DE112014004979B4

DE112014004979B4 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112014004979B4
Application number: DE112014004979.4T
Authority: DE
Inventors: Masaki WASEKURA
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2023-02-09
Anticipated expiration: 2034-10-24
Also published as: JP5800006B2; JP2015089049A; TW201535972A; DE112014004979T5; CN105706367A; US20160269007A1; KR101761526B1; CN105706367B; US9608609B2; TWI555330B; MY176670A; KR20160060099A; WO2015063564A1; SG11201603413PA

Abstract

Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4), dadurch gekennzeichnet, dass diese aufweist:einen Transistor (12);eine Diode (15), die umgekehrt parallel mit dem Transistor verbunden ist;einen Abtast-Transistor (13), der dafür ausgelegt ist, einen Abtast-Strom zu erzeugen, der einem Strom entspricht, der zum Transistor fließt;eine Abtast-Diode (16), die dafür ausgelegt ist, einen Abtast-Diodenstrom zu erzeugen, der einem Strom entspricht, der zur Diode fließt;einen Widerstand (20), der an einem Ende des Widerstands mit einem Emitter des Abtast-Transistors und einer Anode der Abtast-Diode verbunden ist und der am anderen Ende des Widerstands mit einem Emitter des Transistors und einer Anode der Diode verbunden ist; undeine Klemmschaltung (30; 34; 37), die dafür ausgelegt ist, eine Spannung zu klemmen, die im Widerstand erzeugt wird, wenn der Abtast-Diodenstrom fließt, wobeiein Verhältnis des Abtast-Diodenstroms zu dem Strom, der zur Diode fließt, größer ist als ein Verhältnis des Abtast-Stroms zu dem Strom, der zum Transistor fließt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Bereits bekannt ist eine Technik der Erfassung eines Stroms, der zu einem Transistor fließt, und eines Stroms, der zu einer Diode fließt, die umgekehrt parallel ist zum Transistor, unter Verwendung eines gemeinsamen Abtast- bzw. Sense-Widerstands, der mit einem Abtast- bzw. Sense-Transistor und einer Abtast- bzw. Sense-Diode verbunden ist (siehe z.B. die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-19550 ( JP-2012-19550 A )). Ein Strom, der proportional ist zu dem Strom, der zum Transistor fließt, fließt zum Abtast- bzw. Sense-Transistor, und ein Strom, der proportional ist zu dem Strom, der zur Diode fließt, fließt zur Abtast- bzw. Sense-Diode.
Jedoch ist die Stärke des Stroms, der im Transistor erfasst werden soll, anders als die Stärke des Stroms, der in der Diode erfasst werden soll. Es gibt daher Fälle, wo es erstrebenswert ist, das Verhältnis des Stroms, der zur Abtast- bzw. Sense-Diode strömt, zu dem Strom, der zur Diode strömt, zu erhöhen. Falls dieses Verhältnis sehr hoch eingestellt wird, kann es sein, dass der Widerstand, der mit dem Abtast- bzw. Sense-Transistor und der Abtast- bzw. Sense-Diode verbunden ist, beschädigt wird, wenn ein unbeabsichtigter Überstrom zur Diode fließt.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung gibt eine Halbleitervorrichtung an, die in der Lage ist, einer Beschädigung eines Widerstands, der mit einem Abtast- bzw. Sense-Transistor und einer Abtast- bzw. Sense-Diode verbunden ist, entgegenzuwirken.
Eine Halbleitervorrichtung gemäß einem Aspekt der Erfindung beinhaltet einen Transistor, eine Diode, einen Abtast- bzw. Sense-Transistor, eine Abtast- bzw. Sense-Diode, einen Widerstand und eine Klemmschaltung. Die Diode ist umgekehrt parallel mit dem Transistor verbunden. Der Abtast- bzw. Sense-Transistor ist dafür ausgelegt, einen Abtast- bzw. Sense-Strom zu erzeugen, der einem Strom entspricht, der zum Transistor fließt. Die Abtast- bzw. Sense-Diode ist dafür ausgelegt, einen Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom zu erzeugen, der einem Strom entspricht, der zur Diode fließt. Der Widerstand ist an einem Ende des Widerstands mit einem Emitter des Abtast- bzw. Sense-Transistors und einer Anode der Abtast- bzw. Sense-Diode verbunden und ist am anderen Ende des Widerstands mit einem Emitter des Transistors und einer Anode der Diode verbunden ist. Die Klemmschaltung ist dafür ausgelegt, eine Spannung zu klemmen, die im Widerstand erzeugt wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom fließt. Ein Verhältnis des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms zu dem Strom, der zur Diode fließt, ist größer als ein Verhältnis des Abtast- bzw. Sense-Stroms zu dem Strom, der zum Transistor fließt.
Der Aspekt der Erfindung macht es möglich, einer Beschädigung des Widerstands, der mit dem Abtast- bzw. Sense-Transistor und der Abtast- bzw. Sense-Diode verbunden ist, entgegenzuwirken.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und die technische und die industrielle Bedeutung von beispielhaften Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen und in denen:

1 ein Blockschema einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 Zeitschemata zeigt, die ein Beispiel für Betriebswellenformen der Halbleitervorrichtung zeigen;
3 ein Blockschema einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist;
4 ein Blockschema einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung ist;
5 ein Blockschema einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung ist; und
6 Zeitschemata zeigt, die ein Beispiel für Betriebswellenformen der Halbleitervorrichtung zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Ansicht, die eine Antriebseinheit 1 zeigt, die einer Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Die Antriebseinheit 1 kann eine Halbleitervorrichtung mit einer Konfiguration sein, die von einer integrierten Schaltung gebildet wird, oder eine Halbleitervorrichtung mit einer Konfiguration, die von diskreten Teilen gebildet wird.
Die Antriebseinheit 1 ist eine Halbleiterschaltung, die dafür ausgelegt ist, induktive Verbraucher (z.B. eine Drosselspule, einen Elektromotor und dergleichen), die mit einem ersten leitfähigen Abschnitt 61 oder einem zweiten leitfähigen Abschnitt 62 verbunden sind, durch Ein/Aus-Steuern eines Haupttransistors 12 eines Transistorabschnitts 11 anzutreiben. Als Vorrichtung, in der die einzelne Antriebseinheit 1 oder eine Mehrzahl von Antriebseinheiten 1 verwendet wird, wären beispielsweise ein Wandler, der die Gleichspannung heraufsetzt, herabsetzt oder herauf- und herabsetzt, ein Wechselrichter, der eine Umwandlung elektrischer Leistung zwischen einer Gleichstromleistung und einer Wechselstromleistung ausführt, oder dergleichen zu nennen.
Zum Beispiel ist in der Vorrichtung, in der die Mehrzahl von Antriebseinheiten 1 verwendet wird, ein Schaltkreis vorgesehen, in dem Schaltelemente 10, die auf einer Oberspannungsseite bzw. einer Niederspannungsseite vorgesehen sind, in Reihe mit einem Zwischenknoten verbunden sind, mit dem induktive Verbraucher verbunden sind. Zum Beispiel ist ein Dreiphasen-Wechselrichter als ein Beispiel für die Vorrichtung, in der die Mehrzahl von Antriebseinheiten 1 verwendet wird, parallel dazu mit drei Schaltelementen versehen, wie sie hierin genannt sind.
Der leitfähige Abschnitt 61 ist ein Strompfad, der leitend mit einem Hochpotential-Stromversorgungsabschnitt verbunden ist, beispielsweise einer positiven Elektrode einer Quelle für elektrische Leistung oder dergleichen, und kann über ein anderes Schaltelement oder einen anderen Verbraucher indirekt mit dem Hochpotential verbunden sein. Der leitfähige Abschnitt 62 ist ein Strompfad, der leitend mit einem Niederpotential-Stromversorgungsabschnitt (z.B. einem Erdpotentialabschnitt) verbunden ist, beispielsweise einer negativen Elektrode einer Quelle für elektrische Leistung oder dergleichen, und kann über ein anderes Schaltelement oder einen anderen Verbraucher indirekt mit dem Niederpotentialabschnitt verbunden sein.
Die Antriebseinheit 1 ist mit dem Schaltelement 10 versehen. Das Schaltelement 10 ist ein Spannungssteuerungs-Halbleiterelement mit isoliertem Gate mit einer Stromabfühlfunktion. Das Schaltelement 10 weist den Transistorabschnitt 11 und einen Diodenabschnitt 14 auf.
Zum Beispiel ist in dem Fall, wo der Transistorabschnitt 11 ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (ein IGBT) ist, das Schaltelement 10 ein IGBT mit integrierter Diode, der ein gemeinsames Halbleitersubstrat aufweist, auf dem der Transistorabschnitt 11 und der Diodenabschnitt 14 vorgesehen sind. Der IGBT mit integrierter Diode ist so aufgebaut, dass eine Anodenelektrode einer Diode und eine Emitterelektrode des IGBT eine gemeinsame Elektrode bilden und eine Kathodenelektrode der Diode und eine Kollektorelektrode des IGBT eine gemeinsame Elektrode bilden. Der IGBT mit integrierter Diode wird auch als rückwärts leitender IGBT (als RC IGBT) bezeichnet.
Ein Leistungstransistorelement wie ein IGBT, ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (ein MOSFET) oder dergleichen können als konkrete Beispiele für den Transistorabschnitt 11 genannt werden. Ein IGBT als ein Beispiel für den Transistorabschnitt 11 ist in 1 gezeigt. Um die Erklärung zu vereinfachen, wird die folgende Beschreibung unter der Annahme abgegeben, dass der Transistorabschnitt 11 ein IGBT ist. In dem Fall, wo der Transistorabschnitt 11 ein MOSFET ist, kann die folgende Beschreibung gelesen werden, nachdem „Kollektor“ durch „Emitter“ ersetzt wurde bzw. „Drain“ durch „Source“ ersetzt wurde.
Ein Gatter- bzw. Gate-Anschluss G des Transistorabschnitts 11 ist beispielsweise ein Steueranschluss, der über einen Gate-Widerstand, der in Reihe mit dem Gate-Anschluss G verbunden ist, mit einer Antriebsschaltung 43 einer Steuerschaltung 40 verbunden ist. Ein Kollektoranschluss C des Transistorabschnitts 11 ist beispielsweise ein erster Hauptanschluss, der mit einem Anschlusspunkt c verbunden ist und der über den Anschlusspunkt c mit dem leitenden Abschnitt 61 verbunden ist. Ein Emitteranschluss E des Transistorabschnitts 11 ist beispielsweise ein zweiter Hauptanschluss, der mit einem Anschlusspunkt d verbunden ist und der über den Anschlusspunkt d mit dem leitenden Abschnitt 62 verbunden ist. Ein Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE des Transistorabschnitts 11 ist beispielsweise ein Abtast- bzw. Sense-Anschluss, der mit einem Anschlusspunkt b verbunden ist und der über den Anschlusspunkt b mit einem Ende eines Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist. Der Abtast- bzw. Sense-Anschluss SE ist über den Anschlusspunkt d, mit dem das andere Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist, mit dem leitenden Abschnitt 62 verbunden.
Der Transistorabschnitt 11 ist so gestaltet, dass er einen Haupttransistor 12 und einen Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 aufweist. Der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 sind Schaltelemente wie IGBTs oder dergleichen. Der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ist parallel mit dem Haupttransistor 12 verbunden. Sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 können aus einer Mehrzahl von Zellentransistoren bestehen.
Gate-Elektroden g des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 sind Steuerelektroden, die gemeinsam mit dem Gate-Anschluss G des Transistorabschnitts 11 verbunden sind. Die Kollektorelektroden c des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 sind erste Hauptelektroden, die gemeinsam mit dem Kollektoranschluss C des Transistorabschnitts 11 verbunden sind. Eine Emitterelektrode e des Haupttransistors 12 ist eine zweite Hauptelektrode, die mit einem Emitteranschluss E des Transistorabschnitts 11 verbunden ist. Eine Abtast- bzw. Sense-Emitterelektrode se des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 ist eine Abtast- bzw. Sense-Elektrode, die mit dem Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE des Transistorabschnitts 11 verbunden ist.
Der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ist ein Beispiel für einen Abtast- bzw. Sense-Transistor, der einen Strom erzeugt, der einem Strom entspricht, der zum Haupttransistor 12 fließt, und ist ein Sense-Element, zu dem der Strom fließt, der stärker wird, wenn der Strom stärker wird, der zum Haupttransistor 12 fließt. Der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 gibt beispielsweise einen Abtast- bzw. Sense-Strom Ise aus, der proportional ist zu einem Hauptstrom Ie, der zum Haupttransistor 12 fließt.
Zum Beispiel wird ein Kollektorstrom, der vom Kollektoranschluss C aus in den Transistorabschnitt 11 fließt, mit einem Abtast- bzw. Sense-Verhältnis n in den Hauptstrom Ie, der durch den Haupttransistor 12 fließt, und den Abtast- bzw. Sense-Strom Ise, der durch den Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 fließt, geteilt. Der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise ist ein Strom, der gemäß dem Hauptstrom Ie im Abtast- bzw. Sense-Verhältnis n fließt, und ist ein Strom, dessen Wert im Abtast- bzw. Sense-Verhältnis n kleiner ist als der des Hauptstroms Ie.
Das Abtast- bzw. Sense-Verhältnis n gibt an, dass das Verhältnis zwischen der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise und der Stärke des Hauptstroms Ie 1:n ist (n > 1). Das Abtast- bzw. Sense-Verhältnis n wird beispielsweise gemäß dem Verhältnis zwischen der Fläche der Emitterelektrode e des Haupttransistors 12 und der Fläche der Abtast- bzw. Sense-Emitterelektrode se des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 bestimmt.
Der Hauptstrom Ie fließt durch die Kollektorelektrode c und die Emitterelektrode e im Haupttransistor 12 und wird vom Emitteranschluss E ausgegeben. Der Hauptstrom Ie, der vom Emitteranschluss E ausgegeben wird, fließt über den Anschlusspunkt d durch den leitenden Abschnitt 62. Der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise fließt durch die Kollektorelektrode c und die Abtast- bzw. Sense-Emitterelektrode se im Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 und wird vom Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE ausgegeben. Der Hauptstrom Ise, der vom Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE ausgegeben wird, fließt über den Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 und den Anschlusspunkt d durch den leitenden Abschnitt 62.
Der Diodenabschnitt 14 andererseits ist so gestaltet, dass er eine Hauptdiode 15 und eine Abtast- bzw. Sense-Diode 16 aufweist.
Die Hauptdiode 15 ist ein Beispiel für eine Diode, die umgekehrt parallel mit dem Haupttransistor 12 verbunden ist, und ist ein rückwärts leitendes Element mit einer Anode, die mit dem Emitteranschluss E verbunden ist, und einer Kathode, die mit dem Kollektoranschluss C verbunden ist. Die Anodenelektrode der Hauptdiode 15 ist eine p-Elektrode, die mit dem Anschlusspunkt d verbunden ist, mit dem der Emitteranschluss E verbunden ist, und die über den Anschlusspunkt d mit dem leitenden Abschnitt 62 verbunden ist. Die Kathodenelektrode der Hauptdiode 15 ist eine n-Elektrode, die mit dem Anschlusspunkt c verbunden ist, mit dem der Kollektoranschluss C verbunden ist, und die über den Anschlusspunkt c mit dem leitenden Abschnitt 61 verbunden ist.
Die Abtast- bzw. Sense-Diode 16 ist ein Beispiel für eine Abtast- bzw. Sense-Diode, die einen Strom erzeugt, der dem Strom entspricht, der zur Hauptdiode 15 fließt, und ist ein Sense-Element, zu dem der Strom fließt, der stärker wird, wenn der Strom stärker wird, der zur Hauptdiode 15 fließt. Die Hauptdiode 16 gibt beispielsweise einen Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd aus, der proportional ist zu einem Diodenstrom Id, der zur Hauptdiode 15 fließt.
Der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd ist ein Strom, der gemäß dem Diodenstrom Id mit einem Abtast- bzw. Sense-Verhältnis m fließt, und ist ein Strom, dessen Wert beim Abtast- bzw. Sense-Verhältnis m kleiner ist als der des Diodenstroms Id. Das Abtast- bzw. Sense-Verhältnis m gibt an, dass das Verhältnis zwischen der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd und der Stärke des Diodenstroms Id 1 :m ist (m > 1).
Die Anodenelektrode der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 ist eine p-Elektrode, die mit dem Anschlusspunkt b verbunden ist, mit dem der Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE verbunden ist, und die über den Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 und den Anschlusspunkt d mit dem leitenden Abschnitt 62 verbunden ist. Die Kathodenelektrode der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 ist eine n-Elektrode, die mit dem Anschlusspunkt c verbunden ist, mit dem der Kollektoranschluss C verbunden ist, und die über den Anschlusspunkt c mit dem leitenden Abschnitt 61 verbunden ist.
Die Antriebseinheit 1 weist den Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 auf, der zwischen dem Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE und dem Emitteranschluss E vorgesehen ist. Der Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 ist ein Beispiel für einen Widerstandsabschnitt, der an einem seiner Enden mit dem Anschlusspunkt b verbunden ist, der sowohl mit der Abtast- bzw. Sense-Emitterelektrode se des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 als auch der Anodenelektrode der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 verbunden ist, und ist an seinem anderen Ende mit dem Anschlusspunkt d verbunden, der sowohl mit der Emitterelektrode e des Haupttransistors 12 als auch der Anodenelektrode der Hauptdiode 15 verbunden ist.
Die Antriebseinheit 1 ist mit der Steuerschaltung 40 verbunden, die eine Erfassungseinheit aufweist, die dafür ausgelegt ist, die Stärke des Hauptstroms Ie auf Basis der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise zu erfassen und die Stärke des Diodenstroms Id auf Basis der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd zu erfassen.
Die Steuerschaltung 40 weist beispielsweise eine Erfassungseinheit auf, die dafür ausgelegt ist, die Stärke des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise zu erfassen und durch Erfassen der Höhe einer Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise fließt, die Stärke des Hauptstroms Ie zu erfassen. Die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise fließt, ist eine positive Spannung, deren Höhe sich gemäß der Größe des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise ändert. Zum Beispiel wird aufgrund dessen, dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse an beiden Enden des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 erzeugt.
Ebenso weist die Steuerschaltung 40 beispielsweise eine Erfassungseinheit auf, die dafür ausgelegt ist, die Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd zu erfassen und durch Erfassen der Höhe der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Ise fließt, die Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Id zu erfassen. Die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd fließt, ist eine negative Spannung, deren Höhe sich gemäß der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd ändert. Zum Beispiel wird aufgrund dessen, dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse an beiden Enden des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 erzeugt.
Die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse ist beispielsweise die Spannung zwischen beiden Enden des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 und ist einem Potentialunterschied zwischen dem Anschlusspunkt b und dem Anschlusspunkt d gleich. Die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse weist einen negativen Spannungswert auf, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd in einer Richtung zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, die der Vorwärtsrichtung der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 gleich ist. Außerdem weist die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse einen positiven Spannungswert auf, wenn der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise in einer Richtung zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, die der Vorwärtsrichtung der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 entgegengesetzt ist. Außerdem ist die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse null, wenn kein Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd oder Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt.
Das Abtast- bzw. Sense-Verhältnis m des Diodenabschnitts 14 und das Abtast- bzw. Sense-Verhältnis n des Transistorabschnitts 11 werden so eingestellt, dass ein Verhältnis p des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd zum Diodenstrom Id größer wird als ein Verhältnis q des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise zum Hauptstrom Ie.
In dem Fall, wo das Verhältnis zwischen der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd und der Stärke des Diodenstroms Id auf 1:m eingestellt wird, ist das Verhältnis p gleich 1/m. In dem Fall, wo das Verhältnis zwischen der Stärke des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise und der Stärke des Hauptstroms Ie auf 1:n eingestellt wird, ist das Verhältnis q gleich 1/n. Die Werte m und n sind jeweils größer als 1.
Zum Beispiel wird das Verhältnis p (= 1/1000) in dem Fall, wo die Werte m und n 1000 bzw. 2000 sind, größer eingestellt als das Verhältnis q (= 1/2000).
Das Verhältnis p wird größer eingestellt als das Verhältnis q, damit selbst dann, wenn der Diodenstrom Id und der Hauptstrom Ie gleich stark sind (wenn die absoluten Werte der Stromwerte einander gleich sind), bewirkt werden kann, dass die Stärke des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd größer ist als die Stärke des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise. Somit können selbst dann, wenn die Stärke des Diodenstroms Id relativ gering ist, der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd und die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse erzeugt werden, deren absolute Werte relativ groß sind. Daher kann bewirkt werden, dass die Erfassungsempfindlichkeit für den Diodenstroms Id höher ist als die Erfassungsempfindlichkeit für den Hauptstroms Ie.
Wenn beispielsweise das Verhältnis p größer ist als das Verhältnis q, kann der Hauptstrom Ie, der relativ stark ist, beispielsweise ein Überstrom, auf Basis der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse erfasst werden, während auf Basis der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse exakt erfasst werden kann, dass der Diodenstrom Id von nahe null Ampere zur Hauptdiode 15 fließt. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 40 auf Basis der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse erfassen, dass der Hauptstrom Ie, der gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert, zum Haupttransistor 12 fließt, und kann auf Basis der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse erfassen, dass der Diodenstrom Id, der kaum stärker ist als null, zur Hauptdiode 15 fließt.
Wenn das Verhältnis p größer ist als das Verhältnis q, macht es auch der relativ schwache Diodenstrom Id möglich, den Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zu erzeugen, dessen absoluter Wert relativ hoch ist. Wenn der übermäßig starke Diodenstrom Id unerwarteterweise zur Hauptdiode 15 fließt, fließt daher der übermäßig starke Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 und kann eine Beschädigung des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 bewirken.
Außerdem wird der Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 auf einen kleinen Wert eingestellt, so dass er der Stärke des übermäßig starken Hauptstroms Ie entspricht, der erfasst werden soll. Auch wenn der nur einigermaßen starke Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, kann somit der Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 beschädigt werden.
Daher weist die Antriebseinheit 1 eine Klemmschaltung 30 auf, die parallel mit dem Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 verbunden ist. Die Klemmschaltung 30 ist an einem ihrer Enden mit dem Anschlusspunkt b und einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden und ist an ihrem anderen Ende mit dem Anschlusspunkt d und dem anderen Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden. Die Klemmschaltung 30 ist eine Schaltung, welche die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse, die an beiden Enden des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 erzeugt wird, bei einen vorgegebenen Klemmspannungswert klemmt, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt.
Somit kann die Klemmschaltung 30 die übermäßig starke negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse unterdrücken und kann somit einer Beschädigung des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 und eines mit dem Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 verbundenen Elements (z.B. eines Komparators 49), die von einer negativen Überspannung verursacht wird, entgegenwirken.
Außerdem ist die Klemmschaltung 30 parallel mit dem Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 verbunden, so dass ein Strom zur Klemmschaltung 30 fließt. Daher kann der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd in einen Strom 11, der zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, und einen Strom 12, der zur Klemmschaltung 30 fließt, geteilt werden. Dann weist die Klemmschaltung 30 eine ausreichende Stromfestigkeit auf, so dass der Strom, der zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 geliefert wird, an die Klemmschaltung 30 verteilt werden kann. Daher kann einer Beschädigung des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 aufgrund eines Überstroms entgegengewirkt werden.
Der Klemmspannungswert der Klemmschaltung 30 wird auf einen Wert eingestellt, der kleiner ist als das Produkt (ein Spannungswert) eines Spitzenstromwerts des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd und eines Widerstandswerts des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 zu dann, wenn keine Klemmschaltung 30 vorhanden ist.
Die Klemmschaltung 30 weist beispielsweise eine Diode 31 auf, welche die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse auf einen vorgegebenen Klemmspannungswert klemmt. Die Diode 31 ist ein Beispiel für einen p-n-Übergang, dessen Vorwärtsrichtung einer Vorwärtsrichtung der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 gleich ist, so dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd durch die Diode 31 fließt. Außerdem ist die Diode 31 auf eine Weise angeordnet, die verhindert, dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zur Klemmschaltung 30 fließt. Daher fließt der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20, statt zur Klemmschaltung 30 zu fließen.
Die Diode 31 ist parallel zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 angeordnet und verbunden und weist eine Kathodenelektrode, die mit dem Anschlusspunkt b und einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist, und eine mit dem Anschlusspunkt d und dem anderen Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbundene Anodenelektrode auf. Es kann entweder eine einzelne Diode 31 oder eine Mehrzahl von Dioden 31 vorgesehen sein. In 1 sind zwei Dioden 31 in Reihe miteinander verbunden.
Die Antriebseinheit 1 ist mit der Steuerschaltung 40 versehen. Die Steuerschaltung 40 ist ein Beispiel für eine Steuereinheit, die das Ansteuern des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 auf Basis eines Erfassungsergebnisses der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse steuert.
Die Steuerschaltung 40 schaltet den Haupttransistor 12 und den Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 aus, wenn die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse erfasst wird, die aufgrund dessen erzeugt wird, dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd durch den Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 und die Klemmschaltung 30 fließt. Somit kann verhindert werden, dass der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 eingeschaltet werden, wenn der Diodenstrom Id fließt. Wenn der Diodenstrom Id fließt, werden außerdem der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 eingeschaltet, wodurch verhindert werden kann, dass der Verlust im Diodenabschnitt 14 zunimmt.
Zum Beispiel schaltet die Steuerschaltung 40 den Haupttransistor 12 und den Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 aus, wenn erfasst wird, dass die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse gleich oder kleiner ist als ein vorgegebener Schwellenwert (z.B. null oder ein vorgegebener negativer Schwellenwert).
Die Steuerschaltung 40 weist einen Widerstand 41, einen Widerstand 54, den Komparator 49, eine AND-Schaltung 42 und die Antriebsschaltung 43 auf.
Sowohl der Widerstand 41 als auch der Widerstand 54 sind Beispiele für eine Umwandlungseinheit, welche die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse äquivalent in eine erfasste Spannung Va umwandelt. Der Widerstand 54 ist an einem seiner Enden mit dem Anschlusspunkt b und einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden und ist an seinem anderen Ende mit dem Widerstand 41 verbunden. Der Widerstand 41 ist an einem seiner Enden mit dem anderen Ende des Widerstands 54 verbunden und ist an seinem anderen Ende mit einem Bezugsspannungsabschnitt 44 verbunden, der eine bestimmte Bezugsspannung VR1 ausgibt. Ein Anschlusspunkt a zwischen einem Ende des Widerstands 41 und dem anderen Ende des Widerstands 54 ist mit einem nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des Komparators 49 verbunden. Die erfasste Spannung Va, die vom Anschlusspunkt a ausgegeben wird, wird in den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des Komparators 49 eingegeben.
Der Widerstand 41 und der Widerstand 54 können die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse, die erzeugt wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, in die positive erfasste Spannung Va umwandeln. Somit wird keine negative Spannung in den nicht-invertierenden Eingangsabschnitt des Komparators 49 eingegeben, so dass die Konfiguration des nicht-invertierenden Eingangsabschnitts des Komparators 49 vereinfacht werden kann.
Der Komparator 49 ist ein Beispiel für eine Bestimmungsschaltung, die bestimmt, ob der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt oder der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt. Der Komparator 49 kann erfassen, dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zu fließen aufhört oder dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zu fließen beginnt, und kann erfassen, dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zu fließen aufhört oder dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zu fließen beginnt.
Der Komparator 49 invertiert den Spannungspegel eines Ausgangssignals S6 zu einem Zeitpunkt, zu dem erfasst wird, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse ändert und dabei einen vorgegebenen Schwellenwert Vth tangiert. Zum Beispiel weist der Komparator 49 einen nicht-invertierenden Eingangsabschnitt, der mit dem Anschlusspunkt a verbunden ist, und einen mit dem Bezugsspannungsabschnitt 50 verbundenen invertierenden Eingangsabschnitt auf. Der Bezugsspannungsabschnitt 50 gibt eine bestimmte Bezugsspannung VR3 an den invertierenden Eingangsabschnitt des Komparators 49 aus. Das heißt, in diesem Fall invertiert der Komparator 49 den Spannungspegel des Ausgangssignals S6 zu einem Zeitpunkt, zu dem erfasst wird, dass sich die erfasste Spannung Va, die der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse entspricht, ändert und dabei die Bezugsspannung VR3 tangiert.
Wenn der Diodenstrom Id fließt, fließt auch der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd, weswegen die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse eine negative Spannung ist. Wenn erfasst wird, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse von einem negativen Wert in einen Wert ändert, der gleich oder größer ist als null (d.h. null oder ein positiver Wert), stellt der Komparator 49 das Ausgangssignal S6 von niederpegelig auf hochpegelig um. Der Komparator 49 erfasst beispielsweise durch Beobachten, dass die erfasste Spannung Va die Bezugsspannung VR3 überschreitet, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse von einem negativen Wert in einen Wert ändert, der gleich oder größer ist als null (d.h. null oder ein positiver Wert).
Wenn andererseits der Hauptstrom Ie fließt, fließt auch der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise, weswegen die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse eine positive Spannung ist. Wenn erfasst wird, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse von einem positiven Wert in einen Wert ändert, der gleich oder kleiner ist als null (d.h. null oder ein negativer Wert), stellt der Komparator 49 das Ausgangssignal S6 von hochpegelig auf niederpegelig um. Der Komparator 49 erfasst beispielsweise durch Beobachten, dass die erfasste Spannung Va die Bezugsspannung VR3 unterschreitet, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse von einem positiven Wert in einen Wert ändert, der gleich oder kleiner ist als null (d.h. null oder ein negativer Wert).
Das Ausgangssignal S6 des Komparators 49 wird in die AND-Schaltung 42 eingegeben.
Die AND-Schaltung 42 ist ein Beispiel für eine Bestimmungseinheit, die auf Basis des Spannungspegels eines Befehlssignals S1 und des Spannungspegels des Ausgangssignals S6 bestimmt, ob der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ein- oder ausgeschaltet werden sollten. Die AND-Schaltung 42 berechnet ein logisches Produkt des Befehlssignals S1 und des Ausgangssignals S6 und gibt ein Voransteuerungssignal S2 aus. Das Befehlssignal S1 ist ein Signal, mit dem das Ein- und Ausschalten des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 befohlen wird, und ist ein Signal (z.B. ein Pulsbreitenmodulationssignal), das von einer externen Vorrichtung, beispielsweise einem Mikrocomputer oder dergleichen, geliefert wird.
In dem Fall, wo mindestens eines vom Befehlssignal S1 und vom Ausgangssignal S6 ein niederpegeliges Signal ist, das ein Ein- und Ausschalten des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 befiehlt, gibt die AND-Schaltung 42 das niederpegelige Voransteuerungssignal S2 aus. Das niederpegelige Voransteuerungssignal S2 ist ein Signal zum Ausschalten des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13. Das heißt, auch nach Empfangen des hochpegeligen Befehlssignals S1, das ein Einschalten des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 befiehlt, gibt die AND-Schaltung 42 das niederpegelige Voransteuerungssignal S2 aus, wenn das Ausgangssignal S6 niederpegelig ist.
Dagegen gibt die AND-Schaltung 42 in dem Fall, wo sowohl das Befehlssignal S1 als auch das Ausgangssignal S6 hochpegelige Signale sind, die das Einschalten des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 befehlen, das hochpegelige Voransteuerungssignal S2 aus. Das hochpegelige Voransteuerungssignal S2 ist ein Signal zum Einschalten des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13.
