半导体元件的驱动装置、半导体装置制造方法及图纸

提供在发生短路时能够快速地进行半导体元件保护的半导体元件的驱动装置以及半导体装置。半导体元件的驱动装置具有驱动电路部、充电电路部及切断电路部。充电电路部与具有二极管以及电容元件的外部电路电连接。半导体元件具有第1电极、第2电极以及控制端子。驱动电路部根据输入信号而生成驱动信号，并将该驱动信号赋予控制端子，从而驱动半导体元件。二极管的阴极与第1电极连接。电容元件的一侧的端子与二极管的阴极连接，另一侧的端子与第2电极连接。充电电路部在输入信号是接通信号的情况下，在电容元件的电压与饱和电压一致的定时之后，使电容元件处于能够高速充电的状态。切断电路部在电容元件的电压达到阈值之后，将由驱动电路部进行的向控制端子的驱动信号的供给切断。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】半导体元件的驱动装置、半导体装置
本专利技术涉及一种半导体元件的驱动装置以及半导体装置。
技术介绍
当前，例如如日本特开2002－208847号公报的公开内容所述，已知一种半导体元件的驱动装置，该半导体元件的驱动装置能够应对由于短路而流过过电流导致半导体元件受到损坏这一情况。进行如下动作，即，检测IGBT等半导体元件中的集电极电流，在检测出过电流时，实施保护动作即栅极切断等。进行下述动作，即，使用二极管检测集电极发射极电压VCE，根据该VCE检测半导体元件的集电极电流。在该集电极电流的检测方式中，在导通之后达到稳定状态为止的几微秒左右的时间内，无法根据VCE的检测值准确地检测集电极电流。另一方面，在由于某种原因而发生负载短路等情况下，会在半导体元件刚刚导通之后流过大电流(短路电流)。优选迅速检测出该情况而进行保护动作。因此，在上述现有的技术中，公开了在接通了栅极时使集电极发射极电压VCE快速地收敛为饱和电压的技术。“饱和电压”是指，在使基极电流增加的情况下，集电极电极与发射极电极之间的电压降不发生减少时的集电极发射极电极之间的电压降。由此，能够在导通之后快速地进行利用VCE实现的集电极电流检测。其结果，能够实施导通之后的早期的保护动作。专利文献1：日本特开2002－208847号公报
技术实现思路
然而，可以想到在半导体元件在导通之后的接通动作过程中，有时也会由于某种原因而发生短路。通常，在接通动作过程中，半导体元件的集电极发射极电压保持下降至饱和电压的状态。但是，如果由于短路而产生大电流，则一度曾下降至饱和电压的集电极发射极电压VCE会增大。其结果，集电极发射极电压VCE成为不是饱和电压的电压(即“不饱和电压”)。因此，能够通过在半导体元件的导通动作过程中检测如上所述的不饱和电压的发生，从而检测短路的发生，进行栅极切断等保护动作。有时将这种检测不饱和电压的一系列的功能也称为“去饱和(desat)检测功能”，将用于实现去饱和功能的去饱和检测电路搭载在半导体元件的驱动装置(作为实际部件是栅极驱动器IC)中。在刚刚导通之后，集电极发射极电压不会立即下降至饱和电压。即，直至集电极发射极电压达到饱和电压，会花费若干的时间。因此，在刚刚导通之后，也存在为不饱和电压的期间。这是半导体元件的正常驱动时的所谓的正常不饱和电压状态。对于这一点，在上述的专利文献中也有所记载。上述的去饱和检测功能不应将如上所述的刚刚导通之后的不饱和电压错误地检测为是由于发生短路而引起的不饱和电压。因此，在现有的去饱和检测电路中，在去饱和检测功能中设定有“消隐时间”。形成下述机制，即，并不是在检测出不饱和电压的情况下直接判断为发生短路，而是在导通后的接通状态下检测出不饱和电压的时间超过该消隐时间的情况下，检测为发生短路。能够通过该消隐时间的设定，避免对刚刚导通之后的正常不饱和电压状态进行错误检测。但是，在导通后一度成为饱和电压之后，在半导体元件的接通动作过程中发生了短路的情况下，该消隐时间也会带来影响。虽然希望立即检测出起因于短路的不饱和电压并实施保护动作，但是，由于消隐时间而不可避免地使不饱和电压的检测(即短路的检测)延迟。其结果，存在无法尽早地进行发生短路时的保护动作的问题。本专利技术就是为了解决如上所述的课题而提出的，其目的在于提供一种在发生短路时能够快速地进行半导体元件保护的半导体元件的驱动装置以及半导体装置。本专利技术所涉及的半导体元件的驱动装置的特征在于，具有：驱动电路部，其与半导体元件电连接，该半导体元件具有第1电极、第2电极、以及对所述第1、2电极之间的导通和断开进行切换的控制端子，该驱动电路部接收输入信号，根据所述输入信号而生成驱动信号，并将该驱动信号赋予所述控制端子，从而驱动所述半导体元件；充电电路部，其与外部电路电连接，该外部电路具有阴极与所述第1电极连接的二极管、以及一侧的端子与所述二极管的阳极连接且另一侧的端子与所述第2电极连接的电容元件，该充电电路部基于所述输入信号和所述驱动信号中的某一个信号而进行所述电容元件的充电，并且，所述充电电路部检测所述电容元件的充电电压，在所述某一个信号是接通信号的情况下，当所述充电电压比所述半导体元件的饱和电压小时，将第1数值的恒定电流向所述阳极与所述一侧的端子的连接点供给，在所述充电电压与所述半导体元件的饱和电压一致的定时之后，将比所述第1数值大的第2数值的恒定电流向所述连接点供给；以及切断电路部，其在所述充电电压达到阈值之后，将由所述驱动电路部进行的向所述控制端子的所述驱动信号的供给切断。本专利技术所涉及的半导体装置的特征在于，具有：半导体元件，其具有第1电极、第2电极、以及对所述第1、2电极的导通和断开进行切换的控制端子；驱动电路部，其与所述半导体元件电连接，接收输入信号，根据所述输入信号而生成驱动信号，并将该驱动信号赋予所述控制端子，从而驱动所述半导体元件；充电电路部，其与外部电路电连接，该外部电路具有阴极与所述第1电极连接的二极管、以及一侧的端子与所述二极管的阳极连接且另一侧的端子与所述第2电极连接的电容元件，该充电电路部基于所述输入信号和所述驱动信号中的某一个信号而进行所述电容元件的充电，并且，所述充电电路部检测所述电容元件的充电电压，在所述某一个信号是接通信号的情况下，当所述充电电压比所述半导体元件的饱和电压小时，将第1数值的恒定电流向所述阳极与所述一侧的端子的连接点供给，在所述充电电压与所述半导体元件的饱和电压一致的定时之后，将比所述第1数值大的第2数值的恒定电流向所述连接点供给；以及切断电路部，其在所述充电电压达到阈值之后，将由所述驱动电路部进行的向所述控制端子的所述驱动信号的供给切断。专利技术的效果根据本专利技术，能够通过在电容元件的电压与半导体元件的饱和电压一致的定时之后对电容元件快速充电，从而在发生短路时快速地进行半导体元件的保护。附图说明图1是表示本专利技术的实施方式1所涉及的半导体装置的结构的图。图2是表示本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的驱动装置的结构的电路图。图3是表示本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的驱动装置的结构的一部分的电路图，放大地示出了HVIC20a的内部电路的一部分以及其周边电路。图4例示出本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的驱动装置所驱动的IGBT30的半导体芯片的纵向剖面图，示出了1个IGBT单位元件90A的构造。图5是表示本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的驱动装置所驱动的IGBT的输出特性的图。图6是表示本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的驱动装置的通常时的动作的时序图。图7是表示本专利技术的实施方式1所涉及的半导体元件的驱动装置的短路时(在IGBT接通时发生短路的情况下)的动作的时序图。图8是表示本专利技术的实施方式2所涉及的半导体元件的驱动装置的结构以及其周边结构的电路图。图9是表示本专利技术的实施方式2所涉及的半导体元件的驱动装置的短路时(在IGBT接通时发生短路的情况下)的动作的时序图。图10是表示本专利技术的实施方式3所涉及的半导体元件的驱动装置的结构以及其周边结构的电路图。图11是表示本专利技术的实施方式3所涉及的半导体元件的驱动装置的短路时(在IGBT接通时发生短路的情况下)的动作的时序图。图12是表示本专利技术的实施方式4所涉及的半导体元件的驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体元件的驱动装置，其特征在于，具有：驱动电路部，其与半导体元件电连接，该半导体元件具有第1电极、第2电极、以及对所述第1、2电极之间的导通和断开进行切换的控制端子，该驱动电路部接收输入信号，根据所述输入信号而生成驱动信号，并将该驱动信号赋予所述控制端子，从而驱动所述半导体元件；充电电路部，其与外部电路电连接，该外部电路具有阴极与所述第1电极连接的二极管、以及一侧的端子与所述二极管的阳极连接且另一侧的端子与所述第2电极连接的电容元件，该充电电路部基于所述输入信号和所述驱动信号中的某一个信号而进行所述电容元件的充电，并且，所述充电电路部检测所述电容元件的充电电压，在所述某一个信号是接通信号的情况下，当所述充电电压比所述半导体元件的饱和电压小时，将第1数值的恒定电流向所述阳极与所述一侧的端子的连接点供给，在所述充电电压与所述半导体元件的饱和电压一致的定时之后，将比所述第1数值大的第2数值的恒定电流向所述连接点供给；以及切断电路部，其在所述充电电压达到阈值之后，将由所述驱动电路部进行的向所述控制端子的所述驱动信号的供给切断。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种半导体元件的驱动装置，其特征在于，具有：驱动电路部，其构成为与半导体元件电连接，该半导体元件具有第1电极、第2电极、以及对所述第1、2电极之间的导通和断开进行切换的控制端子，该驱动电路部接收输入信号，根据所述输入信号而生成驱动信号，并将该驱动信号赋予所述控制端子，从而驱动所述半导体元件；充电电路部，其构成为与外部电路电连接，该外部电路具有阴极与所述第1电极连接的二极管、以及一侧的端子与所述二极管的阳极连接且另一侧的端子与所述第2电极连接的电容元件，该充电电路部基于所述输入信号和所述驱动信号中的某一个信号而进行所述电容元件的充电，并且，所述充电电路部检测所述电容元件的充电电压，在所述某一个信号是接通信号的情况下，当所述充电电压比所述半导体元件的饱和电压小时，将第1数值的恒定电流向所述阳极与所述一侧的端子的连接点供给，在所述充电电压与所述半导体元件的饱和电压一致的定时之后，将比所述第1数值大的第2数值的恒定电流向所述连接点供给；以及切断电路部，其在所述充电电压达到阈值之后，将由所述驱动电路部进行的向所述控制端子的所述驱动信号的供给切断。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，所述充电电路部包含：比较器，其在所述充电电压达到参考电压之后，发出输出信号；恒定电流供给部，其分别生成所述第1数值的恒定电流和所述第2数值的恒定电流，对向所述连接点的供给电流进行切换，以使得在所述比较器没有发出所述输出信号时，将向所述连接点的供给电流设为所述第1数值的恒定电流，在所述比较器发出所述输出信号之后，将向所述连接点的供给电流设为所述第2数值的恒定电流；以及电容充电晶体管，其通过控制端子接收与所述输入信号和所述驱动信号中的某一个信号同步的信号，该电容充电晶体管与所述电容元件并联连接，在所述某一个信号是断开信号的情况下，使所述电容元件的所述一侧的端子与所述另一侧的端子导通，在所述某一个信号是接通信号的情况下，使所述电容元件的所述一侧的端子与所述另一侧的端子断开。3.根据权利要求2所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，所述恒定电流供给部包含：第1恒流源，其生成所述第1数值的恒定电流；第2恒流源，其生成所述第2数值的恒定电流；以及开关部，其基于所述比较器的输出，有选择性地将所述第1恒流源和所述第2恒流源中的一方与所述电容元件连接。4.根据权利要求2所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，所述恒定电流供给部包含：第1恒流源，其生成所述第1数值的恒定电流；以及晶体管，其与所述第1恒流源并联连接，通过变为接通状态而向所述电容元件追加地供给电流，由此生成所述第2数值的恒定电流，向所述晶体管的控制端子输入所述比较器的输出信号，所述晶体管通过所述比较器的输出信号成为接通状态。5.根据权利要求2至4中任一项所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，所述比较器是迟滞比较器。6.根据权利要求5所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，所述切断电路部包含：比较器，其通过第1端子接收所述充电电压，在所述第1端子的电压达到第2端子的电压之后，发出检出信号；以及去饱和保护电路部，其接收所述检出信号，将向所述驱动电路部的所述输入信号的输入切断，所述充电电路部具有停止电路部，该停止电路部在所述检出信号被发出之后，无论所述迟滞比较器的输出信号如何，都停止向所述电容元件的电流增加。7.根据权利要求3所述的半导体元件的驱动装置，其特征在于，具有设置于所述比较器与所述恒定电流供给部之间的锁存电路部，所述锁存电路部在接收到所述比较器的所述输出信号之后，使所述恒定电流供给部保持供给所述第2数值的恒定电流的状态。8.根据权利要求2至4中任一项所述的半导体元件的驱动装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：羽生洋，山本雅裕，
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