元件的栅极的第一方式的驱动装置。开关装置可以具备驱动两个半导体元件中的另一个半导体元件的栅极的第一方式的驱动装置。
两个半导体元件可以是宽带隙半导体元件。
另外，上述发明的概要并未列举出本发明的所有必要特征。并且，这些特征组的变形也能够成为发明。
附图说明
图1表示本实施方式的开关装置1。
图2表示驱动装置5的详细内容。
图3表示开关装置1的动作波形。
图4表示开关装置1的其他动作波形。
具体实施方式
下面，通过发明的实施方式来说明本发明，以下的实施方式并非对权利要求书的范围所涉及的发明进行限定。并且，对于发明的解决手段而言，实施方式中所说明的特征的所有组合未必是必须的。
〔1.开关装置1〕
图1表示本实施方式的开关装置1。另外，图中，空心的箭头标记表示电压。
关于开关装置1，示出了将用于电动机驱动用或电力供给用的功率转换装置的一相作为一个示例的情况，通过切换正侧电源线101及负侧电源线102与电源输出端子105的连接，来从电源输出端子105输出转换后的电压。开关装置1具备半导体元件2、3和驱动装置4、5。
此外，在正侧电源线101与负侧电源线102之间施加例如600～800V的直流电压Ed。此外，在正侧电源线101和负侧电源线102中，可以存在分别与布线长度对应的布线电感1011和1021。
〔1-1.半导体元件2、3〕
半导体元件2、3是第一半导体元件和第二半导体元件的一例，依次串联连接在负侧电源线102和正侧电源线101之间。电源输出端子105可以连接在半导体元件2、3的中点处。
半导体元件2、3是通过后述的驱动装置4、5来切换导通/截止的开关元件。作为一个例子，半导体元件2、3构成功率转换装置中的上臂以及下臂。
半导体元件2、3是以硅为基材的硅半导体元件。半导体元件2、3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要大的半导体元件，例如是包含SiC、GaN、金刚石、氮化镓类材料、氧化镓类材料、AlN、AlGaN或ZnO等的半导体元件。宽带隙半导体元件与硅半导体元件相比，能够提高开关速度。
另外，在本实施方式中，作为一例，半导体元件2、3是MOSFET，具有正侧电源线101侧为阴极的寄生二极管(在图中图示)。另外，半导体元件2、3也可以应用IGBT或双极型晶体管等其他结构的半导体元件，根据需要在各个半导体元件上反向并联连接二极管、肖特基势垒二极管等。
〔1-2.驱动装置4、5〕
驱动装置4、5基于从外部输入的输入信号，驱动半导体元件2、3中的一个、另一个。在本实施方式中，作为一例，正侧的驱动装置4驱动半导体元件2的栅极，负侧的驱动装置5驱动半导体元件3的栅极。
驱动装置4、5在使半导体元件2、3交替成为导通状态的情况下，可以在将一个元件断开而切换为截止状态之后，使另一个元件导通。驱动装置4、5通过在半导体元件2、3的断开期间(本实施方式中作为一例而设为从断开的执行开始至完成为止的期间)，切换断开对象的半导体元件2、3的栅极电荷量的变动速度，即切换作为断开对象的半导体元件2、3的栅极-源极间电压即栅极电压(Vgs)的变化速度，从而降低断开损耗，并且抑制浪涌电压。
〔2.驱动装置5的详细内容〕
图2表示驱动装置5的详细内容。另外，驱动装置4与驱动装置5的结构相同，因此省略说明。另外，在图2中，仅图示了驱动装置5的结构中的与半导体元件3的断开相关的结构，省略了与导通相关的结构的图示。
驱动装置5具有测定电路51、判定电路52、绝缘信号传输器53、定时产生电路54、栅极驱动电路55和驱动条件变更电路56。
〔2-1.测定电路51〕
测定电路51测定与施加于相对臂侧的半导体元件2的电压相对应的参数。在此，参数可以表示施加在半导体元件2上的电压本身，在本实施方式中，作为一例，表示半导体元件2的漏极源极电压Vds(2)。
测定电路51具有电阻511、512。电阻511、512对半导体元件2的漏极源极电压Vds(2)进行分压。电阻511、512与半导体元件2并联连接，在电阻511、512之间连接有判定电路52。
