JP2020014315A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本技術は、半導体装置に関する。 The present technology relates to a semiconductor device.
パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)を備える駆動回路と、駆動回路の動作を制御する制御回路とを有し、モータ等の負荷に電力を供給する三相インバータ等に応用されている。 The power semiconductor module has a drive circuit including a power semiconductor element (IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor) and a control circuit for controlling the operation of the drive circuit, and is used for a three-phase inverter for supplying power to a load such as a motor. Applied.
<従来のパワー半導体モジュールの全体構成>
図12はパワー半導体モジュールの構成の一例を示す図である。パワー半導体モジュール100は、パワー半導体素子10、制御回路20、コンデンサC1、C2および抵抗R1を備える。
<Overall configuration of conventional power semiconductor module>
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of the configuration of the power semiconductor module. The power semiconductor module 100 includes a
パワー半導体素子10は、IGBT11〜16およびダイオードD1〜D6を含む。
制御回路20は、パワー半導体素子10のハイサイドに位置するIGBT11、13、15を駆動制御するハイサイド制御回路21と、パワー半導体素子10のローサイドに位置するIGBT12、14、16を駆動制御するローサイド制御回路22を含む。
The control circuit 20 includes a high-
パワー半導体素子10において、U相には、IGBT11、12およびダイオードD1、D2が含まれ、V相には、IGBT13、14およびダイオードD3、D4が含まれ、W相には、IGBT15、16およびダイオードD5、D6が含まれる。
In the
また、コンデンサC1は、平滑コンデンサとして機能し、コンデンサC2は、サージ電圧を吸収するスタブ回路として機能する。抵抗R1は、電流検出用のシャント抵抗である。 Further, the capacitor C1 functions as a smoothing capacitor, and the capacitor C2 functions as a stub circuit for absorbing a surge voltage. The resistor R1 is a shunt resistor for current detection.
出力端子out1〜out3には、負荷として例えば、モータMが接続される。パワー半導体素子10は、ラインL1を流れる直流高電圧を3相交流に変換して、交流の配線Lu(U相ライン)、配線Lv(V相ライン)および配線Lw(W相ライン)からモータMに交流を供給する。
For example, a motor M is connected as a load to the output terminals out1 to out3. The
また、パワー半導体素子10では、モータMのような誘導性負荷に対して電流をオン/オフして負荷を駆動するので、負荷電流を還流させるために、IGBT11〜16に対して、FWD(Free Wheel Diode)であるダイオードD1〜D6がそれぞれ接続されている。
Further, in the
すなわち、IGBT11〜16がオフになる瞬間、モータMの誘導性負荷からは逆起電力が発生するので、IGBT11〜16それぞれに対して、ダイオードD1〜D6を逆並列に接続して、このときの負荷電流を還流させている。
That is, at the moment when the
各構成要素の接続関係について説明する。P端子と接続するラインL1を通じて、コンデンサC1、C2の一端、IGBT11、13、15のコレクタおよびダイオードD1、D3、D5のカソードが接続される。
The connection relationship between the components will be described. One end of each of the capacitors C1, C2, the collectors of the
N端子と接続するラインL2を通じて、コンデンサC1、C2の他端、抵抗R1の一端および基準電位(以下、GNDと表記)が接続される。抵抗R1の他端は、IGBT12、14、16のエミッタ、ダイオードD2、D4、D6のアノードおよびローサイド制御回路22に接続される。
The other ends of the capacitors C1 and C2, one end of the resistor R1, and a reference potential (hereinafter referred to as GND) are connected through a line L2 connected to the N terminal. The other end of the resistor R1 is connected to the emitters of the
IGBT11のエミッタは、ダイオードD1のアノード、IGBT12のコレクタ、ダイオードD2のカソード、ハイサイド制御回路21および出力端子out1に接続される。出力端子out1は、U相ラインLuを通じてモータMに接続される。
The emitter of the
なお、IGBT11のエミッタとIGBT12のコレクタとの接続点はU相の出力端になり、この接続点を通じてU相ラインLuを流れるU相電流が出力端子out1からモータMへ出力される。
The connection point between the emitter of the
IGBT13のエミッタは、ダイオードD3のアノード、IGBT14のコレクタ、ダイオードD4のカソード、ハイサイド制御回路21および出力端子out2に接続される。出力端子out2は、V相ラインLvを通じてモータMに接続される。
The emitter of the
なお、IGBT13のエミッタとIGBT14のコレクタとの接続点はV相の出力端になり、この接続点を通じてV相ラインLvを流れるV相電流が出力端子out2からモータMへ出力される。
A connection point between the emitter of the
IGBT15のエミッタは、ダイオードD5のアノード、IGBT16のコレクタ、ダイオードD6のカソード、ハイサイド制御回路21および出力端子out3に接続される。出力端子out3は、W相ラインLwを通じてモータMに接続される。
The emitter of the
なお、IGBT15のエミッタとIGBT16のコレクタとの接続点はW相の出力端になり、この接続点を通じてW相ラインLwを流れるW相電流が出力端子out3からモータMへ出力される。
A connection point between the emitter of the
一方、ハイサイド制御回路21には、上位からハイサイド論理信号Hin1、Hin2、Hin3が入力される。また、ハイサイド制御回路21から出力されるドライブ信号g1、g2、g3はそれぞれ、IGBT11、13、15のゲートに入力される。
On the other hand, high-side logic signals Hin1, Hin2, and Hin3 are input to the high-
ローサイド制御回路22には、上位からローサイド論理信号Lin1、Lin2、Lin3が入力される。また、ローサイド制御回路22から出力されるドライブ信号g4、g5、g6はそれぞれ、IGBT12、14、16のゲートに入力される。
The low-side logic signals Lin1, Lin2, and Lin3 are input to the low-
<従来のハイサイド制御回路の構成>
図13はハイサイド制御回路の構成の一例を示す図である。ハイサイド制御回路21は、ハイサイドU相制御回路21u、ハイサイドV相制御回路21vおよびハイサイドW相制御回路21wを備える。
<Configuration of conventional high-side control circuit>
FIG. 13 is a diagram illustrating an example of the configuration of the high-side control circuit. The high
ハイサイドU相制御回路21uはドライバ回路21u1を含み、ハイサイドV相制御回路21vはドライバ回路21v1を含み、ハイサイドW相制御回路21wはドライバ回路21w1を含む。
The high-side U-phase control circuit 21u includes a driver circuit 21u1, the high-side V-
