專利名稱：半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的過電流保護(hù)功能的半導(dǎo)體裝置，特別涉及防止存在剛接通之后的鏡期間(mirror period)的半導(dǎo)體開關(guān)元件的過電流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。
背景技術(shù)：
作為具備半導(dǎo)體開關(guān)元件(以下僅稱為“開關(guān)元件”)的逆變器(inverter)等的半導(dǎo)體裝置，存在如下的半導(dǎo)體裝置具有過電流保護(hù)電路，當(dāng)在開關(guān)元件中流過的主電流超過一定電平時(shí)，進(jìn)行將開關(guān)元件切斷等的保護(hù)動(dòng)作，從而保護(hù)開關(guān)元件。在開關(guān)元件中所流過的主電流的檢測(cè)方法中，有如下方法直接方法，通過在開關(guān)元件的主電極上連接分流電阻等進(jìn)行檢測(cè)；間接方法，使主電流的一部分分流到與開關(guān)元件并聯(lián)連接的電流檢測(cè)用的元件(單元)，檢測(cè)該分流的電流(感應(yīng)電流)。若將使用電流檢測(cè)用元件(電流感應(yīng)元件)的方式與使用分流電阻的方式進(jìn)行比較，則具有不存在分流電阻導(dǎo)致的功率損失并且能夠小型化的優(yōu)點(diǎn)。一般地，在采用了使用電流感應(yīng)元件的方式的半導(dǎo)體裝置中，設(shè)定電流感應(yīng)元件的尺寸以及電特性，使得感應(yīng)電流與開關(guān)元件的主電流的比例(分流比)約1/1000 1/100000。使用電阻等將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓(感應(yīng)電壓)，輸入到過電流保護(hù)電路。在感應(yīng)電壓超過預(yù)定的閾值的情況下，過電流保護(hù)電路判定為在開關(guān)元件中流過了過電流，進(jìn)行將開關(guān)元件切斷等的保護(hù)動(dòng)作，由此，防止開關(guān)元件的損傷。將過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的開關(guān)元件的主電流的值稱為短路保護(hù)斷路電平(以下稱為“SC斷路電平”)。在下述的專利文件I中公開了一種能夠與元件溫度匹配地對(duì)SC斷路電平進(jìn)行調(diào)整的半導(dǎo)體裝置。專利文件1:日本特開2008-206348號(hào)公報(bào)。在IGBT或MOSFET等開關(guān)元件的剛接通之后，存在如下的被稱為“鏡期間”的期間柵極電流對(duì)柵極發(fā)射極間進(jìn)行充電以外，為了對(duì)柵極集電極間電容進(jìn)行充電，柵極發(fā)射極間電壓為恒定。優(yōu)選感應(yīng)電流與流過開關(guān)元件的主電流的分流比始終為恒定，但是，開關(guān)元件在鏡期間中的狀態(tài)和開關(guān)元件的正常狀態(tài)下分流比不同，一般地，在鏡期間中在電流感應(yīng)元件中流過的感應(yīng)電流變大(即，分流比變大)。因此，在鏡期間中，輸入到過電流保護(hù)電路中的感應(yīng)電壓也增加。該現(xiàn)象特別是在開關(guān)元件截止時(shí)用于在感應(yīng)性的負(fù)載中繼續(xù)流過續(xù)流電流(回流電流)的續(xù)流二極管(FWD)連接到開關(guān)元件的情況下成為問題。即，在感應(yīng)性的負(fù)載和續(xù)流二極管之間流過續(xù)流電流的狀態(tài)下，若開關(guān)元件接通，則在緊鄰其后的鏡期間，在開關(guān)元件中流過與續(xù)流電流大致相同的大小的電流。在鏡期間，在電流感應(yīng)元件中流過的感應(yīng)電流比正常狀態(tài)大，因此，即使流過開關(guān)元件的電流為SC斷路電平以下，也會(huì)發(fā)生感應(yīng)電壓超過了閾值而導(dǎo)致的過電流的誤檢測(cè)，因其會(huì)導(dǎo)致發(fā)生過電流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。
以往，作為防止該誤動(dòng)作的方法，采用了如下等的方法在過電流保護(hù)電路中設(shè)置與鏡期間的長度相當(dāng)?shù)臅r(shí)間常數(shù)的低通濾波器的方法；在鏡期間中，對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路中的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法(Leading Edge Blanking :前沿消隱)。但是，在這些誤動(dòng)作防止方法中，在開關(guān)元件剛接通之后的鏡期間中，過電流保護(hù)電路不進(jìn)行動(dòng)作或者動(dòng)作開始產(chǎn)生延遲。因此，例如，如三相逆變器的H橋中的上下臂短路或負(fù)載短路那樣在開關(guān)元件剛接通之后流過過電流這樣的異常時(shí)，產(chǎn)生過電流檢測(cè)以及保護(hù)動(dòng)作延遲的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決以上那樣的課題而提出的，其目的在于提供一種能夠兼顧開關(guān)元件剛接通之后的過電流保護(hù)電路的誤動(dòng)作的防止和過電流檢測(cè)延遲的防止的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備開關(guān)元件；無源元件，生成將對(duì)所述開關(guān)元件中流過的主電流進(jìn)行了分流的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓的感應(yīng)電壓；保護(hù)電路，在所述感應(yīng)電壓超過閾值時(shí)，進(jìn)行所述開關(guān)元件的保護(hù)動(dòng)作；誤動(dòng)作防止單元，在所述開關(guān)元件剛接通之后的一定期間，所述感應(yīng)電壓難以達(dá)到所述閾值，所述誤動(dòng)作防止單元在所述一定期間的期間使所述無源元件生成的針對(duì)所述感應(yīng)電流的所述感應(yīng)電壓的大小變小。