JP2013126278A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2013126278A
JP2013126278A JP2011272874A JP2011272874A JP2013126278A JP 2013126278 A JP2013126278 A JP 2013126278A JP 2011272874 A JP2011272874 A JP 2011272874A JP 2011272874 A JP2011272874 A JP 2011272874A JP 2013126278 A JP2013126278 A JP 2013126278A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
voltage
gate
semiconductor device
switch means
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.)
Granted
Application number
JP2011272874A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5927739B2 (ja
Inventor
Toru Takeuchi
亨 竹内
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2011272874A priority Critical patent/JP5927739B2/ja
Priority to US13/674,302 priority patent/US9257830B2/en
Publication of JP2013126278A publication Critical patent/JP2013126278A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5927739B2 publication Critical patent/JP5927739B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02HEMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/20Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection responsive to excess voltage
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/165Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches by feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/166Soft switching

Landscapes

  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

【課題】スイッチング素子がターンオフする際のサージ電圧を低減させ、スイッチング素子が非飽和状態でオンする際の出力電流を減少させて自己発熱を抑制する。
【解決手段】半導体スイッチング素子1を過電圧から保護する過電圧保護回路24と、スイッチング素子1をオン・オフさせる制御信号をスイッチング素子1の制御端子に伝達するゲート抵抗6,7と、を備えた半導体装置に関する。スイッチング素子1がオフするときにスイッチング素子1の出力端子に印加される電圧に相当する信号が、過電圧保護回路24を介して入力される電圧検出スイッチ(第1のスイッチ手段)13と、このスイッチ13の出力側に接続されたタイミングコンデンサ(第1のコンデンサ)14の電圧により動作してゲート抵抗の抵抗値を増加させるように切替動作するゲート抵抗切替スイッチ(第2のスイッチ手段)15と、を備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、スイッチング素子に対する過電圧保護機能を備えた半導体装置に関するものである。
図4は、スイッチング素子に対する過電圧保護機能を備えた半導体装置の従来技術を示している。
図4において、1はIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチング素子、2は還流ダイオード(FWD)である。スイッチング素子1のコレクタCとゲートGとの間には、定電圧ダイオード3とゲート電流の逆流阻止用ダイオード5との直列回路からなる過電圧保護回路23が接続されている。また、ゲートGとエミッタEとの間には、定電圧ダイオード9が接続されている。この定電圧ダイオード9は、ゲート信号及び過電圧保護回路23による過電圧ノイズが、スイッチング素子1のゲートGの耐電圧を超えないようにするためのものである。
なお、上記コレクタCは正の直流電源端子Pに接続され、エミッタEは負の直流電源端子Nに接続されている。
8はゲート信号出力回路であり、その出力側とスイッチング素子1のゲートGとの間には、オフ時ゲートバイパス用のダイオード22とゲート抵抗7とが直列に接続されている。更に、ダイオード22とゲート抵抗7との直列回路には、ゲート抵抗6が並列に接続されている。
上記構成において、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間に電圧を加えて誘導性負荷(図示せず)をスイッチング駆動すると、スイッチング素子1がオンからオフに移行するターンオフ時のコレクタ電流変化率(di/dt)と配線インダクタンスとにより、サージ電圧が発生する。このサージ電圧はコレクタ−エミッタ間電圧に重畳されるため、その最大電圧がコレクタ−エミッタ間の耐電圧を超えると、スイッチング素子1が過電圧破壊するおそれがある。
そこで、図4の回路では、スイッチング素子1のコレクタCの電圧が定電圧ダイオード3による設定電圧以上になるとツェナー電流が流れ、ゲート信号がオフの期間(ゲート電圧がオン閾値以下である期間)であっても、スイッチング素子1のゲート電圧をオン閾値以上に持ち上げている。これにより、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間に電流が流れてコレクタ電圧が低下するため、スイッチング素子1を過電圧破壊から保護することができる。
なお、特許文献1にも、定電圧ダイオードを含むクランプ回路をIGBTのコレクタ−ゲート間に接続し、コレクタ−エミッタ間に過電圧が印加された際にクランプ回路にツェナー電流を流してIGBTを非飽和状態でオンさせることにより、IGBTのコレクタ−エミッタ間電圧を低下させて過電圧から保護する回路が記載されている。
特開平7−297358号公報(段落[0065],[0066]、図1,図3等)
図4や特許文献1に記載された回路では、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間に過電圧が印加されたときにスイッチング素子1を非飽和状態でオンさせることにより、コレクタ−エミッタ間電圧を低下させると共に、サージ電圧のエネルギーを自己消費して熱に変えている。これらの従来技術によれば、スイッチング素子1の過電圧破壊を防ぐことは可能であるが、ターンオフ時に自己発熱が急激に大きくなり、スイッチング素子1やゲート制御回路に大きな負荷がかかるという問題がある。
そこで、本発明の目的は、半導体スイッチング素子がターンオフする際のサージ電圧が小さくなるように、半導体スイッチング素子を非飽和状態でオンさせる電流を制御し、スイッチング素子の出力端子に流れる電流を減少させて自己発熱を抑制するようにした半導体装置を提供することにある。
上記の課題を解決するため、本発明は、IGBT等の半導体スイッチング素子を過電圧から保護する過電圧保護回路と、スイッチング素子をオン・オフさせる制御信号をスイッチング素子の制御端子に伝達する抵抗と、を備えた半導体装置を技術的な前提としている。
そして、本発明に係る半導体装置の特徴は、スイッチング素子がオフするときにスイッチング素子の出力端子に印加される電圧に相当する信号が、過電圧保護回路を介して入力される第1のスイッチ手段を有する点、及び、第1のスイッチ手段の出力側に接続された第1のコンデンサの電圧により動作して前記抵抗の抵抗値を増加させる第2のスイッチ手段を有する点、にある。
これらの第1,第2のスイッチ手段は、例えばMOS−FET等の半導体スイッチング素子によって構成することができる。
また、本発明は、遅延手段を備えることが望ましい。この地縁集団は、過電圧保護回路から出力される情報を遅延させて第1のスイッチ手段に伝達するものである。すなわち、遅延手段は、過電圧保護回路と第1のスイッチ手段との間に接続された第2のコンデンサを含み、この第2のコンデンサの電圧によって第1のスイッチ手段の入力電圧の変化を遅延させる。
更に、本発明は、タイミング制御手段を備えることが望ましい。このタイミング制御手段は、前記制御信号に応じて、第2のスイッチ手段を動作させるタイミングを制御するものである。すなわち、タイミング制御手段は、前記制御信号のレベルに応じて充電または放電される第1のコンデンサを含み、このコンデンサの電圧に応じて、第2のスイッチ手段を動作させるタイミングを制御する。
なお、第2のスイッチ手段は、複数の抵抗の接続状態を変化させるように動作して抵抗値を増加させることが望ましい。
本発明においては、例えば1サイクル前の半導体スイッチング素子のコレクタ電圧及びオン時間に基づいて、スイッチング素子のゲート抵抗値が大きくなるようにゲート抵抗を切り替える。これにより、スイッチング素子がターンオフする速度を遅くしてコレクタ電流の変化率を小さくし、ターンオフ時におけるサージ電圧を低減する。
従って、スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧を低下させることができ、自己発熱を抑制すると共にスイッチング素子やゲート制御回路の負荷を軽減することが可能である。
本発明の実施形態を示す回路図である。 本発明の実施形態の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態において、スイッチング素子のオン時間が長期間である場合の動作を示すタイミングチャートである。 従来技術を示す回路図である。
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図1において、前記同様に1はIGBT等の半導体スイッチング素子、Cは正の直流電源端子Pに接続されたコレクタ、Gはゲート、Eは負の直流電源端子Nに接続されたエミッタ、2は還流ダイオードである。
ここで、ゲートGは請求項における制御端子に相当し、コレクタC及びエミッタEは同じく出力端子に相当する。
上記コレクタCとゲートGとの間には、定電圧ダイオード3,4とゲート電流の逆流阻止用ダイオード5との直列回路が接続され、ゲートGとエミッタEとの間には定電圧ダイオード9が接続されている。
上述した定電圧ダイオード3,4及びダイオード5により、一般的な自己電圧クランプ形の過電圧保護回路24が構成されている。なお、定電圧ダイオード3,4の直列回路により、過電圧保護回路24の動作電圧が設定されている。また、定電圧ダイオード3の定電圧値は、スイッチング素子1の通常の動作電圧(コレクタ電圧)付近の値に設定されている。
定電圧ダイオード9は、図4と同様に、ゲート信号及び過電圧保護回路24による過電圧ノイズが、スイッチング素子1のゲートGの耐電圧を超えないようにするためのものである。
8は、外部から送られたゲート信号を出力するゲート信号出力回路であり、ゲート信号は「High」レベルがスイッチング素子1のオン、「Low」レベルが同じくオフに対応する。ここで、上記ゲート信号は、請求項における制御信号に相当する。
ゲート信号出力回路8の出力側とスイッチング素子1のゲートGとの間には、ゲート抵抗切替スイッチ15内のスイッチング素子15aとゲート抵抗7とが直列に接続されている。また、スイッチング素子15aとゲート抵抗7との直列回路には、ゲート抵抗6が並列に接続されている。
ゲート抵抗7は、後述するタイミングコンデンサ14の電位がゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値レベルを超えたときに有効になるものである。このゲート抵抗7の値は、スイッチング素子1の通常動作時のスイッチング損失を抑制するため、例えば0[Ω]とするか、または、ゲート抵抗6に比べて十分に小さい値に設定されている。
ゲート抵抗切替スイッチ15は、前記スイッチング素子15aと、そのゲートとスイッチング素子1のエミッタEとの間に抵抗15cを介して接続されたスイッチング素子15bと、を備えている。これらのスイッチング素子15a,15bは、例えばMOS−FETにより構成されている。15d,15eは、それぞれ、スイッチング素子15a,15bのゲート−エミッタ間の抵抗である。
ゲート抵抗切替スイッチ15は、請求項における第2のスイッチ手段に相当する。
この実施形態では、定電圧ダイオード3,4の接続点とスイッチング素子1のエミッタEとの間に電圧検出抵抗10,11が直列に接続され、これらの抵抗10,11の接続点が、例えばMOS−FETからなる電圧検出スイッチ13のゲートに接続されている。この電圧検出スイッチ13は、請求項における第1のスイッチ手段に相当する。
また、12は電圧検出スイッチ13のゲート信号の検出タイミングを遅らせるための遅延コンデンサ、21は電圧検出スイッチ13のゲートに過電圧が印加されるのを防止するための定電圧ダイオードである。これらの遅延コンデンサ12及び定電圧ダイオード21は、電圧検出抵抗11に並列に接続されている。
なお、電圧検出抵抗10,11及び遅延コンデンサ12は、請求項における遅延手段に相当する。また、遅延コンデンサ12は請求項における第2のコンデンサに相当する。
更に、電圧検出スイッチ13のコレクタはスイッチング素子15bのゲートに接続されていると共に、電圧検出スイッチ13のコレクタ−エミッタ間にはタイミングコンデンサ14が接続されている。このタイミングコンデンサ14は、請求項における第1のコンデンサに相当する。
また、ゲート信号は、ゲート信号反転出力回路16にも入力されている。このゲート信号反転出力回路16の出力側とスイッチング素子15bのゲート(電圧検出スイッチ13のコレクタ)との間には、ダイオード18と抵抗17との直列回路、及び、ダイオード20と抵抗19との直列回路が、互いに並列に接続されている。
ここで、タイミングコンデンサ14の充電時間は抵抗17により制御され、放電時間は抵抗19により制御される。そして、タイミングコンデンサ14の充電・放電は、ゲート信号反転出力回路16の出力信号、及び、電圧検出スイッチ13の動作によって制御されるものである。
これらのゲート信号反転出力回路16、ダイオード18,20、抵抗17,19、タイミングコンデンサ14等は、請求項におけるタイミング制御手段を構成している。
ゲート抵抗切替スイッチ15は、タイミングコンデンサ14の電位によってオン・オフが切り替えられる。
