DE69728715T2

DE69728715T2 - Treiberschaltung

Info

Publication number: DE69728715T2
Application number: DE69728715T
Authority: DE
Inventors: Masahiro Chiyoda-ku Kimata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1997-07-04
Publication date: 2005-04-14
Anticipated expiration: 2017-07-05
Also published as: US5986484A; JPH1023743A; DE69728715D1; EP0817381A2; EP0817381A3; JP3421507B2; EP0817381B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Gate-Treiberschaltung eines IGBTs (eines Isolierschichtbipolartransistors, welcher ein Selbstextinktionsisolierschichtelement ist) einer Halbleiterschaltvorrichtung, und insbesondere auf eine Gate-Treiberschaltung, welche die Unterdrückung eines Spannungsstoßes während des Abschaltbetriebs und eine Abnahme des Schaltverlusts ermöglicht.
18 ist ein Blockschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung zeigt, die beispielsweise in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung 5-328746 beschrieben ist. In der Figur ist Bezugszahl 1 ein Isolierschichtbipolartransistor zur Steuerung des Durchlasszustands zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine Spannung, die an einer Steuerelektrode anliegt, Bezugszahl 1a ist eine Steuerelektrode, Bezugszahl 1b ist eine erste Hauptelektrode, und Bezugszahl 1c ist eine zweite Hauptelektrode. Der Einfachheit halber wird der Isolierschichtbipolartransistor 1 nachstehend als IGBT 1 bezeichnet, die Steuerelektrode 1a wird Gate 1a, die erste Hauptelektrode 1b Kollektor 1b und die zweite Hauptelektrode 1c Emitter 1c genannt. Bezugszahl 2 ist eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle zur Bereitstellung einer Spannung, um den IGBT 1 einzuschalten, Bezugszahl 3 ist eine Gleichstromsperrspannungsquelle zur Bereitstellung einer Spannung, um den IGBT 1 auszuschalten, Bezugszahl 4 ist eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Signals zum Ein-/Ausschalten des IGBTs 1, Bezugszahl 5 ist eine Ein-/Ausschalteinrichtung, um die Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 und die Gleichstromsperrspannungsquelle 3 im Ansprechen auf eine Ausgabe der Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 zu schalten, um eine Spannung an das Gate 1a des IGBTs 1 anzulegen, und Bezugszahl 6 ist eine Gatewiderstandsschalteinrichtung, um Gatewiderstände zu schalten. Die Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 besteht aus einem Widerstand 9, einem Widerstand 10 und einer Schalteinrichtung 11. Bezugszahl 7 ist eine Stromerfassungseinrichtung zum Erfassen eines elektrischen Stroms, der in den IGBT 1 fließt, und Bezugszahl 8 ist eine Steuereinrichtung zum Steuern der Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 im Ansprechen auf einen Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 7.
19 ist ein Ablaufschema, das ein Steuerverfahren der Steuereinrichtung 8 zeigt. in dem Steuerverfahren bestimmt die Steuereinrichtung 8 basierend auf einem Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 7 zur Erfassung des Leitungsstrom des IGBTs 1, ob der Leitungsstrom kleiner ist als ein Referenzstromwert oder nicht. Stellt die Steuereinrichtung 8 fest, dass der Leitungsstrom kleiner ist als der Referenzstromwert, gibt sie ein Signal aus, um den Gatewiderstand so zu schalten, dass der Widerstandswert ansteigt, und beendet den Vorgang. Stellt die Steuereinrichtung 8 nicht fest, dass der Leitungsstrom kleiner ist als der Referenzstromwert, gibt sie kein Signal aus, um den Gatewiderstand so zu schalten, dass der Widerstandswert ansteigt, und beendet den Vorgang.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf die 18 bis 21 erläutert. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ausgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zur Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2, um über die Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 an das Gate 1a des IGBTs 1 eine Durchlassspannung anzulegen, die den IGBT 1 einschaltet. Wenn der IGBT 1 eingeschaltet ist, erfasst die Stromerfassungseinrichtung 7 einen Leitungsstrom des IGBTs 1, und die Steuereinrichtung 8 bestimmt, ob der erfasste Leitungsstromwert kleiner ist als ein bestimmter Referenzstromwert oder nicht. Stellt die Steuereinrichtung 8 fest, dass der Leitungsstromwert kleiner ist als der Referenzstromwert, liefert sie ein Widerstandsschaltsignal an die Gatewiderstandsschalteinrichtung 6, um die Schalteinrichtung 11 so zu schalten, dass der Widerstandswert des Gatewiderstands ansteigt. Insbesondere ist die Schalteinrichtung 11, welche kurzgeschlossen ist, offen, um nur den Widerstand 9 als Gatewiderstand zu verwenden. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal ausgibt, schaltet die Ein-/Ausschaltvorrichtung 5 als Nächstes zur Gleichstromsperrspannungsquelle 3, um über die Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 an das Gate 1a des IGBTs 1 eine Sperrspannung anzulegen, wodurch der IGBT 1 ausgeschaltet wird. Dabei findet, weil die Schalteinrichtung 11 offen ist, der Ausschaltvorgang nur mit dem Widerstand 9 statt. Falls die Steuereinrichtung 8 bestimmt, das der Leitungsstromwert größer ist als der Referenzstromwert, bleibt die Schalteinrichtung 11 kurzgeschlossen, und der sich ergebende Widerstandswert der Widerstände 9 und 10 wird als Gatewiderstand verwendet. Da die Widerstände 9 und 10 parallelgeschaltet sind, wird der sich ergebende Widerstandswert kleiner als der Widerstandswert des Widerstands 9. Deshalb steigt gemäß dieses Vorgangs der Gatewiderstandswert nur an, wenn der Leitungsstromwert kleiner ist als der Referenzstromwert.
Die 20A und 20B sind Darstellungen von Wellenverläufen, die die Wirkung der Gatewiderstandsgröße auf die Schaltwellenform zeigen, wenn der IGBT 1 ausgeschaltet wird. Sie zeigen einen Kollektorstrom Ic des Leitungsstroms des IGBTs 1, eine Kollektor-Emitter-Spannung Vce des IGBTs 1, und einen Schaltverlust P des IGBTs 1. 20A zeigt die Wirkung, wenn der Gatewiderstandswert klein ist, und 20B zeigt die Wirkung, wenn der Gatewiderstandswert groß ist. Je größer der Gatewiderstandswert, umso gemäßigter ist die Abnahmerate des Kollektorstroms Ic, wenn der IGBT ausgeschaltet wird. Somit nimmt der Kollektor-Emitter-Spannungsstoß ab, der dadurch hervorgerufen wird, dass die Abnahmerate des Kollektorstroms Ic auf die Verdrahtungsinduktivität angewandt wird. Jedoch wird auch die Zunahmerate der Kollektor-Emitter-Spannung Vce zur selben Zeit gemäßigt, und somit steigt der Schaltverlust P an, der durch den Multiplikationsintegralwert des Kollektorstroms Ic und der Kollektor-Emitter-Spannung Vce dargestellt ist. Auf diese Weise kann der Spannungsstoß dadurch unterdrückt werden, dass der Gatewiderstandswert erhöht wird, aber der Schaltverlust steigt entsprechend an.
Hier wird der Ausschalteigenschaft des IGBTs 1 Beachtung geschenkt. Die Abfallzeit tf der Zeit zwischen dem Beginn des Rückgangs des Kollektorstroms Ic und dem Ende des Rückgangs, wenn der IGBT 1 ausschaltet, hängt vom Kollektorstrom Ic ab und hat eine ansteigende Funktionskennlinie von Ic, wie in 21 gezeigt ist. Im hohen Strombereich ist die Abfallzeit tf aufgrund der Geräteeigenschaft länger, und die Stromrückgangsrate (die durch Kollektorstrom/Abfallzeit dargestellt ist) nimmt als logische Konsequenz ab, und somit wirft der Spannungsstoß kein Problem auf. Hingegen ist im niedrigen Strombereich die Abfallzeit tf kürzer und der Spannungsstoß nimmt zu, womit Gegenmaßnahmen zur Senkung notwendig werden. Deshalb ist nur, wenn der Leitungsstrom im niedrigen Strombereich ist, der Gatewiderstandswert erhöht und die Abfallzeit tf länger, wodurch der Spannungsstoß unterdrückt werden kann. Dabei ist der Gatewiderstandswert im hohen Strombereich verringert, so dass der Schaltverlust nicht zunimmt.
Die herkömmliche Halbleiterbauelementtreiberschaltung, die so aufgebaut ist und die Geräteeigenschaften des IGBTs annimmt, wobei die Abfallzeit mit einer Zunahme des Kollektorstroms zunimmt, kann somit nur auf bestimmte Geräte angewandt werden. Bei der herkömmlichen Halbleiterbauelementtreiberschaltung wird der Mindestwert des Gatewiderstandswerts bestimmt, um den Spannungsstoß zu unterdrücken, womit der Gatewiderstandswert nicht verringert werden kann, der die Grenze des Spannungsstoßes überschreitet. Im Ergebnis können keine wirksamen Maßnahmen zur Verringerung des Gatewiderstandswerts, um den Schaltverlust zu senken, ergriffen werden.
Die US 5,289,051 offenbart eine Gatetreiberschaltung für einen Leistungs-MOSFET, und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Schaltungskonfiguration zum Auslösen eines MOS-Leistungstransistors mit einer Ausgangsschaltung, die mit einer Last in Reihe geschaltet ist, und einer Eingangsschaltung, die von einer Steuerstufe gesteuert ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung bereitzustellen, die sowohl die Unterdrückung eines Spannungsstoßes als auch eine Abnahme beim Schaltverlust ermöglicht und auf jeden IGBT angewandt werden kann.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung bereitgestellt, die an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors angeschlossen ist, um einen Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu steuern, wobei die Halbleiterbauelementtreiberschaltung erste Ansteuerungseinrichtungen umfasst, um den Isolierschichtbipolartransistor anzusteuern, zweite Ansteuerungseinrichtungen, um den Isolierschichtbipolartransistor langsamer anzusteuern als die ersten Ansteuerungseinrichtungen, Schaltsignalerzeugungseinrichtungen zur Abgabe eines Signals an die ersten Ansteuerungseinrichtungen und die zweiten Ansteuerungseinrichtungen, Schalteinrichtungen, um einen Ausgang der ersten Ansteuerungseinrichtungen und einen Ausgang der zweiten Ansteuerungseinrichtungen zur Abgabe an die Steuerelektrode zu schalten, und eine Erfassungseinrichtung für einen Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangbeginnzeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung des in die Hauptelektroden fließenden Strom gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn eine Spannung der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang von einem Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung so betrieben wird, dass sie die erste Ansteuerungseinrichtung in der ersten Periode und die zweite Ansteuerungseinrichtung in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verwendet.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung bereitgestellt, die an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors angeschlossen ist, um einen Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu steuern, wobei die Halbleiterbauelementtreiberschaltung eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle zur Abgabe einer Durchlassspannung an die Steuerelektrode umfasst, und eine Gleichstromsperrspannungsquelle zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode, eine Ein-/Ausschalteinrichtung zum Schalten der Gleichstromdurchlassspannungsquelle und der Gleichstromsperr-spannungsquelle, eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschaltvorrichtung, einen ersten Gatewiderstand, der an die Ein-/Ausschaltvorrichtung angeschlossen ist, einen zweiten Gatewiderstand, der an die Ein-/Ausschaltvorrichtung angeschlossen ist und einen Widerstandswert aufweist, der größer ist als der des ersten Gatewiderstands, eine Schalteinrichtung zum Aufschalten des ersten Gatewiderstands und des zweiten Gatewiderstands auf die Steuerelektrode, und eine Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangszeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn die Spannung der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung so betrieben wird, dass sie den ersten Gatewiderstand in der ersten Periode und den zweiten Gatewiderstand in der zweiten Periode im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verwendet.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung bereitgestellt, die an eine Steuerelektrode eines Isolier schichtbipolartransistors angeschlossen ist, um einen Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu steuern, wobei die Halbleiterbauelementtreiberschaltung eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle zur Abgabe einer Durchlassspannung an die Steuerelektrode umfasst, eine erste Gleichstromsperrspannungsquelle zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode, eine zweite Gleichstromsperrspannungsquelle zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode und die eine niedrigere Spannung hat als die erste Gleichstromsperrspannungsquelle, eine Schalteinrichtung zum Schalten der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle und der zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle, eine Ein-/Ausschalteinrichtung zum Schalten der Gleichstromdurchlassspannungsquelle und des Ausgangs der ersten Schalteinrichtung, eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschalteinrichtung, einen Gatewiderstand, der zwischen der Ein-/Ausschalteinrichtung und der Steuerelektrode angeschlossen ist, und eine Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangszeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn die Spannung der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung so betrieben wird, dass sie die erste Gleichstromsperrspannungsquelle in der ersten Periode und die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle in der zweiten Periode im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verwendet.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung bereitgestellt, die an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors angeschlossen ist, um einen Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu steuern, wobei die Halbleiterbauelementtreiberschaltung eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle umfasst, um einen Strom in die Steuerelektrode fließen zu lassen, eine erste Gleichstromsperrspannungsquelle, um einen Strom aus der Steuerelektrode abzuziehen, eine zweite Gleichstromsperrspannungsquelle, um einen Strom aus der Steuerelektrode abzuziehen, und die einen Stromwert hat, der geringer ist als der der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle, eine Schalteinrichtung zum Schalten der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle und der zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle, eine Ein-/Ausschalteinrichtung zum Schalten des Ausgangs der Gleichstromdurchlassspannungsquelle und des Ausgangs der ersten Schalteinrichtung, eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschalteinrichtung, und eine Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangszeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn die Spannung der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung so betrieben wird, dass sie die erste Gleichstromsperrspannungsquelle in der ersten Periode und die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle in der zweiten Periode im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verwendet.
Nach einem fünften Aspekt der Erfindung wird eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung bereitgestellt, die an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors angeschlossen ist, um einen Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu steuern, wobei die Halbleiterbauelementtreiberschaltung eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle zur Abgabe einer Durchlassspannung an die Steuerelektrode umfasst, eine Gleichstromsperrspannungsquelle zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode, eine Ein-/Ausschalteinrichtung zum Schalten der Gleichstromdurchlassspannungsquelle und der Gleichstromsperrspannungsquelle, eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschaltvorrichtung, einen Gatewiderstand, der zwischen der Ein-/Ausschalteinrichtung und der Steuerelektrode angeschlossen ist, eine Schalteinrichtung, die an die Steuerelektrode angeschlossen ist, einen Kondensator, der zwischen der Schalteinrichtung und einem Ende der Hauptelektrode angeschlossen ist, eine Spannungseinstellungseinrichtung, die mit der Schalteinrichtung parallelgeschaltet ist, und eine Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangszeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn die an die Steuerelektrode angelegte Spannung gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung so betrieben wird, dass die Steuerelektrode und der Kondensator in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verbunden werden.
Bei der Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einem sechsten Aspekt der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Erfassung eines Beginnzeitpunkts eines Stromrückgangs eine Einrichtung zum Erfassen einer Spannung der Steuerelektrode des Isolierschichtbipolartransistors, eine Referenzspannungsquelle und eine Einrichtung zum Vergleichen des Ausgangs der Spannungserfassungseinrichtung mit einem Ausgang der Referenzspannungsquelle.
Bei der Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einem siebten Aspekt der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Erfassung eines Beginnzeitpunkts eines Stromrückgangs eine Einrichtung zum Erfassen eines Stroms, der in die Steuerelektrode des Isolierschichtbipolartransistors fließt, eine Referenzspannungsquelle und eine Einrichtung zum Vergleichen des Ausgangs der Stromerfassungseinrichtung mit dem Ausgang der Referenzspannungsquelle.
Bei der Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einem achten Aspekt der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Erfassung eines Beginnzeitpunkts eines Stromrückgangs eine Einrichtung zum Erfassen einer Spannung der Steuerelektrode des Isolierschichtbipolartransistors, eine Einrichtung zum Differenzieren des Ausgangs der Spannungserfassungseinrichtung, eine Referenzspannungsquelle und eine Einrichtung zum Vergleichen des Ausgangs der Differenzierungseinrichtung mit dem Ausgang der Referenzspannungsquelle.
Bei der Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einem neunten Aspekt der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Erfassung eines Beginnzeitpunkts eines Stromrückgangs eine Einrichtung zum Erfassen eines Stroms, der durch die Steuerelektrode des Isolierschichtbipolartransistors fließt, eine Einrichtung zum Differenzieren des Ausgangs der Stromerfassungseinrichtung, eine Referenzspannungsquelle und eine Einrichtung zum Vergleichen des Ausgangs der Differenzierungseinrichtung mit dem Ausgang der Referenzspannungsquelle.
Demnach ist die vorliegende Erfindung durch die Ansprüche 1 bis 10 definiert und richtet sich auf eine Treiberschaltung, die an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors angeschlossen ist, um den Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung (Vge) zu steuern. Die Schaltung umfasst:
Ansteuerungseinrichtungen, die in der Lage sind, den Isolierschichtbipolartransistor mit einer höheren und einer niedrigeren Ansteuergeschwindigkeit anzusteuern, wobei der Ausgang der Ansteuerungseinrichtungen an die Steuerelektrode zum Steuern des Durchlasszustands abgegeben wird; eine Erfassungseinrichtung für einen Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangzeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn die Spannung (Vge) der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen; die Ansteuerungseinrichtungen geben im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in der ersten Periode mit einer höheren Ansteuergeschwindigkeit aus, während sie in der zweiten Periode mit einer niedrigeren Ansteuergeschwindigkeit ausgeben, bei der die Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs umfasst:
eine Einrichtung zum Erfassen einer Steuerspannung oder eines Steuerstroms der Steuerelektrode des Isolierschichtbipolartransistors, eine Referenzspannungsquelle, und eine Einrichtung zum Vergleichen eines Ausgangs der Erfassungseinrichtung mit einem Ausgang der Referenzspannungsquelle.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Schaltungsschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen soll;
2 ist ein Schaltungsschema, das den Betrieb der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in der Erfindung erklären soll;
3 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in der Erfindung erklären soll;
die 4A bis 4C sind Wellenformdiagramme, die den Betrieb der Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach der ersten Ausführungsform der Erfindung erklären sollen;
die 5A bis 5C sind Schaltungsschemata, die Halbleiterbauelementtreiberschaltungen nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
die 6A bis 6C sind Schaltungsschemata, die Halbleiterbauelementtreiberschaltungen nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
die 7A bis 7C sind Schaltungsschemata, die Halbleiterbauelementtreiberschaltungen nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
die 8A bis 8C sind Schaltungsschemata, die Halbleiterbauelementtreiberschaltungen nach einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
die 9A bis 9D sind Schaltungsschemata, die Erfassungseinrichtungen für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs nach einer sechsten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
10 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der Erfassungseinrichtungen für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs nach einer sechsten bis neunten Ausführungsform der Erfindung erklären soll;
die 11A bis 11C sind Schaltungsschemata, die die Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs nach einer siebten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
die 12A bis 12C sind Schaltungsschemata, die die Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs nach einer achten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
die 13A bis 13C sind Schaltungsschemata, die die Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs nach einer neunten Ausführungsform der Erfindung zeigen sollen;
14 ist ein Schaltungsschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einer zehnten Ausführungsform der Erfindung zeigen soll;
15 ist ein Schaltungsschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einer elften Ausführungsform der Erfindung zeigen soll;
16 ist ein Schaltungsschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einer zwölften Ausführungsform der Erfindung zeigen soll;
17 ist ein Schaltungsschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung nach einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung zeigen soll;
18 ist ein Blockschema, das eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik zeigen soll;
19 ist ein Ablaufschema, das den Betrieb der Steuereinrichtung der der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik zeigen soll;
20 ist ein Wellenformdiagramm, das den Betrieb der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik zeigen soll; und
21 ist ein Darstellung, die eine Schaltkennlinie eines IGBTs zeigen soll.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Erste Ausführungsform
Es wird eine erste Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Als Erstes wird der Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs, wenn der Übergang aus der ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in einen IGBT fließenden Stroms gemäßigt ist, zur zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn der Übergang des IGBTs vom Durchlass- zum Sperrzustand stattfindet, mit Bezug auf die 2 und 3 erörtert. 2 zeigt ein Beispiel eines Schaltkreises. 3 ist ein Spannungs- und Stromwellenformdiagramm eines IGBTs 1 im Schaltkreis von 2.
In 2 ist die Bezugszahl 9 ein Gatewiderstand, 15 ist eine Gleichstromspannungsquelle, 16 ist eine Last, 17 eine Freilaufdiode, und 18 ein induktiver Verdrahtungswiderstand. Die Bezugszahlen 1 bis 5 entsprechen denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ausgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2, um über den Gatewiderstand 9 an das Gate des IGBTs 1 eine Durchlassspannung anzulegen, die den IGBT 1 einschaltet. Wenn der IGBT 1 eingeschaltet ist, wird eine Spannung Vdc der Gleichstromspannungsquelle 15 an die Last 16 angelegt, und es fließt ein Strom auf einem Pfad der Gleichstromspannungsquelle 15 zum induktiven Verdrahtungswiderstand 18, zur Last 16, zum IGBT 1, zur Gleichstromspannungsquelle 15. Die Spannung und der Strom des IGBTs 1 sind dabei in 3 zum Zeitpunkt 0 dargestellt. Da der IGBT 1 zum Zeitpunkt 0 einschaltet, ist die Kollektor-Emitter-Spannung Vce 0, und der Kollektorstrom Ic ist gleich dem Strom IL der Last 16. Da sich ein Kondensator zwischen dem Gate und dem Emitter des IGBTs 1 befindet, wird, wenn die Einschaltzeit ausreichend lang ist, eine Gate-Emitter-Spannung Vge auf die Spannung der Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 geladen, und der Gatestrom wird zu 0.
Wenn als Nächstes die Schaltsignalerzeugungsvorrichtung 4 zum Zeitpunkt t1 ein Sperrsignal ausgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu einer Gleichstromsperrspannungsquelle 3, um über den Gatewiderstand 9 eine Sperrspannung an das Gate des IGBTs 1 anzulegen, die den IGBT 1 abschaltet. Da in 3 die Gleichstromsperrspannungsquelle 3 auf 0 eingestellt ist, beginnt die Gate-Emitter-Spannung Vge auf 0 (Null) mit einer Zeitkonstante (Gatewiderstand 9 × Gate-Emitterkondensator von IGBT 1) zurückzugehen. Normalerweise ist jedoch die Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 bezüglich der Durchlassspannung, die erforderlich ist, um den Laststrom IL fließen zu lassen, hoch genug eingestellt, wodurch der tatsächliche Abschaltvorgang des IGBTs 1 nicht stattfindet, bis nicht die Gate-Emitter-Spannung Vge die Mindestspannung Von erreicht, die erforderlich ist, um den Laststrom IL zu einem Zeitpunkt t2 fließen zu lassen. Wenn die Gate-Emitter-Spannung Vge die Spannung Von erreicht, die erforderlich ist, um den Laststrom IL zum Zeitpunkt t2 fließen zu lassen, beginnt der IGBT 1 den Abschaltvorgang, und die Kollektor-Emitter-Spannung Vce steigt an. Dabei wird die an die Last 16 angelegte Spannung zur Spannung Vdc der Gleichstromspannungsquelle 15, weniger der Kollektor-Emitter-Spannung Vce. Aufgrund der induktiven Last verändert sich jedoch der durch die Last 16 fließende Strom nicht plötzlich. Somit ändert sich auch der Kollektorstrom Ic nicht plötzlich und bildet die erste Periode, in welcher eine Stromveränderung gemäßigt ist. In der ersten Periode läuft die Rückkopplungswirkung so ab, dass sie versucht, die Gate-Emitter-Spannung Vge auf der Spannung Von zu halten, die erforderlich ist, um den Laststrom IL so fließen zu lassen, dass sich der Kollektorstrom IC nicht ändert und die Gate-Emitter-Spannung Vge zu einer beinahe konstanten Spannung wird. Da die Kollektor-Emitter-Spannung ansteigt, fließt ein Verschiebungsstrom vom Kollektor über den Kollektor-Gate-Kondensator des IGBTs 1 in das Gate und verursacht das Auftreten eines Spannungsabfalls am Gatewiderstand 9, was die Rückkopplungswirkung vervollständigt. Da der Verschiebungsstrom kein anderer als der Gatestrom ist, wird auch der Gatestrom Ig zu einem beinahe konstanten Strom.
Erreicht die Kollektor-Emitter-Spannung Vce zu einem Zeitpunkt t3 die Spannung Vdc der Gleichstromspannungsquelle 15, schaltet die Freilaufdiode 17 an, und der durch die Last 16 fließende Strom beginnt zur Freilaufdiode 17 zu kommutieren. Der Kollektorstom Ic sinkt genauso wie der zur Freilaufdiode 17 kommutierte Strom Id, wodurch sich die zweite Periode bildet, in der die Stromveränderung abrupt ist. In der zweiten Periode ist die Rückkopplungswirkung, die die Gate-Emitter-Spannung Vge konstant zu halten sucht, verloren gegangen, und die Gate-Emitter-Spannung Vge fängt wieder an, auf 0 zurückzugehen. Deshalb sinkt auch der Gatestrom Ig, der durch die Gate-Emitter-Spannung Vge und den Gatewiderstand 9 bestimmt ist. Da der Kollektorstrom Ic gleich dem Strom ist, der in den induktiven Verdrahtungswiderstand 18 fließt, sinkt in der zweiten Periode auch der Strom, der in den induktiven Verdrahtungswiderstand 18 fließt. Somit erzeugt der induktive Verdrahtungswiderstand 18 eine Spannung, die dargestellt wird durch (induktiver Verdrahtungswiderstand × Stromrückgangsrate). Da diese Spannung dieselbe Polarität hat wie die Gleichstromspannungsquelle 15, wird die Kollektor-Emitter-Spannung Vce zu einer Wellenform, die einen Spannungsstoß überlagert, der vom induktiven Verdrahtungswiderstand 18 an der Gleichstromspannungsquelle 15 erzeugt wird.
Erreicht die Gate-Emitter-Spannung Vge zu einem Zeitpunkt t4 einen Schwellenwert Vth des IGBTs 1, wird der Kollektorstrom Ic zu 0 und der IGBT 1 beendet den Abschaltvorgang. Obwohl der tatsächliche Abschaltvorgang zum und nach dem Zeitpunkt t4 abgeschlossen ist, erreicht die Gate-Emitter-Spannung Vge 0 nicht, und geht somit weiter auf 0 zurück.
Die Gate-Emitter-Spannung Vge erreicht 0 zu einem Zeitpunkt t5, und der gesamte Vorgang ist abgeschlossen. Beim Abschaltvorgang des IGBTs 1 ist erfindungsgemäß der Beginnzeitpunkt für den Stromrückgang als Grenze zwischen der ersten Periode definiert, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist (t2 bis t3), und der zweiten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist (t3 bis t4), und zwar dem Zeitpunkt t3. Erfolgt eine andere Definition, ist der Beginnzeitpunkt für den Stromrückgang gleich dem Zeitpunkt, an dem der sekundäre Differentialkoeffizient des Kollektorstroms Ic zum Maximum wird.
Als Nächstes wird der Aufbau der ersten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 1 erläutert. Hier ist die Bezugszahl 12 die erste Ansteuerungseinrichtung und 13 ist die zweite Ansteuerungseinrichtung. Die zweite Ansteuerungseinrichtung 13 steuert den IGBT 1 langsamer an als die erste Ansteuerungseinrichtung 12. Bezugszahl 11 ist eine Schalteinrichtung, um den Ausgang der ersten Ansteuerungseinrichtung 12 und den Ausgang der zweiten Ansteuerungseinrichtung 13 zu schalten und den Ausgang dem Gate des IGBTs 1 zuzuführen, und Bezugszahl 14 ist eine Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs, um einen Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zu erfassen, wenn der Übergang von der ersten Periode, in der eine Veränderung des in den IGBT 1 fließenden Stroms gemäßigt ist, zu der zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn der Übergang des IGBTs 1 vom Durchlass- zum Sperrzustand stattfindet. Die Bezugszahlen 1 bis 4 entsprechen denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert. Die Bezugszahlen 2a und 2b sind eine erste und eine zweite Gleichstromdurchlassspannungsquelle, um eine Spannung zum Abschalten des IGBTs 1 bereitzustellen, 3a und 3b sind eine erste und eine zweite Gleichstromsperrspannungsquelle, um eine Spannung zum Abschalten des IGBTs 1 bereitzustellen, 5a und 5b sind eine erste und eine zweite Ein-/Ausschalteinrichtung, um die erste und zweite Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2a und 2b und die erste und zweite Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und 3b im Ansprechen auf einen Ausgang der Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 zu schalten, um eine Spannung an das Gate des IGBTs 1 anzulegen, Bezugszahl 9 ist ein erster Gatewiderstand, und Bezugszahl 10 ist ein zweiter Gatewiderstand. Der zweite Gatewiderstand 10 hat einen höheren Widerstandswert als der erste Gatewiderstand 9.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf die 1 und 4A bis 4C erläutert. Die 4A bis 4C zeigen den Kollektorstrom Ic des Leitungsstroms des IGBTs 1, die Kollektor-Emitter-Spannung Vce des IGBTs 1 und den Schaltverlust P des IGBTs 1. 4A zeigt einen Fall, bei dem der Gate-Widerstandswert gering ist, und zwar der IGBT 1 von der ersten Ansteuerungseinrichtung 12 angesteuert wird, 4B zeigt einen Fall, bei dem der Gate-Widerstandswert hoch ist, und zwar der IGBT 1 von der zweiten Ansteuerungseinrichtung 13 angesteuert wird, und 4C zeigt einen Fall, bei dem die Erfindung angewandt ist. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ausgibt, schalten die erste und die zweite Ein- /Ausschalteinrichtung 5a und 5b zur ersten und zweiten Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2a und 2b, um über den ersten Gatewiderstand 9 bzw. den zweiten Gatewiderstand 10 eine Durchlassspannung an das Gate des IGBT 1 anzulegen, die den IGBT 1 anschaltet. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal ausgibt, schalten die erste und die zweite Ein-/Ausschalteinrichtung 5a und 5b als Nächstes zur ersten und zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und 3b, um über den ersten Gatewiderstand 9 bzw. den zweiten Gatewiderstand 10 eine Sperrspannung an das Gate des IGBT 1 anzulegen, die den IGBT 1 abschaltet. Dabei schaltet in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zur ersten Ansteuerungseinrichtung 12, und der IGBT 1 wird in den in 4A gezeigten Zustand gefahren, bei dem der Gatewiderstandswert gering ist. In der zweiten Periode, in der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, schaltet die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zur zweiten Ansteuerungseinrichtung 13, und der IGBT 1 wird in den in 4B gezeigten Zustand gefahren, bei dem der Gatewiderstandswert hoch ist. Im Ergebnis wird wie in 4C gezeigt, vor dem Beginnzeitpunkt des Stromrückgangs eine Spannungs- und Stromwellenform erhalten, die derjenigen von 4A entspricht, und nach dem Beginzeitpunkt des Stromrückgangs wird eine Spannungs- und Stromwellenform erhalten, die derjenigen von 4B entspricht. Deshalb kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der Erfindung den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, den IGBT 1 schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Zweite Ausführungsform
Die 5A bis 5C zeigen die Schaltungskonfigurationen einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 6 eine Gatewiderstandsschalteinrichtung, 9 ist ein erster Gatewiderstand, und 10 ist ein zweiter Gatewiderstand. Der zweite Gatewiderstand 10 hat einen höheren Widerstandswert als der erste Gatewiderstand 9. Bezugszeichen 9a ist ein parallelgeschalteter Widerstand, um einen Widerstandswert bereitzustellen, der dem des ersten Widerstands 9 entspricht, und Bezugszeichen 10a ist ein in Reihe geschalteter Widerstand, um einen Widerstandswert bereitzustellen, der dem des zweiten Widerstands 10 entspricht. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 5A beschrieben. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal abgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2, um über den ersten Gatewiderstand 9 bzw. den zweiten Gatewiderstand 10 eine Durchlassspannung an das Gate des IGBTs 1 anzulegen, die den IGBT 1 anschaltet. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal ausgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 als Nächstes zur Gleichstromsperrspannungsquelle 3, um über den ersten Gatewiderstand 9 bzw. den zweiten Gatewiderstand 10 eine Sperrspannung an das Gate des IGBT 1 anzulegen, die den IGBT 1 abschaltet. Dabei schaltet in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, die Schalteinrichtung 11 der Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum ersten Gatewiderstand 9, und der IGBT 1 wird in den Zustand gefahren, bei dem der Gatewiderstandswert gering ist. In der zweiten Periode, in der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, schaltet die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum zweiten Gatewiderstand 10, und der IGBT 1 wird in den Zustand gefahren, bei dem der Gatewiderstandswert hoch ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der zweiten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 5B erörtert. Mit Ausnahme der Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 ist der Betrieb derselbe wie der von 5A und wird nicht noch einmal erläutert. Wenn der IGBT 1 abgeschaltet wird, wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen, und der sich ergebende Widerstandswert des Widerstands 9a und des zweiten Gatewiderstands 10 wird als Gate-Widerstandswert verwendet. Da der Widerstand 9a und der zweite Gatewiderstand 10 parallelgeschaltet sind, wird der sich ergebende Widerstandswert kleiner als der Widerstandswert des zweiten Gatewiderstands 10. Dabei wird der Widerstand 9a so ausgewählt, dass der sich ergebende Widerstandswert des Widerstands 9a und des zweiten Gatewiderstands 10 zu einem Widerstandswert wird, der dem des ersten Gatewiderstands 9 von 5A entspricht. Diesem Vorgang entsprechend wird der IGBT 1 in der ersten Periode in den Zustand gefahren, bei dem das Gatewiderstandswert gering ist. In der zweiten Periode, in der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs geöffnet und nur der zweite Gatewiderstand 10 als Gatewiderstand verwendet. Diesem Vorgang entsprechend wird der IGBT 1 in der zweiten Periode in den Zustand gefahren, bei dem der Gatewiderstandswert hoch ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der zweiten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 5C beschrieben. Mit Ausnahme der Gatewiderstandsschalteinrichtung 6 ist der Betrieb. derselbe wie der von 5A und wird nicht noch einmal erläutert. Wenn der IGBT 1 abgeschaltet wird, wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen, und der erste Gatewiderstand 9 wird als Gatewiderstand verwendet. Diesem Vorgang entsprechend wird der IGBT 1 in der ersten Periode in den Zustand gefahren, bei dem der Gatewiderstandswert gering ist. In der zweiten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs geöffnet und der sich ergebende Widerstandswert des Widerstands 9a und des zweiten Gatewiderstands 10 wird als Gatewiderstandswert verwendet. Da der erste Gatewiderstand 9 und der Widerstand 10a in Reihe geschaltet sind, wird der sich ergebende Widerstandswert höher als der Widerstandswert des ersten Gatewiderstands 9. Dabei wird der Widerstand 10a so ausgewählt, dass der sich ergebende Widerstandswert des ersten Gatewiderstands 9 und des Widerstands 10a zu einem Widerstandswert wird, der dem des zweiten Gatewiderstands 10 von 5A entspricht. Diesem Vorgang entsprechend wird der IGBT 1 in der zweiten Periode in den Zustand gefahren, bei dem das Gatewiderstandswert hoch ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der zweiten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Dritte Ausführungsform
Die 6A bis 6C zeigen die Schaltungskonfigurationen einer dritten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist Bezugszeichen 3a eine erste Gleichstromsperrspannungsquelle und Bezugszeichen 3b ist eine zweite Gleichstromsperrspannungsquelle. Die Spannungswerte sind so eingestellt, dass die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle 3b eine geringere negative Spannung an ein Gate des IGBTs 1 anlegen kann als die erste Gleichstromsperrspannungsquelle 3a. Bezugszeichen 3c ist eine in Reihe geschaltete Gleichstromspannungsquelle, um einen Spannungswert bereitzustellen, der dem der zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3b entspricht, Bezugszahl 9 ist ein Gate und 19 eine Diode. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 6A beschrieben. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal abgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2, um über einen Gatewiderstand 9 eine Durchlassspannung an das Gate des IGBTs 1 anzulegen, die den IGBT 1 anschaltet. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal ausgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 als Nächstes zur ersten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a bzw. zur zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3b, um über den Gatewiderstand 9 eine Sperrspannung an das Gate des IGBT 1 anzulegen, die den IGBT 1 abschaltet. Dabei schaltet in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zur ersten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a, und der IGBT 1 wird in den Zustand gefahren, bei dem die Sperrspannung hoch ist. In der zweiten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, schaltet die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zur zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3b, und der IGBT 1 wird in den Zustand gefahren, bei dem die Sperrspannung gering ist. Da sich ein Kondensator zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 befindet, wird die Rückgangsrate der Gate-Emitter-Spannung, falls der IGBT 1 mit demselben Gatewiderstand angesteuert wird, verringert, weil die Sperrspannung niedriger ist, wodurch ein ähnlicher Effekt hervorgerufen wird wie beim Erhöhen des Gatewiderstandswerts. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der dritten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 6B erörtert. Mit Ausnahme des Schaltens der ersten und zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und 3b ist der Betrieb derselbe wie der von 6A und wird nicht noch einmal erläutert. Wenn der IGBT 1 abgeschaltet wird, wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen. Da die Spannungswerte so eingestellt sind, dass die erste Gleichstromsperrspannungsquelle 3a eine höhere negative Spannung an das Gate des IGBTs 1 anlegen kann als die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle 3b, wird eine Rückwärtsspannung an die Diode 19 angelegt, welche daraufhin abschaltet. Somit wird nur die erste Gleichstromsperrspannungsquelle 3a über den Gatewiderstand 9 an das Gate des IGBTs 1 angelegt. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der ersten Periode in den Zustand gefahren, bei dem die Sperrspannung hoch ist. In der zweiten Periode, bei welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs geöffnet, um nur die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle 3b zu verwenden. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der zweiten Periode in den Zustand gefahren, bei dem die Sperrspannung niedrig ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der dritten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 6C erörtert. Mit Ausnahme des Schaltens der ersten und zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und 3b ist der Betrieb derselbe wie der von 6A und wird nicht noch einmal erläutert. Wenn der IGBT 1 abgeschaltet wird, wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen, um nur die erste Gleichstromsperrspannungsquelle 3a über den Gatewiderstand 9 an das Gate des IGBTs 1 anzulegen. Dabei wird die Spannung der Gleichstromspannungsquelle 3c als Rückwärtsspannung an die Diode 19 angelegt, welche daraufhin abschaltet. Auf diese Weise fließt kein unnötiger Strom in die Schalteinrichtung 11. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der ersten Periode in den Zustand gefahren, bei dem die Sperrspannung niedrig ist. In der zweiten Periode, bei welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs geöffnet, um die Summenspannung der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und der Gleichstromspannungsquelle 3c über den Gatewiderstand 9 an das Gate des IGBTs 1 anzulegen. Da die erste Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und die Gleichstromspannungsquelle 3c umgekehrt in Reihe geschaltet sind, wird die Summenspannung zu einer negativen Spannung, die niedriger ist als die der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a. Dabei wird die Gleichstromspannungsquelle 3c so ausgewählt, dass die Summenspannung der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle 3a und der Gleichstromspannungsquelle 3c zu einem Spannungswert wird, der gleich demjenigen der zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle 3b ist. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der zweiten Periode in den Zustand gefahren, bei dem die Sperrspannung niedrig ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der dritten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Vierte Ausführungsform
Die 7A bis 7C zeigen die Schaltungskonfigurationen einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 19 eine Diode, 20 ist eine Durchlassgleichstromquelle, 21 ist eine erste Sperrgleichstromquelle, und 22 ist eine zweite Sperrgleichstromquelle. Die zweite Sperrgleichstromquelle 22 hat einen geringeren Stromwert als die erste Sperrgleichstromquelle 21. Das Bezugszeichen 21a ist eine parallelgeschaltete Gleichstromquelle zur Bereitstellung eines Stromwerts, der dem der ersten Sperrgleichstromquelle 21 entspricht. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 7A beschrieben. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal abgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu der Durchlassgleichstromquelle 20, um einen Strom an ein Gate des IGBTs 1 anzulegen. Da sich ein Kondensator zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 befindet, steigt die Gate-Emitter-Spannung Vge, wodurch der IGBT 1 eingeschaltet wird. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal abgibt, schaltet als Nächstes die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zur ersten Sperrgleichstromquelle 21 oder zweiten Sperrgleichstromquelle 22, um einen Strom aus dem Gate des IGBTs 1 abzuziehen, wodurch der IGBT 1 abgeschaltet wird. Da sich der Kondensator zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 befindet, steigt die Gate-Emitter-Spannung Vge, wodurch der IGBT 1 abgeschaltet wird. Dabei schaltet die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zur ersten Sperrgleichstromquelle 21, und der IGBT 1 wird in den Zustand gefahren, bei dem der abgezogene Strom hoch ist. In der zweiten Periode, bei der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, schaltet die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zur zweiten Sperrgleichspannungsquelle 22, und der IGBT 1 wird in den Zustand gefahren, bei dem der abgezogene Strom gering ist. Da sich der Kondensator zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 befindet, wird die Rückgangsrate der Gate-Emitter-Spannung verringert, weil die Sperrspannung niedriger ist, wodurch ein ähnlicher Effekt hervorgerufen wird wie beim Erhöhen des Gatewiderstandswerts. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der vierten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 7B erörtert. Mit Ausnahme des Schaltens der ersten und zweiten Sperrgleichstromquellen 21 und 22 ist der Betrieb derselbe wie der von 7A und wird nicht noch einmal erläutert. Wenn der IGBT 1 abgeschaltet wird, wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen, um den Summenstrom der Gleichstromquelle 21a und der zweiten Sperrgleichstromquelle 22 aus dem Gate des IGBTs 1 abzuziehen. Da die Gleichstromquelle 21a und die zweite Sperrgleichstromquelle 22 parallelgeschaltet sind, wird der Summenstrom größer als der der zweiten Sperrgleichstromquelle 22. Dabei wird die Gleichstromquelle 21a so ausgewählt, dass der Summenstrom der Gleichstromquelle 21a und der zweiten Sperrgleichstromquelle 22 zu einem Stromwert wird, der gleich demjenigen der ersten Gleichstromquelle 21 von 7A ist. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der ersten Periode in den Zustand gefahren, bei dem der abgezogene Strom hoch ist. In der zweiten Periode, in welcher eine Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkts eines Stromrückgangs geöffnet, um nur die zweite Sperrgleichstromquelle 22 zu verwenden. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der zweiten Periode in den Zustand gefahren, bei dem der abgezogene Strom gering ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der vierten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 7C erörtert. Mit Ausnahme des Schaltens der ersten und zweiten Sperrgleichstromquelle 21 und 22 ist der Betrieb derselbe wie der von 7A und wird nicht noch einmal erläutert. Wenn der IGBT 1 abgeschaltet wird, wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen, um nur mit der ersten Sperrgleichstromquelle 21 einen Strom aus dem Gate des IGBTs 1 abzuziehen. Dabei wird die Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1 als Rückwärtsspannung an die Diode 19 angelegt, welche daraufhin abschaltet. Auf diese Weise fließt der Strom der ersten Sperrgleichstromquelle 21 nicht in die Diode 19. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der ersten Periode in den Zustand gefahren, bei dem der abgezogene Strom hoch ist. In der zweiten Periode, in welcher eine Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkts eines Stromrückgangs geöffnet. Da der Strom der zweiten Sperrgleichstromquelle 22 geringer ist als derjenige der ersten Sperrgleichstromquelle 21, fließt der Differenzstrom durch die Diode 19, und der Strom der zweiten Sperrgleichstromquelle 22 wird aus dem Gate des IGBTs 1 abgezogen. Dem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in der zweiten Periode in den Zustand gefahren, bei dem der abgezogene Strom gering ist. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der vierten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Fünfte Ausführungsform
Die 8A bis 8C zeigen die Schaltungskonfigurationen einer fünften Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 9 ein Gatewiderstand, 23 ist ein Kondensator, und 30 ist eine Spannungseinstellungseinrichtung, um die Spannung des Kondensators 23 gleich der Gate-Emitter-Spannung Vge eines IGBTs 1 zu halten. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf 8A beschrieben. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal abgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu der Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2, um über den Gatewiderstand 9 eine Durchlassspannung an das Gate des IGBTs 1 anzulegen, die den IGBT 1 einschaltet. Wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal abgibt, schaltet die Ein-/Ausschalteinrichtung 5 zu der Gleichstromsperrspannungsquelle 3, um über den Gatewiderstand 9 eine Sperrspannung an das Gate des IGBTs 1 anzulegen, die den IGBT 1 abschaltet. Dabei wird die Schalteinrichtung 11 in der ersten Periode, bei der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs geöffnet und der IGBT 1 in den Zustand gefahren, bei dem nur der Gate-Emitter-Kondensator des IGBTs 1 zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 vorhanden ist. In der zweiten Periode, bei der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wird die Schalteinrichtung 11 im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs kurzgeschlossen, und der Kondensator 23 ist zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 parallelgeschaltet. Dabei findet, da die Spannung des Kondensators 23 durch die Spannungseinstellungseinrichtung 30 gleich der Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1 gehalten wird, der Betrieb der Schalteinrichtung 11 statt, ohne eine unnötige Veränderung in der Gate-Emitter-Spannung Vge auftreten zu lassen. Diesem Vorgang gemäß wird der IGBT 1 in den Zustand gefahren, bei dem die Kapazität des Kondensators zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 zunimmt. Da sich der Kondensator zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 befindet, wird, falls der IGBT 1 mit demselben Gatewiderstand angetrieben wird, die Rückgangsrate der Gate-Emitter-Spannung Vge verringert, wenn die Kapazität des Kondensators zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 höher ist, was einen ähnlichen Effekt hervorruft wie beim Erhöhen des Gatewiderstandswerts. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der fünften Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Die 8B und 8C zeigen Konfigurationsbeispiele der Spannungseinstellungseinrichtung 30. In 8B wird ein Spannungspuffer 30a verwendet, um die Spannungseinstellungseinrichtung 30 zu bilden; in 8C wird ein Widerstand 30b verwendet, um die Spannungseinstellungseinrichtung 30 zu bilden. Der Betrieb ist klar und wird nicht im Einzelnen erläutert.
Sechste Ausführungsform
Die 9A bis 9D zeigen Auslegungen einer Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in einer sechsten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 25 eine Spannungserfassungseinrichtung, 26 ist eine Referenzspannungsquelle, und 27 ist eine Vergleichseinrichtung. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf die 9A und 10 erörtert. 10 zeigt Spannungs- und Stromwellenformen, wenn ein IGBT 1 abgeschaltet wird. Bei der sechsten Ausführungsform konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf die Gate-Emitter-Spannung Vge. Die Wellenform der Gate-Emitter-Spannung Vge ist dieselbe wie diejenige der ersten Ausführungsform und wird nicht im Einzelnen erläutert. Die Spannungserfassungseinrichtung 25 ist in der 10 zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 angeschlossen, um die Gate-Emitter-Spannung Vge zu erfassen. Die Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung 25 mit einer Referenzspannung Vref1 der Referenzspannungsquelle 26. Ist die Gate-Emitter-Spannung Vge niedriger als die Referenzspannung Vref1, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab; ist die Gate-Emitter-Spannung Vge höher als die Referenzspannung Vref1, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. Dabei erfolgt, wenn die Referenzspannung Vref1 auf zwischen die Spannung Von, die erforderlich ist, um einen Laststrom IL fließen zu lassen, und den Schwellenwert Vth des IGBTs 1 eingestellt wird, wenn die erste Periode zu Ende geht, in der die Gate-Emitter-Spannung Vge fast konstant wird, und in die zweite Periode eingetreten wird, in der die Gate-Emitter-Spannung Vge auf 0 hin zu sinken beginnt, der Übergang vom Tief- zum Hochpegelzustand des Signals. Dieser Vorgang kann das Signal bereitstellen, das in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, auf Tiefpegel ist, und in der zweiten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, auf Hochpegel ist, wie in 10A gezeigt ist.
Die 9B, 9C und 9D zeigen weitere Auslegungsbeispiele der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs. In 9B besteht die Spannungserfassungseinrichtung 25 aus Widerständen 25a und 25b zum Teilen und Erfassen der Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1. Eine Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung 25 mit der Spannung der Referenzspannungsquelle 26. Ist die Gate-Emitter-Spannung Vge niedriger als die Referenzspannung Vref1, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab; ist die Gate-Emitter-Spannung Vge höher als die Referenzspannung Vref1, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. In 9(c) besteht die Spannungserfassungseinrichtung 25 aus den Widerständen 25a und 25b zum Teilen und Erfassen der Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1. Die erfasste Spannung wird in eine Basis eines Transistors 27 eingegeben. Überschreitet die erfasste Spannung einen Basis-Emitter-Schwellenwert des Transistors 27, wird der Transistor 27 eingeschaltet und gibt somit ein Tiefpegelsignal ab. Überschreitet die erfasste Spannung den Basis-Emitter-Schwellenwert des Transistors 27 nicht, wird der Transistor 27 abgeschaltet und gibt somit ein Hochpegelsignal ab. In 9D umfasst die Spannungserfassungseinrichtung 25 den Transistor 27, dessen Basis über eine Zenerdiode 26a und einen Widerstand 26b an das Gate des IGBTs 1 angeschlossen ist. Überschreitet die Gate-Emitter-Spannung Vge die Summenspannung der Zenerspannung der Zenerdiode 26a und den Basis-Emitter-Schwellenwert des Transistors 27, wird der Transistor 27 eingeschaltet und gibt somit ein Tiefpegelsignal ab. Überschreitet die Gate-Emitter-Spannung Vge die Summenspannung der Zenerspannung der Zenerdiode 26a und den Basis-Emitter-Schwellenwert des Transistors 27 nicht, wird der Transistor 27 abgeschaltet und gibt somit ein Hochpegelsignal ab. Der Vorgang in 9B, 9C und 9D ist im Grunde derselbe wie in 9A und wird nicht im Einzelnen erörtert.
Siebte Ausführungsform
Die 11A bis 11D zeigen Auslegungen einer Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in einer siebten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 28 eine Stromerfassungseinrichtung, 26 ist eine Referenzspannungsquelle und 27 eine Vergleichseinrichtung. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf die 11A und 10 erörtert. 10 zeigt Spannungs- und Stromwellenformen, wenn ein IGBT 1 abgeschaltet wird. Bei der siebten Ausführungsform konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf einen Gatestrom Ig. Die Wellenform des Gatestroms Ig (Absolutwert) ist dieselbe wie diejenige der ersten Ausführungsform und wird nicht im Einzelnen erörtert. Die Stromerfassungseinrichtung 28 ist in 10 mit dem Gate des IGBTs 1 in Reihe geschaltet, um den Gatestrom Ig zu erfassen. Die Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 28 mit einer Referenzspannung Vref2 der Referenzspannungsquelle 26. Ist der Erfassungswert des Gatestroms Ig niedriger als die Referenzspannung Vref2, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab; ist der Erfassungswert des Gatestroms Ig höher als die Referenzspannung Vref2, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. Dabei erfolgt, wenn die Referenzspannung Vref2 zwischen einen Stromwert, der sich dadurch ergibt, dass eine Spannung Von, die erforderlich ist, um einen Laststrom IL fließen zu lassen, durch einen Gatewiderstand 9 geteilt wird, und Null eingestellt wird, wenn die erste Periode, in welcher der Gatestrom Ig beinahe konstant wird, zu Ende geht, und in die zweite Periode eingetreten wird, in welcher der Gatestrom Ig zu 0 hin zu sinken beginnt, der Übergang des Signals von einem Tief- zu einem Hochpegelzustand. Dieser Vorgang kann das Signal bereitstellen, das in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, auf Tiefpegel ist, und in der zweiten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, auf Hochpegel ist, wie in 10A gezeigt ist.
