JPH02179262A - 電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路 - Google Patents
電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路Info
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- JPH02179262A JPH02179262A JP17949789A JP17949789A JPH02179262A JP H02179262 A JPH02179262 A JP H02179262A JP 17949789 A JP17949789 A JP 17949789A JP 17949789 A JP17949789 A JP 17949789A JP H02179262 A JPH02179262 A JP H02179262A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、I G B T (Insulated G
ate BipolarTransistor :絶縁
ゲート形バイポーラトランジスタ)やパワーMO8FE
Tの如き電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路に関す
る。
ate BipolarTransistor :絶縁
ゲート形バイポーラトランジスタ)やパワーMO8FE
Tの如き電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路に関す
る。
(従来の技術)
電圧駆動形半導体素子、例えばIGBTは、バイポーラ
トランジスタの有する高耐圧、大容量化が容易である長
所と、パワーMO8FETの有する高速スイッチングが
可能で駆動回路が簡単かつ駆動電力が少なくてすむ長所
とを持つ新デバイスとして、最近注目されている。第5
図はとの工GBTの等価回路を示すもので1図中、10
1はNチャンネルMOS FET、102はNPNト
ランジスタ、103はPNPトランジスタ、104はト
ランジスタ102のベース・エミッタ間短絡用抵抗であ
り、これらによってゲートG、コレクタC,エミッタE
を有するIGBTlooが構成されている。ここで、ト
ランジスタ102.103は寄生サイリスタ回路を構成
している。
トランジスタの有する高耐圧、大容量化が容易である長
所と、パワーMO8FETの有する高速スイッチングが
可能で駆動回路が簡単かつ駆動電力が少なくてすむ長所
とを持つ新デバイスとして、最近注目されている。第5
図はとの工GBTの等価回路を示すもので1図中、10
1はNチャンネルMOS FET、102はNPNト
ランジスタ、103はPNPトランジスタ、104はト
ランジスタ102のベース・エミッタ間短絡用抵抗であ
り、これらによってゲートG、コレクタC,エミッタE
を有するIGBTlooが構成されている。ここで、ト
ランジスタ102.103は寄生サイリスタ回路を構成
している。
第6図は、上記IGBT100の駆動回路の一例を示す
もので、201は図示されていないPWM回路等の制御
回路に接続された信号絶縁用のフォトカプラ、202は
Nチャンネ/L/MO3FET、203はNPN)−ラ
ンジスタ、204はPNP トランジスタ、205は順
バイアス用電源、206は逆バイアス用電源、207,
208,209は抵抗である。
もので、201は図示されていないPWM回路等の制御
回路に接続された信号絶縁用のフォトカプラ、202は
Nチャンネ/L/MO3FET、203はNPN)−ラ
ンジスタ、204はPNP トランジスタ、205は順
バイアス用電源、206は逆バイアス用電源、207,
208,209は抵抗である。
この駆動回路によるIGBTlooのオン、オフ動作を
以下に述べる。フォトカプラ201の一次側に′li流
を流すとフォトカプラ201はオンし、これによってF
E T 202はオフする。FET202のオフに伴
いトランジスタ204がオフし、トランジスタ203が
オンする。トランジスタ203がオンすると順バイアス
用電源205の電圧が抵抗209を介してIGBTlo
oのゲート・エミッタ間に加わるため、IG B T
tooはオンする。
以下に述べる。フォトカプラ201の一次側に′li流
を流すとフォトカプラ201はオンし、これによってF
E T 202はオフする。FET202のオフに伴
いトランジスタ204がオフし、トランジスタ203が
オンする。トランジスタ203がオンすると順バイアス
用電源205の電圧が抵抗209を介してIGBTlo
oのゲート・エミッタ間に加わるため、IG B T
tooはオンする。
IGBTlooのオフ動作は上述のオン動作と反対であ
り、フォトカプラ201の一次側電流を遮断するとフォ
トカプラ201がオフし、FET202がオンする。そ
の結果、トランジスタ203がオフすると共にトランジ
スタ204がオンし、逆バイアス用電源206の電圧が
抵抗9を介してIGBTlooのゲート・エミッタ間に
加わることによりIGBTlooがオフする。なお、図
の抵抗209はIGBTlooのゲート電流を制限する
と共に、IGBTlooのターンオフ時に内部の寄生サ
イリスタがターンオンしてしまうラッチアップ現象によ
りゲートが制御能力を失ってしまい、電流を遮断できな
くなるのを防止するためのものである。
り、フォトカプラ201の一次側電流を遮断するとフォ
トカプラ201がオフし、FET202がオンする。そ
の結果、トランジスタ203がオフすると共にトランジ
スタ204がオンし、逆バイアス用電源206の電圧が
抵抗9を介してIGBTlooのゲート・エミッタ間に
加わることによりIGBTlooがオフする。なお、図
の抵抗209はIGBTlooのゲート電流を制限する
