特許 6582764 半導体素子の駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6582764

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】半導体素子の駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20190919BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   H02M1/08 A

   H02M7/48 M

【請求項の数】8

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2015-174642(P2015-174642)

(22)【出願日】2015年9月4日

(65)【公開番号】特開2017-51049(P2017-51049A)

(43)【公開日】2017年3月9日

【審査請求日】2018年8月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105854

【弁理士】

【氏名又は名称】廣瀬 一

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 寿勝

(72)【発明者】

【氏名】松原 邦夫

【審査官】 柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１４３１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２３２６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２５３９７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／０８

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電圧駆動型半導体素子及び該電圧駆動型半導体素子に逆並列に接続された還流用ダイオードを有するアーム部に流れる主電流を検出する電流検出部と、
前記電流検出部で検出された主電流の極性を判別する極性判別部と、
前記極性判別部で判別された判別結果に応じて前記電圧駆動型半導体素子の制御端子に接続されるオフ抵抗値を少なくとも前記還流用ダイオードを通じる還流電流の通電終了時に切換えるオフ抵抗値選択部と
を備えていることを特徴とする半導体素子の駆動装置。

【請求項2】

前記オフ抵抗値選択部は、
前記極性判別部から出力される極性判別信号を遅延させる遅延回路と、該遅延回路の遅延信号によって前記還流電流の通電終了時のオフ抵抗値を通常動作時のオフ抵抗値より大きな値に切換える抵抗値切換回路と
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の駆動装置。

【請求項3】

電源端子及び接地間に直列に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子をさらに備え、前記第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の接続点が前記電圧駆動型半導体素子の制御端子に接続され、前記第２スイッチ素子及び接地間に前記抵抗値切換回路が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の駆動装置。

【請求項4】

電源端子及び接地間に直列に接続された第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子をさらに備え、前記第１スイッチ素子及び第２スイッチ素子の接続点が前記電圧駆動型半導体素子の制御端子に接続され、前記接続点と前記電圧駆動型半導体素子の制御端子間に前記抵抗値切換回路が接続されている
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の駆動装置。

【請求項5】

前記抵抗値切換回路は、前記制御端子から前記第２スイッチ素子への電流を通過させるダイオードと、前記遅延回路の遅延信号によってオフ抵抗値を切換える抵抗切換部とを備えていることを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の駆動装置。

【請求項6】

前記抵抗値切換回路は、第１抵抗と該第１抵抗と並列に接続された第２抵抗及び前記遅延回路の遅延信号によってオン・オフ制御されるスイッチ素子の直列回路とを備えていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の半導体素子の駆動装置。

【請求項7】

前記抵抗値切換回路は、第３抵抗と、該第３抵抗と直列に接続された第４抵抗と、前記第３抵抗及び前記第４抵抗の何れかと並列に接続された前記遅延回路の遅延信号によってオン・オフ制御されるスイッチ素子とを備えていることを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の半導体素子の駆動装置。

【請求項8】

前記電圧駆動型半導体素子は、炭化ケイ素、窒化ガリウム及びダイアモンドの少なくとも１つを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子であること
を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体素子の駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置に適用される半導体素子の駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、電圧駆動型半導体素子であるＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を使用した電圧形インバータが知られている（例えば特許文献１）。このような電圧形インバータは、ＭＯＳＦＥＴ及びこのＭＯＳＦＥＴに逆並列接続された還流用ダイオードを内蔵する半導体モジュールと、この半導体モジュールを駆動するゲート駆動装置（Ｇａｔｅ Ｄｒｉｖｅｒ Ｕｎｉｔ：ＧＤＵ）との組を複数個備え、直流電力を交流電力に変換してモータ負荷に出力するようになっている。電圧形インバータに用いられるゲート駆動装置は、例えば特許文献２に開示されている。

【0003】

電圧形インバータとして、同期整流方式を採用したインバータが知られている（例えば特許文献３）。同期整流方式では、半導体モジュールに内蔵されたＭＯＳＦＥＴなどのユニポーラ型のパワー半導体素子の双方向性を活かし、還流用ダイオードの通流するタイミングでＭＯＳＦＥＴを導通させることにより、半導体モジュールのオン電圧を下げることができる。これにより、半導体モジュールの導通損失が低減される。このことから、特許文献３には、同期整流方式を採用したインバータは、電力変換効率の向上が図れるという利点があることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−３０４１４３号公報

【特許文献2】特開２０１４−７９０８６号公報

【特許文献3】特開２００８−６１４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、電力変換装置では、特許文献１に記載されているように、ハイサイドアームを構成する第１電圧駆動型半導体素子とローサイドアームを構成する第２電圧駆動型半導体素子とが直列に接続され、第１電圧駆動型半導体素子と第２電圧駆動型半導体素子との接続点から負荷への出力を得るようにしている。
これら第１電圧駆動型半導体素子及び第２駆動型半導体素子としてスイッチング速度が速い電圧駆動型半導体素子を適用して同期整流方式で駆動する場合に、例えば第１電圧駆動型半導体素子及び第２電圧駆動型半導体素子がともにオフ状態で、第２電圧駆動型半導体素子に逆並列に接続された還流用ダイオードを通じて負荷からの還流電流が流れる還流モードを終了して第１電圧駆動型半導体素子がターンオンされたときに高ｄｖ／ｄｔが発生し、この高ｄｖ／ｄｔによる電流が第２電圧駆動型半導体素子の帰還容量を通じて制御端子に流れることによって制御端子電圧が変動する。

【0006】

この制御端子電圧の変動により、制御端子電圧が閾値電圧を超えると第２電圧駆動型半導体素子が誤点弧（セルフターンオン）して、アーム短絡を引き起し、第１電圧駆動型半導体素子及び第２電圧駆動型半導体素子に短絡電流が流れる。この短絡電流によって電力損失が増加し、場合によっては素子破壊に至る可能性がある。この誤点弧は、電力変換装置の出力電流が負の場合、第２電圧駆動型半導体素子がターンオンするときに、第１電圧駆動型半導体素子にも見られる。
本発明は、電圧駆動型半導体素子の誤点弧を防止して、短絡電流による電力損失を低減することができる半導体素子の駆動装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体素子の駆動装置は、電圧駆動型半導体素子及びこの電圧駆動型半導体素子に逆並列に接続された還流用ダイオードを有するアーム部に流れる主電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出された主電流の極性を判別する極性判別部と、極性判別部で判別された判別結果に応じて電圧駆動型半導体素子の制御端子に接続されるオフ抵抗値を少なくとも還流用ダイオードを通じる還流電流の通電終了時に切換えるオフ抵抗値選択部とを備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の一態様によれば、電圧駆動型半導体素子の誤点弧を防止して、短絡電流による電力損失を低減することができるとともに、素子破壊を防止する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１の実施形態による半導体素子のゲート駆動装置を備えたインバータの概略構成を示す回路図である。

【図2】本発明の第１の実施形態による半導体素子のゲート駆動装置の一例を示す回路図である。

【図3】本発明の第１の実施形態による半導体素子のゲート駆動装置を備えたインバータの動作波形を示すタイムチャートである。

【図4】本発明の第１の実施形態による半導体素子のゲート駆動装置を備えたインバータの半導体モジュールの動作を模式的に示す図である。

【図5】従来の半導体素子のゲート駆動装置の概略構成を示す回路図である。

【図6】従来の半導体素子のゲート駆動装置を備えたインバータのスイッチング速度の遅い電圧駆動型半導体素子を適用した場合の動作波形を示すタイムチャートである。

【図7】従来の半導体素子のゲート駆動装置を備えたインバータのスイッチング速度の速い電圧駆動型半導体素子を適用した場合の動作波形を示すタイムチャートである。

【図8】本発明の第２の実施形態による半導体素子のゲート駆動装置の一例を示す回路図である。

【図9】オフ抵抗値切換回路の変形例を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0011】

以下、本発明の一の実施の形態に係る半導体素子の駆動装置について図面を参照して説明する。本実施形態では、半導体素子として電圧駆動型半導体素子を例にとり、半導体素子の駆動装置として半導体素子のゲート駆動装置を例にとって説明する。なお、以下、電圧駆動型半導体素子のゲート駆動装置を「半導体素子のゲート駆動装置」又は「ゲート駆動装置」と略記する場合がある。まず、本実施形態による半導体素子のゲート駆動装置１を備えたインバータ（電力変換回路）５０について図１を用いて説明する。

【0012】

図１に示すように、インバータ５０は、三相交流電源１７に接続されている。インバータ５０は、三相交流電源１７から入力する三相交流電力を全波整流する整流回路１８と、整流回路１８で整流された電力を平滑化する平滑用コンデンサ１９とを有している。図示は省略するが、整流回路１８は、６つのダイオードをフルブリッジ接続して構成するかまたは６つのスイッチング素子をフルブリッジ接続している。整流回路１８の正極出力端子に正極側ラインＬｐが接続され、負極出力端子に負極側ラインＬｎが接続されている。これら正極側ラインＬｐ及び負極側ラインＬｎ間に平滑用コンデンサ１９が接続されている。

【0013】

また、インバータ５０は、正極側ラインＬｐに接続されたアーム部を構成する半導体モジュール２ａ，２ｃ，２ｅと、負極側ラインＬｎに接続されたアーム部を構成する半導体モジュール２ｂ，２ｄ，２ｆとを有している。
半導体モジュール２ａ及び半導体モジュール２ｂは、ラインＬｐと負極側ラインＬｎとの間に直列に接続されて出力アームを構成している。半導体モジュール２ｃ及び半導体モジュール２ｄは、正極側ラインＬｐと負極側ラインＬｎとの間に直列に接続されて出力アームを構成している。半導体モジュール２ｅ及び半導体モジュール２ｆは、正極側ラインＬｐと負極側ラインＬｎとの間に直列に接続されて出力アームを構成している。

【0014】

そして、半導体モジュール２ａ及び半導体モジュール２ｂの接続部と、半導体モジュール２ｃ及び半導体モジュール２ｄの接続部と、半導体モジュール２ｅ及び半導体モジュール２ｆの接続部は、誘導性負荷となるモータ２０にそれぞれ接続されている。
半導体モジュール２ａは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（半導体素子の一例）３ａと、ＭＯＳＦＥＴ３ａに逆並列接続された還流用ダイオード４ａとを有してアーム部を構成している。ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン端子Ｄに還流用ダイオード４ａの陰極が接続され、ＭＯＳＦＥＴ３ａのソース端子Ｓに還流用ダイオード４ａの陽極が接続されている。

【0015】

半導体モジュール２ｂは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（半導体素子の一例）３ｂと、ＭＯＳＦＥＴ３ｂに逆並列接続された還流用ダイオード４ｂとを有してアーム部を構成している。ＭＯＳＦＥＴ３ｂのドレイン端子Ｄに還流用ダイオード４ｂの陰極が接続され、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓに還流用ダイオード４ｂの陽極が接続されている。
半導体モジュール２ｃは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（半導体素子の一例）３ｃと、ＭＯＳＦＥＴ３ｃに逆並列接続された還流用ダイオード４ｃとを有してアーム部を構成している。ＭＯＳＦＥＴ３ｃのドレイン端子Ｄに還流用ダイオード４ｃの陰極が接続され、ＭＯＳＦＥＴ３ｃのソース端子Ｓに還流用ダイオード４ｃの陽極が接続されている。

【0016】

半導体モジュール２ｄは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（半導体素子の一例）３ｄと、ＭＯＳＦＥＴ３ｄに逆並列接続された還流用ダイオード４ｄとを有してアーム部を構成している。ＭＯＳＦＥＴ３ｄのドレイン端子Ｄに還流用ダイオード４ｄの陰極が接続され、ＭＯＳＦＥＴ３ｄのソース端子Ｓに還流用ダイオード４ｄの陽極が接続されている。
半導体モジュール２ｅは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（半導体素子の一例）３ｅと、ＭＯＳＦＥＴ３ｅに逆並列接続された還流用ダイオード４ｅとを有してアーム部を構成している。ＭＯＳＦＥＴ３ｅのドレイン端子Ｄに還流用ダイオード４ｅの陰極が接続され、ＭＯＳＦＥＴ３ｅのソース端子Ｓに還流用ダイオード４ｅの陽極が接続されている。

【0017】

半導体モジュール２ｆは、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（半導体素子の一例）３ｆと、ＭＯＳＦＥＴ３ｆに逆並列接続された還流用ダイオード４ｆとを有してアーム部を構成している。ＭＯＳＦＥＴ３ｆのドレイン端子Ｄに還流用ダイオード４ｆの陰極が接続され、ＭＯＳＦＥＴ３ｆのソース端子Ｓに還流用ダイオード４ｆの陽極が接続されている。
ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜３ｆは、ユニポーラ型のパワー半導体素子であり、双方向性を有している。ここで、アーム部を構成するスイッチング素子としては、ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜３ｆのようなＳｉ系の半導体素子だけでなく、炭化ケイ素、窒化ガリウム及びダイアモンドの少なくとも１つを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。また、還流用ダイオード４ａ〜４ｆもＳｉ系の半導体素子だけでなく、炭化ケイ素、窒化ガリウム及びダイアモンドの少なくとも１つを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子であってもよい。ワイドバンドギャップ半導体素子はＳｉ素子よりも高温，高電圧動作に優れ、低損失であるとともに、スイッチング速度がＳｉ素子よりも速い。なお、還流用ダイオード４ａ〜４ｆとして、ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜３ｆのボディダイオードを利用してもよい。

【0018】

また、インバータ５０は、半導体モジュール２ａのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置（ＧＤＵ）１ａと、半導体モジュール２ｂのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置（ＧＤＵ）１ｂと、半導体モジュール２ｃのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置（ＧＤＵ）１ｃと、半導体モジュール２ｄのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置（ＧＤＵ）１ｄと、半導体モジュール２ｅのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置（ＧＤＵ）１ｅと、半導体モジュール２ｆのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置（ＧＤＵ）１ｆとを有している。

