栅极驱动电路制造技术

本发明专利技术提供一种栅极驱动电路，实现遮挡时间的精度提高及对误动作的宽容度的提高。本发明专利技术的栅极驱动电路对电力半导体开关进行驱动，其特征在于包括：比较电路，将所述电力半导体开关的集电极

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】栅极驱动电路


[0001]本专利技术涉及一种栅极驱动电路，包括检测绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)等半导体器件的短路的、半导体器件的短路检测功能(电路)。进而，本专利技术涉及一种包括检测半导体器件的过电流的功能(电路)的、栅极驱动电路。

技术介绍

[0002]切换高电压、大电流的IGBT若遭破坏，则对周边机器带来大的障碍，因而需要尽力避免破坏。因此，对于驱动IGBT的栅极驱动电路来说，防备此种事态而保护IGBT的功能变得重要。本专利技术涉及下述功能，即：当IGBT的负载成为短路状态或接近此短路状态的状态时，保护IGBT。
[0003]通常，关于负载的短路等的异常检测的方法，采取下述方法，即：检测IGBT为接通(ON)状态下的、Vce(集电极电压)的上升值。
[0004]以往的方法中，有时在检测到异常后直到送出异常信号为止设置一定的时间。此一定时间为将异常信号的送出进行保留待机的时间，有时被称为遮挡时间。此遮挡时间从防止误动作及防止IGBT的过负载的观点来看，要求一定的精度。
[0005]＜以往方式的详情＞
[0006]＜以往方法的问题1＞
[0007]图17为采用以往方法的电路图。图17表示栅极驱动器10对IGBT12进行驱动的电路。此外，栅极驱动器10采取驱动集成电路(Integrated Circuit，IC)的形态，图17中记作Drive IC。
[0008]对IGBT12正常反复接通(ON)动作与断开(OFF)动作的情况下的动作进行说明。IGBT12进行断开(OFF)动作的期间中，栅极驱动器10(Drive IC)的OUT端子14的输出的值成为低(LOW)，栅极驱动器10的晶体管Q1进行接通(ON)动作，将电容器Cdesat的电荷放电至0。
[0009]若IGBT12成为接通(ON)动作，则OUT端子14的值为高(High)，因而经由逆变器16向晶体管Q1的基极输入低(Low)的信号。其结果为，虽然晶体管Q1成为断开(OFF)动作，但IGBT12的集电极
‑
发射极间电压成为饱和电压，因而电流源Idesat的电流经由二极管Ddesat向IGBT12的集电极端子流动。
[0010]其结果，电容器Cdesat经充电至由电流源Idesat所得的二极管Ddesat的顺向电压与IGBT12的集电极
‑
发射极间的饱和电压之和的电压。即，电容器Cdesat的端子间电压成为所述饱和电压+二极管Ddesat的顺向电压。
[0011]栅极驱动器10的DESAT端子的电压维持比基准电压Vdesat更低的电压，因而栅极驱动器10内的比较器18中，其输出信号的值不反转，因此不输出异常信号。若以式子来表示电容器Cdesat的端子间电压，则如以下的式(1)那样表示。
[0012][数1][0013]V
Cdesat
(0)＝VF
Ddesat
+VCE
sat
ꢀꢀꢀ
(1)
[0014]此处，VCdesat(0)为IGBT12正常动作时的电容器Cdesat的端子间电压。VFDdesat
为二极管Ddesat的顺向电压。VCEsat设为IGBT12正常进行接通(ON)动作的情况下的、集电极
‑
发射极间的饱和电压。
[0015]所述状态下，在IGBT12的负载发生异常而IGBT12的集电极
‑
发射极间电压VCE上升达到正侧电源VCC电平的情况下，二极管Ddesat成为截止状态，电流源Idesat的电流向电容器Cdesat流入，电容器Cdesat的端子间电压上升而达到栅极驱动器10所内置的基准电压Vdesat。其结果为，栅极驱动器10内的比较器18反转，送出异常信号。
[0016]此外，比较器18的输出信号在电容器Cdesat的端子间电压高于基准电压Vdesat的情况下成为高(High)，这表示异常信号。
[0017]此时，设定有IGBT12的负载发生异常后直到栅极驱动器10送出异常信号为止的遮挡时间Tmask，此遮挡时间Tmask由式(2)表示。
[0018][数2][0019][0020]此处，VCdesat(0)为电容器Cdesat的初始电压。
[0021]而且，Cdesat表示电容器Cdesat的静电电容，Idesat表示电流Idesat的电流值。
[0022]另一方面，在IGBT12刚从断开(OFF)动作转变为接通(ON)动作后发生IGBT12的异常的情况下，电容器Cdesat并无由Idesat电流进行充电的时间，因而成为VCdesat(0)＝0。此种情况下，遮挡时间Tmask由式(3)表示。
[0023][数3][0024][0025]这样，遮挡时间Tmask根据IGBT12发生异常的时机而以式(4)所赋予的Δt变动。
[0026][数4][0027][0028]这样，有遮挡时间Tmask根据发生异常的时机而变动等问题。
[0029]＜以往方式的问题2＞
[0030]而且，图17所示的基准电压Vdesat低意味着对误动作的宽容度少，因而视需要，有时需要提高所述基准电压Vdesat的电压值。但是，由于为栅极驱动器10所内置的电压，因而有通常难以变更所述电压值等问题。
[0031]现有专利技术
[0032]例如，后述的专利文献1(日本专利特开2004
‑
140891号公报)公开了一种电力转换装置，能可靠地检测构成过电压保护电路的一部分元件发生故障。具体而言，记载了下述电路：测量作为保护对象的半导体元件成为断开(OFF)状态的情况下的、过电压保护电路的电压变化时的时间，在所述时间超过设定时间长的情况下，判定为构成过电压保护电路的元件的一部分发生故障。
[0033]现有技术文献
[0034]专利文献
[0035]专利文献1：日本专利特开2004
‑
140891号公报

技术实现思路

[0036]专利技术所要解决的问题
[0037]这样，所述以往的方式有以下的问题。
[0038]问题1：由短路时的条件所致的遮挡时间的变化
[0039]如上文所述，若IGBT的负载成为短路状态，则流动大电流，IGBT的Vce上升而破损，但需要在几微秒的期间中使检测延迟的遮挡时间。所述遮挡时间需要一定的精度，尤其需要在负载短路的条件发生各种变化的情况下也尽可能不变动。
[0040]此处，所谓负载短路的条件的变化，例如可列举：短路时的连接于IGBT的电感的大小的变化。例如，理想的是在负载的电感非常小的情况(例如200nH)与负载的电感相对较大的情况(例如2μH)下，所述遮挡时间不变动。
[0041]但是，在将通常的通用的控制IC用作栅极驱动器来驱动IGBT的情况下，遮挡时间主要因所述那样的负载短路条件的变化而变动。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种栅极驱动电路，对电力半导体开关进行驱动，其特征在于包括：比较电路，将所述电力半导体开关的集电极
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发射极电压、与规定的阈值电压进行比较；以及时间测量电路，在所述比较电路检测到所述集电极
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发射极电压超过所述阈值电压后开始测量时间，且所述栅极驱动电路包括：输出电路，在所述时间测量电路测量了待机保留时间后，输出意指电力半导体开关为异常状态的异常信号。2.根据权利要求1所述的所述栅极驱动电路，其特征在于，所述比较电路在所述电力半导体开关刚从断开动作转变为接通动作后、或者所述电力半导体开关为饱和状态的状况下，由规定的障碍或异常导致集电极电流增大，所述电力半导体开关成为去饱和状态的情况下，将所述集电极
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发射极电压、与规定的所述阈值电压进行比较。3.根据权利要求1或2所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述异常信号意指根据规定的输出信号变化为规定的值而所述电力半导体开关为去饱和状态的信号。4.根据权利要求1至3中任一项所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述时间测量电路包括：充电用电容器，为施加有一定的电流值的充电电流的电容器，且用于将伴随充电而所述电容器的端子间电压上升直到成为规定的电压值为止的时间设为待机保留时间；以及充电电流迂回路，当所述电力半导体开关处于饱和状态，且集电极
‑
发射极电压的值为所述比较器的阈值电压以下时，使所述一定的充电电流值的电流迂回，不使充电电流流入所述充电用电容器，而将所述充电用电容器的初始电荷设为0，所述比较电路在所述电力半导体开关为去饱和状态，且检测到集...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴田比佐志，
申请(专利权)人：株式会社田村制作所，
类型：发明
国别省市：