JP2010175509A - Device for measuring reverse-bias area of safe operation - Google Patents
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Abstract
Description
この発明はトランジスタ素子の電気的特性を測定するための装置に関し、特に、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)およびバイポーラトランジスタの逆バイアス安全動作領域を測定するための装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for measuring electrical characteristics of a transistor element, and more particularly to an apparatus for measuring an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a reverse bias safe operating region of a bipolar transistor.
電力の変換および制御を行なうパワースイッチング素子として、IGBT、バイポーラトランジスタ、パワーMOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)などの半導体スイッチング素子(パワートランジスタ)がある。これらのパワートランジスタは大電力および大電流を取扱うため、その破壊耐量を十分高くする必要がある。この様な素子の信頼性を保障するために、一般に、パワートランジスタ等に対しては、製造工程完了後、素子が所望の仕様値(定格値)を満たしているかの試験が行なわれる。 As power switching elements that perform power conversion and control, there are semiconductor switching elements (power transistors) such as IGBTs, bipolar transistors, and power MOSFETs (insulated gate field effect transistors). Since these power transistors handle large power and large current, it is necessary to sufficiently increase the breakdown resistance. In order to ensure the reliability of such an element, generally, for a power transistor or the like, a test is performed to determine whether the element satisfies a desired specification value (rated value) after the manufacturing process is completed.
このパワートランジスタの試験時に測定される性能評価項目の1つに、バイポーラトランジスタおよびIGBTの逆バイアス安全動作領域(RBSOA)がある。RBSOAは、IGBT(またはバイポーラトランジスタ)のターンオフ時、IGBT(またはバイポーラトランジスタ)が破壊しないコレクタ−エミッタ間電圧VCEおよびコレクタ−エミッタ間電流ICEの最大値が規定する領域である。バイポーラトランジスタを測定対象として、RBSOAを測定する構成の一例が、特許文献1(特開昭62−38372号公報)に示されている。 One of the performance evaluation items measured at the time of testing the power transistor is a reverse bias safe operation area (RBSOA) of the bipolar transistor and the IGBT. RBSOA is a region defined by the maximum values of the collector-emitter voltage VCE and the collector-emitter current ICE that the IGBT (or bipolar transistor) does not break down when the IGBT (or bipolar transistor) is turned off. An example of a configuration for measuring RBSOA using a bipolar transistor as a measurement target is shown in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 62-38372).
この特許文献1に示される構成においては、クランプ回路を用いて、バイポーラトランジスタのターンオフ時のコレクタ電圧をクランプする。駆動負荷として、誘導性負荷(コイル)が用いられ、この誘導性負荷は、主電源に接続される。主電源は、正電極が誘導性負荷を介して測定対象のバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、負電極がこのバイポーラトランジスタのエミッタに接続される。
In the configuration disclosed in
クランプ回路は、クランプ電源と、クランプダイオードと、抵抗素子および容量素子を含む。クランプダイオードは、アノードが測定対象のバイポーラトランジスタのコレクタに接続され、カソードがクランプ電源に接続される。抵抗素子および容量素子は、クランプダイオードのカソードとバイポーラトランジスタのエミッタとの間に、並列に接続され、クランプ電源は、これらの容量素子および抵抗素子と並列に接続される。 The clamp circuit includes a clamp power supply, a clamp diode, a resistance element, and a capacitance element. The clamp diode has an anode connected to the collector of the bipolar transistor to be measured and a cathode connected to a clamp power source. The resistor element and the capacitor element are connected in parallel between the cathode of the clamp diode and the emitter of the bipolar transistor, and the clamp power supply is connected in parallel with these capacitor element and resistor element.
測定時においては、測定対象のバイポーラトランジスタのコレクタ電圧(主電源電圧)を高くするまたはベース電流の通電幅を増大させることにより、コレクタ電流を増大させる。そのコレクタ−エミッタ間電圧およびコレクタ電流の軌跡を測定し、安全動作領域を評価する。 At the time of measurement, the collector current is increased by increasing the collector voltage (main power supply voltage) of the bipolar transistor to be measured or increasing the current supply width of the base current. The trajectory of the collector-emitter voltage and collector current is measured, and the safe operation area is evaluated.
また、バイポーラトランジスタのコレクタ−エミッタ間に逆方向に接続されるダイオードの逆回復試験を行なう構成が、特許文献2(特開2001−228201号公報)に示されている。この特許文献2においては、チップ単体のIGBTおよびダイオードを逆並列に接続し、IGBTは、そのゲート(制御電極)に−15Vが印加されて逆バイアス状態に設定される。このIGBTと直列に、第2IGBTチップを接続し、この第2IGBTをターンオン、ターンオフおよびターンオン動作させる。第2IGBTの2回目のターンオン時に、ダイオードチップがオン状態からオフ状態へ移行し、このダイオードチップに対する逆回復試験が行なわれる。このダイオードチップの逆回復試験時に、スイッチング損失(コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流の積)により破壊した測定対象のIGBTを識別する。この破壊したIGBTチップを除去し、残りの非破壊状態のIGBTチップを選択して、IGBTモジュールを構成する。
A configuration for conducting a reverse recovery test of a diode connected in the reverse direction between the collector and emitter of a bipolar transistor is shown in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-228201). In this
コイルなどの誘導性負荷をIGBTまたはバイポーラトランジスタで駆動する場合、そのターンオフ時に、誘導性負荷によりサージが発生し、コレクタ電圧にサージ電圧が重畳される。上述の特許文献1に示されるクランプ回路は、このサージ電圧を吸収し、コレクタ電圧を所定の電圧レベルにクランプする。このクランプ回路において、ダイオード素子を介してサージ電圧が容量素子に放電される。クランプダイオードがサージ電圧を吸収してオン状態からオフ状態に移行する場合、また、リカバリ電流が逆方向に誘導性負荷に流れる。このダイオード素子の少数キャリアの完全な放出によりリカバリ電流が流れなくなっても、誘導性負荷を流れる電流は、リカバリ電流遮断後においても流れ続けようとする。そのため、再び、被測定素子のIGBTまたはバイポーラトランジスタのエミッタからコレクタへ逆方向に電流が流れる。
When an inductive load such as a coil is driven by an IGBT or a bipolar transistor, a surge is generated by the inductive load at the time of turn-off, and the surge voltage is superimposed on the collector voltage. The clamp circuit disclosed in
この場合、被測定素子のIGBTまたはバイポーラトランジスタには、本来電流が流れる方向と逆の方向に電流が流れるため、この逆方向電流によるエミッタ−コレクタ間電圧降下が非常に大きくなる。被測定素子のIGBTまたはバイポーラトランジスタのエミッタが接地ノードに接続されているため、コレクタ電圧が、負電圧となり、すなわちコレクタ電圧に負のサージ電圧が重畳される。この負のサージ電圧のために、クランプダイオードの破損または測定器の誤動作が生じる。 In this case, the current flows through the IGBT or bipolar transistor of the element to be measured in a direction opposite to the direction in which the current originally flows, so that the voltage drop between the emitter and the collector due to the reverse current becomes very large. Since the IGBT of the device under test or the emitter of the bipolar transistor is connected to the ground node, the collector voltage becomes a negative voltage, that is, a negative surge voltage is superimposed on the collector voltage. Due to this negative surge voltage, the clamp diode is damaged or the measuring instrument malfunctions.
この負のサージ電圧は、クランプダイオードのリカバリ電流が大きくなるに従って大きくなる傾向がある(誘導性負荷により、リカバリ電流に対する電流が流されるため)。この負のサージ電圧を低減するためには、リカバリ電流の小さなダイオードをクランプダイオードとして使用する必要がある。リカバリ電流を小さくするためには、チップサイズの小さなダイオードを利用する必要がある。しかしながら、チップサイズを小さくすると、そのクランプダイオードは、クランプ動作時に駆動する順方向電流で破壊される状態が生じる可能性がある。また、クランプダイオードは、負のサージ電圧発生時の逆バイアス電圧に耐えられるように逆耐圧を高くする必要がある。しかしながら、このダイオードの耐圧を高くするとリカバリ電流が大きくなる傾向があり、両者はトレードオフの関係にあり、同時に解決するのは困難である。また、この負のサージ電圧が生じた場合、被測定素子のコレクタ−エミッタ間電圧を測定する測定器に逆極性の電圧が印加され、誤動作する可能性がある。 This negative surge voltage tends to increase as the recovery current of the clamp diode increases (since the inductive load causes a current against the recovery current to flow). In order to reduce this negative surge voltage, it is necessary to use a diode with a small recovery current as a clamp diode. In order to reduce the recovery current, it is necessary to use a diode having a small chip size. However, when the chip size is reduced, there is a possibility that the clamp diode may be destroyed by a forward current that is driven during the clamp operation. The clamp diode needs to have a high reverse breakdown voltage so that it can withstand a reverse bias voltage when a negative surge voltage is generated. However, when the withstand voltage of this diode is increased, the recovery current tends to increase, and both are in a trade-off relationship, and are difficult to solve at the same time. Further, when this negative surge voltage occurs, a voltage having a reverse polarity is applied to a measuring instrument that measures the collector-emitter voltage of the device under measurement, which may cause a malfunction.
上述の特許文献1においては、この安全動作領域を測定するために、現実に、被測定トランジスタが破壊する電圧/電流点を測定しており、このような測定トランジスタ素子のターンオフ時におけるクランプダイオードと誘導性負荷による負のサージ電圧発生の問題については何ら検討していない。
In the above-mentioned
また、特許文献2においては、IGBTのコレクタ−エミッタ間に逆方向に接続されるダイオードの逆回復試験時に、このIGBTに逆リーク電流が流れることは開示している。正常/不良の判定は、識別IGBTのターンオフ時に破壊したかまたは規定値以下の逆方向リーク電流が流れたかに従って正常チップを識別して行い、正常チップのみを使用する。しかしながら、この特許文献2においても、この逆方向ダイオード(フリーホイールダイオード)のリカバリ電流と誘導性負荷による負のサージ電圧発生については何ら考慮していない。この特許文献2に示される構成において、負電圧サージが発生して、トランジスタが破壊された場合、このトランジスタが、安全動作領域外の条件により破壊されたか否かの識別を行うことができず、正確な試験を行なうことができない。
それゆえ、この発明の目的は、被測定素子の破壊を生じさせることなく安全に逆バイアス安全動作領域を測定することのできる装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an apparatus that can safely measure a reverse bias safe operating region without causing destruction of a device under test.
この発明の第1の観点に係る逆バイアス安全動作領域測定装置は、測定対象のトランジスタ素子の第1および第2主電極間に逆並列に接続される、このトランジスタ素子の耐圧レベルよりも高い耐圧を有するダイオード素子と、このトランジスタ素子の第1主電極電圧をクランプするクランプ回路とを備える。 The reverse bias safe operation region measuring apparatus according to the first aspect of the present invention has a breakdown voltage higher than the breakdown voltage level of the transistor element connected in reverse parallel between the first and second main electrodes of the transistor element to be measured. And a clamp circuit for clamping the first main electrode voltage of the transistor element.
この発明の第2の観点に係る逆バイアス安全動作領域測定装置は、クランプ電源と、このクランプ電源の生成する電圧により少なくとも充電されるコンデンサと、トランジスタ素子の第1主電極とクランプ電源との間に接続されるクランプダイオードと、このクランプダイオードとコンデンサとの間にクランプダイオードと同一方向に接続される逆流防止ダイオードとを備える。 A reverse bias safe operation region measuring apparatus according to a second aspect of the present invention includes a clamp power source, a capacitor charged at least by a voltage generated by the clamp power source, a first main electrode of the transistor element, and the clamp power source. And a backflow prevention diode connected in the same direction as the clamp diode between the clamp diode and the capacitor.
トランジスタ素子の第1および第2主電極間に逆方向にダイオード素子を接続することにより、ダイオード素子のターンオフ時、トランジスタ素子を流れる逆方向電流をバイパスすることができ、負のサージ電圧発生を抑制することができる。 By connecting the diode element in the reverse direction between the first and second main electrodes of the transistor element, the reverse current flowing through the transistor element can be bypassed when the diode element is turned off, and negative surge voltage generation is suppressed. can do.
また、クランプダイオードとクランプ用コンデンサとの間にクランプダイオードから見て順方向に逆流防止ダイオードを接続することにより、クランプダイオードのリカバリ電流源となるコンデンサから流れる電流の経路を遮断することができ、そこでクランプダイオードのリカバリ電流を遮断することができ、応じて、測定対象のトランジスタ素子に逆方向リーク電流が流れるのを防止することができる。 In addition, by connecting a backflow prevention diode in the forward direction when viewed from the clamp diode between the clamp diode and the clamp capacitor, the path of the current flowing from the capacitor serving as the recovery current source of the clamp diode can be cut off. Therefore, the recovery current of the clamp diode can be cut off, and accordingly, the reverse leakage current can be prevented from flowing through the transistor element to be measured.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う逆バイアス安全動作領域測定装置の構成を示す図である。図1において、被測定素子1に対し、逆バイアス安全動作領域測定回路2が接続される。被測定素子1は、たとえばベアチップ状態のIGBT4が構成される。被測定素子1は、IGBTではなくバイポーラトランジスタであってもよく、ベアチップ状態で、逆バイアス安全動作領域の測定を行うことが可能な素子であればよい。以下の説明においては、被測定素子1として、IGBT4が示されるが、バイポーラトランジスタであってもよいため、単に被測定素子1と称す。
[Embodiment 1]
1 is a diagram showing a configuration of a reverse bias safe operation region measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a reverse bias safe operation
この被測定素子1がベアチップ状態で、測定回路2により、逆バイアス安全動作領域が測定される。この測定回路2は、主電源13と、主電源13と被測定素子1のコレクタ端子の間に接続される誘導性負荷(L負荷)12と、主電源13と並列に接続されるコンデンサ14を含む。主電源13は、正電極が誘導性負荷12に接続される。コンデンサ14は、たとえば電解コンデンサで構成され、大きな容量値を有し、主電源13の電源電圧(VCC)を安定化する。
The reverse bias safe operation region is measured by the
誘導性負荷12は、たとえばコイルで構成される。この誘導性負荷12を用いることにより、被測定素子1のターンオフ時にサージ電圧を発生させる。IGBTおよびバイポーラトランジスタなどのパワートランジスタは、実使用時、モータ等の誘導性負荷を駆動する用途に向けられることが多く、その実使用時の状況に合わせる。
測定回路2は、さらに、被測定素子1のコレクタ電圧をクランプするクランプ回路10と、被測定素子1外部にコレクタ−エミッタ間に逆並列に接続されるダイオード素子8を含む。このダイオード素子8は、アノードが被測定素子1のコレクタに接続され、カソードが被測定素子1のエミッタに接続される。クランプ回路10は、クランプ電源16と、被測定素子1のコレクタとクランプ電源16の間に順方向に接続されるクランプダイオード15と、クランプ電源16と並列にクランプダイオード15と接地ノードとの間に接続されるコンデンサ17とを含む。このコンデンサ17はクランプ電源16の電圧を安定化するために用いられる。クランプダイオート15は、アノードが被測定素子1のコレクタに接続され、カソードがクランプ電源16の正電極に接続される。
The
ダイオード素子8は、被測定素子1のターンオフ時に逆バイアス状態に設定されるため、この被測定素子1の耐圧よりも大きな耐圧を有する。ダイオード素子8は、被測定素子1と別のチップで構成され、この測定時において被測定素子1のコレクターエミッタ間に逆並列にプローブ等を用いて半固定的に接続され、被測定素子1の実使用時または測定完了後には被測定素子1と分離される。
Since the diode element 8 is set in a reverse bias state when the device under
クランプ回路10により、被測定素子1のコレクタ電圧は、クランプ電源16の電圧とクランプダイオード15の順方向降下電圧の和の電圧レベルにその上限値がクランプされる。クランプ電源16が生成する電圧は、主電源13が生成する電圧よりも高い電圧レベルに設定され、常時、主電源からクランプ回路10に電流が流れるのが防止される。
The
測定回路2は、測定装置本体に含まれ、この測定装置は、電流センサCTを含み、被測定素子1のコレクタを流れる電流が検出され、コレクタ−エミッタ間電流ICEが測定される。また、図示しない測定装置本体において電圧計が配置され、図示しないプローブを用いてこの被測定素子1のコレクタ−エミッタ間電圧が測定される。
The
通常の逆バイアス安全動作領域測定時においては、図示しない測定装置本体に含まれるゲートドライバからパルス状の駆動信号を与え、被測定素子1をオン状態に駆動し、誘導性負荷12を介して主電源13から被測定素子に電流を流す。この被測定素子1のコレクタ−エミッタ間に流れる電流は、ゲートドライバからの被測定素子1の制御電極(ゲート)に与えられる駆動信号のパルス幅に比例する。この駆動信号のパルス幅を調整し、被測定素子1を介して流れる電流が所定の大きさの電流(たとえば定格電流値)に到達すると、被測定素子1の駆動信号を、例えば逆バイアス状態のオフ状態に設定し、被測定素子1をオフ状態に駆動する。この被測定素子1がオン状態からオフ状態に転移する場合、その主電極(コレクタおよびエミッタ電極)に流れる電流は、瞬間的に0A(アンペア)に低下するのではなく、減衰しつつ0Aに到達する。このとき、コレクタ電圧がクランプ回路10によりクランプ電圧で固定されており、誘導性負荷12に電流が流れている間、被測定素子1のコレクタ電圧は、クランプ回路10のクランプ電圧にクランプされる。したがって、通常の逆バイアス安全動作領域測定時の被測定素子1のターンオフ時には、図2に示すようなI−V波形(リサージュ波形)が得られる。
At the time of normal reverse bias safe operation region measurement, a pulsed drive signal is given from a gate driver included in a measurement apparatus main body (not shown), the device under
図2において、縦軸にコレクタ電流ICEを示し、横軸にコレクタ−エミッタ間電圧VCEを示す。このリサージュ波形から、コレクタ電流ICEの最大値(たとえば定格値)およびコレクタ−エミッタ間電圧VCEの最大値(たとえば定格電圧)で規定される領域RGが、逆バイアス安全動作領域RBSOA内に存在するかを識別することができる。次に、この発明の実施の形態1に従う測定回路の負電圧サージの吸収について、各々、電流が流れる経路を示す図3から7を参照して説明する。 In FIG. 2, the vertical axis represents the collector current ICE, and the horizontal axis represents the collector-emitter voltage VCE. From this Lissajous waveform, is a region RG defined by the maximum value (for example, rated value) of the collector current ICE and the maximum value (for example, rated voltage) of the collector-emitter voltage VCE present in the reverse bias safe operation region RBSOA? Can be identified. Next, the absorption of the negative voltage surge in the measurement circuit according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図3に示すように、被測定素子1がオン状態のときには、誘導性負荷12を介して被測定素子1のコレクタ−エミッタ間に電流Iが流れる。
As shown in FIG. 3, when the device under
次に、被測定素子1がオン状態からオフ状態へ移行する場合、図4に示すように、被測定素子1の主電極間(コレクターエミッタ間)に流れる電流が減衰し始めるものの、誘導性負荷12に蓄積されたエネルギにより、同じ大きさの電流が流れ続けようとする。したがって、誘導性負荷12を流れる電流Iのうち、被測定素子1を流れる電流I1が電流Iより低下した分だけ、クランプ回路10に分流される。すなわち、クランプダイオード15がオン状態となり、電流I2によりコンデンサ17が充電される。
Next, when the device under
次いで、図5に示すように、被測定素子1が完全にオフ状態となり、その主電極間の電流経路が遮断されると、誘導性負荷12に流れる電流Iは、すべてクランプ回路10を流れ、クランプダイオード15を介してコンデンサ17が充電される。
Next, as shown in FIG. 5, when the device under
クランプ回路10のクランプ電圧が、主電源13の電圧VCCよりも高いため、誘導性負荷12を介して流れる電流が、一定の割合で減衰し、一旦0Aとなる。この後、図6に示すように、クランプダイオード15のリカバリ特性により、リカバリ電流がクランプ電源16の正電極から流れ、誘導性負荷12を介して主電源13の正電極に流れる。このとき、クランプダイオード15の少数キャリアが完全になくなると、クランプダイオード15のカソード−アノード間に流れる電流が遮断される。
Since the clamp voltage of the
しかしながら、誘導性負荷12に流れる電流は、その自己誘導により、クランプダイオード15の遮断後もさらに流れ続けようとする。このとき、図7に示すように、誘導性負荷12に流れる電流により、ダイオード素子8が順方向バイアスされてオン状態となり、誘導性負荷12を流れる電流が、接地ノードからダイオード素子8を介して主電源13に流れ、被測定素子1のエミッタ−コレクタ間には電流は流れない。このとき、ダイオード素子8は順方向に接続されてオン状態となっており、その順方向降下電圧は、被測定素子1のエミッタ−コレクタ間逆バイアス状態の電圧降下量に比べて十分小さく、負のサージ電圧発生を抑制することができ、クランプダイオード15の破損および電流センサCTに結合される図示しない測定器における誤動作を防止することができる。また、被測定素子1においては、IGBT4のエミッタ−コレクタ間に逆方向に電流が流れるのが抑制され、被測定素子1の破壊等を防止することができる。
However, the current flowing through the
また、ダイオード素子8は、被測定素子1がターンオフ状態のとき、大きな被測定素子のコレクタ−エミッタ間電圧VCEが逆方向に印加されるものの、被測定素子1の耐圧よりも十分大きな耐圧を有しており、接合破壊は防止される。
The diode element 8 has a breakdown voltage sufficiently higher than the breakdown voltage of the
図8は、ダイオード素子8が設けられていない場合の電流および電圧波形を示す図である。図8において、横軸に時間軸を取り、左縦軸に電圧軸を取り、右縦軸に電流軸を取る。直線CIは、被測定素子1として、IGBT4が用いられた場合のコレクタ−エミッタ間電圧VCEを示し、直線CIIは、被測定素子1のIGBTの主電極(コレクタ)に流れる電流を示し、直線CIIIが、クランプダイオード15を流れる電流を示す。
FIG. 8 is a diagram showing current and voltage waveforms when the diode element 8 is not provided. In FIG. 8, the horizontal axis represents the time axis, the left vertical axis represents the voltage axis, and the right vertical axis represents the current axis. The straight line CI indicates the collector-emitter voltage VCE when the IGBT 4 is used as the element to be measured 1. The straight line CII indicates the current flowing through the main electrode (collector) of the IGBT of the element to be measured 1. The straight line CIII Indicates the current flowing through the
この図8に示すように、IGBTのターンオフ時、IGBT4の主電極を流れる電流が低下するにつれて、クランプダイオード15を流れる電流は、一旦増加した後そのリカバリ電流により負の方向に変化する。このとき、IGBT4のコレクタ電圧が、接地電圧GND(0V)よりも低い負電圧レベルまで低下し、負のサージ電圧が発生する。この負のサージ電圧に従ってIGBTの主電極間(コレクターエミッタ間)に電流が逆方向に流れる(マイナス電流)。この後、また、誘導性負荷の電流によりIGBT4のコレクタ電流が正の方向に流れ。コレクタ電圧が上昇する。このコレクタ電圧は、振動を繰り返した後、定常状態に復帰する。
As shown in FIG. 8, when the IGBT is turned off, as the current flowing through the main electrode of the IGBT 4 decreases, the current flowing through the
図9は、この発明の実施の形態1に従う測定回路の電流および電圧波形を示す図である。図9においても、横軸に時間軸を取り、左縦軸に電圧軸を取り、右縦軸に電流軸を取る。直線CI、CIIおよびCIIIは、図8に示す曲線と同じパラメータを示し、すなわち、曲線CIは、IGBTのコレクタ−エミッタ間電圧を示し、曲線CIIは、IGBTの主電極間を流れる電流であり、曲線CIIIは、クランプダイオード15を流れる電流を示す。
FIG. 9 shows current and voltage waveforms of the measurement circuit according to the first embodiment of the present invention. Also in FIG. 9, the horizontal axis represents the time axis, the left vertical axis represents the voltage axis, and the right vertical axis represents the current axis. Lines CI, CII and CIII show the same parameters as the curve shown in FIG. 8, ie, curve CI shows the collector-emitter voltage of the IGBT, curve CII is the current flowing between the main electrodes of the IGBT, A curve CIII shows the current flowing through the
この図9に示すように、IGBTのターンオフ時、直線CIIで示すIGBTの主電極電流が低下するにつれ、クランプダイオード15を流れる電流が増大し、次いでリカバリ電流が発生する(直線CIII)。このクランプダイオード15にリカバリ電流が生じても、直線CIおよびCIIで示すコレクタ−エミッタ間電圧およびコレクタ電流においては、瞬間的に、その逆方向の曲線部分で示すように負電圧パルスおよび主電極電流が発生するものの、大きな負電圧のサージは発生していない。IGBT4のコレクタ電圧は、誘導性負荷12により、そのリンギングが大きくなるものの、負電圧にまで到達することはなく、コレクタ−エミッタ間の逆方向電流を十分に抑制でき、負のサージ電圧発生を抑制していることが明確に見られる。
As shown in FIG. 9, when the IGBT is turned off, as the main electrode current of the IGBT indicated by the straight line CII decreases, the current flowing through the
以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、被測定素子の主電極間に逆並列にダイオード素子を接続しており、被測定素子ターンオフ後のコレクタの負のサージ電圧を抑制することができ、測定時の誤動作、および被測定素子の破壊およびクランプダイオードの破壊を抑制することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, the diode element is connected in antiparallel between the main electrodes of the measured element, and the negative surge voltage of the collector after the measured element is turned off is suppressed. It is possible to suppress malfunction during measurement, destruction of the element under measurement, and destruction of the clamp diode.
[実施の形態2]
図10は、この発明の実施の形態2に従う逆バイアス安全動作領域測定装置の構成を示す図である。この図10に示す測定回路2は、以下の点で、図1に示す測定回路1とその構成が異なる。すなわち、被測定素子1のコレクタ−エミッタ間に逆方向に接続されるダイオード素子として、ショットキーダイオード18が用いられる。この図10示す測定回路2の他の構成は、図1に示す測定回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 2]
FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the reverse bias safe operation region measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention. The
ショットキーダイオード18は、金属と半導体との間のショットキーバリアを利用して整流を行う素子であり、PNダイオードに比べて、その接合容量は小さく、リカバリ電流を十分小さくすることができる。したがって、図7に示す状態で、ショットキーダイオード18を介して電流が流れた後、主電源13の電源電圧VCCの影響により、ショットキーバリアダイオード18から容量性負荷12を介して流れる電流が一旦0Aとなった後、瞬間的にリカバリ電流が流れ、この被測定素子1のコレクタ電圧に正のサージが発生することが考えられ、測定が不安定となることが考えられる。しかしながら、ショットキーダイオード18は、そのリカバリ電流は十分小さく、このような正のサージ電圧発生を抑制でき、図9に示すコレクタ電圧の振動を小さくすることができ、安定に測定を行なうことができる。
The Schottky diode 18 is an element that performs rectification by using a Schottky barrier between a metal and a semiconductor, and its junction capacitance is smaller than that of the PN diode, and the recovery current can be sufficiently reduced. Accordingly, after a current flows through the Schottky diode 18 in the state shown in FIG. 7, the current flowing from the Schottky barrier diode 18 through the
なお、このショットキーダイオード18の耐圧は、被測定素子1の耐圧よりも十分大きくされる。また、この逆並列ダイオードとしては、ショットキーダイオード18ではなくても、リカバリ電流の小さなダイオード、すなわち、低リカバリダイオードであれば、利用可能である。
Note that the breakdown voltage of the Schottky diode 18 is sufficiently larger than the breakdown voltage of the
以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、被測定素子のコレクタ−エミッタ間に逆並列に低リカバリダイオードを接続しており、この逆並列ダイオードのオン状態からオフ状態移行時のリカバリ電流を低減することができ、正のサージが発生するのを抑制でき、安定な測定を実現することができる。 As described above, according to the second embodiment of the present invention, the low recovery diode is connected in antiparallel between the collector and the emitter of the element to be measured, and the antiparallel diode is switched from the on state to the off state. The recovery current can be reduced, the occurrence of a positive surge can be suppressed, and stable measurement can be realized.
[実施の形態3]
図11は、この発明の実施の形態3に従う測定回路の構成を示す図である。図11においては、被測定素子1のコレクタ−エミッタ間には、ダイオード素子は設けられない。一方、クランプ回路10において、クランプダイオード15のカソードとクランプコンデンサ17の間に順方向にダイオード20が接続される。すなわち、ダイオード20は、アノードがクランプダイオード15のカソードに接続され、そのカソードがコンデンサ17の正電極に接続される。この図11に示す測定回路の他の構成は、図1に示す測定回路の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 3]
FIG. 11 shows a configuration of the measurement circuit according to the third embodiment of the present invention. In FIG. 11, no diode element is provided between the collector and emitter of the device under
負のサージ発生の原因となるクランプダイオード10のリカバリ電流のほとんどは、クランプコンデンサ17から供給される。したがって、このダイオード20を、クランプダイオード15とクランプコンデンサ17間に順方向に接続することにより、クランプコンデンサ17からクランプダイオード15に供給される電流が遮断される。このとき、クランプダイオード15のリカバリ電流は、クランプ電源16の正電極を通過して与えられる。しかしながら、クランプ電源16は、内部抵抗があり、その内部抵抗の電圧降下の影響により、リカバリ電流を十分低く抑制することができる。
Most of the recovery current of the
ダイオード20のアノードは、クランプ電源16の正電極と同電位であり、カソード電極は、クランプコンデンサ17の正電極と同一電位である。また、クランプ電源16の正電極とクランプコンデンサ17の正電極も、ほとんど同一電位である。したがって、この逆流防止ダイオード20には、小さな逆バイアス電圧しか印加されないため、定格電圧の低いダイオードを用いても十分にクランプダイオードのリカバリ電流を抑制する効果を得ることができる。
The anode of the
以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、クランプ回路においてクランプダイオードとクランプコンデンサの間に順方向にダイオードを接続している。したがって、クランプダイオードのリカバリ電流を抑制でき、このリカバリ電流が原因となる負のサージ電圧が、被測定素子1のコレクタに発生するのを防止することができる。
As described above, according to the third embodiment of the present invention, the diode is connected in the forward direction between the clamp diode and the clamp capacitor in the clamp circuit. Therefore, the recovery current of the clamp diode can be suppressed, and a negative surge voltage caused by the recovery current can be prevented from occurring at the collector of the device under
[実施の形態4]
図12は、この発明の実施の形態4に従う逆バイアス安全動作領域測定装置の構成を示す図である。図12に示す測定装置は、以下の点で、図11に示す測定装置とその構成が異なる。すなわち、測定回路2内のクランプ回路10において、逆流防止ダイオード20と並列に、クランプダイオード15のカソードとクランプコンデンサ17の正電極の間に抵抗素子22が接続される。この図12に示す測定装置の他の構成は、図11に示す測定装置の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 4]
FIG. 12 is a diagram showing a configuration of the reverse bias safe operation region measuring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. The measurement apparatus shown in FIG. 12 differs from the measurement apparatus shown in FIG. 11 in the following points. That is, in the
図12に示す測定回路2において、被測定素子1がターンオフした後、クランプダイオード15がリカバリ動作する。このリカバリ動作時、クランプコンデンサ17からクランプダイオード15へ電流が流れる場合、抵抗素子22を介してクランプダイオード15へ電流を供給する。このとき、抵抗素子22の抵抗値により電圧降下が生じ、クランプダイオード15に注入されるリカバリ電流のエネルギが、抵抗素子22における電圧降下により消費される。したがって、クランプダイオード15のリカバリ電流が抑制され、応じて被測定素子1のコレクタ電位の負のサージを抑制することができる。
In the
なお、抵抗素子22の抵抗値は、クランプ電源16の内部抵抗よりも小さくして、リカバリ電流をクランプコンデンサ17から供給する。これにより、クランプ電流がクランプ電源16の電流容量を超えて供給されてクランプ電源16が破壊されるのを防止することができる。
Note that the resistance value of the
以上のように、この発明の実施の形態4においては、クランプ回路において、クランプコンデンサとクランプダイオードの間に互いに並列に逆流防止ダイオードおよび抵抗素子を接続している。従って、クランプダイオードのリカバリ電流を抑制でき、応じて負のサージの発生を抑制することができる。また、抵抗素子の抵抗値をクランプ電源の内部抵抗よりも小さくすることにより、クランプ電源の電流容量を超えて電流が流れるのを抑制でき、クランプ電源の破壊を防止することができる。 As described above, in the fourth embodiment of the present invention, in the clamp circuit, the backflow preventing diode and the resistance element are connected in parallel between the clamp capacitor and the clamp diode. Therefore, the recovery current of the clamp diode can be suppressed, and the occurrence of negative surge can be suppressed accordingly. Further, by making the resistance value of the resistance element smaller than the internal resistance of the clamp power source, it is possible to suppress the current from flowing beyond the current capacity of the clamp power source, and to prevent the clamp power source from being destroyed.
[実施の形態5]
図13は、この発明の実施の形態5に従う逆バイアス安全動作領域測定装置の構成を示す図である。図13に示す測定装置は、図12に示す測定装置と以下の点で、その構成が異なる。すなわち、クランプ回路10において、逆流防止ダイオード20に接続されるクランプコンデンサ17と別に、抵抗素子22と接地ノードの間に第2のクランプコンデンサ24を設ける。図13に示す測定回路2の他の構成は、図12に示す測定回路2の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 5]
FIG. 13 is a diagram showing a configuration of a reverse bias safe operation region measuring apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. The measurement apparatus shown in FIG. 13 differs from the measurement apparatus shown in FIG. 12 in the following points. That is, in the
クランプコンデンサ17の容量値よりも、第2のクランプコンデンサ24の容量値を小さくする。したがって、クランプダイオード15に対するリカバリ電流が、この第2のクランプコンデンサ24から抵抗素子22を介して流れるとき、流れる電流量をより小さくすることができ、応じて、被測定素子1のコレクタに負のサージが発生するのを抑制することができる。また、実施の形態4と同様の効果を得ることができる。
The capacitance value of the
[実施の形態6]
図14は、この発明の実施の形態6に従う逆バイアス安全動作領域測定装置の構成を示す図である。この図14に示す測定回路2は、以下の点で、図13に示す測定回路の構成と異なる。すなわち、クランプ回路10において、抵抗素子22とダイオード26の直列体が、クランプダイオード15のカソードと接地ノードの間に接続される。ダイオード26は、カソードがクランプダイオード15のカソードに接続され、アノードが抵抗22に接続される。図14に示す測定回路2の他の構成は、図13に示す測定回路2の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。
[Embodiment 6]
FIG. 14 shows a configuration of a reverse bias safe operation region measuring apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. The
抵抗素子22の抵抗値は、先の実施の形態4および5と同様、クランプ電源16の内部抵抗よりも小さな抵抗値に設定される。この図14に示す構成において、クランプ電源16から抵抗22に流入する電流を、ダイオード26により遮断する。クランプダイオード15のリカバリ動作時においては、リカバリ電流が抵抗22からダイオード26を介してクランプダイオード15へ供給される。この場合、図12および図13に示す構成と同様、抵抗素子22の電圧降下によりリカバリ電流を小さくすることができる。また、抵抗素子22にはクランプコンデンサ(17または24)が接続されていないため、図13に示す実施の形態5の構成に比べて、さらに、クランプダイオード15のリカバリ電流を低減することができる。
The resistance value of
以上のように,この発明の実施の形態6においては、クランプダイオードのリカバリ電流を、逆流防止ダイオードにより抑制するとともに、抵抗素子およびダイオードを介して供給している。従って、クランプダイオードのリカバリ電流をより低減することができ、被測定素子1のコレクタに負のサージが発生するのをより抑制することができる。
As described above, in the sixth embodiment of the present invention, the recovery current of the clamp diode is suppressed by the backflow prevention diode and supplied via the resistance element and the diode. Therefore, the recovery current of the clamp diode can be further reduced, and the occurrence of a negative surge at the collector of the device under
この発明に係る逆バイアス安全動作領域測定装置は、バイポーラトランジスタまたはIGBTなどのバイポーラ動作をするパワートランジスタの逆バイアス安全動作領域を測定する装置に適用することにより、被測定素子およびクランプダイオードの破壊を生じることなく、正確な測定を行なうことができる。 The reverse bias safe operation area measuring apparatus according to the present invention is applied to an apparatus for measuring a reverse bias safe operation area of a bipolar transistor or a power transistor having a bipolar operation such as an IGBT, thereby destroying an element to be measured and a clamp diode. Accurate measurement can be performed without any occurrence.
1 被測定素子、2 測定回路、4 IGBT、8 ダイオード素子、12 誘導性負荷、13 主電源、14 主電源コンデンサ、15 クランプダイオード、16 クランプ電源、17 クランプコンデンサ、18 ショットキーダイオード、20 逆流防止用ダイオード、22 抵抗素子、24 第2のクランプコンデンサ、26 ダイオード。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記トランジスタ素子の第1および第2の主電極の間に逆並列に接続される、前記トランジスタ素子の耐圧よりも高い耐圧を有するダイオード素子、および
前記トランジスタ素子の第1主電極の電圧をクランプするクランプ回路を備える、逆バイアス安全動作領域測定装置。 An apparatus for measuring a reverse bias safe operating region of a transistor element having first and second main electrodes and a control electrode,
A diode element having a withstand voltage higher than the withstand voltage of the transistor element, connected in antiparallel between the first and second main electrodes of the transistor element, and a voltage of the first main electrode of the transistor element are clamped A reverse-bias safe operating area measuring device comprising a clamp circuit.
クランプ電源、
前記クランプ電源の生成する電圧により充電されるクランプコンデンサ、
前記トランジスタ素子の第1の主電極と前記クランプ電源との間に接続されるクランプダイオード、および
前記クランプダイオードと前記コンデンサとの間に前記クランプダイオードと同一方向に接続される逆流防止ダイオードを備える、逆バイアス安全動作領域測定装置。 An apparatus for measuring a reverse bias safe operating region of a transistor element having first and second main electrodes and a control electrode,
Clamp power supply,
A clamp capacitor charged by a voltage generated by the clamp power supply;
A clamp diode connected between the first main electrode of the transistor element and the clamp power supply; and a backflow prevention diode connected in the same direction as the clamp diode between the clamp diode and the capacitor. Reverse bias safe operating area measuring device.
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