功率元件的驅(qū)動電路的制作方法

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導(dǎo)航： X技術(shù)> 最新專利>發(fā)電;變電;配電裝置的制造技術(shù)

專利名稱：功率元件的驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
背景技術(shù)：
功率用半導(dǎo)體元件通過輸入到控制電極的電壓或電流信號，進行主電流的導(dǎo)通Z斷開控制。在通過電壓信號進行導(dǎo)通/斷開控制的電壓驅(qū)動型的
功率元件中，有MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)、IGBT( Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)等，此外在通過電流信號進行導(dǎo)通/斷開控制的電流驅(qū)動型的功率元件中，有雙極晶體管等。
在這些功率元件中，在從導(dǎo)通狀態(tài)切換為斷開狀態(tài)時，在控制電極(柵極電極或基極電極)和主電極(源極電極或發(fā)射極電極)之間施加反偏壓的情況較多。其理由是為了在電壓驅(qū)動型的功率元件中，不受噪聲等的影響而可靠地成為斷開狀態(tài)，此外在電流驅(qū)動型的元件中，是為了縮短主電流的切斷時間。作為用于施加反偏壓的驅(qū)動電i 各，已知以下的第一、第二現(xiàn)有技術(shù)。
第一現(xiàn)有技術(shù)是在正偏壓用、反偏壓用中使用2個電源的技術(shù)(參照曰本專利申請?zhí)亻_平07-131971號公報(專利文獻1 )的說明書段落
和圖8)。在作為功率元件使用IGBT的情況下，串聯(lián)連接作為導(dǎo)通用開關(guān) 元件的導(dǎo)通晶體管、導(dǎo)通電阻、作為斷開用開關(guān)元件的斷開晶體管、以及斷開電阻，將這些部件連4妾于以正偏壓電源和反偏壓電源的串l關(guān)連4妻而成的主柵極電源，將導(dǎo)通電阻和斷開電阻的連接點連接于IGBT的柵才及構(gòu)成槺極驅(qū)動電^各。在這里，如果使導(dǎo)通晶體管為導(dǎo)通的話，正偏壓電流在正偏壓電源、導(dǎo)通晶體管、導(dǎo)通電阻、IGBT的柵極、IGBT的發(fā)射極、正偏壓電源的路徑中流過，接通該IGBT。另一方面，如果使斷開晶體管導(dǎo)通的話，反偏壓電流在反偏壓電源、IGBT的發(fā)射極、IGBT的柵極、斷開電阻、斷開晶體管、反偏壓電源的路徑中流過，切斷該IGBT。
此外，第二現(xiàn)有技術(shù)是與單電源一起設(shè)置充電用的電容器，將該電容器作為模擬的電源進行使用的技術(shù)(日本專利申請?zhí)亻_平09-140122號公
6報(參照專利文獻2))。在該技術(shù)中，將在基極端子和發(fā)射極端子之間連接二極管、在基極端子和集電極端子之間連接有電阻的P型晶體管并聯(lián)連接在脈沖電源的輸入端子間，經(jīng)由第一電阻將P型晶體管的發(fā)射極端子連
接于IGBT的柵極端子，并且經(jīng)由電容器和恒壓二極管構(gòu)成的并聯(lián)電路將 P型晶體管的集電極端子連接于第二電阻，該第二電阻連接于IGBT的柵極端子，從而構(gòu)成柵極驅(qū)動電路。當(dāng)來自脈沖電源的正偏壓經(jīng)由二極管和第一電阻施加到IGBT的柵極端子時，電容器也經(jīng)由第二電阻被充電。當(dāng) 正偏壓變?yōu)閿嚅_時，P型晶體管變?yōu)閷?dǎo)通，因此蓄積在電容器中的電荷經(jīng) 由該P型晶體管和第二電阻進行放電，對IGBT的柵極端子施加反偏壓。專利文獻1:日本專利申請?zhí)亻_平07-131971號7>報專利文獻2:日本專利申請?zhí)亻_平09-140122號公報
本發(fā)明要解決的課題
可是，在上述第一現(xiàn)有技術(shù)中，因為使用2個電源，所以與單電源的情況相比需要額外的空間和成本。此外，關(guān)于上述第二現(xiàn)有技術(shù)，在作為模擬的電源而使用的電容器中，需要與要驅(qū)動的功率元件的柵極電容相比充分大的電容，與僅是單電源的情況相比額外地耗費的空間和成本。
進而，作為上述笫一、第二現(xiàn)有技術(shù)的共同的問題點，可以舉出與僅是單電源的情況相比對驅(qū)動電路要求高耐壓性能的問題點。具體地，在第一現(xiàn)有4支術(shù)中，因為對驅(qū)動電^各施加將正偏壓電源的電源電壓和反偏壓電源的電源電壓合計在一起的電壓，所以驅(qū)動電路的構(gòu)成部件需要耐受該合計的電壓的性能。此外，在第二現(xiàn)有技術(shù)中，因為通過電源供給使功率元件在正方向偏置的電壓和電容器的充電電壓的合計電壓，所以對驅(qū)動電路要求增加了該電容器的充電電壓的量的耐電壓性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供一種驅(qū)動電路，能夠不追加新的電源，僅以單一的電源對功率元件的控制電極施加反偏壓。
用于解決課題的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是對應(yīng)于對控制電極賦予的信號，控制在第一、第二主電極間流過的主電流的與功率元件相關(guān)的驅(qū)動電路。其基本結(jié)構(gòu)具備電源，連接于第一節(jié)點和第二節(jié)點之間；開關(guān)矩陣電路，以有選擇地將控制電極連接于第一、第二節(jié)點的一方，有選擇地將第二主電極連接于所述第一、第二節(jié)點的一方的方式構(gòu)成；以及控制部，對應(yīng)于用于進行所述功率元件的導(dǎo)通/斷開的切換的輸入信號，控制所述開關(guān)矩陣電路。在輸入信號進行使功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，控制部從將控制電極連接于第一節(jié)點并且將第二主電極連接于所述第二節(jié)點的第一狀態(tài)，向?qū)⑺隹刂齐姌O連接于第二節(jié)點并且將所述第二主電極連接于所述第一節(jié)點的笫二狀態(tài)，切換所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)。
發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明，通過從第一狀態(tài)向第二狀態(tài)的切換，施加到功率元件的控制電極和第二主電極間的電壓的極性變化，能夠施加反偏壓。

圖1是表示作為本發(fā)明的實施方式1,關(guān)于IGBT10的驅(qū)動電路1的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖2是表示針對圖1所示的驅(qū)動電路1,對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖3是表示IGBT10和驅(qū)動電路1、和包含負載16和電源18的主電路的連接關(guān)系的電路圖。
圖4是表示作為使用雙極晶體管構(gòu)成的一個例子的功率元件的驅(qū)動電路la的電路圖。
lb的電路圖。
圖6是表示作為使用MOSFET構(gòu)成的一個例子的功率元件的驅(qū)動電路lc的電路圖。
圖7是表示使用MOSFET構(gòu)成的其它例子的功率元件的驅(qū)動電路ld
的電^各圖。
圖8是表示作為本發(fā)明的實施方式2， IGBT10的驅(qū)動電路2a的結(jié)構(gòu)
的電路圖。
圖9是表示關(guān)于圖8的驅(qū)動電路2a，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的
8變化的時間圖。
圖IO是表示圖8所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30a的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖11是表示關(guān)于圖10所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖12是表示作為圖8所示的驅(qū)動電路2a的變形例的驅(qū)動電路2b的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖13是表示關(guān)于圖12的驅(qū)動電路2b,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖14是表示圖12所示的l短脈沖產(chǎn)生電路30b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖15是表示關(guān)于圖14所示的1短脈沖產(chǎn)生電3各30b,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖16是表示作為本發(fā)明的實施方式3, IGBT10的驅(qū)動電路3a的結(jié) 構(gòu)的電路圖。
圖17是表示關(guān)于圖16的驅(qū)動電路3a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖18是表示圖16所示的延遲電路40a的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖19是表示關(guān)于圖18所示的延遲電路40a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖20是表示作為圖16所示的驅(qū)動電路3a的變形例的驅(qū)動電路3b的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖21是表示關(guān)于圖20的驅(qū)動電路3b，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖22是表示圖20所示的延遲電路40b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖23是表示關(guān)于圖22所示的延遲電路40b，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖24是表示作為本發(fā)明的實施方式4, IGBT10的驅(qū)動電路4a的結(jié)
構(gòu)的電路圖。
圖25是表示關(guān)于圖24的驅(qū)動電路4a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖26是表示作為圖24所示的驅(qū)動電路4a的變形例的驅(qū)動電路4b的
結(jié)構(gòu)的電^各圖。
圖27是表示關(guān)于圖26的驅(qū)動電路4b,對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖28是表示作為本發(fā)明的實施方式5, IGBT10的驅(qū)動電路5a的結(jié) 構(gòu)的電路圖。
圖29是表示關(guān)于圖28的驅(qū)動電路5a，對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖30是表示圖28所示的延遲電路40c的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖31是表示關(guān)于圖30所示的驅(qū)動電路40c,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖32是表示作為圖28所示的驅(qū)動電路5a的變形例的驅(qū)動電路5b的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖33是表示關(guān)于圖32的驅(qū)動電路5b,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。
圖34是表示作為本發(fā)明的實施方式6,傳感IGBT10a的驅(qū)動電路6 的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖35是表示關(guān)于圖34的驅(qū)動電路6，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖36是表示作為圖34的驅(qū)動電路6的比較例，傳感IGBT10a的驅(qū) 動電路100的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖37是表示作為本發(fā)明的實施方式7，傳感IGBT10a的驅(qū)動電^各7 的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖38是表示圖37所示的控制IC50b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電鴻、圖。
圖39是表示關(guān)于圖37的驅(qū)動電路7，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
圖40是表示作為本發(fā)明的實施方式8,傳感IGBT10a的驅(qū)動電3各8 的結(jié)構(gòu)的電^^圖。
圖41是表示關(guān)于圖40的驅(qū)動電路8，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。
附圖標(biāo)記it明
1 ~ 8驅(qū)動電路，10 IGBT (功率元件)，10a傳感IGBT (功率元件)， 11電源節(jié)點(第一節(jié)點)，12接地節(jié)點(第二節(jié)點)，15電源，20、 20a~ 20j控制部，50a、 50b控制IC, 70比較器(電壓監(jiān)視部)，74齊納二極管(恒壓部)，80開關(guān)矩陣電路，C集電極電極(第一主電極)，E發(fā)射極電極(第二主電極)，G柵極電極(控制電極)，S傳感電極，IC集電極電流(主電路)，Q1 Q6開關(guān)元件，SGO輸入信號，Rl、 R4電阻， D1 D4 二極管，RD電流檢測電阻
具體實施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式詳細地進行說明。再有，對同一或相當(dāng)?shù)牟糠仲x予同一附圖標(biāo)記，不重復(fù)其說明。
在這里，在以下的各實施方式中，作為功率元件舉出IGBT為例進行說明，但關(guān)于用于驅(qū)動MOSFET或雙極晶體管的驅(qū)動電路，也能夠應(yīng)用針對IGBT的驅(qū)動電路的各實施方式。具體地，在MOSFET的情況下，
電極即可，此外，在雙極晶體管的情況下，在以下的說明中將柵極電極改稱為基極電極即可。再有，在本說明書中，雙極晶體管指的是通過基極電流進行導(dǎo)通/斷開控制的通常的PNP型或NPN型的雙極晶體管。
此外，在以下的說明中，作為IGBT的導(dǎo)電型使用通常的N溝道，但關(guān)于例如P溝道的MOSFET或PNP型的雙極晶體管的驅(qū)動電路，也能夠應(yīng)用針對N溝道的IGBT的驅(qū)動電路的各實施方式。在P溝道或PNP型的情況下，在以下的說明中使電源和二極管的極性相反，使作為各開關(guān)元件使用的MOSFET的源極電極和發(fā)射極電極相反，此外，使作為各開關(guān) 元件使用的雙極晶體管的發(fā)射極電極和集電極電極相反即可。
圖1是表示作為本發(fā)明的實施方式1,關(guān)于IGBT10的驅(qū)動電路1的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。在N溝道的IGBT10中，從作為第一主電極的集電極電極C向作為第二主電極的發(fā)射極電極E流動的主電流，通過施加到作為控制電極的柵極電極G和發(fā)射極電極E之間的電壓而被控制。如圖l所示，IGBT10的驅(qū)動電路1包含在第一和第二節(jié)點ll、 12 間設(shè)置的單一的直流電源15;在連接節(jié)點P1和IGBT10的棚4及電極G之間設(shè)置的柵極電阻RG;在連接節(jié)點Pl和節(jié)點11之間設(shè)置的第一開關(guān)元件Ql;在連接節(jié)點Pl和節(jié)點12之間設(shè)置的第二開關(guān)元件Q2;在節(jié)點 11和連接于IGBT10的發(fā)射極電極E的連接節(jié)點P2之間設(shè)置的第三開關(guān) 元件Q3;在連接節(jié)點P2和節(jié)點12之間設(shè)置的第四開關(guān)元件Q4。通過開關(guān)元件Ql ~ Q4構(gòu)成的電路是被稱為所謂H電橋的電路。
在這里，電源15的輸出電壓Vcc等于為了使IGBT10轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)所需要的充分的電壓。在IGBT的情況下，通常設(shè)定為15伏特。再有，柵極電阻RG為了限制在使IGBT10導(dǎo)通/斷開時流入柵極電極或從柵極電極流出的電流而設(shè)置。
在實施方式l中，節(jié)點11是電源15的正極側(cè)，節(jié)點12是電源15的負極側(cè)。節(jié)點12連接于決定驅(qū)動電路1的基準電位的驅(qū)動電路用的接地 GND1。因此，節(jié)點II的電位成為電源電壓Vcc,節(jié)點12的電位成為基準電位O。因此，在以下有時將節(jié)點11記載為電源節(jié)點11,將節(jié)點12記載為接地節(jié)點12。