Die Antriebsschaltung 43 gibt ein Gate-Ansteuerungssignal S3 aus, das die gleiche Phase aufweist wie das Voransteuerungssignal S2, das von der AND-Schaltung 42 ausgegeben wird. Die Antriebsschaltung 43 verstellt den Spannungspegel des Voransteuerungssignals S2 in einen höheren Pegel und gibt das Gate-Ansteuerungssignal S3 aus, dessen Spannungspegel höher ist als der des Voransteuerungssignals S2, so dass der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 angesteuert werden können.
Wenn erfasst wird, dass der Diodenstrom Id zur Hauptdiode 15 fließt, kann die Steuerschaltung 40 somit den Haupttransistor 12 und den Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ausschalten. Wenn dagegen erfasst wird, dass der normale Hauptstrom Ie zum Haupttransistor 12 fließt, können der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 eingeschaltet werden.
2 zeigt Zeitschemata, die ein Beispiel für Betriebswellenformen der Antriebseinheit 1 zeigen. Das Befehlssignal S1 ist ein Signal, das befiehlt, dass der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ein- oder ausgeschaltet werden sollen. Ein Strom Isw ist ein Strom, der durch den leitenden Abschnitt 62 fließt und der Summe des Hauptstroms Ie und des Diodenstroms Id ungefähr gleich ist. Der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise ist ausreichend kleiner als der Hauptstrom Ie, und der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd ist ausreichend kleiner als der Diodenstrom Id. Daher sind die Stärken des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise und des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd in Bezug auf den Strom Isw zu vernachlässigen.
Der Zeitraum, in dem der Strom Isw negative Werte aufweist, gibt an, dass der Strom Isw in der Richtung fließt, die der Vorwärtsrichtung der Hauptdiode 15 und der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 gleich ist. Die Vorwärtsrichtung der Hauptdiode 15 und der Abtast- bzw. Sense-Diode 16 ist die Richtung von der Anodenelektrode zur Kathodenelektrode. Dagegen gibt der Zeitraum, in dem der Strom Isw positive Werte aufweist, an, dass der Strom Isw in der Richtung fließt, die entgegengesetzt ist zur Vorwärtsrichtung der Hauptdiode 15 und der Abtast- bzw. Sense-Diode 16. Die Richtung, die umgekehrt ist zu Vorwärtsrichtung der Hauptdiode 15 und der Abtast- bzw. Sense-Diode 16, ist die Richtung vom Kollektoranschluss C zum Emitteranschluss E oder zum Abtast- bzw. Sense-Emitteranschluss SE.
Wenn der Diodenstrom Id fließt, fließt der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd, so dass die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse eine niederpegelige negative Spannung ist. Wenn die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse eine niederpegelige negative Spannung ist, weist das Ausgangssignal S6 einen niedrigen Pegel auf. Wenn das Befehlssignal S1 einen hohen Pegel aufweist und das Ausgangssignal S6 einen niedrigen Pegel aufweist, weist infolgedessen das Gate-Ansteuerungssignal S3 einen niedrigen Pegel auf, so dass sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ausgeschaltet werden. Da sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ausgeschaltet werden, wird verhindert, dass der Hauptstrom Ie und der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise fließen. Wenn verhindert wird, dass der Hauptstrom Ie und der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise fließen, ist der Strom Isw dementsprechend der Summe des Diodenstroms Id, des Stroms I1, der zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, und des Stroms I2, der zur Klemmschaltung 30 fließt, ungefähr gleich.
Wenn der Diodenstrom Id schwächer wird, wird auch der Diodenstrom Isd schwächer. Der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd ist der Summe des Stroms I1 und des Stroms I2 ungefähr gleich. Wenn der Diodenstrom Id auf null Ampere sinkt, wird auch der Strom Isw ungefähr gleich null Ampere. In der Nähe von null Ampere, wo sich der Strom Isw von einem negativen Wert auf einen positiven Wert umstellt, stellt sich das Ausgangssignal S6 von hochpegelig auf niederpegelig um (siehe die Zeitpunkte t1 und t4). Somit weist das Gate-Ansteuerungssignal S3 einen hohen Pegel auf.
Wenn das Befehlssignal S1 einen hohen Pegel aufweist und das Ausgangssignal S6 einen hohen Pegel aufweist, weist infolgedessen das Gate-Ansteuerungssignal S3 einen hohen Pegel auf, so dass sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 eingeschaltet werden. Da sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 eingeschaltet werden, werden der Hauptstrom Ie und der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise allmählich stärker, so dass der Strom Isw ebenfalls allmählich stärker wird (siehe einen Zeitraum t1-t2 und einen Zeitraum t4-t5).
In 2 gibt eine Wellenform b1 einen Fall an, wo keine Klemmschaltung 30 vorhanden ist, und eine Wellenform b2 gibt einen Fall an, wo die Klemmschaltung 30 vorhanden ist. In jedem Fall wird das Verhältnis p des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd zum Diodenstrom Id größer eingestellt als das Verhältnis q des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise zum Hauptstrom Ie.
Im Falle der Wellenform b1, wo keine Klemmschaltung 30 vorhanden ist, ist das Verhältnis p größer als das Verhältnis q, so dass der absolute Wert eines negativen Spitzenwerts der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse größer ist als der absolute Wert eines positiven Spitzenwerts der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse. Im Falle von 2 werden eine negative Spitzenspannung von etwa -4,8 V und eine positive Spitzenspannung von etwa 1,8 V erzeugt.
Im Gegensatz dazu wird im Falle der Wellenform b2, wo die Klemmschaltung 30 vorhanden ist, die Erfassungsempfindlichkeit für den Strom Isw in der Nähe von null Ampere aufrechterhalten und gleichzeitig die negative Spitzenspannung der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse bei etwa -2,3 V gehalten. Somit kann einer Beschädigung des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 selbst oder des Elements, das mit dem Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 verbunden ist, die durch eine negative Überspannung bewirkt wird, entgegengewirkt werden.
Wenn sich das Befehlssignal S1 von hochpegelig auf niederpegelig umstellt, stellt sich das Gate-Ansteuerungssignal S3 von hochpegelig auf niederpegelig um (siehe Zeitpunkte t2 und t5), so dass sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ausgeschaltet werden. Da sowohl der Haupttransistor 12 als auch der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ausgeschaltet werden, wird verhindert, dass der Hauptstrom Ie und der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise fließen (siehe einen Zeitraum t2-t3 und einen Zeitraum t5-t6).
Wenn der Hauptstrom Ie schwächer wird, wird auch der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise schwächer. Der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise ist dem Strom I1 ungefähr gleich. Wegen der Diode 31 fließt kein Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zur Klemmschaltung 30. Wenn der Hauptstrom Ie auf null Ampere sinkt, wird auch der Strom Isw ungefähr gleich null Ampere. In der Nähe von null Ampere, wo sich der Strom Isw von einem positiven Wert auf einen negativen Wert umstellt, stellt sich das Ausgangssignal S6 von hochpegelig auf niederpegelig um (siehe die Zeitpunkte t2 und t5). Somit weist das Gate-Ansteuerungssignal S3 einen niedrigen Pegel auf.
3 ist eine Ansicht, die eine Antriebseinheit 2 zeigt, die einer Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Eine Gestaltung und eine Wirkung, die denen der oben genannten Antriebseinheit 1 gleich sind, werden nicht beschrieben. Die Antriebseinheit 2 ist mit einer Steuerschaltung 45 ausgestattet, die eine Überstromerfassungsschaltung aufweist, die den Haupttransistor 12 und den Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 auf Basis der positiven Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse ausschaltet, die erzeugt wird, weil der Strom I1 zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt.
Ein Komparator 46 ist ein Beispiel für die Überstromerfassungsschaltung. Der Komparator 46 weist einen invertierenden Eingabeabschnitt auf, der mit dem Anschlusspunkt b und einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist, sowie einen nicht-invertierenden Eingabeabschnitt, der mit einem Bezugsspannungsabschnitt 47 verbunden ist, der eine bestimmte Bezugsspannung VR2 ausgibt. Die Bezugsspannung VR2 ist ein Schwellenwert zur Bestimmung, ob oder ob nicht der Hauptstrom Ie ein Überstrom ist.
