CN112640277A - 栅极驱动装置、开关装置 - Google Patents

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Abstract

如果统一减小栅极电压的变化速度，则截止损耗可能会变大。本发明提供一种栅极驱动装置，包括：对开关元件的栅极进行驱动的栅极驱动部；对根据流过开关元件的电流而变化的参数进行测定的测定部；以及基于参数来对从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的基于栅极驱动部的开关元件的栅极电压的变化速度进行切换的切换部。

Description

栅极驱动装置、开关装置
技术领域
本发明涉及栅极驱动装置、开关装置。
背景技术
以往，在对开关元件的栅极进行驱动的栅极驱动装置中，为了降低截止时的浪涌电压，减小栅极电压的变化速度(例如，参考专利文献1～3)。
专利文献1：日本专利第6290118号说明书
专利文献2：日本专利第6266478号说明书
专利文献3：日本专利第4935266号说明书
发明所要解决的技术问题
如果统一减小栅极电压的变化速度，则截止损耗可能会变大。
发明内容
本发明的第一方式中提供栅极驱动装置。栅极驱动装置可具备对开关元件的栅极进行驱动的栅极驱动部。栅极驱动装置可具备对根据流过开关元件的电流而变化的参数进行测定的测定部。栅极驱动装置可具备切换部，该切换部基于参数，对从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的基于栅极驱动部的开关元件的栅极电压的变化速度进行切换。
切换部可对在开关元件的截止期间中从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的栅极电压的变化速度进行切换。
切换部可减小在开关元件的截止期间中从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的栅极电压的变化速度。
切换部可使开关元件的一个截止期间中从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的栅极电压的变化速度，相对于其他截止期间中从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的栅极电压的变化速度发生变更。
切换部可基于开关元件的上次以前的开关周期中所测定的参数，对在开关元件的下次以后的截止期间中从开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的栅极电压的变化速度进行切换。
第1基准时间可以是从开关元件的截止开始最晚到开关元件的主端子之间所产生的电压变为峰值的定时为止的时间。
第1基准时间可以是从开关元件的截止开始到栅极电压的镜像期间结束的定时为止的时间。
切换部可具有根据参数与基准值的比较结果来判定是否切换栅极电压的变化速度的切换判定部。
参数可表示开关元件为导通状态的情况下的电流。
参数可表示从开关元件的截止开始到施加在开关元件的主端子间的电压变为基准电压为止的时间。
参数可表示从开关元件的截止开始经过第2基准时间后施加到开关元件的电压。
参数可表示在使开关元件截止的情况下所产生的浪涌电压。切换部可基于参数、以及在测定到该参数的开关周期内是否切换栅极电压的变化速度，来切换栅极电压的变化速度。
本发明的第二方式中提供开关装置。开关装置可具备第一方式中的栅极驱动装置。开关装置可具备由栅极驱动装置对栅极进行驱动的开关元件。
开关元件可为宽带隙半导体元件。
上述发明内容并没有列举出本发明的全部特征。此外，这些特征组的子组合也可以构成发明。
附图说明
图1示出本实施方式所涉及的开关装置100。
图2示出开关装置100的动作。
图3示出使主开关元件2截止的情况下的动作波形。
图4示出由开关装置100进行截止时的动作波形。
图5示出由开关装置100进行截止时的其他动作波形。
图6示出变形例所涉及的开关装置100A。
具体实施方式
下面，通过发明的实施方式对本发明进行说明，但以下的实施方式并非对权利要求所涉及的发明进行限定。此外，实施方式中说明的特征的组合并不全是解决本发明的技术问题的技术手段所必需的。另外，对贯穿实施方式共同的结构标注相同标号，并省略重复说明。
[1.开关装置100的结构]
图1示出本实施方式所涉及的开关装置100。另外，图中，留白的箭头记号表示电压。
作为一个示例，开关装置100示出电动机驱动用或供电用所用到的功率转换装置的1个相，对正侧电源线101和负侧电源线102与电源输出端子105之间的连接进行切换从而从电源输出端子105输出经转换后的电压。
这里，在正侧电源线101和负侧电源线102之间例如施加有600～800V的直流电压Ed，负侧电源线102与开关装置100整体的基准电位(作为一个示例，为接地电位)相连接。感应负载106可与电源输出端子105相连接。开关装置100包括：正侧的主开关元件1和负侧的主开关元件2、与主开关元件1、2反向并联连接的回流二极管3、4、以及正侧的栅极驱动装置5和负侧的栅极驱动装置6。
[1-1.主开关元件1、2]
主开关元件1、2分别为开关元件的一个示例，将漏极端子和源极端子之间电连接或切断。例如，主开关元件1、2通过后述的栅极驱动装置5、6来对导通(也称为连接)/截止(也称为切断)进行切换。这里，在本实施方式中，作为一个示例，主开关元件1、2在负侧电源线102与正侧电源线101之间依次串联连接，构成功率转换装置中的上臂及下臂。电源输出端子105与主开关元件1、2的中点相连接。
主开关元件1、2是将硅作为基材的硅半导体元件。主开关元件1、2中的至少一方也可为宽带隙半导体元件来代替。所谓宽带隙半导体元件，是带隙比硅半导体元件要大的半导体元件，是包含例如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。宽带隙半导体元件能够使开关速度比硅半导体元件要快。另外，在本实施例中，主开关元件1、2可以是MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，具有正侧电源相101一侧为阴极的寄生二极管(未图示)。
[1-2.回流二极管3、4]
回流二极管3、4与主开关元件1、2反向并联连接。回流二极管3、4可以是肖特基势垒二极管，也可以是MOSFET的寄生二极管。回流二极管3、4可以是硅半导体元件，也可以是宽带隙半导体元件。
[1-3.栅极驱动装置5、6]
栅极驱动装置5、6基于从外部输入的输入信号，来驱动所对应的主开关元件1、2的栅极。输入信号可以通过PWM控制来控制主开关元件1、2，并且从电源输出端子105输出大致正弦波的交流电流。输入信号可被分别输入到主开关元件1以及主开关元件2。另外，在本实施方式中，作为一个示例，输入信号在高电平(导通指令信号)的情况下指示主开关元件2变为导通状态，在低电平(截止指令信号)的情况下指示主开关元件2变为截止状态。
正侧的栅极驱动装置5驱动主开关元件1的栅极，负侧的栅极驱动装置6驱动主开关元件2的栅极。另外，栅极驱动装置5、6为相同的结构，因而在本实施方式中，对负侧的开关驱动装置6进行说明，对正侧的栅极驱动装置5省略说明。
栅极驱动装置6具有栅极驱动部61、测定部62和切换部63。在本实施方式中，作为一个示例，将栅极驱动装置6的各部分作为模拟电路来进行说明。
[1-3-1.栅极驱动部61]
栅极驱动部61基于来自外部的输入信号中所包含的导通信号以及截止信号，来驱动主开关元件2的栅极。栅极驱动部61提供指示主开关元件2的栅极端子导通/截止的栅极驱动信号(导通指令信号/截止指令信号)。栅极驱动部61也可将栅极驱动信号提供至测定部62以及切换部63。栅极驱动部61也可以与主开关元件2的源极端子相连接，并且使用源极端子的电位以作为栅极驱动信号的基准电位。
[1-3-2.测定部62]
测定部62对根据流过主开关元件2的电流(例如，流过漏极端子的电流Id)而变化的参数进行测定。本实施方式中，作为一个示例，参数可表示从主开关元件2的截止开始到施加至主开关元件2的主端子间的电压(本实施方式中，作为一个示例，为施加至源极端子和漏极端子之间的电压Vds)变为基准电压Vref为止的时间ΔT。如果流过主开关元件2的电流Id变大，则时间ΔT变短。基准电压Vref也可以是在直流电压Ed与主开关元件2的截止期间内的源极漏极电压Vds的峰值电压之间所预先确定的电压。测定部62具有电压检测电路620、比较部621以及参数测定部623。
[1-3-2-1.电压检测电路620]
电压检测电路620检测电压Vds。例如，电压检测电路620具有对电压Vds进行分压的电阻6201、6202。电阻6201、6202的中点与比较部621相连接，并且将检测到的电压提供到比较部621。另外，在本实施方式中，对于检测电压，将漏极端子侧的电位比源极端子侧要高的情况下的电压设为正电压。
[1-3-2-2.比较部621]
比较部621将由电压检测电路620检测到的电压Vds与基准电压Vref进行比较。例如，比较部621可为比较器，非反相输入端子可以输入有电压Vds，反相输入端子可以输入有基准电压Vref。比较部621可根据电压Vds变得比基准电压Vref要大这一情况，将触发信号提供到参数测定部623。
[1-3-2-3.参数测定部623]
