[发明专利]电源模块

说明书

技术领域

本发明涉及具备绝缘栅极型双极晶体管(以下，称为IGBT：Insulated GateBipolar Transistor)等的自消弧型半导体并且具有上述半导体的保护功能的电源模块(以下，称为智能电源模块)。

背景技术

IGBT是根据栅极电压的大小决定其获得的集电极电流的大小且栅极电压越大集电极电流也越大。又，IGBT的集电极·发射极间的电压随集电极电流增大而增大。

如图6所示，在IGBT的集电极·栅极间以及栅极·发射极存在寄生电容Ccg、Cge。因此，集电极·发射极间电压VCE与栅极电压VGE的关系为

VGE＝ΔVCE×Ccg/(Ccg+Cge)

这里，由于Ccg＜＜Cge，故

VGE＝ΔVCE×Ccg/Cge

即，当集电极电流增大时，集电极·发射极电压VCE增大，因此栅极电压VGE增大，而且使得集电极电流增大并且使得集电极电流的增大加速。因此，当在IGBT上流过过电流时，由于上述现象集电极电流急剧增大，会超过IGBT的截止容许电流。

因此，作为防止栅极电压增大的方法，作为一示例有特开平2-262822号公报所揭示的以往的示例。图7是表示以往示例的主要部分的电路图。

在图7中，27是IGBT、21是在IGBT27导通时用于向栅极施加正电压的直流电源、22是在IGBT27截止时向栅极施加负电压的直流电源、23是通过导通而向IGBT27的栅极施加负电压的晶体管、24是通过导通而向IGBT27的栅极施加正电压的晶体管、25是决定IGBT截止时栅极电压上升速度的开门(gate on)电阻、26是决定IGBT截止时栅极电压下降速度的关门(gate off)电阻、28是IGBT27的栅极·发射极间电压的限制电路，28A是晶体管、28B是预先充有与直流电源21相等电压的电容、28C是电阻、28D是比较器。

在图7中，作为栅极信号S1输入“H”，晶体管23导通，通过直流电源21→晶体管23→开门电阻25向IGBT27的栅极施加正电压。因此，IGBT27导通。此时，IGBT27的导通的速度由开门电阻25与IGBT27的寄生电容Cge的时间常数决定。

另一方面，当向栅极信号S1输入“L”时，晶体管24导通，通过直流电源22→IGBT27的发射极→IGBT27的栅极→关门电阻26→晶体管24，向IGBT27的栅极施加负电压。因此，IGBT27截止。此时，IGBT27的截止速度由关门电阻26与IGBT27的寄生电容Cge的时间常数决定。

这里，电容28B为远大于IGBT27的栅极·发射极间电容Cge的电容。又，通常利用晶体管28A的发射极·集电极间的漏电流向电容28B充相等于直流电源21的电压的电压。

例如，当IGBT27的集电极电流为过电流，如上所述由于集电极电流的增大，集电极·发射极电压VCE增大并且栅极电压VGE增大时，利用比较器28D比较直流电源21的电压与栅极电压VGE，当栅极电压VGE比直流电源21的电压要大时，使得比较器28D的输出为低电平，使得晶体管28A导通。此时，由于向电容28充直流电源21的电压，将栅极电压VGE保持在直流电源21的电压。由此，栅极电压VGE不会增加而超过直流电源21的电压，通过由直流电源21所决定的栅极电压控制集电极电流为可通过的电流值。

另一方面，将IGBT作为变换器等时，降低其损失的产生成为主要内容。因此，必须要降低IGBT的集电极·发射极间的饱和电压VCE(sat)。然而，IGBT的集电极·发射极间的饱和电压VCE(sat)与集电极饱和电流存在图8所示的折衷选择关系，即使在同一栅极电压下，当将集电极·发射极间的饱和电压VCE(sat)设定得较低，则流过的集电极电流(即集电极饱和电流)变大。如此，当将集电极·发射极间的饱和电压VCE(sat)设定得较低时，很可能会超过IGBT的短路电流耐受量，因此为了确保短路，很难使得集电极·发射极间的饱和电压VCE(sat)下降到恒定值以下。

由此，在上述的以往的示例中，为了保护IGBT避免流过短路电流，必须要使得集电极·发射极间的饱和电压VCE(sat)为恒定以上，很难获得损失少并且短路电流耐受量大的IGBT，也很难降低变换器装置的损失。