JPS58222774A - ゲ−トタ−ンオフサイリスタのゲ−ト駆動回路 - Google Patents

ゲ−トタ−ンオフサイリスタのゲ−ト駆動回路

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JPS58222774A
JPS58222774A JP57102084A JP10208482A JPS58222774A JP S58222774 A JPS58222774 A JP S58222774A JP 57102084 A JP57102084 A JP 57102084A JP 10208482 A JP10208482 A JP 10208482A JP S58222774 A JPS58222774 A JP S58222774A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
thyristor
current
gto
input terminal
Prior art date
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Pending
Application number
JP57102084A
Other languages
English (en)
Inventor
Akira Honda
晃 本多
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.)
International Rectifier Corp Japan Ltd
Infineon Technologies Americas Corp
Original Assignee
International Rectifier Corp Japan Ltd
Infineon Technologies Americas Corp
International Rectifier Corp USA
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Publication date
Application filed by International Rectifier Corp Japan Ltd, Infineon Technologies Americas Corp, International Rectifier Corp USA filed Critical International Rectifier Corp Japan Ltd
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Publication of JPS58222774A publication Critical patent/JPS58222774A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/06Circuits specially adapted for rendering non-conductive gas discharge tubes or equivalent semiconductor devices, e.g. thyratrons, thyristors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Thyristor Switches And Gates (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ゲートターンオフサイリスク(以下、GTO
と略する。)のゲート駆動回路に関但、特に大電流のオ
フゲート電・流パルス及びGTOオフ期間に印加する逆
バイアス電圧パルスの制御を、小容量のサイリスタ若し
くはGTOとMO8型電界効果トランジスタ(以下、M
OSFETと略する。)との組み合せによって行なうよ
うにしたGTOのゲート駆動回路に係る。
G、 T Oのゲート駆動回路として第1図に示すよう
にそのオン、オフ両ゲートパルスをそれぞれ図中のQl
、Q2で示されるバイポーラトランジスタで制御する方
法があ葛。
しかしながら、バイポーラトランジスタの電流増幅率(
hFE )は、第2図に示すように定格コレクタ電流(
Icm)付近で小さくなるるの′で、上記の方法で大き
な電流をスイッチングさせるためには、大型のバイポー
ラトランジスタを単独若しくは複数個並列に接続して使
用しなければならない。
例えば、600Aのアノード電流を遮断しようとすると
、通常、電力用GTOのターンオフゲインG。11 (
アノード電流■□とそれをターンオンさせるに必要な最
小のゲート電流Ic(min)との比)がGaff ”
 IA/Ic(minl中5程中子程度ので約12OA
のオフゲート電流を流さなければならない。この場合、
コレクタ電流定格30A程度のバイポーラトランジスタ
を使用するとすると、3〜4個を並列接続しなければな
らず、コスト、取り付はスペース等の点で問題がある。
上記の問題に対処するために第1図のオフ用バイポーラ
トランジスタQ2を制御用サイリスタTHYに置換した
第3図に示すような回路がある。
しかるに、一般にサイリスタは同一シリコンペレノト面
積のトランジスタの構造に較べ数倍以上のピーク電流を
流すことが可能であるため、前記の例では平均電流15
〜2OAのサイリスタ1個でオフゲート電流を制御する
ことができる。
しかしながら、上記の回路ではGTOのオフ期間におい
て負のゲート電流が流れる。すなわち、第4図に示すよ
うに定常状態では、GTOのゲート・カソード間接合J
3の逆もれ電流IRJ3と順電流阻止接合J2のもれ電
流IRJ3の和である負のゲート電流(IGR)が流れ
、この電流はGTOの接合部が高温、例えばT、’ =
 12.5℃の時には数10mA程度になることがある
。ところが、制御用サイリスタTHYの高温時の保持電
流(In)は、10mA以下の低い値いになることもあ
り、かがる場合には制御用サイリスタTHYをターンオ
フさせることができず、制御不能となる。
上記の事態に対処するために一般に第3図に示すように
サイリスタTHYと並列に抵抗R2を接続して、負のゲ
ート電流I。Rを抵抗R2を介してバイパスさせ、前記
す9リスタTHYをターンオフさせるような回路構成を
行なっている。
しかしながら、例えば、前記負のゲート電流Ica−I
RJ2 +IRJ3 = 30 mA 、制御用サイリ
スタTHYのかかる電流付近での高温時のオン電圧を0
.6vとすると、制御用サイリスタTHYをターンオフ
させるためには約20Ω以下の抵抗R2を制御#□ヶイ
ヮ、< fi TRY h MIJK接続いけ1.□ 
  1(らないこととなる。
上記の状態でGTOのオフ用電源E2=12V。
GTOのゲート・カソード簡電圧を0.7Vとすると、
バイポーラトランジスタQ1がオン状態、すなわち、G
TOにオン用電源E1によりオンゲート電流を供給して
いる期間中、抵抗R2には約640mAの無駄な電流が
流れ、効率が悪化“する。
また、GTOを組み込んだ装置の電源スイツチ投入時の
電圧上昇率(dv/dt)及びオフ期間中に回路中の他
の素子のスイッチングによってアノード電圧に重畳する
スパイク状電圧のdv/dtによる誤点弧を防止するた
めには、GTOのゲートからこれに対応する変位電流を
引き出してやらなければならず、前記抵抗R2の値はさ
らに低くする必要があり、これに伴なって無効電流も増
加することとなる。
さらに、第1図に示す回路では、バイポーントランジス
タQ1及びQ2のストレージ時間による同時点弧に基づ
く電源E、IE2の短絡現象がなされるおそれがあるた
め、これを防止するためにこれらのトランジスタQ1及
びQ2には、ストレージ時間を考慮してタイミングをず
らしたいわゆるプツトタイムを設けて制御信号を加える
必要があり、この場合には、制御回路が複維となる欠点
を有している。
本発明は、上記の事情に基づきなされたもので、GTO
のゲートに加えるオフ信号用サイリスクと並列にMOS
 FE Tを接続して複合スイッチを構成し、所定の電
流値より高い電流領域においては、オン状態の電圧が低
く電流増幅率も高いサイリスクを動作させ、一方、所定
の電流値よりも低い電流領域においては、ストレージ時
間が無視でき、かつ入力インビニダンスの高いMOSF
ETを動作させ、前記の欠点を除去したGTOのゲート
駆動回路を提供することを目的とする。
第5図は、本発明の基本回路図宅ある。同図において、
GTO1のゲート・カソード間にGTO1のオン信号用
電源2とオン信号入力端子3を有するスイッチング素子
4とを接続する。
同じく、G′TO1のゲート・カソード間にはオフ信号
用電源5とオフ信号入力端子6を有するサイリスタ7が
接続される。さらにこのサイリスタ7と並列にMOSF
ET8を接続し、そのゲート9をオフ信号入力端子6に
接続する。
また、サイリスタ7のゲートとオフ信号入力端子6との
間には抵抗10及びコンデンサ11を直列に接続する。
なお、スイッチング素子4は、バイポーラトランジスタ
、MOSFET、その他の素子を使用することができ、
またサイリスタ7も通常の小容量サイリスタの他GTO
をも含むものとする。
上記のようにオフ信号用として接続したサイリスタ7と
このサイリスタ7のアノード・カソード間に接続したM
OSFET 8の複合スイッチにより第6図に示すよう
な電圧、電流特性を得ることができる。
すなわち、第6図は、GTOIのオン時のサイリスタ7
及びMOSFET8の電圧(VON )−電流(ION
 )特性を示す。同図から明らかなようにMO8FET
は、オン時の抵抗を殆んど無視し得るので、電圧、電流
は、0点から略直線状に上昇するが、サイリスタ7では
、オン時の抵抗があるために曲線で示すような特性とな
る。
そこで、このサイリ・スタフの電圧、電流特性曲線とM
O8FETの電圧、電流特性を示す直線との交点となる
電流を工1とすると、この11を境にしてこれ以上の電
流領域では、オン状態の電圧が低く、かつ電流増幅率も
高いサイリスタを作動させ、工1以下の電流領域ではス
トレージ時間が無視でき、しかも入力インピーダンスの
高いMOSFETを作動させることが可能となる。
第7図は、本発明の一実施例を示し、オン用のスイッチ
ング素子′としてQlで示すMOSFETを使用し、第
5図のMOSFET8に対応する符号Q2で示すMOS
FETには、そのドレイン側に抵抗R6を接続し、MO
8FET Q2のターンオン時間とサイリスタTHYの
ターンオン時間(toN(TI(y) >> toN(
MosFIT ) )の差の期間、MOSFETのドレ
イン電流を定格以内におさえるように配慮したものであ
る。    ]・1′また、サイリスタTHYのゲート
とオフ信号用電源E2の(−)側に接続した抵抗R3は
、サイリスタTHYの誤点弧な防止するためのもの、M
OSFETQ2のゲートとオフ信号入力端子との間に接
続した抵抗R2は、前記MO8FETQ20入カゲート
容量の充放電時の発振を防ぐためのもので、回路条件に
よって取り除くことが可能である。
また、MO8FET Q2のゲートとオフ信号用電源E
2の(−)側及びMO3FET Q2のソースとの接続
点に接続した抵抗R4はMOS F ET Q2の誤点
弧を防止するためのものである。
サイリスタTHYのゲートとオフ信号入力端子間に接続
した抵抗R1及びコンデンサC1は、入力信号波形を整
形するためのものである。
以上の他は、基本的に第5図に示す回路と同様であり、
かかる基本回路により本発明の概念を満すことはいうま
でもない。
第8図は、本発明の回路の各部の動作波形を示し、同図
(4)は、MOSFETQ、のオン時の入力信号電圧を
示す。同様に同図(B)は、オフ時の入力信号電圧、同
図(Oは、複合スイッチを構成するサイリスタTRYに
印加するゲート電流、同図0は、MOSFETQ2のゲ
ート・ソース間電圧、同図[F])は、GTOのゲート
電流、同図「)は、GTOのゲート電圧をそれぞれ示す
動作波形図である。
本発明は、上記の構成により、概略以下のような効果を
奏する。
(1)  ピーク値の大きなオフゲート電流を容易に得
ることができる。
(2)  GTOがオフ状態の時、GTOに加わるdv
/dtによる変位電流を引き出すのに十分な低いインピ
ーダンスを容易に得ることができる。
(81GTOのオフゲート電流が小さくなるとサイリス
タの電流は、Gを境としてMOSFETに移行し、複合
スイッチを構成するサイリスタは自動的にオフになる。
その後はMOSFETのストレージ時間が無視できるた
めに従来回線には必然的に必要とされたプツトタイムの
設定が不要となる。
なお、上記の効果のみを目的とする場合には、第7図中
のサイリスタTHYをバイポーラトランジスタに置き換
えても等価である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、バイポーラトランジスタを用(・た従来のG
TOのゲート駆動回路図、第2図は、バイポーラトラン
ジスタの直流増幅率特性を示す図、第3図は、オフ信号
側にサイリスタを用いた場合の前記同様GTOの駆動回
路図、第4図は、上記のサイリスタを用いた場合にオフ
状態で流れる負のゲート電流の説明図、第5図は、本発
明に係るGTOのゲート駆動の基本回路図、第6図は、
上記基本回路図に示したサイリスタとMOSFETから
成る複合スイッチの電圧、電流特性図、第7図は、本発
明の一実施例を示す回路図、第8図は、その各部の動作
波形を示す図である。 1・・・GTo、      2・・オン信号用電源、
3・・・オン信号入力端子、4・・・スイッチング素子
、  5・・・オフ信号用電源、 6・・・オフ信号入力端子、7・・・サイリスタ、8 
・・・ MOSFET、           9  
・・・ ゲ −  ト 、10・・・抵 抗、    
11・・・コンデンサ出願代理人 弁理士 菊 池 五
 部 牛 l 圀 第3図    弗4図 弗 Q 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ゲートターンオフサイリスクのゲート・カソード間にオ
    ン信号用電算とオン信号入力端子を備えたオン用スイッ
    チング素子を接続し、同じく上記サイリスタのゲート・
    カソード間にオフ信号用電源とオフ信号入力端子を備え
    たオフ用サイリスタを接続し、このサイリスクのアノー
    ド・カソード間に電界効果トランジスタを接続し、この
    トランジスタのゲートと前記オフ信号入力端子とを接続
    し、前記オフ用サイリスタのゲートと前記オフ信号入力
    端子間に抵抗とコンデンサを直列接続して成るゲートタ
    ーンオフサイリスタのゲート駆動回回 路。
JP57102084A 1982-06-16 1982-06-16 ゲ−トタ−ンオフサイリスタのゲ−ト駆動回路 Pending JPS58222774A (ja)

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JP57102084A JPS58222774A (ja) 1982-06-16 1982-06-16 ゲ−トタ−ンオフサイリスタのゲ−ト駆動回路

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53123062A (en) * 1977-03-31 1978-10-27 Rca Corp Switching circuit
JPS562735A (en) * 1979-06-12 1981-01-13 Ibm Switching device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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