JP2006340579A - Gate circuit of insulating gate semiconductor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路に関する。 The present invention relates to a gate circuit of an insulated gate semiconductor element.
MOS型ゲート構造を有する絶縁ゲート型半導体素子には、たとえばMOSFET、IGBT、IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)などがある。 Insulated gate semiconductor elements having a MOS gate structure include, for example, MOSFETs, IGBTs, and IEGTs (Injection Enhanced Gate Transistors).
これら絶縁ゲート型半導体素子は、電圧駆動型であり、ゲート・エミッタ間の容量を充電、放電する電流がオンオフ切り替え時に短時間流れるだけで、定常時にはゲート電流が流れない。したがって、絶縁ゲート型半導体素子のゲートパワーはパイポーラ素子に比べ非常に小さくできる利点がある。また、絶縁ゲート型半導体素子は、MOS型ゲート構造特有の高速動作が可能である。 These insulated gate type semiconductor devices are of voltage drive type, and the current for charging and discharging the capacitance between the gate and the emitter flows for a short time when switching on and off, and the gate current does not flow in a steady state. Therefore, there is an advantage that the gate power of the insulated gate semiconductor element can be made very small as compared with the bipolar element. Further, the insulated gate semiconductor element can operate at a high speed peculiar to the MOS gate structure.
これらのことから、近年、この種の電圧駆動型の半導体素子の開発が進められ、高圧大電流(例えば4.5kV―5000A級)の絶縁ゲート型半導体素子が開発され、電力変換装置への適用が拡大している。 For these reasons, in recent years, this type of voltage-driven semiconductor element has been developed, and an insulated gate semiconductor element having a high voltage and large current (for example, 4.5 kV-5000 A class) has been developed and applied to a power converter. Is expanding.
しかしながら、絶縁ゲート型半導体素子は、高電圧、大電流化に伴いコレクタ・エミッタ間、コレクタ・ゲート間、およびゲート・エミッタ間の夫々の静電容量が大きくなってきている。特にトレンチ型は、そのゲート構造上従来のプレーナ型以上にゲート・エミッタ間静電容量が大きくなり、1.5〜2倍程度になる場合がある。 However, the capacitance of the insulated gate semiconductor element has increased with the increase in voltage and current, respectively, between the collector and emitter, between the collector and gate, and between the gate and emitter. In particular, the trench type has a gate-emitter capacitance larger than that of the conventional planar type due to its gate structure, and may be about 1.5 to 2 times.
絶縁ゲート型半導体素子は、ゲートのターンオン、ターンオフの過渡時にゲート・エミッタ間の容量特性によりゲート・コレクタ電圧が一定電圧となり、この期間は制御不能となる所謂ミラー電圧時間が現れる。特にターンオン時には高耐圧素子ほどミラー電圧時間が長くなる傾向がある。これは、特にゲート・エミッタ間の容量がコレクタ・エミッタ間電圧に依存するためで、ターンオンによりコレクタ・エミッタ電圧が低下してくるとゲート・エミッタ容量が増加することに起因する。 In the insulated gate semiconductor device, the gate-collector voltage becomes a constant voltage due to the capacitance characteristic between the gate and the emitter at the time of gate turn-on and turn-off transitions, and a so-called mirror voltage time during which the control becomes impossible appears. In particular, at the time of turn-on, the mirror voltage time tends to be longer as the high breakdown voltage element. This is particularly because the gate-emitter capacitance depends on the collector-emitter voltage, and the gate-emitter capacitance increases when the collector-emitter voltage decreases due to turn-on.
PWM(パルス幅変調)インバータでは、負荷電流をより正弦波に近くするため、そのスイッチング周波数を高くすることが望まれるが、前記のミラー時間により最小オン時間やデッドタイムの制約が生じて上限周波数が制限されることになる。 In a PWM (pulse width modulation) inverter, it is desirable to increase the switching frequency in order to make the load current closer to a sine wave. However, the above-mentioned mirror time causes restrictions on the minimum on-time and dead time, resulting in an upper limit frequency. Will be limited.
このミラー時間は、ゲート抵抗を小さくすれば短縮することが可能であるが、そうすると、絶縁ゲート型半導体素子のスイッチング特性も早くなり、ターンオン時には電流が急峻に立ち上がり(dI/dt)、またターンオフ時には電圧が急峻に立ち上がるため(dV/dt)、このような電流や電圧の急激な変化によって素子が破損する、またEMIノイズが多くなる、或いは負荷側へ悪影響を及ぼすこと等が問題となる。 This mirror time can be shortened by reducing the gate resistance. However, when the gate resistance is reduced, the switching characteristics of the insulated gate semiconductor device are also accelerated, and the current rises sharply (dI / dt) at turn-on, and at turn-off. Since the voltage rises steeply (dV / dt), the device is damaged by such a rapid change in current and voltage, EMI noise increases, or the load side is adversely affected.
上記のような悪影響を防止するために、ターンオン、ターンオフ時にはゲート信号にデッドタイムを設け、上下アームの短絡を防止している。 In order to prevent such adverse effects as described above, a dead time is provided in the gate signal during turn-on and turn-off to prevent the upper and lower arms from being short-circuited.
しかしながら、反対アームの絶縁ゲート型半導体素子をターンオンまたはターンオフすると、特に電流の急変(dI/dt)や電圧の急変(dV/dt)によるゲート・エミッタ間の容量への充電または放電により、ゲート電圧が正方向または負方向に持ち上がるという現象が確認されている。 However, when the insulated gate semiconductor device of the opposite arm is turned on or turned off, the gate voltage is increased by charging or discharging the capacitance between the gate and the emitter due to a sudden change in current (dI / dt) or a sudden change in voltage (dV / dt). Has been confirmed to lift in the positive or negative direction.
上記の現象を防止するためには、ゲート・エミッタ間にコンデンサを設けることが有効であるが、コンデンサを設けると絶縁ゲート型半導体素子のスイッチング時間が遅くなるためスイッチング損失が増加するという問題が発生する。 In order to prevent the above phenomenon, it is effective to provide a capacitor between the gate and the emitter. However, if a capacitor is provided, the switching time of the insulated gate semiconductor element is delayed, resulting in an increase in switching loss. To do.
以上述べたような諸問題を解決するための絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路が、特許文献1に提案されている。
A gate circuit of an insulated gate semiconductor element for solving the problems as described above is proposed in
特許文献1に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、絶縁ゲート型半導体素子を駆動するために、半導体素子がそれぞれトーテムポール接続された直列接続体を2組設け、夫々の陽極及び陰極に抵抗を介して正負の電源を接続し、第1組の半導体素子の中点は抵抗を介し、第2組の半導体素子の中点は直接絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続し、第2組の半導体素子へ遅延回路によりスイッチング信号を遅延させて供給するようにし、第1組の直列接続体の負側半導体素子に直列接続された抵抗と並列にスイッチング素子を設けて、スイッチング素子をワンショット信号発生回路の出力信号によりオンオフ制御することによって、ターンオフ時に絶縁ゲート型半導体素子に充電されていた電荷をいち早く放電させるようにしている。
特にトレンチ型半導体素子は、そのゲート構造上従来のプレーナ型以上にゲート・エミッタ間静電容量が大きくなり、1.5〜2倍程度になる場合がある。 In particular, the trench type semiconductor device has a gate-emitter capacitance larger than that of the conventional planar type due to its gate structure, which may be about 1.5 to 2 times.
特許文献1に記載されている技術により、これまでの様々な問題が解決できるようになってきたところであるが、近年のトレンチゲート型絶縁ゲート型半導体素子は、前述のようにゲート容量がプレーナゲート型絶縁ゲート型半導体素子に対し1.5〜2倍程度増加するため、ターンオン時のミラー時間がさらに延びる傾向、すなわち、ターンオンタイムが延びる傾向にある。
The technology described in
このため、近年の絶縁ゲート型半導体素子では、上下アーム素子間のデッドタイムを増大させる必要がでてきた。 For this reason, in recent insulated gate type semiconductor devices, it is necessary to increase the dead time between the upper and lower arm devices.
ゲート抵抗とターンオン時間には相関関係があり、ターンオン時間短縮にはゲート抵抗値の低減が効果的である。しかし、ゲート抵抗値を下げると、トレンチゲート型絶縁ゲート型半導体素子の場合にはプレーナ型以上にスイッチング特性も早くなりターンオン時の電圧の立ち下がり(−dV/dt)がより急峻になり、コレクタ電流の立ち上がり(dI/dt)の増大による半導体素子の破損や、サージ電圧の増大による絶縁ゲート型半導体素子と逆並列に接続されたダイオード素子の破損、EMIノイズの誘発、負荷への悪影響が懸念される。 There is a correlation between the gate resistance and the turn-on time, and reducing the gate resistance value is effective for shortening the turn-on time. However, when the gate resistance value is lowered, in the case of a trench gate type insulated gate semiconductor device, the switching characteristic is faster than that of the planar type, and the voltage drop (−dV / dt) at turn-on becomes steeper, and the collector Concerned about damage to semiconductor elements due to increased current rise (dI / dt), damage to diode elements connected in reverse parallel to insulated gate semiconductor elements due to increased surge voltage, induction of EMI noise, and adverse effects on loads Is done.
このため、−dV/dtやdI/dtを増大させずターンオンタイムを短縮できるゲート回路に改善することが望まれていた。 Therefore, it has been desired to improve the gate circuit so that the turn-on time can be shortened without increasing -dV / dt or dI / dt.
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、悪影響を与えることなく絶縁ゲート型半導体素子のターンオンタイムをより短縮することが可能な絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides a gate circuit for an insulated gate semiconductor device capable of further reducing the turn-on time of the insulated gate semiconductor device without adversely affecting the device. Objective.
上記目的を達成するため、本発明の第1の発明である絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、一端が正側電源に接続され、第1の半導体制御素子と第1の抵抗を直列接続して成る第1の直列回路と、一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と、前記第1の抵抗に並列に設けられたスイッチング素子と、前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御手段とを備えたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the first aspect of the present invention has one end connected to the positive power supply, and the first semiconductor control device and the first resistor connected in series. And a second semiconductor control element having one end connected to the other end of the first series circuit and the other end connected to a negative power source, and having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element And a second series circuit formed by connecting a second resistor in series, one end connected to the positive power supply, the other end connected to the gate of an insulated gate semiconductor element, and the same polarity as the first semiconductor control element A third series control circuit comprising a third semiconductor control element and a third resistor connected in series, one end connected to the other end of the third series circuit and the other end connected to the negative power source, A fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. 4, a fifth resistor connected between a connection point of the first series circuit and the second series circuit and a gate of the insulated gate semiconductor element, and the first resistor connected to each other. A switching signal source for supplying a switching signal to the control pole of the semiconductor control element and the control pole of the second semiconductor control element via a sixth resistor, the third semiconductor control element, and the fourth semiconductor control Two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source to each control pole of the element with a predetermined time delay respectively, a switching element provided in parallel with the first resistor, and the switching element And a control means for on / off control.
また、本発明の第2の発明である絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、一端が正側電源に接続され、第1の半導体制御素子と第1の抵抗を直列接続して成る第1の直列回路と、一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と、前記第1の抵抗と並列に設けられ、前記絶縁ゲート型半導体素子のゲート容量以上の容量を有するコンデンサとを備えたことを特徴としている。 The gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the second invention of the present invention is a first circuit in which one end is connected to a positive power source and a first semiconductor control device and a first resistor are connected in series. A series circuit, one end connected to the other end of the first series circuit, the other end connected to a negative power source, a second semiconductor control element and a second resistor having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element And a third semiconductor circuit having one end connected to the positive power source and the other end connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and having the same polarity as the first semiconductor control element A third series circuit comprising a control element and a third resistor connected in series; one end connected to the other end of the third series circuit; the other end connected to the negative power supply; and the third semiconductor control A fourth series circuit comprising a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the element and a fourth resistor connected in series; The fifth resistor connected between the connection point of the first series circuit and the second series circuit and the gate of the insulated gate semiconductor element, and the control of the first semiconductor control element connected to each other A switching signal source for supplying a switching signal to a control pole of the second semiconductor control element via a sixth resistor, and control poles of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element, respectively. In addition, two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source with a predetermined time delay, respectively, and a capacitance greater than the gate capacitance of the insulated gate semiconductor element are provided in parallel with the first resistor. It is characterized by having a capacitor.
また、本発明の第3の発明である絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、
一端が正側電源に接続され、第1の半導体制御素子と第1の抵抗を直列接続して成る第1の直列回路と、一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する第1及び第2の遅延回路と、前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号生成手段と、前記ワンショット信号生成手段の出力と前記第1の遅延回路の出力の論理和を前記第3の半導体制御素子の制御極に与える論理和生成手段とを備えたことを特徴としている。
The gate circuit of the insulated gate semiconductor element according to the third aspect of the present invention is:
One end connected to the positive power source, a first series circuit formed by connecting a first semiconductor control element and a first resistor in series, one end to the other end of the first series circuit, and the other end to negative A second series circuit formed by connecting a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor in series, and one end of the second power supply A third series circuit having the other end connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element, and a third resistor connected in series; Is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power source, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. And a connection point between the first series circuit and the second series circuit and the insulated gate semiconductor. A fifth resistor connected between the gates of the element, and a switching signal via a sixth resistor to the control pole of the first semiconductor control element and the control pole of the second semiconductor control element connected to each other And a switching signal source for supplying a switching signal from the switching signal source to each control pole of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay respectively. A second delay circuit, a one-shot signal generation means triggered by an ON command signal output from the switching signal source, a logical sum of the output of the one-shot signal generation means and the output of the first delay circuit; And a logical sum generation means for giving to the control pole of the third semiconductor control element.
また、本発明の第4の発明である絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、
一端が正側電源に接続され、第1の半導体制御素子と第1の抵抗を直列接続して成る第1の直列回路と、一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と、前記正側電源の正極方向に直列に接続された正側加算用電源と、前記正側加算用電源の正極から第3のダイオードを介して前記正側電源に接続された電圧加算用スイッチング素子とを備え、前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号により前記電圧加算用スイッチング素子をオンさせるようにしたことを特徴としている。
The gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the fourth aspect of the present invention is:
One end connected to the positive power source, a first series circuit formed by connecting a first semiconductor control element and a first resistor in series, one end to the other end of the first series circuit, and the other end to negative A second series circuit formed by connecting a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor in series, and one end of the second power supply A third series circuit having the other end connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element, and a third resistor connected in series; Is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power source, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. And a connection point between the first series circuit and the second series circuit and the insulated gate semiconductor. A fifth resistor connected between the gates of the element, and a switching signal via a sixth resistor to the control pole of the first semiconductor control element and the control pole of the second semiconductor control element connected to each other A switching signal source for supplying the switching signal, and two delays for supplying the switching signal from the switching signal source to the control poles of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay, respectively. A circuit, a positive addition power supply connected in series in the positive direction of the positive power supply, and a voltage addition connected from the positive electrode of the positive addition power supply to the positive power supply via a third diode A switching element, and the voltage adding switching element is turned on by a one-shot signal triggered by an on command signal output from the switching signal source. It is set to.
更に、本発明の第5の発明である絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、一端が正側電源に接続され、第1の半導体制御素子と第1の抵抗を直列接続して成る第1の直列回路と、一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第5の半導体制御素子と第7の抵抗を直列接続して成る第5の直列回路と、前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路とを備え、前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号により前記第5の半導体制御素子をオンさせるようにしたことを特徴としている。 Further, the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the fifth aspect of the present invention is a first circuit in which one end is connected to a positive power source and a first semiconductor control element and a first resistor are connected in series. A series circuit, one end connected to the other end of the first series circuit, the other end connected to a negative power source, a second semiconductor control element and a second resistor having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element And a third semiconductor circuit having one end connected to the positive power source and the other end connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and having the same polarity as the first semiconductor control element A third series circuit comprising a control element and a third resistor connected in series; one end connected to the other end of the third series circuit; the other end connected to the negative power supply; and the third semiconductor control A fourth series circuit comprising a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the element and a fourth resistor connected in series; The fifth resistor connected between the connection point of the first series circuit and the second series circuit and the gate of the insulated gate semiconductor element, and the control of the first semiconductor control element connected to each other A switching signal source for supplying a switching signal via a sixth resistor to the pole and the control pole of the second semiconductor control element, one end connected to the positive power supply, and the other end connected to the gate of the insulated gate semiconductor element A fifth series circuit comprising a fifth semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a seventh resistor connected in series, the third semiconductor control element and the fourth semiconductor Each control pole of the control element is provided with two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source with a predetermined time delay, respectively, and triggered by an ON command signal output from the switching signal source. It is characterized in that so as to turn on the fifth semiconductor control element by Tsu preparative signal.
本発明によれば、悪影響を与えることなく絶縁ゲート型半導体素子のミラー時間を短縮することができるので、絶縁ゲート型半導体素子のターンオンタイムをより短縮することが可能な絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を提供することが可能となる。 According to the present invention, since the mirror time of the insulated gate semiconductor device can be shortened without adversely affecting the gate of the insulated gate semiconductor device, the turn-on time of the insulated gate semiconductor device can be further shortened. A circuit can be provided.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例1に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路について図1及び図2を参照して説明する。図1は、本発明の実施例1に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図である。 The gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
制御極を備えた半導体制御素子であるNPN型半導体素子(Nチャネル半導体素子)1とこのNPN型半導体素子1とは逆極性のPNP型半導体素子(Pチャネル半導体素子)2は直列にトーテムポール接続され、第1の直列接続体を形成している。同様にトーテムポール接続されたNPN型半導体素子3とPNP型半導体素子4は第2の直列接続体を形成している。ここで、NPN型半導体素子1、PNP型半導体素子2、NPN型半導体素子3、及びPNP型半導体素子4は、何れもバイポーラトランジスタである。
An NPN-type semiconductor element (N-channel semiconductor element) 1 which is a semiconductor control element having a control pole and a PNP-type semiconductor element (P-channel semiconductor element) 2 having a polarity opposite to that of the NPN-
第1の直列接続体の正側即ちNPN型半導体素子1のコレクタは、抵抗5を介して電源P(正)に、また負側即ちPNP型半導体素子2のコレクタは、抵抗6を介して電源N(負)に接続されている。同様に、第2の直列接続体の正側即ちNPN型半導体素子3のコレクタは、抵抗7を介して電源P(正)に、また負側即ちPNP型半導体素子4のコレクタは、抵抗8を介して電源N(負)に接続されている。また、第1の直列接続体と第2の直列接続体の各々の中点(NPN型半導体素子1とPNP型半導体素子2の接続点並びにNPN型半導体素子3とPNP型半導体素子4の接続点)間には抵抗9が接続されており、またこの第2の直列接続体の中点は駆動すべき絶縁ゲート型半導体素子10のゲートGに接続されている。
The positive side of the first series connection body, that is, the collector of the NPN
ここで、抵抗3及び抵抗4は、低インピーダンスの抵抗器であるが、発振現象などの異常を生ずることなく絶縁ゲート型半導体素子10を安定に駆動するためには、通電時の電圧ドロップが、NPN型半導体素子3又はPNP型半導体素子4のオン電圧に対して十分大きい値となるように抵抗値を選定しておく必要がある。
Here, the
第1の直列接続体を構成しているNPN型半導体素子1とPNP型半導体素子2の各々の制御極であるベースは互いに接続され、ここに抵抗11の一端が接続されている。
Bases that are control poles of the
この抵抗11の他端には、スイッチング信号(出力信号A)を供給するスイッチング信号源12の出力端が接続されている。
The other end of the resistor 11 is connected to an output end of a
また、スイッチング信号源12が供給する出力信号Aは、夫々遅延回路13及び14を介して第2の直列接続体を構成しているNPN型半導体素子3及びPNP型半導体素子4の夫々の制御極であるベースに供給されている。
The output signal A supplied from the switching
第1の直列接続体の負側に直列に設けられた抵抗6と並列にスイッチング素子15が接続されている。ここでスイッチング素子15は、所謂スイッチングトランジスタである(以下、他のスイッチング素子においても同様である)。
A switching element 15 is connected in parallel with the
このスイッチング素子15は、スイッチング信号源12の出力信号Aのオフ制御信号をトリガとしてワンショット信号を供給するワンショット信号発生回路16の出力信号により駆動される。
The switching element 15 is driven by an output signal of a one-shot
更に第1の直列接続体の正側に直列に設けられた抵抗5と並列にスイッチング素子17が接続されている。ここでスイッチング素子17もスイッチングトランジスタである。
Further, a switching
このスイッチング素子17は、スイッチング信号源12の出力信号Aのオン制御信号をトリガとしてワンショット信号を供給するワンショット信号発生回路18の出力信号により駆動される。
The switching
以下本実施例の動作及び効果について図2を参照して説明する。 The operation and effect of the present embodiment will be described below with reference to FIG.
図2は、図1に示したゲート回路で絶縁ゲート型半導体素子を駆動したときの動作タイムチャートである。 FIG. 2 is an operation time chart when the insulated gate semiconductor element is driven by the gate circuit shown in FIG.
まず、時刻t=t0までは、スイッチング信号源12の出力信号AによりPNP型半導体素子2(SW2)及びPNP型半導体素子4(SW4)にオン信号が供給されている。このときNPN型半導体素子1(SW1)及びNPN型半導体素子3(SW3)はオフとなっている。
First, the ON signal is supplied to the PNP semiconductor element 2 (SW2) and the PNP semiconductor element 4 (SW4) by the output signal A of the
時刻t=t0でスイッチング信号源12の出力信号Aが反転してオン制御信号になると、PNP型半導体素子2(SW2)及びPNP型半導体素子4(SW4)にオフ信号が、またNPN型半導体素子1(SW1)及びNPN型半導体素子3(SW3)にオン信号が供給される。これと共に、上記オン制御信号をワンショット信号発生回路18が受けると同時にワンショット信号を出力して所定の期間だけスイッチング素子17(SW17)がオンされる。
When the output signal A of the
これにより、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間には、抵抗9、NPN型半導体素子1及びスイッチング素子17の充電ルートで電荷が充電され始める。
As a result, electric charges begin to be charged between the gate and the emitter of the insulated
そして、スイッチング素子17はミラー電圧到達前の時刻t=t1でオフされ、その後抵抗5を介して上記の充電が継続される。時刻t=t2でゲート・エミッタ間電圧がミラー電圧に到達すると、絶縁ゲート型半導体素子10はターンオンし、コレクタ・エミッタ間電圧(Vce)が低下してコレクタ電流(Ic)が流れ出す。
The switching
これにより、図2の破線で示したスイッチング素子17を使用しないときのミラー時間までの到達時間(t2´−t0)は、スイッチング素子17によるワンショット効果による時間の早い充電により、より短いミラー時間までの到達時間(t2−t0)になる。
As a result, the arrival time (t2′−t0) until the mirror time when the switching
これは次の理由による。例えば、ターンオン時、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間の静電容量に蓄積すべき電荷Qが20μクーロンであって、上記スイッチング素子17を使用しないときの抵抗9と抵抗5の合計値で決まるオンゲート電流が2Aの場合には、前記電荷Qを充電するまで約10μ秒かかる。
This is due to the following reason. For example, at the time of turn-on, the charge Q to be accumulated in the capacitance between the gate and the emitter of the insulated
これに対し、ターンオン時にスイッチング素子17をオンして抵抗9のみにより、例えばオンゲート電流を10A流すようにすれば、Q=電流×時間であるので、2μ秒でゲート・エミッタ間の電荷を充電することができることになる。
On the other hand, if the switching
一方、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧(Vge)は、図2に示すように、ゲート・エミッタ間容量の充電が完了するまでミラー電圧レベルが継続する。この時間は、抵抗9の抵抗値にもよるが20〜30μ秒にもなる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, the gate voltage (Vge) of the insulated
ゲート・エミッタ間容量は、遅延回路13で設定された時間(たとえば10μ秒)後の時刻t=t3で、第2の直列接続体のNPN型半導体素子3(SW3)がオンになり、低インピーダンスの抵抗7を介して直ちに充電される。 The gate-emitter capacitance is such that the NPN-type semiconductor element 3 (SW3) of the second series connection body is turned on at a time t = t3 after a time set by the delay circuit 13 (for example, 10 μsec), and the low impedance The battery is immediately charged through the resistor 7.
