DE112020006970T5

DE112020006970T5 - Halbleiteransteuerungsvorrichtung, halbleitervorrichtung undleistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020006970T5
Application number: DE112020006970.2T
Authority: DE
Inventors: Yohei MITSUI; Yasutaka Imamura; Junichi Nakashima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2023-01-12
Also published as: US20230122671A1; CN115298943A; WO2021192035A1; JPWO2021192035A1

Abstract

Eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung (100) weist eine Ansteuerungsschaltung (5) auf, die ein Halbleiterschaltelement (11) ansteuert, ein passives Element (21), das mit einem Gate des Halbleiterschaltelements (11) verbunden ist, um einen Gate-Strom des Halbleiterschaltelements (11) zu unterbinden, ein Schaltelement (22), das mit dem passiven Element (21) in Reihe geschaltet ist, eine Steuerschaltung (3), die das Schaltelement (22) steuert, und eine Temperaturdetektionsschaltung (4), die eine Temperatur des Halbleiterschaltelements (11) detektiert. Die Steuerschaltung (3) steuert das Schaltelement (22) derart, dass, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung (4) detektierte Temperatur hoch ist, der Gate-Strom mehr unterbindet wird, als wenn die Temperatur niedrig ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung, eine Halbleitervorrichtung und eine Leistungsumwandlungsvorrichtung.
STAND DER TECHNIK
In einem in einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie beispielsweise einem Wechselrichter oder einem Wandler, verwendeten Leistungshalbleitermodul werden manchmal, wenn ein Halbleiterschaltelement einen Schaltvorgang durchführt, in einer Gate-Spannung am Halbleiterschaltelement unbeabsichtigte Schwingungen erzeugt. Beim Zuschalten einer induktiven Last wird zum Beispiel bei einer Spannung an einem Gate und einer Source des Halbleiterschaltelements beim Einschalten und Ausschalten manchmal eine große Amplitudenschwingung beobachtet. Selbst wenn in dem Leistungshalbleitermodul ein Zweigkurzschluss erzeugt wird, wird darüber hinaus die oben beschriebene Schwingung manchmal erzeugt.
Dieses Schwingungsphänomen wird durch eine parasitäre Kapazität des Halbleiterschaltelements und eine parasitäre Induktivität der mit dem Halbleiterschaltelement verbundenen Verdrahtung aufgrund einer starken Schwankung eines Drain-Stroms und einer Drain-Spannung durch das Schalten des Halbleiterschaltelements verursacht und wird als „Gate-Oszillation“ bezeichnet. Die Gate-Oszillation beschädigt einen Oxidfilm des Halbleiterschaltelements, verursacht eine Beeinträchtigung des Halbleiterschaltelements und verursacht verschiedenes Rauschen, wie beispielsweise Strahlungsrauschen und Ausbreitungsrauschen.
Um somit die Gate-Oszillation zu unterdrücken, wird allgemein ein Kondensator zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements angeordnet (siehe zum Beispiel PTL 1), oder es wird ein Gate-Widerstand erhöht. Durch das Anordnen des Kondensators zwischen dem Gate und der Source wird ein Tiefpassfilter gebildet, und die Gate-Oszillation wird dadurch unterbunden, dass das Fließen eines Hochfrequenzstroms in das Gate unterbunden wird. Darüber hinaus wird durch Erhöhen des Gate-Widerstands der Gate-Strom unterbunden, und es wird die Gate-Oszillation unterbunden.
LITERATURVERZEICHNIS
PATENTLITERATUR
PTL 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2018 - 007 373 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wenn der Kondensator (Kapazität) zwischen dem Gate und der Source angeordnet wird oder der Gate-Widerstand erhöht wird, wird jedoch die Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements reduziert, so dass es insofern einen Widerspruch gibt, als sich der Schaltverlust erhöht, obgleich die Gate-Oszillation unterbunden werden kann.
Daher besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung, einer Halbleitervorrichtung und einer Leistungsumwandlungsvorrichtung, die die Halbleiteransteuerungsvorrichtung und die Halbleitervorrichtung beinhaltet und sowohl die Gate-Oszillation unterbinden kann als auch den Schaltverlust des Halbleiterschaltelements unterbinden kann.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern eines Halbleiterschaltelements, ein passives Element, das mit einem Gate des Halbleiterschaltelements verbunden ist, um einen Gate-Strom des Halbleiterschaltelements zu unterbinden, ein Schaltelement, das mit dem passiven Element in Reihe geschaltet ist, eine Steuerschaltung zum Steuern des Schaltelements und eine Temperaturdetektionsschaltung zum Detektieren einer Temperatur des Halbleiterschaltelements. Die Steuerschaltung steuert das Schaltelement derart, dass, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung detektierte Temperatur hoch ist, der Gate-Strom mehr unterbunden wird, als wenn die Temperatur niedrig ist.
Gemäß dieser Halbleiteransteuerungsvorrichtung kann die in dem Halbleiterschaltelement erzeugte Gate-Oszillation dadurch unterbunden werden, dass das oben beschriebene passive Element bereitgestellt wird. Mit zunehmender Temperatur erhöht sich zu diesem Zeitpunkt in dem Halbleiterschaltelement tendenziell eine Einschaltgeschwindigkeit, da eine Gate-Schwellenspannung abnimmt, und es wird leicht die Gate-Oszillation erzeugt. Andererseits wird die Gate-Oszillation bei der niedrigen Temperatur kaum erzeugt, und somit gibt es eine starke nachteilige Wirkung einer Zunahme des Schaltverlusts aufgrund einer Funktion des passiven Elements. Dementsprechend wird bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung, wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelements hoch ist, der Gate-Strom unterbunden, indem das in Reihe mit dem passiven Element geschaltete Schaltelement gesteuert wird, und die Gate-Oszillation wird unterbunden. Wenn die Temperatur niedrig ist, wird andererseits die Funktion des passiven Elements, die den Gate-Strom unterbindet, unterbunden, und es wird die Zunahme des Schaltverlusts unterbunden.
VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG
Gemäß der Halbleiteransteuerungsvorrichtung, der Halbleitervorrichtung und der Leistungsumwandlungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung können folglich sowohl die Unterbindung der Gate-Oszillation des Halbleiterschaltelements als auch die Unterbindung des Schaltverlusts erreicht werden.
Figurenliste

1 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Temperatur eines Halbleiterschaltelements und der Kapazität zwischen einem Gate und einer Source des Halbleiterschaltelements darstellt.
3 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation darstellt.
4 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation darstellt.
5 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der Temperatur des Halbleiterschaltelements und einem Gate-Widerstandswert des Halbleiterschaltelements darstellt.
8 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
9 ist ein Konfigurationsdiagramm in einem Fall, in dem ein Kapazitätsschaltkreis und eine Steuervorrichtung bei der ersten Ausführungsform durch mehrere Stufen in der Halbleiteransteuerungsvorrichtung konfiguriert sind.
10 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
11 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Modifikation darstellt.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems, auf das ein Leistungswandler gemäß einer siebten Ausführungsform angewandt wird, darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nachfolgend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Obgleich nachfolgend mehrere Ausführungsformen beschrieben werden, ist von Beginn der Anmeldung an beabsichtigt, dass die Konfigurationen der Ausführungsformen auf geeignete Weise kombiniert werden. In den Zeichnungen werden gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und ihre Beschreibung wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Unter Bezugnahme auf 1 steuert eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 ein Leistungshalbeitermodul 1 an und beinhaltet einen Kapazitätsschaltkreis 2, eine Steuerschaltung 3, eine Temperaturdetektionsschaltung 4, eine Ansteuerungsschaltung 5 und einen Gate-Widerstand 6.
Das Leistungshalbleitermodul 1 beinhaltet ein Halbleiterschaltelement 11 und einen Thermistor 12 (später beschrieben) der Temperaturdetektionsschaltung 4. Das Halbleiterschaltelement 11 ist ein NPN-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), und eine Drain-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Gate-Elektrode des Halbleiterschaltelements 11 sind mit einem Drain-Anschluss 13, einem Source-Anschluss 14 bzw. einem Gate-Widerstand 6 verbunden.
Das Halbleiterschaltelement 11 ist aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke konfiguriert. Zum Beispiel ist der Halbleiter mit großer Bandlücke Siliciumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder Diamant (C). Der Halbleiter mit großer Bandlücke weist im Vergleich zu einem herkömmlichen Siliciumhalbleiter einen hervorragenden Spannungswiderstand auf, und die gleiche Spannung kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Element auf Siliciumbasis durch Konfigurieren des Halbleiterschaltelements 11 mit dem Halbleiter mit großer Bandlücke mit einer Dicke von der Hälfte oder weniger gesteuert werden.
Der Kapazitätsschaltkreis 2 beinhaltet einen Kondensator 21 und ein Schaltelement 22. Das Schaltelement 22 ist mit dem Kondensator 21 in Reihe geschaltet, und eine den/das in Reihe geschalteten Kondensator 21 und Schaltelement 22 enthaltende Schaltung ist zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 elektrisch verbunden.
Der Kondensator 21 ist ein passives Element, das unterbindet, dass Strom in das Gate des Halbleiterschaltelements 11 fließt. Ein LC-Filter (Tiefpassfilter) wird durch die Kapazität des Kondensators 21 und die Verdrahtungsinduktivität gebildet, und Gate-Oszillation kann durch Unterbinden des Flusses eines Hochfrequenzstroms in das Gate des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden.
Das Schaltelement 22 ist ein NPN-MOSFET und wird durch die Steuerschaltung 3 angesteuert. Wenn das Schaltelement 22 eingeschaltet wird, wird der Kondensator 21 zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 elektrisch verbunden, und der Kondensator 21 wirkt als Filter. Wenn das Schaltelement 22 ausgeschaltet wird, wird der Kondensator 21 andererseits von zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 elektrisch getrennt, und der Kondensator 21 wirkt nicht. Das Schaltelement 22 kann ein bipolarer Transistor sein.
Die Steuerschaltung 3 beinhaltet einen Komparator 31 und eine Referenzspannungsquelle 32. Ein positiver Eingangsanschluss des Komparators 31 ist mit einem Ende eines Spannungsteilungswiderstands 42 (später beschrieben) der Temperaturdetektionsschaltung 4 verbunden, und ein negativer Eingangsanschluss des Komparators 31 ist mit einer positiven Elektrode der Referenzspannungsquelle 32 verbunden. Eine negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 32 ist mit dem anderen Ende des Spannungsteilungswiderstands 42 der Temperaturdetektionsschaltung 4 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Komparators 31 ist mit einer Gate-Elektrode des Schaltelements 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 verbunden.
Die Referenzspannungsquelle 32 gibt eine konstante Referenzspannung ab. Die Steuerschaltung 3 bildet eine Signalverstärkerschaltung, die ein Vergleichsergebnis zwischen der Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 und der Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 ausgibt. Wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 niedriger als die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 ist, wird die Ausgabe des Komparators 31 deaktiviert (logisch Low), und das Schaltelement 22 wird ausgeschaltet. Wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 übersteigt, wird hingegen die Ausgabe des Komparators 31 aktiviert (logisch High), und das Schaltelement 22 wird eingeschaltet.
Die Temperaturdetektionsschaltung 4 beinhaltet eine Spannungsquelle 41, den Spannungsteilungswiderstand 42 und den Thermistor 12. Der Thermistor 12 ist in dem Leistungshalbleitermodul 1 vorgesehen und nahe dem Halbleiterschaltelement 11 angeordnet, so dass er die Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 detektieren kann. Bei der ersten Ausführungsform ist der Thermistor 12 ein NTC-Thermistor (NTC, negative temperature coefficient - negativer Temperaturkoeffizient), in dem ein Widerstandswert mit zunehmender Temperatur abnimmt.
Die Spannungsquelle 41 gibt eine konstante Spannung ab. Der Spannungsteilungswiderstand 42 ist zwischen der negativen Elektrode der Spannungsquelle 41 und dem Thermistor 12 verbunden. Das andere Ende des Thermistors 12 ist mit der positiven Elektrode der Spannungsquelle 41 verbunden. Das heißt, es wird dem in Reihe geschalteten Thermistor 12 und Spannungsteilungswiderstand 42 von der Spannungsquelle 41 eine konstante Spannung zugeführt. Der positive Eingangsanschluss des Komparators 31 der Steuerschaltung 3 ist an die Seite des Thermistors 12 des Spannungsteilungswiderstands 42 angeschlossen, und die negative Elektrode der Referenzspannungsquelle 32 der Steuerschaltung 3 ist an die Seite der Spannungsquelle 41 des Spannungsteilungswiderstands 42 angeschlossen.
Die Ansteuerungsschaltung 5 ist eine Schaltung, die das Halbleiterschaltelement 11 des Leistungshalbleitermoduls 1 ansteuert und zum Beispiel die Gate-Spannung an dem Halbleiterschaltelement 11 durch eine Push-Pull-Schaltung schaltet. Der Gate-Widerstand 6 ist zwischen der Ansteuerungsschaltung 5 und dem Gate des Halbleiterschaltelements 11 verbunden.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 wird der Kondensator 21 des Kapazitätsschaltkreises 2 gemäß dem Temperaturdetektionsergebnis durch den Thermistor 12 zum Funktionieren oder Nichtfunktionieren geschaltet. Wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 hoch ist, nimmt qualitativ der Widerstandswert des Thermistors 12 ab, so dass die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 zunimmt. Wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 übersteigt, dann wird der Ausgang des Komparators 31 aktiviert. Dann wird das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 eingeschaltet, und der Kondensator 21 wird elektrisch zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 zum Funktionieren als Filter verbunden. Dadurch wird ermöglicht, die Gate-Oszillation, die bei hohen Temperaturen leicht erzeugt wird, zu unterbinden.
Wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 niedrig ist, dann nimmt andererseits der Widerstandswert des Thermistors 12 zu, so dass die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 abnimmt. Wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 niedriger als die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 ist, dann wird der Ausgang des Komparators 31 inaktiv. Dann wird das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 12 ausgeschaltet, der Kondensator 21 wird elektrisch von zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 getrennt, und der Kondensator 21 wirkt nicht als Filter. Somit kann eine Abnahme einer Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 bei einer niedrigen Temperatur, bei der die Gate-Oszillation kaum erzeugt wird, unterbunden werden, und es kann ein Schaltverlust unterbunden werden.
2 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 und der Kapazität Cgs zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 darstellt. Unter Bezugnahme auf 2 ist ein Gebiet S1 ein Gebiet, in dem die Gate-Oszillation erzeugt wird. Solch ein Gebiet kann vorher durch ein Experiment, eine Simulation oder dergleichen erfasst werden, wenn das Gate eingeschaltet ist, wenn das Gerät ausgeschaltet ist, oder wenn ein Zweigkurzschluss erfolgt, in dem die Gate-Oszillation erzeugt wird.
Aus 2 ist ersichtlich, dass, wenn der Gate-Source-Kapazitätswert Cgs null ist, die Gate-Oszillation erzeugt wird, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 T1 übersteigt, und es ist eine größere Kapazität erforderlich, um die Gate-Oszillation mit steigender Temperatur zu unterbinden.
Daher ist die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 bei der ersten Ausführungsform so eingestellt, dass das Schaltelement 11 des Kapazitätsschaltkreises 2 bei der Temperatur T1, bei der die Gate-Oszillation des Halbleiterschaltelements 22 erzeugt wird, ein- und ausgeschaltet wird, wenn der Gate-Source-Kapazitätswert Cgs null ist. Insbesondere ist die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 auf die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 eingestellt, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 T1 ist. Wenn die Temperatur T geringer als oder gleich der Einstelltemperatur T1 ist, wird somit das Schaltelement 22 ausgeschaltet, und wenn die Temperatur T die Einstelltemperatur T1 übersteigt, wird das Schaltelement 22 eingeschaltet.
Der Kapazitätswert des Kondensators 21 wird basierend auf einer Betriebsgewährleistungstemperatur T2 des Halbleiterschaltelements 11 eingestellt. Insbesondere wird der Kapazitätswert des Kondensators 21 auf einen Obergrenzenkapazitätswert C0 des Gebiets S1, in dem die Gate-Oszillation erzeugt wird, eingestellt, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 die Betriebsgewährleistungstemperatur T2 ist. Wenn die Temperatur T geringer als die oder gleich der Betriebsgewährleistungstemperatur T2 ist, kann dementsprechend die Gate-Oszillation unterbunden werden.
Bei der obigen Einstellung kann, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung 4 detektierte Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 geringer als die oder gleich der Einstelltemperatur T1 ist, die Kapazität zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden, um den Schaltverlust zu unterbinden. Wenn die Temperatur T höher als die Einstelltemperatur T1 ist, kann der Kondensator 21 andererseits die Gate-Oszillation in einem Bereich, der die Betriebsgewährleistungstemperatur T2 nicht übersteigt, unterbinden.
Gemäß der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 wird des Weiteren das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 durch die Steuerschaltung 3 basierend auf dem Detektionsergebnis der Temperaturdetektionsschaltung 4 gesteuert, so dass die Ein- und Aus-Zeitsteuerung des Schaltelements 22 leicht eingestellt werden kann, indem die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 und dem Spannungsteilungswiderstand 42 unabhängig von einer Charakteristik des Thermistors 12 eingestellt wird.
Erste Modifikation
Ein PNP-MOSFET oder ein bipolarer Transistor kann als Schaltelement des Kapazitätsschaltkreises verwendet werden.
3 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer ersten Modifikation darstellt. Unter Bezugnahme auf 3 beinhaltet bei der Konfiguration der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1 eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100A einen Kapazitätsschaltkreis 2A und eine Steuerschaltung 3A statt des Kapazitätsschaltkreises 2 und der Steuerschaltung 3.
Der Kapazitätsschaltkreis 2A beinhaltet den Kondensator 21 und ein Schaltelement 23. Das Schaltelement 23 ist der PNP-MOSFET und ist mit dem Kondensator 21 zwischen dem Gate des Halbleiterschaltelements 11 und dem Kondensator 21 in Reihe geschaltet. Das Schaltelement 23 wird durch die Steuerschaltung 3A angesteuert. Das Schaltelement 23 kann auch ein bipolarer Transistor sein.
Die Steuerschaltung 3A beinhaltet einen Komparator 31A und eine Referenzspannungsquelle 32. Der positive Eingangsanschluss des Komparators 31A ist mit der positiven Elektrode der Referenzspannungsquelle 32 verbunden, und der negative Eingangsanschluss des Komparators 31A ist mit einem Ende des Spannungsteilungswiderstands 42 der Temperaturdetektionsschaltung 4 verbunden.
Weitere Konfigurationen der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100A sind die gleichen wie jene der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1.
Wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 geringer als die oder gleich der Einstelltemperatur T1 (2) ist, wird bei solch einer Konfigurationen die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 kleiner als die oder gleich der Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32, und der Ausgang des Komparators 31A wird aktiviert (logisch High). Somit wird das Schaltelement 23 des Kapazitätsschaltkreises 2A ausgeschaltet, und der Kondensator 21 wird elektrisch von zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 getrennt. Dementsprechend funktioniert der Kondensator 21 nicht, und die Zunahme des Schaltverlusts kann aufgrund der Abnahme der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 bei einer niedrigen Temperatur, bei der die Gate-Oszillation kaum erzeugt wird, unterbunden werden.
Wenn andererseits die Temperatur T höher als die Einstelltemperatur T1 ist, wird die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 höher als die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32, und der Ausgang des Komparators 31A wird deaktiviert (logisch Low). Somit wird das Schaltelement 23 eingeschaltet, und der Kondensator 21 wird zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 elektrisch verbunden, um als Filter zu wirken. Folglich kann die Gate-Oszillation, die bei hohen Temperaturen leicht erzeugt wird, unterbunden werden.
Zweite Modifikation
Es kann ein PTC-Thermistor (PTC, positive temperature coefficient - positiver Temperaturkoeffizient) als Thermistor zum Detektieren der Temperatur des Leistungshalbleitermoduls 1 verwendet werden.
4 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation darstellt. Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet bei der Konfiguration der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1 eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100B die Steuerschaltung 3A und eine Temperaturdetektionsschaltung 4A statt der Steuerschaltung 3 und der Temperaturdetektionsschaltung 4. Die Steuerschaltung 3A ist wie in 3 bei der ersten Modifikation beschrieben.
Die Temperaturdetektionsschaltung 4A beinhaltet einen Thermistor 12A statt des Thermistors 12 bei der Konfiguration der Temperaturdetektionsschaltung 4 in 1. Der Thermistor 12A ist auch in dem Leistungshalbeitermodul 1 vorgesehen und nahe dem Halbleiterschaltelement 11 angeordnet. Der Thermistor 12A ist ein PTC-Thermistor, bei dem der Widerstandswert auch mit zunehmender Temperatur zunimmt.
Andere Konfigurationen der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100B sind die gleichen wie jene der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100B ist, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 geringer als die oder gleich der Einstelltemperatur T1 (2) ist, die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 größer als die oder gleich der Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 32, und der Ausgang des Komparators 31A wird deaktiviert (logisch Low). Somit wird das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 ausgeschaltet, und der Kondensator 21 wirkt nicht als Filter. Daher kann die Zunahme des Schaltverlusts bei einer niedrigen Temperatur unterbunden werden.
Wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 größer als die Einstelltemperatur T1 ist, wird andererseits die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 geringer als die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 32, und der Ausgang des Komparators 31A wird aktiviert (logisch High). Somit wird das Schaltelement 22 eingeschaltet, und der Kondensator 21 wirkt als Filter. Folglich kann die Gate-Oszillation, die bei hohen Temperaturen leicht erzeugt wird, unterbunden werden.
Zweite Ausführungsform
5 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 5 beinhaltet bei der Konfiguration der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1 eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100C eine Steuerschaltung 3B und eine Temperaturdetektionsschaltung 4B statt der Steuerschaltung 3 und der Temperaturdetektionsschaltung 4.
Die Steuerschaltung 3B beinhaltet einen Operationsverstärker 37 und die Widerstandselemente 33 bis 36. Der positive Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 37 ist durch das Widerstandselement 33 mit einem Ende des Spannungsteilungswiderstands 42 der Temperaturdetektionsschaltung 4B verbunden. Ein negativer Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 37 ist durch das Widerstandselement 34 mit dem anderen Ende des Spannungsteilungswiderstands 42 verbunden. Das Widerstandselement 35 ist zwischen dem negativen Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 37 und der Source des Halbleiterschaltelements 11 verbunden, und das Widerstandselement 36 ist zwischen dem Ausgangsanschluss und dem positiven Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 37 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 37 ist mit dem Gate des Schaltelements 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 verbunden.
Der Operationsverstärker 37 und das Widerstandselement 33 bis 36 bilden eine Differenzverstärkerschaltung, die ein der Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 entsprechendes Signal an das Gate des Schaltelements 11 ausgibt.
Mit zunehmender Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 nimmt die positive und negative Spannungsdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen des Operationsverstärkers 37 zu, und die Ausgabe des Operationsverstärkers 37 nimmt zu.
Die Temperaturdetektionsschaltung 4B wird bei der Konfiguration der Temperaturdetektionsschaltung 4 in 1 durch Umkehren der Polarität der Spannungsquelle 41 erhalten. Das heißt, die positive Elektrode der Spannungsquelle 41 ist mit dem Spannungsteilungswiderstand 42 verbunden, und die negative Elektrode der Spannungsquelle 41 ist mit dem Thermistor 12 verbunden.
Andere Konfigurationen der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100C sind die gleichen wie jene der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100C wirkt das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 als ein veränderbarer Widerstand gemäß dem Temperaturdetektionsergebnis durch den Thermistor 12. Mit zunehmender Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 nimmt insbesondere der Widerstandswert des Thermistors 12 ab, und die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 nimmt zu. Dann nimmt die Ausgabe des Operationsverstärkers 37 zu, und der Widerstandswert des Schaltelements 22 nimmt ab. Dementsprechend nimmt der in den Kondensator 21 fließende Strom zu, und die Gate-Oszillationsunterbindungsfunktion durch den Kondensator 21 wird verbessert.
Mit abnehmender Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 nimmt andererseits der Widerstandswert des Thermistors 12 zu, und die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 nimmt ab. Dann nimmt die Ausgabe des Operationsverstärkers 37 ab, und der Widerstandswert des Schaltelements 22 nimmt zu, so dass der in den Kondensator 21 fließende Strom unterbunden wird. Folglich kann bei einer niedrigen Temperatur, bei der die Gate-Oszillation kaum erzeugt wird, eine Zunahme des Schaltverlusts aufgrund der Abnahme der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform wird, wie in 2 dargestellt ist, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 die Einstelltemperatur T1 übersteigt, das Schaltelement 22 gemäß der Ausgabe des Komparators 31 eingeschaltet, so dass gesagt werden kann, dass die die Gate-Oszillation unterbindende Kapazität, insbesondere bei der Temperatur T, die etwas höher als die Einstelltemperatur T1 ist, übermäßig ist. Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100C der zweiten Ausführungsform kann, da sich der Widerstandswert des Schaltelements 22 gemäß der Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 kontinuierlich ändert, eine geeignete Kapazität gemäß der Temperatur T zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 verbunden werden. Folglich kann die Abnahme der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden, und der Schaltverlust kann unterbunden werden.
Ferner wird bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100C das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 durch die Steuerschaltung 3B basierend auf dem Detektionsergebnis der Temperaturdetektionsschaltung 4B gesteuert, so dass der Widerstandswert des Schaltelements 22 durch Einstellen der Steuerschaltung 3B und des Spannungsteilungswiderstands 42 unabhängig von der Charakteristik des Thermistors 12 leicht eingestellt werden kann.
Obgleich dies nicht besonders verdeutlicht wird, kann wie bei der ersten Modifikation auch bei der zweiten Ausführungsform der PNP-MOSFET oder ein bipolarer Transistor als das Schaltelement des Kapazitätsschaltkreises 2 verwendet werden. Wie bei der zweiten Modifikation kann ein PTC-Thermistor als ein die Temperatur T des Leistungshalbeitermoduls 1 detektierender Thermistor verwendet werden.
Dritte Ausführungsform
Bei einer dritten Ausführungsform wird ein Widerstandselement als ein passives Element verwendet, das unterbindet, dass der Strom in das Gate des Halbleiterschaltelements 11 fließt.
6 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 6 beinhaltet eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D bei der Konfiguration der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1 einen Widerstandsschaltkreis 7 und eine Steuerschaltung 3A statt des Kapazitätsschaltkreises 2 und der Steuerschaltung 3. Die Steuerschaltung 3A ist wie in 3 bei der ersten Modifikation beschrieben.
Der Widerstandsschaltkreis 7 beinhaltet ein Widerstandselement 71 und ein Schaltelement 72. Das Schaltelement 72 ist mit dem Widerstandselement 71 in Reihe geschaltet, und eine das in Reihe geschaltete Widerstandselement 71 und Schaltelement 72 enthaltende Schaltung ist mit einem Gate-Widerstand 6 parallelgeschaltet.
Das Widerstandselement 71 ist ein passives Element, das unterbindet, dass Strom in das Gate des Halbleiterschaltelements 11 fließt. Wenn das mit dem Widerstandselement 71 in Reihe geschaltete Schaltelement 72 von ein auf aus geschaltet wird, nimmt der Widerstandswert der durch den Gate-Widerstand 6 und das Widerstandselement 71 gebildeten Schaltung zu, so dass der in das Gate des Halbleiterschaltelements 11 fließende Strom unterbunden werden kann.
Andere Konfigurationen der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D sind die gleichen wie jene der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 in 1.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D wird das Widerstandselement 71 des Widerstandsschaltkreises 7 gemäß dem Temperaturdetektionsergebnis durch den Thermistor 12 zum Funktionieren oder Nichtfunktionieren geschaltet. Wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 hoch ist, nimmt qualitativ der Widerstandswert des Thermistors 12 ab, so dass die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 zunimmt. Wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 übersteigt, dann wird der Ausgang des Komparators 31A deaktiviert. Dann wird das Schaltelement 72 des Widerstandsschaltkreises 7 ausgeschaltet, und das Widerstandselement 71 wird elektrisch von dem Gate des Halbleiterschaltelements 11 getrennt. Infolgedessen nimmt der Gate-Widerstand des Halbleiterschaltelements 11 zu, und die Gate-Oszillation, die bei hohen Temperaturen leicht erzeugt wird, wird unterbunden.
Wenn die Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 niedrig ist, dann nimmt andererseits der Widerstandswert des Thermistors 12 zu, so dass die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 abnimmt. Wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 niedriger als die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 ist, dann wird der Ausgang des Komparators 31A aktiviert. Dann wird das Schaltelement 72 des Widerstandsschaltkreises 7 eingeschaltet und das Widerstandselement 71 wird elektrisch mit dem Gate des Halbleiterschaltelements 11 verbunden, so dass der Gate-Widerstand des Halbleiterschaltelements 11 abnimmt. Somit kann eine Abnahme einer Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 bei einer niedrigen Temperatur, bei der die Gate-Oszillation kaum erzeugt wird, unterbunden werden, und es kann ein Schaltverlust unterbunden werden.
7 ist eine Ansicht, die ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einer Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 und einem Gate-Widerstandswert Rg des Halbleiterschaltelements 11 darstellt. Unter Bezugnahme auf 7 ist ein Gebiet S2 ein Gebiet, in dem die Gate-Oszillation erzeugt wird. Solch ein Gebiet kann vorher durch ein Experiment, eine Simulation oder dergleichen erfasst werden, wenn das Gate eingeschaltet ist, wenn das Gate ausgeschaltet ist, oder wenn ein Zweigkurzschluss erfolgt, in dem die Gate-Oszillation erzeugt wird.
Aus 7 wird ersichtlich, dass, wenn der Gate-Widerstandswert Rg ein kombinierter Widerstandswert Rc des Gate-Widerstands 6 und des Widerstandselements 71 in 6 ist, die Gate-Oszillation erzeugt wird, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 eine Temperatur T3 übersteigt, und der Gate-Widerstandswert Rg muss erhöht werden, um mit zunehmender Temperatur die Gate-Oszillation zu unterbinden.
Dementsprechend wird bei der dritten Ausführungsform die Temperatur T3, bei der die Gate-Oszillation des Halbleiterschaltelements 11 erzeugt wird, eingestellt, wenn der Gate-Widerstandswert Rg der kombinierte Widerstandswert Rc ist. Dann wird bei der Einstelltemperatur T3 die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 32 so eingestellt, dass das Schaltelement 72 des Widerstandsschaltkreises 7 ein- und ausgeschaltet wird. Insbesondere wird die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 32 auf die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 eingestellt, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 die Temperatur T3 ist. Somit wird das Schaltelement 72 eingeschaltet, wenn die Temperatur T geringer als die oder gleich der Einstelltemperatur T3 ist, und das Schaltelement 72 wird ausgeschaltet, wenn die Temperatur T die Einstelltemperatur T3 übersteigt.
Bei der dritten Ausführungsform wird der Widerstandswert des Gate-Widerstands 6 basierend auf der Betriebsgewährleistungstemperatur T2 des Halbleiterschaltelements 11 eingestellt. Insbesondere wird der Widerstandswert des Gate-Widerstands 6 auf einen Obergrenzenwiderstandswert R1 des Gebiets S2 eingestellt, in dem die Gate-Oszillation erzeugt wird, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 die Betriebsgewährleistungstemperatur T2 ist. Wenn die Temperatur T geringer als die oder gleich der Betriebsgewährleistungstemperatur T2 ist, kann dementsprechend die Gate-Oszillation unterbunden werden.
Bei der obigen Einstellung kann, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung 4 detektierte Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 geringer als die oder gleich der Einstelltemperatur T3 ist, die Kapazität zwischen dem Gate-Widerstand des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden, um den Schaltverlust zu unterbinden. Wenn die Temperatur T höher als die Einstelltemperatur T3 ist, kann andererseits der Gate-Widerstand 6 die Gate-Oszillation in dem Bereich, der die Betriebsgewährleistungstemperatur T2 nicht übersteigt, unterdrücken.
Ferner wird bei der Konfiguration der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D das Schaltelement 72 des Widerstandsschaltkreises 7 durch die Steuerschaltung 3A basierend auf dem Detektionsergebnis der Temperaturdetektionsschaltung 4 gesteuert, so dass die Ein- und Aus-Zeitsteuerung des Schaltelements 72 leicht eingestellt werden kann, indem die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle 32 und des Spannungsteilungswiderstands 42 unabhängig von der Charakteristik des Thermistors 12 eingestellt wird.
Obgleich dies nicht besonders verdeutlicht wird, kann auch bei der dritten Ausführungsform der PNP-MOSFET oder ein bipolarer Transistor als das Schaltelement des Widerstandsschaltkreises 7 verwendet werden. Darüber hinaus kann ein PTC-Thermistor als eine Thermistordetektionstemperatur T des Leistungshalbeitermoduls 1 verwendet werden.
