JP2004096318A - Semiconductor device for electric power - Google Patents

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Kazuhiro Kuriaki
栗秋 和広
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for electric power having an excess temperature protective function for allowing a circuit to operate stably without stopping the operation of the circuit including a switching element even if temperature in the switching element increases. <P>SOLUTION: The semiconductor device for electric power comprises at least one semiconductor switching element, a drive control circuit (22) for driving and controlling the switching element, a temperature detector (24) installed near each switching element, and a switching speed variable circuit (26). In the switching speed variable circuit (26), the switching speed of the switching element is maintained at a first speed when the temperature of the switching element is equal to or less than a specific temperature. Contrarily, when the temperature of the switching element is equal to or more than the specific temperature, the switching speed is changed to a second speed that is faster than the first one. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体装置に関し、より詳細には、電力用半導体装置の過温度保護機能に関する。
【0002】
【従来の技術】
電動機制御等に用いられるインバータ回路は、その動作を安定に保つために、種々の保護回路を組み込んでいる。過温度保護回路もその1つであり、インバータ回路の出力デバイス(IGBT等のスイッチング素子)の温度を検知して、その温度に異常が生じた場合には、出力デバイスの駆動制御回路にその異常を伝える。以下に、従来の過温度保護回路について説明する。一般的なインバータ回路は、6つのスイッチング素子(IGBT:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)と、それらスイッチング素子を駆動させる1つの駆動制御回路と備える三相インバータ回路である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ある1つのIGBTの熱破壊を防止する過温度保護回路について、その構成を図7および図8を用いて説明する。図7は、IGBTの過温度保護回路と駆動制御回路との関係を示すブロック図であり、図8は、過温度保護回路と駆動制御回路の内部構成を示す図である。図7を参照すると、IGBTの温度を検知する温度検知器104が、その温度に対応する電圧Vtを過温度保護回路106に出力する。また、過温度保護回路106は、駆動制御回路102に電圧Vtに応じた信号P1を出力する。駆動制御回路102は、信号入力端子108から入力される信号と信号P1とに応じて、IGBT2のゲートに駆動信号を出力する。
【0004】
図8を参照すると、過温度保護回路106は、比較器110を備える。また、駆動制御回路102は、論理回路112と駆動回路114を備える。比較器110は、温度検知器104から出力された電圧Vtと基準電圧Voとを比較し、その比較結果に応じた信号P1を駆動制御回路102の論理回路112に出力する。論理回路112は、信号入力端子108(図7)から入力された入力信号と過温度保護回路106から入力された信号P1を処理して、その結果得られる信号を駆動回路114に出力する。駆動回路114は、論理回路112から出力された信号を反転してIGBTのゲートに駆動信号(電圧信号)を出力する。
【0005】
図9に、駆動制御回路102の入力信号(信号入力端子108から入力される信号)と出力信号(駆動信号)の関係を示すタイムチャートを示す。図9によれば、温度検知器24によって検知される温度が設定温度を超える、つまり、電圧Vtの値が過電流保護回路106のトリップレベル(電圧Voの値)を超えると、駆動制御回路102の信号出力が停止する。この構成によれば、IGBTの温度がある一定レベルを超えると、IGBTのスイッチング動作が停止し、IGBTのさらなる温度上昇を防止することができる。
【0006】
しかし、上述の構成においては、IGBTの温度が設定温度を超える度にインバータ運転が停止し、インバータ回路の動作が不安定になるという問題があった。
【0007】
本発明の目的は、スイッチング素子の温度が上昇しても、スイッチング素子を含む回路の動作を停止させることなくその回路を安定に動作させる過温度保護機能を備えた電力用半導体装置を提供することである。
【0008】
また、本発明の更なる目的は、上記の回路の過温度保護機能をより簡単な構造で実現することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力用半導体装置は、1以上の半導体スイッチング素子と、前記のスイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路とを備える。さらに、その電力用半導体装置は、前記のスイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、前記のスイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、前記のスイッチング素子のスイッチング速度を第1の速度に保持し、前記のスイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記のスイッチング速度を、前記の第1の速度よりも速い第2の速度に変化させるスイッチング速度可変回路とを備える。
【0010】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記のスイッチング速度可変回路は、前記のスイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、前記の入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第1の信号を出力する比較回路を備える。また、前記の駆動制御回路は、対応する前記のスイッチング素子の制御端子に、前記の第1の信号に応じて、異なる大きさの電流を供給する。
【0011】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記の駆動制御回路は、前記のスイッチング素子に駆動信号を出力する2つの駆動回路と、前記の第1の信号に応じて、前記の駆動信号を出力する駆動回路を切り換える切り換え回路とを備える。また、2つの前記の駆動回路は、各々の出力端子から前記のスイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給する。
【0012】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記の駆動制御回路は、前記のスイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、前記の第1の信号に応じて、前記の電流源の動作を開始または停止させる駆動手段とを備える。
【0013】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図1は、一般的なインバータ回路の構成を示す。このインバータ回路10の出力は、電動機(モータ)20に供給される。図1のインバータ回路10は、6つのスイッチング素子(IGBT)とそれらのスイッチング素子を駆動させる1つの駆動制御回路22と備える。駆動制御回路22は、UPin、VPin、WPin、UNin、VNin、WNinを入力信号とし、各々のIGBTに、それぞれ、駆動信号UPout、VPout、WPout、UNout、VNout、WNoutを出力する。図2は、実施の形態1による電力用半導体装置において実現されるインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図である。以下では、例として、IGBT2の熱破壊を防止する温度保護機能について説明する。なお、以下で説明するIGBT2の過温度保護機能は、他のIGBTに適用可能である。また、IGBT1乃至IGBT6の過温度保護機能を同時に作用させることが可能である。
【0014】
本発明による電力用半導体装置の特徴は、温度検知器が出力する信号に応じてIGBTのスイッチング速度を変化させるスイッチング速度可変回路を備えることである。
【0015】
図2を参照すると、本発明によるインバータ回路は、IGBT2の温度を検出する温度検知器24を組み込んでいる。温度検知器24は、IGBT2の温度を検知して、その温度に対応する電圧Vtを出力する。その電圧Vtは、スイッチング速度可変回路26に入力される。スイッチング速度可変回路26は、電圧Vtに応じた信号P2を駆動制御回路22に出力する。駆動制御回路22は、信号入力端子28から入力される信号と信号P2とに応じて、IGBT2のゲートに駆動信号を出力する。
【0016】
図3は、図2の駆動制御回路22およびスイッチング速度可変回路26の内部回路を示す回路図である。図3において、駆動制御回路22は、論理回路32、反転回路36、2つのスイッチS1,S2、および、駆動回路38を備える。駆動回路38は、第1の駆動回路と第2の駆動回路とから成る。第1の駆動回路は、pチャネルMOS(金属酸化膜半導体)トランジスタTr1とnチャネルMOSトランジスタTr3とを備える。第2の駆動回路は、pチャネルMOSトランジスタTr2とnチャネルMOSトランジスタTr3とを備える。
【0017】
第1の駆動回路において、トランジスタTr1のドレイン(D)およびTr3のドレイン(D)は、相互に接続される。トランジスタTr1のソース(S)は、高電位電源Vddに接続され、トランジスタTr3のソース(S)は、低電位電源GNDに接続される。また、トランジスタTr1のゲート(G)およびトランジスタTr3のゲート(G)は、相互に接続される。さらに、トランジスタTr1のゲート(G)とトランジスタTr3のゲート(G)との接続点は、第1の駆動回路の入力端子として、スイッチS1に接続される。トランジスタTr1のドレイン(D)とTr3のドレイン(D)との接続点は、第1の駆動回路の出力端子として、IGBT2のゲートに接続される。
【0018】
第2の駆動回路において、トランジスタTr2のドレイン(D)およびトランジスタTr3のドレイン(D)は、相互に接続される。トランジスタTr2のソース(S)は、高電位電源Vddに接続され、トランジスタTr3のソース(S)は、低電位電源GNDに接続される。また、トランジスタTr2のゲート(G)とトランジスタTr3のゲート(G)は、相互に接続される。さらに、トランジスタTr2のゲート(G)とトランジスタTr3のゲート(G)との接続点は、第2の駆動回路の入力端子として、スイッチS2に接続される。トランジスタTr2のドレインとTr3のドレインとの接続点は、第2の駆動回路の出力端子として、IGBT2のゲートに接続される。ここで、トランジスタTr1とトランジスタTr2は、並列に接続され、トランジスタTr3は、トランジスタTr1およびTr2に、それぞれ、直列に接続される。
【0019】
論理回路32の入力端子は、信号入力端子28(図2)の出力端子に接続される。論理回路32は、信号入力端子28(図2)から駆動制御回路22に入力された信号を処理して、その入力信号に対応する信号を出力する。論理回路32の出力端子は、スイッチS1およびスイッチS2に接続される。論理回路32から出力された信号(電圧信号)は、スイッチS1がオンして、スイッチS2がオフするとき、第1の駆動回路に入力され、スイッチS1がオフして、スイッチS2がオンするとき、第2の駆動回路に入力される。
【0020】
例えば、スイッチS1がオンして、スイッチS2がオフするとき、論理回路32から出力された信号は、トランジスタTr1のゲート(G)およびトランジスタTr3のゲート(G)に入力される。論理回路32から出力された信号が、高レベル(「H」レベル)から低レベル(「L」レベル)に変化すると、pチャネルMOSトランジスタTr1がオンし、nチャネルMOSトランジスタTr3がオフする。このとき、第1の駆動回路の出力信号(電圧信号)は、高電位電源Vddの電位に等しくなる。一方、論理回路32から出力された信号が、低レベル(「L」レベル)から高レベル(「H」レベル)に変化すると、pチャネルMOSトランジスタTr1 がオフし、nチャネルMOSトランジスタTr3がオンする。このとき、第1の駆動回路の出力信号(電圧信号)は、低電位電源GNDの電位に等しくなる。以上の動作は、スイッチS1がオフして、スイッチS2がオンしたとき、つまり、論理回路32から出力された信号が、トランジスタTr2のゲート(G)およびトランジスタTr3のゲート(G)に入力された場合の、第2の駆動回路にも適用できる。
【0021】
ここで、トランジスタTr1とトランジスタTr2は、サイズ(厳密には、ゲート電極の大きさ)が異なる。よって、ゲートに同じ大きさの電圧が入力されても、それぞれのトランジスタを流れる電流の大きさが異なる。図3の回路において、トランジスタTr1は、トランジスタTr2よりも、そのサイズが大きい。つまり、トランジスタTr1は電流供給能力が高く、トランジスタTr2は電流供給能力が低い。
【0022】
スイッチング速度可変回路26は、比較器34を備える。また、スイッチング速度可変回路26は、その駆動のために、駆動制御回路22を構成するスイッチS1,S2および反転回路36を必要とし、それらも構成要素の一部として含む。比較器34は、温度検知器24から出力された電圧Vtと基準電圧Voとを比較し、その比較結果に応じた信号P2を出力する。この信号P2は、スイッチS1に、そのままの状態で伝えられ、スイッチS2に、反転回路36により反転されて伝えられる。ここで、図4に、検知温度とスイッチS1,S2に伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートを示す。スイッチS1,S2は、それぞれ、高レベルの信号が伝えられるとオンし、低レベルの信号が伝えられるとオフする。もし、温度検知器24によって検知される温度が設定温度を超えるなら、電圧Vtの値が基準電圧Voの値よりも大きくなり、比較器34の出力信号P2が高レベルになる。そして、スイッチS1には高レベルの信号が伝えられ、スイッチS2には低レベルの信号が伝えられる。結果として、スイッチS1はオンし、スイッチS2はオフする。一方、検知される温度が設定された温度を超えなければ、比較器34の出力信号P2が低レベルになるので、スイッチS1およびスイッチS2には、それぞれ、低レベルおよび高レベルの信号が伝えられ、スイッチS1はオフし、スイッチS2はオンする。
【0023】
スイッチS1がオンし、かつ、スイッチS2がオフするとき、論理回路32の出力信号は、第1の駆動回路に入力される。第1の駆動回路は、電流供給能力の高いpチャネルMOSトランジスタTr1を有するので、第1の駆動回路が駆動するとき、その駆動回路の出力端子(トランジスタTr1のドレインとTr3のドレインとの接続点)からIGBT2のゲート端子に流れ込む電流が大きくなる。ここで、IGBT2は、電圧駆動型素子であるが、インバータ回路において電力用素子として用いる場合はゲート−ソース間の寄生容量が無視できず、IGBT2をオンする前に、寄生容量に電荷をチャージする必要がある。よって、この場合、IGBT2に流れ込むゲート電流が大きいと、ゲート−ソース間の容量に電荷をチャージする時間が短くなり、IGBT2のスイッチング速度が速くなる。上述の構成を用いれば、IGBT2の温度が一定レベルを超えて上昇したとき、IGBT2のスイッチング速度が速くなり、結果として、IGBT2の温度が更に上昇することを防ぐことができる。
【0024】
一方、IGBT2の温度が一定レベルよりも低くなれば、スイッチS1がオフし、スイッチS2がオンするので、論理回路32の出力信号は、第2の駆動回路に入力される。第2の駆動回路は、電流供給能力が低いpチャネルMOSトランジスタTr2を有するので、第1の駆動回路を駆動させたときと比較して、IGBT2に流れ込むゲート電流が小さくなる。結果として、IGBTの寄生容量に電荷をチャージする時間が長くなり、第1の駆動回路を駆動させたときと比較して、IGBT2のスイッチング速度は遅くなる。
【0025】
本実施の形態によるインバータ回路においては、IGBT2は、その温度がある一定レベル以下のときは、通常のスイッチング速度で動作するが、温度がある一定レベルを超えると、より速いスイッチング速度で動作する。従って、IGBT2の温度が設定温度を超えた場合に更なる温度上昇が防止でき、結果として、IGBT2の熱破壊を防止することができる。
【0026】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、2つの駆動回路(第1の駆動回路および第2の駆動回路)を、2つの並列接続されたpチャネルMOSトランジスタと、それらのトランジスタに直列接続されたnチャネルMOSトランジスタとで構成しているので、それら2つの駆動回路を、それぞれ別個の構成要素によって構成する場合と比較して、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【0027】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、比較器の出力信号に応じて2つの駆動回路(第1の駆動回路および第2の駆動回路)を切り換える構造を、2つのスイッチと1つのNOT回路(反転回路)で実現しているので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【0028】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、比較器34から伝えられる信号に応じて開閉するスイッチS1,S2は、半導体スイッチング素子であってよい。その場合には、比較器34から出力される信号は、その半導体スイッチング素子の制御端子に入力される。
【0029】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、駆動制御回路22における2つの駆動回路(第1の駆動回路および第2の駆動回路)は、説明した構成に限られず、MOSトランジスタを用いた他の構成であってもよい。また、2つの駆動回路は、同一の構成であっても、異なる構成であってもよい。それらの場合であっても、2つの駆動回路がIGBT2に異なる大きさのゲート電流を供給できれば、同様の効果が得られる。また、上記2つの駆動回路をバイポーラトランジスタを用いて実現することもできる。
【0030】
実施の形態2.
図5は、インバータ回路における駆動制御回路42およびスイッチング速度可変回路46の内部回路を示す回路図である。本実施の形態による電力用半導体装置が、実施の形態1による電力用半導体装置と異なる点は、駆動制御回路42内の駆動回路38およびスイッチの構成である。図5において、駆動制御回路42は、論理回路32、単一のスイッチS3、および、駆動回路38を備える。駆動回路38は、pチャネルMOSトランジスタTr4とnチャネルMOSトランジスタTr6とから成る第3の駆動回路、および、トランジスタTr4に並列に接続されたpチャネルトランジスタTr5を備える。スイッチング速度可変回路46は、比較器34を備える。また、スイッチング速度可変回路46は、その駆動のために、駆動制御回路42を構成するスイッチS3を必要とし、そのスイッチS3も構成要素の一部として含む。
【0031】
第3の駆動回路において、トランジスタTr4のドレイン(D)およびTr6のドレイン(D)は、相互に接続される。トランジスタTr4のソース(S)は、高電位電源Vddに接続され、トランジスタTr6のソース(S)は、低電位電源GNDに接続される。また、トランジスタTr4のゲート(G)およびトランジスタTr6のゲート(G)は、相互に接続される。さらに、トランジスタTr4のゲート(G)とトランジスタTr6のゲート(G)の接続点は、第3の駆動回路の入力端子として、論理回路32の出力端子に接続される。トランジスタTr4のドレイン(D)とTr6のドレイン(D)との接続点は、第3の駆動回路の出力端子として、IGBT2のゲートに接続される。この第3の駆動回路の動作は、実施の形態1で説明した第1の駆動回路の動作と同様であるので、説明を省略する。
【0032】
トランジスタTr5は、トランジスタTr4に並列に接続され、トランジスタTr6に直列に接続される。トランジスタTr5のソース(S)は、高電位電源Vddに接続され、トランジスタTr5のドレイン(D)は、Tr6のドレイン(D)に接続される。また、トランジスタTr5のゲート(G)には、スイッチS3が接続される。さらに、トランジスタTr5のドレイン(D)とTr6のドレイン(D)との接続点は、IGBT2のゲートに接続される。
【0033】
駆動制御回路42において、論理回路32から出力された信号(電圧信号)は、常に、トランジスタTr4,Tr6から成る第3の駆動回路に入力される。つまり、論理回路32から出力された信号(電圧信号)は、トランジスタTr4のゲート(G)およびトランジスタTr6のゲート(G)に入力される。さらに、、スイッチS3がオンした場合は、論理回路32から出力された信号がpチャネルMOSトランジスタTr5のゲートにも入力される。このスイッチS3は、比較器34が出力する信号に応じてオンまたはオフする。具体的には、スイッチS3は、比較器34から出力された信号が高レベルのときにオンし、低レベルのときにオフする。第3の駆動回路が出力する駆動信号は、IGBT2のゲートに入力される。
【0034】
IGBT2の温度がある一定レベルを超えると、温度検知器24から出力される電圧Vtの値が基準電圧Voの値よりも大きくなり、比較器34が、高レベルの出力信号P2を出力する。信号P2は、スイッチS3に伝えられて、スイッチS3がオンする。図6は、検知温度とスイッチS3に伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートである。スイッチS3は、高レベルの信号が伝えられるとオンし、低レベルの信号が伝えられるとオフする。スイッチS3がオンすると、論理回路32の出力信号が、pチャネルMOSトランジスタTr5のゲートにも入力される。このとき、トランジスタTr5にドレイン電流が流れ、第3の駆動回路の出力電流と合流するので、IGBT2のゲート電流が大きくなる。結果として、IGBT2の温度が設定温度を超えるとき、実施の形態1で述べたようにIGBT2のスイッチング速度が速くなる。一方、IGBT2の温度が一定レベルよりも低くなれば、電圧Vtの値が基準電圧Voの値よりも小さくなるので、比較器34の出力信号P2が低レベルとなり、スイッチS3がオフする。スイッチS3がオフすると、トランジスタTr5がオフする。結果として、IGBT2のゲート電流が、第3の駆動回路の出力電流のみとなり、スイッチング速度が遅くなる。
【0035】
本実施の形態によるインバータ回路においては、IGBT2の温度がある一定レベルを超えると、IGBT2のスイッチング速度が速くなる。これにより、IGBT2の更なる温度上昇が防止でき、結果として、IGBT2の熱破壊を防止することができる。
【0036】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、IGBT2の寄生容量に電荷をチャージするための電流源をpチャネルMOSトランジスタとし、電流源を駆動させたい場合には、その制御端子に論理回路からの出力信号を入力するようにしたので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【0037】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、比較器の出力信号に応じて電流源を駆動させる構造を、単一のスイッチで実現しているので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【0038】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、比較器34から伝えられる信号に応じて開閉するスイッチS3は、半導体スイッチング素子であってよい。その場合には、比較器34から出力される信号は、その半導体スイッチング素子の制御端子に入力される。
【0039】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、駆動制御回路42における第3の駆動回路は、説明した構成に限られず、MOSトランジスタを用いた他の構成であってもよい。また、第3の駆動回路を、バイポーラトランジスタを用いて実現することも可能である。
【0040】
