復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置具有：第1半導(dǎo)體元件(11)，其隨著導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗；第2半導(dǎo)體元件(12)，其與第1半導(dǎo)體元件(11)并聯(lián)連接，并且隨著導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生比第1半導(dǎo)體元件(11)高的開(kāi)關(guān)損耗；以及控制器(20)，其在向第1半導(dǎo)體元件(11)提供第1導(dǎo)通指令信號(hào)后向第2半導(dǎo)體元件(12)提供第2導(dǎo)通指令信號(hào)，然后使第1導(dǎo)通指令信號(hào)消失，在向第1半導(dǎo)體元件(11)提供第3導(dǎo)通指令信號(hào)后使第2導(dǎo)通指令信號(hào)消失。
【專(zhuān)利說(shuō)明】復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]過(guò)去的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置如下述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所示，將金屬氧化膜半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極晶體管并聯(lián)連接使其進(jìn)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，由此進(jìn)行電力變換，在這種開(kāi)關(guān)電路中，金屬氧化膜半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極閾值電壓比絕緣柵雙極晶體管的柵極閾值電壓低。
[0003]即，將IGBT和MOSFET并聯(lián)連接，在小電流時(shí)使電流在飽和電壓比IGBT低的MOSFET中流過(guò)，在中電流時(shí)使IGBT和MOSFET分擔(dān)電流，在大電流時(shí)使電流在飽和電壓比MOSFET低的IGBT中流過(guò)。
[0004]根據(jù)這種復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，導(dǎo)通時(shí)的飽和電壓在小電流區(qū)域中在MOSFET側(cè)、在大電流區(qū)域中在IGBT側(cè)，因而在全部電流區(qū)域中比MOSFET單體或者IGBT單體的飽和電壓低，導(dǎo)通損耗減小，變換效率提高。
[0005]另一過(guò)去的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置如下述專(zhuān)利文獻(xiàn)2所示，具有脈沖發(fā)生器和為向負(fù)載供電而被并聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)晶體管，其中，該脈沖發(fā)生器響應(yīng)負(fù)載電流，提供在各脈沖周期分別具有一個(gè)脈沖信號(hào)的經(jīng)脈寬調(diào)制后的脈沖周期。該復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置還具有交替選擇器，該交替選擇器使得在脈沖周期中規(guī)定的晶體管先于其它晶體管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通來(lái)消耗全部導(dǎo)通損耗，并且使規(guī)定的晶體管遲于其它晶體管轉(zhuǎn)為截止來(lái)消耗全部截止損耗。
[0006]根據(jù)這種復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，在將MOSFET晶體管并聯(lián)連接的情況下，能夠使各晶體管均等地分擔(dān)開(kāi)關(guān)損耗。
[0007]在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)平5-90933號(hào)公報(bào)
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平6-90151號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0012]上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置是根據(jù)柵極的閾值電壓使M0SFET、IGBT負(fù)擔(dān)半導(dǎo)體元件的開(kāi)關(guān)損耗的技術(shù)，上述專(zhuān)利文獻(xiàn)2所記載的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置是使在晶體管的導(dǎo)通及截止時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)損耗均等的技術(shù)。但是發(fā)現(xiàn)存在如下問(wèn)題:在半導(dǎo)體元件中存在開(kāi)關(guān)損耗和穩(wěn)態(tài)損耗，關(guān)于這兩者的電力損耗，在構(gòu)成復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的第I半導(dǎo)體元件和第2半導(dǎo)體元件的電力損耗特性不同的情況下，將不能按照該電力損耗特性使各半導(dǎo)體元件適當(dāng)負(fù)擔(dān)開(kāi)關(guān)損耗和穩(wěn)態(tài)損耗。
