DE112018005648T5 - Halbleitereinrichtung, verfahren zum steuern einer halbleitereinrichtung und steuerschaltung für eine halbleitereinrichtung - Google Patents

Abstract

Es wird eine Halbleitereinrichtung bereitgestellt, bei dem ein IGBT mit zwei Gate-Anschlüssen durch ein Steuersignal angesteuert wird und ein kontinuierlicher EIN-Zustand und ein EIN-Zustand zweimal für ein Ein-Puls-Signal vermieden werden. Eine Halbleitereinrichtung 1 enthält: einen Steuersignal-Eingangsanschluss 11; einen IGBT 4, der einen ersten Gate-Anschluss 41 und einen zweiten Gate-Anschluss 42 aufweist; eine Verzögerungseinheit 2, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal um eine Verzögerungszeit L zu verzögern; und eine logische Produkteinheit 3, die dazu ausgebildet ist, ein logisches Produkt eines ersten Eingangsanschlusses und eines zweiten Eingangsanschlusses zu berechnen. Der Steuersignal-Eingangsanschluss 11 ist mit einem Eingangsanschluss der Verzögerungseinheit 2 und einem zweiten Eingangsanschluss 32 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Ein Ausgangsanschluss der Verzögerungseinheit 2 ist mit dem ersten Gate-Anschluss 41 des IGBTs 4 und einem ersten Eingangsanschluss 31 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Ein Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ist mit dem zweiten Gate-Anschluss 42 des IGBTs 4 verbunden.

Description

• Technisches Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitereinrichtung, ein Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtung und eine Steuerschaltung für eine Halbleitereinrichtung.
• Hintergrund
• PTL 1 offenbart eine Halbleitereinrichtung, bei der ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate, das zwei unabhängig steuerbare isolierte Gate-Anschlüsse (im Folgenden als Gate-Anschlüsse bezeichnet) aufweist, über eine Verzögerungsschaltung durch ein einziges Steuersignal angesteuert wird. Im Folgenden wird die Halbleitereinrichtung mit isoliertem Gate als Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) beschrieben.
• PTL 1 offenbart die Technik als „ein Steuersignal wird über eine Verzögerungsschaltung mit einem Widerstand oder einer Kapazität zwei Gate-Elektroden-Extraktionsabschnitten 31 und 32 zugeführt“.
• Zitierliste
• Patent-Literatur
• PTL 1: JP-A-2000-101076
• Überblick über die Erfindung
• Technisches Problem
• Nach einer Studie der Erfinder der Erfindung weist die in PTL 1 offenbarte Technik jedoch folgende Probleme auf.
• Bei dieser Halbleitereinrichtung unterscheidet sich eine Ein-Periode eines Elements von einer Ein-Pulsweite eines Eingangspulses und ist breiter. Diese Halbleitereinrichtung weist ein Problem auf, dass sich ein IGBT, der ursprünglich einen EIN- Zustand/AUS-Zustand intermittierend wiederholen sollte, abhängig von einem Eingangssteuersignal in einem kontinuierlichen EIN-Zustand befindet. Abhängig von dem Steuersignal besteht ein Problem, dass sich der IGBT, der sich ursprünglich für ein Ein-Puls-Signal einmal im EIN-Zustand befinden sollte, für ein Ein-Puls-Signal zweimal im EIN-Zustand befindet.
• Die Erfindung wurde im Hinblick auf das obige Problem gemacht, und ein Gegenstand der Erfindung besteht darin, ein Schaltelement, das zwei Gate-Anschlüsse aufweist, durch ein Steuersignal anzusteuern und einen kontinuierlichen EIN-Zustand und einen EIN-Zustand zweimal für ein Ein-Puls-Signal zu vermeiden.
• Lösung des Problems
• Um das obige Problem zu lösen, enthält eine Halbleitereinrichtung der Erfindung: einen Steuersignal-Eingangsanschluss; ein Schaltelement mit einem ersten Steueranschluss und einem zweiten Steueranschluss; eine erste Verzögerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, dass ein Eingangssignal für eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern; und eine logische Produkteinheit, die dazu ausgebildet ist, ein logisches Produkt eines ersten Eingangsanschlusses und eines zweiten Eingangsanschlusses zu berechnen. Der Steuersignal-Eingangsanschluss ist mit einem Eingangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit und dem zweiten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit verbunden. Ein Ausgangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit ist mit dem ersten Steueranschluss des Schaltelements und dem ersten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit verbunden. Ein Ausgangsanschluss der logischen Produkteinheit ist mit dem zweiten Steueranschluss des Schaltelements verbunden.
• Andere Verfahren werden in der Beschreibung von Ausführungsformen beschrieben.
• Vorteilhafte Wirkung
• Gemäß der Erfindung kann das Schaltelement mit zwei Gate-Anschlüssen durch ein Steuersignal angesteuert werden und ein kontinuierlicher EIN-Zustand und ein EIN-Zustand zweimal für ein Ein-Puls-Signal kann vermieden werden.
• Figurenliste
• [1] 1 ist eine Darstellung, die eine Halbleitereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
• [2] 2 ist eine Darstellung, die eine Halbleitereinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt.
• [3] 3 ist eine Darstellung, die einen Zustand eines Dual-Gate-IGBTs in einer Betriebsart mit hoher Injektion zeigt.
• [4] 4 ist eine Darstellung, die einen Zustand des Dual-Gate-IGBTs in einer Betriebsart mit geringer Injektion zeigt.
• [5] 5 ist eine Darstellung (Teil 1), die einen Zustand eines Kurvenverlaufs eines in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, einen Kurvenverlauf eines Signals innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
• [6] 6 ist eine Darstellung (Teil 2), die einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, einen Kurvenverlauf des Signals innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
• [7] 7 ist eine Darstellung (Teil 3), die einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, einen Kurvenverlauf des Signals innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß dem Vergleichsbeispiel zeigt.
• [8] 8 ist eine Darstellung (Teil 1), die einen Kurvenverlauf eines in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe von Signalen innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• [9] 9 ist eine Darstellung (Teil 2), die einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe der Signale innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• [10] 10 ist eine Darstellung (Teil 3), die einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals und Kurvenverläufe der Signale innerhalb der Halbleitereinrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
• [11] 11 ist eine Darstellung, die eine Halbleitereinrichtung und eine PWM-Ausgabeeinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
• [12] 12 ist ein Flussdiagramm, das die Verarbeitung der PWM-Ausgabe zeigt.
• [13] 13 ist eine Darstellung, die einen Kurvenverlauf eines gemäß der zweiten Ausführungsform in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals zeigt.
• [14] 14 ist eine Darstellung, die eine Halbleitereinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt.
• [15] 15 ist eine Darstellung, die einen Kurvenverlauf eines in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe von Signalen innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
• [16] 16 ist eine Darstellung, die eine Halbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt.
• [17] 17 ist eine Darstellung, die einen Kurvenverlauf eines in die Halbleitereinrichtung eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe von Signalen innerhalb der Halbleitereinrichtung und einen Zustand gemäß der vierten Ausführungsform zeigt.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• «Vergleichsbeispiel»
• Zuerst wird zu dem Zweck, das Verständnis eines Gegenstands und einer Wirkung der Erfindung zu unterstützen, eine Ursache der folgenden Probleme, die bei einer Halbleitereinrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel auftreten, vor den Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Das heißt, es besteht das Problem, dass ein IGBT, der ursprünglich einen EIN-Zustand/AUS-Zustand intermittierend wiederholen sollte, sich abhängig von einem Eingangssteuersignal in einem kontinuierlichen EIN-Zustand befindet. Abhängig von dem Eingangssteuersignal besteht ein Problem, dass sich der IGBT, der sich ursprünglich für ein Ein-Pulssignal einmal im EIN-Zustand befinden sollte, für ein Ein-Pulssignal zweimal im EIN-Zustand befindet.
• 2 zeigt eine Halbleitereinrichtung 1A gemäß dem Vergleichsbeispiel. Die Halbleitereinrichtung 1A enthält einen Steuersignal-Eingangsanschluss 11, einen IGBT 4 und eine Verzögerungseinheit 5.
• Der IGBT 4 besitzt einen ersten Gate-Anschluss (erster Steueranschluss) 41, einen zweiten Gate-Anschluss (zweiter Steueranschluss) 42, einen Kollektor-Anschluss 43 und einen Emitter-Anschluss 44. Eine Funktion des IGBTs 4 wird unter Bezugnahme auf die später beschriebenen 3 und 4 ausführlich beschrieben.
• Die Verzögerungseinheit (erste Verzögerungseinheit) 5 besitzt einen Eingangsanschluss 51 und einen Ausgangsanschluss 52. Die Verzögerungseinheit 5 besitzt eine Funktion, ein in den Eingangsanschluss 51 eingespeistes und von dem Ausgangsanschluss 52 auszugebendes Signal für eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern und das Signal auszugeben, wobei eine Verzögerungszeit L ist.
• Der Steuersignal-Eingangsanschluss 11 ist mit dem ersten Gate-Anschluss 41 und dem Eingangsanschluss 51 der Verzögerungseinheit 5 verbunden. Der Ausgangsanschluss 52 der Verzögerungseinheit 5 ist mit dem zweiten Gate-Anschluss 42 verbunden.
• Ein Signal A ist ein Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird. Ein Signal E ist ein Signal, das durch die Verzögerungseinheit 5 ausgegeben wird und das gegenüber dem Signal A um die erste vorgegebene Zeit verzögert wird.
• Hier wird der Betrieb des IGBTs 4, der zwei Gate-Anschlüsse aufweist, unten beschrieben, aber zuvor wird ein allgemeinerer Betrieb des IGBTs, der einen Gate-Anschluss aufweist, beschrieben.
• Im Allgemeinen verfügt der IGBT über einen Gate-Anschluss zum EIN-/AUS-Steuern des Elements selbst. Wenn ein EIN-Signal in den Gate-Anschluss eingespeist wird, sammelt sich eine große Anzahl von Ladungen innerhalb des IGBTs an, und der IGBT nimmt einen Zustand mit geringem Widerstand, das heißt einen EIN-Zustand, an.
• Wenn dann ein AUS-Signal in den Gate-Anschluss eingespeist wird, wird eine große Anzahl von im IGBT akkumulierten Ladungen schnell entladen und der IGBT nimmt einen mit hohen Widerstand, das heißt einen AUS-Zustand, an. In dem IGBT wird die akkumulierte Ladung beim Übergang (Ausschalten) vom EIN-Zustand in den AUS-Zustand entladen. Bei diesem Prozess verliert der IGBT Leistung. Dieser Leistungsverlust wird als Ausschaltverlust bezeichnet. Da der Ausschaltverlust zu einer Verringerung eines Wirkungsgrads einer Leistungswandlereinrichtung, die den IGBT verwendet, führt, ist es wünschenswert, dass der Ausschaltverlust geringer ist.
• Ein Ausmaß des Ausschaltverlustes hat eine positive Korrelation mit einem Ausmaß einer innerhalb des IGBTs im EIN-Zustand akkumulierten Ladungsmenge. Daher ist es, um den Ausschaltverlust des IGBTs zu verringern, wirkungsvoll, die akkumulierte Ladungsmenge durch Anpassen einer Struktur des Elements und der Menge der eingebrachten Fremdstoffe zu verringern. Die in dem IGBT akkumulierte Ladungsmenge ist jedoch nicht nur mit dem Ausschaltverlust, sondern auch mit einem Leitfähigkeitsverlust verbunden.
• Der Leitfähigkeitsverlust ist ein Leistungsverlust, der im EIN-Zustand im IGBT auftritt. Ein Ausmaß des Leitfähigkeitsverlusts hat eine negative Korrelation mit dem Ausmaß der innerhalb des IGBTs im EIN-Zustand akkumulierten Ladungsmenge. Deshalb weist der IGBT, wenn die akkumulierte Ladungsmenge in dem IGBT verringert wird, im EIN-Zustand einen höheren Widerstand auf und der Leitfähigkeitsverlust steigt (während der Ausschaltverlust wie oben beschrieben verringert wird). Aus der obigen Beschreibung ergibt sich eine Zielkonflikt-Beziehung zwischen dem Leitfähigkeitsverlust und dem Ausschaltverlust des IGBTs.
• Als nächstes werden eine Konfiguration und Bedienung des IGBTs 4, der zwei Gate-Anschlüsse aufweist, unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
• 3 ist eine Darstellung, die den Zustand eines Dual-Gate-IGBTs in einer Betriebsart mit hoher Injektion zeigt.
• Bei dem IGBT 4 werden nacheinander eine P-Schicht 45 und ein Kollektor 431 auf einer Oberfläche eines N^--Substrats 46 gebildet. Der Kollektor-Anschluss 43 ist elektrisch mit dem Kollektor 431 verbunden. Eine P-Schicht 47 wird in einem Teil des N^--Substrats 46 gebildet. Ein Emitter 441 wird in einem Teil der P-Schicht 47 gebildet. In einem anderen Bereich der P-Schicht 47 wird eine N⁺-Schicht 451 gebildet.
• Weiterhin sind ein erstes Gate 411 und ein zweites Gate 421 in einem anderen Bereich des N^--Substrats 46 mit dazwischen angeordneten Gateoxidschichten 49 gebildet. Der erste Gate-Anschluss 41 ist elektrisch mit dem ersten Gate 411 verbunden. Der zweite Gate-Anschluss 42 ist elektrisch mit dem zweiten Gate 421 verbunden. Das erste Gate 411 ist über die Gateoxidschicht 49 zu einer Seitenfläche der P-Schicht 47 und der N⁺-Schicht 451 benachbart. Das zweite Gate 421 ist über die Gateoxidschicht 49 zu einer weiteren Seitenfläche der P-Schicht 47 und der N⁺-Schicht 451 benachbart.
• Der Emitter 441 ist elektrisch mit einem Teil der P-Schicht 47 verbunden. Weiterhin ist der Emitter 441 elektrisch mit einer Seitenfläche der N⁺-Schicht 451 verbunden. Der Emitter-Anschluss 44 ist elektrisch mit dem Emitter 441 verbunden.
• Der IGBT 4 weist das erste Gate 411 und das zweite Gate 421 zum EIN-/AUS-Steuern des Elements selbst auf und ist dadurch gekennzeichnet, dass sich der IGBT 4 in zwei EIN-Zuständen befinden kann, das heißt in einer Betriebsart mit hoher Injektion und einer Betriebsart mit geringer Injektion.
• Wie in 3 gezeigt, geht der IGBT 4, wenn sowohl in das erste Gate 411 als auch in das zweite Gate 421 EIN-Signale eingespeist, in die Betriebsart mit hoher Injektion, in der viele Träger 48 akkumuliert werden.
• Wenn andererseits, wie in 4 gezeigt, ein EIN-Signal nur in das erste Gate 411 eingespeist wird und ein AUS-Signal in das zweite Gate 421 eingespeist wird, wird die Betriebsart zur Betriebsart mit geringer Injektion.
• 4 ist eine Darstellung, die den Zustand des Dual-Gate-IGBTs in der Betriebsart mit geringer Injektion zeigt. Dieser IGBT 4 weist eine ähnliche Konfiguration wie der in 3 gezeigte IGBT 4 auf.
• Die akkumulierte Ladungsmenge des IGBTs 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion, die in 4 dargestellt ist, ist geringer als die akkumulierte Ladungsmenge in der Betriebsart mit hoher Injektion.
• Weiterhin geht der IGBT 4, wenn in beide Gate-Anschlüsse AUS-Signale eingespeist werden, in den AUS-Zustand.
• Wenn der zwei Gate-Anschlüsse aufweisende IGBT 4 verwendet wird, kann die Zielkonflikt-Beziehung zwischen dem Leitfähigkeitsverlust und dem Ausschaltverlust des IGBTs 4 wie folgt verbessert werden.
• Das heißt, wenn sich der IGBT 4 im EIN-Zustand befindet, wird der IGBT 4 grundsätzlich in Betriebsart mit hoher Injektion versetzt, unmittelbar vor dem Ausschalten in die Betriebsart mit geringer Injektion geschaltet und dann durch einen Controller ausgeschaltet. Der Controller kann den Leitfähigkeitsverlust verringern, indem er den IGBT 4 grundsätzlich in der Betriebsart mit hoher Injektion einschaltet.
• Danach, vor dem Ausschalten des IGBTs 4, schaltet der Controller den IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion (unter Beibehaltung des EIN-Zustands), wodurch die akkumulierte Ladungsmenge verringert wird. Der Controller schaltet den IGBT 4 nach einer bestimmten Dauer, seit der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion geschaltet wurde und nachdem die akkumulierte Ladungsmenge ausreichend verringert wurde, so dass der Ausschaltverlust verringert werden kann, aus. Durch Steuern wie oben beschrieben verbessert der zwei Gate-Anschlüsse aufweisende IGBT 4 den Kompromiss zwischen dem Leitfähigkeitsverlust und dem Ausschaltverlust und implementiert verglichen mit dem IGBT mit einem Gate-Anschluss, einen verlustarmen Betrieb
• 5 zeigt einen Kurvenverlauf eines Steuersignals, das in die Halbleitereinrichtung 1A eingespeist wird, einen Kurvenverlauf eines Signals innerhalb der Halbleitereinrichtung 1A und einen Zustand.
• Das Signal A ist ein Puls-Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird und es wiederholt EIN und AUS. Wie in 5 gezeigt, ist ein Zeitraum vom Anstieg eines beliebigen Ein-Pulses des Signals A bis zum Anstieg des nächsten Ein-Pulses als Zyklus T definiert. Ein Verhältnis einer Ein-Puls-Weite in dem Zyklus T ist als Ein-Zeit-Verhältnis D definiert. Das heißt, das Ein-Zeit-Verhältnis D kann einen Wert in einem Bereich von 0 bis 1 annehmen und die Ein-Puls-Weite wird durch DT repräsentiert. Eine Aus-Puls-Weite wird durch (1 - D)T repräsentiert.
• Das Signal E ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 52 der Verzögerungseinheit 5 ausgegeben wird. Das Signal E durchläuft die Verzögerungseinheit 5, so dass das Signal E, verglichen mit dem Signal A, um die Verzögerungszeit L verzögert wird. Aus einer in 2 gezeigten Verbindungsbeziehung wird das Signal A an den ersten Gate-Anschluss 41 angelegt und das Signal E wird an den zweiten Gate-Anschluss 42 angelegt.
• Ein Zustand Z repräsentiert die EIN- und AUS-Zustände des IGBTs 4. Der IGBT 4 befindet sich im EIN-Zustand, wenn das EIN-Signal in einen beliebigen der Gate-Anschlüsse eingespeist wird. Daher ist der Zustand Z eine logische Summe aus dem Signal A und dem Signal E.
• Ein Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge aus einer Beziehung zwischen den Signalen A und E und dem Zustand Z in 5 beschrieben.
• Vor einem Zeitpunkt t0 befinden sich die Signale A und E beide auf einem AUS-Pegel, und der erste Gate-Anschluss 41 und der zweite Gate-Anschluss 42 erhalten AUS-Signale. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der IGBT 4 im AUS-Zustand. Zum Zeitpunkt t0 wird das Signal A zu einem EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand übergeht (einschaltet). Da jedoch das Signal E auf dem AUS-Pegel bleibt und das AUS-Signal in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist wird, wird der IGBT 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t0 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t1 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt t1 wird das Signal E zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion schaltet. Wenn vom Zeitpunkt t0 an eine Zeit DT verstreicht, wird ein Zeitpunkt t2 erreicht. Zum Zeitpunkt t2 wird das Signal A zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t2 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t3 erreicht. Zum Zeitpunkt t3 wird das Signal E zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn ab dem Zeitpunkt t3 eine Zeit (1 - D)T verstreicht, wird ein Zeitpunkt t4 erreicht. Der Zeitpunkt t4 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem ab dem Zeitpunkt t0 eine Zeit T verstreicht. Zum Zeitpunkt t4 wird das Signal A zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 erneut in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird und zum nächsten Zyklus wechselt.
• Entsprechend dem oben beschriebenen Betrieb wird der IGBT 4 zum Zeitpunkt t3 ausgeschaltet, aber der IGBT 4 wird während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t2 davor bis zum Zeitpunkt t3 in der Betriebsart mit geringer Injektion gehalten. Eine Länge dieses Zeitraums ist gleich der Verzögerungszeit L. Das heißt, der IGBT 4 kann den Ausschaltverlust verringern, indem er die akkumulierte Ladungsmenge während dieses Zeitraums verringert. Während des Zeitraums vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 wird der IGBT 4 in der Betriebsart mit hoher Injektion gehalten. Eine Länge dieses Zeitraums ist gleich DT - L. Das heißt, während dieses Zeitraums kann der Leitfähigkeitsverlust durch Erhöhen der akkumulierten Ladungsmenge verringert werden.
• Wenn das Signal A in 5, wie oben beschrieben, in die Halbleitereinrichtung 1A eingespeist wird, kann der IGBT 4 die Eigenschaften zeigen und den verlustarmen Betrieb erreichen. Da der obige Betrieb, verglichen mit dem Fall, in dem einzelne Steuersignale in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist werden, nur durch Einspeisen eines Steuersignals in die Halbleitereinrichtung 1A erreicht wird, besteht auch ein Vorteil, dass eine Schaltung zur Steuersignalerzeugung eine einfache Konfiguration aufweist.
• Während jedoch die Ein-Puls-Weite des Signals A in 5 DT ist, ist eine Einschaltdauer des IGBTs 4 (DT + L), wie durch den Zustand Z, der um die Verzögerungszeit L länger ist, gezeigt. Es kann festgestellt werden, dass dies ein Problem der Halbleitereinrichtung 1A ist. Dies liegt daran, dass die in die Halbleitereinrichtung 1A eingespeiste Ein-Puls-Weite DT festgelegt ist, um zu bewirken, dass die Halbleitereinrichtung 1A eine gewünschte Leistungsumwandlungsfunktion zeigt. Da die Halbleitereinrichtung 1A jedoch über den Zeitraum (DT + L) eingeschaltet wird, liegt bei der erwarteten Leistungsumwandlungsfunktion eine Abweichung vor.
• Während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 in 5 geht der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion, was als Problem der Halbleitereinrichtung 1A bezeichnet werden kann. Die Gründe dafür sind wie folgt.
• Ab dem Zustand Z in 5 ist der IGBT 4 während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t3 ein. Um den Ausschaltverlust des IGBTs 4 zu verringern, ist es notwendig, den IGBT 4 während des Zeitraums vom Zeitpunkt t2 bis zum Zeitpunkt t3 in die Betriebsart mit geringer Injektion zu setzen.
• Andererseits ist es wünschenswert, den IGBT 4 während des verbleibenden Zeitraums vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2 in der Betriebsart mit hoher Injektion zu halten, um den Leitfähigkeitsverlust zu verringern. Allerdings befindet sich der IGBT 4, wie oben beschrieben, nur während des Zeitraums vom Zeitpunkt t1 bis zum Zeitpunkt t2 des Zeitraums vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t2 in der Betriebsart mit hoher Injektion und befindet sich während des Zeitraums vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt t1 in der Betriebsart mit geringer Injektion. Daher ist der Betrieb der Halbleitereinrichtung 1A unter einem Gesichtspunkt der Verringerung des Leitfähigkeitsverlusts nicht ideal und weist ein Problem auf.
• Obwohl der typische Betrieb der Halbleitereinrichtung 1A unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde, gilt der Betrieb für die Beziehung, dass die Ein-Puls-Weite DT gleich oder größer als die Verzögerungszeit L ist und die Aus-Puls-Weite (1 - D)T größer als die in 5 gezeigte Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 1 repräsentiert.
  [Formel 1] $$\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.\le \text{D}<1-\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• In Formel 1 ist
• D: Ein-Zeit-Verhältnis
• L: Verzögerungszeit
• T: Zyklus
• Als nächstes wird ein Betrieb der Halbleitereinrichtung 1A beschrieben, wenn die Aus-Puls-Weite (1 - D)T gleich oder kleiner als die Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 2 dargestellt.
  [Formel 2] $$\text{D}\ge 1-\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• 6 zeigt ein Beispiel für einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung 1A eingespeisten Steuersignals, einen Kurvenverlauf des Signals innerhalb der Halbleitereinrichtung 1A und einen Zustand, in dem eine durch Formel 2 repräsentierte Beziehung erfüllt ist. Die Signale A und E und der Zustand Z sind dieselben wie die in 5 beschriebenen.
• Ein Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basierend auf der Beziehung zwischen den Signalen A und E und dem Zustand Z in 6 beschrieben.
• Zu einem Zeitpunkt t19 in einem vorhergehenden Zyklus fällt das Signal A ab. Vom Zeitpunkt t19 bis zu einem Zeitpunkt t10 befindet sich das Signal A auf dem AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist. Das Signal E befindet sich auf dem EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der IGBT 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion im EIN-Zustand.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t19 verstreicht, endet der vorhergehende Zyklus und ein aktueller Zyklus beginnt, und der Zeitpunkt t10 wird erreicht. Zum Zeitpunkt t10 wird das Signal A zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t19 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t11 erreicht. Zum Zeitpunkt t11 wird das Signal E zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t10 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t12 erreicht. Der Zeitpunkt t12 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t11 verstreicht. Zu diesem Zeitpunkt t12 wird das Signal E zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t10 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t13 erreicht. Zum Zeitpunkt t13 wird das Signal A zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet. Der Zeitpunkt t13 im aktuellen Zyklus ist ein Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt t19 im vorhergehenden Zyklus entspricht.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t13 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t14 erreicht. Der Zeitpunkt t14 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t10 verstreicht. Zum Zeitpunkt t14 wird das Signal A zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 wieder in die Betriebsart mit hoher Injektion schaltet und zum nächsten Zyklus übergeht. Dementsprechend kann der zwei Gate-Anschlüsse aufweisende IGBT 4 durch ein Steuersignal angesteuert werden.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb behält der IGBT 4, obwohl der IGBT 4 zwischen der Betriebsart mit hoher Injektion und der Betriebsart mit geringer Injektion umschaltet, wie im Zustand Z dargestellt, den EIN-Zustand über einen Zyklus (vom Zeitpunkt t10 bis zum Zeitpunkt t14) bei. Das heißt, der IGBT 4 sollte ursprünglich den EIN-Zustand/AUS-Zustand entsprechend dem als Steuersignal eingespeisten Signal A intermittierend wiederholen. Tatsächlich befindet sich der IGBT 4 jedoch im kontinuierlichen EIN-Zustand. Man kann sagen, dass dies ein Problem des Halbleiterbausteins 1A darstellt.
• Als nächstes wird ein Betrieb der Halbleitereinrichtung 1A beschrieben, wenn die Ein-Puls-Weite DT kleiner als die Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 3 repräsentiert.
  [Formel 3] $$\text{D}<\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• In Formel 3 ist
• D: Ein-Zeit-Verhältnis
• L: Verzögerungszeit
• T: Zyklus
• 7 zeigt einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung 1A eingespeisten Steuersignals und einen Kurvenverlauf des Signals innerhalb der Halbleitereinrichtung 1A, sowie einen Zustand, in dem eine durch Formel 3 repräsentierte Beziehung erfüllt ist. Die Signale A und E und der Zustand Z sind dieselben wie die in 5 beschriebenen.
• Ein Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basierend auf der Beziehung zwischen den Signalen A und E und dem Zustand Z in 7 beschrieben.
• Unmittelbar vor einem Zeitpunkt t20 befinden sich die Signale A und E beide auf dem AUS-Pegel und die AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Zu dieser Zeit befindet sich der IGBT 4 im AUS-Zustand.
• Zum Zeitpunkt t20 wird das Signal A zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion geschaltet wird. Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t20 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t21 erreicht. Zum Zeitpunkt t21 wird das Signal E zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t20 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t22 erreicht. Zum Zeitpunkt t22 wird das Signal E zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t22 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t23 erreicht. Der Zeitpunkt t23 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit L ab dem Zeitpunkt t21 verstreicht. Zum Zeitpunkt t23 wird das Signal A zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 wieder ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t21 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t24 erreicht. Der Zeitpunkt t24 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t20 verstreicht. Zum Zeitpunkt t24 wird das Signal A zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 wieder in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird und zum nächsten Zyklus wechselt. Dementsprechend kann der zwei Gate-Anschlüsse aufweisende IGBT 4 durch ein Steuersignal angesteuert werden.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb wird das als Signal A eingespeiste Steuersignal während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t20 bis zum Zeitpunkt t21 in einem Zyklus nur einmal zum Ein-Puls. Andererseits befindet sich der IGBT 4, wie im Zustand Z gezeigt, während des Zeitraums vom Zeitpunkt t20 bis zum Zeitpunkt t21 im EIN-Zustand und während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t22 bis zum Zeitpunkt t23 wieder im EIN-Zustand. Das heißt, der IGBT 4 sollte sich ursprünglich für ein Ein-Puls-Signal einmal im EIN-Zustand befinden, befindet sich aber für ein Ein-Puls-Signal tatsächlich zweimal im EIN-Zustand. Man kann sagen, dass dies ein Problem der Halbleitereinrichtung 1A darstellt.
• Im Folgenden werden Ausführungsformen zum Ausführen der Erfindung gegebenenfalls unter Bezugnahme auf die Zeichnungen je nach Bedarf beschrieben.
• «Erste Ausführungsform»
• Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die 1, 8, 9 und 10 beschrieben.
• 1 zeigt eine Halbleitereinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
• Die Halbleitereinrichtung 1 enthält den Steuersignal-Eingangsanschluss 11, den IGBT 4, eine Verzögerungseinheit 2 und eine logische Produkteinheit 3.
• Der IGBT 4 weist den ersten Gate-Anschluss 41, den zweiten Gate-Anschluss 42, den Kollektor-Anschluss 43 und den Emitter-Anschluss 44 auf. Die Funktionsweise des IGBTs 4 wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
• Die Verzögerungseinheit 2 weist einen Eingangsanschluss 21 und einen Ausgangsanschluss 22 auf. Die Verzögerungseinheit 2 hat einen Zweck, ein in den Eingangsanschluss 21 eingespeistes Signal für eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern und dann das Signal von dem Ausgangsanschluss 22 auszugeben, und die Verzögerungszeit ist L.
• Die logische Produkteinheit 3 weist einen ersten Eingangsanschluss 31, einen zweiten Eingangsanschluss 32 und einen Ausgangsanschluss 33 auf. Die logische Produkteinheit 3 besitzt eine Funktionsweise, ein logisches Produkt der in den ersten Eingangsanschluss 31 und den zweiten Eingangsanschluss 32 eingespeisten Signale zu berechnen und das logische Produkt von dem Ausgangsanschluss 33 auszugeben.
• Der Steuersignal-Eingangsanschluss 11 ist mit dem Eingangsanschluss 21 der Verzögerungseinheit 2 und dem zweiten Eingangsanschluss 32 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 ist mit dem ersten Gate-Anschluss 41 des IGBTs 4 und dem ersten Eingangsanschluss 31 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ist mit dem zweiten Gate-Anschluss 42 des IGBTs 4 verbunden.
• Das Signal A ist ein Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird. Ein Signal B ist ein durch die Verzögerungseinheit 2 ausgegebenes Signal und es wird gegenüber dem Signal A um eine erste vorgegebene Zeit verzögert. Ein Signal C ist ein Signal, das von der logischen Produkteinheit 3 ausgegeben wird und es ist ein logisches Produkt aus dem Signal A und dem Signal B.
• 8 zeigt als Beispiel einen Kurvenverlauf eines Steuersignals, das in die Halbleitereinrichtung 1 eingespeist wird, und Kurvenverläufe von Signalen innerhalb der Halbleitereinrichtung 1.
• Das Signal A ist ein Puls-Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird und wiederholt EIN und AUS. Wie in 8 gezeigt, ist ein Zeitraum vom Anstieg eines beliebigen Ein-Pulses des Signals A bis zum Anstieg des nächsten Ein-Pulses als Zyklus T definiert. Ein Verhältnis einer Ein-Puls-Weite in dem Zyklus T ist als Ein-Zeit-Verhältnis D definiert. Das heißt, das Ein-Zeit-Verhältnis kann Werte im Bereich von 0 bis 1 annehmen. Die Ein-Puls-Weite wird durch DT repräsentiert. Eine Aus-Puls-Weite wird durch (1 - D)T repräsentiert.
• Das Signal B ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 ausgegeben wird. Das Signal B durchläuft die Verzögerungseinheit 2, so dass das Signal B gegenüber dem Signal A um die Verzögerungszeit L verzögert wird.
• Das Signal C ist ein von dem Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ausgegebenes Signal. Aus einer in 1 dargestellten Verbindungsbeziehung ist das Signal C das logische Produkt aus dem Signal A und dem Signal B.
• Bei dem IGBT 4 wird das Signal B in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist und das Signal C wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist.
• Ein Zustand Z repräsentiert die EIN- und AUS-Zustände des IGBTs 4. Der IGBT 4 befindet sich im EIN-Zustand, wenn das EIN-Signal in einen beliebigen der Gate-Anschlüsse eingespeist wird. Daher ist der Zustand Z eine logische Summe aus dem Signal B und dem Signal C.
• Der Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basierend auf der Beziehung zwischen den Signalen A, B und C und dem Zustand Z in 8 beschrieben.
• Allerdings befinden sich die Signale B und C unmittelbar vor einem Zeitpunkt t30 auf dem AUS-Pegel und die AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass sich der IGBT 4 im AUS-Zustand befindet. Zum Zeitpunkt t30 steigt das Signal A an, aber die Signale B und C bleiben auf dem AUS-Pegel, die AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 den AUS-Zustand beibehält.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t30 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t31 erreicht. Zum Zeitpunkt t31 werden die Signale B und C zum EIN-Pegel und die EIN-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion eingeschaltet wird.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t30 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t32 erreicht. Zum Zeitpunkt t32 wird das Signal C zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t32 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t33 erreicht. Der Zeitpunkt t33 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t31 verstreicht. Zum Zeitpunkt t33 wird das Signal B zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t32 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t34 erreicht. Der Zeitpunkt t34 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t30 verstreicht. Zum Zeitpunkt t34 steigt das Signal A wieder an und wechselt zum nächsten Zyklus.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb wird der IGBT 4 zum Zeitpunkt t33 ausgeschaltet und der IGBT 4 wird während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t32 bis zum Zeitpunkt t33 in der Betriebsart mit geringer Injektion gehalten. Eine Länge dieses Zeitraums ist gleich der Verzögerungszeit L. Das heißt, da der IGBT 4 während dieses Zeitraums die akkumulierte Ladungsmenge verringert, kann der Ausschaltverlust verringert werden.
• Während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t31 bis zum Zeitpunkt t32 wird der IGBT 4 in der Betriebsart mit hoher Injektion gehalten. Eine Länge dieses Zeitraums ist gleich DT - L. Das heißt, da die kumulierte Ladungsmenge in dem IGBT 4 während dieses Zeitraums erhöht ist, kann der Leitfähigkeitsverlust verringert werden.
• Wie oben beschrieben kann der IGBT 4, wenn das durch das Signal A in 8 gezeigte Steuersignal in die Halbleitereinrichtung 1 eingespeist wird, die Eigenschaften zeigen und den verlustarmen Betrieb erreichen. Da der oben beschriebene Betrieb nur durch Einspeisen eines Steuersignals in die Halbleitereinrichtung 1 erreicht wird, besteht, verglichen mit dem Fall, in dem einzelne Steuersignale in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist werden, auch ein Vorteil, dass eine Steuersignalerzeugungsschaltung eine einfache Konfiguration aufweist.
• In 8 ist der Zeitraum DT, der sich im EIN-Zustand des Zustands Z befindet, derselbe wie die Ein-Puls-Weite DT des Signals A. Das heißt, wenn ein Ein-Puls-Signal, das die Weite DT aufweist, in die Halbleitereinrichtung 1 eingespeist wird, wird die Halbleitereinrichtung 1 über den Zeitraum DT eingeschaltet. Daher kann die Halbleitereinrichtung 1 das in 5 dargestellte Problem lösen, das bei der Halbleitereinrichtung 1A gemäß dem Vergleichsbeispiel auftritt, und kann bewirken, dass die Halbleitereinrichtung 1 eine gewünschte Leistungsumwandlungsfunktion zeigt.
• Ab dem Zustand Z in 8 ist der IGBT 4 während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t31 bis zum Zeitpunkt t33 ein. Es ist erforderlich, den IGBT 4 während des Zeitraums vom Zeitpunkt t32 bis zum Zeitpunkt t33 in die Betriebsart mit geringer Injektion zu schalten, um den Ausschaltverlust des IGBTs 4 zu verringern. Andererseits befindet sich der IGBT 4 in verbleibenden Zeitraum vom Zeitpunkt t31 bis zum Zeitpunkt t32 in die Betriebsart mit hoher Injektion. Daher kann die Halbleitereinrichtung 1 unter dem Gesichtspunkt des Verringerns des Leitfähigkeitsverlusts einen Idealbetrieb erreichen und kann das in 5 gezeigte Problem, das bei der Halbleitereinrichtung 1A gemäß dem Vergleichsbeispiel auftritt, lösen.
• Obwohl der typische Betrieb der Halbleitereinrichtung 1 unter Bezugnahme auf 8 beschrieben wurde, gilt der Betrieb für die Beziehung, dass die Ein-Puls-Weite DT gleich oder größer als die Verzögerungszeit L ist und die Aus-Puls-Weite (1 - D)T größer als die in 8 gezeigte Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 4 repräsentiert. Diese Formel 4 ist dieselbe wie die obige Formel 1.
  [Formel 4] $$\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.\le \text{D}<1-\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• In Formel 4 ist
• D: Ein-Zeit-Verhältnis
• L: Verzögerungszeit
• T: Zyklus
• Als nächstes wird ein Betrieb der Halbleitereinrichtung 1 beschrieben, wenn die Aus-Puls-Weite (1 - D)T gleich oder kleiner als die Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 5 repräsentiert. Diese Formel 5 ist dieselbe wie die obige Formel 2.
  [Formel 5] $$\text{D}\ge 1-\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• 9 zeigt einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung 1 eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe der Signale innerhalb der Halbleitereinrichtung 1 und einen Zustand, in dem eine durch Formel 5 dargestellte Beziehung erfüllt ist. Die Signale A, B und C und der Zustand Z sind die gleichen wie die in 8 beschriebenen.
• Der Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basierend auf der Beziehung zwischen den Signalen A, B und C und dem Zustand Z in 9 beschrieben.
• Zu einem Zeitpunkt t49 in einem vorhergehenden Zyklus fällt das Signal A ab. Vom Zeitpunkt t49 bis zu einem Zeitpunkt t40 befindet sich das Signal B auf dem EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist. Das Signal C befindet sich auf dem AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Daher befindet sich der IGBT 4 im EIN-Zustand im Betriebszustand mit geringer Injektion.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t49 verstreicht, endet der vorhergehende Zyklus und ein aktueller Zyklus beginnt, und der Zeitpunkt t40 ist erreicht. Zu diesem Zeitpunkt t40 wird das Signal C zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in den Betriebszustand mit hoher Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t49 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t41 erreicht. Zum Zeitpunkt t41 werden die Signale B und C zum AUS-Pegel und AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t40 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t42 erreicht. Der Zeitpunkt t42 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t41 verstreicht. Zum Zeitpunkt t42 werden die Signale B und C zum EIN-Pegel und die EIN-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion eingeschaltet wird.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t40 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t43 erreicht. Zum Zeitpunkt t43 wird das Signal C zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet. Der Zeitpunkt t43 im aktuellen Zyklus ist ein Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt t49 im vorhergehenden Zyklus entspricht.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t43 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t44 erreicht. Der Zeitpunkt t44 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t40 verstreicht. Zum Zeitpunkt t44 wird das Signal C zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 wieder in die Betriebsart mit hoher Injektion schaltet und zum nächsten Zyklus übergeht.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb, wie im Signal A und im Zustand Z gezeigt, wiederholt der IGBT 4 intermittierend den EIN-Zustand und den AUS-Zustand entsprechend dem einzelnen als Steuersignal eingespeisten Signal A. Da die Halbleitereinrichtung 1 daran gehindert werden kann, sich im kontinuierlichen EIN-Zustand zu befinden, kann die Halbleitereinrichtung 1 das in 6 gezeigte Problem, das bei der Halbleitereinrichtung 1A gemäß dem Vergleichsbeispiel auftritt, lösen.
• Als nächstes wird ein Betrieb der Halbleitereinrichtung 1 beschrieben, wenn die Ein-Puls-Weite DT kleiner als die Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 6 repräsentier. Diese Formel 6 ist dieselbe wie die obige Formel 3.
  [Formel 6] $$\text{D}<\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• In Formel 6 ist
• D: Ein-Zeit-Verhältnis
• L: Verzögerungszeit
• T: Zyklus
• 10 zeigt einen Kurvenverlauf des in die Halbleitereinrichtung 1 eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe der Signale innerhalb der Halbleitereinrichtung 1 und einen Zustand, in dem eine durch Formel 6 repräsentierte Beziehung erfüllt ist. Die Signale A, B und C und der Zustand Z sind dieselben wie die in 8 beschriebenen.
• Der Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basieren auf der Beziehung zwischen den Signalen A, B und C und dem Zustand Z in 10 beschrieben.
• Unmittelbar vor einem Zeitpunkt t50 befinden sich die Signale B und C beide auf dem AUS-Pegel und AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Daher befindet sich der IGBT 4 im AUS-Zustand. Zum Zeitpunkt t50 steigt das Signal A auf den EIN-Pegel an, aber die Signale B und C behalten den AUS-Pegel bei. Zu diesem Zeitpunkt werden die AUS-Signale in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 den AUS-Zustand fortsetzt.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t50 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t51 erreicht. Zum Zeitpunkt t51 fällt das Signal A ab und wird zum AUS-Pegel und die Signale B und C behalten den AUS-Pegel bei. Zu diesem Zeitpunkt werden die AUS-Signale in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 den AUS-Zustand beibehält.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t50 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t52 erreicht. Zum Zeitpunkt t52 wird das Signal B zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t52 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t53 erreicht. Der Zeitpunkt t53 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit L ab dem Zeitpunkt t51 verstreicht. Zum Zeitpunkt t53 wird das Signal B zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t51 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t54 erreicht. Der Zeitpunkt t54 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t50 verstreicht. Wenn das Signal A zum Zeitpunkt t54 wieder auf den EIN-Pegel ansteigt, wechselt das Signal A zum nächsten Zyklus.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb wird das als Signal A eingespeiste Steuersignal während einer Periode vom Zeitpunkt t50 bis zum Zeitpunkt t51 einmal in einem Zyklus eingeschaltet. Andererseits wird der IGBT 4, wie im Zustand Z gezeigt, während einer Periode vom Zeitpunkt t52 bis zum Zeitpunkt t53 einmal eingeschaltet. Das heißt, der IGBT 4 befindet sich für ein Ein-Puls-Signal einmal im EIN-Zustand. Daher kann die Halbleitereinrichtung 1, da die Halbleitereinrichtung 1 daran, sich für ein Ein-Puls-Signal zweimal im EIN-Zustand zu befinden, gehindert werden kann, das in 7 gezeigte Problem, das bei der Halbleitereinrichtung 1A gemäß dem Vergleichsbeispiel auftritt, lösen.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb besteht, da der IGBT 4 nicht in die Betriebsart mit hoher Injektion geht, eine Sorge, dass der Leitfähigkeitsverlust zunehmen könnte. Da jedoch die Ein-Puls-Weite DT kleiner als die Verzögerungszeit L und kurz ist, ist eine Zunahme des Leitfähigkeitsverlustes begrenzt und kann laut einer Studie des Erfinders ignoriert werden.
• Wie oben beschrieben, hat die erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt, dass die in den 5 bis 7 gezeigten Probleme, die bei der Halbleitereinrichtung 1A gemäß dem Vergleichsbeispiel auftreten, gelöst werden können. Die erste Ausführungsform der Erfindung hat jedoch ein anderes Problem, wie unten beschrieben. Das heißt, wie in 9 gezeigt, wenn es durch die Beziehung von Formel 5 repräsentiert wird, wird der IGBT 4 zum Zeitpunkt t41 ausgeschaltet. Da sich der IGBT 4 jedoch während des Zeitraums vom Zeitpunkt t40 bis zum Zeitpunkt t41 unmittelbar vor dem Zeitpunkt t41 in der Betriebsart mit hoher Injektion befindet, besteht eine Sorge, dass der Ausschaltverlust erhöht werden könnte. Lösungen zum Lösen dieses Problems werden in einer anderen Ausführungsform beschrieben.
• «Zweite Ausführungsform»
• Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die 1 und 11 bis 13 beschrieben.
• 11 ist eine Darstellung, die eine Halbleitereinrichtung und eine Pulsweitenmodulations-(PWM)-Ausgabeeinheit gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
• Die Halbleitereinrichtung 1 weist eine ähnliche Konfiguration wie die in 1 gezeigte Halbleitereinrichtung 1 auf.
• Eine PWM-Ausgabeeinheit 9 erzeugt ein pulsförmiges PWM-Steuersignal und speist das erzeugte Signal in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 ein und ist zum Bespiel durch einen Mikrocomputer implementiert. Die PWM-Ausgabeeinheit 9 steuert die Halbleitereinrichtung 1, indem sie die in 12 dargestellte PWM-Ausgabeverarbeitung ausführt. Die Definition des Zyklus' T, des Ein-Zeit-Verhältnisses D und der Verzögerungszeit L ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform.
• Allerdings unterscheidet sich die vorliegende Ausführungsform von der ersten Ausführungsform dadurch, dass das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeiste Steuersignal wie folgt begrenzt ist. Das heißt, die Aus-Puls-Weite (1 - D)T ist größer als die Verzögerungszeit L. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, ist sie als D < 1 - L/T eingestellt.
• 12 ist ein Flussdiagramm, das die PWM-Ausgabeverarbeitung zeigt.
• Wenn die Verarbeitung gestartet wird, bestimmt die PWM-Ausgabeeinheit 9 einen PWM-Wert (Schritt S10) und bewertet diesen PWM-Wert (Schritt S11). Wenn der PWM-Wert gleich oder größer als 1 - L/T ist, erzeugt die PWM-Ausgabeeinheit 9 einen Puls, der den PWM-Wert als Ein-Zeit-Verhältnis D aufweist (Schritt S12), und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S10 zurück.
• Wenn der PWM-Wert kleiner als 1 - L/T ist, erzeugt die PWM-Ausgabeeinheit 9 einen Puls, der eine Aus-Puls-Weite von L aufweist (Schritt S13), und die Verarbeitung kehrt zu Schritt S10 zurück.
• 13 zeigt ein Beispiel für ein Steuersignal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 13 gezeigt, ändert sich das Ein-Zeit-Verhältnis D des Steuersignals jeden Augenblick entsprechend der Leistungsumwandlungsfunktion, die durch die Halbleitereinrichtung 1 erreicht werden soll. Das heißt, das Ein-Zeit-Verhältnis D kann (normalerweise) einen Wert im Bereich von 0 bis 1 annehmen und ändert sich, und die Aus-Puls-Weite (1 - D)T ist nicht konstant.
• Die PWM-Ausgabeeinheit 9 gemäß der vorliegenden Ausführungsform begrenzt das Steuersignal so, dass das Ein-Zeit-Verhältnis D die Ungleichung D < 1 - L/T erfüllt, und macht die Aus-Puls-Weite (1 - D)T größer als die Verzögerungszeit L.
• Indem man auf diese Weise eine Begrenzung des Steuersignals vorsieht, wenn die Beziehung von Formel 2 oder Formel 5 erfüllt ist, ist es möglich, das Problem, dass eine Besorgnis besteht, dass der bei der ersten Ausführungsform der Erfindung auftretende Ausschaltverlust erhöht wird, zu lösen. Dies liegt daran, dass bei der vorliegenden Ausführungsform kein Zusammenhang von Formel 2 oder Formel 5 besteht.
• «Dritte Ausführungsform»
• Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben.
• 14 zeigt eine Halbleitereinrichtung 1B entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung.
• Die Halbleitereinrichtung 1B enthält den Steuersignal-Eingangsanschluss 11, den IGBT 4, die Verzögerungseinheit 2, die logische Produkteinheit 3, eine Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 eines Triggertyps mit fallender Flanke und eine logische Negativeinheit 7.
• Der IGBT 4 enthält den ersten Gate-Anschluss 41, den zweiten Gate-Anschluss 42, den Kollektor-Anschluss 43 und den Emitter-Anschluss 44.
• Die Verzögerungseinheit 2 weist den Eingangsanschluss 21 und den Ausgangsanschluss 22 auf. Die Verzögerungseinheit 2 hat die Funktion, ein in den Eingangsanschluss 21 eingespeistes Signal um eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern und dann das Signal von dem Ausgangsanschluss 22 auszugeben, und die Verzögerungszeit ist L.
• Die Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 ist von einem Triggertyp mit fallender Flanke und weist einen Eingangsanschluss 61 und einen Ausgangsanschluss 62 auf. Die Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 hat eine Funktion, ein Puls-Signal, das eine bestimmte zeitliche Breite aufweist, einmal sofort von dem Ausgangsanschluss 62 auszugeben, wenn ein in den Eingangsanschluss 61 eingespeistes Signal abfällt (schaltet von EIN auf AUS), und definiert die zeitliche Breite als M.
• Die logische Negativeinheit 7 weist einen Eingangsanschluss 71 und einen Ausgangsanschluss 72 auf. Die logische Negativeinheit 7 besitzt eine Funktion, ein logisch Negatives eines in den Eingangsanschluss 71 eingespeisten Signals zu berechnen und den Negativwert von dem Ausgangsanschluss 72 auszugeben.
• Die logische Produkteinheit 3 weist den ersten Eingangsanschluss 31, den zweiten Eingangsanschluss 32 und den Ausgangsanschluss 33 auf. Die logische Produkteinheit 3 besitzt eine Funktion, ein logisches Produkt der in den ersten Eingangsanschluss 31 und den zweiten Eingangsanschluss 32 eingespeisten Signale zu berechnen und das logische Produkt von dem Ausgangsanschluss 33 auszugeben.
• Der Steuersignal-Eingangsanschluss 11 ist mit dem Eingangsanschluss 21 der Verzögerungseinheit 2 und dem Eingangsanschluss 61 der Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 verbunden. Der Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 ist mit dem ersten Gate-Anschluss 41 des IGBTs 4 und dem ersten Eingangsanschluss 31 der logischen Produkteinheit 3 verbunden.
• Der Ausgangsanschluss 62 der Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 ist mit dem Eingangsanschluss 71 der logischen Negativeinheit 7 verbunden. Der Ausgangsanschluss 72 der logischen Negativeinheit 7 ist mit dem zweiten Eingangsanschluss 32 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ist mit dem zweiten Gate-Anschluss 42 des IGBTs 4 verbunden. Das heißt, die Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 und die logische Negativeinheit 7 sind in Reihe geschaltet und zwischen den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 und den zweiten Eingangsanschluss 32 der logischen Produkteinheit 3 eingefügt.
• Das Signal A ist ein Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird. Das Signal B ist ein durch die Verzögerungseinheit 2 ausgegebenes Signal und ist gegenüber dem Signal A um die erste vorgegebene Zeit verzögert. Ein Signal F ist ein Signal, das durch die Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 ausgegeben wird. Ein Signal G ist ein Signal, das durch die logische Negativeinheit 7 ausgegeben wird und ein inverses Signal des Signals F darstellt. Ein Signal H ist ein Signal, das durch die logische Produkteinheit 3 ausgegeben wird und ein logisches Produkt des Signals B und des Signals G darstellt.
• 15 zeigt den Kurvenverlauf eines in die Halbleitereinrichtung 1B eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe von Signalen innerhalb der Halbleitereinrichtung 1B und einen Zustand.
• Das Signal A ist ein Puls-Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird und EIN und AUS wiederholt. Wie in 15 gezeigt, ist ein Zeitraum vom Anstieg eines beliebigen Ein-Pulses des Signals A bis zum Anstieg des nächsten Ein-Pulses als Zyklus T definiert. Ein Verhältnis einer Ein-Puls-Weite im Zyklus T ist als Ein-Zeit-Verhältnis D definiert. Das heißt, das Ein-Zeit-Verhältnis kann einen Wert im Bereich von 0 bis 1 annehmen. Die Ein-Puls-Weite wird durch DT repräsentiert. Eine Aus-Puls-Weite wird durch (1 - D)T repräsentiert. Der Betrieb gilt für die Beziehung, dass die Aus-Puls-Weite (1 - D)T gleich oder kleiner als die in 15 gezeigte Verzögerungszeit L ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 7 repräsentiert.
  [Formel 7] $$\text{D}\ge 1-\raisebox{1ex}{$\text{L}$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• In Formel 7 ist
• D: Ein-Zeit-Verhältnis
• L: Verzögerungszeit
• T: Zyklus
• In 15 ist die Zeitweite M gleich oder größer als die Verzögerungszeit L und kleiner als eine Summe der Verzögerungszeit L und der Aus-Puls-Weite (1 - D)T, das heißt, kleiner als L + (1 - D)T. Wenn diese Bedingung für M ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 8 repräsentiert.
  [Formel 8] $$\text{L}\le \text{M}<L+\left(1-\text{D}\right)\text{T}$$

  
• In Formel 8 ist
• M: Zeitbreite
• L: Verzögerungszeit
• T: Zyklus
• Das Signal B ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 ausgegeben wird. Das Signal B durchläuft die Verzögerungseinheit 2, so dass das Signal B dem Signal A um die Verzögerungszeit L gegenüber verzögert wird.
• Das Signal F ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 62 der Einzelpuls-Erzeugungseinheit 6 ausgegeben wird. Aus einer in 14 gezeigten Verbindungsbeziehung steigt das Signal F synchron mit einer fallenden Flanke des Signals A an und gibt einmal ein Puls-Signal mit der Zeitweite M aus.
• Das Signal G ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 72 der logischen Negativeinheit 7 ausgegeben wird. Aus der in 14 gezeigten Verbindungsbeziehung ist das Signal G ein logisch Negatives des Signals F.
• Das Signal H ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ausgegeben wird. Aus der in 14 dargestellten Verbindungsbeziehung ist das Signal H das logische Produkt aus dem Signal B und dem Signal G.
• Bei dem IGBT 4 wird das Signal B in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist und das Signal H in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist.
• Ein Zustand Z repräsentiert die EIN- und AUS-Zustände des IGBTs 4. Der IGBT 4 befindet sich im EIN-Zustand, wenn das EIN-Signal in einen beliebigen der Gate-Anschlüsse eingespeist wird. Daher ist der Zustand Z eine logische Summe aus dem Signal B und dem Signal H.
• Der Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basierend auf einer Beziehung zwischen den Signalen A, B, F, G und H und dem Zustand Z in 15 beschrieben.
• Zu einem Zeitpunkt t69 in einem vorhergehenden Zyklus fällt das Signal A ab. Vom Zeitpunkt t69 bis zu einem Zeitpunkt t60 befindet sich das Signal B auf dem EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist. Das Signal H befindet sich auf dem AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Daher befindet sich der IGBT 4 im EIN-Zustand in der Betriebsart mit geringer Injektion.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t69 verstreicht, endet der vorhergehende Zyklus und ein aktueller Zyklus beginnt, und der Zeitpunkt t60 ist erreicht. Zum Zeitpunkt t60 steigt das Signal A an. Das Signal B befindet sich auf dem EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist. Das Signal H befindet sich auf dem AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Daher setzt der IGBT 4 im EIN-Zustand die Betriebsart mit geringer Injektion fort.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t69 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t61 erreicht. Zum Zeitpunkt t61 wird das Signal B zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit M ab dem Zeitpunkt t69 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t62 erreicht. Zum Zeitpunkt t62 fällt das Signal F ab und das Signal G steigt an. Die Signale B und H behalten den AUS-Pegel bei, und die AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 den AUS-Zustand fortsetzt.
• Wenn die Zeit L ab dem Zeitpunkt t60 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t63 erreicht. Der Zeitpunkt t63 ist auch ein Zeitpunkt, wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t61 verstreicht. Zum Zeitpunkt t63 befinden sich die Signale B und H beide auf dem EIN-Pegel und die EIN-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Daher wird der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion eingeschaltet.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t60 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t64 erreicht. Zum Zeitpunkt t64 wird das Signal H zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet. Der Zeitpunkt t64 im aktuellen Zyklus ist ein Zeitpunkt, der dem Zeitpunkt t69 im vorhergehenden Zyklus entspricht.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t64 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t65 erreicht. Der Zeitpunkt t65 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t60 verstreicht. Zum Zeitpunkt t65 steigt das Signal A wieder an und wechselt zum nächsten Zyklus.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb wird der IGBT 4 zum Zeitpunkt t61 ausgeschaltet, aber der IGBT 4 wird während eines Zeitraums unmittelbar vor diesem (ein vorhergehender Zyklus) vom Zeitpunkt t69 bis zum Zeitpunkt t61 in der Betriebsart mit geringer Injektion gehalten. Daher ist der Ausschaltverlust des IGBTs 4 zum Zeitpunkt t61 gering. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Beziehung von Formel 2 oder Formel 5 erfüllt ist, das Problem, dass eine Besorgnis besteht, dass der bei der ersten Ausführungsform der Erfindung auftretende Ausschaltverlust des IGBTs 4 erhöht werden könnte, gelöst werden.
• Hinsichtlich der Ein-Zeit-Verhältnisses D hat die vorliegende Ausführungsform unter anderen als den in 15 gezeigten Bedingungen, das heißt unter den Bedingungen, die Formel 1 oder Formel 4 und Formel 3 oder Formel 6 erfüllen, ähnliche Wirkungen wie die erste Ausführungsform der Erfindung, aber die Einzelheiten wurden bereits in der ersten Ausführungsform beschrieben, so dass eine ausführliche Beschreibung ausgespart wird.
• «Vierte Ausführungsform»
• Eine vierte Ausführungsform der Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die FIG UREN 16 und 17 beschrieben.
• Wenn der IGBT 4, der zwei Gate-Anschlüsse aufweist, verwendet wird, kann, wenn der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird und nach einem bestimmten Zeitraum in die Betriebsart mit hoher Injektion geschaltet wird, kann vom IGBT 4 erzeugtes elektromagnetisches Rauschen verringert werden. Der Grund, warum das von dem IGBT 4 erzeugte elektromagnetische Rauschen durch diesen Betrieb verringert werden kann, lässt sich wie folgt erklären.
• Wenn der IGBT 4 eingeschaltet wird, beginnt ein Strom durch den IGBT 4 zu fließen, indem Ladungen von einem isolierten Gate in den IGBT 4 injiziert werden. Daher hat eine Änderungsgeschwindigkeit („time change rate“) eines Stromes, der im IGBT 4 zu fließen beginnt, eine positive Korrelation mit einem Ausmaß der von dem isolierten Gate injizierten Ladungsmenge. Das heißt, wenn zum Zeitpunkt des Einschaltens eine große Ladungsmenge aus dem isolierten Gate injiziert wird, wird der IGBT 4 schnell eingeschaltet, und die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms wird groß.
• Wenn andererseits die zum Zeitpunkt des Einschaltens von dem isolierten Gate injizierte Ladungsmenge verringert wird, wird der IGBT 4 langsam eingeschaltet, und die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms wird klein. Die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms ist einer der Indizes zum Bewerten eines Ausmaßes des elektromagnetischen Rauschens und weist eine positive Korrelation mit dem Ausmaß des elektromagnetischen Rauschens auf. Wenn das elektromagnetische Rauschen groß ist, kann ein normaler Betrieb der Halbleitereinrichtung 1 selbst und der um die Halbleitereinrichtung 1 herum installierten Einrichtungen behindert werden. Unter einem Gesichtspunkt des Verringerns des elektromagnetischen Rauschens ist es daher wünschenswert, die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms zu verringern, so dass sie klein ist.
• Wenn der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion eingeschaltet wird, werden die Ladungen von beiden isolierten Gates injiziert, so dass die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms groß wird. Wenn der IGBT 4 andererseits in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird, werden die Ladungen von nur einem isolierten Gate injiziert, so dass eine Menge begrenzt ist und die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms klein wird. Daher kann, wenn der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird, das von dem IGBT 4 erzeugte elektromagnetische Rauschen verringert werden.
• Nach dem Einschalten des IGBTs 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion ist es wünschenswert, nach einem gewissen Zeitraum in die Betriebsart mit hoher Injektion zu wechseln. Nach dem gewissen Zeitraum nach dem Einschalten des IGBTs 4 erreicht der Strom einen stationären Zustand, und seine Änderungsgeschwindigkeit wird vernachlässigbar klein (aus der Sicht des elektromagnetischen Rauschens). Daher nimmt, wenn der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion geschaltet wird, nachdem die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms ausreichend klein geworden ist, das elektromagnetische Rauschen nicht zu. Wenn der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion geschaltet wird, wird ein nachfolgender Leitfähigkeitsverlust verringert, was den Verlust wirksam verringert.
• Wie oben beschrieben, der Grund dafür, warum das von dem IGBT 4 erzeugte elektromagnetische Rauschen durch Einschalten des IGBTs 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion und nach einem gewissen Zeitraum Umschalten in die Betriebsart mit hoher Injektion verringert werden kann.
• 16 zeigt eine Halbleitereinrichtung 1C gemäß der vierten Ausführungsform.
• Die Halbleitereinrichtung 1C enthält den Steuersignal-Eingangsanschluss 11, den IGBT 4, die Verzögerungseinheit 2, die logische Produkteinheit 3 und eine zweite Verzögerungseinheit 8.
• Der IGBT 4 weist den ersten Gate-Anschluss 41, den zweiten Gate-Anschluss 42, den Kollektor-Anschluss 43 und den Emitter-Anschluss 44 auf. Die Funktion des IGBTs 4 wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 beschrieben.
• Die Verzögerungseinheit 2 weist den Eingangsanschluss 21 und den Ausgangsanschluss 22 auf. Die Verzögerungseinheit 2 ist eine erste Verzögerungseinheit mit einer Funktion, ein in den Eingangsanschluss 21 eingespeistes Signal um eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern und dann das Signal von dem Ausgangsanschluss 22 auszugeben, und die Verzögerungszeit ist L1.
• Die logische Produkteinheit 3 weist den ersten Eingangsanschluss 31, den zweiten Eingangsanschluss 32 und den Ausgangsanschluss 33 auf. Die logische Produkteinheit 3 weist eine Funktion, ein logisches Produkt der in den ersten Eingangsanschluss 31 und den zweiten Eingangsanschluss 32 eingespeisten Signale zu berechnen und das logische Produkt von dem Ausgangsanschluss 33 auszugeben, auf.
• Die zweite Verzögerungseinheit 8 weist einen Eingangsanschluss 81 und einen Ausgangsanschluss 82 auf. Die zweite Verzögerungseinheit 8 weist die Funktion, ein in den Eingangsanschluss 81 eingespeistes Signal um eine zweite vorgegebene Zeit zu verzögern und dann das Signal von dem Ausgangsanschluss 82 auszugeben, auf und die Verzögerungszeit beträgt L2.
• Der Steuersignal-Eingangsanschluss 11 ist mit dem Eingangsanschluss 21 der Verzögerungseinheit 2 und dem zweiten Eingangsanschluss 32 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 ist mit dem Eingangsanschluss 81 der zweiten Verzögerungseinheit 8 und dem ersten Gate-Anschluss 41 des IGBTs 4 verbunden. Der Ausgangsanschluss 82 der zweiten Verzögerungseinheit 8 ist mit dem ersten Eingangsanschluss 31 der logischen Produkteinheit 3 verbunden. Der Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ist mit dem zweiten Gate-Anschluss 42 des IGBTs 4 verbunden. Das heißt, die zweite Verzögerungseinheit 8 ist zwischen den Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 und den ersten Eingangsanschluss 31 der logischen Produkteinheit 3 eingefügt.
• Das Signal A ist ein Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird. Das Signal B ist ein Signal, das durch die Verzögerungseinheit 2 ausgegeben wird und es wird gegenüber dem Signal A um eine erste vorgegebene Zeit verzögert. Ein Signal J ist ein Signal, das durch die zweite Verzögerungseinheit 8 ausgegeben wird und es wird gegenüber dem Signal B um die zweite vorgegebene Zeit verzögert. Ein Signal K ist ein Signal, das durch die logische Produkteinheit 3 ausgegeben wird und stellt ein logisches Produkt aus dem Signal A und dem Signal J dar.
• 17 zeigt ein Beispiel für einen Kurvenverlauf eines in die Halbleitereinrichtung 1C eingespeisten Steuersignals, Kurvenverläufe von Signalen innerhalb der Halbleitereinrichtung 1C und einen Zustand.
• Das Signal A ist ein Puls-Signal, das in den Steuersignal-Eingangsanschluss 11 eingespeist wird und EIN und AUS wiederholt. Wie in 17 gezeigt, ist ein Zeitraum vom Anstieg eines beliebigen Ein-Pulses des Signals A bis zum Anstieg des nächsten Ein-Pulses als Zyklus T definiert. Ein Verhältnis der Ein-Puls-Weite im Zyklus T ist als Ein-Zeit-Verhältnis D definiert. Das heißt, das Ein-Zeit-Verhältnis D kann einen Wert in einem Bereich von 0 bis 1 annehmen und die Ein-Puls-Weite wird durch DT repräsentiert und die Aus-Puls-Weite wird durch (1 - D)T repräsentiert. Der Betrieb gilt für das Verhältnis, dass die Ein-Puls-Weite DT gleich oder größer als die Verzögerungszeit L1 ist und die Aus-Puls-Weite (1 - D)T größer als die in 17 gezeigte Verzögerungszeit L1 ist. Wenn diese Bedingung für D ausgestaltet ist, wird sie durch die folgende Formel 9 repräsentiert.
  [Formel 9] $$\raisebox{1ex}{${\text{L}}_1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.\le \text{D}<1-\raisebox{1ex}{${\text{L}}_1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• In Formel 9 ist
• D: Ein-Zeit-Verhältnis
• L1: Verzögerungszeit der ersten Verzögerungseinheit
• T: Zyklus
• Das Signal B ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 22 der Verzögerungseinheit 2 ausgegeben wird. Das Signal B durchläuft die Verzögerungseinheit 2, so dass das Signal B gegenüber dem Signal A um die Verzögerungszeit L1verzögert wird.
• Das Signal J ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 82 der zweiten Verzögerungseinheit 8 ausgegeben wird. Das Signal J durchläuft die zweite Verzögerungseinheit 8, so dass das Signal J gegenüber dem Signal B um die Verzögerungszeit L2 verzögert wird.
• Das Signal K ist ein Signal, das von dem Ausgangsanschluss 33 der logischen Produkteinheit 3 ausgegeben wird. Aus einer in 17 dargestellten Verbindungsbeziehung ist das Signal K das logische Produkt aus dem Signal A und dem Signal J. Das Signal B wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist und das Signal K wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist.
• Ein Zustand Z repräsentiert die EIN- und AUS-Zustände des IGBTs 4. Da sich der IGBT 4, wenn ein EIN-Signal in einen beliebigen der Gate-Anschlüsse eingespeist wird, im EIN-Zustand befindet, ist der Zustand Z die logische Summe aus dem Signal B und dem Signal K.
• Der Betrieb eines Zyklus' des IGBTs 4 wird in einer chronologischen Reihenfolge basierend auf einer Beziehung zwischen den Signalen A, B, J und K und dem Zustand Z in 17 beschrieben.
• Unmittelbar vor einem Zeitpunkt t70 befinden sich die Signale B und K beide auf dem AUS-Pegel und AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist. Daher befindet sich der IGBT 4 im AUS-Zustand.
• Zum Zeitpunkt t70 steigt das Signal A an. Die Signale B und K behalten den AUS-Pegel bei und die AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 den AUS-Zustand beibehält.
• Wenn die Zeit L1 ab dem Zeitpunkt t70 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t71 erreicht. Zum Zeitpunkt t71 wird das Signal B zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird. Wenn der IGBT 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird, werden die Ladungen von nur einem isolierten Gate injiziert, so dass die Menge begrenzt ist und die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms klein wird. Daher kann das vom IGBT 4 erzeugte elektromagnetische Rauschen verringert werden.
• Wenn die Zeit L2 ab dem Zeitpunkt t71 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t72 erreicht. Zu diesem Zeitpunkt t72 wird das Signal K zum EIN-Pegel und das EIN-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion schaltet. Wenn die Zeit L2 nach dem Einschalten des IGBTs 4 zum Zeitpunkt t71 verstreicht, erreicht der Strom einen stationären Zustand und seine Änderungsgeschwindigkeit wird aus der Sicht des elektromagnetischen Rauschens vernachlässigbar klein. Daher nimmt, wenn der IGBT 4 zum Zeitpunkt t72 in die Betriebsart mit hoher Injektion geschaltet wird, das elektromagnetische Rauschen nicht zu. Wenn der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion geschaltet wird, wird der Leitfähigkeitsverlust verringert.
• Wenn die Zeit DT ab dem Zeitpunkt t70 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t73 erreicht. Zum Zeitpunkt t73 wird das Signal K zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion schaltet.
• Wenn die Zeit L1 ab dem Zeitpunkt t73 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t74 erreicht. Zum Zeitpunkt t74 wird das Signal B zum AUS-Pegel und das AUS-Signal wird in den ersten Gate-Anschluss 41 eingespeist, so dass der IGBT 4 ausgeschaltet wird.
• Wenn die Zeit L2 ab dem Zeitpunkt t74 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t75 erreicht. Zum Zeitpunkt t75 fällt das Signal J ab. Die Signale B und K behalten den AUS-Pegel bei und die AUS-Signale werden in den ersten Gate-Anschluss 41 und den zweiten Gate-Anschluss 42 eingespeist, so dass der IGBT 4 den AUS-Zustand fortsetzt.
• Wenn die Zeit (1 - D)T ab dem Zeitpunkt t73 verstreicht, wird ein Zeitpunkt t76 erreicht. Der Zeitpunkt t76 ist auch ein Zeitpunkt, zu dem die Zeit T ab dem Zeitpunkt t70 verstreicht. Zum Zeitpunkt t76 steigt das Signal A wieder an und wechselt zum nächsten Zyklus.
• Gemäß dem oben beschriebenen Betrieb wird der IGBT 4 zum Zeitpunkt t71 die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet und behält die Betriebsart mit geringer Injektion über einen Zeitraum vom Zeitpunkt t71 bis zum Zeitpunkt t72 bei. Eine Länge dieses Zeitraums ist gleich L2. Danach, zum Zeitpunkt t72, schaltet der IGBT 4 in die Betriebsart mit hoher Injektion. Deshalb kann der IGBT 4, wenn das durch das Signal A in 17 dargestellte Steuersignal in die Halbleitereinrichtung 1C eingespeist wird, einen Anstieg bei dem von dem IGBT 4 erzeugten elektromagnetischen Rauschen verringern.
• Die vorliegende Ausführungsform hat dieselbe Wirkung wie die erste Ausführungsform der Erfindung unter anderen als den in 17 gezeigten Bedingungen, das heißt der Bedingung der folgenden Formel 10 für das Ein-Zeit-Verhältnis D.
  [Formel 10] $$\text{D}\ge 1-\raisebox{1ex}{${\text{L}}_1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• Weiterhin hat die vorliegende Ausführungsform unter der Bedingung der folgenden Formel 11 die gleiche Wirkung wie die erste Ausführungsform der Erfindung, aber da der Aspekt bereits bei der ersten Ausführungsform beschrieben wurde, wird eine ausführliche Beschreibung ausgespart.
  [Formel 11] $$\text{D}<\raisebox{1ex}{${\text{L}}_1$}\!\left/ \!\raisebox{-1ex}{$\text{T}$}\right.$$

  
• Durch Vergleichen der ersten Ausführungsform mit der vierten Ausführungsform der Erfindung ist ersichtlich, dass eine schaltungstechnische Eigenschaft der vierten Ausführungsform darin besteht, dass die zweite Verzögerungseinheit 8 unmittelbar vor dem in der logischen Produkteinheit 3 enthaltenen ersten Eingangsanschluss 31 eingefügt ist. Daher ist die Wirkung der Verringerung des bei der vierten Ausführungsform der Erfindung erzielten elektromagnetischen Rauschens nicht auf die in 12 gezeigte Konfiguration beschränkt, und durch Einfügen der zweiten Verzögerungseinheit unmittelbar vor dem in der logischen Produkteinheit enthaltenen ersten Eingangsanschluss ist es möglich, auf die ersten bis dritten Ausführungsformen der Erfindung zu erweitern.
• Die Größen der Verzögerungszeit L gemäß der ersten bis dritten Ausführungsform der Erfindung und der Verzögerungszeit L1 gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform sind gleich der Zeit, während der der IGBT 4, unmittelbar bevor der IGBT 4 ausgeschaltet wird, in der Betriebsart mit geringer Injektion gehalten wird. Wenn die Verzögerungszeit L oder L1 kurz ist, ist die Zeit, während der der IGBT 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion gehalten wird, kurz, so dass die akkumulierte Ladungsmenge nicht ausreichend verringert werden kann und die Wirkung der Verringerung des Ausschaltverlustes wird verringert. Wenn andererseits die Verzögerungszeit L lang ist, ist die Wirkung der Verringerung des Ausschaltverlustes groß, aber der Leitfähigkeitsverlust wird groß. Daher hat die Verzögerungszeit L oder L1 einen geeigneten Wert, der eine Summe des Ausschaltverlustes und des Leitfähigkeitsverlustes minimiert.
• Gemäß der Studie des Erfinders ist der geeignete Wert abhängig von der und einer Nennspannung des IGBTs 4 unterschiedlich, aber die Verzögerungszeit L oder L1 liegt vorzugsweise in einem Bereich von etwa 3 µs bis 60 µs.
• Wie oben beschrieben, wird gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung die Weite M des durch die Einzelpuls-Erzeugungseinheit erzeugten Pulses in einem durch die Formel 8 dargestellten Bereich. Gemäß der Studie des Erfinders kann die Aus-Puls-Weite (1 - D)T abhängig von den Spezifikationen der Leistungswandlungseinrichtung, die die Halbleitereinrichtung verwendet, verschiedene Werte annehmen, aber mindestens etwa 1 µs ist gewährleistet. Daher wird unter Berücksichtigung des obigen Bereichs für den geeigneten Wert der Verzögerungszeit L die Weite M des durch die Einzelpuls-Erzeugungseinheit ausgegebenen Pulses auf einen beliebigen Wert im Bereich von etwa 3 µs bis 60 µs eingestellt.
• Wie oben beschrieben, entspricht gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung eine Größe der Verzögerungszeit L2 der Zeit, für die der IGBT 4, nachdem der IGBT 4 in die Betriebsart mit geringer Injektion eingeschaltet wird, in der Betriebsart mit geringer Injektion gehalten wird. Wenn die Verzögerungszeit L2 kurz ist, ist die Zeit, um den IGBT 4 in der Betriebsart mit geringer Injektion zu halten, kurz, so dass die Betriebsart in die Betriebsart mit hoher Injektion geschaltet wird, bevor die Änderungsgeschwindigkeit des Stroms des IGBTs 4 ausreichend klein wird, und die Wirkung der Verringerung des elektromagnetischen Rauschens wird verringert. Wenn andererseits die Verzögerungszeit L2 lang ist, erhöht sich der Leitfähigkeitsverlust, obwohl die Wirkung des Verringerns des elektromagnetischen Rauschens gesättigt ist. Daher besitzt die Verzögerungszeit L2 einen geeigneten Wert, der sowohl eine Verringerung des elektromagnetischen Rauschens als auch eine Verringerung des Leitfähigkeitsverlusts erreicht.
• Gemäß der Studie des Erfinders ist der geeignete Wert abhängig von der Struktur und der Nennspannung des IGBTs 4 unterschiedlich, aber die Verzögerungszeit L2 ist vorzugsweise irgendeine in einem Bereich von etwa 0,3 µs bis 3 µs.
• (Modifiziertes Beispiel)
• Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und enthält verschiedene modifizierte Beispiel. Zum Beispiel wurden die oben beschriebenen Ausführungsformen zum einfachen Verständnis der Erfindung ausführlich beschrieben, und die Erfindung ist nicht notwendigerweise auf diejenigen beschränkt, die alle oben beschriebenen Konfigurationen enthalten. Ein Teil der Konfiguration einer Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und der Konfiguration einer Ausführungsform kann auch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Andere Konfigurationen können einem Teil einer Konfiguration einer jeden Ausführungsform hinzugefügt, von diesem entfernt oder durch diesen ersetzt werden.
• Ein Teil oder die Gesamtheit der obigen Konfigurationen, Funktionen, Verarbeitungseinheiten, Verarbeitungsverfahren und dergleichen kann/können durch Hardware wie beispielsweise eine integrierte Schaltung implementiert werden. Die obigen Konfigurationen, Funktionen und dergleichen können durch Software durch einen Prozessor implementiert werden, der ein Programm interpretiert und ausführt, das jede Funktion implementiert. Informationen wie beispielsweise Programme, Tabellen und Dateien, die jede Funktion implementieren, können auf einer Aufzeichnungseinrichtung wie beispielsweise einem Speicher, einer Festplatte oder einem Solid-State-Laufwerk (SSD) oder auf einem Aufzeichnungsmedium wie einer Flash-Speicherkarte oder einer Digital Versatile Disk (DVD) gespeichert werden.
• Bei den Ausführungsformen zeigen Steuerleitungen und Informationsleitungen diejenigen, die für die Beschreibung als notwendig erachtet werden, und sie zeigen nicht unbedingt all die Steuerleitungen und Informationsleitungen bei einem Produkt. Tatsächlich kann man davon ausgehen, dass fast alle Komponenten miteinander verbunden sind.
• Ein modifiziertes Beispiel der Erfindung enthält zum Beispiel die folgenden (a) bis (c).
1. (a) Das Schaltelement der Halbleitereinrichtung der Erfindung ist nicht auf den IGBT beschränkt und kann zum Beispiel ein Gate-Turn-Off-Thyristor, ein Integrated-Gate-Commutated-Turn-Off-Thyristor (IGCT) oder ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein.
2. (b) Eine Steuerverfahren der zweiten oben beschriebenen Ausführungsform kann auf die Halbleitereinrichtung der dritten Ausführungsform oder die Halbleitereinrichtung der vierten Ausführungsform angewandt werden.
3. (c) Das in den Steuersignal-Eingangsanschluss eingespeiste Pulssignal ist nicht auf ein PWM-Signal beschränkt und es kann ein Pulsmodulationssignal beliebiger Art sein.
• Bezugszeichenliste

1, 1A, 1B, 1C:

Halbleitereinrichtung

11:

Steuersignal-Eingangsanschluss

2:

Verzögerungseinheit (erste Verzögerungseinheit)

21:

Eingangsanschluss

22:

Ausgangsanschluss

3:

logische Produkteinheit

31:

erster Eingangsanschluss

32:

zweiter Eingangsanschluss

33:

Ausgangsanschluss

4:

IGBT

41:

erster Gate-Anschluss (erster Steueranschluss)

411:

erstes Gate

42:

zweiter Gate-Anschluss (zweiter Steueranschluss)

421:

zweites Gate

43:

Kollektor-Anschluss

431:

Kollektor

44:

Emitter-Anschluss

441:

Emitter

45:

P-Schicht

451:

N⁺-Schicht

46:

N^--Substrat

47:

P-Schicht

48:

Träger

49:

Gateoxidschicht

5:

Verzögerungseinheit

51:

Eingangsanschluss

52:

Ausgangsanschluss

6:

Einzelpuls-Erzeugungseinheit

61:

Eingangsanschluss

62:

Ausgangsanschluss

7:

logische Negativeinheit

71:

Eingangsanschluss

72:

Ausgangsanschluss

8:

zweite Verzögerungseinheit

81:

Eingangsanschluss

82:

Ausgangsanschluss

9:

PWM-Ausgabeeinheit

A, B, C, D, E, F, G, H, J, K:

Signal

Z:

Zustand

• 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 Patentliteratur
• JP 2000101076 A [0004]

Claims (8)

1. Halbleitereinrichtung, die aufweist: einen Steuersignal-Eingangsanschluss; ein Schaltelement, das einen ersten Steueranschluss und einen zweiten Steueranschluss aufweist; eine erste Verzögerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal um eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern; und eine logische Produkteinheit, die dazu ausgebildet ist, ein logisches Produkt eines ersten Eingangsanschlusses und eines zweiten Eingangsanschlusses zu berechnen, wobei der Steuersignal-Eingangsanschluss mit einem Eingangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit und dem zweiten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit verbunden ist, ein Ausgangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit mit dem ersten Steueranschluss des Schaltelements und dem ersten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit verbunden ist, und ein Ausgangsanschluss der logischen Produkteinheit mit dem zweiten Steueranschluss des Schaltelements verbunden ist.
2. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste vorgegebene Zeit eine von 3 µs bis 60 µs ist.
3. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, das weiterhin aufweist: eine Einzelpuls-Erzeugungseinheit vom Triggertyp mit fallender Flanke; und eine logische Negativeinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu invertieren und die das Signal ausgibt, wobei die Einzelpuls-Erzeugungseinheit und die logische Negativeinheit in Reihe geschaltet und zwischen den Steuersignal-Eingangsanschluss und den zweiten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit eingefügt sind.
4. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Weite eines von der Einzelpuls-Erzeugungseinheit erzeugten Pulses eine von 3 µs bis 60 µs ist.
5. Halbleitereinrichtung gemäß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin aufweist: eine zweite Verzögerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal um eine zweite vorgegebene Zeit zu verzögern; wobei die zweite Verzögerungseinheit zwischen den Ausgangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit und den ersten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit eingefügt ist.
6. Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die zweite vorgegebene Zeit eine von 0,3 µs bis 3 µs ist.
7. Verfahren zum Steuern einer Halbleitereinrichtung, wobei das Verfahren aufweist: Ausgeben eines Signals, bei dem es sich um einen Puls mit einem vorgegebenen Zyklus handelt und dessen Aus-Dauer länger als die durch die erste Verzögerungseinheit gegenüber dem Steuersignal-Eingangsanschluss der Halbleitereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 verzögerte erste vorgegebene Zeit ist.
8. Steuerschaltung für eine Halbleitereinrichtung, die aufweist: einen Steuersignal-Eingangsanschluss; eine erste Verzögerungseinheit, die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal um eine erste vorgegebene Zeit zu verzögern; und eine logische Produkteinheit, die dazu ausgebildet ist, ein logisches Produkt eines ersten Eingangsanschlusses und eines zweiten Eingangsanschlusses zu berechnen, wobei der Steuersignal-Eingangsanschluss mit einem Eingangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit und dem zweiten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit verbunden ist, ein Ausgangsanschluss der ersten Verzögerungseinheit mit einem ersten Steueranschluss eines Schaltelements, das den ersten Steueranschluss und einen zweiten Steueranschluss aufweist, und dem ersten Eingangsanschluss der logischen Produkteinheit verbunden ist, und ein Ausgangsanschluss der logischen Produkteinheit mit dem zweiten Steueranschluss des Schaltelements verbunden ist.

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