栅极驱动装置的制作方法

本发明涉及一种半导体开关元件的栅极驱动装置。

背景技术：

1、在电力变换装置等功率电子设备中，半导体开关元件的大电流化及高速化正在取得进展。随着半导体开关元件的大电流化及高速化的进展，产生在半导体开关元件关断时所产生的浪涌电压变得过大而使半导体开关元件破损等问题。

2、在此，考虑使半导体开关元件的开关速度下降以抑制浪涌电压这样的对策。但是，存在若使开关速度下降则会招致开关损耗增大的问题。

3、因此，专利文献1提出了图6所示的栅极驱动装置200。在图6中，半导体开关元件211是反向并联连接有二极管的mosfet(metal oxide semiconductor field effecttransistor；金属氧化膜半导体构造的场效应晶体管)，设置于电力变换装置(省略图示)的主电路。栅极驱动器201从栅极电压产生节点经由栅极电阻rg向半导体开关元件211的栅极端子提供栅极电压，进行半导体开关元件211的接通断开驱动。电感器212是与半导体开关元件211连接的主电路布线的电感。栅极放电电流调整电路220由电阻r11及r12构成。在此，电阻r11其一端与栅极驱动器201的基准节点连接，其另一端与电感器212的上游侧(即半导体开关元件211侧)连接。另外，电阻r12其一端与栅极驱动器201的基准节点连接，其另一端与电感器212的下游侧连接。栅极驱动器201以基准节点的电位为基准产生栅极电压，并从栅极电压产生节点输出栅极电压。

4、在该栅极驱动装置200中，当从栅极驱动器201的栅极电压产生节点输出使半导体开关元件211断开的栅极电压时，使半导体开关元件211的栅极端子的电荷向栅极驱动器201放电的放电电流流动。该放电电流经由栅极电阻rg→栅极驱动器201→电阻r11与电阻r12的并联电路这样的路径流动，使半导体开关元件211的栅极-源极间电压下降。而且，当半导体开关元件211的栅极-源极间电压下降时，流过半导体开关元件211的漏极电流急剧减少，在电感器212产生负的感应电压。由于该感应电压，电流流过电阻r12和电阻r11。由此，同电阻r11相连接的栅极驱动器201的基准节点的电位与半导体开关元件211的源极端子的电位相比上升了与电阻r11的压降相应的量。其结果，半导体开关元件211的栅极端子的电荷的放电速度减小，流过半导体开关元件211的主电路电流的电流变化率(在该情况下为负的电流变化率)的大小下降，浪涌电压得到抑制。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：国际公开第2020/095351号

技术实现思路

1、发明要解决的问题

2、专利文献1中公开的栅极驱动装置200对在主电路布线电感中产生的感应电压进行检测，根据该感应电压的大小使栅极电荷的放电速度向减慢的方向变化，因此能够在每次开关时调整浪涌电压的抑制量。然而，在将sic等高速器件用作电力变换装置等半导体开关元件的情况下，担心产生比使用si器件的情况更高的浪涌电压，因此要求一种使主电路布线的开环电感(日语：一巡インダクタンス)尽可能小的设计(几十nh左右)。如专利文献1那样利用主电路布线电感的一部分的结构有可能由于招致主电路布线电感增加而设计难度升高从而难以实现。

3、本发明是鉴于以上所说明的情况而完成的，目的在于提供一种无需利用主电路布线电感就能够在每次开关时调整浪涌电压的抑制量的栅极驱动装置。

4、用于解决问题的方案

5、本发明的一个方式的栅极驱动装置的特征在于，具有：栅极驱动电路，其对半导体开关元件进行接通断开驱动，所述半导体开关元件具有第一端子及第二端子、以及用于对所述第一端子与所述第二端子之间的接通断开进行控制的栅极端子；检测部，其对通过所述第一端子与所述第二端子之间的电流的电流变化率进行检测；以及栅极电流调整电路，其根据在所述半导体开关元件关断时由所述检测部检测出的负的电流变化率的大小，来减少使所述栅极端子的电荷向所述栅极驱动电路放电的放电电流。

6、在优选的方式中，所述检测部包括插入有流过所述半导体开关元件的电流的电流路径的罗哥夫斯基线圈。

7、在其它优选的方式中，栅极驱动装置具有感应电压检测电路，所述感应电压检测电路对所述罗哥夫斯基线圈中产生的感应电压进行检测，仅在所述电流变化率为负的期间输出与所述感应电压相应的调整信号，所述栅极电流调整电路根据所述调整信号来减少所述放电电流。

8、在其它优选的方式中，所述栅极电流调整电路从与所述第一端子连接的引入节点引入与所述调整信号相应的电流，根据该引入的电流来减少所述放电电流。

9、具体地说，所述栅极电流调整电路在所述调整信号的值是第一值的情况下，从所述引入节点引入与所述第一值相应的第一电流，在所述调整信号的值是比所述第一值大的第二值的情况下，从所述引入节点引入与所述第二值相应的、比所述第一电流大的第二电流。

10、在优选的方式中，作为栅极驱动装置的驱动对象的所述半导体开关元件是以碳化硅、氮化镓、氧化镓以及金刚石中的至少一种为主材料的宽带隙半导体元件。

11、发明的效果

12、根据作为本发明的一个方式的栅极驱动装置，检测部对通过第一端子和第二端子的电流的电流变化率进行检测，栅极电流调整电路根据在半导体开关元件关断时由检测部检测出的负的电流变化率的大小，来减少使栅极端子的电荷向栅极驱动电路放电的放电电流。因而，根据该栅极驱动装置，无需利用主电路布线电感就能够在每次开关时调整在半导体开关元件中产生的浪涌电压的抑制量。

技术特征：

1.一种栅极驱动装置，具有：

2.根据权利要求1所述的栅极驱动装置，其中，

3.根据权利要求2所述的栅极驱动装置，其中，

4.根据权利要求3所述的栅极驱动装置，其中，

5.根据权利要求4所述的栅极驱动装置，其中，

6.根据权利要求1所述的栅极驱动装置，其中，

技术总结
本发明提供一种栅极驱动装置，栅极驱动装置具有：栅极驱动电路，其对半导体开关元件进行接通断开驱动，该半导体开关元件具有第一端子及第二端子、以及用于对第一端子与第二端子之间的接通断开进行控制的栅极端子；检测部，其对通过第一端子和第二端子的电流的电流变化率进行检测；以及栅极电流调整电路，其根据在半导体开关元件关断时由检测部检测出的负的电流变化率的大小，来减少使栅极端子的电荷向栅极驱动电路放电的放电电流。

技术研发人员：松原邦夫
受保护的技术使用者：富士电机株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16