[0013]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明正是為了解決上述問(wèn)題而提出的，其目的在于，提供一種復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其將被并聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)損耗特性不同的第I和第2半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接，按照這些第I和第2半導(dǎo)體元件的電力損耗特性，向第I和第2半導(dǎo)體元件提供控制指令信號(hào)。
[0015]用于解決問(wèn)題的手段
[0016]第I發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的特征在于，該復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置具有:第I半導(dǎo)體元件，其隨著導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗；第2半導(dǎo)體元件，其與該第I半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接，并且隨著導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生比所述第I半導(dǎo)體元件高的所述開(kāi)關(guān)損耗；以及控制單元，其在向所述第I半導(dǎo)體元件提供第I導(dǎo)通指令信號(hào)后向所述第2半導(dǎo)體元件提供第2導(dǎo)通指令信號(hào)，然后使所述第I導(dǎo)通指令信號(hào)消失，在向所述第I半導(dǎo)體元件提供第3導(dǎo)通指令信號(hào)后使所述第2導(dǎo)通指令信號(hào)消失。
[0017]根據(jù)這種復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，通過(guò)控制單元在向第I半導(dǎo)體元件提供第I導(dǎo)通指令信號(hào)使第I半導(dǎo)體元件導(dǎo)通后，向第2半導(dǎo)體元件提供第2導(dǎo)通指令信號(hào)，然后使第I導(dǎo)通指令信號(hào)消失，在向第I半導(dǎo)體元件提供第3導(dǎo)通指令信號(hào)后使第2導(dǎo)通指令信號(hào)消失。
[0018]由此，僅在第I半導(dǎo)體元件產(chǎn)生導(dǎo)通/截止損耗，在第2半導(dǎo)體元件產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)損耗，因此能夠按照開(kāi)關(guān)損耗特性使各半導(dǎo)體元件適當(dāng)分擔(dān)電力損耗。
[0019]優(yōu)選的是，第2發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的控制單元產(chǎn)生第I及第2導(dǎo)通指令信號(hào)，使得第2導(dǎo)通指令信號(hào)在上升時(shí)與第I導(dǎo)通指令信號(hào)的重合達(dá)第2半導(dǎo)體元件的接通時(shí)間(turn-on time)以上且在該接通時(shí)間的二倍以下。
[0020]由此，在第I半導(dǎo)體元件接通的狀態(tài)下，在第2半導(dǎo)體元件可靠接通后，使第I半導(dǎo)體元件迅速截止，因而能夠降低第I半導(dǎo)體元件的穩(wěn)定時(shí)的電力損耗。
[0021]優(yōu)選的是，第3發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的控制單元產(chǎn)生第2及第3導(dǎo)通指令信號(hào)，使得第3導(dǎo)通指令信號(hào)在上升時(shí)與第2導(dǎo)通指令信號(hào)的重合達(dá)第2半導(dǎo)體元件的關(guān)斷時(shí)間(turn-off time)以上且在該關(guān)斷時(shí)間的二倍以下。
[0022]由此，在第I半導(dǎo)體元件導(dǎo)通的狀態(tài)下，在第2半導(dǎo)體元件關(guān)斷后，使第I半導(dǎo)體元件迅速截止，因而能夠降低第I半導(dǎo)體元件的穩(wěn)定時(shí)的電力損耗。
