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Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltungen und insbesondere eine Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung zum Ansteuern einer externen Last durch Ansteuern des Ein- und Ausschaltens eines externen hochspannungsseitigen Schaltelements, das mit einer externen Hochspannungsquelle verbunden ist, und eines externen niederspannungsseitigen Schaltelements, das zwischen dem hochspannungsseitigen Schaltelement und einem Bezugspotential in Reihe geschaltet ist.
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JP 2 571 963 Y2 offenbart einen Wechselrichter mit einer Hauptschaltung, in der Schaltelemente in einer Brückenschaltung verbunden sind, einer positiven und einer negativen Treiberspannungsquelle, einer ersten Treiberschaltung, die ein negativseitiges Schaltelement der Hauptschaltung treibt, einem positiven und einem negativen Kondensator, und einer zweiten Treiberschaltung, die ein positivseitiges Schaltelement der Hauptschaltung treibt. Im Wechselrichter ist kein gesteuerte Schaltelement vorhanden und keine Schleife ist mit dem positivseitigen Schaltelement, dem gesteuertem Schaltelement, dem negativen Kondensator und der Treiberspannungsquelle gebildet.
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JP 2012-138 977 A offenbart einen Wechselrichter mit einer Treiberschaltung, die einen hochspannungsseitigen Schalter des normalerweise eingeschalteten Typs und einen niederspannungsseitigen Schalter des normalerweise ausgeschalteten Typs ansteuert, die in Reihe miteinander und parallel zu einer Gleichstromversorgung geschaltet sind, Die Treiberschaltung enthält eine Pegelverschiebungsschaltung, die ein Hochseiten-Steuersignal in einen vorbestimmten Signalpegel umwandelt; eine Hochseiten-Treiberschaltung, die den hochspannungsseitigen Schalter des normalerweise eingeschalteten Typs durch das Hochseiten-Steuersignal ansteuert, das durch die Pegelverschiebungsschaltung in den vorbestimmten Signalpegel umgewandelt wurde; eine Niederseiten-Treiberschaltung, die den niederspannungsseitigen Schalter des normalerweise ausgeschalteten Typs durch ein Niederseiten-Steuersignal ansteuert; und eine Reihenschaltung, die zwischen einem Knotenpunkt zwischen dem Schalter des normalerweise eingeschalteten Typs und dem Schalter des normalerweise ausgeschalteten Typs und einem Ende der Gleichstromversorgung angeschlossen ist und aus einem zweiten Kondensator
C3 und einem ersten Kondensator
C1 besteht, die in Reihe geschaltet sind. Eine Stromversorgungsspannung für die Hochseiten-Treiberschaltung wird von dem zweiten Kondensator geliefert, und eine Stromversorgungsspannung für die Niederseiten-Treiberschaltung wird von dem ersten Kondensator geliefert. Ein Schaltelement, das entsprechend dem Hochseiten-Steuersignal geschaltet wird, ist über einer Diode mit einer Minusseite einer durch eine Zenerdiode gebildeten Spannungsklemmschaltung verbunden, die parallel zu dem zweiten Kondensator geschaltet ist.
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Wenn eine Schaltvorrichtung mit einem niedrigen Gate-Schwellenwert wie etwa ein MOSFET und ein IGBT angesteuert wird, muss zum Zeitpunkt des Ausschaltens ein negatives Potential in Bezug auf ein Vorrichtungsbezugspotential (ein Source-Potential) angelegt werden.
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Um eine Schaltvorrichtung anzusteuern und ein- und auszuschalten, werden ein hochspannungsseitiges und ein niederspannungsseitiges Schaltelement verwendet. An einen Eingangsanschluss an positivem Potential jedes Schaltelements muss gegenüber einer Source jedes Schaltelements ein positives Potential angelegt werden. Außerdem muss an einen Eingangsanschluss an negativem Potential jedes Schaltelements gegenüber der Source jedes Schaltelements ein negatives Potential angelegt werden.
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Da eine Schaltung vergrößert würde, ist nicht bevorzugt, für das positive und für das negative Potential jedes Schaltelements eine eigene Spannungsquelle vorzusehen. Dementsprechend sind Techniken bekannt, um mit einer Spannungsquelle für ein positives Potential eines niederspannungsseitigen Schaltelements eine Bootstrap-Schaltung zu verbinden und ein positives Potential eines hochspannungsseitigen Schaltelements zu erzeugen.
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Außerdem sind Techniken bekannt, um zwischen einer Source und einem Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Schaltelements einen Kondensator vorzusehen, um den Kondensator durch eine Spannungsquelle für ein negatives Potential des niederspannungsseitigen Schaltelements zu laden und ein negatives Potential des hochspannungsseitigen Schaltelements zu erzeugen (siehe z. B.
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66 963 A In diesem Fall ist ein Steuerungsschaltelement vorgesehen, das die Ladung und Entladung des Kondensators steuert. In Übereinstimmung mit einem in
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66 963 A offenbarten elektrischen Leistungsumsetzer schaltet das Steuerungsschaltelement in Verbindung mit dem Einschalten des niederspannungsseitigen Schaltelements ein. Während das niederspannungsseitige Schaltelement eingeschaltet ist, wird der Kondensator geladen.
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In dem in der obigen
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66 963 A elektrischen Leistungsumsetzer muss das Steuerungsschaltelement eine hohe Spannungsfestigkeit besitzen, da über das Element eine Hochspannung, die eine Leistungsquelle für eine Last (eine Schaltvorrichtung wie etwa ein MOSFET und ein IGBT) ist, angelegt wird, während das Steuerungsschaltelement ausgeschaltet ist. Darüber hinaus ist eine hohe Strombelastbarkeit erforderlich, die ausreicht, einen Kondensator zu laden. Somit besteht bei dem oben offenbarten elektrischen Leistungsumsetzer ein Problem, dass eine Größe des Steuerungsschaltelements zunimmt und dass die gesamte Schaltung vergrößert wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung zu schaffen, die kleiner als herkömmliche Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltungen sein kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 bzw. durch eine Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit nach Anspruch 7. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dabei wird zwischen einer Source und einem Drain des Steuerungsschaltelements durch die Hochspannungsquelle eine Hochspannung angelegt, wenn das Steuerungsschaltelement eingeschaltet wird. Das heißt, da das Steuerungsschaltelement in einem Sättigungsgebiet arbeitet, kann durch den Kondensator an negativem Potential ein ausreichender Strom fließen. Außerdem braucht das Steuerungsschaltelement keine hohe Spannungsfestigkeit zu besitzen, da über das Steuerungsschaltelement nur eine ähnliche Spannung wie die der zweiten Spannungsquelle angelegt wird, wenn das Steuerungsschaltelement ausschaltet. Somit werden die Anforderungen einer hohen Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit an das Steuerungsschaltelement verringert. Das heißt, das Steuerungsschaltelement kann kleiner sein. Das kleinere Steuerungsschaltelement ermöglicht die leichtere Integration der gesamten Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in einen Chip.
