[发明专利]栅极驱动电路及半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及对开关元件的栅极进行驱动的栅极驱动电路及使用了该栅极驱动电路的半导体装置。

背景技术

近年来，推进了在开关电源等中使用的输出用的晶体管的开关动作的高速化，在开关的切换时通过使用了电磁阀等的负载电路的电感产生的反电动势变大，因此在关断时，有时会引起通过在成为开放状态的晶体管的漏极/源极之间施加浪涌电压而产生的击穿，需要用于不受浪涌电压影响的晶体管的手段。

在专利文献1中，记载有以高速切断感应性负载为目的的高压侧开关用的半导体装置，提到了抑制该高压侧开关的漏极/源极间电压的方法。特别地，在专利文献1的现有技术的说明中，公开有如下所述的方法：在高压侧开关的漏极/栅极端子之间串联连接了恒压元件和二极管的能动钳位电路(有源钳位电路)，抑制漏极/源极间电压而保护高压侧开关。

在专利文献2中，记载有以将在进行IGBT或MOSFET的高速开关时产生的过大浪涌电压抑制为低值为目的的电力转换装置。该电力转换装置采用能够应用到高压侧开关及低压侧开关中的任意一个的能动钳位电路。专利文献2中的能动钳位电路通过使电容器并联连接到该结构中的二极管，从而能够迅速形成负反馈路径而对过电压进行钳位。

【专利文献1】日本特开平8-288817号公报

【专利文献2】日本特开2001-245466号公报

如专利文献1、2所示的能动钳位电路，在栅极驱动信号为断开状态下，向栅极电阻输出由能动钳位电路动作产生的钳位电流，使栅极电阻的电压降上升到开关元件的栅极阈值电压为止。当到达栅极阈值电压时，漏极电流开始流过开关元件，降低漏极/源极电压。即、该能动钳位电路是利用能动钳位电路动作电压使开关元件的漏极/源极电压不上升至规定的电压(例：元件的额定电压)以上的电路。

此处，假设栅极电阻值为10Ω，使开关元件的栅极阈值电压为5V时，流过能动钳位电路的电流是流出0.5A。如专利文献1所示，如果施加在开关元件的电源电压为20V左右，则虽然能动钳位元件的浪涌电力可以很少，但是在开关电源或电机驱动装置等中使用的开关元件的电源电压为200～400V，是高电压。此处，由于施加到能动钳位电路的浪涌电力为浪涌电压与上述电流之积，因此至少需要具有100～200W的浪涌耐量的元件。因此，如专利文献1、2中记载的装置，在能动钳位电路中的钳位元件的散热手段/可靠性/价格面上是不利的。

另外，在GaN HEMT等的不具有雪崩耐量的开关元件中，由于施加超过额定电压的浪涌电压会导致破损，因此驱动如上所述的开关元件的栅极的栅极驱动电路必须具备能动钳位电路。但是，与在以往的硅MOSFET中使用的栅极电阻的电阻值10～几10Ω不同，GaN HEMT等的栅极驱动中的栅极电阻优选为接近0Ω的低电阻，当采用以往的能动钳位电路时，由于驱动电流进一步增加，因此很难应对。

发明内容

本发明是为了解决上述的现有技术的问题点而提出的，其目的在于，提供一种不破坏响应性而能够减少能动钳位元件的损失电力的使用了能动钳位电路的栅极驱动电路及半导体装置。

为了解决上述问题，本发明的栅极驱动电路，其驱动开关元件的栅极，其特征在于，该栅极驱动电路具有：

驱动部，其根据控制信号驱动所述开关元件；以及

有源钳位电路，其在施加到所述开关元件的第1主端子与第2主端子之间的电压为规定电压以上时，强制地切断所述驱动部对于所述开关元件的驱动动作，以使所述开关元件的第1主端子与第2主端子之间的电压钳位的方式驱动所述开关元件。

为了解决上述问题，本发明的半导体装置，其通过负载连接在直流电源的电源端子之间，控制流过所述负载的电流，其特征在于，该半导体装置具有：

开关元件，其与所述直流电源及所述负载串联连接；

驱动部，其根据控制信号驱动所述开关元件；以及

有源钳位电路，其在施加到所述开关元件的第1主端子与第2主端子之间的电压为规定电压以上时，强制地切断所述驱动部对于所述开关元件的驱动动作，以使所述开关元件的第1主端子与第2主端子之间的电压钳位的方式驱动所述开关元件。

根据本发明，能够提供一种不破坏响应性而能够减少能动钳位元件的损失电力的使用了能动钳位电路的栅极驱动电路及半导体装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施例1的方式的栅极驱动电路的结构的电路图。

图2是表示使用了本发明的实施例1的方式的栅极驱动电路的开关电源的结构的电路图。