半导体开关装置制造方法及图纸

提供一种半导体开关装置，该半导体开关装置实现并联设置的导通截止动作特性不同的多种半导体开关元件中的浪涌、损耗的减少。具备：开关电路部，其具备并联连接的、导通截止动作特性不同的多种半导体开关元件，使主电流接通或断开；驱动电路，其具备拉电流端子和灌电流端子，从所述拉电流端子和所述灌电流端子输出使各所述半导体开关元件一并导通或截止的驱动信号；以及阻抗元件，其插入安装于该驱动电路中的所述拉电流端子与所述灌电流端子之间，使将各所述半导体开关元件导通或截止的动作定时互不相同。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种将导通截止动作特性不同的多种半导体开关元件、例如IGBT和MOS-FET并联设置而构成的功率半导体装置，特别涉及一种能够减少在所述多种半导体开关元件的导通或截止时产生的浪涌、开关损耗的简易结构的半导体开关装置。
技术介绍
DC-DC转换器等开关电源装置、对电动机进行驱动的逆变器等电力变换装置是使用IGBT、MOS-FET等电力用半导体元件来作为用于对输入电力进行切换的半导体开关元件而构成的。另外，在这种半导体开关装置中，强烈期望减少在所述电力用半导体元件的导通或截止时产生的浪涌、开关损耗。以往，为了满足这种期望，提倡的是，作为所述电力用半导体元件，将具有阻挡层电压(日语：えんそう電圧)并且大电流域中的压降小的IGBT与具有恒电阻特性的MOS-FET并联使用。此外，所述阻挡层电压是指如图7中IGBT的电压电流特性A所示那样不使电流在低电压域C中流通的电压。另外，所述恒电阻特性是指如下的特性：如图7中MOS-FET的电压电流特性B所示，在施加于半导体元件(MOS-FET)的电压VDS从零到规定的电压的期间，流通与其导通电阻相应的电流。顺带一提，将所述IGBT和所述MOS-FET并联使用而构成的半导体开关装置构成为：在低电流域中利用MOS-FET的恒电阻特性，并且在大电流域中主要利用IGBT的低压降特性，来使输入电力接通或断开(切换)。根据这种结构的半导体开关装置，能够针对从小电流到大电流的负荷电力的变化实现低损耗的开关，从而能够实现电力变换的高效化。即，在上述结构的半导体开关装置中，进行定时控制使得在IGBT截止的定时之前MOS-FET导通，由此减少关断时间长的所述IGBT中的开关损耗。具体地说，对所述半导体开关元件进行导通截止驱动的驱动电路1例如如图8所示那样具备第一开关元件3、第二开关元件4而构成，第一开关元件3、第二开关元件4串联连接于高电位侧电源与低电位侧电源之间，被栅极前级驱动器(gatepre-driver)2以互为相反的方式进行导通截止控制。所述第一开关元件3例如包括P沟道型的MOS-FET，发挥以下作用：将对半导体开关元件进行导通驱动所需的高电位的第一栅极驱动电压从所述高电位侧电源输出到该驱动电路1的输出端子5。另外，所述第二开关元件4例如包括N沟道型的MOS-FET，发挥以下作用：将对所述半导体开关元件进行截止驱动所需的低电位的第二栅极驱动电压从所述低电位侧电源输出到该驱动电路1的输出端子5。所述栅极前级驱动器2使上述的第一开关元件3、第二开关元件4以互为相反的方式导通或截止，由此向所述输出端子5选择性地输出高电位的所述第一栅极驱动电压和低电位的所述第二栅极驱动电压中的一个。包括IGBT6或MOS-FET7的所述半导体开关元件在作为其控制端子的栅极处接收从这样构成的驱动电路1输出的栅极驱动电压，由此被导通截止驱动。在此，专利文献1中公开了以下内容：使在并联设置的所述IGBT6和所述MOS-FET7的各栅极与所述输出端子5之间设置的栅极电阻8a、8b的电阻值存在差。另外，专利文献2中公开了以下技术：关于作为开关元件而并联设置的所述IGBT6和所述MOS-FET7，在使开关元件导通的情况下使所述IGBT6的导通定时以比所述MOS-FET7的导通定时晚的方式错开，在使开关元件截止的情况下，使所述MOS-FET7的截止定时以比所述IGBT6的截止定时晚的方式错开，由此减轻开关损耗。能够应用两个文献所公开的技术，具体地说，使对于所述MOS-FET7的栅极电阻8b的电阻值比对于所述IGBT6的栅极电阻8a的电阻值大。根据像这样使所述栅极电阻8a、8b的电阻值存在差的电路，能够对所述IGBT6和所述MOS-FET7的导通定时、截止定时进行调整。具体地说，例如如图8、图9所示那样，能够通过从所述驱动电路1输出的所述第二栅极驱动电压来在先使所述IGBT6截止之后使所述MOS-FET7截止。在该情况下，能够减轻由所述IGBT6和所述MOS-FET7构成的开关中的截止时的开关损耗。另外，反之，虽未图示，但是如果使对于所述MOS-FET7的栅极电阻8b的电阻值比对于所述IGBT6的栅极电阻8a的电阻值小，则能够通过从所述驱动电路1输出的所述第一栅极驱动电压来在使所述MOS-FET7导通之后使所述IGBT6导通。其结果，能够减轻由所述IGBT6和所述MOS-FET7构成的开关中的导通时的开关损耗。但是，在图8所示的结构的电路中，只能针对半导体开关元件的导通时和截止时中的某一方减轻开关损耗，无法针对导通时和截止时这两方减轻开关损耗。另一方面，也能够与如上所述那样并联设置的所述IGBT6和所述MOS-FET7的驱动方法不同地如图10所示那样构成为：分别针对所述栅极电阻8a、8b，将电阻值比该栅极电阻8a、8b的电阻值小的电阻9a、9b分别经由二极管10a、10b而与该栅极电阻8a、8b分别并联设置。然后，仅在所述开关的导通时和截止时中的某一方的情况下，所述电阻值小的电阻9a、9b借助于所述二极管10a、10b而起作用。根据这样构成的电路，能够在将从所述驱动电路1输出的所述第一栅极驱动电压经由所述电阻值小的电阻9b迅速地施加到所述MOS-FET7的栅极之后，将所述第一栅极驱动电压经由所述电阻值大的电阻8a施加到所述IGBT6的栅极。另外，关于从所述驱动电路1输出的所述第二栅极驱动电压而言，能够在将所述第二栅极驱动电压经由所述电阻值小的电阻9a迅速地施加到所述IGBT6的栅极之后，将所述第二栅极驱动电压经由所述电阻值大的电阻8b施加到所述MOS-FET7的栅极。其结果，如图11所示，能够通过所述第一栅极驱动电压来在先使所述MOS-FET7导通之后使所述IGBT6导通，另外，能够通过所述第二栅极驱动电压来在使所述IGBT6截止之后使所述MOS-FET7截止。另外，根据这样构成的电路，例如在通过未图示的电流检测单元检测出负荷的短路时，能够通过所述二极管10a和电阻值小的所述电阻9a来使所述IGBT6的栅极-发射极间电压急速地下降来使该IGBT6迅速地截止，之后使所述MOS-FET7截止。但是，在该情况下，根据图10可知，与图8的驱动电路结构相比，增加了2个电阻和2个二极管，因此电路结构变得复杂而且制造成本增大，这是不可否认的。与此相对，也能够与上述的两个例子不同地，如图12所示那样与所述IGBT6及所述MOS-FET7分别对应地将2个驱动电路1a、1b并联设置，将这些驱动电路1a、1b相互关联且独立地驱动，由此将所述IGBT6的导通截止定时和所述MOS-FET7的导通截止定时相独立地进行调整。但是，与图8所示的驱动电路的结构相比，该图12所示的结构的电路结构变得复杂，而且制造成本增大。专利文献1：日本特开平4-354156号公报专利文献2：日本特开2002-165439号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题另外，在调整使所述IGBT6和所述MOS-FET7导通或截止的动作定时的情况下，需要考虑所述IGBT6和所述MOS-FET7的元件特性的偏差、动作阈值的温度特性来设定所述栅极电阻8a、8b等的电阻值。另外，为了将这种因元件特性产生的变动要素估计在内地实现所述IGBT6和所述MOS-FET7的动作定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体开关装置，其特征在于，具备：开关电路部，其具备并联连接的、导通截止动作特性不同的多种半导体开关元件，使主电流接通或断开；驱动电路，其具备拉电流端子和灌电流端子，按照对所述主电流的接通或断开进行控制的控制信号，从所述拉电流端子输出使各所述半导体开关元件导通的第一驱动电压，并且从所述灌电流端子输出使各所述半导体开关元件截止的第二驱动电压；以及阻抗元件，其插入安装于该驱动电路中的所述拉电流端子与所述灌电流端子之间，使将各所述半导体开关元件导通或截止的动作定时互不相同。

【技术特征摘要】
2015.07.17 JP 2015-1426171.一种半导体开关装置，其特征在于，具备：开关电路部，其具备并联连接的、导通截止动作特性不同的多种半导体开关元件，使主电流接通或断开；驱动电路，其具备拉电流端子和灌电流端子，按照对所述主电流的接通或断开进行控制的控制信号，从所述拉电流端子输出使各所述半导体开关元件导通的第一驱动电压，并且从所述灌电流端子输出使各所述半导体开关元件截止的第二驱动电压；以及阻抗元件，其插入安装于该驱动电路中的所述拉电流端子与所述灌电流端子之间，使将各所述半导体开关元件导通或截止的动作定时互不相同。2.根据权利要求1所述的半导体开关装置，其特征在于，所述驱动电路具备：第一输出开关电路，其按照所述控制信号来从所述拉电流端子输出所述第一驱动电压；以及第二输出开关电路，其按照所述控制信号来从所述灌电流端子输出所述第二驱动电压。3.根据权利要求1所述的半导体开关装置，其特征在于，并联设置的、被所述驱动电路一并进行导通截止驱动的所述多种半导体开关元件之一是IGBT即绝缘栅双极型晶体管，其它半导体开关元件是MOS-FET即金属氧化物半导体场效应晶体管。4.根据权利要求1所述的半导体开关装置，其特征在于，所述第一驱动电压是使所述多种半导体开关元件中的各个半导体开关元件导通所需的高电位的栅极驱动电压，所述第二驱动电压是使所述多种半导体开关元件中的各个半导体开关元件截止所需的比所述第一驱动电压低的低电位的栅极驱动电压。5.一种半导体开关装置，其特征在于，具备：开关电路部，其具备并联连接的、导通截止动作特性不同的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件，使主电流接通或断开；驱动电路，其具备拉电流端子和灌电流端子，按照对所述主电流的接通或断开进行控制的控制信号，从所述拉电流端子输出使所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件分别导通的第一驱动电压，并且从所述灌电流端子输出使所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件分别截止的第二驱动电压；以及定时调整用电阻元件，其插入安装于该驱动电路中的所述拉电流端子与所述灌电流端子之间，使将所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件导通或截止的动作定时互不相同。6.根据权利要求5所述的半导体开关装置，其特征在于，所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件的一方是IGBT即绝缘栅双极型晶体管，另一方是MOS-FET即金属氧化物半导体场效应晶体管。7.根据权利要求5所述的半导体开关装置，其特征在于，所述驱动电路具备：第一输出开关电路，其按照所述控制信号来向所述拉电流端子输出所述第一驱动电压；以及第二输出开关电路，其按照所述控制信号来与所述第一输出开关电路相反地向所述灌电流端子输出所述第二驱动电压。8.根据权利要求5所述的半导体开关装置，其特征在于，所述第一驱动电压是使所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件分别导通所需的高电位的栅极驱动电压，所述第二驱动电压是使所述第一半导体开关元件和所述第二半导体开关元件分别截止所需的比所述第一驱动电压低的低电位的栅极驱动电压。9.根据权利要求5所述的半导体开关装置，其特征在于，所述驱动电路具备：第一输出开关电路，其按照所述控制信号来向所述拉电流端子输出所述第一驱动电压；第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤忠彦，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP