開關(guān)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的開關(guān)電路(10A)包括具有輸入端子(21)、輸出端子(22)及公共端子(23)的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件～第四半導(dǎo)體開關(guān)元件(20)。以在第一半導(dǎo)體開關(guān)元件及第四半導(dǎo)體開關(guān)元件導(dǎo)通(截止)時剩余的半導(dǎo)體開關(guān)元件成為截止(導(dǎo)通)的方式，對各半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子施加脈沖狀信號。開關(guān)電路具備：第一電容元件(60)，連接在第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子之間；及第二電容元件(61)，連接在第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子之間。第一及第二電容元件分別具有如下電容：使第四及第二半導(dǎo)體開關(guān)元件各自的輸入端子與輸出端子間的寄生電容在對第四及第二半導(dǎo)體開關(guān)元件供給的脈沖狀信號的時鐘頻率的N倍(N為1以上的整數(shù))的頻率下降低。
【專利說明】開關(guān)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種開關(guān)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]已知利用了晶體管這樣的半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)電路(參照專利文獻I)。由于在半導(dǎo)體開關(guān)元件中存在起因于結(jié)構(gòu)的寄生電容，所以在半導(dǎo)體開關(guān)元件的開關(guān)動作中產(chǎn)生寄生電容的充放電時間。作為縮短這樣的寄生電容的充放電時間的方法，在專利文獻I中對半導(dǎo)體開關(guān)元件進行過驅(qū)動(overdrive)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本實公平7-47993號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]然而，在過驅(qū)動中，由于必需供給比半導(dǎo)體開關(guān)元件的驅(qū)動所需的電壓(或電流)多的電壓(或電流)，所以存在可能破壞半導(dǎo)體開關(guān)元件的情形，并且開關(guān)電路的功率效率也容易下降。
[0008]本發(fā)明的目的在于，提供一種不利用過驅(qū)動也能實現(xiàn)開關(guān)速度的提升，并且可實現(xiàn)功率效率的提升的開關(guān)電路。
[0009]解決課題的手段
[0010]本發(fā)明的一個方面的開關(guān)電路是如下開關(guān)電路:包括具有輸入端子、輸出端子及公共端子的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件?第四半導(dǎo)體開關(guān)元件，第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子與第三半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子相連接，第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子相連接，第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子與第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子相連接，第三半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子相連接，對第一半導(dǎo)體開關(guān)元件?第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子分別施加脈沖狀信號，使得在第一半導(dǎo)體開關(guān)元件及第四半導(dǎo)體開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時第二及第三半導(dǎo)體開關(guān)元件成為截止狀態(tài)且在第一半導(dǎo)體開關(guān)元件及第四半導(dǎo)體開關(guān)元件為截止狀態(tài)時第二及第三半導(dǎo)體開關(guān)元件成為導(dǎo)通狀態(tài)。該開關(guān)電路包括:第一電容元件，連接在第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子之間；及第二電容元件，連接在第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子之間。第一電容元件具有如下電容:使第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容在對第四半導(dǎo)體開關(guān)元件供給的脈沖狀信號的時鐘頻率的N倍(N為I以上的整數(shù))的頻率下降為低于未連接第一電容元件的情形，第二電容元件具有如下電容:使第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容在對第二半導(dǎo)體開關(guān)元件供給的脈沖狀信號的時鐘頻率的N倍(N為I以上的整數(shù))的頻率下降為低于未連接第二電容元件的情形。[0011]在上述結(jié)構(gòu)中，通過第一及第二電容元件，降低在第四及第二半導(dǎo)體開關(guān)元件中存在的寄生電容并且是在輸入端子與輸出端子之間的寄生電容本身的影響。因此，不利用過驅(qū)動也能實現(xiàn)開關(guān)速度的提升，并且可提升功率效率。
[0012]上述第一電容元件的電容可設(shè)為大致等于第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容。此外，第二電容元件的電容可設(shè)為大致等于第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容。
[0013]在該方式中，通過第一及第二電容元件，可進一步可靠地降低在第四及第二半導(dǎo)體開關(guān)元件中存在的寄生電容并且是在輸入端子與輸出端子之間的寄生電容本身的影響。
[0014]發(fā)明效果
[0015]根據(jù)本發(fā)明，可提供一種不利用過驅(qū)動也能實現(xiàn)開關(guān)速度的提升，并且可實現(xiàn)功率效率的提升的開關(guān)電路。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是表示第一實施方式的開關(guān)電路的概略構(gòu)成的電路圖。
[0017]圖2是表示在圖1中使用的半導(dǎo)體開關(guān)元件的寄生電容與電容抑制元件部的配置關(guān)系的一例的圖。
[0018]圖3是表示電容抑制元件部的電抗曲線與寄生電容的電抗曲線的關(guān)系的圖。
[0019]圖4是表示電容抑制元件部的電路構(gòu)成的一例的圖。
[0020]圖5是用于說明通過電容元件的連接可抑制半導(dǎo)體開關(guān)元件的寄生電容的原理的圖。
[0021]圖6是表示其他實施方式的開關(guān)電路的概略構(gòu)成的例子的電路圖。
[0022]圖7是模擬用的半導(dǎo)體開關(guān)元件的模型圖。
[0023]圖8是與圖6所示的開關(guān)電路對應(yīng)的模擬用的電路圖。
[0024]圖9是表示圖8所示的四個半導(dǎo)體開關(guān)元件的各個具有全部寄生電容且未連接電容元件的情況下的模擬結(jié)果的圖。
[0025]圖10是表示假定了電容元件的連接的情況下的模擬結(jié)果的圖。
【具體實施方式】
[0026]以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。在附圖的說明中，對同一元素標注同一標號，且省略重復(fù)的說明。附圖的尺寸比率并非必需與所說明的部分一致。
[0027]圖1是表示本發(fā)明的一實施方式的開關(guān)電路的概略構(gòu)成的電路圖。開關(guān)電路IOA為差動型的開關(guān)電路。
[0028]開關(guān)電路IOA包括四個半導(dǎo)體開關(guān)元件20、20、20、20。半導(dǎo)體開關(guān)元件20為MOS型場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。MOSFET的例子包括功率M0SFET。半導(dǎo)體開關(guān)元件20具有作為輸入端子的柵極端子21、作為輸出端子的漏極端子22、及作為公共端子的源極端子23。在以下的說明中，在將四個半導(dǎo)體開關(guān)元件20相區(qū)別而進行說明的情況下，也將四個半導(dǎo)體開關(guān)元件20、20、20、20稱為半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20b、20c、20d。半導(dǎo)體開關(guān)元件20的構(gòu)成元素及對應(yīng)于半導(dǎo)體開關(guān)元件20而設(shè)置的構(gòu)成元素也設(shè)為相同。
[0029]在開關(guān)電路IOA中，半導(dǎo)體開關(guān)元件(第一半導(dǎo)體開關(guān)元件)20a的漏極端子22a與半導(dǎo)體開關(guān)元件(第三半導(dǎo)體開關(guān)元件)20c的漏極端子22c相連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件(第二半導(dǎo)體開關(guān)元件)20b的源極端子23b與半導(dǎo)體開關(guān)元件(第四半導(dǎo)體開關(guān)元件)20d的源極端子23d相連接。
[0030]在漏極端子22a與漏極端子22c的連接點及源極端子23b與源極端子23d的連接點，分別連接有第一電源Pl及第二電源P2。第一電源Pl對漏極端子22a、22c供給正電壓Vdd。第二電源P2對源極端子23b、23d供給負電壓Vss。
[0031]半導(dǎo)體開關(guān)元件20a的源極端子23a與半導(dǎo)體開關(guān)元件20b的漏極端子22b相連接。半導(dǎo)體開關(guān)元件20c的源極端子23c與半導(dǎo)體開關(guān)元件20d的漏極端子22d相連接。即，半導(dǎo)體開關(guān)元件20a與半導(dǎo)體開關(guān)元件20b及半導(dǎo)體開關(guān)元件20c與半導(dǎo)體開關(guān)元件20d分別串聯(lián)連接。
[0032]源極端子23a與漏極端子22b的連接點、及源極端子23c與漏極端子22d的連接點經(jīng)由負載40而連接。負載40可為電感元件等電感負載，也可為電阻負載。
[0033]開關(guān)電路IOA可包括用于對各半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20b、20c、20d進行開關(guān)的驅(qū)動電路30。驅(qū)動電路30為對各半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d進行脈寬調(diào)制(Pulse WidthModulation:PWM)控制的柵極驅(qū)動電路。驅(qū)動電路30對各半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d供給PWM信號。在以下的說明中，為了明確驅(qū)動電路30中對半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d分別供給PWM信號的部分與半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d的對應(yīng)關(guān)系，如圖1所示，也稱為驅(qū)動電路30a?30d。驅(qū)動電路30可對半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d公共地設(shè)置，但也可對每個半導(dǎo)體開關(guān)兀件20a?20d設(shè)置。
[0034]驅(qū)動電路30a、30d的各個對半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20d的柵極端子21a、21d供給正相的PWM信號。同樣地，驅(qū)動電路30b、30c的各個對半導(dǎo)體開關(guān)元件20b、20c的柵極端子21b,21c供給反相的PWM信號。PWM信號具有調(diào)制頻率fM、及作為對各半導(dǎo)體開關(guān)20a?20d進行開關(guān)的開關(guān)頻率的時鐘頻率faK。PWM/[目號可通過以比較器等對具有調(diào)制頻率fM的信號波(例如正弦波)與具有時鐘頻率的三角波進行比較而生成。對柵極端子21a?21d供給的PWM信號的時鐘頻率相同。在各半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d與對應(yīng)的驅(qū)動電路30a?30d之間表不的電阻Rco表不與各半導(dǎo)體開關(guān)兀件20a?20d的柵極端子21a?21d連接的驅(qū)動電路30a?30d的輸出阻抗。在各半導(dǎo)體開關(guān)元件20a?20d的源極端子23a?23d與驅(qū)動電路30a?30d之間連接有第三電源P3a?P3d。第三電源P3a?P3d的正極連接到對應(yīng)的源極端子23a?23d，第三電源P3a?P3d的負極連接到對應(yīng)的驅(qū)動電路30a?30d。由此，對驅(qū)動電路30a?30d供給以源極端子23a?23d為基準的預(yù)定的負電壓。該預(yù)定的負電壓的大小的例子為-1iv。
[0035]在上述構(gòu)成中，一方面，通過驅(qū)動電路30a及驅(qū)動電路30d對半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20d供給正相的PWM信號，另一方面，通過驅(qū)動電路30b及驅(qū)動電路30c對半導(dǎo)體開關(guān)元件20b,20c供給反相的PWM信號。因此，在半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20d為導(dǎo)通狀態(tài)時，半導(dǎo)體開關(guān)元件20b、20c成為截止狀態(tài)，電流沿圖1中的箭頭Al的方向流動。另一方面，在半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20d為截止狀態(tài)時，半導(dǎo)體開關(guān)元件20b、20c成為導(dǎo)通狀態(tài)，電流沿圖1中的箭頭A2的方向流動。因此，對應(yīng)于PWM信號，可切換流經(jīng)負載40的電流的方向。因此，通過采用電感負載作為負載40，可將開關(guān)電路IOA應(yīng)用于換流器(inverter)中。此外，通過連接例如電動機作為負載40，可利用開關(guān)電路IOA驅(qū)動電動機。[0036]為了伴隨該開關(guān)提高功率效率，開關(guān)電路IOA包括分別與半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20c連接的電容抑制元件部50，并且包括電容元件60、61。也將與各半導(dǎo)體開關(guān)元件20a、20c連接的電容抑制元件部50稱為電容抑制元件部50a、50c。
[0037]圖2是用于說明在半導(dǎo)體開關(guān)元件中存在的寄生電容與電容抑制元件部的關(guān)系的附圖。如圖2所不,在半導(dǎo)體開關(guān)兀件20的各端子間存在寄生電容Ces、CeD、CDS。寄生電容Ces為柵極端子21與源極端子23之間的寄生電容。寄生電容CeD為柵極端子21與漏極端子22之間的寄生電容。寄生電容Cds為漏極端子22與源極端子23之間的寄生電容。在圖2中，將寄生電容Cds表示為電容元件。
[0038]為了抑制寄生電容CesXeilXDs中的至少一個，在半導(dǎo)體開關(guān)元件20上連接有至少一個電容抑制元件部50。電容抑制元件部50連接在應(yīng)抑制的寄生電容Ces、CGD, Cds所存在的端子間。此時，電容抑制元件部50與應(yīng)抑制的寄生電容CesXwCds并聯(lián)連接。在圖2中，作為一例，表示有在柵極端子21與漏極端子22之間連接電容抑制元件部50來抑制寄生電容CeD的情況下的方式。將寄生電容CesXaiXlis中應(yīng)通過電容抑制元件部50抑制的寄生電容稱為寄生電容Cx。
[0039]電容抑制元件部50在PWM信號的時鐘頻率的N倍(N為I以上的整數(shù))的頻率下抑制半導(dǎo)體開關(guān)元件20的寄生電容Cx。電容抑制元件部50以滿足以下條件的方式構(gòu)成。
[0040]條件⑴:在PWM信號的時鐘頻率的N次諧波的角頻率下，寄生電容Cx的阻抗與電容抑制元件部50的阻抗的大小相等且它們的符號相異。
[0041]條件(ii):與半導(dǎo)體開關(guān)元件20的柵極端子21連接的驅(qū)動電路30的輸出阻抗Rco充分小于半導(dǎo)體開關(guān)元件 20的輸入阻抗。在圖1所示的電路構(gòu)成中，對于半導(dǎo)體開關(guān)元件20a~20d的輸出阻抗為驅(qū)動電路30a~30d的輸出阻抗，且對應(yīng)于在半導(dǎo)體開關(guān)元件20a~20d與對應(yīng)的驅(qū)動電路30a~30d之間表示的電阻Rro的電阻值。
[0042]在將電容抑制元件部50的電抗設(shè)為作為角頻率ω的函數(shù)的Χ(ω)時，上述(i)以式⑴表示，(?)以式⑵表示。即，電容抑制元件部50以滿足式⑴及式(2)的方式構(gòu)成。在以下的說明中，也將Χ(ω)稱為電容抑制元件部50的電抗曲線。
[0043][數(shù)I]
[0044]
【權(quán)利要求】
1.一種開關(guān)電路，包括具有輸入端子、輸出端子及公共端子的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件?第四半導(dǎo)體開關(guān)元件，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子與所述第三半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子相連接，所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子相連接，所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子與所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子相連接，所述第三半導(dǎo)體開關(guān)元件的公共端子與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子相連接，對所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件?第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子分別施加脈沖狀信號，使得在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件及第四半導(dǎo)體開關(guān)元件為導(dǎo)通狀態(tài)時使所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件及第三半導(dǎo)體開關(guān)元件成為截止狀態(tài)、且在所述第一半導(dǎo)體開關(guān)元件及第四半導(dǎo)體開關(guān)元件為截止狀態(tài)時使所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件及第三半導(dǎo)體開關(guān)元件成為導(dǎo)通狀態(tài)，該開關(guān)電路具備: 第一電容元件，連接在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子之間；及 第二電容元件，連接在所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出端子之間， 所述第一電容元件具有如下電容:在對所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件供給的所述脈沖狀信號的時鐘頻率的N倍的頻率下，使所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容降為低于未連接所述第一電容元件的情形，其中，N為I以上的整數(shù)， 所述第二電容元件具有如下電容:在對所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件供給的所述脈沖狀信號的時鐘頻率的N倍的頻率下，使所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容降為低于未連接所述第二電容元件的情形，其中，N為I以上的整數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的開關(guān)電路，其中， 所述第一電容元件的電容大致等于所述第四半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容， 所述第二電容元件的電容大致等于所述第二半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸入端子與輸出端子之間的寄生電容。
【文檔編號】H03K17/04GK103563253SQ201280025463
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月6日
【發(fā)明者】藤川一洋, 志賀信夫, 大平孝, 和田和千, 石岡和也 申請人:住友電氣工業(yè)株式會社, 國立大學(xué)法人豐橋技術(shù)科學(xué)大學(xué)