CN105518992B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够通过简单的结构来实现SC切断等级的调整而无需改变基准电压的半导体装置、半导体开关元件的驱动装置。半导体装置(51)具备半导体开关元件(1)、校正电压产生电路(5)、分压电路(3)、过电流保护电路(10)、驱动电路(9)。开关元件(1)能够由其感测端子(S)输出感测电流(Isense)。感测电阻(R2)接受来自感测端子(S)的感测电流(Isense)而产生感测电压(Vsense)。校正电压产生电路(5)产生校正电压(Vc)。分压电路(3)能够通过电阻(R3、R4)将感测电压(Vsense)和校正电压(Vc)进行电阻分压而输出校正后感测电压(Vin)。过电流保护电路(10)被输入校正后感测电压(Vin)，在校正后感测电压(Vin)大于阈值电压(Vthresh)的情况下将停止信号输出至驱动电路(9)。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置、半导体开关元件的驱动装置。
背景技术
当前，例如如日本特开2013－77976号公报公开所示，已知具备过电流保护电路的半导体装置。作为具备半导体开关元件(下面，简称为“开关元件”)的逆变器等半导体装置，存在具有过电流保护电路的半导体装置，如果流过开关元件的主电流超过一定等级，则该过电流保护电路通过进行将开关元件断开等保护动作，从而保护开关元件。
关于流过开关元件的主电流的检测方法，存在下述方法，即，使主电流的一部分分流至与开关元件并联连接的电流检测用元件(单元)，对该分流出的电流(感测电流)进行检测。
电流感测元件具有与开关元件相同的单元构造，与开关元件并联连接，相对于开关元件具有一定的单元面积。通常，在采用了以下方式的半导体装置中，以使得感测电流相对于开关元件的主电流的比例(分流比)约为1/1000～1/100000的方式设定电流感测元件的尺寸及电气特性，其中，上述方式是指使用电流感测元件。
对于感测电流，使用电阻等将感测电流变换为电压(感测电压)，输入至过电流保护电路。过电流保护电路在感测电压超过规定的阈值电压的情况下判定为开关元件流过了过电流，进行将开关元件断开等保护动作，由此防止开关元件的损伤。将过电流保护电路开始保护动作的开关元件的主电流的值，称为短路保护切断等级(以下记作“SC切断等级”)。
日本特开2008－206348号公报所涉及的装置，具备不改变基准电压就能够调整SC切断等级的过电流保护电路。具体地说，是向感测电阻供给校正电流的电路。在校正电流被供给至感测电阻的情况下，按照感测电压＝感测电阻×(感测电流+校正电流)这样的关系，感测电流增加。因此，与没有校正电流的情况相比过电流保护电路以较低的集电极电流来动作。另一方面，如果将校正电流的流向反过来，则还能够提高过电流保护电路的动作等级。
如果开关元件的元件温度变动，则SC切断等级变动。即，SC切断等级具有温度特性。关于这一点，在日本特开2008－206348号公报所涉及的装置中，为了使得即使开关元件的元件温度变动也将SC切断等级保持为恒定，以与元件温度成正比的方式对校正电流进行增减。由此，得到一种能够调整过电流保护电路的动作等级的半导体装置。
专利文献1：日本特开2013－77976号公报
专利文献2：日本特开2006－211834号公报
专利文献3：日本特开2005－151631号公报
专利文献4：日本特开2002－353795号公报
专利文献5：日本特开2008－206348号公报
发明内容
如上述所示，SC切断等级具有温度特性。日本特开2008－206348号公报所涉及的装置概念性地公开了为了校正该温度特性而供给校正电流的校正电流产生电路。但是，为了生成校正电流需要复杂的电路、大型的电路，因此存在安装面积变大、成本变高这样的问题。
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于，提供一种能够通过简单的结构来实现SC切断等级的调整而无需改变基准电压的半导体装置、半导体开关元件的驱动装置。
本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具有：
半导体开关元件，其能够由其感测端子输出相对于主电流以规定的分流率而提供的感测电流；
感测电阻，其一端与所述感测端子连接，另一端接地，该感测电阻接受来自所述感测端子的电流而生成感测电压；
校正电压产生电路，其产生校正电压；
分压电路，其包含第1电阻和第2电阻，该第1电阻的一端接受所述感测电压，该第2电阻的一端接受所述校正电压产生电路的所述校正电压，另一端与所述第1电阻的另一端连接，该分压电路从所述第1、2电阻的连接点输出通过所述校正电压对所述感测电压进行校正后的校正后感测电压；
过电流保护电路，其被输入所述校正后感测电压，在所述校正后感测电压大于阈值电压的情况下输出停止信号；以及
驱动电路，其如果从所述过电流保护电路接受到所述停止信号，则将所述半导体开关元件的驱动停止。
本发明所涉及的半导体开关元件的驱动装置是驱动半导体开关元件的驱动装置，
该半导体开关元件的驱动装置的特征在于，具备：
校正电压产生电路，其产生校正电压；
分压电路，其包含第1电阻和第2电阻，该第1电阻的一端接受与所述感测电流成正比的感测电压，该第2电阻的一端接受所述校正电压产生电路的所述校正电压，另一端与所述第1电阻的另一端连接，该分压电路从所述第1、2电阻的连接点输出通过所述校正电压对所述感测电压进行校正后的校正后感测电压；
过电流保护电路，其被输入所述校正后感测电压，在所述校正后感测电压大于阈值电压的情况下输出停止信号；以及
驱动电路，其如果从所述过电流保护电路接受到所述停止信号，则将所述半导体开关元件的驱动停止。
发明的效果
根据本发明，通过使用分压电路，从而能够通过简单的结构来实现SC切断等级的调整而无需改变基准电压。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图2是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的动作的时序图。
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置中的SC切断等级的测定结果的图。
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图6是表示本发明的实施方式4所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图7是表示本发明的实施方式5所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图8是表示本发明的实施方式5所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的动作的时序图。
图9是表示本发明的实施方式6所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图10是表示本发明的实施方式7所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图11是表示本发明的实施方式7所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置中的SC切断等级的测定结果的图。
图12是表示本发明的实施方式8所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图13是表示本发明的实施方式9所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图14是表示本发明的实施方式9的变形例所涉及的半导体装置及半导体开关元件的驱动装置的图。
图15是表示与本发明的实施方式相对的对比例的图。
具体实施方式
实施方式1.
[实施方式1的装置的结构]
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置51及半导体开关元件的驱动装置2的图。半导体装置51具备：半导体开关元件1(下面，简称为“开关元件1”)、校正电压产生电路5、分压电路3、缓冲器4、感测电阻R2、过电流保护电路10、驱动电路9。驱动装置2具备半导体装置51中的除了开关元件1以外的结构，即：校正电压产生电路5、分压电路3、缓冲器4、感测电阻R2、驱动电路9、过电流保护电路10。
半导体装置51是在未图示的框体内搭载上述的半导体元件及各电路而得到的半导体装置。另外，驱动装置2中的过电流保护电路10及驱动电路9也可以作为驱动器IC而集成化。此时，也可以进一步将缓冲器4集成化至驱动器IC中。另外，也可以将分压电路3及校正电压产生电路5集成化至驱动器IC中。
此外，虽然省略了图示，但续流二极管与开关元件1连接。另外，在图1中为了说明的简单化仅示出了1个开关元件1，但本发明并不限定于上述形态，在作为实际的产品而提供的半导体装置51中，也可以为了驱动多个开关元件1，而设置有多个图1的电路结构，在该情况下多个开关元件1也可以构成桥臂电路。
开关元件1是由硅形成的绝缘栅型双极晶体管(IGBT)。开关元件1具备集电极端子C、发射极端子E、栅极端子G及感测端子S。栅极端子G与驱动电路9的输出侧连接。
开关元件1具备感测端子S。开关元件1具有能够从该感测端子S输出感测电流Isense的单元分离构造。感测电流Isense是相对于集电极电流(主电流)以规定的分流率而提供的电流。
该单元分离构造是在半导体芯片之上与主IGBT元件的单元构造一起设置电流感测元件及感测端子S的构造。电流感测元件是构造与主单元构造相同、且将单元面积减小后的元件。感测端子S是用于输出感测电流Isense的端子。
