具体实施方式

〔第一实施方式〕

使用图1至图11来说明本发明的第一实施方式的半导体振动抑制电路。首先，使用图1来说明本实施方式的半导体振动抑制电路的概要结构。

如图1所示，本实施方式的半导体振动抑制电路1具备宽带隙半导体元件111a(第一宽带隙半导体元件的一例)。另外，半导体振动抑制电路1具备向宽带隙半导体元件111a供给电力的电源10。电源10例如是直流电源。并且，半导体振动抑制电路1具备与宽带隙半导体元件111a串联连接于电源10的正极侧与负极侧之间的宽带隙半导体元件111b(第二宽带隙半导体元件的一例)。电源10还向宽带隙半导体元件111b供给电力。

宽带隙半导体元件111a和宽带隙半导体元件111b例如是SiC器件、氮化镓(GaN)器件或砷化镓(GaAs)器件。宽带隙半导体元件111a和宽带隙半导体元件111b例如由n型的SiC-MOSFET构成。

在宽带隙半导体元件111a上反向并联连接有续流用二极管112a。更具体地说，宽带隙半导体元件111a的漏极与续流用二极管112a的阴极连接，宽带隙半导体元件111a的源极与续流用二极管112a的阳极连接。宽带隙半导体元件111a的漏极及续流用二极管112a的阴极与电源10的正极侧电连接。由宽带隙半导体元件111a和续流用二极管112a构成半导体模块11a。

在宽带隙半导体元件111b上反向并联连接有续流用二极管112b。更具体地说，宽带隙半导体元件111b的漏极与续流用二极管112b的阴极连接，宽带隙半导体元件111b的源极与续流用二极管112b的阳极连接。宽带隙半导体元件111b的漏极及续流用二极管112b的阴极与宽带隙半导体元件111a的源极及续流用二极管112a的阳极连接。宽带隙半导体元件111b的源极及续流用二极管112b的阳极与电源10的负极侧电连接。由宽带隙半导体元件111b和续流用二极管112b构成半导体模块11b。因而，半导体模块11a与半导体模块11b串联连接于电源10的正极侧与负极侧之间。

半导体振动抑制电路1具备正向地串联连接于电源10的正极侧与负极侧之间的二极管15(第二二极管的一例)和二极管16(第三二极管的一例)。另外，半导体振动抑制电路1具备连接于二极管16的阴极与电源10的负极侧之间的电容器17(第二电容器的一例)。电容器17例如由电解电容器构成。二极管15的阳极与电源10的正极侧电连接，二极管15的阴极与二极管16的阳极连接。二极管16的阴极与电容器17的一个电极连接。电容器17的另一个电极与电源10的负极侧连接。因而，二极管15、二极管16以及电容器17串联连接于电源10的正极侧与负极侧之间。

半导体振动抑制电路1具备电容器13(第一电容器的一例)，该电容器13与宽带隙半导体元件111a并联连接，具有比宽带隙半导体元件111a的结电容大的容量。电容器13具有宽带隙半导体元件111a的结电容的几倍(例如1倍)至几百倍大的容量即可。另外，电容器13具有比宽带隙半导体元件111b的结电容大的容量。电容器13具有比宽带隙半导体元件111a的结电容的几倍(例如1倍)大的容量即可。虽然详情在后面叙述，但是半导体振动抑制电路1通过具备具有比宽带隙半导体元件111a、111b的结电容大的容量的电容器13，能够以低损耗抑制宽带隙半导体元件111a、111b开关时的电压振动。

半导体振动抑制电路1具备将电源10与宽带隙半导体元件111a及电容器13连接的布线12。宽带隙半导体元件111a的漏极、续流用二极管112a的阴极以及二极管15的阳极连接于布线12。电容器13的一个电极同二极管15与二极管16的连接部连接。即，电容器13的一个电极与二极管15的阴极及二极管16的阳极连接。因此，电容器13经由二极管15来与布线12电连接。

由二极管15和电容器13构成的串联电路与宽带隙半导体元件111a并联连接于宽带隙半导体元件111a的漏极与源极之间。因此，二极管15和电容器13分别与宽带隙半导体元件111a并联连接。另外，由电容器13、二极管16以及电容器17构成的串联电路与宽带隙半导体元件111b并联连接于宽带隙半导体元件111b的漏极与源极之间。因此，电容器13、二极管16以及电容器17分别与宽带隙半导体元件111b并联连接。

半导体振动抑制电路1具备配置于电源10侧的第一布线部(布线中的一部分布线的一例)121的端部与电容器13的一个电极之间的变压器18。变压器18具有连接于第一布线部121的端部与电容器13的一个电极之间的初级绕组181。变压器18具有连接于第二布线部(布线中的另一部分布线的一例)122的次级绕组182。

半导体振动抑制电路1具备具有与变压器18连接的阴极以及与电源10的负极侧连接的阳极的二极管19(第一二极管的一例)。

更具体地说，设置于变压器18的初级绕组181的一个端子连接于二极管16的阴极与电容器17的一个电极的连接部。初级绕组181的另一个端子与电源10侧的第一布线部121的端部连接。因此，初级绕组181经由二极管16来与电容器13的一个电极连接，因此变压器18配置于电源10侧的第一布线部121的端部与电容器13之间。

设置于变压器18的次级绕组182的一个端子与第一布线部121侧的第二布线部122的端部连接。次级绕组182的另一个端子与二极管19的阴极连接。

半导体振动抑制电路1具备设置于第一布线部121的电抗器14。电抗器14的一个端子与设置于变压器18的初级绕组181的另一个端子及次级绕组182的一个端子连接。电抗器14的另一个端子与二极管15的阳极及宽带隙半导体元件111a的漏极连接。

半导体振动抑制电路1具备具有第一布线部121和电容器13的一个电极的第一电流路径101。电抗器14设置于第一布线部121，因此第一电流路径101具备电抗器14。另外，第一电流路径101具有正向地串联连接于电源10的正极侧与负极侧之间的二极管15和二极管16。第一电流路径101具有配置于电源10侧的第一布线部121与电容器13的一个电极之间的变压器18，变压器18的初级绕组181配置于第一布线部121与电容器13的一个电极之间。因而，第一电流路径101是具有电抗器14、二极管15、二极管16以及变压器18的初级绕组181的电路。电容器13的一个电极通过导线连接于二极管15与二极管16的连接部。因此，电容器13的一个电极为在二极管15与二极管16之间构成第一电流路径101的结构要素。由此，第一电流路径101由电抗器14、二极管15、电容器13的一个电极、二极管16以及变压器18的初级绕组181构成闭合电路。

半导体振动抑制电路1具备具有第一布线部121和电容器13的第二电流路径102。电抗器14设置于第一布线部121，因此第二电流路径102具备电抗器14。二极管15配置于第一布线部121与电容器13之间。因而，第二电流路径102是具有电抗器14、二极管15以及电容器13的电路。

半导体振动抑制电路1具备具有电源10、第二布线部122以及变压器18的第三电流路径103。第三电流路径103具备具有与变压器18连接的阴极以及与电源10的负极侧连接的阳极的二极管19。变压器18的次级绕组182与二极管19连接。因而，第三电流路径103是具有电源10、第二布线部122、次级绕组182以及二极管19的电路。另外，第三电流路径103由电源10的正极、第二布线部122、变压器18的次级绕组182、二极管19以及电源10的负极构成闭合电路。

虽然省略了图示，但是在宽带隙半导体元件111a的栅极上连接有用于驱动宽带隙半导体元件111a的栅极驱动电路，在宽带隙半导体元件111b的栅极上连接有用于驱动宽带隙半导体元件111b的栅极驱动电路。并且，虽然省略了图示，但是在半导体振动抑制电路1上连接有控制这些栅极驱动电路的控制装置。通过该控制装置和该栅极驱动电路对宽带隙半导体元件111a、111b进行开关控制，半导体振动抑制电路1构成为将从电源10提供的直流电压变换为交流电压后向与半导体模块11b连接的负载2供给交流电力。像这样，由半导体振动抑制电路1、未图示的控制装置以及未图示的栅极驱动电路来构成电力变换装置(在本实施方式中为电压型逆变器装置)。半导体振动抑制电路1作为该电力变换装置的电力变换部发挥功能。

(半导体振动抑制电路的动作)

接着，使用图2至图11来说明本实施方式的半导体振动抑制电路的动作。首先，关于半导体振动抑制电路1的动作，使用图2至图7来说明宽带隙半导体元件111a关闭(关断)时、即从接通状态(导通状态)向断开状态(非导通状态)转变时的动作。

(关断时的动作原理)

在图2中的第1段示出了宽带隙半导体元件111a的电压Vds1和电流Id1的波形。在图2中的第2段示出了续流用二极管112b的电压VD2和电流ID2的波形。在图2中的第3段示出了电容器13的电压VCS和电流ICS的波形。在图2中的第4段示出了电容器17的电压VCO和电流ICO的波形。在图2中的第5段示出了变压器18的初级绕组181的电压VT1和电流IT1的波形。在图2中的第6段示出了变压器18的次级绕组182的电压VT2和电流IT2的波形。图2中的各段所示的横轴表示时间，该各段所示的纵轴表示电压和电流。另外，图2中的各段所示的横轴从左向右地表示时间的经过。

如图2所示，本实施方式的半导体振动抑制电路1的关断时的动作能够分为时刻t1至时刻t2的模式1、时刻t2至时刻t3的模式2、时刻t3至时刻t4的模式3、时刻t4至时刻t5的模式4、时刻t5至时刻t6的模式5以及时刻t6以后的模式6这六个模式。半导体振动抑制电路1通过模式1至模式6将蓄积于电抗器14的能量再生到电源10。

在图2所示的时刻t1前的宽带隙半导体元件111a接通的状态下，在半导体振动抑制电路1中，电流按“电源10→电抗器14(布线12)→宽带隙半导体元件111a→负载2→电源10”的路径流动。其结果，从半导体振动抑制电路1的电源10向负载2供给能量。另外，此时，如图2所示，电容器13没有被充电而电压VCS为0V，电容器17被充电为与电源10的输出电压Ed相同的电压，电压VCO为与输出电压Ed相同的值。

<模式1>

当在时刻t1宽带隙半导体元件111a从接通状态转变为断开状态(关断)时，如图3所示，负载电流Io按“电源10→第二布线部122→变压器18→电抗器14(第一布线部121)→二极管15→电容器13→负载2→电源10”的路径P1流动。由此，电流转流向电容器13从而电容器13被充电。

电容器13与宽带隙半导体元件111a并联连接。因此，追随着电容器13的两电极之间的电压VCS的随着电容器13被充电的上升，宽带隙半导体元件111a的电压Vds1(即漏极源极间电压)也上升。因此，如图2所示，模式1下的宽带隙半导体元件111a的电压上升率被电容器13的充电速度抑制。在该情况下，宽带隙半导体元件111a成为在电压Vds1为零的状态下进行开关的ZVS(Zero Voltage Switching：零电压开关)动作。其结果，宽带隙半导体元件111a的关断损耗减少。另外，电容器13具有比宽带隙半导体元件111a的结电容大的容量。因此，与不设置电容器13的情况相比，模式1下的宽带隙半导体元件111a的电压上升率变小。其结果，与不设置电容器13的情况相比，模式1下的宽带隙半导体元件111a的关断损耗变小。像这样，本实施方式的半导体振动抑制电路1能够实现对宽带隙半导体元件111a的关断损耗的进一步抑制。

另外，如图2所示，在模式1下，电容器13的电压VCS上升至电源10的输出电压Ed为止。因此，在模式1下，宽带隙半导体元件111a的电压Vds1也上升至电源10的输出电压Ed为止。由此，续流用二极管112b的电压VD2随着宽带隙半导体元件111a的电压Vds1的上升而下降至零伏。

<模式2>

如图2所示，在时刻t2，宽带隙半导体元件111a的电压Vds1由于浪涌电压的产生而变得比电源10的输出电压Ed高。由此，在模式2下，续流用二极管112b的阴极的电位变为负，因此续流用二极管112a导通。其结果，如图4所示，负载电流I0在“负载2→续流用二极管112a→负载2”的路径P2中环流。

另外，如图4所示，在模式2下，二极管15、16导通，因此电抗器14中蓄积的能量的一部分通过第一电流路径101、即“电抗器14(第一布线部121)→二极管15→电容器13的一个电极→二极管16→初级绕组181→电抗器14”的路径P3转移到变压器18的初级绕组181。

另外，如图4所示，电抗器14中蓄积的能量的剩余的一部分通过第二电流路径102、即“电抗器14(第一布线部121)→二极管15→电容器13→负载2→电源10”的路径P4转移到电容器13。并且，如图4所示，电抗器14中蓄积的能量的剩余通过“电抗器14(第一布线部121)→二极管15→二极管16→电容器17→电源10”的路径P5转移到电容器17。像这样，电抗器14中蓄积的能量的一部分转移到初级绕组181，该能量的剩余通过路径P4和路径P5转移到由电容器13和电容器17形成的并联电容。

如图2所示，在模式2下，初级绕组181的电压VT1、电容器13的电压VCS以及电容器17的电压VCO上升。另外，如图2所示，在模式2下，在变压器18的次级绕组182中产生次级绕组182相对于初级绕组181的匝数比倍的电压VT2。

<模式3>

如图2所示，当在时刻t3变压器18的次级绕组182的电压VT2变得比电源10的输出电压Ed加上二极管19的阈值电压所得到的电压高时，二极管19导通。当二极管19导通时，次级绕组182的电压VT2被钳位为电源10的输出电压Ed。此时，如图5所示，已转移到变压器18的初级绕组181的能量经由第三电流路径103、即“变压器18的次级绕组182→第二布线部122→电源10”的路径P6再生到电源10。设置于第一电流路径101(即路径P3)的电抗器14为变压器18的泄漏电抗。因此，在模式3下，流过次级绕组182的电流IT2为流过初级绕组181的电流IT1的初级绕组181与次级绕组182的匝数比分之一的值。

<模式4>

如图2所示，当在时刻t4电抗器14的能量为零时，流过电容器13的电流ICS和流过电容器17的电流ICO从充电电流切换为放电电流。因此，如图6所示，电容器13中蓄积的能量通过“电容器13→二极管16→变压器18的初级绕组181”的路径P7转移到初级绕组181。另外，电容器17中蓄积的能量通过“电容器17→变压器18的初级绕组181”的路径P8转移到初级绕组181。由此，如图2所示，在模式4下，电容器13的电压VCS和电容器17的电压VCO减少。另外，在变压器18的次级绕组182的电压VT2为电源10的输出电压Ed的模式4的期间，已转移到变压器18的初级绕组181的能量经由次级绕组182并通过第三电流路径103(即路径P6)被再生到电源10。

<模式5>

如图2所示，在时刻t5至时刻t6的期间的模式5下，电容器13通过路径P7(参照图6)将能量转移到变压器18的初级绕组181，直到电压VCS变为与电源10的输出电压Ed相同的电压为止。另外，电容器17通过路径P8(参照图6)将能量转移到变压器18的初级绕组181，直到电压VCO变为与电源10的输出电压Ed相同的电压为止。已转移到变压器18的初级绕组181的能量经由变压器18的次级绕组182并通过第三电流路径103(即路径P6)被再生到电源10。像这样，蓄积于电容器13和电容器17的能量在模式4和模式5下被再生到电源10。

<模式6>

如图2所示，当在时刻t6电容器13的电压VCS和电容器17的电压VCO变为与电源10的输出电压Ed相同的电压时，仍在变压器18的初级绕组181中蓄积能量且二极管15导通。如图7所示，在模式6下，变压器18的初级绕组181中蓄积的能量在第一电流路径101、即“初级绕组181→电抗器14(第一布线部121)→二极管15→二极管16”的路径P9中环流，作为二极管15和二极管16的导通损耗被消耗。

(开启时的动作原理)

接着，关于半导体振动抑制电路1的动作，使用图8至图11来说明宽带隙半导体元件111a启动(开启)时、即从断开状态(非导通状态)转变为接通状态(导通状态)时的动作。在图8中的第1段示出了宽带隙半导体元件111a的电压Vds1和电流Id1的波形。在图8中的第2段示出了续流用二极管112b的电压VD2和电流ID2的波形。在图8中的第3段示出了电容器13的电压VCS和电流ICS的波形。在图8中的第4段示出了电容器17的电压VCO和电流ICO的波形。在图8中的第5段示出了变压器18的初级绕组181的电压VT1和电流IT1的波形。在图8中的第6段示出了变压器18的次级绕组182的电压VT2和电流IT2的波形。图8中的各段所示的横轴表示时间，该各段所示的纵轴表示电压和电流。另外，图8中的各段所示的横轴从左向右地表示时间的经过。

如图8所示，本实施方式的半导体振动抑制电路1的开启时的动作能够分为时刻t1至时刻t2的模式1、时刻t2至时刻t3的模式2、时刻t3至时刻t4的模式3、时刻t4至时刻t5的模式4、时刻t5至时刻t6的模式5、时刻t6至时刻t7的模式6以及时刻t7以后的模式7这七个模式。半导体振动抑制电路1通过模式1至模式7将蓄积于电容器13的能量再生到电源10。

在图8所示的时刻t1前的宽带隙半导体元件111a断开的状态下，负载电流按“负载2→续流用二极管112b→负载2”的路径回流。另外，此时，经由二极管15对电容器13施加电源10的输出电压Ed，因此电容器13的电压Vds1为与输出电压Ed相同的电压。

<模式1>

当在时刻t1宽带隙半导体元件111a从断开状态转变为接通状态(开启)时，如图9所示，电流按“电源10→第二布线部122→变压器18→电抗器14(第一布线部121)→宽带隙半导体元件111a→负载2→电源10”的路径P10流动。如图9所示，在路径P10中，电抗器14与宽带隙半导体元件111a串联连接。因此，如图8所示，在模式1下，宽带隙半导体元件111a的电流Id1的上升率被电抗器14的电流上升率抑制。在该情况下，宽带隙半导体元件111a成为在电流ICE为零的状态下进行开关的ZCS(Zero Current Switching：零电流开关)动作。其结果，宽带隙半导体元件111a的开启损耗被减少。

另外，在模式1下，宽带隙半导体元件111a的电压Vds1随着宽带隙半导体元件111a的电流Id1的上升而减少。因此，设置于半导体模块11b的续流用二极管112b的阴极的电压上升。因而，如图8所示，流过续流用二极管112b的电流ID2随着宽带隙半导体元件111a的电流Id1的上升而减少。当宽带隙半导体元件111a的电流Id1达到流过负载2的负载电流I0的电流值时，续流用二极管112b进行反向恢复。

<模式2>

通过续流用二极管112b的反向恢复，宽带隙半导体元件111a的源极、即电容器13的另一个电极与电源10的负极电绝缘。因此，在图8所示的时刻t2，如图10所示，形成“电容器13→二极管16→电容器17→电源10→第二布线部122→变压器18→电抗器14(第一布线部121)→宽带隙半导体元件111a→电容器13”的路径P11。电容器13中蓄积的能量通过路径P11转移到电抗器14。由此，如图8所示，在模式2下，电容器13的电压VCS进行放电，直到零伏为止。续流用二极管112b的电压上升率被电容器13的放电速度抑制。因此，续流用二极管112b的反向恢复损耗也被减少。

另外，如图10所示，在模式2下，通过“电源10→第二布线部122→变压器18→电抗器14(第一布线部121)→宽带隙半导体元件111a→负载2→电源10”的路径P12，从电源10对负载2供给电力。

<模式3>

在电容器13的电压VCS变为零伏的时刻t3(参照图8)，二极管16导通。由此，如图11所示，电抗器14中蓄积的能量的一部分通过第一电流路径101、即“电抗器14(第一布线部121)→二极管15→电容器13的一个电极→二极管16→初级绕组181→电抗器14”的路径P3转移到变压器18的初级绕组181。另外，如图11所示，电抗器14中蓄积的能量的剩余通过“电抗器14(第一布线部121)→二极管15→二极管16→电容器17→电源10”的路径P14转移到电容器17。像这样，电抗器14中蓄积的能量的一部分转移到初级绕组181，该能量的剩余通过路径P13和路径P14转移到由电容器13和电容器17形成的并联电容。

如图8所示，在模式3下，初级绕组181的电压VT1、电容器13的电压VCS以及电容器17的电压VCO上升。另外，如图8所示，在模式3下，在变压器18的次级绕组182中产生初级绕组181的匝数比倍的电压VT2。

<模式4至模式7>

如图8所示，宽带隙半导体元件111a开启时的模式4下的半导体振动抑制电路1的动作与宽带隙半导体元件111a关断时的模式3下的半导体振动抑制电路1的动作相同。宽带隙半导体元件111a开启时的模式5下的半导体振动抑制电路1的动作与宽带隙半导体元件111a关断时的模式4下的半导体振动抑制电路1的动作相同。宽带隙半导体元件111a开启时的模式6下的半导体振动抑制电路1的动作与宽带隙半导体元件111a关断时的模式5下的半导体振动抑制电路1的动作相同。宽带隙半导体元件111a开启时的模式7下的半导体振动抑制电路1的动作与宽带隙半导体元件111a关断时的模式6下的半导体振动抑制电路1的动作相同。因而，省略宽带隙半导体元件111a开启时的模式4至模式7下的半导体振动抑制电路1的动作的说明。

虽然省略了详细的说明，但是半导体振动抑制电路1在宽带隙半导体元件111b开启和关断的情况下也与宽带隙半导体元件111a的开启和关断同样地动作。

如以上所说明的那样，本实施方式的半导体振动抑制电路1具备宽带隙半导体元件111a和电容器13，该电容器13与宽带隙半导体元件111a并联连接，具有比宽带隙半导体元件111a的结电容大的容量。

根据具备该结构的半导体振动抑制电路1，能够减少宽带隙半导体元件111a的关断时的电压上升率。由此，半导体振动抑制电路1能够以低损耗抑制宽带隙半导体元件111a的电压振动，进而抑制半导体模块11a的电压振动。

另外，半导体振动抑制电路1能够在宽带隙半导体元件111a开启时抑制续流用二极管112b的电压上升率。因此，半导体振动抑制电路1能够以低损耗抑制具有续流用二极管112b的半导体模块11b的电压振动。

〔第二实施方式〕

使用图12至图15来说明本发明的第二实施方式的半导体振动抑制电路。此外，对于起到与上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1的结构要素同样的作用及功能的结构要素标注相同标记并省略说明。

如图12所示，本实施方式的半导体振动抑制电路3具备向宽带隙半导体元件111a供给电力的电源30。电源30例如是电容比电容器33(详情在后面叙述)和电容器37(详情在后面叙述)的容量大的电容器。电源30例如能够由电解电容器构成。电源30的正极侧例如是构成电源30的电容器的一个电极(正极侧的电极)。电源30的负极侧例如是构成电源30的电容器的另一个电极(负极侧的电极)。电源30也向宽带隙半导体元件111b供给电力。

半导体振动抑制电路3具备将电源30与宽带隙半导体元件111a及电容器13连接的布线32。宽带隙半导体元件111a的漏极、续流用二极管112a的阴极以及二极管15的阳极连接于布线32。电容器13的一个电极同二极管15与二极管16的连接部连接。即，电容器13的一个电极与二极管15的阴极及二极管16的阳极连接。因此，电容器13经由二极管15来与布线32电连接。

半导体振动抑制电路3具备配置于电源30侧的第一布线部(布线中的一部分布线的一例)321的端部与电容器13的一个电极之间的电阻元件31。电阻元件31的一个端子与设置于第一布线部321的电抗器14的一个端子及电源30的正极侧连接。电阻元件31的另一个端子同二极管16与电容器17的连接部连接。更具体地说，电阻元件31的另一个端子与二极管16的阴极及电容器17的一个电极连接。像这样，本实施方式的半导体振动抑制电路3相对于上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1的特征点在于，具备电阻元件31来代替变压器18和二极管19。

半导体振动抑制电路1具备具有第一布线部321和电容器13的一个电极的第一电流路径301。电抗器14设置于第一布线部321，因此第一电流路径301具备电抗器14。另外，第一电流路径301具有正向地串联连接于电源30的正极侧与负极侧之间的二极管15和二极管16。第一电流路径301具有配置于电源30侧的第一布线部321与电容器13的一个电极之间的电阻元件31。电阻元件31配置于第一布线部321与电容器13的一个电极之间。因而，第一电流路径301是具有电抗器14、二极管15、二极管16以及电阻元件31的电路。电容器13的一个电极通过导线连接于二极管15与二极管16的连接部。因此，电容器13的一个电极为在二极管15与二极管16之间构成第一电流路径301的结构要素。由此，第一电流路径301由电抗器14、二极管15、电容器13的一个电极、二极管16以及电阻元件31构成闭合电路。

半导体振动抑制电路3具备具有第一布线部321和电容器13的第二电流路径302。电抗器14设置于第一布线部321，因此第二电流路径302具备电抗器14。二极管15配置于第一布线部321与电容器13之间。因而，第二电流路径302是具有电抗器14、二极管15以及电容器13的电路。

半导体振动抑制电路3与上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1不同，不具有串联连接于电源30的正极侧与负极侧之间的变压器和二极管。因此，半导体振动抑制电路3与上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1不同，不具备第三电流路径。

虽然省略了图示，但是在本实施方式中也是，在宽带隙半导体元件111a的栅极上连接有用于驱动宽带隙半导体元件111a的栅极驱动电路，在宽带隙半导体元件111b的栅极上连接有用于驱动宽带隙半导体元件111b的栅极驱动电路。并且，虽然省略了图示，但是在半导体振动抑制电路3上连接有用于控制这些栅极驱动电路的控制装置。通过该控制装置和该栅极驱动电路对宽带隙半导体元件111a、111b进行开关控制，半导体振动抑制电路3构成为将从电源30提供的直流电压变换为交流电压后向与半导体模块11b连接的负载2供给交流电力。像这样，由半导体振动抑制电路3、未图示的控制装置以及未图示的栅极驱动电路构成电力变换装置(在本实施方式中为电压型逆变器装置)。半导体振动抑制电路3作为该电力变换装置的电力变换部发挥功能。

(半导体振动抑制电路的动作)

接着，使用图13和图14来说明本实施方式的半导体振动抑制电路的动作。

在宽带隙半导体元件111a从断开状态转变为接通状态(开启)之前，宽带隙半导体元件111b处于接通状态，因此电容器13和电容器17被充电为电源30的输出电压Ed。

当在宽带隙半导体元件111b从接通状态转变为断开状态且电容器13和电容器17处于该充电状态时宽带隙半导体元件111a转变为接通状态(开启)时，电流通过“电抗器14→宽带隙半导体元件111a→负载2”的路径流动。

当宽带隙半导体元件111a变为接通状态时，宽带隙半导体元件111b的电压(宽带隙半导体元件111b的漏极的电位)上升。随着宽带隙半导体元件111b的电压上升，电容器13进行放电，直到变为零伏为止。电流按“电容器13→二极管16→电容器17→负载2”的路径流动，电容器13被放电。

电容器13与宽带隙半导体元件111a、111b并联连接，因此电容器13与宽带隙半导体元件111a、111b各自的结电容并联连接。本实施方式中的电容器13具有比宽带隙半导体元件111a、111b各自的结电容大的容量。由此，半导体振动抑制电路3与上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1同样地，能够以低损耗抑制宽带隙半导体元件111a开关(开启)时的半导体模块11b的电压振动。

在宽带隙半导体元件111a从接通状态转变为断开状态(关断)的情况下，电容器13通过“电源30→电抗器14(第一布线部121)→二极管15→电容器13→负载2→电源30”的路径，从零伏的状态起被充电至电源30的输出电压Ed。与宽带隙半导体元件111a的关断相伴的宽带隙半导体元件111a的电压上升率被电容器13的充电速度抑制。电容器13具有比宽带隙半导体元件111a的结电容大的容量。因此，与不设置电容器13的情况相比，模式1下的宽带隙半导体元件111a的电压上升率变小。由此，半导体振动抑制电路3能够抑制宽带隙半导体元件111a开关时的振动。

虽然省略了详细的说明，但是半导体振动抑制电路3在宽带隙半导体元件111b开启和关断的情况下也与宽带隙半导体元件111a的开启和关断同样地动作。

在此，使用图13来说明半导体振动抑制电路3的动作仿真的波形的一例。在图13的(a)和图13的(b)中，示出了将电源30的输出电压Ed设为600V、将向负载提供的电流设为300A、将电抗器14的电感设为20nH、将电容器13的容量设为8nF的情况下的动作仿真的波形。在图13的(a)中和图13的(b)中用实线表示的“Vds1”表示宽带隙半导体元件111a的电压波形。在图13的(a)中和图13的(b)中用虚线表示的“Id1”表示宽带隙半导体元件111a的电流波形。在图13的(a)中和图13的(b)中用单点划线表示的“Ir”表示电阻元件31的电流波形。图13的(a)和图13的(b)的左侧的纵轴表示以宽带隙半导体元件111a的电压波形为对象的电压。图13的(a)和图13的(b)的右侧的纵轴表示以宽带隙半导体元件111a和电阻元件31各自的电流波形为对象的电流。图13的(a)和图13的(b)的横轴表示时间。该横轴从左向右地表示时间的经过。

如图13的(a)所示，在时间10.0μsec时宽带隙半导体元件111a从断开状态转变为接通状态(开启)的情况下，流过宽带隙半导体元件111a的电流Id1的上升率受流过电抗器14的电流的上升率控制，因此与以往的半导体振动抑制电路(详情在后面叙述)相比变得平缓。另外，在时间10.0μsec以前蓄积到电容器13的能量被释放到负载2。因此，在电阻元件31中被消耗的能量减少。

如图13的(b)所示，在时间5.02μsec时宽带隙半导体元件111a从接通状态转变为断开状态(关断)的情况下，宽带隙半导体元件111a的电压Vds1的上升率受电容器13的充电速度控制，因此与以往的半导体振动抑制电路(详情在后面叙述)相比变得平缓。另外，在宽带隙半导体元件111a从接通状态转变为断开状态(关断)的情况下，蓄积于电抗器14的能量经由电容器13被电阻元件31消耗。然而，如图13的(b)所示，与以往的半导体振动抑制电路(详情在后面叙述)相比，时间5.02μsec时的流过电阻元件31的电流Ir的变动很细微。因此，本实施方式中的半导体振动抑制电路3能够减少宽带隙半导体元件111a开关时的损耗。

接着，作为本实施方式的半导体振动抑制电路3的比较例，使用图14和图15来说明以往的半导体振动抑制电路。

如图14所示，以往的半导体振动抑制电路5具备电源50以及串联连接于电源50的正极侧与负极侧之间的半导体模块51a和半导体模块51b。电源50例如由电解电容器构成。电源50的正极侧例如是构成电源50的电容器的一个电极(正极侧的电极)。电源50的负极侧例如是构成电源50的电容器的另一个电极(负极侧的电极)。

半导体模块51a具有宽带隙半导体元件511a以及与宽带隙半导体元件511a反向并联连接的续流用二极管512a。宽带隙半导体元件511a的漏极与续流用二极管512a的阴极连接，宽带隙半导体元件511a的源极与续流用二极管512a的阳极连接。宽带隙半导体元件511a的漏极及续流用二极管512a的阴极与电源50的正极侧电连接。

半导体模块51b具有宽带隙半导体元件511b以及与宽带隙半导体元件511b反向并联连接的续流用二极管512b。宽带隙半导体元件511b的漏极与续流用二极管512b的阴极连接，宽带隙半导体元件511b的源极与续流用二极管512b的阳极连接。宽带隙半导体元件511b的漏极及续流用二极管512b的阴极与电源50的负极侧电连接。

宽带隙半导体元件511b的漏极及续流用二极管512a的阴极与宽带隙半导体元件511a的源极及续流用二极管512a的阳极连接。因而，宽带隙半导体元件511a与宽带隙半导体元件511b串联连接于电源50的正极侧与负极侧之间。

半导体振动抑制电路5具有与由半导体模块51a和半导体模块51b构成的串联电路并联连接的吸收电路52。吸收电路52具有串联连接于电源50的正极侧与负极侧之间的电阻元件521和电容器522。电阻元件521的一个端子与电源50的正极侧、宽带隙半导体元件511a的漏极以及续流用二极管512a的阴极连接。电阻元件521的另一个端子与电容器522的一个电极连接。电容器522的另一个电极与电源50的负极侧、宽带隙半导体元件511b的源极以及续流用二极管512b的阳极连接。吸收电路52是为了抑制在宽带隙半导体元件511a和宽带隙半导体元件511b开关时产生的电压的振动而设置的。

半导体振动抑制电路5具有连接于电源50的正极侧与吸收电路52及半导体模块51a之间的电抗器53。电抗器53的一个端子与电源50的正极侧连接。电抗器53的另一个端子与电阻元件521的一个端子、宽带隙半导体元件511a的漏极以及续流用二极管512a的阴极连接。

虽然省略了图示，但是在宽带隙半导体元件511a的栅极上连接有用于驱动宽带隙半导体元件511a的栅极驱动电路，在宽带隙半导体元件511b的栅极上连接有用于驱动宽带隙半导体元件511b的栅极驱动电路。并且，虽然省略了图示，但是在半导体振动抑制电路5上连接有用于控制这些栅极驱动电路的控制装置。由该控制装置和该栅极驱动电路对宽带隙半导体元件511a、511b进行开关控制，半导体振动抑制电路5构成为将从电源50提供的直流电压变换为交流电压后向与半导体模块51b连接的负载6供给交流电力。像这样，由半导体振动抑制电路5、未图示的控制装置以及未图示的栅极驱动电路构成电力变换装置(在本实施方式中为电压型逆变器装置)。半导体振动抑制电路5作为该电力变换装置的电力变换部发挥功能。

通过使宽带隙半导体元件511a从断开状态转变为接通状态(开启)，按“电源50→电抗器53→宽带隙半导体元件511a→负载6”的路径供给电力。另外，通过在使宽带隙半导体元件511a从接通状态转变为断开状态(关断)之后使宽带隙半导体元件511b从断开状态转变为接通状态(开启)，使电流从负载6经由续流用二极管512b回流。

像这样，在半导体振动抑制电路5所具有的电力变换装置中，调整宽带隙半导体元件511a、511b的接通断开的比率来调整向负载6供给的电力。该电力变换装置高速地对宽带隙半导体元件511a、511b进行开关，以向负载6供给电力。由于由电抗器53和宽带隙半导体元件511a的结电容构成串联谐振电路，因此高速地对宽带隙半导体元件511a、511b进行开关将导致在电抗器53与宽带隙半导体元件511a、511b之间产生电压振动。

半导体振动抑制电路5具有用于抑制该电压振动的吸收电路52。设置于吸收电路52的电阻元件521和电容器522作为针对由电抗器53和宽带隙半导体元件511a、511b的结电容构成的串联谐振电路的制动电阻来发挥功能。由此，半导体振动抑制电路5抑制在宽带隙半导体元件511a、511b开关时产生的电压变动。

在此，使用图15来说明半导体振动抑制电路3的动作仿真的波形的一例。在图15的(a)和图15的(b)中，示出了将电源50的输出电压设为600V、将向负载提供的电流设为300A、将电抗器14的电感设为20nH、将电阻元件521的电阻值设为0.5Ω、将电容器522的容量设为40nF的情况下的动作仿真的波形。在图15的(a)中和图15的(b)中用实线表示的“Vds1”表示宽带隙半导体元件511a的电压波形。在图53的(a)中和图53的(b)中用虚线表示的“Id1”表示宽带隙半导体元件511a的电流波形。在图15的(a)中和图15的(b)中用单点划线表示的“Ir”表示电阻元件521的电流波形。图15的(a)和图15的(b)的左侧的纵轴表示以宽带隙半导体元件511a的电压波形为对象的电压。图53的(a)和图53的(b)的右侧的纵轴表示以宽带隙半导体元件511a和电阻元件521各自的电流波形为对象的电流。图53的(a)和图53的(b)的横轴表示时间。该横轴从左向右地表示时间的经过。

如图15的(a)所示，在时间10.0μsec时宽带隙半导体元件511a从断开状态转变为接通状态(开启)的情况下，宽带隙半导体元件511a的电压振动被吸收电路52减少。然而，在宽带隙半导体元件511a开关时，流过宽带隙半导体元件511a的电流Id被叠加±800A左右的浪涌电流。并且，在宽带隙半导体元件511a开关时，流过吸收电路52的电阻元件521的电流Ir被叠加+100A至-300A左右的浪涌电流。因此，在吸收电路52中产生能量的损耗。

如图15的(b)所示，在时间5.02μsec时宽带隙半导体元件511a从接通状态转变为断开状态(关断)的情况下也是，宽带隙半导体元件511a的电压振动被吸收电路52减少。然而，在宽带隙半导体元件511a开关时，流过吸收电路52的电阻元件521的电流Ir被叠加+400A至-100A左右的浪涌电流。因此，在吸收电路52中产生能量的损耗。

与此相对，如图13的(a)和图13的(b)所示，在本实施方式的半导体振动抑制电路3中，在宽带隙半导体元件111a开关时叠加于流过电阻元件521的电流Ir的浪涌电流小于±100A。因此，半导体振动抑制电路3与以往的半导体振动抑制电路5相比，能够抑制宽带隙半导体元件111a开关时的能量损耗。

如以上所说明的那样，本实施方式的半导体振动抑制电路3具备宽带隙半导体元件111a和电容器13，该电容器13与宽带隙半导体元件111a并联连接，具有比宽带隙半导体元件111a的结电容大的容量。

由此，半导体振动抑制电路3得到与上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1同样的效果。另外，半导体振动抑制电路3具备电阻元件31来代替变压器。由此，半导体振动抑制电路3与上述第一实施方式的半导体振动抑制电路1相比，能够实现电路结构的简单化和低成本化。

〔第一实施方式和第二实施方式各自的半导体振动抑制电路的效果〕

接着，参照图1、图12以及图14并使用图16和图17来说明本发明的第一实施方式和第二实施方式各自的半导体振动抑制电路的效果。首先，说明宽带隙半导体元件的开关时的电流波形和电压波形。

图16的(a)所示的图的纵轴表示宽带隙半导体元件的漏极电流。图16的(b)所示的图的纵轴表示宽带隙半导体元件的漏极源极间电压。图16的(a)和图16的(b)所示的图的横轴表示时间，从左向右地表示时间的经过。图16的(a)中和图16的(b)中所示的“E1”表示第一实施方式的半导体振动抑制电路1。图16的(a)中和图16的(b)中所示的“E2”表示第二实施方式的半导体振动抑制电路3。图16的(a)中和图16的(b)中所示的“C”表示比较例的半导体振动抑制电路5。

图16的(a)中所示的虚线表示流过设置于半导体振动抑制电路1的宽带隙半导体元件111a(参照图1)的漏极电流的电流波形。图16的(a)中所示的单点划线表示流过设置于半导体振动抑制电路3的宽带隙半导体元件111a(参照图12)的漏极电流的电流波形。图16的(a)中所示的实线表示流过设置于半导体振动抑制电路5的宽带隙半导体元件511a(参照图14)的漏极电流的电流波形。图16的(b)中所示的虚线表示设置于半导体振动抑制电路1的宽带隙半导体元件111a(参照图1)的漏极源极间电压的电压波形。图16的(b)中所示的单点划线表示设置于半导体振动抑制电路3的宽带隙半导体元件111a(参照图12)的漏极源极间电压的电压波形。图16的(b)中所示的实线表示设置于半导体振动抑制电路5的宽带隙半导体元件511a(参照图14)的漏极源极间电压的电压波形。

如图16的(a)所示，可知在第一实施方式的半导体振动抑制电路1和第二实施方式的半导体振动抑制电路3中，减少了在比较例的半导体振动抑制电路5中叠加于宽带隙半导体元件511a的漏极电流的浪涌电流。另外，可知与第二实施方式的半导体振动抑制电路3相比，第一实施方式的半导体振动抑制电路1能够进一步减少叠加于宽带隙半导体元件511a的漏极电流的浪涌电流。

如图16的(b)所示，可知在第一实施方式的半导体振动抑制电路1和第二实施方式的半导体振动抑制电路3中，减少了在比较例的半导体振动抑制电路5中叠加于宽带隙半导体元件511a的漏极源极间电压的浪涌电压。另外，可知与第二实施方式的半导体振动抑制电路3相比，第一实施方式的半导体振动抑制电路1能够进一步减少叠加于宽带隙半导体元件511a的漏极源极间电压的浪涌电压。

接着，说明半导体振动抑制电路中的能量损耗。表1示出了在第一实施方式、第二实施方式以及比较例的半导体振动抑制电路中产生的能量损耗的仿真结果的一例。表1中所示的“宽带隙半导体元件额定”表示设置于各半导体振动抑制电路的宽带隙半导体元件的绝对最大额定。“宽带隙半导体元件额定”栏中的“耐压”表示绝对最大额定电压，该栏中的“电流”表示绝对最大额定电流。“比较例”表示比较例的半导体振动抑制电路5，“第一实施方式”表示第一实施方式的半导体振动抑制电路1，“第二实施方式”表示第二实施方式的半导体振动抑制电路3。

在表1中，“比较例”栏中的“常数”的“R521”表示设置于半导体振动抑制电路5的电阻元件521(参照图14)，该栏中的“常数”的“C522”表示设置于半导体振动抑制电路5的电容器522(参照图14)。“比较例”栏中的“元件损耗”表示电阻元件521和电容器522处的能量损耗，该栏中的“开关损耗”表示设置于半导体振动抑制电路5的宽带隙半导体元件511a、511b处的能量损耗，该栏中的“全损耗”表示“元件损耗”与“开关损耗”的总计损耗。

在表1中，“第一实施方式”栏和“第二实施方式”栏中的“常数”的“L14”表示设置于半导体振动抑制电路1、3的电抗器14(参照图1和图12)，该栏中的“常数”的“C13”表示设置于半导体振动抑制电路1、3的电容器13(参照图1和图12)。“第二实施方式”栏中的“常数”的“R31”表示设置于半导体振动抑制电路3的电阻元件31(参照图12)。“第一实施方式”栏中的“元件损耗”表示电抗器14和电容器13处的能量损耗，该栏中的“开关损耗”表示设置于半导体振动抑制电路1的宽带隙半导体元件111a、111b处的能量损耗，该栏中的“全损耗”表示“元件损耗”与“开关损耗”的总计损耗。“第二实施方式”栏中的“元件损耗”表示电抗器14、电容器13以及电阻元件31处的能量损耗，该栏中的“开关损耗”表示设置于半导体振动抑制电路3的宽带隙半导体元件111a、111b处的能量损耗，该栏中的“全损耗”表示“元件损耗”与“开关损耗”的总计损耗。

[表1]

图17是将表1所示的“宽带隙半导体元件”栏的“电流”表示为横轴、将表1所示的“比较例”栏、“第一实施方式”栏以及“第二实施方式”栏中的“全损耗”表示为纵轴而得到的图表。图17中将◇标记连结表示的“C”表示比较例的半导体振动抑制电路5中的全损耗的特性，图17中将○标记连结表示的“E1”表示第一实施方式的半导体振动抑制电路1中的全损耗的特性，图17中将□标记连结表示的“E2”表示第二实施方式的半导体振动抑制电路3中的全损耗的特性。

如图17所示，在第一实施方式的半导体振动抑制电路1和第二实施方式的半导体振动抑制电路3中，与比较例的半导体振动抑制电路5相比，实现了能量损耗的减少。特别是，流过宽带隙半导体元件111a、111b的电流(即漏极电流)越大，能量损耗的减少效果越显著。

如图17所示，例如，在将电源的电压设为600V、将向负载供给的负载电流(即，宽带隙半导体元件的漏极电流)设为300A、将宽带隙半导体元件的开关频率设为20kHz来使半导体振动抑制电路动作的情况下，消耗140W以上的能量(电力)。在半导体振动抑制电路5中，为了提高电压振动和电流振动的抑制效果，吸收电路52必须配置在宽带隙半导体元件511a、511b的附近。为了能够在吸收电路52中消耗140W的能量，需要将电阻元件521大型化。然而，大型化的电阻元件521产生大量的热，因此难以配置在宽带隙半导体元件511a、511b的附近。因此，以往的半导体振动抑制电路5存在难以应用于几百安到几千安的大容量装置的问题。

与此相对，如图17所示，第二实施方式的半导体振动抑制电路3的能量消耗为70W左右，约为比较例的半导体振动抑制电路5的一半。另外，第一实施方式的半导体振动抑制电路1的能量消耗为5W左右，为比较例的半导体振动抑制电路5的28分之1。半导体振动抑制电路3中产生能量损耗的部件(即发热的部件)是电阻元件31。在半导体振动抑制电路3中，无需在宽带隙半导体元件111a、111b的附近配置电阻元件31，能够配置振动抑制用的电容器13。

另外，相比于第二实施方式的半导体振动抑制电路3，第一实施方式的半导体振动抑制电路1进一步实现能量损耗的减少。在第二实施方式的半导体振动抑制电路3中，蓄积于电容器13和电抗器14的能量在电阻元件31中被消耗，因此相比于半导体振动抑制电路1而言能量损耗增加。然而，半导体振动抑制电路3无需具备变压器，因此能够实现电路结构的简单化、小型化以及低成本化。

在半导体振动抑制电路1中，变压器18的初级绕组181和次级绕组182经由二极管19来与电源10连接。由此，相对于电容器13的电压VCS的电压增加量ΔV(参照图2和图8)按变压器18的初级绕组181与次级绕组182的匝数比n的关系被再生到电源10。电源10的输出电压为匝数比n乘以电压增加量ΔV所得到的值。因而，电压增加量ΔV为电源10的输出电压除以匝数比所得到的值。因此，半导体振动抑制电路1与半导体振动抑制电路3相比，电容器13的电压增大了电压增加量ΔV，但是作为能量损耗而言低于使用电阻元件31的情况。

因而，通过考虑能量损耗、电路规模以及成本的各观点来适当选择半导体振动抑制电路1和半导体振动抑制电路3，能够得到最大的效果。

本发明的技术范围并不限定于被图示及记载的例示性的实施方式，还包括带来与本发明的目的效果均等的效果的全部实施方式。并且，本发明的技术范围并不限定于通过权利要求划定的发明特征的组合，能够由全部公开的各个特征中的特定的特征的所有期望的组合来划定。

附图标记说明

1、3、5：半导体振动抑制电路；10、30、50：电源；11a、11b、51a、51b：半导体模块；12、32：布线；13、17、33、37、522：电容器；14、53：电抗器；15、16、19：二极管；18：变压器；31、521：电阻元件；52：吸收电路；101、301：第一电流路径；102、302：第二电流路径；103：第三电流路径；111a、111b、511a、511b：宽带隙半导体元件；112a、112b、512a、512b：续流用二极管；121、321：第一布线部；122：第二布线部；181：初级绕组；182：次级绕组。