Vierte Ausführungsform
8 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 8 beinhaltet bei der Konfiguration der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D in 6 eine Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100E anstatt der Steuerschaltung 3A und der Temperaturdetektionsschaltung 4 die Steuerschaltung 3B und eine Temperaturdetektionsschaltung 4C.
Die Steuerschaltung 3B ist wie in 5 der zweiten Ausführungsform beschrieben. Bei der vierten Ausführungsform ist der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 37 mit dem Gate des Schaltelements 72 des Widerstandsschaltkreises 7 verbunden.
Die Temperaturdetektionsschaltung 4C beinhaltet statt des Thermistors 12 bei der Konfiguration der Temperaturdetektionsschaltung 4B in 5 den Thermistor 12A. Der Thermistor 12A ist ein PTC-Thermistor wie in 4 beschrieben.
Weitere Konfigurationen der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100E sind die gleichen wie jene der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D in 6.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100E wirkt das Schaltelement 72 des Widerstandsschaltkreises 7 als ein veränderbarer Widerstand gemäß dem Temperaturdetektionsergebnis durch den Thermistor 12A. Mit zunehmender Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 nimmt insbesondere der Widerstandswert des Thermistors 12A zu, und die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 nimmt ab. Dann nimmt die Ausgabe des Operationsverstärkers 37 ab, und der Widerstandswert des Schaltelements 72 nimmt zu. Somit nimmt der kombinierte Widerstandswert des Gate-Widerstands 6 und des Widerstandselements 71 zu, und der Gate-Widerstand des Halbleiterschaltelements 11 nimmt zu. Dementsprechend nimmt die Schwankungsrate des Drain-Stroms und der Drain-Spannung zum Zeitpunkt des Schaltens des Halbleiterschaltelements 11 ab, und die Gate-Oszillation wird unterbunden.
Mit abnehmender Temperatur des Halbleiterschaltelements 11 nimmt andererseits der Widerstandswert des Thermistors 12A ab, und die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 nimmt zu. Dann nimmt die Ausgabe des Operationsverstärkers 37 zu, und der Widerstandswert des Schaltelements 72 nimmt ab. Somit nimmt auch der kombinierte Widerstandswert des Gate-Widerstands 6 und des Widerstandselements 71 ab, und der Gate-Widerstand des Halbleiterschaltelements 11 nimmt ab. Folglich kann bei einer niedrigen Temperatur, bei der die Gate-Oszillation kaum erzeugt wird, eine Zunahme des Schaltverlusts aufgrund der Abnahme der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100D der dritten Ausführungsform wird, wie in 7 dargestellt ist, wenn die Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11 die Einstelltemperatur T3 übersteigt, das Schaltelement 72 gemäß der Ausgabe des Komparators 31A ausgestaltet, so dass gesagt werden kann, dass der Gate-Widerstandswert Rg, der die Gate-Oszillation unterbindet, besonders bei der Temperatur T, die etwas höher als die Einstelltemperatur T3 ist, übermäßig ist. Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100E der vierten Ausführungsform ändert sich der Widerstandswert des Schaltelements 72 kontinuierlich gemäß der Temperatur T des Halbleiterschaltelements 11, so dass ein geeigneter Gate-Widerstandswert gemäß der Temperatur T erhalten werden kann. Folglich kann die Abnahme der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden, und der Schaltverlust kann unterbunden werden.
Obgleich dies nicht besonders verdeutlicht wird, kann auch bei der vierten Ausführungsform der PNP-MOSFET oder ein bipolarer Transistor als das Schaltelement des Widerstandsschaltkreises 7 verwendet werden. Darüber hinaus kann ein PTC-Thermistor als ein die Temperatur T des Leistungshalbeitermoduls 1 detektierender Thermistor verwendet werden.
Fünfte Ausführungsform
Bei jeder der obigen Ausführungsformen Modifikationen können der Kapazitätsschaltkreis 2 (2A) und der Widerstandsschaltkreis 7 durch mehrere Stufen konfiguriert sein. In diesem Fall wird für jede der mehreren Stufen der Kapazitätsschaltkreise 2 (2A) oder der mehreren Stufen der Widerstandsschaltkreise 7 eine Steuerschaltung 3 (3A, 3B) bereitgestellt, und die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 und die Charakteristik der Differenzverstärkerschaltung, die den Operationsverstärker 37 beinhaltet, sind für jede Steuerschaltung 3 (3A, 3B) verschieden ausgelegt, wodurch der Kapazitätswert des Kapazitätsschaltkreises 2 (2A) oder der Widerstandswert des Widerstandsschaltkreises 7 in mehreren Stufen oder in einem weiteren Bereich kontinuierlich geändert werden können.
Als Beispiel ist 9 ein Konfigurationsdiagramm in dem Fall, in dem ein Kapazitätsschaltkreis 2 und eine Steuerschaltung 3 bei der ersten Ausführungsform aus mehreren Stufen in der Halbleiteransteuerungsvorrichtung konfiguriert sind. Der Fall, in dem der Kapazitätsschaltkreis 2 und die Steuerschaltung 3 aus zwei Stufen konfiguriert sind, wird in 9 veranschaulicht.
Unter Bezugnahme auf 9 ist bei einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100F der Kapazitätsschaltkreis 2 aus Kapazitätsschaltkreisen 2-1, 2-2 konfiguriert, und die Steuerschaltung 3 ist aus Steuerschaltungen 3-1, 3-2 in der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100 der ersten Ausführungsform in 1 konfiguriert.
Die Kapazitätsschaltkreise 2-1, 2-2 sind zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 parallelgeschaltet. Die Konfiguration jedes der Kapazitätsschaltkreise 2-1, 2-2 ist die gleiche wie die des Kapazitätsschaltkreises 2 in 1. Die Steuerschaltungen 3-1, 3-2 sind entsprechend den Kapazitätsschaltkreisen 2-1 bzw. 2-2 vorgesehen. Die Konfiguration jeder der Steuerschaltungen 3-1, 3-2 ist die gleiche wie die der Steuerschaltung 3 in 1. Die Eingangsseiten der Steuerschaltungen 3-1, 3-2 sind mit beiden Enden des Spannungsteilungswiderstands 42 der Temperaturdetektionsschaltung 4 verbunden. Das heißt, in diesem Beispiel ist die Temperaturdetektionsschaltung 4 den Steuerschaltungen 3-1, 3-2 gemein.
Bei der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100F ist die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 für jede der Steuerschaltungen 3-1, 3-2 verschieden ausgelegt, so dass der zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 verbundene Kapazitätswert durch die Kapazitätsschaltkreise 2-1, 2-2 mehrstufig ausgelegt sein kann. Folglich kann die Abnahme der Schaltgeschwindigkeit des Halbleiterschaltelements 11 unterbunden werden, und der Schaltverlust kann unterbunden werden.
Sechste Ausführungsform
Zum Implementieren einer Leistungshalbleitervorrichtung, die den Schaltvorgang mit einem großen Strom durchführt, werden mehrere Leistungshalbeitermodule parallel montiert und betrieben. Bei einer Halbleitervorrichtung, die die mehreren parallelgeschalteten Leistungshalbeitermodule enthält, wird eine Konfiguration einer Halbleiteransteuerungsvorrichtung, die jedes Leistungshalbeitermodul ansteuert, bei einer sechsten Ausführungsform dargestellt.
10 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt. Unter Bezugnahme auf 10 enthält eine Halbleitervorrichtung 110 mehrere Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2, .... Der Fall, in dem zwei Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2 enthalten sind, wird nachfolgend repräsentativ beschrieben.
Die Halbleitervorrichtung 110 beinhaltet ferner Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2, eine Ansteuerungsschaltung 5 und eine Steuerschaltung 8. Die Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 sind entsprechend den Leistungshalbleitermodulen 1-1 bzw. 1-2 vorgesehen. Jede der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 beinhaltet einen Kapazitätsschaltkreis 2, eine Temperaturdetektionsschaltung 4 und einen Gate-Widerstand 6. Die Temperaturdetektionsschaltung 4 beinhaltet eine Spannungsquelle 41, einen Spannungsteilungswiderstand 42 und einen Thermistor 12. Der Kapazitätsschaltkreis 2, die Temperaturdetektionsschaltung 4 und der Gate-Widerstand 6 sind wie in 1 beschrieben.
Die Steuerschaltung 8 beinhaltet Signalverstärkerschaltungen 3-1, 3-2 und eine ODER-Schaltung 81. Die Signalverstärkerschaltungen 3-1, 3-2 sind entsprechend den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1 bzw. 100G-2 vorgesehen. Jede der Signalverstärkerschaltungen 3-1, 3-2 weist die gleiche Konfiguration wie die Konfiguration der Steuerschaltung 3 in 1 auf. Das heißt, jede der Signalverstärkerschaltungen 3-1, 3-2 beinhaltet den Komparator 31 und die Referenzspannungsquelle 32 (nicht dargestellt). Dann gibt die Signalverstärkerschaltung 3-1 das Vergleichsergebnis zwischen der Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 in der Temperaturdetektionsschaltung 4 der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100G-1 und der Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 aus. Ebenso gibt die Signalverstärkerschaltung 3-2 das Vergleichsergebnis zwischen der Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 in der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100G-2 und der Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 aus.
Die ODER-Schaltung 81 führt eine Logiksummen(OR-)Operation der Ausgaben aus den Signalverstärkerschaltungen 3-1, 3-2 durch und gibt das Operationsergebnis an das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 jeder der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 aus.
Wenn der Kapazitätsschaltkreis 2 der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100G-1 basierend auf dem Ausgangssignalergebnis der Signalverstärkerschaltung 3-1 gesteuert wird, und wenn der Kapazitätsschaltkreis 2 der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100G-2 basierend auf dem Ausgangssignal der Signalverstärkerschaltung 3-2 gesteuert wird, dann besteht bei jeder Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100G-1, 100G-2 die Möglichkeit, dass der Kapazitätsschaltkreis 2 aufgrund einer Temperaturvariation, eines Temperaturdetektionsfehlers oder dergleichen der Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2 verschieden funktionieren kann.
Bei der Halbleitervorrichtung 110 sind die Steuerschaltungen der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 integriert, und wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 in der Temperaturdetektionsschaltung 4 die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 in einer beliebigen der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 übersteigt, werden die Schaltelemente 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 in allen Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 eingeschaltet. Somit können in den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 die Zustände der Kapazitätsschaltkreise 2 aufeinander abgestimmt werden, und die Erzeugung eines Stromungleichgewichts zwischen den Leistungshalbleitermodulen 1-1, 1-2 kann unterbunden werden.
Bei der ersten Ausführungsform und der ersten und zweiten Modifikation werden die Einstelltemperatur T1, bei der das Schaltelement 22 ein- und ausgeschaltet wird, und der Kapazitätswert C0 des Kondensators 21 von den Gate-Oszillationsbedingungen zum Zeitpunkt des Gate-Ein, des Gate-Aus oder der Erzeugung des Zweigkurzschlusses des Halbleiterschaltelements 11 eingestellt. Auch bei der dritten Ausführungsform werden die Einstelltemperatur T3, bei der das Schaltelement 72 ein- und ausgeschaltet wird, und der Widerstandswert R1 des Gate-Widerstands 6 aus dem Gate-Oszillationszustand zum Zeitpunkt des Gate-Ein, Gate-Aus oder der Erzeugung des Zweigkurzschlusses des Halbleiterschaltelements 11 eingestellt. Bei der sechsten Ausführungsform können die Einstelltemperaturen T1, T3, der Kapazitätswert C0 des Kondensators 21 und der Widerstandswert R1 des Gate-Widerstands 6 von dem Oszillationszustand zwischen den Halbleiterschaltelementen 11 der parallelgeschalteten Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2 eingestellt werden.
Dritte Modifikation
Bei der sechsten Ausführungsform ist der Kapazitätsschaltkreis 2 für jede Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100G-1, 100G-2 vorgesehen. Der Kapazitätsschaltkreis 2 kann jedoch auch in den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100G-1, 100G-2 integriert sein.
11 ist ein Schaltplan, der eine Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Modifikation darstellt. In 11 wird auch der Fall, in dem zwei Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2 enthalten sind, repräsentativ beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 11 beinhaltet eine Halbleitervorrichtung 110A die Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2, die Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2, den Kapazitätsschaltkreis 2, die Ansteuerungsschaltung 5, einen Gate-Widerstand 6B und die Steuerschaltung 8.
Jede der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 beinhaltet die Temperaturdetektionsschaltung 4 und einen Gate-Widerstand 6A. Die Temperaturdetektionsschaltung 4 ist wie in 1 beschrieben. Der Gate-Widerstand 6A ist zwischen dem Gate des entsprechenden Halbleiterschaltelements 11 und dem den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 gemeinen Gate-Widerstand 6B verbunden. Der Vorwiderstandswert der Gate-Widerstände 6A, 6B ist der gleiche wie der Widerstandswert des Gate-Widerstands 6, der bei jeder der obigen Ausführungsformen beschrieben wird.
Der Kapazitätsschaltkreis 2 ist den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 gemein vorgesehen und ist zwischen der mit dem Gate-Widerstand 6A jeder der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 verbundenen Gate-Leitung und der Quelle jedes der Leistungshalbeitermodule 1-1, 1-2 verbunden.
Der Kapazitätsschaltkreis 2 beinhaltet einen Kondensator 21 und ein Schaltelement 22. Die Konfiguration des Kapazitätsschaltkreises 2 ist wie in 1 beschrieben.
Bei der Halbleitervorrichtung 100A sind nicht nur die Steuerschaltungen der Halbleiteransteuerungsvorrichtung 100H-1, 100H-2, sondern auch der Kapazitätsschaltkreis 2 integriert. Dann wird bei beliebigen der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2, wenn die Spannung über den Spannungsteilungswiderstand 42 in der Temperaturdetektionsschaltung 4 die Referenzspannung an der Referenzspannungsquelle 32 übersteigt, das Schaltelement 22 des Kapazitätsschaltkreises 2 eingeschaltet. Infolgedessen ist in allen Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 der gemeinsame Kondensator 21 zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 verbunden.
Gemäß der dritten Modifikation ist der Kapazitätsschaltkreis 2 auch bei den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 integriert, wobei das Ungleichgewicht der Elemente (Kondensator 21 und Schaltelement 22), die den Kapazitätsschaltkreis 2 bilden, auch unterbunden werden kann.
Die Halbleiterschaltelemente 11 der Leistungshalbleitermodule 1-1, 1-2, die parallelgeschaltet sind, erzeugen im Allgemeinen den gleichen Verlust und weisen die gleiche Temperatur auf. Obgleich dies nicht besonders verdeutlicht wird, können die Temperaturdetektionsschaltungen 4 dementsprechend auch integriert sein. Bei der Konfiguration der Halbleitervorrichtung 110A in 11 kann zum Beispiel die Temperaturdetektionsschaltung 4 nur in einer der Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 vorgesehen sein, und der Kapazitätsschaltkreis 2, der den Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100H-1, 100H-2 gemein ist, kann basierend auf dem Temperaturdetektionsergebnis der Temperaturdetektionsschaltung 4 gesteuert werden.
Siebte Ausführungsform
Bei einer siebten Ausführungsform werden die Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100, 100A bis 100F oder die Halbleitervorrichtung 110, 110A gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen auf eine Leistungsumwandlungsvorrichtung angewandt. Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte Leistungsumwandlungsvorrichtung beschränkt ist, wird nachfolgend der Fall, in dem die Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100, 100A bis 100F oder die Halbleitervorrichtung 110, 110A auf einen dreiphasigen Wechselrichter angewandt werden, als die siebte Ausführungsform beschrieben.
12 ist ein Blockdiagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems, auf das ein Leistungswandler gemäß einer siebten Ausführungsform angewandt wird, darstellt.
Unter Bezugnahme auf 12 beinhaltet das Leistungsumwandlungssystem eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 200, eine Last 300, und eine Leistungsversorgung 400. Die Leistungsversorgung 400 ist eine DC-Leistungsversorgung und führt der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 DC-Leistung zu. Die Leistungsversorgung 400 kann aus verschiedenen Komponenten konfiguriert sein. Zum Beispiel kann die Leistungsversorgung 400 aus einem DC-System, einer Solarzelle und einer Speicherbatterie konfiguriert sein oder kann aus einer mit einem AC-System und einem AC/DC-Wandler verbundenen Gleichrichterschaltung konfiguriert sein. Die Leistungsversorgung 400 kann auch mit einem DC/DC-Wandler ausgeführt sein, der die DC-Leistungsausgabe aus dem DC-System in eine vorbestimmte Leistung umwandelt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 ist ein dreiphasiger Wechselrichter, der zwischen der Leistungsversorgung 400 und der Last 300 verbunden ist, die von der Leistungsversorgung 400 zugeführte DC-Leistung in AC-Leistung umwandelt und der Last 300 die AC-Leistung zuführt. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 beinhaltet eine Hauptumwandlungsschaltung 201, die die DC-Leistung in die AC-Leistung umwandelt und die AC-Leistung abgibt, und eine Steuerschaltung 202, die ein Steuersignal zum Steuern der Hauptumwandlungsschaltung 201 an die Hauptumwandlungsschaltung 201 ausgibt.
Die Last 300 ist ein dreiphasiger Motor, der durch die von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 zugeführte AC-Leistung angetrieben wird. Die Last 300 ist nicht auf eine bestimmte Anwendung beschränkt, sondern ist ein an verschiedenen elektrischen Vorrichtungen montierter Motor. Zum Beispiel wird die Last 300 als ein Hybridauto, ein Elektroauto, ein Schienenfahrzeug, ein Aufzug oder ein Motor für eine Klimaanlage verwendet.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 200 wird nachfolgend ausführlich beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 ist dadurch konfiguriert, dass sie ein Halbleiterschaltelement und eine Diode (nicht dargestellt) beinhaltet, wandelt die von der Leistungsversorgung 400 zugeführte DC-Leistung durch Schalten des Schaltelements in die AC-Leistung um und führt der Last 300 die AC-Leistung zu. Obgleich es verschiedene spezielle Schaltungskonfigurationen der Hauptumwandlungsschaltung 201 gibt, ist die Hauptumwandlungsschaltung 201 der siebten Ausführungsform eine Zweipegel-Dreiphasen-Vollbrückenschaltung und kann aus sechs Schaltelementen und sechs Dioden, die antiparallel mit den jeweiligen Schaltelementen verbunden sind, gebildet sein. Die sechs Schaltelemente sind bei jeweils zwei Schaltelementen in Reihe geschaltet, um obere und untere Zweige zu bilden, und jeder obere und untere Zweig bildet jede Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Vollbrückenschaltung. Ein Ausgangsanschluss jedes der oberen und unteren Zweige, nämlich drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
Jedes Halbleiterschaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 entspricht dem bei jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen beschriebenen Halbleiterschaltelement 11. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 beinhaltet ferner die Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100, 100A bis 100F oder die Halbleitervorrichtung 110, 110A, die jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen entsprechen.
Die Hauptumwandlungsschaltung 201 beinhaltet die Ansteuerungsschaltung 5 (1 und dergleichen), die jedes Halbleiterschaltelement ansteuert. Die Ansteuerungsschaltung 5 erzeugt das Ansteuerungssignal, das das Halbleiterschaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 ansteuert, und führt der Steuerelektrode des Halbleiterschaltelements der Hauptumwandlungsschaltung 201 das Ansteuerungssignal zu. Insbesondere werden das das Halbleiterschaltelement einschaltende Ansteuerungssignal und das das Halbleiterschaltelement ausschaltende Ansteuerungssignal gemäß dem Steuersignal von der Steuervorrichtung 202 (später beschrieben) an die Steuerelektrode jedes Halbleiterschaltelements ausgegeben. Das Ansteuerungssignal ist ein Spannungssignal (EIN-Signal), das größer als eine oder gleich einer Schwellenspannung des Halbleiterschaltelements ist, wenn das Halbleiterschaltelement in einem EIN-Zustand gehalten wird, und das Ansteuerungssignal ist ein Spannungssignal (AUS-Signal), das kleiner als die oder gleich der Schwellenspannung des Halbleiterschaltelements ist, wenn das Halbleiterschaltelement in einem AUS-Zustand gehalten wird.
Die Steuervorrichtung 202 steuert die Halbleiterschaltelemente der Hauptumwandlungsschaltung 201 derart, dass der Last 300 die gewünschte Leistung zugeführt wird. Insbesondere berechnet die Steuervorrichtung 202 die Zeit (EIN-Zeit), während der jedes Halbleiterschaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 eingeschaltet werden soll, basierend auf der der Last 300 zuzuführenden Leistung. Zum Beispiel kann die Steuervorrichtung 202 die Hauptumwandlungsschaltung 201 durch Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung), die die EIN-Zeit des Halbleiterschaltelements gemäß der abzugebenden Spannung moduliert, steuern. Die Steuervorrichtung 202 gibt einen Steuerbefehl (Steuersignal) an die in der Hauptumwandlungsschaltung 201 enthaltene Ansteuerungsschaltung 5 aus, so dass das EIN-Signal an das Halbleiterschaltelement zum Einschalten zu jedem Zeitpunkt ausgegeben wird und so dass das AUS-Signal an das Halbleiterschaltelement zum Ausschalten zu jedem Zeitpunkt ausgegeben wird. Die Ansteuerungsschaltung 5 gibt das EIN-Signal oder das AUS-Signal als das Ansteuerungssignal an die Steuerelektrode jedes Halbleiterschaltelements gemäß dem Steuersignal aus.
Bei der Leistungsumwandlungsvorrichtung der siebten Ausführungsform beinhaltet die Hauptumwandlungsschaltung 201 bei beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen die Halbleiteransteuerungsvorrichtungen 100, 100A bis 100F oder die Halbleitervorrichtung 110, 110A, so dass die gleichen Wirkungen wie jene der oben beschriebenen Ausführungsformen und Modifikationen implementiert werden können.
Obgleich das Beispiel, in dem die vorliegende Erfindung auf den Zweipegel-Dreiphasen-Wechselrichter angewandt wird, beschrieben wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern kann auf verschiedene Leistungsumwandlungsvorrichtungen angewandt werden. Bei der siebten Ausführungsform wird die Zweipegel-Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet. Es kann jedoch auch eine Dreipegel- oder Mehrpegel-Leistungsumwandlungsvorrichtung verwendet werden, oder die vorliegende Erfindung kann auf einen einphasigen Wechselrichter angewandt werden, wenn die Leistung einer einphasigen Last zugeführt wird. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch auf einen DC/DC-Wandler, einen AC/DC-Wandler oder dergleichen angewandt werden, wenn einer DC-Last oder dergleichen die Leistung zugeführt wird.
Darüber hinaus ist die Leistungsumwandlungsvorrichtung, auf die die vorliegende Erfindung angewandt wird, nicht auf den Fall beschränkt, in dem die oben beschriebene Last der Elektromotor ist, sondern kann zum Beispiel auch als eine Leistungsversorgungsvorrichtung für eine Elektroerosionsmaschine, eine Laserstrahlmaschine, einen Induktionsherd oder ein kontaktloses Leistungsversorgungssystem verwendet werden und kann auch als ein Power Conditioner für ein Solarstromerzeugungssystem, ein Leistungsspeichersystem oder dergleichen verwendet werden.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen und Modifikationen ist das Halbleiterschaltelement 11 als der NPN-MOSFET konfiguriert. Das Halbleiterschaltelement 11 kann jedoch aus einem bipolaren NPN-Transistor (IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor, Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder dergleichen), dem PNP-MOSFET oder einem bipolaren Transistor konfiguriert sein. Wenn das PNP-Halbleiterschaltelement verwendet wird, kann die die Komparatoren 31, 31A verwendende Steuerschaltung durch Umkehren der Polarität verwendet werden, und die den Operationsverstärker 37 verwendende Steuerschaltung kann durch Verwendung eines PTC-Thermistors statt des NTC-Thermistors verwendet werden.
Des Weiteren ist das Halbleiterschaltelement 11 in der obigen Beschreibung aus dem Halbleiter mit großer Bandlücke konfiguriert. Der Anwendungsbereich der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht auf den zum Ansteuern des aus dem Halbleiter mit großer Bandlücke konfigurierten Halbleiterschaltelements beschränkt, sondern beinhaltet den zum Ansteuern eines herkömmlichen siliciumbasierten Halbleiterschaltelements.
Bei jeder der obigen Ausführungsformen und Modifikationen wird der Kapazitätswert zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements 11 und der mit dem Gate verbundene Widerstandswert unter Verwendung der Temperaturabhängigkeit der Thermistoren 12, 12A geändert. Statt des Thermistors kann jedoch auch eine Diode oder ein Thermoelement mit einer Temperaturkennlinie einer Ein-Spannung verwendet werden.
Darüber hinaus können die Komparatoren 31, 31A oder der Operationsverstärker 37, der bei jeder der obigen Ausführungsformen und Modifikationen verwendet wird, durch digitale Steuerung unter Verwendung einer integrierten Schaltung (IC) oder der gleichen konfiguriert sein.
Die hier offenbarten Ausführungsformen sollen ohne Widerspruch auch in einer geeigneten Kombination innerhalb eines technischen Bereichs implementiert werden. Es sollte berücksichtigt werden, dass die offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht ein Beispiel und nicht einschränkend sind. Der technische Umfang der vorliegenden Erfindung wird nicht durch die Beschreibung der Ausführungsformen, sondern durch die Ansprüche definiert, und alle Änderungen innerhalb der Bedeutung und des Umfangs der Ansprüche sollen in der vorliegenden Erfindung mit enthalten sein.
Bezugszeichenliste

1, 1-1, 1-2: Leistungshalbleitermodul
2, 2A: Kapazitätsschaltkreis
3, 3A, 3B, 8: Steuerschaltung
3-1, 3-2: Signalverstärkerschaltung
4, 4A bis 4C: Temperaturdetektionsschaltung
5: Ansteuerungsschaltung
6, 6A, 6B: Gate-Widerstand
7: Widerstandsschaltkreis
11: Halbleiterschaltelement
12, 12A: Thermistor
13: Drain-Anschluss
14: Source-Anschluss
21: Kondensator
22, 23, 72: Schaltelement
31, 31A: Komparator
32: Referenzspannungsquelle
33 bis 36, 71: Widerstandselement
37: Operationsverstärker
41: Spannungsquelle
42: Spannungsteilungswiderstand
81: ODER-Schaltung
100, 100A bis 100H: Halbleiteransteuerungsvorrichtung
110, 110A: Halbleitervorrichtung
200: Leistungsumwandlungsvorrichtung
201: Hauptumwandlungsschaltung
202: Steuervorrichtung
300: Last
400: Leistungsversorgung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018007373 A [0005]

Claims

Halbleiteransteuerungsvorrichtung, aufweisend: - eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern eines Halbleiterschaltelements; - ein passives Element, das mit einem Gate des Halbleiterschaltelements verbunden ist, um einen Gate-Strom des Halbleiterschaltelements zu unterbinden; - ein Schaltelement, das mit dem passiven Element in Reihe geschaltet ist; - eine Steuerschaltung zum Steuern des Schaltelements; und - eine Temperaturdetektionsschaltung zum Detektieren einer Temperatur des Halbleiterschaltelements, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, das Schaltelement derart zu steuern, dass, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung detektierte Temperatur hoch ist, der Gate-Strom mehr unterbunden wird, als wenn die Temperatur niedrig ist.
Halbleiteransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das passive Element ein zwischen dem Gate und einer Source des Halbleiterschaltelements verbundener Kondensator ist, und wobei das Schaltelement mit dem passiven Element zwischen dem Gate und der Source des Halbleiterschaltelements in Reihe geschaltet ist, und wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, das Schaltelement so zu steuern, dass, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung detektierte Temperatur hoch ist, der Widerstand des Schaltelements geringer wird, als wenn die Temperatur niedrig ist.
Halbleiteransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend: - einen zwischen dem Gate des Halbleiterschaltelements und der Ansteuerungsschaltung verbundenen Gate-Widerstand, und wobei das passive Element ein Widerstandselement ist, und - eine das Widerstandselement und das Schaltelement enthaltende Schaltung mit dem Gate-Widerstand parallelgeschaltet ist, und wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist, das Schaltelement so zu steuern, dass, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung detektierte Temperatur hoch ist, der Widerstand des Schaltelements höher wird, als wenn die Temperatur niedrig ist.
Halbleiteransteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung eine Signalverstärkerschaltung aufweist, die eine Ausgabe der Temperaturdetektionsschaltung verstärkt.
Halbleiteransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Temperaturdetektionsschaltung Folgendes aufweist: - einen Thermistor; - einen mit dem Thermistor in Reihe geschalteten Spannungsteilungswiderstand; und - eine Spannungsquelle, die eine konstante Spannung an eine den Thermistor und den Spannungsteilungswiderstand enthaltende Schaltung anlegt, und wobei die Signalverstärkerschaltung Folgendes aufweist: - eine Referenzspannungsquelle, die eine Referenzspannung abgibt; und - einen Komparator, der ein Signal gemäß einem Vergleichsergebnis zwischen einer Spannung über den Spannungsteilungswiderstand und der Referenzspannung an einem Gate des Schaltelements ausgibt.
Halbleiteransteuerungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Temperaturdetektionsschaltung Folgendes aufweist: - einen Thermistor; - einen mit dem Thermistor in Reihe geschalteten Spannungsteilungswiderstand; und - eine Spannungsquelle, die eine konstante Spannung an eine den Thermistor und den Spannungsteilungswiderstand enthaltende Schaltung anlegt, und - wobei die Signalverstärkerschaltung eine Differenzverstärkerschaltung beinhaltet, die ein einer Spannung über den Spannungsteilungswiderstand entsprechendes Signal an ein Gate des Schaltelements ausgibt, und wobei das Schaltelement derart konfiguriert ist, dass sich ein Widerstandswert gemäß einer Größe des Signals von der Differenzverstärkerschaltung ändert.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: - mehrere Halbleiterschaltelemente, die parallel zueinander geschaltet sind; - mehrere Halbleiteransteuerungsvorrichtungen, die entsprechend den mehreren Halbleiterschaltelementen vorgesehen sind; - eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern der mehreren Halbleiterschaltelemente, wobei jede der mehreren Halbleiteransteuerungsvorrichtungen Folgendes aufwei st: - ein passives Element, das mit einem Gate des entsprechenden Halbleiterschaltelements verbunden ist, um einen Gate-Strom des entsprechenden Halbleiterschaltelements zu unterbinden, - ein Schaltelement, das mit dem passiven Element in Reihe geschaltet ist, und - eine Temperaturdetektionsschaltung zum Detektieren einer Temperatur des entsprechenden Halbleiterschaltelements; und - eine Steuerschaltung zum Steuern des Schaltelements in jeder der mehreren Halbleiteransteuerungsvorrichtungen, wobei die Steuerschaltung derart konfiguriert ist, das Schaltelement in jeder der mehreren Halbleiteransteuerungsvorrichtungen derart zu steuern, dass, wenn die durch die Temperaturdetektionsschaltung detektierte Temperatur hoch ist, der Gate-Strom mehr unterbunden wird, als wenn die Temperatur in jeder der mehreren Halbleiteransteuerungsvorrichtungen niedrig ist.
Halbleitervorrichtung, aufweisend: - mehrere Halbleiterschaltelemente, die parallel zueinander geschaltet sind; - mehrere Temperaturdetektionsschaltungen, die entsprechend den mehreren Halbleiterschaltelementen vorgesehen sind, wobei jede der mehreren Temperaturdetektionsschaltungen eine Temperatur des entsprechenden Halbleiterschaltelements detektiert; - eine Ansteuerungsschaltung zum Ansteuern der mehreren Halbleiterschaltelemente; - ein passives Element, das mit einem Gate jedes der mehreren Halbleiterschaltelemente verbunden ist, um einen Gate-Strom jedes der mehreren Halbleiterschaltelemente zu unterbinden; - ein Schaltelement, das mit dem passiven Element in Reihe geschaltet ist, und - eine Steuerschaltung zum Steuern des Schaltelements, wobei die Steuerschaltung derart konfiguriert ist, das Schaltelement in jedem der mehreren Halbleiterschaltelemente so zu steuern, dass, wenn eine durch die entsprechende Temperaturdetektionsschaltung detektierte Temperatur hoch ist, der Gate-Strom mehr unterbunden wird, als wenn die Temperatur niedrig ist.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, aufweisend: - eine Hauptumwandlungsschaltung, die ein Halbleiterschaltelement und die Halbleiteransteuerungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist; und - eine Steuervorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals, das die Hauptumwandlungsschaltung steuert und an die Hauptumwandlungsschaltung ausgegeben wird.
Leistungsumwandlungsvorrichtung, aufweisend: - eine Hauptumwandlungsschaltung, die die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8 aufweist; und - eine Steuervorrichtung zum Erzeugen eines Steuersignals, das die Hauptumwandlungsschaltung steuert und an die Hauptumwandlungsschaltung ausgegeben wird.