Wenn der Diodenstrom Id fließt, ist die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse niedriger als die Bezugsspannung VR2, so dass der Komparator 46 ein hochpegeliges Ausgangssignal S4 ausgibt. Wenn dagegen der normale Hauptstrom Ie, der schwächer ist als ein Überstrom, zum Haupttransistor 12 fließt, ist die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse niedriger als die Bezugsspannung VR2, weswegen der Komparator 46 das hochpegelige Ausgangssignal S4 ausgibt. Wenn der übermäßig starke Hauptstrom Ie, der gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert, zum Haupttransistor 12 fließt, wird die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse andererseits höher als die Bezugsspannung VR2, weswegen der Komparator 46 das niederpegelige Ausgangssignal S4 ausgibt.
Die Steuerschaltung 45 weist eine AND-Schaltung 48 auf, in die das Ausgangssignal S6 des Komparators 49 und das Ausgangssignal S4 des Komparators 46 eingegeben werden. Die AND-Schaltung 48 ist ein Beispiel für eine Bestimmungseinheit, die auf Basis des Spannungspegels des Ausgangssignals S4 und des Spannungspegels des Ausgangssignals S6 bestimmt, ob der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ein- oder ausgeschaltet werden sollten. Die AND-Schaltung 48 berechnet ein logisches Produkt des Ausgangssignals S4 und des Ausgangssignals S6 und gibt ein Ausgangssignal S5 aus.
Die AND-Schaltung 42 ist ein Beispiel für eine Bestimmungseinheit, die auf Basis des Spannungspegels des Befehlssignals S1 und des Spannungspegels des Ausgangssignals S5 bestimmt, ob der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ein- oder ausgeschaltet werden sollten. Die AND-Schaltung 42 berechnet ein logisches Produkt des Steuersignals S1 und des Ausgangssignals S5 und gibt das Voransteuerungssignal S2 aus.
Wenn erfasst wird, dass der Diodenstrom Id zur Hauptdiode 15 fließt und/oder dass der übermäßig starke Hauptstrom Ie zum Haupttransistor 12 fließt, kann die Steuerschaltung 45 somit den Haupttransistor 12 und den Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 ausschalten. Wenn dagegen erfasst wird, dass der normale Hauptstrom Ie zum Haupttransistor 12 fließt, können der Haupttransistor 12 und der Abtast- bzw. Sense-Transistor 13 eingeschaltet werden.
4 ist eine Ansicht, die eine Antriebseinheit 3 zeigt, die einer Halbleitervorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Eine Gestaltung und eine Wirkung, die denen der oben genannten Antriebseinheit 1 oder 2 gleich sind, werden nicht beschrieben. Die Antriebseinheit 3 ist mit einer Klemmschaltung 34 versehen, welche die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse auf einen vorgegebenen Klemmspannungswert klemmt.
Die Klemmschaltung 34 weist eine Diode 32 und eine Zener- bzw. Z-Diode 33 auf, welche die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse auf den vorgegebenen Klemmspannungswert klemmen. Durch Anpassen der Zener- bzw. Z-Spannung der Zener- bzw. Z-Diode 33 kann der Klemmspannungswert, auf den die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse geklemmt wird, leicht auf einen beliebigen Wert eingestellt werden.
Die Diode 32 ist ein Beispiel für einen p-n-Übergang, der die gleiche Vorwärtsrichtung hat wie die Abtast- bzw. Sense-Diode 16, so dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd durch die Diode 32 fließt. Außerdem ist die Diode 32 auf solche Weise angeordnet, dass sie den Abtast- bzw. Sense-Strom Ise daran hindert, zur Klemmschaltung 34 zu fließen, so dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, statt zur Klemmschaltung 34 zu fließen.
Die Diode 32 ist parallel zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 angeordnet und verbunden und weist eine Kathodenelektrode, die mit dem Anschlusspunkt b und einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist, und eine Anodenelektrode auf, die über die Zener- bzw. Z-Diode 33 mit dem Anschlusspunkt d und mit dem anderen Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist. Es kann entweder eine einzelne Diode 32 oder eine Mehrzahl von Dioden 32 vorgesehen sein. Die Mehrzahl von Dioden 32 kann in Reihe miteinander verbunden sein.
Die Zener- bzw. Z-Diode 33 ist eine Diode, deren Vorwärtsrichtung entgegengesetzt ist zur Vorwärtsrichtung der Abtast- bzw. Sense-Diode 16, so dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd nur dann durch die Zener- bzw. Z-Diode 33 fließt, wenn die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse gleich oder höher ist als die Zener- bzw. Z-Spannung der Zener- bzw. Z-Diode 33.
Der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd fließt zur Klemmschaltung 34 und zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20, wenn die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse gleich oder höher ist als die Zener- bzw. Z-Spannung der Zener- bzw. Z-Diode 33. Statt zur Klemmschaltung 34 zu fließen, fließt der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20, wenn die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse niedriger ist als die Zener- bzw. Z-Spannung der Zener- bzw. Z-Diode 33.
Die Zener- bzw. Z-Diode 33 ist mit der Diode 32 in Reihe verbunden und weist eine Kathodenelektrode, die mit dem Anschlusspunkt d verbunden ist, und eine mit der Anodenelektrode der Diode 32 verbundene Anodenelektrode auf. Dabei sind die Position, wo die Zener- bzw. Z-Diode 33 angeordnet ist, und die Position, wo die Diode 32 angeordnet ist, gegenseitig austauschbar.
5 ist eine Ansicht, die eine Antriebseinheit 4 zeigt, die einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der Erfindung entspricht. Eine Gestaltung und eine Wirkung, die denen der oben genannten Antriebseinheit 1, 2 oder 3 gleich sind, werden nicht beschrieben. Die Antriebseinheit 4 weist eine Klemmschaltung 37 auf, welche die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse auf einen vorgegebenen Klemmspannungswert klemmt.
Die Klemmschaltung 37 ist mit einem Transistor 35 ausgestattet, der eine parasitische Diode 36 aufweist, welche die gleiche Vorwärtsrichtung hat wie die Abtast- bzw. Sense-Diode 16, so dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd durch die Klemmschaltung 37 fließt. Der Transistor 35 ist ein Beispiel für ein Schaltelement, das einen dazu parallelen p-n-Übergang aufweist.
Aufgrund des Einschaltens des Transistors 35 wird ein Einschaltwiderstand des Transistors 35 mit dem Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 synthetisiert, so dass der Klemmspannungswert, auf den die negative Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse geklemmt wird, auf solche Weise angehoben werden kann, dass er sich null nähert. Das heißt, dem Auftreten einer übermäßig großen negativen Spannung kann dadurch entgegengewirkt werden, dass der absolute Wert der negativen Spitzenspannung der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse klein gehalten wird. Der Widerstandswert des Einschaltwiderstands des Transistors 35 ist niedriger als der Widerstandswert des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20.
5 zeigt als Beispiel einen Fall, wo der Transistor 35 ein n-Kanal-MOSFET ist. In diesem Fall weist der Transistor 35 eine Gate-Elektrode, in die ein Ausgangssignal S7 eingegeben wird, eine Drain-Elektrode, die mit dem Anschlusspunkt b und einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbunden ist, und eine mit dem Anschlusspunkt d und dem anderen Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbundene Anodenelektrode auf. Der Transistor 35 kann ein anderes Schaltelement sein, beispielsweise ein Bipolartransistor oder dergleichen, das einen dazu parallelen p-n-Übergang aufweist.
Die Antriebseinheit 4 weist eine Klemmsteuerschaltung 53 auf, die das hochpegelige Ausgangssignal S7 ausgibt, um den Transistor 35 einzuschalten, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd fließt. Das hochpegelige Ausgangssignal S7 wird in die Gate-Elektrode des Transistors 35 eingegeben, so dass der Transistor 35 eingeschaltet wird, wenn der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd fließt.
Die Klemmsteuerschaltung 53 weist eine Überwachungsschaltung 55 auf, die einen Strom I4 überwacht, der zwischen der Source und dem Drain des Transistors 35 fließt. Die Klemmsteuerschaltung 53 gibt das Ausgangssignal S7 zum Steuern der Ansteuerung des Transistors 35 auf Basis eines Ergebnisses der Erfassung des Stroms I4 durch die Überwachungsschaltung 55 aus.
Die Überwachungsschaltung 55 ist beispielsweise eine Reihenschaltung, die einen Überwachungswiderstand 56 und einen in Reihe mit dem Überwachungswiderstand 56 verbundenen Transistor 57 aufweist, und ist eine Schaltung, die parallel mit dem Transistor 35 der Klemmschaltung 37 verbunden ist.
Ein Strom I5, der dem Strom I4 entspricht, der zum Transistor 35 fließt, fließt durch den Überwachungswiderstand 56. Der Überwachungswiderstand 56 ist an einem seiner Enden mit einem Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 und mit dem Anschlusspunkt b verbunden und ist an seinem anderen Ende über den Transistor 57 mit dem anderen Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 und dem Anschlusspunkt d verbunden.
Der Transistor 57 ist ein Beispiel für ein Steuerelement, das den Strom I4, der zum Überwachungswiderstand 56 fließt, synchron zum Ein- und Ausschalten des Transistors 35 steuert. Der Transistor 57 wird eingeschaltet, wenn der Transistor 35 eingeschaltet ist, und wird ausgeschaltet, wenn der Transistor 35 ausgeschaltet ist. Der Strom I5 fließt, sobald der Transistor 57 eingeschaltet wird. Der Strom I5 hört auf zu fließen, sobald der Transistor 57 ausgeschaltet wird. Eine Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 wird aufgrund des Fließens des Stroms I5 erzeugt.
5 zeigt als Beispiel einen Fall, wo der Transistor 57 ein n-Kanal-MOSFET ist. In diesem Fall weist der Transistor 57 eine Gate-Elektrode, in die das Ausgangssignal S7 eingegeben wird, eine Drain-Elektrode, die mit dem anderen Ende des Überwachungswiderstands 56 verbunden ist, und eine mit dem Anschlusspunkt d und dem anderen Ende des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 verbundene Anodenelektrode auf. Der Transistor 57 kann ein anderes Schaltelement sein, beispielsweise ein Bipolartransistor oder dergleichen.
Die Überwachungsschaltung 55 gibt die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2, die der Stärke des Stroms I4 entspricht, aus einem Anschlusspunkt e aus, wenn der Transistor 57 eingeschaltet ist. Der absolute Wert der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 ist durch einen Abfall der Spannung des Überwachungswiderstands 56 kleiner als der absolute Wert einer Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1. Die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vsel ist eine Spannung, die an beiden Enden des Abtast- bzw. Sense-Widerstands 20 erzeugt wird. Der Anschlusspunkt e ist ein Knoten, an dem der Überwachungswiderstand 56 und der Transistor 57 miteinander verbunden sind.
Die Klemmsteuerschaltung 53 weist einen RS-Flipflop 58 auf. Der RS-Flipflop 58 stellt das Ausgangssignal S7 an einer ansteigenden Flanke des Befehlssignals S1 von niederpegelig auf hochpegelig um (siehe Zeitpunkte t3 und t6 in 6) Durch Umstellen des Ausgangssignals S7 auf einen hohen Pegel schaltet der RS-Flipflop 58 den Transistor 35 und den Transistor 57 von aus auf ein. Aufgrund des Einschaltens des Transistors 35 und des Transistors 57 kann der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd durch den Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20, die Klemmschaltung 37 und die Überwachungsschaltung 55 fließen.
Dagegen stellt der RS-Flipflop 58 das Ausgangssignal S7 zu einem Zeitpunkt, zu dem die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 über einen Schwellenwert (in diesem Fall null) steigt, (d.h. zu einem Zeitpunkt, zu dem sich das Ausgangssignal S6 von niederpegelig auf hochpegelig umstellt) von hochpegelig auf niederpegelig um (siehe die Zeitpunkte t1 und t4 in 6). Durch Umstellen des Ausgangssignals S7 auf einen niedrigen Pegel schaltet der RS-Flipflop 58 den Transistor 35 und den Transistor 57 von ein auf aus. Aufgrund des Ausschaltens des Transistors 35 und des Transistors 57 kann der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließen und wird daran gehindert, durch die Klemmschaltung 37 und die Überwachungsschaltung 55 zu fließen.
Die Antriebseinheit 4 ist mit einer Steuerschaltung 51 versehen. Die Steuerschaltung 51 ist ein Beispiel für eine Steuereinheit, die das Ansteuern des Haupttransistors 12 und des Abtast- bzw. Sense-Transistors 13 auf Basis eines Erfassungsergebnisses der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 steuert.
Die Steuerschaltung 51 weist einen Komparator 59, einen Komparator 46, die AND-Schaltung 48, die AND-Schaltung 42 und die Antriebsschaltung 43 auf.
Der Komparator 59 ist ein Beispiel für eine Bestimmungsschaltung, die bestimmt, ob der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt oder der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt. Der Komparator 59 kann erfassen, dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zu fließen aufhört oder dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zu fließen beginnt, und kann erfassen, dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zu fließen aufhört oder dass der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zu fließen beginnt.
Der Komparator 59 invertiert den Spannungspegel des Ausgangssignals S6 zu einem Zeitpunkt, zu dem erfasst wird, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 ändert und dabei den vorgegebenen Schwellenwert Vth tangiert. Zum Beispiel weist der Komparator 59 einen nicht-invertierenden Eingangsabschnitt, der mit dem Anschlusspunkt e verbunden ist, und einen mit dem Anschlusspunkt d verbundenen invertierenden Eingangsabschnitt auf. In diesem Fall wird der Schwellenwert Vth auf null eingestellt.
Wenn der Diodenstrom Id fließt, fließt auch der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd, so dass die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 eine negative Spannung ist. Wenn erfasst wird, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 von einem negativen Wert in einen Wert ändert, der gleich oder größer ist als null (d.h. null oder ein positiver Wert), stellt der Komparator 59 das Ausgangssignal S6 von niederpegelig auf hochpegelig um. Der Komparator 59 erfasst beispielsweise durch Beobachten, dass die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 eine Bezugsspannung (in diesem Fall von null) überschreitet, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 von einem negativen Wert in einen Wert ändert, der gleich oder größer ist als null (d.h. null oder ein positiver Wert).
Wenn sich das Ausgangssignal S6 von niederpegelig auf hochpegelig umstellt, werden der Transistor 35 und der Transistor 57 ausgeschaltet. Wenn der Transistor 35 und der Transistor 57 ausgeschaltet sind, fließt der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20, während kein Strom zur Klemmschaltung 37 und zur Überwachungsschaltung 55 fließt.
Wenn andererseits der Hauptstrom Ie fließt, fließt auch der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise, so dass die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 eine positive Spannung ist. In diesem Fall ist die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 der Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 ungefähr gleich. Wenn erfasst wird, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 von einem positiven Wert in einen Wert ändert, der gleich oder kleiner ist als null (d.h. null oder ein negativer Wert), stellt der Komparator 59 das Ausgangssignal S6 von hochpegelig auf niederpegelig um. Der Komparator 59 erfasst beispielsweise durch Beobachten, dass die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 unter eine Bezugsspannung (in diesem Fall von null) sinkt, dass sich die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 von einem positiven Wert in einen Wert ändert, der gleich oder kleiner ist als null (d.h. null oder ein negativer Wert).
6 zeigt Zeitschemata, die ein Beispiel für eine Betriebswellenform der Antriebseinheit 4 zeigen. In 6 gibt die Wellenform b2 die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse in dem Fall an, wo diese nicht von der Diode 31 von 1 geklemmt wird. Im Gegensatz dazu gibt die Wellenform b3 die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse1 in dem Fall an, wo diese vom Transistor 35 von 5 geklemmt wird, und die Wellenform e1 gibt die Abtast- bzw. Sense-Spannung Vse2 in dem Fall an, wo diese vom Transistor 35 geklemmt wird. In jedem Fall wird das Verhältnis p des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd zum Diodenstrom Id größer eingestellt als das Verhältnis q des Abtast- bzw. Sense-Stroms Ise zum Hauptstrom Ie.
Wie in der Zeichnung dargestellt ist, wird die Erfassungsempfindlichkeit des Stroms Isw in der Nähe von null Ampere aufrechterhalten, und gleichzeitig wird die negative Spitzenspannung Vse1 bei etwa gleich -1,5 V gehalten. Somit kann einer Beschädigung des Elements aufgrund eines Überstroms entgegengewirkt werden.
Der RS-Flipflop 58 der Steuerschaltung 51 kann dabei das Ausgangssignal S7 an einer fallenden Flanke des Befehlssignals S1 (zu den Zeitpunkten t2 und t5 von 6) von niederpegelig auf hochpegelig umstellen und den Transistor 35 und den Transistor 57 einschalten. Das heißt, der Transistor 35 und der Transistor 57 können synchron mit einem Zeitpunkt der Erfassung einer ansteigenden Flanke oder einer fallenden Flanke des Befehlssignals S1 eingeschaltet werden.
Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 51 den Transistor 35 und den Transistor 57 zu jedem Zeitpunkt innerhalb eines Zeitraums ab dem Erfassungszeitpunkt t2, zu dem der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zu fließen aufhört, bis zum Erfassungszeitpunkt t3, zu dem der Abtast- bzw. Sense-Diodenstrom Isd zu fließen beginnt, einschalten. Das gleiche gilt auch für den Zeitraum vom Zeitpunkt t5 bis zum Zeitpunkt t6.
Auf diese Weise wird der Transistor 35 zu einem Zeitpunkt eingeschaltet, zu dem der Haupttransistor 12 eingeschaltet wird, so dass die absoluten Werte der negativen Spitzenspannungen der Abtast- bzw. Sense-Spannungen Vse1 und Vse2 zu einem Zeitpunkt, zu dem der absolute Wert des Abtast- bzw. Sense-Diodenstroms Isd maximiert ist, klein gehalten werden können.
Außerdem wird der Strom I4, der zur Klemmschaltung 37 fließt, vom Transistor 57 überwacht, und der Transistor 35 und der Transistor 57 werden zu einem Zeitpunkt ausgeschaltet, zu dem der Strom I4 zu fließen aufhört. Somit kann bewirkt werden, dass der Abtast- bzw. Sense-Strom Ise zum Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 fließt, statt dass bewirkt wird, dass er zur Klemmschaltung 37 und zur Überwachungsschaltung 55 fließt. Daher kann verhindert werden, dass der Abtast- bzw. Sense-Widerstand 20 in Betrieb ist und irrtümlich einen Überstrom des Haupttransistors 12 erfasst.
Außerdem kann die Erfassungsempfindlichkeit für den Diodenstroms Id durch Anpassen des Abtast- bzw. Sense-Verhältnisses des Transistors 57 zum Transistor 35, des Widerstandswert des Einschaltwiderstands des Transistors 35 oder des Transistors 57, des Widerstandswerts des Überwachungswiderstands 56 und dergleichen angepasst werden. Das heißt, der Freiheitsgrad beim Anpassen der Erfassungsempfindlichkeit des Diodenstroms Id kann verbessert werden.
Auch wenn vorstehend die Halbleitervorrichtung unter Bezugnahme auf die Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden ist, ist die Erfindung nicht auf ihre oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen und Verbesserungen, beispielsweise Kombinationen, Ersetzungen und dergleichen mit einer, manchen oder allen von den anderen Ausführungsformen der Erfindung sind innerhalb des Bereichs der Erfindung möglich.
Zum Beispiel ist das Schaltelement, beispielsweise der Transistor oder dergleichen, nicht auf einen IGBT beschränkt, sondern kann auch ein n-Kanal-MOSFET oder ein p-Kanal-MOSFET sein.
Außerdem ist es nicht unbedingt notwendig, dass nur ein einziger Abtast- bzw. Sense-Widerstand vorgesehen wird. Es kann eine Mehrzahl von Sense-Widerständen vorgesehen werden. Das gleiche gilt für die Diode oder die Zener- bzw. Z-Diode.

Claims

Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4), dadurch gekennzeichnet, dass diese aufweist: einen Transistor (12); eine Diode (15), die umgekehrt parallel mit dem Transistor verbunden ist; einen Abtast-Transistor (13), der dafür ausgelegt ist, einen Abtast-Strom zu erzeugen, der einem Strom entspricht, der zum Transistor fließt; eine Abtast-Diode (16), die dafür ausgelegt ist, einen Abtast-Diodenstrom zu erzeugen, der einem Strom entspricht, der zur Diode fließt; einen Widerstand (20), der an einem Ende des Widerstands mit einem Emitter des Abtast-Transistors und einer Anode der Abtast-Diode verbunden ist und der am anderen Ende des Widerstands mit einem Emitter des Transistors und einer Anode der Diode verbunden ist; und eine Klemmschaltung (30; 34; 37), die dafür ausgelegt ist, eine Spannung zu klemmen, die im Widerstand erzeugt wird, wenn der Abtast-Diodenstrom fließt, wobei ein Verhältnis des Abtast-Diodenstroms zu dem Strom, der zur Diode fließt, größer ist als ein Verhältnis des Abtast-Stroms zu dem Strom, der zum Transistor fließt.
Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschaltung einen p-n-Übergang (31; 32; 36) aufweist, dessen Vorwärtsrichtung einer Vorwärtsrichtung der Abtast-Diode gleich ist.
Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der p-n-Übergang parallel zum Widerstand angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschaltung (37) mit einem Schaltelement (35) ausgestattet ist, das den p-n-Übergang (36) parallel zum Schaltelement aufweist.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: eine Klemmsteuerschaltung (53), die dafür ausgelegt ist, das Schaltelement einzuschalten, wenn der Abtast-Diodenstrom fließt.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmsteuerschaltung dafür ausgelegt ist, das Schaltelement einzuschalten, wenn erfasst wird, dass der Abtast-Diodenstrom zu fließen beginnt oder wenn erfasst wird, dass der Abtast-Strom zu fließen aufhört.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmsteuerschaltung dafür ausgelegt ist, das Schaltelement auszuschalten, wenn der Abtast-Strom fließt.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmsteuerschaltung dafür ausgelegt ist, das Schaltelement auszuschalten, wenn erfasst wird, dass der Abtast-Diodenstrom zu fließen aufhört oder wenn erfasst wird, dass der Abtast-Strom zu fließen beginnt.
Halbleitervorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmsteuerschaltung eine Überwachungsschaltung (55) aufweist, die dafür ausgelegt ist, einen Strom zu überwachen, der zum Schaltelement fließt, und die Klemmsteuerschaltung dafür ausgelegt ist, das Ansteuern des Schaltelements auf Basis eines von der Überwachungsschaltung überwachten Ergebnisses zu steuern.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung einen Überwachungswiderstand (56) aufweist, zu dem ein Strom fließt, der dem Strom entspricht, der zum Schaltelement fließt.
Halbleitervorrichtung (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungsschaltung ein Steuerelement (57) aufweist, das dafür ausgelegt ist, den Strom zu steuern, der synchron mit dem Ein- oder Ausschalten des Schaltelements zum Überwachungswiderstand fließt.
Halbleitervorrichtung (3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmschaltung (34) eine Z-Diode (33) in Reihe mit dem p-n-Übergang aufweist, eine Vorwärtsrichtung der Z-Diode der Vorwärtsrichtung der Abtast-Diode entgegengesetzt ist.
Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diese ferner aufweist: eine Steuereinheit, die das Ansteuern des Transistors auf Basis eines Erfassungsergebnisses einer Abtast-Spannung steuert, die vom Widerstand erzeugt wird.
Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, den Transistor auszuschalten, wenn ein Strom zur Diode fließt.
Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, den Transistor auch dann auszuschalten, wenn sie einen Befehl zum Einschalten des Transistors empfangen hat, wenn ein Strom zur Diode fließt.
Halbleitervorrichtung (1; 2; 3; 4) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit dafür ausgelegt ist, den Transistor auszuschalten, wenn erfasst wird, dass ein Strom zur Diode fließt und/oder dass ein Strom, der gleich oder größer ist als ein vorgegebener Wert, zum Transistor fließt.