JP5289580B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
これらの電流検出に対する要求に対し、特許文献1では抵抗器による電流検出手段で電流検出トランジスタの電流を受け、比較器へ入力することにより電流を検出していた。この場合、比較器が比較的高速であるため、高速に電流を検出することは可能であった。しかし、抵抗器による電流検出手段を電流検出トランジスタのソースと主トランジスタのソースとの間に接続しているため、主トランジスタと電流検出トランジスタのドレイン‐ソース間の電圧は、電流検出手段の電圧降下分だけ異なる。図9に出力特性を示す。ドレイン‐ソース間電圧が異なるため、主トランジスタと電流検出トランジスタのドレイン電流は異なり、高精度化が困難であった。
図1は本発明の実施の形態1による半導体装置を示す回路図である。ここでは、パワー半導体素子として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を用いているが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)など他のパワー半導体素子を用いても良い。パワー半導体素子3は、主に電流を通電する主セル1および電流を分流させる電流センスセル2を備えており、ドレイン端子とゲート端子はお互いに接続されている。主セル1のソースにはパワー半導体素子のゲート‐ソース間に負電圧(バイアス電圧)をかけるためのソースバイアス電源11が接続される。電流センスセル2のソース端子をオペアンプ6の反転入力端子61に接続し、オペアンプ6の反転入力端子61と出力端子の間にセンス抵抗12を接続する。オペアンプ6の非反転入力端子62は主セル1のソース端子に接続する。オペアンプ6とセンス抵抗12とで、電流センスセルの出力電流をオペアンプの出力端子の電圧であるセンス電圧に変換する電流/電圧変換回路が構成されている。オペアンプ6の出力端子はコンパレータ7の非反転入力端子72に接続し、コンパレータ7の反転入力端子71に第一の基準電圧を与える基準電源8を接続して、オペアンプの出力端子の電圧、すなわちセンス電圧と第一の基準電圧とを比較して、センス電圧が第一の基準電圧よりも低くなればコンパレータ7がエラー信号を出力する。オペアンプ6、センス抵抗12および基準電源8、コンパレータ7で第一のエラー検出回路21を構成する。
図6は、本発明の実施の形態2による半導体装置を示す回路図である。図6において、図1と同一符号は同一または相当する部品、部分を示す。本実施の形態2においては、実施の形態1に加えて、オペアンプ6の非反転入力端子62と反転入力端子61の間に、非反転入力端子62をアノード、反転入力端子61をカソードとして、ダイオード10を接続したものである。
なお、ダイオード10が接続されていない実施の形態1の回路においても、オフ期間がある程度長い場合は、問題なく動作するのは言うまでもない。
更に電力損失が低いため、パワー半導体素子の高効率化が可能であり、延いては半導体装置の高効率化が可能になる。
図8は、実施の形態3による半導体装置を示す回路図であり、本願の第二の発明を開示するものである。図8において、図1、図6と同一符号は同一または相当する部品、部分を示す。本実施の形態3においては、実施の形態2、すなわち図6における第二のエラー検出回路22を省いた回路になっている。エラー検出回路は、実施の形態1や2における第一のエラー検出回路、すなわちオペアンプを用いたエラー検出回路のみとなっている。
更に電力損失が低いため、パワー半導体素子の高効率化が可能であり、延いては半導体装置の高効率化が可能になる。
3:パワー半導体素子 4:コンパレータ
5:第二の基準電圧を与える基準電源 6:オペアンプ
8:第一の基準電圧を与える基準電源 10:ダイオード
11:ソースバイアス電源 12:センス抵抗
21:第一のエラー検出回路 22:第二のエラー検出回路
41:コンパレータ4の反転入力端子
42:コンパレータ4の非反転入力端子
61:オペアンプ6の反転入力端子
62:オペアンプ6の非反転入力端子
Claims (4)
- 主セルと電流センスセルを備えたパワー半導体素子の上記主セルの電流を上記電流センスセルの出力電流により検出する半導体装置において、上記電流センスセルの出力をオペアンプの反転入力端子に接続するとともに上記オペアンプの非反転入力端子はソースバイアス電圧が印加された上記主セルのソースに接続し、
上記オペアンプとセンス抵抗によって構成される電流/電圧変換回路により上記電流センスセルの出力電流をセンス電圧に変換し、このセンス電圧と第一の基準電圧とを比較してエラー信号を出力する第一のエラー検出回路と、
上記オペアンプの反転入力端子の電圧と上記ソースバイアス電圧よりも高く設定された第二の基準電圧とを比較してエラー信号を出力する第二のエラー検出回路と
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - オペアンプの反転入力端子と非反転入力端子との間に、ダイオードを、上記反転入力端子側をカソードとし、非反転入力端子側をアノードとして接続したことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- パワー半導体素子がワイドバンドギャップ半導体素子によって形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- ワイドバンドギャップ半導体素子の材料は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料、ダイヤモンドのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
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