DE102007004006B4 - Gate-Treiberschaltung - Google Patents
Gate-Treiberschaltung Download PDFInfo
- Publication number
- DE102007004006B4 DE102007004006B4 DE102007004006A DE102007004006A DE102007004006B4 DE 102007004006 B4 DE102007004006 B4 DE 102007004006B4 DE 102007004006 A DE102007004006 A DE 102007004006A DE 102007004006 A DE102007004006 A DE 102007004006A DE 102007004006 B4 DE102007004006 B4 DE 102007004006B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- power semiconductor
- switching element
- semiconductor switching
- temperature
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 108
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 7
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 21
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
- H01L27/0248—Particular design considerations for integrated circuits for electrical or thermal protection, e.g. electrostatic discharge [ESD] protection
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- 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
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
Gate-Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiter-Schaltelement (32, 37), mit einer Treiberschaltung (21) zum Zuführen eines Ansteuersignals zu einem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements in Bezug auf einen Emitter-Steueranschluss oder einen Source-Steueranschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements und einer Einheit (11) zum Erfassen einer Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements, wobei zum An- und Ausschalten des Leistungshalbleiter-Schaltelements dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements ein pulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal zuführbar ist, und das Leistungshalbleiter-Schaltelement mit einer Gate-Ansteuerspannung oder über einen Gate-Widerstand angesteuert wird, die bzw. der auf der Grundlage der von der Temperaturerfassungseinheit erfassten Temperatur geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinheit (11) eine Diode (15) zwischen dem Emitter-Steueranschluss oder dem Source-Steueranschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements und dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements aufweist, wobei die Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements auf der Grundlage eines Vorwärtsspannungsabfalls der Diode erfasst wird, und wobei die Gate-Treiberschaltung dazu ausgelegt ist, den Vorwärtsspannungsabfall der Diode während einer Ausschaltzeit des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu erfassen.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treiberschaltung für ein Halbleiterschaltelement aus SiC, GaN oder dergleichen.
- Was Halbleiterschaltelemente mit großer Bandlücke, nachfolgend als „breiter Spalt” angesprochen, betrifft, ziehen Siliciumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder dergleichen die Aufmerksamkeit auf sich. Diese Materialien haben eine Durchschlagsspannungsfestigkeit, die ungefähr zehn Mal so hoch wie diejenige von Si ist, und eine Driftschicht zum Sicherstellen der Haltespannung kann auf ungefähr ein Zehntel verdünnt werden. Deshalb ist es möglich, eine niedrigere Einschaltspannung für Leistungselemente zu implementieren. Sogar in einem Bereich hoher Haltespannung, in dem nur bipolare Elemente mit Si verwendet werden können, wird es deshalb möglich, in Halbleiterelementen mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen unipolare Elemente zu verwenden. Bei Si-IGBTs, die gegenwärtig die Hauptrichtung von Leistungselementen bilden, gibt es eine eingebaute Spannung von ungefähr 1 V. Bei MOSFETs und Sperrschicht-FETs (abgekürzt zu JFETs), die unipolare Elemente aus SiC sind, können jedoch Elemente erhalten werden, die keine eingebaute Spannung haben.
- Zusätzlich gibt ein SiC-Substrat eine hohe Wärmeleitfähigkeit an, und sie ist ein Leistungselement, das auch bei hohen Temperaturen arbeiten kann. Jedoch ist es bekannt, dass die Abhängigkeit des Einschaltwiderstands von der Temperatur bei unipolaren Elementen groß ist.
2 zeigt Relationen zwischen der Sperrschichttemperatur und dem Montagebereich in verschiedenen Fällen der Abhängigkeit von der Temperatur. Der Verlust bei einem SiC-Leistungshalbleiterelement wird gleich der Hälfte von demjenigen von Si eingestellt (wenn Tj = 137°C). Eine gestrichelte Linie in2 gibt ein Montagebereichsverhältnis in dem Fall an, in dem der Verlust bei dem Leistungshalbleiterelement keine Abhängigkeit von der Temperatur hat. Eine ausgezogene Linie in2 zeigt ein Montagebereichsverhältnis in dem Fall an, in dem der Verlust beim Leistungshalbleiterelement proportional zu der 2,4-ten Potenz der Temperatur zunimmt. Wenn das Leistungshalbleiterelement, das einen Verlust hat, der nicht von der Temperatur abhängt, bei einer Sperrschichttemperatur von zumindest 200°C verwendet wird, kann der Montagebereich des Leistungshalbleiterelements halbiert oder kleiner gemacht werden. Wenn andererseits das Leistungshalbleiterelement, das einen Verlust hat, der proportional zu der 2,4-ten Potenz der Temperatur zunimmt, bei einer Sperrschichttemperatur von zumindest 200°C verwendet wird, muss der Montagebereich des Leistungshalbleiterelements zumindest 60% groß gemacht werden. Deshalb ist ein Steuerungsverfahren zum Erfassen der Temperatur des Leistungshalbleiterelements und Senken der Abhängigkeit des Verlusts von der Temperatur wichtig. - Was die Technik zum Erfassen der Temperatur des Halbleiterelements betrifft, sind ein Verfahren unter Verwendung eines Thermistors und ein Verfahren unter Verwendung eines Messergebnisses der Einschaltspannung einer in einem Si-IGBT ausgebildeten Temperaturerfassungsdiode als Verfahren bekannt, die typischerweise bei intelligenten Leistungsmodulen und so weiter verwendet werden, sind gut bekannt. Das Verfahren unter Verwendung der Temperaturerfassungsdiode ist in der
JP-A-10-38964 - In der konventionellen Technik wird die Temperatur des Si-Elements erfasst. Wenn die Elementtemperatur hoch wird, wird eine Steuerung ausgeübt, um einen Schutzbetrieb zu verursachen, bei dem eine Halbleiterelement, wie zum Beispiel ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), abgeschaltet wird, oder um die Temperatur des Halbleiterelements, wie zum Beispiel des IGBT, durch Ändern des Tastverhältnisses des Eingabe-PBM(Pulsbreiten-Modulations)-Signals zu senken. Jedoch kann das Halbleiterelement mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen auch bei hohen Temperaturen arbeiten. Bei dem Halbleiterelement mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen ist es deshalb wichtig, eine Steuerung auszuüben, um die Temperatur des Leistungshalbleiterelements zu erfassen und die Abhängigkeit des Verlusts von der Temperatur zu senken.
- Die
JP 2-308621 - Die
DE 10354443 A1 beschreibt eine Halbleiterbauelementanordnung mit einer Defekterkennung. - Die
JP 2002-119044 - Die
US 5909108 A beschreibt eine Schaltung, die eine Vorrichtung mit einer temperaturabhängigen Charakteristik zum Erfassen einer Temperatur des Schalterelements aufweist, dabei die Gate-Ansteuerspannung angesteuert werden kann. - Die
DE 10 2004 011 441 A1 beschreibt eine Motorsteuervorrichtung, die einen Temperatursensor benutzt, um die Temperatur eines Transistors zu erfassen. - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gate-Treiberschaltung anzugeben, die die Verlustleistung bei hohen Temperaturen zuverlässig senkt.
- Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
- Eine Gate-Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiter-Schaltelement (
32 ,37 ) hat eine Treiberschaltung (21 ) zum Zuführen eines Ansteuersignals zu einem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements in Bezug auf einen Emitter-Steueranschluss oder einen Source-Steueranschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements, und eine Einheit (11 ) zum Erfassen einer Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements, wobei zum An- und Ausschalten des Leistungshalbleiter-Schaltelements dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements ein pulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal zuführbar ist. Das Leistungshalbleiter-Schaltelement wird mit einer Gate-Ansteuerspannung oder über einen Gate-Widerstand angesteuert, die bzw. der auf der Grundlage der von der Temperaturerfassungseinheit erfassten Temperatur geändert wird. Die Temperaturerfassungseinheit weist eine Diode zwischen dem Emitter-Steueranschluss oder dem Source-Steueranschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements und dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements auf, wobei die Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements auf der Grundlage eines Vorwärtsspannungsabfalls der Diode erfasst wird. Die Gate-Treiberschaltung ist dazu ausgelegt, den Vorwärtsspannungsabfall der Diode während einer Ausschaltzeit des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu erfassen. - Mit einer solchen Gate-Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement ist es möglich, ein Halbleiterelement aus SiC oder dergleichen zu veranlassen, bis zu hohen Temperaturen zu arbeiten, den Montagebereich des Leistungshalbleiterelements klein zu machen und die Größe der Halbleitervorrichtung klein zu machen.
- Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist ein Blockdiagramm einer Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement; -
2 ist ein Diagramm zum Erläutern von Relationen zwischen der Sperrschichttemperatur und dem Montagebereich in verschiedenen Fällen der Abhängigkeit von der Temperatur; -
3 ist ein Schaltdiagramm der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß1 ; -
4 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Gate-Spannungswellenform in der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß1 ; -
5 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement; -
6 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement; -
7 ist ein Schaltdiagramm der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß6 ; -
8 ist ein Blockdiagramm einer Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß der Erfindung; -
9 ist ein Diagramm zum Erläutern von Strom-Spannungs-Charakteristika einer Diode zum Erfassen der Temperatur; -
10 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement; -
11 ist ein Diagramm zum Erläutern eines Schnitts eines SiC-Sperrschicht-FETs32 in10 ; -
12 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement; und -
13 ist ein Diagramm zum Erläutern von Betriebswellenformen in einer Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß6 . - BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement. Das Bezugszeichen23 gibt eine Stromquelle mit positiver Vorspannung für eine Treiberschaltung21 an, und das Bezugszeichen24 gibt eine Stromquelle mit negativer Vorspannung für die Treiberschaltung21 an. Ein in1 gezeigtes Leistungsmodul31 ist mit der Treiberschaltung21 verbunden. Bei dem Leistungsmodul31 ist eine Freilaufdiode33 mit einem SiC-Sperrschicht-FET (SiC-JFET)32 , der ein Halbleiterschaltelement mit breitem Spalt ist, parallel geschaltet. - Es sind ein Temperaturdetektor
11 in dem Leistungsmodul und eine Gate-Spannungssteuerungs-/Gate-Widerstandswechselschaltung12 vorgesehen. Eine Antriebs-/Schutzschaltung22 ist ebenfalls vorgesehen. Die Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements wird erfasst. Wenn die erfasste Temperatur höher als eine vorbestimmte Temperatur ist, wird die Gate-Ansteuerspannung angehoben oder der Gate-Ansteuerwiderstand reduziert. -
3 ist ein Schaltdiagramm der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement. Das Bezugszeichen25 gibt einen Fotokoppler an. Ein in3 gezeigter Thermistor13 ist innerhalb des Leistungsmoduls angeordnet, um die Temperatur des Leistungselements zu erfassen. Diese Schaltung hat eine Konfiguration zum Steuern der Gate-Ansteuerspannung durch Verwendung eines Operationsverstärkers A1, des Thermistors13 und eines Widerstands R6. Eine Ansteuerspannung an einem Gate-Anschluss36 hängt von Vcc × R6/(R6 + Rth) ab.4 zeigt eine Gate-Spannungswellenform in der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in4 gezeigt, kann die Gate-Ansteuerspannung steigen, wenn die Leistungsmodultemperatur steigt. Als Ergebnis kann der Verlust zu dem Zeitpunkt hoher Temperaturen reduziert werden. Deshalb ist es möglich, das Halbleiterelement mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen zu veranlassen, bis zu hohen Temperaturen zu arbeiten, den Montagebereich des Leistungshalbleiterelements klein zu machen und die Größe der Halbleitervorrichtung klein zu machen. -
5 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement. Sie unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in einem Halbleiterschaltelement mit breitem Spalt. Es wird ein SiC-MOSFET37 verwendet, wie in5 gezeigt. Wenn der SiC-MOSFET37 verwendet wird, ist eine Körperdiode eingebaut, und folglich gibt es kein Problem ohne die Freilaufdiode33 . - Diese Schaltung stellt ein Element mit einer großen Abhängigkeit des Einschaltwiderstands von der Temperatur mit einer sehr effektiven Steuereinheit bereit. Unter Halbleitern mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen ist die Einheit insbesondere für Treiberschaltungen für Sperrschicht-FETs (SiC-JFETs) und MOSFETs effektiv. Bei Bipolartransistoren und IGBTs aus einem Halbleiter mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen nimmt jedoch auch der Schaltverlust zu, wenn die Temperatur steigt. Dementsprechend wird der Gesamtverlust (Leitungsverlust + Einschaltverlust + Ausschaltverlust) zum Zeitpunkt hoher Temperaturen durch Anwenden der Schaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform reduziert. Deshalb ist es möglich, das Halbleiterelement mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen zu veranlassen, bis zu hohen Temperaturen zu arbeiten, den Montagebereich des Leistungshalbleiterelements klein zu machen und die Größe der Halbleitervorrichtung klein zu machen.
- Was Halbleiter mit breitem Spalt betrifft, gibt es neben SiC GaN und Diamant. Die Treiberschaltung kann auch auf diese Halbleiterelemente angewandt werden. Ferner kann, wenn die Abhängigkeit des Elementverlusts von der Temperatur groß ist, der Verlust zum Zeitpunkt hoher Temperaturen durch Anwenden der vorliegenden Schaltung sogar bei Halbleiterelementen aus Si oder dergleichen reduziert werden. In der gleichen Weise wie die Halbleiter mit breitem Spalt ist es möglich, den Montagebereich des Leistungshalbleiterelements klein zu machen und die Größe der Halbleitervorrichtung klein zu machen.