这种单元分离构造是例如日本特开2008－206348号公报中记载的公知技术。感测电流Isense的分流率由主单元构造的面积和电流感测元件的面积之间的单元面积比决定。如果集电极电流Ic流过开关元件1，则集电极电流Ic的一部分作为感测电流Isense而从感测端子S输出。
感测电阻R2的一端与感测端子S连接，另一端接地。感测电阻R2接受来自感测端子S的感测电流Isense而产生感测电压Vsense。
校正电压产生电路5产生校正电压Vc。校正电压产生电路5是用于稳定地输出校正电压Vc的电路，该校正电压Vc是规定的校正用基准电压。
分压电路3是串联连接有电阻R3及电阻R4的结构。电阻R3的一端连接在感测端子S和感测电阻R2之间。由此，电阻R3的一端接受感测电压Vsense。电阻R4的一端与校正电压产生电路5的输出侧连接，该一端接受校正电压产生电路5的校正电压Vc。电阻R3的另一端和电阻R4的另一端连接。
分压电路3能够将校正后感测电压Vin从电阻R3、R4的连接点输出。校正后感测电压Vin是通过校正电压Vc对感测电压Vsense进行校正后的电压。
电阻R3的电阻值及R4的电阻值这两者优选具有比感测电阻R2的电阻值大的值。从校正电压Vc及感测端子S经由电阻R3流过的电流，与流过感测电阻R2的感测电流Isense相比充分小。因此，也可以忽略对感测电压Vsense的影响。
过电流保护电路10被输入校正后感测电压Vin，在校正后感测电压Vin大于阈值电压Vthresh的情况下输出停止信号。具体地说，过电流保护电路10具备比较器6、基准电压产生电路7、控制电路8。比较器6的正输入端子接受校正后感测电压Vin，负输入端子接受阈值电压Vthresh。比较器6在校正后感测电压Vin超过阈值电压Vthresh的情况下，将输出信号反转，即从Low(低)反转至High(高)。控制电路8将比较器6的输出信号的反转作为触发而生成停止信号。
驱动电路9如果从过电流保护电路10接受到停止信号，则将开关元件1的驱动停止。具体地说，驱动电路9的输入侧与外部的微型计算机等连接，被输入栅极驱动信号IN。驱动电路9的输出侧经由缓冲器4与开关元件1的栅极端子连接。
以上说明的过电流保护电路10，在校正后感测电压Vin超过阈值电压Vthresh的情况下判定为开关元件1流过了过电流，进行将开关元件1断开的保护动作。由此，防止由于过电流而引起的开关元件1的损伤。将过电流保护电路10开始保护动作的开关元件1的主电流(即集电极电流Ic)的值，称为短路保护切断等级(下面记作“SC切断等级”)。
[实施方式1的装置的动作]
(SC切断等级的调整)
使用图2对半导体装置51及驱动装置2的动作进行说明。图2是表示图1的电路的动作的时序图。在通常动作时，校正后感测电压Vin小于阈值电压Vthresh。在该情况下，比较器6的输出为Low，不从控制电路8向驱动电路9输出停止信号。此时，驱动电路9对应于栅极驱动信号而驱动开关元件1。
另一方面，如果开关元件1的集电极电流Ic大于或等于规定的值(即SC切断等级)，则校正后感测电压Vin超过阈值电压Vthresh。由此，比较器6的输出从Low反转至High。
与此相伴，过电流保护电路10输出停止信号。即，过电流保护电路10在校正后感测电压Vin大于阈值电压Vthresh的情况下输出停止信号。
驱动电路9如果从过电流保护电路10接受到停止信号，则不管栅极驱动信号IN是High还是Low，都将开关元件1的驱动停止。
校正后感测电压Vin由通过感测电阻R2产生的感测电压Vsense和校正电压Vc的分压输出构成。校正后感测电压Vin通过下式(1)计算。
根据式(1)可知，在Vc＞Vsense的情况下，成为Vin＞Vsense。其结果，电阻R3的压降与Vsense相加，能够降低SC切断等级。反之，在Vc＜Vsense的情况下，成为Vin＜Vsense。其结果，从Vsense减去电阻R3的压降，能够提高SC切断等级。
压降量ΔV3能够通过校正电压Vc的大小及电阻R3、R4的电阻值共计3个参数而进行变更。因此，与仅感测电阻R2的电阻值这一个参数的单一参数控制相比，能够容易地调整SC切断等级。
(实施方式1的装置的作用效果)
下面，说明实施方式1的半导体装置51及驱动装置2的作用效果。
由于成为电流感测元件的(栅极－感测端子间电压VGS)＝(开关元件的栅极－发射极间电压VGE)－(感测电压)，因此开关元件的VGE和电流感测元件的VGS不相等。同样地，开关元件的集电极－发射极间电压VCE和电流感测元件的集电极－感测端子间电压VCS也不相等。
因此，下述的式(2)的关系不成立。
另外，IGBT、MOSFET的栅极阈值具有温度特性，因此开关元件和电流感测元件的偏置电压的差对下述的式(3)的关系造成的影响的大小根据元件温度而变化。
