[发明专利]高耐压半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有电平移位电路的高耐压半导体装置。

背景技术

IGBT（绝缘栅型双极晶体管）与功率MOSFET（绝缘栅型场效应晶体管）等功率器件，除了在电机控制用的逆变器以外，还可以在PDP（等离子显示面板）、液晶面板等的电源应用以及空调与照明之类的家电用逆变器等众多领域中应用。

以往，这种功率器件的驱动以及控制，通过对光电耦合器等半导体元件与变压器等电子部件进行组合而构成的电子电路来进行。但是，近年来，随着LSI（大规模集成电路）技术的进步，用于AC400V系列工业用电源等中的达到1200V级别的高耐压IC也得到了实际应用。

其结果，作为高耐压IC，内置有作为功率器件的高边栅极驱动器与低边栅极驱动器的栅极驱动器IC，还有使控制电路与功率器件集成在同一半导体基板上的单芯片逆变器IC等被系列化。

该高耐压IC通过减少安装板的部件数量而为逆变器系统整体的小型化与高效化做出了贡献。图13是内置有通常电平移位电路的高耐压IC的电路图。该电路图是在下述专利文献1的图8中增加了二极管41,42的说明图。

在图13中，符号17,18是构成PWM逆变器的例如一相的IGBT（输出功率器件）。这些IGBT17,18在例如DC400V高压的主直流电源（正极侧）Vdc与该电源的负极侧即公共电位COM之间串联连接。OUT端子是与桥电路的上臂的IGBT17的发射器、同一下臂的IGBT18的连接器的连接点。另外，是通过IGBT17与IGBT18互补地进行接通/断开而生成的交流电的交流输出端子。

符号E2是负极与公共电位COM相连接的、例如15V低压的辅助直流电源（也称为驱动电源）。另外，符号20是在辅助直流电源E2（Vcc2的电源电压）下工作的驱动电路，对下臂的IGBT18进行接通/断开驱动。

在其他电路部分中存在用于驱动桥电路的上臂的IGBT17的电平移位电路以及驱动电路16等。另外，还存在用于向各个驱动电路16、20输入接通/断开信号的控制电路61等。

高耐压MOSFET1通过置位脉冲的接通信号25进行导通。该接通信号25通过由以主直流电源的负极侧（公共电位COM）为基准的低电压电源供给电流的控制电路61（低电位侧低耐压电路）生成。该高耐压MOSFET1是高耐压N沟道MOSFET，以负载电阻3的电压降作为信号使IGBT17接通。高耐压MOSFET2通过输入同样通过控制电路61生成的复位脉冲的断开信号26而导通。高耐压MOSFET2是高耐压N沟道MOSFET，以负载电阻4的电压降作为信号使IGBT17断开。

在这里，高耐压MOSFET1、2以及负载电阻3、4，通常为了使电路常数匹配而使其相等地构成。此外，与负载电阻3、4分别并联连接的稳压二极管5、6具有限制负载电阻3、4的过大的电压降，保护下述NOT电路8、9等的作用。在电平移位电路中，2个高耐压MOSFET1、2成为输入以公共电位COM为基准的信号的电路部分。

另一方面，虚线所包围的电路部分根据输出用IGBT17、18的接通/断开，以交替地与公共电位COM和高电压的主直流电源的电位Vdc随动的交流输出端子OUT的电位为基准进行工作。在此，虚线所包围的电路内的符号E1是例如15V的辅助直流电源（也称为驱动电源），很多情况下使用自举电路中的自举电容。辅助直流电源E1中，正极与正极线Vcc1相连接，负极与交流输出端子OUT相连接。

此外，NOT电路8、9及其后续电路（由低通滤波电路（也缩写为LPF）30、31、RS触发器（还记载为RS锁存器、RS-FF）15、驱动器16等构成）以辅助直流电源E1作为电源进行工作。

但是，负载电阻3、4的上端与辅助直流电源E1的正极线Vcc1相连接的高耐压MOSFET1、2的负载电阻电路的电源电压，交流输出端子OUT的电位在公共电位COM与主直流电源（正极侧）Vdc之间变化。因此，该电源电压在E1+Vdc与E1之间变化。

但是，实际上，未图示的环流二极管以阴极作为连接器侧与IGBT17、18分别并列进行连接。另外，通过PCB（Printed Circuit Board）等附带的寄生电感的感应电动势、以及因流经电路电感与IGBT的di/dt的积发生的负电压噪声，交流输出端子OUT的电位有时相对于公共电位COM的电位呈数十伏左右的负值。