ドライバ回路21u1は、CPU(Central Processing Unit)等の上位(以下、上位プロセッサと呼ぶ)から出力されたハイサイド論理信号Hin1のレベルにもとづくドライブ信号g1を生成し、ドライブ信号g1によりIGBT11を駆動する。
The driver circuit 21u1 generates a drive signal g1 based on the level of a high-side logic signal Hin1 output from a higher-level (hereinafter, referred to as a higher-level processor) such as a CPU (Central Processing Unit), and drives the
例えば、ドライバ回路21u1は、ハイサイド論理信号Hin1が真(以下、Hレベルと表記)の場合、IGBT11をオンさせる際に要するレベルを持つドライブ信号g1を出力する。また、ハイサイド論理信号Hin1が偽(以下、Lレベルと表記)の場合、IGBT11をオフさせる際に要するレベルを持つドライブ信号g1を出力する。
For example, when the high-side logic signal Hin1 is true (hereinafter referred to as H level), the driver circuit 21u1 outputs a drive signal g1 having a level required to turn on the
ドライバ回路21v1も同様にして、上位プロセッサから出力されたハイサイド論理信号Hin2のレベルにもとづくドライブ信号g2を生成し、ドライブ信号g2によりIGBT13を駆動する。
Similarly, the driver circuit 21v1 generates a drive signal g2 based on the level of the high-side logic signal Hin2 output from the host processor, and drives the
ドライバ回路21w1も同様に、上位プロセッサから出力されたハイサイド論理信号Hin3のレベルにもとづくドライブ信号g3を生成し、ドライブ信号g3によりIGBT15を駆動する。
Similarly, the driver circuit 21w1 generates a drive signal g3 based on the level of the high-side logic signal Hin3 output from the host processor, and drives the
<従来のローサイド制御回路の構成>
図14はローサイド制御回路の構成の一例を示す図である。ローサイド制御回路22は、ローサイドU相制御回路22u、ローサイドV相制御回路22v、ローサイドW相制御回路22wおよび過電流保護回路23を備える。
<Configuration of conventional low-side control circuit>
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of the configuration of the low-side control circuit. The low-
ローサイドU相制御回路22uはドライバ回路22u1を含み、ローサイドV相制御回路22vはドライバ回路22v1を含み、ローサイドW相制御回路22wはドライバ回路22w1を含む。
The low-side U-phase control circuit 22u includes a driver circuit 22u1, the low-side V-
ドライバ回路22u1は、上位プロセッサから出力されたローサイド論理信号Lin1のレベルにもとづくドライブ信号g4を生成し、ドライブ信号g4によりIGBT12を駆動する。
The driver circuit 22u1 generates a drive signal g4 based on the level of the low side logic signal Lin1 output from the host processor, and drives the
すなわち、ドライバ回路22u1は、ローサイド論理信号Lin1がHレベルの場合、IGBT12をオンさせる際に要するレベルを持つドライブ信号g4を出力する。また、ローサイド論理信号Lin1がLレベルの場合、IGBT12をオフさせる際に要するレベルを持つドライブ信号g4を出力する。
That is, when the low-side logic signal Lin1 is at the H level, the driver circuit 22u1 outputs a drive signal g4 having a level required to turn on the
ドライバ回路22v1も同様にして、上位プロセッサから出力されたローサイド論理信号Lin2のレベルにもとづくドライブ信号g5を生成し、ドライブ信号g5によりIGBT14を駆動する。
Similarly, the driver circuit 22v1 generates a drive signal g5 based on the level of the low-side logic signal Lin2 output from the host processor, and drives the
ドライバ回路22w1も同様に、上位プロセッサから出力されたローサイド論理信号Lin3のレベルにもとづくドライブ信号g6を生成し、ドライブ信号g6によりIGBT16を駆動する。
Similarly, the driver circuit 22w1 generates a drive signal g6 based on the level of the low-side logic signal Lin3 output from the host processor, and drives the
過電流保護回路23は、電流検出回路23aを含む。電流検出回路23aは、IGBTに流れる電流を検出し、過電流状態か否かを検出する。過電流状態の場合、過電流検出信号dcをドライバ回路22u1、22v1、22w1へ送信する。また、過電流検出信号dcを受信したドライバ回路22u1、22v1、22w1は、IGBT12、14、16をオフする。
The
<先行技術文献>
パワー半導体モジュールの従来技術としては、上アームまたは下アームの一方のスイッチ素子をオフ、他方アームのスイッチ素子をオフさせる動作を段階的に行って、サージ電圧を抑制する技術が提案されている(特許文献1)。
<Prior art documents>
As a conventional technique of a power semiconductor module, there has been proposed a technique of suppressing a surge voltage by performing an operation of turning off a switch element of one of an upper arm and a lower arm and turning off a switch element of the other arm in a stepwise manner ( Patent Document 1).
上記の図12に示したパワー半導体モジュール100の構成では、出力相間短絡が発生した場合、ハイサイドに位置するIGBTがサージ電圧により破壊してしまう可能性があった。 In the configuration of the power semiconductor module 100 shown in FIG. 12 described above, when a short circuit occurs between output phases, the IGBT located on the high side may be destroyed by a surge voltage.
<U相とV相間の短絡時のIGBT破壊>
U相ラインLuとV相ラインLvとの間に短絡が生じた場合を例に挙げて、IGBT破壊に至る過程について説明する。
<IGBT breakdown during short circuit between U-phase and V-phase>
The process leading to IGBT destruction will be described using an example in which a short circuit occurs between the U-phase line Lu and the V-phase line Lv.
図15〜図18は出力相間短絡が発生した場合にIGBT破壊に至る動作を説明するための図である。図15〜図18には状態St1〜St4がそれぞれ示されている。
〔状態St1〕U相ラインLuとV相ラインLvとの間に短絡が生じ(短絡箇所s1)、IGBT11がオン(IGBT13、15はオフ)、続いてIGBT14がオン(IGBT12、16はオフ)したものとする。
FIGS. 15 to 18 are diagrams for explaining an operation leading to IGBT destruction when a short circuit occurs between output phases. 15 to 18 show states St1 to St4, respectively.
