(57)【要約】一態様において、デバイスが、第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、第１のゲートと第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力するゲートドライバと、第１のゲートにゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、第２のゲートにゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、第１の電力スイッチと第２の電力スイッチとにゲート駆動信号を分配する分配チョークとを含む。分配チョークが、第１の伝導路内に位置する第１の巻線と第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含む。分配チョークが、差動モードで結合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、
前記第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、
前記第１のゲートと前記第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力するゲートドライバと、
前記第１のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、
前記第２のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、
前記第１の電力スイッチと前記第２の電力スイッチとに前記ゲート駆動信号を分配する分配チョークと、
を備え、
前記分配チョークが、前記第１の伝導路内に位置する第１の巻線と前記第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含み、
前記分配チョークが、差動モードで結合された、
デバイス。
【請求項２】
前記電力スイッチが、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはＨＥＭＴである、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、
前記第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、
前記第１のゲートと前記第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力する一体化されたゲートドライバと、
前記第１のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、
前記第２のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、
前記第１の電力スイッチと前記第２の電力スイッチとに前記ゲート駆動信号を分配する分配チョークと、
を備え、
前記分配チョークが、前記第１の伝導路内に位置する第１の巻線と前記第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含み、
前記分配チョークが、差動モードで結合された、
電力モジュール。
【請求項４】
第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、
前記第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、
前記第１のゲートと前記第２のゲートとの両方を駆動するように外部ゲートドライバ信号のゲートドライバ出力を結合する端子と、
前記第１のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、
前記第２のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、
前記第１の電力スイッチと前記第２の電力スイッチとに前記ゲート駆動信号を分配する分配チョークと、
を備え、
前記分配チョークが、前記第１の伝導路内に位置する第１の巻線と前記第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含み、
前記分配チョークが、差動モードで結合された、
電力モジュール。
【請求項５】
前記ゲート駆動信号を分配する第２の分配チョークをさらに備え、
前記第２の分配チョークが、前記第１の伝導路内に位置する第３の巻線を備える、
請求項１に記載のデバイス、または、請求項３または請求項４に記載の電力モジュール。
【請求項６】
前記第１の電力スイッチと前記第２の電力スイッチとに並列化されて第３のゲートを含む第３の電力スイッチと、
前記第３のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第３の伝導路と、
をさらに備える、請求項５に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項７】
前記第２の分配チョークが、前記第３の伝導路内に位置する第４の巻線を備える、
請求項５に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項８】
前記ゲート駆動信号を分配する第３の分配チョークをさらに備え、
前記第３の分配チョークが、前記第３の伝導路内に位置する第５の巻線を備える、
請求項７に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項９】
前記第３の分配チョークが、前記第２の伝導路内に位置する第６の巻線を備える、
請求項８に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１０】
すべてのパーツが、１つの電力モジュールに一体化された、
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１１】
前記電力スイッチが、すべてＩＧＢＴである、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１２】
前記電力スイッチが、すべてＭＯＳＦＥＴである、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１３】
前記電力スイッチが、すべてＨＥＭＴである、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１４】
前記第１の伝導路が、第１のゲート抵抗を備え、
前記第２の伝導路が、第２のゲート抵抗を備える、
請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１５】
前記第１の伝導路と前記第２の伝導路とが、共通のゲート抵抗を備える、
請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１６】
前記共通の電力スイッチドライバが、共通のゲートドライバであり、
前記ゲートドライバが、１つまたは複数のゲート信号出力を含むか、または、別々のハイ／ローゲート出力を含む、
請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力モジュール。
【請求項１７】
前記デバイスまたは前記電力スイッチモジュールが、同数の並列化された電力スイッチとチョークとを備え、
前記伝導路の各々が、少なくとも２つの巻線を含む、
請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載のデバイスまたは電力スイッチモジュール。
【請求項１８】
並列に結合された第１の複数の電力スイッチであって、
各前記電力スイッチが、ゲートを含む、
前記第１の複数の電力スイッチと、
各前記ゲートを駆動するゲート駆動信号を出力するゲートドライバと、
各前記電力スイッチの前記ゲートに前記ゲート駆動信号を結合する伝導路と、
各前記ゲートに前記ゲート駆動信号を分配する第１の複数の分配チョークと、
を備え、
前記電力スイッチの数が、前記分配チョークの数に等しく、
各前記分配チョークが、前記ゲートへの第１の伝導路内に位置する第１の巻線と前記ゲートへの第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含み、
各前記分配チョークが、差動モードで結合され、
前記ゲート駆動信号が、複数の伝導路に分配され、および、第２の複数の分配チョークに分配され、
前記第２の複数の分配チョーク内における前記分配チョークの数が、前記第１の複数の分配チョーク内における前記分配チョークの数より１つ少ない、
電力モジュール。
【請求項１９】
第１のゲートを含む第１のＩＧＢＴと、
前記第１のＩＧＢＴと並列化されて第２のゲートを含む第２のＩＧＢＴと、
前記第１のゲートと前記第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力するＩＧＢＴドライバと、
前記第１のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、
前記第２のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、
前記第１のＩＧＢＴと前記第２のＩＧＢＴとに前記ゲート駆動信号を分配する分配チョークと、
を備え、
前記分配チョークが、前記第１の伝導路内に位置する第１の巻線と前記第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含み、
前記分配チョークが、差動モードで結合された、
デバイス。
【請求項２０】
前記ゲート駆動信号を分配する第２の分配チョークをさらに備え、
前記第２の分配チョークが、前記第１の伝導路内に位置する第３の巻線を備える、
請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記第１のＩＧＢＴと前記第２のＩＧＢＴとに並列化されて第３のゲートを含む第３のＩＧＢＴと、
前記第３のゲートに前記ゲート駆動信号を結合する第３の伝導路と、
をさらに備える、請求項２０に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記第２の分配チョークが、前記第３の伝導路内に位置する第４の巻線を備える、
請求項２１に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記ゲート駆動信号を分配する第３の分配チョークをさらに備え、
前記第３の分配チョークが、前記第３の伝導路内に位置する第５の巻線を備える、
請求項２２に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記第３の分配チョークが、前記第２の伝導路内に位置する第６の巻線を備える、
請求項２３に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記第１の伝導路が、第１のゲート抵抗を備え、
前記第２の伝導路が、第２のゲート抵抗を備える、
請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２６】
前記第１の伝導路と前記第２の伝導路とが、前記ＩＧＢＴドライバと前記分配チョークとの間に１つまたは複数の第１の導体を備え、
前記第１の伝導路が、前記分配チョークと前記第１のゲートとの間に１つまたは複数の第２の導体を備え、
前記第２の伝導路が、前記分配チョークと前記第２のゲートとの間に１つまたは複数の第３の導体を備え、
前記１つまたは複数の第２の導体が、前記１つまたは複数の第１の導体より長く、
前記１つまたは複数の第３の導体が、前記１つまたは複数の第１の導体より長い、
請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２７】
ゲートと主端子のペアとを含む第１の電圧制御される電力スイッチと、
ゲートと主端子のペアとを含む第２の電圧制御される電力スイッチであって、
前記第１の電圧制御される電力スイッチと前記第２の電圧制御される電力スイッチとの各々の前記主端子のうちの１つが、相互に結合された、
前記第２の電圧制御される電力スイッチと、
第１の巻線と第２の巻線とを備える差動チョークと、
前記第１の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートに第１の伝導路により結合された、および、前記第２の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートに第２の伝導路により結合されたゲート駆動信号出力を備える電力スイッチドライバと、
を備え、
前記第１の伝導路が、前記第１の巻線を備え、
前記第２の伝導路が、前記第２の巻線を備え、
前記ゲート駆動信号出力と前記第１の巻線との間における前記第１の伝導路のインピーダンスと、前記ゲート駆動信号出力と前記第２の巻線との間における前記第２の伝導路のインピーダンスとの差が、前記第１の巻線と前記第１の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートとの間における前記第１の伝導路のインピーダンスと、前記第２の巻線と前記第２の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートとの間における前記第２の伝導路のインピーダンスとの差より小さい、
電力スイッチモジュール。
【請求項２８】
前記第１の伝導路が、前記第１の巻線と前記第１の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートとの間に位置する第１のゲート抵抗を備え、
前記第２の伝導路が、前記第２の巻線と前記第２の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートとの間に位置する第２のゲート抵抗を備える、
請求項２７に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項２９】
第３の巻線と第４の巻線とを備える第２の差動チョークをさらに備え、
前記第１の伝導路が、前記第３の巻線を備える、
請求項２７に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３０】
ゲートと主端子のペアとを含む第３の電圧制御される電力スイッチをさらに備え、
前記第３の電圧制御される電力スイッチの前記主端子のうちの１つが、前記第１の電圧制御される電力スイッチと前記第２の電圧制御される電力スイッチとの前記主端子のうちの結合された前記主端子に結合され、
前記ゲート駆動信号出力が、前記第３の電圧制御される電力スイッチの前記ゲートに第３の伝導路により結合され、
前記第３の伝導路が、前記第４の巻線を備える、
請求項２９に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３１】
前記電力スイッチが、ＩＧＢＴであり、
前記共通の電力スイッチドライバが、共通のＩＧＢＴドライバである、
請求項２７から請求項３０のいずれか一項に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３２】
各々がそれぞれの制御端子を含む３つ以上の並列化された電力スイッチと、
それぞれの伝導路により、前記並列化された電力スイッチの前記制御端子の各々に結合された単一のゲート駆動信号出力を備える共通の電力スイッチドライバと、
巻線のペアを各々が備える２つ以上のチョークであって、
各前記チョークの前記巻線が、差動モードで、前記伝導路のうちの異なるもの内に配置され、
前記伝導路のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの巻線を含む、
前記２つ以上のチョークと、
を備える、電力スイッチモジュール。
【請求項３３】
前記電力スイッチが、ＩＧＢＴであり、
前記共通の電力スイッチドライバが、共通のＩＧＢＴドライバである、
請求項３２に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３４】
前記伝導路が、共通のゲート抵抗を備える、
請求項３２から請求項３３のいずれか一項に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３５】
前記電力スイッチモジュールが、同数の並列化された電力スイッチとチョークとを備え、
前記伝導路の各々が、少なくとも２つの巻線を含む、
請求項３２から請求項３４のいずれか一項に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３６】
それぞれの制御端子を各々が含む少なくとも２つの並列化された電力スイッチと、
それぞれの伝導路により前記並列化された電力スイッチの前記制御端子の各々に結合された単一のゲート駆動信号出力を備える共通の電力スイッチドライバと、
巻線のペアを各々が備える１つまたは複数のチョークであって、
各前記チョークの前記巻線が、差動モードで、前記伝導路のうちの異なるもの内に配置され、
前記伝導路のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの巻線を含む、
前記１つまたは複数のチョークと、
前記電力スイッチの前記制御端子間に結合された複数のキャパシタンスと、
を備える、電力スイッチモジュール。
【請求項３７】
各前記伝導路に対して少なくとも１つの独立したコンデンサが存在する、
請求項３６に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３８】
各前記キャパシタンスの第１の端部が、電力スイッチの前記制御端子に結合され、
各前記キャパシタンスの第２の端部が、他の前記キャパシタンスに結合された、
請求項３６から請求項３７のいずれか一項に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項３９】
すべての前記キャパシタンスの前記第２の端部が、相互に結合されて容量性クランプ回路を形成する、
請求項３６から請求項３８のいずれか一項に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項４０】
抵抗器が、各前記キャパシタンスに結合された、
請求項３６から請求項３９のいずれか一項に記載の電力スイッチモジュール。
【請求項４１】
前記抵抗器の第１の端部が、それぞれの前記コンデンサの前記第１の端部に結合され、
前記抵抗器の第２の端部が、前記コンデンサの前記第２の端部に結合された、
請求項４０に記載の電力スイッチモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、１つまたは複数の差動モードチョークを使用して駆動信号を分配する電力スイッチの並列化に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力スイッチは、比較的高い電圧および電流をスイッチングするように設計されたスイッチングデバイスである。このような電力スイッチの例として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  ｇａｔｅ  ｂｉｐｏｌａｒ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、金属−酸化物−半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｆｉｅｌｄ−ｅｆｆｅｃｔ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ：ｈｉｇｈ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｍｏｂｉｌｉｔｙ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などが挙げられる。これらの電力スイッチは、一般的に、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、または他の適切な半導体材料などの半導体材料を使用して作製される。半導体を使用して作製された電力スイッチは、このような電圧および電流をスイッチングするように適応されたデバイス特性をもつ。しかし、個々の電力スイッチが比較的好ましいデバイス特性をもつ場合でも、個々の電力スイッチは、多くの場合、いくつかの高出力用途の要求を満たすことが不可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような要求を満たすために、複数の電力スイッチが、多くの場合、モジュールへと組み立てられる。このようなモジュールにおいて、並列電力スイッチが、用途により要求される電圧および電流をスイッチングするために組み合わせて使用され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
第１の態様において、デバイスは、第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、第１のゲートと第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力するゲートドライバと、第１のゲートにゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、第２のゲートにゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、第１の電力スイッチと第２の電力スイッチとにゲート駆動信号を分配する分配チョークとを含む。分配チョークは、第１の伝導路内に位置する第１の巻線と第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含む。分配チョークは、差動モードで結合される。
【０００５】
第２の態様において、電力モジュールは、第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、第１のゲートと第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力する一体化されたゲートドライバと、第１のゲートにゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、第２のゲートにゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、第１の電力スイッチと第２の電力スイッチとにゲート駆動信号を分配する分配チョークとを含む。分配チョークは、第１の伝導路内に位置する第１の巻線と第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含む。分配チョークは、差動モードで結合される。
【０００６】
第３の態様において、電力モジュールは、第１のゲートを含む第１の電力スイッチと、第１の電力スイッチと並列化されて第２のゲートを含む第２の電力スイッチと、第１のゲートと第２のゲートとの両方を駆動するように外部ゲートドライバ信号のゲートドライバ出力を結合する端子と、第１のゲートにゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、第２のゲートにゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、および第１の電力スイッチと第２の電力スイッチとにゲート駆動信号を分配する分配チョークとを含む。分配チョークは、第１の伝導路内に位置する第１の巻線と第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含む。分配チョークは、差動モードで結合される。
【０００７】
第４の態様において、電力モジュールは、並列に結合された第１の複数の電力スイッチであって、各電力スイッチがゲートを含む、第１の複数の電力スイッチと、各ゲートを駆動するゲート駆動信号を出力するゲートドライバと、各電力スイッチのゲートにゲート駆動信号を結合する伝導路と、各ゲートにゲート駆動信号を分配する第１の複数の分配チョークとを含む。電力スイッチの数は、分配チョークの数に等しい。各分配チョークが、ゲートへの第１の伝導路および第２の伝導路内に位置する第１の巻線および第２の巻線を含む。各分配チョークは、差動モードで結合される。ゲート駆動信号は、複数の伝導路に、および第２の複数の分配チョークへと分配される。第２の複数の分配チョーク内における分配チョークの数は、第１の複数の分配チョーク内における分配チョークの数より１つ少ない。
【０００８】
第５の態様において、デバイスは、第１のゲートを含む第１のＩＧＢＴと、第１のＩＧＢＴと並列化されて第２のゲートを含む第２のＩＧＢＴと、第１のゲートと第２のゲートとの両方を駆動するゲート駆動信号を出力するＩＧＢＴドライバと、第１のゲートにゲート駆動信号を結合する第１の伝導路と、第２のゲートにゲート駆動信号を結合する第２の伝導路と、第１のＩＧＢＴと第２のＩＧＢＴとにゲート駆動信号を分配する分配チョークとを含む。分配チョークが、第１の伝導路内に位置する第１の巻線と第２の伝導路内に位置する第２の巻線とを含む。分配チョークは、差動モードで結合される。
【０００９】
第６の態様において、電力スイッチモジュールは、ゲートと主端子のペアとを含む第１の電圧制御される電力スイッチと、ゲートと主端子のペアとを含む第２の電圧制御される電力スイッチであって、第１の電圧制御される電力スイッチと第２の電圧制御される電力スイッチとの各々の主端子のうちの１つが相互に結合された、第２の電圧制御される電力スイッチと、第１の巻線と第２の巻線とを備える差動チョークと、第１の電圧制御される電力スイッチのゲートに第１の伝導路により、および、第２の電圧制御される電力スイッチのゲートに第２の伝導路により結合されたゲート駆動信号出力を備える電力スイッチドライバとを含む。第１の伝導路が、第１の巻線を備える。第２の伝導路が、第２の巻線を備える。ゲート駆動信号出力と第１の巻線との間における第１の伝導路のインピーダンスと、ゲート駆動信号出力と第２の巻線との間における第２の伝導路のインピーダンスとの差は、第１の巻線と第１の電圧制御される電力スイッチのゲートとの間における第１の伝導路のインピーダンスと、第２の巻線と第２の電圧制御される電力スイッチのゲートとの間における第２の伝導路のインピーダンスとの差より小さい。
【００１０】
第７の態様において、電力スイッチモジュールは、それぞれの制御端子を各々が含む３つ以上の並列化された電力スイッチと、それぞれの伝導路により並列化された電力スイッチの制御端子の各々に結合された単一のゲート駆動信号出力を備える共通の電力スイッチドライバと、巻線のペアを各々が備える２つ以上のチョークとを含む。各チョークの巻線は、差動モードで伝導路のうちの異なるもの内に配置される。伝導路のうちの少なくとも１つが、少なくとも２つの巻線を含む。
【００１１】
第８の態様において、電力スイッチモジュールは、それぞれの制御端子を各々が含む少なくとも２つの並列化された電力スイッチと、それぞれの伝導路により並列化された電力スイッチの制御端子の各々に結合された単一のゲート駆動信号出力を備える共通の電力スイッチドライバと、巻線のペアを各々が備える１つまたは複数のチョークと、電力スイッチの制御端子間に結合された複数のキャパシタンスとを含む。各チョークの巻線は、差動モードで伝導路のうちの異なるもの内に配置される。伝導路のうちの少なくとも１つは、少なくとも２つの巻線を含む。
【００１２】
第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、および第８の態様の各々は、以下の特徴の１つまたは複数を含み得る。電力スイッチは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはＨＥＭＴである。各態様は、ゲート駆動信号を分配する第２の分配チョーク、例えば、第１の伝導路内に位置する第３の巻線を含む第２の分配チョークを含み得る。各態様は、第１の電力スイッチと第２の電力スイッチとに並列化されて第３のゲートを含む第３の電力スイッチと、第３のゲートにゲート駆動信号を結合する第３の伝導路とを含み得る。第２の分配チョークが、第３の伝導路内に位置する第４の巻線を含み得る。
【００１３】
各態様は、ゲート駆動信号を分配する第３の分配チョークを含み得る。第３の分配チョークは、第３の伝導路内に位置する第５の巻線を含み得る。第３の分配チョークは、第２の伝導路内に位置する第６の巻線を含み得る。各態様において、すべてのパーツが１つの電力モジュールに一体化され得る。各態様において、電力スイッチは、すべて、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、またはＨＥＭＴであり得る。各態様において、第１の伝導路は第１のゲート抵抗を含み得、第２の伝導路は第２のゲート抵抗を含み得る。各態様において、第１の伝導路および第２の伝導路は、共通のゲート抵抗を含み得る。各態様において、共通の電力スイッチドライバは、１つまたは複数のゲート信号出力を含む、または別々のハイ／ローゲート出力を含む共通のゲートドライバであり得る。各態様において、デバイスまたは電力スイッチモジュールは、同数の並列化された電力スイッチとチョークとを含み得、伝導路の各々は、少なくとも２つの巻線を含み得る。
【００１４】
各態様は、ゲート駆動信号を分配する第２の分配チョークを含み得、第２の分配チョークは、第１の伝導路内に位置する第３の巻線を備える。各態様は、第１のＩＧＢＴと第２のＩＧＢＴとに並列化されて、第３のゲートを含む第３のＩＧＢＴと、第３のゲートにゲート駆動信号を結合する第３の伝導路とを含み得る。各態様において、第２の分配チョークは、第３の伝導路内に位置する第４の巻線を含み得る。各態様は、ゲート駆動信号を分配する第３の分配チョークを含み得、第３の分配チョークは、第３の伝導路内に位置する第５の巻線を備える。例えば、第３の分配チョークは、第２の伝導路内に位置する第６の巻線を含み得る。第１の伝導路は、第１のゲート抵抗を含み得、第２の伝導路は、第２のゲート抵抗を含み得る。
【００１５】
各態様において、第１の伝導路および第２の伝導路は、ＩＧＢＴドライバと分配チョークとの間に１つまたは複数の第１の導体を含み得、第１の伝導路は、分配チョークと第１のゲートとの間に１つまたは複数の第２の導体を含み得、第２の伝導路は、分配チョークと第２のゲートとの間に１つまたは複数の第３の導体を含み得、１つまたは複数の第２の導体は、１つまたは複数の第１の導体より長いものであり得、１つまたは複数の第３の導体は、１つまたは複数の第１の導体より長いものであり得る。
【００１６】
各態様において、第１の伝導路は、第１の巻線と第１の電圧制御される電力スイッチのゲートとの間に位置する第１のゲート抵抗を含み得、第２の伝導路は、第２の巻線と第２の電圧制御される電力スイッチのゲートとの間に位置する第２のゲート抵抗を備える。各態様は、第３の巻線と第４の巻線とを備える第２の差動チョークを含み得、第１の伝導路は、第３の巻線を備える。各態様は、ゲートと主端子のペアとを含む第３の電圧制御される電力スイッチを含み得、第３の電圧制御される電力スイッチの主端子のうちの１つは、第１の電圧制御される電力スイッチと第２の電圧制御される電力スイッチとの主端子のうちの結合された主端子に結合される。ゲート駆動信号出力は、第３の電圧制御される電力スイッチのゲートに第３の伝導路により結合され得る。第３の伝導路は、第４の巻線を含み得る。各態様において、電力スイッチは、ＩＧＢＴであり得、共通の電力スイッチドライバは、共通のＩＧＢＴドライバであり得る。伝導路は、共通のゲート抵抗を含み得る。各態様において、電力スイッチモジュールは、同数の並列化された電力スイッチとチョークとを含み得、伝導路の各々は、少なくとも２つの巻線を含み得る。
【００１７】
各態様において、各伝導路に対して少なくとも１つの独立したコンデンサが存在し得る。各態様において、各キャパシタンスの第１の端部は、電力スイッチの制御端子に結合され得る。および各キャパシタンスの第２の端部は、他のキャパシタンスに結合される。各態様において、すべてのキャパシタンスの第２の端部は、相互に結合されて、容量性クランプ回路を形成し得る。各態様において、抵抗器が、各キャパシタンスに結合され得る。各態様において、抵抗器の第１の端部は、それぞれのコンデンサの第１の端部に結合され得、抵抗器の第２の端部は、コンデンサの第２の端部に結合され得る。
【００１８】
以下の図を参照しながら、非限定的かつ非網羅的な本発明の実施形態が説明され、異なる図の中の同様な参照符号は、別段の指定がない限り、同様な部分を示す。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】電圧制御される電力スイッチのペアが並列化されて共通コレクタ（ドレイン）電流をスイッチングする従来のシステムの概略図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態に従った、電圧制御される電力スイッチのペアを並列化して共通コレクタ（ドレイン）電流をスイッチングするための分配チョークを使用するシステムの概略図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態に従った、ＩＧＢＴのペアを並列化して共通コレクタ電流をスイッチングする分配チョークを使用するシステムの概略図である。
【図３Ａ】分配チョークを含まない場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ａ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ａである。
【図３Ｂ】分配チョークを含む場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｂ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｂである。
【図３Ｃ】分配チョークを含まない場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｃ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｃである。
【図３Ｄ】分配チョークを含む場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｄ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｄである。
【図３Ｅ】分配チョークを含まない場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｅ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｅである。
【図３Ｆ】分配チョークを含む場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｆ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｆである。
【図３Ｇ】分配チョークを含まない場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｇ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｇである。
【図３Ｈ】分配チョークを含む場合（オシロスコープ捕捉画像３００Ｈ）の共通のゲートドライバによる並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像３００Ｈである。
【図４】本発明の一実施形態に従った、３つのＩＧＢＴを並列化するための３つの分配チョークの集合体を使用して、高出力用途のために共通コレクタ（ドレイン）電流をスイッチングするシステムの概略図である。
【図５】本発明の一実施形態に従った、電圧制御されるＩＧＢＴを並列化して、高出力用途のために共通コレクタ（ドレイン）電流をスイッチングするための、任意の数の分配チョークを使用するシステムの概略図である。
【図６】本発明の一実施形態に従った、電圧制御される電力スイッチを並列化して、高出力用途のために共通コレクタ（ドレイン）電流をスイッチングするための、任意の数の分配チョークを使用する他のシステムの概略図である。
【図７】本発明の一実施形態に従った、任意の数の分配チョークと、電圧制御される電力スイッチを並列化して高出力用途のために共通コレクタ（ドレイン）電流をスイッチングする容量性クランプとを使用する他のシステムの概略図である。
【図８】Ａ：分配チョークも容量性クランプも含まない場合（オシロスコープ捕捉画像８００Ａ）の、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像８００Ａである。    Ｂ：分配チョークを含むが容量性クランプを含まない場合（オシロスコープ捕捉画像８００Ｂ）の、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像８００Ｂである。    Ｃ：分配チョークと容量性クランプとを含む場合（オシロスコープ捕捉画像８００Ｃ）の、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像８００Ｃである。
【図９】Ａ：分配チョークも容量性クランプも含まない場合（オシロスコープ捕捉画像９００Ａ）の、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像９００Ａである。    Ｂ：分配チョークを含むが容量性クランプを含まない場合（オシロスコープ捕捉画像９００Ｂ）の、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像９００Ｂである。    Ｃ：分配チョークと容量性クランプとを含む場合（オシロスコープ捕捉画像９００Ｃ）の、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを比較するオシロスコープ捕捉画像９００Ｃである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
個々のスイッチとしての、または、電力モジュールパッケージ内で組み合わされた複数のスイッチとしての異なる電力スイッチのスイッチングは、慎重に協調されなければならない。例えば、電力スイッチが、伝導状態へのスイッチングを過度に早く開始した場合、または、伝導状態から抜けるようにスイッチングを過度に遅く終了した場合、それまたは隣接した電力スイッチにより過大な電流が伝達され得る。他の一例として、１つの電力スイッチのオン状態インピーダンスが他の並列化されたスイッチのオン状態インピーダンスより相対的に低い場合、より低いインピーダンスの電力スイッチを通る過剰な電流の流れは、スイッチが昇温することをもたらし、そのことにより、モジュールの損傷および／または故障をもたらし得る。これは、いくつかの電力半導体デバイスが正の温度係数と、温度が上昇するにつれて高められたインピーダンスとをもつ場合であっても生じ得る。
【００２１】
比較的好ましいデバイス特性をもつ電力スイッチのうちの一種が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。ＩＧＢＴは、概して、導電型が交互に変わる半導体材料の４つの領域を含む３端子半導体デバイスである。例えば、ＩＧＢＴは、ｎ型エミッタ領域、ｐ型本体、ｎ型ドリフト領域、およびｐ型エミッタ注入領域を含み得る。ＩＧＢＴの３つの端子は、典型的には、ゲート、エミッタ、およびコレクタとして知られる。
【００２２】
ＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間における電流の伝導は、絶縁されたゲート構造、概して、金属−酸化物−半導体（ＭＯＳ：ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ゲートにより制御される。絶縁されたゲート下の絶縁が理想的である場合、絶縁されたゲートに流れ込む、および、絶縁されたゲートから流れ出る電流のみが、ゲートの漏れまたは漂遊キャパシタンスを充電および放電する電流である。理想的ではないＩＧＢＴにおいても、絶縁されたゲート内への、および、絶縁されたゲート外への電流の流れは、比較的小さく、（例えば、温度に対して）可変でもあり、ＩＧＢＴは、多くの場合、「電圧制御されるデバイス」と呼ばれる。これは、コレクタとエミッタとの間の電流の流れを制御するために、絶縁されたゲート内への、および、絶縁されたゲート外への電流の流れではなく、ゲートとエミッタとの間の電圧を設定する設計者のほぼ一般的な実務を反映する。それにもかかわらず、ＩＧＢＴのスイッチングの挙動は、ゲート電流ＩＧにも起因し得る。
【００２３】
ＩＧＢＴは、概して、絶縁されたゲートの高い入力インピーダンスと組み合わせて、比較的小さな順方向伝導電圧降下と、大きな電流伝達能力とを提供し得る。この時点で、ＩＧＢＴは、最大６５００Ｖを上回る電圧とモジュールあたり最大３６００Ａを上回る電流とをスイッチングするために、市販の用途において一般的に使用される。ＩＧＢＴは、風力および太陽光発電、誘導加熱および溶接、輸送（例えば、電動の乗り物および列車）、消費者用および産業用の用途などの様々な用途において使用されてきた。複数のまたは単一のＩＧＢＴスイッチは、多くの場合、単一のゲート端子を含むＩＧＢＴモジュールへと組み立てられる。
【００２４】
以下で分配チョークとも呼ばれる差動モードチョークを使用して電力スイッチの並列化のためのデバイス、システム、および方法が説明される。以下の説明では、実施形態を十分に理解できるように多くの具体的な詳細事項が記載される。しかし、本明細書において説明される技術が、具体的な詳細事項のうちの１つまたは複数なしに、または他の方法、構成要素、材料などとともに実施され得ることを当業者が認識すると考えられる。他の例では、よく知られた構造、材料、または動作は、特定の態様が理解しにくくなるのを防ぐために図示されず、詳細に説明することもされない。
【００２５】
本明細書中での、「一実施形態（ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態（ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」についての言及は、本実施形態との関連で説明される特定の特徴、構造または特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書中の様々な場所で使用する「一実施形態において（ｉｎ  ｏｎｅ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」または「一実施形態において（ｉｎ  ａｎ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）」という語句は、必ずしもすべてが同じ実施形態に関するわけではない。さらに、特定の特徴、構造または特性が、１つまたは複数の実施形態において、任意の適切な手法で組み合わされ得る。
【００２６】
特定の特徴、構造または特性は、説明される機能を提供する集積回路、電子回路、結合論理回路、または他の適切な構成要素に含まれ得る。加えて、本明細書とともに提供される図が当業者への説明を目的としていることと、図面が必ずしも一定の縮尺で描かれるわけではないこととが理解される。開示される発明の教示は、高出力用途においてより有益であり得るが、高出力用途のみに限定されない。開示される発明は、任意の電力範囲内の出力電力をともなう用途に使用され得る。一実装例において、デバイスは、電力スイッチとして並列に結合されたＩＧＢＴを含む。例示的な実装例は、ＩＧＢＴのゲートを駆動するゲート駆動信号を出力するように結合されたゲートドライバを含む。他の実装例において、本発明の教示に従って、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、または他の適切な半導体材料などの半導体材料を使用して作製された任意の他の種類の電力スイッチ、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＨＭＥＴが使用され得ることが留意されなければならない。従って、ＩＧＢＴまたは電力スイッチという用語は、本明細書において以下で置換可能に使用され得る。
【００２７】
ここまでに記載されるように、ＩＧＢＴは３つの端子、すなわち、ゲート、エミッタ、およびコレクタを含む。ＭＯＳＦＥＴおよびＨＥＭＴは、また、典型的には、３つの端子、すなわち、ゲート、ソース、およびドレインを含む。ＩＧＢＴのゲートおよびコレクタ端子は、それぞれ、ＭＯＳＦＥＴまたはＨＥＭＴのゲートおよびドレイン端子に類似する。ＩＧＢＴのエミッタ端子は、ＭＯＳＦＥＴまたはＨＥＭＴのソース端子に類似する。開示される発明は、概して、ＭＯＳＦＥＴまたはＨＥＭＴなどの任意の種類の電力スイッチに関し得るので、以下、本明細書を通して、「ドレイン（ｄｒａｉｎ）」という用語は、「コレクタ（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）」と置換され得、「エミッタ（ｅｍｉｔｔｅｒ）」という用語は、「ソース（ｓｏｕｒｃｅ）」と置換され得る。
【００２８】
本開示は、電力スイッチを並列化すること、および、分配モードチョークを使用して共通ゲート駆動回路に電力スイッチを結合することについて説明する。後述のように、分配モードチョークは、共通のゲートドライバと各電力スイッチのゲートとの間に結合される。分配チョークは、２つの巻線を含む結合インダクタと呼ばれ得る。任意の２つの電力スイッチ間に位置する分配チョークが存在する。後述のように、システム内において、このように結合されることは、並列化された電力スイッチのゲート電流を実質的に等しくすることに役立つ。これは、様々な電力範囲または定格をもつすべての種類の用途において、より良好な効率をもたらし得る。
【００２９】
図１は、電圧制御される電力スイッチのペア、すなわち、電力スイッチＱ１  １２０と電力スイッチＱ２  １２５とが、負荷（図１に示されない）に対して共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ１９３をスイッチングして、その結果、負荷にスイッチングされる電流をもたらすように並列化された、または、並列に結合されたシステム１００の概略図である。本明細書の目的において、並列化されたとは、共通のゲートドライバにより、または、共通ゲート駆動電圧または信号に応答して、複数の電力スイッチが駆動され、それらのコレクタ（ドレイン）が、共通の正の電源レール電圧に結合され、エミッタ（ソース）が、共通の負の電源レール電圧に結合されたトポロジーを表すために使用される用語である。いくつかの例において、コレクタ（ドレイン）経路およびエミッタ（ソース）経路内にインピーダンスが存在し得る。本明細書の目的において、このように結合された電力スイッチは、並列化された電力スイッチと呼ばれ得る。
【００３０】
図１は、分配チョークが使用されない従来のシステムを示す。一例において共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ１９３は正の電源レール電圧であり、電圧ＶＥＥ１９７は負の電源レール電圧である。ここまでに記載されるように、電力スイッチは、例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＨＥＭＴなどデバイスであり得る。従って、使用される電力スイッチの種類に応じて、両方の電力スイッチのコレクタまたはドレインは、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ１９３に結合されると理解され得る。両方の電力スイッチのエミッタまたはソースは、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ１９７に結合される。本明細書の目的において、両方の電力スイッチのエミッタは、エミッタ戻り線とも呼ばれ得る。システム１００は、ゲート駆動電圧出力１２４においてゲート駆動電圧ＶＤ１２７を出力するゲートドライバ１２２を含む。ゲートドライバ１２２の戻り線は、電圧ＶＤＤ１９５に結合される。ゲートドライバ１２２は、電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５がゲートドライバ電圧ＶＤ１２７を受信するように、異なる伝導路により電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５の制御端子１５０、１７０に結合される。その結果、電力スイッチＱ１  １２０およびＱ２  １２５の制御端子１５０および１７０において、それぞれ、エミッタ戻り電圧ＶＥＥ１９７に対する正電圧、ゼロ電圧、または負電圧ＶＧ１  １５１およびＶＧ２  １７１が存在する。従って、ゲートドライバ１２２は、（正電圧ＶＧ１  １５１、ＶＧ２  １７１を使用して）伝導状態に、および、（ゼロ電圧または負電圧ＶＧ１  １５１、ＶＧ２  １７１を使用して）非伝導状態に電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５を制御する。
【００３１】
電力スイッチＱ１  １２０のゲート１５０にゲート駆動電圧出力１２４を結合する伝導路は、ゲート駆動信号導体１３５とゲート抵抗１４５とを含む。電力スイッチＱ２  １２５のゲート１７０にゲート駆動電圧出力１２４を結合する伝導路は、ゲート駆動信号導体１４０とゲート抵抗１６５とを含む。導体１３５、１４０と、本明細書において説明される事実上すべての導体とは、現実の導体であり、内在的に有限の非ゼロの抵抗と、それらの環境との寄生相互作用を含む。電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５のゲート１５０、１７０は、電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５のそれぞれのコレクタ（ドレイン）およびエミッタ（ソース）の間における伝導チャネルから絶縁されるので、ゲート駆動信号導体１３５、１４０に沿って伝導される電流ＩＧ１、ＩＧ２は、比較的小さく、主に、ゲート駆動信号導体１３５、１４０およびゲート１５０、１７０の寄生容量およびインダクタンスの充電および放電に関係する。従って、電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５の制御端子１５０、１７０における電圧ＶＧ１  １５１、ＶＧ２  １７１は、主に、ゲート駆動電圧ＶＤ１２７および電圧ＶＧ１  １５１、ＶＧ２  １７１の変化率が最大であるときのスイッチング中、ゲート駆動電圧ＶＤ１２７から比較的小さな程度しか異ならない。
【００３２】
電力スイッチＱ１  １２０と電力スイッチＱ２  １２５とのスイッチングがほぼ同時であることを確実にすることに役立つように、（１）ＩＧＢＴ  Ｑ１  １２０およびＱ２  １２５のそれぞれのゲート１５０、１７０に印加される電圧ＶＧ１  １５１、ＶＧ２  １７１の間の差と、（２）電力スイッチＱ１  １２０、Ｑ２  １２５のデバイス特性間の差との両方において低減が試みられ得る。
【００３３】
例えば、電力スイッチＱ１  １２０と電力スイッチＱ２  １２５とは、非常に厳しい許容度で製造され得る。ゲート駆動信号導体１３５、１４０の長さ、位置決め、および物理的性質は、できる限り同一に近いように設計される。しかし、現実の用途において、これは、様々な理由により達成することが困難であり得る。ゲート抵抗Ｒ１  １４５、Ｒ３  １６５の抵抗は、できる限り同一に近いものであり得る。エミッタ戻り線の特性は、基準電位が異なる位置においてほぼ同一であるように選択される。抵抗器Ｒ２  １９２およびＲ４  １９４は、電力スイッチＱ１  １２０と電力スイッチＱ２  １２５とのエミッタ（ソース）間における横流を制限するために使用される。抵抗器Ｒ２  １９２、Ｒ４  １９４の第１の端部は、エミッタ戻り線に結合され、Ｒ２  １９２、Ｒ４  １９４の第２の端部は、ゲート戻り線電圧ＶＤＤ１９５に結合される。
【００３４】
図２Ａは、電圧ＶＣＣ２９３をスイッチングするために、並列に結合された電圧制御される電力スイッチ、すなわち、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のペアとともに分配チョーク２０５を使用するシステム２００Ａの概略図である。本明細書の目的において、並列化されたとは、共通のゲートドライバにより、または共通ゲート駆動電圧または信号に応答して、複数の電力スイッチが駆動され、それらのコレクタ（ドレイン）が共通の正の電源レール電圧に結合され、エミッタ（ソース）が共通の負の電源レール電圧に結合されたトポロジーを表すために使用される用語である。いくつかの例において、コレクタ（ドレイン）経路およびエミッタ（ソース）経路内にインピーダンスが存在し得る。本明細書の目的において、このように結合された電力スイッチは、並列化された電力スイッチと呼ばれ得る。
【００３５】
一例において共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ２９３は、正の電源レール電圧であり、電圧ＶＥＥ２９７は、負の電源レール電圧である。従って、使用される電力スイッチの種類に応じて、両方の電力スイッチのコレクタまたはドレインが、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ２９３に結合されると理解され得る。両方の電力スイッチのエミッタまたはソースは、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ２９７に結合される。電力スイッチＱ１  ２２０と電力スイッチＱ２  ２２５とは、シリコン、炭化ケイ素、窒化ガリウム、または他の適切な半導体材料を使用して作製されたＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ＨＥＭＴ、または任意の他の同様の半導体デバイスを表し得る。
【００３６】
システム２００Ａは、ゲート駆動信号出力２２４において共通ゲート駆動信号ＳＤ２２７を出力するゲートドライバ２２２を含む。ドライバ戻り線とも呼ばれるゲートドライバ２２２の戻り線は、電圧ＶＤＤ２９５に結合される。システム２００Ａの他の一実施形態、または、本明細書において後の説明される任意の実施形態において、ドライバ戻り線は、グランドに結合され得る。ゲート駆動信号ＳＤ２２７は、電圧信号または電流信号であり得る。ゲート駆動信号ＳＤ２２７は、それぞれ異なる伝導路により電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲート２５０、２７０に結合される。その結果、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲート２５０、２７０において、それぞれ、エミッタ戻り電圧ＶＥＥ２９７に対して正、ゼロまたは負の電圧ＶＧ１  ２５１、ＶＧ２  ２７１が存在する。従って、ゲートドライバ２２２は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５を伝導状態に、および、非伝導状態に駆動する。分配チョーク２０５は、ゲートドライバ２２２と電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５との間に結合されるように示される。一例において、分配チョークは、第１の巻線２０７と第２の巻線２０９とを含む結合インダクタとして示される。示される例において、分配チョーク２０５の第１の巻線２０７と第２の巻線２０９との両方の一端部が、ゲートドライバ出力２２４に結合される。第１の巻線２０７の他端部は、電力スイッチＱ１  ２２０のゲートに結合され、第２の巻線２０９の他端部は、電力スイッチＱ２  ２２５に結合される。さらに説明されるように、分配チョーク２０５は、電力スイッチＱ１  ２２０およびＱ２  ２２５のゲート電流ＩＧ１  ２４２、ＩＧ２  ２４４の均衡をとることを可能にする。ゲート駆動信号出力２２４を電力スイッチＱ１  ２２０のゲート２５０に結合する伝導路は、導体２６２、２７２、分配チョーク２０５の第１の巻線２０７、ゲート駆動信号導体２３５、およびゲート抵抗Ｒ１  ２４５、ならびに、他の導体を含む。ゲート駆動信号出力２２４を電力スイッチＱ２  ２２５のゲート２７０に結合する伝導路は、導体２６２、２８２、分配チョーク２０５の第２の巻線２０９、ゲート駆動信号導体２４０、およびゲート抵抗Ｒ３  ２６５、ならびに、他の導体を含む。図２Ａに示される実施形態は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲートにそれぞれ結合された個々のまたは独立したゲート抵抗Ｒ１  ２４５、Ｒ３  ２６５を含むので、独立ゲート抵抗構成と呼ばれ得る。共通ゲート抵抗構成と呼ばれる他の一実施形態（図２Ａに示されない）において、個々のゲート抵抗器Ｒ１  ２４５およびＲ３  ２６５は、伝導路２６２内の共通のゲート抵抗器により置換され得る。共通のゲート抵抗器の値は、抵抗器Ｒ１  ２４５と抵抗器Ｒ３  ２６５との並列な組み合わせの実効値であり得る。
【００３７】
動作時、同一値の抵抗器Ｒ１  ２４５と抵抗器Ｒ３  ２６５とを含む独立ゲート抵抗構成の場合、ゲートドライバ２２２により見られる実効ゲート抵抗ＲＥＦＦは、抵抗器Ｒ１  ２４５と抵抗器Ｒ３  ２６５との並列な組み合わせの等価抵抗に実質的に等しい、または、（典型的な構成である、Ｒ１  ２４５がＲ３  ２６５と同じ値をもつ場合）Ｒ１  ２４５またはＲ３  ２６５の値の半分の値をもつ。２つを上回る電力スイッチが並列化された独立ゲート抵抗構成の他の例において、実効ゲート抵抗ＲＥＦＦは、個々のゲート抵抗のすべての並列な組み合わせに実質的に等しい値をもち得る。概して、ＲＧが個々のゲート抵抗の各々の値であり、Ｎが並列構成で結合された電力スイッチの総数であると仮定した場合、実効ゲート抵抗ＲＥＦＦは、個々のゲート抵抗のすべてが同じ値をもつと仮定して、実質的に次式により与えられ得る。
ＲＥＦＦ＝ＲＧ／Ｎ      （１）
等しくない個々のゲート抵抗が使用される場合、特別な場合として式（１）を包含する次式が適用される。
【数１】
2018512838.tif 000003
ここまでに述べたように、共通のゲート抵抗の実施形態の一例（図２Ａに示されない）において、個々のゲート抵抗器は除去され得、式（１）または式（２）により計算される実効ゲート抵抗ＲＥＦＦに等しい値の共通のゲート抵抗が、導体２６２により形成された伝導路の構成部分内に配置され得る。従って、共通ゲート抵抗構成の一例において、抵抗器Ｒ１  ２４５またはＲ３  ２６５が導体２６２により形成された伝導路の構成部分内に配置される場合、その値は、Ｒ１  ２４５がＲ３  ２６５に等しいとき、独立ゲート構成内のその対応する値の半分に実質的に等しい。２つを上回る電力スイッチが並列化された共通ゲート抵抗構成の他の例において、共通のゲート抵抗は、対応する独立ゲート抵抗構成に対して式（１）または（２）により計算された実効ゲート抵抗ＲＥＦＦに実質的に等しい値をもち得る。
【００３８】
分配チョーク２０５は、分配チョーク２０５からの電流、例えば、電流ＩＧ１  ２４２およびＩＧ２  ２４４がほぼ同一となることを確実にすることに役立つように構成および結合される。示される例において、電流ＩＧ１  ２４２は、第１の巻線２０７から提供される電流であり、電流ＩＧ２  ２４４は、第２の巻線２０９から提供される電流である。点線で示されるように、一次巻線と二次巻線とは、差動モードで伝導路内において結合されているので、巻線は、分配チョーク２０５に入る電流が等しいとき、分配チョーク２０５に入る電流に対して比較的小さなインピーダンスをもたらすが、分配チョーク２０５に入る電流が等しくないとき、比較的高いインピーダンスをもたらす。言い換えると、分配チョークは、分配チョーク２０５に入る電流間の差に対して比較的高いインピーダンスをもたらす。
【００３９】
システム２００Ａの現実の実装例において、分配チョーク２０５は、ゲート駆動信号出力２２４から何ｃｍか（例えば、２０ｃｍ）離れて配置され得る。特に、ゲート駆動信号出力２２４は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５の両方のための電流をノード２７７に伝導する導体２６２に結合される。ノード２７７の後、電力スイッチＱ１  ２２０に向けられた電流は、導体２７２に沿って流れ、電力スイッチＱ２  ２２５に向けられた電流は、導体２８２に沿って流れる。概して、導体２７２と導体２８２とが同様の物理的特性をもち、同様のインピーダンスを提供するように調整されることが望ましい場合があり得るが、分配チョーク２０５に起因して必須ではない場合があり得る。分配チョーク２０５を理由に、分配チョーク２０５からの電流ＩＧ１  ２４２と電流ＩＧ２  ２４４とは、ほぼ同一であり、それぞれ、導体２３５、２４０に沿って伝播する。電流ＩＧ１  ２４２、ＩＧ２  ２４４は、それぞれのゲート抵抗Ｒ１  ２４５、Ｒ３  ２６５を通って流れ、それぞれ、電圧ＶＧ１  ２５１、ＶＧ２  ２７１を使用して電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲート２５０、２６０をバイアスする。
【００４０】
典型的には、現実の実装例において、導体２７２と導体２８２とをより同一に近くするより、導体２３５、２４０、ゲート抵抗Ｒ１  ２４５、Ｒ３  ２６５、および電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５をより同一に近くすることのほうがより困難である。この理由により、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲート２５０、２７０において、それぞれ、電圧ＶＧ１  ２５１、ＶＧ２  ２７１の間の差を発生させる可能性がある寄生の、および他の相互作用の多くは、分配チョーク２０５と電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５との間において観測される。例えば、分配チョーク２０５とゲート抵抗Ｒ１  ２４５、Ｒ３  ２６５との間における導体２３５、２４０の長さは、それぞれ、典型的には、導体２７２、２８２の長さより大きい。さらに、導体２３５と導体２７２との長さの間の差は、導体２４０と導体２８２との長さの間の差より大きい可能性がある。分配チョーク２０５を出る電流ＩＧ１  ２４２と電流ＩＧ２  ２４４とがほぼ同一となることを確実にすることにより、分配チョーク２０５は、このような差の影響を最小化し、スイッチング過渡現象のタイミング挙動を等しくすることにより、ゲート電圧を等しくすることにより、および負荷電流を等しくすることにより、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のスイッチングが対称であることを確実にすることに役立つ。これが、電力スイッチＱ１  ２２０と電力スイッチＱ２  ２２５との間で均衡をとられたスイッチング特性（時間および損失を含む）をもたらす。さらに、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５の冷却は、最適化され得、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５の利用性が高められ得る。
【００４１】
ゲートドライバ２２２は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲートを駆動する単一のゲート駆動信号を出力する共通ドライバである。概して、この単一のゲート駆動信号は、非対称なパルスを使用して電力スイッチをオフおよびオンに切り替え得、電力スイッチのゲート電圧を「プッシュアップ」および「プルダウン」することの両方を行い得る。概して、ゲートドライバ２２２は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のスイッチングのタイミングを特徴付けるためのタイミングまたは制御信号（例えば、パルス幅変調信号）を受信するための１つまたは複数の入力（図２Ａに示されない）を含み得る。全体的に、それらのタイミング信号は、一連の期間内における電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５による電流の伝導の持続期間を変調する（すなわち、パルス幅変調）。出力されたゲート駆動信号ＳＤ２２７は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５を制御することに適している。例えば、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲート電流は、所望のスイッチング速度で電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のゲート領域内およびゲート領域外にキャリアを動かすほどに十分に大きくなければならない。電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５をスイッチングするためのドライバは、全体的に、例えば、電力スイッチのエミッタ（ソース）に対して＋／−１０ボルトまたは＋／−１５ボルトの間のゲート駆動信号を出力する。
【００４２】
システム２００Ａの示される実装例において、各電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のそれぞれのエミッタと電圧ＶＥＥ２９７との間に結合されたエミッタ戻り線を含む。さらに、抵抗Ｒ２  ２９２、Ｒ４  ２９４は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のそれぞれのエミッタとゲートドライバ戻り線２９５との間に結合される。戻り線抵抗Ｒ２  ２９２およびＲ４  ２９４とも呼ばれる抵抗Ｒ２  ２９２、Ｒ４  ２９４は、電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５のそれぞれのエミッタ（ソース）の間に流れる電流を抑制するように選択された抵抗をもつ。概して、戻り線抵抗Ｒ２  ２９２およびＲ４  ２９４はゲート抵抗器の一部であり得、ゲート電流ＩＧ１  ２４２とゲート電流ＩＧ２  ２４４とにも影響を与え得る。戻り線インピーダンス間の差などの戻り線の差は、さらに、分配チョーク２０５により補償される。
【００４３】
図２Ｂは、並列に結合された電圧制御されるＩＧＢＴスイッチのペア、すなわち、Ｑ１  ２２０、Ｑ２  ２２５とともに分配チョーク２０５を使用して共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ２９３をスイッチングするシステムの他の例であるシステム２００Ｂの概略図である。電力スイッチＱ１  ２２０、Ｑ２  ２２５の両方のコレクタは、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ２９３に結合される。エミッタ戻り線とも呼ばれるＩＧＢＴ  Ｑ１  ２２０、Ｑ２  ２２５の両方のエミッタは、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ２９７に結合される。ＩＧＢＴドライバ２２２は、図２Ａに示されるゲートドライバ２２２と同様の手法で動作する。ＩＧＢＴドライバ２２２の戻り線は、電圧ＶＤＤ２９５に結合される。図２Ｂは、説明される発明が電力スイッチとしてのＩＧＢＴとともにどのように使用され得るかを描くことを目的として含まれる。システム２００Ｂのすべての回路要素が図２Ａに示されるシステム２００Ａと同様の手法で機能および結合する。
【００４４】
本発明の教示に従った、分配チョーク２０５を結合することの利点の概略図が、オシロスコープ捕捉画像３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃ、３００Ｄ、３００Ｅ、３００Ｆ、３００Ｇ、および３００Ｈ（図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄ、図３Ｅ、図３Ｆ、図３Ｇ、および図３Ｈ）に示される。
【００４５】
図３Ａ、図３Ｃ、図３Ｅ、および図３Ｇは、分配チョークを含まない共通のゲートドライバにより並列化されたＩＧＢＴのペアのスイッチングを示すオシロスコープ捕捉画像３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、および３００Ｇである。オシロスコープ捕捉画像３００Ａは、トレース３２０とトレース３２２とを含む。オシロスコープ捕捉画像３００Ｃは、トレース３２５および３２７をトレースインクルードする。オシロスコープ捕捉画像３００Ｅは、トレース３３０および３３２をトレースインクルードする。オシロスコープ捕捉画像３００Ｇは、トレース３３５および３３７をトレースインクルードする。オシロスコープ捕捉画像３００Ａ、３００Ｃ、３００Ｅ、３００Ｇは、ｘ軸３１０とｙ軸３１５とを含む。ｘ軸３１０に沿った位置は時間を示す。ｙ軸３１５に沿った位置は、関連するトレースに応じて電流または電圧の大きさを示す。ｘ軸３１０に沿った時間スケールは、示されるトレースのすべてについて同一であるが、ｙ軸３１５に沿った電流または電圧のスケールは、異なるトレースについて異なり得る。
【００４６】
図３Ｂ、図３Ｄ、図３Ｆ、および図３Ｈは、図２Ｂに示される分配チョークを含む共通のゲートドライバによる並列ＩＧＢＴのペアのスイッチングを示すオシロスコープ捕捉画像３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆ、および３００Ｈである。オシロスコープ捕捉画像３００Ｂは、トレース３６０および３６２をトレースインクルードする。オシロスコープ捕捉画像３００Ｄは、トレース３６５および３６７をトレースインクルードする。オシロスコープ捕捉画像３００Ｆは、トレース３７０および３７２をトレースインクルードする。オシロスコープ捕捉画像３００Ｈは、トレース３７５および３７７をトレースインクルードする。
【００４７】
図３Ａは、トレース３２０および３２２をトレースインクルードする。トレース３２０は、オン状態からオフ状態への遷移中における、電力スイッチのペアのうちの第１の電力スイッチのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ１を表す。トレース３２２は、オン状態からオフ状態への遷移中における、電力スイッチのペアのうちの第２の電力スイッチのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ２を表す。いくつかの実装例において、ＶＧＥ１およびＶＧＥ２は、本例において示される＋１５ボルトおよび−１０ボルトの代わりに、＋／−約１５ボルトの間の範囲であり得る。現実の用途において他の正および負のゲート電圧（例えば、＋２０ボルト／０ボルト、＋１８ボルト／−６ボルト）も可能である。
【００４８】
見てわかるように、トレース３２０、３２２の両方が、オン状態における同じ比較的大きな電位差から、オフ状態における同じほぼ定常の比較的小さな電位差に遷移する。しかし、電力スイッチのうちの第１の電力スイッチのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ１と、電力スイッチのうちの第２の電力スイッチのＶＧＥ２とは、ゼロではなく、すなわち、ＶＧＥ１およびＶＧＥ２は、遷移期間中等しくない。これは、個々の電力スイッチの伝導路内の異なるインピーダンスによりもたらされ、その結果、異なるゲート電流ＩＧ１およびＩＧ２をもたらす。図３Ｃは、トレース３２５および３２７として、それぞれ、ゲート電流ＩＧ１およびＩＧ２を示す。トレース３２５は、オン状態からオフ状態への遷移中における、電力スイッチのペアのうちの第１の電力スイッチのゲート電流ＩＧ１を表す。トレース３２７は、オン状態からオフ状態への遷移中における、電力スイッチのペアのうちの第２の電力スイッチのゲート電流ＩＧ２を表す。遷移の終了時に、ＶＧＥ１とＶＧＥ２との両方が実質的に等しく、オフ切り替えスイッチングイベントの終了を示す。図３Ｃのトレース３２５、３２７に示されるように、ゲート電流ＩＧ１、ＩＧ２の両方が、オン状態におけるほぼゼロから開始する。しかし、遷移段階中、ゲート電流ＩＧ１、ＩＧ２は等しくない。ゲート電流ＩＧ１とゲート電流ＩＧ２との間の差は、電力スイッチのゲートキャパシタンスおよび他の特性、ゲート駆動信号導体の長さ、位置決め、および物理的性質、ゲート抵抗の抵抗などの不完全な一致の結果である。言い換えると、両方のスイッチに対するゲートループインピーダンスは、厳密に等しいわけではない。いくつかの他の実施形態において、第１の電力スイッチと第２の電力スイッチとに対するゲート電流のピーク値は、最大５０アンペアであり得る。
【００４９】
図３Ｅは、トレース３３０および３３２をトレースインクルードする。トレース３３０は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴのコレクタ（ドレイン）とエミッタ（ソース）との間の電位差ＶＣＥ１を表す。トレース３３２は、より高い伝導性のオン状態からより低い伝導性のオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第２のＩＧＢＴのコレクタ（ドレイン）とエミッタ（ソース）との間の電位差ＶＣＥ２を表す。いくつかの実装例において、ＶＣＥ１およびＶＣＥ２は数百ボルト以上であり得る。見てわかるように、トレース３３０、３３２の両方が、オン状態における同じ比較的小さな電位差からオフ状態における同じ比較的大きな電位差に遷移する。しかし、ＩＧＢＴのうちの第１のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電位差ＶＣＥ１は、ＩＧＢＴのうちの第２のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電位差ＶＣＥ２より前に上昇し始める。電位差におけるこの早期の上昇は、ＩＧＢＴのうちの第１のＩＧＢＴがＩＧＢＴのうちの第２のＩＧＢＴより急速にオフに切り替わることに関係する。
【００５０】
図３Ｇは、トレース３３５および３３７をトレースインクルードする。トレース３３５は、オン状態からオフ状態への遷移中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１を表す。トレース３３７は、オン状態からオフ状態への遷移中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第２のＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ２を表す。いくつかの実装例において、ＩＥ１およびＩＥ２は、約数千アンペアを上回り得る。
【００５１】
見てわかるように、トレース３３５とトレース３３７との両方が、オン状態における定常またはほぼ同一の値から始まる。遷移段階中、並列電力スイッチのエミッタ電流ＩＥ１とエミッタ電流ＩＥ２とは等しくない。ＩＥ１とＩＥ２との間の差は、関係するＩＧＢＴの等しくないゲートスイッチングに起因する。オン状態からオフ状態へのＩＧＢＴのスイッチング中、エミッタ電流ＩＥ１の大きさが減少するのに対し、エミッタ電流ＩＥ２の大きさは増加する。
【００５２】
トレース３００Ｂ、３００Ｄ、３００Ｆ、および３００Ｈは、ｘ軸３５０とｙ軸３５５とをもつ。ｘ軸３５０に沿った位置は時間を示す。ｙ軸３５５に沿った位置は、関連するトレースに応じて電流または電圧の大きさを示す。示されるトレースのすべてに対してｘ軸３５０に沿った時間スケールは同一であるが、ｙ軸３５５に沿った電流または電圧のスケールは、異なるトレースに対して変化する。比較のために、ｘ軸３１０、３５０に沿った時間スケールは、同一とみなされる。さらに、ｙ軸３１５および３５５に沿った電流スケールまたは電圧スケールは、対応するトレースに対して同一である。
【００５３】
図３Ｂは、図２Ｂに示されるように結合されたＩＧＢＴのペアのエミッタに対するゲートの電位差を表すトレース３６０および３６２をトレースインクルードする。トレース３６０は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ１を表す。トレース３６２は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第２のＩＧＢＴのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ２を表す。いくつかの実装例において、ＶＧＥ１およびＶＧＥ２は、トレース３００Ａおよび３００Ｂに示される＋１５ボルトおよび−１０ボルトの代わりに、＋／−約１５ボルトの間の範囲であり得る。オシロスコープ捕捉画像３００Ｂに示されるように、トレース３６０とトレース３６２とは、オン状態における同じ比較的大きな電位差からオフ状態における同じほぼ定常の比較的小さな電位差に遷移する。しかし、オシロスコープ捕捉画像３００Ａ（図３Ａ）と比べて、ＩＧＢＴのうちの第１のＩＧＢＴのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ１は、ＩＧＢＴのうちの第２のＩＧＢＴのゲートとエミッタとの間の電位差ＶＧＥ２に、より密に一致する。オシロスコープ捕捉画像３００Ｂから理解され得るように、トレース３６０とトレース３６２とは実質的に重なる。このより密な一致は、分配チョークを含む場合、ＩＧＢＴのうちの第１のＩＧＢＴが、分配チョークを含まない場合より良好に、ＩＧＢＴのうちの第２のＩＧＢＴと組み合わされることを示す。
【００５４】
図３Ｄは、図２Ｂに示されるように結合されたＩＧＢＴのペアのゲート電流を表すトレース３６５および３６７をトレースインクルードする。トレース３６５は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴのゲート電流ＩＧ１を表す。トレース３６７は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第２のＩＧＢＴのゲート電流ＩＧ２を表す。オシロスコープ捕捉画像３００Ｄに示されるように、トレース３６５、３６７の両方が、オン状態における定常のほぼゼロ値から始まる。しかし、オシロスコープ捕捉画像３００Ｃ（図３Ｃ）と比べて、ゲート電流ＩＧ１の大きさは、ゲート電流ＩＧ２の大きさに、より密に一致する。オシロスコープ捕捉画像３００Ｄから理解され得るように、トレース３６５とトレース３６７とは実質的に重なる。分配チョークを含まない場合と同じ、ＩＧＢＴのゲートキャパシタンスおよび他の特性、ゲート駆動信号導体の長さ、位置決め、および物理的性質、ゲート抵抗の抵抗などの不完全な一致にもかかわらず、ゲート電流ＩＧ１とゲート電流ＩＧ２とのより密な一致が発生する。
【００５５】
図３Ｆは、図２Ｂに示されるように結合されたＩＧＢＴのペアのエミッタに対するコレクタの電位差を表すトレース３７０および３７２をトレースインクルードする。トレース３７０は、より高い伝導性のオン状態からより低い伝導性のオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電位差ＶＣＥ１を表す。トレース３７２は、より高い伝導性のオン状態からより低い伝導性のオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第２のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電位差ＶＣＥ２を表す。オシロスコープ捕捉画像３００Ｆから理解され得るように、トレース３７０、３７２の両方が、オン状態における同じ比較的小さな電位差からオフ状態における同じ比較的大きな電位差に遷移する。しかし、オシロスコープ捕捉画像３００Ｅと比べて、ＩＧＢＴのうちの第１のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電位差ＶＣＥ１は、ＩＧＢＴのうちの第２のＩＧＢＴのコレクタとエミッタとの間の電位差ＶＣＥ２に、より密に一致する。オシロスコープ捕捉画像３００Ｆから理解され得るように、トレース３７０とトレース３７２とは実質的に重なる。このより密な一致は、分配チョークを含む場合、分配チョークを含まない場合よりも、ＩＧＢＴのうちの第２のＩＧＢＴと、より同時近くで、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴがオフに切り替わることを示す。
【００５６】
図３Ｈは、図２Ｂに示されるように結合されたＩＧＢＴのペアのエミッタ電流を表すトレース３７５および３７７をトレースインクルードする。トレース３７５は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第１のＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１を表す。トレース３７７は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのペアのうちの第２のＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ２を表す。いくつかの実装例において、ＩＥ１およびＩＥ２は、数百アンペアを上回り得る。オシロスコープ捕捉画像３００Ｈにおいて、トレース３７５、３７７の両方が、オン状態における定常のほぼ同一の値から始まる。しかし、オシロスコープ捕捉画像３００Ｇ（図３Ｇ）と比べて、オン状態からオフ状態へのスイッチング中、エミッタ電流ＩＥ１における低下の大きさと、エミッタ電流ＩＥ２の上昇の大きさとの両方がほぼ等しい。オシロスコープ捕捉画像３００Ｈから理解され得るように、トレース３７５とトレース３７７とは実質的に重なる。これは、エミッタ電流の共有が改善されることを示す。
【００５７】
図４は、並列に結合された３つの電圧制御されるＩＧＢＴスイッチ（すなわち、Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０）とともに３つの分配チョーク４０５、４１０、４１５を使用して、共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ４９３をスイッチングするシステム４００の概略図である。３つのＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０のコレクタは、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ４９３に結合される。エミッタ戻り線とも呼ばれる３つのＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０のエミッタは、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ４９７に結合される。システム４００は、ゲート駆動信号出力４２４においてゲート駆動信号ＳＤ４２７を出力するゲートドライバ４２２を含む。ゲートドライバ４２２の戻り線は、電圧ＶＤＤ４９５に結合される。ゲート駆動信号ＳＤ４２７は、第１の伝導路により電力スイッチ４２０のゲート４５０に結合され、第２の伝導路により電力スイッチ４２５のゲート４７０に結合され、第３の伝導路により電力スイッチ４３０のゲート４９０に結合される。その結果、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０のゲート４５０、４７０、４９０のそれぞれにおいて、エミッタ戻り電圧ＶＥＥ４９７に対して正、ゼロまたは負の電圧ＶＧ１  ４５１、ＶＧ２  ４７１、およびＶＧ３  ４９１が存在する。従って、ゲートドライバ４２２は、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０を伝導状態に、および、非伝導状態に駆動する。
【００５８】
分配チョーク４０５、４１０、４１５は、ゲートドライバ４２２と電力スイッチＱ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０との間に結合されるように示される。一例において、分配チョーク４０５、４１０、４１５は、結合インダクタとして示される。分配チョーク４０５は、第１の巻線４０７と第２の巻線４０９とを含む。分配チョーク４１０は、第１の巻線４１１と第２の巻線４１３とを含む。分配チョーク４１５は、第１の巻線４１７と第２の巻線４１９とを含む。示される例において、分配チョーク４０５の第１の巻線４０７と第２の巻線４０９との両方の一端部は、ゲートドライバ出力４２４に結合される。第１の巻線４０７の他端部は、分配チョーク４１０の第１の巻線４１１の一端部に結合されるのに対し、分配チョーク４０５の第２の巻線４０９の他端部は、分配チョーク４１５の第１の巻線４１７の一端部に結合される。チョーク４１０の第２の巻線４１３の一端部は、ゲートドライバ出力４２４に結合される。チョーク４１０の第１の巻線４１１の他端部は、電力スイッチＱ１  ４２０のゲートに結合される。分配チョーク４１０の第２の巻線４１３の他端部は、分配チョーク４１５の第２の巻線４１９の一端部に結合される。分配チョーク４１５の第１の巻線４１７の他端部は、電力スイッチＱ２  ４２５のゲートに結合される。分配チョーク４１５の第２の巻線４１９の他端部は、電力スイッチＱ３  ４３０のゲートに結合される。さらに説明されるように、分配チョーク４０５、４１０、４１５は、電力スイッチＱ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０のゲート電流ＩＬ３  ４４３、ＩＬ５  ４５３、ＩＬ６  ４５７の均衡をとることを可能にする。
【００５９】
ゲート駆動信号出力４２４をＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０のゲート４５０に結合する伝導路は、分配チョーク４０５、４１０の各々内の巻線、ゲート駆動信号導体４３５、４４０、およびゲート抵抗４４５、ならびに、他の導体を含む。ゲート駆動信号出力４２４をＩＧＢＴ  Ｑ２  ４２５のゲート４７０に結合する伝導路は、分配チョーク４０５、４１５の各々内の巻線、ゲート駆動信号導体４５５、４６０、およびＩＧＢＴ  Ｑ２  ４２５のゲート４７０へのゲート抵抗４６５、ならびに、他の導体を含む。ゲート駆動信号出力４２４をＩＧＢＴ  Ｑ３  ４３０のゲート４９０に結合する伝導路は、分配チョーク４１０、４１５の各々内の巻線、ゲート駆動信号導体４７５、４８０、およびＩＧＢＴ  Ｑ３  ４３０のゲート４９０へのゲート抵抗４８５、ならびに、他の導体を含む。
【００６０】
分配チョーク４０５、４１０、４１５は、流出電流のペア（すなわち、ＩＬ１  ４３３およびＩＬ２  ４３７、ＩＬ３  ４４３およびＩＬ４  ４４７、またはＩＬ５  ４５３およびＩＬ６  ４５７）のそれぞれがほぼ同一となることを確実にすることに役立つように、各々が個別に構成および結合される。特に、各分配チョーク４０５、４１０、４１５は、単一のコア上に巻線のペアを含む。点線で示されるように、巻線は、差動モードで伝導路内において結合され、すなわち、等しい電流に対して比較的小さなインピーダンスを示すが、それらの電流間の差に対して比較的高いインピーダンスを示す。従って、すべてのゲート電流ＩＬ１  ４３３、ＩＬ２  ４３７、ＩＬ３  ４４３、ＩＬ４  ４４７、ＩＬ５  ４５３、およびＩＬ６  ４５７が実質的に同一である。
【００６１】
この個々の構成に加えて、分配チョーク４０５、４１０、および４１５は、と電流ＩＬ１  ４３３、ＩＬ２  ４３７、ＩＬ３  ４４３、ＩＬ４  ４４７、ＩＬ５  ４５３、およびＩＬ６  ４５７がほぼ等しくなることを確実にするために互いに結合される。特に、分配チョーク４０５からの電流ＩＬ１  ４３３は、ゲート駆動信号導体４３５により分配チョーク４１０に結合される。続いて、分配チョーク４１０からの電流ＩＬ３  ４４３、ＩＬ４  ４４７は、ほぼ同一である。電流ＩＬ３  ４４３は、ゲート駆動信号導体４４０とゲート抵抗４４５とによりＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０のゲート４５０に結合される。さらに、分配チョーク４０５を出る電流ＩＬ２  ４３７は、電流ＩＬ１  ４３３とほぼ同一であり、ゲート駆動信号導体４５５により分配チョーク４１５に結合される。電流ＩＬ３  ４４３とほぼ同一である分配チョーク４１０からの電流ＩＬ４  ４４７は、ゲート駆動信号導体４７５により分配チョーク４１５に結合される。続いて、分配チョーク４１５からの電流ＩＬ５  ４５３と電流ＩＬ６  ４５７とは、ほぼ同一である。電流ＩＬ５  ４５３は、ゲート駆動信号導体４６０とゲート抵抗４６５とにより電力スイッチ４２５のゲート４７０に結合される。電流ＩＬ６  ４５７は、ゲート駆動信号導体４８０とゲート抵抗４８５とによりＩＧＢＴ  Ｑ３  ４３０のゲート４９０に結合される。その結果、駆動信号導体４４０、４６０、４８０に結合された電流ＩＬ３  ４４３、ＩＬ５  ４５３、ＩＬ６  ４５７のそれぞれが、ほぼ同一である。電流ＩＬ３  ４４３、ＩＬ５  ４５３、ＩＬ６  ４５７がほぼ等しくなることを確実にすることにより、２つを上回る電圧制御される電力スイッチが並列化された場合でも、分配チョークの利点が達成され得る。
【００６２】
システム４００の現実の実装例において、分配チョーク４０５、４１０、４１５は、機械的な理由により、全体的にゲート駆動信号出力４２４の非常に近くに配置される。特に、ゲート駆動信号出力４２４は、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０のすべてに向けられた電流をそれぞれ、チョーク４０５、４１０、４１５に伝導する導体４３１に結合される。チョーク４０５は、導体４３５によりチョーク４１０に結合され、チョーク４０５は、導体４５５によりチョーク４１５に結合される。導体４３１、４３５、および４５５の長さは、典型的には、機械的な理由により等しくないので、これらの導体は、異なるインピーダンスを提供する。分配チョーク４０５、４１０、４１５からの電流ＩＬ３  ４４３、ＩＬ５  ４５３、ＩＬ６  ４５７のそれぞれが、ほぼ同一であり、比較的長い導体４４０、４６０、４８０に沿って、および、それぞれのゲート抵抗４４５、４６５、４８５を通して伝播し、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０のゲート４５０、４７０、４９０のそれぞれをバイアスし得る。ゲートドライバ出力４２４からそれぞれのゲート４５０、４７０、４９０への異なる結果として得られる経路の、（導体の異なる長さ、および、それらの導体および伝導路内における他の言及されるデバイスの寄生インダクタンスおよびキャパシタンスに起因する）結果として得られる異なるインピーダンスは、分配チョーク４０５、４１０、４１５によりほぼ補償される。
【００６３】
ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０のゲート４５０、４７０、４９０のそれぞれに印加される電圧ＶＧ１  ４５１、ＶＧ２  ４７１、ＶＧ３  ４９１の間の差を発生させる可能性がある寄生の、および他の相互作用の多くは、分配チョーク４０５、４１０、４１５のそれぞれとゲート４５０、４７０、４９０との間に観測される。例えば、導体４４０、４６０、４８０の長さの間の差は、典型的には、ゲート駆動信号出力４２４と分配チョーク４０５、４１０、４１５との間よりも、分配チョーク４０５、４１０、４１５とゲート４５０、４７０、４９０との間において大きい。他の一例において、ゲート抵抗４４５、４６５、４８５の抵抗におけるあらゆる差は、ゲート駆動信号出力４２４と分配チョーク４０５、４１０、４１５との間ではなく、分配チョーク４０５、４１０、４１５とゲート４５０、４７０、４９０との間において観測される。電流ＩＬ３  ４４３、ＩＬ５  ４５３、ＩＬ６  ４５７がほぼ同一であることを確実にすることにより、分配チョーク４０５、４１０、４１５は、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０のスイッチング中において、それぞれ、このような差の影響を最小化する。
【００６４】
図２Ａに関連してここまでに説明されるように、ゲート抵抗器４４５、４６５、４８５は、また、（抵抗器４４５、４６５、および４８５がデフォルトで同じ値をもつので）抵抗器４４５の値の３分の１である単一の抵抗器により置換され得る。この単一の抵抗器は、代替的に、ゲートドライバ４２２とチョーク４０５、４１０、４１５のうちの任意のものとの間の導体４３１を含む伝導路のポーション内に位置し得る。
【００６５】
ゲートドライバ４２２は、複数の電力スイッチのゲートを駆動する単一のゲート駆動信号を出力する共通ドライバである。概して、この単一のゲート駆動信号は、非対称なパルスを使用して電力スイッチをオフおよびオンに切り替え、ゲート電圧を「プッシュアップ」することと「プルダウン」することとの両方を行う。概して、ゲートドライバ４２２は、電力スイッチがスイッチングされる時点を特徴付けるタイミング制御入力または信号を受信するための１つまたは複数のタイミング入力（図示せず）を含む。全体的に、それらの信号は、一連の期間内における電力スイッチによる電流の伝導の持続期間を変調する（すなわち、パルス幅変調）。ゲート駆動信号を出力は、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０をスイッチングすることに適している。例えば、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、およびＱ３  ４３０におけるゲート電流は、所望のスイッチング速度でゲート領域内およびゲート領域外にキャリアを動かすほどに十分に大きくなければならない。ＩＧＢＴをスイッチングするための共通ドライバは、全体的に、ゲートとエミッタとの間における＋／−１５ボルトの間の電圧のゲート駆動信号を出力する。現実の用途において、ゲート駆動信号電圧は、＋１５ボルト／−１０ボルト、＋２０ボルト／０ボルト、および＋１８ボルト／−６ボルトなどの他の正および負の値ももち得る。
【００６６】
いくつかの例において、ゲート抵抗４４５、４６５、４８５は、例えば、ｄｉ／ｄｔに誘起される電圧スパイク、振動などを減らす、または防ぐ大きさの抵抗をもつ。例えば、ゲート抵抗４４５、４６５、４８５は、全体的に、０．１から数オームの範囲内である。概して、ゲート抵抗４４５、４６５、４８５は、厳しい許容度で一致する。
【００６７】
示される例において、エミッタ戻り線は、電圧ＶＤＤ４９５に結合される。システム４００の他の一実施形態において、戻り線は、グランドに結合され得る。さらに、抵抗Ｒ２  ４９２、Ｒ４  ４９４、Ｒ６  ４９６は、それぞれ、電力スイッチＱ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０のエミッタとゲートドライバ戻り線との間に結合される。戻り線抵抗とも呼ばれる抵抗Ｒ２  ４９２、Ｒ４  ４９４、Ｒ６  ４９６は、電力スイッチＱ１  ４２０、Ｑ２  ４２５、Ｑ３  ４３０のそれぞれのエミッタ（ソース）間に流れる電流を抑制するように選択された抵抗をもつ。エミッタ戻り線における差、従って、エミッタ戻り線インピーダンスにおける差は、さらに分配チョーク４０５、４１０、４１５により補償される。概して、エミッタ戻り線抵抗４９２、４９４、４９６は、厳しい許容度で一致する。
【００６８】
図５は、「Ｎ」個の電圧制御されるＩＧＢＴを並列化して共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ５９３をスイッチングするための、任意の数「Ｎ」個の分配チョークを使用するシステム５００の概略図である。図５は、本発明の教示に従った、独立ゲート抵抗の実施形態を示す。図示されるようにすべてのＩＧＢＴのコレクタは、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ５９３に結合される。エミッタ戻り線とも呼ばれるすべてのＩＧＢＴのエミッタは、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ５９７に結合される。システム５００は、ゲートハイ信号出力５２４においてゲートハイ信号ＧＨを出力し、ゲートロー信号出力５２６においてゲートロー信号ＧＬを出力する非対称なゲートドライバ５２２を含む。ゲートドライバ５２２の戻り線は、電圧ＶＤＤ５９５に結合される。ゲートハイ信号ＧＨは、ゲート電圧を「プッシュアップ」するのに、および、電力スイッチをオン状態に駆動するのに実質的に十分な大きさをもつ。ゲートロー信号ＧＬは、ゲート電圧を「プルダウン」するのに、および、電力スイッチをオフ状態に駆動するのに十分な大きさをもつ。ゲートハイ信号ＧＨは、第１の抵抗ＲＨ５２８により導体５２７に結合される。ゲートロー信号ＧＬは、第２の抵抗ＲＬ５３２により導体５２７に結合される。導体５２７は、続いて、複数の分配チョーク、ゲート駆動信号導体、およびゲート抵抗によりそれぞれの電力スイッチのゲートに結合される。その結果、ＩＧＢＴ  Ｑ１、Ｑ２、…Ｑ（Ｎ−１）、ＱＮのゲートに電圧ＶＧ１、ＶＧ２、…ＶＧ（Ｎ−１）、ＶＧＮが存在する。従って、ゲートドライバ５２２は、複数のＩＧＢＴを伝導状態に、および、非伝導状態に制御する。
【００６９】
分配チョークＬ１、Ｌ２、…Ｌ（Ｎ−１）、ＬＮは、ゲートドライバ５２２とＩＧＢＴ  Ｑ１、Ｑ２、…Ｑ（Ｎ−１）、ＱＮとの間に結合されるように示される。一例において、分配チョークＬ１、Ｌ２、…、Ｌ（Ｎ−１）、ＬＮの各々は、第１の巻線と第２の巻線とを含む結合インダクタとして示される。さらに、各巻線は、第１の端部と第２の端部とをもつように示される。示される例において、チョークＬ１の第１の巻線と第２の巻線との両方の第１の端部が、ゲートドライバ出力５２７に結合される。第１の巻線の第２の端部は、最後のチョークＬＮの第２の巻線の第１の端部に結合される。チョークＬ１の第２の巻線の第２の端部は、第２のチョークＬ２の第１の巻線の第１の端部に結合される。中間チョークＬ２からＬ（Ｎ−１）のすべてについて、第１の巻線の第１の端部は、前のチョークの第２の巻線の第２の端部に結合され、第１の巻線の第２の端部は、対応する電力スイッチのゲートに結合され、第２の巻線の第１の端部は、ゲートドライバ出力５２７に結合され、第２の巻線の第２の端部は、次のチョークの第１の巻線の第１の端部に結合される。ここで、最後のチョークＬＮを参照すると、第１の巻線の第１の端部は、巻線Ｌ（Ｎ−１）の第２の端部に結合され、第１の巻線の第２の端部は、電力スイッチＱＮのゲートに結合され、第２の巻線の第１の端部は、チョークＬ１の第１の巻線の第２の端部に結合され、第２の巻線の第２の端部は、ＩＧＢＴ  Ｑ１のゲートに結合される。このような分配チョークの結合は、本明細書の目的において、相互に織り交ぜられた結合と呼ばれ得る。
【００７０】
Ｎ個の分配チョークの各々は、それらからのそれぞれの電流がほぼ同一であることを確実にするために個別に構成される。上述の相互に織り交ぜられた結合の結果として、駆動信号導体内に結合された電流はほぼ同一であり、Ｎ個の電圧制御される電力スイッチが並列化された場合でも分配チョークの利点が達成され得る。
【００７１】
一例において、システム５００は、ゲートドライバ５２２にパルス幅変調信号を提供するＰＷＭ入力ユニット５３６を含む。パルス幅変調信号は、ＩＧＢＴがスイッチングされる時点を特徴付ける。
【００７２】
図６は、「Ｎ」個の電圧制御されるＩＧＢＴを並列化するための任意の数「Ｎ」個の分配チョークを使用して、共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ６９３をスイッチングする他のシステム６００の概略図である。図示されるようにすべてのＩＧＢＴのコレクタが、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ６９３に結合される。エミッタ戻り線とも呼ばれるすべてのＩＧＢＴのエミッタが、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ６９７に結合される。ゲートドライバ６２２の戻り線が、電圧ＶＤＤ６９５に結合される。
【００７３】
分配チョークＬ１、Ｌ２、…、Ｌ（Ｎ−１）、ＬＮは、ゲートドライバ６２２とＩＧＢＴ  Ｑ１、Ｑ２、…Ｑ（Ｎ−１）、ＱＮとの間に結合されるように示される。一例において、分配チョークＬ１、Ｌ２、…、Ｌ（Ｎ−１）、ＬＮの各々が、第１の巻線と第２の巻線とを含む結合インダクタとして示される。さらに、各巻線は、第１の端部と第２の端部とをもつように示される。ゲートドライバ６２２、分配チョークＬ１、Ｌ２、…、Ｌ（Ｎ−１）、ＬＮ、およびＩＧＢＴ  Ｑ１、Ｑ２、…Ｑ（Ｎ−１）、ＱＮは、図５に関連して説明されるように相互に織り交ぜるように結合される。
【００７４】
図６は、本発明の教示に従った、共通のゲート抵抗の実施形態を示す。システム５００とは対照的に、システム６００は、電力スイッチのゲートのそれぞれに各々が結合されたゲート抵抗の集合体を含まない。むしろ、システム６００は、結合された電力スイッチＱ１、Ｑ２、…、Ｑ（Ｎ−１）、およびＱＮの各々に対して所望のゲート電流を提供する大きさの第１の抵抗ＲＨ６２８と第２の抵抗ＲＬ６３２とを含む。他の一例において、第１の抵抗ＲＨ６２８と第２の抵抗ＲＬ６３２とは、例えば、ｄｉ／ｄｔに誘起される電圧スパイク、振動などを減らす、または防ぐ大きさにされ得る。例えば、抵抗ＲＨ６２８、ＲＬ６３２は、全体的に、０．１から数オームの範囲内である。
【００７５】
ここまでに説明されるように、並列化された電力スイッチの典型的な構成において、負荷電流の著しい不均衡が存在し得る。分配モードチョークに起因して、ゲートドライバ、出力段、および電力スイッチのゲートの間を循環する負荷電流の大部分は、均衡をとられ得る。負荷電流の不均衡を最適化するいくつかの他の共通の解決策は、ＤＣリンクおよびＡＣリンク構造の機械的最適化、および、ＩＧＢＴのエミッタ経路内に抵抗器を配置することをさらに含み得る。
【００７６】
本発明の一態様において、キャパシタンスはゲート駆動回路に結合されて、スイッチング過渡現象中、ＩＧＢＴのゲート電圧の均衡をとり得る。キャパシタンスは、分配モードチョークとともに、または、分配モードチョークなしで使用され得る。一例において、キャパシタンスは、ＩＧＢＴのゲートに結合され得る。このように結合されたキャパシタンスは、本明細書の目的において、ゲートコンデンサと呼ばれ得る。さらに、上述のように並列化されたＩＧＢＴの構成でゲートコンデンサを使用することは、本明細書の目的において、容量性クランプと呼ばれ得る。動作時、並列化されたＩＧＢＴの個々のゲートの過渡ゲート電圧が等しくない場合、平衡状態に達するまで、ゲートコンデンサを通る変位電流が存在し得る。ゲートコンデンサの使用は、さらに、ミラーキャパシタンスの効果によりもたらされる循環電流を減らし得る。概して、共通のゲートドライバと分配モードチョークとにより駆動される並列化された電力スイッチの構成において、追加的なゲートコンデンサは、より効果的に、実際のゲート電圧の均衡をとることを実質的に可能にし得る。概して、分配モードチョークとゲートコンデンサとの両方が使用される並列化された電力スイッチ構成において、分配モードチョークは、実質的にゲートドライバからのゲート電流の均衡をとり得るのに対し、ゲートコンデンサは、実質的にＩＧＢＴのゲート電圧の均衡をとり得る。従って、電力モジュールの全体的な負荷電流の均衡が改善され得る。ゲートコンデンサの追加は、図５または図６に示されるように、いくつかの電力スイッチが並列に結合されるときに、特に有益である。
【００７７】
ゲートコンデンサの追加は、電力半導体または電力半導体モジュールの閉磁気結合およびミラーキャパシタンスによりもたらされる循環電流を避けることに役立ち得る。本発明のさらに別の他の一態様において、抵抗器は、また、容量性クランプに並列に結合され得る。抵抗器は、ゲート電圧が等しくない場合に電流が流れることを可能にし得る。さらに、抵抗器は、さらに、回路内の任意の静的な不均衡を取り除くことに役立つ。
【００７８】
図７は、「Ｎ」個の電圧制御されるＩＧＢＴを並列化するための分配チョークに加えてコンデンサまたは容量性クランプを使用して、共通コレクタ（ドレイン）電圧ＶＣＣ７９３をスイッチングするシステム７００の概略図である。図７は、本発明の教示に従った、独立ゲート抵抗の実施形態を示す。
【００７９】
図７は、ＰＷＭ入力ユニット７３６、ゲートドライバ７２２、分配チョークマトリックス７０５、第１の抵抗ＲＨ７２８、第２の抵抗ＲＬ７３２、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ７２０、Ｑ２  ７２５、Ｑ３  ７３０、およびＱ４  ７３２、ゲート抵抗器Ｒ１  ７４５、Ｒ３  ７６５、Ｒ５  ７８５、およびＲ７  ７８７、エミッタ抵抗器Ｒ２  ７９２、Ｒ４  ７９４、Ｒ６  ７９６、およびＲ８  ７９８、ゲートコンデンサＣ１  ７８２、Ｃ２  ７８４、Ｃ３  ７８６、Ｃ４  ７８８、任意選択的な抵抗器Ｒ９  ７７２、Ｒ１０  ７７４、Ｒ１１  ７７６、およびＲ１２  ７７８を含む。
【００８０】
図示されるようにすべてのＩＧＢＴ  Ｑ１  ７２０、Ｑ２  ７２５、Ｑ３  ７３０、Ｑ４  ７３２のコレクタは、ともに正の電源レール電圧ＶＣＣ７９３に結合される。エミッタ戻り線とも呼ばれるすべてのＩＧＢＴ  Ｑ１  ７２０、Ｑ２  ７２５、Ｑ３  ７３０、Ｑ４  ７３２のエミッタは、ともに負の電源レール電圧ＶＥＥ７９７に結合される。ゲートハイ信号出力７２４においてゲートハイ信号ＧＨを出力し、ゲートロー信号出力７２６においてゲートロー信号ＧＬを出力するゲートドライバ７２２。ゲートドライバ７２２の戻り線は、電圧ＶＤＤ７９５に結合される。
【００８１】
分配チョークマトリックス７０５は、多くの分配チョークを含む。図５に示されるように、ＰＷＭ入力ユニット７３６、ゲート駆動源７２２は、分配チョークマトリックスを介して、ＩＧＢＴ  Ｑ１  ７２０、Ｑ２  ７２５、Ｑ３  ７３０、Ｑ４  ７３２を駆動するように結合される。ゲートコンデンサＣ１  ７８２、Ｃ２  ７８４、Ｃ３  ７８６、Ｃ４  ７８８は、ゲート抵抗器とＩＧＢＴの７５０、７７０、７８０、７９０のゲートとの間に結合される。特に、ゲート抵抗器Ｒ１  ７４５、Ｒ３  ７６５、Ｒ５  ７８５、Ｒ７  ７８７の第１の端部は、分配チョークマトリックスに結合されるのに対し、それらの第２の端部は、ゲート７５０、７７０、７８０、７９０とゲートコンデンサＣ１  ７８２、Ｃ２  ７８４、Ｃ３  ７８６、Ｃ４  ７８８の第１の端部とに結合される。ゲートコンデンサＣ１  ７８２、Ｃ２  ７８４、Ｃ３  ７８６、Ｃ４  ７８８の第２の端部は、相互に結合される。
【００８２】
本明細書においてここまでに述べたように、ゲートコンデンサＣ１  ７８２、Ｃ２  ７８４、Ｃ３  ７８６、Ｃ４  ７８８は、実質的にゲート電圧ＶＧ１  ７５１、ＶＧ２  ７７１、ＶＧ３  ７８１、ＶＧ４  ７９１の均衡をとる。任意選択的な抵抗器Ｒ９  ７７２、Ｒ１０  ７７４、Ｒ１１  ７７６、Ｒ１２  ７７８は、ゲート電圧が等しくない場合に電流の流れをさらに可能にし得、静的な不均衡を減らすことにも役立ち得る。
【００８３】
図８Ａ、９Ａは、それぞれ、分配チョークまたは容量性クランプを含まない、共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを示すオシロスコープ捕捉画像８００Ａ、９００Ａである。図８Ｂ、９Ｂは、それぞれ、分配チョークを含むが、容量性クランプを含まない共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを示すオシロスコープ捕捉画像８００Ｂ、９００Ｂである。図８Ｃ、９Ｃは、それぞれ、分配チョークと容量性クランプとを含む共通のゲートドライバによる４つの並列化されたＩＧＢＴのスイッチングを示すオシロスコープ捕捉画像８００Ｃ、９００Ｃである。
【００８４】
オシロスコープ捕捉画像８００Ａ、９００Ａは、それぞれ、ｘ軸８０５およびｙ軸８１０、ｘ軸９０５およびｙ軸９１０を含む。ｘ軸８００５、９０５に沿った位置は時間を示す。ｙ軸８１０、９１０に沿った位置は、電流の大きさを示す。しかし、ｘ軸８０５、９０５に沿った時間スケールは、示されるトレースのすべてについて同一であり、ｙ軸８１０、９１０に沿った電流のスケールは、異なるトレースについて異なり得る。
【００８５】
オシロスコープ捕捉画像８００Ｂ、９００Ｂは、それぞれ、ｘ軸８１５およびｙ軸８２０、ｘ軸９１５およびｙ軸９２０を含む。ｘ軸８１５、９１５に沿った位置は、時間を示す。ｙ軸８２０、９２０に沿った位置は、電流の大きさを示す。しかしｘ軸８１５、９１５に沿った時間スケールは、示されるトレースのすべてについて同一であり、ｙ軸８２０、９２０に沿った電流のスケールは、異なるトレースについて異なり得る。
【００８６】
オシロスコープ捕捉画像８００Ｃ、９００Ｃは、それぞれ、ｘ軸８２５およびｙ軸８３０、ｘ軸９２５およびｙ軸９３０を含む。ｘ軸８２５、９２５に沿った位置は、時間を示す。ｙ軸８３０、９３０に沿った位置は、電流の大きさを示す。しかし、ｘ軸８２５、９２５に沿った時間スケールは、示されるトレースのすべてについて同一であり、ｙ軸８３０、９３０に沿った電流のスケールは、異なるトレースについて異なり得る。
【００８７】
オシロスコープ捕捉画像８００Ａは、トレース８２１、８２２、８２３、８２４をトレースインクルードする。トレース８２１、８２２、８２３、８２４は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を表す。オシロスコープ捕捉画像８００Ｂは、トレース８３１、８３２、８３３、８３４をトレースインクルードする。トレース８３１、８３２、８３３、８３４は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を表す。オシロスコープ捕捉画像８００Ｃは、トレース８４１、８４２、８４３、８４４をトレースインクルードする。トレース８４１、８４２、８４３、８４４は、オン状態からオフ状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を表す。
【００８８】
オシロスコープ捕捉画像８００Ａから理解され得るように、円８２７および８３７によりマーキングされたエリア内において、エミッタ電流は実質的に等しくない。オシロスコープ捕捉画像８００Ｂを参照すると、円８４７によりマーキングされたエリア内において、エミッタ電流の値における差は、円８３７により囲まれたエリアに比べて小さくされるが、円８２７により囲まれたエリアに比べて大きくされる。円８２７により囲まれたエリア内における上昇は、電力スイッチのミラーキャパシタンスを通した電流注入によりもたらされる。これらの例は、他の例がしない可能性のある手法で、容量性クランプの有効性をトレースし、従って、容量性クランプの有効性を示す。オシロスコープ捕捉画像８００Ｃを参照すると、エミッタ電流は、分配チョークと容量性クランプとの両方を使用したオフ切り替え遷移にわたって実質的に等しい。
【００８９】
オシロスコープ捕捉画像９００Ａは、トレース９２１、９２２、９２３、９２４をトレースインクルードする。トレース９２１、９２２、９２３、９２４は、オフ状態からオン状態へのスイッチング（オン切り替え遷移とも呼ばれる）中における、ＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を表す。オシロスコープ捕捉画像９００Ｂは、トレース９３１、９３２、９３３、９３４をトレースインクルードする。トレース９３１、９３２、９３３、９３４は、オフ状態からオン状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を表す。オシロスコープ捕捉画像９００Ｃは、トレース９４１、９４２、９４３、９４４をトレースインクルードする。トレース９４１、９４２、９４３、９４４は、オフ状態からオン状態へのスイッチング中における、ＩＧＢＴのエミッタ電流ＩＥ１、ＩＥ２、ＩＥ３、ＩＥ４を表す。
【００９０】
オシロスコープ捕捉画像９００Ａから理解され得るように、円９２７によりマーキングされたエリア内において、エミッタ電流は実質的に等しくない。オシロスコープ捕捉画像９００Ｂを参照すると、円９３７によるエリア内に示されるように、エミッタ電流の差は、オシロスコープ捕捉画像９００Ａの同様の部分と比較して実質的に小さくされる。オシロスコープ捕捉画像９００Ｃを参照すると、エミッタ電流は、オン切り替え遷移にわたって実質的に等しい。
【００９１】
上述の観察は、分配チョークを含み、容量性クランプを含む、または、含まない並列化されたＩＧＢＴを駆動することの利点をさらに示す。
【００９２】
多くの実装例が説明される。それにもかかわらず、他の実装例が後述の請求項の範囲内である。本発明に関して示される例についての上述の説明は、要約で説明される事項を含め、網羅的であることも、開示される形態そのものへの限定であることも意図されない。本発明の特定の実施形態および例が、本明細書において例示を目的として説明されるが、本発明のより広い趣旨および範囲から逸脱することなく様々な同等な変更が可能である。実際、具体的で例示的な電圧、電流、周波数、出力範囲値、時間などが説明のために提示されることと、本発明の教示に従った他の実施形態および例において他の値も使用し得ることとが理解される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
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【図３Ｈ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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