本發(fā)明涉及絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路。

背景技術：

例如，專利文獻1記載了絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路。該柵極驅動電路由晶體管的互補輸出電路構成。

現(xiàn)有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開平5-226994號公報

在絕緣柵型功率半導體元件的額定電流大的情況下，需要增大柵極驅動電路的輸出電流。在該情況下，柵極驅動電路的互補輸出電路有時使用MOSFET。

在互補輸出電路具有PchMOSFET的正側和NchMOSFET的負側的情況下，如果PchMOSFET與NchMOSFET同時導通，則直通電流流過PchMOSFET和NchMOSFET。

與此相對，在互補輸出電路具有NchMOSFET的正側和PchMOSFET的負側的情況下，NchMOSFET與PchMOSFET不同時導通，不流過直通電流。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

但是，在相同的正側電源與NchMOSFET的漏電極以及柵電極連接時，在絕緣柵型功率半導體元件的柵電極與源電極之間施加從正側電源的正電壓降低NchMOSFET的柵極閾值電壓后的電壓。因此，絕緣柵型功率半導體元件的穩(wěn)態(tài)損耗可能加劇。

本發(fā)明是為了解決上述課題而完成的。本發(fā)明的目的在于提供能夠防止絕緣柵型功率半導體元件的穩(wěn)態(tài)損耗加劇的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路。

用于解決課題的手段

本發(fā)明的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路具有：NchMOSFET，其具有源電極、漏電極、柵電極，源電極與絕緣柵型功率半導體元件的柵電極連接，在正電壓施加于漏電極的狀態(tài)下正電壓施加于柵電極時，所述NchMOSFET導通，由此，使所述絕緣柵型功率半導體元件導通；PchMOSFET，其具有源電極、漏電極、柵電極，源電極與所述絕緣柵型功率半導體元件的柵電極連接，在負電壓施加于漏電極的狀態(tài)下負電壓施加于柵電極時，所述PchMOSFET導通，由此，使所述絕緣柵型功率半導體元件截止；控制電路，其具有控制電極、正側電極、負側電極，控制電極與所述NchMOSFET的柵電極以及所述PchMOSFET的柵電極連接，通過在正電壓施加于正側電極的狀態(tài)時將該正電壓施加于所述NchMOSFET的柵電極，使所述NchMOSFET導通，通過在負電壓施加于負側電極的狀態(tài)時將該負電壓施加于所述所述PchMOSFET的柵電極，使所述PchMOSFET導通；以及電源體，其將負電壓施加于所述PchMOSFET的漏電極和所述控制電路的負側電極，將正電壓施加于所述NchMOSFET的漏電極，將絕對值比施加于所述NchMOSFET的漏電極的正電壓的絕對值大的正電壓施加于所述控制電路的正側電極。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，電源體將絕對值比施加于NchMOSFET的漏電極的正電壓的絕對值大的正電壓施加于控制電路的正側電極。通過施加該正電壓，在NchMOSFET的漏電極與源電極之間，電位差充分減小。因此，能夠防止絕緣柵型功率半導體元件的穩(wěn)態(tài)損耗加劇。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式1的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路的圖。

圖2是說明本發(fā)明的實施方式1的絕緣柵型功率半導體元件的特性的圖。

圖3是本發(fā)明的實施方式2的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路的圖。

圖4是本發(fā)明的實施方式3的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路的圖。

具體實施方式

基于附圖，對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。另外，在各圖中，對相同或相當?shù)牟糠謽俗⑾嗤臉颂枴＿m當?shù)睾喕蚴÷栽摬糠值闹貜驼f明。

實施方式1.

圖1是本發(fā)明的實施方式1的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路的圖。

電力轉換器具有多個絕緣柵型功率半導體元件1。例如，多個絕緣柵型功率半導體分別由NchMOSFET形成。電力轉換器通過多個絕緣柵型功率半導體元件1的動作將直流電力轉換為交流電力。電力轉換器向未圖示的電機供給該交流電力。

柵極驅動電路2分別與各個絕緣柵型功率半導體元件1對應地設置。柵極驅動電路2具有電阻3、NchMOSFET4、PchMOSFET5、控制電路6以及電源體7。

電阻3與絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極連接。NchMOSFET4具有源電極、漏電極以及柵電極。NchMOSFET4的源電極經(jīng)由電阻3與絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極連接。PchMOSFET5具有源電極、漏電極以及柵電極。PchMOSFET5的源電極經(jīng)由電阻3與絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極連接。

控制電路6具有正側開關元件6a和負側開關元件6b。

正側開關元件6a具有發(fā)射極電極、集電極電極以及基極電極。正側開關元件6a的發(fā)射極電極與NchMOSFET4的柵電極和PchMOSFET5的柵電極連接。正側開關元件6a的發(fā)射極電極成為控制電路6的控制電極。正側開關元件6a的集電極電極成為控制電路6的正側電極。負側開關元件6b的發(fā)射極電極與NchMOSFET4的柵電極和PchMOSFET5的柵電極連接。負側開關元件6b的發(fā)射極電極成為控制電路6的控制電極。負側開關元件6b的集電極電極成為控制電路6的負側電極。

電源體7具有正側電源體8和負側電源體9。正側電源體8具有第1正側電源8a和第2正側電源8b。

第1正側電源8a的正側電極與NchMOSFET4的漏電極連接。第1正側電源8a的負側電極與絕緣柵型功率半導體元件1的源電極連接。第2正側電源8b的正側電極與正側開關元件6a的集電極電極連接。第2正側電源8b的負側電極與絕緣柵型功率半導體元件1的源電極連接。負側電源體9的正側電極與絕緣柵型功率半導體元件1的源電極連接。負側電源體9的負側電極與PchMOSFET5的漏電極和負側開關元件6b的集電極電極連接。

例如，負側電源體9對PchMOSFET5的漏電極和負側開關元件6b的集電極電極施加-15V的負電壓。例如，第1正側電源8a對NchMOSFET4的漏電極施加+15V的正電壓。第2正側電源8b對正側開關元件6a的集電極電極施加絕對值比第1正側電源8a施加的正電壓的絕對值大的正電壓。該正電壓的絕對值與第1正側電源8a施加的正電壓的絕對值之差設定為比NchMOSFET4的柵極閾值電壓的值大的值。例如，第2正側電源8b對正側開關元件6a的集電極電極施加+20V的正電壓。

在通過來自外部的控制使負側開關元件6b導通時，-15V的負電壓被施加于PchMOSFET5的柵電極。通過施加該負電壓，PchMOSFET5導通。其結果是，負電壓被施加于絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極。其結果是，絕緣柵型功率半導體元件1截止。

在通過來自外部的控制使正側開關元件6a導通時，+20V的正電壓被施加于NchMOSFET4的柵電極。通過施加該正電壓，NchMOSFET4導通。此時，正電壓被施加于NchMOSFET4的柵電極與源電極之間。該正電壓為從施加于NchMOSFET4的柵電極的+20V減去施加于漏電極的+15V而得到的+5V。

此時，在NchMOSFET4的漏電極與源電極之間，電位差充分減小。其結果是，+15V的正電壓被施加于絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極與源電極之間。此時，NchMOSFET4的柵極閾值電壓的偏差不會造成影響。

接下來，使用圖2說明將絕緣柵型功率半導體元件1設為NchMOSFET時的特性。

圖2是說明本發(fā)明的實施方式1的絕緣柵型功率半導體元件的特性的圖。

圖2中，Vgs表示絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極與源電極之間的電壓。Vds表示絕緣柵型功率半導體元件1的漏電極與源電極之間的電壓。Id表示絕緣柵型功率半導體元件1的漏極電流。

在漏極電流Id相同的情況下，當柵電極與源電極之間的電壓Vgs增大時，漏電極與源電極之間的電壓Vds減小。當漏電極與源電極之間的電壓Vds減小時，絕緣柵型功率半導體元件1的穩(wěn)態(tài)損耗減小。

根據(jù)以上說明的實施方式1，電源體7將絕對值比施加于NchMOSFET4的漏電極的正電壓的絕對值大的正電壓施加于控制電路6的正側電極。通過施加該正電壓，在NchMOSFET4的漏電極與源電極之間，電位差充分減小。因此，即使柵極閾值電壓因NchMOSFET4的個體差異或環(huán)境而變動，也能夠穩(wěn)定地對絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極施加較大的電壓。其結果是，能夠防止絕緣柵型功率半導體元件1的穩(wěn)態(tài)損耗加劇。在該情況下，電力轉換器的效率提高。因此，能夠實現(xiàn)電力轉換器的小型化和低成本化。并且，由于電力轉換器的高效率化，電力轉換器的溫度上升值減小。因此，能夠實現(xiàn)電力轉換器的長壽命化。

具體而言，正側電源體8具有第1正側電源8a和第2正側電源8b。第1正側電源8a將正電壓施加于NchMOSFET4的漏電極。第2正側電源8b將絕對值比施加于NchMOSFET4的漏電極的正電壓的絕對值大的正電壓施加于控制電路6的正側電極。因此，僅使用不同的兩個正側電源就能夠防止絕緣柵型功率半導體元件1的穩(wěn)態(tài)損耗加劇。

實施方式2.

圖3是本發(fā)明的實施方式2的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路的圖。另外，對與實施方式1的部分相同或相當?shù)牟糠謽俗⑾嗤瑯颂?。省略該部分的說明。

實施方式1的電源體7將相同的負電壓施加于PchMOSFET5的漏電極和控制電路6的負側電極。與此相對，實施方式2的電源體7將絕對值比施加于PchMOSFET5的漏電極的負電壓的絕對值大的負電壓施加于控制電路6的負側電極。

具體而言，負側電源體9具有第1負側電源9a和第2負側電源9b。第1負側電源9a將負電壓施加于PchMOSFET5的漏電極。第2負側電源9b將絕對值比施加于PchMOSFET5的漏電極的負電壓大的負電壓施加于控制電路6的負側電極。該負電壓的絕對值與施加于PchMOSFET5的漏電極的負電壓的絕對值之差設定為比PchMOSFET5的柵極閾值電壓的值大的值。例如，第2負側電源9b對負側開關元件6b的集電極電極施加-20V的負電壓。

根據(jù)以上說明的實施方式2，電源體7將絕對值比施加于PchMOSFET5的漏電極的負電壓的絕對值大的負電壓施加于控制電路6的負側電極。通過施加該正電壓，在PchMOSFET5的漏電極與源電極之間，電位差充分減小。因此，能夠使施加于絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極的負電壓穩(wěn)定。

具體而言，負側電源體9具有第1負側電源9a和第2負側電源9b。第1負側電源9a將負電壓施加于PchMOSFET5的漏電極。第2負電源將絕對值比施加于PchMOSFET5的漏電極的負電壓的絕對值大的負電壓施加于控制電路6的負側電極。因此，僅使用不同的兩個負側電源就能夠使施加于絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極的負電壓穩(wěn)定。

實施方式3.

圖4是本發(fā)明的實施方式3的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路的圖。另外，對與實施方式2的部分相同或相當?shù)牟糠謽俗⑾嗤瑯颂枴Ｊ÷栽摬糠值恼f明。

實施方式3的柵極驅動電路2是在實施方式2的柵極驅動電路2中增加正側齊納二極管10和負側齊納二極管11而成的電路。正側齊納二極管10連接于NchMOSFET4的柵電極與源電極之間。負側齊納二極管11連接于PchMOSFET5的柵電極與源電極之間。

當絕緣柵型功率半導體元件1從截止變?yōu)閷〞r，NchMOSFET4從截止變?yōu)閷?。此時，存在如下情況，即絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極與源電極之間的電壓從負電壓變化為正電壓的時間比NchMOSFET4的柵電極與源電極之間的電壓從負電壓變化為正電壓的時間長。

該情況下，較大的正電壓能夠被施加于NchMOSFET4的柵電極與源電極之間。該正電壓的絕對值為第1正側電源8a的正電壓和第1負側電源9a的負電壓的總和30(V)。該正電壓的絕對值比NchMOSFET4的柵電極與源電極之間的最大額定電壓的絕對值大。

但是，此時，較大的電流急劇地流入正側齊納二極管10。其結果是，NchMOSFET4的柵電極與源電極之間的電壓保持為正側齊納二極管10的齊納電壓。需要以比NchMOSFET4的柵電極與源電極之間的最大額定電壓的絕對值小的方式選擇該齊納電壓。

當絕緣柵型功率半導體元件1從導通變?yōu)榻刂箷r，PchMOSFET5從截止變?yōu)閷ā４藭r，存在如下情況，即絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極與源電極之間的電壓從正電壓變化為負電壓的時間比PchMOSFET5的柵電極與源電極之間的電壓從負電壓變化為正電壓的時間長。

在該情況下，較大的負電壓能夠被施加于PchMOSFET5的柵電極與源電極之間。該負電壓的絕對值為第1正側電源8a的正電壓和第1負側電源9a的負電壓的總和30(V)。該負電壓的絕對值比PchMOSFET5的柵電極與源電極之間的最大額定電壓的絕對值大。

但是，此時，較大的電流急劇地流入負側齊納二極管11。其結果是，PchMOSFET5的柵電極與源電極之間的電壓保持為負側齊納二極管11的齊納電壓。需要以比PchMOSFET5的柵電極與源電極之間的最大額定電壓的絕對值小的方式選擇該齊納電壓。

根據(jù)以上說明的實施方式3，正側齊納二極管10連接于NchMOSFET4的柵電極與源電極之間。因此，能夠防止在絕緣柵型功率半導體元件1從截止變?yōu)閷〞rNchMOSFET4損壞。

此外，負側齊納二極管11連接于PchMOSFET5的柵電極與源電極之間。因此，能夠防止在絕緣柵型功率半導體元件1從導通變?yōu)榻刂箷rPchMOSFET5損壞。

另外，也可以將實施方式1至實施方式3的柵極驅動電路2應用于從交流電力轉換為直流電力的電力轉換器的絕緣柵型功率半導體元件。

此外，在實施方式1至實施方式3中，也可以經(jīng)由電阻將控制電路6的輸出電極與NchMOSFET4的柵電極和PchMOSFET5的柵電極中的至少一個連接。

此外，在實施方式1至實施方式3中，可以使用第1電阻與第2電阻來代替電阻3。此時，在NchMOSFET4的漏電極與第1正側電源8a之間設置第1電阻即可。在PchMOSFET5的漏電極與負側電源體9或9a之間設置第2電阻即可。

此外，在實施方式1至實施方式3中，也可以不經(jīng)由電阻3而直接將絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極與NchMOSFET4的源電極和PchMOSFET5的源電極中的至少一個連接。

此外，在實施方式1至實施方式3中，也可以將與NchMOSFET不同的半導體元件作為絕緣柵型功率半導體元件1。例如，可以將由IGBT形成的半導體元件作為絕緣柵型功率半導體元件1。例如，也可以將由寬帶隙半導體形成的半導體元件作為絕緣柵型功率半導體元件1。例如，作為寬帶隙半導體，有碳化硅、氮化鎵系材料或金剛石。

在將由寬帶隙半導體形成的半導體元件作為絕緣柵型功率半導體元件1的情況下，可期待絕緣柵型功率半導體元件1本身的效率提高。此時，基于對絕緣柵型功率半導體元件1的柵電極施加的電壓的穩(wěn)態(tài)損耗的大小較大程度地影響電力轉換器的損耗。因此，在將由寬帶隙半導體形成的半導體元件作為絕緣柵型功率半導體元件1的情況下，柵極驅動電路2能夠發(fā)揮更大的效果。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述，本發(fā)明的絕緣柵型功率半導體元件的柵極驅動電路能夠在防止絕緣柵型側功率半導體元件的穩(wěn)態(tài)損耗加劇的系統(tǒng)中使用。

標號說明

1：絕緣柵型功率半導體元件；2：柵極驅動電路；3：電阻；4：NchMOSFET；5：PchMOSFET；6：控制電路；6a：正側開關元件；6b：負側開關元件；7：電源體；8：正側電源體；8a：第1正側電源；8b：第2正側電源；9：負側電源體；9a：第1負側電源；9b：第2負側電源；10：正側齊納二極管；11：負側齊納二極管。