DE102019207881A1

DE102019207881A1 - Leistungshalbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102019207881A1
Application number: DE102019207881.8A
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Kawahara; Koichiro Noguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-11
Filing date: 2019-05-29
Publication date: 2019-12-12
Also published as: CN110581654A; JP2019216137A; US20190379370A1; CN110581654B; JP7117904B2; US10630279B2

Abstract

Ein externer Detektionsanschluss (CIN1) ist außerhalb einer Verpackung (90) extern kontaktierbar und nimmt ein Spannungssignal entgegen, welches proportional einer Stärke eines Stroms in einem zweiten Festpotentialanschluss (NU) ist. Eine erste Komparatorschaltung (200) bestimmt, ob eine Stärke des Stroms im zweiten Festpotentialanschluss (NU), welche durch das Spannungssignal vom externen Detektionsanschluss (CIN1) angezeigt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Eine zweite Komparatorschaltung (201) bestimmt, ob eine Stärke eines Stroms in einem Messanschluss (T4), welche unter Verwendung eines internen Detektionsanschlusses (CIN2) ermittelt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Einem Treibersignalgenerator (40) ist es untersagt, ein EIN-Signal als ein Treibersignal zu erzeugen, wenn wenigstens die erste Komparatorschaltung (200) oder die zweite Komparatorschaltung (201) bestimmt, dass die Stromstärke außerhalb des zulässigen Bereichs liegt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leistungshalbleitervorrichtung, insbesondere eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einem Halbleiterschaltelement und einer Treiberschaltung, welche das Halbleiterschaltelement ansteuert.
Stand der Technik
Zur Energieversorgung einer Last wie einem Motor wurde eine Inverterschaltung, welche ein Halbleiterschaltelement wie einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) verwendet, eingesetzt. Ein intelligentes Leistungsmodul (IPM) mit einer Inverterschaltung ist ein Leistungsmodul, in welchem eine Treiberschaltung und eine Schutzschaltung zusammen mit der Inverterschaltung eines allgemeinen Typs in einer Verpackung untergebracht sind. Die Treiberschaltung ist typischerweise aus einer integrierten Niederspannungsschaltung (LVIC) und einer integrierten Hochspannungsschaltung (HVIC) aufgebaut. Ein typischer Schutzbetrieb (insbesondere der Betrieb der Schutzschaltung) ist das Unterbinden einer Erzeugung eines Signals, welches das Halbleiterschaltelement in einen EIN-Zustand versetzt, wenn ein Überstrom aufgrund von Schwankungen im lastseitigen Betrieb auftritt.
Gemäß der Japanischen Patenanmeldungsoffenlegungsnr. 2017-5125 werden zum Beispiel ein erster Halbleiter-Chip und ein zweiter Halbleiter-Chip in einer Verpackung angeordnet. Der erste Halbleiter-Chip umfasst einen Leistungstransistor, welcher eine externe Last ansteuert, eine Treiberschaltung, welche den Leistungstransistor ansteuert, und eine Strommessschaltung, welche einen in den Leistungstransistor fließenden Strom überwacht, und eine Schutzschaltung, welche einen Ausfall des Leistungstransistors verhindert.
Die in der vorstehenden Veröffentlichung beschriebene Methode ist dazu bestimmt, einen Ausfall eines IPM (intelligentes Leistungsmodul) mit dem Leistungstransistor (Halbleiterschaltelement) zu verhindern. Diese Methode berücksichtigt jedoch nicht die Vermeidung eines Ausfalls einer Last, welcher durch einen Überstrom verursacht wird. Wenn das Auftreten eines Überstroms auf eine extrem kurze Zeitdauer begrenzt ist (typischerweise einige Mikrosekunden), ist es unwahrscheinlich, dass ein Ausfall der Last (typischerweise ein Motor) auftritt, so dass das Verhindern eines Ausfalls der Leistungshalbleitervorrichtung in vielen Fällen ausreichend ist. Falls das Auftreten eines Überstroms für eine längere Zeitdauer anhält (typischerweise einige Millisekunden), sollte ein zusätzliches Berücksichtigen des Ausfalls der Last erfolgen. Ein solches Berücksichtigen ist insbesondere erforderlich, wenn ein Stromwert, der von der Last getragen werden kann, niedriger ist, als ein Stromwert, der von der Leistungshalbleitervorrichtung getragen werden kann. Der Grund dafür ist, dass falls ein Stromwert an der Last einen zulässigen Wert überschreitet, aber dieser Wert kleiner ist, als ein als zulässig angenommener Wert für die Leistungshalbleitervorrichtung, der Schutzbetrieb nicht gestartet wird. Daher weist die vorstehende herkömmliche Methode das Risiko eines Ausfalls der Last auf.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde umgesetzt, um das vorstehende Problem zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leistungshalbleitervorrichtung bereitzustellen, welche eingerichtet ist, sowohl eine Leistungshalbleitervorrichtung und eine Last, welche mit der Leistungshalbleitervorrichtung verbunden ist, in geeigneter Weise vor einem Überstrom zu schützen.
Eine Leistungshalbleitervorrichtung der vorliegenden Erfindung umfasst eine Verpackung, einen ersten Festpotentialanschluss, einen Spannungsausgabeanschluss, ein erstes Halbleiterschaltelement, eine erste Treiberschaltung, einen zweiten Festpotentialanschluss, ein zweites Halbleiterschaltelement, einen externen Steueranschluss, einen externen Detektionsanschluss, und eine zweite Treiberschaltung. Der Festpotentialanschluss ist mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar. Der Spannungsausgabeanschluss ist mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar. Das erste Halbleiterschaltelement ist in der Verpackung untergebracht und ist zwischen dem ersten Festpotentialanschluss und dem Spannungsausgabeanschluss verbunden. Die erste Treiberschaltung ist in der Verpackung untergebracht und steuert das Halbleiterschaltelement an. Der zweite Festpotentialanschluss ist mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung kontaktierbar. Das zweite Halbleiterschaltelement ist in der Verpackung untergebracht und umfasst einen ersten Elementanschluss, welcher mit dem Spannungsausgabeanschluss verbunden ist, einen zweiten Elementanschluss, welcher mit dem zweiten Festpotentialanschluss verbunden ist, einen Elementsteueranschluss, welcher ein Treibersignal zum Steuern eines Strompfads zwischen dem ersten Elementanschluss und dem zweiten Elementanschluss für entweder einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand entgegennimmt, und einen Messanschluss, in welchen ein Strom fließt, der proportional einem Strom ist, welcher durch den Strompfad fließt und der niedriger ist, als der Strom der durch den Strompfad fließt. Der externe Steueranschluss ist mit der Verpackung verbunden und ist außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar. Der externe Detektionsanschluss ist für eine Entgegennahme eines Spannungssignals vorgesehen, welches proportional einer Stärke eines Stroms im zweiten Festpotentialanschluss ist. Die zweite Treiberschaltung ist in der Verpackung untergebracht. Die zweite Treiberschaltung umfasst eine erste Komparatorschaltung, einen internen Detektionsanschluss, eine zweite Komparatorschaltung, und einen Treibersignalgenerator. Die erste Komparatorschaltung bestimmt, ob eine Stärke des Stroms im zweiten Festpotentialanschluss, welche durch das Spannungssignal vom externen Detektionsanschluss angezeigt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Der interne Detektionsanschluss ist elektrisch mit dem Messanschluss des zweiten Halbleiterschaltelements in der Verpackung verbunden, um die Stärke eines Stroms im Messanschluss zu ermitteln. Die zweite Komparatorschaltung bestimmt, ob eine Stärke des Stroms im Messanschluss, welche unter Verwendung des internen Detektionsanschlusses ermittelt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Der Treibersignalgenerator erzeugt als das Treibersignal im Ansprechen auf ein Signal vom externen Steueranschluss selektiv entweder ein EIN-Signal zum Versetzen des zweiten Halbleiterschaltelementes in einen EIN-Zustand oder ein AUS-Signal zum Versetzen des zweiten Halbleiterschaltelementes in einen AUS-Zustand. Es ist dem Treibersignalgenerator untersagt, das EIN-Signal als das Treibersignal zu erzeugen, wenn wenigstens die erste Komparatorschaltung oder die zweite Komparatorschaltung feststellt, dass die Stromstärke außerhalb des zulässigen Bereichs liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Leistungshalbleitervorrichtung zunächst den externen Detektionsanschluss zum Entgegennehmen des Spannungssignals, welches proportional einer Stärke des Stroms im zweiten Festpotentialanschluss ist. Indem der externe Detektionsanschluss verwendet wird, wird eine Übertragung eines Signals in das Innere der Leistungshalbleitervorrichtung ermöglicht, welches mit einer Stärke des Stroms im zweiten Festpotentialanschluss korrespondiert, konkret, eine Stärke eines an eine Last anzulegenden Stroms. Somit kann der Schutzbetrieb im Ansprechen auf das Auftreten eines Überstroms in der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf dem Signal ausgeführt werden, welches am externen Detektionsanschluss anliegt und durch das Verwenden der ersten Komparatorschaltung unter Bereitstellung einer Stromschwelle, welche zum Schutz der Last vor Überstrom geeignet ist, kann die Last dadurch geschützt werden. Das Spannungssignal, welches für diesen Schutzbetrieb vom externen Detektionsanschluss entgegengenommen wird, kann erzeugt werden, indem das externe Widerstandselement zur Stromerfassung an den zweiten Festpotentialanschluss angeschlossen wird. Durch Anpassen des Widerstandswertes des externen Widerstandselements wird es möglich, die Stromschwelle, welche einen Grad einer Stärke eines Überstroms kennzeichnet, bei dem der Schutzbetrieb gestartet werden soll, anzupassen. Das externe Widerstandselement kann außerhalb der Verpackung angeordnet sein, so dass diese Anordnung auf einfache Weise erfolgen kann. Genauer gesagt kann ein Grad einer Stärke eines Überstroms, bei dem der Schutzbetrieb zum Schutz der Last gestartet werden soll, auf einfache Weise in Übereinstimmung mit den Charakteristiken der Last angepasst werden.
Zweitens ist der interne Detektionsanschluss der zweiten Treiberschaltung elektrisch mit dem Messanschluss des zweiten Halbleiterschaltelementes in der Verpackung verbunden. Dies ermöglicht es, die Länge einer Verbindungsleitung zwischen dem Messanschluss und der zweiten Treiberschaltung zu reduzieren. Somit kann eine parasitäre Komponente in einem Verbindungspfad zwischen dem Messanschluss und der zweiten Treiberschaltung reduziert werden, um es einem elektrischen Signal zu ermöglichen, mit einer hohen Geschwindigkeit vom Messanschluss zur zweiten Treiberschaltung übertragen zu werden. Selbst wenn die Leistungshalbleitervorrichtung anfällig für einen Überstrom ist, der für eine extrem kurze Zeitdauer anhält, kann die Leistungshalbleitervorrichtung infolgedessen dennoch unverzüglich geschützt werden.
Im obigen Sinne kann der Schutzbetrieb zum Schutz der Last auf einfache Weise in Übereinstimmung mit den Charakteristiken der Last angepasst werden. Zusätzlich kann der Schutzbetrieb zum Schutz der Leistungshalbleitervorrichtung zur Stromversorgung der Last mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden. Infolgedessen können sowohl die Leistungshalbleitervorrichtung, als auch die mit der Leistungshalbleitervorrichtung verbundene Last in geeigneter Weise vor einem Überstrom geschützt werden.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Figuren deutlicher.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch ein Beispiel eines Aufbaus einer Last und einer Energieversorgungsvorrichtung zeigt;
2 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau eines zweiten Halbleiterschaltelementes in 2 zeigt;
4 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau eines ersten Komparators einer ersten Komparatorschaltung in 2 zeigt;
5 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau eines zweiten Komparators einer zweiten Komparatorschaltung in 2 zeigt;
6 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer zweiten Komparatorschaltung in 6 zeigt;
8 ist ein Zeitdiagramm, welches den durch die Leistungshalbleitervorrichtung in 6 durchgeführten Korrekturbetrieb erklärt;
9 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer zweiten Komparatorschaltung in 9 zeigt;
11 ist ein Zeitdiagramm, welches den durch die Leistungshalbleitervorrichtung in 9 durchgeführten Korrekturbetrieb erklärt;
12 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
13 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer zweiten Komparatorschaltung in 12 zeigt;
14 ist ein Zeitdiagramm, welches den durch die Leistungshalbleitervorrichtung in 12 durchgeführten Korrekturbetrieb erklärt;
15 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
16 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau eines zweiten Halbleiterschaltelementes in 15 zeigt;
17 ist eine Draufsicht, welche den Aufbau einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer sechsten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
18 ist eine Draufsicht, welche schematisch den inneren Aufbau einer Verpackung in 17 zeigt; und
19 ist eine Draufsicht, welche schematisch eine Modifikation von 18 zeigt.

Ausführungsform zur Durchführung der Erfindung
Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend auf Basis der Figuren beschrieben. In den Figuren, auf welche sich die nachfolgende Beschreibung bezieht, werden korrespondierende oder vergleichbare Teile mittels derselben Bezugszeichen versehen und werden nicht wiederholt beschrieben.
<Vorbereitende Erklärung>
1 ist ein Blockdiagramm, welches schematisch ein Beispiel des Aufbaus einer Last 700 und einer Energieversorgungsvorrichtung 500 zeigt. Die Last 700 ist eine Einheit, welche mittels einer Dreiphasen-AC-Leistung betrieben wird, die durch die Energieversorgungsvorrichtung 500 bereitgestellt wird. Die Energieversorgungsvorrichtung 500 umfasst eine Invertervorrichtung 300U, eine Invertervorrichtung 300V, und eine Invertervorrichtung 300W zum jeweiligen erzeugen einer ersten Phase, einer zweiten Phase, und einer dritten Phase eines Dreiphasenwechselstroms. Die Invertervorrichtungen 300U bis 300W verfügen jeweils über einen Ausgangsanschluss U, einen Ausgangsanschluss V, und einen Ausgangsanschluss W als Spannungsausgabeanschlüsse, welche mit den ersten bis dritten Phasen des Dreiphasenwechselstroms korrespondieren. Im Übrigen ist die durch die Last genutzte AC-Leistung nicht auf eine Dreiphasenleistung beschränkt. Die Anzahl von Invertervorrichtungen einer Energieversorgungsvorrichtung kann in geeigneter Weise unter Berücksichtigung der Anzahl von Phasen festgelegt werden.
Während das in 1 veranschaulichte System in Betrieb ist, kann ein Überstrom auftreten, welcher durch Schwankungen im Betrieb der Last 700 hervorgerufen werden kann. Zum Schutz des Systems ist ein Schutz der Invertervorrichtungen 300U bis 300W und ein Schutz der Last 700 erforderlich. Um die Invertervorrichtungen 300U bis 300W vor dem Überstrom zu schützen, wird ein Schutzbetrieb bei einer hohen Geschwindigkeit benötigt, welche typischerweise innerhalb einer Dauer von Mikrosekunden liegt. Um die Last 700 (typischerweise ein Motor) unterdessen vor dem Überstrom zu schützen, ist ein Schutzbetrieb bei einer relativ geringen Geschwindigkeit ausreichend, welche allgemein im Bereich einer Dauer von einigen Millisekunden liegt. Auf diese Weise ist eine für den Betrieb zum Schutz der Invertervorrichtungen 300U bis 300W erforderliche Geschwindigkeit höher, als eine erforderliche Geschwindigkeit für einen Betrieb zum Schutz der Last 700.
Es besteht allgemein ein Unterschied zwischen dem Stromwert eines Überstroms, welcher einen schwerwiegend negativen Einfluss auf die Invertervorrichtungen 300U bis 300W ausübt, und dem Stromwert eines Überstroms, welcher einen schwerwiegend negativen Einfluss auf die Last 700 ausübt. Wenn der vorangegangene Stromwert größer ist, als der letzte Stromwert, und wenn der Betrieb zum Schutz der Invertervorrichtungen 300U bis 300W nur durch Betrachtung der Invertervorrichtungen selbst optimiert ist, kann daher ein Fehler bei der Last 700 durch das Erzeugen eines Stroms verursacht werden, welcher etwas geringer ist, als die Schwelle zum Starten des Schutzbetriebs für eine Zeitdauer von ungefähr einigen Millisekunden. Somit ist es wünschenswert, dass der Betrieb zum Schutz der Invertervorrichtungen 300U bis 300W zusätzlich unter Berücksichtigung eines Schutzes der Last 700 festgelegt wird.
Jedoch ist die Überstromtoleranz der mit den Invertervorrichtungen 300U bis 300W zu verbindenden Last 700 zum Zeitpunkt der Herstellung der Invertervorrichtungen 300U bis 300W in vielen Fällen unbekannt. Selbst wenn diese Toleranz bekannt ist, führt eine Veränderung einer Randbedingung zur Herstellung der Invertervorrichtungen 300U bis 300W in Übereinstimmung mit den Toleranzergebnissen zu komplizierten Herstellungsschritten. Jede der unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen ist in der Lage, sowohl eine Invertervorrichtung, als auch eine Last in geeigneter Weise vor einem Überstrom zu schützen, während dieses Problem vermieden wird.
Alle Invertervorrichtungen 300U, 300V, und 300W können über denselben Aufbau verfügen. Daher wird in jeder der nachfolgenden bevorzugten Ausführungsformen nur eine Invertervorrichtung mit dem Ausgangsanschluss U beschrieben.
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
2 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Invertervorrichtung 401 (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. 3 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau eines Elements 120 eines unteren Arms (zweites Halbleiterschaltelement) in 2 zeigt. 4 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Komparatoreinheit 31 einer ersten Komparatorschaltung 200 in 2 zeigt. 5 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Komparatoreinheit 32 einer zweiten Komparatorschaltung 201 in 2 zeigt.
Die Invertervorrichtung 401 umfasst ein IPM 301 (Leistungshalbleitervorrichtung) und ein externes Widerstandselement 51. Das IPM 301 umfasst eine Verpackung 90, einen positiven Anschluss P (Festpotentialanschluss), den Ausgangsanschluss U (Spannungsausgabeanschluss), ein Element 110 eines oberen Arms (erstes Halbleiterschaltelement), eine HVIC 150 (erste Treiberschaltung), einen negativen Anschluss NU (zweiter Festpotentialanschluss), ein Element 120 eines unteren Arms, einen externen Steueranschluss LIN, einen externen Detektionsanschluss CIN1, und eine LVIC 151 (zweite Treiberschaltung).
In der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst das IPM 301 zusätzlich ein internes Widerstandselement 52, welches in der Verpackung 90 untergebracht ist. Das interne Widerstandselement 52 ist außerhalb eines Halbleiter-Chips angeordnet, welcher die LVIC 151 umfasst.
