CN114629367A - 驱动装置、半导体装置及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及驱动装置、半导体装置及驱动方法。驱动装置包括：驱动部，该驱动部根据从外部输入的控制信号驱动半导体元件的控制端子，该半导体元件具有第一主端子和第二主端子、及控制第一主端子和第二主端子之间的连接状态的控制端子，第一主端子和第二主端子与缓冲器并联连接；及驱动控制部，该驱动控制部在第一主端子和第二主端子之间的主端子间电压随着半导体元件的开关而变化了预定的基准电压差的期间内，与其它至少一部分期间相比，使驱动部的驱动能力下降。

Description

驱动装置、半导体装置及驱动方法
技术领域
本发明涉及驱动装置、半导体装置及驱动方法。
背景技术
在包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)等半导体开关元件(以下也示出为“半导体元件”)的电压型逆变器等电力装置中，高频的电压和电流振动伴随半导体元件的高速开关而产生。专利文献1中公开了附加到半导体装置100的壳体10外部的振动抑制电路20(第0018段、图1A、图1B和图2等)。专利文献2中记载了在半导体开关元件导通的情况和关断的情况下，将半导体开关元件的控制电极和输出节点之间的电阻值切换为不同的值(权利要求1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6597902号公报
专利文献2：国际公开第2017/026367号
发明内容
发明所要解决的技术问题
近年来，半导体元件变得高性能化，此外实现了例如SiC-MOSFET等能够高速地进行开关的半导体元件。因此，期望实现即使在使半导体元件高速地进行开关时也能够以低损耗进行半导体元件的振动抑制的驱动方式。
解决技术问题的技术方案
在本发明的第1方式中提供驱动装置。驱动装置可以包括驱动部，该驱动部根据从外部输入的控制信号驱动半导体元件的控制端子，该半导体元件具有第一主端子和第二主端子、及控制第一主端子和第二主端子之间的连接状态的控制端子，第一主端子和第二主端子与缓冲器并联连接。驱动装置可以包括驱动控制部，该驱动控制部在第一主端子和第二主端子之间的主端子间电压随着半导体元件的开关而变化了预定的基准电压差的期间内，与其它至少一部分期间相比，使驱动部的驱动能力下降。
驱动控制部可以在将半导体元件关断的期间内，在主端子间电压小于第一阈值时，利用驱动部以第一驱动能力驱动控制端子。驱动控制部可以在将半导体元件关断的期间内，在主端子间电压为第一阈值以上时，利用驱动部以高于第一驱动能力的第二驱动能力驱动控制端子。
驱动控制部可以在将半导体元件导通的期间内，在主端子间电压为第二阈值以上时，利用驱动部以第三驱动能力驱动控制端子。驱动控制部可以在将半导体元件导通的期间内，在主端子间电压小于第二阈值时，利用驱动部以低于第三驱动能力的第四驱动能力驱动控制端子。
第一阈值和第二阈值可以是在半导体元件关断的稳定状态下的主端子间电压的60％以上且小于100％。
第一阈值和第二阈值可以是在半导体元件关断的稳定状态下的主端子间电压的80％以上且小于95％。
第一阈值和第二阈值可以是相同值。
驱动控制部可以通过改变连接在控制端子与基准电位之间的电阻的大小、或连接在控制端子与第一主端子或第二主端子之间的电容器的电容中的至少一个来改变控制端子的驱动能力。
驱动部可以在基准电位和控制端子之间具有将电阻或电容器和驱动用开关分别串联连接得到的多个驱动电路。驱动控制部可以通过切换多个驱动电路各自的驱动用开关来改变驱动部的驱动能力。
半导体元件可以是SiC-MOSFET或SiC-IGBT。
在本发明的第2方式中提供半导体装置。半导体装置可以包括半导体元件、及驱动半导体元件的控制端子的驱动装置。
在本发明的第3方式中提供驱动方法。驱动方法可以包括利用驱动部根据从外部输入的控制信号驱动半导体元件的控制端子，该半导体元件具有第一主端子和第二主端子、及控制第一主端子和第二主端子之间的连接状态的控制端子，第一主端子和第二主端子与缓冲器并联连接。驱动方法可以包括在第一主端子和第二主端子之间的主端子间电压随着半导体元件的开关而变化了预定的基准电压差的期间内，与其它至少一部分期间相比，使驱动部的驱动能力下降。
另外，上述发明的概要并没有列举出本发明的全部特征。另外，这些特征组的子组合也能够成为发明。
附图说明
