自灭弧式半导体元件的短路保护电路制造技术

自灭弧式半导体元件(302)的短路保护电路包括第1保护电路(304)和第2保护电路(101)。第1保护电路(304)构成为在检测到在自灭弧式半导体元件(302)的第1以及第2主电极之间(802、803)流过过电流这一情况的场合下，使控制电极(801)与第1主电极(802)之间的电压减少。第2保护电路(101)构成为检测在用于供给驱动电压的布线(411)中流过的电流，基于检测到的电流判断第1保护电路(304)是否处于动作状态，在第1保护电路(304)为动作状态的情况下以使自灭弧式半导体元件(302)截止的方式使驱动电压变化。

Short circuit protection circuit of self extinguishing type semiconductor element

Self extinguishing type semiconductor element (302) short-circuit protection circuit comprises first protection circuit and protection circuit (304) second (101). First protection circuit (304) in a detected in self extinguishing type semiconductor element (302) between the first and second main electrodes (802, 803) through the current situation, the control electrode (801) and first (802) between the main electrode voltage decrease. Second protection circuit (101) is composed of detection in the wiring for supplying a driving voltage of the current flowing in (411), first judgment based on the detected current protection circuit (304) is in the operation state in first (304) protection circuit for action condition to make a self extinguishing type semiconductor element (302) by way of the driving voltage change.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】自灭弧式半导体元件的短路保护电路
本专利技术涉及用于当在自灭弧式半导体元件中流过短路电流时保护自灭弧式半导体元件的短路保护电路。
技术介绍
在升降机、电气铁道、工业用机械、太阳能发电等电力电子设备中，一般使用内置有多个二极管以及自灭弧式半导体元件等功率半导体元件的功率模块。在功率模块，为了避免当在自灭弧式半导体元件中流过短路电流时自灭弧式半导体元件被损坏，一般设置有短路保护电路。例如，日本特开2005－20843号公报(专利文献1)公开内置有RTC(Real－TimeCurrentControl，实时电流控制)电路的IGBT模块。RTC电路具有如下功能：在检测到在IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)元件中流过的短路电流时，使栅极电压下降，从而限制短路电流。进而，在IGBT元件的驱动电路(栅极驱动器)，设置有短路检测电路，该短路检测电路基于栅极电压下降而检测RTC电路进行动作这一情况。国际公开第01/063764号(专利文献2)公开将短路保护电路和驱动电路内置于功率模块的智能功率模块的例子。在该文献的例子中，当通过与上述RTC电路对应的过电流检测器而检测到IGBT的感测电流超过设定值这一情况时，基于来自过电流检测器的输出信号而IGBT的集电极栅极间的结电容被充电，在一定时间之后IGBT被关断。专利文献1：日本特开2005－20843号公报专利文献2：国际公开第01/063764号
技术实现思路
在短路保护电路中，期望尽量缩短从检测到短路电流起至自灭弧式半导体元件的保护动作完成为止的时间。因此，如上述文献所记载那样，RTC电路内置于功率模块。能够通过RTC电路来缩短从检测到短路电流起至使在自灭弧式半导体元件中流过的电流减少为止的时间。为了在检测到短路电流之后，进而通过来自栅极驱动器的驱动电压而关断自灭弧式半导体元件，需要将检测到短路电流这一情况或者RTC电路处于动作状态这一情况通知给栅极驱动器侧。然而，由于此时的信号延迟，有时直至关断自灭弧式半导体元件为止的时间的延迟依然成为问题。特别在单独地设置有栅极驱动器和功率模块而成的结构的情况下，保护动作的延迟容易成为问题。这是因为在该情况下，在连接功率模块与栅极驱动器之间的布线中容易产生噪声，为了去除该噪声，需要设置延迟时间大的滤波电路。如果如升降机等的控制盘那样功率模块与栅极驱动器的距离为1m以上，则短路保护电路更强烈地受到噪声的影响。在上述日本特开2005－20843号公报(专利文献1)所记载的功率模块的情况下，通过由设置于栅极驱动器的短路检测电路检测栅极电压的下降，检测RTC电路处于动作状态这一情况。但是，在该情况下也是，功率模块与栅极驱动器的距离越大，栅极电压越强烈地受到噪声的影响。其结果，为了防止误动作而需要延迟时间大的滤波器，所以对于缩短从RTC电路进行动作起至栅极驱动器侧的短路检测电路进行动作为止的时间是有界限的。本专利技术是考虑了上述问题点而完成的，其目的在于提供能够使自灭弧式半导体元件的短路保护高速化的短路保护电路。本专利技术涉及自灭弧式半导体元件的短路保护电路。此处，自灭弧式半导体元件具有第1主电极、第2主电极以及控制电极，响应于对控制电极与第1主电极之间供给的驱动电压，将第1以及第2主电极之间切换为导通或者截止。短路保护电路包括第1保护电路和第2保护电路。第1保护电路构成为在检测到在自灭弧式半导体元件的第1以及第2主电极之间流过过电流这一情况的场合下，使控制电极与第1主电极之间的电压减少。第2保护电路构成为检测在用于供给上述驱动电压的布线中流过的电流，基于检测到的电流判断第1保护电路是否处于动作状态，在第1保护电路为动作状态的情况下以使自灭弧式半导体元件截止的方式使驱动电压变化。根据本专利技术，第2保护电路构成为通过检测在用于供给驱动电压的布线中流过的电流而判断第1保护电路是否处于动作状态。上述检测电流所包含的噪声比较少，所以无需设置时间常数大的滤波电路，因此，能够使短路保护高速化。附图说明图1是概略地示出第1实施方式的自灭弧式半导体元件的短路保护电路的结构的框图。图2是示出图1的RTC电路以及栅极驱动器侧保护电路的更详细的结构的图。图3是示出将图1以及图2的短路保护电路应用于电力变换装置的例子的图。图4是示出第1实施方式的短路保护电路的动作例的时序图。图5是示出图4的时刻t8至时刻t9下的栅极电流的电流路径的图。图6是示出图4的时刻t9至时刻t11下的栅极电流的电流路径的图。图7是示出在第2实施方式的短路保护电路中使用的栅极切断指令输出电路的具体的结构的电路图。图8是示出图7的闩锁电路、栅极切断电路以及Fo信号输出电路的结构例的电路图。图9是示出第2实施方式的短路保护电路的动作例的时序图。图10是示出在第3实施方式的短路保护电路中使用的栅极切断指令输出电路的具体的结构的电路图。图11是示出第3实施方式的短路保护电路的动作例的时序图。图12是示出在第4实施方式的短路保护电路中使用的栅极切断指令输出电路的具体的结构的电路图。图13是示出第4实施方式的短路保护电路的动作例的时序图。图14是示出在第5实施方式的短路保护电路中使用的栅极切断指令输出电路的具体的结构的电路图。图15是示出第5实施方式的短路保护电路的动作例的时序图。符号说明1：直流电源；2：负载；3U、3V、3W：交流输出电路；101：栅极驱动器侧保护电路；102：栅极切断指令输出电路；103：闩锁电路；104：栅极切断电路；105：Fo信号输出电路；106、203：绝缘电路；107：栅极电流检测电路；108：动作判断电路；115：栅极电阻元件；132：滤波电容器；141、142、143、144、241、242、341：半导体开关元件；153、155：齐纳二极管；170、174：RC滤波电路；171：电压限制电路；172：电压削减电路；173：屏蔽电路；200：控制电路；201、201a～201f：栅极驱动器；202：栅极信号输出电路；204：栅极电压输出电路；301、301a～301f：功率模块；302、302a～302f：自灭弧式半导体元件；304、304a～304f：RTC电路；305：短路电流检测电路；401：栅极驱动器－功率模块间布线；411：栅极布线(控制布线)；412：基准电位布线；503、511：电源节点；801：控制电极；802：第1主电极；803：第2主电极；804：感测电极。具体实施方式以下，参照附图，详细地说明各实施方式。另外，对相同或者相当的部分附加相同的参照符号，有时不反复进行其说明。<第1实施方式>[短路保护电路的概略的结构]图1是概略地示出第1实施方式的自灭弧式半导体元件的短路保护电路的结构的框图。短路保护电路是为了避免当在自灭弧式半导体元件302中流过短路电流(过电流)时自灭弧式半导体元件302被损坏而设置的。参照图1，短路保护电路包括：RTC(Real－TimeCurrentControl)电路304，设置于功率模块301；以及栅极驱动器侧保护电路101，设置于栅极驱动器201。特别是栅极驱动器侧保护电路101的特征点在于，基于从栅极驱动器201输出到功率模块301的电流Ig(以下，称为栅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自灭弧式半导体元件的短路保护电路，其中，所述自灭弧式半导体元件具有第1主电极、第2主电极以及控制电极，所述自灭弧式半导体元件响应于对所述控制电极与所述第1主电极之间供给的驱动电压，将所述第1主电极以及第2主电极之间切换为导通或者截止，所述短路保护电路具备：第1保护电路，构成为在检测到在所述第1主电极以及第2主电极之间流过过电流这一情况的场合下，使所述控制电极与所述第1主电极之间的电压减少；以及第2保护电路，构成为检测在用于供给所述驱动电压的布线中流过的电流，基于检测到的电流而判断所述第1保护电路是否处于动作状态，在所述第1保护电路为动作状态的情况下以使所述自灭弧式半导体元件截止的方式使所述驱动电压变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种自灭弧式半导体元件的短路保护电路，其中，所述自灭弧式半导体元件具有第1主电极、第2主电极以及控制电极，所述自灭弧式半导体元件响应于对所述控制电极与所述第1主电极之间供给的驱动电压，将所述第1主电极以及第2主电极之间切换为导通或者截止，所述短路保护电路具备：第1保护电路，构成为在检测到在所述第1主电极以及第2主电极之间流过过电流这一情况的场合下，使所述控制电极与所述第1主电极之间的电压减少；以及第2保护电路，构成为检测在用于供给所述驱动电压的布线中流过的电流，基于检测到的电流而判断所述第1保护电路是否处于动作状态，在所述第1保护电路为动作状态的情况下以使所述自灭弧式半导体元件截止的方式使所述驱动电压变化。2.根据权利要求1所述的自灭弧式半导体元件的短路保护电路，其特征在于，所述驱动电压从经由控制布线而与所述自灭弧式半导体元件的所述控制电极连接的驱动电路被供给，所述第2保护电路包括：栅极电阻元件，配置在所述控制布线上；以及动作判断电路，基于所述栅极电阻元件所产生的电压，判断所述第1保护电路是否处于动作状态。3.根据权利要求1所述的自灭弧式半导体元件的短路保护电路，其特征在于，所述驱动电压从经由控制布线而与所述自灭弧式半导体元件的所述控制电极连接的驱动电路被供给，所述驱动电路包括：第1半导体开关元件，连接于第1电源节点与所述控制布线之间；以及第2半导体开关元件，连接于第2电源节点与所述控制布线之间，在所述第1半导体开关元件为导通状态时，所述驱动电路输出用于使所述自灭弧式半导体元件导通的所述驱动电压，在所述第2半导体开关元件为导通状态时，所述驱动电路输出用于使所述自灭弧式半导体元件截止的所述驱动电压，所述第2保护电路包括：栅极电阻元件，连接于所述第1电源节点与所述控制布线之间；以及动作判断电路，基于所述栅极电阻元件所产生的电压，判断所述第1保护电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：中喜隆，中山靖，玉田美子，高木宏之，石川纯一郎，大津一宏，三富直彦，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP