JP7263929B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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Description

本明細書が開示する技術は、ダブルゲート型のスイッチング素子を備える半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device including a double-gate switching element.

例えば特許文献1に、二つのゲート電極を有するダブルゲート型のスイッチング素子を備える半導体装置が開示されている。この種の半導体装置では、スイッチング素子の二つのゲート電極に、独立したゲート電圧を印加することができる。 For example, Patent Literature 1 discloses a semiconductor device including a double-gate switching element having two gate electrodes. In this type of semiconductor device, independent gate voltages can be applied to the two gate electrodes of the switching element.

特許文献2にも、同様のスイッチング素子を備える半導体装置が開示されている。この半導体装置では、スイッチング素子のターンオフ時に、第2ゲートにターンオフ電圧を印加した後、第1ゲートにターンオフ電圧を印加し、当該スイッチング素子をターンオフする。以上の構成によると、先に第2ゲートの電圧を閾値電圧以下のターンオフ電圧まで低下させることにより、ドリフト層に蓄積されているキャリアの一部が予め引き抜かれる。従って、先に第2ゲートの電圧を低下させた後に、第1ゲートの電圧を低下させてスイッチング素子をターンオフさせることで、キャリアを引き抜く時間が短くなる。すなわち、スイッチング素子のターンオフ速度が向上する。 Patent Document 2 also discloses a semiconductor device having a similar switching element. In this semiconductor device, when turning off the switching element, after applying a turn-off voltage to the second gate, a turn-off voltage is applied to the first gate to turn off the switching element. According to the above configuration, by first lowering the voltage of the second gate to the turn-off voltage equal to or lower than the threshold voltage, some of the carriers accumulated in the drift layer are extracted in advance. Therefore, by first reducing the voltage of the second gate and then reducing the voltage of the first gate to turn off the switching element, the time for extracting carriers is shortened. That is, the turn-off speed of the switching element is improved.

特開2019-016805号公報JP 2019-016805 A 特開2013-098415号公報JP 2013-098415 A

PWM(Pulse Width Modulation)方式によりスイッチング素子を制御する場合、上記の構成を実現するためには、以下の二つの方法が考えられる。すなわち、一つ目の方法では、一つのPWM信号を生成し、これを用いて二つのゲート信号を制御する。このとき、第1ゲート(あるいは第2ゲート)に対しては、当該PWM信号に所定の遅延時間を与えたPWM信号が用いられる。この方法によると、一つのPWM信号で二つのゲートを異なるタイミングで制御することができる。しかしながら、遅延時間を与えたPWM信号を用いることによって、スイッチング素子の制御にも遅延が生じてしまうおそれがある。 When controlling the switching elements by PWM (Pulse Width Modulation), the following two methods are conceivable in order to realize the above configuration. That is, in the first method, one PWM signal is generated and used to control two gate signals. At this time, a PWM signal obtained by adding a predetermined delay time to the PWM signal is used for the first gate (or the second gate). According to this method, one PWM signal can control two gates at different timings. However, by using the PWM signal with the delay time, there is a possibility that the control of the switching element will also be delayed.

これに対して、二つ目の方法では、二つのPWM信号をそれぞれ生成し、一方のPWM信号を用いて第1ゲートを制御し、他方のPWM信号を用いて第2ゲートを制御する。このとき、一方のPWM信号(以下、第1PWM信号という)は、第1キャリア信号とデューティ値とに基づいて生成され、他方のPWM信号(以下、第2PWM信号という)は、第1キャリア信号から所定時間だけ位相を進めた第2キャリア信号とデューティ値とに基づいて生成される。このような構成によると、第1ゲートと第2ゲートを異なるタイミングで制御することを可能としつつ、スイッチング素子の制御の遅延を抑制することが可能である。しかしながら、先行する第2PWM信号が変化してから、第1PWM信号が追従して変化するまでの前に、共通のデューティ値が変更されたりすると、二つのPWM信号の間で波形が互いに相違し得る。その結果、例えば第2ゲートのみが短時間だけターンオフ(又はターンオン)されることがあり、このような第2ゲートの無用なオンオフによって、スイッチング素子の損失を増大させるおそれがある。本明細書では、このような問題を回避又は低減し得る技術を提供する。 In contrast, in the second method, two PWM signals are generated respectively, one PWM signal is used to control the first gate and the other PWM signal is used to control the second gate. At this time, one PWM signal (hereinafter referred to as the first PWM signal) is generated based on the first carrier signal and the duty value, and the other PWM signal (hereinafter referred to as the second PWM signal) is generated from the first carrier signal. It is generated based on the second carrier signal whose phase is advanced by a predetermined time and the duty value. According to such a configuration, it is possible to suppress a delay in controlling the switching element while enabling the first gate and the second gate to be controlled at different timings. However, if the common duty value is changed before the preceding second PWM signal changes and before the first PWM signal follows and changes, the waveforms of the two PWM signals may differ from each other. . As a result, for example, only the second gate may be turned off (or turned on) for a short period of time, and such unnecessary turning on and off of the second gate may increase the losses of the switching element. This specification provides techniques that can avoid or reduce such problems.

本明細書が開示する半導体装置は、スイッチング素子と、コントローラと、駆動回路と、を備える。スイッチング素子は、第1ゲート及び第2ゲートの二つのゲートを備えるダブルゲート型のスイッチング素子である。コントローラは、第1キャリア信号と共通デューティ値に基づいて、二値信号である第1指令信号を生成する。それととともに、コントローラは、第1キャリア信号から所定時間だけ位相を進めた第2キャリア信号と共通デューティ値に基づいて、二値信号である第2指令信号を生成する。駆動回路は、スイッチング素子及びコントローラと接続されており、第1指令信号及び第2指令信号に基づいて第1ゲート及び第2ゲートをそれぞれ駆動する。駆動回路は、論理回路と、ゲート駆動回路と、を有している。論理回路は、第1指令信号に基づいて、第1信号(MG+V)及び第2信号(MG0)を生成する。それととともに、駆動回路は、第1指令信号及び第2指令信号に基づいて、第3信号(CG+V)、第4信号(CG0)及び第5信号(CG-V)を生成する。ゲート制御回路は、第1信号(MG+V)及び第2信号(MG0)に基づいて、第1ゲートに基準電圧又は基準電圧よりも高電圧であるオン電圧を選択的に印加する。それととともに、ゲート制御回路は、第3信号(CG+V)、第4信号(CG0)及び第5信号(CG-V)に基づいて、第2ゲートに基準電圧、オン電圧、又は基準電圧よりも低電圧であるオフ電圧を選択的に印加する。論理回路はさらに、第1マスク回路と、第2マスク回路と、を有する。第1マスク回路は、第2指令信号のNOT信号でラッチされ、第1指令信号と第2指令信号とのNOR信号でリセットされる第1ラッチ信号を生成する。第2マスク回路は、第2指令信号でラッチされ、第1指令信号でリセットされる第2ラッチ信号を生成する。第1信号(MG+V)は、第1指令信号である。第2信号(MG0)は、第1指令信号のNOT信号である。第3信号(CG+V)は、第1ラッチ信号と第2ラッチ信号とのNOR信号と第1指令信号とのAND信号である。第4信号(CG0)は、第2ラッチ信号である。そして、第5信号(CG-V)は、第3信号(CG+V)と第4信号(CG0)とのNOR信号である。 A semiconductor device disclosed in this specification includes a switching element, a controller, and a drive circuit. The switching element is a double gate type switching element having two gates, a first gate and a second gate. The controller generates a first command signal, which is a binary signal, based on the first carrier signal and the common duty value. At the same time, the controller generates a second command signal, which is a binary signal, based on a second carrier signal whose phase is advanced by a predetermined time from the first carrier signal and the common duty value. A drive circuit is connected to the switching element and the controller, and drives the first gate and the second gate based on the first command signal and the second command signal, respectively. The drive circuit has a logic circuit and a gate drive circuit. A logic circuit generates a first signal (MG+V) and a second signal (MG0) based on the first command signal. At the same time, the driving circuit generates a third signal (CG+V), a fourth signal (CG0) and a fifth signal (CG-V) based on the first command signal and the second command signal. The gate control circuit selectively applies a reference voltage or an ON voltage higher than the reference voltage to the first gate based on the first signal (MG+V) and the second signal (MG0). At the same time, the gate control circuit supplies the second gate with a reference voltage, an ON voltage, or a voltage lower than the reference voltage based on the third signal (CG+V), the fourth signal (CG0) and the fifth signal (CG-V). An off-voltage, which is a voltage, is selectively applied. The logic circuit further has a first mask circuit and a second mask circuit. The first mask circuit generates a first latch signal that is latched by a NOT signal of the second command signal and reset by a NOR signal of the first command signal and the second command signal. A second mask circuit generates a second latched signal that is latched by the second command signal and reset by the first command signal. The first signal (MG+V) is the first command signal. The second signal (MG0) is a NOT signal of the first command signal. The third signal (CG+V) is the AND signal of the NOR signal of the first latch signal and the second latch signal and the first command signal. A fourth signal (CG0) is a second latch signal. The fifth signal (CG-V) is the NOR signal of the third signal (CG+V) and the fourth signal (CG0).

上記の構成によると、第1マスク回路及び第2マスク回路はそれぞれ、第1指令信号、第2指令信号、及びそれらのOR信号の立ち上がり及び立ち下がりによりラッチされる第1ラッチ信号及び第2ラッチ信号を生成する。より詳しく、第1ラッチ信号は、第2指令信号のNOT信号でラッチされ、第1指令信号と第2指令信号とのNOR信号でリセットされる信号である。また、第2ラッチ信号は、第2指令信号でラッチされ、第1指令信号でリセットされる信号である。上記の第1ラッチ信号及び第2ラッチ信号を用いることにより、三つの信号(第3信号、第4信号、及び第5信号)が生成可能であり、これらの三つの信号を使用して第2ゲートを制御することで、第2ゲートの意図しないタイミングでの無用なオンオフを抑制し得る。 According to the above configuration, the first mask circuit and the second mask circuit are respectively the first command signal, the second command signal, and the first latch signal and the second latch signal that are latched by the rise and fall of their OR signal. Generate a signal. More specifically, the first latch signal is a signal that is latched by the NOT signal of the second command signal and reset by the NOR signal of the first command signal and the second command signal. The second latch signal is a signal that is latched by the second command signal and reset by the first command signal. Three signals (third signal, fourth signal, and fifth signal) can be generated by using the first latch signal and the second latch signal, and these three signals are used to generate the second latch signal. By controlling the gate, unnecessary turning on/off of the second gate at unintended timing can be suppressed.

また、上記の構成によると、スイッチング素子のターンオン時において、第2ゲートに印加する電圧を段階的に上昇させることができる。これにより、スイッチング素子のターンオン速度を上昇させて、スイッチングによる損失を抑制し得る。 Further, according to the above configuration, the voltage applied to the second gate can be increased stepwise when the switching element is turned on. As a result, the turn-on speed of the switching element can be increased, and loss due to switching can be suppressed.

本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。 Details and further improvements of the technique disclosed in this specification are described in the following "Mode for Carrying Out the Invention".

第1実施例の半導体装置の回路図である。1 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 第1実施例の論理回路の構成図である。1 is a configuration diagram of a logic circuit of a first embodiment; FIG. 二つのキャリア信号、デューティ信号、及び、それらから生成される二つの指令信号を示すタイムチャートである。4 is a time chart showing two carrier signals, a duty signal, and two command signals generated therefrom; 論理回路への二つの入力信号と、二つのマスク回路の出力信号と、二つの出力信号のNOR信号と、のグラフである。Fig. 2 is a graph of two input signals to a logic circuit, two mask circuit output signals, and a NOR signal of the two output signals; 論理回路の五つの出力信号と、各ゲートのゲート電圧と、のグラフである。5 is a graph of the five output signals of the logic circuit and the gate voltage of each gate; 第2実施例の半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of the semiconductor device of the second embodiment. 第2実施例の論理回路の構成図である。FIG. 11 is a configuration diagram of a logic circuit of a second embodiment; 論理回路への入力信号と、第3マスク回路の出力信号と、のグラフである。It is a graph of the input signal to the logic circuit and the output signal of the third mask circuit. 論理回路の第1ゲートに関する二つの出力信号のグラフである。Fig. 2 is a graph of two output signals for the first gate of the logic circuit; 第1ゲートのゲート電圧のグラフである。FIG. 4 is a graph of the gate voltage of the first gate; FIG. 可変タイマの設定時間変更のフローチャートである。7 is a flowchart of changing the set time of the variable timer; 第2ゲートがターンオフされてから第1ゲート132がターンオフされるまでの時間変化に対する導通損失、スイッチング損失、及びそれらの合計損失を表すグラフである。4 is a graph showing conduction loss, switching loss, and total loss with respect to time from turning off the second gate to turning off the first gate 132; 第3実施例の半導体装置の回路図である。It is a circuit diagram of a semiconductor device of a third embodiment. 第3実施例のゲート制御回路が実行する各ゲートの制御のフローチャートである。10 is a flow chart of control of each gate executed by the gate control circuit of the third embodiment; 第3実施例のゲート制御回路により制御されるいくつかの具体例に対する第1ゲートのゲート電圧、及び第2ゲートのゲート電圧のグラフである。FIG. 11 is a graph of the gate voltage of the first gate and the gate voltage of the second gate for several embodiments controlled by the gate control circuit of the third embodiment; FIG.

本技術の一実施形態では、駆動回路が、スイッチング素子に流れる電流に応じて、第2ゲートのターンオフに対する第1ゲートのターンオフのタイミングを変化させてもよい。この場合、駆動回路は、例えば可変タイマを備え、スイッチング素子に流れる電流に応じて、可変タイマの設定時間を変更してもよい。そして、駆動回路は、可変タイマを用いて、第2ゲートのターンオフに対する第1ゲートのターンオフのタイミングを変化させてもよい。このような構成によると、導通による損失とスイッチングによる損失との合計損失が減少し得る。 In one embodiment of the present technology, the drive circuit may change the timing of turning off the first gate with respect to turning off the second gate, according to the current flowing through the switching element. In this case, the drive circuit may include, for example, a variable timer, and the set time of the variable timer may be changed according to the current flowing through the switching element. Then, the drive circuit may use a variable timer to change the turn-off timing of the first gate with respect to the turn-off of the second gate. With such a configuration, the total loss of the loss due to conduction and the loss due to switching can be reduced.

上記に加え、又は代えて、駆動回路は、各ゲートのリークをそれぞれ監視しており、一方のゲートのみについてリークが検出されたときに、当該ゲートに印加する電圧を制限してもよい。一方、駆動回路は、両ゲートについてリークが検出されたときは、スイッチング素子の駆動を中止してもよい。このような構成によると、一方のゲートにのみ軽度なリークが生じているときに、当該ゲートに印加する電圧のみを制限することによって、スイッチング素子の動作を過剰に制限することなく継続させることができる。 Additionally or alternatively, the drive circuit may monitor the leakage of each gate, and limit the voltage applied to that gate when leakage is detected for only one gate. On the other hand, the drive circuit may stop driving the switching element when leakage is detected for both gates. According to such a configuration, when a light leak occurs only in one gate, by limiting only the voltage applied to the gate, the operation of the switching element can be continued without being excessively limited. can.

(第1実施例)図1から図5を参照して、第1実施例の半導体装置2を説明する。半導体装置2は、例えば電気自動車に搭載され、例えばインバータやDC-DCコンバータといった、電源と負荷との間で電力の変換を行う電力変換装置の一部を構成することができる。しかしながら、本実施例の半導体装置2は、このような用途に限られず、様々な用途で使用することが可能である。 (First Embodiment) A semiconductor device 2 of a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG. The semiconductor device 2 is mounted on an electric vehicle, for example, and can constitute a part of a power converter such as an inverter or a DC-DC converter that converts power between a power source and a load. However, the semiconductor device 2 of this embodiment is not limited to such uses, and can be used for various uses.

図1に示すように、半導体装置2は、ASIC4(Application Specific Integrated Circuit)と、二つの絶縁素子6、8と、コントローラ10と、駆動回路20と、スイッチング素子30と、を備えている。スイッチング素子30は、第1ゲート32及び第2ゲート34の二つのゲートを有するダブルゲート型のスイッチング素子である。一例ではあるが、本実施例のスイッチング素子30は、ダブルゲート型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。第1ゲート32又は第2ゲート34の少なくとも一方に当該ゲートの閾値電圧よりも大きい電圧が印加されると、スイッチング素子30はターンオンしてコレクタ36からエミッタ38にコレクタ電流が流れる。スイッチング素子30は、センスエミッタ39をさらに備える。センスエミッタ39には、コレクタ電流に比例した微小な電流が流れる。この微小な電流を検出することで、コレクタ電流の大きさを計測することができる。なお、スイッチング素子30は、IGBTに限定されず、例えばバイポーラトランジスタであってよい。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device 2 includes an ASIC 4 (Application Specific Integrated Circuit), two insulating elements 6 and 8, a controller 10, a drive circuit 20, and a switching element 30. The switching element 30 is a double gate type switching element having two gates, a first gate 32 and a second gate 34 . As an example, the switching element 30 of this embodiment is a double-gate type IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). When a voltage greater than the threshold voltage of the gate is applied to at least one of the first gate 32 and the second gate 34 , the switching element 30 is turned on and collector current flows from the collector 36 to the emitter 38 . Switching element 30 further comprises a sense emitter 39 . A minute current proportional to the collector current flows through the sense emitter 39 . By detecting this minute current, the magnitude of the collector current can be measured. Note that the switching element 30 is not limited to an IGBT, and may be a bipolar transistor, for example.

コントローラ10は、上位の制御ユニット(図示省略)から入力される制御指令に基づいて、第1指令信号PWM1及び第2指令信号PWM2を出力する。第1指令信号PWM1及び第2指令信号PWM2は、スイッチング素子30に対する指令信号であって、詳しくはパルス幅変調(Pulse Width Modulation: PWM)信号である。第1指令信号PWM1は、第1ゲート32を制御するための指令信号であり、第2指令信号PWM2は、第2ゲート34を制御するための指令信号である。図3に示すように、コントローラ10は、第1キャリア信号とデューティ信号とに基づいて、第1指令信号PWM1を生成する。第1指令信号PWM1は、ハイとローとのいずれか一方を示す二値信号である。第1指令信号PWM1は、第1キャリア信号がデューティ信号よりも大きい値であるときにハイを示し、第1キャリア信号がデューティ信号よりも小さい値であるときにローを示す。 The controller 10 outputs a first command signal PWM1 and a second command signal PWM2 based on control commands input from a higher control unit (not shown). The first command signal PWM1 and the second command signal PWM2 are command signals for the switching element 30, and more specifically, pulse width modulation (PWM) signals. The first command signal PWM1 is a command signal for controlling the first gate 32, and the second command signal PWM2 is a command signal for controlling the second gate . As shown in FIG. 3, the controller 10 generates the first command signal PWM1 based on the first carrier signal and the duty signal. The first command signal PWM1 is a binary signal indicating either high or low. The first command signal PWM1 indicates high when the first carrier signal has a larger value than the duty signal, and indicates low when the first carrier signal has a smaller value than the duty signal.

同様に、コントローラ10は、第2キャリア信号とデューティ信号とに基づいて、第2指令信号PWM2を生成する。第2指令信号PWM2も、ハイとローとのいずれか一方を示す二値信号である。第2指令信号PWM2は、第2キャリア信号がデューティ信号よりも大きい値であるときにハイを示し、第2キャリア信号がデューティ信号よりも小さい値であるときにローを示す。ここで、第2キャリア信号は、上記した第1キャリア信号から所定時間だけ位相を進めた信号である。この所定時間は、例えばスイッチング素子30のキャリア蓄積時間により決定される。一方、デューティ信号については、第1指令信号PWM1及び第2指令信号PWM2の生成において、共通のデューティ信号が使用される。特に限定されないが、本実施例において、第1キャリア信号及び第2キャリア信号は三角波である。そして、デューティ信号は、前述した上位からの制御指令に基づいて、当該三角波の振幅内で調整される可変信号である。 Similarly, controller 10 generates second command signal PWM2 based on the second carrier signal and the duty signal. The second command signal PWM2 is also a binary signal indicating either high or low. The second command signal PWM2 indicates high when the second carrier signal has a larger value than the duty signal, and indicates low when the second carrier signal has a smaller value than the duty signal. Here, the second carrier signal is a signal whose phase is advanced by a predetermined time from the above-described first carrier signal. This predetermined time is determined by the carrier accumulation time of the switching element 30, for example. On the other hand, as for the duty signal, a common duty signal is used in generating the first command signal PWM1 and the second command signal PWM2. Although not particularly limited, in this embodiment, the first carrier signal and the second carrier signal are triangular waves. The duty signal is a variable signal that is adjusted within the amplitude of the triangular wave based on the above-described control command from the higher order.

コントローラ10は、ASIC4及び絶縁素子6、8を介して、駆動回路20に接続されている。ASIC4は、特定の用途向けに、複数機能の回路を一つにまとめた集積回路であり、例えばモータの駆動を用途とする集積回路である。絶縁素子6、8は、コントローラ10とスイッチング素子30との間で、コントローラ10とスイッチング素子30とを電気的に絶縁しつつ、信号のみを伝達することができる。絶縁素子6、8は、例えばフォトカプラである。コントローラ10から出力された指令信号PWM1、PWM2は、ASIC4及び絶縁素子6、8を介して、駆動回路20に入力される。駆動回路20は、スイッチング素子30の第1ゲート32及び第2ゲート34に接続されており、入力された指令信号PWM1、PWM2に基づいて、第1ゲート32及び第2ゲート34の各ゲート電圧Vg1、Vg2をそれぞれ制御する。 The controller 10 is connected to the drive circuit 20 via the ASIC 4 and isolation elements 6,8. The ASIC 4 is an integrated circuit in which circuits with a plurality of functions are combined into one for a specific application, such as an integrated circuit for driving a motor. The insulating elements 6 and 8 can transmit only signals between the controller 10 and the switching element 30 while electrically insulating the controller 10 and the switching element 30 . The insulating elements 6, 8 are photocouplers, for example. Command signals PWM1 and PWM2 output from the controller 10 are input to the drive circuit 20 via the ASIC 4 and the insulating elements 6 and 8 . The drive circuit 20 is connected to the first gate 32 and the second gate 34 of the switching element 30, and based on the input command signals PWM1 and PWM2, the gate voltage Vg1 of each of the first gate 32 and the second gate 34. , Vg2, respectively.

駆動回路20は、論理回路22と、ゲート制御回路24とを備えている。論理回路22は、コントローラ10から伝達された二つの指令信号PWM1及びPWM2に基づいて、五つの信号MG+V、MG0、CG+V、CG0、及びCG-Vを生成する。論理回路22において生成された五つの信号はゲート制御回路24に伝達される。ゲート制御回路24は、伝達されたこれらの信号に基づいて、第1ゲート32のゲート電圧Vg1及び第2ゲート34のゲート電圧Vg2を、互いに独立に制御する。論理回路22の構成については、図2を用いて後ほど詳しく述べる。 The drive circuit 20 comprises a logic circuit 22 and a gate control circuit 24 . Logic circuit 22 generates five signals MG+V, MG0, CG+V, CG0, and CG-V based on two command signals PWM1 and PWM2 transmitted from controller 10 . The five signals generated in logic circuit 22 are transmitted to gate control circuit 24 . The gate control circuit 24 independently controls the gate voltage Vg1 of the first gate 32 and the gate voltage Vg2 of the second gate 34 based on these transmitted signals. The configuration of the logic circuit 22 will be described in detail later with reference to FIG.

以上のように、本実施例の半導体装置2では、コントローラ10が、二つの指令信号PWM1、PWM2を生成し、それらの指令信号PWM1、PWM2に基づいて、駆動回路20がスイッチング素子30の二つのゲート32、34を制御する。但し、駆動回路20は、二つの指令信号PWM1、PWM2を、二つのゲート32、34の制御にそのまま用いずに、論理回路22によって五つの信号MG+V、MG0、CG+V、CG0、及びCG-Vを生成する。そして、その五つの信号MG+V、MG0、CG+V、CG0、及びCG-Vに基づいて、スイッチング素子30の二つのゲート32、34を制御する。二つの指令信号PWM1、PWM2を、二つのゲート32、34の制御にそのまま用いると、下記する問題が生じるためである。 As described above, in the semiconductor device 2 of the present embodiment, the controller 10 generates two command signals PWM1 and PWM2, and the driving circuit 20 controls the two switching elements 30 based on the command signals PWM1 and PWM2. Controls the gates 32,34. However, the drive circuit 20 does not directly use the two command signals PWM1, PWM2 to control the two gates 32, 34, but instead converts the five signals MG+V, MG0, CG+V, CG0, and CG-V by the logic circuit 22. Generate. The two gates 32, 34 of the switching element 30 are controlled based on the five signals MG+V, MG0, CG+V, CG0, and CG-V. This is because using the two command signals PWM1 and PWM2 as they are to control the two gates 32 and 34 causes the following problems.

すなわち、第2キャリア信号は、第1キャリア信号から所定時間だけ位相を進めた信号であるため、第2指令信号PWM2も、第1指令信号PWM1から所定時間だけ位相を進めた信号であることが期待される。しかしながら、異なるキャリア信号と共通のデューティ信号から二つの指令信号PWM1及びPWM2を生成すると、例えばデューティ信号が変化するタイミングによっては、第1指令信号PWM1と第2指令信号PWM2との間で波形が互いに相違することがある。その一例を、図3に例示するタイムチャートを参照して説明する。 That is, since the second carrier signal is a signal whose phase is advanced by a predetermined time from the first carrier signal, the second command signal PWM2 is also a signal whose phase is advanced by a predetermined time from the first command signal PWM1. Be expected. However, if the two command signals PWM1 and PWM2 are generated from different carrier signals and a common duty signal, the waveforms of the first command signal PWM1 and the second command signal PWM2 may differ depending on the timing at which the duty signal changes, for example. There may be discrepancies. An example thereof will be described with reference to the time chart illustrated in FIG.

図3に示すタイムチャートにおいて、時刻t1までは、第1キャリア信号及び第2キャリア信号はデューティ信号よりも大きいため、第1指令信号PWM1及び第2指令信号PWM2はともにハイを示す。次に、時刻t1から時刻ft1までの期間は、第2キャリア信号がデューティ信号よりも小さくなる。従って、第2指令信号PWM2はローを示す。一方、第1指令信号PWM1についてはハイが維持される。次に、時刻ft1から時刻t2までの間は、第2キャリア信号は再びデューティ信号よりも大きくなる。従って第2指令信号PWM2はハイを示す。一方、この期間中の時刻T1を過ぎると、第1キャリア信号がデューティ信号よりも小さくなる。従って、第1指令信号PWM1は、時刻ft1から時刻T1まではハイを示し、時刻T1から時刻t2まではローを示す。 In the time chart shown in FIG. 3, since the first carrier signal and the second carrier signal are larger than the duty signal until time t1, both the first command signal PWM1 and the second command signal PWM2 are high. Next, during the period from time t1 to time ft1, the second carrier signal is smaller than the duty signal. Therefore, the second command signal PWM2 indicates low. On the other hand, the first command signal PWM1 remains high. Next, from time ft1 to time t2, the second carrier signal becomes larger than the duty signal again. Therefore, the second command signal PWM2 indicates high. On the other hand, after time T1 during this period, the first carrier signal becomes smaller than the duty signal. Therefore, the first command signal PWM1 is high from time ft1 to time T1 and low from time T1 to time t2.

時刻t2(D1)において、デューティ信号が更新されるとする。それに伴い、第2キャリア信号はデューティ信号よりも小さくなるため、PWM2はローに変化する。一方、デューティ信号が更新されても、第1指令信号PWM1はローに維持される。その後、時刻t2から時刻t3までの間は、第1キャリア信号及び第2キャリア信号がデューティ信号よりも小さくなる。従って、第1指令信号PWM1及び第2指令信号PWM2は、ともにローを示す。 Assume that the duty signal is updated at time t2 (D1). Accordingly, the second carrier signal becomes smaller than the duty signal, so PWM2 changes to low. On the other hand, even if the duty signal is updated, the first command signal PWM1 remains low. After that, from time t2 to time t3, the first carrier signal and the second carrier signal are smaller than the duty signal. Therefore, both the first command signal PWM1 and the second command signal PWM2 indicate low.

時刻t3から時刻ft2までの間は、第2キャリア信号がデューティ信号よりも大きい。従って、第2指令信号PWM2はハイを示す。一方、第1指令信号PWM1はローを示す。次に、時刻ft2から時刻D2までの間は、第2キャリア信号は再びデューティ信号よりも小さくなる。従って第2指令信号PWM2はローを示す。なお、この期間中の時刻t4(T2)を過ぎると、第1キャリア信号がデューティ信号よりも大きくなる。従って、第1指令信号PWM1は、時刻ft2から時刻T2まではローを示し、時刻T2から時刻D2まではハイを示す。時刻D2において、デューティ信号が再び更新されるとする。それに伴い、第2キャリア信号はデューティ信号よりも大きくなるため、第2指令信号PWM2はハイを示す。一方、デューティ信号が更新されても、第1指令信号PWM1はハイに維持される。 The second carrier signal is greater than the duty signal from time t3 to time ft2. Therefore, the second command signal PWM2 indicates high. On the other hand, the first command signal PWM1 indicates low. Next, from time ft2 to time D2, the second carrier signal becomes smaller than the duty signal again. Therefore, the second command signal PWM2 indicates low. After time t4 (T2) during this period, the first carrier signal becomes larger than the duty signal. Therefore, the first command signal PWM1 is low from time ft2 to time T2 and high from time T2 to time D2. Assume that the duty signal is updated again at time D2. Accordingly, the second carrier signal becomes larger than the duty signal, so the second command signal PWM2 indicates high. On the other hand, even if the duty signal is updated, the first command signal PWM1 remains high.

以上のように、第2指令信号PWM2は、時刻ft1から時刻t2の間で一時的にローに切り替えられる。それに対して、第1指令信号PWM1にそのような変化は現れない。また、時刻ft2から時刻D2までの間においても、第2指令信号PWM2は一時的にローに切り替えられるが、第1指令信号PWM1にそのような変化は現れない。仮に、このような二つの指令信号PWM1、PWM2が、スイッチング素子30の制御にそのまま利用されてしまうと、第2ゲート34のみが無用にターンオフ(又はターンオン)されることになり、スイッチング素子30における損失を増大させるおそれがある。このような問題を回避又は低減するために、本実施例の半導体装置2では、前述した論理回路22が用意されており、論理回路22が生成する五つの信号MG+V、MG0、CG+V、CG0、及びCG-Vに基づいて、スイッチング素子30の二つのゲート32、34が制御される。 As described above, the second command signal PWM2 is temporarily switched to low between time ft1 and time t2. In contrast, such a change does not appear in the first command signal PWM1. Also, during the period from time ft2 to time D2, the second command signal PWM2 is temporarily switched to low, but no such change appears in the first command signal PWM1. If these two command signals PWM1 and PWM2 were used as they were for controlling the switching element 30, only the second gate 34 would be unnecessarily turned off (or turned on). It may increase losses. In order to avoid or reduce such problems, the semiconductor device 2 of this embodiment includes the logic circuit 22 described above, and the five signals MG+V, MG0, CG+V, CG0, and Based on CG-V, two gates 32, 34 of switching element 30 are controlled.

以下、論理回路22について詳細に説明する。図2に示すように、論理回路22は、第1マスク回路22aと、第2マスク回路22bと、を備えている。第1マスク回路22aは二つの入力信号S、Rに対し、第1ラッチ信号La1を出力する。第1ラッチ信号La1は、入力信号Sの立ち上がりによってセットされ、入力信号Rによってリセットされる。すなわち、第1マスク回路22aは、入力信号Rがローを示すときに入力信号Sが立ち上がる場合にハイを出力し、次に入力信号Rがローからハイに切り替わるまでの期間、これを保持する回路である。入力信号Rがハイからローに変化したタイミングにおける入力信号Sの値を、次に入力信号Rがローからハイに変化するまで保持する回路である。なお、入力信号Sと入力信号Rとの両方がハイを示す場合には、第1ラッチ信号La1はローを示す。入力信号Sは、PWM2のNOT信号である。入力信号Rは、PWM1とPWM2とのNOR信号である。すなわち、第1マスク回路22aは、PWM2の立ち下がりによってラッチされ、PWM1及びPWM2の両方がローを示す場合にリセットされる回路である。第1ラッチ信号La1については、図4のグラフを参照して、後ほどより詳しく説明する。 The logic circuit 22 will be described in detail below. As shown in FIG. 2, the logic circuit 22 includes a first mask circuit 22a and a second mask circuit 22b. The first mask circuit 22a outputs a first latch signal La1 for two input signals S and R. FIG. The first latch signal La1 is set when the input signal S rises and reset when the input signal R rises. That is, the first mask circuit 22a is a circuit that outputs high when the input signal S rises when the input signal R indicates low, and holds this output until the next time the input signal R switches from low to high. is. This circuit holds the value of the input signal S at the timing when the input signal R changes from high to low until the next time the input signal R changes from low to high. Note that when both the input signal S and the input signal R indicate high, the first latch signal La1 indicates low. The input signal S is a NOT signal of PWM2. Input signal R is a NOR signal of PWM1 and PWM2. That is, the first mask circuit 22a is a circuit that is latched by the fall of PWM2 and reset when both PWM1 and PWM2 indicate low. The first latch signal La1 will be described in more detail later with reference to the graph of FIG.

第2マスク回路22bは二つの入力信号S、Rに対し、第2ラッチ信号La2を出力する。第2ラッチ信号La2は、入力信号Sの立ち上がりによってセットされ、入力信号Rによってリセットされる。すなわち、第2マスク回路22bは、入力信号Rがローを示すときに入力信号Sが立ち上がる場合にハイを出力し、次に入力信号Rがローからハイに切り替わるまでの期間、これを保持する回路である。なお、入力信号Sと入力信号Rとの両方がハイを示す場合には、第2ラッチ信号La2はローを示す。入力信号Sは、PWM2である。入力信号Rは、PWM1である。すなわち、第2マスク回路22bは、PWM2の立ち上がりによってラッチされ、PWM1の立ち上がりによってリセットされる回路である。第2ラッチ信号La2についても、図4のグラフを参照して、後ほどより詳しく説明する。 The second mask circuit 22b outputs a second latch signal La2 for the two input signals S and R. The second latch signal La2 is set by the rising edge of the input signal S and reset by the input signal R. That is, the second mask circuit 22b is a circuit that outputs high when the input signal S rises when the input signal R indicates low, and holds this until the next time the input signal R switches from low to high. is. Note that when both the input signal S and the input signal R indicate high, the second latch signal La2 indicates low. The input signal S is PWM2. The input signal R is PWM1. That is, the second mask circuit 22b is a circuit that is latched by the rise of PWM2 and reset by the rise of PWM1. The second latch signal La2 will also be described in more detail later with reference to the graph of FIG.

信号MG+V、及び信号MG0は、第1ゲート32のゲート電圧Vg1の制御に用いられる信号である。より具体的に、信号MG+Vがハイを示す場合においては、ゲート制御回路24は、第1ゲート32に印加するゲート電圧Vg1を、Vボルトに設定する。電圧Vボルトは、第1ゲート32の閾値電圧よりも高電圧である。また、信号MG0がハイを示す場合においては、ゲート制御回路24は、第1ゲート32に印加するゲート電圧Vg1をゼロボルトに設定する。電圧ゼロボルトは、第1ゲート32の閾値電圧よりも低電圧である。信号MG+Vは、第1指令信号PWM1と同一の信号である。また、信号MG0は、第1指令信号PWM1のNOT信号である。信号MG+V及び信号MG0の決め方から、信号MG+Vと信号MG0が同時にハイ(又はロー)を示すことはない。すなわち、ゲート制御回路24は、第1ゲート32に、Vボルト又はゼロボルトを選択的に印加する。 A signal MG+V and a signal MG0 are signals used to control the gate voltage Vg1 of the first gate 32 . More specifically, when the signal MG+V indicates high, the gate control circuit 24 sets the gate voltage Vg1 applied to the first gate 32 to V volts. The voltage V volts is a higher voltage than the threshold voltage of the first gate 32 . Further, when the signal MG0 indicates high, the gate control circuit 24 sets the gate voltage Vg1 applied to the first gate 32 to zero volts. A voltage of zero volts is a voltage lower than the threshold voltage of the first gate 32 . The signal MG+V is the same signal as the first command signal PWM1. Also, the signal MG0 is a NOT signal of the first command signal PWM1. Due to the way the signal MG+V and the signal MG0 are determined, the signal MG+V and the signal MG0 are never high (or low) at the same time. That is, the gate control circuit 24 selectively applies V volts or zero volts to the first gate 32 .

信号CG+V、信号CG0、及び信号CG-Vは、第2ゲート34のゲート電圧Vg2の制御に用いられる信号である。より具体的に、信号CG+Vがハイを示す場合においては、ゲート制御回路24は、第2ゲート34に印加するゲート電圧Vg2を、Vボルトに設定する。電圧Vボルトは、第2ゲート34の閾値電圧よりも高電圧である。信号CG0がハイを示す場合においては、ゲート制御回路24は、第2ゲート34に印加するゲート電圧Vg2を、ゼロボルトに設定する。信号CG-Vがハイを示す場合においては、ゲート制御回路24は、第2ゲート34に印加するゲート電圧Vg2を、-Vボルトに設定する。電圧ゼロボルト、及び電圧-Vボルトは、第2ゲート34の閾値電圧よりも低電圧である。信号CG+Vは、第1指令信号PWM1と、第1ラッチ信号La1と第2ラッチ信号La2とのNOR信号とのAND信号である。信号CG0は、第2ラッチ信号La2と同一の信号である。信号CG-Vは、信号CG+Vと信号CG0とのNOR信号である。信号CG+V、信号CG0、及び信号CG-Vの決め方から、これらの三つの信号のうち同時に二つ以上がハイを示すことはない。すなわち、ゲート制御回路24は、第2ゲート34に、Vボルト、ゼロボルト、又は-Vボルトを選択的に印加する。 Signal CG+V, signal CG0, and signal CG-V are signals used to control the gate voltage Vg2 of the second gate . More specifically, when the signal CG+V indicates high, the gate control circuit 24 sets the gate voltage Vg2 applied to the second gate 34 to V volts. The voltage V volts is a higher voltage than the threshold voltage of the second gate 34 . When the signal CG0 indicates high, the gate control circuit 24 sets the gate voltage Vg2 applied to the second gate 34 to zero volts. When the signal CG-V indicates high, the gate control circuit 24 sets the gate voltage Vg2 applied to the second gate 34 to -V volts. A voltage of zero volts and a voltage of −V volts are voltages below the threshold voltage of the second gate 34 . The signal CG+V is an AND signal of the first command signal PWM1 and the NOR signal of the first latch signal La1 and the second latch signal La2. The signal CG0 is the same signal as the second latch signal La2. Signal CG-V is the NOR signal of signal CG+V and signal CG0. Because of the way signals CG+V, CG0, and CG-V are defined, no more than two of these three signals are high at the same time. That is, gate control circuit 24 selectively applies V volts, zero volts, or -V volts to second gate 34 .

続いて図4を参照して、第1指令信号PWM1、第2指令信号PWM2、第1ラッチ信号La1、第2ラッチ信号La2、及び第1ラッチ信号La1と第2ラッチ信号La2とのNOR信号についてのグラフを説明する。なお、以下では、これらの信号を単にPWM1、PWM2、La1、及びLa2と記載することがある。上記の通り、PWM2を生成する第2キャリア信号は、PWM1を生成する第1キャリア信号から所定時間だけ位相が進んでいるため、デューティ信号の変化に伴って、PWM1とPWM2との間で波形に相違が生じている。 Subsequently, referring to FIG. 4, regarding the first command signal PWM1, the second command signal PWM2, the first latch signal La1, the second latch signal La2, and the NOR signal of the first latch signal La1 and the second latch signal La2, explain the graph of In addition, below, these signals may be simply described as PWM1, PWM2, La1, and La2. As described above, the phase of the second carrier signal that generates PWM2 leads the phase of the first carrier signal that generates PWM1 by a predetermined time. There is a difference.

時刻t1までは、PWM1及びPWM2ともにハイを示す。第1マスク回路22aの入力信号Sは、PWM2のNOT信号であるからローを示し、入力信号Rは、PWM1とPWM2とのNOR信号であるからローを示す。従って、La1はローを示す。また、第2マスク回路22bの入力信号Sは、PWM2であるからハイを示し、入力信号Rは、PWM1であるからハイを示す。従って、La2はロー示す。 Until time t1, both PWM1 and PWM2 are high. The input signal S of the first mask circuit 22a is the NOT signal of PWM2 and therefore indicates low, and the input signal R is the NOR signal of PWM1 and PWM2 and thus indicates low. Therefore, La1 indicates low. Further, the input signal S of the second mask circuit 22b is PWM2, so it indicates high, and the input signal R, which is PWM1, indicates high. Therefore, La2 indicates low.

時刻t1において、PWM1に先立ってPWM2が立ち下がる。すると、第1マスク回路22aの入力信号Sはローからハイに切り替わり、入力信号Rはローを示す。従って、La1はハイを示す。La1は、入力信号Rが次にハイを示すまでの期間、すなわちPWM1及びPWM2の両方がローを示すまでの期間、ハイを示す。よって、時刻t1から時刻t2までの期間は、La1はハイを示す。 At time t1, PWM2 falls before PWM1. Then, the input signal S of the first mask circuit 22a switches from low to high, and the input signal R indicates low. Therefore, La1 indicates high. La1 stays high until the next input signal R goes high, ie until both PWM1 and PWM2 go low. Therefore, La1 indicates high during the period from time t1 to time t2.

また、第2マスク回路22bついては、時刻t1から時刻t2までの期間で、時刻ft1において入力信号Sがローからハイに切り替わる。ところが、時刻ft1においては、入力信号Rもハイを示すため、時刻ft1においてLa2はローを示す。時刻t1から時刻t2までの間では入力信号Sがローからハイに切り替わるタイミングは時刻ft1のみである。従って、La2が時刻t1から時刻t2までの期間においてローからハイに切り替わることはないため、この期間、La2はローを示す。 As for the second mask circuit 22b, the input signal S switches from low to high at time ft1 during the period from time t1 to time t2. However, at time ft1, the input signal R also indicates high, so La2 indicates low at time ft1. Between time t1 and time t2, the timing at which the input signal S switches from low to high is only time ft1. Therefore, since La2 does not switch from low to high during the period from time t1 to time t2, La2 indicates low during this period.

時刻t2において、PWM1が立ち下がる。また、時刻t3においてPWM2が、PWM1に先立って立ち上がる。従って、時刻t2から時刻t3までの期間は、PWM1及びPWM2はともにローを示す。よって、第1マスク回路22aの入力信号Sはハイを示し、入力信号Rはハイを示すため、La1はローを示す。また、第2マスク回路22bにおいて、時刻t2以降、時刻t3でPWM2が立ち上がるまでは、PWM2はローを示す。すなわち、第2マスク回路22bにおいて、時刻t2から時刻t3までの期間中、入力信号Sがローからハイに切り替わることはないため、時刻t2から時刻t3までの期間は、La2はローが保持されている。 At time t2, PWM1 falls. Also, at time t3, PWM2 rises prior to PWM1. Therefore, during the period from time t2 to time t3, both PWM1 and PWM2 are low. Therefore, since the input signal S of the first mask circuit 22a indicates high and the input signal R indicates high, La1 indicates low. In the second mask circuit 22b, PWM2 is low from time t2 until PWM2 rises at time t3. That is, in the second mask circuit 22b, since the input signal S does not switch from low to high during the period from time t2 to time t3, La2 is held low during the period from time t2 to time t3. there is

時刻t3において、PWM1に先立ってPWM2が立ち上がる。第1マスク回路22aにおいて、時刻t3以降、PWM1が立ち下がる時刻t4までの期間では、時刻ft2において入力信号Sがローからハイに切り替わる。ところが、時刻ft2においては、PWM1及びPWM2ともにローを示すことから、入力信号Rはハイを示す。時刻t3から時刻t4までの期間では入力信号Sがローからハイに切り替わるタイミングは時刻ft2のみである。従って、La1が時刻t3から時刻t4までの期間においてローからハイに切り替わることはないため、この期間、La1はローを示す。 At time t3, PWM2 rises before PWM1. In the first mask circuit 22a, the input signal S switches from low to high at time ft2 in the period from time t3 to time t4 when PWM1 falls. However, at time ft2, since both PWM1 and PWM2 indicate low, the input signal R indicates high. During the period from time t3 to time t4, the timing at which the input signal S switches from low to high is only time ft2. Therefore, since La1 does not switch from low to high during the period from time t3 to time t4, La1 indicates low during this period.

また上記の通り、時刻t3において、PWM1に先立ってPWM2が立ち上がる。すると、第2マスク回路22bの入力信号Sがローからハイに切り替わり、入力信号Rはローを示す。従って、La2はハイを示す。La2は、入力信号Rが次にハイを示すまでの期間、すなわち、PWM1が立ち上がるまでの期間、ハイを示す。よって、時刻t3から時刻t4までの期間は、La2はハイを示す。 Also, as described above, PWM2 rises prior to PWM1 at time t3. Then, the input signal S of the second mask circuit 22b switches from low to high, and the input signal R indicates low. Therefore, La2 indicates high. La2 remains high until the next input signal R becomes high, that is, until PWM1 rises. Therefore, La2 is high during the period from time t3 to time t4.

時刻t4以降においては、PWM1及びPWM2はともにハイを示す。従って、時刻t4以降については、時刻t1までと同様であるので説明を省略する。 After time t4, both PWM1 and PWM2 are high. Therefore, the process from time t4 onwards is the same as that up to time t1, so the description is omitted.

また、La1とLa2とのNOR信号については、上記のLa1及びLa2から容易に算出される。 Also, the NOR signal of La1 and La2 can be easily calculated from the above La1 and La2.

図5の(A)は、論理回路22が出力する五つの信号を表わすグラフである。上記の通り、信号MG+VはPWM1と同一の信号であり、信号MG0はPWM1のNOT信号であるため、図5(A)の信号MG+V、及び信号MG0のグラフは容易に得られる。信号CG+Vは、PWM1と、La1とLa2とのNOR信号と、のAND信号であるため、時刻t1以前、及び時刻t4以降にハイを示し、残りの期間はローを示す信号である。信号CG0はLa2と同一の信号であるため、時刻t3から時刻t4の期間はハイを示し、残りの期間はローを示す信号である。信号CG-Vは、信号CG+Vと信号CG0とのNOR信号であるため、時刻t1から時刻t3の期間はハイを示し、残りの期間はローを示す信号である。 FIG. 5A is a graph representing five signals output by the logic circuit 22. FIG. As described above, the signal MG+V is the same signal as PWM1, and the signal MG0 is the NOT signal of PWM1, so the graphs of the signal MG+V and the signal MG0 in FIG. 5A can be easily obtained. Since the signal CG+V is an AND signal of PWM1 and the NOR signal of La1 and La2, it indicates high before time t1 and after time t4, and indicates low during the remaining period. Since the signal CG0 is the same signal as La2, it is a signal that indicates high during the period from time t3 to time t4 and indicates low during the remaining period. Since the signal CG-V is the NOR signal of the signal CG+V and the signal CG0, it is a signal that indicates high during the period from time t1 to time t3 and indicates low during the remaining period.

図5の(B)は、ゲート制御回路24が、第1ゲート32に印加するゲート電圧Vg1、及び第2ゲート34に印加するゲート電圧Vg2を表わすグラフである。上記の通り、ゲート電圧Vg1は信号MG+V及び信号MG0に基づいて決定されるため、図5の(A)から容易に決定される。同様に、ゲート電圧Vg2も図5の(A)から容易に決定される。 5B is a graph showing the gate voltage Vg1 applied to the first gate 32 and the gate voltage Vg2 applied to the second gate 34 by the gate control circuit 24. FIG. Since the gate voltage Vg1 is determined based on the signal MG+V and the signal MG0 as described above, it can be easily determined from (A) of FIG. Similarly, the gate voltage Vg2 is also easily determined from (A) of FIG.

以上の構成によると、図4に示すようにPWM2には無用な立ち上がり及び立ち下がりが存在するが、図5の(B)に示すように、第2ゲート34に印加するゲート電圧Vg2には存在しない。すなわち、第2ゲート34の意図しないタイミングでの無用なオンオフを抑制し得る。 According to the above configuration, as shown in FIG. 4, PWM2 has unnecessary rising and falling edges, but as shown in FIG. do not. That is, it is possible to suppress unnecessary turning on/off of the second gate 34 at unintended timings.

また、PWM2は二値信号であるが、論理回路22を備えることにより、ゲート制御回路24は、第2ゲート34のゲート電圧Vg2を、Vボルト、ゼロボルト、及び-Vボルトの三値を用いて制御することができる。つまり、スイッチング素子30のターンオン時において、第2ゲート34に印加するゲート電圧Vg2を段階的に上昇させることができる。これにより、スイッチング素子30のターンオン速度を上昇させて、スイッチングによる損失を抑制し得る。 Also, although PWM2 is a binary signal, by providing the logic circuit 22, the gate control circuit 24 can change the gate voltage Vg2 of the second gate 34 using three values of V volts, zero volts, and -V volts. can be controlled. That is, when the switching element 30 is turned on, the gate voltage Vg2 applied to the second gate 34 can be increased stepwise. As a result, the turn-on speed of the switching element 30 can be increased, and loss due to switching can be suppressed.

(第2実施例)図6から図10を参照して、第2実施例の半導体装置102を説明する。図6及び図7に示すように、半導体装置102は、抵抗109、可変タイマ122d、電流検出回路126をさらに備える。特に限定されないが、可変タイマ122dは、駆動回路120に内蔵されており、抵抗109を介してセンスエミッタ139に接続されている。駆動回路120は、スイッチング素子130に流れる電流に応じて、可変タイマ122dの設定時間を変更するように構成されている。そして、駆動回路120は、可変タイマ122dを用いて、第2ゲート134のターンオフに対する第1ゲート132のターンオフのタイミングを変化させるように構成されている。本実施例の半導体装置102は、これらの点、及び論理回路122の構成が一部異なる点を除いて、第1実施例の半導体装置2と同様であるため、重複する部分の説明は省略する。 (Second Embodiment) A semiconductor device 102 of a second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 10. FIG. As shown in FIGS. 6 and 7, the semiconductor device 102 further includes a resistor 109, a variable timer 122d, and a current detection circuit 126. FIG. Variable timer 122 d is incorporated in drive circuit 120 and connected to sense emitter 139 via resistor 109 , although not particularly limited. The drive circuit 120 is configured to change the set time of the variable timer 122 d according to the current flowing through the switching element 130 . The drive circuit 120 is configured to change the turn-off timing of the first gate 132 with respect to the turn-off of the second gate 134 using the variable timer 122d. The semiconductor device 102 of the present embodiment is the same as the semiconductor device 2 of the first embodiment, except for these points and the fact that the configuration of the logic circuit 122 is partially different, so the description of overlapping parts will be omitted. .

図10を参照して、第2実施例の半導体装置102に可変タイマ122dを設ける理由について説明する。図10は、スイッチング素子130のターンオフ時に生じる導通による損失(導通損失)、ターンオフによる損失(スイッチング損失)、及びそれらの合計損失を表わすグラフである。なお、スイッチング素子130がオフであるとは、第1ゲート132及び第2ゲート134の両ゲートがオフであることを意味する。横軸の時間は、第2ゲート134がターンオフされてから、第1ゲート132がターンオフされるまでの時間(以下、オフ遅延時間と称する)を表わす。図10中のひし形の点を結んだグラフが導通損失、正方形の点を結んだグラフがスイッチング損失、三角の点を結んだグラフが合計損失を表している。図中の矢印で示した点が、合計損失が最小となる点を表している。図10の(A)と図10の(B)では、スイッチング素子130に流れる電流の大きさが異なる。すなわち、図10の(A)は、スイッチング素子130に流れる電流が小さい場合を示し、図10の(B)は、スイッチング素子130に流れる電流が大きい場合を示す。 The reason why the variable timer 122d is provided in the semiconductor device 102 of the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a graph showing loss due to conduction (conduction loss) occurring when switching element 130 is turned off, loss due to turn-off (switching loss), and the total loss thereof. Note that the fact that the switching element 130 is off means that both the first gate 132 and the second gate 134 are off. Time on the horizontal axis represents the time from turning off the second gate 134 to turning off the first gate 132 (hereinafter referred to as off delay time). In FIG. 10, a graph connecting diamond points indicates conduction loss, a graph connecting square points indicates switching loss, and a graph connecting triangle points indicates total loss. The point indicated by the arrow in the figure represents the point where the total loss is minimum. The magnitude of the current flowing through the switching element 130 is different between (A) and (B) of FIG. 10 . That is, FIG. 10A shows a case where the current flowing through the switching element 130 is small, and FIG. 10B shows a case where the current flowing through the switching element 130 is large.

図10の(A)と図10の(B)とを比較すると、スイッチング損失については、電流の大小に関わらず、オフ遅延時間を大きく設定するほど減少していく。また、二つのグラフ(A)、(B)を比較して理解されるように、電流の大小に関わらず、オフ遅延時間に対するスイッチング損失の関係(変化の挙動)も類似しており、その減少率は徐々に低下していく。一方で、導通損失については、オフ遅延時間を大きく設定するほど増加するとともに、スイッチング素子130に流れる電流が大きくなるほどその増加率は大きくなる。従って、スイッチング素子130において生じる合計損失が最小となるオフ遅延時間は、スイッチング素子130に流れる電流の大きさに依存する。より詳細に、スイッチング素子130に流れる電流が大きいほど、合計損失が最小となるオフ遅延時間は短くなる。 Comparing FIG. 10A and FIG. 10B, the switching loss decreases as the off-delay time is set longer, regardless of the magnitude of the current. In addition, as can be understood by comparing the two graphs (A) and (B), regardless of the magnitude of the current, the relationship (behavior of change) of the switching loss with respect to the off-delay time is similar. The rate will gradually decline. On the other hand, the conduction loss increases as the off-delay time is set longer, and the rate of increase increases as the current flowing through the switching element 130 increases. Therefore, the OFF delay time that minimizes the total loss generated in switching element 130 depends on the magnitude of the current flowing through switching element 130 . More specifically, the larger the current flowing through the switching element 130, the shorter the off-delay time at which the total loss is minimized.

後ほど詳しく説明するが、可変タイマ122dは電流検出回路126に接続されている。可変タイマ122dは、電流検出回路126が検出した電流に応じて、第2ゲート134のターンオフに対する第1ゲート132のターンオフのタイミング(すなわち、オフ遅延時間)を変化させることができる。従って、スイッチング素子130において生じる合計損失を減少させることができる。 The variable timer 122d is connected to the current detection circuit 126, which will be described later in detail. The variable timer 122 d can change the turn-off timing of the first gate 132 with respect to the turn-off of the second gate 134 (that is, the off delay time) according to the current detected by the current detection circuit 126 . Therefore, the total loss generated in switching element 130 can be reduced.

再び、図6の説明に戻る。抵抗109は、センスエミッタ139と、電流検出回路126との間に接続されている。電流検出回路126は、センスエミッタ139に流れる電流に起因する抵抗109における電圧降下を検出することにより、センスエミッタ139に流れる電流を計測する。スイッチング素子130のコレクタ136からエミッタ138に流れるコレクタ電流はセンスエミッタ139に流れる電流に比例するため、センスエミッタ139に流れる電流を計測することにより、コレクタ電流を計測することができる。 Returning to the description of FIG. 6 again. Resistor 109 is connected between sense emitter 139 and current detection circuit 126 . Current detection circuit 126 measures the current flowing through sense emitter 139 by detecting the voltage drop across resistor 109 caused by the current flowing through sense emitter 139 . Since the collector current flowing from the collector 136 to the emitter 138 of the switching element 130 is proportional to the current flowing through the sense emitter 139, the collector current can be measured by measuring the current flowing through the sense emitter 139. FIG.

次に論理回路122について説明する。図7に示すように、論理回路122は、第3マスク回路122c、可変タイマ122dをさらに備える。この点を除いて、本実施例の論理回路122は、第1実施例の論理回路22と同様であるため、重複する部分の説明は省略する。 Next, the logic circuit 122 will be explained. As shown in FIG. 7, the logic circuit 122 further includes a third mask circuit 122c and a variable timer 122d. Except for this point, the logic circuit 122 of the present embodiment is the same as the logic circuit 22 of the first embodiment, so the description of overlapping portions will be omitted.

第3マスク回路122cは二つの入力信号S、Rに対し、第3ラッチ信号La3を出力する。第3ラッチ信号La3は、入力信号Sの立ち上がりによってセットされ、入力信号Rによってリセットされる。すなわち、第3マスク回路122cは、入力信号Rがローを示すときに入力信号Sが立ち上がる場合にハイを出力し、次に入力信号Rがローからハイに切り替わるまでの期間、これを保持する回路である。なお、入力信号Sと入力信号Rとの両方がハイを示す場合には、第3ラッチ信号La3はローを示す。入力信号Sは、第1指令信号PWM1のNOT信号である。入力信号Rは、第1指令信号PWM1のNOT信号を所定時間遅延させた信号である。すなわち、第1マスク回路22aは、第1指令信号PWM1の立ち下がりによってラッチされ、所定時間の経過後にリセットされる回路である。第3ラッチ信号La3については、図8のグラフを参照して、後ほどより詳しく説明する。 The third mask circuit 122c outputs a third latch signal La3 for the two input signals S and R. The third latch signal La3 is set when the input signal S rises and reset when the input signal R rises. That is, the third mask circuit 122c outputs high when the input signal S rises when the input signal R indicates low, and holds this output until the next time the input signal R switches from low to high. is. Note that when both the input signal S and the input signal R indicate high, the third latch signal La3 indicates low. The input signal S is a NOT signal of the first command signal PWM1. The input signal R is a signal obtained by delaying the NOT signal of the first command signal PWM1 by a predetermined time. That is, the first mask circuit 22a is a circuit that is latched by the falling edge of the first command signal PWM1 and reset after a predetermined period of time. The third latch signal La3 will be described later in more detail with reference to the graph of FIG.

図7に示すように、第1指令信号PWM1のNOT信号が第3マスク回路122cのリセット側の入力端子に入力される前に、可変タイマ122dに入力される。可変タイマ122dは、入力された第1指令信号PWM1のNOT信号を所定時間遅延させる。可変タイマ122dは、遅延させる所定時間を変化させることができる。本実施例においては、可変タイマ122dは、遅延させる所定時間を第1時間、第2時間、及び第3時間の三つのうちのいずれか一つを選択することができる。可変タイマ122dは、電流検出回路126に接続されている。可変タイマ122dは、電流検出回路126が検出した電流に基づいて、設定時間を第1時間、第2時間、第3時間のいずれか一つに設定する。なお、変形例では、可変タイマ122dは、電流検出回路126が検出した電流と設定時間に関するマップを記憶しており、電流検出回路126が検出した電流に基づいて設定時間を変更してもよい。 As shown in FIG. 7, before the NOT signal of the first command signal PWM1 is input to the reset-side input terminal of the third mask circuit 122c, it is input to the variable timer 122d. The variable timer 122d delays the NOT signal of the input first command signal PWM1 by a predetermined time. The variable timer 122d can change the predetermined delay time. In this embodiment, the variable timer 122d can select any one of the first time, the second time, and the third time for the predetermined delay time. The variable timer 122 d is connected to the current detection circuit 126 . The variable timer 122d sets the set time to any one of the first time, the second time, and the third time based on the current detected by the current detection circuit 126. FIG. Note that in a modified example, the variable timer 122d stores a map regarding the current detected by the current detection circuit 126 and the set time, and may change the set time based on the current detected by the current detection circuit 126.

信号MG+Vは、第1指令信号PWM1と第3ラッチ信号La3とのOR信号である。また、信号MG0は、信号MG+VのNOT信号である。MG+V及びMG0の決め方からわかる通り、信号MG+Vと信号MG0が同時にハイ(又はロー)を示すことはない。すなわち、ゲート制御回路124は、第1ゲート132に、+Vボルト又はゼロボルトを選択的に印加する。 The signal MG+V is an OR signal of the first command signal PWM1 and the third latch signal La3. Signal MG0 is a NOT signal of signal MG+V. As can be seen from how MG+V and MG0 are determined, the signal MG+V and the signal MG0 are never high (or low) at the same time. That is, the gate control circuit 124 selectively applies +V volts or zero volts to the first gate 132 .

続いて図8の(A)を参照して、第1指令信号PWM1、及び第3ラッチ信号La3についてのグラフを説明する。なお、以下では、第3ラッチ信号La3を、単にLa3と記載することがある。時刻T1までは、PWM1はハイを示す。従って、第3マスク回路122cの入力信号Sは、PWM1のNOT信号であるから、ローを示す。また、入力信号Rは、可変タイマ122dの遅延時間によってハイ又はローのいずれか一方となるが、いずれの場合においても、La3はローを示す。 Next, with reference to FIG. 8A, graphs of the first command signal PWM1 and the third latch signal La3 will be described. In the following description, the third latch signal La3 may be simply referred to as La3. PWM1 is high until time T1. Accordingly, the input signal S of the third mask circuit 122c is the NOT signal of PWM1, and therefore indicates low. Also, the input signal R becomes either high or low depending on the delay time of the variable timer 122d. In either case, La3 indicates low.

時刻T1において、PWM1が立ち下がる。すると、第3マスク回路122cの入力信号Sはローからハイに切り替わる。また入力信号Rは、可変タイマ122dによってPWM1のNOT信号が所定時間遅延されるため、ローを示す。従って、時刻T1において、La3はハイを示す。La3は、次に第3マスク回路122cの入力信号Rがローからハイに切り替わるまで、ハイを保持する。 At time T1, PWM1 falls. Then, the input signal S of the third mask circuit 122c switches from low to high. Also, the input signal R indicates low because the NOT signal of PWM1 is delayed by the variable timer 122d for a predetermined time. Therefore, at time T1, La3 indicates high. La3 remains high until the input signal R of the third mask circuit 122c switches from low to high.

その後、所定時間が経過した時刻T3において(すなわち、可変タイマ122dの所定時間はT3-T1であり、時刻T3は可変タイマ122dの設定時間によって変化する)、第3マスク回路122cの入力信号Rはローからハイに切り替わる。第3マスク回路122cの入力信号Sはハイを示すため、La3はローに切り替わる。 After that, at time T3 after a predetermined time has passed (that is, the predetermined time of the variable timer 122d is T3-T1, and the time T3 changes depending on the set time of the variable timer 122d), the input signal R of the third mask circuit 122c is Switch from low to high. Since the input signal S of the third mask circuit 122c indicates high, La3 switches to low.

PWM1はパルス波であるから、PWM1の1周期内で立ち下がりが生じるのは一度である。つまり、時刻T3以降において、PWM1の1周期内では、PWM1が立ち下がるタイミングは存在しない。すなわち、時刻T3以降において、PWM1の1周期内では、第3マスク回路122cの入力信号Sがローからハイに切り替わるタイミングは存在しない。従って、時刻T3以降のPWM1の1周期内においては、La3はローを示す。よって、PWM1の1周期内においてLa3がハイを示すのは、時刻T1から時刻T3の期間である。 Since PWM1 is a pulse wave, the trailing edge occurs only once within one period of PWM1. That is, after time T3, there is no timing at which PWM1 falls within one cycle of PWM1. That is, after time T3, there is no timing at which the input signal S of the third mask circuit 122c switches from low to high within one cycle of PWM1. Therefore, La3 indicates low within one cycle of PWM1 after time T3. Therefore, it is the period from time T1 to time T3 that La3 is high within one cycle of PWM1.

図8の(B)は、論理回路122が出力する信号MG+V、及び信号MG0を表わすグラフである。信号MG+Vは、PWM1とLa3とのOR信号であり、信号MG0は信号MG+VのNOT信号であるため、これらのグラフは、図8の(A)から容易に得られる。 FIG. 8B is a graph representing signal MG+V and signal MG0 output from logic circuit 122. FIG. Since signal MG+V is the OR signal of PWM1 and La3, and signal MG0 is the NOT signal of signal MG+V, these graphs can be easily obtained from (A) of FIG.

図8の(C)は、ゲート制御回路124が、第1ゲート132に印加するゲート電圧Vg1を表わすグラフである。上記の通り、ゲート電圧Vg1は信号MG+V及び信号MG0に基づいて決定されるため、図8の(B)から容易に決定される。 (C) of FIG. 8 is a graph representing the gate voltage Vg1 applied to the first gate 132 by the gate control circuit 124 . Since the gate voltage Vg1 is determined based on the signal MG+V and the signal MG0 as described above, it can be easily determined from (B) of FIG.

図9は、可変タイマ122dの設定時間の変更に関するフローチャートである。まず可変タイマ122dは、電流検出回路126が検出したセンス電流を取得する(ステップS2)。その後、ステップS2で取得したセンス電流が、第1閾値電流よりも大きいか否かを判定する(ステップS4)。 FIG. 9 is a flowchart for changing the set time of the variable timer 122d. First, the variable timer 122d acquires the sense current detected by the current detection circuit 126 (step S2). After that, it is determined whether or not the sense current acquired in step S2 is greater than the first threshold current (step S4).

ステップS2で取得したセンス電流が、第1閾値電流よりも大きいと判定された場合は、可変タイマ122dはその設定時間を第1時間に設定する(ステップS4:YES、S6)。ステップS2で取得したセンス電流が、第1閾値電流よりも小さいと判定された場合は、当該センス電流が、第2閾値電流よりも大きいか否かを判定する(ステップS4:NO、S8)。なお。第2閾値電流は、第1閾値電流よりも小さい。 When it is determined that the sense current acquired in step S2 is greater than the first threshold current, the variable timer 122d sets the set time to the first time (step S4: YES, S6). If it is determined that the sense current acquired in step S2 is smaller than the first threshold current, it is determined whether or not the sense current is greater than the second threshold current (step S4: NO, S8). note that. The second threshold current is less than the first threshold current.

ステップS2で取得したセンス電流が、第2閾値電流よりも大きいと判定された場合は、可変タイマ122dはその設定時間を第2時間に設定する(ステップS8:YES、S10)。ステップS2で取得したセンス電流が、第1閾値電流よりも小さいと判定された場合は、可変タイマ122dはその設定時間を第3時間に設定する(ステップS8:NO、S12)。 When it is determined that the sense current acquired in step S2 is greater than the second threshold current, the variable timer 122d sets the set time to the second time (step S8: YES, S10). When it is determined that the sense current acquired in step S2 is smaller than the first threshold current, the variable timer 122d sets the set time to the third time (step S8: NO, S12).

以上によると、センス電流に基づいて可変タイマ122dの設定時間、すなわち、第2ゲート134のターンオフに対する第1ゲート132のターンオフのタイミングを変化させることができる。これにより、導通による損失とスイッチングによる損失との合計損失を減少させることができる。 According to the above, the set time of the variable timer 122d, that is, the turn-off timing of the first gate 132 with respect to the turn-off of the second gate 134 can be changed based on the sense current. Thereby, the total loss of the loss due to conduction and the loss due to switching can be reduced.

なお、第2実施例の技術は、上記の一つ目の方法、すなわち、一つのPWM信号を生成し、これを用いて二つのゲート信号を制御する方法であり、第1ゲート(あるいは第2ゲート)に対しては、当該PWM信号に所定の遅延時間を与えたPWM信号が用いられる方法についても好適である。 The technique of the second embodiment is the first method described above, that is, the method of generating one PWM signal and using it to control two gate signals. gate), a method of using a PWM signal obtained by giving a predetermined delay time to the PWM signal is also suitable.

(第3実施例)図11から図13を参照して、第3実施例の半導体装置202を説明する。図11に示すように、半導体装置202は、第1ゲート抵抗207、第2ゲート抵抗209、電流検出回路226をさらに備える。この点を除いて、第1実施例の半導体装置2と同様であるため、重複する部分の説明は省略する。 (Third Embodiment) A semiconductor device 202 of a third embodiment will be described with reference to FIGS. 11 to 13. FIG. As shown in FIG. 11, the semiconductor device 202 further includes a first gate resistor 207, a second gate resistor 209, and a current detection circuit 226. FIG. Except for this point, the semiconductor device 2 is the same as the semiconductor device 2 of the first embodiment, so the description of overlapping parts will be omitted.

第1ゲート抵抗207は、駆動回路220と、第1ゲート232との間に接続されている。また、第1ゲート抵抗207は、電流検出回路226にも接続されている。第1ゲート抵抗207は、第1ゲート232に流れる電流をモニタする役割を担う。電流検出回路226は、第1ゲート232に流れる電流に起因する第1ゲート抵抗207における電圧降下を検出することにより、第1ゲート232に流れる電流を計測する。 The first gate resistor 207 is connected between the drive circuit 220 and the first gate 232 . The first gate resistor 207 is also connected to the current detection circuit 226 . The first gate resistor 207 serves to monitor the current flowing through the first gate 232 . The current detection circuit 226 measures the current flowing through the first gate 232 by detecting the voltage drop across the first gate resistor 207 caused by the current flowing through the first gate 232 .

第2ゲート抵抗209は、駆動回路220と、第2ゲート234との間に接続されている。また、第2ゲート抵抗209は、電流検出回路226にも接続されている。第2ゲート抵抗209は、第2ゲート234に流れる電流をモニタする役割を担う。電流検出回路226は、第2ゲート234に流れる電流に起因する第2ゲート抵抗209における電圧降下を検出することにより、第2ゲート234に流れる電流を計測する。 A second gate resistor 209 is connected between the drive circuit 220 and a second gate 234 . The second gate resistor 209 is also connected to the current detection circuit 226 . The second gate resistor 209 serves to monitor the current flowing through the second gate 234 . The current detection circuit 226 measures the current flowing through the second gate 234 by detecting the voltage drop across the second gate resistor 209 caused by the current flowing through the second gate 234 .

第1ゲート抵抗207により、第1ゲート232においてリークが生じているか否かをモニタすることができる。また、第2ゲート抵抗209により、第2ゲート234にリークが生じているか否かをモニタすることができる。また、電流検出回路226は、ゲート制御回路224と接続されている。電流検出回路226が検出した第1ゲート232に流れる電流の情報、及び第2ゲート234に流れる電流の情報は、ゲート制御回路224に伝達される。すなわち、第1ゲート232及び第2ゲート234においてリークが生じているか否かの情報は、ゲート制御回路224に伝達される。 The first gate resistor 207 can monitor whether leakage occurs in the first gate 232 . Further, it is possible to monitor whether or not leakage occurs in the second gate 234 by the second gate resistor 209 . Also, the current detection circuit 226 is connected to the gate control circuit 224 . Information about the current flowing through the first gate 232 and information about the current flowing through the second gate 234 detected by the current detection circuit 226 are transmitted to the gate control circuit 224 . That is, information on whether or not leakage occurs in the first gate 232 and the second gate 234 is transmitted to the gate control circuit 224 .

リークが生じているゲートの使用を継続すると、スイッチング素子230に不具合が生じるおそれがある。そこで、ゲート制御回路224は、第1ゲート232又は第2ゲート234のいずれか一方のゲートのみについてリークが検出されたときに、当該ゲートに印加する電圧を制限する。また、ゲート制御回路224は、両ゲートについてリークが検出されたときは、スイッチング素子230の駆動を中止する。さらに、いずれか一方のゲートのみに短絡が検出されたときに、当該ゲートの使用を禁止する。 Continued use of the leaky gate may cause failure of the switching element 230 . Therefore, the gate control circuit 224 limits the voltage applied to either the first gate 232 or the second gate 234 when leakage is detected in only one of the gates. Further, the gate control circuit 224 stops driving the switching element 230 when leakage is detected for both gates. Furthermore, when a short circuit is detected in only one of the gates, use of that gate is prohibited.

図12を参照して、ゲート制御回路224が実行する各ゲートの制御について説明する。まず初めに、ゲート制御回路224は、第1ゲート232において、リークが生じているか否かを判定する(ステップS20)。ゲート制御回路224は、電流検出回路226から伝達される第1ゲート232に流れる電流の情報に基づいて、第1ゲート232においてリークが生じているか否かを判定する。第1ゲート232においてリークが生じていると判定される場合には、ゲート制御回路224は第1ゲート232をターンオフする(ステップS20:YES、S22)。すなわち、ゲート制御回路224は、二つの信号MG+V、及びMG0に関わらず、第1ゲート232に印加するゲート電圧Vg1をゼロボルトに設定する。 Control of each gate executed by the gate control circuit 224 will be described with reference to FIG. First, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the first gate 232 (step S20). The gate control circuit 224 determines whether leakage occurs in the first gate 232 based on the information about the current flowing through the first gate 232 transmitted from the current detection circuit 226 . When it is determined that leakage occurs in the first gate 232, the gate control circuit 224 turns off the first gate 232 (step S20: YES, S22). That is, the gate control circuit 224 sets the gate voltage Vg1 applied to the first gate 232 to zero volts regardless of the two signals MG+V and MG0.

その後、ゲート制御回路224は、第1ゲート232において、短絡が生じているか否かを判定する(ステップS24)。リークの判定と同様に、ゲート制御回路224は、電流検出回路226から伝達される第1ゲート232に流れる電流の情報に基づいて、第1ゲート232において短絡が生じているか否かを判定する。第1ゲート232において短絡が生じていると判定される場合には、ゲート制御回路224は、第1ゲート232をオフモードに設定する(ステップS24:YES、S26)。すなわち、第1ゲート232の使用を禁止する。 After that, the gate control circuit 224 determines whether or not a short circuit occurs in the first gate 232 (step S24). Similar to the leakage determination, the gate control circuit 224 determines whether or not a short circuit occurs in the first gate 232 based on the information on the current flowing through the first gate 232 transmitted from the current detection circuit 226 . When it is determined that the first gate 232 is short-circuited, the gate control circuit 224 sets the first gate 232 to the OFF mode (step S24: YES, S26). That is, use of the first gate 232 is prohibited.

また、第1ゲート232において短絡が生じていないと判定される場合には、ゲート制御回路224は、第1ゲート232を低圧モードに設定する(ステップS24:NO、S28)。すなわち、ゲート制御回路224は、信号MG+Vがハイを示す場合において、第1ゲート232に印加するゲート電圧Vg1をVLボルトに設定する。電圧VLボルトは、第1ゲート232が低圧モードでないときに信号MG+Vがハイを示す場合において第1ゲート232に印加される電圧Vボルトよりも低電圧である。 Further, when it is determined that the first gate 232 is not short-circuited, the gate control circuit 224 sets the first gate 232 to the low voltage mode (step S24: NO, S28). That is, the gate control circuit 224 sets the gate voltage Vg1 applied to the first gate 232 to VL volts when the signal MG+V indicates high. The voltage VL volts is a lower voltage than the voltage V volts applied to the first gate 232 when the signal MG+V indicates high when the first gate 232 is not in the low voltage mode.

その後、ゲート制御回路224は、第2ゲート234において、リークが生じているか否かを判定する(ステップS30)。ゲート制御回路224は、電流検出回路226から伝達される第2ゲート234に流れる電流の情報に基づいて、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する。 After that, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the second gate 234 (step S30). The gate control circuit 224 determines whether leakage occurs in the second gate 234 based on the information on the current flowing through the second gate 234 transmitted from the current detection circuit 226 .

第2ゲート234においてリークが生じていると判定される場合には、ゲート制御回路224は、スイッチング素子230の動作を中止する(ステップS30:YES、S32)。この場合には、第1ゲート232及び第2ゲート234の両ゲートにリーク及び/又は短絡が生じている。このような状況においては、スイッチング素子230の動作を中止する(ステップS32)。 When it is determined that leakage occurs in the second gate 234, the gate control circuit 224 stops the operation of the switching element 230 (step S30: YES, S32). In this case, both the first gate 232 and the second gate 234 are leaking and/or shorting. In such a situation, the operation of switching element 230 is stopped (step S32).

また、第2ゲート234においてリークが生じていないと判定される場合は、スタートへ戻り、ステップS20の処理から再開される(ステップS30:NO、スタートへ)。この場合には、第1ゲート232のみにリーク又は短絡が生じている。このような状況においては、ゲート制御回路224は、第1ゲート232に印加する電圧を低下させる、又は第1ゲート232の使用を禁止するとともに、第2ゲート234の制御については制限を設けることなくスイッチング素子230を動作させる。 If it is determined that no leak has occurred in the second gate 234, the process returns to START and restarts from step S20 (step S30: NO, to START). In this case, only the first gate 232 is leaking or shorting. In such a situation, the gate control circuit 224 reduces the voltage applied to the first gate 232 or prohibits the use of the first gate 232, and controls the second gate 234 without restriction. Switching element 230 is operated.

ステップS20で、第1ゲート232においてリークが生じていない判定される場合には、ゲート制御回路224は、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する(ステップS20:NO、S34)。ゲート制御回路224は、電流検出回路226から伝達される第2ゲート234に流れる電流の情報に基づいて、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する。 When it is determined in step S20 that no leakage occurs in the first gate 232, the gate control circuit 224 determines whether leakage occurs in the second gate 234 (step S20: NO, S34). . The gate control circuit 224 determines whether leakage occurs in the second gate 234 based on the information on the current flowing through the second gate 234 transmitted from the current detection circuit 226 .

第2ゲート234においてリークが生じていないと判定される場合には、スタートへ戻り、ステップS20の処理から再開される(ステップS34:NO、スタートへ)。この場合には、第1ゲート232及び第2ゲート234の両ゲートともに、リーク及び短絡は生じていない。すなわち両ゲートともに正常であり、ゲート制御回路224は、第1実施例で述べた通りの制御を実行する。 If the second gate 234 determines that no leak has occurred, the process returns to START and restarts from step S20 (step S34: NO, to START). In this case, neither the first gate 232 nor the second gate 234 are leaking or shorting. That is, both gates are normal, and the gate control circuit 224 performs control as described in the first embodiment.

また、第2ゲート234においてリークが生じていると判定される場合には、ゲート制御回路224は、第2ゲート234をターンオフする(ステップS34:YES、S36)。すなわち、ゲート制御回路224は、三つのCG+V、CG0、及びCG-Vに関わらず、第2ゲート234に印加するゲート電圧Vg2をゼロボルトに設定する。 Also, when it is determined that leakage occurs in the second gate 234, the gate control circuit 224 turns off the second gate 234 (step S34: YES, S36). That is, the gate control circuit 224 sets the gate voltage Vg2 applied to the second gate 234 to zero volts regardless of the three CG+V, CG0, and CG-V.

その後、ゲート制御回路224は、第2ゲート234において、短絡が生じているか否かを判定する(ステップS38)。リークの判定と同様に、ゲート制御回路224は、電流検出回路226から伝達される第2ゲート234に流れる電流の情報に基づいて、第2ゲート234において短絡が生じているか否かを判定する。第2ゲート234において短絡が生じていると判定される場合には、ゲート制御回路224は、第2ゲート234をオフモードに設定する(ステップS38:YES、S42)。すなわち、第2ゲート234の使用を禁止する。その後、スタートへ戻り、ステップS20の処理から再開される。 After that, the gate control circuit 224 determines whether or not a short circuit occurs in the second gate 234 (step S38). Similar to the leakage determination, the gate control circuit 224 determines whether a short circuit has occurred in the second gate 234 based on information on the current flowing through the second gate 234 transmitted from the current detection circuit 226 . If it is determined that the second gate 234 is short-circuited, the gate control circuit 224 sets the second gate 234 to the OFF mode (step S38: YES, S42). That is, use of the second gate 234 is prohibited. After that, the process returns to the start and restarts from the process of step S20.

また、第2ゲート234において短絡が生じていないと判定される場合には、ゲート制御回路224は、第2ゲート234を低圧モードに設定する(ステップS38:NO、S40)。すなわち、ゲート制御回路224は、信号CG+Vがハイを示す場合において、第2ゲート234に印加するゲート電圧Vg2をVLボルトに設定する。電圧VLボルトは、低圧モードでないときに信号CG+Vがハイを示す場合において第2ゲート234に印加される電圧Vボルトよりも低電圧である。また、ゲート制御回路224は、信号CG-Vがハイを示す場合において、第2ゲート234に印加するゲート電圧Vg2を-VLボルトに設定する。その後、スタートへ戻り、ステップS20の処理から再開される。 If it is determined that the second gate 234 is not short-circuited, the gate control circuit 224 sets the second gate 234 to the low voltage mode (step S38: NO, S40). That is, the gate control circuit 224 sets the gate voltage Vg2 applied to the second gate 234 to VL volts when the signal CG+V indicates high. The voltage VL volts is a lower voltage than the voltage V volts applied to the second gate 234 when the signal CG+V indicates high when not in the low voltage mode. Further, the gate control circuit 224 sets the gate voltage Vg2 applied to the second gate 234 to -VL volts when the signal CG-V indicates high. After that, the process returns to the start and restarts from the process of step S20.

これら場合には、第2ゲート234にのみリーク又は短絡が生じている。このような状況においては、ゲート制御回路224は、第2ゲート234に印加する電圧の絶対値を低下させる、又は第2ゲート234の使用を禁止するとともに、第1ゲート232の制御については制限を設けることなくスイッチング素子230を駆動させる。 In these cases, only the second gate 234 is leaking or shorting. In such a situation, the gate control circuit 224 reduces the absolute value of the voltage applied to the second gate 234 or prohibits the use of the second gate 234 and restricts the control of the first gate 232. The switching element 230 is driven without providing it.

図13を参照して、ゲート制御回路224が実行する上記の制御についての具体的な例をいくつか述べる。 Some specific examples of the above control performed by the gate control circuit 224 will now be described with reference to FIG.

図13の(A)は、第1ゲート232及び第2ゲート234の両ゲートともにリークが生じていない場合に、ゲート制御回路224により制御されるVg1及びVg2のグラフである。まず、時刻MT1において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(A)では、第1ゲート232においてリークは生じていないと判定される(図12のステップS20でNO)。その後、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(A)では、第2ゲート234においてリークは生じていないと判定される(図12のステップS34でNO)。よって、第1ゲート232及び第2ゲート234の両ゲートともにリークは生じていないため、ゲート制御回路224は、第1実施例で述べた通りの制御を実行する。 FIG. 13A is a graph of Vg1 and Vg2 controlled by the gate control circuit 224 when both the first gate 232 and the second gate 234 are leak-free. First, at time MT1, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the first gate 232 . In FIG. 13A, it is determined that no leak occurs in the first gate 232 (NO in step S20 of FIG. 12). After that, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the second gate 234 . In FIG. 13A, it is determined that no leak occurs in the second gate 234 (NO in step S34 of FIG. 12). Therefore, since no leakage occurs in both the first gate 232 and the second gate 234, the gate control circuit 224 performs control as described in the first embodiment.

図13の(B)は、第1ゲート232のみにリークが生じている場合に、ゲート制御回路224により制御されるVg1及びVg2のグラフである。まず、時刻MT1において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(B)では、第1ゲート232においてリークが生じていると判定される(図12のステップS20でYES)。その後、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232において短絡が生じているか否かを判定する。図13の(B)では、第1ゲート232において短絡は生じていないと判定される(図12のステップS24でNO)。従って、第1ゲート232のみに短絡までは至らないリークが生じているため、ゲート制御回路224は、第1ゲート232を低圧モードに設定する(図12のステップS28)。また、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(B)では、第2ゲート234においてリークは生じていないと判定される(図12のステップS30でNO)。よって、第1ゲート232のみにリークが生じているため、ゲート制御回路224は、MG+Vがハイを示す場合において、Vg1を、電圧Vボルトよりも低電圧であるVLボルトに設定する。 FIG. 13B is a graph of Vg1 and Vg2 controlled by the gate control circuit 224 when only the first gate 232 is leaking. First, at time MT1, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the first gate 232 . In FIG. 13B, it is determined that leakage occurs in the first gate 232 (YES in step S20 of FIG. 12). After that, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not the first gate 232 is short-circuited. In FIG. 13B, it is determined that a short circuit has not occurred in the first gate 232 (NO in step S24 of FIG. 12). Therefore, since a leak that does not short-circuit occurs only in the first gate 232, the gate control circuit 224 sets the first gate 232 to the low voltage mode (step S28 in FIG. 12). Also, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the second gate 234 . In (B) of FIG. 13, it is determined that no leak occurs in the second gate 234 (NO in step S30 of FIG. 12). Therefore, since leakage occurs only in the first gate 232, the gate control circuit 224 sets Vg1 to VL volts, which is lower than the voltage V volts, when MG+V indicates high.

図13の(C)は、第1ゲート232及び第2ゲート234の両ゲートともにリークが生じている場合にゲート制御回路224により制御されるVg1及びVg2のグラフである。まず、時刻MT1において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(C)では、第1ゲート232においてリークは生じていると判定される(図12のステップS20でYES)。その後、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232において短絡が生じているか否かを判定する。図13の(C)では、第1ゲート232において短絡は生じていないと判定される(図12のステップS24でNO)。従って、第1ゲート232のみに短絡までは至らないリークが生じているため、ゲート制御回路224は、第1ゲート232を低圧モードに設定する(図12のステップS28)。また、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(C)では、第2ゲート234においてリークは生じていると判定される(図12のステップS30でYES)。よって、第1ゲート232及び第2ゲート234の両ゲートにリークが生じているため、ゲート制御回路224は、スイッチング素子230の動作を中止する。すなわち、ゲート制御回路224は、Vg1、Vg2ともにゼロボルトに設定する。 FIG. 13C is a graph of Vg1 and Vg2 controlled by the gate control circuit 224 when both the first gate 232 and the second gate 234 are leaky. First, at time MT1, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the first gate 232 . In (C) of FIG. 13, it is determined that leakage occurs in the first gate 232 (YES in step S20 of FIG. 12). After that, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not the first gate 232 is short-circuited. In (C) of FIG. 13, it is determined that a short circuit has not occurred in the first gate 232 (NO in step S24 of FIG. 12). Therefore, since a leak that does not short-circuit occurs only in the first gate 232, the gate control circuit 224 sets the first gate 232 to the low voltage mode (step S28 in FIG. 12). Also, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the second gate 234 . In (C) of FIG. 13, it is determined that leakage occurs in the second gate 234 (YES in step S30 of FIG. 12). Therefore, since leakage occurs in both the first gate 232 and the second gate 234 , the gate control circuit 224 stops the operation of the switching element 230 . That is, the gate control circuit 224 sets both Vg1 and Vg2 to zero volts.

図13の(D)は、第1ゲート232に短絡が生じている場合にゲート制御回路224により制御されるVg1及びVg2のグラフである。まず、時刻MT1において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(D)では、第1ゲート232においてリークは生じていると判定される(図12のステップS20でYES)。その後、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第1ゲート232において短絡が生じているか否かを判定する。図13の(D)では、第1ゲート232において短絡が生じていると判定される(図12のステップS24でYES)。従って、ゲート制御回路224は、第1ゲート232をオフモードに設定する(図12のステップS26)。また、時刻MT2において、ゲート制御回路224は、第2ゲート234においてリークが生じているか否かを判定する。図13の(D)では、第2ゲート234においてリークは生じていないと判定される(図12のステップS30でNO)。よって、第1ゲート232のみに短絡が生じているため、ゲート制御回路224は、第1ゲート232の使用を禁止する。すなわち、ゲート制御回路224はVg1をゼロボルトに設定し、第2ゲート234のみを使用して、スイッチング素子230を動作させる。 FIG. 13D is a graph of Vg1 and Vg2 controlled by the gate control circuit 224 when the first gate 232 is shorted. First, at time MT1, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the first gate 232 . In (D) of FIG. 13, it is determined that leakage occurs in the first gate 232 (YES in step S20 of FIG. 12). After that, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not the first gate 232 is short-circuited. In (D) of FIG. 13, it is determined that a short circuit has occurred in the first gate 232 (YES in step S24 of FIG. 12). Therefore, the gate control circuit 224 sets the first gate 232 to the off mode (step S26 in FIG. 12). Also, at time MT2, the gate control circuit 224 determines whether or not leakage occurs in the second gate 234 . In (D) of FIG. 13, it is determined that leakage does not occur in the second gate 234 (NO in step S30 of FIG. 12). Therefore, since only the first gate 232 is short-circuited, the gate control circuit 224 prohibits the use of the first gate 232 . That is, the gate control circuit 224 sets Vg1 to zero volts and only the second gate 234 is used to operate the switching element 230 .

以上によると、一方のゲートにのみ軽度なリークが生じているときに、当該ゲートに印加する電圧のみを制限することによって、スイッチング素子230の動作を過剰に制限することなく継続させることができる。また、一方のゲートにのみ短絡が生じているときに、当該ゲートのみ使用を禁止することで、正常な他方のゲートを使用してスイッチング素子230を動作させることができる。なお、両ゲートともにリーク及び/又は短絡が生じている場合においては、スイッチング素子230の動作を中止することができる。 According to the above, when a light leak occurs only in one gate, by limiting only the voltage applied to the gate, the operation of the switching element 230 can be continued without being excessively limited. Also, when only one gate is short-circuited, by prohibiting the use of only that gate, the switching element 230 can be operated using the other normal gate. Note that the operation of the switching element 230 can be stopped when both gates are leaking and/or short-circuited.

本技術に関する留意点を述べる。本明細書に記載のゼロボルトが基準電圧の一例に相当する。本明細書に記載のVボルトがオン電圧の一例に相当する。本明細書に記載の-Vボルトがオフ電圧の一例に相当する。 Points to note regarding this technology are described below. Zero volts described herein corresponds to an example of a reference voltage. V volt described in this specification corresponds to an example of the on-voltage. -V volt described in this specification corresponds to an example of the off-voltage.

信号MG+Vが第1信号の一例に相当する。信号MG0が第2信号の一例に相当する。信号CG+Vが第3信号の一例に相当する。信号CG0が第4信号の一例に相当する。信号CG-Vが第5信号の一例に相当する。なお「第1信号(MG+V)」とかっこ書きで「MG+V」を記載したのは理解の容易化のためであり、本技術を限定するものではない。第2信号から第5信号の記載についても同様である。 Signal MG+V corresponds to an example of the first signal. Signal MG0 corresponds to an example of the second signal. Signal CG+V corresponds to an example of the third signal. Signal CG0 corresponds to an example of the fourth signal. Signal CG-V corresponds to an example of the fifth signal. Note that the description of "MG+V" in parentheses as "first signal (MG+V)" is intended to facilitate understanding, and does not limit the present technology. The description of the second to fifth signals is the same.

以上、本明細書が開示する技術の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独で、あるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the technology disclosed in this specification have been described above in detail, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings can simultaneously achieve a plurality of purposes, and achieving one of them has technical utility in itself.

2:半導体装置
10:コントローラ
20:駆動回路
22:論理回路
22a、22b:マスク回路
24:ゲート制御回路
30:スイッチング素子
32:第1ゲート
34:第2ゲート
2: Semiconductor device 10: Controller 20: Drive circuit 22: Logic circuits 22a, 22b: Mask circuit 24: Gate control circuit 30: Switching element 32: First gate 34: Second gate

Claims (1)

第1ゲート及び第2ゲートの二つのゲートを備えるダブルゲート型のスイッチング素子と、
第1キャリア信号と共通デューティ値に基づいて、二値信号である第1指令信号を生成するとともに、前記第1キャリア信号から所定時間だけ位相を進めた第2キャリア信号と前記共通デューティ値に基づいて、二値信号である第2指令信号を生成するコントローラと、
前記スイッチング素子及び前記コントローラと接続されており、前記第1指令信号及び前記第2指令信号に基づいて前記第1ゲート及び前記第2ゲートをそれぞれ駆動する駆動回路と、
を備えており、
前記駆動回路は、論理回路とゲート制御回路とを有しており、
前記論理回路は、前記第1指令信号に基づいて、第1信号(MG+V)及び第2信号(MG0)を生成するとともに、前記第1指令信号及び前記第2指令信号に基づいて、第3信号(CG+V)、第4信号(CG0)及び第5信号(CG-V)を生成し、
前記ゲート制御回路は、前記第1信号(MG+V)及び前記第2信号(MG0)に基づいて、前記第1ゲートに基準電圧又は前記基準電圧よりも高電圧であるオン電圧を選択的に印加するとともに、前記第3信号(CG+V)、前記第4信号(CG0)及び前記第5信号(CG-V)に基づいて、前記第2ゲートに前記基準電圧、前記オン電圧、又は前記基準電圧よりも低電圧であるオフ電圧を選択的に印加し、
前記論理回路は、
前記第2指令信号のNOT信号でラッチされ、前記第1指令信号と前記第2指令信号とのNOR信号でリセットされる第1ラッチ信号を生成する第1マスク回路と、
前記第2指令信号でラッチされ、前記第1指令信号でリセットされる第2ラッチ信号を生成する第2マスク回路と、さらに有し、
前記第1信号(MG+V)は、前記第1指令信号であり、
前記第2信号(MG0)は、前記第1指令信号のNOT信号であり、
前記第3信号(CG+V)は、前記第1ラッチ信号と前記第2ラッチ信号とのNOR信号と前記第1指令信号とのAND信号であり、
前記第4信号(CG0)は、前記第2ラッチ信号あり、
前記第5信号(CG-V)は、前記第3信号(CG+V)と前記第4信号(CG0)とのNOR信号である、
半導体装置。
a double gate type switching element having two gates, a first gate and a second gate;
A first command signal, which is a binary signal, is generated based on the first carrier signal and the common duty value, and based on the second carrier signal whose phase is advanced by a predetermined time from the first carrier signal and the common duty value. a controller that generates a second command signal that is a binary signal;
a driving circuit connected to the switching element and the controller and driving the first gate and the second gate based on the first command signal and the second command signal, respectively;
and
The drive circuit has a logic circuit and a gate control circuit,
The logic circuit generates a first signal (MG+V) and a second signal (MG0) based on the first command signal, and a third signal based on the first command signal and the second command signal. (CG+V), generating a fourth signal (CG0) and a fifth signal (CG-V),
The gate control circuit selectively applies a reference voltage or an ON voltage higher than the reference voltage to the first gate based on the first signal (MG+V) and the second signal (MG0). In addition, based on the third signal (CG+V), the fourth signal (CG0), and the fifth signal (CG-V), the second gate is set to the reference voltage, the on-voltage, or higher than the reference voltage selectively applying a low off-voltage,
The logic circuit is
a first mask circuit that generates a first latch signal that is latched by a NOT signal of the second command signal and reset by a NOR signal of the first command signal and the second command signal;
a second mask circuit that generates a second latch signal that is latched by the second command signal and reset by the first command signal;
The first signal (MG+V) is the first command signal,
the second signal (MG0) is a NOT signal of the first command signal;
the third signal (CG+V) is an AND signal of a NOR signal of the first latch signal and the second latch signal and the first command signal;
the fourth signal (CG0) is the second latch signal;
the fifth signal (CG-V) is a NOR signal of the third signal (CG+V) and the fourth signal (CG0);
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