[State St1] A short circuit occurs between the U-phase line Lu and the V-phase line Lv (short-circuit point s1), the
このときの短絡電流の流れは矢印ar1となる。すなわち、IGBT11のコレクタ→IGBT11のエミッタ→短絡箇所s1→IGBT14のコレクタ→IGBT14のエミッタの方向に短絡電流が流れる。
The flow of the short-circuit current at this time is indicated by an arrow ar1. That is, a short-circuit current flows in the direction of the collector of the
〔状態St2〕状態St1で発生した短絡電流が過電流状態の場合、IGBT14はオンからオフへとスイッチングする。このときの短絡電流の流れは、矢印ar2となる。すなわち、IGBT11のコレクタ→IGBT11のエミッタ→短絡箇所s1→ダイオードD3のアノード→ダイオードD3のカソードの方向に短絡電流が流れて、ハイサイドの還流動作となる。
[State St2] When the short-circuit current generated in state St1 is an overcurrent state, the
なお、IGBT14がオンからオフへスイッチングする動作について説明すると、まず、IGBT14に流れる短絡電流は、シャント抵抗R1で電圧に変換される。
図14に示した電流検出回路23aは、変換された電圧を予め設定した閾値と比較し、当該電圧が閾値を超える場合、過電流が発生していることを検出し、ドライバ回路22v1に過電流検出信号dcを送信する。
The operation of switching the
The
ドライバ回路22v1は、過電流検出信号dcを受信するとドライブ信号g5をLレベルにしてIGBT14をオフする。このような流れでIGBT14がオンからオフへスイッチングする。
Upon receiving the overcurrent detection signal dc, the driver circuit 22v1 sets the drive signal g5 to L level and turns off the
〔状態St3〕短絡電流が過電流状態の場合、IGBT11がオンからオフへとスイッチングする。このとき、短絡電流が流れる配線上の配線インダクタは当初の電流を流し続けようと働くので、短絡電流の流れは矢印ar3となる。
[State St3] When the short-circuit current is in an overcurrent state, the
すなわち、ダイオードD2のアノード→ダイオードD2のカソード→短絡箇所s1→ダイオードD3のアノード→ダイオードD3のカソードの方向に短絡電流が流れる。
なお、IGBT11がオンからオフへスイッチングする動作について説明すると、ドライバ回路21u1は、Lレベルのハイサイド論理信号Hin1を受信すると、Lレベルのドライブ信号g1を生成してIGBT11をオフする。このような流れでIGBT11がオンからオフへスイッチングする。
That is, a short-circuit current flows in the direction of the anode of the diode D2 → the cathode of the diode D2 → the short-circuit point s1 → the anode of the diode D3 → the cathode of the diode D3.
The operation of switching the
このように、状態St2、St3の動作では、U相とV相間の短絡が発生することで、IGBT14をオフし、その後、IGBT11をオフさせて過電流保護動作を行っている。
As described above, in the operations in the states St2 and St3, the short-circuit between the U-phase and the V-phase causes the
しかし、出力相間短絡時に発生する短絡電流が過大な場合、回生動作時のdi/dt(IGBTがターンオンからターンオフへ移行する途中の電流変化(遮断電流の傾き))が大きくなる。この場合、状態St3では、短絡箇所s1等の配線インダクタンスLの影響で(L×di/dt)のサージ電圧がIGBT11にかかり、IGBT11にはアバランシェ降伏が発生する。
However, if the short-circuit current generated when the output phase is short-circuited is excessive, di / dt (current change (slope of cutoff current) during transition of the IGBT from turn-on to turn-off) during the regenerative operation increases. In this case, in the state St3, a surge voltage of (L × di / dt) is applied to the
〔状態St4〕IGBT11にアバランシェ降伏が生じると、IGBT11の耐圧以上の電圧(サージ電圧)が印加されてIGBT11がアバランシェ破壊する。電源回生直後にハイサイドU相のIGBT11がサージ電圧で破壊・ショートすることで、状態St4に示すような還流動作となる。このときの短絡電流の流れは矢印ar2であり、図16の状態St2と同じ流れになる。
[State St4] When avalanche breakdown occurs in the
<U相とV相間の短絡時のIGBT破壊の動作波形>
図19、図20はU相とV相間の短絡時のIGBT破壊の動作波形を示す図である。図19は上述の図15〜図18における動作波形を示し、図20は図19の期間T3の拡大波形を示している。縦軸は電圧または電流であり、横軸は時間である。
<Operation waveform of IGBT destruction at the time of short circuit between U phase and V phase>
FIGS. 19 and 20 are diagrams showing operation waveforms of IGBT breakdown when a short circuit occurs between the U-phase and the V-phase. FIG. 19 shows the operation waveforms in FIGS. 15 to 18 described above, and FIG. 20 shows an enlarged waveform in the period T3 in FIG. The vertical axis is voltage or current, and the horizontal axis is time.
波形ch1は、ノードPとノードU間のP−U電圧であり、IGBT11のコレクタエミッタ間電圧VCEである。波形ch2は、ノードPとノードN間のP−N電圧であり、また波形ch3は、U相電流である。 The waveform ch1 is a PU voltage between the node P and the node U, and is a collector-emitter voltage VCE of the IGBT11. The waveform ch2 is a PN voltage between the node P and the node N, and the waveform ch3 is a U-phase current.
〔期間T1〕図15の状態St1のときの動作波形である。ハイサイドのIGBT11とローサイドのIGBT14とがオンし、出力相間短絡が発生する。
〔期間T2〕図16の状態St2のときの動作波形である。短絡電流の発生により過電流保護機能が働き、ローサイドのIGBT14がオフすることにより、ハイサイドの還流動作となる。
[Period T1] This is an operation waveform in the state St1 of FIG. The high-
[Period T2] This is an operation waveform in the state St2 of FIG. The overcurrent protection function is activated by the occurrence of the short-circuit current, and the low-
〔期間T3〕図17の状態St3のときの動作波形である。ハイサイドのIGBT11がオフすることにより、電源回生に至る。
〔期間T4〕図18の状態St4のときの動作波形である。電源回生直後にハイサイドU相のIGBT11がサージ電圧で破壊・ショートする。なお、図20には、P−U電圧のピーク、P−N電圧のピークおよび遮断電流の傾き(−di/dt)が示されている。
[Period T3] An operation waveform in the state St3 of FIG. Turning off the high-
[Period T4] This is an operation waveform in the state St4 of FIG. Immediately after power regeneration, the high-
<V相とW相間の短絡時のIGBT破壊>
上記と同様に、V相ラインLvとW相ラインLwとの間に短絡が生じた場合でもIGBT破壊が生じる可能性がある。
<IGBT breakdown at the time of short circuit between V phase and W phase>
As described above, even when a short circuit occurs between the V-phase line Lv and the W-phase line Lw, IGBT breakdown may occur.
