半导体装置的驱动装置及驱动方法和电力变换装置与流程

本发明涉及对用于电力变换装置的半导体装置进行驱动的驱动装置及驱动方法和应用它们的电力变换装置。

背景技术：

在三相交流逆变器等电力变换装置的主电路中，igbt(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)等半导体开关元件与二极管(续流二极管)反并联地连接而成的支路被串联地连接2个。

伴随着半导体开关元件的接通/断开驱动，各支路的电压急剧地变化，但按照由电力变换装置供给电力的负载(马达等)的绝缘性的确保、放射噪声的抑制等系统侧的要求来设定所容许的电压变化率(dv/dt)。

在被串联连接的2个支路、即高电位侧的上支路以及低电位侧的下支路之中，对于一方的支路的二极管，在恢复时施加反向偏置电压。该反向偏置电压根据在另一方的支路中导通的半导体开关元件的电压的减少而增大。此处，半导体开关元件的电压变化率(dv/dt)根据栅极驱动条件(栅极电阻、栅极电压等)而变化。因此，能够根据另一方的支路中的半导体开关元件的栅极驱动条件来设定对一方的支路中的二极管施加的反向偏置电压的dv/dt。

半导体开关元件以及二极管的dv/dt根据半导体开关元件的动作状态也发生变化。例如，igbt导通时的配对支路的二极管的恢复dv/dt随着半导体开关元件中流动的电流变小、并且随着半导体开关元件的温度变低而增大。因此，即便栅极驱动条件是标准值，根据半导体开关元件的动作状态，dv/dt也不会被抑制。

与此相对，作为根据半导体开关元件的动作状态来控制栅极驱动条件的技术，已知专利文献1记载的现有技术。在该现有技术中，根据电流指令值来推测半导体开关元件的通电电流ic，并且以在推测为低电流区域中的动作时通过低速开关来导通、且在推测为高电流区域中的动作时通过高速开关来导通的方式，控制驱动速度。

[现有技术文献]

专利文献1：日本特开2009-27881号公报

技术实现要素：

(发明要解决的课题)

在上述现有技术中，在驱动速度的控制中，关于半导体开关元件以及二极管的dv/dt与在半导体开关元件的导通时发生的开关损失的折衷关系，并未进行充分的考虑。因此，根据动作条件，即便能够抑制dv/dt，也难以抑制开关损失。

因此，本发明提供一种根据动作条件来抑制dv/dt并且还能够抑制开关损失的半导体装置的驱动装置及驱动方法和电力变换装置。

(用于解决课题的手段)

为了解决上述课题，本发明的半导体装置的驱动装置对电力变换装置中的构成支路的半导体装置进行驱动，驱动装置具备向半导体装置的控制端子输出控制电流的输出部，输出部根据半导体装置的动作状态，以使支路中的续流二极管的反向恢复时的电压变化率的大小成为预定的恒定值的方式控制控制电流的大小。

另外，为了解决上述课题，本发明的半导体装置的驱动方法是对电力变换装置中的构成支路的半导体装置进行驱动的方法，根据半导体装置的动作状态，以使支路中的续流二极管的反向恢复时的电压变化率的大小成为预定的恒定值的方式控制向半导体装置的控制端子的控制电流的大小。

为了解决上述课题，本发明的电力变换装置具备上下一对支路，并具备：第1驱动装置，对上下一对支路之中的构成上支路的第1半导体装置进行驱动；以及第2驱动装置，对上下一对支路之中的构成下支路的第2半导体装置进行驱动，第1驱动装置具备向第1半导体装置的第1控制端子输出第1控制电流的第1输出部，第1输出部根据第1半导体装置的动作状态，以使下支路中的续流二极管的反向恢复时的电压变化率的大小成为预定的恒定值的方式控制第1控制电流的大小，第2驱动装置具备向第2半导体装置的第2控制端子输出第2控制电流的第2输出部，第2输出部根据第2半导体装置的动作状态，以使上支路中的续流二极管的反向恢复时的电压变化率的大小成为预定的恒定值的方式控制第2控制电流的大小。

(发明的效果)

