CN1452305A - 电力半导体装置 - Google Patents

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Abstract

一种可防止因加于半导体元件开关动作控制电路的预定端子间的浪涌电压造成控制电路损坏的电力半导体装置。该电力半导体装置中设有：串联连接于高压侧与低压侧的、由半导体元件SW1、SW2串联连接而成的半电桥电路，以及控制各半导体元件SW1、SW2的开关动作的、带有连接于控制电源高电位侧的电源输入端子Vcc的控制电路IC1、IC2。该装置中还设有：连接在控制低压侧半导体元件SW1的控制电路IC1的电源输入端子Vcc和低压侧半导体元件SW1的低压侧端子即发射极端子N1之间的齐纳二极管ZD。

Description

电力半导体装置
技术领域
本发明涉及进行电力变换的电力半导体装置，特别是对电力半导体装置中的浪涌进行保护。
技术背景
一般情况下，进行电力变换的电力半导体装置，是由并联多个串联连接两个电力半导体元件的半电桥电路而组合成的倒相电路及驱动倒相电路内的电力半导体元件的控制电路构成的。
电力半导体装置中一般设有过电流保护功能。例如，为进行过电流保护，利用倒相电路上连接的分流电阻中产生电压的方法检测通过电力半导体元件的电流值。图3表示用此方法检测过电流的传统的电力半导体装置的结构。
如图3所示，电力半导体装置中有：低压侧及高压侧的电力半导体元件SW1、SW2，驱动、控制各个电力半导体元件SW1、SW2的控制电路IC1、IC2，以及电力半导体元件SW1、SW2的续流二极管FW1、FW2。电力半导体装置从输出端子VS输出控制电力半导体元件SW1、SW2的开关动作所得到的输出电压。
电力半导体装置中，在低压侧的电力半导体元件SW1的发射极端子N1与连接于驱动控制电路IC1、IC2用的直流电源(以下称“控制电源”)的低电位侧的基准电位端子N之间连接分流电阻R1。在分流电阻R1的两端发生与通过电力半导体元件SW1的电流值成比例的电压VR1。又如图3所示，在电力半导体元件SW1的发射极端子与分流电阻R1之间存在寄生电感L。
控制电路IC1中有：输入控制电源电压的端子Vcc、电流检测端子CIN以及输出控制半导体元件SW1的控制信号的输出端子OUT1。控制电路IC1具有过电流保护功能，通过加在电流检测端子CIN上的电压来检出通过半导体元件SW1上的电流，检出通过半导体元件SW1上有过电流时，输出使半导体元件SW1断开的控制信号。即，发生于分流电阻R1两端的电压VR1通过电阻R2和电容C1构成的滤波器电路，被输入到控制电路IC1的电流检测端子CIN。当此电流检测端子CIN的电压值超过基准电平时，控制电路IC1的过电流保护功能启动，断开其输出OUT1。
在上述的过电流保护功能启动时，有时会因发射极端子N1到电阻R1之间的布线寄生电感L在端子N1-N之间发生较高电平的浪涌电压。另外，控制电源电压VD经平滑电容器C2被加到控制电源电压的基准电位端子N与电源输入端子Vcc之间。因此，在端子N1-N之间的浪涌电压上重叠了控制电源电压VD的高压被加在端子N1-Vcc之间。因此，当端子N1-N之间外有非常高的浪涌电压时，控制电路IC1有可能损坏。
发明内容
本发明适用于解决上述课题，其目的在于提供可以防止在半导体元件开关动作的控制电路的指定端子间的浪涌电压造成的控制电路损坏的电力半导体装置。
本发明的第一电力半导体装置中设有：在高压侧及低压侧串联连接开关元件而构成的半电桥电路，以及为各开关元件设置的、控制各开关元件开关动作的、带有连接于控制电源的高电位侧的电源输入端子的控制电路。该电力半导体装置中还设有：用以除去低压侧的开关元件的低压侧端子连接的布线上发生的噪声的除噪声装置，该装置设于控制低压侧的开关元件的控制电路的电源输入端子和低压侧的开关元件的低压侧端子之间。
本发明的第二电力半导体装置，在所述第一电力半导体装置中采用齐纳二极管构成的除噪声装置。
本发明的第三电力半导体装置中设有：在高压侧及低压侧串联连接开关元件而构成的半电桥电路，以及用以控制开关元件的开关动作的、具有连接于控制电源的基准电位的基准电位端子的、设于各开关元件的控制电路。第二电力半导体装置还设有：用以除去低压侧的开关元件的低压侧端子连接的布线上发生的噪声的除噪声装置，该装置设于控制低压侧开关元件的控制电路的基准电位端子和低压侧开关元件的低压侧端子之间。
本发明的第四电力半导体装置，在所述第一及第三的电力半导体装置中采用由电容器构成的除噪声装置。
附图说明
图1：本发明的电力半导体装置的结构图(实施例1)。
图2：本发明的电力半导体装置的结构图(实施例2)。
图3：传统的电力半导体装置的结构图。[符号说明]N1低压侧半导体元件的发射极端子CIN电极检测端子C3电容器OUT1、OUT2控制电路的输出端子R1分流电阻SW1、SW2半导体元件IC1、IC2控制电路Vcc控制电路的电源输入端子ZD齐纳二极管
具体实施方式
以下参照附图，详细说明本发明的电力半导体装置的实施例。
实施例1
图1表示本发明的电力半导体装置的结构。电力半导体装置包含有串联连接的低压侧及高压侧的电力半导体元件SW1、SW2，驱动、控制各半导体元件SW1、SW2的控制电路IC1、IC2，以及各电力半导体元件SW1、SW2的续流二极管FW1、FW2。电力半导体装置还设有：连接于驱动控制电路IC1、IC2的控制电源的高电位侧的电源输入端子Vcc、连接于控制电源的基准电位的基准电位端子N、以及在用以驱动连接在电力半导体装置输出上的开关元件的电源(以下称“驱动用电源”)的高电位侧连接的输出电源端子P。分流电阻R1连接于低压侧的电力半导体元件SW1的发射极端子N1与连接于控制电源的低电位侧的端子N之间。另外，在电力半导体元件SW1的低电位侧的端子即发射极端子与分流电阻R1之间存在该段布线产生的寄生电感L。分流电阻R1上接有由电阻R2与电容器C1构成的滤波器电路。
控制电路IC1、IC2通过控制开关元件即电力半导体元件SW1、SW2的基极发射极之间的电压来控制它们的开关动作。输出端子VS按照电力半导体元件SW1、SW2的开关动作连接端子P或端子N1。控制电路中设有：输入控制电路IC1的电源电压的端子VIN电流检测端子CIN与基准电子端子N连接的端子G，以及控制电力半导体元件SW1之动作的控制信号的输出端子OUT1。电流检测端子CIN跟滤波器电路的电阻R2与电容器C1的接点连接。电源电压Vcc经由平滑电容器C2加到控制电路IC1的电源输入端子Vcc上。
控制电路IC1具有过电流保护功能。控制电路IC1通过电阻R2和电容器C1构成的滤波器电路，把发生于分流电阻R1的两端的电压VR1输入到控制电路IC1的电流检测电阻CIN上，判断此电流检测端子CIN的电压值是否超过了基准电平，如超过了基准电平，则确定为控制电路IC1中有过电流通过，于是断开其输出OUT1，使半导体元件SW1截止。
特别是在本实施例的电力半导体装置中，在控制电路IC1的电源输入端子Vcc与低压侧半导体元件SW1的发射极端子N1之间连接有齐纳二极管ZD，作为除噪声装置。这样，通过在低压侧半导体元件SW1的发射极端子N1上连接齐纳二极管ZD，就可以除去由发射极端子N1与分流电阻R1之间的布线上的寄生电感L引起的噪声。也就是说，即使有由于寄生电感L在端子N1-Vcc之间外加了高的浪涌电压的情况，也可以把端子N1-Vcc间的电压抑制在齐纳二极管ZD的击穿电压以下，从而能够防止控制电路IC1的损坏。另外，齐纳二极管ZD也可以设置在控制电路IC1内。
实施例2
图2表示本发明的电力半导体装置的实施例2的结构。本实施例的电力半导体装置是使用电容器C3作为除噪声装置，来取代实施例1的电力半导体装置中设置的齐纳二极管ZD。通过此电容器C3可以防止加在端子N1-Vcc间的电压的急剧变动从而可以防止由于控制电路IC1的浪涌电压造成的破坏。
另外，如图2中的虚线所示，也可以在端子N1-N之间连接电容器C3’来取代电容器C3。由此，可以防止加在端子N1-N间的电压的急剧变动，从而防止因控制电路IC1的浪涌电压造成的破坏。
[发明的效果]
依据本发明的第一电力半导体装置，即使在控制电路的电源输入端子与低压侧的开关元件的低压侧端子之间发生了浪涌电压，也可以通过噪声降低装置抑制电压的急剧变动，从而可以防止控制电路的损坏。
依据所述之第二电力半导体装置，即使在控制电路的电源输入端子与低压侧的开关元件的低压侧端子之间发生浪涌电压，也可以通过齐纳二极管把其端子间的电压抑制在齐纳二极管的击穿电压以下，因而可以防止控制电路的损坏。
依据本发明的第三半导体装置，可以抑制控制低压侧的开关元件的控制电路的基准电位端子与低压侧的开关元件的低压侧端子间发生的电压的急剧变动，因而可以防止浪涌对控制电路的破坏。
依据本发明的第四半导体装置，可以通过电容器抑制控制低压侧的开关元件的控制电路的电源输入端子与低压侧的开关元件的低压侧端子之间，或者控制低压侧的开关元件的控制电路的基准电位端子与低压侧的开关元件的低压侧端子之间发生的电压的急剧变动，因而可以防止浪涌对控制电路的破坏。

Claims (4)

1.一种电力半导体装置，其中设有：
在高压侧及低压侧串联连接开关元件的半电桥电路；以及
控制所述半电桥电路低压侧的开关元件的开关动作的、带有连接于控制电源高电位侧的电源输入端子的控制电路；
其特征在于：还在控制所述低压侧的开关元件的控制电路的电源输入端子与所述低压侧的开关元件的低压侧端子之间设有除噪声装置，用以除去连接于所述低压侧开关元件的低压侧端子的布线上发生的噪声。
2.如权利要求1所述的电力半导体装置，其特征在于：所述除噪声装置是齐纳二极管。
3.一种电力半导体装置，其中设有：
在高压侧及低压侧串联连接开关元件的半电桥电路；以及
控制所述半电桥电路低压侧的开关元件的开关动作的、带有连接于控制电源高电位侧的基准电位端子的、设于各开关元件的控制电路；
其特征在于：还在控制所述低压侧的开关元件的控制电路的电源输入端子与所述低压侧的开关元件的低压侧端子之间设有除噪声装置，用以除去连接于所述低压侧开关元件的低压侧端子的布线上发生的噪声。
4.如权利要求1或3所述的电力半导体装置，其特征在于：所述除噪声装置是电容器。
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