[发明专利]绝缘栅开关元件的驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及用于驱动诸如IGBT（绝缘栅双极晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应管）之类的绝缘栅开关元件的驱动电路。

背景技术

其中封装了诸如IGBT之类的绝缘栅开关元件和用于驱动该开关元件的驱动电路的半导体器件被称为“IPM（智能功率模块）”。诸如IGBT之类的功率开关元件被安装在IPM上用于驱动电动机等。向这个功率开关元件施加过量电流可极大地损坏配备有该IPM的电子设备。出于该理由，该半导体器件被设置有自我保护功能，其不断地监测流向功率开关元件的电流并通过当超过预定电流值的过量电流流向功率开关元件时断开栅极信号的供应来安全地停止该控制。

这样的常规IPM采用IGBT驱动系统，其如图4中所示，串联连接P-沟道MOSFET51和N-沟道MOSFET52。P-沟道MOSFET51的源极连接至电源电压Vcc，而N-沟道MOSFET52的源极连接至地电位。P-沟道MOSFET51和N-沟道MOSFET52的漏极连接至IGBT53的栅极，且驱动信号被输入至P-沟道MOSFET51和N-沟道MOSFET52的栅极。

当IGBT53导通时，驱动信号的电平被降低以使P-沟道MOSFET51被导通且N-沟道MOSFET52被截止。因此，电源电压Vcc经由P-沟道MOSFET51被施加至IGBT53的栅极。

另一方面，当IGBT53截止时，驱动信号的电平被增加以使P-沟道MOSFET51被截止且N-沟道MOSFET52被导通。因此，地电位经由N-沟道MOSFET52被施加至IGBT53的栅极。

在这个配置中，P-沟道MOSFET51和N-沟道MOSFET52的导通电阻被用于驱动IGBT53从而导通和截止IGBT53。

在其中IGBT由P-沟道MOSFET51和N-沟道MOSFET52的导通电阻所驱动的系统中，P-沟道MOSFET51和N-沟道MOSFET52的导通电阻在高于室温的温度下增加。因此，当温度高于室温时，在IGBT53栅极处的充电速率减缓且防止了陡峭的电压变化（在IGBT43的集电极和发射极之间的电压），减轻了涉及电压变化的噪声的发生。无论如何，问题在于导通IGBT53所需时间的增加引起的损失的增加。然而，当半导体器件的设计被优化从而最小化高温时的损失时，在IGBT53的栅极处的充电速率在室温变得极低，引起陡峭的电压变化并因此增加噪声。

为了解决这些问题，专利文献1提出了绝缘栅设备的驱动电路。

在专利文献1中，IGBT的驱动电路被设置有生成恒定电流的恒流源，且包括电流镜电路、当导通IGBT时经由该恒流源将IGBT的栅极连接至电源电位侧并当截止IGBT时经由该恒流源将该IGBT的栅极与电源电位侧断开的开关电路、和将IGBT截止的放电电路。当驱动信号的电平变低时，该开关电路经由该恒流源将该IGBT的栅极连接至电源电位侧，来导通IGBT。反之，当驱动信号的电平变高时，开关电路经由该恒流源来终止在IGBT的栅极和电源电位侧之间做出的连接，且放电电路将IGBT的栅极连接至地电位来截止IGBT。

专利文献2提出了栅极驱动电路，其具有创建诸如IGBT或FET之类的电压驱动开关器件的栅极信号作为恒定电流输出的恒流脉冲栅极驱动电路、创建栅极信号作为恒压输出的恒压脉冲栅极驱动电路的栅极驱动电路，和具有在恒流脉冲栅极驱动电路的操作和恒压脉冲栅极驱动电路的操作之间转换的判定/转换电路。

专利文献3提出了这样的技术，其中通过开关元件的方式旁路串联连接的电阻中的一个，来调节由电流镜电路构成的恒流源的输入侧上的电流，从而改变恒流源的输出电流。

专利文献4提出了这样的技术，其中，与专利文献3一样，构成电流镜电路的PNP晶体管之一的集电极经由可变电阻电阻器电路连接至地电位端子，且使用电阻选择部件来选择可变电阻电阻器电路的电阻，从而改变恒流电路的输出电流。

专利文献5提出驱动用于开关大电源的诸如IGBT或MOSFET之类的开关元件的开关元件驱动电路。这个开关元件驱动电路使用用于驱动开关元件的驱动信号输出电路，来，首先，当从PWM脉冲输出电路输入的PWM脉冲处于高电平时输出增加的电压V2至开关元件的栅极，且，接着，当在开关元件处的栅极电压Vgs增大至预定电压时输出比增加的电压V2低的预定电压V1至开关元件的栅极。这个配置可防止开关元件的开关损耗。

专利文献1：日本专利申请公开No.2008-103895

专利文献2：日本专利申请公开No.2009-11049