專利名稱：柵極驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極驅(qū)動電路，特別涉及能夠使半導(dǎo)體開關(guān)元件高速地進行開關(guān)的柵極驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
在以往的柵極驅(qū)動電路中，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件MOSFET (Metal-Oxide-Semicondu ctor Field-Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)的柵極驅(qū)動電路，一般使用串聯(lián)連接了晶體管、MOSFET的緩沖器電路。在該電路中，通過對緩沖器的基準電位施加負偏置，從而在MOSFET截止時能夠使柵極電壓成為負，所以能夠防止半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)的誤動作(例如，參照專利文獻1)。專利文獻1 日本特開平7-M5557號公報(第3頁、第1圖)

發(fā)明內(nèi)容
半導(dǎo)體開關(guān)元件在開關(guān)時的過渡狀態(tài)期間產(chǎn)生傳導(dǎo)損耗。伴隨半導(dǎo)體開關(guān)元件的大容量化，傳導(dǎo)損耗也會增加，但以往通過半導(dǎo)體開關(guān)元件的高速開關(guān)化來使過渡狀態(tài)期間縮短，并降低了傳導(dǎo)損耗。近年來，伴隨利用寬帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體開關(guān)元件的實用化，能夠?qū)崿F(xiàn)更高速的開關(guān)，期待降低傳導(dǎo)損耗。但是，存在如下問題=MOSFET的驅(qū)動電路的驅(qū)動能力不足，無法使半導(dǎo)體開關(guān)元件的能力充分發(fā)揮。另外，為了降低與半導(dǎo)體開關(guān)元件的大容量化相伴的傳導(dǎo)損耗，通過減小半導(dǎo)體開關(guān)元件的導(dǎo)通電阻而降低了傳導(dǎo)損耗。 但是，一般情況下，導(dǎo)通電阻值與半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)閾值電壓處于折衷選擇關(guān)系，如果減小導(dǎo)通電阻，則半導(dǎo)體開關(guān)元件的閾值電壓也會降低而易于受到噪聲的影響，存在開關(guān)的誤動作的可能性變高這樣的問題。本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而完成的，其目的在于得到一種能夠使半導(dǎo)體開關(guān)元件高速地進行開關(guān)的柵極驅(qū)動電路。本發(fā)明涉及的柵極驅(qū)動電路，具備緩沖器電路，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件以及截止用開關(guān)元件，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件；第1直流電壓源，該第1直流電壓源的正極被連接于導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于柵極驅(qū)動電路的基準電位；以及第2直流電壓源，該第2直流電壓源的正極被連接于截止用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于基準電位。另外，本發(fā)明所涉及的柵極驅(qū)動電路，具備緩沖器電路，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件以及截止用開關(guān)元件，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件；直流電壓源，該直流電壓源的正極被連接于導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于柵極驅(qū)動電路的基準電位；以及驅(qū)動邏輯，對導(dǎo)通用開關(guān)元件的柵極以及截止用開關(guān)元件的柵極輸出電壓脈沖，所述驅(qū)動邏輯進行如下控制中的至少一方控制將電壓脈沖的高電位側(cè)比導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極的電位高地輸出的控制、以及將電壓脈沖的低電位側(cè)比截止用開關(guān)元件的源極的電位低地輸出的控制。
由于本發(fā)明具備緩沖器電路，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件以及截止用開關(guān)元件，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件；第1直流電壓源，正極被連接于導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于柵極驅(qū)動電路的基準電位；以及第2直流電壓源，正極被連接于截止用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于基準電位，所以能夠使截止用開關(guān)元件高速地斷開，能夠使半導(dǎo)體開關(guān)元件高速地接通。


圖1是本發(fā)明的實施方式1中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。圖2是以往的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。圖3是示出以往的柵極驅(qū)動電路的N溝道MOSFET的柵極-源極間電壓的過渡響應(yīng)波形的一個例子的圖。圖4是示出N溝道MOSFET的漏極電流與柵極-源極間電壓的代表性的關(guān)系的一個例子的圖。圖5是示出本發(fā)明的實施方式1中的柵極驅(qū)動電路的N溝道MOSFET的柵極-源極間電壓的過渡響應(yīng)波形的圖。圖6是本發(fā)明的實施方式2中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。圖7是本發(fā)明的實施方式3中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。圖8是示出本發(fā)明的實施方式3中的柵極驅(qū)動電路的P溝道MOSFET的柵極-源極間電壓的過渡響應(yīng)波形的圖。圖9是本發(fā)明的實施方式3中的另一柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。圖10是本發(fā)明的實施方式4中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。圖11是示出本發(fā)明的實施方式4中的從驅(qū)動邏輯輸出的柵極電壓的輸出波形的第一例的圖。圖12是示出本發(fā)明的實施方式4中的從驅(qū)動邏輯輸出的柵極電壓的輸出波形的第二例的圖。圖13是示出本發(fā)明的實施方式4中的從驅(qū)動邏輯輸出的柵極電壓的輸出波形的第三例的圖。(符號說明)1、11、14、15、18、21 柵極驅(qū)動電路；2 =P 溝道 MOSFET ；3 :N 溝道 MOSFET ；4 緩沖器；5 基準電位；6、12、13、16、17、22 直流電壓源；7 導(dǎo)通時柵極電阻；8 截止時柵極電阻；9、19 驅(qū)動邏輯；10 =MOSFET0
具體實施例方式實施方式1.圖1是本發(fā)明的實施方式1中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。柵極驅(qū)動電路1 驅(qū)動作為半導(dǎo)體開關(guān)元件的M0SFET10。在圖1中，柵極驅(qū)動電路1包括作為驅(qū)動M0SFET10 的緩沖器電路的緩沖器4、第1直流電壓源6、以及第2直流電壓源12。緩沖器4具有P溝道M0SFET2，該P溝道M0SFET2是被圖騰柱(totem-pole)連接而互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件；以及N溝道M0SFET3，該N溝道M0SFET3是截止用開關(guān)元件。通過接通作為導(dǎo)通用開關(guān)元件的P溝道M0SFET2，從而M0SFET10導(dǎo)通，通過接通作為截止用開關(guān)元件的N溝道M0SFET3，從而M0SFET10截止。