DE112017007140T5

DE112017007140T5 - Halbleitervorrichtung und Leistungsumwandlungssystem

Info

Publication number: DE112017007140T5
Application number: DE112017007140.2T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Yoshida; Kazuaki Hiyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2019-11-07
Also published as: WO2018158807A1; JP6735900B2; JPWO2018158807A1; US11139808B2; US20190372567A1; CN110337784B; CN110337784A

Abstract

Um eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung, die durch einen Anstieg einer Abfühlspannung in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelements hervorgerufen wird, zu unterdrücken, enthält eine Halbleitervorrichtung: ein Halbleiter-Schaltelement (12); einen Abfühlwiderstand (16); eine Überstrom-Schutzschaltung (104), welche ein Steuersignal zum Steuern einer Ein-Ansteuerung und einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) basierend darauf abgibt, ob eine Abfühlspannung einen Schwellenwert übersteigt; und eine Diode (36), welche die Abfühlspannung festklemmt. Wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt, gibt die Überstrom-Schutzschaltung (104) ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) als das Steuersignal ab.

Description

Technisches Gebiet
Eine in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarte Technik bezieht sich auf eine Technik zum Unterdrücken einer Fehlfunktion einer Schaltung zum Schützen eines Halbleiter-Schaltelements vor einem Überstrom.
Allgemeiner Stand der Technik
Herkömmlicherweise wird in einer Überstrom-Schutzschaltung eines Halbleiter-Schaltelements, das ein Mess- bzw. Abfühlelement enthält, ein vom Abfühlelement abgegebener Mess- bzw. Abfühlstrom durch einen Widerstand oder dergleichen in eine Mess- bzw. Abfühlspannung umgewandelt und genutzt, um einen Überstrom zu detektieren.
Wenn die Abfühlspannung einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, detektiert ein Komparator in der Überstrom-Schutzschaltung den Überstrom. Durch Sperren eines Gates des Halbleiter-Schaltelements wird das Halbleiter-Schaltelement vor einem Überstrom der Schaltung geschützt.
Im Übrigen gibt es unmittelbar nach einem Einschalten und unmittelbar nach einem Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelements wie etwa eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (das heißt, eines IGBT) oder eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (das heißt, eines MOSFET) eine „Spiegelperiode“ (engl. mirror period) genannte Periode.
In der obigen Spiegelperiode lädt und entlädt zusätzlich zu einem Umstand, dass ein Gate-Ansteuerstrom des Halbleiter-Schaltelements zwischen einem Gate und einem Emitter lädt und entlädt, der Gate-Ansteuerstrom des Halbleiter-Schaltelements eine Kapazität zwischen dem Gate und einem Kollektor. Daher wird eine Spannung zwischen dem Gate und dem Emitter konstant.
Wenn das Halbleiter-Schaltelement in der Spiegelperiode ist, tendiert die Abfühlspannung dazu, im Vergleich zu derjenigen in einer normalen Operation zuzunehmen. Daher wird eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung aufgrund der Zunahme der Abfühlspannung verhindert, indem ein Tiefpassfilter oder dergleichen vorgesehen wird.
Beispielsweise offenbart Patentdokument 1 ( japanisches Patent Nr. 5726037 ) eine Schaltung, die eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung verhindert, indem ein Schwellenwert oder eine Abfühlspannung der Überstrom-Schutzschaltung während einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem ein Halbleiter-Schaltelement eingeschaltet wird, eingestellt wird.
Beispielsweise offenbart auch Patentdokument 2 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-276761 (1993)) eine Technik, in der in Bezug auf eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung, die durch einen Anstieg einer Abfühlspannung parallel verbundener Halbleiter-Schaltelemente hervorgerufen wird, indem einer Ungleichmäßigkeit in Schaltcharakteristiken und einem Sperr-Erholstrom Aufmerksamkeit geschenkt wird, ein Abfühlstrom durch einen Halbleiterschalter, nachdem die Halbleiter-Schaltelemente eingeschaltet und ausgeschaltet werden, für eine festgelegte Periode umgeleitet wird.
Dokumente nach dem Stand der Technik
Patentdokumente

Patentdokument 1: japanisches Patent Nr. 5726037
Patentdokument 2: offengelegtes japanisches Patent Nr. 5-276761 (1993)

Zusammenfassung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
In der herkömmlichen Überstrom-Schutzschaltung wird einem Anstieg einer Abfühlspannung in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Einschalten eines Halbleiter-Schaltelements Aufmerksamkeit geschenkt, und Maßnahmen zum Verhindern einer Fehlfunktion des Überstromschutzes werden ergriffen. Auf der anderen Seite wird einem Anstieg der Abfühlspannung in der Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements nicht sehr viel Beachtung geschenkt.
Dies verhält sich so, weil, obgleich die Abfühlspannung selbst während der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements sowie während der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Einschalten des Halbleiter-Schaltelements ansteigt, eine Detektion der Überstrom-Schutzschaltung während des Ausschaltens des Halbleiter-Schaltelements gewöhnlich maskiert ist, es keine Möglichkeit einer Fehlfunktion gibt.
Beispielsweise kann im Fall eines Operationsmusters, in welchem das Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird und in der Mitte der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten oder unmittelbar nach dem Ende der Spiegelperiode das Halbleiter-Schaltelement wieder eingeschaltet wird, jedoch ein Anstieg der Abfühlspannung in der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements ein Problem werden.
In solch einen Operationsmuster bleibt die Abfühlspannung, welche in der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements angestiegen ist, gleich, wenn das Halbleiter-Schaltelement eingeschaltet wird. Deshalb verursacht gleichzeitig mit dem Einschalten des Halbleiter-Schaltelements die Abfühlspannung, die in der Spiegelperiode angestiegen ist, ein Versagen bzw. eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung.
In dem oben erwähnten Patentdokument 2 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-276761 (1993)) wird hier jedoch die Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung verhindert, indem der Abfühlstrom, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, für eine bestimmte Periode umgeleitet wird. Ein Gegenstand des Patentdokuments 2 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-276761 (1993)) ist jedoch der Anstieg der Abfühlspannung aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Halbleiter-Schaltelements oder des Sperr-Erholstroms. Eine Anstiegsperiode der Abfühlspannung aufgrund dieser Faktoren ist im Allgemeinen kürzer als die Spiegelperiode. Daher ist, wenn der Anstieg der Abfühlspannung in der Spiegelperiode wie oben beschrieben auftritt, falls eine Umleitungsoperation des Abfühlstroms mittels einer Umleitungsschaltung im Patentdokument (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-276761 (1993)) durchgeführt wird, eine Länge einer Umleitungsperiode nicht ausreichend. Mit anderen Worten kann die Überstrom-Schutzschaltung versagen bzw. nicht funktionieren.
Eine in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarte Technik soll die Probleme wie oben beschrieben lösen, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik vorzusehen, die imstande ist, ein Versagen bzw. eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung, die durch einen Anstieg einer Abfühlspannung in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem ein Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird, zu unterdrücken.
Mittel, um das Problem zu lösen
Ein erster Aspekt der in der vorliegenden Patentschreibung offenbarten Technik umfasst: ein Halbleiter-Schaltelement; einen Abfühlwiderstand, der einen von einem zum Halbleiter-Schaltelement fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung umwandelt; eine Überstrom-Schutzschaltung, die ein Steuersignal abgibt, um eine Ein-Ansteuerung und eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements zu steuern, basierend darauf, ob die Abfühlspannung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Diode, welche die Abfühlspannung auf eine Spannung festklemmt, die erhalten wird, indem eine Vorwärts- bzw. Durchlassspannung zu einer Spannung eines Signals addiert wird, das von der Überstrom-Schutzschaltung an das Halbleiter-Schaltelement zur Zeit einer Aus-Ansteuerung abgegeben wird, wobei die Überstrom-Schutzschaltung basierend auf einem Eingangssignal ein Signal zum Durchführen einer Ein-Ansteuerung oder ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements als das Steuersignal abgibt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert nicht übersteigt, und ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements als das Steuersignal abgibt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt.
Ein zweiter Aspekt der in der vorliegenden Patentschreibung offenbarten Technik umfasst: eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die die oben beschriebene Halbleitervorrichtung enthält; eine mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbundene Stromversorgung; und eine Last, die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbunden ist und in die eine Abgabe der Stromversorgung, nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung umgewandelt ist, eingespeist wird.
Ein dritter Aspekt der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik umfasst: ein Halbleiter-Schaltelement; einen Abfühlwiderstand, der einen von einem zu dem Halbleiter-Schaltelement fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung umwandelt; eine Klemmschaltung, die die Abfühlspannung festklemmt; eine Bestimmungsschaltung, die bestimmt, ob die Abfühlspannung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Steuereinheit, welche eine Ein-Ansteuerung und eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements und eine Ansteuerung der Klemmschaltung basierend auf einem Bestimmungsergebnis in der Bestimmungsschaltung steuert, wobei die Steuereinheit eine Ein-Ansteuerung oder Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements basierend auf einem Eingangssignal durchführt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert nicht übersteigt, eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements durchführt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt, und veranlasst, dass die Klemmschaltung die Abfühlspannung zumindest während einer Periode, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements durchgeführt wird, und einer vorbestimmten Periode nach der Periode festklemmt.
Ein vierter Aspekt der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik umfasst: eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die die oben beschriebene Halbleitervorrichtung enthält; eine mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbundene Stromversorgung; und eine Last, die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbunden ist und in die eine Abgabe der Stromversorgung, nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung umgewandelt ist, eingespeist wird.
Effekte der Erfindung
Der erste Aspekt der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik umfasst: ein Halbleiter-Schaltelement; einen Abfühlwiderstand, der einen von einem zu dem Halbleiter-Schaltelement fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung umwandelt; eine Überstrom-Schutzschaltung, die ein Steuersignal abgibt, um eine Ein-Ansteuerung und Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements zu steuern, basierend darauf, ob die Abfühlspannung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Diode, die die Abfühlspannung auf eine Spannung festklemmt, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung zu einer Spannung eines Signals addiert wird, das von der Überstrom-Schutzschaltung an das Halbleiter-Schaltelement zur Zeit einer Aus-Ansteuerung abgegeben wird, wobei die Überstrom-Schutzschaltung basierend auf einem Eingangssignal ein Signal zum Durchführen einer Ein-Ansteuerung oder ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements als das Steuersignal abgibt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert nicht übersteigt, und ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements als das Steuersignal abgibt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt. Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird, geeignet zu unterdrücken. Konkret klemmt, während das Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements von der Überstrom-Schutzschaltung abgegeben wird, die Diode die Abfühlspannung basierend auf dem Signal fest, so dass verhindert wird, dass die Überstrom-Schutzschaltung aufgrund des Anstiegs der Abfühlspannung in einer Periode, nachdem das Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, versagt bzw. nicht funktioniert. Da die Abfühlspannung unter Verwendung des Signals festgeklemmt wird, das von der Überstrom-Schutzschaltung an das Halbleiter-Schaltelement zur Zeit einer Aus-Ansteuerung abgegeben wird, können außerdem die Anzahl von Ausgangsanschlüssen und die Anzahl von Teilen im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Klemmschaltung zum Festklemmen einer Abfühlspannung separat montiert ist, reduziert werden.
Der zweite Aspekt der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik umfasst: eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die die oben beschriebene Halbleitervorrichtung enthält; eine mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbundene Stromversorgung; und eine Last, die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbunden ist und in die eine Abgabe der Stromversorgung, nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung umgewandelt ist, eingespeist wird. Gemäß solch einer Konfiguration enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung die oben beschriebene Halbleitervorrichtung, die die Diode enthält. Durch die Operation der Diode kann daher die Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit des Halbleiter-Schaltelements gesteigert werden, während eine Fehlfunktion in einer Bestimmungsschaltung und eine Fehlfunktion in einer Steuereinheit unterdrückt werden.
Der dritte Aspekt der in der Patentbeschreibung offenbarten Technik umfasst: ein Halbleiter-Schaltelement; einen Abfühlwiderstand, der einen von einem zu dem Halbleiter-Schaltelement fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung umwandelt; eine Klemmschaltung, welche die Abfühlspannung festklemmt; eine Bestimmungsschaltung, welche bestimmt, ob die Abfühlspannung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Steuereinheit, welche eine Ein-Ansteuerung und eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements und eine Ansteuerung der Klemmschaltung basierend auf einem Bestimmungsergebnis in der Bestimmungsschaltung steuert, wobei die Steuereinheit eine Ein-Ansteuerung oder eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements basierend auf einem Eingangssignal durchführt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert nicht übersteigt, eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements durchführt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt, und veranlasst, das die Klemmschaltung die Abfühlspannung zumindest während einer Periode, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements durchgeführt wird, und einer vorbestimmten Periode nach der Periode festklemmt. Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird, und auch eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement eingeschaltet wird, hervorgerufen wird, geeignet zu unterdrücken.
Der vierte Aspekt der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik umfasst: eine Leistungsumwandlungseinrichtung, die die oben beschriebene Halbleitervorrichtung enthält; eine mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbundene Stromversorgung; und eine Last, die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung verbunden ist und in die eine Abgabe der Stromversorgung, nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung umgewandelt ist, eingespeist wird. Gemäß solch einer Konfiguration enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung die oben beschriebene Halbleitervorrichtung, die die Klemmschaltung enthält. Durch die Operation der Klemmschaltung kann daher eine Betriebssicherheit des Halbleiter-Schaltelements gesteigert werden, während eine Fehlfunktion in einer Bestimmungsschaltung und eine Fehlfunktion in einer Steuereinheit unterdrückt werden.
Die Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik werden aus der im Folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen ersichtlicher werden.
Figurenliste

1 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Operationsmuster veranschaulicht, in welchem eine Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nach einem Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelements gemäß einer Ausführungsform ansteigt.
2 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 2 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
4 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 4 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
6 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 6 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
8 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 8 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
10 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 10 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht.
12 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
13 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
14 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
15 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems, das eine Leistungsumwandlungseinrichtung enthält, gemäß einer Ausführungsform schematisch veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
Es sollte besonders erwähnt werden, dass die Zeichnungen schematisch dargestellt sind und der zweckmäßigen Beschreibung halber, wie jeweils anwendbar, eine Konfiguration weggelassen oder die Konfiguration vereinfacht ist. Auch ist eine wechselseitige Beziehung zwischen Größen und Positionen von Konfigurationen und dergleichen, die in verschiedenen Zeichnungen dargestellt sind, nicht notwendigerweise genau beschrieben und kann geeignet geändert werden.
Außerdem werden in der folgenden Beschreibung die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und sie haben die gleichen Bezeichnungen und Funktionen. Daher kann deren detaillierte Beschreibung weggelassen werden, um eine Wiederholung zu vermeiden.
<Erste Ausführungsform>
Im Folgenden wird eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Zum Zwecke der Beschreibung wird zuerst ein Fall beschrieben, in dem ein Anstieg einer Abfühlspannung in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelements ein Problem wird.
1 ist ein Zeitablaufdiagramm, das ein Operationsmuster veranschaulicht, in welchem eine Abfühlspannung in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem ein Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, ansteigt. In 1 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Man nehme an, dass das Operationsmuster wie in 1 veranschaulicht, das heißt ein Operationsmuster, in welchem das Halbleiter-Schaltelement zu einer Zeit t1 ausgeschaltet wird und das Halbleiter-Schaltelement zu einer Zeit t2 in der Mitte der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten oder unmittelbar nach dem Ende der Spiegelperiode wieder eingeschaltet wird.
Eine Eingangsspannung V_IN schaltet zu einem Ausschaltzeitpunkt des Halbleiter-Schaltelements, das heißt, zu der Zeit t1, von einem Spannungssignal auf hohem Pegel zu einem Spannungssignal auf niedrigem Pegel. Die Spannung V_IN schaltet dann zu einem Einschaltzeitpunkt des Halbleiter-Schaltelements, das heißt, zu der Zeit t2, von dem Spannungssignal auf niedrigen Pegel zu dem Spannungssignal auf hohem Pegel. Man beachte, dass eine Überstrom-Schutzschaltung nicht arbeitet, während das Halbleiter-Schaltelement in einem Ausschaltzustand ist.
Eine Abfühlspannung V_S steigt zu dem Ausschaltzeitpunkt des Halbleiter-Schaltelements, das heißt, zu der Zeit t1, an. Die Abfühlspannung V_S wird dann selbst zu dem Einschaltzeitpunkt des Halbleiter-Schaltelements, das heißt, zu der Zeit t2, bei einem erhöhten Spannungswert gehalten.
Im Fall solch eines Operationsmusters bleibt die Abfühlspannung V_S , welche in der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements angestiegen ist, beim Einschalten des Halbleiter-Schaltelements, das heißt, zu der Zeit t2, gleich. Daher bewirkt zu der gleichen Zeit, während das Halbleiter-Schaltelement eingeschaltet wird, die in der Spiegelperiode angestiegene Abfühlspannung V_S , dass die Überstrom-Schutzschaltung nicht funktioniert bzw. versagt.
Aufgrund der Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung wird eine Spannung V_GE zwischen einem Gate und einem Emitter auf ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel geschaltet.
In dem oben erwähnten Patentdokument 2 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-276761 (1993)) wird die Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung verhindert, indem der Abfühlstrom, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement ausgeschaltet wird, für eine bestimmte Periode umgeleitet wird. Der Gegenstand des Patentdokuments 2 (offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 5-276761 (1993)) ist jedoch der Anstieg der Abfühlspannung V_S aufgrund der Ungleichmäßigkeit des Halbleiter-Schaltelements oder des Sperr-Erholstroms. Die Anstiegsperiode der Abfühlspannung V_S aufgrund dieser Faktoren ist im Allgemeinen kürzer als die Spiegelperiode. Wenn der Anstieg der Abfühlspannung V_S in der Spiegelperiode wie oben beschrieben auftritt, reicht daher die Länge der Periode einer Umleitungsoperation des Abfühlstroms durch die Umleitungsschaltung nicht aus, und die Überstrom-Schutzschaltung kann ebenfalls versagen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
2 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht. Man beachte, dass mit Blick darauf, die Konfiguration leicht verständlich zu machen, einige Komponenten in 2 weggelassen oder vereinfacht sein können.
Wie in 2 veranschaulicht ist, umfasst die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, das einem Überstromschutz unterworfen werden soll, einen Gatewiderstand 14, einen Abfühlwiderstand 16, eine Pufferschaltung 22, eine Klemmschaltung 30, einen Tiefpassfilter 102 und eine Überstrom-Schutzschaltung 104.
Das Halbleiter-Schaltelement 12 ist ein Transistor wie etwa beispielsweise ein IGBT, der zusammen mit einem Emitteranschluss 12a einen Stromabfühlanschluss 12b enthält. Ein Kollektorstrom des Halbleiter-Schaltelements 12, das heißt, ein einem Hauptstrom proportionaler Abfühlstrom, fließt durch den Stromabfühlanschluss 12b.
Das Halbleiter-Schaltelement 12 wird zum Beispiel eingeschaltet, wenn ein in einen Gateanschluss 12c eingespeistes Ansteuersignal ein Spannungssignal auf hohem Pegel ist, und wird ausgeschaltet, wenn das in den Gateanschluss 12c eingespeiste Ansteuersignal ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel ist.
Der Gatewiderstand 14 ist mit dem Gateanschluss 12c des Halbleiter-Schaltelements 12 verbunden. Der Abfühlwiderstand 16 wandelt den Abfühlstrom in die Abfühlspannung V_s um. Der Abfühlwiderstand 16 ist zwischen den Emitteranschluss 12a und den Stromabfühlanschluss 12b des Halbleiter-Schaltelements 12 geschaltet. Der Abfühlwiderstand 16 wandelt auch den von dem zu dem Halbleiter-Schaltelement 12 fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung um.
Die Pufferschaltung 22 erzeugt basierend auf einem über die Überstrom-Schutzschaltung 104 von einer Eingabeeinheit 18 eingespeisten Signal ein in den Gateanschluss 12c des Halbleiter-Schaltelements 12 eingespeistes Ansteuersignal.
Die Klemmschaltung 30 klemmt einen Anstieg der Abfühlspannung V_S fest, das heißt, fixiert die Abfühlspannung V_S , auf eine Spannung mit einem konstanten Wert.
Der Tiefpassfilter 102 enthält einen Widerstand 24 und einen Kondensator 26.
Die Überstrom-Schutzschaltung 104 enthält eine Steuereinheit 20, einen Komparator 28 und eine Referenzspannungsquelle 32. Die Überstrom-Schutzschaltung 104 überwacht den zu dem Halbleiter-Schaltelement 12 fließenden Hauptstrom basierend auf der über die Tiefpassfilter 102 eingespeisten Abfühlspannung V_S .
Die Überstrom-Schutzschaltung 104 überträgt normalerweise ein von der Eingabeeinheit 18 eingespeistes Signal zur Pufferschaltung 22. Auf der anderen Seite führt die Überstrom-Schutzschaltung 104, wenn detektiert wird, dass ein Überstrom zum Halbleiter-Schaltelement 12 fließt, eine Schutzoperation des Halbleiter-Schaltelements 12 durch, um so kein Signal zur Pufferschaltung 22 zu übertragen.
Die Referenzspannungsquelle 32 gibt eine Referenzspannung V_th entsprechend einem Schwellenwert der Abfühlspannung V_S ab, bei dem die Überstrom-Schutzschaltung 104 die Schutzoperation des Halbleiter-Schaltelements 12 startet.
Die Abfühlspannung Vs wird über den Tiefpassfilter 102 in einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss, das heißt, einen (+)-Anschluss, des Komparators 28 eingespeist. Auf der anderen Seite ist die Referenzspannungsquelle 32 mit einem invertierenden Eingangsanschluss, das heißt, einem (-)-Anschluss, des Komparators 28 verbunden.
Eine Ausgabe des Komparators 28 wird ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel, wenn die in den (+)-Anschluss eingespeiste Abfühlspannung V_S niedriger als die in den (-)-Anschluss eingespeiste Referenzspannung V_th ist, und wird ein Spannungssignal auf hohem Pegel, wenn die in den (+)-Anschluss eingespeiste Abfühlspannung V_S höher als die in den (-)-Anschluss eingespeiste Referenzspannung V_th ist. Die Ausgabe des Komparators 28 wird in die Steuereinheit 20 eingegeben.
Von der Eingabeeinheit 18 wird ein Signal in die Steuereinheit 20 eingespeist. Wenn das Ausgangssignal vom Komparator 28 das Spannungssignal auf niedrigem Pegel ist, gibt die Steuereinheit 20 von einem ersten Ausgang ein Signal basierend auf dem von der Eingabeeinheit 18 eingespeisten Signal ab. Auf der anderen Seite gibt, wenn das Ausgangssignal vom Komparator 28 das Spannungssignal auf hohem Pegel ist, die Steuereinheit 20 vom ersten Ausgang ein Steuersignal, um das Gate des Schaltelements zu blockieren bzw. zu sperren, das heißt ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel, ab. Indem so verfahren wird, schützt die Steuereinheit 20 das Halbleiter-Schaltelement 12 vor einem Überstrom.
Ferner gibt die Steuereinheit 20 von einem zweiten Ausgang ein Signal zum Steuern der Klemmschaltung 30 ab. Wenn vom ersten Ausgang das Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, gibt die Steuereinheit 20 von dem zweiten Ausgang ein Spannungssignal auf hohem Pegel ab.
Die Klemmschaltung 30 zweigt von einem Pfad ab und ist mit ihm verbunden, wo die Abfühlspannung V_S in den Tiefpassfilter 102 eingespeist wird, und ist mit dem zweiten Ausgang der Steuereinheit 20 verbunden. Die Klemmschaltung 30 klemmt den Anstieg der Abfühlspannung V_S fest, wenn vom zweiten Ausgang der Steuereinheit 20 das Spannungssignal auf hohem Pegel eingespeist wird. Auf der anderen Seite stoppt die Klemmschaltung 30 eine Operation, wenn vom zweiten Ausgang der Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel eingespeist wird.
3 ist ein Zeitablaufdiagramm, das die Operation der in 2 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht. In 3 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 3 veranschaulicht ist, wird, während vom ersten Ausgang der Steuereinheit 20 das Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, indem vom zweiten Ausgang das Spannungssignal auf hohem Pegel abgegeben wird, die Klemmschaltung 30 kontinuierlich angesteuert. Indem so verfahren wird, wird der Anstieg der Abfühlspannung V_S in der Spiegelperiode unmittelbar nach dem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, das heißt die Abfühlspannung V_S wird auf die Spannung mit dem konstanten Wert fixiert, so dass eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung unterdrückt werden kann.
Man beachte, dass in einer einen Spannungswert der Abfühlspannung V_S repräsentierenden Wellenform ein durch eine gepunkteten Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S ist, wenn die Klemmschaltung 30 nicht arbeitet.
<Zweite Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden die gleichen Komponenten wie jene, die in der oben beschriebenen Ausführungsform beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
4 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Wie in 4 veranschaulicht ist, enthält die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Gatewiderstand 14, einen Abfühlwiderstand 16, eine Pufferschaltung 22, einen MOSFET 34, einen Tiefpassfilter 102 und eine Überstrom-Schutzschaltung 104.
Der MOSFET 34 dient als Klemmschaltung. Man beachte, dass auch beispielsweise ein Bipolartransistor als eine als die Klemmschaltung dienende Konfiguration genutzt werden kann.
Der MOSFET 34 zweigt von einem Pfad ab, wo eine Abfühlspannung V_S in den Tiefpassfilter 102 eingespeist wird, während er mit einem Drainanschluss verbunden ist, weist einen mit Masse verbundenen Sourceanschluss auf und weist einen Gateanschluss auf, der mit dem zweiten Ausgang einer Steuereinheit 20 verbunden ist. Man beachte, dass, wenn anstelle des MOSFET 34 ein Bipolartransistor vorgesehen ist, er von einem Pfad abzweigt, wo die Abfühlspannung V_S in den Tiefpassfilter 102 eingespeist wird, während er mit einem Kollektoranschluss verbunden ist, einen mit der Masse verbundenen Emitteranschluss aufweist und einen Basisanschluss aufweist, der mit dem zweiten Ausgang der Steuereinheit 20 verbunden ist. Wenn vom zweiten Ausgang der Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf hohem Pegel eingespeist wird, klemmt der MOSFET 34 die Abfühlspannung V_S auf Masse fest.
5 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 4 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht. In 5 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 5 veranschaulicht ist, wird, während von einem ersten Ausgang der Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel eingespeist wird, der MOSFET 34 kontinuierlich angesteuert, indem vom zweiten Ausgang das Spannungssignal auf hohem Pegel eingespeist wird. Indem so verfahren wird, wird ein Anstieg der Abfühlspannung V_s in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden.
Man beachte, dass in einer Wellenform, die einen Spannungswert der Abfühlspannung V_S repräsentiert, ein durch eine gepunktete Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S repräsentiert, wenn der MOSFET 34 nicht arbeitet.
<Dritte Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
6 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Wie in 6 veranschaulicht ist, enthält die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Gatewiderstand 14, einen Abfühlwiderstand 16, eine Pufferschaltung 22, eine Diode 36, einen Tiefpassfilter 102 und eine Überstrom-Schutzschaltung 104.
Die Diode 36 dient als Klemmschaltung. Die Diode 36 zweigt von einem Pfad ab, wo eine Abfühlspannung V_S in den Tiefpassfilter 102 eingespeist wird, während er mit einem Anodenanschluss verbunden ist, und weist einen zwischen einen ersten Ausgang einer Steuereinheit 20 und die Pufferschaltung 22 geschalteten Kathodenanschluss auf. Die Diode 36 klemmt die Abfühlspannung V_s auf eine Spannung fest, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung V_F zu einem Steuersignal von der Steuereinheit 20 addiert wird, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird. Auf der anderen Seite lässt die Diode 36, wenn eine Ein-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird, keinen Strom fließen und führt keine Klemmoperation durch.
Wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird, wird die Abfühlspannung V_S auf die Spannung festgeklemmt, die erhalten wird, indem die Durchlassspannung V_F der Diode 36 zum Steuersignal addiert wird, wodurch die Anzahl von Ausgangsanschlüssen und die Anzahl von Teilen im Vergleich zu einem Fall, in dem ein MOSFET oder dergleichen separat vorgesehen ist, reduziert werden können.
Da die Abfühlspannung V_S auf die Durchlassspannung V_F festgeklemmt wird, ist jedoch beispielsweise eine Diode mit einer kleinen Durchlassspannung V_F wie etwa eine Schottky-Barrierendiode als die Diode 36 wünschenswert.
7 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 6 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht. In 7 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 7 veranschaulicht ist, wird, während vom ersten Ausgang der Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, die Abfühlspannung V_S durch die Diode 36 auf die Durchlassspannung V_F der Diode 36 festgeklemmt. Deshalb wird ein Anstieg der Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden.
Man beachte, dass in einer einen Spannungswert der Abfühlspannung Vs repräsentierenden Wellenform ein durch eine gepunktete Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S repräsentiert, wenn die Diode 36 nicht vorgesehen ist.
<Vierte Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
8 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Wie in 8 veranschaulicht ist, enthält die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Gatewiderstand 14, einen Abfühlwiderstand 16, eine Pufferschaltung 22, eine Diode 38, einen Tiefpassfilter 102 und eine Überstrom-Schutzschaltung 104.
Die Diode 38 dient als Klemmschaltung. Die Diode 38 zweigt von einem Pfad ab, wo eine Abfühlspannung V_S in den Tiefpassfilter 102 eingespeist wird, während er mit einem Anodenanschluss verbunden ist, und weist einen zwischen die Pufferschaltung 22 und den Gatewiderstand 14 geschalteten Kathodenanschluss auf. Die Diode 38 klemmt die Abfühlspannung V_S auf eine Spannung fest, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung V_F zu einem Ansteuersignal von der Pufferschaltung 22 addiert wird, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird. Auf der anderen Seite lässt die Diode 38, wenn eine Ein-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird, keinen Strom fließen und führt keine Klemmoperation durch.
Indem die Abfühlspannung V_S basierend auf der Durchlassspannung V_F der Diode 38 festgeklemmt wird, können die Anzahl von Ausgangsanschlüssen und die Anzahl von Teilen im Vergleich zu einem Fall, in dem ein MOSFET oder dergleichen separat vorgesehen ist, reduziert werden.
Indem basierend auf einem Ausgangssignal von der Pufferschaltung 22 ein Festklemmen durchgeführt wird, kann eine Strombelastbarkeit der Klemmschaltung erhöht werden. Da die Abfühlspannung Vs hier auf die Summe der Durchlassspannung V_F der Diode 38 und eines Spannungsabfalls in der Pufferschaltung 22 festgeklemmt wird, nimmt, wenn der Spannungsabfall in der Pufferschaltung 22 groß ist, eine Spannung, auf die die Abfühlspannung Vs festgeklemmt ist, zu. Daher kann eine Funktion zur Verhinderung einer Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung geschwächt werden.
9 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 8 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht. In 9 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 9 veranschaulicht ist, wird, während von einem ersten Ausgang einer Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, die Abfühlspannung V_S auf die Summe der Durchlassspannung V_F der Diode 38 und des Spannungsabfalls in der Pufferschaltung 22 durch die Diode 38 und die Pufferschaltung festgeklemmt. Deshalb wird ein Anstieg der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden.
Man beachte, dass in einer einen Spannungswert der Abfühlspannung V_S repräsentierenden Wellenform ein durch eine gepunktete Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S repräsentiert, wenn die Diode 38 nicht vorgesehen ist.
<Fünfte Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
10 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Wie in 10 veranschaulicht ist, enthält die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Gatewiderstand 14, einen Abfühlwiderstand 16, eine Pufferschaltung 22, einen MOSFET 40, eine Diode 42, einen Widerstand 44, einen Tiefpassfilter 102 und eine Überstrom-Schutzschaltung 104.
Die Diode 42 dient als Klemmschaltung. Die Diode 42 zweigt von einem Pfad ab, wo eine Abfühlspannung V_S in den Tiefpassfilter 102 eingespeist wird, während er mit einem Anodenanschluss verbunden ist, und weist einen mit einem Drainanschluss des MOSFET 40 verbundenen Kathodenanschluss auf.
Der MOSFET 40 weist den mit dem Kathodenanschluss der Diode 42 verbundenen Drainanschluss und einen mit einem zweiten Ausgang einer Steuereinheit 20 verbundenen Gateanschluss auf.
Ein Ende des Widerstands 44 ist zwischen den Gateanschluss 12c des Halbleiter-Schaltelements 12 und den Gatewiderstand 14 geschaltet, und dessen anderes Ende ist mit dem Drainanschluss des MOSFET 40 verbunden.
11 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der in 10 veranschaulichten Halbleitervorrichtung veranschaulicht. In 11 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 11 veranschaulicht ist, wird, während von einem ersten Ausgang der Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, der MOSFET 40 kontinuierlich angesteuert, indem vom zweiten Ausgang ein Spannungssignal auf hohem Pegel abgegeben wird. Indem so verfahren wird, wird die Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 ausgeschaltet wird, auf eine Durchlassspannung V_F der Diode 42 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden.
Man beachte, dass in einer einen Spannungswert der Abfühlspannung V_S repräsentierenden Wellenform ein durch eine gepunktete Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S repräsentiert, wenn die Klemmschaltung nicht arbeitet.
<Sechste Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
12 ist ein Diagramm, das eine Schaltungskonfiguration zum Realisieren der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht.
Wie in 12 veranschaulicht ist, enthält die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Gatewiderstand 14, einen Abfühlwiderstand 16, eine Pufferschaltung 22, eine Klemmschaltung 46, einen Tiefpassfilter 102 und eine Überstrom-Schutzschaltung 104.
Die Klemmschaltung 46 ist zwischen den Tiefpassfilter 102 und einen Komparator 28 geschaltet und weist einen mit einem zweiten Ausgang einer Steuereinheit 20 verbundenen Gateanschluss auf. Die Klemmschaltung 46 klemmt einen Anstieg einer Abfühlspannung V_S fest, wenn vom zweiten Ausgang der Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf hohem Pegel eingespeist wird.
<Siebte Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Operation einer Halbleitervorrichtung>
13 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In 13 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 13 veranschaulicht ist, wird, während von einem ersten Ausgang einer Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, eine Klemmschaltung kontinuierlich angesteuert, indem von einem zweiten Ausgang ein Spannungssignal auf hohem Pegel abgegeben wird. Selbst nachdem das vom ersten Ausgang der Steuereinheit 20 abgegebene Spannungssignal von dem Spannungssignal auf niedrigem Pegel zu einem Spannungssignal auf hohem Pegel schaltet, wird darüber hinaus vom zweiten Ausgang für eine vorbestimmte Periode das Spannungssignal auf hohem Pegel abgegeben.
Indem so verfahren wird, wird ein Anstieg einer Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden. Ferner ist es möglich, eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung aufgrund eines Anstiegs der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, zu unterdrücken.
Man beachte, dass in einer einen Spannungswert der Abfühlspannung Vs repräsentierenden Wellenform ein durch eine gepunktete Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S repräsentiert, wenn die Klemmschaltung nicht arbeitet.
Im Allgemeinen ist auch ein Tiefpassfilter 102 mit einer Zeitkonstante ausgelegt, die imstande ist, den Anstieg der Abfühlspannung V_S ausreichend zu dämpfen, da er die Fehlfunktion des Überstromschutzes aufgrund des Anstiegs der Abfühlspannung V_S in der Spiegelperiode, wenn das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, unterdrückt. Daher wird ein Ansteuern einer Überstrom-Schutzschaltung 104 um die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 102 verzögert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Abfühlspannung V_S in der Spiegelperiode mittels der Klemmschaltung festgeklemmt. Daher ist es nicht notwendig, mittels des Tiefpassfilters 102 zu dämpfen.
Deshalb kann der Tiefpassfilter 102 mit einer kleineren Zeitkonstante genutzt werden, und die Betriebssicherheit des Halbleiter-Schaltelements 12 kann gesteigert werden.
Jedoch wird die Überstrom-Schutzschaltung 104 während einer Periode nicht angesteuert, in der die Klemmschaltung angesteuert wird, nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird. Wenn das Halbleiter-Schaltelement 12 in einem Überstromzustand ist, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, wird daher die Verzögerung der Überstrom-Schutzschaltung 104 vergrößert, und die Betriebssicherheit des Halbleiter-Schaltelements 12 kann reduziert werden.
<Achte Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Operation einer Halbleitervorrichtung>
14 ist ein Zeitablaufdiagramm, das eine Operation der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. In 14 repräsentiert eine horizontale Achse die Zeit.
Wie in 14 veranschaulicht ist, wird, während von einem ersten Ausgang einer Steuereinheit 20 ein Spannungssignal auf niedrigem Pegel abgegeben wird, eine Klemmschaltung kontinuierlich angesteuert, indem von einem zweiten Ausgang ein Spannungssignal auf hohem Pegel abgegeben wird. Selbst nachdem das vom ersten Ausgang der Steuereinheit 20 abgegebene Spannungssignal von dem Spannungssignal auf niedrigem Pegel zu einem Spannungssignal auf hohem Pegel schaltet, wird darüber hinaus vom zweiten Ausgang das Spannungssignal auf hohem Pegel abgegeben, bis eine Spannung V_GE in einem Halbleiter-Schaltelement 12, das ein IGBT ist, ein vorbestimmter Spannungswert oder größer wird.
Indem so verfahren wird, wird ein Anstieg einer Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden. Ferner ist es möglich, eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung aufgrund eines Anstiegs der Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, zu unterdrücken.
Wenn das Halbleiter-Schaltelement 12 in einem Überstromzustand unmittelbar nach dem Einschalten ist, steigt die Spannung V_GE durch die parasitäre Kapazität zwischen einem Kollektor und einem Gate sofort an. Dann wird eine Operation der Klemmschaltung gestoppt. Deshalb wird eine Verzögerung einer Ansteuerung der Überstrom-Schutzschaltung reduziert.
Man beachte, dass in einer einen Spannungswert der Abfühlspannung V_S repräsentierenden Wellenform ein durch eine gepunktete Linie repräsentierter Bereich eine Wellenform der Abfühlspannung V_S repräsentiert, wenn die Klemmschaltung nicht arbeitet.
<Neunte Ausführungsform>
Eine Halbleitervorrichtung und ein Leistungsumwandlungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden beschrieben. In der folgenden Beschreibung sind die gleichen Komponenten wie jene, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurden, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und deren detaillierte Beschreibung wird geeignet weggelassen.
<Konfiguration einer Halbleitervorrichtung>
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Fall beschrieben, in dem die Halbleitervorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen für eine Leistungsumwandlungseinrichtung verwendet werden. Obwohl im Folgenden ein Fall beschrieben wird, in dem die Halbleitervorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen für einen Dreiphasen-Inverter verwendet werden, sind die Halbleitervorrichtungen gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht auf solch eine Verwendung beschränkt.
15 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration des die Leistungsumwandlungseinrichtung enthaltenden Leistungsumwandlungssystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform schematisch veranschaulicht. Man beachte, dass, um ein Verständnis der Konfiguration zu erleichtern, in 15 einige Komponenten weggelassen oder vereinfacht sein können.
Wie in 15 veranschaulicht ist, umfasst das Leistungsumwandlungssystem eine Stromversorgung 100, eine Leistungsumwandlungseinrichtung 200 und eine Last 300.
Die Stromversorgung 100 ist eine DC-Stromversorgung und stellt der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 DC-Leistung bereit. Die Stromversorgung 100 kann durch verschiedene Komponenten konfiguriert sein und kann mittels beispielsweise eines DC-Systems, einer Solarzelle oder einer Speicherbatterie konfiguriert sein. Die Stromversorgung 100 kann auch durch eine Gleichrichterschaltung konfiguriert sein, die mit einem AC-System, einem AC/DC-Wandler oder dergleichen verbunden ist. Die Stromversorgung 100 kann ferner durch einen DC/DC-Wandler konfiguriert sein, der von einem DC-System abgegebene DC-Leistung in eine vorbestimmte Leistung umwandelt.
Die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 ist ein zwischen die Stromversorgung 100 und die Last 300 geschalteter Dreiphasen-Inverter. Die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 wandelt die von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um. Die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 stellt dann der Last 300 die AC-Leistung bereit.
Wie in 15 veranschaulicht ist, enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 eine Hauptumwandlungsschaltung 201, eine Steuereinheit 202, eine Bestimmungsschaltung 203 und eine Klemmschaltung 204.
Die Hauptumwandlungsschaltung 201 wandelt DC-Leistung in AC-Leistung um und gibt sie ab. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 ist eine Schaltung, die eine Vielzahl von Schaltelementen enthält. Die Steuereinheit 202 gibt ein Steuersignal zum Steuern einer Ansteuerung jedes Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201 ab.
Die Bestimmungsschaltung 203 empfängt eine Ausgabe von einem Abfühlelement jedes Halbleiter-Schaltelements und bestimmt, ob ein Überstrom zu dem Halbleiter-Schaltelement fließt. Die Steuereinheit 202 steuert eine Ansteuerung jedes Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201 basierend auf einer Ausgabe von der Bestimmungsschaltung 203.
Die Klemmschaltung 204 ist zwischen der Hauptumwandlungsschaltung 201 und der Bestimmungsschaltung 203 und zwischen der Hauptumwandlungsschaltung 201 und der Steuereinheit 202 überbrückend vorgesehen. Die Klemmschaltung 204 klemmt eine Abfühlspannung V_S fest, die von der Hauptumwandlungsschaltung 201 in einer Periode abgegeben wird, in der eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201 durchgeführt wird.
Die Last 300 ist zum Beispiel ein Dreiphasen-Elektromotor, der durch die von der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 bereitgestellte AC-Leistung angetrieben wird. Man beachte, dass die Last 300 ein auf verschiedenen elektrischen Vorrichtungen montierter Elektromotor sein kann, der nicht auf eine spezifische Anwendung beschränkt ist. Die Last 300 wird zum Beispiel als Elektromotor für ein Hybridfahrzeug, ein Elektrofahrzeug, ein Schienenfahrzeug, einen Lift oder eine Klimaanlage verwendet.
Im Folgenden werden Details der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 beschrieben. Die Hauptumwandlungsschaltung 201 enthält die Halbleiter-Schaltelemente und (hier nicht dargestellte) Freilaufdioden. Durch Schalten der Halbleiter-Schaltelemente wandelt die Hauptumwandlungsschaltung 201 die von der Stromversorgung 100 bereitgestellte DC-Leistung in AC-Leistung um und stellt sie weiter der Last 300 bereit.
Obgleich verschiedene Schaltungen als eine spezifische Schaltungskonfiguration der Hauptumwandlungsschaltung 201 unterstellt werden, ist die Hauptumwandlungsschaltung 201 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Dreiphasen-Vollbrückenschaltung mit zwei Niveaus und kann sechs Halbleiter-Schaltelemente und sechs Freilaufdioden enthalten, die in den Halbleiter-Schaltelementen antiparallel angeordnet sind.
Je zwei Halbleiter-Schaltelemente der sechs Halbleiter-Schaltelemente sind in Reihe verbunden, um einen oberen und unteren Arm zu bilden. Je ein oberer und unterer Arm bilden je eine Phase einer Vollbrückenschaltung, das heißt, eine U-Phase, eine V-Phase und eine W-Phase. Ausgangsanschlüsse der oberen und unteren Arme, das heißt, drei Ausgangsanschlüsse der Hauptumwandlungsschaltung 201, sind mit der Last 300 verbunden.
Die Steuereinheit 202 erzeugt das Steuersignal zum Steuern einer Ansteuerung jedes Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201. Die Steuereinheit 202 stellt dann das Steuersignal einer Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelements der Hauptumwandlungsschaltung 201 bereit.
Konkret werden ein Ansteuersignal zum Einschalten jedes Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201 und ein Ansteuersignal zum Ausschalten jedes Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201 an die Steuerelektrode jedes Halbleiter-Schaltelements abgegeben.
Wenn das Halbleiter-Schaltelement in einem Ein-Zustand gehalten wird, ist das Ansteuersignal ein Spannungssignal, das gleich einer Schwellenspannung des Halbleiter-Schaltelements oder höher ist, das heißt, ein Ein-Signal. Wenn das Halbleiter-Schaltelement in einem Aus-Zustand gehalten wird, ist ferner das Ansteuersignal ein Spannungssignal, das gleich der Schwellenspannung des Halbleiter-Schaltelements oder niedriger ist, das heißt, ein Aus-Signal.
Die Bestimmungsschaltung 203 hat eine Funktion, um das Halbleiter-Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 vor einem Überstromzustand zu schützen. Konkret wird eine Ausgabe des Abfühlelements mit einer Korrelation mit einem durch jedes Halbleiter-Schaltelement in der Hauptumwandlungsschaltung 201 fließenden Strom in die Bestimmungsschaltung 203 eingespeist. Wenn der Ausgabewert dann einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, bestimmt die Bestimmungsschaltung 203, dass das Halbleiter-Schaltelement in der Hauptumwandlungsschaltung 201 im Überstromzustand ist. Die Bestimmungsschaltung 203 gibt dann an die Steuereinheit 202 ein Signal zum Sperren eines Gates des Halbleiter-Schaltelements ab.
Die Steuereinheit 202 steuert eine Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201, so dass der Last 300 eine gewünschte Leistung bereitgestellt wird. Konkret berechnet die Steuereinheit 202 basierend auf der der Last 300 bereitzustellenden Leistung eine Zeit, während der jedes Halbleiter-Schaltelement der Hauptumwandlungsschaltung 201 eingeschaltet sein sollte, das heißt, eine Ein-Zeit.
Beispielsweise kann die Steuereinheit 202 eine Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements in der Hauptumwandlungsschaltung 201 mittels einer Pulsweitenmodulations-(das heißt, einer PWM-)Steuerung steuern, die eine Ein-Zeit des Halbleiter-Schaltelements gemäß einer abzugebenden Spannung moduliert.
Die Steuereinheit 202 gibt dann zu jedem Zeitpunkt das Ein-Signal an das einzuschaltende Halbleiter-Schaltelement und das Aus-Signal an das auszuschaltende Halbleiter-Schaltelement ab.
Die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform enthält die Klemmschaltung 204 mit der gleichen Konfiguration wie die Klemmschaltung, die in einer beliebigen der oben beschriebenen Ausführungsform beispielhaft dargestellt wurde. Durch die Operation der Klemmschaltung 204 kann daher die Betriebssicherheit des Halbleiter-Schaltelements gesteigert werden, während eine Fehlfunktion in der Bestimmungsschaltung 203 und eine Fehlfunktion der Steuereinheit 202 unterdrückt werden.
Obgleich ein Fall, in dem die Halbleitervorrichtung für einen Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist die Anwendung der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf diesen beschränkt und kann zum Beispiel für verschiedene Leistungsumwandlungseinrichtungen verwendet werden.
Obwohl der Fall, in dem die Halbleitervorrichtung für den Dreiphasen-Inverter mit zwei Niveaus verwendet wird, in der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wurde, kann die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform für eine Leistungsumwandlungseinrichtung mit drei Niveaus oder mehr Niveaus verwendet werden, oder in dem Fall, in dem einer einphasigen Last Leistung bereitgestellt wird, kann die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform für einen einphasigen Inverter verwendet werden.
In dem Fall, in dem einer DC-Last oder dergleichen Leistung bereitgestellt wird, kann ferner die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform für einen DC/DC-Wandler oder einen AC/DC-Wandler verwendet werden.
Ferner ist in einem Fall, in dem die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform für die Leistungsumwandlungseinrichtung verwendet wird, sie nicht auf einen Fall beschränkt, in dem die oben beschriebene Last der Elektromotor ist, und sie kann zum Beispiel als Stromversorgungseinrichtung eines Stromversorgungssystems einer Elektroerosionsmaschine, einer Laserbearbeitungsmaschine, einer Kocheinrichtung mit Induktionsheizung oder eines Nicht-Schützes (engl. non-contactor) verwendet werden und kann auch als Leistungskonditionierer eines Systems zur Solarenergieerzeugung, eines Speichersystems oder dergleichen verwendet werden.
<Effekte, die durch die oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugt werden>
Als Nächstes werden durch die oben beschriebenen Ausführungsformen erzeugte Effekte beispielhaft dargestellt. Man beachte, dass in der folgenden Beschreibung, obwohl die Effekte auf der Basis der in den oben beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft dargestellten spezifischen Konfigurationen beschrieben werden, solange die gleichen Effekte erzeugt werden, die Konfigurationen durch andere spezifische Konfigurationen ersetzt werden können, die in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellt sind.
Der Austausch kann ferner an einer Vielzahl von Ausführungsformen vorgenommen werden. Mit anderen Worten kann es einen Fall geben, in dem in verschiedenen Ausführungsformen veranschaulichte Konfigurationen kombiniert werden, um die gleichen Effekte zu erzeugen.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Abfühlwiderstand 16, eine Überstrom-Schutzschaltung 104 und eine Diode 36. Der Abfühlwiderstand 16 wandelt den von einem zu dem Halbleiter-Schaltelement 12 fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Abfühlspannung um. Die Überstrom-Schutzschaltung 104 gibt ein Steuersignal zum Steuern einer Ein-Ansteuerung und Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 basierend darauf ab, ob eine Abfühlspannung V_S einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Die Diode 36 klemmt die Abfühlspannung V_S auf eine Spannung fest, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung zu einer Spannung eines Signals addiert wird, das von der Überstrom-Schutzschaltung 104 zum Halbleiter-Schaltelement 12 zur Zeit einer Aus-Ansteuerung abgegeben wird. Wenn die Abfühlspannung Vs den Schwellenwert nicht übersteigt, gibt dann basierend auf einem Eingangssignal die Überstrom-Schutzschaltung 104 ein Signal zum Durchführen einer Ein-Ansteuerung oder ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 als das Steuersignal ab. Außerdem gibt die Überstrom-Schutzschaltung 104, wenn die Abfühlspannung V_S den Schwellenwert übersteigt, das Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 als das Steuersignal ab.
Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung 104 zu unterdrücken, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird. Konkret klemmt, während das Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 von der Überstrom-Schutzschaltung 104 abgegeben wird, die Diode 36 die Abfühlspannung Vs basierend auf dem Signal fest, so dass die Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung 104 aufgrund des Anstiegs der Abfühlspannung V_S in der Periode nach dem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 unterdrückt wird. Da die Abfühlspannung V_S unter Verwendung des Signals, das von der Überstrom-Schutzschaltung 104 an das Halbleiter-Schaltelement 12 zur Zeit einer Aus-Ansteuerung abgegeben wird, festgeklemmt wird, können außerdem die Anzahl von Ausgangsanschlüssen und die Anzahl von Teilen im Vergleich zu einem Fall, in dem eine Klemmschaltung zum Festklemmen einer Abfühlspannung separat montiert ist, reduziert werden.
Man beachte, dass andere, in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellte, von diesen Konfigurationen verschiedene Konfigurationen geeignet weggelassen werden können. Mit anderen Worten können, solange zumindest diese Konfigurationen enthalten sind, die oben beschriebenen Effekte erzeugt werden.
Wenn zumindest eine der anderen, in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellten Konfigurationen der oben beschriebenen Konfiguration geeignet hinzugefügt wird, das heißt, selbst wenn die in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellte andere Konfiguration, die nicht als die oben beschriebene Konfiguration beschrieben ist, der oben beschriebenen Konfiguration hinzugefügt wird, können jedoch die oben beschriebenen Effekte ähnlich erzeugt werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform klemmt ferner die Diode 36 die Abfühlspannung V_S auf die Spannung fest, die erhalten wird, indem die Durchlassspannung zum Steuersignal addiert wird. Gemäß solch einer Konfiguration können, da die Abfühlspannung V_S unter Verwendung des von der Überstrom-Schutzschaltung 104 abgegebenen Steuersignals festgeklemmt wird, die Anzahl von Ausgangsanschlüssen und die Anzahl von Teilen mehr als in dem Fall reduziert werden, in dem die Klemmschaltung zum Festklemmen der Abfühlspannung separat montiert ist.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält ferner eine Halbleitervorrichtung eine Pufferschaltung 22, die ein Ansteuersignal zum Ansteuern eines Halbleiter-Schaltelements 12 basierend auf einem von einer Überstrom-Schutzschaltung 104 abgegebenen Steuersignal abgibt. Eine Diode 38 klemmt ferner eine Abfühlspannung V_S auf eine Spannung fest, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung zum Ansteuersignal addiert wird. Gemäß solch einer Konfiguration kann, indem ein Festklemmen basierend auf dem Ausgangssignal von der Pufferschaltung 22 durchgeführt wird, eine Strombelastbarkeit der Klemmschaltung erhöht werden.
Ferner enthält gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform eine Halbleitervorrichtung einen MOSFET 40. Der MOSFET 40 ist zwischen einer Diode 42 und einer Überstrom-Schutzschaltung 104 vorgesehen. Ein Drainanschluss des MOSFET 40 ist ferner ein Gate-Senkenausgang, ist durch einen Widerstand 44 mit einem Gateanschluss 12c eines Schaltelements 12 verbunden und ist mit einer Kathode der Diode 42 verbunden. Ferner wird ein Signal von der Überstrom-Schutzschaltung 104 in einen Gateanschluss des MOSFET 40 eingespeist. Ein Sourceanschluss des MOSFET 40 ist auch mit Masse verbunden. Ferner klemmt die Diode 42 eine Abfühlspannung V_S auf eine Durchlassspannung fest, während der MOSFET 40 angesteuert wird. Gemäß solch einer Konfiguration kann, wenn ein Gate-Senkenstrompfad getrennt von einem Hauptansteuerausgang vorgesehen ist, indem der Gate-Senkenausgang und die Diode 42 verbunden werden, eine Klemmschaltung implementiert werden, während eine Zunahme der Anzahl von Teilen unterdrückt wird.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform sind ferner eine Leistungsumwandlungseinrichtung 200, die die oben beschriebene Halbleitervorrichtung enthält, eine mit der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 verbundene Stromversorgung 100 und eine Last 300 vorgesehen. Die Last 300 ist mit der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 verbunden, und eine Abgabe der Stromversorgung 100 wird, nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 umgewandelt ist, in die Last 300 eingespeist. Gemäß solch einer Konfiguration enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 die oben beschriebene Halbleitervorrichtung, die die Diode enthält. Daher kann durch die Operation der Diode die Betriebssicherheit eines Halbleiter-Schaltelements gesteigert werden, während eine Fehlfunktion in einer Bestimmungsschaltung 203 und eine Fehlfunktion in einer Steuereinheit 202 unterdrückt werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält ferner die Halbleitervorrichtung ein Halbleiter-Schaltelement 12, einen Abfühlwiderstand 16, eine Klemmschaltung 30, eine Bestimmungsschaltung und eine Steuereinheit 20. Der Abfühlwiderstand 16 wandelt einen von einem zu dem Halbleiter-Schaltelement 12 fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Abfühlspannung um. Die Klemmschaltung 30 klemmt die Abfühlspannung V_S fest. Die Bestimmungsschaltung bestimmt, ob die Abfühlspannung V_S einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt. Die Steuereinheit 20 steuert eine Ein-Ansteuerung und Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 basierend auf einem Bestimmungsergebnis in der Bestimmungsschaltung. Die Steuereinheit 20 steuert ferner eine Ansteuerung der Klemmschaltung 30 basierend auf dem Bestimmungsergebnis in der Bestimmungsschaltung. Wenn die Abfühlspannung V_S den Schwellenwert nicht übersteigt, führt die Steuereinheit 20 eine Ein-Ansteuerung oder Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 basierend auf einem Eingangssignal durch. Wenn die Abfühlspannung V_S den Schwellenwert übersteigt, führt ferner die Steuereinheit 20 eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durch. Außerdem veranlasst die Steuereinheit 20, dass die Klemmschaltung 30 zumindest während einer Periode, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird, und einer vorbestimmten Periode nach der Periode die Abfühlspannung V_S festklemmt. Die Bestimmungsschaltung entspricht hier zum Beispiel einem Komparator 28.
Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung 104, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird, und auch eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung 104 zu unterdrücken, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, hervorgerufen wird.
Man beachte, dass andere, von diesen Konfigurationen verschiedene Konfigurationen, die in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellt sind, geeignet weggelassen werden können. Mit anderen Worten können, solange zumindest diese Konfigurationen enthalten sind, die oben beschriebenen Effekte erzeugt werden.
Wenn jedoch zumindest eine der anderen, in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellten Konfigurationen der oben beschriebenen Konfiguration geeignet hinzugefügt wird, das heißt, selbst wenn die andere, in der vorliegenden Patentbeschreibung beispielhaft dargestellte Konfiguration, welche nicht als die oben beschriebene Konfiguration beschrieben ist, der oben beschriebenen Konfiguration hinzugefügt wird, können die oben beschriebenen Effekte ähnlich erzeugt werden.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist außerdem ein Halbleiter-Schaltelement 12 ein IGBT. Während einer Periode, in der eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements 12 durchgeführt wird, und während einer Periode nach dieser Periode, bis ein Spannungswert zwischen einem Gate und einem Emitter des Halbleiter-Schaltelements 12 gleich einem für das Halbleiter-Schaltelement 12 vorbestimmten Spannungswert oder höher wird, veranlasst dann die Steuereinheit 20, dass eine Klemmschaltung 30 die Abfühlspannung Vs festklemmt. Gemäß solch einer Konfiguration wird ein Anstieg der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode unmittelbar nach einem Ausschalten des Halbleiter-Schaltelements 12 festgeklemmt, und eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung kann unterdrückt werden. Ferner ist es möglich, eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung aufgrund eines Anstiegs der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, zu unterdrücken. Wenn das Halbleiter-Schaltelement 12 in einem Überstromzustand unmittelbar nach dem Einschalten ist, steigt eine Spannung V_GE sofort durch die parasitäre Kapazität zwischen einem Kollektor und dem Gate an. Eine Operation der Klemmschaltung wird dann gestoppt. Daher wird eine Verzögerung einer Ansteuerung der Überstrom-Schutzschaltung reduziert.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform ist ferner die Klemmschaltung ein MOSFET 34. Eine Abfühlspannung V_S wird in einen Drainanschluss des MOSFET 34 eingespeist. Ferner wird ein Signal von einer Steuereinheit 20 in einen Gateanschluss des MOSFET 34 eingespeist. Ein Sourceanschluss des MOSFET 34 ist auch mit Masse verbunden. Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung 104, die durch einen Anstieg einer Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem ein Halbleiter-Schaltelement 12 ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird, und auch eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung 104 die durch einen Anstieg der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, hervorgerufen wird, zu unterdrücken.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform enthält ferner eine Halbleitervorrichtung einen Tiefpassfilter 102, in den eine Abfühlspannung V_S eingespeist wird. Ein Komparator 28 bestimmt dann, ob die durch den Tiefpassfilter 102 eingespeiste Abfühlspannung V_S einen Schwellenwert übersteigt. Eine Klemmschaltung 46 klemmt ebenfalls die über den Tiefpassfilter 102 in den Komparator 28 eingespeiste Abfühlspannung V_S fest. Gemäß solch einer Konfiguration ist es möglich, eine Fehlfunktion einer Überstrom-Schutzschaltung 104, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung V_S in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem ein Halbleiter-Schaltelement 12 ausgeschaltet wird, hervorgerufen wird, und auch eine Fehlfunktion der Überstrom-Schutzschaltung 104, die durch einen Anstieg der Abfühlspannung Vs in einer Spiegelperiode, unmittelbar nachdem das Halbleiter-Schaltelement 12 eingeschaltet wird, hervorgerufen wird, zu unterdrücken.
Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform sind ferner eine Leistungsumwandlungseinrichtung 200, die die oben beschriebene Halbleitervorrichtung enthält, eine mit der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 verbundene Stromversorgung 100 und eine Last 300 vorgesehen. Die Last 300 ist mit der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 verbunden, und eine Ausgabe der Stromversorgung 100 wird, nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung 200 umgewandelt ist, in die Last 300 eingespeist. Gemäß solch einer Konfiguration enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung 200 die die Klemmschaltung enthaltende, oben beschriebene Halbleitervorrichtung. Durch die Operation der Klemmschaltung kann daher die Betriebssicherheit eines Halbleiter-Schaltelements gesteigert werden, während eine Fehlfunktion in einer Bestimmungsschaltung 203 und eine Fehlfunktion in einer Steuereinheit 202 unterdrückt werden.
<Modifikationen der oben beschriebenen Ausführungsformen>
Obgleich auch Materialeigenschaften, Materialien, Abmessungen, Formen, Beziehungen einer relativen Anordnung von Komponenten, Implementierungsbedingungen etc. in den oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, sind diese in allen Aspekten beispielhafte Darstellungen und sind nicht auf jene beschränkt, die in der vorliegenden Patentbeschreibung beschrieben wurden.
Dementsprechend werden zahlreiche Modifikationen und Äquivalente, die nicht beispielhaft dargestellt sind, innerhalb des Umfangs der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik in Erwägung gezogen. Beispielsweise sollen ein Fall, in dem zumindest eine Komponente verformt, hinzugefügt oder weggelassen wird, und ein weiterer Fall, in dem zumindest eine Komponente in zumindest einer Ausführungsform extrahiert und mit Komponenten einer anderen Ausführungsform kombiniert wird, eingeschlossen sein.
Solange kein Widerspruch auftritt, wird ebenfalls unterstellt, dass „ein oder mehr“ für die Komponente vorgesehen sein kann, die in der oben beschriebenen Ausführungsform als „eine“ beschrieben ist.
Darüber hinaus ist jede Komponente in der oben beschriebenen Ausführungsform eine konzeptionelle Einheit, und innerhalb des Umfangs der in der vorliegenden Patentbeschreibung offenbarten Technik sind ein Fall, in dem eine Komponente aus einer Vielzahl von Strukturen besteht, ein Fall, in dem eine Komponente einem Teil einer bestimmten Struktur entspricht, und darüber hinaus ein Fall, in dem mehrere Komponenten in einer Struktur vorgesehen sind, eingeschlossen.
Außerdem schließt jede Komponente in der oben beschriebenen Ausführungsform eine Struktur mit einem anderen Aufbau oder Form ein, solange die gleiche Funktion ausgeübt wird.
Für alle Zwecke in Bezug auf die vorliegende Technik, von denen keiner als Stand der Technik gilt, wird außerdem auf die Beschreibung in der vorliegenden Patentbeschreibung verwiesen.
Bezugszeichenliste

12:: Halbleiter-Schaltelement
12a:: Emitteranschluss
12b:: Stromabfühlanschluss
12c:: Gateanschluss
14:: Gatewiderstand
16:: Abfühlwiderstand
18:: Eingabeeinheit
20, 202:: Steuereinheit
22:: Pufferschaltung
24, 44:: Widerstand
26:: Kondensator
28:: Komparator
30, 46, 204:: Klemmschaltung
32:: Referenzspannungsquelle
34, 40:: MOSFET
36, 38, 42:: Diode
100:: Stromversorgung
102:: Tiefpassfilter
104:: Überstrom-Schutzschaltung
200:: Leistungsumwandlungseinrichtung
201:: Hauptumwandlungsschaltung
203:: Bestimmungsschaltung

300:: Last
t1, t2:: Zeit
V_F:: Durchlassspannung
Vs:: Abfühlspannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 5726037 [0007, 0008]
JP 5276761 [0008, 0013, 0034]

Claims

Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleiter-Schaltelement (12); einen Abfühlwiderstand (16), der einen von einem zu dem Halbleiter-Schaltelement (12) fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung umwandelt; eine Überstrom-Schutzschaltung (104), die ein Steuersignal zum Steuern einer Ein-Ansteuerung und Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) basierend darauf abgibt, ob die Abfühlspannung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Diode (36, 38, 42), welche die Abfühlspannung auf eine Spannung festklemmt, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung zu einer Spannung eines Signals addiert wird, das von der Überstrom-Schutzschaltung (104) an das Halbleiter-Schaltelement (12) zur Zeit einer Aus-Ansteuerung abgegeben wird, wobei die Überstrom-Schutzschaltung (104) basierend auf einem Eingangssignal ein Signal zum Durchführen einer Ein-Ansteuerung oder ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) als das Steuersignal abgibt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert nicht übersteigt, und ein Signal zum Durchführen einer Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) als das Steuersignal abgibt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Diode (36) die Abfühlspannung auf eine Spannung festklemmt, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung zum Steuersignal addiert wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Pufferschaltung (22), die ein Ansteuersignal zum Ansteuern des Halbleiter-Schaltelements (12) basierend auf dem von der Überstrom-Schutzschaltung (104) abgegebenen Steuersignal abgibt, wobei die Diode (38) die Abfühlspannung auf eine Spannung festklemmt, die erhalten wird, indem eine Durchlassspannung zum Ansteuersignal addiert wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: einen MOSFET (40), der zwischen der Diode (42) und der Überstrom-Schutzschaltung (104) vorgesehen ist, wobei eine Kathode der Diode (42) mit einem Drainanschluss des MOSFET (40) verbunden ist, ein Signal von der Überstrom-Schutzschaltung (104) in einen Gateanschluss des MOSFET (40) eingespeist wird, ein Sourceanschluss des MOSFET (40) mit Masse verbunden ist, und die Diode (42) die Abfühlspannung auf eine Durchlassspannung festklemmt.
Leistungsumwandlungssystem, umfassend: eine Leistungsumwandlungseinrichtung (200), die die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält; eine Stromversorgung (100), die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung (200) verbunden ist; und eine Last (300), die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung (200) verbunden ist und in die eine Ausgabe der Stromversorgung (100), nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung (200) umgewandelt ist, eingespeist wird.
Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleiter-Schaltelement (12); einen Abfühlwiderstand (16), der einen von einem zum Halbleiter-Schaltelement (12) fließenden Hauptstrom abgetrennten Abfühlstrom in eine Spannung umwandelt; eine Klemmschaltung (30, 34, 46), welche die Abfühlspannung festklemmt; eine Bestimmungsschaltung (28), welche bestimmt, ob die Abfühlspannung einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt; und eine Steuereinheit (20), welche eine Ein-Ansteuerung und Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) und eine Ansteuerung der Klemmschaltung (30, 34, 46) basierend auf einem Bestimmungsergebnis in der Bestimmungsschaltung (28) steuert, wobei die Steuereinheit (20) eine Ein-Ansteuerung oder eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) basierend auf einem Eingangssignal durchführt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert nicht übersteigt, eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) durchführt, wenn die Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt, und veranlasst, dass die Klemmschaltung (30, 34, 46) die Abfühlspannung zumindest während einer Periode, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) durchgeführt wird, und einer vorbestimmten Periode nach der Periode festklemmt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Halbleiter-Schaltelement (12) ein IGBT ist, und die Steuereinheit (20) veranlasst, dass die Klemmschaltung (30, 34, 46) die Abfühlspannung während einer Periode, wenn eine Aus-Ansteuerung des Halbleiter-Schaltelements (12) durchgeführt wird, und einer Periode nach der Periode festklemmt, bis ein Spannungswert zwischen einem Gate und einem Emitter des Halbleiter-Schaltelements (12) gleich einem für das Halbleiter-Schaltelement (12) vorbestimmten Spannungswert oder größer wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Klemmschaltung (34) ein MOSFET ist, die Abfühlspannung in einen Drainanschluss der Klemmschaltung (34) eingespeist wird, ein Signal von der Steuereinheit (20) in einen Gateanschluss der Klemmschaltung (34) eingespeist wird, und ein Sourceanschluss der Klemmschaltung (34) mit Masse verbunden ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, ferner umfassend: einen Tiefpassfilter (102), in den die Abfühlspannung eingespeist wird, wobei die Bestimmungsschaltung (28) bestimmt, ob die durch den Tiefpassfilter (102) eingespeiste Abfühlspannung den Schwellenwert übersteigt, und die Klemmschaltung (46) die durch den Tiefpassfilter (102) in die Bestimmungsschaltung (28) eingespeiste Abfühlspannung festklemmt.
Leistungsumwandlungssystem, umfassend: eine Leistungsumwandlungseinrichtung (200), die die Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9 enthält; eine Stromversorgung (100), die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung (200) verbunden ist; und eine Last (300), die mit der Leistungsumwandlungseinrichtung (200) verbunden ist und in die eine Ausgabe der Stromversorgung (100), nachdem sie in der Leistungsumwandlungseinrichtung (200) umgewandelt ist, eingespeist wird.