JPH02280659A - Drive output circuit for switching semiconductor device - Google Patents

Drive output circuit for switching semiconductor device

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Publication number
JPH02280659A
JPH02280659A JP10056989A JP10056989A JPH02280659A JP H02280659 A JPH02280659 A JP H02280659A JP 10056989 A JP10056989 A JP 10056989A JP 10056989 A JP10056989 A JP 10056989A JP H02280659 A JPH02280659 A JP H02280659A
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JP
Japan
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transistor
drive
circuit
current
base
Prior art date
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Application number
JP10056989A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Miki
広志 三木
Hideki Ninomiya
二宮 秀樹
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Abstract

PURPOSE:To realize a low loss drive circuit by inserting a diode having polarity for feeding collector current in series with the collector circuit of a transistor Tr at non-output stage side in two Darlington connection transistors Tr. CONSTITUTION:Two npn Tr 1A, 2A are Darlington connected in a drive output circuit 01A, and a diode 3 is inserted in forward direction into the collector circuit of the Tr 1A at the prestage (non-output stage) side. Base current IB of the drive output circuit 01A flows through the base B of Tr 1A - emitter E thereof - base B of Tr 2A-emitter E thereof. Within the range of low collector current IC, only the Tr 2A functions as a single Tr in the drive output circuit 01A resulting in a low collector-emitter voltage VCE 2 of the Tr 2A. Within the range of high collector current IC, the drive output circuit 01A functions as a Darlington Tr including the Tr 1A.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は例えばバイポーラトランジスタや絶縁ゲートト
ランジスタとしてのIGBT、MOSFETなどをそれ
ぞれ主体として構成された、異なる駆動入力特性を持つ
異種のスイッチング用半導体装置(以下パワーデバイス
ともいう)を駆動するための共通の駆動出力回路に関す
るもので、特にIC化を可能とするスイッチング用半導
体装置の駆動出力回路に関する。 なお以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部
分を示す、また論理もしくはレベル”High”、“L
ow”は単に1lH11,llL”と記すものとする。
The present invention is directed to a common semiconductor device for driving different types of switching semiconductor devices (hereinafter also referred to as power devices) having different drive input characteristics, each of which is mainly composed of bipolar transistors, IGBTs as insulated gate transistors, MOSFETs, etc. The present invention relates to a drive output circuit, and particularly to a drive output circuit for a switching semiconductor device that can be integrated into an IC. In the following figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and also indicate logic or levels "High" and "L".
ow" is simply written as 1lH11,llL".

【従来の技術】[Conventional technology]

従来、パワーデバイスの駆動回路は、個々のパワーデバ
イスに固有の駆動入力特性(単に入力特性ともいう)に
応じてデバイス毎に使い分けられているのが一般的であ
る。 第4図は異種のパワーデバイスの駆動入力特性の例を示
すもので、同図(A)はバイポーラトランジスタのベー
ス・エミッタ電圧VBEと、これに対応するベース電流
IBとの波形例を、同図(B)はI GBTのゲート・
エミッタ電圧VGEと、これに対応するゲート電流IG
との波形例をそれぞれ示す。また第5図はバイポーラト
ランジスタの駆動回路の例を、第6図はI GBTの駆
動回路の例をそれぞれ示す。 なお第5図においてQBは駆動されるパワーデバイスと
してのバイポーラトランジスタ、vCCは順方向の駆動
用直流電源、VERは逆方向の駆動用直流電源、cpは
順方向駆動用の出力段トランジスタ、QRは逆方向駆動
用の出力段トランジスタである。 いま駆動信号VDを“H″とすると、この信号VDはN
OT素子N1を介して反転されてホトカブラPCIをオ
ンし、他方のホトカブラPC2をオフする。これにより
直流量1vcc→ホトカブラPCIのホトトランジスタ
PTI→出力段トランジスタQFのベース・エミッタ→
バイポーラトランジスタQBのベース・エミッタ→直流
電源■ccの経路で順方向駆動用の出力段トランジスタ
QFにベース電流が供給され、この出力段トランジスタ
QFがオンし、他方の逆方向出力段トランジスタQRは
オフする。従って直流電源VCC→順方向ベース電流制
限用抵抗RF→出力段トランジスタQFのコレクタ・エ
ミッタ→バイポーラトランジスタQBのベース・エミッ
タ→直流電源■CCの経路でバイポーラトランジスタQ
Bに順方向の駆動電流としてのベース電流181が供給
され、このバイポーラトランジスタQBはターンオンす
る。 次に駆動信号7口を“L”とすると、ホトカブラPCI
はオフし、PO2はオンする。これにより順方向の出力
段トランジスタQFはオフし、新たに直流電源VEE→
バイポーラトランジスタQBのエミッタ・ベース→出力
段トランジスタQRのエミッタ・ベース→ホトカプラP
C2のホトトランジスタPT2→直流電源VEEの経路
で逆方向駆動用の出力段トランジスタQRにベース電流
が供給れ、この出力段トランジスタがオンする。従って
直流電源VEE→バイポーラトランジスタQBのエミッ
タ・ベース→出力段トランジスタQRのエミッタ・コレ
クタ→逆方向ベース電流制限用抵抗RR→直流電源VE
Eの経路でバイポーラトランジスタQBに逆方向の駆動
電流としてのベース電流IB2が供給され、このバイポ
ーラトランジスタQBはターンオフする。 また第6図においては、駆動信号VDを“H”とすると
ホトカブラPCOはオンし、補助トランジスタQIOは
オフする。これにより逆方向出力段トランジスタQRは
オフし、直流電源■CC→抵抗R2→出力段トランジス
タQFのベース・エミッタ→IGBTQIのゲート・エ
ミッタ→直流電源■CCの経路で順方向出力段トランジ
スタQPにベース電流が供給されて、この順方向出力段
トランジスタQFはオンする。従ってICBTQIのゲ
ート・エミッタ間には直流電源vCCから抵抗RFを介
して順方向の駆動電圧が印加され、I GBTQl は
ターンオンする。 次に駆動信号VDを“L”とすると、ホトカブラPCO
はオフし、補助トランジスタQIOはオンする。これに
より順方向出力段トランジスタQFはオフし、新たに直
流電源VEE→IGBTQIのエミッタ・ゲート→出力
段トランジスタQRのエミッタ・ベース→補助トランジ
スタQIO→直流電源VEEの経路で逆方向出力段トラ
ンジスタQRにベース電流が供給されて、この逆方向出
力段トランジスタQRはオンする。これによりI GB
TQlのゲート・エミッタ間には直流電源VEEから抵
抗RRを介して逆方向の駆動電圧が印加され、ICBT
QI はターンオフする。 ここで再び第4図に戻ると、同図(A)に示すようにバ
イポーラトランジスタは電流駆動型素子であり、導通状
態を保つにはそのコレクタ電流に見合ったベース電流を
常に供給し続けなければならない。また、導通状態の素
子をターンオフする際にはベースに順バイアスベース電
流値以上の逆バイアスベース電流を供給してターンオフ
時間の短縮を図っている。前記の順バイアスベース電流
値はバイポーラトランジスタQllを第7図に示すよう
に多段(この例では3段)にダーリントン接続すること
により低減可能であるが、前記の逆バイアスベース電流
値はダーリントン接続されたバイポーラトランジスタの
最終段トランジスタQ3(第7図)の定格に応じた値と
する必要があることから、これを低減することは困難で
ある。従ってバイポーラトランジスタのベース電流は第
4図(A)のIBのようになる(3段ダーリントントラ
ンジスタの例)。なお同図(A)のt=tl以降は最終
段トランジスタQ3(第7図)のベース・エミッタ間接
合が回復し、逆バイアスベース電流は最終段トランジス
タQ3のベース・エミッタ間に並列に接続された抵抗R
BE(第7図)を介して流れる。この場合のベース電流
値は極く小さい値(例えば50mA) となる。この期
間においてトランジスタを確実にオフ状態に保つには、
最終段トランジスタQ3のベース・エミッタ間に1v前
後の逆バイアス電圧が加わっていることが望ましい。 他方、第4図(B)に示すようにI GBTは電圧駆動
形素子であり、オン電圧を十分低い値とするには、ゲー
ト電圧を許容範囲内で極力大きくすることが効果的であ
る。ターンオフはゲート・エミッタ間に負の電圧を印加
し、入力容量に蓄積した電荷を放電することによって成
される。従って、(GBTの駆動電圧は同図(B)のV
GHのようになり、I GBTのゲートは駆動回路側か
らは容量性負荷相当であることから、ゲート電流IGは
図示のように、ゲート直列抵抗を介した入力容量の充放
電電流となる。ゲート電流のIGの正負の尖頭値の絶対
値は等しく、通流期間はゲート直列抵抗値と入力容量と
で決まる時定数で考えればよく、1μsec以下の短時
間である。従って20 K Hz以下のスイッチング周
波数で使用する場合には、駆動回路の出力段トランジス
タQF、QRの発熱は殆ど問題とはならない。 第5図、第6図から明らかなように、駆動回路の出力段
トランジスタQF、QR部分の基本構成は大差がなく、
被駆動パワーデバイスQB、Q1等の種類による駆動回
路の相違は、出力段トランジスタQF、QRの構成(ダ
ーリントン構成とするか、シングル構成とするか)と発
生損失である。例えば、50Aクラスのバイポーラトラ
ンジスタ(3段ダーリントン)QBとIGBTQIを駆
動する場合を考えると、それぞれの駆動電流は第8図に
示すようになる。駆動出力回路の共通化を考えると順方
向駆動電流供給用のトランジスタ(第5図。 第6図ではQF)の最大コレクタ電流はI GBTの駆
動条件(この例では0.8 A )から求まり、この供
給用トランジスタQFの発生損失は、バイポーラトラン
ジスタQBを駆動する時の駆動出力電流(この例では5
0mA)と、その出力状態での供給用トランジスタQF
の飽和電圧で決まる。また、被駆動パワーデバイスの逆
方向電流吸込用のトランジスタ(第5図、第6図ではQ
R)の最大コレクタ電流はバイポーラトランジスタの逆
バイアス電流の最大値(この例では−IA)で定まり、
またこの吸込用トランジスタQRの発生損失は、バイポ
ーラトランジスタQBの逆バイアス中の前記のベース・
エミッタ間並列抵抗RBB(第7図)に流す電流を含む
逆バイアス用の(ベース)電流と、この微少電流を自身
のコレクタ電流として流したときの飽和電圧で決まる。 ただし、この吸込用トランジスタQRの微小コレクタ電
流時の飽和電圧はバイポーラトランジスタの逆バイアス
電流供給用直流iit源VEHの電圧値VEIEとの関
係で制約を受ける。第7図はこの逆バイアス電圧の説明
図で、同図(A)は3段ダーリントン接続の被駆動パワ
ーデバイスとしてのバイポーラトランジスタQBを、2
段ダーリントン接続の逆方向駆動用トランジスタとして
の逆方向電流吸込用トランジスタQRIで逆バイアスす
る際の回路接続を示し、同図(B)は同図(A)の等価
回路を示す。 いまバイポーラトランジスタQBの最終段トランジスタ
Q3のベース・エミッタ間接合が回復した後、ここに1
v程度の逆電圧VBEが印加されるには次式(1)の関
係を満足する必要がある。 VBE= VCE+ VF(SUDI) + VF(S
[ID2) −VEE=−1(ν)・・・−・(1) ここでVCEは吸込用トランジスタQRI中の出力段側
トランジスタ2Bのコレクタ・エミッタ電圧、V F 
(SIJDI)およびV F (StlD2)はそれぞ
れバイポーラトランジスタQBを構成する前段の2つの
トランジスタQl、Q2の各ベース・エミッタ間に逆並
列に接続されたダイオード5UDI、5UD2の順電圧
降下である。前記の式(1)かられかるように駆動回路
内の電流吸込用トランジスタQRIの飽和電圧VCEが
高い程、VEEも高い値が必要となる。 また、飽和電圧VCEが高い程、このモードにおける発
生1員失も太き(なる。
Conventionally, drive circuits for power devices are generally used for each device depending on the drive input characteristics (also simply referred to as input characteristics) unique to each power device. Fig. 4 shows an example of the drive input characteristics of different types of power devices, and Fig. 4 (A) shows an example of the waveform of the base-emitter voltage VBE of a bipolar transistor and the corresponding base current IB. (B) is the IGBT gate.
Emitter voltage VGE and corresponding gate current IG
Examples of waveforms are shown below. Further, FIG. 5 shows an example of a bipolar transistor drive circuit, and FIG. 6 shows an example of an IGBT drive circuit. In Fig. 5, QB is a bipolar transistor as a power device to be driven, vCC is a forward driving DC power supply, VER is a reverse driving DC power supply, cp is an output stage transistor for forward driving, and QR is a forward driving DC power supply. This is an output stage transistor for reverse direction driving. Now, if the drive signal VD is set to "H", this signal VD becomes N
It is inverted via the OT element N1 to turn on the photocoupler PCI and turn off the other photocoupler PC2. As a result, the DC amount is 1vcc → the phototransistor PTI of the photocoupler PCI → the base and emitter of the output stage transistor QF →
Base current is supplied to the output stage transistor QF for forward drive through the base-emitter of bipolar transistor QB → DC power supply ■cc path, this output stage transistor QF is turned on, and the other reverse output stage transistor QR is turned off. do. Therefore, in the path of DC power supply VCC → forward base current limiting resistor RF → collector/emitter of output stage transistor QF → base/emitter of bipolar transistor QB → DC power supply ■CC, bipolar transistor Q
A base current 181 as a forward drive current is supplied to B, and this bipolar transistor QB is turned on. Next, when the drive signal 7 port is set to “L”, the photocoupler PCI
is turned off and PO2 is turned on. As a result, the output stage transistor QF in the forward direction is turned off, and a new DC power supply VEE→
Emitter/base of bipolar transistor QB → emitter/base of output stage transistor QR → photocoupler P
A base current is supplied to the output stage transistor QR for reverse drive through the path from the phototransistor PT2 of C2 to the DC power supply VEE, and this output stage transistor is turned on. Therefore, DC power supply VEE → emitter/base of bipolar transistor QB → emitter/collector of output stage transistor QR → reverse base current limiting resistor RR → DC power supply VE
A base current IB2 as a reverse drive current is supplied to the bipolar transistor QB through the path E, and the bipolar transistor QB is turned off. Further, in FIG. 6, when the drive signal VD is set to "H", the photocoupler PCO is turned on and the auxiliary transistor QIO is turned off. As a result, the reverse output stage transistor QR is turned off, and the base is connected to the forward output stage transistor QP via the route of DC power supply ■CC → resistor R2 → base/emitter of output stage transistor QF → gate/emitter of IGBTQI → DC power supply ■CC. When current is supplied, this forward output stage transistor QF is turned on. Therefore, a forward drive voltage is applied between the gate and emitter of ICBTQI from the DC power supply vCC via the resistor RF, and I GBTQl is turned on. Next, when the drive signal VD is set to “L”, the photocoupler PCO
is turned off and auxiliary transistor QIO is turned on. As a result, the forward output stage transistor QF is turned off, and the reverse output stage transistor QR is newly connected to the DC power supply VEE → the emitter gate of IGBT QI → the emitter base of the output stage transistor QR → the auxiliary transistor QIO → the DC power supply VEE. When the base current is supplied, this reverse output stage transistor QR is turned on. This allows IGB
A reverse drive voltage is applied between the gate and emitter of TQl from DC power supply VEE via resistor RR, and ICBT
QI turns off. Returning to Figure 4 again, as shown in Figure 4 (A), a bipolar transistor is a current-driven element, and in order to maintain conduction, a base current commensurate with its collector current must be constantly supplied. No. Furthermore, when turning off a conductive element, a reverse bias base current greater than the forward bias base current value is supplied to the base to shorten the turn-off time. The above forward bias base current value can be reduced by connecting the bipolar transistors Qll in multiple stages (three stages in this example) in Darlington as shown in FIG. It is difficult to reduce this because it is necessary to set the value according to the rating of the final stage transistor Q3 (FIG. 7) of the bipolar transistors. Therefore, the base current of the bipolar transistor becomes as indicated by IB in FIG. 4(A) (an example of a three-stage Darlington transistor). Note that after t=tl in the same figure (A), the base-emitter junction of the final stage transistor Q3 (Fig. 7) is restored, and the reverse bias base current is connected in parallel between the base and emitter of the final stage transistor Q3. resistance R
BE (FIG. 7). In this case, the base current value is extremely small (for example, 50 mA). To ensure that the transistor remains off during this period,
It is desirable that a reverse bias voltage of around 1V be applied between the base and emitter of the final stage transistor Q3. On the other hand, as shown in FIG. 4(B), the IGBT is a voltage-driven element, and in order to make the on-voltage a sufficiently low value, it is effective to increase the gate voltage as much as possible within the allowable range. Turn-off is achieved by applying a negative voltage between the gate and emitter to discharge the charge accumulated in the input capacitance. Therefore, (the drive voltage of the GBT is V in the same figure (B)
GH, and since the gate of the IGBT is equivalent to a capacitive load from the driver circuit side, the gate current IG becomes a charging/discharging current of the input capacitance via the gate series resistor, as shown in the figure. The absolute values of the positive and negative peak values of the gate current IG are equal, and the conduction period can be considered as a time constant determined by the gate series resistance value and the input capacitance, and is a short time of 1 μsec or less. Therefore, when used at a switching frequency of 20 KHz or less, the heat generated by the output stage transistors QF and QR of the drive circuit hardly becomes a problem. As is clear from FIGS. 5 and 6, there is no major difference in the basic configuration of the output stage transistors QF and QR of the drive circuit.
The difference in the drive circuit depending on the type of driven power devices QB, Q1, etc. is the configuration of the output stage transistors QF, QR (Darlington configuration or single configuration) and the generated loss. For example, if we consider driving a 50A class bipolar transistor (three-stage Darlington) QB and IGBTQI, the respective drive currents are as shown in FIG. Considering the commonality of the drive output circuit, the maximum collector current of the transistor for forward drive current supply (Fig. 5; QF in Fig. 6) is determined from the IGBT driving condition (0.8 A in this example). The loss generated by this supply transistor QF is the drive output current (5 in this example) when driving the bipolar transistor QB.
0mA) and the supply transistor QF at that output state.
It is determined by the saturation voltage of In addition, a transistor for sinking reverse current of the driven power device (Q
The maximum collector current of R) is determined by the maximum value of the reverse bias current of the bipolar transistor (-IA in this example),
Moreover, the loss generated by this suction transistor QR is the same as the loss caused by the base loss during reverse biasing of the bipolar transistor QB.
It is determined by the reverse bias (base) current including the current flowing through the emitter-to-emitter parallel resistor RBB (FIG. 7) and the saturation voltage when this minute current is passed as its own collector current. However, the saturation voltage of the sinking transistor QR when the collector current is small is limited by the relationship with the voltage value VEIE of the DC iit source VEH for supplying the reverse bias current of the bipolar transistor. FIG. 7 is an explanatory diagram of this reverse bias voltage, and FIG.
The circuit connection for reverse biasing with the reverse current sinking transistor QRI, which is a step-darlington-connected reverse-direction driving transistor, is shown, and FIG. Now, after the base-emitter junction of the final stage transistor Q3 of the bipolar transistor QB has been restored, 1
In order to apply a reverse voltage VBE of approximately V, it is necessary to satisfy the following equation (1). VBE= VCE+ VF(SUDI)+VF(S
[ID2) -VEE=-1(ν)...-(1) Here, VCE is the collector-emitter voltage of the output stage side transistor 2B in the suction transistor QRI, and VF
(SIJDI) and V F (StlD2) are forward voltage drops of diodes 5UDI and 5UD2 connected in antiparallel between the respective bases and emitters of the two preceding transistors Ql and Q2 constituting the bipolar transistor QB, respectively. As can be seen from the above equation (1), the higher the saturation voltage VCE of the current sinking transistor QRI in the drive circuit, the higher the value of VEE is required. Furthermore, the higher the saturation voltage VCE, the greater the loss of one member generated in this mode.

【発明が解決しようとする課題] 一般には、前述のようにパワーデバイスの駆動回路は使
用するパワーデバイスの種類に応じて使いわけられてい
る。本発明でこれらを共通化する意図は、各種のパワー
デバイスに対応できる駆動制御用ICを実現しようとす
るものである。パワーデバイスの駆動回路は取扱う電流
が比較的大きいことから、IC化の際にはIC内部で発
生する損失(パワーロス)が問題となる。前述した通り
、1つの駆動回路をバイポーラトランジスタとIGBT
のいづれにも使用可能とするためには、その駆動回路の
出力段のトランジスタには、同じベース電流を流した状
態で、短時間尖頭値の大きな電流が供給できて、かつ長
時間小電流を供給しても発熱が少ないという性能が必要
である。従ってこの出力段トランジスタは駆動出力電流
値か小さい範囲では、低飽和電圧でなければならない。 ところが前者を満足するには駆動用出力段トランジスタ
をダーリントン構成としなければならないがこの場合そ
の飽和電圧は全体に増大することから、パワーロスが増
大するという問題があった。 そこで本発明はパワーデバイス駆動用の出力段トランジ
スタに相当する駆動出力回路(つまり駆動回路の出力段
の回路)を、2段ダーリントン接続のトランジスタに、
さらにこのダーリントン接続内の前段(非出力段)側の
トランジスタのコレクタ回路に順方向にダイオードを挿
入して構成することにより前述の問題を解消することを
課題とする。 【課題を解決するための手段】 前記の課題を解決するために本発明の回路は、「異なる
駆動入力特性を持つ異種のスイッチング用半導体装置(
バイポーラトランジスタQB、 I GBTQIなど)
を駆動するための共通の駆動出力回路であって、 ダーリントン接続された2つのトランジスタ(1,2な
ど)を介し直流電源(VCC,VEEなど)を開閉して
前記スイッチング用半導体装置の駆動入力端子間(ベー
ス・エミッタ間、ゲート・エミッタ間など)に印加する
駆動出力回路(OIA、OIBなど)において、 前記、2つのトランジスタのうち非出力段側のトランジ
スタ(1など)のコレクタ回路に直列に、当該のコレク
タ電流を通ずる極性のダイオード(3など)を挿入した
」ものとする。
[Problems to be Solved by the Invention] Generally, as described above, drive circuits for power devices are used depending on the type of power device used. The purpose of making these common in the present invention is to realize a drive control IC that can be used with various power devices. Since drive circuits for power devices handle relatively large currents, losses generated inside the IC (power loss) become a problem when integrated into an IC. As mentioned above, one drive circuit consists of bipolar transistors and IGBTs.
In order to be usable in both cases, the transistor in the output stage of the drive circuit must be able to supply a large current with a peak value for a short time and a small current for a long time, with the same base current flowing. It is necessary to have the ability to generate little heat even when supplied. Therefore, this output stage transistor must have a low saturation voltage in a range where the drive output current value is small. However, in order to satisfy the former requirement, the drive output stage transistor must have a Darlington configuration, but in this case, the saturation voltage increases overall, resulting in an increase in power loss. Therefore, the present invention replaces the drive output circuit (that is, the output stage circuit of the drive circuit) corresponding to the output stage transistor for driving a power device with a two-stage Darlington connected transistor.
Furthermore, it is an object of the present invention to solve the above-mentioned problem by inserting a diode in the forward direction in the collector circuit of the transistor on the front stage (non-output stage) side in this Darlington connection. [Means for Solving the Problems] In order to solve the above-mentioned problems, the circuit of the present invention solves the problems described above.
bipolar transistor QB, IGBTQI, etc.)
A common drive output circuit for driving the switching semiconductor device, which opens and closes a DC power supply (VCC, VEE, etc.) via two Darlington-connected transistors (1, 2, etc.) to drive the switching semiconductor device. In a drive output circuit (OIA, OIB, etc.) that applies voltage between the two transistors (base-emitter, gate-emitter, etc.), the transistor is connected in series to the collector circuit of the non-output stage transistor (1, etc.) of the two transistors. , a diode (such as 3) with a polarity that conducts the collector current is inserted.

【作 用】[For use]

パワーデバイスの駆動出力回路を2段ダーリントン接続
のトランジスタの前段(非出力段)側のトランジスタの
コレクタに直列にダーリントンを接続して構成したこと
により、この駆動出力回路としての複合トランジスタは
前記した前段側トランジスタに同一のベース電流を供給
した状態のままで、コレクタ電流が小さい範囲ではシン
グルトランジスタとして動作し、そのコレクタ・エミッ
タ電圧を低い値に保ってパワーロスを少くし、他方、コ
レクタ電流が大きい範囲ではダーリントントランジスタ
として動作し、前段側トランジスタへ小さいベース電流
を供給したままで、パワーデバイスに大きな駆動電流を
供給できる。
By configuring the drive output circuit of the power device by connecting the Darlington in series to the collector of the transistor on the previous stage (non-output stage) side of the two-stage Darlington-connected transistor, the composite transistor as the drive output circuit can be connected to the transistor in the previous stage (non-output stage). While the same base current is supplied to the side transistors, in the range where the collector current is small, it operates as a single transistor, keeping the collector-emitter voltage at a low value to reduce power loss, and on the other hand, in the range where the collector current is large. In this case, it operates as a Darlington transistor and can supply a large drive current to the power device while supplying a small base current to the front-stage transistor.

【実施例】【Example】

以下第1図ないし第3図に基づいて本発明の詳細な説明
する。第1図は本発明の駆動出力回路(第5図、第6図
の出力段トランジスタQP、 QRに相当する回路)の
構成を示し、第2図はこの駆動出力回路の特性例を示す
。 第1においてOIAはnpn  トランジスタ構成の駆
動出力回路、OIBはpnp  )ランジスタ構成の駆
動出力回路である。即ち駆動出力回路01Aでは2つの
npn  )ランジスタIA、2Aがダーリントン接続
され、かつその前段(非出力段)側のトランジスタ1^
のコレクタ回路に順方向にダイオード3が挿入されてい
る。 同様に駆動出力回路01Bでは2つのpnp トランジ
スタIB、2Bがダーリントン接続され、かつその前段
側のトランジスタIBのコレクタ回路に順方向にダイオ
ード3が押入れれている。なおここで便宜上前段(非出
力段)側のトランジスタIAIBを第1のトランジスタ
1.後段(出力段)側のトランジスタ2A、2Bを第2
のトランジスタ2とも呼ぶ。 次にこの駆動出力回路の動作をOIAを例に取って説明
する。この駆動出力回路014のベース電流をIBとす
ると、IBは第1のトランジスタ1AのベースB→同エ
ミッタE→第2のトランジスタ2へのベースB→同エミ
ッタEに流れる。ここでもしダイオード3がない場合に
は、1Bの一部は第1のトランジスタIAのベースB→
同コレクタC→第2のトランジスタ2AのコレクタC−
同エミッタEと流れ、これによって第2のトランジスタ
2Aのコレクタ・エミッタ間電圧VCE(2)は、第1
のトランジスタ1八と次式(2)に示す電位関係を生じ
、この結果VCE(2)が高くなる。 V CE(2) = V BE(2) +V BE(1
) −V BC(1)   −一−−−(2)但しVB
E(2)、  VBE(1)はそれぞれトランジスタ2
A、IAのベース・エミッタ間電圧を示し、MBC(1
)はトランジスタ140ベース・コレクタ間電圧を示す
。 しかし本発明では前述の通り、ダイオード3を挿入する
ことにより、この電位関係が生じない構成としており、
この結果、第1のトランジスタ1八がトランジスタとし
て機能する必要のない低コレクタ電流ICの範囲では駆
動出力回路01Aでは第2のトランジスタ2^のみがシ
ングルトランジスタとして動作し、この結果VCE(2
)を低い値とすることができる。 一方、コレクタ電流ICが大きな範囲では、駆動出力回
路01Aは第1のトランジスタ1八を含めたダーリント
ントランジスタとして機能する0以上の説明は駆動出力
回路01Bにも同様にあて嵌る。 このようにして駆動出力回路01AおよびOIBの出力
特性、即ちコレクタ電流ICとコレクタ・エミッタ電圧
VCE(2)との関係は第2図のようになり、同一のベ
ース電流IBに対応する第2のトランジスタ2の出力特
性(破線)と第1.第2のトランジスタlへ、2八をダ
ーリントン接続したトランジスタの出力特性(−点鎖線
)とのいずれかVCE(2)の低い方の特性上で動作す
る。従って、駆動出力回路01A、OIBの出力特性は
図中の実線のようになる。 第3図は第6図の駆動用出力段トランジスタQF、QI
?に代わりそれぞれ第1図の駆動出力回路01A、OI
Bを用いた場合の駆動回路の構成を示し、この回路の基
本部分を共通に用いてIGBTQIやバイポーラトラン
ジスタQB等のパワーデバイスを駆動することができる
The present invention will be described in detail below with reference to FIGS. 1 to 3. FIG. 1 shows the configuration of a drive output circuit of the present invention (a circuit corresponding to the output stage transistors QP and QR in FIGS. 5 and 6), and FIG. 2 shows an example of the characteristics of this drive output circuit. First, OIA is a drive output circuit with an npn transistor configuration, and OIB is a drive output circuit with a pnp transistor configuration. That is, in the drive output circuit 01A, two npn transistors IA and 2A are connected in Darlington, and the transistor 1^ on the previous stage (non-output stage) side
A diode 3 is inserted in the collector circuit in the forward direction. Similarly, in the drive output circuit 01B, two pnp transistors IB and 2B are connected in Darlington, and a diode 3 is inserted in the forward direction into the collector circuit of the transistor IB on the preceding stage. Here, for convenience, the transistor IAIB on the front stage (non-output stage) side is replaced by the first transistor 1. Transistors 2A and 2B on the rear stage (output stage) side
It is also called transistor 2. Next, the operation of this drive output circuit will be explained using OIA as an example. Letting the base current of this drive output circuit 014 be IB, IB flows from the base B of the first transistor 1A to the emitter E of the first transistor 1A to the base B of the second transistor 2 and then to the emitter E of the first transistor 1A. Here, if there is no diode 3, a part of 1B is the base B of the first transistor IA →
Collector C→Collector C- of the second transistor 2A
As a result, the collector-emitter voltage VCE(2) of the second transistor 2A is
A potential relationship as shown in the following equation (2) occurs with the transistor 18, and as a result, VCE(2) becomes high. V CE (2) = V BE (2) + V BE (1
) -V BC(1) -1---(2) However, VB
E(2) and VBE(1) are each transistor 2
A, indicates the base-emitter voltage of IA, and MBC (1
) indicates the voltage between the base and collector of the transistor 140. However, in the present invention, as mentioned above, by inserting the diode 3, this potential relationship does not occur.
As a result, in the range of low collector current IC where the first transistor 18 does not need to function as a transistor, only the second transistor 2^ operates as a single transistor in the drive output circuit 01A, and as a result, VCE(2
) can be set to a low value. On the other hand, in a range where the collector current IC is large, the drive output circuit 01A functions as a Darlington transistor including the first transistor 18. The explanation above applies to the drive output circuit 01B as well. In this way, the output characteristics of the drive output circuits 01A and OIB, that is, the relationship between the collector current IC and the collector-emitter voltage VCE(2), become as shown in FIG. The output characteristics of transistor 2 (dashed line) and the first. It operates on the lower characteristic of VCE (2) and the output characteristic of the transistor in which 28 is connected to the second transistor l by Darlington (--dotted chain line). Therefore, the output characteristics of the drive output circuits 01A and OIB are as shown by the solid lines in the figure. Figure 3 shows the drive output stage transistors QF and QI in Figure 6.
? Instead, drive output circuits 01A and OI in FIG.
The configuration of a drive circuit using B is shown, and the basic parts of this circuit can be used in common to drive power devices such as IGBTQI and bipolar transistor QB.

【発明の効果】 本発明によればパワーデバイスの駆動出力回路を、2段
ダーリントン接続のトランジスタに、さらにこのトラン
ジスタ内の前段側トランジスタのコレクタ回路に順方向
にダイオードを挿入して構成することとしたので、バイ
ポーラトランジスタIGBTおよびここでは触れなかっ
たMOSFETのいづれのパワーデバイスにも適用可能
な低損失の駆動回路を実現することができる。そしてこ
の駆動回路の低損失の達成により、■C化が可能となっ
たことから、パワーデバイス応用回路のより一層の小形
化が可能となる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, the drive output circuit of a power device can be configured by using two-stage Darlington-connected transistors and further inserting a diode in the forward direction into the collector circuit of the previous-stage transistor in this transistor. Therefore, it is possible to realize a low-loss drive circuit that can be applied to both power devices such as a bipolar transistor IGBT and a MOSFET not mentioned here. By achieving low loss in this drive circuit, it has become possible to use C, which makes it possible to further downsize power device application circuits.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例としてのパワーデバイス駆動出
力回路の構成を示す図、 第2図は第1図の回路の出力特性例を示す図、第3図は
第1図の回路を用いたパワーデバイス駆動回路の構成の
一実施例を示す図、 第4図はバイポーラトランジスタとIGBTの駆動入力
特性例を示す図、 第5図はバイポーラトランジスタの駆動回路の構成例を
示す図、 第6図はI GETの駆動回路の構成例を示す図、第7
図はバイポーラトランジスタの逆バイアス電圧の説明図
、 第8図はパワーデバイスの駆動電流の例を示す図である
。 014、OIB  :駆動出力回路、1(LA、1B)
:第1のトランジスタ、2(2A、2B):第2のトラ
ンジスタ、 :ダイオード。 /−
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a power device drive output circuit as an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing an example of the output characteristics of the circuit in FIG. 1, and FIG. 3 is a diagram showing an example of the output characteristics of the circuit in FIG. 4 is a diagram showing an example of the drive input characteristics of a bipolar transistor and an IGBT. FIG. 5 is a diagram showing an example of the configuration of a bipolar transistor drive circuit. The figure shows an example of the configuration of an I GET drive circuit.
The figure is an explanatory diagram of the reverse bias voltage of a bipolar transistor, and FIG. 8 is a diagram showing an example of the drive current of a power device. 014, OIB: Drive output circuit, 1 (LA, 1B)
: first transistor, 2 (2A, 2B): second transistor, : diode. /-

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)異なる駆動入力特性を持つ異種のスイッチング用半
導体装置を駆動するための共通の駆動出力回路であって
、 ダーリントン接続された2つのトランジスタを介し直流
電源を開閉して前記スイッチング用半導体装置の駆動入
力端子間に印加する駆動出力回路において、 前記2つのトランジスタのうち非出力段側のトランジス
タのコレクタ回路に直列に、当該のコレクタ電流を通ず
る極性のダイオードを挿入したことを特徴とするスイッ
チング用半導体装置の駆動出力回路。
[Claims] 1) A common drive output circuit for driving different types of switching semiconductor devices having different drive input characteristics, the circuit comprising: In the drive output circuit applied between the drive input terminals of the switching semiconductor device, a diode with a polarity that conducts the collector current is inserted in series with the collector circuit of the transistor on the non-output stage side of the two transistors. Features a drive output circuit for switching semiconductor devices.
JP10056989A 1988-11-16 1989-04-20 Drive output circuit for switching semiconductor device Pending JPH02280659A (en)

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DE68928161T DE68928161T2 (en) 1988-11-16 1989-11-16 Driver circuit for use in a voltage controlled semiconductor device
DE68928573T DE68928573T2 (en) 1988-11-16 1989-11-16 Driver circuit for a voltage controlled semiconductor device
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010153704A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Hitachi Ltd Semiconductor device and power converter using the same

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