JP5348912B2 - Semiconductor device drive circuit - Google Patents
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Description
本発明は半導体素子駆動回路、特にサージ電圧の抑制に関する。 The present invention relates to a semiconductor element driving circuit, and more particularly to suppression of surge voltage.
ハイブリッド車両はエンジンに電池、モータ、インバータを付加した構成であり、インバータの大きさはインバータでの損失に依存し、損失が大きいほど冷却面積を確保する必要があるためインバータのサイズは大きくなる。したがって、インバータの損失を低下させることは、インバータの変換効率を上げるのみならず、インバータの小型化にも寄与するため、ハイブリッド車両の小型軽量化及び燃費向上にもつながる。インバータの損失は直流損失とスイッチング損失に分けることができる。 A hybrid vehicle has a configuration in which a battery, a motor, and an inverter are added to an engine. The size of the inverter depends on the loss in the inverter, and the larger the loss, the larger the size of the inverter. Therefore, reducing the loss of the inverter not only increases the conversion efficiency of the inverter, but also contributes to the downsizing of the inverter, leading to a reduction in size and weight of the hybrid vehicle and an improvement in fuel consumption. The inverter loss can be divided into DC loss and switching loss.
インバータにおける半導体素子のスイッチング損失を低下させるためには、高速スイッチング特性の素子(高速IGBTやMOSFET)を高速で駆動すればよい。しかし、IGBT、MOSFETを高速でスイッチングさせた場合、大きなサージ電圧が発生し、場合によっては素子破壊やインバータに接続される機器の損傷が生じ得る。 In order to reduce the switching loss of the semiconductor element in the inverter, an element (high-speed IGBT or MOSFET) having a high-speed switching characteristic may be driven at high speed. However, when the IGBT and MOSFET are switched at a high speed, a large surge voltage is generated, and in some cases, element destruction or damage to equipment connected to the inverter may occur.
そこで、従来より、サージ電圧を抑制しつつスイッチング損失を低下させるための技術として、ゲート抵抗を切り替える方式が提案されている。また、IGBTのゲート・エミッタ間に容量を付加する構成も提案されている。 Thus, conventionally, a method of switching the gate resistance has been proposed as a technique for reducing the switching loss while suppressing the surge voltage. A configuration in which a capacitor is added between the gate and emitter of the IGBT has also been proposed.
しかしながら、ゲート抵抗を切り替える従来の方式では、素子のスイッチング動作中にゲート抵抗を切り替えるものであり、最近の高速型IGBTはスイッチング時間が早いため、スイッチング中の最適なタイミングでゲート抵抗を切り替えることが制御回路の動作時間から実質的に不可能である問題がある。また、ゲート・エミッタ間に容量を付加することはゲートの誤動作防止としては一定の効果があるが、スイッチング損失の低減の観点からは従来のIGBTではほとんど効果がない。 However, in the conventional method of switching the gate resistance, the gate resistance is switched during the switching operation of the element. Since the recent high-speed IGBT has a fast switching time, the gate resistance can be switched at an optimal timing during switching. There is a problem that is substantially impossible from the operation time of the control circuit. Adding a capacitance between the gate and the emitter has a certain effect for preventing malfunction of the gate, but from the viewpoint of reducing the switching loss, there is almost no effect in the conventional IGBT.
本発明の目的は、サージ電圧を抑制しつつスイッチング損失を低下させる半導体素子駆動回路を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor element driving circuit that reduces a switching loss while suppressing a surge voltage.
本発明は、基板厚みが50μmから200μmまでの薄板型IGBTあるいはSiCMOSFET半導体素子を駆動する回路であって、前記半導体素子のゲートに電圧を印加するドライバと、前記半導体素子のゲートに接続されるゲート抵抗と、前記半導体素子のゲート・エミッタ間あるいはゲート・ソース間に接続される容量と、前記半導体素子のゲート・エミッタ間あるいはゲート・ソース間に前記容量と直列に接続されるダイオードと、
前記ドライバと前記容量との間に接続される容量充電用抵抗とを有することを特徴とする。
The present invention is a circuit for driving a thin plate type IGBT or SiCMOSFET semiconductor element having a substrate thickness of 50 μm to 200 μm, a driver for applying a voltage to the gate of the semiconductor element, and a gate connected to the gate of the semiconductor element A resistor, a capacitor connected between the gate and emitter of the semiconductor element or between the gate and source, and a diode connected in series with the capacitor between the gate and emitter of the semiconductor element or between the gate and source;
It characterized that you chromatic connected thereto and a capacitor charging resistor between the capacitance and the driver.
半導体素子のターンオフ時にはゲート抵抗を小さくすると素子電圧の立ち上がりが早くなってスイッチング損失を低下させることができるが、同時に素子電流の減衰率が大きくなるためサージ電圧が増大する。そこで、ゲート・エミッタ間あるいはゲート・コレクタ間に容量を付加することで素子電圧の立ち上がりの早さを維持しつつ素子電流の減衰率を小さくしてサージ電圧の増大を抑制できる。また、半導体素子のターンオン時にはゲート抵抗とゲート容量の積で時定数が定まり、サージ電圧が定まる。一方、ゲート抵抗を小さくすると素子電圧の立ち下がりは早くなるから、スイッチング損失を低下させることができる。したがって、容量を付加するとともに、該容量を所望の時定数が得られるような値に設定することで結果的にゲート抵抗を小さく設定することができ、これによりサージ電圧を抑制しつつスイッチング損失が低下する。 If the gate resistance is reduced at the turn-off time of the semiconductor element, the rise of the element voltage can be accelerated and the switching loss can be reduced, but at the same time the attenuation rate of the element current is increased, so that the surge voltage increases. Therefore, by adding a capacitance between the gate and the emitter or between the gate and the collector, it is possible to suppress the increase in surge voltage by reducing the decay rate of the device current while maintaining the rapid rise of the device voltage. Further, when the semiconductor element is turned on, the time constant is determined by the product of the gate resistance and the gate capacitance, and the surge voltage is determined. On the other hand, if the gate resistance is reduced, the device voltage falls faster, so that switching loss can be reduced. Therefore, by adding a capacitor and setting the capacitor to a value that can obtain a desired time constant, the gate resistance can be set small as a result, thereby suppressing a switching voltage while suppressing a surge voltage. descend.
また、本発明の他の実施形態では、前記ドライバは、前記ゲートにオン電圧を印加するオン端子と、オフ電圧を印加するオフ端子を有し、前記容量充電用抵抗は前記ドライバのオン端子に接続され、さらに、前記ドライバのオン端子と前記半導体素子のゲートとの間に接続される第2ゲート抵抗を有する。 In another embodiment of the present invention, the driver has an on terminal for applying an on voltage to the gate and an off terminal for applying an off voltage, and the capacitor charging resistor is connected to the on terminal of the driver. And a second gate resistor connected between the ON terminal of the driver and the gate of the semiconductor element.
また、本発明の他の実施形態では、さらに、前記半導体素子のゲート・エミッタ間あるいはゲート・ソース間に接続される第2容量を有する。 In another embodiment of the present invention, the semiconductor device further includes a second capacitor connected between the gate and the emitter of the semiconductor element.
本発明によれば、サージ電圧を抑制するとともにスイッチング損失を低下させることができる。 According to the present invention, the surge voltage can be suppressed and the switching loss can be reduced.
以下、図面に基づき本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
まず、本実施形態における半導体素子駆動回路の基本原理について、半導体素子としてIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)素子を例にとり説明する。もちろん、IGBTに限定されるものではなく、MOSFETでもよい。 First, the basic principle of the semiconductor element driving circuit in the present embodiment will be described by taking an IGBT (insulated gate bipolar transistor) element as an example of the semiconductor element. Of course, it is not limited to IGBT, and may be MOSFET.
まず、IGBT素子のターンオフ側について説明する。図14に示すように、IGBT素子は通常、ドライブ回路から出力される電圧(例えば15Vと0V)をゲート抵抗Rgを介してゲートに供給することでオンオフ駆動される。このゲート抵抗Rgの大小による特性の相違を説明する。2種類のゲート抵抗をR1、R2(R1>R2)とすると、R2の方がターンオフ時のIGBT素子の電圧Vceの立ち上がりが早く、電流の減衰率di/dtも大きい。図1に、素子電圧Vce、素子電流Iceの時間変化を示す。図中実線がR1の場合の特性、破線がR2の場合の特性である。いずれの場合もターンオフ時にサージ電圧が発生するが、サージ電圧は寄生成分のインダクタンスをLpとしてdi/dt×Lpで与えられるため、R2の方がサージ電圧も大きくなる。 First, the turn-off side of the IGBT element will be described. As shown in FIG. 14, the IGBT element is normally driven on and off by supplying voltages (for example, 15 V and 0 V) output from the drive circuit to the gate via the gate resistor Rg. Differences in characteristics due to the magnitude of the gate resistance Rg will be described. When the two types of gate resistances are R1 and R2 (R1> R2), R2 has a faster rise of the voltage Vce of the IGBT element at the time of turn-off, and the current attenuation factor di / dt is also large. FIG. 1 shows time variations of the element voltage Vce and the element current Ice. In the figure, the solid line is the characteristic when R1 and the broken line is the characteristic when R2. In either case, a surge voltage is generated at the time of turn-off. However, since the surge voltage is given by di / dt × Lp with the inductance of the parasitic component as Lp, the surge voltage is larger in R2.
次に、R2に加え、IGBT素子のゲートとエミッタ間に容量Cge1(キャパシタ)を付加した場合を想定する。図2に、この場合の素子電圧Vce、素子電流Iceの時間変化を示す。R2及び容量Cge1を付加すると、原理的には素子電圧Vceの立ち上がりはR2の場合と同じであるが、電流の減衰率di/dtが減少する。従って、R1で駆動した場合と電流減衰率が同じになるように容量Cge1を設定し、R2にこのような容量Cge1を付加することで、R1と同じサージ電圧でありながら素子電圧Vceの立ち上がりを早くすることができる。すなわち、同じサージ電圧でターンオフ損失を低下させることが可能になる。
Next, it is assumed that a capacitor Cge1 (capacitor) is added between the gate and emitter of the IGBT element in addition to R2. FIG. 2 shows temporal changes in the element voltage Vce and the element current Ice in this case. The addition of R2 and the capacitor CGE1, the rise of the principle on the element voltage Vce is the same as the case of R 2, attenuation rate di / dt of the current decreases. Therefore, to set the capacity Cge1 as when the current decay rate is driven by R1 are the same, by adding such a
次に、ターンオン側について説明する。ゲート抵抗Rgと、ゲート付加容量C1とIGBT素子のゲート・エミッタ間寄生容量Cdの和、すなわちゲート容量Cge=C1+Cdを用いて、Rg×Cgeを指標とする。2種類の抵抗R1、R2と2種類のゲート容量Cge(1)、Cge(2)を用い、
R1×Cge(1)=R2×Cge(2)
となるように設定する。ここで、R1>R2、Cge(1)<Cge(2)である。ゲート抵抗とゲート容量の積が同じ場合、時定数が同じとなるため、ゲート電圧の上昇率が同じになる。IGBT素子の素子電流はゲート電圧で制御されるため、IGBT素子のエミッタ・コレクタ間電圧が変化し、ゲート電圧に帰還容量を介して影響を与え始めるまでは同じスイッチング波形となる。スイッチングが進行し、IGBT素子の電圧が低下し始め、ゲート電圧が影響を受けるようになるとゲート抵抗の影響が現れ始める。ターンオンの場合、IGBT素子の電圧Vceの立ち下がりは、ゲート抵抗が小さいほど早くなる。このため、ターンオン波形はR2とCge(2)の方がVceの立ち下がりは早くなる。図3及び図4に、素子電流Ice、電圧Vceの時間変化をそれぞれ示す。結果として、R2とCge(2)の組み合わせの方がターンオン損失も低下する。
Next, the turn-on side will be described. The sum of the gate resistance Rg, the gate additional capacitance C1, and the gate-emitter parasitic capacitance Cd of the IGBT element, that is, the gate capacitance Cge = C1 + Cd is used as an index Rg × Cge. Two types of resistors R1 and R2 and two types of gate capacitances Cge (1) and Cge (2) are used.
R1 × Cge (1) = R2 × Cge (2)
Set to be. Here, R1> R2 and Cge (1) <Cge (2). When the product of the gate resistance and the gate capacitance is the same, the time constant is the same, so the rate of increase in the gate voltage is the same. Since the device current of the IGBT element is controlled by the gate voltage, the same switching waveform is obtained until the voltage between the emitter and the collector of the IGBT element changes and the gate voltage starts to be affected via the feedback capacitance. As switching proceeds, the voltage of the IGBT element starts to decrease, and when the gate voltage is affected, the influence of the gate resistance begins to appear. In the case of turn-on, the fall of the voltage Vce of the IGBT element is earlier as the gate resistance is smaller. For this reason, in the turn-on waveform, the fall of Vce is earlier in R2 and Cge (2). FIGS. 3 and 4 show temporal changes in the device current Ice and the voltage Vce, respectively. As a result, the combination of R2 and Cge (2) also reduces the turn-on loss.
このように、ゲート抵抗単体でIGBT素子を駆動するのではなく、ゲート抵抗に加えてさらに容量を付加してゲート抵抗を小さくすることで、同じサージ電圧でターンオン側もターンオフ側もスイッチング損失を低下させることができる。IGBT素子のゲート・エミッタ間に容量を付加する手法は、既述したようにゲートの誤動作防止として知られているが、スイッチング損失の低下については論じられておらず、従来のIGBTについてはスイッチング損失の低下効果はほとんどない。これに対し、本実施形態では、ゲート抵抗と容量の積を一定に維持しつつゲート抵抗を小さくすることでスイッチング損失を低下させることができるが、より特定的には、基板厚みが通常の400μm程度の従来のIGBT素子に対し、コレクタ側のP型層を50μm以下の薄い構造にするため基板厚みが50μm−200μm程度のいわゆる薄板基板型の高速IGBT素子に適用することでスイッチング損失を低下できることを本願出願人は見出した。IGBT素子に限らず、SiCあるいはGaNを用いた高速素子でもよい。 In this way, the IGBT element is not driven by a single gate resistor, but by adding capacitance in addition to the gate resistance to reduce the gate resistance, switching loss is reduced on both the turn-on side and the turn-off side with the same surge voltage. Can be made. The method of adding a capacitance between the gate and the emitter of the IGBT element is known as prevention of gate malfunction as described above, but the reduction of the switching loss is not discussed, and the switching loss of the conventional IGBT is not discussed. There is almost no lowering effect. On the other hand, in this embodiment, the switching loss can be reduced by reducing the gate resistance while maintaining the product of the gate resistance and the capacitance constant. More specifically, the substrate thickness is 400 μm, which is a normal thickness. The switching loss can be reduced by applying it to a so-called thin substrate type high-speed IGBT element having a substrate thickness of about 50 μm-200 μm in order to make the P-type layer on the collector side as thin as 50 μm or less, compared to a conventional IGBT element of the order The present applicant has found. It is not limited to an IGBT element, but may be a high-speed element using SiC or GaN.
一方、ゲート抵抗に容量を付加すると、スイッチング波形に振動が生じる場合がある。このため、ゲート抵抗と容量との間にさらにダンピング抵抗を付加してもよい。 On the other hand, when a capacitance is added to the gate resistance, vibration may occur in the switching waveform. For this reason, a damping resistor may be further added between the gate resistor and the capacitor.
図5に、本実施形態の半導体素子駆動回路の構成を示す。ドライバからIGBT素子10のゲートにゲート電圧を印加して駆動する構成において、ゲートにゲート抵抗R1を付加するとともにゲート・エミッタ間に容量C1を付加し、さらにゲート抵抗R1と容量C1との間にダンピング抵抗Rdを付加する。ここで、R1>Rdである。容量C1を付加してゲート抵抗R1を小さく設定することでサージ電圧を抑制しつつスイッチング損失を低下できる。
FIG. 5 shows a configuration of the semiconductor element driving circuit of the present embodiment. In the configuration in which the gate voltage is applied to the gate of the
なお、上述したように、ターンオン側はゲート抵抗とゲート容量の積が一定であるという制限があるが、ターンオフ側にはこのような制限はない。このことは、ターンオフ側とターンオン側が同じゲート抵抗で駆動される回路構成においては、ゲート抵抗とゲート容量の最適化はターンオン側の条件で規定されることを意味し、ターンオフ側は必ずしも最適化されないことになる。 As described above, there is a restriction that the product of gate resistance and gate capacitance is constant on the turn-on side, but there is no such restriction on the turn-off side. This means that in a circuit configuration in which the turn-off side and the turn-on side are driven by the same gate resistance, optimization of the gate resistance and gate capacitance is defined by the conditions on the turn-on side, and the turn-off side is not necessarily optimized. It will be.
そこで、図6に示すように、ターンオフ側とターンオン側でゲート抵抗とゲート容量の関係がそれぞれ最適化される構成としてもよい。図6において、駆動用のゲート抵抗はオン側のR3とオフ側のR1から構成され、ゲート容量はオン側のC2、オフ側のC1+C2で構成される。オン側とオフ側で容量が切り替わるようにダイオードD1を配置し、容量C1の充電用に充電抵抗R2が配置される。より詳しくは、ドライバのオン側端子はゲート抵抗R3を介してIGBT素子10のゲートに接続される。また、充電抵抗R2、容量C1、C2を介してゲートに接続される。ゲート抵抗R3とゲートの間の接続点Pと、ゲート抵抗R2と容量C1の間の接続点Qとの間はダイオードD1で接続される。またドライバのオフ端子はゲート抵抗R1を介して接続点Pに接続される。ダイオードD1と容量C1はIGBT素子10のゲート・エミッタ間に直列に接続される。容量C1の充電用抵抗R2はドライバと容量C1との間に接続される。オン側ではゲート抵抗R3、ゲート容量C2が有効となり、オフ側ではゲート抵抗R1、ゲート容量C1+C2が有効となり、ターンオン側及びターンオフ側それぞれで最適化できる。
Therefore, as shown in FIG. 6, a configuration in which the relationship between the gate resistance and the gate capacitance is optimized on the turn-off side and the turn-on side may be employed. In FIG. 6, the gate resistance for driving is composed of R3 on the on side and R1 on the off side, and the gate capacitance is composed of C2 on the on side and C1 + C2 on the off side. A diode D1 is disposed so that the capacitance is switched between the on side and the off side, and a charging resistor R2 is disposed for charging the capacitor C1. More specifically, the on-side terminal of the driver is connected to the gate of the
また、図7に示すように、図6において容量C2を省略した構成としてもよい。オン側ではゲート抵抗R3となり、オフ側ではゲート抵抗R1、ゲート容量C1となる。 Further, as shown in FIG. 7, a configuration in which the capacitor C2 is omitted in FIG. The gate resistance R3 is on the on side, and the gate resistance R1 and the gate capacitance C1 are on the off side.
さらに、図8に示すように、オン側とオフ側で同一抵抗R1とする構成でもよい。ドライバはゲート抵抗R1を介してIGBT素子10のゲートに接続され、ドライバとゲート抵抗との間の接続点Sとエミッタとの間に抵抗R2及びゲート容量C1が直列に接続され、ゲート抵抗R1とゲートとの間の接続点Tとゲート容量C1との間にダイオードD1が接続される。オン側ではゲート抵抗R1となり、オフ側ではゲート抵抗R1、ゲート容量C1となる。
Further, as shown in FIG. 8, the same resistance R1 may be used on the on side and the off side. The driver is connected to the gate of the
なお、図5からダンピング抵抗Rdを除いた構成を基本構成とすると、図8は基本構成に対してゲート・エミッタ間に容量C1と直列にダイオードD1を追加し、さらにドライバと容量C1との間に容量充電用の抵抗R2を追加した構成である。また、図7は、図8の構成において容量充電用抵抗R2をドライバのオン端子に接続するとともに、ドライバのオン端子とゲートとの間にゲート抵抗R3を接続した構成である。図6は、図7の構成においてさらにゲート・エミッタ間に第2のゲート容量C2を追加した構成である。 If the configuration excluding the damping resistor Rd from FIG. 5 is a basic configuration, FIG. 8 adds a diode D1 in series with the capacitor C1 between the gate and the emitter, and further between the driver and the capacitor C1. In this configuration, a capacitor charging resistor R2 is added. FIG. 7 shows a configuration in which the capacitor charging resistor R2 is connected to the on-terminal of the driver in the configuration of FIG. 8, and a gate resistor R3 is connected between the on-terminal of the driver and the gate. FIG. 6 shows a configuration in which a second gate capacitor C2 is further added between the gate and the emitter in the configuration of FIG.
以下、本実施形態の具体的な適用例を示す。 Hereinafter, specific application examples of the present embodiment will be described.
図9に、ターンオフ側での適用例、つまり図5の構成における適用例(但し、ダンピング抵抗Rdを無視した場合)を示す。ゲート容量を付加して基準の3倍とし、ゲート抵抗を基準値の1/2倍とした場合である。図で従来の場合を実線、実施形態を破線で示す。従来のゲート抵抗は22Ω、実施形態のゲート抵抗は10Ω、ゲート付加容量は66nFである。寄生容量Cdは33nFとしている。実施形態では、ターンオフ時のサージ電圧(Vceの最大値)、素子電流Iceはほぼ同一のまま、素子電圧Vceの立ち上がりを早くすることが可能となり、ターンオフ損失を19.3%低減できる。 FIG. 9 shows an application example on the turn-off side, that is, an application example in the configuration of FIG. 5 (however, the damping resistance Rd is ignored). This is a case where the gate capacitance is added to be 3 times the reference, and the gate resistance is 1/2 the reference value. In the figure, the conventional case is indicated by a solid line, and the embodiment is indicated by a broken line. The conventional gate resistance is 22Ω, the gate resistance of the embodiment is 10Ω, and the gate additional capacitance is 66 nF. The parasitic capacitance Cd is 33 nF. In the embodiment, the surge voltage (maximum value of Vce) at the time of turn-off and the device current Ice remain substantially the same, and the rise of the device voltage Vce can be accelerated, and the turn-off loss can be reduced by 19.3%.
図10に、ターンオン側での適用例を示す。素子電圧Vceの時間変化である。ゲート抵抗を6.9Ω、ゲート付加容量を22nFとした場合である。ゲート抵抗とゲート容量の積を従来と同一にするのが難しく、実施形態ではゲート抵抗とゲート容量の積が従来よりも少し大きくなっており、その損失が増加しているが、ゲート抵抗を1/3とすることで素子電圧Vceの立ち下がりが早くなり、ターンオン損失を4%低減できる。図11に素子電流Iceの時間変化を示す。電流変化率di/dtも実施形態の方が小さく、サージ特性も改善される。 FIG. 10 shows an application example on the turn-on side. It is a time change of the element voltage Vce. This is a case where the gate resistance is 6.9Ω and the gate additional capacitance is 22 nF. It is difficult to make the product of the gate resistance and the gate capacitance the same as the conventional one. In the embodiment, the product of the gate resistance and the gate capacitance is slightly larger than the conventional one, and the loss is increased. By setting / 3, the fall of the element voltage Vce is accelerated, and the turn-on loss can be reduced by 4%. FIG. 11 shows the time change of the device current Ice. The current change rate di / dt is also smaller in the embodiment, and the surge characteristics are also improved.
図12に、ゲート抵抗とゲート容量をターンオン側とターンオフ側で最適化した適用例、つまり図6の構成における適用例を示す。ゲート抵抗=20Ω単独で駆動する従来の場合に対し、オフ側のゲート抵抗を5Ω、ゲート付加容量を80nF(20nF+60nF)、オン側のゲート抵抗を7Ω、ゲート付加容量を20nとした構成である。図6と対比した場合、R1=5Ω、R3=7Ω、C1=60nF、C2=20nFに相当し、12がドライバに相当する。図13に結果をまとめて示す。Rgがゲート抵抗の値、Eoffはオフ時の損失エネルギ、Eonはオン時の損失エネルギである。一回当たりのスイッチング損失の従来との比較は、ターンオフ側では23.11/27.94=0.827、ターンオン側では6.58/10.48=0.628といずれもスイッチング損失の低下を実現している。改善率はオン側で37%、オフ側で17%である。なお、図13では図5の場合の結果もあわせて示す。R1=7Ωとし、ゲート付加容量C1=80nFとした場合である。オフ側では12%改善しているが、オン側では逆に損失が増大している。このことは、ターンオフ時のサージ対策は必要であるもののターンオン時のサージ対策は特に必要でない半導体素子の場合に有効であることを示す。例えば、スイッチング素子とSiのファーストリカバリダイオードを2対直列にしたアーム構成においてはIGBT素子のターンオン時及びターンオフ時のサージ対策がともに必要であるが、フリーホイールダイオードにSBD(ショットキーバリヤダイオード)等の逆回復電流の無い素子を使用する場合には、IGBT素子のターンオン側でのサージ対策は必ずしも必要でなく、ターンオフ側でのサージ低減とターンオフ損失の改善が必要である。図7、図8の構成は、このような素子の場合に有効である。本実施形態では、ゲート容量をゲート・エミッタ間に接続したが、ゲート・ソース間に接続してもよい。 FIG. 12 shows an application example in which the gate resistance and the gate capacitance are optimized on the turn-on side and the turn-off side, that is, an application example in the configuration of FIG. Compared to the conventional case where the gate resistance is 20 Ω alone, the off-side gate resistance is 5 Ω, the gate additional capacitance is 80 nF (20 nF + 60 nF), the on-side gate resistance is 7 Ω, and the gate additional capacitance is 20 n. When compared with FIG. 6, R1 = 5Ω, R3 = 7Ω, C1 = 60 nF, C2 = 20 nF, and 12 corresponds to the driver. FIG. 13 summarizes the results. Rg is the value of the gate resistance, Eoff is the loss energy when off, and Eon is the loss energy when on. Compared with the conventional switching loss per turn, 23.11 / 27.94 = 0.527 on the turn-off side and 6.58 / 10.48 = 0.628 on the turn-on side. Realized. The improvement rate is 37% on the on side and 17% on the off side. FIG. 13 also shows the result in the case of FIG. This is a case where R1 = 7Ω and gate additional capacitance C1 = 80 nF. On the off side, the loss is improved by 12%, but on the contrary, the loss increases. This indicates that it is effective in the case of a semiconductor device in which a surge countermeasure at the turn-off is necessary but a surge countermeasure at the turn-on is not particularly necessary. For example, in an arm configuration in which two pairs of switching elements and Si fast recovery diodes are connected in series, it is necessary to take measures against surges at the turn-on time and turn-off time of the IGBT element, but SBD (Schottky barrier diode) or the like is used as a free wheel diode. When an element without reverse recovery current is used, a surge countermeasure on the turn-on side of the IGBT element is not necessarily required, and it is necessary to reduce surge on the turn-off side and improve turn-off loss. 7 and 8 are effective in the case of such an element. In this embodiment, the gate capacitance is connected between the gate and the emitter, but may be connected between the gate and the source.
10 IGBT素子、12 電源を含むドライバ。 10 IGBT element, 12 Driver including power supply.
Claims (3)
前記半導体素子のゲートに電圧を印加するドライバと、
前記半導体素子のゲートに接続されるゲート抵抗と、
前記半導体素子のゲート・エミッタ間あるいはゲート・ソース間に接続される容量と、
前記半導体素子のゲート・エミッタ間あるいはゲート・ソース間に前記容量と直列に接続されるダイオードと、
前記ドライバと前記容量との間に接続される容量充電用抵抗と、
を有することを特徴とする半導体素子駆動回路。 A circuit for driving a thin plate type IGBT or SiCMOSFET semiconductor element having a substrate thickness of 50 μm to 200 μm,
A driver for applying a voltage to the gate of the semiconductor element;
A gate resistor connected to the gate of the semiconductor element;
A capacitance connected between the gate and emitter of the semiconductor element or between the gate and source;
A diode connected in series with the capacitor between the gate and emitter of the semiconductor element or between the gate and source;
A capacitor charging resistor connected between the driver and the capacitor;
The semiconductor element drive circuit according to claim that you have a.
前記ドライバは、前記ゲートにオン電圧を印加するオン端子と、オフ電圧を印加するオフ端子を有し、
前記容量充電用抵抗は前記ドライバのオン端子に接続され、さらに、
前記ドライバのオン端子と前記半導体素子のゲートとの間に接続される第2ゲート抵抗を有することを特徴とする半導体素子駆動回路。 The circuit of claim 1, wherein
The driver has an on terminal for applying an on voltage to the gate and an off terminal for applying an off voltage,
The capacitor charging resistor is connected to an on terminal of the driver, and
A semiconductor element driving circuit, comprising: a second gate resistor connected between an ON terminal of the driver and a gate of the semiconductor element .
前記半導体素子のゲート・エミッタ間あるいはゲート・ソース間に接続される第2容量
を有することを特徴とする半導体素子駆動回路。 The circuit of claim 2, further comprising:
A second capacitor connected between the gate and emitter of the semiconductor element or between the gate and source.
A semiconductor element driving circuit comprising:
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