(57)【要約】  近年、過電流の検出精度の向上が望まれている。半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出部と、前記半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上か否かを検出するセンス電流検出部と、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を前記基準センス電流に対して相対的に減少させる調整部と、を備える過電流検出装置が提供される。
2019077895.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出部と、
前記半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上か否かを検出するセンス電流検出部と、
前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を前記基準センス電流に対して相対的に減少させる調整部と、
を備える過電流検出装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を減少させる請求項１に記載の過電流検出装置。
【請求項３】
前記センス電流検出部は、
前記センスエミッタ端子および基準電位の間に電気的に接続されるセンス電流検出抵抗と、
前記センス電流検出抵抗に流れる前記センス電流により生じるセンス検出電圧を、前記基準センス電流に応じた基準電圧と比較するセンス電流検出コンパレータと
を有し、
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流検出抵抗の抵抗値を小さくする
請求項１または２に記載の過電流検出装置。
【請求項４】
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流検出抵抗の少なくとも一部をバイパスさせる請求項３に記載の過電流検出装置。
【請求項５】
前記ゲート電流検出部は、
前記半導体素子のゲートを駆動するゲート駆動信号を入力するゲート駆動端子および前記半導体素子のゲート端子の間に電気的に接続されるゲート電流検出抵抗と、
前記ゲート電流が前記ゲート電流検出抵抗に流れることにより生じるゲート検出電圧が、前記基準ゲート電流に応じた電圧以上か否かを検出するゲート電流検出コンパレータと
を有する請求項１から４のいずれか一項に記載の過電流検出装置。
【請求項６】
前記ゲート電流検出部は、
前記ゲート電流検出抵抗の前記ゲート駆動端子側の電圧を分圧する第１抵抗分圧器と、
前記ゲート電流検出抵抗の前記ゲート端子側の電圧を分圧する第２抵抗分圧器と
を更に有し、
前記ゲート電流検出コンパレータは、前記第１抵抗分圧器により分圧された電圧および前記第２抵抗分圧器により分圧された電圧を入力する
請求項５に記載の過電流検出装置。
【請求項７】
前記第１抵抗分圧器および前記第２抵抗分圧器は、分圧比が互いに異なる請求項６に記載の過電流検出装置。
【請求項８】
入力信号に応じて前記半導体素子のゲートを駆動するための前記ゲート駆動信号を出力するゲート駆動部と、
請求項５から７のいずれか一項に記載の過電流検出装置と
を備える制御装置。
【請求項９】
前記ゲート駆動部は、前記センス電流が前記基準センス電流以上であることを前記過電流検出装置が検出したことに応じて、前記半導体素子をオフ状態とさせる前記ゲート駆動信号を出力する請求項８に記載の制御装置。
【請求項１０】
半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出段階と、
前記半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上か否かを検出するセンス電流検出段階と、
前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を前記基準センス電流に対して相対的に減少させる調整段階と、
を備える過電流検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電流検出装置、制御装置および過電流検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、過電流の発生時に電力制御を停止して素子の破壊を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
特許文献１  特開２００６−３２３９３号公報
特許文献２  特開２０１５−５３７４９号公報
特許文献３  特開２０１５−１３９２７１号公報
特許文献４  特開平６−１２０７８７号公報
【解決しようとする課題】
【０００３】
近年、過電流の検出精度の向上が望まれている。
【一般的開示】
【０００４】
（項目１）
本発明の第１の態様においては、過電流検出装置が提供される。過電流検出装置は、半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出部を備えてよい。過電流検出装置は、半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上か否かを検出するセンス電流検出部を備えてよい。過電流検出装置は、ゲート電流が基準ゲート電流以上であることを条件として、センス電流の検出値を基準センス電流に対して相対的に減少させる調整部を備えてよい。
【０００５】
（項目２）
調整部は、ゲート電流が基準ゲート電流以上であることを条件として、センス電流の検出値を減少させてよい。
【０００６】
（項目３）
センス電流検出部は、センスエミッタ端子および基準電位の間に電気的に接続されるセンス電流検出抵抗を有してよい。センス電流検出部は、センス電流検出抵抗に流れるセンス電流により生じるセンス検出電圧を、基準センス電流に応じた基準電圧と比較するセンス電流検出コンパレータを有してよい。調整部は、ゲート電流が基準ゲート電流以上であることを条件として、センス電流検出抵抗の抵抗値を小さくしてよい。
【０００７】
（項目４）
調整部は、ゲート電流が基準ゲート電流以上であることを条件として、センス電流検出抵抗の少なくとも一部をバイパスさせてよい。
【０００８】
（項目５）
ゲート電流検出部は、半導体素子のゲートを駆動するゲート駆動信号を入力するゲート駆動端子および半導体素子のゲート端子の間に電気的に接続されるゲート電流検出抵抗を有してよい。ゲート電流検出部は、ゲート電流がゲート電流検出抵抗に流れることにより生じるゲート検出電圧が、基準ゲート電流に応じた電圧以上か否かを検出するゲート電流検出コンパレータを有してよい。
【０００９】
（項目６）
ゲート電流検出部は、ゲート電流検出抵抗のゲート駆動端子側の電圧を分圧する第１抵抗分圧器を有してよい。ゲート電流検出部は、ゲート電流検出抵抗のゲート端子側の電圧を分圧する第２抵抗分圧器を有してよい。ゲート電流検出コンパレータは、第１抵抗分圧器により分圧された電圧および第２抵抗分圧器により分圧された電圧を入力してよい。
【００１０】
（項目７）
第１抵抗分圧器および第２抵抗分圧器は、分圧比が互いに異なってよい。
【００１１】
（項目８）
本発明の第２の態様においては、制御装置が提供される。制御装置は、入力信号に応じて半導体素子のゲートを駆動するためのゲート駆動信号を出力するゲート駆動部を備えてよい。制御装置は、第１の態様の過電流検出装置を備えてよい。
【００１２】
（項目９）
ゲート駆動部は、センス電流が基準センス電流以上であることを過電流検出装置が検出したことに応じて、半導体素子をオフ状態とさせてよい。
【００１３】
（項目１０）
本発明の第３の態様においては、過電流検出方法が提供される。過電流検出方法は、半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出段階を備えてよい。過電流検出方法は、半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上か否かを検出するセンス電流検出段階を備えてよい。過電流検出方法は、ゲート電流が基準ゲート電流以上であることを条件として、センス電流の検出値を基準センス電流に対して相対的に減少させる調整段階を備えてよい。
【００１４】
なお、上記の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る半導体装置を示す。
【図２】ゲート電流検出部を示す。
【図３】センス電流検出部および調整部を示す。
【図４】本実施形態に係る過電流の検出方法を示す。
【図５】半導体素子のターンオン時の動作波形を示す。
【図６】ゲート電流検出部の変形例を示す。
【図７】センス電流検出部の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る半導体装置１を示す。なお、図中の白抜きの矢印記号は電流を示す。
【００１８】
