JP2002141418A - Semiconductor circuit, driving method of it and semiconductor element - Google Patents

Semiconductor circuit, driving method of it and semiconductor element

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JP2002141418A
JP2002141418A JP2001268202A JP2001268202A JP2002141418A JP 2002141418 A JP2002141418 A JP 2002141418A JP 2001268202 A JP2001268202 A JP 2001268202A JP 2001268202 A JP2001268202 A JP 2001268202A JP 2002141418 A JP2002141418 A JP 2002141418A
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semiconductor
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circuit
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Japanese (ja)
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Masahiro Nagasu
正浩 長洲
Hideo Kobayashi
秀男 小林
Hideki Miyazaki
英樹 宮崎
Arata Kimura
新 木村
Junichi Sakano
順一 坂野
Mutsuhiro Mori
森  睦宏
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of the overvoltage and reduction of the electromagnetic noise during the switching operation in a semiconductor circuit. SOLUTION: When a circuit is in a blocking state, the current and voltage characteristics of this device exhibits that the current flows slowly if the voltage is over a first voltage value V1 as well as under a second voltage value V2 and the current flows rapidly when the voltage is over the second voltage value V2. Accordingly, the energy stored in inductance in the circuit is consumed by a derivative resistance that the circuit comprises when the circuit transfers from the ON-state to the OFF-state, so that a bouncing voltage is restrained. As a result, generation of an electromagnetic noise and an overvoltage can be prevented.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電力変換装置などに使
われる半導体回路およびその駆動方法並びに半導体素子
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor circuit used in a power converter, a driving method thereof, and a semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】電力変換装置は、MOSFETやIGBTなど
のスイッチング素子及びダイオードのような整流作用を
持つ素子、さらにはコンデンサ,インダクタンス,抵抗
などの意図的に組み込まれた素子だけでなく、配線など
が有する寄生のインダクタンスなどから構成される。電
力変換装置ではスイッチング素子や整流素子が電流が流
れている状態(オン状態)と電流が流れなくなる状態
(オフ状態)を繰り返すことで電力の変換を行うため、
素子がオン状態からオフ状態に移行するときに寄生イン
ダクタンスの影響を受け、電源電圧を大きく上回る跳ね
上がり電圧が素子に印加される。
2. Description of the Related Art Power conversion devices include switching elements such as MOSFETs and IGBTs, rectifying elements such as diodes, and intentionally incorporated elements such as capacitors, inductances, and resistors, as well as wiring. It is composed of the parasitic inductance of the device. In a power converter, power is converted by repeating a state in which a current flows through a switching element or a rectifier element (on state) and a state in which no current flows (off state).
When the element shifts from the on state to the off state, the element is affected by the parasitic inductance, and a jump voltage greatly exceeding the power supply voltage is applied to the element.

【0003】この跳ね上がり電圧によるスイッチング時
の素子の破壊を防ぐため、従来、跳ね上がり電圧の大き
さを予測してこの値以上の耐圧を有する素子を利用した
り、スナバ回路を用いて跳ね上がり電圧を抑制したりし
ていた。しかし、大きな耐圧の素子を用いることは、コ
ストアップにつながるだけでなく素子の電力損失を増加
させることにもなり望ましいことでない。また、スナバ
回路などを用いて跳ね上がり電圧を防ぐことは部品点数
の増加につながり、結果として装置の大型化,コストア
ップにつながる。
[0003] In order to prevent the destruction of the element at the time of switching due to the jumping voltage, conventionally, the magnitude of the jumping voltage is predicted and an element having a breakdown voltage higher than this value is used, or the jumping voltage is suppressed by using a snubber circuit. I was doing. However, using an element having a large withstand voltage is not desirable because it not only increases the cost but also increases the power loss of the element. Also, preventing a jump voltage by using a snubber circuit or the like leads to an increase in the number of components, resulting in an increase in size and cost of the device.

【0004】ところで、スイッチング時に発生する跳ね
上がり電圧は、素子とインダクタンスを同時に流れてい
た電流が、スイッチング動作により急激に減少すること
で発生する。したがって、電流の急激な減少が抑えられ
れば跳ね上がり電圧を抑制できることになる。この点に
着目した方法としては、例えばツェナーダイオードやア
バランシェダイオードを素子に並列に接続する方法があ
る。これは、アバランシェダイオードに加わる電圧がそ
の降伏電圧以上になると、アバランシェダイオードに電
流が流れ、電流の急激な減少を防ぐというものである。
[0004] By the way, the jump voltage generated at the time of switching is generated when the current flowing through the element and the inductance at the same time suddenly decreases due to the switching operation. Therefore, if a rapid decrease in the current is suppressed, the jump voltage can be suppressed. As a method focusing on this point, for example, there is a method of connecting a Zener diode or an avalanche diode in parallel to the element. That is, when the voltage applied to the avalanche diode becomes equal to or higher than its breakdown voltage, a current flows through the avalanche diode to prevent a sharp decrease in the current.

【0005】しかし、これには次のような問題がある。
アバランシェダイオードに電流が流れると、アバランシ
ェダイオードの降伏後の抵抗成分はほとんど零に近いた
め、寄生インダクタンスを流れる電流の減少がなくな
り、ダイオードに加わる電圧が減少する。この電圧がア
バランシェ降伏を生じる電圧以下になるとアバランシェ
ダイオードはオフ状態となり、インダクタンスを流れる
電流が急激に減少しようとするため、アバランシェダイ
オードに印加される電圧が増大し、再びアバランシェ降
伏状態となり、ダイオードに電流が流れる。つまり、ア
バランシェダイオードの電圧と電流は振動し続けること
になり、電磁ノイズ発生の原因になる。
[0005] However, this has the following problems.
When a current flows through the avalanche diode, the resistance component after breakdown of the avalanche diode is almost zero, so that the current flowing through the parasitic inductance does not decrease, and the voltage applied to the diode decreases. When this voltage falls below the voltage at which avalanche breakdown occurs, the avalanche diode is turned off, and the current flowing through the inductance tends to decrease sharply. Electric current flows. That is, the voltage and current of the avalanche diode continue to oscillate, causing electromagnetic noise.

【0006】また、アバランシェダイオードを用いる方
法以外に、例えば文献 EPEJournalVol.4 No.2 June (19
94) p8〜p9 に記載された方法がある。これは、ダイナ
ミックランプ方式と呼ばれる手法の例で、IGBTのコ
レクタ端子とゲート端子間にアバランシェダイオード、
ゲート端子とエミッタ端子間に抵抗が接続された構成に
なっている。コレクタ電圧がアバランシェダイオードで
規定された電圧以上になるとアバランシェダイオードと
抵抗を通して電流が流れ、ゲート電圧が増加することで
IGBTのコレクタ電流が流れ、素子に大きな電圧が印
加されるのを防止するというものである。しかし、この
場合にも、以上に説明するようにアバランシェダイオー
ドを使用した場合と同様な問題が発生する。
In addition to the method using an avalanche diode, for example, the document EPEJournal Vol.4 No.2 June (19)
94) There is a method described on p8-p9. This is an example of a technique called a dynamic ramp method, in which an avalanche diode is connected between the collector terminal and the gate terminal of the IGBT,
The configuration is such that a resistor is connected between the gate terminal and the emitter terminal. When the collector voltage exceeds the voltage specified by the avalanche diode, a current flows through the avalanche diode and the resistor, and the collector voltage of the IGBT flows by increasing the gate voltage, preventing a large voltage from being applied to the element. It is. However, in this case as well, a problem similar to the case where an avalanche diode is used occurs as described above.

【0007】コレクタ電圧がアバランシェダイオードの
降伏電圧を越えた状態の時、ゲート電極にはコレクタ電
圧とアバランシェ降伏電圧との差が印加される。つま
り、アバランシェ降伏電圧を越えるとそれ以上の電圧は
総てゲート電圧に印加される。
When the collector voltage exceeds the breakdown voltage of the avalanche diode, a difference between the collector voltage and the avalanche breakdown voltage is applied to the gate electrode. That is, when the voltage exceeds the avalanche breakdown voltage, all voltages higher than the avalanche breakdown voltage are applied to the gate voltage.

【0008】一般的に、IGBTはわずかなゲート電圧
の変化でコレクタ電流が大きく変化するため、コレクタ
電圧がアバランシェ降伏電圧以上になると、IGBTの
電流は急激に増大することになる。例えば、耐圧数百
V,定格電流密度200A/cm2 程度のIGBTの場
合、ゲート電圧15Vにおける飽和電流密度は数千A/
cm2 にもなる。このことは、コレクタ電圧がコレクタと
ゲート間に接続されたアバランシェダイオードで規定さ
れた電圧よりわずか15V増えただけで、コレクタ電流
が数千Aにもなることを意味している。つまり、このダ
イナミッククランプ方式を用いたIGBTは、アバラン
シェダイオードと極めてよく似た出力特性(ある電圧で
急激に電圧が増大する)を示す。このため、このダイナ
ミッククランプ方式も前記のアバランシェダイオードの
例と同様な問題を有している。
In general, the collector current of an IGBT greatly changes with a slight change in gate voltage. Therefore, when the collector voltage exceeds the avalanche breakdown voltage, the current of the IGBT sharply increases. For example, in the case of an IGBT having a withstand voltage of several hundred V and a rated current density of about 200 A / cm 2 , the saturation current density at a gate voltage of 15 V is several thousand A / cm.
also it becomes cm 2. This means that the collector current can be as high as several thousand A even if the collector voltage is increased by only 15 V from the voltage specified by the avalanche diode connected between the collector and the gate. That is, the IGBT using the dynamic clamp method exhibits output characteristics very similar to an avalanche diode (the voltage suddenly increases at a certain voltage). For this reason, this dynamic clamp method has the same problem as the above-mentioned avalanche diode.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
電力変換装置で使用されていた跳ね上がり電圧の抑制方
法は、電力損失やコストの増大、さらには電磁ノイズの
発生などの問題を抱えていた。本発明は、このような問
題を解決できる半導体回路およびその駆動方法並びに半
導体素子を提供することを目的とする。
As described above, the method of suppressing the jump voltage used in the conventional power converter has problems such as power loss, increase in cost, and generation of electromagnetic noise. Was. An object of the present invention is to provide a semiconductor circuit which can solve such a problem, a driving method thereof, and a semiconductor element.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明による半導体回路
は、少なくとも半導体素子を含む回路と、これに接続さ
れるインダクタンスとを有し、流れる電流がオンオフ制
御されるものである。さらに、半導体素子を含む回路の
両端に印加する阻止方向電圧の大きさが、第1の電圧値
以上かつ第2の電圧値以下では電流の大きさが阻止方向
電圧の増加とともに増大し、第2の電圧値以上では第1
の電圧値と第2の電圧値間での電流の増加割合より大き
な増加割合で電流が増加する。ここで、第1の電圧値ま
ではリーク電流が流れるだけで、回路は実質電流遮断状
態に在る。
A semiconductor circuit according to the present invention has at least a circuit including a semiconductor element and an inductance connected to the circuit, and controls a current flowing on and off. Further, when the magnitude of the blocking direction voltage applied to both ends of the circuit including the semiconductor element is equal to or more than the first voltage value and equal to or less than the second voltage value, the magnitude of the current increases with an increase in the blocking direction voltage. Above the voltage value of
The current increases at a rate of increase larger than the rate of increase of the current between the first voltage value and the second voltage value. Here, only the leak current flows up to the first voltage value, and the circuit is substantially in a current cutoff state.

【0011】なお、半導体素子を含む回路とは、半導体
素子および他の受動素子を含む回路のみならず、半導体
素子のみから成る回路や、1ケース内に半導体素子を内
蔵するかまたは半導体素子と周辺回路を内蔵する半導体
モジュールであってもよい。また、半導体素子とは、制
御信号によって主電流を制御できる半導体スイッチング
素子やダイオードなどである。さらに、インダクタンス
は、電動機のような負荷が有するもののみならず、回路
配線のインダクタンスでもよい。これらの点について
は、以下の各構成においても同様である。
Note that a circuit including a semiconductor element includes not only a circuit including a semiconductor element and other passive elements, but also a circuit including only a semiconductor element, a semiconductor element incorporated in one case, or a semiconductor element and a peripheral element. It may be a semiconductor module incorporating a circuit. The semiconductor element is a semiconductor switching element, a diode, or the like that can control a main current by a control signal. Further, the inductance may be not only the load of the electric motor but also the inductance of the circuit wiring. These points are the same in the following configurations.

【0012】上記した半導体素子を含む回路は、これに
インダクタンスが接続されてかつ流れる電流がオンオフ
制御される半導体回路においてのみならず、他の様々な
回路または半導体素子に接続して用いることができる。
The circuit including the above-described semiconductor element can be used not only in a semiconductor circuit in which an inductance is connected and a flowing current is controlled on / off, but also in connection with various other circuits or semiconductor elements. .

【0013】次に、本発明による半導体回路の駆動方法
において、半導体スイッチング素子の主電極間に印加す
る阻止方向電圧が第1の電圧値以上かつ第2の阻止方向
電圧値以下では、主電流の大きさが阻止方向電圧の増加
とともに増大するように、第2の電圧値以上では第1の
電圧値と第2の電圧値間での主電流の増加割合より大き
な増加割合で主電流が増加するように、それぞれ阻止方
向電圧に応じた制御信号を半導体スイッチング素子に供
給する。ここで、第1の電圧値まではリーク電流が流れ
るだけで、半導体スイッチング素子は実質電流遮断状態
に在る。
Next, in the method for driving a semiconductor circuit according to the present invention, when the blocking direction voltage applied between the main electrodes of the semiconductor switching element is equal to or more than the first voltage value and equal to or less than the second blocking direction voltage value, the main current is reduced. In order for the magnitude to increase with an increase in the blocking direction voltage, the main current increases at a rate greater than the second voltage at a rate greater than the rate of increase of the main current between the first voltage and the second voltage. Thus, the control signals corresponding to the respective blocking direction voltages are supplied to the semiconductor switching elements. Here, only the leak current flows up to the first voltage value, and the semiconductor switching element is substantially in a current cutoff state.

【0014】さらに、本発明の半導体素子は、その主電
極間に印加する阻止方向電圧の大きさが第1の電圧値以
上かつ第2の電圧値以下では主電流の大きさが阻止方向
電圧の増加とともに増大し、第2の電圧値以上では第1
の電圧値と第2の電圧値間での主電流の増加割合より大
きな増加割合で主電流が増加する。ここで、第1の電圧
値まではリーク電流が流れるだけで、半導体素子は実質
電流遮断状態に在る。このような特性を有する半導体素
子の具体的な構造は実施例の記載より明らかになるであ
ろう。
Further, in the semiconductor device of the present invention, when the magnitude of the blocking direction voltage applied between the main electrodes is equal to or more than the first voltage value and equal to or less than the second voltage value, the magnitude of the main current is equal to the blocking direction voltage. It increases with the increase, and the first
The main current increases at a rate of increase larger than the rate of increase of the main current between the first voltage value and the second voltage value. Here, only the leak current flows up to the first voltage value, and the semiconductor element is substantially in a current cutoff state. The specific structure of the semiconductor device having such characteristics will be apparent from the description of the embodiments.

【0015】上述したような半導体素子を含む回路、ま
たは半導体回路あるいは半導体素子に印加される阻止方
向電圧が第1の電圧値を越えると電圧の大きさに応じた
電流が流れる。この電流が回路中のインダクタンスまた
は半導体素子に接続されるインダクタンスを流れる電流
の急激な減少を防ぎ、回路または半導体素子に印加され
る電圧の増加を緩やかに制限する。また、第2の電圧値
を越えるとさらに大きな電流が流れ、印加電圧の増加を
急激に制限する。
When a blocking direction voltage applied to a circuit including a semiconductor element as described above, or a semiconductor circuit or a semiconductor element exceeds a first voltage value, a current according to the magnitude of the voltage flows. This current prevents a sharp decrease in the current flowing through the inductance in the circuit or the inductance connected to the semiconductor element, and gently limits the increase in the voltage applied to the circuit or semiconductor element. Further, when the voltage exceeds the second voltage value, a larger current flows, and the increase in the applied voltage is sharply limited.

【0016】すなわち、第1の電圧値と第2の電圧値間
での微分抵抗(電圧の微少な変化量に対する電流の変化
量)は、第2の電圧値以上での微分抵抗よりも大きい。
そのため、素子のスイッチング動作時など、インダクタ
ンスに電圧が誘起されるとき、第1の電圧値と第2の電
圧値間での微分抵抗がインダクタンスに蓄えられたエネ
ルギーを吸収する役割を果たし、また、第2の電圧値以
上の微分抵抗が電圧の更なる増加を制限する役割を果た
すため、電圧と電流の振動による電磁ノイズの発生や素
子を破壊に導く過電圧の発生が防止される。
That is, the differential resistance between the first voltage value and the second voltage value (the change amount of the current with respect to the minute change amount of the voltage) is larger than the differential resistance at the second voltage value or more.
Therefore, when a voltage is induced in the inductance, such as during a switching operation of the element, the differential resistance between the first voltage value and the second voltage value plays a role of absorbing the energy stored in the inductance. Since the differential resistance equal to or more than the second voltage value serves to limit a further increase in the voltage, generation of electromagnetic noise due to vibration of the voltage and current and generation of an overvoltage which may lead to destruction of the element are prevented.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】図1,図2,図3,図4は、本発
明の実施例を説明するためのものである。図1は本発明
を適用した半導体回路または半導体素子などの阻止状態
の時の電流・電圧特性、図2(a)は本発明を実施した
回路、図2(b)は図2(a)の回路の各部での電流と
電圧の波形、図3(a)は本発明を実施した他の回路、
図3(b)は図3(a)の回路の各部での電流と電圧の
波形、図4は本発明の効果を説明するための回路図であ
る。
FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are for explaining an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing current-voltage characteristics of a semiconductor circuit or a semiconductor element to which the present invention is applied in a blocking state, FIG. 2A is a circuit embodying the present invention, and FIG. FIG. 3 (a) shows the current and voltage waveforms at various parts of the circuit, and FIG.
FIG. 3B is a circuit diagram for explaining the effects of the present invention, and FIG. 4B is a circuit diagram for explaining the effects of the present invention.

【0018】図1においてV1 は阻止状態の時の電流が
流れ出す電圧、V2 は電流が急激に流れ出す電圧を示
す。図2(a)において、DF は本発明の電流・電圧特
性を示すダイオード、IGBTは本発明の電流・電圧特
性を示すスイッチング素子の一例、E1は直流電源、L
L は配線等が有する寄生のインダクタンス、LM は負荷
のインダクタンス成分を示す。図2(b)において、電
圧と電流の記号は図2(a)中の記号と一致している。
In FIG. 1, V 1 indicates the voltage at which the current flows in the blocking state, and V 2 indicates the voltage at which the current rapidly flows. In FIG. 2A, DF is a diode showing the current-voltage characteristic of the present invention, IGBT is an example of a switching element showing the current-voltage characteristic of the present invention, E1 is a DC power supply, L
L parasitic inductance wiring or the like has, the L M shows the inductance component of the load. In FIG. 2B, the symbols of the voltage and the current correspond to the symbols in FIG. 2A.

【0019】まず初めに、図1の電流・電圧特性が電流
と電圧の振動を抑制すること及び過電圧を防止すること
を、図2(a)の実施例を用いて説明する。
First, how the current-voltage characteristics of FIG. 1 suppress the oscillation of current and voltage and prevent overvoltage will be described with reference to the embodiment of FIG.

【0020】スイッチング素子であるIGBTがゲート
信号によってオフ状態になると、IGBTを流れる電流
は急激に減衰する。するとIGBTを流れていた電流は
寄生インダクタンスであるLLと負荷のインダクタンス
であるLMをも流れており、急激に減少することができ
ない。LM にはフライフォイールダイオードDFが接続
されているので、LM を流れていた電流はフライフォイ
ールダイオードのカソードを電流ID として流れ続け
る。このときフライフォイールダイオードには、順方向
電流として電流ID が流れるために、LM の主電極間の
電圧は数Vと低い値になる。
When the IGBT, which is a switching element, is turned off by a gate signal, the current flowing through the IGBT rapidly attenuates. Then the current that has been flowing in the IGBT is also flows through L M is the inductance of the load and a parasitic inductance L L, it can not be reduced rapidly. Since the L M are connected flywheel diodes DF, the current flowing through L M continues to flow to the cathode of the flywheel diode as a current I D. The time flywheel diode, in order to flow current I D as a forward current, the voltage between the main electrodes of L M is the number V and a low value.

【0021】これに対し、寄生インダクタンスLL を流
れていた電流はIGBTによって急激に遮断されるた
め、IGBTのコレクタ電圧VC を増大させる。しか
し、IGBTは図1に示した阻止状態の電流・電圧特性を有
しているため、IGBTの電圧がV1 以上になると緩や
かに電流が流れるために、コレクタ電圧VC はその増加
速度を緩やかに低下させながら増加する。図1の電流・
電圧特性から明らかなように、IGBTは電圧V1 以上
ではやや大きな微分抵抗を示すことから、この抵抗が寄
生インダクタンスに蓄えられたエネルギーを消費する。
On the other hand, since the current flowing through the parasitic inductance L L is rapidly cut off by the IGBT, the collector voltage V C of the IGBT is increased. However, IGBT because it has a current-voltage characteristic of the blocking state shown in FIG. 1, in order to flow slowly current when the voltage of the IGBT becomes V 1 or more, the collector voltage V C is moderately its increase rate Increase while decreasing. The current of Fig. 1
As it is apparent from the voltage characteristic, IGBT from exhibit slightly larger differential resistance at voltages V 1 or more, consuming energy this resistance is accumulated in the parasitic inductance.

【0022】寄生インダクタンスのLL のエネルギーを
消費しきれずにコレクタ電圧VC が増加した場合、電圧
2 でそれまでよりも電流が急激に増加するので、寄生
インダクタンスLL によるコレクタ電圧VC の増加はな
くなるとともに、しばらくその状態を続けた後、減少し
始める。コレクタ電圧がV2 以下になると再び電圧V1
とV2 間の微分抵抗によってインダクタンスのエネルギ
ーが消費され、コレクタ電圧は緩やかに低下する。
[0022] When the collector voltage V C without being completely consumed the energy of the parasitic inductance of the L L is increased, because the current increases more rapidly than in the voltage V 2 to it, due to the parasitic inductance L L of the collector voltage V C The increase stops, and after continuing for a while, begins to decrease. Again voltage when the collector voltage is V 2 less than V 1
And the energy of the inductance is consumed by the differential resistance between V 2, the collector voltage decreases gradually.

【0023】以上のように、図1に示した電流・電圧特
性を有するスイッチング素子の場合、電圧V1 とV2
の微分抵抗でインダクタンスのエネルギーを吸収するの
で、従来のように電流と電圧が振動して電磁ノイズを発
生することがない。また、コレクタ電圧VC がV2 付近
で抑制されるため、過電圧によるIGBT自身やそれに
並列に接続された回路部品の破壊を防ぐことができる。
[0023] As described above, when the switching element having a current-voltage characteristic shown in FIG. 1, because it absorbs the energy of the inductance differential resistance between the voltages V 1 and V 2, as in the prior art current and voltage Does not vibrate and generate electromagnetic noise. Further, since the collector voltage V C is suppressed near V 2 , it is possible to prevent the IGBT itself and the circuit components connected in parallel to the IGBT from being destroyed due to the overvoltage.

【0024】次に、ゲート信号VG によってIGBTが
オン状態になると、フライフォイールダイオードを流れ
ていた電流は減少しはじめ、ついには負の方向に電流
(カソード電極Kからアノード電極Aに向かって流れる
電流)が流れる。この負の電流は、ダイオードの内部に
蓄えられたキャリアによって流れるため、キャリアの低
下とともに零に向かって電流の絶対値を減少し始める。
この電流は寄生インダクタンスLL をも流れているの
で、電流の絶対値の減少に伴って、ダイオードの逆方向
電圧(阻止方向電圧)VD が増加する。電圧VD が電圧
値V1 に到達すると緩やかに電流が流れ出し、逆方向電
圧VD の増加速度を緩やかに低下させる。
Next, when the IGBT by the gate signal V G is turned on, the current that has been flowing through the flywheel diode decreased initially, eventually towards the current (the cathode electrode K to the anode A in the negative direction Flowing current) flows. Since this negative current flows due to the carriers stored inside the diode, the absolute value of the current starts to decrease toward zero as the carriers decrease.
Since this current also flows through the parasitic inductance L L , the reverse voltage (blocking voltage) V D of the diode increases as the absolute value of the current decreases. Moderately current flows when the voltage V D reaches the voltage value V 1, gradually reducing the rate of increase in the reverse voltage V D.

【0025】その後の逆方向電流と電圧の関係は、IG
BTの場合と同様であるので省略するが、フライフォイ
ールダイオードにおいても、電流と電圧の振動に伴う電
磁ノイズの発生や、過電圧によるダイオード自身やそれ
に並列に接続された回路部品の過電圧に伴う破壊を防ぐ
ことができる。
The relationship between the reverse current and the voltage after that is IG
Although the description is omitted because it is the same as the case of the BT, the flywheel diode also generates electromagnetic noise due to current and voltage oscillations, and destroys the diode itself and circuit components connected in parallel due to overvoltage due to overvoltage. Can be prevented.

【0026】次に、他の実施例を図3により説明する。
ここでは、本発明を適用したスナバ回路の動作を説明す
る。スイッチング素子IGBTのゲート電圧VG を図3
に示すごとくt1 からt2 にかけて0Vに移行させる
と、IGBTを流れていた電流II が低下する。しか
し、この電流II は配線等が有する寄生インダクタンス
L と外部の負荷であるインダクタンスLM も流れるた
め、急激に減少することはできず、電流IDSとしてイン
ダクタンスLS およびダイオードDS に迂回して流れ、
コンデンサCS を充電することになる。IIが0になる
時刻t2でIGBTを当初流れていた電流値IM は総て
DSへ移行するため、時刻t2 でIDSの電流値はIM
なる。その一方で電流IDSはコンデンサCS を充電する
ので、スイッチング素子IGBTの端子間電圧VIGは次
第に増加する。
Next, another embodiment will be described with reference to FIG.
Here, the operation of the snubber circuit to which the present invention is applied will be described. FIG gate voltage V G of the switching device IGBT 3
From t 1 as shown in subjected to t 2 when shifting to 0V, and the current I I which has been flowing in the IGBT is reduced. However, this reason current I I can also flows inductance L M is a parasitic inductance L L and the external load wiring or the like has, can not be reduced drastically, bypassing a current I DS in the inductance L S and the diode D S And flow,
The capacitor C S will be charged. At time t 2 when I I becomes 0, all the current values I M initially flowing through the IGBT shift to I DS , so that at time t 2 , the current value of I DS becomes I M. Because while the current I DS will charge the capacitor C S, the terminal voltage V IG switching element IGBT increases gradually.

【0027】端子間電圧VIGが電源電圧E1まで上昇す
る時刻t3 になると、インダクタンス負荷LM と並列に
接続されているダイオードDF がオンするため、スナバ
ダイオードDS を流れていた電流IDSは減少しはじめる
が、寄生インダクタンスLLとスナバ回路の配線が有す
るインダクタンスLS のために急激に減少することがで
きず、減少しながらしばらく流れ続ける。そのため、コ
ンデンサCS の端子間電圧は電源電圧E1より大きくな
り、IGBTの端子間電圧VIGも電源電圧E1より大き
くなる。
[0027] When the terminal voltage V IG becomes time t 3 when rises to the power supply voltage E1, the inductive load L M and the diode D F connected in parallel are turned on, a current I which has been flowing in the snubber diode D S DS begins to decrease, but the parasitic inductance L L and can not be wiring of the snubber circuit is reduced drastically because of the inductance L S with, continue to flow for a while while reducing. Therefore, the terminal voltage of the capacitor C S becomes larger than the power supply voltage E1, the terminal voltage V IG of IGBT becomes larger than the power supply voltage E1.

【0028】電流IDSが0になる時刻t4になると、コ
ンデンサCSの電圧の方が電源電圧よりも高いために、
コンデンサCS から電源側に向かう電流が流れ、ダイオ
ードDS には逆方向電圧が印加される。ダイオードの内
部にはオン状態の時にキャリアが蓄積されており、この
キャリアが逆方向電流として掃き出され、逆方向電流が
増加しながら流れる。時刻t5 になると、ダイオード内
のキャリアが減少するため、ダイオードの内部には空乏
層が形成され、ダイオードの逆方向電流は一転して急激
に減少し始める。
[0028] At time t 4 the current I DS goes to zero, due to the high than the power supply voltage is more of the voltage of the capacitor C S,
Current flows toward the capacitor C S to the power supply, the diode D S reverse voltage is applied. Carriers are accumulated inside the diode when in the ON state, and the carriers are swept out as a reverse current, and the reverse current flows while increasing. At time t 5, since the carriers in the diode decreases, the internal diodes are depletion layer forming, reverse current of the diode begins to decrease sharply in reversal.

【0029】このとき、電流の減少が急激であればある
ほど、インダクタンスLS とLL のためにダイオードD
S のアノード電極Aの電位が大きく引き下げられること
になる。つまり、ダイオードDS の逆方向電圧(阻止方
向電圧)VS は増加する。電圧VS が電圧値V1 に到達
すると電流が緩やかに流れ出し、逆方向電圧VS の増加
速度を緩やかに低下させる。その後の逆方向電流と電圧
の関係は、IGBTの場合と同様であるので省略する
が、スナバダイオードにおいても、電流と電圧の振動に
伴う電磁ノイズの発生や、過電圧によるダイオード自身
やそれに並列に接続された回路部品の過電圧に伴う破壊
を防ぐことができる。
[0029] At this time, as the decrease of the current is if abrupt, diode D for the inductance L S and L L
The potential of the anode electrode A of S is greatly reduced. That is, the reverse voltage (reverse direction voltage) of the diode D S V S is increased. When the voltage V S reaches the voltage value V 1 , the current slowly flows, and the rate of increase of the reverse voltage V S gradually decreases. The subsequent relationship between the reverse current and the voltage is the same as in the case of the IGBT, so the description is omitted. However, even in the snubber diode, the occurrence of electromagnetic noise due to the oscillation of the current and the voltage, the diode itself due to overvoltage, and the connection in parallel to the diode itself It is possible to prevent the destruction of the circuit components caused by the overvoltage.

【0030】ところで、以上の実施例では、第1の電圧
値と第2の電圧値間での微分抵抗が寄生のインダクタン
スに蓄えられたエネルギーを吸収する役割を果たし、第
2の電圧値以上での微分抵抗が電圧の更なる増加を防ぐ
役割を果たす。しかし、本発明では、第2の電圧値を設
け、これ以上で微分抵抗を小さくすることは必ずしも必
要ではない。例えば、耐圧的に十分な素子で回路が構成
されている電力変換装置の場合、電圧上昇の制限を設け
る必要がなく、第2の電圧値で微分抵抗を小さくするこ
とは必ずしも必要ではない。
In the above embodiment, the differential resistance between the first voltage value and the second voltage value serves to absorb the energy stored in the parasitic inductance. Plays a role in preventing the voltage from further increasing. However, in the present invention, it is not always necessary to provide the second voltage value and further reduce the differential resistance. For example, in the case of a power converter in which a circuit is composed of elements with a sufficient withstand voltage, it is not necessary to limit the voltage rise, and it is not always necessary to reduce the differential resistance at the second voltage value.

【0031】第1の電圧値以上における微分抵抗は、寄
生インダクタンスに蓄えられたエネルギーを吸収し、電
流と電圧の振動を十分に抑制できる大きさであることが
最もよい。次に、この第1の電圧値以上での微分抵抗の
最も好ましい値について、図4を用いて説明する。
It is best that the differential resistance at the first voltage value or higher absorbs the energy stored in the parasitic inductance and sufficiently suppresses the oscillation of the current and the voltage. Next, the most preferable value of the differential resistance at or above the first voltage value will be described with reference to FIG.

【0032】電流と電圧の振動が発生するのは、例えば
スイッチング素子であるIGBTがオフ状態になったと
きこれが等価的にコンデンサとなり、配線などが有する
寄生のインダクタンスと共振現象を起こすからである。
例えば、IGBTは半導体で構成され素子の内部に空乏
層が広がることで回路電流を遮断する。空乏層が広がっ
たときIGBTは空間電荷で構成されたコンデンサとし
て機能しており、これが回路に存在するインダクタンス
と共振現象を発生させることになる。したがって、共振
現象を防止するためには、共振現象を発生するインダク
タンスがエネルギーを蓄えている間、IGBTが完全な
コンデンサとして機能せずに、これが抵抗成分を持てば
よい。図1に示した本発明の電流・電圧特性はこの点に
着目したものであり、第1の電圧値V1 以上でIGBT
が抵抗成分を持つことを示している。
The reason why current and voltage oscillations occur is that, for example, when the IGBT, which is a switching element, is turned off, it becomes an equivalent capacitor and causes a resonance phenomenon with a parasitic inductance of wiring and the like.
For example, an IGBT is made of a semiconductor and interrupts a circuit current by expanding a depletion layer inside the element. When the depletion layer spreads, the IGBT functions as a capacitor composed of space charge, which causes a resonance phenomenon with an inductance existing in the circuit. Therefore, in order to prevent the resonance phenomenon, while the inductance generating the resonance phenomenon stores energy, the IGBT does not function as a complete capacitor, but may have a resistance component. The current-voltage characteristic of the present invention shown in FIG. 1 focuses on this point, and the IGBT has a first voltage value V 1 or more.
Has a resistance component.

【0033】図4に示す半導体回路で共振現象を発生さ
せる回路ループは3つある。その第1は、IGBTがオ
ン状態からオフ状態に移行したときに共振現象を発生す
る回路ループであり、電源E1,寄生インダクタンスL
L ,電圧降下を発生しないフライフォイールダイオード
F と負荷インダクタンスLM とIGBTとからなるル
ープである。これを等価回路で表すと、電源E1は共振
現象のような高周波の振動現象には影響を及ぼさないの
で無視でき、図4(b)のような等価回路になる。ここ
で、Rは配線の抵抗であり、RI が本発明の電流・電圧
特性によって付け加えられる第1の電圧値以上で発生す
る抵抗成分である。このように、IGBTが本質的に有して
いるコンデンサCI と並列に抵抗RI が接続され、これ
が寄生インダクタンスLL に蓄えられたエネルギーを吸
収し、電流と電圧の振動を抑制する働きをする。
There are three circuit loops that cause a resonance phenomenon in the semiconductor circuit shown in FIG. The first is a circuit loop that generates a resonance phenomenon when the IGBT shifts from the on state to the off state.
L, and the loop consisting of the flywheel diode D F which does not generate a voltage drop and load inductance L M and IGBT. When this is expressed by an equivalent circuit, the power supply E1 does not affect a high frequency vibration phenomenon such as a resonance phenomenon, and can be ignored, resulting in an equivalent circuit as shown in FIG. Here, R is the resistance of the wiring, and R I is a resistance component generated at a first voltage value or more added by the current-voltage characteristic of the present invention. As described above, the resistor R I is connected in parallel with the capacitor C I which the IGBT essentially has, and this acts to absorb the energy stored in the parasitic inductance L L and suppress the current and voltage oscillations. I do.

【0034】その第2は、IGBTがオフからオン状態
に移行したときに発生する共振現象である。このとき、
フライフォイールダイオードがリカバリ特性を示し最終
的にはコンデンサになり、寄生インダクタンスとの共振
現象が生じる。このときの共振現象を生じるループは、
寄生インダクタンスLL ,フライフォイールダイオード
F とIGBTからなる。これを等価回路で表すと、図
4(c)のようになり、LL は寄生インダクタンス、C
DFがダイオードが本質的に有するコンデンサ、RDFが第
1の電圧値以上で発生する微分抵抗、Rが配線とIGB
Tのオン抵抗である。この場合も、図4(b)と全く同
じ構成の等価回路となり、第1の電圧値以上で発生する
微分抵抗RDFが、電流と電圧の振動を抑制する。
The second is a resonance phenomenon that occurs when the IGBT shifts from off to on. At this time,
The flywheel diode exhibits a recovery characteristic and eventually becomes a capacitor, and a resonance phenomenon with a parasitic inductance occurs. The loop that causes the resonance phenomenon at this time is
Parasitic inductance L L, consisting of flywheel diode D F and IGBT. If this is represented by an equivalent circuit, it becomes as shown in FIG. 4C, where L L is the parasitic inductance, C L
DF is a capacitor inherent in the diode, R DF is a differential resistance generated at a first voltage value or more, R is wiring and IGB
T is the ON resistance. In this case as well, an equivalent circuit having exactly the same configuration as that of FIG. 4B is obtained, and the differential resistor RDF generated at the first voltage value or more suppresses current and voltage oscillations.

【0035】その第3は、IGBTがオンからオフ状態
に移行し、それからやや時間が経過したときに発生する
共振現象である。IGBTがオフし、しばらく時間が経
過すると、寄生インダクタンスLL とスナバ回路の寄生
のインダクタンスLS との影響によって、スナバコンデ
ンサCDSの電圧の方が電源電圧よりも高くなる。そのた
め、スナバコンデンサCDSからスナバダイオードDS
通って電源に向かう電流の流れが発生し、最終的にスナ
バダイオードDS はコンデンサとなり、寄生のインダク
タンスLS とLL との共振現象を発生する。スナバ回路
にはスナバ抵抗RS とスナバコンデンサCS があるが、
スナバ抵抗には配線による寄生のインダクタンスLR
直列に存在するため、共振現象に対してこのインダクタ
ンスのインピーダンスが大きく、等価回路にスナバ抵抗
S は含まれない。また、スナバコンデンサCS は通常
スナバダイオードの容量よりはるかに大きいために(通
常、1000から10000倍)、同様に等価回路に含
まれない。
The third is a resonance phenomenon that occurs when the IGBT shifts from the on state to the off state and a little time has passed since then. IGBT is turned off, after a lapse of some time, due to the influence of the parasitic inductance L L and the parasitic inductance L S of the snubber circuit, towards the voltage of the snubber capacitor C DS is higher than the power supply voltage. Therefore, current flow is generated toward the power from the snubber capacitor C DS through the snubber diode D S, finally snubber diode D S becomes capacitor, for generating a resonance phenomenon of the parasitic inductance L S and L L . The snubber circuit has a snubber resistor R S and a snubber capacitor C S ,
Since the inductance L R of infestation by wiring the snubber resistor is present in series, the impedance of the inductance is large, not included in the snubber resistor R S in the equivalent circuit with respect to a resonance phenomenon. Also, the snubber capacitor C S is usually in far larger than the capacitance of the snubber diode (usually 10,000 times from 1000), not included in the same equivalent circuit.

【0036】以上のことから、等価回路は、図4(d)
のようになる。ここでRは配線やスナバコンデンサが有
する寄生の抵抗、CDSはスナバダイオードが本質的に有
するコンデンサ、RDSが第1の電圧値以上で発生する微
分抵抗である。この場合も、図4(d)と全く同じ構成
の等価回路となり、第1の電圧値以上で発生する微分抵
抗RDSが、電流と電圧の振動を抑制する。
From the above, the equivalent circuit is shown in FIG.
become that way. Here, R is a parasitic resistance of the wiring and the snubber capacitor, C DS is a capacitor essentially of the snubber diode, and a differential resistance generated when R DS is equal to or higher than the first voltage value. Also in this case, an equivalent circuit having exactly the same configuration as that of FIG. 4D is obtained, and the differential resistor RDS generated at the first voltage value or more suppresses oscillation of current and voltage.

【0037】次に、RI ,RDF,RDSなどの第1の電圧
以上で発生する微分抵抗が存在することが、寄生インダ
クタンスとの共振現象を抑制し、さらにこれらの微分抵
抗の値には共振を抑制するための最も効果的な範囲のあ
ることについて説明する。説明は、図4(c)の等価回
路を用いて行う。
Next, the presence of the differential resistance generated at the first voltage or more such as R I , R DF , R DS suppresses the resonance phenomenon with the parasitic inductance, and furthermore, the value of these differential resistances Describes that there is the most effective range for suppressing resonance. The description will be made using the equivalent circuit of FIG.

【0038】第1の電圧値以上での微分抵抗RI が共振
現象を抑制する効果を発揮するのは、抵抗RI がIGB
Tが基本的に有しているコンデンサCI のインピーダン
ス以下になるときである。すなわち、図4(b)の等価
回路の共振周波数をωとすると、 RI ≦1/ωCI …(数1) が成立すればよい。また、RI の値は配線の電気抵抗R
より小さい範囲では、Rが持つ共振現象の抑制効果より
も小さくなるため、この範囲ではRI の意味がない。つ
まり、RI はRよりも大きい必要がある。したがって、
I が共振現象を効果的に抑制するためには、 R≦RI≦1/ωCI …(数2) であることがよい。
[0038] The differential resistance R I of the first voltage value or exerts the effect of suppressing the resonance phenomenon, the resistance R I is IGB
This is the time when T basically becomes equal to or less than the impedance of the capacitor C I possessed. That is, assuming that the resonance frequency of the equivalent circuit in FIG. 4B is ω, R 1 ≦ 1 / ωC I (Equation 1) may be satisfied. The value of R I is the electric resistance R of the wiring.
The smaller range, it becomes smaller than the effect of suppressing the resonance phenomenon which R has no meaning of R I is in this range. That is, the R I is required greater than R. Therefore,
For R I to effectively suppress the resonance phenomenon, R ≦ R I ≦ 1 / ωC I ... good to be (number 2).

【0039】共振周波数ωは、具体的には図4(b)か
ら求められる。共振周波数ωはRIの上限を決めるもの
であるから、ωを求める場合、配線の抵抗Rは無視でき
る。つまり、微分方程式 LL(dir/dt)+LL(dic/dt)+(1/CI)∫icdt=0 …(数3) (1/CI)∫icdt=ir・RI …(数4) を解くことによって求められる。上記の微分方程式を解
くと共振周波数ωは、 ω=[1/(LL・CI)−(1/4){1/(RI・CI)}2]1/2 …(数5) となる。これを(2)式に代入することによって、RI
は R≦RI≦{(5/4)・(LL/CI)}1/2 …(数6) であることがよい。
The resonance frequency ω is specifically obtained from FIG. Since the resonance frequency ω determines the upper limit of R I , when obtaining ω, the resistance R of the wiring can be ignored. In other words, the differential equation L L (di r / dt) + L L (di c / dt) + (1 / C I) ∫i c dt = 0 ... ( number 3) (1 / C I) ∫i c dt = i r · R I (Equation 4) When the above differential equation is solved, the resonance frequency ω becomes: ω = [1 / ( LL · C I ) − (1/4) {1 / ( RI · C I )} 2] 1/2 (5) ). By substituting this into equation (2), R I
Good It is R ≦ R I ≦ {(5/4 ) · (L L / C I)} 1/2 ... ( 6).

【0040】以上のように、図1に示した電流・電圧特
性は、過電圧の発生や共振現象の抑制に効果的であるこ
とを示した。次に、図1の電流・電圧特性を実現するた
めの具体的実施例について説明する。
As described above, it has been shown that the current-voltage characteristics shown in FIG. 1 are effective in suppressing the occurrence of overvoltage and the resonance phenomenon. Next, a specific example for realizing the current / voltage characteristics of FIG. 1 will be described.

【0041】図5は、図1の回路におけるIGBTの特
性を実現する、IGBTおよびこれに接続される過電圧
保護回路を有する半導体回路を示す。この図では、スイ
ッチング素子がIGBTであるが、本実施例はIGBT
に限定されることはなく、他の飽和特性を示すスイッチ
ング素子、例えばMOSFETなどでもよい。本実施例は、抵
抗とアバランシェダイオードからなる過電圧保護回路か
ら構成され、アバランシェダイオードZD1とZD2の
降伏電圧をそれぞれV1 とV2 とすると、V1≦V2
関係が成り立つように降伏電圧が設定されている。ま
た、ZD3はIGBTのゲート電極に高電圧が印加されるの
を防止するため組み込まれたものであって、アバランシ
ェ電圧はゲート電極とエミッタ電極間の耐圧以下に設定
される。数百Vから数千V耐圧のIGBTの場合、例え
ば30V程度に設定されることが望ましい。
FIG. 5 shows a semiconductor circuit having an IGBT and an overvoltage protection circuit connected to the IGBT for realizing the characteristics of the IGBT in the circuit of FIG. In this figure, the switching element is an IGBT.
However, the present invention is not limited to this, and switching elements exhibiting other saturation characteristics, such as MOSFETs, may be used. This embodiment is composed of an overvoltage protection circuit comprising a resistor and avalanche diode, when V 1 and V 2, respectively the breakdown voltage of the avalanche diode ZD1 and ZD2, the breakdown voltage so that the relation of V 1 ≦ V 2 is satisfied Is set. The ZD3 is incorporated to prevent a high voltage from being applied to the gate electrode of the IGBT, and the avalanche voltage is set to be lower than the withstand voltage between the gate electrode and the emitter electrode. In the case of an IGBT having a withstand voltage of several hundred V to several thousand V, it is desirable to set the voltage to, for example, about 30V.

