JP2016208089A - Gate drive circuit for voltage-driven semiconductor element - Google Patents

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昭治 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gate drive circuit for a voltage-driven semiconductor element capable of accurately changing a drive mode and suppressing a voltage signal of a free wheeling diode of an opposite arm while suppressing a turn-on loss of the voltage-driven semiconductor element.SOLUTION: The gate drive circuit for the voltage-driven semiconductor element is configured to drive gates of voltage-driven semiconductor elements 12U and 12D in which free wheeling diodes 13U and 13D are connected in reverse parallel. The gate drive circuit comprises: gate drive parts 16U and 16D capable of driving the gates of the voltage-driven semiconductor elements in different gate drive modes when turning on the gates; voltage detection parts 17U and 17D that detect voltages across main terminals of the voltage-driven semiconductor elements; and drive mode change parts 18U and 18D which change the gate drive modes in the gate drive parts based on the voltages that have been detected by the voltage detection parts.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

フリーホイーリングダイオードが逆並列に接続された電圧駆動型半導体素子のターンオン時の損失および振動を抑制することが可能な電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路に関する。   The present invention relates to a gate drive circuit for a voltage-driven semiconductor element capable of suppressing loss and vibration at turn-on of a voltage-driven semiconductor element having free wheeling diodes connected in antiparallel.

この種の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路の基本回路は、図11に示すように構成されている。このゲート駆動回路は、フリーホイーリングダイオード101を逆並列に接続した電圧駆動型半導体素子としての絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ(以下、IGBTと称す)102を有し、このIGBT102のゲートにゲート駆動回路103が接続されている。   The basic circuit of the gate drive circuit of this type of voltage-driven semiconductor element is configured as shown in FIG. This gate drive circuit has an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) 102 as a voltage drive type semiconductor element in which freewheeling diodes 101 are connected in antiparallel, and a gate drive circuit 103 is connected to the gate of the IGBT 102. Is connected.

このゲート駆動回路103は、直列に接続された例えばNチャネルMOSFET104およびPチャネルMOSFET105と、直列に接続された直流電源106および107とを備えている。NチャネルMOSFET104のドレインはターンオン抵抗108を介して直流電源106の正極側に接続され、PチャネルMOSFET105のドレインはターンオフ抵抗109を介して直流電源107の負極側に接続されている。   The gate drive circuit 103 includes, for example, an N-channel MOSFET 104 and a P-channel MOSFET 105 connected in series, and DC power sources 106 and 107 connected in series. The drain of the N-channel MOSFET 104 is connected to the positive side of the DC power source 106 through a turn-on resistor 108, and the drain of the P-channel MOSFET 105 is connected to the negative side of the DC power source 107 through a turn-off resistor 109.

NチャネルMOSFET104およびPチャネルMOSFET105の接続点がIGBT102のゲートに接続され、NチャネルMOSFET104およびPチャネルMOSFET105のゲートが互いに接続されて制御回路110に接続されている。
また、IGBT102のエミッタが直流電源106および直流電源107の接続点に接続されている。
A connection point between the N-channel MOSFET 104 and the P-channel MOSFET 105 is connected to the gate of the IGBT 102, and the gates of the N-channel MOSFET 104 and the P-channel MOSFET 105 are connected to each other and connected to the control circuit 110.
The emitter of the IGBT 102 is connected to a connection point between the DC power source 106 and the DC power source 107.

このようなゲート駆動回路103で駆動されるIGBT102(以下、図11に示されるような、電圧駆動型半導体素子としてのIGBTとそれを駆動するゲート駆動回路、およびIGBTに逆接続されたフリーホイーリングダイオードからなる1組の回路を単にアームと言う。)を2つ直列に接続してインバータ回路を構成したときに、IGBT102をターンオンさせたときに、対向アームのダイオードは逆回復動作となり、過渡的に跳ね上がり電圧が発生する。この跳ね上がり電圧は、図12に示すように、インバータ回路の主回路電圧Vdcの変化に応じて変化する。すなわち、主回路電圧Vdcの上昇に伴って逆回復電圧の跳ね上がり電圧のピーク値も上昇し、主回路電圧がある電圧以上になると発振する。   An IGBT 102 driven by such a gate drive circuit 103 (hereinafter, as shown in FIG. 11, an IGBT as a voltage drive type semiconductor element, a gate drive circuit for driving the IGBT, and a freewheeling reversely connected to the IGBT When an inverter circuit is configured by connecting two series of diode circuits simply as an arm), when the IGBT 102 is turned on, the diode of the opposite arm becomes reverse recovery operation and is transient. To generate a voltage. As shown in FIG. 12, the jump voltage changes according to the change in the main circuit voltage Vdc of the inverter circuit. That is, as the main circuit voltage Vdc rises, the peak value of the reverse recovery voltage jump voltage also rises and oscillates when the main circuit voltage exceeds a certain voltage.

この発振を抑制するために、一般的には、ターンオン抵抗の調整が行われる。ターンオン時にターンオン抵抗を変化させた場合に、IGBT102の主端子間電圧(コレクタ・エミッタ間電圧)Vceおよびコレクタ電流Icは図13(a)に示すように変化し、対向アームのフリーホイーリングダイオード101のアノード・カソード間電圧Vakおよびカソード電流Ikとは図13(b)に示すように変化する。   In order to suppress this oscillation, generally, the turn-on resistance is adjusted. When the turn-on resistance is changed at turn-on, the main terminal voltage (collector-emitter voltage) Vce and the collector current Ic of the IGBT 102 change as shown in FIG. 13A, and the freewheeling diode 101 of the opposing arm changes. The anode-cathode voltage Vak and the cathode current Ik change as shown in FIG.

すなわち、ターンオン抵抗が小さい場合には、IGBT102のスイッチングが、図13(a)で破線図示の特性線L31,L33で示すように速くなり、dI/dtが比較的急峻に増加するが、ターンオン抵抗が大きい場合には図13(a)で実線図示の特性線L32,L34で示すように、IGBT102のスイッチングが緩やかとなり、dI/dtが小さくなる。なお、特性線L31,L33はそれぞれターンオン抵抗が小さい場合のIGBT102のコレクタ電流Icおよびコレクタ・エミッタ間電圧Vceを示し、特性線L32,L34はそれぞれターンオン抵抗が大きい場合のIGBT102のコレクタ電流Icおよびコレクタ・エミッタ間電圧Vceを示す。   That is, when the turn-on resistance is small, the switching of the IGBT 102 becomes faster as indicated by the characteristic lines L31 and L33 shown by broken lines in FIG. 13A, and dI / dt increases relatively steeply. Is large, the switching of the IGBT 102 becomes gradual and dI / dt becomes small, as indicated by the characteristic lines L32 and L34 shown by solid lines in FIG. Characteristic lines L31 and L33 indicate the collector current Ic and collector-emitter voltage Vce of the IGBT 102 when the turn-on resistance is small, respectively. Characteristic lines L32 and L34 indicate the collector current Ic and collector of the IGBT 102 when the turn-on resistance is large, respectively. Indicates the emitter voltage Vce.

このようにIGBTのスイッチング速度が変化することにより、対向アームのフリーホイーリングダイオード101のアノード・カソード間電圧Vakは、ターンオン抵抗が小さい場合には、図13(b)で破線図示の特性線L41のように、跳ね上がるとともにピーク値が大きくなるが、ターンオン抵抗が大きい場合には、図13(b)で実線図示の特性線L42で示すように、跳ね上がりピーク値が小さくなり、同じ主回路電圧であっても発振しにくくなる。なお、図13(b)で特性線L43はターンオン抵抗が小さい場合のカソード電流Ikを示し、特性線L44はターンオン抵抗が大きい場合のカソード電流Ikを示す。   When the switching speed of the IGBT changes in this manner, the anode-cathode voltage Vak of the freewheeling diode 101 of the opposing arm has a characteristic line L41 shown by a broken line in FIG. 13B when the turn-on resistance is small. As shown in FIG. 13B, when the turn-on resistance is large, as shown by a characteristic line L42 shown by a solid line in FIG. 13B, the jump peak value becomes small and the same main circuit voltage is obtained. Even if there is, it becomes difficult to oscillate. In FIG. 13B, the characteristic line L43 indicates the cathode current Ik when the turn-on resistance is small, and the characteristic line L44 indicates the cathode current Ik when the turn-on resistance is large.

また、他の手法として、特許文献1に記載されているように、主回路電流の2階微分値によってターンオン用のゲート抵抗を切り換えるようにしたゲート駆動回路が提案されている。
このゲート駆動回路は、図14に概要を示すように、図11の構成において、ターンオン抵抗108と並列にターンオン抵抗111と半導体スイッチ素子112との直列回路を接続している。そして、IGBT102に流れる主回路電流を検出するセンス抵抗(図示せず)の両端の電圧を微分する微分回路113とこの微分回路113の1階微分値をさらに微分する微分回路114とを設け、この微分回路114から出力される2階微分値が設定値以下となったことをコンパレータ115で検出したら、その出力で半導体スイッチ素子112をオフさせてIGBT102のゲート抵抗値を大きくすることにより、ターンオン損失を大きくしない範囲で逆回復の電圧上昇率(dV/dt)を低減して発振を抑制するようにしている。
As another method, as described in Patent Document 1, a gate drive circuit is proposed in which the gate resistance for turn-on is switched by the second-order differential value of the main circuit current.
As shown schematically in FIG. 14, this gate drive circuit is configured by connecting a series circuit of a turn-on resistor 111 and a semiconductor switch element 112 in parallel with the turn-on resistor 108 in the configuration of FIG. Then, a differentiating circuit 113 for differentiating the voltage across the sense resistor (not shown) for detecting the main circuit current flowing in the IGBT 102 and a differentiating circuit 114 for further differentiating the first-order differential value of the differentiating circuit 113 are provided. When the comparator 115 detects that the second-order differential value output from the differentiating circuit 114 is equal to or lower than the set value, the turn-on loss is obtained by turning off the semiconductor switch element 112 and increasing the gate resistance value of the IGBT 102 with the output. The reverse recovery voltage increase rate (dV / dt) is reduced within a range in which the oscillation is not increased to suppress oscillation.

また、特許文献2に記載された従来例は、電圧制御型半導体スイッチング素子のゲート端子とターンオン電源との間に接続されるゲート駆動抵抗と、電圧制御型半導体スイッチング素子のゲート電圧が、主電流が流れ始める閾値に到達したことを検知する閾値検知手段と、ゲート駆動抵抗を、ターンオン動作開始時には第1の抵抗値に設定し、閾値検知手段が、ゲート電圧が前記電圧に到達したことを検知した後、第1の抵抗値よりも大きな第2の抵抗値に設定し、その後、第1および第2の抵抗値よりも小さな第3の抵抗値に設定するゲート駆動抵抗設定手段とを備えている。   Further, in the conventional example described in Patent Document 2, the gate drive resistor connected between the gate terminal of the voltage control type semiconductor switching element and the turn-on power supply and the gate voltage of the voltage control type semiconductor switching element are the main current. Threshold detection means for detecting that the threshold has been reached and the gate drive resistance are set to the first resistance value at the start of the turn-on operation, and the threshold detection means detects that the gate voltage has reached the voltage. And a gate drive resistance setting means for setting the second resistance value larger than the first resistance value and then setting the third resistance value smaller than the first and second resistance values. Yes.

特開平11−69778号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-69778 特開2013−223265号公報JP 2013-223265 A

しかしながら、単にターンオン時にゲート抵抗を大きくする手法では、IGBTのdI/dtが小さくなるため、ターンオン時のIGBTの損失が大きくなるという課題がある。
一方、特許文献1に記載された従来例では、IGBTを流れる主回路電流の2階微分値を検出してゲート抵抗を切り換えるので、ターンオン初期のIGBTのdI/dtが小さなゲート抵抗により維持されるため、ターンオン時のIGBTの損失は余り大きくならないが、2階微分値検出用の微分回路が2つ必要となり、ゲート駆動回路が複雑となるという課題がある。
However, the method of simply increasing the gate resistance at the turn-on has a problem that the IGBT dI / dt becomes small and the loss of the IGBT at the turn-on becomes large.
On the other hand, in the conventional example described in Patent Document 1, since the second-order differential value of the main circuit current flowing through the IGBT is detected and the gate resistance is switched, the dI / dt of the IGBT at the initial turn-on is maintained by a small gate resistance. Therefore, the loss of the IGBT at turn-on does not increase so much, but two differentiating circuits for detecting the second-order differential value are required, and there is a problem that the gate driving circuit becomes complicated.

さらに、特許文献1に記載された従来例では、図15上図で実線図示の従来のターンオン抵抗を変更しない場合のゲート電流Igに対して図15下図に示す対抗アームのフリーホイーリングダイオードの逆回復時にアノード・カソード間電圧Vakがピーク電圧となる前にターンオン抵抗を大きな抵抗値に変更することにより、ゲート電流Igが急峻に減少し、逆回復動作の終了期間のゲート電流が負となる領域でゲート電流不足が生じるという課題もある。   Further, in the conventional example described in Patent Document 1, the reverse of the freewheeling diode of the counter arm shown in the lower diagram of FIG. 15 with respect to the gate current Ig when the conventional turn-on resistance shown in the solid line in FIG. A region in which the gate current Ig is sharply decreased by changing the turn-on resistance to a large resistance value before the anode-cathode voltage Vak reaches the peak voltage at the time of recovery, and the gate current at the end period of the reverse recovery operation becomes negative. There is also a problem that the gate current is insufficient.

さらに、特許文献2に記載された従来例では、閾値検知手段で、電圧制御型半導体スイッチング素子のゲート・エミッタ間のゲート電圧を検出し、このゲート電圧が、主電流が流れ始める閾値に到達する前後で第1の抵抗値と第1の抵抗値より大きな第2の抵抗値に切り換え、その後、第1および第2の抵抗値よりも小さな第3の抵抗値に切り換えるようにしている。   Further, in the conventional example described in Patent Document 2, the threshold voltage detecting means detects the gate voltage between the gate and the emitter of the voltage controlled semiconductor switching element, and this gate voltage reaches the threshold value at which the main current starts to flow. Before and after, the first resistance value and the second resistance value larger than the first resistance value are switched, and then the third resistance value smaller than the first and second resistance values is switched.

この特許文献2に記載された従来例では、ゲート・エミッタ間のゲート電圧で主電流の流れ始めを検知するようにしているが、電圧制御型半導体スイッチング素子のゲート電圧とコレクタ・エミッタ間電圧とは1対1に対応しておらず、負荷状態により同じゲート電圧でもコレクタ・エミッタ間電圧の挙動は異なる。また、切替制御回路での切替タイミングの検出をインバータの閾値電圧と遅延時間とで検出するようにしているので、インバータの閾値と遅延時間を正確に決めることができず、精密な制御を行うことができない。しかも、ゲート・エミッタ間電圧が閾値を超えてから適切なコレクタ・エミッタ間電圧に到達するまでの遅延時間は、負荷を含む主回路構成および駆動様態によって変動するため、適切な遅延時間で切替えを行うことは困難となる等の課題がある。   In the conventional example described in Patent Document 2, the start of the flow of the main current is detected by the gate voltage between the gate and the emitter, but the gate voltage and the collector-emitter voltage of the voltage controlled semiconductor switching element are Does not correspond one-to-one, and the behavior of the collector-emitter voltage differs even with the same gate voltage depending on the load state. In addition, since the detection of the switching timing in the switching control circuit is detected by the threshold voltage and delay time of the inverter, the inverter threshold and delay time cannot be determined accurately, and precise control is performed. I can't. In addition, the delay time from when the gate-emitter voltage exceeds the threshold value until it reaches the appropriate collector-emitter voltage varies depending on the main circuit configuration including the load and the driving mode. There are problems such as difficulty in performing.

そこで、本発明は、上記従来例の課題に着目してなされたものであり、駆動様態の変更を適切に行うことができ、電圧駆動型半導体素子のターンオン損失を抑えつつ対向アームのフリーホイーリングダイオードの電圧信号を抑制することができる電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention has been made paying attention to the problems of the above-described conventional example, can appropriately change the driving mode, and freewheeling the opposing arm while suppressing the turn-on loss of the voltage-driven semiconductor element. An object of the present invention is to provide a gate drive circuit for a voltage-driven semiconductor element capable of suppressing a voltage signal of a diode.

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路は、フリーホイーリングダイオードが逆並列接続された電圧駆動型半導体素子のゲートを駆動する電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路である。そして、電圧駆動型半導体素子の主端子間の電圧を検出する電圧検出部と、電圧駆動型半導体素子のゲートをターンオン時に異なるゲート駆動様態で駆動可能なゲート駆動部と、電圧検出部で検出した電圧に基づいてゲート駆動部でのゲート駆動様態を変更する駆動様態変更部とを備えている。   In order to achieve the above object, a gate drive circuit for a voltage-driven semiconductor device according to an aspect of the present invention is a voltage-driven semiconductor that drives a gate of a voltage-driven semiconductor device in which freewheeling diodes are connected in antiparallel. It is a gate drive circuit of the element. The voltage detection unit detects the voltage between the main terminals of the voltage-driven semiconductor element, the gate drive unit that can drive the gate of the voltage-driven semiconductor element in a different gate drive mode at the time of turn-on, and the voltage detection unit And a driving mode changing unit that changes the gate driving mode in the gate driving unit based on the voltage.

本発明の一態様によれば、簡易な構成で駆動様態の変更を適切に行って電圧駆動型半導体素子のターンオン損失および対向アームのフリーホイーリングダイオードの振動をともに抑制することができる。   According to one aspect of the present invention, it is possible to appropriately change the driving mode with a simple configuration and suppress both the turn-on loss of the voltage-driven semiconductor element and the vibration of the freewheeling diode of the opposing arm.

本発明の一態様に係る電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路の一実施形態を示す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating an embodiment of a gate drive circuit for a voltage-driven semiconductor device according to an aspect of the present invention. 図1のゲート駆動回路の具体的構成を示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a specific configuration of the gate drive circuit of FIG. 1. 図1の絶縁ゲート形バイポーラトランジスタおよびフリーホイーリングダイオードの電圧・電流特性を示す特性線図である。FIG. 2 is a characteristic diagram showing voltage / current characteristics of the insulated gate bipolar transistor and the freewheeling diode of FIG. 1. 図1の下アームにおける絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのオフ期間における電流経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the current pathway in the OFF period of the insulated gate bipolar transistor in the lower arm of FIG. 図1の下アームにおける絶縁ゲート形バイポーラトランジスタのターンオン初期期間における電流経路を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a current path in an initial turn-on period of an insulated gate bipolar transistor in the lower arm of FIG. 1. 図1の下アームにおける対向アームのフリーホイーリングダイオードの逆回復動作開始期間における電流経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric current path in the reverse recovery operation start period of the freewheeling diode of the opposing arm in the lower arm of FIG. 図1の下アームにおける対向アームのフリーホイーリングダイオードの逆回復動作継続期間における電流経路を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electric current path in the reverse recovery operation | movement period of the freewheeling diode of the opposing arm in the lower arm of FIG. 本発明の一形態を示す電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路の第2の実施形態を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows 2nd Embodiment of the gate drive circuit of the voltage drive type semiconductor device which shows one form of this invention. 第2の実施形態に使用するゲート駆動回路のMOSFETのドレイン・ソース間電圧特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the drain-source voltage characteristic of MOSFET of the gate drive circuit used for 2nd Embodiment. 本発明の一形態を示す電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路の第3の実施形態の変形例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the modification of 3rd Embodiment of the gate drive circuit of the voltage drive type semiconductor device which shows one form of this invention. ゲート駆動回路の基本構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the basic composition of a gate drive circuit. フリーホイーリングダイオードのアノード・ソード間電圧特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the anode-sword voltage characteristic of a freewheeling diode. 絶縁ゲート形バイポーラトランジスタおよび対向アームのフリーホイーリングダイオードの電圧・電流特性を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the voltage-current characteristic of the insulated gate bipolar transistor and the freewheeling diode of an opposing arm. ゲート駆動回路の従来例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the prior art example of a gate drive circuit. 従来例のゲート電流特性と対抗アームのフリーホイーリングダイオードのアノード・カソード間電圧との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the gate current characteristic of a prior art example, and the anode-cathode voltage of the freewheeling diode of an opposing arm.

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.
Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.

まず、本発明の一の態様を表す電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路をインバータ回路に適用した場合の第1の実施形態について説明する。
インバータ回路1は、例えば三相交流を発生させて負荷を駆動するものであり、図1に示すように、一相分の単相交流を生成する回路について説明すると、直流電源10(電圧値は例えば720V)に接続された正極側ラインLpおよび負極側ラインLn間に上アーム11Uおよび下アーム11Dが直列に接続された構成を有する。
First, a first embodiment in which a gate drive circuit of a voltage drive type semiconductor element representing one aspect of the present invention is applied to an inverter circuit will be described.
The inverter circuit 1 generates, for example, a three-phase alternating current and drives a load. As shown in FIG. 1, a circuit that generates a single-phase alternating current for one phase will be described. For example, the upper arm 11U and the lower arm 11D are connected in series between the positive electrode side line Lp and the negative electrode side line Ln connected to 720V).

上アーム11Uは、電圧制御型半導体素子としての絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ(以下、単にIGBTと称す)12Uと、このIGBT12Uと逆並列に接続されたフリーホイーリングダイオード(以下、単にFWDと称す)13Uと、IGBT12Uのゲートを駆動するゲート駆動回路14Uとを備えている。
下アーム11Dも、電圧制御形半導体素子としてのIGBT12Dと、このIGBT12Dと逆並列に接続されたFWD13Dと、IGBT12Dのゲートを駆動するゲート駆動回路14Dとを備えている。
The upper arm 11U includes an insulated gate bipolar transistor (hereinafter simply referred to as IGBT) 12U as a voltage-controlled semiconductor element, and a freewheeling diode (hereinafter simply referred to as FWD) 13U connected in reverse parallel to the IGBT 12U. And a gate drive circuit 14U for driving the gate of the IGBT 12U.
The lower arm 11D also includes an IGBT 12D as a voltage-controlled semiconductor element, an FWD 13D connected in reverse parallel to the IGBT 12D, and a gate drive circuit 14D that drives the gate of the IGBT 12D.

そして、上アーム11Uおよび下アーム11Dの接続点Pに三相モータ等の負荷15が接続されている。図1では、下アーム10Dがオフ状態からターンオン状態に移行する場合を示しており、負荷15が接続点Pと正極側ラインLpとの間に接続されている。また、破線で示すように、別の負荷が負極側ラインLnとの間に接続されている。
ゲート駆動回路14Uは、IGBT12Uのゲートを駆動するゲート駆動部16Uと、IGBT12Uの主端子となるコレクタおよびエミッタ間の電圧を検出する電圧検出部17Uと、電圧検出部17Uで検出した電圧に基づいてゲート駆動部16Uでのゲート駆動様態を変更する駆動様態変更部18Uとを備えている。
A load 15 such as a three-phase motor is connected to a connection point P between the upper arm 11U and the lower arm 11D. FIG. 1 shows a case where the lower arm 10D shifts from the off state to the turn on state, and the load 15 is connected between the connection point P and the positive electrode side line Lp. Moreover, as shown with a broken line, another load is connected between the negative electrode side line Ln.
The gate drive circuit 14U is based on a gate drive unit 16U that drives the gate of the IGBT 12U, a voltage detection unit 17U that detects a voltage between the collector and the emitter that is a main terminal of the IGBT 12U, and a voltage that is detected by the voltage detection unit 17U. And a drive mode change unit 18U that changes the gate drive mode in the gate drive unit 16U.

ゲート駆動部16Uは、直列に接続された直流電源21aおよび21bと、直列に接続された半導体スイッチング素子としてのNチャネルMOSFET22aおよびPチャネルMOSFET22bとを有する。直流電源21aの正極側およびNチャネルMOSFET22aのドレインとの間にはターンオン抵抗部23aが接続されている。直流電源21bの負極側およびPチャネルMOSFET22bのドレイン間にはターンオフ抵抗23bが接続されている。また、直流電源21aおよび21bの接続点がIGBT12Uのエミッタに接続されている。さらに、NチャネルMOSFET22aおよびPチャネルMOSFET22bのゲートが制御回路25に接続され、この制御回路25から出力される駆動信号SaによってNチャネルMOSFET22aおよびPチャネルMOSFET22bがオン・オフ制御される。   Gate drive unit 16U includes DC power supplies 21a and 21b connected in series, and N-channel MOSFET 22a and P-channel MOSFET 22b as semiconductor switching elements connected in series. A turn-on resistor 23a is connected between the positive side of the DC power supply 21a and the drain of the N-channel MOSFET 22a. A turn-off resistor 23b is connected between the negative electrode side of the DC power supply 21b and the drain of the P-channel MOSFET 22b. The connection point between the DC power supplies 21a and 21b is connected to the emitter of the IGBT 12U. Further, the gates of the N-channel MOSFET 22a and the P-channel MOSFET 22b are connected to the control circuit 25, and the N-channel MOSFET 22a and the P-channel MOSFET 22b are on / off controlled by the drive signal Sa output from the control circuit 25.

ターンオン抵抗部23aは、IGBT12Uのターンオン時の駆動能力を変更するもので、比較的高抵抗値を有するゲート抵抗Rg1と、このゲート抵抗Rg1と並列に接続されたゲート抵抗Rg1の抵抗値と同じまたはそれ以下の抵抗値のゲート抵抗Rg2と半導体スイッチ素子としてのNチャネルMOSFET24の直列回路とで構成されている。
したがって、ターンオン抵抗部23aの抵抗値は、NチャネルMOSFET24がオフ状態であるときにはゲート抵抗Rg1のみの高抵抗値となり、NチャネルMOSFET24がオン状態であるときにはゲート抵抗Rg1にゲート抵抗Rg2が並列に接続されるので、Rg1およびRg2の抵抗値の半分以下の低抵抗値となる。
The turn-on resistance portion 23a changes the driving capability of the IGBT 12U when it is turned on, and is the same as the resistance value of the gate resistance Rg1 having a relatively high resistance value and the gate resistance Rg1 connected in parallel with the gate resistance Rg1. The gate resistance Rg2 having a resistance value lower than that and a series circuit of an N-channel MOSFET 24 as a semiconductor switching element are configured.
Therefore, the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is a high resistance value of only the gate resistance Rg1 when the N-channel MOSFET 24 is in the off state, and the gate resistance Rg2 is connected in parallel to the gate resistance Rg1 when the N-channel MOSFET 24 is in the on state. Therefore, the resistance value is a half or less of the resistance values of Rg1 and Rg2.

電圧検出部17Uは、IGBT12Uのコレクタ−エミッタ間に直列接続された分圧抵抗R1およびR2で構成され、これら分圧抵抗R1およびR2の接続点から出力される主端子間検出電圧Vudが駆動様態変更部18Uに供給される。
駆動様態変更部18Uは、図2に示すように、電圧検出部17Uから出力される主端子間検出電圧Vudが入力される第1比較器31、第2比較器32、および論理和回路33および論理反転回路34を有する。第1比較器31が第1比較部を構成し、論理和回路33および論理反転回路34が第2比較部を構成している。
The voltage detector 17U includes voltage dividing resistors R1 and R2 connected in series between the collector and emitter of the IGBT 12U, and the detection voltage Vud between the main terminals output from the connection point of the voltage dividing resistors R1 and R2 is driven. It is supplied to the changing unit 18U.
As shown in FIG. 2, the drive mode change unit 18U includes a first comparator 31, a second comparator 32, and an OR circuit 33 to which the main terminal detection voltage Vud output from the voltage detection unit 17U is input. A logic inversion circuit 34 is provided. The first comparator 31 constitutes a first comparison unit, and the OR circuit 33 and the logic inversion circuit 34 constitute a second comparison unit.

第1比較器31は、非反転入力端子に主端子間検出電圧Vceの分圧Vudが入力され、反転入力端子に第1基準電圧Vref1が入力されている。ここで、第1基準電圧Vref1は、図3(a)に示すように、ターンオン抵抗部23aが低抵抗値である状態で、IGBT12Uのターンオン時に主端子間電圧Vceが低下して対向アームのFWD13Dが逆回復動作に移行する際の電圧に設定されている。   In the first comparator 31, the divided voltage Vud of the detection voltage Vce between the main terminals is input to the non-inverting input terminal, and the first reference voltage Vref1 is input to the inverting input terminal. Here, as shown in FIG. 3A, the first reference voltage Vref1 is such that the voltage Vce between the main terminals decreases when the IGBT 12U is turned on and the FWD 13D of the opposite arm is in a state where the turn-on resistance portion 23a has a low resistance value. Is set to the voltage when shifting to the reverse recovery operation.

第2比較器32は、非反転入力端子に主端子間検出電圧Vceの分圧Vudが入力され、反転入力端子に第2基準電圧Vref2が入力されている。ここで、第2基準電圧Vref2は、図3(a)に示すように、IGBT12Uのターンオン時に主端子間電圧Vceが第1基準電圧Vref1より低下し、ターンオン抵抗部23aで高抵抗値が選択されている状態で、対向アームのFWD13Dが逆回復動作継続期間に移行する電圧に設定されている。   In the second comparator 32, the divided voltage Vud of the detection voltage Vce between the main terminals is input to the non-inverting input terminal, and the second reference voltage Vref2 is input to the inverting input terminal. Here, as shown in FIG. 3A, when the IGBT 12U is turned on, the second reference voltage Vref2 has the main terminal voltage Vce lower than the first reference voltage Vref1, and a high resistance value is selected by the turn-on resistor 23a. In this state, the FWD 13D of the opposite arm is set to a voltage that shifts to the reverse recovery operation continuation period.

そして、論理和回路33の入力側には、第1比較器31の出力信号が直接入力されるとともに、第2比較器32の出力信号が論理反転回路34を介して入力される。この論理和回路33から出力される駆動様態変更信号がゲート駆動部16Uおよび16Dにおけるターンオン抵抗部23aのNチャネルMOSFET24のゲートに入力される。なお、論理反転回路34を削除するとともに第2比較器32の反転入力端子への入力と非反転入力端子への入力を入れ替えて、第2比較器32のみによって第2比較部を構成してもよい。   The output signal of the first comparator 31 is directly input to the input side of the OR circuit 33 and the output signal of the second comparator 32 is input via the logic inversion circuit 34. The driving mode change signal output from the OR circuit 33 is input to the gate of the N-channel MOSFET 24 of the turn-on resistance unit 23a in the gate driving units 16U and 16D. Note that the logic inversion circuit 34 may be deleted and the input to the inverting input terminal and the input to the non-inverting input terminal of the second comparator 32 may be interchanged so that the second comparator 32 is configured by the second comparator 32 alone. Good.

ゲート駆動回路14Dも、IGBT12Uのゲートを駆動するゲート駆動部16Dと、IGBT12Dの主端子となるコレクタおよびエミッタ間の電圧(の分圧)を検出する電圧検出部17Dと、電圧検出部17Uで検出した電圧に基づいてゲート駆動部16Dでのゲート駆動様態を変更する駆動様態変更部18Dとを備えている。これらゲート駆動部16D、電圧検出部17Dおよび駆動様態変更部18Dの構成は、前述したゲート駆動回路14Uのゲート駆動部16U、電圧検出部17Uおよび駆動様態変更部18Uの構成と同一構成を有するので、その詳細説明はこれを省略する。   The gate drive circuit 14D is also detected by the gate drive unit 16D that drives the gate of the IGBT 12U, the voltage detection unit 17D that detects the voltage between the collector and the emitter that is the main terminal of the IGBT 12D, and the voltage detection unit 17U. And a driving mode changing unit 18D that changes the gate driving mode in the gate driving unit 16D based on the voltage. The configurations of the gate drive unit 16D, the voltage detection unit 17D, and the drive mode change unit 18D are the same as the configurations of the gate drive unit 16U, the voltage detection unit 17U, and the drive mode change unit 18U of the gate drive circuit 14U described above. The detailed description thereof will be omitted.

そして、例えば下アーム11Dがターンオンする場合におけるターンオン抵抗部23aの抵抗値とIGBT12Dのターンオン時のコレクタ・エミッタ間の主端子間電圧Vceとコレクタ電流Icとの関係を図3(a)に示す。
この図3(a)では、実線図示の特性線L11およびL12が、それぞれ本実施の形態における主端子間電圧Vceおよびコレクタ電流Icを示している。また、破線図示の特性線L13およびL14が、それぞれターンオン抵抗部23aの抵抗値を低抵抗のままとしたときの主端子間電圧Vceおよびコレクタ電流Icを示している。
FIG. 3A shows the relationship between the resistance value of the turn-on resistor 23a when the lower arm 11D is turned on, the collector-emitter main terminal voltage Vce and the collector current Ic when the IGBT 12D is turned on.
In FIG. 3A, characteristic lines L11 and L12 shown by solid lines indicate the main terminal voltage Vce and the collector current Ic in the present embodiment, respectively. Characteristic lines L13 and L14 shown by broken lines indicate the main-terminal voltage Vce and the collector current Ic when the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is kept low.

本実施の形態においては、後述のように、主端子間電圧Vceの分圧Vud(Vdd)が第1基準電圧Vref1より高くなっている期間T1とT2、分圧Vud(Vdd)が第1基準電圧Vrefと第2基準電圧Vref2の間にある期間T3、分圧Vud(Vdd)が第2基準電圧Vref2より低くなっている期間T4とでターンオン抵抗部23aの抵抗値を変えている。より具体的には、期間T1,T2,T4においてはターンオン抵抗部23aの抵抗値を低くし、期間T3においてはターンオン抵抗部23aの抵抗値を高くするようにしている。   In the present embodiment, as will be described later, periods T1 and T2 in which the divided voltage Vud (Vdd) of the main-terminal voltage Vce is higher than the first reference voltage Vref1, and the divided voltage Vud (Vdd) is the first reference. The resistance value of the turn-on resistor 23a is changed in a period T3 between the voltage Vref and the second reference voltage Vref2, and in a period T4 in which the divided voltage Vud (Vdd) is lower than the second reference voltage Vref2. More specifically, the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is decreased during the periods T1, T2, and T4, and the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is increased during the period T3.

IGBT12Dがオフ状態である期間T1では、実線図示の特性線L11で示すように、主端子間電圧Vceは例えば720V程度を維持し、実線図示の特性線L12に示すように、コレクタ電流Icは零を維持する。その後、ターンオン初期となる期間T2では、ゲート電圧(図示せず)が閾値電圧を超えると、コレクタ電流Icが大きなdI/dtで比較的急峻に増加し、これに応じて主端子間電圧Vceが大きなdV/dtで比較的急峻に減少する。次いで、対向アームとなる上アーム11UのFWD13Uが逆回復動作を開始する期間T3(上述のように、この期間のみターンオン抵抗部23aの抵抗値が高くなっている。)においては、前半部ではIGBT12Dのコレクタ電流Icが急峻な増加状態を継続するが中間部で最大値に達し、その後比較的小さなdI/dtで緩やかに減少を始める。これに応じて主端子間電圧Vceも期間T3では小さなdV/dtで緩やかに減少する。次いで、FWD13Uの逆回復動作を継続する期間T4では、コレクタ電流Icは比較的小さなdI/dtで減少を継続し、主端子間電圧Vceは前半に比較的大きなdV/dtで減少した後比較的小さなdV/dtで減少する。   In the period T1 in which the IGBT 12D is in the OFF state, the main terminal voltage Vce is maintained at about 720V, for example, as shown by the characteristic line L11 shown by the solid line, and the collector current Ic is zero, as shown by the characteristic line L12 shown by the solid line. To maintain. Thereafter, in a period T2 in which the turn-on is initially performed, when the gate voltage (not shown) exceeds the threshold voltage, the collector current Ic increases relatively steeply with a large dI / dt, and the main-terminal voltage Vce is accordingly increased. It decreases relatively steeply with a large dV / dt. Next, in the period T3 in which the FWD 13U of the upper arm 11U serving as the opposite arm starts the reverse recovery operation (as described above, the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is high only during this period), the IGBT 12D is in the first half. The collector current Ic continues to increase sharply, but reaches a maximum value in the middle portion, and thereafter gradually decreases at a relatively small dI / dt. In response to this, the voltage Vce between the main terminals gradually decreases at a small dV / dt in the period T3. Next, in the period T4 in which the reverse recovery operation of the FWD 13U is continued, the collector current Ic continues to decrease at a relatively small dI / dt, and the main-terminal voltage Vce relatively decreases after a relatively large dV / dt in the first half. Decrease with small dV / dt.

これに対して、ターンオン抵抗部23aの抵抗値を低抵抗値のままとした場合には、主端子間電圧Vceおよびコレクタ電流Icが、図3(a)で破線図示の特性線L13およびL14で示すように、対向アームのFWD13Uの逆回復動作を開始する期間T3では、コレクタ電流IcのdI/dtが本実施の形態に比較して大きくなるとともに、最大値も大きくなって期間T3の終了時となる。   On the other hand, when the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is kept low, the main-terminal voltage Vce and the collector current Ic are represented by characteristic lines L13 and L14 shown by broken lines in FIG. As shown, in the period T3 in which the reverse recovery operation of the FWD 13U of the opposite arm is started, the collector current Ic dI / dt becomes larger than that in the present embodiment, and the maximum value becomes larger and the period T3 ends. It becomes.

これに応じて主端子間電圧Vceが期間T3で比較的大きなdV/dtで減少する。その後、FWD13Uの逆回復動作を継続する期間T4となると、コレクタ電流Icは、この期間T4の前半では比較的緩やかに減少し、その後期間T4の中盤で比較的急峻に減少した後後半で略一定値を維持する。これに応じて主端子間電圧Vceは、期間T4で比較的小さなdV/dtで減少する。期間T4の回路定数は本実施の形態と同じであるが、期間T3におけるコレクタ電流Icのオーバーシュートが大きくその影響が期間T4に残ったため、期間T4における特性線L12と14の挙動が大きく異なっている。   Accordingly, the main terminal voltage Vce decreases at a relatively large dV / dt in the period T3. Thereafter, when the period T4 in which the reverse recovery operation of the FWD 13U is continued, the collector current Ic decreases relatively gently in the first half of the period T4, and then decreases relatively steeply in the middle of the period T4 and then substantially constant in the latter half. Keep the value. Accordingly, the main terminal voltage Vce decreases at a relatively small dV / dt in the period T4. The circuit constant in the period T4 is the same as that of the present embodiment, but the overshoot of the collector current Ic in the period T3 is large and the influence remains in the period T4. Therefore, the behavior of the characteristic lines L12 and L14 in the period T4 is greatly different. Yes.

この下アーム11DのIGBT12Dをターンオンさせる際の対向アームとなる上アーム11UのFWD13Uのカソード電流Ikおよびアノード・カソード間電圧Vakの変化を図3(b)に示す。
この図3(b)では、本実施の形態における上アーム11Uのカソード電流Ikおよびアノード・カソード間電圧Vakがそれぞれ実線図示の特性線L21およびL22で示されている。すなわち、カソード電流Ikは、下アーム11DのIGBT12Dがオフ状態である期間T1およびターンオン初期である期間T2の前半までは順方向の高電流(例えば200A)を維持するが、その後大きなdI/dtで急峻に減少し、逆回復動作を開始する期間T3で逆回復電流が流れ始める。期間T3の中盤でカソード電流Ikが最小値となり、その後逆回復電流が流れることによりカソード電流Ikが再び増加する。なお、期間T3の後半と期間T4におけるカソード電流Ikは、基本的に逆回復電流に等しい。逆回復動作が継続する期間T4で逆回復電流のdI/dtは緩やかになる。逆回復電流は図示しないT4以降の期間で減少して零に復帰する。
FIG. 3B shows changes in the cathode current Ik and the anode-cathode voltage Vak of the FWD 13U of the upper arm 11U, which is an opposing arm when the IGBT 12D of the lower arm 11D is turned on.
In FIG. 3 (b), the cathode current Ik and the anode-cathode voltage Vak of the upper arm 11U in the present embodiment are indicated by characteristic lines L21 and L22 shown by solid lines, respectively. That is, the cathode current Ik maintains a forward high current (for example, 200 A) until the first half of the period T1 in which the IGBT 12D of the lower arm 11D is in the off state and the period T2 in the initial turn-on state, but thereafter has a large dI / dt. The reverse recovery current starts to flow sharply and begins to flow in the period T3 when the reverse recovery operation starts. In the middle of the period T3, the cathode current Ik becomes the minimum value, and then the reverse recovery current flows, whereby the cathode current Ik increases again. Note that the cathode current Ik in the second half of the period T3 and in the period T4 is basically equal to the reverse recovery current. In the period T4 during which the reverse recovery operation continues, dI / dt of the reverse recovery current becomes moderate. The reverse recovery current decreases and returns to zero in a period after T4 (not shown).

一方、アノード・カソード間電圧Vakは、期間T1およびT2で負の低い一定電圧(例えば−1V程度)を維持し、逆回復開始期間となるT3に入って高いdV/dtで急峻に増加し、逆回復動作を継続する期間T4でさらに小さいdV/dtで増加してから一定電圧(例えば720V程度)となる。
また、下アーム11Dのターンオン抵抗部23aが低抵抗値のままである場合のカソード電流Ikおよびアノード・カソード間電圧Vakは、図3(b)で破線図示の特性線L23およびL24で示されている。図3(b)から分かるように、期間T3以降のカソード電流Ikおよびアノード・カソード間電圧Vakは、本実施の形態に比べて変化が大きくなっている。特に、期間T4におけるカソード電流Ikを示す特性線L23の変化が大きく、直流電源10の電圧720Vを大きく超えるピークをもっていて、回路の動作への悪影響が大きい。
On the other hand, the anode-cathode voltage Vak maintains a negative low constant voltage (for example, about -1V) in the periods T1 and T2, and enters a reverse recovery start period T3, and increases sharply at a high dV / dt, In the period T4 in which the reverse recovery operation is continued, the voltage increases at a smaller dV / dt and then becomes a constant voltage (for example, about 720V).
Further, the cathode current Ik and the anode-cathode voltage Vak when the turn-on resistance portion 23a of the lower arm 11D remains low are indicated by characteristic lines L23 and L24 shown by broken lines in FIG. Yes. As can be seen from FIG. 3 (b), the cathode current Ik and the anode-cathode voltage Vak after the period T3 are greatly changed compared to the present embodiment. In particular, the change in the characteristic line L23 indicating the cathode current Ik in the period T4 is large and has a peak that greatly exceeds the voltage 720V of the DC power supply 10, and the adverse effect on the operation of the circuit is large.

次に、上記第1の実施形態の動作を下アーム11DのIGBT12Dがオフ状態からターンオン状態となる場合について図4〜図7を伴って説明する。
先ず、図4に示すように、下アーム11Dの制御回路25からローレベルの駆動信号が出力されてNチャネルMOSFET22aがオフ状態、PチャネルMOSFET22bがオン状態に制御されているものとする。この状態では、IGBT12Dのゲート容量に蓄積された電荷が、PチャネルMOSFET22b、直流電源21bの負極側および正極側を経由してIGBT12Dのエミッタに至る電流経路が形成されて、IGBT12Dはそのゲートが放電されていてオフ状態となっている。
Next, the operation of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7 in the case where the IGBT 12D of the lower arm 11D is turned on from the off state.
First, as shown in FIG. 4, it is assumed that a low-level drive signal is output from the control circuit 25 of the lower arm 11D and the N-channel MOSFET 22a is controlled to be in an off state and the P-channel MOSFET 22b is controlled to be in an on state. In this state, a current path is formed in which the charge accumulated in the gate capacitance of the IGBT 12D reaches the emitter of the IGBT 12D via the negative and positive sides of the P-channel MOSFET 22b and the DC power supply 21b, and the gate of the IGBT 12D is discharged. Has been turned off.

このIGBT12Dがオフ状態である前述した図3(a)の期間T1では、IGBT12Dの主端子間電圧Vceが図3(a)の特性曲線L11およびL13に示すように、ターンオン抵抗部23aの抵抗値にかかわらず高電圧となっている。この高電圧状態が電圧検出部17Dで検出され、主端子間検出電圧Vddが駆動様態変更部18Dの第1比較器31および第2比較器32の非反転入力側に供給される。主端子間検出電圧Vddが、これら第1比較器31および第2比較器32の第1基準電圧Vref1および第2基準電圧Vref2より高いので、第1比較器31および第2比較器32の出力信号がともにハイレベルとなるが、第2比較器32の出力信号は論理反転回路34で低レベルに反転されるので、第1比較器31のハイレベルの出力信号が論理和回路33を通ってゲート駆動部16Dのターンオン抵抗部23aにあるNチャネルMOSFET24のゲートに供給される。このため、NチャネルMOSFET24がオン状態となり、ゲート抵抗Rg1およびRg2が並列に接続されてターンオン抵抗部23aの抵抗値が低抵抗値となる。   In the above-described period T1 of FIG. 3A in which the IGBT 12D is in the OFF state, the resistance value of the turn-on resistance portion 23a is as shown in the characteristic curves L11 and L13 in FIG. Regardless of the high voltage. This high voltage state is detected by the voltage detector 17D, and the detection voltage Vdd between the main terminals is supplied to the non-inverting input side of the first comparator 31 and the second comparator 32 of the drive state changing unit 18D. Since the detection voltage Vdd between the main terminals is higher than the first reference voltage Vref1 and the second reference voltage Vref2 of the first comparator 31 and the second comparator 32, the output signals of the first comparator 31 and the second comparator 32 However, since the output signal of the second comparator 32 is inverted to a low level by the logic inversion circuit 34, the high level output signal of the first comparator 31 is gated through the OR circuit 33. The voltage is supplied to the gate of the N-channel MOSFET 24 in the turn-on resistance section 23a of the driving section 16D. Therefore, the N-channel MOSFET 24 is turned on, the gate resistances Rg1 and Rg2 are connected in parallel, and the resistance value of the turn-on resistance unit 23a becomes a low resistance value.

しかしながら、NチャネルMOSFET22aがオフ状態であるので、直流電源21aからの電流がターンオン抵抗部23aを通じてIGBT12Dのゲートに直流電源21aからの電流が供給されることはない。
次に、このIGBT12Dのオフ状態からターンオン状態に移行すると、制御回路25からハイレベルの駆動信号をNチャネルMOSFET22aおよびPチャネルMOSFET22bに供給して、NチャネルMOSFET22aをオン状態に、PチャネルMOSFET22bをオフ状態に制御する。これにより、図5に示すように、IGBT12Dのエミッタから直流電源21aの負極側および正極側、ターンオン抵抗部23aのゲート抵抗Rg1およびRg2を通り、NチャネルMOSFET22aを通ってIGBT12Dのゲートに至る電流経路が形成される。これによりIGBT12Dのゲート容量への充電が開始され、図3(a)のターンオン初期期間T2となる。この期間T2でも、電圧検出部17Dで検出される主端子間検出電圧Vddが第1比較器31および第2比較器32の第1基準電圧Vref1および第2基準電圧Vref2より高いので、ターンオン抵抗部23aの抵抗値は低抵抗値に維持される。
However, since the N-channel MOSFET 22a is in the OFF state, the current from the DC power supply 21a is not supplied to the gate of the IGBT 12D through the turn-on resistance portion 23a.
Next, when the IGBT 12D shifts from the off state to the turn on state, a high level drive signal is supplied from the control circuit 25 to the N channel MOSFET 22a and the P channel MOSFET 22b, the N channel MOSFET 22a is turned on, and the P channel MOSFET 22b is turned off. Control to the state. Thereby, as shown in FIG. 5, the current path from the emitter of the IGBT 12D to the negative and positive sides of the DC power supply 21a, the gate resistances Rg1 and Rg2 of the turn-on resistor 23a, and the N-channel MOSFET 22a to the gate of the IGBT 12D. Is formed. Thereby, the charging of the gate capacitance of the IGBT 12D is started, and the turn-on initial period T2 of FIG. Even during this period T2, the detection voltage Vdd between the main terminals detected by the voltage detector 17D is higher than the first reference voltage Vref1 and the second reference voltage Vref2 of the first comparator 31 and the second comparator 32. The resistance value of 23a is maintained at a low resistance value.

このため、図3(a)において特性曲線L11で示すように、ターンオン初期期間T2の終期でIGBT12Dのゲート電圧が閾値を超えるとIGBT12Dの主端子間電圧Vceが大きなdV/dtで減少し、電圧検出部17Dで検出される主端子間検出電圧Vddが第1比較器31の第1基準電圧Vref1未満となると、第1比較器31の出力信号がローレベルに反転する。一方、第2比較器32では、第2基準電圧Vref2が第1基準電圧Vref1より低く設定されているので、出力信号はハイレベルを継続し、論理反転回路34でローレベルに反転される。   For this reason, as shown by the characteristic curve L11 in FIG. 3A, when the gate voltage of the IGBT 12D exceeds the threshold at the end of the turn-on initial period T2, the voltage Vce between the main terminals of the IGBT 12D decreases at a large dV / dt, and the voltage When the detection voltage Vdd between the main terminals detected by the detection unit 17D becomes less than the first reference voltage Vref1 of the first comparator 31, the output signal of the first comparator 31 is inverted to a low level. On the other hand, in the second comparator 32, since the second reference voltage Vref2 is set lower than the first reference voltage Vref1, the output signal continues to be at a high level and is inverted to a low level by the logic inversion circuit 34.

したがって、論理和回路33の論理和出力がハイレベルからローレベルに反転するので、ゲート駆動部16Dのターンオン抵抗部23aにおけるNチャネルMOSFET24がオフ状態となり、図6に示されるようにターンオン抵抗部23aの抵抗値がゲート抵抗Rg1のみによる高抵抗値となって、IGBT12Dのゲートに供給するゲート電流が絞られて減少する。   Accordingly, since the logical sum output of the logical sum circuit 33 is inverted from the high level to the low level, the N-channel MOSFET 24 in the turn-on resistance portion 23a of the gate driving portion 16D is turned off, and the turn-on resistance portion 23a as shown in FIG. Becomes a high resistance value only by the gate resistance Rg1, and the gate current supplied to the gate of the IGBT 12D is reduced and reduced.

このため、IGBT12Dの主端子間電圧Vceが図3(a)で実線図示のL11のように、対向アームとなる上アーム11UのFWD13Uの逆回復動作が開始する期間T3で小さなdV/dtで緩やかに減少することになる。したがって、図3(a)の実線図示の特性線図L12に示されるように、期間T3におけるIGBT12Dのコレクタ電流の増加が抑えられるので、対向アームとなる上アーム11UのFWD13Uの逆回復動作のカソード電流Ik(ダイオード13Uのカソード電流IkとIGBT12Dのコレクタ電流Icの和が、負荷15に流れる電流(短時間においては一定とみなせる)に等しい。)の極小値を、図3(b)で実線図示のL22のように、ターンオン抵抗部23aの抵抗値を低抵抗値とする場合の破線図示のL24の状態より大きくして、後続の期間T4への影響(反動)を小さくすることができる。   For this reason, the voltage Vce between the main terminals of the IGBT 12D gradually decreases at a small dV / dt in the period T3 when the reverse recovery operation of the FWD 13U of the upper arm 11U serving as the opposing arm starts as indicated by the solid line L11 in FIG. Will be reduced. Therefore, as shown in the characteristic diagram L12 shown by the solid line in FIG. 3A, an increase in the collector current of the IGBT 12D in the period T3 can be suppressed, so that the cathode of the reverse recovery operation of the FWD 13U of the upper arm 11U serving as the opposing arm is performed. The minimum value of the current Ik (the sum of the cathode current Ik of the diode 13U and the collector current Ic of the IGBT 12D is equal to the current flowing through the load 15 (which can be regarded as constant for a short time)) is shown by a solid line in FIG. As in L22, the influence value (reaction) on the subsequent period T4 can be reduced by making the resistance value of the turn-on resistance portion 23a larger than the state of L24 shown by the broken line when the resistance value is low.

そして、IGBT12Dの主端子間電圧Vceがさらに減少し、主端子間検出電圧Vddが第2比較器32の第2基準電圧Vref2以下に低下して逆回復動作の継続期間T4となると、第2比較器32の出力信号がローレベルとなる。このローレベルの出力信号が論理反転回路34によりハイレベルとなり、このハイレベルの信号が論理和回路33を介してゲート駆動部16Dのターンオン抵抗部23aにおけるNチャネルMOSFET24のゲートに供給されるので、このNチャネルMOSFET24がオン状態に復帰して、ターンオン抵抗部23aの抵抗値がゲート抵抗Rg1およびRg2が並列に接続された低抵抗値に復帰する。したがって、図7に示すように、IGBT12Dのエミッタ、直流電源21aの負極側および正極側、ターンオン抵抗部23aのゲート抵抗Rg1およびRg2を通り、さらにNチャネルMOSFET22aを通ってIGBT12Dのゲートに至る電流経路が形成される。   When the voltage Vce between the main terminals of the IGBT 12D further decreases and the detection voltage Vdd between the main terminals falls below the second reference voltage Vref2 of the second comparator 32 and becomes the duration T4 of the reverse recovery operation, the second comparison The output signal of the device 32 becomes low level. This low level output signal becomes high level by the logic inversion circuit 34, and this high level signal is supplied to the gate of the N-channel MOSFET 24 in the turn-on resistance section 23a of the gate drive section 16D via the OR circuit 33. The N-channel MOSFET 24 returns to the ON state, and the resistance value of the turn-on resistance portion 23a returns to the low resistance value in which the gate resistances Rg1 and Rg2 are connected in parallel. Therefore, as shown in FIG. 7, the current path passes through the emitter of the IGBT 12D, the negative and positive sides of the DC power supply 21a, the gate resistances Rg1 and Rg2 of the turn-on resistor 23a, and further through the N-channel MOSFET 22a to the gate of the IGBT 12D. Is formed.

このため、IGBT12Dのゲートに供給されるゲート電流が増加されるので、IGBT12Dのターンオンが加速され、主端子間電圧Vceが大きなdV/dtで減少してから緩やかに減少するとともに、期間T3でピーク値を超えたコレクタ電流Icが比較的小さいdI/dtで減少して一定電流値となる。
一方、対向アームとなる上アーム11UのFWD13Uでは、カソード電流Ikの落ち込みが期間T3で抑制されている(最小値が大きい)ので、期間T4となってIGBT12Dのゲート電流が増加しても、図3(b)に示すようにアノード・カソード電流Ikの増加が緩やかとなり、これによりアノード・カソード間電圧Vakも跳ね上がることなく振動が抑制された状態で緩やかに増加し、発振を確実に抑制することができる。
For this reason, since the gate current supplied to the gate of the IGBT 12D is increased, the turn-on of the IGBT 12D is accelerated, and the main-terminal voltage Vce decreases at a large dV / dt and then gradually decreases. The collector current Ic exceeding the value decreases at a relatively small dI / dt and becomes a constant current value.
On the other hand, in the FWD 13U of the upper arm 11U serving as the opposite arm, the fall of the cathode current Ik is suppressed in the period T3 (the minimum value is large), so even if the gate current of the IGBT 12D increases in the period T4, As shown in FIG. 3 (b), the increase in the anode-cathode current Ik becomes gradual, so that the anode-cathode voltage Vak also increases gradually in a state where vibration is suppressed without jumping up, thereby reliably suppressing oscillation. Can do.

このように、上記第1の実施形態によると、IGBT12Dをオフ状態からターンオン状態に移行させる場合に、IGBT12Dの主端子間電圧Vceを電圧検出部17Dで直接検出し、検出した主端子間検出電圧Vddを駆動様態変更部18Dに供給する。このため、駆動様態変更部18Dで、主端子間検出電圧Vddに基づいて実際の主端子間電圧Vceの変化に応じた駆動様態を正確に設定することができる。すなわち、駆動様態変更部18Dは、第1比較器31および第2比較器32と、論理和回路33と、論理反転回路34とを設けるだけで、微分回路等の複雑な回路を設けることなく簡易な構成とすることができる。   Thus, according to the first embodiment, when the IGBT 12D is shifted from the off state to the turn on state, the voltage Vce between the main terminals of the IGBT 12D is directly detected by the voltage detection unit 17D, and the detected detection voltage between the main terminals is detected. Vdd is supplied to the drive state changing unit 18D. For this reason, the drive mode changing unit 18D can accurately set the drive mode according to the actual change in the main terminal voltage Vce based on the detection voltage Vdd between the main terminals. That is, the drive mode changing unit 18D is simply provided with the first comparator 31 and the second comparator 32, the OR circuit 33, and the logic inversion circuit 34, and without a complicated circuit such as a differentiation circuit. It can be set as a simple structure.

そして、第1比較器31の第1基準電圧Vref1をターンオン抵抗部23aが低抵抗値であるときのターンオン初期期間T2を終了して対向アームのFWD13Uの逆回復動作に移行する際のIGBT12Dの主端子間電圧Vceに対応する電圧Vddに設定し、第2比較器32の第2基準電圧Vref2をターンオン抵抗部23aが低抵抗値から高抵抗値に切り換えられたときの逆回復動作開始期間T3を終了して逆回復動作継続期間T4に移行する際のIGBT12Dの主端子間電圧Vceに対応する電圧Vddに設定する。これにより、対向アームのFWD13Uの逆回復動作開始期間T3を正確に判断することができ、この逆回復動作開始期間T3の期間だけターンオン抵抗部23aのNチャネルMOSFET24をオフ状態としてターンオン抵抗部23aの抵抗値を高抵抗値に設定することができる。   Then, the main reference of the IGBT 12D when the first reference voltage Vref1 of the first comparator 31 is shifted to the reverse recovery operation of the FWD 13U of the opposing arm after the turn-on initial period T2 when the turn-on resistor 23a has a low resistance value is completed. A reverse recovery operation start period T3 when the voltage Vdd corresponding to the inter-terminal voltage Vce is set and the second reference voltage Vref2 of the second comparator 32 is switched from the low resistance value to the high resistance value is set to the reverse recovery operation start period T3. The voltage is set to the voltage Vdd corresponding to the voltage Vce between the main terminals of the IGBT 12D when the process ends and shifts to the reverse recovery operation continuation period T4. Accordingly, the reverse recovery operation start period T3 of the FWD 13U of the opposite arm can be accurately determined, and the N-channel MOSFET 24 of the turn-on resistor section 23a is turned off only during the reverse recovery operation start period T3. The resistance value can be set to a high resistance value.

このため、FWD13Uの逆回復動作時のアノード・カソード間電圧Vakの跳ね上がりを抑制することができ、逆回復動作時に発振状態を生じることを確実に抑制できる。しかも、IGBT12Dのコレクタ電流Icが立ち上がってから中間程度まで上昇したときに、FWD13Uの逆回復動作開始期間T3(例えば0.2μs程度)に達し、この逆回復動作開始期間T3のみIGBT12Dのゲート電流を絞り込むので、IGBT12Dのコレクタ電流IcのdI/dt減少への影響が少なく、IGBT12Dのスイッチング損失の低下を抑制することができる。   For this reason, the jump of the anode-cathode voltage Vak during the reverse recovery operation of the FWD 13U can be suppressed, and the occurrence of an oscillation state during the reverse recovery operation can be reliably suppressed. Moreover, when the collector current Ic of the IGBT 12D rises to an intermediate level, the reverse recovery operation start period T3 (for example, about 0.2 μs) of the FWD 13U is reached, and the gate current of the IGBT 12D is supplied only during the reverse recovery operation start period T3. Therefore, the influence of the collector current Ic of the IGBT 12D on the decrease in dI / dt is small, and the decrease in the switching loss of the IGBT 12D can be suppressed.

また、ゲート電圧を検出する場合に比べ、本発明に係るIGBT12Dの主端子間電圧Vceを検出する方式は、IGBT12Dの状態をより直接検知しているので、IGBT12Dの状態変化に対してより適切に対処することができる。
次に、本発明の一態様である電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路の第2の実施形態について図8および図9を伴って説明する。
Further, compared to the case of detecting the gate voltage, the method of detecting the main terminal voltage Vce of the IGBT 12D according to the present invention directly detects the state of the IGBT 12D, and therefore more appropriately with respect to the state change of the IGBT 12D. Can be dealt with.
Next, a second embodiment of the gate driving circuit of the voltage driven semiconductor element which is one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

この第2の実施形態では、ゲート駆動部16Uおよび16Dの駆動様態を、抵抗を使用することなく変更するようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、ゲート駆動部16Uおよび16Dを、図8に示すように、前述した第1の実施形態における図2の構成において、NチャネルMOSFET22aとゲート抵抗Rg2およびNチャネルMOSFET24の直列回路とを省略し、これに代えてゲート抵抗Rg1とPチャネルMOSFET20bとの間にNチャネルMOSFET41および42を並列に接続した構成とされている。
In the second embodiment, the driving mode of the gate driving units 16U and 16D is changed without using a resistor.
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 8, the gate driving units 16U and 16D are connected to the N-channel MOSFET 22a, the gate resistor Rg2, and the N-channel MOSFET 24 in the configuration of FIG. The series circuit is omitted, and N-channel MOSFETs 41 and 42 are connected in parallel between the gate resistor Rg1 and the P-channel MOSFET 20b instead.

ここで、NチャネルMOSFET41および42の電流駆動能力は、NチャネルMOSFET41のドレイン電流Idが、図9(a)で破線図示の特性線L31に示すように、ドレイン・ソース間電圧Vdsが0であるときに0〔A〕であり、これからドレイン・ソース間電圧Vdsが増加するときに、増加開始時に0.5〔A〕まで放物線状に増加し、その後ドレイン・ソース間電圧Vdsの増加にかかわらず0.5〔A〕を維持する低電流駆動能力に設定されている。   Here, the current drive capability of the N-channel MOSFETs 41 and 42 is such that the drain current Id of the N-channel MOSFET 41 has a drain-source voltage Vds of 0 as indicated by a characteristic line L31 shown by a broken line in FIG. 0 [A], and when the drain-source voltage Vds increases from now on, it increases in a parabolic manner up to 0.5 [A] at the start of the increase, and then regardless of the increase in the drain-source voltage Vds The low current drive capability is maintained at 0.5 [A].

一方、NチャネルMOSFET42のドレイン電流Idは、図9(a)で実線図示の特性線L32で示すように、ドレイン・ソース間電圧Vdsが0であるときに0〔A〕であり、これからドレイン・ソース間電圧Vdsが増加すると急峻に2〔A〕程度まで増加し、その後ドレイン・ソース間電圧Vdsの増加に応じて緩やかに増加するものであって、NチャネルMOSFET20aの低電流駆動能力に比較して4倍程度高い高電流駆動能力に設定されている。   On the other hand, the drain current Id of the N-channel MOSFET 42 is 0 [A] when the drain-source voltage Vds is 0, as indicated by the characteristic line L32 shown by the solid line in FIG. When the source-to-source voltage Vds increases, it suddenly increases to about 2 [A], and then gradually increases with an increase in the drain-source voltage Vds. Compared with the low current driving capability of the N-channel MOSFET 20a. The current drive capacity is set to about 4 times higher.

そして、NチャネルMOSFET42のゲートに第1の実施形態と同様の構成を有する駆動様態変更部18Uおよび18Dから駆動様態変更信号が入力されている。このため、NチャネルMOSFET42は対向アームのFWDが逆回復動作を開始する期間T3のみオフ状態に制御され、他の期間T1、T2およびT4ではオン状態に制御される。このため、NチャネルMOSFET42がオン状態であるときには、低電流駆動能力のNチャネルMOSFET41と高電流駆動能力のNチャネルMOSFET42とが並列に接続されるので、図9(b)で実線図示の特性線L33で示すように、両者の電流駆動能力を加算した電流駆動能力となる。   A drive mode change signal is input to the gate of the N-channel MOSFET 42 from drive mode change units 18U and 18D having the same configuration as in the first embodiment. For this reason, the N-channel MOSFET 42 is controlled to be in an off state only during a period T3 when the FWD of the opposite arm starts a reverse recovery operation, and is controlled to be in an on state during the other periods T1, T2, and T4. For this reason, when the N-channel MOSFET 42 is in the ON state, the N-channel MOSFET 41 having a low current driving capability and the N-channel MOSFET 42 having a high current driving capability are connected in parallel. Therefore, the characteristic line shown by the solid line in FIG. As indicated by L33, the current drive capability is obtained by adding both current drive capabilities.

この第2の実施形態によると、ゲート駆動部16Uおよび16Dで、IGBT12Uおよび12Dのゲートをターンオン駆動する駆動電流能力を決定する要素として、ゲート抵抗Rg1と、2つのNチャネルMOSFET41,42が存在する。
IGBT12Uおよび12Dのターンオン初期期間T2では、NチャネルMOSFET41および42がともにオン状態に制御されることでIGBT12Uおよび12Dのターンオンが開始される。このときのゲート電流は、ゲート抵抗Rg1の抵抗値とNチャネルMOSFET41および42のオン抵抗の和としての抵抗成分とこの抵抗成分に係る電圧によって決定される。
According to the second embodiment, the gate resistor Rg1 and the two N-channel MOSFETs 41 and 42 exist as elements that determine the drive current capability for turning on the gates of the IGBTs 12U and 12D in the gate drivers 16U and 16D. .
In the turn-on initial period T2 of the IGBTs 12U and 12D, the N-channel MOSFETs 41 and 42 are both controlled to be turned on, so that the IGBTs 12U and 12D are turned on. The gate current at this time is determined by the resistance component as the sum of the resistance value of the gate resistor Rg1 and the ON resistances of the N-channel MOSFETs 41 and 42 and the voltage related to this resistance component.

このうち電圧は、直流電源21aの電源電圧からIGBT12U又は12Dのゲート・エミッタ間に印加される電圧を引いたものとなる。IGBT12U又は12Dのゲート・エミッタ間電圧はオン時過渡的に変化するため、抵抗部分に係る電圧もオン動作時、時々刻々変化する。
この電圧変化のため、NチャネルMOSFET41および42のドレイン・ソース間には当初大きな電圧が印加されることになり、飽和領域での動作となりオン抵抗は大きく、ゲート抵抗Rg1と同等の大きさになる。
The voltage is obtained by subtracting the voltage applied between the gate and emitter of the IGBT 12U or 12D from the power supply voltage of the DC power supply 21a. Since the gate-emitter voltage of the IGBT 12U or 12D changes transiently during on-time, the voltage related to the resistance portion also changes every moment during the on-operation.
Due to this voltage change, a large voltage is initially applied between the drain and source of the N-channel MOSFETs 41 and 42, the operation is in the saturation region, the on-resistance is large, and it is as large as the gate resistance Rg1. .

そのため、ゲート電流はNチャネルMOSFET41および42のオン抵抗(=駆動能力)とゲート抵抗Rg1とで決定されることになる。したがって、NチャネルMOSFET41および42の電流駆動能力の和とNチャネルMOSFET41のみによる電流駆動能力の差でゲート電流に差異を生じさせることができる。
したがって、駆動様態変更部18Uおよび18Dで対向アームのFWDが逆回復動作を開始する期間T3でのみNチャネルMOSFET42をオフ状態とし、その他の期間T1、T2およびT4でNチャネルMOSFET42をオン状態とすることで、対向アームのFWDが逆回復動作を開始する期間T3のみゲート電流を絞ることで、前述した第1の実施形態と同様にIGBT12Uおよび12Dのスイッチング損失の低下を抑制しながらFWDの逆回復動作時の振動の発生を抑制することができる。
Therefore, the gate current is determined by the ON resistance (= drive capability) of the N-channel MOSFETs 41 and 42 and the gate resistance Rg1. Therefore, the gate current can be differentiated by the difference between the sum of the current drive capabilities of the N-channel MOSFETs 41 and 42 and the current drive capability of the N-channel MOSFET 41 alone.
Therefore, the N-channel MOSFET 42 is turned off only in the period T3 when the FWD of the opposing arm starts the reverse recovery operation in the drive mode changing units 18U and 18D, and the N-channel MOSFET 42 is turned on in the other periods T1, T2, and T4. Thus, by reducing the gate current only during the period T3 when the FWD of the opposite arm starts the reverse recovery operation, the reverse recovery of the FWD is suppressed while suppressing the reduction of the switching loss of the IGBTs 12U and 12D as in the first embodiment described above. Generation of vibration during operation can be suppressed.

しかも、この第2の実施形態では、ゲート駆動部16Uおよび16Dでの駆動様態の変更が並列抵抗を設けることなく、NチャネルMOSFET42のオン・オフによって変更することができ、NチャネルMOSFET41、42は抵抗に比較して基板上の素子構成面積を小さくすることができるので、ゲート駆動部16Uおよび16Dのチップサイズを小さくして小型化することができ、全体のゲート駆動回路も小型化することができる。   In addition, in the second embodiment, the driving mode of the gate driving units 16U and 16D can be changed by turning on / off the N-channel MOSFET 42 without providing a parallel resistance. Since the element configuration area on the substrate can be reduced as compared with the resistor, the chip size of the gate drive units 16U and 16D can be reduced to reduce the size, and the entire gate drive circuit can also be reduced in size. it can.

次に、本発明の一態様である電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路の第3の実施形態について図10を伴って説明する。
この第3の実施形態では、ゲート駆動部16Uおよび16Dを、抵抗素子を用いることなく構成するようにしたものである。
すなわち、第3の実施形態では、図10に示すように、前述した第1の実施形態において、ターンオン抵抗部23aのゲート抵抗Rg1を電流駆動能力が小さく抵抗として動作するゲートをドレインに接続したNチャネルMOSFET51に置換し、NチャネルMOSFET24およびゲート抵抗Rg2の直列回路を電流駆動能力が大きいNチャネルMOSFET52に置換し、さらに、ターンオフ抵抗23bを電流駆動能力が大きく抵抗として動作する、ゲートをドレインに接続したPチャネルMOSFET53に置換した構成を有する。
Next, a third embodiment of the gate drive circuit of the voltage driven semiconductor element which is one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, the gate driving units 16U and 16D are configured without using a resistance element.
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 10, in the first embodiment described above, the gate resistance Rg1 of the turn-on resistance portion 23a has a small current drive capability and operates as a resistor. Replaced with the channel MOSFET 51, the series circuit of the N-channel MOSFET 24 and the gate resistor Rg2 is replaced with the N-channel MOSFET 52 having a large current driving capability, and the turn-off resistor 23b operates as a resistor with a large current driving capability, and the gate is connected to the drain The P channel MOSFET 53 is replaced.

そして、NチャネルMOSFET52のゲートが駆動様態変更部18Uおよび18Dに接続されて駆動様態変更信号が供給される。
この第3の実施形態によると、ターンオン抵抗部23aのNチャネルMOSFET52が駆動様態変更部18U又は18Dによって、前述した図3の期間T1、T2およびT4でオン状態に制御され、対向アームのFWD13D又は13Uが逆回復動作を開始する期間T3でのみオフ状態に制御される。
Then, the gate of the N-channel MOSFET 52 is connected to the drive mode change units 18U and 18D, and the drive mode change signal is supplied.
According to the third embodiment, the N-channel MOSFET 52 of the turn-on resistance unit 23a is controlled to be turned on by the drive mode changing unit 18U or 18D in the above-described periods T1, T2, and T4 in FIG. 3, and the FWD 13D or Only in the period T3 when 13U starts the reverse recovery operation is controlled to be in the OFF state.

このため、期間T2およびT4でIGBT12U又は12Dに対して大きなゲート電流を供給し、期間T3でゲート電流を絞ることができ、前述した第1および第2の実施形態と同様にIGBT12Uおよび12Dのスイッチング損失の低下を抑制しながらFWDの逆回復動作時の振動の発生を抑制することができる。
そして、第3の実施形態では、ターンオン抵抗部23aがNチャネルMOSFET51および52で構成され、同様にターンオフ抵抗23bがPチャネルMOSFET53で構成されているので、ターンオン用ゲート抵抗素子およびターンオフ用ゲート抵抗素子を用いることなくゲート駆動部16Uおよび16Dを構成することができる。このため、ゲート駆動部16Uおよび16Dの構成を第1の実施形態および第2の実施形態に比較してより小型化することができ、チップサイズを小さくすることができる。
Therefore, a large gate current can be supplied to the IGBT 12U or 12D in the periods T2 and T4, and the gate current can be reduced in the period T3, and the switching of the IGBTs 12U and 12D can be performed as in the first and second embodiments described above. It is possible to suppress the occurrence of vibration during the FWD reverse recovery operation while suppressing loss reduction.
In the third embodiment, the turn-on resistor 23a is composed of N-channel MOSFETs 51 and 52, and similarly the turn-off resistor 23b is composed of a P-channel MOSFET 53. Therefore, the turn-on gate resistor and the turn-off gate resistor The gate driving units 16U and 16D can be configured without using. For this reason, the configuration of the gate driving units 16U and 16D can be further reduced as compared with the first and second embodiments, and the chip size can be reduced.

なお、上記第1〜第3の実施形態においては、本発明の一態様である電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路を三相インバータに適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、単相インバータやチョッパ回路等の種々の電力変換装置に適用することができる。   In the first to third embodiments, the case where the gate driving circuit of the voltage-driven semiconductor element which is one embodiment of the present invention is applied to a three-phase inverter has been described. However, the present invention is not limited to this. However, it can be applied to various power conversion devices such as a single-phase inverter and a chopper circuit.

10…直流電源、11U…上アーム、11D…下アーム、12U,12D…IGBT、13U,13D…FWD、14U,14D…ゲート駆動回路、15…負荷、16U,16D…ゲート駆動部、17U,17D…電圧検出部、18U,18D…駆動様態変更部、21a,21b…直流電源、22a…NチャネルMOSFET,22b…PチャネルMOSFET、23a…ターンオン抵抗部、23b…ターンオフ抵抗、Rg1,Rg2…ゲート抵抗、24…NチャネルMOSFET、31…第1比較器、32…第2比較器、33…論理和回路、34…論理反転回路、41,42…NチャネルMOSFET、51,52…NチャネルMOSFET、53…PチャネルMOSFET   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... DC power supply, 11U ... Upper arm, 11D ... Lower arm, 12U, 12D ... IGBT, 13U, 13D ... FWD, 14U, 14D ... Gate drive circuit, 15 ... Load, 16U, 16D ... Gate drive part, 17U, 17D ... Voltage detector, 18U, 18D ... Driving mode changer, 21a, 21b ... DC power supply, 22a ... N-channel MOSFET, 22b ... P-channel MOSFET, 23a ... Turn-on resistor, 23b ... Turn-off resistor, Rg1, Rg2 ... Gate resistance , 24 ... N-channel MOSFET, 31 ... 1st comparator, 32 ... 2nd comparator, 33 ... OR circuit, 34 ... Logical inversion circuit, 41, 42 ... N-channel MOSFET, 51, 52 ... N-channel MOSFET, 53 ... P-channel MOSFET

Claims (5)

フリーホイーリングダイオードが逆並列接続された電圧駆動型半導体素子のゲートを駆動する電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路であって、
前記電圧駆動型半導体素子のゲートをターンオン時に異なるゲート駆動様態で駆動可能なゲート駆動部と、
前記電圧駆動型半導体素子の主端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記電圧検出部で検出した電圧に基づいて前記ゲート駆動部でのゲート駆動様態を変更する駆動様態変更部と
を備えていることを特徴とする電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。
A voltage-driven semiconductor element gate drive circuit for driving a gate of a voltage-driven semiconductor element in which freewheeling diodes are connected in reverse parallel,
A gate driver capable of driving the gate of the voltage-driven semiconductor element in a different gate driving mode at the time of turn-on;
A voltage detector for detecting a voltage between main terminals of the voltage-driven semiconductor element;
A gate driving circuit for a voltage-driven semiconductor element, comprising: a driving mode changing unit that changes a gate driving mode in the gate driving unit based on a voltage detected by the voltage detecting unit.
前記ゲート駆動部は、直列に接続され、接続点が前記電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された一対の半導体スイッチング素子と、該一対の半導体スイッチング素子のうち高電位側の半導体スイッチング素子と直列に接続された前記駆動様態変更部からのゲート駆動様態に応じて異なる抵抗値を選択するゲート抵抗選択部とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。   The gate driving unit is connected in series, and a connection point is connected to the gate of the voltage-driven semiconductor element, and the high-potential-side semiconductor switching element in series is connected in series with the semiconductor switching element. 2. The gate of the voltage-driven semiconductor element according to claim 1, further comprising a gate resistance selection unit that selects a different resistance value according to a gate drive mode from the drive mode change unit connected to the gate Driving circuit. 前記ゲート駆動部は、直列に接続され、接続点が前記電圧駆動型半導体素子のゲートに接続された一対の半導体スイッチング素子と、該一対の半導体スイッチング素子のうち高電位側の半導体スイッチング素子と並列に接続された当該半導体スイッチング素子の電流駆動能力より大きい電流駆動能力を有し、且つ前記駆動様態変更部によって駆動される半導体素子とを備えていることを特徴とする請求項1に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。   The gate driving unit is connected in series, and a connection point is connected to the gate of the voltage-driven semiconductor element, and the high-potential-side semiconductor switching element of the pair of semiconductor switching elements is parallel to the gate driving unit. 2. The voltage according to claim 1, further comprising: a semiconductor element having a current driving capability larger than that of the semiconductor switching element connected to the first switching element and driven by the driving mode changing unit. A gate driving circuit of a driving type semiconductor element. 前記駆動様態変更部は、前記電圧検出部で検出した主端子間電圧が第1基準電圧以上であるときに高レベルの比較信号を出力する第1比較部と、前記主端子間電圧が前記第1基準電圧より低い第2基準電圧以上であるときに低レベルの比較信号を出力する第2比較部と、前記第1比較器の比較信号および前記第2比較部の比較信号の論理和を示す信号を生成する回路とを備えていることを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。   The driving state changing unit includes a first comparing unit that outputs a high-level comparison signal when the voltage between the main terminals detected by the voltage detecting unit is equal to or higher than a first reference voltage, and the voltage between the main terminals is the first voltage. A second comparison unit that outputs a low-level comparison signal when the voltage is equal to or higher than a second reference voltage lower than one reference voltage, and a logical sum of the comparison signal of the first comparator and the comparison signal of the second comparison unit. 4. The gate drive circuit for a voltage driven semiconductor device according to claim 1, further comprising a circuit for generating a signal. 前記第1比較部は、前記電圧駆動型半導体素子がオフ期間およびターンオン初期期間であるときに、高レベルの比較信号を出力し、前記第2比較部は、前記オフ期間、ターンオン初期期間および前記フリーホイーリングダイオードの逆回復動作開始期間であるときに、高レベルの比較信号を出力し、前記逆回復動作開始期間の後の逆回復動作継続期間であるときに低レベルの比較信号を出力することを特徴とする請求項4に記載の電圧駆動型半導体素子のゲート駆動回路。   The first comparison unit outputs a high-level comparison signal when the voltage-driven semiconductor element is in an off period and a turn-on initial period, and the second comparison unit is configured to output the off period, the turn-on initial period, and the turn-on initial period. A high-level comparison signal is output when it is the reverse recovery operation start period of the freewheeling diode, and a low-level comparison signal is output when the reverse recovery operation continuation period is after the reverse recovery operation start period. 5. The gate drive circuit for a voltage-driven semiconductor device according to claim 4, wherein
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