と共に、IGBTlooのターンオフ時に内部の寄生サ
イリスタがターンオンしてしまうラッチアップ現象によ
りゲートが制御能力を失ってしまい、電流を遮断できな
くなるのを防止するためのものである。
また、第7図はIGBTlooの駆動回路の他の例を示
している。同図において、210は定電圧ダイオード、
211は抵抗、212はNPNトランジスタであり、他
の構成については第6図と同様である。
している。同図において、210は定電圧ダイオード、
211は抵抗、212はNPNトランジスタであり、他
の構成については第6図と同様である。
この駆動回路の動作も第6図の回路と実質的に同機であ
り、トランジスタ212が第6図のF E T 202
の作用をなしている。
り、トランジスタ212が第6図のF E T 202
の作用をなしている。
(発明が解決しようとする課題)
ところで、この種のIGBTは、主としてvvVF(可
変電圧可変周波数)インバータなど誘導、性負荷に流れ
る電流のオン、オフ用のスイッチに使用されており、こ
の場合の基本動作は、第8図に示すインバータ回路内の
チョッパ動作に等しい。
変電圧可変周波数)インバータなど誘導、性負荷に流れ
る電流のオン、オフ用のスイッチに使用されており、こ
の場合の基本動作は、第8図に示すインバータ回路内の
チョッパ動作に等しい。
なお、同図において100 a 、 100 bはIG
BT、301は直流電源(電圧Ed)、302,304
は還流ダイオード。
BT、301は直流電源(電圧Ed)、302,304
は還流ダイオード。
303は配線インダクタンス、305は負荷を示してお
り、スナバ回路は省略されている。
り、スナバ回路は省略されている。
同図において、前述したような駆動回路の動作により上
アームのIGBTlooaがオフした場合、負荷電流I
Lは下アームの還流ダイオード304を通って引き続き
流れる。この状態でIGBTlooaがオンすると、還
流ダイオード304がオフ状態になるまで直流電源30
1.IGBTlooa、還流ダイオード304の短絡回
路が形成されて直流短絡状態を生じるため、還流ダイオ
ード304.302としては高速ダイオードが通常用い
られている。
アームのIGBTlooaがオフした場合、負荷電流I
Lは下アームの還流ダイオード304を通って引き続き
流れる。この状態でIGBTlooaがオンすると、還
流ダイオード304がオフ状態になるまで直流電源30
1.IGBTlooa、還流ダイオード304の短絡回
路が形成されて直流短絡状態を生じるため、還流ダイオ
ード304.302としては高速ダイオードが通常用い
られている。
このIGBTlooaのオンにより、そのコレクタ電流
Ic及び負荷電流Iしは第9図に示す如く次第に増加し
ていくが、IGBTlooaがオンする時刻し。の前後
では、同図に示すように還流ダイオード304を流れる
電流Ioが急激に減少し、かつ増加する。このときの電
流Io及び還流ダイオード304の両端の電圧Voを示
すと第10図のとおりであり、電流Inが減少して時刻
t1で零になり、その後、負方向に増加して時刻tz(
第9図の時刻t0に相当)で最大値となり、それから再
び時刻t、で零になるまでの期間(t□〜ti)がいわ
ゆる逆回復時間である。なお、この逆回復時間は通常1
μS以内という非常に短い時間である。
Ic及び負荷電流Iしは第9図に示す如く次第に増加し
ていくが、IGBTlooaがオンする時刻し。の前後
では、同図に示すように還流ダイオード304を流れる
電流Ioが急激に減少し、かつ増加する。このときの電
流Io及び還流ダイオード304の両端の電圧Voを示
すと第10図のとおりであり、電流Inが減少して時刻
t1で零になり、その後、負方向に増加して時刻tz(
第9図の時刻t0に相当)で最大値となり、それから再
び時刻t、で零になるまでの期間(t□〜ti)がいわ
ゆる逆回復時間である。なお、この逆回復時間は通常1
μS以内という非常に短い時間である。
従来の半導体素子では、スイッチング時間が上記逆回復
時間よりも長いため、この逆回復時間内での電圧や電流
の急峻な変化はこのスイッチング時間によって抑制され
ていた。しかしながら、IGBT等の電圧駆動形半導体
素子のスイッチング時間はダイオードの逆回復時間とほ
ぼ同程度であるため、逆回復時間での電圧や電流の変化
は抑制されずに更に増加する方向へと働く。
時間よりも長いため、この逆回復時間内での電圧や電流
の急峻な変化はこのスイッチング時間によって抑制され
ていた。しかしながら、IGBT等の電圧駆動形半導体
素子のスイッチング時間はダイオードの逆回復時間とほ
ぼ同程度であるため、逆回復時間での電圧や電流の変化
は抑制されずに更に増加する方向へと働く。
この逆回復時間のうち第10図の期間(tz〜ti)で
は、短い時間内で逆電流(逆回復電流)が急激に減少す
るためd I/d t(電流の変化率)が大きくなり、
特にダイオードが高速になればなるほどこの間の時間が
短くなるため、d I/d tは大きくなる。このため
、このdI/dtと配線インダクタンス303とによっ
て発生する、直流電源電圧Edと同極性の電圧ΔV ”
a s−d I / d t (II sは配線イン
ダクタンス303のインダクタンス値)が直流電源電圧
Edに重畳され、還流ダイオード304の両端の電圧V
nは第10図にVρとして示すように非常に高くなる。
は、短い時間内で逆電流(逆回復電流)が急激に減少す
るためd I/d t(電流の変化率)が大きくなり、
特にダイオードが高速になればなるほどこの間の時間が
短くなるため、d I/d tは大きくなる。このため
、このdI/dtと配線インダクタンス303とによっ
て発生する、直流電源電圧Edと同極性の電圧ΔV ”
a s−d I / d t (II sは配線イン
ダクタンス303のインダクタンス値)が直流電源電圧
Edに重畳され、還流ダイオード304の両端の電圧V
nは第10図にVρとして示すように非常に高くなる。
この電圧Voは場合によっては素子の耐圧以上となり、
還流ダイオード304と並列に接続されているIGBT
loobが破壊されたり、誤ってオンしてしまうおそれ
がある。
還流ダイオード304と並列に接続されているIGBT
loobが破壊されたり、誤ってオンしてしまうおそれ
がある。
また1時刻t2以後、電圧VDは極めて短時間のうちに
急激に増加するから、そのdV/dtも非常に大きくな
り、例えばl0XIO’(V/μS〕以上となる。これ
に起因して第6図や第7図に示した駆動回路のフォトカ
プラ201が誤動作し、あるいはフォトカプラ201の
入力側の制御回路の誤動作を引き起こすという問題があ
った。これに対処するため、上記電圧変化率dV/dt
に強く、かつ信号伝達速度が速いフォトカプラを用いる
とすると、I G B Tの駆動回路が高価なものとな
り、製造コストの増加を招くという問題があった。
急激に増加するから、そのdV/dtも非常に大きくな
り、例えばl0XIO’(V/μS〕以上となる。これ
に起因して第6図や第7図に示した駆動回路のフォトカ
プラ201が誤動作し、あるいはフォトカプラ201の
入力側の制御回路の誤動作を引き起こすという問題があ
った。これに対処するため、上記電圧変化率dV/dt
に強く、かつ信号伝達速度が速いフォトカプラを用いる
とすると、I G B Tの駆動回路が高価なものとな
り、製造コストの増加を招くという問題があった。
本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、還流ダイオードの逆回復電
流や還流ダイオード両端の過渡的な過電圧及び電圧変化
率の増大を抑制して電圧駆動形半導体素子の破壊や駆動
回路、制御回路の誤動作を防ぎ、構成簡単かつ低コスト
で実現可能な電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路を
提供することにある。
、その目的とするところは、還流ダイオードの逆回復電
流や還流ダイオード両端の過渡的な過電圧及び電圧変化
率の増大を抑制して電圧駆動形半導体素子の破壊や駆動
回路、制御回路の誤動作を防ぎ、構成簡単かつ低コスト
で実現可能な電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路を
提供することにある。
(課題を解決するための手段)
上記目的を達成するため、第1の発明は、出力側に直列
かつ逆方向に還流ダイオードが接続されてなる電圧駆動
形半導体素子のゲート駆動回路において、前記半導体素
子のゲートに対して該半導体素子のしきい値電圧よりも
高く、かつ定常時の印加電圧よりも低い電圧を印加する
定電圧回路と、この定電圧回路を前記半導体素子のター
ンオン時に少なくとも前記ダイオードの逆回復時間を経
過するまでの期間、動作させるタイマとを備えたもので
ある。
かつ逆方向に還流ダイオードが接続されてなる電圧駆動
形半導体素子のゲート駆動回路において、前記半導体素
子のゲートに対して該半導体素子のしきい値電圧よりも
高く、かつ定常時の印加電圧よりも低い電圧を印加する
定電圧回路と、この定電圧回路を前記半導体素子のター
ンオン時に少なくとも前記ダイオードの逆回復時間を経
過するまでの期間、動作させるタイマとを備えたもので
ある。
また、第2の発明は、ゲート駆動回路の出力段に設けら
れた相補的に動作する一対のスイッチ素子のうち、半導
体素子のターンオン用のスイッチ素子はターンオフ用の
スイッチ素子よりもスイッチング時間が短いものを使用
し、半導体素子のターンオン時に上記一対のスイッチ素
子が同時にオンする期間を設ける。この同時オン期間は
少なくとも、還流ダイオードの逆回復時間よりも長く、
また、この期間中では、半導体素子のゲートに印加され
る電圧は一対のスイッチ素子にそれぞれ直列接続された
抵抗の分圧によって決まることがら、この電圧を半導体
素子のしきい値電圧よりも高く、かつ定常時の印加電圧
よりも低い値に設定するものである。
れた相補的に動作する一対のスイッチ素子のうち、半導
体素子のターンオン用のスイッチ素子はターンオフ用の
スイッチ素子よりもスイッチング時間が短いものを使用
し、半導体素子のターンオン時に上記一対のスイッチ素
子が同時にオンする期間を設ける。この同時オン期間は
少なくとも、還流ダイオードの逆回復時間よりも長く、
また、この期間中では、半導体素子のゲートに印加され
る電圧は一対のスイッチ素子にそれぞれ直列接続された
抵抗の分圧によって決まることがら、この電圧を半導体
素子のしきい値電圧よりも高く、かつ定常時の印加電圧
よりも低い値に設定するものである。
(作用)
第1の発明によれば、電圧駆動形半導体素子をターンオ
ンさせる際、タイマによって決定される一定期間(半導
体素子の出力側に接続された還流ダイオードの逆回復時
間よりも長い期間)にわたり、定電圧回路によって前記
半導体素子のゲート・エミッタ間に比較的低い一定電圧
を印加する。これにより、半導体素子の出力電流は小さ
な値に抑制され、その出力側に直列接続された還流ダイ
オードの逆回復電流の変化率が小さくなり、前記ダイオ
ード両端の過電圧発生が防止されて電圧の変化率も小さ
くなるので、半導体素子の誤オンや破壊、駆動回路の誤
動作等を招くおそれがない。
ンさせる際、タイマによって決定される一定期間(半導
体素子の出力側に接続された還流ダイオードの逆回復時
間よりも長い期間)にわたり、定電圧回路によって前記
半導体素子のゲート・エミッタ間に比較的低い一定電圧
を印加する。これにより、半導体素子の出力電流は小さ
な値に抑制され、その出力側に直列接続された還流ダイ
オードの逆回復電流の変化率が小さくなり、前記ダイオ
ード両端の過電圧発生が防止されて電圧の変化率も小さ
くなるので、半導体素子の誤オンや破壊、駆動回路の誤
動作等を招くおそれがない。
また、上記タイマによる一定期間経過後は、定電圧回路
による半導体素子のゲートへの低電圧の印加が解除され
、そのゲート・エミッタ間の電圧は通常値となって半導
体素子の出力電流は十分に大きくなる。このとき、還流
ダイオードは逆阻止能力を回復しているため、前記ダイ
オードに電流が流れることはなく、何ら支障はない。
による半導体素子のゲートへの低電圧の印加が解除され
、そのゲート・エミッタ間の電圧は通常値となって半導
体素子の出力電流は十分に大きくなる。このとき、還流
ダイオードは逆阻止能力を回復しているため、前記ダイ
オードに電流が流れることはなく、何ら支障はない。
また、第2の発明によれば、半導体素子をターンオンさ
せる際にゲート駆動回路の出力段のオン用、オフ用スイ
ッチ素子を同時にオンさせる期間を設け、半導体素子の
ゲート・エミッタ間電圧を半導体素子のしきい値電圧よ
りも高く、かつ定常時の電圧よりも低い電圧とする。こ
のようにゲート・エミッタ間電圧を低い値にすると半導
体素子の出力特性から出力電流(コレクタ電流)を低く
抑制することができ、この半導体素子に直列接続された
還流ダイオードの逆回復電流の低減により、前記同様に
還流ダイオード両端の過渡的な電圧の抑制と電圧変化率
の低減とが可能となる。
せる際にゲート駆動回路の出力段のオン用、オフ用スイ
ッチ素子を同時にオンさせる期間を設け、半導体素子の
ゲート・エミッタ間電圧を半導体素子のしきい値電圧よ
りも高く、かつ定常時の電圧よりも低い電圧とする。こ
のようにゲート・エミッタ間電圧を低い値にすると半導
体素子の出力特性から出力電流(コレクタ電流)を低く
抑制することができ、この半導体素子に直列接続された
還流ダイオードの逆回復電流の低減により、前記同様に
還流ダイオード両端の過渡的な電圧の抑制と電圧変化率
の低減とが可能となる。
また、上記同時オン期間は少なくとも還流ダイオードの
逆回復時間と同じ程度に長くすることにより、同時オン
期間が終了するとオン用のスイッチ素子のみがオンする
ので、半導体素子のゲート・エミッタ間電圧は通常値と
なり、半導体素子の出力電流は十分に大きくなる。
逆回復時間と同じ程度に長くすることにより、同時オン
期間が終了するとオン用のスイッチ素子のみがオンする
ので、半導体素子のゲート・エミッタ間電圧は通常値と
なり、半導体素子の出力電流は十分に大きくなる。
(実施例)
以下5図に沿って本発明の詳細な説明する。
まず、第1図は第1の発明の一実施例であって電圧駆動
形半導体素子としてのI(3BTの駆動回路を示してい
る。同図において、前記と同様に100はIGBT、2
01はフォトカプラ、202はNチャンネルMO8FE
T、203はNPN トランジスタ、204はPNP
トランジスタ、205は順バイアス用電源、206は逆
バイアス用電源、207〜209は抵抗である。
形半導体素子としてのI(3BTの駆動回路を示してい
る。同図において、前記と同様に100はIGBT、2
01はフォトカプラ、202はNチャンネルMO8FE
T、203はNPN トランジスタ、204はPNP
トランジスタ、205は順バイアス用電源、206は逆
バイアス用電源、207〜209は抵抗である。
そしてこの実施例では、出力段のトランジスタ203を
定電圧源として動作させる回路と、この回路を所定時間
働かせるタイマとを備えている。すなわち、定電圧源と
して動作させる回路は、ベースが出力段のトランジスタ
204のベースに接続され、かつエミッタがトランジス
タ203のベースに接続されるNPNトランジスタ4と
、そのコレクタに7ノードが接続され、かつカソードが
順バイアス用型g205の正極に接続される定電圧ダイ
オード3と、前記抵抗208とによって構成されている
。また、前記タイマは、順バイアス用電源205の正極
と後述するNチャンネルMO8FET7のドレインとの
間に接続された抵抗1と、この抵抗1の両端にコレクタ
及びベースが接続され、かつエミッタがトランジスタ4
のエミッタに接続されたNPNトランジスタ2と、抵抗
1の一端にドレインが接続され、かつソースが逆バイア
ス用電源206の負極に接続されたFET7と、そのゲ
ート及びF E T 202のゲート間に接続・された
抵抗6と、この抵抗6に対して並列に、かつカソードを
FET7のゲートに向けて接続されたダイオード5とか
ら構成されているに こで、前記トランジスタ2は、そのオン動作により定電
圧ダイオード3及びトランジスタ4の直列回路を短絡す
るように作用し、また、前記タイマは抵抗6とFET7
のゲート入力容量及びゲートしきい値電圧(スレッショ
ルドレベル)により。
定電圧源として動作させる回路と、この回路を所定時間
働かせるタイマとを備えている。すなわち、定電圧源と
して動作させる回路は、ベースが出力段のトランジスタ
204のベースに接続され、かつエミッタがトランジス
タ203のベースに接続されるNPNトランジスタ4と
、そのコレクタに7ノードが接続され、かつカソードが
順バイアス用型g205の正極に接続される定電圧ダイ
オード3と、前記抵抗208とによって構成されている
。また、前記タイマは、順バイアス用電源205の正極
と後述するNチャンネルMO8FET7のドレインとの
間に接続された抵抗1と、この抵抗1の両端にコレクタ
及びベースが接続され、かつエミッタがトランジスタ4
のエミッタに接続されたNPNトランジスタ2と、抵抗
1の一端にドレインが接続され、かつソースが逆バイア
ス用電源206の負極に接続されたFET7と、そのゲ
ート及びF E T 202のゲート間に接続・された
抵抗6と、この抵抗6に対して並列に、かつカソードを
FET7のゲートに向けて接続されたダイオード5とか
ら構成されているに こで、前記トランジスタ2は、そのオン動作により定電
圧ダイオード3及びトランジスタ4の直列回路を短絡す
るように作用し、また、前記タイマは抵抗6とFET7
のゲート入力容量及びゲートしきい値電圧(スレッショ
ルドレベル)により。
F E T 202とFET7とがオフする時間が若干
ずれるように作用する。なお、ダイオード5はFET2
02.7のオンする時間を等しくするためのものである
。
ずれるように作用する。なお、ダイオード5はFET2
02.7のオンする時間を等しくするためのものである
。
次に、この回路の動作を第2図を参照しつつ説明する。
まず、制御回路により、フォトカプラ201の一次側に
電流を流してフォトカプラ201を時刻T1でオンさせ
ると、始めにF E 7202が時刻T。
電流を流してフォトカプラ201を時刻T1でオンさせ
ると、始めにF E 7202が時刻T。
でオンする。このF E T 202のオフにより順バ
イアス用電源205と抵抗208とを介してトランジス
タ4のベースに電流が流れ、トランジスタ4がオンする
ことにより定電圧ダイオード3の電圧Vzoがトランジ
スタ203のコレクタ・ベース間に発生する。この電圧
によってトランジスタ203は定電圧源として動作し、
そのコレクタ・エミッタ間電圧VC!+は、 VcE=Vng+Vzp+Vct’与Vzo=V、
−(1)となる。なお、VB[lはトランジスタ203
のベース・エミッタ間電圧、 Vat’はトランジスタ
4のコレクタ・エミッタ間の電圧を示す、これにより、
IG B T 100のゲート・エミッタ間電圧Vaa
は、順バイアス用電源205の電圧をVccとすると、
Va[1=Vcc−V、4Vcc−Vzn −(2)
となり、このv6IllはvccよりVzn分だけ低い
値となるに こで、FET7のオフ時にはトランジスタ2がオンする
ことによって定電圧ダイオード3とトランジスタ4との
直列回路が短絡されることから、上記電圧V zn (
V 、 )が発生している期間は、第2図に示す如<
FET7がオンしている期間となる。
イアス用電源205と抵抗208とを介してトランジス
タ4のベースに電流が流れ、トランジスタ4がオンする
ことにより定電圧ダイオード3の電圧Vzoがトランジ
スタ203のコレクタ・ベース間に発生する。この電圧
によってトランジスタ203は定電圧源として動作し、
そのコレクタ・エミッタ間電圧VC!+は、 VcE=Vng+Vzp+Vct’与Vzo=V、
−(1)となる。なお、VB[lはトランジスタ203
のベース・エミッタ間電圧、 Vat’はトランジスタ
4のコレクタ・エミッタ間の電圧を示す、これにより、
IG B T 100のゲート・エミッタ間電圧Vaa
は、順バイアス用電源205の電圧をVccとすると、
Va[1=Vcc−V、4Vcc−Vzn −(2)
となり、このv6IllはvccよりVzn分だけ低い
値となるに こで、FET7のオフ時にはトランジスタ2がオンする
ことによって定電圧ダイオード3とトランジスタ4との
直列回路が短絡されることから、上記電圧V zn (
V 、 )が発生している期間は、第2図に示す如<
FET7がオンしている期間となる。
一方、FET7は、フォトカプラ201がオンしてから
ゲート・ソース間電圧V a sが抵抗6を介して放電
し、この電圧V(18がしきい値電圧を下回った時刻T
1でオフする。すなわち、前述したタイマの作用により
、F E T 202よりも一定時間遅れてオフする。
ゲート・ソース間電圧V a sが抵抗6を介して放電
し、この電圧V(18がしきい値電圧を下回った時刻T
1でオフする。すなわち、前述したタイマの作用により
、F E T 202よりも一定時間遅れてオフする。
このFET7のオフにより、順バイアス用電源205及
び抵抗1を介してトランジスタ2にベース電流が流れる
ため、トランジスタ2がオンして定電圧ダイオード3及
びトランジスタ4の直列回路を短絡するため、viL:
:0となり、電圧Voaは従来通りの順バイアス電圧V
ccと等しくなる。
び抵抗1を介してトランジスタ2にベース電流が流れる
ため、トランジスタ2がオンして定電圧ダイオード3及
びトランジスタ4の直列回路を短絡するため、viL:
:0となり、電圧Voaは従来通りの順バイアス電圧V
ccと等しくなる。
以上のようにこの実施例では、タイマによって確保され
る時刻T2からT3までの一定期間Tにおいて、IGB
Tlooのゲート・エミッタ間電圧V(+舊が電源電圧
Vccよりも低い一定電圧vcc−V、に保持される。
る時刻T2からT3までの一定期間Tにおいて、IGB
Tlooのゲート・エミッタ間電圧V(+舊が電源電圧
Vccよりも低い一定電圧vcc−V、に保持される。
なお、上記一定期間Tは、IGBTlooの出力側に直
列かつ逆方向に接続される還流ダイオード(図示せず)
の逆回復時間よりも長くすることが必要である。また、
電圧Vcc−V□はIG B T 100のしきい値電
圧よりも高い値であるのはいうまでもない。
列かつ逆方向に接続される還流ダイオード(図示せず)
の逆回復時間よりも長くすることが必要である。また、
電圧Vcc−V□はIG B T 100のしきい値電
圧よりも高い値であるのはいうまでもない。
このようにIGBTl、OOのターンオン時にそのゲー
ト・エミッタ間電圧Vanを比較的低い値に保持するの
で、第3図のIGBTの出力特性に示すように、IGB
Tlooのコレクタ電流Icを低く抑制することができ
る。従って、IGBTlooに直列接続される還流ダイ
オードの逆回復電流を抑制して電流の変化率dI/dt
を減少させ、その結果として還流ダイオード両端の電圧
Voを小さくし、かつ電圧変化率dV/dtも小さくす
ることが可能である。
ト・エミッタ間電圧Vanを比較的低い値に保持するの
で、第3図のIGBTの出力特性に示すように、IGB
Tlooのコレクタ電流Icを低く抑制することができ
る。従って、IGBTlooに直列接続される還流ダイ
オードの逆回復電流を抑制して電流の変化率dI/dt
を減少させ、その結果として還流ダイオード両端の電圧
Voを小さくし、かつ電圧変化率dV/dtも小さくす
ることが可能である。
また、第3図から明らかなように、電圧VGIIを低い
樋にするとIGBTlooのオン電圧が増加するが、こ
の実施例ではIGBTlooのターンオン時の一定期間
TだけVG[lを低くするものであるがら、この期間T
を経過した後の定常時には十分に低いオン電圧とするこ
とができる。
樋にするとIGBTlooのオン電圧が増加するが、こ
の実施例ではIGBTlooのターンオン時の一定期間
TだけVG[lを低くするものであるがら、この期間T
を経過した後の定常時には十分に低いオン電圧とするこ
とができる。
次に、第4図は第2の発明の一実施例を示している。こ
の第4図において、第1図または第7図に示したものと
同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、
以下、異なる点を中心に説明する。すなわちこの実施例
では、IGBTlooのターンオン用スイッチ素子とし
てPチャンネルMO8FETl0が用いられており、そ
のソースが順バイアス用電源205の正極に接続され、
ドレインは抵抗11を介してトランジスタ204のエミ
ッタに接続されていると共に、トランジスタ204のコ
レクタは抵抗12を介して逆バイアス用電源206の負
極に接続されている。
の第4図において、第1図または第7図に示したものと
同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、
以下、異なる点を中心に説明する。すなわちこの実施例
では、IGBTlooのターンオン用スイッチ素子とし
てPチャンネルMO8FETl0が用いられており、そ
のソースが順バイアス用電源205の正極に接続され、
ドレインは抵抗11を介してトランジスタ204のエミ
ッタに接続されていると共に、トランジスタ204のコ
レクタは抵抗12を介して逆バイアス用電源206の負
極に接続されている。
また、トランジスタ212のコレクタはトランジスタ9
,204のベースに接続され、トランジスタ9のコレク
タは抵抗8を介して順バイアス用電源205の正極に接
続されている。更に、トランジスタ9のコレクタはFE
Tl0のゲートに接続されている。
,204のベースに接続され、トランジスタ9のコレク
タは抵抗8を介して順バイアス用電源205の正極に接
続されている。更に、トランジスタ9のコレクタはFE
Tl0のゲートに接続されている。
以下、このゲート駆動回路の動作を説明する。
まず、IGBTlooのオン動作について説明する。
始めにフォトカプラ201がオンするとトランジスタ2
12がオフし、これによってトランジスタ9がオンする
。このトランジスタ9のオンにより、FETl0のゲー
トは逆バイアス用電源206の負極に接続され、ゲート
・ソース間が順バイアスされてFETl0がオンする。
12がオフし、これによってトランジスタ9がオンする
。このトランジスタ9のオンにより、FETl0のゲー
トは逆バイアス用電源206の負極に接続され、ゲート
・ソース間が順バイアスされてFETl0がオンする。
また、フォトカプラ201がオンするとトランジスタ2
04はオフするが、一般にFETはトランジスタよりも
スイッチング時間が短いため、トランジスタ204がオ
フする前にFETl0がオンするので、トランジスタ2
04がオフするまでの期間はFETl0及びトランジス
タ204が同時にオンすることになる。
04はオフするが、一般にFETはトランジスタよりも
スイッチング時間が短いため、トランジスタ204がオ
フする前にFETl0がオンするので、トランジスタ2
04がオフするまでの期間はFETl0及びトランジス
タ204が同時にオンすることになる。
この期間では、IGBTlooのゲート・エミッタ間電
圧Vaaは。
圧Vaaは。
となる、ここで、Vcc’は逆バイアス用電源206の
電圧である。
電圧である。
上記(3)式より、ゲート・エミッタ間電圧VaBは通
常の順バイアス電圧Vccよりも低い電圧に抑えること
ができる。これにより、第3図に示したごと<IGBT
looのコレクタ電流Icを減少させることができ、還
流ダイオードの逆回復電流に起因する電流の変化率や電
圧変化率の増加を解消することができる。
常の順バイアス電圧Vccよりも低い電圧に抑えること
ができる。これにより、第3図に示したごと<IGBT
looのコレクタ電流Icを減少させることができ、還
流ダイオードの逆回復電流に起因する電流の変化率や電
圧変化率の増加を解消することができる。
なお、IGBTIOQのオフ動作について説明すると、
フォトカプラ201のオフによりトランジスタ212が
オンする。これによりトランジスタ9がオフしてFET
l0のゲートとソースとが同電位になりFETl0はオ
フする。一方、トランジスタ212のオンによりトラン
ジスタ204もオンするが、FETl0がオフするのは
トランジスタ204がオンする時よりも速いため、上述
したオン動作時のようなFETLOとトランジスタ20
4との同時オン期間は生じず、従来技術と同様のオン動
作が行われる。
フォトカプラ201のオフによりトランジスタ212が
オンする。これによりトランジスタ9がオフしてFET
l0のゲートとソースとが同電位になりFETl0はオ
フする。一方、トランジスタ212のオンによりトラン
ジスタ204もオンするが、FETl0がオフするのは
トランジスタ204がオンする時よりも速いため、上述
したオン動作時のようなFETLOとトランジスタ20
4との同時オン期間は生じず、従来技術と同様のオン動
作が行われる。
なお、上記各実施例ではIGBTの駆動回路につき説明
したが、本発明はパワーMOS FET等の他の電圧
駆動形半導体素子にも適用可能である。
したが、本発明はパワーMOS FET等の他の電圧
駆動形半導体素子にも適用可能である。
(発明の効果)
以上のように第1の発明によれば、電圧駆動形半導体素
子のターンオン時にタイマによる一定期間だけ半導体素
子のゲートに加える電圧を比較的低電圧とし、また第2
の発明によれば、ゲート駆動回路の出力段の一対のスイ
ッチ素子にスイッチング時間が異なるものを用い、半導
体素子のターンオン時に、前記各スイッチ素子が同時に
オンする期間を設けてこの期間だけ半導体素子のゲート
に加える電圧を比較的低電圧にして半導体素子の出力電
流を抑制することにより、還流ダイオードの逆回復電流
の低減やこれに起因する過電圧の防止並びに電圧変化率
の低減を図ることができる。
子のターンオン時にタイマによる一定期間だけ半導体素
子のゲートに加える電圧を比較的低電圧とし、また第2
の発明によれば、ゲート駆動回路の出力段の一対のスイ
ッチ素子にスイッチング時間が異なるものを用い、半導
体素子のターンオン時に、前記各スイッチ素子が同時に
オンする期間を設けてこの期間だけ半導体素子のゲート
に加える電圧を比較的低電圧にして半導体素子の出力電
流を抑制することにより、還流ダイオードの逆回復電流
の低減やこれに起因する過電圧の防止並びに電圧変化率
の低減を図ることができる。
従って、半導体素子の破壊、駆動回路やその制御回路等
の誤動作を防止して信頼性の向上を図ることができる。
の誤動作を防止して信頼性の向上を図ることができる。
加えて、本発明は従来の回路の大幅な変更を要すること
なく若干の素子を付加するだけで実現可能であるから、
低コストにて提供することができる等の効果がある。
なく若干の素子を付加するだけで実現可能であるから、
低コストにて提供することができる等の効果がある。
第1図は第1の発明の一実施例を示す回路図。
第2図はその動作波形図、第3図はIGBTの出力特性
図、第4図は第2の発明の一実施例を示す回路図、第5
図ないし第10図は従来例を説明するためのもので、第
5図はIGBTの等価回路図、第6図はゲート駆動回路
の一例を示す回路図、第7図は同じく他の例を示す回路
図、第8図はIGBTを用いたチョッパの回路図、第9
図はその動作波形図、第10図は第8図の回路における
ダイオードの電流及び電圧波形図である。 1 、6 、8 、LL、12,207,208,20
9,211・・・抵抗2 、4 、9 、203.20
4.212・・・トランジスタ3.210・・・定電圧
ダイオード 5・・・ダイオード ?、10,202・・・FET
100・・・I G B T 201・・・フォト
カプラ205・・・順バイアス用電源 206・・・逆バイアス用電源
図、第4図は第2の発明の一実施例を示す回路図、第5
図ないし第10図は従来例を説明するためのもので、第
5図はIGBTの等価回路図、第6図はゲート駆動回路
の一例を示す回路図、第7図は同じく他の例を示す回路
図、第8図はIGBTを用いたチョッパの回路図、第9
図はその動作波形図、第10図は第8図の回路における
ダイオードの電流及び電圧波形図である。 1 、6 、8 、LL、12,207,208,20
9,211・・・抵抗2 、4 、9 、203.20
4.212・・・トランジスタ3.210・・・定電圧
ダイオード 5・・・ダイオード ?、10,202・・・FET
100・・・I G B T 201・・・フォト
カプラ205・・・順バイアス用電源 206・・・逆バイアス用電源
Claims (2)
- (1)出力側に直列かつ逆方向に還流ダイオードが接続
されてなる電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路にお
いて、 前記半導体素子のゲートに対して該半導体素子のしきい
値電圧よりも高く、かつ定常時の印加電圧よりも低い電
圧を印加する定電圧回路と、この定電圧回路を前記半導
体素子のターンオン時に少なくとも前記ダイオードの逆
回復時間を経過するまでの期間、動作させるタイマとを
備えたことを特徴とする電圧駆動形半導体素子のゲート
駆動回路。 - (2)出力側に直列かつ逆方向に還流ダイオードが接続
されてなる電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路にお
いて、 前記ゲート駆動回路の出力段に設けられて前記半導体素
子をターンオンまたはターンオフさせるべく相補的に動
作する一対のスイッチ素子のうち、前記半導体素子のタ
ーンオン用のスイッチ素子をターンオフ用のスイッチ素
子よりもスイッチング時間が短いものとし、前記半導体
素子をオン状態とする際に前記一対のスイッチ素子を共
にオンさせる期間を設け、この期間を少なくとも前記還
流ダイオードの逆回復時間よりも長く設定すると共に、
この期間内では、前記半導体素子のゲートに対して該半
導体素子のしきい値電圧よりも高く、かつ定常時の印加
電圧よりも低い電圧を印加することを特徴とする電圧駆
動形半導体素子のゲート駆動回路。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/436,643 US4949213A (en) | 1988-11-16 | 1989-11-15 | Drive circuit for use with voltage-drive semiconductor device |
| EP94100600A EP0614278B1 (en) | 1988-11-16 | 1989-11-16 | Drive circuit for use with voltage-driven semiconductor device |
| DE68928573T DE68928573T2 (de) | 1988-11-16 | 1989-11-16 | Treiberschaltung für eine spannungsgesteuerte Halbleitervorrichtung |
| DE68928161T DE68928161T2 (de) | 1988-11-16 | 1989-11-16 | Treiberschaltung zur Verwendung bei einer spannungsgesteuerten Halbleitervorrichtung |
| EP89121235A EP0369448B1 (en) | 1988-11-16 | 1989-11-16 | Drive circuit for use with voltage-driven semiconductor device |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23177088 | 1988-09-16 | ||
| JP63-231770 | 1988-09-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02179262A true JPH02179262A (ja) | 1990-07-12 |
Family
ID=16928758
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17949789A Pending JPH02179262A (ja) | 1988-09-16 | 1989-07-12 | 電圧駆動形半導体素子のゲート駆動回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02179262A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992002072A1 (en) * | 1990-07-25 | 1992-02-06 | Power Trends, Inc. | Miniaturized switching power supply with programmed level gate drive |
| JP2007129829A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Hitachi Ltd | インバータ回路装置 |
| JP2013085397A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | モータ駆動制御装置 |
| WO2013065150A1 (ja) | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置の駆動装置および電力変換装置の駆動方法 |
| CN105556819A (zh) * | 2013-09-27 | 2016-05-04 | 通用电气航空系统有限责任公司 | 具有改进的击穿免疫性的逆变器 |
| JP2024518399A (ja) * | 2021-05-03 | 2024-05-01 | ロス テッガツ | 逆回復電荷低減回路 |
-
1989
- 1989-07-12 JP JP17949789A patent/JPH02179262A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1992002072A1 (en) * | 1990-07-25 | 1992-02-06 | Power Trends, Inc. | Miniaturized switching power supply with programmed level gate drive |
| US5265003A (en) * | 1990-07-25 | 1993-11-23 | Power Trends | Miniaturized switching power supply with programmed level gate drive |
| EP0788232A3 (ja) * | 1990-07-25 | 1997-08-20 | Power Trends Inc | |
| JP2007129829A (ja) * | 2005-11-04 | 2007-05-24 | Hitachi Ltd | インバータ回路装置 |
| JP2013085397A (ja) * | 2011-10-11 | 2013-05-09 | Hitachi Automotive Systems Ltd | モータ駆動制御装置 |
| WO2013065150A1 (ja) | 2011-11-02 | 2013-05-10 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置の駆動装置および電力変換装置の駆動方法 |
| US9806594B2 (en) | 2011-11-02 | 2017-10-31 | Mitsubishi Corporation | Drive device for power converter and driving method of power converter |
| CN105556819A (zh) * | 2013-09-27 | 2016-05-04 | 通用电气航空系统有限责任公司 | 具有改进的击穿免疫性的逆变器 |
| JP2016532410A (ja) * | 2013-09-27 | 2016-10-13 | ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー | シュートスルーイミュニティを改善したインバータ |
| CN105556819B (zh) * | 2013-09-27 | 2018-05-25 | 通用电气航空系统有限责任公司 | 具有改进的击穿免疫性的逆变器 |
| JP2024518399A (ja) * | 2021-05-03 | 2024-05-01 | ロス テッガツ | 逆回復電荷低減回路 |
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