[发明专利]高电压半导体器件和驱动电路有效
申请号: | 201080011844.6 | 申请日: | 2010-09-29 |
公开(公告)号: | CN102349156A | 公开(公告)日: | 2012-02-08 |
发明(设计)人: | 山路将晴 | 申请(专利权)人: | 富士电机株式会社 |
主分类号: | H01L29/78 | 分类号: | H01L29/78;H01L21/336;H01L21/8234;H01L27/08;H01L27/088;H01L29/06;H01L29/786 |
代理公司: | 上海专利商标事务所有限公司 31100 | 代理人: | 张鑫 |
地址: | 日本神奈*** | 国省代码: | 日本;JP |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 电压 半导体器件 驱动 电路 | ||
技术领域
本发明涉及一种高电压半导体器件和驱动电路。特别地,本发明涉及例如可控半导体元件的控制电极,该可控半导体元件比如是PWM逆变器或开关电源中的电能逆变桥接电路的上臂中的半导体开关元件,即一种用作电平移动电路的高压半导体器件,该器件在传输导通或截止信号时使用,而无需任何从连接到共用电势点的电路到可控半导体器件的控制电极的特定电势绝缘,该可控半导体器件处于这样一种电路中,在该电路中电极(比如发射极电极或源极电极)的电势(该电势将要成为输入驱动控制信号的电势的基准)相关于共用电势(比如接地电势)而变化。此外,本发明较佳地涉及一种在电平移动电路中使用的高电压半导体器件,该器件可以用高电压IC(HVIC)的形式来使用。
背景技术
功率器件被广泛地用于各种领域,除了用作控制电动机的逆变器之外,还被用作显示面板(比如大容量等离子体显示面板PDP和液晶显示面板)的电源,并且还被用作家用电器(比如空调和照明器具)的逆变器。这种功率器件的驱动和控制已经由通过将多个电子部件(比如像光电耦合器和变压器这样的半导体器件)组合起来而形成的电子电路来实现。然而,大规模集成电路(LSI)技术最新的进展已能够实际地使用高达1200V的高电压IC,促成了用于将功率半导体器件作为高侧栅极驱动器和低侧栅极驱动器集成起来的高电压IC以及用于将控制电路和功率半导体器件集成到同一半导体基板上的高电压IC,由此产生了更大的效率并减少了部件数目和安装面积。
图13是具有普通的电平移动电路的高电压IC的电路图。在图13中,二极管41、42被添加到专利文献1的图8所示的电路中。在图13中,标号17、18表示IGBT(输出功率器件),这些IGBT串联连接在400V高电压的主DC电源的正电极一侧的端子Vdc与作为该电源的负电极一侧的共用电势点COM(图13中的接地)之间,以形成PWM逆变器的电能逆变桥接电路的一个相。OUT端子是该桥接电路的上臂中的IGBT 17的发射极与该桥接电路的下臂中的IGBT 18的校正器的连接点。OUT端子也是由IGBT 17和18的交替导通和截止所产生的AC电能的AC输出端子。
符号E2表示一种辅助电源(也被称为驱动器电源),该电源的正电极连接到正电极线Vcc2,负电极连接到共用电势点COM,并且该电源提供比如15V的低电压。标号20表示一种驱动器,该驱动器执行下臂中的IGBT 18的导通和截止驱动,并且由辅助的DC电源E2来操作。
该电路中的其它组件形成了一种电平移动电路,用于驱动该桥接电路的上臂中的IGBT 17。标号1和2表示高电压MOSFET。在输入了导通信号25时,使高电压MOSFET 1传导。导通信号25是由控制电路61(低电势一侧,低阻断电压电路)产生的脉冲信号,由低电压电源向控制电路61提供电流,该低电压电源的参考电势是主DC电源的负电极一侧上的电势(COM电势)。高电压MOSFET 1的传导引起了高电压MOSFET 1与负载电阻器3的连接点处的电压降。把这种电压降视为一信号,IGBT 17就被导通了。相似的是,在输入了截止信号26时,使高电压MOSFET 2传导,该截止信号26是由控制电路61产生的脉冲信号。高电压MOSFET 2的传导引起了高电压MOSFET 2与负载电阻器4的连接点处的电压降。把这种电压降视为一信号,IGBT 17就被截止了。
此处,通常,高电压MOSFET 1和2是等价的,并且负载电阻器3和4也是等价的。此外,并联连接到负载电阻器3和4的调压二极管5和6限制了负载电阻器3和4上的过大的电压降,分别保护了像NOT电路(非电路)8和9这样的组件,下文会对此进行解释。在电平移动电路中,两个高电压MOSFET 1和2是向其输入信号的电路部分,且将静态共用电势点COM处的电势作为参考。
虚线所包住的电路部分是高电势一侧的低电压电路部分(浮置电势区域),在操作该电路部分时以AC输出端子OUT处的电势作为参考。通过上述输出IGBT 17和18交替的导通与截止,AC输出端子OUT处的电势交替地变为共用电势点COM处的电势以及高电压主DC电源的正电极一侧的端子Vdc处的电势。虚线所包住的电路部分中的标号E1表示辅助的DC电源(也被称为驱动器电源),用于提供15V的电压,例如,该电源的正电极和负电极分别连接到正电极线Vcc1和AC输出端子OUT。尽管图13中的辅助DC电源E1是以AC输出端子OUT的电势为参考电势的电源,但是若IGBT 17是p-沟道类型,则也可以提供以正电极一侧的端子Vdc的电势为参考电势的辅助DC电源。
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