JP4909684B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
前記駆動回路の各スイッチング素子に制御信号を出力する制御回路と、を具備し、
前記スイッチング素子はMOSFETにより構成され、前記駆動回路はNチャンネルMOSFETとPチャンネルMOSFETとの並列回路を有しており、
前記制御回路は、前記電圧駆動型素子のターンオン時のゲート電圧が入力され、前記ゲート電圧がミラー電圧未満かミラー電圧以上であるかを判定し、ターンオン時のゲート電圧がミラー電圧未満のとき前記駆動回路のNチャンネルMOSFETをオフ状態とし、PチャンネルMOSFETをオン状態として、当該PチャンネルMOSFETのみにより前記電圧駆動型素子のゲート端子に電圧を印加し、ターンオン時のゲート電圧がミラー電圧以上のとき前記駆動回路のPチャンネルMOSFETをオフ状態とし、NチャンネルMOSFETをオン状態として、当該NチャンネルMOSFETのみにより前記電圧駆動型素子のゲート端子に電圧を印加するよう構成されている。このように構成された本発明の半導体装置は、簡単な回路構成で電圧駆動型素子のスイッチング動作、特にオフ状態からオン状態へのターンオン時のスイッチング動作に伴って発生するノイズを低減し、効率の高いスイッチング動作を行うことができる。
図1は、電圧駆動型素子であるIGBTを用いた、本発明に係る実施の形態1の半導体装置の構成を示す回路図である。図1に示すように、電源VBとIGBT1のコレクタ端子Cとの間には負荷20が接続されており、IGBT1のエミッタ端子Eは接地されている。IGBT1のゲート端子Gには駆動信号が入力され、その駆動信号に応じて当該IGBT1はオンオフ動作し、負荷20が駆動される。負荷20の両端には転流ダイオード21が接続されており、負荷20に蓄積したエネルギーを回生している。
入力端子22にIGBT1に対するオン信号、すなわちここではHighレベルの信号が入力されると、そのオン信号が第1のインバータ8、負論理AND回路10、及び入力反転側NAND回路11を介してLowレベルの制御信号が補助スイッチング素子5のゲート端子Gに入力される。この時点では第1のスイッチング素子4のゲート端子GにはLowレベルの信号が入力されているため、第1のスイッチング素子4はオフ状態であり補助スイッチング素子5のみがオン状態となる。この結果、入力端子22にオン信号が入力された初期の段階では、オン抵抗の小さな補助スイッチング素子5のオン状態によりIGBT1のゲート容量に対して充電動作が行われる。
図2に示すように、実施の形態1の半導体装置においては、IGBT1のゲート電圧がミラー電圧に到達するまではPチャンネルMOSFETの補助スイッチング素子5がオン状態であり、ミラー電圧となるミラー期間において補助スイッチング素子5からNチャンネルMOSFETである第1のスイッチング素子4に切り替わるよう構成されている。
図4は電圧駆動型の駆動素子であるIGBTを用いた実施の形態2の半導体装置の構成を示す回路図である。実施の形態2において、前述の実施の形態1と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付してその説明は省略する。実施の形態2の半導体装置において、実施の形態1の半導体装置と異なる点は、制御回路の構成である。したがって、以下の実施の形態2の説明において、制御回路に符号3Bを付してその構成及び動作について説明する。
制御回路3Bは、入力端子22に入力されたオンオフ信号が入力されるインバータ12と、IGBT1のゲート端子に入力される駆動信号とインバータ12の出力のそれぞれが反転して入力される負論理NAND回路13とを有して構成されている。インバータ12の出力は第2のスイッチング素子6のゲート端子Gに入力される。第1のスイッチング素子4のゲート端子Gには、入力端子22に入力されたオンオフ信号がそのまま入力される。また、負論理NAND回路13の出力は、補助スイッチング素子5のゲート端子Gに入力される。
入力端子22にIGBT1に対するオン信号、すなわちHighレベルの信号が入力されると、そのオン信号が第1のスイッチング素子4のゲート端子Gに入力され、第1のスイッチング素子4はオン状態となる。同時に、インバータ12及び入力反転側NAND回路13を介してLowレベルの制御信号が補助スイッチング素子5のゲート端子Gに入力される。したがって、ターンオン動作の初期段階において、第1のスイッチング素子4と補助スイッチング素子5は同時にオン状態となる。この結果、オン信号が入力された初期段階において、第1のスイッチング素子4と補助スイッチング素子5の並列回路によりIGBT1のゲート容量が充電される。
なお、図6の(a)と(b)に示したIPMの構成は、前述の実施の形態1の半導体装置を用いても構成することが可能であり、駆動効率が高く、ノイズの発生が抑制されたIPMを構築することが可能である。
図7は電圧駆動型の駆動素子であるIGBTを用いた実施の形態3の半導体装置の構成を示す回路図である。実施の形態3において、前述の実施の形態1と同じ機能、構成を有するものには同じ符号を付してその説明は省略する。実施の形態3の半導体装置において、実施の形態1の半導体装置と異なる点は、駆動回路及び制御回路の構成である。したがって、以下の実施の形態3の説明において、駆動回路に符号2Bを付し、制御回路に符号3Cを付してそれぞれの構成及び動作について説明する。
実施の形態3における制御回路3Cは、実施の形態2の制御回路3Bと同様に、入力端子22に入力されたオンオフ信号と、駆動素子であるIGBT1のゲート端子に入力される駆動信号とが入力され、各スイッチング素子14,15,16に対する制御信号を生成し、出力する。
入力端子22にIGBT1に対するオン信号、すなわちHighレベルの信号が入力されると、そのオン信号が第1のスイッチング素子14のゲート端子Gに入力され、第1のスイッチング素子14はオン状態となる。同時に、インバータ18及び入力反転側AND回路19を介してHighレベルの制御信号が補助スイッチング素子15のゲート端子Gに入力される。したがって、ターンオン動作の初期段階において、第1のスイッチング素子(N−MOSFET)14と補助スイッチング素子(N−MOSFET)15は同時にオン状態となる。この結果、入力端子22にオン信号が入力された初期段階において、第1のスイッチング素子14と補助スイッチング素子15の並列回路によりIGBT1のゲート容量が充電される。
Claims (2)
- 複数のスイッチング素子を有し、電圧駆動型素子のゲート端子にターンオンのための駆動信号を出力する駆動回路、及び
前記駆動回路の各スイッチング素子に制御信号を出力する制御回路、を具備する半導体装置において、
前記スイッチング素子はMOSFETにより構成され、前記駆動回路はNチャンネルMOSFETとPチャンネルMOSFETとの並列回路を有しており、
前記制御回路は、前記電圧駆動型素子のターンオン時のゲート電圧が入力され、前記ゲート電圧がミラー電圧未満かミラー電圧以上であるかを判定し、ターンオン時のゲート電圧がミラー電圧未満のとき前記駆動回路のNチャンネルMOSFETをオフ状態とし、PチャンネルMOSFETをオン状態として、当該PチャンネルMOSFETのみにより前記電圧駆動型素子のゲート端子に電圧を印加し、ターンオン時のゲート電圧がミラー電圧以上のとき前記駆動回路のPチャンネルMOSFETをオフ状態とし、NチャンネルMOSFETをオン状態として、当該NチャンネルMOSFETのみにより前記電圧駆動型素子のゲート端子に電圧を印加するよう構成された半導体装置。 - 前記電圧駆動型素子がIGBTである請求項1に記載の半導体装置。
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