JP5476929B2 - 給電装置 - Google Patents
給電装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5476929B2 JP5476929B2 JP2009249342A JP2009249342A JP5476929B2 JP 5476929 B2 JP5476929 B2 JP 5476929B2 JP 2009249342 A JP2009249342 A JP 2009249342A JP 2009249342 A JP2009249342 A JP 2009249342A JP 5476929 B2 JP5476929 B2 JP 5476929B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- element region
- state
- igbt
- igbt element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 96
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 45
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 claims description 34
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 10
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 22
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 11
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 7
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
IGBT素子領域のボディ領域とダイオード素子領域のボディ領域は共通であることが好ましい。同様に、IGBT素子領域のドリフト領域とダイオード素子領域のドリフト領域は共通であることが好ましい。この場合、エミッタ領域とボディコンタクト領域は反対の導電型となり、コレクタ領域とドリフトコンタクト領域も反対の導電型となる。
(a)給電装置の駆動状態に基づいて算出される、第1モードで制御したときの駆動回路の損失と第1モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和が、第2モードで制御したときの駆動回路の損失と第2モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和より小さいときは、第1モードで制御する。
(b)給電装置の駆動状態に基づいて算出される、第2モードで制御したときの駆動回路の損失と第2モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和が、第1モードで制御したときの駆動回路の損失と第1モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和より小さいときは、第2モードで制御する。
この駆動回路は、一方のIGBT素子領域を再びオン状態に切替えるに先立って他方のIGBT素子領域をオフ状態切替えるときに、いずれのタイミングで切替えるかを以下のように決定することが好ましい。すなわち、
(c)駆動状態から一方のIGBT素子領域と他方のIGBT素子領域が共にオン状態となるとダイオード内蔵型IGBTが破壊されると判断されるときは、第1タイミングで他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替える。
(d)駆動状態から一方のIGBT素子領域と他方のIGBT素子領域が共にオン状態となってもダイオード内蔵型IGBTが破壊されないと判断されるときは、第2タイミングで他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替える。
(特徴1)給電装置は、電力変換回路である。
(特徴2)駆動回路には、一方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えることによって他方のダイオード素子領域に還流電流が流れるときに制御するモードが、給電装置の駆動状態に関連付けられて記憶されている。
(特徴3)駆動回路には、第1モードで制御する場合、一方のIGBT素子領域を再びオン状態に切替えるに先立って他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えるタイミングが、給電装置の駆動状態に関連付けられて記憶されている。
直列回路20は、逆導通半導体素子(ダイオード内蔵型IGBTの一例)30a、30bが直列に接続されて構成されている。逆導通半導体素子30aのコレクタ電極34aは、出力端子14aに接続されている。逆導通半導体素子30bのエミッタ電極32bは、入力端子12bと出力端子14bに接続されている。逆導通半導体素子30aのエミッタ電極32aと逆導通半導体素子30bのコレクタ電極34bは、中間電位点22に接続されている。逆導通半導体素子30a、30bのトレンチゲート電極36a、36bは、駆動回路60に接続されている。駆動回路60は、各々の逆導通半導体素子30のトレンチゲート電極36の電圧を独立に制御する。
直列回路20の中間電位点22は、コイル16の一端に接続されている。コイル16の他端は、入力端子12aに接続されている。コイル16はインダクタンス成分を持っている電気的負荷である。入力端子12の間には、入力用コンデンサ18が設けられている。出力端子14間には、出力用コンデンサ19が取り付けられている。
逆導通半導体素子30は、1枚のn型不純物を低濃度に含む半導体基板から形成されている。半導体基板が未加工状態で残っている部分によって、ドリフト領域48が形成されている。ドリフト領域48の表面側に、p型不純物を含むボディ領域46が積層されている。ドリフト領域48とボディ領域46は、IGBT素子領域42とダイオード素子領域44に関係なく、一様に伸びている。ボディ領域46のIGBT素子領域42とダイオード素子領域44の境界部分には、ボディ領域46を貫通してドリフト領域48に達するp型不純物領域43が形成されている。
ダイオード素子領域44内では、ボディ領域46の表面に臨む範囲に、p型不純物を高濃度に含んでいるボディコンタクト領域45が形成されている。各々のボディコンタクト領域45は、ボディ領域46によって、ドリフト領域48から隔てられている。
IGBT素子領域42では、ドリフト領域48の裏面側に、p型不純物を含むコレクタ領域54が形成されている。ダイオード素子領域44では、ドリフト領域48の裏面側に、n型不純物を含むドリフトコンタクト領域50が形成されている。逆導通半導体素子30の裏面には、コレクタ電極34が形成されている。コレクタ電極34は、コレクタ領域54とドリフトコンタクト領域50とに導通している。
図3に示すように、コレクタ電極34にエミッタ電極32よりも高い正電圧を印加した状態で、トレンチゲート電極36に正電圧を印加すると、トレンチゲート電極36の周辺のボディ領域46にn型の反転層52が形成され、エミッタ領域40から反転層52を経てドリフト領域48に電子が注入される。すると、コレクタ領域54からドリフト領域48に正孔が注入される。ドリフト領域48に電子と正孔が注入され、伝導度変調現象が活発化する。これによって、エミッタ電極32とコレクタ電極34の間が導通し、電流が流れる。これをオン状態という。IGBTは、伝導度変調現象を利用するので、オン電圧が低い。
トレンチゲート電極36に正電圧を印加するのが中断されると、反転層52が消滅し、エミッタ領域40からドリフト領域48に電子が注入されなくなる。これをオフ状態という。IGBT素子領域42では、トレンチゲート電極36に正電圧を印加する間はオン状態に制御され、トレンチゲート電極36に正電圧を印加するのを中断するとオフ状態に制御される。
還流ダイオードとして作動する領域44では、p+型のボディコンタクト領域45とp型のボディ領域46とn−型のドリフト領域48とn型のドリフトコンタクト領域50が積層されている。p型のボディコンタクト領域45とp型のボディ領域46がアノードとして作動し、n−型のドリフト領域48とn型のドリフトコンタクト領域50がカソードとして作動するダイオードが形成される。p型のアノードとn型のカソードの間に、不純物濃度が低い領域が形成されているPIN型のダイオードが形成されている。
図4に示すように、逆導通半導体素子30では、エミッタ電極32にコレクタ電極34の電位よりも高い正電圧が印加されると、還流電流が流れる。
次に、駆動回路60は逆導通半導体素子30bをオフ状態とする第2状態に切替える。これによって、外部電源から入力端子12とコイル16と逆導通半導体素子30aのダイオード素子領域44aを介して出力用コンデンサ19に電荷が蓄えられる。また、インダクタ成分を有するコイル16に起電力が生じ、コイル16の起電力によって出力用コンデンサ19に電荷が蓄えられる。コイル16に生じる起電力は、外部電源と向きが等しい。そのため、出力用コンデンサ19には、入力用コンデンサ18に比べて多くの電荷が蓄えられる。出力端子14に出力される電圧は、出力用コンデンサ19に蓄えられた電荷に基づいて決定される。そのため、出力端子14には、入力端子12に接続された外部電源よりも昇圧された電圧が出力される。
そして、駆動回路60が給電装置10を再び第1状態に切替えると、図5に示すように、還流電流が流れていた逆導通半導体素子30aのダイオード素子領域44aにおいて、ドリフト領域48に注入された正孔がボディ領域46に戻り、逆回復電流が流れる。大きな逆回復電流が流れると、逆回復損失が増大する。逆回復損失の大きさは、ドリフト領域48への正孔の注入効率に依存する。駆動回路60が給電装置10を第1状態と第2状態に単純に切替えるだけでは、逆導通半導体素子30aのドリフト領域48へ多量の正孔が注入され、逆回復損失が大きくなる。
Vaは、逆導通半導体素子30aのトレンチゲートに印加する電圧を示す。Vbは、逆導通半導体素子30bのトレンチゲートに印加する電圧を示す。Iaは、逆導通半導体素子30aのダイオード素子領域44aに流れる電流を示す。「ON」は、各々の逆導通半導体素子30のIGBT素子領域42がオンする閾値電圧以上に設定されている電圧を示す。「ON」電圧が印加されている場合に、各々のIGBT素子領域42がオン状態となる。「OFF」は、各々の逆導通半導体素子30のIGBT素子領域42がオフする閾値電圧以下に設定されている電圧を示す。「OFF」電圧が印加されている場合に各々のIGBT素子領域42がオフ状態となる。T1は、第1状態に切替えられている第1期間を示す。T2は、第2状態に切替えられている第2期間を示す。t1は、第1状態から第2状態に切替わるタイミングを示す。タイミングt1において、逆導通半導体素子30bのIGBT素子領域42bは、オン状態からオフ状態に切替わる。t2は、逆導通半導体素子30aのIGBT素子領域42aをオフ状態からオン状態に切替えるタイミングを示す。t3は、逆導通半導体素子30aのIGBT素子領域42aをオン状態からオフ状態に切替えるタイミングを示す。t4は、第2状態から第1状態に切替わるタイミングを示す。タイミングt4において、逆導通半導体素子30bのIGBT素子領域42bは、オフ状態からオン状態に切替わる。タイミングt1とタイミングt2の間には、遅延時間T3が設けられている。遅延時間T3は、第1状態から第2状態への切替え時に、逆導通半導体素子30a、30bのIGBT素子領域42a、42bが同時にオン状態となることを確実に避けることができるように設定されている。タイミングt3とタイミングt4の間には、設定時間T4が設けられている。設定時間T4は、第2状態から第1状態への切替え時に、逆導通半導体素子30a、30bのIGBT素子領域42a、42bが同時にオン状態となることを確実に避けるように設定されている。図示番号Aに示す逆導通半導体素子30aのダイオード素子領域44aに流れるマイナスの電流は、逆回復電流を示している。
12 入力端子
14 出力端子
16 モータコイル
18 入力用コンデンサ
19 出力用コンデンサ
20 直列回路
22 中間電位点
30 逆導通半導体素子
32 エミッタ電極
34 コレクタ電極
36 トレンチゲート電極
38a、38b ゲート絶縁膜
40 エミッタ領域
42 IGBT素子領域
43 p型不純物領域
44 ダイオード素子領域
45 ボディコンタクト領域
46 ボディ領域
47 トレンチ
48 ドリフト領域
50 ドリフトコンタクト領域
52 反転層
54 コレクタ領域
60 駆動回路
t3 第1タイミング
t3’ 第2タイミング
Claims (2)
- 電気的負荷に給電する給電装置であり、
同一半導体基板にIGBT素子領域とダイオード素子領域が混在しているダイオード内蔵型IGBTの2つが直列に接続された直列回路と、
各ダイオード内蔵型IGBTのIGBT素子領域のオン状態とオフ状態とを切替える駆動回路を備えており、
各IGBT素子領域は、エミッタ領域とボディ領域とドリフト領域とコレクタ領域が積層されており、エミッタ領域とドリフト領域を分離しているボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極が形成されており、
各ダイオード素子領域は、ボディコンタクト領域とボディ領域とドリフト領域とドリフトコンタクト領域が積層されており、
駆動回路は、一方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えることによって他方のダイオード素子領域に還流電流が流れるときに、(1)他方のIGBT素子領域をオン状態とする第1モードと、(2)他方のIGBT素子領域をオフ状態とする第2モードとに切替え可能となっており、
駆動回路は、
(a)給電装置の駆動状態に基づいて算出される、第1モードで制御したときの駆動回路の損失と第1モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和が、第2モードで制御したときの駆動回路の損失と第2モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和より小さいときは、第1モードで制御し、
(b)前記駆動状態に基づいて算出される、第2モードで制御したときの駆動回路の損失と第2モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和が、第1モードで制御したときの駆動回路の損失と第1モードで制御した後に行われるダイオード素子領域の逆回復時の損失との和より小さいときは、第2モードで制御することを特徴とする給電装置。 - 駆動回路は、第1モードで制御する場合は、一方のIGBT素子領域を再びオン状態に切替えるに先立つ第1タイミングと第2タイミングで他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えており、
第1タイミングは、他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えてから一方のIGBT素子領域をオン状態とするまでの時間が第1設定時間となるタイミングであり、
第2タイミングは、他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えてから一方のIGBT素子領域をオン状態とするまでの時間が第1設定時間よりも短い第2設定時間となるタイミングであり、
駆動回路は、
(c)前記駆動状態から一方のIGBT素子領域と他方のIGBT素子領域が共にオン状態となるとダイオード内蔵型IGBTが破壊されると判断されるときは、第1タイミングで他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替え、
(d)前記駆動状態から一方のIGBT素子領域と他方のIGBT素子領域が共にオン状態となってもダイオード内蔵型IGBTが破壊されないと判断されるときは、第2タイミングで他方のIGBT素子領域をオフ状態に切替えることを特徴とする請求項1に記載の給電装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009249342A JP5476929B2 (ja) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 給電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009249342A JP5476929B2 (ja) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 給電装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011096852A JP2011096852A (ja) | 2011-05-12 |
JP5476929B2 true JP5476929B2 (ja) | 2014-04-23 |
Family
ID=44113465
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009249342A Expired - Fee Related JP5476929B2 (ja) | 2009-10-29 | 2009-10-29 | 給電装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5476929B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20150162429A1 (en) * | 2012-01-26 | 2015-06-11 | Hitachi, Ltd. | Semiconductor Device and Power Conversion Device Using the Same |
CN107888056B (zh) | 2013-07-10 | 2020-04-17 | 株式会社电装 | 驱动控制装置 |
JP7352443B2 (ja) * | 2019-11-01 | 2023-09-28 | 株式会社東芝 | 半導体装置の制御方法 |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4815885B2 (ja) * | 2005-06-09 | 2011-11-16 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体装置の制御方法 |
JP5034461B2 (ja) * | 2006-01-10 | 2012-09-26 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
JP2008072848A (ja) * | 2006-09-14 | 2008-03-27 | Mitsubishi Electric Corp | 半導体装置 |
JP4240140B1 (ja) * | 2007-09-10 | 2009-03-18 | トヨタ自動車株式会社 | 給電装置とその駆動方法 |
JP2009101868A (ja) * | 2007-10-23 | 2009-05-14 | Kanto Auto Works Ltd | ルーフ構造 |
-
2009
- 2009-10-29 JP JP2009249342A patent/JP5476929B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011096852A (ja) | 2011-05-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4240140B1 (ja) | 給電装置とその駆動方法 | |
JP5454146B2 (ja) | 逆導通半導体素子の駆動方法と半導体装置及び給電装置 | |
US10200028B2 (en) | Electric assembly including a reverse conducting switching device and a rectifying device | |
US9337827B2 (en) | Electronic circuit with a reverse-conducting IGBT and gate driver circuit | |
US10333387B2 (en) | Electric assembly including a semiconductor switching device and a clamping diode | |
US11296212B2 (en) | Semiconductor device and power conversion device | |
US9299818B2 (en) | Insulating gate-type bipolar transistor | |
JP2005354031A (ja) | 半導体装置 | |
JP6658021B2 (ja) | 半導体装置 | |
US20160352326A1 (en) | Controlling Reverse Conducting IGBT | |
JP2011078187A (ja) | 半導体装置、及びそれを用いた電力変換装置 | |
WO2019167543A1 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
JP5476929B2 (ja) | 給電装置 | |
JP6742925B2 (ja) | 半導体装置、及びそれを用いた電力変換装置 | |
JP2008305956A (ja) | 絶縁ゲート型半導体素子の駆動装置 | |
JP4687385B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2013098336A (ja) | ゲート駆動回路 | |
JP7352443B2 (ja) | 半導体装置の制御方法 | |
CN111193417B (zh) | 开关元件的控制装置 | |
JP2000228404A (ja) | ダイオード | |
JP4442089B2 (ja) | 昇圧コンバータ回路 | |
JP2002076343A (ja) | 半導体素子 | |
JP2002141418A (ja) | 半導体回路およびその駆動方法並びに半導体素子 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20111107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131105 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131127 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140114 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140127 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5476929 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |