JP2013085409A - 半導体スイッチング回路、及びそれを用いた半導体モジュール並びに電力変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スイッチング素子1,11を有するスイッチング回路20,21において、容量4,14と抵抗5,15との容量抵抗並列接続回路3,13と、ダイオード直列接続回路7,17とこのダイオードと逆方向に並列に接続されたダイオード8,18とを有するダイオード直列並列接続回路6,16とを有し、スイッチング素子1,11のゲート端子には容量抵抗並列接続回路3,13の一端が接続され、この他端とゲート駆動用回路9の出力端子との間には、ダイオード直列接続回路7,17のダイオードのアノード端子をゲート駆動用回路9側、このカソード端子をスイッチング素子1,11のゲート端子側にして、ダイオード直列並列接続回路6,16が接続されている。
【選択図】図1
Description
本発明の実施の形態(一例として、()内に対応する構成要素などを付記)は、ドレイン端子、ソース端子、及びゲート端子を有する半導体スイッチング素子(スイッチング素子1,11)を有し、前記半導体スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間に、前記半導体スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間に加える電圧または流す電流でドレイン端子とソース端子との間の導通及び非導通を制御するゲート駆動回路(ゲート駆動用回路9)が接続される半導体スイッチング回路(スイッチング回路20,21)であって、以下のような特徴を有するものである。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュールを、図1〜図4を用いて説明する。本実施の形態においては、半導体モジュールとして、2つの半導体スイッチング回路を搭載した電力変換モジュールを例に説明する。本発明が適用される半導体モジュールとしては、2つの半導体スイッチング回路を搭載したものの他に、1つの半導体スイッチング回路を搭載したもの、3つ以上の半導体スイッチング回路を搭載したものも含めて半導体モジュールと呼ぶ。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)について、図1を用いて説明する。図1は、この半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の一例を示す回路図である。
前述した半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の動作について、図1を参照しながら、図2を用いて説明する。図2は、この半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の動作において、コイルに流れる電流と時間との関係の一例を示す図である。
前述した半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)において、スイッチング波形とゲート電流波形のシミュレーション結果について、図3を用いて説明する。図3(a)は、図1のドレイン端子D1−ドレイン端子D2(ソース端子S1)間のターンオフ電圧とドレイン端子D2−ソース端子S2間のターンオン電圧のスイッチング波形のシミュレーション結果の一例を示す図であり、図3(b)は、この(a)と同じタイミングにおけるスイッチング素子1とスイッチング素子11のゲート電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。
前述した半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の実装形態について、図4を用いて説明する。図4は、この半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の実装形態の一例を示すレイアウト図であり、(a)は表面を、(b)は裏面をそれぞれ示す。この図4は、前述した図1に記載したスイッチング回路20,21を含む半導体モジュール(電力変換モジュール)10を示している。
以上説明した第1の実施の形態によれば、スイッチング素子1,11を有するスイッチング回路20,21は、容量4,14と抵抗5,15とが並列に接続された容量抵抗並列接続回路3,13と、1つ以上のダイオードが順方向に直列に接続されたダイオード直列接続回路7,17とこのダイオード直列接続回路7,17のダイオードと逆方向にこのダイオード直列接続回路7,17に並列に接続されたダイオード8,18とを有するダイオード直列並列接続回路6,16とを有し、スイッチング素子1,11のゲート端子には容量抵抗並列接続回路3,13の一端が接続され、容量抵抗並列接続回路3,13の他端とゲート駆動用回路9の出力端子との間には、ダイオード直列接続回路7,17の1つ以上のダイオードのアノード端子をゲート駆動用回路9側、ダイオード直列接続回路7,17の1つ以上のダイオードのカソード端子をスイッチング素子1,11のゲート端子側にして、ダイオード直列並列接続回路6,16が接続されていることで、ゲート消費電力が低く、確実にスイッチング素子1,11をオンオフさせ、かつ、高速にスイッチング素子1,11をオンオフさせるスイッチング回路20,21、及びそれを用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)10を実現することができる。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュールを、図5〜図7を用いて説明する。本実施の形態が上記第1の実施の形態と異なる点は、ダイオード直列並列接続回路6,16が、ダイオード直列接続回路7,17と並列に接続された容量22,23をさらに有する点である。以下、上記第1の実施の形態と異なる点を主に説明し、同じ部分の説明は省略する。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)について、図5を用いて説明する。図5は、この半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の一例を示す回路図である。
前述した半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の動作について、図5を参照しながら、前述した図2を用いて説明する。
前述した半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)において、スイッチング波形とゲート電流波形のシミュレーション結果について、図6を用いて説明する。図6(a)は、図5のドレイン端子D1−ドレイン端子D2間のターンオフ電圧とドレイン端子D2−ソース端子S2間のターンオン電圧のスイッチング波形のシミュレーション結果の一例を示す図であり、図6(b)は、この(a)と同じタイミングにおけるスイッチング素子1とスイッチング素子11のゲート電流波形のシミュレーション結果の一例を示す図である。
前述した半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の実装形態について、図7を用いて説明する。図7は、この半導体スイッチング回路を用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)の実装形態の一例を示すレイアウト図であり、(a)は表面を、(b)は裏面をそれぞれ示す。この図7は、前述した図5に記載したスイッチング回路20,21を含む半導体モジュール(電力変換モジュール)10を示している。
以上説明した第2の実施の形態によれば、ダイオード直列並列接続回路6,16は、ダイオード直列接続回路7,17と並列に接続された容量22,23をさらに有することで、上記第1の実施の形態の効果に加えて、容量22,23により短い時間に大電流を流して、より一層、電荷を高速に充放電させることができるので、より一層、高速にスイッチング素子1,11をオンオフさせるスイッチング回路20,21、及びそれを用いた半導体モジュール(電力変換モジュール)10を実現することができる。
2,12 ダイオード
3,13 容量抵抗並列接続回路
4,14 容量
5,15 抵抗
6,16 ダイオード直列並列接続回路
7,17 ダイオード直列接続回路
8,18 ダイオード
9 ゲート駆動用回路
10 半導体モジュール
19 コイル
20,21 スイッチング回路
22,23 容量
Claims (8)
- ドレイン端子、ソース端子、及びゲート端子を有する半導体スイッチング素子を有し、
前記半導体スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間に、前記半導体スイッチング素子のゲート端子とソース端子との間に印加される電圧または電流によってドレイン端子とソース端子との間の導通及び非導通を制御するゲート駆動回路が接続される半導体スイッチング回路であって、
容量素子と抵抗素子とが並列に接続された第1回路と、
1つ以上のダイオードが順方向に直列に接続されたダイオード直列接続回路と、
前記ダイオード直列接続回路のダイオードと逆方向に、前記ダイオード直列接続回路に並列に接続されたダイオードとを有する第2回路とを有し、
前記半導体スイッチング素子のゲート端子には前記第1回路の一端が接続され、
前記第1回路の他端と前記ゲート駆動回路の出力端子との間には、前記ダイオード直列接続回路の1つ以上のダイオードのアノード端子を前記ゲート駆動回路側に、前記ダイオード直列接続回路の1つ以上のダイオードのカソード端子を前記半導体スイッチング素子のゲート端子側にして、前記第2回路が接続されることを特徴とする半導体スイッチング回路。 - 請求項1記載の半導体スイッチング回路において、
前記半導体スイッチング素子は、閾値電圧が0V以上であるノーマリオフ特性を持つ接合型電界効果トランジスタである
ことを特徴とする半導体スイッチング回路。 - 請求項1記載の半導体スイッチング回路を1つ以上搭載している
ことを特徴とする半導体モジュール。 - 請求項1記載の半導体スイッチング回路を2つ以上搭載している
ことを特徴とする電力変換モジュール。 - 請求項1記載の半導体スイッチング回路において、
前記第2回路は、前記ダイオード直列接続回路と並列に接続された容量素子をさらに有する
ことを特徴とする半導体スイッチング回路。 - 請求項5記載の半導体スイッチング回路において、
前記半導体スイッチング素子は、閾値電圧が0V以上であるノーマリオフ特性を持つ接合型電界効果トランジスタである
ことを特徴とする半導体スイッチング回路。 - 請求項5記載の半導体スイッチング回路を1つ以上搭載している
ことを特徴とする半導体モジュール。 - 請求項5記載の半導体スイッチング回路を2つ以上搭載している
ことを特徴とする電力変換モジュール。
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