〔2-2.判定电路52〕
判定电路52是第一判定电路的一例，判定参数是否满足第一条件。此外，判定电路52是第二判定电路的一例，判定参数是否满足第二条件。判定电路52可以将判定结果经由绝缘信号传输器53提供给定时产生电路54。
第一条件可以是栅极电压的变化速度的切换条件。例如，第一条件可以是施加于相对臂侧的半导体元件2的电压Vds(2)为第一基准电压以下。
此处，在半导体元件3的断开期间，该半导体元件3的漏极源极间电压Vds(3)上升到正极侧电源线101与负极侧电源线102之间的直流电压Ed，从而相对臂侧的半导体元件2的漏极源极间的电压Vds(2)随之减小，最终成为零。然而，由于此时正侧电源线101的布线电感1011阻碍了来自相对臂侧的半导体元件2的寄生电容的放电，因此即使半导体元件3的电压Vds(3)达到直流电压Ed，半导体元件2的电压Vds(3)也不会变为零。第一基准电压被设定为即使在这种情况下，也通过适当地设定半导体元件3的驱动条件的变更定时，来实现兼顾断开损耗和浪涌电压的降低。
第一基准电压可以是比电压Vds(2)要小的电压，该电压Vds(2)是在断开的半导体元件3的漏极源极间电压Vds(3)达到正侧电源线101和负侧电源线102之间的直流电压Ed以上的电压的时间点施加在相对臂侧的半导体元件2上的电压。例如，第一基准电压可以是在相对臂侧的半导体元件2中漏极电流开始换流至寄生二极管或反向并联的二极管时的漏极源极电压Vds(2)。由此，在作为开关对象的半导体元件3的断开期间中，根据施加至相对臂侧的半导体元件2的电压Vds(2)减小并且变化为第一基准电压以下的定时，来判定参数满足了第一条件。在本实施方式中，作为一例，第一基准电压为0V，或者去除误差后为0V。在从断开对象的半导体元件3来看的情况下，第一基准电压成为直流电压Ed以上的值。
第二条件可以是保护元件免于短路的条件。例如，第二条件可以是施加于相对臂侧的半导体元件2的电压为第二基准电压以下。
第二基准电压可以是比在作为开关对象的半导体元件3为导通状态的期间、即相对臂侧的半导体元件2为截止状态的期间施加于该半导体元件2的电压要小的电压。在这种情况下，半导体元件3导通时参数满足第二条件意味着相对臂侧的半导体元件2不是截止状态，进而会发生短路。第二基准电压可以小于正侧电源线101与负侧电源线102之间的电压(在本实施方式中作为一例，设为电压Ed)。在本实施方式中，作为一例，第二基准电压为0V，或者去除误差后为0V。即，在本实施方式中，作为一例，第二基准电压与第一基准电压相等，换言之，第二条件成为与第一条件相同的条件。
〔2-3.绝缘信号传输器53〕
绝缘信号传输器53设置在判定电路52和定时产生电路54之间。绝缘信号传输器53可以对来自判定电路52的信号电压进行转换并提供给定时产生电路54。。
〔2-4.定时产生电路54〕
定时产生电路54产生决定半导体元件3的控制定时的定时信号。定时产生电路54具有第一定时信号产生电路541、短路监视电路540和第二定时信号产生电路542。
第一定时信号产生电路541在作为开关对象的半导体元件3的断开期间中参数满足了第一条件时，产生第一定时信号。第一定时信号产生电路541可以根据判定电路52判定为半导体元件3的断开期间中参数满足了第一条件这一情况，来产生第一定时信号。第一定时信号产生电路541可以通过从栅极驱动电路55接收使半导体元件3断开的断开信号来检测断开期间的开始。第一定时信号可以是具有预先确定的第一脉宽的脉冲信号。第一定时信号产生电路541可以将第一定时信号提供给驱动条件变更电路56。
短路监视电路540监视正侧电源线101与负侧电源线102之间有无短路。例如，短路监视电路540可以根据判定电路52判定为在作为开关对象的半导体元件3导通的期间参数满足了第二条件这一情况，来检测短路的发生。
