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JP3414859B2 - 半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置 - Google Patents

半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置

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Publication number
JP3414859B2
JP3414859B2 JP23596594A JP23596594A JP3414859B2 JP 3414859 B2 JP3414859 B2 JP 3414859B2 JP 23596594 A JP23596594 A JP 23596594A JP 23596594 A JP23596594 A JP 23596594A JP 3414859 B2 JP3414859 B2 JP 3414859B2
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JP
Japan
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transistor
terminal
resistor
semiconductor device
overcurrent
Prior art date
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JP23596594A
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コンラート スフエン
ラインムート クラウス
シユトウート ハンス
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/168Modifications for eliminating interference voltages or currents in composite switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • HELECTRICITY
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    • H03K17/166Soft switching

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ゲート端子とカソード
端子との間に位置して制御信号によって導通制御される
制御可能なスイッチを備え、電界効果によって制御され
る半導体デバイスを過電流時にターンオフするための回
路装置に関する。
【0002】
【従来の技術】このような回路装置は一般的に使われて
おり、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第3034
927号公報ではMOSFET用として記載されてい
る。制御可能なスイッチは、このスイッチが導通制御さ
れると半導体デバイスのゲート・ソース間容量を放電さ
せ、半導体デバイスを遮断する。
【0003】例えば半導体デバイスに直列接続される負
荷の短絡によって惹き起こされる過電流が半導体デバイ
スに流れると、電流は定格電流よりはるかに大きくな
る。半導体デバイスを破壊から守るため過電流が検出さ
れ、半導体デバイスは内部に作られたターンオフ信号に
よって遮断される。
【0004】電界効果によって制御される半導体デバイ
ス、即ちパワーMOSFET及びIGBT(絶縁ゲート
形バイポーラトランジスタ)は、そのターンオフ時間が
ターンオフすべき電流に依存せずにほぼ等しいという特
性を有している。即ち過電流時の電流ターンオフ勾配は
通常動作時より著しく大きい。このことから、過電流時
にターンオフする際に負荷回路内の漏れインダクタンス
に作られる過電圧は定格負荷時にターンオフする際より
著しく大きいことが明らかである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、過電
流時のターンオフが大きい過電圧ピークを発生しないよ
うに、冒頭で述べた種類の回路装置を構成することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明によれば、電界効果によって制御される半導
体デバイスのゲート端子とカソード端子との間に位置す
る負荷区間を有し制御電圧によって導通制御されるトラ
ンジスタと、過電流が発生しかつ同時にターンオフ信号
が印加されるとトランジスタの制御電圧を、トランジス
タの順方向電圧が高くなるように調整する装置とを備え
た、半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置に
おいて、トランジスタの負荷区間に第1抵抗が直列に接
続され、この第1抵抗のトランジスタに接続されていな
い側の端子が共通端子に接続され、トランジスタの制御
入力端と共通端子との間に、負荷区間が直列に接続され
た2つのバイポーラトランジスタが接続され、その第1
バイポーラトランジスタのベース端子が第1抵抗とトラ
ンジスタとの接続点に接続され、その第2バイポーラト
ランジスタが過電流時にそのベース端子を介して導通制
御され、トランジスタの制御入力端が第2抵抗を介し
て、ターンオフ信号が印加される入力端子に接続され
る。
【0007】本発明の実施態様は請求項2以降に記載さ
れている。
【0008】
【実施例】次に本発明の一実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。
【0009】図1に示された回路装置はIGBT1を含
んでいる。このIGBTはコレクタ端子Cが端子2を介
して駆動電圧に接続されている。IGBT1はそのエミ
ッタ端子Eが負荷3を介して他の電位、例えばアースに
接続されている。IGBT1のゲート端子Gは抵抗7及
びバイポーラトランジスタ6のコレクタ・エミッタ区間
(負荷区間)を介して供給電圧+VDDを有する端子5に
接続されている。バイポーラトランジスタ6は入力端子
4に接続されたベース端子を有している。
【0010】IGBT1のゲート端子は他の抵抗及びト
ランジスタ9のコレクタ・エミッタ区間(負荷区間)を
介して装置17に接続されている。この装置17は一方
では過電流が存在するか否かを検出し、他方では抵抗1
4を介して入力端12に接続された入力端を含んでい
る。
【0011】IGBT1をターンオンするために、入力
端子4には入力信号“EIN”が印加される。それによ
ってバイポーラトランジスタ6が導通し、IGBT1の
ゲート・ソース間容量が充電され、IGBT1が導通制
御される。
【0012】IGBT1を定格電流の流れている通常の
駆動状態からターンオフしたい場合、外部“AUS”信
号が入力端子12に印加される。この信号はトランジス
タ9を導通制御し、IGBTのゲート・エミッタ間容量
はトランジスタ9の順方向抵抗及び放電電流路に位置す
る抵抗に応じて放電する。
【0013】しかしながら、IGBT1を過電流時に入
力端子12に印加される外部“AUS”信号によってタ
ーンオフさせる場合、トランジスタ9が完全には導通制
御されずに、その動作点が高い順方向抵抗の領域へ移さ
れるように、装置17が機能する。
【0014】装置17は第1バイポーラトランジスタ1
5及び第2バイポーラトランジスタ16を含んでいる。
両バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ区間は
直列に接続されている。第1バイポーラトランジスタ1
5のコレクタ端子はトランジスタ9のベース端子に接続
され、第2バイポーラトランジスタ16のエミッタ端子
は共通端子11に接続されている。さらにトランジスタ
9のベース端子は抵抗14を介して入力端12に接続さ
れている。装置17は、一方では共通端子11に接続さ
れかつ他方ではトランジスタ9のエミッタ端子に接続さ
れた抵抗10を含んでいる。トランジスタ9と抵抗10
との接続点20は第1バイポーラトランジスタ15のベ
ース端子に接続され、第2バイポーラトランジスタ16
のベース端子はIGBT1のエミッタ端子E又はいわゆ
る“センス”端子Sに二者択一的に接続される。このよ
うな端子を有するパワーMOSFETは例えば雑誌「マ
シーン・デザイン(Machine Design)」
(第8巻、1990年3月、第89頁〜第96頁参照)
に記載され、IGBTは例えば雑誌「エレクトロニク・
インドウストリー(elektronik indus
trie)」(1991年1月、第14頁〜第18頁参
照)に記載されている。第2バイポーラトランジスタ1
6のベース端子が端子Sに接続される場合のために、端
子Sと共通端子11との間には測定抵抗18が接続され
ている。上述した二者択一によって、第2バイポーラト
ランジスタ16のベース端子がエミッタ端子Eに接続さ
れる場合には、破線で示されているように、この測定抵
抗はエミッタ端子Eと負荷3との間のIGBTの負荷電
流路に直接設置される。この測定抵抗はこの場合には電
流特性に応じて係数IS /IE 倍だけ小さく設計され
る。
【0015】測定抵抗18及び装置17はバイポーラト
ランジスタ16が過電流時に導通制御されるように設定
される。入力端12にターンオフ信号を同時に印加する
と、電流はトランジスタ9、第1バイポーラトランジス
タ15のベース・エミッタ区間及び第2バイポーラトラ
ンジスタ16のコレクタ・エミッタ区間を通って流れ
る。接続点20、従ってトランジスタ9のエミッタには
このとき第1バイポーラトランジスタ15のベース・エ
ミッタ間電圧と第2バイポーラトランジスタ16の順方
向電圧との和に相当する電圧、例えば1Vが印加され
る。トランジスタ15、16が両方とも導通制御される
ので、トランジスタ9のベース端子には、一方では抵抗
14他方ではトランジスタ15、16の電圧降下の和の
分圧比によってによって決定される電圧が印加される。
これはトランジスタ9が上述したように完全な導通状態
に比較して高い抵抗を有する領域へ制御されるように調
整される。IGBT1のゲート・ソース間容量の放電は
それによって緩慢に行われ、それに応じてIGBTを通
る電流が緩慢に減少する。特に装置17は、バイポーラ
トランジスタ9がそのIC /UCE特性曲線のほぼ水平部
分で動作するように設計される。この場合電流は主とし
てコレクタ・エミッタ間電圧には無関係であり(電流
源)、それゆえ放電電流は電圧に依存しない。
【0016】図2には時間軸上に電圧UCE及び電流IC
の変化が記載されている。この図2から明らかなよう
に、200nsの電流の降下時間の間有害な過電圧は生
じない。通常状態からターンオフする際の時間的な電流
減少(di/dt)は過電流状態からターンオフする際
より小さい。従ってこの場合IGBTは、有害な過電圧
が生起することなく、高速でターンオフされる。
【0017】上記においては本発明をIGBTに関連付
けて説明した。しかしながら本発明はパワーMOSFE
Tに対しても使用することができる。原理的にはバイポ
ーラトランジスタ9、15、16をMOSFETによっ
て置換することが可能である。その場合接続点20には
トランジスタ15のゲート・ソース間電圧とトランジス
タ16の順方向電圧との和が印加される。適当に設計す
ることによって、トランジスタ9が同様に電流源として
作用するようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による回路装置を示す結線図。
【図2】図1に示された半導体デバイスの時間的な電流
及び電圧の特性曲線図。
【符号の説明】
1 IGBT 2、5 端子 3 負荷 4 入力端 6 バイポーラトランジスタ 7 抵抗 9 トランジスタ 10 抵抗 11 共通端子 12 入力端 14 抵抗 15、16 バイポーラトランジスタ 17 装置 18 測定抵抗 20 接続点
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ハンス シユトウート ドイツ連邦共和国 82194 グローベン ツエル マイシユトラーセ 18 (56)参考文献 特開 平2−50518(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電界効果によって制御される半導体デバ
    イス(1)のゲート端子とカソード端子との間に位置す
    る負荷区間を有し制御電圧によって導通制御されるトラ
    ンジスタ(9)と、過電流が発生しかつ同時にターンオ
    フ信号が印加されると前記トランジスタの制御電圧を、
    前記トランジスタの順方向電圧が高くなるように調整す
    る装置(17)とを備えた、半導体デバイス(1)の過
    電流時のターンオフ回路装置において、 前記トランジスタ(9)の負荷区間に第1抵抗(10)
    が直列に接続され、この第1抵抗の前記トランジスタ
    (9)に接続されていない側の端子が共通端子(11)
    に接続され、前記トランジスタ(9)の制御入力端と前
    記共通端子(11)との間に、負荷区間が直列に接続さ
    れた2つのバイポーラトランジスタ(15、16)が接
    続され、その第1バイポーラトランジスタ(15)のベ
    ース端子が前記第1抵抗(10)と前記トランジスタ
    (9)との接続点(20)に接続され、その第2バイポ
    ーラトランジスタ(16)が過電流時にそのベース端子
    を介して導通制御され、前記トランジスタ(9)の制御
    入力端が第2抵抗(14)を介して、ターンオフ信号が
    印加される入力端子(12)に接続されていることを特
    徴とする半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装
  2. 【請求項2】 第2バイポーラトランジスタ(16)の
    ベース端子がカソード端子と電界効果によって制御され
    る半導体デバイス(1)の電流路に位置する第3抵抗
    (18)との間に接続されていることを特徴とする請求
    記載の回路装置。
  3. 【請求項3】 電界効果によって制御される半導体デバ
    イス(1)が“センス”端子(S)を有し、第3抵抗
    (18)がその“センス”端子に接続されていることを
    特徴とする請求項記載の回路装置。
JP23596594A 1993-09-09 1994-09-05 半導体デバイスの過電流時のターンオフ回路装置 Expired - Lifetime JP3414859B2 (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4330624.1 1993-09-09
DE4330624 1993-09-09

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JPH07106934A JPH07106934A (ja) 1995-04-21
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EP (1) EP0643485B1 (ja)
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JPH07106934A (ja) 1995-04-21
EP0643485A1 (de) 1995-03-15
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DE59405773D1 (de) 1998-05-28

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