JPH10209832A - 半導体スイッチ回路 - Google Patents
半導体スイッチ回路Info
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- JPH10209832A JPH10209832A JP9012389A JP1238997A JPH10209832A JP H10209832 A JPH10209832 A JP H10209832A JP 9012389 A JP9012389 A JP 9012389A JP 1238997 A JP1238997 A JP 1238997A JP H10209832 A JPH10209832 A JP H10209832A
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- mosfet
- semiconductor switch
- switch circuit
- igbt
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Abstract
(57)【要約】
【課題】電力変換装置のスイッチング手段として用いら
れる半導体スイッチ回路の電圧変化率(dV/dt)を
抑制する。 【解決手段】自己消弧形デバイスとしてのIGBT30
を主スイッチ素子とし、IGBT30と並列に補助スイ
ッチ素子としてのMOSFET31を接続し、MOSF
ET31の内蔵ダイオードを還流ダイオードとし、MO
SFET31のゲート端子とソース端子との間に抵抗3
3を接続することにより、IGBT30のターンオフ
時、または前記内蔵ダイオードの電流の逆回復動作時に
発生するdV/dtをMOSFET31の動作を利用し
て小さい値とする。
れる半導体スイッチ回路の電圧変化率(dV/dt)を
抑制する。 【解決手段】自己消弧形デバイスとしてのIGBT30
を主スイッチ素子とし、IGBT30と並列に補助スイ
ッチ素子としてのMOSFET31を接続し、MOSF
ET31の内蔵ダイオードを還流ダイオードとし、MO
SFET31のゲート端子とソース端子との間に抵抗3
3を接続することにより、IGBT30のターンオフ
時、または前記内蔵ダイオードの電流の逆回復動作時に
発生するdV/dtをMOSFET31の動作を利用し
て小さい値とする。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明はインバータなどの
電力変換装置のスイッチング手段として用いられる半導
体スイッチ回路に関する。
電力変換装置のスイッチング手段として用いられる半導
体スイッチ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図8は、この種の電力変換装置として代
表的な単相インバータの主回路構成図である。図8にお
いて、1は直流電源、2はインバータ主回路、3は負荷
を示し、インバータ主回路2はスナバコンデンサ10と
半導体スイッチ回路11〜14とから構成され、半導体
スイッチ回路11〜14それぞれはブリッジ構成に接続
されている。これらの半導体スイッチ回路は一般に同一
回路構成であり、それぞれの半導体スイッチ回路は互い
に連係して個々にオン・オフすることにより、直流電源
1の電圧が所望の交流電圧に変換され、この交流電圧が
負荷3に供給される。
表的な単相インバータの主回路構成図である。図8にお
いて、1は直流電源、2はインバータ主回路、3は負荷
を示し、インバータ主回路2はスナバコンデンサ10と
半導体スイッチ回路11〜14とから構成され、半導体
スイッチ回路11〜14それぞれはブリッジ構成に接続
されている。これらの半導体スイッチ回路は一般に同一
回路構成であり、それぞれの半導体スイッチ回路は互い
に連係して個々にオン・オフすることにより、直流電源
1の電圧が所望の交流電圧に変換され、この交流電圧が
負荷3に供給される。
【0003】図9は、図8に示した半導体スイッチ回路
11〜14それぞれの従来例を示す詳細回路構成図であ
る。図9において、20は自己消弧形デバイスとしての
絶縁ゲートバイ形ポーラトランジスタ(以下単にIGB
Tと称する)、21はIGBT20に逆並列接続された
還流ダイオード、22はIGBT20をオン・オフさせ
る駆動信号を発生する図示しない駆動信号回路の出力端
子とIGBT20のゲート端子との間に接続されたゲー
ト抵抗である。
11〜14それぞれの従来例を示す詳細回路構成図であ
る。図9において、20は自己消弧形デバイスとしての
絶縁ゲートバイ形ポーラトランジスタ(以下単にIGB
Tと称する)、21はIGBT20に逆並列接続された
還流ダイオード、22はIGBT20をオン・オフさせ
る駆動信号を発生する図示しない駆動信号回路の出力端
子とIGBT20のゲート端子との間に接続されたゲー
ト抵抗である。
【0004】この半導体スイッチ回路のIGBT20の
ターンオフ時の動作を、図10に示すターンオフ時の波
形図を参照しつつ、以下に説明をする。図10におい
て、時刻T1 で前記駆動信号がIGBT20にオフを指
令すると、IGBT20がターンオフ動作を開始し、I
GBT20のコレクタ・エミッタ間電圧(VCE)が図示
の如く上昇し(図10(イ)参照)、時刻T2 でVCEが
直流電源1の電圧(E)に達すると(図10(イ)参
照)、それまでIGBT20に流れていたコレクタ電流
(IC )は図示の如く減少し(図10(イ)参照)、時
刻T3 でIC が零となり(図10(イ)参照)、ターン
オフ動作が完了する。
ターンオフ時の動作を、図10に示すターンオフ時の波
形図を参照しつつ、以下に説明をする。図10におい
て、時刻T1 で前記駆動信号がIGBT20にオフを指
令すると、IGBT20がターンオフ動作を開始し、I
GBT20のコレクタ・エミッタ間電圧(VCE)が図示
の如く上昇し(図10(イ)参照)、時刻T2 でVCEが
直流電源1の電圧(E)に達すると(図10(イ)参
照)、それまでIGBT20に流れていたコレクタ電流
(IC )は図示の如く減少し(図10(イ)参照)、時
刻T3 でIC が零となり(図10(イ)参照)、ターン
オフ動作が完了する。
【0005】上述のIGBT20のターンオフ時のVCE
の電圧上昇率とターンオフ損失(図10(ロ)のハッチ
ング部分)とは、ゲート抵抗22の抵抗値に依存し、該
抵抗値をより大きくすると、VCEの電圧上昇率がより小
さい値となり、またターンオフ損失はより大きな値とな
る。また、この電力変換装置の負荷3が誘導性負荷のと
きには、例えば、図8に示す半導体スイッチ回路11の
還流ダイオード21に負荷3の電流が流れている期間が
あり、このときに図8に示す半導体スイッチ回路12の
IGBTにオンを指令すると、該IGBTがターンオン
動作を開始し、半導体スイッチ回路11の還流ダイオー
ド21の電流が減少して零となり、さらにこの還流ダイ
オード21が逆回復動作をして、半導体スイッチ回路1
2のIGBTがターンオン動作を完了するが、この逆回
復動作時の電圧上昇率も半導体スイッチ回路12のゲー
ト抵抗の抵抗値に依存し、該抵抗値をより大きくする
と、この電圧上昇率がより小さい値になり、また半導体
スイッチ回路12のIGBTのターンオン損失はより大
きな値となる。
の電圧上昇率とターンオフ損失(図10(ロ)のハッチ
ング部分)とは、ゲート抵抗22の抵抗値に依存し、該
抵抗値をより大きくすると、VCEの電圧上昇率がより小
さい値となり、またターンオフ損失はより大きな値とな
る。また、この電力変換装置の負荷3が誘導性負荷のと
きには、例えば、図8に示す半導体スイッチ回路11の
還流ダイオード21に負荷3の電流が流れている期間が
あり、このときに図8に示す半導体スイッチ回路12の
IGBTにオンを指令すると、該IGBTがターンオン
動作を開始し、半導体スイッチ回路11の還流ダイオー
ド21の電流が減少して零となり、さらにこの還流ダイ
オード21が逆回復動作をして、半導体スイッチ回路1
2のIGBTがターンオン動作を完了するが、この逆回
復動作時の電圧上昇率も半導体スイッチ回路12のゲー
ト抵抗の抵抗値に依存し、該抵抗値をより大きくする
と、この電圧上昇率がより小さい値になり、また半導体
スイッチ回路12のIGBTのターンオン損失はより大
きな値となる。
【0006】なお、図8に示したスナバコンデンサ10
は、半導体スイッチ回路11〜14それぞれが上述のス
イッチング動作時に発生するサージ電圧、例えば、図1
0に示す時刻T1 からT3 の期間のVCEのサージ電圧を
抑制し、該半導体スイッチ回路を構成するIGBTそれ
ぞれが過電圧で破損するのを防止している。
は、半導体スイッチ回路11〜14それぞれが上述のス
イッチング動作時に発生するサージ電圧、例えば、図1
0に示す時刻T1 からT3 の期間のVCEのサージ電圧を
抑制し、該半導体スイッチ回路を構成するIGBTそれ
ぞれが過電圧で破損するのを防止している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の単相インバータ
などの電力変換装置を構成する半導体スイッチ回路のス
イッチング動作は、一般にキャリア周波数を数KHzか
ら十数KHz程度としたパルス幅変調(PWM)された
駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作によ
り数十KHz以上の周波数成分のスイッチングノイズが
この電力変換装置から発生する。
などの電力変換装置を構成する半導体スイッチ回路のス
イッチング動作は、一般にキャリア周波数を数KHzか
ら十数KHz程度としたパルス幅変調(PWM)された
駆動信号に基づいて行われ、このスイッチング動作によ
り数十KHz以上の周波数成分のスイッチングノイズが
この電力変換装置から発生する。
【0008】近年、上記スイッチングノイズの周波数成
分のうち、百KHz以上の成分が外部機器に与える悪影
響を抑制するべく、当該する電力変換装置に種々の法的
規制が敷かれ、これに対応するために該スイッチングノ
イズの発生源である半導体スイッチ回路の前述の電圧上
昇率の低減が要求されている。しかしながら、従来の半
導体スイッチ回路において、それぞれのIGBTのゲー
ト端子に接続されたゲート抵抗の抵抗値を大きくして上
述の電圧上昇率の低減の要求を満たすようにすると、該
IGBTのターンオフ損失とターンオン損失とが共に増
大し、さらに該損失は前記キャリア周波数に比例して大
きくなるので、この電力変換装置の変換効率を低下さ
せ、該IGBTの冷却部品が大型になり、その結果、電
力変換装置が大型化するという問題があった。
分のうち、百KHz以上の成分が外部機器に与える悪影
響を抑制するべく、当該する電力変換装置に種々の法的
規制が敷かれ、これに対応するために該スイッチングノ
イズの発生源である半導体スイッチ回路の前述の電圧上
昇率の低減が要求されている。しかしながら、従来の半
導体スイッチ回路において、それぞれのIGBTのゲー
ト端子に接続されたゲート抵抗の抵抗値を大きくして上
述の電圧上昇率の低減の要求を満たすようにすると、該
IGBTのターンオフ損失とターンオン損失とが共に増
大し、さらに該損失は前記キャリア周波数に比例して大
きくなるので、この電力変換装置の変換効率を低下さ
せ、該IGBTの冷却部品が大型になり、その結果、電
力変換装置が大型化するという問題があった。
【0009】この発明の目的は上記問題点を解決し、電
力変換装置のスイッチング動作時の電圧上昇率を抑制す
ることができる半導体スイッチ回路を提供することにあ
る。
力変換装置のスイッチング動作時の電圧上昇率を抑制す
ることができる半導体スイッチ回路を提供することにあ
る。
【0010】
【課題を解決するための手段】この第1の発明は、電力
変換装置のスイッチング手段として用いられる半導体ス
イッチ回路において、前記半導体スイッチ回路は自己消
弧形デバイスを主スイッチ素子とし、主スイッチ素子に
並列接続されたMOSFETを補助スイッチ素子とし、
MOSFETのゲート端子とソース端子との間に抵抗ま
たは定電圧ダイオードを接続したものとする。
変換装置のスイッチング手段として用いられる半導体ス
イッチ回路において、前記半導体スイッチ回路は自己消
弧形デバイスを主スイッチ素子とし、主スイッチ素子に
並列接続されたMOSFETを補助スイッチ素子とし、
MOSFETのゲート端子とソース端子との間に抵抗ま
たは定電圧ダイオードを接続したものとする。
【0011】また第2の発明は、電力変換装置のスイッ
チング手段として用いられる半導体スイッチ回路におい
て、前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主
スイッチ素子とし、主スイッチ素子に並列接続されたM
OSFETを補助スイッチ素子とし、MOSFETのゲ
ート端子とソース端子との間に抵抗を接続し、MOSF
ETのゲート端子とドレイン端子との間にコンデンサを
接続したものとする。
チング手段として用いられる半導体スイッチ回路におい
て、前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主
スイッチ素子とし、主スイッチ素子に並列接続されたM
OSFETを補助スイッチ素子とし、MOSFETのゲ
ート端子とソース端子との間に抵抗を接続し、MOSF
ETのゲート端子とドレイン端子との間にコンデンサを
接続したものとする。
【0012】また第3の発明は、電力変換装置のスイッ
チング手段として用いられる半導体スイッチ回路におい
て、前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主
スイッチ素子とし、主スイッチ素子に並列接続されたM
OSFETを補助スイッチ素子とし、MOSFETのゲ
ート端子とソース端子との間に第1抵抗を接続し、第1
抵抗の両端にPチャネルデバイスと第2抵抗とを直列接
続したものを並列接続し、Pチャネルデバイスの制御電
極と前記自己消弧形デバイスの制御電極との間に第3抵
抗を接続したものとする。
チング手段として用いられる半導体スイッチ回路におい
て、前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主
スイッチ素子とし、主スイッチ素子に並列接続されたM
OSFETを補助スイッチ素子とし、MOSFETのゲ
ート端子とソース端子との間に第1抵抗を接続し、第1
抵抗の両端にPチャネルデバイスと第2抵抗とを直列接
続したものを並列接続し、Pチャネルデバイスの制御電
極と前記自己消弧形デバイスの制御電極との間に第3抵
抗を接続したものとする。
【0013】さらに第4の発明は、電力変換装置のスイ
ッチング手段として用いられる半導体スイッチ回路にお
いて、前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを
主スイッチ素子とし、主スイッチ素子に並列接続された
MOSFETを補助スイッチ素子とし、MOSFETの
ゲート端子とソース端子との間にコンデンサと抵抗とを
直列接続したものを並列接続し、MOSFETのゲート
端子と前記自己消弧形デバイスの制御電極との間にダイ
オードを接続したものとする。
ッチング手段として用いられる半導体スイッチ回路にお
いて、前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを
主スイッチ素子とし、主スイッチ素子に並列接続された
MOSFETを補助スイッチ素子とし、MOSFETの
ゲート端子とソース端子との間にコンデンサと抵抗とを
直列接続したものを並列接続し、MOSFETのゲート
端子と前記自己消弧形デバイスの制御電極との間にダイ
オードを接続したものとする。
【0014】この発明によれば、前記半導体スイッチ回
路において、自己消弧形デバイスによる主スイッチ素子
と並列に補助スイッチ素子としてのMOSFETを接続
し、このMOSFETの内蔵ダイオードを還流ダイオー
ドとし、該MOSFETのゲート端子に幾つかの電気部
品を付加した回路構成にすることにより、後述の如くこ
の電力変換装置のスイッチング動作時の電圧上昇率を抑
制することができる。
路において、自己消弧形デバイスによる主スイッチ素子
と並列に補助スイッチ素子としてのMOSFETを接続
し、このMOSFETの内蔵ダイオードを還流ダイオー
ドとし、該MOSFETのゲート端子に幾つかの電気部
品を付加した回路構成にすることにより、後述の如くこ
の電力変換装置のスイッチング動作時の電圧上昇率を抑
制することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1の実施例
を示す半導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に
示した単相インバータの主回路の半導体スイッチ回路1
1〜14それぞれに対応するものである。図1におい
て、30は主スイッチ素子としてのIGBT、31は補
助スイッチ素子としてのMOSFETであり、このMO
SFET31のドレイン・ソース間には等価的に形成さ
れる内蔵ダイオード(図示の破線のダイオード)を有し
ており、32はMOSFET31のゲート端子とソース
端子間の抵抗、33はIGBT30をオン・オフさせる
駆動信号を発生する図示しない駆動信号回路の出力端子
とIGBT30のゲート端子との間に接続されたゲート
抵抗である。
を示す半導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に
示した単相インバータの主回路の半導体スイッチ回路1
1〜14それぞれに対応するものである。図1におい
て、30は主スイッチ素子としてのIGBT、31は補
助スイッチ素子としてのMOSFETであり、このMO
SFET31のドレイン・ソース間には等価的に形成さ
れる内蔵ダイオード(図示の破線のダイオード)を有し
ており、32はMOSFET31のゲート端子とソース
端子間の抵抗、33はIGBT30をオン・オフさせる
駆動信号を発生する図示しない駆動信号回路の出力端子
とIGBT30のゲート端子との間に接続されたゲート
抵抗である。
【0016】この半導体スイッチ回路のIGBT30の
ターンオフ時の動作を、図2に示すターンオフ時の波形
図を参照しつつ、以下に説明をする。図2において、先
ず時刻T1 で、前記駆動信号がIGBT30にオフを指
令すると、IGBT30がターンオフ動作を開始し、I
GBT30のコレクタ・エミッタ間電圧(VCE)が図示
の如く上昇し(図2(イ)参照)、時刻T1 から時刻T
2 までIGBT30のコレクタ・エミッタ間電流
(IC )が図示の如く減少するのに伴い、この半導体ス
イッチ回路の主電流I0 はMOSFET31のドレイン
・ゲート間の容量(CR )と抵抗32の経路に転流を開
始し、時刻T2 でIGBT30の電流IC が零となり、
IGBT30のターンオフ動作は終了する。
ターンオフ時の動作を、図2に示すターンオフ時の波形
図を参照しつつ、以下に説明をする。図2において、先
ず時刻T1 で、前記駆動信号がIGBT30にオフを指
令すると、IGBT30がターンオフ動作を開始し、I
GBT30のコレクタ・エミッタ間電圧(VCE)が図示
の如く上昇し(図2(イ)参照)、時刻T1 から時刻T
2 までIGBT30のコレクタ・エミッタ間電流
(IC )が図示の如く減少するのに伴い、この半導体ス
イッチ回路の主電流I0 はMOSFET31のドレイン
・ゲート間の容量(CR )と抵抗32の経路に転流を開
始し、時刻T2 でIGBT30の電流IC が零となり、
IGBT30のターンオフ動作は終了する。
【0017】このとき抵抗32に電流IR が流れること
により、図2(ハ)に示す如くこの抵抗32の両端に電
圧VR が発生し、この電圧VR がゲート・ソース間電圧
としてMOSFET31に印加され、MOSFET31
が活性領域に入り、その結果、MOSFET31のドレ
イン電流(ID )が前記主電流I0 (=IC +ID +I
R )の一部を分担して流れ始め、この主電流I0 は時刻
T3 までは、ほぼ一定値となる。
により、図2(ハ)に示す如くこの抵抗32の両端に電
圧VR が発生し、この電圧VR がゲート・ソース間電圧
としてMOSFET31に印加され、MOSFET31
が活性領域に入り、その結果、MOSFET31のドレ
イン電流(ID )が前記主電流I0 (=IC +ID +I
R )の一部を分担して流れ始め、この主電流I0 は時刻
T3 までは、ほぼ一定値となる。
【0018】従って、IGBT30に印加される電圧V
CEの電圧上昇率(dV/dt)は、前記電流IR と前記
容量(CR )とMOSFET31のゲート・ソース間電
圧のしきい値(VTH)できまり、dV/dt=IR /C
R =VTH/(CR ・抵抗32)で表される値に低減され
る。次に時刻T3 で、IGBT30の電圧VCEが図8に
示す直流電源1の電圧(E)に達することにより前記容
量(CR )への充電が終了し、抵抗32に流れる電流
(IR )はMOSFET31のゲートからの放電電流に
切り替わる。従って、前記電圧VR は徐々に低下し、そ
れに伴いMOSFET31のドレイン電流(I D )も減
少する。
CEの電圧上昇率(dV/dt)は、前記電流IR と前記
容量(CR )とMOSFET31のゲート・ソース間電
圧のしきい値(VTH)できまり、dV/dt=IR /C
R =VTH/(CR ・抵抗32)で表される値に低減され
る。次に時刻T3 で、IGBT30の電圧VCEが図8に
示す直流電源1の電圧(E)に達することにより前記容
量(CR )への充電が終了し、抵抗32に流れる電流
(IR )はMOSFET31のゲートからの放電電流に
切り替わる。従って、前記電圧VR は徐々に低下し、そ
れに伴いMOSFET31のドレイン電流(I D )も減
少する。
【0019】次に時刻T4 で、MOSFET31のゲー
ト・ソース間電圧がしきい値以下となり、MOSFET
31のドレイン電流(ID )が零となり、この半導体ス
イッチ回路のオフ動作は終了する。図2において、時刻
T1 から時刻T2 までのIGBT30がターンオフ時の
コレクタ電流(IC )は、コレクタ・エミッタ電圧(V
CE,図2(イ)参照)がほぼ零の状態から、図2(イ)
に示す如く減少するので前述のdV/dtを抑制するこ
とにより、IGBT30のターンオフ損失(図2(ロ)
のハッチング部分)は小さい値となる。
ト・ソース間電圧がしきい値以下となり、MOSFET
31のドレイン電流(ID )が零となり、この半導体ス
イッチ回路のオフ動作は終了する。図2において、時刻
T1 から時刻T2 までのIGBT30がターンオフ時の
コレクタ電流(IC )は、コレクタ・エミッタ電圧(V
CE,図2(イ)参照)がほぼ零の状態から、図2(イ)
に示す如く減少するので前述のdV/dtを抑制するこ
とにより、IGBT30のターンオフ損失(図2(ロ)
のハッチング部分)は小さい値となる。
【0020】図3は、図1に示した半導体スイッチ回路
のMOSFET31の内蔵ダイオードに電流(IF )が
流れている状態から逆回復動作をして、この電流
(IF )が零になるときの動作波形図である。図3にお
いて、例えば図8に示す半導体スイッチ回路12のIG
BTにオン指令が発せられ、該IGBTがターンオン動
作を開始し、図3(イ)に示す如く半導体スイッチ回路
11のMOSFET31の内蔵ダイオードの電流
(IF )減少し、零を通過して逆方向の電流となり、時
刻T1 からこの逆方向電流(IF )が零に向かって減少
する、いわゆる、逆回復動作をする。
のMOSFET31の内蔵ダイオードに電流(IF )が
流れている状態から逆回復動作をして、この電流
(IF )が零になるときの動作波形図である。図3にお
いて、例えば図8に示す半導体スイッチ回路12のIG
BTにオン指令が発せられ、該IGBTがターンオン動
作を開始し、図3(イ)に示す如く半導体スイッチ回路
11のMOSFET31の内蔵ダイオードの電流
(IF )減少し、零を通過して逆方向の電流となり、時
刻T1 からこの逆方向電流(IF )が零に向かって減少
する、いわゆる、逆回復動作をする。
【0021】このとき時刻T1 からIGBT30のコレ
クタ・エミッタ電圧(VCE)すなわちMOSFET31
のドレイン・ソース間電圧は、図3(ロ)に示す如くほ
ぼ零から上昇し、この電圧VCEによりMOSFET31
のドレイン・ゲート間の容量(CR )と抵抗32の経路
に充電電流が流れ、この充電電流により図3(ハ)に示
す如くこの抵抗32の両端に電圧VR が発生し、この電
圧VR がゲート・ソース間電圧としてMOSFET31
に印加され、MOSFET31が活性領域に入り、その
結果、MOSFET31のドレイン電流(ID )が流れ
始め、この電流ID は、時刻T2 まではほぼ一定値とな
る。
クタ・エミッタ電圧(VCE)すなわちMOSFET31
のドレイン・ソース間電圧は、図3(ロ)に示す如くほ
ぼ零から上昇し、この電圧VCEによりMOSFET31
のドレイン・ゲート間の容量(CR )と抵抗32の経路
に充電電流が流れ、この充電電流により図3(ハ)に示
す如くこの抵抗32の両端に電圧VR が発生し、この電
圧VR がゲート・ソース間電圧としてMOSFET31
に印加され、MOSFET31が活性領域に入り、その
結果、MOSFET31のドレイン電流(ID )が流れ
始め、この電流ID は、時刻T2 まではほぼ一定値とな
る。
【0022】従って、IGBT30に印加される電圧V
CEの電圧上昇率(dV/dt)は、前記電流IR と前記
容量(CR )とMOSFET31のゲート・ソース間電
圧のしきい値(VTH)できまり、dV/dt=IR /C
R =VTH/(CR ・抵抗32)で表される値に低減され
る。次に時刻T2 で、IGBT30の電圧VCEが図8に
示す直流電源1の電圧(E)に達することにより前記容
量(CR )への充電が終了し、抵抗32に流れる電流
(IR )はMOSFET31のゲートからの放電電流に
切り替わる。従って、前記電圧VR は徐々に低下し、そ
れに伴いMOSFET31のドレイン電流(I D )も減
少し、時刻T3 で零となり、MOSFET31の内蔵ダ
イオードの逆回復電流に基づく動作を終了する。
CEの電圧上昇率(dV/dt)は、前記電流IR と前記
容量(CR )とMOSFET31のゲート・ソース間電
圧のしきい値(VTH)できまり、dV/dt=IR /C
R =VTH/(CR ・抵抗32)で表される値に低減され
る。次に時刻T2 で、IGBT30の電圧VCEが図8に
示す直流電源1の電圧(E)に達することにより前記容
量(CR )への充電が終了し、抵抗32に流れる電流
(IR )はMOSFET31のゲートからの放電電流に
切り替わる。従って、前記電圧VR は徐々に低下し、そ
れに伴いMOSFET31のドレイン電流(I D )も減
少し、時刻T3 で零となり、MOSFET31の内蔵ダ
イオードの逆回復電流に基づく動作を終了する。
【0023】図4は、この発明の第2の実施例を示す半
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図4において、40は
主スイッチ素子としてのIGBT、41は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET4
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、42はMOSFET4
1のゲート端子とソース端子間の定電圧ダイオード、4
3はIGBT40をオン・オフさせる駆動信号を発生す
る図示しない駆動信号回路の出力端子とIGBT40の
ゲート端子との間に接続されたゲート抵抗である。
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図4において、40は
主スイッチ素子としてのIGBT、41は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET4
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、42はMOSFET4
1のゲート端子とソース端子間の定電圧ダイオード、4
3はIGBT40をオン・オフさせる駆動信号を発生す
る図示しない駆動信号回路の出力端子とIGBT40の
ゲート端子との間に接続されたゲート抵抗である。
【0024】この半導体スイッチ回路は、図1に示した
この発明の第1の実施例回路における抵抗32に代えて
定電圧ダイオード42を備えていることであり、IGB
T40のターンオフ時およびMOSFET41の内蔵ダ
イオードの逆回復時の動作は図2,図3に示した前述の
第1の実施例回路とほぼ同様であり、この定電圧ダイオ
ード42によって、MOSFET41のゲート・ソース
間電圧を許容値以下に制限することが容易になる。
この発明の第1の実施例回路における抵抗32に代えて
定電圧ダイオード42を備えていることであり、IGB
T40のターンオフ時およびMOSFET41の内蔵ダ
イオードの逆回復時の動作は図2,図3に示した前述の
第1の実施例回路とほぼ同様であり、この定電圧ダイオ
ード42によって、MOSFET41のゲート・ソース
間電圧を許容値以下に制限することが容易になる。
【0025】図5は、この発明の第3の実施例を示す半
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図5において、50は
主スイッチ素子としてのIGBT、51は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET5
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、52はMOSFET5
1のゲート端子とソース端子間の抵抗、53はMOSF
ET51はドレイン端子とゲート端子間のコンデンサ、
54はIGBT50をオン・オフさせる駆動信号を発生
する図示しない駆動信号回路の出力端子とIGBT50
のゲート端子との間に接続されたゲート抵抗である。
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図5において、50は
主スイッチ素子としてのIGBT、51は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET5
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、52はMOSFET5
1のゲート端子とソース端子間の抵抗、53はMOSF
ET51はドレイン端子とゲート端子間のコンデンサ、
54はIGBT50をオン・オフさせる駆動信号を発生
する図示しない駆動信号回路の出力端子とIGBT50
のゲート端子との間に接続されたゲート抵抗である。
【0026】この半導体スイッチ回路は、図1に示した
この発明の第1の実施例回路におけるMOSFETのド
レイン端子とゲート端子間にコンデンサ53を備えてい
ることであり、IGBT50のターンオフ時およびMO
SFET51の内蔵ダイオードの逆回復時の動作は図
2,図3に示した前述の第1の実施例回路とほぼ同様で
あり、このコンデンサ53によって、IGBT50に印
加される電圧VCEの電圧上昇率(dV/dt)の調整が
容易になる。
この発明の第1の実施例回路におけるMOSFETのド
レイン端子とゲート端子間にコンデンサ53を備えてい
ることであり、IGBT50のターンオフ時およびMO
SFET51の内蔵ダイオードの逆回復時の動作は図
2,図3に示した前述の第1の実施例回路とほぼ同様で
あり、このコンデンサ53によって、IGBT50に印
加される電圧VCEの電圧上昇率(dV/dt)の調整が
容易になる。
【0027】図6は、この発明の第4の実施例を示す半
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図6において、60は
主スイッチ素子としてのIGBT、61は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET6
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、62はMOSFET6
1のゲート端子とソース端子間の抵抗、63はPチャネ
ルデバイスとしてのMOSFET、64,65は抵抗、
66はIGBT60をオン・オフさせる駆動信号を発生
する図示しない駆動信号回路の出力端子とIGBT60
のゲート端子との間に接続されたゲート抵抗である。
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図6において、60は
主スイッチ素子としてのIGBT、61は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET6
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、62はMOSFET6
1のゲート端子とソース端子間の抵抗、63はPチャネ
ルデバイスとしてのMOSFET、64,65は抵抗、
66はIGBT60をオン・オフさせる駆動信号を発生
する図示しない駆動信号回路の出力端子とIGBT60
のゲート端子との間に接続されたゲート抵抗である。
【0028】この半導体スイッチ回路は、図1に示した
この発明の第1の実施例回路と同様の抵抗62の他に、
この抵抗62の両端にMOSFET63,抵抗64,抵
抗65からなる付加回路を備えていることであり、IG
BT60のターンオフ時およびMOSFET61の内蔵
ダイオードの逆回復時の動作は図2,図3に示した前述
の第1の実施例回路とほぼ同様であり、この付加回路に
よって、IGBT60がターンオフしてIGBT60の
ゲート・エミッタ間電圧がMOSFET61のゲート・
ソース間以下になったときに、MOSFET63がオン
することによりMOSFET61のゲート・ソース間電
圧の減少勾配が大きくなって、MOSFET61のドレ
イン電流(ID )の減少時間(図2の時刻T3 −T4 間
参照)を小さくすることができる。
この発明の第1の実施例回路と同様の抵抗62の他に、
この抵抗62の両端にMOSFET63,抵抗64,抵
抗65からなる付加回路を備えていることであり、IG
BT60のターンオフ時およびMOSFET61の内蔵
ダイオードの逆回復時の動作は図2,図3に示した前述
の第1の実施例回路とほぼ同様であり、この付加回路に
よって、IGBT60がターンオフしてIGBT60の
ゲート・エミッタ間電圧がMOSFET61のゲート・
ソース間以下になったときに、MOSFET63がオン
することによりMOSFET61のゲート・ソース間電
圧の減少勾配が大きくなって、MOSFET61のドレ
イン電流(ID )の減少時間(図2の時刻T3 −T4 間
参照)を小さくすることができる。
【0029】図7は、この発明の第5の実施例を示す半
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図7において、70は
主スイッチ素子としてのIGBT、71は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET7
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、72はコンデンサ、7
3は抵抗、74はダイオード、75はIGBT70をオ
ン・オフさせる駆動信号を発生する図示しない駆動信号
回路の出力端子とIGBT70のゲート端子との間に接
続されたゲート抵抗である。
導体スイッチ回路の回路構成図であり、図8に示した単
相インバータの主回路の半導体スイッチ回路11〜14
それぞれに対応するものである。図7において、70は
主スイッチ素子としてのIGBT、71は補助スイッチ
素子としてのMOSFETであり、このMOSFET7
1のドレイン・ソース間には内蔵ダイオード(図示の破
線のダイオード)を有しており、72はコンデンサ、7
3は抵抗、74はダイオード、75はIGBT70をオ
ン・オフさせる駆動信号を発生する図示しない駆動信号
回路の出力端子とIGBT70のゲート端子との間に接
続されたゲート抵抗である。
【0030】この半導体スイッチ回路におけるIGBT
70のターンオフ時およびMOSFET71の内蔵ダイ
オードの逆回復時の動作は図2,図3に示した前述の第
1の実施例回路とほぼ同様であり、ダイオード74を図
示の極性とすることによりIGBT70にオン指令が発
せられたときに、MOSFET71がオンしないように
でき、IGBT70にオフ指令が発せられたときに抵抗
73→コンデンサ72→ダイオード74→抵抗75の経
路で駆動信号に基づく逆バイアス電圧がMOSFET7
1のゲート・ソース間に印加されるので、MOSFET
71のドレイン電流(ID )の減少時間(図2の時刻T
3 −T4 間参照)をより小さくすることができる。
70のターンオフ時およびMOSFET71の内蔵ダイ
オードの逆回復時の動作は図2,図3に示した前述の第
1の実施例回路とほぼ同様であり、ダイオード74を図
示の極性とすることによりIGBT70にオン指令が発
せられたときに、MOSFET71がオンしないように
でき、IGBT70にオフ指令が発せられたときに抵抗
73→コンデンサ72→ダイオード74→抵抗75の経
路で駆動信号に基づく逆バイアス電圧がMOSFET7
1のゲート・ソース間に印加されるので、MOSFET
71のドレイン電流(ID )の減少時間(図2の時刻T
3 −T4 間参照)をより小さくすることができる。
【0031】上述のそれぞれの実施例回路の半導体スイ
ッチ回路を図8に示す単相インバータの主回路に用いた
ときには、従来に比して小容量のスナバコンデンサ10
にできる、又はスナバコンデンサ10を省略できる。
ッチ回路を図8に示す単相インバータの主回路に用いた
ときには、従来に比して小容量のスナバコンデンサ10
にできる、又はスナバコンデンサ10を省略できる。
【0032】
【発明の効果】この発明によれば、電力変換装置のスイ
ッチング手段として用いられる半導体スイッチ回路にお
いて、バイポーラトランジスタ,ゲートターンオフ(G
TO)サイリスタ,電圧駆動形サイリスタ,IGBTな
どの自己消弧形デバイスによる主スイッチ素子と並列に
補助スイッチ素子としてのMOSFETを接続し、この
MOSFETの内蔵ダイオードを還流ダイオードとし、
該MOSFETのゲート端子に幾つかの電気部品を付加
した回路構成にすることにより、上述の如くこの電力変
換装置のスイッチング動作時の電圧上昇率を抑制するこ
とができ、その結果、該電力変換装置から外部機器に与
える悪影響を防止することができる。
ッチング手段として用いられる半導体スイッチ回路にお
いて、バイポーラトランジスタ,ゲートターンオフ(G
TO)サイリスタ,電圧駆動形サイリスタ,IGBTな
どの自己消弧形デバイスによる主スイッチ素子と並列に
補助スイッチ素子としてのMOSFETを接続し、この
MOSFETの内蔵ダイオードを還流ダイオードとし、
該MOSFETのゲート端子に幾つかの電気部品を付加
した回路構成にすることにより、上述の如くこの電力変
換装置のスイッチング動作時の電圧上昇率を抑制するこ
とができ、その結果、該電力変換装置から外部機器に与
える悪影響を防止することができる。
【図1】この発明の第1の実施例を示す半導体スイッチ
回路の回路構成図
回路の回路構成図
【図2】図1の動作を説明する波形図
【図3】図1の動作を説明する波形図
【図4】この発明の第2の実施例を示す半導体スイッチ
回路の回路構成図
回路の回路構成図
【図5】この発明の第3の実施例を示す半導体スイッチ
回路の回路構成図
回路の回路構成図
【図6】この発明の第4の実施例を示す半導体スイッチ
回路の回路構成図
回路の回路構成図
【図7】この発明の第5の実施例を示す半導体スイッチ
回路の回路構成図
回路の回路構成図
【図8】電力変換装置として代表的な単相インバータの
主回路構成図
主回路構成図
【図9】従来例を示す半導体スイッチ回路の回路構成図
【図10】図9の動作を説明する波形図
1…直流電源、2…インバータ主回路、3…負荷、10
…スナバコンデンサ、11〜14…半導体スイッチ回
路、20,30,40,50,60,70…IGBT、
21…還流ダイオード、22,33,43,54,6
6,75…ゲート抵抗、31,41,51,61,71
…MOSFET、32,52,62,64,65,73
…抵抗、42…定電圧ダイオード、53,72…コンデ
ンサ、64…MOSFET、74…ダイオード。
…スナバコンデンサ、11〜14…半導体スイッチ回
路、20,30,40,50,60,70…IGBT、
21…還流ダイオード、22,33,43,54,6
6,75…ゲート抵抗、31,41,51,61,71
…MOSFET、32,52,62,64,65,73
…抵抗、42…定電圧ダイオード、53,72…コンデ
ンサ、64…MOSFET、74…ダイオード。
Claims (4)
- 【請求項1】電力変換装置のスイッチング手段として用
いられる半導体スイッチ回路において、 前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主スイ
ッチ素子とし、 主スイッチ素子に並列接続されたMOSFETを補助ス
イッチ素子とし、 MOSFETのゲート端子とソース端子との間に抵抗ま
たは定電圧ダイオードを接続したことを特徴とする半導
体スイッチ回路。 - 【請求項2】電力変換装置のスイッチング手段として用
いられる半導体スイッチ回路において、 前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主スイ
ッチ素子とし、 主スイッチ素子に並列接続されたMOSFETを補助ス
イッチ素子とし、 MOSFETのゲート端子とソース端子との間に抵抗を
接続し、 MOSFETのゲート端子とドレイン端子との間にコン
デンサを接続したことを特徴とする半導体スイッチ回
路。 - 【請求項3】電力変換装置のスイッチング手段として用
いられる半導体スイッチ回路において、 前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主スイ
ッチ素子とし、 主スイッチ素子に並列接続されたMOSFETを補助ス
イッチ素子とし、 MOSFETのゲート端子とソース端子との間に第1抵
抗を接続し、 第1抵抗の両端にPチャネルデバイスと第2抵抗とを直
列接続したものを並列接続し、 Pチャネルデバイスの制御電極と前記自己消弧形デバイ
スの制御電極との間に第3抵抗を接続したことを特徴と
する半導体スイッチ回路。 - 【請求項4】電力変換装置のスイッチング手段として用
いられる半導体スイッチ回路において、 前記半導体スイッチ回路は自己消弧形デバイスを主スイ
ッチ素子とし、 主スイッチ素子に並列接続されたMOSFETを補助ス
イッチ素子とし、 MOSFETのゲート端子とソース端子との間にコンデ
ンサと抵抗とを直列接続したものを並列接続し、 MOSFETのゲート端子と前記自己消弧形デバイスの
制御電極との間にダイオードを接続したことを特徴とす
る半導体スイッチ回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9012389A JPH10209832A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 半導体スイッチ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9012389A JPH10209832A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 半導体スイッチ回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10209832A true JPH10209832A (ja) | 1998-08-07 |
Family
ID=11803925
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9012389A Pending JPH10209832A (ja) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | 半導体スイッチ回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10209832A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000072433A1 (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-30 | Kansai Research Institute | Switching circuit |
| JP2005328668A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-11-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 自己消弧形半導体素子の駆動回路 |
| JP2006353093A (ja) * | 2005-02-17 | 2006-12-28 | Hitachi Ltd | 半導体素子の制御方法 |
| US20130133358A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | Mitsubishi Electric Corporation | Inverter device and air conditioner including the same |
| JP2018141633A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-13 | 富士電機株式会社 | 評価方法、推定方法、評価装置、および複合評価装置 |
| DE102007019524B4 (de) * | 2006-09-25 | 2020-12-31 | Mitsubishi Electric Corp. | Halbleitervorrichtung, die einen Spannungsstoß verringert oder verhindert |
| CN114866076A (zh) * | 2021-02-04 | 2022-08-05 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
| CN115985955A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-04-18 | 北京大学 | 一种低关断损耗的igbt开关器件 |
-
1997
- 1997-01-27 JP JP9012389A patent/JPH10209832A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000072433A1 (en) * | 1999-05-19 | 2000-11-30 | Kansai Research Institute | Switching circuit |
| JP2005328668A (ja) * | 2004-05-17 | 2005-11-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 自己消弧形半導体素子の駆動回路 |
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| DE102007019524B4 (de) * | 2006-09-25 | 2020-12-31 | Mitsubishi Electric Corp. | Halbleitervorrichtung, die einen Spannungsstoß verringert oder verhindert |
| US20130133358A1 (en) * | 2011-11-25 | 2013-05-30 | Mitsubishi Electric Corporation | Inverter device and air conditioner including the same |
| US8884560B2 (en) * | 2011-11-25 | 2014-11-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Inverter device and air conditioner including the same |
| JP2018141633A (ja) * | 2017-02-24 | 2018-09-13 | 富士電機株式会社 | 評価方法、推定方法、評価装置、および複合評価装置 |
| US11143691B2 (en) | 2017-02-24 | 2021-10-12 | Fuji Electric Co., Ltd. | Evaluation method, estimation method, evaluation apparatus, and combined evaluation apparatus |
| CN114866076A (zh) * | 2021-02-04 | 2022-08-05 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
| CN114866076B (zh) * | 2021-02-04 | 2025-06-27 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
| CN115985955A (zh) * | 2023-02-06 | 2023-04-18 | 北京大学 | 一种低关断损耗的igbt开关器件 |
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