図21〜図24は出力相間短絡が発生した場合にIGBT破壊に至る動作を説明するための図である。図21〜図24には状態St11〜St14がそれぞれ示されている。
〔状態St11〕V相ラインLvとW相ラインLwとの間に短絡が生じ(短絡箇所s2)、IGBT13がオン(IGBT11、15はオフ)、続いてIGBT16がオン(IGBT12、14はオフ)したものとする。
FIGS. 21 to 24 are diagrams for explaining an operation leading to IGBT destruction when a short circuit occurs between output phases. 21 to 24 show states St11 to St14, respectively.
[State St11] A short circuit occurs between the V-phase line Lv and the W-phase line Lw (short-circuit point s2), the
このときの短絡電流の流れは矢印ar11となり、IGBT13のコレクタ→IGBT13のエミッタ→短絡箇所s2→IGBT16のコレクタ→IGBT16のエミッタの方向に短絡電流が流れる。
The flow of the short-circuit current at this time is indicated by an arrow ar11, and the short-circuit current flows in the direction of the collector of the
〔状態St12〕IGBT16はオンからオフへとスイッチングする(スイッチング動作の説明は省略)。このときの短絡電流の流れは矢印ar12となり、IGBT13のコレクタ→IGBT13のエミッタ→短絡箇所s2→ダイオードD5のアノード→ダイオードD5のカソードの方向に短絡電流が流れて、ハイサイドの還流動作となる。
[State St12] The
〔状態St13〕IGBT13はオンからオフへとスイッチングする(スイッチング動作の説明は省略)。このときの短絡電流の流れは矢印ar13となり、ダイオードD4のアノード→ダイオードD4のカソード→短絡箇所s2→ダイオードD5のアノード→ダイオードD5のカソードの方向に短絡電流が流れる。また、短絡電流が過大な場合、サージ電圧(L×di/dt)がIGBT13に発生し、IGBT13にアバランシェ降伏が発生する。
[State St13] The
〔状態St14〕IGBT13にアバランシェ降伏が生じると、IGBT13の耐圧以上の電圧が印加されてIGBT13がアバランシェ破壊する。電源回生直後にハイサイドV相のIGBT13がサージ電圧で破壊・ショートすることで、状態St14に示すような還流動作となる。このときの短絡電流の流れは矢印ar12であり、図22の状態St12と同じ流れになる。
[State St14] When avalanche breakdown occurs in the
<U相とW相間の短絡時のIGBT破壊>
上記と同様に、U相ラインLuとW相ラインLwとの間に短絡が生じた場合でもIGBT破壊が生じる可能性がある。
<IGBT breakdown during short circuit between U and W phases>
As described above, even when a short circuit occurs between the U-phase line Lu and the W-phase line Lw, IGBT breakdown may occur.
図25〜図28は出力相間短絡が発生した場合にIGBT破壊に至る動作を示す図である。図25〜図28には状態St21〜St24がそれぞれ示されている。
〔状態St21〕U相ラインLuとW相ラインLwとの間に短絡が生じ(短絡箇所s3)、IGBT15がオン(IGBT11、13はオフ)、続いてIGBT12がオン(IGBT14、16はオフ)したものとする。
FIGS. 25 to 28 are diagrams showing an operation leading to IGBT destruction when a short circuit occurs between output phases. FIGS. 25 to 28 show states St21 to St24, respectively.
[State St21] A short circuit occurs between the U-phase line Lu and the W-phase line Lw (short-circuit point s3), the
このときの短絡電流の流れは矢印ar21となり、IGBT15のコレクタ→IGBT15のエミッタ→短絡箇所s3→IGBT12のコレクタ→IGBT12のエミッタの方向に短絡電流が流れる。
The flow of the short-circuit current at this time is indicated by an arrow ar21, and the short-circuit current flows in the direction of the collector of the
〔状態St22〕IGBT12はオンからオフへとスイッチングする(スイッチング動作の説明は省略)。このときの短絡電流の流れは矢印ar22となり、IGBT15のコレクタ→IGBT15のエミッタ→短絡箇所s3→ダイオードD1のアノード→ダイオードD1のカソードの方向に短絡電流が流れて、ハイサイドの還流動作となる。
[State St22] The
〔状態St23〕IGBT15はオンからオフへとスイッチングする(スイッチング動作の説明は省略)。このときの短絡電流の流れは矢印ar23となり、ダイオードD6のアノード→ダイオードD6のカソード→短絡箇所s3→ダイオードD1のアノード→ダイオードD1のカソードの方向に短絡電流が流れる。また、短絡電流が過大な場合、サージ電圧(L×di/dt)がIGBT15に発生し、IGBT15にアバランシェ降伏が発生する。
[State St23] The
〔状態St24〕IGBT15にアバランシェ降伏が生じると、IGBT15の耐圧以上の電圧が印加されてIGBT15がアバランシェ破壊する。電源回生直後にハイサイドW相のIGBT15がサージ電圧で破壊・ショートすることで、状態St24に示すような還流動作となる。このときの短絡電流の流れは矢印ar22であり、図26の状態St22と同じ流れになる。
[State St24] When avalanche breakdown occurs in the
以上説明したように、出力相間短絡が発生した場合、ハイサイドに位置するIGBTがサージ電圧により破壊してしまう可能性があった。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、サージ電圧の抑制を図りIGBTの破壊を防止した半導体装置を提供することを目的とする。
As described above, when a short circuit occurs between the output phases, the IGBT located on the high side may be destroyed by the surge voltage.
The present invention has been made in view of such a point, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device which suppresses a surge voltage and prevents IGBT from being destroyed.
上記課題を解決するために、半導体装置が提供される。半導体装置は、多相に配置された複数のハイサイドスイッチ素子と、多相に配置された複数のローサイド素子とが各相にそれぞれ直列に接続され、ハイサイドスイッチ素子とローサイドスイッチ素子との各接続点から負荷へ電力供給するパワー半導体素子と、パワー半導体素子に流れる電流値を検出する電流検出回路と、複数のハイサイドスイッチ素子のオンオフ駆動をそれぞれ制御するハイサイド制御回路と複数のローサイドスイッチ素子のオンオフ駆動をそれぞれ制御するローサイド制御回路とを備える駆動制御回路とを具備する。ハイサイド制御回路は、電流検出回路が基準値を超える電流値を検出したとき、オン駆動中のハイサイドスイッチ素子をオフに遷移させるまでの時間を遅延させる。 In order to solve the above problems, a semiconductor device is provided. In the semiconductor device, a plurality of high-side switch elements arranged in a multi-phase and a plurality of low-side elements arranged in a multi-phase are connected in series to each phase, respectively, and each of the high-side switch element and the low-side switch element A power semiconductor element for supplying power from a connection point to a load, a current detection circuit for detecting a current value flowing through the power semiconductor element, a high-side control circuit for controlling on / off driving of a plurality of high-side switch elements, and a plurality of low-side switches And a low-side control circuit for controlling on / off driving of the elements. When the current detection circuit detects a current value exceeding the reference value, the high-side control circuit delays the time until the high-side switch element that is being driven is turned off.
サージ電圧の抑制を図り、パワー半導体素子の破壊を防止することが可能になる。 It is possible to suppress the surge voltage and prevent the power semiconductor element from being destroyed.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態について図1を用いて説明する。図1は半導体装置の構成の一例を示す図である。半導体装置1は、パワー半導体素子1aと制御回路1bを有する。パワー半導体素子1aは、多相に配置されたハイサイドスイッチ素子sw1、sw2、・・・と、多相に配置されたローサイドスイッチ素子sw11、sw12、・・・とを含む。ハイサイド/ローサイドスイッチ素子には、例えば、パワー半導体素子であるIGBTが使用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
A first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a configuration of a semiconductor device. The
また、ハイサイドスイッチ素子sw1とローサイドスイッチ素子sw11との接続点に繋がる配線3aと、ハイサイドスイッチ素子sw2とローサイドスイッチ素子sw12との接続点に繋がる配線3bとから電力が負荷Mへ供給される。配線3aと配線3bは短絡箇所s0により短絡している。
In addition, power is supplied to the load M from a
一方、制御回路1bは、電流検出回路1b1およびハイサイド制御回路1b3を有する。電流検出回路1b1は、多相間の配線3a、3bの短絡時にパワー半導体素子1aに流れる短絡電流を検出し、短絡電流が閾値を超える場合に過電流検出信号dcを出力する。
On the other hand, the control circuit 1b has a current detection circuit 1b1 and a high-side control circuit 1b3. The current detection circuit 1b1 detects a short-circuit current flowing through the power semiconductor element 1a when the
ハイサイド制御回路1b3は、ハイサイドスイッチ素子のスイッチング動作を制御するハイサイド論理信号Hinと、過電流検出信号dcとを受信する。そして、ハイサイド制御回路1b3は、ハイサイド論理信号Hinおよび過電流検出信号dcの論理レベルの組合せにもとづいて、短絡電流が流れているハイサイドスイッチ素子をオンからオフへ遷移させ、またこのときの遷移時間を遅延させる。 The high side control circuit 1b3 receives the high side logic signal Hin for controlling the switching operation of the high side switch element and the overcurrent detection signal dc. The high-side control circuit 1b3 causes the high-side switch element, in which the short-circuit current is flowing, to transition from on to off based on a combination of the logic levels of the high-side logic signal Hin and the overcurrent detection signal dc. Delay the transition time.
このような半導体装置1の構成により、短絡電流が流れているハイサイドスイッチ素子をオンからオフへ遷移させる際の遷移時間を遅延させるので、出力相間短絡が発生した場合の該当ハイサイドスイッチ素子にかかるサージ電圧を抑制することができる。またハイサイドスイッチ素子の破壊を防止することが可能になる。
With the configuration of the
[第2の実施の形態]
次に第2の実施の形態について以降詳しく説明する。第2の実施の形態は、図1の半導体装置1の機構をパワー半導体モジュールに適用したものである。なお、以降では上述した構成要素と同じものには同じ符号を付け、上述した構成要素の説明は適宜省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment will be described in detail below. In the second embodiment, the mechanism of the
<全体構成>
図2は半導体装置の構成の一例を示す図である。半導体装置1−1は、パワー半導体素子10と制御回路20−1を備える。制御回路20−1は、ハイサイド制御回路21−1と、ローサイド制御回路22−1を含む。
<Overall configuration>
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a configuration of a semiconductor device. The semiconductor device 1-1 includes a
ハイサイド制御回路21−1は、パワー半導体素子10内のIGBT11(ハイサイドU相スイッチ)、IGBT13(ハイサイドV相スイッチ)およびIGBT15(ハイサイドW相スイッチ)の駆動制御を行う。ハイサイド制御回路21−1は、図1のハイサイド制御回路1b3の機構を実現する。
The high-side control circuit 21-1 controls driving of the IGBT 11 (high-side U-phase switch), IGBT 13 (high-side V-phase switch), and IGBT 15 (high-side W-phase switch) in the
ローサイド制御回路22−1は、パワー半導体素子10内のIGBT12(ローサイドU相スイッチ)、IGBT14(ローサイドV相スイッチ)およびIGBT16(ローサイドW相スイッチ)の駆動制御を行う。
The low-side control circuit 22-1 controls driving of the IGBT 12 (low-side U-phase switch), IGBT 14 (low-side V-phase switch), and IGBT 16 (low-side W-phase switch) in the
制御回路20−1は、パワー半導体素子10内で発生するサージ電圧を抑制する機構を有しており、またハイサイド制御回路21−1には、ローサイド制御回路22−1からの過電流検出信号dcが入力されている。
The control circuit 20-1 has a mechanism for suppressing a surge voltage generated in the
<ハイサイド制御回路の構成>
図3はハイサイド制御回路の構成の一例を示す図である。ハイサイド制御回路21−1は、ハイサイドU相制御回路21u−1、ハイサイドV相制御回路21v−1およびハイサイドW相制御回路21w−1を備える。
<Configuration of high-side control circuit>
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of the configuration of the high-side control circuit. The high side control circuit 21-1 includes a high side U phase control circuit 21u-1, a high side V
ハイサイドU相制御回路21u−1は、ドライバ回路21u1−1および駆動停止遅延回路21u2を含み、ハイサイドV相制御回路21v−1はドライバ回路21v1−1および駆動停止遅延回路21v2を含む。ハイサイドW相制御回路21w−1は、ドライバ回路21w1−1および駆動停止遅延回路21w2を含む。
The high side U-phase control circuit 21u-1 includes a driver circuit 21u1-1 and a drive stop delay circuit 21u2, and the high side V-
U相において、駆動停止遅延回路21u2は、上位プロセッサから出力されたハイサイド論理信号Hin1と、ローサイド制御回路22−1から出力された過電流検出信号dcを受信する。 In the U phase, the drive stop delay circuit 21u2 receives the high side logic signal Hin1 output from the host processor and the overcurrent detection signal dc output from the low side control circuit 22-1.
