專利名稱：電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)、MOSGTO (金屬氧化物門極可關(guān) 斷晶閘管)或類似物是所謂的電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件，其能通過施加 到絕緣柵上的電壓控制電流，且廣泛用于具有電流驅(qū)動(dòng)型的雙極型晶
體管的電源或反相器。
近來(lái)，其被大量使用在混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)的反相器中。 隨著混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的多樣化，提供了各種具有不同輸出電流值的
反相器。
通常地，驅(qū)動(dòng)具有小容量的反相器的晶體管的能量小，而驅(qū)動(dòng)具 有大容量的反相器的晶體管的能量大。
作為構(gòu)成IGBT的反相器的驅(qū)動(dòng)裝置，使用電流放大型的直接驅(qū)動(dòng) 型驅(qū)動(dòng)裝置(見日本專利公開公報(bào)2001-223571)或者間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置。
對(duì)于具有小容量的IGBT的反相器，可以使用直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置 或間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置。然而，對(duì)于具有大容量的IGBT,經(jīng)常4吏用間 接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置，而很少使用直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置。那是因?yàn)橥ㄟ^在芯片中建造具有大能量的晶體管會(huì)使構(gòu)造成為IC 芯片的驅(qū)動(dòng)裝置的尺寸變大，因而增加成本。還因?yàn)橛糜诖箅娏鞯木?體管的放熱性也大，所以散熱困難。
作為直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置，通常地，將MOS晶體管作為開關(guān)元件 的驅(qū)動(dòng)裝置，諸如圖6中所示的直接驅(qū)動(dòng)1的驅(qū)動(dòng)裝置，或者雙極型 晶體管作為開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)裝置，諸如圖7中所示的直接驅(qū)動(dòng)2的驅(qū)
動(dòng)裝置。
通常地，作為間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置使用的是具有作為開關(guān)元件 的MOS晶體管和作為是外部部件的用于電流》丈大的開關(guān)元件的雙扨_ 型晶體管的所述驅(qū)動(dòng)裝置，諸如圖8中所示的間接驅(qū)動(dòng)1的驅(qū)動(dòng)裝置； 具有作為開關(guān)元件的雙極型晶體管和作為是外部部件的用于電流放大 的開關(guān)元件的雙極型晶體管的所述驅(qū)動(dòng)裝置，諸如圖9中所示的間接 驅(qū)動(dòng)2的驅(qū)動(dòng)裝置；具有兩個(gè)串聯(lián)連接的外部反相器的所述驅(qū)動(dòng)裝置， 每個(gè)反相器由MOS晶體管構(gòu)成以放大電流，諸如圖10中所示的間4妄 驅(qū)動(dòng)3的驅(qū)動(dòng)裝置；或者具有一個(gè)外部反相器的所述驅(qū)動(dòng)裝置，所述 反相器由MOS晶體管構(gòu)成以放大電流，諸如圖11中所示的間接驅(qū)動(dòng) 4的驅(qū)動(dòng)裝置。

發(fā)明內(nèi)容
然而，關(guān)于上述驅(qū)動(dòng)裝置，使用雙極型晶體管作為開關(guān)元件的直 接驅(qū)動(dòng)2、間接驅(qū)動(dòng)1和間接驅(qū)動(dòng)2的每個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置高速驅(qū)動(dòng)IGBT的 能力差，并且驅(qū)動(dòng)裝置中的開關(guān)元件的放熱性大。
那是因?yàn)殡p極型晶體管的瞬時(shí)峰值電流供應(yīng)能力劣于MOS晶體 管的瞬時(shí)峰值電流供應(yīng)能力，所以雙極型晶體管的高速驅(qū)動(dòng)能力處于
