JP6733825B2 - パワーモジュール、逆導通igbt、及びドライブ回路 - Google Patents
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Description
IGBTと還流ダイオードとが同一チップ内に形成されたパワー半導体チップと、
前記パワー半導体チップに接続され、前記IGBTをオン・オフ駆動するドライブ回路と、
を備え、
前記パワー半導体チップと前記ドライブ回路とをパッケージ化したパワーモジュールであって、
前記IGBTのエミッタと前記ドライブ回路のグランドとの間に直列に配置されたコンデンサ及びスイッチ素子をさらに備え、
前記スイッチ素子は、前記ドライブ回路が前記IGBTをターンオフスイッチング動作させる場合に前記エミッタと前記グランドとの間を導通させて、前記還流ダイオードに流れる順方向電流の変化を抑制することを特徴とする。
前記逆導通IGBTをターンオフスイッチング動作させる場合に前記逆導通IGBTのエミッタとグランドとの間を導通させるスイッチ素子を備えたドライブ回路に接続され、
さらに、前記エミッタと前記スイッチ素子との間に直列に配置されたコンデンサを備える、
ことを特徴とする。
前記IGBTをターンオフスイッチング動作させる場合に前記IGBTのエミッタとグランドとの間を導通させるスイッチ素子と、
前記エミッタと前記スイッチ素子との間に直列に配置されたコンデンサと、
を備えたことを特徴とする。
つまり、逆導通IGBTをターンオフさせるとき、ゲート電位が所定の値まで低下するまでは、一定の大きさの電流(過剰キャリアの残存)が還流ダイオードに流れ続けることがわかる。これが瞬時起電力の上昇の一因なので、この瞬時起電力の上昇を抑えることができれば、逆導通IGBTのターンオフスイッチング動作時のノイズを抑制し、ひいては、逆導通IGBTの制御性を向上させることができる。
e=IR (1)
e=Ldi/dt (2)
e=(1/C)∫idt(3)
ここで、Iは電流であり、Rは配線抵抗であり、Lは配線インダクタンスであり、Cは配線容量である。
図2に示すように、本発明の実施の形態に係るパワーモジュール1は、ドライブ回路2と、パワー半導体チップ3と、を備える。なお、図中のL、C、Rは、配線に寄生(parasitic)する成分を例として示すものである。本実施形態では、一例として、後述するIGBT31のゲートにつながる配線におけるL、C、R寄生成分prs1、エミッタにつながる配線におけるL、C、R寄生成分Prs2乃至Prs4、及びエミッタから後述する還流ダイオード32につながる配線におけるL、C、R寄生成分Prs5、Prs6について着目している。
例えば、パワーモジュール1は、IPM(Intelligent Power Module)であり、ドライブ回路2と、パワー半導体チップ3とが銅(Cu)等のワイヤによって接続され、樹脂によって封止されて一つのモジュールにパッケージ化されている。
IGBT31は、例えば、トレンチゲート構造で電流が基板の縦方向に流れる縦型のIGBTである。
還流ダイオード32は、IGBT31をターンオフする際にIGBT31のエミッタ側の過剰キャリアをIGBT31のコレクタ側に還流する。還流ダイオード32も、IGBT31と同一のチップ内で形成されているので、トレンチ構造を採用している。IGBT31と同様に、還流ダイオード32もトレンチ構造で形成することで、例えば、耐圧低下といった問題を回避している。
次に、以上のような構成を採用するパワーモジュール1の動作について、図2及び図3を参照して説明する。本発明は、特に、IGBT31をターンオフスイッチングさせるときの動作に特徴があるため、IGBT31をターンオフスイッチングさせるときの動作について以下に説明する。
IGBT31をターンオフスイッチングさせるとき、駆動信号入力端子CTを介して入力された駆動信号INに基づき、第1のMOSFET21をオフする。これにより、電源VccとIGBT31のゲートとの間が非導通状態となり、電源VccからIGBT31のゲートに印加される電圧の供給が停止する。また、駆動信号INに基づいて第2のMOSFET22をオンする。これにより、ドライブ回路2のグランドとIGBT31のゲートとの間が導通し、ゲートの電荷が引き抜かれ、IGBT31がターンオフスイッチング動作を行う。
2 ドライブ回路
3 パワー半導体チップ
21−23 MOSFET
31 IGBT
32 還流ダイオード
CT 駆動信号入力端子
Vcc 電源
CP コンデンサ
Prs1乃至Prs6 L、C、R寄生成分
Claims (7)
- IGBTと還流ダイオードとが同一チップ内に形成されたパワー半導体チップと、
前記パワー半導体チップに接続され、前記IGBTをオン・オフ駆動するドライブ回路と、
を備え、
前記パワー半導体チップと前記ドライブ回路とをパッケージ化したパワーモジュールであって、
前記IGBTのエミッタと前記ドライブ回路のグランドとの間に直列に配置されたコンデンサ及びスイッチ素子をさらに備え、
前記スイッチ素子は、前記ドライブ回路が前記IGBTをターンオフスイッチング動作させる場合に前記エミッタと前記グランドとの間を導通させて、前記還流ダイオードに流れる順方向電流の変化を抑制することを特徴とするパワーモジュール。 - 前記スイッチ素子は、MOSFETであることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記IGBTは、トレンチゲート構造を採用する縦型のIGBTであることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記コンデンサは、前記ドライブ回路内に形成されることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 前記コンデンサは前記パワー半導体チップ内に形成されることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
- 還流ダイオードが同一チップ内に形成され、IGBTおよび前記還流ダイオード共にトレンチゲート構造を有する逆導通IGBTであって、
前記逆導通IGBTをターンオフスイッチング動作させる場合に前記逆導通IGBTのエミッタとグランドとの間を導通させるスイッチ素子を備えたドライブ回路に接続され、
さらに、前記エミッタと前記スイッチ素子との間に直列に配置されたコンデンサを備える、
ことを特徴とする逆導通IGBT。 - IGBTと還流ダイオードとが同一チップ内に形成され、前記IGBTおよび前記還流ダイオード共にトレンチゲート構造を有するパワー半導体チップをオン・オフ駆動するドライブ回路であって、
前記IGBTをターンオフスイッチング動作させる場合に前記IGBTのエミッタとグランドとの間を導通させるスイッチ素子と、
前記エミッタと前記スイッチ素子との間に直列に配置されたコンデンサと、
を備えたことを特徴とするドライブ回路。
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