半導体装置１は、一例としてモータ駆動および電力供給などに用いられるインテリジェントパワーモジュールであってよく、正側電源線１０１および負側電源線１０２と、電源出力端子１０５との接続を切り換えることで電源出力端子１０５から交流電圧を出力してよい。ここで、正側電源線１０１は直流電源１００の正極に接続されてよく、負側電源線１０２はグランドに接続されてよい。これにより、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間には例えば６００〜８００Ｖの直流電圧が印加されてよい。電源出力端子１０５とグランドとの間には１または複数の負荷１１０が接続されてよい。
【００１９】
半導体装置１は、直列に接続されたハイサイド、ローサイドの半導体素子１２，１３と、半導体素子１２に対応付けられた制御装置２と、半導体素子１３に対応付けられた制御装置３とを備える。
【００２０】
半導体素子１２，１３は、正側電源線１０１および負側電源線１０２の間に直列に順次接続されている。半導体素子１２，１３の中点には電源出力端子１０５が接続されてよい。
【００２１】
半導体素子１２，１３は、後述の制御装置２，３によってオン／オフが切り換えられるスイッチ素子であってよい。一例として、半導体素子１２，１３は、電力変換装置における下アームおよび上アームであってよい。
【００２２】
半導体素子１２，１３の少なくとも一方は、ワイドギャップ半導体を有してよい。ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン半導体よりもバンドギャップが大きい半導体であり、例えばＳｉＣ、ＧａＮ、ダイヤモンド、窒化ガリウム系材料、酸化ガリウム系材料、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、または、ＺｎＯなどの半導体である。ワイドギャップ半導体を有するスイッチ素子は、シリコン半導体のみを有する素子よりもスイッチング速度を向上させることが可能である。
【００２３】
また、半導体素子１２，１３は一例として電圧駆動型のトランジスタでよく、本実施形態では一例としてＩＧＢＴである。半導体素子１２，１３はＭＯＳＦＥＴなどの電界効果トランジスタでもよい。
【００２４】
制御装置２，３は、入力信号ＶＨｉｎ，ＶＬｉｎに応じて半導体素子１２，１３を制御する。なお、制御装置２の構成は制御装置３と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
制御装置３は、入力部３１、ゲート駆動部３３および過電流検出装置３５を有する。入力部３１およびゲート駆動部３３はそれぞれ電気回路として形成されてよい。
【００２６】
入力部３１は、入力信号ＶＬｉｎから矩形信号ｉｎを生成する。例えば、入力部３１は、入力信号ＶＬｉｎが閾値電圧より大きい場合にハイとなる矩形信号ｉｎを生成してよい。入力部３１は、矩形信号ｉｎをゲート駆動部３３に供給してよい。
【００２７】
ゲート駆動部３３は、入力信号に応じ、半導体素子１３のゲート端子（Ｇ）を駆動するためのゲート駆動信号ｄｒｖを出力する。例えば、ゲート駆動部３３は、入力される矩形信号ｉｎがハイになったことに応じてゲート駆動信号ｄｒｖを生成し、過電流検出装置３５を介して半導体素子１３のゲート端子（Ｇ）に供給してよい。
【００２８】
ゲート駆動部３３は、過電流検出装置３５により過電流が検出されたことに応じて、半導体素子１３をオフ状態とさせるゲート駆動信号を出力してよい。例えば、ゲート駆動部３３は、ローサイドの半導体素子１３の過電流が過電流検出装置３５により検出されたことに応じて、ローサイドの半導体素子１３をオフ状態とさせてよい。
【００２９】
過電流検出装置３５は、半導体素子１３の過電流を検出する。過電流検出装置３５は、ゲート電流検出部３５１と、センス電流検出部３５３と、調整部３５５とを含む。ゲート電流検出部３５１、センス電流検出部３５３および調整部３５５はそれぞれ電気回路として形成されてよい。
【００３０】
ゲート電流検出部３５１は、半導体素子１３へと流れるゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であるか否かを検出する。本実施形態では一例として半導体素子１３はＩＧＢＴであるため、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であるか否かの検出により、半導体素子１３が定常オン状態になるまでの過渡期間が検出される。過渡期間には、半導体素子１３のセンスエミッタ端子（Ｓ）を流れるセンス電流Ｉｓも過渡的な波形を示す。
【００３１】
ここで、基準ゲート電流Ｉｇｔｈは、試行錯誤により設定される任意の電流値でよく、一例として０Ａでよい。ゲート電流検出部３５１は、検出結果を示す検出信号Ｖｔｏｎをセンス電流検出部３５３に供給してよい。本実施形態では一例としてゲート電流検出部３５１は、調整部３５５を介して検出信号Ｖｔｏｎをセンス電流検出部３５３に供給する。
