JP2010051165A - Gate drive circuit of semiconductor apparatus and power conversion apparatus using the same - Google Patents
Gate drive circuit of semiconductor apparatus and power conversion apparatus using the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010051165A JP2010051165A JP2009162652A JP2009162652A JP2010051165A JP 2010051165 A JP2010051165 A JP 2010051165A JP 2009162652 A JP2009162652 A JP 2009162652A JP 2009162652 A JP2009162652 A JP 2009162652A JP 2010051165 A JP2010051165 A JP 2010051165A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gate
- gate drive
- voltage
- circuit
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
本発明は、主に電力変換装置などに使用される半導体素子を主回路とする半導体装置のゲート駆動回路に関するものである。 The present invention relates to a gate drive circuit of a semiconductor device having a semiconductor element as a main circuit mainly used in a power conversion device or the like.
従来、この種の半導体装置のゲート駆動回路は、ゲート駆動用スイッチング回路と主回路のトランジスタのゲート回路間を抵抗器で接続している(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, in a gate drive circuit of this type of semiconductor device, a gate drive switching circuit and a gate circuit of a main circuit transistor are connected by a resistor (see, for example, Patent Document 1).
図6は、特許文献1に記載された従来のゲート駆動回路を示すものである。図6に示すように、絶縁ゲート素子1と、ゲート抵抗器2と、PNPトランジスタ3と、NPNトランジスタ4と、スイッチング制御信号を作り出すスイッチング制御回路5と、ゲート容量の電荷を制御することでゲート電位を等価的に最適化するゲート電位制御回路6から構成されている。また、ゲート駆動型半導体装置におけるゲート駆動と伝導度変調の両立性に関しては、同文献に記載されている。
FIG. 6 shows a conventional gate drive circuit described in
しかしながら、前記従来の構成ではゲート電位を安定化するためにゲート電位制御回路が必要となり、ゲート電位に応じてゲートへのチャージ電流制御を必要とするので、回路規模が大きくかつ複雑になるといったという課題を有していた。 However, the conventional configuration requires a gate potential control circuit to stabilize the gate potential, and requires charge current control to the gate in accordance with the gate potential, resulting in a large and complicated circuit scale. Had problems.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、簡易な回路構成でかつ部品点数を最小限にした半導体装置のゲート駆動回路を提供すること、およびワイドバンド半導体の利点を引出す駆動を実現することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and provides a gate drive circuit for a semiconductor device with a simple circuit configuration and a minimum number of components, and realizes driving that brings out the advantages of a wideband semiconductor. For the purpose.
前記従来の課題を解決するために、本発明の電力変換装置は閾値電圧以上を印加することでオン動作し、閾値以下の電圧でオフし、かつオン時にゲートからチャネルへのキャリヤ注入による伝導度変調効果を具備するゲート駆動型半導体素子において、容量と抵抗を並列にしたゲート駆動回路をゲートとスイッチング出力回路間に挿入し、半導体装置のゲート容量Cisと容量Cgとの電圧分割により、半導体素子のオン閾値電圧以上の電圧をゲート端子に印加したものである。 In order to solve the above conventional problems, the power conversion device of the present invention is turned on by applying a voltage equal to or higher than a threshold voltage, turned off at a voltage equal to or lower than the threshold voltage, and conductivity due to carrier injection from the gate to the channel when turned on. In a gate driving type semiconductor device having a modulation effect, a gate driving circuit in which a capacitor and a resistor are arranged in parallel is inserted between the gate and the switching output circuit, and the semiconductor device is divided by voltage division between the gate capacitance Cis and the capacitance Cg of the semiconductor device. A voltage equal to or higher than the ON threshold voltage is applied to the gate terminal.
これにより、オン時にはスイッチング制御回路出力電圧をゲート容量Cisとゲート回路における容量Cgとの容量逆比例で決定されるゲート電圧が半導体素子のゲート端子に
印加され、閾値電圧を越えることで高速のオン動作を実現する。次に、オン状態になれば伝導度変調を維持するのに必要な電流(キャリヤ注入)をゲート回路の抵抗器を介して流すことが可能となる。
As a result, when the switching control circuit output voltage is turned on, a gate voltage determined by the capacitance inversely proportional to the gate capacitance Cis and the capacitance Cg in the gate circuit is applied to the gate terminal of the semiconductor element, and when the threshold voltage is exceeded, high speed on Realize operation. Next, when turned on, a current (carrier injection) required to maintain conductivity modulation can be passed through the resistor of the gate circuit.
これによって、半導体素子のゲート容量を積極的に利用し、部品点数の少ない簡易な回路構成で、高速で低損失な半導体装置のゲート駆動回路を提供することができる。 As a result, it is possible to provide a gate drive circuit for a semiconductor device with high speed and low loss with a simple circuit configuration with a small number of components, actively utilizing the gate capacitance of the semiconductor element.
