半导体元件的驱动装置制造方法及图纸

一种半导体元件的驱动装置，将根据半导体元件的芯片温度来变更的半导体元件的驱动能力作为半导体元件的驱动信息输出到外部。具有驱动电路且具备保护电路，该驱动电路从外部被输入对半导体元件的驱动能力进行规定的脉冲状的驱动信号来对半导体元件进行接通断开驱动，该保护电路在半导体元件的芯片温度超过过热阈值温度时切换半导体元件的驱动能力。特别是，保护电路具备驱动信息输出电路，该驱动信息输出电路将电压水平与驱动电路对半导体元件提供的驱动控制电压相应的驱动信息输出到外部。优选的是，保护电路具备脉宽生成电路，该脉宽生成电路生成电压水平与驱动控制电压相应、且脉宽与驱动控制电压相应的脉冲信号，将该脉冲信号输出到外部。

【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能够将表示与半导体元件的芯片温度相应的驱动状态的信息准确地输出到外部的半导体元件的驱动装置。
技术介绍
构成逆变器等电力变换装置的半导体元件的驱动装置担负以下功能：对绝缘栅双极型晶体管(IGBT；InsulatedGateBipolarTransistor)等半导体元件进行接通断开驱动来进行电力变换。特别是最近，作为半导体元件的驱动装置，例如除了IGBT及其驱动电路以外还将保护电路也模块化为1个电子部件而成的所谓的智能功率模块(IPM；IntelligentPowerModule)受到关注，该保护电路用于防止IGBT等由于过电流/过电压、过热等发生元件损坏。图4是表示电力变换装置1的一例的主要部分概要结构图，2是以IGBT(半导体元件)3及作为其驱动电路的控制IC4为主体来构成的IPM。关于该IPM2的具体结构，参照图5来在后面叙述。电力变换装置1具备PWM信号生成电路5，该PWM信号生成电路5生成对IGBT3进行接通断开驱动的脉冲状的信号(PWM信号)。PWM信号生成电路5基本上生成根据由PWM信号占空比设定部6按照从未图示的上级设备指示的输出电力规格设定的占空比来进行脉宽调制而得到的脉冲信号(PWM信号)。该PWM信号生成电路5所生成的PWM信号经由第一光电耦合器7a作为针对IGBT3的驱动信号Vin被提供到IPM2。IPM2中的控制IC4按照驱动信号Vin来生成对IGBT3的栅极施加的驱动控制信号OUT，从而对IGBT3进行接通断开驱动。利用像这样被进行接通断开驱动的IGBT3来执行电力变换。另外，IPM2中的控制IC4具备后述的保护电路。该保护电路基本上借助IGBT3的电流检测用发射极来监视流过IGBT3的电流，并且借助附设于IGBT3的温度检测用的二极管8来监视IGBT3的芯片温度。而且，保护电路担负以下功能：按照这些监视信息来检测IGBT3的过电流、过热等异常，在检测出异常时对IGBT3的驱动条件进行变更等来防止IGBT3的元件损坏。并且，IPM2中的控制IC4将由上述保护电路检测出的各种异常检测信息经由第二光电耦合器7b输出到外部。检测电路9检测像这样从IPM2输出的信息来控制PWM信号占空比设定部6，例如停止由PWM信号生成电路5进行的PWM信号的生成，或者变更由PWM信号生成电路5生成的PWM信号的占空比。通过像这样停止PWM信号的生成，能够停止IGBT3的接通断开驱动，来防止因过电流、过热等引起的IGBT3的热损坏。另外，通过控制PWM信号的占空比，能够变更IGBT3的电力变换规格、具体地说IGBT3的驱动能力，来抑制IGBT3的芯片温度的上升。此外，将由控制IC4的保护电路检测出的IGBT3的包括过电流/过电压、过热等异常的异常检测信息以能够在外部(上级设备中)被识别的方式输出的技术如例如专利文献1所详细介绍的那样。另外，作为保护电路所担负的功能之一，具有以下驱动能力切换功能：不拘于来自上级设备的指令(指示)，根据IGBT3的芯片温度来切换IGBT3的驱动能力。顺带一提，IGBT3导通时的电压变化特性[dV/dt]随着IGBT3的芯片温度的上升而下降。于是，随着芯片温度的上升所引起的IGBT3的电压变化特性[dV/dt]的下降会导致导通时的IGBT3的开关损耗增大。驱动能力切换功能是如下的保护功能：在IGBT3的芯片温度上升时，在控制IC4的内部控制下使对IGBT3施加的栅极电压变低，由此降低IGBT3的驱动能力。通过该驱动能力的降低控制，能够防止随着开关损耗的增大所引起的芯片温度的进一步上升，进而防止因过热引起的IGBT3的元件损坏。图5是提取上述的驱动能力切换功能来示出的保护电路的主要部分概要结构图。该保护电路基本上由过热检测用比较器11、逻辑电路12以及IGBT驱动电路15构成。过热检测用比较器11将借助二极管8检测出的表示IGBT3的芯片温度的温度检测电压Vtemp与预先设定的过热检测基准电压Voh进行比较来检测IGBT3的过热。逻辑电路12基于过热检测用比较器11的输出来切换向IGBT驱动电路15的输出。由此，根据过热检测状态来变更IGBT3的驱动能力。具体地说，逻辑电路12将输入到该逻辑电路12的驱动信号(PWM信号)Vin作为例如3个系统的信号电压Va、Vb、Vc择一地进行输出。通过这些信号电压Va、Vb、Vc，与串联连接多个电阻而成的电阻分压电路13中的多个分压点分别连接的开关元件14a、14b、14c被择一地驱动为接通。其结果，由电阻分压电路13分压得到的电压水平不同的3种驱动信号(PWM信号)Vref1、Vref2、Vref3分别经由开关元件14a、14b、14c被择一地输出。IGBT驱动电路15通过接收像这样被择一地切换的电压水平不同的驱动信号(PWM信号)Vref1、Vref2、Vref3，来生成与该电压水平相应的驱动控制信号OUT。通过变更该驱动控制信号OUT的电压水平，对IGBT3的栅极施加的驱动控制电压(栅极电压)被变更，从而变更IGBT3的驱动能力。具体地说，IGBT驱动电路15根据驱动信号Vref的电压水平来变更对IGBT3的栅极施加的驱动控制电压。通过变更该驱动控制电压，能够控制针对IGBT3的栅极的充电电流。其结果，能够与随着芯片温度的上升所引起的IGBT3的电压变化特性[dV/dt]的下降相应地抑制针对IGBT3的栅极的充电电流。由此能够防止IGBT3导通时的开关损耗的增大，进而能够抑制芯片温度的上升。专利文献1：日本特开2013-258858号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题另外，上述的与芯片温度相应的IGBT3的驱动能力的变更是在IPM2中内部性地进行的保护动作。即，IGBT3的驱动能力的变更控制是与根据从上级设备指示的输出电力规格来决定的占空比下的IGBT3的接通断开驱动相独立地执行的。因此，在芯片温度上升时在IPM2中内部性地变更了IGBT3的驱动能力的情况下，由此芯片温度的上升得到抑制，因此不再检测出前述的过热异常。顺带一提，在尽管实施了上述的通过变更IGBT3的驱动能力来进行的保护动作、但芯片温度进一步上升从而检测出过热异常的情况下，随之停止对IGBT3的接通断开驱动进行控制并且从IPM2向外部输出异常检测信息。因而，仅在从IPM2输出了异常检测信息的情况下，能够在上级设备中检测出IGBT3的过热异常。另外，对IGBT3进行接通断开驱动时的PWM信号的占空比主要是视为IPM2在通常芯片温度范围内进行动作、且IGBT3的驱动能力固定来进行设定的。不可否认的是，当以这种动作条件在保护电路的控制下根据芯片温度来变更了IGBT3的驱动能力的情况下，随之电力变换装置1的输出电力发生变化。但是，由于从IPM2仅输出上述的异常检测信息，因此存在以下问题：在对电力变换装置1的输出电力进行指示的上级设备中，无法掌握电力变换装置1的输出电力发生变化的因素。本专利技术是考虑到这种情形而完成的，其目的在于提供一种能够将表示半导体元件的驱动状态的信息、特别是因芯片温度引起的IGBT的驱动能力的变更准确地输出到外部的半导体元件的驱动装置。用于解决问题的方案为了达到上述目的，本专利技术所涉及的半导体元件的驱动装置具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体元件的驱动装置，具有驱动电路且具备保护电路，所述驱动电路从外部被输入对半导体元件的驱动能力进行规定的脉冲状的驱动信号来对所述半导体元件进行接通断开驱动，所述保护电路对所述半导体元件的芯片温度进行检测，在检测出的芯片温度超过过热阈值温度时对所述驱动电路的动作进行控制来切换所述半导体元件的驱动能力，所述半导体元件的驱动装置的特征在于，所述保护电路还具备驱动信息输出电路，该驱动信息输出电路将电压水平与所述驱动电路对所述半导体元件提供的驱动控制电压相应的驱动信息输出到外部。

【技术特征摘要】
2017.03.16 JP 2017-0519711.一种半导体元件的驱动装置，具有驱动电路且具备保护电路，所述驱动电路从外部被输入对半导体元件的驱动能力进行规定的脉冲状的驱动信号来对所述半导体元件进行接通断开驱动，所述保护电路对所述半导体元件的芯片温度进行检测，在检测出的芯片温度超过过热阈值温度时对所述驱动电路的动作进行控制来切换所述半导体元件的驱动能力，所述半导体元件的驱动装置的特征在于，所述保护电路还具备驱动信息输出电路，该驱动信息输出电路将电压水平与所述驱动电路对所述半导体元件提供的驱动控制电压相应的驱动信息输出到外部。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，所述驱动信息输出电路除了具备根据所述驱动控制电压来控制所述驱动信息的电压水平的电压水平控制电路以外，还具备生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：寺岛健史，
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