DE102012216318A1

DE102012216318A1 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102012216318A1
Application number: DE102012216318A
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Hiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-04-04
Also published as: US20130083442A1; KR20130035886A; CN103036542A; CN103036542B; JP5726037B2; KR101391657B1; JP2013077976A; US9013850B2

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält einen Abtastwiderstand (4), der einen über einen Abtastanschluss eines Schaltelements (1) fließenden Abtaststrom in eine Spannung (eine Abtastspannung) umsetzt, und eine Überstromschutzschaltung (3), die einen Schutzbetrieb für das Schaltelement (1) ausführt, wenn die Abtastspannung einen Schwellenwert übersteigt. Die Überstromschutzschaltung (3) kann den Schwellenwert auf eine erste Referenzspannung (V_REF1) oder auf eine zweite Referenzspannung (V_REF2), die niedriger als die erste Referenzspannung ist, schalten. Die Überstromschutzschaltung (3) stellt den Schwellenwert zu der Zeit, zu der das Schaltelement in einem stationären Zustand ist, auf die zweite Referenzspannung (V_REF2) ein, und stellt den Schwellenwert während einer Spiegelzeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements (1) auf die erste Referenzspannung (V_REF1) ein.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Halbleitervorrichtungen mit einer Überstromschutzfunktion eines Halbleiterschaltelements und insbesondere die Verhinderung eines fehlerhaften Betriebs einer Überstromschutzschaltung des Halbleiterschaltelements mit einer unmittelbar nach dem Einschalten vorhandene Spiegelzeitdauer.
Als eine Halbleitervorrichtung, die mit einem Halbleiterschaltelement versehen ist (im Folgenden einfach als ”Schaltelement” bezeichnet), wie etwa einen Wechselrichter, gibt es eine Halbleitervorrichtung mit einer Überstromschutzschaltung, die einen Schutzbetrieb wie etwa das Abschalten des Schaltelements ausführt, um das Schaltelement zu schützen, wenn ein über das Schaltelement fließender Hauptstrom eine bestimmte Stärke übersteigt.
Verfahren zum Detektieren des über das Schaltelement fließenden Hauptstroms enthalten ein direktes Verfahren zum Detektieren durch Verbinden eines Nebenschlusswiderstands mit einer Hauptelektrode des Schaltelements oder dergleichen und ein indirektes Verfahren zum Detektieren durch Abzweigen eines Teils des Hauptstroms in ein Stromdetektierungselement (eine Stromdetektierungszelle), das (die) zu dem Schaltelement parallelgeschaltet ist und den abgezweigten Strom (Abtaststrom) detektiert. Ein System, das das Stromdetektierungselement (Stromabtastelement) verwendet, besitzt im Vergleich zu einem System, das den Nebenschlusswiderstand verwendet, dahingehend Vorteile, dass der Leistungsverlust wegen des Nebenschlusswiderstands nicht auftritt und eine Systemgröße verringert werden kann.
Allgemein werden in einer Halbleitervorrichtung, die mit dem System ausgestattet ist, das das Stromabtastelement verwendet, Dimensionen und elektrische Eigenschaften des Stromabtastelements in der Weise eingestellt, dass ein Verhältnis (das Stromteilungsverhältnis) des Abtaststroms zu dem Hauptstrom des Schaltelements etwa 1/1000 bis 1/100000 beträgt. Der Abtaststrom wird unter Verwendung eines Widerstands oder dergleichen in eine Spannung (die Abtastspannung) umgesetzt und in die Überstromschutzschaltung eingegeben. Falls die Abtastspannung einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, bestimmt die Überstromschutzschaltung, dass ein Überstrom über das Schaltelement geflossen ist, und führt sie einen Schutzbetrieb wie etwa das Abschalten des Schaltelements aus, um eine Beschädigung des Schaltelements zu verhindern. Ein Wert des Hauptstroms des Schaltelements, mit dem die Überstromschutzschaltung den Schutzbetrieb beginnt, wird als Kurzschlussschutz-Auslösestärke (im Folgenden als ”SC-Auslösestärke”) bezeichnet.
JP2008-206348 offenbart eine Halbleitervorrichtung, die eine SC-Auslösestärke in Übereinstimmung mit einer Elementtemperatur einstellen kann.
Unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements wie etwa eines IGBT oder eines MOSFET gibt es eine als ”Spiegelzeitdauer” bezeichnete Zeitdauer, in der eine Gate-Emitter-Spannung konstant gehalten wird, um eine Gate-Kollektor-Kapazität zu laden, während der Gate-Strom eine Gate-Emitter-Kapazität lädt.
Obgleich erwünscht ist, dass ein Stromteilungsverhältnis des Abtaststroms zu dem über das Schaltelement fließenden Hauptstrom konstant ist, unterscheidet sich das Stromteilungsverhältnis zwischen der Zeit, in der das Schaltelement in einem Spiegelzeitdauerzustand ist, und der Zeit, in der das Schaltelement in einem stationären Zustand ist, wobei der durch das Stromabtastelement fließende Abtaststrom üblicherweise während der Spiegelzeitdauer höher ist (d. h. das Stromteilungsverhältnis größer ist). Somit erhöht sich ebenfalls die während der Spiegelzeitdauer in die Überstromschutzschaltung einzugebende Abtastspannung.
Diese Erscheinung ist insbesondere dann problematisch, wenn mit dem Schaltelement eine Freilaufdiode (FWD) verbunden ist, um einen zum Zeitpunkt des Ausschaltens des Schaltelements durch eine induktive Last fließenden Freilaufstrom (Rückflussstrom) aufrechtzuerhalten. Das heißt, wenn das Schaltelement in einem Zustand eingeschaltet wird, in dem der Freilaufstrom zwischen der induktiven Last und der Freilaufdiode fließt, fließt während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach dem Einschalten ein Strom nahezu mit derselben Stärke wie der Freilaufstrom. Da der durch das Stromabtastelement fließende Abtaststrom während der Spiegelzeitdauer größer als im stationären Zustand ist, tritt wegen der Tatsache, dass die Abtastspannung selbst dann einen Schwellenwert übersteigt, wenn ein über das Schaltelement fließender Strom nicht höher als die SC-Auslösestärke ist, eine fehlerhafte Überstromdetektierung auf, was veranlasst, dass die Überstromschutzschaltung einen fehlerhaften Betrieb ausführt.
Als ein Verfahren zum Verhindern dieses fehlerhaften Betriebs werden bisher ein Verfahren zum Versehen der Überstromschutzschaltung mit einem Tiefpassfilter mit einer Zeitkonstante, die der Länge der Spiegelzeitdauer entspricht, ein Verfahren (Austasten der steigenden Flanke) zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer oder dergleichen verwendet.
Allerdings arbeitet die Überstromschutzschaltung bei diesen Verfahren zum Verhindern des fehlerhaften Betriebs während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach dem Einschalten des Schaltelements nicht oder tritt zu Beginn des Betriebs eine Verzögerung auf. Dies führt in einer anomalen Situation wie etwa einem Kurzschluss im oberen und im unteren Zweig oder bei einem Kurzschluss in einer H-Brücke eines Dreiphasenwechselrichters in einer Last, bei der unmittelbar nach dem Einschalten des Schaltelements ein Überstrom fließt, zu einem Problem von Verzögerungen bei dem Überstromdetektierungs- und -schutzbetrieb.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, in der eine Überstromschutzschaltung einen Schutz eines fehlerhaften Betriebs mit der Verhinderung einer Verzögerung der Überstromdetektierung unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements vereinbaren kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 8. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung enthält ein Schaltelement, ein passives Element, das eine Abtastspannung erzeugt, die durch Umsetzen eines von einem über das Schaltelement fließenden Hauptstrom abgezweigten Abtaststroms in eine Spannung erhalten wird, und eine Schutzschaltung, die zu der Zeit, zu der die Abtastspannung einen Schwellenwert übersteigt, einen Schutzbetrieb für das Schaltelement ausführt. Ferner enthält die Halbleitervorrichtung eine Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs, um zu verhindern, dass die Abtastspannung während einer bestimmten Zeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements den Schwellenwert erreicht. Die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs verringert einen Betrag der Abtastspannung in Bezug auf den des Abtaststroms während der bestimmten Zeitdauer.
In Übereinstimmung mit der Erfindung kann eine fehlerhafte Überstromdetektierung unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements selbst dann verhindert werden, wenn ein Tiefpassfilter weggelassen ist oder wenn eine Zeitkonstante des Tiefpassfilters klein ist, um so den fehlerhaften Betrieb der Überstromschutzschaltung zu verhindern. Das heißt, eine Verzögerung des Überstromschutzes kann verringert werden, während der fehlerhafte Betrieb der Überstromschutzschaltung verhindert wird. Somit kann eine Beschädigung des Schaltelements selbst dann verhindert werden, wenn eine Anomalie wie ein unmittelbar nach dem Einschalten des Schaltelements fließender Strom auftritt.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 ein Diagramm zur Erläuterung einer Änderung der Abtastspannung zum Zeitpunkt des Einschaltens eines mit einer induktiven Last verbundenen IGBT;
2 einen Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform;
3 ein Diagramm zur Erläuterung einer Änderung der Abtastspannung zum Zeitpunkt eines Kurzschlusses im oberen und im unteren Zweig von IGBTs in einer Brückenschaltung;
4 einen Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer zweiten bevorzugten Ausführungsform;
5 einen Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
6 einen Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer vierten bevorzugten Ausführungsform; und
7 einen Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften bevorzugten Ausführungsform.
Erste bevorzugte Ausführungsform
Zunächst wird das Problem genauer beschrieben, das während der Spiegelzeitdauer des Schaltelements auftritt. 1 ist ein Beispiel der Verhaltensweisen einer Gate-Emitter-Spannung V_GE, einer Kollektor-Emitter-Spannung V_CE, eines Kollektorstroms I_C und einer Abtastspannung V_S (die durch Umsetzen eines Abtaststroms, der durch ein Stromabtastelement eines IGBT geflossen ist, unter Verwendung eines Widerstandselements in eine Spannung erhalten wurde) zum Zeitpunkt des Einschaltens des mit einer induktiven Last verbundenen IGBT. In diesem Beispiel fließt durch einen IGBT mit einem Nennstrom von 300 A unmittelbar nach dem Einschalten ein Kollektorstrom I_C von etwa 260 A.
Beim Anstieg eines in ein Gate des IGBT einzugebenden Ansteuersignals steigt die Gate-Emitter-Spannung V_GE, um den IGBT einzuschalten, wobei es aber unmittelbar danach eine Zeitdauer gibt, in der die Gate-Emitter-Spannung V_GE vorübergehend konstant ist. In 1 wird die Gate-Emitter-Spannung V_GE unmittelbar nach dem Einschalten des IGBT während einer Zeitdauer von etwa 2,4 μs auf etwa 10,8 V gehalten. Diese Zeitdauer ist eine ”Spiegelzeitdauer”. In 1 ist zu sehen, dass die Abtastspannung V_S nach dem Nachschwingen eine Größenordnung von 0,5 V erreicht und nach der Spiegelzeitdauer abnimmt, trotzdem der Kollektorstrom I_C nach dem Nachschwingen unmittelbar nach dem Einschalten des IGBT nahezu konstant ist.
Dieser Anstieg der Abtastspannung V_S erzeugt eine fehlerhafte Detektierung des Überstroms unmittelbar nach dem Einschalten des IGBT, was dazu führt, dass die Überstromschutzschaltung einen fehlerhaften Betrieb ausführt. Wenn in dem Beispiel aus
1 ein Schwellenwert der Abtastspannung V_S, bei dem die Überstromschutzschaltung einen Schutzbetrieb beginnt, nicht höher als 0,5 V eingestellt worden ist, beginnt die Überstromschutzschaltung mit dem Schutzbetrieb für den IGBT, trotzdem der Kollektorstrom I_C höchstens gleich dem Nennstrom ist.
2 ist ein Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer ersten bevorzugten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung ist mit einem Schaltelement 1, mit einer Ansteuerschaltung 2, mit einer Überstromschutzschaltung 3, mit einem Abtastwiderstand 4 und mit einem Tiefpassfilter 5 versehen.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform wird als das Schaltelement 1 ein IGBT 11 mit einem darin eingebauten Stromabtastelement verwendet. Durch einen Ausgangsanschluss (Abtastanschluss) des Stromabtastelements fließt ein Abtaststrom, der proportional zu einem Kollektorstrom (Hauptstrom) des IGBT 11 ist.
Der Abtastwiderstand 4 ist zwischen den Abtastanschluss und einen Emitteranschluss des IGBT 11 geschaltet und ist ein passives Element, das einen Abtaststrom in eine Spannung (Abtastspannung) umsetzt. Es wird angemerkt, dass ein Widerstandswert R_S des Abtastwiderstands 4 äquivalent dem eines Abtastwiderstands in einer herkömmlichen Halbleitervorrichtung ist.
Die Abtastspannung wird über ein Tiefpassfilter 5, das aus einem Widerstand 51 und aus einem Kondensator 52 besteht, in die Überstromschutzschaltung 3 eingegeben. Eine Zeitkonstante des Tiefpassfilters 5 ist wenigstens so groß wie ein Nachschwingzyklus, während sie ausreichend kürzer als die Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 ist und erwünscht ist, dass sie höchstens so groß wie die Hälfte der Spiegelzeitdauer ist. Genauer kann sie z. B. genauso lang wie die Erholungszeit für eine Freilaufdiode (nicht gezeigt) sein, die zusammen mit dem Schaltelement 1 verwendet wird. Um einen fehlerhaften Betrieb wegen des Nachschwingens zu verhindern, wird der Überstromschutzschaltung 3 eine Abtastspannung zugeführt, aus der das Nachschwingen durch das Tiefpassfilter 5 entfernt worden ist.
Die Ansteuerschaltung 2 erzeugt auf der Grundlage eines Eingangssignals V_IN als eines von außen einzugebenden Steuersignals ein Ansteuersignal, das in ein Gate des IGBT 11 eingegeben werden soll. Hier ist angenommen, dass das Schaltelement 1 in der Weise gesteuert wird, dass es eingeschaltet wird, wenn das Eingangssignal V_IN auf einem H-Pegel ist, und ausgeschaltet wird, wenn das Eingangssignal V_IN auf einem L-Pegel ist.
Das Eingangssignal V_IN wird der Ansteuerschaltung 2 über die Überstromschutzschaltung 3 zugeführt. Die Überstromschutzschaltung 3 überwacht anhand der Abtastspannung einen über das Schaltelement 1 fließenden Hauptstrom und überträgt normalerweise das Eingangssignal V_IN zu der Ansteuerschaltung 2. Wenn sie dagegen detektiert, dass über das Schaltelement 1 ein Überstrom geflossen ist (dass der Hauptstrom höher als die SC-Auslösestärke gewesen ist), hält die Überstromschutzschaltung 3 die Zufuhr des Eingangssignals V_IN zu der Ansteuerschaltung 2 an, um einen vorgegebenen Schutzbetrieb wie etwa das Abschalten des Schaltelements 1 auszuführen.
Die Überstromschutzschaltung 3 ist durch einen Steuerteil 31, durch einen Komparator 32, durch eine Verzögerungsschaltung 33, durch einen Schalter 34, durch Widerstände 35 und 36 und durch eine Referenzspannungsquelle 37 konfiguriert. Eine Reihenschaltung der Widerstände 35 und 36 ist zu der Referenzspannungsquelle 37 parallelgeschaltet, und eine zweite Referenzspannung V_REF2, die dadurch erhalten wird, dass die Widerstände 35 und 36 eine von der Referenzspannungsquelle 37 ausgegebene erste Referenzspannung V_REF1 teilen, wird an einen Verbindungsknoten 38 zwischen den Widerständen 35 und 36 ausgegeben. Im Folgenden ist der Verbindungsknoten 38 zwischen den Widerständen 35 und 36 als ein ”Spannungsteiler-Referenzpunkt” bezeichnet.
Eine Abtastspannung wird über das Tiefpassfilter 5 in einen nicht invertierenden Eingangsanschluss (positiven Anschluss (”+”- Anschluss)) des Komparators 32 eingegeben. Die Referenzspannungsquelle 37 oder der Spannungsteiler-Referenzpunkt 38 wird wahlweise mit einem invertierenden Eingangsanschluss (negativen Anschluss (”–”-Anschluss)) des Komparators 32 verbunden. Die von dem Spannungsteiler-Referenzpunkt 38 ausgegebene zweite Referenzspannung V_REF2 wird durch Teilung der durch die Referenzspannungsquelle 37 ausgegebenen ersten Referenzspannung V_REF1 in einem Spannungsteilungsverhältnis zwischen den Widerständen 35 und 36 erhalten, wobei die zweite Referenzspannung V_REF2 somit niedriger als die erste Referenzspannung V_REF1 ist. Die von dem Spannungsteiler-Referenzpunkt 38 ausgegebene zweite Referenzspannung V_REF2 wird auf einen Wert einer Abtastspannung eingestellt, der zu dem Zeitpunkt erscheint, zu dem die Stärke des über das Schaltelement 1 fließenden Hauptstroms der SC-Auslösestärke entspricht (d. h., der Wert ist äquivalent einem Schwellenwert, mit dem eine Überstromschutzschaltung der herkömmlichen Halbleitervorrichtung den Schutzbetrieb beginnt). Die von der Referenzspannungsquelle 37 ausgegebene erste Referenzspannung V_REF1 wird auf einen Wert einer Abtastspannung eingestellt, die zu dem Zeitpunkt erscheint, zu dem die Stärke des während der Spiegelzeitdauer über das Schaltelement 1 fließenden Hauptstroms der SC-Auslösestärke entspricht (d. h. auf einen Wert, der angesichts eines während der Spiegelzeitdauer in Bezug auf den Schwellenwert, mit dem die Überstromschutzschaltung der herkömmlichen Halbleitervorrichtung der Schutzbetrieb beginnt, erhöhten Abtaststroms (Stromteilungsverhältnis) erhöht ist).
Das Schalten, ob der negative Anschluss des Komparators 32 mit der Referenzspannungsquelle 37 oder mit dem Spannungsteiler-Referenzpunkt 38 verbunden wird, wird durch den Schalter 34 ausgeführt, wobei sein Betrieb durch eine Verzögerungsschaltung 33 gesteuert wird. Die Verzögerungsschaltung 33 steuert den Schalter 34, um nur während einer Zeitdauer vom Anstieg des Eingangssignals V_IN bis zum Verstreichen einer vorgegebenen Verzögerungszeit danach die Referenzspannungsquelle 37 mit dem negativen Anschluss des Komparators 32 zu verbinden und während der anderen Zeitdauern den Spannungsteiler-Referenzpunkt 38 mit dem negativen Anschluss des Komparators 32 zu verbinden.
Die in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellte Verzögerungszeit ist äquivalent oder wenigstens gleich der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist in der Verzögerungsschaltung 33 die der Spiegelzeitdauer äquivalente Verzögerungszeit eingestellt worden.
Eine Ausgabe des Komparators 32 ist auf einem L-Pegel (Tief-Pegel), wenn eine in den positiven Anschluss eingegebene Abtastspannung niedriger als die Spannung des negativen Anschlusses (die erste Referenzspannung V_REF1 oder die zweite Referenzspannung V_REF2) ist, während die Ausgabe auf einem H-Pegel (Hoch-Pegel) ist, wenn die Abtastspannung eine Spannung des negativen Anschlusses übersteigt. Die Ausgabe des Komparators 32 wird zum Steuern eines Betriebs des Steuerteils 31 verwendet.
Das Eingangssignal V_IN wird in den Steuerteil 31 eingegeben. Der Steuerteil 31 sendet das Eingangssignal V_IN zu der Ansteuerschaltung 2, wenn der Ausgang des Komparators 32 auf dem L-Pegel ist. Wenn die Ausgabe des Komparators 32 dagegen auf den H-Pegel übergeht, bestimmt der Steuerteil 31, dass ein Überstrom über das Schaltelement 1 geflossen ist, und gibt zu der Ansteuerschaltung 2 ein Signal zum Abschalten des Schaltelements 1 aus, um das Schaltelement 1 zu schützen.
Wenn die Abtastspannung in der Halbleitervorrichtung aus 2 niedriger als eine Spannung des negativen Anschlusses des Komparators 32 ist, sendet der Steuerteil 31 in der Überstromschutzschaltung 3 das Eingangssignal V_IN zu der Ansteuerschaltung 2, sodass das Schaltelement 1 in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal V_IN arbeitet. Ferner führt der Steuerteil 31 in der Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb für das Schaltelement 1 aus, wenn die Abtastspannung wenigstens gleich der Spannung des negativen Anschlusses des Komparators 32 ist.
Die Spannung des negativen Anschlusses des Komparators 32 dient als der Schwellenwert der Abtastspannung, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb für das Schaltelement 1 beginnt, wobei der Schwellenwert aber durch den Schalter 34 geschaltet werden kann. Das heißt, der Schwellenwert ist während einer bestimmten Zeitdauer (die der in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellten Verzögerungszeit entspricht) ab dem Anstieg des Eingangssignals V_IN die erste Referenzspannung V_REF1, während der Schwellenwert während der anderen Zeitdauern die zweite Referenzspannung V_REF2 ist.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die zweite Referenzspannung V_REF2 niedriger als die erste Referenzspannung V_REF1 eingestellt worden und ist die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 33 äquivalent der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden. Somit wird der Schwellenwert der Abtastspannung, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb für das Schaltelement 1 beginnt, in der Halbleitervorrichtung aus 2 nur während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Halbleiterelements 1 hoch eingestellt.
Folglich wird während der Spiegelzeitdauern des Schaltelements 1 verhindert, dass die Abtastspannung den Schwellenwert erreicht, bei dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt. Dementsprechend kann ein fehlerhafter Betrieb der Überstromschaltung 3 selbst dann verhindert werden, wenn sich das Stromteilungsverhältnis des Abtaststroms zu dem Hauptstrom in dem Schaltelement 1 während der Spiegelzeitdauer ändert und die Abtastspannung steigt.
Wenn der IGBT 11, der das Schaltelement 1 bildet, zum Zeitpunkt des Einschaltens z. B. ein in 1 gezeigtes Verhalten annimmt, wird die erste Referenzspannung V_REF1 auf 0,7 V eingestellt, wird die zweite Referenzspannung V_REF2 auf 0,5 V eingestellt und wird die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 33 auf wenigstens 2,4 μs eingestellt. In diesem Fall ist der Schwellenwert der Abtastspannung, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt, während der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 0,7 V, d. h. höher als im Fall der herkömmlichen Halbleitervorrichtung, sodass ein fehlerhafter Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert wird. Darüber hinaus kann der Schutzbetrieb mit dem der ersten Referenzspannung V_REF1 entsprechenden Schwellenwert während der Spiegelzeitdauer ebenfalls ausgeführt werden.
Wenn die Spiegelzeitdauer abgeschlossen ist und das Schaltelement 1 in den stationären Zustand gelangt, nimmt sein Schwellenwert ferner auf 0,5 V ab, was äquivalent dem Fall der herkömmlichen Halbleitervorrichtung ist, wodurch ein ähnlicher Schutzbetrieb wie herkömmlich ausgeführt werden kann.
In der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform wird die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 5 ausreichend kürzer als die Länge der Spiegelzeitdauer eingestellt und wird das Verfahren zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung 3 einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer nicht verwendet, wodurch das Auftreten einer Verzögerung in dem Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert wird. Ferner ist in der gebildeten Konfiguration nur die einzelne Referenzspannungsquelle 37 vorgesehen, deren Spannung geteilt wird, wodurch die Notwendigkeit mehrerer Referenzspannungsquellen beseitigt wird und die Schaltung vereinfacht werden kann.
3 zeigt ein Beispiel der Verhaltensweisen einer Gate-Emitter-Spannung V_GE, einer Kollektor-Emitter-Spannung V_CE, eines Kollektorstroms I_C und einer Abtastspannung V_S in dem IGBT zum Zeitpunkt der Brückenschaltung desselben IGBT (Nennstrom 300 A), wie er für die Messung aus 1 verwendet worden ist, und des gleichzeitigen Einschaltens des oberen Zweigs und des unteren Zweigs des IGBT, um (in dem oberen und in dem unteren Zweig) einen Kurzschluss zu erzeugen. Mit einer Zunahme des Kollektorstroms I_C nimmt die Abtastspannung Vs bis auf maximal 3,5 V zu.
3 ist ein Beispiel dafür, dass ein Mittel zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer (2,4 μs) verwendet wird, wobei auch dann, wenn in dem oberen und in dem unteren Zweig ein Kurzschluss auftritt, da der IGBT eingeschaltet wird und ein Überstrom fließt, eine Verzögerung von 2,4 μs auftritt, bis die Überstromschutzschaltung mit dem Schutzbetrieb beginnt.
Im Gegensatz dazu kann in der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform ein Überstromschutzbetrieb mittels der Abtastspannung weiter ausgeführt, obgleich der Schwellenwert der Abtastspannung, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb auszuführen beginnt, während der Spiegelzeitdauer hoch ist. Wenn in dem Beispiel aus 3 die Konfiguration der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform angenommen worden ist und die erste Referenzspannung V_REF1 auf 0,7 V eingestellt worden ist, erfolgt die Detektierung des Überstroms durch die Überstromschutzschaltung 3 800 ns nach Einschalten des IGBT (Beginn des Kurzschlusses in den Zweigen). Zu diesem Zeitpunkt wird der Schutzbetrieb begonnen und ist das Schaltelement 1 vor einer wesentlichen Zunahme des Kollektorstroms I_C geschützt. Das heißt, im Vergleich zu dem Mittel zum Maskieren der Abtastspannung kann die Zeitdauer, bis der Schutzbetrieb ausgeführt wird, um 1,6 μs verringert werden, sodass der über das Schaltelement 1 fließende Überstrom unterdrückt werden kann, das die Schutzeigenschaften des Schaltelements 1 erheblich verbessert.
Es wird angemerkt, dass das Schaltelement 1 nicht auf den IGBT beschränkt ist, sondern ein Schaltelement mit einer Spiegelzeitdauer wie etwa ein MOSFET sein kann. Ferner ist das Schaltelement 1 nicht auf ein unter Verwendung von Silicium (Si) Gebildetes beschränkt, sondern kann z. B. unter Verwendung eines Halbleiters mit breiter Bandlücke aus einem Material auf Siliciumnitridgrundlage (SiC), aus einem Material auf Galliumnitridgrundlage (GaN) oder aus Diamant gebildet sein. Die Verwendung des Schaltelements unter Verwendung des Halbleiters mit breiter Bandlücke kann eine hohe Spannungsfestigkeit, einen niedrigen Verlust und eine hohe Wärmebeständigkeit der Halbleitervorrichtung verwirklichen.
Zweite bevorzugte Ausführungsform
4 ist ein Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit der zweiten bevorzugten Ausführungsform. In 4 sind Elemente mit einer ähnlichen Funktion wie in 2 gezeigte mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist der negative Anschluss des Komparators 32 in der Überstromschutzschaltung 3 mit der Referenzspannungsquelle 37 verbunden, die die Referenzspannung V_REF ausgibt. Das heißt, der Schwellenwert, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt, ist auf die Referenzspannung V_REF festgesetzt. Ein Wert einer Referenzspannung V_REF ist auf einen Wert einer Abtastspannung gesetzt, die zu dem Zeitpunkt erscheint, zu dem der der SC-Auslösestärke entsprechende Hauptstrom über das Schaltelement 1 fließt (d. h. auf einen Wert, der äquivalent einem Schwellenwert ist, mit dem die Überstromschutzschaltung der herkömmlichen Halbleitervorrichtung den Schutzbetrieb beginnt).
Als der Abtastwiderstand, der mit dem Abtastanschluss des IGBT 11 zu verbinden ist, ist eine Reihenschaltung der Widerstände 41 und 42 verwendet. Eine Summe eines Widerstandswerts R_S1 des Widerstands 41 und eines Widerstandswerts R_S2 des Widerstands 42 ist äquivalent dem des Abtastwiderstands in der herkömmlichen Halbleitervorrichtung eingestellt worden. Ferner ist der Widerstand 42 zu einem Schalter 6 parallelgeschaltet und ist der Widerstand 42 so konfiguriert, dass die beiden Anschlüsse des Widerstands 42 kurzgeschlossen werden, wenn der Schalter 6 eingeschaltet wird.
Ein Betrieb des Schalters 6 wird durch die Verzögerungsschaltung 33 gesteuert. Die Verzögerungsschaltung 33 schaltet den Schalter 6 während der Zeitdauer vom Anstieg des Eingangssignals V_IN bis zum Verstreichen der vorgegebenen Verzögerungszeit danach ein, während sie den Schalter 6 während der anderen Zeitdauern ausschaltet. Die in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellte Verzögerungszeit ist äquivalent oder wenigstens gleich der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden. In der Verzögerungsschaltung 33 in der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Verzögerungszeit äquivalent der Spiegelzeitdauer eingestellt worden.
Wenn in der Halbleitervorrichtung aus 4 die in den positiven Anschluss des Komparators 32 einzugebende Abtastspannung niedriger als die Referenzspannung V_REF ist, sendet der Steuerteil 31 in der Überstromschutzschaltung 3 das Eingangssignal V_IN zu der Ansteuerschaltung 2 und arbeitet das Schaltelement 1 in Übereinstimmung mit dem Eingangssignal V_IN. Ferner führt der Steuerteil 31 in der Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb für das Schaltelement 1 aus, wenn die Abtastspaltung wenigstens gleich der Referenzspannung V_REF ist.
In der Halbleitervorrichtung aus 4 wird der Widerstandswert des Abtastwiderstands zum Erzeugen der in den positiven Anschluss des Komparators 32 einzugebenden Abtastspannung durch den Schalter 6 geschaltet. Das heißt, da der Schalter 6 während einer bestimmten Zeitdauer (die der in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellten Verzögerungszeit entspricht) nach dem Anstieg des Eingangssignals V_IN eingeschaltet wird, ist der Abtastwiderstand nur der Widerstand 41 und sein Widerstandswert R_s1. Andererseits ist der Schalter 6 während der anderen Zeitdauern eingeschaltet, sodass der Abtastwiderstand als eine Reihenschaltung der Widerstände 41 und 42 dient und sein Widerstandswert R_S1 + R_S2 ist.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 33 äquivalent der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden, sodass der Widerstandswert des Abtastwiderstands in der Halbleitervorrichtung aus 4 nur während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements 1 kleiner als im Fall der herkömmlichen Halbleitervorrichtung eingestellt wird. Die Konfiguration ist derart, dass der Widerstand 42 durch den Schalter 6 kurzgeschlossen ist, sodass der Widerstandswert des Abtastwiderstands selbst während eines Übergangsbetriebs, während der Schalter 6 ein- oder ausgeschaltet wird, nicht instabil wird, sodass die Überstromschutzschaltung 3 einen stabilen Schutzbetrieb ausführen kann.
Dementsprechend können die Zunahmen der Abtastspannung selbst dann unterdrückt werden, wenn das Stromteilungsverhältnis des Abtaststroms zu dem Hauptstrom in dem Schaltelement 1 während der Spiegelzeitdauer schwankt und die Abtastspannung zunimmt. Das heißt, es wird verhindert, dass die Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer den Schwellenwert erreicht, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt, sodass der fehlerhafte Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert werden kann.
Ferner wird der Widerstandswert des Abtastwiderstands äquivalent dem Fall der herkömmlichen Halbleitervorrichtung, wenn die Spiegelzeitdauer abgeschlossen ist und das Schaltelement 1 in den stationären Zustand gelangt, wodurch ein ähnlicher Schutzbetrieb wie herkömmlich ausgeführt werden kann.
Auch in der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 5 ausreichend kürzer als die Länge der Spiegelzeitdauer eingestellt worden, wobei das Verfahren zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung 3 einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer nicht verwendet wird, wodurch das Auftreten einer Verzögerung im Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert wird.
Obgleich der Schalter 6 zu dem Widerstand 42 in 4 parallelgeschaltet ist, kann außerdem eine ähnliche Wirkung erhalten werden, selbst wenn der Schalter 6 zu dem Widerstand 41 in Reihe geschaltet ist.
Dritte bevorzugte Ausführungsform
5 ist ein Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer dritten bevorzugten Ausführungsform.
Eine Konfiguration der Halbleitervorrichtung ist dadurch gebildet, dass anstelle des Schalters 6 in der Konfiguration aus 4 ein Kondensator 7 zu dem Widerstand 42 parallelgeschaltet ist und dass die Verzögerungsschaltung 33 daraus weggelassen ist.
Eine Zeitkonstante einer durch die Widerstände 41 und 42 und durch den Kondensator 7 gebildeten Schaltung ist äquivalent oder wenigstens gleich der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden. In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Zeitkonstante äquivalent der Länge der Spiegelzeitdauer eingestellt worden.
Ähnlich der zweiten bevorzugten Ausführungsform gelangt der Kondensator 7 in der Halbleitervorrichtung aus 5 nur während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements 1 in einen Kurzschlusszustand, sodass der Widerstandswert des Abtastwiderstands ein kleinerer Wert (R_s1) als im Fall der herkömmlichen Halbleitervorrichtung ist.
Dementsprechend kann die Zunahme der Abtastspannung selbst dann unterdrückt werden, wenn das Stromteilungsverhältnis des Abtaststroms zu dem Hauptstrom in dem Schaltelement 1 während der Spiegelzeitdauer schwankt und die Abtastspannung zunimmt. Das heißt, es wird verhindert, dass die Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer den Schwellenwert erreicht, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt, sodass der fehlerhafte Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert werden kann. Selbst während der Spiegelzeitdauer kann ein Schutzbetrieb ausgeführt werden, der dem Fall entspricht, dass der Widerstandswert des Abtastwiderstands R_s1 ist.
Ferner wird der Widerstandswert des Abtastwiderstands zu einem Wert (R_s1 + R_s2), der äquivalent dem im Fall der herkömmlichen Halbleitervorrichtung ist, wenn die Spiegelzeitdauer abgeschlossen ist und das Schaltelement 1 in den stationären Zustand gelangt, wodurch ein ähnlicher Schutzbetrieb wie herkömmlich ausgeführt werden kann.
Außerdem ist in der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 5 ausreichend kürzer als die Länge der Spiegelzeitdauer eingestellt und wird das Verfahren zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung 3 einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer nicht verwendet, wodurch das Auftreten einer Verzögerung im Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert wird.
Vierte bevorzugte Ausführungsform
In der zweiten und dritten bevorzugten Ausführungsform wird der Widerstandswert des Abtastwiderstands während der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 verringert, um die in die Überstromschutzschaltung 3 einzugebende Abtastspannung zu verringern, um den fehlerhaften Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 zu verhindern, wobei aber eine ähnliche Wirkung auch mit anderen Mitteln erhalten werden kann, die die Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer verringern.
6 ist ein Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer vierten bevorzugten Ausführungsform. Der Abtastwiderstand der Halbleitervorrichtung ist ein Abtastwiderstand 4 wie in der ersten bevorzugten Ausführungsform (2). Ferner ist eine Konfiguration der Überstromschutzschaltung 3 ähnlich der in der zweiten bevorzugten Ausführungsform (4). Darüber hinaus ist in der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform an einem Ende des Abtastwiderstands 4 eine Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 vorgesehen, die den Korrekturstrom I_A zum Vorspannen des Abtaststroms zuführt, wobei ein Betrag eines Korrekturstroms I_A durch die Verzögerungsschaltung 33 in der Überstromschutzschaltung 3 gesteuert wird.
Die Verzögerungsschaltung 33 verringert nur während der Zeitdauer ab dem Anstieg des Eingangssignals V_IN bis zum Verstreichen einer vorgegebenen Zeitverzögerung danach den durch die Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 dem Abtastwiderstand 4 zuzuführenden Korrekturstrom I_A. In der Verzögerungsschaltung 33 ist die Verzögerungszeit äquivalent oder wenigstens gleich der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden.
In der Verzögerungsschaltung 33 in der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Verzögerungszeit äquivalent der Spiegelzeitdauer eingestellt worden. Ferner ist der Widerstandswert R_S des Abtastwiderstands 4 derart eingestellt worden, dass die in den positiven Anschluss des Komparators 32 einzugebende Abtastspannung äquivalent der Referenzspannung V_REF ist, wenn in dem Zustand, in dem der Korrekturstrom I_A groß ist, über den IGBT 11 der Hauptstrom fließt, dessen Stärke der SC-Auslösestärke entspricht.
In der Halbleitervorrichtung aus 6 ändert sich der Betrag der in den positiven Anschluss des Komparators 32 einzugebenden Abtastspannung in Übereinstimmung mit dem Betrag des Korrekturstroms I_A. Das heißt, während der bestimmten Zeitdauer ab dem Anstieg des Eingangssignals V_IN (die der in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellten Verzögerungszeit entspricht), ist die Abtastspannung klein, da der Korrekturstrom I_A klein ist. Andererseits ist die Abtastspannung während der anderen Zeitdauern groß, da der Korrekturstrom I_A groß ist.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 33 äquivalent der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden, sodass die Abtastspannung in der Halbleitervorrichtung aus 6 nur während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements 1 unterdrückt wird.
Dementsprechend können die Zunahmen der Abtastspannung selbst dann unterdrückt werden, wenn das Stromteilungsverhältnis des Abtaststroms zu dem Hauptstrom in dem Schaltelement 1 während der Spiegelzeitdauer schwankt und die Abtastspannung zunimmt. Das heißt, während der Spiegelzeitdauer wird verhindert, dass die Abtastspannung den Schwellenwert erreicht, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt, sodass der fehlerhafte Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert werden kann.
Ferner wird die Abtastspannung groß, wenn die Spiegelzeitdauer abgeschlossen ist und das Schaltelement 1 in den stationären Zustand gelangt, wodurch ein ähnlicher Schutzbetrieb wie herkömmlich ausgeführt werden kann.
Außerdem ist die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 5 in der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform ebenfalls ausreichend kürzer als die Länge der Spiegelzeitdauer eingestellt worden und wird das Verfahren zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung 3 einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer nicht verwendet, wodurch das Auftreten einer Verzögerung im Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert wird.
Obgleich eine Flussrichtung des Korrekturstroms I_A in der obigen Beschreibung eine Richtung von der Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 zu dem Abtastwiderstand 4 (in Richtung eines Pfeils in 6) ist, wird angemerkt, dass sie eine umgekehrte Richtung sein kann. Wenn der Korrekturstrom I_A von dem Abtastwiderstand 4 zu der Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 fließt, kann der Korrekturstrom I_A nur während der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 vergrößert werden. Ferner kann ermöglicht werden, dass der Korrekturstrom I_A während der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 von dem Abtastwiderstand 4 zu der Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 fließt, während der Korrekturstrom I_A während anderer Zeitdauern von der Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 zu dem Abtastwiderstand 4 fließt.
Fünfte bevorzugte Ausführungsform
7 ist ein Stromlaufplan einer Halbleitervorrichtung in Übereinstimmung mit einer fünften bevorzugten Ausführungsform. Die Halbleitervorrichtung ist in Bezug auf die Konfiguration aus 6 derart konfiguriert, dass der von der Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 ausgegebene Korrekturstrom I_A einen festen Wert besitzt und dass der von der Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 dem Abtastwiderstand 4 zuzuführende Korrekturstrom I_A durch einen Schalter 9 umgeleitet werden kann.
Während der Zeitdauer vom Anstieg des Eingangssignals V_IN bis zum Verstreichen einer vorgegebenen Zeitverzögerung danach schaltet die Verzögerungsschaltung 33 den Schalter 9 ein, um den Korrekturstrom I_A zur Masse umzuleiten, um die Zufuhr des Korrekturstroms I_A zu dem Abtastwiderstand 4 anzuhalten. Die in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellte Verzögerungszeit ist äquivalent oder wenigstens gleich der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden.
Die der Spiegelzeitdauer äquivalente Verzögerungszeit ist in der derzeit bevorzugten Ausführungsform in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellt worden. Ferner ist der Widerstandswert R_S des Abtastwiderstands 4 derart eingestellt worden, dass die in den positiven Anschluss des Komparators 32 einzugebende Abtastspannung äquivalent der Referenzspannung V_REF ist, wenn über den IGBT 11 der der SC-Auslösestärke entsprechende Hauptstrom fließt, wobei der Korrekturstrom I_A in einem Zustand ist, in dem er dem Widerstand 4 zugeführt wird (wobei der Schalter 9 in einem ausgeschalteten Zustand ist).
In 7 verhindert ein zwischen den Schalter 9 und den Abtastwiderstand 4 sowie den Komparator 32 geschalteter Widerstand 10, dass der Abtaststrom über den Schalter 9 zur Masse umgeleitet wird, wenn der Schalter 9 eingeschaltet wird. Außerdem kann der Widerstand 10 so konfiguriert sein, dass der durch die Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung 8 ausgegebene Korrekturstrom I_A in Übereinstimmung mit einer Elementtemperatur zunimmt oder abnimmt.
In der Halbleitervorrichtung aus 7 ändert sich der Betrag der in den positiven Anschluss des Komparators 32 einzugebenden Abtastspannung in Übereinstimmung mit dem Ein- bzw. Ausschalten des Schalters 9. Das heißt, während der bestimmten Zeitdauer ab dem Anstieg des Eingangssignals V_IN (die der in der Verzögerungsschaltung 33 eingestellten Verzögerungszeit entspricht) ist die Abtastspannung klein, da der Schalter 9 eingeschaltet ist und der Korrekturstrom I_A somit nicht dem Abtastwiderstand 4 zugeführt wird. Andererseits ist die Abtastspannung während der anderen Zeitdauern groß, da der Korrekturstrom I_A dem Abtastwiderstand 4 zugeführt wird.
In der derzeit bevorzugten Ausführungsform ist die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 33 äquivalent der Länge der Spiegelzeitdauer des Schaltelements 1 eingestellt worden, sodass die Abtastspannung in der Halbleitervorrichtung aus 7 nur während der Spiegelzeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements 1 unterdrückt wird.
Dementsprechend können die Zunahmen der Abtastspannung selbst dann unterdrückt werden, wenn das Stromteilungsverhältnis des Abtaststroms zu dem Hauptstrom in dem Schaltelement 1 während der Spiegelzeitdauer schwankt und die Abtastspannung zunimmt. Das heißt, es wird verhindert, dass die Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer den Schwellenwert erreicht, mit dem die Überstromschutzschaltung 3 den Schutzbetrieb beginnt, sodass der fehlerhafte Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert werden kann.
Ferner wird die Abtastspannung groß, wenn die Spiegelzeitdauer abgeschlossen ist und das Schaltelement 1 in den stationären Zustand gelangt, wodurch ein ähnlicher Schutzbetrieb wie herkömmlich ermöglicht wird.
Außerdem wird in der Halbleitervorrichtung der derzeit bevorzugten Ausführungsform die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 5 ausreichend kürzer als die Länge der Spiegelzeitdauer eingestellt und das Verfahren zum Maskieren der in die Überstromschutzschaltung 3 einzugebenden Abtastspannung während der Spiegelzeitdauer nicht verwendet, wodurch das Auftreten einer Verzögerung im Betrieb der Überstromschutzschaltung 3 verhindert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2008-206348 [0005]

Claims

Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Schaltelement (1); ein passives Element (4), das eine Abtastspannung erzeugt, die durch Umsetzen eines von einem über das Schaltelement (1) fließenden Hauptstrom abgezweigten Abtaststroms in eine Spannung erhalten wird; eine Schutzschaltung (3), die zu der Zeit, zu der die Abtastspannung einen Schwellenwert übersteigt, einen Schutzbetrieb für das Schaltelement (1) ausführt; und eine Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs, um zu verhindern, dass die Abtastspannung während einer bestimmten Zeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements (1) den Schwellenwert erreicht, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs einen Betrag der Abtastspannung in Bezug auf den des Abtaststroms während der bestimmten Zeitdauer verringert.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs umfasst: eine Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung (8), die ermöglicht, dass ein bestimmter Korrekturstrom zum Vorspannen der Abtastspannung fließt, und eine Schaltung zum Anhalten einer Zufuhr des Korrekturstroms während der bestimmten Zeitdauer.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs umfasst: eine Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung (8), die ermöglicht, dass ein Korrekturstrom zum Vorspannen der Abtastspannung fließt, und die Korrekturstrom-Erzeugungsschaltung (8) den Korrekturstrom in der Weise ändert, dass ein Betrag der Abtastspannung während der bestimmten Zeitdauer verringert wird.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs einen Widerstandswert des passiven Elements (4) während der bestimmten Zeitdauer verringert.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Element (4) einen ersten und einen zweiten Widerstand (41, 42) enthält, die in Reihe geschaltet sind, und die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs eine Schaltung (6) zum Kurzschließen des ersten Widerstands (41) oder des zweiten Widerstands (42) während der bestimmten Zeitdauer umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Element (4) einen ersten und einen zweiten Widerstand (41, 42), die in Reihe geschaltet sind, und einen Kondensator (7), der zu dem ersten Widerstand (41) oder zu dem zweiten Widerstand (42) parallelgeschaltet ist, enthält, und eine Zeitkonstante des passiven Elements (4) einer Länge der bestimmten Zeitdauer entspricht.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastspannung über ein Tiefpassfilter (5) mit einer Zeitkonstante, die höchstens gleich der halben Spiegelzeitdauer des Schaltelements (1) ist, in die Schutzschaltung (3) eingegeben wird.
Halbleitervorrichtung, die umfasst: ein Schaltelement (1); ein passives Element (4), das eine Abtastspannung erzeugt, die durch Umsetzen eines Abtaststroms, der von einem über das Schaltelement (1) fließenden Hauptstrom abgezweigt wird, in eine Spannung erhalten wird; eine Schutzschaltung (3), die zu der Zeit, zu der die Abtastspannung einen Schwellenwert übersteigt, einen Schutzbetrieb für das Schaltelement (1) ausführt; eine Referenzspannungsquelle (37); eine Spannungsteilerschaltung (35, 36), die eine durch die Referenzspannungsquelle (37) erzeugte Spannung teilt; und eine Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs, um den Schwellenwert der Schutzschaltung (3) während einer bestimmten Zeitdauer unmittelbar nach Einschalten des Schaltelements (1) zu erhöhen und dadurch zu verhindern, dass die Abtastspannung den Schwellenwert erreicht, wobei die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schaltung zum Verhindern eines fehlerhaften Betriebs eine Spannung, die durch die Referenzspannungsquelle erzeugt wird, während der bestimmten Zeitdauer als den Schwellenwert wählt; und eine Spannung, die durch die Spannungsteilerschaltung (35, 36) erzeugt wird, während anderer Zeitdauern als der bestimmten Zeitdauer als den Schwellenwert wählt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastspannung über ein Tiefpassfilter (5) mit einer Zeitkonstante höchstens gleich der Hälfte einer Spiegelzeitdauer des Schaltelements (1) in die Schutzschaltung (3) eingegeben wird.