【0042】ゲートドライブ回路からのゲート信号がI
GBTのしきい値以下になると、IGBTはオフ状態に
移行し、IGBTのコレクタ電圧が増加する。コレクタ
電圧がアバランシェダイオードZD1の降伏電圧V1
なると、ZD1に電流が流れ、図中のA点の電圧VA
増加する。この電圧は、IGBTのしきい値電圧分の電
圧が加算された後、トランジスタで構成されたバッファ
アンプ及びダイオードを通してIGBTに印加されるた
め、コレクタ電圧VC がV1 になるとコレクタ電流が流
れることになる。尚、加算回路はどのような構成のもの
であってもよく、例えば良く知られたようなオペアンプ
を使用した加算回路でもよい。また、トランジスタは、
過電圧保護装置の出力インピーダンスを下げ、IGBT
を制御するためのゲート制御能力を高めるものであっ
て、十分な制御能力があれば他の素子で代用してもよ
い。
When the gate signal from the gate drive circuit is I
When the value becomes equal to or less than the threshold value of the GBT, the IGBT shifts to the off state, and the collector voltage of the IGBT increases. When the collector voltage reaches the breakdown voltage V 1 of the avalanche diode ZD1, a current flows through the ZD1, the voltage V A at the point A in the figure is increased. This voltage, after the voltage of the threshold voltage of the IGBT is added, to be applied to the IGBT through configured buffer amplifier and a diode in transistor, the collector current from flowing when collector voltage V C is V 1 become. The addition circuit may have any configuration, for example, a well-known addition circuit using an operational amplifier. Also, the transistor
Lower the output impedance of the overvoltage protection device, and
In this case, the gate control ability for controlling the power supply is increased, and another element may be used if sufficient control ability is provided.

【0043】本実施例発明では、A点の電圧VA は抵抗
R1とR3の分割比で決まり、コレクタ電圧をVC とす
ると、 VA={R3/(R1+R3)}・VC=α・VC …(数7) となる。したがって、ゲート電圧VG は、 VG=VA+Vth={R3/(R1+R3)}・VC+Vth=α・VC+Vth …(数8) つまり、本発明では、コレクタ電圧VC がV1 を越えた
後のIGBTのゲート電圧VG の増加割合を抵抗分割比
αを変えることで制御でき、かつαを小さくすることで
ゲート電圧の増加割合を小さくすることができるため、
従来のダイナミッククランプ方式のようにゲート電圧が
急激に増加することはない。IGBTのコレクタ電流の
飽和値Icsatは、 Icsat=g(VG−Vth)2 …(数9) で表される。ここでgは、素子の構造によって決定され
る定数である。(数9)に、(数8)を代入すること
で、 Icsat=g・α2・Vc 2 …(数10) が得られる。本発明では、αを抵抗分割比で自由に決定
でき、この値を十分に小さくすることで、コレクタ電圧
C に対して緩やかに増加するコレクタ電流を得ること
ができる。
[0043] In the present embodiment invention, the voltage V A at point A is determined by the division ratio of the resistors R1 and R3, when the collector voltage is V C, V A = {R3 / (R1 + R3)} · V C = α · V C (Equation 7) Therefore, the gate voltage V G is, V G = V A + V th = {R3 / (R1 + R3)} · V C + V th = α · V C + V th ... ( 8) That is, in the present invention, the collector voltage V C There it is possible to reduce the rate of increase of the gate voltage by be controlled by changing the resistance division ratio increase rate of the gate voltage V G of the IGBT alpha after exceeding the V 1, and to reduce the alpha,
The gate voltage does not suddenly increase unlike the conventional dynamic clamp system. Saturation value I CSAT of IGBT collector current is represented by I csat = g (V G -V th) 2 ... ( number 9). Here, g is a constant determined by the structure of the element. By substituting (Equation 8) for (Equation 9), I csat = g · α 2 · V c 2 ( Equation 10) is obtained. In the present invention, α can be freely determined by the resistance division ratio, and by making this value sufficiently small, a collector current that gradually increases with respect to the collector voltage V C can be obtained.

【0044】コレクタ電圧がさらに増加し、アバランシ
ェダイオードZD2がアバランシェ降伏する電圧V2
なると、ZD2が導通状態になり、A点の電圧の増加割
合が大きくなる。V2 以後のA点の電圧VA は、 VA=[R3/{(R1・R2)/(R1+R2)+R3]]・VC=β・VC …(数11) となり、コレクタ電流は Icsat=g・β2・Vc 2 …(数12) となる。抵抗分割比で決まるαとβには、必ずα≦βの
関係が成立するため、コレクタ電圧V2 以後のコレクタ
電流の増加割合は、V1 とV2 間の増加割合よりも大き
くなり、図1の電圧電流特性が実現される。尚、図5に
示した回路にはスナバ回路が含まれていないが、スナバ
回路を含む回路構成であってもなんら問題がない。
The increased collector voltage further, the avalanche diode ZD2 is the voltage V 2 to avalanche breakdown, ZD2 becomes conductive, increasing the proportion of the voltage at point A increases. The voltage V A of the V 2 after the point A, V A = [R3 / { (R1 · R2) / (R1 + R2) + R3]] · V C = β · V C ... ( Equation 11), and the collector current I csat = g · β 2 · V c 2 ( Equation 12) Since the relationship α ≦ β always holds between α and β determined by the resistance division ratio, the rate of increase of the collector current after the collector voltage V 2 becomes larger than the rate of increase between V 1 and V 2 . 1 is achieved. Although the circuit shown in FIG. 5 does not include a snubber circuit, there is no problem with a circuit configuration including a snubber circuit.

【0045】図1の実施例において、ダイオードとして
用いることができる回路の具体例およびスイッチング素
子として用いることができる回路の具体例を図6に示
す。図6(a),(c),(d)の各回路は図1におけるダ
イオードとして用いることができるとともに、(e)の
ように通常のIGBTに並列に接続することにより図1
におけるスイッチング素子として用いることができる。
FIG. 6 shows a specific example of a circuit that can be used as a diode and a specific example of a circuit that can be used as a switching element in the embodiment of FIG. Each of the circuits shown in FIGS. 6A, 6C and 6D can be used as a diode in FIG. 1 and can be connected in parallel to a normal IGBT as shown in FIG.
Can be used as a switching element.

【0046】図6(a)はアバランシェダイオードと抵
抗で構成された一実施例で、図6(b)はそのAとB端
子間の電流・電圧特性である。図6(a)において、ア
バランシェダイオードZD61のアバランシェ降伏電圧
はV1 に、またアバランシェダイオードZD62のそれ
はV2 に設定されている。A−B端子間の電圧VがV1
になるとZD61に電流が流れるが、抵抗R61によっ
て制限を受けるために、A−B間の電流Iの増加割合は
緩やかである。A−B端子間の電圧Vがさらに増加し
て、V2 になるとZD62に電流が流れ出し、電流Iは
急激に増大する。以上のように、図6(a)の回路にお
いても図1のような電流・電圧特性が得られる。尚、説
明は省略するが、図6(c)においても同様に(b)の
ような特性が得られる。
FIG. 6A shows an embodiment comprising an avalanche diode and a resistor, and FIG. 6B shows the current / voltage characteristics between the A and B terminals. 6 (a), the avalanche breakdown voltage of the avalanche diode ZD61 to V 1, also those of the avalanche diode ZD62 is set to V 2. The voltage V between the A and B terminals is V 1
, The current flows through the ZD 61, but the rate of increase of the current I between A and B is slow because the current is limited by the resistor R 61. Increasing the voltage V between the A-B terminal further current flows in ZD62 becomes a V 2, the current I rapidly increases. As described above, the current / voltage characteristics shown in FIG. 1 can be obtained in the circuit shown in FIG. Although the description is omitted, the characteristic shown in FIG. 6B is obtained in FIG.

【0047】また、本実施例では、V1 とV2 間の微分
抵抗よりも小さければV2 後に0よりも大きな微分抵抗
を持ってもよく、例えば図6(d)の構成でもよい。ただ
し、R61≧R62であることが必要である。並びに、
図6(d)において、ZD62のアノード端子がR61と
ZD61の接続点に接続された構成でもよい。さらに、
図6(e)に示したように、これらの抵抗とアバランシ
ェダイオードから構成された回路が、他の素子や回路、
例えばIGBTなどのスイッチング素子やダイオードに
並列に接続された構成の回路でもよいのは当然である。
In the present embodiment, if the differential resistance is smaller than the differential resistance between V 1 and V 2 , the differential resistance may be greater than 0 after V 2. For example, the configuration shown in FIG. However, it is necessary that R61 ≧ R62. And
6D, the anode terminal of ZD62 may be connected to the connection point between R61 and ZD61. further,
As shown in FIG. 6E, a circuit composed of these resistors and an avalanche diode is used to
For example, a circuit having a configuration connected in parallel with a switching element such as an IGBT or a diode may be used.

【0048】図1の電流・電圧特性は、スイッチング素
子やダイオードなどの半導体素子自身の構造で実現する
ことも可能である。この一実施例を図7に示す。図7
(a)は本発明を適用したスイッチング素子であるIG
BT、図7(b)はその動作を説明するための図であ
る。本IGBTにおいては、コレクタ側がいわゆる短絡
エミッタ構造を有している。
The current / voltage characteristics shown in FIG. 1 can be realized by the structure of the semiconductor element itself such as a switching element and a diode. This embodiment is shown in FIG. FIG.
(A) is an IG which is a switching element to which the present invention is applied.
FIG. 7B is a diagram for explaining the operation. In the present IGBT, the collector side has a so-called short-circuited emitter structure.

【0049】ゲート電圧がしきい値電圧以下のとき、I
GBTのコレクタ電極76に正の電圧を印加すると、p
+ 導電型の半導体領域75とN- 導電型の半導体層79
との接合部J1より空乏層791がコレクタ電極76側
に向かって広がる。空乏層791は、p+ 導電型の半導
体層75がN+ 導電型の半導体層76よりも突出してい
るので、空乏層791はまずp+ 導電型の半導体層75
に到達する。空乏層791がコレクタ電極76側のp+
導電型の半導体層75に到達すると、半導体層75から
正孔792がエミッタ電極73側に向かって流れ出す。
つまり、空乏層791がp+ 導電型の半導体層75に到
達する電圧をV1 とすると、この電圧で電流が流れ出す
ことになる。
When the gate voltage is lower than the threshold voltage, I
When a positive voltage is applied to the collector electrode 76 of the GBT, p
+ Conductive type semiconductor region 75 and N - conductive type semiconductor layer 79
The depletion layer 791 spreads toward the collector electrode 76 side from the junction J1 of the junction. Depletion 791, since p + conductivity type semiconductor layer 75 is protruded than the N + conductivity type semiconductor layer 76, the depletion layer 791 first p + conductivity type semiconductor layer 75
To reach. The depletion layer 791 is formed by p + on the collector electrode 76 side.
When the semiconductor layer 75 of the conductivity type is reached, holes 792 flow out of the semiconductor layer 75 toward the emitter electrode 73.
That is, assuming that the voltage at which the depletion layer 791 reaches the p + conductivity type semiconductor layer 75 is V 1 , a current starts to flow at this voltage.

【0050】コレクタ電圧がさらに増加すると、p+
電型の半導体領域から注入される正孔の量が増加し、コ
レクタ電流が次第に増加する。正孔792は空乏層内で
最も電界の大きいJ1接合付近で電子と正孔を発生させ
るため、正孔792の量がある値に達すると、発生した
電子と正孔がさらに空乏層内で電子と正孔を発生させ、
電子と正孔が急激に増大する、いわゆるアバランシェ降
伏が発生する。このアバランシェ降伏の発生するコレク
タ電圧がV2 である。
As the collector voltage further increases, the amount of holes injected from the p + conductivity type semiconductor region increases, and the collector current gradually increases. Since the holes 792 generate electrons and holes near the J1 junction where the electric field is the largest in the depletion layer, when the amount of the holes 792 reaches a certain value, the generated electrons and holes further increase the electrons in the depletion layer. And generate holes,
The so-called avalanche breakdown, in which electrons and holes rapidly increase, occurs. Collector voltage generated by the avalanche breakdown is V 2.

【0051】このように、本実施例でも図1の電流・電
圧特性が得られ、本発明の素子を用いることで電流と電
圧の共振現象の抑制と過電圧の発生を防ぐことができ
る。尚、74と76はN+ 導電型の半導体層、72は酸
化シリコンなどの絶縁膜である。
As described above, the current-voltage characteristics shown in FIG. 1 can be obtained in this embodiment, and by using the element of the present invention, the current-voltage resonance phenomenon can be suppressed and the occurrence of overvoltage can be prevented. 74 and 76 are N + conductive type semiconductor layers, and 72 is an insulating film such as silicon oxide.

【0052】図8は本発明を適用したスイッチング素子
の他の実施例を示す。本実施例も、図7の実施例と同様
の短絡エミッタ構造を有している。この素子は、ゲート
電極83にしきい値電圧以上の電圧を印加したとき、N
+ 導電型の半導体層841,N+ 導電型の半導体層84
2,N+ 導電型の半導体層843とN- 導電型の半導体
層89がn型反転層でつながり、N+ 導電型の半導体層
843から電子が、P+ 導電型の半導体層87から正孔
が、それぞれN- 導電型の半導体層89に注入されるこ
とによってターンオン動作が行われる。ゲート電極83
の電圧がしきい値電圧以下になると、n型反転層が閉じ
電子の注入がなくなり、同時に正孔の注入も止まり、素
子8はオフ状態となる。
FIG. 8 shows another embodiment of the switching element to which the present invention is applied. This embodiment also has the same short-circuit emitter structure as the embodiment of FIG. When a voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 83,
+ Conductive type semiconductor layer 841, N + conductive type semiconductor layer 84
2, the N + conductivity type semiconductor layer 843 and the N conductivity type semiconductor layer 89 are connected by an n-type inversion layer, and electrons from the N + conductivity type semiconductor layer 843 and holes from the P + conductivity type semiconductor layer 87. Are injected into the N conductivity type semiconductor layer 89 to perform a turn-on operation. Gate electrode 83
Is lower than the threshold voltage, the n-type inversion layer closes, injection of electrons stops, and injection of holes stops at the same time, and the element 8 is turned off.

【0053】ところで、本実施例のスイッチング素子8
がオフ状態の時、アノード電極88に正の電圧を印加す
ると、P+ 導電型の半導体層85とN- 導電型の半導体
層89の接合J82およびP+ 導電型の半導体層82と
- 導電型の半導体層89の接合J81から空乏層がア
ノード電極88側に向かって広がる。空乏層がP+ 導電
型の半導体層87に到達すると正孔がカソード電極側8
32に向かって注入され、アノード電圧の上昇とともに
注入量が増加する。すなわちアノード電流が増加する。
アノード電圧がV2 に到達すると、図7の実施例と同様
に注入された正孔によって接合J81付近でアバランシ
ェ降伏が発生し、アノード電流は急激に増大する。この
ように、本実施例でも図1の電流・電圧特性が得られ、
本実施例の素子を用いることで電流と電圧の共振現象の
抑制と過電圧の発生を防ぐことができる。
By the way, the switching element 8 of this embodiment is
When a positive voltage is applied to the anode electrode 88 in the OFF state, the junction J82 between the P + conductive type semiconductor layer 85 and the N conductive type semiconductor layer 89 and the P + conductive type semiconductor layer 82 and the N conductive The depletion layer spreads from the junction J81 of the semiconductor layer 89 toward the anode electrode 88 side. When the depletion layer reaches the P + conductivity type semiconductor layer 87, holes are formed on the cathode electrode side 8.
It is injected toward 32, and the injection amount increases as the anode voltage increases. That is, the anode current increases.
When the anode voltage reaches V 2 , avalanche breakdown occurs near the junction J81 due to the injected holes as in the embodiment of FIG. 7, and the anode current sharply increases. As described above, the current-voltage characteristics of FIG.
By using the element of this embodiment, the resonance phenomenon of current and voltage can be suppressed and the occurrence of overvoltage can be prevented.

【0054】図9(a)は、本発明を適用したダイオー
ドの実施例である。本発明のダイオード9に逆方向電
圧、つまりカソード電極96側に正の電圧を印加する
と、P+導電型の半導体層92とN- 導電型の半導体層
97との接合J91から空乏層がカソード電極96側に
向かってひろがり、空乏層がP+ 導電型の半導体層95
に到達する逆方向電圧V1 になると、正孔がP+ 導電型
の半導体層95からアノード電極91側に向かって注入
される。正孔の注入量はカソード電圧の増加とともに増
大し、カソード電圧がV2 に到達すると注入された正孔
によって接合J91付近でアバランシェ降伏が発生し、
カソード電流が急激に増大する。このように、本実施例
でも図1の電流・電圧特性が得られ、本実施例の素子を
用いることで電流と電圧の共振現象の抑制と過電圧の発
生を防ぐことができる。尚、電圧V2以上では、アバラ
ンシェ降伏が発生するが、このアバランシェ降伏は、従
来の素子のように、耐圧的に最も弱い周辺部で発生する
わけでなく、素子の内部で発生することから、V2 以上
の電圧を印加して素子を駆動してもよい。
FIG. 9A shows an embodiment of a diode to which the present invention is applied. When a reverse voltage is applied to the diode 9 of the present invention, that is, a positive voltage is applied to the cathode electrode 96 side, a depletion layer is formed from the junction J91 between the P + conductive type semiconductor layer 92 and the N conductive type semiconductor layer 97 from the cathode electrode. The depletion layer extends toward the 96 side, and the depletion layer is a semiconductor layer 95 of P + conductivity type.
Becomes the reverse voltages V 1 to reach, the holes are injected from the semiconductor layer 95 of P + conductivity type towards the anode electrode 91 side. The injection amount of holes increases with an increase in the cathode voltage, and when the cathode voltage reaches V 2 , avalanche breakdown occurs near the junction J91 due to the injected holes,
Cathode current increases sharply. As described above, the current-voltage characteristics of FIG. 1 can be obtained in the present embodiment, and by using the element of the present embodiment, the current-voltage resonance phenomenon can be suppressed and the occurrence of overvoltage can be prevented. Above the voltage V 2 , avalanche breakdown occurs, but this avalanche breakdown does not occur in the peripheral region where the breakdown voltage is weakest as in the conventional device, but occurs inside the device. it may drive the device by applying a V 2 or more voltage.

【0055】図9(b)は図9(a)のダイオードの特
性の計算結果の一例であり、逆方向電流が流れない範囲
(VB =0〜2300V)と逆方向電流が緩やかに増加
する領域(VB=2300V〜3300V)と逆方向電
流が急激に増加する領域(VB=3300V)が得られ
ている。J91接合とJ92接合の距離は400μm、
- 導電型の第1の半導体層97の不純物密度は1.9
×1013cm-3,P+ 導電形の半導体領域95とN+ 導電
型の半導体層94の面積比は1:2である。
FIG. 9B shows an example of the calculation result of the characteristics of the diode shown in FIG. 9A. The range in which no reverse current flows (V B = 0 to 2300 V) and the reverse current gradually increases. region (V B = 2300V~3300V) and region reverse current increases rapidly (V B = 3300V) is obtained. The distance between J91 junction and J92 junction is 400 μm,
The impurity density of the N conductivity type first semiconductor layer 97 is 1.9.
× 10 13 cm −3 , and the area ratio between the P + conductivity type semiconductor region 95 and the N + conductivity type semiconductor layer 94 is 1: 2.

【0056】また、図7,図8,図9の実施例におい
て、図7ではコレクタ電極78側、図8ではアノード電
極88側、図9ではカソード電極96側の、P+ 導電型
の半導体層とN+ 導電型の半導体層は図のように限定さ
れるものではなく、例えばN+導電型の半導体層がP+
導電型の半導体層よりも、図7ではエミッタ電極73
側、図8ではカソード電極832側、図9ではアノード
電極91側に近い構造であってもよい。この場合、図の
構造の素子よりも、電圧V1 以後に流れ出す電流の増加
の割合が大きくなる。つまり微分抵抗の値を小さくでき
る。また、P+ 導電型の半導体層が占める領域を大きく
し、N+ 導電型の半導体層の領域を少なくすることで
も、微分抵抗を小さくできる。このように、これらの素
子では、P+導電型の半導体層とN+ 導電型の半導体層
を調整することで、希望の微分抵抗を得ることができ
る。
In the embodiments of FIGS. 7, 8 and 9, the semiconductor layer of the P + conductivity type is shown on the collector electrode 78 side in FIG. 7, on the anode electrode 88 side in FIG. 8, and on the cathode electrode 96 side in FIG. And the N + conductivity type semiconductor layer is not limited as shown in the figure. For example, the N + conductivity type semiconductor layer is P +
7, the emitter electrode 73 in FIG.
8, a structure close to the cathode electrode 832 side in FIG. 8 and the anode electrode 91 side in FIG. In this case, than the element of the structure of FIG., The rate of increase of the current flowing to the voltages V 1 after increases. That is, the value of the differential resistance can be reduced. Also, the differential resistance can be reduced by increasing the area occupied by the P + conductivity type semiconductor layer and decreasing the area of the N + conductivity type semiconductor layer. Thus, in these elements, a desired differential resistance can be obtained by adjusting the P + conductivity type semiconductor layer and the N + conductivity type semiconductor layer.

【0057】ところで、図7,図8,図9の実施例にお
いて、空乏層がP+ 導電型の半導体層に到達して電流が
流れる現象をパンチスルーという。本発明においては、
パンチスルー現象が発生する阻止方向電圧VP がパンチ
スルー電流が流れない構造の素子のアバランシェ降伏電
圧VBOより小さいことが必要がある。なぜなら、VP
BOではパンチスルー電流が流れる前にアバランシェ降
伏が起きるからである。次にパンチスルー電圧VP がア
バランシェ降伏電圧VBOよりも小さくなる条件について
説明する。尚、ここで示す電圧VP は、これまでの説明
で使用してきたV1 に対応する。また、接合J1とは図
7ではJ1,図8ではJ81,図9ではJ91に相当す
る。
In the embodiments of FIGS. 7, 8 and 9, the phenomenon in which the depletion layer reaches the P + conductivity type semiconductor layer and current flows is called punch-through. In the present invention,
It should have reverse direction voltage V P of the punch-through phenomenon occurs is less than the avalanche breakdown voltage V BO of the device having the structure does not flow punch-through current. Because V P
This is because avalanche breakdown occurs before a punch-through current flows in V BO . Next, a description of conditions that punch-through voltage V P is less than the avalanche breakdown voltage V BO. Here, the voltage shown V P corresponds to V 1, which has been used in the description so far. The junction J1 corresponds to J1 in FIG. 7, J81 in FIG. 8, and J91 in FIG.

【0058】空乏層内で電界が最大になるのはJ1接合
の接合点であることから、アバランシェ降伏電圧VBO
この点での電界εにより決定される。J1接合の接合点
での電界εは ε=q・Q/εs …(数13) で求められる。ここで、qは電子の電荷量、QはJ1接
合を中心に二方向に広がる空乏層のうち、一方の空乏層
内に存在する単位面積当たりの不純物量、εs は半導体
材料の誘電率である。例えばダイオードが図2のような
構造であった場合、空乏層がp+ 導電形の半導体領域2
5に到達するまでの、言い換えるとn- 導電形の半導体
領域の不純物量(単位面積当たり)をQP とすれば、空
乏層がP+導電形の半導体領域に到達する(パンチスル
ー点)時点での、J1接合での電界εP は εP=q・(QP)/εs …(数14) となる。パンチスルー電流が流れない構造のダイオード
では、J1接合付近での電界がアバランシェ降伏を引き
起こす電界εm に達したときにアバランシェ降伏が発生
する。したがって、図1に示した阻止方向電流・電圧特
性(アバランシェ降伏電圧以下でパンチスルー電流が流
れる)は、(数14)で示されるパンチスルー時のJ1
接合での電界εP が電界εm より小さいときに得られ、 εP=q・(QP)/εs≦εm …(数15) ゆえに、パンチスルー電圧VP がアバランシェ降伏電圧
BOより小さくなるためには、J1接合とJ2接合間の
- 導電形の半導体領域の不純物量QP が QP≦(εm)・(εs)/q …(数16) であればよい。シリコンを一例としてQP の値を求める
と、εm=3×105(V/m),εs=1.054×10
-12(F/cm),q=1.602×10-19(C)であること
から、 QP≦1.974×1012(cm-2) …(数17) を満足すればよい。
Since the maximum electric field in the depletion layer is at the junction of the J1 junction, the avalanche breakdown voltage V BO is determined by the electric field ε at this point. The electric field ε at the junction of the J1 junction is obtained by ε = q · Q / ε s (Equation 13). Here, q is an electron charge amount, Q is an impurity amount per unit area present in one of the depletion layers extending in two directions around the J1 junction, and ε s is a dielectric constant of the semiconductor material. is there. For example, when the diode has a structure as shown in FIG. 2, the depletion layer is a semiconductor region 2 of p + conductivity type.
To reach 5, in other words n - if the impurity amount of the semiconductor regions of the conductivity type of the (per unit area) and Q P, the depletion layer reaches the semiconductor region of P + conductivity type (punch-through point) point Then, the electric field ε P at the J1 junction is as follows: ε P = q · (Q P ) / ε s (Equation 14) The diode structure punch-through current does not flow, the avalanche breakdown occurs when the electric field in the vicinity J1 junction reaches the field epsilon m causing avalanche breakdown. Therefore, the blocking current / voltage characteristics (punch-through current flows below the avalanche breakdown voltage) shown in FIG.
Field epsilon P at the junction can be obtained when less than the electric field ε m, ε P = q · (Q P) / ε s ≦ ε m ... ( number 15) Thus, the punch-through voltage V P is the avalanche breakdown voltage V BO In order to make it smaller, the impurity amount Q P of the n conductivity type semiconductor region between the J1 junction and the J2 junction may be such that Q P ≦ (ε m ) · (ε s ) / q (Equation 16) . When the value of Q P is determined using silicon as an example, ε m = 3 × 10 5 (V / m), ε s = 1.054 × 10
−12 (F / cm) and q = 1.602 × 10 −19 (C), so that it is only necessary to satisfy Q P ≦ 1.974 × 10 12 (cm −2 ) (Equation 17).

【0059】本発明の阻止方向電流・電圧特性の一例が
得られている図9のダイオードでQPを求めると、J9
1接合とJ92接合の距離が400μm、N-導電型の
第1の半導体層97の不純物密度が1.9×1013cm-3
であることから、QP =1.9×1013cm-3×400μ
m=7.6×1011(cm-2)となり(数17)を満足して
いる。
When Q P is obtained by the diode shown in FIG. 9 in which an example of the blocking current / voltage characteristics of the present invention is obtained, J9 is obtained.
The distance between the 1 junction and the J92 junction is 400 μm, and the impurity density of the N conductivity type first semiconductor layer 97 is 1.9 × 10 13 cm −3.
Therefore, Q P = 1.9 × 10 13 cm −3 × 400 μ
m = 7.6 × 10 11 (cm −2 ), thereby satisfying the expression (17).

【0060】図10は、本発明の他の実施例の素子の断
面図である。図7〜図9の素子では、電流は、図で示し
た状態において上下方向に流れる。しかし、本発明は、
このような構造の素子だけでなく、図10のような水平
方向に電流が流れる素子においても有効である。図10
(a)はIGBT、また(b)はダイオードである。
FIG. 10 is a sectional view of a device according to another embodiment of the present invention. In the elements shown in FIGS. 7 to 9, the current flows vertically in the state shown in the drawings. However, the present invention
The present invention is effective not only for an element having such a structure but also for an element in which a current flows in the horizontal direction as shown in FIG. FIG.
(A) is an IGBT and (b) is a diode.

【0061】図10(a)のIGBTは、次のように動
作する。IGBT10をオン状態にするためには、ゲート電極
Gにエミッタ電極Eに対してしきい値電圧以上の正の電
圧を印加する。このとき、p型半導体領域104の表面
がn型に反転し、n型半導体領域102とn- 導電型の
半導体領域106が接続され、領域102から領域10
6へ向かって電子が流れる。この電子はP+ 導電型の半
導体領域105から正孔を引き出し、この正孔は領域1
04を通ってエミッタ電極へ流れ、IGBT10はオン状態に
なる。また、オフ状態にするためには、ゲート電極Gに
負の電圧を印加する。負にすることでn+ 型半導体領域
102からの電子注入が止まり、IGBT10はオフ状態にな
る。
The IGBT shown in FIG. 10A operates as follows. To turn the IGBT 10 on, a positive voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode G with respect to the emitter electrode E. At this time, the surface of the p-type semiconductor region 104 is inverted to the n-type, and the n-type semiconductor region 102 and the n conductivity type semiconductor region 106 are connected.
Electrons flow toward 6. These electrons draw holes from the P + conductivity type semiconductor region 105, and the holes
04 flows to the emitter electrode, and the IGBT 10 is turned on. In order to turn off the gate electrode, a negative voltage is applied to the gate electrode G. By making it negative, electron injection from the n + type semiconductor region 102 is stopped, and the IGBT 10 is turned off.

【0062】このような素子において、本発明はN+
半導体領域103を有し、またオフ状態の時に接合J1
01付近でのアバランシェ降伏電圧よりも低い電圧で、
接合J101から広がる空乏層がP+ 型半導体領域10
5へ到達することを特長とする。つまり、P+ 導電型の
半導体領域104とP+ 導電型の半導体領域105との
間のN- 導電型の半導体領域106の不純物総量が(数
17)を満足することである。この構造のIGBTでも
図1に示した素子方向電流・電圧特性を示すことは容易
に理解できることから詳細は省略するが、空乏層がJ1
02に到達する電圧がV1 で有り、領域105から注入
される正孔により接合J101付近でアバランシェ降伏
が生じる電圧がV2 である。
In such an element, the present invention has the N + type semiconductor region 103 and the junction J1 when in the off state.
At a voltage lower than the avalanche breakdown voltage near 01,
The depletion layer extending from the junction J101 is a P + type semiconductor region 10
It is characterized by reaching 5. That is, the total amount of impurities in the N conductivity type semiconductor region 106 between the P + conductivity type semiconductor region 104 and the P + conductivity type semiconductor region 105 satisfies (Equation 17). Although the IGBT having this structure can easily understand the current-voltage characteristics in the device direction shown in FIG. 1, the details are omitted here.
Voltage that reaches the 02 there in V 1, the voltage avalanche breakdown occurs near the junction J101 by holes injected from the region 105 is V 2.