这表示分流比是根据元件温度而变化的。该趋势随着Vsense越大而越显著。因此，在当前的半导体装置中存在下述问题，即，如果开关元件的元件温度变动，则SC切断等级也变动。
(2)比较器侧的输入电压范围的问题
如上述所示，优选感测电压Vsense越小越好。但是，如果使感测电压Vsense过小，则在通过比较器对感测电压Vsense进行直接比较的情况下会产生其他问题。
该问题是指，感测电压Vsense相对于比较器的输入电压范围变得过低。如果在实施方式1中向比较器6直接输入了感测电压Vsense，则比较器6必须将感测电压Vsense和阈值电压Vthresh直接进行比较。
作为可应对上述的数百mV的输入电压的比较器，例如需要如Rail－to－Rail(轨至轨)输入这样的能够从大致0V起进行使用的电路结构，存在过电流保护电路所使用的比较器受限的问题。
(3)低感测电压和比较器输入电压范围的兼顾
如以上所述，具有第1要求，即，希望减小感测电压Vsense，减小SC切断等级的温度变化。与此相对，还具有第2要求，即，希望提高比较器6的输入电压范围。根据实施方式1，能够满足该第1要求及第2要求这两者。
根据实施方式1，能够与感测电阻R2的电阻值独立地调整分压电路3的分压电阻值。在分压电路3中，在感测电阻R2的一端和比较器6的正输入端子之间串联***有电阻R3。通过上述这样的结构，由电阻R3产生压降，将该压降量ΔV3与感测电压Vsense相加。即，能够将压降量ΔV3与感测电压Vsense相加而生成校正后感测电压Vin。
如果调整校正电压Vc和分压电路3的分压电阻值，则能够充分地增大压降量ΔV3。例如，也可以将分压电路3及校正电压产生电路5构建为，使得校正后感测电压Vin为1V～数V这样的作为过电流保护电路的阈值电压来说比较高的电压。
(4)SC切断等级温度特性的改善
图3是表示本发明的实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2中的SC切断等级的测定结果的图。在图3中，针对实施方式1所涉及的半导体装置51，示出对SC切断等级的元件温度依赖性进行测定后的结果。在图3中还同时针对图15所示的对比例，示出对SC切断等级的元件温度依赖性进行测定后的结果。
横轴是开关元件1的元件温度。纵轴表示SC切断等级，具体地说，示出过电流保护电路10开始保护动作的开关元件1的主电流(即集电极电流Ic)的值。
图15是表示与本发明的实施方式相对的对比例的图。图15所示的对比例不具备分压电路3及校正电压产生电路5。除了该差异点以外，是与图1所示的实施方式1所涉及的半导体装置51相同的电路。
如图3所示，通过将由电阻R3产生的压降量ΔV3与感测电压Vsense相加，从而除了SC切断等级的等级校正之外，得到温度变化量校正这样的校正效果。如果对等级校正进行说明，则在图3的对比例的特性图中，元件温度25℃时的SC切断等级是1190A。与此相对，在实施方式1所涉及的半导体装置51中，元件温度25℃时的SC切断等级是940A。从图3可知，实施方式1的SC切断等级值与对比例相比整体性地降低。
如果对温度变化量校正进行说明，则元件温度25℃时的SC切断等级从1190A降低至940A。而且，从元件温度25℃至125℃为止期间的SC切断等级的变化量，在对比例中为－490A，与此相对，在实施方式1中为－400A。相同温度范围内的SC切断等级的变化量减少了90A左右。即，相同的温度范围内的SC切断等级的温度变化量变小，改善了SC切断等级的温度特性。
根据实施方式1，能够通过分压电路3对感测电压Vsense进行校正。在日本特开2008－206348号公报等中公开了不使用校正电压而是使用校正电流实现的SC切断等级调整技术。在该公报所涉及的技术中，为了根据校正电压生成校正电流而需要运算放大器等比较高价的电子部件，存在成本、安装面积方面的问题。关于这一点，根据实施方式1，能够通过校正电压Vc和使用2个电阻R3、R4而构成的分压电路3这种简单的结构，而对SC切断等级进行调整。
如以上说明所述，根据实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2，构成为能够使用校正电压Vc和分压电路3这种简单的电路适当地调整比较器6的输入电压范围的、实用的电路。通过这种实用的电路，能够抑制与温度变化相伴的SC切断等级的变动。
此外，如图3所示，通过将校正电压Vc设定为高于感测电压Vsense，从而使SC切断等级降低，但本发明并不限定于此。也可以为了提高SC切断等级，将校正电压Vc设定为低于感测电压Vsense。
对校正电压Vc进行输出的校正电压产生电路5也可以使用规定的基准电压和诸如射极跟随器这样的跨阻抗电路而实现。在该情况下具有电路简单的优点。
此外，开关元件1并不限定于由硅构成的IGBT。也可以使用由硅形成的功率MOSFET及由碳化硅(SiC)形成的功率MOSFET。
实施方式2.
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的半导体装置52及半导体开关元件的驱动装置102的图。除了将校正电压产生电路5置换为校正电压产生电路105以外，半导体装置52及驱动装置102与实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2相同。
校正电压产生电路105具备作为射极跟随器的NPN晶体管11、基准电压源12。基准电压源12生成校正用基准电压Vcref。NPN晶体管11的基极端子与基准电压源12连接。NPN晶体管11的集电极端子与电压源连接，NPN晶体管11的发射极端子与电阻R4连接。
根据实施方式2，使用NPN晶体管11及由电阻R3、R4构成的分压电路3，因此能够构建小规模的电路，能够兼顾低成本及小安装面积。
实施方式3.
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的半导体装置53及半导体开关元件的驱动装置202的图。除了追加电容元件C11这一点以外，半导体装置53及驱动装置202与实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2相同。
电容元件C11的一端连接在电阻R3、R4的连接点和过电流保护电路10的输入侧之间。电容元件C11的另一端接地。电阻R3、R4与电容元件C11构成低通滤波器。利用该低通滤波器能够将暂态噪声去除。另外，能够将分压电路3的电阻R3、R4兼用于低通滤波器，因此能够将部件数量抑制得较少。
实施方式4.
图6是表示本发明的实施方式4所涉及的半导体装置54及半导体开关元件的驱动装置302的图。除了追加滤波器电阻R5及电阻R6这一点以外，半导体装置54及驱动装置302与实施方式3所涉及的半导体装置53及驱动装置202相同。
在分压电路3和过电流保护电路10的输入侧之间，串联***有用于去除暂态噪声的滤波器电阻R5。滤波器电阻R5与电容元件C11的一端连接而形成低通滤波器。如果单独地配置滤波器电阻R5，则元件数增加。但是，低通滤波器的时间常数通过滤波器电阻R5调整即可，因此电阻R3、R4不受限于低通滤波器的时间常数，能够自由地设计分压电路3。因此设计自由度高。
另外，将电阻R6与电容元件C11并联配置。电阻R6和电容元件C11的并联电路的一端连接在过电流保护电路10的输入侧和滤波器电阻R5之间。电阻R6和电容元件C11的并联电路的另一端接地。根据上述的电路，电阻R6与滤波器电阻R5一起形成电阻分压电路，因此能够进一步对校正后感测电压Vin进行分压调整。
在这里，将进一步对校正后感测电压Vin进行分压调整后的电压还称为再校正后感测电压Vinc。该2级的感测电压调整机构，在后述的实施方式10的情况下特别有效。
滤波器电阻R5及电阻R6的电阻值，优选设为比感测电阻R2及电阻R3的电阻值大的值。在滤波器电阻R5及电阻R6的电阻值与感测电阻R2及电阻R3的电阻值相比是充分大的值的情况下，再校正后感测电压Vinc由下面的式(4)近似地表示，其中，该再校正后感测电压Vinc是向过电流保护电路10的输入信号。
实施方式5.
图7是表示本发明的实施方式5所涉及的半导体装置55及半导体开关元件的驱动装置402的图。除了追加校正电压开关元件14及SW控制电路15这一点以外，半导体装置55及驱动装置402与实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2相同。
校正电压开关元件14是MOSFET。校正电压开关元件14的栅极端子与SW控制电路15的输出连接，从SW控制电路15接受SW信号。SW信号是用于将校正电压开关元件14接通/断开的驱动信号。
校正电压开关元件14的漏极端子与校正电压产生电路5连接，接受校正电压Vc。校正电压开关元件14的源极端子与电阻R4的一端连接。校正电压开关元件14在校正电压产生电路5和电阻R4的一端之间能够对接通和断开进行切换。图7的校正电压开关元件14是MOSFET，但也可以使用双极晶体管。
图8是表示本发明的实施方式5所涉及的半导体装置55及驱动装置402的动作的时序图。在实施方式5中，在开关元件1的导通后延迟地将校正电压开关元件14从断开设为接通。
如日本特开2013－77976号公报公开所示，在开关元件1的导通时，存在感测电压过渡性地变动的区间。是图8中所示的过渡区间Tst。在过渡区间Tst将校正电压开关元件14断开，在经过过渡区间Tst后将校正电压开关元件14设为接通。由此，在过渡区间Tst使校正后感测电压Vin低于过电流保护电路10的阈值电压Vthresh。此外，在这里，假设为校正电压Vc＞感测电压Vsense。
在过渡区间Tst能够使校正后感测电压Vin低于阈值电压Vthresh，能够防止校正后感测电压Vin错误地达到SC切断等级的情况。
在实施方式5所涉及的上述的电路中，能够使暂态的噪声混入、感测电压的变动低于阈值电压Vthresh，在理想情况下不需要实施方式3、4中使用的低通滤波器。能够消除由于低通滤波器的时间常数所引起的过电流保护的检测延迟，削减部件数量。另外，仅在需要使用校正电压开关元件14时选择性地供给校正电压Vc，因此能够减少消耗电流。
实施方式6.
图9是表示本发明的实施方式6所涉及的半导体装置56及半导体开关元件的驱动装置502的图。除了追加温度传感器16这一点以外，半导体装置56及驱动装置502与实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2相同。
温度传感器16测定开关元件1的元件温度。校正电压产生电路5与温度传感器16连接，基于温度传感器16的输出，输出具有元件温度越高则越降低的负温度梯度的校正电压Vc。
一般来说，开关元件1的感测电压Vsense具有元件温度越高则越上升的正温度梯度的趋势。SC切断等级成为与感测电压相反的负温度梯度的趋势。
校正电压产生电路5使校正电压Vc与温度传感器16的输出所示的开关元件1的元件温度成正比地变化。由此，能够使校正电压Vc具有与感测电压Vsense的温度特性相反的负的温度梯度。其结果，通过相互抵消而使校正后感测电压Vin的温度梯度减小。使与元件温度的增加相对应的SC切断等级的降低量减小，在理想情况下，即使存在元件温度的变化也能够将SC切断等级保持为恒定。
实施方式7.
图10是表示本发明的实施方式7所涉及的半导体装置57及半导体开关元件的驱动装置602的图。除了将校正电压产生电路5置换为校正电压产生电路605这一点以及追加温度传感器616、电阻R17、电容元件C18这一点以外，半导体装置57及驱动装置602与实施方式4所涉及的半导体装置54及驱动装置302相同。
校正电压产生电路605包含作为射极跟随器的NPN晶体管11。除了NPN晶体管11的基极端子所连接的电路以外，校正电压产生电路605与校正电压产生电路105相同。
NPN晶体管11的基极端子与电阻R17的一端连接。电阻R17的另一端与电压源连接。在电阻R17和NPN晶体管11的基极端子之间连接有电容元件C18的一端。电容元件C18的另一端接地。
在电阻R17和NPN晶体管11的基极端子之间连接有温度传感器616。温度传感器616是串联连接有多个温度传感器二极管而构成的。最上级的温度传感器二极管的阳极与NPN晶体管11的基极端子连接。二极管的正向电压相对于温度变化具有负的梯度，因此适于作为温度校正用电压，该温度校正用电压输入至由NPN晶体管11构成的射极跟随器电路的基极端子。
温度传感器616具备的多个温度传感器二极管，也可以形成于开关元件1的半导体芯片之上的发热部附近。
根据实施方式7，能够通过简单的电路实现校正电压产生电路605和温度传感器616的功能。
通过以使前述的式(4)中的Vsense的项和Vc的项的温度梯度差成为零的方式选定分压电路3中的电阻分压比，从而使校正后感测电压Vin的温度梯度成为零。但是，在上述情况下，分压电路3中的电阻R3、R4的电阻值的比会决定为某适当的值，因此有可能无法以在某希望设定的SC切断等级，校正后感测电压Vin和阈值电压Vthresh一致的方式，生成校正后感测电压Vin。
因此，追加实施方式4中所说明的、由滤波器电阻R5及电阻R6构成的电阻分压电路，根据将温度梯度设为零的校正后感测电压Vin生成再校正后感测电压Vinc，将其输入至过电流保护电路10。其结果，能够以使前述的式(4)中的Vsense的项和Vc的项的温度梯度差成为零的方式将分压电路3的电阻分压比优化，并且，另一方面，能够以在某希望设定的SC切断等级，使阈值电压Vthresh和再校正后感测电压Vinc一致的方式，调整滤波器电阻R5及电阻R6的电阻值。
图11是表示本发明的实施方式7所涉及的半导体装置57及半导体开关元件的驱动装置602中的SC切断等级的测定结果的图。将感测电阻R2的值调整为，在作为常温的25℃，在实施方式7的电路和对比例的电路之间SC切断等级一致。该对比例是图15的电路。在对比例中SC切断等级伴随元件温度的增加而降低。与此相比，根据实施方式7，即使元件温度变化，也能够将SC切断等级保持为大致恒定。
实施方式8.