根據(jù)本發(fā)明，在不對(duì)過電流檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行屏蔽的情況下，即使省略低通濾波器或者將低通濾波器的時(shí)間常數(shù)變小，也能夠防止開關(guān)元件的剛接通之后的過電流的誤檢測(cè)，防止過電流保護(hù)電路的誤動(dòng)作。即，能夠防止過電流保護(hù)電路的誤動(dòng)作，并且能夠使過電路檢測(cè)的延遲縮短。因此，即使在產(chǎn)生了如從開關(guān)元件剛接通之后開始流過過電流這樣的異常的情況下，也能夠防止開關(guān)元件的損傷。


圖1是用于說明連接了感應(yīng)性負(fù)載的IGBT的接通時(shí)的感應(yīng)電壓的變化的圖。圖2是實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖3是用于說明進(jìn)行了橋連接的IGBT的上下臂短路時(shí)的感應(yīng)電壓的變化的圖。圖4是實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖5是實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖6是實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖7是實(shí)施方式5的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式<實(shí)施方式1>
首先，具體地對(duì)在開關(guān)元件的鏡期間產(chǎn)生的上述問題進(jìn)行說明。在圖1中示出連接了感應(yīng)性負(fù)載的IGBT接通時(shí)的柵極發(fā)射極間電壓Vcje、集電極發(fā)射極間電壓Vra、集電極電流Ic以及感應(yīng)電壓\ (使用電阻元件將在IGBT的電流感應(yīng)元件中流過的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓而得到的)的舉動(dòng)的一例。該例是在電流額定值300A的IGBT中從剛接通之后流過了約260A的集電極電流Ic的情況下的樣子。
若輸入到IGBT的柵極中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)升起，則柵極發(fā)射極間電壓Vcje上升，IGBT接通，但是，在緊鄰其后存在柵極發(fā)射極間電壓L暫時(shí)為恒定的期間。在圖1中，在IGBT剛接通之后，在約2. s的期間，柵極發(fā)射極間電壓Vcje維持為約10. 8V。該期間是“鏡期間”。在圖1中能夠觀察到，與集電極電流I。在IGBT的剛接通之后的振蕩之后大致恒定無關(guān)地，感應(yīng)電壓Vs在振湯之后變?yōu)榧s0. 5V左右，在鏡期間之后下降。該感應(yīng)電壓Vs的上升成為在IGBT剛接通之后引起過電流的誤檢測(cè)并且使過電流保護(hù)電路進(jìn)行誤動(dòng)作的原因。圖1的例中，在將過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的感應(yīng)電壓Vs的閾值設(shè)定為0. 5V以下的情況下，與集電極電流I。為額定值以下無關(guān)地，過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行IGBT的保護(hù)動(dòng)作。圖2是實(shí)施方式I的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。該半導(dǎo)體裝置具備開關(guān)元件1、驅(qū)動(dòng)電路2、過電流保護(hù)電路3、感應(yīng)電阻4以及低通濾波器5。在本實(shí)施方式中，作為開關(guān)元件I，使用內(nèi)置了電流感應(yīng)元件的IGBTlI。在電流感應(yīng)元件的輸出端子(感應(yīng)端子)流過與IGBTll的集電極電流(主電流)成比例的感應(yīng)電流。感應(yīng)電阻4是連接在IGBTll的感應(yīng)端子和發(fā)射極端子之間并且將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓(感應(yīng)電壓)的無源元件。而且，使感應(yīng)電阻4的電阻值Rs與以往的半導(dǎo)體裝置具備的感應(yīng)電阻相同。將感應(yīng)電壓通過由電阻51以及電容器52構(gòu)成的低通濾波器5輸入到過電流保護(hù)電路3。低通濾波器5的時(shí)間常數(shù)為振蕩的周期以上，并且，與開關(guān)元件I的鏡期間相比充分短，優(yōu)選為鏡期間的1/2以下。具體地說，例如，可以和與開關(guān)元件I組合使用的續(xù)流二極管(未圖示)的恢復(fù)時(shí)間為相同程度。將利用低通濾波器5除去了振蕩的感應(yīng)電壓提供給過電流保護(hù)電路3，防止由振蕩所導(dǎo)致的誤動(dòng)作。