参数测定部623基于由比较部621得到的比较结果来测定参数。测定部62可以在主开关元件2的截止期间中测定参数。例如，参数测定部623可检测来自栅极驱动部61的栅极驱动信号中所包含的截止指令信号的接收定时，以作为主开关元件2的截止的开始定时。参数测定部623可以测定从检测到的开始定时到接收到触发信号为止的经过时间作为参数参数测定部623将表示测定到的参数的参数信号提供到切换判定部632。参数测定部623可每当接收到截止指令信号就被复位。
[1-3-3.切换部63]
切换部63基于从测定部62提供的参数信号，对从主开关元件2的截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的基于栅极驱动部61的主开关元件2的栅极电压的变化速度进行切换。切换部63可在主开关元件2的截止期间中经过第1基准时间ΔTref1以后对栅极电压的变化速度进行切换，作为一个示例可减小变化速度。
第1基准时间ΔTref1可以是从主开关元件2的截止开始最晚到该主开关元件2的电压Vds变为峰值的定时为止的时间。切换部63具有栅极电阻630、连接切换部631以及切换判定部632。此外，第1基准时间ΔTref1的结束定时也可以与栅极电压的镜像期间的结束定时相同。
[1-3-3-1.栅极电阻630]
栅极电阻630具有彼此电阻值不同的2个栅极电阻6301、6302。栅极电阻6301的电阻值可比栅极电阻6302的电阻值要大。在本实施方式中，作为一个示例，栅极电阻6301、6302各自一端与主开关元件2的栅极连接，并且另一端与连接切换部631连接。另外，栅极电阻630只要在主开关元件2的截止期间中能变更电阻值，也可以是其他的结构。
[1-3-3-2.连接切换部631]
连接切换部631切换栅极电阻630的电阻值。由此，对栅极电压的变化速度进行切换。在本实施方式中，作为一个示例，连接切换部631将2个栅极电阻6301、6302中的任一方择一地电连接到栅极。连接切换部631可以根据来自切换判定部632的指示信号来将栅极电阻6301、6302中的任意一方的另一端(与栅极侧相反一侧的端部)电连接到栅极驱动部61。另外，连接切换部631也可以是具备使栅极电阻6301、6302分别能够导通截止的开关的结构。在该情况下，也可通过切换判定部632来控制各开关的导通截止。作为一个示例，在对栅极电压的变化速度进行切换的情况下，可以使与栅极电阻6301、6302相对应的开关从分别被导通的状态变为任一方截止。
[1-3-3-3.切换判定部632]
切换判定部632根据从测定部62提供的参数(在本实施方式中，作为一个示例，为从主开关元件2的截止开始到电压Vds变为基准电压Vref为止的时间ΔT)与基准值的比较结果来判定是否切换栅极电压的变化速度。基准值可以是在由于主开关元件2的截止而产生的浪涌电压变为开关装置100中的各元件的元件耐压中最低的元件耐压的情况下的参数的值。在本实施方式中，作为一个示例，基准值可以是在元件耐压的浪涌电压产生的情况下从截止开始到电压Vds变为基准电压Vref为止的时间(也称为第3基准时间ΔTref3)。切换判定部632可以根据时间ΔT短于第3基准时间ΔTref3这一情况，判定为将栅极电压的变化速度进行切换。由此，在产生比元件耐压要大的浪涌电压时进行切换。另外，第3基准时间ΔTref3可以与第1基准时间ΔTref1相同，也可以不同。在第3基准时间ΔTref3与第1基准时间ΔTref1不同的情况下，第3基准时间ΔTref3可以比第1基准时间ΔTref1更长，也可以更短。
切换判定部632将指示是否进行切换的指示信号提供到连接切换部631。切换判定部632可以基于来自栅极驱动部61的栅极驱动信号，在从主开关元件2的截止开始经过第1基准时间ΔTref1的定时输出指示信号。
另外，切换判定部632在连接到栅极的连接对象被切换成栅极电阻6301的情况下，可以最晚到下次截止开始之前，将连接到栅极的连接对象恢复为栅极电阻6302。作为一个示例，切换判定部632可在从截止完成起经过预先确定的时间之后将连接到栅极的连接对象恢复为栅极电阻6302，也可根据接收到栅极驱动信号所包含的导通指令信号这一情况将连接到栅极的连接对象恢复为栅极电阻6302。
根据以上的开关装置100，基于根据流经主开关元件2的电流Id而变化的参数，对从主开关元件2的截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的主开关元件2的栅极电压的变化速度进行切换。因此，在由于主开关元件2的截止而产生比元件耐压要高的浪涌电压时，可减慢栅极电压的变化，因此，可防止因浪涌电压而引起的元件破坏。此外，在由于主开关元件2的截止而产生比元件耐压要低的浪涌电压时，可加快栅极电压的变化，因此，可降低截止损耗。因此，与统一减慢栅极电压的情况不同，可防止由于不必要地降低浪涌电压而引起的截止损耗的增加。
此外，测定从主开关元件2的截止开始到电压Vds变为基准电压Vref为止的时间ΔT以作为参数，因此，可间接测定流过主开关元件2的电流Id。因此，与直接测定流过主开关元件2的电流Id的情况相比较来说，可以降低开关元件100的成本。
此外，对在主开关元件2的截止期间中从主开关元件2的截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的栅极电压的变化速度进行切换，因此，能够可靠地防止由于截止时的浪涌电压所引起的元件破坏，并降低截止损耗。
此外，第1基准时间ΔTref1可以是从主开关元件2的截止开始最晚到电压Vds变为峰值的定时为止的时间、或到栅极电压的镜像期间结束的定时为止的时间，因而，可以降低主端子间所产生的峰值电压，进而降低浪涌电压。因此，能够可靠地防止因浪涌电压而引起的元件破坏。
此外，彼此电阻值不同的2个栅极电阻6301、6302中任一方择一地连接到主开关元件2的栅极，因此，能够可靠地切换栅极电压的变化速度。
[2.动作]
图2示出了开关装置100的动作。开关装置100通过进行步骤S101～S111的处理，在主开关元件2的截止期间变更驱动条件。
在步骤S101中，栅极驱动部61接收在来自外部的输入信号中所包含的截止指令信号。在步骤S103中，栅极驱动部61输出指示截止的栅极驱动信号，开始主开关元件2的截止。
在步骤S105中，切换判定部632根据从测定部62提供的参数与基准值的比较结果来判定是否切换栅极电压的变化速度。切换判定部632可基于上次开关周期中所测定到的参数，判定是否切换下次截止期间内的栅极电压的变化速度。在本实施方式中，作为一个示例，切换判定部632在参数比基准值要大的情况下判定为将连接到栅极的连接对象维持在栅极电阻6301，在参数比基准值要小的情况下判定为将连接到栅极的连接对象从栅极电阻6302切换为栅极电阻6301。切换判定部632在判定为进行切换的情况下(步骤S105；“是”)将处理转移到步骤S107，在判定为不进行切换的情况下(步骤S105；“否”)将处理转移到步骤S109。
在步骤S107中，切换部63对栅极电压的变化速度进行切换。在本实施方式中，作为一个示例，切换判定部632输出进行切换以减小栅极电压的变化速度这一意思的指示信号、即把连接到栅极的连接对象从栅极电阻6302切换为栅极电阻6301这一意思的指示信号，使连接切换部631执行切换。由此，与栅极电阻6302连接到栅极的情况相比较来说，电荷注入主开关元件2的栅极的注入速度变小，进而栅极的变化速度变小，伴随着截止的浪涌电压被降低。切换部63可以在从截止开始经过第1基准时间ΔTref1的定时进行切换。作为一个示例，切换部63可以在从本次截止的开始定时到本次的截止期间内主开关元件2的电压Vds变为峰值的定时为止期间内的任意定时进行切换。
如此，在步骤S105中的判定结果是肯定的情况下(步骤S105；“是”)，主开关元件2的截止期间中的栅极电压的变化速度被变更，在判定结果是否定的情况下(步骤S105；“否”)，变化速度不变。因此，主开关元件2的一个截止期间中从截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的栅极电压的变化速度相对于其他截止期间中从截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的栅极电压的变化速度发生变更。
在步骤S109中，测定部62测定参数。在本实施方式中，作为一个示例，测定部62测定从主开关元件2的截止开始到电压Vds变为基准电压Vref为止的时间ΔT作为参数。
然后，在步骤S111中，当主开关元件2的截止完成时，开关装置100结束与截止相关的动作。另外，测定参数的步骤S109的处理也可在步骤S103～步骤S107之间的任意定时进行。此外，在步骤S107中切换栅极电阻的变化速度的情况下，切换部63也可以在下次截止开始之前回到变化速度切换前的状态。
根据以上的动作，主开关元件2的一个截止期间中的栅极电压的变化速度相对于其他截止期间中的栅极电压的变化速度变更，因此，能够防止各截止期间中因浪涌电压所引起的元件破坏，并且降低截止损耗。
此外，基于主开关元件2的上次开关周期中所测定到的参数，来切换下次截止期间内的栅极电压的变化速度。因此，与基于在相同开关周期内测定到的参数来切换栅极电压的变化速度的情况不同，即使在开关周期较短的情况下，也能够可靠地进行切换。
[3.动作波形]
