JP6796360B2 - パワーモジュール - Google Patents
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Description
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。
入力容量Ciss≒Cgd+Cgs
帰還容量Crss≒Cgd
出力容量Coss≒Cgd+Cds・・・・(1)
図5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。
図1は、本発明の実施例1におけるパワーモジュールの原理を示す概略の回路図である。
図2のパワーモジュール10において、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、制御端子12a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。
図3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。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。
本実施例1のパワーモジュール10によれば、次の(1)〜(5)のような効果がある。
本実施例2のIGBT54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のパワーMOS43と略同様の作用効果を奏するものである。
本発明は、上記実施例1、2に限定されず、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(i)〜(iii)のようなものがある。
10a パッケージ
20,30 第1、第2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
41,42 第1、第2スイッチ
41a PMOS
42a NMOS
43 パワーMOS
51 温度検出素子
51a,51b 感温素子
52 ターンオン時間(tr)調整用の基準電源
52a,52b,53a,53b 分圧抵抗
53 ターンオフ時間(tf)調整用の基準電源
54 IGBT
Claims (6)
- 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るとターンオンし、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ターンオフするパワー半導体素子と、
入力される第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、
入力される第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、
前記パワー半導体素子の動作温度を検出し、この温度検出結果に応じて前記第1基準電圧及び/又は前記第2基準電圧を変化させる温度補償回路と、
を備えるパワーモジュールであって、
前記温度補償回路は、
前記パワー半導体素子の動作温度を検出して前記温度検出結果を出力する温度検出素子と、前記温度検出結果に基づいて変化させる前記第1基準電圧及び/又は前記第2基準電圧を供給する基準電圧供給回路と、を有し、
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、を有する、
ことを特徴とするパワーモジュール。 - 前記温度検出素子は、
温度を電気量に変換して電気信号からなる前記温度検出結果を出力するサーミスタ又は感温ダイオードを含む感温素子である、
ことを特徴とする請求項1記載のパワーモジュール。 - 前記基準電圧供給回路は、
前記温度検出結果に基づいて変化する前記第1基準電圧及び/又は前記第2基準電圧を供給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1又は2記載のパワーモジュール。 - 前記基準電圧供給回路は、
電源電圧が印加される前記温度検出素子に対して、直列に接続された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1又は2記載のパワーモジュール。 - 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1〜4いずれか1項記載のパワーモジュール。 - 前記パワー半導体素子は、
パワーMOSFET、IGBT、GaNパワーデバイス、及び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1〜5のいずれか1項記載のパワーモジュール。
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