[0023]另外，通過(guò)將上述第2及第3發(fā)明的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行組合，能夠使第I半導(dǎo)體元件大致分擔(dān)導(dǎo)通/截止損耗，使第2半導(dǎo)體元件大致分擔(dān)穩(wěn)態(tài)損耗。因此，能夠適當(dāng)?shù)厥沟贗半導(dǎo)體元件分擔(dān)導(dǎo)通/截止損耗、使第2半導(dǎo)體元件分擔(dān)穩(wěn)態(tài)損耗。
[0024]發(fā)明效果
[0025]根據(jù)本發(fā)明，將被并聯(lián)連接的開(kāi)關(guān)損耗特性不同的第I和第2半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接，考慮這些半導(dǎo)體元件的開(kāi)關(guān)損耗特性向第1、第2半導(dǎo)體元件分別提供第1、第2控制指令信號(hào)，因而能夠得到適當(dāng)?shù)厥沟?、第2半導(dǎo)體元件負(fù)擔(dān)開(kāi)關(guān)損耗的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的整體圖。
[0027]圖2是示出圖1所示的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0028]標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0029]I復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置；11第I半導(dǎo)體元件；12第2半導(dǎo)體元件；20控制器； 20a第I控制指令信號(hào)；20b第2控制指令信號(hào)。

【具體實(shí)施方式】
[0030]實(shí)施方式I
[0031]根據(jù)圖1和圖2說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖1是示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的整體圖，圖2是示出圖1所示的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)作的時(shí)序圖。
[0032]在圖1中，復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置I包括由可開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體元件構(gòu)成的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部
10、和對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部10產(chǎn)生控制指令信號(hào)的控制器20。
[0033]半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部10具有--第I半導(dǎo)體元件11，其由SiC MOSFET構(gòu)成；第2半導(dǎo)體元件12，其與第I半導(dǎo)體元件11并聯(lián)連接，且由開(kāi)關(guān)損耗比第I半導(dǎo)體元件大的Si IGBT構(gòu)成。另外，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部10具有驅(qū)動(dòng)第I半導(dǎo)體元件11的第I柵極端子Ga、和驅(qū)動(dòng)第2半導(dǎo)體元件12的第2柵極端子Gb，并具有兩個(gè)輸出端子0a、Ob。
[0034]其中，第I半導(dǎo)體元件11具有損耗比第2半導(dǎo)體元件12低的高速開(kāi)關(guān)特性，但難點(diǎn)是成本高。
[0035]控制器20形成為，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)第I半導(dǎo)體元件11的第I控制指令信號(hào)20a，并且產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)第2半導(dǎo)體元件12的第2控制指令信號(hào)20b。如圖2所示，第I控制指令信號(hào)20a形成為在基準(zhǔn)時(shí)間tl,在比第I半導(dǎo)體元件11的接通時(shí)間(turn-on time)稍長(zhǎng)的時(shí)間、即第I固定時(shí)間tonl的期間中提供第I導(dǎo)通指令信號(hào)；第2控制指令信號(hào)20b形成為，在從相對(duì)于基準(zhǔn)時(shí)間tl延遲了時(shí)間ta后的時(shí)間t2起的第2固定時(shí)間ton2的期間中，產(chǎn)生第2導(dǎo)通指令信號(hào)。
[0036]在此，在產(chǎn)生了第I導(dǎo)通指令信號(hào)時(shí)，在從第2導(dǎo)通指令信號(hào)的上升起很短時(shí)間的期間中，第I導(dǎo)通指令信號(hào)和第2導(dǎo)通指令信號(hào)重合。這是為了通過(guò)在第I半導(dǎo)體元件11導(dǎo)通時(shí)使第2半導(dǎo)體元件12導(dǎo)通，使得不產(chǎn)生第2半導(dǎo)體元件12導(dǎo)通時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗。
