DE112007002270T5 - Gate-Ansteuerschaltung - Google Patents

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Masahiro Nagasu
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Abstract

Gate-Ansteuerschaltung (56, 57) zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements (31, 33), mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode (32, 34) verbunden ist, wobei die Gate-Ansteuerschaltung Folgendes umfasst:
eine Element-Spannungserfassungseinrichtung (52) zum Erfassen eines Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements (56, 57) und
eine Ansteuer-Steuerungseinrichtung (46) zum Ändern des Gate-Ansteuerwiderstands (42) oder -Ansteuerstroms auf der Grundlage des durch die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Spannungswerts.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gate-Ansteuerschaltung für ein Leistungshalbleiter-Modul.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Seit kurzem finden Siliciumcarbid (SiC) und Galliumnitrid (GaN) als Wide-Gap-Halbleiterelemente Beachtung. Diese Materialien haben eine hohe Durchbruchspannungsfestigkeit, welche zehnmal so hoch wie diejenige von Si ist, und eine Driftschicht zum Sicherstellen der Durchbruchspannung kann bis auf fast ein Zehntel dünner werden, wodurch es ermöglicht wird, die Spannung zu verringern, wenn eine Leistungsvorrichtung eingeschaltet wird. Dadurch können sogar in einem Bereich mit hoher Durchbruchspannung, welcher bezüglich Si nur die Verwendung von bipolaren Elementen erlaubt, bezüglich aus SiC und dergleichen hergestellten Wide-Gap-Halbleiterelementen unipolare Elemente verwendet werden.
  • Bei einem Leistungshalbleiter-Modul, das für eine Wechselrichterschaltung verwendet wird, ist eine Freilaufdiode parallel mit einem Schaltbauelement verbunden. In einem konventionellen Leistungshalbleiter-Modul wird eine Si-PiN-Diode als Freilaufdiode verwendet. Die Si-PiN-Diode ist ein Halbleiterelement vom bipolaren Typ, das derart aufgebaut ist, dass der Spannungsabfall aufgrund einer Leitfähigkeitsmodulation verringert wird, wenn ein großer in Vor wärtsrichtung vorgespannter Strom angelegt wird. Jedoch hat die PiN-Diode die Charakteristika, dass während des Vorgangs vom Zustand der Vorwärtsvorspannung zum Zustand der Sperrvorspannung ein Träger, der aufgrund der Leitfähigkeitsmodulation auf der PiN-Diode verbleibt, in einen Sperrverzögerungsstrom umgewandelt wird. Bei einer Si-PiN-Diode ist der Sperrverzögerungsstrom groß, weil die Lebensdauer des verbleibenden Trägers lang ist. Aus diesem Grund bestehen insofern Probleme, als der Sperrverzögerungsstrom den Einschaltverlust und den Sperrverzögerungsverlust (Err) erhöht, welcher zur Zeit der Sperrverzögerung der Diode auf dem Element erzeugt wird.
  • Dagegen ist eine Schottky-Barrierendiode (SBD) ein Halbleiterelement vom unipolaren Typ, welches fast keine Träger aufgrund der Leitfähigkeitsmodulation erzeugt. Dementsprechend ist es, wenn eine Schottky-Barrierendiode für eine Wechselrichterschaltung verwendet wird, möglich, den Einschaltverlust und den Sperrverzögerungsverlust klein zu halten, weil der Sperrverzögerungsstrom sehr klein ist. Da konventionelles Si eine niedrige Durchbruchfeldstärke aufweist, wird, wenn eine SBD mit hoher Durchbruchspannung hergestellt wird, ein hoher Widerstand erzeugt, wenn Elektrizität angelegt wird. Aus diesem Grund ist die Durchbruchspannung einer Si-SBD auf ungefähr 200 V begrenzt. Weil jedoch SiC eine hohe Durchbruchfeldstärke hat, die zehnmal so hoch wie diejenige von Si ist, wird die praktische Anwendung einer SBD mit hoher Durchbruchspannung möglich, und es ist weithin bekannt, dass der Einschaltverlust (Eon) und der Sperrverzögerungsverlust (Err), der zur Zeit der Sperrverzögerung der Diode auf dem Element erzeugt wird, verringert werden können.
  • Außerdem wird im Hauptstromkreis eines Wechselrichters eines Leistungsmoduls, welches eine konventionelle Si-PiN-Diode ver wendet, eine Kommutierungsstoßspannung (ΔVp = L × Sperrverzögerung di/dt) gemäß dem Produkt der Stromänderung (Sperrverzögerung di/dt) bei der Dämpfung des Sperrverzögerungsstroms einer PiN-Diode und der Hauptstromkreisinduktivität L hinzugefügt. Wenn die Summe (E + ΔVp) der Leistungszufuhrspannung (E) und der Stoßspannung (ΔVp) eine Durchbruchspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass das Leistungshalbleiter-Element beschädigt wird. Aus diesem Grund sind verschiedene Arten von Technologien zur Verringerung der Induktivität des Hauptstromkreises vorgeschlagen worden.
  • Außerdem ist es bei einer Gate-Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiters gut bekannt, dass der Gate-Widerstand groß gemacht wird, um die Stromänderung (di/dt) bei der Dämpfung des Sperrverzögerungsstroms der PiN-Diode zu vermindern.
    Nicht-Patent-Literatur: "The element marginal loss analysis method for high power density power converter by the Si-MOSFET/SiC-SBD pair", Quellenangabe durch das Institute of Electrical Engineers of Japan, 27. Oktober 2005, Electronic device and semiconductor power converter joint study group EDD-05-46 (SPC-05-71).
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE PROBLEME
  • Wie oben angegeben, hat eine aus SiC hergestellte Schottky-Barrierendiode (SiC-SBD) einen sehr kleinen Sperrverzögerungsstrom, deshalb sind der Einschaltverlust und der Sperrverzögerungsverlust im Wesentlichen klein. Außerdem ist es, falls die Sperrverzögerung di/dt klein gemacht werden kann, möglich, den Gate-Wider stand eines Leistungshalbleiter-Schaltelements weiter zu verringern und die Schaltgeschwindigkeit (Einschaltgeschwindigkeit) des Leistungsschaltelements zu erhöhen; infolgedessen kann der Leistungsverlust weiter verringert werden.
  • Jedoch nimmt, weil eine SiC-SBD in einem gewissem Maß eine Sperrschichtkapazität aufweist, wenn die Schaltgeschwindigkeit des Leistungsschaltelements erhöht wird, die Sperrverzögerung di/dt zu, wodurch die Stoßspannung (Überschwingspannung) erhöht wird. Aus diesem Grund bestehen insofern Probleme, als der Schaltverlust des Leistungshalbleiter-Elements ansteigt und das Überschwingrauschen ebenfalls zunimmt. Das heißt, es ist sehr schwierig, gleichzeitig sowohl den Schaltleistungsverlust als auch das Rauschen durch Verwendung einer SiC-SBD zu verringern.
  • Angesichts der Gegebenheiten stellt die vorliegende Erfindung eine Gate-Ansteuerschaltung bereit, die es ermöglicht, gleichzeitig sowohl den Schaltverlust des Leistungshalbleiter-Elements als auch das Rauschen zu verringern.
  • MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
  • Zur Lösung des obigen Problems ist eine Gate-Ansteuerschaltung für ein Leistungshalbleiter-Schaltelement vom Spannungs-Ansteuertyp gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Gate-Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, mit dem eine Freilaufdiode mit kleinem Sperrverzögerungsstrom, wie etwa eine aus SiC oder GaN hergestellte Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode, oder eine Wide-Gap-Halbleiter-PiN-Diode verbunden ist; und die Gate-Ansteuerschaltung erfasst einen Gate-Spannungswert und einen Kollektor-Spannungswert oder einen Drain-Spannungswert des Leistungs halbleiter-Schaltelements und ändert den Gate-Ansteuerwiderstand oder -Ansteuerstrom auf der Grundlage des erfassten Werts. Die Änderung des Gate-Ansteuerwiderstands oder des -Ansteuerstroms wird beispielsweise in zwei Schritten (Widerstandswert klein zu groß) oder in drei Schritten (Widerstandswert klein zu groß zu klein) gesteuert, indem das PMOS-Schaltelement eingeschaltet und ausgeschaltet wird.
  • Das heißt, eine Gate-Ansteuerschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Gate-Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode verbunden ist, und die Gate-Ansteuerschaltung umfasst eine Element-Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Ansteuer-Steuerungseinrichtung zum Ändern des Gate-Ansteuerwiderstands oder -Ansteuerstroms auf der Grundlage des durch die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Spannungswerts. In einer spezifischen Ausführungsform erfasst die Element-Spannungserfassungseinrichtung, ob der Gate-Spannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu einem vorgegebenen Spannungswert geworden ist oder nicht, und die Ansteuer-Steuerungseinrichtung ändert den Gate-Ansteuerwiderstand oder -Ansteuerstrom auf der Grundlage des erfassten Gate-Spannungswerts. Überdies ist der erfasste vorgegebene Gate-Spannungswert gleich der oder kleiner als die Schwellwertspannung (nachstehend einfach als "Schwellwert" bezeichnet) zum Einschalten des Leistungshalbleiter-Schaltelements.
  • Außerdem erfasst die Element-Spannungserfassungseinrichtung, ob ein Kollektor-Spannungswert oder ein Drain-Spannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu einem vorgegebenen Span nungswert geworden ist oder nicht, und die Ansteuer-Steuerungseinrichtung kann den Gate-Ansteuerwiderstand oder -Ansteuerstrom auf der Grundlage des erfassten Kollektor-Spannungswerts oder des Drain-Spannungswerts ändern. In diesem Fall ist der erfasste Kollektor-Spannungswert oder der Drain-Spannungswert gleich der oder kleiner als die Ansteuerspannung der Gate-Ansteuerschaltung.
  • Außerdem ist eine Gate-Ansteuerschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Gate-Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode verbunden ist, und die Gate-Ansteuerschaltung umfasst eine Gate-Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Gate-Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements, eine Einmalimpuls-Erzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines einmaligen Impulses auf der Grundlage des durch die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Gate-Spannungswerts und eine Ansteuer-Steuerungseinrichtung zum Ändern des Gate-Ansteuerwiderstandswerts von einem ersten Widerstandswert in einen zweiten Widerstandswert, der größer als der erste Widerstandwert ist, während der Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses und zum Zurückbringen des Gate-Ansteuerwiderstandswerts auf den ersten Widerstandswert, nachdem der Zeitraum des einmaligen Impulses beendet ist. Hierbei ändert die Ansteuer-Steuerungseinrichtung den Gate-Ansteuerwiderstandswert durch Einschalten des PMOS-Schaltelements nur während der Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses. Überdies beträgt die Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses zwischen 100 ns und 2000 ns.
  • Außerdem ist eine Gate-Ansteuerschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Gate- Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode verbunden ist, und die Gate-Ansteuerschaltung umfasst einen Beschleunigungskondensator zum Aufladen mit hoher Geschwindigkeit, wenn die Gate-Ansteuerschaltung eingeschaltet wird, eine Gate-Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen eines Gate-Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Schalteinrichtung, die in Ansprechung auf einen durch die Gate-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Gate-Spannungswert ein- und ausschaltet, wobei ein Gate-Ansteuerwiderstandswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements während der Zeitspanne des Aufladens des Beschleunigungskondensators zu einem ersten Widerstandswert wird und, nachdem der Beschleunigungskondensator aufgeladen worden ist, der Gate-Ansteuerwiderstandswert zu einem zweiten Widerstandswert wird, der größer als der erste Widerstandswert ist, und, wenn die Gate-Spannungserfassungseinrichtung einen Gate-Spannungswert erfasst, der gleich dem oder kleiner als der Schwellwert ist, die Schalteinrichtung einschaltet und der Gate-Ansteuerwiderstandswert wieder zu dem ersten Widerstandswert wird.
  • Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden durch die nachstehend beschriebene beste Art und Weise der Ausführung der Erfindung und anhand der beigefügten Zeichnungen klar beschrieben.
  • WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
  • Gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann der Schaltverlust des Leistungshalbleiter-Elements verringert werden, während das Rauschen ebenfalls reduziert wird.
  • Das heißt, es ist möglich, gleichzeitig sowohl den Schaltleistungsverlust als auch das Rauschen zu verringern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform in dem Fall, in dem eine Si-PiN-Diode und eine SiC-SBD verwendet werden.
  • 2 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiter-Elements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform der unteren und oberen IGBTs in dem Fall, in dem eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
  • 4 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiter-Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 5 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform der unteren und oberen IGBTs in dem Fall, in dem eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
  • 6 zeigt die detaillierte Konfiguration einer Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 und einer Einmalimpuls-Erzeugungsschaltung 53 in der Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiter-Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 7 zeigt die Betätigungswellenform einer Einmalimpuls-Schaltung.
  • 8 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiter-Elements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 9 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform der unteren und oberen IGBTs in dem Fall, in dem eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
  • 10 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiter-Elements gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 11 ist eine Vergleichszeichnung, in welcher der Einschaltverlust jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit demjenigen der konventionellen Technologie verglichen wird.
  • 12 ist eine Vergleichszeichnung, in welcher der Sperrverzögerungsverlust der Diode jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit demjenigen der konventionellen Technologie verglichen wird.
  • 13 zeigt den Ausgleichsvergleich zwischen der Verzögerungsspannung und dem Einschaltverlust, wenn jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
  • 14 zeigt den Ausgleichsvergleich zwischen der Verzögerungsspannung und dem Sperrverzögerungsverlust, wenn jede Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewendet wird.
  • BESTE ART UND WEISE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
  • Kurz gesagt, betrifft die vorliegende Erfindung eine Gate-Ansteuerschaltung für ein Leistungshalbleitermodul, in dem eine Freilaufdiode mit kleinem Sperrverzögerungsstrom, wie etwa eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode aus SiC oder GaN oder eine Wide-Gap-Halbleiter-PiN-Diode, parallel mit einem Leistungshalbleiter-Schaltelement verbunden ist.
  • <Voraussetzung>
  • Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird vor der Beschreibung jeder Ausführungsform eine allgemeine Gate-Ansteuerschaltung erläutert.
  • 1 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform eines unteren IGBT 31 und eines oberen IGBT 33, die in Reihe geschaltet sind, in einem Fall, in dem eine konventionelle Si-PiN-Diode verwendet wird, und in einem anderen Fall, in dem eine SiC-SBD verwendet wird. In dem Fall, in dem eine konventionelle Si-PiN-Diode verwendet wird, entsteht aufgrund eines Trägers, der auf der oberen Si-PiN-Diode verbleibt, ein Sperrverzögerungsstrom. Der Sperrverzögerungsstrom verzögert den Spannungsabfall des IGBT 31, was den Einschaltverlust (Eon) erhöht. Des Weiteren, wie in der Vce-Wellenform des IGBT 33 gezeigt ist, steigt die durch die gestrichelte Linie angegebene Stoßspannung an, die auf dem Element erzeugt wird, wenn die obere Si-PiN-Diode verzögert gesperrt wird. Wenn die Stoßspannung die Durchbruchspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements überschreitet, besteht die Möglichkeit, dass das Leistungshalbleiterelement beschädigt wird.
  • Wie in dem Absatz über den Stand der Technik spezifiziert, sind der Einschaltleistungsverlust und der Sperrverzögerungsverlust im Wesentlichen klein, da eine SiC-SBD einen sehr kleinen Sperrverzögerungsstrom hat. Wenn die Sperrverzögerung di/dt klein gemacht werden kann, ist es außerdem möglich, den Gate-Widerstand eines Leistungshalbleiter-Schaltelements weiter zu reduzieren und die Schaltgeschwindigkeit (Einschaltgeschwindigkeit) des Leistungsschaltelements zu erhöhen; infolgedessen kann der Schaltverlust weiter gesenkt werden. Da jedoch eine SiC-SBD in einem gewissen Maß eine Sperrschichtkapazität aufweist, nimmt, wenn die Schaltgeschwindigkeit des Leistungsschaltelements erhöht wird, auch die Sperrverzögerung di/dt zu, wodurch die Stoßspannung (Überschwingspannung) ansteigt, und es bestehen insofern Probleme, als auch das Überschwingrauschen zunimmt.
  • Jede bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung löst die Probleme mit gewöhnlichen Gate-Ansteuerschaltungen. Nachstehend wird jede Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • <Erste Ausführungsform>
  • 2 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiterelements gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die erste Ausführungsform betrifft eine Ansteuerschaltung, die den Gate-Widerstand in zwei Stufen ändert.
  • Die Hauptstromkreis eines Wechselrichters, die sich in der Zeichnung rechts befindet, umfasst den unteren Si-IGBT 31 und die untere SiC-SBD 32, den oberen Si-IGBT 33 und die obere SiC-SBD 34 und außerdem eine Hauptstromkreis-Leistungszufuhr 66. Die Si-IGBTs 31 und 33 der Hauptstromkreis sind mit einer unterseitigen Ansteuer-/Schutzschaltung 56 und einer oberseitigen Ansteuer-/Schutzschaltung 57 verbunden, die jene Si-IGBTs ansteuern. In 2 ist die detaillierte Konfiguration der unterseitigen Ansteuer-/Schutzschaltung 56 durch die gestrichelte Linie eingekreist gezeigt und die oberseitige Ansteuer-/Schutzschaltung 57 weist die gleiche Konfiguration auf; daher wird auf dieses Detail verzichtet.
  • Die Ansteuer-/Schutzschaltung 56 der vorliegenden Ausführungsform umfasst neu eine Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 und einen Gate-Widerstand-Schalt-PMOS 46 zusätzlich zu den Gate-Widerständen 41, 42, 43, einen npn-Transistor 44 und einen pnp-Transistor 45, die Komponenten einer konventionellen Gate-Ansteuerschaltung sind. Der pnp-Transistor 44 und der npn-Transistor 45 können durch einen PMOS und einen NMOS ersetzt werden. Die Gate-Ansteuerschaltung der vorliegenden Ausführungsform steuert durch Schalten des Gate-Widerstands in dem Fall, in dem eine Freilaufdiode mit kleinem Sperrverzögerungsstrom, wie etwa eine SiC-SBD, verwendet wird.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 die Betätigung der Ansteuer-/Schutzschaltung 56 gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben. 3 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform des unteren IGBT 31 und des oberen IGBT 33, die sich im Lauf der Zeit ändert. Die Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 zum Erfassen der Gate-Spannung des IGBT 31 erfasst die Gate-Spannung auf einem kleineren Wert als die Schwellwertspannung des IGBT 31 und sendet ein Signal, um den PMOS 46, der gerade eingeschaltet ist, auszuschalten. Da der PMOS 46 anfänglich im EIN-Zustand ist, fließt Strom durch den PMOS 46 hindurch, ohne durch den Widerstand 42 zu fließen, und der IGBT 31 arbeitet durch einen Gate-Widerstand 41. Zu der Zeit, zu der die Gate-Spannung die Schwelle überstiegen hat, wird der PMOS 46 ausgeschaltet, Strom fließt durch den Widerstand 42 und der IGBT 31 arbeitet nach Maßgabe der Summe aus dem Gate-Widerstand 41 und dem Gate-Widerstand 42. Daher kann die anfängliche Einschalt-Stromänderungsgeschwindigkeit (di/dt) erhöht werden, während es möglich ist, die Stromänderungsgeschwin digkeit in der Mitte gemäßigt zu steuern, da der Gate-Widerstand in der Mitte erhöht ist. Da eine SiC-SBD in einem gewissen Maß eine Sperrschichtkapazität aufweist, ist es außerdem möglich, eine Stoßspannung (Überschwingspannung) durch gemäßigtes Steuern der Sperrverzögerung di/dt zu verringern. Weiterhin ist es leicht, die Gate-Spannung durch Verwendung einer Schaltung zu erfassen, die einen Komparator als Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 verwendet.
  • Des Weiteren ist es möglich, die Betätigungsverzögerungszeit aufzuholen und ein Schaltelement mit entsprechender Zeiteinteilung anzusteuern, indem ein erfasster Gate-Spannungswert der Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 auf einen Wert gesetzt wird, der niedriger als die Schwellwertspannung des Schaltelements (IGBT) ist.
  • Somit ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, den Einschaltverlust des Elements und den Sperrverzögerungsverlust der Diode durch Erhöhen der anfänglichen Schaltgeschwindigkeit zu verringern, und es ist auch möglich, Rauschen aufgrund einer Überschwingung oder dergleichen durch gemäßigtes Steuern der Stromänderungsgeschwindigkeit in der Mitte der Betätigung zu steuern.
  • <Zweite Ausführungsform>
  • 4 ist ein Blockdiagramm einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiterelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der Zeichnung wird das gleiche Symbol für die gleiche Komponente wie diejenige der ersten Ausführungsform verwendet. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der in 2 gezeigten ersten Ausführungsform besteht darin, dass diese Ausführungsform mit einer Einmalimpuls-Erzeugungsschal tung 53 ausgestattet ist, die die Ausgabe einer Gate-Spannungserfassungsschaltung so eingibt, dass sie den Gate-Widerstand in drei Stufen ändert.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 5 die Betätigung einer Ansteuer-/Schutzschaltung 56 gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben. 5 zeigt die Spannungs- und Stromwellenform des unteren IGBT 31 und des oberen IGBT 33, die sich im Lauf der Zeit verändert. In der Ansteuer-/Schutzschaltung 56 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Einmalimpuls-Erzeugungsschaltung 53 hinzugefügt und eine Steuerung wird ausgeführt (Widerstand: klein zu groß zu klein), so dass der Gate-Widerstand eine konstante Zeitspanne lang erhöht ist. Da es möglich ist, den Kollektorstrom des IGBT 31 durch schließliches Verringern des Gate-Widerstands rasch zu senken, ist es möglich, den Einschaltverlust des Schaltelements weiter zu reduzieren. Des Weiteren wird die Zeitspanne des einmaligen Impulses nach Maßgabe der Sperrschichtkapazität des Elements (IGBT) und der Charakteristika des Elements bestimmt, und es ist erwünscht, dass die Zeitspanne zwischen 100 ns und 2000 ns beträgt. Durch Ändern der Zeitspanne des einmaligen Impulses ist es möglich, verschiedene Maßstäbe von Elementen (IGBT) zu bewältigen.
  • 6 zeigt die detaillierte Konfiguration einer Gate-Erfassungsschaltung 52 und einer Einmalimpulsschaltung 53 in der Ansteuerschaltung des Leistungshalbleiterelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Gate-Erfassungsschaltung 52 der Ansteuerschaltung umfasst einen Komparator 81 und eine Referenzspannung 82 für den Gate-Spannungsvergleich. Die Einmalimpuls-Schaltung 53 umfasst einen Wechselrichter 83, eine NOR-Schaltung 84, einen Widerstand 85 für die Zeitkonstantenerzeugung und einen Kondensator 86.
  • 7 zeigt die Betätigungswellenform der in 6 gezeigten Einmalimpuls-Schaltung 53. Durch den Überschuss der Gate-Spannung Vg gegenüber der Referenzspannung 82 für den Gate-Spannungsvergleich ist es möglich, das Gate des PMOS für die Spanne der Zeitkonstante abzuschalten, die durch das Produkt aus dem Widerstand von 85 und der Kapazität von 86 für die Zeitkonstantenerzeugung bestimmt wird, wodurch der Gate-Widerstand während jener Zeitkonstantenspanne erhöht wird.
  • Somit ist es durch Steuern der Größe des Gate-Widerstands möglich, das Rauschen zu verringern, das durch Überschwingen oder dergleichen verursacht wird, während der Einschaltverlust des Elements und der Sperrverzögerungsverlust der Diode reduziert wird.
  • <Dritte Ausführungsform>
  • 8 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiterelements gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das gleiche Symbol wird für die gleiche Komponente wie diejenige der ersten Ausführungsform verwendet. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der in 4 gezeigten zweiten Ausführungsform besteht darin, dass ein Beschleunigungskondensator 47 zu dieser Ausführungsform hinzugefügt wird, anstatt eine Einmalimpuls-Erzeugungsschaltung 53 vorzusehen. Die Ansteuerschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform ändert den Gate-Widerstand auf dieselbe Weise wie die zweite Ausführungsform in drei Stufen.
  • Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 9 die Betätigung einer Ansteuer-/Schutzschaltung 56 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. 9 zeigt die Spannungs- und Stromwel lenform des unteren IGBT 31 und des oberen IGBT, die sich im Lauf der Zeit verändert. Zu einer Schaltung der vorliegenden Ausführungsform wird ein Beschleunigungskondensator 47 hinzugefügt, um den Gate-Ladestrom zu erhöhen, wenn die Leistung anfänglich eingeschaltet wird. Das heißt, wenn die Leistung anfänglich eingeschaltet wird, wird der PMOS 46 ausgeschaltet und Strom fließt durch den Beschleunigungskondensator 47, anstatt durch den Widerstand 42 zu fließen. Zu jener Zeit arbeitet der IGBT 31 nach Maßgabe des Widerstands 41. Wenn das Hochgeschwindigkeitsaufladen des Beschleunigungskondensators 47 beendet worden ist, fließt Strom durch den Widerstand 42; dementsprechend arbeitet zu diesem Zeitpunkt der IGBT 31 nach Maßgabe der Summe aus dem Widerstand 41 und dem Widerstand 42. Weiterhin kann, wenn die Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 eine Spannung erfasst, die gleich der oder kleiner als die Schwellwertspannung des IGBT ist, durch schließliches Reduzieren des Gate-Widerstands (Widerstand 41 + 42 zu Widerstand 41) der Kollektorstrom des IGBT 31 schnell reduziert werden; infolgedessen ist es möglich, den Einschaltverlust des Schaltelements weiter zu verringern.
  • Somit ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, das Rauschen zu verringern, das durch Überschwingen oder dergleichen verursacht wird, während der Einschaltverlust des Elements und der Sperrverzögerungsverlust der Diode reduziert werden.
  • <Vierte Ausführungsform>
  • 10 zeigt die Konfiguration einer Ansteuerschaltung eines Leistungshalbleiterelements gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das gleiche Symbol wird für die gleiche Komponente wie diejenige der ersten Ausführungsform verwendet. Der Unterschied zwischen dieser Ausführungsform und der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform besteht darin, dass anstelle einer Gate-Spannungserfassungsschaltung 52 eine Kollektor-Spannungserfassungsschaltung 74 vorgesehen ist.
  • Die Kollektor-Spannungserfassungsschaltung 74 umfasst eine Diode 71 von hoher Durchbruchspannung, eine mit der Leistungszufuhr verbundene Diode 72 und einen Widerstand 73 zur Erfassung der Kollektor-Spannung. Dieselbe Wirkung wie diejenige einer ersten Ausführungsform kann erhalten werden, indem der Gate-Widerstand durch Erfassen der Kollektor-Spannung anstelle des Erfassens der Gate-Spannung geändert wird.
  • Weiterhin ist es zur Verhinderung einer falschen Betätigung durch Erfassen sowohl der Gate-Spannung als auch der Kollektor-Spannung, wodurch der Gate-Widerstand gesteuert wird, möglich, das Rauschen zuverlässig zu verringern, das durch Überschwingen oder dergleichen verursacht wird, während der Einschaltverlust des Elements und der Sperrverzögerungsverlust der Diode reduziert werden.
  • <Vergleich der technologischen Wirkungen zwischen der vorliegenden Erfindung und der konventionellen Technik>
  • 11 zeigt den Vergleich des Einschaltleistungsverlusts zwischen der konventionellen Technologie und jeder Ausführungsform und 12 zeigt den Vergleich des Sperrverzögerungsverlusts der Diode zwischen der konventionellen Technologie und jeder Ausführungsform. Wenn eine SiC-SBD verwendet wird, ist es möglich, den Einschaltleistungsverlust (Eon) auf fast die Hälfte und den Verzögerungsverlust (Err) einer Diode auf fast ein Fünftel zu reduzieren, da die SiC-SBD einen kleineren Sperrverzögerungsstrom als denjenigen einer Si-PiN-Diode aufweist, die denselben Gate-Widerstandswert besitzt. Dies zeigt, dass die Verwendung der Schaltung gemäß der vorliegenden Ausführungsform es ermöglicht, das Überschwingen zu verringern, wodurch der Gate-Widerstand auf die Hälfte von demjenigen der konventionellen Technologie gesenkt wird.
  • Weiterhin zeigt 13 die Beziehung zwischen der Stoßspannung (Überschwingspannung) und dem Einschaltverlust (Eon) in jeder Ausführungsform und 14 zeigt die Beziehung zwischen der Stoßspannung (Überschwingspannung) und dem Sperrverzögerungsverlust (Err) in jeder Ausführungsform. Wie in 13 gezeigt, kann, verglichen mit einem Fall, in dem ein konventioneller festgesetzter Rg verwendet wird, in dem Fall, in dem der Gate-Widerstand von zwei oder mehr Stufen verwendet wird, wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, der Ausgleich zwischen der Stoßspannung (Überschwingspannung) und dem Einschaltleistungsverlust (Eon) verbessert werden. In derselben Weise kann, wie in 14 gezeigt ist, im Vergleich zu einem Fall, in dem ein konventioneller festgesetzter Rg verwendet wird, in dem Fall, in dem der Gate-Widerstand von zwei oder mehr Stufen verwendet wird, wie in der vorliegenden Ausführungsform gezeigt, der Ausgleich zwischen der Stoßspannung (Überschwingspannung) und dem Sperrverzögerungsverlust (Err) verbessert werden.
  • In jeder Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können, obwohl ein Si-IGBT als Schaltelement beschrieben ist, ein MOSFET im Fall von Si und ein MOSFET, ein Sperrschicht-FET und ein bipolarer Transistor im Fall von SiC als Schaltelement eingesetzt werden. Des Weiteren können, obwohl als parallel geschaltete Diode eine SiC-SBD beschrieben ist, dieselben Wirkungen durch Anwenden einer Diode, wie etwa einer Wide-Gap-Halbleiter-SBD aus GaN, Diamant oder dergleichen, einer PiN-Diode und einer MPS (gemischten Schott ky-Barrieren)-Strukturdiode, die SBD und PiN-Diode kombiniert, erhalten werden.
  • <Schlussfolgerung>
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gate-Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements, mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode verbunden ist. In der Gate-Ansteuerschaltung wird ein Spannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements erfasst (überwacht) und der Gate-Ansteuerwiderstand oder -Ansteuerstrom wird auf der Grundlage des erfassten Spannungswerts geändert. Dementsprechend ist es durch Erhöhen der Schaltgeschwindigkeit der Anfangsstufe, wodurch der Einschaltverlust des Elements und der Sperrverzögerungsverlust der Diode verringert werden, und durch moderates Steuern der Stromänderungsgeschwindigkeit in der Mitte möglich, das durch Überschwingen oder dergleichen verursachte Rauschen zu reduzieren.
  • Die Spannung des zu überwachenden Leistungshalbleiter-Schaltelements kann die Gate-Spannung, Kollektor-Spannung oder Drain-Spannung sein. Des Weiteren wird, obwohl der Begriff „Kollektor-Spannung" für einen IGBT verwendet wird, der Begriff „Drain-Spannung" für einen MOSFET verwendet; vorliegend werden sowohl die „Kollektor-Spannung" als auch die „Drain-Spannung" in derselben Bedeutung verwendet.
  • Weiterhin ist es, indem der vorgegebene Gate-Spannungswert gleich der oder kleiner als die Schwellwertspannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements (beispielsweise IGBT) gehalten wird, möglich, die Betätigungsverzögerungszeit entsprechend zu absorbieren, wodurch die Steuerung der Betätigung der Gate-Ansteuerschaltung ermöglicht wird.
  • Des Weiteren ist es möglich, den Gate-Widerstand so zusteuern, dass sich der Gate-Widerstand in zwei Stufen von einem ersten Widerstandswert zu einem zweiten Widerstandswert ändert, der größer als der erste Widerstandswert ist; und weiterhin ist es auch möglich, den Gate-Widerstand so zu steuern, dass sich der Gate-Widerstand in drei Stufen von einem ersten Widerstandwert zu einem zweiten Widerstandswert ändert, der größer als der erste Widerstandswert ist, und dann zu dem ersten Widerstandswert zurückkehrt, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne vergangen ist. Jedoch kann das dreistufige Steuerverfahren einen IGBT präziser ansteuern und ist bezüglich der Senkung des Schaltverlusts des Leistungshalbleiter-Schaltelements und der Verringerung des Rauschens wirksamer.
  • Eine Gate-Ansteuerschaltung gemäß der vorstehend angegebenen zweiten Ausführungsform erfasst einen Gate-Spannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements und erzeugt einen einmaligen Impuls auf der Grundlage des erfassten Gate-Spannungswerts. Der Wert des Gate-Ansteuerwiderstands wird während der Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses von einem ersten Widerstandswert in einen zweiten Widerstandswert geändert, der größer als der erste Widerstands wert ist, und kehrt dann zu dem ersten Widerstandswert zurück, nachdem die Zeitspanne des einmaligen Impulses beendet ist, wodurch der Gate-Widerstand in drei Stufen, wie vorstehend angegeben, gesteuert wird. Dadurch kann eine einfache Konfiguration erreicht werden, die den Schaltverlust des Leistungshalbleiter-Schaltelements verringern kann, während sie das Rauschen reduziert. Des Weiteren ist es durch Einstellen der Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses auf zwischen 100 ns und 2000 ns möglich, verschiedene Maßstäbe (Spannungsstromkapazität) von Leistungshalbleiter-Schaltelementen zu bewältigen.
  • Des Weiteren umfasst eine Gate-Ansteuerschaltung gemäß der vorstehend angegebenen dritten Ausführungsform einen Beschleunigungskondensator zum Laden mit hoher Geschwindigkeit, wenn die Gate-Ansteuerschaltung eingeschaltet wird, eine Gate-Spannungserfassungsschaltung zum Erfassen eines Gate-Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Schalteinrichtung (PMOS), die in Ansprechung auf den durch die Gate-Spannungserfassungsschaltung erfassten Gate-Spannungswert ein- und ausschaltet. Der Gate-Ansteuerwiderstandswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements (IGBT) wird ein erster Widerstandswert während der Zeitspanne des Aufladens des Beschleunigungskondensators, und nachdem das Aufladen des Beschleunigungskondensators beendet worden ist, ändert sich der Wert in einen zweiten Widerstandswert, der größer als der erste Widerstandswert ist, dann, wenn die Gate-Spannungserfassungsschaltung einen Gate-Spannungswert erfasst, der gleich der oder kleiner als die vorgegebene Schwellwertspannung des IGBT ist, wird der PMOS eingeschaltet und der Wert ändert sich wieder in den ersten Widerstandswert. Da ein Beschleunigungskondensator einfach hinzugefügt wird, ermöglicht es die einfache Konfiguration, den Schaltleistungsverlust des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu reduzieren und das Rauschen zu verringern.
  • Wie vorstehend spezifiziert, ist die vorliegende Erfindung beschrieben worden; jedoch ist nicht beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung auf die vorstehend angegebenen Ausführungsformen beschränkt sein soll, und es ist klar, dass verschiedene Änderungen, Hinzufügungen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verringerung von durch Überschwingen oder dergleichen verursachtem Rauschen, während der Einschaltleistungsverlust des Elements und der Sperrverzögerungsverlust der Diode in einem Schaltkreis eines Leistungshalbleiterelements (31, 33), mit dem eine SiC-Diode (32, 34) mit kleinem Verzögerungsstrom parallel verbunden ist, reduziert wird.
  • Ein Mittel zur Lösung des Problems ist das Erfassen (52) der Gate-Spannung und/oder Kollektor-Spannung des Leistungshalbleiter-Schaltelements und das Ändern der Gate-Ansteuerspannung in mehreren Stufen auf der Grundlage des erfassten Werts.
  • 31, 33
    Si-IGBT
    32, 34
    SiC-SBD
    41–43
    Gate-Widerstand
    44
    npn-Transistor
    45
    pnp-Transistor
    46
    Gate-Widerstand-Schalt-PMOS
    51
    Ansteuer-/Logikschaltung
    52
    Gate-Spannungserfassungsschaltung
    53
    Einmalimpuls-Erzeugungsschaltung
    56
    unterseitige Ansteuer-/Schutzschaltung
    57
    oberseitige Ansteuer-/Schutzschaltung
    66
    Hauptstromkreis-Leistungszufuhr
    67
    Hauptstromkreis-Induktivität
    71
    Diode mit hoher Durchbruchspannung
    72
    Diode
    73
    Widerstand
    74
    Kollektor-Spannungserfassungsschaltung
    81
    Komparator
    82
    Referenzspannung für Gate-Spannungsvergleich
    83
    Wechselrichter
    84
    NOR-Schaltung
    85
    Widerstand
    86
    Kondensator
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - "The element marginal loss analysis method for high power density power converter by the Si-MOSFET/SiC-SBD pair", Quellenangabe durch das Institute of Electrical Engineers of Japan, 27. Oktober 2005, Electronic device and semiconductor power converter joint study group EDD-05-46 (SPC-05-71) [0006]

Claims (11)

  1. Gate-Ansteuerschaltung (56, 57) zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements (31, 33), mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode (32, 34) verbunden ist, wobei die Gate-Ansteuerschaltung Folgendes umfasst: eine Element-Spannungserfassungseinrichtung (52) zum Erfassen eines Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements (56, 57) und eine Ansteuer-Steuerungseinrichtung (46) zum Ändern des Gate-Ansteuerwiderstands (42) oder -Ansteuerstroms auf der Grundlage des durch die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Spannungswerts.
  2. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfasst, ob der Gate-Spannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu einem vorgegebenen Spannungswert geworden ist oder nicht, und die Ansteuer-Steuerungseinrichtung den Gate-Ansteuerwiderstand oder -Ansteuerstrom auf der Grundlage des erfassten Gate-Spannungswerts ändert.
  3. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, wobei der erfasste vorgegebene Gate-Spannungswert gleich der oder kleiner als die Schwellwertspannung zum Einschalten des Leistungshalbleiter-Schaltelements ist.
  4. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfasst, ob ein Kollektor-Spannungswert oder ein Drain-Spannungswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements zu einem vorgegebenen Spannungswert geworden ist oder nicht, und die Ansteuer-Steuerungseinrichtung den Gate-Ansteuerwiderstand oder -Ansteuerstrom auf der Grundlage des erfassten Kollektor-Spannungswerts oder des Drain-Spannungswerts ändert.
  5. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 4, wobei der erfasste Kollektor-Spannungswert oder der Drain-Spannungswert gleich der oder kleiner als die Ansteuerspannung der Gate-Ansteuerschaltung ist.
  6. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuer-Steuerungseinrichtung den Gate-Widerstand von einem ersten Widerstandswert in einen zweiten Widerstandswert ändert, der größer als der erste Widerstandswert ist.
  7. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuer-Steuerungseinrichtung den Gate-Widerstand von einem ersten Widerstandswert in einen zweiten Widerstandswert ändert, der größer als der erste Widerstandswert ist, und den Gate-Widerstand auf den ersten Widerstandswert zurückbringt, nachdem eine vorgegebene Zeitspanne vergangen ist.
  8. Gate-Ansteuerschaltung (56, 57) zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements (31, 33), mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode (32, 34) verbunden ist, wobei die Gate-Ansteuerschaltung Folgendes umfasst: eine Gate-Spannungserfassungseinrichtung (52) zum Erfassen eines Gate-Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements (56, 57), eine Einmalimpuls-Erzeugungseinrichtung (53) zur Erzeugung eines einmaligen Impulses auf der Grundlage des durch die Element-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Gate-Spannungswerts, und eine Ansteuer-Steuerungseinrichtung (46) zum Ändern des Gate-Ansteuerwiderstandswerts (42) von einem ersten Widerstandswert in einen zweiten Widerstandswert, der größer als der erste Widerstandswert ist, während der Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses und zum Zurückbringen des Gate-Ansteuerwiderstandswerts auf den ersten Widerstandswert, nachdem die Zeitspanne des einmaligen Impulses beendet ist.
  9. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, wobei die Ansteuer-Steuerungseinrichtung den Gate-Ansteuerwiderstandswert durch Einschalten des PMOS-Schaltelements nur während der Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses ändert.
  10. Gate-Ansteuerschaltung nach Anspruch 8, wobei die Zeitspanne der Erzeugung des einmaligen Impulses zwischen 100 ns und 2000 ns beträgt.
  11. Gate-Ansteuerschaltung (56, 57) zum Ansteuern eines Leistungshalbleiter-Schaltelements (31, 33), mit dem eine Wide-Gap-Halbleiter-Schottky-Barrierendiode (32, 34) oder eine Wide-Gap-Halbleiter-Freilaufdiode verbunden ist, wobei die Gate-Ansteuerschaltung Folgendes umfasst: einen Beschleunigungskondensator (47) zum Aufladen mit hoher Geschwindigkeit, wenn die Gate-Ansteuerschaltung eingeschaltet wird, eine Gate-Spannungserfassungseinrichtung (52) zum Erfassen eines Gate-Spannungswerts des Leistungshalbleiter-Schaltelements und eine Schalteinrichtung (46), die in Ansprechung auf einen durch die Gate-Spannungserfassungseinrichtung erfassten Gate-Spannungswert ein- und ausschaltet, wobei ein Gate-Ansteuerwiderstandswert des Leistungshalbleiter-Schaltelements während der Aufladezeitspanne des Beschleunigungskondensators zu einem ersten Widerstandswert wird; und, nachdem der Beschleunigungskondensator aufgeladen worden ist, der Gate-Ansteuerwiderstandswert zu einem zweiten Widerstandswert wird, der größer als der erste Widerstandswert ist; und wenn die Gate-Spannungserfassungseinrichtung einen Gate-Spannungswert erfasst, der gleich dem oder kleiner als der Schwellwert ist, die Schalteinrichtung eingeschaltet wird und der Gate-Ansteuerwiderstandswert wieder zu dem ersten Widerstandswert wird.
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