-
6 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement. Die gleichen Komponenten wie diejenigen in der ersten Schaltung sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Die vorliegende Schaltung hat eine Konfiguration zum Erfassen der Temperatur des Leistungsmoduls und Variieren des Gate-Widerstands. -
7 zeigt ein Schaltdiagramm der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß6 . Die gleichen Komponenten wie diejenigen in der ersten Schaltung sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Bei der vorliegenden Schaltung sind Temperaturbestimmungseinrichtungen14 vorgesehen, wie in7 gezeigt. Wenn die Temperatur des Elements in dem Leistungsmodul hoch ist, dann werden in7 gezeigte MOSFETs eingeschaltet, um den Gate-Widerstand zu reduzieren. Zum Zeitpunkt eines Ansteuerns bei hohen Temperaturen wird deshalb der Gate-Widerstand reduziert, und folglich ist es möglich, die Geschwindigkeit von di/dt und dv/dt anzuheben und den Verlust bei dem Leistungselement zu reduzieren. Auch zum Zeitpunkt des Ausschaltens ist es möglich, beim Ansteuern des Leistungselements zum Zeitpunkt hoher Temperaturen durch Verwendung einer ähnlichen Konfiguration die Geschwindigkeit von di/dt und dv/dt anzuheben und den Schaltverlust zu reduzieren. - In der vorliegenden Schaltung schaltet ein Ausgangswert jeder Temperaturbestimmungseinrichtung
14 einen MOSFET ein und schließt folglich einen Widerstand kurz, wie in7 gezeigt. Alternativ ist auch eine mehrstufige Steuerung unter Verwendung einer Kombination von zumindest zwei Temperaturbestimmungseinrichtungen, MOSFETs und Widerständen möglich. Als Ergebnis kann der Verlust zum Zeitpunkt hoher Temperaturen reduziert werden. Deshalb ist es möglich, das Halbleiterelement mit breitem Spalt aus SiC oder dergleichen zu veranlassen, bis zu hohen Temperaturen zu arbeiten, den Montagebereich des Leistungshalbleiterelements klein zu machen und die Größe der Halbleitervorrichtung klein zu machen. -
8 zeigt ein Blockdiagramm einer Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß der Erfindung. Die gleichen Komponenten wie diejenigen in der ersten Schaltung sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. In der vorliegenden Schaltung sind eine Diode15 zum Erfassen der Temperatur und ein Widerstand16 zum Erfassen des Gate-Stroms zwischen Source- und Gate-Anschlüssen des Leistungsmoduls verbunden. Die Diode15 und der Widerstand16 können in den Halbleiter mit breitem Spalt eingebaut sein oder können auf einem unterschiedlichen Chip montiert sein. Zum genauen Messen der Chiptemperatur ist es jedoch erwünscht, sie in den Halbleiter mit breitem Spalt einzubauen. -
9 zeigt Strom-Spannungs-Charakteristika der Diode15 zum Erfassen der Temperatur. Wenn die Temperatur steigt, dann ändern sich die Strom-Spannungs-Charakteristika der Diode15 zum Erfassen der Temperatur. Wenn die Gate-Spannung konstant ist, nimmt der Anoden-Kathoden(AK)-Strom zu. Deshalb wird der AK-Strom erfasst und die Geschwindigkeit von di/dt und dv/dt durch eine Gate-Spannungssteuerungs-/Gate-Widerstandswechselschaltung12 angehoben, um den Verlust bei dem Leistungselement zu reduzieren. -
10 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement. Die gleichen Komponenten wie diejenigen in der erfindungsgemäßen Schaltung sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Bei der vorliegenden Schaltung ist ein Stromwandler17 zum Erfassen des Gate-Stroms vorgesehen. -
11 zeigt eine Elementschnittstruktur eines SiC-Sperrschicht-FETs32 gemäß der vorliegenden Schaltung. Eine n+-Schicht42 und eine Drain-Elektrode45 sind auf einer Drain-Seite eines SiC-Substrats41 ausgebildet und mit einem Drain-Anschluss34 verbunden. Andererseits sind eine n+-Schicht43 und eine Source-Elektrode46 auf einer Source-Seite des SiC-Substrats41 ausgebildet und mit einem Source-Anschluss35 verbunden. Zusätzlich sind eine p+-Schicht44 und eine Gate-Elektrode47 in dem SiC-Substrat41 ausgebildet und mit einem Gate-Anschluss36 verbunden. Bei dieser Struktur ist eine parasitäre Diode zwischen dem Gate und der Source ausgebildet. Deshalb wird durch Verwendung des Stromwandlers17 zur Gate-Stromerfassung der Gate-Strom erfasst und durch die Gate-Spannungssteuerungs-/Gate-Widerstandswechselschaltung12 die Gate-Spannung angehoben oder der Gate-Widerstand reduziert. Als Ergebnis wird der Verlust bei dem Leistungselement reduziert. -
12 ist ein Blockdiagramm einer weiteren Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement. Die gleichen Komponenten wie diejenigen in der erfindungsgemäßen Schaltung sind durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Bei der vorliegenden Schaltung ist eine Konstantstromschaltung18 in der Treiberschaltung21 vorgesehen. -
13 zeigt Betriebswellenformen in der Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiterelement gemäß der vorliegenden Schaltung. Die Diode15 zum Erfassen der Temperatur und der Widerstand16 zum Erfassen des Gate-Stroms sind zwischen Source- und Gate-Anschlüssen des Leistungsmoduls verbunden. Die Konstantstromschaltung18 wird während einer Ausschaltzeit eines PBM-Signals in Betrieb gesetzt. Die Temperatur des Leistungselements wird durch Messen einer Spannung am Widerstand16 zur Gate-Stromerfassung erfasst. Die erfasste Spannung wird zu der Gate-Spannungssteuerungs-/Gate-Widerstandswechselschaltung12 rückgekoppelt, um die Gate-Spannung anzuheben. Als Ergebnis kann der Verlust zum Zeitpunkt hoher Temperaturen reduziert werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es deshalb möglich, das Halbleiterelement mit breitem Spalt zu veranlassen, bis zu hohen Temperaturen zu arbeiten, den Montagebereich des Leistungshalbleiterelements klein zu machen und die Größe der Halbleitervorrichtung klein zu machen.
Claims (5)
- Gate-Treiberschaltung für ein Leistungshalbleiter-Schaltelement (
32 ,37 ), mit einer Treiberschaltung (21 ) zum Zuführen eines Ansteuersignals zu einem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements in Bezug auf einen Emitter-Steueranschluss oder einen Source-Steueranschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements und einer Einheit (11 ) zum Erfassen einer Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements, wobei zum An- und Ausschalten des Leistungshalbleiter-Schaltelements dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements ein pulsbreitenmoduliertes Ansteuersignal zuführbar ist, und das Leistungshalbleiter-Schaltelement mit einer Gate-Ansteuerspannung oder über einen Gate-Widerstand angesteuert wird, die bzw. der auf der Grundlage der von der Temperaturerfassungseinheit erfassten Temperatur geändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturerfassungseinheit (11 ) eine Diode (15 ) zwischen dem Emitter-Steueranschluss oder dem Source-Steueranschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements und dem Gate-Anschluss des Leistungshalbleiter-Schaltelements aufweist, wobei die Temperatur des Leistungshalbleiter-Schaltelements auf der Grundlage eines Vorwärtsspannungsabfalls der Diode erfasst wird, und wobei die Gate-Treiberschaltung dazu ausgelegt ist, den Vorwärtsspannungsabfall der Diode während einer Ausschaltzeit des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu erfassen. - Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Diode, deren Vorwärtsspannungsabfall erfasst wird, in dem Leistungshalbleiter-Schaltelement eingebaut ist.
- Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleiter-Schaltelement ein SiC-Halbleiterelement ist.
- Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleiter-Schaltelement ein GaN-Halbleiterelement ist.
- Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Leistungshalbleiter-Schaltelement ein Diamant-Halbleiterelement ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006-079907 | 2006-03-23 | ||
JP2006079907A JP4816182B2 (ja) | 2006-03-23 | 2006-03-23 | スイッチング素子の駆動回路 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007004006A1 DE102007004006A1 (de) | 2007-10-11 |
DE102007004006B4 true DE102007004006B4 (de) | 2013-02-07 |
Family
ID=38513582
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102007004006A Expired - Fee Related DE102007004006B4 (de) | 2006-03-23 | 2007-01-26 | Gate-Treiberschaltung |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US8508258B2 (de) |
JP (1) | JP4816182B2 (de) |
DE (1) | DE102007004006B4 (de) |
Families Citing this family (44)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4333802B1 (ja) | 2008-03-18 | 2009-09-16 | トヨタ自動車株式会社 | インバータの駆動装置 |
JP5061998B2 (ja) * | 2008-03-28 | 2012-10-31 | 株式会社デンソー | スイッチング回路 |
JP5151881B2 (ja) * | 2008-10-02 | 2013-02-27 | 住友電気工業株式会社 | 接合型電界効果トランジスタの駆動装置および駆動方法 |
JP5439968B2 (ja) * | 2009-06-18 | 2014-03-12 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
JP5889511B2 (ja) * | 2009-06-22 | 2016-03-22 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置、及び半導体装置の製造方法 |
JP2013013163A (ja) * | 2009-10-30 | 2013-01-17 | Panasonic Corp | インバータ装置およびそれを用いた誘導加熱装置 |
JP5404432B2 (ja) * | 2010-01-05 | 2014-01-29 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置およびそれを用いた駆動回路 |
JP5458907B2 (ja) * | 2010-01-22 | 2014-04-02 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
JP5427633B2 (ja) * | 2010-02-09 | 2014-02-26 | 株式会社日立製作所 | ゲート駆動装置 |
JP5343904B2 (ja) | 2010-03-23 | 2013-11-13 | 住友電気工業株式会社 | 半導体装置 |
US8787415B1 (en) | 2010-06-11 | 2014-07-22 | Ixys Corporation | Bias current control of laser diode instrument to reduce power consumption of the instrument |
JP2012048552A (ja) * | 2010-08-27 | 2012-03-08 | On Semiconductor Trading Ltd | スイッチング素子の制御回路 |
WO2012069053A2 (en) * | 2010-11-25 | 2012-05-31 | Danfoss Drives A/S | Apparatus and method for controlling a motor and generating thermal energy |
JP2012199716A (ja) | 2011-03-18 | 2012-10-18 | Fujitsu Ltd | 増幅器、送信装置およびゲート電圧決定方法 |
JP5746954B2 (ja) * | 2011-11-22 | 2015-07-08 | 株式会社 日立パワーデバイス | インバータ装置 |
KR101946006B1 (ko) | 2012-03-14 | 2019-02-08 | 삼성전자주식회사 | 전력 관리 칩 및 이를 포함하는 전력 관리 장치 |
US8923022B2 (en) | 2012-05-11 | 2014-12-30 | General Electric Company | Method and apparatus for controlling thermal cycling |
CN105075082B (zh) | 2013-02-08 | 2017-08-11 | 三菱电机株式会社 | 栅极驱动电路 |
CN105453434A (zh) * | 2013-04-17 | 2016-03-30 | 奥的斯电梯公司 | 采用氮化镓开关的驱动单元 |
US9891640B2 (en) * | 2013-06-14 | 2018-02-13 | Infineon Technologies Ag | Sensing element for semiconductor |
WO2015001603A1 (ja) * | 2013-07-01 | 2015-01-08 | 株式会社日立製作所 | 半導体スイッチング素子の駆動回路およびそれを用いた電力変換装置 |
CN105103427B (zh) * | 2013-09-25 | 2018-04-27 | 富士电机株式会社 | 绝缘栅型半导体装置 |
DE102013112261B4 (de) * | 2013-11-07 | 2023-01-26 | Semikron Elektronik Gmbh & Co. Kg | Leistungshalbleiterschaltung |
JP6238860B2 (ja) * | 2014-09-01 | 2017-11-29 | 三菱電機株式会社 | 電力用スイッチングデバイス駆動回路 |
WO2016067835A1 (ja) * | 2014-10-30 | 2016-05-06 | ローム株式会社 | パワーモジュールおよびパワー回路 |
JP6526981B2 (ja) * | 2015-02-13 | 2019-06-05 | ローム株式会社 | 半導体装置および半導体モジュール |
JP6350479B2 (ja) * | 2015-10-02 | 2018-07-04 | トヨタ自動車株式会社 | ゲート電圧制御装置 |
CN107924872B (zh) * | 2016-02-18 | 2022-03-04 | 富士电机株式会社 | 绝缘栅半导体装置 |
US9917435B1 (en) | 2016-09-13 | 2018-03-13 | Ford Global Technologies, Llc | Piecewise temperature compensation for power switching devices |
CN106527531B (zh) * | 2016-12-30 | 2019-01-22 | 西门子(上海)电气传动设备有限公司 | 并联igbt温度控制装置和方法 |
US10063227B2 (en) | 2017-01-03 | 2018-08-28 | Stmicroelectronics Kk | Level shifting circuit |
JP6965537B2 (ja) * | 2017-03-16 | 2021-11-10 | 富士電機株式会社 | 半導体素子の駆動装置 |
US10611246B2 (en) * | 2017-03-29 | 2020-04-07 | Ford Global Technologies, Llc | Gate driver with temperature compensated turn-off |
JP6887393B2 (ja) * | 2018-01-22 | 2021-06-16 | 株式会社 日立パワーデバイス | 電力変換装置 |
CN108682672B (zh) * | 2018-04-26 | 2021-11-09 | 浙江大学 | 适用于内部功率开关芯片在短路工况下均热的大功率半导体模块 |
EP3576270A1 (de) * | 2018-05-29 | 2019-12-04 | Siemens Aktiengesellschaft | Umrichterbetrieb mit erhöhter gatesteuerspannung bei hoher sperrschichttemperatur |
DE102018123903A1 (de) * | 2018-09-27 | 2020-04-02 | Thyssenkrupp Ag | Temperaturmessung eines Halbleiterleistungsschaltelementes |
EP3734820B1 (de) * | 2019-04-29 | 2023-05-31 | GE Energy Power Conversion Technology Ltd | Verfahren zum starten von stromrichtersystemen und stromrichtersysteme |
WO2021059583A1 (ja) * | 2019-09-25 | 2021-04-01 | ローム株式会社 | スイッチング電源回路 |
US11165422B2 (en) * | 2020-04-01 | 2021-11-02 | Delta Electronics, Inc. | Gate driver circuit with reduced power semiconductor conduction loss |
JP7421435B2 (ja) | 2020-07-13 | 2024-01-24 | 日立Astemo株式会社 | モータ制御装置およびモータ制御方法 |
CN111933070A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-13 | 重庆惠科金渝光电科技有限公司 | 驱动电路以及显示装置 |
CN116114161A (zh) | 2020-08-25 | 2023-05-12 | 三电株式会社 | 逆变器装置及具备该逆变器装置的车辆用电动压缩机 |
CN114967815A (zh) * | 2022-06-23 | 2022-08-30 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 电压调节装置、方法、装置、设备及介质 |
Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02308621A (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-21 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体装置 |
JPH1038964A (ja) * | 1996-07-26 | 1998-02-13 | Toyota Motor Corp | 半導体モジュールの温度検出装置 |
US5909108A (en) * | 1998-02-23 | 1999-06-01 | Lucent Technologies Inc. | Current-sharing circuit for parallel-coupled switches and switch-mode power converter employing the same |
EP1050967A2 (de) * | 1999-05-07 | 2000-11-08 | Infineon Technologies AG | Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Halbleiterschalters |
US6366153B1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-04-02 | Delphi Technologies, Inc. | Thermal management of an electronic switch |
JP2002119044A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Fuji Electric Co Ltd | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
JP2002199700A (ja) * | 2000-12-25 | 2002-07-12 | Meidensha Corp | 半導体電力変換装置 |
US20040085697A1 (en) * | 2002-11-04 | 2004-05-06 | Kesler Scott B. | Thermal overload protection circuit for an automotive ignition system |
DE102004011441A1 (de) * | 2003-03-10 | 2004-10-07 | Denso Corp., Kariya | Motorsteuervorrichtung |
US20050041353A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-24 | Adrian Finney | Temperature dependent switching circuit |
US20050068707A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device provided with overheat protection circuit and electronic circuit using the same |
DE10354443A1 (de) * | 2003-11-21 | 2005-06-23 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterbauelementanordnung mit einer Defekterkennungsschaltung |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3145868B2 (ja) * | 1994-06-29 | 2001-03-12 | シャープ株式会社 | パワーデバイス及びパワーデバイス制御システム |
US5828112A (en) * | 1995-09-18 | 1998-10-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device incorporating an output element having a current-detecting section |
US7132868B2 (en) * | 2001-06-27 | 2006-11-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Semiconductor device |
US6650520B2 (en) * | 2001-10-26 | 2003-11-18 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Power supply reverse bias protection circuit for protecting both analog and digital devices coupled thereto |
JP4024531B2 (ja) * | 2001-12-18 | 2007-12-19 | 株式会社三社電機製作所 | サーミスタ内蔵電力用半導体モジュール |
JP3820167B2 (ja) * | 2002-03-14 | 2006-09-13 | 三菱電機株式会社 | 半導体スイッチング装置 |
JP4024609B2 (ja) * | 2002-07-16 | 2007-12-19 | シャープ株式会社 | 直流安定化電源回路 |
KR101224919B1 (ko) * | 2006-02-07 | 2013-01-22 | 삼성전자주식회사 | 온도 변화에 따라 고전압 발생 회로의 출력 전압 레벨을조절하는 반도체 메모리 장치 |
-
2006
- 2006-03-23 JP JP2006079907A patent/JP4816182B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2007
- 2007-01-25 US US11/657,692 patent/US8508258B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2007-01-26 DE DE102007004006A patent/DE102007004006B4/de not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02308621A (ja) * | 1989-05-24 | 1990-12-21 | Nissan Motor Co Ltd | 半導体装置 |
JPH1038964A (ja) * | 1996-07-26 | 1998-02-13 | Toyota Motor Corp | 半導体モジュールの温度検出装置 |
US5909108A (en) * | 1998-02-23 | 1999-06-01 | Lucent Technologies Inc. | Current-sharing circuit for parallel-coupled switches and switch-mode power converter employing the same |
EP1050967A2 (de) * | 1999-05-07 | 2000-11-08 | Infineon Technologies AG | Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Halbleiterschalters |
US6366153B1 (en) * | 2000-05-09 | 2002-04-02 | Delphi Technologies, Inc. | Thermal management of an electronic switch |
JP2002119044A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Fuji Electric Co Ltd | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
JP2002199700A (ja) * | 2000-12-25 | 2002-07-12 | Meidensha Corp | 半導体電力変換装置 |
US20040085697A1 (en) * | 2002-11-04 | 2004-05-06 | Kesler Scott B. | Thermal overload protection circuit for an automotive ignition system |
DE102004011441A1 (de) * | 2003-03-10 | 2004-10-07 | Denso Corp., Kariya | Motorsteuervorrichtung |
US20050041353A1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-02-24 | Adrian Finney | Temperature dependent switching circuit |
US20050068707A1 (en) * | 2003-09-26 | 2005-03-31 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor device provided with overheat protection circuit and electronic circuit using the same |
DE10354443A1 (de) * | 2003-11-21 | 2005-06-23 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterbauelementanordnung mit einer Defekterkennungsschaltung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007259576A (ja) | 2007-10-04 |
DE102007004006A1 (de) | 2007-10-11 |
JP4816182B2 (ja) | 2011-11-16 |
US8508258B2 (en) | 2013-08-13 |
US20070221994A1 (en) | 2007-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102007004006B4 (de) | Gate-Treiberschaltung | |
DE102008021672B4 (de) | Gatesteuerschaltung für einen Halbleitersperrschichttransistor mit großem Bandabstand | |
DE112013006487B4 (de) | Ansteuervorrichtung für Halbleiterelemente und Halbleitervorrichtigung | |
DE112017006120B4 (de) | Bootstrap-kondensator-überspannungs-überwachungsschaltung für wandler auf gan-transistorbasis | |
US8896131B2 (en) | Cascode scheme for improved device switching behavior | |
DE102011081832B4 (de) | Schaltungsanordnung mit einem einstellbaren Transistorbauelement | |
DE102007058740B4 (de) | Schaltungsanordnung mit einer Überstromsicherung | |
DE19721655C1 (de) | Thyristor mit Selbstschutz | |
US7843259B2 (en) | Field effect transistor circuit and method of operation of field effect transistor circuit for reducing thermal runaway | |
DE10361714B4 (de) | Halbleiterbauelement | |
DE102009001029B4 (de) | Ansteuerung für rückwärtsleitfähigen IGBT | |
DE102014106294B4 (de) | Schaltkomponente mit einem Steuerelement und einer integrierten Schaltung, System mit einem Controller und einer integrierten Schaltung und Leistungsversorgungssystem mit einem Leistungsversorgungselement | |
DE102014110985A1 (de) | MOSFET-Treibervorrichtung | |
DE112017003835T5 (de) | Halbleitervorrichtung | |
EP0208970B1 (de) | MOSFET mit Temperaturschutz | |
DE102009015322A1 (de) | Schalterschaltung | |
DE102010016611B4 (de) | Gate-Treiberschaltung für Halbleiterbauelemente mit nichtisoliertem Gate | |
DE102017105712A1 (de) | Transistorbauelement | |
DE102016111127A1 (de) | Elektrische Baugruppe, die eine bipolare Transistorvorrichtung mit isoliertem Gate und eine Transistorvorrichtung mit breiter Bandlücke enthält | |
DE102014008894B4 (de) | Erfassungselement für Halbleiter | |
DE4305038C2 (de) | MOSFET mit Temperaturschutz | |
DE102017120399A1 (de) | Schaltvorrichtung | |
DE19606100C2 (de) | Integrierte Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines Leistungs-MOSFET mit sourceseitiger Last, insbesondere geeignet für die Verwendung im Kraftfahrzeugbereich | |
WO2003085832A1 (de) | Schaltungsanordnung zum ansteuern eines halbleiterschalters | |
DE10137764A1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Schutz vor Überspannungen beim Abschalten eines Halbleiterschalters |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final |
Effective date: 20130508 |
|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |