电力用半导体元件的栅极驱动电路制造技术

一种电力用半导体元件的栅极驱动电路，其通过基于输入进来的栅极信号使具有栅极电极的电力用半导体元件(1)的所述栅极电极的电荷进行充电、放电，从而对所述电力用半导体元件的主电流进行通/断控制，在该电力用半导体元件的栅极驱动电路中，在所述栅极信号切换为断开信号时，将使所述栅极电极的电荷放电的栅极电流控制为，随着所述电力用半导体元件的温度的上升而变大，随着所述主电流的上升而变小。随着所述主电流的上升而变小。随着所述主电流的上升而变小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电力用半导体元件的栅极驱动电路


[0001]本申请涉及电力用半导体元件的栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]电力转换装置通常通过使IGBT或MOSFET这样的电力用半导体元件的栅极电极的电荷进行充放电而对电力用半导体元件的主电流进行通断切换，在直流与交流之间进行电力转换。通常，半导体元件的特性随温度而变化。因此，针对使电力用半导体元件的栅极电极的电荷进行充放电、即对栅极电流进行控制的栅极驱动电路，提出了用于对电力用半导体元件的温度特性进行补偿的各种设计。例如，在专利文献1中，为了根据温度条件等的变化对电力用半导体元件的栅极电流进行调整，提出了对电力用半导体元件的温度进行检测而对断开时的栅极电阻进行切换的技术。在该结构的情况下，用于将栅极电阻阶段性地进行切换的控制电路变得复杂。
[0003]另外，公开了一种栅极驱动电路，其针对温度变化而自动地实现通断损耗的降低和通断噪声的降低这两者的兼顾(专利文献2)。在专利文献2中，通过调整电力用半导体元件的接通时的栅极电流而降低通断时的噪声。在构成逆变器等开关电源的情况下，有时串联连接2个电力用半导体元件。在专利文献2所公开的结构中，实现了通断损耗的降低和通断噪声的降低这两者的兼顾，但需要考虑到在电力用半导体元件的可工作温度区域中通断时间最长的时间来设置死区时间(dead time)，以使得2个串联连接的电力用半导体元件不会同时接通。死区时间期间是对各元件的通电时间进行限制的时间，会带来开关电源的输出波形产生失真、电压产生变动等影响。由于该影响，在作为电力用半导体元件而使用宽带隙半导体元件的电源等通断频率高且通断周期短的电源的情况下产生更大的误差。
[0004]并且，在专利文献3中，示出了根据温度而变更对栅极电阻进行切换的电流的阈值的结构。在该专利文献3中，主要研究接通时的电力用半导体元件的控制，公开了以下技术，即，如栅极电阻的切换那样通过复杂的控制不连续地对通断速度进行调整。另外，在专利文献3中，在电流小时，特别是断开时的通断时间变长，死区时间被该断开时的通断时间限制，因此需要长的死区时间。
[0005]专利文献1：日本特开2002
‑
119044号公报
[0006]专利文献2：国际公开第WO2014/123046号
[0007]专利文献3：日本特开2008
‑
182835号公报

技术实现思路

[0008]如上所述，以往，主要研究的是关注于接通时的通断时间或通断损耗的控制，未进行将断开时的通断时间包含在内而使死区时间变短的研究。在使栅极电极的电荷充放电而进行通断的电力用半导体元件的恒压驱动电路中，特别地，在断开时的通断动作中，由于元件温度上升而米勒电位下降，从而到达通断时间的延迟时间变长。并且，在恒压驱动中，如果元件温度上升则米勒电流变小，因此，通断时的dVce/dt变小，从输入用于通断的断开信
号起至通断结束为止的时间变长，因此，需要将死区时间设置得长。由于该死区时间，电源输出产生误差，或者在进行高频的通断时产生障碍。
[0009]本申请公开了用于解决上述问题的技术，其目的在于，提供一种电力用半导体元件的栅极驱动电路，其着眼于断开时的通断时间，相对于电力用半导体元件的温度的变化及电流值的变化，断开时的通断时间的变化减小，能够缩短死区时间。
[0010]本申请所公开的电力用半导体元件的栅极驱动电路通过基于输入进来的栅极信号使具有栅极电极的电力用半导体元件的所述栅极电极的电荷进行充电、放电，从而对所述电力用半导体元件的主电流进行通/断控制，在该电力用半导体元件的栅极驱动电路中，在所述栅极信号切换为断开信号时，将使所述栅极电极的电荷进行放电的栅极电流控制为，随着所述电力用半导体元件的温度的上升而变大，随着所述主电流的上升而变小。
[0011]专利技术的效果
[0012]根据本申请所公开的电力用半导体元件的栅极驱动电路，实现下述效果，即，相对于温度及电流的变化，能够使断开时的通断时间的变化减小，能够缩短所需的死区时间。
附图说明
[0013]图1是表示实施方式1涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的概略结构的电路图。
[0014]图2是表示实施方式1涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的详细结构的电路图。
[0015]图3是用于对实施方式1涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的由温度变化引起的动作进行说明的线图。
[0016]图4是用于对实施方式1涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的由电力用半导体元件的集电极电流的变化引起的动作进行说明的线图。
[0017]图5是表示实施方式2涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的详细结构的电路图。
[0018]图6是用于对实施方式2涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的由电力用半导体元件的集电极电流的变化引起的动作进行说明的线图。
[0019]图7是表示实施方式3涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的详细结构的电路图。
具体实施方式
[0020]实施方式1
[0021]图1是表示实施方式1涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的概略结构的电路图。在电力用半导体元件1(也称为开关元件1)的发射极端子连接分流电阻7。将开关元件1的发射极的电位、即基准电位端子4的电位设为驱动控制电路2的基准电位(SG)。在开关元件1，作为用于对开关元件1的温度进行检测的温度传感器的二极管6(也称为温度传感器二极管6)安装于相同的芯片5之上。在分流电阻7的与发射极端子相反侧的端子8连接输出配线，该输出配线与用于供给电力的电源、电容器或电动机等负载连接。通过分流电阻7将流过开关元件1的集电极电流I转换为电压，分流电阻7的两端电压(将基准电位SG作为基准的
电压，以下称为Vsen)被输入至驱动控制电路2。此外，在本实施方式中，作为开关元件1而设想的是IGBT，但开关元件1不限于此，也可以是功率晶体管或MOSFET等具有栅极电极的开关元件。
[0022]如上所述，向驱动控制电路2输入相对于基准电位SG的电压值作为开关元件1的温度检测值，输入相对于基准电位SG的电压值作为开关元件1的主电流的电流检测值。温度检测值是输入相对于基准电位为正的电压值，电流检测值是输入相对于基准电位为负的电压值。另外，温度检测值如后面叙述的那样是随着温度上升而下降的正的电压值，电流检测值是随着电流上升而绝对值变大的负的电压值。
[0023]图2是表示实施方式1涉及的电力用半导体元件的栅极驱动电路的详细结构的电路图。该电路是一个例子，仅示出了与本申请相关的部件。在图2的电路中，第三差动放大器U3以使开关元件1的栅极电极的电荷进行充电/放电的方式对栅极电流进行控制，从而对流过开关元件1的主电流即集电极电流I进行通/断控制。第一差动放大器U1将在温度传感器二极管6处产生的电压降Vf和分流电阻7的Vsen作为输入，对其电压差进行放大而输出。Vf被作为相对于基准电位SG为正的电压而输入至第一差动放大器U1的非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电力用半导体元件的栅极驱动电路，其通过基于输入进来的栅极信号使具有栅极电极的电力用半导体元件的所述栅极电极的电荷进行充电、放电，从而对所述电力用半导体元件的主电流进行通/断控制，在该电力用半导体元件的栅极驱动电路中，在所述栅极信号切换为断开信号时，将使所述栅极电极的电荷进行放电的栅极电流控制为，随着所述电力用半导体元件的温度的上升而变大，随着所述主电流的上升而变小。2.根据权利要求1所述的电力用半导体元件的栅极驱动电路，其中，在所述栅极信号切换为断开信号时，基于对所述电力用半导体元件的温度进行检测得到的温度检测值与所述主电流的检测值即电流检测值之差对使所述栅极电极的电荷放电的栅极电流进行控制。3.根据权利要求2所述的电力用半导体元件的栅极驱动电路，其中，所述温度检测值及所述电流检测值分别是作为相对于基准电位的电压而检测到的值，所述温度检测值是随着温度的上升而下降的正的电压，所述电流检测值是随着所述主电流的上升而绝对值变大的负的电压。4.根据权利要求3所述的电力用半导体元件的栅极驱动电路，其中，具有所述温度检测值被输入至非反转输入端子且所述电流检测值被...

【专利技术属性】
技术研发人员：酒井拓也，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：