JPH0225107A - 半導体スイッチ素子の過電圧抑制回路 - Google Patents

半導体スイッチ素子の過電圧抑制回路

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JPH0225107A
JPH0225107A JP63174787A JP17478788A JPH0225107A JP H0225107 A JPH0225107 A JP H0225107A JP 63174787 A JP63174787 A JP 63174787A JP 17478788 A JP17478788 A JP 17478788A JP H0225107 A JPH0225107 A JP H0225107A
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JP
Japan
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gate
voltage
drain
capacitor
snubber
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Pending
Application number
JP63174787A
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English (en)
Inventor
Hiroo Tomita
冨田 博夫
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スイッチング動作をする半導体スイ・2チ
素子がターンオフする際に生じる過電圧を抑制する回路
に関する。
〔従来の技術] インバータのような電力変換装置は、半導体スイッチ素
子として例えばMOS F ETをブリッジ接続して構
成し、これらのMOSFETを順次オン・オフ動作させ
ることにより、直流電力を交流電力に変換している。
このインバータと、直流電力を供給する直流電源とを接
続している導線には配線インダクタンスが存在しており
、この配線インダクタンスに蓄えられていたエネルギー
が、MOSFETがオフする際に電圧変化速度が大なる
高電圧、いわゆるサージ電圧となってこのMOSFET
に印加され、これを破壊するおそれがある。
そこでこのMOSFETのドレインとソースとの間に、
一般にスナバと称しているサージ吸収回路を並列に接続
することで、当該MO3FETに印加されるサージ電圧
を緩和し、このMOSFETが破損しないようにしてい
る。
第4図は半導体スイッチ素子に付属するスナバの第1の
従来例を示した回路図であって、半導体スイッチ素子と
してのMO5FETIのドレインとソースの間に、スナ
バ抵抗とスナバコンデンサとで構成しているRCスナバ
21を並列に接続したものである。
第5図は半導体スイッチ素子に付属するスナバの第2の
従来例を示した回路図であって、半導体スイッチ素子と
してのMO3FETIのドレインとソースの間に、スナ
バ抵抗とスナバコンデンサおよびスナバダイオードで構
成しているRCDスナバ22を並列に接続したものであ
る。
第6図は半導体スインチ素子に付属するスナバの第3の
従来例を示した回路図であって、複数の(この第6図で
は2個の)半導体スイッチ素子としてのMO3FETI
を直列接続した回路を一括して、これにスナバ抵抗とス
ナバコンデンサならびにスナバダイオードで構成した一
括スナバ23を並列に接続したものである。
これらの各種スナバ21.22.23はいずれもMO3
FETIがオフする際に放出される配線インダクタンス
蓄積エネルギーをスナバコンデンサに吸収し、次にMO
S F ETがオンする際にスナバコンデンサに蓄積し
たエネルギーをスナバ抵抗で消費することにより、当該
MO3FE71に印加されるサージ電圧を抑制する。
〔発明が解決しようとする課題〕
電力変換装置、たとえばインバータの容量が大きく、そ
の構造寸法が大形になるに従って、これに使用するスナ
バも大容量で大形のものが必要になってくる。ところで
、このように装置が大形になると、スナバを半導体スイ
ッチ素子たとえばMOSFETにごく接近した位置に設
置することが困難になり、そのためにMOSFETとス
ナバとを接続する導線の配線インダクタンス値を十分に
小さくすることができなくなる。
このスナバ配線に存在するインダクタンスがスナバの効
果を減少させることになって、MOSFETがターンオ
フする際に生じるサージ電圧を十分に抑制することがで
きなくなるので、スナバ容量を増大させる必要があり、
これが装置を大形化させ、かつ当該スナバでの損失を増
加させるなどの不具合を生じていた。
そこでこの発明の目的は、半導体スイッチ素子がターン
オフする際に、電源回路やスナバ回路の配線インダクタ
ンスに起因して発生するサージ電圧を効果的に抑制する
ことにある。
〔課題を解決するための手段〕
上記の目的を達成するために、この発明の過電圧抑制回
路は、スイッチング動作をするMOSFETのドレイン
とゲートの間に、あるいはスイッチング動作をするバイ
ポーラトランジスタのコレクタとヘースの間に、定電圧
ダイオードとコンデンサとの直列回路を並列に接続する
ものとする。
〔作用] MOSFETを例にするならば、このMOSFETがタ
ーンオフするときに、当二亥MO3FETのドレイン・
ゲート間電圧VIIGが並列接続している定電圧ダイオ
ードのゼナー電圧VZDを抑えると、この定電圧ダイオ
ードに直列しているコンデンサに電流が流れてゲート・
ソース間電圧■。が上昇し、このMOSFETのオフ動
作が緩やかになって過電圧を抑制することになる。この
ような動作は、バイポーラトランジスタの場合も同様で
ある。
〔実施例〕
第1図は本発明の第1実施例をあられした回路図である
この第1図において、半導体スイッチ素子としてのMO
5FETIのドレインとソースとの間に、直流電源8と
負荷7との直列回路を直列に接続し、かつこのMO3F
ETIのゲートとソースとの間に抵抗4を介してゲート
駆動回路6を接続する。
なお符号5も抵抗である。
本発明においては、上述のような回路構成において、ゲ
ート駆動回路6の出力電圧■、をオンオフさせることで
MO3FETIに流れるドレイン電流1aを断続させる
のであるが、このMO3FETIのオフ動作の際に生し
るサージ電圧を抑制するために、定電圧ダイオード2と
コンデンサ3との直列回路を、このMO3FETIのト
レインとゲートの間に並列に接続している。この定電圧
ダイオード2とコンデンサ3との直列回路により、MO
3FETIがオフする時のドレイン・ゲ−ト間電圧VI
IGが定電圧ダイオード2のゼナー電圧V211を抑え
ると、コンデンサ3にIXなる電流が流れてこのMOS
FETIのゲート・ソース間電圧VCSが上界するため
、当該MO3FETIのオフ動作が緩やかになり、過電
圧が抑制されることになる。
なお、定電圧ダイオード2のゼナー電圧v2゜は電源電
圧よりも高く、しかもMOSFETIのドレイン・ゲー
ト間に許容される電圧よりも低い値に選定しておくこと
は勿論である。なぜならば、この第1図に示す実施例で
の動作モードでは、MOSFETIのゲート・ソース間
電圧V。は、ドレイン・ソース間電圧V、にくらべて無
視できる程度に小さな値であることから、ドレイン・ソ
ース間電圧■。、はドレイン・ゲート間電圧V□と略等
しいと考えてよいからである。
第2図は第1図に示す第1実施例回路の動作をあられし
た動作波形図であって、(イ)はドレイン・ゲート間電
圧VIIGの変化、(ロ)はドレイン電流■。の変化、
(ハ)はコンデンサ3に流れる電流!8の変化、(ニ)
はゲート・ソース間電圧VSSの変化、(ホ)はゲート
駆動回路6の出力電圧V、の変化を、それぞれがあられ
している。
この第2図において、時刻T、にMOSFETIにオフ
信号(すなわちゲート駆動回路6の出力電圧■、を零に
する。・・・第2図(ホ)参照)を与えると、ゲート・
ソース間電圧■。3は、このMOSFETIのゲート・
ソース間接合静電容量と抵抗4と5の抵抗値とで定まる
時定数に従って低下し始める(第2図(ニ)参照)と共
に、ドレイン・ソース間電圧VSSが上昇を開始する(
すなわち当該MOSFETはオフし始める。・・・第2
図(イ)参照)。
次いでTIなる時刻にこのドレイン・ソース間電圧VS
Sの値がゲート・ソース間電圧VSSとゼナー電圧v2
゜との合計値を越えると、定電圧ダイオード2を介して
コンデンサ3に充電電流1Kが流れはじめるので、この
電流■8によりゲート・ソース間電圧V。の下降速度が
緩和され、そのためドレイン・ソース間電圧V、の上昇
速度も緩やかなものとなり、サージ電圧が抑制され、配
線インダクタンスに蓄えられていたエネルギーは、この
MOSFETIの内部で消費され、Tオなる時刻にオフ
動作が完了(すなわちドレイン電流1.が零)となる。
第3図は本発明の第2実施例をあられした回路図である
が、この第3図に示す第2実施例回路は、前述の第1図
に示す第1実施例回路におけるMOSFETIをバイポ
ーラトランジスタ 11に置換し、ゲート駆動回路6を
ベース駆動回路16に置換したものであって、それ以外
の定電圧ダイオード2、コンデンサ3、抵抗4と5、負
荷7および直流電源8は第1図のものと同しであり、か
つこれらの動作も第1図の場合と同様であるから、この
第3図の動作説明は省略する。
なお第1図と第3図に示した実施例回路において、半導
体スイッチ素子としてのMOSFETI、あるいはバイ
ポーラトランジスタ11には、第4図、第5図または第
6図に示すスナバを付属させても、本発明の趣旨をtl
うことがないのは勿論である。
(発明の効果〕 この発明によれば、半導体スイッチ素子としてのMOS
FETのドレインとゲートの間に、あるいはバイポーラ
トランジスタのコレクタとベースの間に、定電圧ダイオ
ードとコンデンサとの直列回路を並列に接続することに
より、この半導体スイッチ素子がオフするさいのサージ
電圧が所定値を越えると、オフさせるためのゲート電圧
あるいはベース電圧の下降速度を緩和させ、配線インダ
クタンスに蓄積していたエネルギーをこの半導体スイッ
チ素子の内部で消費させることになるので、当該半導体
スイッチ素子に印加されるサージ電圧を抑制することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例をあられした回路図、第2
図は第1図に示す第1実施例回路の動作をあられした動
作波形図、第3図は本発明の第2実施例をあられした回
路図であり、第4図と第5図および第6図はそれぞれ半
導体スイッチ素子に付属するスナバの第1従来例と第2
従来例および第3従来例を示した回路図である。 1・・・MOSFET、2・・・定電圧ダイオード、3
・・・コンデンサ、4,5・・・抵抗、6・・・ゲート
駆動回路、7・・・負荷、8・・・直流電源、11・・
・バイポーラトランジスタ、16・・・ベース駆動回路
、21・・・RCスナバ、22・・・RCDスナバ、2
3・・・−括スナバ。 ぢ 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)スイッチング動作をする金属酸化半導体電界効果ト
    ランジスタ(MOSFET)のドレインとゲートの間に
    、定電圧ダイオードとコンデンサとの直列回路を並列に
    接続することを特徴とする半導体スイッチ素子の過電圧
    抑制回路。 2)スイッチング動作をするバイポーラトランジスタの
    コレクタとベースの間に、定電圧ダイオードとコンデン
    サとの直列回路を並列に接続することを特徴とする半導
    体スイッチ素子の過電圧抑制回路。
JP63174787A 1988-07-13 1988-07-13 半導体スイッチ素子の過電圧抑制回路 Pending JPH0225107A (ja)

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