半导体装置及高侧电路的驱动方法制造方法及图纸

为了降低用于防止因构成半桥的高电位侧开关元件(XD1)的dV/dt噪声而导致误动作的电路中的信号传送的延迟，在输出用于驱动高电位侧开关元件的置位信号、复位信号的脉冲产生单元(40)中，在作为用于使高电位侧开关元件为导通状态或非导通状态的主脉冲信号的置位信号或复位信号中的任一方接通的期间，从该主脉冲信号的上升起经过一定时间后使另一方的信号接通，生成使置位信号及复位信号双方均接通的状态。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置及高侧电路的驱动方法
本专利技术涉及半桥驱动电路等的半导体装置。特别而言，本专利技术涉及具有电平移位电路的半导体装置及高侧电路的驱动方法，该电平移位电路将作为一次侧的系统的低电位系统的输入信号传送给以与一次侧的动作电位不同的电位进行动作的作为二次侧的系统的高电位系统。
技术介绍
以往，在施加高电位系统电源的电源电压的半桥驱动电路等中，为了驱动高电位侧开关元件，使用将低电位系统的控制信号传送给高电位系统的电平移位电路。以下，利用图10对现有的半桥驱动电路90进行说明。图10中，在电源电位E与接地电位GND之间图腾柱(totempole)连接有IGBT等开关元件XD1、XD2，构成半桥电路(输出电路10)。此外，对于开关元件XD1、XD2，反并联连接有二极管DH、DL。而且，采用对开关元件XD1与开关元件XD2的连接点P3连接有电感性的负载L1的结构。图10中，开关元件XD1是以与开关元件XD2的连接点P3的电位为基准电位、在该基准电位与电源PS所提供的电源电位E之间进行开关动作的元件。在之后的说明中，将该开关元件XD1称为高电位侧开关元件。此外，开关元件XD2是以接地电位为基准电位、在该基准电位与连接点P3的电位之间进行开关动作的元件。在之后的说明中，将该开关元件XD2称为低电位侧开关元件。现有的半桥驱动电路90包括具有开关元件XD1、XD2的输出电路10、驱动高电位侧开关元件XD1的高侧电路99、驱动低电位侧开关元件XD2的低侧电路30。本专利技术涉及高侧电路，因此省略低侧电路的说明。高侧电路99包括脉冲产生电路40，该脉冲产生电路40根据从图10中未图示的、设置于外部的微机等提供的低电位系统的输入信号Hdrv，产生用于对高电位侧开关元件XD1进行开关控制的脉冲状的置位信号(set)和复位信号(reset)。高侧电路99还包括：将从脉冲产生电路40输出的置位信号、复位信号转换成高电位系统的信号电平的电平移位电路24、25；将电平移位后的置位信号、复位信号进行锁存的由RS触发器等构成的锁存电路23；及利用锁存后的信号来生成高电位侧开关元件的栅极信号的高侧驱动器21。该锁存电路23在设输入信号为负逻辑、输出信号为正逻辑的情况下，所输入的电平移位结束置位信号为低电平(有效)、电平移位结束复位信号为高电平(无效)时，输出高电平，通过高侧驱动器21，使高电位侧开关元件XD1导通而成导通状态。此外，锁存电路23在所输入的电平移位结束置位信号为高电平(无效)、电平移位结束复位信号为低电平(有效)时，输出低电平，通过高侧驱动器21，使高电位侧开关元件XD1截止而成非导通状态。若驱动开关元件XD1、XD2，向电感性负载L1供电，则连接点P3的电位Vs变动，有时会因电压随时间的变化而产生噪声。在之后的说明中，将该噪声称为dV/dt噪声。以往，提出有应对该dV/dt噪声所导致的误动作的电路。例如，专利文献1中，为了防止锁存电路的误动作，在锁存电路的前级设置有作为误动作防止电路的锁存误动作保护22。该误动作防止电路具有图11所示的电路结构，在电平移位结束的置位信号、复位信号均为低电平(有效)时，对于锁存电路23输出均为高电平(无效)的置位信号、复位信号。由此，锁存电路23的输出被保持，因此，能防止因dV/dt噪声而导致电平移位后的置位信号、复位信号过渡性地均为低电平(有效)时的误动作。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利第3429937号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题然而，连接点P3的电位Vs通常在将开关元件XD1从截止切换到导通并将开关元件XD2从导通切换到截止时上升，此时产生dV/dt噪声。或者，除此之外，例如在开关元件XD1、XD2均截止的死区时间内，电位Vs有时也上升。该死区时间是为了防止流过贯穿电流而设定的。即，开关元件XD2导通，电流从负载L1流入到作为整流器的结构要素的输出电路10中，开关元件XD2成为电流吸入元件，在此状态下，若使开关元件XD2截止，则在死区时间内，从负载L1流入的电流没有路径。因此，与连接点P3连接的电位Vs的线路的寄生电容因该电流而被充电，电位Vs急剧上升。若电位Vs上升到使与开关元件XD1并联连接的二极管DH导通的电压，则该二极管DH导通，电流从负载L1经由二极管DH流到电源PS，从而产生功耗。另外，使二极管DH导通的电压为电源PS的输出电压E与二极管DH的正向电压之和。图12中示出死区时间、置位信号的输出时刻及来自高侧驱动器21的输出信号HO的延迟时间之间的关系。图12(d)中，在死区时间等所导致的电位Vs的上升结束之后置位信号(set-3)成为高电平的情况下，锁存误动作保护电路22的锁存误动作保护功能不起作用，在此状态下，置位信号(set-3)成为高电平。因此，高侧驱动器21的输出信号HO-3延迟固有的延迟时间ta后上升，同时开关元件XD1导通。在图12(b)所示的在电位Vs上升前置位信号(set-1)成为高电平的情况下，也具有同样的延迟时间ta。然而，如图12(c)所示，在因死区时间等而导致电位Vs正在上升时置位信号(set-2)变成高电平的情况、即电位Vs的上升期间与置位信号(set-2)变成高电平的时刻重叠的情况下，产生比固有的延迟时间ta要长的空白期间tb。由于图12(c)所示的随电位Vs的上升而产生的dV/dt噪声，各电平移位结束置位信号(setdrn-2)和电平移位结束复位信号(resdrn)均成为低电平，锁存误动作保护电路22的保护功能起作用，在此状态下，置位信号(set-2)成为高电平。因此，产生dV/dt噪声的期间结束。于是，在锁存误动作保护电路22的保护动作期间结束之前，置位信号(set-2)不传送到锁存电路23。因此，高侧驱动器21的输出信号HO-2经过较长的空白期间(tb(>ta))后上升。如上所述，在死区时间期间等电位Vs上升的情况下，由于上述空白期间tb，开关元件XD1的导通动作延迟。因此，与开关元件XD1并联连接的二极管DH的功耗成为问题。因而，期望有能尽快使开关元件XD1导通的技术。本专利技术鉴于上述情况而完成，其目的在于提供一种半导体装置及高侧电路的驱动方法，能降低用于防止因构成半桥等的高电位侧开关元件的dV/dt噪声所导致的误动作的电路中的信号传送的延迟。解决技术问题所采用的技术方案为了达到上述目的，本专利技术的半导体装置将一次侧电位系统的输入信号传送给与该一次侧电位系统不同的二次侧电位系统，其特征在于，具有串联连接的高电位侧开关元件和低电位侧开关元件、以及以所述高电位侧开关元件和所述低电位侧开关元件的连接点的电位为基准的电源单元，该高电位侧开关元件在二次侧电位系统的控制信号下动作，该低电位侧开关元件在一次侧电位系统的控制信号下动作，该半导体装置具有：脉冲产生单元，该脉冲产生单元基于所述输入信号，产生用于使所述高电位侧开关元件设置为导通状态的脉冲状的置位信号、和用于使所述高电位侧开关元件设置为非导通状态的脉冲状的复位信号；第1电平移位单元，该第1电平移位单元在二次侧电位系统的高电位侧电源电位与一次侧电位系统的低电位侧电源电位之间将第1电阻及第1开关元件串联连接，作为所述第1开关元件的栅极信号，提供所述置位信号，从所述第1电阻及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，该半导体装置将一次侧电位系统的输入信号传送给与该一次侧电位系统不同的二次侧电位系统，其特征在于，具有串联连接的高电位侧开关元件和低电位侧开关元件、以及以所述高电位侧开关元件和所述低电位侧开关元件的连接点的电位为基准的电源单元，该高电位侧开关元件在二次侧电位系统的控制信号下动作，该低电位侧开关元件在一次侧电位系统的控制信号下动作，该半导体装置具有：脉冲产生单元，该脉冲产生单元基于所述输入信号，产生用于使所述高电位侧开关元件设置为导通状态的脉冲状的置位信号、和用于使所述高电位侧开关元件设置为非导通状态的脉冲状的复位信号；第1电平移位单元，该第1电平移位单元在二次侧电位系统的高电位侧电源电位与一次侧电位系统的低电位侧电源电位之间将第1电阻及第1开关元件串联连接，作为所述第1开关元件的栅极信号，提供所述置位信号，从所述第1电阻及第1开关元件的连接点即第1连接点获得二次侧电位系统的电平移位结束置位信号；第2电平移位单元，该第2电平移位单元在二次侧电位系统的高电位侧电源电位与一次侧电位系统的低电位侧电源电位之间将第2电阻及第2开关元件串联连接，作为所述第2开关元件的栅极信号，提供所述复位信号，从所述第2电阻及第2开关元件的连接点即第2连接点获得二次侧电位系统的电平移位结束复位信号；控制信号输出单元，该控制信号输出单元基于所述电平移位结束置位信号及所述电平移位结束复位信号，输出将所述高电位侧开关元件保持于导通状态或非导通状态的控制信号；以及保护单元，该保护单元设置于所述控制信号输出单元的前级，在同时接收到所述电平移位结束置位信号及所述电平移位结束复位信号的情况下，向所述控制信号输出单元提供规定的信号，使所述控制信号输出单元继续输出之前的所述控制信号，该半导体装置具有：第3开关元件，该第3开关元件与所述第1电阻并联连接；第4开关元件，该第4开关元件与所述第2电阻并联连接；以及逻辑门单元，该逻辑门单元在二次侧电位系统中动作，并输入有所述第1连接点、第2连接点的电位，所述逻辑门单元在所述第1连接点、第2连接点的电位均比所述逻辑门单元的输入阈值电压要低的情况下，使所述第3开关元件、第4开关元件为导通状态。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.28 JP 2012-0425681.一种半导体装置，该半导体装置将一次侧电位系统的输入信号传送给与该一次侧电位系统不同的二次侧电位系统，其特征在于，具有串联连接的高电位侧开关元件和低电位侧开关元件、以及以所述高电位侧开关元件和所述低电位侧开关元件的连接点的电位为基准的电源单元，该高电位侧开关元件在二次侧电位系统的控制信号下动作，该低电位侧开关元件在一次侧电位系统的控制信号下动作，该半导体装置具有：脉冲产生单元，该脉冲产生单元基于所述输入信号，产生用于使所述高电位侧开关元件设置为导通状态的脉冲状的置位信号、和用于使所述高电位侧开关元件设置为非导通状态的脉冲状的复位信号；第1电平移位单元，该第1电平移位单元在二次侧电位系统的高电位侧电源电位与一次侧电位系统的低电位侧电源电位之间将第1电阻及第1开关元件串联连接，作为所述第1开关元件的栅极信号，提供所述置位信号，从所述第1电阻及第1开关元件的连接点即第1连接点获得二次侧电位系统的电平移位结束置位信号；第2电平移位单元，该第2电平移位单元在二次侧电位系统的高电位侧电源电位与一次侧电位系统的低电位侧电源电位之间将第2电阻及第2开关元件串联连接，作为所述第2开关元件的栅极信号，提供所述复位信号，从所述第2电阻及第2开关元件的连接点即第2连接点获得二次侧电位系统的电平移位结束复位信号；控制信号输出单元，该控制信号输出单元基于所述电平移位结束置位信号及所述电平移位结束复位信号，输出将所述高电位侧开关元件保持于导通状态或非导通状态的控制信号；以及保护单元，该保护单元设置于所述控制信号输出单元的前级，在同时接收到所述电平移位结束置位信号及所述电平移位结束复位信号的情况下，向所述控制信号输出单元提供规定的信号，使所述控制信号输出单元继续输出之前的所述控制信号，该半导体装置具有：第3开关元件，该第3开关元件与所述第1电阻并联连接；第4开关元件，该第4开关元件与所述第2电阻并联连接；以及逻辑门单元，该逻辑门单元在二次侧电位系统中动作，并输入有所述第1连接点、第2连接点的电位，所述逻辑门单元在所述第1连接点、第2连接点的电位均比所述逻辑门单元的输入阈值电压要低的情况下，使所述第3开关元件、第4开关元件为导通状态。2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，包括反馈单元，该反馈单元在所述高电位侧开关元件处于导通状态时，将所述第1连接点下拉，并将所述第2连接点上拉，在所述高电位侧开关元件处于...

【专利技术属性】
技术研发人员：赤羽正志，
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