【００３２】
センス電流検出部３５３は、センス電流Ｉｓが基準センス電流以上であるか否かを検出する。基準センス電流は、半導体素子１３が過電流状態となる場合の電流下限値でよい。これにより、半導体素子１３の過電流状態が検出される。センス電流検出部３５３は、検出結果を示す検出信号Ｖｔｈｏｃをゲート駆動部３３に供給してよい。過電流状態を示す検出信号Ｖｔｈｏｃがゲート駆動部３３に供給された場合には、ゲート駆動部３３は半導体素子１３をオフ状態にするゲート駆動信号ｄｒｖを出力してよい。
【００３３】
調整部３５５は、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件として、センス電流Ｉｓの検出値を基準センス電流に対して相対的に減少させる。例えば、調整部３５５は、センス電流Ｉｓの検出値を減少させてよい。これにより、半導体素子１３が過渡期間である場合にセンス電流Ｉｓの検出値が小さくなる。
【００３４】
以上の半導体装置１によれば、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件としてセンス電流のＩｓ検出値が基準センス電流に対して相対的に減少されるので、過渡期間における過電流の誤検出を防止することができる。従って、過電流の検出精度を向上させることができる。また、センス電流のＩｓ検出値が減少されるので、基準センス電流が増加される場合と比較して、一定の基準センス電流を用いることができる。
【００３５】
図２は、ゲート電流検出部３５１を示す。本実施形態では一例として、ゲート電流検出部３５１は、ゲート電流検出抵抗３５１１と、ゲート電流検出コンパレータ３５１３とを有する。
【００３６】
ゲート電流検出抵抗３５１１は、ゲート駆動部３３からゲート駆動信号ｄｒｖが入力される、過電流検出装置３５のゲート駆動端子（図示せず）と、半導体素子１３のゲート端子（Ｇ）との間に電気的に接続される。これにより、ゲート電流検出抵抗３５１１はゲート駆動端子とゲート端子（Ｇ）との間に流れるゲート電流Ｉｇを電圧に変換する。
【００３７】
ゲート電流検出コンパレータ３５１３は、ゲート電流Ｉｇがゲート電流検出抵抗３５１１に流れることにより生じるゲート検出電圧が基準ゲート電流Ｉｇｔｈに応じた電圧以上であるか否かを検出する。これにより、ゲート電流検出コンパレータ３５１３は、半導体素子１３のゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であるか否かを検出する。例えば、ゲート電流検出コンパレータ３５１３は、ゲート電流検出抵抗３５１１の両端に接続され、両端の電位差が基準ゲート電流Ｉｇｔｈに応じた電圧以上であるか否かを検出してよい。ゲート電流検出コンパレータ３５１３は、検出結果を示す検出信号Ｖｔｏｎを調整部３５５に供給してよい。
【００３８】
なお、ゲート電流検出コンパレータ３５１３は、ヒステリシス特性を有してもよい。例えば、ゲート検出電圧が基準ゲート電流に応じた電圧を超えるか否かを検出する場合には、ゲート検出電圧が基準ゲート電流に応じた電圧を下回るか否かを検出する場合と比較して基準の電圧が高く設定されてよい。これにより、ゲート検出電圧が基準の電圧近傍で微変動する場合にも検出結果を安定させることができる。
【００３９】
図３は、センス電流検出部３５３および調整部３５５を示す。
本実施形態では一例として、センス電流検出部３５３は、センス電流検出抵抗３５３１と、基準電圧源３５３２と、センス電流検出コンパレータ３５３３と、タイマ回路３５３４と、ツェナーダイオード３５３５とを有する。
【００４０】
センス電流検出抵抗３５３１は、半導体素子１３のセンスエミッタ端子（Ｓ）と、基準電位（本実施形態では一例としてグランド電位）との間に電気的に接続される。これにより、センス電流検出抵抗３５３１にはセンスエミッタ端子（Ｓ）から出力されるセンス電流Ｉｓが流れる。本実施形態では一例として、センス電流検出抵抗３５３１は、直列に接続された２つの抵抗３５３１Ｕ，３５３１Ｌを含んでいる。
【００４１】
基準電圧源３５３２は、センス電流検出コンパレータ３５３３と、グランドとの間に接続される。基準電圧源３５３２は、センス電流検出コンパレータ３５３３に対して基準電圧Ｖｒｅｆを供給する。
【００４２】
センス電流検出コンパレータ３５３３は、センス電流検出抵抗３５３１に流れるセンス電流Ｉｓにより生じるセンス検出電圧Ｖｓを、基準センス電流に応じた基準電圧Ｖｒｅｆと比較する。これにより、センス電流検出コンパレータ３５３３は、半導体素子１３のセンスエミッタ端子（Ｓ）を流れるセンス電流Ｉｓが基準センス電流以上であるか否かを検出する。例えば、センス電流検出コンパレータ３５３３は、半導体素子１３のセンスエミッタ端子（Ｓ）と、基準電圧源３５３２の正極とに接続されて、センス検出電圧Ｖｓおよび基準電圧Ｖｒｅｆを比較してよい。センス電流検出コンパレータ３５３３は、検出結果を示す信号をタイマ回路３５３４に供給してよい。
【００４３】
なお、センス電流検出コンパレータ３５３３は、ヒステリシス特性を有してもよい。例えば、センス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを超えるか否かを検出する場合には、センス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを下回るか否かを検出する場合と比較して基準電圧Ｖｒｅｆが高く設定されてよい。これにより、センス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆの近傍で微変動する場合にも比較結果を安定させることができる。
【００４４】
タイマ回路３５３４は、センス電流Ｉｓが基準センス電流以上である状態が基準時間を超えるか否かを検出する。例えば、タイマ回路３５３４は、センス電流検出コンパレータ３５３３からの検出信号によりセンス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆ以上であることが示される継続時間が基準時間を超えるか否かを検出してよい。センス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆ未満であることが検出信号により示される場合には、タイマ回路３５３４は、計時時間をリセットしてよい。タイマ回路３５３４は、検出結果を示す検出信号Ｖｔｈｏｃをゲート駆動部３３に供給してよい。なお、タイマ回路３５３４は必ずしもセンス電流検出部３５３に含まれなくてもよい。この場合には、センス電流Ｉｓが基準センス電流以上であるか否かの検出結果を示す検出信号Ｖｔｈｏｃがセンス電流検出コンパレータ３５３３からゲート駆動部３３に供給されてよい。
【００４５】
ツェナーダイオード３５３５は、半導体素子１３のセンスエミッタ端子（Ｓ）とグランドとの間に電気的に接続されてセンス電流検出コンパレータ３５３３を保護する。なお、ツェナーダイオード３５３５は必ずしもセンス電流検出部３５３に含まれなくてもよい。
【００４６】
調整部３５５は、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件として、センス電流検出抵抗３５３１の抵抗値を小さくする。例えば、調整部３５５は、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件として、センス電流検出抵抗３５３１の少なくとも一部をバイパスさせてよい。これにより、センス電流Ｉｓの検出値が小さくなる。
【００４７】
本実施形態では一例として、調整部３５５は、半導体素子３５５１を有する。半導体素子３５５１は、ゲート電流検出部３５１からの検出信号Ｖｔｏｎにより半導体素子１３のゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることが示される場合に、センス電流検出抵抗３５３１の少なくとも一部（本実施形態では一例として抵抗３５３１Ｌ）の両端を短絡させてセンス電流検出抵抗３５３１の抵抗値を小さくしてよい。例えば、半導体素子３５５１は、ゲート端子がゲート電流検出部３５１に接続され、コレクタ端子およびエミッタ端子が抵抗３５３１Ｌの両端に接続されたトランジスタでよい。本実施形態では一例として半導体素子３５５１はＭＯＳＦＥＴであるが、他の種類のトランジスタでもよい。
【００４８】
なお、センス電流検出抵抗３５３１の抵抗値の低減量は、試行錯誤により任意に設定されてよい。例えば、半導体素子１３に最大定格電流を流して半導体素子１３を意図的に過電流状態とした場合に、過電流の発生が検出される最小の抵抗値を、低減後の抵抗値としてよい。
【００４９】
以上のセンス電流検出部３５３によれば、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件としてセンス電流検出抵抗３５３１の抵抗値が小さくなるので、半導体素子１３の過渡期間にはセンス検出電圧Ｖｓが小さくなって基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。従って、半導体素子１３の過渡期間における過電流の誤検出を確実に防止することができる。
【００５０】
また、基準時間を超えてセンス電流Ｉｓが基準センス電流以上であるか否かが検出されて検出結果がゲート駆動部３３に供給されるので、一時的にセンス電流Ｉｓが基準センス電流を超えることによる過電流の誤検出を防止することができる。
【００５１】
図４は、本実施形態に係る過電流の検出方法を示す。過電流検出装置３５は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９の処理により半導体素子１３の過電流を検出する。
【００５２】
まずステップＳ１０１において、ゲート電流検出部３５１は、半導体素子１３へと流れるゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であるか否かを検出する。次に、ステップＳ１０３においてゲート電流検出部３５１は、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であると検出されたか否かを判定する。過電流検出装置３５は、検出されたと判定された場合にはステップＳ１０５に処理を移行し、検出されなかったと判定された場合にはステップＳ１０７に処理を移行する。
【００５３】
次にステップＳ１０５において調整部３５５は、センス電流Ｉｓの検出値を基準センス電流に対して相対的に減少させる。本実施形態では一例として、調整部３５５は、センス電流Ｉｓの検出値としてのセンス検出電圧Ｖｓを減少させる。次にステップＳ１０７においてセンス電流検出部３５３は、センス電流Ｉｓが基準センス電流以上であるか否かを検出する。
【００５４】
次にステップＳ１０９においてセンス電流検出部３５３は、検出結果を示す検出信号Ｖｔｈｏｃをゲート駆動部３３に供給する。これにより、例えば過電流状態を示す検出信号Ｖｔｈｏｃがゲート駆動部３３に供給されると、ゲート駆動部３３は半導体素子１３をオフ状態にする。そして、過電流検出装置３５は、ステップＳ１０１に処理を移行する。なお、ステップＳ１０１の処理は半導体素子１３に対してターンオンを指示するゲート駆動信号ｄｒｖが入力される毎に行われてよい。
【００５５】
図５は、半導体素子１３のターンオン時の動作波形を示す。なお、図中の縦軸は電圧値または電流値を示し、横軸は時間を示す。また、太い破線のグラフと太い実線のグラフとが図示されている部分では、太い破線のグラフは比較例の過電流検出装置における動作波形を示し、太い実線のグラフは本実施形態に係る過電流検出装置３５における動作波形を示す。この動作波形は一例であり、半導体装置１の特性に応じて変化してよい。
【００５６】
まず、入力部３１に入力される入力信号ＶＬｉｎがローからハイに遷移し、時点ｔ１で閾値電圧Ｖｔｈを超えると、ゲート駆動部３３に入力される矩形信号ｉｎがハイとなる。これにより、時点ｔ２でゲート駆動信号ｄｒｖがハイとなる。
【００５７】
次に、時点ｔ３で半導体素子１３のゲート電圧Ｖｇが上昇し始めて、ゲートコレクタ間の容量を充電する。これに伴いゲート電流Ｉｇが上昇する。また、ゲートエミッタ間の容量が充電される。
【００５８】
次に、時点ｔ４でゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈを超えると、半導体素子１３がオンし始め、ゲート電流検出部３５１からの検出信号Ｖｔｏｎがハイとなる。次に、時点ｔ６でゲート電圧Ｖｇがミラー電圧に達してミラー期間が開始すると、ゲート電流Ｉｇが減少し始める。そして、半導体素子１３のゲート電圧ＶｇのｄＶ／ｄｔ、および、半導体素子１３の寄生容量などの影響により、センス電流Ｉｓ、ひいてはセンス検出電圧Ｖｓは、時点ｔ５〜ｔ６の期間において増加し、時点ｔ６から減少し始める。
【００５９】
次に、時点ｔ７においてミラー期間が終了する。これに伴い、時点ｔ７〜ｔ９の期間ではゲート電圧Ｖｇが順バイアス電圧に達するまでゲートコレクタ間の容量が充電される。そして、時点ｔ９以降ではゲート電圧Ｖｇが順バイアス電圧に維持されてオン状態が継続する。また、センス電流Ｉｓおよびセンス検出電圧Ｖｓは一定値となる。
【００６０】
以上のような動作波形において、比較例の過電流検出装置、および、本実施形態の過電流検出装置３５では、センス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを基準時間よりも長く超えると、過電流が発生したと検出する。そして、半導体素子１３が定常オン状態となるまでの過渡期間においてはセンス検出電圧Ｖｓが急増しうる。そのため、比較例の過電流検出装置では、図中の基準時間よりも長くセンス検出電圧Ｖｓが基準電圧Ｖｒｅｆを超えたと検出されて、時点ｔ８で過電流が発生したと誤検出されてしまう。これに対し、本実施形態の過電流検出装置３５では、過渡期間においてセンス検出電圧Ｖｓが減少するので、過電流の誤検出が防止される。
【００６１】
なお、上記の実施形態においては、調整部３５５は、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件としてセンス電流Ｉｓの検出値を減少させることとして説明したが、これに加えて／代えて、基準センス電流（ひいては基準電圧Ｖｒｅｆ）を増やしてもよいし、センス電流Ｉｓが基準センス電流を超えている継続時間の基準時間を増やしてもよい。この場合にも過渡期間における過電流の誤検出を防止することができる。一例として、基準電圧Ｖｒｅｆを増やす場合には、半導体素子１３に最大定格電流を流して半導体素子１３を意図的に過電流状態とした場合に、過電流の発生が検出される最大の基準電圧を、増加後の基準電圧Ｖｒｅｆとしてよい。
【００６２】
また、ゲート電流検出部３５１は図２の構成を有することとして説明したが、他の構成を有してもよい。図６は、ゲート電流検出部３５１の変形例を示す。このゲート電流検出部３５１は、ゲート電流検出抵抗３５１１に対するゲート駆動端子側（図中上側）の電圧を分圧する第１抵抗分圧器３５１５と、ゲート電流検出抵抗３５１１に対するゲート端子（Ｇ）側（図中下側）の電圧を分圧する第２抵抗分圧器３５１７とを更に有する。例えば、第１抵抗分圧器３５１５は、ゲート駆動端子とゲート電流検出コンパレータ３５１３との間に設けられた抵抗３５１５Ａと、ゲート駆動端子とグランドとの間に設けられた３５１５Ｂとを有してよい。第２抵抗分圧器３５１７は、ゲート端子（Ｇ）とゲート電流検出コンパレータ３５１３との間に設けられた抵抗３５１７Ａと、ゲート端子（Ｇ）とグランドとの間に設けられた３５１７Ｂとを有してよい。そして、ゲート電流検出コンパレータ３５１３には、第１抵抗分圧器３５１５により分圧された電圧と、第２抵抗分圧器３５１７により分圧された電圧とが入力されてよい。これにより、ゲート電流検出コンパレータ３５１３の電源電圧がゲート駆動部３３の出力電圧よりも小さい場合にも、ゲート電流検出コンパレータ３５１３の入力電力を低減して過渡期間を確実に検出することができる。ここで、第１抵抗分圧器３５１５および第２抵抗分圧器３５１７の各抵抗３５１５Ａ，３５１５Ｂ，３５１７Ａ，３５１７Ｂは１００ｋΩ〜１０ＭΩ程度の大きな抵抗値を有してよい。これにより、ゲート電流検出抵抗３５１１に流れるゲート電流Ｉｇへの影響を低減することができる。また、第１抵抗分圧器３５１５および第２抵抗分圧器３５１７は、分圧比が互いに異なってもよい。この場合には、ゲート電流検出抵抗３５１１に対するゲート駆動端子側の電圧と、ゲート端子（Ｇ）側の電圧との電位差を大きく、または小さくすることができる。
【００６３】
また、センス電流検出部３５３は図３の構成を有することとして説明したが、他の構成を有してもよい。図７は、センス電流検出部３５３の変形例を示す。このセンス電流検出部３５３は、調整部３５５における半導体素子３５５１のコレクタ端子およびエミッタ端子に両端が接続されたセンス電流検出抵抗３５３１を有する。この場合には、調整部３５５は、ゲート電流Ｉｇが基準ゲート電流Ｉｇｔｈ以上であることを条件として、センス電流検出抵抗３５３１の全体をバイパスさせる。これにより、半導体素子３５５１のオン抵抗に流れるセンス電流Ｉｓによってセンス検出電圧Ｖｓが生じるため、このセンス検出電圧Ｖｓがセンス電流検出コンパレータ３５３３により基準電圧Ｖｒｅｆと比較される。半導体素子３５５１のオン抵抗はツェナーダイオード３５３５の降伏抵抗よりも大きくてよい。
【００６４】
また、半導体装置１は２つの半導体素子１２，１３を備えることとして説明したが、これらの一方を備えなくてもよいし、これらの一方に代えて他の素子を備えてもよい。この場合には、半導体装置１は２つの制御装置２，３のうち一方のみを備えてよい。
【００６５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。
【００６６】
請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００６７】
１  半導体装置、２  制御装置、３  制御装置、１２  半導体素子、１３  半導体素子、３１  入力部、３３  ゲート駆動部、３５  過電流検出装置、１００  直流電源、１０１  正側電源線、１０２  負側電源線、１０５  電源出力端子、１１０  負荷、３５１  ゲート電流検出部、３５３  センス電流検出部、３５５  調整部、３５１１  ゲート電流検出抵抗、３５１３  ゲート電流検出コンパレータ、３５３１  センス電流検出抵抗、３５３２  基準電圧源、３５３３  センス電流検出コンパレータ、３５３４  タイマ回路、３５３５  ツェナーダイオード、３５５１  半導体素子、３５１５  第１抵抗分圧器、３５１７  第２抵抗分圧器
