JP6706876B2 - Power module - Google Patents

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Description

本発明は、パワー素子等が1つのパッケージに収容されたパワーモジュールに関するものである。 The present invention relates to a power module in which a power element and the like are contained in one package.

パワーモジュールを構成するパワー半導体素子としては、例えば、パワーMOSFET(以下単に「パワーMOS」という。)、絶縁制御型バイポーラ・トランジスタ(以下「IGBT」という。)、窒化ガリウム(GaN)パワーデバイス、炭化珪素(SiC)パワーデバイス等のパワートランジスタが知られている。 Examples of the power semiconductor element that constitutes the power module include, for example, a power MOSFET (hereinafter simply referred to as “power MOS”), an insulation control type bipolar transistor (hereinafter referred to as “IGBT”), a gallium nitride (GaN) power device, and a carbonization device. Power transistors such as silicon (SiC) power devices are known.

特許文献1には、IGBTを用い、交流モータ等の誘導性負荷を駆動制御する半導体装置において、誘導性負荷に流れる電流を正確に検出することができる電流検出機能付き半導体装置の技術が記載されている。
特許文献2には、絶縁ゲート型スイッチング素子として例えばIGBTを用いたパワーモジュールとしての駆動回路において、消費電流を低減するために、カレントミラーを用いた定電流源、切替回路、及び電流モード選択回路を有する駆動回路の技術が記載されている。
Patent Document 1 describes a technique of a semiconductor device with a current detection function, which is capable of accurately detecting a current flowing in an inductive load in a semiconductor device that uses an IGBT to drive and control an inductive load such as an AC motor. ing.
In Patent Document 2, in a drive circuit as a power module using, for example, an IGBT as an insulated gate switching element, a constant current source using a current mirror, a switching circuit, and a current mode selection circuit in order to reduce current consumption. The technology of a drive circuit having a is described.

特許文献3には、入力される直流電圧を、1次側のパワーMOSであるMOSFETと絶縁トランスとによって交流電圧に変換した後、2次側の同期整流用MOSFET及び還流用MOSFETにより直流電圧に変換して出力する絶縁型直流/直流(DC/DC)コンバータが記載されている。このDC/DCコンバータでは、動作停止の際に、2次側の同期整流用MOSFET及び還流用MOSFETに生じる過電圧を防止するために、動作が停止されると、コントローラにより、その同期整流用MOSFET及び還流用MOSFETをソフトストップ動作によって停止している。 In Patent Document 3, an input DC voltage is converted into an AC voltage by a MOSFET that is a power MOS on the primary side and an insulation transformer, and then converted to a DC voltage by a synchronous rectification MOSFET and a reflux MOSFET on the secondary side. An insulated direct current/direct current (DC/DC) converter for converting and outputting is described. In this DC/DC converter, when the operation is stopped, in order to prevent an overvoltage that occurs in the secondary side synchronous rectification MOSFET and the freewheeling MOSFET when the operation is stopped, the controller causes the synchronous rectification MOSFET The freewheeling MOSFET is stopped by the soft stop operation.

図8は、従来のNチャネル型パワーMOSの概略を示す等価回路図である。
Nチャネル型パワーMOS1は、ゲートG、ドレインD、及びソースSの3つの電極を有している。Nチャネル型パワーMOS1のドレイン・ソースには、例えば、負荷回路6側の負荷抵抗Rlと電源電圧Vddを出力する電源Eと、が直列に接続されている。このNチャネル型パワーMOS1では、ゲートGに印加されるゲート電圧Vgが上昇して閾値電圧Vthを超えると、ドレイン・ソース間がターンオンし、ゲート電圧Vgが低下して閾値電圧Vthを下回ると、ドレイン・ソース間がターンオフする。
FIG. 8 is an equivalent circuit diagram showing an outline of a conventional N-channel type power MOS.
The N-channel power MOS 1 has three electrodes of a gate G, a drain D and a source S. For example, a load resistance Rl on the load circuit 6 side and a power supply E that outputs a power supply voltage Vdd are connected in series to the drain/source of the N-channel power MOS 1. In this N-channel power MOS 1, when the gate voltage Vg applied to the gate G rises and exceeds the threshold voltage Vth, the drain-source turns on, and when the gate voltage Vg falls and falls below the threshold voltage Vth, The drain-source turns off.

ゲートG、ドレインD及びソースSには、寄生容量や寄生インダクタンス等が存在している。例えば、ゲート・ドレイン間には寄生容量Cgdが、ゲート・ソース間には寄生容量Cgsが、及び、ドレイン・ソース間には寄生容量Cdsが、それぞれ存在している。又、ドレインD側には寄生インダクタンスLdが、ソースS側には寄生インダクタンスLsがそれぞれ存在している。 The gate G, the drain D, and the source S have parasitic capacitance and parasitic inductance. For example, a parasitic capacitance Cgd exists between the gate and the drain, a parasitic capacitance Cgs exists between the gate and the source, and a parasitic capacitance Cds exists between the drain and the source. Further, the parasitic inductance Ld exists on the drain D side and the parasitic inductance Ls exists on the source S side.

スイッチング特性に大きく影響するのは、ゲート・ドレイン間の寄生容量Cgdである。ゲート・ドレイン間の寄生容量Cgdは、ドレイン・ソース間電圧Vdsがゲート・ソース間電圧Vgs以下になると、例えば、約10倍に急激に上昇する。パワーMOS1の各容量には、次式(1)のような関係式が成り立つ。
入力容量Ciss≒Cgd+Cgs
帰還容量Crss≒Cgd
出力容量Coss≒Cgd+Cds・・・・(1)
The parasitic capacitance Cgd between the gate and the drain has a great influence on the switching characteristics. When the drain-source voltage Vds becomes equal to or lower than the gate-source voltage Vgs, the parasitic capacitance Cgd between the gate and the drain sharply increases, for example, about 10 times. A relational expression such as the following expression (1) is established for each capacitance of the power MOS 1.
Input capacitance Ciss≈Cgd+Cgs
Feedback capacitance Crss≈Cgd
Output capacitance Coss≈Cgd+Cds... (1)

パワーMOS1は、電圧制御型素子であるため、オン状態又はオフ状態を保持する時は駆動電流を必要としないが、スイッチング動作を行う時は、そのたびに入力容量Cissに対して充放電電流が流れる。 Since the power MOS 1 is a voltage-controlled element, it does not require a drive current when holding the on state or the off state, but when performing a switching operation, the charge/discharge current with respect to the input capacitance Ciss is changed each time. Flowing.

図9は、図8の負荷抵抗Rlに対するパワーMOS1のスイッチング動作波形図である。 FIG. 9 is a switching operation waveform diagram of the power MOS 1 with respect to the load resistance Rl of FIG.

図8のパワーMOS1では、ドレイン・ソース間電圧Vdsが高(以下「H」という。)レベルから低(以下「L」という。)レベルに立ち下がると(即ち、ドレイン電流IdがLレベルからHレベルに立ち上がると)、ターンオンし、ドレイン・ソース間電圧VdsがLレベルからHレベルに立ち上がると(即ち、ドレイン電流IdがHレベルからLレベルに立ち下がると)、ターンオフする。 In the power MOS 1 of FIG. 8, when the drain-source voltage Vds falls from a high (hereinafter “H”) level to a low (hereinafter “L”) level (that is, the drain current Id changes from L level to H level). When the drain-source voltage Vds rises from the L level to the H level (that is, when the drain current Id falls from the H level to the L level), it turns on.

ここで、ターンオン時間trは、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち下がり波形において、立ち下がり開始から90%の時刻と、立ち下がり終了前の10%の時刻と、の間の時間である。更に、ターンオフ時間tfは、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がり波形において、立ち上がり開始から10%の時刻と、立ち上がり終了前の90%の時刻と、の間の時間である。 Here, the turn-on time tr is the time between the time 90% from the start of the fall and the time 10% before the end of the fall in the falling waveform of the drain-source voltage Vds. Furthermore, the turn-off time tf is the time between the time of 10% from the start of rising and the time of 90% before the end of rising in the rising waveform of the drain-source voltage Vds.

ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち下がりとドレイン電流Idの立ち上がりとの交差箇所のハッチング領域と、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がりとドレイン電流Idの立ち下がりとの交差箇所のハッチング領域と、はオン/オフの切り替え時に発生するスイッチング損失Sloss(=Vds×Id)である。ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がり時には、寄生インダクタンスLd,Lsの影響により、過電圧のサージ電圧Vdsg[=(Ld+Ls)×di/dt、但し、di/dtはスイッチング時間]が発生することがある。 The hatching area at the intersection of the fall of the drain-source voltage Vds and the rise of the drain current Id and the hatching area of the intersection of the rise of the drain-source voltage Vds and the fall of the drain current Id are on. It is a switching loss Sloss (=Vds×Id) that occurs when switching on/off. At the rise of the drain-source voltage Vds, an overvoltage surge voltage Vdsg [=(Ld+Ls)×di/dt, where di/dt is a switching time] may occur due to the influence of the parasitic inductances Ld and Ls.

図10は、図8のパワーMOS1の電気的・熱的特性(ケース温度Tc=25℃)の一例を示すデータシートである。ケース温度Tcとは、パワーMOS1を収容するパッケージであるケースの温度である。 FIG. 10 is a data sheet showing an example of the electrical/thermal characteristics (case temperature Tc=25° C.) of the power MOS 1 of FIG. The case temperature Tc is the temperature of the case that is the package that houses the power MOS 1.

図10において、ドレイン・ソース間オン抵抗Ronは、ドレイン電流Id=25A、及びゲート・ソース間電圧Vgs=10Vの場合、規格値として標準値TYP=6.9mΩ、最大値MAX=8.7mΩである。ゲート閾値電圧Vthは、ドレイン電流Id=1mA、及びドレイン・ソース間電圧Vds=10Vの場合、規格値として最小値MIN=2.0V、標準値TYP=3.0V、最大値MAX=4.0Vである。 In FIG. 10, when the drain current Id=25 A and the gate-source voltage Vgs=10 V, the drain-source on-resistance Ron has a standard value TYP=6.9 mΩ and a maximum value MAX=8.7 mΩ. is there. When the drain current Id=1 mA and the drain-source voltage Vds=10 V, the gate threshold voltage Vth has a minimum value MIN=2.0 V, a standard value TYP=3.0 V, and a maximum value MAX=4.0 V as standard values. Is.

ドレイン・ソース間電圧Vds=25V、ゲート・ソース間電圧Vgs=0V、及び動作周波数f=1MHzの場合、入力容量Cissは、規格値として標準値TYP=5880pFであり、帰還容量Crssは、規格値として標準値TYP=250pFであり、更に、出力容量Cossは、規格値として標準値TYP=530pFである。 When the drain-source voltage Vds=25 V, the gate-source voltage Vgs=0 V, and the operating frequency f=1 MHz, the input capacitance Ciss is the standard value TYP=5880 pF as the standard value, and the feedback capacitance Crss is the standard value. Is a standard value TYP=250 pF, and the output capacitance Coss is a standard value TYP=530 pF.

又、ドレイン電流Id=25A、負荷抵抗Rl=2Ω、電源電圧Vdd=50V、ゲート抵抗Rg=0Ω、(+)側ゲート・ソース間電圧Vgs(+)=10V、及び(−)側ゲート・ソース間電圧Vgs(−)=0Vの場合、ターンオン時間trは、規格値として標準値TYP=28nsであり、ターンオフ時間tfは、規格値として標準値TYP=49nsである。 Further, drain current Id=25 A, load resistance Rl=2 Ω, power supply voltage Vdd=50 V, gate resistance Rg=0 Ω, (+) side gate-source voltage Vgs(+)=10 V, and (−) side gate-source When the inter-electrode voltage Vgs(−)=0 V, the turn-on time tr is the standard value TYP=28 ns as the standard value, and the turn-off time tf is the standard value TYP=49 ns as the standard value.

特開2003−299363号公報JP, 2003-299363, A 国際公開WO2012−153459号公報International publication WO2012-153459 特開2015−43652号公報JP, 2015-43652, A

従来のパワーMOS1等のパワー半導体素子を用いたパワーモジュールでは、次の(A)、(B)のような課題があった。 The conventional power module using the power semiconductor element such as the power MOS 1 has the following problems (A) and (B).

(A) パワーMOS1の電気的・熱的特性を示す図10のデータシートにおいて、ターンオン時間tr及びターンオフ時間tfの規格値として標準値TYPのみが規定されている場合(例えば、ターンオン時間trの標準値TYPが28ns、ターンオフ時間tfの標準値TYPが49ns)、装置設計上の最大値MAX/最小値MINの規格値が無いため、パワーモジュールの最悪(ワースト)設計ができない。つまり、図9のスイッチング動作波形において、スイッチング損失Sloss(=Vds×Id)とサージ電圧Vdsg[=(Ld+Ls)×di/dt]のワースト値が分からない。 (A) In the data sheet of FIG. 10 showing the electrical/thermal characteristics of the power MOS 1, only the standard value TYP is defined as the standard value of the turn-on time tr and the turn-off time tf (for example, the standard of the turn-on time tr) Since the value TYP is 28 ns, the standard value TYP of the turn-off time tf is 49 ns, and there is no standard value MAX/minimum value MIN in the device design, the worst (worst) design of the power module cannot be performed. That is, in the switching operation waveform of FIG. 9, the worst values of the switching loss Sloss (=Vds×Id) and the surge voltage Vdsg [=(Ld+Ls)×di/dt] are unknown.

仮に、ターンオン時間tr/ターンオフ時間tfの最大値MAX/最小値MINが規格化できたとしても、パワーMOS1の製造ばらつきのため、一般的には、標準値TYP(例えば、tr=28ns、tf=49ns)に対し、最大値MAX/最小値MINが−50%/+100%の範囲となる。パワーモジュールの設計において、その値をそのまま使用すると、スイッチング損失Slossのワースト値が標準値TYPの2倍となり、放熱設計も2倍を想定しなければならない。又、ターンオン時間tr/ターンオフ時間tfの最小値MINについては、寄生インダクタンスLd,Lsによって発生するサージ電圧Vdsgが標準値TYPに対して2倍となるため、パワーMOS1の電圧定格オーバや電磁妨害ノイズ(Electro-Magnetic Interference noise;EMIノイズ)の悪化が懸念される。 Even if the maximum value MAX/minimum value MIN of the turn-on time tr/turn-off time tf can be standardized, the standard value TYP (for example, tr=28 ns, tf= 49 ns), the maximum value MAX/minimum value MIN is in the range of -50%/+100%. If the value is used as it is in the design of the power module, the worst value of the switching loss Sloss will be twice the standard value TYP, and the heat dissipation design must also be doubled. Regarding the minimum value MIN of the turn-on time tr/turn-off time tf, the surge voltage Vdsg generated by the parasitic inductances Ld and Ls is double the standard value TYP, so that the voltage rating of the power MOS1 is exceeded and electromagnetic interference noise is generated. (Electro-Magnetic Interference noise; EMI noise) is a concern.

(B) パワーMOS1が通常よりも大きな過電流状態の電流でオフした場合、そのパワーMOSオフ時の短いスイッチング時間(di/dt)によって、大きなサージ電圧Vdsgが発生し、場合によってはパワーMOS1の耐圧を超えてしまうという課題がある。しかしながら、このような課題について、特許文献3には開示も示唆もされていない。 (B) When the power MOS1 is turned off by a current in an overcurrent state larger than normal, a large surge voltage Vdsg is generated due to the short switching time (di/dt) when the power MOS is off, and in some cases the power MOS1 There is a problem of exceeding the withstand voltage. However, Patent Document 3 neither discloses nor suggests such a problem.

本発明のパワーモジュールは、パワー半導体素子、第1定電流回路、第1スイッチ、第2定電流回路、及び、第2スイッチを備えている。 The power module of the present invention includes a power semiconductor element, a first constant current circuit, a first switch, a second constant current circuit, and a second switch.

ここで、前記パワー半導体素子は、第1電極と、第2電極と、制御電圧が印加されると前記第1電極及び前記第2電極間をオン/オフ動作する制御電極と、を有し、前記制御電極に生じる寄生容量からなる入力容量に第1制御駆動電流が注入されと、前記第1電極及び前記第2電極間がターンオンし、前記入力容量の蓄積電荷が放電されて第2制御駆動電流が放出されると、前記第1電極及び前記第2電極間がターンオフするスイッチング素子である。前記第1定電流回路は、第1基準電圧が入力され、前記第1基準電圧に対応した一定の前記第1制御駆動電流を流す回路である。前記第1スイッチは、駆動信号によりオン/オフ動作し、オン状態の時に前記第1制御駆動電流を前記入力容量へ注入するスイッチである。 Here, the power semiconductor element includes a first electrode, a second electrode, and a control electrode that is turned on/off between the first electrode and the second electrode when a control voltage is applied, When the first control driving current is injected into the input capacitance formed of the parasitic capacitance generated in the control electrode, the first electrode and the second electrode are turned on, and the accumulated charge of the input capacitance is discharged to drive the second control drive. A switching element that turns off between the first electrode and the second electrode when a current is discharged. The first constant current circuit is a circuit to which a first reference voltage is input and which causes the constant first control drive current corresponding to the first reference voltage to flow. The first switch is a switch that is turned on/off by a drive signal and injects the first control drive current into the input capacitance when in the on state.

前記第2定電流回路は、第2基準電圧が入力され、前記第2基準電圧に対応した一定の前記第2制御駆動電流を流す回路である。前記第2スイッチは、前記駆動信号により、前記第1スイッチがオン状態の時にオフ状態になり、前記第1スイッチがオフ状態の時にオン状態になって、前記第2制御駆動電流を接地側へ放出するスイッチである。そして、前記パワー半導体素子のばらつきに応じて前記第1基準電圧及び/又は前記第2基準電圧を調整する構成になっている。
更に、本発明では、前記パワー半導体素子の前記第1電極及び前記第2電極間を流れる導通電流の過電流状態を検出し、この過電流検出結果に基づいて前記第2基準電圧及び前記第2制御駆動電流を変化させて、前記パワー半導体素子のターンオフ時に生じるサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制回路を、設けたことを特徴としている。
The second constant current circuit is a circuit to which a second reference voltage is input and which causes the constant second control drive current corresponding to the second reference voltage to flow. The second switch is turned off by the drive signal when the first switch is in the on state, and is turned on when the first switch is in the off state, and the second control drive current is moved to the ground side. It is a switch to release. Then, the first reference voltage and/or the second reference voltage is adjusted according to the variation of the power semiconductor element.
Furthermore, in the present invention, the overcurrent state of the conduction current flowing between the first electrode and the second electrode of the power semiconductor element is detected, and the second reference voltage and the second current are detected based on the overcurrent detection result. It is characterized in that a surge voltage suppressing circuit for suppressing a surge voltage generated when the power semiconductor element is turned off is provided by changing the control drive current .

前記サージ電圧抑制回路は、例えば、前記導通電流の過電流状態を検出して前記過電流検出結果を出力する過電流検出回路と、前記過電流検出結果に基づき、前記第2基準電圧を調整して前記第2制御駆動電流を変化させる電圧調整回路と、を有している。 The surge voltage suppression circuit, for example, detects an overcurrent state of the conduction current and outputs the overcurrent detection result, and adjusts the second reference voltage based on the overcurrent detection result. And a voltage adjusting circuit for changing the second control drive current.

又、前記サージ電圧抑制回路は、例えば、前記第2基準電圧よりも小さな第3基準電圧を入力し、前記第3基準電圧に対応して、前記第2制御駆動電流よりも小さな一定の第3制御駆動電流を、前記入力容量から前記第2スイッチを通して前記接地側へ放出させる第3定電流回路と、前記導通電流の過電流状態を検出すると、前記過電流検出結果を出力する過電流検出回路と、前記過電流検出結果を入力すると、前記第2定電流回路に代えて前記第3定電流回路を選択して動作させる選択手段と、を有している。 Further, the surge voltage suppression circuit inputs, for example, a third reference voltage smaller than the second reference voltage, and corresponds to the third reference voltage and has a constant third smaller than the second control drive current. A third constant current circuit that discharges a control drive current from the input capacitance to the ground side through the second switch, and an overcurrent detection circuit that outputs the overcurrent detection result when an overcurrent state of the conduction current is detected. And a selecting means for selecting and operating the third constant current circuit instead of the second constant current circuit when the result of the overcurrent detection is input.

例えば、前記パワーモジュールは、更に、前記第1基準電圧、前記第2基準電圧、及び前記第3基準電圧を供給する基準電圧供給回路を備えている。
前記基準電圧供給回路は、例えば、前記第1基準電圧、前記第2基準電圧、及び前記第3基準電圧をそれぞれ出力する基準電源により構成されている。
For example, the power module further includes a reference voltage supply circuit that supplies the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage.
The reference voltage supply circuit includes, for example, a reference power source that outputs the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage, respectively.

又、前記基準電圧供給回路は、例えば、電源電圧を分圧して前記第1基準電圧、前記第2基準電圧、及び前記第3基準電圧をそれぞれ出力する分圧抵抗により構成されている。 Further, the reference voltage supply circuit is configured by, for example, a voltage dividing resistor that divides a power supply voltage and outputs the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage, respectively.

前記第1定電流回路は、例えば、第1駆動電流に比例した前記第1制御駆動電流を流す1段又は複数段の第1カレントミラー回路と、前記第1駆動電流を検出してこれに対応する第1駆動電圧を生成し、前記第1駆動電圧を前記第1基準電圧に追従させて前記第1駆動電流を変化させる第1誤差増幅回路と、を有している。前記第2定電流回路は、例えば、第2駆動電流に比例した前記第2制御駆動電流を流す1段又は複数段の第2カレントミラー回路と、前記第2駆動電流を検出してこれに対応する第2駆動電圧を生成し、前記第2駆動電圧を前記第2基準電圧に追従させて前記第2駆動電流を変化させる第2誤差増幅回路と、を有している。更に、前記第3定電流回路は、例えば、第3駆動電流に比例した前記第3制御駆動電流を流す1段又は複数段の第3カレントミラー回路と、前記第3駆動電流を検出してこれに対応する第3駆動電圧を生成し、前記第3駆動電圧を前記第3基準電圧に追従させて前記第3駆動電流を変化させる第3誤差増幅回路と、を有している。 The first constant current circuit detects, for example, one stage or a plurality of stages of first current mirror circuits that flow the first control drive current proportional to the first drive current, and detects the first drive current and responds thereto. A first error amplification circuit that changes the first drive current by causing the first drive voltage to follow the first reference voltage. The second constant current circuit detects, for example, one stage or a plurality of stages of second current mirror circuits for flowing the second control drive current proportional to the second drive current, and detects the second drive current and responds thereto. And a second error amplifier circuit that changes the second drive current by causing the second drive voltage to follow the second reference voltage. Further, the third constant current circuit detects, for example, one or a plurality of stages of third current mirror circuits for flowing the third control drive current proportional to the third drive current and the third drive current. And a third error amplification circuit that changes the third drive current by causing the third drive voltage to follow the third reference voltage.

前記パワーモジュールは、例えば、パッケージに収容されている。 The power module is housed in a package, for example.

本発明のパワーモジュールによれば、次の(a)〜(c)のような効果がある。 The power module of the present invention has the following effects (a) to (c).

(a) 第1定電流回路及び第2定電流回路を有し、パワー半導体素子のばらつきに応じて第1基準電圧及び/又は第2基準電圧を調整する構成になっているので、ターンオン時間及び/又はターンオフ時間の最大値及び/又は最小値のばらつきを改善できる。これにより、スイッチング損失とサージ電圧のばらつきの少ないパワーモジュールを実現できる。 (A) Since the first constant current circuit and the second constant current circuit are provided and the first reference voltage and/or the second reference voltage is adjusted according to the variation of the power semiconductor element , the turn-on time and The variation of the maximum value and/or the minimum value of the turn-off time can be improved. As a result, it is possible to realize a power module with less variation in switching loss and surge voltage.

(b) サージ電圧抑制回路を有しているので、パワー半導体素子の導通電流が過電流状態になった時に、第2制御駆動電流が変化し、そのパワー半導体素子のターンオフ時に生じるサージ電圧が抑制される。これにより、過電流状態でのパワー半導体素子のオフ時に発生するサージ電圧が低減されたパワーモジュールを実現できる。 (B) Since the power semiconductor device has the surge voltage suppressor circuit, the second control drive current changes when the conduction current of the power semiconductor device is in the overcurrent state, and the surge voltage generated when the power semiconductor device is turned off is suppressed. To be done. As a result, it is possible to realize a power module in which the surge voltage generated when the power semiconductor element is turned off in the overcurrent state is reduced.

(c) 第1定電流回路、第2定電流回路及び第3定電流回路を、例えば、カレントミラー回路及び誤差増幅回路で構成した場合、カレントミラー回路を多段にすることで、電流増幅率の増加と特性の安定性を実現できる。 (C) When the first constant current circuit, the second constant current circuit, and the third constant current circuit are composed of, for example, a current mirror circuit and an error amplifier circuit, the current mirror circuit is provided in multiple stages to reduce the current amplification factor. Increase and stability of characteristics can be realized.

本発明の実施例1におけるパワーモジュールを示す概略の構成図1 is a schematic configuration diagram showing a power module according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施例2におけるパワーモジュールを示す概略の構成図Example 2 Schematic configuration diagram showing a power module in Example 2 of the present invention 図2中の第1定電流回路の構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of the first constant current circuit in FIG. 図2中の第2、第3定電流回路の構成例を示す回路図A circuit diagram showing a configuration example of the second and third constant current circuits in FIG. 図2中の第1、第2スイッチの構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of the first and second switches in FIG. 図2のパワーモジュールの動作を示す電圧・電流波形図Voltage/current waveform diagram showing the operation of the power module in Fig. 2. 図4における短絡故障ターンオフの詳細を示す電圧・電流波形図Voltage/current waveform diagram showing details of short-circuit fault turn-off in Fig. 4 本発明の実施例3における基準電圧供給回路の構成例を示す回路図Circuit diagram showing a configuration example of a reference voltage supply circuit in Example 3 of the present invention 本発明の実施例4におけるパワー半導体素子としてのIGBTの概略を示す等価回路図Equivalent circuit diagram showing an outline of an IGBT as a power semiconductor element in Example 4 of the present invention 従来のNチャネル型パワーMOSの概略を示す等価回路図Equivalent circuit diagram showing the outline of a conventional N-channel power MOS 図8の負荷抵抗Rlに対するパワーMOS1のスイッチング動作波形図Waveform diagram of the switching operation of the power MOS1 with respect to the load resistance Rl in FIG. 図8のパワーMOS1の電気的・熱的特性(ケース温度Tc=25℃)の一例を示すデータシートData sheet showing an example of electrical/thermal characteristics (case temperature Tc=25° C.) of the power MOS 1 of FIG.

本発明を実施するための形態は、以下の好ましい実施例の説明を添付図面と照らし合わせて読むと、明らかになるであろう。但し、図面はもっぱら解説のためのものであって、本発明の範囲を限定するものではない。 Modes for carrying out the present invention will become apparent when the following description of the preferred embodiments is read in view of the accompanying drawings. However, the drawings are for the purpose of explanation only, and do not limit the scope of the present invention.

(実施例1の構成)
図1は、本発明の実施例1におけるパワーモジュールを示す概略の構成図である。
パワーモジュール10の入力側には、ゲートドライブ用電源55が接続され、そのパワーモジュール10の出力側に、負荷回路60が接続されている。
(Structure of Example 1)
1 is a schematic configuration diagram showing a power module according to a first embodiment of the present invention.
The power supply for gate drive 55 is connected to the input side of the power module 10, and the load circuit 60 is connected to the output side of the power module 10.

パワーモジュール10は、パワー半導体素子等を収容するパッケージ10aを有している。パッケージ10aは、高耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成されている。このパッケージ10aには、直流の電源電圧VDDを入力する(+)側電源端子11a、接地側の(−)側電源端子11b、駆動信号(例えば、ゲートパルス)Pgを入力する制御端子12、(+)側出力端子13a、及び接地側の(−)側出力端子13bが設けられている。 The power module 10 has a package 10a that houses a power semiconductor element and the like. The package 10a is made of resin or ceramics having high heat resistance and high insulation properties. In this package 10a, a (+) side power supply terminal 11a for inputting a DC power supply voltage VDD, a (−) side power supply terminal 11b for grounding, a control terminal 12 for inputting a drive signal (for example, a gate pulse) Pg, ( A (+) side output terminal 13a and a (-) side output terminal 13b on the ground side are provided.

パッケージ10a内には、第1定電流回路20と、第2定電流回路30―1と、基準電圧供給回路としてのターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23、ターンオフ時間(tf1)調整用の第2基準電源33−1と、第1、第2スイッチ41,42と、パワー半導体素子(例えば、Nチャネル型パワーMOS)43と、サージ電圧抑制回路50と、が収容されている。 In the package 10a, a first constant current circuit 20, a second constant current circuit 30-1, a first reference power supply 23 for adjusting a turn-on time (tr) as a reference voltage supply circuit, and a turn-off time (tf1) adjustment. The second reference power supply 33-1 for use, the first and second switches 41 and 42, the power semiconductor element (for example, N-channel type power MOS) 43, and the surge voltage suppression circuit 50 are housed.

第1定電流回路20、第1、第2スイッチ41,42、及び第2定電流回路30―1は、(+)側電源端子11aと(−)側電源端子11bとの間に直列に接続されている。第1スイッチ41と第2スイッチ42との接続点には、パワーMOS43の制御電極としてのゲートが接続されている。パワーMOS43の第1電極としてのドレインは、(+)側出力端子13aに接続され、パワーMOS43の第2電極としてのソースが(−)側出力端子13bに接続されている。 The first constant current circuit 20, the first and second switches 41 and 42, and the second constant current circuit 30-1 are connected in series between the (+) side power supply terminal 11a and the (−) side power supply terminal 11b. Has been done. A gate as a control electrode of the power MOS 43 is connected to a connection point between the first switch 41 and the second switch 42. The drain as the first electrode of the power MOS 43 is connected to the (+) side output terminal 13a, and the source as the second electrode of the power MOS 43 is connected to the (-) side output terminal 13b.

第1定電流回路20は、ターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23から入力される第1基準電圧Vtrに対応した一定の第1制御駆動電流I41を第1スイッチ41側へ流す回路である。第2定電流回路30―1は、ターンオフ時間(tf1)調整用の第2基準電源33−1から入力される第2基準電圧Vtf1に対応した一定の第2制御駆動電流I42又は第3制御駆動電流I43(<I42)を接地側へ流す回路である。 The first constant current circuit 20 is a circuit for flowing a constant first control drive current I41 corresponding to the first reference voltage Vtr input from the first reference power supply 23 for turn-on time (tr) adjustment to the first switch 41 side. Is. The second constant current circuit 30-1 includes a constant second control drive current I42 or a third control drive corresponding to the second reference voltage Vtf1 input from the second reference power supply 33-1 for adjusting the turn-off time (tf1). It is a circuit that allows a current I43 (<I42) to flow to the ground side.

第1スイッチ41は、制御端子12から入力されるゲートパルスPgによりオン/オフ動作し(例えば、ゲートパルスPgのLレベルによりオン状態、Hレベルによりオフ状態になり)、オン状態の時に、第1定電流回路20からの第1制御駆動電流I41をパワーMOS43のゲートを通してその寄生容量からなる入力容量Cissへ注入するものである。第2スイッチ42は、制御端子12から入力されるゲートパルスPgにより、第1スイッチ41がオン状態の時にオフ状態(例えば、ゲートパルスPgのLレベルによりオフ状態)になり、第1スイッチ41がオフ状態の時にオン状態(例えば、ゲートパルスPgのHレベルによりオン状態)になって、パワーMOS43のゲートからの第2制御駆動電流I42又は第3制御駆動電流I43を第2定電流回路30―1側へ放出するものである。 The first switch 41 is turned on/off by the gate pulse Pg input from the control terminal 12 (for example, turned on by the L level of the gate pulse Pg and turned off by the H level), and when the on state is set, the first switch 41 The first control drive current I41 from the first constant current circuit 20 is injected through the gate of the power MOS 43 into the input capacitance Ciss which is its parasitic capacitance. The second switch 42 is turned off by the gate pulse Pg input from the control terminal 12 when the first switch 41 is on (for example, turned off by the L level of the gate pulse Pg), and the first switch 41 is turned on. When in the off state, it is turned on (for example, turned on by the H level of the gate pulse Pg), and the second control drive current I42 or the third control drive current I43 from the gate of the power MOS 43 is transferred to the second constant current circuit 30-. It is released to the 1 side.

パワーMOS43は、ゲートに生じる入力容量Cissに第1制御駆動電流I41が注入され、その入力容量Cissに掛かる制御電圧としてのゲート電圧Vgが上昇して閾値電圧Vthを超えるとターンオンし、その入力容量Cissの蓄積電荷が放電されて第2制御駆動電流I42又は第3制御駆動電流I43が放出され、その入力容量Cissに掛かるゲート電圧Vgが低下して閾値電圧Vthを下回るとターンオフするスイッチング素子である。 The power MOS 43 is turned on when the first control drive current I41 is injected into the input capacitance Ciss generated at the gate and the gate voltage Vg as a control voltage applied to the input capacitance Ciss rises and exceeds the threshold voltage Vth, and the input capacitance Ciss is turned on. It is a switching element that is turned off when the accumulated charge of Ciss is discharged and the second control drive current I42 or the third control drive current I43 is discharged, and the gate voltage Vg applied to the input capacitance Ciss decreases and falls below the threshold voltage Vth. ..

パワーMOS43のドレイン側及び第2基準電源33−1側には、サージ電圧抑制回路50が接続されている。サージ電圧抑制回路50は、パワーMOS43のドレイン・ソース間を流れる導通電流(例えば、ドレイン電流Id)の過電流状態を検出し、この過電流検出結果に基づいて第2基準電圧Vtf1及び第2制御駆動電流I42を変化させて、パワーMOS43のターンオフ時に生じるサージ電圧を抑制する回路である。 The surge voltage suppression circuit 50 is connected to the drain side of the power MOS 43 and the second reference power supply 33-1 side. The surge voltage suppression circuit 50 detects an overcurrent state of a conduction current (for example, drain current Id) flowing between the drain and source of the power MOS 43, and based on the overcurrent detection result, the second reference voltage Vtf1 and the second control. It is a circuit that changes the drive current I42 to suppress the surge voltage generated when the power MOS 43 is turned off.

サージ電圧抑制回路50は、例えば、(+)側出力端子13aとパワーMOS43のドレイン側との間に接続された過電流検出回路51と、この過電流検出回路51と第2基準電源33−1側との間に接続された電圧調整回路52と、を有している。過電流検出回路51は、パワーMOS43におけるドレイン電流Idの過電流状態を検出して過電流検出結果としての過電流検出信号S51を電圧調整回路52へ出力する回路である。電圧調整回路52は、過電流検出信号S51に基づき、第2基準電源33−1の第2基準電圧Vtf1を調整して、第2制御駆動電流I42を第3制御駆動電流I43(<I42)へ変化させる回路である。 The surge voltage suppression circuit 50 includes, for example, an overcurrent detection circuit 51 connected between the (+) side output terminal 13a and the drain side of the power MOS 43, the overcurrent detection circuit 51, and the second reference power supply 33-1. And a voltage adjusting circuit 52 connected between the side and the side. The overcurrent detection circuit 51 is a circuit that detects an overcurrent state of the drain current Id in the power MOS 43 and outputs an overcurrent detection signal S51 as an overcurrent detection result to the voltage adjustment circuit 52. The voltage adjustment circuit 52 adjusts the second reference voltage Vtf1 of the second reference power supply 33-1 based on the overcurrent detection signal S51 to change the second control drive current I42 to the third control drive current I43 (<I42). It is a circuit that changes.

(+)側電源端子11aと(−)側電源端子11bとの間には、電源電圧VDDを印加するためのゲートドライブ用電源50が接続されている。更に、(+)側出力端子13a及び(−)側出力端子13bには、負荷回路60が接続されている。負荷回路60は、例えば、負荷抵抗61及び直流の駆動電源62等を有し、これらが(+)側出力端子13aと(−)側出力端子13bとの間に直列に接続されている。 A gate drive power supply 50 for applying a power supply voltage VDD is connected between the (+) side power supply terminal 11a and the (−) side power supply terminal 11b. Further, a load circuit 60 is connected to the (+) side output terminal 13a and the (−) side output terminal 13b. The load circuit 60 has, for example, a load resistor 61 and a DC drive power source 62, which are connected in series between the (+) side output terminal 13a and the (−) side output terminal 13b.

(実施例1の動作)
パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態ではない通常状態の場合、サージ電圧抑制回路50内の過電流検出回路51から過電流検出信号S51が出力されないので、そのサージ電圧抑制回路50が動作しない。制御端子12に印加されるゲートパルスPgがLレベルの場合、第1スイッチ41がオンする共に、第2スイッチ42がオフする。第1定電流回路20は、ターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23から供給された第1基準電圧Vtrに基づき、一定の第1制御駆動電流I41を流すように動作する。この第1制御駆動電流I41は、第1スイッチ41を通してパワーMOS43のゲートへ流れる。
(Operation of Example 1)
In a normal state where the drain current Id of the power MOS 43 is not in the overcurrent state, the overcurrent detection signal S51 is not output from the overcurrent detection circuit 51 in the surge voltage suppression circuit 50, so the surge voltage suppression circuit 50 does not operate. When the gate pulse Pg applied to the control terminal 12 is at L level, the first switch 41 is turned on and the second switch 42 is turned off. The first constant current circuit 20 operates to flow a constant first control drive current I41 based on the first reference voltage Vtr supplied from the first reference power supply 23 for adjusting the turn-on time (tr). The first control drive current I41 flows to the gate of the power MOS 43 through the first switch 41.

第1制御駆動電流I41がパワーMOS43のゲートに流れると、その第1制御駆動電流I41がパワーMOS43の入力容量Cissに注入され、そのパワーMOS43のゲート電圧Vgが上昇する。ゲート電圧Vgが上昇してパワーMOS43の閾値電圧Vthを超えると、このパワーMOS43が、所定のターンオン時間trをおいてターンオンする。パワーMOS43がターンオンすると、負荷回路60内の駆動電源62→負荷抵抗61→パワーMOS43、へ駆動電流が流れて負荷回路60が動作する。 When the first control drive current I41 flows into the gate of the power MOS 43, the first control drive current I41 is injected into the input capacitance Ciss of the power MOS 43, and the gate voltage Vg of the power MOS 43 rises. When the gate voltage Vg rises and exceeds the threshold voltage Vth of the power MOS 43, the power MOS 43 turns on after a predetermined turn-on time tr. When the power MOS 43 is turned on, a drive current flows in the drive power supply 62 →load resistance 61 →power MOS 43 in the load circuit 60, and the load circuit 60 operates.

制御端子12に印加されるゲートパルスPgがHレベルになると、第1スイッチ41がオフする共に第2スイッチ42がオンする。すると、パワーMOS43の入力容量Cissに蓄積された電荷が、第2スイッチ42を通して第2定電流回路30−1へ流れる。第2定電流回路30−1は、ターンオフ時間(tf1)調整用の第2基準電源33−1から供給された第2基準電圧Vtf1に基づき、一定の第2制御駆動電流I42を流すように動作する。そのため、第2制御駆動電流I42が、(−)側電源端子11bへ放電される。 When the gate pulse Pg applied to the control terminal 12 becomes H level, the first switch 41 is turned off and the second switch 42 is turned on. Then, the charge accumulated in the input capacitance Ciss of the power MOS 43 flows to the second constant current circuit 30-1 through the second switch 42. The second constant current circuit 30-1 operates to flow a constant second control drive current I42 based on the second reference voltage Vtf1 supplied from the second reference power supply 33-1 for adjusting the turn-off time (tf1). To do. Therefore, the second control drive current I42 is discharged to the (−) side power supply terminal 11b.

パワーMOS43の入力容量Cissに蓄積された電荷が放電され、ゲート電圧Vgが低下して閾値電圧Vthを下回ると、このパワーMOS43が、所定のターンオフ時間tfをおいてターンオフする。パワーMOS43がターンオフすると、負荷回路60内の駆動電流が遮断されて動作が停止する。 When the charge accumulated in the input capacitance Ciss of the power MOS 43 is discharged and the gate voltage Vg drops and falls below the threshold voltage Vth, the power MOS 43 turns off after a predetermined turn-off time tf. When the power MOS 43 is turned off, the drive current in the load circuit 60 is cut off and the operation is stopped.

ここで、パワーMOS43のばらつきについて説明する。
パワーMOS43のばらつきにより、パワーモジュール10毎に、スイッチング損失Slossとサージ電圧Vdsgがばらつく。そこで、第1基準電圧Vtrによって第1制御駆動電流I41を調整し、パワーMOS43のターンオン時間tr(つまり、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち下がり時間)が大きい場合には、小さくし、そのターンオン時間trが小さい場合には、大きくする。又、第2基準電圧Vtf1によって第2制御駆動電流I42を調整し、パワーMOS43のターンオフ時間tf(つまり、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がり時間)が大きい場合には、小さくし、そのターンオン時間tfが小さい場合には、大きくする。このように、パワーモジュール10毎に最適な第1制御駆動電流I41及び/又は第2制御駆動電流I42を設定することにより、スイッチング損失Slossとサージ電圧Vdsgのばらつきを少なくすることが可能になる。
Here, the variation of the power MOS 43 will be described.
Due to the variation of the power MOS 43, the switching loss Sloss and the surge voltage Vdsg vary for each power module 10. Therefore, the first control drive current I41 is adjusted by the first reference voltage Vtr, and when the turn-on time tr of the power MOS 43 (that is, the fall time of the drain-source voltage Vds) is large, the first control drive current I41 is made small, and the turn-on time is reduced. If tr is small, increase it. Further, the second control drive current I42 is adjusted by the second reference voltage Vtf1, and when the turn-off time tf of the power MOS 43 (that is, the rise time of the drain-source voltage Vds) is long, the second control drive current I42 is made small, and the turn-on time tf is reduced. If is small, increase it. As described above, by setting the optimum first control drive current I41 and/or second control drive current I42 for each power module 10, it is possible to reduce variations in the switching loss Sloss and the surge voltage Vdsg.

次に、パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態の時の動作を説明する。
例えば、パワーMOS43の短絡故障時において、パワーMOS43が通常よりも大きな電流(過電流状態)でターンオフした場合、ターンオフ時のスイッチング時間によって大きなサージ電圧Vdsgが発生し、場合によってはパワーMOS43の耐圧を超えてしまう場合がある。このような従来の課題を解決するために、本実施例1では、以下のように動作する。
Next, the operation when the drain current Id of the power MOS 43 is in the overcurrent state will be described.
For example, when the power MOS 43 is turned off at a current (overcurrent state) larger than usual when the power MOS 43 has a short circuit failure, a large surge voltage Vdsg is generated due to the switching time at the time of turn-off, and the withstand voltage of the power MOS 43 may be increased in some cases. It may exceed. In order to solve such a conventional problem, the first embodiment operates as follows.

パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態になった場合、これがサージ電圧抑制回路50内の過電流検出回路51によって検出され、この過電流検出回路51から過電流検出信号S51が出力される。すると、電圧調整回路52により、第2基準電源33−1から供給される第2基準電圧Vtf1が低下し、第2定電流回路30−1が、第2制御駆動電流I42よりも小さな第3制御駆動電流I43を流すように動作する。 When the drain current Id of the power MOS 43 is in the overcurrent state, this is detected by the overcurrent detection circuit 51 in the surge voltage suppression circuit 50, and the overcurrent detection signal S51 is output from the overcurrent detection circuit 51. Then, the voltage adjustment circuit 52 lowers the second reference voltage Vtf1 supplied from the second reference power supply 33-1, and the second constant current circuit 30-1 causes the third control that is smaller than the second control drive current I42. It operates so as to pass the drive current I43.

ゲートパルスPgのHレベルにより、第1スイッチ41がオフすると共に第2スイッチ42がオンし、パワーMOS43の入力容量Cissに蓄積された電荷が接地側へ放電される場合、その蓄積電荷が、第2スイッチ42及び第2定電流回路30−1を通して(−)側電源端子11bへ流れる。この際、第2定電流回路30−1により、通常の第2制御駆動電流I42よりも小さな第3制御駆動電流I43が、(−)側電源端子11bへ流れる。そのため、パワーMOS43のターンオフ時におけるドレイン電流Idの立ち下がり時間が緩やかになり、更に、電圧変化も緩やかになるので、サージ電圧Vdsgが低減される。 When the first switch 41 is turned off and the second switch 42 is turned on by the H level of the gate pulse Pg, and the charge accumulated in the input capacitance Ciss of the power MOS 43 is discharged to the ground side, the accumulated charge is It flows through the 2 switch 42 and the 2nd constant current circuit 30-1 to the (-) side power supply terminal 11b. At this time, the second constant current circuit 30-1 causes the third control drive current I43 smaller than the normal second control drive current I42 to flow to the (−) side power supply terminal 11b. Therefore, the fall time of the drain current Id when the power MOS 43 is turned off becomes gradual, and the voltage change also becomes gradual, so that the surge voltage Vdsg is reduced.

(実施例1の効果)
本実施例1のパワーモジュール10によれば、次の(1)、(2)のような効果がある。
(Effect of Example 1)
The power module 10 according to the first embodiment has the following effects (1) and (2).

(1) 第1定電流回路20及び第2定電流回路30−1を有し、パワーMOS43のばらつきに応じて第1基準電圧Vtr及び/又は第2基準電圧Vtf1を調整する構成になっているので、ターンオン時間tr及び/又はターンオフ時間tfの最大値MAX及び/又は最小値MINにおける初期のばらつきが改善される。これにより、スイッチング損失Slossとサージ電圧Vdsgのばらつきの少ないパワーモジュール10を実現できる。 (1) It has a first constant current circuit 20 and a second constant current circuit 30-1, and is configured to adjust the first reference voltage Vtr and/or the second reference voltage Vtf1 according to variations in the power MOS 43 . Therefore, the initial variation in the maximum value MAX and/or the minimum value MIN of the turn-on time tr and/or the turn-off time tf is improved. As a result, it is possible to realize the power module 10 in which variations in the switching loss Sloss and the surge voltage Vdsg are small.

(2) サージ電圧抑制回路50を有しているので、パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態になった時に、パワーMOS43のゲートから、第2制御駆動電流I42よりも小さな第3制御駆動電流I43が放出され、そのパワーMOS43のターンオフ時に生じるサージ電圧Vdsgが抑制される。これにより、過電流状態でのパワーMOS43のオフ時に発生するサージ電圧Vdsgが低減されたパワーモジュール10を実現できる。 (2) Since the surge voltage suppressor circuit 50 is included, when the drain current Id of the power MOS 43 is in the overcurrent state, the third control drive current smaller than the second control drive current I42 is output from the gate of the power MOS 43. I43 is released, and the surge voltage Vdsg generated when the power MOS 43 is turned off is suppressed. This makes it possible to realize the power module 10 in which the surge voltage Vdsg generated when the power MOS 43 is turned off in the overcurrent state is reduced.

(実施例2の構成)
図2は、本発明の実施例2におけるパワーモジュールを示す概略の構成図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
(Structure of Example 2)
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a power module according to a second embodiment of the present invention, and elements common to those in FIG. 1 showing the first embodiment are designated by common reference numerals.

本実施例2のパワーモジュール10Aでは、実施例1と同様のパッケージ10aを有している。パッケージ10a内には、実施例1と同様の第1定電流回路20、第2定電流回路30―1、基準電圧供給回路としてのターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23とターンオフ時間(tf1)調整用の第2基準電源33−1、第1、第2スイッチ41,42、及びパワーMOS43と、実施例1とは構成の異なるサージ電圧抑制回路50Aと、が収容されている。 The power module 10A of the second embodiment has a package 10a similar to that of the first embodiment. In the package 10a, the first constant current circuit 20, the second constant current circuit 30-1, the first reference power supply 23 and the turn-off time for adjusting the turn-on time (tr) as the reference voltage supply circuit, which are the same as those in the first embodiment, are provided. (Tf1) The second reference power source 33-1 for adjustment, the first and second switches 41 and 42, the power MOS 43, and the surge voltage suppression circuit 50A having a different configuration from the first embodiment are housed.

サージ電圧抑制回路50Aは、パワーMOS43のドレイン側と第2定電流回路30−1の出力側との間に接続され、実施例1と同様の過電流検出回路51と、実施例1とは構成の異なる選択回路53、第3定電流回路30−2、基準電圧供給回路としてのターンオフ時間(tf2)調整用の第3基準電源33−2、及び第1、第2スイッチ素子34−1,34−2と、を有している。 The surge voltage suppressor circuit 50A is connected between the drain side of the power MOS 43 and the output side of the second constant current circuit 30-1, and is configured with the overcurrent detection circuit 51 similar to that of the first embodiment and the first embodiment. Different selection circuit 53, third constant current circuit 30-2, third reference power supply 33-2 for adjusting turn-off time (tf2) as a reference voltage supply circuit, and first and second switch elements 34-1 and 34. -2.

第1スイッチ素子34−1は、第2定電流回路30−1の出力側と(−)側電源端子11bとの間に接続されている。第3定電流回路30−2及び第2スイッチ素子34−2は、直列に接続され、この直列回路が、第2定電流回路30−1及び第1スイッチ素子34−1に対して並列に接続されている。第3定電流回路30―2は、ターンオフ時間(tf2)調整用の第3基準電源33−2から入力される第3基準電圧Vtf2(<第2基準電圧Vtf1)に対応した一定の第3制御駆動電流I43(<第2制御駆動電流I42)を、第2スイッチ素子34−2を介して接地側へ流す回路である。第1、第2スイッチ素子34−1,34−2は、例えば、スイッチング用トランジスタ等で構成されている。 The first switch element 34-1 is connected between the output side of the second constant current circuit 30-1 and the (−) side power supply terminal 11b. The third constant current circuit 30-2 and the second switch element 34-2 are connected in series, and the series circuit is connected in parallel to the second constant current circuit 30-1 and the first switch element 34-1. Has been done. The third constant current circuit 30-2 has a constant third control corresponding to the third reference voltage Vtf2 (<second reference voltage Vtf1) input from the third reference power supply 33-2 for adjusting the turn-off time (tf2). It is a circuit that causes the drive current I43 (<second control drive current I42) to flow to the ground side via the second switch element 34-2. The first and second switch elements 34-1 and 34-2 are composed of, for example, switching transistors.

(+)側出力端子13aとパワーMOS43のドレイン側との間には、過電流検出回路51が接続され、更に、その過電流検出回路51の出力側に、選択回路53が接続されている。選択回路53は、過電流検出回路51から出力される過電流検出信号S51に基づき、第1スイッチ素子34−1又は第2スイッチ素子34−2を選択し、第1スイッチ素子34−1を遮断させる(つまり、オフする)と共に、第2スイッチ素子34−2を導通させる(つまり、オンする)ための回路である。即ち、選択回路53は、パワーMOS43のドレイン・ソース間に流れるドレイン電流Idが通常電流状態の時には、第1スイッチ素子34−1をオンすると共に、第2スイッチ素子34−2をオフし、パワーMOS43のドレイン・ソース間に流れるドレイン電流Idが過電流状態の時には、第1スイッチ素子34−1をオフすると共に、第2スイッチ素子34−2をオンする機能を有している。 An overcurrent detection circuit 51 is connected between the (+) side output terminal 13a and the drain side of the power MOS 43, and a selection circuit 53 is connected to the output side of the overcurrent detection circuit 51. The selection circuit 53 selects the first switch element 34-1 or the second switch element 34-2 based on the overcurrent detection signal S51 output from the overcurrent detection circuit 51 and shuts off the first switch element 34-1. It is a circuit for turning on (that is, turning off) and conducting (that is, turning on) the second switch element 34-2. That is, when the drain current Id flowing between the drain and the source of the power MOS 43 is in the normal current state, the selection circuit 53 turns on the first switch element 34-1 and turns off the second switch element 34-2 to turn off the power. When the drain current Id flowing between the drain and the source of the MOS 43 is in the overcurrent state, it has a function of turning off the first switch element 34-1 and turning on the second switch element 34-2.

このような選択回路53及び第1、第2スイッチ素子34−1,34−2により、選択手段が構成されている。その他の構成は、実施例1と同様である。 The selection circuit 53 and the first and second switch elements 34-1 and 34-2 constitute a selection unit. Other configurations are similar to those of the first embodiment.

図3Aは、図2中の第1定電流回路20の構成例を示す回路図である。
第1定電流回路20は、1段の第1カレントミラー回路21と第1誤差増幅回路22とによって構成されている。第1カレントミラー回路21は、入力側に流れる第1駆動電流I21aに比例した第1制御駆動電流I41を出力側に流す回路である。第1誤差増幅回路22は、第1カレントミラー回路21の入力側に流れる第1駆動電流I21aを検出してこれに対応する第1駆動電圧V22bを生成し、この第1駆動電圧V22bを、ターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23から入力される第1基準電圧Vtrに追従させて、第1カレントミラー回路21の入力側に流れる第1駆動電流I21aを変化させる回路である。
FIG. 3A is a circuit diagram showing a configuration example of the first constant current circuit 20 in FIG.
The first constant current circuit 20 is composed of a first stage current mirror circuit 21 and a first error amplifier circuit 22. The first current mirror circuit 21 is a circuit that allows a first control drive current I41 proportional to the first drive current I21a flowing to the input side to flow to the output side. The first error amplifier circuit 22 detects the first drive current I21a flowing to the input side of the first current mirror circuit 21, generates the corresponding first drive voltage V22b, and turns on the first drive voltage V22b. It is a circuit that changes the first drive current I21a flowing to the input side of the first current mirror circuit 21 by following the first reference voltage Vtr input from the first reference power supply 23 for time (tr) adjustment.

第1カレントミラー回路21は、トランジスタサイズが1:x(例えば、1:100)の一対のトランジスタ(例えば、Pチャネル型MOSFET、以下「PMOS」という。)21a,21bにより構成されている。一対のPMOS21a,21bは、ゲートが共通に接続され、それらのソースが(+)側電源端子11aに対して並列に接続されている。PMOS21aのドレインは、PMOS21a,21bのゲートに接続されている。 The first current mirror circuit 21 is composed of a pair of transistors (for example, P-channel MOSFET, hereinafter referred to as “PMOS”) 21a and 21b having a transistor size of 1:x (for example, 1:100). Gates of the pair of PMOSs 21a and 21b are commonly connected, and their sources are connected in parallel to the (+) side power supply terminal 11a. The drain of the PMOS 21a is connected to the gates of the PMOS 21a and 21b.

第1誤差増幅回路22は、第1駆動電流I21aの電流値を変化させるトランジスタ(例えば、Nチャネル型MOSFET、以下「NMOS」という。)22aと、第1駆動電流I21aを検出してこれに対応する第1駆動電圧V22bを生成する抵抗22bと、演算増幅器(以下「オペアンプ」という。)22cと、により構成されている。PMOS21aのドレイン及びPMOS21a,21bのゲートと接地側との間には、NMOS22aのドレイン・ソースと抵抗22bとが直列に接続されている。NMOS22aのソースは、オペアンプ22cの(−)側入力端子に接続され、そのNMOS22aのゲートがオペアンプ22cの出力端子に接続されている。オペアンプ22cは、(+)側入力端子が第1基準電源23に接続され、(−)側入力端子に入力される第1駆動電圧V22bを、(+)側入力端子に入力される第1基準電圧Vtrに追従させて、NMOS22aに流れる第1駆動電流I21aを変化させる機能を有している。 The first error amplification circuit 22 detects a transistor (for example, an N-channel MOSFET, hereinafter referred to as “NMOS”) 22a that changes the current value of the first drive current I21a and the first drive current I21a and responds thereto. The resistor 22b for generating the first drive voltage V22b and the operational amplifier (hereinafter referred to as "op amp") 22c. The drain/source of the NMOS 22a and the resistor 22b are connected in series between the drain of the PMOS 21a and the gates of the PMOSs 21a and 21b and the ground side. The source of the NMOS 22a is connected to the (−) side input terminal of the operational amplifier 22c, and the gate of the NMOS 22a is connected to the output terminal of the operational amplifier 22c. The (+) side input terminal of the operational amplifier 22c is connected to the first reference power source 23, and the first drive voltage V22b input to the (−) side input terminal is input to the (+) side input terminal as a first reference. It has a function of changing the first drive current I21a flowing through the NMOS 22a by following the voltage Vtr.

図3Bは、図2中の第2、第3定電流回路30―1,30−2の構成例を示す回路図である。
図2中の第3定電流回路30−2は、第2定電流回路30−1と同様の構成である。
FIG. 3B is a circuit diagram showing a configuration example of the second and third constant current circuits 30-1 and 30-2 in FIG.
The third constant current circuit 30-2 in FIG. 2 has the same configuration as the second constant current circuit 30-1.

第2定電流回路30―1は、2段の第2カレントミラー回路31と第2誤差増幅回路32とによって構成されている。第2カレントミラー回路31は、入力側に流れる第2駆動電流I31aに比例した第2制御駆動電流I42(第3定電流回路30−2の場合は、入力側に流れる第2駆動電流I31aに比例した第3制御駆動電流I43)を出力側に流す回路である。第2誤差増幅回路32は、第2カレントミラー回路31の入力側に流れる第2駆動電流I31aを検出してこれに対応する第2駆動電圧V32bを生成し、この第2駆動電圧V32bを、第2基準電源33−1から入力される第2基準電圧Vtf1(第3定電流回路30−2の場合は、第3基準電源33−2から入力される第3基準電圧Vtf2)に追従させて、第2カレントミラー回路31の入力側に流れる第2駆動電流I31aを変化させる回路である。 The second constant current circuit 30-1 is composed of a two-stage second current mirror circuit 31 and a second error amplification circuit 32. The second current mirror circuit 31 has a second control drive current I42 proportional to the second drive current I31a flowing to the input side (in the case of the third constant current circuit 30-2, a second drive current I31a proportional to the second drive current I31a flowing to the input side). The third control drive current I43) is supplied to the output side. The second error amplification circuit 32 detects the second drive current I31a flowing to the input side of the second current mirror circuit 31, generates a second drive voltage V32b corresponding to the second drive current I31a, and outputs the second drive voltage V32b to the second drive voltage V32b. The second reference voltage Vtf1 input from the second reference power supply 33-1 (in the case of the third constant current circuit 30-2, the third reference voltage Vtf2 input from the third reference power supply 33-2) is made to follow, This is a circuit that changes the second drive current I31a flowing to the input side of the second current mirror circuit 31.

第2カレントミラー回路31は、トランジスタサイズが1:1の一対の前段側のトランジスタ(例えば、PMOS)31a,31bと、トランジスタサイズが1:x(例えば、1:100)の一対の後段側のトランジスタ(例えば、NMOS)31c,31dと、により構成されている。 The second current mirror circuit 31 includes a pair of front-stage transistors (for example, PMOS) 31a and 31b having a transistor size of 1:1 and a pair of rear-stage transistors having a transistor size of 1:x (for example, 1:100). And transistors (for example, NMOS) 31c and 31d.

前段側のPMOS31a,31bは、ゲートが共通に接続され、それらのソースが電源電圧VDD側端子に対して並列に接続されている。PMOS31aのドレインは、PMOS31a,31bのゲートに接続されている。後段側のNMOS31c,31dは、ゲートが共通に接続され、そのゲートがPMOS31bのドレイン及びNMOS31cのドレインに接続されている。NMOS31dのドレインは、第2スイッチ42側端子に接続されている。更に、NMOS31c,31dのソースは、第1スイッチ素子34−1側端子(第3定電流回路30−2の場合は、第2スイッチ素子34−2側端子)に対して並列に接続されている。 Gates of the PMOSs 31a and 31b on the front stage side are commonly connected, and their sources are connected in parallel to the power supply voltage VDD side terminal. The drain of the PMOS 31a is connected to the gates of the PMOS 31a and 31b. Gates of the latter-stage NMOSs 31c and 31d are commonly connected, and the gates thereof are connected to the drain of the PMOS 31b and the drain of the NMOS 31c. The drain of the NMOS 31d is connected to the second switch 42 side terminal. Further, the sources of the NMOSs 31c and 31d are connected in parallel to the first switch element 34-1 side terminal (the second switch element 34-2 side terminal in the case of the third constant current circuit 30-2). ..

第2誤差増幅回路32は、第2駆動電流I31aの電流値を変化させるトランジスタ(例えば、NMOS)32aと、第2駆動電流I31aを検出してこれに対応する第2駆動電圧V32bを生成する抵抗32bと、オペアンプ32cと、により構成されている。PMOS31aのドレイン及びPMOS31a,31bのゲートと第1スイッチ素子34−1側端子(第3定電流回路30−2の場合は、第2スイッチ素子34−2側端子)との間には、NMOS32aのドレイン・ソースと抵抗32bとが直列に接続されている。NMOS32aのソースは、オペアンプ32cの(−)側入力端子に接続され、そのNMOS32aのゲートがオペアンプ32cの出力端子に接続されている。オペアンプ32cは、(+)側入力端子が第2基準電源33−1(第3定電流回路30−2の場合は、第3基準電源33−2)に接続され、(−)側入力端子に入力される第2駆動電圧V32bを、(+)側入力端子に入力される第2基準電圧Vtf1(第3定電流回路30−2の場合は、第3基準電圧Vtf2)に追従させて、NMOS32aに流れる第2駆動電流I31aを変化させる機能を有している。 The second error amplifier circuit 32 includes a transistor (for example, NMOS) 32a that changes the current value of the second drive current I31a, and a resistor that detects the second drive current I31a and generates a second drive voltage V32b corresponding to the detected current. It is constituted by 32b and an operational amplifier 32c. Between the drain of the PMOS 31a and the gates of the PMOSs 31a and 31b and the first switch element 34-1 side terminal (the second switch element 34-2 side terminal in the case of the third constant current circuit 30-2), the NMOS 32a is connected. The drain/source and the resistor 32b are connected in series. The source of the NMOS 32a is connected to the (−) side input terminal of the operational amplifier 32c, and the gate of the NMOS 32a is connected to the output terminal of the operational amplifier 32c. The (+) side input terminal of the operational amplifier 32c is connected to the second reference power supply 33-1 (the third reference power supply 33-2 in the case of the third constant current circuit 30-2), and the (−) side input terminal is connected to the (−) side input terminal. The input second drive voltage V32b is made to follow the second reference voltage Vtf1 (third reference voltage Vtf2 in the case of the third constant current circuit 30-2) input to the (+) side input terminal, and the NMOS 32a. It has a function of changing the second drive current I31a flowing in the.

図3Cは、図2中の第1、第2スイッチ41,42の構成例を示す回路図である。
第1スイッチ41及び第2スイッチ42は、相補的にオン/オフ動作する相補型トランジスタ(例えば、直列に接続されたPMOS41a及びNMOS42aからなるCMOSトランジスタ)により構成されている。制御端子12は、バッファ14を介して、PMOS41a及びNMOS42aのゲートに共通に接続されている。PMOS41aのドレイン及びNMOS42aのドレインは、相互に接続され、この接続点が、パワーMOS43のゲートに接続されている。
FIG. 3C is a circuit diagram showing a configuration example of the first and second switches 41 and 42 in FIG.
The first switch 41 and the second switch 42 are configured by complementary transistors (for example, CMOS transistors including a PMOS 41a and an NMOS 42a connected in series) that perform complementary on/off operations. The control terminal 12 is commonly connected to the gates of the PMOS 41a and the NMOS 42a via the buffer 14. The drain of the PMOS 41a and the drain of the NMOS 42a are connected to each other, and this connection point is connected to the gate of the power MOS 43.

(パワーMOS43のドレイン電流Idが通常状態の時の動作)
図4は、図2のパワーモジュール10Aの動作を示す電圧・電流波形図である。
図4の横軸は時間t、縦軸はパワーMOS43におけるソース・ドレイン間電圧Vds波形の電圧値、及びそのパワーMOS43におけるドレイン電流Id波形の電流値である。
(Operation when the drain current Id of the power MOS 43 is in the normal state)
FIG. 4 is a voltage/current waveform diagram showing the operation of the power module 10A of FIG.
In FIG. 4, the horizontal axis represents time t, and the vertical axis represents the voltage value of the source-drain voltage Vds waveform in the power MOS 43 and the current value of the drain current Id waveform in the power MOS 43.

パワーMOS43の電気的・熱的特性には、素子によってはばらつきがあるため、例えば、ターンオン時間trの最低値tr_minは50ns、最大値tr_maxは200ns、及び標準値tr_typは100nsである。同様に、ターンオフ時間tfの最低値tf_minは50ns、最大値tf_maxは200ns、及び標準値tf_typは100nsである。ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち下がりとドレイン電流Idの立ち上がりとの交差箇所のハッチング領域と、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がりとドレイン電流Idの立ち下がりとの交差箇所のハッチング領域と、はオン/オフの切り替え時に発生するスイッチング損失Sloss(=Vds×Id)である。ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がり時には、寄生インダクタンスLd,Lsの影響により、過電圧のサージ電圧Vdsg[=(Ld+Ls)×di/dt]が発生することがある。 Since the electric/thermal characteristics of the power MOS 43 vary depending on the element, for example, the minimum value tr_min of the turn-on time tr is 50 ns, the maximum value tr_max is 200 ns, and the standard value tr_typ is 100 ns. Similarly, the minimum value tf_min of the turn-off time tf is 50 ns, the maximum value tf_max is 200 ns, and the standard value tf_typ is 100 ns. The hatching area at the intersection of the fall of the drain-source voltage Vds and the rise of the drain current Id and the hatching area of the intersection of the rise of the drain-source voltage Vds and the fall of the drain current Id are on. It is a switching loss Sloss (=Vds×Id) that occurs when switching on/off. When the drain-source voltage Vds rises, an overvoltage surge voltage Vdsg [=(Ld+Ls)×di/dt] may occur due to the influence of the parasitic inductances Ld and Ls.

例えば、パワーMOS43の規格値において、ターンオン時間tr及びターンオフ時間tfが標準値tr_typ(=50ns),tf_typ(=50ns)の場合には、以下のように動作する。 For example, in the standard value of the power MOS 43, when the turn-on time tr and the turn-off time tf are standard values tr_typ (=50 ns) and tf_typ (=50 ns), the following operation is performed.

パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態ではない通常状態の場合、過電流検出回路51から過電流検出信号S51が出力されないので、選択回路53の出力信号により、第1スイッチ素子34−1がオンし、第2スイッチ素子34−2がオフする。 In the normal state where the drain current Id of the power MOS 43 is not in the overcurrent state, the overcurrent detection signal S51 is not output from the overcurrent detection circuit 51, so the first switch element 34-1 is turned on by the output signal of the selection circuit 53. Then, the second switch element 34-2 is turned off.

制御端子12に印加されるゲートパルスPgがLレベルの場合、これが図3C中のバッファ14で駆動されてPMOS41a及びNMOS42aのゲートに供給される。すると、PMOS41aがオンする共に、NMOS42aがオフする。 When the gate pulse Pg applied to the control terminal 12 is at L level, it is driven by the buffer 14 in FIG. 3C and supplied to the gates of the PMOS 41a and the NMOS 42a. Then, the PMOS 41a is turned on and the NMOS 42a is turned off.

図3Aの第1定電流回路20中のオペアンプ22cは、ターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23から供給された第1基準電圧Vtrと、抵抗22bで検出された第1駆動電圧V22bと、の誤差を求め、この誤差が減少するように(つまり、第1駆動電圧V22bが第1基準電圧Vtrに追従するように)、NMOS22aをゲート制御して、(+)側電源端子11a→PMOS21a→NMOS22a→抵抗22b→接地側、へ流れる第1駆動電流I21aを変化させる。変化した第1駆動電流I21aは、一対のPMOS21a,21bからなる第1カレントミラー回路21により、例えば、100倍に増幅され、この増幅された第1制御駆動電流I41が、(+)側電源端子11a→PMOS21bのソース・ドレイン→図3C中のPMOS41aのソース・ドレイン→パワーMOS43のゲート、へ流れる。 The operational amplifier 22c in the first constant current circuit 20 of FIG. 3A includes the first reference voltage Vtr supplied from the first reference power supply 23 for adjusting the turn-on time (tr) and the first drive voltage V22b detected by the resistor 22b. And the error is calculated, and the NMOS 22a is gate-controlled so that the error decreases (that is, the first drive voltage V22b follows the first reference voltage Vtr), and the (+) side power supply terminal 11a→ The first drive current I21a flowing from the PMOS 21a to the NMOS 22a to the resistor 22b to the ground side is changed. The changed first drive current I21a is amplified 100 times, for example, by the first current mirror circuit 21 including the pair of PMOSs 21a and 21b, and the amplified first control drive current I41 is fed to the (+) side power supply terminal. 11a→source/drain of PMOS 21b→source/drain of PMOS 41a in FIG. 3C→gate of power MOS 43.

第1制御駆動電流I41がパワーMOS43のゲートに流れると、その第1制御駆動電流I41がパワーMOS43の入力容量Cissに注入され、そのパワーMOS43のゲート電圧Vgが上昇する。ゲート電圧Vgが上昇してパワーMOS43の閾値電圧Vthを超えると、このパワーMOS43が、所定のターンオン時間(標準値のターンオン時間tr_typ=100ns)をおいてターンオンする。パワーMOS43がターンオンすると、負荷回路60内の駆動電源62→負荷抵抗61→パワーMOS43、へ駆動電流が流れて負荷回路60が動作する。 When the first control drive current I41 flows into the gate of the power MOS 43, the first control drive current I41 is injected into the input capacitance Ciss of the power MOS 43, and the gate voltage Vg of the power MOS 43 rises. When the gate voltage Vg rises and exceeds the threshold voltage Vth of the power MOS 43, the power MOS 43 turns on after a predetermined turn-on time (standard turn-on time tr_typ=100 ns). When the power MOS 43 is turned on, a drive current flows in the drive power supply 62 →load resistance 61 →power MOS 43 in the load circuit 60, and the load circuit 60 operates.

制御端子12に印加されるゲートパルスPgがHレベルになると、これが図3C中のバッファ14で駆動されて、PMOS41aがオフする共にNMOS42aがオンする。 When the gate pulse Pg applied to the control terminal 12 becomes H level, this is driven by the buffer 14 in FIG. 3C, the PMOS 41a is turned off and the NMOS 42a is turned on.

図3Bの第2定電流回路30−1中のオペアンプ32cは、ターンオフ時間(tf1)調整用の第2基準電源33−1から供給された第2基準電圧Vtf1と、抵抗32bで検出された第2駆動電圧V32bと、の誤差を求め、この誤差が減少するように(つまり、第2駆動電圧V32bが第2基準電圧Vtf1に追従するように)、NMOS32aをゲート制御して、電源電圧VDD端子→PMOS31a→NMOS32a→抵抗32b→第1スイッチ素子34−1→(−)側電源端子11b、へ流れる第2駆動電流I31aを変化させる。 The operational amplifier 32c in the second constant current circuit 30-1 of FIG. 3B has the second reference voltage Vtf1 supplied from the second reference power supply 33-1 for adjusting the turn-off time (tf1) and the second reference voltage Vtf1 detected by the resistor 32b. The difference between the drive voltage V32b and the second drive voltage V32b is obtained, and the NMOS 32a is gate-controlled so that this error decreases (that is, the second drive voltage V32b follows the second reference voltage Vtf1), and the power supply voltage VDD terminal →PMOS 31a→NMOS 32a→resistor 32b→first switch element 34-1→(−) side power supply terminal 11b, and the second drive current I31a is changed.

変化した第2駆動電流I31aは、第2カレントミラー回路31における前段のPMOS31a,31b対によって1:1に変換された後、後段のNMOS31c,31d対により、例えば、100倍に増幅され、この増幅された第2制御駆動電流I42が、パワーMOS43のゲート→図3C中のNMOS42aのドレイン・ソース→図3Bの第2定電流回路30−1中のNMOS31dのドレイン・ソース→第1スイッチ素子34−1→(−)側電源端子11b、へ流れてパワーMOS43の入力容量Cissに蓄積された電荷が、(−)側電源端子11bへ放電される。 The changed second drive current I31a is converted to 1:1 by the pair of PMOS 31a and 31b at the front stage in the second current mirror circuit 31, and then amplified 100 times by the pair of NMOS 31c and 31d at the rear stage. The generated second control drive current I42 is the gate of the power MOS 43→the drain/source of the NMOS 42a in FIG. 3C→the drain/source of the NMOS 31d in the second constant current circuit 30-1 of FIG. 3B→the first switch element 34−. The charges flowing to the 1→(−) side power supply terminal 11b and accumulated in the input capacitance Ciss of the power MOS 43 are discharged to the (−) side power supply terminal 11b.

パワーMOS43の入力容量Cissに蓄積された電荷が放電され、ゲート電圧Vgが低下して閾値電圧Vthを下回ると、このパワーMOS43が、所定のターンオフ時間(標準値のターンオフ時間tf_typ=100ns)をおいてターンオフする。パワーMOS43がターンオフすると、負荷回路60内の駆動電流が遮断されて動作が停止する。 When the charge accumulated in the input capacitance Ciss of the power MOS 43 is discharged and the gate voltage Vg drops and falls below the threshold voltage Vth, the power MOS 43 keeps a predetermined turn-off time (standard turn-off time tf_typ=100 ns). Turn off. When the power MOS 43 is turned off, the drive current in the load circuit 60 is cut off and the operation is stopped.

次に、パワーMOS43のばらつきについて説明する。
パワーMOS43のばらつきにより、パワーモジュール10A毎に、スイッチング損失Sloss(=Vds×Id)とサージ電圧Vdsg[=(Ld+Ls)×di/dt)]がばらつく。そこで、第1基準電圧Vtrによって第1制御駆動電流I41を調整し、図4に示すように、パワーMOS43のターンオン時間tr(つまり、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち下がり時間)が大きい場合には、小さくし、そのターンオン時間trが小さい場合には、大きくする。又、第2基準電圧Vtf1によって第2制御駆動電流I42を調整し、パワーMOS43のターンオフ時間tf(つまり、ドレイン・ソース間電圧Vdsの立ち上がり時間)が大きい場合には、小さくし、そのターンオン時間tfが小さい場合には、大きくする。
Next, the variation of the power MOS 43 will be described.
Due to the variation of the power MOS 43, the switching loss Sloss (=Vds×Id) and the surge voltage Vdsg [=(Ld+Ls)×di/dt)] vary for each power module 10A. Therefore, the first control drive current I41 is adjusted by the first reference voltage Vtr, and when the turn-on time tr of the power MOS 43 (that is, the fall time of the drain-source voltage Vds) is long as shown in FIG. , And if the turn-on time tr is small, increase it. Further, the second control drive current I42 is adjusted by the second reference voltage Vtf1, and if the turn-off time tf of the power MOS 43 (that is, the rise time of the drain-source voltage Vds) is long, it is made small and the turn-on time tf. If is small, increase it.

このように、パワーモジュール10A毎に最適な第1制御駆動電流I41及び/又は第2制御駆動電流I42を設定することにより、スイッチング損失Slossとサージ電圧Vdsgのばらつきを少なくすることが可能になる。 As described above, by setting the optimum first control drive current I41 and/or second control drive current I42 for each power module 10A, it is possible to reduce variations in the switching loss Sloss and the surge voltage Vdsg.

(パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態の時の動作)
図5は、図4における短絡故障ターンオフの詳細を示す電圧・電流波形図である。
(Operation when the drain current Id of the power MOS 43 is in the overcurrent state)
FIG. 5 is a voltage/current waveform diagram showing details of the short circuit fault turn-off in FIG.

図5の横軸は時間t、縦軸は電圧値及び電流値である。この電圧・電流波形図において、例えば、1目盛(div)の時間tは200ns、1目盛(div)の電圧は100V/div、1目盛(div)の電流は20A/divである。波形測定条件として、パワーMOS43のドレイン・ソース間電圧Vdsは400V、パワーMOS温度(Tg)は125℃である。 The horizontal axis of FIG. 5 represents time t, and the vertical axis represents voltage value and current value. In this voltage/current waveform diagram, for example, the time t of one scale (div) is 200 ns, the voltage of one scale (div) is 100 V/div, and the current of one scale (div) is 20 A/div. As waveform measurement conditions, the drain-source voltage Vds of the power MOS 43 is 400 V, and the power MOS temperature (Tg) is 125° C.

パワーMOS43の短絡故障時におけるターンオフの際に、サージ電圧Vdsgが大きく立ち上がり(例えば、100V以下)、ドレイン電流Idが急激に立ち下がってオフしている(例えば、2μs以内)。VdsSFは、本実施例2のサージ電圧抑制作用により低減されたオーバーシュートのサージ電圧(例えば、30〜50V程度)、IdSFは、本実施例2のサージ電圧抑制作用により緩やかに立ち下がってオフするドレイン電流である。 When the power MOS 43 is turned off at the time of a short circuit failure, the surge voltage Vdsg rises largely (for example, 100 V or less), and the drain current Id sharply falls to turn off (for example, within 2 μs). VdsSF is an overshoot surge voltage (for example, about 30 to 50 V) reduced by the surge voltage suppressing action of the second embodiment, and IdSF gently falls and turns off due to the surge voltage suppressing action of the second embodiment. Drain current.

例えば、パワーMOS43の短絡故障時において、パワーMOS43が通常よりも大きな電流(過電流状態)でターンオフした場合、ターンオフ時のスイッチング時間(di/dt)によって大きなサージ電圧Vdsgが発生し、場合によってはパワーMOS43の耐圧を超えてしまう場合がある。このような従来の課題を解決するために、本実施例2では、以下のように動作する。 For example, when the power MOS 43 is short-circuited and the power MOS 43 is turned off with a current (overcurrent state) larger than usual, a large surge voltage Vdsg is generated due to the switching time (di/dt) at turn-off, and in some cases The breakdown voltage of the power MOS 43 may be exceeded. In order to solve such a conventional problem, the second embodiment operates as follows.

パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態になった場合、これが過電流検出回路51によって検出され、この過電流検出回路51から過電流検出信号S51が出力される。すると、選択回路53により、第1スイッチ素子34−1がオフ状態に切り替えられる共に、第2スイッチ素子34−2がオン状態に切り替えられる。 When the drain current Id of the power MOS 43 is in the overcurrent state, this is detected by the overcurrent detection circuit 51, and the overcurrent detection signal S51 is output from the overcurrent detection circuit 51. Then, the selection circuit 53 switches the first switch element 34-1 to the off state and switches the second switch element 34-2 to the on state.

ゲートパルスPgのHレベルにより、図3C中のNMOS42aがオンし、パワーMOS43の入力容量Cissに蓄積された電荷が接地側へ放電される場合、その蓄積電荷が、第3定電流回路30−2及び第2スイッチ素子34−2を通して(−)側電源端子11bへ流れる。この際、第3定電流回路30−2では、ターンオフ時間(tf2)調整用の第3基準電源33−2から供給される第3基準電圧Vtf2(<第2基準電圧Vtf1)により、通常の第2制御駆動電流I42よりも小さな第3制御駆動電流I43を、パワーMOS43の入力容量Ciss→NMOS42a→第3定電流回路30−2→第2スイッチ素子34−2→(−)側電源端子11b、へ流す。 When the NMOS 42a in FIG. 3C is turned on by the H level of the gate pulse Pg and the charge accumulated in the input capacitance Ciss of the power MOS 43 is discharged to the ground side, the accumulated charge is the third constant current circuit 30-2. And through the second switch element 34-2 to the (−) side power supply terminal 11b. At this time, in the third constant current circuit 30-2, the third reference voltage Vtf2 (<second reference voltage Vtf1) supplied from the third reference power supply 33-2 for adjusting the turn-off time (tf2) is used to control the normal voltage. The third control drive current I43 smaller than the second control drive current I42 is input to the power MOS 43 by the input capacitance Ciss→NMOS 42a→third constant current circuit 30-2→second switch element 34-2→(−) side power supply terminal 11b, Shed to.

そのため、パワーMOS43のターンオフ時におけるドレイン電流Idの立ち下がり時間(di/dt)が緩やかになり(電流波形IdSF)、更に、電圧変化(dv/dt)も緩やかになるので、サージ電圧Vdsgが波形VdsSFのように低減される。 Therefore, the fall time (di/dt) of the drain current Id when the power MOS 43 is turned off becomes gentle (current waveform IdSF), and the voltage change (dv/dt) also becomes gentle, so that the surge voltage Vdsg becomes a waveform. It is reduced like VdsSF.

(実施例2の効果)
本実施例2のパワーモジュール10Aによれば、次の(i)〜(iii)のような効果がある。
(Effect of Example 2)
The power module 10A of the second embodiment has the following effects (i) to (iii).

(i) 第1定電流回路20及び第2定電流回路30−1を有し、実施例1と同様に、パワーMOS43のばらつきに応じて第1基準電圧Vtr及び/又は第2基準電圧Vtf1を調整する構成になっているので、ターンオン時間tr及び/又はターンオフ時間tfの最大値MAX及び/又は最小値MINにおける初期のばらつきが改善される。これにより、スイッチング損失Slossとサージ電圧Vdsgのばらつきの少ないパワーモジュール10Aを実現できる。 (I) has a first constant current circuit 20 and the second constant current circuit 30-1, in the same manner as in Example 1, the first reference voltage Vtr and / or the second reference voltage Vtf1 depending on variations in the power MOS43 Due to the adjustment, the initial variation in the maximum value MAX and/or the minimum value MIN of the turn-on time tr and/or the turn-off time tf is improved. As a result, it is possible to realize the power module 10A with less variation in the switching loss Sloss and the surge voltage Vdsg.

(ii) サージ電圧抑制回路50Aを有しているので、パワーMOS43のドレイン電流Idが過電流状態になった時に、パワーMOS43のゲートから、第2制御駆動電流I42よりも小さな第3制御駆動電流I43が放出され、そのパワーMOS43のターンオフ時に生じるサージ電圧Vdsgが抑制される。これにより、過電流状態でのパワーMOS43のオフ時に発生するサージ電圧Vdsgが低減されたパワーモジュール10Aを実現できる。 (Ii) Since the surge voltage suppressor circuit 50A is included, when the drain current Id of the power MOS 43 becomes an overcurrent state, the third control drive current smaller than the second control drive current I42 is output from the gate of the power MOS 43. I43 is released, and the surge voltage Vdsg generated when the power MOS 43 is turned off is suppressed. As a result, it is possible to realize the power module 10A in which the surge voltage Vdsg generated when the power MOS 43 is turned off in the overcurrent state is reduced.

(iii) 第1、第2、第3定電流回路20,30−1,30−2を、例えば、カレントミラー回路21,31及び誤差増幅回路22,32でそれぞれ構成した場合、それらのカレントミラー回路21,31を多段にすることで、電流増幅率の増加と特性の安定性を実現できる。 (Iii) When the first, second and third constant current circuits 20, 30-1 and 30-2 are respectively composed of, for example, current mirror circuits 21 and 31 and error amplification circuits 22 and 32, their current mirrors By increasing the number of circuits 21 and 31, the current amplification factor can be increased and the characteristics can be stabilized.

(構成・動作)
図6(a)、(b)は、本発明の実施例3における基準電圧供給回路の構成例を示す回路図である。
(Structure/Operation)
FIGS. 6A and 6B are circuit diagrams showing a configuration example of the reference voltage supply circuit according to the third embodiment of the present invention.

実施例2では、基準電圧供給回路が、ターンオン時間(tr)調整用の第1基準電源23、及びターンオフ時間(tf1,tf2)調整用の第2、第3基準電源33−1,33−2で構成されている。 In the second embodiment, the reference voltage supply circuit includes the first reference power supply 23 for adjusting the turn-on time (tr) and the second and third reference power supplies 33-1 and 33-2 for adjusting the turn-off time (tf1, tf2). It is composed of.

これに対して、本実施例3の図6(a)に示す基準電圧供給回路23Bでは、2つの分圧用の固定抵抗23aと可変抵抗23bとにより構成されている。2つの分圧用の固定抵抗23aと可変抵抗23bとは、電源電圧VDD端子と接地側との間に直列に接続され、その固定抵抗23a及び可変抵抗23bの接続点から、第1基準電圧Vtrが出力される。可変抵抗23bの抵抗値を変えることにより、第1基準電圧Vtrの調整が可能である。 On the other hand, the reference voltage supply circuit 23B shown in FIG. 6A of the third embodiment includes two fixed resistors 23a for voltage division and a variable resistor 23b. The two fixed resistors 23a for voltage division and the variable resistor 23b are connected in series between the power supply voltage VDD terminal and the ground side, and the first reference voltage Vtr from the connection point of the fixed resistor 23a and the variable resistor 23b. Is output. The first reference voltage Vtr can be adjusted by changing the resistance value of the variable resistor 23b.

同様に、本実施例3の図6(b)に示す基準電圧供給回路33−1B,33−2Bでは、2つの分圧用の固定抵抗33aと可変抵抗33bとによってそれぞれ構成されている。2つの分圧用の固定抵抗33aと可変抵抗33bとは、電源電圧VDD端子と接地側との間に直列に接続され、その固定抵抗33a及び可変抵抗33bの接続点から、第2、第3基準電圧Vtf1,Vtf2がそれぞれ出力される。可変抵抗33bの抵抗値を変えることにより、第2、第3基準電圧Vtf1,Vtf2の調整が可能である。 Similarly, in the reference voltage supply circuits 33-1B and 33-2B shown in FIG. 6B of the third embodiment, the voltage dividing fixed resistors 33a and the variable resistors 33b are respectively configured. The two fixed resistors 33a for voltage division and the variable resistor 33b are connected in series between the power supply voltage VDD terminal and the ground side, and from the connection point of the fixed resistor 33a and the variable resistor 33b, the second and third reference points are connected. The voltages Vtf1 and Vtf2 are output, respectively. The second and third reference voltages Vtf1 and Vtf2 can be adjusted by changing the resistance value of the variable resistor 33b.

(効果)
本実施例3によれば、分圧用抵抗23a,23b,33a,33bによって第1、第2、第3基準電圧Vtr,Vtf1,Vtf2を生成するようにしたので、パワーモジュール10Aの外付け回路を簡単にできる。
(effect)
According to the third embodiment, the voltage dividing resistors 23a, 23b, 33a, 33b generate the first, second, and third reference voltages Vtr, Vtf1, Vtf2. Therefore, the external circuit of the power module 10A is Easy to do.

図7は、本発明の実施例4におけるパワー半導体素子としてのIGBTの概略を示す等価回路図である。 FIG. 7 is an equivalent circuit diagram showing an outline of an IGBT as a power semiconductor element according to the fourth embodiment of the present invention.

本実施例4のIGBT56は、エミッタE、コレクタC、及びゲートGの3つの電極を有し、実施例1〜3のパワーMOS43と略同様の作用効果を奏するものである。 The IGBT 56 of the fourth embodiment has three electrodes of an emitter E, a collector C, and a gate G, and has substantially the same operational effect as the power MOS 43 of the first to third embodiments.

なお、パワー半導体素子としては、窒化ガリウム(GaN)パワーデバイス、炭化珪素(SiC)パワーデバイス等の他のパワートランジスタを使用しても良い。 Other power transistors such as gallium nitride (GaN) power device and silicon carbide (SiC) power device may be used as the power semiconductor element.

(実施例1〜4の他の変形例)
本発明は、上記実施例1〜4に限定されず、その他の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(a)〜(d)のようなものがある。
(Other modifications of Examples 1 to 4)
The present invention is not limited to the above-described first to fourth embodiments, and other usage forms and modifications are possible. For example, the following (a) to (d) are available as the usage forms and modified examples.

(a) 図2のパワーモジュール10Aでは、通常状態時の放電電流を設定するための第2基準電圧Vtf1と、過電流状態時の放電電流を設定するための第3基準電圧Vtf2と、は個別に設定する構成になっているが、これに限定されない。例えば、第2基準電圧Vtf1/第3基準電圧Vtf2の比を、予め決めた値とすることも可能である。この場合は、第2基準電圧Vtf1又は第3基準電圧Vtf2の一方を決めると、他方の電圧は自動的に決まる。又、第2定電流回路30−1と第3定電流回路30−2とを、実施例1のように、1つの共通の定電流回路にて構成しても良い。 (A) In the power module 10A of FIG. 2, the second reference voltage Vtf1 for setting the discharge current in the normal state and the third reference voltage Vtf2 for setting the discharge current in the overcurrent state are separately provided. However, the configuration is not limited to this. For example, the ratio of the second reference voltage Vtf1/the third reference voltage Vtf2 can be set to a predetermined value. In this case, when one of the second reference voltage Vtf1 and the third reference voltage Vtf2 is determined, the other voltage is automatically determined. Further, the second constant current circuit 30-1 and the third constant current circuit 30-2 may be configured by one common constant current circuit as in the first embodiment.

(b) 第1、第2、第3定電流回路20,30−1,30−2は、第1、第2カレントミラー回路21,31及び第1、第2誤差増幅回路22,32以外の他の回路で構成しても良い。 (B) The first, second and third constant current circuits 20, 30-1 and 30-2 are different from the first and second current mirror circuits 21 and 31 and the first and second error amplification circuits 22 and 32. You may comprise by another circuit.

(c) 第1、第2スイッチ41,42は、PMOS41a及びNMOS42aからなるCMOSトランジスタ以外の他の半導体素子を用いて構成しても良い。 (C) The first and second switches 41 and 42 may be configured using semiconductor elements other than the CMOS transistor including the PMOS 41a and the NMOS 42a.

(d) 過電流検出回路51は、パワーMOS43のソース側と(−)側出力端子13bとの間に抵抗を用いて構成しても良く、或いは、カレントトランスを用いて構成しても良い。又、パワーMOS43を電流センス機能付きMOSとして回路を構成しても良い。 (D) The overcurrent detection circuit 51 may be configured by using a resistor between the source side of the power MOS 43 and the (−) side output terminal 13b, or may be configured by using a current transformer. Further, the power MOS 43 may be a circuit with a current sensing function to configure the circuit.

10,10A パワーモジュール
10a パッケージ
20,30−1,30−2 第1、第2、第3定電流回路
21,31 第1、第2カレントミラー回路
22,32 第1、第2誤差増幅回路
23,33−1,33−2 第1、第2、第3基準電源
23B,33−1B,33−2B 基準電圧供給回路
23a,33a 分圧用固定抵抗
23b,33b 分圧用可変抵抗
34−1,34−2 第1、第2スイッチ素子
41,42 第1、第2スイッチ
41a PMOS
42a NMOS
43 パワーMOS
50,50A サージ電圧抑制回路
51 過電流検出回路
52 電圧調整回路
53 選択回路
60 負荷回路
10, 10A Power Module 10a Package 20, 30-1, 30-2 First, Second, Third Constant Current Circuit 21, 31 First, Second Current Mirror Circuit 22, 32 First, Second Error Amplifier Circuit 23 , 33-1, 33-2 First, second and third reference power sources 23B, 33-1B, 33-2B Reference voltage supply circuits 23a, 33a Voltage dividing fixed resistors 23b, 33b Voltage dividing variable resistors 34-1, 34 -First and second switch elements 41 and 42 First and second switches 41a PMOS
42a NMOS
43 Power MOS
50,50A Surge voltage suppression circuit 51 Overcurrent detection circuit 52 Voltage adjustment circuit 53 Selection circuit 60 Load circuit

Claims (11)

第1電極と、第2電極と、制御電圧が印加されると前記第1電極及び前記第2電極間をオン/オフ動作する制御電極と、を有し、前記制御電極に生じる寄生容量からなる入力容量に第1制御駆動電流が注入されと、前記第1電極及び前記第2電極間がターンオンし、前記入力容量の蓄積電荷が放電されて第2制御駆動電流が放出されると、前記第1電極及び前記第2電極間がターンオフするパワー半導体素子と、
第1基準電圧が入力され、前記第1基準電圧に対応した一定の前記第1制御駆動電流を流す第1定電流回路と、
駆動信号によりオン/オフ動作し、オン状態の時に前記第1制御駆動電流を前記入力容量へ注入する第1スイッチと、
第2基準電圧が入力され、前記第2基準電圧に対応した一定の前記第2制御駆動電流を流す第2定電流回路と、
前記駆動信号により、前記第1スイッチがオン状態の時にオフ状態になり、前記第1スイッチがオフ状態の時にオン状態になって、前記第2制御駆動電流を接地側へ放出する第2スイッチと、
を備え、
前記パワー半導体素子のばらつきに応じて前記第1基準電圧及び/又は前記第2基準電圧を調整する構成になっているパワーモジュールであって、
前記パワー半導体素子の前記第1電極及び前記第2電極間を流れる導通電流の過電流状態を検出し、この過電流検出結果に基づいて前記第2基準電圧及び前記第2制御駆動電流を変化させて、前記パワー半導体素子のターンオフ時に生じるサージ電圧を抑制するサージ電圧抑制回路を、
設けたことを特徴とするパワーモジュール。
It has a first electrode, a second electrode, and a control electrode that performs an on/off operation between the first electrode and the second electrode when a control voltage is applied, and comprises a parasitic capacitance generated in the control electrode. When the first control drive current is injected into the input capacitance, the first electrode and the second electrode are turned on, the accumulated charge of the input capacitance is discharged, and the second control drive current is released . A power semiconductor device in which one electrode and the second electrode are turned off,
A first constant current circuit to which a first reference voltage is input and which flows a constant first control drive current corresponding to the first reference voltage;
A first switch that is turned on/off by a drive signal and injects the first control drive current into the input capacitance when in an on state;
A second constant current circuit to which a second reference voltage is input and which causes the constant second control drive current corresponding to the second reference voltage to flow;
A second switch that is turned off by the drive signal when the first switch is in the on state and is turned on when the first switch is in the off state, and discharges the second control drive current to the ground side; ,
Equipped with
A power module configured to adjust the first reference voltage and/or the second reference voltage according to variations in the power semiconductor element,
An overcurrent state of a conduction current flowing between the first electrode and the second electrode of the power semiconductor element is detected, and the second reference voltage and the second control drive current are changed based on the overcurrent detection result. A surge voltage suppressing circuit that suppresses a surge voltage generated when the power semiconductor element is turned off,
A power module characterized by being provided.
前記サージ電圧抑制回路は、
前記導通電流の過電流状態を検出して前記過電流検出結果を出力する過電流検出回路と、
前記過電流検出結果に基づき、前記第2基準電圧を調整して前記第2制御駆動電流を変化させる電圧調整回路と、
を有することを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール。
The surge voltage suppression circuit,
An overcurrent detection circuit that detects an overcurrent state of the conduction current and outputs the overcurrent detection result,
A voltage adjustment circuit that adjusts the second reference voltage to change the second control drive current based on the overcurrent detection result;
The power module according to claim 1, further comprising:
前記サージ電圧抑制回路は、
前記第2基準電圧よりも小さな第3基準電圧を入力し、前記第3基準電圧に対応して、前記第2制御駆動電流よりも小さな一定の第3制御駆動電流を、前記入力容量から前記第2スイッチを通して前記接地側へ放出させる第3定電流回路と、
前記導通電流の過電流状態を検出すると、前記過電流検出結果を出力する過電流検出回路と、
前記過電流検出結果を入力すると、前記第2定電流回路に代えて前記第3定電流回路を選択して動作させる選択手段と、
を有することを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール。
The surge voltage suppression circuit,
A third reference voltage smaller than the second reference voltage is input, and a constant third control drive current smaller than the second control drive current is supplied from the input capacitance to the third reference voltage in correspondence with the third reference voltage. A third constant current circuit for discharging to the ground side through two switches,
When detecting an overcurrent state of the conduction current, an overcurrent detection circuit that outputs the overcurrent detection result,
Selecting means for selecting and operating the third constant current circuit in place of the second constant current circuit when the overcurrent detection result is input;
The power module according to claim 1, further comprising:
請求項3記載のパワーモジュールは、更に、
前記第1基準電圧、前記第2基準電圧、及び前記第3基準電圧を供給する基準電圧供給回路を備えることを特徴とするパワーモジュール。
The power module according to claim 3 further comprises:
A power module comprising a reference voltage supply circuit for supplying the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage.
前記基準電圧供給回路は、
前記第1基準電圧、前記第2基準電圧、及び前記第3基準電圧をそれぞれ出力する基準電源により構成されている、
ことを特徴とする請求項4記載のパワーモジュール。
The reference voltage supply circuit,
And a reference power source that outputs the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage, respectively.
The power module according to claim 4, wherein
前記基準電圧供給回路は、
電源電圧を分圧して前記第1基準電圧、前記第2基準電圧、及び前記第3基準電圧をそれぞれ出力する分圧抵抗により構成されている、
ことを特徴とする請求項4記載のパワーモジュール。
The reference voltage supply circuit,
And a voltage dividing resistor for dividing the power supply voltage and outputting the first reference voltage, the second reference voltage, and the third reference voltage, respectively.
The power module according to claim 4, wherein
前記第1定電流回路は、
第1駆動電流に比例した前記第1制御駆動電流を流す1段又は複数段の第1カレントミラー回路と、
前記第1駆動電流を検出してこれに対応する第1駆動電圧を生成し、前記第1駆動電圧を前記第1基準電圧に追従させて前記第1駆動電流を変化させる第1誤差増幅回路と、
を有し、
前記第2定電流回路は、
第2駆動電流に比例した前記第2制御駆動電流を流す1段又は複数段の第2カレントミラー回路と、
前記第2駆動電流を検出してこれに対応する第2駆動電圧を生成し、前記第2駆動電圧を前記第2基準電圧に追従させて前記第2駆動電流を変化させる第2誤差増幅回路と、
を有し、
前記第3定電流回路は、
第3駆動電流に比例した前記第3制御駆動電流を流す1段又は複数段の第3カレントミラー回路と、
前記第3駆動電流を検出してこれに対応する第3駆動電圧を生成し、前記第3駆動電圧を前記第3基準電圧に追従させて前記第3駆動電流を変化させる第3誤差増幅回路と、
を有する、
ことを特徴とする請求項3〜6のいずれか1項記載のパワーモジュール。
The first constant current circuit,
A one-stage or multiple-stage first current mirror circuit for flowing the first control drive current proportional to the first drive current;
A first error amplifier circuit that detects the first drive current, generates a first drive voltage corresponding to the first drive current, and causes the first drive voltage to follow the first reference voltage to change the first drive current; ,
Have
The second constant current circuit,
A one-stage or multiple-stage second current mirror circuit for flowing the second control drive current proportional to the second drive current;
A second error amplifier circuit that detects the second drive current, generates a second drive voltage corresponding to the second drive current, and causes the second drive voltage to follow the second reference voltage to change the second drive current. ,
Have
The third constant current circuit,
One or a plurality of stages of a third current mirror circuit for flowing the third control drive current proportional to the third drive current;
A third error amplifier circuit that detects the third driving current, generates a corresponding third driving voltage, and causes the third driving voltage to follow the third reference voltage to change the third driving current. ,
Has,
The power module according to claim 3, wherein the power module is a power module.
前記選択手段は、
前記第2定電流回路の出力電流を導通/遮断する第1スイッチ素子と、
前記第3定電流回路の出力電流を導通/遮断する第2スイッチ素子と、
前記過電流検出結果に基づき、前記第1スイッチ素子又は前記第2スイッチ素子を選択し、前記第1スイッチ素子を遮断させると共に、前記第2スイッチ素子を導通させる選択回路と、
を有することを特徴とする請求項3〜7のいずれか1項記載のパワーモジュール。
The selection means is
A first switch element for connecting/disconnecting the output current of the second constant current circuit;
A second switch element for connecting/disconnecting the output current of the third constant current circuit;
A selection circuit that selects the first switch element or the second switch element based on the overcurrent detection result, shuts off the first switch element, and connects the second switch element;
The power module according to any one of claims 3 to 7, further comprising:
前記第1スイッチ及び前記第2スイッチは、
前記駆動信号により相補的にオン/オフ動作する相補型トランジスタにより構成されていることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項記載のパワーモジュール。
The first switch and the second switch are
9. The power module according to claim 1, wherein the power module is configured by a complementary transistor that is turned on/off complementarily by the drive signal.
前記パワー半導体素子は、
パワーMOSFET、IGBT、GaNパワーデバイス、又は、SiCパワーデバイスを含むパワートランジスタであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項記載のパワーモジュール。
The power semiconductor element,
The power module according to claim 1, which is a power transistor including a power MOSFET, an IGBT, a GaN power device, or a SiC power device.
請求項1〜10のいずれか1項記載のパワーモジュールは、
パッケージに収容されていることを特徴とするパワーモジュール。
The power module according to any one of claims 1 to 10,
A power module that is housed in a package.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7251276B2 (en) * 2019-04-02 2023-04-04 株式会社デンソー drive circuit
CN111917307B (en) * 2020-08-06 2023-07-28 北京新雷能科技股份有限公司 Soft start circuit based on current limiting of current mirror

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2574309Y2 (en) * 1993-08-30 1998-06-11 菊水電子工業株式会社 Electronic load device
JP3132648B2 (en) * 1996-09-20 2001-02-05 富士電機株式会社 Gate drive circuit in power converter
JP2004215493A (en) * 2002-12-20 2004-07-29 Matsushita Electric Ind Co Ltd Gate driver, motor drive including the gate driver, and equipment provided with the motor drive
JP2005253183A (en) * 2004-03-03 2005-09-15 Mitsubishi Electric Corp Power converter for vehicle
DE102004018823B3 (en) * 2004-04-19 2005-06-30 Infineon Technologies Ag Power transistor circuit device with control circuit for power transistor provided with current source device providing current dependent on variation in potential supplied to power transistor
JP2009038517A (en) * 2007-07-31 2009-02-19 Panasonic Electric Works Co Ltd Driving circuit
US7936189B2 (en) * 2008-12-04 2011-05-03 Stmicroelectronics S.R.L. Driver circuit and method for reducing electromagnetic interference
JP6042091B2 (en) * 2011-05-13 2016-12-14 ローム株式会社 Switching regulator control circuit, switching regulator and electronic equipment, switching power supply, television
JP5385341B2 (en) * 2011-07-05 2014-01-08 株式会社日本自動車部品総合研究所 Switching element driving apparatus and switching element driving method

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