半导体装置制造方法及图纸

技术编号:20929460 阅读:62 留言:0更新日期:2019-04-20 12:36
半导体装置通过向栅极端子施加栅极电压而控制在输出端子间流过输出电流的功率开关元件(410)的通断。该装置具备检测与输出电流相关的电流值的输出电流检测部(130)、检测与功率开关元件的输出端子间电压相关的电压的电压检测部(140)、将栅极电压钳位为规定的值的钳位电路(120)、以及基于由电压检测部检测到的检测电压来控制钳位电路而调整栅极电压的控制部。控制部对应于检测电压控制钳位电路,以使得在功率开关元件短路时流过的输出电流超过用于检测功率开关元件的短路的阈值电流、并且成为被设定为最低电压的栅极电压。

Semiconductor Device

Semiconductor devices control the switching on and off of power switching elements (410) that flow through the output current between the output terminals by applying gate voltage to the gate terminals. The device has an output current detection unit (130) which detects the current value related to the output current, a voltage detection unit (140) which detects the voltage related to the output terminal voltage of the power switch element, a clamping circuit (120) which clamps the gate voltage to a specified value, and a control unit which adjusts the gate voltage based on the detection voltage detected by the voltage detection unit to control the clamping circuit. The control unit corresponds to the detection voltage control clamp circuit so that the output current flowing through the power switching element during short circuit exceeds the threshold current used to detect the short circuit of the power switching element and becomes the gate voltage set as the lowest voltage.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置关联申请的相互参照本申请基于2016年8月26日申请的日本专利申请第2016-165879号,这里引用其记载内容。
本专利技术涉及对功率开关元件进行驱动的半导体装置。
技术介绍
在功率开关元件的开启(turnon)动作中,有用于判断功率开关元件的短路的阶段。以往,在这样的短路判断阶段中,如专利文献1记载的那样,通过将施加于功率开关元件的栅极电压钳位为规定的值来限制输出电流。由此,与不将栅极电压钳位的情况相比,能够降低短路时的消耗能量。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2012-249481号公报
技术实现思路
此外,在专利文献1的专利技术中,即使在短路时的饱和电流最小的条件下,也需要决定栅极电压以使得输出电流超过用来检测短路的阈值电流。例如在采用MOSFET或IGBT作为功率开关元件的情况下,饱和电流依赖于漏极-源极间电压Vds或集电极-发射极间电压Vce,所以在这些电压成为比较高的电压的条件下存在短路能量的抑制效果不充分的情况。若短路能量变大,则会产生芯片的小型化受限等问题。因此,本专利技术的目的在于,提供对于饱和电流依赖于输出端子间电压的功率开关元件也能够抑制短路能量的半导体装置。本专利技术的一实施方式的半导体装置,对功率开关元件的通断进行控制,上述功率开关元件具有栅极端子,通过向栅极端子施加栅极电压而在输出端子间流过输出电流,其特征在于,具备:输出电流检测部,检测与输出电流相关的电流值;电压检测部,检测功率开关元件的输出端子间电压、或者与输出端子间电压相关的电压;钳位电路,将栅极电压钳位为规定的值;以及控制部,基于由电压检测部检测到的检测电压,控制钳位电路而调整栅极电压;控制部对应于检测电压来控制钳位电路,以使得:在功率开关元件短路时流过的输出电流超过用于检测功率开关元件的短路的阈值电流,并且成为被设定为最低电压的栅极电压。由此,与将钳位电压固定地设定的现有方式相比,能够灵活地改变输出电流的值。具体而言,能够根据与输出端子间电压相关的电压例如Vds、Vce、或者后述的电压VH,决定功率开关元件的栅极电压,以使得达到短路检测所需要的最低限度的输出电流。由此,能够抑制由短路时的输出电流引起的短路能量。附图说明关于本专利技术的上述目的及其他目的、特征、优点,参照附图而通过下面的详细记载会变得更加明确。图1是表示第1实施方式的电力转换装置的概略结构的电路图。图2是表示半导体装置以及功率开关元件的结构的电路图。图3是表示输出电流检测部以及电压检测部的详细结构的电路图。图4是表示输出电流检测部以及电压检测部的详细结构的电路图。图5是表示输出电流检测部以及电压检测部的详细结构的电路图。图6是表示栅极电压以及输出电流的时间变化的图。图7是表示将输出电压等分的情况下所选择的钳位电压的一例的图。图8是表示将输出电压不等分的情况下所选择的钳位电压的一例的图。图9是表示第3实施方式的电力转换装置的概略结构的电路图。图10是表示第4实施方式的栅极电压以及输出电流的时间变化的图。具体实施方式以下,基于附图说明本专利技术的实施方式。另外,在以下的各图中,对于相同或等同的部分附加同一符号。(第1实施方式)首先,参照图1~图5,说明本实施方式的半导体装置的概略结构。另外,附图中,SC表示半导体装置100,OC表示输出电流检测部130,VD表示电压检测部140,CN表示控制部150,M表示马达200。该半导体装置100如图1所示,例如在对搭载于车辆的马达200进行驱动的电力转换装置中,用于向逆变器电路300供给电力的电压转换器(converter)电路400。电力转换装置将电池500的输出电压升压,并且将其直流电力转换为适于行驶的频率的交流电力并输出给马达200。即,电力转换装置具备电压转换器电路400和逆变器电路300。并且,在电压转换器400的输入侧和输出侧,分别连接着电流平滑用的电容器600、610。电压转换器电路400包括将功率开关元件410串联连接了2个的开关串联电路和电抗器420。本实施方式的功率开关元件410是典型的NMOS晶体管,但也可以由IGBT等其他种类的晶体管构成。图1所示的电压转换器电路400能够从电池500侧朝向逆变器电路300侧将电压升压,能够向反方向将电压降压。该电压转换器400的电路结构是一般公知的所以省略详细的说明,本实施方式的电压转换器400具备对功率开关元件410的栅极电压进行控制的半导体装置100。半导体装置100的结构在后面描述。逆变器电路300具有将与电压转换器电路400的开关串联电路相同结构的开关串联电路并联连接了3个的结构。从各个开关串联电路的中间点输出交流。图1的逆变器电路300的结构也是熟知的所以省略详细说明。以下,详细说明半导体装置100以及作为半导体装置100的控制对象的功率开关元件410。功率开关元件410如图2所示,是NMOS晶体管,具有晶体管部411以及与晶体管部411反并联连接的续流二极管部412。即,在作为晶体管部411的输出端子之一的漏极端子(D)上连接有续流二极管部412的阴极端子,在作为另一个输出端子的源极端子(S)上连接有续流二极管部412的阳极端子。此外,在源极端子上连接着用于检测与在漏极-源极间流动的输出电流相关的电流的读出电阻413。半导体装置100具备驱动电路110、钳位电路120、输出电流检测部130、电压检测部140和控制部150。驱动电路110构成为,PMOS晶体管111和NMOS晶体管112在电源电位VDD与基准电位VSS之间串联连接。PMOS晶体管111和NMOS晶体管112的中间点连接于功率开关元件410的栅极端子(G)。并且,通过PMOS晶体管111或NMOS晶体管112的某一方的导通,进行向栅极端子的电荷供给或抽取而调整功率开关元件410的栅极电压。钳位电路120具有运算放大器121、NMOS晶体管122和可变电源123。运算放大器121的非反相输入端子与功率开关元件410的晶体管部411的栅极端子连接。另一方面,运算放大器121的反相输入端子与输出的电压可变的可变电源123连接,被输入参照电压Vref。运算放大器121的输出端子与NMOS晶体管122的栅极端子连接。NMOS晶体管122的漏极端子与非反相输入端子以及功率开关元件410的栅极端子连接,源极端子与基准电位VSS连接。这样,运算放大器121构成经由NMOS晶体管122将输出向非反相输入端子反馈的负反馈电路,NMOS晶体管122以使非反相输入端子的电位与输入到反相输入端子的参照电压Vref相等的方式进行动作。运算放大器121的非反相输入端子由于与功率开关元件410的栅极端子连接,所以向功率开关元件410输入的栅极电压被钳位于参照电压Vref。输出电流检测部130是对在功率开关元件410的漏极-源极间流动的输出电流、或者与输出电流相关的读出电流的电流值进行检测的部分。本实施方式的输出电流检测部130检测从功率开关元件410的源极端子经由读出电阻413流动的读出电流。检测到的电流值通过与规定的阈值电流相比较,从而用于对功率开关元件410的短路进行判断。电压检测部140是对功率开关元件410的输出电压、或者与输出电压相关的电压进行检测的部分。本实施方式的功率开关元件410是NMO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置,对功率开关元件(410)的通断进行控制,上述功率开关元件具有栅极端子,通过向上述栅极端子施加栅极电压而在输出端子间流过输出电流,其特征在于,具备:输出电流检测部(130),检测与上述输出电流相关的电流值;电压检测部(140),检测上述功率开关元件的输出端子间电压、或者与上述输出端子间电压相关的电压;钳位电路(120),将上述栅极电压钳位为规定的值;以及控制部,基于由上述电压检测部检测到的检测电压,控制上述钳位电路而调整上述栅极电压;上述控制部对应于上述检测电压来控制上述钳位电路,以使得:在上述功率开关元件短路时流过的上述输出电流超过用于检测上述功率开关元件的短路的阈值电流,并且成为被设定为最低电压的上述栅极电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.26 JP 2016-1658791.一种半导体装置,对功率开关元件(410)的通断进行控制,上述功率开关元件具有栅极端子,通过向上述栅极端子施加栅极电压而在输出端子间流过输出电流,其特征在于,具备:输出电流检测部(130),检测与上述输出电流相关的电流值;电压检测部(140),检测上述功率开关元件的输出端子间电压、或者与上述输出端子间电压相关的电压;钳位电路(120),将上述栅极电压钳位为规定的值;以及控制部,基于由上述电压检测部检测到的检测电压,控制上述钳位电路而调整上述栅极电压;上述控制部对应于上述检测电压来控制上述钳位电路,以使得:在上述功率开关元件短路时流过的上述输出电流超过用于检测上述功率开关元件的短路的阈值电流,并且成为被设定为最低电压的上述栅极电压。2.如权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,上述控制部,对应于上述功率开关元件的输出端子间电压、或者与上述输出端子间电压相关的电压,连续地决定上述栅极电压。3.如权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,上述控制部,对应于上述功率开关元件的输出端子间电压、或者与上述输出端子间电压相关的电压,离散地决定上述栅极电压。4.如权利要求3所述的半导体装置,其特征在于,上述控制部,对应于被等分的上述功率开关元件的输出端子间电压、或者与上述输出端子间电压相关的电压...

【专利技术属性】
技术研发人员:加藤良隆小宫健治进藤祐辅林庆德若林健一
申请(专利权)人:株式会社电装
类型:发明
国别省市:日本,JP

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