このようにしてミラー電圧までの到達時間を早めたことによりNPN型半導体素子3(SW3)のオン制御が可能となるt=t3のタイミングがt=t3´より早められることになる。 Thus, by increasing the arrival time to the mirror voltage, the timing of t = t3 at which the ON control of the NPN semiconductor element 3 (SW3) can be performed is advanced from t = t3 ′.
次に、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧(Vge)が正の電源Pのレベルまで上昇し、絶縁ゲート型半導体素子10は安定したオン状態となる。この状態となれば、外乱などによりゲート電圧が低下しようとしてもNPN型半導体素子3(SW3)と直列に接続された抵抗7によりゲート電圧が低下することなく維持される。
Next, the gate voltage (Vge) of the insulated
スイッチング信号源12の出力信号Aが時刻t=t4で反転してオフ制御信号となると、NPN型半導体素子1(SW1)及び3(SW3)にオフ信号、PNP型半導体素子2(SW2)にオン信号が与えられる。これと共に、上記オフ制御信号をワンショット信号発生回路18が受けると同時にワンショット信号を出力して所定の期間だけスイッチング素子15(SW15)がオンされる。
When the output signal A of the
これにより、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間に充電されていた電荷が抵抗9、NPN型半導体素子2及びスイッチング素子15の放電ルートで放電され始める。
As a result, the electric charge charged between the gate and the emitter of the insulated
そして、スイッチング素子15はミラー時間完了前にオフになり、抵抗6を介して放電が継続される。コレクタ・エミッタ間電圧(Vce)は放電完了後の時刻t=t5で上昇を開始し、時刻t=t6で電流が遮断されてターンオフが完了する。その後、遅延回路14により遅延したスイッチング信号源12の出力信号AによりPNP型半導体素子4(SW4)がオンになる。
Then, the switching element 15 is turned off before the mirror time is completed, and the discharge is continued through the
以上の動作により、図2の破線で示したターンオフ時のスイッチング素子15を使用しないときのミラー時間(t5´−t4)は、スイッチング素子15によるワンショットによる時間の早い放電により、より短いミラー時間(t5−t4)になりターンオフタイムを短くすることができる。 With the above operation, the mirror time (t5′-t4) when the switching element 15 at the time of turn-off indicated by the broken line in FIG. 2 is not used is shorter due to the early discharge by the one-shot by the switching element 15. (T5-t4) and the turn-off time can be shortened.
例えば、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間の静電容量に蓄積された電荷Qが20μクーロンであり、上記スイッチング素子15を使用しないときの抵抗9と抵抗6の合計値で決まるオフゲート電流が2Aの場合には、前記電荷Qを引き抜くまで約10μ秒かかる。
For example, the charge Q accumulated in the capacitance between the gate and the emitter of the insulated
これに対し、ターンオフ時にスイッチング素子15をオンして抵抗9のみにより、例えばオフゲート電流を10A流せば、Q=電流×時間であるので、2μ秒でゲート・エミッタ間の電荷を引き抜くことができ、ターンオフタイムが大幅に短縮される。
On the other hand, if the switching element 15 is turned on at the time of turn-off and only the
尚、このゲート回路の遅延回路14で設定する遅延時間は、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフ時間(t6−t4)以上に設定する。
The delay time set by the
この遅延時間後、第2の直列接続体のNPN型半導体素子4がオンすると、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧(Vge)が負の電源Nのレベルまで下降し、絶縁ゲート型半導体素子10は安定したオフ状態となる。この状態となれば、外乱などによりゲート電圧が上昇しようとしてもPNP型半導体素子4(SW4)と直列に接続された抵抗8によりゲート電圧が上昇することなく維持される。
After this delay time, when the
図3は、本発明の実施例2に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 3 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が実施例1と異なる点は、第2の直列接続体を構成する半導体制御素子として、電界効果トランジスタ(MOSFET)であるNチャネル半導体素子3A及びこのNチャネル半導体素子3Aとは逆極性のPチャネル半導体素子4Aを使用した点である。
In the second embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that an N-
このように、第2の直列接続体にMOSFETを使用した場合にも、その動作は、前述した実施例1のようにNPN型半導体素子3及びPNP型半導体素子4としてパイポーラトランジスタを使用した場合と同様に、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短くすることができる。
As described above, even when a MOSFET is used for the second series connection body, the operation is performed when a bipolar transistor is used as the NPN semiconductor element 3 and the
尚、図示を省略するが、第1の直列接続体にMOSFETを使用することも可能であり、同じように絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短くすることができる。
Although illustration is omitted, it is also possible to use a MOSFET for the first series connection body, and similarly, the turn-on time of the insulated
また、図示を省略するが、スイッチング素子15、17としてMOSFETを使用することも可能であり、同じように絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短くすることができる。
Although illustration is omitted, MOSFETs can be used as the switching
図4は、本発明の実施例3に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the third embodiment of the present invention.
この実施例3の各部について、図1の本発明の実施例1に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が実施例1と異なる点は、第2の直列接続体に直列に接続されている抵抗7と並列に、即ち正側のNPN型半導体素子3に対して直列にコンデンサ19を、また第2の直列接続体に直列に接続されている抵抗8と並列に、即ち負側のPNP型半導体素子4に対して直列にコンデンサ20を接続した点である。
In the third embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that a
このように、第2の直列接続体に直列に接続されている抵抗7と並列にコンデンサ19を設けて低インピーダンス化することにより、オン期間中のゲート正バイアスにノイズ的な急変外乱があった場合にも変動をより小さく抑えることができる。
Thus, by providing the
同様に、第2の直列接続体に直列に接続されている抵抗8と並列にコンデンサ20を設けて低インピーダンス化することにより、オフ期間中のゲート負バイアスにノイズ的な急変外乱があった場合にも変動をより小さく抑えることができる。
Similarly, by providing a
図5は、本発明のゲート型半導体素子のゲート回路に用いるワンショット信号発生回路の一例を示す図面である。 FIG. 5 is a drawing showing an example of a one-shot signal generating circuit used for the gate circuit of the gate type semiconductor device of the present invention.
図5に示したように、ワンショット信号発生回路18は、スイッチング信号源12の出力信号Aをコンデンサ181で受け、その出力を抵抗182と抵抗183の直列回路の中点に接続し、この中点をワンショット信号発生回路18の出力としている。抵抗182と抵抗183の直列回路の両端に制御電圧を印加しておけば、コンデンサ181、抵抗182及び抵抗183は微分回路を形成する。
As shown in FIG. 5, the one-shot
この微分回路によるワンショット信号の信号幅は、周知の通り、コンデンサ181と抵抗182及び抵抗183の時定数で決めることができる。
The signal width of the one-shot signal by this differentiation circuit can be determined by the time constants of the
このように微分回路によってワンショット信号をつくりだすことによって、前述した実施例1乃至実施例3のように絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を動作させることが可能となる。 Thus, by generating a one-shot signal by the differentiation circuit, the gate circuit of the insulated gate semiconductor element can be operated as in the first to third embodiments.
また、図示を省略するが、スイッチング信号源12の出力信号Aをトリガとしてワンショット信号を作る手段として、一般に市販されている単安定マルチICなどを用いた回路を適用してもよい。
Although not shown, a circuit using a commercially available monostable multi-IC or the like may be applied as means for creating a one-shot signal using the output signal A of the
図6は、本発明の実施例5に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention.
この実施例5の各部について、図4の本発明の実施例3に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例5が実施例3と異なる点は、絶縁ゲート型半導体素子10のコレクタ電圧を、ツェナーダイオード21を介して検出し、抵抗23を介してスイッチング素子17のベースに与えるようにした点、また、絶縁ゲート型半導体素子10のコレクタ電圧を、ダーオード23を介して検出し、抵抗24を介してスイッチング素子15のベースに与えるように構成した点である。
In the fifth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. The fifth embodiment is different from the third embodiment in that the collector voltage of the insulated
まず、ターンオン時の動作を考える。抵抗23を適切な値に選定することにより、コレクタ電圧が所定電圧値以下となった時点で、ターンオン前にオンしていたスイッチング素子17をオフ動作させることが可能となる。
First, consider the operation at turn-on. By selecting the resistor 23 to an appropriate value, when the collector voltage becomes equal to or lower than the predetermined voltage value, the switching
同様にターンオフ時には、抵抗24を適切な値に選定することにより、コレクタ電圧が所定電圧値以上となった時点で、ターンオフ前にオンしていたスイッチング素子15をオフ動作させることが可能となる。
Similarly, at the time of turn-off, by selecting the
本実施例においては、絶縁ゲート型半導体素子10のコレクタ電圧に基づいてスイッチング素子17をオン動作させるようにしたので、抵抗9及び抵抗5により絶縁ゲート型半導体素子10をソフトにターンオンさせることができる。
In this embodiment, since the switching
従って、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短くすることができると共に、ターンオンをソフトにしたことにより、ターンオン時の電圧の立ち上がりを滑らかにすることが可能となる。
Therefore, the turn-on time of the insulated
同様に、本実施例においては、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフタイムを短くすることができると共に、ターンオフをソフトにしたことにより、ターンオフ時の電圧の立ち上がりを滑らかにすることが可能となる。
Similarly, in the present embodiment, the turn-off time of the insulated
図7は、本発明の実施例6に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention.
この実施例6の各部について、図4の本発明の実施例3に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例6が実施例3と異なる点は、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧を、コンパレータ25を介して検出し、このコンパレータ25の出力をスイッチング素子17のゲート入力とした点、また、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧を、コンパレータ26を介して検出し、このコンパレータ25の出力をスイッチング素子15のゲート入力とした点である。
In the sixth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the sixth embodiment and the third embodiment is that the gate voltage of the insulated
コンパレータ25は、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧とゲート回路の内部電源(たとえばP/N電位を分圧)を利用した基準電圧V1とを比較し、ゲート電圧が所定電圧値以上となった時点でスイッチング素子17をオフ動作させる。また同様に、コンパレータ26は、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧とゲート回路の内部電源(たとえばP/N電位を分圧)を利用した基準電圧V2とを比較し、ゲート電圧が所定電圧値以下となった時点でスイッチング素子15をオフ動作させる。
The
ここで、スイッチング素子17を制御するコンパレータ25の基準電圧V1は、図2に示した絶縁ゲート型半導体10のターンオン時のミラー電圧よりも若干低めに設定する。また、スイッチング素子16を制御するコンパレータ26の基準電圧V2は図2に示した絶縁ゲート型半導体10のターンオフ時のミラー電圧よりも若干高めに設定する。
Here, the reference voltage V1 of the
本実施例による絶縁ゲート型半導体素のゲート回路によれば、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧に基づいてスイッチング素子17及びスイッチング素子15のオフ動作を行うようにしたので、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート容量のバラツキなどに起因するターンオン及びターンオフ時のミラー電圧までの到達時間のバラツキの影響を考慮してスイッチング素子17及びスイッチング素子15をオフするタイミングを決める必要が無くなる。
According to the gate circuit of the insulated gate semiconductor element according to the present embodiment, since the switching
従って、本実施例によれば、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン及びターンオフタイムを確実により短くすることが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the turn-on and turn-off times of the insulated
尚、図示は省略するが、ゲート回路の内部電源(たとえばP/N電位を分圧)を利用した基準電圧V1及びV2を作る手段としては、一般に市販されている3端子レギュレータなどを適用してもよい。 Although not shown, as a means for generating the reference voltages V1 and V2 using the internal power supply of the gate circuit (for example, dividing the P / N potential), a commercially available three-terminal regulator or the like is applied. Also good.
図8は、本発明の実施例7に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 8 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention.
この実施例7の各部について、図7の本発明の実施例6に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例7が実施例6と異なる点は、コンパレータ25の基準電圧を、P電位を抵抗251とツェナーダイオード252で分圧した値となるようにした点、また、コンパレータ26の基準電圧を、P電位を抵抗261とツェナーダイオード262で分圧した値となるように構成した点である。
In the seventh embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the seventh embodiment and the sixth embodiment is that the reference voltage of the
コンパレータ25の基準電圧が、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン時のミラー電圧よりも若干低めになるようにツェナーダイオード252の降伏電圧を選定する。同様に、コンパレータ26の基準電圧が、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフ時のミラー電圧よりも若干高めになるようにツェナーダイオード262の降伏電圧を選定する。
The breakdown voltage of the
本実施例の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路によれば、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート電圧に基づいてスイッチング素子17及びスイッチング素子15のオフ動作を行うようにしたので、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート容量のバラツキなどに起因するターンオン及びターンオフ時のミラー電圧までの到達時間のバラツキの影響を考慮してスイッチング素子17及びスイッチング素子15をオフするタイミングを決める必要が無くなる。
According to the gate circuit of the insulated gate semiconductor element of this embodiment, the switching
従って、本実施例によれば、実施例6の場合と同様、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン及びターンオフタイムをより短くすることができる。また、本実施例における基準電圧はP電位、N電位のゲート回路内部電圧変動の影響を受けることがないため、更に信頼性の高い絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を提供することが可能となる。
Therefore, according to the present embodiment, the turn-on and turn-off time of the insulated
尚、図示を省略するが、コンパレータ25の基準電圧はエミッタよりダイレクトに接続する構成にしてもよい。
Although not shown, the reference voltage of the
図9は、本発明の実施例8に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 9 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention.
この実施例8の各部について、図7の本発明の実施例6に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例8が実施例6と異なる点は、コレクタ電流検出器27を設け、このコレクタ電流検出器27の出力をコンパレータ25及びコンパレータ26の一方の入力となるように構成した点である。
In the eighth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention shown in FIG. The eighth embodiment is different from the sixth embodiment in that a collector
上記の構成によって、コンパレータ25に与えられるコレクタ電流が、コンパレータ25の他方の入力である基準電圧値Vi1以上となった時点でスイッチング素子17はオフ動作し、またコンパレータ26に与えられるコレクタ電流がコンパレータ26の他方の入力である基準電圧値Vi2以上となった時点でスイッチング素子15はオフ動作を行う。
With the above configuration, when the collector current applied to the
ここで、スイッチング素子17を制御するコンパレータ25の基準電圧Vi1は、絶縁ゲート型半導体10のコレクタ電流Icが流れ始めたことが検出可能な低めの値に設定し、ターンオン時dI/dtが大きくなる期間中にスイッチング素子17をオフすることが可能なようにしておく。また、スイッチング素子15を制御するコンパレータ26の基準電圧Vi2は、絶縁ゲート型半導体10のコレクタ電流Icが流れ終わることが検出可能な高めの値に設定し、ターンオフ時の−dI/dtが大きくなる期間中にスイッチング素子15をオフできるようにする。
Here, the reference voltage Vi1 of the
本実施例の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路によれば、絶縁ゲート型半導体素子10のコレクタ電流に基づいてスイッチング素子17及びスイッチング素子15のオフ動作を行うようにしたので、絶縁ゲート型半導体素子10をソフトにターンオン/オフさせることができる。
According to the gate circuit of the insulated gate semiconductor element of this embodiment, the switching
従って、本実施例によれば、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短くすることができると共に、ターンオンをソフトにしたので、ターンオン時の電圧の立ち上がりを滑らかにすることができる。また、本実施例によれば、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフタイムを短くすることができると共に、ターンオフをソフトにしたので、ターンオフ時の電圧の立ち上がりを滑らかにすることができる。
Therefore, according to the present embodiment, the turn-on time of the insulated
図10は、本発明の実施例9に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 10 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention.
この実施例9の各部について、図4の本発明の実施例3に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例9が実施例3と異なる点は、スイッチング素子15、17及びワンショット発生回路16、18を省き、抵抗5と並列にコンデンサ28を、また抵抗6と並列にコンデンサ29を設けた点である。
In the ninth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the third embodiment of the present invention shown in FIG. The ninth embodiment is different from the third embodiment in that the switching
このコンデンサ28及び29の容量は、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間の容量より充分大きい容量とし、またコンデンサ28及び29は高周波特性に優れたコンデンサ、例えばPP(ポリプロピレン)フィルムコンデンサを使用する。
The capacities of the
これにより、本実施例の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、スイッチング素子15、17を設けた場合と同様なワンショット時間を確保し、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン時は電荷をいち早く充電させ、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短くすることができ、ターンオフ時は充電された電荷をいち早く放電させて、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフタイムを短くすることができる。
As a result, the gate circuit of the insulated gate semiconductor device of this embodiment secures a one-shot time similar to the case where the
また、高周波特性に優れたコンデンサを適用することにより、絶縁ゲート型半導体素子10のオンオフの動作周波数が速い場合にも低損失で確実に動作することが可能となる。
Further, by applying a capacitor having excellent high frequency characteristics, it is possible to reliably operate with low loss even when the on / off operating frequency of the insulated
図11は、本発明の実施例10に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 11 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to Example 10 of the present invention.
この実施例10の各部について、図1の本発明の実施例1に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例10が実施例1と異なる点は、遅延回路13、14の出力を、夫々ダイオード30、31を介してNPN型半導体素子3及びPNP型半導体素子4のゲートに夫々供給するようにした点、スイッチング信号源17の出力にワンショット発生回路32を設け、この出力を、ダイオード33を介してNPN型半導体素子3のゲートに供給するようにした点、またスイッチング信号源17の出力にワンショット発生回路34を設け、この出力を、ダイオード35を介してPNP型半導体素子4のゲートに供給するようにした点である。
In the tenth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the tenth embodiment and the first embodiment is that the outputs of the
本実施例の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路は、ダイオード30とダイオード33によって、遅延回路13からの遅延されたスイッチング信号とワンショット信号発生回路32からのワンショット信号との論理和信号を作り、この論理和信号を第2の直列接続体の正側のNPN型半導体素子3のベースに供給するように構成している。また、ダイオード31とダイオード35によって、遅延回路14からの遅延されたスイッチング信号とワンショット信号発生回路34からワンショット信号との論理和信号を作り、この論理和信号を第2の直列接続体の負側のPNP型半導体素子4のベースに供給するように構成している。
In the gate circuit of the insulated gate semiconductor element of this embodiment, a logical sum signal of the delayed switching signal from the
スイッチング信号源17の出力信号Aがオン信号となると、まずワンショット信号発生回路32からのワンショット信号により正側のNPN型半導体素子3がオンし、抵抗7を経由した大電流により、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間に電荷の充電が開始する。そして、ワンショット時間経過後は、NPN型半導体素子3が一旦オフになり、NPN型半導体素子1、抵抗9及び抵抗5の充電ルートにより絶縁ゲート型半導体素子10がソフトにターンオンする。
When the output signal A of the
ターンオン後は、再び遅延回路13の出力信号によりNPN型半導体素子3がオンになって抵抗7を介した正バイアス状態になる。
After the turn-on, the NPN semiconductor element 3 is turned on again by the output signal of the
つぎに、スイッチング信号源17の出力信号Aがオフ信号となると、まずワンショット信号発生回路34からのワンショット信号により負側のPNP半導体素子4がオンし、抵抗8を経由した大電流により、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間の電荷の放電が開始する。そして、ワンショット時間経過後は、PNP型半導体素子4が一旦オフになり、PNP型半導体素子2、抵抗9及び抵抗6の放電ルートにより絶縁ゲート型半導体素子10がソフトにターンオフする。
Next, when the output signal A of the
ターンオフ後は、再び遅延回路14の出力信号によりPNP型半導体素子4がオンになって抵抗8を介した負バイアス状態になる。
After the turn-off, the PNP
以上の動作によって、本実施例においては、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン及びターンオフタイムを短くすることができると共に、ターンオン/オフがソフトになることによって、ターンオン/オフ時の電圧の立ち上がりを滑らかにすることができる。
With the above operation, in this embodiment, the turn-on and turn-off time of the insulated
尚、本実施例に適用したワンショット信号発生回路32及び34は、実施例4で説明したように、抵抗とコンデンサから構成される微分回路、または市販されている単安定マルチICなどにより構成することが可能である。
The one-shot
図12は、本発明の実施例11に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。 FIG. 12 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to Example 11 of the present invention.
この実施例11の各部について、図11の本発明の実施例10に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例11が実施例10と異なる点は、第1の直列接続体とその両端の抵抗で構成される直列回路に代え、Pチャネル半導体素子2A、抵抗5、抵抗6及びNチャネル半導体素子1Aで構成される直列回路を設け、抵抗5と抵抗6の中点を抵抗9の一端に接続した点、第2の直列接続体とその両端の抵抗で構成される直列回路に代え、Pチャネル半導体素子4A、抵抗7、抵抗8及びNチャネル半導体素子3Aで構成される直列回路を設け、抵抗7と抵抗8の中点を抵抗9の他端及び絶縁ゲート型半導体素子10のゲートに接続した点、スイッチング信号源17の信号を反転する反転回路35を追加した点、またダイオード30及び33、並びにダイオード31及び35によるダイオード論理和回路に代え、夫々論理和回路36及び37を設けた点である。
The same parts as those of the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the eleventh embodiment and the tenth embodiment is that a P-
ここで、直列回路のPチャネル半導体素子とNチャネル半導体素子のアーム構成を正負逆にしているため、反転回路35が必要となっている。本実施例のように、直列回路に適用する半導体素子としてMOSFETを適用した場合であっても、実施例2に示したようにアームの極性構成を必ずしも正負逆にする必要はないが、短絡保護上有利となる場合もあるので本実施例においてはアームの極性構成を逆とした。
Here, since the arm configuration of the P-channel semiconductor element and the N-channel semiconductor element in the series circuit is reversed, the inverting
また直列回路の抵抗を、実施例2に示したように外側(制御電源側)ではなく内側(ゲート側)に入れる構成としたのは、安定性で有利な場合があるためであるが、必ずしもそうする必要はない。 The reason why the resistance of the series circuit is set not to the outside (control power supply side) but to the inside (gate side) as shown in the second embodiment is because it may be advantageous in terms of stability. There is no need to do so.
このように、直列回路の構成を変化させた場合でも、実施例10で説明したように絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン及びターンオフタイムを短くすることができる。
Thus, even when the configuration of the series circuit is changed, the turn-on and turn-off times of the insulated
尚、図示を省略するが、ここでPチャネル半導体素子2A及び4A、並びにNチャネル半導体素子1A及び3AはMOSFETとしているが、これらをバイポーラトランジスタで構成しても良い。
Although not shown in the figure, the P-
また、図12に示した直列回路の構成を実施例1乃至実施例3、及び実施例5乃至実施例10に適用することも可能であり、これは以下の実施例についても同様である。 Further, the configuration of the series circuit shown in FIG. 12 can also be applied to the first to third embodiments and the fifth to tenth embodiments, and the same applies to the following embodiments.
図13は、本発明の実施例12に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。
FIG. 13 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to
この実施例12の各部について、図12の本発明の実施例11に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例12が実施例11と異なる点は、直列に接続された第1の正電源E1と第2の正電源E2を設け、第2の正電源E2からダイオード38を介してスイッチング素子17Aのコレクタに接続し、このスイッチング素子17Aのエミッタを正の電源Pに接続した点、また、第1の正電源E1からダイオード39を介して正の電源Pに制御電源を供給すると共に、反転回路35の出力からワンショット信号発生回路18を介してスイッチング素子17Aのベース駆動を行うようにした点、更に、直列に接続された第1の負電源E3と第2の負電源E4を設け、第2の負電源E4からダイオード40を介してスイッチング素子15Aのエミッタに接続し、このスイッチング素子15Aのコレクタを負の電源Nに接続した点、また、第1の負電源E3からダイオード41を介して負の電源Nに制御電源を供給すると共に、反転回路35の出力からワンショット信号発生回路16を介してスイッチング素子15Aのベース駆動を行うようにした点である。
The same parts as those of the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the twelfth embodiment and the eleventh embodiment is that a first positive power source E1 and a second positive power source E2 connected in series are provided, and the
スイッチング素子17Aは、スイッチング信号源17からの出力信号Aのオン制御信号をトリガとしたワンショット信号発生回路18の出力信号により所定時間の間だけオンする。そうすると、絶縁ゲート型半導体素子10をターンオンするとき、正の電源PのラインにはE1+E2の電圧が供給され、絶縁ゲート型半導体素子10のオンゲート電源側の電位が上がる。
The switching
正の電源PのラインにE1+E2の電圧が供給されて電位が上がることにより、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間に電荷をより速く充電することができるようになり、ミラー時間までの到達時間を短くすることができ、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオンタイムを短縮することが可能となる。
When the potential of E1 + E2 is supplied to the line of the positive power supply P and the potential rises, it becomes possible to charge more quickly between the gate and the emitter of the insulated
またスイッチング素子15Aは、スイッチング信号源17からの出力信号Aのオフ制御信号をトリガとするワンショット信号発生回路16の出力信号により所定時間の間だけオンする。そうすると、絶縁ゲート型半導体素子10をターンオフするとき、負の電源NのラインにはE3+E4の電圧が供給され、絶縁ゲート型半導体素子10のオフゲート電源側の電位が下がる。
The switching
負の電源NのラインにE3+E4の電圧が供給されて電位が下がることにより、絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間の電荷をより速く引き抜くことができるようになり、ミラー時間を短くすることができ、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフタイムを短縮することが可能となる。
When the voltage of E3 + E4 is supplied to the negative power supply N line and the potential drops, the charge between the gate and the emitter of the insulated
以上説明したように、本実施例のように制御電源の電圧を変化させることによっても、ターンオン及びターンオフ時間の短縮を図ることができる。 As described above, the turn-on and turn-off time can be shortened also by changing the voltage of the control power supply as in this embodiment.
図14は、本発明の実施例13に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路を示す回路構成図である。
FIG. 14 is a circuit configuration diagram showing a gate circuit of an insulated gate semiconductor device according to
この実施例13の各部について、図12の本発明の実施例11に係る絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路の回路構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例13が実施例11と異なる点は、PNP型半導体素子42、抵抗43、抵抗44及びNPN型半導体素子45で構成され、両端が正及び負の電源に接続された第3の直列回路を設け、抵抗43と抵抗44の中点を第2の直列回路の中点及び絶縁ゲート型半導体素子10のゲートに接続した点、反転回路35の出力から夫々ワンショット信号発生回路18及び16を介して上記のPNP型半導体素子42及びNPN型半導体素子45のベースを夫々駆動するようにした点、また、第2の直列回路を構成するPチャネル半導体素子4A及びNチャネル半導体素子3Aのゲートを、反転回路35の出力から夫々遅延回路13及び14を介して夫々駆動するようにした点である。
In the thirteenth embodiment, the same parts as those in the circuit configuration diagram of the gate circuit of the insulated gate semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention shown in FIG. The difference between the thirteenth embodiment and the eleventh embodiment is that the third series circuit includes a PNP
絶縁ゲート型半導体素子10のターンオン時、PNP型半導体素子42がワンショット信号によりオンとなった所定時間の間に絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間に充電するための電荷が、PNP型半導体素子42と抵抗43の充電ルートで充電される。従ってこのワンショット時間の早い充電により、ターンオンタイムを短くすることが可能となる。
When the insulated
また、絶縁ゲート型半導体素子10のターンオフ時、NPN型半導体素子45がワンショット信号によりオンとなった所定時間の間に絶縁ゲート型半導体素子10のゲート・エミッタ間を放電するための電荷が、NPN型半導体素子45と抵抗44の放電ルートで放電される。従ってこのワンショット時間の早い放電により、ターンオフタイムを短くすることが可能となる。
Further, when the insulated
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は、これら実施例に限定されるものではなく、例えば、それぞれの実施例を組み合わせて、さらに変形した実施例とすることも可能であることは明らかである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. For example, it is possible to combine the respective embodiments to obtain further modified embodiments. it is obvious.
1、3 NPN型半導体素子
2、4 PNP型半導体素子
3A Nチャネル半導体素子
3B Pチャネル半導体素子
5、6、7、8、9 抵抗
10 絶縁ゲート型半導体素子
11 抵抗
12 スイッチング信号源
13、14 遅延回路
15、17 スイッチング素子
16、18 ワンショット信号発生回路
19、20 コンデンサ
21 ツェナーダイオード
22 ダイオード
23、24 抵抗
25、26 コンパレータ
27 電流検出器
28、29 コンデンサ
30、31、33、35 ダイオード
32、34 ワンショット信号発生回路
35 反転回路
36、37 論理和回路
38、39、40、41 ダイオード
42 Nチャネル半導体素子
43、44 抵抗
45 Pチャネル半導体素子
1, 3 NPN
Claims (15)
一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、
一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、
一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、
互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、
前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と、
前記第1の抵抗に並列に設けられたスイッチング素子と、
前記スイッチング素子をオンオフ制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A first series circuit in which one end is connected to a positive power source, and the first semiconductor control element and the first resistor are connected in series;
One end is connected to the other end of the first series circuit, the other end is connected to a negative power source, and a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor are connected in series. A second series circuit comprising:
One end is connected to the positive power supply, the other end is connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a third resistor are connected in series. A third series circuit;
One end is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power supply, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. A fourth series circuit comprising:
A fifth resistor connected between a connection point of the first series circuit and the second series circuit and a gate of the insulated gate semiconductor element;
A switching signal source for supplying a switching signal to a control pole of the first semiconductor control element and a control pole of the second semiconductor control element connected to each other via a sixth resistor;
Two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source to each control pole of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay, respectively;
A switching element provided in parallel with the first resistor;
A gate circuit for an insulated gate semiconductor element, comprising control means for controlling on / off of the switching element.
前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号を生成し、このワンショット信号により前記スイッチング素子をオンするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 The control means includes
2. The insulated gate semiconductor according to claim 1, wherein a one-shot signal is generated using an on command signal output from the switching signal source as a trigger, and the switching element is turned on by the one-shot signal. The gate circuit of the element.
前記制御手段は、
前記コレクタ電圧検出手段によって検出した電圧値が所定値以下になったとき、前記スイッチング素子をオフするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A collector voltage detecting means for detecting a collector voltage of the insulated gate semiconductor element;
The control means includes
2. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the switching element is turned off when a voltage value detected by the collector voltage detection means becomes a predetermined value or less.
ツェナーダイオードを介して前記コレクタ電圧を検出するようにしたことを特徴とする請求項3に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 The voltage detection means includes
4. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 3, wherein the collector voltage is detected via a Zener diode.
前記制御手段は、
前記ゲート電圧検出手段によって検出した電圧値が所定の基準電圧値以上になったとき、前記スイッチング素子をオフするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 Gate voltage detecting means for detecting a gate voltage of the insulated gate semiconductor element;
The control means includes
2. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the switching element is turned off when a voltage value detected by the gate voltage detection means exceeds a predetermined reference voltage value. .
ゲート回路の内部電圧を利用して得るようにしたことを特徴とする請求項5に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 The reference voltage value is
6. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 5, wherein the gate circuit is obtained by using an internal voltage of the gate circuit.
前記正側電源を抵抗とツェナーダイオードで分圧して得るようにしたことを特徴とする請求項5に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 The reference voltage value is
6. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 5, wherein the positive power source is obtained by dividing a voltage with a resistor and a Zener diode.
前記制御手段は、
前記コレクタ電流検出手段によって検出した電流値が所定の基準電流値以上になったとき、前記スイッチング素子をオフするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A collector current detecting means for detecting a collector current of the insulated gate semiconductor element;
The control means includes
2. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the switching element is turned off when a current value detected by the collector current detecting means exceeds a predetermined reference current value. .
一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、
一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、
一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、
互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、
前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と、
前記第1の抵抗と並列に設けられ、前記絶縁ゲート型半導体素子のゲート容量以上の容量を有するコンデンサと
を備えたことを特徴とする絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A first series circuit in which one end is connected to a positive power source, and the first semiconductor control element and the first resistor are connected in series;
One end is connected to the other end of the first series circuit, the other end is connected to a negative power source, and a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor are connected in series. A second series circuit comprising:
One end is connected to the positive power supply, the other end is connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a third resistor are connected in series. A third series circuit;
One end is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power supply, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. A fourth series circuit comprising:
A fifth resistor connected between a connection point of the first series circuit and the second series circuit and a gate of the insulated gate semiconductor element;
A switching signal source for supplying a switching signal to a control pole of the first semiconductor control element and a control pole of the second semiconductor control element connected to each other via a sixth resistor;
Two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source to each control pole of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay, respectively;
A gate circuit for an insulated gate semiconductor device, comprising: a capacitor provided in parallel with the first resistor and having a capacity equal to or greater than a gate capacitance of the insulated gate semiconductor device.
一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、
一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、
一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、
互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、
前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する第1及び第2の遅延回路と、
前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号生成手段と、
前記ワンショット信号生成手段の出力と前記第1の遅延回路の出力の論理和を前記第3の半導体制御素子の制御極に与える論理和生成手段と
を備えたことを特徴とする絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A first series circuit in which one end is connected to a positive power source, and the first semiconductor control element and the first resistor are connected in series;
One end is connected to the other end of the first series circuit, the other end is connected to a negative power source, and a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor are connected in series. A second series circuit comprising:
One end is connected to the positive power supply, the other end is connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a third resistor are connected in series. A third series circuit;
One end is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power supply, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. A fourth series circuit comprising:
A fifth resistor connected between a connection point of the first series circuit and the second series circuit and a gate of the insulated gate semiconductor element;
A switching signal source for supplying a switching signal to a control pole of the first semiconductor control element and a control pole of the second semiconductor control element connected to each other via a sixth resistor;
First and second delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source to the respective control poles of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay, respectively;
One-shot signal generation means triggered by an ON command signal output from the switching signal source,
Insulated gate semiconductor comprising: an OR generation means for giving an OR of an output of the one-shot signal generation means and an output of the first delay circuit to a control pole of the third semiconductor control element The gate circuit of the element.
前記第1の遅延回路の出力から前記第3の半導体制御素子の制御極に信号を供給する第1のダイオードと、
前記ワンショット信号生成手段の出力から前記第3の半導体制御素子の制御極に信号を供給する第2のダイオードと
から成ることを特徴とする請求項11に記載の絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 The logical sum generation means includes
A first diode for supplying a signal from an output of the first delay circuit to a control pole of the third semiconductor control element;
12. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 11, comprising a second diode for supplying a signal from an output of the one-shot signal generating means to a control pole of the third semiconductor control device. .
一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、
一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、
一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、
互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、
前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と、
前記正側電源の正極方向に直列に接続された正側加算用電源と、
前記正側加算用電源の正極から第3のダイオードを介して前記正側電源に接続された電圧加算用スイッチング素子と
を備え、
前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号により前記電圧加算用スイッチング素子をオンさせるようにしたことを特徴とする絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A first series circuit in which one end is connected to a positive power source, and the first semiconductor control element and the first resistor are connected in series;
One end is connected to the other end of the first series circuit, the other end is connected to a negative power source, and a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor are connected in series. A second series circuit comprising:
One end is connected to the positive power supply, the other end is connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a third resistor are connected in series. A third series circuit;
One end is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power supply, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. A fourth series circuit comprising:
A fifth resistor connected between a connection point of the first series circuit and the second series circuit and a gate of the insulated gate semiconductor element;
A switching signal source for supplying a switching signal to a control pole of the first semiconductor control element and a control pole of the second semiconductor control element connected to each other via a sixth resistor;
Two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source to each control pole of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay, respectively;
A positive addition power source connected in series in the positive electrode direction of the positive power source;
A voltage addition switching element connected to the positive power supply via a third diode from the positive electrode of the positive addition power supply,
A gate circuit for an insulated gate semiconductor device, wherein the voltage adding switching device is turned on by a one-shot signal triggered by an on command signal output from the switching signal source.
一端が前記第1の直列回路の他端に、他端が負側電源に接続され、前記第1の半導体制御素子とは逆極性の第2の半導体制御素子と第2の抵抗を直列接続して成る第2の直列回路と、
一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第3の半導体制御素子と第3の抵抗を直列接続して成る第3の直列回路と、
一端が前記第3の直列回路の他端に、他端が前記負側電源に接続され、前記第3の半導体制御素子とは逆極性の第4の半導体制御素子と第4の抵抗を直列接続して成る第4の直列回路と、
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路の接続点と前記絶縁ゲート型半導体素子のゲートの間に接続された第5の抵抗と、
互いに接続された前記第1の半導体制御素子の制御極と前記第2の半導体制御素子の制御極に第6の抵抗を介してスイッチング信号を供給するスイッチング信号源と、
一端が前記正側電源に、他端が絶縁ゲート型半導体素子のゲートに接続され、前記第1の半導体制御素子と同極性の第5の半導体制御素子と第7の抵抗を直列接続して成る第5の直列回路と、
前記第3の半導体制御素子と前記第4の半導体制御素子の夫々の制御極に、前記スイッチング信号源からのスイッチング信号を所定時間遅延させて夫々供給する2つの遅延回路と
を備え、
前記スイッチング信号源が出力するオン指令信号をトリガとしたワンショット信号により前記第5の半導体制御素子をオンさせるようにしたことを特徴とする絶縁ゲート型半導体素子のゲート回路。 A first series circuit in which one end is connected to a positive power source, and the first semiconductor control element and the first resistor are connected in series;
One end is connected to the other end of the first series circuit, the other end is connected to a negative power source, and a second semiconductor control element having a polarity opposite to that of the first semiconductor control element and a second resistor are connected in series. A second series circuit comprising:
One end is connected to the positive power supply, the other end is connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and a third semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a third resistor are connected in series. A third series circuit;
One end is connected to the other end of the third series circuit, the other end is connected to the negative power supply, and a fourth semiconductor control element having a polarity opposite to that of the third semiconductor control element and a fourth resistor are connected in series. A fourth series circuit comprising:
A fifth resistor connected between a connection point of the first series circuit and the second series circuit and a gate of the insulated gate semiconductor element;
A switching signal source for supplying a switching signal to a control pole of the first semiconductor control element and a control pole of the second semiconductor control element connected to each other via a sixth resistor;
One end is connected to the positive power source, the other end is connected to the gate of the insulated gate semiconductor element, and a fifth semiconductor control element having the same polarity as the first semiconductor control element and a seventh resistor are connected in series. A fifth series circuit;
Two delay circuits for supplying a switching signal from the switching signal source to each control pole of the third semiconductor control element and the fourth semiconductor control element with a predetermined time delay, respectively;
5. A gate circuit for an insulated gate semiconductor element, wherein the fifth semiconductor control element is turned on by a one-shot signal triggered by an on command signal output from the switching signal source.
15. The gate circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein a capacitor is connected in parallel with at least one of the third resistor and the fourth resistor. .
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