また、オン状態での伝導度変調を維持するのに必要なキャリヤ注入を定電流供給手段から必要量を供給することが可能となり、より安定動作した高速で低損失な半導体装置のゲート駆動回路を提供することができる。 In addition, it is possible to supply the necessary amount of carrier injection necessary to maintain conductivity modulation in the on state from the constant current supply means, and a gate drive circuit for a semiconductor device that operates more stably and at a high speed and low loss can be provided. Can be provided.
また、この種のGIT型ゲート駆動型半導体素子におけるゲート端子にゲート電圧制限手段を設けたことにより、ゲートに過大な電流が流れ込むことを防止でき、特にオフ時における高速で低損失な半導体装置のゲート駆動回路を提供することができる。 Further, by providing the gate voltage limiting means at the gate terminal in this kind of GIT type gate drive semiconductor element, it is possible to prevent an excessive current from flowing into the gate, and particularly in the semiconductor device having a high speed and low loss at the time of off. A gate driving circuit can be provided.
本発明は、部品点数の少ない簡易な回路構成で、高速で低損失な半導体装置のゲート駆動回路を提供することができる。 The present invention can provide a gate drive circuit of a semiconductor device that has a simple circuit configuration with a small number of parts and that is high speed and low loss.
第1の発明は、閾値電圧以上を印加することでオン動作し、閾値以下の電圧でオフし、かつオン時にゲートからチャネルにホールを注入することで伝導度変調効果を有するゲート駆動型半導体素子を用いて、容量と抵抗器を並列接続したゲート駆動回路をゲートとスイッチング出力回路間に挿入して、半導体素子のゲート容量Cisと前記容量Cgとの関係を
(オン時のスイッチング制御回路出力電圧)×(Cg/(Cg+Cis))≧(閾値電圧)
とし、ゲート駆動回路の抵抗器はゲート駆動型半導体素子のゲートへ伝導度変調に見合った電流を供給することにより、スイッチング制御回路の出力電圧が適切に分圧印加されて、半導体素子のゲート端子に印加され、半導体素子のゲート容量を積極的に利用した部品点数の少ない簡易な回路構成で半導体装置のゲート駆動回路を提供することができる。
A first invention is a gate drive type semiconductor device which is turned on by applying a voltage equal to or higher than a threshold voltage, turned off at a voltage lower than the threshold, and having a conductivity modulation effect by injecting holes from the gate to the channel when turned on. Is inserted between the gate and the switching output circuit to determine the relationship between the gate capacitance Cis of the semiconductor element and the capacitance Cg (switching control circuit output voltage when on) ) × (Cg / (Cg + Cis)) ≧ (threshold voltage)
The gate drive circuit resistor supplies the current corresponding to the conductivity modulation to the gate of the gate drive type semiconductor device, so that the output voltage of the switching control circuit is appropriately divided and applied to the gate terminal of the semiconductor device. The gate drive circuit of the semiconductor device can be provided with a simple circuit configuration with a small number of parts that is applied to the gate electrode and actively uses the gate capacitance of the semiconductor element.
第2の発明は、特に第1の発明で、ゲート駆動型半導体素子のゲート駆動回路において、ゲート駆動電源に接続された相補動作をする2つのゲート駆動スイッチ(トランジスタ)の中点とゲート駆動型半導体素子のゲートとの間に接続された定電流供給回路(例えば定電流ダイオード)を設けたものであり、高速スイッチングおよび安定駆動制御を実現できるものである。 The second invention is the first invention, in particular, in the gate drive circuit of the gate drive type semiconductor element, the middle point of the two gate drive switches (transistors) connected to the gate drive power supply and the gate drive type. A constant current supply circuit (for example, a constant current diode) connected to the gate of the semiconductor element is provided, and high-speed switching and stable drive control can be realized.
第3の発明は、特に第1の発明で、ゲート駆動型半導体素子のゲート駆動回路において、ゲート駆動電源に接続された相補動作をする2つのスイッチ(トランジスタ)の中点と
ゲート駆動型半導体素子のゲートとの間に、容量Cgと並列に定電流供給回路(定電流ダイオード)を1設けたことで、オンスイッチング時には高速でゲート駆動型半導体素子を駆動することが可能であり、オン定常時にはゲート電流を定電流供給することが出来るので適切なゲート電流供給により回路およびゲート駆動型半導体素子発熱ロスが少なくすることができる。
The third invention is the first invention, in particular, in the gate drive circuit of the gate drive type semiconductor element, the middle point of two switches (transistors) connected to the gate drive power supply and the gate drive type semiconductor element By providing one constant current supply circuit (constant current diode) in parallel with the capacitor Cg between the gate and the gate, the gate drive semiconductor element can be driven at high speed during on-switching, Since the gate current can be supplied at a constant current, heat generation loss of the circuit and the gate drive type semiconductor element can be reduced by supplying an appropriate gate current.