劣勢(shì)。還因?yàn)殡p極型晶體管是電流驅(qū)動(dòng)裝置而MOS晶體管是電壓驅(qū)動(dòng) 裝置，且有必要持續(xù)施加用于驅(qū)動(dòng)雙極型晶體管的基極電流，由此與
MOS晶體管相比所述放熱性大。
此外，雙極型晶體管的正向偏置電壓Vbe具有大的溫度特性(例 如，-2mV/°C )，所以柵極電壓的溫度特性也大，由此柵極電壓的準(zhǔn)確 性可能差。例如，如果柵極電壓向下變化，IGBT的損失增大且電流密 度降低。相反，如果柵極電壓向上變化，IGBT的短路能力降低。
關(guān)于間接驅(qū)動(dòng)3的驅(qū)動(dòng)裝置，在輸入或輸出情況下反相器的邏輯 是相反的，所以將兩個(gè)反相器串聯(lián)連接，并且有必要在高電位側(cè)的MOS 晶體管和低電位側(cè)的MOS晶體管之間提供阻抗，以防止直通電流，由
此部件的數(shù)量增加。
另一方面，直接驅(qū)動(dòng)1或者間接驅(qū)動(dòng)4的驅(qū)動(dòng)裝置的特性極好， 諸如高速驅(qū)動(dòng)能力、部件數(shù)量、放熱特性和溫度特性。
按照慣例，具有小容量的IGBT由直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)，而 具有大容量的IGBT由間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)驅(qū)動(dòng)。從而，有必要完成 相應(yīng)于混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的規(guī)格的各種直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置和間接驅(qū) 動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置，由此必要的驅(qū)動(dòng)裝置的種類數(shù)量增加。
因而，本發(fā)明提供一種電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，其包 括一個(gè)既具有直接驅(qū)動(dòng)1的驅(qū)動(dòng)裝置的功能又具有間接驅(qū)動(dòng)4的驅(qū)動(dòng) 裝置的功能的IC芯片，其上述特性極好，并且小和^f更宜。
解決上述問題的電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置具有以下特征。
即，根據(jù)本發(fā)明的電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置包括高電 位側(cè)開關(guān)元件組，其具有多個(gè)開關(guān)元件，每個(gè)所述開關(guān)元件的一端連 接到高電位側(cè)；低電位側(cè)開關(guān)元件組，其具有多個(gè)開關(guān)元件，每個(gè)所 述開關(guān)元件的一端連接到低電位側(cè)；輸入器件，向其輸入驅(qū)動(dòng)類型選 擇信號(hào)，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置的電壓驅(qū)動(dòng)型開關(guān)元件 的驅(qū)動(dòng)類型；控制信號(hào)產(chǎn)生器件，其產(chǎn)生控制信號(hào)以便相應(yīng)于所述電 壓驅(qū)動(dòng)型開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)類型來(lái)互補(bǔ)控制所述高電位側(cè)開關(guān)元件組和 所述低電位側(cè)開關(guān)元件組；以及選擇器，其相應(yīng)于輸入的驅(qū)動(dòng)類型選 擇信號(hào)來(lái)選擇控制所述高電位側(cè)開關(guān)元件組和所述低電位側(cè)開關(guān)元件
組的控制信號(hào)。
從而，所述包括一個(gè)IC芯片的小和便宜的驅(qū)動(dòng)裝置以直接驅(qū)動(dòng)型 或間接驅(qū)動(dòng)型來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBT，且所述IGBT可通過適當(dāng)?shù)馗淖凃?qū)動(dòng)類型
選擇信號(hào)來(lái)以期望的驅(qū)動(dòng)類型被驅(qū)動(dòng)。
因而，僅通過選擇驅(qū)動(dòng)類型，具有小容量的IGBT或具有大容量的 IGBT中的任一種可以由驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)，由此可以不增加驅(qū)動(dòng)裝置種類 的數(shù)量而處理多種規(guī)格的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。
