JPH0225107A - Overvoltage suppression circuit for semiconductor switch element - Google Patents
Overvoltage suppression circuit for semiconductor switch elementInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、スイッチング動作をする半導体スイ・2チ
素子がターンオフする際に生じる過電圧を抑制する回路
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a circuit that suppresses overvoltage that occurs when a semiconductor switch/2-chi element that performs a switching operation is turned off.
〔従来の技術]
インバータのような電力変換装置は、半導体スイッチ素
子として例えばMOS F ETをブリッジ接続して構
成し、これらのMOSFETを順次オン・オフ動作させ
ることにより、直流電力を交流電力に変換している。[Prior Art] A power conversion device such as an inverter is configured by bridge-connecting MOSFETs as semiconductor switching elements, and converts DC power into AC power by sequentially turning on and off these MOSFETs. are doing.
このインバータと、直流電力を供給する直流電源とを接
続している導線には配線インダクタンスが存在しており
、この配線インダクタンスに蓄えられていたエネルギー
が、MOSFETがオフする際に電圧変化速度が大なる
高電圧、いわゆるサージ電圧となってこのMOSFET
に印加され、これを破壊するおそれがある。Wiring inductance exists in the conductor that connects this inverter and the DC power supply that supplies DC power, and the energy stored in this wiring inductance increases the voltage change speed when the MOSFET is turned off. This MOSFET becomes high voltage, so-called surge voltage.
There is a risk of damaging it.
そこでこのMOSFETのドレインとソースとの間に、
一般にスナバと称しているサージ吸収回路を並列に接続
することで、当該MO3FETに印加されるサージ電圧
を緩和し、このMOSFETが破損しないようにしてい
る。Therefore, between the drain and source of this MOSFET,
By connecting a surge absorption circuit, generally called a snubber, in parallel, the surge voltage applied to the MO3FET is alleviated and the MOSFET is prevented from being damaged.
第4図は半導体スイッチ素子に付属するスナバの第1の
従来例を示した回路図であって、半導体スイッチ素子と
してのMO5FETIのドレインとソースの間に、スナ
バ抵抗とスナバコンデンサとで構成しているRCスナバ
21を並列に接続したものである。FIG. 4 is a circuit diagram showing a first conventional example of a snubber attached to a semiconductor switch element, which is composed of a snubber resistor and a snubber capacitor between the drain and source of MO5FETI as a semiconductor switch element. RC snubbers 21 are connected in parallel.
第5図は半導体スイッチ素子に付属するスナバの第2の
従来例を示した回路図であって、半導体スイッチ素子と
してのMO3FETIのドレインとソースの間に、スナ
バ抵抗とスナバコンデンサおよびスナバダイオードで構
成しているRCDスナバ22を並列に接続したものであ
る。FIG. 5 is a circuit diagram showing a second conventional example of a snubber attached to a semiconductor switch element, which is composed of a snubber resistor, a snubber capacitor, and a snubber diode between the drain and source of MO3FETI as a semiconductor switch element. The RCD snubbers 22 are connected in parallel.
第6図は半導体スインチ素子に付属するスナバの第3の
従来例を示した回路図であって、複数の(この第6図で
は2個の)半導体スイッチ素子としてのMO3FETI
を直列接続した回路を一括して、これにスナバ抵抗とス
ナバコンデンサならびにスナバダイオードで構成した一
括スナバ23を並列に接続したものである。FIG. 6 is a circuit diagram showing a third conventional example of a snubber attached to a semiconductor switch device, in which a plurality of (in this FIG. 6, two) MO3FETI semiconductor switch devices are used.
A circuit in which these are connected in series is collectively connected in parallel with a collective snubber 23 composed of a snubber resistor, a snubber capacitor, and a snubber diode.
これらの各種スナバ21.22.23はいずれもMO3
FETIがオフする際に放出される配線インダクタンス
蓄積エネルギーをスナバコンデンサに吸収し、次にMO
S F ETがオンする際にスナバコンデンサに蓄積し
たエネルギーをスナバ抵抗で消費することにより、当該
MO3FE71に印加されるサージ電圧を抑制する。These various snubbers 21, 22, and 23 are all MO3
The wiring inductance stored energy released when the FETI turns off is absorbed by the snubber capacitor, and then the MO
By consuming the energy accumulated in the snubber capacitor in the snubber resistor when the S FET is turned on, the surge voltage applied to the MO3FE 71 is suppressed.
電力変換装置、たとえばインバータの容量が大きく、そ
の構造寸法が大形になるに従って、これに使用するスナ
バも大容量で大形のものが必要になってくる。ところで
、このように装置が大形になると、スナバを半導体スイ
ッチ素子たとえばMOSFETにごく接近した位置に設
置することが困難になり、そのためにMOSFETとス
ナバとを接続する導線の配線インダクタンス値を十分に
小さくすることができなくなる。As the capacity of a power converter, such as an inverter, becomes larger and its structural dimensions become larger, the snubber used therein also needs to have a larger capacity and larger size. By the way, as the device becomes larger in size, it becomes difficult to install the snubber very close to the semiconductor switching element, such as the MOSFET. It will not be possible to make it smaller.
このスナバ配線に存在するインダクタンスがスナバの効
果を減少させることになって、MOSFETがターンオ
フする際に生じるサージ電圧を十分に抑制することがで
きなくなるので、スナバ容量を増大させる必要があり、
これが装置を大形化させ、かつ当該スナバでの損失を増
加させるなどの不具合を生じていた。The inductance present in this snubber wiring reduces the snubber effect, making it impossible to sufficiently suppress the surge voltage that occurs when the MOSFET turns off, so it is necessary to increase the snubber capacitance.
This has caused problems such as increasing the size of the device and increasing loss in the snubber.
そこでこの発明の目的は、半導体スイッチ素子がターン
オフする際に、電源回路やスナバ回路の配線インダクタ
ンスに起因して発生するサージ電圧を効果的に抑制する
ことにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to effectively suppress the surge voltage generated due to the wiring inductance of a power supply circuit or a snubber circuit when a semiconductor switch element is turned off.
上記の目的を達成するために、この発明の過電圧抑制回
路は、スイッチング動作をするMOSFETのドレイン
とゲートの間に、あるいはスイッチング動作をするバイ
ポーラトランジスタのコレクタとヘースの間に、定電圧
ダイオードとコンデンサとの直列回路を並列に接続する
ものとする。In order to achieve the above object, the overvoltage suppression circuit of the present invention includes a constant voltage diode and a capacitor between the drain and gate of a MOSFET that performs switching operation, or between the collector and gate of a bipolar transistor that performs switching operation. The series circuits shall be connected in parallel.
〔作用]
MOSFETを例にするならば、このMOSFETがタ
ーンオフするときに、当二亥MO3FETのドレイン・
ゲート間電圧VIIGが並列接続している定電圧ダイオ
ードのゼナー電圧VZDを抑えると、この定電圧ダイオ
ードに直列しているコンデンサに電流が流れてゲート・
ソース間電圧■。が上昇し、このMOSFETのオフ動
作が緩やかになって過電圧を抑制することになる。この
ような動作は、バイポーラトランジスタの場合も同様で
ある。[Function] Taking MOSFET as an example, when this MOSFET is turned off, the drain of MO3FET is
When the gate-to-gate voltage VIIG suppresses the zener voltage VZD of the voltage regulator diode connected in parallel, current flows to the capacitor connected in series with the voltage regulator diode, and the gate
Source-to-source voltage ■. increases, the off-operation of this MOSFET becomes gradual, and overvoltage is suppressed. Such operation is similar to the case of bipolar transistors.
第1図は本発明の第1実施例をあられした回路図である
。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
この第1図において、半導体スイッチ素子としてのMO
5FETIのドレインとソースとの間に、直流電源8と
負荷7との直列回路を直列に接続し、かつこのMO3F
ETIのゲートとソースとの間に抵抗4を介してゲート
駆動回路6を接続する。In this FIG. 1, MO as a semiconductor switch element
A series circuit consisting of a DC power supply 8 and a load 7 is connected in series between the drain and source of the 5FETI, and this MO3F
A gate drive circuit 6 is connected between the gate and source of the ETI via a resistor 4.
なお符号5も抵抗である。Note that numeral 5 is also a resistor.
本発明においては、上述のような回路構成において、ゲ
ート駆動回路6の出力電圧■、をオンオフさせることで
MO3FETIに流れるドレイン電流1aを断続させる
のであるが、このMO3FETIのオフ動作の際に生し
るサージ電圧を抑制するために、定電圧ダイオード2と
コンデンサ3との直列回路を、このMO3FETIのト
レインとゲートの間に並列に接続している。この定電圧
ダイオード2とコンデンサ3との直列回路により、MO
3FETIがオフする時のドレイン・ゲ−ト間電圧VI
IGが定電圧ダイオード2のゼナー電圧V211を抑え
ると、コンデンサ3にIXなる電流が流れてこのMOS
FETIのゲート・ソース間電圧VCSが上界するため
、当該MO3FETIのオフ動作が緩やかになり、過電
圧が抑制されることになる。In the present invention, in the above-described circuit configuration, the drain current 1a flowing through the MO3FETI is intermittent by turning on and off the output voltage (1) of the gate drive circuit 6. In order to suppress the surge voltage, a series circuit of a constant voltage diode 2 and a capacitor 3 is connected in parallel between the train and gate of this MO3FETI. By this series circuit of the constant voltage diode 2 and the capacitor 3, the MO
Drain-gate voltage VI when 3FETI turns off
When IG suppresses the zener voltage V211 of constant voltage diode 2, a current of IX flows to capacitor 3 and this MOS
Since the gate-source voltage VCS of the FETI rises, the off-operation of the MO3FETI becomes gradual, and overvoltage is suppressed.
なお、定電圧ダイオード2のゼナー電圧v2゜は電源電
圧よりも高く、しかもMOSFETIのドレイン・ゲー
ト間に許容される電圧よりも低い値に選定しておくこと
は勿論である。なぜならば、この第1図に示す実施例で
の動作モードでは、MOSFETIのゲート・ソース間
電圧V。は、ドレイン・ソース間電圧V、にくらべて無
視できる程度に小さな値であることから、ドレイン・ソ
ース間電圧■。、はドレイン・ゲート間電圧V□と略等
しいと考えてよいからである。It goes without saying that the zener voltage v2° of the voltage regulator diode 2 is selected to be higher than the power supply voltage and lower than the voltage allowed between the drain and gate of the MOSFET I. This is because, in the operating mode of the embodiment shown in FIG. 1, the gate-source voltage V of MOSFET I. Since is a negligibly small value compared to the drain-source voltage V, the drain-source voltage ■. , can be considered to be approximately equal to the drain-gate voltage V□.
第2図は第1図に示す第1実施例回路の動作をあられし
た動作波形図であって、(イ)はドレイン・ゲート間電
圧VIIGの変化、(ロ)はドレイン電流■。の変化、
(ハ)はコンデンサ3に流れる電流!8の変化、(ニ)
はゲート・ソース間電圧VSSの変化、(ホ)はゲート
駆動回路6の出力電圧V、の変化を、それぞれがあられ
している。FIG. 2 is an operation waveform chart showing the operation of the first embodiment circuit shown in FIG. 1, in which (a) shows the change in the drain-gate voltage VIIG, and (b) shows the drain current (2). change of,
(c) is the current flowing through capacitor 3! 8 change, (d)
(e) shows the change in the gate-source voltage VSS, and (e) shows the change in the output voltage V of the gate drive circuit 6, respectively.
この第2図において、時刻T、にMOSFETIにオフ
信号(すなわちゲート駆動回路6の出力電圧■、を零に
する。・・・第2図(ホ)参照)を与えると、ゲート・
ソース間電圧■。3は、このMOSFETIのゲート・
ソース間接合静電容量と抵抗4と5の抵抗値とで定まる
時定数に従って低下し始める(第2図(ニ)参照)と共
に、ドレイン・ソース間電圧VSSが上昇を開始する(
すなわち当該MOSFETはオフし始める。・・・第2
図(イ)参照)。In FIG. 2, when an off signal (that is, the output voltage of the gate drive circuit 6 is made zero...see FIG. 2 (e)) is applied to MOSFET I at time T, the gate
Source-to-source voltage ■. 3 is the gate of this MOSFETI.
At the same time, the drain-source voltage VSS starts to decrease according to a time constant determined by the source-source junction capacitance and the resistance values of the resistors 4 and 5 (see FIG.
That is, the MOSFET starts to turn off. ...Second
(See figure (a)).
次いでTIなる時刻にこのドレイン・ソース間電圧VS
Sの値がゲート・ソース間電圧VSSとゼナー電圧v2
゜との合計値を越えると、定電圧ダイオード2を介して
コンデンサ3に充電電流1Kが流れはじめるので、この
電流■8によりゲート・ソース間電圧V。の下降速度が
緩和され、そのためドレイン・ソース間電圧V、の上昇
速度も緩やかなものとなり、サージ電圧が抑制され、配
線インダクタンスに蓄えられていたエネルギーは、この
MOSFETIの内部で消費され、Tオなる時刻にオフ
動作が完了(すなわちドレイン電流1.が零)となる。Then, at time TI, this drain-source voltage VS
The value of S is the gate-source voltage VSS and the Zener voltage v2
When the total value of .degree. and As a result, the rate of rise in the drain-source voltage V is also slowed down, suppressing surge voltage, and the energy stored in the wiring inductance is consumed inside this MOSFET, and the T output voltage is reduced. The off-operation is completed (that is, the drain current 1. becomes zero) at the time.
第3図は本発明の第2実施例をあられした回路図である
が、この第3図に示す第2実施例回路は、前述の第1図
に示す第1実施例回路におけるMOSFETIをバイポ
ーラトランジスタ 11に置換し、ゲート駆動回路6を
ベース駆動回路16に置換したものであって、それ以外
の定電圧ダイオード2、コンデンサ3、抵抗4と5、負
荷7および直流電源8は第1図のものと同しであり、か
つこれらの動作も第1図の場合と同様であるから、この
第3図の動作説明は省略する。FIG. 3 is a circuit diagram showing the second embodiment of the present invention. The second embodiment circuit shown in FIG. 3 replaces the MOSFET I in the first embodiment circuit shown in FIG. 11, and the gate drive circuit 6 is replaced with the base drive circuit 16, and the other constant voltage diode 2, capacitor 3, resistors 4 and 5, load 7, and DC power supply 8 are those shown in FIG. and these operations are also the same as in the case of FIG. 1, so a description of the operations in FIG. 3 will be omitted.
なお第1図と第3図に示した実施例回路において、半導
体スイッチ素子としてのMOSFETI、あるいはバイ
ポーラトランジスタ11には、第4図、第5図または第
6図に示すスナバを付属させても、本発明の趣旨をtl
うことがないのは勿論である。In the embodiment circuits shown in FIGS. 1 and 3, even if a snubber shown in FIG. 4, 5, or 6 is attached to the MOSFETI or bipolar transistor 11 as a semiconductor switching element, The gist of the invention
Of course, this is not the case.
(発明の効果〕
この発明によれば、半導体スイッチ素子としてのMOS
FETのドレインとゲートの間に、あるいはバイポーラ
トランジスタのコレクタとベースの間に、定電圧ダイオ
ードとコンデンサとの直列回路を並列に接続することに
より、この半導体スイッチ素子がオフするさいのサージ
電圧が所定値を越えると、オフさせるためのゲート電圧
あるいはベース電圧の下降速度を緩和させ、配線インダ
クタンスに蓄積していたエネルギーをこの半導体スイッ
チ素子の内部で消費させることになるので、当該半導体
スイッチ素子に印加されるサージ電圧を抑制することが
できる。(Effect of the invention) According to this invention, a MOS as a semiconductor switch element
By connecting a series circuit of a constant voltage diode and a capacitor in parallel between the drain and gate of a FET or between the collector and base of a bipolar transistor, the surge voltage when the semiconductor switching element turns off can be controlled at a predetermined level. If this value is exceeded, the rate of fall of the gate voltage or base voltage for turning off will be slowed down, and the energy stored in the wiring inductance will be consumed inside this semiconductor switch element, so the voltage applied to the semiconductor switch element will be reduced. It is possible to suppress the surge voltage that occurs.
第1図は本発明の第1実施例をあられした回路図、第2
図は第1図に示す第1実施例回路の動作をあられした動
作波形図、第3図は本発明の第2実施例をあられした回
路図であり、第4図と第5図および第6図はそれぞれ半
導体スイッチ素子に付属するスナバの第1従来例と第2
従来例および第3従来例を示した回路図である。
1・・・MOSFET、2・・・定電圧ダイオード、3
・・・コンデンサ、4,5・・・抵抗、6・・・ゲート
駆動回路、7・・・負荷、8・・・直流電源、11・・
・バイポーラトランジスタ、16・・・ベース駆動回路
、21・・・RCスナバ、22・・・RCDスナバ、2
3・・・−括スナバ。
ぢ
図Figure 1 is a circuit diagram showing the first embodiment of the present invention;
The figure is an operation waveform diagram showing the operation of the first embodiment circuit shown in FIG. 1, FIG. 3 is a circuit diagram showing the second embodiment of the present invention, and FIGS. The figures show a first conventional snubber and a second conventional example of a snubber attached to a semiconductor switch element, respectively.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a conventional example and a third conventional example. 1... MOSFET, 2... Constant voltage diode, 3
...Capacitor, 4,5...Resistor, 6...Gate drive circuit, 7...Load, 8...DC power supply, 11...
- Bipolar transistor, 16... Base drive circuit, 21... RC snubber, 22... RCD snubber, 2
3...-Block snubber. Diagram
Claims (1)
ランジスタ(MOSFET)のドレインとゲートの間に
、定電圧ダイオードとコンデンサとの直列回路を並列に
接続することを特徴とする半導体スイッチ素子の過電圧
抑制回路。 2)スイッチング動作をするバイポーラトランジスタの
コレクタとベースの間に、定電圧ダイオードとコンデン
サとの直列回路を並列に接続することを特徴とする半導
体スイッチ素子の過電圧抑制回路。[Claims] 1) A semiconductor switch characterized in that a series circuit of a constant voltage diode and a capacitor is connected in parallel between the drain and gate of a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) that performs a switching operation. Element overvoltage suppression circuit. 2) An overvoltage suppression circuit for a semiconductor switching element, characterized in that a series circuit of a constant voltage diode and a capacitor is connected in parallel between the collector and base of a bipolar transistor that performs a switching operation.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63174787A JPH0225107A (en) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | Overvoltage suppression circuit for semiconductor switch element |
Applications Claiming Priority (1)
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JP63174787A JPH0225107A (en) | 1988-07-13 | 1988-07-13 | Overvoltage suppression circuit for semiconductor switch element |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Country Status (1)
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