半导体元件的驱动装置制造方法及图纸

提供一种能够加快例如由IGBT形成的半导体元件导通时的过电流的检测速度、并且减少半导体元件短路时的过电流的半导体元件的驱动装置。具备：过电流检测电路，其将由将流过半导体元件的电流变换为电压来进行检测的电流检测电路检测出的电流检测电压与过电流检测阈值电压进行比较，来检测流过半导体元件的过电流；保护电路，其在检测出过电流时对所述半导体元件的接通断开驱动进行控制来防止所述半导体元件的热破坏；以及栅极电压检测电路，其在所述半导体元件的栅极电压低于基准电压时将所述过电流检测阈值电压设定为第一阈值电压，在栅极电压高于基准电压时将所述过电流检测阈值电压设定为低于第一阈值电压的第二阈值电压。

【技术实现步骤摘要】
半导体元件的驱动装置
本专利技术涉及一种对构成逆变器等电力变换器的IGBT等电压控制型的半导体元件进行接通断开驱动、并且能够减少半导体元件短路时的过电流的半导体元件的驱动装置。
技术介绍
逆变器等电力变换器例如是以功率MOS-FET、IGBT等电压控制型的半导体元件为主体来构成的。对这种半导体元件进行接通断开驱动的驱动装置主要构成为控制IC，所述控制IC例如在具备IGBT的驱动电路的同时还具备保护电路，所述保护电路用于保护IGBT免受因过电压/过电流、短路引起的过热所伤害。图9是表示作为保护电路具备过电流检测功能的驱动装置1的主要部分概要结构的图，标记2是作为电压控制型的半导体元件的IGBT。该IGBT2具备电流检测端子，该电流检测端子输出与流过该IGBT2的集电极-发射极间的电流Ic成正比的感测电流ic。此外，图中标记3是在IGBT2的集电极-发射极之间以反向并联的方式连接的续流二极管。IGBT2在栅极接收从驱动电路4提供的脉冲状的驱动信号来被驱动为接通和断开。驱动电路4例如具备以串联形式连接的、接收PWM调制后的脉冲信号来互补地被驱动为接通和断开的P型MOS-FET5和N型MOS-FET6。该驱动电路4构成为从P型MOS-FET5与N型MOS-FET6的串联连接点输出取电源电压Vcc或接地电压(0V)这2个值的驱动信号。作为这样构成的驱动装置1中嵌入的保护电路之一的过电流检测功能具备电流检测电路7，该电流检测电路7包括将从IGBT2的电流检测端子输出的感测电流ic变换为电压的电阻RS。由比较器形成的过电流检测电路8通过将由电流检测电路7检测出的电流检测电压Vs与规定的过电流检测阈值电压Vref进行比较来检测流过IGBT2的过电流。具体地说，在电流检测电压Vs超过过电流检测阈值电压Vref时，过电流检测电路8检测为流过IGBT2的电流是过电流。从该过电流检测电路8输出的过电流检测信号Soc在经低通滤波电路9被延迟规定时间之后，被提供到例如由逻辑电路形成的保护电路10。由该保护电路10例如变更驱动电路4所输出的脉冲信号的占空比或者使脉冲信号的输出本身停止，由此对IGBT2的接通断开驱动进行控制。然后，能够通过控制该IGBT2的接通断开驱动来防止过电流甚至短路电流所引起的IGBT2的元件破坏。顺带一提，这样构成的驱动装置1例如在专利文献1等中有详细介绍。另外，图9所示的驱动装置1在IGBT2导通时、关断时的过电流检测中存在源自IGBT2的元件构造的问题。即，如图10的(a)～(c)中示出IGBT2导通时的各部的电压/电流的变化那样，当在时刻t1向IGBT2的栅极施加由电源电压Vcc形成的驱动电压时，利用该驱动电压来开始IGBT2的栅极电容(栅极-集电极间电容)的充电。由于该栅极电容的充电，IGBT2的集电极-发射极间电压Vce开始缓慢地减少。之后，栅极电压Vg逐渐变高，从达到IGBT2的接通电压的时刻t2起集电极电流Ic开始流动。然后，当在时刻t3栅极电压Vg达到密勒电压Vm时，与栅极电压Vg相应的集电极电流Ic流过IGBT2(密勒期间)。此时，集电极电流Ic由于相向臂的二极管的整流而急剧地增加从而过冲，之后转变为恒流状态。另外，在该密勒期间，由于与IGBT2的集电极-发射极间电压Vce的变动相伴的栅极电容的变化以及栅极电容的充电，栅极电压Vg被保持为固定。之后，从集电极-发射极间电压Vce下降为0V的时刻t4起，栅极电压Vg再次增加，在栅极电压Vg达到电源电压Vcc的时刻t5，栅极电压Vg变为固定，IGBT2的导通完成。这种因IGBT2的元件构造引起的导通时的动作例如正如专利文献2等中详细介绍的那样。专利文献1：日本特开2012-23899号公报专利文献2：日本特开平7-240516号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题另外，在IGBT2导通时，流过IGBT2的栅极-发射极间的栅极电流从该IGBT2的电流检测端子流入电阻RS。不可否认的是，由于从该电流检测端子流入的栅极电流，如图10的(c)所示那样，在借助电阻RS检测的电流检测电压Vs上叠加瞬态感测电压Vtr。特别是在IGBT2导通时和关断时，处于栅极电压Vg低于电源电压Vcc的状态，因此IGBT2的接通电阻高，随之瞬态感测电压Vtr也变高。因而，期望的是，避免将在IGBT2导通时和关断时产生的瞬态感测电压Vtr误检测为过电流。关于该误检测防止，只要例如专利文献1所公开的那样使感测IGBT单元的栅极阈值电压比构成IGBT2的主IGBT单元的栅极阈值电压高即可。或者，只要将用于过电流检测的过电流检测阈值电压Vref设定得高、或者将过电流的误检测防止期间设定得长即可。然而，当配合IGBT2导通时和关断时的动作特性来设定过电流的误检测防止期间时，存在过电流检测产生大的时间延迟这样的不良状况。而且，为了解除这种过电流的检测时间延迟的问题而对IGBT2的元件构造下功夫来调整前述的栅极阈值电压也是困难的。本专利技术是考虑这种情况而完成的，其目的在于提供一种具备保护功能的半导体元件的驱动装置，该保护功能能够不受例如由IGBT形成的绝缘栅型的半导体元件导通时和关断时的瞬态感测电压的影响地、以短时间来可靠地检测流过绝缘栅极型的半导体元件的过电流。用于解决问题的方案本专利技术所涉及的半导体元件的驱动装置具备以下功能：对例如IGBT等电压控制型的半导体元件进行接通断开驱动，并且保护IGBT免受因过电流(短路电流)引起的热破坏所伤害，所述半导体元件的驱动装置的特征在于，具备：电流检测电路，其将流过所述半导体元件的电流变换为电压来进行检测；过电流检测电路，其将由该电流检测电路检测出的电流检测电压与规定的过电流检测阈值电压进行比较来检测流过所述半导体元件的过电流；保护电路，其在该过电流检测电路检测出过电流时对所述半导体元件的接通断开驱动进行控制来防止所述半导体元件的热破坏；以及栅极电压检测电路，其根据所述半导体元件的栅极电压来将所述过电流检测阈值电压选择性地切换为第一阈值电压或低于第一阈值电压的第二阈值电压。顺带一提，所述栅极电压检测电路构成为：在所述栅极电压低于规定的基准电压时选择所述第一阈值电压，在所述栅极电压变得高于规定的基准电压时选择所述第二阈值电压。具体地说，所述栅极电压检测电路在所述半导体元件处于接通状态且栅极电压低于规定的基准电压时对所述过电流检测电路设定所述第一阈值电压Vref1。另外，在所述栅极电压变得高于规定的基准电压时，对所述过电流检测电路设定所述第二阈值电压Vref2。优选的是，所述半导体元件例如由具备电流检测端子的IGBT形成，该电流检测端子输出与流过所述IGBT的集电极-发射极间的电流成正比的电流。而且，所述电流检测电路构成为借助电阻将从所述半导体元件所具备的电流检测端子输出的感测电流变换为电压来检测流过所述半导体元件的电流。另外，本专利技术所涉及的半导体元件的驱动装置的特征在于，构成为除了上述的结构以外还具备时机调整电路，该时机调整电路根据所述半导体元件的栅极电压来调整所述保护电路的动作开始时机。顺带一提，所述时机调整电路使在所述半导体元件导通时和关断时的所述保护电路的动作开始时机延迟规定时间来防止过电流的误检测。具体地说，所述时机调整电路包括将由所述过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体元件的驱动装置，对电压控制型的半导体元件进行接通断开驱动，该半导体元件的驱动装置的特征在于，具备：电流检测电路，其将流过所述半导体元件的电流变换为电压来进行检测；过电流检测电路，其将由该电流检测电路检测出的电流检测电压与规定的过电流检测阈值电压进行比较来检测流过所述半导体元件的过电流；保护电路，其在该过电流检测电路检测出过电流时对所述半导体元件的接通断开驱动进行控制来防止所述半导体元件的热破坏；以及栅极电压检测电路，其根据所述半导体元件的栅极电压来将所述过电流检测阈值电压选择性地切换为第一阈值电压或低于第一阈值电压的第二阈值电压。

【技术特征摘要】
2017.04.27 JP 2017-0890121.一种半导体元件的驱动装置，对电压控制型的半导体元件进行接通断开驱动，该半导体元件的驱动装置的特征在于，具备：电流检测电路，其将流过所述半导体元件的电流变换为电压来进行检测；过电流检测电路，其将由该电流检测电路检测出的电流检测电压与规定的过电流检测阈值电压进行比较来检测流过所述半导体元件的过电流；保护电路，其在该过电流检测电路检测出过电流时对所述半导体元件的接通断开驱动进行控制来防止所述半导体元件的热破坏；以及栅极电压检测电路，其根据所述半导体元件的栅极电压来将所述过电流检测阈值电压选择性地切换为第一阈值电压或低于第一阈值电压的第二阈值电压。2.根据权利要求1所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，在所述栅极电压高于规定的栅极基准电压时，所述栅极电压检测电路选择所述第二阈值电压，在所述栅极电压低于规定的栅极基准电压时，所述栅极电压检测电路选择所述第一阈值电压。3.根据权利要求1所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，所述半导体元件是具备电流检测端子的IGBT，该电流检测端子输出与流过所述IGBT的集电极-发射极间的电流成正比的...

【专利技术属性】
技术研发人员：皆川启，
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