驅(qū)動(dòng)裝置在IGBT的高速驅(qū)動(dòng)能力、外部部件的^t量、驅(qū)動(dòng)裝置的 外部開關(guān)元件的放熱性、及柵極電壓的溫度特性的準(zhǔn)確性方面構(gòu)造得 極好，由此改善了反相器裝置的可靠性。
每個(gè)開關(guān)元件包括MOS晶體管。
相應(yīng)地，因?yàn)镸OS晶體管是大量銷售的，所以可以容易且便宜地 得到IGBT的高速驅(qū)動(dòng)。


圖l 是根據(jù)本發(fā)明的IGBT的驅(qū)動(dòng)裝置用于直4妄驅(qū)動(dòng)型情況下的 電路圖2 是IGBT的驅(qū)動(dòng)裝置的控制電路的電路圖3 是IGBT的驅(qū)動(dòng)裝置用于直接驅(qū)動(dòng)型情況下的時(shí)序圖4是IGBT的驅(qū)動(dòng)裝置用于間接驅(qū)動(dòng)型情況下的電路圖5 是IGBT的驅(qū)動(dòng)裝置用于間接驅(qū)動(dòng)型情況下的時(shí)序圖6 是一種傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置的第一具體實(shí)施方式
的 電路圖和特性圖7 是一種傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置的第二具體實(shí)施方式
的 電路圖和特性圖8 是一種傳統(tǒng)的間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置的第一具體實(shí)施方式
的 電路圖和特性圖9 是一種傳統(tǒng)的間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置的第二具體實(shí)施方式
的 電路圖和特性圖10是一種傳統(tǒng)的間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置的第三具體實(shí)施方式
的 電路圖和特性圖ll是一種傳統(tǒng)的間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)裝置的第四具體實(shí)施方式
的
電路圖和特性圖。
具體實(shí)施例方式
下面，基于

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方式。將對(duì)反相器的構(gòu)造給予說明，該反相器采用根據(jù)本發(fā)明的電壓驅(qū) 動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置。
例如，驅(qū)動(dòng)三相電動(dòng)機(jī)的反相器有六對(duì)，每對(duì)包括作為電壓驅(qū)動(dòng)
型半導(dǎo)體元件的IGBT、 二極管、和根據(jù)本發(fā)明的IGBT的驅(qū)動(dòng)裝置。
圖1顯示了所述六對(duì)中的其中一個(gè)的方框圖，即，包括IGBT1、 二極管Dl和IGBT1的驅(qū)動(dòng)裝置10的一對(duì)。
在選擇是電流放大型的直接驅(qū)動(dòng)型和間接驅(qū)動(dòng)型其中之一的同時(shí)， 驅(qū)動(dòng)裝置10能驅(qū)動(dòng)IGBT1。在圖1中，IGBT1以直接驅(qū)動(dòng)型被驅(qū)動(dòng)。
將對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置10以直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)IGBT1的情況下的構(gòu)造給予說明。
IGBT1的驅(qū)動(dòng)裝置10包括連接到高電位側(cè)的開關(guān)元件M1和開關(guān) 元件M1'，連接到低電位側(cè)的開關(guān)元件M2和開關(guān)元件M2，，用于軟關(guān) 斷的開關(guān)元件M3，用于開關(guān)元件M1和M1，以及開關(guān)元件M2和M2， 的開/關(guān)控制的控制電路2,和分別驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件Ml、 Ml'、 M2和 M2，的驅(qū)動(dòng)器DR1、 DR1'、 DR2和DR2'。
開關(guān)元件Ml和Ml，由PMOS晶體管構(gòu)成，并且開關(guān)元件M2、 M2， 和M3由NMOS晶體管構(gòu)成。
另外，為了防止驅(qū)動(dòng)信號(hào)的耗散電流驅(qū)動(dòng)力在間接驅(qū)動(dòng)型的情況 下驅(qū)動(dòng)外部開關(guān)元件，更優(yōu)選開關(guān)元件Ml和Ml，的電流驅(qū)動(dòng)性能大體 相同，并且開關(guān)元件M2和M2，的電流驅(qū)動(dòng)性能大體相同。
驅(qū)動(dòng)裝置10包括向其輸入IGBT1的開/關(guān)信號(hào)的開/關(guān)信號(hào)輸入端 10a,將IGBT1在直接驅(qū)動(dòng)型和間接驅(qū)動(dòng)型之間轉(zhuǎn)換的驅(qū)動(dòng)類型選擇輸
入端10b,以及連接到IGBT1的感應(yīng)發(fā)射極并4全測(cè)過電流的過電流枱， 測(cè)端10c。
開關(guān)元件Ml、 Ml'、 M2和M2，的漏電極分別連接到驅(qū)動(dòng)裝置10 的輸出電極10p、 10q、 10r和10s。
在以直接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)IGBT1的情況下，連接到開關(guān)元件M1和M1， 的輸出電極10p和10q通過斥冊(cè)電阻Rl ^皮連接到IGBT1的斥冊(cè)電極。連 接到開關(guān)元件M2和M2'的輸出電極10r和10s通過4冊(cè)電阻R2被連接 到IGBT1的柵電極。連接到開關(guān)元件M3的輸出電4及10t通過柵電阻 R3被連接到IGBT1的4冊(cè)電才及。
二極管Dl被并聯(lián)到IGBT1。
如圖2中所示，控制電路2包括產(chǎn)生用于直接驅(qū)動(dòng)型的控制信號(hào) 的直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23，產(chǎn)生用于間接驅(qū)動(dòng)型的控制信號(hào)的間接驅(qū) 動(dòng)型控制單元24，選擇來(lái)自直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23的控制信號(hào)和來(lái)自 間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24的控制信號(hào)其中之一的控制信號(hào)并將其輸出給 開關(guān)元件M1、 Ml'、 M2和M2，的選擇器25，將來(lái)自開/關(guān)信號(hào)輸入端 10a的開/關(guān)信號(hào)輸入到直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23和間接驅(qū)動(dòng)型控制單元 24的輸入電路21,將來(lái)自驅(qū)動(dòng)類型選擇輸入端10b的驅(qū)動(dòng)類型選擇信 號(hào)輸入到直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23、間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24和選擇器 25的輸入電路22,通過來(lái)自過電流檢測(cè)端10c的輸入來(lái)檢測(cè)IGBT1 的過電流并將檢測(cè)結(jié)果輸出到直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23和間接驅(qū)動(dòng)型控 制單元24的過電流檢測(cè)電路26 。
關(guān)于如上所構(gòu)造的驅(qū)動(dòng)裝置10，根據(jù)如下所討論的來(lái)執(zhí)行以直接 驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)IGBT1。
如圖3中的時(shí)序圖所示，首先，表示直接驅(qū)動(dòng)型(在這個(gè)具體實(shí) 施方式中，"L")的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)類型選擇輸入端10b，
且IGBT1的開/關(guān)控制信號(hào)輸入到開/關(guān)信號(hào)輸入端10a。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)和開/關(guān)控制信號(hào)被輸入到驅(qū)動(dòng)裝置10時(shí)，直 接驅(qū)動(dòng)型控制單元23產(chǎn)生用于開關(guān)元件Ml和Ml，以及開關(guān)元件M2
和M2'的控制信號(hào)。
在這種情況下，開關(guān)元件Ml、 Ml'、 M2和M2，的4f滯時(shí)間DT
也同時(shí)產(chǎn)生。
由直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23產(chǎn)生的控制信號(hào)被輸出到驅(qū)動(dòng)器DR1 、 DR1'、 DR2和DR2',且驅(qū)動(dòng)器DR1、 DR1，、 DR2和DR2，開/關(guān)驅(qū)動(dòng) 開關(guān)元件M1、 Ml'、 M2和M2'。
在這種情況下，開關(guān)元件Ml和Ml，;故同時(shí)開/關(guān)驅(qū)動(dòng)并且作為一 個(gè)PMOS被致動(dòng)。類似地，開關(guān)元件M2和M2，被同時(shí)開/關(guān)驅(qū)動(dòng)并且 作為 一個(gè)NMOS ^皮致動(dòng)。
當(dāng)輸入表示直接驅(qū)動(dòng)型的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)時(shí)，在控制電路2中， 選擇器25從直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23和間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24所產(chǎn)生 的信號(hào)中選擇來(lái)自直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23的控制信號(hào)，然后所選擇的 信號(hào)被輸出到驅(qū)動(dòng)器DR1、 DR1'、 DR2和DR2'。
相應(yīng)地，IGBT1由作為一個(gè)PMOS晶體管纟皮致動(dòng)的開關(guān)元件Ml 和Ml，和作為一個(gè)NMOS晶體管4皮致動(dòng)的開關(guān)元件M2和M2，來(lái)驅(qū) 動(dòng)。開關(guān)元件Ml和Ml，的動(dòng)作正時(shí)和開關(guān)元件M2和M2，的動(dòng)作正時(shí) 互相移位以提供停滯時(shí)間DT,因而防止直通電流在開關(guān)元件Ml和 M1，以及開關(guān)元件M2和M2，之間流過。
當(dāng)在IGBT1的集電^f及電流Ice中產(chǎn)生過電流時(shí)，由過電流檢測(cè)電 路26檢測(cè)過電流，并且直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23關(guān)斷所有的開關(guān)元件 Ml和Ml，以及開關(guān)元件M2和M2，,并接通開關(guān)元件M3。
在這種情況下，與柵電阻R1和R2相比，柵電阻R3足夠大，所 以柵極電壓逐漸放電，由此IGBT1被軟關(guān)斷。
通過柵極電壓的逐漸放電，過電流的時(shí)間變化率dlce/dt降低以抑
制浪涌電壓。
此外，提供了足夠大的柵電阻R3以限制直通電流的功能，所以沒 有必要通過相互移位開關(guān)元件M1和M1，以及開關(guān)元件M3的驅(qū)動(dòng)正時(shí)
而提供停滯時(shí)間。
下面，圖4中顯示了由驅(qū)動(dòng)裝置10以間接驅(qū)動(dòng)型進(jìn)行的IGBT1 的驅(qū)動(dòng)的構(gòu)造。
在以間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)IGBT1的情況下，驅(qū)動(dòng)裝置10和IGBT1通 過外部開關(guān)元件Ql和Q2以及柵電阻Rl、 R2和R3而相互連接。
外部開關(guān)元件Ql由PMOS晶體管構(gòu)成，外部開關(guān)元件Q2由 NMOS晶體管構(gòu)成。
驅(qū)動(dòng)裝置10的輸出端10q和10r連接到外部開關(guān)元件Ql的柵電 極，并且輸出端10p和10s連接到外部開關(guān)元件Q2的一冊(cè)電極。
外部開關(guān)元件Ql的漏電極通過柵電阻Rl連接到IGBT1的柵電 極，并且外部開關(guān)元件Q2的漏電極通過柵電阻R2連接到IGBT1的柵電極。
此外，輸出端10t通過柵電阻R3連接到IGBT1的柵電極。
關(guān)于如上所述的連接到IGBT1的驅(qū)動(dòng)裝置10,根據(jù)如下所討論的 來(lái)執(zhí)行以間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)IGBT1 。
如圖5中的時(shí)序圖所示，首先，表示間接驅(qū)動(dòng)型(在這個(gè)具體實(shí) 施方式中，"H，，)的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)類型選擇輸入端10b， 且IGBT1的開/關(guān)控制信號(hào)輸入到開/關(guān)信號(hào)輸入端10a。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)和開/關(guān)控制信號(hào)被輸入到驅(qū)動(dòng)裝置10時(shí)，間 接驅(qū)動(dòng)型控制單元24產(chǎn)生用于開關(guān)元件Ml和Ml，以及開關(guān)元件M2 和M2'的控制信號(hào)。
在這種情況下，開關(guān)元件Ml、 Ml'、 M2和M2，的停滯時(shí)間DT
也同時(shí)被產(chǎn)生。
由間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24產(chǎn)生的控制信號(hào)被輸出到驅(qū)動(dòng)器DR1 、 DR1'、 DR2和DR2',且驅(qū)動(dòng)器DR1、 DR1'、 DR2和DR2，開/關(guān)驅(qū)動(dòng) 開關(guān)元件M1、 Ml'、 M2和M2，。
在這種情況下，由開關(guān)元件M1和開關(guān)元件M2構(gòu)成的反相器作為 外部開關(guān)元件Q1的驅(qū)動(dòng)電路而被致動(dòng)，并且由開關(guān)元件M1，和開關(guān)元 件M2'構(gòu)
當(dāng)輸入表示直接驅(qū)動(dòng)型的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)時(shí)，在控制電路2中， 選擇器25從由直接驅(qū)動(dòng)型控制單元23和間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24產(chǎn)生 的信號(hào)中選擇來(lái)自間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24的控制信號(hào)，然后所選擇信 號(hào)被輸出到驅(qū)動(dòng)器DR1、 DR1'、 DR2和DR2'。
為了防止直通電流在開關(guān)元件Ml和M2之間、在開關(guān)元件Ml， 和M2，之間，以及在外部開關(guān)元件Ql和外部開關(guān)元件Q2之間流過， 這些開關(guān)元件的動(dòng)作正時(shí)相互移位以提供如圖5中所示的停滯時(shí)間 DT。
開關(guān)元件Q2之間的直通電流，由此防止了外部開關(guān)元件Ql和Q2的 非正常的放熱性，改進(jìn)了反相器的可靠性。
當(dāng)過電流檢測(cè)電路26檢測(cè)到在IGBT1的集電極電流Ice中產(chǎn)生過 電流時(shí)，間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24控制外部開關(guān)元件Ql和Q2關(guān)斷開 關(guān)元件Ml和Ml，以及開關(guān)元件M2和M2'。
即，開關(guān)元件Ml被接通而開關(guān)元件M2 #皮關(guān)斷，并且開關(guān)元件 Ml，被關(guān)斷而開關(guān)元件M2，被z接通。
同時(shí)，開關(guān)元件M3凈皮4妻通。
在這種情況下，柵電阻R3與柵電阻Rl和R2相比足夠大，所以 柵極電壓逐漸放電，由此IGBT1被軟關(guān)斷。
通過柵極電壓的逐漸放電，過電流的時(shí)間變化率dlce/dt降低以抑 制浪涌電壓。
此外，提供了足夠大的柵電阻R3以限制直通電流的功能，所以沒 有必要通過相互移位外部開關(guān)元件Ql和開關(guān)元件M3的驅(qū)動(dòng)正時(shí)而提
供停滯時(shí)間。
相應(yīng)地，驅(qū)動(dòng)裝置IO被構(gòu)造為能通過直接驅(qū)動(dòng)型或間接驅(qū)動(dòng)型驅(qū)
動(dòng)IGBT1的一個(gè)芯片。通過適當(dāng)?shù)馗淖儗⑤斎氲津?qū)動(dòng)類型選擇輸入端 10b的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)，IGBT1可以用期望的驅(qū)動(dòng)類型進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
在使用在直接驅(qū)動(dòng)型的情況下，驅(qū)動(dòng)裝置10以具有類似于圖6中 所示的傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)1的驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)被致動(dòng)。在使用在間接驅(qū) 動(dòng)型的情況下，與圖11中所示的傳統(tǒng)的放大驅(qū)動(dòng)4的驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu) 相似，驅(qū)動(dòng)裝置10以僅具有兩個(gè)外部開關(guān)元件Ql和Q2的結(jié)構(gòu)被致動(dòng)。
相應(yīng)地，驅(qū)動(dòng)裝置IO可以僅通過選擇驅(qū)動(dòng)類型來(lái)驅(qū)動(dòng)具有小容量 的IGBT或具有大容量的IGBT，從而不提供另一種類的驅(qū)動(dòng)裝置而處 理多種規(guī)格的混合動(dòng)力電動(dòng)車輛。
在直接驅(qū)動(dòng)型或間接驅(qū)動(dòng)型的情況下，不需要任何雙極型晶體管， 并且僅將廣泛銷售的MOS晶體管用作為驅(qū)動(dòng)裝置10的開關(guān)元件和是 外部部件的用于電流;改大的開關(guān)元件，由此IGBT1可以容易且^^宜地 以高速驅(qū)動(dòng)。
放熱性通過使用MOS晶體管被限制，所以可以使用便宜而小的廣 泛使用的IC封裝，由此驅(qū)動(dòng)裝置10可以小型化且其成本可被降低。
在直接驅(qū)動(dòng)型的情況下，當(dāng)開關(guān)元件Ml和Ml，的接通電壓稱為 VDS(on)Ml時(shí)，IGBT1的柵極驅(qū)動(dòng)電壓為Vcc匿VDS(on)Ml。同樣地， 在間接驅(qū)動(dòng)型的情況下，當(dāng)外部開關(guān)元件Ql的接通電壓稱為 VDS(on)Ql時(shí)，IGBT1的柵驅(qū)動(dòng)電壓為Vcc - VDS(on)Ql 。
當(dāng)IGBT1的柵極充電結(jié)束并且狀態(tài)變?yōu)楣潭ê螅琕cc-VDS(on)Ml 和Vcc - VDS(on)Ql的每一個(gè)大體為零，由此IGBT1的柵極電壓僅取 決于Vcc。
那么，在直接驅(qū)動(dòng)型或間接驅(qū)動(dòng)型的情況下，驅(qū)動(dòng)裝置10的柵極 電壓的溫度特性大體為零，由此改進(jìn)了柵極電壓的準(zhǔn)確性。
相應(yīng)地，在改進(jìn)IGBT1的電流密度的同時(shí)可以確保短路能力，由 此反相器可以小型化并且其成本可被降低。
如上所述，在驅(qū)動(dòng)裝置IO用于直接驅(qū)動(dòng)型時(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置10在以 下幾點(diǎn)優(yōu)于圖7中所示的傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)2的驅(qū)動(dòng)裝置IGBT1的高 速驅(qū)動(dòng)能力、驅(qū)動(dòng)裝置10的外部開關(guān)元件的放熱性，以及柵極電壓的
溫度特性的準(zhǔn)確性。
在驅(qū)動(dòng)裝置10用于間接驅(qū)動(dòng)型的情況下，驅(qū)動(dòng)裝置IO在以下方 面綜合地優(yōu)于圖8到圖10中所示的任一個(gè)傳統(tǒng)的間接驅(qū)動(dòng)1、 2和3: IGBT1的高速驅(qū)動(dòng)能力、外部部件的數(shù)量、驅(qū)動(dòng)裝置10的外部開關(guān)元 件的放熱性，以及柵極電壓的溫度特性準(zhǔn)確性。
此外，關(guān)于軟關(guān)斷，圖8到圖10中所示的每一個(gè)傳統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)裝置 都難以關(guān)閉所有外部開關(guān)元件。因此，可能需要單獨(dú)的電路來(lái)確保關(guān) 閉所有外部開關(guān)元件。然而，關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)裝置10，每個(gè)外 部開關(guān)元件Ql和Q2被獨(dú)立地驅(qū)動(dòng)以便確保被關(guān)閉。因此，軟關(guān)斷執(zhí) 行穩(wěn)定，由此改進(jìn)了反相器裝置的可靠性。
另外，將一個(gè)開關(guān)元件劃分成兩個(gè)作為一對(duì)開關(guān)元件Ml和Ml， 或者一對(duì)開關(guān)元件M2和M2，，在直接驅(qū)動(dòng)型的情況下用做一個(gè)開關(guān)元
件的構(gòu)造，與圖6中所示的傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)1的驅(qū)動(dòng)裝置相比并沒有
增加驅(qū)動(dòng)裝置10的IC芯片的尺寸。
與傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)1的驅(qū)動(dòng)裝置相比，引起驅(qū)動(dòng)裝置10的IC芯 片的尺寸增加的因素為增加開關(guān)元件Ml，和M2，的驅(qū)動(dòng)器DR1，和 DR2'、驅(qū)動(dòng)類型選#^輸入端10b、和輸出端10p和10s，以及增加控制 電路2的間接驅(qū)動(dòng)型控制單元24等的功能。所述增加被限制到微不足道。
因此，所述構(gòu)造必然引起反相器裝置小型化和成本的降低。 工業(yè)適用性
本發(fā)明可應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)使用在能源或反相器中的IGBT、 MOSGTO 或類似物，特別用于驅(qū)動(dòng)混合動(dòng)力電動(dòng)車輛的反相器。
權(quán)利要求
1.一種電壓驅(qū)動(dòng)型半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，其包括高電位側(cè)開關(guān)元件組，其具有多個(gè)開關(guān)元件，每個(gè)開關(guān)元件的一端連接到高電位側(cè)；低電位側(cè)開關(guān)元件組，其具有多個(gè)開關(guān)元件，每個(gè)開關(guān)元件的一端連接到低電位側(cè)；輸入器件，向其輸入驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)，所述信號(hào)對(duì)應(yīng)于連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置的所述電壓驅(qū)動(dòng)型開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)類型；控制信號(hào)發(fā)生器件，其產(chǎn)生控制信號(hào)，所述控制信號(hào)互補(bǔ)地控制對(duì)應(yīng)于所述電壓驅(qū)動(dòng)型開關(guān)元件的所述驅(qū)動(dòng)類型的所述高電位側(cè)開關(guān)元件組和所述低電位側(cè)開關(guān)元件組；以及選擇器件，其選擇控制信號(hào)，所述控制信號(hào)控制對(duì)應(yīng)于輸入的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)的所述高電位側(cè)開關(guān)元件組和所述低電位側(cè)開關(guān)元件組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)裝置，其中每個(gè)所述開關(guān)元件包括 MOS晶體管。
全文摘要
一種IGBT(1)的驅(qū)動(dòng)裝置(10)，其包括高電位側(cè)開關(guān)元件組，其具有多個(gè)開關(guān)元件M1和M1’，每個(gè)開關(guān)元件的一端連接到高電位側(cè)；低電位側(cè)開關(guān)元件組，其具有多個(gè)開關(guān)元件M2和M2’，每個(gè)開關(guān)元件的一端連接到低電位側(cè)；驅(qū)動(dòng)類型選擇輸入端(10b)，向其輸入驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)，所述信號(hào)與連接到所述驅(qū)動(dòng)裝置(10)的IGBT(1)的驅(qū)動(dòng)類型對(duì)應(yīng)；直接驅(qū)動(dòng)型控制單元(23)和間接驅(qū)動(dòng)型控制單元(24)，其產(chǎn)生控制信號(hào)，所述控制信號(hào)互補(bǔ)地控制對(duì)應(yīng)于IGBT(1)的驅(qū)動(dòng)類型的所述高電位側(cè)開關(guān)元件組和所述低電位側(cè)開關(guān)元件組；以及選擇器(25)，其選擇控制信號(hào)，所述控制信號(hào)控制對(duì)應(yīng)于輸入的驅(qū)動(dòng)類型選擇信號(hào)的所述高電位側(cè)開關(guān)元件組和所述低電位側(cè)開關(guān)元件組。
文檔編號(hào)H02M1/08GK101171739SQ200680015850
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月11日
發(fā)明者山脅秀夫, 森下英俊, 鈴木優(yōu) 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社