Die 11B und 11C zeigen weitere Auslegungsbeispiele der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs. In 11B besteht die Stromerfassungseinrichtung 28 aus einem Erfassungswiderstand 28a und einem Differentialverstärker, der aus einem Operationsverstärker 28b und Widerständen 28c bis 28f besteht. Eine Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 28 mit der Spannung der Referenzspannungsquelle 26. Ist der Erfassungswert des Gatestroms Ig niedriger als die Referenzspannung Vref2, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab; ist der Erfassungswert des Gatestroms Ig höher als die Referenzspannung Vref2, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. In 11C besteht die Stromerfassungseinrichtung 28 aus einem Erfassungswiderstand 28a, und die Vergleichseinrichtung 27 besteht aus Transistoren 27a und 27b, Gleichstromquellen 27c und 27d und einem Widerstand 27e. Die Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang des Stromerfassungs widerstands 28a mit der Spannung der Referenzspannungsquelle 26. Ist der Erfassungswert des Gatestroms Ig niedriger als die Referenzspannung Vref2, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab; ist der Erfassungswert des Gatestroms Ig höher als die Referenzspannung Vref2, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. Der Vorgang in 11B und 11C ist im Grunde derselbe wie in 11A und wird nicht im Einzelnen erörtert.
Achte Ausführungsform
Die 12A bis 12C zeigen Auslegungen einer Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in einer achten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 25 eine Spannungserfassungseinrichtung, 26 ist eine Referenzspannungsquelle, 27 ist eine Vergleichseinrichtung und 29 ist eine Differenzierungseinrichtung. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf die 12A und 10 erörtert. 10 zeigt Spannungs- und Stromwellenformen, wenn ein IGBT 1 abgeschaltet wird. Bei der achten Ausführungsform konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf die Änderungsrate der Gate-Emitter-Spannung Vge (Absolutwert). Die Wellenform der Gate-Emitter-Spannung Vge ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform und wird nicht im Einzelnen erörtert. Die Spannungserfassungseinrichtung 25 ist in 10 zwischen dem Gate und Emitter des IGBTs 1 angeschlossen, um die Gate-Emitter-Spannung Vge zu erfassen. Die Differenzierungseinrichtung 29 differenziert einen Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung 25, um eine in 10 gezeigte Wellenform dVge/dt bereitzustellen. Die Vergleichseinrichtung 27 vergleicht den Ausgang der Differenzierungseinrichtung 29 mit einer Referenzspannung Vref3 der Referenzspannungsquelle 26. Wenn der Ableitungswert dVge/dt der Gate-Emitter- Spannung Vge niedriger ist als die Referenzspannung Vref3, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab; ist der Ableitungswert dVge/dt der Gate-Emitter-Spannung Vge höher als die Referenzspannung Vref3, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. Dabei ist die Gate-Emitter-Spannung Vge in der ersten Periode fast konstant, wodurch der Ableitungswert dVge/dt der Gate-Emitter-Spannung Vge fast 0 wird. In der zweiten Periode sinkt die Gate-Emitter-Spannung Vge einer Zeitkonstante entsprechend zu 0 hin, die durch einen Gatewiderstand 9 und die Kapazität des Gate-Emitter-Kondensators des IGBTs 1 bestimmt ist, wodurch der Ableitungswert dVge/dt der Gate-Emitter-Spannung Vge einen negativen Wert hat. Deshalb erfolgt, wenn die Referenzspannung Vref3 richtig eingestellt ist, wenn die erste Periode, in welcher die Gate-Emitter-Spannung Vge fast konstant wird, zu Ende geht und in die zweite Periode, in welcher die Gate-Emitter-Spannung Vge auf 0 zu sinken beginnt, eingetreten wird, der Übergang des Signals vom Tief- zum Hochpegelzustand. Dieser Vorgang kann das Signal bereitstellen, das in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, auf Tiefpegel ist, und in der zweiten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, auf Hochpegel ist, wie in 10A gezeigt ist.
Die 12B und 12C zeigen weitere Auslegungsbeispiele der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs. In 12B besteht die Spannungserfassungseinrichtung 25 aus Widerständen 25a und 25b zum Teilen und Erfassen der Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1. Ein Ausgang der Spannungserfassungseinrichtung 25 wird von einer Differenzierschaltung 29 differenziert, die aus einem Operationsverstärker 29a, einem Kondensator 29b und einem Widerstand 29c besteht. Eine Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Differenzierschaltung 29 mit der Spannung der Referenzspannungsquelle 26. Wenn der Ableitungswert dVge/dt der Gate-Emitter-Spannung Vge niedriger ist als die Referenzspannung Vref3, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab; ist der Ableitungswert dVge/dt der Gate-Emitter-Spannung Vge höher ist als die Referenzspannung Vref3, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab. In 12C besteht die Spannungserfassungseinrichtung 25 aus den Widerständen 25a und 25b zum Teilen und Erfassen der Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1. Die erfasste Spannung wird über einen Kondensator 29d in eine Basis eines Transistors 27 eingegeben. Ein Vorstrom wird dazu gebracht, aus einer Stromquelle 29f über einen Widerstand 29e in die Basis des Transistors 27 zu fließen. Somit wird, wenn der Lade-/Entladestrom des Kondensators 29d, der proportional zum Ableitungswert der erfassten Spannung fließt, größer ist als der Vorstrom, der Transistor 27 abgeschaltet und gibt somit ein Hochpegelsignal ab. Ist der Lade-/Entladestrom des Kondensators 29d kleiner als der Vorstrom, wird der Transistor 27 eingeschaltet und gibt somit ein Tiefpegelsignal ab. Der Vorgang in 12B und 12C ist im Grunde derselbe wie der in 12A und wird nicht im Einzelnen erörtert.
Neunte Ausführungsform
Die 13A und 13C zeigen Auslegungen einer Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in einer neunten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 28 eine Stromfassungseinrichtung, 26 ist eine Referenzspannungsquelle, 27 ist eine Vergleichseinrichtung und 29 ist eine Differenzierungseinrichtung. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der Halbleiterbauelementtreiberschaltung aus dem Stand der Technik von 18 bzw. denjenigen der ersten Ausführungsform von 1 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb mit Bezug auf die 13A und 10 erörtert. 10 zeigt Spannungs- und Stromwellenformen, wenn ein IGBT 1 abgeschaltet wird. Bei der neunten Ausführungsform konzentriert sich die Aufmerksamkeit auf die Änderungsrate des Gatestroms Ig (Absolutwert). Die Wellenform des Gatestroms Ig ist dieselbe wie in der ersten Ausführungsform und wird nicht im Einzelnen erörtert. Die Stromerfassungseinrichtung 28 ist in 10 mit dem Gate des IGBTs 1 in Reihe geschaltet, um den Gatestrom Ig zu erfassen. Die Differenzierungseinrichtung 28 differenziert einen Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 28, um eine in 10 gezeigte Wellenform dIg/dt bereitzustellen. Die Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Differenzierungseinrichtung 29 mit einer Referenzspannung Vref4 der Referenzspannungsquelle 26. Wenn der Ableitungswert dIg/dt des Gatestroms Ig niedriger ist als die Referenzspannung Vref4, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab; ist der Ableitungswert dIg/dt des Gatestroms Ig höher als die Referenzspannung Vref4, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab. Dabei ist der Gatestrom Ig in der ersten Periode fast konstant, wodurch der Ableitungswert dIg/dt des Gatestroms Ig fast 0 wird. In der zweiten Periode sinkt der Gatestrom Ig einer Zeitkonstante entsprechend zu 0 hin, die durch einen Gatewiderstand 9 und die Kapazität des Gate-Emitter-Kondensators des IGBTs 1 bestimmt ist, wodurch der Ableitungswert dIg/dt des Gatestroms Ig einen negativen Wert hat. Deshalb erfolgt, wenn die Referenzspannung Vref4 richtig eingestellt ist, wenn die erste Periode, in welcher der Gatestrom Ig fast konstant wird, zu Ende geht und in die zweite Periode, in welcher der Gatestrom Ig auf 0 zu sinken beginnt, eingetreten wird, der Übergang des Signals vom Tief- zum Hochpegelzustand. Dieser Vorgang kann das Signal bereitstellen, das in der ersten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, auf Tiefpegel ist, und in der zweiten Periode, in welcher die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, auf Hochpegel ist, wie in 10 gezeigt ist.
Die 13B und 13C zeigen weitere Auslegungsbeispiele der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs. In 13B besteht die Stromerfassungseinrichtung 28 aus einem Erfassungswiderstand 28a und einem Differentialverstärker, der aus einem Operationsverstärker 28b und Widerständen 28c bis 28f besteht. Ein Ausgang der Stromerfassungseinrichtung 28 wird von einer Differenzierungseinrichtung 29 differenziert, die aus einem Operationsverstärker 29a, einem Kondensator 29b und einem Widerstand 29c besteht. Eine Vergleichseinrichtung 27 vergleicht einen Ausgang der Differenzierungseinrichtung 29 mit der Spannung der Referenzspannungsquelle 26. Ist die Änderungsrate des Gatestroms Ig geringer als die Referenzspannung Vref4, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab; ist die Änderungsrate des Gatestroms Ig höher als die Referenzspannung Vref4, gibt die Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab. In 13C besteht die Stromerfassungseinrichtung 28 aus einem Erfassungswiderstand 28a, und die Vergleichseinrichtung 27 besteht aus Transistoren 27a und 27b, Gleichstromquellen 27c und 27d, und einem Widerstand 27e. Ein Ausgang des Stromerfassungswiderstands 28a ist über einen Kondensator 29d an eine Basis des Transistors 27a angeschlossen, und es entsteht ein geschlossener Kreis, der aus dem Stromerfassungswiderstand 28a, dem Widerstand 29e und der Referenzspannungsquelle 26 besteht. Auf diese Weise wird der Gatestromableitungswert in die Basis des Transistors 27a eingegeben. Die Referenzspannungsquelle 26 ist an eine Basis des Transistors 27b angeschlossen. Somit wird, wenn der Ableitungswert der erfassten Spannung höher ist als die Referenzspannung Vref4, der Transistor 27b abgeschaltet, wodurch ein Hochpegelsignal abgegeben wird. Ist der Ableitungswert der erfassten Spannung niedriger als die Referenzspannung Vref4, wird der Transistor 27 eingeschaltet, wodurch ein Tiefpegelsignal abgegeben wird. Der Vorgang in den 13B und 13C ist im Grunde derselbe wie der in 13A und wird nicht im Einzelnen erörtert.
Zehnte Ausführungsform
14 zeigt die Auslegung einer zehnten Ausführungsform der Erfindung. Die zehnte Ausführungsform umfasst die zweite Ausführungsform von 5B und die sechste Ausführungsform von 9B in Kombination. In 14 sind die Bezugszeichen 5a und 5b Transistoren, die eine Ein-/Ausschalteinrichtung 5 bilden. Bezugszeichen 11a ist ein Transistor und 11b ist eine Diode, die ein Schaltteil einer Schalteinrichtung 11 bilden. Bezugszeichen 11c ist ein Transistor, 11d ist ein Transistor, 11e ist eine Stromquelle und 11f ist ein Transistor, welche ein Steuerteil des Schalters der Schalteinrichtung 11 bilden. Das Steuerteil des Schalters der Schalteinrichtung 11 bildet eine Logikumkehrschaltung, um die Logik zwischen einem Ausgang der Erfassungseinrichtung 14 für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs und einen Eingang des Schaltteils der Schalteinrichtung 11 einander anzupassen. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der zweiten Ausführungsform von 5B und denjenigen der sechsten Ausführungsform von 9B und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb erläutert. Beim Schalten gibt die Signalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ab, der Transistor 5a wird eingeschaltet und der Transistor 5b abgeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 über einen zweiten Gate-Transistor 10 an ein Gate eines IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 einschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal abgibt, der Transistor 5a abgeschaltet und der Transistor 5b eingeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromsperrspannungsquelle 3 über den zweiten Gatewiderstand 10 oder eines sich aus dem zweiten Gatewiderstand 10 und einem Register 9a ergebenden Widerstands an ein Gate des IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 abgeschaltet wird. Dabei ist in der ersten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben, der Erfassungswert der von den Widerständen 25a und 25b geteilten und erfassten Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1 höher als die Spannung einer Referenzspannungsquelle 26, und somit gibt eine Vergleichseinrichtung 27 ein Tiefpegelsignal ab. Auf diese Weise wird der Transistor 11c abgeschaltet, wodurch ein Strom dazu gebracht wird, aus der Stromquelle 11e über den Widerstand 11f in eine Basis des Transistors 11a zu fließen, wodurch der Transistor 11a eingeschaltet wird. Deshalb wird der sich aus dem zweiten Gatewiderstand 10 und dem Register 9a ergebende Widerstand als Gatewiderstand verwendet. In der zweiten Periode, in der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, ist, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben, der Erfassungswert der von den Widerständen 25a und 25b geteilten und erfassten Gate-Emitter-Spannung Vge niedriger als die Spannung der Referenzspannungsquelle 26, und somit gibt eine Vergleichseinrichtung 27 ein Hochpegelsignal ab. Auf diese Weise wird der Transistor 11c eingeschaltet, wodurch die Stromversorgung der Basis des Transistors 11a unterbrochen und der Transistor 11a abgeschaltet wird. Deshalb wird nur der zweite Gatewiderstand 10 als Gatewiderstand verwendet. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der zehnten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Wir haben die zehnte Ausführungsform erläutert, die dadurch bereitgestellt wird, dass die zweite und sechste Ausführungsform kombiniert wird. Wie aus der Beschreibung der ersten bis neunten Ausführungsform hervorgeht, sind die erste bis fünfte und die sechste bis neunte Ausführungsform von der Funktion her äquivalent. Somit kann jede der ersten bis fünften Ausführungsform und jede der sechsten bis neunten Ausführungsform in Kombination verwendet werden, um den Arbeitsablauf entsprechend demjenigen der zehnten Ausführungsform als Kombination von zweiter und sechster Ausführungsform durchzuführen. Der Betrieb jedes Paars von Ausführungsformen wird nicht erläutert.
Elfte Ausführungsform
15 zeigt die Auslegung einer elften Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist Bezugszeichen 11g eine Zenerdiode und 11h eine Diode. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der zehnten Ausführungsform von 14 und werden deshalb nicht noch einmal erörtert.
Als Nächstes wird der Betrieb erläutert. Beim Schalten gibt die Signalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ab, ein Transistor 5a wird eingeschaltet und ein Transistor 5b abgeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 über einen zweiten Gate-Transistor 10 an ein Gate eines IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 einschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 5 ein Sperrsignal abgibt, der Transistor 5a abgeschaltet und der Transistor 5b eingeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromsperrspannungsquelle 3 über den zweiten Gatewiderstand 10 oder eines sich aus dem zweiten Gatewiderstand 10 und einem Register 9a ergebenden Widerstands an ein Gate des IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 abgeschaltet wird. Dabei wird in der ersten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben, die Zenerspannung so eingestellt, dass die Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1 die Zenerspannung der Zenerdiode 11g überschreitet. Dabei wird die Zenerdiode 11g eingeschaltet, und der sich aus dem Register 9a und dem zweiten Gatewiderstand 10 ergebende Widerstand wird als Gatewiderstand verwendet. In der zweiten Periode, in der die Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, wie in der sechsten Ausführungsform beschrieben, überschreitet die Gate-Emitter-Spannung Vge des IGBTs 1 die Zenerspannung der Zenerdiode 11g nicht, wodurch die Zenerdiode 11g abgeschaltet wird. Deshalb wird nur der zweite Gatewiderstand 10 als Gatewiderstand verwendet. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der elften Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, mit dem niederspannungsseitigen Gatewiderstand schnell ansteuern, und den IGBT 1 mit dem hochspannungsseitigen Gatewiderstand langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Zwölfte Ausführungsform
16 zeigt die Auslegung einer zwölften Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist die Bezugszahl 9 ein erster Gatewiderstand und 10a ist ein in Reihe geschalteter Widerstand zur Bereitstellung eines Widerstandswerts, der einem zweiten Gatewiderstand 10 entspricht. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der siebten Ausführungsform von 11D und denjenigen der zehnten Ausführungsform von 14 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb erläutert. Beim Schalten gibt die Signalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ab, ein Transistor 5a wird eingeschaltet und ein Transistor 5b abgeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 über einen sich aus dem ersten Gatewiderstand 9 und dem Widerstand 10a ergebenden Widerstand an ein Gate eines IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 einschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal abgibt, der Transistor 5a abgeschaltet und der Transistor 5b eingeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromsperrspannungsquelle 3 über den ersten Gatewiderstand 9 oder den sich aus dem ersten Gatewiderstand 9 und dem Register 10a ergebenden Widerstand an ein Gate des IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 abgeschaltet wird. Dabei wird in der ersten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, wie in der siebten Ausführungsform beschrieben, die Zenerspannung so eingestellt, dass ein im Widerstand 10a, der auch zum Erfassen des Gatestroms Ig des IGBTs 1 dient, auftretender Spannungsabfall die Zenerspannung einer Zenerdiode 26a überschreitet. Dabei wird die Zenerdiode 26a eingeschaltet, somit auch ein Transistor 27, und nur der erste Gatewiderstand 9 wird als Gatewiderstand verwendet. In der zweiten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic abrupt ist, überschreitet, wie in der siebten Ausführungsform beschrieben, ein Spannungsabfall, der im Widerstand 10a auftritt, der auch dazu dient, den Gatestrom Ig des IGBTs 1 zu erfassen, die Zenerspannung der Zenerdiode 26a nicht, und somit wird die Zenerdiode 26a abgeschaltet. Deshalb wird auch der Transistor 27 abgeschaltet und der sich aus dem ersten Gatewiderstand 9 und dem Register 10a ergebende Reihenwiderstand als Gatewiderstand verwendet. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der zwölften Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, mit dem niederspannungsseitigen Gatewiderstand schnell ansteuern, und den IGBT 1 mit dem hochspannungsseitigen Gatewiderstand langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Dreizehnte Ausführungsform
17 zeigt die Auslegung einer dreizehnten Ausführungsform der Erfindung. In der Figur ist das Bezugszeichen 27a ein Transistor, und 27b ist eine Diode. Die anderen Schaltungsteile sind identisch zu denjenigen der siebten Ausführungsform von 11D und denjenigen der zwölften Ausführungsform von 6 und werden deshalb nicht noch einmal erläutert.
Als Nächstes wird der Betrieb erläutert. Beim Schalten gibt die Signalerzeugungseinrichtung 4 ein Durchlasssignal ab, ein Transistor 5a wird eingeschaltet und ein Transistor 5b abgeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromdurchlassspannungsquelle 2 über einen sich aus einem ersten Gatewiderstand 9, einem Widerstand 10a und einem Stromerfassungswiderstand 28a ergebenden Widerstand an ein Gate eines IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 einschaltet. Als Nächstes wird, wenn die Schaltsignalerzeugungseinrichtung 4 ein Sperrsignal abgibt, der Transistor 5a abgeschaltet und der Transistor 5b eingeschaltet, um eine Spannung einer Gleichstromsperrspannungsquelle 3 über den ersten Gatewiderstand 9 oder den sich aus dem ersten Gatewiderstand 9, dem Register 10a und dem Stromerfassungswiderstand 28a ergebenden Widerstand an ein Gate des IGBTs 1 anzulegen, wodurch der IGBT 1 abgeschaltet wird. Dabei wird in der ersten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstroms Ic gemäßigt ist, wie in der siebten Ausführungsform beschrieben, der Stromerfassungswiderstand 28a so eingestellt, dass ein Spannungsabfall, der im Stromerfassungswiderstand 28a zum Erfassen eines Gatestroms Ig des IGBTs 1 auftritt, die Summenspannung der Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 27a und die Vorwärtsspannung der Diode 27b überschreitet. Dabei wird der Transistor 27a eingeschaltet und nur der erste Gatewiderstand 9 als Gatewiderstand verwendet. In der zweiten Periode, in der eine Veränderung des Kollektorstrom Ic abrupt ist, wie in der siebten Ausführungsform beschrieben, überschreitet ein Spannungsabfall, der im Stromerfassungswiderstand 28a zum Erfassen des Gatestroms Ig des IGBTs 1 auftritt, die Summenspannung der Basis-Emitter-Schwellenspannung des Transistors 27a und die Vorwärtsspannung der Diode 27b nicht, wodurch der Transistor 27a abgeschaltet wird. Deshalb wird der sich aus dem ersten Gatewiderstand 9, dem Register 10a und dem Stromerfassungswiderstand 28a ergebende Widerstand als Gatewiderstand verwendet. Im Ergebnis kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung der dreizehnten Ausführungsform den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, mit dem niederspannungsseitigen Gatewiderstand schnell ansteuern, und den IGBT 1 mit dem hochspannungsseitigen Gatewiderstand langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken.
Wie wir erörtert haben, ist erfindungsgemäß eine Halbleiterbauelementtreiberschaltung an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors angeschlossen, um den Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung zu steuern, wobei die Halbleiterbauelementtreiberschaltung erste Ansteuerungseinrichtungen umfasst, um den Isolierschichtbipolartransistor anzusteuern, eine zweite Ansteuerungseinrichtung, um den Isolierschichtbipolartransistor mit einer niedrigeren Geschwindigkeit anzusteuern als die ersten Ansteuerungseinrichtungen, eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung zum Abgeben eines Signals an die erste und die zweite Ansteuerungseinrichtung, eine Schalteinrichtung zum Schalten des Ausgangs der ersten Ansteuerungseinrichtung und des Ausgangs der zweiten Ansteuerungseinrichtung zur Abgabe an die Steuerelektrode, und eine Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangszeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Veränderung abrupt ist, wenn eine Spannung der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen. Die Schalteinrichtung wird so betrieben, dass die erste Ansteuerungseinrichtung in der ersten Periode und die zweite Ansteuerungseinrichtung in der zweiten Periode im Ansprechen auf einen Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verwendet wird. Deshalb kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung den IGBT 1, um den Schaltverlust P in der ersten Periode, die nicht am Spannungsstoß beteiligt ist, zu senken, schnell ansteuern, und den IGBT 1 langsam ansteuern, um den Spannungsstoß in der zweiten Periode, die am Spannungsstoß beteiligt ist, zu unterdrücken. Auf diese Weise ermöglicht die Halbleiterbauelementtreiberschaltung sowohl die Unterdrückung des Spannungsstoßes als auch eine Senkung des Schaltverlustes. Da der Betrieb nicht von den Eigenschaften des IGBTs 1 abhängt, kann die Halbleiterbauelementtreiberschaltung auf jeden IGBT angewandt werden.

Claims

Treiberschaltung, die an eine Steuerelektrode eines Isolierschichtbipolartransistors (1) angeschlossen ist, um den Durchlasszustand zwischen Hauptelektroden im Ansprechen auf eine an die Steuerelektrode angelegte Spannung (Vge) zu steuern, wobei die Schaltung umfasst: Ansteuerungseinrichtungen (12, 13), die in der Lage sind, den Isolierschichtbipolartransistor (1) mit einer höheren und einer niedrigeren Ansteuergeschwindigkeit anzusteuern, wobei der Ausgang der Ansteuerungseinrichtungen an die Steuerelektrode zum Steuern des Durchlasszustands abgegeben wird; eine Erfassungseinrichtung (14) für einen Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs zum Erfassen eines Stromrückgangszeitpunkts, wenn ein Übergang von einer ersten Periode, bei der eine Veränderung eines in die Hauptelektroden fließenden Stroms gemäßigt ist, zu einer zweiten Periode stattfindet, bei der eine Stromveränderung abrupt ist, wenn die Spannung (Vge) der Steuerelektrode gesenkt ist, um einen Übergang vom Durchlasszustand zu einem Nichtdurchlasszustand zwischen den Hauptelektroden stattfinden zu lassen; und die Ansteuerungseinrichtungen (12, 13) im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung (14) für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs in der ersten Periode mit einer höheren Ansteuergeschwindigkeit ausgeben, während sie in der zweiten Periode mit einer niedrigeren Ansteuergeschwindigkeit ausgeben, bei der die Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs umfasst: eine Einrichtung (25) zum Erfassen einer Steuerspannung oder eines Steuerstroms der Steuerelektrode des Isolierschichtbipolartransistors, eine Referenzspannungsquelle (26), und eine Einrichtung (27) zum Vergleichen eines Ausgangs der Erfassungseinrichtung (25) mit einem Ausgang der Referenzspannungsquelle (26).
Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Ansteuerungseinrichtung umfasst: eine erste Ansteuerungseinrichtung (12) zum Ansteuern des Isolierschichtbipolartransistors (1); eine zweite Ansteuerungseinrichtung (13) zum Ansteuern des Isolierschichtbipolartransistors (1) mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als die erste Ansteuerungseinrichtung; eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung (4) zum Abgeben eines Signals an die erste Ansteuerungseinrichtung (12) und die zweite Ansteuerungseinrichtung (13); und eine Schalteinrichtung (11) zum Schalten des Ausgangs der ersten Ansteuerungseinrichtung (12) und des Ausgangs der zweiten Ansteuerungseinrichtung (13) zur Abgabe an die Steuerelektrode; und die Schalteinrichtung (11) so betrieben wird, dass die erste Ansteuerungseinrichtung (12) in der ersten Periode und die zweite Ansteuerungseinrichtung (13) in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung (14) für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs benutzt wird.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Ansteuerungseinrichtung (12) umfasst: eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle (2) zur Abgabe einer Durchlassspannung an die Steuerelektrode; eine Gleichstromsperrspannungsquelle (3) zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode; eine Ein-/Ausschalteinrichtung (5) zum Schalten der Gleichstromdurchlassspannungsquelle (2) und der Gleichstromsperrspannungsquelle (3); eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung (4) zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschaltvorrichtung (5); einen ersten Gatewiderstand (9), der an die Ein-/Ausschaltvorrichtung (5) angeschlossenen ist; einen zweiten Gatewiderstand (10), der an die Ein-/Ausschaltvorrichtung (5) angeschlossenen ist und einen Widerstandswert aufweist, der größer ist als der des ersten Gatewiderstands; und eine Schalteinrichtung (11) zum Aufschalten des ersten Gatewiderstands (9) und des zweiten Gatewiderstands (10) auf die Steuerelektrode; und die Schalteinrichtung (11) so betrieben wird, dass der erste Gatewiderstand in der ersten Periode und der zweite Gatewiderstand in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs benutzt wird.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Ansteuerungseinrichtung umfasst: eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle (2) zur Abgabe einer Durchlassspannung an die Steuerelektrode; eine erste Gleichstromsperrspannungsquelle (3a) zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode; eine zweite Gleichstromsperrspannungsquelle (3b) zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode, und die eine Spannung aufweist, die geringer ist als die der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle; eine Schalteinrichtung (11) zum Schalten der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle und der zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle; eine Ein-/Ausschalteinrichtung (5) zum Schalten der Gleichstromdurchlassspannungsquelle und des Ausgangs der Schalteinrichtung (11); eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung (4) zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschaltvorrichtung (5); und einen Gatewiderstand (9), der zwischen der Ein-/Ausschaltvorrichtung und der Steuerelektrode angeschlossen ist; und die Schalteinrichtung (11) so betrieben wird, dass die erste Gleichstromsperrspannungsquelle (3a) in der ersten Periode und die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle (3b) in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung (14) für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs benutzt wird.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Ansteuerungseinrichtung umfasst: eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle (2), um einen Strom in die Steuerelektrode fließen zu lassen; eine erste Gleichstromsperrspannungsquelle (3a), um einen Strom aus der Steuerelektrode abzuziehen; eine zweite Gleichstromsperrspannungsquelle (3b), um einen Strom aus der Steuerelektrode abzuziehen, und die einen Stromwert aufweist, der geringer ist als der der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle; eine Schalteinrichtung (11) zum Schalten der ersten Gleichstromsperrspannungsquelle (3a) und der zweiten Gleichstromsperrspannungsquelle (3b); eine Ein-/Ausschalteinrichtung (5) zum Schalten des Ausgangs der Gleichstromdurchlassspannungsquelle und des Ausgangs der Schalteinrichtung; eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung (4) zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschaltvorrichtung (5); und die Schalteinrichtung (11) so betrieben wird, dass die erste Gleichstromsperrspannungsquelle (3a) in der ersten Periode und die zweite Gleichstromsperrspannungsquelle (3b) in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung (14) für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs benutzt wird.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, wobei die Ansteuerungseinrichtung umfasst: eine Gleichstromdurchlassspannungsquelle (2) zur Abgabe einer Durchlassspannung an die Steuerelektrode; eine Gleichstromsperrspannungsquelle (3) zur Abgabe einer Sperrspannung an die Steuerelektrode; eine Ein-/Ausschalteinrichtung (5) zum Schalten der Gleichstromdurchlassspannungsquelle (2) und der Gleichstromsperrspannungsquelle (3); eine Schaltsignalerzeugungseinrichtung (4) zur Abgabe eines Signals an die Ein-/Ausschaltvorrichtung (5); einen Gatewiderstand (9), der an die Ein-/Ausschalteinrichtung (5) und die Steuerelektrode angeschlossen ist; eine Schalteinrichtung (11), die an die Steuerelektrode angeschlossen ist; einen Kondensator (23), der zwischen der Schalteinrichtung (11) und einem Ende der Hauptelektrode angeschlossen ist; und eine Spannungseinstellungseinrichtung (30), die mit der Schalteinrichtung parallelgeschaltet ist; und die Schalteinrichtung (11) so betrieben wird, dass die Steuerelektrode und der Kondensator (23) in der zweiten Periode im Ansprechen auf den Ausgang der Erfassungseinrichtung (14) für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs verbunden werden.
Treiberschaltung nach Anspruch 1, bei der die Erfassungseinrichtung (14) für den Beginnzeitpunkt eines Stromrückgangs darüber hinaus umfasst: eine Einrichtung (29) zum Differenzieren des Ausgangs der Erfassungseinrichtung (25), und die Vergleichseinrichtung (27) den Ausgang der Differenzierungseinrichtung (29) mit dem Ausgang der Referenzspannungsquelle (26) vergleicht.