图12是表示本发明的实施方式8所涉及的半导体装置58及半导体开关元件的驱动装置702的图。除了在温度传感器16和校正电压产生电路5之间设置校正电压控制电路18这一点以外，半导体装置58及驱动装置702与实施方式6所涉及的半导体装置56及驱动装置502相同。
校正电压控制电路18是按照规定的程序对校正电压产生电路5进行控制，对应于元件温度使校正电压增减的微处理器。校正电压控制电路18按照在程序中内置的计算式、对应图等对校正电压产生电路5进行控制，使校正电压Vc对应于开关元件1的元件温度增减。
校正电压控制电路18具备存储器17。在存储器17中写入有用于实现规定的SC切断等级的校正电压值。
使用式(1)或式(4)，计算某1个半导体装置58的SC切断等级。将计算出的SC切断等级与标准SC切断等级相比较，计算它们之间的偏差量ΔSC。
然后，从存储器17将适当的校正电压值进行DA输出而对校正电压Vc的值实施调节，以使得偏差量ΔSC为零。由此，生成对开关元件1的感测电压Vsense的波动进行校正后的校正后感测电压Vin。此外，如果是实施方式7，则生成再校正后感测电压Vinc。
将校正电压控制电路18的控制信号设定为，使得校正电压产生电路5持续输出此时所决定的适当的校正电压Vc。由此，能够使SC切断等级与标准SC切断等级一致，减少SC切断等级的波动。
另外，能够根据不同的温度条件下的SC切断等级，计算SC切断等级相对于元件温度变化的温度梯度。通过对应于由温度传感器16检测出的元件温度变化不断对校正电压Vc进行微调，从而能够使SC切断等级具有期望的斜率。将用于实现该温度梯度的校正值写入至存储器17，读取并使用适于实现期望的温度梯度的值。
由此，能够使SC切断等级相对于温度变化的斜率一致，能够进一步高精度地减少SC切断等级的波动。
能够在期望的定时，例如各个半导体装置58的产品出厂前的定时等进行上述的SC切断等级调整。由此，即使具有开关元件1的特性波动，也能够使SC切断等级与标准特性一致。
实施方式9.
[实施方式9的装置的结构]
图13是表示本发明的实施方式9所涉及的半导体装置59及半导体开关元件的驱动装置802的图。除了设置高速保护电路804这一点以外，半导体装置59及驱动装置802与实施方式1所涉及的半导体装置51及驱动装置2相同。
高速保护电路804的一端与开关元件1的栅极端子连接，另一端与感测端子S连接。高速保护电路804在感测电压Vsense达到第2阈值电压后使开关元件1的栅极电压VGE降低。该第2阈值电压是用于将开关元件1的栅极断开的MOSFET 19的栅极阈值电压。
具体地说，在本实施方式中，高速保护电路804是所谓的实时控制(Real TimeControl；RTC)电路。高速保护电路804具备电阻R21、电容元件C20及MOSFET 19。电阻R21的一端与开关元件1的栅极端子连接。MOSFET 19也可以使用双极晶体管。
电阻R21的另一端与MOSFET 19的漏极端子连接。MOSFET 19的栅极端子连接在感测端子S和电阻R3之间。MOSFET 19的源极端子接地。电容元件C20的一端与MOSFET 19的栅极端子连接。电容元件C20的另一端接地。电容元件C20用于MOSFET 19的栅极电压的稳定化，但为了电路的简化也可以不使用电容元件C20。
高速保护电路804是如下电路：在感测电压Vsense超过MOSFET 19的栅极阈值电压的情况下，MOSFET 19接通，从而在不经由过电流保护电路10的状况下使半导体开关元件1的栅极电压降低。因此，没有由过电流保护电路10侧的比较器6及低通滤波器等产生的延迟，能够高速启动。但是，即使高速保护电路804工作，在驱动电路9持续输送输出信号的期间，栅极的断开也是不完全的。为了进行完全的栅极断开，需要通过过电流保护电路10实现的驱动电路9的停止。
为了将高速保护电路804的工作条件优化，需要将感测电阻R2的值优化以使得MOSFET 19的栅极阈值电压和感测电压Vsense的值接近。其原因在于，如果感测电压Vsense接近MOSFET 19的栅极阈值电压，则在具有由于过电流而引起的感测电压Vsense的上升时能够立即将MOSFET 19设为接通。
但是，在如现有技术那样将感测电压Vsense直接向过电流保护电路10的比较器6输入的情况下，即在图15的对比例的情况下，为了成为期望的SC切断等级，必须优先地决定呈阈值电压Vthresh＝感测电阻R2×SC切断等级这一关系的感测电阻R2。因此，有可能使MOSFET19的栅极阈值电压与感测电压Vsense相比过大。
关于这一点，根据实施方式9，能够独立于感测电阻R2的电阻值，通过校正电压Vc和分压电路3而生成校正后感测电压Vin并输入至比较器6。因此，能够将感测电阻R2的电阻值优化以使得MOSFET 19的栅极阈值电压和感测电压Vsense的值接近，并且另一方面，调整校正电压Vc和分压电路3的分压电阻值以使得校正后感测电压Vin满足期望的SC切断等级。因此，能够使高速保护电路804的保护动作高速化。
此外，在高速保护电路804中，也可以构成下述结构，即，将二极管(未图示)***至MOSFET 19的栅极端子和感测端子S之间，将其阴极与MOSFET 19的栅极端子连接，将其阳极与感测端子S连接。在该结构中，即使感测电压Vsense降低至0V，也由于二极管的整流作用，使MOSFET 19的栅极电压得到保持，MOSFET 19没有立即变为断开。因此，直至通过过电流保护电路10实现的驱动电路9的停止为止，高速保护电路804能够维持使半导体开关元件1的栅极电压降低的状态。
[实施方式9的变形例]
在实施方式9中，向实施方式1所涉及的半导体装置51及半导体开关元件的驱动装置2追加了高速保护电路804。与此相对，也可以将高速保护电路804向实施方式6～8所涉及的半导体装置56～58及半导体开关元件的驱动装置502～702追加。
图14是表示本发明的实施方式9的变形例所涉及的半导体装置60及半导体开关元件的驱动装置852的图。在图14中，向实施方式6所涉及的半导体装置56及驱动装置502追加有高速保护电路804。高速保护电路804中的电容元件C20的一端及MOSFET 19的栅极端子与分压电路3中的电阻R3、R4的连接点连接。
在该情况下，也可以将MOSFET 19的栅极端子与分压电路3中的电阻R3、R4的连接点连接。由此，能够对应于开关元件1的元件温度对用于驱动高速保护电路804的电压(施加至MOSFET 19的栅极端子的电压)进行校正。但是，需要考虑由于电阻R3和电容元件C20及MOSFET 19的电容成分所引起的延迟。
此外，在高速保护电路804中，也可以构成下述结构，即，将二极管(未图示)***至MOSFET 19的栅极端子和分压电路3中的电阻R3、R4的连接点之间，将其阴极与MOSFET 19的栅极端子连接，将其阳极与分压电路3中的电阻R3、R4的连接点连接。在该结构中，即使校正后感测电压Vin降低至0V，也由于二极管的整流作用，使MOSFET 19的栅极电压得到保持，MOSFET 19没有立即变为断开。因此，直至通过过电流保护电路10实现的驱动电路9的停止为止，高速保护电路804能够维持使半导体开关元件1的栅极电压降低的状态。
标号的说明
1 开关元件，4 缓冲器、5、105、605 校正电压产生电路，6 比较器，7 基准电压产生电路，8 控制电路，9 驱动电路，10 过电流保护电路，11 晶体管，12 基准电压源，14 校正电压开关元件，15 控制电路，16 温度传感器，17 存储器，18 校正电压控制电路，19MOSFET、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60 半导体装置，2、102、202、302、402、502、602、702、802、852 驱动装置，616 温度传感器，804 高速保护电路。

Claims (2)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
半导体开关元件，其具备感测端子，能够由所述感测端子输出相对于主电流以规定的分流率而提供的感测电流；
感测电阻，其一端与所述感测端子连接，该感测电阻具备在半导体装置工作时被接地的另一端，该感测电阻接受来自所述感测端子的电流而生成感测电压；
校正电压产生电路，其产生校正电压；
分压电路，其包含第1电阻和第2电阻，该第1电阻的一端接受所述感测电压，该第2电阻的一端接受所述校正电压产生电路的所述校正电压，另一端与所述第1电阻的另一端连接，该分压电路从所述第1电阻和所述第2电阻的连接点输出通过所述校正电压对所述感测电压进行校正后的校正后感测电压；
过电流保护电路，其被输入所述校正后感测电压，在所述校正后感测电压大于阈值电压的情况下输出停止信号；
驱动电路，其如果从所述过电流保护电路接受到所述停止信号，则将所述半导体开关元件的驱动停止；以及
温度传感器，其对所述半导体开关元件的元件温度进行测定，
所述校正电压产生电路基于所述温度传感器的输出，所述元件温度越高则越降低所述校正电压，
所述校正电压产生电路包含晶体管，该晶体管具备控制端子、由所述控制端子控制导通状态的第1端子及第2端子，
从电压源向所述第1端子供电，从所述第2端子输出所述校正电压，
所述温度传感器包含温度传感器二极管，该温度传感器二极管具备将阳极电位输入至所述控制端子的阳极、和在半导体装置工作时被接地的阴极。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还具备：
校正电压控制电路，其按照规定的程序对所述校正电压产生电路进行控制，对应于所述元件温度使所述校正电压增减。
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