JPH07106934A - 半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置 - Google Patents
半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置Info
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- JPH07106934A JPH07106934A JP6235965A JP23596594A JPH07106934A JP H07106934 A JPH07106934 A JP H07106934A JP 6235965 A JP6235965 A JP 6235965A JP 23596594 A JP23596594 A JP 23596594A JP H07106934 A JPH07106934 A JP H07106934A
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- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
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- H03K17/168—Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches
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- H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
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- H03K17/166—Soft switching
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Abstract
(57)【要約】
【目的】過電流時のターンオフが大きい過電圧ピークを
発生しないようにする。 【構成】ＩＧＢＴ１又はパワーＭＯＳＦＥＴを過電流時
又は負荷短絡時にターンオフする場合、主として電流に
依存するターンオフ速度のために漏れインダクタンスに
大きい電圧が生成される。本発明による回路装置は、ゲ
ート端子とエミッタ端子との間に接続されて、外部ター
ンオフ信号ＡＵＳが印加されかつ同時に過電流が発生す
ると高い順方向抵抗の領域へ制御されるトランジスタ９
を有する。
発生しないようにする。 【構成】ＩＧＢＴ１又はパワーＭＯＳＦＥＴを過電流時
又は負荷短絡時にターンオフする場合、主として電流に
依存するターンオフ速度のために漏れインダクタンスに
大きい電圧が生成される。本発明による回路装置は、ゲ
ート端子とエミッタ端子との間に接続されて、外部ター
ンオフ信号ＡＵＳが印加されかつ同時に過電流が発生す
ると高い順方向抵抗の領域へ制御されるトランジスタ９
を有する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート端子とカソード
端子との間に位置して制御信号によって導通制御される
制御可能なスイッチを備え、電界効果によって制御され
る半導体デバイスを過電流時にターンオフするための回
路装置に関する。
端子との間に位置して制御信号によって導通制御される
制御可能なスイッチを備え、電界効果によって制御され
る半導体デバイスを過電流時にターンオフするための回
路装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】このような回路装置は一般的に使われて
おり、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３４
９２７号公報ではＭＯＳＦＥＴ用として記載されてい
る。制御可能なスイッチは、このスイッチが導通制御さ
れると半導体デバイスのゲート・ソース間容量を放電さ
せ、半導体デバイスを遮断する。
おり、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第３０３４
９２７号公報ではＭＯＳＦＥＴ用として記載されてい
る。制御可能なスイッチは、このスイッチが導通制御さ
れると半導体デバイスのゲート・ソース間容量を放電さ
せ、半導体デバイスを遮断する。
【０００３】例えば半導体デバイスに直列接続される負
荷の短絡によって惹き起こされる過電流が半導体デバイ
スに流れると、電流は定格電流よりはるかに大きくな
る。半導体デバイスを破壊から守るため過電流が検出さ
れ、半導体デバイスは内部に作られたターンオフ信号に
よって遮断される。
荷の短絡によって惹き起こされる過電流が半導体デバイ
スに流れると、電流は定格電流よりはるかに大きくな
る。半導体デバイスを破壊から守るため過電流が検出さ
れ、半導体デバイスは内部に作られたターンオフ信号に
よって遮断される。
【０００４】電界効果によって制御される半導体デバイ
ス、即ちパワーＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴ（絶縁ゲート
形バイポーラトランジスタ）は、そのターンオフ時間が
ターンオフすべき電流に依存せずにほぼ等しいという特
性を有している。即ち過電流時の電流ターンオフ勾配は
通常動作時より著しく大きい。このことから、過電流時
にターンオフする際に負荷回路内の漏れインダクタンス
に作られる過電圧は定格負荷時にターンオフする際より
著しく大きいことが明らかである。
ス、即ちパワーＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴ（絶縁ゲート
形バイポーラトランジスタ）は、そのターンオフ時間が
ターンオフすべき電流に依存せずにほぼ等しいという特
性を有している。即ち過電流時の電流ターンオフ勾配は
通常動作時より著しく大きい。このことから、過電流時
にターンオフする際に負荷回路内の漏れインダクタンス
に作られる過電圧は定格負荷時にターンオフする際より
著しく大きいことが明らかである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、過電
流時のターンオフが大きい過電圧ピークを発生しないよ
うに、冒頭で述べた種類の回路装置を構成することにあ
る。
流時のターンオフが大きい過電圧ピークを発生しないよ
うに、冒頭で述べた種類の回路装置を構成することにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明よれば、過電流が発生しかつ同時にターンオ
フ信号が印加されると制御可能なスイッチを高い順方向
抵抗の領域へ制御する装置が設けられる。
に、本発明よれば、過電流が発生しかつ同時にターンオ
フ信号が印加されると制御可能なスイッチを高い順方向
抵抗の領域へ制御する装置が設けられる。
【０００７】本発明の実施態様は請求項２以降に記載さ
れている。
れている。
【０００８】
【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
に説明する。
【０００９】図１に示された回路装置はＩＧＢＴ１を含
んでいる。このＩＧＢＴはコレクタ端子Ｃが端子２を介
して駆動電圧に接続されている。ＩＧＢＴ１はそのエミ
ッタ端子Ｅが負荷３を介して他の電位、例えばアースに
接続されている。ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇは抵抗７及
びバイポーラトランジスタ６のコレクタ・エミッタ区間
（負荷区間）を介して供給電圧＋ＶDDを有する端子５に
接続されている。バイポーラトランジスタ６は入力端子
４に接続されたベース端子を有している。
んでいる。このＩＧＢＴはコレクタ端子Ｃが端子２を介
して駆動電圧に接続されている。ＩＧＢＴ１はそのエミ
ッタ端子Ｅが負荷３を介して他の電位、例えばアースに
接続されている。ＩＧＢＴ１のゲート端子Ｇは抵抗７及
びバイポーラトランジスタ６のコレクタ・エミッタ区間
（負荷区間）を介して供給電圧＋ＶDDを有する端子５に
接続されている。バイポーラトランジスタ６は入力端子
４に接続されたベース端子を有している。
【００１０】ＩＧＢＴ１のゲート端子は他の抵抗及びト
ランジスタ９のコレクタ・エミッタ区間（負荷区間）を
介して装置１７に接続されている。この装置１７は一方
では過電流が存在するか否かを検出し、他方では抵抗１
４を介して入力端１２に接続された入力端を含んでい
る。
ランジスタ９のコレクタ・エミッタ区間（負荷区間）を
介して装置１７に接続されている。この装置１７は一方
では過電流が存在するか否かを検出し、他方では抵抗１
４を介して入力端１２に接続された入力端を含んでい
る。
【００１１】ＩＧＢＴ１をターンオンするために、入力
端子４には入力信号“ＥＩＮ”が印加される。それによ
ってバイポーラトランジスタ６が導通し、ＩＧＢＴ１の
ゲート・ソース間容量が充電され、ＩＧＢＴ１が導通制
御される。
端子４には入力信号“ＥＩＮ”が印加される。それによ
ってバイポーラトランジスタ６が導通し、ＩＧＢＴ１の
ゲート・ソース間容量が充電され、ＩＧＢＴ１が導通制
御される。
【００１２】ＩＧＢＴ１を定格電流の流れている通常の
駆動状態からターンオフしたい場合、外部“ＡＵＳ”信
号が入力端子１２に印加される。この信号はトランジス
タ９を導通制御し、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間容量
はトランジスタ９の順方向抵抗及び放電電流路に位置す
る抵抗に応じて放電する。
駆動状態からターンオフしたい場合、外部“ＡＵＳ”信
号が入力端子１２に印加される。この信号はトランジス
タ９を導通制御し、ＩＧＢＴのゲート・エミッタ間容量
はトランジスタ９の順方向抵抗及び放電電流路に位置す
る抵抗に応じて放電する。
【００１３】しかしながら、ＩＧＢＴ１を過電流時に入
力端子１２に印加される外部“ＡＵＳ”信号によってタ
ーンオフさせる場合、トランジスタ９が完全には導通制
御されずに、その動作点が高い順方向抵抗の領域へ移さ
れるように、装置１７が機能する。
力端子１２に印加される外部“ＡＵＳ”信号によってタ
ーンオフさせる場合、トランジスタ９が完全には導通制
御されずに、その動作点が高い順方向抵抗の領域へ移さ
れるように、装置１７が機能する。
【００１４】装置１７は第１バイポーラトランジスタ１
５及び第２バイポーラトランジスタ１６を含んでいる。
両バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ区間は
直列に接続されている。第１バイポーラトランジスタ１
５のコレクタ端子はトランジスタ９のベース端子に接続
され、第２バイポーラトランジスタ１６のエミッタ端子
は共通端子１１に接続されている。さらにトランジスタ
９のベース端子は抵抗１４を介して入力端１２に接続さ
れている。装置１７は、一方では共通端子１１に接続さ
れかつ他方ではトランジスタ９のエミッタ端子に接続さ
れた抵抗１０を含んでいる。トランジスタ９と抵抗１０
との接続点２０は第１バイポーラトランジスタ１５のベ
ース端子に接続され、第２バイポーラトランジスタ１６
のベース端子はＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅ又はいわゆ
る“センス”端子Ｓに二者択一的に接続される。このよ
うな端子を有するパワーＭＯＳＦＥＴは例えば雑誌「マ
シーン・デザイン（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ）」
（第８巻、１９９０年３月、第８９頁〜第９６頁参照）
に記載され、ＩＧＢＴは例えば雑誌「エレクトロニク・
インドウストリー（ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉｅ）」（１９９１年１月、第１４頁〜第１８頁参
照）に記載されている。第２バイポーラトランジスタ１
６のベース端子が端子Ｓに接続される場合のために、端
子Ｓと共通端子１１との間には測定抵抗１８が接続され
ている。上述した二者択一によって、第２バイポーラト
ランジスタ１６のベース端子がエミッタ端子Ｅに接続さ
れる場合には、破線で示されているように、この測定抵
抗はエミッタ端子Ｅと負荷３との間のＩＧＢＴの負荷電
流路に直接設置される。この測定抵抗はこの場合には電
流特性に応じて係数ＩS ／ＩE 倍だけ小さく設計され
る。
５及び第２バイポーラトランジスタ１６を含んでいる。
両バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ区間は
直列に接続されている。第１バイポーラトランジスタ１
５のコレクタ端子はトランジスタ９のベース端子に接続
され、第２バイポーラトランジスタ１６のエミッタ端子
は共通端子１１に接続されている。さらにトランジスタ
９のベース端子は抵抗１４を介して入力端１２に接続さ
れている。装置１７は、一方では共通端子１１に接続さ
れかつ他方ではトランジスタ９のエミッタ端子に接続さ
れた抵抗１０を含んでいる。トランジスタ９と抵抗１０
との接続点２０は第１バイポーラトランジスタ１５のベ
ース端子に接続され、第２バイポーラトランジスタ１６
のベース端子はＩＧＢＴ１のエミッタ端子Ｅ又はいわゆ
る“センス”端子Ｓに二者択一的に接続される。このよ
うな端子を有するパワーＭＯＳＦＥＴは例えば雑誌「マ
シーン・デザイン（Ｍａｃｈｉｎｅ Ｄｅｓｉｇｎ）」
（第８巻、１９９０年３月、第８９頁〜第９６頁参照）
に記載され、ＩＧＢＴは例えば雑誌「エレクトロニク・
インドウストリー（ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋ ｉｎｄｕｓ
ｔｒｉｅ）」（１９９１年１月、第１４頁〜第１８頁参
照）に記載されている。第２バイポーラトランジスタ１
６のベース端子が端子Ｓに接続される場合のために、端
子Ｓと共通端子１１との間には測定抵抗１８が接続され
ている。上述した二者択一によって、第２バイポーラト
ランジスタ１６のベース端子がエミッタ端子Ｅに接続さ
れる場合には、破線で示されているように、この測定抵
抗はエミッタ端子Ｅと負荷３との間のＩＧＢＴの負荷電
流路に直接設置される。この測定抵抗はこの場合には電
流特性に応じて係数ＩS ／ＩE 倍だけ小さく設計され
る。
【００１５】測定抵抗１８及び装置１７はバイポーラト
ランジスタ１６が過電流時に導通制御されるように設定
される。入力端１２にターンオフ信号を同時に印加する
と、電流はトランジスタ９、第１バイポーラトランジス
タ１５のベース・エミッタ区間及び第２バイポーラトラ
ンジスタ１６のコレクタ・エミッタ区間を通って流れ
る。接続点２０、従ってトランジスタ９のエミッタには
このとき第１バイポーラトランジスタ１５のベース・エ
ミッタ間電圧と第２バイポーラトランジスタ１６の順方
向電圧との和に相当する電圧、例えば１Ｖが印加され
る。トランジスタ１５、１６が両方とも導通制御される
ので、トランジスタ９のベース端子には、一方では抵抗
１４他方ではトランジスタ１５、１６の電圧降下の和の
分圧比によってによって決定される電圧が印加される。
これはトランジスタ９が上述したように完全な導通状態
に比較して高い抵抗を有する領域へ制御されるように調
整される。ＩＧＢＴ１のゲート・ソース間容量の放電は
それによって緩慢に行われ、それに応じてＩＧＢＴを通
る電流が緩慢に減少する。特に装置１７は、バイポーラ
トランジスタ９がそのＩC ／ＵCE特性曲線のほぼ水平部
分で動作するように設計される。この場合電流は主とし
てコレクタ・エミッタ間電圧には無関係であり（電流
源）、それゆえ放電電流は電圧に依存しない。
ランジスタ１６が過電流時に導通制御されるように設定
される。入力端１２にターンオフ信号を同時に印加する
と、電流はトランジスタ９、第１バイポーラトランジス
タ１５のベース・エミッタ区間及び第２バイポーラトラ
ンジスタ１６のコレクタ・エミッタ区間を通って流れ
る。接続点２０、従ってトランジスタ９のエミッタには
このとき第１バイポーラトランジスタ１５のベース・エ
ミッタ間電圧と第２バイポーラトランジスタ１６の順方
向電圧との和に相当する電圧、例えば１Ｖが印加され
る。トランジスタ１５、１６が両方とも導通制御される
ので、トランジスタ９のベース端子には、一方では抵抗
１４他方ではトランジスタ１５、１６の電圧降下の和の
分圧比によってによって決定される電圧が印加される。
これはトランジスタ９が上述したように完全な導通状態
に比較して高い抵抗を有する領域へ制御されるように調
整される。ＩＧＢＴ１のゲート・ソース間容量の放電は
それによって緩慢に行われ、それに応じてＩＧＢＴを通
る電流が緩慢に減少する。特に装置１７は、バイポーラ
トランジスタ９がそのＩC ／ＵCE特性曲線のほぼ水平部
分で動作するように設計される。この場合電流は主とし
てコレクタ・エミッタ間電圧には無関係であり（電流
源）、それゆえ放電電流は電圧に依存しない。
【００１６】図２には時間軸上に電圧ＵCE及び電流ＩC
の変化が記載されている。この図２から明らかなよう
に、２００ｎｓの電流の降下時間の間有害な過電圧は生
じない。通常状態からターンオフする際の時間的な電流
減少（ｄｉ／ｄｔ）は過電流状態からターンオフする際
より小さい。従ってこの場合ＩＧＢＴは、有害な過電圧
が生起することなく、高速でターンオフされる。
の変化が記載されている。この図２から明らかなよう
に、２００ｎｓの電流の降下時間の間有害な過電圧は生
じない。通常状態からターンオフする際の時間的な電流
減少（ｄｉ／ｄｔ）は過電流状態からターンオフする際
より小さい。従ってこの場合ＩＧＢＴは、有害な過電圧
が生起することなく、高速でターンオフされる。
【００１７】上記においては本発明をＩＧＢＴに関連付
けて説明した。しかしながら本発明はパワーＭＯＳＦＥ
Ｔに対しても使用することができる。原理的にはバイポ
ーラトランジスタ９、１５、１６をＭＯＳＦＥＴによっ
て置換することが可能である。その場合接続点２０には
トランジスタ１５のゲート・ソース間電圧とトランジス
タ１６の順方向電圧との和が印加される。適当に設計す
ることによって、トランジスタ９が同様に電流源として
作用するようにすることもできる。
けて説明した。しかしながら本発明はパワーＭＯＳＦＥ
Ｔに対しても使用することができる。原理的にはバイポ
ーラトランジスタ９、１５、１６をＭＯＳＦＥＴによっ
て置換することが可能である。その場合接続点２０には
トランジスタ１５のゲート・ソース間電圧とトランジス
タ１６の順方向電圧との和が印加される。適当に設計す
ることによって、トランジスタ９が同様に電流源として
作用するようにすることもできる。
【図１】本発明による回路装置を示す結線図。
【図２】図１に示された半導体デバイスの時間的な電流
及び電圧の特性曲線図。
及び電圧の特性曲線図。
１ ＩＧＢＴ ２、５ 端子 ３ 負荷 ４ 入力端 ６ バイポーラトランジスタ ７ 抵抗 ９ トランジスタ １０ 抵抗 １１ 共通端子 １２ 入力端 １４ 抵抗 １５、１６ バイポーラトランジスタ １７ 装置 １８ 測定抵抗 ２０ 接続点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｋ 17/56 (72)発明者 ハンス シユトウート ドイツ連邦共和国 82194 グローベンツ エル マイシユトラーセ 18
Claims (5)
- 【請求項１】 ゲート端子とカソード端子との間に位置
して制御信号によって導通制御される制御可能なスイッ
チを備え、電界効果によって制御される半導体デバイス
（１）を過電流時にターンオフするための回路装置にお
いて、過電流が発生しかつ同時にターンオフ信号が印加
されると前記制御可能なスイッチ（９）を高い順方向抵
抗の領域へ制御する装置（１７）を設けたことを特徴と
する半導体デバイスのための過電流時のターンオフ回路
装置。 - 【請求項２】 スイッチはトランジスタ（９）であり、
装置（１７）は過電流が発生しかつ同時にターンオフ信
号が印加されると前記トランジスタの制御電圧を、トラ
ンジスタの順方向電圧が高くなるように調整することを
特徴とする請求項１記載の回路装置。 - 【請求項３】 トランジスタ（９）の負荷電流路に抵抗
（１０）が直列に接続され、この抵抗の前記トランジス
タ（９）に接続されていない側の端子は共通端子（１
１）に接続され、前記トランジスタ（９）の制御入力端
と前記共通端子（１１）との間に負荷区間が直列に接続
された２つのバイポーラトランジスタ（１５、１６）が
接続され、その第１バイポーラトランジスタ（１５）の
ベース端子は前記抵抗（１０）と前記トランジスタ
（９）との接続点（２０）に接続され、その第２バイポ
ーラトランジスタ（１６）は過電流時にそのベース端子
を介して導通制御されることを特徴とする請求項２記載
の回路装置。 - 【請求項４】 第２バイポーラトランジスタ（１６）の
ベース端子はカソード端子と電界効果によって制御され
る半導体デバイス（１）の電流路に位置する抵抗（１
８）との間に接続されることを特徴とする請求項３記載
の回路装置。 - 【請求項５】 電界効果によって制御される半導体デバ
イス（１）は“センス”端子（Ｓ）を有し、抵抗（１
８）はその“センス”端子に接続されることを特徴とす
る請求項４記載の回路装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4330624.1 | 1993-09-09 | ||
| DE4330624 | 1993-09-09 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07106934A true JPH07106934A (ja) | 1995-04-21 |
| JP3414859B2 JP3414859B2 (ja) | 2003-06-09 |
Family
ID=6497304
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23596594A Expired - Lifetime JP3414859B2 (ja) | 1993-09-09 | 1994-09-05 | 半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5526216A (ja) |
| EP (1) | EP0643485B1 (ja) |
| JP (1) | JP3414859B2 (ja) |
| DE (1) | DE59405773D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014120563A (ja) * | 2012-12-14 | 2014-06-30 | Mitsubishi Electric Corp | パワーモジュール |
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|---|---|---|---|---|
| CA2172890C (en) * | 1995-06-06 | 2005-02-22 | Harold R. Schnetzka | Switch driver circuit |
| DE19628131C2 (de) * | 1996-07-12 | 2003-07-17 | Semikron Elektronik Gmbh | Gatespannungsbegrenzung für eine Schaltungsanordnung |
| JP3067687B2 (ja) * | 1997-05-08 | 2000-07-17 | 富士電機株式会社 | Ｉｇｂｔ駆動回路 |
| DE29909206U1 (de) | 1999-05-28 | 2000-10-05 | Ellenberger & Poensgen | Schutzeinrichtung |
| KR200229676Y1 (ko) * | 2000-11-14 | 2001-07-19 | 엘지산전 주식회사 | 아이지비티 인버터의 게이트 구동회로 |
| DE10060553A1 (de) * | 2000-12-06 | 2002-06-13 | Daimlerchrysler Rail Systems | Überstrom-Erfassungseinrichtung |
| DE10120524B4 (de) | 2001-04-26 | 2015-08-20 | Infineon Technologies Ag | Vorrichtung zur Ermittlung des Stromes durch ein Leistungs-Halbleiterbauelement |
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| FI118145B (fi) | 2006-01-09 | 2007-07-13 | Abb Oy | Hilaohjatun kytkimen sammutus |
| JP2011188271A (ja) * | 2010-03-09 | 2011-09-22 | Mitsubishi Electric Corp | ゲート駆動回路 |
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Family Cites Families (4)
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| DE3034927C2 (de) * | 1980-09-16 | 1983-09-22 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Schaltungsanordnung zum Schutz eines Leistungs-MOSFET gegen Überlastung |
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| JP2669117B2 (ja) * | 1990-07-19 | 1997-10-27 | 富士電機株式会社 | 電圧駆動形半導体素子の駆動回路 |
-
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