短路监视电路540可以在从半导体元件3的导通开始起经过基准时间(也称为屏蔽期间)后监视短路的有无。短路监视电路540可以通过从栅极驱动电路55接收使半导体元件3成为导通状态的导通指令信号，来检测半导体元件3的导通的开始、以及半导体元件3的导通期间。屏蔽期间可以比从半导体元件3的导通开始起到流过半导体元件3的电流(在本实施方式中作为一个例子为漏极电流Id)成为峰值为止的时间要长。短路监视电路540可以将表示有无短路的监视信号提供给第二定时信号产生电路542和栅极驱动电路55。
第二定时信号产生电路542在作为开关对象的半导体元件3导通的期间参数满足了第二条件时，产生第二定时信号。第二定时信号产生电路542可以根据来自短路监视电路540的监视信号来产生第二定时信号。第二定时信号可以是预先确定的、比第一脉宽要大的第二脉宽的脉冲信号。第二脉宽可以比从半导体元件3的断开开始到结束为止的时间宽度要大。第二定时信号产生电路542可以将第二定时信号提供给驱动条件变更电路56。
〔2-5.栅极驱动电路55〕
栅极驱动电路55基于输入信号驱动作为开关对象的半导体元件3的栅极。例如，栅极驱动电路55可以根据输入了使半导体元件3断开的输入信号(也称为断开指令信号)的情况，使该半导体元件3断开。此外，栅极驱动电路55也可以根据输入了使半导体元件3导通的输入信号(也称为导通指令信号)的情况，使该半导体元件2导通。栅极驱动电路55具有IF电路551和或门552。
IF电路551从驱动装置5的外部接收对半导体元件3的输入信号。IF电路551可以根据接收到输入信号的导通指令信号的情况，将使半导体元件3导通的导通信号经由驱动条件变更电路56提供给半导体元件3的栅极。IF电路551可以将输入信号中包含的导通指令信号直接提供给定时产生电路54的短路监视电路540。IF电路551可以根据接收到输入信号的断开指令信号的情况，将使半导体元件3断开的断开信号经由驱动条件变更电路56提供给半导体元件3的栅极，并且提供给定时产生电路54的第一定时信号产生电路541。断开信号可以被提供给处于导通状态的半导体元件3，通过在反向偏置方向(-Vgs)上对该半导体元件3的栅极输入电容Cgs(3)进行充电，从而将半导体元件3从导通状态切换到截止状态。
或门552设置在IF电路551和驱动条件变更电路56之间的断开信号的路径上。或门552将取得来自IF电路551的断开信号和来自短路监视电路540的表示发生短路的监视信号的逻辑和的信号作为半导体元件3的断开信号提供给驱动条件变更电路56。由此，栅极驱动电路55除了输入使半导体元件2断开的输入信号之外，还根据在半导体元件3导通期间参数满足了第二条件的情况，使半导体元件3断开。在此，如上所述，短路监视电路540在从半导体元件3的导通开始起经过屏蔽期间之后监视短路的有无。因此，栅极驱动电路55在从半导体元件3的导通开始起经过屏蔽期间之后，根据参数满足了第二条件的情况，使半导体元件3断开。
〔2-6.驱动条件变更电路56〕
驱动条件变更电路56变更半导体元件3的栅极驱动的条件。驱动条件变更电路56根据来自第一定时信号产生电路541的第一定时信号，在半导体元件3的断开期间中，可将半导体元件3的栅极电压的变化速度设为比第一速度要低的速度，在本实施方式中，作为一例，可设为低于第一速度的第二速度。此外，驱动条件变更电路56根据来自第二定时信号产生电路542的第二定时信号，在半导体元件3的断开期间中可以将栅极电压的变化速度设为低于第一速度的低速，在本实施方式中，作为一个示例，可以设为低于第一速度的第二速度。驱动条件变更电路56可以通过降低注入到栅极的电荷的注入速度来降低栅极电压的变化速度。另外，第一速度是基准速度的一例。此外，在本实施例中，作为一个示例，根据第一定时信号所设定的栅极电压的变化速度和根据第二定时信号所设定的栅极电压的变化速度被设定为相同的第二速度，但这两个变化速度可以不同。
驱动条件变更电路56具有或门561、栅极电阻562和开关563。
或门561将取得来自第一定时信号产生电路541的第一定时信号和来自第二定时信号产生电路542的第二定时信号的逻辑和而得到的信号提供给开关563。
栅极电阻562具有电阻值相互不同的两个电阻5621、5622。电阻5621具有使得断开期间中的半导体元件3的栅极电压的变化速度成为第一速度的电阻值。同样地，电阻5622具有使得断开期间中的半导体元件3的栅极电压的变化速度成为第二速度的电阻值。电阻5621、5622的一端分别经由开关563与栅极连接，另一端与栅极驱动电路55连接。另外，栅极电阻562只要能够变更半导体元件3的栅极电压的变化速度，也可以是其他结构。
开关563切换栅极电阻562的电阻值。开关563可以将电阻5621、5622中的任意一个连接到半导体元件3的栅极。由此，栅极电压的变化速度在第一速度与第二速度之间切换。
开关563可以根据来自或门561的信号将电阻5621、5622中的某一个连接到半导体元件3的栅极。在本实施方式中，作为一个例子，开关563可以分别在从接收到作为脉冲信号的第一定时信号时起产生该第一脉冲信号的期间和从接收到作为脉冲信号的第二定时信号时起产生该第二脉冲信号的期间，分别将电阻5622连接到栅极，并且在其他期间将电阻5621连接到栅极。由此，驱动条件变更电路56在从接收到第一定时信号时起产生第一定时信号的期间降低栅极电压的变化速度，并且在从接收到第二定时信号时起产生第二定时信号的期间降低栅极电压的变化速度。
根据上述开关装置1，在作为开关对象的半导体元件3的断开期间中，根据参数满足了第一条件的情况，即，根据施加到相对臂侧的半导体元件2的电压Vds(2)减小并变化到第一基准电压(例如，0V)以下的情况来产生第一定时信号，并且根据该信号，使半导体元件3的栅极电压的变化速度从第一速度降低到第二速度。即，增大作为开关对象的半导体元件3的栅极电压的变化速度，直到相对臂侧的半导体元件2的电压Vds(2)变为第一基准电压，在变为第一基准电压以下的情况下，减小变化速度。因此，与在施加至相对臂侧的半导体元件2的电压Vds(2)大于第一基准电压的时间点减小栅极电压的变化速度的情况相比，可以通过缩短断开期间来减小断开损耗。此外，若相对臂侧的半导体元件2的电压Vds(2)变为基准电压以下，则降低栅极电荷的变化速度，因此可以降低浪涌电压。
此外，由于根据半导体元件3导通的期间参数满足了第二条件的情况，半导体元件3也被断开，因此能够使用用于变更半导体元件3的栅极电压的变化速度的参数，来检测正侧电源线101与负侧电源线102之间的短路，从而使半导体元件3断开。因此，与另外设置短路检测用的结构的情况相比，能够使装置小型化，抑制制造成本的增加。
另外，由于在从半导体元件3的导通开始起经过屏蔽期间以后判定参数是否满足了第二条件，因此在从导通开始起的屏蔽期间参数满足了第二条件这一情况为正常的情况下，能够防止不必要地使半导体元件3断开。
此外，由于根据在半导体元件3导通的期间参数满足第二条件的情况下所产生的第二定时信号，在半导体元件3的断开期间中使栅极电压的变化速度成为与第一速度相比低速的第二速度，因此能够降低因检测到短路时的断开而引起的浪涌电压。
此外，在产生第一脉宽的第一定时信号的期间，栅极电压的变化速度降低到第二速度，因此在第一定时信号的产生结束后，栅极电压的变化速度返回到第一速度。因此，在根据输入信号使半导体元件3断开的情况下，在浪涌电压成为峰值的期间使栅极电压的变化速度降低为第二速度，能够降低浪涌电压。此外，在使第一脉宽比从半导体元件3的断开开始到结束为止的时间宽度要小的情况下，由于在第一定时信号的产生结束后栅极电压的变化速度返回到第一速度，因此能够使其尽早完成断开从而降低开关损耗。
此外，根据在半导体元件3导通的期间参数满足第二条件的情况，产生第二脉宽的第二定时信号，在产生该第二定时信号的期间半导体元件3的栅极电压的变化速度降低，因此在第二定时信号的产生结束后栅极电压的变化速度返回到第一速度。另外，由于第二脉宽比第一脉宽大，因此与第二脉宽为第一脉宽以下的情况相比，在更长的期间栅极电压的变化速度成为第二速度。因此，在根据短路的检测而使半导体元件3断开的情况下，能够在浪涌电压成为峰值的期间可靠地使栅极电压的变化速度降低为第二速度。
另外，由于第二脉宽比从半导体元件3的断开开始到结束为止的时间宽度大，因此能够更可靠地降低因检测到短路时的断开而引起的浪涌电压。
另外，由判定电路52在半导体元件3的断开期间中判定参数是否满足第一条件，并且根据判定结果产生第一定时信号，因此与根据从断开开始起达到参数满足第一条件为止的预定时间的情况来产生第一定时信号的情况不同，可以根据参数确实满足了第一条件的情况来产生第一定时信号。因此，在因半导体元件3的断开而引起的浪涌电压成为峰值的期间，能够可靠地使栅极电压的变化速度降低，从而减少浪涌电压。
另外，由于判定电路52所使用的第一基准电压及第二基准电压为0V，因此能够可靠地检测断开期间的栅极电压的变化速度的切换定时及短路的发生。
此外，由于第二基准电压小于正侧电源线101和负侧电源线102之间的电压，因此当半导体元件3导通时施加至相对臂侧的半导体元件2的电压为第二基准电压以下的情况意味着半导体元件2不处于截止状态。因此，能够可靠地检测短路。
另外，由于判定参数是否满足第一条件的电路和判定参数是否满足第二条件的电路是同一判定电路52，因此可以用单一的判定电路52来检测断开期间的栅极电压的变化速度的切换定时和短路的发生。
〔3.动作波形〕
图3表示开关装置1的动作波形。另外，图中的横轴表示时间，纵轴表示对驱动装置5的输入信号、作为开关对象的半导体元件3的栅极源极间电压Vgs(3)、栅极电流Ig(3)、漏极源极间电压Vds(3)、漏极电流Id(3)、来自短路监视电路540的监视信号、来自定时产生电路54的定时信号、相对臂侧的半导体元件2的漏极源极间电压Vds(2)以及漏极电流Id(2)(在续流二极管中流过的电流)等。另外，图中的"Ed"表示正侧电源线101与负侧电源线102之间的直流电压。
首先，在时间点t11，若对驱动装置5输入使半导体元件3成为导通状态的输入信号(导通指令信号)，则短路监视电路540的短路监视的屏蔽期间开始。另外，从栅极驱动电路55输出导通信号，对于半导体元件3的栅极，正的栅极电流Ig(3)开始流动。另外，半导体元件3的栅极源极间电压Vgs(3)开始增加。
接着，在时间点t13，若导体元件3的栅极源极间电压Vgs(3)超过阈值Vth，则导体元件3的漏极源极间电压Vds(3)开始下降，漏极电流Id(3)开始增加。此外，在相对臂侧的半导体元件2的续流二极管中流过的电流Id(2)(FWD)开始降低。接着，在时间点t15，漏极源极间电压Vds(2)从0V开始增加。
在时间点t17，若屏蔽期间结束，则短路监视电路540的短路监视期间开始，并持续到导通指令信号的下降沿定时即时间点t31。在该动作例中，相对臂侧的半导体元件2的漏极源极间电压Vds(2)不会变为0V以下，并且由于在监视期间内参数不满足第二条件，从而没有检测到短路的发生。
接着，在时间点t31，若对驱动装置5输入使半导体元件3成为截止状态的输入信号(截止指令信号)，则从栅极驱动电路55输出断开信号，对半导体元件3开始流过负的栅极电流Ig(3)。由此，对于半导体元件3开始向反向偏置方向注入栅极电荷。于是，在从时间点t31至t32的期间，半导体元件3的栅极输入电容Cgs(3)在反向偏置方向上被充电，并且栅极源极电压Vgs(3)减小。
接着，在时间点t32，若栅极源极电压Vgs(3)减小到镜电压，则大部分栅极电荷用于对反馈电容(栅极漏极电容)Cgd(3)充电，栅极源极电压Vgs(3)的变化变平坦(所谓的镜期间)，并且半导体元件3的漏极源极电压Vds(3)增加。
随之，在相对臂侧的半导体元件2中，漏极源极间电压Vds(2)下降，从寄生电容Cds(2)流出放电电流，因此半导体元件3的漏极电流Id(3)减少，与该电流变化量对应的电压VL被施加到负侧电源线102的布线电感1021。
接着，在时间点t33，若相对臂侧的半导体元件2的漏极源极间电压Vds(2)变为零(参照图中下侧的虚线框)，第一定时信号产生电路541产生具有第一脉宽的第一定时信号。根据此，驱动条件变更电路56在从接收到第一定时信号时起产生第一定时信号的期间，校正断开信号，并且降低半导体元件3的栅极电压的变化速度(参见图中上侧的虚线框)。例如，栅极电流Ig(3)被控制为更接近于零的负的恒定值。另外，在本实施方式中，作为一例，产生第一定时信号的期间可以是时间点t33～t35的期间，并且时间点t35可以在半导体元件3的断开结束的后述时间点t37之前。
此处，在时间点t33，在相对臂侧的半导体元件2中漏极源极间的电压Vds(2)为零，并且在作为开关对象的半导体元件2中，镜期间结束。因此，在半导体元件3中，栅极源极电压Vgs(3)再次开始减少，与此同时漏极电流Id(3)急剧减少并在时间点t37成为零。
若在相对臂侧的半导体元件2中漏极源极间电压Vds(2)变为零，负载电流IL换流至半导体元件2的寄生二极管，同时，在作为开关对象的半导体元件3中，镜期间结束，并且漏电流Id(3)急剧减小。由此，施加到负侧电源线102的布线电感1021的电压VL瞬间增加，并且半导体元件3的漏极源极间电压Vds(3)增加到峰值电压Vp。另外，在本动作例中，在时间点t33～t35的期间，峰值电压Vp降低栅极电压的变化速度的量。之后，漏极源极间电压Vds(3)在时间点t37成为直流电压Ed。
然后，在时间点t37以后的期间，对半导体元件3的栅极输入电容Cgs(3)的充电结束，断开完成。
图4表示开关装置1的其他动作波形。另外，在本动作例中，相对臂侧的半导体元件2因故障而成为导通状态。
首先，在时间点t11～t13的期间，进行动作以得到从而与图3相同的动作波形。在本动作例中，由于相对臂侧的半导体元件2因故障而成为导通状态，因此在时间点t15漏极源极间电压Vds(2)不开始增加，而是保持在0V。
接着，在时间点t17，若屏蔽期间结束，则短路监视电路540的短路监视期间开始，并持续到导通指令信号的下降沿定时即时间点t31。在该动作例中，相对臂侧的半导体元件2的漏极源极间的电压Vds(2)变为0V以下，并且在监视期间内参数满足第二条件。
因此，在时间点t19，检测到短路的发生，监视信号变为高电平，在时间点t23，从栅极驱动电路55输出断开信号，开始向半导体元件3流过负的栅极电流Ig(3)，半导体元件3的断开在时间点t27结束。由此，短路状态消除。
此外，在时间点t21，第二定时信号产生电路542产生具有第二脉宽的第二定时信号。据此，驱动条件变更电路56在从接收到第二定时信号时起产生第二定时信号的期间，校正从栅极驱动电路55输出的断开信号，并且降低半导体元件3的栅极电压的变化速度。另外，在本动作例中，在时间点t21以后的期间，峰值电压Vp降低栅极电压的变化速度的量。另外，在本实施方式中，作为一例，产生第二定时信号的期间可以是时间点t21～t29的期间，并且时间点t29可以在半导体元件3的断开结束的后述时间点t27之后。第二定时信号在时间点t21处上升之后可以不下降。
另外，时间点t19、t21、t23也可以与时间点t17同时。另外，时间点t23也可以在时间点t21之前。
〔4.变形例〕
另外，在上述实施方式中，用于产生第一定时信号的第一基准电压被设为半导体元件3的漏极源极间电压Vds(3)达到直流电压Ed以上时的相对臂侧的半导体元件2的漏极源极间电压Vds(2)来进行了说明，但也可以设为其他电压。例如，第一基准电压可以是在相对臂侧的半导体元件2中漏极电流Id(2)开始换流至寄生二极管时的漏极源极间电压Vds(2)。
此外，将施加到与相对臂侧的半导体元件2的电压相对应的参数设为半导体元件2的漏极源极间电压Vds(2)进行了说明，但也可以设为施加到作为开关对象的半导体元件3的电压(作为一例而设为漏极源极电压Vds(3))。在这种情况下，判定电路52中使用的第二条件可以是漏极源极间电压Vds(3)为第四基准电压以上，第四基准电压可以大于0V。由此，半导体元件3导通时参数满足第二条件的情况意味着相对臂侧的半导体元件2不是截止状态，因此能够可靠地检测短路。此外，第一条件可以是漏极源极电压Vds(3)为第三基准电压以上，第二条件可以是漏极源极电压Vds(3)为第四基准电压以上，第三基准电压及第四基准电压可以为直流电压Ed以上。由此，能够可靠地检测断开期间的栅极电压的变化速度的切换定时及短路的发生。
另外，将第一条件和第二条件作为相同条件进行了说明，但也可以作为不同的条件。作为一个例子，第一基准电压和第二基准电压中一个可以是0V，另一个可以不是0V。在第一条件和第二条件不同的情况下，驱动装置5也可以通过不同的判定电路进行参数是否满足第一条件的判定和参数是否满足第二条件的判定。判定参数是否满足第一条件的判定电路可以将判定结果提供给第一定时信号产生电路541，在该判定电路与第一定时信号产生电路541之间可以设置绝缘信号传输器53。判定参数是否满足第二条件的判定电路可以将判定结果提供给短路监视电路540，在该判定电路和短路监视电路之间可以设置绝缘信号传输器53。
另外，对于设为开关装置1分别具备驱动半导体元件2的驱动装置4和驱动半导体元件3的驱动装置5的情况进行了说明，但也可以将两者一体化而具备分别驱动半导体元件2、3的单个驱动装置。在这种情况下，该单个驱动装置可以将半导体元件2的漏极源极电压Vds(2)和半导体元件3的漏极源极电压Vds(3)中的任一个设为参数。由此，能够省略用于测定电压Vds(2)的测定电路和用于测定电压Vds(3)的测定电路中的一个。
此外，对于设为驱动条件变更电路56通过变更栅极电阻562的电阻值来变更栅极电压的变化速度的情况进行了说明，但也可以通过其他方法来变更变化速度。例如，驱动条件变更电路56可以减小断开信号的电流，也可以停止断开信号。为了减小断开信号的电流，例如，可以使朝向栅极的断开信号的内部路径分支从而分流。
以上使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限定于上述实施方式所记载的范围。能够在上述实施方式的基础上进行各种变更或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。根据专利权利要求书范围的记载可知，进行了上述各种变更或改进的方式也包含在本发明的技术范围内。
应当注意专利权利要求书范围、说明书及附图中所示的装置、系统、程序以及方法中的动作，顺序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序，只要没有特别明确记载“在…之前”、“在…以前”等，以及没有在后面的处理中使用前面的处理的输出，就可以按照任意的顺序来实现。关于专利权利要求书范围、说明书及附图中的动作流程，即使为了简便而使用了使用"首先"、"接下来"等来进行了说明，也并不意味着必须要按该顺序实施。
标号说明
1开关装置、2半导体元件、3半导体元件、4驱动装置、5驱动装置、51测定电路、52判定电路、53绝缘信号传输器、54定时产生电路、55栅极驱动电路、56驱动条件变更电路、101正侧电源线、102负侧电源线、105电源输出端子、511电阻、540短路监视电路、541第一定时信号产生电路、542第二定时信号产生电路、551IF电路、552或门、561或门、562栅极电阻、563开关、1011布线电感、1021布线电感、5621电阻、5622电阻。

Claims (16)

1.一种驱动装置，其特征在于，包括：
栅极驱动电路，该栅极驱动电路根据输入了使串联连接在正侧电源线与负侧电源线之间的第一半导体元件和第二半导体元件中的所述第一半导体元件断开的信号的情况，使该第一半导体元件断开；
测定电路，该测定电路测定与施加于所述第二半导体元件的电压相对应的参数；
定时产生电路，该定时产生电路在所述第一半导体元件的断开期间中所述参数满足了第一条件时产生第一定时信号；以及
驱动条件变更电路，该驱动条件变更电路根据所述第一定时信号，在所述第一半导体元件的断开期间中将所述第一半导体元件的栅极电压的变化速度设为比基准速度要低的速度，
所述栅极驱动电路也根据所述第一半导体元件导通的期间所述参数满足了第二条件的情况，来使所述第一半导体元件断开。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述栅极驱动电路在从所述第一半导体元件的导通开始起经过基准时间以后，根据所述参数满足了所述第二条件的情况，来使所述第一半导体元件断开。
3.如权利要求1或2所述的驱动装置，其特征在于，
所述定时产生电路在所述第一半导体元件导通的期间所述参数满足了第二条件时产生第二定时信号，
所述驱动条件变更电路根据所述第二定时信号，在所述第一半导体元件的断开期间中，将所述栅极电压的变化速度设为比所述基准速度要低的速度。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，
所述定时产生电路产生预先确定的第一脉冲宽度的所述第一定时信号，
所述驱动条件变更电路在从接收到所述第一定时信号起产生了所述第一定时信号的期间，降低所述栅极电压的变化速度。
5.如权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，
所述定时产生电路产生预先确定的、比所述第一脉宽要大的第二脉宽的所述第二定时信号，
所述驱动条件变更电路在从接收到所述第二定时信号起产生了所述第二定时信号的期间，降低所述栅极电压的变化速度。
6.如权利要求5所述的驱动装置，其特征在于，
所述第二脉宽比从所述第一半导体元件的断开开始到完成为止的时间宽度要大。
7.如权利要求1至6的任一项所述的驱动装置，其特征在于，还包括：
第一判定电路，该第一判定电路判定所述参数是否满足所述第一条件；以及
第二判定电路，该第二判定电路判定所述参数是否满足所述第二条件。
8.如权利要求7所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一条件和所述第二条件是相同的条件，
所述第一判定电路和所述第二判定电路是相同的电路。
9.如权利要求1至8的任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述参数表示施加至所述第二半导体元件的电压。
10.如权利要求9所述的驱动装置，其特征在于，
所述第二条件是施加至所述第二半导体元件的电压为第二基准电压以下，
所述第二基准电压小于所述正侧电源线和所述负侧电源线之间的电压。
11.如权利要求9或10所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一条件是施加至所述第二半导体元件的电压为第一基准电压以下，
所述第二条件是施加至所述第二半导体元件的电压为第二基准电压以下，
所述第一基准电压和所述第二基准电压中的至少一个是0V。
12.如权利要求1至8的任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述参数表示施加至所述第一半导体元件的电压。
13.如权利要求12所述的驱动装置，其特征在于，
所述第二条件是施加至所述第一半导体元件的电压为第四基准电压以上，
所述第四基准电压比0V要大。
14.如权利要求12或13所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一条件是施加至所述第一半导体元件的电压为第三基准电压以上，
所述第二条件是施加至所述第一半导体元件的电压为第四基准电压以上，
所述第三基准电压和所述第四基准电压中的至少一个为所述正侧电源线与所述负侧电源线之间的电压以上。
15.一种开关装置，其特征在于，包括：
串联连接在正侧电源线与负侧电源线之间的两个半导体元件；
对所述两个半导体元件中的一个半导体元件的栅极进行驱动的权利要求1至14中任一项所述的驱动装置；以及
对所述两个半导体元件中的另一个半导体元件的栅极进行驱动的权利要求1至14中任一项所述的驱动装置。
16.如权利要求15所述的开关装置，其特征在于，
所述两个半导体元件是宽带隙半导体元件。
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