JP2004253582A - Method and apparatus for driving semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable method and apparatus for driving a voltage-driven semiconductor device comprising a voltage-driven semiconductor element which reduces a time-varying rate of a current at the time of switching, reduces switching loss, and has a considerably low risk of malfunction and breakage. <P>SOLUTION: A control unit comprises a timing determining device for determining timing for switching driving circuits, and a logic circuit for switching between a first driving circuit and a second driving circuit according to the outputs from the timing determining device. In the control unit, the timing determining device detects a collector voltage of an IGBT and determines the timing for switching the driving circuits, and the switching timing is controlled so that the switching is carried out after expiration of a mirror period of the IGBT. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
半導体装置及びその駆動方法に関し、特に、電圧駆動型の半導体装置及びその駆動方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:以下IGBTと称す)や、MOSGTO(Metal Oxide Semiconductor Gate Turn−off Thyristor)等の電圧駆動型半導体素子は、電流駆動型半導体素子に比べて駆動電力が小さく、駆動回路を簡単にできるため、電源やインバータ等の分野に急速に広まっている。その駆動方法は、ゲート抵抗に着目すると、従来固定で制御されていたが、例えば特開平9−46201号公報にて開示されているように、ターンオン損失低減とターンオン時の主電流の時間変化率di/dtを低減する目的で、ターンオン動作の種々のモードにおいて適当な値の抵抗に切り換えて制御する方法が提案されている。
【0003】
図12に従来の駆動回路の一例を示した。本図では駆動の対象となるIGBTのみが表示され、IGBTに接続される負荷やターンオフ制御に関わる構成やその他のIGBT装置の構成は省略されている。
【0004】
本従来例の駆動装置は、入力端子7に加えられるオン信号Vinに従ってIGBT1を駆動するもので、駆動回路2および駆動回路3と、駆動回路2,駆動回路3とIGBT1のゲートとをそれぞれ接続するゲート抵抗4および5とゲート用電源VGEと、各駆動回路の動作を制御する制御装置6とを有する。制御装置6は、駆動回路を切り換えるタイミングを決定するタイミング決定装置8と、当該タイミング決定装置8の出力に応じて駆動回路2と駆動回路3とを切り換える論理回路を有する。ゲート抵抗5の抵抗値Rbは、ゲート抵抗4の抵抗値Raよりも小さく設定される。
【0005】
本従来例でのタイミング決定装置8はIGBT1のコレクタ電圧を検出して駆動回路2と駆動回路3とを切り換えるタイミングを決定している。本従来例でのタイミング決定装置8の構成は、IGBT1のコレクタに直列接続されるツェナーダイオード13と抵抗14と抵抗15と、抵抗14および抵抗15の接続点にそれぞれのベースが接続されているnpnトランジスタ16およびpnpトランジスタ17とからなる。ツェナーダイオード13には、IGBT1のコレクタ−ゲート間容量のためターンオン動作中のゲート電圧が一定になるミラー期間におけるコレクタとエミッタ間電圧Vce(res)よりも高い降伏電圧のものが選択される。
【0006】
図13に図12に示した従来例の各部における波形を示した。入力端子7より図13(1)に示したゲートオン信号が入力されると、IGBT1のコレクタ電圧は降下して行くが、ターンオン初期にてコレクタ電圧がツェナーダイオード13のツェナー電圧よりも高い時には、ツェナーダイオード13が導通し電流が抵抗14および抵抗15に流れる。この時抵抗15に生ずる電圧降下によりnpnトランジスタ16がオンし、タイミング決定装置8からはHighレベルが出力される。
【0007】
この出力電圧がHighレベルであり、かつHighレベルの入力端子7にオン信号が入力されている期間では、NANDゲート10によりnpnトランジスタQ3にオフ信号が伝わり駆動回路2が動作する。その結果IGBT1のゲートには、駆動回路2のQ1から抵抗値Raのゲート抵抗4を通して充電電流が供給される。
【0008】
次にIGBT1のゲート容量が充電されコレクタ電圧がツェナーダイオード13のツェナー電圧以下に低下すると、ツェナーダイオード13には電流が流れなくなる。するとpnpトランジスタ17がオン状態になりタイミング決定装置8からの出力はLowレベルとなる。
【0009】
この出力がLowレベル、かつ入力端子7にHighレベルのオン信号が加わっている期間では、NANDゲート10によりnpnトランジスタQ3がオンし駆動回路2が停止するとともに、NANDゲート11によりnpnトランジスタQ6にオフ信号が出力され、駆動回路3が動作する。したがって図13(4)に示したようにIGBT1のゲートには、抵抗値Raのゲート抵抗4よりも小さな抵抗値Rbを有するゲート抵抗5を通して充電電流が供給される。
【0010】
ここでツェナーダイオード13のツェナー電圧がミラー期間におけるコレクタとエミッタ間電圧Vce(res)よりも高い降伏電圧であるため、切り換えのタイミングt1はターンオン動作中IGBT1のゲート電圧がほぼ一定となるミラー期間、すなわち図13(5)における期間t3の間に設定されるのが特徴であり、td+t2<t1<td+t2+t3と表すことができる。
【0011】
【特許文献1】
特開平9−46201号公報
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
IGBTのミラー現象は素子ごとに異なり、素子ごとにミラー期間中のゲート電圧やミラー期間の長さは大きく変動する。従来例においてゲート抵抗を切り換えるタイミングはミラー期間であることが特徴であったが、そのタイミングでIGBTが安定したオン状態に至っていないことがありうる。
【0013】
安定したオン状態に至る前にゲート抵抗が切り換わり小さな抵抗値になると、図13(6)に示したようにIGBTの主電流の立ち上がりが急峻になる。IGBT回路の浮遊インダクタンスLに流れる電流の時間変化によって生じる跳ね上がり電圧(L×di/dt)も大きくなる。従来の駆動回路においては、この跳ね上がり電圧による素子や装置の破壊、あるいは当該跳ね上がり電圧により生ずるノイズに起因して誤動作が発生するという問題があった。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の電圧駆動型半導体装置の駆動方法は、ゲート電極に制御信号が加わった後に、ゲート電圧が時間とともに上昇および/または下降する第1の期間と、第1の期間の後にゲート電圧がほぼ一定となる第2の期間と、第1及び第2の期間経過後に前記ゲート電極に印加される駆動電圧は、第1及び第2の期間に印加される駆動電圧よりも低くすることを特徴とする。
【0015】
また、これは、ゲート電極に印加する駆動電圧をゲート電極に制御信号が加わった初期状態が終了した後に変化させることに特徴がある。
【0016】
【発明の実施の形態】
上記目的を達成するために、本発明の実施例における電圧駆動型半導体装置の駆動方法はゲート電極に制御信号が加わった以降の初期状態が、ゲート電圧が時間とともに上昇および/または下降する第1の期間と当該第1の期間に引き続きゲート電圧がほぼ一定となる第2の期間とを少なくとも含んでいる、主電流を流すための高電位側の第1の電極と低電位側の第2の電極と、主電流を制御するためのゲート電極とを有する電力用半導体素子を備えた半導体装置の駆動方法において、初期状態をすべて含む第3の期間にてゲート電極に印加する駆動電圧を、該第3の期間に続く第4の期間にてゲートに印加する駆動電圧よりも低くするものであり、ゲート電極に印加する駆動電圧を初期状態が終了した後で変化させることにある。
【0017】
本発明の実施例における電圧駆動型半導体装置の駆動方法は、ゲート電極に制御信号が加わった以降の初期状態が、ゲート電圧が時間とともに上昇および/または下降する第1の期間と当該第1の期間に引き続きゲート電圧がほぼ一定となる第2の期間とを少なくとも含んでいる、主電流を流すための高電位側の第1の電極と低電位側の第2の電極と、主電流を制御するためのゲート電極とを有する電力用半導体素子を備えた半導体装置の駆動方法において、第3の期間には駆動電圧として予め定めた電圧を第1の抵抗値を有する第1のゲート抵抗を通してゲート電極に印加し、第4の期間には予め定めた駆動電圧を第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の第2の抵抗値を有する第2の抵抗を通してゲート電極に印加するものであり、駆動電圧として生成した予め定めた電圧を第1の抵抗値を有する第1のゲート抵抗を通してゲート電極に印加する第3の期間から、予め定めた駆動電圧を第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の第2の抵抗値を有する第2の抵抗を通してゲート電極に印加する第4の期間に、初期状態が終了した後で変化させる。
【0018】
本発明の実施例における電圧駆動型半導体装置の駆動方法は、ゲート電極に制御信号が加わった後に主電流が時間とともに上昇および/または下降する第5の期間と、該第5の期間の後主電流が下降および/または上昇して安定した状態に至るまでの第6の期間とを少なくとも含んでいる電力用半導体装置の駆動方法において、第6の期間をすべて含む第7の期間にてゲート電極に印加する駆動電圧を、第7の期間に続く第8の期間にてゲートに印加する駆動電圧よりも低くするものであり、ゲート電極に印加する駆動電圧を初期状態が終了した後で変化させる。
【0019】
本発明の実施例における電圧駆動型半導体装置の駆動方法は、ゲート電極に制御信号が加わった後に主電流が時間とともに上昇および/または下降する第5の期間と、該第5の期間の後主電流が下降および/または上昇して安定した状態に至るまでの第6の期間とを少なくとも含んでいる電力用半導体装置の駆動方法において、第7の期間には駆動電圧として予め定めた電圧を第1の抵抗値を有する第1のゲート抵抗を通してゲート電極に印加し、第8の期間には予め定めた駆動電圧を第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の第2の抵抗値を有する第2の抵抗を通してゲート電極に印加するものであり、駆動電圧として予め定めた電圧を第1の抵抗値を有する第1のゲート抵抗を通してゲート電極に印加する第7の期間から、予め定めた駆動電圧を第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の第2の抵抗値を有する第2の抵抗を通してゲート電極に印加する第8の期間に、第5の期間が終了した後で変化させる。
【0020】
本発明の実施例における電圧駆動型半導体装置の駆動方法は、半導体装置のゲート電極に駆動電圧を印加して駆動する半導体装置の駆動装置において、駆動電圧を生成する第1および第2の駆動回路と、第1の駆動回路とゲート電極とを接続する第1のゲート抵抗と、第2の駆動回路とゲート電極とを接続する第1のゲート抵抗の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2のゲート抵抗と、入力される制御信号に応じて最初に第1の駆動回路を動作させるとともに、動作させる駆動回路を切り換えるタイミングを決定し、該タイミングに応じて第1の駆動回路の動作を停止し、第2の駆動回路の動作を開始する制御回路とを有し、制御回路は第3の期間から第4の期間に切り換えるためのタイミングを決定するタイミング決定装置を有する。
【0021】
本発明の実施例における電圧駆動型半導体装置の駆動方法は、半導体装置のゲート電極に駆動電圧を印加して駆動する半導体装置の駆動装置において、駆動電圧を生成する第1および第2の駆動回路と、第1の駆動回路とゲート電極とを接続する、第1のゲート抵抗と、第2の駆動回路とゲート電極とを接続する第1のゲート抵抗の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2のゲート抵抗と、入力されるオン信号に応じて最初に第1の駆動回路を動作させた後に、タイミングを決定し、該タイミングに応じて第2の駆動回路の動作を開始する制御回路とを有し、制御回路は第4の期間に第2の駆動回路を起動するためのタイミングを決定するタイミング決定装置を有する。
【0022】
タイミング決定装置は、入力されるオン信号入力後、第1および第2の期間からなる初期状態を含んで設定される期間だけ遅延させる遅延回路を有し、該遅延信号が出力された時点をタイミングとする。
【0023】
あるいはタイミング決定装置は、半導体素子の第1の電極の電位を検出し、検出された第1の電極の電位が予め定めた基準となる電圧値以下および/または以上かどうかを判定する判定回路を有し、該判定の結果検出された半導体素子の第1の電位が予め定めた電圧値以下および/または以上となった時点をタイミングとする。
【0024】
あるいはタイミング決定装置は、半導体素子のゲート電圧を検出し、検出されたゲート電圧が予め定めた基準となる電圧値以上および/または以下かどうかを判定するゲート電圧判定回路を有し、該判定の結果検出されたゲート電圧が予め定めた電圧値以上および/または以下となった時点をタイミングとする。
【0025】
あるいはタイミング決定装置は、半導体素子の主電流および主電流の電流量に応じて変化する電流のうち、いずれか一つを検出し検出された電流値が予め定めた基準となる電流値以上および/または以下かどうかを判定する電流判定回路を有し、該判定の結果検出された電流値が予め定めた電流値以上および/または以下となった時点をタイミングとする。
【0026】
あるいはタイミング決定装置は、各種検出時点から予め定めた時間だけ計測するタイマー回路を有し、各種検出時点から予め定めた時間だけ経過してタイマー回路から出力が出された時点をタイミングとする。
【0027】
あるいはタイミング決定装置は、各種検出時点から予め定めた時間だけ継続して検出し続けることを検知するフィルタ回路を有し、各種検出時点から予め定めた時間だけ経過してフィルタ回路から出力が出された時点をタイミングとする。
【0028】
あるいはタイミング決定装置が有する各種判定回路で基準となる値を可変とするための機能を有する。
【0029】
上述の実施例に関する駆動装置および方法によれば、ミラー期間が完全に終了した後にモードの切り換えのタイミングを設定するため、主素子が安定したオン状態に至る前にモードが切り換わることがなく、従来装置に孕んでいた急激な電流変化に起因して発生する跳ね上がり電圧による素子破壊,装置破壊の危険や誤動作の問題のない高い信頼性の駆動回路が得られる。
【0030】
以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
【0031】
図1に本発明の第1の実施例を示した。本図では駆動の対象となるIGBTのみが表示され、IGBTに接続される負荷やターンオフ制御に関わる構成やその他のIGBT装置の構成は省略されている。
【0032】
本実施例の駆動装置は、入力端子7に加えられるオン信号Vinに従ってIGBT1を駆動するもので、駆動回路2および駆動回路3と、駆動回路2,駆動回路3とIGBT1のゲートとをそれぞれ接続する抵抗4および抵抗5と、ゲート用電源+Vと、各駆動回路の動作を制御する制御装置6とを有する。制御装置6は駆動回路を切り換えるタイミングを決定するタイミング決定装置8と、当該タイミング決定装置8の出力に応じて駆動回路2と駆動回路3とを切り換える論理回路を有する。ゲート抵抗5の抵抗値Rbは、ゲート抵抗4の抵抗値Raよりも小さく設定される。また本実施例では駆動回路はpMOSトランジスタで構成されているが、それ以外の他のスイッチ機能を有する装置であってもまったく構わない。
【0033】
本実施例でのタイミング決定装置8はIGBT1のコレクタ電圧を検出して駆動回路2と駆動回路3とを切り換えるタイミングを決定している。
【0034】
本実施例でのタイミング決定装置8の構成は、IGBT1のコレクタに直列接続されるツェナーダイオード13と抵抗14と抵抗15と、抵抗14および抵抗15の接続点にそれぞれのベースが接続されているnpnトランジスタ16およびpnpトランジスタ17、およびタイマー回路とからなる。ツェナーダイオード13には、ツェナー電圧がIGBT1のコレクタ−ゲート間容量のためターンオン動作中のゲート電圧が一定になるミラー期間が終了する時におけるコレクタとエミッタ間電圧Vce(res)よりも低い降伏電圧のものが選択される。これによってミラー期間終了後に駆動回路が切り換えられることになる。
【0035】
図2に図1に示した本実施例の各部における波形を示した。入力端子7より図2(1)に示したゲートオン信号Vinが入力されると、IGBT1のコレクタ電圧は降下して行くが、ターンオン初期にてコレクタ電圧がツェナーダイオード13のツェナー電圧よりも高い時には、ツェナーダイオード13が導通し電流が抵抗14および抵抗15に流れる。この時抵抗15に生ずる電圧降下によりnpnトランジスタ16がオンし、タイミング決定装置8からはHighレベルが出力される。
【0036】
この出力電圧がHighレベルであり、かつ入力端子7にHighレベルのオン信号Vinが入力されている期間では、NANDゲート10によりpMOSトランジスタSaにオン信号が伝わり駆動回路2が動作する。その結果IGBT1のゲートには、駆動回路2から抵抗値Raのゲート抵抗4を通して電流が供給される。
【0037】
次にIGBT1のゲート容量が充電されコレクタ電圧がツェナーダイオード13のツェナー電圧以下に低下すると、ツェナーダイオード13には電流が流れなくなる。するとpnpトランジスタ17がオン状態になりタイミング決定装置8からの出力はLowレベルとなる。
【0038】
この出力がLowレベルかつ入力端子7にHighレベルのオン信号Vinが加わっている期間では、NANDゲート10によりpMOSトランジスタSaにオフ信号が入力され駆動回路2が停止するとともに、NANDゲート11によりpMOSトランジスタSbにオン信号が出力され、駆動回路3が動作する。したがって図2(4)に示したようにIGBT1のゲートには、抵抗値Raのゲート抵抗4よりも小さな抵抗値Rbを有するゲート抵抗5を通して電流が供給される。
【0039】
ここでツェナーダイオード13のツェナー電圧がミラー期間終了時におけるコレクタとエミッタ間電圧Vce(res)よりも低い特性であるため、切り換えのタイミングはターンオン動作中IGBT1のゲート電圧がほぼ一定となるミラー期間、すなわち図2(5)における期間t3が終了した後に設定されるのが特徴である。
【0040】
この切り換えのタイミングは図2(5)に示した図1の本実施例の各部における波形のとおり、従来例で図13(5)に示したミラー期間t3中に設定していたのと異なり、ミラー期間t3が完全に終了してIGBTが安定したオン状態に至った後に設定される。
【0041】
ミラー期間が終了する時にはIGBT1は安定したオン状態に至っているため、従来のようにターンオン動作中に駆動回路が切り換わって主電流が急激に変化することに起因して起こる破壊や誤動作の危険を著しく低減でき、高い信頼性の駆動装置を提供することができる。
【0042】
さらにタイマー回路9が付加されていることによって、図2に示したようにタイミングを検出してから予め定められたある時間t4を経過した後に駆動回路を切り換えるようになり、切り換えのタイミングが確実にミラー期間t3終了後になるさらに信頼性の高い構成となっている。このタイマー回路9は既存の技術によって構成されればよく、時間t4だけ出力を遅延させる遅延回路などであっても構わない。
【0043】
またこのタイマー回路9は、タイミングを検出した後予め定められたある時間t4だけ連続して検出信号を出力し続けていることを検知してから後段の動作に移行するようにすると、さらに信頼性の高い構成となる。この構成ではノイズなどによって瞬間的に検出信号が出力される状態になった場合には後段の動作に移行しないためフィルタ機能を有することになり、誤動作や破壊の危険性を著しく低減することができる。
【0044】
また本実施例では各駆動回路2,3はpMOSトランジスタで構成されているが、同様のスイッチ機能を有している部品であれば他の構成であってもまったく構わない。さらに本実施例では主素子にIGBTを用いた例となっているが、他の電圧制御型半導体素子であってもまったく同様に本発明を適用することによる効果が得られる。
【0045】
図3には駆動回路を切り換えた後、最初に動作していた駆動回路2を停止しない制御方法を示した。本制御方法によるとIGBT1の有効なゲート抵抗値は図3(4)に示したとおり、Ra単独からRaとRbの並列接続抵抗に切り換えられることになり、同様の効果が得られる。この場合、Saを停止するための回路構成が不要となるため、図1の制御装置は例えば図4に示した構成にすることができる。すなわち部品点数を低減することができ、ICの場合にはチップ面積を縮小することができる。
【0046】
次に本発明の第2の実施例を図5を参照して詳細に説明する。本実施例は駆動回路2および3の動作タイミングを制御するためにIGBT1のゲート電圧を検出し、そのゲート電圧に基づいて制御を実行するものである。
【0047】
本実施例の駆動装置は図5に示したように、上記第1の実施例と同じ構成の駆動回路2および3と、駆動回路2および3とIGBT1のゲートとを接続するゲート抵抗4および5と、駆動回路2および3の動作タイミングを制御する制御装置6とを有する。ここでゲート抵抗4の抵抗値Raは、上記第1の実施例と同様にゲート抵抗5の抵抗値Rbよりも大きいものとする。また制御装置6は、駆動回路を切り換えるタイミングを決定するタイミング決定装置8と、当該タイミング決定装置8の出力に応じて駆動回路2と駆動回路3とを切り換える論理回路とを有する。本実施例ではこの論理回路の一例として、タイミング決定装置8の出力信号をインバータ22を介した信号と入力信号Vinとを入力とし出力を駆動回路2に送るNANDゲート20と、タイミング決定装置8の出力信号と入力信号Vinとを入力として出力を駆動回路3に送るNANDゲート21とを有する構成とした。
【0048】
本実施例でのタイミング決定装置8はIGBT1のゲート電圧を検出して駆動回路2と駆動回路3とを切り換えるタイミングを決定している。本実施例でのタイミング決定装置8の構成は、IGBT1のゲート電圧と予め定められた基準電圧Vref24とを比較するコンパレータ23とタイマー回路9とから構成される。
【0049】
次に本実施例の動作を説明する。入力端子7にオン信号Vinが入力され、かつIGBT1のゲート電圧が基準電圧Vrefより低い間はコンパレータ23の出力はLowレベルである。このためNANDゲート20から駆動回路2のpMOSトランジスタSaのゲートにオン信号が出力され駆動回路2が動作し、結果ゲート抵抗4を通してIGBT1にゲート電流が供給される。その後IGBT1のゲート電圧が上昇し予め定められたコンパレータ23の基準電圧Vrefを超えると、コンパレータ23の出力はHighレベルになりNANDゲート20の出力がHighレベルになって駆動回路2が停止するとともに、NANDゲート21の出力がLowレベルになって駆動回路3が動作し、IGBT1の有効ゲート抵抗は大きな抵抗値Raから小さな抵抗値Rbに切り換えられる。
【0050】
ここでコンパレータ23の基準電圧Vrefは、ミラー期間におけるゲート電圧より高く設定される。これによって駆動回路切り換えのタイミングはミラー期間終了後に設定され、図2に示した本発明の第1の実施例と同じ動作をすることになる。
【0051】
従って第1の実施例と同様に、ミラー期間が終了する時にはIGBTは安定したオン状態に至っているため、従来のようにターンオン動作中に駆動回路が切り換わって主電流が急激に変化することに起因して起こる破壊や誤動作の危険を著しく低減でき、高い信頼性の駆動装置を提供できる。
【0052】
さらにタイマー回路9が付加されていることによって、図2に示したようにタイミングを検出してから予め定められたある時間t4を経過した後に駆動回路を切り換えるようになり、切り換えのタイミングが確実にミラー期間t3終了後になる信頼性の高い構成となっている。このタイマー回路9は既存の遅延回路や、誤動作や破壊の危険性を著しく低減することができるフィルタ回路で構成してよいことは、本発明第1の実施例と同様である。
【0053】
また本実施例では駆動回路はpMOSトランジスタで構成されているが、同様のスイッチ機能を有している部品であれば他の構成であってもまったく構わない。さらに本実施例では主素子にIGBTを用いた例となっているが、他の電圧制御型半導体素子であってもまったく同様に本発明を適用することによる効果が得られることも本発明第1の実施例と同様である。
【0054】
さらに図3に示したように、駆動回路を切り換えた後で最初に動作していた駆動回路2を停止しない制御方法であっても、本発明第1の実施例と同様にIGBT1の有効なゲート抵抗値はRa単独からRaとRbの並列接続抵抗に切り換えられることになり、同様の効果が得られる。この場合、Saを停止するための回路構成が不要となるため、部品点数を低減することができる。
【0055】
コンパレータ23の基準電圧Vrefについては、ターンオン時にIGBTのゲート電圧が一定となるミラー現象が素子によって異なるものであり、周辺回路構成,動作条件などによって駆動回路切り換えタイミングを本発明の駆動装置の外部から調整しなければならない場合がある。その場合には、装置外部からコンパレータの基準電圧Vrefを調整する機能を付加すればよい。
【0056】
次に本発明の第3の実施例を図6を参照して詳細に説明する。本実施例は駆動回路2および3の動作タイミングを制御するためにIGBT1のエミッタ電流を検出し、そのエミッタ電流に基づいて制御を実行するものである。本実施例では、マルチエミッタ構造であってその内の一部のエミッタから全エミッタ電流の一部を検出する、いわゆる電流センス機能を有するIGBTを用いる構成とした。
【0057】
本実施例の駆動装置は図6に示したように、上記第1および第2の実施例と同じ構成の駆動回路2および3と、駆動回路2および3とIGBT1のゲートとを接続するゲート抵抗4および5と、駆動回路2および3の動作タイミングを制御する制御装置6とを有する。ここでゲート抵抗4の抵抗値Raは、上記第1および第2の実施例と同様にゲート抵抗5の抵抗値Rbよりも大きいものとする。また制御装置6は、駆動回路を切り換えるタイミングを決定するタイミング決定装置8と、当該タイミング決定装置8の出力に応じて駆動回路2と駆動回路3とを切り換える論理回路とを有する。本実施例ではこの論理回路の一例として、タイミング決定装置8の出力信号をインバータ22を介した信号と入力信号Vinとを入力とし出力を駆動回路2に送るNANDゲート20と、タイミング決定装置8の出力信号と入力信号Vinとを入力として出力を駆動回路3に送るNANDゲート21とを有する構成とした。
【0058】
本実施例でのタイミング決定装置8はIGBT1のエミッタ電流を検出して駆動回路2と駆動回路3とを切り換えるタイミングを決定している。本実施例でのタイミング決定装置8の構成は、抵抗25と、IGBT1のエミッタ電流量に応じて変化する抵抗25の電圧と予め定められた基準電圧Vref24とを比較するコンパレータ23とJKフリップフロップ26とタイマー回路9とから構成される。基準電圧Vrefはターンオン後の主電流値よりも若干高く設定される。
【0059】
次に本実施例の動作を図7を用いて詳細に説明する。入力端子7に図7(1)に示したHighレベルのオン信号Vinが入力されてから、図7(3)に示したようにエミッタ電流が増加し、抵抗25に生ずる電圧も上昇してピークに至るまでの期間t5の間に駆動回路が切り換わってしまうと、従来例のようにエミッタ電流が急峻に変化して、それに伴って発生するノイズにより誤動作や破壊に至る危険が生ずる。この危険を回避するには期間t5に続く期間t6において駆動回路を切り換えるタイミングを設定すればよい。
【0060】
入力端子7にHighレベルのオン信号Vinが入力され、かつIGBT1のエミッタ電流値に応じて変化する抵抗25に生ずる電圧がターンオン後の主電流値よりも若干高く設定される基準電圧Vrefより低い間はコンパレータ23の出力はLowレベルである。この時JKフリップフロップ26の出力もLowレベルであるためNANDゲート20から駆動回路2のpMOSトランジスタSaのゲートにオン信号が出力され駆動回路2が動作し、結果ゲート抵抗4を通してIGBT1にゲート電流が供給される。
【0061】
その後IGBT1のエミッタ電流が増大し抵抗25に発生する電圧が上昇し、ターンオン後の主電流値より若干高く設定されるコンパレータ23の基準電圧Vrefを超えると、コンパレータ23の出力はHighレベルになるため、コンパレータ23の出力は図7(4)に示した波形となる。次段のJKフリップフロップ26は、コンパレータ23の出力がLowレベルに戻る時にHighレベルを出力するので、それに応じて期間t7終了のタイミングでNANDゲート
20の出力がHighレベルになって駆動回路2が停止するとともに、NANDゲート21の出力がLowレベルになって駆動回路3が動作し、IGBT1の有効ゲート抵抗は大きな抵抗値Raから小さな抵抗値Rbに切り換えられる。
【0062】
本実施例では、本発明第1および第2の実施例で説明したミラー期間が終了する時を検出して駆動回路を切り換えるのと異なり、エミッタ電流が直接検出される。エミッタ電流がピークを過ぎて安定したオン状態に至っていることを直接検出するため、従来のようにターンオン動作中に駆動回路が切り換わって主電流が急激に変化することに起因して起こる破壊や誤動作の危険を著しく低減でき、高い信頼性の駆動装置を提供することができる。また本発明第1および第2の実施例に比べて早いタイミングで駆動回路を切り換えることが可能となり、さらに低損失なソフトスイッチング動作を有する駆動装置を提供することができる。
【0063】
また本実施例では駆動回路はpMOSトランジスタで構成されていたが、同様のスイッチ機能を有している部品であれば他の構成であってもまったく構わない。さらに本実施例では主素子にIGBTを用いた例となっているが、他の電圧制御型半導体素子であってもまったく同様に本発明を適用することによる効果が得られることも本発明第1の実施例と同様である。
【0064】
さらに図3に示した、駆動回路を切り換えた後で最初に動作していた駆動回路2を停止しない制御方法であっても、本発明第1の実施例と同様にIGBT1の有効なゲート抵抗値はRa単独からRaとRbの並列接続抵抗に切り換えられることになり、同様の効果が得られる。この場合、Saを停止するための回路構成が不要となるため、部品点数を低減することができる。
【0065】
なお本実施例では電流センス機能を有するIGBTを用いて構成する例を説明したが、当然のことながらその他の方法でエミッタ電流を検出しても構わない。またエミッタ電流に限らず、初期状態の時間変化特性に対応して電流量が変化する電流であれば、その電流を利用する構成としてもよい。
【0066】
次に本発明の第4の実施例を図8を用いて詳細に説明する。本実施例は、本発明第2の実施例と同様、IGBT1のゲート電圧を検出して駆動回路の切り換えタイミングが決定され制御を実行するものであり、駆動回路2および駆動回路3と、駆動回路2,駆動回路3とIGBT1のゲートを接続する抵抗4と、本発明第2の実施例の制御装置と同じ構成の制御装置とから構成される。駆動装置2はpMOSトランジスタSaとゲート用電源Vaとから構成され、駆動装置3はpMOSトランジスタSbとゲート用電源Vbとから構成され、VaはVbよりも低い電圧に設定される。従って入力信号Vinが印加されてからタイミング決定装置8にて決定されるタイミングまでの期間では、駆動回路2が起動されゲート用電源Vaが有効となりIGBT1のゲート電圧はゆっくりと上昇する。その後制御装置6によって駆動回路3が起動されると高い電圧のゲート用電源Vbが有効となる。駆動装置切り換えのタイミングは、本発明第2の実施例と同じ制御装置6にて決定されるため、IGBT1の動作は図2(5),(6)に示した特性と同様になり、高信頼,低損失な駆動装置を実現することができる。
【0067】
また図9に本発明第5の実施例を示した。本実施例は、駆動回路2および駆動回路3と、駆動回路2,駆動回路3とIGBTのゲートとをそれぞれ接続する抵抗4および抵抗5と、ゲート用電源+Vと、各駆動回路の動作を制御する制御装置6とを有する。制御装置6は駆動回路を切り換えるタイミングを決定するタイミング決定装置8と、当該タイミング決定装置8の出力に応じて駆動回路2と駆動回路3とを切り換える論理回路を有する。ゲート抵抗5の抵抗値Rbは、ゲート抵抗4の抵抗値Raよりも小さく設定される。また本実施例では駆動回路はpMOSトランジスタで構成されているが、それ以外の他のスイッチ機能を有する装置であってもまったく構わない。
【0068】
本実施例でのタイミング決定装置8は遅延回路19により構成される。本実施例の動作を図2に示した各部の波形を用いて詳細に説明する。入力端子7にHighレベルのオン信号Vinが入力されるとpMOSトランジスタSaがオンし駆動回路2が起動して、抵抗値Raの抵抗4が有効となる。その後遅延回路19によりオン信号Vinを予め定められた時間t1だけ遅延された信号が形成され、オン信号入力後t1後に駆動回路3に切り換わり、抵抗値Rbの抵抗5が有効となる。ここで予め定められる時間t1は図2に示したように、
t1>td+t2+t3
となるように設定されるので、これまで述べた他の実施例と同様、高信頼,低損失な駆動装置を実現することができる。
【0069】
以上いずれもターンオン動作に関して本発明の実施例を説明してきたが、次にターンオフ動作に関して本発明の第6の実施例を図10を参照して詳細に説明する。本実施例は前記本発明第2の実施例と同様、駆動回路2および3の動作タイミングを制御するためにIGBT1のゲート電圧を検出し、そのゲート電圧に基づいて制御を実行するものである。本図では駆動の対象となるIGBTのみが表示され、IGBTに接続される負荷やターンオン制御に関わる構成やその他のIGBT装置の構成は省略されている。
【0070】
ターンオフ動作においても高速動作になるとIGBTはラッチアップ状態になりやすくなって破壊しやすくなる。またdi/dtが大きくなるため配線等の浮遊インダクタンスLによって発生するはね上がり電圧L×di/dtが大きくなる。したがって例えばゲート抵抗を大きくすることによって、あまり高速に動作しないように制御することが必要であるが、ゲート抵抗を大きくするとターンオフ動作の後半以降オフ状態に至ってからも、ノイズ等によって誤点弧する危険性が高くなる。従ってターンオフ動作においても前半はゲート抵抗を大きくし、後半で小さいゲート抵抗に切り換える制御が非常に有効となる。
【0071】
本実施例の駆動装置は、入力端子7に加えられるオフ信号Vinに従ってIGBT1を駆動するもので、駆動回路2および駆動回路3と、駆動回路2,駆動回路3とIGBT1のゲートとをそれぞれ接続する抵抗4および抵抗5と、ゲート用電源V′と、各駆動回路の動作を制御する制御装置6とを有する。制御装置6は駆動回路を切り換えるタイミングを決定するタイミング決定装置8と、当該タイミング決定装置8の出力に応じて駆動回路2と駆動回路3とを切り換える論理回路を有する。ゲート抵抗5の抵抗値Rdは、ゲート抵抗4の抵抗値Rcよりも小さく設定される。また本実施例では駆動回路はnMOSトランジスタで構成されているが、その他のスイッチ機能を有する装置であってもまったく構わない。
【0072】
本実施例ではこの論理回路の一例として、タイミング決定装置8の出力信号をインバータ22を介した信号と入力信号Vinのインバータ25による反転信号とを入力とし出力を駆動回路2に送るNANDゲート20と、タイミング決定装置8の出力と入力信号Vinの反転信号とを入力として出力を駆動回路3に送るNANDゲート21とを有する構成とした。
【0073】
本実施例でのタイミング決定装置8はIGBT1のゲート電圧を検出して駆動回路2と駆動回路3とを切り換えるタイミングを決定している。本実施例でのタイミング決定装置8の構成は、IGBT1のゲート電圧と予め定められた基準電圧Vref24とを比較するコンパレータ23とタイマー回路9とから構成される。
【0074】
次に本実施例の動作を説明する。入力端子7にオフ信号Vinが入力され、かつIGBT1のゲート電圧が基準電圧Vrefより高い間はコンパレータ23の出力はLowレベルである。このため駆動回路2のnMOSトランジスタScがオンして駆動回路2が起動し、その結果ゲート抵抗4を通してIGBT1のゲート容量が放電される。その後IGBT1のゲート電圧が下降し、ゲート電圧が予め定められたコンパレータ23の基準電圧Vref以下になると、コンパレータ23の出力はHighレベルになりNANDゲート20の出力がLowレベルになって駆動回路2が停止するとともに、NANDゲート21の出力がHighレベルになって駆動回路3が起動し、IGBT1の有効ゲート抵抗は大きな抵抗値Rcから小さな抵抗値Rdに切り換えられる。
【0075】
ここでゲート抵抗の切り換えタイミングとしては、ミラー期間が終了した後のタイミングであればよい。具体的には本実施例においてコンパレータ23の基準電圧Vrefは、ミラー期間におけるゲート電圧より低く設定されればよい。これによって駆動回路切り換えのタイミングはミラー期間終了後に設定することができる。あるいはコンパレータ23の基準電圧Vrefは、IGBT1のしきい値電圧以下に設定しても同様の効果を得ることができる。場合によってはタイマー回路9を介することによって確実にミラー期間終了後にオフされるよう工夫してもよい。このタイマー回路9は既存の遅延回路や、誤動作や破壊の危険性を著しく低減することができるフィルタ回路で構成してよい。
【0076】
このようにミラー期間が終了し安定して以降オフ状態中までゲート抵抗を小さくすることによって、従来のようにターンオフ動作後半からオフ状態にノイズ等による誤点弧の危険を著しく低減でき、高い信頼性の駆動装置を提供することができる。
【0077】
また本実施例では駆動回路はnMOSトランジスタで構成されていたが、同様のスイッチ機能を有している部品であれば他の構成であってもまったく構わない。さらに本実施例ではターンオフ動作の場合についてのみ記述したが、前述のターンオン動作に関し説明した実施例と組み合わせてターンオン・ターンオフの両方に対し同時に適用することによって、スイッチング動作全般にわたって低損失で高信頼の最適な制御を行える駆動回路を提供することができる。さらにまた本実施例では主素子にIGBTを用いた例となっているが、他の電圧制御型半導体素子であってもまったく同様に本発明を適用することによる効果が得られることも本発明第1の実施例と同様である。
【0078】
【発明の効果】
本発明によれば、IGBT等の電圧駆動型半導体素子を含む半導体装置において、ターンオン時の電流の時間変化率を低減し、かつターンオン損失を低減することが可能で、しかも誤動作や破壊の危険が著しく低い高信頼性の電圧駆動型半導体装置の駆動方法およびその装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した第1の実施例の回路図。
【図2】第1の実施例の制御方法を説明する波形図。
【図3】第1の実施例の別の制御方法を説明する波形図。
【図4】別の制御方法を実現する回路図。
【図5】本発明を適用した第2の実施例の回路図。
【図6】本発明を適用した第3の実施例の回路図。
【図7】第3の実施例の制御方法を説明する波形図。
【図8】本発明を適用した第4の実施例の回路図。
【図9】本発明を適用した第5の実施例の回路図。
【図10】本発明を適用した第6の実施例の回路図。
【図11】第6の実施例の制御方法を説明する波形図。
【図12】従来の駆動回路の回路図。
【図13】従来の制御方法を説明する波形図。
【符号の説明】
1…IGBT、2,3…駆動回路、4,5…ゲート抵抗、6…制御装置、7…入力端子、8…タイミング決定装置、9…タイマー回路、10,11,20,
21…NANDゲート、12,22…インバータ、23…コンパレータ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device and a driving method thereof, and particularly to a voltage-driven semiconductor device and a driving method thereof.
[0002]
[Prior art]
