JPWO2015033449A1 - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
半導体装置51は、半導体スイッチング素子1と、補正電圧発生回路5と、分圧回路3と、過電流保護回路10と、駆動回路9とを備えている。スイッチング素子1は、センス電流Isenseをそのセンス端子Sより出力可能である。センス抵抗R2は、センス端子Sからのセンス電流Isenseを受けてセンス電圧Vsenseを生ずる。補正電圧発生回路5は、補正電圧Vcを発生する。分圧回路3は、センス電圧Vsenseと補正電圧Vcを抵抗R3、R4により抵抗分圧して、補正後センス電圧Vinを出力することができる。過電流保護回路10は、補正後センス電圧Vinが入力され、補正後センス電圧Vinが閾値電圧Vthreshより大きい場合に駆動回路9に停止信号を出力する。
Description
メイン電流に対して所定の分流率で与えられるセンス電流をそのセンス端子より出力可能な半導体スイッチング素子と、
一端が前記センス端子に接続され、他端が接地され、前記センス端子からの電流を受けてセンス電圧を生ずるセンス抵抗と、
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1、2抵抗の接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
を備えることを特徴とする。
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電流に比例したセンス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1、2抵抗の接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
を備えることを特徴とする。
[実施の形態1の装置の構成]
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置51および半導体スイッチング素子の駆動装置2を示す図である。半導体装置51は、半導体スイッチング素子1(以下、単に「スイッチング素子1」とも称す)と、補正電圧発生回路5と、分圧回路3と、バッファ4と、センス抵抗R2と、過電流保護回路10と、駆動回路9とを備えている。駆動装置2は、半導体装置51のうちスイッチング素子1を除いた構成、つまり補正電圧発生回路5と、分圧回路3と、バッファ4と、センス抵抗R2と、駆動回路9と、過電流保護回路10とを備えている。
(SCトリップレベルの調整)
図2を用いて半導体装置51および駆動装置2の動作について説明する。図2は、図1の回路の動作を示すタイミングチャートである。通常動作時では、補正後センス電圧Vinは閾値電圧Vthreshより小さい。この場合、コンパレータ6の出力はLowであり、制御回路8から駆動回路9への停止信号は出力されない。このとき、駆動回路9は、ゲート駆動信号に応じてスイッチング素子1を駆動する。
以下、実施の形態1の半導体装置51および駆動装置2の作用効果を説明する。
電流センス素子の(ゲート−センス間電圧VGS)=(スイッチング素子のゲート−エミッタ間電圧VGE)−(センス電圧)となるため、スイッチング素子のVGEと電流センス素子のVGSが不等となる。同様に、スイッチング素子のコレクタ−エミッタ間電圧VCEと電流センス素子のコレクタ−センス間電圧VCSも不等となる。
上述のとおり、センス電圧Vsenseは小さければ小さいほど好ましい。しかしながら、センス電圧Vsenseを小さくしすぎると、センス電圧Vsenseをコンパレータで直接比較する場合には別の問題が生じてしまう。
以上のように、センス電圧Vsenseを小さくし、SCトリップレベルの温度変化を小さくしたいという第1の要求がある。これに対し、コンパレータ6の入力電圧範囲を高くしたいという第2の要求もある。実施の形態1によれば、この第1の要求および第2の要求の両方を満足することができる。
図3は、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置51および駆動装置2におけるSCトリップレベルの測定結果を示す図である。図3には、実施の形態1にかかる半導体装置51に対して、SCトリップレベルの素子温度依存性を測定した結果が示されている。図3には、あわせて、図15に示す比較例に対して、SCトリップレベルの素子温度依存性を測定した結果も示されている。
図4は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置52および半導体スイッチング素子の駆動装置102を示す図である。補正電圧発生回路5を補正電圧発生回路105に置換した点を除き、半導体装置52および駆動装置102は実施の形態1にかかる半導体装置51および駆動装置2と同様である。
図5は、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置53および半導体スイッチング素子の駆動装置202を示す図である。容量素子C11を追加した点を除き、半導体装置53および駆動装置202は実施の形態1にかかる半導体装置51および駆動装置2と同様である。
図6は、本発明の実施の形態4にかかる半導体装置54および半導体スイッチング素子の駆動装置302を示す図である。フィルタ抵抗R5および抵抗R6を追加した点を除き、半導体装置54および駆動装置302は実施の形態3にかかる半導体装置53および駆動装置202と同様である。
図7は、本発明の実施の形態5にかかる半導体装置55および半導体スイッチング素子の駆動装置402を示す図である。補正電圧スイッチング素子14およびSW制御回路15を追加した点を除き、半導体装置55および駆動装置402は実施の形態1にかかる半導体装置51および駆動装置2と同様である。
図9は、本発明の実施の形態6にかかる半導体装置56および半導体スイッチング素子の駆動装置502を示す図である。温度センサ16を追加した点を除き、半導体装置56および駆動装置502は実施の形態1にかかる半導体装置51および駆動装置2と同様である。
図10は、本発明の実施の形態7にかかる半導体装置57および半導体スイッチング素子の駆動装置602を示す図である。補正電圧発生回路5を補正電圧発生回路605に置換した点および温度センサ616、抵抗R17、容量素子C18を追加した点を除き、半導体装置57および駆動装置602は実施の形態4にかかる半導体装置54および駆動装置302と同様である。
図12は、本発明の実施の形態8にかかる半導体装置58および半導体スイッチング素子の駆動装置702を示す図である。温度センサ16と補正電圧発生回路5の間に補正電圧制御回路18を設けた点を除き、半導体装置58および駆動装置702は実施の形態6にかかる半導体装置56および駆動装置502と同様である。
これにより、SCトリップレベルの温度変化に対する傾きをそろえることができ、SCトリップレベルのばらつきを更に高精度に低減することができる。
[実施の形態9の装置の構成]
図13は、本発明の実施の形態9にかかる半導体装置59および半導体スイッチング素子の駆動装置802を示す図である。高速保護回路804を設けた点を除き、半導体装置59および駆動装置802は実施の形態1にかかる半導体装置51および駆動装置2と同様である。
なお、高速保護回路804において、ダイオード(不図示)をMOSFET19のゲート端子とセンス端子Sの間に挿入して、そのカソードをMOSFET19のゲート端子に接続し、そのアノードをセンス端子Sに接続する構成としてもよい。この構成では、センス電圧Vsenseが0Vに低下しても、ダイオードの整流作用によりMOSFET19のゲート電圧が保持されて即時にMOSFET19がオフにはならない。従って、過電流保護回路10による駆動回路9の停止まで、高速保護回路804が半導体スイッチング素子1のゲート電圧を低下させた状態を維持することができる。
実施の形態9では、実施の形態1にかかる半導体装置51および半導体スイッチング素子の駆動装置2に高速保護回路804を追加したものである。これに対し、高速保護回路804を、実施の形態6〜8にかかる半導体装置56〜58および半導体スイッチング素子の駆動装置502〜702に追加してもよい。
なお、高速保護回路804において、ダイオード(不図示)を、MOSFET19のゲート端子と分圧回路3における抵抗R3、R4の接続点との間に挿入して、そのカソードをMOSFET19のゲート端子に接続し、そのアノードを分圧回路3における抵抗R3、R4の接続点に接続する構成としてもよい。この構成では、補正後センス電圧Vinが0Vに低下してもダイオードの整流作用によりMOSFET19のゲート電圧が保持されて即時にMOSFET19がオフにはならない。従って、過電流保護回路10による駆動回路9の停止まで、高速保護回路804が半導体スイッチング素子1のゲート電圧を低下させた状態を維持することができる。
センス端子を備え、メイン電流に対して所定の分流率で与えられるセンス電流を前記センス端子より出力可能な半導体スイッチング素子と、
一端が前記センス端子に接続され、接地されるべき他端を備え、前記センス端子からの電流を受けてセンス電圧を生ずるセンス抵抗と、
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
前記補正電圧発生回路と前記第2抵抗の前記一端との間で開放と遮断を切り替える補正電圧スイッチング素子と、
を備え、
前記半導体スイッチング素子をターンオンしてから所定時間経過後に前記補正電圧スイッチング素子をオフからオンとすることを特徴とする。
センス端子を備え、メイン電流に対して所定の分流率で与えられるセンス電流を前記センス端子より出力可能な半導体スイッチング素子と、
一端が前記センス端子に接続され、接地されるべき他端を備え、前記センス端子からの電流を受けてセンス電圧を生ずるセンス抵抗と、
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1、2抵抗の接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
前記半導体スイッチング素子の素子温度を測定する温度センサと、
を備え、
前記補正電圧発生回路は、前記温度センサの出力に基づいて前記素子温度が高いほど前記補正電圧を下げ、
前記補正電圧発生回路は、制御端子、前記制御端子で導通状態を制御される第1端子および第2端子を備えたトランジスタを含み、
前記第1端子には電圧源から電源が供給され、前記第2端子から前記補正電圧を出力し、
前記温度センサは、前記制御端子にアノード電位を入力するアノードおよび接地されるべきカソードを備えた温度センサダイオードを含むことを特徴とする。
センス端子を備え、メイン電流に対して所定の分流率で与えられるセンス電流を前記センス端子より出力可能な半導体スイッチング素子と、
一端が前記センス端子に接続され、接地されるべき他端を備え、前記センス端子からの電流を受けてセンス電圧を生ずるセンス抵抗と、
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1抵抗と前記第2抵抗との接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
前記補正電圧発生回路と前記第2抵抗の前記一端とを接続する補正電圧スイッチング素子と、
を備え、
前記半導体スイッチング素子をターンオンしてから所定時間経過後に前記補正電圧スイッチング素子をオフからオンとすることを特徴とする。
Claims (12)
- メイン電流に対して所定の分流率で与えられるセンス電流をそのセンス端子より出力可能な半導体スイッチング素子と、
一端が前記センス端子に接続され、他端が接地され、前記センス端子からの電流を受けてセンス電圧を生ずるセンス抵抗と、
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1、2抵抗の接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記第1抵抗および前記第2抵抗の抵抗値は、前記センス抵抗の抵抗値よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記補正電圧は、前記センス電圧よりも高い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。
- 前記補正電圧は、前記センス電圧よりも低い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。
- 一端が前記第1、2抵抗の前記接続点と前記過電流保護回路の入力側との間に接続し、他端が接地された容量素子を、
さらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記過電流保護回路の入力側と前記分圧回路との間に直列に挿入され、前記容量素子の前記一端と接続してローパスフィルタを形成する抵抗を、更に備えることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記補正電圧発生回路と前記第2抵抗の前記一端との間で開放と遮断を切り替える補正電圧スイッチング素子を備え、
前記半導体スイッチング素子をターンオンしてから所定時間経過後に前記補正電圧スイッチング素子をオフからオンとすることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記半導体スイッチング素子の素子温度を測定する温度センサと、
前記補正電圧発生回路は、前記温度センサの出力に基づいて前記素子温度が高いほど前記補正電圧を下げることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記補正電圧発生回路は、制御端子、前記制御端子で導通状態を制御される第1端子および第2端子を備えたトランジスタを含み、
前記第1端子が電圧源に接続し、前記第2端子から前記補正電圧を出力し、
前記温度センサは、アノードが前記制御端子に接続しカソードが接地された温度センサダイオードを含むことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 - 前記半導体スイッチング素子の素子温度を測定する温度センサと、
所定のプログラムに従って前記補正電圧発生回路を制御し、前記素子温度に応じて前記補正電圧を増減させる補正電圧制御回路と、
を更に備えることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 一端が前記半導体スイッチング素子の制御端子に接続され、他の一端が前記センス端子に接続され、前記センス電圧が第2閾値電圧を超えたときに前記半導体スイッチング素子をオフとする高速保護回路を、さらに備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置。
- メイン電流に対して所定の分流率で与えられるセンス電流をそのセンス端子より出力可能な半導体スイッチング素子を駆動する、半導体スイッチング素子の駆動装置であって、
補正電圧を発生する補正電圧発生回路と、
一端に前記センス電流に比例したセンス電圧を受ける第1抵抗と、一端に前記補正電圧発生回路の前記補正電圧を受けて他端が前記第1抵抗の他端に接続する第2抵抗と、を含み、前記センス電圧を前記補正電圧で補正した補正後センス電圧を前記第1、2抵抗の接続点から出力する分圧回路と、
前記補正後センス電圧が入力され、前記補正後センス電圧が閾値電圧より大きい場合に停止信号を出力する過電流保護回路と、
前記過電流保護回路から前記停止信号を受けると前記半導体スイッチング素子の駆動を停止する駆動回路と、
を備えることを特徴とする半導体スイッチング素子の駆動装置。
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