進而，IGBT10的驅(qū)動電路1包含控制部20,其對應(yīng)于從信號輸入節(jié)點Sin輸入的輸入信號SGO的邏輯電平，將這些開關(guān)元件Ql ~ Q4的導(dǎo) 通/斷開的狀態(tài)切換至第一、第二狀態(tài)。在這里，在輸入信號SGO的邏輯電平中，有高(H)電平和低(L)電平，在各實施方式中，H電平的輸入信號SG0對應(yīng)于使IGBT10轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)(turn on,接通)的指令， L電平的輸入信號SGO對應(yīng)于使IGBT10轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)(turn off,切斷) 的指令?？刂撇?0在輸入信號SGO為H電平時，使開關(guān)元件Ql ~ Q4的狀態(tài)分別為導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)、斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)。將此時的開關(guān)元件Ql ~ Q4的狀態(tài)稱為第一狀態(tài)。此外，控制部20在輸入信號SGO為L 電平時，使開關(guān)元件Ql ~Q4的狀態(tài)分別為斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)。將此時的開關(guān)元件Ql ~Q4的狀態(tài)稱為第二狀態(tài)。
圖2是表示針對圖1所示的驅(qū)動電路1,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。在圖2中，一黃軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、開關(guān)元件Q1 Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、連接節(jié)點Pl 的電位V(Pl)、 IGBT10的發(fā)射極電極E的電位V (E)、 IGBT10的柵極電極G的電位V( G )、 IGBT 10的柵極/發(fā)射極間的電壓VGE、以及IGBT 10
12的馬區(qū)動電流ID。
在這里，柵才及/發(fā)射極間電壓VGE表示以IGBT的發(fā)射才及電極E的電位為基準時的柵極電極G的電位。此外，驅(qū)動電流ID指的是為了使 IGBT10的柵極電極G在正方向和反方向偏置，從驅(qū)動用的電源15供給的電流。在本說明書中，在IGBT10的接通時間或切斷時間內(nèi)以固定的平均電流近似驅(qū)動電流ID。此外，在本說明書的附圖中，針對電壓波形以
以下，參照圖1、圖2對驅(qū)動電^各1的工作進行說明。
在圖2的時刻Tl,輸入信號SG0從L電平切換為H電平。對應(yīng)于此，控制部20將開關(guān)元件Ql Q4的狀態(tài)從第二狀態(tài)切換為第一狀態(tài)。在笫一狀態(tài)中，連接節(jié)點Pl連接于電源節(jié)點11,連接節(jié)點P2連接于接地節(jié) 點12,因此連接節(jié)點P1的電位V (Pl)從0變化為Vcc,連接于連接節(jié) 點P2的IGBT的發(fā)射極電極E的電位V ( E ) 乂人Vcc變化為0。結(jié)果，對 IGBT10施加?xùn)艠O電極G的電位相對于發(fā)射極電極E的電位變?yōu)檎恼?壓電壓，IGBT10接通。
如圖2所示，IGBT10的柵極電極G的電位V (G)在到接下來的時刻T2為止的期間漸漸地變化到Vcc。該時刻Tl T2的接通時間通過由 IGBT10的柵極電容和柵極電阻RG的電阻值等而決定的時間常數(shù)來確定。伴隨柵極電極G的電位V( G )的變化，柵極/發(fā)射極間電壓VGE也/人-Vcc 逐漸地變化到Vcc。
在接下來的時刻T3，輸入信號SG0從H電平切換為L電平。對應(yīng)于此，控制部20將開關(guān)元件Ql ~Q4的狀態(tài)從第一狀態(tài)切換為第二狀態(tài)。在第二狀態(tài)中，連接節(jié)點Pl連接于接地節(jié)點12,連接節(jié)點P2連接于電源節(jié)點ll,因此連接節(jié)點P1的電位V (Pl)從Vcc變化為O,連接于連接節(jié)點P2的IGBT的發(fā)射極電極E的電位V(E)從0變化為Vcc。結(jié)果，對IGBT 10施加?xùn)艠O電極G的電位相對于發(fā)射極電極E的電位變?yōu)樨摰姆?偏壓電壓，IGBT10切斷。
在該切斷的情況下，IGBT10的柵極電極G的電位V (G)在到接下來的時刻T4為止的期間逐漸變化到0,伴隨于此，柵極/發(fā)射極間電壓VGE 從Vcc逐漸地變化到-Vcc。時刻T3 ~ T4的切斷時間與上述4妾通時間同樣地，通過由IGBT10的柵極電容和柵極電阻RG的電阻值等而決定的時間常數(shù)來確定。在接下來的時刻T5，為了使IGBT10接通，對應(yīng)于輸入信號SG0再次從L電平切換為H電平，控制部20將開關(guān)元件Ql ~ Q4的狀態(tài)從第二狀態(tài)切換為第一狀態(tài)。與上述的時刻Tl ~T2的情況同樣地，在時刻T5 ~ T6中，柵極電極G逐漸地變化到Vcc,柵極/發(fā)射極間電壓VGE從-Vcc 逐漸地變化到Vcc。
像這樣，包含開關(guān)元件Ql ~ Q4的電路作為對應(yīng)于輸入信號SGO,有選擇地連接IGBTIO的柵極電極G和節(jié)點11、 12,有選擇地連接IGBTIO 的發(fā)射極電極E和節(jié)點11、 12的開關(guān)矩陣電路80而發(fā)揮功能。伴隨該與節(jié)點ll、 12的連接的切換，在IGBTIO的柵極電極G和發(fā)射極電極E進行充電、放電。在柵極/發(fā)射極間電壓VGE被正偏置時，以柵極電極G的電位相對于發(fā)射極電極E的電位變?yōu)檎姆绞叫罘e電荷，當(dāng)柵極/發(fā)射極間電壓VGE從正變?yōu)樨摃r，在柵極/發(fā)射極間蓄積的電荷進行放電，相反地以柵極電極G的電位相對于發(fā)射極電極的電位變?yōu)樨摰姆绞竭M行充電。在以圖2的方式控制驅(qū)動電路1的開關(guān)元件Q1 ~Q4的情況下，該充放電的電流通過電源15作為驅(qū)動電流ID ^皮供》會。
這里，為了將柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0充電到Vcc,將電壓15 供給的平均電流大小作為II,以該II為基準評價驅(qū)動電流ID。如此，如圖2所示，在時刻Tl T2和時刻T5 T6的接通時間，因為柵才及/發(fā)射才及間電壓VGE從-Vcc變化到Vcc,所以驅(qū)動電流ID的大小變?yōu)?1x2。此外，在時刻T3 ~T4的切斷時間，因為柵極/發(fā)射極間電壓VGE從Vcc變化到-Vcc,所以驅(qū)動電流ID的大小變?yōu)?1x2。
圖3是表示IGBT10和驅(qū)動電3各1、和包含負載16和電源18的主電路的連接關(guān)系的電路圖。
如圖3所示，IGBT10經(jīng)由連接于發(fā)射極電極E的節(jié)點13、和連接于集電極電極C的節(jié)點14,連接于主電路。主電路用的接地GND2連接于節(jié)點13，主電路的負載16的一端連接于節(jié)點]4。負載16的另一端連接于主電路的電源18的正極，電源18的負極連接于接地GND2。在IGBT10 接通時，從IGBT10的集電極電極C起流到發(fā)射極電極E的集電極電流 IC,從主電路的電源18通過負載16被供給。在這里，驅(qū)動電路用的接地 GND1不與接地GND2連接，是浮接狀態(tài)。
接著，針對開關(guān)元件Ql ~ Q4的具體的結(jié)構(gòu)例進行說明。
圖4、圖5是表示作為使用雙極晶體管構(gòu)成的例子的、功率元件的驅(qū)
14動電路la、 lb的電路圖，圖6、圖7是表示作為使用MOSFET構(gòu)成的例子的、功率元件的驅(qū)動電路lc、 ld的電路圖。
在圖4所示的驅(qū)動電路la的情況下，開關(guān)元件Ql ~ Q4分別通過NPN 型、PNP型、NPN型、PNP型的雙極晶體管構(gòu)成。以下，將構(gòu)成開關(guān)元件Ql ~ Q4的雙極晶體管分別簡略化記載為雙極晶體管Ql ~ Q4。
在圖4中，在雙極晶體管Ql ~Q4為NPN型的情況下，發(fā)射^^及電極連接于低電壓側(cè)，集電極電極連接于高電壓側(cè)。在PNP型的情況下，發(fā) 射極電極連接于高電壓側(cè)，集電極電極連接于低電壓側(cè)。具體地，雙極晶體管Ql、 Q3的集電極電極連接于電源節(jié)點11,雙極晶體管Ql、 Q2的發(fā) 射極電極連接于連接節(jié)點Pl。此外，雙極晶體管Q3、 Q4的發(fā)射極電極連接于連接節(jié)點P2 (IGBT10的發(fā)射極電極E)，雙極晶體管Q2、 Q4的集電極電極連接于接地節(jié)點12。進而，作為雙極晶體管Ql、 Q2的控制電極的基極電極G1、 G2連接于用于對雙極晶體管Ql、 Q2輸入控制信號 SG1的連接節(jié)點P3，雙極晶體管Q3、 Q4的基極電極G3、 G4連接于用于對雙極晶體管Q3、 Q4輸入控制信號SG2的連接節(jié)點P4。
在這里，圖4的控制部20a包含連接于分路節(jié)點P5和節(jié)點P4之間的倒相器24。分路節(jié)點P5連接信號輸入節(jié)點Sin和連接節(jié)點P3。因此，從信號輸入節(jié)點Sin輸入的輸入信號SG0在分路節(jié)點P5被分路，輸入信號 SG0作為控制信號SG1被供給到連接節(jié)點P3，通過倒相器24使輸入信號 SG0的邏輯電平反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2被供給到連接節(jié)點P4。
結(jié)果，在輸入信號SG0為H電平時，雙極晶體管Ql ~ Q4的狀態(tài)成為圖1說明的第一狀態(tài)，IGBT10轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。相反，在輸入信號SG0 為L電平時，雙極晶體管Q1 Q4的狀態(tài)成為在圖1說明的第二狀態(tài)， IGBT10轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。
在圖5表示的驅(qū)動電路lb中，與圖4所示的驅(qū)動電路la不同的是，代替雙極晶體管Q3、 Q4分別為NPN型、PNP型的情況，而分別為PNP 型、NPN型，以及不包含倒相器24,將與輸入信號SGO相同的邏輯電平的控制信號SG2向雙極晶體管Q3、 Q4供給。在驅(qū)動電路lb中，伴隨雙極晶體管Q3、 Q4的導(dǎo)電型的變更，雙極晶體管Q3的發(fā)射極電極連接于電源節(jié)點11,集電極電極連接于連接節(jié)點P2。此外，雙極晶體管Q4的集電極電才及連接于連接節(jié)點P2,發(fā)射極電才及連接于接地節(jié)點12。在這里，因為雙極晶體管Q3、 Q4的導(dǎo)電型和輸入到各柵極電極G3、 G4的控制信號SG2的邏輯電平這兩方與圖4的驅(qū)動電路la相反，所以對應(yīng)于雙極晶體管Q3、 Q4的輸入信號SG0的導(dǎo)通/斷開工作，與圖4的驅(qū)動電路la的情況相同。關(guān)于圖5的其它結(jié)構(gòu)，因為與圖4所示的驅(qū)動電路la相同，所以不重復(fù)說明。
此外，圖6、圖7所示的驅(qū)動電路lc、 ld,在通過MOSFET構(gòu)成開關(guān)元件Q1 Q4的點，分別與圖4、圖5所示的驅(qū)動電路la、 lb相異。因此，如果在關(guān)于圖4、圖5的說明中，將雙極晶體管的基極電極、發(fā)射極電極和集電極電極分別改稱為MOSFET的柵極電極、源極電極和漏極電極，將雙極晶體管的NPN型和PNP型分別改稱為MOSFET的N溝道和 P溝道的話，則圖4、圖5中的說明對于圖6、圖7所示的驅(qū)動電路lc、 ld也是妥當(dāng)?shù)?，因此不重?fù)說明。
如上所述，根據(jù)實施方式1的驅(qū)動電路1、 la-ld，通過使用單一的電源15,切換開關(guān)元件Q1 Q4，從而能夠?qū)GBT10的柵極電極G施加正偏壓和反偏壓這兩方的偏置電壓。此外，電源15的輸出是使IGBT10 接通所需要的充分的電壓即可。相對于在所述第二現(xiàn)有技術(shù)中，從電源供給施加在反偏壓施加中使用的電容器的充電電壓的電壓，在實施方式1 中，能夠以更少的輸出電壓對IGBT10的柵極電極G施加反偏壓。因此，在實施方式1的驅(qū)動電路1、 la ld中，不需要在所述第一、第二現(xiàn)有技術(shù)中必須的高耐電壓性能。
在IGBT等的功率元件的切斷時施加反偏壓的情況下，與不施加反偏壓的情況相比，需要大概4倍的驅(qū)動電流。因此，驅(qū)動用電源需要比較大的電流容量，驅(qū)動電路的各開關(guān)元件也需要電流容量大的元件。此外，因為功率元件的接通時間增加，所以開關(guān)損失增大。當(dāng)為了提高功率元件的開關(guān)速度，減小柵極電阻或基極電阻的電阻值時，相反，驅(qū)動電流的峰值增加，因此需要更大的電流容量的驅(qū)動用電源。
在實施方式2中，為了解決上述問題，在切斷IGBT10時，在暫時成為第二狀態(tài)后，以不通過電源15的路徑連接IGBTIO的發(fā)射極電極E和柵極電極G，由此使在柵極電極G和發(fā)射極電極E之間蓄積的電荷放電。由此，使接通時的驅(qū)動電流ID減少。以下，參照圖8 ~圖15詳細地進行說明。圖8是表示作為本發(fā)明的實施方式2， IGBT10的驅(qū)動電路2a的結(jié)構(gòu) 的電路圖。圖8所示的驅(qū)動電路2a是將圖4所示的驅(qū)動電路la變形后的電路。驅(qū)動電路2a與圖4的驅(qū)動電路la的相異點在于，還包含連接于雙極晶體管Q3的柵極電極和連接節(jié)點P4之間的1短脈沖產(chǎn)生電路30a,和還包含連接于雙極晶體管Q4的發(fā)射極電極和集電極電極之間的電阻R4。在這里，1短脈沖產(chǎn)生電路30a被驅(qū)動電路2a的控制部20c包含，在輸入的脈沖信號從L電平向H電平變化時，以該上升邊緣為觸發(fā)，輸出H電平的1短脈沖。參照圖10在后面說明1短脈沖產(chǎn)生電路30a的具體結(jié)構(gòu) 的一個例子。此外，電阻R4的電阻值設(shè)定得比導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管 Ql Q4的發(fā)射極/集電極間電阻大。
圖9是表示關(guān)于圖8的驅(qū)動電路2a,對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖9中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號 SGO的邏輯電平、雙極晶體管Ql ~ Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10的柵極 /發(fā)射極間電壓VGE、以及驅(qū)動電流ID。
以下，參照圖8、圖9對驅(qū)動電^各2a的工作進4亍說明。
在圖9的時刻Tl,輸入信號SGO從L電平切換為H電平。這時，作為控制信號SG1被供給輸入信號SGO的雙極晶體管Ql、 Q2分別變?yōu)閷?dǎo) 通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，被供給將輸入信號SGO反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
另一方面，在1短脈沖產(chǎn)生電路30a中，在控制信號SG2從H電平變化為L電平的下降邊緣，不產(chǎn)生1短脈沖，輸出保持L電平。因此，雙極晶體管Q3維持斷開狀態(tài)。結(jié)果，因為雙極晶體管Ql ~ Q4的狀態(tài)成為圖1中說明了的第一狀態(tài)，所以正偏壓施加到IGBT10的柵極電極G， IGBT10接通。在時刻T1 T2的接通時間，柵極/發(fā)射極間電壓VGE從O 變4匕為Vcc。
在時刻T3輸入信號SGO從H電平切換為L電平。這時，被供給L 電平的輸入信號SGO的雙極晶體管Ql、 Q2分別變?yōu)閿嚅_狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)，被供給H電平的控制信號SG2的雙極晶體管Q4變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。
另一方面，在1短脈沖產(chǎn)生電路30a中，控制信號SG2從L電平變化為H電平，因此以該上升邊緣為觸發(fā)，產(chǎn)生H電平的1短脈沖。1短脈沖產(chǎn)生電路30a的輸出在接下來的時刻T4返回L電平。接受該脈沖輸出，僅在時刻T3 T4之間的暫時的期間，雙極晶體管Q3成為導(dǎo)通狀態(tài)，
17因此雙極晶體管Ql ~Q4的狀態(tài)暫時變?yōu)榈诙顟B(tài)。結(jié)果，反偏壓施加到 IGBTIO的柵極電極G, IGBTIO切斷。這時，IGBTIO的柵極/發(fā)射極間電壓VGE從Vcc逐漸地變化到-Vcc。這時的驅(qū)動電流ID是11x2。
在時刻T4,雙極晶體管Q1、 Q3、 Q4變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，因此電源節(jié)點 11和IGBTIO之間開放。另一方面，因為雙極晶體管Q2是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBTIO的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由并聯(lián)連接于雙極晶體管 Q4的電阻R4、導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管Q2、以及柵極電阻RG，到IGBTIO 的才冊才及電才及G為止的放電路徑19。
通過在不經(jīng)由電源15的該放電^各徑19中流過放電電流，在時刻T3 ~ T4的期間，蓄積在IGBTIO的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。該放電與圖2 的T5 T6的情況不同，不是通過電源15驅(qū)動而產(chǎn)生的。當(dāng)在時刻T5柵才及/發(fā)射才及間電壓VGE變?yōu)?時，放電結(jié)束。時刻T4 ~ T5的放電時間是通過旁路用的電阻R4的電阻值、柵極電阻RG的電阻值和IGBT10的柵極電容等決定的時間常數(shù)而確定的。