【0019】

各ゲート駆動装置１ａ〜１ｆの出力端子は、ＭＯＳＦＥＴ３ａ〜３ｆの制御端子となるゲート端子Ｇに接続されている。
半導体モジュール２ａ及び半導体モジュール２ｂは、例えばＵ相アームを構成し、半導体モジュール２ｃ及び半導体モジュール２ｄは、例えばＶ相アームを構成し、半導体モジュール２ｅ及び半導体モジュール２ｆは、例えばＷ相アームを構成している。
したがって、インバータ５０は、これらのＵ相アーム、Ｖ相アーム及びＷ相アームが並列接続された三相フルブリッジ回路と、Ｕ相アームのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置１ａ，１ｂと、Ｖ相アームのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置１ｃ，１ｄと、Ｗ相アームのスイッチング動作を制御するゲート駆動装置１ｅ，１ｆとを有している。半導体モジュール２ａ，２ｃ，２ｅはハイサイドスイッチングアームを構成し、半導体モジュール２ｂ，２ｃ，２ｆはローサイドスイッチングアームを構成する。

【0020】

次に、本実施形態による駆動装置についてゲート駆動装置１ｂを例にとり、図１を参照しつつ図２から図６を用いて説明する。なお、ゲート駆動装置１ａ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、ゲート駆動装置１ｂと同様の構成を有している。
図２に示すように、ゲート駆動装置１ｂは、外部からＭＯＳＦＥＴ３ｂをオン・オフ制御する制御信号ＣＳ（ｂ）が入力されるインターフェイス回路（インターフェイス部の一例）５と、このインターフェイス回路５から出力される内部制御信号によってＭＯＳＦＥＴ３ｂをオン・オフ制御するゲート駆動回路６とを備えている。

【0021】

ゲート駆動回路６は、例えば１０〔Ｖ〕の正極電源Ｐ１が供給される電源端子Ｔ１と接地との間に接続されており、オン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）と、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタで構成される第１スイッチ素子７と、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタで構成される第２スイッチ素子８と、後述するオフ抵抗値切換回路１５とが直列に接続されている。そして、第１スイッチ素子７は、コレクタがオン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）を介して電源端子Ｔ１に接続され、エミッタが第２スイッチ素子８のエミッタに接続され、ベースがインターフェイス回路５に接続されている。

【0022】

第２スイッチ素子８は、エミッタが第１スイッチ素子７のエミッタに接続され、コレクタがオフ抵抗値切換回路１５を介して接地に接続され、ベースがインターフェイス回路５に接続されている。
したがって、第１スイッチ素子７はインターフェイス回路５から出力される内部制御信号がハイレベルであるときにオン状態となり、ローレベルであるときにオフ状態となる。逆に第２スイッチ素子８はインターフェイス回路５から出力される内部制御信号がハイレベルであるときにオフ状態となり、ローレベルであるときにオン状態となる。
そして、第１スイッチ素子７と第２スイッチ素子との接続点がＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートに接続されている。

【0023】

また、ゲート駆動装置１ｂは、図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂで構成されるアーム部に流れるドレイン電流（主電流の一例）Ｉｄ（ｂ）を検出する電流検出器（電流検出部の一例）１０と、電流検出器１０で検出したドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値を検出する電流値検出回路（電流検出部の一例）１１と、電流値検出回路１１で検出されたドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値の極性を判別する極性判別回路（極性判別部の一例）１２と、極性判別回路１２で判別された判別結果に応じてＭＯＳＦＥＴ３ｂのオフ抵抗値を切換えるオフ抵抗値選択回路（オフ抵抗値選択部の一例）１３とを有している。

【0024】

極性判別回路１２は、電流値検出回路１１で検出したドレイン電流Ｉｄ（ｂ）が負（Ｉｄ（ａ）＜０）であるときにローレベルとなり、ドレイン電流Ｉｄ（ｂ）が零を含む正（Ｉｄ（ａ）≧０）であるときにハイレベルとなる判別信号ＳＤを出力する。
オフ抵抗値選択回路１３は、極性判別回路１２から入力される判別信号Ｓ１が供給される遅延回路１４と、遅延回路１４から出力される遅延信号Ｓ２が入力されるゲート駆動回路６の第スイッチ素子８と接地との間に接続されたオフ抵抗値切換回路１５とを備えている。

【0025】

遅延回路１４は、極性判別回路１２から入力される判別信号Ｓ１をＭＯＳＦＥＴ３ｂのターンオン時のスイッチング時間以上に設定された遅延時間Ｔａ分遅延させた遅延信号Ｓ２を出力する。
オフ抵抗値切換回路１５は、通常のオフ抵抗値よりも大きな抵抗値に設定された第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と、この第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と並列に接続された例えばＮＰＮ型バイポーラトランジスタで構成されるスイッチ素子１６及び第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）の直列回路とで構成されている。

【0026】

このオフ抵抗値切換回路１５では、スイッチ素子１６がオフ状態であるときには第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）のみが第２スイッチ素子８と接地との間に接続され、スイッチ素子１６がオン状態であるときには第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と第２オフ抵抗Ｒｆ２（ｏｆｆ）との並列抵抗が第２スイッチ素子８と接地との間に接続される。
したがって、スイッチ素子１６がオフ状態であるときには第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）のみの比較的大きな抵抗値となり、スイッチ素子１６がオン状態であるときには第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）及び第２オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）の合成抵抗値で表される第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）より小さい通常動作時のオフ抵抗値となる。

【0027】

次に、インバータ５０の一相分（例えばＵ相アーム）について、ゲート駆動装置１ｂを適用したときの動作について説明する。なお、以下で説明する一相以外の他の２つの相（例えばＶ相及びＷ相）もこの一相と同様に動作する。インバータ５０の一相分の整流動作は、モードＭＤ１、モードＭＤ２、モードＭＤ３及びモードＭＤ４の４つの動作に区分される。
モードＭＤ１の動作では、ハイサイドアーム側のゲート駆動装置１ａに入力される制御信号ＣＳ（ａ）が図３（Ａ）に示すようにハイレベルであり、ローサイドアーム側のゲート駆動装置１ｂに入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が図３（Ｂ）に示すようにローレベルとなっている。このためＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ａ）は、図３（Ｃ）に示すように、電源電圧Ｐ１と同電圧となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は、負電圧Ｎ１と同電圧となる。
このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）が出力電流Ｉｕとしてモータ２０（図１参照）のＵ相コイルに流れる。このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）が図３（Ｇ）に示すように、増加するとともに、出力電流Ｉｕも図３（Ｅ）に示すように徐々に増加する。また、出力電流Ｉｕは正の値となる。

【0028】

モードＭＤ１では、図４（Ａ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ｂは、オフ状態であってドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の値は、図３（Ｉ）に示すように、０〔Ａ〕となる。このため、電流値検出回路１１は、電流検出器１０で検知されたドレイン電流Ｉｄ（ｂ）に基づいてドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値を０〔Ａ〕と検出し、検出結果を極性判別回路１２に出力する。極性判別回路１２は、ドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値が０〔Ａ〕であってドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の極性が正方向であることを判別し、図３（Ｊ）に示すように、判別結果であるハイレベルの判別信号Ｓ１をオフ抵抗値選択回路１３に出力する。

【0029】

オフ抵抗値選択回路１３は、遅延回路１４で判別信号Ｓ１を遅延させるが、モードＭＤ１では、遅延回路１４の遅延信号Ｓ２は図３（Ｋ）に示すようにハイレベルを維持する。この遅延信号Ｓ２がオフ抵抗値切換回路１５のスイッチ素子１６のベースに供給されるので、このスイッチ素子１６がオン状態となり、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値は、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）及び第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）の合成抵抗である通常動作時の抵抗値となる。

【0030】

次いで、時点ｔ２でインバータ５０の一相分の整流動作がモードＭＤ１からモードＭＤ２に切り替わる。モードＭＤ２は、ＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂが同時にオン状態になってＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂ間に貫通電流が流れるのを防止するデッドタイムを形成するために、ＭＯＳＦＥＴ３ａをオン状態からオフ状態に切り替えて、ＭＯＳＦＥＴ３ａ，３ｂを両方ともオフ状態にするモードである。

【0031】

モードＭＤ２の動作では、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ａ）及びＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、負電圧Ｎ１と同電圧となる。このため、図４（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオン状態からオフ状態に切り替わり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態を維持する。
このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａ，３ｂは、両方ともオフ状態になる。このとき、図４（Ｂ）で破線矢印で示すように、半導体モジュール２ｂに内蔵された還流用ダイオード４ｂを介してモータ２０から還流電流が出力電流Ｉｕとしてモータ２０に流れる。この還流電流は、モータ２０に充電されていた電荷の放電に基づく電流であるため、図３（Ｅ）に示すように、出力電流Ｉｕは正の値は維持しつつ徐々に低下する。また、モードＭＤ２では、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオフ状態となるため、図３（Ｇ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）は、０〔Ａ〕まで減少する。

【0032】

一方、図３（Ｉ）及び図４（Ｂ）に示すように、還流電流は、還流用ダイオード４ｂを介してＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓからドレイン端子Ｄに向かって流れる負の電流である。このため、電流値検出回路１１は、電流検出器１０で検知されるドレイン電流Ｉｄ（ｂ）に基づいてドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値を負の値（Ｉｄ（ｂ）＜０〔Ａ〕）として検出し、検出結果を極性判別回路１２に出力する。
極性判別回路１２は、ドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値が負の値であってドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の極性が負方向であると判別し、判別信号Ｓ１が図３（Ｊ）に示すように、時点ｔ２でハイレベルからローレベルは反転する。この判定信号Ｓ１がオフ抵抗値選択回路１３の遅延回路１４に供給されるので、この遅延回路１４では、判別信号Ｓ１をＭＯＳＦＥＴ３ｂのターンオン時におけるスイッチング時間以上の遅延時間Ｔａだけ遅延させて、図３（Ｋ）に示すように、時点ｔ２′でオン状態からオフ状態に反転する遅延信号Ｓ２を出力する。

【0033】

この遅延信号Ｓ２がオフ抵抗値切換回路１５のスイッチ素子１６のベースに入力されるので、このスイッチ素子１６が時点ｔ２′でオン状態からオフ状態に移行し、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値が第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）のみの通常動作時の抵抗値より大きな抵抗値となる。
このとき、ローサイドアーム側のゲート駆動装置１ｂに供給される制御信号ＣＳ（ｂ）は、図３（Ｂ）に示すように、ローレベルを維持しており、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態を維持している定常状態であるので、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値が通常動作時の抵抗値からこれより大きい抵抗値に切り換わってもインバータ動作には影響を与えることがない。

【0034】

その後、時点ｔ３でインバータ５０の一相分の整流動作がモードＭＤ２からモードＭＤ３に切り替わる。モードＭＤ３は、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオフ状態からオン状態に切り替わり、還流電流がＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂに並列に流れるモードである。
モードＭＤ３では、インターフェイス回路５に入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が図３（Ｂ）に示すように、ローレベルからハイレベルに反転し、第１スイッチ素子７をオン状態にするためのオン信号としてインターフェイス回路５からゲート駆動回路６に入力される。

【0035】

これにより、モードＭＤ３では、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオン状態となって、還流電流は並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂに流れる。このため、モードＭＤ３における半導体モジュール２ｂは、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのオン抵抗と還流用ダイオード４ｂのオン抵抗が並列に接続されることになり、還流電流が還流用ダイオード４ｂのみを流れるモードＭＤ２と比較して低抵抗となる。なお、モードＭＤ３では、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオフ状態を維持する。

【0036】

このモードＭＤ３では、時点ｔ３でインターフェイス回路５に入力する制御信号ＣＳ（ｂ）が図３（Ｂ）に示すように、ハイレベルとなって、第１スイッチ素子７をオン状態とするオン信号に切り替わる。
また、このオン信号は、第２スイッチ素子８をオフ状態とするためのオフ信号となる。これにより、第２スイッチ素子８はオフ状態に切り替わる。
ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート端子Ｇに電源電圧Ｐ１が印加され、ソース端子Ｓに基準電位Ｍが印加されるので、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は電源電圧Ｐ１となる。これにより、図３（Ｄ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）には順バイアス電圧が出力されるので、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態からオン状態に切り替わる。

【0037】

したがって、図４（Ｃ）に示すように、還流電流は、ＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂを介してＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓからドレイン端子Ｄに向かって流れる。
なお、図４（Ｃ）では、還流電流は破線矢印によって図示されている。このため、モードＭＤ３においても、電流値検出回路１１は、電流検出器１０で検知されるドレイン電流Ｉｄ（ｂ）に基づいてドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値を負の値（Ｉｄ（ｂ）＜０〔Ａ〕）として検出し、検出結果を極性判別回路１２に出力する。

【0038】

極性判別回路１２は、ドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値が負の値であってドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の極性が負方向であることを判別し、引き続きローレベルの判定信号Ｓ１を判別結果としてオフ抵抗値選択回路１３の遅延回路１４に出力する。
このモードＭＤ３では、判定信号Ｓ１が反転しないので、遅延回路１４から出力される遅延信号Ｓ２も、図３（Ｋ）に示すように、ローレベルを維持し、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値は第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）のみによる通常動作時より高い抵抗値を維持する。
モードＭＤ３における還流電流は、モードＭＤ２の場合と同様に、モータ２０に充電されていた電荷の放電に基づく電流であるため、図３（Ｉ）に示すように、還流電流の電流値は徐々に０（Ａ）に近付く。これに伴い、図３（Ｅ）に示すように、出力電流Ｉｕは正の値を維持しつつ徐々に低下する。

【0039】

その後、時点ｔ４でモードＭＤ３からモードＭＤ４に切り替わる。モードＭＤ４は、前述したモードＭＤ２と同様に、ＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂが同時にオン状態になってＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂ間に貫通電流が流れるのを防止するデッドタイムを形成するために、ＭＯＳＦＥＴ３ｂをオン状態からオフ状態に切り替えて、ＭＯＳＦＥＴ３ａ，３ｂを両方ともオフ状態にするモードである。
モードＭＤ４の動作では、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ａ）及びＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は、図３（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、負電圧Ｖｅｅと同電圧となる。このため、図４（Ｄ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオン状態からオフ状態に切り替わり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態を維持する。