根据本发明，即便半导体装置的动作状态发生变化也能够将续流二极管的电压变化率控制为恒定值，因此能够低噪声且低损失地驱动半导体装置。

上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而会变得清楚。

附图说明

图1是示出作为实施例1的三相逆变器系统的概略性的结构的电路图。

图2是示出实施例1中的栅极驱动装置的结构的功能框图。

图3是示出最优栅极电流的数据集的取得方法的流程图。

图4是最优栅极电流的数据集的取得装置的结构图。

图5是示出igbt的导通损失与续流二极管的反向恢复时的电压变化率的折衷关系的一例的曲线图。

图6是示出在实施例1中向igbt输出栅极电流的模拟输出部的结构的电路图。

图7是示出作为实施例2的三相逆变器系统中的栅极驱动装置所具备的模拟输出部的结构的电路图。

图8是示出作为实施例3的三相逆变器系统的概略性的结构的电路图。

(符号说明)

1：感测部；2：数字控制部；2a：学习部；2b：运算部；3：模拟输出部；4：模拟信号输入部；5：数据输入部；6：学习数据集；7：信号分配器；10a、10b：电压控制电路；100：功率单元；101、101a、101b：igbt；102、102a、102b：续流二极管；103：滤波电容器；104、104a、104b：栅极驱动装置；105：指令逻辑部；106：马达；109：恒温槽；110：测量装置；111：处理装置。

具体实施方式

以下，关于本发明的实施方式，通过下述的实施例1～3，一边使用附图一边进行说明。在各图中，参照编号相同的结构要件表示相同的结构要件或者具备类似的功能的结构要件。

[实施例1]

图1是示出作为本发明的实施例1的三相逆变器系统的概略性的结构的电路图。

在本三相逆变器系统中，通过igbt101和滤波电容器103来构成功率单元100。在uvw相各自中，串联连接有2个igbt101，对各igbt101以使流通方向相互成为相反方向的方式并联连接有续流二极管102。即，在各相中，上下一对支路被串联连接，这些支路的串联连接电路被并联连接于滤波电容器103。另外，对各igbt101的栅极连接按照来自指令逻辑部105的指令信号来驱动igbt101的栅极驱动装置104。

uvw相各自的上支路的igbt101与下支路的igbt101的串联连接点作为功率单元100的输出而连接于作为负载的马达106。滤波电容器103的高电位侧连接于直流电源电位107。滤波电容器103的低电位侧连接于接地电位108。另外，串联连接的上下一对支路连接于直流电源电位107与接地电位108之间。

三相逆变器系统通过对功率单元100内的uvw相的igbt101进行接通/断开切换，将从未图示的直流电源输入到功率单元100的直流侧(滤波电容器103侧)的直流电力变换为三相交流电力，将该三相交流电力输出到马达106。

与igbt101、滤波电容器103一起配置于功率单元100内的栅极驱动装置104按照来自指令逻辑部105的指令信号，驱动igbt101。指令逻辑部105具备运算装置、存储器以及输入输出部，通过执行预定的程序，制作用于驱动igbt101的指令信号，将该指令信号输出到栅极驱动装置104。

此外，由栅极驱动装置104驱动的半导体开关元件不限于igbt，只要是mosfet等电压驱动型半导体开关元件即可。另外，构成半导体开关元件的半导体既可以是硅(si)，也可以是宽带隙半导体(碳化硅(sic)、氮化镓(gan)等)。

图2是示出实施例1中的栅极驱动装置的结构的功能框图。在图2中，仅图示了图1所示的三相逆变器系统中的u相的下支路，但u相的上支路、v相以及w相的上下支路的各栅极驱动装置也具有同样的结构。因此，虽然以下对u相的下支路的栅极驱动装置的结构以及动作进行说明，但其它栅极驱动装置的结构以及动作也是同样的。

栅极驱动装置104与igbt101的栅极端子g以及感应发射极端子(辅助发射极端子)ss连接。另外，栅极驱动装置104连接于上位的指令逻辑部105。

如图2所示，栅极驱动装置104包括感测部1、数字控制部2、模拟输出部3。数字控制部2具备学习部2a以及运算部2b。

从指令逻辑部105向栅极驱动装置104输入驱动指令信号。栅极驱动装置104在被输入驱动指令信号的期间，向igbt101的栅极·发射极间(g-ss间)施加超过igbt101的栅极阈值电压的电压(例如+15v)，使igbt101接通而使电流流过igbt101(导通)。另外，栅极驱动装置104在从指令逻辑部105未输入驱动指令信号的期间，向igbt101的栅极·发射极间(g-ss间)施加低于栅极阈值电压的电压(例如，-10v)，使igbt101断开而切断igbt101的电流(截止)。

另外，栅极驱动装置104将igbt101的动作状态、即流过igbt101的电流i、施加于igbt101的电压v(在图2中为滤波电容器103(图1)的两端电压)、igbt101的温度t分别利用电流传感器201、电压传感器202、温度传感器203来感测。这些感测信息(i、v、t)被输入到感测部1。感测部1经由模拟信号输入部4受理感测信息并变换为数字信号，将变换后的感测信息传送到运算部2b。

在本实施例1中的栅极驱动装置104中，输入i、v、t之中的某一个信息或者多个信息，如后述那样根据所输入的信息而输出将续流二极管的dv/dt的大小控制为恒定值那样的栅极电流。

作为电流传感器201，应用电流探测器(ct(currenttransformer，电流互感器)、罗氏线圈(rogowskicoil)等)、分流电阻。此外，也可以根据流过马达106的负载电流的测量值，计算流过igbt101的电流的推测值。

电压传感器202除了检测滤波电容器103的两端电压以外，也可以直接检测igbt101的集电极·发射极间电压。

作为温度传感器203，例如应用热敏电阻等。此外，也可以根据igbt101的接通电压等按照温度而变化的半导体元件的电特性参数tsep(temperaturesensitiveelectricalparameters，温度敏感电参数)的测量值，计算igbt101的温度的推测值。

学习部2a经由数据输入部5取得学习数据集6，将学习结果(例如线性模型)传送到运算部2b。

运算部2b根据感测信息(i、v、t)和学习结果，运算将续流二极管的dv/dt的大小控制为恒定值那样的栅极电流(ig)、即最优栅极电流，将与运算值相应的栅极电流输出指令传送到模拟输出部3。

模拟输出部3根据来自运算部2b的栅极电流输出指令，将最优栅极电流ig输出到igbt101的栅极端子g，对igbt101进行驱动(导通或者截止)。

以下，对栅极驱动装置104的动作进行说明。

以下，说明即便动作条件(电压v、电流i、温度t)变化，也为了以使续流二极管的反向恢复时的电压变化率(dv/dt)的大小成为预定的固定值的方式使栅极驱动装置104根据当前时间点的igbt101的动作状态来运算并输出最优栅极电流而应用的、取得最优栅极电流(ig)的数据集的方案和根据数据集学习用于ig运算的线性模型的方案。此外，针对各个igbt101的每个执行最优栅极电流的数据集的取得以及基于所取得的数据集的线性模型的学习。以下，虽然对u相下支路的igbt的情况进行说明，但对于u相上支路的igbt、v相以及w相的上下支路的igbt也是同样的。

首先，对取得最优栅极电流(ig)的数据集的方案进行说明。

图3是示出最优栅极电流的数据集的取得方法的流程图。另外，图4是最优栅极电流的数据集的取得装置的结构图。此外，关于图3的各步骤，一边参照图4的装置结构一边进行说明。

首先，在步骤s101(图3)中，将igbt101a(图4)的动作条件(电压v、电流i、温度t)固定。此处，设为将v、i、t分别固定为v1、i1、t1。

在该情况下，以使电源电位107与接地电位108之间的电压值成为v1的方式，通过未图示的外部电源来设定电压v1。另外，如图4所示，通过将三相逆变器系统(主电路以及栅极驱动装置)整体放入到设定为温度t1的恒温槽109的内部，从而设定温度t1。另外，电流i1与使igbt101a接通而流过电流的时间、即向栅极驱动装置104a输入的驱动指令信号的输入时间成比例地增大，因此通过以使流过igbt101a的电流成为i1的方式控制输入时间，从而设定电流i1。

接下来，在步骤s102(图3)中，指定栅极驱动装置104a(图4)向igbt101a输出的栅极电流值(ig^*1)。此外，在本实施例1中，经由数据输入部5，根据来自外部装置的设定信号，对栅极驱动装置104a设定ig^*1作为向igbt101a输出的栅极电流值。在取得最优栅极电流的数据集时，栅极驱动装置104a将跟随所设定的栅极电流值(ig^*1)的栅极电流输出到igbt101a的栅极端子。

此外，栅极电流值ig^*1也可以作为向数字控制部2(图2)的程序数据，而设为从外部以软件方式可重写。作为这样的软件方式的重写手段，也可以应用fpga(fieldprogrammablegatearray，现场可编程门阵列)作为数字控制部2，并经由数据输入部5编译指定了栅极电流值ig^*1的程序。由此，在设定向igbt101a输出的栅极电流值(ig^*1)时，栅极驱动装置104的输出栅极电阻的变更那样的硬件上的变更被削减，因此能够高效地取得数据集。

接下来，在步骤103(图3)中，通过栅极驱动装置104a，利用栅极电流值ig^*1来驱动igbt101a，取得此时的igbt101a的开关(导通)损失(e)以及配对支路的续流二极管102b的反向恢复时的电压变化率(dv/dt)。此外，此时其它igbt也同样地被驱动，三相逆变器系统动作。

在本步骤103(图3)中，如图4所示，igbt101a的集电极·发射极间电压(v)以及配对支路的续流二极管102b的阴极·阳极间电压(v)例如被高电压探测器所检测，电压检测值被输入到具有运算功能的测量装置110(例如数字示波器)。另外，流过igbt101a的电流(i)例如被电流探测器、电流互感器等所检测，电流检测值被输入到测量装置110。测量装置110根据igbt101a导通时的集电极·发射极间电压(v)的波形以及电流(i)的波形，对电力值(v、i的累加值)进行时间积分，从而运算igbt101a的导通损失(e)，将运算值(e1)输出到处理装置111。另外，测量装置110根据续流二极管102b的阴极·阳极间电压(v)的波形运算电压变化率(dv/dt)，将运算值((dv/dt)1)输出到处理装置111。由此，在igbt101a的一个动作条件(电压v1、电流i1、温度t1)下，取得针对igbt101a的栅极电流值ig^*1的、igbt101a的导通损失值(e1)以及续流二极管102b的电压变化率值((dv/dt)1)。

此外，处理装置111是计算机(例如个人计算机)，具备显示装置。

此处，在igbt101a的导通损失(e)以及电压变化率(dv/dt)之间具有折衷关系，因此在伴随着igbt101a的导通而反向恢复的续流二极管102b的电压变化率(dv/dt)与igbt101a的导通损失(e)之间也具有折衷关系。

图5是示出igbt101a的开关损失(导通损失)e与续流二极管102b的反向恢复时的电压变化率dv/dt的折衷关系的一例的曲线图。此外，v、i、t被固定(v＝v1、i＝i1、t＝t1)，将栅极电流ig作为参数。

处理装置111根据从测量装置110取得的导通损失e的运算值以及电压变化率的运算值，将如图5所示的曲线图显示于处理装置111所具备的显示装置。如该曲线图所示，e和dv/dt示出折衷的关系。此外，v、i、t分别被固定为v1、i1、t1，设为ig＝ig^*1，在步骤s103(图3)被执行的时间点，在处理装置111的显示装置中仅显示有图5中的与ig^*1对应的绘制。

接下来，在步骤s104中，处理装置111判定在步骤s103中取得的dv/dt的运算值((dv/dt)1)是否与控制目标值(dv/dt_target)一致。如果一致(“是”)，则接下来执行步骤s105，如果不一致(“否”)，则返回到步骤s102，设定其它的栅极电流值(ig^*2)，再次执行步骤s102～s104。

根据由三相逆变器系统供给电力的马达106的绝缘性的确保、放射噪声的抑制等马达驱动系统侧的要求，设定控制目标值(dv/dt_target)。

在步骤s105中，在通过步骤s104判定为针对ig^*1的(dv/dt)1与dv/dt_target一致的情况下，ig^*1被设定为针对动作条件(v1、i1、t1)的最优栅极电流(ig1)(ig1＝ig^*1)。另外，在步骤s104中判定为(dv/dt)1与dv/dt_target不一致并设为ig＝ig^*2而再次执行步骤s102～s104的结果，在判定为针对ig^*2的(dv/dt)2与dv/dt_target一致的情况下，处理装置111将ig^*2设定为针对动作条件(v1、i1、温度t1)的最优栅极电流(ig1)(ig1＝ig^*2)。