A voltage-driven semiconductor element such as an insulated gate bipolar transistor (hereinafter, referred to as an IGBT) or a metal oxide semiconductor gate turn-off transistor (MOSGTO) is smaller than a current-driven semiconductor element. Due to the simplicity of the drive circuit, it is rapidly spreading to fields such as power supplies and inverters. The driving method is conventionally fixed and controlled by focusing on the gate resistance. However, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-46201, the drive method reduces the turn-on loss and the time change rate of the main current at the time of turn-on. For the purpose of reducing di / dt, there has been proposed a method of controlling by switching to a resistor having an appropriate value in various modes of the turn-on operation.
[0003]
FIG. 12 shows an example of a conventional drive circuit. In the figure, only the IGBT to be driven is displayed, and the load connected to the IGBT, the configuration related to turn-off control, and the configuration of other IGBT devices are omitted.
[0004]
The driving device of this conventional example drives the IGBT 1 in accordance with the ON signal Vin applied to the input terminal 7, and connects the driving circuit 2 and the driving circuit 3 with the driving circuit 2, the driving circuit 3 and the gate of the IGBT 1, respectively. It has gate resistors 4 and 5, a gate power supply VGE, and a control device 6 for controlling the operation of each drive circuit. The control device 6 includes a timing determination device 8 that determines a timing for switching the drive circuit, and a logic circuit that switches between the drive circuit 2 and the drive circuit 3 according to the output of the timing determination device 8. The resistance value Rb of the gate resistor 5 is set smaller than the resistance value Ra of the gate resistor 4.
[0005]
The timing determining device 8 in the conventional example detects the collector voltage of the IGBT 1 and determines the timing for switching between the driving circuit 2 and the driving circuit 3. The configuration of the timing determination device 8 in this conventional example is such that the base is connected to a connection point of the Zener diode 13, the resistor 14, and the resistor 15 connected in series to the collector of the IGBT 1 and the resistor 14 and the resistor 15, respectively. It comprises a transistor 16 and a pnp transistor 17. The Zener diode 13 is selected to have a breakdown voltage higher than the collector-emitter voltage Vce (res) during the mirror period in which the gate voltage during the turn-on operation is constant due to the collector-gate capacitance of the IGBT 1.
[0006]
FIG. 13 shows waveforms at various parts of the conventional example shown in FIG. When the gate-on signal shown in FIG. 13A is input from the input terminal 7, the collector voltage of the IGBT 1 drops, but when the collector voltage is higher than the Zener voltage of the Zener diode 13 at the beginning of turn-on, the Zener The diode 13 conducts and current flows through the resistors 14 and 15. At this time, the npn transistor 16 is turned on by a voltage drop generated in the resistor 15, and a high level is output from the timing determination device 8.
[0007]
During the period when this output voltage is at the high level and the on signal is being input to the input terminal 7 at the high level, the off signal is transmitted to the npn transistor Q3 by the NAND gate 10, and the drive circuit 2 operates. As a result, a charging current is supplied to the gate of the IGBT1 from the Q1 of the drive circuit 2 through the gate resistor 4 having the resistance value Ra.
[0008]
Next, when the gate capacitance of the IGBT 1 is charged and the collector voltage drops below the Zener voltage of the Zener diode 13, no current flows through the Zener diode 13. Then, the pnp transistor 17 is turned on, and the output from the timing determination device 8 becomes Low level.
[0009]
During a period when this output is at a low level and a high-level ON signal is applied to the input terminal 7, the npn transistor Q3 is turned on by the NAND gate 10, the driving circuit 2 is stopped, and the npn transistor Q6 is turned off by the NAND gate 11. The signal is output, and the drive circuit 3 operates. Therefore, as shown in FIG. 13D, the charging current is supplied to the gate of the IGBT 1 through the gate resistor 5 having a resistance value Rb smaller than the gate resistance 4 having the resistance value Ra.
[0010]
Here, since the Zener voltage of the Zener diode 13 is a breakdown voltage higher than the collector-emitter voltage Vce (res) during the mirror period, the switching timing t1 is the mirror period during which the gate voltage of the IGBT 1 becomes substantially constant during the turn-on operation. That is, the feature is set during the period t3 in FIG. 13 (5), and can be expressed as td + t2 <t1 <td + t2 + t3.
[0011]
[Patent Document 1]
JP-A-9-46201
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The mirror phenomenon of the IGBT differs for each element, and the gate voltage during the mirror period and the length of the mirror period vary greatly for each element. In the conventional example, the timing at which the gate resistance is switched is characterized by the mirror period, but the IGBT may not have reached the stable ON state at that timing.
[0013]
When the gate resistance is switched to a small resistance value before reaching a stable ON state, the rise of the main current of the IGBT becomes steep as shown in FIG. The jump voltage (L × di / dt) generated by the time change of the current flowing through the floating inductance L of the IGBT circuit also increases. In the conventional drive circuit, there is a problem that an element or a device is destroyed by the jumping voltage or a malfunction occurs due to noise generated by the jumping voltage.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a method of driving a voltage-driven semiconductor device according to the present invention includes a first period in which a gate voltage rises and / or falls with time after a control signal is applied to a gate electrode; And a drive voltage applied to the gate electrode after the first and second periods have elapsed is a drive voltage applied during the first and second periods. It is characterized in that it is lower than the above.