【0040】

このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａ，３ｂは、両方ともオフ状態になる。このとき、図４（Ｄ）で破線矢印で示すように、半導体モジュール２ｂに内蔵された還流用ダイオード４ｂを介してモータ２０から還流電流が出力電流Ｉｕとしてモータ２０に流れる。この還流電流は、モータ２０に充電されていた電荷の放電に基づく電流であるため、図３（Ｅ）に示すように、出力電流Ｉｕは正の値は維持しつつ徐々に低下する。また、モードＭＤ４では、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオフ状態となるため、図３（Ｇ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）は、０〔Ａ〕を維持する。

【0041】

一方、図３（Ｉ）及び図４（Ｄ）に示すように、還流電流は、還流用ダイオード４ｂを介してＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓからドレイン端子Ｄに向かって流れる負の電流である。このため、電流値検出回路１１は、電流検出器１０で検知されるドレイン電流Ｉｄ（ｂ）に基づいてドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値を負の値（Ｉｄ（ｂ）＜０〔Ａ〕）として検出し、これを検出結果として極性判別回路１２に出力する。

【0042】

極性判別回路１２は、ドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の電流値が負の値であってドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の極性が負方向であると判別し、判別信号Ｓ１が図３（Ｊ）に示すように、ローレベルを維持する。この判定信号Ｓ１がオフ抵抗値選択回路１３の遅延回路１４に供給されるので、この遅延回路１４では、判別信号Ｓ１をＭＯＳＦＥＴ３ｂのターンオン時におけるスイッチング時間以上の遅延時間Ｔａだけ遅延させるが、判定信号Ｓ１がローレベルを維持するので、図３（Ｋ）に示すように、ローレベルを維持する。

【0043】

この遅延信号Ｓ２がオフ抵抗値切換回路１５のスイッチ素子１６のベースに入力されるので、このスイッチ素子１６がオフ状態を継続し、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値が第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）のみの通常動作時の抵抗値より大きな抵抗値を維持する。
その後、時点ｔ５でモードＭＤ４からモードＭＤ１に切り替わる。このモードＭＤ１では、前述したようにハイサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ａがオン状態となり、ローサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ｂがオフ状態を維持する。

【0044】

このモードＭＤ１では、ハイサイドアーム側のゲート駆動装置１ａに入力される制御信号ＣＳ（ａ）が図３（Ａ）に示すように、ローレベルからハイレベルに反転し、ローサイドアーム側のゲート駆動装置１ｂに入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が図３（Ｂ）に示すように、ローレベルを維持する。
このため、ハイサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ａがオフ状態からオン状態に切り換わり、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ａ）が図３（Ｆ）に示すように、電源電圧Ｐ１から“０”に低下し、ドレイン電流Ｉｄ（ａ）は図３（Ｇ）に示すように、“０”から正方向に増加する。

【0045】

一方、ローサイドアーム側のアーム部では、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオフ状態を継続しているが、ハイサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオンすることにより、ドレイン電流Ｉｄ（ａ）が図３（Ｇ）に示すように急峻に増加するので、ＭＯＳＦＥＴ３ｂに高ｄｖ／ｄｔが発生し、高ｄｖ／ｄｔによる電流がＭＯＳＦＥＴ３ｂの図２で点線図示の帰還容量Ｃｒｓｓを通じてゲート側に流れてゲート電圧Ｖｇｓ（ｂ）が変動させようとする。

【0046】

しかしながら、本実施形態では、時点ｔ５でモードＭＤ４からモードＭＤ１に切り換わったときに、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのドレイン電流Ｉｄ（ｂ）が図３（Ｉ）に示すように、負の値から“０”を超えて正値となる。このドレイン電流Ｉｄ（ｂ）が電流検出器１０で検知されて電流値検出回路１１で検出されるので、極性判別回路１２の判別信号Ｓ１が図３（Ｊ）に示すようにローレベルからハイレベルに反転し、この判別信号Ｓ１が判別結果としてオフ抵抗値選択回路１３の遅延回路１４に供給される。

【0047】

この遅延回路１４では、判別信号Ｓ１をＭＯＳＦＥＴ３ｂのターンオン時のスイッチング時間以上となる遅延時間Ｔａだけ遅延させるので、遅延信号Ｓ２は、図３（Ｋ）に示すように、判別信号Ｓ１がオン状態に反転してから遅延時間Ｔａだけ遅れた時点ｔ５′でローレベルからハイレベルに反転する。
したがって、時点ｔ５でモードＭＤ１となってから時点ｔ５′までは遅延信号Ｓ２がローレベルを維持するので、オフ抵抗値切換回路１５のスイッチ素子１６はオフ状態を継続し、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値は通常動作時より高い抵抗値に維持される。

【0048】

このため、前述したように、時点ｔ５でモードＭＤ４からモードＭＤ１に切り換わってハイサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオン状態となったときに、ローサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ｂに高ｄｖ／ｄｔが発生して、帰還容量Ｃｒｓｓを介してゲート側に電流が流れようとする。しかしながら、この時点ｔ５では、ローサイドアーム側のゲート駆動装置１ｂに入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が、図３（Ｂ）に示すように、ハイレベルからローレベルに切り換わる。このため、ゲート駆動回路６の第２スイッチ素子８がオン状態となっており、オフ抵抗値切換回路１５が通常動作時より高い抵抗値となっているので、帰還容量Ｃｒｓｓを介してゲート側に流れようとする電流がオフ抵抗値切換回路１５の高抵抗値によって抑制される。このため、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート電圧Ｖｇ（ｂ）は、図３（Ｄ）に示すように、僅かに増加するが、閾値電圧Ｖｇｓ（ｔｈ）に達することは防止される。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオンするモード１でＭＯＳＦＥＴ３ｂが誤点弧して短絡電流が流れることを確実に阻止することができ、電力損失の増加を抑制できるとともに、素子破壊に至ることを確実に防止することができる。

【0049】

因みに、比較例としての従来の半導体素子のゲート駆動装置について図１及び図４を参照しつつ図５及び図６を用いて説明する。なお、従来のインバータは、ゲート駆動装置の構成が異なる点を除いて、本実施形態におけるインバータ５０と同様の構成を有しているため、以下、図１に示すインバータ５０の参照符号を用いつつ説明する。
図５に示すように、従来のゲート駆動装置１０１は、電流検出器１０、電流値検出回路１１、極性判別回路１２、オフ抵抗値選択回路１３を有さず、１つのオフ抵抗Ｒｇ（ｏｆｆ）を有する点を除いて、ゲート駆動装置１ｂと同様の構成を有している。ゲート駆動装置１０１は、電源電圧Ｐ１が入力する第１スイッチ素子１０７と、第１スイッチ素子１０７に接続された第２スイッチ素子１０８と、第１及び第２スイッチ素子１０７，１０８のスイッチング動作を制御する制御信号が入力するインターフェイス回路１０５とを有している。

【0050】

第１スイッチ素子１０７は、例えばＮＰＮバイポーラトランジスタで構成され、第２スイッチ素子１０８は、例えばＰＮＰバイポーラトランジスタで構成されている。第１スイッチ素子１０７のコレクタ端子Ｃは、電源電圧Ｐ１が入力する端子に接続されている。第１スイッチ素子１０７のエミッタ端子Ｅは、第２スイッチ素子１０８のエミッタ端子Ｅに接続されている。第１スイッチ素子１０７のベース端子Ｂは、第２スイッチ素子１０８のベース端子Ｂ及びインターフェイス回路１０５の出力端子に接続されている。