[3-1.电流Id与时间ΔT之间的关系]图3示出使主开关元件2截止的情况下的动作波形。图中，由实线所表示的栅极源极电压Vgs1、漏极源极电压Vds1、漏极电流Id1的图表示出了流过主开关元件2的电流Id较大的情况下的动作波形。由虚线所表示的栅极源极电压Vgs2、漏极源极电压Vds2、漏极电流Id2的图表示出了流过主开关元件2的电流Id较小的情况下的动作波形。图中的横轴表示时间，纵轴表示主开关元件2的栅极源极间电压Vgs、漏极源极间电压Vds、漏极电流Id。另外，可以设为漏极电流Id相对于主开关元件2的额定电流值若为50％以上的值则为大，若为50％以下则为小，但并不限于此。此外，相对于额定电流值，漏极电流Id也可以根据实际的动作中的浪涌电压值来决定。
若根据主开关元件2的输入信号从高电平(导通指令)切换成低电平(截止指令)这一情况，来自栅极驱动部61的栅极驱动信号变为低电平，负的栅极电流Ig开始流动，则向主开关元件2开始朝反向偏置方向注入栅极电荷。然后，主开关元件2的栅极输入电容Cgs在反向偏置方向上被充电，栅极源极电压Vgs开始减小(时刻t1)。
接着，当栅极源极电压Vgs减少为镜像电压时(时刻t2)，反馈电容(栅极漏极电容)Cgd开始充电，栅极源极电压Vgs的变化变得平缓(所谓的镜像期间)，主开关元件2的漏极源极电压Vds急剧增加。伴随此，与主开关元件2相对的主开关元件1的漏极源极间电压Vds下降，从其寄生电容Cds流过放电电流，因此，主开关元件2的漏极电流Id减小。
接着，在时刻t3、t3’，在主开关元件2中，镜像期间结束，漏极电流Id急剧减小。由此，施加到正侧电源线101的布线电感上的电压瞬间增加，主开关元件2的漏极源极间电压Vds在时刻t4、t4’超过基准电压Vref，增加到峰值电压Vp、Vp’。此后，漏极源极间电压Vds减小，变为直流电压Ed，栅极源极电压Vgs低于栅极阈值电压Vth。然后，主开关元件2的栅极输入电容Cgs朝反向偏置方向的充电结束，主开关元件2的截止完成。
这里，从截止开始到电压Vds2变为基准电压Vref为止的时间ΔT2比从截止开始到电压Vds1变为基准电压Vref为止的时间ΔT1要长。由此可知，若流过主开关元件2的电流Id较小，则从主开关元件2的截止开始到电压Vds变为基准电压Vref为止的时间ΔT变长。此外，如果流过主开关元件2的电流Id较小，则峰值电压变小。
[3-2.实施方式的开关装置100的动作波形(1)]
图4示出开关装置100进行截止时的动作波形。
若在第n次的开关周期内的时刻t11，主开关元件2的输入信号从高电平(导通指令)切换成低电平(截止指令)，则测定到电压Vds变为基准电压Vref为止的时间ΔTn(本动作例中，为时刻t11～t12的期间)作为参数。在该动作例中，电流Id大到可以产生比元件耐压要大的浪涌电压的程度，并且时间ΔTn变成比第3基准时间ΔTref3要短。由此，在第n+1次开关周期内，根据来自切换判定部632的指示信号，对从截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的栅极电压的变化速度进行切换，使其变小。如此，在截止会导致产生比元件耐压要高的浪涌电压的情况下，栅极电压的变化变慢，防止因浪涌电压而引起的元件破坏。
另外，在本动作例中，作为一个示例，指示信号从经过第1基准时间ΔTref1的定时到截止完成后为止维持在高电平。此外，在第n-1周期、第n+1周期内，作为参数的时间ΔTn-1、ΔTn+1也变为比第3基准时间ΔTref3要短。
[3-2.实施方式的开关装置100的动作波形(2)]
图5示出开关装置100进行截止时的其他动作波形。
若在第n次的开关周期内的时刻t11，主开关元件2的输入信号从高电平(导通指令)切换成低电平(截止指令)，则测定电压Vds变为基准电压Vref为止的时间ΔTn(本动作例中，为时刻t11～t12'的期间)作为参数。在该动作例中，电流Id小到不会产生比元件耐压要大的浪涌电压的程度，并且时间ΔTn变成比第3基准时间ΔTref3要长。由此，在第n+1次开关周期内，从截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后，栅极电压的变化速度也维持在较大而不切换。如此，在截止不会导致产生比元件耐压要高的浪涌电压的情况下，栅极电压的变化维持在较快，降低截止损耗。另外，在本动作例中，作为一个示例，在第n-1周期、第n+1周期内，作为参数的时间ΔTn-1、ΔTn+1也变为比第3基准时间ΔTref3要长。
[4.变形例]
图6示出变形例所涉及的开关装置100A。开关装置100A具备测定部62以及切换部63A。在本实施方式中，作为一个示例，将测定部62A和切换部63A的各部分作为模拟电路来进行说明。
测定部62A测定表示主开关元件2为导通状态的情况下的电流Id的值，以作为根据流过主开关元件2的电流Id而变化的参数。测定部62A具有电流传感器620A、参数测定部623A、以及电压检测电路620A。
