特開 2024-120439 遅延回路、駆動装置、半導体装置および遅延方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024120439

(43)【公開日】2024-09-05

(54)【発明の名称】遅延回路、駆動装置、半導体装置および遅延方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20240829BHJP

   H03K 17/16 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

H02M1/08 A

H03K17/16 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023027239

(22)【出願日】2023-02-24

(71)【出願人】

【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】110000877

【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】浅野 大造

【テーマコード（参考）】

5H740

5J055

【Ｆターム（参考）】

5H740BA11

5H740BC01

5H740BC02

5H740HH05

5H740JA01

5H740JB01

5H740KK01

5H740MM08

5J055AX25

5J055BX16

5J055DX09

5J055EX07

5J055EY01

5J055EY12

5J055EY21

5J055EZ09

5J055EZ50

5J055FX06

5J055FX13

5J055FX33

5J055GX01

5J055GX02

5J055GX04

(57)【要約】

【課題】駆動電流を変更すると、スイッチング期間が変動してしまい、所望の動作波形を得られない場合がある。また、駆動電流を変更しない場合であっても、半導体素子の動作特性に個体ごとのバラつきがあると、個体ごとのスイッチング期間にバラつきが生じてしまい、やはり所望の動作波形を得られない場合がある。
【解決手段】制御信号を遅延させて半導体素子のゲート駆動回路に出力する遅延回路であって、前記制御信号の変化タイミングと、前記ゲート駆動回路から前記半導体素子のゲートに供給される駆動信号の変化タイミングとのタイムラグを、予め定められた基準時間に近づけるように前記制御信号を遅延させる遅延部を備える遅延回路が提供される。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

制御信号を遅延させて半導体素子のゲート駆動回路に出力する遅延回路であって、
前記制御信号の変化タイミングと、前記ゲート駆動回路から前記半導体素子のゲートに供給される駆動信号の変化タイミングとのタイムラグを、予め定められた基準時間に近づけるように前記制御信号を遅延させる遅延部を備える遅延回路。

【請求項2】

前記基準時間と、前記タイムラグとの差分を算出する差分算出部と、
前記制御信号を遅延させる遅延時間を、前記差分に基づいて決定する遅延時間決定部と、
をさらに備え、
前記遅延部は、前記制御信号を前記遅延時間だけ遅延させる、請求項１に記載の遅延回路。

【請求項3】

前記遅延時間決定部は、決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分に応じた値を引いて、新たな前記遅延時間を決定する、請求項２に記載の遅延回路。

【請求項4】

前記遅延時間決定部は、決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分を引いて、新たな前記遅延時間を決定する、請求項３に記載の遅延回路。

【請求項5】

前記遅延時間決定部は、決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分を１より大きい固定値で除算した時間を引いて、新たな前記遅延時間を決定する、請求項３に記載の遅延回路。

【請求項6】

前記遅延時間決定部は、
前記差分が正であることに応じて、決定済みの前記遅延時間を固定時間だけ減らし、
前記差分が負であることに応じて、決定済みの前記遅延時間を固定時間だけ増やす、請求項２に記載の遅延回路。

【請求項7】

前記遅延部は、
前記半導体素子をターンオンするための前記制御信号の変化タイミングを検出する第１検出部と、
前記半導体素子のターンオン期間における前記駆動信号の変化タイミングを検出する第２検出部と、
を有し、
前記半導体素子をターンオンするための前記制御信号の変化タイミングを遅延させる、請求項１に記載の遅延回路。

【請求項8】

請求項１～７の何れか一項に記載の遅延回路と、
前記遅延回路により遅延された制御信号に基づいて半導体素子のゲートを駆動するゲート駆動回路と、
を備える駆動装置。

【請求項9】

請求項８に記載の駆動装置と、
前記駆動装置の前記ゲート駆動回路により駆動される半導体素子と、
を備える半導体装置。

【請求項10】

制御信号を遅延させて半導体素子のゲート駆動回路に出力する遅延方法であって、
前記制御信号の変化タイミングと、前記ゲート駆動回路から前記半導体素子のゲートに供給される駆動信号の変化タイミングとのタイムラグを、予め定められた基準時間に近づけるように前記制御信号を遅延させる遅延段階を備える遅延方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遅延回路、駆動装置、半導体装置および遅延方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体素子を駆動する電流の大きさを変更することにより、スイッチングにおけるノイズや損失を抑える技術が提案されている（例えば、特許文献１～４参照）。
特許文献１ 特開２０１３－２１９６３３号公報
特許文献２ 特開２０１９－１１０６７７号公報
特許文献３ 特開２０２２－１２１２６７号公報
特許文献４ 特開平１０－３３７０３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

しかしながら、駆動電流を変更すると、スイッチング期間が変動してしまい、所望の動作波形を得られない場合がある。また、駆動電流を変更しない場合であっても、半導体素子の動作特性に個体ごとのバラつきがあると、個体ごとのスイッチング期間にバラつきが生じてしまい、やはり所望の動作波形を得られない場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様においては、制御信号を遅延させて半導体素子のゲート駆動回路に出力する遅延回路であって、前記制御信号の変化タイミングと、前記ゲート駆動回路から前記半導体素子のゲートに供給される駆動信号の変化タイミングとのタイムラグを、予め定められた基準時間に近づけるように前記制御信号を遅延させる遅延部を備える遅延回路が提供される。

【0005】

上記の遅延回路においては、前記基準時間と、前記タイムラグとの差分を算出する差分算出部と、前記制御信号を遅延させる遅延時間を、前記差分に基づいて決定する遅延時間決定部と、をさらに備え、前記遅延部は、前記制御信号を前記遅延時間だけ遅延させてよい。

【0006】

上記の遅延回路においては、前記遅延時間決定部は、決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分に応じた値を引いて、新たな前記遅延時間を決定してよい。

【0007】

上記の遅延回路においては、前記遅延時間決定部は、決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分を引いて、新たな前記遅延時間を決定してよい。

【0008】

決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分に応じた値を引いて、新たな前記遅延時間を決定する上記の遅延回路においては、前記遅延時間決定部は、決定済みの前記遅延時間から、前記差分算出部により新たに算出される前記差分を１より大きい固定値で除算した時間を引いて、新たな前記遅延時間を決定してよい。

【0009】

前記遅延部が前記制御信号を前記遅延時間だけ遅延させる上記何れかの遅延回路においては、前記遅延時間決定部は、前記差分が正であることに応じて、決定済みの前記遅延時間を固定時間だけ減らし、前記差分が負であることに応じて、決定済みの前記遅延時間を固定時間だけ増やしてよい。

【0010】

上記何れかの遅延回路においては、前記遅延部は、前記半導体素子をターンオンするための前記制御信号の変化タイミングを検出する第１検出部と、前記半導体素子のターンオン期間における前記駆動信号の変化タイミングを検出する第２検出部と、を有し、前記半導体素子をターンオンするための前記制御信号の変化タイミングを遅延させてよい。

【0011】

本発明の第２の態様においては、上記何れかの遅延回路と、前記遅延回路により遅延された制御信号に基づいて半導体素子のゲートを駆動するゲート駆動回路と、を備える駆動装置が提供される。