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Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit anhand der Figuren. Dabei beschreibt die fünfte Ausführungsform eine Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Die erste bis vierte Ausführungsform dienen zum besseren Verständnis der Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit gemäß der fünften Ausführungsform und der in ihr verwendeten Schaltungsteile.
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Von den Figuren zeigen:
- 1 einen Blockschaltplan einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 2 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 3 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Spannungsklemmschaltung in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 4 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Ladestrom-Kompensationsschaltung in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 5 einen Zeitablaufplan einer Folge von Operationen der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 6 ein Diagramm eines Betriebsbereichs eines Steuerungsschaltelements in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform;
- 7 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Schaltsteuerschaltung in Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
- 8 einen Zeitablaufplan einer Folge von Operationen einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der zweiten bevorzugten Ausführungsform;
- 9 einen Blockschaltplan einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
- 10 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Spannungsklemmschaltung in Übereinstimmung mit der dritten bevorzugten Ausführungsform;
- 11 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Hochspannungs-Umkehrpegelverschiebungsschaltung in Übereinstimmung mit der dritten bevorzugten Ausführungsform;
- 12 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Schaltsteuerschaltung in Übereinstimmung mit der dritten bevorzugten Ausführungsform;
- 13 einen Zeitablaufplan einer Folge von Operationen der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der dritten bevorzugten Ausführungsform;
- 14 einen Blockschaltplan einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
- 15 einen Stromlaufplan einer beispielhaften Konfiguration einer Niederspannungs-Pegelschaltschaltung in Übereinstimmung mit der vierten bevorzugten Ausführungsform;
- 16 einen Zeitablaufplan einer Folge von Operationen der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der vierten bevorzugten Ausführungsform;
- 17 einen Blockschaltplan einer Konfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit einer fünften bevorzugten Ausführungsform; und
- 18 einen Zeitablaufplan einer Folge von Operationen der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der fünften bevorzugten Ausführungsform.
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Erste bevorzugte Ausführungsform
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Konfiguration
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1 veranschaulicht eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform enthält eine Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100, eine Bootstrap-Schaltung 20 und einen Kondensator 18 an negativem Potential, die später beschrieben werden. Ferner enthält die Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit ein hochspannungsseitiges Schaltelement 5 und ein niederspannungsseitiges Schaltelement 6 zum Ansteuern des Ein- und Ausschaltens einer Last 7. Das hochspannungsseitige Schaltelement 5 und das niederspannungsseitige Schaltelement 6 sind z. B. n-MOSFETs.
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Die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 enthält einen hochspannungsseitigen Treiber 3 und einen niederspannungsseitigen Treiber 4 zum Ansteuern des Ein- und Ausschaltens der externen hochspannungsseitigen Schaltelements 5 bzw. des externen niederspannungsseitigen Schaltelements 6. Die externe Last (d. h. eine Halbleitervorrichtung 7) wird durch Ein- und Ausschalten des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 und des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 angesteuert.
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Das hochspannungsseitige Schaltelement 5 und das niederspannungsseitige Schaltelement 6 sind in Reihe geschaltet. Eine Source des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 ist mit einem Bezugspotential GND verbunden. Ein Drain des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 ist mit einem positiven Potential einer externen Hochspannungsquelle 8 verbunden. Eine Seite an negativem Potential der Hochspannungsquelle 8 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Die Last 7 ist zwischen einen Verbindungspunkt VS des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 und des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 und das Bezugspotential GND geschaltet.
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Ein Eingangsanschluss an positivem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 ist mit einem positiven Potential VCC einer externen ersten Spannungsquelle 11 verbunden. Ein negatives Potential der ersten Spannungsquelle 11 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden.
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Ein Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 ist mit einem negativen Potential einer externen zweiten Spannungsquelle 12 verbunden. Das negative Potential der zweiten Spannungsquelle 12 ist mit einem Bezugspotential LGND verbunden. Ein positives Potential der zweiten Spannungsquelle 12 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden.
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Ein Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ist mit der externen Bootstrap-Schaltung 20 verbunden, die gegenüber dem Verbindungspunkt VS eine positive Spannung anlegt.
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Die Bootstrap-Schaltung 20 enthält ein Widerstandselement 9, eine Diode 10 und einen Kondensator 17 an positivem Potential, die zwischen der ersten Spannungsquelle 11 und dem Verbindungspunkt VS in Reihe geschaltet sind. Der Kondensator 17 an positivem Potential ist zwischen den Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 und den Verbindungspunkt VS geschaltet. Der externe Kondensator 18 an negativem Potential ist zwischen den Verbindungspunkt VS und einen Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 geschaltet.
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Ferner enthält die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ein Steuerungsschaltelement 14 und eine Schaltsteuerschaltung 13, die das Ein- und Ausschalten des Steuerungsschaltelements steuert. Eine Source des Steuerungsschaltelements 14 ist mit dem Bezugspotential LGND verbunden und sein Drain ist mit dem Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 verbunden.
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Ferner enthält die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform eine Eingangsschaltung 1. In die Eingangsschaltung 1 werden ein hochspannungsseitiges Signal HIN, das das Ein- und Ausschalten des hochspannungsseitigen Treibers 3 steuert, und ein niederspannungsseitiges Signal LIN, das das Ein- und Ausschalten des niederspannungsseitigen Treibers 4 steuert, eingegeben.
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Das hochspannungsseitige Signal HIN wird über die Eingangsschaltung 1 in eine Hochspannungs-Pegelschaltung 2 in einer Eingangsstufe des hochspannungsseitigen Treibers 3 und in die Schaltsteuerschaltung 13 eingegeben. Das niederspannungsseitige Signal LIN wird über die Eingangsschaltung 1 in den niederspannungsseitigen Treiber 4 eingegeben.
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In die Schaltsteuerschaltung 13 wird über die Eingangsschaltung 1 ein Signal LSB mit einer gleichen Signalform wie das hochspannungsseitige Signal HIN eingegeben. Ferner wird in die Schaltsteuerschaltung 13 ein Schaltsignal LSA eingegeben. Wenn das Signal LSB und/oder das Schaltsignal LSA auf dem Hochpegel sind, gibt die Schaltsteuerschaltung 13 ein Signal auf dem Hochpegel an einen Verbindungspunkt SOUT aus.
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2 veranschaulicht ein Beispiel der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 2. Die Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 2 ist eine Schaltung, die eine Funktion zum Umsetzen eines Signalpegels eines Signals gegenüber dem eingangsseitigen positiven und negativen Potential (dem positiven Potential VCC und dem Bezugspotential LGND) in einen Signalpegel gegenüber dem ausgangsseitigen positiven und negativen Potential (der Verbindungspunkte VB und LVS) besitzt.
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Wie in 1 dargestellt ist, kann über den Kondensator 18 an negativem Potential eine Spannungsklemmschaltung 16 angeordnet sein. Die Spannungsklemmschaltung 16 besitzt eine Funktion zum Festsetzen einer Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential auf einen vorgegebenen Wert, wenn die Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential den vorgegebenen Wert übersteigt. 3 veranschaulicht ein Beispiel der Spannungsklemmschaltung 16.
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Wie in 1 dargestellt ist, kann zusätzlich eine Ladestrom-Kompensationsschaltung 15 vorgesehen sein, die mit den Verbindungspunkten VB, VS und LVS verbunden ist. 4 veranschaulicht ein Beispiel der Ladestrom-Kompensationsschaltung 15. Eine Funktion der Ladestrom-Kompensationsschaltung 15 wird später beschrieben.
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Betrieb
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Es wird ein Betrieb der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 5 veranschaulicht eine Folge von Operationen der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100. 5 stellt eine zeitliche Änderung eines Potentials an jedem Verbindungspunkt und jedes Eingangssignals dar.
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Zunächst wird ein Anfangsbetrieb beschrieben. Zunächst beginnen die erste und die zweite Spannungsquelle 11 und 12 (die Operationen 101 und 102). Um den Kondensator 17 an positivem Potential anfangs zu laden, wird nachfolgend in die Eingangsschaltung 1 das niederspannungsseitige Signal LIN mit einer Form aufeinanderfolgender Impulse eingegeben (Operation 103). Daraufhin wird das niederspannungsseitige Schaltelement 6 eingeschaltet (Operation 104) und der Kondensator 17 durch die erste Spannungsquelle 11 geladen (Operation 105).
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Das Schaltsignal LSA mit einer Form aufeinanderfolgender Impulse wird ebenfalls in die Schaltsteuerschaltung 13 eingegeben (Operation 106). Daraufhin schaltet das Steuerungsschaltelement 14 ein (Operation 107) und wird der Kondensator 18 an negativem Potential durch die zweite Spannungsquelle 12 anfangs geladen (Operation 108).
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Daraufhin beginnt die Hochspannungsquelle 8 (Operation 109). Um den Kondensator 18 an negativem Potential anfangs zu laden, wird nachfolgend in die Eingangsschaltung 1 ferner das hochspannungsseitige Signal HIN mit einer Form von Impulsen eingegeben (Operation 110). Daraufhin schaltet das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ein (Operation 111). In Verbindung damit schaltet das Steuerungsschaltelement 14 ebenfalls ein (Operation 112). Daraufhin wird der Kondensator 18 an negativem Potential durch die Hochspannungsquelle 8 und durch die zweite Spannungsquelle 12 geladen (Operation 113). Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ausschaltet, entlädt sich der Kondensator 18 an negativem Potential (Operation 114). Das negative Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS wird an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 angelegt.
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Nachfolgend wird ein Normalbetrieb beschrieben. Wenn das niederspannungsseitige Hochpegelsignal LIN in die Eingangsschaltung 1 eingegeben wird (Operation 115), wird das niederspannungsseitige Schaltelement 6 eingeschaltet (Operation 116). Während das niederspannungsseitige Schaltelement 6 eingeschaltet ist, wird der Kondensator 17 an positivem Potential durch die erste Spannungsquelle 11 geladen (Operation 117) und wird das negative Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS durch elektrische Entladung des Kondensators 18 an negativem Potential an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 angelegt.
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Wenn das niederspannungsseitige Schaltelement 6 ausgeschaltet ist, ist das Steuerungsschaltelement 14 ausgeschaltet. Zwischen die Source und den Drain des Steuerungsschaltelements 14 wird eine ähnliche Spannung wie die der zweiten Spannungsquelle 12 angelegt.
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Wenn nachfolgend in die Eingangsschaltung 1 das hochspannungsseitige Hochpegelsignal Signal HIN eingegeben wird (Operation 118), schaltet das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ein (Operation 119). Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 einschaltet, entlädt sich der Kondensator 17 an positivem Potential (Operation 120). An den Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 wird gegenüber dem Verbindungspunkt VS ein positives Potential angelegt.
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In Verbindung mit dem Einschalten des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 schaltet das Steuerungsschaltelement 14 ebenfalls ein (Operation 121). Daraufhin wird eine geschlossene Schleife gebildet, die den Kondensator 18 an negativem Potential, die Hochspannungsquelle 8 und die zweite Spannungsquelle 12 enthält. Somit wird der Kondensator 18 an negativem Potential durch die Hochspannungsquelle 8 und durch die zweite Spannungsquelle 12 geladen (Operation 122). Gleichzeitig wird durch die Hochspannungsquelle 8 und durch die zweite Spannungsquelle an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 gegenüber dem Verbindungspunkt VS ein negatives Potential angelegt.
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Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ausschaltet (Operation 123), entlädt sich der Kondensator 18 an negativem Potential (Operation 124). An den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 wird gegenüber dem Verbindungspunkt VS ein negatives Potential angelegt.
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An den Eingangsanschluss an positivem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 wird von der ersten Spannungsquelle 11 gegenüber dem Bezugspotential GND immer ein positives Potential angelegt. An den Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 wird von der zweiten Spannungsquelle 12 immer ein gegenüber dem Bezugspotential GND negatives Potential angelegt.
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Nachfolgend wird die Ladestrom-Kompensationsschaltung 15 beschrieben. Wenn sich der Kondensator 17 an positivem Potential der Bootstrap-Schaltung 20 entlädt und an den Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 ein positives Potential angelegt wird, wird ein Entladestrom des Kondensators 17 an positivem Potential zum Laden des Kondensators 18 an negativem Potential genutzt, falls eine Potentialdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen an positivem und an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 eine Spannung, die zum Ansteuern des hochspannungsseitigen Treibers 3 notwendig ist, übersteigt. Gleichzeitig werden beide Anschlüsse des Kondensators 18 an negativem Potential über eine Strombegrenzungsschaltung (z. B. einen Transistor in 4) kurzgeschlossen. Ein zwischen einer Source und einem Drain des Transistors fließender Strom wird durch eine an ein Gate angelegte Spannung begrenzt. Dies erhöht einen Ladestrom des Kondensators 18 an negativem Potential und ermöglicht somit eine schnellere Ladung des Kondensators 18 an negativem Potential. Währenddessen ist die in 4 dargestellte Schaltungskonfiguration ein Beispiel und braucht die Schaltung nur die oben beschriebenen Funktionen zu besitzen.
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Wirkung
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Herkömmlich wird in der Schaltungskonfiguration in 1 das Steuerungsschaltelement 14 in Verbindung mit dem Einschalten des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 eingeschaltet. Das heißt, wenn das Steuerungsschaltelement 14 eingeschaltet wurde, ist zwischen die Source und den Drain des Steuerungsschaltelements 14 nur eine ähnliche Spannung wie die der zweiten Spannungsquelle 12 angelegt worden. Zu dieser Zeit arbeitet das Steuerungsschaltelement 14 in einem in 6 dargestellten linearen Bereich. Das heißt, um durch den Kondensator 18 an negativem Potential in dem linearen Gebiet einen ausreichenden Strom durchzulassen, musste das Steuerungsschaltelement 14 eine hohe Strombelastbarkeit besitzen.
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Dagegen wird in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform durch die zweite Spannungsquelle 12 und durch die Hochspannungsquelle 8 zwischen die Source und den Drain des Steuerungsschaltelements 14 eine höhere Spannung als in herkömmlichen Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltungen angelegt, wenn das Steuerungsschaltelement 14 eingeschaltet ist. Das heißt, da das Steuerungsschaltelement 14 in einem in 6 dargestellten Sättigungsgebiet arbeitet, kann durch den Kondensator 18 an negativem Potential ein ausreichender Strom fließen.
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Da herkömmlich durch die zweite Spannungsquelle 12 und durch die Hochspannung 8 zwischen die Source und den Drain des Steuerungsschaltelements 14 eine Hochspannung angelegt worden ist, wenn das Steuerungsschaltelement 14 ausgeschaltet war, musste das Steuerungsschaltelement 14 herkömmlich eine hohe Spannungsfestigkeit besitzen. Dagegen braucht das Steuerungsschaltelement 14 in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform keine hohe Spannungsfestigkeit zu besitzen, wie sie herkömmlich erforderlich ist, da über das Steuerungsschaltelement 14 nur eine ähnliche Spannung wie die der zweiten Spannungsquelle 12 angelegt ist, wenn das Steuerungsschaltelement 14 ausgeschaltet ist.
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Somit sind die Anforderungen einer hohen Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit an das Steuerungsschaltelement 14 im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltungen in der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform verringert. Dementsprechend kann das Steuerungsschaltelement 14 verkleinert werden. Das kleinere Steuerungsschaltelement 14 ermöglicht eine leichtere Integration der gesamten Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in einen Chip.
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Die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform dient zum Ansteuern der externen Halbleitervorrichtung 7 durch Ansteuern des Ein- und Ausschaltens des externen hochspannungsseitigen Schaltelements 6, das mit der externen Hochspannungsquelle 8 verbunden ist, und des externen niederspannungsseitigen Schaltelements 7, das zwischen dem hochspannungsseitigen Schaltelement 5 und dem Bezugspotential GND in Reihe geschaltet ist. Die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform enthält den hochspannungsseitigen Treiber 3 zum Ansteuern des Ein- und Ausschaltens des hochspannungsseitigen Schaltelements 5, den niederspannungsseitigen Treiber 4 zum Ansteuern des Ein- und Ausschaltens des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 und das Steuerungsschaltelement 14, das in Verbindung mit dem Einschalten des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 einschaltet. Der Eingangsanschluss an positivem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 ist mit dem positiven Potential der externen ersten Spannungsquelle 11 verbunden. Das negative Potential der ersten Spannungsquelle 11 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 ist mit dem negativen Potential der externen zweiten Spannungsquelle 12 verbunden. Das positive Potential der zweiten Spannungsquelle 12 ist mit dem Bezugspotential GND verbunden. Der Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ist mit der externen Bootstrap-Schaltung 20 verbunden, die gegenüber dem Verbindungspunkt VS des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 und des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 die positive Spannung anlegt. Der externe Kondensator 18 an negativem Potential ist zwischen den Verbindungspunkt VS des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 und des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 und den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 geschaltet. Das hochspannungsseitige Schaltelement 5 und das Steuerungsschaltelement 14 bilden eine Schleife, die den Kondensator 18 an negativem Potential, die Hochspannungsquelle 8 und die zweite Spannungsquelle 12 enthält.
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Somit wird durch die Hochspannungsquelle 8 eine Hochspannung zwischen die Source und den Drain des Steuerungsschaltelements 14 angelegt, wenn das Steuerungsschaltelement 14 eingeschaltet ist. Das heißt, da das Steuerungsschaltelement 14 in dem Sättigungsgebiet arbeitet, kann durch den Kondensator 18 an negativem Potential ein ausreichender Strom fließen. Wenn das Steuerungsschaltelement 14 ausgeschaltet ist, braucht das Steuerungsschaltelement 14 keine hohe Spannungsfestigkeit zu besitzen, da über das Steuerungsschaltelement 14 nur eine ähnliche Spannung wie die der zweiten Spannungsquelle 12 angelegt wird. Somit sind in der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Anforderungen einer hohen Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit an das Steuerungsschaltelement 14 im Vergleich zu herkömmlichen Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltungen verringert. Das heißt, das Steuerungsschaltelement 14 kann verkleinert werden. Das kleinere Steuerungsschaltelement 14 ermöglicht eine leichtere Integration der gesamten Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in einen Chip.
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Ferner enthält die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Spannungsklemmschaltung 16, um zu verhindern, dass eine über den Kondensator 18 an negativem Potential angelegte Spannung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Somit kann das Überladen des Kondensators 18 an negativem Potential verhindert werden. Da das Überladen verhindert wird, kann die Lebensdauer des Kondensators 18 an negativem Potential verlängert werden.
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Ferner enthält die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Ladestrom-Kompensationsschaltung 15. Die Bootstrap-Schaltung 20 enthält den Kondensator 17 an positivem Potential, der zwischen den Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 und den Verbindungspunkt VS des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 und des niederspannungsseitigen Schaltelements 6 geschaltet ist.
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Wenn eine Potentialdifferenz zwischen dem Eingangsanschluss an positivem Potential und dem Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 einen vorgegebenen Wert übersteigt, stellt die Ladestrom-Kompensationsschaltung 15 über die Strombegrenzungsschaltung einen Kurzschluss über den Kondensator 17 an positivem Potential her, um eine Stromstärke zu begrenzen.
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Somit kann der Kondensator 18 an negativem Potential durch Kurzschließen beider Anschlüsse des Kondensators 17 an positivem Potential über die Strombegrenzungsschaltung (z. B. einen Transistor in 3) und Entladen des Kondensators 17 an positivem Potential geladen werden. Dementsprechend kann die Hinzunahme der Ladestrom-Kompensationsschaltung 15 den Ladestrom des Kondensators 18 an negativem Potential erhöhen. Somit kann die zum Laden des Kondensators 18 an negativem Potential erforderliche Zeitdauer verkürzt werden.
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Ferner enthält die Halbleitervorrichtungs-Ansteuereinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100, das hochspannungsseitige Schaltelement 5, das niederspannungsseitige Schaltelement 6, den Kondensator 18 an negativem Potential und die Bootstrap-Schaltung 20.
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Somit ermöglicht die kleinere Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100, das gesamte Modul zu verkleinern, selbst wenn durch Hinzufügen eines hochspannungsseitigen Schaltelements, eines niederspannungsseitigen Schaltelements und dergleichen zu der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 ein Leistungsmodul gebildet ist.
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In der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform enthalten des hochspannungsseitige Schaltelement 5 und das niederspannungsseitige Schaltelement 6 einen Halbleiter mit breiter Bandlücke.
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Somit ermöglichen das hochspannungsseitige Schaltelement 5 und das niederspannungsseitige Schaltelement 6, die aus Halbleitermaterialien mit breiter Bandlücke wie etwa SiC und GaN hergestellt sind, eine schnelle Schaltung bei einer hohen Temperatur.
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Zweite bevorzugte Ausführungsform
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Konfiguration
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In einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist eine Schaltsteuerschaltung 13 in einer ersten bevorzugten Ausführungsform (1) durch eine in 7 dargestellte Schaltsteuerschaltung 13A ersetzt. Bis auf die Schaltsteuerschaltung 13A ist eine Konfiguration der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung gleich der der ersten bevorzugten Ausführungsform (1). Somit wird sie hier nicht beschrieben.
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Ferner enthält die Schaltsteuerschaltung 13A in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform außer der Schaltsteuerschaltung 13 in der ersten bevorzugten Ausführungsform einen Impulsgenerator 131. Wenn ständig ein Hochpegelsignal LSB eingegeben wird, gibt der Impulsgenerator 131 an einen Verbindungspunkt LSP ein Hochpegelsignal aus, bis eine bestimmte Zeitdauer verstrichen ist. Nachdem die bestimmte Zeitdauer verstrichen ist, gibt der Impulsgenerator 131 daraufhin ein Tiefpegelsignal aus. Das heißt, der Impulsgenerator 131 besitzt eine Funktion, um ein Steuerungsschaltelement 14 auszuschalten, nachdem die bestimmte Zeitdauer, seit das Steuerungsschaltelement 14 eingeschaltet hat, verstrichen ist. Währenddessen ist eine in 7 dargestellte Konfiguration des Impulsgenerators 131 ein Beispiel und braucht der Impulsgenerator 131 nur die oben beschriebene Funktion zu besitzen.
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Betrieb
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Anhand eines in 8 dargestellten Zeitablaufplans wird ein Betrieb der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben. In der ersten bevorzugten Ausführungsform schaltet das Steuerungsschaltelement 14 in Verbindung mit dem Ein- und Ausschalten eines hochspannungsseitigen Schaltelements 5 ein und aus. Wie in der Operation 221 in 8 dargestellt ist, schaltet das Steuerungsschaltelement 14 in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit dem Einschalten des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 ein und daraufhin, nachdem die bestimmte Zeitdauer verstrichen ist, aus. Weitere Operationen, d. h. die Operationen 201 bis 220 und die Operationen 222 bis 224, sind ähnlich den Operationen 101 bis 120 bzw. den Operationen 122 bis 124 in 5 in der ersten bevorzugten Ausführungsform. Somit werden sie nicht beschrieben.
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Die Zeitdauer vom Einschalten bis zum Ausschalten des Steuerungsschaltelements 14 kann z. B. in 7 durch Ändern der Kapazität eines in dem Impulsgenerator 131 enthaltenen Kondensators eingestellt werden. Die Zeitdauer vom Einschalten bis zum Ausschalten des Steuerungsschaltelements 14 kann auf der Grundlage der Zeitdauer, die zum Laden eines Kondensators 18 an negativem Potential erforderlich ist, eingestellt werden. Dies ist so, da das Steuerungsschaltelement 14 nicht in eingeschaltetem Zustand zu sein braucht, nachdem das Laden des Kondensators 18 an negativem Potential abgeschlossen ist.
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Wirkung
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In der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 100 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform kann die Zeitdauer vom Einschalten bis zum Ausschalten des Steuerungsschaltelements 14 eingestellt werden.
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Somit kann die Zeitdauer, während der das Steuerungsschaltelement 14 eingeschaltet ist, in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform minimiert werden. Somit sind Wirkungen der Verringerung des Leistungsverbrauchs und der Unterdrückung von durch den Durchgang von elektrischem Strom verursachter Wärme zu erwarten.
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Dritte bevorzugte Ausführungsform
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Konfiguration
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9 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 300 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform. 10 veranschaulicht ein Beispiel einer Spannungsklemmschaltung 16A in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform. Ferner ist zwischen einem Verbindungspunkt VS und einem Verbindungspunkt LVS eine Hochspannungs-Umkehrpegelverschiebungsschaltung 51 angeordnet. 11 veranschaulicht ein Beispiel der Hochspannungs-Umkehrpegelverschiebungsschaltung 51. 12 veranschaulicht ein Beispiel einer Schaltsteuerschaltung 13B in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform. Bis auf die obigen Bauelemente ist die Konfiguration gleich der der ersten bevorzugten Ausführungsform (1). Somit wird sie hier nicht beschrieben.
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Betrieb
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Die Spannungsklemmschaltung 16A ist eine Schaltung, die auf dieselbe Weise wie eine Spannungsklemmschaltung 16 in der ersten bevorzugten Ausführungsform verhindert, dass eine Spannung über einen Kondensator 18 an negativem Potential einen vorgegebenen Wert übersteigt. Ferner besitzt die Spannungsklemmschaltung 16A in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform eine Funktion zum Ausgeben eines Hochpegelsignals DLVS an die Hochspannungs-Umkehrpegelverschiebungsschaltung 51, wenn die Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential (d. h. eine Spannung zwischen dem Verbindungspunkt VS und dem Verbindungspunkt LVS) den vorgegebenen Wert übersteigt. Dadurch, dass der vorgegebene Spannungswert, der in der Spannungsklemmschaltung 16A eingestellt werden soll, auf eine Spannung eingestellt wird, wenn der Kondensator 18 an negativem Potential geladen worden ist, wird das Hochpegelsignal DLVS zu einem Signal, das den Abschluss des Ladens des Kondensators 18 an negativem Potential angibt.
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Die Hochspannungs-Umkehrpegelverschiebungsschaltung 51 ist eine Schaltung, die eine Funktion zum Umsetzen eines Signalpegels gegenüber einer Spannung zwischen dem Verbindungspunkt LVS und dem Verbindungspunkt VS in einem Signalpegel gegenüber einer Spannung zwischen einem Verbindungspunkt LGND und einem positiven Potential VCC und zum Ausgeben des umgesetzten Potentials besitzt. Die Hochspannungs-Umkehrpegelverschiebungsschaltung 51 setzt ein Bezugspotential für das Signal DLVS um und gibt das umgesetzte Signal als ein Signal LSC an die Schaltsteuerschaltung 13B aus.
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Im Vergleich zu der Schaltsteuerschaltung 13 in Übereinstimmung mit der ersten bevorzugten Ausführungsform wird das Signal LSC in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ferner in die Schaltsteuerschaltung 13B eingegeben. Wenn ein von einer Eingangsschaltung 1 eingegebenes Signal LSB auf dem Hochpegel ist und wenn das Signal LSC den Hochpegel erreicht, gibt die Schaltsteuerschaltung 13B von einem Anschluss SOUT ein Tiefpegelsignal aus. Das heißt, wenn das Hochpegelsignal LSC eingegeben wird, das angibt, dass die Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential den vorgegebenen Wert erreicht hat, schaltet die Schaltsteuerschaltung 13B ein Steuerungsschaltelement 14 aus. Dadurch, dass das Steuerungsschaltelement 14 ausgeschaltet wird, hört der Kondensator 18 an negativem Potential sich zu laden auf. Die weiteren Operationen sind gleich jenen der ersten bevorzugten Ausführungsform. Somit werden sie hier nicht beschrieben.
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Anhand eines in 13 dargestellten Zeitablaufplans wird ein Betrieb der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 300 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Wenn ein hochspannungsseitiges Schaltelement 5 in der Operation 319 in 13 eingeschaltet wird, wird das Steuerungsschaltelement 14 in Verbindung damit ebenfalls eingeschaltet (Operation 321) und beginnt sich der Kondensator 18 an negativem Potential zu laden (Operation 322).
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Wenn das Laden des Kondensators 18 an negativem Potential abgeschlossen ist und wenn die Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential (die Spannung zwischen dem Verbindungspunkt VS und dem Verbindungspunkt LVS) den vorgegebenen Wert übersteigt (Operation 323), wird von der Spannungsklemmschaltung das Hochpegelsignal DLVS ausgegeben (Operation 324), was veranlasst, dass ein Pegel des in die Schaltsteuerschaltung 13B eingegebenen Signals LSC von dem Tiefpegel auf den Hochpegel geschaltet wird. Dadurch ändert sich ein Potential bei einem Verbindungspunkt LSP in der Schaltsteuerschaltung 13B von dem Hochpegel auf den Tiefpegel (Operation 325). Somit wird ein Potential bei dem Ausgang SOUT zu dem Tiefpegel und wird das Schaltsteuerelement 14 ausgeschaltet (Operation 326). Dadurch, dass das Schaltsteuerelement 14 ausgeschaltet wird, hört der Kondensator 18 an negativem Potential sich zu laden auf.
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Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ausschaltet, wird an einen Eingangsanschluss an negativem Potential eines hochspannungsseitigen Treibers 3 durch elektrische Entladung des Kondensators 18 an negativem Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS ein negatives Potential angelegt (Operation 327). Weitere Operationen, d. h. die Operationen 301 bis 318 und die Operation 320, sind ähnlich den Operationen 101 bis 118 und der Operation 120 in 5 in der ersten bevorzugten Ausführungsform. Somit werden sie nicht beschrieben.
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Wirkung
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In der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 300 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform hört der Kondensator 18 an negativem Potential sich zu laden auf, wenn die Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential den vorgegebenen Wert erreicht.
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Da eine Operation des Schaltsteuerelements 14, automatisch ausgeschaltet zu werden, freigegeben wird, wenn die Spannung über den Kondensator 18 an negativem Potential den vorgegebenen Wert erreicht, kann somit außer der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform beschrieben Wirkung dadurch, dass eine Überspannung schnell erfasst wird und das Steuerschaltelement 14 ausgeschaltet wird, wenn eine Stoßspannung auftritt, das Überladen des Kondensators 18 an negativem Potential verhindert werden.
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Vierte bevorzugte Ausführungsform
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Konfiguration
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14 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 400 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform. 15 veranschaulicht ein Beispiel einer Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 71 in 14. In der ersten bevorzugten Ausführungsform (1) ist ein Bezugspotential LGND ein Bezugspotential für ein hochspannungsseitiges Signal HIN und für ein niederspannungsseitiges Signal LIN, die in eine Eingangsschaltung 1 eingegeben werden, gewesen. Ein Bezugspotential für eine Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 2 ist ein Verbindungspunkt LVS gewesen. Dagegen ist in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ein Bezugspotential für ein hochspannungsseitiges Signal HIN und für ein niederspannungsseitiges Signal LIN gleich einem Bezugspotential GND für eine Last 7. Ferner ist ein Bezugspotential für eine Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 2 ein Verbindungspunkt VS.
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In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform sind die Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltungen 71 in Eingangsstufen eines hochspannungsseitigen Treibers 3, eines niederspannungsseitigen Treibers 4 und einer Schaltsteuerschaltung 13 vorgesehen. Die Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 71 ist eine Schaltung, die eine Funktion zum Ändern eines Bezugspotentials für ein Signal zwischen einem Eingang und einem Ausgang besitzt. 15 veranschaulicht ein Beispiel dafür. Eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einer Leistungsquelle auf einer Eingangsseite der Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 71 sind jeweils mit Bezugspotentialen für ein Eingangssignal verbunden. Ferner ist eine negative Elektrode einer Leistungsquelle auf einer Ausgangsseite mit einem Bezugspotential für ein Ausgangssignal verbunden. Zum Beispiel sind im Fall der in der Eingangsstufe des niederspannungsseitigen Treibers 4 vorgesehenen Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 71 eine positive Elektrode und eine negative Elektrode einer Leistungsquelle auf einer Eingangsseite mit einem positiven Potential VCC bzw. mit dem Bezugspotential GND verbunden. Eine negative Elektrode einer Leistungsquelle auf einer Ausgangsseite ist mit einem Bezugspotential LGND verbunden. Bis auf die obigen Bauelemente ist die Konfiguration gleich der der ersten bevorzugten Ausführungsform (1). Somit wird sie hier nicht beschrieben.
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Betrieb
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Anhand eines in 16 dargestellten Zeitablaufplans wird ein Betrieb der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform beschrieben. Wenn 16 mit dem Zeitablaufplan (5) in der ersten bevorzugten Ausführungsform verglichen wird, hat sich das Bezugspotential für das hochspannungsseitige Signal HIN, für das niederspannungsseitige Signal LIN und für ein Schaltsignal LSA von dem Bezugspotential LGND zu dem Bezugspotential GND geändert. Ferner hat sich ein Bezugspotential für einen Verbindungspunkt HBVS einer Ausgangsseite der Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 2 von einem Potential bei einem Verbindungspunkt LVS zu dem Potential bei dem Verbindungspunkt VS geändert. Eine Zeitänderung eines Potentials bei dem Verbindungspunkt HBVS besitzt eine ähnliche Signalform wie eine Zeitänderung eines Potentials des hochspannungsseitigen Signals HIN bei einem Verbindungspunkt HOUT.
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In 16 variiert die Signalform eines Potentials bei jedem Verbindungspunkt in derselben Weise wie in 5. Das heißt, die Operationen 401 bis 424 in 16 sind ähnlich den Operationen 101 bis 124 in 5. Somit werden sie hier nicht ausführlich beschrieben.
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Wirkung
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Die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 400 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform enthält ferner die Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltungen 71 in jeder Eingangsstufe des hochspannungsseitigen Treibers 3, des niederspannungsseitigen Treibers 4 und des Steuerungsschaltelements 14.
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Somit kann die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 400 in derselben Weise wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform betrieben werden, selbst wenn ein Eingangssignal gegenüber einem Bezugspotential eingegeben wird, das gleich einem Bezugspotential für eine Last ist, da die Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 71 ein Bezugspotential für ein Signal ändern kann. Ferner ermöglicht die Anordnung der Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltungen 71, dass ein Bezugspotential für eine Schaltung (z. B. für eine Eingangsschaltung 1), das eine Stabilität einer Leistungsquelle erfordert, von dem Bezugspotential LGND zu dem Bezugspotential GND geändert wird. Dementsprechend kann eine zweite Spannungsquelle 12 vereinfacht werden.
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Fünfte bevorzugte Ausführungsform
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Konfiguration
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17 veranschaulicht eine Schaltungskonfiguration einer Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 500 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform. In der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 400 in Übereinstimmung mit der vierten bevorzugten Ausführungsform ist an einen Eingangsanschluss an negativem Potential eines niederspannungsseitigen Treibers 4 von einer externen zweiten Spannungsquelle 12 ein negatives Potential angelegt worden. In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist dagegen anstelle der externen Spannungsquelle 12 ein externer Kondensator 81 verwendet.
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Zwischen einem Eingangsanschluss an negativem Potential eines hochspannungsseitigen Treibers 3, d. h. dem Verbindungspunkt LVS, und einem Bezugspotential LGND (d. h. eine Seite an negativem Potential der zweiten Spannungsquelle 12 in der vierten bevorzugten Ausführungsform) sind eine Diode 83 mit einer hohen Spannungsfestigkeit und mit einer Katode, die mit einem Verbindungspunkt LVS verbunden ist, und ein Strombegrenzungswiderstand 84 in Reihe geschaltet. Zwischen dem Verbindungspunkt LVS und einem Drain eines Steuerungsschaltelements 14 ist eine Diode 82 mit einer mit dem Verbindungspunkt LVS verbundenen Anode angeordnet. Ferner ist eine Source des Steuerungsschaltelements 14 mit einem Bezugspotential GND verbunden. Bis auf die obigen Bauelemente ist die Konfiguration gleich der der vierten bevorzugten Ausführungsform (14). Somit wird sie hier nicht beschrieben.
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Betrieb
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Während ein hochspannungsseitiges Schaltelement 5 eingeschaltet ist, wird ein Kondensator 18 an negativem Potential geladen und wird durch eine Hochspannungsquelle 8 ein negatives Potential an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 angelegt.
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Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ausschaltet und wenn ein niederspannungsseitiges Schaltelement 6 einschaltet, wird durch den Kondensator 18 an negativem Potential an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ein negatives Potential angelegt. Das niederspannungsseitige Schaltelement 6 bildet zusammen mit dem Kondensator 18 an negativem Potential, mit dem externen Kondensator 81, mit dem Strombegrenzungswiderstand 84 und mit der Diode 83 eine Schleife. Der externe Kondensator 81 wird dann durch elektrische Entladung des Kondensators 18 an negativem Potential geladen.
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Wenn nachfolgend das hochspannungsseitige Schaltelement 5 einschaltet und das niederspannungsseitige Schaltelement 6 ausschaltet, wird durch elektrische Entladung des externen Kondensators 81 ein negatives Potential an einen Eingangsanschluss an negativem Potential eines niederspannungsseitigen Treibers 4 angelegt.
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In der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform wird der externe Kondensator 81 anstelle der zweiten Spannungsquelle 12 in der vierten bevorzugten Ausführungsform verwendet, um das negative Potential an den Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 anzulegen.
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Anhand eines in 18 gezeigten Zeitablaufplans wird ausführlich ein Betrieb der Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 500 beschrieben. Zunächst wird ein Anfangsbetrieb beschrieben. Zunächst beginnt eine erste Spannungsquelle 11 (Operation 501). Nachfolgend wird in eine Eingangsschaltung 1 ein niederspannungsseitiges Signal LIN mit einer Form aufeinanderfolgender Impulse eingegeben, um einen Kondensator 17 an positivem Potential anfangs zu laden (Operation 502). Daraufhin schaltet das niederspannungsseitige Schaltelement 6 ein (Operation 503) und wird der Kondensator 17 an positivem Potential durch die erste Spannungsquelle 11 geladen (Operation 504).
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Außerdem wird in eine Schaltsteuerschaltung 13 ein Schaltsignal LSA mit einer Form aufeinanderfolgender Impulse eingegeben (Operation 505). Daraufhin schaltet das Steuerungsschaltelement 14 ein (Operation 506). Dagegen wird der Kondensator 18 an negativem Potential nicht geladen (Operation 507).
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Daraufhin beginnt die Hochspannungsquelle 8 (Operation 508). Nachfolgend wird in die Eingangsschaltung 1 ein hochspannungsseitiges Signal HIN mit einer Form von Impulsen eingegeben, um den Kondensator 18 an negativem Potential anfangs zu laden (Operation 509). Daraufhin wird über eine Hochspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 2 und über eine Niederspannungs-Pegelverschiebungsschaltung 71 ein Signal in den hochspannungsseitigen Treiber 3 eingegeben (Operation 510). Somit schaltet das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ein (Operation 511). Da das Steuerungsschaltelement 14 in Verbindung mit dem Einschalten des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 ebenfalls einschaltet (Operation 512), wird der Kondensator 18 an negativem Potential durch die Hochspannungsquelle 8 geladen (Operation 513). Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ausschaltet, entlädt sich der Kondensator 18 an negativem Potential (Operation 514) und wird an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ein negatives Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS angelegt.
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Nachfolgend wird in die Eingangsschaltung 1 das Niederspannungssignal LIN mit einer Form aufeinanderfolgender Impulse eingegeben, um den externen Kondensator 81 anfangs zu laden (Operation 515). Daraufhin schaltet das Schaltelement 6 der tiefen Seite ein (Operation 516) und wird der externe Kondensator 81 durch elektrische Entladung des Kondensators 18 an negativem Potential geladen (Operation 517). Während das niederspannungsseitige Schaltelement 6 eingeschaltet ist, wird der Kondensator 17 an positivem Potential durch die erste Spannungsquelle 11 geladen (Operation 518).
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Nachfolgend wird ein Normalbetrieb beschrieben. Wenn in die Eingangsschaltung 1 das niederspannungsseitige Hochpegelsignal LIN eingegeben wird (Operation 519), schaltet das niederspannungsseitige Schaltelement 6 ein (Operation 520). Zu dieser Zeit sind das hochspannungsseitige Schaltelement 5 und das Steuerungsschaltelement 14 ausgeschaltet und bildet das niederspannungsseitige Schaltelement 6 zusammen mit dem Kondensator 18 an negativem Potential, dem externen Kondensator 81, dem Strombegrenzungswiderstand 84 und der Diode 83 eine Schleife. Dementsprechend wird der externe Kondensator 81 durch elektrische Entladung des Kondensators 18 an negativem Potential (Operation 521) geladen (Operation 522). Gleichzeitig wird an den Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 durch elektrische Entladung des externen Kondensators 81 ein negatives Potential angelegt.
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Wenn das niederspannungsseitige Schaltelement 6 ausschaltet, wird durch elektrische Entladung des externen Kondensators 81 ein negatives Potential an den Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 angelegt (Operation 523).
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Wenn in die Eingangsschaltung 1 nachfolgend das hochspannungsseitige Hochpegelsignal HIN eingegeben wird (Operation 524), schaltet das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ein (Operation 525). Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 einschaltet, entlädt sich der Kondensator 17 (Operation 526) und wird an einen Eingangsanschluss an positivem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ein positives Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS angelegt.
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In Verbindung mit dem Einschalten des hochspannungsseitigen Schaltelements 5 schaltet das Steuerungsschaltelement 14 ebenfalls ein (Operation 527). Daraufhin wird eine Schleife gebildet, die den Kondensator 18 an negativem Potential und die Hochspannungsquelle 8 enthält. Somit wird der Kondensator 18 an negativem Potential durch die Hochspannungsquelle 8 geladen (Operation 528). Gleichzeitig wird durch die Hochspannungsquelle 8 an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ein negatives Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS angelegt.
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Wenn das hochspannungsseitige Schaltelement 5 ausschaltet, entlädt sich der Kondensator 18 an negativem Potential (Operation 529) und wird an den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 ein negatives Potential gegenüber dem Verbindungspunkt VS angelegt. Währenddessen wird an einen Eingangsanschluss an positivem Potential des Treibers 4 der tiefen Seite durch die erste Spannungsquelle immer ein positives Potential gegenüber dem Bezugspotential GND angelegt.
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Wirkung
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Die Halbleitervorrichtungs-Ansteuerschaltung 500 in Übereinstimmung mit der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform enthält ferner die Diode 83, die zwischen den Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 und die Seite an negativem Potential der zweiten Spannungsquelle 12 geschaltet ist. Die Katode der Diode 83 ist mit dem Eingangsanschluss an negativem Potential des hochspannungsseitigen Treibers 3 verbunden. Anstelle der zweiten Spannungsquelle 12 ist der externe Kondensator 81 vorgesehen. Das niederspannungsseitige Schaltelement 6 bildet zusammen mit dem Kondensator 18 an negativem Potential, mit dem externen Kondensator 81 und mit der Diode 83 eine Schleife.
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Somit wird in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform anstelle der externen zweiten Spannungsquelle 12 der externe Kondensator 81 als eine Spannungsquelle zum Anlegen eines negativen Potentials an den Eingangsanschluss an negativem Potential des niederspannungsseitigen Treibers 4 verwendet. Somit kann eine Leistungsquelle weggelassen werden, was eine einfachere Schaltung zulässt.