此外，上述的图5示出针对ig^*2，dv/dt与控制目标值一致。

在步骤s105中，在针对动作条件(电压v1、电流i1、温度t1)设定了最优栅极电流时，接下来固定为其它的动作条件(电压v2、电流i2、温度t2)而重复步骤s101～s105，设定针对动作条件(电压v2、电流i2、温度t2)的最优栅极电流ig2。

这样，一边与用于学习的数据采样数(n)相应地改变动作条件一边重复执行步骤s101～s105。由此，在步骤s106中，取得n个与动作条件(电压vk、电流ik、温度tk)对应的最优栅极电流(igk)(k＝1，2，…，n)。例如，在针对电压、电流、温度分别每次3个条件地使动作条件变化的同时取得数据集的情况下，取得数据采样数为27个的数据集。

此处，利用式(1)所示的输入x和式(2)所示的输出y来表示上述数据集。

如式(1)所示，输入x是动作条件，将第1列设为常数1，将第2列设为电压vk，将第3列设为电流ik，将第4列设为温度tk，利用纵向排列数据采样数n而成的n×4的矩阵来表示。

另外，如式(2)所示，输出y是各动作条件下的续流二极管的电压变化率(dv/dt)与控制目标值(dv/dt_target)一致那样的最优栅极电流(igk)，利用纵向排列数据采样数n而成的n×1的矩阵(列矢量)来表示。

接下来，说明从数据集学习用于ig运算的线性模型的方案。本方案对应于图3中的步骤s107。

将上述数据集y、x的组[yx]设为学习数据集6(图4)，将该学习数据集6从数据输入部5输入到数字控制部2中的学习部2a(图2)。此外，学习数据集6也可以作为向学习部2a的程序数据而从外部以软件方式被输入到学习部2a。在该情况下，例如应用fpga作为学习部2a，从数据输入部5编译储存有学习数据集[yx]的程序。

学习部2a进行如下学习：输入学习数据集[yx]，输出式(3)所示的线性模型。利用式(4)所示的由参数θ0～θ3构成的4×1的矩阵(列矢量)来表示式(3)中的“θ”。

y＝x*θ…(3)

即，在本实施例1中，学习部2a执行求出最适合数据集[yx]的线性模型的系数参数θ的多重回归分析。例如，学习部2a通过多重回归分析，学习如式(5)所示的用表示igbt的动作状态的电压v、电流i以及温度t这3个特征量的线性和来表示栅极电流ig的线性模型。

ig＝θ0+θ1*v+θ2*i+θ3*t…(5)

此外，在线性模型中，也可以仅将v、i以及t之中的任意一个或者任意两个作为特征量。另外，也可以包括特征量的取幂项(例如i²)。

学习部2a将在步骤s107中学习的线性模型(式(5))传送到运算部2b(图2)。感测部1(图2)在三相逆变器系统动作时取得igbt101的动作状态(电压v、电流i、温度t)，并传送到运算部2b。运算部2b使用所取得的动作状态(电压v、电流i、温度t)和线性模型(式(5))来运算栅极电流(ig)，将与ig的运算值相应的栅极电流输出指令传送到模拟输出部3(图2)。模拟输出部3根据来自运算部2b的栅极电流输出指令，将栅极电流输出到igbt101的栅极端子，驱动igbt101(图3的步骤s108)。

由此，即便igbt101的动作状态(v、i、t)变化，栅极驱动装置104(图2)也能够利用将配对支路的续流二极管的反向恢复时的dv/dt抑制为控制目标值(dv/dt_target)并且抑制导通损失的发生那样的最优栅极电流来驱动igbt101。

图6是示出在本实施例1中向igbt101输出栅极电流的模拟输出部3(图2)的结构的电路图。

如图6所示，模拟输出部3具有信号分配器7、构成接通栅极电路的输出级的多个(n个)p沟道mosfet(以下记载为“pmos”)及与pmos相同的个数(n个)的栅极电阻(以下记载为“接通栅极电阻”)、以及构成断开栅极电路的输出级的多个(n个)n沟道mosfet(以下记载为“nmos”)及与nmos相同的个数(n个)的栅极电阻(以下记载为“断开栅极电阻”)。

pmosp1、p2、…、pn的源极端子连接于栅极驱动装置104用的正侧电源电位8。pmosp1、p2、…、pn的漏极端子分别连接于接通栅极电阻r1、r2、…、rn的一端。接通栅极电阻r1、r2、…、rn的另一端连接于igbt101的栅极g。

另外，nmosn1、n2、…、nn的源极端子连接于栅极驱动装置104用的负侧电源电位9。nmosn1、n2、…、nn的漏极端子分别连接于断开栅极电阻r1、r2、…、rn的一端。断开栅极电阻r1、r2、…、rn的另一端连接于igbt101的栅极g。

信号分配器7的输入部连接于运算部2b。信号分配器7的2n个输出部连接于n个pmos以及n个nmos的栅极(2n个)。

运算部2b将与栅极电流ig的运算值相应的栅极电流输出指令(sig_p以及sig_n)传送到信号分配器7。信号分配器7将栅极电流输出指令(sig_p以及sig_n)分配给pmos以及nmos。

sig_p以及sig_n分别是n比特的数字信号(1或者0)，信号“1”表示使输出级的mosfet接通，信号“0”表示使输出级的mosfet断开。sig_p指定在igbt101导通时pmosp1、p2、…、pn之中的接通的pmos。即，sig_p的第k比特的信号指定pmospk(k＝1，2，…，n)的接通/断开。另外，sig_n指定在igbt101截止时nmosn1、n2、…、nn之中的接通的nmos。即，sig_n的第k比特的信号指定nmosnk(k＝1，2，…，n)的接通/断开。

信号分配器7将sig_p的第k比特的信号分配给pmospk。由此，根据sig_p而被指定为接通的pmos经由接通栅极电阻而被并联连接。换言之，与被指定为接通的pmos串联地连接的接通栅极电阻经由pmos而被并联连接。接通栅极电流的大小根据并联连接的pmos以及接通栅极电阻而被设定。

另外，信号分配器7将sig_n的第k比特的信号分配给nmosnk。由此，根据sig_n而被指定为接通的nmos经由断开栅极电阻而被并联连接。换言之，与被指定为接通的nmos串联地连接的断开栅极电阻经由nmos而被并联连接。断开栅极电流的大小根据并联连接的nmos以及断开栅极电阻而被设定。

例如，在输出级的pmos为4个(n＝4)时，sig_p是4比特的数字信号。在这样的4比特的sig_p为“0001”的情况下，仅p1被接通。因此，pmos以及接通栅极电阻的并联数可以说是“1”，模拟输出部3所输出的接通栅极电流的大小成为最小值。另外，在4比特的sig_p为“1111”的情况下，p1～p4全部被接通。因此，pmos以及接通栅极电阻的并联数是“4”，接通栅极电流的大小成为最大值。另外，在4比特的sig_p为“0011”的情况下，p1以及p2被接通，p3以及p4被断开。因此，pmos以及接通栅极电阻的并联数是“2”，接通栅极电流的大小成为中间值。

这样，根据栅极电流输出指令(sig_p或者sig_n)的值来变更输出级的mosfet以及栅极电阻的并联数，从而能够控制从模拟输出部3输出的栅极电流的大小。因此，模拟输出部3能够根据igbt101的动作状态，向igbt101的栅极g输出将igbt101的配对支路的续流二极管的反向恢复时的dv/dt抑制为控制目标值(dv/dt_target)并且抑制导通损失的发生那样的最优栅极电流。

此外，本实施例1在上支路的igbt导通且下支路的续流二极管反向恢复的情况下也同样适用(其它实施例也同样)。

如上所述，根据本实施例1，即便igbt的动作条件(电压v、电流i、温度t)发生变化，也以使二极管的反向恢复时的电压变化率(dv/dt)与恒定的控制目标值一致的方式控制栅极电流，从而能够平衡良好地抑制二极管的电压变化率(dv/dt)以及开关损失(导通损失)。例如，不会发生如下那样的问题：由于dv/dt的过度的抑制而导致开关损失(导通损失)的增大，或者使开关损失(导通损失)的降低过于优先而未充分抑制dv/dt。

另外，根据本实施例1的驱动装置，栅极驱动装置能够低损失且低噪声地驱动构成支路的igbt。因此，能够低损失且低噪声地驱动包括支路即igbt和续流二极管的并联连接电路的功率模块等半导体装置。而且，能够使具备多个支路的三相逆变器等电力变换装置低损失化且低噪声化。

[实施例2]

图7是示出作为本发明的实施例2的三相逆变器系统中的栅极驱动装置所具备的模拟输出部的结构的电路图。此外，模拟输出部以外的结构与实施例1是同样的。以下，对与实施例1(图6)不同的点进行说明。

如图7所示，本实施例2中的模拟输出部3具有信号分配器7、构成接通栅极电路的输出级的p沟道mosfet(以下记载为“pmos”)p1及与pmosp1串联连接的接通栅极电阻r1、接通栅极电路侧的电压控制电路10a、构成断开栅极电路的输出级的n沟道mosfet(以下记载为“nmos”)n1及与nmosn1串联连接的断开栅极电阻r1、以及断开栅极电路侧的电压控制电路10b。

pmosp1的源极端子连接于栅极驱动装置104的正侧电源电位8。pmosp1的漏极端子连接于接通栅极电阻的一端。接通栅极电阻r1的另一端连接于igbt101的栅极g。

另外，nmosn1的源极端子连接于栅极驱动装置104的负侧电源电位9。nmosn1的漏极端子连接于断开栅极电阻r1的一端。断开栅极电阻r1的另一端连接于igbt101的栅极g。

信号分配器7的输入部连接于运算部2b。信号分配器7的4个输出部连接于电压控制电路10a、电压控制电路10b、pmosp1的栅极以及nmosn1的栅极。

电压控制电路10a连接于信号分配器7的输出部与正侧电源电位8之间，控制正侧电源电位8的大小。

电压控制电路10b连接于信号分配器7的输出部与负侧电源电位9之间，控制负侧电源电位9的大小。

运算部2b将与栅极电流ig的运算值相应的栅极电流输出指令(sig_p以及sig_n)发送给信号分配器7。信号分配器7将栅极电流输出指令sig_p以及sig_n分别分配给电压控制电路10a以及电压控制电路10b，并且将包含于栅极电流输出指令(sig_p、sig_n)的pmosp1以及nmosn1的接通/断开控制信息分配给pmosp1以及nmosn1。电压控制电路10a根据来自信号分配器7的栅极电流输出指令sig_p，控制正侧电源电位8的大小。另外，电压控制电路10b根据来自信号分配器7的栅极电流输出指令sig_n，控制负侧电源电位9的大小。

在本实施例2中，如以下所说明那样与实施例1不同，通过变更对输出级的pmosp1以及nmosn1施加的电压的大小，控制从模拟输出部3向igbt101的栅极g输出的栅极电流。

运算部2b将栅极电流输出指令(sig_p以及sig_n)传送给信号分配器7。sig_p以及sig_n分别是n比特的数字信号(1或者0)，栅极电流输出指令的值的大小对应于栅极驱动装置104的电源电压的大小。

例如，在应用4比特的栅极电流输出指令的情况下，电压控制电路10a在igbt101导通时，按照从sig_p＝0000至sig_p＝1111的16个阶段对正侧电源电位8的大小进行控制。在sig_p＝0000的情况下，正侧电源电位8的大小成为最小(零)，因此从模拟输出部3向igbt101的栅极端子g输出的接通栅极电流的大小成为最小(零)。另外，在sig_p＝1111的情况下，正侧电源电位8的大小成为最大，因此所输出的接通栅极电流的大小成为最大。另外，在sig_p＝0000以及sig_p≠0000的情况下，信号分配器7分别将断开控制信息(断开栅极信号)以及接通控制信息(接通栅极信号)分配给pmosp1。此外，在sig_p≠0000的情况下，被设定为sig_n＝0000，向nmos_n1分配断开控制信息(断开栅极信号)。

在截止时也同样地，电压控制电路10b根据栅极电流输出指令(sig_n)的值来调整负侧电源电位9的大小，从而控制向igbt101的栅极端子g输出的断开栅极电流的大小。由此，在igbt101截止时，能够控制igbt101以及续流二极管102中的电压变化率。

根据本实施例2，能够减少作为栅极驱动装置的输出级的开关元件的pmos以及nmos的个数，因此能够简化栅极驱动装置的电路，或者能够使栅极驱动装置小型化。

[实施例3]

图8是示出作为本发明的实施例3的三相逆变器系统的概略性的结构的电路图。以下，主要说明与实施例1以及实施例2不同的点。

在本实施例3中，在实施例1(图2)中栅极驱动装置104所具备的感测部1和数字控制部2(学习部2a以及运算部2b)包含于指令逻辑部105。

如图8所示，在感测部1中设置有将逆变器系统内的全相全支路(u相上支路、u相下支路、v相上支路、v相下支路、w相上支路、w相下支路)的感测信息(电压v、电流i、温度t)进行储存的存储器区域(u高(high)、u低(low)、v高、v低、w高、w低)。经由模拟信号输入部4输入到感测部1的全相全支路量的感测信息(电压v、电流i、温度t)变换为数字信号后，分别被储存到对应的储存区域，并且被传送到具有对应的存储器区域的运算部2b。

在本实施例3中，与实施例1同样地，将数据集y、x(参照式(1)、式(2))的组[yx]作为学习数据集6，全相全支路量的学习数据集6从数据输入部5被输入到学习部2a。所输入的学习数据集6分别被储存到对应的相以及支路的存储器区域(u高、u低、v高、v低、w高、w低)。

此外，学习数据集6也可以作为面向学习部2a的程序数据而从外部以软件方式被输入到学习部2a。在该情况下，例如应用fpga作为学习部2a，从数据输入部5编译储存有学习数据集[yx]的程序。

包含于指令逻辑部105的学习部2a根据所输入的学习数据集6，与实施例1同样地，关于各相各支路的igbt101以及续流二极管102，学习上述式(5)所示的线性模型。学习部2a将通过学习得到的线性模型储存到运算部2b中的对应的相以及支路的存储器区域(u高、u低、v高、v低、w高、w低)。

运算部2b使用从感测部1取得的感测信息即igbt101的动作状态(电压v、电流i、温度t)和线性模型(式(5))，运算栅极电流(ig)，将与ig的运算值相应的栅极电流输出指令传送给对应的相以及支路中的栅极驱动装置104的模拟输出部3(图2)。此外，在图8中，仅图示了u相上支路和u相下支路，但其它支路也是同样的。

模拟输出部3根据来自运算部2b的栅极电流输出指令，将栅极电流输出到igbt101的栅极端子g，驱动igbt101。

根据本实施例3，将感测信息、学习数据集的输入汇集到指令逻辑部105，因此能够减少栅极驱动装置的输入接口数，或者能够使栅极驱动装置小型化。另外，能够将各相各支路的半导体装置(igbt101以及续流二极管102)的感测信息在指令逻辑部中进行汇总管理，并进行相对比较，因此能够通过指令逻辑部105来监视三相逆变器系统整体的状态。

此外，本发明不限于上述的实施方式，而包括各种变形例。例如，上述的实施方式是为了易于理解地说明本发明而详细地说明的实施方式，并非限定于一定具备所说明的所有的结构的实施方式。另外，关于各实施方式的结构的一部分，能够进行其它结构的追加、去除、置换。

例如，上述的各实施例不限于三相逆变器系统，能够应用于具备上下一对支路的电力变换装置。

另外，上下一对支路也可以由支路单体或者多个支路收纳于壳体内且电极端子被引出到壳体外的功率半导体模块(1合1(1in1)、2合1(2in1)等)构成。此外，在功率半导体模块中，除了支路以外还可以收纳有栅极驱动装置。

另外，构成支路的半导体开关元件不限于igbt，也可以是功率mosfet。在该情况下，作为续流二极管，也可以使用功率mosfet的寄生二极管(体二极管)。另外，作为续流二极管，能够使用pn结二极管、肖特基势垒二极管、同时使用pn结和肖特基接合的二极管等各种二极管。