【0051】

第２スイッチ素子１０８のコレクタ端子Ｃは、通常動作時の比較的小さい抵抗値に設定されたオフ抵抗Ｒｇ（ｏｆｆ）を通じて接地電位Ｖｅｅに接地されている。
ゲート駆動装置１０１は、第１及び第２スイッチ素子１０７，１０８の接続点が直接ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートに接続されている。また、ゲート駆動装置１０１において、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓ及び還流用ダイオード４ｂの陽極は基準電位Ｍが入力する端子に接続されている。

【0052】

次に、従来のインバータの一相分（例えばＵ相アーム）について、ゲート駆動装置１０１を適用し、電圧駆動型半導体素子のスイッチング速度が比較的遅い場合の動作について説明する。従来のインバータの一相分の整流動作は、本実施形態におけるインバータ５０と同様に、モードＭＤ１、モードＭＤ２、モードＭＤ３及びモード４の４つの動作に区分される。
時点ｔ１１〜時点ｔ１２間のモードＭＤ１の動作では、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ａ）がハイレベルとなり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ｂ）がローレベルとなる。

【0053】

このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ａ）は、図６（Ｃ）に示すように、電源電圧Ｐ１と同電圧となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は、図６（Ｄ）に示すように、負電位の接地電圧Ｖｅｅと同電圧となる。このため、図４（Ａ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）が出力電流Ｉｕとしてモータ２０（図１参照）のＵ相コイルに流れる。このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）が図６（Ｆ）に示すように増加するとともに、出力電流Ｉｕは図６（Ｅ）に示すように徐々に増加する。また、出力電流Ｉｕは正の値となる。

【0054】

モードＭＤ１では、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が図６（Ｂ）に示すようにローレベルとなるので、第１スイッチ素子１０７はオフ状態となり、第２スイッチ素子１０８はオン状態となる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート端子Ｇには、負電位の接地電圧Ｖｅｅが印加される。ＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓには基準電位Ｍ（例えば０（Ｖ））が印加されているため、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は図６（Ｄ）に示すように負電位の接地電圧Ｖｅｅとなる。このため、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）に順バイアス電圧が出力されず、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態を維持する。

【0055】

その後、時点ｔ１２でインバータの一相分の整流動作がモードＭＤ１からモードＭＤ２に切り替わる。モードＭＤ２は、ＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂが同時にオン状態になってＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂ間に貫通電流が流れるのを防止するデッドタイムを形成するために、ＭＯＳＦＥＴ３ａをオン状態からオフ状態に切り替えてＭＯＳＦＥＴ３ａ，３ｂを両方ともオフ状態にするモードである。このとき、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ａ）は図６（Ａ）に示すようにハイレベルからローレベルに切換えられ、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳｂは図６（Ｂ）に示すようにローレベルを維持する。

【0056】

モードＭＤ２の動作では、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ａ）及びＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は、図６（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、負電位の接地電圧Ｖｅｅと同電圧となる。このため、図４（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオン状態からオフ状態に切り替わり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態を維持する。このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａ，３ｂは、両方ともオフ状態になる。

【0057】

このとき、図４（Ｂ）において破線矢印で示すように、半導体モジュール２ｂに内蔵された還流用ダイオード４ｂを介してモータ２０から還流電流が出力電流Ｉｕとしてモータ２０に流れる。この還流電流は、モータ２０のコイルに充電されていた電荷の放電に基づく電流であるため、図６（Ｇ）に示すように、還流電流の電流値Ｉｄ（ｂ）は徐々に０（Ａ）に近付く。これに伴い、図６（Ｅ）に示すように、出力電流Ｉｕの電流値は徐々に低下する。また、モードＭＤ２では、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオフ状態となるため、図６（Ｆ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）は０（Ａ）となる。

【0058】

モードＭＤ２では、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が図６（Ｂ）に示すようにローレベルであるので、第１スイッチ素子１０７はオフ状態となり、第２スイッチ素子１０８はオン状態となるので、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート端子Ｇには、負電位の接地電圧Ｖｅｅが印加される。
ＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓには基準電位Ｍ（例えば０（Ｖ））が印加されているため、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）に順バイアス電圧は出力されず、ＭＯＳＦＥＴ３ｂは、モードＭＤ１からモードＭＤ２を通してオフ状態を維持する。モードＭＤ２における還流電流は、モータ２０に充電されていた電荷の放電に基づく電流であるため、図６（Ｅ）に示すように、出力電流Ｉｕは正の値を維持しつつ徐々に低下する。

【0059】

インバータ５０の一相分の整流動作が時点ｔ１３でモードＭＤ２からモードＭＤ３に切り替わる。モードＭＤ３は、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオフ状態からオン状態に切り替わり、還流電流がＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂに並列に流れるモードである。
このモードＭＤ３では、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ａ）が図６（Ａ）に示すようにローレベルを維持し、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ｂ）が図６（Ｂ）に示すようにローレベルからハイレベルに切換わる。
したがって、モードＭＤ３では、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオン状態となって、還流電流が並列接続されたＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂに流れる。このため、モードＭＤ３における半導体モジュール２ｂは、還流電流が還流用ダイオード４ｂのみを流れるモードＭＤ２と比較して低抵抗となる。なお、モードＭＤ３では、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオフ状態を維持する。

【0060】

すなわち、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１の第１スイッチ素子１０７がオン状態となり、第２スイッチ素子１０８はオフ状態となるので、図６（Ｄ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート端子Ｇには、電源電圧Ｐ１が印加される。また、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓには基準電位Ｍ（例えば０（Ｖ））が印加されている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）に順バイアス電圧が出力されるので、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態からオン状態に切り替わる。

【0061】

したがって、図６（Ｇ）及び図４（Ｃ）に示すように、還流電流は、ＭＯＳＦＥＴ３ｂ及び還流用ダイオード４ｂを介してＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓからドレイン端子Ｄに向かって流れる。
インバータ５０の一相分の整流動作が時点ｔ１４でモードＭＤ３からモードＭＤ４に切り替わる。モードＭＤ４は、モードＭＤ２と同様にＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂをともにオフ状態としてデッドタイムを形成し、還流電流が還流用ダイオード４ｂのみを通って流れるモードである。

【0062】

このモードＭＤ４では、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ａ）が図６（Ａ）に示すようにローレベルを維持し、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳｂが図６（Ｂ）に示すようにハイレベルからローレベルに切換わる。
したがって、モードＭＤ４では、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオフ状態となって、還流電流が還流用ダイオード４ｂのみを通って流れる。なお、モードＭＤ４では、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオフ状態を維持する。

【0063】

すなわち、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１の第１スイッチ素子１０７がオフ状態となり、第２スイッチ素子１０８はオン状態となるので、図６（Ｄ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート端子Ｇには、負電位の接地電圧Ｖｅｅが印加される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオン状態からオフ状態に切り替わる。
したがって、図６（Ｇ）及び図４（Ｄ）に示すように、還流電流は、還流用ダイオード４ｂのみを介してＭＯＳＦＥＴ３ｂのソース端子Ｓからドレイン端子Ｄに向かって流れる。

