JP6679967B2 - 半導体素子の駆動装置 - Google Patents
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Description
このため、他の主回路スイッチング素子がターンオンするときに、主回路スイッチング素子のドレインとゲート間の帰還容量を介してゲートに流れる込む電流をスイッチング素子のオン抵抗を通じてコンデンサに充電することになる。このため、コンデンサへの充電が緩やかになり、迅速な誤動作防止を行なうことができないという課題がある。
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。
まず、本発明に係る半導体素子のゲート駆動装置を備えた電力変換装置10について図1を用いて説明する。
また、電力変換装置10は、正極側ラインLp及び負極側ラインLn間に印加された直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ回路21を備えている。このインバータ回路21は、正極側ラインLpに接続された上アーム部を構成する例えば電圧制御型半導体素子としての絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTと称す)22a,22c,22eと、負極側ラインLnに接続された下アーム部を構成するIGBT22b,22d,22fとを備えている。
また、電力変換装置10は、IGBT22a〜22fを個別にスイッチング動作を制御するゲート駆動装置(GDU)25a〜25fをそれぞれ有している。
したがって、インバータ回路21は、U相出力アーム23U、V相出力アーム23V及びW相出力アーム23Wが並列接続された三相フルブリッジ回路と、U相出力アーム23Uのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置25a,25bと、V相出力アーム23Vのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置25c,25dと、W相出力アーム23Wのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置25e,25fとを有している。
ゲート駆動装置25bは、簡略化して示すと、図2に示すように、ゲート電圧制御部30を備えている。このゲート電圧制御部30は、順バイアス回路31と、逆バイアス回路32と、バイアス切替スイッチ33とを備えている。
この電圧依存性コンデンサは、セラミックコンデンサで構成され、図3に示す電圧依存特性を有する。この電圧依存特性は、電圧依存性コンデンサの両端子間に印加される印加電圧Vinを横軸とし、静電容量を縦軸としたとき、印加電圧Vinが0Vであるときに比較的大きな最大静電容量Cmaxとなり、この状態から印加電圧を増加させるにつれて、静電容量が二次曲線状に減少する特性線L1となる。ところで、電圧依存性のないコンデンサを適用した場合には、図3で点線図示のように、印加電圧Vinの変化にかかわらず最大静電容量Cmaxより低い誤点弧防止用の固定静電容量Cfを維持する。
今、上アームのIGBT22aがオフ状態であり、下アームのIGBT22bもオフ状態であるデッドタイムにあるものとする。この状態では、上アームのIGBT22aのゲート電圧制御部30の逆バイアス回路32から逆バイアス電圧が上アームのIGBT22aのゲートに印加されている。同様に、下アームのIGBT22bのゲート電圧制御部30の逆バイアス回路32から逆バイアス電圧が下アームのIGBT22bのゲートに印加されている。
しかしながら、IGBT22bのゲートには電圧依存性コンデンサ34が接続されており、その静電容量は、ゲートに逆バイアス電圧が印加されているので、図3に示す最大容量Cmaxとなっている。このため、電流Icrssが電圧依存性コンデンサ34に分流されて充電されることにより、図4(c)で実線図示のように、ゲート電位の上昇が抑制される。このとき、電流Icrssは、特許文献1に記載された従来例のように、スイッチング素子を介することなく直接電圧依存性コンデンサ34に充電されることになる。このため、スイッチング素子のオン抵抗の影響を受けることなく、電圧依存性コンデンサ34への迅速な充電を行なうことができ、ゲート電位の上昇を確実に抑制することができる。
この第2の実施形態では、電圧依存性コンデンサとしてセラミックコンデンサに代えてダイオードの寄生容量を利用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、図5に示すように、IGBT22a及び22bのゲート・エミッタ間に電圧依存性コンデンサとしてダイオード41を接続するようにしている。また、逆バイアス回路32の逆バイアス電源32aが省略されている。
ダイオード41には、寄生容量Cdが存在し、この寄生容量が電圧依存性を有することを利用して電圧依存性コンデンサとして使用する。
次に、本発明の第3の実施形態について図7を伴って説明する。
この第3の実施形態では、直並列切替用ダイオードとコンデンサとで電圧依存性を持たせるようにしている。
この誤動作防止回路50は、一端がゲート電圧制御部30及びIGBT22bのゲートとの間の接続点とIGBT22bのエミッタとの間に接続されたコンデンサ51、ダイオード52及びコンデンサ53の直列回路を備えている。ここで、ダイオード52はアノードがコンデンサ51に接続され、カソードがコンデンサ53に接続されている。
この第3の実施形態によると、IGBT22a及び22bがともにオフ状態である状態からIGBT22aがターンオン状態となったときに、帰還容量Crssを通じてIGBT22bのゲートに電流Icrssが流れる状態となると、この電流Icrssは、コンデンサ51、ダイオード52及びコンデンサ53の直列回路に分流される。分流された電流Icrssは、コンデンサ51及び53に充電されることにより、ゲート電圧Vgeが閾値電圧Vthに達することを確実に防止する。
C=C1・C2/(C1+C2) ・・・(1)
となる。
このときの2つのコンデンサ51及び53の充電電圧Vc1及びVc2は、
Vc1=Vfw・C2/(C1+C2) ・・・(2)
Vc2=Vfw・C1/(C1+C2) ・・・(3)
となる。
なお、IGBT22bのターンオン時には、コンデンサ51及び53に充電電流が流れるので、ゲート駆動電力の増加については通常のコンデンサを接続した場合と同程度となる。
以上、本発明の第1〜第4実施形態について説明してきたが、本発明はこれらに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
なお、制御対象となるスイッチング素子は、Si系の半導体素子だけでなく、炭化ケイ素、窒化ガリウム及びダイアモンドの少なくとも1つを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。また、還流ダイオード24a〜24fも、Si系の半導体素子だけでなく、炭化ケイ素、窒化ガリウム及びダイアモンドの少なくとも1つを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。
Claims (2)
- 還流ダイオードを逆並列に接続した電圧制御形半導体素子の制御電極を駆動する駆動回路を備えた半導体素子の駆動装置であって、
前記制御電極に印加するゲート電圧を制御するゲート電圧制御部と、
前記電圧制御形半導体素子の制御電極及び低電位側電極間に接続された誤動作防止装置と
を備え、
前記誤動作防止装置は、ダイオードとコンデンサとの直並列回路で構成されていることを特徴とする半導体素子の駆動装置。 - 前記誤動作防止装置は、前記ゲート電圧が増加するにつれて静電容量が減少する電圧依存特性を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子の駆動装置。
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