すなわち、タイミングコンデンサ14の電位がゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値レベルを超えるとスイッチング素子15b,15aがオンしてゲート抵抗7が有効になり、スイッチング素子1のゲートGにはゲート抵抗6,7の並列回路が接続される。また、タイミングコンデンサ14の電位がゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値レベルを下回るとスイッチング素子15b,15aがオフしてゲート抵抗7が無効になり、スイッチング素子1のゲートGにはゲート抵抗6のみが接続されることになる。
次に、この実施形態の動作を、図2に基づいて説明する。
この実施形態では、スイッチング素子1がターンオフする際にゲート抵抗値を大きくしてゲート電流を制限し、スイッチング素子1のコレクタ電流変化率(di/dt)を小さくしてサージ電圧を低減させている。これにより、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間に印加される電圧を予め耐電圧以下に低減し、過電圧保護回路24によりスイッチング素子1を非飽和状態でオンさせる保護動作を極力避けるようにしてスイッチング素子1の自己発熱を防止する。
スイッチング素子1の耐電圧を超えるサージ電圧は、コレクタ−エミッタ間電圧が高く、しかもコレクタ電流が大きい場合に発生しやすいものであり、スイッチング素子1のターンオフ時の電流変化率(di/dt)が大きくなるほどサージ電圧も大きくなる。
ここで、上記電流変化率(di/dt)は、ターンオフ時のゲート抵抗値(ゲート電流)によって制御可能である。従って、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間電圧及びコレクタ電流に基づいてゲート抵抗値を制御すれば、スイッチング素子1がターンオフする際のサージ電圧を抑制することができる。
なお、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間電圧に関する情報はスイッチング素子1のオフ期間に得られるが、スイッチング素子1がターンオフする直前はスイッチング素子1がオンしているため、コレクタ−エミッタ間電圧に関する情報を得ることができない。従って、例えば1サイクル前のオフ期間におけるコレクタ−エミッタ間電圧を検出し、以後のターンオフ時におけるゲート抵抗値を制御する必要がある。
そこで、図1の実施形態では、定電圧ダイオード3及び電圧検出抵抗10,11により分圧されて遅延コンデンサ12により緩慢に変化する電圧を、例えば1サイクル前のオフ期間におけるコレクタ−エミッタ間電圧に相当する信号とみなし、この信号によって電圧検出スイッチ13を動作させる。つまり、スイッチング素子1のコレクタ電圧が定電圧ダイオード3による設定電圧以上になると、電圧検出抵抗10,11及び遅延コンデンサ12により規定される時間経過後に電圧検出スイッチ13がオンするようにした。
いま、図2の時刻tにおいてゲート信号が「Low」レベルになり、スイッチング素子1のコレクタ電圧が定電圧ダイオード3による設定電圧以上になると、電圧検出抵抗10,11及び遅延コンデンサ12により決まる時定数を経過した時刻tで、電圧検出スイッチ13がオンする。このときのスイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間電圧は、図2における「電圧検出点」の値である。
電圧検出スイッチ13がオンすると、タイミングコンデンサ14は急速放電され、その電位がゲート抵抗切替スイッチ15のスイッチング素子15bがオンする閾値(ゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値)以下になるとスイッチング素子15b,15aがオフする。なお、スイッチング素子15aのオンによりスイッチング素子15bもオンし、スイッチング素子15aのオフによりスイッチング素子15bもオフするため、スイッチング素子15b,15aのオン・オフはゲート抵抗切替スイッチ15のオン・オフと言い換えることができる。
スイッチング素子15b,15aのオフ、つまりゲート抵抗切替スイッチ15のオフにより、ゲート信号出力回路8とスイッチング素子1のゲートGとの間にはゲート抵抗6のみが接続され、ゲート抵抗7は接続されなくなる。
このとき、スイッチング素子1のターンオフ速度はゲート抵抗6のみによって制御されており、ゲート抵抗6,7の並列接続時に比べてゲート抵抗値が大きくなるので、電流変化率(di/dt)は小さくなる。このため、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間電圧に重畳されるサージ電圧を低減することができる。
その後、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間電圧が電圧検出点を下回ると、時刻tで電圧検出スイッチ13がオフする。
一方、時刻t以後、ゲート信号反転出力回路16の出力は「High」レベルになっており、時刻tで電圧検出スイッチ13がオフした後は、ダイオード18及び抵抗17を介して、タイミングコンデンサ14がゲート信号反転出力回路16の出力電圧レベルまで充電される。この場合、サージ電圧が発生する時間よりもタイミングコンデンサ14の充電時間が長くなるように、抵抗17の値(充電時の時定数)を決定する。
そして、タイミングコンデンサ14の電位がゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値を超えるとゲート抵抗切替スイッチ15がオンし、スイッチング素子1のゲートGにゲート抵抗6,7が並列接続されるため、ゲート抵抗値が小さくなる。
次に、時刻tでゲート信号が「High」レベルになると、ゲート電圧は直ちに上昇してスイッチング素子1がターンオンする。また、時刻t以後はゲート信号反転出力回路16の出力が「Low」レベルになるため、抵抗19及びダイオード20を介してタイミングコンデンサ14が放電し始め、タイミングコンデンサ14の電圧が徐々に低下していく。この時の放電時定数は抵抗19の値により所望の値に設定可能である。
その後、時刻tでゲート信号が「Low」レベルになると、直後の時刻tにおいて時刻tと同様に電圧検出スイッチ13がオンすると共に、ゲート抵抗切替スイッチ15がオフする。これにより、ゲート抵抗6のみがスイッチング素子1のゲートGに接続されるため、ゲート抵抗値は大きくなり、電流変化率(di/dt)は小さくなる。
時刻t〜tにおける、スイッチング素子1のコレクタ電流、ゲート電圧等の挙動は、図2〜明らかなように、前述した時刻t〜tの場合と同様である。
なお、図2では、スイッチング素子1のターンオフ時において、コレクタ−エミッタ間電圧が過電圧保護動作点を超えているため、図1の過電圧保護回路24が動作してスイッチング素子1が非飽和状態でオンし、コレクタ−エミッタ間電圧を低下させることになる。しかし、この場合には電流変化率(di/dt)が小さく、サージ電圧が抑制されているため、コレクタ−エミッタ間に印加される電圧もそれほど大きくならず、オン状態のスイッチング素子1によって自己消費される熱エネルギーも少なくて済む。
コレクタ−エミッタ間電圧が過電圧保護動作点を下回ると、その後にゲート信号が「High」レベルになる時刻tまで、電圧検出スイッチ13はオン状態、ゲート抵抗切替スイッチ15はオフ状態を保ち、スイッチング素子1のゲートGにゲート抵抗6のみが接続されていてゲート抵抗値が大きい状態が維持される。
時刻t〜tの期間は、ゲート信号が「Low」レベル、ゲート信号反転出力が「High」レベルであるが、上記のように電圧検出スイッチ13はオン状態であるため、タイミングコンデンサ14は充電されず、その電位はゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値を下回り続ける。
また、時刻t〜tの期間に「High」レベルであったゲート信号が時刻tで「Low」レベルになると、スイッチング素子1がターンオフする。このとき、ゲート抵抗値は大きいままであり、コレクタ電流の電流変化率(di/dt)が小さいので、時刻t以後、コレクタ電流は緩慢に減少する。従って、ターンオフ時のサージ電圧は低減される。
なお、スイッチング素子1のコレクタ−エミッタ間電圧が電圧検出点を超える時刻tで、電圧検出スイッチ13がオンすることになる。
次に、図3は、ゲート信号が期間Δtのように長期間にわたり「High」レベルになり、スイッチング素子1のオン時間が許容値を超えてスイッチング素子1にとっての過電流状態(電流時間積がスイッチング素子1の許容値を超える状態)になった場合の動作を示している。
前述したように、この実施形態では、ゲート信号反転出力回路16の出力を用い、ダイオード20及び抵抗19を介してタイミングコンデンサ14を放電させている。この場合、抵抗19によって決定される放電時定数を、スイッチング素子1にとっての過電流状態に相当するオン時間に設定する。
これにより、オン期間が長い場合は、スイッチング素子1のコレクタ電流が過電流となる時刻以前に、タイミングコンデンサ14を放電させることができる。そして、タイミングコンデンサ14の電位がゲート抵抗切替スイッチ15の入力閾値以下になった場合には、ゲート抵抗切替スイッチ15がオフし、ターンオフ速度は、ゲート抵抗6のみによる大きなゲート抵抗値によって制御されるため、通常よりも遅くなる。
従って、スイッチング素子1の電流変化率(di/dt)を減少させてサージ電圧を低減することができる。
本発明は、IGBT等の半導体スイッチング素子を用いたパワーモジュールを始めとして、各種の半導体装置に利用可能である。
1:半導体スイッチング素子(IGBT)
2:還流ダイオード(FWD)
3,4,9:定電圧ダイオード
5:ダイオード
6,7:ゲート抵抗
8:ゲート信号出力回路
10,11:電圧検出抵抗
12:遅延コンデンサ
13:電圧検出スイッチ(MOS−FET)
14:タイミングコンデンサ
15:ゲート抵抗切替スイッチ
15a,15b:半導体スイッチング素子(MOS−FET)
15c,15d,15e:抵抗
16:ゲート信号反転出力回路
17,19:抵抗
18,20:ダイオード
21:定電圧ダイオード
22:ダイオード
23,24:過電圧保護回路
G:ゲート
C:コレクタ
E:エミッタ
P,N:直流電源端子

Claims (8)

  1. 半導体スイッチング素子を過電圧から保護する過電圧保護回路と、前記スイッチング素子をオン・オフさせる制御信号を前記スイッチング素子の制御端子に伝達する抵抗と、を備えた半導体装置において、
    前記スイッチング素子がオフするときに前記スイッチング素子の出力端子に印加される電圧に相当する信号が、前記過電圧保護回路を介して入力される第1のスイッチ手段と、
    前記第1のスイッチ手段の出力側に接続された第1のコンデンサの電圧により動作して前記抵抗の抵抗値を増加させる第2のスイッチ手段と、
    を備えたことを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載した半導体装置において、
    前記過電圧保護回路から出力される情報を遅延させて前記第1のスイッチ手段に伝達する遅延手段を備えたことを特徴とする半導体装置。
  3. 請求項2に記載した半導体装置において、
    前記遅延手段が、前記過電圧保護回路と前記第1のスイッチ手段との間に接続された第2のコンデンサを含み、この第2のコンデンサの電圧によって前記第1のスイッチ手段の入力電圧の変化を遅延させることを特徴とする半導体装置。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載した半導体装置において、
    前記制御信号に応じて、前記第2のスイッチ手段を動作させるタイミングを制御するタイミング制御手段を備えたことを特徴とする半導体装置。
  5. 請求項4に記載した半導体装置において、
    前記タイミング制御手段が、前記制御信号のレベルに応じて充電または放電される前記第1のコンデンサを含み、前記第1のコンデンサの電圧に応じて、前記第2のスイッチ手段を動作させるタイミングを制御することを特徴とする半導体装置。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載した半導体装置において、
    前記第2のスイッチ手段が、複数の抵抗の接続状態を変化させるように動作して前記抵抗値を増加させることを特徴とする半導体装置。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載した半導体装置において、
    前記第1のスイッチ手段が、前記過電圧保護回路に接続された分圧用抵抗による分圧値によって動作する半導体スイッチング素子を有することを特徴とする半導体装置。
  8. 請求項1〜7の何れか1項に記載した半導体装置において、
    前記第2のスイッチ手段が、前記第1のコンデンサの電圧によって動作する半導体スイッチング素子を有することを特徴とする半導体装置。
JP2011272874A 2011-12-14 2011-12-14 半導体装置 Active JP5927739B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011272874A JP5927739B2 (ja) 2011-12-14 2011-12-14 半導体装置
US13/674,302 US9257830B2 (en) 2011-12-14 2012-11-12 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011272874A JP5927739B2 (ja) 2011-12-14 2011-12-14 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013126278A true JP2013126278A (ja) 2013-06-24
JP5927739B2 JP5927739B2 (ja) 2016-06-01

Family

ID=48609899

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011272874A Active JP5927739B2 (ja) 2011-12-14 2011-12-14 半導体装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9257830B2 (ja)
JP (1) JP5927739B2 (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015122483A1 (ja) * 2014-02-14 2015-08-20 ローム株式会社 ゲート駆動回路および電源装置
DE102015220594A1 (de) 2014-10-24 2016-04-28 Hitachi, Ltd. Halbleiter-Antriebseinheit und Stromrichter, der diese verwendet
CN110739948A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 立积电子股份有限公司 信号开关装置
JP2021103849A (ja) * 2019-12-25 2021-07-15 株式会社タムラ製作所 ゲート駆動回路

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5927739B2 (ja) * 2011-12-14 2016-06-01 富士電機株式会社 半導体装置
CN103905019B (zh) * 2012-12-31 2017-12-12 比亚迪股份有限公司 一种igbt模块门极驱动电阻等效调节电路
DE102013202641A1 (de) * 2013-02-19 2014-08-21 Robert Bosch Gmbh Schutzvorrichtung für einen Halbleiterschalter und Verfahren zum Betreiben einer Schutzvorrichtung für einen Halbleiterschalter
DE102014200503A1 (de) * 2014-01-09 2015-07-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines aktiven Gleichrichters, Schaltungsanordnung und Computerprogramm
DE102015206031B4 (de) 2015-04-02 2018-09-13 Siemens Aktiengesellschaft Vorrichtung zum Begrenzen einer über einem Leistungsschalter abfallenden Spannung, Spannungszwischenkreisumrichter sowie Verfahren
CN105262332B (zh) * 2015-11-18 2017-10-31 广东工业大学 一种应用于开关电源的上电浪涌电流抑制电路
GB2545445A (en) * 2015-12-16 2017-06-21 General Electric Technology Gmbh Voltage balancing of voltage source converters
JP6825223B2 (ja) * 2016-04-15 2021-02-03 富士電機株式会社 駆動装置および誘導性負荷駆動装置
US10144296B2 (en) * 2016-12-01 2018-12-04 Ford Global Technologies, Llc Gate driver with temperature compensated turn-off
CN108631557B (zh) * 2017-03-20 2020-03-10 台达电子企业管理(上海)有限公司 绝缘栅双极型晶体管的栅极电压控制电路及其控制方法
CN107623512B (zh) * 2017-08-29 2020-08-04 中国科学院电工研究所 一种有源密勒箝位保护电路
EP3506507A1 (en) * 2017-12-27 2019-07-03 Ikerlan, S. Coop. Gate driver for a semiconductor
CN109995001A (zh) * 2018-01-02 2019-07-09 通用电气公司 用于保护可控开关的保护电路和保护方法
CN109449911B (zh) * 2018-12-26 2023-11-28 上海艾为电子技术股份有限公司 一种保护电路

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05161342A (ja) * 1991-11-29 1993-06-25 Fuji Electric Co Ltd 電圧駆動形半導体素子の駆動回路
JPH06501836A (ja) * 1991-09-06 1994-02-24 スクウエアー ディー カンパニー モータコントローラ
JPH06296362A (ja) * 1992-07-16 1994-10-21 Sgs Thomson Microelectron Sa 電力用トランジスタを保護するための保護回路
JPH07297358A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体パワーモジュールおよび電力変換装置
JPH1023743A (ja) * 1996-07-05 1998-01-23 Mitsubishi Electric Corp 半導体素子の駆動回路
JP2006067795A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas ゲート指令装置、電動機指令機器及びターンオフ指令方法
JP2006353093A (ja) * 2005-02-17 2006-12-28 Hitachi Ltd 半導体素子の制御方法
JP2008220119A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Toyota Motor Corp ゲート電圧制御回路及びゲート電圧制御方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4809122A (en) * 1987-07-31 1989-02-28 Brunswick Corporation Self-protective fuel pump driver circuit
US5079608A (en) * 1990-11-06 1992-01-07 Harris Corporation Power MOSFET transistor circuit with active clamp
US6169439B1 (en) * 1997-01-02 2001-01-02 Texas Instruments Incorporated Current limited power MOSFET device with improved safe operating area
US6181083B1 (en) * 1998-10-16 2001-01-30 Electro-Mag, International, Inc. Ballast circuit with controlled strike/restart
EP1184984B1 (en) * 2000-02-25 2003-10-22 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Power module
JP4223331B2 (ja) * 2003-06-13 2009-02-12 株式会社日立製作所 電力制御用半導体素子の保護装置及びそれを備えた電力変換装置
US6956425B2 (en) * 2003-12-30 2005-10-18 Texas Instruments Incorporated Clamping circuit for high-speed low-side driver outputs
JP2006042410A (ja) * 2004-07-22 2006-02-09 Toshiba Corp スナバ装置
GB2488778B (en) * 2011-03-07 2013-03-20 Amantys Ltd Voltage balancing for power switching devices
JP5927739B2 (ja) * 2011-12-14 2016-06-01 富士電機株式会社 半導体装置
US8717069B2 (en) * 2012-04-24 2014-05-06 General Electric Company Converter switch apparatus and method
JP5996465B2 (ja) * 2013-03-21 2016-09-21 株式会社東芝 半導体装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06501836A (ja) * 1991-09-06 1994-02-24 スクウエアー ディー カンパニー モータコントローラ
JPH05161342A (ja) * 1991-11-29 1993-06-25 Fuji Electric Co Ltd 電圧駆動形半導体素子の駆動回路
JPH06296362A (ja) * 1992-07-16 1994-10-21 Sgs Thomson Microelectron Sa 電力用トランジスタを保護するための保護回路
JPH07297358A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Mitsubishi Electric Corp 半導体パワーモジュールおよび電力変換装置
JPH1023743A (ja) * 1996-07-05 1998-01-23 Mitsubishi Electric Corp 半導体素子の駆動回路
JP2006067795A (ja) * 2004-08-27 2006-03-09 Schneider Toshiba Inverter Europe Sas ゲート指令装置、電動機指令機器及びターンオフ指令方法
JP2006353093A (ja) * 2005-02-17 2006-12-28 Hitachi Ltd 半導体素子の制御方法
JP2008220119A (ja) * 2007-03-07 2008-09-18 Toyota Motor Corp ゲート電圧制御回路及びゲート電圧制御方法

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015122483A1 (ja) * 2014-02-14 2015-08-20 ローム株式会社 ゲート駆動回路および電源装置
JP2015154591A (ja) * 2014-02-14 2015-08-24 ローム株式会社 ゲート駆動回路および電源装置
US9935625B2 (en) 2014-02-14 2018-04-03 Rohm Co., Ltd. Gate drive circuit and power supply capable of reducing surge voltage
DE102015220594A1 (de) 2014-10-24 2016-04-28 Hitachi, Ltd. Halbleiter-Antriebseinheit und Stromrichter, der diese verwendet
JP2016086490A (ja) * 2014-10-24 2016-05-19 株式会社日立製作所 半導体駆動装置ならびにそれを用いた電力変換装置
CN110739948A (zh) * 2018-07-20 2020-01-31 立积电子股份有限公司 信号开关装置
CN110739948B (zh) * 2018-07-20 2023-04-07 立积电子股份有限公司 信号开关装置
JP2021103849A (ja) * 2019-12-25 2021-07-15 株式会社タムラ製作所 ゲート駆動回路
JP7356340B2 (ja) 2019-12-25 2023-10-04 株式会社タムラ製作所 ゲート駆動回路

Also Published As

Publication number Publication date
US20130155560A1 (en) 2013-06-20
JP5927739B2 (ja) 2016-06-01
US9257830B2 (en) 2016-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5927739B2 (ja) 半導体装置
JP6402591B2 (ja) 半導体装置
JP6735900B2 (ja) 半導体装置、および、電力変換システム
CN107615664B (zh) 功率晶体管驱动装置
JP4432215B2 (ja) 半導体スイッチング素子のゲート駆動回路
US7368972B2 (en) Power transistor control device
JP4295928B2 (ja) 半導体保護回路
WO2014034063A1 (ja) 半導体装置
JP6939059B2 (ja) 半導体素子の駆動装置
JP6965902B2 (ja) 過電流保護回路及びスイッチング回路
JP2018011467A (ja) 半導体スイッチング素子のゲート駆動回路
US8270135B2 (en) Transistor half-bridge control
JP5925434B2 (ja) ゲート駆動回路
US9490794B1 (en) Dynamic shutdown protection circuit
JP2018153006A (ja) ゲート駆動装置
JP2004032937A (ja) 同期整流用mosfetの制御回路
JP2014050179A (ja) 半導体装置
WO2021048973A1 (ja) 過電流保護回路及びスイッチング回路
JP4946103B2 (ja) 電力変換装置
JP5704105B2 (ja) 半導体装置
CN116345867A (zh) 用于功率器件栅极驱动器的负负载电流的过电流保护
JP5069259B2 (ja) 半導体回路装置
JP2004119842A (ja) 電力用半導体素子の駆動回路
JP2018088728A (ja) ゲート駆動回路
JP6166790B2 (ja) 電力半導体デバイスの制御のためのシステムおよび方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150722

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150722

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150911

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160328

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160410

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5927739

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D02

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250