第4の発明は、特に第1の発明で、主にガリュムナイトライドなどの■−■族化合物半導体もしくはSiCなどのワイドバンド半導体から構成されるゲート駆動型半導体素子のゲート端子にバンドギャップ相当の電圧以下のゲート電圧制限を行うことにより、ゲートの電圧−電流特性において、指数関数的に変化するゲート電圧−電流特性の立ち上がり電圧以下で動作条件を設定することで、駆動電力の低減化を実現できる。 The fourth invention is the first invention in particular, and a band gap is formed at a gate terminal of a gate drive type semiconductor element mainly composed of a group III-group compound semiconductor such as gallium nitride or a wide band semiconductor such as SiC. By limiting the gate voltage below a considerable voltage, the drive voltage can be reduced by setting the operating conditions below the rising voltage of the gate voltage-current characteristic that changes exponentially in the gate voltage-current characteristic. Can be realized.
第5の発明は、特に第1の発明で、主にガリュムナイトライドなどの■−■族化合物半導体もしくはSiCなどのワイドバンド半導体から構成されるゲート駆動型半導体素子のオン時のゲート印加電圧を閾値電圧以上バンドギャップ相当の電圧以下で駆動することを安定した駆動の実現と駆動電力の低減化を実現できる。 The fifth aspect of the invention is the first aspect of the invention. In particular, the gate application at the time of turning on the gate drive type semiconductor device mainly composed of a group III-group compound semiconductor such as gallium nitride or a wide band semiconductor such as SiC is applied. It is possible to realize stable driving and reduction in driving power by driving the voltage at a threshold voltage or more and a voltage corresponding to the band gap.
第6の発明は、特に第1の発明で、ゲート駆動型半導体素子がSiCなどのワイドバンド半導体で構成しても同様の効果を得ることができ、簡単な回路構成でより低損失、高速スイッチを実現することができる。 The sixth invention is the first invention in particular, and the same effect can be obtained even if the gate drive type semiconductor element is composed of a wide band semiconductor such as SiC, and a low loss and high speed switch can be achieved with a simple circuit configuration. Can be realized.
第7の発明は、特に第1から6の発明の半導体装置のゲート駆動回路を電力変換装置に用いることにより、簡単な回路構成で低損失な電力変換装置を実現することができる。 In the seventh aspect of the invention, in particular, by using the gate drive circuit of the semiconductor device of the first to sixth aspects of the invention for the power conversion device, a low-loss power conversion device can be realized with a simple circuit configuration.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
(実施の形態1)
図1は、本発明の第1の実施の形態における半導体装置のゲート駆動回路の構成図を示すものである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a configuration diagram of a gate drive circuit of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
図1において、100は閾値電圧以上を印加することでオン動作し、閾値以下の電圧でオフし、かつオン時にゲートからチャネルにキャリヤを注入することで伝導度変調効果を具備するゲート駆動型半導体素子であり、スイッチング回路101から信号に基づいて駆動されている。スイッチング回路101は、スイッチング信号を作成するとともに、ドライブ回路を構成するNPNトランジスタ102およびPNPトランジスタ103および、ゲート抵抗器104と並列回路を構成するコンデンサ(Cg)105とで半導体素子100のゲート回路を構成している。
In FIG. 1,
なお、ゲート駆動型半導体素子100は、非特許文献1に示されているガリュムナイトライド半導体から構成されるGIT(Gate Injection Transistor)である。
The gate
以上のように構成された半導体装置のゲート駆動回路について、以下その動作、作用を説明する。 The operation and operation of the gate drive circuit of the semiconductor device configured as described above will be described below.
まず、この種のゲート駆動型半導体素子100は、ゲート端子(Gと表記)とソース端子(Sと表記)間にゲート入力容量成分(Cis)106が存在する。この容量成分は、一般的には、CiesもしくはCissと表記されるが、600V耐圧15AGIT程度で約1000PF程度の容量がある。また、閾値電圧は1.2V程度である。
First, in this type of gate
スイッチング制御回路101の電源電圧は、本実施例においては12Vであり、構成回路での電圧ロス分を考慮して、半導体素子100のオン時におけるゲート駆動電圧を7V程度とするように構成されている。また、ゲート抵抗が1500Ω、コンデンサ105は670pFとしている。
The power supply voltage of the
すなわち、NPNトランジスタ102がオン時においては、12V電圧がコンデンサ105ならびにゲート入力容量106により電圧分圧となり、
12V × 670pF ÷ (670pF + 1000pF)= 4.8V
となり、このゲート駆動型半導体素子100のオン閾値電圧V以上となり、オン動作となる。また、一旦オン後は、ゲート抵抗104を介して電流
12V ÷ 1500A = 8mA
となり、ゲート電流注入による伝導度変調を維持する電流を流している。この伝導度変調を行うことにより、より低オン抵抗の状態を維持することができるので、低損失の半導体装置を実現している。
That is, when the
12V × 670pF ÷ (670pF + 1000pF) = 4.8V
Thus, the ON threshold voltage V of the gate drive
Thus, a current is maintained to maintain conductivity modulation by gate current injection. By performing this conductivity modulation, the state of lower on-resistance can be maintained, so that a low-loss semiconductor device is realized.
