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公開番号2025138582
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-25
出願番号2025028402
出願日2025-02-25
発明の名称パワー半導体のばらつき補正
出願人株式会社東芝
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H03K 17/14 20060101AFI20250917BHJP(基本電子回路)
要約【課題】アクティブゲートドライバ(AGD)によって駆動されるパワー半導体のばらつきを補正する方法を提供する。
【解決手段】AGD404の複数の駆動パターンを生成し、かつ、AGDを用いて、複数の動作条件でパワー半導体406を制御することを備える方法であって、コンピュータ(PC)402は、各動作条件について、パワー半導体の1つまたは複数の電気信号を取得し、パワー半導体の1つまたは複数のキーパラメータでのばらつきを1つまたは複数の電気信号から検出し、1つまたは複数のキーパラメータでのばらつきに対応する駆動パターンを、1つまたは複数のキーパラメータでのばらつきと駆動パターンの1つまたは複数の駆動パラメータとの間の予め決定された関係に基づいて生成し、各動作条件についての生成された駆動パターンと、1つまたは複数のキーパラメータでの対応するばらつきとをメモリに記憶する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
アクティブゲートドライバ（ＡＧＤ）の複数の駆動パターンを生成する方法であって、
前記ＡＧＤを用いて、複数の動作条件でパワー半導体を制御することと、
各動作条件について、
前記パワー半導体の１つまたは複数の電気信号を取得すること、
前記１つまたは複数の電気信号から前記パワー半導体の１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきを検出すること、および
前記１つまたは複数のキーパラメータでの前記ばらつきに対応する駆動パターンを、前記１つまたは複数のキーパラメータでの前記ばらつきと前記駆動パターンの１つまたは複数の駆動パラメータとの間の予め決定された関係に基づいて生成することと、
各動作条件についての生成された複数の駆動パターンと、前記１つまたは複数のキーパラメータでの対応する前記ばらつきとをメモリに記憶することと
を備える、方法。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
各動作条件について、
基準駆動パターンの対応する複数の駆動パラメータとは異なる前記生成された駆動パターンの駆動パラメータの数を決定することと、
前記基準駆動パターンの前記対応する複数の駆動パラメータとは異なる駆動パラメータの前記数が閾値数よりも大きいかどうかを決定することと
をさらに備え、
ここにおいて、前記生成された複数の駆動パターンのうちの駆動パターンは、前記基準駆動パターンの前記対応する複数の駆動パラメータとは異なる前記駆動パターンの駆動パラメータの前記数が前記閾値数よりも大きい場合に記憶される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記１つまたは複数のキーパラメータのうちの１つは、ターンオン遅延時間を含み、ここにおいて、前記駆動パターンを生成することは、前記駆動パターンを生成するために基準駆動パターンの１つまたは複数のステップタイミングを適合させることを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記１つまたは複数の電気信号は、ゲート電圧波形とドレイン電流波形とを備え、ここにおいて、前記ターンオン遅延時間は、前記ＡＧＤが電圧を出力し始めるときとドレイン電流が流れ始めるときとの間の時間である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の動作条件は、複数の動作電圧または複数の動作温度の少なくともいずれかを備える、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
アクティブゲートドライバ（ＡＧＤ）の複数の駆動パターンを生成する方法であって、
前記ＡＧＤを用いて、同じモデルの複数のパワー半導体を制御することと、
各パワー半導体について、
前記パワー半導体の１つまたは複数の電気信号を取得すること、
前記１つまたは複数の電気信号から前記パワー半導体の１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきを検出すること、および
前記１つまたは複数のキーパラメータでの前記ばらつきに対応する駆動パターンを、前記１つまたは複数のキーパラメータでの前記ばらつきと前記駆動パターンの１つまたは複数の駆動パラメータとの間の予め決定された関係に基づいて生成することと、
各パワー半導体についての生成された複数の駆動パターンと、前記１つまたは複数のキーパラメータでの対応する前記ばらつきとをメモリに記憶することと
を備える、方法。
【請求項７】
各パワー半導体について、
基準駆動パターンの対応する複数の駆動パラメータとは異なる前記生成された駆動パターンの駆動パラメータの数を決定することと、
前記基準駆動パターンの前記対応する複数の駆動パラメータとは異なる駆動パラメータの前記数が閾値数よりも大きいかどうかを決定することと
をさらに備え、
ここにおいて、前記生成された複数の駆動パターンのうちの駆動パターンは、前記基準駆動パターンの前記対応する複数の駆動パラメータとは異なる前記駆動パターンの駆動パラメータの前記数が前記閾値数よりも大きい場合に記憶される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記１つまたは複数のキーパラメータのうちの１つは、ターンオン遅延時間を含み、ここにおいて、前記駆動パターンを生成することは、前記駆動パターンを生成するために基準駆動パターンの１つまたは複数のステップタイミングを適合させることを備える、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記１つまたは複数の電気信号は、ゲート電圧波形とドレイン電流波形とを備え、ここにおいて、前記ターンオン遅延時間は、前記ＡＧＤが電圧を出力し始めるときとドレイン電流が流れ始めるときとの間の時間である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
アクティブゲートドライバ（ＡＧＤ）を制御するための方法であって、
複数の予め決定された駆動パターンから第１の駆動パターンを使用して前記ＡＧＤを用いてパワー半導体を制御することと、ここにおいて、各予め決定された駆動パターンは、前記パワー半導体の１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきに対応し、
前記パワー半導体の１つまたは複数の電気信号を取得することと、
前記１つまたは複数の電気信号に基づいて前記パワー半導体の１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきを検出することと、
前記複数の予め決定された駆動パターンから、前記１つまたは複数のキーパラメータでの前記ばらつきに対応する第２の駆動パターンを選択することと、
前記第２の駆動パターンを使用して前記ＡＧＤを用いて前記パワー半導体を制御することと
を備える、方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクティブゲートドライブ（ＡＧＤ）およびパワー半導体の分野に関する。特に、本発明は、アクティブゲートドライバによって駆動されるパワー半導体のばらつきを補正することができるアクティブゲートドライブから駆動パターンを生成するための方法およびシステムに関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体は、再生可能エネルギーシステムや電気自動車などの多くの産業用途で広く使用されている電子デバイスである。パワー半導体を実際に使用するために、ゲートドライバが、迅速、効率的、および安全にパワー半導体のオン／オフを切り替えるために必要な電圧および電流レベルを提供するために使用される。
【０００３】
しかしながら、パワー半導体は、スイッチング性能に影響するキーパラメータでのばらつきの影響を受けやすく、応用システムで信頼性の問題をもたらしている。これらのパワー半導体のばらつきは、閾値電圧、相互コンダクタンス、寄生容量、ゲート抵抗などを含むが、これらに限定されない。
【０００４】
これらのばらつきの原因は、製造および加工による物理的性質の変化、ならびに動作電圧および温度の変化を含む。このようなばらつきを補正し、パワー半導体の信頼性を保証することは、パワー半導体システムの商用化および産業上の利用のために重要である。
【０００５】
したがって、そのようなばらつきが発生した場合のパワー半導体のスイッチング性能を改善する必要がある。
【０００６】
単に例として添付の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、開ループアクティブゲートドライバの基本構造を示す。
図２は、高速センシングを使用した閉ループアクティブゲートドライバを示す。
図３は、オシロスコープを使用した閉ループアクティブゲートドライバを示す。
図４は、アクティブゲートドライバを用いるパワー半導体のための駆動パターンを開発するための提案された方法を示す。
図５は、アクティブゲートドライバを用いるパワー半導体のための駆動パターンを選択するための提案された方法を示す。
図６は、一実施形態による閉ループアクティブゲートドライバを示す。
図７は、駆動パターン例を示す。
図８は、駆動パターン例を示す。
図９は、駆動パターン例を示す。
図１０は、ダイオードと直列にされたＭＯＳＦＥＴの回路図を示す。
図１１は、ＭＯＳＦＥＴの主要なスイッチング波形を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
一実施形態によれば、アクティブゲートドライバ（ＡＧＤ）の複数の駆動パターンを生成する方法が提供され、この方法は、ＡＧＤを用いて、複数の動作条件でパワー半導体を制御することを備える。各動作条件について、パワー半導体の１つまたは複数の電気信号が取得され、パワー半導体の１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきが１つまたは複数の電気信号から検出され、１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきに対応する駆動パターンが、１つまたは複数のキーパラメータでのばらつきと駆動パターンの１つまたは複数の駆動パラメータとの間の予め決定された関係に基づいて生成される。各動作条件についての生成された駆動パターンと、１つまたは複数のキーパラメータでの対応するばらつきとがメモリに記憶される。
【０００９】
パワー半導体のキャリア移動度は、異なる動作条件で変化することがある。これにより、パワー半導体が動作する方法が変化する。しかしながら、動作条件の差異によるパワー半導体の変化を測定することは、使用中に実行できないことが多い。これらの変化は、パワー半導体のキーパラメータ（例えば、電気的特性）にばらつきをもたらすことが多い。しかしながら、使用中にパワー半導体のキーパラメータを直接測定することは実現が難しいことも多い。代わりに、パワー半導体のキーパラメータでのばらつきを検出するために、パワー半導体からの電気信号（例えば、電圧、電流など）が使用され得る。したがって、電気信号はキーパラメータでのばらつきについてのばらつき指標として機能する。
【００１０】
キーパラメータでのばらつきについての駆動パターンを記憶することにより、それらの駆動パターンは、後で、ＡＧＤを備えるデバイスによって、キーパラメータでのばらつきが検出されたときに最も適切な駆動パターンを選択し、または必要に応じて選択された駆動パターンを微調整するために使用され得る。この結果、新しい駆動パターンを最初から導き出さなければならない場合と比較して、計算リソースが大幅に低減される。このように、駆動パターンを記憶することにより、複雑なコントローラ／コンピュータの使用を必要とせずに、最も適切な駆動パターンを生成することによって、デバイスがその動作を改善することを可能にする。これは、異なる動作条件に起因するパワー半導体のばらつきから生じ得るパワー半導体の異なるキーパラメータについて駆動パターンが生成されることを可能にする。したがって、キーパラメータでの対応するばらつきについて適切な駆動パターンが使用され得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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