【0012】

本発明の第３の態様においては、上記の駆動装置と、前記駆動装置の前記ゲート駆動回路により駆動される半導体素子と、を備える半導体装置が提供される。

【0013】

本発明の第４の態様においては、制御信号を遅延させて半導体素子のゲート駆動回路に出力する遅延方法であって、前記制御信号の変化タイミングと、前記ゲート駆動回路から前記半導体素子のゲートに供給される駆動信号の変化タイミングとのタイムラグを、予め定められた基準時間に近づけるように前記制御信号を遅延させる遅延段階を備える遅延方法が提供される。

【0014】

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第１実施形態に係る半導体装置１を示す。

【図2】半導体装置１におけるＩＧＢＴ２１の動作温度と、ターンオン期間の長さとの関係を示す。

【図3】ターンオン期間のバラつきを示す。

【図4】第２実施形態に係る半導体装置１Ａを示す。

【図5】遅延回路５を示す。

【図6】遅延回路５Ａの動作を示す。

【図7】駆動装置３の動作波形を示す。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

【0017】

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る半導体装置１を示す。半導体装置１は、いわゆるＩＰＭ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｐｏｗｅｒ Ｍｏｄｕｌｅ）１であってよく、例えば産業用ロボットのジョイント、エレベータ、もしくは業務用エアコンに適用される電力変換装置であってよい。半導体装置１は、パワー半導体チップ２と、駆動装置３とを含んで構成される。なお、半導体装置１は電力変換装置のアームごとにパワー半導体チップ２および駆動装置３を含んでよく、本図では一例として、Ｘ相の交流電力を生成するパワー半導体チップ２および駆動装置３を示す。

【0018】

パワー半導体チップ２は、ＩＧＢＴ２１と、ダイオード２２とを有してよい。ＩＧＢＴ２１およびダイオード２２は同一のチップ内に形成されてよい。ＩＧＢＴ２１は、半導体素子の一例であり、駆動装置３における後述のゲート駆動回路３５により駆動される。ＩＧＢＴ２１は、ゲート駆動回路３５からゲートに印加される駆動信号ＶＧＥＸ（本実施形態においては一例としてゲート電圧の信号）に応じてオンし、コレクタからエミッタを通じて負荷（図示せず）に一定の電力を供給してよい。ＩＧＢＴ２１のエミッタは、後述する駆動装置３のグランド線Ｇにも接続されてよい。

【0019】

ダイオード２２は、パワー半導体チップ２内の領域のうち、ＩＧＢＴ２１が形成される領域とは別の領域であって、ＩＧＢＴ２１の温度検出に好適な領域に形成されてよい。ダイオード２２のアノードは電源ＶＣＣに接続されるとともに駆動装置３に接続されてよく、カソードが接地されてよい。本実施形態においては一例として、パワー半導体チップ２には複数の直列なダイオード２２が設けられおり、一端のダイオード２２のアノードが電源ＶＣＣに接続されるとともに駆動装置３に接続され、他端のダイオード２２のカソードが接地される。

【0020】

ダイオード２２の電圧降下はパワー半導体チップ２の温度、ひいてはＩＧＢＴ２１の動作温度によって変動してよい。本実施形態では一例として、ＩＧＢＴ２１の動作温度が低いほどダイオード２２の電圧降下は大きくなってよく、ＩＧＢＴ２１の動作温度が高いほどダイオード２２の電圧降下は小さくなってよい。

【0021】

駆動装置３は、ＩＧＢＴ２１の動作温度に応じてＩＧＢＴ２１を駆動する電流の大きさを変更する。駆動装置３は、温度検出部３１と、スイッチ部３４と、ゲート駆動回路３５と、を有してよい。

【0022】

温度検出部３１は、ダイオード２２の両端電圧（本実施形態においては一例として直列に接続された複数のダイオード２２の両端電圧）を検出してモニタリングすることでＩＧＢＴ２１の動作温度を検出する。温度検出部３１は、第１のコンパレータ３１１と、第２のコンパレータ３１２と、第１のコンパレータ３１１の出力端に接続される第１のフィルタ回路３１３と、第２のコンパレータ３１２の出力端に接続される第２のフィルタ回路３１４と、ラッチ回路３２と、選択回路３３とを備える。

【0023】

第１のコンパレータ３１１は、反転入力端子がダイオード２２のアノードに接続されてよく、非反転入力端子が基準電圧源Ｖｒｅｆ１のプラス端に接続されてよい。基準電圧源Ｖｒｅｆ１のマイナス端は接地されてよい。

【0024】

第２のコンパレータ３１２は、反転入力端子がダイオード２２のアノードに接続されてよく、非反転入力端子が基準電圧源Ｖｒｅｆ２のプラス端に接続されてよい。基準電圧源Ｖｒｅｆ２のマイナス端は接地されてよい。

【0025】

第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の各反転入力端子とダイオード２２のアノードとの間には素子保護用の抵抗Ｒ１が介在してよい。第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の各反転入力端子と、抵抗Ｒ１との間には、ダイオード２２の両端から検出される電圧を安定化するべくキャパシタＣ１の一端が接続されてよい。キャパシタＣ１の他端は、接地されてよい。

【0026】

第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２は、それぞれダイオード２２の両端電圧の値と、基準電圧源Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧値とを比較して、基準電圧源Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧値が大きければＨレベルの出力信号を出力し、両端電圧の値が大きければＬレベルの出力信号を出力してよい。

【0027】

基準電圧源Ｖｒｅｆ１と基準電圧源Ｖｒｅｆ２とのそれぞれの電圧値は、第１のコンパレータ３１１と、第２のコンパレータ３１２とのそれぞれの出力信号がＩＧＢＴ２１の別々の動作温度領域に対応するように別々の電圧値に設定されてよい。基準電圧源Ｖｒｅｆ１の電圧値はＩＧＢＴ２１の動作温度領域のうち、一の領域の温度に対応してよく、基準電圧源Ｖｒｅｆ２の電圧値はＩＧＢＴ２１の動作温度領域のうち、基準電圧源Ｖｒｅｆ１とは異なる領域の温度に対応してよい。本実施形態では一例として、基準電圧源Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２は、Ｖｒｅｆ１＞Ｖｒｅｆ２となるように設定されている。これにより、第１のコンパレータ３１１が低温領域をカバーし、第２のコンパレータ３１２が高温領域をカバーしてよい。

【0028】

ここで、ＩＧＢＴ２１の動作温度と、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の出力信号との関係について説明する。ＩＧＢＴ２１の動作温度が低い場合は、一定電流を流したときのダイオード２２の電圧降下は大きくてよい。従って、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の各反転入力端子に入力される電圧値は基準電圧源Ｖｒｅ１，Ｖｒｅｆ２の電圧値よりも大きく、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の出力信号は共にＬレベルとなる。

【0029】

ＩＧＢＴ２１の動作温度が高い場合は、一定電流を流したときのダイオード２２の電圧降下は小さくてよい。従って、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の反転入力端子に入力される電圧値は基準電圧源Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２の電圧値よりも小さく、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の出力信号は共にＨレベルとなる。

【0030】

ＩＧＢＴ２１の動作温度が中間の温度である場合は、一定電流を流したときのダイオード２２の電圧降下は中程度であってよい。従って、第１のコンパレータ３１１の反転入力端子に入力される電圧値は基準電圧源Ｖｒｅｆ１の電圧値よりも小さく、第１のコンパレータ３１１の出力信号はＨレベルとなり、第２のコンパレータ３１２の反転入力端子に入力される電圧値は基準電圧源Ｖｒｅｆ２の電圧値よりも大きく、第２のコンパレータ３１２の出力電圧はＬレベルとなる。

【0031】

第１のフィルタ回路３１３および第２のフィルタ回路３１４は、それぞれデジタルフィルタであってよく、所定の遅延を与えることで第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の出力信号に含まれる所定のノイズ成分を除去してよい。第１のフィルタ回路３１３は、その入力端が第１のコンパレータ３１１の出力端子に接続され、その出力端がラッチ回路３２における後述の入力端Ｌ（低温側入力端Ｌとも称する）に接続されてよい。第２のフィルタ回路３１４は、その入力端が第２のコンパレータ３１２の出力端子に接続され、その出力端がラッチ回路３２における後述の入力端Ｈ（高温側入力端Ｈとも称する）に接続されてよい。なお、図中では第１フィルタ回路３１３および第２のフィルタ回路３１４をそれぞれ複数段で構成した例を示しているが、フィルタの段数は任意であり、所望の効果を得られるように適宜の数としてよい。

【0032】

ラッチ回路３２は、外部の制御回路４からの制御信号ＩｎＸの変化（ここではＩＧＢＴ２１をターンオフさせる変化）を検出し、ＩＧＢＴ２１がオフのタイミングで、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２により検出されたＩＧＢＴ２１の動作温度をラッチする。ラッチ回路３２は、低温側入力端Ｌおよび高温側入力端Ｈと、低温側出力端ＴＬおよび高温側出力端ＴＨとを有してよい。ラッチ回路３２は、第１のフィルタ回路３１３から低温側入力端Ｌに入力された信号の状態を保持して低温側出力端ＴＬから出力し、第２のフィルタ回路３１４から高温側入力端Ｈに入力された信号の状態を保持して高温側出力端ＴＨから出力してよい。ラッチ回路３２は、ＩＧＢＴ２１をターンオフさせる制御信号ＩｎＸ（本実施形態では一例としてＨレベルの信号）が外部の制御回路４から信号線Ｓを介して供給されるまで、先にＨレベルの制御信号ＩｎＸが入力されたタイミングにおける第１のフィルタ回路３１３および第２のフィルタ回路３１４からの出力信号の状態を保持してよい。つまり、ＩＧＢＴ２１が一度オフしてから次にオフするまで、ラッチ回路３２の出力は固定であってよい。

【0033】

選択回路３３は、ラッチ回路３２からの出力信号に応じてスイッチ部３４における後述のスイッチＳＷ１～ＳＷ３を選択的に導通させる信号をスイッチ部３４に供給する。選択回路３３は、３つの出力端ＶＨ，ＶＭ，ＶＬを有してよい。

【0034】

選択回路３３は、ラッチ回路３２の低温側出力端ＴＬ，高温側出力端ＴＨからの信号がそれぞれＬレベルであることに応じて、出力端ＶＬからＨレベルの信号を出力し、出力端ＶＭ，ＶＨからＬレベルの信号を出力してよい。これにより、ＩＧＢＴ２１の動作温度が低い場合には、出力端ＶＬのみからＨレベルの信号が出力され、出力端ＶＨ，ＶＭからＬレベルの信号が出力される。

【0035】

選択回路３３は、ラッチ回路３２の低温側出力端ＴＬ，高温側出力端ＴＨからの信号がそれぞれＨレベルであることに応じて、出力端ＶＨからＨレベルの信号を出力し、出力端ＶＬ，ＶＭからＬレベルの信号を出力してよい。これにより、ＩＧＢＴ２１の動作温度が高い場合には、出力端ＶＨのみからＨレベルの信号が出力され、出力端ＶＬ，ＶＭからＬレベルの信号が出力される。

【0036】

選択回路３３は、ラッチ回路３２の低温側出力端ＴＬがＨレベルで高温側出力端ＴＨからの信号がＬレベルであることに応じて、出力端ＶＭからＨレベルの信号を出力し、出力端ＶＬ，ＶＨからＬレベルの信号を出力してよい。これにより、ＩＧＢＴ２１の動作温度が中間の温度である場合には、出力端ＶＭのみからＨレベルの信号が出力され、出力端ＶＬ，ＶＨからＬレベルの信号が出力される。

【0037】

スイッチ部３４は、３つのスイッチＳＷ１～ＳＷ３と、直列に接続されて抵抗分圧回路を形成する３つの抵抗Ｒ２～Ｒ４と、電圧源ＶＣＣ２と、を備えてよく、選択回路３３からの出力に応じてスイッチＳＷ１～ＳＷ３の何れかを導通させてよい。抵抗Ｒ２～Ｒ４によって形成された抵抗分圧回路は、一端が電圧源ＶＣＣ２に接続され、他端が抵抗Ｒ５を介してグランド線Ｇに接続されて接地されてよい。スイッチＳＷ１～ＳＷ３は、それぞれ、例えばｎチャネルＭＯＳＦＥＴとｐチャネルＭＯＳＦＥＴとを並列に接続したＣＭＯＳスイッチから構成されてよい。

【0038】

スイッチＳＷ１は、入力側が抵抗Ｒ２～４を介して電圧源ＶＣＣ２に接続され、出力側が後述のゲート駆動回路３５における差動増幅器３５１の非反転入力端子に接続されてよい。スイッチＳＷ１は、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の出力信号が共にＬレベルの場合に導通するように選択回路３３の出力端ＶＬに接続されてよい。

【0039】

スイッチＳＷ２は、入力側が抵抗Ｒ２を介して電圧源ＶＣＣ２に接続され、出力側が差動増幅器３５１の非反転入力端子に接続されてよい。スイッチＳＷ２は、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の出力信号が共にＨレベルの場合に導通するように選択回路３３の出力端ＶＨに接続されてよい。

【0040】

スイッチＳＷ３は、入力側が抵抗Ｒ２～Ｒ３を介して電圧源ＶＣＣ２に接続され、出力側が差動増幅器３５１の非反転入力端子に接続されてよい。スイッチＳＷ３は、第１のコンパレータ３１１の出力信号がＨレベルで、第２のコンパレータ３１２の出力信号がＬレベルの場合に導通するように選択回路３３の出力端ＶＭに接続されてよい。

【0041】

抵抗Ｒ２～Ｒ４による抵抗分圧回路により、スイッチＳＷ１が導通した場合（本実施形態では一例としてＩＧＢＴ２１の動作温度が低い場合）には、差動増幅器３５１の非反転入力端子に最も低い電圧が印加されてよい。第２のスイッチＳＷ２が導通した場合（本実施形態では一例としてＩＧＢＴ２１の動作温度が高い場合）には、差動増幅器３５１の非反転入力端子に最も高い電圧が印加されてよい。第３のスイッチＳＷ３が導通した場合（本実施形態では一例としてＩＧＢＴ２１の動作温度が中間の場合）には、差動増幅器３５１の非反転入力端子に最も低い電圧と最も高い電圧との間の中間の電圧が印加されてよい。抵抗Ｒ２～Ｒ４のそれぞれの抵抗値は、所望の抵抗分圧効果が得られるように適宜設定されてよい。