第1直流電壓源6的正極與 P溝道M0SFET2的源極連接，負極與柵極驅(qū)動電路1的基準電位(VS)5連接。另外，第2直流電壓源12的正極與N溝道M0SFET3的源極連接，負極與柵極驅(qū)動電路1的基準電位5連接。第2直流電壓源12能夠使N溝道M0SFET3的源極電位上升至高于基準電位5。另外，柵極驅(qū)動電路1具備M0SFET10的導(dǎo)通時柵極電阻7、截止時柵極電阻8、 以及驅(qū)動邏輯9，該驅(qū)動邏輯9取入驅(qū)動信號(SD)并向P溝道M0SFET2的柵極以及N溝道 M0SFET3的柵極輸出柵極電壓。驅(qū)動邏輯9還與第1直流電壓源6的正極連接，從第1直流電壓源6接受直流電壓的供給。另外，驅(qū)動邏輯9還與基準電位5連接。從驅(qū)動邏輯9輸出的柵極電壓為了使P溝道M0SFET2以及N溝道M0SFET3互補地導(dǎo)通、截止，成為交替變化高電位(例如，直流電壓Vout)和低電位(例如，基準電位)的電壓脈沖。如果柵極電壓成為高電位，則P溝道M0SFET2成為導(dǎo)通狀態(tài)，M0SFET10成為導(dǎo)通狀態(tài)。如果柵極電壓成為低電位，則N溝道M0SFET3成為導(dǎo)通狀態(tài)，MOSFET10成為截止狀態(tài)。在說明實施方式1之前，為了很好地理解本發(fā)明，說明以往的一般的柵極驅(qū)動電路。圖2是示出以往的柵極驅(qū)動電路的一個例子的概略的結(jié)構(gòu)圖。在實施方式1中的柵極驅(qū)動電路1中，設(shè)置于N溝道M0SFET3與基準電位5之間的第2直流電壓源12的正極被連接到N溝道M0SFET3的源極。另一方面，在以往的柵極驅(qū)動電路21中，設(shè)置于N溝道 M0SFET3與基準電位5之間的直流電壓源22的負極被連接到N溝道M0SFET3的源極，這一點是與實施方式1的相異點。對于其他結(jié)構(gòu)，實施方式1中的柵極驅(qū)動電路1和以往的柵極驅(qū)動電路21是相同的。在這樣的以往的柵極驅(qū)動電路21中，在作為驅(qū)動對象的M0SFET10為截止狀態(tài)時， 由于直流電壓源22而M0SFET10的柵極-源極間電壓(以下，記載為Vgs)相對于基準電位 5成為負偏置狀態(tài)。因此，能夠防止噪聲所致的M0SFET10的開關(guān)的誤動作。在此，關(guān)注接通 M0SFET10時的緩沖器4的動作。為了接通M0SFET10，首先，需要在斷開緩沖器4的N溝道 M0SFET3之后使P溝道M0SFET2導(dǎo)通。為了高速地接通M0SFET10，優(yōu)選是，盡可能在短時間內(nèi)斷開N溝道M0SFET3。圖3示出斷開N溝道M0SFET3時的N溝道M0SFET3的Vgs的過渡響應(yīng)波形的一個例子。在圖3中，縱軸是Vgs，表示將源極電位施加到N溝道M0SFET3的柵極-源極間的電位差。在此，在圖2所示的柵極驅(qū)動電路21的情況下，相當于Vgs = OV的電位成為針對基準電位5減去由直流電壓源22提供的直流電壓Vbuffer而得到的電位。N溝道M0SFET3在 Vgs變得小于一定的閾值電壓(以下，記載為Vth)時斷開，但根據(jù)使N溝道M0SFET3截止之后至斷開為止的遷移時間即下降時間(以下，記載為toff)而Vgs的電壓變化率(斜率)dV/ dt不同。圖4示出N溝道MOSFET的漏極電流(以下，記載為Id)與Vgs的代表性的關(guān)系的一個例子。從圖4所示的Id與Vgs的關(guān)系可知，如果Vgs變大，則Id的電流變化率變大。 即，在增大Vth時，電流變化率也大，所以能夠盡快切斷Id。因此，N溝道M0SFET3的toff 會縮短。toff是作為驅(qū)動對象的M0SFET10的上升時間的一部分，所以為了對M0SFET10進行高速驅(qū)動，需要縮短N溝道M0SFET3的toff。接下來，說明本實施方式的柵極驅(qū)動電路的動作。在本實施方式的柵極驅(qū)動電路1中，能夠利用第2直流電壓源12施加的電壓(以下，記載為Vnbuffer)，使N溝道M0SFET3 的源極電位比基準電位5上升Vnbuffer。另外，由于N溝道M0SFET3的源極電位上升 Vnbuffer,所以將從驅(qū)動邏輯9輸出的柵極電壓的高電位側(cè)也相對地高Vnbuffer地進行設(shè)定，輸出Vout+Vnbuffer的柵極電壓。