电流传感器620A测定电流Id。在本变形例中，作为一个示例，电流传感器620A设置于主开关元件2的漏极端子侧，但也可设置于源极端子侧。电流传感器620A可以将测定到的电流值提供到参数测定部623A。
参数测定部623A基于来自电流传感器620A的电流值来测定参数。例如，参数测定部623A可以测定在接收到被包含于栅极驱动信号中的截止指令信号的定时的电流Id作为参数。
电压检测电路620A具有与电压检测电路620相同的电阻6201、6202。电压检测电路620A将由电阻6201、6202检测到的电压提供到切换部63A。
切换部63A的切换判定部632A根据从测定部62提供的参数(在本变形例中，作为一个示例，主开关元件2为导通状态的情况下的电流Id)与基准值的比较结果来判定是否切换栅极电压的变化速度。基准值可以是在主开关元件2的截止而产生的浪涌电压变为开关装置100中的最低的元件耐压的情况下的参数(电流Id)的值。切换部63A可在从截止开始经过第1基准时间ΔTref1的定时进行切换。作为一个示例，切换部63A可以基于从电压检测电路620A提供的电压，从本次截止的开始定时到本次截止期间内主开关元件2的电压Vds变为峰值的定时为止之间的任意定时进行切换。
通过以上的开关装置100A，也可以防止因浪涌电压而引起的元件破坏，并且降低截止损耗。
[5.其他的变形例]
另外，在上述实施方式中，对切换部63通过切换栅极电阻630的电阻值从而切换栅极电压的变化速度进行了说明，但也可以通过其他方法进行切换。例如，切换部63也可以减小栅极驱动信号的电流。为了减小栅极驱动信号的电流，例如可以使朝向栅极的栅极驱动信号的内部路径分岔从而进行分流即可。
此外，将根据电流Id而变化的参数作为时间ΔT等进行了说明，但也可以设为其他值。例如，参数可表示从主开关元件2的截止开始到第2基准时间ΔTref2后施加在主开关元件2上的电压。第2基准时间ΔTref2可为从截止开始到截止完成为止的时间以下的长度。在该情况下，切换部63可根据表示电压的参数比基准值要大这一情况，对从开关元件的截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的栅极电压的变化速度进行切换。在该情况下，也可以防止因浪涌电压而引起的元件破坏，并且降低截止损耗。另外，第2基准时间ΔTref2可以与第1基准时间ΔTref1相同，也可以不同。在第2基准时间ΔTref2与第1基准时间ΔTref1不同的情况下，第2基准时间ΔTref2可以比第1基准时间ΔTref1更长，也可以更短。
此外，参数也可表示在使主开关元件2截止的情况下所产生的浪涌电压。作为一个示例，浪涌电压可以由电压检测电路620检测到。在该情况下，切换部63可基于表示浪涌电压的参数、以及在测定到该参数的开关周期内是否切换栅极电压的变化速度，来切换栅极电压的变化速度。例如，如以下的表1所示，切换部63可以根据上次开关周期内表示浪涌电压的参数是否比基准值要大、以及是否切换栅极电压的变化速度，来对下次开关周期内从截止开始经过第1基准时间ΔTref1以后的变化速度进行切换。在该情况下，也可以防止因浪涌电压而引起的元件破坏，并且降低截止损耗。此外，与仅基于表示浪涌电压的参数判断是否执行切换的情况不同，可防止每1个开关周期内产生超过元件耐压的浪涌电压。
[表1]
Figure BDA0002950309860000161
此外，对基于上次开关周期内测定到的参数来切换下次截止期间内的栅极电压的变化速度这一情况进行了说明，但也可以基于上上次及以前的开关周期内测定到的参数来对下次之后的截止期间内的变化速度进行切换。在该情况下，测定部62可以具有对由参数测定部623测定到的参数进行锁存的n个参数存储部。n个参数存储部依顺序存储所测定到的参数，并且提供到切换判定部632。参数存储部的个数n可以与从测定参数的周期到切换变化速度的周期为止的周期数相等。
此外，对基于参数来减小栅极电压的变化速度或是维持变化速度这一情况进行了说明，但也可以增大变化速度而不是维持变化速度。在该情况下，可以进一步降低截止损耗。
此外，对开关装置100、100A包括正侧的主开关元件1和栅极驱动装置5一组、以及负侧的主开关元件2和栅极驱动装置6一组进行了说明，但也可以设为仅包括任一组。
此外，将栅极驱动装置6的各部分作为模拟电路进行了说明，但比较部621、参数测定部623、切换判定部632中的至少一个也可以是数字电路。相同地，将测定部62A和切换部63A的各部分作为模拟电路进行了说明，但参数测定部623A和切换判定部632A中的至少一个也可以是数字电路。
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于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员知晓能够对上述实施方式实施各种变更或改进。根据专利权利要求书的记载可知，进行了上述各种变更或改进的方式也可包含在本发明的技术范围内。
请注意，对于权利要求书、说明书以及附图中所示的装置、系统、程序、以及方法中的动作、工序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序，只要没有特别明示“之前”、“先前”等，并且未在后续的处理中使用之前处理的输出，则能以任意的顺序实现。权利要求书、说明书和附图中的动作流程中，为了方便说明，使用了“首先”、“然后”等，但并不意味着一定要按照这样的顺序来实施。
标号说明
1主开关元件，2主开关元件，3回流二极管，4回流二极管，5栅极驱动装置，6栅极驱动装置，61栅极驱动部，62测定部，63切换部，100开关装置，101正侧电源线，102负侧电源线，105电源输出端子，106感应负载，620电压检测电路，621比较部，623参数测定部，630栅极电阻，631连接切换部，632切换判定部，6201电阻，6202电阻，6301栅极电阻，6302栅极电阻。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种栅极驱动装置，其特征在于，包括：
栅极驱动部，该栅极驱动部对开关元件的栅极进行驱动；
测定部，该测定部对根据所述开关元件截止之前流过所述开关元件的电流而变化的参数进行测定；以及
切换部，该切换部基于所述参数，对从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的基于所述栅极驱动部的所述开关元件的栅极电压的变化速度进行切换。
2.如权利要求1所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部对所述开关元件的截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度进行切换。
3.如权利要求2所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部减小所述开关元件的截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度。
4.如权利要求2或3所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部使所述开关元件的一个截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度，相对于其他截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度进行变更。
5.如权利要求1至4中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部基于所述开关元件的上次以前的开关周期中测定到的所述参数，来对所述开关元件的下次以后的截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度进行切换。
6.如权利要求1至5中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述第1基准时间是从所述开关元件的截止开始最晚到该开关元件的主端子间产生的电压变为峰值的定时为止的时间。
7.如权利要求1至5中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述第1基准时间是从所述开关元件的截止开始到栅极电压的镜像期间结束的定时为止的时间。
8.如权利要求1至7中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部具有切换判定部，该切换判定部根据所述参数与基准值的比较结果来判定是否切换所述栅极电压的变化速度。
9.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示所述开关元件为导通状态的情况下的所述电流。
10.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示从所述开关元件的截止开始到施加在所述开关元件的主端子间的电压变为基准电压为止的时间。
11.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示从所述开关元件的截止开始经过第2基准时间后施加在所述开关元件上的电压。
12.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示所述开关元件截止的情况下产生的浪涌电压，
所述切换部基于所述参数、以及在测定到该参数的开关周期中是否切换了所述栅极电压的变化速度，来切换所述栅极电压的变化速度。
13.一种开关装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至12中任一项所述的栅极驱动装置；以及
由所述栅极驱动装置对栅极进行驱动的所述开关元件。
14.如权利要求13所述的开关装置，其特征在于，
所述开关元件是宽带隙半导体元件。

Claims (14)

1.一种栅极驱动装置，其特征在于，包括：
栅极驱动部，该栅极驱动部对开关元件的栅极进行驱动；
测定部，该测定部对根据流过所述开关元件的电流而变化的参数进行测定；以及
切换部，该切换部基于所述参数，对从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的基于所述栅极驱动部的所述开关元件的栅极电压的变化速度进行切换。
2.如权利要求1所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部对所述开关元件的截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度进行切换。
3.如权利要求2所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部减小所述开关元件的截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度。
4.如权利要求2或3所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部使所述开关元件的一个截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度，相对于其他截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度进行变更。
5.如权利要求1至4中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部基于所述开关元件的上次以前的开关周期中测定到的所述参数，来对所述开关元件的下次以后的截止期间中从所述开关元件的截止开始经过第1基准时间以后的所述栅极电压的变化速度进行切换。
6.如权利要求1至5中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述第1基准时间是从所述开关元件的截止开始最晚到该开关元件的主端子间产生的电压变为峰值的定时为止的时间。
7.如权利要求1至5中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述第1基准时间是从所述开关元件的截止开始到栅极电压的镜像期间结束的定时为止的时间。
8.如权利要求1至7中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述切换部具有切换判定部，该切换判定部根据所述参数与基准值的比较结果来判定是否切换所述栅极电压的变化速度。
9.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示所述开关元件为导通状态的情况下的所述电流。
10.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示从所述开关元件的截止开始到施加在所述开关元件的主端子间的电压变为基准电压为止的时间。
11.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示从所述开关元件的截止开始经过第2基准时间后施加在所述开关元件上的电压。
12.如权利要求1至8中任一项所述的栅极驱动装置，其特征在于，
所述参数表示所述开关元件截止的情况下产生的浪涌电压，
所述切换部基于所述参数、以及在测定到该参数的开关周期中是否切换了所述栅极电压的变化速度，来切换所述栅极电压的变化速度。
13.一种开关装置，其特征在于，包括：
如权利要求1至12中任一项所述的栅极驱动装置；以及
由所述栅极驱动装置对栅极进行驱动的所述开关元件。
14.如权利要求13所述的开关装置，其特征在于，
所述开关元件是宽带隙半导体元件。
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