なお、本実施の形態によるインバータ回路においては、IGBT2の寄生容量に電荷をチャージするための電流源を、pチャネルMOSトランジスタを用いて実現したが、他の構成要素を用いることも可能である。その場合であっても、IGBT2のゲートに付加的な電流を供給できれば、同様の効果が得られる。
【0041】
なお、これまでIGBT2の過温度保護機能について説明したが、これらの過温度保護機能は、他のIGBTに適用可能である。また、IGBT1乃至IGBT6の過温度保護機能を同時に作用させることが可能である。
【0042】
なお、上述の実施の形態では、スイッチング素子をIGBTとしたが、他の電圧駆動型半導体スイッチング素子であってよい。
【0043】
なお、上述の実施の形態では、インバータ回路について述べたが、本発明の過温度保護機能は、スイッチング素子とそのスイッチング素子を駆動する駆動制御回路を有する他の回路においても適用できる。
【0044】
【発明の効果】
本発明による第1の電力用半導体装置によれば、1以上の半導体スイッチング素子から成るパワーモジュールと、パワーモジュールを駆動制御する駆動制御回路とを備え、さらに、スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、スイッチング素子の各々に対し、その温度に応じてスイッチング速度を変化させるスイッチング速度可変回路とを備えるので、スイッチング素子は、その温度がある一定レベル以下のときは、通常のスイッチング速度で動作し、温度がある一定レベルを超えると、より速いスイッチング速度で動作することが可能である。従って、スイッチング素子の温度が設定温度を超えた場合に更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0045】
本発明による第2の電力用半導体装置によれば、上記のスイッチング速度可変回路が、スイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第1の信号を出力する比較回路を備え、駆動制御回路が、第1の信号に応じて、スイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給するので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0046】
本発明による第3の電力用半導体装置によれば、上記の駆動制御回路は、スイッチング素子に制御信号を反転して出力する2つの信号反転回路と、第1の信号に応じて、制御信号を入力する信号反転回路を切り換える切り換え回路とを備え、2つの信号反転回路は、各々の出力端子からスイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給するので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【0047】
本発明による第4の電力用半導体装置によれば、駆動制御回路は、スイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、第1の信号に応じて、電流源の動作を開始または停止させる駆動手段とを備えるので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なインバータ回路用パワーモジュールの構成を示す図。
【図2】実施の形態1のインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図。
【図3】図2の駆動制御回路およびスイッチング速度可変回路の内部回路を示す回路図。
【図4】IGBTの検知温度と駆動制御回路内のスイッチに伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートの図。
【図5】実施の形態2による駆動制御回路およびスイッチング速度可変回路の内部回路を示す回路図。
【図6】IGBTの検知温度と駆動制御回路内のスイッチに伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートの図。
【図7】従来のインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図。
【図8】図7の駆動制御回路および過温度保護回路の内部構成を示す図。
【図9】駆動制御回路の入力信号と出力信号の関係を示すタイムチャートの図。
【符号の説明】
22 駆動制御回路、 24 温度検知器、 26 スイッチング速度可変回路、 28 信号入力端子
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly, to an over-temperature protection function of a power semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
An inverter circuit used for motor control or the like incorporates various protection circuits in order to keep its operation stable. An over-temperature protection circuit is one of them. When the temperature of an output device (a switching element such as an IGBT) of an inverter circuit is detected and the temperature becomes abnormal, the drive control circuit of the output device detects the abnormality. Tell Hereinafter, a conventional over-temperature protection circuit will be described. A general inverter circuit is a three-phase inverter circuit including six switching elements (IGBT: insulated gate bipolar transistor) and one drive control circuit for driving the switching elements.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
Here, a configuration of an over-temperature protection circuit for preventing thermal destruction of a certain IGBT will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a block diagram showing the relationship between the overtemperature protection circuit and the drive control circuit of the IGBT, and FIG. 8 is a diagram showing the internal configuration of the overtemperature protection circuit and the drive control circuit. Referring to FIG. 7, a temperature detector 104 that detects the temperature of the IGBT outputs a voltage Vt corresponding to the temperature to an over-temperature protection circuit 106. Further, the over-temperature protection circuit 106 outputs a signal P1 corresponding to the voltage Vt to the drive control circuit 102. The drive control circuit 102 outputs a drive signal to the gate of the IGBT 2 according to the signal input from the signal input terminal 108 and the signal P1.
[0004]
Referring to FIG. 8, the over-temperature protection circuit 106 includes a comparator 110. Further, the drive control circuit 102 includes a logic circuit 112 and a drive circuit 114. The comparator 110 compares the voltage Vt output from the temperature detector 104 with the reference voltage Vo, and outputs a signal P1 corresponding to the comparison result to the logic circuit 112 of the drive control circuit 102. The logic circuit 112 processes the input signal input from the signal input terminal 108 (FIG. 7) and the signal P1 input from the over-temperature protection circuit 106, and outputs the resulting signal to the drive circuit 114. The drive circuit 114 inverts the signal output from the logic circuit 112 and outputs a drive signal (voltage signal) to the gate of the IGBT.
[0005]
FIG. 9 is a time chart showing a relationship between an input signal (signal input from the signal input terminal 108) of the drive control circuit 102 and an output signal (drive signal). According to FIG. 9, when the temperature detected by the temperature detector 24 exceeds the set temperature, that is, when the value of the voltage Vt exceeds the trip level (the value of the voltage Vo) of the overcurrent protection circuit 106, the drive control circuit 102 Signal output stops. According to this configuration, when the temperature of the IGBT exceeds a certain level, the switching operation of the IGBT is stopped, and it is possible to prevent a further increase in the temperature of the IGBT.
[0006]
However, the above configuration has a problem in that the inverter operation is stopped every time the temperature of the IGBT exceeds the set temperature, and the operation of the inverter circuit becomes unstable.
[0007]
An object of the present invention is to provide a power semiconductor device having an over-temperature protection function for stably operating a circuit including a switching element without stopping operation of the circuit even when the temperature of the switching element rises. It is.
[0008]
A further object of the present invention is to realize the overtemperature protection function of the above circuit with a simpler structure.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
A power semiconductor device according to the present invention includes one or more semiconductor switching elements, and a drive control circuit that drives and controls the switching elements. Further, the power semiconductor device may further include a temperature detector installed near each of the switching elements, wherein the switching speed of the switching element is set to a first speed when the temperature of the switching element is equal to or lower than a predetermined temperature. A switching speed variable circuit that holds the switching speed and changes the switching speed to a second speed higher than the first speed when the temperature of the switching element is higher than a predetermined temperature.
[0010]
Preferably, in the power semiconductor device, the switching speed variable circuit compares an input voltage corresponding to a temperature of the switching element with a fixed reference voltage, and the input voltage is higher than a reference voltage. A comparison circuit that outputs a first signal indicating whether the signal is large or not; Further, the drive control circuit supplies currents of different magnitudes to control terminals of the corresponding switching elements in accordance with the first signal.
[0011]
Preferably, in the power semiconductor device, the drive control circuit outputs two drive circuits that output a drive signal to the switching element, and outputs the drive signal in response to the first signal. And a switching circuit for switching the driving circuit to be performed. Further, the two driving circuits supply currents of different magnitudes from the respective output terminals to the control terminal of the switching element.
[0012]
Preferably, in the power semiconductor device, the drive control circuit includes a current source that supplies a current to a control terminal of the switching element, and an operation of the current source in response to the first signal. Driving means for starting or stopping the operation.
[0013]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a general inverter circuit. The output of the inverter circuit 10 is supplied to an electric motor (motor) 20. The inverter circuit 10 in FIG. 1 includes six switching elements (IGBTs) and one drive control circuit 22 that drives the switching elements. The drive control circuit 22 receives UPin, VPin, WPin, UNin, VNin, and WNin as input signals, and outputs drive signals UPout, VPout, WPout, UNout, VNout, and WNout to each IGBT. FIG. 2 is a block diagram illustrating an overtemperature protection function of the inverter circuit realized in the power semiconductor device according to the first embodiment. Hereinafter, as an example, a temperature protection function for preventing thermal destruction of the IGBT 2 will be described. The overtemperature protection function of the IGBT 2 described below can be applied to other IGBTs. Further, the over-temperature protection functions of the IGBTs 1 to 6 can be simultaneously activated.
[0014]
A feature of the power semiconductor device according to the present invention is that the power semiconductor device includes a switching speed variable circuit that changes a switching speed of the IGBT according to a signal output from the temperature detector.
[0015]
Referring to FIG. 2, the inverter circuit according to the present invention incorporates a temperature detector 24 for detecting the temperature of the IGBT 2. Temperature detector 24 detects the temperature of IGBT 2 and outputs voltage Vt corresponding to that temperature. The voltage Vt is input to the switching speed variable circuit 26. The switching speed variable circuit 26 outputs a signal P2 corresponding to the voltage Vt to the drive control circuit 22. The drive control circuit 22 outputs a drive signal to the gate of the IGBT 2 according to the signal input from the signal input terminal 28 and the signal P2.
[0016]
FIG. 3 is a circuit diagram showing internal circuits of the drive control circuit 22 and the switching speed variable circuit 26 of FIG. 3, the drive control circuit 22 includes a logic circuit 32, an inversion circuit 36, two switches S1 and S2, and a drive circuit 38. The drive circuit 38 includes a first drive circuit and a second drive circuit. The first drive circuit includes a p-channel MOS (metal oxide semiconductor) transistor Tr1 and an n-channel MOS transistor Tr3. The second drive circuit includes a p-channel MOS transistor Tr2 and an n-channel MOS transistor Tr3.
[0017]
In the first drive circuit, the drain (D) of the transistor Tr1 and the drain (D) of Tr3 are connected to each other. The source (S) of the transistor Tr1 is connected to the high potential power supply Vdd, and the source (S) of the transistor Tr3 is connected to the low potential power supply GND. The gate (G) of the transistor Tr1 and the gate (G) of the transistor Tr3 are connected to each other. Further, a connection point between the gate (G) of the transistor Tr1 and the gate (G) of the transistor Tr3 is connected to the switch S1 as an input terminal of the first drive circuit. A connection point between the drain (D) of the transistor Tr1 and the drain (D) of the transistor Tr3 is connected to the gate of the IGBT2 as an output terminal of the first drive circuit.
[0018]
In the second drive circuit, the drain (D) of the transistor Tr2 and the drain (D) of the transistor Tr3 are connected to each other. The source (S) of the transistor Tr2 is connected to the high potential power supply Vdd, and the source (S) of the transistor Tr3 is connected to the low potential power supply GND. The gate (G) of the transistor Tr2 and the gate (G) of the transistor Tr3 are connected to each other. Further, a connection point between the gate (G) of the transistor Tr2 and the gate (G) of the transistor Tr3 is connected to the switch S2 as an input terminal of the second drive circuit. A connection point between the drain of the transistor Tr2 and the drain of Tr3 is connected to the gate of the IGBT2 as an output terminal of the second drive circuit. Here, the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are connected in parallel, and the transistor Tr3 is connected in series to the transistors Tr1 and Tr2, respectively.
[0019]
The input terminal of the logic circuit 32 is connected to the output terminal of the signal input terminal 28 (FIG. 2). The logic circuit 32 processes a signal input from the signal input terminal 28 (FIG. 2) to the drive control circuit 22, and outputs a signal corresponding to the input signal. The output terminal of the logic circuit 32 is connected to the switch S1 and the switch S2. The signal (voltage signal) output from the logic circuit 32 is input to the first drive circuit when the switch S1 is turned on and the switch S2 is turned off, and when the switch S1 is turned off and the switch S2 is turned on. , To the second drive circuit.
[0020]
For example, when the switch S1 is turned on and the switch S2 is turned off, a signal output from the logic circuit 32 is input to the gate (G) of the transistor Tr1 and the gate (G) of the transistor Tr3. When the signal output from the logic circuit 32 changes from a high level (“H” level) to a low level (“L” level), the p-channel MOS transistor Tr1 turns on and the n-channel MOS transistor Tr3 turns off. At this time, the output signal (voltage signal) of the first drive circuit becomes equal to the potential of the high potential power supply Vdd. On the other hand, when the signal output from the logic circuit 32 changes from a low level (“L” level) to a high level (“H” level), the p-channel MOS transistor Tr1 turns off and the n-channel MOS transistor Tr3 turns on. . At this time, the output signal (voltage signal) of the first drive circuit becomes equal to the potential of the low potential power supply GND. The above operation is performed when the switch S1 is turned off and the switch S2 is turned on, that is, the signal output from the logic circuit 32 is input to the gate (G) of the transistor Tr2 and the gate (G) of the transistor Tr3. In this case, the present invention can also be applied to the second drive circuit.
[0021]
Here, the transistor Tr1 and the transistor Tr2 are different in size (strictly, the size of the gate electrode). Therefore, even if the same voltage is input to the gate, the magnitude of the current flowing through each transistor is different. In the circuit of FIG. 3, the size of the transistor Tr1 is larger than that of the transistor Tr2. That is, the transistor Tr1 has a high current supply capability, and the transistor Tr2 has a low current supply capability.
[0022]
The switching speed variable circuit 26 includes a comparator 34. Further, the switching speed variable circuit 26 requires the switches S1 and S2 and the inverting circuit 36 constituting the drive control circuit 22 for driving thereof, and includes these as a part of the components. The comparator 34 compares the voltage Vt output from the temperature detector 24 with the reference voltage Vo, and outputs a signal P2 according to the comparison result. This signal P2 is transmitted to the switch S1 as it is, and is transmitted to the switch S2 after being inverted by the inverting circuit 36. Here, FIG. 4 is a timing chart showing the relationship between the detected temperature and the signals transmitted to the switches S1 and S2. The switches S1 and S2 are turned on when a high-level signal is transmitted, and are turned off when a low-level signal is transmitted. If the temperature detected by the temperature detector 24 exceeds the set temperature, the value of the voltage Vt becomes larger than the value of the reference voltage Vo, and the output signal P2 of the comparator 34 goes high. Then, a high-level signal is transmitted to the switch S1, and a low-level signal is transmitted to the switch S2. As a result, the switch S1 turns on and the switch S2 turns off. On the other hand, if the detected temperature does not exceed the set temperature, the output signal P2 of the comparator 34 goes low, so that the low level signal and the high level signal are transmitted to the switches S1 and S2, respectively. , Switch S1 is turned off, and switch S2 is turned on.
[0023]
When the switch S1 is turned on and the switch S2 is turned off, the output signal of the logic circuit 32 is input to the first drive circuit. Since the first drive circuit includes the p-channel MOS transistor Tr1 having a high current supply capability, when the first drive circuit is driven, the output terminal of the drive circuit (the connection point between the drain of the transistor Tr1 and the drain of Tr3) ), The current flowing into the gate terminal of the IGBT 2 increases. Here, the IGBT 2 is a voltage-driven element, but when used as a power element in an inverter circuit, the parasitic capacitance between the gate and the source cannot be ignored and charges the parasitic capacitance before the IGBT 2 is turned on. There is a need. Therefore, in this case, when the gate current flowing into the IGBT 2 is large, the time for charging the gate-source capacitance is shortened, and the switching speed of the IGBT 2 is increased. With the above configuration, when the temperature of the IGBT 2 rises above a certain level, the switching speed of the IGBT 2 increases, and as a result, the temperature of the IGBT 2 can be prevented from further rising.
[0024]
On the other hand, if the temperature of the IGBT 2 becomes lower than a certain level, the switch S1 turns off and the switch S2 turns on, so that the output signal of the logic circuit 32 is input to the second drive circuit. Since the second drive circuit includes the p-channel MOS transistor Tr2 having a low current supply capability, the gate current flowing into the IGBT 2 is smaller than when the first drive circuit is driven. As a result, the time for charging the parasitic capacitance of the IGBT becomes longer, and the switching speed of the IGBT 2 becomes slower than when the first drive circuit is driven.
[0025]
In the inverter circuit according to the present embodiment, IGBT 2 operates at a normal switching speed when the temperature is below a certain level, but operates at a higher switching speed when the temperature exceeds a certain level. Therefore, when the temperature of the IGBT 2 exceeds the set temperature, a further rise in temperature can be prevented, and as a result, thermal destruction of the IGBT 2 can be prevented.
[0026]
Further, in the inverter circuit according to the present embodiment, two drive circuits (a first drive circuit and a second drive circuit) are connected in parallel with two p-channel MOS transistors and the transistors are connected in series. Since the two drive circuits are constituted by the n-channel MOS transistors, the overtemperature protection function of the inverter circuit can be more easily realized as compared with the case where these two drive circuits are constituted by separate components.
[0027]
Further, in the inverter circuit according to the present embodiment, a structure in which two driving circuits (a first driving circuit and a second driving circuit) are switched in accordance with an output signal of a comparator includes two switches and one NOT circuit. (Inverting circuit), the overtemperature protection function of the inverter circuit can be realized more easily.
[0028]
In the inverter circuit according to the present embodiment, switches S1 and S2 that open and close according to a signal transmitted from comparator 34 may be semiconductor switching elements. In that case, the signal output from the comparator 34 is input to the control terminal of the semiconductor switching element.
[0029]
Note that, in the inverter circuit according to the present embodiment, the two drive circuits (the first drive circuit and the second drive circuit) in the drive control circuit 22 are not limited to the configuration described above, and may have another configuration using a MOS transistor. It may be. Further, the two drive circuits may have the same configuration or different configurations. Even in those cases, the same effect can be obtained if the two drive circuits can supply gate currents of different magnitudes to the IGBT 2. Further, the above two driving circuits can be realized by using bipolar transistors.
[0030]
Embodiment 2 FIG.
FIG. 5 is a circuit diagram showing internal circuits of the drive control circuit 42 and the switching speed variable circuit 46 in the inverter circuit. The power semiconductor device according to the present embodiment differs from the power semiconductor device according to the first embodiment in the configuration of the drive circuit 38 and the switches in the drive control circuit 42. 5, the drive control circuit 42 includes a logic circuit 32, a single switch S3, and a drive circuit 38. The drive circuit 38 includes a third drive circuit including a p-channel MOS transistor Tr4 and an n-channel MOS transistor Tr6, and a p-channel transistor Tr5 connected in parallel to the transistor Tr4. The switching speed variable circuit 46 includes the comparator 34. Further, the switching speed variable circuit 46 requires a switch S3 constituting the drive control circuit 42 for driving thereof, and the switch S3 is included as a part of the components.
[0031]
In the third driving circuit, the drain (D) of the transistor Tr4 and the drain (D) of Tr6 are connected to each other. The source (S) of the transistor Tr4 is connected to the high potential power supply Vdd, and the source (S) of the transistor Tr6 is connected to the low potential power supply GND. The gate (G) of the transistor Tr4 and the gate (G) of the transistor Tr6 are connected to each other. Further, a connection point between the gate (G) of the transistor Tr4 and the gate (G) of the transistor Tr6 is connected to an output terminal of the logic circuit 32 as an input terminal of the third drive circuit. A connection point between the drain (D) of the transistor Tr4 and the drain (D) of the transistor Tr6 is connected to the gate of the IGBT 2 as an output terminal of the third drive circuit. The operation of the third drive circuit is the same as the operation of the first drive circuit described in Embodiment 1, and thus the description is omitted.
[0032]
The transistor Tr5 is connected in parallel with the transistor Tr4, and is connected in series with the transistor Tr6. The source (S) of the transistor Tr5 is connected to the high potential power supply Vdd, and the drain (D) of the transistor Tr5 is connected to the drain (D) of Tr6. The switch S3 is connected to the gate (G) of the transistor Tr5. Further, a connection point between the drain (D) of the transistor Tr5 and the drain (D) of the transistor Tr6 is connected to the gate of the IGBT2.
[0033]
In the drive control circuit 42, the signal (voltage signal) output from the logic circuit 32 is always input to the third drive circuit including the transistors Tr4 and Tr6. That is, the signal (voltage signal) output from the logic circuit 32 is input to the gate (G) of the transistor Tr4 and the gate (G) of the transistor Tr6. Further, when the switch S3 is turned on, the signal output from the logic circuit 32 is also input to the gate of the p-channel MOS transistor Tr5. The switch S3 is turned on or off according to a signal output from the comparator 34. Specifically, the switch S3 turns on when the signal output from the comparator 34 is at a high level, and turns off when the signal is at a low level. The drive signal output from the third drive circuit is input to the gate of IGBT2.
[0034]
When the temperature of the IGBT 2 exceeds a certain level, the value of the voltage Vt output from the temperature detector 24 becomes larger than the value of the reference voltage Vo, and the comparator 34 outputs a high-level output signal P2. The signal P2 is transmitted to the switch S3, and the switch S3 is turned on. FIG. 6 is a timing chart showing the relationship between the detected temperature and the signal transmitted to the switch S3. The switch S3 turns on when a high-level signal is transmitted, and turns off when a low-level signal is transmitted. When the switch S3 is turned on, the output signal of the logic circuit 32 is also input to the gate of the p-channel MOS transistor Tr5. At this time, the drain current flows through the transistor Tr5 and merges with the output current of the third drive circuit, so that the gate current of the IGBT 2 increases. As a result, when the temperature of the IGBT 2 exceeds the set temperature, the switching speed of the IGBT 2 increases as described in the first embodiment. On the other hand, if the temperature of the IGBT 2 becomes lower than a certain level, the value of the voltage Vt becomes smaller than the value of the reference voltage Vo, so that the output signal P2 of the comparator 34 becomes low and the switch S3 is turned off. When the switch S3 turns off, the transistor Tr5 turns off. As a result, the gate current of the IGBT 2 becomes only the output current of the third drive circuit, and the switching speed decreases.
[0035]
In the inverter circuit according to the present embodiment, when the temperature of IGBT 2 exceeds a certain level, the switching speed of IGBT 2 increases. As a result, a further increase in the temperature of the IGBT 2 can be prevented, and as a result, thermal destruction of the IGBT 2 can be prevented.
[0036]
In the inverter circuit according to the present embodiment, the current source for charging the parasitic capacitance of IGBT 2 is a p-channel MOS transistor, and when it is desired to drive the current source, its control terminal is connected to the logic terminal from the logic circuit. Since the output signal is input, the over-temperature protection function of the inverter circuit can be realized more easily.
[0037]
Further, in the inverter circuit according to the present embodiment, since the structure for driving the current source in accordance with the output signal of the comparator is realized by a single switch, the overtemperature protection function of the inverter circuit can be more easily performed. realizable.
[0038]
In the inverter circuit according to the present embodiment, the switch S3 that opens and closes according to the signal transmitted from the comparator 34 may be a semiconductor switching element. In that case, the signal output from the comparator 34 is input to the control terminal of the semiconductor switching element.
[0039]
Note that, in the inverter circuit according to the present embodiment, the third drive circuit in the drive control circuit 42 is not limited to the configuration described above, and may have another configuration using MOS transistors. Further, the third driving circuit can be realized by using a bipolar transistor.
[0040]
In the inverter circuit according to the present embodiment, the current source for charging the parasitic capacitance of the IGBT 2 with the p-channel MOS transistor is realized, but other components may be used. Even in such a case, the same effect can be obtained if an additional current can be supplied to the gate of the IGBT 2.
[0041]
Although the over-temperature protection functions of the IGBT 2 have been described above, these over-temperature protection functions can be applied to other IGBTs. Further, the over-temperature protection functions of the IGBTs 1 to 6 can be simultaneously activated.
[0042]
In the above-described embodiment, the switching element is an IGBT, but may be another voltage-driven semiconductor switching element.
[0043]
Although the inverter circuit has been described in the above embodiment, the overtemperature protection function of the present invention can be applied to another circuit having a switching element and a drive control circuit for driving the switching element.
[0044]
【The invention's effect】
According to a first power semiconductor device of the present invention, a power module including one or more semiconductor switching elements, a drive control circuit for driving and controlling the power module, and further provided near each of the switching elements A temperature detector and a switching speed variable circuit for changing a switching speed in accordance with the temperature of each of the switching elements, so that the switching element performs normal switching when the temperature is below a certain level. It operates at a speed, and when the temperature exceeds a certain level, it is possible to operate at a higher switching speed. Therefore, when the temperature of the switching element exceeds the set temperature, a further rise in temperature can be prevented, and as a result, thermal destruction of the switching element can be prevented.
[0045]
According to the second power semiconductor device of the present invention, the switching speed variable circuit compares the input voltage corresponding to the temperature of the switching element with a constant reference voltage, and the input voltage is higher than the reference voltage. A driving circuit for supplying a current of a different magnitude to the control terminal of the switching element according to the first signal. When a certain level is exceeded, it is possible to increase the switching speed of the switching element. Thereby, the temperature of the switching element can be prevented from further increasing, and as a result, the thermal destruction of the switching element can be prevented.
[0046]
According to the third power semiconductor device of the present invention, the drive control circuit includes two signal inversion circuits for inverting and outputting the control signal to the switching element, and a control signal in response to the first signal. A switching circuit for switching the input signal inverting circuit. Since the two signal inverting circuits supply currents of different magnitudes from the respective output terminals to the control terminal of the switching element, the temperature of the switching element reaches a certain level. If it exceeds, the switching speed of the switching element can be increased. Thereby, the temperature of the switching element can be prevented from further increasing, and as a result, the thermal destruction of the switching element can be prevented.
[0047]
According to the fourth power semiconductor device of the present invention, the drive control circuit starts or stops the operation of the current source according to the first signal and the current source that supplies the current to the control terminal of the switching element. Since the driving means is provided, when the temperature of the switching element exceeds a certain level, the switching speed of the switching element can be increased. Thereby, the temperature of the switching element can be prevented from further increasing, and as a result, the thermal destruction of the switching element can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a general inverter module power module.
FIG. 2 is a block diagram illustrating an overtemperature protection function of the inverter circuit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a circuit diagram showing internal circuits of the drive control circuit and the switching speed variable circuit of FIG. 2;
FIG. 4 is a timing chart showing a relationship between a detected temperature of the IGBT and a signal transmitted to a switch in a drive control circuit.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an internal circuit of a drive control circuit and a switching speed variable circuit according to a second embodiment.
FIG. 6 is a timing chart showing a relationship between a detected temperature of the IGBT and a signal transmitted to a switch in the drive control circuit.
FIG. 7 is a block diagram illustrating an overtemperature protection function of a conventional inverter circuit.
FIG. 8 is a diagram showing an internal configuration of a drive control circuit and an over-temperature protection circuit of FIG. 7;
FIG. 9 is a time chart illustrating a relationship between an input signal and an output signal of the drive control circuit.
[Explanation of symbols]
22 drive control circuit, 24 temperature detector, 26 switching speed variable circuit, 28 signal input terminal

Claims (4)

1以上の半導体スイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路と
を備える電力用半導体装置であって、
さらに、
前記スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、
前記スイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、前記スイッチング素子のスイッチング速度を第1の速度に保持し、前記スイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記スイッチング速度を、前記第1の速度よりも速い第2の速度に変化させるスイッチング速度可変回路と
を備えることを特徴とする装置。
One or more semiconductor switching elements;
A power semiconductor device comprising: a drive control circuit that drives and controls the switching element.
further,
A temperature detector installed near each of the switching elements,
When the temperature of the switching element is equal to or lower than a predetermined temperature, the switching speed of the switching element is held at a first speed, and when the temperature of the switching element is higher than a predetermined temperature, the switching speed is set higher than the first speed. A variable switching speed circuit for changing to a faster second speed.
前記スイッチング速度可変回路が、前記スイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、前記入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第1の信号を出力する比較回路を備え、
前記駆動制御回路は、対応する前記スイッチング素子の制御端子に、前記第1の信号に応じて、異なる大きさの電流を供給することを特徴とする請求項1に記載の電力用半導体装置。
The switching speed variable circuit compares an input voltage corresponding to the temperature of the switching element with a fixed reference voltage, and outputs a first signal indicating whether the input voltage is higher than a reference voltage. Circuit,
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the drive control circuit supplies currents of different magnitudes to control terminals of the corresponding switching elements in accordance with the first signal. 3.
前記駆動制御回路が、
前記スイッチング素子に駆動信号を出力する2つの駆動回路と、
前記第1の信号に応じて、前記駆動信号を出力する駆動回路を切り換える切り換え回路と
を備え、
2つの前記駆動回路は、各々の出力端子から前記スイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給することを特徴とする請求項2に記載の電力用半導体装置。
The drive control circuit,
Two drive circuits for outputting a drive signal to the switching element;
A switching circuit that switches a driving circuit that outputs the driving signal according to the first signal;
3. The power semiconductor device according to claim 2, wherein the two driving circuits supply currents of different magnitudes from respective output terminals to a control terminal of the switching element.
前記駆動制御回路が、
前記スイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、
前記第1の信号に応じて、前記電流源の動作を開始または停止させる駆動手段と
を備えることを特徴とする請求項2に記載の電力用半導体装置。
The drive control circuit,
A current source for supplying a current to a control terminal of the switching element;
3. The power semiconductor device according to claim 2, further comprising: a driving unit that starts or stops the operation of the current source in response to the first signal. 4.
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