[0037]另外，控制器20形成為在從時(shí)間t2起經(jīng)過(guò)了比時(shí)間ton2稍短的時(shí)間tb后的時(shí)間t3，使在產(chǎn)生第3導(dǎo)通指令信號(hào)后在第3固定時(shí)間ton3的期間中持續(xù)產(chǎn)生該信號(hào)，然后在時(shí)間t4消失。在此，在第2導(dǎo)通指令信號(hào)結(jié)束時(shí)，第3導(dǎo)通指令信號(hào)和第2導(dǎo)通指令信號(hào)重合很短的時(shí)間。這是為了通過(guò)在第I半導(dǎo)體元件11導(dǎo)通時(shí)使第2半導(dǎo)體元件12截止，使得不產(chǎn)生第2半導(dǎo)體元件12截止時(shí)的開(kāi)關(guān)損耗。
[0038]接著，控制器20形成為，在從時(shí)間t4起的時(shí)間ts期間產(chǎn)生作為第I及第2控制指令信號(hào)的截止指令，使第I及第2半導(dǎo)體元件11、12截止。這樣，控制器20在時(shí)間tl?時(shí)間t5期間形成如下的一個(gè)周期:即在時(shí)間tl產(chǎn)生第I導(dǎo)通指令信號(hào)達(dá)第I固定時(shí)間tonl，在時(shí)間t2產(chǎn)生第2導(dǎo)通指令信號(hào)達(dá)第2固定時(shí)間ton2，在時(shí)間t3產(chǎn)生第3導(dǎo)通指令信號(hào)達(dá)第3固定時(shí)間ton3，在時(shí)間t4使第I及第2控制指令信號(hào)停止。并且，從時(shí)間t5(tl)起開(kāi)始接下來(lái)的一個(gè)周期。
[0039]參照?qǐng)D1和圖2說(shuō)明如上所述構(gòu)成的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置的動(dòng)作?？刂破?0在基準(zhǔn)時(shí)間tl，對(duì)于第I半導(dǎo)體元件11在第I固定時(shí)間tonl期間向半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部10的第I柵極端子Ga輸入第I導(dǎo)通指令信號(hào)，第I半導(dǎo)體元件11接通，電流流過(guò)負(fù)載(未圖示)。控制器20在從基準(zhǔn)時(shí)間tl起經(jīng)過(guò)了時(shí)間ta后的時(shí)間t2，在第2固定時(shí)間ton2期間向第2柵極端子Gb輸入第2導(dǎo)通指令信號(hào)，在第I半導(dǎo)體元件11可靠導(dǎo)通的狀態(tài)下，第2半導(dǎo)體元件12接通。在從時(shí)間t2起經(jīng)過(guò)了很短的時(shí)間后，第I導(dǎo)通指令信號(hào)消失，第I半導(dǎo)體元件11截止，只有第2半導(dǎo)體元件12短暫導(dǎo)通，電流流過(guò)負(fù)載(未圖示)。
[0040]在此，優(yōu)選的是，控制器20產(chǎn)生如下的第I及第2導(dǎo)通指令信號(hào)，使得在時(shí)間t2的導(dǎo)通指令信號(hào)在上升時(shí)與第I導(dǎo)通指令信號(hào)的重合達(dá)第2半導(dǎo)體元件12的接通時(shí)間以上、且在該接通時(shí)間的二倍以下。因?yàn)橥ㄟ^(guò)在第2半導(dǎo)體元件可靠接通后使第I半導(dǎo)體元件迅速截止，能夠降低第I半導(dǎo)體元件11的穩(wěn)定時(shí)的電力損耗。
[0041]另外，控制器20在從時(shí)間t2起經(jīng)過(guò)了比第2固定時(shí)間ton2稍短的時(shí)間tb后的時(shí)間t3，在第3固定時(shí)間ton3期間產(chǎn)生第3導(dǎo)通指令信號(hào)，使第I半導(dǎo)體元件11導(dǎo)通。在從時(shí)間t3起經(jīng)過(guò)了很短的時(shí)間后，第2導(dǎo)通指令信號(hào)消失，第2半導(dǎo)體元件12截止，只有第I半導(dǎo)體元件11短暫導(dǎo)通，電流流過(guò)負(fù)載(未圖示)。
[0042]在此，優(yōu)選的是，控制器20產(chǎn)生如下的第2及第3導(dǎo)通指令信號(hào)，使得在時(shí)間t3的第3導(dǎo)通指令信號(hào)在上升時(shí)與第2導(dǎo)通指令信號(hào)的重合達(dá)第2半導(dǎo)體元件12的關(guān)斷時(shí)間(turn-off time)以上、且在該關(guān)斷時(shí)間的二倍以下。因?yàn)橥ㄟ^(guò)在第I半導(dǎo)體元件導(dǎo)通的狀態(tài)下使第2半導(dǎo)體元件12關(guān)斷后，使第I半導(dǎo)體元件11迅速截止，能夠降低第I半導(dǎo)體元件11的穩(wěn)定時(shí)的電力損耗。
[0043]然后，從控制器20產(chǎn)生的第3導(dǎo)通指令信號(hào)在時(shí)間t4消失，控制器20在從時(shí)間t4起的第4固定時(shí)間ts的期間，向第I柵極端子Ga、第2柵極端子Gb分別輸入第1、第2截止指令信號(hào)，使第I及第2半導(dǎo)體元件11、12持續(xù)截止。這樣，作為控制指令信號(hào)的第I及第2截止指令信號(hào)20a、20b在時(shí)間tl?時(shí)間t5期間形成一個(gè)周期，通過(guò)反復(fù)該周期來(lái)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)部10。
[0044]上述的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置具有:第I半導(dǎo)體元件11，其能夠進(jìn)行導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作;第2半導(dǎo)體元件12，其與第I半導(dǎo)體元件11并聯(lián)連接，并且能夠以比第I半導(dǎo)體元件11高的開(kāi)關(guān)損耗進(jìn)行導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作；以及控制器20，其在向第I半導(dǎo)體元件11提供第I導(dǎo)通指令信號(hào)后向第2半導(dǎo)體元件12提供第2導(dǎo)通指令信號(hào)，然后使第I導(dǎo)通指令信號(hào)消失，在向第I半導(dǎo)體元件11提供第3導(dǎo)通指令信號(hào)后使第2導(dǎo)通指令信號(hào)消失。
[0045]根據(jù)這種復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置I，具備與第I半導(dǎo)體元件11并聯(lián)連接且具有比第I半導(dǎo)體元件11高的開(kāi)關(guān)損耗的第2半導(dǎo)體元件12，通過(guò)控制器20使第I半導(dǎo)體元件11導(dǎo)通/截止，并且在從導(dǎo)通到截止的期間使第2半導(dǎo)體元件12導(dǎo)通。由此，僅在第I半導(dǎo)體元件11產(chǎn)生導(dǎo)通/截止損耗，在第2半導(dǎo)體元件12產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)損耗，因而能夠根據(jù)開(kāi)關(guān)損耗使各半導(dǎo)體元件11、12進(jìn)行分擔(dān)。由此，能夠減小第I半導(dǎo)體元件11的額定電力損耗。
[0046]產(chǎn)業(yè)上的可利用性
[0047]本發(fā)明能夠應(yīng)用于復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于，該復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置具有: 第I半導(dǎo)體元件，其隨著導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生開(kāi)關(guān)損耗； 第2半導(dǎo)體元件，其與該第I半導(dǎo)體元件并聯(lián)連接，并且隨著導(dǎo)通/截止的開(kāi)關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生比所述第I半導(dǎo)體元件高的所述開(kāi)關(guān)損耗；以及 控制單元，其在向所述第i半導(dǎo)體元件提供第！導(dǎo)通指令信號(hào)后向所述第2半導(dǎo)體元件提供第2導(dǎo)通指令信號(hào)，然后使所述第I導(dǎo)通指令信號(hào)消失，在向所述第I半導(dǎo)體元件提供第3導(dǎo)通指令信號(hào)后使所述第2導(dǎo)通指令信號(hào)消失。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于，所述控制單元產(chǎn)生第I導(dǎo)通指令信號(hào)及第2導(dǎo)通指令信號(hào)，使得所述第2導(dǎo)通指令信號(hào)在上升時(shí)與所述第I導(dǎo)通指令信號(hào)的重合達(dá)所述第2半導(dǎo)體元件的接通時(shí)間以上且在該接通時(shí)間的二倍以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的復(fù)合半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)裝置，其特征在于，所述控制單元產(chǎn)生第2導(dǎo)通指令信號(hào)及第3導(dǎo)通指令信號(hào)，使得所述第3導(dǎo)通指令信號(hào)在上升時(shí)與所述第2導(dǎo)通指令信號(hào)的重合達(dá)所述第2半導(dǎo)體元件的關(guān)斷時(shí)間以上且在該關(guān)斷時(shí)間的二倍以下。
【文檔編號(hào)】H02M3/155GK104247266SQ201280072181
【公開(kāi)日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2012年4月6日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月6日
【發(fā)明者】石川純一郎 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社