図2は、本実施例における構成回路における回路シミュレーション結果であり、同図において、スイッチング動作時においてゲート電圧は速やかに立ち上がり、その電流は主にコンデンサ105を介して充放電されている。また、オン動作後はゲート電圧を7Vに維持し、かつ伝導度変調に必要な電流値(この場合は8mA)を維持していることがわかる。
FIG. 2 shows a circuit simulation result in the configuration circuit in this embodiment. In FIG. 2, the gate voltage rises quickly during the switching operation, and the current is charged / discharged mainly through the
なお、コンデンサ105がない状態でも、定常のオン状態においては、なんら影響はないが、コンデンサ105がない場合には、ゲート抵抗104とゲート入力容量106とが1.5ms程度の時定数をもつ充電回路を構成するために、オン・オフ時における過渡状態が遅くなり、スイッチング損失が増加する。また、ゲート抵抗を少なくすれば、過渡状態は早くなるが、伝導度変調に必要な電流が減少するためにオンロスが増加する。すなわち、ゲート抵抗104のみのゲート駆動回路であれば、スイッチング速度(損失)とオン定常状態における損失とが相反状態になっていた。
In the absence of the
以上のように、本実施の形態においては半導体素子100におけるゲート駆動回路を抵抗104とコンデンサ105とで並列回路を構成し、さらにコンデンサ105と半導体素子100のゲート入力容量106とで決るゲート電圧を閾値電圧以上とすることにより、スイッチング時には高速でゲートオン動作となり、オン後は適切なゲート電流を供給することが可能となり、低損失で高速スイッチング可能な半導体装置を構成することができる。
As described above, in this embodiment, the gate drive circuit in the
(実施の形態2)
図3は、本発明の第2の実施の形態における半導体装置のゲート駆動回路の構成図を示すものである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 shows a configuration diagram of the gate drive circuit of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention.
図3で110は非特許文献1で示されるような主にガリュムナイトライドから構成されるGITである。一方、信号源111からの駆動信号は、トランジスタから構成される相補動作をする2つのゲート駆動スイッチ115、116を駆動する駆動用バッファ回路112、113を介して接続されている。また、ゲート駆動スイッチ115、116はゲート駆動用電源114へ接続されるとともに、その接続中点は、たとえば定電流ダイオードから構成される定電流供給回路117がトランジスタGIT110のゲートに接続されている。また、ゲートは、高抵抗器118は、ゲート−ソース間に接続されており、不用意なオン動作を防止するものである。
In FIG. 3,
信号源111からのオン駆動信号は、駆動用バッファ回路112で増幅されスイッチ115をオン動作させ、一方駆動用バッファ回路113は負論理出力であるので、スイッチ116をオフ動作とする。トランジスタGIT110のゲートが定電流供給回路117を介して、ゲート駆動用電源114に接続されるのでトランジスタGIT110はゲート電流が流れオン動作となる。ここで過渡状態を見ると、スイッチ115がオンするまでには、ゲート駆動用電源114の電位は、定電流供給回路117の定電流ダイオードの接合容量成分とトランジスタGIT110のゲート−ソース間容量成分との分圧となり、両容量値の逆比例の電圧が定電流供給回路117の定電流ダイオードとトランジスタGIT110のゲート−ソース間にそれぞれ現れて定電流供給回路117の定電流ダイオードに電圧が発生し、定電流動作を速やかに行うことができるとともに、実施例1と同様の効果で非常に高速でトランジスタGIT110のゲート電位が閾値電圧を越え、高速スイッチング動作を実現できる。
The on drive signal from the
また、信号源111からオフ駆動信号は、駆動用バッファ回路112はスイッチ115をオフ動作させ、駆動用バッファ回路113は負論理出力であるので、スイッチ116およびスイッチ118をオン動作とする。するとトランジスタGIT110のゲートは、接地されるのでトランジスタGIT110のゲート電位はゲート電流がゼロ電位となりオフ動作となる。
Further, the off drive signal from the
なお、トランジスタGIT110のゲート・ソース間接続はダイオード特性をもつので、電圧−電流特性は図5に示すようなゲート電圧の変化に対して指数関数的な特性をもち大きく変化する特性をもつ。そこで、トランジスタGIT110の駆動においては、定電圧駆動を行うと、温度変化・部品ばらつきなどで駆動電流が変化し、伝導度変調における動作点が移動することになる。しかしながら、定電流駆動をおこなうことでゲート・ソース間電圧は変動するが、電流変化がないために安定した伝導度変調動作を確保できる。たとえば、温度が上昇すると定電圧駆動であればゲート電流が減少し、さらにトランジスタGIT110のソース−ドレイン間のオン抵抗も正の温度特性をもち、ゲート電流が減少とトランジスタロスの増加が重なり、トランジスタ動作としてはロスが増加する不都合な方向となる。しかしながら、定電流駆動をおこなうことにより、つねに必要量のゲート電流が供給されるので、そのような課題は解決される。 Since the gate-source connection of the transistor GIT110 has a diode characteristic, the voltage-current characteristic has an exponential characteristic with respect to the change of the gate voltage as shown in FIG. Thus, in driving the transistor GIT110, when constant voltage driving is performed, the driving current changes due to temperature changes, component variations, etc., and the operating point in conductivity modulation moves. However, by performing constant current driving, the gate-source voltage varies, but since there is no current change, a stable conductivity modulation operation can be ensured. For example, if the voltage rises when the temperature rises, the gate current decreases, the on-resistance between the source and drain of the transistor GIT110 also has a positive temperature characteristic, and the gate current decreases and the transistor loss increases, The operation is inconvenient in that loss increases. However, by performing constant current driving, a necessary amount of gate current is always supplied, so that such a problem is solved.
また、オフ時には高抵抗器118でゲート−ソース間が短絡されているので駆動電源電圧が変動時においても、トランジスタGIT110のソース−ドレイン間電圧が非常に大きなdv/dtを有する変化であっても、安定したオフ状態を保持することが可能な半導体装置を構成できるといった特徴がある。
In addition, since the gate-source is short-circuited by the
(実施の形態3)
図4は、本発明の第3の実施の形態における半導体装置のゲート駆動回路の構成図を示すものである。同図において、図3と同一の構成については同じ符号を付し、説明を省略する。
(Embodiment 3)
FIG. 4 shows a configuration diagram of a gate drive circuit of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the figure, the same components as those in FIG.
図4において、119は第1の実施の形態で説明したコンデンサ(Cg)105と同等の機能を果たすコンデンサであり、オン時におけるスイッチング速度を向上するものである。また、トランジスタGIT110のゲート−ソース間に接続されたツエナーダイオードによるゲート電圧制限手段120が接続されている。
In FIG. 4,
信号源111からのオン駆動信号は、駆動用バッファ回路112はスイッチ115をオン動作させ、駆動用バッファ回路113は負論理出力であるので、スイッチ116をオフ動作とする。するとトランジスタGIT110のゲートが定電流供給回路117を介して、ゲート駆動用電源114に接続されるのでトランジスタGIT110はゲート電流が流
れオン動作となる。スイッチ115がオンする過渡時には、ゲート駆動用電源114の電位は、コンデンサ119の容量成分とトランジスタGIT110のゲート−ソース間容量成分との分圧となり、定電流供給回路117の定電流ダイオードに電圧が発生し、定電流動作を速やかに行うことができる。かつ、容量配分設定が適切に選択できるのでその速度設定は容易である。
Since the driving
また、信号源111からオフ駆動信号は、駆動用バッファ回路112はスイッチ115をオフ動作させ、駆動用バッファ回路113は負論理出力であるので、スイッチ116をオン動作とする。するとトランジスタGIT110のゲートは、接地されるのでトランジスタGIT110のゲート電位はゲート電流がゼロ電位となりオフ動作となる。
Further, the off drive signal from the
ゲート駆動型半導体素子のゲート駆動回路において、ゲート駆動電源114に接続された相補動作をする2つのスイッチ(トランジスタ)115、116の中点とゲート駆動型半導体素子110のゲートとの間に接続された定電流供給回路(定電流ダイオード)117と、容量Cgコンデンサ119とを並列に設けたことでオンスイッチング時には高速でゲート駆動型半導体素子を駆動することが可能であり、さらにオン状態時にはゲート電流を定電流供給することが出来るので過大なゲート電流による回路およびゲート駆動型半導体素子発熱ロスが少なくすることができるといった特徴が得られる。
In the gate drive circuit of the gate drive type semiconductor element, it is connected between the middle point of two switches (transistors) 115 and 116 connected to the gate
(実施の形態4)
また図4は、本発明の第4の実施の形態における半導体措置のゲート駆動回路の構成図を示すものである。
(Embodiment 4)
FIG. 4 shows a configuration diagram of a gate driving circuit for a semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention.
図4において、ツエナーダイオードでの電圧制限手段120を設けることで、ゲート駆動型半導体素子110のゲート端子にバンドギャップ相当(本実施例においてはGaNのバンドギャップ3.4V)の電圧以下のゲート電圧制限を行うものであり、図5に示すようにゲートのVgs−Igs特性において、ゲート電流値はVgs電圧値が5V程度から指数関数的に増加するが、誤ってゲートに過大な駆動電圧が印加されることにより発生する駆動回路損失とゲート損失を低減化し、損失低減化と信頼性向上を実現できるものである。
In FIG. 4, by providing a voltage limiting means 120 with a Zener diode, a gate voltage equal to or lower than a voltage corresponding to a band gap (in this embodiment, a band gap of GaN of 3.4 V) is applied to the gate terminal of the gate driving
本実施例においては、ゲート電圧制限手段120としてツエナーダイオードを用いたが他の電圧制限手段であっても同様の効果を得ることができる。さらに、ゲート電圧制限手段120は、例えば実施例1や実施例2においても同様の効果が得られるものであり、ゲート駆動回路の構成とは独立して実現可能である。 In this embodiment, a Zener diode is used as the gate voltage limiting means 120, but the same effect can be obtained even if other voltage limiting means are used. Further, the gate voltage limiting means 120 can achieve the same effect in the first and second embodiments, for example, and can be realized independently of the configuration of the gate drive circuit.
(実施の形態5)
本発明の第5の実施の形態において、特に実施の形態4のように電圧制限手段を設けることなくゲート駆動型半導体素子のオン時のゲート印加電圧を閾値電圧以上バンドギャップ相当の電圧以下で駆動できるようにゲート駆動電源114を設定することで安定した駆動の実現と駆動電力の低減化を同様に実現するものである。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment of the present invention, the gate applied voltage when the gate drive semiconductor element is turned on is driven at a threshold voltage or higher and a voltage corresponding to a band gap or less without providing a voltage limiting means as in the fourth embodiment. By setting the gate
トランジスタGIT110のゲート・ソース間接続はダイオード特性をもつので、電圧−電流特性は図5に示すようなゲート電圧の変化に対して指数関数的な特性をもち大きく変化する特性をもち、本実施例に用いたトランジスタGIT110では、ゲート電圧が5Vくらいから急速にゲート電流が増加し、回路ロス・ゲートロスに至るのであらかじめ、閾値電圧以上でかつ所定電圧以下で駆動することで安定した駆動の実現と駆動電力の低減化を同様に実現するものである(図示せず)。 Since the gate-source connection of the transistor GIT110 has a diode characteristic, the voltage-current characteristic has an exponential characteristic with respect to the change of the gate voltage as shown in FIG. In the transistor GIT110 used in the above, since the gate current rapidly increases from about 5V and leads to circuit loss and gate loss, stable driving can be realized and driven by driving at a threshold voltage or higher and a predetermined voltage or lower in advance. The reduction of electric power is similarly realized (not shown).
なお、前記のように本実施例に用いたトランジスタGIT110のゲート・ソース間特
性においては、バンドギャップ相当の電圧以下となったが他の物性値をもつトランジスタでは異なる電圧値となる。
As described above, the gate-source characteristics of the transistor GIT110 used in this embodiment are lower than the voltage corresponding to the bandgap, but the transistors having other physical property values have different voltage values.
また、本実施の形態の半導体素子100を他の■−■族化合物半導体やSiCなどのワイドバンドギャップ半導体から構成されるトランジスタや他の同様な素子としても、同様の効果を得ることができ、部品点数の少ない簡単な回路構成でより低損失な高速スイッチを実現することができる。
Further, the same effect can be obtained even when the
以上のように、本発明にかかる半導体装置のゲート駆動回路は、簡易な回路構成で低損失な半導体装置のゲート駆動回路が可能となるので、電力変換装置などの伝導度変調を有する電圧駆動半導体素子を主回路とする半導体装置のゲート駆動回路等の用途に広く適用できる。 As described above, the gate drive circuit of the semiconductor device according to the present invention can be a gate drive circuit of a low-loss semiconductor device with a simple circuit configuration. Therefore, the voltage drive semiconductor having conductivity modulation such as a power conversion device. The present invention can be widely applied to a gate drive circuit of a semiconductor device having an element as a main circuit.
100 ゲート駆動型半導体素子
101 スイッチング制御回路
104 抵抗器
105 容量(コンデンサ)
106 半導体素子のゲート容量
110 GITトランジスタ
111 信号源
112 駆動用バッファ回路
113 駆動用バッファ回路
114 ゲート駆動用電源
115 ゲート駆動スイッチ(トランジスタ)
116 ゲート駆動スイッチ(トランジスタ)
117 定電流供給回路(定電流ダイオード)
118 抵抗器
119 コンデンサ
120 ゲート電圧制限手段(ツエナーダイオード)
100 Gate Drive
106 Gate Capacitance of
116 Gate drive switch (transistor)
117 Constant current supply circuit (constant current diode)
Claims (7)
容量と抵抗器の並列回路をゲートとスイッチング制御回路出力間に挿入し、前記半導体素子のゲート容量Cisと前記容量Cgとの関係を
(オン時のスイッチング制御回路出力電圧)×(Cg/(Cg+Cis))≧(閾値電圧)
とし、前記ゲート駆動回路の抵抗器はゲート駆動型半導体素子のゲートへ伝導度変調に見合った電流を供給することを特徴する半導体装置のゲート駆動回路。 Using a gate-driven semiconductor element that is turned on by applying a gate voltage higher than a threshold voltage, turned off at a voltage lower than the threshold voltage, and has a conductivity modulation effect by injecting carriers from the gate to the channel when turned on ,
A parallel circuit of a capacitor and a resistor is inserted between the gate and the output of the switching control circuit, and the relationship between the gate capacitance Cis of the semiconductor element and the capacitance Cg is expressed as (switching control circuit output voltage when ON) × (Cg / (Cg + Cis )) ≧ (Threshold voltage)
A gate drive circuit for a semiconductor device, wherein the resistor of the gate drive circuit supplies a current commensurate with conductivity modulation to the gate of the gate drive semiconductor element.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009162652A JP2010051165A (en) | 2008-07-24 | 2009-07-09 | Gate drive circuit of semiconductor apparatus and power conversion apparatus using the same |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2008190581 | 2008-07-24 | ||
JP2009162652A JP2010051165A (en) | 2008-07-24 | 2009-07-09 | Gate drive circuit of semiconductor apparatus and power conversion apparatus using the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010051165A true JP2010051165A (en) | 2010-03-04 |
Family
ID=42067764
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009162652A Pending JP2010051165A (en) | 2008-07-24 | 2009-07-09 | Gate drive circuit of semiconductor apparatus and power conversion apparatus using the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010051165A (en) |