【0064】

インバータ５０の一相分の整流動作が時点ｔ１５でモードＭＤ４からモードＭＤ１に切り替わる。モードＭＤ１は、前述したようにＭＯＳＦＥＴ３ａをオン状態と、ＭＯＳＦＥＴ３ｂをオフ状態とするモードである。
このモードＭＤ１では、図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ａ）がハイレベルとなり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１０１に入力される制御信号ＣＳ（ｂ）がローレベルとなる。

【0065】

このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ａ）は、図６（Ｃ）に示すように、電源電圧Ｐ１と同電圧となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートソース間電圧Ｖｇｓ（ｂ）は、図６（Ｄ）に示すように、負電位の接地電圧Ｖｅｅと同電圧となる。このため、図４（Ａ）に示すように、ＭＯＳＦＥＴ３ａはオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂはオフ状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）が出力電流Ｉｕとしてモータ２０（図１参照）のＵ相コイルに流れる。

【0066】

このとき、ＭＯＳＦＥＴ３ａのスイッチング速度が遅いため、ドレイン電流Ｉｄ（ａ）が図６（Ｆ）に示すように比較的緩やかに増加するとともに、出力電流Ｉｕは図６（Ｅ）に示すように徐々に増加する。また、出力電流Ｉｕは正の値となる。
ＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオンしたときのドレイン電流Ｉｄ（ａ）の増加が比較的緩やかであるので、還流用ダイオード４ｂを流れる還流電流によるドレイン電流Ｉｄ（ｂ）が図６（Ｉ）に示すように比較的緩やかに減少して“０”を超えて正値側となる。

【0067】

そして、ＭＯＳＦＥＴ３ａのドレイン電流Ｉｄ（ａ）が所定値まで上昇すると、ドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ａ）が緩やかに減少を開始し、逆にＭＯＳＦＥＴ３ｂのドレイン−ソース間電圧Ｖｄｓ（ｂ）が緩やかに増加を開始する。
このため、ＭＯＳＦＥＴ３ｂに発生するｄｖ／ｄｔは小さなものとなり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂの帰還容量Ｃｒｓｓを通じてゲートＧに流れる電流も少なくなり、ゲート電圧Ｖｇｓ（ｂ）は図６（Ｄ）に示すように略接地電圧Ｖｅｅを維持する。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３ｂが誤点弧されることはない。

【0068】

しかしながら、上記図５の従来例において、インバータ５０を構成する電圧駆動型半導体素子として、炭化珪素、窒化ガリウム及びダイアモンド等を主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子を適用した場合には、シリコンを主材料とするＭＯＳＦＥＴに比較してスイッチング速度が格段に速くなる。
このため、図７に示すように、モードＭＤ４からモードＭＤ１に切り換わる時点ｔ１５で、半導体スイッチング素子Ｑ２がオフ状態にあって、還流用ダイオードＤｂに還流電流が流れている状態で、ＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオンすると、ＭＯＳＦＥＴ３ｂに高ｄｖ／ｄｔが発生する。

【0069】

このとき、モードＭＤ１では、ローサイドアーム側のＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１ｂで第２スイッチ素子１０８がオン状態となり、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートが第２スイッチ素子１０８及び通常動作時の比較的小さい抵抗値のオフ抵抗Ｒｇ（ｏｆｆ）を通じて接地されている。
したがって、高ｄｖ／ｄｔによる電流がＭＯＳＦＥＴ３ｂの帰還容量Ｃｒｓｓを通じてゲート側に流れることを阻止することはできず、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート電圧Ｖｇｓ（ｂ）が、図７（Ｄ）に示すように、閾値電圧Ｖｇｓ（ｔｈ）以上となって、ＭＯＳＦＥＴ３ｂが誤点弧（セルフターンオン）されてしまう。

【0070】

このようにＭＯＳＦＥＴ３ｂが誤点弧されると、ＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオンしてドレイン電流が図７（Ｇ）に示すように急峻に増加しているので、ＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂに短絡電流が流れる。この短絡電流により電力損失が増加し、場合によっては素子破壊に至る可能がある。
しかしながら、本実施形態では、前述したように、モードＭＤ４からモードＭＤ１に切り換わったときに、ローサイドアーム側のゲート駆動装置１ｂの極性判別回路１２でドレイン電流Ｉｄ（ｂ）の極性が正極性となって、判別信号Ｓ１がローレベルからハイレベルに反転したときに、遅延回路１４によって判別信号Ｓ１をＭＯＳＦＥＴ３ｂのスイッチング時間以上の遅延時間Ｔａ分遅らせるので、この間オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値を通常動作時の抵抗値より高い抵抗値に保持することができる。このため、高ｄｖ／ｄｔによる電流が帰還容量Ｃｒｓｓを介してゲートＧに流れることを抑制することができる。したがって、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート電圧Ｖｇｓ（ｂ）の変動を抑制してＭＯＳＦＥＴ３ｂの誤点弧を確実に防止することができる。

【0071】

しかも、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値切換えのタイミングすなわち通常動作時の抵抗値から高抵抗値への切換時及びその逆への切換時がＭＯＳＦＥＴ３ｂのスイッチング動作と重なることがない定常状態で行われるので、インバータ動作への影響を確実に防止することができる。
なお、ＭＯＳＦＥＴの誤点弧は、インバータ５０の出力電圧が負の場合に、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがターンオンする際にＭＯＳＦＥＴ３ａで発生し、この場合でも、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１ａがＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１ｂと同じ構成を有するので、極性判別回路１２の判別信号Ｓ１を遅延回路１４でＭＯＳＦＥＴ３ａのスイッチング時間Ｔ２以上に設定された遅延時間Ｔ２分遅らせることにより、ＭＯＳＦＥＴ３ａの誤点弧を防止することができる。

【0072】

次に、本発明に係る半導体素子の駆動装置の第２の実施形態について図８を用いて説明する。この第２の実施形態でも、半導体素子として電圧駆動型半導体素子を例にとり、半導体素子の駆動装置として半導体素子のゲート駆動装置を例にとって説明する。
この第２の実施形態では、ゲート駆動装置１ｂが、図９に示すように、構成されている。すなわち、図８に示すゲート駆動装置１ｂは、前述した第１の実施形態におけるオフ抵抗値選択回路１３がゲート駆動回路６の第２スイッチ素子８及び接地間に代えてゲート駆動回路６の第１スイッチ素子７及び第２スイッチ素子の接続点とＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートとの間に接続され、さらにオン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）も接続点及びＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート間に接続されていることを除いては前述した第１の実施形態と同様の構成を有し、図２との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。

【0073】

この第２実施形態では、ゲート駆動装置１ｂは、図８に示すように、オン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）の一端がゲート駆動回路６の第１スイッチ素子７及び第２スイッチ素子８の接続点に接続され、他端がダイオード２１のアノードに接続され、ダイオード２１のカソードがＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートＧに接続されている。
また、オフ抵抗値切換回路１５の第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）とスイッチ素子１６のコレクタとの接続点がダイオード２２のカソードに接続され、ダイオード２２のアノードがダイオード２１とＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートとの間に接続され、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）及び第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）の接続点がオン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）と第１スイッチ素子７及び第２スイッチ素子８の接続点との間に接続されている。

【0074】

すなわち、オン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）とダイオード２１の直列回路とオフ抵抗値切換回路１５及びダイオード２２の直列回路とが並列に接続されている。
そして、オフ抵抗値切換回路１５のスイッチ素子１６のベースに遅延回路１４が接続されている。
この第２の実施形態によると、ＭＯＳＦＥＴ３ｂをターンオンさせる際には、制御信号ＣＳ（ｂ）をローレベルからハイレベルに反転させてゲート駆動回路６の第１スイッチ素子７をオン状態とし、第２スイッチ素子８をオフ状態とする。これにより、電源電圧Ｐ１が第１スイッチ素子７、オン抵抗Ｒｇ（ｏｎ）、ダイオード２１を介してＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートに供給されることにより、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがターンオンされる。

【0075】

このＭＯＳＦＥＴ３ｂをターンオフさせる際には、制御信号ＣＳ（ｂ）をハイレベルからローレベルに反転させてゲート駆動回路６の第１スイッチ素子７をオフ状態とし、第２スイッチ素子８をオン状態とする。これにより、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲートＧをダイオード２２、オフ抵抗値切換回路１５及び第２スイッチ素子８を介して接地に接続し、ゲートに蓄積された電荷を接地に放電することによりターンオフさせる。

【0076】

この第２の実施形態でも、オフ抵抗値切換回路１５のスイッチ素子１６が遅延回路１４の遅延信号Ｓ２によってオン・オフ制御される。したがって、前述した第１の実施形態と同様に、極性判別回路１２から出力される判別信号Ｓ１が図３（Ｊ）に示すように時点ｔ２でモードＭＤ１からモードＭＤ２への切換タイミングでハイレベルからローレベルに反転し、その後時点ｔ５でモードＭＤ４からモードＭＤ１への切換タイミングでローレベルからハイレベルに反転する。

【0077】

この判別信号Ｓ１が遅延回路１４によってＭＯＳＦＥＴ３ｂのスイッチング時間以上に設定された遅延時間Ｔａだけ遅延されることにより、遅延信号Ｓ２が、図３（Ｋ）に示すように、時点ｔ１から時点ｔ２′までの間でハイレベルとなり、オフ切換回路１５の抵抗値が通常作動時の比較的小さい抵抗値に設定され、時点ｔ２′から時点ｔ５′までの間でローレベルとなり、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値が通常作動時の抵抗値より大きな抵抗値に設定され、時点ｔ５′以降でハイレベルとなり、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値が通常作動時の抵抗値に復帰される。

【0078】

したがって、第１の実施形態と同様に、モードＭＤ４からモードＭＤ１に切り換わる時点ｔ５でオフ抵抗値切換回路１５の抵抗値を通常作動時の抵抗値より大きな抵抗値とすることができる。このため、ＭＯＳＦＥＴ３ａ及びＭＯＳＦＥＴ３ｂをともにスイッチング速度が速い炭化珪素、窒化ガリウム及びダイアモンドの少なくとも１つを主材料とするワイドバンドギャップ半導体素子とした場合であっても、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがオフ状態であって、還流用ダイオード４ｂを通じて負荷となるモータ２０からの還流電流が流れている状態で、時点ｔ５でＭＯＳＦＥＴ３ａがターンオンされたときに、ＭＯＳＦＥＴ３ｂに高ｄｖ／ｄｔが発生して、この高ｄｖ／ｄｔによる電流が帰還容量Ｃｒｓｓを通じてゲートＧに流れようとしたときに、オフ抵抗値切換回路１５の抵抗値が通常動作時の抵抗値より大きい抵抗値に切換えられているので、高ｄｖ／ｄｔによる電流がオフ抵抗値切換回路１５によって抑制されることになる。

【0079】

したがって、ＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート電圧Ｖｇｓ（ａ）が、図３（Ｄ）に示すように、僅かに増加するだけで済み、閾値電圧Ｖｇｓ（ｔｈ）に達することを確実に阻止することができるので、ＭＯＳＦＥＴ３ａの電力損失の低下を抑制するとともに、誤点弧を確実に防止することができる。
この第２の実施形態でも、インバータ５０の出力電圧が負の場合に、ＭＯＳＦＥＴ３ｂがターンオンする際にＭＯＳＦＥＴ３ａで発生する誤点弧についても、ＭＯＳＦＥＴ３ａのゲート駆動装置１ａがＭＯＳＦＥＴ３ｂのゲート駆動装置１ｂと同じ構成を有するので、極性判別回路１２の判別信号Ｓ１を遅延回路１４でＭＯＳＦＥＴ３ａのスイッチング時間Ｔ２以上に設定された遅延時間Ｔ２分遅らせることにより、ＭＯＳＦＥＴ３ａの誤点弧を防止することができる。

【0080】

なお、上記実施形態においては、オフ抵抗値切換回路を、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と、この第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と並列に第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）及びスイッチ素子１６の直列回路と接続して構成する場合について説明した。しかしながら、本願発明は上記構成に限定されるものではなく、図９に示すように、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と、第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）とを直列に接続し、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）及び第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）の何れか一方と並列に例えばＰＮＰ型バイポーラトランジスタで構成されるスイッチ素子１６を接続し、このスイッチ素子１６を遅延信号Ｓ２でオン・オフ制御するようにしてもよい。この場合も、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）と第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）との直列抵抗による通常動作時の抵抗値よる高い抵抗値と、第１オフ抵抗Ｒｇ１（ｏｆｆ）又は第２オフ抵抗Ｒｇ２（ｏｆｆ）の何れかの抵抗値による通常動作時の抵抗値とを選択することができ、上記各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

【0081】

また、上記各実施形態においては、電圧駆動型半導体素子としてＭＯＳＦＥＴを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）やその他の電圧駆動型半導体素子を適用することができる。
また、抵抗値選択部としては、遅延回路を適用する場合に限らず、極性判別回路１２の判別信号Ｓ１と制御信号ＳＣ（ｂ）の立ち下がり時点とに基づいてモードＭＤ４からモードＭＤ１に切り換わるタイミングを含むパルス幅のパルスを形成してオフ抵抗値を通常動作時の抵抗値より高い抵抗値に切換えるようにしてもよい。

【0082】

さらに、各種スイッチ素子はバイポーラトランジスタで構成する場合に代えて電界効果トランジスタで構成するようにしてもよく、また、ＮＰＮバイポーラトランジスタ及びＰＮＰバイポーラトランジスタをそれぞれＰＮＰバイポーラトランジスタ及びＮＰＮバイポーラトランジスタに置換することもできる。この場合には、ベースに供給する制御信号をハイレベルからローレベルに、ローレベルからハイレベルに反転するようすればよい。

【0083】

本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

【符号の説明】

【0084】

１，１ａ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ ゲート駆動装置
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆ 半導体モジュール
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆ ＭＯＳＦＥＴ
４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ，４ｅ，４ｆ 還流用ダイオード
５ インターフェイス回路
６ ゲート駆動回路
７ 第１スイッチ素子
８ 第２スイッチ素子
１０ 電流検出器
１１ 電流値検出回路
１２ 極性判別回路
１３ オフ抵抗値選択回路
１４ 遅延回路
１５ オフ抵抗値切換回路
１６ スイッチ素子
２０ モータ
２１，２２ ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】