【0063】図10(a)では、P+ 導電型の半導体領
域105をP+ 導電型の半導体領域104とN+ 導電型
の半導体領域103の間に設けた構造になっているが、
本発明はこのような配置に特定されるわけでなく、領域
104と105の間に領域103が配置された構造でも
よい。また、図では、P+ 導電型の半導体領域105の方
がN+ 導電型の半導体領域103よりも接合が深い構造
(領域105の方が領域103よりもN+ 導電型の半導
体領域108に近くなる構造)でもよい。この場合、空
乏層が広がるN- 導電型の半導体領域106がより低抵
抗でコレクタ電極Cに接地されるため、空乏層が接合J
102に到達する電圧V1 以上での電流の増加割合(微
分抵抗)が、図で示した構造よりも小さくなる。このこ
とは、P+ 導電型の半導体領域105とN+ 導電型の半
導体領域103の接合深さ関係を調整することで、電圧
1 以上での微分抵抗を任意に調整できることを意味
し、応用回路構成に最も適した微分抵抗の素子が提供で
きることを意味する。
FIG. 10A shows a structure in which the P + conductivity type semiconductor region 105 is provided between the P + conductivity type semiconductor region 104 and the N + conductivity type semiconductor region 103.
The present invention is not limited to such an arrangement, and may have a structure in which the region 103 is disposed between the regions 104 and 105. Further, in the drawing, a structure in which the P + conductivity type semiconductor region 105 has a deeper junction than the N + conductivity type semiconductor region 103 (the region 105 is closer to the N + conductivity type semiconductor region 108 than the region 103). Structure). In this case, the N conductivity type semiconductor region 106 in which the depletion layer spreads is grounded to the collector electrode C with lower resistance.
Increasing the proportion of current at voltages V 1 or more to reach 102 (differential resistance) is smaller than the structure shown in FIG. This is, by adjusting the junction depth relationship P + conductivity type semiconductor region 105 and the N + conductivity type semiconductor region 103 means that can arbitrarily adjust the differential resistance at voltages V 1 or more, applications This means that an element with a differential resistance most suitable for the circuit configuration can be provided.

【0064】また、図10において、領域107は電気
的絶縁領域であるが、N- 導電型の半導体層106が、
J101とJ102間のN- 半導体領域の距離よりも十
分に広ければ、この領域を設ける必要はない。この場合
はN- 導電型の半導体層106のN- 導電型の半導体層1
08側の領域が電気的絶縁領域として機能する。
[0064] Further, in FIG. 10, but region 107 is electrically insulating region, N - conductivity type semiconductor layer 106,
It is not necessary to provide this region if it is sufficiently larger than the distance between the N - semiconductor regions between J101 and J102. In this case, the N conductivity type semiconductor layer 1 of the N conductivity type semiconductor layer 106 is used.
The region on the 08 side functions as an electrically insulating region.

【0065】図10(b)に示す構造のダイオードにお
いて、順方向電流は、アノード電極A,P+ 導電型の半
導体領域1012,N- 導電型の半導体領域1013,
+導電型の半導体領域1010、およびカソード電極
Kを通して電流が流れる。本ダイオードにおいては、本
発明はP+ 型半導体領域1011を有し、アノード電極
Aに対しカソード電極に正の電圧が印加される阻止状態
の時に接合J103付近でのアバランシェ降伏電圧より
も低い電圧で、接合J103から広がる空乏層がP+
半導体領域1011へ到達することを特長とする。本構
造のダイオードにおいても空乏層がP+ 導電型の半導体
層1011に到達するときの電圧が図1におけるV1
あり、電圧V1 以上で領域1011から注入される正孔
により接合J103付近でアバランシェ降伏が発生する
電圧がV2 である。
In the diode having the structure shown in FIG. 10B, the forward current flows through the anode electrode A, the semiconductor region 1012 of the P + conductivity type and the semiconductor region 1013 of the N conductivity type.
A current flows through the N + conductivity type semiconductor region 1010 and the cathode electrode K. In the present diode, the present invention has the P + type semiconductor region 1011 and has a voltage lower than the avalanche breakdown voltage near the junction J103 in a blocking state in which a positive voltage is applied to the cathode electrode with respect to the anode electrode A. The depletion layer extending from the junction J103 reaches the P + type semiconductor region 1011. Also in the diode of this structure, the voltage when the depletion layer reaches the semiconductor layer 1011 of the P + conductivity type is V 1 in FIG. 1 , and a hole injected from the region 1011 at the voltage V 1 or higher causes a voltage near the junction J103. voltage avalanche breakdown occurs is V 2.

【0066】尚、図10(b)の構造のダイオードにお
いても、P+ 導電型の半導体領域1011とN+ 導電型
の半導体領域1010の接合深さは図に示した関係に特
定されるわけでなく、P+ 導電型の半導体領域1011
の方がN+ 導電型の半導体領域1010より深くてもよ
い。尚、この場合の阻止方向電流・電圧特性への影響は
前記図10(a)の場合と同様なので、ここでは説明を
省略する。領域1014は電気的絶縁層であり、これについ
ても(a)と同様である。
In the diode having the structure shown in FIG. 10B, the junction depth between the P + conductivity type semiconductor region 1011 and the N + conductivity type semiconductor region 1010 is specified by the relationship shown in FIG. And a semiconductor region 1011 of P + conductivity type
May be deeper than the N + conductivity type semiconductor region 1010. The effect on the blocking direction current / voltage characteristics in this case is the same as that in the case of FIG. 10A, and the description is omitted here. The region 1014 is an electrically insulating layer, which is also the same as (a).

【0067】図11は、図3(a)の回路を三相誘導電
動機のインバータ回路として配置した実施例である。2
個のスイッチング素子(例えばIGBT11とIGBT12)が直列
に接続されている。また、それぞれのスイッチング素子
にはフライフォイールダイオードDF が並列に接続され
ている。さらに、それぞれのスイッチング素子には、ス
イッチング時の急激な電圧の上昇からスイッチング素子
を保護するために、いわゆるスナバ回路Sが並列に接続
されている。このスナバ回路はダイオードDSと抵抗RS
の並列接続回路にコンデンサCS を直列に接続したも
のである。各相における2個のスイッチング素子の接続
点は、それぞれ交流端子T3,T4,T5に接続される。
各交流端子に三相誘導電動機が接続される。上アーム側
のスイッチング素子のアノード端子は3個とも共通であ
り、直流端子T1 において直流電圧源の高電位側と接続
されている。下アーム側のスイッチング素子のカソード
電極は3個とも共通であり直流端子T2 において直流電
圧源の低電位側と接続されている。このような構成の装
置において各スイッチング素子のスイッチングにより直
流を交流に変換し、三相誘導電動機を駆動する。
FIG. 11 shows an embodiment in which the circuit of FIG. 3A is arranged as an inverter circuit of a three-phase induction motor. 2
The switching elements (for example, IGBT11 and IGBT12) are connected in series. A flywheel diode DF is connected to each switching element in parallel. Furthermore, a so-called snubber circuit S is connected to each switching element in parallel in order to protect the switching element from a sudden increase in voltage during switching. The snubber circuit is a diode D S and the resistance R S
Are connected in series with a capacitor C S in the parallel connection circuit. The connection points of the two switching elements in each phase are connected to AC terminals T 3 , T 4 , and T 5 , respectively.
A three-phase induction motor is connected to each AC terminal. The anode terminal of the upper arm side switching element with three are common, are connected to the high potential side of the DC voltage source in a DC terminal T 1. The cathode electrode of the lower arm side switching element is connected to the low potential side of the DC voltage source at least three a common DC terminal T 2. In the device having such a configuration, DC is converted into AC by switching of each switching element, and the three-phase induction motor is driven.

【0068】図11のインバータ回路の動作は、図3
(a)の回路の動作説明から容易に理解できるので、回
路動作の説明は省略する。尚、当然のことであるが、こ
の回路の中に使用されているスイッチング素子であるI
GBT,スナバダイオードDSおよびフライフォイール
ダイオードDF は前記図1の阻止方向電流・電圧特性を
示す素子で、具体的構造は前記図7〜図10で示してき
たものであり、各素子の遮断時に印加される電圧は必要
に応じて電圧値V1 以上になるように回路定数が設定さ
れている。そのため、本実施例のインバータ回路におい
ても、電圧V1 の微分抵抗により、電圧と電流の共振現
象が抑制され回路の誤動作や電磁ノイズが大幅に低減で
きるとともに、過電圧の発生を抑制できる。
The operation of the inverter circuit of FIG.
The description of the circuit operation is omitted because it can be easily understood from the operation description of the circuit of FIG. It should be noted that, as a matter of course, the switching element I
GBT, snubber diode D S and flywheel diode D F indicates the reverse direction current-voltage characteristic of the Figure 1 device, specific structures are those that have been shown in FIG. 7 to FIG. 10, of the elements voltage applied to a nonconductive state circuit constants so that the voltage value V 1 or more as needed is set. Therefore, even in the inverter circuit of this embodiment, the differential resistance of the voltage V 1, with the voltage and malfunction or electromagnetic noises resonance phenomenon is suppressed circuit current can be greatly reduced, the occurrence of over-voltage can be suppressed.

【0069】尚、本実施例の電力変換回路はスナバ回路
を含んだ構成になっているが、主回路配線が有する寄生
インダクタンスLL に蓄えられたエネルギーの総てをス
イッチング素子あるいはフライフォイールダイオードが
消費しても、それらが発熱で熱的に破壊しないような放
熱装置を有する電力変換器であれば、スナバ回路は必ず
しも必要でない。図11の実施例の最も有利な点は、従
来の電力変換装置の回路構成を変更せずに、半導体素子
のみを本発明の半導体素子に変えるだけで、電磁ノイズ
や過電圧を大きく抑制できることである。
[0069] The power conversion circuit of this embodiment is has a configuration including a snubber circuit, the parasitic inductance L switching devices all stored energy in the L or flywheel diode having a main circuit wiring The snubber circuit is not necessarily required as long as the power converter has a heat radiating device that does not thermally break down due to heat generation even if it is consumed. The most advantageous point of the embodiment of FIG. 11 is that electromagnetic noise and overvoltage can be largely suppressed by changing only the semiconductor element to the semiconductor element of the present invention without changing the circuit configuration of the conventional power converter. .

【0070】尚、本発明の電力変換装置は上記実施例の
回路構成だけに有効なわけではなく、阻止状態の時の印
加電圧V1 以上で電流が流れ、さらに電圧がV2 になる
と急激に電流が流れ出す構造の半導体素子を用いた、総
ての回路で効果が得られる。また、本発明を適用した電
力変換装置に用いられるダイオードについても、本実施
例の中で説明してきた構造に限られるわけではなく、阻
止状態の時に印加される電圧がV1 になると緩やかに電
流が流れ出し、V2 になると前記電圧V1 とV2 の間の
電流の増加率よりも大きく電流が増加する構造であれば
よい。また、上記半導体素子において、P導電形とN導
電形の半導体領域は逆になってもよいことは当然であ
る。この場合、空乏層は主にP- 導電型の半導体中に広
がることになる。
It should be noted that the power converter of the present invention is not only effective for the circuit configuration of the above-described embodiment, but a current flows at an applied voltage V 1 or more in the blocking state, and when the voltage further reaches V 2 , it suddenly increases. The effect can be obtained in all circuits using a semiconductor element having a structure from which a current flows. As for the diodes used in the power converter according to the present invention, not limited to the to have the structure described in the present embodiment, gentle current when the voltage applied at the time of blocking state is V 1 Flows out and reaches V 2 , the current may increase more than the increase rate of the current between the voltages V 1 and V 2 . Also, in the above-mentioned semiconductor device, the P-type and N-type semiconductor regions may be reversed. In this case, the depletion layer mainly spreads in the P conductivity type semiconductor.

【0071】図12は、図5の回路を三相誘導電動機の
インバータ回路として配置した実施例である。2個のス
イッチング素子が直列に接続されている。また、それぞ
れのスイッチング素子にはフライフォイールダイオード
F が並列に接続されている。さらに、それぞれのスイ
ッチング素子には、スイッチング時の急激な電圧の上昇
からスイッチング素子を保護するために、いわゆるスナ
バ回路Sが並列に接続されている。各スイッチング素子
のゲート電極には、ゲート駆動回路及び過電圧保護回路
が接続されている。
FIG. 12 shows an embodiment in which the circuit of FIG. 5 is arranged as an inverter circuit of a three-phase induction motor. Two switching elements are connected in series. A flywheel diode DF is connected to each switching element in parallel. Furthermore, a so-called snubber circuit S is connected to each switching element in parallel in order to protect the switching element from a sudden increase in voltage during switching. A gate drive circuit and an overvoltage protection circuit are connected to a gate electrode of each switching element.

【0072】各相における2個のスイッチング素子の接
続点は、それぞれ交流端子T3,T4,T5 に接続され
る。各交流端子に三相誘導電動機が接続される。上アー
ム側のスイッチング素子のアノード端子は3個とも共通
であり、直流端子T1 において直流電圧源の高電位側と
接続されている。下アーム側のスイッチング素子のカソ
ード電極は3個とも共通であり直流端子T2 において直
流電圧源の低電位側と接続されている。このような構成
の装置において各スイッチング素子のスイッチング動作
により直流を交流に変換し、三相誘導電動機を駆動す
る。
The connection points of the two switching elements in each phase are connected to AC terminals T 3 , T 4 and T 5 , respectively. A three-phase induction motor is connected to each AC terminal. The anode terminal of the upper arm side switching element with three are common, are connected to the high potential side of the DC voltage source in a DC terminal T 1. The cathode electrode of the lower arm side switching element is connected to the low potential side of the DC voltage source at least three a common DC terminal T 2. In the device having such a configuration, DC is converted into AC by the switching operation of each switching element, and the three-phase induction motor is driven.

【0073】図12のインバータ回路の動作は、図5の
回路の動作説明から容易に理解できるので、回路動作の
説明は省略する。尚、当然のことであるが、この回路の
中に使用されている過電圧保護回路およびゲート駆動回
路の具体的回路構成は前記図5で示してきたものであ
り、過電圧保護回路はスイッチング素子の主端子間の電
圧値に応じてゲート電圧を制御する。本過電圧保護回路
はスイッチング素子の主端子間の阻止方向電圧がV1
上で電流が緩やかに増加し、またV2 以上ではV1 とV
2 間の電流増加速度以上で電流が増加するようにスイッ
チング素子を制御するため、本実施例のインバータ回路
においても、電圧V1 の微分抵抗により、電圧と電流の
共振現象が抑制され回路の誤動作や電磁ノイズが大幅に
低減できるとともに、過電圧の発生を抑制できる。
The operation of the inverter circuit shown in FIG. 12 can be easily understood from the description of the operation of the circuit shown in FIG. 5, and the description of the circuit operation is omitted. Needless to say, the specific circuit configurations of the overvoltage protection circuit and the gate drive circuit used in this circuit are as shown in FIG. 5, and the overvoltage protection circuit is a main circuit of the switching element. The gate voltage is controlled according to the voltage value between the terminals. This over-voltage protection circuit and V 1 was a current in the reverse direction voltage between the main terminals V 1 or more switching elements is increased gradually, also V 2 or V
Since current at a current rate of increase or between 2 to control the switching element to increase, even in the inverter circuit of this embodiment, the differential resistance of the voltage V 1, malfunction of the circuit is suppressed resonance phenomenon of the voltage and current And electromagnetic noise can be greatly reduced, and the occurrence of overvoltage can be suppressed.

【0074】尚、本実施例のインバータ回路はスナバ回
路を含んだ構成になっているが、主回路配線が有する寄
生インダクタンスLL に蓄えられたエネルギーの総てを
スイッチング素子あるいはフライフォイールダイオード
が消費しても、それらが発熱で熱的に破壊しないような
放熱装置を有する電力変換装置であれば、スナバ回路は
必ずしも必要でない。図12の実施例の最も有利な点
は、従来の電力変換装置へ本発明の過電圧保護回路を付
加するだけで、電磁ノイズや過電圧を大きく抑制できる
ことである。また、過電圧保護回路中のアバランシェダ
イオード(ZD1,ZD2,ZD3)の降伏電圧や抵抗
(R1,R2,R3)の値を変えることだけで、電流が
緩やかに増加する電圧V1 ,電流が急激に増加する電圧
2 、あるいはV1 とV2 間の微分抵抗、さらにはV2
以上での抵抗などの阻止方向特性が自由に変えられるこ
とも大きな特徴である。
Although the inverter circuit of the present embodiment includes a snubber circuit, the switching element or the flywheel diode uses all the energy stored in the parasitic inductance L L of the main circuit wiring. The snubber circuit is not necessarily required as long as it is a power converter having a heat radiating device that does not thermally break down due to heat generation even when consumed. The most advantageous point of the embodiment of FIG. 12 is that electromagnetic noise and overvoltage can be greatly suppressed only by adding the overvoltage protection circuit of the present invention to the conventional power converter. Further, the voltage V 1 at which the current gradually increases and the current rapidly increase only by changing the breakdown voltage of the avalanche diodes (ZD1, ZD2, ZD3) and the values of the resistors (R1, R2, R3) in the overvoltage protection circuit. Increasing voltage V 2 , or the differential resistance between V 1 and V 2 , and even V 2
Another significant feature is that the blocking direction characteristics such as the resistance can be freely changed.

【0075】図13は、図6の回路をインバータ回路に
応用した実施例である。電力変換装置の基本的構成は、
図11および図12と同様なのでここでは説明を省略す
る。本実施例の電力変換装置は、図6で示したアバラン
シェダイオードZD61,ZD62および抵抗R61か
らなる回路がスイッチング素子と並列に接続された構成
になっている。
FIG. 13 shows an embodiment in which the circuit of FIG. 6 is applied to an inverter circuit. The basic configuration of the power converter is
Since it is the same as FIG. 11 and FIG. 12, the description is omitted here. The power converter of this embodiment has a configuration in which a circuit including the avalanche diodes ZD61 and ZD62 and the resistor R61 shown in FIG. 6 is connected in parallel with the switching element.

【0076】図13のインバータ回路の動作は、図6の
回路の動作説明から容易に理解できる。アバランシェダ
イオードZD61,ZD62および抵抗R61からなる
回路は、図6で説明したようにスイッチング素子が阻止
状態の時に加わる電圧が、V1 になると緩やかに電流が
流れ出し、V2 以上になるとそれ以上に急激に電流が流
れる特性を示すため、V1 以上の電圧で発生する微分抵
抗により、電圧と電流の共振現象を抑制し回路の誤動作
や電磁ノイズの発生を大幅に低減する。また、V2 以上
では電流が急激に増加するため、素子にV2 を大きく上
回る電圧が印加されるのを防止する。
The operation of the inverter circuit shown in FIG. 13 can be easily understood from the description of the operation of the circuit shown in FIG. Circuit consisting of avalanche diodes ZD61, ZD62 and a resistor R61 are rapidly to the voltage applied at the time of the switching element is blocking state, as described in FIG. 6 is gently current flows becomes the V 1, more it comes to V 2 or more to characterize the current flow, the differential resistance occurring at V 1 or more voltages, greatly reduce the occurrence of voltage and malfunctions and electromagnetic noise of the circuit to suppress the resonance phenomenon of the current. Moreover, to increase the current rapidly at V 2 or more, to prevent the increase exceeds voltage V 2 to the element is applied.

【0077】尚、本実施例の電力変換装置はスナバ回路
を含んだ構成になっているが、主回路配線が有する寄生
インダクタンスLL に蓄えられたエネルギーの総てをス
イッチング素子あるいはフライフォイールダイオードが
消費しても、それらが発熱で熱的に破壊しないような放
熱装置を有している電力変換器であれば、本発明の電力
変換装置でスナバ回路は必ずしも必要でない。図13の
実施例の最も有利な点は、従来の電力変換装置へアバラ
ンシェダイオードと抵抗からなる極めて簡単な回路を付
加するだけで、電磁ノイズや過電圧を効果的に抑制でき
ることである。また、アバランシェダイオード(ZD6
1,ZD62)の降伏電圧や抵抗R61の抵抗値を変え
ることだけで、電磁ノイズや過電圧の抑制効果を自由に
変えられることも本実施例の大きな特徴である。尚、ア
バランシェダイオードと抵抗からなる回路は、図13
(b)と(c)で示した構成でもよい。
Although the power converter of this embodiment has a configuration including a snubber circuit, all of the energy stored in the parasitic inductance L L of the main circuit wiring is switched by a switching element or a flywheel diode. If a power converter having a heat radiating device that does not thermally break down due to heat generation even if it is consumed, a snubber circuit is not necessarily required in the power converter of the present invention. The most advantageous point of the embodiment of FIG. 13 is that electromagnetic noise and overvoltage can be effectively suppressed only by adding a very simple circuit including an avalanche diode and a resistor to the conventional power converter. Also, an avalanche diode (ZD6
It is a great feature of this embodiment that the effect of suppressing electromagnetic noise and overvoltage can be freely changed only by changing the breakdown voltage of (1, ZD62) and the resistance value of the resistor R61. The circuit composed of the avalanche diode and the resistor is shown in FIG.
The configurations shown in (b) and (c) may be used.

【0078】以上で述べてきた本発明の実施例では、第
1の電圧値V1 以上での微分抵抗は一定である必要はな
く、電圧とともに変化してもよい。この場合、電圧の増
加ともに緩やかに微分抵抗が減少する特性であればさら
によい。尚、第1の電圧値V1 以上での微分抵抗は、第
1の電圧V1 以上の総ての電圧範囲で上記(数2)を満
たすことが望ましいが、これにとらわれることはなく少
なくとも任意の電圧値で満足すればよい。
In the embodiment of the present invention described above, the differential resistance at the first voltage value V1 or higher does not need to be constant, but may change with the voltage. In this case, it is more preferable that the differential resistance gradually decreases as the voltage increases. It is desirable that the differential resistance at the first voltage value V 1 or more satisfies the above (Equation 2) in the entire voltage range of the first voltage V 1 or more, but it is not limited to this and at least is arbitrary. It suffices to satisfy the voltage value of

【0079】さらに、本発明で、電流が緩やかに流れ出
す阻止方向電圧V1 は、その装置に定常的に印加される
電圧(一般に電源電圧)より5%から20%程度大きい
電圧に設定されることが良く、また、電流が急激に流れ
出す電圧V2 は定常的に印加される電圧より50から1
00%程度大きい電圧に設定されることが好ましい。前
者の理由は、V1 が定常的に印加される電圧より小さく
なると、装置のスイッチング動作以外の時点でも定常的
に阻止方向電流が流れ、大きな損失が発生することによ
る。また、後者の理由は、V2 をあまり大きくし過ぎる
と、装置自身や装置に並列に接続される他の装置の耐圧
を必要以上に高くしなければならないという弊害が生じ
ることによる。
Further, in the present invention, the blocking direction voltage V 1 at which the current slowly flows is set to a voltage which is higher by about 5% to 20% than a voltage (generally a power supply voltage) which is constantly applied to the device. And the voltage V 2 at which the current rapidly flows is 50 to 1 higher than the voltage applied constantly.
It is preferable to set the voltage to about 00% higher. The former reason is that if V 1 becomes smaller than the voltage applied constantly, a blocking current flows constantly even at times other than the switching operation of the device, and a large loss occurs. The latter reason, when the V 2 is excessively large, due to the adverse effect occurs that it is necessary to increase more than necessary the breakdown voltage of other devices connected in parallel to the device itself or the device.

【0080】本発明の説明において、アバランシェダイ
オードという言葉を用いて説明をしたが、これはツェナ
ーダイオードやバリスタのような、ある規定された電圧
で電流が急激に流れ出す素子であってもよいことは当然
である。重要なことは、ある電圧までは電流がリーク電
流が流れるだけで、ある電圧になると急激に電流が増加
する構造の素子であればよい。
In the description of the present invention, the term avalanche diode has been used, but this may be an element such as a Zener diode or a varistor in which a current suddenly flows at a specified voltage. Of course. What is important is that the element only has a structure in which only a leak current flows up to a certain voltage and the current rapidly increases at a certain voltage.

【0081】さらに、本発明はインバータ回路に限ら
ず、コンバータ回路やチョッパー回路などの各種電力変
換装置および電力制御装置、並びに各種のスイッチング
電源などにも適用できる。
Further, the present invention is not limited to an inverter circuit, and can be applied to various power conversion devices and power control devices such as a converter circuit and a chopper circuit, and various switching power supplies.

【0082】[0082]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
回路中のインダクタンスなどに蓄えられたエネルギーを
回路または半導体素子の微分抵抗で消費できるので、回
路または半導体素子が遮断状態に移行するときに発生す
る電磁ノイズや過電圧の発生を防止できる。従って、電
磁ノイズによる回路の誤動作や過電圧による回路部品の
破壊を防ぐことができる。
As described in detail above, according to the present invention,
Since the energy stored in the inductance or the like in the circuit can be consumed by the differential resistance of the circuit or the semiconductor element, it is possible to prevent the generation of electromagnetic noise and overvoltage generated when the circuit or the semiconductor element shifts to the cutoff state. Therefore, it is possible to prevent malfunction of the circuit due to electromagnetic noise and destruction of circuit components due to overvoltage.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明を適用した半導体回路または半導体素子
の阻止状態の電流・電圧特性を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing current-voltage characteristics of a semiconductor circuit or a semiconductor element to which the present invention is applied in a blocking state.

【図2】本発明を説明するための図で、(a)は本発明
を実施した回路、(b)は回路各部における電流と電圧
の波形である。
FIGS. 2A and 2B are diagrams for explaining the present invention, in which FIG. 2A shows a circuit embodying the present invention, and FIG. 2B shows current and voltage waveforms in respective parts of the circuit.

【図3】本発明を説明するための図で、(a)は本発明
を実施した他の回路、(b)は回路各部における電流と
電圧の波形である。
3A and 3B are diagrams for explaining the present invention, in which FIG. 3A shows another circuit embodying the present invention, and FIG. 3B shows current and voltage waveforms in respective parts of the circuit.

【図4】本発明の効果を説明するための回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram for explaining the effect of the present invention.

【図5】図1の回路におけるIGBTの特性を実現す
る、IGBTおよびこれに接続される過電圧保護回路を
有する半導体回路を示す図である。
5 is a diagram showing a semiconductor circuit having an IGBT and an overvoltage protection circuit connected to the IGBT, which realizes the characteristics of the IGBT in the circuit of FIG. 1;

【図6】(a)はアバランシェダイオードと抵抗で構成
された一実施例を示し、(b)はそのAとB端子間の電
流・電圧特性を示す。
FIG. 6A shows an embodiment including an avalanche diode and a resistor, and FIG. 6B shows current / voltage characteristics between its A and B terminals.

【図7】(a)は本発明を適用したスイッチング素子で
あるIGBTを示し、(b)はその動作を説明するため
の図である。
7A is a diagram illustrating an IGBT as a switching element to which the present invention is applied, and FIG. 7B is a diagram for explaining the operation thereof.

【図8】本発明を適用したスイッチング素子の他の実施
例を示す。
FIG. 8 shows another embodiment of the switching element to which the present invention is applied.

【図9】(a)は本発明を適用したダイオードを示し、
(b)はその特性の計算結果の一例である。
FIG. 9A shows a diode to which the present invention is applied;
(B) is an example of the calculation result of the characteristic.

【図10】本発明を適用した他の実施例の素子の断面図
であり、(a)はIGBTを示し、(b)はダイオード
を示す。
10A and 10B are cross-sectional views of an element according to another embodiment to which the present invention is applied, wherein FIG. 10A shows an IGBT and FIG. 10B shows a diode.

【図11】図3(a)の回路をインバータ回路として配
置した実施例。
FIG. 11 shows an embodiment in which the circuit of FIG. 3A is arranged as an inverter circuit.

【図12】図5の回路をインバータ回路として配置した
実施例。
FIG. 12 shows an embodiment in which the circuit of FIG. 5 is arranged as an inverter circuit.

【図13】図6の回路をインバータ回路に応用した実施
例。
FIG. 13 shows an embodiment in which the circuit of FIG. 6 is applied to an inverter circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 …電流が緩やかに増加し始める第1の電圧値、V2
…電流が急激に増加し始める第2の電圧値、VC …IG
BTのコレクタ電圧、II …IGBTのコレクタ電流、
D …フライフォイールダイオードのカソード電圧、I
D …フライフォイールダイオードのカソード電流、VDS
…スナバダイオードの端子間電圧、IDS…スナバダイオ
ードの端子間電流、7…IGBT、8…半導体素子、9
…ダイオード、RS …スナバ抵抗、CS …スナバコンデ
ンサ、DS …スナバダイオード、101…三相誘導電動
機。
V 1, a first voltage value at which the current starts to increase slowly, V 2
... A second voltage value at which the current starts to increase rapidly, V C.
BT collector voltage, I I … IGBT collector current,
V D : Cathode voltage of flywheel diode, I
D : Cathode current of flywheel diode, V DS
... Snubber diode terminal voltage, I DS ... Snubber diode terminal current, 7 ... IGBT, 8 ... Semiconductor element, 9
... Diode, R s ... snubber resistor, C s ... snubber capacitor, D s ... snubber diode, 101 ... three-phase induction motor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 英樹 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 木村 新 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 坂野 順一 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 森 睦宏 茨城県日立市大みか町七丁目1番1号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Fターム(参考) 5F038 BH04 BH19 EZ20  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hideki Miyazaki 7-1-1, Omikacho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Within Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Shin Kimura 7-1, Omikamachi, Hitachi City, Ibaraki Prefecture No. 1 Inside Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Junichi Sakano 7-1-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Inside Hitachi, Ltd., Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Mutsumi Mori Hitachi, Ibaraki Prefecture 7-1-1, Omikacho F-term in Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd. F-term (reference) 5F038 BH04 BH19 EZ20

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも半導体素子を含む回路と、これ
に接続されるインダクタンスと、を有し、流れる電流が
オンオフ制御される半導体回路において、 前記半導体素子を含む回路の両端に印加する阻止方向電
圧の大きさが、第1の電圧値以上かつ第2の電圧値以下
では電流の大きさが阻止方向電圧の増加とともに増大
し、第2の電圧値以上では第1の電圧値と第2の電圧値
間での電流の増加割合より大きな増加割合で電流が増加
することを特徴とする半導体回路。
1. A semiconductor circuit having at least a circuit including a semiconductor element and an inductance connected thereto and having a flowing current controlled on and off, wherein a blocking direction voltage applied to both ends of the circuit including the semiconductor element. Is greater than or equal to the first voltage value and less than or equal to the second voltage value, the magnitude of the current increases with an increase in the blocking direction voltage, and if it is greater than or equal to the second voltage value, the first voltage value and the second voltage value A semiconductor circuit characterized in that the current increases at a rate of increase greater than the rate of increase of the current between values.
【請求項2】請求項1の半導体回路において、前記半導
体素子が半導体スイッチング素子であることを特徴とす
る半導体回路。
2. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein said semiconductor element is a semiconductor switching element.
【請求項3】請求項1の半導体回路において、前記半導
体素子がダイオードであることを特徴とする半導体回
路。
3. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein said semiconductor element is a diode.
【請求項4】請求項1の半導体回路において、前記半導
体素子を含む回路がスナバ回路であることを特徴とする
半導体回路。
4. The semiconductor circuit according to claim 1, wherein the circuit including the semiconductor element is a snubber circuit.
【請求項5】少なくとも半導体素子を含む半導体回路に
おいて、 該半導体回路の両端に印加する阻止方向電圧の大きさ
が、第1の電圧値以上かつ第2の電圧値以下では電流の
大きさが阻止方向電圧の増加とともに増大し、第2の電
圧値以上では第1の電圧値と第2の電圧値間での電流の
増加割合より大きな増加割合で電流が増加することを特
徴とする半導体回路。
5. A semiconductor circuit including at least a semiconductor element, wherein a magnitude of a current is blocked when a magnitude of a blocking direction voltage applied to both ends of the semiconductor circuit is equal to or more than a first voltage value and equal to or less than a second voltage value. A semiconductor circuit, wherein the current increases with an increase in the direction voltage, and at a second voltage value or more, the current increases at a larger increase rate than the current between the first voltage value and the second voltage value.
【請求項6】請求項5の半導体回路において、前記半導
体素子が半導体スイッチング素子であることを特徴とす
る半導体回路。
6. The semiconductor circuit according to claim 5, wherein said semiconductor element is a semiconductor switching element.
【請求項7】請求項5の半導体回路において、前記半導
体素子がダイオードであることを特徴とする半導体回
路。
7. The semiconductor circuit according to claim 5, wherein said semiconductor element is a diode.
【請求項8】請求項5の半導体回路において、前記半導
体素子が、降伏電圧が異なる複数のダイオードであるこ
とを特徴とする半導体回路。
8. The semiconductor circuit according to claim 5, wherein said semiconductor element is a plurality of diodes having different breakdown voltages.
【請求項9】少なくとも半導体素子を含む回路と、該回
路の両端に並列接続される半導体スイッチング素子と、
を有し、 前記回路の両端に印加する阻止方向電圧の大きさが、第
1の電圧値以上かつ第2の電圧値以下では電流の大きさ
が阻止方向電圧の増加とともに増大し、第2の電圧値以
上では第1の電圧値と第2の電圧値間での電流の増加割
合より大きな増加割合で電流が増加することを特徴とす
る半導体回路。
9. A circuit including at least a semiconductor element, a semiconductor switching element connected in parallel to both ends of the circuit,
When the magnitude of the blocking direction voltage applied to both ends of the circuit is greater than or equal to the first voltage value and less than or equal to the second voltage value, the magnitude of the current increases with an increase in the blocking direction voltage; A semiconductor circuit characterized in that the current increases at a rate greater than the voltage value at a rate greater than the rate of increase of the current between the first voltage value and the second voltage value.
【請求項10】半導体スイッチング素子の主電極間に印
加する阻止方向電圧が第1の電圧値以上かつ第2の阻止
方向電圧値以下では、主電流の大きさが阻止方向電圧の
増加とともに増大するように、第2の電圧値以上では第
1の電圧値と第2の電圧値間での主電流の増加割合より
大きな増加割合で主電流が増加するように、それぞれ阻
止方向電圧に応じた制御信号を半導体スイッチング素子
に供給することを特徴とする半導体回路の駆動方法。
10. When the blocking direction voltage applied between the main electrodes of the semiconductor switching element is equal to or higher than the first voltage value and equal to or lower than the second blocking direction voltage value, the magnitude of the main current increases as the blocking direction voltage increases. As described above, when the main current increases at a rate larger than the rate of increase of the main current between the first voltage value and the second voltage value at the second voltage value or more, the control according to the blocking direction voltage is performed. A method for driving a semiconductor circuit, comprising supplying a signal to a semiconductor switching element.
【請求項11】一対の主電極を有し、 主電極間に印加する阻止方向電圧の大きさが第1の電圧
値以上かつ第2の電圧値以下では主電流の大きさが阻止
方向電圧の増加とともに増大し、第2の電圧値以上では
第1の電圧値と第2の電圧値間での主電流の増加割合よ
り大きな増加割合で主電流が増加することを特徴とする
半導体素子。
11. When the magnitude of the blocking direction voltage applied between the main electrodes is greater than or equal to the first voltage value and less than or equal to the second voltage value, the magnitude of the main current is equal to the magnitude of the blocking direction voltage. A semiconductor element characterized by increasing with an increase, and increasing the main current at a rate of increase greater than a second voltage value at a rate greater than the rate of increase of the main current between the first voltage value and the second voltage value.
【請求項12】第1導電型の第1の半導体層と、 第1の半導体層に設けられる第2導電型の第2の半導体
層と、 第2の半導体層に隣接する第1導電型の第3の半導体層
と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第4の半導体層
と、 第1の半導体層および第4の半導体層に隣接する第1導
電型の第5の半導体層と、 第2の半導体層および第3の半導体層にオーミック接触
する第1の主電極と、 第4の半導体層および第5の半導体層にオーミック接触
する第2の主電極と、 第1の半導体層,第2の半導体層および第3の半導体層
にまたがって設けられる絶縁ゲート電極と、を有し、 第1の半導体層と第4の半導体層の接合部が、第1の半
導体層と第5の半導体層の接合部よりも、第1の半導体
層と第2の半導体層の接合部に近い位置に在ることを特
徴とする半導体素子。
12. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type provided on the first semiconductor layer, and a first semiconductor layer of a first conductivity type adjacent to the second semiconductor layer. A third semiconductor layer, a fourth semiconductor layer of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor layer, and a fifth semiconductor of the first conductivity type adjacent to the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer A first main electrode in ohmic contact with the second semiconductor layer and the third semiconductor layer; a second main electrode in ohmic contact with the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer; An insulated gate electrode provided over the semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer, wherein a junction between the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer is connected to the first semiconductor layer. It is located closer to the junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer than the junction between the fifth semiconductor layer. Semiconductor device characterized by.
【請求項13】第1導電型の第1の半導体層と、 第1の半導体層に設けられる第2導電型の第2の半導体
層と、 第2の半導体層に隣接する第1導電型の第3の半導体層
と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第4の半導体層
と、 第1の半導体層および第4の半導体層に隣接する第1導
電型の第5の半導体層と、 第2の半導体層および第3の半導体層にオーミック接触
する第1の主電極と、 第4の半導体層および第5の半導体層にオーミック接触
する第2の主電極と、 第1の半導体層,第2の半導体層および第3の半導体層
にまたがって設けられる絶縁ゲート電極と、を有し、 第1の半導体層と第2の半導体層の接合部と、第1の半
導体層と第4の半導体層の接合部との間において、第1
の半導体層の単位面積当たりに含まれる第1導電型の不
純物量が、第1の半導体層の材料のアバランシェ降伏電
界をεm 、誘電率をεs 、電子の電荷量をqとすると
(εm)・(εs)/q以下であることを特徴とする半導
体素子。
13. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type provided on the first semiconductor layer, and a first semiconductor layer of a first conductivity type adjacent to the second semiconductor layer. A third semiconductor layer, a fourth semiconductor layer of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor layer, and a fifth semiconductor of the first conductivity type adjacent to the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer A first main electrode in ohmic contact with the second semiconductor layer and the third semiconductor layer; a second main electrode in ohmic contact with the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer; An insulated gate electrode provided over the semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer; and a junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; Between the fourth semiconductor layer junction and the first semiconductor layer;
If the amount of impurities of the first conductivity type contained per unit area of the semiconductor layer is εm, the dielectric constant of the material of the first semiconductor layer is εm, the dielectric constant is εs, and the charge amount of electrons is q, (εm) · (Εs) / q or less.
【請求項14】第1導電型の第1の半導体層と、 第1の半導体層に設けられる第2導電型の第2の半導体
層および第3の半導体層と、 第2の半導体層に隣接する第1導電型の第4の半導体層
および第5の半導体層と、 第3の半導体層に隣接する第1導電型の第6の半導体層
と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第7の半導体層
と、 第1の半導体層および第7の半導体層に隣接する第1導
電型の第8の半導体層と、 第2の半導体層および第4の半導体層にオーミック接触
する第1の主電極と、 第7の半導体層および第8の半導体層にオーミック接触
する第2の主電極と、 第2の半導体層,第4の半導体層および第5の半導体層
にまたがって設けられる第1の絶縁ゲート電極と、 第1の半導体層,第2の半導体層および第3の半導体層
にまたがって設けられる第2の絶縁ゲート電極と、を有
し、 第5の半導体層と第6の半導体層が電気的に接続され、 第1の半導体層と第7の半導体層の接合部が、第1の半
導体層と第8の半導体層の接合部よりも、第1の半導体
層と第2の半導体層の接合部に近い位置に在ることを特
徴とする半導体素子。
14. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer and a third semiconductor layer of a second conductivity type provided on the first semiconductor layer, and adjacent to the second semiconductor layer. A fourth semiconductor layer and a fifth semiconductor layer of the first conductivity type, a sixth semiconductor layer of the first conductivity type adjacent to the third semiconductor layer, and a second conductivity layer adjacent to the first semiconductor layer. A seventh semiconductor layer of the type, an eighth semiconductor layer of the first conductivity type adjacent to the first semiconductor layer and the seventh semiconductor layer, and ohmic contact with the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. A first main electrode; a second main electrode in ohmic contact with the seventh semiconductor layer and the eighth semiconductor layer; and a second main electrode provided over the second semiconductor layer, the fourth semiconductor layer, and the fifth semiconductor layer. A first insulated gate electrode, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer. A second insulated gate electrode provided over the second semiconductor layer, the fifth semiconductor layer and the sixth semiconductor layer are electrically connected, and a junction between the first semiconductor layer and the seventh semiconductor layer is formed. A semiconductor element located at a position closer to a junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer than to a junction between the first semiconductor layer and the eighth semiconductor layer.
【請求項15】第1導電型の第1の半導体層と、 第1の半導体層に設けられる第2導電型の第2の半導体
層および第3の半導体層と、 第2の半導体層に隣接する第1導電型の第4の半導体層
および第5の半導体層と、 第3の半導体層に隣接する第1導電型の第6の半導体層
と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第7の半導体層
と、 第1の半導体層および第7の半導体層に隣接する第1導
電型の第8の半導体層と、 第2の半導体層および第4の半導体層にオーミック接触
する第1の主電極と、 第7の半導体層および第8の半導体層にオーミック接触
する第2の主電極と、 第2の半導体層,第4の半導体層および第5の半導体層
にまたがって設けられる第1の絶縁ゲート電極と、 第1の半導体層,第2の半導体層および第3の半導体層
にまたがって設けられる第2の絶縁ゲート電極と、を有
し、 第1の半導体層と第2の半導体層の接合部と、第1の半
導体層と第7の半導体層の接合部との間において、第1
の半導体層の単位面積当たりに含まれる第1導電型の不
純物量が、第1の半導体層の材料のアバランシェ降伏電
界をεm 、誘電率をεs 、電子の電荷量をqとすると
(εm)・(εs)/q以下であることを特徴とする半導
体素子。
15. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer and a third semiconductor layer of a second conductivity type provided on the first semiconductor layer, and adjacent to the second semiconductor layer. A fourth semiconductor layer and a fifth semiconductor layer of the first conductivity type, a sixth semiconductor layer of the first conductivity type adjacent to the third semiconductor layer, and a second conductivity layer adjacent to the first semiconductor layer. A seventh semiconductor layer of the type, an eighth semiconductor layer of the first conductivity type adjacent to the first semiconductor layer and the seventh semiconductor layer, and ohmic contact with the second semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. A first main electrode; a second main electrode in ohmic contact with the seventh semiconductor layer and the eighth semiconductor layer; and a second main electrode provided over the second semiconductor layer, the fourth semiconductor layer, and the fifth semiconductor layer. A first insulated gate electrode, a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer. A second insulated gate electrode provided across the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and between the first semiconductor layer and the seventh semiconductor layer. In the first
When the amount of impurities of the first conductivity type contained per unit area of the semiconductor layer is εm, the dielectric constant is εs, and the charge amount of electrons is q, the material of the first semiconductor layer is (εm) · (Εs) / q or less.
【請求項16】第1導電型の第1の半導体層と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第2の半導体層
と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第3の半導体層
と、 第1の半導体層および第3の半導体層に隣接する第1導
電型の第4の半導体層と、 第2の半導体層にオーミック接触する第1の主電極と、 第3の半導体層および第4の半導体層にオーミック接触
する第2の主電極と、を有し、 第1の半導体層と第3の半導体層の接合部は、第1の半
導体層と第4の半導体層の接合部よりも、第1の半導体
層と第2の半導体層の接合部に近い位置に在ることを特
徴とするダイオード。
16. A first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type second semiconductor layer adjacent to the first semiconductor layer, and a second conductive type adjacent to the first semiconductor layer. A third semiconductor layer; a fourth semiconductor layer of a first conductivity type adjacent to the first semiconductor layer and the third semiconductor layer; a first main electrode in ohmic contact with the second semiconductor layer; And a second main electrode that makes ohmic contact with the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. The junction between the first semiconductor layer and the third semiconductor layer is formed between the first semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. A diode located at a position closer to a junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer than to a junction between the semiconductor layers.
【請求項17】第1導電型の第1の半導体層と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第2の半導体層
と、 第1の半導体層に隣接する第2導電型の第3の半導体層
と、 第1の半導体層および第3の半導体層に隣接する第1導
電型の第4の半導体層と、 第2の半導体層にオーミック接触する第1の主電極と、 第3の半導体層および第4の半導体層にオーミック接触
する第2の主電極と、を有し、 第1の半導体層と第2の半導体層の接合部と、第1の半
導体層と第3の半導体層の接合部との間において、第1
の半導体層の単位面積当たりに含まれる第1導電型の不
純物量が、第1の半導体層の材料のアバランシェ降伏電
界をεm 、誘電率をεs 、電子の電荷量をqとすると
(εm)・(εs)/q以下であることを特徴とするダイ
オード。
17. A first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type adjacent to the first semiconductor layer, and a second semiconductor layer of a second conductivity type adjacent to the first semiconductor layer. A third semiconductor layer; a fourth semiconductor layer of a first conductivity type adjacent to the first and third semiconductor layers; a first main electrode in ohmic contact with the second semiconductor layer; A third main electrode in ohmic contact with the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; a junction between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; Between the semiconductor layer junction and the first
If the amount of impurities of the first conductivity type contained per unit area of the semiconductor layer is εm, the dielectric constant of the material of the first semiconductor layer is εm, the dielectric constant is εs, and the charge amount of electrons is q, (εm) · (Εs) / q or less.
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