Переключающая схема и полупроводниковый модуль

Переключающая схема и полупроводниковый модуль

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к переключающей схеме и полупроводниковому модулю.

Уровень техники

[0002] Известна схема инвертора с использованием устройства на основе SiC, которая: включает в себя конденсатор, вставленный между затвором и истоком полевого транзистора с управляющим р-n-переходом, служащий в качестве основного переключающего элемента; и за счет этого предотвращает ложное срабатывание посредством подавления изменения в виде повышения напряжения между затвором и истоком в ходе повышения напряжения между стоком и истоком.

Список библиографических ссылок

Непатентные документы

[0003] Непатентный документ 1. Robin Kelley, SemiSouth, USA, "Optimized Gate Driver for Enhancement-Mode SiC JFET Used in 480VAV SMPS and 1kV PV-Inverters", PCIM Europe 2009, 12-14 мая 2009 года, Nuremberg.

Сущность изобретения

[0004] Тем не менее, вышеуказанная схема инвертора имеет такую проблему, что нагрузка на схему формирователя сигналов управления затвором увеличивается, поскольку зарядные и разрядные токи для заряда и разряда конденсатора должны подаваться из схемы формирователя сигналов управления затвором, чтобы управлять переключением основного переключающего элемента.

[0005] Проблема, которая должна быть разрешена посредством настоящего изобретения, состоит в том, чтобы предоставлять переключающую схему и полупроводниковый модуль, которые уменьшают нагрузку на схему управления для управления переключением.

[0006] Переключающая схема согласно одному аспекту настоящего изобретения включает в себя: первый переключающий элемент; резистор, вставленный между управляющим электродом первого переключающего элемента и схемой управления, выполненной с возможностью выполнять управление переключением для первого переключающего элемента; и первый конденсатор и второй переключающий элемент, подключенные между управляющим электродом первого переключающего элемента и электродом на стороне с низким потенциалом первого переключающего элемента. Электрод на стороне с высоким потенциалом второго переключающего элемента подключается к управляющему электроду первого переключающего элемента. Электрод на стороне с низким потенциалом второго переключающего элемента подключается к одному электроду первого конденсатора. Другой электрод первого конденсатора электрически подключен к электроду на стороне с низким потенциалом первого переключающего элемента. Управляющий электрод второго переключающего элемента подключается к электроду резистора, подключенного к схеме управления.

Краткое описание чертежей

[0007] Фиг. 1 является блок-схемой, показывающей преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, который использует переключающую схему настоящего изобретения.

Фиг. 2 является принципиальной схемой, связанной с фиг. 1, показывающей схемы верхнего и нижнего плеча, которые соответствуют одной из трех фаз, показанных на фиг. 1.

Фиг. 3 является принципиальной схемой для пояснения первого сравнительного примера, показывающей схемы верхнего и нижнего плеча, которые соответствуют одной фазе.

Фиг. 4(a)-4(h) являются графиками, показывающими временные характеристики напряжений и токов в схемах верхнего и нижнего плеча первого сравнительного примера.

Фиг. 5(a)-5(h) являются графиками, показывающими временные характеристики напряжений и токов в схемах верхнего и нижнего плеча, показанных на фиг. 2.

Фиг. 6 является принципиальной схемой, показывающей схему верхнего плеча, показанную на фиг. 2, из которой исключаются представления схемы формирователя сигналов управления затвором и импеданса затвора.

Фиг. 7 является видом сверху внутренней структуры полупроводникового модуля, в которой конкретные кристаллы в принципиальной схеме, показанной на фиг. 6, к примеру, резистор затвора, переключающий элемент и конденсатор, размещаются на рисунках межсоединений платы.

Фиг. 8 является принципиальной схемой, показывающей схемы верхнего и нижнего плеча, составляющие переключающую схему второго варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 9 является принципиальной схемой, показывающей схему верхнего плеча, показанную на фиг. 8, из которой исключаются представления схемы формирователя сигналов управления затвором и импеданса затвора.

Фиг. 10 является видом сверху внутренней структуры полупроводникового модуля, полученного посредством: размещения конкретных кристаллов в принципиальной схеме, показанной на фиг. 9, к примеру, резистора затвора, переключающего элемента и конденсатора, на рисунках межсоединений платы; и их объединения в модуль.

Фиг. 11 является принципиальной схемой, показывающей схему верхнего плеча в переключающей схеме третьего варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 12(a)-12(c) являются графиками, показывающими временные характеристики напряжений и токов в схеме верхнего плеча, показанной на фиг. 11.

Фиг. 13 является принципиальной схемой, показывающей схему верхнего плеча в переключающей схеме четвертого варианта осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 14(a)-14(c) являются графиками, показывающими временные характеристики напряжений и токов в схеме верхнего плеча, показанной на фиг. 13.

Фиг. 15 является принципиальной схемой, показывающей схему верхнего плеча в переключающей схеме второго сравнительного примера.

Фиг. 16(a)-16(c) являются графиками, показывающими временные характеристики напряжений и тока в схеме верхнего плеча, показанной на фиг. 15.

Подробное описание вариантов осуществления

[0008] Ниже предоставлены описания вариантов осуществления настоящего изобретения на основе чертежей.

[0009] Первый вариант осуществления

Фиг. 1 является блок-схемой, показывающей преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, который включает в себя переключающую схему настоящего изобретения. Хотя его подробная иллюстрация опускается, преобразователь электроэнергии, включающий в себя переключающую схему настоящего изобретения, применяется к системе бесперебойного питания переменного тока, инвертору общего назначения для вращения индукционной машины и т.п.

[0010] Преобразователь постоянного тока в трехфазный переменный ток, включающий в себя переключающую схему настоящего изобретения, включает в себя: нагрузку 103 трехфазного переменного тока; источник 101 питания постоянного тока; и инвертор 100, выполненный с возможностью преобразовывать электроэнергию постоянного тока источника 101 питания постоянного тока в электроэнергию переменного тока.

[0011] Источник 101 питания постоянного тока формируется, например, из солнечной батареи, топливного элемента, PFC-преобразователя или аккумуляторной батареи, такой как литий-ионный аккумулятор. Следует отметить, что, когда нагрузка 103 переменного тока работает в рекуперативном режиме, электроэнергия переменного тока нагрузки 103 переменного тока преобразуется в электроэнергию постоянного тока посредством инвертора 100, и полученная в результате электроэнергия постоянного тока вводится в источник 101 питания постоянного тока.

[0012] Инвертор 100 включает в себя: схемы 1041, 1043, 1045 верхнего плеча; схемы 1042, 1044, 1046 нижнего плеча; сглаживающий конденсатор 102; и контроллер 105. Инвертор 100 преобразует электроэнергию постоянного тока источника 101 питания постоянного тока в электроэнергию переменного тока и подает электроэнергию переменного тока в нагрузку 103 переменного тока. Основные конфигурации схем 1041, 1043, 1045 верхнего плеча являются схемами, в которых переключающие элементы Q1, Q3, Q5 в качестве силовых устройств и диоды D1, D3, D5 подключаются между собой параллельно, соответственно. Аналогично, основные конфигурации схем 1042, 1044, 1046 нижнего плеча являются схемами, в которых переключающие элементы Q2, Q4, Q6 в качестве силовых устройств и диоды D2, D4, D6 подключаются между собой параллельно, соответственно. В этом варианте осуществления, три пары схем, другими словами, три схемы, включающие в себя последовательно подключенные пары переключающих элементов, а именно, Q1 и Q2, Q3 и Q4 и Q5 и Q6, подключаются между линиями P, N источника питания и, таким образом, параллельно подключаются к источнику 101 питания постоянного тока. Соединительная точка между каждыми спаренными переключающими элементами электрически подключена к соответствующему одному из трехфазных входных фрагментов нагрузки 103 переменного тока. Например, любой из полевого транзистора с управляющим р-n-переходом (JFET), полевого транзистора на основе перехода металл-оксид-полупроводник (MOSFET-транзистор) и биполярного транзистора с изолированным затвором (IGBT), каждый из которых является полупроводниковым устройством с широкой запрещенной зоной (устройством на основе SiC, устройством на основе GaN или устройством на алмазной структуре) или устройством на основе Si, используется в качестве каждого из переключающих элементов Q1-Q6. Любой из FRD (диода с резким восстановлением), SBD (диода с барьером Шотки) и т.п. используется в качестве каждого из диодов D1-D6.

[0013] В примере, показанном на фиг. 1, схема 1041 верхнего плеча и схема 1042 нижнего плеча спариваются и подключаются между собой последовательно; схема 1043 верхнего плеча и схема 1044 нижнего плеча спариваются и подключаются между собой последовательно; и схема 1045 верхнего плеча и схема 1046 нижнего плеча спариваются и подключаются между собой последовательно. Соединительная точка между схемой 1041 верхнего плеча и схемой 1042 нижнего плеча подключается к U-фазе нагрузки 103 переменного тока; соединительная точка между схемой 1043 верхнего плеча и схемой 1044 нижнего плеча подключается к V-фазе нагрузки 103 переменного тока; и соединительная точка между схемой 1045 верхнего плеча и схемой 1046 нижнего плеча подключается к W-фазе нагрузки 103 переменного тока. Схемы 1041-1046 верхнего и нижнего плеча переключаются на высокой частоте под управлением контроллера 105. Контроллер 105 управляет выводом из инвертора 100 посредством перевода верхних и нижних схем 1041, 1042 во включенные и выключенные состояния почти комплементарным способом.

[0014] Схема 1041 верхнего плеча формируется из переключающего элемента Q1, диода D1 и схемы формирователя сигналов управления затвором, которая описывается ниже. В случае если, например, переключающий элемент Q1 формируется из униполярного транзистора, его электрод стока подключается к катодному контактному выводу диода D1, и электрод истока переключающего элемента Q1 подключается к анодному контактному выводу диода D1. Электрод затвора переключающего элемента Q1 подключается к контроллеру 105 через схему формирователя сигналов управления затвором, которая описывается ниже. Аналогично, другие схемы 1042-1046 верхнего и нижнего плеча подключаются к контроллеру 105.

[0015] Далее, с помощью фиг. 2, предоставляются описания подробных схемотехнических конфигураций схем 1041, 1042 верхнего и нижнего плеча, которые соответствуют переключающей схеме варианта осуществления. Фиг. 2 является принципиальной схемой схемы в U-фазе, которая извлечена из инвертора 100, показанного на фиг. 1. Следует отметить, что схемотехнические конфигурации схем 1043, 1044 верхнего и нижнего плеча и схемотехнические конфигурации схем 1045, 1046 верхнего и нижнего плеча являются идентичными схемотехническим конфигурациям схем 1041, 1042 верхнего и нижнего плеча. По этой причине, их описания исключаются.

[0016] Схема 1041 верхнего плеча включает в себя переключающий элемент Q1, диод D1, резистор 11 затвора, импеданс 12 затвора, схему 13 формирователя сигналов управления затвором, переключающий элемент 14 и конденсатор 15. Нижняя схема 1042 включает в себя переключающий элемент Q2, диод D2, резистор 21 затвора, импеданс 22 затвора, схему 23 формирователя сигналов управления затвором, переключающий элемент 24 и конденсатор 25. Переключающий элемент Q1 имеет емкость 16 обратной связи между стоком и затвором и входную емкость 17 между затвором и истоком. Переключающий элемент Q2 имеет емкость 26 обратной связи между стоком и затвором и входную емкость 27 между затвором и истоком. Емкости 16, 26 обратной связи и входные емкости 17, 27 являются паразитными емкостями, существующими в переключающих элементах Q1, Q2, соответственно.

[0017] Контактный вывод 1 положительного электрода подключается к положительному электроду источника 101 питания постоянного тока, и контактный вывод 2 отрицательного электрода подключается к отрицательному электроду источника 101 питания постоянного тока. Контактный вывод 3 переменного тока исходит из соединительной точки между электродом истока переключающего элемента Q1 и электродом стока переключающего элемента Q2 и подключается к U-фазе нагрузки 103 переменного тока.