【0042】

ゲート駆動回路３５は、制御信号ＩｎＸに基づいてＩＧＢＴ２１のゲートを駆動する。ゲート駆動回路３５は、ＩＧＢＴ２１の動作温度に応じてＩＧＢＴ２１を駆動する電流の大きさを変更して、ＩＧＢＴ２１の駆動能力を調整する。ゲート駆動回路３５は、差動増幅器３５１と、ターンオン用のＭＯＳＦＥＴ３５２，３５４と、ターンオフ用のＭＯＳＦＥＴ３５３と、電源ＶＣＣと、電源ＶＣＣに接続されてカレントミラー回路３５７を形成するＰ型ＭＯＳＦＥＴ３５５、３５６と、抵抗Ｒ６とを有してよい。

【0043】

差動増幅器３５１は、非反転入力端子がスイッチ部３４の出力端子に接続されてよく、反転入力端子は抵抗Ｒ６を介してグランド線Ｇに接続され、接地されてよい。差動増幅器３５１の出力端子には、ターンオン用のＭＯＳＦＥＴ３５２のゲートが接続されてよい。これにより、差動増幅器３５１は、スイッチ部３４からの出力電圧を増幅してＭＯＳＦＥＴ３５２のゲートに供給してよい。ＭＯＳＦＥＴ３５２はＮ型であってよく、ドレインがカレントミラー回路３５７を介して電源ＶＣＣに接続され、ソースが抵抗Ｒ６およびグランド線Ｇを介して接地されてよい。カレントミラー回路３５７は、入力端子がターンオン用のＭＯＳＦＥＴ３５２のドレインに接続され、出力端子がＩＧＢＴ２１のゲートに接続されてよい。これにより、スイッチ部３４から出力されて差動増幅器３５１により増幅された電圧によってＭＯＳＦＥＴ３５２のゲートが駆動されてよく、当該電圧に応じた定電流がカレントミラー回路３５７からＩＧＢＴ２１のゲートに流入する。よって、ＩＧＢＴ２１のゲートに流入する電流は、ダイオード２２の両端電圧が大きくなるに従って、つまり、ＩＧＢＴ２１の動作温度が低くなるに従って増加してよく、ダイオード２２の両端電圧が小さくなるに従って、つまり、ＩＧＢＴ２１の動作温度が高くなるに従って減少してよい。

【0044】

ＭＯＳＦＥＴ３５２のゲートには、ターンオン用のＭＯＳＦＥＴ３５４のドレインが接続されてよい。ターンオン用のＭＯＳＦＥＴ３５４は、ソースがグランド線Ｇを介して接地されてよく、ゲートが信号線Ｓに接続されてよい。これにより、信号線Ｓを介してＨレベルの制御信号ＩｎＸがＭＯＳＦＥＴ３５４のゲートに供給されることで、ＭＯＳＦＥＴ３５４はターンオンされ、ＭＯＳＦＥＴ３５２のゲート電圧を引き下げてＭＯＳＦＥＴ３５２をターンオフする。一方、信号線Ｓを介してＬレベルの制御信号ＩｎＸがＭＯＳＦＥＴ３５４のゲートに供給されることで、ＭＯＳＦＥＴ３５４はターンオフされ、その結果、差動増幅器３５１から供給される電圧によりＭＯＳＦＥＴ３５２がターンオンされ、カレントミラー回路３５７からＩＧＢＴ２１のゲートに定電流が流れてＩＧＢＴ２１がターンオンする。

【0045】

ターンオフ用のＭＯＳＦＥＴ３５３は、Ｎ型であってよい。ターンオフ用のＭＯＳＦＥＴ３５３は、カレントミラー回路３５７を介して電源ＶＣＣに接続されるとともに、ＩＧＢＴ２１のゲートに接続されてよい。ＭＯＳＦＥＴ３５３のソースは、グランド線Ｇを介して接地されてよい。ＭＯＳＦＥＴ３５３のゲートは信号線Ｓに接続されてよい。これにより、信号線Ｓを介してＨレベルの制御信号ＩｎＸがゲートに供給されることでＭＯＳＦＥＴ３５３はターンオンされ、ＩＧＢＴ２１のゲートに蓄積された電荷を引き抜いてＩＧＢＴ２１をターンオフする。一方、信号線Ｓを介してＬレベルの制御信号ＩｎＸがゲートに印加されることでＭＯＳＦＥＴ３５３はターンオフされ、ＩＧＢＴ２１のゲートとグランドとの間の導通を遮断する。なお、ＭＯＳＦＥＴ３５３のゲートに供給される制御信号ＩｎＸと、上記のラッチ回路３２に供給される制御信号ＩｎＸとは同一であるので、ＩＧＢＴ２１がオフするタイミングと、ＩＧＢＴ２１の動作温度を示す信号をラッチ回路３２がラッチするタイミングとは略一致してよい。以上のゲート駆動回路３５は、上述の特許文献１，２に記載されたものであってよい。

【0046】

（動作）
次に、以上のような半導体装置１の動作について、選択回路３３及びラッチ回路３２の動作に重点をおいて説明する。

【0047】

温度検出部３１において、第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２の反転入力端子には、ダイオード２２の両端電圧が印加される。両端電圧はＩＧＢＴ２１の動作温度に応じた電圧であってよい。これにより、ＩＧＢＴ２１の動作温度と、基準電圧源Ｖｒｅｆ１，Ｖｒｅｆ２からの電圧値に応じた温度との高低に応じた信号が第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２から出力されてよい。第１のコンパレータ３１１および第２のコンパレータ３１２からの出力信号は、第１のフィルタ回路３１３および第２のフィルタ回路３１４を介して、ラッチ回路３２の低温側入力端Ｌ及び高温側入力端Ｈに入力されてよい。

【0048】

ラッチ回路３２は、ＩＧＢＴ２１をターンオフする制御信号ＩｎＸ（本実施形態では一例としてＨレベルの信号）が外部の制御回路４から供給されることに応じて低温側入力端Ｌおよび高温側入力端Ｈへの入力信号を取り込み、各入力信号のレベルを保持する。ラッチ回路３２は、内部に保持した各レベルの信号を低温側出力端ＴＬおよび高温側出力端ＴＨから出力する。

【0049】

選択回路３３は、ラッチ回路３２の低温側出力端ＴＬおよび高温側出力端ＴＨから出力される信号レベルの組み合わせに応じて、出力端ＶＨ，ＶＭ，ＶＬの何れかからスイッチ部３４にＨレベルの信号を出力する。

【0050】

スイッチ部３４は、選択回路３３から供給される信号に応じて、スイッチＳＷ１～ＳＷ３の何れかを導通させ、導通したスイッチに応じた電圧をゲート駆動回路３５の差動増幅器３５１に印加する。これにより、ＩＧＢＴ２１の動作温度に応じて選択回路３３およびスイッチ部３４により選択された電圧値が差動増幅器３５１により増幅されてＭＯＳＦＥＴ３５２に印加される。

【0051】

ゲート駆動回路３５は、ＩＧＢＴ２１をターンオフする制御信号ＩｎＸ（本実施形態では一例としてＨレベルの信号）が制御回路４から供給されることに応じて、ＭＯＳＦＥＴ３５３がターンオンされてＩＧＢＴ２１のゲート電荷を引き抜き、ＩＧＢＴ２１をターンオフする。また、ＭＯＳＦＥＴ３５４がターンオンされてＭＯＳＦＥＴ３５２のゲート電圧を引き下げてＭＯＳＦＥＴ３５２をターンオフする。そして、ＩＧＢＴ２１をターンオンする制御信号ＩｎＸ（本実施形態では一例としてＬレベルの信号）が制御回路４から供給されることに応じてＭＯＳＦＥＴ３５４がターンオフされる結果、差動増幅器３５１から印加される電圧によりＭＯＳＦＥＴ３５２がターンオンされてカレントミラー回路３５７からＩＧＢＴ２１のゲートに定電流が流されてＩＧＢＴ２１がターンオンされる。

【0052】

以上の半導体装置１によれば、ＩＧＢＴ２１の動作温度に応じてＩＧＢＴ２１を駆動する電流の大きさを変更するので、ＩＧＢＴ２１のスイッチングノイズ、例えばターンオン時のノイズを低減することができる。しかしながら、動作温度に応じてＩＧＢＴ２１を駆動する電流の大きさを変更すると、ＩＧＢＴ２１のターンオン期間の長さが変化してしまい、所望の動作波形を得られない場合がある。特に、交流電力の相ごとに別々のＩＧＢＴ２１を用いて電力変換を行う場合には、交流波形が相ごとに異なってしまう場合がある。また、動作温度に応じてＩＧＢＴ２１を駆動する電流の大きさを変更しない場合であっても、ＩＧＢＴ２１の動作特性に個体ごとのバラつきがあると、ＩＧＢＴ２１のターンオン期間の長さにバラつきが生じてしまい、所望の動作波形を得られない場合がある。このような問題を改善するべく、後述の第２実施形態における半導体装置１Ａでは、ターンオン期間のバラつきを低減する。

【0053】

図２は、半導体装置１におけるＩＧＢＴ２１の動作温度と、ターンオン期間の長さとの関係を示す。図中の縦軸はターンオン期間の長さを示し、横軸はＩＧＢＴ２１の動作温度を示す。図中の温度ＴＬは第１のコンパレータ３１１によりカバーされる低温領域の上限温度であってよく、温度ＴＨは第２のコンパレータ３１２によりカバーされる高温領域の下限温度であってよい。本実施形態に係る半導体装置１においては、ＩＧＢＴ２１の動作温度ＴＬ，ＴＨを境にＩＧＢＴ２１の駆動電流の大きさを切り替えるため、動作温度ＴＬ，ＴＨそれぞれの前後でターンオン期間が非連続に変化し得る。例えば、図中では、動作温度が温度ＴＬより低い点ａと、温度ＴＬより高い点ｂとでターンオン期間が非連続となっている。

【0054】

図３は、ターンオン期間のバラつきを示す。図中の縦軸は、制御回路４から駆動装置３に供給される制御信号ＩｎＸ、ゲート駆動回路３５からＩＧＢＴ２１に供給される駆動信号（ここではゲート電圧）ＶＧＥＸ、および、ＩＧＢＴ２１のドレイン電流Ｉｄを示し、横軸は時間を示す。また、図中の期間Ｔａは、ターンオン期間のうち、制御信号ＩｎＸが基準値を超えて変化したタイミングから、駆動信号ＶＧＥＸが変化を開始したタイミングまでのタイムラグを示す。図中の期間Ｔｂは、ターンオン期間のうち、駆動信号ＶＧＥＸが変化を開始したタイミングからＩＧＢＴが定常オン状態となるまでの標準的な期間を示し、期間Ｔｂ＿ａ，Ｔｂ＿ｂは図２の点ａ，ｂに対応する期間を示す。半導体装置１においては、ＩＧＢＴ２１の動作温度に応じて期間Ｔｂが異なることを主な原因として、ターンオン期間が異なり得る。

【0055】

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る半導体装置１Ａを示す。本実施形態における半導体装置１Ａは駆動装置３Ａを備える。駆動装置３Ａは、制御信号ＩｎＸを遅延させてＩＧＢＴ２１のゲート駆動回路３５Ａに出力する遅延回路５と、遅延回路５により遅延された制御信号ＩｎＸ＿ｄに基づいてＩＧＢＴ２１のゲートを駆動するゲート駆動回路３５Ａとを有する。ゲート駆動回路３５Ａの構成は上述の実施形態におけるゲート駆動回路３５と同様であってよい。

【0056】

遅延回路５は、制御回路４とゲート駆動回路３５Ａとの間で信号線Ｓに設けられてよい。なお、ラッチ回路３２は、遅延回路５と制御回路４との間で信号線Ｓに接続されてもよいし、遅延回路５とゲート駆動回路３５Ａとの間で信号線Ｓに接続されてもよい。

【0057】

図５は、遅延回路５を示す。遅延回路５は、遅延部５１と、基準時間記憶部５２と、差分算出部５３と、遅延時間決定部５４とを有する。

【0058】

遅延部５１は、制御信号ＩｎＸの変化タイミングと、駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングとのタイムラグΔＴを、予め定められた基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけるように制御信号ＩｎＸを遅延させる。基準時間Ｒｅｆ＿Ａは、ＩＧＢＴ２１の理想的なターンオン期間の長さに応じた時間であってよく、任意に設定されてよい。遅延部５１は、制御信号ＩｎＸを後述の遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙだけ遅延させてよい。遅延部５１は、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化タイミング（本実施形態においては一例として立下りの変化タイミング）を遅延させてよく、ＩＧＢＴ２１をターンオフするための制御信号ＩｎＸの変化タイミングは遅延させなくてよい。遅延部５１は、第１検出部５１１と、第２検出部５１２と、制御回路５１３と、発振回路５１４と、カウンタ回路５１５と、出力部５１６とを有する。

【0059】

第１検出部５１１は、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化タイミングを検出する。本実施形態に係る制御信号ＩｎＸはＬレベルに立下ることでＩＧＢＴ２１のターンオンを指示するため、第１検出部５１１は、制御信号ＩｎＸがＬレベルに立下る変化タイミングを検出してよい。第１検出部５１１は、制御信号ＩｎＸが閾値を跨いで変化するタイミングを検出してもよいし、制御信号ＩｎＸが閾値に達するタイミングを検出してもよい。第１検出部５１１は、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ３が入力され、反転入力端子に制御信号ＩｎＸが入力されるコンパレータを含んでよい。第１検出部５１１は、制御信号ＩｎＸが基準電圧Ｖｒｅｆ３より小さくなることに応じてＨレベルとなり、制御信号ＩｎＸが基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きくなることに応じてＬレベルとなる信号（信号ＩｎＸｅｎとも称する）を制御回路５１３、カウンタ回路５１５および遅延時間決定部５４に供給してよい。基準電圧Ｖｒｅｆ３は、制御信号ＩｎＸのＬレベルの信号値と、Ｈレベルの信号値との間で任意に設定されてよい。

【0060】

第２検出部５１２は、ＩＧＢＴ２１のターンオン期間における駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングを検出する。ＩＧＢＴ２１のターンオン期間とは、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化タイミングから、ＩＧＢＴ２１がオン状態となるまでの期間であってよく、本実施形態においては一例として、制御信号ＩｎＸの立下りタイミングから、ＩＧＢＴ２１のコレクタ電流が定常オン状態の９０％となるまでの期間であってよい。駆動信号ＶＧＥＸは、ゲート駆動回路３５ＡからＩＧＢＴ２１のゲートに供給される電圧信号であってよく、ＩＧＢＴ２１のゲート電圧であってよい。