由此，即使由于第2直流電壓源12而N溝道M0SFET3 的源極電位上升，導(dǎo)通動作時的N溝道M0SFET3的Vgs也被設(shè)定為相同的值。另外，Vout, Vnbuffer可以與N溝道M0SFET3的規(guī)格相配地任意設(shè)定。如果示出一個例子，則可以將 Vout設(shè)定為15V、將Vnbuffer設(shè)定為5V。當然，不限于該電壓值。圖5示出柵極驅(qū)動電路1中的N溝道M0SFET3斷開時的N溝道M0SFET3的Vgs的過渡響應(yīng)波形。在圖5中，縱軸是Vgs，示出對N溝道M0SFET3的柵極-源極間施加的電位差。圖中的虛線是不具備第2直流電壓源12的情況(情況幻，與圖3所示的過渡響應(yīng)波形相同。另外，圖中的實線是具備第2直流電壓源12的情況(情況1)。源極電位是與N 溝道M0SFET3的導(dǎo)通、截止動作無關(guān)而恒定的電位(+Vnbuffer)。在N溝道M0SFET3的導(dǎo)通動作時，柵極電位被設(shè)定為相對源極電位高Vout，但在截止動作時，柵極電位相對源極電位低Vnbuffer。因此，在N溝道M0SFET3開始進行斷開動作的情況下，Vgs從+Vout變化至-Vnbuffer。S卩，相比于不具備第2直流電壓源12的情況，大幅變化Vnbuffer量。這樣， 通過具備第2直流電壓源12能夠使Vgs以Vout+Vnbuffer的電壓差發(fā)生變化，但實際上對 N溝道M0SFET3的柵極-源極間施加的最大電壓是Vout，與不具備第2直流電壓源12的情況相同。即，無需變更N溝道M0SFET3的導(dǎo)通動作時的Vgs的耐電壓的規(guī)格。如圖5所示，由于不論有無第2直流電壓源12，斷開后的Vgs變化的時間常數(shù)都不變化，所以在增大Vgs的電壓變化時，能夠增大電壓變化率。因此，相比于不具備第2直流電壓源12的情況，在具備第2直流電壓源12而使源極電壓提高了 Vnbuffer時，N溝道 M0SFET3的Vgs更快達到Vth,能夠使Vgs達到Vth的時間縮短Δ toff。另外，相比于不具備第2直流電壓源12的情況，還能夠提高到達Vth時的Vgs的電壓變化率，能夠縮短toff。 這樣，不變更N溝道M0SFET3的導(dǎo)通時的Vgs的值就能夠使斷開動作時的柵極電位大幅變化Vnbuffer量，所以能夠高速地斷開N溝道M0SFET3。因此，直到使P溝道M0SFET2導(dǎo)通為止的時間變短，能夠使M0SFET10高速地接通。另外，在本實施方式中，雖然沒有將N溝道M0SFET3的源極設(shè)為負偏置，但成為驅(qū)動對象的M0SFET10的Vth根據(jù)用途、種類而不同，施加在M0SFET10的噪聲的大小也根據(jù)使用環(huán)境而大幅不同。因此，在M0SFET10的Vth相對噪聲充分具有余量、或者噪聲充分小的情況下，不需要使Vgs積極地接近O [V]、或者不需要設(shè)為負偏置。如上所述，通過采用將第2直流電壓源12的正極連接到N溝道M0SFET3的源極的結(jié)構(gòu)，能夠使N溝道M0SFET3高速地斷開，柵極驅(qū)動電路1能夠高速驅(qū)動M0SFET10。實施方式2.圖6是本發(fā)明的實施方式2中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。在圖6中，附加了與圖1相同的符號的部分相當于相同或者與其相當?shù)牟糠?，這在說明書的全文中是共同的。與實施方式1不同的點在于本實施方式的柵極驅(qū)動電路11具備第3直流電壓源13， 該第3直流電壓源13的正極與M0SFET10的源極連接，負極與基準電位5連接。當將第3直流電壓源13施加的電壓設(shè)為Voffset時，第3直流電壓源13能夠使 MOSFET10的源極電位比基準電位5上升Voffset，能夠調(diào)節(jié)M0SFET10的Vgs。例如，通過以成為Vnbuffer < Voffset的關(guān)系的方式調(diào)節(jié)M0SFET10的Vgs，從而能夠?qū)0SFET10的截止時的Vgs設(shè)為負偏置。通過設(shè)為負偏置，能夠防止噪聲所致的M0SFET10的誤動作。