过流保护电路及开关电路制造技术

一种过流保护电路，用于保护流向基于驱动信号而控制开闭的开关元件的过电流，具备：第一晶体管，为N沟道FET，具有连接至所述开关元件的控制端子的漏极、和接地的源极；第二晶体管，为PNP型双极晶体管，具有连接至所述开关元件的控制端子的发射极、连接至所述第一晶体管的栅极且经由第一电容器接地的集电极、及被上拉至规定的上拉电压的基极；以及接地电路，与所述第一电容器并联。所述第一电容器并联。所述第一电容器并联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】过流保护电路及开关电路


[0001]本专利技术涉及一种过流保护电路及开关电路。其中，开关电路是例如升压斩波电路、半桥逆变电路、全桥逆变电路等开关电路。

技术介绍

[0002]半导体器件通常具有短路承受量，若超过短路承受量的电流流过，则可能会导致破坏。通过短路快速感测半导体器件中流经过电流，并使流向半导体器件的电流停止，从而能够进行半导体器件的过流保护。
[0003]例如专利文献1提供一种电力转换装置的过流保护装置，其在直流电压较高、较低、甚至一定的情况下都能够在任意的定时改变集电极短路检测的感测电压的设置等级，进而能够可靠地保护电压驱动元件免受过电流影响。
[0004]专利文献1的过流保护装置具备：电力转换装置，具有电压驱动形式的电力用开关元件；过电流感测部，检测上述电力用开关元件的输入侧主端子的电压，在上述电压超过规定值时，向上述电力用开关元件提供关闭信号；以及过电流设置部，设为可以在任意的定时按照并列关系连接于上述过电流感测部，以能够改变上述规定值。
[0005]GaN器件是使用氮化镓GaN的半导体器件，与绝缘栅极双极晶体管(IGBT)及SiC器件等现有的半导体器件相比，具有可以以高频驱动的特征。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：日本特开2006
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14402号公报

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的技术问题
[0010]然而，GaN器件与现有的半导体器件相比耐过电流性较弱，可能因例如100纳秒程度的过电流而导致破坏。因此，DESAT、CT检测或专利文献1的技术等现有的过流保护技术并不能充分保护GaN器件。
[0011]本专利技术的目的在于解决以上的问题点，提供一种与现有技术相比更快速地保护半导体开关免受过电流影响的过流保护电路及开关电路。
[0012]用于解决技术问题的技术方案
[0013]本专利技术的一种方案的过流保护电路用于保护流向基于驱动信号而控制开闭的开关元件的过电流，具备：
[0014]第一晶体管，为N沟道FET，具有连接至所述开关元件的控制端子的漏极、和接地的源极；
[0015]第二晶体管，为PNP型双极晶体管，具有连接至所述开关元件的控制端子的发射极、连接至所述第一晶体管的栅极且经由第一电容器接地的集电极、及被上拉至规定的上拉电压的基极；以及
[0016]接地电路，与所述第一电容器并联。
[0017]专利技术效果
[0018]根据本专利技术的过流保护电路，可以与现有技术相比更快速地保护半导体器件免受过电流影响。
附图说明
[0019]图1是示出实施方式1的升压斩波电路1的构成例的方框图。
[0020]图2A是示出图1的电流驱动型开关电路10的详细构成例的方框图。
[0021]图2B是示出实施方式1的变形例的电流驱动型开关电路10a的详细构成例的方框图。
[0022]图3A是示出图1的电流驱动型开关电路10中的信号等的动作波形的时序图。
[0023]图3B是图1的电流驱动型开关电路10的模拟结果，即示出电流及电压的动作波形的时序图。
[0024]图4是示出实施方式2的电流驱动型开关电路10A的构成例的方框图。
[0025]图5是图4的电流驱动型开关电路10A的模拟结果，即示出电流及电压的动作波形的时序图。
[0026]图6是示出实施方式3的电流驱动型开关电路10B的构成例的方框图。
[0027]图7是示出图6的电流驱动型开关电路10B中的信号等的动作波形的时序图。
[0028]图8是示出实施方式4的电流驱动型开关电路10C的构成例的方框图。
[0029]图9是示出变形例1的半桥逆变电路1A的构成例的方框图。
[0030]图10是示出变形例2的全桥逆变电路1B的构成例的方框图。
具体实施方式
[0031]以下，基于附图对本专利技术的实施方式进行说明。需要指出，以下所说明的各实施方式在所有方面都仅为本专利技术的例示。当然也可以进行各种改良、变形而不脱离本专利技术的范围。即，实施本专利技术时，可以适当采用与实施方式相应的具体的构成。
[0032](实施方式1)
[0033]图1是示出实施方式1的升压斩波电路1的构成例的方框图。图1中，升压斩波电路1具备：具有作为开关元件的半导体开关14的电流驱动型开关电路10、电感器L1、二极管D1、及电容器C1。
[0034]图1中，输入电压Vi经由电感器L1被施加于二极管D1的阳极及半导体开关14的漏极的连接点。半导体开关14的源极接地。二极管D1的阴极连接至输出输出电压Vo的电容器C1的一端，其另一端接地。向半导体开关14的栅极输入有用于升压斩波的开关驱动信号(以下，称为驱动信号。)，并进行切换以使半导体开关14打开或关闭。
[0035]综上所述，在构成的升压斩波电路1中，电感器L1向防止电流变化的朝向产生起电力。因此，半导体开关14从打开切换为关闭时，电感器L1产生与输入电压Vi相同朝向的起电力，以防止电流因二极管D1的电阻而降低。由此，产生高于输入电压Vi的电压，该电压被电容器C1平滑化，并转换为输出电压Vo。因此，通过周期性且选择性切换半导体开关14的开闭，升压斩波电路1将输入电压Vi转换为比输入电压Vi更高的直流输出电压Vo并输出。
[0036]如后文参考图2详细所述，该升压斩波电路1的电流驱动型开关电路10设有过流保护电路11，该过流保护电路11的特征在于，为了防止规定值以上的过电流的漏极电流Id流向半导体开关14的漏极
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源极间并被破坏，通过使半导体开关14的栅极接地而关闭半导体开关14，从而阻断过电流。
[0037]图2A是示出图1的电流驱动型开关电路10的详细构成例的方框图。图2A中，电流驱动型开关电路10具备过流保护电路11、控制部12、驱动部13、半导体开关14、及电阻器R1。过流保护电路11具备晶体管Q1、Q2、上拉电阻器R2、电压检测电路15、电容器C11、及电阻器R11。在此，过流保护电路11为了防止规定值以上的过电流的漏极电流Id流向半导体开关14的漏极
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源极间并被破坏，通过使半导体开关14的栅极接地而关闭半导体开关14，从而阻断过电流。
[0038]图2A中，控制部12通过作为脉冲信号的驱动信号Sdrv控制驱动部13。另外，电压检测电路15监视所输入的检测电压Vgs1，当检测电压Vgs1为规定的阈值以上时，将高电位的异常检测信号Sa输出至控制部12。响应于此，控制部12将驱动信号Sdrv固定为低电位，并使驱动部13停止。需要指出，将晶体管Q2的基极电压设为Vocp。
[0039]驱动部13基于来自控制部12的驱动信号Sdrv经由电阻器R1向半导体开关14的栅极施加栅极
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源极间电压Vgs14，以控制半导体开关14开闭。半导体开关14是例如GaN器件等开关元件，通过驱动部13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种过流保护电路，用于保护流向基于驱动信号而控制开闭的开关元件的过电流，所述过流保护电路具备：第一晶体管，为N沟道FET，具有连接至所述开关元件的控制端子的漏极、和接地的源极；第二晶体管，为PNP型双极晶体管，具有连接至所述开关元件的控制端子的发射极、连接至所述第一晶体管的栅极且经由第一电容器接地的集电极、及被上拉至规定的上拉电压的基极；以及接地电路，与所述第一电容器并联。2.根据权利要求1所述的过流保护电路，其中，所述接地电路为第一电阻器，由所述第一电容器和所述第一电阻器构成第一时间常数电路。3.根据权利要求1所述的过流保护电路，其中，所述接地电路为FET的第三晶体管，所述第三晶体管具有：与所述第一电容器并联的漏极及源极；以及栅极，被施加恢复信号，所述恢复信号用于从所述过流保护电路的保护动作恢复为常规动作。4.根据权利要求1所述的过流保护电路，其中，所述接地电路为双极晶体管的第四晶体管，所述第四晶体管具有：与所述第一电容器并联的集电极及发射极；以及基极，被施加恢复信号，所述恢复信号用于从所述过流保护电路的保护动作恢复为常规动作。5.根据权利要求1或2所述的过流保护电路，其中，所述过流保护电路具备：第二电阻器，连接于所述第二晶体管的基极和所述上拉电压之间；以及第一二极管，并联于所述第二电阻器。6.根据权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩井聪，
申请(专利权)人：欧姆龙株式会社，
类型：发明
国别省市：