图1将本实施方式所涉及的电力装置100的结构与负载140一起示出。
图2将本实施方式的变形例所涉及的电力装置100的结构与负载140一起示出。
图3表示半导体元件导通时电流和电压的过渡变化的一个例子。
图4表示半导体元件关断时电流和电压的过渡变化的一个例子。
图5表示本实施方式所涉及的半导体装置115的结构。
图6表示半导体元件关断时的动作波形。
图7表示半导体元件导通时的动作波形。
图8表示半导体元件关断时电流和电压的过渡变化的一个例子。
具体实施方式
以下，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不限定权利要求书所涉及的发明。另外，实施方式中说明的特征的全部组合并不一定是发明的解决方案所必须的。
图1将本实施方式所涉及的电力装置100的结构与负载140一起示出。负载140是接收来自电力装置100的供电来动作的电动机、电气设备或其它消耗电力的装置。电力装置100包括电解电容器110、半导体装置115、电感器150和缓冲器180。
电解电容器110连接在电力装置100的正侧母线和负侧母线之间，并且用作半导体装置115和附加40的电压源。电解电容器110累积从未图示的电源向正侧母线和负侧母线之间提供的电源电压，并将其提供给半导体装置115。
半导体装置115具有一个或多个半导体元件120a～b(也示为“半导体元件120”)和一个或多个驱动装置130a～b(也示为“驱动装置130”)。。本实施方式中，为了便于说明，将说明半导体装置115具有两个半导体元件120和两个驱动装置130的情况，但是半导体装置115可以具有一个或三个以上半导体元件120和驱动装置130。半导体装置115可以是通过树脂密封等将一个或多个半导体元件120和一个或多个驱动装置130一体化后的半导体模块。
各半导体元件120是MOSFET或IGBT等半导体开关元件。各半导体元件120可以是能更高速地进行开关的SiC-MOSFET或SiC-IGBT。各半导体元件120具有第一主端子和第二主端子、以及用于控制第一主端子和第二主端子之间的连接状态的控制端子。当半导体元件120是MOSFET时，半导体元件120具有漏极和源极以作为第一主端子和第二主端子，并且具有栅极以作为控制端子。当半导体元件120是IGBT时，半导体元件120具有集电极和发射极以作为第一主端子和第二主端子，具有栅极以作为控制端子。在本实施方式中，为了便于说明，示出了半导体元件120是MOSFET的情况。半导体元件120a～b在正侧母线和负侧母线之间按此顺序将主端子间串联连接。
驱动装置130a～b分别对应于半导体元件120a～b来设置。各驱动装置130连接到相应的半导体元件120的控制端子，并且根据从外部输入的控制信号驱动控制端子。在本图中，对各半导体元件120单独地设置驱动装置130，但也可以将多个驱动装置130统称为“驱动装置”。
电感器150在正侧母线与半导体元件120a及半导体元件120b间的中间端子之间与负载140串联连接。缓冲器180在半导体装置115的外部连接在正侧母线和负侧母线之间。由此，缓冲器180在正侧母线和负侧母线之间与各半导体元件120的第一主端子和第二主端子并联连接。缓冲器180抑制由半导体元件120的开关引起的电压和电流的振动。在本实施方式中，缓冲器180作为一例是RC缓冲器，可以具有串联连接在正侧母线和负侧母线之间的电阻185和电容器190。
本图中的电力装置100的动作如下。首先，驱动装置130a～b接收来自外部的控制信号，驱动成使半导体元件120a关断、半导体元件120b导通。由此，电流从电解电容器110的正侧经由电感器150、负载140和半导体元件120b流向电解电容器110的负侧，向负载140供电，并且在电感器150中累积能量。
接下来，驱动装置130a～b接收来自外部的控制信号，驱动成使半导体元件120a导通、半导体元件120b关断。电感器150进行续流动作，其中电流通过累积的能量连续流动，从电感器150输出的电流经由负载140和半导体元件120a回流到电感器150。当提供给负载140的电力衰减时，驱动装置130a～b接收来自外部的控制信号，恢复到使半导体元件120a关断、半导体元件120b导通。
图2将本实施方式的变形例所涉及的电力装置100的结构与负载140一起示出。图2的电力装置100除了包括多个缓冲器280a～b(也示为“缓冲器280”)来代替缓冲器180这一点以外，与图1的电力装置100相同，因此，对于具有相同或相似的功能和结构的部件，标注相同的标号，除不同点以外省略说明。
在本变形例中，各缓冲器280对应于各半导体元件120来设置，并且连接在对应的半导体元件120的主端子之间。由此，各缓冲器280并联连接到对应的半导体元件120的第一主端子和第二主端子。在本变形例中，缓冲器280a作为一例是RC缓冲器，可以具有串联连接在对应的半导体元件120的主端子之间的电阻285a和电容器290a。同样地，缓冲器280b作为一例也是RC缓冲器，可以具有串联连接在对应的半导体元件120的主端子之间的电阻285b和电容器290b。
另外，在图1和图2中，也可以使用以正侧母线侧为阴极、以中间端子侧为阳极的整流二极管来代替半导体元件120a。该整流二极管作为一例可以是能高速地进行开关的SiC二极管。
图3表示半导体元件导通时电流和电压的过渡变化的一个例子。本图摘录了专利文献1的图5。本图中的“比较例”、“实施例1”和“实施例2”是指专利文献1中的比较例、实施例1和实施例2，而不是指本申请说明书中的比较例和实施例。
“比较例”示出了当专利文献1的“半导体装置100”不包括“振动抑制电路20”时集电极电流IC(即，在主端子之间流动的电流)和集电极-发射极电压VCE(即，主端子之间的电压)的过渡变化。“实施例1”示出了当专利文献1的“半导体装置100”包括具有与本申请的图1中的缓冲器180同样的连接关系的“振动抑制电路20”时电流Ic和电压VCE的过渡变化。“实施例2”示出了当专利文献1的“半导体装置110”包括具有与本申请的图2中的各缓冲器280同样的连接关系的多个“振动抑制电路20”时电流IC和电压VCE的过渡变化(专利文献1的第0049段)。
如本图所示，在未对“半导体装置100”附加“振动抑制电路20”的“比较例”中，当“半导体元件14a”导通时，电流IC和电压VCE大幅振动。与此相对，在对“半导体装置100”附加了“振动抑制电路20”的“实施例1”和“实施例2”中，当“半导体元件14a”导通时，电流IC和电压VCE的振动被抑制。专利文献1的“振动抑制电路20”在“半导体元件14a”关断时也同样地抑制电流IC和电压VCE的振动。另外，在专利文献1的图5中，电压VCE表示当“半导体元件14a”导通时相对侧的“半导体元件15a”的主端子之间的电压(参见第0049段)。
图4表示半导体元件120b关断时电流和电压的过渡变化的一个例子。本图示出当在图1的电力装置100中使用SiC-MOSFET作为半导体元件120b的一例时漏极电流Id和漏极-源极电压Vds的变化。在本图的示例中，以1200V/200A的半导体模块为对象，图1中的电解电容器110和缓冲器180之间的布线电感Ls1设为20nH，缓冲器180和半导体装置115内的半导体元件120a～b之间的布线电感Ls2设为5nH，电阻185的电阻Rs设为0.5Ω，电容器190的电容Cs设为50nF，并且驱动装置130b和半导体元件120b之间的电阻(栅极电阻)设为0.1Ω而固定。
布线电感Ls2存在于半导体元件120a～b和缓冲器180之间。此外，各半导体元件120在漏极-源极之间具有结电容(示为“Cos”)。因此，半导体装置115在比缓冲器180更靠近半导体装置115的一侧含有将电感Ls2和结电容Cos串联连接得到的LC电路。这里，若使缓冲器180尽可能靠近半导体元件120a～b来缩短布线，则可以减小布线电感Ls2。然而，由于缓冲器180设置在半导体装置115的封装外，并且半导体元件120a～b具有一定程度的尺寸，因此抑制布线电感Ls2是有限的。
这种电感Ls2和结电容Cos所形成的LC电路导致产生电流Id和电压Vds的局部变化，该局部变化不能被远离半导体元件120a～b的缓冲器180或缓冲器280充分抑制。在本图中，在横轴上的15.0μs的时刻使半导体元件120b关断，但是在该定时，与图3中的电流和电压的振动相比，在短期间内产生相对高频的电流和电压的较大振动。
这里，为了抑制由电感Ls2和结电容Cos形成的LC电路产生的如图3所示的局部振动，研究了与该LC电路串联设置阻尼电阻Rd。设置这种阻尼电阻Rd时的阻尼系数ζ由以下的式(1)表示。
ζ＝Rd/2·√(Cos/Ls2) (1)
