半导体装置、逆变器以及汽车制造方法及图纸

本发明专利技术涉及具备死区时间生成电路的半导体装置，该半导体装置具备：第1、第2状态检测电路，它们分别具有对第1、第2开关器件是否处于截止动作中进行检测而输出第1、第2状态信号的功能，具有生成第1、第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第1逻辑电路，其被输入第1接通‑断开指令信号、第2状态信号，仅在第2开关器件不处于截止动作中的情况下输出使第1开关器件接通的信号，该第1接通‑断开指令信号对第1开关器件指示接通、断开；以及第2逻辑电路，其被输入第1接通‑断开指令信号、第1状态信号，仅在第1开关器件不处于截止动作中的情况下输出使第2开关器件接通的信号，该第1接通‑断开指令信号对第2开关器件指示接通、断开。

Semiconductor devices, inverters and automobiles

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置、逆变器以及汽车
本专利技术涉及具备死区时间生成电路的半导体装置，其中，该死区时间生成电路生成串联连接、互补地进行动作的开关器件的驱动中的死区时间(deadtime)。
技术介绍
就在高电位电源端子与低电位电源端子之间图腾柱连接、互补地进行动作的开关器件的驱动控制而言，一直以来要求防止下述情况，即，与高电位电源端子连接的高电位侧开关器件和与低电位电源端子连接的低电位侧开关器件同时成为接通状态，高电位电源端子与低电位电源端子之间成为短路状态，在高电位侧开关器件以及低电位侧开关器件流过过大的贯穿电流。例如在专利文献1中公开了以下结构，即，具有分别对高电位侧开关器件以及低电位侧开关器件的导通/断开状态进行监视的监视电路，将监视信号输入至判定电路。向各判定电路输入对应的开关器件的接通/断开信号和相对的开关器件的监视信号，基于监视信号向对应的开关器件输出接通/断开信号。专利文献1所公开的判定电路构成为，在向相对的开关器件赋予有接通信号的情况下，不向与自身对应的开关器件赋予接通信号，但就最近的电力设备而言，如专利文献2所公开的那样，具备保护电路，该保护电路具备对由于负载的短路而使输出电流变得过大等异常进行检测的检测电路以及用于使开关器件安全地截止的软切断电路。作为进行软切断的方法，如专利文献2所公开的那样，大多使用与通常的截止时相比将栅极电阻值增大的方法。专利文献1：日本特开平3-169273号公报专利文献2：日本专利第5801001号公报
技术实现思路
如果保护电路检测到异常，软切断功能起作用，则开关器件的从切断开始起至切断为止的时间与通常的截止相比变长。因此，在开关器件的接通、断开即将切换之前保护电路进行了动作的情况下，即使设置有适当的死区时间，有时也会在软切断动作中的开关器件的切断结束之前，另一个开关器件导通，高电位电源端子与低电位电源端子之间成为短路状态(桥臂短路)，在高电位侧开关器件以及低电位侧开关器件流过过大的贯穿电流。本专利技术就是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供具备死区时间生成电路的半导体装置，其中，该死区时间生成电路即使在保护电路的软切断功能动作的情况下，也能够可靠地防止桥臂短路。本专利技术涉及的半导体装置具备：第1开关器件以及第2开关器件，它们串联连接在第1电位与比所述第1电位低的第2电位之间，互补地进行动作；第1栅极驱动电路，其进行所述第1开关器件的驱动控制；第2栅极驱动电路，其进行所述第2开关器件的驱动控制；第1状态检测电路，其具有对所述第1开关器件是否处于截止动作中进行检测，作为第1状态信号而输出的功能，并且具有生成所述第1开关器件以及第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第2状态检测电路，其具有对所述第2开关器件是否处于截止动作中进行检测，作为第2状态信号而输出的功能，并且具有生成所述第1开关器件以及第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第1接通-断开指令信号以及第2接通-断开指令信号，它们对所述第1开关器件以及第2开关器件分别指示接通、断开；第1逻辑电路，其被输入所述第1接通-断开指令信号和所述第2状态信号，仅在所述第2状态信号表示所述第2开关器件不处于截止动作中的情况下，将所述第1接通-断开指令信号作为使所述第1开关器件接通的信号而输出；以及第2逻辑电路，其被输入所述第2接通-断开指令信号和所述第1状态信号，仅在所述第1状态信号表示所述第2开关器件不处于截止动作中的情况下，将所述第2接通-断开指令信号作为使所述第2开关器件接通的信号而输出。专利技术的效果根据本专利技术涉及的半导体装置，能够得到具备死区时间生成电路的半导体装置，其中，该死区时间生成电路能够可靠地防止桥臂短路。附图说明图1是对互补地进行动作的开关器件的驱动中的死区时间进行说明的图。图2是示意性地示出数字隔离器的结构的图。图3是对互补地进行动作的开关器件的驱动中的死区时间进行说明的时序图。图4是表示半桥电路的结构的电路图，该半桥电路具有本专利技术涉及的实施方式1的死区时间生成电路。图5是对半桥电路的通断动作进行说明的时序图，该半桥电路具有本专利技术涉及的实施方式1的死区时间生成电路。图6是表示半桥电路的结构的电路图，该半桥电路具有本专利技术涉及的实施方式2的死区时间生成电路。图7是表示3相逆变器的结构的图，该3相逆变器具有本专利技术涉及的实施方式3的死区时间生成电路。图8是表示U相逆变器的内部结构的电路图。图9是表示本专利技术涉及的实施方式4的车辆的结构的概念图。具体实施方式＜前言＞在说明专利技术的实施方式之前，对互补地进行动作的开关器件的驱动中的死区时间进行说明。图1是表示半桥电路90的结构的电路图。此外，如果将2组图1的半桥电路并联连接，则成为H桥电路，如果将3组并联连接，则成为3相逆变器。如图1所示，半桥电路90与高压电源V3连接，在成为主电源线的P-N线间(高电位的主电源线P(上桥臂)与低电位的主电源线N(下桥臂)之间)串联连接有MOS(MetalOxideSemiconductor)晶体管等开关器件即晶体管Q1以及Q2。晶体管Q1是漏极与高压电源V3的正电极连接的N沟道型的MOS晶体管，晶体管Q2是源极与高压电源V3的负电极连接的N沟道型的MOS晶体管，晶体管Q1的漏极与晶体管Q2的源极之间的连接节点成为输出节点PO1。晶体管Q1以及Q2是电压控制型的功率器件，通过施加至栅极电极的栅极电压而对接通、断开进行控制。向晶体管Q1以及Q2分别逆并联连接二极管D1以及D2，两者作为在连接了感应性负载时的流过续流电流的续流二极管而起作用。此外，在将晶体管Q1以及Q2设为MOS晶体管的情况下，由于还能够将内置的寄生二极管(体二极管)用作续流二极管，因此有时不设置二极管D1以及D2。在晶体管Q1以及Q2的栅极连接有分别对晶体管Q1以及Q2的通断速度进行调整的栅极电阻R1以及R2。并且，从栅极驱动缓冲器U3以及U8(栅极驱动电路)各自，经由栅极电阻R1以及R2，将栅极信号S11以及S21赋予至晶体管Q1以及Q2的栅极。与高压电源V3连接的晶体管Q1以及Q2、和各栅极驱动缓冲器U3以及U8位于将高压电源V3作为基准的高压侧，晶体管Q1以及Q2的源极分别与将高压电源V3作为基准的基准电位HGD以及LGD连接，因而称为高圧部，与成为低电位侧的低圧部电绝缘。为了将分别从低圧部的信号输入端子HG1以及LG1输入的栅极接通-断开指令信号S1以及S2赋予至高圧部的栅极驱动缓冲器U3以及U8，作为绝缘元件，使用数字隔离器U2以及U7。即，向数字隔离器U2以及U7的输入，分别从信号输入端子HG1以及LG1赋予栅极接通-断开指令信号S1以及S2，经由数字隔离器U2以及U7，向栅极驱动缓冲器U3以及U8的输入，赋予与低圧部绝缘的栅极接通-断开指令信号S1以及S2。数字隔离器被分类为磁耦合器的一种，实现与光耦合器相同的绝缘功能，利用磁耦合而进行隔离。此外，在以下的说明中，对作为绝缘元件使用数字隔离器的例子进行说明，但在本专利技术中，为了低圧部与高圧部之间的电绝缘也可以使用光耦合器，绝缘元件不限定于磁耦合器(包含数字隔离器)。数字隔离器通过由在半导体制造工序中制作的微型线圈夹着绝缘体而相对的一对磁线圈而传输信号。图2示意性地示出数字隔离器的结构的一个例子。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其具备：第1开关器件以及第2开关器件，它们串联连接在第1电位与比所述第1电位低的第2电位之间，互补地进行动作；第1栅极驱动电路，其进行所述第1开关器件的驱动控制；第2栅极驱动电路，其进行所述第2开关器件的驱动控制；第1状态检测电路，其具有对所述第1开关器件是否处于截止动作中进行检测，作为第1状态信号而输出的功能，并且具有生成所述第1开关器件以及第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第2状态检测电路，其具有对所述第2开关器件是否处于截止动作中进行检测，作为第2状态信号而输出的功能，并且具有生成所述第1开关器件以及第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第1接通‑断开指令信号以及第2接通‑断开指令信号，它们对所述第1开关器件以及第2开关器件分别指示接通、断开；第1逻辑电路，其被输入所述第1接通‑断开指令信号和所述第2状态信号，仅在所述第2状态信号表示所述第2开关器件不处于截止动作中的情况下，将所述第1接通‑断开指令信号作为使所述第1开关器件接通的信号而输出；以及第2逻辑电路，其被输入所述第2接通‑断开指令信号和所述第1状态信号，仅在所述第1状态信号表示所述第2开关器件不处于截止动作中的情况下，将所述第2接通‑断开指令信号作为使所述第2开关器件接通的信号而输出。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其具备：第1开关器件以及第2开关器件，它们串联连接在第1电位与比所述第1电位低的第2电位之间，互补地进行动作；第1栅极驱动电路，其进行所述第1开关器件的驱动控制；第2栅极驱动电路，其进行所述第2开关器件的驱动控制；第1状态检测电路，其具有对所述第1开关器件是否处于截止动作中进行检测，作为第1状态信号而输出的功能，并且具有生成所述第1开关器件以及第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第2状态检测电路，其具有对所述第2开关器件是否处于截止动作中进行检测，作为第2状态信号而输出的功能，并且具有生成所述第1开关器件以及第2开关器件的接通、断开动作的死区时间的功能；第1接通-断开指令信号以及第2接通-断开指令信号，它们对所述第1开关器件以及第2开关器件分别指示接通、断开；第1逻辑电路，其被输入所述第1接通-断开指令信号和所述第2状态信号，仅在所述第2状态信号表示所述第2开关器件不处于截止动作中的情况下，将所述第1接通-断开指令信号作为使所述第1开关器件接通的信号而输出；以及第2逻辑电路，其被输入所述第2接通-断开指令信号和所述第1状态信号，仅在所述第1状态信号表示所述第2开关器件不处于截止动作中的情况下，将所述第2接通-断开指令信号作为使所述第2开关器件接通的信号而输出。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述第1状态检测电路具有：第1比较器，其将所述第1开关器件的栅极电压与预先确定的第1参照电压进行比较；以及第3逻辑电路，其被输入使所述第1接通-断开指令信号进行反相而得到的第1反相信号和所述第1比较器的输出信号，输出将满足以下条件的期间视作所述第1开关器件处于截止动作中的所述第1状态信号，即，所述第1反相信号是使第1开关器件断开的信号并且所述第1开关器件的栅极电压比所述第1参照电压高，所述第2状态检测电路具有：第2比较器，其将所述第2开关器件的栅极电压与预先确定的第2参照电压进行比较；以及第4逻辑电路，其被输入使所述第2接通-断开指令信号进行反相而得到的第2反相信号和所述第2比较器的输出信号，输出将满足以下条件的期间视作所述第2开关器件处于截止动作中的所述第2状态信号，即，所述第2反相信号是使第2开关器件断开的信号并且所述第2开...

【专利技术属性】
技术研发人员：日山一明，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP