半导体器件以及电流限制方法技术

公开了一种半导体器件以及电流限制方法。获得了稳定的负载启动以及过电流检测准确度的增大。半导体器件包括主晶体管和电流限制单元。该主晶体管实现电力向负载的供给。该电流限制单元包括控制该主晶体管的栅极电压的控制晶体管并且具有限制流过该主晶体管的电流的电流限制功能。该电流限制单元具有电流限制值并检测过电流从该主晶体管流出，并且当该电流等于或大于该电流限制值，并且该控制晶体管接通时的运行电压等于或大于电流限制激活电压时，激活该电流限制功能，该电流限制激活电压是当该电流上升到该电流限制值时与该控制晶体管的栅极处产生的预定电压相加的校正电压。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件和电流限制方法。
技术介绍
被称为智能功率开关(IPS)的半导体器件(其中，功率半导体元件以及其周围的控制电路、保护电路等被集成在单个芯片上或单个封装中)的发展近年来被不断改进。由于IPS广泛地用于汽车电气系统(诸如变速器、发动机和刹车)，存在对提供尺寸减小、提尚性能以及提尚可靠性的广品的需求。包括具有线性的并且相对于主晶体管的漏极-源极电压具有负依赖性的电流检测特性的电流检测单元的半导体器件已经被提出为现有技术(JP-A-2014-128005)。并且已经提出了技术，其中，可变电压源的输出电压根据功率半导体器件附近的温度和流过感测端的电流来调节，由此校正功率半导体器件的主区域与感测区域的特性之间的差异(日本专利号5，590，240) ο此外已经提出了技术，其中，当半导体器件的主电流达到断路电平时执行半导体器件保护操作，而当执行半导体激活操作时降低断路电平(JP-A-2013-62730)。
技术实现思路
在IPS中提供了执行电流限制从而当负载短路时约束电流流动过量(过电流)的功能。电流限制功能使得:当从功率半导体元件流入IPS的电流流动达到或超过预先设定的阈值(过电流限制值)时，检测到过电流的发生并且限制电流量。同时，诸如电动机的负载具有当负载启动时一涌入电流流动的特性。在IPS中，为了稳定地启动此类负载，过电流限制值被设定为高于该涌入电流的最大瞬时值从而电流限制不被施加在该涌入电流上。然而，当过电流限制值被设定为高于该涌入电流的最大瞬时值，存在低于该涌入电流的最大瞬时值的电流值难以被检测为过电流的问题，并且过电流检测准确度降低了。考虑这点而设计出的本专利技术具有提供一种半导体器件和电流限制方法从而获得稳定的负载启动以及过电流检测准确度增大的目的。为了解决前文所述的问题，提供了一种半导体器件。该半导体器件包括主晶体管，该主晶体管执行电力从电源到负载的供给；以及电流限制单元，其包括控制该主晶体管的栅极电压的控制晶体管，具有限制流过该主晶体管的电流的电流限制功能。并且，电流限制单元具有电流限制值以用于判定当负载运行在稳态时大于运行电流的电流流动。此外，电流限制单元检测过电流从主晶体管流出，当流过该主晶体管的电流等于或大于电流限制值以及当控制晶体管接通时的运行电压等于或大于电流限制激活电压时激活电流限制功能，该电流限制激活电压是当流过该主晶体管的电流上升到电流限制值时与控制晶体管的栅极处产生的预定电压相加的校正电压。可获得稳定的负载启动以及过电流检测准确度的增大。【附图说明】图1是示出半导体器件的配置示例的图； 图2是示出IPS的配置示例的图； 图3是用于描述电荷栗升压运行的图； 图4是示出过电流限制值和涌入电流的图； 图5是示出IPS的配置示例的图； 图6是示出闩锁(latch)电路和钳位(clamping)电路的配置示例的图； 图7是示出当启动一电动机而未发生负载短路时的运行波形的图；以及图8是示出当存在负载短路时的运行波形的图。【具体实施方式】在下文中，将参考附图描述本专利技术的各实施例。在说明书和附图中，具有本质上相同功能并且给予相同附图标记的组件省略了冗余的描述。第一实施例 图1是示出半导体器件的配置示例的图。第一实施例的半导体器件I包括主晶体管mo和电流限制单元la，且半导体器件I经由主晶体管m0连接至负载3。主晶体管m0执行电力向负载3的供给。电流限制单元Ia包括控制主晶体管mO的栅极电压的控制晶体管m2并且具有控制流过主晶体管mO的电流i的电流限制功能。并且，电流限制单元Ia具有用于判定大于负载3运行在稳态中时的运行电流的电流(大电流)流动的电流限制值Ith。 