该阻尼系数ζ越大，越能使LC电路引起的振动大幅衰减。从这一观点出发，阻尼系数ζ可以是0.8～1.0以上。即使在将缓冲器180或缓冲器280设置在半导体装置115的外部时，电力装置100也尽可能靠近半导体装置115来配置缓冲器180或缓冲器280。因此，电感Ls1可以是电感Ls2的数倍～数十倍以上。由式(1)可知，阻尼系数ζ与电感的-1/2次方成比例。因此，为了通过阻尼电阻Rd来抑制由电感Ls1+Ls2和结电容Cos形成的LC电路的谐振，而不设置缓冲器180或缓冲器280，需要将阻尼电阻Rd设置为数倍到数十倍以上，以实现相同大小的阻尼系数ζ。例如，当Ls1+Ls2是Ls2的16倍时，为了实现相同的阻尼系数ζ，阻尼电阻Rd必须为4倍。
这里，作为在半导体元件120b的开关过程中损失的能量(或功率)的开关损耗Psw是在开关过程中在半导体元件120b的主端子之间流动的电流(例如，漏极电流)Id、半导体元件120b的主端子间电压(例如，漏极-源极电压)Vds和开关时间Tsw的乘积。这里，假设因阻尼电阻Rd产生开关损耗Psw，则Psw＝Vd×Id＝Rd×Id2×Tsw。因此，阻尼电阻Rd由以下的式(2)表示。
Rd＝Psw/(Id2)/Tsw (2)
由式(2)可知，当增大阻尼电阻Rd时，半导体元件120b的开关损耗Psw变大。因此，当通过阻尼电阻Rd来抑制LC电路的谐振而不设置缓冲器180和缓冲器280时，开关损耗Psw随着阻尼电阻Rd变大而变大。
因此，电力装置100使用如图1中的缓冲器180和图2中的缓冲器280的缓冲器来抑制如图3中所示的振动，并且由半导体元件120产生开关损耗Psw，该开关损耗Psw使得产生对于由电感Ls2和结电容Cos形成的LC电路产生的局部振动、实现一定程度的阻尼系数ζ的阻尼电阻Rd。
图5将本实施方式所涉及的半导体装置115的结构与电解电容器110一起示出。半导体装置115在作为一例附加了图1的缓冲器180或图2的缓冲器280这样的缓冲器的电力装置100中，抑制由电感Ls2和结电容Cos形成的LC电路产生的局部振动。
在本图中，标注了与图1或图2相同的标号的部件具有与图1或图2中的对应的部件相同的功能和结构，因此下面除了不同点之外，省略说明。如图1和图2所示，半导体装置115具有一个或多个半导体元件120和一个或多个驱动装置130。在本图中，将着眼于一个半导体元件120(例如，半导体元件120b)和一个驱动装置130(例如，驱动装置130b)来进行说明。
驱动装置130包含驱动部500和驱动控制部530。驱动部500从驱动控制部530接收与从外部输入的控制信号相对应的控制，并根据控制信号驱动半导体元件120的控制端子。驱动部500在作为负侧基准电位的负侧母线和半导体元件120的控制端子之间具有将电阻510a和驱动用开关520a串联连接得到的驱动电路、以及将电阻510b和驱动用开关520b串联连接得到的驱动电路(负侧驱动电路)。此外，驱动部500在作为正侧基准电位的正侧母线和半导体元件120的控制端子之间具有将电阻510c和驱动用开关520c串联连接得到的驱动电路、以及将电阻510d和驱动用开关520d串联连接得到的驱动电路(正侧驱动电路)。在本图的示例中，驱动用开关520a～b是p沟道MOSFET，并且驱动用开关520c～d是n沟道MOSFET。替代地，驱动用开关520a～d各自(也示为“驱动用开关520”)可以是能分别经由电阻510a～d(也示为“电阻510”)将半导体元件120的控制端子与正侧母线或负侧母线之间连接或切断的任意开关元件。
驱动控制部530根据从外部输入的控制信号来控制驱动部500。这里，驱动控制部530在半导体元件120的第一主端子和第二主端子之间的主端子间电压随着半导体元件120的开关而变化了预定的基准电压差的期间内，与其它至少一部分期间相比，进行使驱动部500的驱动能力下降的控制。在本实施方式中，驱动控制部530通过切换多个驱动电路各自的驱动用开关510来改变驱动部500的驱动能力。
驱动控制部530包含多个分压电阻540a～b、缓冲器545、电压源550a～b(也示为“电压源550”)和多个驱动器560a～d(也示为“驱动器560”)。分压电阻540a～b串联连接在半导体元件120的第一主端子和第二主端子之间，并且通过用分压电阻540a的电阻值R1与分压电阻540b的电阻值R2之间的电阻比对半导体元件120的主端子间电压进行分压，从而输出与主端子间电压成比例的检测信号。这里，当半导体元件120的主端子间电压(本图中的漏极-源极电压)设为Vds时，检测信号为R2/(R1+R2)·Vds。
缓冲器545缓冲并输出从外部输入的控制信号。缓冲器545可放大并输出控制信号以对驱动器560a～d进行驱动。在本实施方式中，控制信号在低电平时指示将半导体元件120关断，在高电平时指示将半导体元件120导通。电压源550a输出与主端子间电压的检测值进行比较的阈值电压Vth1。电压源550b输出与主端子间电压的检测值进行比较的阈值电压Vth2。
驱动器560a连接到分压电阻540a～b之间、缓冲器545及电压源550a。驱动器560a是具有比较器的驱动器，当通过缓冲器545输入的控制信号为低电平时，以主端子间电压的检测信号为阈值电压Vth1以上为条件，将驱动用开关520a的控制端子设为低电平，使驱动用开关520a导通。当控制信号为高电平时，或者当主端子间电压的检测信号小于阈值电压Vth1时，驱动器560a将驱动用开关520a的控制端子设为高电平，使驱动用开关520a关断。这里，由于检测信号是半导体元件120的主端子间电压的电阻分压，所以驱动器560a实质上将主端子间电压与第一阈值Th1进行比较，该第一阈值Th1是阈值电压Vth1的(R1+R2)/R2倍。
驱动器560b连接到分压电阻540a～b之间和缓冲器545。当控制信号为低电平时，驱动器560b将驱动用开关520b的控制端子设为低电平，使驱动用开关520b导通。当控制信号为高电平时，驱动器560b将驱动用开关520b的控制端子设为高电平，使驱动用开关520b关断。
由此，驱动器560a～b在响应于控制端子从高电平切换到低电平而关断半导体元件120的期间中，从主端子间电压几乎为0的状态开始，在主端子间电压小于第一阈值Th1的期间，关断驱动用开关520a，导通驱动用开关520b，利用驱动部500以第一驱动能力驱动控制端子。当主端子间电压变为第一阈值Th1以上时，驱动器560a～b导通驱动用开关520a～b，以第二驱动能力驱动控制端子。
这里，当驱动用开关520a关断、驱动用开关520b导通时，栅极电阻的大小变为电阻510b的电阻值Rg2，而当驱动用开关520a～b导通时，栅极电阻的大小变为由电阻510a～b的电阻值Rg1和Rg2的并联连接而产生的合成电阻值Rg1·Rg2/(Rg1+Rg2)，从而变为小于电阻值Rg2。因此，驱动用开关520a～b导通时的第二驱动能力高于驱动用开关520a断开、且驱动用开关520b导通时的第一驱动能力。
驱动器560c连接到分压电阻540a～b之间和缓冲器545。当控制信号为高电平时，驱动器560c将驱动用开关520c的控制端子设为高电平，使驱动用开关520c导通。当控制信号为低电平时，驱动器560c将驱动用开关520c的控制端子设为低电平，使驱动用开关520c关断。
驱动器560d连接到分压电阻540a～b之间、缓冲器545及电压源550b。驱动器560d是具有比较器的驱动器，当通过缓冲器545输入的控制信号为高电平时，以主端子间电压的检测信号为阈值电压Vth2以上为条件，将驱动用开关520d的控制端子设为高电平，使驱动用开关520d导通。当控制信号为低电平时，或者当主端子间电压的检测信号小于阈值电压Vth2时，驱动器560d将驱动用开关520d的控制端子设为低电平，使驱动用开关520d关断。这里，由于检测信号是半导体元件120的主端子间电压的电阻分压，所以驱动器560d实质上将主端子间电压与第二阈值Th2进行比较，该第二阈值Th2是阈值电压Vth2的(R1+R2)/R2倍。
由此，驱动器560c～d在响应于控制端子从低电平切换到高电平而将半导体元件120导通的期间中，在主端子间电压为第二阈值Th2以上的期间，将驱动用开关520c～d导通，利用驱动部500以第三驱动能力驱动控制端子。当主端子间电压变为小于第二阈值Th2时，驱动器560a～b导通驱动用开关520c，关断驱动用开关520d，利用驱动部500以第四驱动能力驱动控制端子。这里，驱动用开关520c导通、且驱动用开关520d关断时的栅极电阻大于驱动用开关520c～d导通时的栅极电阻，因此第四驱动能力低于第三驱动能力。
以这种方式，驱动控制部530可以通过改变连接在控制端子和基准电位之间的控制电阻(栅极电阻)的大小、即合成电阻的大小，来改变控制端子的驱动能力。作为本图所示的结构的代替，驱动部500可以具有由可变电阻形成的控制电阻，并且驱动控制部530可以通过改变驱动部500的可变电阻的电阻值来改变控制端子的驱动能力。
此外，驱动部500可以采用在基准电位和控制端子之间具有将电容器和驱动用开关510分别串联连接得到的多个驱动电路的结构。在这种情况下，驱动控制部530通过改变连接在控制端子与第一主端子或第二主端子之间的电容器的电容来改变控制端子的驱动能力。
这里，在施加相同的栅极电流时，连接在控制端子和半导体元件120的主端子之间的电容器的合成电容越增加，栅极电压的变化越被抑制，驱动部500的驱动能力变得越低。因此，在使用电容器代替电阻510a的情况下，当通过缓冲器545输入的控制信号为低电平时，驱动器560a以主端子间电压的检测信号小于阈值电压Vth1为条件，将驱动用开关520a的控制端子设为低电平，使驱动用开关520a导通。此外，在使用电容器代替电阻510d的情况下，当通过缓冲器545输入的控制信号为高电平时，驱动器560d以主端子间电压的检测信号小于阈值电压Vth2为条件，将驱动用开关520d的控制端子设为高电平，使驱动用开关520d导通。
图6表示半导体元件120关断时的动作波形。具体地，本图示出了控制信号、驱动用开关520a的连接状态、驱动用开关520b的连接状态、半导体元件120的控制电压(栅极电压)、以及主端子间电压VDS和流过半导体元件120的电流(漏极电流)ID中的每一个随着沿横轴方向示出的时间的经过的变化。
在半导体元件120导通的稳定状态下，控制信号变为高电平，驱动用开关520a～b关断，驱动用开关520c～d导通。在该状态下，半导体元件120的主端子间电压VDS几乎变为0V，并且负载140所需的电流ID流过半导体元件120。
当控制信号从高电平变为低电平时，驱动装置130开始半导体元件120的关断动作。驱动器560a在主端子间电压VDS小于第一阈值Th1的期间t1内关断驱动用开关520a。驱动器560b随着控制信号变为低电平而将驱动用开关520b导通。此外，驱动器560c～d关断驱动用开关520c～d。因此，驱动控制部530以第一驱动能力对半导体元件120的控制端子进行驱动，使控制端子的控制电压下降。
当控制电压下降一定程度时，半导体元件120开始关断。主端子间电压VDS随之上升，在控制信号变为低电平起的期间t1之后，变为第一阈值Th1以上。驱动器560a根据主端子间电压VDS变为第一阈值Th1以上这一情况，导通驱动用开关520a。半导体元件120响应于开始关断这一情况，如图中的实线所示，减小电流ID，并且在控制信号变为低电平起的期间t1+t2之后，将电流ID设为0而成为关断状态。
根据本实施方式所涉及的驱动装置130，在半导体元件120的关断动作中，在主端子间电压VDS从几乎为0变化到第一阈值Th1的期间内(即，在主端子间电压VDS几乎变化了第一阈值Th1的电压差的期间内)，与在主端子间电压VDS变为第一阈值以上之后的期间相比，使驱动部500的驱动能力下降。这里，如果驱动装置130不具有由电阻510a和驱动用开关520a形成的驱动电路，即使在主端子间电压VDS变为第一阈值Th1以上之后，也仅由驱动用开关520b驱动半导体元件120的控制端子，则如图中虚线所示，电流ID的下降变慢。在这种情况下，与在主端子间电压VDS变为第一阈值Th1以上的情况下使用驱动用开关520a和驱动用开关520b两者来驱动半导体元件120的控制端子的情况相比，关断期间如图中t11+t22所示变长，开关损耗增加。
与此相对，根据本实施方式所涉及的驱动装置130，在主端子间电压VDS变化了基准电压差的期间t1内，使驱动部500的驱动能力下降，而在主端子间电压VDS相对不变化的期间t2内，增大驱动部500的驱动能力。这里，在主端子间电压VDS的变化速度越大，伴随半导体元件120的关断的振动变得越大的情况下，驱动装置130使主端子间电压VDS大幅变化的期间t1中的驱动部500的驱动能力下降来抑制电压VDS的变化速度，从而能有效地抑制振动的发生。
图7表示半导体元件120导通时的动作波形。具体地，本图示出了控制信号、驱动用开关520d的连接状态、驱动用开关520c的连接状态、半导体元件120的控制电压(栅极电压)、以及主端子间电压VDS和流过半导体元件120的电流(漏极电流)ID中的每一个随着沿横轴方向的时间的经过的变化。
在半导体元件120关断的稳定状态下，控制信号变为低电平，驱动用开关520a～b导通，驱动用开关520c～d关断。在该状态下，半导体元件120的主端子间电压VDS几乎成为电解电容器110所产生的电源电压，电流不流过半导体元件120。
当控制信号从低电平变为高电平时，驱动装置130开始半导体元件120的导通动作。驱动器560c～d在主端子间电压VDS变为第二阈值Th2以上的期间，导通驱动用开关520c～d。此外，驱动器560a～b关断驱动用开关520a～b。因此，驱动控制部530以第三驱动能力驱动半导体元件120的控制端子，使控制端子的控制电压上升。
当控制电压上升一定程度时，半导体元件120开始导通。主端子间电压VDS随之下降，在控制信号变为高电平起的期间t3之后，变为小于第二阈值Th2。驱动器560d根据主端子间电压VDS变为小于第二阈值Th2这一情况，关断驱动用开关520d。半导体元件120响应于开始导通这一情况，如图中的实线所示，使主端子间电压VDS下降，并且在控制信号变为高电平起的期间t3+t4之后，将主端子间电压VDS几乎设为0。此外，半导体元件120响应于开始导通这一情况，如图中的实线所示，使电流ID上升，并且在控制信号变为高电平起经过期间t3+t4的时刻附近，将电流ID设为稳定电流。
根据本实施方式所涉及的驱动装置130，在半导体元件120的导通动作中，在主端子间电压VDS从第二阈值Th2变化到几乎为0的期间内(即，在主端子间电压VDS几乎变化了第二阈值Th2的电压差的期间内)，与在主端子间电压VDS为第二阈值以上的期间相比，使驱动部500的驱动能力下降。这里，如果驱动装置130不具有由电阻510d和驱动用开关520d形成的驱动电路，即使在主端子间电压VDS变为第二阈值Th2以上的期间内，也仅由驱动用开关520c驱动半导体元件120的控制端子，则如图中虚线所示，主端子间电压VDS的下降和电流ID的上升变慢。在这种情况下，与在主端子间电压VDS为第二阈值Th2以上的期间内使用驱动用开关520c和驱动用开关520d两者来驱动半导体元件120的控制端子的情况相比，导通期间如图中t33+t44所示变长，开关损耗增加。
与此相对，根据本实施方式所涉及的驱动装置130，在主端子间电压VDS变化了基准电压差的期间t4内，使驱动部500的驱动能力下降，而在主端子间电压VDS相对不变化的期间t3内，增大驱动部500的驱动能力。这里，在主端子间电压VDS的变化速度越大，伴随半导体元件120的关断的振动变得越大的情况下，驱动装置130使主端子间电压VDS大幅变化的期间t4中的驱动部500的驱动能力下降来抑制电压VDS的变化速度，并抑制半导体元件120的电阻值的下降速度来增大阻尼电阻Rd，从而能有效地抑制振动的发生。
另外，在关断期间内与主端子间电压VDS进行比较的第一阈值Th1、和在导通期间内与主端子间电压VDS进行比较的第二阈值Th2中的至少一个可以是在半导体元件120关断的稳定状态下的主端子间电压的60％以上且小于100％，也可以是80％以上且小于95％。此外，第一阈值Th1和第二阈值Th2可以是相同的值，也可以是不同的值。
图8表示半导体元件关断时电流和电压的过渡变化的一个例子。在本图中，除了在主端子间电压变化了基准电压差的期间内将驱动装置130b和半导体元件120b之间的电阻(栅极电阻)从0.1Ω增加到2Ω之外，应用与图4相同的条件。
在图4中，在横轴上的15.0μs处关断半导体元件120b的定时，可以看到由电感Ls2和结电容Cos形成的LC电路引起的电流Id和电压Ids的局部高频振动。与此相对，在本图中，能够抑制这样的高频振动。另外，驱动装置130可以在主端子间电压变化了基准电压差的期间内增加栅极电阻即可，例如可以将栅极电阻增加到两倍以上。
另外，在主端子间电压变化了基准电压差的期间内，使驱动装置130的驱动能力下降到何种程度、即例如将栅极电阻增加到何种程度可以根据布线电感Ls2的大小等而改变。因此，半导体装置115的制造者或半导体装置115的使用者可以使用对半导体装置115进行仿真后的结果、或对半导体装置115进行试验后的结果来决定驱动装置130的驱动能力。此外，驱动装置130可以具有能从外部设定在主端子间电压变化了基准电压差的期间内的驱动装置130的驱动能力的设定存储器等，也可以根据设定值来切换驱动装置130的驱动能力。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员可以明白，可以对上述实施方式施加各种变更或改良。根据权利要求书的记载可知，施加了这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。
应注意，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、顺序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序只要没有特别明示“此前”、“之前”等，并且只要不是将前面的处理的输出用于后面的处理，则能够以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书以及附图中的动作流程，为了方便而使用“首先”、“接下来”等进行了说明，但并不意味着必须以该顺序实施。
标号说明
100 电力装置
110 电解电容器
115 半导体装置
120a～b 半导体元件
130a～b 驱动装置
140 负载
150 电感器
180 缓冲器
185 电阻
190 电容器
280a～b 缓冲器
285a～b 电阻
290a～b 电容器
500 驱动部
510a～d 电阻
520a～d 驱动用开关
530 驱动控制部
540a～b 分压电阻
545 缓冲器
550a～b 电压源
560a～d 驱动器。

Claims (11)

1.一种驱动装置，其特征在于，包括：
驱动部，该驱动部根据从外部输入的控制信号来驱动半导体元件的控制端子，该半导体元件具有第一主端子和第二主端子、以及控制所述第一主端子和所述第二主端子之间的连接状态的所述控制端子，所述第一主端子和所述第二主端子与缓冲器并联连接；以及
驱动控制部，该驱动控制部在所述第一主端子和所述第二主端子之间的主端子间电压随着所述半导体元件的开关而变化了预定的基准电压差的期间内，与其它至少一部分期间相比，使所述驱动部的驱动能力下降。
2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动控制部在将所述半导体元件关断的期间内，在所述主端子间电压小于第一阈值时，利用所述驱动部以第一驱动能力驱动所述控制端子，当所述主端子间电压为所述第一阈值以上时，利用所述驱动部以比所述第一驱动能力要高的第二驱动能力驱动所述控制端子。
3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动控制部在将所述半导体元件导通的期间内，在所述主端子间电压为第二阈值以上时，利用所述驱动部以第三驱动能力驱动所述控制端子，当所述主端子间电压小于所述第二阈值时，利用所述驱动部以比所述第三驱动能力要低的第四驱动能力驱动所述控制端子。
4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一阈值和所述第二阈值是在所述半导体元件关断的稳定状态下的所述主端子间电压的60％以上且小于100％。
5.如权利要求3或4所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一阈值和所述第二阈值是在所述半导体元件关断的稳定状态下的所述主端子间电压的80％以上且小于95％。
6.如权利要求3至5中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述第一阈值和所述第二阈值是相同值。
7.如权利要求1至6中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动控制部通过改变连接在所述控制端子与基准电位之间的电阻的大小、或连接在所述控制端子与所述第一主端子或所述第二主端子之间的电容器的电容中的至少一个，来改变所述控制端子的驱动能力。
8.如权利要求1至7中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述驱动部在基准电位和所述控制端子之间具有将电阻或电容器和驱动用开关分别串联连接得到的多个驱动电路，
所述驱动控制部切换所述多个驱动电路各自的所述驱动用开关，以改变所述驱动部的驱动能力。
9.如权利要求1至8中任一项所述的驱动装置，其特征在于，
所述半导体元件是SiC-MOSFET或SiC-IGBT。
10.一种半导体装置，其特征在于，包括：
所述半导体元件；以及
驱动所述半导体元件的控制端子的如权利要求1至9中任一项所述的驱动装置。
11.一种驱动方法，其特征在于，包括：
利用驱动部根据从外部输入的控制信号来驱动半导体元件的控制端子，该半导体元件具有第一主端子和第二主端子、以及控制所述第一主端子和所述第二主端子之间的连接状态的所述控制端子，所述第一主端子和所述第二主端子与缓冲器并联连接；以及
在所述第一主端子和所述第二主端子之间的主端子间电压随着所述半导体元件的开关而变化了预定的基准电压差的期间内，与其它至少一部分期间相比，使所述驱动部的驱动能力下降。
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