Cited By (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2011117932A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | パナソニック株式会社 | Inverter device and electric device using same |
JP2011239666A (en) * | 2010-05-04 | 2011-11-24 | Samsung Electronics Co Ltd | Drive circuit, and power supply device and electric apparatus including the same |
US20120018766A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | Nichia Corporation | Light emitting element |
JP2013013044A (en) * | 2011-05-31 | 2013-01-17 | Sanken Electric Co Ltd | Gate drive circuit |
JP2013026924A (en) * | 2011-07-22 | 2013-02-04 | Sanken Electric Co Ltd | Gate drive circuit |
JP2013059189A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Sanken Electric Co Ltd | Gate drive circuit |
CN103095104A (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-08 | 三垦电气株式会社 | Gate Driver |
JP2013085409A (en) * | 2011-10-12 | 2013-05-09 | Hitachi Ltd | Semiconductor switching circuit and semiconductor module using the same, and power conversion module |
WO2013065150A1 (en) | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 三菱電機株式会社 | Drive device for a power conversion device, and drive method for a power conversion device |
WO2015114790A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 株式会社日立製作所 | Gate drive circuit and inverter system having gate drive circuit mounted therein |
JP2015207853A (en) * | 2014-04-18 | 2015-11-19 | 日産自動車株式会社 | Driving circuit system |
WO2016181597A1 (en) * | 2015-05-13 | 2016-11-17 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Driving circuit, switching control circuit, and switching device |
JP2016226108A (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-28 | ニチコン株式会社 | Gate drive circuit |
JP2018007201A (en) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | ローム株式会社 | Gate driving circuit |
CN107592015A (en) * | 2016-07-06 | 2018-01-16 | 台达电子工业股份有限公司 | Waveform changing circuit and gate driving circuit |
US10263538B2 (en) | 2016-07-12 | 2019-04-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and power conversion device |
CN110011522A (en) * | 2018-01-05 | 2019-07-12 | 台达电子工业股份有限公司 | Waveform changing circuit and gate driving circuit |
WO2020084806A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | オムロン株式会社 | Driving circuit for switching element and switching circuit |
US10917080B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-02-09 | Rohm Co., Ltd. | Gate drive circuit |
US11011970B2 (en) | 2017-12-12 | 2021-05-18 | Rohm Co., Ltd. | Gate drive circuit |
CN113162591A (en) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 台达电子工业股份有限公司 | Gate drive circuit |
US11257811B2 (en) | 2017-07-14 | 2022-02-22 | Cambridge Enterprise Limited | Power semiconductor device with an auxiliary gate structure |
US11482918B2 (en) | 2017-12-12 | 2022-10-25 | Rohm Co., Ltd. | Gate drive circuit |
US11637552B2 (en) | 2019-05-30 | 2023-04-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Driver circuit and switch system |
US11677396B2 (en) | 2020-12-16 | 2023-06-13 | Gan Systems Inc. | Hybrid power stage and gate driver circuit |
US11955478B2 (en) | 2019-05-07 | 2024-04-09 | Cambridge Gan Devices Limited | Power semiconductor device with an auxiliary gate structure |
-
2009
- 2009-07-09 JP JP2009162652A patent/JP2010051165A/en active Pending
Cited By (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011205764A (en) * | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Panasonic Corp | Inverter device and vacuum cleaner using the same for driver of fan motor |
CN102835017A (en) * | 2010-03-25 | 2012-12-19 | 松下电器产业株式会社 | Inverter device and electric device using same |
WO2011117932A1 (en) * | 2010-03-25 | 2011-09-29 | パナソニック株式会社 | Inverter device and electric device using same |
JP2011239666A (en) * | 2010-05-04 | 2011-11-24 | Samsung Electronics Co Ltd | Drive circuit, and power supply device and electric apparatus including the same |
US20120018766A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | Nichia Corporation | Light emitting element |
US8466487B2 (en) * | 2010-07-23 | 2013-06-18 | Nichia Corporation | Light emitting element with extended electrodes structure |
US8558587B2 (en) | 2011-05-31 | 2013-10-15 | Sanken Electric Co., Ltd. | Gate driver |
JP2013013044A (en) * | 2011-05-31 | 2013-01-17 | Sanken Electric Co Ltd | Gate drive circuit |
JP2013026924A (en) * | 2011-07-22 | 2013-02-04 | Sanken Electric Co Ltd | Gate drive circuit |
JP2013059189A (en) * | 2011-09-08 | 2013-03-28 | Sanken Electric Co Ltd | Gate drive circuit |
JP2013085409A (en) * | 2011-10-12 | 2013-05-09 | Hitachi Ltd | Semiconductor switching circuit and semiconductor module using the same, and power conversion module |
CN103095104A (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-08 | 三垦电气株式会社 | Gate Driver |
WO2013065150A1 (en) | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 三菱電機株式会社 | Drive device for a power conversion device, and drive method for a power conversion device |
US9806594B2 (en) | 2011-11-02 | 2017-10-31 | Mitsubishi Corporation | Drive device for power converter and driving method of power converter |
WO2015114790A1 (en) * | 2014-01-31 | 2015-08-06 | 株式会社日立製作所 | Gate drive circuit and inverter system having gate drive circuit mounted therein |
JP2015207853A (en) * | 2014-04-18 | 2015-11-19 | 日産自動車株式会社 | Driving circuit system |
WO2016181597A1 (en) * | 2015-05-13 | 2016-11-17 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Driving circuit, switching control circuit, and switching device |
JPWO2016181597A1 (en) * | 2015-05-13 | 2018-03-01 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Driving circuit, switching control circuit, and switching device |
US10848145B2 (en) | 2015-05-13 | 2020-11-24 | Panasonic Semiconductor Solutions Co., Ltd. | Driver circuit, switching control circuit, and switching device |
JP2016226108A (en) * | 2015-05-28 | 2016-12-28 | ニチコン株式会社 | Gate drive circuit |
US10917080B2 (en) | 2016-03-30 | 2021-02-09 | Rohm Co., Ltd. | Gate drive circuit |
CN111211691A (en) * | 2016-07-06 | 2020-05-29 | 台达电子工业股份有限公司 | Waveform conversion circuit and gate drive circuit |
CN107592015A (en) * | 2016-07-06 | 2018-01-16 | 台达电子工业股份有限公司 | Waveform changing circuit and gate driving circuit |
CN111211691B (en) * | 2016-07-06 | 2022-03-11 | 台达电子工业股份有限公司 | Waveform conversion circuit and gate drive circuit |
JP2018007201A (en) * | 2016-07-08 | 2018-01-11 | ローム株式会社 | Gate driving circuit |
US10263538B2 (en) | 2016-07-12 | 2019-04-16 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device and power conversion device |
US11257811B2 (en) | 2017-07-14 | 2022-02-22 | Cambridge Enterprise Limited | Power semiconductor device with an auxiliary gate structure |
US11011970B2 (en) | 2017-12-12 | 2021-05-18 | Rohm Co., Ltd. | Gate drive circuit |
US11482918B2 (en) | 2017-12-12 | 2022-10-25 | Rohm Co., Ltd. | Gate drive circuit |
CN110011522A (en) * | 2018-01-05 | 2019-07-12 | 台达电子工业股份有限公司 | Waveform changing circuit and gate driving circuit |
WO2020084806A1 (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | オムロン株式会社 | Driving circuit for switching element and switching circuit |
JP2020068629A (en) * | 2018-10-26 | 2020-04-30 | オムロン株式会社 | Driving circuit of switching element and switching circuit |
US11955478B2 (en) | 2019-05-07 | 2024-04-09 | Cambridge Gan Devices Limited | Power semiconductor device with an auxiliary gate structure |
US11637552B2 (en) | 2019-05-30 | 2023-04-25 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Driver circuit and switch system |
CN113162591B (en) * | 2020-01-22 | 2024-02-27 | 碇基半导体股份有限公司 | Gate driving circuit |
CN113162591A (en) * | 2020-01-22 | 2021-07-23 | 台达电子工业股份有限公司 | Gate drive circuit |
US11677396B2 (en) | 2020-12-16 | 2023-06-13 | Gan Systems Inc. | Hybrid power stage and gate driver circuit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2010051165A (en) | Gate drive circuit of semiconductor apparatus and power conversion apparatus using the same | |
JP6419649B2 (en) | Gate drive circuit | |
KR101572747B1 (en) | Gate drive circuit | |
JP5592598B2 (en) | Gate driver for wide band gap semiconductor devices | |
JP4935294B2 (en) | Insulated gate device drive circuit | |
JP4536108B2 (en) | Load drive circuit | |
JP5675190B2 (en) | Device for controlling power transistors | |
JPWO2016002249A1 (en) | Switching circuit and power supply circuit having the same | |
US9831856B2 (en) | Electronic drive circuit and method | |
TWI439841B (en) | The current limit circuit apparatus | |
TW202038559A (en) | Cascode compound switch slew rate control | |
US10230364B2 (en) | Hybrid power devices | |
US20140132312A1 (en) | Efficiency optimized driver circuit | |
AU2012220887A1 (en) | Driver circuit for a semiconductor power switch | |
JP2015208111A (en) | gate drive circuit | |
CN107395183B (en) | Pulse high-current ignition switch circuit | |
JP2024014878A (en) | Semiconductor device | |
CN211377999U (en) | High-reliability GaN power tube rapid gate drive circuit | |
US20150236635A1 (en) | Inverter output circuit | |
CN108476018B (en) | Buffer circuit and semiconductor device | |
JP6572123B2 (en) | Gate drive circuit | |
CN113359933A (en) | Reference voltage generating circuit | |
JP2015520537A (en) | High voltage driver | |
JP5780489B2 (en) | Gate drive circuit | |
KR102400459B1 (en) | Driver Circuit For Transistor |