【0061】

本実施形態に係るＩＧＢＴ２１のターンオン期間において駆動信号ＶＧＥＸはＩＧＢＴ２１をターンオンするべくＬレベルからＨレベルに立上がるため、第２検出部５１２は、駆動信号ＶＧＥＸがＨレベルに立上がる変化タイミングを検出してよい。第２検出部５１２は、ターンオン期間内で検出可能な任意の変化タイミングを検出してよい。第２検出部５１２は、駆動信号ＶＧＥＸが閾値を跨いで変化するタイミングを検出してもよいし、駆動信号ＶＧＥＸが閾値に達するタイミングを検出してもよい。第２検出部５１２は、反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ４が入力され、非反転入力端子に駆動信号ＶＧＥＸが入力されるコンパレータを含んでよい。第２検出部５１２は、駆動信号ＶＧＥＸが基準電圧Ｖｒｅｆ４より大きくなることに応じてＨレベルとなり、駆動信号ＶＧＥＸが基準電圧Ｖｒｅｆ４より小さくなることに応じてＬレベルとなる信号を制御回路５１３に供給してよい。基準電圧Ｖｒｅｆ４は、駆動信号ＶＧＥＸのＬレベルの信号値と、Ｈレベルの信号値との間で任意に設定されてよい。一例として、基準電圧Ｖｒｅｆ４はＩＧＢＴ２１の閾値電圧に設定されてもよいし、ミラー電圧に設定されてもよい。

【0062】

制御回路５１３は、第１検出部５１１からの信号がＨレベルとなることに応じて立上るＳＴＡＲＴ信号と、第２検出部５１２からの信号がＨレベルとなることに応じて立上るＥＮＤ信号とを出力してよい。制御回路５１３は、ＳＴＡＲＴ信号およびＥＮＤ信号をそれぞれカウンタ回路５１５に供給してよい。

【0063】

なお、本実施形態においては一例として、ＳＴＡＲＴ信号を立上り直後に立下るパルス信号として説明するが、第１検出部５１１からの信号がＨレベルとなることに応じて立上り、第１検出部５１１からの信号がＬレベルとなることに応じて立下る信号としてもよい。同様に、ＥＮＤ信号を立上り直後に立下るパルス信号として説明するが、第２検出部５１２からの信号がＨレベルとなることに応じて立上り、第２検出部５１２からの信号がＬレベルとなることに応じて立下る信号としてもよい。

【0064】

発振回路５１４は、クロック信号ＣＬＫを出力する。発振回路５１４はカウンタ回路５１５にクロック信号ＣＬＫを供給してよい。

【0065】

カウンタ回路５１５は、クロック信号の立上りまたは立下りの少なくとも一方をカウントする。カウンタ回路５１５は、制御回路５１３からのＳＴＡＲＴ信号が立上がることに応じてカウントを開始し、ＥＮＤ信号が立上ることに応じてカウントを終了してよい。カウンタ回路５１５によるカウント終了時点でのカウント値ＣＮＴは、制御信号ＩｎＸの変化タイミングと、駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングとのタイムラグΔＴを示してよく、本実施形態においては一例として制御信号ＩｎＸが基準電圧Ｖｒｅｆ３を下回った変化タイミングから、駆動信号ＶＧＥＸが基準電圧Ｖｒｅｆ４を上回った変化タイミングまでの間隔を示してよい。カウンタ回路５１５は、ＥＮＤ信号が供給されることに応じて、当該時点でのカウント値ＣＮＴ、つまりタイムラグΔＴを示すカウント値ＣＮＴを差分算出部５３に供給してよい。これに加えて、カウンタ回路５１５は、逐次、カウント値ＣＮＴを出力部５１６に供給してよい。カウンタ回路５１５は、一例として８ビットカウンタであってよい。カウンタ回路５１５は、第１検出部５１１からの信号ＩｎＸｅｎが立下ることに応じてリセットされてよい。

【0066】

出力部５１６は、制御信号ＩｎＸを遅延した制御信号ＩｎＸ＿ｄを、ゲート駆動回路３５Ａに出力する。制御信号ＩｎＸ＿ｄは、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化タイミング（本実施形態においては一例として立下りの変化タイミング）を遅延させた信号であってよい。制御信号ＩｎＸ＿ｄは、予め定められた基準時間Ｒｅｆ＿ＡにタイムラグΔＴを近づけるように制御信号ＩｎＸを遅延させた信号であってよい。

【0067】

出力部５１６は、後述の遅延時間決定部５４により決定される遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（本実施形態においては一例として遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙの時間長に対応するクロック信号ＣＬＫのカウント値）を取得してよい。出力部５１６は、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの立下り後にカウンタ回路５１５から逐次、供給されるカウント値ＣＮＴが遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙに達したことに応じて、制御信号ＩｎＸ＿ｄを立下げてよい。これにより、制御信号ＩｎＸの立下りはカウント値ＣＮＴが遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙに達するまで遅延されて、つまり遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙだけ遅延されて、制御信号ＩｎＸ＿ｄの立下りとして出力されてよい。

【0068】

基準時間記憶部５２は、基準時間Ｒｅｆ＿Ａを記憶する。本実施形態においては一例として基準時間記憶部５２は、基準時間Ｒｅｆ＿Ａとして、当該基準時間Ｒｅｆ＿Ａの時間長に対応するクロック信号ＣＬＫのカウント値、つまり基準時間Ｒｅｆ＿Ａの時間長を発振回路５１４のクロック周波数で割った値を記憶してよい。基準時間記憶部５２に記憶された基準時間Ｒｅｆ＿Ａは差分算出部５３に供給されてよい。

【0069】

差分算出部５３は、基準時間Ｒｅｆ＿Ａと、タイムラグΔＴとの差分Ｒｅｆ＿Ｂを算出する。差分算出部５３は、基準時間記憶部５２に記憶された基準時間Ｒｅｆ＿Ａ（本実施形態においては一例として基準時間Ｒｅｆ＿Ａの時間長に対応するカウント値）からタイムラグΔＴ（本実施形態においては一例としてタイムラグΔＴの時間長に対応するカウント値）を引いて差分Ｒｅｆ＿Ｂを算出してよい。差分算出部５３は、算出した差分Ｒｅｆ＿Ｂを遅延時間決定部５４に供給してよい。

【0070】

遅延時間決定部５４は、制御信号ＩｎＸを遅延させる遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを、差分Ｒｅｆ＿Ｂに基づいて決定する。遅延時間決定部５４は、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから、差分算出部５３により新たに算出される差分Ｒｅｆ＿Ｂに応じた値を引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してよい。本実施形態においては一例として、遅延時間決定部５４は、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから、差分算出部５３により新たに算出される差分Ｒｅｆ＿Ｂそのものを引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してよい。決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙとは、ＩＧＢＴ２１の前回以前のスイッチング周期において決定された遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙであってよい。このようにして遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定されることにより、新たなスイッチング周期においては、遅延部５１によって基準時間Ｒｅｆ＿ＡとタイムラグΔＴとの差分Ｒｅｆ＿Ｂが小さくなるように、つまり、タイムラグΔＴが基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づくように、制御信号ＩｎＸが遅延されることとなる。

【0071】

遅延時間決定部５４は、遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙとして、当該遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙの時間長に対応するクロック信号ＣＬＫのカウント値、つまり遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙの時間長を発振回路５１４のクロック周波数で割った値を決定してよい。遅延時間決定部５４は、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを蓄積記憶してよく、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを用いて新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してよい。決定された遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙは、次以降のスイッチング周期で遅延部５１が制御信号ＩｎＸを遅延させるのに用いられてよい。遅延時間決定部５４は、決定された遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを遅延部５１の出力部５１６に供給してよい。

