本发明专利技术提供一种半导体装置，其通过不设置用于抵消温度特性的元件，而是以积极利用相反的温度特性使电流平衡的方式作用负反馈，从而校正并列连接多个半导体元件的情况下的元件间的偏差。栅极驱动电路经由连接到充电泵(CP)电路与功率半导体元件的栅极之间的电阻而将由CP电路升高的电压施加到功率半导体元件的栅极，使功率半导体元件可靠地处于导通状态。另一方面，在使功率半导体元件处于关断状态时，利用由控制电路输出的控制信号导通栅极驱动电路内的MOS开关并经由二极管放出功率半导体元件的栅极的电荷，从而使功率半导体元件可靠地处于关断状态。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及在包括控制马达和/或电磁阀的功率半导体元件等的半导体装置中，根据负载的电流容量并列连接两个以上半导体装置的情况下，也不引起元件热破坏而能够使其工作的半导体装置。
技术介绍
如下述专利文献I所记载，一直以来通过在MOSFET的栅极设置补偿栅极阈值电压的电路来使表观上的阈值电压的温度特性保持平稳的技术已被人们所知。另外，在下述专利文献2中记载有如下半导体集成电路:针对基于输出MOSFET的电阻的正温度系数的开关速度因温度而变化的问题，通过在向栅极输入的配线中使用电阻为负温度系数的高电阻的多晶硅，从而降低输出MOSFET整体的电阻的温度特性(减小因温度而引起的变化，或者使其平稳化)，因此不存在输出开关速度因温度而变化的问题。另外，在下述专利文献3中记载有如下绝缘栅型半导体装置:通过使用齐纳电压的温度特性与MOS型场效应晶体管元件的栅极阈值电压的温度特性互补的齐纳二极管，抑制MOS型场效应晶体管元件的导通电压的温度特性(减小因温度而引起的变化)。图5是表示现有的半导体装置的构成的图。对于图5所示的半导体装置160而言，控制电路110根据输入到IN端子的信号而控制CP(charge pump:充电泵)电路120，CP电路120使电压上升到作为电源电压的VCC电压以上，接收其输出的栅极驱动电路130经由连接到CP电路120与功率半导体元件140的栅极之间的电阻131而使功率半导体元件140可靠地处于导通状态。另外，在使功率半导体元件140处于关断状态时，利用由控制电路110输出的控制信号使CP电路120的升压动作停止，并且导通栅极驱动电路130内的MOS开关133，利用导通的MOS开关133使功率半导体元件140的栅极电压下降到功率半导体元件140的源极电位而处于关断状态。在图5中，控制电路110将功率半导体元件140导通/关断而控制向负载170的供电。但是，在负载170中流通大电流时，功率半导体元件140当然会因此而发热。因此，在负载短路时，功率半导体元件140的温度变为保证温度以上，利用半导体装置160所具备的保护功能的动作来切断电流，保护负载170和功率半导体元件140。为了不增加保护功能工作而保护负载170和功率半导体元件140的机会，以往会采用考虑使用负载.环境温度而将功率半导体元件140的面积(与电流的导通相关的有效面积)确定为实际使用时不会存在问题的最小尺寸之后进行制作的方法。但是功率半导体元件的尺寸过大时，会导致成本上升和装置大型化。作为一个例子，图5所示的现有的半导体装置具有过热检测电路150作为保护电路，在功率半导体元件140因为由负载短路等导致的过电流而处于任意设定的温度以上的温度时，通过导通栅极驱动电路130的MOS开关133而切断在功率半导体元件140中流过的电流，防止半导体装置160的热破坏。应予说明，作为半导体装置140的保护电路，除了上述的过热检测电路150以外，也可以具备动态钳位电路、过电流检测电路、过电压检测电路等。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开平06-151844号公报专利文献2:日本特开平07-022515号公报专利文献3:日本特开平10-327056号公报
技术实现思路
技术问题在适用于大电流用途时，以往必须增大功率半导体元件的尺寸，另外，需要改变控制它的控制电路、改变基板(芯片)和/或封装(PKG)尺寸等，这会导致成本上升和装置大型化。另一方面，如图6(a)所示，在并列连接多个半导体装置而适用于大电流用途时，有时发生由各半导体装置的制造偏差引起的电流的不平衡、仅一个半导体装置超过保证温度等现象，因此无法得到所希望的特性。图6是表示为了大电流用途而将现有的半导体装置并列连接时的构成概要的图和表示各部的波形的图。即，图6(a)构成为并列连接两个上述的现有构成的半导体装置，向并列连接的半导体装置、即半导体装置I和半导体装置2的各自的输入端供给同一个输入信号IN，使各半导体装置连续地进行导通/关断驱动，另外，图6 (b)为在半导体装置I的开关-关断时间Toff (从输入信号IN变成指令关断的低电平的值之后到半导体装置实际关断为止的时间)比半导体装置2的开关-关断时间Toff长的情况下，表示上述并列连接的两个半导体装置的各部分的波形。目前，当半导体装置I的开关-关断时间Toff比半导体装置2的开关-关断时间Toff长时，若关注图6(b)的最下部所示出的波形(实线表示在半导体装置I中流通的电流II，虚线表示在半导体装置2中流通的电流12)，特别是被椭圆虚线包围的部分(I)可知，在半导体装置2的Toff短的情况下，半导体装置2先被关断，因此存储在L负载中的能量必须被半导体装置I过度地处理(参照椭圆虚线部分(I))。另外，在使其进行开/关的连续动作时，半导体装置的功率半导体元件的发热所带来的TofT的温度特性通常为正，因此半导体装置I的Toff变得更长，在功率半导体元件发热后的被椭圆虚线包围的部分(2)中，与被椭圆虚线包围的部分(I)相比，Toff的差异进一步扩大。如果这种情况重复出现，则半导体装置I超过保证温度，很快会通过设置于半导体装置的保护电路工作而强行切断元件的工作。与此相伴，无法均衡地保持电流平衡，因此即使并列连接多个半导体装置也不适合大电流用途。应予说明，由于图6(a)情况下的负载被假设为控制马达和/或电磁阀的功率半导体元件，所以负载是感性负载(简称为L负载)。通常，功率半导体元件在由发热等引起的高温下因为载流子的迀移率减少而具有开关速度降低的趋势，在连续使其进行开/关动作时，存在电流平衡进一步被破坏的可能性。在上述的现有构成中，虽然各半导体装置内具备保护电路，而且各半导体装置内的控制电路在保护电路的保护功能的支持下进行功率半导体元件的导通/关断控制，但该保护功能无法应对并列连接多个半导体装置时的各功率半导体元件间的偏差而使其达到电流平衡。另外，上述的专利文献I至3中记载的现有技术通过与其它元件的温度特性组合而使开关元件的表观上的温度特性变得平稳。然而，即便使温度特性变得平稳，也无法校正并列连接多个功率半导体元件时的功率半导体元件间的偏差，因此产生电流和/或发热/温度上升的不平衡。例如，如果功率半导体元件间的温度平衡被破坏，则迀移率也变得不平衡，存在因正反馈而导致不平衡进一步扩大的危险性。因此，本专利技术的目的在于通过在电路内不设置抵消温度特性的专用的元件，而是以积极利用相反的温度特性使电流平衡的方式作用负反馈，从而校正并列连接多个半导体元件的情况下的元件间的偏差。技术方案为了解决上述课题，一种半导体装置，具有控制电路、功率半导体元件以及连接到上述控制电路与上述功率半导体元件之间的栅极驱动电路，上述半导体装置中，上述栅极驱动电路包含并列连接的、电阻值具有正温度特性的电阻和正向压降具有负温度特性的二极管。上述半导体装置进一步具有升压电路，在将上述功率半导体元件导通时，将通过上述升压电路升高的电压施加到栅极驱动电路。上述半导体装置中，升压电路是充电泵电路。上述半导体装置中，上述正向压降具有负温度特性的二极管的阳极与上述功率半导体元件的栅极连接，并且阴极与MOS开关连接，将上述功率半导体元件关断时，上述控制电路使上述升压电路的动作停止，并且本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，具有控制电路、功率半导体元件以及连接到所述控制电路与所述功率半导体元件之间的栅极驱动电路，所述栅极驱动电路包含并列连接的、电阻值具有正温度特性的电阻和正向压降具有负温度特性的二极管。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：岩水守生，
申请(专利权)人：富士电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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