Der Ausgangsanschluss U ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar. Der Ausgangsanschluss U stellt der Last 700 (1) eine Leistung bereit. Der positive Anschluss P ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 kontaktierbar. Eine positive Spannung wird dem IPM 301 vom positiven Anschluss P bereitgestellt. Der negative Anschluss NU ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar. Wie später im Detail beschrieben wird, ist der negative Anschluss NU durch das externe Widerstandselement 51 mit einem Massepotential (Festpotential) verbunden. Mit anderen Worten liegt der negative Anschluss NU durch das externe Widerstandselement 51 auf Masse.
Der externe Steueranschluss LIN ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar. Ein externer Steueranschluss HIN ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 kontaktierbar. Der externe Steueranschluss LIN und der externe Steueranschluss HIN nehmen jeweils ein Steuersignal für die LVIC 151 und ein Steuersignal für die HVIC 150 entgegen. Ein externer Anschluss VSC ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar. Der externe Anschluss VSC stellt dem internen Widerstandselement 52 ein Massepotential zu Verfügung. Ein externer Anschluss VNC ist mit der Verpackung 90 verbunden und ist außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar. Der externe Anschluss VNC stellt der LVIC 151, etc. ein Massepotential zur Verfügung.
Der externe Detektionsanschluss CIN1 kann mit der Verpackung 90 verbunden sein. Der externe Detektionsanschluss CIN1 kann außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar sein. Der externe Detektionsanschluss CIN1 nimmt ein Spannungssignal proportional einer Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU entgegen. Um den externen Detektionsanschluss CIN1 in die Lage zu versetzen, ein solches Spannungssignal entgegenzunehmen, ist das externe Widerstandselement 51 in der ersten bevorzugten Ausführungsform extern mit dem IPM 301 verbunden. Das externe Widerstandselement 51 ist außerhalb der Verpackung 90 angeordnet. Ein Ende des externen Widerstandselementes 51 ist jeweils elektrisch mit dem negativen Anschluss NU und dem externen Detektionsanschluss CIN1 verbunden, und ein gegenüberliegendes Ende verfügt über ein Massepotential. Auf diese Weise werden der negative Anschluss NU und der externe Detektionsanschluss CIN1 kurzgeschlossen. Eine Verbindungsleitung zum Kurzschließen des negativen Anschlusses NU und des externen Detektionsanschlusses CIN1 ist im IPM 301 nicht erforderlich. Unterdessen kann eine solche Verbindungsleitung bereitgestellt werden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass der externe Detektionsanschluss CIN1 außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar ist.
Das Element 110 des oberen Arms ist in der Verpackung 90 untergebracht und zwischen dem positiven Anschluss P und dem Ausgangsanschluss U verbunden. Das Element 110 des oberen Arms umfasst einen IGBT 111 und eine Freilaufdiode 112. Die Freilaufdiode 112 ist antiparallel zum IGBT 111 angeschlossen. Die Freilaufdiode 112 und der IGBT 111 können in einen Halbleiter-Chip integriert sein.
Die HVIC 150 ist in der Verpackung 90 untergebracht. Die HVIC 150 stellt dem Element 110 des oberen Arms im Ansprechen auf ein Signal vom externen Steueranschluss HIN des IPM 301 von einem Ausgangsanschluss HO der HVIC 150 ein Treibersignal (Gate-Signal) zur Verfügung. Mit anderen Worten erzeugt die HVIC 150 als ein Treibersignal selektiv entweder ein EIN-Signal zum Versetzten des Elements 110 des oberen Arms in einen EIN-Zustand oder ein AUS-Signal zum Versetzen des Elements 110 des oberen Arms in einen AUS-Zustand.
Das Element 120 des unteren Arms ist in der Verpackung 90 untergebracht. Das Element 120 des unteren Arms umfasst einen ersten Elementanschluss T1, einen zweiten Elementanschluss T2, einen Elementsteueranschluss T3, und einen Messanschluss T4. Der erste Elementanschluss T1 ist mit dem Ausgangsanschluss U verbunden. Der zweite Elementanschluss T2 ist mit dem negativen Anschluss NU verbunden. Der Elementsteueranschluss T3 nimmt ein Treibersignal entweder zum Steuern eines EIN-Zustandes oder eines AUS-Zustandes eines Strompfads zwischen dem ersten Elementsteueranschluss T1 und dem zweiten Elementanschluss T2 entgegen. Ein Strom im Messanschluss T4 ist proportional einem Strom, welcher durch den Strompfad zwischen dem ersten Elementsteueranschluss T1 und dem zweiten Elementsteueranschluss T2 fließt und ist niedriger, als der durch diesen Pfad fließende Strom.
Genauer gesagt kann das Element 120 des unteren Arms aus einem IGBT 121, einer Freilaufdiode 122, und einem IGBT 123 aufgebaut sein. Der IGBT 121 und der IGBT 123 sind bevorzugt in einen Chip integriert. Diese Integration kann zusätzlich die Freilaufdiode 122 umfassen. Die Freilaufdiode 122 ist antiparallel zum IGBT 121 angeschlossen. Der Kollektor des IGBT 121 und der Kollektor des IGBT 123 sind mit dem ersten Elementanschluss T1 verbunden. Der Emitter des IGBT 121 ist mit dem zweiten Elementanschluss T2 verbunden. Das Gate des IGBT 121 und das Gate des IGBT 123 sind mit dem Elementsteueranschluss T3 verbunden. Der Emitter des IGBT 123 ist mit dem Messanschluss T4 verbunden. Der IGBT 123 weist eine geringere Größe auf, als der IGBT 121. Ein Größenverhältnis zwischen dem IGBT 121 und dem IGBT 123 wird als Shunt-Verhältnis bezeichnet. Das Shunt-Verhältnis ist ein bekannter Wert, so dass eine Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 in eine Stärke eines Stroms im zweiten Elementanschluss T2 konvertiert werden kann. Die Stärke des Stroms im zweiten Elementanschluss T2 ist ähnlich einer Stärke eines Stroms im negativen Anschlusses NU. Aus diesem Grund kann die Stärke des Stroms im Messanschluss T4 in eine Stärke des Stroms im negativen Anschluss NU konvertiert werden.
Die LVIC 151 ist in der Verpackung 90 untergebracht. Die LVIC 151 umfasst einen Treibersignalgenerator 40, die erste Komparatorschaltung 200, einen internen Detektionsanschluss CIN2, und die zweite Komparatorschaltung 201.
Der Treibersignalgenerator 40 stellt im Ansprechen auf ein Signal vom externen Steueranschluss LIN des IPM 301 dem Elementsteueranschluss T3 des Elements 120 des unteren Arms einen Treiberstrom (Gate-Signal) von einem Ausgangsanschluss LO der LVIC 151 zur Verfügung. Mit anderen Worten erzeugt der Treibersignalgenerator 40 als Treibersignal selektiv entweder ein EIN-Signal zum Versetzen des Elements 120 des unteren Arms in einen EIN-Zustand oder ein AUS-Signal zum Versetzen des Elements 120 des unteren Arms in einen AUS-Zustand.
Die erste Komparatorschaltung 200 bestimmt, ob sich eine Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU, welche durch ein Spannungssignal vom externen Detektionsanschlusses CIN1 angezeigt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs befindet. Der zulässige Bereich wird aus Sicht eines Schutzes der Last 700 (1) vor einem Überstrom festgelegt. Die Stärke eines der Last 700 durch den Ausgangsanschluss U bereitgestellten Stroms korrespondiert im Wesentlichen mit der Stärke des Stroms im negativen Anschluss NU. Somit ermöglicht des Festlegen des zulässigen Bereichs des Stroms im negativen Anschluss NU, die Last 700 (1) vor einem Überstrom zu schützen. Der zulässige Bereich kann auf einfache Weise angepasst werden, indem der Widerstandswert des externen Widerstandselements 51 angepasst wird.
Genauer gesagt ist die erste Komparatorschaltung 200 aus der Komparatoreinheit 31 aufgebaut. Wie in 4 gezeigt, umfasst die Komparatoreinheit 31 einen Komparator 30 und eine Spannungsquelle, welche eine Referenzspannung Vref1 erzeugt. Der Komparator 30 gibt ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen einer am externen Detektionsanschluss CIN1 anliegenden Spannung und der Referenzspannung Vref1 aus. Auf diese Weise wird der vorstehende zulässige Bereich basierend auf der im Voraus bestimmten Referenzspannung Vref1 festgelegt.
Der interne Detektionsanschluss CIN2 ist elektrisch mit dem Messanschluss T4 in der Verpackung 90 verbunden, um eine Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 zu bestimmen. Die zweite Komparatorschaltung 201 bestimmt, ob eine Stärke des Stroms im Messanschluss T4, welche durch Verwendung des internen Detektionsanschlusses CIN2 bestimmt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Der zulässige Bereich wird aus Sicht eines Schutzes des IPM 301 vor einem Überstrom festgelegt. Wie oben beschrieben kann eine Stärke des Stroms im Messanschluss T4 in eine Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU konvertiert werden. Somit ist das Festlegen des zulässigen Bereichs des Stroms im Messanschluss T4 im Wesentlichen identisch zu einem Festlegen des zulässigen Bereichs des Stroms im negativen Anschluss NU. Infolgedessen wird es möglich, das IPM 301 vor einem Überstrom zu schützen.
Genauer gesagt ist die zweite Komparatorschaltung 201 in der ersten bevorzugten Ausführungsform mittels der Komparatoreinheit 32 aufgebaut. Wie in 5 gezeigt, umfasst die Komparatoreinheit 32 den Komparator 30 und eine Spannungsquelle, welche eine Referenzspannung Vref2 erzeugt. Der Komparator 30 gibt ein Ergebnis eines Vergleichs zwischen einer vom internen Detektionsanschluss CIN2 anliegenden Spannung und der Referenzspannung Vref2 aus. Auf diese Weise wird der vorstehende zulässige Bereich basierend auf der im Voraus bestimmten Referenzspannung Vref2 festgelegt. Durch Berücksichtigen des Shunt-Verhältnisses beim Festlegen der Referenzspannung Vref2, wird das Konvertieren der Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 zu einer Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU berücksichtigt.
Es ist dem Treibersignalgenerator 40 untersagt, das EIN-Signal als Treibersignal zu erzeugen, wenn wenigstens die erste Komparatorschaltung 200 oder die zweite Komparatorschaltung 201 feststellt, dass die Stromstärke außerhalb des zulässigen Bereichs liegt. Mit anderen Worten führt der Treibersignalgenerator 40 einen normalen Betrieb aus, wenn sowohl die erste Komparatorschaltung 200, als auch die zweite Komparatorschaltung 201 feststellen, dass die Stromstärken innerhalb ihrer zulässigen Bereiche liegen, und führt den Schutzbetrieb aus, wenn wenigstens die erste Komparatorschaltung 200 oder die zweite Komparatorschaltung 201 feststellt, dass die Stromstärke außerhalb des zulässigen Bereichs liegt.
Die erste Komparatorschaltung 200 bestimmt, ob eine Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU, welche durch ein Spannungssignal vom externen Detektionsanschluss CIN1 angezeigt wird, innerhalb des zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, basierend auf einer ersten Schwelle als Referenz. Die zweite Komparatorschaltung 201 bestimmt, ob die Stärke des Stroms im negativen Anschluss NU, welche durch eine Konvertierung einer Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 erhalten wird, die durch Verwendung des internen Detektionsanschlusses CIN2 erfasst wird, innerhalb des zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, basierend auf einer zweiten Schwelle für einen Strom als Referenz. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, ist sowohl die erste Schwelle, als auch die zweite Schwelle eine Stromschwelle für den negativen Anschluss NU. Die erste Schwelle kann kleiner sein als die zweite Schwelle.
Um eine Erfassung einer Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 unter Verwendung des internen Detektionsanschlusses CIN2 zu ermöglichen, wird in der ersten bevorzugten Ausführungsform ein Spannungssignal, welches mit der Stärke des Stroms im Messanschluss T4 korrespondiert, an den internen Detektionsanschluss CIN2 angelegt. Das interne Widerstandselement 52 wird für ein Anlegen eines solchen Spannungssignals verwendet. Genauer gesagt ist ein Ende des internen Widerstandselementes 52 elektrisch mit dem Messanschluss T4 des Elements 120 des unteren Arms und dem internen Detektionsanschluss CIN2 der LVIC 151 in der Verpackung 90 verbunden. Das interne Widerstandselement 52 ist mit einem gegenüberliegenden Ende mit dem externen Anschluss VSC verbunden. Der externe Anschluss VSC ist mit einem Massepotential verbunden. Auf diese Weise wird an dem einen Ende des internen Widerstandselementes 52 eine Spannung proportional zum Stromwert am Messanschluss T4 erzeugt.
(Auswirkung)
Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform erlaubt das Verwenden des externen Detektionsanschlusses CIN1 zunächst die Übertragung eines Signals, welches mit der Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU korrespondiert, konkret eine Stärke eines Stroms, welcher an der Last anliegt, in das Innere des IPM 301. Somit kann der Schutzbetrieb im Ansprechen auf das Auftreten eines Überstroms im IPM 301 basierend auf dem Signal ausgeführt werden, welches am externen Detektionsanschluss CIN1 anliegt und durch das Verwenden der ersten Komparatorschaltung 200 unter Bereitstellung der Stromschwelle, welche zum Schutz der Last vor einem Überstrom geeignet ist, kann die Last dadurch geschützt werden. Das durch den externen Detektionsanschluss CIN1 für diesen Schutzbetrieb entgegengenommene Spannungssignal kann erzeugt werden, indem das externe Widerstandselement 51 zur Stromerfassung an den negativen Anschluss NU angeschlossen wird. Durch Anpassen des Widerstandswertes des externen Widerstandselementes 51 wird es möglich, die Stromschwelle, welche einen Grad einer Stärke eines Überstroms kennzeichnet, bei dem der Schutzbetrieb gestartet werden soll, anzupassen. Das externe Widerstandselement 51 kann außerhalb der Verpackung 90 angeordnet sein, so dass diese Anordnung auf einfache Weise erfolgen kann. Genauer gesagt kann ein Grad einer Stärke eines Überstroms, bei dem der Schutzbetrieb zum Schutz der Last gestartet werden soll, auf einfache Weise in Übereinstimmung mit den Charakteristiken der Last angepasst werden.
Zweitens ist der interne Detektionsanschluss CIN2 der LVIC 151 elektrisch mit dem Messanschluss T4 des Elementes 120 des unteren Arms in der Verpackung 90 verbunden. Dies ermöglicht es, eine Länge einer Verbindungsleitung zwischen dem Messanschluss T4 und der LVIC 151 zu reduzieren. Somit kann eine parasitäre Komponente in einem Verbindungspfad zwischen dem Messanschluss T4 und der LVIC 151 reduziert werden, um es einem elektrischen Signal zu ermöglichen, mit einer hohen Geschwindigkeit vom Messanschluss T4 zur LVIC 151 übertragen zu werden. Selbst wenn das IPM 301 anfällig für einen Überstrom ist, der für eine extrem kurze Zeitdauer anhält, kann das IPM 301 infolgedessen immer noch unverzüglich geschützt werden.
Im obigen Sinne kann der Schutzbetrieb zum Schutz der Last auf einfache Weise in Übereinstimmung mit den Charakteristiken der Last angepasst werden. Darüber hinaus kann der Schutzbetrieb zum Schutz des IPM 301 zur Stromversorgung der Last mit einer hohen Geschwindigkeit durchgeführt werden. Infolgedessen können sowohl das IPM 301, als auch die mit dem IPM 301 verbundene Last in geeigneter Weise vor einem Überstrom geschützt werden.
Die erste Komparatorschaltung 200 bestimmt, ob eine Stärke eines Stroms im negativen Anschluss NU, welche durch ein Spannungssignal vom externen Detektionsanschluss CIN1 angezeigt wird, innerhalb des zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, basierend auf der ersten Schwelle als Referenz. Die zweite Komparatorschaltung 201 bestimmt, ob die Stärke des Stroms im negativen Anschluss NU, welche durch eine Konvertierung einer Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 erhalten wird, die unter Verwendung des internen Detektionsanschlusses CIN2 erfasst wird, innerhalb des zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, basierend auf der zweiten Schwelle als Referenz. Die erste Schwelle kann kleiner sein als die zweite Schwelle. In diesem Fall kann die Stromschwelle, welche aus Sicht eines Schutzes einer Last vor einem Überstrom bestimmt wird, kleiner festgelegt werden, als die Stromschwelle, welche aus Sicht eines Schutzes des IPM 301 vor dem Überstrom bestimmt wird. Wenn eine Last verwendet wird, welche keine hohe Toleranz gegenüber einem Überstrom aufweist, kann, indem so verfahren wird, die Last geschützt werden.
Eine Spannung, die erzeugt wird, wenn ein Strom in den Messanschluss T4 in das interne Widerstandselement 52 fließt, wird dem internen Detektionsanschluss CIN2 der LVIC 151 bereitgestellt. Indem so verfahren wird, kann die zweite Komparatorschaltung 201 in der LVIC 151 als einfache Schaltung für einen Spannungsvergleich aufgebaut sein.
Ein elektrischer Pfad, welcher am Messanschluss T4 beginnt, um durch das interne Widerstandselement 52 den internen Detektionsanschluss CIN2 zu erreichen, ist in der Verpackung 90 untergebracht. Indem so verfahren wird, wird verhindert, dass ein Anwender des IPM 301 in ungeeigneter Weise ein Verhältnis zwischen einer an den internen Detektionsanschluss CIN2 anzulegenden Spannung und einem Strom im Messanschluss T4 verändert. Dies verhindert eine ungeeignete Veränderung der Stromschwelle (zweite Schwelle) für die zweite Komparatorschaltung 201. Die zweite Schwelle sollte nicht durch eine Last bestimmt werden, die am IPM 301 angeschlossen ist, sondern sollte auf eine Weise bestimmt werden, welche von der Toleranz des IPM 301 selbst gegenüber einem Überstrom abhängt. Aus diesem Grund wird die zweite Schwelle bevorzugt auf einem Wert belassen, welcher durch den Hersteller des IPM 301 festgelegt wurde. Ein unbeabsichtigtes Ändern der zweiten Schwelle durch den Benutzer des IPM 301 ist normalerweise ungünstig.
Als eine Modifikation kann ein von einem IGBT abweichendes Halbleiterschaltelement verwendet werden anstelle des IGBT 111 und des IGBT 121.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
6 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Invertervorrichtung 402 (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Invertervorrichtung 402 umfasst ein IPM 302 (Leistungshalbleitervorrichtung). Das IPM 302 umfasst eine LVIC 152. Die LVIC 152 umfasst eine zweite Komparatorschaltung 202. Die zweite Komparatorschaltung 202 umfasst eine Korrekturschaltung 62, welche die zweite Schwelle korrigiert, die in der vorangehenden ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde (eine Stromschwelle, welche aus Sicht eines Schutzes des IPM vor einem Überstrom bestimmt wird). Die Korrekturschaltung 62 ist mit dem Komparator 30 verbunden und stellt dem Komparator 30 eine Referenzspannung bereit. Ein Fehler in der zweiten Schwelle kann unter Verwendung der Korrekturschaltung 62 kompensiert werden, um die zweite Schwelle nach der Herstellung des IPM 302 auf einen Wert zu korrigieren. Dadurch kann das IPM besser geschützt werden. Der Fehler in der zweiten Schwelle kann zum Beispiel durch die Schwankungen des Widerstandswertes des internen Widerstandselementes 52 verursacht werden, durch jene der Referenzspannung Vref2 für den Komparator 30 (5), oder durch jene eines Shunt-Verhältnisses im Element 120 des unteren Arms.
Um eine Ausführung eines Korrekturbetriebs zu ermöglichen, verfügt das IPM 302 über einen Korrekturmodusanschluss TRIM. Der Korrekturmodusanschluss TRIM ist mit der Verpackung 90 verbunden und außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbar. Der Korrekturmodusanschluss TRIM wird verwendet, um in die zweite Komparatorschaltung 202 der LVIC 152 ein Signal zum Anweisen der Ausführung eines Betriebs in einem Korrekturmodus einzuspeisen.
Andere Strukturen als die oben beschriebenen sind im Wesentlichen identisch zu jenen der vorstehenden ersten bevorzugten Ausführungsform. Somit erhält ein entsprechendes oder vergleichbares Element dasselbe Bezugszeichen und wird nicht wiederholt beschrieben.
7 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau der zweiten Komparatorschaltung 202 des IPM 302 zeigt. Die Korrekturschaltung 62 verwendet selektiv wenigstens eines einer Mehrzahl von Widerstandselementen 27 um eine variable Spannung zu erzeugen, welche die zweite Schwelle kennzeichnet. Diese variable Spannung wird als die Referenzspannung Vref2 verwendet.
Die Korrekturschaltung 62 umfasst zusätzlich zu den Widerstandselementen 27 eine Logikschaltung 10A, einen Power-On-Reset (POR) 11, eine Mehrzahl von PMOSs 13 (p-Typ MOSFETs), wobei jeder ein p-Typ-MOSFET ist, einen Zähler 14, einen Speicher 15, und einen Oszillator 16. Die Logikschaltung 10A ist eine UND-Schaltung. Der POR 11 setzt einen Zählerwert des Zählers 14 zurück, indem ein Rücksetzsignal zum Zeitpunkt des Einschaltens erzeugt wird. Ob ein durch den Oszillator 16 erzeugtes Clock-Signal in den Zähler 14 und den Speicher 15 einzuspeisen ist, wird auf eine Weise bestimmt, die von einem Signal vom Korrekturmodusanschluss TRIM und einem Ausgangssignal PROT2 vom Komparator 30 abhängt. Genauer gesagt, wenn ein Spannungssignal VTRIM des Korrekturmodusanschlusses TRIM ein digitales Signal „1“ ist und wenn das Ausgangssignal PROT2 des Komparators 30 ein digitales Signal „1“ ist, wird das Clock-Signal in den Zähler 14 und den Speicher 15 eingespeist. Das Signal „1“ als das Ausgangssignal PROT2 bezeichnet eine an den Treibersignalgenerator 40 gerichtete Anweisung zur Ausführung des Schutzbetriebs. Der Zählerwert des Zählers 14 wird zum Zeitpunkt des ansteigenden Clock-Signals inkrementiert, und der inkrementierte Zählerwert wird in den Speicher 15 übertragen. Ein Treibersignal, welches mit einem Speicherwert des Speichers 15 korrespondiert, wird an das Gate des PMOS13 angelegt, wodurch der PMOS 13 geschaltet wird. Die Source jedes PMOS 13 ist mit einem Spannungsversorgungspotential VCC verbunden. Die jeweiligen Drains der PMOSs 13 sind mit unterschiedlichen Knoten zwischen den Widerstandselementen 27 in Serie geschaltet.
Eine Spannung an einem Knoten, welcher einem Massepotential am nächsten liegt, wird dem Komparator 30 als Referenzspannung Vref2 bereitgestellt. Zum Zeitpunkt des Beginns des Korrekturbetriebs werden alle PMOSs 13 in einen AUS-Zustand versetzt, um die Referenzspannung Vref2 auf einen ausreichend geringen Pegel zu setzen. Anschließend werden die PMOSs 13 gegebenenfalls in einen EIN-Zustand gebracht, um einen Bereich zum Anlegen des Spanungsversorgungspotentials VCC an die in Reihe geschalteten Widerstandselemente 27 graduell zu reduzieren. Indem so verfahren wird, wird die Referenzspannung Vref2 graduell erhöht.
8 ist ein Zeitdiagramm, welches den Korrekturbetrieb erklärt. Während der Ausführung des Korrekturbetriebs fließt ein mit der vorstehenden zweiten Schwelle korrespondierender Strom in das Element 120 des unteren Arms (6). Indem so verfahren wird, liegt eine Spannung VCIN2 (8) am internen Detektionsanschluss CIN2 an. Zum Zeitpunkt des Beginns des Korrekturbetriebs wird die Referenzspannung Vref2 auf einen ausreichend geringeren Wert als die Spannung VCIN2 gesetzt. Wenn die Spannung VCIN2 zum Beispiel bei ungefähr 1 V liegt, wird Vref2 auf ungefähr 0,1 V gesetzt, wodurch alle PMOSs 13 in einen AUS-Zustand versetzt werden. Infolgedessen wird das Ausgangssignal PROT2 vom Komparator 30 zuverlässig „1“. Zum Ausführen des Korrekturbetriebs wird „1“ als das Spannungssignal VTRIM von außerhalb an den Korrekturmodusanschluss TRIM angelegt. Im Ansprechen darauf wird das Bereitstellen eines Clock-Signals CLK1 durch den Oszillator 16 an den Zähler 14 und an den Speicher 15 gestartet (siehe Clock-Signal CLK2). Durch das Bereitstellen des Clock-Signals wird die Referenzspannung Vref2 in Übereinstimmung mit vorstehenden Prinzipien graduell erhöht. Genauer gesagt nähert sich im Ansprechen auf das Erhöhen einer als „Zählerwert“ gezeigten Zahl in 8 als 1, 2, 3, 4, 5, ..., ein Knoten, welcher mit dem Spannungsversorgungspotential VCC kurzgeschlossen ist, an einen Knoten zum Ausgeben der Referenzspannung Vref2 an.
Wenn die Referenzspannung Vref2 höher wird, als die Spannung VCIN2, wird das Ausgangssignal PROT2 des Komparators 30 zu „0“ geändert. Im Ansprechen darauf wird das Bereitstellen des Clock-Signals an den Zähler 14 und den Speicher 15 gestoppt. Als Nächstes wird das Anlegen von „1“ als das Spannungssignal VTRIM von außerhalb an den Korrekturmodusanschluss TRIM gestoppt. Anschließend wird der Korrekturbetrieb beendet. Selbst nach dem Beenden des Korrekturbetriebs wird die Einstellung der korrigierten Referenzspannung Vref2 als Speicherwert im Speicher 15 beibehalten. Dies erlaubt das Ausführen eines normalen Betriebs unter Verwendung der korrigierten Vref2.
Gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform wird eine variable Spannung, welche die zweite Schwelle kennzeichnet, selektiv unter Verwendung wenigstens eines der Widerstandselemente 27 erzeugt. Dies ermöglicht es, die Korrekturschaltung 62 aus der zweiten Komparatorschaltung 202 als eine relativ einfache Schaltung aufzubauen.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
9 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Invertervorrichtung 403 (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Invertervorrichtung 403 umfasst ein IPM 303 (Leistungshalbleitervorrichtung). Das IPM 303 umfasst eine LVIC 153. Die LVIC 153 umfasst eine zweite Komparatorschaltung 203. Die zweite Komparatorschaltung 203 umfasst eine Korrekturschaltung 63, welche die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschriebene zweite Schwelle korrigiert (eine Stromschwelle, welche aus Sicht eines Schutzes des IPM vor einem Überstrom bestimmt wird). Die Korrekturschaltung 63 ist zwischen dem Ausgangsanschluss der Komparatoreinheit 32 und dem internen Detektionsanschluss CIN2 angeschlossen.
10 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau der zweiten Komparatorschaltung 203 in 9 zeigt. Die Korrekturschaltung 63 verwendet selektiv wenigstens einen einer Mehrzahl von PMOSs 19 (Stromquellen), welche mit dem internen Widerstandselement 52 verbunden sind, um einen Strom anzupassen, welcher in das Widerstandselement 52 fließt. Dies ermöglicht es, eine Höhe eines Spannungsabfalls am internen Widerstandselement 52 frei zu verschieben. Somit wird eine Spannung am internen Widerstandselement 52 unabhängig von einer Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 anpassbar. Konkret wird die Spannung VCIN2 am internen Detektionsanschluss CIN2 anpassbar. In der vorstehenden zweiten bevorzugten Ausführungsform wird die Referenzspannung Vref2 zur Korrektur angepasst. In der dritten bevorzugten Ausführungsform wird die Spannung VCIN2 am internen Detektionsanschluss CIN2 zu Korrektur angepasst.
Die Korrekturschaltung 63 umfasst zusätzlich zu den PMOSs 19 die Logikschaltung 10A, eine Logikschaltung 10B, den POR 11, den Zähler 14, den Speicher 15, und den Oszillator 16. Die Logikschaltung 10B ist eine UND-Schaltung, welche eine Invertierung eines durch einen weißen Kreis in 10 repräsentierten Eingangssignals umfasst. Ob ein durch den Oszillator 16 erzeugtes Clock-Signal in den Zähler 14 und den Speicher 15 einzuspeisen ist, wird auf eine Weise bestimmt, die von einem Signal vom Korrekturmodusanschluss TRIM und dem Ausgangssignal PROT2 vom Komparator 30 abhängt. Genauer gesagt, wenn das Spannungssignal VTRIM vom Korrekturmodusanschluss TRIM „1“ ist und wenn das Ausgangssignal PROT2 vom Komparator 30 „0“ ist, wird das Clock-Signal in den Zähler 14 und den Speicher 15 eingespeist. Der Zählerwert des Zählers 14 wird zum Zeitpunkt des ansteigenden Clock-Signals inkrementiert, und der inkrementierte Zählerwert wird in den Speicher 15 übertragen. Ein Treibersignal, welches mit einem Speicherwert des Speichers 15 korrespondiert, wird an das Gate des PMOS19 angelegt, wodurch der PMOS 19 geschaltet wird. Die Source jedes PMOS 19 ist mit dem Spannungsversorgungspotential VCC verbunden. Die jeweiligen Drains der PMOSs 19 sind mit dem internen Detektionsanschluss CIN2 verbunden.
Zum Zeitpunkt des Beginns des Korrekturbetriebs werden alle PMOSs 19 in einen AUS-Zustand versetzt, um einen vom PMOS 19 bereitzustellenden Strom auf ein ausreichend niedriges Niveau (oder Null) zu setzen. Anschließend wird die Anzahl der PMOSs 19 in einem EIN-Zustand graduell erhöht. Dies erhöht die Stärke eines vom PMOS 19 an das interne Widerstandselement 52 (9) bereitzustellenden Stroms graduell. Indem so verfahren wird, wird die Spannung VCIN2 am internen Detektionsanschluss CIN2 korrigiert.
11 ist ein Zeitdiagramm, welches den Korrekturbetrieb erklärt. Während der Ausführung des Korrekturbetriebs fließt ein mit der vorstehenden zweiten Schwelle korrespondierender Strom in das Element 120 des unteren Arms (9). Indem so verfahren wird, wird die Spannung VCIN2 (11) an den internen Detektionsanschluss CIN2 angelegt. Zum Zeitpunkt des Beginns des Korrekturbetriebs wird die Spannung VCIN2 ausreichend niedriger gesetzt, als die Referenzspannung Vref2. Die Spannung VCIN2 wird auf ein niedriges Niveau gesetzt, indem zum Beispiel all PMOSs 19 in einen AUS-Zustand versetzt werden. Indem so verfahren wird, wird das Ausgangssignal PROT2 vom Komparator 30 zuverlässig „0“. Zum Ausführen des Korrekturbetriebs wird „1“ als das Spannungssignal VTRIM an den Korrekturmodusanschluss TRIM angelegt. Im Ansprechen darauf wird das Bereitstellen des Clock-Signals CLK1 vom Oszillator 16 an den Zähler 14 und den Speicher 15 gestartet (siehe das Clock-Signal CLK2). Durch das Bereitstellen des Clock-Signals wird die Spannung VCIN2 in Übereinstimmung mit vorstehenden Prinzipien graduell erhöht. Genauer gesagt wird im Ansprechen auf das Erhöhen einer als „Zählerwert“ gezeigten Zahl in 11 wie 1, 2, 3, 4, 5, ..., die Anzahl der PMOSs 19, welche dem internen Widerstandselement 52 (9) durch den internen Detektionsanschluss CIN2 unter Verwendung des Spannungsversorgungspotentials VCC einen Strom bereitstellen, graduell erhöht.
Wenn die Spannung VCIN2 höher wird, als die Referenzspannung Vref2, wird das Ausgangssignal PROT2 vom Komparator 30 zu „1“ geändert. Im Ansprechen darauf wird das Bereitstellen des Clock-Signals an den Zähler 14 und den Speicher 15 gestoppt. Als Nächstes wird das Anlegen von „1“ als das Spannungssignal VTRIM am Korrekturmodusanschluss TRIM gestoppt. Anschließend wird der Korrekturbetrieb beendet. Selbst nach dem Beenden des Korrekturbetriebs wird eine Einstellung der korrigierten Spannung VCIN2 als Speicherwert im Speicher 15 beibehalten. Dies ermöglicht die Ausführung eines normalen Betriebs unter Verwendung der korrigierten Spannung VCIN2.
Andere Strukturen als die oben beschriebenen, sind im Wesentlichen identisch zu jenen der vorhergehenden ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform. Somit erhält ein entsprechendes oder vergleichbares Element dasselbe Bezugszeichen und wird nicht wiederholt beschrieben.
Die vorstehende zweite bevorzugte Ausführungsform (7) erfordert das Ausbilden einer großen Anzahl von Widerstandselementen 27 in der Korrekturschaltung 62. Um das Widerstandselement 27 in einem Halbleiterprozess auszubilden ist eine Ausführung eines dedizierten Schrittes, wie ein Schritt zum Ausbilden eines Silizidblocks erforderlich, welcher eine hohe Belastung der Herstellungsschritte verursacht. Im Gegensatz dazu wird die Korrekturschaltung 63 der dritten bevorzugten Ausführungsform durch selektives Verwenden der PMOSs 19 (Stromquellen) betrieben. Dies eliminiert die Notwendigkeit eine große Anzahl von Widerstandselementen in einer Korrekturschaltung auszubilden, wie jene, die in der zweite bevorzugten Ausführungsform verwendet werden. Auf diese Weise können Prozesse zum Ausbilden eines Widerstandselements als schwierige Prozesse im Halbleiterprozess reduziert oder ausgelassen werden. Dies ermöglicht es, den Halbleiterprozess zum Ausbilden der LVIC 153 mit der Korrekturschaltung 63 zu vereinfachen.
<Vierte bevorzugte Ausführungsform>
12 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Invertervorrichtung 404 (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Invertervorrichtung 404 umfasst ein IPM 304 (Leistungshalbleitervorrichtung). Das IPM 304 umfasst eine LVIC 154. Die LVIC 154 umfasst einen NMOS 52T (n-Kanal-Feldeffekttransistor). Der NMOS 52T verfügt über ein Drain, welches elektrisch mit dem internen Detektionsanschluss CIN2 verbunden ist. Der NMOS 52T verfügt über ein Drain und ein Gate, welche miteinander kurzgeschlossen sind. Mit anderen Worten weist der NMOS 52T eine Diodenschaltung auf. Das IPM 304 umfasst eine zweite Komparatorschaltung 204. Die zweite Komparatorschaltung 204 umfasst eine Schaltung, welche einen variablen Strom erzeugt, der mit einem Strom im NMOS 52T verglichen wird.
13 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau der zweiten Komparatorschaltung 204 in 12 zeigt. Die zweite Komparatorschaltung 204 umfasst die Logikschaltung 10A, die Logikschaltung 10B, eine Logikschaltung 10C, den POR 11, den Zähler 14, den Speicher 15, den Oszillator 16, und eine Stromspiegeleinheit. Die Stromspiegeleinheit umfasst eine Stromquelle für einen Referenzstrom Iref, einen NMOS (n-Typ MOSFET) 21, NMOSs 22, NMOSs 23, PMOSs 24, und einen NMOS 25. Die Logikschaltung 10C ist eine NICHT-Schaltung. Ob ein durch den Oszillator 16 erzeugtes Clock-Signal in den Zähler 14 und den Speicher 15 einzuspeisen ist, wird auf eine Weise bestimmt, die von einem Signal vom Korrekturmodusanschluss TRIM und dem Ausgangssignal PROT2 von der Logikschaltung 10C abhängt. Genauer gesagt, wenn das Spannungssignal VTRIM vom Korrekturmodusanschluss TRIM „1“ ist und wenn das Ausgangssignal PROT2 von der Logikschaltung 10C „0“ ist, wird das Clock-Signal in den Zähler 14 und den Speicher 15 eingespeist. Ein Zählerwert des Zählers 14 wird zum Zeitpunkt des Anstiegs des Clock-Signals inkrementiert, und der inkrementierte Zählerwert wird in den Speicher 15 übertragen. Ein mit einem Speicherwert im Speicher 15 korrespondierendes Treibersignal wird an das Gate des NMOS 23 angelegt, wodurch der NMOS 23 geschaltet wird.
Der NMOS 21 ist mit einer Konstantstromquelle diodenverbunden. Die NMOSs 22 bilden eine Stromspiegelstruktur mit dem NMOS 21 aus. Die NMOSs 23 verfügen über Gates, welche mit dem Speicher 15 verbunden sind. Die NMOSs 22 und die NMOSs 23 bilden eine Kaskadenschaltung aus, um eine Mehrzahl von Stromquellen auszubilden. Der PMOS 24 ist mit den Drains aller NMOSs 23 diodenverbunden.
In der vierten bevorzugten Ausführungsform werden der Referenzstrom Iref und ein in den NMOS 52T fließender Strom Isense verglichen. Ein Komparator zum Erfüllen dieser Vergleichsfunktion ist aus der vorstehenden Kaskadenschaltung und dem PMOS 24 aufgebaut. Ein Gate-Signal vom PMOS 24 wird unter Verwendung der Stromquelle für den Referenzstrom Iref erzeugt. Das Gate des NMOS 25 ist mit der Diodenschaltung des NMOS 52T verbunden. Ein Ergebnis des Vergleichens wird durch die Logikschaltung 10C invertiert, und dann als das Ausgangssignal PROT2 verwendet.
14 ist ein Zeitdiagramm, welches einen Korrekturbetrieb erklärt. In der vorstehenden zweiten bevorzugten Ausführungsform wird ein Stromwert durch das interne Widerstandselement 52 in einen Spannungswert konvertiert, und dann dem Vergleich zugeführt. Im Gegensatz dazu werden in der vierten bevorzugten Ausführungsform Stromwerte ohne eine solche Konvertierung verglichen. Der Betrieb der vierten bevorzugten Ausführungsform ist in anderer Hinsicht im Wesentlichen ähnlich dem der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Wie in der zweiten bevorzugten Ausführungsform fließt während der Ausführung des Korrekturbetriebs ein mit der vorstehenden zweiten Schwelle korrespondierender Strom in das Element 120 des unteren Arms (12). Zum Zeitpunkt des Beginns des Korrekturbetriebs ist ein Strom im PMOS 24 der Stromspiegeleinheit, insbesondere der Referenzstrom Iref, niedriger als der Strom Isense. Somit wird das Ausgangssignal PROT2 „1“. Zum Ausführen des Korrekturbetriebs wird „1“ als das Spannungssignal VTRIM am Korrekturmodusanschluss TRIM angelegt. Im Ansprechen darauf wird das Bereitstellen des Clock-Signals CLK1 vom Oszillator 16 an den Zähler 14 und den Speicher 15 gestartet (siehe das Clock-Signal CLK2). Durch das Bereitstellen des Clock-Signals wird der Referenzstrom Iref graduell erhöht. Genauer gesagt wird im Ansprechen auf das Erhöhen einer Zahl, welche als ein „Zählerwert“ in 14 als 1, 2, 3, 4, 5, ... gezeigt ist, die Anzahl von Stromquellen in einem EIN-Zustand, welche eingerichtet sind, die NMOSs 23 (13) zu verwenden, graduell erhöht.
Wenn der Referenzstrom Iref höher wird, als der Strom Isense, wird das Ausgangssignal PROT2 der Logikschaltung 10C (13) zu „0“ geändert. Im Ansprechen darauf wird das Bereitstellen des Clock-Signals an den Zähler 14 und den Speicher 15 gestoppt. Als Nächstes wird das Anlegen von „1“ als das Spannungssignal VTRIM am Korrekturmodusanschluss TRIM gestoppt. Anschließend wird der Korrekturbetrieb beendet. Selbst nachdem der Korrekturbetrieb beendet ist, wird die Einstellung des korrigierten Referenzstroms als Speicherwert im Speicher 15 beibehalten. Dies ermöglicht das Ausführen eines normalen Betriebs unter Verwendung des korrigierten Referenzstroms Iref.
Andere Strukturen als die oben beschriebenen sind im Wesentlichen identisch zu jenen der vorstehenden ersten bevorzugten Ausführungsform. Somit erhält ein entsprechendes oder vergleichbares Element dasselbe Bezugszeichen und wird nicht wiederholt beschrieben.
(Auswirkung)
Gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform umfasst die LVIC 154 den n-Kanal-Feldeffekttransistor als ein Halbleiterelement, welches als Detektionselement zum Detektieren eines Stroms im Messanschluss T4 fungiert. Indem so verfahren wird, wird die Notwendigkeit zum Montieren des internen Widerstandselementes 52 (2: erste bevorzugte Ausführungsform) während der Herstellung des IPM 304 eliminiert. Dies ermöglicht es, den Prozess zur Herstellung der Leistungshalbleitervorrichtung zu vereinfachen. Das vorstehende Detektionselement ist kein Widerstandselement, sondern ein Halbleiterelement. Somit kann die LVIC 154 mit dem Detektionselement auf einfache Weise durch einen normalen Halbleiterprozess ausgebildet werden.
Die zweite Komparatorschaltung 204 (13) umfasst die Korrekturschaltung, welche einen variablen Strom erzeugt, der mit einem Strom im NMOS 52T verglichen wird. Dies ermöglicht es, dass das IPM 304 auf geeignetere Weise geschützt wird.
<Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
In den vorstehenden ersten bis vierten Ausführungsformen ist ein Material für das Element 110 des oberen Arms und das Elements 120 des unteren Arms nicht speziell beschränkt, ist aber allgemein Silizium. In vielen Fällen wird Silizium insbesondere als Halbleitermaterial für einen IGBT verwendet. In einer unten beschriebenen bevorzugten Ausführungsform wird dagegen ein Halbleiter mit einer breiten Bandlücke wenigstens teilweise als Halbleitermaterial verwendet. Der hier erwähnte Halbleiter mit einer breiten Bandlücke bezeichnet einen Halbleiter, welcher eine breitere Bandlücke aufweist, als die Bandlücke von Silizium und ist zum Beispiel Siliziumkarbid, ein galliumnitridbasiertes Material oder Diamant.
15 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau einer Invertervorrichtung 405 (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Invertervorrichtung 405 umfasst ein IPM 305 (Leistungshalbleitervorrichtung). Das IPM 305 umfasst ein Element 110S eines oberen Arms (erstes Halbleiterschaltelement) und ein Element 120S eines unteren Arms (zweites Halbleiterschaltelement). 16 ist ein Schaltbild, welches schematisch den Aufbau des Elements 120S des unteren Arms zeigt.
Das Element 110S des oberen Arms umfasst einen MOSFET 111S und eine Freilaufdiode 112S. Die Freilaufdiode 112S ist antiparallel zum MOSFET 111S angeschlossen. Die Freilaufdiode 112S und der MOSFET 111S können in einen Halbleiter-Chip integriert sein.
Das Element 120S des unteren Arms kann aus einem MOSFET 121S, einer Freilaufdiode 122S, und einem MOSFET 123S aufgebaut sein. Der MOSFET 121S und der MOSFET 123S sind bevorzugt in einen Chip integriert. Diese Integration kann darüber hinaus die Freilaufdiode 122S umfassen. Die Freilaufdiode 122S ist antiparallel zum MOSFET 121S angeschlossen. Das Drain des MOSFET 121S und das Drain des MOSFET 123S sind mit dem ersten Elementanschluss T1 verbunden. Die Source des MOSFET 121S ist mit dem zweiten Elementanschluss T2 verbunden. Das Gate des MOSFET 121S und das Gate des MOSFET 123S sind mit dem Elementsteueranschluss T3 verbunden. Die Source des MOSFET 123S ist mit dem Messanschluss T4 verbunden. Der MOSFET 123S weist eine kleinere Größe auf, als der MOSFET 121S. Ein Größenverhältnis des MOSFET 121S und des MOSFET 123S wird als Shunt-Verhältnis bezeichnet. Das Shunt-Verhältnis ist ein bekannter Wert, so dass eine Stärke eines Stroms im Messanschluss T4 in eine Stärke eines Stroms im zweiten Elementanschluss T2 konvertiert werden kann. Die Stärke des Stroms im zweiten Elementanschluss T2 ist ähnlich einer Stärke eines Stroms im negativen Anschlusses NU. Aus diesem Grund kann die Stärke des Stroms im Messanschluss T4 in eine Stärke des Stroms im negativen Anschluss NU konvertiert werden.
Wenigstens das Element des oberen Arms 110S oder das Element 120S des unteren Arms umfasst einen Teil, der aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke hergestellt ist. In jedem Element 110S des oberen Arms und in jedem Element 120S des unteren Arms umfassen bevorzugt jeder MOSFET und jede Freilaufdiode einen Teil, welcher aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke hergestellt ist. Die Funktion der Freilaufdiode kann erfüllt werden, indem eine parasitäre Diode im MOSFET verwendet wird. In diesem Fall kann die Freilaufdiode ausgelassen werden.
Andere Strukturen als die oben beschriebenen sind im Wesentlichen identisch zu jenen der vorstehenden ersten bevorzugten Ausführungsform. Somit erhält ein entsprechendes oder vergleichbares Element dasselbe Bezugszeichen und wird nicht wiederholt beschrieben.
In der fünften bevorzugten Ausführungsform umfasst wenigstens das Element 110S des oberen Arms oder das Element 120S des unteren Arms einen Teil, welcher aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke hergestellt ist. Durch das Verwenden des Halbleiters mit einer breiten Bandlücke wird ein Design des IPM ermöglicht, in welchem wahrscheinlich eine hohe Stromdichte auftritt. Dies erfordert einen erhöhten Bedarf für einen geeigneten Schutz des IPM vor einem Überstrom. Die fünfte bevorzugte Ausführungsform erreicht einen solchen Schutz effektiv.
Der Halbleiter mit einer breiten Bandlücke verfügt über eine hohe Spannungsfestigkeit und eine hohe zulässige Stromdichte. Die ermöglicht es, die Größe einer Halbleiterregion des IPM weiter zu reduzieren. Zusätzlich kann für die hohe Hitzebeständigkeit des Halbleiters mit einer breiten Bandlücke die Größe eines Wärmeableitungsmechanismus' des IPM weiter reduziert werden. Zum Beispiel kann eine Größe einer Wärmeableitungslamelle eines Kühlkörpers reduziert werden, oder eine Luftkühlung kann anstelle einer Wasserkühlung als Kühlsystem eingesetzt werden. Ein Halbleiterelement, welches den Halbleiter mit einer breiten Bandlücke einsetzt, erzeugt zusätzlich einen geringen Leistungsverlust, so dass der Leistungsverlust des IPM reduziert werden kann.
Als eine Modifikation kann ein von einem MOSFET abweichendes Halbleiterschaltelement anstelle des MOSFET 111S und des MOSFET 121S verwendet werden, während der Halbleiter mit einer breiten Bandlücke verwendet wird.
<Sechste bevorzugte Ausführungsform>
In einer sechsten bevorzugten Ausführungsform wird eine Anordnung der Teile der vorstehenden ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben. 17 ist eine Draufsicht, welche schematisch den Aufbau eines IPM 306A (Leistungshalbleitervorrichtung) gemäß der sechsten bevorzugten Ausführungsform zeigt. 17 zeigt mit der Verpackung 90 verbundene und außerhalb der Verpackung 90 extern kontaktierbare Anschlüsse. 18 ist eine Draufsicht, welche schematisch den inneren Aufbau der Verpackung 90 (17) zeigt. 18 zeigt eine Mehrzahl von Teilen, welche auf einem Substrat mit Verbindungsmustern montiert sind.
In der sechsten bevorzugten Ausführungsform wird ein Teil, welches mit dem internen Widerstandselement 52 korrespondiert, derart montiert, dass es sich paarweise über das Substrat zwischen den Verbindungsmustern erstreckt. Eines der Verbindungsmuster ist durchgängig zum externen Anschluss VSC um massebezogen zu sein. Das andere Verbindungsmuster ist mittels eines Drahtes mit der LVIC 151 verbunden. Der Messanschluss T4 des Elements 120 des unteren Arms ist mittels eines Drahtes mit der LVIC 151 verbunden, um durch die LVIC 151 mit dem internen Widerstandselement 52 verbunden zu sein.
Eine Anordnung der Teile in der zweiten bevorzugten Ausführungsform und der dritten bevorzugten Ausführungsform kann im Wesentlichen identisch zur vorangegangenen Anordnung sein.
19 ist eine Draufsicht, welche schematisch ein IPM 306B (Leistungshalbleitervorrichtung) als eine Modifikation von 18 zeigt. Diese Modifikation korrespondiert mit der vierten bevorzugten Ausführungsform ohne das interne Widerstandselement 52. Der Messanschluss T4 des Elements 120 des unteren Arms ist mittels eines Drahtes mit der LVIC 154 verbunden und ein Strom im Messanschluss T4 wird in der LVIC 154 ermittelt. Diese Modifikation eliminiert die Notwendigkeit, das interne Widerstandselement 52 zu montieren (18).
Die vorliegende Erfindung ist durch die freie Kombination aller bevorzugten Ausführungsformen oder gegebenenfalls durch Modifizieren oder Auslassen jeweiliger bevorzugter Ausführungsform innerhalb des Geltungsbereich der Erfindung realisierbar.
Während die Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehenden Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen erdacht werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.

Claims

Leistungshalbleitervorrichtung (401 bis 405) umfassend: • eine Verpackung (90); • einen ersten Festpotentialanschluss (P), welcher mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar ist; • einen Spannungsausgabeanschluss (U), welcher mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar ist; • ein erstes Halbleiterschaltelement (110, 110S), welches in der Verpackung untergebracht und zwischen dem ersten Festpotentialanschluss und dem Spannungsausgabeanschluss angeschlossen ist; • eine erste Treiberschaltung (150), welche in der Verpackung untergebracht ist und das erste Halbleiterschaltelement ansteuert; • einen zweiten Festpotentialanschluss (NU), welcher mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar ist; • ein zweites Halbleiterschaltelement (120, 120A), welches in der Verpackung untergebracht ist und einen ersten Elementanschluss (T1), welcher mit dem Spannungsausgabeanschluss verbunden ist, einen zweiten Elementanschluss (T2), welcher mit dem Festpotentialanschluss verbunden ist, einen Elementsteueranschluss (T3), welcher ein Treibersignal zum Steuern entweder eines EIN-Zustandes oder eines AUS-Zustandes eines Strompfads zwischen dem ersten Elementanschluss und dem zweiten Elementanschluss entgegennimmt, und einen Messanschluss (T4), in welchen ein Strom fließt, der proportional einem Strom ist, der durch den Strompfad fließt und niedriger ist, als der Strom, der durch den Strompfad fließt, umfasst; • einen externen Steueranschluss (LIN), welcher mit der Verpackung verbunden und außerhalb der Verpackung extern kontaktierbar ist; • einen externen Detektionsanschluss (CIN1) zum Entgegennehmen eines Spannungssignals, welches proportional zur Stärke eines Stroms im zweiten Festpotentialanschluss ist; und • eine zweite Treiberschaltung (151 bis 154), welche in der Verpackung untergebracht ist, • wobei die zweite Treiberschaltung umfasst: • eine erste Komparatorschaltung (200) welche bestimmt, ob eine Stärke eines Stroms im zweiten Festpotentialanschluss, welche durch das Spannungssignal vom externen Detektionsanschluss angezeigt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt; • einen internen Detektionsanschluss (CIN2), welcher elektrisch mit dem Messanschluss des zweiten Halbleiterschaltelements in der Verpackung verbunden ist, um eine Stärke eines Stroms im Messanschluss zu bestimmen; • eine zweite Komparatorschaltung (201 bis 204), welche bestimmt, ob die Stärke des Stroms im Messanschluss, welche unter Verwendung des internen Detektionsanschlusses ermittelt wird, innerhalb eines zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt; und • eine Treibersignalerzeugungseinheit (40), welche im Ansprechen auf ein Signal vom externen Steueranschluss als das Treibersignal entweder ein EIN-Signal zum Versetzen des zweiten Halbleiterschaltelementes in einen EIN-Zustand oder ein AUS-Signal zum selektiven Versetzen des zweiten Halbleiterschaltelementes in einen AUS-Zustand erzeugt, wobei es der Treibersignalerzeugungseinheit untersagt ist, das EIN-Signal als das Treibersignal zu erzeugen, wenn wenigstens die erste Komparatorschaltung oder die zweite Komparatorschaltung bestimmt, dass die Stromstärke außerhalb des zulässigen Bereichs liegt.
Leistungshalbleitervorrichtung (401) nach Anspruch 1, weiter umfassend: • ein externes Widerstandselement (51), welches außerhalb der Verpackung angeordnet ist, wobei ein Ende des externen Widerstandselementes jeweils elektrisch mit dem zweiten Festpotentialanschluss und dem externen Detektionsanschluss verbunden ist und wobei ein gegenüberliegendes Ende ein festes Potential aufweist.
Leistungshalbleitervorrichtung (401) nach Anspruch 1 oder 2, wobei • die erste Komparatorschaltung bestimmt, ob eine Stärke des Stroms im zweiten Festpotentialanschluss, welche durch das Spannungssignal vom externen Detektionsanschluss angezeigt wird, innerhalb des zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, basierend auf einer ersten Schwelle als Referenz, • die zweite Komparatorschaltung bestimmt, ob eine Stärke des Stroms im zweiten Festpotentialanschluss, welche durch eine Konvertierung der Stärke des Stroms im Messanschluss unter Verwendung des internen Detektionsanschlusses erhalten wird, innerhalb des zulässigen Bereichs oder außerhalb des zulässigen Bereichs liegt, basierend auf einer zweiten Schwelle als Referenz, und • die erste Schwelle kleiner ist, als die zweite Schwelle.
Leistungshalbleitervorrichtung (401) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter umfassend: • ein internes Widerstandselement (52), dessen eines Ende elektrisch mit dem Messanschluss und dem internen Detektionsanschluss in der Verpackung verbunden ist.
Leistungshalbleitervorrichtung (402, 403) nach Anspruch 4, wobei • die zweite Komparatorschaltung eine Korrekturschaltung (62, 63) umfasst, welche die zweite Schwelle korrigiert.
Leistungshalbleitervorrichtung (402) nach Anspruch 5, wobei • die Korrekturschaltung (62) selektiv wenigstens eines einer Mehrzahl von Widerstandselementen verwendet, um eine die zweite Schwelle kennzeichnende variable Spannung zu erzeugen.
Leistungshalbleitervorrichtung (403) nach Anspruch 5, wobei • die Korrekturschaltung (63) selektiv wenigstens eine einer Mehrzahl von Stromquellen verwendet, welche mit dem internen Widerstandselement verbunden sind, um eine Stärke eines Stroms anzupassen, welcher durch das interne Widerstandselement fließt.
Leistungshalbleitervorrichtung (404) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei • die zweite Treiberschaltung einen n-Kanal-Feldeffekttransistor (52T) umfasst, welcher ein Drain und ein Gate aufweist, die miteinander kurzgeschlossen und elektrisch mit dem internen Detektionsanschluss verbunden sind.
Leistungshalbleitervorrichtung (404) nach Anspruch 8, wobei • die zweite Komparatorschaltung eine Schaltung umfasst, welche einen variablen Strom erzeugt, der mit einem Strom im n-Kanal-Feldeffekttransistor verglichen wird.
Leistungshalbleitervorrichtung (405) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei • wenigstens das erste Halbleiterschaltelement oder das zweite Halbleiterschaltelement einen Teil umfasst, welcher aus einem Halbleiter mit einer breiten Bandlücke besteht.