此外，当流过主晶体管mO的电流i等于或大于该电流限制值Ith并且控制晶体管m2的运行电压等于或大于电流限制激活电压Vl时，电流限制单元Ia检测到过电流从主晶体管mO流出并激活电流限制功能。控制晶体管m2的运行电压是用于驱动电流限制功能的电压(也可被称为电流限制单元Ia的运行电压)。并且，电流限制激活电压Vl是一电压，其中，当流过主晶体管mO的电流上升到该电流限制值Ith时与控制晶体管m2的栅极处产生的预定电压相加的校正电压(将在下文描述)。在此，图1中所示的波形是用于描述电流限制单元Ia的运行，其中竖轴是电流或电压，而横轴是时间。曲线gl示出控制晶体管m2的运行电压，而曲线g2示出从主晶体管mO流到负载3的电流i。在时间周期Ta中，流过主晶体管mO的电流i等于或大于电流限制值Ith，且运行电压等于或大于电流限制激活电压VI。当这两个条件都满足时，电流限制单元Ia检测过电流从主晶体管mO流出并且激活电流限制功能以约束该过电流。相反，当两个条件不满足时，不激活电流限制功能。以此方式，当检测到过电流从主晶体管mO流出时，半导体器件I的电流限制单元Ia激活用于约束该过电流的电流限制功能。 并且，当两个条件满足时激活电流限制功能，这两个条件是流过主晶体管mO的电流i等于或大于电流限制值Ith以及控制晶体管m2的运行电压等于或大于电流限制激活电压Vlo根据此类半导体器件I配置，可获得负载3的稳定启动以及过电流检测准确度的增大。接着，在描述本专利技术的细节之前，利用图2到4，将给出IPS的一般配置和运行以及所解决问题的说明。 IPS配置和运行 首先，将给出高侧型IPS的配置和运行的说明，其中半导体器件设置在电源侧而负载设置在GND侧。图2是示出IPS的配置示例的图。IPS 100是包括负载运行电路11、电流限制电路12以及晶体管MO的半导体器件并且使用从输出端OUT输出的电流来使负载3运行。负载3是L负载(电感负载)，诸如电动机、螺线管或继电器。负载运行电路11包括控制电路11a、电荷栗(升压电路)Ilb以及保护电路11c。并且，电流限制电路12包括晶体管Ml和M2以及电阻器Rl。晶体管MO是功率半导体元件，例如使用了功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。例如，N沟道MOSFET被用于晶体管MO到M2。关于元件连接关系，控制电路I Ia的输入口连接至IPS 100的输入端IN，而控制电路Ila的输出口连接至电荷栗Ilb的输入口。 电荷栗Ilb的输出口连接至晶体管MO的栅极、晶体管Ml的栅极以及晶体管M2的漏极。晶体管MO和Ml的漏极连接至IPS 100的电源电压端VCC。晶体管Ml的源极连接至晶体管M2的栅极和电阻器Rl的一端。晶体管M2的源极连接至电阻器Rl的另一端、IPS 100的输出端OUT和晶体管MO的源极。输出端OUT连接至负载3 (电动机等)的一端，而电源电压端VCC连接至电池BAT的正极端。电池BAT的负极端连接至负载3的另一端和GND。在以下描述中，晶体管MO也被称为主晶体管MO，而晶体管Ml被称为感测(检测)晶体管Ml。此外，作为栅极电压控制晶体管的晶体管M2也被称为控制晶体管M2，而电阻器Rl被称为感测电阻器Rl。在此，接收到经由输入端IN从上游(例如，发动机控制单元(ECT))传输的输入信号Sin时，控制电路Ila执行输入信号Sin与该电路内设定的阈值的电平比较并且根据比较结果来控制电荷栗lib。例如，当输入信号Sin的电平超过阈值电平时，控制电路Ila判定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：主晶体管，实现电力从电源向负载的供给；以及电流限制单元，包括控制所述主晶体管的栅极电压的控制晶体管，且具有限制流过所述主晶体管的电流的电流限制功能，其中所述电流限制单元具有电流限制值以用于判定大于所述负载运行在稳态时的运行电流的电流流动，以及检测过电流从所述主晶体管流出，并且当所述电流等于或大于所述电流限制值，并且所述控制晶体管接通时的运行电压等于或大于电流限制激活电压时，激活所述电流限制功能，所述电流限制激活电压是当所述电流上升到所述电流限制值时与所述控制晶体管的栅极处产生的预定电压相加的校正电压。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩水守生，竹内茂行，
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