[0015]
This is characterized in that the drive voltage applied to the gate electrode is changed after the initial state in which the control signal is applied to the gate electrode ends.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to achieve the above object, a method of driving a voltage-driven semiconductor device according to an embodiment of the present invention is characterized in that an initial state after a control signal is applied to a gate electrode is such that a gate voltage rises and / or falls with time. And a second period during which the gate voltage is substantially constant after the first period. The first electrode on the high potential side and the second electrode on the low potential side for allowing the main current to flow are included. In a method for driving a semiconductor device including a power semiconductor element having an electrode and a gate electrode for controlling a main current, a driving voltage applied to the gate electrode in a third period including all initial states is controlled by the driving voltage applied to the gate electrode. The drive voltage applied to the gate is made lower in the fourth period following the third period, and the drive voltage applied to the gate electrode is changed after the initial state ends.
[0017]
In the method of driving the voltage-driven semiconductor device according to the embodiment of the present invention, the initial state after the control signal is applied to the gate electrode includes a first period in which the gate voltage rises and / or falls with time and the first period. A first electrode on the high potential side and a second electrode on the low potential side for flowing the main current, and a main current controlled, including at least a second period in which the gate voltage is substantially constant following the period. A semiconductor device provided with a power semiconductor element having a gate electrode for driving the semiconductor device, wherein a predetermined voltage is set as a drive voltage during a third period through a first gate resistor having a first resistance value. Applying a predetermined driving voltage to the gate electrode through a second resistor having a second resistance value smaller than the first resistance value during a fourth period; Voltage and From the third period in which the predetermined voltage generated by applying the predetermined voltage to the gate electrode through the first gate resistor having the first resistance value, the predetermined drive voltage is changed to a third drive voltage having a resistance value smaller than the first resistance value. In the fourth period in which the voltage is applied to the gate electrode through the second resistor having the resistance value of 2, the voltage is changed after the initial state is completed.
[0018]
The driving method of the voltage-driven semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a fifth period in which the main current rises and / or falls with time after the control signal is applied to the gate electrode, and a main period after the fifth period. A method for driving a power semiconductor device including at least a sixth period until a current falls and / or rises to reach a stable state, wherein the gate electrode is provided in a seventh period including all the sixth periods. The drive voltage applied to the gate electrode is made lower than the drive voltage applied to the gate in the eighth period following the seventh period, and the drive voltage applied to the gate electrode is changed after the initial state ends. .
[0019]
The driving method of the voltage-driven semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a fifth period in which the main current rises and / or falls with time after the control signal is applied to the gate electrode, and a main period after the fifth period. In the method for driving a power semiconductor device, at least including a sixth period until the current falls and / or increases to reach a stable state, a predetermined voltage as a driving voltage is changed to a second voltage during the seventh period. Applying a predetermined drive voltage to the gate electrode through a first gate resistor having a resistance value of 1 and a second drive voltage having a second resistance value smaller than the first resistance value during an eighth period. From a seventh period in which a predetermined voltage as a drive voltage is applied to the gate electrode through a first gate resistor having a first resistance value. The eighth period to be applied to the gate electrode through a second resistor having a second resistance value smaller resistance value than the first resistance value is varied after the period of the fifth has been completed.
[0020]
A method for driving a voltage-driven semiconductor device according to an embodiment of the present invention is directed to a first and second drive circuit for generating a drive voltage in a semiconductor device drive device that drives by applying a drive voltage to a gate electrode of the semiconductor device. A first gate resistance connecting the first drive circuit and the gate electrode; and a second resistance value smaller than the resistance value of the first gate resistance connecting the second drive circuit and the gate electrode. The first drive circuit is first operated according to the second gate resistance and the input control signal, and the timing for switching the drive circuit to be operated is determined. A control circuit for stopping the operation and starting the operation of the second drive circuit, the control circuit having a timing determination device for determining a timing for switching from the third period to the fourth period. .
[0021]
A method for driving a voltage-driven semiconductor device according to an embodiment of the present invention is directed to a first and second drive circuit for generating a drive voltage in a semiconductor device drive device that drives by applying a drive voltage to a gate electrode of the semiconductor device. And a second resistance value smaller than a resistance value of a first gate resistance connecting the first drive circuit and the gate electrode, and a first gate resistance connecting the second drive circuit and the gate electrode. After the first drive circuit is first operated according to the second gate resistor having the following and the input ON signal, the timing is determined, and the operation of the second drive circuit is started according to the timing. And a control circuit, the control circuit including a timing determination device that determines a timing for activating the second drive circuit in the fourth period.
[0022]
The timing determination device includes a delay circuit that delays by a set period including an initial state including first and second periods after the input ON signal is input, and determines a timing when the delayed signal is output. And
[0023]
Alternatively, the timing determination device detects a potential of the first electrode of the semiconductor element and includes a determination circuit that determines whether the detected potential of the first electrode is equal to or lower than a predetermined reference voltage value and / or higher. The point in time when the first potential of the semiconductor element detected as a result of the determination becomes equal to or less than a predetermined voltage value and / or equal to or more than a predetermined voltage value.
[0024]
Alternatively, the timing determination device includes a gate voltage determination circuit that detects a gate voltage of the semiconductor element and determines whether the detected gate voltage is equal to or more than and / or equal to or less than a predetermined reference voltage value. The timing at which the detected gate voltage becomes equal to or higher than a predetermined voltage value is set as timing.
[0025]
Alternatively, the timing determination device detects any one of a main current of the semiconductor element and a current that changes in accordance with the amount of the main current, and a detected current value is equal to or more than a predetermined reference current value and / or Alternatively, a current determination circuit is provided for determining whether the current value is equal to or less than a predetermined value.
[0026]
Alternatively, the timing determination device has a timer circuit that measures only a predetermined time from various detection times, and sets a timing at which an output is output from the timer circuit after a predetermined time has elapsed from the various detection times.
[0027]
Alternatively, the timing determination device has a filter circuit that detects that the detection is continuously performed for a predetermined time from various detection times, and an output is output from the filter circuit after a predetermined time has elapsed from the various detection times. The point in time is the timing.
[0028]
Alternatively, it has a function of making a reference value variable in various determination circuits included in the timing determination device.
[0029]
According to the driving device and the method according to the above-described embodiment, since the mode switching timing is set after the mirror period is completely completed, the mode is not switched before the main element reaches a stable ON state, It is possible to obtain a highly reliable drive circuit free from the risk of element destruction and device destruction due to a jumping voltage generated due to a sudden current change that has occurred in conventional devices and the problem of malfunction.
[0030]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0031]
FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention. In the figure, only the IGBT to be driven is displayed, and the load connected to the IGBT, the configuration related to turn-off control, and the configuration of other IGBT devices are omitted.
[0032]
The drive device of this embodiment drives the IGBT 1 in accordance with the ON signal Vin applied to the input terminal 7, and connects the drive circuits 2 and 3, the drive circuits 2, the drive circuit 3, and the gate of the IGBT 1, respectively. It has resistors 4 and 5, a power supply for gate + V, and a control device 6 for controlling the operation of each drive circuit. The control device 6 includes a timing determination device 8 that determines a timing for switching the drive circuit, and a logic circuit that switches between the drive circuit 2 and the drive circuit 3 according to the output of the timing determination device 8. The resistance value Rb of the gate resistor 5 is set smaller than the resistance value Ra of the gate resistor 4. Further, in this embodiment, the drive circuit is constituted by a pMOS transistor, but any other device having a switch function may be used.
[0033]
The timing determining device 8 in the present embodiment detects the collector voltage of the IGBT 1 and determines the timing for switching between the driving circuit 2 and the driving circuit 3.
[0034]
The configuration of the timing determination device 8 in the present embodiment is such that the base is connected to a connection point between the Zener diode 13, the resistor 14, the resistor 15 and the resistor 14 and the resistor 15 connected in series to the collector of the IGBT 1. It comprises a transistor 16, a pnp transistor 17, and a timer circuit. The Zener diode 13 has a breakdown voltage lower than the collector-emitter voltage Vce (res) at the end of the mirror period in which the gate voltage during the turn-on operation becomes constant due to the collector-gate capacitance of the IGBT 1. Things are selected. As a result, the drive circuit is switched after the mirror period ends.
[0035]
FIG. 2 shows waveforms at various points in the embodiment shown in FIG. When the gate-on signal Vin shown in FIG. 2A is input from the input terminal 7, the collector voltage of the IGBT 1 drops, but when the collector voltage is higher than the Zener voltage of the Zener diode 13 at the initial stage of turn-on, The Zener diode 13 conducts, and a current flows through the resistors 14 and 15. At this time, the npn transistor 16 is turned on by a voltage drop generated in the resistor 15, and a high level is output from the timing determination device 8.
[0036]
During a period in which this output voltage is at a high level and a high-level on signal Vin is being input to the input terminal 7, the on signal is transmitted to the pMOS transistor Sa by the NAND gate 10 and the drive circuit 2 operates. As a result, a current is supplied from the drive circuit 2 to the gate of the IGBT 1 through the gate resistor 4 having the resistance value Ra.
[0037]
Next, when the gate capacitance of the IGBT 1 is charged and the collector voltage drops below the Zener voltage of the Zener diode 13, no current flows through the Zener diode 13. Then, the pnp transistor 17 is turned on, and the output from the timing determination device 8 becomes Low level.
[0038]
During a period in which this output is Low level and a High level ON signal Vin is applied to the input terminal 7, an OFF signal is input to the pMOS transistor Sa by the NAND gate 10, the drive circuit 2 is stopped, and the pMOS transistor is An ON signal is output to Sb, and the drive circuit 3 operates. Therefore, as shown in FIG. 2D, a current is supplied to the gate of the IGBT 1 through the gate resistor 5 having a smaller resistance value Rb than the gate resistance 4 having the resistance value Ra.
[0039]
Here, since the Zener voltage of the Zener diode 13 has a characteristic lower than the collector-emitter voltage Vce (res) at the end of the mirror period, the switching timing is the mirror period during which the gate voltage of the IGBT 1 becomes substantially constant during the turn-on operation. That is, it is characterized in that it is set after the period t3 in FIG. 2 (5) ends.
[0040]
The timing of this switching is different from that set during the mirror period t3 shown in FIG. 13 (5) in the conventional example, as shown in the waveforms in the respective parts of this embodiment in FIG. 1 shown in FIG. 2 (5). It is set after the mirror period t3 has completely ended and the IGBT has reached a stable ON state.
[0041]
At the end of the mirror period, the IGBT 1 is in a stable ON state, so that there is no danger of destruction or malfunction caused by a sudden change in the main current due to the switching of the drive circuit during the turn-on operation as in the prior art. The driving device can be significantly reduced and a highly reliable driving device can be provided.
[0042]
Further, the addition of the timer circuit 9 allows the drive circuit to be switched after a predetermined time t4 has elapsed from the detection of the timing as shown in FIG. The configuration is more reliable after the end of the mirror period t3. The timer circuit 9 may be constituted by an existing technology, and may be a delay circuit or the like for delaying the output by the time t4.
[0043]
When the timer circuit 9 detects that the detection signal is continuously output for a predetermined time t4 after detecting the timing, and then shifts to a subsequent operation, the reliability is further improved. High configuration. In this configuration, when a detection signal is instantaneously output due to noise or the like, the operation does not shift to a subsequent stage, so that a filter function is provided, and the risk of malfunction or destruction can be significantly reduced. .
[0044]
Further, in the present embodiment, each of the drive circuits 2 and 3 is constituted by a pMOS transistor, but any other components having the same switch function may be employed. Further, in the present embodiment, an example in which an IGBT is used as a main element is used. However, the effects of applying the present invention can be obtained in exactly the same manner for other voltage-controlled semiconductor elements.
[0045]
FIG. 3 shows a control method that does not stop the driving circuit 2 that has been operating first after switching the driving circuit. According to this control method, the effective gate resistance value of the IGBT 1 is switched from Ra alone to the parallel connection resistance of Ra and Rb as shown in FIG. 3 (4), and the same effect is obtained. In this case, since a circuit configuration for stopping Sa is not required, the control device in FIG. 1 can have, for example, the configuration illustrated in FIG. That is, the number of components can be reduced, and in the case of an IC, the chip area can be reduced.
[0046]
Next, a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, the gate voltage of the IGBT 1 is detected to control the operation timing of the drive circuits 2 and 3, and the control is executed based on the gate voltage.
[0047]
As shown in FIG. 5, the driving device of this embodiment has driving circuits 2 and 3 having the same configuration as that of the first embodiment, and gate resistors 4 and 5 connecting the driving circuits 2 and 3 and the gate of the IGBT 1. And a control device 6 for controlling the operation timing of the drive circuits 2 and 3. Here, it is assumed that the resistance value Ra of the gate resistor 4 is larger than the resistance value Rb of the gate resistor 5 as in the first embodiment. Further, the control device 6 includes a timing determination device 8 that determines the timing of switching the drive circuit, and a logic circuit that switches between the drive circuit 2 and the drive circuit 3 according to the output of the timing determination device 8. In the present embodiment, as an example of the logic circuit, a NAND gate 20 which receives the output signal of the timing determination device 8 via the inverter 22 and the input signal Vin as input and sends the output to the drive circuit 2, And a NAND gate 21 that receives an output signal and an input signal Vin as inputs and sends an output to the drive circuit 3.
[0048]
The timing determining device 8 in the present embodiment detects the gate voltage of the IGBT 1 and determines the timing for switching between the driving circuit 2 and the driving circuit 3. The configuration of the timing determination device 8 in the present embodiment includes a comparator 23 that compares the gate voltage of the IGBT 1 with a predetermined reference voltage Vref24 and the timer circuit 9.
[0049]
Next, the operation of this embodiment will be described. While the ON signal Vin is input to the input terminal 7 and the gate voltage of the IGBT 1 is lower than the reference voltage Vref, the output of the comparator 23 is at the low level. Therefore, an ON signal is output from the NAND gate 20 to the gate of the pMOS transistor Sa of the drive circuit 2 to operate the drive circuit 2, and as a result, a gate current is supplied to the IGBT 1 through the gate resistor 4. Thereafter, when the gate voltage of the IGBT 1 rises and exceeds a predetermined reference voltage Vref of the comparator 23, the output of the comparator 23 goes high, the output of the NAND gate 20 goes high and the drive circuit 2 stops, The output of the NAND gate 21 becomes Low level, the drive circuit 3 operates, and the effective gate resistance of the IGBT 1 is switched from the large resistance value Ra to the small resistance value Rb.
[0050]
Here, the reference voltage Vref of the comparator 23 is set higher than the gate voltage in the mirror period. As a result, the drive circuit switching timing is set after the mirror period ends, and the same operation as in the first embodiment of the present invention shown in FIG. 2 is performed.
[0051]
Therefore, as in the first embodiment, when the mirror period ends, the IGBT is in a stable ON state, so that the drive circuit switches during the turn-on operation and the main current changes abruptly as in the conventional case. The danger of destruction or malfunction caused by this can be significantly reduced, and a highly reliable drive device can be provided.
[0052]
Further, the addition of the timer circuit 9 allows the drive circuit to be switched after a predetermined time t4 has elapsed from the detection of the timing as shown in FIG. The configuration is highly reliable after the mirror period t3 ends. As in the first embodiment of the present invention, the timer circuit 9 may be constituted by an existing delay circuit or a filter circuit capable of significantly reducing the risk of malfunction or destruction.
[0053]
In the present embodiment, the drive circuit is formed by pMOS transistors, but any other component having the same switch function may be used. Further, in the present embodiment, an example in which an IGBT is used as a main element is described. However, the effect of applying the present invention in exactly the same manner to other voltage-controlled semiconductor elements can be obtained. This is the same as the embodiment.
[0054]
Further, as shown in FIG. 3, even in the control method in which the driving circuit 2 that has been operating first after switching the driving circuit is not stopped, the effective gate of the IGBT 1 is used in the same manner as in the first embodiment of the present invention. The resistance value is switched from Ra alone to the parallel connection resistance of Ra and Rb, and the same effect is obtained. In this case, since a circuit configuration for stopping Sa is not required, the number of components can be reduced.
[0055]
Regarding the reference voltage Vref of the comparator 23, the mirror phenomenon in which the gate voltage of the IGBT becomes constant at the time of turn-on differs depending on the element, and the drive circuit switching timing is determined from the outside of the drive device of the present invention depending on the peripheral circuit configuration, operating conditions, and the like. You may need to make adjustments. In that case, a function of adjusting the reference voltage Vref of the comparator from outside the device may be added.
[0056]
Next, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. This embodiment detects the emitter current of the IGBT 1 to control the operation timing of the drive circuits 2 and 3, and executes control based on the emitter current. In this embodiment, an IGBT having a multi-emitter structure and having a so-called current sensing function of detecting a part of the total emitter current from a part of the emitters is used.
[0057]
As shown in FIG. 6, the driving device according to the present embodiment has driving circuits 2 and 3 having the same configuration as the first and second embodiments, and a gate resistor connecting the driving circuits 2 and 3 and the gate of the IGBT 1. 4 and 5 and a control device 6 for controlling the operation timing of the drive circuits 2 and 3. Here, it is assumed that the resistance value Ra of the gate resistor 4 is larger than the resistance value Rb of the gate resistor 5 as in the first and second embodiments. Further, the control device 6 includes a timing determination device 8 that determines the timing of switching the drive circuit, and a logic circuit that switches between the drive circuit 2 and the drive circuit 3 according to the output of the timing determination device 8. In the present embodiment, as an example of the logic circuit, a NAND gate 20 which receives the output signal of the timing determination device 8 via the inverter 22 and the input signal Vin as input and sends the output to the drive circuit 2, And a NAND gate 21 that receives an output signal and an input signal Vin as inputs and sends an output to the drive circuit 3.
[0058]
The timing determining device 8 in the present embodiment detects the emitter current of the IGBT 1 and determines the timing for switching between the driving circuit 2 and the driving circuit 3. The configuration of the timing determination device 8 according to the present embodiment includes a resistor 25, a comparator 23 that compares a voltage of the resistor 25 that changes according to an emitter current amount of the IGBT 1 with a predetermined reference voltage Vref 24, and a JK flip-flop 26. And a timer circuit 9. The reference voltage Vref is set slightly higher than the main current value after turning on.
[0059]
Next, the operation of this embodiment will be described in detail with reference to FIG. After the high-level ON signal Vin shown in FIG. 7A is input to the input terminal 7, the emitter current increases as shown in FIG. 7C, and the voltage generated at the resistor 25 also rises and peaks. If the drive circuit is switched during the period t5 until the emitter current is reached, the emitter current changes sharply as in the conventional example, and there is a danger of malfunction or destruction due to the noise generated thereby. In order to avoid this danger, the timing for switching the drive circuit may be set in a period t6 following the period t5.
[0060]
While the high-level ON signal Vin is input to the input terminal 7 and the voltage generated in the resistor 25 that changes according to the emitter current value of the IGBT 1 is lower than the reference voltage Vref set slightly higher than the main current value after turn-on. Indicates that the output of the comparator 23 is at the low level. At this time, since the output of the JK flip-flop 26 is also at the Low level, an ON signal is output from the NAND gate 20 to the gate of the pMOS transistor Sa of the drive circuit 2 to operate the drive circuit 2, and as a result, the gate current flows to the IGBT 1 through the gate resistor 4. Supplied.
[0061]
Thereafter, when the emitter current of the IGBT 1 increases and the voltage generated in the resistor 25 rises and exceeds the reference voltage Vref of the comparator 23 which is set slightly higher than the main current value after turning on, the output of the comparator 23 becomes High level. The output of the comparator 23 has the waveform shown in FIG. The next-stage JK flip-flop 26 outputs the High level when the output of the comparator 23 returns to the Low level.
The output of the NAND gate 21 goes high, the drive circuit 2 stops, the output of the NAND gate 21 goes low, the drive circuit 3 operates, and the effective gate resistance of the IGBT 1 changes from a large resistance Ra to a small resistance Rb. Is switched to.
[0062]
In this embodiment, the emitter current is directly detected, unlike the case where the drive circuit is switched by detecting the end of the mirror period described in the first and second embodiments of the present invention. In order to directly detect that the emitter current has passed the peak and has reached a stable ON state, the drive circuit switches during the turn-on operation as in the past, and the destruction caused by the sudden change in the main current causes The risk of malfunction can be significantly reduced, and a highly reliable drive device can be provided. Further, it is possible to switch the drive circuit at an earlier timing than in the first and second embodiments of the present invention, and it is possible to provide a drive device having a low-loss soft switching operation.
[0063]
Further, in the present embodiment, the drive circuit is configured by the pMOS transistor, but any other configuration having the same switch function may be used. Further, in the present embodiment, an example in which an IGBT is used as a main element is described. However, the effect of applying the present invention in exactly the same manner to other voltage-controlled semiconductor elements can be obtained. This is the same as the embodiment.
[0064]
Further, even in the control method shown in FIG. 3 which does not stop the driving circuit 2 which has been operating first after switching the driving circuit, the effective gate resistance value of the IGBT 1 is the same as in the first embodiment of the present invention. Is switched from Ra alone to the parallel connection resistance of Ra and Rb, and the same effect is obtained. In this case, since a circuit configuration for stopping Sa is not required, the number of components can be reduced.
[0065]
In this embodiment, an example is described in which an IGBT having a current sensing function is used, but the emitter current may be detected by other methods. In addition, the present invention is not limited to the emitter current, and may be configured to use the current as long as the current amount changes in accordance with the time change characteristic in the initial state.
[0066]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. In the present embodiment, similarly to the second embodiment of the present invention, the switching timing of the driving circuit is determined by detecting the gate voltage of the IGBT 1 and the control is executed. The driving circuit 2 and the driving circuit 3, and the driving circuit 2, a resistor 4 for connecting the drive circuit 3 and the gate of the IGBT 1 and a control device having the same configuration as the control device of the second embodiment of the present invention. The driving device 2 includes a pMOS transistor Sa and a gate power supply Va, and the driving device 3 includes a pMOS transistor Sb and a gate power supply Vb, and Va is set to a voltage lower than Vb. Therefore, during the period from the input signal Vin being applied to the timing determined by the timing determining device 8, the drive circuit 2 is activated, the gate power supply Va is enabled, and the gate voltage of the IGBT 1 rises slowly. After that, when the drive circuit 3 is started by the control device 6, the high-voltage gate power supply Vb becomes effective. Since the drive device switching timing is determined by the same control device 6 as in the second embodiment of the present invention, the operation of the IGBT 1 is the same as the characteristics shown in FIGS. , A low-loss drive device can be realized.
[0067]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention. This embodiment controls the drive circuits 2 and 3, the drive circuits 2, the resistors 4 and 5, respectively connecting the drive circuit 3 and the gate of the IGBT, the gate power supply + V, and the operation of each drive circuit. And a control device 6 for performing the operation. The control device 6 includes a timing determination device 8 that determines a timing for switching the drive circuit, and a logic circuit that switches between the drive circuit 2 and the drive circuit 3 according to the output of the timing determination device 8. The resistance value Rb of the gate resistor 5 is set smaller than the resistance value Ra of the gate resistor 4. Further, in this embodiment, the drive circuit is constituted by a pMOS transistor, but any other device having a switch function may be used.
[0068]
The timing determining device 8 according to the present embodiment includes a delay circuit 19. The operation of this embodiment will be described in detail with reference to the waveforms of the respective units shown in FIG. When a high-level ON signal Vin is input to the input terminal 7, the pMOS transistor Sa is turned on, the drive circuit 2 is activated, and the resistor 4 having the resistance value Ra becomes effective. Thereafter, a signal in which the ON signal Vin is delayed by the predetermined time t1 is formed by the delay circuit 19, and after the input of the ON signal Vin, the signal is switched to the driving circuit 3 after t1 to enable the resistor 5 having the resistance value Rb. Here, the predetermined time t1 is, as shown in FIG.
t1> td + t2 + t3
Therefore, a high-reliability and low-loss drive device can be realized as in the other embodiments described above.
[0069]
Although the embodiments of the present invention have been described with respect to the turn-on operation, the sixth embodiment of the present invention will now be described in detail with reference to FIG. In this embodiment, as in the second embodiment of the present invention, the gate voltage of the IGBT 1 is detected to control the operation timing of the drive circuits 2 and 3, and the control is executed based on the gate voltage. In this figure, only the IGBT to be driven is displayed, and the load connected to the IGBT, the configuration related to turn-on control, and the configuration of other IGBT devices are omitted.
[0070]
Even in the turn-off operation, if the operation is performed at a high speed, the IGBT is likely to be in a latch-up state and easily broken. Also, since di / dt increases, the jump voltage L × di / dt generated by the floating inductance L of the wiring or the like increases. Therefore, for example, it is necessary to control not to operate too fast by increasing the gate resistance. However, if the gate resistance is increased, erroneous ignition due to noise or the like will occur even after the turn-off operation is turned off after the latter half of the turn-off operation. The danger increases. Therefore, in the turn-off operation, the control of increasing the gate resistance in the first half and switching to the small gate resistance in the second half is very effective.
[0071]
The drive device of the present embodiment drives the IGBT 1 according to the off signal Vin applied to the input terminal 7, and connects the drive circuit 2 and the drive circuit 3 with the drive circuit 2, the drive circuit 3, and the gate of the IGBT 1, respectively. It has resistors 4 and 5, a gate power supply V ', and a control device 6 for controlling the operation of each drive circuit. The control device 6 includes a timing determination device 8 that determines a timing for switching the drive circuit, and a logic circuit that switches between the drive circuit 2 and the drive circuit 3 according to the output of the timing determination device 8. The resistance value Rd of the gate resistor 5 is set smaller than the resistance value Rc of the gate resistor 4. Further, in the present embodiment, the drive circuit is constituted by nMOS transistors, but may be any other device having a switch function.
[0072]
In the present embodiment, as an example of this logic circuit, a NAND gate 20 which receives an output signal of the timing determination device 8 via the inverter 22 and an inverted signal of the input signal Vin by the inverter 25 and sends an output to the drive circuit 2 is provided. And a NAND gate 21 which receives an output of the timing determination device 8 and an inverted signal of the input signal Vin and sends an output to the drive circuit 3.
[0073]
The timing determining device 8 in the present embodiment detects the gate voltage of the IGBT 1 and determines the timing for switching between the driving circuit 2 and the driving circuit 3. The configuration of the timing determination device 8 in the present embodiment includes a comparator 23 that compares the gate voltage of the IGBT 1 with a predetermined reference voltage Vref24 and the timer circuit 9.
[0074]
Next, the operation of this embodiment will be described. While the off signal Vin is input to the input terminal 7 and the gate voltage of the IGBT 1 is higher than the reference voltage Vref, the output of the comparator 23 is at the low level. Therefore, the nMOS transistor Sc of the drive circuit 2 is turned on, and the drive circuit 2 is activated. As a result, the gate capacitance of the IGBT 1 is discharged through the gate resistor 4. Thereafter, when the gate voltage of the IGBT 1 falls and the gate voltage becomes equal to or lower than a predetermined reference voltage Vref of the comparator 23, the output of the comparator 23 becomes High level, the output of the NAND gate 20 becomes Low level, and the drive circuit 2 At the same time, the output of the NAND gate 21 becomes High level and the drive circuit 3 starts, and the effective gate resistance of the IGBT 1 is switched from the large resistance value Rc to the small resistance value Rd.
[0075]
Here, the switching timing of the gate resistance may be a timing after the mirror period ends. Specifically, in this embodiment, the reference voltage Vref of the comparator 23 may be set lower than the gate voltage during the mirror period. Thus, the timing of switching the driving circuit can be set after the mirror period ends. Alternatively, the same effect can be obtained even if the reference voltage Vref of the comparator 23 is set to be equal to or lower than the threshold voltage of the IGBT1. In some cases, it may be devised that the power is turned off after the end of the mirror period through the timer circuit 9. The timer circuit 9 may be constituted by an existing delay circuit or a filter circuit that can significantly reduce the risk of malfunction or destruction.
[0076]
As described above, by reducing the gate resistance until the mirror is turned off and stable after the end of the mirror period, the danger of erroneous ignition due to noise or the like can be remarkably reduced from the latter half of the turn-off operation to the off-state as in the related art, and high reliability Drive device can be provided.
[0077]
Further, in the present embodiment, the drive circuit is constituted by nMOS transistors, but any other component having the same switch function may be employed. Further, in this embodiment, only the case of the turn-off operation has been described. However, by applying to both the turn-on and turn-off simultaneously in combination with the above-described embodiment of the turn-on operation, low loss and high reliability can be achieved over the entire switching operation. A drive circuit capable of performing optimal control can be provided. Further, in this embodiment, an example in which an IGBT is used as a main element is described. However, the effect of applying the present invention to other voltage-controlled semiconductor elements can be obtained in the same manner as in the present invention. This is similar to the first embodiment.
[0078]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a semiconductor device including a voltage-driven semiconductor element such as an IGBT, it is possible to reduce a time change rate of a current at the time of turn-on and to reduce a turn-on loss, and furthermore, there is a risk of malfunction or destruction. It is possible to provide a method and a device for driving a voltage-driven semiconductor device with extremely low reliability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a waveform chart illustrating a control method according to the first embodiment.
FIG. 3 is a waveform chart for explaining another control method of the first embodiment.
FIG. 4 is a circuit diagram for realizing another control method.
FIG. 5 is a circuit diagram of a second embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 6 is a circuit diagram of a third embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 7 is a waveform chart illustrating a control method according to a third embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram of a fourth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 9 is a circuit diagram of a fifth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 10 is a circuit diagram of a sixth embodiment to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a waveform chart illustrating a control method according to a sixth embodiment.
FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional driving circuit.
FIG. 13 is a waveform chart illustrating a conventional control method.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... IGBT, 2,3 ... Drive circuit, 4,5 ... Gate resistance, 6 ... Control device, 7 ... Input terminal, 8 ... Timing determination device, 9 ... Timer circuit, 10, 11, 20,
21: NAND gate, 12, 22, inverter, 23: comparator.

Claims (13)

ゲート電極に制御信号が加わった以降の初期状態が、ゲート電圧が時間とともに上昇および/または下降する第1の期間と当該第1の期間に引き続きゲート電圧がほぼ一定となる第2の期間とを少なくとも含んでいる、主電流を流すための高電位側の第1の電極と低電位側の第2の電極と、主電流を制御するためのゲート電極とを有する電力用半導体素子を備えた半導体装置の駆動方法において、前記初期状態をすべて含む第3の期間にて前記ゲート電極に印加する駆動電圧を、前記該第3の期間に続く第4の期間にて前記ゲートに印加する駆動電圧よりも低くするものであり、前記ゲート電極に印加する駆動電圧を前記初期状態が終了した後で変化させることを特徴とする半導体装置の駆動方法。The initial state after the control signal is applied to the gate electrode includes a first period in which the gate voltage rises and / or falls with time and a second period in which the gate voltage is substantially constant after the first period. A semiconductor including a power semiconductor element having at least a first electrode on a high potential side for flowing a main current, a second electrode on a low potential side, and a gate electrode for controlling a main current. In the driving method of the device, a driving voltage applied to the gate electrode in a third period including all of the initial state is set to be lower than a driving voltage applied to the gate in a fourth period following the third period. And a driving voltage applied to the gate electrode is changed after the initial state is completed. ゲート電極に制御信号が加わった以降の初期状態が、ゲート電圧が時間とともに上昇および/または下降する第1の期間と当該第1の期間に引き続きゲート電圧がほぼ一定となる第2の期間とを少なくとも含んでいる、主電流を流すための高電位側の第1の電極と低電位側の第2の電極と、主電流を制御するためのゲート電極とを有する電力用半導体素子を備えた半導体装置の駆動方法において、前記第3の期間には前記駆動電圧として予め定めた電圧を第1の抵抗値を有する第1のゲート抵抗を通して前記ゲート電極に印加し、前記第4の期間には前記予め定めた駆動電圧を前記第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の第2の抵抗値を有する第2の抵抗を通して前記ゲート電極に印加するものであり、前記駆動電圧として生成した予め定めた電圧を第1の抵抗値を有する第1のゲート抵抗を通して前記ゲート電極に印加する前記第3の期間から、前記予め定めた駆動電圧を前記第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の第2の抵抗値を有する第2の抵抗を通して前記ゲート電極に印加する前記第4の期間に、前記初期状態が終了した後で変化させることを特徴とする半導体装置の駆動方法。The initial state after the control signal is applied to the gate electrode includes a first period in which the gate voltage rises and / or falls with time and a second period in which the gate voltage is substantially constant after the first period. A semiconductor including at least a power semiconductor element having a first electrode on a high potential side for flowing a main current, a second electrode on a low potential side, and a gate electrode for controlling a main current. In the driving method of the device, a predetermined voltage as the driving voltage is applied to the gate electrode through a first gate resistor having a first resistance value during the third period, and the driving voltage is applied during the fourth period. A predetermined drive voltage is applied to the gate electrode through a second resistor having a second resistance value smaller than the first resistance value, and a predetermined voltage generated as the drive voltage is applied to the gate electrode. From the third period in which the predetermined drive voltage is applied to the gate electrode through a first gate resistor having a first resistance value, the second resistance having a smaller resistance value than the first resistance value. A driving method of the semiconductor device, wherein the voltage is changed after the initial state is completed in the fourth period in which the voltage is applied to the gate electrode through a second resistor having a value. ゲート電極に制御信号が加わった後に主電流が時間とともに上昇および/または下降する第5の期間と、該第5の期間の後前記主電流が下降あるいは上昇して安定した状態に至るまでの第6の期間とを少なくとも含んでいる電力用半導体装置の駆動方法において、前記第6の期間をすべて含む第7の期間にて前記ゲート電極に印加する駆動電圧を、前記第7の期間に続く第8の期間にて前記ゲートに印加する駆動電圧よりも低くするものであり、前記ゲート電極に印加する駆動電圧を前記初期状態が終了した後で変化させることを特徴とする半導体装置の駆動方法。A fifth period in which the main current rises and / or falls with time after the control signal is applied to the gate electrode; and a fifth period during which the main current falls or rises to a stable state after the fifth period. A driving voltage applied to the gate electrode in a seventh period including all of the sixth periods, wherein a driving voltage applied to the gate electrode in a seventh period including all of the sixth periods is changed. A driving method of a semiconductor device, wherein the driving voltage is lower than the driving voltage applied to the gate during a period of 8, and the driving voltage applied to the gate electrode is changed after the initial state is completed. ゲート電極に制御信号が加わった後に主電流が時間とともに上昇および/または下降する第5の期間と、該第5の期間の後前記主電流が下降および/または上昇して安定した状態に至るまでの第6の期間とを少なくとも含んでいる電力用半導体装置の駆動方法において、前記第7の期間には前記駆動電圧として予め定めた電圧を前記第1の抵抗値を有する前記第1のゲート抵抗を通して前記ゲート電極に印加し、前記第8の期間には前記予め定めた駆動電圧を前記第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の前記第2の抵抗値を有する前記第2の抵抗を通して前記ゲート電極に印加するものであり、
前記駆動電圧として予め定めた電圧を前記第1の抵抗値を有する前記第1のゲート抵抗を通して前記ゲート電極に印加する前記第7の期間から、前記予め定めた駆動電圧を前記第1の抵抗値よりも小さな抵抗値の前記第2の抵抗値を有する前記第2の抵抗を通して前記ゲート電極に印加する前記第8の期間に、前記第5の期間が終了した後で変化させることを特徴とする半導体装置の駆動方法。
A fifth period during which the main current rises and / or falls with time after the control signal is applied to the gate electrode, and a period until the main current falls and / or rises to a stable state after the fifth period. The driving method of the power semiconductor device including at least a sixth period of the first gate resistance having the first resistance value at a predetermined voltage as the driving voltage during the seventh period. And applying the predetermined drive voltage to the gate electrode through the second resistor having a second resistance value smaller than the first resistance value during the eighth period. Applied to the electrodes,
From the seventh period in which a predetermined voltage is applied as the drive voltage to the gate electrode through the first gate resistor having the first resistance value, the predetermined drive voltage is changed to the first resistance value. In the eighth period applied to the gate electrode through the second resistor having the second resistance value smaller than the second resistance value, the voltage is changed after the fifth period ends. A method for driving a semiconductor device.
半導体装置のゲート電極に駆動電圧を印加して駆動する半導体装置の駆動装置において、前記駆動電圧を生成する第1および第2の駆動回路と、前記第1の駆動回路と前記ゲート電極とを接続する第1のゲート抵抗と、前記第2の駆動回路と前記ゲート電極とを接続する前記第1のゲート抵抗の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2のゲート抵抗と、入力される制御信号に応じて最初に前記第1の駆動回路を動作させるとともに、動作させる駆動回路を切り換えるタイミングを決定し、該タイミングに応じて前記第1の駆動回路の動作を停止し、第2の駆動回路の動作を開始する制御回路とを有し、前記制御回路は前記第3の期間から第4の期間に切り換えるための前記タイミングを決定するタイミング決定装置を有することを特徴とする半導体装置の駆動装置。In a driving device for a semiconductor device that drives by applying a driving voltage to a gate electrode of a semiconductor device, a first and a second driving circuit that generates the driving voltage are connected to the first driving circuit and the gate electrode. A first gate resistance, and a second gate resistance having a second resistance smaller than the resistance of the first gate resistance connecting the second drive circuit and the gate electrode. First, the first drive circuit is operated in accordance with the control signal, and the timing for switching the drive circuit to be operated is determined. In response to the timing, the operation of the first drive circuit is stopped. A control circuit for starting operation of the drive circuit, wherein the control circuit includes a timing determination device for determining the timing for switching from the third period to the fourth period. Drive apparatus for a semiconductor device to be. 半導体装置のゲート電極に駆動電圧を印加して駆動する半導体装置の駆動装置において、前記駆動電圧を生成する第1および第2の駆動回路と、前記第1の駆動回路と前記ゲート電極とを接続する、第1のゲート抵抗と、前記第2の駆動回路と前記ゲート電極とを接続する前記第1のゲート抵抗の抵抗値よりも小さい第2の抵抗値を有する第2のゲート抵抗と、入力される制御信号に応じて最初に前記第1の駆動回路を動作させた後に、タイミングを決定し、該タイミングに応じて前記第2の駆動回路の動作を開始する制御回路とを有し、前記制御回路は第4の期間に前記第2の駆動回路を起動するための前記タイミングを決定するタイミング決定装置を有することを特徴とする半導体装置の駆動装置。In a driving device for a semiconductor device that drives by applying a driving voltage to a gate electrode of a semiconductor device, a first and a second driving circuit that generates the driving voltage are connected to the first driving circuit and the gate electrode. A first gate resistor, a second gate resistor having a second resistance smaller than a resistance of the first gate resistor connecting the second drive circuit and the gate electrode, and an input. A control circuit that first determines the timing after operating the first drive circuit according to the control signal to be performed, and starts the operation of the second drive circuit according to the timing. The driving device of a semiconductor device, wherein the control circuit includes a timing determination device that determines the timing for activating the second driving circuit during a fourth period. 請求項3乃至請求項6のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置は、入力される制御信号入力後、前記第1および第2の期間からなる初期状態を含んで設定される期間だけ遅延させる遅延回路を有し、該遅延信号が出力された時点を前記タイミングとすることを特徴とする半導体装置の駆動装置。
In any one of claims 3 to 6,
The timing determination device has a delay circuit that delays by a set period including an initial state including the first and second periods after the input of the control signal to be input, and when the delay signal is output Is the timing described above.
請求項3乃至請求項6のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置は、前記半導体素子の第1の電極の電位を検出し、前記検出された前記第1の電極の電位が予め定めた基準となる電圧値以下および/または以上かどうかを判定する判定回路を有し、該判定の結果前記検出された前記半導体素子の第1の電位が前記予め定めた電圧値以下および/または以上となった時点を、前記タイミングとすることを特徴とする半導体装置の駆動装置。
In any one of claims 3 to 6,
The timing determination device detects a potential of a first electrode of the semiconductor element, and determines whether the detected potential of the first electrode is equal to or less than and / or equal to a predetermined reference voltage value. A semiconductor circuit having a determination circuit, wherein a timing at which the detected first potential of the semiconductor element becomes equal to or lower than the predetermined voltage value as a result of the determination is set as the timing; The drive of the device.
請求項3乃至請求項6のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置は、前記半導体素子のゲート電圧を検出し、前記検出されたゲート電圧が予め定めた基準となる電圧値以上および/または以下かどうかを判定するゲート電圧判定回路を有し、該判定の結果前記検出されたゲート電圧が前記予め定めた電圧値以上および/または以下となった時点を前記タイミングとすることを特徴とする半導体装置の駆動装置。
In any one of claims 3 to 6,
The timing determination device includes a gate voltage determination circuit that detects a gate voltage of the semiconductor element and determines whether the detected gate voltage is equal to or higher than a predetermined reference voltage value and / or lower. A driving device for a semiconductor device, wherein a timing when the detected gate voltage becomes equal to or more than the predetermined voltage value as a result of the determination is set as the timing.
請求項3乃至請求項6のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置は、前記半導体素子の主電流および主電流の電流量に応じて変化する電流のうち、いずれか一つを検出し前記検出された電流値が予め定めた基準となる電流値以上および/または以下かどうかを判定する電流判定回路を有し、該判定の結果前記検出された電流値が前記予め定めた電流値以上および/または以下となった時点を前記タイミングとすることを特徴とする半導体装置の駆動回路。
In any one of claims 3 to 6,
The timing determination device detects any one of a main current of the semiconductor element and a current that changes according to a current amount of the main current, and the detected current value is equal to or more than a predetermined reference current value. And / or a current judging circuit for judging whether or not the current value is equal to or less than the predetermined current value as a result of the judgment. Circuit for driving a semiconductor device.
請求項6乃至請求項10のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置は、各種検出時点から予め定めた時間だけ計測するタイマー回路を有し、各種検出時点から予め定めた時間だけ経過して前記タイマー回路から出力が出された時点を前記タイミングとすることを特徴とする半導体装置の駆動回路。
In any one of claims 6 to 10,
The timing determination device has a timer circuit that measures only a predetermined time from various detection times, and a time when an output is output from the timer circuit after a predetermined time has elapsed from various detection times is the timing. A driving circuit for a semiconductor device, comprising:
請求項6乃至請求項11のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置は、各種検出時点から予め定めた時間だけ継続して検出し続けることを検知するフィルタ回路を有し、各種検出時点から予め定めた時間だけ経過して前記フィルタ回路から出力が出された時点を前記タイミングとすることを特徴とする半導体装置の駆動回路。
In any one of claims 6 to 11,
The timing determination device has a filter circuit that detects that the detection is continuously performed for a predetermined time from various detection times, and an output is output from the filter circuit after a predetermined time has elapsed from the various detection times. A driving circuit for a semiconductor device, wherein a timing at which the driving is performed is the timing.
請求項6乃至請求項12のいずれか1項において、
前記タイミング決定装置が有する各種判定回路で基準となる値を可変とするための機能を有することを特徴とする半導体素子の駆動装置。
In any one of claims 6 to 12,
A device for driving a semiconductor element, characterized by having a function of making a reference value variable in various determination circuits included in the timing determination device.
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