KR100320398B1 - 반도체장치의제어회로 - Google Patents

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다쯔타 도키오
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Abstract

본 발명에 따른 반도체장치의 제어회로는 용량결합에 의한 게이트 전위의 상승및 서지전압의 저하, 절연게이트형 반도체 장치의 스위칭 동작을 안정화시킬 수 있는 제어회로를 구비한 반도체 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 온 오프 신호를 발생하는 스위칭 신호원과 제어전원에 접속된 콜렉터, 상기 스위칭 신호원으로부터 온 오프 신호를 받는 베이스, 온 오프 구동전압을 출력하는 에미터를 각각 갖는 직렬연결의 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터와, 반도체장치의 게이트단자에 접속된 출력단자를 갖는 구동회로와, 스위칭 신호원으로부터의 온 오프 신호의 상승 및 하강에 일정한 기울기를 부여하여 이 온 오프 신호를 상기 구동회로의 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터의 각 베이스에 공급하는 스위칭 속도 제어수단을 구비한다.

Description

반도체 장치의 제어회로
본 발명은 전동기구동용의 인버터장치 등에 스위칭소자로서 사용되는 전력용 MOSFET, IGBT 등의 절연게이트형 반도체장치의 제어회로에 관한 것이다.
제1도는 반도체장치의 종래 제어회로를 간략화 하여 도시한 구성도로서, 절연게이트형 반도체장치인 IGBT(1)의 게이트에 접속된 제어회로는 npn트랜지스터(3) 및 pnp트랜지스터(4)의 직렬회로로 이루어진 구동회로(2)를 구비하고, 양자의 콜렉터가 도시하지 않은 제어전원에 접속되어 제어전압((Vcc)이 인가되며, 상호병렬 접속된 베이스가 스위칭신호원(9)에 접속되어 온, 오프 신호(9S)를 받고, 상호 병렬 접속된 에미터가 게이트직렬저항(5)을 통해서 IGBT(1)의 게이트에 접속된다. 그 결과 온, 오프신호(9S)에 대응하여 에미터 측으로 출력되는 구동전압(2S)에 의해 IGBT(1)의 온 오프제어를 행하도록 구성된다.
즉, 스위칭신호원(9)의 온, 오프신호(9S)가 온 신호로 되면 npn트랜지스터(3)가 온 상태, pnp트랜지스터(4)가 오프 상태로 되고, npn트랜지스터(3)의 에미터의 전압이 제어전원전압(Vcc)으로 상승한다. 따라서, IGBT(1)의 게이트전압은 그 게이트와 에미터 사이의 용량과 게이트 직렬저항(5)의 저항 값과의 곱으로 결정되는 시정수로 충전되고, 게이트 전압이 드레숄드 전압을 초과하는 시점에서 IGBT(1)가 턴온 되어 IGBT(1)의 드레인과 소스 사이에서 주회로전류(Icc)가 흐르게 된다. 또, 온/오프 신호(9S)가 오프신호로 전환되면 npn트랜지스터(3)가 턴오프 되고 pnp트랜지스터(4)가 온 상태로 되며, npn트랜지스터(3)의 에미터가 제어전원전압(Vcc)으로부터 영으로 하강한다. 따라서, IGBT(1)의 게이트전압은 그 게이트와 에미터 사이의 용량과 게이트직렬저항(5)의 저항값 사이의 곱으로 결정되는 시정수로 방전되고, 게이트전압이 드레숄드전압 이하로 저하하는 시점에서 IGBT(1)가 온 상태로 되어 IGBT(1)의 드레인, 소스 사이에 흐르는 주회로전류(Icc)가 차단되며, 다음에 스위칭신호원(9)으로부터 온 신호가 출력될 때까지 IGBT(1)가 오프상태로 유지된다.
종래의 제어회로에 있어서, 스위칭신호원(9)으로부터 출력되는 온/오프신호(9S)가 오프 신호로 되고, 또 IGBT(1)가 오프상태로 될 경우 콜렉터와의 사이에서 나타나는 정전용량이나 게이트의 부유 용량을 통해서 충전되는 전하(이하, 게이트용량 결합에 의한 충전전하라 함)에 의해서 서서히 IGBT(1)의 게이트전압의 전위가 상승한다. 이 경우 pnp트랜지스터(4)가 오프상태로 되므로 IGBT(1)의 게이트 용량결합에 의한 충전전하는 게이트직렬저항(5) 및 pnp트랜지스터(4)를 통해서 제1도의 대지 측으로 방전된다. 그러나, pnp트랜지스터(4)는 그 포화전압이 IGBT(1)의 드레숄드 전압에 비하여 높고 또 직류전류 증폭률을 높일 수 없는 제약이 있으므로 충전전하를 충분히 방전할 수 없고, 이것이 윈인이 되어 IGBT(1)의 게이트 전위가 서서히 상승하며, 이 전위가 IGBT(1)의 드레숄드 전압을 초월한 시점에서 IGBT(1)가 잘못 온으로 되는 문제가 있다.
또, 게이트직렬저항(5)에 IGBT(1)의 게이트로부터의 방전전류가 흐르면 이것에 의해 게이트직렬저항(5)에 전압강하가 발생하고, 이 전압강하에 의해서 IGBT(1)의 게이트 전위가 상승하여 IGBT(1)를 잘못 턴 온 시키는 원인이 된다. 이 전위상승을 저지하기 위해서는 게이트직렬저항(5)의 저항 값을 작게 할 필요가 있지만 이 저항 값을 작게 하면 IGBT(1)가 턴 오프 할 경우의 전류감소 속도-dIco/dt가 크게 되고 이것에 기인하여 발생하는 턴 오프 서지 전압의 상승을 초래하여 IGBT(1)의 파괴사고나 제어회로의 오동작이 발생하기 쉬운 동시에 게이트 용량결합에 의한 충전전하량이 증가하는 악순환이 발생하므로 게이트직렬저항(5)의 저항 값을 작게 할 수 없는 문제가 있다.
한편, 스위칭신호원(9)으로부터의 온 신호에 npn트랜지스터(3)가 온 상태, pnp트랜지스터(4)가 오프상태로 되면 IGBT(1)의 게이트전위는 게이트저항(5)의 저항 값과 IGBT(1)의 게이트, 에미터간 용량과의 곱으로 결정되는 시정수에 따라서 상승하여 온으로 되고, 턴온시의 전류증가속도 dIco/dt도 이 시정수에 의해 결정된다. 그러나, IGET(1)의 게이트에 용량결합에 의한 충전전하가 유입하면 턴온시의 게이트전위의 상승속도가 상기 시정수에 의한 상승속도 보다 높아지며, 이에 따라서 턴온시의 전류증가속도 dIco/dt도 크게 되므로 턴온시의 FWD 서지전압의 증대나 제어회로의 오동작을 초과하는 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 용량결합에 의한 게이트 전위의 상승 및 서지전압을 낮게 제어하여 절연게이트형 반도체장치의 스위칭 동작을 안정화할 수 있는 제어회로를 구비한 반도체장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체장치의 제어회로는 구동회로를 가지고 절연게이트 반도체장치의 스위칭을 제어하며, 여기서 구동회로는 제어전원에 접속된 콜렉터, 스위칭 신호원으로부터 온 오프 신호를 받아서 온 오프 구동전압을 에미터에 출력하는 베이스를 각각 갖는 직렬연결의 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터와 게이트 단자가 구동회로의 출력측에 접속되는 절연게이트 반도체장치를 구비한다. 그밖에 스위칭신호원으로부터의 온 오프 신호의 상승 및 하강에 일정한 기울기를 부여하여 이 온 오프 신호를 상기 구동회로의 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터의 각 베이스에 공급하는 스위칭속도 제어수단과, 상기 구동회로의 pnp트랜지스터에 달링톤 접속되고, 그 에미터가 상기 반도체장치의 소스에 접속된 게이트 전위안정용 npn트랜지스터와, 상기 절연게이트반도체 장치의 게이트전위가 드레숄드 값 이하로 하강하는 것을 검지하면 상기 게이트전위 안정용 npn트랜지스터의 베이스에 온 명령을 발생하는 안정동작확장수단을 필요에 따라 선택적으로 포함할 수 있다.
스위칭속도 제어수단은 npn트랜지스터와, 콘덴서와, 정전류원을 구비하며, 이 npn트랜지스터는 베이스가 스위칭신호원예 접속되고 콜렉터가 구동회로의 베이스에 접속되며, 콘덴서는 npn트랜지스터의 콜렉터와 베이스 사이에 삽입되고, 정전류윈은 npn트랜지스터의 콜렉터와 제어전류원 사이에 삽입된다.
안정화동작 확장수단은 비교기와, 게이트회로와, npn트랜지스터를 구비하며, 상기 비교기는 절연게이트 반도체장치의 게이트 전위가 게이트 전위의 드레숄드값 또는 그 이하로 하강하는 것을 감지하면 온 신호를 출력하고, 게이트회로는 비교기로부터의 온 신호 및 스위칭신호원으로부터의 오프 신호에 반응하여 온 신호를 발생시키며, npn트랜지스터는 게이트회로로부터의 온 신호에 반응하여 턴온하면서 구동신호를 게이트전위 안정용 npn트랜지스터에게 출력한다.
구동회로의 npn트랜지스터 및 게이트전위안정용 npn트랜지스터는 각각 달링톤 트랜지스터로 이루어질 수도 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭 신호원으로부터의 온 오프 신호의 상승 하강에 대해 기울기를 부여하여 공급하는 스위칭 속도 제어수단이 배치되므로 절연게이트반도체 장치가 턴온할 경우에 전류증가속도 및 절연게이트반도체 장치가 턴 오프경우의 전류감소 속도를 절연게이트 반도체장치의 게이트 전위에 대한 상승 및 하강에 대해 경사를 부여하여 제어하는 방법으로 서지 전압을 제어할 수 있다.
또, 게이트 직렬저항이 불필요하게 되어 종래 용량결합에 의해 게이트에 저장되는 전하가 게이트직렬저항을 통해서 방전함으로써 게이트직렬저항에서 발생하였던 전위하강을 배제할 수 있다. 따라서, 용량결합에 의한 게이트 전위가 상승을억제하는 기능뿐만 아니라 이 상승에 기인하는 구동회로의 동작의 불안정성을 배제하는 기능이 얻어진다.
또, 본 발명에 따르면 구동회로의 pnp트랜지스터에 달링톤 접속되어 그 에미터가 절연게이트형 반도체 장치의 소스에 접속된 게이트 전위안정용 npn트랜지스터가 배치된다. 따라서 절연게이트형 반도체장치의 오프 동작시에 구동회로의 pnp트랜지스터가 오프 하면 동시에 게이트 전위안정용 npn트랜지스터가 온으로 되고, 절연게이트형 반도체장치의 게이트, 소스 사이를 단락 시키므로 게이트의 용량 결합에 의해 발생한 전하를 에미터측에 방전(배출하는 것이 가능하게 되며,게이트 전위의 상승을 배제한 절연게이트형 반도체 장치의 오프동작을 안정화하는 기능이 얻어지는 동시에 절연게이트형 반도체장치의 온 동작에 대하여도 동일한 기능을 얻는다.
또, 본 발명에 따르면 절연게이트형 반도체장치의 게이트전위가 그 드레숄드전압 이하로 저하한 것을 검지 하여 게이트전위안정용 npn트랜지스터의 베이스에 온 명령을 발하는 안정동작 확장수단을 설치하도록 구성함으로써 절연게이트형 반도체장치가 턴 오프 동작을 종료한 오프상태의 지속기간 중에도 pnp트랜지스터의 오프 상태에 관계없이 안정동작 확장수단에 의해서 게이트 전위안정용 npn트랜지스터를 온 상태로 유지하고, 절연게이트형 반도체장치의 게이트, 소스 사이를 단락 시키므로 게이트의 정전결합에 의해 발생한 전하를 에미터 측에 방전하는 것이 가능하며, 게이트전위의 상승을 배제하여 절연게이트형 반도체장치의 오프동작을 안정화하는 기능을 얻을 수 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭신호원에 베이스가 구동회로의 베이스에 콜렉터가 각각 접속된 npn트랜지스터와, 이 npn트랜지스터의 콜렉터, 베이스 사이에 접속된 콘덴서와, 콜렉터와 제어전원 사이에 접속된 정전류원으로 하여 스위칭 속도제어수단을 구성함으로써 정전류원 등가저항 및 콘덴서의 용량으로 결정된 시정수에 기초하여 스위칭 신호원으로부터의 온 오프신호의 상승 및 하강에 일정의 경사를 유지하는 것이 가능하며, 절연게이트형 반도체장치의 FWD 서지 뿐만 아니라 절연게이트 반도체장치의 턴 온 시의 전류증대속도 및 턴 오프 시의 전류감소속도를 제어하는 기능이 얻어진다.
또한 본 발명에 따르면 절연게이트형 반도체장치의 게이트전위가 그 드레숄드전압 이하로 저하한 것을 검지하여 온 신호를 출력하는 변환기와, 이 온신호 및 스위칭 신호원으로부터의 오프신호를 받아서 온 신호를 발하는 게이트회로와, 이 게이트회로의 온 신호를 받아서 온 상태로 되고, 게이트전원 안정용 npn트랜지스터에 구동전압을 출력하는 npn트랜지스터를 구비함으로써 절연게이트형 반도체장치가 턴 오프를 종료하여 오프 상태를 지속하는 기간 중, 오프 상태로 되는 구동회로의 pnp트랜지스터에 대하여 게이트 전위 안정용 npn트랜지스터에 구동신호를 공급하며, 절연게이트형 반도체 장치의 게이트 소스 사이를 단락 시킬 수 있으므로 게이트 용량 결합에 의해 발생한 충전전하를 에미터측에 방전하는 것이 가능하게 되며, 그 결과 게이트 전위의 상승을 배제하여 절연게이트형 반도체장치가 오프상태를 안정화시켜 유지하는 기간을 확장하고, 이에 잘못된 온 동작의 발생을 저지하는 기능이 얻어진다.
또한, 본 발명에 따르면 구동회로의 npn트랜지스터 및 게이트 전위안정용 npn트랜지스터를 각각 달링톤 트랜지스터로 함으로써 달링톤 트랜지스터의 직류전류 증폭 율이 단일 트랜지스터에 비해서 큰 것을 이용하여 절연게이트형 반도체장치에 큰 전류를 공급할 수 있고, 또 게이트 축적 전하의 배출을 용이하게 할수 있으므로 절연게이트형 반도체장치가 대형화하는 경우에도 턴 온, 턴 오프 시의 전류변화의 기울기를 일정하게 유지하여 서지전압을 억제하고, 또 정전용량 결합에 의한 게이트전위의 상승을 저지하여 구동회로의 스위칭 동작을 안정화하는 기능이 가능하다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면에 따라 상세히 설명한다. 제2도는 본 발명의 제1실시예에 따른 반도체장치의 제어회로를 간략화 하여 도시한 구성도이고, 종래예와 같은 참조부호를 부착한 부재는 종래예의 것과 같은 기능을 가지므로 그 설명을 생략한다. 제2도에 있어서, npn트랜지스터(3) 및 pnp트랜지스터(4)의 직렬회로로 이루어지고 양자의 콜렉터가 도시하지 않은 제어전원(전압 Vcc)에 접속되며, 그 베이스 측에 스위칭신호원(9)으로 부터의 온 오프신호(9S)를받고, 에미터측에 온 오프 구동전압(Vg)을 출력하는 구동회로(2)를 구비하며, 이 구동회로(2)의 출력측에 게이트단자를 통해 절연게이트형 반도체장치 예를 들면 IGBT(1)가 접속된다. IGBT(1)를 제어하는 반도체장치의 제어회로는 스위칭신호원(9)으로부터의 온 오프신호(9S)의 상승 및 하강에 일정의 기울기를 부여하여 구동회로(2)의 베이스측에 공급하는 스위칭 속도 제어수단(10)과, 구동회로(2)의 턴오프용 pnp트랜지스터(4)에 달링톤 접속되고 그 에미터가 절연게이트형 반도체장치(IGBT)(1)의 소스에 접속된 게이트전위 안정용 npn트랜지스터(20)와, IGBT(1)의 게이트 전위가 그 드레숄드전압 이하로 저하한 것을 검지하여 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)의 베이스에 온 신호를 발하는 안정동작확장수단(30)을 구비한다.
스위칭 속도 제어수단(10)은 본 실시예의 경우, 스위칭신호원(9)에 베이스가 구동회로(2)의 베이스에 콜렉터가 각각 접속된 npn트랜지스터(11)와, 이 npn트랜지스터(11)의 콜렉터, 베이스 사이에 접속된 콘덴서(12)와, 이 npn트랜지스터(11)의 콜렉터와 도시하지 않은 제어전원 사이에 접속된 정전류원(13)으로 구성되며, 정전류원(13)의 등가저항 및 콘덴서(12)의 용량으로 결정되는 시정수에 기초하여 스위칭신호원(9)으로부터 온 오프신호(9S)의 상승 및 하강에 일정의 기울기를 유지시켜 구동회로(2)에 공급한다.
안정동작확장수단(30)은 본 실시예의 경우 기준신호원(32)에 설정된 IGBT(1)의 드레숄드 전압을 IGBT(1)의 게이트전위(Vg)와 비교하고, 게이트전위(Vg)가 드레숄드 전압 이하로 저하할 경우 온 신호를 출력하는 비교기(31)와, 이온 신호 및 스위칭신호원(9)으로 부터의 오프신호를 받아서 온 신호를 발생하는 게이트회로(33)와, 이 게이트회로(33)의 온 신호를 받아서 온 상태로 되고 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)의 베이스에 구동신호를 출력하는 npn트랜지스터(34)로 구성되며, npn트랜지스터(34)의 콜렉터가 저항(35)을 통해서 도시하지 않은 제어전원에 접속되는 것에 의해 npn트랜지스터(34)의 출력 측에는 저항(35)에 의해 기울기가 규제되어 영으로부터 Vcc로 향하여 상승하는 구동신호가 출력된다.
다음에, 상술한 바와 같이 구성된 반도체장치의 제어회로의 동작을 IGBT(1)의 턴 온시, 턴 오프시 및 오프기간으로 나누어 차례로 설명한다. 먼저, 스위칭 신호윈(9)의 출력 온 오프신호(9S)가 저 레벨의 온 신호로 변화하면 이것을 받아서 게이트회로(33)의 출력이 오프 되고, 또한 npn트랜지스터(34)도 오프상태로되어 게이트전위 안정용 npn트랜지스터(20)가 오프상태로 변화한다. 이것과 동시에 npn트랜지스터(11)가 온 신호(9S)를 받아서 오프로 되고 스위칭 속도제어수단(10)이 동작을 개시하므로 구동회로(2)의 npn트랜지스터(3)의 베이스전압이 영으로부터 Ccc까지로 증가를 시작하는 한편, 스위칭속도 제어수단(10)이 지령하는 기울기를 유지한다. 이때, npn트랜지스터(3)의 에미터는 베이스전압보다 VVE만큼 낮은 순방향 바이어스 전압을 유지하도록 하여 npn트랜지스터(3)의 베이스전압과 같은 기울기로 상승을 개시하므로 npn트랜지스터(3)는 온으로 된다. 이때 npn트랜지스터(4)의 베이스, 에미터 사이에는 역방향 전압이 걸리므로 npn트랜지스터(3)가 오프상태로 될 뿐만 아니라 이것에 달링톤 접속된 게이트 전위 안정용 npn트랜지스터(20)도 오프상태를 유지한다. 이 때문에 IGBT(1)의 게이트, 소스사이는 오프 상태로 되고, 이에 따라서 IGBT(1)의 게이트전위는 npn트랜지스터(3)의 베이스전압과 같은 기울기로 상승을 개시한다.
그러나, IGBT(1)의 게이트는 이 게이트보다 높은 전위인 드레인과의 사이의 정전용량, 또는 고전위 소자와의 사이의 표유 용량을 통해서 게이트용량 결합에 의한 충전전하에 따라서 방전상태가 되므로 그 게이트전위를 npn트랜지스터(3)의 베이스 전위의 상승 중에 신속히 상승시키는 작용을 한다. 이와 같은 작용이 발생하면 npn트랜지스터(3)는 역바이어스 상태로 되어 온 상태의 npn트랜지스터(3)가 오프 상태로 복귀하는 불안정한 상태가 발생하는 동시에 pnp트랜지스터(4)가 순바이어스 상태로 되어 오프 상태의 pnp트랜지스터(4)가 온 상태로 복귀하는 불안정한 상태가 발생한다.
제l실시예에 따른 제어회로에 있어서 그 게이트전위 안정용 npn트랜지스터(20)는 이 불안정을 해소하여 게이트 회로의 스위칭 동작을 안정화시킨다. 즉, 오프 중의 pnp트랜지스터(4)가 온 상태로 복귀하면 이것을 감지한 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)가 순간적으로 온 상태로 되고, IGBT(1)의 게이트, 소스 사이를 단락 시키므로, 게이트 용량결합에 의해 IGBT(1)의 게이트 축적된 전하는 게이트전위 안정용 npn트랜지스터(20)의 콜렉터, 에미터 사이를 통해서 방전한다. 이때, npn트랜지스터(20)는 npn트랜지스터(4)에 비해서 그 포화전압이 낮으므로 축적전하를 단시간에 방출하여 게이트전위의 상승을 저지할 수 있다. 게이트 전위가 하강하여 pnp트랜지스터(4)가 역바이어스 상태로 복귀하면서 오프상태를 회복하고, 이에 따라서 npn트랜지스터(3)가 순바이어스 상태로 복귀하여 온 상태를 회복하면 게이트전압(Vg)은 다시 상승을 개시한다. 따라서, 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)가 상술한 동작을 반복하여 구동회로(2)의 불안정상태를 제어하고, IGBT(1)의 잘못된 오프동작을 회피하고 턴온 동작을 안정화시킬 수 있는 이점이 있다. 또, 스위칭속도제어수단(10)의 콘덴서(!2)의 용량을 조정하여 온 오프신호(9S)의 상승의 시정수를 조절함으로써 IGBT(1)의 턴 오프시에 있어서 주회로전류(Ico)의 증가속도(dIco/dt)를 제어하고, 이에 따라서 발생하는 FWD 서지전압이나 제어회로의 잘못된 동작을 억제할 수 있는 동시에 서지전압으로부터의 충전전하에 의한 게이트전위의 상승을 억제할 수 있는 이점이 있다.
다음에, 스위칭신호원(9)의 출력 온 오프신호(9S)가 고레벨의 오프신호로 변화하면 이것을 받은 npn트랜지스터(11)가 온으로 되어 스위칭 속도 제어수단(10)이 동작을 개시하므로 드라이브회로(2)의 npn트랜지스터(3)의 베이스전압이 Ccc로부터 영까지 스위칭속도 제어수단(10)이 지령하는 기울기를 유지하여 강하를 개시한다. 이때, npn트랜지스터(3)의 베이스전압이 저하하면 그 베이스 에미터사이에는 역방향의 전압(VBE)이 인가되어 npn트랜지스터(3)가 오프로 되는 동시에 pnp트랜지스터(4)에는 순방향의 전압(VBE)이 인가되어 온 상태로 되고, 이것에 달링톤 접속된 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)도 온 상태로 된다. 이에 따라서, IGBT(1)의 게이트, 소스 사이는 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)에 의해 단락된 형태로 되고, 용량결합에 의해 IGBT(1)의 게이트 축적된 저하가 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)에 의해 배출되며, IGBT(1)의 게이트 전위는 npn트랜지스터(3)의 베이스전압과 같은 기울기로 영으로 향하면서 하강하고, IGBT(1)가 턴 오프 되어 주회로전류(Ico)를 차단한다. 따라서, 턴온 시와 동시에 스위칭속도 제어수단(10)의 콘덴서(12)의 용량을 조정하여 온 오프신호(9S)의 하강의 시정수를 조절함으로써 IGBT(1)의 턴오프시에 있어서의 주회로전류(Ico)의 감소속도(-dIco/dt)를 억제하고, 이에 따라서 발생하는 FWD 서지 전압이나 제어회로의오동작을 억제할 수 있는 이점이 있다.
제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 반도체장치의 제어회로를 간략화 하여 도시한 구성도로서 구동회로(2)의 npn트랜지스터(3) 및 게이트전위안정용 npn트랜지스터(20)를 각각 달링톤 트랜지스터(40)로 교체한 것이 제1실시예와 다른 점이다. 이와 같이 구성된 제어회로에는 달링톤 트랜지스터(40)의 직류전류 증폭율이 크게 되는 것을 이용하여 IGBT(1)에 큰 게이트전류를 공급할 수 있고, 또한 게이트 축적전하의 배출을 용이하게 할 수 있으므로 IGBT(1)가 대형화 할 경우에도 IGBT의 턴온, 턴오프 시의 전류변화의 기울기를 일정하게 유지하여 서지전압을 억제하고, 또 정전용량결합에 의한 게이트 전위의 상승을 저지하여 구동회로의 스위칭 동작을 안정화하며, 또 안정동작 확장수단의 도움으로 안정화기능을 IGBT의 턴 오프 상태의 유지시간까지 확장할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같이 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터의 직렬회로로 이루어진 구동회로를 구비하고, 이 구동회로의 출력측에 게이트단자가 접속된 절연게이트형 반도체장치(예를 들면 IGBT)의 스위칭을 억제하는 제어회로에 스위칭속도 제어수단, 게이트전위안정용 npn트랜지스터 및 안정동작 확장수단을 부가하도록 구성된다. 그 결과, 스위칭 속도 제어수단에 의해 IGBT의 턴온, 턴오프시의 전류변화의 기울기를 일정하게 유지하여, 종래 기술에서 전류변화가 빠르게 진행함에 따라 발생하는 큰 서지전압을 억제하고, IGBT의 파괴사고나 제어회로의 오동작을 방지할 수 있는 효과가 있다. 또 게이트전위 안정용 npn트랜지스터에 의해 종래 IGBT의 턴 온, 턴 오프시에 고압부와 게이트 사이의 정전용량결합에 기인하여 발생한 게이트전위의 상승을 저지하는 것이 가능하게 되며, 이것이 원인이 되어 발생한 구동회로의 스위칭 동작의 불안정성을 배제하고, IGBT의 턴온, 턴 오프 동작을 오동작 없이 안정화시킬 수 있는 효과가 있다. 또, 안정동작확장수단에 의해 게이트 전위안정용 npn트랜지스터의 전하배출기능을 IGBT가 오프상태를 유지하는 시간까지 확장할 수 있으므로 정정용량 결합에 의한 게이트 전위의 상승에 기인하여 종래 오프 상태의 유지시간에도 발생한 IGBT의 잘못된 턴온동작을 배제할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 제어회로를 이용으로써 스위칭동작의 신뢰성에 우수한 반도체장치, 예를 들면 절연게이트형 반도체장치를 제공할 수 있다.
제1도는 종래 반도체장치의 제어회로의 구성을 나타내는 개략도.
제2도는 본 발명의 일실시예에 따른 반도체장치의 제어회로의 구성을 나타내는 개략도.
제3도는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체장치의 제어회로의 구성을 나타내는 개략도.

Claims (7)

  1. 오프 신호를 발생하는 스위칭신호원과,
    제어전원에 접속된 콜렉터, 상기 스위칭 신호원으로부터 온 오프 신호를 받는 베이스, 온 오프 구동전압을 출력하는 에미터를 각각 갖는 직렬연결의 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터와, 반도체장치의 게이트단자에 접속된 출력단자를 갖는 구동회로와,
    스위칭신호원으로부터의 온 오프 신호의 상승 및 하강에 일정한 기울기를 부여하여 이 온 오프 신호를 상기 구동회로의 npn트랜지스터 및 pnp트랜지스터의 각 베이스에 공급하는 스위칭속도 제어수단을
    구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체장치의 제어회로.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동회로의 pnp트랜지스터에 달링톤 접속되는 게이트 전위안정용 npn트랜지스터를 구비하며, 그 에미터가 상기 반도체장치의 소스에 접속된 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체 장치의 제어회로,
  3. 제2항에 있어서, 상기 반도체장치의 게이트 전위가 그 드레숄드 값 이하로 하강하는 것을 검지 하면 상기 게이트전위 안정용 npn트랜지스터의 베이스에 온 명령을 발생하는 안정동작 확장수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체 장치의 제어회로.
  4. 제1항에 있어서, 상기 스위칭속도 제어수단은 스위칭 신호원에 접속된 베이스와 상기 구동회로의 베이스에 접속된 콜렉터를 포함하는 npn트랜지스터와, 이 npn트랜지스터의 콜렉터와 베이스 사이에 삽입되는 콘덴서와, 이 npn트랜지스터의 콜렉터와 상기 제어전원 사이에 삽입되는 정전류원을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체장치의 제어회로.
  5. 제3항에 있어서, 상기 안정동작 확장수단은 상기 반도체 장치의 게이트전위가 드레숄드 값 이하로 하강하는 것을 감지하면 온 신호를 출력하는 비교기와, 이 비교기로부터의 온 신호 및 상기 스위칭 신호원으로부터의 오프신호에 반응하여 온 신호를 발생하는 게이트 회로와, 상기 게이트 회로로부터의 온 신호에 반응하여 턴 온 하는 동시에 상기 게이트전위안정화 npn트랜지스터에 구동신호를 출력하는 npn트랜지스터를 구비하는 것을특징 으로 하는 반도체 장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체 장치의 제어회로.
  6. 제2항에 있어서, 상기 구동회로의 npn트랜지스터와 상기 게이트 전위 안정화 npn트랜지스터는 각각 달링톤 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체장치의 제어회로.
  7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 장치는 절연게이트형 반도체 장치인 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 스위칭 동작을 제어하는 반도체 장치의 제어회로.
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