JP2016134882A - Device and method for load drive control - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a load drive control device and a load drive control method, enabling improved reliability at the drive of a power semiconductor device while restraining the deterioration of the device at the drive.SOLUTION: An IGBT device 2ud includes a plurality of cells 8, 9 mutually electrically connected to a gate input terminal 10. Each time constant of the gate capacitance of a charge and discharge path of the plurality of cells 8, 9 is different between the two cells 8, 9. A drive control unit 15 performs control to drive a load according to the drive of the IGBT device 2ud. An acquisition unit 16 acquires a value corresponding to a load current which flows through the IGBT device 2ud. A drive control unit 15 drives the IGBT device 2ud by reducing a switching-off speed as a load conduction current, which is detected corresponding to the acquisition value of the acquisition unit 16, becomes higher.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、負荷駆動制御装置および負荷駆動制御方法に関する。   The present invention relates to a load drive control device and a load drive control method.

この種の負荷駆動制御装置としては、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、パワーMOSトランジスタに代表されるパワー半導体素子を接続して負荷を駆動するものがある。このようなパワー半導体素子は、その半導体構造をミクロ的に観察すると複数のセルが並列接続して構成されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載の構成は、第1ゲート電圧駆動型半導体素子と、第1ゲート電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された第1ゲートパターンと、第2ゲート電圧駆動型半導体素子と、第2ゲート電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された第2ゲートパターンとからなっており、各セルの間のゲートインピーダンスに差を生じさせている。これにより、ターンオフ時の各セルの挙動に不均一を生じさせ、パワー半導体素子のターンオフ時のサージ電圧を低減でき、Eoff損失とサージ電圧のトレードオフを改善できる。   As this type of load drive control device, there is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), and a device that drives a load by connecting a power semiconductor element typified by a power MOS transistor. Such a power semiconductor element is configured by connecting a plurality of cells in parallel when the semiconductor structure is observed microscopically (see, for example, Patent Document 1). The configuration described in Patent Document 1 includes a first gate voltage driven semiconductor element, a first gate pattern connected to the gate of the first gate voltage driven semiconductor element, a second gate voltage driven semiconductor element, and a second gate voltage driven semiconductor element. It consists of a second gate pattern connected to the gate of the gate voltage driven semiconductor element, and causes a difference in the gate impedance between the cells. Thereby, the behavior of each cell at the time of turn-off is made uneven, the surge voltage at the time of turn-off of the power semiconductor element can be reduced, and the trade-off between Eoff loss and surge voltage can be improved.

特開2004−319624号公報JP 2004-319624 A

特許文献1記載の構成を採用すると、パワー半導体素子がターンオフすると、複数セル(又は/及び複数デバイス)のうちの特定構造に電流が集中しやすくなり、素子劣化を誘発しやすくなることが判明している。   When the configuration described in Patent Document 1 is adopted, it is found that when the power semiconductor element is turned off, current tends to concentrate on a specific structure of a plurality of cells (or / and a plurality of devices), and element deterioration is likely to be induced. ing.

本発明の目的は、駆動時の素子劣化を抑制しつつパワー半導体素子の駆動時の信頼性を向上できるようにした負荷駆動制御装置及び負荷駆動制御方法を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a load drive control device and a load drive control method capable of improving reliability during driving of a power semiconductor element while suppressing element deterioration during driving.

請求項1または3に記載の発明によれば、パワー半導体素子はゲート入力端子に互いに電気的に接続された複数のセル又は/及び複数のデバイスからなる複数構造を有しており、これらの複数構造のゲート容量の充放電経路の時定数が少なくとも2つの構造の間で異なっている。駆動制御部は、このパワー半導体素子を駆動することに応じて負荷を駆動制御する。取得部は、パワー半導体素子を通じて流れる負荷の電流に対応する値を取得し、駆動制御部は、取得部の取得値に対応して検出される負荷の通電電流が高くなるに従ってスイッチングオフ速度を低速にしてパワー半導体素子を駆動する。これにより、複数構造のうち特定構造に電流が集中しにくくなり、駆動時の素子劣化を抑制しつつパワー半導体素子の駆動時の信頼性を向上できる。   According to the invention described in claim 1 or 3, the power semiconductor element has a plurality of structures including a plurality of cells or / and a plurality of devices electrically connected to the gate input terminal. The time constant of the charge / discharge path of the gate capacitance of the structure is different between at least two structures. The drive control unit drives and controls the load in response to driving the power semiconductor element. The acquisition unit acquires a value corresponding to the load current flowing through the power semiconductor element, and the drive control unit decreases the switching-off speed as the load energization current detected corresponding to the acquired value of the acquisition unit increases. Then, the power semiconductor element is driven. Thereby, it becomes difficult for current to concentrate on a specific structure among the plurality of structures, and it is possible to improve reliability during driving of the power semiconductor element while suppressing element deterioration during driving.

第1実施形態における駆動制御装置を概略的に示す電気的構成図1 is an electrical configuration diagram schematically illustrating a drive control device according to a first embodiment. 車両用インバータ装置の全体構成例を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing an overall configuration example of a vehicle inverter device (a)パワー半導体素子の内部構成例を概略的に示す電気的構成図、(b)スイッチングオフ時の各ノードに流れる電流を概略的に示すタイミングチャート(A) Electrical configuration diagram schematically showing an example of an internal configuration of a power semiconductor element, (b) Timing chart schematically showing a current flowing through each node when switching off. 各構造の間の電流の違いに応じた負荷電流変化特性を概略的に示す図The figure which shows roughly the load current change characteristic according to the difference in the current between each structure 比較例における負荷電流と各構造に流れる電流との相関関係図Correlation diagram between load current and current flowing through each structure in comparative example 各ノードの信号変化を概略的に示すタイミングチャートTiming chart schematically showing signal changes at each node 改善後の負荷電流と各構造に流れる電流との相関関係図Correlation diagram between improved load current and current flowing through each structure 第2実施形態における駆動制御装置の要部を概略的に示す電気的構成図The electrical block diagram which shows roughly the principal part of the drive control apparatus in 2nd Embodiment. 改善後の負荷電流と各構造に流れる電流との相関関係図Correlation diagram between improved load current and current flowing through each structure 第3実施形態における複数セルの構造を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing the structure of a plurality of cells in the third embodiment 第4実施形態における複数セルの構造を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing the structure of a plurality of cells in the fourth embodiment 第5実施形態における複数デバイスの構造を概略的に示す電気的構成図Electrical configuration diagram schematically showing the structure of a plurality of devices in the fifth embodiment 第6実施形態における駆動制御装置の要部を概略的に示す電気的構成図Electrical block diagram which shows schematically the principal part of the drive control apparatus in 6th Embodiment 改善後の負荷電流と各構造に流れる電流との相関関係図Correlation diagram between improved load current and current flowing through each structure

以下、負荷駆動制御装置及び負荷駆動制御方法の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明では、各実施形態で説明した構成と同一又は類似機能を備えた構成について同一符号又は類似符号を付し、第2実施形態以降では必要に応じて説明を省略する。   Hereinafter, some embodiments of a load drive control device and a load drive control method will be described with reference to the drawings. In the following description, components having the same or similar functions as those described in each embodiment are denoted by the same reference numerals or similar symbols, and description thereof will be omitted as necessary in the second and subsequent embodiments.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図7を参照しながら説明する。図2は本実施形態に係る車両用インバータ装置の電気的構成ブロックを概略的に示す図である。本実施形態では、誘導性負荷としての車両用モータのコイルを負荷とし、駆動制御部がパワー半導体素子をオンオフすることで負荷を駆動制御する形態について説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically showing an electrical configuration block of the vehicle inverter device according to the present embodiment. In the present embodiment, a description will be given of a mode in which the load of a vehicle motor as an inductive load is used as a load, and the drive control unit drives and controls the load by turning on and off the power semiconductor element.

図2に示す車両用インバータ装置1は、パワー半導体素子としてのIGBTデバイス2uu、2ud、2vu、2vd、2wu、2wdを例えば3相ブリッジ接続したインバータ部3と、このインバータ部3の各IGBTデバイス2uu、2ud、2vu、2vd、2wu、2wdのゲート入力端子のゲート信号を制御する負荷駆動制御装置4uu、4ud、4vu、4vd、4wu、4wdとを備え車両用モータ(負荷相当)5を駆動する。IGBTデバイス2uu、2ud、2vu、2vd、2wu、2wdは、マルチエミッタタイプのデバイスにより構成される。   The vehicle inverter device 1 shown in FIG. 2 includes an inverter unit 3 in which IGBT devices 2uu, 2ud, 2vu, 2vd, 2wu, and 2wd as power semiconductor elements are connected in, for example, a three-phase bridge, and each IGBT device 2uu of the inverter unit 3 2d, 2vu, 2vd, 2wu, and 2wd, load drive control devices 4u, 4ud, 4vu, 4vd, 4wu, and 4wd for controlling the gate signals at the gate input terminals of the vehicle motor (load equivalent) 5 are driven. The IGBT devices 2uu, 2ud, 2vu, 2vd, 2wu, and 2wd are constituted by multi-emitter type devices.

電子制御装置(ECU)6は、車両に備えられた図示しないアクセルセンサにより検出されたアクセル開度からモータに対する要求トルクを算出し、当該要求トルクが得られるようにインバータ部3の各IGBTデバイス2uu、2ud、2vu、2vd、2wu、2wdのオン/オフ期間を設定する。   The electronic control unit (ECU) 6 calculates a required torque for the motor from an accelerator opening detected by an unillustrated accelerator sensor provided in the vehicle, and each IGBT device 2uu of the inverter unit 3 so as to obtain the required torque. 2ud, 2vu, 2vd, 2wu, 2wd ON / OFF periods are set.

電子制御装置6が負荷駆動制御装置4uu、4ud、4vu、4vd、4wu、4wdに指令信号を出力すると、負荷駆動制御装置4uu、4ud、4vu、4vd、4wu、4wdはこの指令信号に応じてインバータ部3を駆動制御する。インバータ部3は、負荷駆動制御装置4uu、4ud、4vu、4vd、4wu、4wdによる駆動制御に基づいて、モータ駆動用電源VBから供給された直流電力を3相交流電力に変換し、変換された3相交流電力によりモータ5を駆動制御する。電源VBには平滑コンデンサ7が並列接続されている。IGBTデバイス2udを詳細に示すと、図1、図3(a)に示すように複数セル構造(複数構造相当)により構成される。ここでは、下アーム側の一つのIGBTデバイス2udを例に挙げて説明するが、他のIGBTデバイス2uu、2vu、2vd、2wu、2wdも同様であるため、他のIGBTデバイス2uu、2vu、2vd、2wu、2wdについての制御の詳細説明を省略する。   When the electronic control device 6 outputs a command signal to the load drive control devices 4uu, 4ud, 4vu, 4vd, 4wu, 4wd, the load drive control devices 4uu, 4ud, 4vu, 4vd, 4wu, 4wd are inverters according to the command signal. The unit 3 is driven and controlled. The inverter unit 3 converts the DC power supplied from the motor drive power supply VB into three-phase AC power based on the drive control by the load drive control devices 4uu, 4ud, 4vu, 4vd, 4wu, 4wd, and is converted. The motor 5 is driven and controlled by three-phase AC power. A smoothing capacitor 7 is connected in parallel to the power supply VB. When the IGBT device 2ud is shown in detail, the IGBT device 2ud is constituted by a multiple cell structure (corresponding to multiple structures) as shown in FIGS. Here, one IGBT device 2ud on the lower arm side will be described as an example, but the other IGBT devices 2uu, 2vu, 2vd, 2wu, and 2wd are the same, and therefore other IGBT devices 2uu, 2vu, 2vd, Detailed description of the control for 2wu and 2wd will be omitted.

本実施形態では、図3(a)に示すように、IGBTデバイス2udは、第1セル(構造)8と第2セル(構造)9とを備える。第1セル8は、ゲート、コレクタ、エミッタを備えた第1IGBTセル8a及び第1ダイオードセル8bにより構成され、第2セル9は、ゲート、コレクタ、第1及び第2エミッタ(E1及びE2)を備えた第2IGBTセル9a並びに第2ダイオードセル9bにより構成される。第1IGBTセル8aと第2IGBTセル9aとはゲート幅及びゲート長が同サイズ(バラつき含む)であり、入力容量Ciss(=ゲートドレイン間容量Cgd+ゲートソース間容量Cgs)が互いに同一特性に設定されたデバイスである。第1セル8と第2セル9のゲート入力端子(ゲート入力ノード相当)10は互いに共通接続されている。ゲート入力端子10と第1IGBTセル8aのゲートとの間にはゲート抵抗11が接続されている。また、ゲート入力端子10と第2IGBTセル9aのゲートとの間は直接接続されている。第1IGBTセル8aのコレクタと第2IGBTセル9aのコレクタとは共通接続されると共にコレクタ端子12に接続されている。第1IGBTセル8aのエミッタと第2IGBTセル9aの第1エミッタE1とは共通接続されており、エミッタ端子13に接続されている。第1ダイオードセル8bは、アノードが第1IGBTセル8aのエミッタに接続されており、カソードが第1IGBTセル8aのコレクタに接続されている。第2ダイオードセル9bは、アノードが第2IGBTセル9aの第1エミッタE1に接続されており、カソードが第2IGBTセル9aのコレクタに接続されている。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, the IGBT device 2 ud includes a first cell (structure) 8 and a second cell (structure) 9. The first cell 8 includes a first IGBT cell 8a having a gate, a collector, and an emitter, and a first diode cell 8b, and the second cell 9 has a gate, a collector, first and second emitters (E1 and E2). The second IGBT cell 9a and the second diode cell 9b are provided. The first IGBT cell 8a and the second IGBT cell 9a have the same gate width and gate length (including variations), and the input capacitance Ciss (= gate-drain capacitance Cgd + gate-source capacitance Cgs) is set to have the same characteristics. It is a device. Gate input terminals (corresponding to gate input nodes) 10 of the first cell 8 and the second cell 9 are commonly connected to each other. A gate resistor 11 is connected between the gate input terminal 10 and the gate of the first IGBT cell 8a. The gate input terminal 10 and the gate of the second IGBT cell 9a are directly connected. The collector of the first IGBT cell 8a and the collector of the second IGBT cell 9a are connected in common and connected to the collector terminal 12. The emitter of the first IGBT cell 8a and the first emitter E1 of the second IGBT cell 9a are connected in common and are connected to the emitter terminal 13. The first diode cell 8b has an anode connected to the emitter of the first IGBT cell 8a and a cathode connected to the collector of the first IGBT cell 8a. The second diode cell 9b has an anode connected to the first emitter E1 of the second IGBT cell 9a and a cathode connected to the collector of the second IGBT cell 9a.

第2IGBTセル9aの第2エミッタE2は、IGBTデバイス2udのセンス端子14を介して外部に出力されており、負荷駆動制御装置4udに入力されている。これにより、IGBTデバイス2udは、ゲート電荷の充放電経路の時定数が互いに異なる複数の第1セル8及び第2セル9を備える。言い換えれば、本実施形態においては、IGBTデバイス2udは、例えばゲート入力端子10からエミッタ端子13への通電経路のインピーダンス値(抵抗値)が互いに異なる複数の第1セル8及び第2セル9を備える。   The second emitter E2 of the second IGBT cell 9a is output to the outside via the sense terminal 14 of the IGBT device 2ud, and is input to the load drive control device 4ud. Thereby, the IGBT device 2ud includes a plurality of first cells 8 and second cells 9 having different time constants of the charge / discharge path of the gate charge. In other words, in the present embodiment, the IGBT device 2ud includes a plurality of first cells 8 and second cells 9 having different impedance values (resistance values) in the energization path from the gate input terminal 10 to the emitter terminal 13, for example. .

<技術思想の説明>
以下、本実施形態に係る特徴部分の技術思想を説明する。前述したIGBTデバイス2udは、各第1及び第2IGBTセル8a、9aの充放電経路のインピーダンスの値を意図的に変化させている。まずこの理由について説明する。ここでは、第1及び第2IGBTセル8a、9aのスイッチング処理の挙動についても補足説明する。各第1セル8及び第2セル9が、充放電経路のインピーダンス(ゲート電荷の充放電経路の時定数相当)に差を生じていると、各IGBTセル8a、9aのスイッチングオフ時の各ノードの信号変化特性が図3(b)に示すように得られる。
<Explanation of technical idea>
Hereinafter, the technical idea of the characteristic part according to the present embodiment will be described. The above-described IGBT device 2ud intentionally changes the impedance value of the charge / discharge path of each of the first and second IGBT cells 8a and 9a. First, the reason will be described. Here, the behavior of the switching process of the first and second IGBT cells 8a and 9a will be described supplementarily. When the first cell 8 and the second cell 9 have a difference in impedance of the charge / discharge path (corresponding to the time constant of the charge / discharge path of the gate charge), each node when the IGBT cells 8a, 9a are switched off. The signal change characteristic is obtained as shown in FIG.

例えば、第1セル8および第2セル9が同一特性であるときには、これらの第1セル8と第2セル9には本来同一のゲート電流が流れることになる。しかし、これらの第1セル8と第2セル9の充放電経路のインピーダンス値に差を生じているときには、ゲート電圧が概ね時間的に一定となる期間(図3(b)のT1参照:所謂ミラー期間)中、インピーダンスが異なることに応じて、各セル8、9のミラー電圧に差を生じる。これにより、各セル8、9が同一特性であれば、ミラー期間中に流れるコレクタ電流は、コレクタ電流Ic2が電流Ic1より多く流れるため、下記の(1−1)式、(1−2)式が成立する。また、負荷電流Irとすると、(1−3)式が成立する。   For example, when the first cell 8 and the second cell 9 have the same characteristics, the same gate current originally flows through the first cell 8 and the second cell 9. However, when there is a difference between the impedance values of the charge / discharge paths of the first cell 8 and the second cell 9, the gate voltage is substantially constant over time (see T1 in FIG. 3B: so-called During the mirror period), a difference occurs in the mirror voltage of each of the cells 8 and 9 according to the difference in impedance. As a result, if the cells 8 and 9 have the same characteristics, the collector current Ic2 flowing during the mirror period flows more than the current Ic1. Therefore, the following equations (1-1) and (1-2) Is established. If the load current Ir is set, the formula (1-3) is established.

Figure 2016134882
ここでサージ電圧Vsuについて検討する。サージ電圧Vsuは、コレクタ電流の合計値Icの時間変化量dIc/dt、及び、モータ5の配線などのインダクタンス値Lを乗じた下記(2)式により決定される。
Figure 2016134882
Here, the surge voltage Vsu is examined. The surge voltage Vsu is determined by the following equation (2) obtained by multiplying the time change amount dIc / dt of the total value Ic of the collector current and the inductance value L of the wiring of the motor 5 or the like.

Figure 2016134882
一般に、コレクタ電流Icの時間変化量dIc/dtは、次の(3)式で決定される。
Figure 2016134882
In general, the time variation dIc / dt of the collector current Ic is determined by the following equation (3).

Figure 2016134882
第1セル8及び第2セル9の合計コレクタ電流Icの時間変化量dIc/dtは、第1セル8の電流値Ic1の時間変化量dIc1/dtと、第2セル9の電流値Ic2の時間変化量dIc2/dtとの和となるため、次の(4)式により決定される。
Figure 2016134882
The time variation dIc / dt of the total collector current Ic of the first cell 8 and the second cell 9 is the time of the time variation dIc1 / dt of the current value Ic1 of the first cell 8 and the current value Ic2 of the second cell 9. Since it is the sum of the change amount dIc2 / dt, it is determined by the following equation (4).

Figure 2016134882
ここで第1セル8及び第2セル9のゲート入力端子10が共通接続されており、第1セル8及び第2セル9が互いに同一特性であるときにはIg1=Ig2と仮定できる。このため、次の(5)式のように展開できる。
Figure 2016134882
Here, when the gate input terminals 10 of the first cell 8 and the second cell 9 are connected in common, and the first cell 8 and the second cell 9 have the same characteristics, it can be assumed that Ig1 = Ig2. For this reason, it can expand | deploy like following (5) Formula.

Figure 2016134882
さて、Ic1+Ic2=所定値(例えば10[mA])とした条件下において、|Ic1−Ic2|を横軸とし、sqrt(Ic1)+sqrt(Ic2)(sqrtはルートを示す)を縦軸としたグラフを図4に示す。図4の縦軸、横軸共にリニアメモリである。電流Ic1と電流Ic2とで差があるほど、sqrt(Ic1)+sqrt(Ic2)が小さくなることがわかる。つまり、コレクタ電流Ic1とIc2とで差を生じさせるように、ゲート電荷の充放電経路のインピーダンスに差を生じさせると、コレクタ電流の合計値Icの時間変化量dIc/dtを小さくできる。
Figure 2016134882
Now, under the condition of Ic1 + Ic2 = predetermined value (for example, 10 [mA]), a graph with | Ic1−Ic2 | Is shown in FIG. Both the vertical and horizontal axes in FIG. 4 are linear memories. It can be seen that sqrt (Ic1) + sqrt (Ic2) becomes smaller as there is a difference between the current Ic1 and the current Ic2. That is, if a difference is caused in the impedance of the charge / discharge path of the gate charge so as to cause a difference between the collector currents Ic1 and Ic2, the time change amount dIc / dt of the total value Ic of the collector current can be reduced.

サージ電圧Vsuは、(2)式に示すように時間変化量dIc/dtに比例するため、時間変化量dIc/dtを小さくすればサージ電圧Vsuも小さくできる。この結果、コレクタエミッタ間電圧Vceの時間変化量dVce/dtを変更することなくサージ電圧Vsuを低減できるので、ターンオフ損失Eoffとサージ電圧Vsuの両特性のトレードオフ効果を改善できる。また、第1セル8と第2セル9のコレクタ電流の差|Ic1−Ic2|が大きいほど、ターンオフ損失Eoffとサージ電圧Vsuの両特性のトレードオフ改善効果を高くできる。したがって、本実施形態では、ゲート電荷の充放電経路のインピーダンスをセル8、9毎に変化させる構造を採用している。   Since the surge voltage Vsu is proportional to the time change amount dIc / dt as shown in the equation (2), the surge voltage Vsu can be reduced by reducing the time change amount dIc / dt. As a result, since the surge voltage Vsu can be reduced without changing the time variation dVce / dt of the collector-emitter voltage Vce, the trade-off effect of both characteristics of the turn-off loss Eoff and the surge voltage Vsu can be improved. Further, the larger the collector current difference | Ic1-Ic2 | between the first cell 8 and the second cell 9, the higher the trade-off improvement effect of both characteristics of the turn-off loss Eoff and the surge voltage Vsu. Therefore, in the present embodiment, a structure is employed in which the impedance of the charge / discharge path of the gate charge is changed for each of the cells 8 and 9.

図5には、各セル8、9に流れる電流と負荷電流の関係を概略的に示している。特性A1は第1セル8に流れる電流を示し、特性A2は第2セル9に流れる電流を示す。特性Bは参考例として示すもので、各セル8、9のゲート容量の充放電経路のインピーダンスが共にR=0Ω(すなわちゲート抵抗11の抵抗値が0)であり、各セル8、9の充放電経路のインピーダンス値の差がバラつき以外に概ね存在しない場合の特性を示している。ここで、これらの特性A1、A2、Bに示すように、第1セル8に流れる電流特性A1は、インピーダンスに差が存在しない構成の特性Bに比較すれば大きくなり、第2セル9に流れる電流特性A2は特性Bに比較して小さくなる。   FIG. 5 schematically shows the relationship between the current flowing through the cells 8 and 9 and the load current. A characteristic A1 indicates a current flowing through the first cell 8, and a characteristic A2 indicates a current flowing through the second cell 9. Characteristic B is shown as a reference example, and the impedance of the charge / discharge paths of the gate capacitances of the cells 8 and 9 is R = 0Ω (that is, the resistance value of the gate resistor 11 is 0). The characteristic is shown when there is almost no difference in impedance value of the discharge path other than variation. Here, as shown by these characteristics A 1, A 2, and B, the current characteristic A 1 flowing through the first cell 8 is larger than the characteristic B having a configuration in which there is no difference in impedance, and flows through the second cell 9. The current characteristic A2 is smaller than the characteristic B.

インピーダンスに差が存在しない構成と同様に、第1セル8の許容電流値を設計しようとすると、負荷電流が所定電流Iwより低く動作する動作領域R1では、第1セル8に電流集中したとしても電流許容値Iwhを超えることはない。しかし、負荷電流が所定電流Iwより高く動作する動作領域R2では電流許容値Iwhを超えてしまうことになる。電流許容値Iwhを上げるためには、第1セル8のサイズを大きくしなければならず、パワー半導体素子の大型化を招いてしまう。   Similar to the configuration in which there is no difference in impedance, when an allowable current value of the first cell 8 is designed, even if the current is concentrated in the first cell 8 in the operation region R1 in which the load current operates lower than the predetermined current Iw. The current allowable value Iwh is not exceeded. However, in the operation region R2 where the load current operates higher than the predetermined current Iw, the current allowable value Iwh is exceeded. In order to increase the allowable current value Iwh, the size of the first cell 8 must be increased, leading to an increase in the size of the power semiconductor element.

発明者らが検討した結果、パワー半導体素子についてスイッチング速度を遅くする低速駆動を行うと、高速駆動を行う場合に比較して、特定の第1セル8への電流集中が緩和されることになることが見出されている。この点に着目すれば、負荷電流が小さいときには高速駆動を行い、負荷電流が大きいときに低速駆動とするようにスイッチング速度を変化させることが望ましい。この制御を行うことで、ターンオフ損失Eoffおよびサージ電圧Vsuの耐特性のトレードオフを改善できると共に、特定の第1セル8への電流集中に伴う素子劣化を抑制できるようになる。   As a result of investigations by the inventors, when low-speed driving is performed to reduce the switching speed of the power semiconductor element, current concentration in the specific first cell 8 is reduced as compared with the case of performing high-speed driving. It has been found. Focusing on this point, it is desirable to change the switching speed so that high-speed driving is performed when the load current is small and low-speed driving is performed when the load current is large. By performing this control, it is possible to improve the trade-off between the turn-off loss Eoff and the surge voltage Vsu resistance characteristics, and it is possible to suppress element deterioration due to current concentration in the specific first cell 8.

すなわち、第1セル8と第2セル9とのコレクタ電流Ic1、Ic2は、それぞれ(1−1)式、(1−2)式により定められるが、低速駆動の場合には高速駆動に比較してゲート電流の値が低くなるため、ゲート抵抗11による電圧降下が小さくなる。したがって、(1−1)式の抵抗Rに依存する第3項Ig1・R/2の影響が小さくなり、この結果、第1セル8及び第2セル9間のコレクタ電流差|Ic1−Ic2|は小さくなる。   That is, the collector currents Ic1 and Ic2 of the first cell 8 and the second cell 9 are determined by the equations (1-1) and (1-2), respectively. As a result, the value of the gate current is reduced, and the voltage drop due to the gate resistor 11 is reduced. Therefore, the influence of the third term Ig1 · R / 2 depending on the resistance R in the expression (1-1) is reduced, and as a result, the collector current difference | Ic1-Ic2 | between the first cell 8 and the second cell 9 Becomes smaller.

<実施例>
以下、前述した技術思想に基づく実施例について説明する。図1に示すように、負荷駆動制御装置4udは、電源端子及びグランドG間に電源電圧Vccが与えられることでIGBTデバイス2udを駆動するように構成され、IGBTデバイス2udのゲート入力端子10に制御信号を入力させる。この負荷駆動制御装置4udは、機能的には、駆動制御部15と、取得部16と、保持部17と、を備える。取得部16は、例えばセンス抵抗18、コンパレータ19、閾値電圧生成部20により構成される。センス抵抗18は、第2セル9の第2エミッタE2とグランドGとの間に接続されている。このセンス抵抗18には、IGBTデバイス2udのセンス端子14を通じて、IGBTデバイス2udのコレクタ端子12−第1エミッタE1間に流れる電流に対応(例えば比例)した電流が流れる。コンパレータ19は、このセンス抵抗18に印加されるセンス電圧Vsと、閾値電圧生成部20が生成する閾値電圧Vtとを比較し、例えばセンス電圧Vsが閾値電圧Vtより高くなればHレベルを出力し、センス電圧Vsが閾値電圧Vt以下となればLレベルを出力することでコンパレータ19の比較結果を保持部17に出力する。保持部17は、例えばDフリップフロップにより構成され、取得部16の取得値(コンパレータ19の比較結果)を、ECU6からの指令信号のレベルが「H」レベルに切り替わったときに保持する。
<Example>
Hereinafter, embodiments based on the above-described technical idea will be described. As shown in FIG. 1, the load drive control device 4ud is configured to drive the IGBT device 2ud when a power supply voltage Vcc is applied between the power supply terminal and the ground G, and is controlled by the gate input terminal 10 of the IGBT device 2ud. Input a signal. The load drive control device 4ud functionally includes a drive control unit 15, an acquisition unit 16, and a holding unit 17. The acquisition unit 16 includes, for example, a sense resistor 18, a comparator 19, and a threshold voltage generation unit 20. The sense resistor 18 is connected between the second emitter E2 of the second cell 9 and the ground G. A current corresponding to (for example, proportional to) a current flowing between the collector terminal 12 of the IGBT device 2ud and the first emitter E1 flows through the sense resistor 18 through the sense terminal 14 of the IGBT device 2ud. The comparator 19 compares the sense voltage Vs applied to the sense resistor 18 with the threshold voltage Vt generated by the threshold voltage generator 20, and outputs an H level when the sense voltage Vs becomes higher than the threshold voltage Vt, for example. When the sense voltage Vs becomes equal to or lower than the threshold voltage Vt, the comparison result of the comparator 19 is output to the holding unit 17 by outputting the L level. The holding unit 17 is configured by, for example, a D flip-flop, and holds the acquired value (comparison result of the comparator 19) of the acquiring unit 16 when the level of the command signal from the ECU 6 is switched to the “H” level.

駆動制御部15は、保持部17に保持された取得部16の取得値に応じて、IGBTデバイス2udのゲート入力端子10に入力させるゲート信号を調整制御する。駆動制御部15は、例えば、ORゲート21、NANDゲート22、NORゲート23、ANDゲート24、プリインバータ25、26を組み合わせて構成されている。   The drive control unit 15 adjusts and controls the gate signal input to the gate input terminal 10 of the IGBT device 2ud according to the acquired value of the acquiring unit 16 held in the holding unit 17. The drive control unit 15 is configured by combining, for example, an OR gate 21, a NAND gate 22, a NOR gate 23, an AND gate 24, and pre-inverters 25 and 26.

プリインバータ25は、Pチャネル型のMOSトランジスタ(以下PMOSトランジスタ)27、Nチャネル型のMOSトランジスタ(以下NMOSトランジスタ)28を備え、これらのPMOSトランジスタ27及びNMOSトランジスタ28のドレイン間に複数の抵抗29、30を挟んで構成されている。   The pre-inverter 25 includes a P-channel type MOS transistor (hereinafter referred to as PMOS transistor) 27 and an N-channel type MOS transistor (hereinafter referred to as NMOS transistor) 28, and a plurality of resistors 29 between the drains of these PMOS transistor 27 and NMOS transistor 28. , 30 in between.

プリインバータ26は、Pチャネル型のMOSトランジスタ(以下PMOSトランジスタ)31、Nチャネル型のMOSトランジスタ(以下NMOSトランジスタ)32を備え、これらのPMOSトランジスタ31及びNMOSトランジスタ32のドレイン間に複数の抵抗33、34を挟んで構成されている。   The pre-inverter 26 includes a P-channel type MOS transistor (hereinafter referred to as PMOS transistor) 31 and an N-channel type MOS transistor (hereinafter referred to as NMOS transistor) 32, and a plurality of resistors 33 between the drains of these PMOS transistor 31 and NMOS transistor 32. , 34 is sandwiched.

PMOSトランジスタ27のドレインとゲート入力端子10との間には抵抗29が接続されており、PMOSトランジスタ31のドレインとゲート入力端子10との間には抵抗33が接続されている。これらの抵抗29、33は、IGBTデバイス2udをターンオンするときのスイッチングオン速度を調整するための抵抗であり、互いに異なる抵抗値(例えば、1〜数[kΩ]程度)に設定されている。ここでは、抵抗29の抵抗値が、抵抗33の抵抗値よりも小さい場合を例に挙げて説明する。   A resistor 29 is connected between the drain of the PMOS transistor 27 and the gate input terminal 10, and a resistor 33 is connected between the drain of the PMOS transistor 31 and the gate input terminal 10. These resistors 29 and 33 are resistors for adjusting the switching-on speed when the IGBT device 2ud is turned on, and are set to different resistance values (for example, about 1 to several [kΩ]). Here, a case where the resistance value of the resistor 29 is smaller than the resistance value of the resistor 33 will be described as an example.

また、NMOSトランジスタ28のドレインとゲート入力端子10との間には抵抗30が接続されており、NMOSトランジスタ32のドレインとゲート入力端子10との間には抵抗34が接続されている。これらの抵抗30、34は、IGBTデバイス2udをターンオフするときのスイッチングオフ速度を調整するための抵抗であり互いに異なる抵抗値(例えば、1〜数[kΩ]程度)に設定されている。ここでは、抵抗30の抵抗値が、抵抗34の抵抗値よりも小さい場合を例に挙げて説明する。   A resistor 30 is connected between the drain of the NMOS transistor 28 and the gate input terminal 10, and a resistor 34 is connected between the drain of the NMOS transistor 32 and the gate input terminal 10. These resistors 30 and 34 are resistors for adjusting the switching-off speed when the IGBT device 2ud is turned off, and are set to different resistance values (for example, about 1 to several [kΩ]). Here, a case where the resistance value of the resistor 30 is smaller than the resistance value of the resistor 34 will be described as an example.

PMOSトランジスタ27とNMOSトランジスタ28は何れか一方がオンするときには他方がオフする。PMOSトランジスタ31とNMOSトランジスタ32は何れか一方がオンするときには他方がオフする。NMOSトランジスタ28、32もまた何れか一方がオンするときには他方がオフする。PMOSトランジスタ27、31もまた何れか一方がオンするときには他方がオフする。これらの条件を満たすように論理ゲート21〜24により論理が組まれている。図1に図示したような各論理ゲート21〜24の組み合わせでも良いが、他種類の論理ゲートのトポロジを用いて構成しても良い。   When one of the PMOS transistor 27 and the NMOS transistor 28 is turned on, the other is turned off. When one of the PMOS transistor 31 and the NMOS transistor 32 is turned on, the other is turned off. The NMOS transistors 28 and 32 are also turned off when either one is turned on. The PMOS transistors 27 and 31 are also turned off when either one is turned on. Logic is set by the logic gates 21 to 24 so as to satisfy these conditions. A combination of the logic gates 21 to 24 as shown in FIG. 1 may be used, but it may be configured using other types of logic gate topologies.

上記構成の作用について説明する。図6に信号の時間的変化をタイミングチャートにより概略的に示している。ここでは、下アーム側のIGBTデバイス2udをオンオフする場合の動作について説明するが、他のIGBTデバイス2uu、2vu、2vd、2wu、2wdをオンオフする場合でも同様であり、その説明を省略する。電子制御装置6は、指令信号としてオン指令信号「L」又はオフ指令信号「H」を負荷駆動制御装置4udに出力する。負荷駆動制御装置4udの駆動制御部15は、この入力された指令信号に応じてIGBTデバイス2udをオンオフさせる。   The operation of the above configuration will be described. FIG. 6 schematically shows a temporal change of the signal by a timing chart. Here, the operation when turning on / off the IGBT device 2ud on the lower arm side will be described, but the same is true when turning on / off the other IGBT devices 2uu, 2vu, 2vd, 2wu, 2wd, and the description thereof is omitted. The electronic control device 6 outputs an on command signal “L” or an off command signal “H” as a command signal to the load drive control device 4ud. The drive control unit 15 of the load drive control device 4ud turns on and off the IGBT device 2ud in accordance with the input command signal.

例えば、IGBTデバイス2udがオフ状態となっていることを前提として通常動作を説明する。IGBTデバイス2udがオフ状態になっていると、IGBTデバイス2udにはコレクタ電流が流れない。するとセンス抵抗18には電流が流れないため、コンパレータ19はLレベルを出力する。負荷駆動制御装置4udの入力端子には、オフ指令信号「H」が入力されており、保持部17のQ出力は「L」であるため、ORゲート21の出力は「H」、NANDゲート22の出力は「H」、NORゲート23の出力は「H」、ANDゲート24の出力は「L」となる。したがって、グランドG側に接続されたMOSトランジスタ28がオンすると共に、他のMOSトランジスタ27、31、32がオフするため、IGBTデバイス2udのゲートは抵抗30及びMOSトランジスタ28を通じてグランドGの電位(0)に保持される。   For example, the normal operation will be described on the assumption that the IGBT device 2ud is in an off state. When the IGBT device 2ud is in the off state, no collector current flows through the IGBT device 2ud. Then, since no current flows through the sense resistor 18, the comparator 19 outputs an L level. Since the off command signal “H” is input to the input terminal of the load drive control device 4ud and the Q output of the holding unit 17 is “L”, the output of the OR gate 21 is “H”, and the NAND gate 22 Is “H”, the output of the NOR gate 23 is “H”, and the output of the AND gate 24 is “L”. Accordingly, since the MOS transistor 28 connected to the ground G side is turned on and the other MOS transistors 27, 31, 32 are turned off, the gate of the IGBT device 2ud is connected to the potential (0) of the ground G through the resistor 30 and the MOS transistor 28. ).

例えば、電子制御装置6が、オフ状態となっているIGBTデバイス2udをターンオンするときには、指令信号としてオン指令信号「L」を出力する。駆動制御部15がこのオン指令信号「L」を入力すると、NORゲート23の出力は「H」から「L」に遷移し、ORゲート21の出力は「H」から「L」に遷移する。このため、MOSトランジスタ28がターンオフし、MOSトランジスタ27がターンオンする。この結果、IGBTデバイス2udのゲート入力端子10を通じて当該IGBTデバイス2udの各セル8、9のゲートに電荷を充電させることができる。この結果、IGBTデバイス2udがターンオンし、コレクタ電流の合計値Icは所定値まで増加し、コレクタ電圧Vcは概ね0まで低下する。   For example, when the electronic control device 6 turns on the IGBT device 2ud that is in the off state, it outputs the on command signal “L” as the command signal. When the drive control unit 15 inputs the ON command signal “L”, the output of the NOR gate 23 changes from “H” to “L”, and the output of the OR gate 21 changes from “H” to “L”. Therefore, the MOS transistor 28 is turned off and the MOS transistor 27 is turned on. As a result, the gates of the cells 8 and 9 of the IGBT device 2ud can be charged through the gate input terminal 10 of the IGBT device 2ud. As a result, the IGBT device 2ud is turned on, the total value Ic of the collector current increases to a predetermined value, and the collector voltage Vc decreases to approximately 0.

逆に、電子制御装置6が、オン状態となっているIGBTデバイス2udをターンオフするときには、指令信号としてオフ指令信号「H」を出力する。駆動制御部15がこのオフ指令信号「H」を入力すると、セル8、9に蓄積されたゲート電荷を放電させる。このとき、駆動制御部15は、モータ5の通電電流の大小に応じてゲート電荷の放電速度、すなわちIGBTデバイス2udのスイッチングオフ速度を変化させながらゲート電荷を放電させる。   Conversely, when the electronic control unit 6 turns off the IGBT device 2ud that is in the on state, it outputs an off command signal “H” as a command signal. When the drive control unit 15 inputs the off command signal “H”, the gate charges accumulated in the cells 8 and 9 are discharged. At this time, the drive control unit 15 discharges the gate charge while changing the discharge rate of the gate charge, that is, the switching-off rate of the IGBT device 2ud, according to the magnitude of the energization current of the motor 5.

例えば、取得部16が、モータ5の通電電流を所定電流値以下として取得した場合には、駆動制御部15は、当該駆動制御部15内の放電用抵抗の抵抗値を比較的小さくして放電するように切換える。モータ5の通電電流が所定電流値よりも小さいときには、IGBTデバイス2udのエミッタ電流も小さくなる。このため、センス抵抗18のセンス電圧Vsが閾値電圧生成部20の出力電圧を超えないため、コンパレータ19の出力は「L」のまま維持される。したがって、前述したように、グランドG側のMOSトランジスタ28がオンし、他のMOSトランジスタ27、31、32はオフするため、IGBTデバイス2udのゲート電荷は抵抗30を通じて放電される。この場合、IGBTデバイス2udのゲート電荷は、抵抗値が比較的小さい経路(抵抗30)を通じて放電されることになるため、IGBTデバイス2udを高速スイッチングオフ駆動できる。   For example, when the acquisition unit 16 acquires the energization current of the motor 5 as a predetermined current value or less, the drive control unit 15 sets the resistance value of the discharge resistor in the drive control unit 15 to be relatively small and performs discharge. Switch to When the energization current of the motor 5 is smaller than the predetermined current value, the emitter current of the IGBT device 2ud is also small. For this reason, since the sense voltage Vs of the sense resistor 18 does not exceed the output voltage of the threshold voltage generator 20, the output of the comparator 19 is maintained at "L". Therefore, as described above, the MOS transistor 28 on the ground G side is turned on and the other MOS transistors 27, 31, and 32 are turned off, so that the gate charge of the IGBT device 2 ud is discharged through the resistor 30. In this case, since the gate charge of the IGBT device 2ud is discharged through a path (resistor 30) having a relatively small resistance value, the IGBT device 2ud can be driven at high-speed switching off.

他方、例えば、取得部16がモータ5の通電電流を所定電流値より大きいと取得した場合には、駆動制御部15は、当該駆動制御部15内の放電用の抵抗の抵抗値を比較的大きくして放電するように切換える。モータ5の通電電流が所定電流値より大きいときには、IGBTデバイス2udのエミッタ電流も大きくなる。このため、センス抵抗18のセンス電圧Vsが閾値電圧生成部20の出力電圧を超えるため、コンパレータ19の出力は「H」となる。したがって、保持部17は、このコンパレータ19の出力「H」をオフ指令信号「H」を入力するタイミングで保持し、この「H」レベルを各論理ゲート21〜24に出力する。この結果、ORゲート21は「H」を出力し、NANDゲート22は「H」を出力し、NORゲート23は「L」を出力し、ANDゲート24は「H」を出力する。グランドG側のMOSトランジスタ32がオンし、他のMOSトランジスタ27、28、31はオフするため、IGBTデバイス2udに蓄積されたゲート電荷は抵抗34を通じて放電される。この場合、IGBTデバイス2udのゲート電荷は比較的抵抗値の大きな経路(抵抗34)を通じて放電されることになるため、IGBTデバイス2udを低速オフ駆動できる。   On the other hand, for example, when the acquisition unit 16 acquires that the energization current of the motor 5 is larger than a predetermined current value, the drive control unit 15 increases the resistance value of the discharge resistor in the drive control unit 15 relatively large. And switch to discharge. When the energization current of the motor 5 is larger than the predetermined current value, the emitter current of the IGBT device 2ud also increases. For this reason, since the sense voltage Vs of the sense resistor 18 exceeds the output voltage of the threshold voltage generation unit 20, the output of the comparator 19 becomes “H”. Therefore, the holding unit 17 holds the output “H” of the comparator 19 at the timing when the OFF command signal “H” is input, and outputs this “H” level to each of the logic gates 21 to 24. As a result, the OR gate 21 outputs “H”, the NAND gate 22 outputs “H”, the NOR gate 23 outputs “L”, and the AND gate 24 outputs “H”. Since the MOS transistor 32 on the ground G side is turned on and the other MOS transistors 27, 28 and 31 are turned off, the gate charge accumulated in the IGBT device 2 ud is discharged through the resistor 34. In this case, since the gate charge of the IGBT device 2ud is discharged through a path (resistor 34) having a relatively large resistance value, the IGBT device 2ud can be driven off at a low speed.

その後、さらに電子制御装置6が、オフ状態となっているIGBTデバイス2udをターンオンするときには、指令信号としてオン指令信号「L」を出力する。駆動制御部15がこのオン指令信号「L」を入力すると、駆動制御部15は、モータ5の通電電流の大小に応じてゲート電荷の充電速度、すなわちIGBTデバイス2udのスイッチングオン速度を変化させながら当該IGBTデバイス2udをオン制御する。   Thereafter, when the electronic control device 6 further turns on the IGBT device 2ud in the off state, it outputs an on command signal “L” as a command signal. When the drive control unit 15 inputs the ON command signal “L”, the drive control unit 15 changes the charge rate of the gate charge, that is, the switching on rate of the IGBT device 2 ud according to the magnitude of the energization current of the motor 5. The IGBT device 2ud is turned on.

他方、電子制御装置6がターンオフ指令し、オフ指令信号「H」が負荷駆動制御装置4udに入力されたときに、保持部17はそのDFFのクロック入力端子に「H」レベルを入力することになるため、コンパレータ19の出力を保持する。このため、取得部16が取得した取得結果は、IGBTデバイス2udがオンされている期間中も保持部17により保持されることになる(図6の期間X参照)。   On the other hand, when the electronic control device 6 issues a turn-off command and the off command signal “H” is input to the load drive control device 4ud, the holding unit 17 inputs the “H” level to the clock input terminal of the DFF. Therefore, the output of the comparator 19 is held. For this reason, the acquisition result acquired by the acquisition unit 16 is held by the holding unit 17 even during the period in which the IGBT device 2ud is turned on (see period X in FIG. 6).

オフ指令信号「H」が負荷駆動制御装置4udに入力されたときに、取得部16が負荷の通電電流を所定電流値以下と取得している場合には、駆動制御部15は、次回のオン指令信号「L」が入力されたときにも、当該駆動制御部15内の充電用の抵抗の抵抗値を比較的小さくするように切換える。負荷の通電電流が所定電流値よりも小さいときには、第2セル9のエミッタ電流も小さくなる。このとき、センス抵抗18のセンス電圧Vsが閾値電圧生成部20の閾値電圧Vtを超えないため、コンパレータ19の出力は「L」となる。この場合、保持部17は、このコンパレータ19の出力「L」を、オフ指令信号「H」が入力されてから次回のオン指令信号「L」を入力している間も保持し、この「L」レベルが各論理ゲート21〜24に出力される。この結果、次回のオン指令信号「L」が入力されると、ORゲート21は「L」を出力し、NANDゲート22は「H」を出力し、NORゲート23は「L」を出力し、ANDゲート24は「L」を出力する。電源側のMOSトランジスタ27がオンし、他のMOSトランジスタ28、31、32はオフするため、IGBTデバイス2udの各第1セル8、第2セル9のゲートには抵抗29を通じて充電される。この場合、IGBTデバイス2udのゲート電荷はゲート抵抗が小となる通電経路を用いて充電されるため、IGBTデバイス2udを高速オン駆動できる。   When the off command signal “H” is input to the load drive control device 4ud, if the acquisition unit 16 acquires the load energization current to be equal to or less than a predetermined current value, the drive control unit 15 Even when the command signal “L” is input, switching is performed so that the resistance value of the charging resistor in the drive control unit 15 is relatively small. When the energization current of the load is smaller than the predetermined current value, the emitter current of the second cell 9 is also small. At this time, since the sense voltage Vs of the sense resistor 18 does not exceed the threshold voltage Vt of the threshold voltage generation unit 20, the output of the comparator 19 becomes “L”. In this case, the holding unit 17 holds the output “L” of the comparator 19 while the next ON command signal “L” is input after the OFF command signal “H” is input. Level is output to each logic gate 21-24. As a result, when the next ON command signal “L” is input, the OR gate 21 outputs “L”, the NAND gate 22 outputs “H”, the NOR gate 23 outputs “L”, The AND gate 24 outputs “L”. Since the MOS transistor 27 on the power supply side is turned on and the other MOS transistors 28, 31, and 32 are turned off, the gates of the first cell 8 and the second cell 9 of the IGBT device 2ud are charged through the resistor 29. In this case, the gate charge of the IGBT device 2ud is charged using a current-carrying path in which the gate resistance is small, so that the IGBT device 2ud can be driven on at high speed.

他方、オフ指令信号「H」が入力されたときに、取得部16が負荷の通電電流を所定電流値より大きいと取得している場合には、駆動制御部15は、次回のオン指令信号「L」が入力されたときにも当該駆動制御部15の中の充電用の抵抗の抵抗値を比較的大きくするように切換える。負荷の通電電流が所定電流値より大きいときには、第2セル9のエミッタ電流も大きくなる。このため、センス抵抗18のセンス電圧Vsが閾値電圧生成部20の閾値電圧Vtを超えるため、コンパレータ19の出力は「H」となる。保持部17は、このコンパレータ19の出力レベル「H」を、オフ指令信号「H」が入力されてから次回のオン指令信号「L」を入力している間も保持し、この「H」レベルが各論理ゲート21〜24に出力される。   On the other hand, when the obtaining unit 16 obtains that the energization current of the load is larger than the predetermined current value when the off command signal “H” is input, the drive control unit 15 determines that the next on command signal “ Even when “L” is input, the switching is performed so that the resistance value of the charging resistor in the drive control unit 15 becomes relatively large. When the energization current of the load is larger than a predetermined current value, the emitter current of the second cell 9 is also increased. For this reason, since the sense voltage Vs of the sense resistor 18 exceeds the threshold voltage Vt of the threshold voltage generation unit 20, the output of the comparator 19 becomes “H”. The holding unit 17 holds the output level “H” of the comparator 19 while the next ON command signal “L” is input after the OFF command signal “H” is input, and this “H” level. Is output to each of the logic gates 21-24.

この結果、次回のオン指令信号「L」が入力されると、ORゲート21は「H」を出力し、NANDゲート22は「L」を出力し、NORゲート23は「L」を出力し、ANDゲート24は「L」を出力する。電源側のMOSトランジスタ31がオンし、他のMOSトランジスタ27、28、32はオフするため、IGBTデバイス2udの各第1セル8、第2セル9のゲートは抵抗33を通じて充電される。この場合、IGBTデバイス2udのゲート電荷はゲート抵抗大の通電経路を用いて充電されることになるため、IGBTデバイス2udを低速オン駆動できる。以上が、IGBTデバイス2udのスイッチング動作説明となるが、負荷電流が小さいときに高速駆動とし、負荷電流が大きいときに低速駆動とするように、スイッチング速度を変化させることができる。   As a result, when the next ON command signal “L” is input, the OR gate 21 outputs “H”, the NAND gate 22 outputs “L”, the NOR gate 23 outputs “L”, The AND gate 24 outputs “L”. Since the MOS transistor 31 on the power supply side is turned on and the other MOS transistors 27, 28, and 32 are turned off, the gates of the first cell 8 and the second cell 9 of the IGBT device 2ud are charged through the resistor 33. In this case, since the gate charge of the IGBT device 2ud is charged using the energization path having a large gate resistance, the IGBT device 2ud can be driven at a low speed. The above is the description of the switching operation of the IGBT device 2ud. However, the switching speed can be changed so that high-speed driving is performed when the load current is small and low-speed driving is performed when the load current is large.

図7は改善後の特性A1a、A2aを示しており、負荷電流に応じた各第1セル8、第2セル9に流れる電流特性を示している。この図7では、負荷電流が所定閾値Iw2未満となるときにはIGBTデバイス2udを高速駆動としており、負荷電流が所定閾値Iw2以上となるときにはIGBTデバイス2udを低速駆動する。このため、図7の特性A1aに示すように、ゲート抵抗大の第1セル8には電流が比較的大きく流れやすく、図7の特性A2aに示すように、ゲート抵抗小の第2セル9に流れる電流は比較的小さくなる。   FIG. 7 shows the improved characteristics A1a and A2a, and shows the current characteristics flowing in the first cell 8 and the second cell 9 according to the load current. In FIG. 7, the IGBT device 2ud is driven at a high speed when the load current becomes less than the predetermined threshold value Iw2, and the IGBT device 2ud is driven at a low speed when the load current becomes equal to or greater than the predetermined threshold value Iw2. For this reason, as shown in the characteristic A1a of FIG. 7, the current flows relatively easily in the first cell 8 having a large gate resistance, and in the second cell 9 having a low gate resistance as shown in the characteristic A2a of FIG. The flowing current is relatively small.

負荷電流が所定閾値Iw2を超えるときには、駆動制御部15のゲート抵抗を大きく切換える。電流は、ゲート抵抗大の第1セル8に比較的大きく流れ、第2セル9に比較的小さく流れる傾向は変わらないものの、負荷電流量に応じた電流量の変化勾配を低くすることができる。この結果、第1セル8に流れる電流の最大電流量を抑制できる。ここで、IGBTデバイス2udは、第1セル8のゲート電荷の充放電経路の時定数が最も大きく設定されているため、第1セル8に流れる電流を最大電流許容量Iwh未満に抑えるように、負荷電流に応じて駆動制御部15内の抵抗29、30、33、34を切換えることが望ましい。すると、第2セル9の素子劣化を極力抑制できる。   When the load current exceeds the predetermined threshold value Iw2, the gate resistance of the drive control unit 15 is largely switched. Although the current flows relatively large in the first cell 8 having a large gate resistance and does not change in the relatively small flow in the second cell 9, the change amount of the current according to the load current can be lowered. As a result, the maximum amount of current flowing through the first cell 8 can be suppressed. Here, in the IGBT device 2ud, since the time constant of the charge / discharge path of the gate charge of the first cell 8 is set to be the largest, the current flowing through the first cell 8 is suppressed to be less than the maximum allowable current Iwh. It is desirable to switch the resistors 29, 30, 33, and 34 in the drive control unit 15 in accordance with the load current. Then, element degradation of the second cell 9 can be suppressed as much as possible.

本実施形態によれば、駆動制御部15は、取得部16の取得値に対応して検出される負荷の通電電流が高くなるに従ってスイッチングオフ速度を低速にしてIGBTデバイス2udを駆動する。これにより、特定の第1セル8に電流集中しにくくなり、駆動時の素子劣化を抑制しつつ、素子を駆動する際の信頼性を向上できる。   According to the present embodiment, the drive control unit 15 drives the IGBT device 2ud at a lower switching-off speed as the load energization current detected corresponding to the acquired value of the acquiring unit 16 increases. Thereby, it becomes difficult to concentrate current on the specific first cell 8, and it is possible to improve the reliability when driving the element while suppressing the deterioration of the element at the time of driving.

保持部17は、IGBTデバイス2udのターンオフのタイミングにおいて、コンパレータ19の判定結果を次回のスイッチングオン期間用に保持し、駆動制御部15は、保持部17により保持されたコンパレータ19の判定結果に応じて、IGBTデバイス2udのスイッチングオン速度を変化させている。このため、ターンオフタイミングにおける負荷電流の大小に応じて、次回のIGBTデバイス2udのスイッチングオン速度について、低速駆動又は高速駆動に切換えることができる。   The holding unit 17 holds the determination result of the comparator 19 for the next switching-on period at the turn-off timing of the IGBT device 2ud, and the drive control unit 15 responds to the determination result of the comparator 19 held by the holding unit 17 Thus, the switching-on speed of the IGBT device 2ud is changed. For this reason, according to the magnitude of the load current at the turn-off timing, the next switching on speed of the IGBT device 2ud can be switched to low speed driving or high speed driving.

(第2実施形態)
図8及び図9は第2実施形態の追加説明図を示す。図8は、スイッチング速度の切換を3段階にした場合の回路構成を示す。図8に示すように、負荷駆動制御装置4udに代わる負荷駆動制御装置104udは、駆動制御部15に代わる駆動制御部115、取得部16に代わる取得部116、保持部17に代わる保持部117を備える。なお、図8には、駆動制御部115としてスイッチングオフ用の論理ゲートの構成を示しているが、スイッチングオン駆動用の論理ゲートについては図8への図示を省略している。
(Second Embodiment)
8 and 9 show additional explanatory views of the second embodiment. FIG. 8 shows a circuit configuration when the switching speed is switched in three stages. As shown in FIG. 8, a load drive control device 104ud that replaces the load drive control device 4ud includes a drive control unit 115 that replaces the drive control unit 15, an acquisition unit 116 that replaces the acquisition unit 16, and a holding unit 117 that replaces the holding unit 17. Prepare. FIG. 8 shows the configuration of the logic gate for switching off as the drive control unit 115, but the logic gate for switching on driving is not shown in FIG.

図8に示すように、取得部116が、複数のコンパレータ119a、119b及び複数の閾値電圧生成部120a、120bを備えており、保持部117として複数のDFF117a、117bを備えている。   As illustrated in FIG. 8, the acquisition unit 116 includes a plurality of comparators 119 a and 119 b and a plurality of threshold voltage generation units 120 a and 120 b, and includes a plurality of DFFs 117 a and 117 b as the holding unit 117.

駆動制御部115は、複数のMOSトランジスタ128〜132、131a、132a、NORゲート123、ANDゲート124、124a、及び、抵抗129、130、133、134、133a、134a等を図示形態に接続して構成され、保持部117(DFF117a、117b)の保持結果に応じて、パワー半導体素子2udのゲート入力端子10に接続されるゲート抵抗を切換可能になっている。なお、充電時に作用する論理ゲートの構成は図8には省略されている。   The drive control unit 115 connects a plurality of MOS transistors 128 to 132, 131a, 132a, a NOR gate 123, AND gates 124, 124a, resistors 129, 130, 133, 134, 133a, 134a and the like in the illustrated form. The gate resistance connected to the gate input terminal 10 of the power semiconductor element 2ud can be switched according to the holding result of the holding unit 117 (DFF 117a, 117b). Note that the configuration of the logic gate that operates at the time of charging is omitted in FIG.

コンパレータ119bに入力される閾値電圧生成部120bの閾値電圧VT2は、コンパレータ119aに入力される閾値電圧生成部120aの閾値電圧VT1より高く設定されている。また、各抵抗130、134、134aの抵抗値は互いに異なるように設定され、各抵抗129、133、133aの抵抗値は互いに異なるように設定されている。一例を挙げれば、例えば抵抗130の抵抗値<抵抗134の抵抗値<抵抗134aの抵抗値に設定されており、例えば抵抗129の抵抗値<抵抗133の抵抗値<抵抗133aの抵抗値に設定されている。   The threshold voltage VT2 of the threshold voltage generator 120b input to the comparator 119b is set higher than the threshold voltage VT1 of the threshold voltage generator 120a input to the comparator 119a. The resistance values of the resistors 130, 134, and 134a are set to be different from each other, and the resistance values of the resistors 129, 133, and 133a are set to be different from each other. For example, the resistance value of the resistor 130 <the resistance value of the resistor 134 <the resistance value of the resistor 134a, for example, the resistance value of the resistor 129 <the resistance value of the resistor 133 <the resistance value of the resistor 133a is set. ing.

具体的な論理ゲートの信号処理説明は省略するが、IGBTデバイス2udのゲート電荷の放電時において、センス抵抗118に流れる電流値が第1所定値(センス抵抗118の検出電圧の閾値電圧VT2相当)より高いと抵抗130及びMOSトランジスタ128を通じて放電され、センス抵抗118に流れる電流値が第1所定値と第2所定値(<第1所定値:センス抵抗118の検出電圧の閾値電圧VT1相当)の間の範囲内のときには、抵抗134及びMOSトランジスタ132を通じて放電され、センス抵抗118に流れる電流値が第2所定値より低いと抵抗134a及びMOSトランジスタ132aを通じて放電される。   Although a specific description of the logic gate signal processing is omitted, the value of the current flowing through the sense resistor 118 when the gate charge of the IGBT device 2ud is discharged is a first predetermined value (corresponding to the threshold voltage VT2 of the detection voltage of the sense resistor 118). If it is higher, the current value flowing through the resistor 130 and the MOS transistor 128 and flowing through the sense resistor 118 is a first predetermined value and a second predetermined value (<first predetermined value: equivalent to the threshold voltage VT1 of the detection voltage of the sense resistor 118). When the current value is lower than the second predetermined value, the resistor 134a and the MOS transistor 132a are discharged.

図9はスイッチング速度の切換を3段階にした場合のIGBTデバイス2udの電流の負荷電流依存性を概略的に示す。特性A11は第1セル8に流れる電流を示し、特性A12は第2セル9に流れる電流を示す。スイッチング速度を多段階に設定することで、負荷電流に応じた電流量を細かく調整することができる。このとき、負荷電流に応じた電流量について電流許容量Iwh未満に調整することができ、ターンオフ時の損失とサージ電圧の耐特性のトレードオフを改善することができ、電流集中による素子劣化を抑制できる。図9に示したように、負荷電流が高い場合であっても、第1セル8に流れるコレクタ電流量を電流許容量Iwh未満に抑制できる(特性A11参照)。   FIG. 9 schematically shows the load current dependency of the current of the IGBT device 2ud when the switching speed is switched in three stages. A characteristic A11 indicates a current flowing through the first cell 8, and a characteristic A12 indicates a current flowing through the second cell 9. By setting the switching speed in multiple stages, the amount of current according to the load current can be finely adjusted. At this time, the current amount according to the load current can be adjusted to be less than the allowable current amount Iwh, the trade-off between the turn-off loss and the surge voltage resistance characteristic can be improved, and the element deterioration due to current concentration is suppressed. it can. As shown in FIG. 9, even when the load current is high, the amount of collector current flowing through the first cell 8 can be suppressed to less than the allowable current amount Iwh (see characteristic A11).

またスイッチング速度を3段階以上に多段階切換えする場合、特性A11、A12は、2段階切換えする場合の特性A1a、A2aに比較して、負荷電流の所定変化領域R3における第1セル8と第2セル9との間のコレクタ電流差が大きくなる。これらのコレクタ電流差が大きいほど、ターンオフ時の損失とサージ電圧の耐特性のトレードオフ改善を図ることができるため、3段階以上に段階的に切換えることが望ましいものとなる。   When the switching speed is switched in multiple stages to three or more stages, the characteristics A11 and A12 are compared with the characteristics A1a and A2a in the case of switching in two stages. The collector current difference from the cell 9 increases. The larger the collector current difference, the better the trade-off between the loss at turn-off and the surge voltage withstand characteristics. Therefore, it is desirable to switch in three steps or more.

(第3実施形態)
図10は第3実施形態の追加説明図を示す。この図10にIGBTデバイス2udに対応したIGBTデバイス202udを示すように、IGBTデバイス202udは、その内部セルの並列接続数を5とした多数個の並列接続セル208、209、219、229、239を備えている。並列接続数は3、4など他の個数としても良い。そして、これらの各セル208、209、219、229、239の間の充放電経路の時定数(例えばゲート抵抗211、221、231、241の抵抗値(インピーダンス値)等)が互いに異なるように構成されている。このような場合、負荷電流に応じて各セル208、209、219、229、239には互いに異なる電流が流れることになり、前述実施形態で説明した作用効果と同一又は類似の作用効果を奏する。なお、第1実施形態に示したIGBTデバイス2udにはセンス端子14が設けられていたが、本実施形態におけるセンス端子14に相当する出力は何れかのセル208、209、219、229、239のエミッタをマルチエミッタとして出力すれば良く図10には省略している。
(Third embodiment)
FIG. 10 shows an additional explanatory diagram of the third embodiment. As shown in FIG. 10, the IGBT device 202 ud corresponding to the IGBT device 2 ud includes a plurality of parallel connection cells 208, 209, 219, 229, and 239 with the number of parallel connections of the internal cells being five. I have. The number of parallel connections may be other numbers such as 3, 4. The time constants of the charge / discharge paths between these cells 208, 209, 219, 229, and 239 (for example, the resistance values (impedance values) of the gate resistors 211, 221, 231, and 241) are different from each other. Has been. In such a case, different currents flow through the cells 208, 209, 219, 229, and 239 according to the load current, and the same or similar effects as the effects described in the above-described embodiment are achieved. Although the IGBT device 2ud shown in the first embodiment is provided with the sense terminal 14, the output corresponding to the sense terminal 14 in this embodiment is the output of any of the cells 208, 209, 219, 229, 239. The emitter may be output as a multi-emitter and is omitted in FIG.

(第4実施形態)
図11は第4実施形態の追加説明図を示す。この図11にIGBTデバイス2udに対応したIGBTデバイス302udを示すように、IGBTデバイス302udは、第1セル308及び第2セル309を備え、第1セル308のエミッタに抵抗311を接続して構成されている。
(Fourth embodiment)
FIG. 11 shows an additional explanatory diagram of the fourth embodiment. As shown in FIG. 11, the IGBT device 302 ud corresponding to the IGBT device 2 ud is configured by including a first cell 308 and a second cell 309 and connecting a resistor 311 to the emitter of the first cell 308. ing.

第1実施形態で説明したゲート抵抗11ではなく、このエミッタ抵抗311を用いて充放電経路の時定数に差を生じる場合であっても、第1及び第2セル308及び309間の充放電経路の時定数(例えばインピーダンス)が互いに異なるように構成されることになる。このような場合であっても、前述実施形態で説明した作用効果と同一又は類似の作用効果を奏する。なお、第1実施形態に示したIGBTデバイス2udにはセンス端子14が設けられていたが、本実施形態におけるセンス端子14に相当する出力はセル309のエミッタをマルチエミッタとして出力すれば良く図11には省略している。   Even when the emitter resistor 311 is used instead of the gate resistor 11 described in the first embodiment, the charge / discharge path between the first and second cells 308 and 309 is different. The time constants (for example, impedance) are different from each other. Even in such a case, the same or similar effects as those described in the above embodiment can be obtained. Although the sense terminal 14 is provided in the IGBT device 2ud shown in the first embodiment, the output corresponding to the sense terminal 14 in this embodiment may be output by using the emitter of the cell 309 as a multi-emitter. Is omitted.

(第5実施形態)
図12は第5実施形態の追加説明図を示す。第5実施形態では、パワー半導体素子としてのIGBTデバイス402uda、402udbによる複数構造の充放電経路の時定数が互いに異なる形態を示す。この図12に示すように、駆動制御部15は、IGBTデバイス402uda、402udbを複数(2個)接続している。ここで各IGBTデバイス402uda、402udbは、それぞれIGBT409、408を、それぞれ1つの半導体パッケージに収容して構成されている。IGBT409は、IGBTセル9a、ダイオードセル9bを備え、IGBT408は、IGBTセル8a、ダイオードセル8bを備える。そして各IGBTデバイス402uda、402udbの充放電経路の時定数が互いに異なるように設定されている。例えば、IGBTデバイス402udbのIGBT408のゲートにはゲート抵抗411が接続されており、IGBTデバイス402udaのセル409のゲートにはゲート抵抗が設けられていない。これにより、各IGBTデバイス402uda、402udbは、それらのセル409、408に通電する充放電経路の抵抗値が互いに異なる値に設定されている。そして、IGBT409、408のコレクタはパッケージ外部で共通接続されており、IGBT409の第1エミッタE1とIGBT408のエミッタとがパッケージ外部で共通接続されている。このような実施形態においても、電気的接続は前述実施形態と同様であるため、前述実施形態で説明した作用効果と同一又は類似の作用効果を奏する。
(Fifth embodiment)
FIG. 12 shows an additional explanatory diagram of the fifth embodiment. 5th Embodiment shows the form from which the time constant of the charging / discharging path | route of multiple structures by IGBT device 402uda, 402udb as a power semiconductor element mutually differs. As shown in FIG. 12, the drive control unit 15 connects a plurality (two) of IGBT devices 402uda and 402udb. Here, each of the IGBT devices 402uda and 402udb is configured by accommodating the IGBTs 409 and 408, respectively, in one semiconductor package. The IGBT 409 includes an IGBT cell 9a and a diode cell 9b, and the IGBT 408 includes an IGBT cell 8a and a diode cell 8b. And the time constant of the charging / discharging path | route of each IGBT device 402uda and 402udb is set so that it may mutually differ. For example, the gate resistance 411 is connected to the gate of the IGBT 408 of the IGBT device 402udb, and no gate resistance is provided to the gate of the cell 409 of the IGBT device 402uda. As a result, the IGBT devices 402uda and 402udb are set to have different resistance values for the charge / discharge paths through which the cells 409 and 408 are energized. The collectors of the IGBTs 409 and 408 are commonly connected outside the package, and the first emitter E1 of the IGBT 409 and the emitter of the IGBT 408 are commonly connected outside the package. Also in such an embodiment, since the electrical connection is the same as that of the above-described embodiment, the same effect as or similar to the effect described in the above-described embodiment is achieved.

(第6実施形態)
図13及び図14は第6実施形態の追加説明図を示す。第6実施形態では、概ね無段階で制御する形態を示す。図13に示すように、IGBTデバイス2udには、負荷駆動制御装置4udに代えて負荷駆動制御装置504udが接続されている。負荷駆動制御装置504udは、電源端子及びグランドG間に電源電圧Vccが与えられることでIGBTデバイス2udを駆動するように構成され、駆動制御部515、A/D変換器550、選択部551、センス抵抗18を備える。駆動制御部515は、PMOSトランジスタ27、NMOSトランジスタ28、抵抗29の他、スイッチ552a〜552m、抵抗530a〜530n、を図示形態に接続して備える。センス抵抗18にはA/D変換器550が接続されており、A/D変換器550はセンス抵抗18による検出電圧をA/D変換する。ゲート入力端子10とグランドGとの間には、複数の抵抗530a〜530n、及び、Nチャネル型のMOSトランジスタ28のドレイン−ソース間、が直列接続されている。複数の抵抗530a〜530n間の共通接続点とMOSトランジスタ28のドレインとの間には、それぞれスイッチ552a〜552mが構成されている。これらのスイッチ552a〜552mの制御端子には選択部551が接続されており、選択部551は、A/D変換器550のA/D変換結果に応じてスイッチ552a〜552mをオンオフ切換可能になっている。
(Sixth embodiment)
13 and 14 show additional explanatory views of the sixth embodiment. In the sixth embodiment, a mode in which control is performed substantially in a stepless manner is shown. As shown in FIG. 13, a load drive control device 504ud is connected to the IGBT device 2ud in place of the load drive control device 4ud. The load drive control device 504ud is configured to drive the IGBT device 2ud when a power supply voltage Vcc is applied between the power supply terminal and the ground G, and includes a drive control unit 515, an A / D converter 550, a selection unit 551, and a sense. A resistor 18 is provided. In addition to the PMOS transistor 27, the NMOS transistor 28, and the resistor 29, the drive control unit 515 includes switches 552a to 552m and resistors 530a to 530n connected in the illustrated form. An A / D converter 550 is connected to the sense resistor 18, and the A / D converter 550 A / D converts the detection voltage by the sense resistor 18. Between the gate input terminal 10 and the ground G, a plurality of resistors 530 a to 530 n and the drain-source of the N-channel MOS transistor 28 are connected in series. Switches 552a to 552m are formed between a common connection point between the plurality of resistors 530a to 530n and the drain of the MOS transistor 28, respectively. A selection unit 551 is connected to the control terminals of these switches 552a to 552m, and the selection unit 551 can switch the switches 552a to 552m on and off according to the A / D conversion result of the A / D converter 550. ing.

例えば、選択部551は、センス抵抗18の検出電圧が高く検出されることに応じてゲート入力端子10側に接続されているスイッチ(例えば552a)をオンし、他のスイッチ(例えば552b〜552m)をオフする。また、選択部551は、センス抵抗18の検出電圧が低く検出されることに応じて、グランドG側に接続されているスイッチ(例えば552m)をオンし他のスイッチ(例えば552a〜552l)をオフする。すなわち、センス抵抗18の検出電圧(∝第2セル9のエミッタ電流)が高ければ高いほど、MOSトランジスタ28がオンしたときのゲート入力端子10及びグランドG間における合成抵抗値を大きくすることでスイッチングオフ速度を遅くする。   For example, the selection unit 551 turns on the switch (for example, 552a) connected to the gate input terminal 10 in response to the detection voltage of the sense resistor 18 being detected to be high, and other switches (for example, 552b to 552m). Turn off. Further, the selection unit 551 turns on the switch (eg, 552m) connected to the ground G side and turns off the other switches (eg, 552a to 552l) in response to the detection voltage of the sense resistor 18 being detected low. To do. That is, the higher the detection voltage of the sense resistor 18 (the emitter current of the second cell 9) is, the higher the combined resistance value between the gate input terminal 10 and the ground G when the MOS transistor 28 is turned on is increased. Reduce the off speed.

逆に、第2セル9のエミッタ電流が低ければ、MOSトランジスタ28がオンしたときのゲート入力端子10及びグランドG間の合成抵抗値を小さくすることでスイッチングオフ速度を高速化する。これにより、負荷の通電電流が高くなるにしたがってスイッチングオフ速度を低速にしてIGBTデバイス2udを駆動できる。   Conversely, if the emitter current of the second cell 9 is low, the combined resistance value between the gate input terminal 10 and the ground G when the MOS transistor 28 is turned on is reduced to increase the switching-off speed. As a result, the IGBT device 2ud can be driven at a lower switching-off speed as the load current increases.

図14は改善後の特性を示しており、負荷電流に応じた各第1セル8、第2セル9に流れる電流値の特性A51、A52を示している。この図14に示すように、負荷電流が小さいときには、IGBTデバイス2udを高速駆動としているため、ゲート抵抗大の第1セル8には電流が比較的大きく流れやすく、ゲート抵抗小の第2セル9に流れる電流が比較的小さくなる。   FIG. 14 shows the characteristics after the improvement, and shows the characteristics A51 and A52 of the current values flowing through the first cell 8 and the second cell 9 according to the load current. As shown in FIG. 14, when the load current is small, the IGBT device 2ud is driven at high speed, so that a relatively large current flows through the first cell 8 having a large gate resistance, and the second cell 9 having a small gate resistance. The current flowing in the is relatively small.

負荷電流がある所定値以上となると、選択部551はA/D変換器550の変換結果に応じて、スイッチ552a〜552mのうち何れかのスイッチをオンに選択切替えする。特に選択部551は、第2セル9のエミッタ電流が高いときにスイッチングオフ速度を遅くするようにスイッチ552a〜552mを選択切替えするため、図14に示すように、第1セル8に流れる電流の電流許容値Iwhを超えないようにスイッチングオフ速度を調整できるようになる。このような場合であっても、前述実施形態で説明した作用効果と同一又は類似の作用効果を奏すると共に、概ね無段階で調整することができる。   When the load current exceeds a predetermined value, the selection unit 551 selectively switches on one of the switches 552a to 552m according to the conversion result of the A / D converter 550. In particular, since the selection unit 551 selectively switches the switches 552a to 552m so as to slow down the switching-off speed when the emitter current of the second cell 9 is high, as illustrated in FIG. The switching-off speed can be adjusted so as not to exceed the allowable current value Iwh. Even in such a case, the same or similar effects as those described in the above embodiment can be obtained, and the adjustment can be made almost steplessly.

(他の実施形態)
前述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に示す変形または拡張が可能である。前述した各実施形態は組み合わせて適用することができる。
パワー半導体素子としては、IGBTデバイス2uu、2ud、2vu、2vd、2wu、2wdに限らず、MOSFETデバイスなどを用いても良い。定電圧駆動で示したが、定電流駆動でも同様の効果を得られる。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and for example, the following modifications or expansions are possible. The above-described embodiments can be applied in combination.
The power semiconductor element is not limited to the IGBT devices 2uu, 2ud, 2vu, 2vd, 2wu, and 2wd, but may be a MOSFET device or the like. Although a constant voltage drive is shown, the same effect can be obtained by a constant current drive.

IGBTの第1セル8、第2セル9などは、互いに同サイズで構成した形態を示したが、互いに異なるサイズで構成しても良い。同サイズで構成すれば整列した配列形態で構成できるためより望ましい。IGBTデバイス402uda、402udbを複数接続しても、複数のセル8、9を複数接続しても良く、さらにこれらを組み合わせて適用しても良い。負荷としてモータ5を適用した形態を説明したが、他種類の負荷(例えば誘導性負荷)であっても良い。   The first cell 8 and the second cell 9 of the IGBT are shown as having the same size, but may be configured with different sizes. It is more desirable to configure the same size because it can be configured in an aligned arrangement form. A plurality of IGBT devices 402 uda and 402 udb may be connected, a plurality of cells 8 and 9 may be connected, or a combination of these may be applied. Although the embodiment in which the motor 5 is applied as the load has been described, other types of loads (for example, inductive loads) may be used.

図面中、2ud、202ud、302udはIGBTデバイス(パワー半導体素子)、4uu、4ud、4vu、4vd、4wu、4wd、104ud、504udは負荷駆動制御装置、5はモータ(負荷)、8は第1セル(構造)、9は第2セル(構造)、10はゲート入力端子(ゲート入力ノード)、15、115、515は駆動制御部、16、116は取得部、17、117は保持部、208、209、219、229、239はセル(構造)、402uda、402udbはIGBTデバイス(構造、パワー半導体素子)、を示す。   In the drawing, 2ud, 202ud, and 302ud are IGBT devices (power semiconductor elements), 4uu, 4ud, 4vu, 4vd, 4wu, 4wd, 104ud, and 504ud are load drive control devices, 5 is a motor (load), and 8 is a first cell. (Structure), 9 is a second cell (structure), 10 is a gate input terminal (gate input node), 15, 115 and 515 are drive control units, 16 and 116 are acquisition units, 17 and 117 are holding units, 208, Reference numerals 209, 219, 229, and 239 denote cells (structures), and 402uda and 402udb denote IGBT devices (structures and power semiconductor elements).

Claims (14)

共通のゲート入力端子(10)に互いに電気的に接続された複数のセル(8,9;208,209,219,229,239)又は/及び複数のデバイス(402uda,402udb)からなる複数構造を有しゲート電荷の充放電経路の時定数が少なくとも2つの前記構造の間で異なるパワー半導体素子(2ud;202ud;302ud;402uda,402udb等)を駆動することに応じて負荷(5)を駆動制御する駆動制御部(15;115;515)と、
前記パワー半導体素子を通じて前記負荷に流れる電流に対応する値を取得する取得部(16;116)と、を備え、
前記駆動制御部は、前記取得部の取得値に対応して検出される負荷の通電電流が高くなるに従ってスイッチングオフ速度を低速にして前記パワー半導体素子を駆動することを特徴とする負荷駆動制御装置。
A plurality of structures comprising a plurality of cells (8, 9; 208, 209, 219, 229, 239) or / and a plurality of devices (402 uda, 402 udb) electrically connected to a common gate input terminal (10). The drive (5) is driven and controlled in response to driving power semiconductor elements (2ud; 202ud; 302ud; 402uda, 402udb, etc.) having different time constants in the charge / discharge path of the gate charge between the structures. A drive control unit (15; 115; 515),
An acquisition unit (16; 116) for acquiring a value corresponding to a current flowing through the load through the power semiconductor element;
The drive control unit drives the power semiconductor element at a lower switching-off speed as the load energization current detected corresponding to the acquired value of the acquisition unit becomes higher. .
前記駆動制御部は、前記複数構造のうちゲート電荷の充放電経路の時定数が最も大きい構造の電流許容量に応じてスイッチングオフ速度を変化させることを特徴とする請求項1記載の負荷駆動制御装置。   2. The load drive control according to claim 1, wherein the drive control unit changes a switching-off speed according to a current allowable amount of a structure having a largest time constant of a charge / discharge path of a gate charge among the plurality of structures. apparatus. 前記駆動制御部は、前記取得部の取得値に応じて段階的にスイッチングオフ速度を切換えることを特徴とする請求項1または2記載の負荷駆動制御装置。   The load drive control device according to claim 1, wherein the drive control unit switches the switching-off speed in a stepwise manner in accordance with an acquired value of the acquisition unit. 前記パワー半導体素子のターンオフのタイミングにおいて前記取得部により取得された取得値を次回の前記パワー半導体素子のスイッチングオン期間用に保持する保持部(17;117)を備え、
前記駆動制御部は、前記保持部により保持された取得値に応じて前記パワー半導体素子のスイッチングオン速度を変化させることを特徴とする請求項1から3の何れか一項に記載の負荷駆動制御装置。
A holding unit (17; 117) for holding the acquired value acquired by the acquiring unit at the turn-off timing of the power semiconductor element for the next switching-on period of the power semiconductor element;
4. The load drive control according to claim 1, wherein the drive control unit changes a switching-on speed of the power semiconductor element in accordance with an acquired value held by the holding unit. 5. apparatus.
前記複数構造は、互いに同サイズで構成されていることを特徴とする請求項1から4の何れか一項に記載の負荷駆動制御装置。   The load drive control device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of structures are configured to have the same size. 前記負荷は、誘導性負荷であることを特徴とする請求項1から5の何れか一項に記載の負荷駆動制御装置。   The load drive control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the load is an inductive load. 前記ゲート容量の充放電経路のインピーダンスは、ゲート抵抗(11;111;211,221,231,241;411)又はエミッタ抵抗(311)を含むことを特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載の負荷駆動制御装置。   The impedance of the charge / discharge path of the gate capacitance includes a gate resistance (11; 111; 211, 221, 231, 241; 411) or an emitter resistance (311). The load drive control device according to item. パワー半導体素子(2ud;202ud;302ud;402uda、402udb等)は共通のゲート入力ノード(10)に互いに電気的に接続された複数のセル(8,9;208,209,219,229,239)又は/及び複数のデバイス(402uda,402udb)からなる複数構造を有しゲート電荷の充放電経路の時定数が少なくとも2つの前記セルの間で異なるものであり、
前記パワー半導体素子を通じて負荷に流れる電流に対応する値を取得し、
取得される取得値に応じて検出される負荷の電流が高くなるに従ってスイッチングオフ速度を低速にして前記パワー半導体素子を駆動することに応じて前記負荷を駆動制御する、ことを特徴とする負荷駆動制御方法。
A power semiconductor element (2ud; 202ud; 302ud; 402uda, 402udb, etc.) has a plurality of cells (8, 9; 208, 209, 219, 229, 239) electrically connected to a common gate input node (10). Or / and having a plurality of structures composed of a plurality of devices (402uda, 402udb), the time constant of the charge / discharge path of the gate charge is different between at least two of the cells,
Obtaining a value corresponding to the current flowing through the load through the power semiconductor element;
A load drive, wherein the load is driven and controlled in response to driving the power semiconductor element at a low switching-off speed as the load current detected in accordance with the acquired value increases. Control method.
前記複数構造のうちゲート電荷の充放電経路の時定数が最も大きい構造の電流許容量に応じてスイッチングオフ速度を変化させることを特徴とする請求項8記載の負荷駆動制御方法。   9. The load drive control method according to claim 8, wherein the switching-off speed is changed in accordance with a current allowable amount of a structure having the largest time constant of the charge / discharge path of the gate charge among the plurality of structures. 前記取得部の取得値に応じて段階的にスイッチングオフ速度を切換えることを特徴とする請求項8または9記載の負荷駆動制御方法。   10. The load drive control method according to claim 8, wherein the switching-off speed is switched in a stepwise manner in accordance with an acquisition value of the acquisition unit. 前記パワー半導体素子のターンオフのタイミングにおいて前記負荷に流れる電流に対応する値を取得した取得値を次回の前記パワー半導体素子のスイッチングオン期間用に保持し、
保持された取得値に応じて前記パワー半導体素子のスイッチングオン速度を変化させる、ことを特徴とする請求項8から10の何れか一項に記載の負荷駆動制御方法。
The acquired value obtained by acquiring the value corresponding to the current flowing through the load at the turn-off timing of the power semiconductor element is held for the next switching on period of the power semiconductor element,
The load drive control method according to any one of claims 8 to 10, wherein a switching-on speed of the power semiconductor element is changed in accordance with a held acquired value.
前記複数構造は、互いに同サイズで構成されていることを特徴とする請求項8から11の何れか一項に記載の負荷駆動制御方法。   The load drive control method according to any one of claims 8 to 11, wherein the plurality of structures are configured to have the same size. 前記負荷は、誘導性負荷であることを特徴とする請求項8から12の何れか一項に記載の負荷駆動制御方法。   The load drive control method according to any one of claims 8 to 12, wherein the load is an inductive load. 前記ゲート容量の充放電経路のインピーダンスは、ゲート抵抗又はエミッタ抵抗を含むことを特徴とする請求項8から13の何れか一項に記載の負荷駆動制御方法。   The load drive control method according to any one of claims 8 to 13, wherein the impedance of the charge / discharge path of the gate capacitance includes a gate resistance or an emitter resistance.
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