【図１】
2019077895.tif 000003
【図２】
2019077895.tif 000004
【図３】
2019077895.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2019077895.tif 000008
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年1月22日(2019.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出部と、
前記半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上である状態が基準時間を超えるか否かを検出するセンス電流検出部と、
前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を前記基準センス電流に対して相対的に減少させる調整部と、
を備える過電流検出装置。
【請求項２】
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記基準時間を長くする請求項１に記載の過電流検出装置。
【請求項３】
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を減少させる請求項１または２に記載の過電流検出装置。
【請求項４】
前記センス電流検出部は、
前記センスエミッタ端子および基準電位の間に電気的に接続されるセンス電流検出抵抗と、
前記センス電流検出抵抗に流れる前記センス電流により生じるセンス検出電圧を、前記基準センス電流に応じた基準電圧と比較するセンス電流検出コンパレータと
を有し、
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流検出抵抗の抵抗値を小さくする
請求項１から３のいずれか一項に記載の過電流検出装置。
【請求項５】
前記調整部は、前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流検出抵抗の少なくとも一部をバイパスさせる請求項４に記載の過電流検出装置。
【請求項６】
前記ゲート電流検出部は、
前記半導体素子のゲートを駆動するゲート駆動信号を入力するゲート駆動端子および前記半導体素子のゲート端子の間に電気的に接続されるゲート電流検出抵抗と、
前記ゲート電流が前記ゲート電流検出抵抗に流れることにより生じるゲート検出電圧が、前記基準ゲート電流に応じた電圧以上か否かを検出するゲート電流検出コンパレータと
を有する請求項１から５のいずれか一項に記載の過電流検出装置。
【請求項７】
前記ゲート電流検出部は、
前記ゲート電流検出抵抗の前記ゲート駆動端子側の電圧を分圧する第１抵抗分圧器と、
前記ゲート電流検出抵抗の前記ゲート端子側の電圧を分圧する第２抵抗分圧器と
を更に有し、
前記ゲート電流検出コンパレータは、前記第１抵抗分圧器により分圧された電圧および前記第２抵抗分圧器により分圧された電圧を入力する
請求項６に記載の過電流検出装置。
【請求項８】
前記第１抵抗分圧器および前記第２抵抗分圧器は、分圧比が互いに異なる請求項７に記載の過電流検出装置。
【請求項９】
入力信号に応じて前記半導体素子のゲートを駆動するための前記ゲート駆動信号を出力するゲート駆動部と、
請求項６から８のいずれか一項に記載の過電流検出装置と
を備える制御装置。
【請求項１０】
前記ゲート駆動部は、前記センス電流が前記基準センス電流以上であることを前記過電流検出装置が検出したことに応じて、前記半導体素子をオフ状態とさせる前記ゲート駆動信号を出力する請求項９に記載の制御装置。
【請求項１１】
半導体素子へと流れるゲート電流が基準ゲート電流以上か否かを検出するゲート電流検出段階と、
前記半導体素子のセンスエミッタ端子を流れるセンス電流が基準センス電流以上である状態が基準時間を超えるか否かを検出するセンス電流検出段階と、
前記ゲート電流が前記基準ゲート電流以上であることを条件として、前記センス電流の検出値を前記基準センス電流に対して相対的に減少させる調整段階と、
を備える過電流検出方法。
【国際調査報告】
2019077895.tif 000010
2019077895.tif 000011
2019077895.tif 000012