這樣，通過將第2直流電壓源12的正極連接到N溝道M0SFET3的源極，將第3直流電壓源13的正極連接到M0SFET10的源極，從而柵極驅(qū)動電路11能夠同時實現(xiàn)使N溝道 M0SFET3高速地斷開而對M0SFET10進行高速驅(qū)動的功能、和防止噪聲所致的M0SFET10的誤動作的功能。另外，Vnbuffer與Voffset的關(guān)系不限于Vnbuffer < Voffset，考慮噪聲耐量等而可以任意地設(shè)定。實施方式3.圖7是本發(fā)明的實施方式3中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。與實施方式2 不同的點在于在本實施方式的柵極驅(qū)動電路14中，將第4直流電壓源16插入到P溝道 M0SFET2與第1直流電壓源17之間，該第4直流電壓源16的正極與第1直流電壓源17的正極連接、負極與P溝道M0SFET2的源極連接。實施方式1以及實施方式2中的柵極驅(qū)動電路加快M0SFET10的接通的速度，但如果還能夠加快M0SFET10的斷開的速度，則還能夠進一步享受M0SFET10的開關(guān)損耗降低等優(yōu)點。本實施方式的柵極驅(qū)動電路為了加快M0SFET10 的斷開，而加快緩沖器4的P溝道M0SFET2的斷開速度。在圖7中，第1直流電壓源17的負極與基準電位5連接，第4直流電壓源16的正極和第1直流電壓源17的正極彼此相連接。從第4直流電壓源16產(chǎn)生的直流電壓(以下，記載為Vpbuffer)被設(shè)定為比從第1直流電壓源17產(chǎn)生的直流電壓Vout低。在這樣的柵極驅(qū)動電路14的結(jié)構(gòu)中，通過第4直流電壓源16施加的電壓Vpbuf fer，能夠使P溝道M0SFET2的源極電位比第1直流電壓源17與第4直流電壓源16的連接點的電位下降 Vpbuffer。由于P溝道M0SFET2的源極電位下降Vpbuffer，所以將第1直流電壓源17的電壓設(shè)定為相對地高Vpbuffer。將從驅(qū)動邏輯9輸出的柵極電壓的高電位側(cè)也設(shè)定為相對地高Vpbuffer，輸出Vout+Vpbuffer的柵極電壓。由于將第1直流電壓源17的電壓設(shè)定為相對地高Vpbuffer，所以即使由于第4直流電壓源16而源極電位下降Vpbuffer，導(dǎo)通動作時的P溝道M0SFET2的Vgs也被設(shè)定為相同值。Vout、Vpbuffer可以與P溝道M0SFET2的規(guī)格相配地任意設(shè)定。另外，關(guān)于第2直流電壓源12以及第3直流電壓源13的動作，由于與實施方式2相同，所以省略說明。圖8示出柵極驅(qū)動電路14中的P溝道M0SFET2斷開時的Vgs的過渡響應(yīng)波形。在圖8中，縱軸是Vgs，表示對P溝道M0SFET2的柵極-源極間施加的電位差。圖中的虛線是不具備第4直流電壓源16的情況(情況4)，與圖3所示的過渡響應(yīng)波形相同。另外，圖中的實線是具備第4直流電壓源16的情況(情況3)。源極電位是與P溝道M0SFET2的導(dǎo)通、 截止動作無關(guān)而恒定的電位。在本實施方式中，在P溝道M0SFET2的導(dǎo)通動作時，柵極電位被設(shè)定為相對源極電位低Vout，但在截止動作時，柵極電位相對源極電位高Vpbuffer。因此，在P溝道M0SFET2開始進行斷開動作的情況下，Vgs從-Vout變化至+Vpbuffer。即，相比于不具備第4直流電壓源16的情況，大幅變化Vpbuffer量。這樣，通過具備第4直流電壓源16，能夠使Vgs以Vout+Vpbuffer的電壓差發(fā)生變化，但實際上對P溝道M0SFET2的柵極-源極間施加的最大電壓是Vout，與不具備第4直流電壓源16的情況相同。即，無需變更P溝道M0SFET2的導(dǎo)通動作時的Vgs的耐電壓的規(guī)格。如圖8所示，由于無論有無第4直流電壓源16，斷開后的Vgs變化的時間常數(shù)都不變化，所以在增大Vgs的電壓變化時，能夠提高電壓變化率。因此，相比于不具備第4直流電壓源16的情況，在具備第4直流電壓源16并將源極電壓提高了 Vpbuffer時，P溝道 M0SFET2的Vgs更快地達到Vth，能夠使Vgs達到Vth的時間縮短Atoff。另外，相比于不具備第4直流電壓源16的情況，還能夠提高到達Vth時的Vgs的電壓變化率，能夠縮短toff。 如此，不變更P溝道M0SFET2的導(dǎo)通時的Vgs的值就能夠使斷開動作時的柵極電位大幅變化Vpbuffer量，所以能夠使P溝道M0SFET2高速地斷開。因此，直到使N溝道M0SFET3導(dǎo)通為止的時間變短，能夠使M0SFET10高速地斷開。另外，如實施方式1、2中的說明，利用第2直流電壓源12使N溝道M0SFET3的源極電位比基準電位5上升，從而能夠縮短直到N溝道M0SFET3斷開為止的時間。進而，如實施方式2中的說明，能夠通過第3直流電壓源13調(diào)節(jié)作為驅(qū)動對象的M0SFET10的Vgs，能夠防止M0SFET10的誤動作。另外，與實施方式1同樣地，在M0SFET10的Vth相對噪聲充分具有余量、或者噪聲充分小的情況下，無需具備第3直流電壓源13來將Vgs設(shè)為負偏置。另外，在僅以使M0SFET10高速地斷開為目的的情況下，也可以如圖9所示那樣的柵極驅(qū)動電路15那樣采用不具備第2直流電壓源12的結(jié)構(gòu)。如上所述，通過將第4直流電壓源16的負極連接到P溝道M0SFET2的源極，將第 2直流電壓源12的正極連接到N溝道M0SFET3的源極，從而能夠使P溝道M0SFET2以及N 溝道M0SFET3分別高速地斷開，柵極驅(qū)動電路14能夠?qū)0SFET10進行高速驅(qū)動。另外，通過將第3直流電壓源13的正極連接到作為驅(qū)動對象的M0SFET10的源極，從而能夠防止噪聲所致的M0SFET10的誤動作。實施方式4.在實施方式1 實施方式3中，使用了如下方法為了提高緩沖器的開關(guān)速度，用直流電壓源使緩沖器內(nèi)部的MOSFET的源極電位偏移，不改變導(dǎo)通時的Vgs的值而使柵極電位大幅變化。作為不改變導(dǎo)通時的Vgs的值而使柵極電位大幅變化的方法，有對從驅(qū)動邏輯輸出到緩沖器的柵極電壓進行調(diào)節(jié)的方法，能夠進行同樣的動作。圖10是本發(fā)明的實施方式4中的柵極驅(qū)動電路的概略的結(jié)構(gòu)圖。與實施方式2不同的點在于本實施方式的柵極驅(qū)動電路18不具備將正極連接到P溝道MOSFET的源極的直流電壓源，代替驅(qū)動邏輯9 而具備驅(qū)動邏輯19。在圖10中，為了使緩沖器4的開關(guān)高速化，設(shè)計了從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓。另外，P溝道M0SFET2的源極電位與第1直流電壓源6的輸出電壓(以下，記載為Vdc) 相同。另外，N溝道M0SFET3的源極電位與基準電位5相同。圖11示出從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓的輸出波形的第一例。如圖11所示，從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓是電壓脈沖，將電壓脈沖的高電位側(cè)控制為相對于作為P溝道 M0SFET2的源極電位的Vdc高偏移電壓量(以下，記載為Vpod)。P溝道M0SFET2的源極電位被固定為Vdc，柵極電位反復(fù)從Vdc+Vpod至基準電位5的變化，進行P溝道M0SFET2的導(dǎo)通、截止動作。即，不使P溝道M0SFET2的導(dǎo)通動作時的Vgs高于Vdc，就能夠使斷開時的 Vgs在從基準電位至Vdc+Vpod的范圍內(nèi)發(fā)生變化。因此，如實施方式3中的說明，能夠使P 溝道M0SFET2高速地斷開，直到使N溝道M0SFET3導(dǎo)通為止的時間變短，能夠使M0SFET10 高速地斷開。另外，圖12示出從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓的輸出波形的第二例。如圖12所示，從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓是電壓脈沖，將電壓脈沖的低電位側(cè)控制為相對于作為N溝道M0SFET3的源極電位的基準電位5低偏移電壓量(以下，記載為Vnod)。N溝道 M0SFET3的源極電位被固定為基準電位5，柵極電位反復(fù)從-Vnod至Vdc的變化，進行N溝道M0SFET3的導(dǎo)通、截止動作。