半导体装置制造方法及图纸

第1钳位电路(4)将开关元件(Q1)的栅极与第1端子之间的电压钳位为小于或等于第1钳位电压。对开关元件(Q1)进行控制的控制电路(2)具有：驱动部(5)，其对开关元件(Q1)进行驱动；异常检测部(9)，其在检测出动作异常时使驱动部(5)停止；以及第2钳位电路(10)。在异常检测部(9)使驱动部(5)停止时，第2钳位电路(10)将栅极与第1端子之间的电压钳位为小于或等于比第1钳位电压低的第2钳位电压。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体装置
本专利技术涉及半导体装置。
技术介绍
在汽车发动机等的内燃机用点火系统中使用对变压器等L负载进行驱动的电力用半导体装置。这样的半导体装置为了避免烧毁破损，具有对异常发热进行检测而将主电流切断的功能、或在大于或等于一定时间持续地施加了导通信号时将主电流切断的功能。该断路动作是为了半导体装置的自我保护而进行的，因此其定时(timing)与发动机控制计算机的点火信号不同的可能性极其高。根据断路动作的定时，存在产生发动机的回火、爆燃等问题，引起发动机机构的破损的风险。为了防止这些情况，需要实现缓慢的主电流切断，防止不必要的点火动作。相对于此，存在利用具有大的时间常数的高电容值电容器或绝缘栅型开关元件的栅极电容而缓慢地使栅极电压降低的方法(例如，参照专利文献1)。专利文献1：日本特开2011-127445号公报
技术实现思路
为了在控制电路内实现缓慢的主电流切断，需要具有大的时间常数的高电容值电容器，导致大型化、高成本化。另外，在利用了绝缘栅型开关元件的栅极电容的情况下，存在如下问题，即，如果将电容值减小而通过稳定的电流进行放电则难以延长断路时间，如果为了延长断路时间而将电流设定得低，则动作变得不稳定。本专利技术就是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于得到能够小型、低成本地稳定地实现缓慢的主电流切断动作的半导体装置。本专利技术涉及的半导体装置的特征在于具有：开关元件，其具有栅极、第1端子和第2端子，该第1端子与负载连接；第1钳位电路，其将所述栅极和所述第1端子之间的电压钳位为小于或等于第1钳位电压；以及控制电路，其对所述开关元件进行控制，所述控制电路具有：驱动部，其对所述开关元件进行驱动；异常检测部，其在检测出动作异常时使所述驱动部停止；以及第2钳位电路，其在所述异常检测部使所述驱动部停止时，将所述栅极和所述第1端子之间的电压钳位为小于或等于比所述第1钳位电压低的第2钳位电压。专利技术的效果在本专利技术中，在检测出动作异常时，将开关元件的栅极和第1端子之间的电压钳位为小于或等于比通常动作时的第1钳位电压低的第2钳位电压。由此，无需利用高电容值电容器及开关元件的栅极电容，即可使断路速度缓慢，防止不必要的点火动作。因此，能够小型、低成本地稳定地实现缓慢的主电流切断动作。附图说明图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的电路图。图2是表示实施方式1涉及的半导体装置的控制电路的电路图。图3是表示实施方式1涉及的半导体装置的动作的时序图。图4是表示钳位电压与断路时间的依赖性的图。图5是表示实施方式2涉及的半导体装置的动作波形的图。图6是表示实施方式3涉及的半导体装置的电路图。图7是表示实施方式4涉及的半导体装置的电路图。图8是表示实施方式4涉及的半导体装置的动作的时序图。图9是表示实施方式5涉及的半导体装置的电路图。图10是表示实施方式6涉及的半导体装置的电路图。图11是表示实施方式6涉及的半导体装置的动作波形的图。图12是表示实施方式7涉及的半导体装置的电路图。图13是表示实施方式8涉及的半导体装置的电路图。图14是表示实施方式9涉及的半导体装置的平面图。图15是表示实施方式10涉及的半导体装置的电路图。具体实施方式参照附图对实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或对应的结构要素标注相同标号，有时省略重复说明。实施方式1.图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的电路图。该半导体装置用于汽车发动机等的内燃机用感应点火型点火系统。电池等电源Vbat连接于L负载即点火线圈1的初级侧线圈1a的一端和次级侧线圈1b的一端。电源电压Vbat为14V。绝缘栅型的开关元件Q1的栅极与控制电路2连接，集电极与初级侧线圈1a的另一端连接，发射极经由电阻Rs1接地。开关元件Q1的阈值电压Vth为2V。电阻Rg1的电阻值为几十kΩ数量级。火花塞3的一端与次级侧线圈1b的另一端连接，另一端接地。控制电路2与来自控制计算机ECU及驱动电路的控制信号对应地对开关元件Q1进行控制。作为通常打火动作时的耐压保护用第1钳位电路4，设置有具有与开关元件Q1的集电极连接的阴极和与栅极连接的阳极的齐纳二极管Zd1。开关元件Q1通过利用Zd1的漏电流将栅极电压自偏置的有源钳位动作而进行放电。因此，Zd1将开关元件Q1的栅极-集电极电压钳位为小于或等于第1钳位电压。由此，能够防止变压器绕组的绝缘破坏。此外，第1钳位电压为Zd1的耐压，例如高达500V或700V，因此不会对通常动作及后述的异常时的断路动作造成影响。图2是表示实施方式1涉及的半导体装置的控制电路的电路图。驱动部5为由PchMOS晶体管PM5、PM6构成的电流镜电路，对开关元件Q1进行驱动。从ECU及驱动电路输入至控制电路2的输入端子Von的控制信号在通过施密特触发电路6进行波形整形后，输入至PchMOS晶体管PM1。PM1与控制信号对应地接通、断开，从而流入至恒流源I＿base1的电流产生变化，对驱动部5的动作进行控制。比较器7将由主电流Ic和电阻Rs1产生的电压与基准电压Vref的差放大。V-I转换电路8将比较器7的输出电压转换为电流If1。由PchMOS晶体管PM2、PM3构成的电流镜电路与其电流镜像比对应地，根据电流If1生成电流If2。通过使该电流If2流入至恒流源I＿base1而对驱动部5的动作进行控制。因此，主电流Ic越增加，驱动部5的输出电流Ig2越降低，由电阻Rg1产生的电压越降低。由此，进行抑制主电流Ic的负反馈控制。PMOS晶体管PM4与PM5并联连接。如果异常检测部9检测出异常连续通电等异常，则经由反相器INV1将信号供给至PM4而将PM4接通。由此，异常检测部9在检测出半导体装置的动作异常时使驱动部5停止。第2钳位电路10具有齐纳二极管Zd2、与Zd2串联连接的NchMOS晶体管NM2，该齐纳二极管Zd2具有与开关元件Q1的集电极连接的阴极和与栅极连接的阳极。Zd2的耐压为20V，比Zd1的耐压低。NM2的耐压比Zd1的耐压高。在通常动作时NM2是断开的，异常检测部9如果检测出动作异常则将NM2接通。因此，仅在异常检测部9使驱动部5停止时第2钳位电路10进行动作，在通常时不进行钳位动作，因此不会对通常动作造成影响。图3是表示实施方式1涉及的半导体装置的动作的时序图。如果在时刻t1输入了高电平的控制信号，则PM1变为断开。由于在通常动作时异常检测部9的输出信号为低电平，因此PM4变为断开。由此，流过驱动部5的电流镜电路的基准侧电流Ig1。相对于该基准侧电流Ig1，在电阻Rg1流过与电流镜电路的镜像比对应的电流Ig2。由此，产生栅极电压，开关元件Q1变为接通。而且，与由初级侧线圈1a的电感和配线电阻决定的时间常数对应地，在开关元件Q1和初级侧线圈1a流过主电流Ic。ECU在想要对燃料进行点火的定时即时刻t2将控制信号设为低电平。与其对应地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于，具有：/n开关元件，其具有栅极、第1端子和第2端子，该第1端子与负载连接；/n第1钳位电路，其将所述栅极和所述第1端子之间的电压钳位为小于或等于第1钳位电压；以及/n控制电路，其对所述开关元件进行控制，/n所述控制电路具有：/n驱动部，其对所述开关元件进行驱动；/n异常检测部，其在检测出动作异常时使所述驱动部停止；以及/n第2钳位电路，其在所述异常检测部使所述驱动部停止时，将所述栅极和所述第1端子之间的电压钳位为小于或等于比所述第1钳位电压低的第2钳位电压。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
开关元件，其具有栅极、第1端子和第2端子，该第1端子与负载连接；
第1钳位电路，其将所述栅极和所述第1端子之间的电压钳位为小于或等于第1钳位电压；以及
控制电路，其对所述开关元件进行控制，
所述控制电路具有：
驱动部，其对所述开关元件进行驱动；
异常检测部，其在检测出动作异常时使所述驱动部停止；以及
第2钳位电路，其在所述异常检测部使所述驱动部停止时，将所述栅极和所述第1端子之间的电压钳位为小于或等于比所述第1钳位电压低的第2钳位电压。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第2钳位电路具有齐纳二极管和与所述齐纳二极管串联连接的晶体管，该齐纳二极管具有与所述第1端子连接的阴极和与所述栅极连接的阳极，
所述异常检测部如果检测出动作异常则将所述晶体管接通。


3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述晶体管的栅极电容比所述开关元件的栅极电容小。


4.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述控制电路还具有延迟计时器，该延迟计时器使所述异常检测部对所述驱动部进行控制的信号延迟。


5.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述控制电路还具有：
电流检测部，其对...

【专利技术属性】
技术研发人员：上野诚，西村一广，山本刚司，
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