驅(qū)動(dòng)電路2基于作為從外部輸入的控制信號(hào)的輸入信號(hào)Vin生成輸入到IGBTll的柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。此處，假定以輸入信號(hào)Vin為H電平時(shí)導(dǎo)通、輸入信號(hào)Vin為L電平時(shí)截止的方式控制開關(guān)元件I。通過過電流保護(hù)電路3將輸入信號(hào)Vin提供給驅(qū)動(dòng)電路2。過電流保護(hù)電路3基于感應(yīng)電壓對(duì)在開關(guān)元件I中流過的主電流進(jìn)行監(jiān)視，通常將輸入信號(hào)Vin傳遞到驅(qū)動(dòng)電路2，但是，若檢測(cè)到在開關(guān)元件I中流過了過電流(主電流超過了 SC斷路電平)，則進(jìn)行停止向驅(qū)動(dòng)電路2提供輸入信號(hào)Vin而切斷開關(guān)元件I等預(yù)定的保護(hù)動(dòng)作。過電流保護(hù)電路3由控制部31、比較器32、延遲電路33、切換器34、電阻35、36以及基準(zhǔn)電壓源37構(gòu)成。電阻35、36的串聯(lián)電路與基準(zhǔn)電壓源37并聯(lián)連接，將利用電阻35、36對(duì)基準(zhǔn)電壓源37所輸出的第一基準(zhǔn)電壓Vkefi進(jìn)行分壓后的第二基準(zhǔn)電壓Vkef2輸出到電阻35、36間的連接節(jié)點(diǎn)38。以下，將電阻35、36間的連接節(jié)點(diǎn)38稱為“分壓基準(zhǔn)點(diǎn)”。通過低通濾波器5將感應(yīng)電壓輸入到比較器32的非反轉(zhuǎn)輸入端子(+端子)?；鶞?zhǔn)電壓源37或分壓基準(zhǔn)點(diǎn)38選擇性地連接到比較器32的反轉(zhuǎn)輸入端子(一端子)。從分壓基準(zhǔn)點(diǎn)38輸出的第二基準(zhǔn)電壓Vkef2是利用電阻35、36的分壓比對(duì)基準(zhǔn)電壓源37所輸出的第一基準(zhǔn)電壓Vkefi進(jìn)行分壓而得到的，所以，比第一基準(zhǔn)電壓Vkefi低。從分壓基準(zhǔn)點(diǎn)38輸出的第二基準(zhǔn)電壓Vkef2被設(shè)定為在開關(guān)元件I中流過相當(dāng)于SC斷路電平的主電流時(shí)表現(xiàn)的感應(yīng)電壓的值(即，與以往的半導(dǎo)體裝置的過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值相同)?；鶞?zhǔn)電壓源37輸出的第一基準(zhǔn)電壓Vkefi在鏡期間被設(shè)定為在開關(guān)元件I中流過相當(dāng)于SC斷路電平的主電流時(shí)表現(xiàn)的感應(yīng)電壓的值(即，對(duì)于以往的半導(dǎo)體裝置的過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值，考慮在鏡期間增大了的感應(yīng)電流(分流比)而變大了的值)。利用切換器34來進(jìn)行使基準(zhǔn)電壓源37與比較器32的一端子連接或者使分壓基準(zhǔn)點(diǎn)38與比較器32的一端子連接的切換，其動(dòng)作由延遲電路33控制。延遲電路33控制切換器34，僅在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始到之后經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間為止的期間使基準(zhǔn)電壓源37與比較器32的一端子連接，在這以外的期間，使分壓基準(zhǔn)點(diǎn)38與比較器32的一端子連接。在延遲電路33中設(shè)定的上述的延遲時(shí)間被設(shè)定為大于等于開關(guān)元件I的鏡期間的長度。在本實(shí)施方式中，在延遲電路33中設(shè)定與鏡期間相同的延遲時(shí)間。在輸入到+端子的感應(yīng)電壓低于一端子的電壓(第一基準(zhǔn)電SVkefi或者第二基準(zhǔn)電壓Vkef2)時(shí)，比較器32的輸出為L (低)電平，若感應(yīng)電壓超過一端子的電壓，則比較器32的輸出為H (高)電平。比較器32的輸出被用于控制部31的動(dòng)作控制。輸入信號(hào)Vin被輸入到控制部31,在比較器32的輸出為L電平的情況下,將輸入信號(hào)Vin向驅(qū)動(dòng)電路2傳遞。但是，若比較器32的輸出為H電平，則控制部31判斷為在開關(guān)元件I中流過了過電流，對(duì)驅(qū)動(dòng)電路2輸出使開關(guān)元件I切斷的信號(hào)，保護(hù)開關(guān)元件I。在圖2的半導(dǎo)體裝置中，在感應(yīng)電壓低于比較器32的一端子的電壓時(shí)，過電流保護(hù)電路3的控制部31將輸入信號(hào)Vin向驅(qū)動(dòng)電路2傳遞，因此開關(guān)元件I根據(jù)輸入信號(hào)Vin進(jìn)行動(dòng)作。此外，若感應(yīng)電壓高于比較器32的一端子的電壓，則利用過電流保護(hù)電路3的控制部31進(jìn)行開關(guān)元件I的保護(hù)動(dòng)作。比較器32的一端子的電壓為過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行開關(guān)元件I的保護(hù)動(dòng)作的感應(yīng)電壓的閾值，但是，該閾值由切換器34切換。即，在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始的一定期間(相當(dāng)于在延遲電路33中設(shè)定的延遲時(shí)間)，閾值為第一基準(zhǔn)電壓Vkefi，在這以外的期間，閾值為第二基準(zhǔn)電壓VKEF2。在本實(shí)施方式中，第二基準(zhǔn)電壓Vkef2低于第一基準(zhǔn)電壓Vkefi，延遲電路33的延遲時(shí)間被設(shè)定為與開關(guān)元件I的鏡期間的長度相同。因此，在圖2的半導(dǎo)體裝置中，過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行開關(guān)元件I的保護(hù)動(dòng)作的感應(yīng)電壓的閾值僅在開關(guān)元件I剛接通之后的鏡期間中被設(shè)定得高。其結(jié)果是，在開關(guān)元件I的鏡期間的期間，感應(yīng)電壓難以達(dá)到過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值。因此，在鏡期間中，即使感應(yīng)電流與開關(guān)元件I的主電流的分流比發(fā)生變化而感應(yīng)電流變大、感應(yīng)電壓上升，也能夠防止過電流保護(hù)電路3以此為原因進(jìn)行誤動(dòng)作。例如，構(gòu)成開關(guān)元件I的IGBTll在接通時(shí)進(jìn)行圖1所示的舉動(dòng)的情況下，將第一基準(zhǔn)電壓Vkefi設(shè)定為0. 7V、將第二基準(zhǔn)電壓Vkef2設(shè)定為0. 5V、將延遲電路33的延遲時(shí)間設(shè)定為2. s以上。在該情況下，在開關(guān)元件I的鏡期間中，過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的感應(yīng)電壓的閾值為比以往的半導(dǎo)體裝置的情況下高的0. 7V，因此可防止過電流保護(hù)電路3的誤動(dòng)作。并且，即使在鏡期間中，也能夠以與第一基準(zhǔn)電壓Vkefi對(duì)應(yīng)的閾值進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作。此外，若鏡期間結(jié)束而開關(guān)元件I成為正常狀態(tài)，則該閾值下降到與以往的半導(dǎo)體裝置的情況相同的0. 5V，因此能夠進(jìn)行與以往相同的保護(hù)動(dòng)作。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，低通濾波器5的時(shí)間常數(shù)與鏡期間的長度相比設(shè)定得充分短，此外，也不使用在鏡期間中對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路3中的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法，因此也可防止過電流保護(hù)電路3的動(dòng)作產(chǎn)生延遲的情況。此外，作成僅設(shè)置單一的基準(zhǔn)電壓源37并對(duì)其進(jìn)行分壓的結(jié)構(gòu)，所以，不需要多個(gè)基準(zhǔn)電壓源，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的
簡(jiǎn)單化。圖3示出對(duì)與在圖1的測(cè)定中所使用的IGBT相同的IGBT (電流額定值300A)進(jìn)行橋連接并且同時(shí)使上臂和下臂的IGBT導(dǎo)通而發(fā)生短路(上下臂短路)時(shí)的IGBT的柵極發(fā)射極間電壓VGE、集電極發(fā)射極間電壓VCE、集電極電流I。以及感應(yīng)電壓VS的舉動(dòng)的一例。隨著集電極電流I。的增大，感應(yīng)電壓VS最大增加到3. 5V。圖3是使用了在鏡期間中(2. m)對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路中的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法的情況的例子，即使由于IGBT的接通而產(chǎn)生上下臂短路并流過過電流，在過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作之前也會(huì)產(chǎn)生2. 4 ii m的延遲。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，在鏡期間中，過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的感應(yīng)電壓的閾值變高，但是，繼續(xù)進(jìn)行使用了感應(yīng)電壓的過電流的檢測(cè)動(dòng)作。在圖3的例子中，如果采用本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)并將第一基準(zhǔn)電壓Vkefi設(shè)定為0. 7V，則過電流保護(hù)電路3檢測(cè)過電流是在從IGBT接通(臂短路開始)開始800ns后，從該時(shí)刻開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作，能夠在集電極電流I。大幅度增大之前對(duì)開關(guān)元件I進(jìn)行保護(hù)。即，與對(duì)感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法相比，能夠?qū)⑦M(jìn)行保護(hù)動(dòng)作之前的時(shí)間縮短1. 6 y S，能夠抑制在開關(guān)元件I中流過的過電流，顯著提高開關(guān)元件I的保護(hù)性能。并且，開關(guān)元件I不限于IGBT，是MOSFET等具有鏡期間的開關(guān)元件即可。此外，開關(guān)元件I不限于使用硅(Si)形成的元件，例如也可以是使用氮化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)類材料、金剛石等的寬帶隙半導(dǎo)體形成的元件。利用使用了寬帶隙半導(dǎo)體的開關(guān)元件，由此，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的高耐電壓化、低損失化以及高耐熱化。<實(shí)施方式2>
圖4是實(shí)施方式2的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。在圖4中，對(duì)具有與圖2所示的半導(dǎo)體裝置相同功能的要素標(biāo)注同一附圖標(biāo)記。在本實(shí)施方式中，輸出基準(zhǔn)電壓Vkef的基準(zhǔn)電壓源37連接到過電流保護(hù)電路3的比較器32的一端子。即，過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值被固定為基準(zhǔn)電壓VKEF。基準(zhǔn)電壓Vkef的值被設(shè)定為在開關(guān)元件I中流過相當(dāng)于SC斷路電平的主電流時(shí)表現(xiàn)的感應(yīng)電壓的值(即，與以往的半導(dǎo)體裝置的過電流保護(hù)電路開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值相同)。作為與IGBTll的感應(yīng)端子連接的感應(yīng)電阻，使用電阻41、42的串聯(lián)電路。將電阻41的電阻值Rsi和電阻42的電阻值Rs2之和設(shè)定為與以往的半導(dǎo)體裝置所具備的感應(yīng)電阻相同。此外，開閉器6與電阻42并聯(lián)連接，以當(dāng)開閉器6導(dǎo)通時(shí)電阻42的兩端就被短路的方式構(gòu)成。開閉器6的動(dòng)作被延遲電路33控制。延遲電路33僅在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始至之后經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間為止的期間使開閉器6導(dǎo)通，在這以外的期間，使開閉器6關(guān)斷。在延遲電路33中設(shè)定的上述的延遲時(shí)間設(shè)定為大于等于開關(guān)元件I的鏡期間的長度。在本實(shí)施方式中，在延遲電路33中設(shè)定與鏡期間相同的延遲時(shí)間。在圖4的半導(dǎo)體裝置中，在輸入到比較器32的+端子的感應(yīng)電壓低于基準(zhǔn)電壓Veef的情況下，過電流保護(hù)電路3的控制部31將輸入信號(hào)Vin向驅(qū)動(dòng)電路2傳遞，開關(guān)元件I根據(jù)輸入信號(hào)Vin進(jìn)行動(dòng)作。此外，若感應(yīng)電壓為基準(zhǔn)電壓Vkef以上，則利用過電流保護(hù)電路3的控制部31進(jìn)行開關(guān)元件I的保護(hù)動(dòng)作。在圖4的半導(dǎo)體裝置中，利用開閉器6來切換產(chǎn)生輸入到比較器32的+端子的感應(yīng)電壓的感應(yīng)電阻的電阻值。即，在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始的一定期間(相當(dāng)于延遲電路33中設(shè)定的延遲時(shí)間)，開閉器6導(dǎo)通，所以，感應(yīng)電阻僅為電阻41，其電阻值為Rsi。另一方面，在這以外的期間，開閉器6導(dǎo)通，因此，感應(yīng)電阻為電阻41、42的串聯(lián)電路，其電阻值為民1+民2。在本實(shí)施方式中，將延遲電路33的延遲時(shí)間設(shè)定為與開關(guān)元件I的鏡期間的長度相同，因此，在圖4的半導(dǎo)體裝置中，僅在開關(guān)元件I的剛接通之后的鏡期間中，感應(yīng)電阻的電阻值設(shè)定得比以往的半導(dǎo)體裝置的情況小。是利用開閉器6將電阻42短路的結(jié)構(gòu)，即使在開閉器6進(jìn)行導(dǎo)通或關(guān)斷的過渡動(dòng)作中，也不存在感應(yīng)電阻的電阻值不穩(wěn)定的情況，所以，能夠?qū)崿F(xiàn)利用過電流保護(hù)電路3所進(jìn)行的穩(wěn)定的保護(hù)動(dòng)作。因此，在鏡期間中，即使感應(yīng)電流與開關(guān)元件I的主電流的分流比發(fā)生變動(dòng)而感應(yīng)電流變大，感應(yīng)電壓的上升也被抑制得較小。即，在鏡期間的期間，感應(yīng)電壓難以達(dá)到過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值，能夠防止過電流保護(hù)電路3的誤動(dòng)作。此外，若鏡期間結(jié)束而開關(guān)元件I變?yōu)檎顟B(tài)，則感應(yīng)電阻的電阻值變?yōu)榕c以往的半導(dǎo)體裝置的情況相同，因此能夠進(jìn)行與以往相同的保護(hù)動(dòng)作。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，對(duì)于低通濾波器5的時(shí)間常數(shù)來說，與鏡期間的長度相比，也設(shè)定得充分短，此外，也不使用在鏡期間中對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路3的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法，因此也能夠防止過電流保護(hù)電路3的動(dòng)作產(chǎn)生延遲。并且，在圖4中使開閉器6與電阻42并聯(lián)連接，但是，即使使開閉器6與電阻41并聯(lián)連接，也能得到相同的效果。<實(shí)施方式3>
圖5是實(shí)施方式3的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。在該半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)中，相對(duì)于圖4的結(jié)構(gòu)，代替開閉器6而使電容器7與電阻42并聯(lián)連接，并且省略了延遲電路33。由電阻41、42以及電容器7構(gòu)成的電路的時(shí)間常數(shù)設(shè)定為大于等于開關(guān)元件I的鏡期間長度。在本實(shí)施方式中，設(shè)定該時(shí)間常數(shù)與鏡期間長度相同。在圖5的半導(dǎo)體裝置中，與實(shí)施方式2相同地，僅在開關(guān)元件I的剛接通之后的鏡期間中，電容器7為短路狀態(tài)，所以，感應(yīng)電阻的電阻值為比以往的半導(dǎo)體裝置的情況小的值(RS1)。因此，即使在鏡期間中感應(yīng)電流與開關(guān)元件I的主電流的分流比發(fā)生變動(dòng)而感應(yīng)電流變大，感應(yīng)電壓的上升也被抑制得較小。即，在鏡期間的期間，感應(yīng)電壓難以達(dá)到過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值，能夠防止過電流保護(hù)電路3的誤動(dòng)作。即使在鏡期間中，在感應(yīng)電阻的電阻值為Rsi時(shí)也能夠進(jìn)行對(duì)應(yīng)的保護(hù)動(dòng)作。此外，若鏡期間結(jié)束而開關(guān)元件I變?yōu)檎顟B(tài)，則感應(yīng)電阻的電阻值成為與以往的半導(dǎo)體裝置的情況相同的值(RS1+RS2)，因此能夠進(jìn)行與以往相同的保護(hù)動(dòng)作。
在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，低通濾波器5的時(shí)間常數(shù)與鏡期間的長度相比，設(shè)定得充分短，此外，也不使用在鏡期間中對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路3的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法，所以，也能夠防止過電流保護(hù)電路3的動(dòng)作產(chǎn)生延遲。<實(shí)施方式4>
在實(shí)施方式2、3中，在開關(guān)元件I的鏡期間使感應(yīng)電阻的電阻值較小，由此，使輸入到過電流保護(hù)電路3的感應(yīng)電壓較小，防止了過電流保護(hù)電路3的誤動(dòng)作，但是，即使利用其他的方法使鏡期間的感應(yīng)電壓較小，也能得到與其相同的效果。圖6是實(shí)施方式4的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。該半導(dǎo)體裝置的感應(yīng)電阻與實(shí)施方式I (圖2)相同地是I個(gè)感應(yīng)電阻4。此外，過電流保護(hù)電路3的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式2 (圖4)相同。此外，在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，在感應(yīng)電阻4的一端具備提供對(duì)感應(yīng)電流進(jìn)行旁路的校正電流Ia的校正電流發(fā)生電路8，校正電流Ia的大小由過電流保護(hù)電路3的延遲電路33控制。延遲電路33僅在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始直至之后經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間為止的期間中使校正電流發(fā)生電路8向電阻4提供的校正電流Ia變小。在延遲電路33中所設(shè)定的上述的延遲時(shí)間被設(shè)定為大于等于開關(guān)元件I的鏡期間的長度。在本實(shí)施方式中，在延遲電路33中設(shè)定與鏡期間相同的延遲時(shí)間。此外，感應(yīng)電阻4的電阻值Rs以如下方式設(shè)定在校正電流Ia大的狀態(tài)下，在IGBTll中流過相當(dāng)于SC斷路電平的主電流時(shí)，輸入到比較器32的十端子的感應(yīng)電壓與基準(zhǔn)電壓Vkef相等。在圖6的半導(dǎo)體裝置中，輸入到比較器32的+端子的感應(yīng)電壓的大小根據(jù)校正電流Ia的大小發(fā)生變化。即，在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始的一定期間(相當(dāng)于延遲電路33中設(shè)定的延遲時(shí)間)，校正電流Ia小，所以感應(yīng)電壓小。另一方面，在這以外的期間，校正電流Ia大，所以感應(yīng)電壓大。在本實(shí)施方式中，延遲電路33的延遲時(shí)間設(shè)定為與開關(guān)元件I的鏡期間的長度相同，因此，在圖6的半導(dǎo)體裝置中，僅在開關(guān)元件I的剛接通之后的鏡期間中，感應(yīng)電壓被抑制得較小。因此，即使在鏡期間中感應(yīng)電流與開關(guān)元件I的主電流的分流比發(fā)生變動(dòng)而感應(yīng)電流變大，感應(yīng)電壓的上升也被抑制得較小。即，在鏡期間的期間，感應(yīng)電壓難以達(dá)到過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值，能夠防止過電流保護(hù)電路3的誤動(dòng)作。此外，若鏡期間結(jié)束而開關(guān)元件I變?yōu)檎顟B(tài)，則感應(yīng)電壓變大，所以，能夠進(jìn)行與以往相同的保護(hù)動(dòng)作。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，低通濾波器5的時(shí)間常數(shù)與鏡期間的長度相比，設(shè)定得充分短，此外，也不使用在鏡期間中對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路3中的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法，因此也可防止過電流保護(hù)電路3的動(dòng)作產(chǎn)生延遲。并且，在以上的說明中，將校正電流Ia流過的方向設(shè)為從校正電流發(fā)生電路8朝向感應(yīng)電阻4的方向(圖6中的箭頭的方向)，但是，也可以相反。在校正電流Ia從感應(yīng)電阻4流向校正電流發(fā)生電路8的情況下，僅在開關(guān)元件I的鏡期間使校正電流Ia較大即可。此外，在開關(guān)元件I的鏡期間，使校正電流Ia從感應(yīng)電阻4流向校正電流發(fā)生電路8，在這以外的期間，使校正電流Ia從校正電流發(fā)生電路8流向感應(yīng)電阻4也可以。<實(shí)施方式5> 圖7是實(shí)施方式5的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)圖。該半導(dǎo)體裝置以如下方式構(gòu)成相對(duì)于圖6的結(jié)構(gòu)，使校正電流發(fā)生電路8輸出的校正電流Ia為固定值，能夠利用開閉器9將從校正電流發(fā)生電路8向感應(yīng)電阻4提供的校正電流Ia旁路。延遲電路33僅在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始直至之后經(jīng)過預(yù)定的延遲時(shí)間為止的期間使開閉器9導(dǎo)通，將校正電流Ia向接地旁路，停止向感應(yīng)電阻4提供校正電流IA。在延遲電路33中設(shè)定的上述的延遲時(shí)間被設(shè)定為大于等于開關(guān)元件I的鏡期間的長度。在本實(shí)施方式中，在延遲電路33中設(shè)定與鏡期間相同的延遲時(shí)間。此外，感應(yīng)電阻4的電阻值Rs以如下方式設(shè)定在校正電流Ia被提供到感應(yīng)電阻4的狀態(tài)(開閉器9關(guān)斷的狀態(tài))下，在IGBTll中流過了相當(dāng)于SC斷路電平的主電流時(shí)，輸入到比較器32的+端子的感應(yīng)電壓與基準(zhǔn)電壓Vkef相等。在圖7中，連接在感應(yīng)電阻4以及比較器32和開閉器9之間的電阻10防止在開閉器9導(dǎo)通時(shí)感應(yīng)電流通過開閉器9而被旁路到接地。并且，也可以是校正電流發(fā)生電路8輸出的校正電流Ia根據(jù)元件溫度進(jìn)行增減的結(jié)構(gòu)。在圖7的半導(dǎo)體裝置中，輸入到比較器32的+端子的感應(yīng)電壓的大小根據(jù)開閉器9的導(dǎo)通/關(guān)斷進(jìn)行變化。即，在從輸入信號(hào)Vin的上升沿開始的一定期間(相當(dāng)于延遲電路33中設(shè)定的延遲時(shí)間)，開閉器9導(dǎo)通，不向感應(yīng)電阻4提供校正電流Ia，所以，感應(yīng)電壓變小。另一方面，在這以外的期間，向感應(yīng)電阻4提供校正電流Ia，所以感應(yīng)電壓變大。在本實(shí)施方式中，延遲電路33的延遲時(shí)間設(shè)定為與開關(guān)元件I的鏡期間的長度相等，因此，在圖7的半導(dǎo)體裝置中，僅在開關(guān)元件I的剛接通之后的鏡期間，感應(yīng)電壓被抑制得較小。因此，即使在鏡期間中感應(yīng)電流與開關(guān)元件I的主電流的分流比發(fā)生變動(dòng)而感應(yīng)電流變大，感應(yīng)電壓的上升也被抑制得較小。即，在鏡期間的期間，感應(yīng)電壓難以達(dá)到過電流保護(hù)電路3開始進(jìn)行保護(hù)動(dòng)作的閾值，能夠防止過電流保護(hù)電路3的誤動(dòng)作。此外，若鏡期間結(jié)束而開關(guān)元件I變?yōu)檎顟B(tài)，則感應(yīng)電壓變大，因此能夠進(jìn)行與以往相同的保護(hù)動(dòng)作。在本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置中，低通濾波器5的時(shí)間常數(shù)與鏡期間的長度相比，設(shè)定得充分短，此外，也不使用在鏡期間中對(duì)輸入到過電流保護(hù)電路3中的感應(yīng)電壓進(jìn)行屏蔽的方法，所以，也可防止過電流保護(hù)電路3的動(dòng)作產(chǎn)生延遲。并且，本發(fā)明能夠在其發(fā)明的范圍內(nèi)將各實(shí)施方式自由組合或者對(duì)各實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)變形、省略。附圖標(biāo)記說明
I開關(guān)元件
2驅(qū)動(dòng)電路 3過電流保護(hù)電路 4感應(yīng)電阻 5低通濾波器 6開閉器 7電容器
8校正電流發(fā)生電路9開閉器10電阻11 IGBT31控制部32比較器33延遲電路34切換器35,36 電阻37基準(zhǔn)電壓源38分壓基準(zhǔn)點(diǎn)41,42 電阻51電阻52電容器。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 開關(guān)元件； 無源元件，生成將對(duì)所述開關(guān)元件中流過的主電流進(jìn)行了分流的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓的感應(yīng)電壓； 保護(hù)電路，在所述感應(yīng)電壓超過閾值時(shí)，進(jìn)行所述開關(guān)元件的保護(hù)動(dòng)作；以及 誤動(dòng)作防止單元，在所述開關(guān)元件剛接通之后的一定期間，使所述感應(yīng)電壓難以達(dá)到所述閾值， 所述誤動(dòng)作防止單元在所述一定期間的期間使針對(duì)所述感應(yīng)電流的所述感應(yīng)電壓的大小變小。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述誤動(dòng)作防止單元具備校正電流發(fā)生電路，流過對(duì)所述感應(yīng)電壓進(jìn)行旁路的一定的校正電流；在所述一定期間的期間使所述校正電流的提供停止的單元。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述誤動(dòng)作防止單元具備校正電流發(fā)生電路，流過對(duì)所述感應(yīng)電壓進(jìn)行旁路的校正電流， 所述校正電流發(fā)生電路使所述校正電流發(fā)生變化，使得在所述一定期間的期間所述感應(yīng)電壓的大小變小。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述誤動(dòng)作防止單元在所述一定期間的期間使所述無源元件的電阻值變小。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述無源元件包括串聯(lián)連接的第一以及第二電阻， 所述誤動(dòng)作防止單元具備在所述一定期間的期間使所述第一以及第二電阻中的一個(gè)短路的單元。
6.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述無源元件包括串聯(lián)連接的第一以及第二電阻和與該第一以及第二電阻中的一個(gè)并聯(lián)連接的電容器， 所述無源元件的時(shí)間常數(shù)相當(dāng)于所述一定期間的長度。
7.如權(quán)利要求1 6的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述感應(yīng)電壓通過具有所述開關(guān)元件的鏡期間的1/2以下的時(shí)間常數(shù)的低通濾波器被輸入到所述保護(hù)電路。
8.一種半導(dǎo)體裝置，其特征在于，具備 開關(guān)元件； 無源元件，生成將對(duì)所述開關(guān)元件中流過的主電流進(jìn)行了分流的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓的感應(yīng)電壓； 保護(hù)電路，在所述感應(yīng)電壓超過閾值時(shí)，進(jìn)行所述開關(guān)元件的保護(hù)動(dòng)作； 基準(zhǔn)電壓源； 分壓電路，對(duì)所述基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的電壓進(jìn)行分壓；以及 誤動(dòng)作防止單元，在所述開關(guān)元件剛接通之后的一定期間，使所述保護(hù)電路的所述閾值變高，由此，使所述感應(yīng)電壓難以達(dá)到所述閾值，所述誤動(dòng)作防止單元在所述一定期間的期間將所述基準(zhǔn)電壓源產(chǎn)生的電壓作為所述閾值，在所述一定期間的期間以外，將所述分壓電路產(chǎn)生的電壓作為所述閾值。
9.如權(quán)利要求8的半導(dǎo)體裝置，其特征在于， 所述感應(yīng)電壓通過具有所述開關(guān)元件的鏡期間的1/2以內(nèi)的時(shí)間常數(shù)的低通濾波器被輸入到所述保護(hù)電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，兼顧開關(guān)元件剛接通之后的過電流保護(hù)電路的誤動(dòng)作的防止和過電流檢測(cè)延遲的防止。半導(dǎo)體裝置具備感應(yīng)電阻(4)，將在開關(guān)元件(1)的感應(yīng)端子中流過的感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓(感應(yīng)電壓)；過電流保護(hù)電路(3)，在感應(yīng)電壓超過閾值時(shí)，進(jìn)行開關(guān)元件(1)的保護(hù)動(dòng)作。過電流保護(hù)電路(3)能夠?qū)⑸鲜鲩撝登袚Q為第一基準(zhǔn)電壓VREF1或者比其低的第二基準(zhǔn)電壓VREF2。過電流保護(hù)電路(3)在開關(guān)元件(1)為正常狀態(tài)時(shí)使上述閾值為第二基準(zhǔn)電壓VREF2，在開關(guān)元件(1)的剛接通之后的鏡期間時(shí)，使上述閾值為第一基準(zhǔn)電壓VREF1。
文檔編號(hào)H03K17/08GK103036542SQ20121020956
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者日山一明 申請(qǐng)人:三菱電機(jī)株式會(huì)社