【0072】

以上の遅延回路５によれば、ゲート駆動回路３５Ａに対する制御信号ＩｎＸの変化タイミングから、ＩＧＢＴ２１のゲートに供給される駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングまでのタイムラグΔＴを基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけるように制御信号ＩｎＸが遅延されてゲート駆動回路３５Ａに出力されるこれにより、制御信号ＩｎＸの変化タイミングから駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングまでのタイムラグΔＴが基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づく。従って、ＩＧＢＴ２１の動作特性に個体ごとのバラつきがある場合や、ＩＧＢＴ２１の動作温度に応じてＩＧＢＴ２１の駆動電流を変更する場合であっても、スイッチングの期間を一定の時間に近づけて、所望の動作波形を得ることができる。

【0073】

また、基準時間Ｒｅｆ＿Ａと、タイムラグΔＴとの差分Ｒｅｆ＿Ｂに基づいて遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定され、決定された遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙだけ制御信号ＩｎＸが遅延されるので、タイムラグΔＴを確実に基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけることができる。

【0074】

また、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから新たな差分Ｒｅｆ＿Ｂに応じた値を引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定されるので、差分Ｒｅｆ＿Ｂを小さくするように遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定される。従って、タイムラグΔＴをいっそう確実に基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけることができる。

【0075】

また、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから新たな差分Ｒｅｆ＿Ｂそのものを引いて新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定されるので、差分Ｒｅｆ＿Ｂを無くすように遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定される。従って、タイムラグΔＴをいっそう確実に基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけることができる。

【0076】

また、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化タイミングが遅延するので、ＩＧＢＴ２１のターンオン期間を一定の時間に近づけて、所望の動作波形を得ることができる。

【0077】

図６は、遅延回路５Ａの動作を示す。遅延回路５Ａは、ステップＳ１１～Ｓ２１の処理を行うことにより制御信号ＩｎＸを遅延させてＩＧＢＴ２１のゲート駆動回路３５Ａに出力する。

【0078】

ステップＳ１１において第１検出部５１１は、制御信号ＩｎＸの変化タイミングを検出する。第１検出部５１１は、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための変化タイミングを検出してよい。本実施形態においては一例として第１検出部５１１は、制御信号ＩｎＸが基準電圧Ｖｒｅｆ３より小さくなる変化タイミングを検出してよい。

【0079】

そして、ステップＳ１３～Ｓ２１において遅延回路５は、制御信号ＩｎＸの変化タイミングと、駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングとのタイムラグΔＴを基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけるように制御信号ＩｎＸを遅延させる。すなわち、ステップＳ１３において出力部５１６は、ステップＳ１１で検出した変化タイミングから、後述のステップＳ２１において遅延時間決定部５４により既に決定された遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが経過するタイミングで制御信号ＩｎＸ＿ｄを変化させる。これにより、遅延された制御信号ＩｎＸ＿ｄに基づいてゲート駆動回路３５ＡがＩＧＢＴ２１を駆動する。ステップＳ２１が未だ行われておらず、遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙが決定されていない場合には、出力部５１６は、予め設定された初期値を遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙとして用いてよい。

【0080】

ステップＳ１５において第２検出部５１２は、駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングを検出する。第２検出部５１２は、ＩＧＢＴ２１のターンオン期間における駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングを検出してよい。本実施形態においては一例として第２検出部５１２は、駆動信号ＶＧＥＸが基準電圧Ｖｒｅｆ４より大きくなる変化タイミングを検出してよい。

【0081】

ステップＳ１７においてカウンタ回路５１５は、ステップＳ１１で検出された制御信号ＩｎＸの変化タイミングと、ステップＳ１５で検出された駆動信号ＶＧＥＸの変化タイミングとのタイムラグΔＴを検出する。

【0082】

ステップＳ１９において差分算出部５３は、予め定められた基準時間Ｒｅｆ＿Ａと、タイムラグΔＴとの差分Ｒｅｆ＿Ｂを算出する。

【0083】

ステップＳ２１において遅延時間決定部５４は、差分Ｒｅｆ＿Ｂに基づいて遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを新たに決定する。遅延時間決定部５４は、前回のステップＳ２１により決定した遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから、ステップＳ１９により新たに算出された差分Ｒｅｆ＿Ｂそのものを引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙとしてよい。ステップＳ２１の処理が終了したら、上述のステップＳ１１に処理が移行してよい。

【0084】

図７は、駆動装置３の動作波形を示す。図中の縦軸は制御信号ＩｎＸ、駆動信号ＶＧＥＸ、ＳＴＡＲＴ信号、ＥＮＤ信号、クロック信号ＣＬＫ、信号ＩｎＸｅｎ、および、制御信号ＩｎＸ＿ｄを示し、横軸は時間、カウント値、タイムラグΔＴ、基準時間Ｒｒｅｆ＿Ａ、差分Ｒｅｆ＿Ｂ、および、遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙなどを示す。

【0085】

制御信号ＩｎＸが立下り、時点ｔ１０において閾値電圧Ｖｒｅｆ３よりも低くなったことが第１検出部５１１により検出されると、制御回路５１３からＳＴＡＲＴ信号が出力されてカウンタ回路５１５によるカウントが開始する。

【0086】

時点ｔ１１においてカウント値が５００となり、既に決定されている遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは５００）に達すると、出力部５１６が制御信号ＩｎＸ＿ｄを立下げる。これにより、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化が遅延して制御信号ＩｎＸ＿ｄの変化として出力され、ゲート駆動回路３５ＡによるＩＧＢＴ２１のターンオン動作が開始する。

【0087】

時点ｔ１５において駆動信号ＶＧＥＸが閾値電圧Ｖｒｅｆ４よりも高くなったことが第２検出部５１２により検出されると、制御回路５１３からＥＮＤ信号が出力されてカウンタ回路５１５がカウントを終了し、時点ｔ１０から時点ｔ１５までのタイムラグΔＴを示すカウント値（ここでは１１００）が出力される。これにより、基準時間Ｒｅｆ＿Ａ（本動作例では１０００）と、タイムラグΔＴ（ここでは１１００）との差分Ｒｅｆ＿Ｂ（ここでは１００）が差分算出部５３により算出される。また、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは５００）から差分Ｒｅｆ＿ｂ（ここでは１００）が引かれて新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４００）が決定される。なお、ＩＧＢＴ２１は、時点ｔ１１～後述の時点ｔ１９の何れかの時点でオン状態となってよい。

【0088】

そして、時点ｔ１９において制御信号ＩｎＸが立上ることに応じてカウンタ回路５１５がリセットされる。また、出力部５１６が制御信号ＩｎＸ＿ｄを立上げる。これにより、ゲート駆動回路３５ＡによるＩＧＢＴ２１のターンオフ動作が開始する。ＩＧＢＴ２１は、時点ｔ１９～後述の時点ｔ２０の何れかの時点でオフ状態となってよい。

【0089】

同様にして、制御信号ＩｎＸが立下り、時点ｔ２０において閾値電圧Ｖｒｅｆ３よりも低くなったことが第１検出部５１１により検出されると、制御回路５１３からＳＴＡＲＴ信号が出力されてカウンタ回路５１５によるカウントが開始する。

