半導(dǎo)體裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]反向?qū)ㄐ徒^緣柵雙極晶體管(RC-1GBT)模塊在控制安裝在混合動力車輛(HV)或電動車輛(EV)上的電動機驅(qū)動的電力電子技術(shù)中是眾所周知的。RC-1GBT可以被視為二極管內(nèi)置型IGBT。
[0003]例如，公開號為2010-4728的日本專利申請(JP 2010-4728 A)公開了一種電力變換器，其中被布置到續(xù)流二極管(FWD)部上的二極管感測元件和被布置到IGBT部上的IGBT感測元件被連接至感測電阻器的一端，并且控制電路通過判定流向所述電阻器的電流的極性來檢測異常。
[0004]根據(jù)JP 2010-4728 A的技術(shù)，在集電極和發(fā)射極之間產(chǎn)生的大的電位差被直接測量。因此，具有高耐壓的裝置是必需的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其控制方法。
[0006]根據(jù)本發(fā)明第一方案的半導(dǎo)體裝置包括晶體管、二極管、第一檢測電路、第二檢測電路、計算電路和判定電路。二極管與晶體管反向并聯(lián)連接。第一檢測電路被配置為檢測晶體管的柵電壓關(guān)于時間的變化率。第二檢測電路被配置為檢測晶體管的柵電流。計算電路被配置為基于柵電壓關(guān)于時間的變化率和柵電流來計算柵電容。判定電路被配置為基于在注入電荷至晶體管的柵極時的柵電容的判定結(jié)果，來判定電流是流向二極管還是流向晶體管。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的半導(dǎo)體裝置的控制方法是包括晶體管和與晶體管反向并聯(lián)連接的二極管的半導(dǎo)體裝置的控制方法。所述控制方法包括:檢測晶體管的柵電壓關(guān)于時間的變化率；檢測晶體管的柵電流；基于柵電壓關(guān)于時間的所述變化率和柵電流，來計算柵電容；以及基于當電荷被注入至晶體管的柵極時的柵電容的判定結(jié)果，來判定電流是流向二極管還是流向晶體管。
[0008]根據(jù)上述方案，無需使用具有高耐壓的裝置就可以判定電流的極性。
【附圖說明】
[0009]下面將參照附圖描述本發(fā)明的示例性實施例的特征、優(yōu)點以及技術(shù)和工業(yè)的顯著意義，其中相同的附圖標記指代相同的元件，且在附圖中:
[0010]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示圖；
[0011]圖2是示出輸入電容和反饋電容對于集電極電壓的關(guān)系的曲線圖；
[0012]圖3是示出柵電容和集電極電壓之間關(guān)系的曲線圖；
[0013]圖4是示出根據(jù)第一實施例的IGBT的構(gòu)造的示圖；
[0014]圖5是示出根據(jù)第一實施例的IGBT的構(gòu)造的示圖；
[0015]圖6是示出當給IGBT通電時根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體裝置的操作的示圖；
[0016]圖7是示出當給二極管通電時根據(jù)第一實施例的半導(dǎo)體裝置的操作的示圖；
[0017]圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示圖；
[0018]圖9是示出當給IGBT通電時根據(jù)第二實施例的半導(dǎo)體裝置的操作的示圖；以及
[0019]圖10是示出當給二極管通電時根據(jù)第二實施例的半導(dǎo)體裝置的操作的示圖。
【具體實施方式】
[0020]在下文，將參照附圖描述用于實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。在各個附圖中，相同的構(gòu)成組件將由相同的附圖標記來標識且在某些情況下將省略其重復(fù)的說明。
[0021]圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的半導(dǎo)體裝置的構(gòu)造的示例的示圖。半導(dǎo)體裝置100包括RC-1GBT 110,RC-1GBT 120、負載130、微型計算機140、控制電路150、控制電路160和電源電位部170。RC-1GBT 110包括IGBT 111和二極管112。RC-1GBT 120包括IGBT 121 和二極管 122。
[0022]控制電路150包括電壓檢測電路151、柵電壓梯度計算電路152、電流檢測電路153、電容計算電路154、電容判定電路155、通斷判定電路156、驅(qū)動電路157和電阻器158。
[0023]IGBT 111和IGBT 121串聯(lián)連接。二極管112被布置為對應(yīng)于IGBT 111。二極管122被布置為對應(yīng)于IGBT 121。IGBT 111和二極管112反向并聯(lián)連接，且IGBT 121和二極管122反向并聯(lián)連接。二極管122和IGBT 111以及IGBT 121優(yōu)選地被布置在同一襯底上。
[0024]IGBT 111和IGBT 121是執(zhí)行通斷操作的開關(guān)元件。因此，非特別限制于IGBT，還可以使用諸如MOSFET的功率晶體管元件。在本實施例中，將描述作為開關(guān)元件的示例使用IGBT的情況。然而，例如，當使用MOSFET時，能夠理解的是將“集電極”更換成“漏極”且將“發(fā)射極”更換成“源極”。
[0025]控制電路160被布置在微型計算機140和RC-1GBT 110之間?？刂齐娐?50被布置在微型計算機140和RC-1GBT 120之間。負載130被布置在RC-1GBT 110和RC-1GBT
120之間。
[0026]在RC-1GBT 110中，二極管112的陽極和IGBT 111的發(fā)射極連接，且二極管112的陰極和IGBT 111的集電極連接。該集電極與電源電位部170連接，且例如，電位VH (高電位)被供給到集電極。IGBT 111的柵極受從微型計算機140輸出的經(jīng)由連接至柵極的控制電路160的驅(qū)動信號(SinH) 141a控制。
[0027]在RC-1GBT 120中，二極管122的陽極和IGBT 121的發(fā)射極連接，且二極管122的陰極和IGBT 121的集電極連接。發(fā)射極被設(shè)置為，例如，GND(低電位)。IGBT 121的柵極受從微型計算機140輸出的經(jīng)由連接至柵極的控制電路150的驅(qū)動信號(SinL) 141b控制。
[0028]微型計算機140輸出驅(qū)動信號至控制電路。例如，微型計算機140輸入驅(qū)動信號141b至控制電路150并輸入驅(qū)動信號141a至控制電路160。因為驅(qū)動信號141a和驅(qū)動信號141b是反相信號，所以控制電路150和控制電路160以對應(yīng)的方式驅(qū)動。作為驅(qū)動信號，例如，可以使用導(dǎo)通(關(guān)斷)IGBT111和IGBT 121的信號，以及導(dǎo)通(關(guān)斷)二極管112和二極管122的信號。作為微型計算機140，例如，可以使用微控制器(MCU)、微處理器(MPU)、電子控制模塊(ECU)以及中央處理器(CPU)。
[0029]控制電路150基于來自微型計算機140的驅(qū)動信號141b而輸入適當?shù)男盘栔罥GBT 121的柵極。因而，控制注入IGBT的柵極的電荷量。正如在下文將詳細地描述的那樣，控制電路150監(jiān)測在導(dǎo)通時IGBT 121的柵電容并由柵電容來估計在IGBT 121的集電極和發(fā)射極之間所產(chǎn)生的電位差(在下文中，稱為集電極電壓)。當柵電容小于閾值時，判定集電極電壓為高的，并且控制電路150導(dǎo)通IGBT 121。當柵電容大于閾值時，判定集電極電壓為低的，并且控制電路150關(guān)斷IGBT 121。
[0030]在下文中，將更具體地描述包含在控制電路150中的各構(gòu)成組件。
[0031]電壓檢測電路151檢測在IGBT 121的柵極和發(fā)射極之間所產(chǎn)生的電位差(在下文中稱為柵電壓Vge)并輸出檢測結(jié)果至柵電壓梯度計算電路152。柵電壓基于，例如，從微型計算機140輸出的導(dǎo)通信號或關(guān)斷信號，而變化。例如，當從微型計算機140輸出關(guān)斷信號時，柵電壓變?yōu)榈碗娖健?br>[0032]柵電壓梯度計算電路(第一檢測電路)152包括，例如，變化率計算部并基于從電壓檢測電路151輸入的信號而在變化率計算部處計算柵電壓關(guān)于時間的變化率。其后，計算結(jié)果被輸出至電容計算電路154。作為變化率計算部，例如，可以使用這樣的微分電路:其計算柵電壓Vge關(guān)于時間t的微分并將通過計算關(guān)于時間的微分所獲得的值(導(dǎo)數(shù)dVge/dt)作為輸出信號輸出。這里，dVge表示柵電壓的變化，而dt表示時間的變化。
[0033]電流檢測電路(第二檢測電路)153利用電阻器158，檢測IGBT 121的柵電流Ig，并輸出檢測結(jié)果至電容計算電路154。而且，柵電流基于，例如，從微型計算機140輸出的驅(qū)動信號以與柵電壓相同的方式而變化(在實施例2的構(gòu)造中它還基于從電流注入電路注入的電流而變化)。
[0034]電容計算電路154基于從柵電壓梯度計算電路152輸出的信號(柵電壓關(guān)于時間的變化率的計算結(jié)果)和從電流檢測電路153輸出的信號(柵電流的檢測結(jié)果)來計算柵電容Cg。其后，計算結(jié)果被輸出至電容判定電路155。柵電容由以下公式來表示。
[0035]柵電容
[0036]=輸入電容+反饋電容
[0037]=柵電流/柵電壓關(guān)于時間的變化率
[0038]= Cies+Cres = Ig/{dVge/dt}
[0039]= Cg
[0040]圖2示出輸入電容和反饋電容相對于集電極電壓的關(guān)系。圖3示出柵電容和集電極電壓之間的關(guān)系。如圖2所示，盡管反饋電容Cres 601隨著集電極電壓變高而減小，但輸入電容Cies 602卻幾乎不依賴于集電極電壓。因此，如圖3所示，作為輸入電容Cies602和反饋電容Cres 601之和的柵電容Cg 60