S卩，在不將N溝道M0SFET3的導(dǎo)通動作時的Vgs設(shè)為高于 Vdc，就能夠使斷開時的Vgs在Vdc+Vnod的范圍內(nèi)發(fā)生變化。因此，如實施方式1中的說明，能夠使N溝道M0SFET3高速地斷開，直到使P溝道M0SFET2導(dǎo)通為止的時間變短，能夠使MOSFET10高速地接通。另外，圖13示出從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓的輸出波形的第三例。圖13是將圖11以及圖12示出的輸出波形組合而得到的圖。在圖13中，將從驅(qū)動邏輯19輸出的柵極電壓的高電位側(cè)設(shè)定為相對Vdc高Vpod，并將低電位側(cè)設(shè)定為相對基準電位5低Vnod。 驅(qū)動邏輯19輸出這樣的柵極電壓，從而能夠使P溝道M0SFET2高速地斷開，使M0SFET10高速地斷開，并且能夠使N溝道M0SFET3高速地斷開，使M0SFET10高速地接通。如上所述，通過調(diào)整驅(qū)動邏輯19的柵極電壓，柵極驅(qū)動電路18能夠?qū)0SFET10 進行高速驅(qū)動。另外，也可以考慮噪聲耐量等而采用省略了第3直流電壓源13的結(jié)構(gòu)。另外，將本實施方式的驅(qū)動邏輯19的結(jié)構(gòu)既可以應(yīng)用于圖2所示的以往的柵極驅(qū)動電路，也可以附加到實施方式1 實施方式3所示的柵極驅(qū)動電路而應(yīng)用。另外，在實施方式1 實施方式4中，作為半導(dǎo)體開關(guān)元件，說明了針對MOSFET 應(yīng)用的例子，但本發(fā)明不限于此，而能夠針對晶體管等開關(guān)元件等應(yīng)用。另外，半導(dǎo)體開關(guān)元件也不限于M0SFET，還能夠針對IGBTansulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)等雙極性晶體管應(yīng)用。進而，還能夠針對J-FET (Junction Field Effect Transistor，結(jié)型場效應(yīng)晶體管)應(yīng)用。另外，在應(yīng)用了雙極性晶體管的情況下，相當于 MOSFET的源極的部分是發(fā)射極。另外，在所有實施方式中，也可以利用帶隙比硅寬的寬帶隙半導(dǎo)體形成開關(guān)元件。 作為寬帶隙半導(dǎo)體，例如有碳化硅、氮化鎵系材料或者金剛石。利用寬帶隙半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件的耐電壓性高，容許電流密度也高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)元件的小型化，通過使用這些小型化的開關(guān)元件，能夠?qū)崿F(xiàn)嵌入了這些元件的半導(dǎo)體模塊的小型化。另外，由于耐熱性也高，所以能夠?qū)崿F(xiàn)散熱器的散熱片的小型化、水冷部的空冷化，所以能夠使半導(dǎo)體模塊進一步小型化。進而，功率損耗低，所以能夠?qū)崿F(xiàn)開關(guān)元件的高效化，進而能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體模塊的高效化。
權(quán)利要求
1.一種柵極驅(qū)動電路，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征在于，具備緩沖器電路，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件以及截止用開關(guān)元件，驅(qū)動所述半導(dǎo)體開關(guān)元件；第1直流電壓源，該第1直流電壓源的正極被連接于所述導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于所述柵極驅(qū)動電路的基準電位；以及第2直流電壓源，該第2直流電壓源的正極被連接于所述截止用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極，負極被連接于所述基準電位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的柵極驅(qū)動電路，其特征在于，具備第3直流電壓源，該第3直流電壓源的正極被連接于所述半導(dǎo)體開關(guān)元件的源極， 負極被連接于所述基準電位，從所述第2直流電壓源產(chǎn)生的直流電壓低于從所述第3直流電壓源產(chǎn)生的直流電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的柵極驅(qū)動電路，其特征在于，具備第4直流電壓源，該第4直流電壓源插入于所述導(dǎo)通用開關(guān)元件與所述第1直流電壓源之間，所述第4直流電壓源的正極與所述第1直流電壓源的正極連接，所述第4直流電壓源的負極與所述導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極連接，從所述第4直流電壓源產(chǎn)生的直流電壓低于從所述第1直流電壓源產(chǎn)生的直流電壓。
4.一種柵極驅(qū)動電路，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征在于，具備緩沖器電路，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件以及截止用開關(guān)元件，驅(qū)動所述半導(dǎo)體開關(guān)元件；第1直流電壓源，該第1直流電壓源的負極被連接于所述柵極驅(qū)動電路的基準電位；以及第4直流電壓源，插入于所述導(dǎo)通用開關(guān)元件與所述第1直流電壓源之間， 所述第4直流電壓源的正極與所述第1直流電壓源的正極連接， 所述第4直流電壓源的負極與所述導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極連接， 從所述第4直流電壓源產(chǎn)生的直流電壓低于從所述第1直流電壓源產(chǎn)生的直流電壓。
5.一種柵極驅(qū)動電路，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件，其特征在于，具備緩沖器電路，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件以及截止用開關(guān)元件，驅(qū)動所述半導(dǎo)體開關(guān)元件；直流電壓源，該直流電壓源的正極被連接于所述導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極或者發(fā)射極， 負極被連接于所述柵極驅(qū)動電路的基準電位；以及驅(qū)動邏輯，對所述導(dǎo)通用開關(guān)元件的柵極以及所述截止用開關(guān)元件的柵極輸出電壓脈沖，所述驅(qū)動邏輯進行如下控制中的至少一方控制將所述電壓脈沖的高電位側(cè)比所述導(dǎo)通用開關(guān)元件的源極的電位高地輸出的控制、以及將所述電壓脈沖的低電位側(cè)比所述截止用開關(guān)元件的源極的電位低地輸出的控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任意一項所述的柵極驅(qū)動電路，其特征在于， 所述半導(dǎo)體開關(guān)元件是利用寬帶隙半導(dǎo)體形成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的柵極驅(qū)動電路，其特征在于，所述寬帶隙半導(dǎo)體是碳化硅、氮化鎵系材料或者金剛石。
全文摘要
為了得到能夠使半導(dǎo)體開關(guān)元件高速地接通的柵極驅(qū)動電路，具備緩沖器電路(4)，具有互補地導(dǎo)通、截止的導(dǎo)通用開關(guān)元件(2)以及截止用開關(guān)元件(3)，驅(qū)動半導(dǎo)體開關(guān)元件(10)；第1直流電壓源(6)，正極被連接于導(dǎo)通用開關(guān)元件(2)的源極或者發(fā)射極，負極被連接于基準電位(5)；以及第2直流電壓源(12)，正極被連接于截止用開關(guān)元件(3)的源極或者發(fā)射極，負極被連接于基準電位(5)。
文檔編號H03K17/04GK102498668SQ20108004074
公開日2012年6月13日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月15日
發(fā)明者中山靖, 中武浩, 北村達也 申請人:三菱電機株式會社