在接下來的T6，因為輸入信號SGO再次從L電平切換為H電平，所以與時刻Tl的情況同樣地，雙極晶體管Ql ~Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，正偏壓施加到IGBTIO的柵極電極G, IGBTIO接通。這里，在接通的開始時間點，蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷的放電已經(jīng)結(jié)束，柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?。因此，在時刻T6 T7的接通時間的柵極/發(fā)射極間電壓VGE的變化量是從0到Vcc的Vcc,成為圖2的時刻T5 ~ T6所示的實施方式l的情況的一半。結(jié)果，在接通時電源15供給的驅(qū)動電流ID變為Il,變?yōu)閷嵤┓绞?的情況的一半。
像這樣，在實施方式2的驅(qū)動電路2a中，在暫時成為第二狀態(tài)之后，使蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷通過不經(jīng)由電源15的放電路徑 19放電，將柵極/發(fā)射極間電壓VGE返回到0,由此能夠使IGBT10的接通時的驅(qū)動電流ID減少。進而，因為接通時的柵極/發(fā)射極間電壓VGE 的變化量也減少，所以也能夠使IGBT10的接通時間縮短。
圖10是表示圖8所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30a的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
如圖10所示，1短脈沖產(chǎn)生電路30a包含連接于輸入側(cè)節(jié)點31和中間節(jié)點33之間的電容器32;串聯(lián)連接于中間節(jié)點33和輸出側(cè)節(jié)點37 之間的2個倒相器36a、 36b,以及在中間節(jié)點33和接地GND1 (接地節(jié)點12)之間相互并聯(lián)連接的電阻34和二極管35。 1短脈沖產(chǎn)生電路30a 的輸入側(cè)節(jié)點31連接于連接節(jié)點P4,輸出側(cè)節(jié)點37連接于雙極晶體管 Q3的基極電極G3。
在這里，通過電容器32和電阻34構(gòu)成的電路是所謂微分電路，輸入側(cè)節(jié)點31的信號被微分并在中間節(jié)點33生成。但是，在中間節(jié)點33的電位V ( 33 )相對于接地GND1變?yōu)樨摰那闆r下，在二極管35正方向流動，因此中間節(jié)點33的電位V (33)被大致限制為0。此外，在圖10中串聯(lián)連接的2個倒相器36a、 36b作為將輸入的電壓波形整流為矩形波的緩沖器而使用。
圖ll是表示關(guān)于圖IO所示的l短脈沖產(chǎn)生電路30a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖11中，4黃軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平(信號輸入節(jié)點Sin的電位V ( Sin))、輸入側(cè)節(jié)點31的電位V (31 )、中間節(jié)點33的電位V(33)、輸出側(cè)節(jié)點 37的電位V (37)、以及雙極晶體管Q3的工作狀態(tài)。
參照圖10、圖11,在時刻T1、 T4，輸入信號SGO從L電平(0)切換為H電平(Vcc)，因此輸入側(cè)節(jié)點31的電位V (31 ),人Vcc變化為0。這時，作為微分信號在中間節(jié)點33生成的負電位通過二極管35被限制，因此中間節(jié)點33的電位V (33)僅降低二極管35的正方向下降電壓。
另一方面，在時刻T2、 T5,因為對應(yīng)于輸入信號SGO,輸入側(cè)節(jié)點 31的電位V (31 )從0變化為Vcc，所以作為微分信號在中間節(jié)點33生成的電位V (33)上述至Vcc之后，漸漸地返回O。結(jié)果，在中間節(jié)點33 的電位V (33)變?yōu)榈瓜嗥?6a的闊值電壓Vtl以上的、時刻T2 T3和時刻T5 T6，對輸出側(cè)節(jié)點37輸出H電平(電源電壓Vcc)的脈沖信號。接受該脈沖輸出，雙極晶體管Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。在這里，對應(yīng)于1短脈沖的脈沖寬度的、時刻T2 T3、日于刻T5 T6的時間，以作為電容器32 的電容和電阻34的值的積的微分電路的時間常數(shù)決定。
圖12是表示作為圖8所示的驅(qū)動電路2a的變形例的驅(qū)動電路2b的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖12的驅(qū)動電路2b與圖8所示的驅(qū)動電路2a的差異在于，代替圖8的1短脈沖產(chǎn)生電路30a和電阻R4，包含連接于連接節(jié) 點P3和雙極晶體管Q2的基極電極G2之間的1短脈沖產(chǎn)生電路30b;連接于雙極晶體管Q1的集電極電極和發(fā)射極電極之間的電阻R1。在這里， 1短脈沖產(chǎn)生電路30b被驅(qū)動電路2b的控制部20d包含，在輸入的脈沖信號從H電平變化為L電平時，以該下降邊緣為觸發(fā)，輸出暫時變?yōu)長電平再返回H電平的L電平的1短脈沖。參照圖14在后面說明1短脈沖產(chǎn)生電路30b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子。此外，電阻R1的電阻值設(shè)定得比導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管Ql ~ Q4的發(fā)射極/集電極間電阻充分地大。
圖13是表示關(guān)于圖12的驅(qū)動電路2b，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。在圖13中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、雙極晶體管Q1~Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10 的柵極/發(fā)射極間電壓VGE、以及驅(qū)動電流ID。
以下，參照圖12、圖13對驅(qū)動電路2b的工作進行說明。在這里，圖13與圖9的驅(qū)動電路2a的時間圖相比較，不同點在于雙極晶體管Q2 的波形和雙極晶體管Q3的波形交換。因此，在以下的說明中，主要針對雙極晶體管Q2、 Q3的工作進行說明，關(guān)于與驅(qū)動電路2a相同的點不重復(fù)說明。
在圖13的時刻T1，輸入信號SGO從L電平切換為H電平。這時，反轉(zhuǎn)輸入信號SGO并供給的雙極晶體管Q3轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。另一方面，在1短脈沖產(chǎn)生電路30b中，在輸入信號SGO從L電平變化為H電平的上升邊緣，不產(chǎn)生1短脈沖，輸出保持H電平。因此，雙極晶體管Q2維持斷開狀態(tài)。結(jié)果，雙極晶體管Ql Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，IGBT10 接通。
在時刻T3，當(dāng)輸入信號SGO從H電平切換為L電平時，雙極晶體管 Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。另一方面，在1短脈沖產(chǎn)生電路30b中，輸入信號SGO 從H電平變化為L電平，因此以該下降邊緣為觸發(fā)，產(chǎn)生L電平的1短脈沖。1短脈沖產(chǎn)生電路30b的輸出在接下來的時刻T4返回H電平。接受該脈沖輸出，因為雙極晶體管Q2在時刻T3 T4之間成為導(dǎo)通狀態(tài)，所以雙極晶體管Ql Q4的狀態(tài)暫時變?yōu)榈诙顟B(tài)，IGBT10切斷。
在時刻T4，雙極晶體管Q1、 Q2、 Q4變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，因此接地節(jié)點 12和IGBT10之間開放。另一方面，因為雙極晶體管Q3是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBT10的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管 Q3、旁i 各用電阻Rl、以及柵才及電阻RG，到IGBT10的柵才及電才及G為止的-文電^各徑19。通過在不經(jīng)由電源15的該方文電^各徑19中流過方文電電流，在時刻T3 ~T4的期間蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。
像這樣，在圖12的驅(qū)動電路2b中，在暫時成為第二狀態(tài)之后，使蓄積在IGBTIO的4冊極/發(fā)射極間的電荷也通過不經(jīng)由電源15的放電路徑19 放電，因此圖12的驅(qū)動電路2b發(fā)揮與圖8的驅(qū)動電路2a相同的效果。
圖M是表示圖12所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖14所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30b與圖IO所示的1短脈沖產(chǎn)生電路 30a不同的是，電阻34和二極管35連接于中間節(jié)點33和電源節(jié)點11 (電源電壓Vcc)之間。此外，關(guān)于二極管35的極性，在圖14中，二極管35 的陰極連接于電源節(jié)點11，二極管35的陽極連接于中間節(jié)點33。像這樣，中間節(jié)點33經(jīng)由電阻34連接于電壓節(jié)點11,因此在輸入側(cè)節(jié)點31的電位V (31 )不變化的情況下，中間節(jié)點33的電位V (33)固定于Vcc。當(dāng)輸入側(cè)節(jié)點31的電位V (31 )變化時，將其微分信號重合于電源電壓 Vcc后的電位，在中間節(jié)點33生成。在中間節(jié)點33的電位V (33)超過電源電壓Vcc的情況下，在二極管35正方向流動，因此中間節(jié)點33的電位V ( 33 )被大致限制為Vcc。
圖J5是表示關(guān)于圖14所示的l短脈沖產(chǎn)生電路30b，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖15中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平(與輸入節(jié)點31的電位V( 31 )相同)、中間節(jié)點33的電位V ( 33 )、輸出側(cè)節(jié)點37的電位V ( 37 )、以及雙才及晶體管Q2的工作狀態(tài)。
參照圖14、圖15,在時刻Tl、 T4，對應(yīng)于輸入信號SGO輸入側(cè)節(jié) 點31的電位V ( 31 )從0切換為Vcc時，電壓的上升通過二極管35被限制，因此中間節(jié)點3 3的電位V ( 3 3 )僅上升二極管3 5的正方向下降電壓。在時刻T2、 T5,輸入側(cè)節(jié)點31的電位V (31 )從Vcc切換為0時，中間節(jié)點33的電位V ( 33 )降低到0后漸漸地返回Vcc。在中間節(jié)點33的電位V( 33 )變?yōu)榈瓜嗥?6a的閾值電壓Vtl以下的時刻T2 ~ T4和時刻T5 ~ T6,在輸出側(cè)節(jié)點產(chǎn)生0的電位，即L電平的脈沖信號。接受該脈沖輸出，雙極晶體管Q2變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
在上述的實施方式2中，表示將圖4所示的驅(qū)動電路la變形后的驅(qū) 動電路2a、 2b的結(jié)構(gòu)，但即使將圖5 ~圖7所示的驅(qū)動電路lb~ ld變形
脈沖產(chǎn)生電路連接于NPN型的雙極晶體管或N溝道的MOSFET的情況下，使用圖IO所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30a,在1短脈沖產(chǎn)生電^各連接
21于PNP型的雙極晶體管或P溝道的MOSFET的情況下，使用圖14所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30b。
實施方式3的目的在于降低切斷IGBT10時的驅(qū)動電流ID。具體地，在將開關(guān)元件Ql ~Q4的狀態(tài)從第一狀態(tài)切換為第二狀態(tài)時，針對開關(guān)元件Q2、 Q3的任一方使變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的定時延遲。而且，通過在這期間不經(jīng)由電源15，連接IGBTIO的發(fā)射極電極E和柵極電極G,由此使蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷放電。以下，參照圖16 ~圖23詳細地進行說明。
圖16是表示作為本發(fā)明的實施方式3， IGBT10的驅(qū)動電路3a的結(jié) 構(gòu)的電路圖。圖16所示的驅(qū)動電路3a是將圖4所示的驅(qū)動電路la變形后的電路。圖16所示的驅(qū)動電路3a與圖4所示的驅(qū)動電路la的差異在于，還包含連接于雙極晶體管Q4的發(fā)射極電極和集電極電極之間的二極管D4,以及連接于雙極晶體管Q3的柵極電極G3和連接節(jié)點P4之間的延遲電路40a。在這里，二極管D4的陰極連接于雙極晶體管Q4的發(fā)射極電極，二極管D4的陽極連接于集電極電極。因此，在第二狀態(tài)下雙極晶體管Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，二極管D4被向反方向偏置，不導(dǎo)通。此外，延遲電路40a被包含于驅(qū)動電路3a的控制部20e,具有使輸入的脈沖信號從L電平切換為H電平時的上升邊緣延遲的功能。關(guān)于延遲電路40a的具體結(jié)構(gòu)例，參照圖18在后面敘述。
圖17是表示關(guān)于圖16的驅(qū)動電路3a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。在圖17中，一黃軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、雙極晶體管Ql-Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10 的柵極/發(fā)射才及間電壓VGE 、以及驅(qū)動電流ID 。
以下，參照圖16、圖17對驅(qū)動電路3a的工作進行說明。
在圖17的時刻Tl,在輸入信號SGO從L電平切換為H電平時，被供給輸入信號SGO的雙極晶體管Ql、 Q2分別變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，被供給將輸入信號SGO反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q4變?yōu)閷?dǎo) 通狀態(tài)。另一方面，在控制信號SG2從H電平變?yōu)長電平的下降邊緣中，因為不產(chǎn)生延遲電i 各40a引起的延遲，所以連接于延遲電i 各40a的雙才及晶體管Q3從時刻Tl起不延遲而轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。結(jié)果，因為雙極晶體管 Q1 Q4的狀態(tài)成為圖1中說明了的第一狀態(tài)，所以正偏壓施加到IGBT10
22的柵極電極G, IGBT10接通。在時刻Tl ~T2的接通時間，柵極/發(fā)射極間電壓VGE從-Vcc向Vcc變化。
接著，在時刻T3輸入信號SG0從H電平切換為L電平。這時，雙極晶體管Q1、 Q2分別變?yōu)閿嚅_狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)，被供給將輸入信號SGO 反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q4變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。另一方面，在時刻T3控制信號SG2從L電平變化為H電平時，延遲電路40a使控制信號 SG2的上升延遲到時刻T4為止并輸出。接受該輸出，雙極晶體管Q3在時刻T4之前維持斷開狀態(tài)，在時刻T4轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。
在雙極晶體管Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)之前的時刻T3~T4中，雙極晶體管 Ql、 Q3、 Q4是斷開狀態(tài)，因此電源節(jié)點11和IGBT10之間開放。另一方面，因為雙極晶體管Q2是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBTIO的柵極電極 G起，依次經(jīng)由柵極電阻RG,導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管Q2、以及正方向的二極管D4，到IGBT10的發(fā)射極電極E為止的放電路徑19。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑19中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。與圖2的T3 T4的情況不同，該放電不是通過電源15 驅(qū)動而產(chǎn)生的。當(dāng)柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?時，放電結(jié)束。到放電結(jié)束為止的時間通過由柵極電阻RG的電阻值和IGBT10的柵極電容等而決定的時間常數(shù)來確定。
當(dāng)在時刻T4雙極晶體管Q3轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時，雙極晶體管Ql ~ Q4 的狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，因此對IGBT10的柵極電極G施加反偏壓。在圖 17中，在時刻T4的時間點已經(jīng)放電結(jié)束，柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?0,因此在時刻T4 ~ T5,柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0變化到-Vcc。