[0018] Из трех контактных выводов переключающего элемента Q1 электрод стока, который является электродом на стороне с высоким потенциалом, подключается к контактному выводу 1 положительного электрода; электрод истока, который является электродом на стороне с низким потенциалом, подключается к контактному выводу 3 переменного тока и электроду стока переключающего элемента Q2; и электрод затвора, который является управляющим электродом, подключается к резистору 11 затвора. Резистор 11 затвора является резистором, выполненным с возможностью предотвращать паразитные колебания переключающего элемента Q1, и один конец резистора 11 затвора подключается к электроду затвора переключающего элемента Q1. Импеданс 12 затвора является эквивалентным внутреннему импедансу схемы 13 формирователя сигналов управления затвором и импедансу межсоединений и представляет собой импеданс, основным компонентом которого является индуктивность межсоединений.

[0019] Схема 13 формирователя сигналов управления затвором является схемой формирователя сигналов управления, выполненной с возможностью управлять операцией переключающего элемента Q1 посредством предоставления ее вывода на контактный вывод затвора переключающего элемента Q1 на основе управляющего сигнала из контроллера 105, показанного на фиг. 1. Сигнальная линия обратной связи схемы 13 формирователя сигналов управления затвором подключается к электроду на стороне с более низким потенциалом переключающего элемента Q1.

[0020] Переключающий элемент 14 является PNP-транзистором. Электрод эмиттера переключающего элемента 14 подключается между электродом затвора переключающего элемента Q1 и одним концом резистора 11 затвора; электрод коллектора переключающего элемента 14 подключается к одному концу конденсатора 15; и электрод базы переключающего элемента 14 подключается к другому концу резистора 11 затвора. Один конец конденсатора 15 подключается к электроду коллектора переключающего элемента 14, и другой конец конденсатора 15 подключается к электроду S истока переключающего элемента Q1. Вкратце, переключающий элемент 14 и конденсатор 15, которые подключаются между собой последовательно, подключаются между затвором и истоком переключающего элемента Q1.

[0021] Из трех контактных выводов переключающего элемента Q2, электрод стока, который является электродом на стороне с высоким потенциалом, подключается к электроду истока переключающего элемента Q1 и контактному выводу 3 переменного тока; электрод истока, который является электродом на стороне с низким потенциалом, подключается к отрицательному электроду 2; и электрод затвора, который является управляющим электродом, подключается к резистору 21 затвора. Резистор 21 затвора является резистором, выполненным с возможностью предотвращать паразитные колебания переключающего элемента Q2, и один конец резистора 21 затвора подключается к электроду затвора переключающего элемента Q2. Импеданс 22 затвора является эквивалентным внутреннему импедансу схемы 23 формирователя сигналов управления затвором и импедансу межсоединений и представляет собой импеданс, основным компонентом которого является индуктивность межсоединений.

[0022] Схема 23 формирователя сигналов управления затвором является схемой формирователя сигналов управления, выполненной с возможностью управлять переключением переключающего элемента Q2 посредством ввода напряжения затвора в электрод затвора на основе управляющего сигнала из контроллера 105. Схема 23 формирователя сигналов управления затвором подключается к контактному выводу 2 отрицательного электрода.

[0023] Переключающий элемент 24 является PNP-транзистором. Электрод эмиттера переключающего элемента 24 подключается между электродом затвора переключающего элемента Q2 и одним концом резистора 21 затвора; электрод коллектора переключающего элемента 24 подключается к одному концу конденсатора 25; и электрод базы переключающего элемента 24 подключается между другим концом резистора 21 затвора и выходным контактным выводом схемы 23 формирователя сигналов управления затвором. Один конец конденсатора 25 подключается к электроду коллектора переключающего элемента 24, и другой конец конденсатора 25 подключается к электроду S истока переключающего элемента Q2. Вкратце, переключающий элемент 24 и конденсатор 25 подключаются между собой последовательно, и последовательная схема, включающая в себя переключающий элемент 24 и конденсатор 25, подключается между затвором и истоком переключающего элемента Q2.

[0024] Каждая из схем 13, 23 формирователя сигналов управления затвором выводит надлежащее положительное напряжение, когда соответствующий управляющий сигнал в нее из контроллера 105, показанного на фиг. 1, представляет собой инструкцию включения, и выводит надлежащее отрицательное напряжение, когда соответствующий управляющий сигнал представляет собой инструкцию отключения.

[0025] Каждый из переключающих элементов Q1, Q2 переходит во включенное состояние, и сток и исток являются взаимопроводящими, когда напряжение между затвором и истоком превышает пороговое напряжение. Каждый из переключающих элементов Q1, Q2 переходит в отключенное состояние, и сток и исток разъединяются, когда напряжение между затвором и истоком ниже порогового напряжения. Пороговое напряжение является напряжением, внутренне присущим каждому устройству, и используется для переключения каждого из переключающих элементов Q1, Q2 между включенным состоянием и отключенным состоянием. В случае инструкции включения каждая из схем 13, 23 формирователя сигналов управления затвором подает положительное напряжение, которое существенно выше порогового напряжения. В случае инструкции отключения каждая из схем 13, 23 формирователя сигналов управления затвором подает отрицательное напряжение, которое существенно ниже порогового напряжения. Другими словами, каждый из переключающих элементов Q1, Q2 выключается из включенного состояния в выключенное состояние, когда напряжение между затвором и истоком переключается с напряжения, превышающего пороговое напряжение, на напряжение ниже порогового напряжения.

[0026] Здесь, с помощью фиг. 3 и фиг. 4, предоставляются описания ложного срабатывания, что представляет собой проблему, которая должна быть разрешена посредством настоящего изобретения. Фиг. 3 показывает принципиальную схему переключающей схемы первого сравнительного примера, которая соответствует одному плечу в U-фазе, показанной на фиг. 1. Фиг. 4 показывает формы сигналов напряжений и токов в схеме, показанной на фиг. 3. Фиг. 4(a) показывает форму сигнала выходного напряжения из схемы 13 формирователя сигналов управления затвором; фиг. 4(b) показывает форму сигнала выходного напряжения из схемы 23 формирователя сигналов управления затвором; фиг. 4(c) показывает форму сигнала напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q1; фиг. 4(d) показывает форму сигнала напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2; фиг. 4(e) показывает форму сигнала напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q1; фиг. 4(f) показывает форму сигнала тока стока переключающего элемента Q1; фиг. 4(g) показывает форму сигнала напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q2; и фиг. 4(h) показывает форму сигнала тока стока переключающего элемента Q2. Времена проиллюстрированных форм сигналов синхронизируются друг с другом. Здесь, направление каждого тока нагрузки, выведенного на контактный вывод 3 переменного тока на фиг. 3, задается таким образом, что направление, в котором ток выводится из контактного вывода переменного тока, является положительным.

[0027] Как показано на фиг. 3, в переключающей схеме первого сравнительного примера, последовательная схема, включающая в себя переключающий элемент 14 и конденсатор 15, не подключается между затвором и истоком ни в одном из переключающих элементов Q1, Q2, в отличие от переключающей схемы варианта осуществления. Как показано на фиг. 4, схема 13 формирователя сигналов управления затвором выводит положительный импульс в период активации от времени T1 до времени T2, и схема 23 формирователя сигналов управления затвором выводит положительный импульс в период активации во и перед временем T3 и в период активации во и после времени T4. После того, как положительный импульс выводится из схемы 13 формирователя сигналов управления затвором во время T1, напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q1 постепенно повышается в ответ на ход заряда входной емкости 17. В течение этого времени каждое из вывода из схемы 23 формирователя сигналов управления затвором и напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2 является отрицательным напряжением.

[0028] Во время ta, поскольку напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q1 достигает порогового напряжения, переключающий элемент Q1 включается из выключенного состояния во включенное состояние, и ток стока начинает протекать в переключающем элементе Q1. Соответственно, напряжение между стоком и истоком переключающего элемента Q1 падает. В ответ на понижение напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q1, напряжение между стоком и истоком переключающего элемента Q2 повышается.

[0029] Во время ta миграция зарядов возникает в канале, проходящем через емкость 26 обратной связи и входную емкость 27, вследствие повышения напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q2. Соответственно, напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q2 повышается. Повышение напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2 становится выше по мере того, как скорость нарастания (dv/dt) напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q2 становится больше, и по мере того, как значение, полученное посредством деления емкости для емкости 26 обратной связи на емкость для входной емкости 27 (емкость для емкости обратной связи 26/емкость для входной емкости 27), становится большим. Помимо этого, более вероятно, что: во время tb, напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q2 становится выше порогового напряжения; и переключающий элемент Q2 ложно включается на основе управляющего сигнала из контроллера 105. В этом случае, поскольку переключающий элемент Q1 находится во включенном состоянии, короткое замыкание возникает между положительным контактным выводом 1 и отрицательным контактным выводом 2, и чрезмерное электростатическое напряжение прикладывается к переключающим элементам Q1, Q2. В частности, в случае, если устройство на основе SiC используется в качестве каждого из переключающих элементов Q1-Q6, устройство работает быстрее, и скорость нарастания (dv/dt) напряжения между стоком и истоком выше, чем в случае использования другого полупроводникового устройства (к примеру, устройства на основе Si) в качестве каждого из переключающих элементов Q1-Q6. Кроме того, емкости для емкостей 16, 26 обратной связи больше в этом случае. По этой причине, ложное срабатывание возникает с большей вероятностью.

[0030] Схемотехническая конфигурация, предназначенная для того, чтобы увеличивать фактическую емкость (входную емкость) между затвором и истоком в каждом из переключающих элементов Q1, Q2, показанных на фиг. 3, например, посредством дополнительного подключения конденсатора между затвором и истоком, известна как схемотехническая конфигурация, выполненная с возможностью предотвращать ложное срабатывание. Это может приводить к тому, что емкость для входной емкости 27 превышает емкость для емкости 26 обратной связи, в силу чего ложное срабатывание возникает с меньшей вероятностью. Тем не менее, эта схемотехническая конфигурация имеет такую проблему, что нагрузка на каждую схему 13, 23 формирователя сигналов управления затвором увеличивается, поскольку в этой схемотехнической конфигурации добавленные конденсаторы должны заряжаться и разряжаться при каждой операции переключения. Помимо этого, добавление конденсатора делает изменение в форме сигнала стробирующего сигнала резким, когда переключение управляется, и, соответственно, приводит к тому, что скорости переключения переключающих элементов Q1-Q6 уменьшаются. По этим причинам, данная схемотехническая конфигурация также имеет проблемы большей задержки во времени в ходе операции переключения и увеличения потерь на переключение.

[0031] Помимо этого, схемотехническая конфигурация, в которой только PNP-транзистор подключается между затвором и истоком каждого из переключающих элементов Q1-Q6, известна как другая схемотехническая конфигурация, выполненная с возможностью предотвращать ложное срабатывание (см. публикацию заявки на патент (Япония) номер 2003-324966). Когда напряжение между затвором и истоком каждого из переключающих элементов Q1-Q6 повышается, эта схемотехническая конфигурация включает PNP-транзистор. В силу этого, данная схемотехническая конфигурация допускает задание напряжения между затвором и истоком эквивалентным нулю и за счет этого предотвращение ложного срабатывания в каждом из переключающих элементов Q1-Q6. Тем не менее, в случае, если полупроводниковое устройство, пороговое напряжение которого является низким или отрицательным напряжением, используется в качестве каждого из переключающих элементов Q1-Q6 в этой схемотехнической конфигурации, напряжение между затвором и истока повышается посредством падения напряжения PNP-транзистора, даже если PNP-транзистор включен. Как результат, эта схемотехническая конфигурация ложно включает переключающие элементы Q1-Q6. Вкратце, эта схемотехническая конфигурация не может применяться к переключающей схеме с использованием полупроводниковых устройств с широкой запрещенной зоной, пороговое напряжение которых является низким или отрицательным напряжением.

[0032] В этом варианте осуществления, как описано выше, последовательная схема, включающая в себя соответствующий один из переключающих элементов 14, 24, в качестве PNP-транзистора и соответствующий один из конденсаторов 15, 25, подключается между затвором и истоком в каждом из переключающих элементов Q1-Q6. Помимо этого, электрод базы каждого из переключающих элементов 14, 24 подключается между соответствующим одним из резисторов 11, 21 затвора и соответствующей одной из схем 13, 23 формирователя сигналов управления затвором. По этим причинам включается переключающий элемент 24, когда напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q2 повышается в ответ на включение переключающего элемента Q1, и конденсатор 25, соответственно, становится подключенным между затвором и истоком переключающего элемента Q2. Зарядное напряжение конденсатора 25 допускает подавление повышения напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2 и одновременно применения отрицательного смещения между затвором и истоком переключающего элемента Q2. Соответственно, можно предотвращать ложное включение переключающего элемента Q2.

[0033] Далее, с помощью фиг. 5, предоставляются описания того, как работает переключающая схема варианта осуществления. Фиг. 5 показывает формы сигналов напряжений и токов в переключающей схеме варианта осуществления. Фиг. 5(a) показывает форму сигнала выходного напряжения из схемы 13 формирователя сигналов управления затвором; фиг. 5(b) показывает форму сигнала выходного напряжения из схемы 23 формирователя сигналов управления затвором; фиг. 5(c) показывает форму сигнала напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q1; фиг. 5(d) показывает форму сигнала напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2; фиг. 5(e) показывает форму сигнала напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q1; фиг. 5(f) показывает форму сигнала тока схемы 1041 верхнего плеча; фиг. 5(g) показывает форму сигнала напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q2; и фиг. 5(h) показывает форму сигнала тока схемы 1042 нижнего плеча. Времена проиллюстрированных форм сигналов синхронизируются друг с другом. Здесь, направление каждого тока нагрузки, выведенного на контактный вывод 2 переменного тока на фиг. 3, задается таким образом, что направление, в котором ток выводится из контактного вывода переменного тока, является положительным. Времена положительных импульсов, выведенных из схем 13, 23 формирователя сигналов управления затвором, показанных на фиг. 5(a) и 5(b), являются идентичными временам, показанным на фиг. 4(a) и 4(b), соответственно. По этой причине, описания этих времен исключаются.

[0034] После того, как положительный импульс выводится из схемы 13 формирователя сигналов управления затвором во время T1, напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q1 повышается. Во время ta, напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q1 достигает порогового напряжения, и переключающий элемент Q1 включается. В это время, ток стока переключающего элемента Q1 начинает протекать, и напряжение между стоком и истоком переключающего элемента Q1 падает. В ответ на понижение напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q1, напряжение между стоком и истоком переключающего элемента Q2 повышается. В течение этого времени напряжение отрицательного смещения выводится из схемы 23 формирователя сигналов управления затвором.

[0035] Во время ta миграция зарядов возникает в канале, проходящем через емкость 26 обратной связи и входную емкость 27, вследствие повышения напряжения между стоком и истоком переключающего элемента Q2. Соответственно, напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q2 повышается. Между тем, в варианте осуществления, формируется канал от электрода затвора переключающего элемента Q2 к выходному контактному выводу схемы 23 формирователя сигналов управления затвором через электрод эмиттера и электрод базы переключающего элемента 24. Соответственно, ток, возникающий вследствие повышения напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2, протекает в этом канале, и переключающий элемент 24 включается. После того, как переключающий элемент 24 включается, конденсатор 25 становится параллельно подключенным между затвором и истоком переключающего элемента Q2. По этой причине, повышение напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2 подавляется, и напряжение между затвором и истоком переключающего элемента Q2, которое достигает пика в точке времени tb, сохраняется ниже порогового напряжения. В силу этого, ложное срабатывание переключающего элемента 22 может предотвращаться. В последовательности операций, изменение напряжения контактного вывода конденсатора 25 является небольшим. Соответственно, ток конденсатора 25 почти никогда не становится лишней нагрузкой для схемы 23 формирователя сигналов управления затвором.

[0036] Далее, с помощью фиг. 6 и фиг. 7, предоставляются описания внутренней структуры полупроводникового модуля, в который включается переключающая схема варианта осуществления. Фиг. 6 является принципиальной схемой схемы 1041 верхнего плеча, извлеченной из фиг. 2, из которой удалены представления схемы 13 формирователя сигналов управления затвором и импеданса 12 затвора. Импеданс 12 затвора, основным компонентом которого является индуктивность, существует в межсоединении от электрода G затвора первого переключающего элемента Q1 к схеме 13 формирователя сигналов управления затвором и, соответственно, замедляет работу схемы настоящего изобретения. По этой причине, второй переключающий элемент 14, первый конденсатор 15 и т.п. должны размещаться непосредственно около первого переключающего элемента Q1. Фиг. 7 является видом сверху внутренней структуры полупроводникового модуля, показывающим то, как фактические кристаллы размещаются на рисунках межсоединений платы в модуле в целях осуществления схемы, показанной на фиг. 6. Область 200, обведенная пунктирной линией, представляет добавленный фрагмент, в котором второй переключающий элемент 14, первый конденсатор 15 и резистор 11 размещаются в компактной компоновке. Переключающий элемент Q1 и диод D1 монтируются на рисунке межсоединений, сформированном на плате (не проиллюстрирована) и включающем в себя контактный вывод A, при этом электроды задней стороны электрически подключены к рисунку межсоединений посредством использования припоя и т.п. Электроды с низким потенциалом на передних поверхностях переключающего элемента Q1 и диода D1 электрически подключены к межсоединению, включающему в себя контактный вывод B, посредством использования алюминиевых проводов, как показано на чертеже. Резистор 11 затвора, переключающий элемент 14 и конденсатор 15 монтируются при наложении на четыре рисунка межсоединений, как показано на чертеже, и составляют добавленный фрагмент 200 на фиг. 6. Таким образом, схема в добавленном фрагменте, показанном на фиг. 6, может быть компактно реализована непосредственно около переключающего элемента Q1 в фактическом модуле. Следует отметить, что элементы, включенные в каждую из других схем 1043, 1045 верхнего плеча и схем 1042, 1044, 1046 нижнего плеча, аналогично конструируются в качестве модуля. Поскольку эти модули являются идентичными модулю схемы 1041 верхнего плеча, описания модулей исключаются.

[0037] Между тем, может использоваться конфигурация, в которой только добавленный фрагмент 200 сконструирован как модуль и добавляется к модулю, включающему в себя только переключающий элемент Q1 и диод D1.

[0038] Как описано выше, вариант осуществления использует, например, схемотехническую конфигурацию, как показано на фиг. 2, в которой: конденсаторы 15, 25 и переключающие элементы 14, 24 подключаются между собой последовательно между электродами затвора и электродами истока переключающих элементов Q1, Q2, соответственно; электроды эмиттера переключающих элементов 14, 24 подключаются к электродам G затвора переключающих элементов Q1, Q2, соответственно; электроды коллектора переключающих элементов 14, 24 подключаются к электродам конденсаторов 15, 25, соответственно; другие электроды конденсаторов 15, 25 подключаются к электродам S истока переключающих элементов Q1, Q2, соответственно; и электроды базы переключающих элементов 14, 24 подключаются между резисторами 11, 21 затвора и схемами 13, 23 формирователя сигналов управления затвором, соответственно. В силу этого, вариант осуществления предотвращает ложное срабатывание, когда, например, в ответ на включение переключающего элемента Q1, напряжение в противном случае должно повышаться между затвором и истоком другого переключающего элемента Q2, поскольку мигрирующие заряды, которые должны в противном случае повышать потенциал электрода затвора, принудительно протекают в схему 23 формирователя сигналов управления затвором через эмиттер и базу переключающего элемента 24. После этого, переключающий элемент 24 включается, и контактный вывод затвора переключающего элемента Q2 является проводящим с конденсатором 25. Соответственно, эквивалентная входная емкость становится большей. Это подавляет повышение напряжения между затвором и истоком переключающего элемента Q2, и ложное срабатывание переключающего элемента Q2 может предотвращаться. Следует отметить, что операция для предотвращения ложного срабатывания переключающего элемента Q1 аналогично выполняется, когда переключающий элемент Q2 выключается, в то время как переключающий элемент Q1 находится в отключенном состоянии. Кроме того, аналогичное применимо, когда конфигурация является такой, как показано на фиг. 1.

[0039] Кроме того, в варианте осуществления с использованием конфигурации, как показано на фиг. 2, конденсаторы 15, 25 подключаются в целях предотвращения ложного срабатывания посредством приложения напряжения смещения между затворами и истоками переключающ