CN114268303A - 半导体装置 - Google Patents

半导体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN114268303A
CN114268303A CN202111132598.6A CN202111132598A CN114268303A CN 114268303 A CN114268303 A CN 114268303A CN 202111132598 A CN202111132598 A CN 202111132598A CN 114268303 A CN114268303 A CN 114268303A
Authority
CN
China
Prior art keywords
power supply
supply voltage
power
semiconductor device
gate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111132598.6A
Other languages
English (en)
Inventor
酒井伸次
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN114268303A publication Critical patent/CN114268303A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
    • H03K17/127—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/567—Circuits characterised by the use of more than one type of semiconductor device, e.g. BIMOS, composite devices such as IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0006—Arrangements for supplying an adequate voltage to the control circuit of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0045—Converters combining the concepts of switch-mode regulation and linear regulation, e.g. linear pre-regulator to switching converter, linear and switching converter in parallel, same converter or same transistor operating either in linear or switching mode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
    • H02M7/5387—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters in a bridge configuration

Abstract

得到能够降低成本、提高品质和性能的半导体装置。饱和电流不同的第1及第2功率晶体管(Q1、Q2)彼此并联连接。栅极驱动器(1)是分别通过单独的栅极电压对第1及第2功率晶体管(Q1、Q2)进行驱动的IC。栅极驱动器(1)具有：驱动电路(4)，其将输入信号输入而将驱动信号输出；第1放大器(5)，其根据第1电源电压(VCC1)对驱动信号进行放大而供给至第1功率晶体管(Q1)的栅极；以及第2放大器(6)，其根据与第1电源电压(VCC1)不同的第2电源电压(VCC2)对驱动信号进行放大而供给至第2功率晶体管(Q2)的栅极。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及对功率晶体管进行并联驱动的半导体装置。
背景技术
就对功率晶体管进行并联驱动的半导体装置而言，为了特性改善，将MOSFET(单极)和IGBT(双极)组合作为功率晶体管。如果对这些功率晶体管的驱动使用共通的栅极电压，则由于IGBT的短路耐量而使栅极电压受到限制，因此制约了由MOSFET的栅极电压增加带来的特性改善。这成为MOSFET的芯片尺寸缩小的阻碍，无法实现低成本化和小型化。因此，提出了通过电源电压不同的单独的驱动电路对2个功率晶体管进行控制的半导体装置(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开2020-18037号公报
但是，由于需要准备单独的驱动电路，因此部件件数和电路规模增加，无法实现总体上的成本降低。另外，在电源电压不同的2个驱动电路之间产生传输延迟波动，品质和性能下降。
发明内容
本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到能够降低成本、提高品质和性能的半导体装置。
本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有：第1及第2功率晶体管，它们彼此并联连接，饱和电流不同；以及栅极驱动器，其分别通过单独的栅极电压对所述第1及第2功率晶体管进行驱动，所述栅极驱动器具有：驱动电路，其将输入信号输入而将驱动信号输出；第1放大器，其根据第1电源电压对所述驱动信号进行放大而供给至所述第1功率晶体管的栅极；以及第2放大器，其根据与所述第1电源电压不同的第2电源电压对所述驱动信号进行放大而供给至所述第2功率晶体管的栅极。
发明的效果
在本发明中，使驱动电路针对第1及第2功率晶体管是共通的。由此，与针对第1及第2功率晶体管而单独地设置了驱动电路的情况相比，能够缩小电路规模、降低成本。另外，由于使驱动电路共通化，在即将输出之前对驱动信号进行分支，因此能够抑制传输延迟波动。
由此，能够提高品质和性能。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的电路图。
图2是表示驱动电路的电路图。
图3是表示实施方式2涉及的半导体装置的电路图。
图4是表示电源电路的电路图。
图5是表示实施方式3涉及的半导体装置的电路图。
图6是表示实施方式4涉及的半导体装置的电路图。
具体实施方式
参照附图，对实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或者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是表示实施方式1涉及的半导体装置的电路图。第1功率晶体管Q1是MOSFET，第2功率晶体管Q2是IGBT等双极型晶体管。第1及第2功率晶体管Q1、Q2的gm特性和饱和电流不同。第1及第2功率晶体管Q1、Q2彼此并联连接。
栅极驱动器1是分别通过单独的栅极电压对第1及第2功率晶体管Q1、Q2进行驱动的IC。外部电源2、3设置于栅极驱动器1的外部，分别将第1及第2电源电压VCC1、VCC2供给至栅极驱动器1。第2电源电压VCC2与第1电源电压VCC1不同。
栅极驱动器1具有驱动电路4、第1放大器5和第2放大器6。驱动电路4将输入信号Vin输入，进行电平移位等处理而输出驱动信号。驱动电路4输出的驱动信号被分支为2个，分别输入至第1放大器5和第2放大器6。第1放大器5根据第1电源电压VCC1将驱动信号进行放大而供给至第1功率晶体管Q1的栅极。第2放大器6根据第2电源电压VCC2将驱动信号进行放大而供给至第2功率晶体管Q2的栅极。由此，不仅在瞬态的动作环境中，即使在静态的动作环境中也能够将第1及第2功率晶体管Q1、Q2的栅极电压设定为不同的值。
图2是表示驱动电路的电路图。输入信号Vin经由保护电路7而被输入至输入电路8。输入电路8是施密特比较器。输入电路8的输出信号在由滤波电路-延迟电路9进行滤波以及延迟之后，通过电平移位电路10进行电平移位。稳定化电源电路19向输入电路8、滤波电路-延迟电路9以及电平移位电路10供给电力。电平移位电路10的输出信号经由输出电路11以及反相器12、13而被作为驱动信号输出。
在本实施方式中，使驱动电路4针对第1及第2功率晶体管Q1、Q2是共通的。由此，与针对第1及第2功率晶体管Q1、Q2而单独地设置了驱动电路的情况相比，能够缩小电路规模、降低成本。另外，由于使驱动电路4共通化，在即将输出之前对驱动信号进行分支，因此能够抑制传输延迟波动。由此，能够提高品质和性能。
另外，第1及第2电源电压VCC1、VCC2被分别从单独的外部电源2、3供给至第1及第2放大器5、6。并且，第1功率晶体管Q1的饱和电流比第2功率晶体管Q2的饱和电流小，因此，能够使第2电源电压VCC2比第1电源电压VCC1小。由此，外部电源3的电力被控制为第2功率晶体管Q2的栅极驱动所需的电力，因此，能够抑制外部电源3的电路规模和成本。
另外，优选第1功率晶体管Q1是SiC MOSFET。SiC MOSFET的gm特性高，能够通过提高栅极电压而改善性能。并且，能够通过芯片缩小等而进一步降低成本。
实施方式2.
图3是表示实施方式2涉及的半导体装置的电路图。在本实施方式中，栅极驱动器1还具有根据第1电源电压VCC1生成第2电源电压VCC2而供给至第2放大器6的电源电路14。第2电源电压VCC2比第1电源电压VCC1低。
图4是表示电源电路的电路图。电源电路14是具有晶体管15、基准电压源Vref、反馈电阻R1、R2、误差放大器16的线性调节器。晶体管15是PchMOSFET，源极与输入端子VIN连接，漏极与输出端子VOUT连接。输出端子VOUT的电压通过反馈电阻R1、R2被电阻分割而输入至误差放大器16的+端子。向误差放大器16的-端子输入基准电压源Vref的基准电压。误差放大器16的输出电压被供给至晶体管15的栅极。此外，晶体管15不限于是MOSFET，也可以是双极晶体管。
在本实施方式中，在栅极驱动器1内部生成第2电源电压VCC2。因此，能够削减外部电源。与此相伴，能够削减IC焊盘、引脚数，因此，能够抑制栅极驱动器1的电路规模。另外，还能够实现由共通封装件的沿用带来的成本削减。
另外，第2电源电压VCC2是仅在第2功率晶体管Q2的栅极驱动时所需的小规模的电力。因此，能够通过电阻分割等较简单的电源电路14而在栅极驱动器1内部生成第2电源电压VCC2。因此，能够抑制栅极驱动器1的电路规模的增加。
实施方式3.
图5是表示实施方式3涉及的半导体装置的电路图。第1及第2功率晶体管Q1′、Q2′彼此并联连接，与第1及第2功率晶体管Q1、Q2的高电位侧连接。第1及第2功率晶体管Q1′、Q2′的结构分别与第1及第2功率晶体管Q1、Q2相同。栅极驱动器1′是分别通过单独的栅极电压对第1及第2功率晶体管Q1′、Q2′进行驱动的IC，结构与实施方式2的栅极驱动器1相同。由功率晶体管Q1、Q2、Q1′、Q2′和栅极驱动器1、1′构成半桥。
高电位侧的栅极驱动器1′的一个电源电压由将低电位侧的电源电压VCC1升压后的浮置电源供给。高电位侧的栅极驱动器1′的另一个电源电压是在栅极驱动器1′的高耐压区域内生成的。这里，浮置电源是具有自举电容器17和自举二极管18的自举电路。另外，也能够采用电荷泵方式等的使用了低电位侧的电源电压的充电方式。因此，能够实现总成本、部件件数的削减。另外，能够得到与实施方式1、2相同的效果。
实施方式4.
图6是表示实施方式4涉及的半导体装置的电路图。设置3个实施方式3的半桥而构成3相逆变器。由此，能够在用于3相逆变器控制的用途中得到与实施方式1～3相同的效果。
标号的说明
Q1第1功率晶体管，Q2第2功率晶体管，1栅极驱动器，4驱动电路，5第1放大器，6第2放大器，14电源电路。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
第1及第2功率晶体管，它们彼此并联连接，饱和电流不同；以及
栅极驱动器，其分别通过单独的栅极电压对所述第1及第2功率晶体管进行驱动，
所述栅极驱动器具有：
驱动电路，其将输入信号输入而将驱动信号输出；
第1放大器，其根据第1电源电压对所述驱动信号进行放大而供给至所述第1功率晶体管的栅极；以及
第2放大器，其根据与所述第1电源电压不同的第2电源电压对所述驱动信号进行放大而供给至所述第2功率晶体管的栅极。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1功率晶体管的饱和电流比所述第2功率晶体管的饱和电流小，
所述第2电源电压比所述第1电源电压小。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1及第2电源电压是分别从单独的外部电源供给至所述第1及第2放大器的。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1电源电压是从外部电源供给至所述第1放大器的，
所述第2电源电压比所述第1电源电压低，
所述栅极驱动器还具有根据所述第1电源电压生成所述第2电源电压而供给至所述第2放大器的电源电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
由所述第1及第2功率晶体管和所述栅极驱动器构成半桥。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
由3个所述半桥构成3相逆变器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述第1功率晶体管是SiC MOSFET。
CN202111132598.6A 2020-10-01 2021-09-26 半导体装置 Pending CN114268303A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020-167185 2020-10-01
JP2020167185A JP7447756B2 (ja) 2020-10-01 2020-10-01 半導体装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114268303A true CN114268303A (zh) 2022-04-01

Family

ID=80738160

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111132598.6A Pending CN114268303A (zh) 2020-10-01 2021-09-26 半导体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11894783B2 (zh)
JP (1) JP7447756B2 (zh)
CN (1) CN114268303A (zh)
DE (1) DE102021113259A1 (zh)

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5521530A (en) * 1994-08-31 1996-05-28 Oki Semiconductor America, Inc. Efficient method and resulting structure for integrated circuits with flexible I/O interface and power supply voltages
JP5559265B2 (ja) 2012-07-30 2014-07-23 ファナック株式会社 スイッチング素子が並列接続されて並列駆動される電力変換装置
US9722581B2 (en) 2014-07-24 2017-08-01 Eaton Corporation Methods and systems for operating hybrid power devices using driver circuits that perform indirect instantaneous load current sensing
JP6402591B2 (ja) 2014-10-31 2018-10-10 富士電機株式会社 半導体装置
JP6398872B2 (ja) * 2015-05-27 2018-10-03 株式会社デンソー 駆動装置
JP6528575B2 (ja) 2015-07-17 2019-06-12 富士電機株式会社 半導体スイッチング装置
JP6919292B2 (ja) 2016-04-19 2021-08-18 株式会社デンソー スイッチング素子の駆動回路
US10291110B2 (en) 2016-04-19 2019-05-14 Denso Corporation Driving circuit for switching element and power conversion system
JP6922175B2 (ja) 2016-09-01 2021-08-18 富士電機株式会社 電力変換装置
JP6669638B2 (ja) * 2016-11-29 2020-03-18 トヨタ自動車株式会社 スイッチング回路
US10756722B2 (en) * 2017-03-02 2020-08-25 HELLA GmbH & Co. KGaA Hybrid switch control
JP2020018037A (ja) * 2018-07-23 2020-01-30 株式会社デンソー パワー素子駆動装置
JP2020061903A (ja) 2018-10-12 2020-04-16 株式会社デンソー ゲート駆動装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20220109380A1 (en) 2022-04-07
DE102021113259A1 (de) 2022-04-07
US11894783B2 (en) 2024-02-06
JP7447756B2 (ja) 2024-03-12
JP2022059436A (ja) 2022-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10756728B2 (en) Insulated gate device drive apparatus
JP5254678B2 (ja) レベルシフト回路及びパワー半導体装置
US10218351B2 (en) Parallel driving circuit of voltage-driven type semiconductor element
CN111835327B (zh) 栅极驱动器及半导体模块
US10396547B2 (en) Semiconductor device and power control device
US11543846B2 (en) Gate driver circuit for reducing deadtime inefficiencies
CN111656658B (zh) 负电压生成电路和使用该负电压生成电路的电力转换装置
CN108809296B (zh) 高压电平移位电路及驱动装置
CN111211763B (zh) 高电位侧驱动电路
KR100846880B1 (ko) 높고 그리고 넓은 동작 전압 범위를 위한 바이어스 회로를구비한 게이트 드라이버 출력 단
CN114268303A (zh) 半导体装置
CN104967433B (zh) 高电压开关输出驱动器
US20230129526A1 (en) Switching circuit, dc/dc converter, and control circuit thereof
JP5200787B2 (ja) スイッチング電源装置
CN114629367A (zh) 驱动装置、半导体装置及驱动方法
JP2017005063A (ja) 電圧発生回路、負電圧発生回路、正負電圧論理回路、及び高周波スイッチ回路
JP6677034B2 (ja) ゲート駆動回路、半導体装置
CN110912381A (zh) 半导体装置
US11757347B2 (en) High-side gate drive voltage generation circuit and semiconductor module
US9838015B2 (en) Apparatus for performing level shift control in an electronic device with aid of parallel paths controlled by different control signals for current control purposes
US11735997B2 (en) Upper arm drive circuit having a reverse current prevention circuit disposed between a power supply of a power conversion device and a first capacitor and control method thereof
JP7292196B2 (ja) 駆動装置およびパワーモジュール
US20230137944A1 (en) Semiconductor device
CN108696275B (zh) 缓冲电路
US9130451B2 (en) Circuitry, multi-branch charge pump, method for controlling a charge pump and system

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination