DE112019003400T5

DE112019003400T5 - Gatter-treibervorrichtung und schaltvorrichtung

Info

Publication number: DE112019003400T5
Application number: DE112019003400.6T
Authority: DE
Inventors: Tsuyoshi Nagano; Kunio Matsubara
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2019-01-10
Filing date: 2019-11-25
Publication date: 2021-03-25
Also published as: JP7040644B2; US20210152171A1; JPWO2020144951A1; WO2020144951A1; CN112534694A; US11196336B2

Abstract

Wenn die Änderungsgeschwindigkeit einer Gatterspannung verringert wird, vergrößert sich der Ausschaltverlust. Eine Gatter-Treibervorrichtung umfasst eine Gatter-Treibereinheit, die eingerichtet ist, ein Gatter eines Schaltvorrichtung anzusteuern, eine Spitzenwert-Detektionseinheit, die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine zwischen den Hauptanschlussklemmen der Schalteinrichtung angelegte Spannung während einer Ausschaltperiode der Schalteinrichtung einen Spitzenwert erreicht, und eine Treiberzustands-Änderungseinheit, die eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Detektion, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht, eine Änderungsgeschwindigkeit einer durch die Gatter-Treibereinheit verursachten Gatterspannung der Schalteinrichtung zu erhöhen.

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gatter-Treibervorrichtung und eine Schaltvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
Üblicherweise hat eine Gatter-Treibervorrichtung zum Ansteuern eines Gatters einer Schaltvorrichtung eine reduzierte Änderungsgeschwindigkeit einer Gatterspannung, um die Stoßspannung zum Zeitpunkt des Ausschaltens zu reduzieren (siehe z. B.
Patentdokumente 1 bis 3).

Patentdokument 1: Japanisches Patent Nr. 6290118
Patentdokument 2: Japanisches Patent Nr. 6266478
Patentdokument 3: Japanisches Patent Nr. 4935266

ZU LÖSENDE AUFGABEN
Wenn die Änderungsgeschwindigkeit einer Gatterspannung reduziert wird, vergrößert sich der Ausschaltverlust.
ALLGEMEINE OFFENBARUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Gatter-Treibervorrichtung bereitgestellt. Die Gatter-Treibervorrichtung kann eine Gatter-Treibereinheit aufweisen, die eingerichtet ist, ein Gatter eines Schaltvorrichtung anzusteuern. Die Gatter-Treibervorrichtung kann eine Spitzenwert-Detektionseinheit aufweisen, die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine zwischen den Hauptanschlussklemmen der Schalteinrichtung angelegte Spannung während einer Ausschaltperiode der Schalteinrichtung einen Spitzenwert erreicht. Die Gatter-Treibervorrichtung kann eine Treiberzustands-Änderungseinheit aufweisen, die eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Detektion, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht, eine Änderungsgeschwindigkeit einer durch die Gatter-Treibereinheit verursachten Gatterspannung der Schalteinrichtung zu erhöhen.
Die Spitzenwert-Detektionseinheit kann eine Spannungsdetektionsschaltung aufweisen, die eingerichtet ist, die Spannung an den Hauptanschlussklemmen zu detektieren. Die Spitzenwert-Detektionseinheit kann einen Komparator aufweisen, der eingerichtet ist, einen der Spannung an den Hauptanschlussklemmen entsprechenden Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen. Die Spitzenwert-Detektionseinheit kann eine Detektionseinheit aufweisen, die eingerichtet ist, auf Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs vom Komparator zu detektieren, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht.
Die Spitzenwert-Detektionseinheit kann ferner eine Differenzial-Prozessoreinheit aufweisen, die eingerichtet ist, als den Parameter einen Wert zu detektieren, der einer Änderungsrate der Spannung an den Hauptanschlussklemmen entspricht. Der Komparator kann eingerichtet sein, den Parameter mit dem Referenzwert zu vergleichen, der angibt, dass die Änderungsrate eine Referenzänderungsrate ist, die gleich oder kleiner als Null ist.
Die Spitzendetektionseinheit kann ferner einen Tiefpassfilter an einem Vorderteil oder einem Rückenteil der Differenzial-Prozessoreinheit aufweisen.
Der Komparator kann eingerichtet sein, den Parameter mit dem Referenzwert zu vergleichen, der angibt, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht.
Die Treiberzustands-Änderungseinheit kann eingerichtet sein, einen Widerstandswert eines mit dem Gatter verbundenen Gatterwiderstands zu verringern, falls detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert annimmt im Gegensatz zu einem Fall, in dem nicht detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemme einen Spitzenwert annimmt.
Die Treiberzustands-Änderungseinheit kann eingerichtet sein, den Widerstandswert des mit dem Gatter verbundenen Gatterwiderstands ab einem Moment zu verringern, in dem detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert annimmt, mindestens bis ein Strom zwischen den Hauptanschlussklemmen der Schalteinrichtung abgeschaltet wird oder bis sich die Spannung an den Hauptanschlussklemmen in eine zwischen den Hauptanschlussklemmen angelegte Gleichspannung wandelt.
Die Treiberzustands-Änderungseinheit kann eingerichtet sein, einen Gatterstrom der Schalteinrichtung zu erhöhen, falls nicht detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert annimmt im Gegensatz zu einem Fall, in dem detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemme einen Spitzenwert annimmt.
Die Gatter-Treibervorrichtung kann einen Temperatursensor aufweisen, der eingerichtet ist, eine Temperatur der Schaltvorrichtung zu messen. Die Gatter-Treibervorrichtung kann eine Freigabeeinheit aufweisen, die eingerichtet ist, die Spitzenwert-Detektionseinheit und die Treiberzustands-Änderungseinheit in Reaktion darauf freizugeben, dass die Temperatur höher als eine Referenztemperatur ist.
Gemäß ersten zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Schaltvorrichtung bereitgestellt. Die Schaltvorrichtung kann eine Gatter-Treibervorrichtung gemäß dem ersten Aspekt aufweisen. Die Schaltvorrichtung kann eine Schalteinrichtung aufweisen, deren Gatter durch die Gatter-Treibervorrichtung angesteuert wird. Die Schalteinrichtung kann ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke sein.
Die Zusammenfassung beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann auch eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
Figurenliste

1 zeigt eine Schaltvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
2 zeigt einen Betrieb der Schaltvorrichtung 100.
3 zeigt Betriebswellenformen einer Hauptschalteinrichtung 2 beim Ausschalten.
4 zeigt eine Schaltvorrichtung 100A gemäß einem abgewandelten Beispiel.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, wobei die folgenden Ausführungsbeispiele nicht einschränken für die beanspruchte Erfindung zu verstehen sind. Auch sind alle Kombinationen von Merkmalen, die in den Ausführungsbeispielen beschrieben werden, nicht notwendigerweise notwendig für die Lösungen der erfindungsgemäßen Aufgabe. Gemeinsame Aufbauten werden in allen Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen und auf wiederholte Beschreibungen wird verzichtet.
Aufbau der Schaltvorrichtung 100
1 zeigt eine Schaltvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. In der Zeichnung gibt ein gerahmter Pfeil eine Spannung an.
Die Schaltvorrichtung 100 zeigt eine Phase eines Stromrichters, der beispielsweise zum Antreiben eines Motors oder zur Einspeisung verwendet wird, und ist eingerichtet, von einer Stromversorgungs-Ausgangsklemme 105 eine konvertierte Spannung auszugeben, durch Schalten einer Verbindung zwischen einer positiven Stromversorgungsleitung 101 und einer negativen Stromversorgungsleitung 102 und der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 105.
Eine Gleichspannung Ed von 600 bis 800 V kann hier beispielsweise zwischen der positiven Stromversorgungsleitung 101 und der negativen Stromversorgungsleitung 102 angelegt sein und die negative Stromversorgungsleitung 102 ist mit einem Referenzpotenzial (beispielsweise einem Erde-Potenzial) der gesamten Schaltvorrichtung 100 verbunden. Die Stromversorgungs-Ausgangsklemme 105 kann eine mit ihr verbundene induktive Last 106 aufweisen. Die Schaltvorrichtung 100 weist eine Hauptschalteinrichtung 1 der positiven Seite, eine Hauptschalteinrichtung 2 der negativen Seite, antiparallel mit den Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 verbundene Freilaufdioden 3 und 4, eine Gatter-Treibervorrichtung 5 der positiven Seite und eine Gatter-Treibervorrichtung 6 der negativen Seite auf.
Hauptschalteinrichtungen 1 und 2
Die Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 sind jeweils ein Beispiel einer Schalteinrichtung und sind eingerichtet, eine Drain-Anschlussklemme und eine Source-Anschlussklemme elektrisch zu verbinden oder zu trennen. Zum Beispiel sind die Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 eingerichtet, mittels der unten beschriebenen Gatter-Treibervorrichtungen 5 und 6 zwischen einem EIN-Zustand (auch als verbunden bezeichnet) und einem AUS-Zustand (auch als getrennt bezeichnet) zu schalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 beispielsweise nacheinander in Reihe zwischen der Stromversorgungsleitung 102 der negativen Seite und der Stromversorgungsleitung 101 der positiven Seite angeschlossen und bilden einen oberen Arm und einen unteren Arm des Stromrichters. Ein Mittelpunkt zwischen den Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 weist die damit verbundene Stromversorgungs-Ausgangsklemme 105 auf.
Jede der Schalteinrichtungen 1 und 2 ist ein Silizium-Halbleiterelement auf Basis von Silizium. Alternativ kann zumindest eine der Schalteinrichtungen 1 und 2 ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke sein. Das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke ist ein Halbleiterelement, bei dem die Bandlücke größer als die eines Silizium-Halbleiterelements ist, und ist zum Beispiel ein Halbleiterelement, das SiC, GaN, Diamant, ein Galliumnitrid-basiertes Material, ein Galliumoxid-basiertes Material, AIN, AlGaN, ZnO oder dergleichen umfasst. Das Halbleiterelement mit breiter Bandlücke ermöglicht es, die Schaltgeschwindigkeit im Vergleich mit dem Silizium-Halbleiterelement zu verbessern. Im vorliegenden Beispiel sind die Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 jeweils ein MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und können eine parasitäre Diode (nicht dargestellt) aufweisen, deren Seite, die der Stromversorgungsleitung 101 der positiven Seite gegenüberliegt, eine Kathode ist.
Freilaufdioden 3 und 4
Die Freilaufdioden 3 und 4 sind antiparallel mit den Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 verbunden. Die Freilaufdioden 3 und 4 können jeweils eine Schottky-Diode oder eine parasitäre Diode eines MOSFET sein. Die Freilaufdioden 3 und 4 können jeweils ein Silizium-Halbleiterelement oder ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke sein.
Gatter-Treibervorrichtungen 5 und 6
Die Gatter-Treibervorrichtungen 5 und 6 sind eingerichtet, die Gatter der jeweiligen Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 anzusteuern, auf Grundlage eines Eingangssignals, das von außen eingegeben wird. Das Eingangssignal kann die Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 in PWM-Steuerung ansteuern, wodurch ein Wechselstrom mit einer im Wesentlichen sinusförmigen Welle von der Stromversorgungs-Ausgangsklemme 105 ausgegeben wird. Das Eingangssignal kann einzeln in die Hauptschalteinrichtung 1 und die Hauptschalteinrichtung 2 eingegeben werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird beispielsweise in einem Fall, in dem das Eingangssignal hoch ist (EIN-Befehlssignal), die Hauptschalteinrichtung 2 angewiesen, sich in einem EIN-Zustand zu befinden, und in einem Fall, in dem das Eingangssignal niedrig ist (AUS-Befehlssignal), wird die Hauptschalteinrichtung 2 angewiesen, sich in einem AUS-Zustand zu befinden.
Die Gatter-Treibervorrichtung 5 der positiven Seite ist eingerichtet, das Gatter der Hauptschalteinrichtung 1 anzusteuern, und die Gatter-Treibervorrichtung 6 ist eingerichtet, das Gatter der Hauptschalteinrichtung 2 anzusteuern. Die Gatter-Treibervorrichtungen 5 und 6 sind ähnlich aufgebaut. Daher wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Gatter-Treibervorrichtung 6 der negativen Seite beschrieben und auf Beschreibungen der Gatter-Treibervorrichtung 5 der positiven Seite wird verzichtet.
Die Gatter-Treibervorrichtung 6 umfasst eine Spitzenwert-Detektionseinheit 61, eine Gatter-Treibereinheit 62, eine Treiberzustands-Änderungseinheit 63, einen Temperatursensor 64 und eine Freigabeeinheit 65. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird jede Einheit der Gatter-Treibervorrichtung 6 beispielhaft als analoge Schaltung beschrieben. Es ist zu beachten, dass die Gatter-Treibervorrichtung 6 nicht notwendigerweise den Temperatursensor 64 und die Freigabeeinheit 65 aufweisen muss.
Spitzenwert-Detektionseinheit 61
Die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 ist eingerichtet, zu detektieren, dass eine zwischen den Hauptanschlussklemmen der Hauptschalteinrichtung 2 angelegte Spannung während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 einen Spitzenwert erreicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 beispielsweise eingerichtet, zu detektieren, dass eine Spannung Vds zwischen der Drain-Anschlussklemme und der Source-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 einen Spitzenwert annimmt. Wenn die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 detektiert, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, wird ein Flaggensignal zum Ändern des Gatter-Treiberzustands für die Hauptschalteinrichtung 2 an die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 bereitgestellt. Die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 umfasst eine Spannungsdetektionsschaltung 610, einen Tiefpassfilter 615, eine Differenzial-Prozessoreinheit 616, einen Komparator 617 und eine Detektionseinheit 618.
Spannungsdetektionsschaltung 610
Die Spannungsdetektionsschaltung 610 ist eingerichtet, die Spannung Vds zu detektieren. Beispielsweise weist die Spannungsdetektionsschaltung 610 Widerstände 611 und 612 auf, um die Spannung Vds zu teilen. Der Mittelpunkt der Widerstände 611 und 612 ist mit dem Tiefpassfilter 615 verbunden und gibt die detektierte Spannung an den Tiefpassfilter 615 aus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die detektierte Spannung eine positive Spannung, wenn das Potential seitens der Drain-Anschlussklemme höher als das seitens der Source-Anschlussklemme ist.
Tiefpassfilter 615
Der Tiefpassfilter 615 ist eingerichtet, eine Filterung durchzuführen, um aus dem von der Spannungsdetektionsschaltung 610 erfassten Spannungssignal Frequenzkomponenten zu entfernen, die größer als eine voreingestellte Grenzfrequenz sind. Die Grenzfrequenz kann größer als die Schaltfrequenz der Hauptschalteinrichtungen 1 und 2 sein. Der Tiefpassfilter 615 ist eingerichtet, das gefilterte Spannungssignal an die Differenzial-Prozessoreinheit 616 bereitzustellen.
Differenzial-Prozessoreinheit 616
Die Differenzial-Prozessoreinheit 616 ist eingerichtet, einen Wert entsprechend einer Änderungsrate der Spannung V_ds als einen Parameter zu detektieren. Die Differenzial-Prozessoreinheit 616 kann eine Differenzschaltung sein und kann beispielsweise eine passive Differenzschaltung (auch als RC-Schaltkreis bezeichnet) sein, die einen Widerstand und einen Kondensator aufweist, oder kann eine aktiver Differenzschaltung mit einem Operationsverstärker, einem Widerstand und einem Kondensator sein. Die Differenzial-Prozessoreinheit 616 ist eingerichtet, den detektierten Parameter an den Komparator 617 bereitzustellen.
Komparator 617
Der Komparator 617 ist eingerichtet, den durch die Differenzial-Prozessoreinheit 616 detektierten Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen, und ein Vergleichssignal, der das Vergleichsergebnis angibt, an die Detektionseinheit 618 bereitzustellen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel empfängt beispielsweise eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 617 eine Spannung, die den durch die Differenzial-Prozessoreinheit 616 detektierten Parameter angibt, und eine invertierende Eingangsklemme empfängt eine Spannung, die den Referenzwert angibt. Der Referenzwert kann ein Wert sein, der angibt, dass die Änderungsrate der Spannung Vds eine Referenzänderungsrate ist (im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise Null). Wenn die Referenzänderungsrate Null ist, wird durch das Vergleichssignal angegeben, dass die positiv-negativ-Polarität des Parameters invertiert ist, das heißt, dass die Spannung Vds einen maximalen Spitzenwert oder einen minimalen Spitzenwert annimmt.
Detektionseinheit 618
Die Detektionseinheit 618 ist eingerichtet, auf Grundlage des Ergebnisses des Vergleichs vom Komparator 617 zu detektieren, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert erreicht. Die Detektionseinheit 618 kann beispielsweise als Reaktion auf einen Anstieg oder einen Abfall des Vergleichssignals detektieren, dass die Spannung Vds einem Spitzenwert annimmt. Die Detektionseinheit 618 ist eingerichtet, der Treiberzustands-Änderungseinheit 63 ein Signal (auch als Flaggensignal bezeichnet) zuzuführen, das als Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung Vds einem Spitzenwert annimmt, einen hohen Pegel annimmt.
Gatter-Treibereinheit 62
Die Gatter-Treibereinheit 62 ist eingerichtet, das Gatter der Hauptschalteinrichtung 2 auf Basis eines in einem Eingangssignal von außen enthaltenen Einschaltsignals und Ausschaltsignals anzusteuern. Die Gatter-Treibereinheit 62 weist eine erste Schalteinrichtung 621, eine zweite Schalteinrichtung 622 und eine Stromquelle 623 auf.
Die erste Schalteinrichtung 621 und die zweite Schalteinrichtung 622 sind in Reihe geschaltet. Die erste Schalteinrichtung 621 und die zweite Schalteinrichtung 622 sind eingerichtet, Gatter-Steuersignale (AN-Befehlssignal/AUS-Befehlssignal) für EIN-/AUS-Anweisungen an eine Gatter-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 bereitzustellen.
Beispielsweise ist die erste Schalteinrichtung 621 zwischen einem ersten Potenzial (beispielsweise 20 V), das größer als das Referenzpotenzial der Stromversorgungsleitung 102 der negativen Seite ist, und der Gatter-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 angeschlossen. Auf diese Weise wird das Gatter-Steuersignal, welches das Gatter der Hauptschalteinrichtung 2 ansteuert, hoch und die Hauptschalteinrichtung 2 wird eingeschaltet, wenn die erste Schalteinrichtung 621 eingeschaltet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die erste Schalteinrichtung 621 beispielsweise ein MOSFET des P-Typs, wobei ihre Source-Anschlussklemme mit der ersten Potenzialseite verbunden ist, ihre Drain-Anschlussklemme mit der Seite der Gatter-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 verbunden ist und ihre Gatter-Anschlussklemme mit der Seite der Eingangsklemme des Eingangssignals verbunden ist. Auf diese Weise wird das Eingangssignal hoch, wodurch die erste Schalteinrichtung 621 in einen EIN-Zustand geschaltet wird.
Die zweite Schalteinrichtung 622 ist zwischen einem zweiten Potenzial (beispielsweise -5 V), das kleiner als das Referenzpotenzial ist, und der Gatter-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 angeschlossen. Auf diese Weise wird das Gatter-Steuersignal niedrig und die Hauptschalteinrichtung 2 wird ausgeschaltet, wenn die zweite Schalteinrichtung 622 ausgeschaltet wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die zweite Schalteinrichtung 622 beispielsweise ein MOSFET des N-Typs, wobei ihre Source-Anschlussklemme mit der zweiten Potenzialseite verbunden ist, ihre Drain-Anschlussklemme mit der Seite der Gatter-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 verbunden ist und ihre Gatter-Anschlussklemme mit der Seite der Eingangsklemme des Eingangssignals verbunden ist. Auf diese Weise wird das Eingangssignal niedrig, wodurch die zweite Schalteinrichtung 622 in einen EIN-Zustand geschaltet wird.
Die erste Schalteinrichtung 621 und die zweite Schalteinrichtung 622 sind nicht auf einen MOSFET beschränkt und können ein Halbleiterelement mit einem anderen Aufbau sein, wie zum Beispiel ein Bipolartransistor.
Die Stromquelle 633 liefert eine Gleichspannung an Reihenschaltungen der ersten Schalteinrichtung 621 und der zweiten Schalteinrichtung 622. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist beispielsweise die Seite der ersten Schalteinrichtung 621 der Stromquelle 623 das erste Potenzial und die Seite der zweiten Schalteinrichtung 622 der Stromquelle 623 ist das zweite Potenzial. Solange die Source-Anschlussklemme der ersten Schalteinrichtung 621 mit der ersten Potenzialseite verbunden ist und die Source-Anschlussklemme der zweiten Schalteinrichtung 622 mit der zweiten Potenzialseite verbunden ist, kann die Stromquelle 623 nicht bereitgestellt werden.
Treiberzustands-Änderungseinheit 63
Die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 ist eingerichtet, in Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert erreicht, den Treiberzustand zu ändern, so dass die Änderungsgeschwindigkeit der durch die Gatter-Treibereinheit 62 verursachten Gatterspannung der Hauptschalteinrichtung 2 erhöht wird. Die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 weist einen Gatterwiderstand 630 und eine Anschluss-Schalteinheit 631 auf.
Der Gatterwiderstand 630 umfasst zwei unterschiedliche Gatterwiderstände 6301 und 6302, die voneinander verschiedene Widerstandswerte aufweisen. Der Widerstandswert des Gatterwiderstands 6301 kann größer als der Widerstandswert des Gatterwiderstands 6302 sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist bei den Gatterwiderständen 6301 und 6302 beispielsweise jeweils ein Ende mit dem Gatter der Hauptschalteinrichtung 2 verbunden und das andere Ende mit der Anschluss-Schalteinheit 631 verbunden. Der Gatterwiderstand 630 kann einen anderen Aufbau haben, solange der Widerstandswert während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 geändert werden kann. Beispielsweise können die Gatterwiderstände 6301 und 6302 parallel zueinander zwischen der zweiten Schalteinrichtung 622 und der Stromquelle 623 angeschlossen sein.
Die Anschluss-Schalteinheit 631 ist eingerichtet, alternativ einen der beiden Gatterwiderstände 6301 und 6302 mit dem Gatter elektrisch zu verbinden. Die Anschluss-Schalteinheit 631 kann gemäß dem Flaggensignal das andere Ende (das der Gatterseite gegenüberliegende Ende) eines der Gatterwiderstände 6301 und 6302 mit der Gatter-Treibereinheit 62 elektrisch verbinden. Zum Beispiel kann die Anschluss-Schalteinheit 631 das Schalten so durchführen, dass der Widerstandswert des mit dem Gatter verbundenen Gatterwiderstands 630 in einem Fall, in dem erkannt wird, dass die Spannung V_ds einen Spitzenwert annimmt, d.h. ein Fall, in dem das Flaggensignal auf einem hohen Pegel ist, im Vergleich zu einem Fall, in dem nicht erkannt wird, dass die Spannung V_ds einen Spitzenwert annimmt, d.h. ein Fall, in dem das Flaggensignal auf einem niedrigen Pegel ist, reduziert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Anschluss-Schalteinheit 631 beispielsweise eingerichtet, den Gatterwiderstand 6301 mit einem hohen Widerstandswert weiterhin mit dem Gatter zu verbinden, wenn ein Flaggensignal mit hohem Pegel während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 nicht von der Detektionseinheit 618 empfangen wird. Zusätzlich ist die Anschluss-Schalteinheit 631 beispielsweise eingerichtet, den Gatterwiderstand 6302 mit einem kleinen Widerstandswert mit dem Gatter zu verbinden, wenn ein Flaggensignal mit hohem Pegel während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 von der Detektionseinheit 618 empfangen wird. Auf diese Weise wird die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung der Hauptschalteinrichtung 2 in Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, erhöht.
Temperatursensor 64
Der Temperatursensor 64 ist eingerichtet, die Temperatur der Hauptschalteinrichtung 2 zu messen. Der Temperatursensor 64 kann einen Strom oder eine Spannung entsprechend der gemessenen Temperatur an die Freigabeeinheit 65 ausgeben.
Freigabeeinheit 65
Die Freigabeeinheit 65 ist eingerichtet, die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 und die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 in Reaktion darauf au aktivieren (freizugeben), dass die vom Temperatursensor 64 gemessene Temperatur höher als eine Referenztemperatur ist. Die Freigabeeinheit 65 kann ein Freigabesignal an die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 und die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 bereitstellen, wenn die gemessene Temperatur höher als die Referenztemperatur ist. Die Referenztemperatur kann 125 Grad betragen, wenn die Hauptschalteinrichtung 2 ein Silizium-Halbleiterelement ist, und kann 175 Grad betragen, wenn die Hauptschalteinrichtung 2 ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke wie z.B. SiC ist. Wenn die gemessene Temperatur gleich groß wie oder kleiner als die Referenztemperatur ist, können die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 und die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 in einem deaktivierten Zustand belassen werden. In diesem Fall kann die Anschluss-Schalteinheit 631 der Treiberzustands-Änderungseinheit 63 den Gatterwiderstand 6301 mit einem großen Widerstandswert mit der Hauptschalteinrichtung 2 elektrisch verbinden.
Gemäß der oben beschriebenen Schaltvorrichtung 100 wird das Ausschalten, nachdem die Spannung V_ds einen Spitzenwert annimmt schnell vollendet, da die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung der Hauptschalteinrichtung 2 in Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung Vds während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 einen Spitzenwert annimmt, erhöht wird. Daher können im Vergleich zu einem Fall, in dem sich die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung nicht erhöht, die zum Ausschalten benötigte Zeit verkürzt und ein Ausschaltverlust reduziert werden. Da die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung nach dem Spitzenwert der Spannung Vds zunimmt, können zusätzlich ein Anstieg der Spitzenspannung und somit ein Anstieg der Stoßspannung verhindert werden.
Da zudem der Widerstandswert des Gatterwiderstands 630 in einem Fall, in dem detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, reduziert wird, im Vergleich zu einem Fall, in dem nicht detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, kann die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung zuverlässig erhöht werden.
Da außerdem einer der beiden Gatterwiderstände 6301 und 6302 mit voneinander verschiedenen Widerstandswerten alternativ mit dem Gatter der Hauptschalteinrichtung 2 verbunden ist, kann die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung zuverlässig erhöht werden, indem der Gatterwiderstand 6302 mit einem kleinen Widerstandswert als Reaktion auf das Detektieren, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert erreicht hat, mit dem Gatter verbunden wird.
Da außerdem die Spannung Vds durch die Spannungsdetektionsschaltung 610 detektiert wird und auf Grundlage eines Vergleichs zwischen einem der Spannung Vds entsprechenden Parameter und einem Referenzwert detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, kann zuverlässig detektiert werden, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt.
Da außerdem ein der Änderungsrate der Spannung Vds entsprechender Wert als der Parameter verwendet wird und mit dem Referenzwert verglichen wird, der angibt, dass die Änderungsrate Null ist, kann zuverlässig detektiert werden, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt.
Da zudem ein Tiefpassfilter 615 am Frontteil der Differenzial-Prozessoreinheit 616 angeordnet ist, wird der Einfluss von Rauschen reduziert, und es kann zuverlässig detektiert werden, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt.
Da außerdem die Spitzenwert-Detektionseinheit 61 und die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 als Reaktion darauf aktiviert werden, dass die Gerätetemperatur der Hauptschalteinrichtung 2 größer als eine Referenztemperatur ist, ist der Ausschaltverlust aufgrund einer niedrigen Gerätetemperatur ursprünglich gering, und die Lebensdauer der Schaltvorrichtung 100 kann verlängert werden, indem der Betrieb der Spitzenwert-Detektionseinheit 61 und der Treiberzustands-Änderungseinheit 63 verhindert wird, wenn der durch die Änderung des Treiberzustands erzielte Effekt gering ist.
Betrieb
2 zeigt einen Betrieb der Schaltvorrichtung 100. Die Schaltvorrichtung 100 ist eingerichtet den Treiberzustand zu ändern, indem die Vorgänge der Schritte S101 bis S111 während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 durchgeführt werden.
In Schritt S101 detektiert die Spannungsdetektionsschaltung 610 die Spannung Vds, die zwischen der Drain-Anschlussklemme und der Source-Anschlussklemme der Hauptschalteinrichtung 2 angelegt ist.
Im Schritt S103 führt der Tiefpassfilter 615 eine Filterung durch, um hohe Frequenzanteile des detektierten Spannungssignals zu entfernen.
Im Schritt S105 detektiert die Differenzial-Prozessoreinheit 616 einen Wert entsprechend einer Änderungsrate derSpannungV_ds als einen Parameter. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel detektiert die Differenzial-Prozessoreinheit 616 beispielsweise die Änderungsrate dV_ds/dt der Spannung Vds als den Parameter, aber sie kann den Wert, der durch Rechenschritte wie Addition/Subtraktion, Multiplikation und Division von dV_ds/dt erhalten wird, als den Parameter detektieren.
Im Schritt S107 vergleicht der Komparator 617 den von der Differenzial-Prozessoreinheit 616 detektierten Parameter mit einem Referenzwert. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel vergleicht der Komparator 617 beispielsweise den Parameter, der die Änderungsrate dV_ds/dt der Spannung Vds ist, mit Null. Die Vorgänge der oben beschriebenen Schritte S101 bis S107 können kontinuierlich durchgeführt werden, bis der Spitzenwert der Spannung Vds im unten beschriebenen Schritt S109 detektiert wird.
Im Schritt S109 detektiert die Detektionseinheit 618 auf Grundlage des vom Komparator 617 erhaltenen Vergleichsergebnisses, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel detektiert die Detektionseinheit 618 beispielsweise in Reaktion auf den Abfall des Vergleichssignals, dass die Spannung V_ds einen Spitzenwert annimmt, und gibt ein Flaggensignal mit hohem Pegel aus. Die Detektionseinheit 618 kann das Flaggensignal beim hohen Pegel belassen, ab einem Zeitpunkt, in dem detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, mindestens bis zu einem Zeitpunkt, wenn der Strom zwischen Drain und Source der Hauptschalteinrichtung 2 abgeschnitten wird. Die Detektionseinheit 618 kann das Flaggensignal beim hohen Pegel belassen, ab einem Zeitpunkt, in dem detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, mindestens bis zu einem Zeitpunkt, wenn die Spannung Vds zu einer Gleichspannung Ed wird. Die Detektionseinheit 618 kann das Flaggensignal beim nächsten Mal, dass die Hauptschalteinrichtung 2 ausgeschaltet wird, auf einen niedrigen Pegel schalten. Beispielsweise kann die Detektionseinheit 618 das Flaggensignal zu einem Zeitpunkt auf einen niedrigen Pegel schalten, in dem die Spannung Vds von der Spitzenspannung abgenommen und die Gleichspannung Ed erreicht hat, oder zu einem Zeitpunkt, in dem ein Referenzzeitraum (beispielsweise die Hälfte der Zeit des Schaltzyklus der Hauptschalteinrichtungen 1 und 2) von diesem Zeitpunkt an verstrichen ist. Alternativ kann die Detektionseinheit 618 das Flaggensignal auf einen niedrigen Pegel schalten, wenn das Flaggensignal jenseits des Referenzzeitraums am hohen Pegel bleibt.
Im Schritt S111 erhöht die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 die Änderungsgeschwindigkeit der durch die Gatter-Treibereinheit 62 verursachte Gatterspannung der Hauptschalteinrichtung 2. Beispielsweise schaltet die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 das an das Gatter anzuschließende Objekt vom Gatterwiderstand 6301 mit einem großen Widerstandswert zum Gatterwiderstand 6302 mit einem kleinen Widerstandswert. Da beispielsweise im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Flaggensignal ab einem Zeitpunkt auf einem hohen Pegel gehalten wird, in dem erkannt wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert erreicht hat, bis mindestens zum Zeitpunkt, in dem der Strom zwischen Drain und Source der Hauptschalteinrichtung 2 abgeschaltet wird, kann die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 den Gatterwiderstand 6302 mit dem Gatter verbinden, mindestens bis der Strom zwischen Drain und Source der Hauptschalteinrichtung 2 abgeschaltet ist. Die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 kann das Anschlussobjekt zum Gatter vom Gatterwiderstand 6302 zum Gatterwiderstand 6301 schalten, beim nächsten Mal, dass die Hauptschalteinrichtung 2 ausgeschaltet wird.
Gemäß den oben beschriebenen Vorgängen kann, da der Gatterwiderstand 6302 ab dem Zeitpunkt mit dem Gatter verbunden ist, in dem erkannt wird, dass die Spannung V_ds einen Spitzenwert erreicht hat, mindestens bis der Strom zwischen Drain und Source abgeschaltet ist, oder bis die Spannung Vds zu einer Gleichspannung Ed wird, die für das Ausschalten erforderliche Zeit zuverlässig verkürzt werden, verglichen mit einem Fall, in dem der Gatterwiderstand 6301 mitten beim Ausschalten mit dem Gatter verbunden ist.
Betriebswellenformen
3 zeigt Betriebswellenformen einer Hauptschalteinrichtung 2 beim Ausschalten. Die horizontale Achse in der Figur bezeichnet die Zeit und die vertikale Achse bezeichnet das Eingangssignal, die Gatter-Source-Spannung Vgs, die Drain-Source-Spannung Vds, den Drainstrom Id oder ähnliches der Hauptschalteinrichtung 2.
Betriebswellenform einer Schaltvorrichtung eines Vergleichsbeispiels
Zuerst wird eine Betriebswellenform der Schaltvorrichtung des Vergleichsbeispiels des vorliegenden Ausführungsbeispiels zum Zeitpunkt des Ausschaltens beschrieben. Die Schaltvorrichtung des Vergleichsbeispiels umfasst keine Spitzenwert-Detektionseinheit 61 oder die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 und ändert die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung während der Ausschaltperiode nicht. Man beachte, dass die Betriebswellenform der Schaltvorrichtung des vorliegenden Vergleichsbeispiels in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie angedeutet ist und teilweise mit der durch eine durchgezogene Linie angedeuteten Betriebswellenform der unten beschriebenen Schaltvorrichtung 100 überlappt.
Wenn das Eingangssignal zum Steuern der Hauptschalteinrichtung 2 von hoch (EIN-Befehl) auf niedrig (AUS-Befehl) umgeschaltet wird, wird das Gatter-Steuersignal von der Gatter-Treibereinheit 62 zum Zeitpunkt 1 niedrig, und ein negativer Gatterstrom Ig (d.h. ein Strom, der vom Gatter der Hauptschalteinrichtung 2 zur Erde (nicht dargestellt) der Gatter-Treibervorrichtung 6 über die zweite Schalteinrichtung 622 fließt) beginnt zu fließen. Auf diese Weise wird das Gatter-Steuersignal zum Anweisen des Ausschaltens von der Gatter-Treibereinheit 63 ausgegeben und die Gatter-Ladung beginnt in einer Sperrvorspannungsrichtung in die Hauptschalteinrichtung 2 eingespeist zu werden. Dann wird die Gattereingangskapazität Cgs der Hauptschalteinrichtung 2 während eines Zeitraums vom Zeitpunkt t1 bis t2 in Sperrvorspannungsrichtung geladen und die Gatter-Source-Spannung Vgs wird reduziert.
Wenn dann die Gatter-Source-Spannung Vgs auf eine Spiegelspannung reduziert wird (Zeitpunkt t2), wird der größte Teil der Gatter-Ladung zum Laden einer Rückkopplungskapazität (einer Gatter-Drain-Kapazität) Cgd verwendet, die Änderung der Gatter-Source-Spannung Vgs wird flach (sogenannte Miller-Schaltperiode), und die Drain-Source-Spannung Vds der Hauptschalteinrichtung 2 steigt an.
Demgemäß wird die Drain-Source-Spannung Vds der der Hauptschalteinrichtung 2 gegenüberliegenden Hauptschalteinrichtung 1 verringert und ein Entladestrom fließt von ihrer parasitären Kapazität Cds, wodurch der Drainstrom Id der Hauptschalteinrichtung 2 reduziert wird, und eine der Laderate dieses Stroms entsprechenden Spannung VL wird an die Hauptschalteinrichtung 2 angelegt.
Dann zum Zeitpunkt t3 endet die Miller-Schaltperiode an der Hauptschalteinrichtung 2 und der Drainstrom Id wird drastisch reduziert (wird Null zum Zeitpunkt t5). Auf diese Weise erhöht sich die an die Leiterinduktivität der Stromversorgungsleitung 101 der positiven Seite angelegte Spannung schlagartig und die Drain-Source-Spannung Vds der Hauptschalteinrichtung 2 erhöht sich bis zur Spitzenspannung Vp (Zeitpunkt t4). Nachfolgend verringert sich die Drain-Source-Spannung Vds und wird zu einer Gleichspannung Ed zum Zeitpunkt t5 und die Gatter-Source-Spannung Vgs fällt unter eine Gatter-Schwellenspannung V_gs(_th).
Dann endet das Laden der Gattereingangskapazität Cgs der Hauptschalteinrichtung 2 und das Ausschalten der Hauptschalteinrichtung 2 ist vollendet. Im vorliegenden Vergleichsbeispiel tritt ein Ausschaltverlust Eoff auf, der begrifflich durch eine schraffierte Fläche aus schraffierten Linien und Punkten angedeutet wird. Wenn das Ausschalten der Hauptschalteinrichtung 2 vollendet ist, kann das Ausschalten der Hauptschalteinrichtung 1 durchgeführt werden.
Betriebswellenform einer Schaltvorrichtung 100 eines Ausführungsbeispiels
Als nächstes wird eine Betriebswellenform der Schaltvorrichtung 100 des vorliegenden Ausführungsbeispiels zum Zeitpunkt des Ausschaltens beschrieben. Die Betriebswellenform der Schaltvorrichtung 100 wird durch eine durchgezogene Linie illustriert. Auf Beschreibungen der Abschnitte der Betriebswellenform, die ähnlich zum Vergleichsbeispiel sind, wird verzichtet.
Bei der Schaltvorrichtung 100 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird ein Parameter, der angibt, dass die Änderungsrate ein positiver Wert ist, durch die Differenzial-Prozessoreinheit 616 detektiert, wenn die Drain-Source-Spannung Vds zum Zeitpunkt t2 beginnt zu steigen. Zusätzlich wird vom Komparator 617 ein Vergleichssignal mit einem hohen Pegel ausgegeben, das angibt, dass dieser Parameter größer als ein Referenzwert ist (im vorliegenden beispielhaften Betrieb ein Wert, der z.B. angibt, dass die Änderungsrate Null ist).
Zusätzlich wird ein Parameter durch die Differenzial-Prozessoreinheit 616 detektiert, der angibt, dass die Änderungsrate der Spannung Vds ein negativer Wert ist, wenn die Drain-Source-Spannung Vds der Hauptschalteinrichtung 2 beginnt von der Spitzenspannung Vp zum Zeitpunkt t4 abzusinken. Zusätzlich wird vom Komparator 617 ein Vergleichssignal mit einem niedrigen Pegel ausgegeben, das angibt, dass dieser Parameter kleiner als ein Referenzwert ist (im vorliegenden beispielhaften Betrieb ein Wert, der z.B. angibt, dass die Änderungsrate Null ist). Auf diese Weise wird durch die Detektionseinheit 618 detektiert, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert erreicht, gemäß dem Abfall des Vergleichssignals, und ein Flaggensignal zum Ändern der Gatteransteuerungsbedingung steigt an. Als Ergebnis wird der Widerstandswert des Gatterwiderstands 630 durch die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 reduziert, die Änderungsgeschwindigkeit der Gatter-Source-Spannung Vgs steigt an und der Abfall wird steiler als die Betriebswellenform des Vergleichsbeispiels. Daher wird beim vorliegenden beispielhaften Betrieb anders als im Vergleichsbeispiel zum Zeitpunkt t10, der vorm Zeitpunkt t5 liegt. die Drain-Source-Spannung Vds zu einer Gleichspannung Ed und die Gatter-Source-Spannung Vgs fällt unter die Gatter-Schwellenspannung V_gs(_th).
Dann endet das Laden der Gattereingangskapazität Cgs der Hauptschalteinrichtung 2 und das Ausschalten der Hauptschalteinrichtung 2 ist vollendet. Beim vorliegenden beispielhaften Betrieb treten ein Anstieg und ein Abfall des Vergleichssignals auf, da die Drain-Source-Spannung Vds nach dem Zeitpunkt t10 erneut ansteigt, um zu einer Gleichspannung Ed zu werden, aber die Verbindung des Gatterwiderstands 6302 mit dem Gatter wird nach dem Zeitpunkt t4 beibehalten.
Wie oben beschrieben, wird gemäß dem vorliegenden beispielhaften Betrieb, da die Änderungsgeschwindigkeit der Gatter-Source-Spannung Vgs zum Zeitpunkt des Ausschaltens der Hauptschalteinrichtung 2 zunimmt und der Abfall steiler wird als die Betriebswellenformen des Vergleichsbeispiels, die für das Ausschalten erforderliche Zeit von einem Zeitraum von Zeitpunkt t1 bis t5 auf einen Zeitraum von Zeitpunkt t1 bis t10 verkürzt. Daher wird ein Ausschaltverlust Eoff, der begrifflich durch eine schraffierte Fläche aus schraffierten Linien in der Figur dargestellt wird, im Vergleich zum Vergleichsbeispiel reduziert. Zusätzlich wird ein Anstieg der Spitzenspannung und somit der Stoßspannung verhindert, da die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung nach dem Spitzenwert der Spannung Vds zunimmt.
Abgewandeltes Beispiel
4 zeigt eine Schaltvorrichtung 100A gemäß einem abgewandelten Beispiel. Die Schaltvorrichtung 100A weist eine Spitzenwert-Detektionseinheit 61A auf.
Die Spitzenwert-Detektionseinheit 61A weist einen Komparator 617A auf. Der Komparator 617A vergleicht einen der Spannung V_ds entsprechenden Parameter mit einem Referenzwert, der angibt, dass die Spannung Vds eine Spitzenspannung Vp erreicht. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel empfängt beispielsweise eine nicht-invertierende Eingangsklemme des Komparators 617A eine Spannung Vds und eine invertierende Eingangsklemme empfängt eine Spannung, die den Referenzwert angibt.
Gemäß der oben beschriebenen Schaltvorrichtung 100A, da jeweils ein der Spannung Vds entsprechender Wert als der Parameter und ein Wert, der anzeigt, dass die Spannung Vds eine Spitzenspannung Vp ist, als der Referenzwert für den Vergleich zum Erkennen, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, verwendet werden, kann zuverlässig erkannt werden, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt. Ferner kann der Aufbau im Vergleich mit einem Fall, in dem eine Differenzial-Prozessoreinheit 616 verwendet wird, vereinfacht werden.
Weiteres abgewandeltes Beispiel
Es ist zu beachten, dass der Tiefpassfilter 615, obwohl er in den oben beschriebenen Ausführungsformen und abgewandelten Beispielen als im vorderen Teil der Differenzial-Prozessoreinheit 616 vorgesehen beschrieben wurde, auch im hinteren Teil der Differenzial-Prozessoreinheit 616 vorgesehen sein kann (beispielsweise zwischen der Differenzial-Prozessoreinheit 616 und dem Komparator 617). In diesem Fall kann ebenfalls zuverlässig detektiert werden, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, indem der Einfluss von Rauschen reduziert wird.
Obwohl der vom Komparator 617 verwendete Referenzwert als ein Wert beschrieben wurde, der angibt, dass die Änderungsrate der Spannung Vds Null ist, kann er auch ein Wert sein, der angibt, dass die Änderungsrate eine Referenzänderungsrate mit negativem Wert ist. Da in diesem Fall detektiert wird, dass die Spannung Vds steiler als eine Referenzänderungsrate abgefallen ist, kann eine Fehldetektion eines Spitzenwerts verhindert werden in einem Fall, in dem die Spannung Vds schrittweise zu einem Maximalwert wird, der kleiner als die Spitzenspannung Vp ist, aufgrund des Einflusses von Rauschen oder dergleichen vor der Spitzenspannung Vp.
Der Referenzwert kann ein Wert sein, der angibt, dass die Änderungsrate der Spannung Vds eine Referenzänderungsrate ist, die einen positiven Wert hat (beispielsweise eine Änderungsrate, wenn die Spannung Vds schrittweise nahe der Spitzenspannung Vp zunimmt). Da in diesem Fall erkannt wird, dass die Spannung Vds vor dem Zeitpunkt, in dem die Spannung Vds tatsächlich einen Spitzenwert erreicht, einen Spitzenwert erreicht, kann der Zeitpunkt der Änderung der Ansteuerungsbedingung mit dem Spitzenwert-Zeitpunkt synchronisiert werden, wobei die Verzögerung zwischen dem Moment des Abfalls (oder des Anstiegs) eines Vergleichssignals und dem Moment der Änderung der Ansteuerungsbedingung berücksichtigt wird. In ähnlicher Weise, obwohl der vom Komparator 617A verwendete Referenzwert als der Wert beschrieben wurde, der angibt, dass die Spannung Vds eine Spitzenspannung Vp erreicht, kann er ein Wert sein, der kleiner als die Spitzenspannung Vp ist.
Zusätzlich wurde beschrieben, dass die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 den Widerstandswert des mit dem Gatter verbundenen Gatterwiderstands 630 in einem Fall reduziert, in dem detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt, im Vergleich zu einem Fall, in dem nicht detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt. Zusätzlich oder alternativ kann die Treiberzustands-Änderungseinheit 63 einen Gatterstrom der Hauptschalteinrichtung 2 erhöhen, falls detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt Vergleich mit einem Fall, in dem nicht detektiert wird, dass die Spannung Vds einen Spitzenwert annimmt. In diesem Fall kann die Änderungsgeschwindigkeit der Gatterspannung während einer Ausschaltperiode der Hauptschalteinrichtung 2 erhöht werden.
Obwohl die Schaltvorrichtungen 100 und 200 einen Satz aus Hauptschalteinrichtung 1 und Treibervorrichtung 5 der positiven Seite und einen Satz aus Hauptschalteinrichtung 2 und Treibervorrichtung 6 der negativen Seite aufweisend beschrieben wurden, können sie auch nur einen der Sätze aufweisen.
Obwohl jede Einheit der Gatter-Treibervorrichtung 6 jeweils als analoger Schaltkreis beschrieben wurde, kann zumindest eine der Einheiten Tiefpassfilter 615, Differenzial-Prozessoreinheit 616, Detektionseinheit 618 und Freigabeeinheit 65 ein digitaler Schaltkreis sein.
Bei dem oben beschriebenen Beispiel wurden die Hauptschalteinrichtung 1 der positiven Seite und die Hauptschalteinrichtung 2 der negativen Seite jeweils als eine Vorrichtung beschrieben, aber sie können jeweils zwei oder mehr parallel angeschlossene Schalteinrichtungen aufweisen. In diesem Fall kann eine Treibervorrichtung 5 (oder 6) auf jedem der zwei oder mehr Schalteinrichtungen der positiven Seite (oder der negativen Seite) vorgesehen sein, oder kann zusammen auf den zwei oder mehr Schalteinrichtungen der positiven Seite (oder der negativen Seite) vorgesehen sein.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben wurden, ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Für den Fachmann ist es offensichtlich, dass zu den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Änderungen und Verbesserungen hinzugefügt werden können. Aus dem Schutzbereich der Ansprüche ergibt sich auch, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen hinzugefügten Ausführungsformen in den technischen Umfang der Erfindung einbezogen werden können.
Die Vorgänge, Prozeduren, Schritte und Stufen jedes Prozesses, die von einer Vorrichtung, einem System, einem Programm und einem Verfahren durchgeführt werden, die in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Zeichnungen dargestellt sind, können in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch „vorher“, „vor“ oder ähnlichen Begriffen angegeben ist und solange die Ausgabe eines vorhergehenden Prozesses nicht in einem späteren Prozess verwendet wird. Selbst wenn der Prozessablauf in den Ansprüchen, Ausführungsbeispielen oder Figuren durch Begriffe wie „erste“ oder „nächste“ beschrieben wird, bedeutet dies nicht unbedingt, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
Bezugszeichenliste

1: Hauptschalteinrichtung
2: Hauptschalteinrichtung
3: Freilaufdioden
4: Freilaufdioden
5: Treibervorrichtung
6: Treibervorrichtung
61: Spitzenwert-Detektionseinheit
62: Gattertreibereinheit
63: Treiberzustands-Änderungseinheit
64: Temperatursensor
65: Freigabeeinheit
100: Schaltvorrichtung
101: positive Stromversorgungsleitung
102: negative Stromversorgungsleitung
105: Stromversorgungs-Ausgangsklemme,
106: induktive Last
610: Spannungsdetektionseinheit
611: Widerstand
612: Widerstand
615: Tiefpassfilter
616: Differenzial-Prozessoreinheit
617: Komparator
618: Detektionseinheit
621: erste Schalteinrichtung
622: zweite Schalteinrichtung
623: Stromquelle
630: Gatterwiderstand
631: Anschluss-Schalteinheit
6301: Gatterwiderstand
6302: Gatterwiderstand

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 6290118 [0003]
JP 6266478 [0003]
JP 4935266 [0003]

Claims

Gatter-Treibervorrichtung, umfassend: eine Gatter-Treibereinheit, die eingerichtet ist, ein Gatter eines Schaltvorrichtung anzusteuern; eine Spitzenwert-Detektionseinheit, die eingerichtet ist, zu detektieren, dass eine zwischen den Hauptanschlussklemmen der Schalteinrichtung angelegte Spannung während einer Ausschaltperiode der Schalteinrichtung einen Spitzenwert erreicht; und eine Treiberzustands-Änderungseinheit, die eingerichtet ist, in Reaktion auf eine Detektion, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht, eine Änderungsgeschwindigkeit einer durch die Gatter-Treibereinheit verursachten Gatterspannung der Schalteinrichtung zu erhöhen.
Gatter-Treibervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spitzenwert-Detektionseinheit umfasst: eine Spannungsdetektionsschaltung, die eingerichtet ist, die Spannung an den Hauptanschlussklemmen zu detektieren; einen Komparator, der eingerichtet ist, einen der Spannung an den Hauptanschlussklemmen entsprechenden Parameter mit einem Referenzwert zu vergleichen; und eine Detektionseinheit, die eingerichtet ist, auf Grundlage eines Ergebnisses des Vergleichs vom Komparator zu detektieren, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht.
Gatter-Treibervorrichtung nach Anspruch 2, wobei: die Spitzenwert-Detektionseinheit ferner eine Differenzial-Prozessoreinheit aufweist, die eingerichtet ist, als den Parameter einen Wert zu detektieren, der einer Änderungsrate der Spannung an den Hauptanschlussklemmen entspricht; und der Komparator eingerichtet ist, den Parameter mit dem Referenzwert zu vergleichen, der angibt, dass die Änderungsrate eine Referenzänderungsrate ist, die gleich oder kleiner als Null ist.
Gatter-Treibervorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Spitzendetektionseinheit ferner einen Tiefpassfilter an einem Vorderteil oder einem Rückenteil der Differenzial-Prozessoreinheit aufweist.
Gatter-Treibervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Komparator eingerichtet ist, den Parameter mit dem Referenzwert zu vergleichen, der angibt, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert erreicht.
Gatter-Treibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Treiberzustands-Änderungseinheit eingerichtet ist, einen Widerstandswert eines mit dem Gatter verbundenen Gatterwiderstands zu verringern, falls detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert annimmt im Gegensatz zu einem Fall, in dem nicht detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemme einen Spitzenwert annimmt.
Gatter-Treibervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Treiberzustands-Änderungseinheit eingerichtet ist, den Widerstandswert des mit dem Gatter verbundenen Gatterwiderstands ab einem Moment zu verringern, in dem detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert annimmt, mindestens bis ein Strom zwischen den Hauptanschlussklemmen der Schalteinrichtung abgeschaltet wird oder bis sich die Spannung an den Hauptanschlussklemmen in eine zwischen den Hauptanschlussklemmen angelegte Gleichspannung wandelt.
Gatter-Treibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Treiberzustands-Änderungseinheit eingerichtet ist, einen Gatterstrom der Schalteinrichtung zu erhöhen, falls nicht detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemmen einen Spitzenwert annimmt im Gegensatz zu einem Fall, in dem detektiert wird, dass die Spannung an den Hauptanschlussklemme einen Spitzenwert annimmt.
Gatter-Treibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner umfassend: einen Temperatursensor, der eingerichtet ist, eine Temperatur der Schalteinrichtung zu messen; und eine Freigabeeinheit, die eingerichtet ist, die Spitzenwert-Detektionseinheit und die Treiberzustands-Änderungseinheit in Reaktion darauf freizugeben, dass die Temperatur höher als eine Referenztemperatur ist.
Schaltvorrichtung, umfassend: eine Gatter-Treibervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und die Schalteinrichtung, deren Gatter durch die Gatter-Treibervorrichtung angesteuert wird.
Schaltvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Schalteinrichtung ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke ist.