如上所述，在實施方式3中，時刻T3 T5的切斷期間包含時刻T3~ T4的第一期間和時刻T4 T5的第二期間。在第一期間中，在不經(jīng)由電源 15的路徑中在IGBT10的柵極/發(fā)射極間蓄積的電荷放電。因此，該放電不是通過電源15驅(qū)動的。在接著第一期間的第二期間中，通過電源15供給驅(qū)動電流ID，對IGBT10施加反偏壓。當(dāng)在第一期間蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷的放電結(jié)束時，在第二期間的柵極/發(fā)射極間電壓VGE的變化量變?yōu)閂cc,因此切斷所需要的驅(qū)動電流ID變?yōu)镮I,變?yōu)閳D2的T3 T4 所示的實施方式1的情況的一半。像這樣，實施方式3的驅(qū)動電路3a能夠使切斷所需要的驅(qū)動電流ID減少。
在時刻T6，因為輸入信號SGO再次從L電平切換為H電平，所以與時刻T1的情況同樣地，雙極晶體管Ql ~Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，正偏壓施加到IGBT10的柵極電極G, IGBT10接通。在實施方式3中，針對接通時，沒有采用使蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷放電的過程，因此需要的驅(qū)動電流ID變?yōu)?1x2，與圖2的T5~T6所示的實施方式1的情況相同。
圖18是表示圖16所示的延遲電路40a的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
如圖18所示，延遲電路40a包含連接于輸入側(cè)節(jié)點41和中間節(jié)點 44之間的電阻42;串聯(lián)連接于中間節(jié)點44和輸出側(cè)節(jié)點47之間的緩沖用的2個倒相器46a、 46b;與電阻42并聯(lián)連接的二才及管43;以及在中間節(jié)點44和接地節(jié)點12 (接地GND1 )之間連接的電容器45。關(guān)于二極管 43的極性，陰極連接于輸入側(cè)節(jié)點41，陽極連接于中間節(jié)點44。延遲電路40a的輸入側(cè)節(jié)點41連接于連接節(jié)點P4，輸出側(cè)節(jié)點47連接于雙極晶體管Q3的基極電極G3。
圖19是表示關(guān)于圖18所示的延遲電路40a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖19中，神黃軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平(信號輸入節(jié)點Sin的電位V ( Sm))、輸入側(cè) 節(jié)點41的電位V (41 )、中間節(jié)點44的電位V (44)、輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)、以及雙極晶體管Q3的工作狀態(tài)。
參照圖18、圖19,在時刻T1、 T4,對應(yīng)于輸入信號SGO從L電平 (0)切換為H電平(Vcc),輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41 )從Vcc變化為0。在該電位V (41 )的下降時，因為在二才及管43中流動正方向電流，所以中間節(jié)點44電位V (44 )追隨輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41 )的變化乂人Vcc變化到0。
另一方面，在時刻T2、 T5，輸入側(cè)節(jié)點4的電位V (41 )從0變化為Vcc。這時，二極管43被向反方向偏置，是非導(dǎo)通狀態(tài)。因此，通過由電阻42和電容器45構(gòu)成的積分電路的效果，在中間節(jié)點44生成的信號的上升邊緣遲緩，中間節(jié)點44的電位V (44)從O向Vcc漸漸上升。結(jié)果，在中間節(jié)點44的電位V (44)變?yōu)榈瓜嗥?6a的閾值電壓Vtl以上的時刻T3、 T6以后，輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)變?yōu)閂cc,雙極晶體管Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
像這樣，在延遲電路40a中，輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)的上升的定時比輸入側(cè)節(jié)點41的電位V(41)的上升的定時，僅延遲圖19的時刻T2 T3和時刻T5 T6的延遲時間。該延遲時間由作為電容器45的電容和電阻42的電阻的積的積分電路的時間常數(shù)來確定。
圖20是表示作為圖16所示的驅(qū)動電路3a的變形例的驅(qū)動電路3b的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖20的驅(qū)動電路3b與圖16的驅(qū)動電路3a的差異在于，代替圖16的二極管D4和延遲電路40a,包含連接于雙極晶體管Ql的集電極電極和發(fā)射極電極之間的二極管Dl;和連接于連接節(jié)點P3和雙極晶體管Q2的基極電極G2之間的延遲電路40b。在這里，二極管D1的陰極連接于雙極晶體管Ql的集電極電極，二極管Dl的陽極連接于發(fā)射極電極。因此，在第二狀態(tài)下雙極晶體管Q2變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，二極管D4 被向反方向偏置，不導(dǎo)通。此外，圖20的延遲電路40b被包含于驅(qū)動電路3b的控制部20f,使輸入的脈沖信號從H電平切換為L電平時的下降邊緣延遲。參照圖22在后面說明延遲電路40b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子。
圖21是表示關(guān)于圖20的驅(qū)動電路3b,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài) 的變化的時間圖。在圖21中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、雙極晶體管Q1 Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10 的柵極/發(fā)射極間電壓VGE、以及驅(qū)動電流ID。
以下，參照圖20、圖21對驅(qū)動電路3b的工作進行說明。在這里，圖21與圖17的驅(qū)動電路3a的時間圖相比較，不同點在于雙極晶體管Q2 的波形和雙極晶體管Q3的波形交換。因此，在以下的說明中，主要針對雙極晶體管Q2、 Q3的工作進行說明，針對與驅(qū)動電路3a相同的工作不重復(fù)說明。
在圖21的時刻T1，輸入信號SGO從L電平切換為H電平。這時，被供給使輸入信號SGO反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q3轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。另一方面，對雙極晶體管Q2的基極電極G2供給延遲電路40b 的輸出。在這里，在輸入信號SGO從L電平變化為H電平的上升邊緣中，因為不產(chǎn)生延遲電路40b引起的上升的定時的延遲，所以在時刻Tl雙極晶體管Q2轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。
在時刻T3,對應(yīng)于輸入信號SGO從H電平切換為L電平，雙極晶體管Q3轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，延遲電路40b使輸入信號SGO從H 電平變化為L電平的下降的定時延遲到時刻T4并輸出。接受該輸出的雙極晶體管Q2在時刻T4之前維持斷開狀態(tài)，在時刻T4轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。在雙極晶體管Q2轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)之前的時刻T43 ~ T4中，雙極晶體管Q1、 Q2、 Q4是斷開狀態(tài)，因此接地節(jié)點12和IGBT10之間開放。另一方面，因為雙極晶體管Q3是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBT10的柵極電極G其，依次經(jīng)由柵極電阻RG、正方向的二極管D1、以及導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管Q3,到IGBT10的發(fā)射極電極E為止的放電路徑19。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑19中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。
當(dāng)在時刻T4雙極晶體管Q2轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時，雙極晶體管Ql ~ Q4的狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，因此對IGBT10的4冊極電極G施加反偏壓。
像這樣，驅(qū)動電路3b與圖16的驅(qū)動電路3a同樣地，在切斷期間的最初的時刻T3 ~ T4之間，使蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷通過不經(jīng)由電源15的路徑放電，由此能夠使切斷所需要的驅(qū)動電流ID減少。
圖22是表示圖20所示的延遲電路40b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖22所示的延遲電路40b與圖18所示的延遲電路40a的差異在于，將二極管43的陽極連接于輸入側(cè)節(jié)點41,將陰極連接于中間節(jié)點44。像這樣，由于二極管43的極性與圖18不同，所以在脈沖信號輸入到輸入側(cè)節(jié)點41時，相對于在圖18的延遲電路40a中上升的定時被延遲，在圖22的延遲電i 各40b中，下降的定時延遲。
圖23是表示關(guān)于圖22所示的延遲電路40b,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖23中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平(與輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41 )相同)、中間節(jié)點44的電位V (44)、輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)、以及雙極晶體管Q2的工作狀態(tài)。
參照圖22、圖23，在時刻T1、 T4，對應(yīng)于輸入信號SGO,輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41 )從0切換為Vcc。這時，在該電位V(41)的上升時，因為正方向電流在二才及管43中流動，所以中間節(jié)點44電位V ( 44 )追隨輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41)的變化從O變化到Vcc。
另一方面，在時刻T2、 T5,輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41 )從Vcc變化為0。在該電位V (41)的下降時，在中間節(jié)點44生成的信號的上升邊緣遲緩，中間節(jié)點44的電位V (44)從Vcc向O漸漸下降。結(jié)果，在中間節(jié)點44的電位V (44)變?yōu)椴蛔愕瓜嗥?6a的閾值電壓Vtl的時刻T3、 T6以后，輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)變?yōu)?，雙極晶體管Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。即，輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)的下降的定時比輸入側(cè)節(jié)點41的電位V(41 )的下降的定時，4叉延遲時刻T2 T3和時刻T5 ~T6的延遲時間。
在上述的實施方式3中，表示將圖4所示的驅(qū)動電路la變形后的驅(qū)動電路3a、 3b的結(jié)構(gòu)，但是將圖5-圖7所示的驅(qū)動電路lb-ld變形后也能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)揮同樣的作用效果的功率元件的驅(qū)動電路。在這里，在延遲電路連接于NPN型的雙極晶體管或N溝道的MOSFET的情況下，使用圖18所示的延遲電路40a,在延遲電路連接于PNP型的雙極晶體管或P溝道的MOSFET的情況下，使用圖22所示的延遲電路40b。
此外，作為開關(guān)元件Q1 Q4使用MOSFET的情況下，能夠?qū)OSFET的寄生二極管作為放電路徑19進行利用。因此，與使用雙極晶體管Q1 Q4的圖16、圖20的情況不同，也可以不與開關(guān)元件Q1、 Q4并列地進一步連^妻二^^及管Dl、 D4。
此外，實施方式3也能夠與實施方式2組合。在該情況下，能夠發(fā)揮實施方式2的IGBT10的接通時的驅(qū)動電流ID的降低和接通時間的縮短的效果，和實施方式3的切斷時的驅(qū)動電流ID的降低這雙方的效果。此外，因為在接通和切斷這兩方能夠降低驅(qū)動電流，所以針對驅(qū)動用的電源15和開關(guān)元件Q1 Q4能夠使用電流容量小的元件，具有成本上的優(yōu)勢。
實施方式4與實施方式3相反地，其目的在于降低接通IGBT10時的驅(qū)動電流ID。具體方法與實施方式3類似，在將開關(guān)元件Ql ~Q4的狀態(tài)從第一狀態(tài)切換為第二狀態(tài)時，針對開關(guān)元件Q1、 Q4的任一方使變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)的定時延遲。而且，在這期間不經(jīng)由電源15，連接IGBT10的發(fā)射極電極E和柵極電極G，由此使蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷放電。以下，參照圖24 ~圖27詳細地進行說明。
圖24是表示作為本發(fā)明的實施方式4, IGBT10的驅(qū)動電路4a的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖24所示的驅(qū)動電路4a是將圖4所示的驅(qū)動電路la變形后的電路。圖24所示的驅(qū)動電路4a與圖4所示的驅(qū)動電路la的差異在于，還包含連接于雙極晶體管Q3的發(fā)射極電極和集電極電極之間的二極管D3，以及連接于雙極晶體管Q4的柵極電極G4和連接節(jié)點P4之間
27的延遲電路40b。在這里，二極管D3的陰極連接于雙極晶體管Q3的集電極電極，二極管D3的陽極連接于發(fā)射極電極。因此，在第一狀態(tài)下雙極晶體管Q4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，二極管D3被向反方向偏置，不導(dǎo)通。此外，延遲電路40b被包含于驅(qū)動電路4a的控制部20g，如參照圖20、圖22已經(jīng)說明過的那樣，使輸入的脈沖信號從H電平切換為L電平時的下降邊緣延遲。
圖25是表示關(guān)于圖24的驅(qū)動電路4a,對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖25中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、雙極晶體管Q1 Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10的柵極/發(fā)射極間電壓VGE、以及驅(qū)動電流ID。
以下，參照圖24、圖25對驅(qū)動電路4a的工作進行說明。
在圖25的時刻Tl以前，因為雙極晶體管Ql -Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)是在圖1說明過的第二狀態(tài)，所以以柵極電極G的電位相對于發(fā)射才及電極E的電位成為負的方式，對IGBT10施加反偏壓。
在時刻Tl，在輸入信號SGO從L電平切換為H電平時，被供給輸入信號SGO的雙極晶體管Ql、 Q2分別變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，被供給將輸入信號SGO反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q3變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。另一方面，因為在時刻Tl控制信號SG2從H電平變化為L電平，所以延遲電路40b使控制信號SG2的下降延遲到時刻T2并輸出。接受該輸出，雙極晶體管Q4在時刻T2之前維持斷開狀態(tài)，在時刻T2轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。
在雙極晶體管Q4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)之前的時刻Tl ~ T2的期間中，雙極晶體管Q2 Q4是斷開狀態(tài)，因此接地節(jié)點12和IGBT10之間開放。另一方面，因為雙極晶體管Ql是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBTIO的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由正方向的二極管D3、導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管Ql、以及柵極電阻RG,到IGBT10的柵極電極G為止的放電路徑19。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑19中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。與圖2所示的Tl T2的情況不同，該放電不是通過電源15驅(qū)動而產(chǎn)生的。當(dāng)4冊4及/發(fā)射^J'司電壓VGE變?yōu)?時，；改電結(jié)束。到放電結(jié)束為止的時間通過柵極電阻RG的電阻值和IGBT10的柵極電容的積等而決定的時間常數(shù)來確定。
當(dāng)在接下來的時刻T2雙極晶體管Q4轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時，雙極晶體管Ql Q4的狀態(tài)變?yōu)樵趫Dl說明了的第一狀態(tài)，因此對IGBT10的柵極
28電極G施加正偏壓。在圖25中，在時刻T2的時間點已經(jīng)放電結(jié)束，柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?,因此在時刻T2 T3，柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0變化到Vcc。
像這樣，在實施方式4中，時刻T2-T3的接通期間包含時刻Tl~T2的第一期間和時刻T2~T3的第二期間。在第一期間中，在不經(jīng)由電源15的44圣中在IGBT10的柵才及/發(fā)射^l間蓄積的電荷;改電，因此不通過電源15供給驅(qū)動電流ID。在接著第一期間的第二期間中，通過電源15供給驅(qū)動電流ID,對IGBT10施加正偏壓。當(dāng)在第一期間蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷的放電結(jié)束時，在第二期間的柵極/發(fā)射極間電壓VGE的變化量變?yōu)閂cc，因此接通所需要的驅(qū)動電流ID變?yōu)镮I,變?yōu)閳D2的T1 T2所示的實施方式1的情況的一半。像這樣，在實施方式4中能夠使接通所需的驅(qū)動電流ID減少。
接著，在時刻T4,在輸入信號SG0從H電平切換為L電平時，#皮供給輸入信號SG0的雙極晶體管Ql、 Q2分別變?yōu)閿嚅_狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)，被供給將輸入信號SG0反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。另一方面，在控制信號SG2從L電平變?yōu)镠電平的上升邊緣中，因為不產(chǎn)生延遲電路40b引起的延遲，所以連接于延遲電路40b的雙才及晶體管Q4從時刻T4起不延遲而轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。結(jié)果，因為雙極晶體管Ql ~ Q4的狀態(tài)成為第二狀態(tài)，所以反偏壓施加到IGBT10的4冊才及電才及G,IGBT10切斷。
在實施方式4中，關(guān)于切斷時與上述的實施方式3不同，沒有采用使柵極/發(fā)射極間蓄積的電荷放電的過程。因此，在時刻T4 T5的切斷時間從電源15供給的驅(qū)動電流ID變?yōu)?1x2,與實施方式l的情況相同。
在時刻T6,輸入信號SGO再次從L電平切換為H電平，因此以與時刻Tl T3的情況相同的經(jīng)過，在時刻T8之前，IGBT10的接通結(jié)束。
圖26是表示作為圖24所示的驅(qū)動電路4a的變形例的驅(qū)動電路4b的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖26的驅(qū)動電路4b與圖24的驅(qū)動電路4a的差異在于，代替圖24的二極管D3和延遲電路40b,包含連接于雙極晶體管Q2的集電極電極和發(fā)射極電極之間的二極管D2;和連接于連接節(jié)點P3和雙極晶體管Ql的基極電極G1之間的延遲電路40a。在這里，二極管D2的陰極連接于雙極晶體管Q2的發(fā)射極電極，二極管D2的陽極連接于雙極晶體管Q2的集電極電極。因此，在第一狀態(tài)下雙極晶體管Ql變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，二極管D2被向反方向偏置，不導(dǎo)通。此外，延遲電路40a被包含于驅(qū)動電路4b的控制部20h,如參照圖16、 18已經(jīng)說明過的那樣，使輸入的脈沖信號從L電平切換為H電平時的上升邊緣延遲。
圖27是表示關(guān)于圖26的驅(qū)動電路4b，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖27中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、雙極晶體管Q1 Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10的柵極/發(fā)射極間電壓VGE 、以及驅(qū)動電流ID 。
以下，參照圖26、圖27對驅(qū)動電路4b的工作進行說明。在這里，在圖27中，與圖25的驅(qū)動電路4a的時間圖相比較，不同點在于雙極晶體管Ql的波形和雙極晶體管Q4的波形交換。因此，在以下的說明中，主要針對雙極晶體管Q1、 Q4的工作進行說明，針對與驅(qū)動電路4a相同的工作不重復(fù)說明。
在圖27的時刻Tl,對應(yīng)于輸入信號SGO從L電平切換為H電平，被供給使輸入信號SGO反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2的雙極晶體管Q4變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。另一方面，延遲電路40b使控制信號SG2從L電平變化為H電平的上升的定時延遲到時刻T2并輸出，接受該輸出的雙極晶體管Ql在時刻T2之前維持斷開狀態(tài)，在時刻T2轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。
在雙極晶體管Ql變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)之前的時刻Tl T2的期間中，雙極晶體管Ql ~Q3是斷開狀態(tài)，因此電源節(jié)點11和IGBT10之間開放。另一方面，因為雙極晶體管Q4是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBTIO的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的雙極晶體管Q4、正方向的二極管D2、以及柵極電阻RG,到IGBT10的柵極電極G為止的放電路徑19。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑19中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射^及間的電荷方文電。
當(dāng)在時刻T2雙極晶體管Ql轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時，雙極晶體管Ql ~ Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，因此對IGBTIO的柵極電極G施加正偏壓。
在時刻T4，當(dāng)輸入信號SGO從H電平切換為L電平時，雙極晶體管Q4變?yōu)閿嚅_狀態(tài)。此時，在控制信號SGO從H電平變?yōu)長電平的下降邊緣中，因為不產(chǎn)生延遲電路40a引起的延遲，所以雙極晶體管Q1從時刻T4起不延遲而轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。
像這樣，驅(qū)動電路4b與圖24的驅(qū)動電路4a同樣地，在接通期間的最初的時刻Tl T2之間，預(yù)先使蓄積在IGBT10發(fā)射極電極E的電荷通過不經(jīng)由電源15的路徑放電，由此能夠使接通所需要的驅(qū)動電流ID減少。
在上述的實施方式4中，表示將圖4所示的驅(qū)動電路la變形后的驅(qū)動電路4a、 4b的結(jié)構(gòu)，但是將圖5~圖7所示的驅(qū)動電路lb~ ld變形后也能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)揮同樣的作用效果的功率元件的驅(qū)動電路。在這里，在延遲電路連接于NPN型的雙4及晶體管或N溝道的MOSFET的情況下"吏用圖18所示的延遲電^各40a,在延遲電路連接于PNP型的雙極晶體管或P溝道的IvIOSFET的情況下，使用圖22所示的延遲電路40b。
此外，在作為開關(guān)元件Ql-Q4使用MOSFET的情況下，能夠?qū)OSFET的寄生二極管作為放電路徑19進行利用。因此，與使用雙極晶體管Q1-Q4的圖24、圖26的情況不同，也可以不與開關(guān)元件Q2、 Q3進一步并列連接二極管D2、 D3。
此外，實施方式4也能夠與實施方式3組合。在該情況下，能夠發(fā)揮實施方式3的IGBT10的切斷時的驅(qū)動電流ID的降^^的效果，和實施方式4的接通時的驅(qū)動電流ID的降低這雙方的效果。此外，因為在接通和切斷這兩方能夠降低驅(qū)動電流，所以針對驅(qū)動用的電源15和開關(guān)元件Ql Q4能夠使用電流容量小的元件，具有成本上的優(yōu)勢。
實施方式5的目的在于降低IGBTIO的接通時和切斷時這兩方的驅(qū)動電流ID。具體地，在對應(yīng)于輸入信號SGO,將開關(guān)元件Ql Q4的狀態(tài)切換為第一、第二狀態(tài)時，采用一下任一個狀態(tài)，即，使開關(guān)元件Q1、Q3為導(dǎo)通狀態(tài)并且使開關(guān)元件Q2、 Q4為斷開狀態(tài)，或者使開關(guān)元件Ql、Q3為斷開狀態(tài)并且使開關(guān)元件Q2、 Q4為導(dǎo)通狀態(tài)。而且，在此期間以不經(jīng)由電源15的路徑連接IGBT10的柵極電極G和發(fā)射極電極E,使蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷放電。以下，參照圖28 ~圖33詳細地進行說明。
圖28是表示作為本發(fā)明的實施方式5, IGBT10的驅(qū)動電路5a的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖28所示的驅(qū)動電路5a是將圖6所示的驅(qū)動電路lc變形后的電路。圖28所示的驅(qū)動電路5a和圖6所示的驅(qū)動電路1C的差異在于，還包含在連接節(jié)點P4和倒相器24的輸出端之間連接的延遲電路40c。在這里，延遲電路40c被包含于驅(qū)動電路5a的控制部201,使輸入的脈沖信號的上升、下降雙方的定時延遲。關(guān)于延遲電路40c的具體結(jié)構(gòu)例，參照圖30在后面4又述。圖29是表示針對圖28的驅(qū)動電路5a,對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài) 的變化的時間圖。在圖29中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SG0的邏輯電平、構(gòu)成開關(guān)元件Ql ~ Q4的MOSFET的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10的柵極/發(fā)射極間電壓VGE、以及驅(qū)動電流ID。以下，將構(gòu) 成開關(guān)元件Ql ~ Q4的MOSFET分別簡略化記載為MOSFETQl ~ Q4。
以下，參照圖28、圖29對驅(qū)動電路5a的工作進行說明。
在圖29的時刻Tl，在輸入信號SG0從L電平切換為H電平時，被供給輸入信號SGO的MOSFETQl、 Q2分別變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)。另一方面，使輸入信號SG0反轉(zhuǎn)后的控制信號SG2被供給到延遲電路40c。延遲電路使從H電平變化為L電平的控制信號SG2的下降的定時延遲到 T2并輸出。接受該輸出，MOSFETQ3、 Q4在時刻T2之前分別維持導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，在時刻T2轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)。
在時刻T1 T2之間，因為MOSFETQ2、 Q4是斷開狀態(tài)，所以接地節(jié)點12和IGBT10之間開放。另一方面，因為MOSFETQl、 Q3是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBT10的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的 MOSFETQ3、導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFETQl、以及柵才及電阻RG，到IGBT10 的才冊4及電極G為止的力文電^各徑19a。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑19a中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。與圖 2所示的T1 T2的情況不同，該放電不是通過電源15驅(qū)動而產(chǎn)生的。當(dāng) 柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?時，放電結(jié)束。到放電結(jié)束為止的時間通過由柵極電阻RG的電阻值和IGBT10的柵極電容等而決定的時間常數(shù)來確定。
當(dāng)在時刻T2， MOSFETQ3、 Q4分別轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)時， MOSFETQl ~Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，因此對IGBT0的柵極電極G施加正偏壓。在圖29,在時刻T2的時間點已經(jīng)放電結(jié)束，柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?，因此在時刻T2 T3，柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0變化到Vcc。
在時刻T4,當(dāng)輸入信號SG0從H電平切換為L電平時，MOSFETQl 、 Q2分別變?yōu)閿嚅_狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)。另一方面，延遲電路40c使從L電平變化為H電平的控制信號SG2的上升的定時延遲到T5并輸出。接受該輸出，MOSFETQ3、 Q4在時刻T5之前分別維持斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)，在時刻T5轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)。在時刻T4 T5之間，因為M0SFETQ1、 Q3是斷開狀態(tài)，所以電壓節(jié)點11和IGBT10之間開放。另一方面，因為MOSFETQ2、 Q4是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBTIO的柵極電極G起，依次經(jīng)由柵極電阻RG,導(dǎo) 通狀態(tài)的MOSFETQ2、以及導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFETQ4，到IGBT10的發(fā)射極電極E的放電路徑19b。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑 19b中流過，蓄積在IGBTIO的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。與在實施方式 1中說明的圖2的T3 ~T4的情況不同，該放電不是通過電源15驅(qū)動而產(chǎn) 生的。當(dāng)柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?時，放電結(jié)束。
當(dāng)在時刻T5， MOSFETQ3、 Q4分別轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)時， MOSFETQ1 ~ Q4的狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，因此對IGBT10的4冊極電極G施加反偏壓。在圖29中，在時刻T5的時間點已經(jīng)放電結(jié)束，柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)?，因此在時刻T5 ~ T6,柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0 變化到-Vcc。
在時刻T7輸入信號SG0再次從L電平切換為H電平。時刻T7 ~ T9 的接通期間的驅(qū)動電路5a的工作與時刻Tl ~ T3相同。
如上所述，在實施方式5中，時刻Tl ~T3、時刻T7 T9的接通期間，和時刻T4 ~ T6的切斷期間這兩方均在這些期間的最初的》欠電期間，
電，柵極/發(fā)射極間電壓VGE的絕對值減少。之后，從電源15供給驅(qū)動電流ID,對柵極電極G和發(fā)射極電極E之間施加正方向或反方向的偏置電壓VGE,因此能夠使驅(qū)動用的電源15引起的柵極/發(fā)射極間電壓VGE 的變化量減少。結(jié)果，實施方式5的驅(qū)動電路5a能夠使接通和切斷所需的驅(qū)動電流ID減少。在放電期間中結(jié)束放電，柵極/發(fā)射極間電壓VGE 返回到0時，驅(qū)動電流ID在切斷、接通的任何情況下均變?yōu)镮I,成為實施方式]的一半。
圖30是表示圖28所示的延遲電路40c的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖。
圖30所示的延遲電3各40c與圖22所示的延遲電^各40a、 40b的差異在于，去除了在輸入側(cè)節(jié)點41和中間節(jié)點44之間連接的二極管43。像這樣，由于除去了二極管43,所以在脈沖信號輸入到輸入側(cè)節(jié)點41 時，在延遲電路40a、 40b中，上升、下降的定時被分別延遲，相對于次，在圖30的延遲電路40c中，上升、下降的定時均延遲。
33圖31是表示關(guān)于圖30所示的延遲電路40c，對應(yīng)于輸入信號SGO 的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖31中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平(信號輸入節(jié)點Sm的電位V ( Sin))、輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41)、中間節(jié)點44的電位V (44)、輸出側(cè) 節(jié)點47的電位V (47)、以及M0SFETQ3、 Q4的工作狀態(tài)。
參照圖30、圖31，在時刻T1、 T4,對應(yīng)于輸入信號SGO從L電平(0 )切換為H電平(Vcc ),輸入側(cè)節(jié)點41的電位V ( 41 )從Vcc 下降為0。這時，通過由電阻42和電容器45構(gòu)成的積分電路的效果，在中間節(jié)點44生成的電位V (44 )從Vcc漸漸地下降到0。同樣地，在時刻T3、 T7,在對應(yīng)于輸入信號SGO輸入側(cè)節(jié)點41的電位V ( 41 ) 從0上升到Vcc時，在中間節(jié)點44生成的電位V ( 44 )從0漸漸地上升到Vcc。
結(jié)果，在中間節(jié)點44的電位V (44)變?yōu)榈瓜嗥?6a的閾值電壓 Vtl以上的時刻T2以前、時刻T4~T6、 T8以后，l命出側(cè)節(jié)點47的電位V(47)變?yōu)閂cc。即，輸出側(cè)節(jié)點47的電位V (47)的上升、下降的定時比輸入側(cè)節(jié)點41的電位V (41)的上升、下降的定時，僅延遲時刻T1 T2、曰于刻T3 T4、時刻T5 T6、以及時刻T7 ~ T8的延遲時間。該延遲時間由作為電容器45的電容和電阻42的電阻值的積的積分電路的時間常數(shù)來確定。因此，MOSFETQ3、 Q4的導(dǎo)通/斷開定時也比輸入信號SG0的邏輯電平的切換的定時延遲該延遲時間。
圖32是表示作為圖28所示的驅(qū)動電路5a的變形例的驅(qū)動電路5b 的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖32的驅(qū)動電路5b與圖28的驅(qū)動電路5a的差異在于，將延遲電路40c的設(shè)置場所變更為分路節(jié)點P5和連接節(jié)點P3 之間。在這里，圖32的延遲電路40c被包含于驅(qū)動電路5b的控制部 20j,如參照圖30已經(jīng)說明了的那樣，使輸入的脈沖信號的上升、下降的雙方的定時延遲。
圖33是表示關(guān)于圖32的驅(qū)動電路5b,對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖33中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SG0的邏輯電平、M0SFETQ1 ~ Q4的導(dǎo)通/斷開狀態(tài)、IGBT10 的柵極/發(fā)射極間電壓VGE 、以及驅(qū)動電流ID 。
以下，參照圖32、圖33對驅(qū)動電路5b的工作進行說明。在這里，在圖33中，與圖29的關(guān)于驅(qū)動電路5a的時間圖相比較，不同點在于雙極晶體管Q1、 Q2的波形和雙極晶體管Q3、 Q4的波形交換。因此，在以下的說明中，主要針對與驅(qū)動電路5a不同的工作進行說明，關(guān)于與驅(qū)動電路5a相同的工作不重復(fù)說明。
在圖33的時刻Tl,在輸入信號SGO從L電平切換為H電平時， MOSFETQ3、 Q4分別變?yōu)閿嚅_狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)。接受延遲電路40c的輸出的MOSFETQl、 Q2從變?yōu)闀r刻T2起，分別轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)。
在時刻T1 T2之間，因為MOSFETQ2、 Q4是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGB丁IO的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFETQ4、導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFETQ2、以及4冊極電阻RG,到IGBT10的4冊才及電才及G 的放電^各徑19c。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑19c中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷;改電。當(dāng)在時刻T2, MOSFETQl、 Q2分別轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)時，MOSFETQ1 ~ Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，因此對IGBT10的4冊才及電才及G ;^加正偏壓。
另一方面，在時刻T4,當(dāng)輸入信號SG0從H電平切換為L電平時，MOSFETQ3、Q4分別變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)。因為MOSFETQl、 Q2接受延遲電路40c的輸出，所以從變?yōu)闀r刻T5起，分別轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)。
因為在時刻T4~T5的期間，MOSFETQl、 Q3是導(dǎo)通狀態(tài)，所以形成從IGBTIO的柵極電極G起，依次經(jīng)由柵極電阻RG,導(dǎo)通狀態(tài)的 MOSFETQ]、以及導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFETQ3,到IGBT10的發(fā)射極電極 E的放電路徑19d。通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電3各徑19中流過，蓄積在IGBT10的柵4及/發(fā)射極間的電荷放電。當(dāng)在時刻T5, MOSFETQl、 Q2分別轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)時，MOSFETQl-Q4的狀態(tài)變?yōu)榈诙顟B(tài)，因此對IGBT10的柵極電極G施加反偏壓。
像這樣，驅(qū)動電路5b與圖28的驅(qū)動電路5a同樣地，在接通、切斷期間的最初，使蓄積在IGBT10的柵極電極G或發(fā)射極電極E的電荷通過不經(jīng)由電源5的路徑放電，由此能夠使驅(qū)動電流ID減少。此外，在上述的實施方式5中，表示將圖6所示的驅(qū)動電路lc變形后的驅(qū)動電路5a、 5b的結(jié)構(gòu)，但是將圖4、圖5、圖7所示的驅(qū)動電路la、 lb、 ld變形后也能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)揮同樣的作用效果的功率元件的驅(qū)動電路。[實施方式6]
在實施方式6中，將本發(fā)明的驅(qū)動電路應(yīng)用于具有電流檢測電極 (傳感電極)的功率元件。
例如，在發(fā)射極電極的一部分作為傳感電極而分離的結(jié)構(gòu)的IGBT (傳感IGBT)中，與集電^l電流對應(yīng)的電流(傳感電流)流向傳感電極。因此，通過檢測該傳感電流的大小能夠監(jiān)視集電極電流，能夠在過電流保護等中利用。近年來，在正在積極開發(fā)的IPM( Intelligent Power Module,智能功率模塊)中，常常利用這樣的帶有傳感電極的功率元件。
在對帶有傳感電極的功率元件施加反偏壓的情況下，在上述的第一、第二現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動電路中，存在傳感電極與驅(qū)動電路的連接變得復(fù)雜的問題。例如，在將使用2個電源的第一現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動電路應(yīng)用于傳感IGBT中時，不能將用于^r測傳感電流的電流;險測電阻連才妾于驅(qū)動電路用的接地GND1。電流檢測電阻需要連接于基準線，該基準線連結(jié)正偏壓用的電源負極、反偏壓用的電源正極、以及IGBT的發(fā)射極電極。在現(xiàn)有技術(shù)中，需要在GND1之外另設(shè)置這樣的基準線。此外，在通過比較器對在電流;險測電阻產(chǎn)生的電壓和基準電源進行比較時，基準電源的接地側(cè)也需要連接于該基準線。相對于此，在本發(fā)明的驅(qū)動電路中，存在上述電流檢測電阻和基準電源的接地側(cè)能夠連接于接地GND1的優(yōu)點。以下，參照圖34 ~圖36詳細地進行說明。
圖34是表示作為本發(fā)明的實施方式6, IGBT10的驅(qū)動電i 各6的結(jié) 構(gòu)的電路圖。圖34所示的驅(qū)動電路6是將圖6所示的驅(qū)動電路lc變形后的電路。
驅(qū)動電路6與圖6的驅(qū)動電路lc的差異在于，代替IGBTIO,應(yīng) 用具有傳感電極的傳感IGBT10a。傳感IGBT10a包含集電極電流IC 的大部分流過的主要部10b;以及具有與主要部10b的發(fā)射才及電極E 分離的傳感電才及S的傳感部10c。集電極電流IC的一部分流到傳感電極S。傳感IGBT10a的主要部10b和傳感部10c具有共同的集電極電極C,此外，主要部10b和傳感部10c的柵極電極G相互連接。馬區(qū)動電路6與圖6的驅(qū)動電路lc相同的是，傳感IGBT10a的柵極電極G 經(jīng)由柵極電阻RG連接于連接節(jié)點Pl,發(fā)射極電才及E連接于連接節(jié)點 P2。此外，驅(qū)動電路6與圖6的驅(qū)動電路lc的差異在于，還包含連接于信號輸入節(jié)點Sin和分路節(jié)點P5之間的控制IC ( Integrated Circuits,集成電^各)50a;連接于傳感電極S和接地節(jié)點12之間的電流-險測電阻RD;作為與電流才企測電阻RD并聯(lián)連接的第五開關(guān)元件 Q5的N溝道MOSFET;連接于M0SFETQ5的控制電極(柵極電極) 和分路節(jié)點P5之間的倒相器72; —方的輸入端連接于傳感電極S的比較器70;連接于比較器70的另一方的輸入端和接地節(jié)點12之間的基準電源71;連接于連接節(jié)點P2和MOSFETQ3的源極電極之間的齊納二極管74。
在這里，齊納二才及管74的陰極連接于MOSFETQ3的源極電才及，陽極連接于連接節(jié)點P2。在圖1說明過的第二狀態(tài)中，電源電壓Vcc 被施加于從電源節(jié)點11起經(jīng)由MOSFETQ3、傳感IGBT10a、以及 MOSFETQ2,到4妻地節(jié)點12的^各徑。齊納二才及管74作為對施加于該路徑的電源電壓Vcc的一部分進行分擔(dān)的恒壓部發(fā)揮功能。結(jié)果，能夠使施加于傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E和柵極電極G之間的反偏壓電壓VGE減少。也可以在連接節(jié)點Pl和MOSFETQ2的源極電極之間，以陰極成為連接節(jié)點Pl側(cè)的方式連接齊納二極管74。
此外，比較器70對在電流檢測電阻RD產(chǎn)生的檢測電壓VRD和基準電源71的電源電壓ER1進行比較，在檢測電壓VRD是電源電壓 ER1以上時輸出H電平的信號，在^H則電壓VRD比電源電壓ER1小時輸出L電平的信號。這樣，比較器70作為監(jiān)視檢測電壓VRD的電壓監(jiān)視部發(fā)揮功能。
此外，MOSFETQ5的柵極電極經(jīng)由倒相器72連接于輸出節(jié)點57。因此，在輸入信號SG0切換為L電平，輸出節(jié)點57的電位V ( 57)為 0時，從倒相器72供給H電平的信號，轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié)果，電流 ;險測電阻RD的兩端經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的MOSFETQ5而導(dǎo)通，因此才全測電壓VRD變?yōu)?。這樣，輸入信號SG0為L電平時，不依賴傳感電流IS 的大小，檢測電壓VRD變?yōu)?，比較器70輸出L電平的信號。
本來，在輸入信號SG0為L電平時，傳感IGBT10a切斷，集電極電流IC和傳感電流IS應(yīng)該變?yōu)??？墒?，在傳感IGTB10a的柵極電極 G被偏置的狀況下，由于起因于片式結(jié)構(gòu)的寄生電阻，發(fā)射極電極E 和傳感電極G之間的電阻值變小。在對傳感IGBT10a施加反偏壓的情況下，發(fā)射極電極E的電位變得比傳感電極S的電位高，電流有時經(jīng)
由該寄生電阻流到電流4企測電阻RD。結(jié)果，在4全測電壓VRD變?yōu)殡?源電壓ER1以上時，發(fā)生比較器70的輸出變?yōu)镠電平的錯誤工作。因此，為了避免這樣的錯誤工作，設(shè)置有MOSFETQ5。
此外，構(gòu)成驅(qū)動電路6的控制部的控制IC50a包含用于》文大輸入信號SG0并輸出的控制放大器54 (參照圖38 )。控制放大器54經(jīng)由輸入節(jié)點51與信號輸入節(jié)點Sin連接，經(jīng)由輸出節(jié)點57與分路節(jié)點P5 連接，經(jīng)由輸入節(jié)點52與比較器70的輸出端連接。此外，控制放大器54與電源節(jié)點11和接地節(jié)點12 (接地GND1 )連接，供給電源電壓Vcc?？刂品糯笃?4在比較器70的輸出為L電平時，從輸出節(jié)點 57輸出被放大的控制信號SGO,但在比較器70的輸出變?yōu)镠電平后，盡管是控制信號SG0的輸出卻輸出L電平的信號，使控制信號SG0無效。
圖35是表示關(guān)于圖34的驅(qū)動電路6，對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖35中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SG0的邏輯電平、輸出節(jié)點57的電位V (57)、連接節(jié)點P1 的電位V(P1)、傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E的電位V (E)、傳感 IGBT10a的柵極電極G的電位V ( G )、柵極/發(fā)射才及間的電壓VGE、傳感IGBT10a的集電極電流IC、以及施加到電流檢測電阻RD的電壓 VRD。
以下，參照圖34、圖35以時間經(jīng)過為順序?qū)︱?qū)動電路6的工作進行說明。在以下的說明中，主要對與圖6的驅(qū)動電路lc不同的部分的工作進行說明，對共同的部分不重復(fù)說明。
圖35的時刻Tl以前的狀態(tài)是輸入信號SG0為L電平時的穩(wěn)定狀態(tài)。這時，對應(yīng)于控制IC的輸出節(jié)點57的電位V (57)是0的情況， MOSFETQ1 Q4的狀態(tài)是在圖1說明了的第二狀態(tài)。這時，連接節(jié)點 Pl的電位V ( Pl )和傳感IGBT10a的柵極電極G的電位V ( G)變?yōu)?0,與上述實施方式1的圖2的情況相同，但連接節(jié)點P2的電位V( P2 ) 與圖2的情況不同，由于齊納二極管74而降低了齊納電壓Vz，變?yōu)?Vcc-Vz。
結(jié)果，柵極/發(fā)射極間電壓VGE變?yōu)閂z-Vcc,能夠使其絕對值比圖2的情況小Vz。因此，對于反偏壓方向的耐電壓低的IGBT,也能夠應(yīng)用實施方式6的驅(qū)動電路6。
在接下來的時刻Tl，輸入信號SG0從L電平切換為H電平。這時，因為控制IC50a的輸出節(jié)點57的電位V ( 57)從0變?yōu)閂cc,所以M0SFETQ1 ~Q4的狀態(tài)變化為在圖1說明了的第一狀態(tài)。在笫一狀態(tài)中，連接節(jié)點Pl的電位V (Pl )從0變化為Vcc,發(fā)射極電極E的電位從Vcc-Vz變化為0,因此正偏壓施加于柵極電才及G, 4冊才及電4及G 的電位V ( G)從0逐漸上升到Vcc。結(jié)果，柵才及/發(fā)射極間電壓VGE 從Vz-Vcc逐漸變化到Vcc。
在柵極/發(fā)射極間電壓VGE超過傳感IGBT10a的閾值電壓Vt2的時刻T2,傳感IGBT10接通，集電極電流IC流過。集電極電流的一部分從傳感電極S起在電流檢測電阻RD中流動，因此施加在電流檢測電阻RD的檢測電壓VRD從O向V2變化。在圖36中，例示了V2比電源電壓ER1小的情況，因此比較器70輸出L電平的信號，不會通過控制放大器54使輸入信號SGO無效。
在時刻T3，當(dāng)輸入信號SGO從H電平切換為L電平時，控制IC50a 的輸出節(jié)點57的電位V ( 57) /人Vcc變?yōu)?。這時，M0SFETQ1 Q4 的狀態(tài)變化為第二狀態(tài)，因此柵極/發(fā)射極間電壓VGE從Vcc逐漸變化到Vz-Vcc。結(jié)果，對傳感IGBT10a的主要部10b施加反偏壓。傳感部10c的柵極電4及G和傳感電才及S之間的電壓是0。
此外，當(dāng)在時刻T3輸出節(jié)點57的電位V ( 57)從Vcc變?yōu)?時，經(jīng)由倒相器72與輸出節(jié)點57連接的MOSFETQ5轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。結(jié) 果，在電流檢測電阻RD產(chǎn)生的檢測電壓VRD變?yōu)?。因此，比較器 70的輸出不依賴于傳感電流IS的大小而變?yōu)長電平，控制放大器54 不會由于錯誤工作，使控制信號SG0無效。
當(dāng)在時刻T4柵極/發(fā)射極間電壓VGE變得低于閾值電壓Vt2時，集電極電流IC從導(dǎo)通狀態(tài)的12返回斷開狀態(tài)的0。
圖36是表示作為圖34的驅(qū)動電路6的比較例，傳感IGBT10a的驅(qū)動電路100的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖36所示的驅(qū)動電路100與圖34的驅(qū)動電^各6的差異在于，代替單一的電源15,設(shè)置有2個電源15a、 15b,以及代替由MOSFETQ1 ~ Q4構(gòu)成的H電橋結(jié)構(gòu)，設(shè)置有MOSFETQl、 Q2的2個開關(guān)元件。因此，在驅(qū)動電路6中，設(shè)置有用于對MOSFETQ3、 Q4供給控制信號
39SG0的分路節(jié)點P5,相對于此，在不具有MOSFETQ3、 Q4的驅(qū)動電路100中，不設(shè)置分路節(jié)點P5。
此外，在圖34的驅(qū)動電路6中，電流檢測電阻RD和基準電源71 的負極連接于接地GND1 (接地節(jié)點12)。相對于此，在圖36的驅(qū)動電路100中，電流檢測電阻RD和基準電源71的負極連接于基準線104, 該基準線104連結(jié)2個電源15a、 15b之間的節(jié)點102和傳感IGBT10a 的發(fā)射極電極E。驅(qū)動電路100在這一點與圖34的驅(qū)動電3各6不同。在設(shè)置有2個電源15a、 15b的驅(qū)動電路100中，不能夠以接地GND1 為基準測定在電流;險測電阻RD產(chǎn)生的電壓VRD,這是因為必須以2 個電源15a、 15b之間的節(jié)點102為基準。實施方式6的驅(qū)動電路6與比較例的驅(qū)動電路100不同，不需要設(shè)置與接地GND1分離的基準線 104,因此傳感電極S和驅(qū)動電路100的連接變得簡單。
實施方式7的驅(qū)動電路7,是在實施方式6的驅(qū)動電路6中組合了實施方式3的驅(qū)動電i 各3a、 3b,和實施方式4的驅(qū)動電i 各4a、 4b的結(jié) 構(gòu)的電i 各。以下，參照圖37~圖39詳細地進行說明。
圖37是表示作為本發(fā)明的實施方式7，傳感IGBT10的驅(qū)動電路7 的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖37表示的驅(qū)動電路7是將圖34的驅(qū)動電路6變形后的電^各，在以下第一第四點與圖34的驅(qū)動電i 各6不同。
第一，在驅(qū)動電路7中，將MOSFETQ3、 Q4的導(dǎo)電型分別變更為 PNP型、NPN型。
第二，在驅(qū)動電路7中，代替設(shè)置有連接節(jié)點P4和倒相器24的圖34的電路結(jié)構(gòu)，不設(shè)置連接節(jié)點P4,包含連接于MOSFETQ3的柵才及電才及G3和分路節(jié)點P5之間的延遲電路40d;以及連接于 MOSFETQ4的柵極電極G4和分路節(jié)點P5之間的延遲電路40e。
第三，在驅(qū)動電路7中，還包含連接于分路節(jié)點P5和連接節(jié)點 P3之間的電阻76;連接于傳感IGBT10a的柵極電極G和接地GND1 之間的N溝道的MOSFETQ6。
第四，在驅(qū)動電路7中，代替圖34的控制IC50a,而包含控制IC50b, 該控制IC50b具有連接于傳感IGBT10a的柵極電極G的輸入節(jié)點61; 和連接于MOSFETQ6的柵極電極的輸出節(jié)點67。在這里，上述延遲電路40d是將圖22的延遲電^各40b變形后的電路。延遲電路40d與延遲電路40b的差異在于，代替電容器45而利用 M0SFETQ3的柵極/源極間電容，以及不設(shè)置緩沖用的倒相器46a、46b, MOSFETQ3實現(xiàn)該緩沖功能。延遲電路40d的功能與圖22的延遲電路 40b的功能相同，通過使輸入的信號的下降邊緣遲緩，使其定時延遲。在圖37中，連接于電阻42、二極管43、以及MOSFETQ3的柵極電極 G3的中間節(jié)點44a,對應(yīng)于圖22的中間節(jié)點44。
此外，延遲電路40e是將圖18的延遲電路40a變形后的電路，與延遲電路40a的差異在于，代替電容器45而利用MOSFETQ4的柵極/ 源極間電容，以及不設(shè)置緩沖用的倒相器46a、 46b, MOSFETQ4實現(xiàn) 該緩沖功能。延遲電路40e的功能與圖22的延遲電路40a的功能相同，通過使輸入的脈沖信號的上升邊緣遲緩，使其定時延遲。在圖37中，連接于電阻42、二極管43、以及MOSFETQ4的柵極電極G4的中間節(jié) 點44b,對應(yīng)于圖18的中間節(jié)點44。
此外，在圖37中，MOSFETQ3、 Q4的寄生二極管分別作為被包含于圖24所示的實施方式4的驅(qū)動電路4a中的二4及管D3、以及被包含于圖16所示的實施方式3的驅(qū)動電路3a中的二極管D4而發(fā)揮功能。
圖38是表示圖37所示的控制IC50b的具體結(jié)構(gòu)的一個例子的電路圖?？刂艻C50b與圖34所示的控制IC50a的差異在于，還包含所述輸入節(jié)點61和輸出節(jié)點67、以及用于控制MOSFETQ6的導(dǎo)通/斷開的控制電^各60。
控制IC50b的控制電路60包含比較器62、基準電源68、 NAND 電路63、 NPN型的雙極晶體管64、以及電阻65。針對這些結(jié)構(gòu)要素的連接進行說明。
首先，比較器62的一方的輸入端經(jīng)由輸入節(jié)點61連接于傳感 IGBT]0a的柵極電極G,另一方的輸入端連接于基準電源68的正極。基準電源68的負極連接于接地GND1。此外，NAND電路63的一方的輸入端連接于比較器62的輸出端，另一方的輸入端經(jīng)由倒相器69 連接于輸入節(jié)點51。此外，雙極晶體管64的柵極電極連接于NAND 電路63的輸出端，發(fā)射極電極連接于接地節(jié)點12 (接地GND1 )。雙極晶體管64的集電極電極66經(jīng)由電阻65連接于電源節(jié)點ll(電源電壓Vcc)，并且經(jīng)由輸出節(jié)點67連接于MOSFETQ6的柵極電極。這里，比較器62在傳感IGBT10a的柵極電極G的電位V( G)是基準電源68 的電源電壓ER2以下時輸出H電平的信號，在柵極電才及G的電位V( G ) 超過電源電壓ER2時輸出L電平的信號。
接著，對控制電路60的工作進行說明?？刂齐奮各60在切斷傳感 IGBT10a時，在傳感IGBT10a的柵極電極G的電位V ( G)變?yōu)榛鶞?電源68的電源電壓ER2以下時，使M0SFETQ6導(dǎo)通，使IGBT10a的柵極/發(fā)射極間電壓VGE迅速下降，可靠地使傳感IGBT10a切斷。
為了實現(xiàn)該功能，控制電路60以如下方式構(gòu)成，即，在輸入信號 SGO是L電平(倒相器69的輸出是H電平)、且比較器的輸出,H電平(柵極電極G的電位V(G)是電源電壓ER2以下)的情況下，NAND 電3各63 l敘出L電平的信號。在上述情況以外，NAND電路63對雙招^ 晶體管64的基極電極輸出H電平的信號。而且，在NAND電路63的輸出是L電平時，雙極晶體管64變?yōu)閿嚅_狀態(tài)，因此經(jīng)由電阻65連接于電源節(jié)點11的集電極電極66的電位變?yōu)閂cc。另一方面，在NAND 電路63的輸出是H電平時，雙極晶體管64變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，因此雙極晶體管64的集電極電極66的電位變?yōu)?。
這里，因為MOSFETQ6的柵極電極連接于雙才及晶體管64的集電極電極66,所以MOSFETQ6在雙極晶體管64的集電極電極66的電位是Vcc的情況下變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。即，在輸入信號SG0是L電平，并且，比較器的輸出是H電平(柵極電極G的電位V (G)是電源電壓ER2 以下)的情況下，MOSFETQ6變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。這時，經(jīng)由導(dǎo)通狀態(tài)的 MOSFETQ6, IGBT10a與接地節(jié)點之間導(dǎo)通。因此，在IGBT10a的切斷時，能實現(xiàn)柵極/發(fā)射極間電壓VGE的迅速的下降。
圖39是表示關(guān)于圖37的驅(qū)動電路7,對應(yīng)于輸入信號SG0的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖39中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SG0的邏輯電平、輸出節(jié)點57的電位V ( 57 )、中間節(jié)點44a 的電位V ( 44a )、中間節(jié)點44b的電位V ( 44b )、 MOSFETQ1 ~ Q4的導(dǎo)通/斷開的狀態(tài)、連接節(jié)點Pl的電位V (Pl )、傳感IGBT10a的柵極電極G的電位V(G)、發(fā)射極電極E的電位V (E)、以及4冊極/發(fā)射極間的電壓VGE。
以下，參照圖37 ~圖39對驅(qū)動電路7的工作進行說明。在以下的說明中，主要對與圖34的驅(qū)動電路6不同的部分的工作進行說明，對共同的部分不重復(fù)說明。
在圖39的時刻T1，輸入信號SG0從L電平切換為H電平，控制 IC50b的輸出節(jié)點57的電位V( 57 )從0變化為Vcc。由此，MOSFETQ1 、 Q2分別轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，因此連接節(jié)點Pl的電位V (Pl ) 在時刻Tl從0變化為Vcc。
這里，在時刻Tl的電位V(57)的上升邊緣中，因為延遲電路40a 的中間節(jié)點44a的電位V (44a)不延遲而從0變換到Vcc,所以 MOSFETQ3在時刻Tl轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。相對于此，延遲電路40b的中間節(jié)點44b的電位V (44b)與圖19的電位V (44)的變^f匕同樣地，漸漸地從0變化到Vcc,因此MOSFETQ4延遲到中間節(jié)點44b的電位 V (44b)達到MOSFETQ4的閾值電壓Vt4的時刻T2,轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。
在MOSFETQ4轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)之前的時刻T~ T2之間，形成從傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由正方向的齊納二極管74、 MOSFETQ3的寄生二極管D3、導(dǎo)通狀態(tài)MOSFETQ1 、以及柵極電阻 RG，到傳感IGBT10a的柵極電極G的放電路徑。而且，通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。這時，傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E經(jīng)由正方向的齊納二極管74和MOSFETQ3的寄生二^f及管D3連接于電源節(jié)點1，因此如圖39所示，發(fā)射極電極E的電位V ( E)在時刻Tl變化為Vcc。而且，柵極電極G的電位V ( G )通過經(jīng)由放電路徑的放電而漸漸地接近于作為發(fā)射極電極E的電位V (E)的Vcc。結(jié)果，傳感IGBT10a 的柵極/發(fā)射極間電壓VGE從Vz-Vcc起漸漸地變化，當(dāng)在時刻T2之前放電結(jié)束時變化到0。
當(dāng)在時刻T2， MOSFETQ4轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時，MOSFETQ1 ~ Q4 變?yōu)樵趫Dl說明過的第一狀態(tài)，因此傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E的電位V ( E )變?yōu)?。此外，柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0到Vcc漸漸地變化，正偏壓施加到傳感IGBT10a。
在接下來的時刻T3，輸入信號SG0從H電平切換為L電平，控制IC50b的輸出節(jié)點57的電位V (57)從Vcc變化為0。由此， MOSFETQl、 Q2分別轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)，因此連接節(jié)點Pl 的電位V ( Pl ) /人Vcc變化為0。在時刻T3的電位V (57)的下降邊緣中，延遲電路40b的中間節(jié) 點44b的電位V (44b)不延遲而從Vcc變化到0。因此，M0SFETQ4 在時刻T3轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)。相對于此，延遲電路40a的中間節(jié)點44a 的電位V (44a)與圖23的電位V ( 44 )的變化同樣地，漸漸地從Vcc 變化到0。因此，MOSFETQ3延遲到中間節(jié)點44a的電位V ( 44a )到達MOSFETQ3的閾值電壓Vt3的時刻T5，轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。
在MOSFETQ3轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)之前的時刻T3 ~ T5的期間中，形成從傳感IGBT10a的柵極電極G起，依次經(jīng)由柵極電阻RG、導(dǎo)通狀態(tài)MOSFETQ2、 MOSFETQ4的寄生二極管D4,到傳感IGBT10a的發(fā) 射極電才及E的放電^各徑。而且，通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該方文電路徑中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。這時，傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E經(jīng)由MOSFETQ4的寄生二極管D4連接于接地GND1 (接地節(jié)點12 )，因此如圖39所示，發(fā)射極電極E的電位V(E)在時刻T3 T5之間維持0。而且，柵極電極G的電位V(G)
V (E)的0。
可是，通過控制IC50b的控制電路60的效果，在柵極電極G的電位V (G)變?yōu)殡娫措妷篍R2以下的時刻T4, MOSFETQ6變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，柵極電極G的電位V ( G)迅速變化為0。柵極電極G的電位V (G)是0的狀態(tài)，在輸入信號SG0從L電平切換為H電平的時刻T6 之前持續(xù)。結(jié)果，柵極/發(fā)射極間電壓VGE從時刻T3到T4從Vcc漸漸地下降，在變?yōu)闀r刻T4的時間點迅速地降低到0。
在接下來的時刻T5,當(dāng)MOSFETQ3轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時， MOSFETQl Q4變?yōu)樵趫D1說明過的第二狀態(tài)，因此傳感IGBT10a 的發(fā)射極電極E的電位V (E)變?yōu)閂cc-Vz。結(jié)果，柵極/發(fā)射才及間電壓VGE從0變化到Vz-Vcc,反偏壓施加到傳感IGBT10a的主要部10b。
這樣，根據(jù)實施方式7的驅(qū)動電路7，在從時刻Tl起的傳感 IGBT10a的接通的情況下，與實施方式4的情況同樣地，預(yù)先在時刻 Tl ~ T2之間以不經(jīng)由電源15的路徑使蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷放電。由此，能夠使傳感IGBT10a的接通所需要的驅(qū)動電流ID減少。
此外，在從時刻T3起的切斷的情況下，與實施方式3的情況同樣地，預(yù)先在時刻T3 T4之間以不經(jīng)由電源15的路徑使蓄積在柵極/發(fā)
44射極間的電荷放電。由此，能夠使傳感IGBT10a的切斷所需要的驅(qū)動電流ID減少。
實施方式8的驅(qū)動電路8是在實施方式7的驅(qū)動電路7中組合了實施方式2的驅(qū)動電路2的結(jié)構(gòu)的電路。以下，參照圖40、圖41詳細地進行說明。
圖40是表示作為本發(fā)明的實施方式8，傳感IGBT10a的驅(qū)動電路 8的結(jié)構(gòu)的電路圖。圖40所示的驅(qū)動電路8與圖37的驅(qū)動電路7的差異在于，還包含連接于分路節(jié)點P5和延遲電路40d之間的微分電路 30c、和連接于MOSFETQ4的源極電極和漏極電極之間的電阻R4。這里，微分電路30c是將圖14的1短脈沖產(chǎn)生電路30b變形后的電路，與圖14的1短脈沖產(chǎn)生電路30b的差異在于，不設(shè)置緩沖用的倒相器 36a、 36b, MOSFETQ3實現(xiàn)該緩沖功能。此外，電阻R4對應(yīng)于圖8 所示的實施方式2的驅(qū)動電路2a的電阻R4。此外，在圖40中，連接于電容器32、電阻34、二極管35、以及延遲電3各40d的輸入端的中間節(jié)點33,對應(yīng)于圖14的1短脈沖產(chǎn)生電3各30b的中間節(jié)點33。
圖41是表示關(guān)于圖40的驅(qū)動電路8，對應(yīng)于輸入信號SGO的狀態(tài)的變化的時間圖。在圖41中，橫軸表示時間，縱軸從上起依次表示輸入信號SGO的邏輯電平、輸出節(jié)點57的電位V ( 57)、中間節(jié)點33 的電位V ( 33 )、中間節(jié)點44a的電位V ( 44a )、 MOSFETQl ~ Q4的導(dǎo) 通/斷開的狀態(tài)、連接節(jié)點P1的電位V(P1)、傳感IGBT10a的柵極電極G的電位V ( G )、發(fā)射極電極E的電位V ( E )、以及柵極/發(fā)射極間的電壓VGE。
以下，參照圖40、圖41對驅(qū)動電路8的工作進行說明。在這里，當(dāng)將圖41的時間圖與關(guān)于圖39的驅(qū)動電路7的時間圖比較時，在圖 41與圖39中，對應(yīng)于輸入信號SGO的MOSFETQl 、 Q2、 Q4的導(dǎo)通/ 斷開的定時是共同的。另一方面，由于在驅(qū)動電路8中設(shè)置有微分電 ^各30c,所以圖41的MOSFETQ3的導(dǎo)通/斷開的定時與圖39不同。因此，針對與微分電路30c和MOSFETQ3相關(guān)的部分，首先進行說明。
對應(yīng)于輸出節(jié)點57的電位V (57)的上升、下降，微分電路30c 的中間節(jié)點33的電位V (33)以圖41所示方式變化。該波形變化與圖15所示的1短脈沖產(chǎn)生電路30b的中間節(jié)點33的電位V ( 33 )的波形變化相同。即，在圖41中，在時刻Tl、 T7的電位V (57)的上升邊緣中，中間節(jié)點33的電位V(33)的波形從電源電壓Vcc起幾乎不變化。相對于此，在時刻T3、 T9的電位V(57)的下降邊緣中，電位V ( 33 )的波形在從Vcc降低到0之后，表示漸漸地返回Vcc那樣的微分波形。
連接于該中間節(jié)點33的延遲電路40d使輸入的電位V ( 33 )的下降遲緩的電位V (44)在中間節(jié)點44生成。即，在圖41中，在時刻 T3、 T9的電位V(33)的下降中，電位V(44a)的下降與電位V(33) 的下降相比緩慢地變化。結(jié)果，M0SFETQ3在中間節(jié)點44a的電位V (44a)變得比MOSFETQ3的閾值電壓Vt3 ^氐的時刻T5 ~ T6和時刻 T11 T12,轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。換句話說，MOSFETQ3在時刻T3、 T9, 以從H電平變化為L電平的電位V (57)的下降邊緣為觸發(fā)，在比該下降延遲的時刻T5、 Tll暫時轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。之后，以在時刻T6、 Tll返回斷開狀態(tài)的方式工作。
接著，針對對應(yīng)于這樣的MOSFETQ3的導(dǎo)通/斷開工作的傳感 IGBT10a的柵極電極G的電位V ( G )、發(fā)射極電極E的電位V (E)、柵極Z發(fā)射極間電壓VGE的變化，對與圖39所示的驅(qū)動電路7的情況不同的地方進4亍說明。
在圖41的時刻T2 T3， MOSFETQ1 ~ Q4的狀態(tài)變?yōu)樵趫D1中說明過的第一狀態(tài)。變?yōu)楣潭顟B(tài)時的柵極電極G的電位V ( G)、發(fā)射極電極E的電位V(E)、柵極/發(fā)射極間電壓VGE的各大小，與圖39 所示的驅(qū)動電3各7的時刻T2 ~ T3的情況相同。在時刻T3，當(dāng)輸入信號SG0從H電平切換為L電平時， MOSFETQl、 Q2、 Q4分別轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)、導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，相對于此，MOSFETQ3在時刻T5之前維持斷開狀態(tài)，在時刻T5轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)。時刻T3 ~ T5的MOSFETQl ~ Q4的狀態(tài)與圖39所示的驅(qū) 動電路7的時刻T3 ~ T5的情況相同，柵極電極G的電位V ( G )、發(fā) 射極電才及E的電位V ( E)、柵極/發(fā)射才及間電壓VGE的變化也與圖39 相同。
當(dāng)在時刻T5, MOSFETQ3變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)時，MOSFETQl Q4的狀態(tài)變?yōu)樵趫D1中說明過的第二狀態(tài)，因此傳感IGBT10a的發(fā)射極電極E的電位V (E)變?yōu)閂cc-Vz,作為柵極/發(fā)射4及間電壓VGE，對 IGBT10a的主要部10b施加Vz-Vcc的反偏壓。這時，因為MOSFETQ6 是導(dǎo)通狀態(tài)，所以柵極電極G的電位V (G)維持作為接地GND1的電位的0。
MOSFETQ3在時刻T6變?yōu)閿嚅_狀態(tài)之后，在接下來的輸入信號 SG0從L電平切換為H電平的時刻T7之前的期間，形成從傳感 IGBT10a的發(fā)射極電極E起，依次經(jīng)由電阻R4 、導(dǎo)通狀態(tài)的 MOSFETQ2、以及柵極電阻RG,到傳感IGBT10a的柵極電極G的放電^各徑。而且，通過放電電流在不經(jīng)由電源15的該放電路徑中流過，蓄積在IGBT10的柵極/發(fā)射極間的電荷放電。通過該放電，傳感 IGBT10a的發(fā)射極電極E的電位V ( E ) 乂人Vcc-Vz漸漸地變化到0, 柵極/發(fā)射極間電壓VGE也從Vz=Vcc漸漸地變化到0。該變化與實施方式2的圖9的時刻T4 - T6的變化對應(yīng)。
當(dāng)在時刻T7llT入信號SG0從L電平切換為H電平時，MOSFETQ〗、 Q2分別轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)、斷開狀態(tài)，開關(guān)元件Q3、 Q4保持斷開狀態(tài) 不變化。因為在時刻T7之前，傳感IGBT10a的柵極/發(fā)射才及間蓄積的電荷的放電已經(jīng)結(jié)束，所以傳感IGBT10a的柵極電才及G的電位V( G )、發(fā)射極電極E的電位V (E)、柵極/發(fā)射極間電壓VGE的各值保持0 不變化。
在接下來的時刻T8 ,當(dāng)MOSFETQ4轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)時， M0SFETQ1 Q4的狀態(tài)變?yōu)榈谝粻顟B(tài)，因此對傳感IGBT10a施加正偏壓，柵極電極G的電位V ( G )、柵極/發(fā)射極間電壓VGE從0變化到 Vcc。
像這樣，在實施方式8的驅(qū)動電路8中，也與實施方式7同樣地，預(yù)先在不經(jīng)由電源15的^各徑使蓄積在柵極/發(fā)射極間的電荷放電，因此能夠使傳感IGBT10a的接通和切斷所需要的驅(qū)動電流ID減少。
應(yīng)該:〖人為，本次公開的實施方式在所有的方面都是例示而不是限制。本發(fā)明的范圍不是由上述的說明，而是由本技術(shù)方案所要求的保護的范圍所表示的，包含與該范圍相等的意思和在該范圍內(nèi)的所有變更。
權(quán)利要求
1.一種功率元件的驅(qū)動電路，對應(yīng)于對控制電極賦予的信號，控制在第一、第二主電極間流過的主電流，其中，該功率元件的驅(qū)動電路具備電源，連接于第一節(jié)點和第二節(jié)點之間；開關(guān)矩陣電路，以有選擇地將所述控制電極連接于所述第一、第二節(jié)點的一方，有選擇地將所述第二主電極連接于所述第一、第二節(jié)點的一方的方式構(gòu)成；以及控制部，對應(yīng)于用于進行所述功率元件的導(dǎo)通/斷開的切換的輸入信號，控制所述開關(guān)矩陣電路，在所述輸入信號進行使所述功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部，從將所述控制電極連接于所述第一節(jié)點并且將所述第二主電極連接于所述第二節(jié)點的第一狀態(tài)，向?qū)⑺隹刂齐姌O連接于所述第二節(jié)點并且將所述第二主電極連接于所述第一節(jié)點的第二狀態(tài)，切換所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，包含第一開關(guān)元件，連接于所述控制電極和所述第一節(jié)點之間；第二開關(guān)元件，連接于所述控制電極和所述第二節(jié)點之間；第三開關(guān)元件，連接于所述第二主電極和所述第一節(jié)點之間；以及第四開關(guān)元件，連接于所述第二主電極和所述第二節(jié)點之間，所述控制部在所述第一狀態(tài)下，使所述第一、第四開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使所述第二、笫三開關(guān)元件為斷開狀態(tài)，在所述第二狀態(tài)下，使所述第一、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)，并且使所述笫二、第三開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述開關(guān)矩陣電路還包含電阻，與所述第一開關(guān)元件并聯(lián)連接，二狀態(tài)之后，將所述第三開關(guān)元件維持為導(dǎo)通狀態(tài),'并且使所迷第一、；; 二、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述開關(guān)矩陣電路還包含電阻，與所述第四開關(guān)元件并聯(lián)連接，變化的情況下，所述控制部在使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)暫時成為所述第二狀態(tài)之后，將所述第二開關(guān)元件維持為導(dǎo)通狀態(tài)，并且使所述第一、第三、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述開關(guān)矩陣電路還包含二極管，以在所述第四開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時通過所述電源在反方向被偏置的方式，與所述第三開關(guān)元件并聯(lián)連接，在所述輸入信號進行使所述功率元件從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所迷第一開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第二第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述第一狀態(tài)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述開關(guān)矩陣電路還包含二極管，以在所述第一開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時通過所述電源在反方向被偏置的方式，與所述第二開關(guān)元件并聯(lián)連接，在所述輸入信號進行使所述功率元件從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所述第四開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第一 ~第三開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路為所述第一狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述開關(guān)矩陣電路還包含二極管，以在所述第二開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時通過所述電源在反方向被偏置的方式，與所述第一開關(guān)元件并聯(lián)連接，在所述輸入信號進行使所述功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所迷第三開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第一、第二、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述第二狀態(tài)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所迷開關(guān)矩陣電路還包含二極管，以在所迷第三開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時通過所述電源在反方向被偏置的方式，與所述第四開關(guān)元件并聯(lián)連接，在所迷輸入信號進行使所述功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所述第二開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第一、第三、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述第二狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，在所述輸入信號進行使所述功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所述第一、第三開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第二、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述第二狀太心o
10. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，在所述輸入信號進行使所述功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所述第二、第四開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第一、第三開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述笫二狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，在所述輸入信號進行使所述功率元件從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所述第一、第三開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第二、第四開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述第一狀態(tài)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，在所述輸入信號進行使所述功率元件從斷開狀態(tài)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部在使所述第二、第四開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)、并且使所述第一、第三開關(guān)元件為斷開狀態(tài)之后，使所述開關(guān)矩陣電路的狀態(tài)為所述第一狀態(tài)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，還具備恒壓部，在從所述第一節(jié)點起經(jīng)由所述第三開關(guān)元件到所述第二主電極的路徑上、和從所述控制電極起經(jīng)由所述第二開關(guān)元件到所述第二節(jié)點的路徑上的至少一方設(shè)置，對所述第一、第二節(jié)點間的電壓的一部分進行分擔(dān)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述功率元件還包含傳感電極，所述主電流的一部分在所述第一主電極和所述傳感電極之間流過，所述驅(qū)動電路還具備電流檢測電阻，連接于所述第二節(jié)點和所述傳感電極之間；以及電壓監(jiān)視部，對在所述電流檢測電阻產(chǎn)生的電壓進行監(jiān)視。
15. 根據(jù)權(quán)利要求M所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述驅(qū)動電路還具備第五開關(guān)元件，與所述電流檢測電阻并聯(lián)連接，在所述輸入信號進行使所述功率元件從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的變化的情況下，所述控制部使所述第五開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率元件的驅(qū)動電路，其中，所述電源是輸出為了使所述功率元件轉(zhuǎn)移到導(dǎo)通狀態(tài)所需要的充分電壓的單一的直流電源。
全文摘要
IGBT(10)的驅(qū)動電路(1)包含使用了第一～第四開關(guān)元件(Q1～Q4)的H電橋電路(80)。控制部(20)在接受到使IGBT(10)從導(dǎo)通狀態(tài)轉(zhuǎn)移到斷開狀態(tài)的指令時，從使第一、第四開關(guān)元件(Q1、Q4)為導(dǎo)通狀態(tài)并且使第二、第三開關(guān)元件(Q2、Q3)為斷開狀態(tài)的第一狀態(tài)，向使第一、第四開關(guān)元件(Q1、Q4)為斷開狀態(tài)并且使第二、第三開關(guān)元件(Q2、Q3)為斷開狀態(tài)的第二狀態(tài)，切換各開關(guān)元件的狀態(tài)。根據(jù)這樣的驅(qū)動電路(1)的結(jié)構(gòu)，能夠以單一的電源(15)對IGBT(10)施加反偏壓。
文檔編號H02M1/08GK101689799SQ200780053618
公開日2010年3月31日申請日期2007年7月3日優(yōu)先權(quán)日2007年7月3日
發(fā)明者宮崎裕二申請人:三菱電機株式會社

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