JPH0677797A - 電力用スイッチング半導体モジュール - Google Patents

電力用スイッチング半導体モジュール

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JPH0677797A
JPH0677797A JP25206892A JP25206892A JPH0677797A JP H0677797 A JPH0677797 A JP H0677797A JP 25206892 A JP25206892 A JP 25206892A JP 25206892 A JP25206892 A JP 25206892A JP H0677797 A JPH0677797 A JP H0677797A
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JP
Japan
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semiconductor element
turned
gate
switching
power switching
Prior art date
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Pending
Application number
JP25206892A
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English (en)
Inventor
Saburo Okumura
三郎 奥村
Kenzo Danjo
謙三 檀上
Kazuhisa Wakiya
和央 脇屋
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 電力用スイッチング半導体素子がオンからオ
フにスイッチングする際の過渡的な電圧振動に伴うオー
バーシュートのノイズの発生を防止する。 【構成】 電力用スイッチング半導体素子1,2のゲー
トgの入力回路に、半導体素子1,2のオンからオフへ
のスイッチング時にゲートgとエミッタeとの間の入力
容量13,14の放電によりオンし,半導体素子1,2
のコレクタcとゲートgとの間の帰還容量15,16を
介して入力容量13,14に流れる電流のバイパス路を
形成し,ゲートgを半導体素子1,2のオンレベルより
低い電圧に抑制する半導体素子構成のバイパス用スイッ
チング回路21,22を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電力用スイッチング半
導体素子を内蔵した電力用スイッチング半導体モジュー
ルに関する。
【0002】
【従来の技術】従来、IGBT,MOSFET,パワー
トランジスタ等の電力用スイッチング半導体素子を内蔵
した電力用スイッチング半導体モジュールは、例えば無
停電電源装置,通信用電源,溶接機,充電器等の電源装
置に用いられ、この場合、モジュールに印加された直流
電源を電力用スイッチング半導体の高周波スイッチング
により高周波電源に変換する。
【0003】そして、従来のこの種電力用スイッチング
半導体モジュールの代表的なものは、図4に示すように
構成される。同図は2個の電力用スイッチング半導体素
子を内蔵する場合を示し、1,2は電力用スイッチング
半導体モジュール3に内蔵されたIGBT構成の2個の
電力用スイッチング半導体素子であり、それぞれ制御端
子としてのゲートg及び第1,第2の出力端子としての
エミッタe,コレクタcを有し、半導体素子1のエミッ
タeと半導体素子2のコレクタcとはモジュール3内で
接続されている。
【0004】4,5はアノード,カソードが半導体素子
1,2のエミッタe,コレクタcに接続されたダイオー
ド、6〜9はモジュール3の4個の入力側の端子であ
り、端子6,7は半導体素子1のゲートg,半導体素子
1のエミッタeと半導体素子2のコレクタcとの接続点
αに接続され、端子8,9は半導体素子2のゲートg,
エミッタeに接続されている。
【0005】10〜12はモジュール3の3個の出力側
の端子であり、端子10は半導体素子1のコレクタcに
接続され、端子11は接続点αに接続され、端子12は
半導体素子2のエミッタeに接続されている。
【0006】13,14は半導体素子1,2それぞれの
ゲートg,エミッタe間に寄生する入力容量、15,1
6は半導体素子1,2それぞれのコレクタc,ゲートg
間に寄生する帰還容量である。
【0007】17,18は半導体素子1,2のゲート入
力回路に逆相の駆動信号を供給する2個の駆動信号源で
あり、信号源17は入力抵抗19を介して端子6,7間
に接続され、信号源18は入力抵抗20を介して端子
8,9間に接続されている。
【0008】なお、端子10,12には直流電源の正,
負端子が接続され、端子11と例えば直流電源の中点の
端子との間に負荷が設けられる。そして、信号源17,
18のいずれからもモジュール3に駆動信号が供給され
ないときは、半導体素子1,2は共にオフする。
【0009】つぎに、信号源17がオンしてこの信号源
17から駆動信号が供給されると、この信号が端子6,
7を介して半導体素子1の入力回路に供給され、半導体
素子1がオンし、端子10から半導体素子1,端子11
を介して負荷に電流が流れる。このとき、信号源18は
オフしてこの信号源18からは駆動信号が供給されない
ため、半導体素子2はオフに保たれる。
【0010】つぎに、信号源17がオフして信号源18
がオンし、この信号源18から駆動信号が供給される
と、半導体素子1は入力回路の駆動信号が遮断されてオ
フし、半導体素子2は駆動信号が入力回路に供給されて
オンする。このとき、半導体素子1においては、オンか
らオフにスイッチングした瞬時、帰還容量15を介した
電流により入力容量13が充電されてゲート・エミッタ
間電圧Vgeが3〜6Vのオンレベルの電圧以上に上昇
し、コレクタ・エミッタ間Vceの電圧が低下してオン
状態に戻る。
【0011】さらに、このオン状態に戻ると、入力容量
13が放電してゲート・エミッタ間電圧Vgeが低下
し、再びオフに反転する。そして、前記と同様の入力容
量13の充,放電をくり返しながらオフに収束し、この
間、半導体素子1のコレクタ・エミッタ間電圧Vceは
図5に示すように振動しながら所定のオフレベルに収束
する。一方、半導体素子2のオンにより、負荷,端子1
1,半導体素子,端子12の向きの電流が流れる。
【0012】つぎに、信号源18がオフして信号源17
がオンすると、半導体素子2がオンからオフにスイッチ
ングして半導体素子1がオフからオンにスイッチング
し、このとき、半導体素子2においては入力容量14の
充,放電がくり返えされ、そのコレクタ・エミッタ間電
圧Vceが図5と同様に振動しながら所定のオフレベル
に収束する。以降、信号源17,18の逆相のオン,オ
フにより、半導体素子1,2が逆相でスイッチングをく
り返し、負荷に高周波交流が給電される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】前記図4の従来モジュ
ールの場合、半導体素子1,2それぞれがオンからオフ
にスイッチングする際に、帰還容量15,16を介した
電流に基づく入力容量13,14の充,放電のくり返し
により、図5の過渡的な電圧振動に伴う大きなオーバー
シュートのノイズが電源ライン等に重畳し、外部機器等
に悪影響を与える問題点がある。
【0014】そして、電力用スイッチング半導体素子が
MOSFET,パワートランジスタ等の場合にも前記と
同様の問題点が生じる。本発明は、電力用スイッチング
半導体素子がオンからオフにスイッチングする際の過渡
的な電圧振動に伴うオーバーシュートのノイズの発生を
防止することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の電力用スイッチング半導体モジュールに
おいては、内蔵の電力用スイッチング半導体素子の制御
端子を有する入力回路に、スイッチング半導体素子のオ
ンからオフへのスイッチング時に制御端子と第1の出力
端子との間の入力容量の放電によりオンし,第2の出力
端子と制御端子との間の帰還容量を介して入力容量に流
れる電流のバイパス路を形成し,制御端子をスイッチン
グ半導体素子のオンレベルより低い電圧に抑制する半導
体素子構成のバイパス用スイッチング回路を設ける。
【0016】
【作用】前記のように構成された本発明の電力用スイッ
チング半導体モジュールの場合、電力用スイッチング半
導体素子がオンからオフにスイッチングするときに、バ
イパス用スイッチング回路がオンして入力容量に流れる
電流のバイパス路を形成するため、帰還容量を介した電
流による入力容量の充電が阻止されてスイッチング半導
体素子がオンせず、この半導体素子の過渡的なスイッチ
ングのくり返しに基づく電圧振動が抑制され、オーバー
シュートのノイズの発生が防止される。
【0017】
【実施例】実施例について、図1ないし図3を参照して
説明する。 (1実施例)まず、1実施例について、図1及び図2を
参照して説明する。図1において、図4と同一符号は同
一もしくは相当するものを示し、異なる点は、半導体素
子1,2のゲートgの入力回路にバイパス用スイッチン
グ回路21,22それぞれを設けた点である。
【0018】このスイッチング回路21,22は、バイ
パス路を形成するPNP型のトランジスタ23,24,
逆流防止用のダイオード25,26及びベースバイアス
用の抵抗27,28により形成されている。
【0019】そして、トランジスタ23,24はベース
が端子6,8に接続され、エミッタが半導体素子1,2
のゲートgに接続され、コレクタが端子11,12に接
続されている。
【0020】また、ダイオード25,26はアノード,
カソードがトランジスタ23,24のベース,エミッタ
に接続され、抵抗27,28はトランジスタ23,24
のベース,コレクタ間に設けられている。そして、信号
源17がオンしてその駆動信号で半導体素子1がオン
し、信号源18がオフして半導体素子2がオフしている
とする。
【0021】つぎに、信号源17がオフして信号源18
がオンすると、信号源17のオフにより半導体素子1は
オンからオフにスイッチングし、信号源18のオンによ
り半導体素子2はオフからオンにスイッチングする。こ
のとき、半導体素子1においては駆動信号が供給されな
くなってダイオード25がオフし、入力容量13の放電
電流がトランジスタ23のエミッタ,ベース及び抵抗2
7を流れ、半導体素子1はゲート・エミッタ間電圧Vg
eが低下してオフし、トランジスタ23はオンする。
【0022】このオンにより端子10から帰還容量15
を介して入力容量13に流れる電流のバイパス路が形成
され、入力容量13の過渡的な再充電が阻止される。そ
して、トランジスタ23のコレクタ・エミッタ間飽和電
圧(オン電圧)Vceは0.2〜0.3Vであり、半導
体素子1のゲート・エミッタ間電圧Vgeはこの飽和電
圧Vce以下に保たれる。
【0023】そのため、半導体素子1のゲート・エミッ
タ間電圧Vgeは従来のように3〜6Vのオンレベルの
電圧(しきい値電圧)まで上昇することがなく、図2に
示すように過渡的な電圧振動のオーバーシュートなく、
オンレベルからオフレベルに2値変化し、従来のような
オーバーシュートのノイズが発生しない。
【0024】つぎに、信号源18がオフして信号源17
がオンし、半導体素子2がオンからオフにスイッチング
して半導体素子1がオフからオンにスイッチングする
と、半導体素子2において、ダイオード26がオフして
トランジスタ24がオンし、このオンにより入力容量1
4に流れる電流のバイパス路が形成される。このとき、
半導体素子2のゲート・エミッタ間電圧Vgeが図2と
同様、オーバーシュートなく2値レベル変化し、半導体
素子1がオンからオフにスイッチングする場合と同様、
オーバーシュートのノイズは発生しない。
【0025】(他の実施例)つぎに、他の実施例につい
て、図3を参照して説明する。図3において、図1と同
一符号は同一のものを示し、図1と異なる点は、図1の
スイッチング回路21,22の代わりにバイパス用スイ
ッチング回路29,30を設けた点である。
【0026】このスイッチング回路29,30は、2個
のNPN型のトランジスタ31,32又は33,34及
び図1のダイオード25,26に相当する逆流防止用の
ダイオード35,36,バイアス用の抵抗37,38に
より形成されている。そして、トランジスタ31,32
は互いのベース,コレクタが接続されてサイリスタを形
成し、トランジスタ33,34も互いのベース,コレク
タが接続されてサイリスタを形成する。
【0027】そのため、例えば半導体素子1がオンから
オフにスイッチングするときは、入力容量13の放電電
流によりトランジスタ31,32がオンしてこのオンが
保持され、図1の場合よりスイッチング時間が短くな
り、過渡的な電圧振動に伴うオーバーシュートを防止し
て一層高速にスイッチングする。そして、前記両実施例
では半導体素子1,2をIGBT構成として説明した
が、半導体素子1,2がMOSFET或いはパワートラ
ンジスタ構成であっても同様の効果が得られる。
【0028】また、前記両実施例では2個の半導体素子
1,2を内蔵したモジュール3に適用したが、電力用ス
イッチング半導体素子を1個又は3個以上内蔵したモジ
ュールにも適用できるのは勿論である。さらに、スイッ
チング回路21,22又は29,30を半導体素子1,
2に組込んでIC化し、モジュール3をIC化すること
も可能である。そして、バイパス用スイッチング回路の
構成及びモジュールの各端子と外部回路との接続等は実
施例に限定されるものではない。
【0029】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。電力用スイ
ッチング半導体素子1,2がオンからオフにスイッチン
グするときに、バイパス用スイッチング回路21,22
又は29,30がオンして入力容量13,14に流れる
電流のバイパス路を形成するため、帰還容量15,16
を介した電流による入力容量13,14の充電が阻止さ
れて半導体素子1,2がオンせず、この半導体素子1,
2の過渡的なスイッチングのくり返しに基づく電圧振動
が抑制され、オーバーシュートのノイズの発生を防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電力用スイッチング半導体モジュール
の1実施例の結線図である。
【図2】図1の動作説明用の波形図である。
【図3】本発明の他の実施例の結線図である。
【図4】従来例の結線図である。
【図5】図4の動作説明用の波形図である。
【符号の説明】
1,2 電力用スイッチング半導体素子 13,14 入力容量 15,16 帰還容量 21,22,29,30 バイパス用スイッチング回路 g 制御端子としてのゲート e 第1の出力端子としてのエミッタ c 第2の出力端子としてのコレクタ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御端子に供給される駆動信号のオン,
    オフによりスイッチングする電力用スイッチング半導体
    素子を内蔵した電力用スイッチング半導体モジュールに
    おいて、 前記制御端子が設けられた前記半導体素子の入力回路
    に、前記スイッチング半導体素子のオンからオフへのス
    イッチング時に前記制御端子と前記スイッチング半導体
    素子の第1の出力端子との間の入力容量の放電によりオ
    ンし,前記スイッチング半導体素子の第2の出力端子と
    前記制御端子との間の帰還容量を介して前記入力容量に
    流れる電流のバイパス路を形成し,前記制御端子を前記
    スイッチング半導体素子のオンレベルより低い電圧に抑
    制する半導体素子構成のバイパス用スイッチング回路を
    設けたことを特徴とする電力用スイッチング半導体モジ
    ュール。
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