【0090】

時点ｔ２１においてカウント値が４００となり、既に決定されている遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４００）に達すると、出力部５１６が制御信号ＩｎＸ＿ｄを立下げる。これにより、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化が遅延して制御信号ＩｎＸ＿ｄの変化として出力され、ゲート駆動回路３５ＡによるＩＧＢＴ２１のターンオン動作が開始する。

【0091】

時点ｔ２５において駆動信号ＶＧＥＸが閾値電圧Ｖｒｅｆ４よりも高くなったことが第２検出部５１２により検出されると、制御回路５１３からＥＮＤ信号が出力されてカウンタ回路５１５がカウントを終了し、時点ｔ２０から時点ｔ２５までのタイムラグΔＴを示すカウント値（ここでは９５０）が出力される。これにより、基準時間Ｒｅｆ＿Ａ（本動作例では１０００）と、タイムラグΔＴ（ここでは９５０）との差分Ｒｅｆ＿Ｂ（ここでは－５０）が差分算出部５３により算出される。また、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４００）から差分Ｒｅｆ＿ｂ（ここでは－５０）が引かれて新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４５０）が決定される。なお、ＩＧＢＴ２１は、時点２１～後述の時点ｔ２９の何れかの時点でオン状態となってよい。

【0092】

そして、時点ｔ２９において制御信号ＩｎＸが立上ることに応じてカウンタ回路５１５がリセットされる。また、出力部５１６が制御信号ＩｎＸ＿ｄを立上げる。これにより、ゲート駆動回路３５ＡによるＩＧＢＴ２１のターンオフ動作が開始する。ＩＧＢＴ２１は、時点ｔ２９～後述の時点ｔ３０の何れかの時点でオフ状態となってよい。

【0093】

同様にして、制御信号ＩｎＸが立下り、時点ｔ３０において閾値電圧Ｖｒｅｆ３よりも低くなったことが第１検出部５１１により検出されると、制御回路５１３からＳＴＡＲＴ信号が出力されてカウンタ回路５１５によるカウントが開始する。

【0094】

時点ｔ３１においてカウント値が４５０となり、既に決定されている遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４５０）に達すると、出力部５１６が制御信号ＩｎＸ＿ｄを立下げる。これにより、ＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化が遅延して制御信号ＩｎＸ＿ｄの変化として出力され、ゲート駆動回路３５ＡによるＩＧＢＴ２１のターンオン動作が開始する。

【0095】

時点ｔ３５において駆動信号ＶＧＥＸが閾値電圧Ｖｒｅｆ４よりも高くなったことが第２検出部５１２により検出されると、制御回路５１３からＥＮＤ信号が出力されてカウンタ回路５１５がカウントを終了し、時点ｔ３０から時点ｔ３５までのタイムラグΔＴを示すカウント値（ここでは１０００）が出力される。これにより、基準時間Ｒｅｆ＿Ａ（本動作例では１０００）と、タイムラグΔＴ（ここでは１０００）との差分Ｒｅｆ＿Ｂ（ここでは０）が差分算出部５３により算出される。また、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４５０）から差分Ｒｅｆ＿ｂ（ここでは０）が引かれて新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ（ここでは４５０）が決定される。なお、ＩＧＢＴ２１は、時点ｔ３１より後の何れかの時点でオン状態となってよい。

【0096】

なお、上記の実施形態においては、遅延時間決定部５４はＩＧＢＴ２１のターンオンが行われる毎に遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定することとして説明したが、１より大きい基準回数のターンオンが行われる毎に遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してもよい。この場合に、遅延時間決定部５４は、一のターンオン期間（一例として直近の一のターンオン期間）で検出されたタイムラグΔＴを元に遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してもよいし、複数のターンオン期間（一例として直近の複数のターンオン期間）で検出されたタイムラグΔＴの平均値を元に遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してもよい。

【0097】

また、遅延時間決定部５４は決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから、差分算出部５３により新たに算出される差分Ｒｅｆ＿Ｂそのものを引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定することとして説明したが、他の手法により遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してもよい。例えば、遅延時間決定部５４は、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから、差分算出部５３により新たに算出される差分Ｒｅｆ＿Ｂを１より大きい固定値で除算した時間を引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してもよい。一例として、遅延時間決定部５４は、（新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ）＝（決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙ）－（差分Ｒｅｆ＿Ｂ）／２によって遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してよい。これにより、遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙがスイッチングごとに大きく変動してしまうのを防止することができる。

【0098】

また、遅延時間決定部５４は決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙから新たな差分Ｒｅｆ＿Ｂに応じた値を引いて、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定することとして説明したが、他の手法により遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを決定してもよい。例えば、遅延時間決定部５４は、差分Ｒｅｆ＿Ｂが正であることに応じて、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを固定時間だけ減らし、差分Ｒｅｆ＿Ｂが負であることに応じて、決定済みの遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙを固定時間だけ増やして、新たな遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙとしてよい。固定時間は任意の長さであってよい。この場合には、遅延時間Ｔ＿ｄｅｌａｙがスイッチングごとに大きく変動してしまうのを防止することができる。

【0099】

また、遅延回路５はＩＧＢＴ２１をターンオンするための制御信号ＩｎＸの変化タイミングを遅延させることとして説明したが、これに加えて、または、これに代えて、ＩＧＢＴ２１をターンオフするための制御信号ＩｎＸの変化タイミングを遅延させてもよい。

【0100】

また、遅延回路５は基準時間記憶部５２と、差分算出部５３と、遅延時間決定部５４とを有することとして説明したが、遅延部５１によってタイムラグΔＴを基準時間Ｒｅｆ＿Ａに近づけるように制御信号ＩｎＸを遅延させる限りにおいて、これらの何れかを有しなくてもよい。また、遅延部５１は、制御回路５１３、発振回路５１４、カウンタ回路５１５および出力部５１６を有することとして説明したが、これらの何れかを有しなくてもよい。

【0101】

また、ＩＧＢＴ２１がダイオード２２と共にパワー半導体チップ２内に形成されることとして説明したが、ダイオード２２と分離して形成されてもよい。

【0102】

また、半導体素子をＩＧＢＴ２１として説明したが、ＭＯＳＦＥＴなど、他の半導体素子としてもよい。

【0103】

また、駆動装置３Ａは温度検出部３１およびスイッチ部３４を有することとして説明したが、これらを有しなくてもよい。この場合には、駆動装置３Ａは、ＩＧＢＴ２１の動作温度によらずＩＧＢＴ２１の駆動電流を一定としてよい。

【0104】

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

【0105】

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。

【符号の説明】

【0106】

１ 半導体装置
２ パワー半導体チップ
３ 駆動装置
４ 制御回路
５ 遅延回路
２１ ＩＧＢＴ
２２ ダイオード
３１ 温度検出部
３２ ラッチ回路
３３ 選択回路
３４ スイッチ部
３５ ゲート駆動回路
５１ 遅延部
５２ 基準時間記憶部
５３ 差分算出部
５４ 遅延時間決定部
３１１ コンパレータ
３１２ コンパレータ
３１３ フィルタ回路
３１４ フィルタ回路
３５１ 差動増幅器
３５２ ＭＯＳＦＥＴ
３５３ ＭＯＳＦＥＴ
３５４ ＭＯＳＦＥＴ
３５５ Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ
３５６ Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ
３５７ カレントミラー回路
５１１ 第１検出部
５１２ 第２検出部
５１３ 制御回路
５１４ 発振回路
５１５ カウンタ回路
５１６ 出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】