駆動停止遅延回路21u2は、ハイサイド論理信号Hin1および過電流検出信号dcの各レベルの組合せにもとづいて、IGBT11をオンからオフさせるまでの遷移時間を所定時間遅延させる制御信号を生成して出力する。
The drive stop delay circuit 21u2 generates and outputs a control signal for delaying a transition time from turning on to off the
ドライバ回路21u1−1は、制御信号をIGBT11のドライブ信号g1aとして出力して、IGBT11を駆動する。この場合、ドライバ回路21u1−1は、IGBT11の駆動に要する電圧範囲となるように、制御信号のレベルを所定レベルに変換してドライブ信号g1aとして出力する。
The driver circuit 21u1-1 outputs a control signal as a drive signal g1a of the
V相において、駆動停止遅延回路21v2は、上位プロセッサから出力されたハイサイド論理信号Hin2と、ローサイド制御回路22−1から出力された過電流検出信号dcを受信する。 In the V phase, the drive stop delay circuit 21v2 receives the high side logic signal Hin2 output from the host processor and the overcurrent detection signal dc output from the low side control circuit 22-1.
駆動停止遅延回路21v2は、ハイサイド論理信号Hin2および過電流検出信号dcの各レベルの組合せにもとづいて、IGBT13をオンからオフさせるまでの遷移時間を所定時間遅延させる制御信号を生成して出力する。
The drive stop delay circuit 21v2 generates and outputs a control signal for delaying a transition time from turning on the
ドライバ回路21v1−1は、制御信号をIGBT13のドライブ信号g2aとして出力して、IGBT13を駆動する。この場合、ドライバ回路21v1−1は、IGBT13の駆動に要する電圧範囲となるように、制御信号のレベルを所定レベルに変換してドライブ信号g2aとして出力する。
The driver circuit 21v1-1 outputs a control signal as a drive signal g2a of the
W相において、駆動停止遅延回路21w2は、上位プロセッサから出力されたハイサイド論理信号Hin3と、ローサイド制御回路22−1から出力された過電流検出信号dcを受信する。 In the W phase, the drive stop delay circuit 21w2 receives the high side logic signal Hin3 output from the host processor and the overcurrent detection signal dc output from the low side control circuit 22-1.
駆動停止遅延回路21w2は、ハイサイド論理信号Hin3および過電流検出信号dcの各レベルの組合せにもとづいて、IGBT15をオンからオフさせるまでの遷移時間を所定時間遅延させる制御信号を生成して出力する。
The drive stop delay circuit 21w2 generates and outputs a control signal for delaying a transition time from turning on to turning off the
ドライバ回路21w1−1は、制御信号をIGBT15のドライブ信号g3aとして出力して、IGBT15を駆動する。この場合、ドライバ回路21w1−1は、IGBT15の駆動に要する電圧範囲となるように、制御信号のレベルを所定レベルに変換してドライブ信号g3aとして出力する。
The driver circuit 21w1-1 outputs a control signal as a drive signal g3a of the
<ローサイド制御回路の構成>
図4はローサイド制御回路の構成の一例を示す図である。ローサイド制御回路22−1は、図14で上述したローサイド制御回路22と同一構成要素を備える。異なる点は、図14では過電流検出信号dcは、ローサイドU/V/W相の各制御回路22u、22v、22wに送信されていたが、図4に示すローサイド制御回路22−1では、過電流検出信号dcをハイサイド制御回路21−1にも送信する。その他の構成は図14と同じである。なお、電流検出回路23aは図1の電流検出回路1b1に対応する。
<Configuration of low-side control circuit>
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the configuration of the low-side control circuit. The low-side control circuit 22-1 includes the same components as the low-
<短絡電流の検出>
図5〜図7は電流検出回路による短絡電流の検出を示す図である。図5において、U相ラインLuとV相ラインLvとの短絡時、矢印ar1の方向に短絡電流が流れる。このとき、電流検出回路23aは、IGBT14のエミッタから出力される短絡電流を検出する。
<Detection of short-circuit current>
5 to 7 are diagrams showing detection of a short-circuit current by the current detection circuit. In FIG. 5, when the U-phase line Lu and the V-phase line Lv are short-circuited, a short-circuit current flows in the direction of arrow ar1. At this time, the
図6において、V相ラインLvとW相ラインLwとの短絡時、矢印ar11の方向に短絡電流が流れる。このとき、電流検出回路23aは、IGBT16のエミッタから出力される短絡電流を検出する。
In FIG. 6, when the V-phase line Lv and the W-phase line Lw are short-circuited, a short-circuit current flows in the direction of arrow ar11. At this time, the
図7において、U相ラインLuとW相ラインLwとの短絡時、矢印ar21の方向に短絡電流が流れる。このとき、電流検出回路23aは、IGBT12のエミッタから出力される短絡電流を検出する。
In FIG. 7, when the U-phase line Lu and the W-phase line Lw are short-circuited, a short-circuit current flows in the direction of the arrow ar21. At this time, the
<駆動停止遅延回路の構成>
図8は駆動停止遅延回路の構成の一例を示す図である。図8の駆動停止遅延回路30は、図3に示した駆動停止遅延回路21u2、21v2、21w2に適用される。駆動停止遅延回路30は、2入力1出力の論理回路31、33と、2入力1出力の論理和素子34と、遅延回路35とを備える。
<Configuration of drive stop delay circuit>
FIG. 8 is a diagram showing an example of the configuration of the drive stop delay circuit. The drive stop delay circuit 30 of FIG. 8 is applied to the drive stop delay circuits 21u2, 21v2, 21w2 shown in FIG. The drive stop delay circuit 30 includes
論理回路31は、ハイサイド論理信号HinがHレベル、および過電流検出信号dcがLレベルの場合にHレベルを出力する。 論理回路33は、ハイサイド論理信号HinがHレベル、および過電流検出信号dcがHレベルの場合にHレベルを出力する。論理和素子34は、1つでも入力にHレベルがあればHレベル出力、2つの入力がすべてLレベルの場合にLレベルを出力する。
The
各回路の接続関係を記すと、論理回路31の入力端子a1は、論理回路33の入力端子c1に接続され、該入力端子a1には、ハイサイド論理信号Hinが入力される。
論理回路31の入力端子a3は、論理回路33の入力端子c3に接続され、該入力端子a3には、過電流検出信号dcが入力される。
The connection relationship between the circuits is described. The input terminal a1 of the
The input terminal a3 of the
論理回路31の出力端子a0は、論理和素子34の入力端子d1に接続される。また、論理回路33の出力端子c0は、遅延回路35の入力端子e1に接続され、遅延回路35の出力端子e0は、論理和素子34の入力端子d3に接続される。論理和素子34の出力端子d0は、U相/V相/W相の各ドライバ回路の入力端子に接続される。
The output terminal a0 of the
ここで、遅延回路35は、論理回路33から出力されたパルス信号を所定時間遅延させて出力する。遅延回路35は、例えば、インバータ素子を多段接続した構成や、コンデンサおよび抵抗による時定数回路等で構成される。
Here, the
なお、駆動停止遅延回路30は、遅延時間を設定することにより、短絡時にIGBTを流れるコレクタ電流の値がアバランシェ降伏を引き起こさない最大許容電流の値に低下するまでIGBTのオン状態を遅延(延長)させ、該最大許容電流の値に達した場合にIGBTをオフさせる。 By setting a delay time, the drive stop delay circuit 30 delays (extends) the ON state of the IGBT until the value of the collector current flowing through the IGBT at the time of short circuit decreases to the value of the maximum allowable current that does not cause avalanche breakdown. The IGBT is turned off when the value of the maximum allowable current is reached.
したがって、遅延回路35で設定される遅延時間は、少なくともIGBTをコレクタ電流が流れ始めた時刻から、該コレクタ電流が該最大許容電流の値に達する時刻までの時間(例えば、30〜40μs)になる。
Therefore, the delay time set by the
<駆動停止遅延回路の入出力特性>
図9は駆動停止遅延回路の入出力特性を示す図である。テーブル4は、駆動停止遅延回路30の入出力特性を示しており、項目として、入力、出力(駆動停止遅延回路30出力)および出力状態を有する。また、入力は、ハイサイド論理信号Hinおよび過電流検出信号dcに分かれている。
<Input / output characteristics of drive stop delay circuit>
FIG. 9 is a diagram showing input / output characteristics of the drive stop delay circuit. Table 4 shows the input / output characteristics of the drive stop delay circuit 30, and has items such as input, output (output of the drive stop delay circuit 30), and output state. The input is divided into a high side logic signal Hin and an overcurrent detection signal dc.
なお、ハイサイド論理信号HinがHのとき、ハイサイドのIGBTはオン、ハイサイド論理信号HinがLのとき、ハイサイドのIGBTはオフである。また、過電流検出信号dcがHのとき出力相間の短絡は有りを示し(過電流検出)、過電流検出信号dcがLのとき出力相間の短絡は無しを示す。 When the high side logic signal Hin is H, the high side IGBT is on, and when the high side logic signal Hin is L, the high side IGBT is off. Further, when the overcurrent detection signal dc is H, it indicates that there is a short circuit between the output phases (overcurrent detection), and when the overcurrent detection signal dc is L, there is no short circuit between the output phases.
ここで、(ハイサイド論理信号Hin、過電流検出信号dc)=(H、H)のとき、駆動停止遅延回路30の出力は、HレベルからLレベルへ移行し、遅延回路35が動作して駆動停止遅延回路30の出力に所定の遅延時間が設定された状態になる。また、(ハイサイド論理信号Hin、過電流検出信号dc)=(H、L)のとき、ハイサイド論理信号Hinの出力状態になり、このときの駆動停止遅延回路30の出力はHレベルになる。
Here, when (high side logic signal Hin, overcurrent detection signal dc) = (H, H), the output of drive stop delay circuit 30 shifts from H level to L level, and
(ハイサイド論理信号Hin、過電流検出信号dc)=(L、H)のとき、ハイサイド論理信号Hinの出力状態になり、このときの駆動停止遅延回路30の出力はLレベルになる。また、(ハイサイド論理信号Hin、過電流検出信号dc)=(L、L)のとき、ハイサイド論理信号Hinの出力状態になり、このときの駆動停止遅延回路30の出力はLレベルになる。 When (high-side logic signal Hin, overcurrent detection signal dc) = (L, H), the output state of high-side logic signal Hin is set, and the output of drive stop delay circuit 30 at this time goes to L level. When (high-side logic signal Hin, overcurrent detection signal dc) = (L, L), the output state of high-side logic signal Hin is set, and the output of drive stop delay circuit 30 at this time goes to L level. .
<動作タイムチャート>
次に動作についてタイムチャートを用いて説明する。なお、本発明の動作がわかりやすいように、従来装置(パワー半導体モジュール100)のタイムチャートと、本発明の装置のタイムチャートとを合わせて示す。
<Operation time chart>
Next, the operation will be described using a time chart. It should be noted that a time chart of the conventional device (power semiconductor module 100) and a time chart of the device of the present invention are shown together so that the operation of the present invention can be easily understood.
図10は従来装置の動作タイムチャートを示す図である。ハイサイド論理信号Hin、過電流検出信号dcおよび電流(例えば、U相電流)の各波形が示されている。
〔時刻t1〕出力相間短絡が発生する。ハイサイド論理信号HinがHレベルになって対象となるハイサイドIGBTがオンする。
FIG. 10 is a diagram showing an operation time chart of the conventional device. Each waveform of the high side logic signal Hin, the overcurrent detection signal dc, and the current (for example, U-phase current) is shown.
[Time t1] A short circuit between output phases occurs. The high-side logic signal Hin goes high, turning on the target high-side IGBT.
〔時刻t2〕出力相間短絡の発生によって過電流が検出され、過電流検出信号dcがLレベルからHレベルに遷移する(Hで過電流検出)。そして、過電流状態が検出されたことにより、ローサイドIGBTがオフされる。 [Time t2] An overcurrent is detected due to the occurrence of a short circuit between the output phases, and the overcurrent detection signal dc transitions from the L level to the H level (overcurrent detection at H). Then, when the overcurrent state is detected, the low-side IGBT is turned off.
〔期間Ta〕短絡電流が流れ、短絡電流が増加する期間になる(例えば、図15の場合の短絡電流の流れに相当)。
〔時刻t3〕ハイサイド論理信号HinがLレベルになってハイサイドIGBTがオフになる。
[Period Ta] A period in which the short-circuit current flows and the short-circuit current increases (for example, corresponds to the flow of the short-circuit current in FIG. 15).
[Time t3] The high-side logic signal Hin goes low, turning off the high-side IGBT.
〔期間Tb〕ハイサイドIGBTがオフになることにより、該ハイサイドIGBTを流れる短絡電流は遮断されるが、該ハイサイドIGBTがアバランシェ破壊するためにショートしてしまい、短絡電流が再び流れるハイサイド還流期間となる。 [Period Tb] When the high-side IGBT is turned off, the short-circuit current flowing through the high-side IGBT is cut off, but the high-side IGBT is short-circuited due to avalanche breakdown, and the short-circuit current flows again This is the reflux period.
図11は本発明の動作タイムチャートを示す図である。ハイサイド論理信号Hin、過電流検出信号dc、駆動停止遅延回路30出力および電流(例えば、U相電流)の各波形が示されている。 FIG. 11 is a diagram showing an operation time chart of the present invention. Each waveform of the high side logic signal Hin, the overcurrent detection signal dc, the output of the drive stop delay circuit 30 and the current (for example, U-phase current) is shown.
〔時刻t11〕出力相間短絡が発生する。ハイサイド論理信号HinがHレベルになって対象となるハイサイドIGBTがオンする。また、駆動停止遅延回路30の出力がHレベルになる。 [Time t11] An output phase short circuit occurs. The high-side logic signal Hin goes high, turning on the target high-side IGBT. Further, the output of the drive stop delay circuit 30 becomes H level.
〔時刻t12〕出力相間短絡の発生によって過電流が検出され、過電流検出信号dcがLレベルからHレベルに遷移する。そして、過電流状態が検出されたことにより、ローサイドIGBTがオフされる。 [Time t12] An overcurrent is detected due to the occurrence of a short circuit between the output phases, and the overcurrent detection signal dc changes from the L level to the H level. Then, when the overcurrent state is detected, the low-side IGBT is turned off.
〔期間Ta1〕短絡電流が流れ、短絡電流が増加する期間になる(例えば、図15の場合の短絡電流の流れに相当)。
〔時刻t13〕ハイサイド論理信号HinがLレベルになる。
[Period Ta1] A period in which the short-circuit current flows and the short-circuit current increases (for example, corresponds to the flow of the short-circuit current in the case of FIG. 15).
[Time t13] The high side logic signal Hin becomes L level.
〔期間Tb1〕駆動停止遅延回路30の遅延機能により、ハイサイドIGBTがオフするまでの時間が遅延され(駆動停止遅延回路30出力が実質的なドライブ信号になるため)、該ハイサイドIGBTがアバランシェ破壊することなく短絡電流が遮断されるハイサイド還流期間となる。なお、図11中のτの期間が遅延時間となる。 [Period Tb1] The delay time of the high-side IGBT is delayed by the delay function of the drive stop delay circuit 30 (because the output of the drive stop delay circuit 30 becomes a substantial drive signal), and the high-side IGBT is avalanche. This is a high-side reflux period in which the short-circuit current is cut off without breaking. Note that the period of τ in FIG. 11 is the delay time.
ここで、図11に示したハイサイド還流期間Tb1は、駆動停止遅延回路30の遅延機能によって図10に示したハイサイド還流期間Tbよりも延長している。このため、ハイサイドIGBTを流れる短絡電流を減少させてオフ直後の回生動作後のdi/dtを低下させている。よって、配線インダクタンスと回生動作時のdi/dtとで発生するサージ電圧を抑制することができ、IGBT破壊を防止することが可能になる。 Here, the high-side reflux period Tb1 shown in FIG. 11 is longer than the high-side reflux period Tb shown in FIG. 10 due to the delay function of the drive stop delay circuit 30. Therefore, the short-circuit current flowing through the high-side IGBT is reduced, and di / dt after the regenerative operation immediately after turning off is reduced. Therefore, a surge voltage generated by the wiring inductance and di / dt during the regenerative operation can be suppressed, and IGBT destruction can be prevented.
以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。さらに前述した説明では、論理信号を正論理として記述したが、負論理で構成してもよいことは言うまでもない。 As described above, the embodiment has been exemplified, but the configuration of each unit described in the embodiment can be replaced with another having the same function. Further, other arbitrary components and steps may be added. Further, in the above description, the logic signal is described as positive logic, but it goes without saying that the logic signal may be configured as negative logic.
1 半導体装置
1a パワー半導体素子
sw1、sw2 ハイサイドスイッチ素子
sw11、sw12 ローサイドスイッチ素子
3a、3b 配線
1b 制御回路
1b1 電流検出回路
1b3 ハイサイド制御回路
s0 短絡箇所
Hin ハイサイド論理信号
dc 過電流検出信号
M 負荷
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記パワー半導体素子に流れる電流値を検出する電流検出回路と、
複数の前記ハイサイドスイッチ素子のオンオフ駆動をそれぞれ制御するハイサイド制御回路と複数の前記ローサイドスイッチ素子のオンオフ駆動をそれぞれ制御するローサイド制御回路とを備える駆動制御回路と、
を具備し、
前記ハイサイド制御回路は、前記電流検出回路が基準値を超える電流値を検出したとき、オン駆動中の前記ハイサイドスイッチ素子をオフに遷移させるまでの時間を遅延させる
ことを特徴とする半導体装置。 A plurality of high-side switch elements arranged in a multi-phase and a plurality of low-side elements arranged in a multi-phase are connected in series to each phase, respectively, and each connection point between the high-side switch element and the low-side switch element A power semiconductor element for supplying power to the load from the
A current detection circuit for detecting a value of a current flowing through the power semiconductor element;
A drive control circuit including a high-side control circuit that controls on-off driving of each of the plurality of high-side switch elements and a low-side control circuit that controls on-off driving of each of the plurality of low-side switch elements,
With
The semiconductor device, wherein, when the current detection circuit detects a current value exceeding a reference value, the high-side control circuit delays a time until the high-side switch element during on-drive is turned off. .
前記ハイサイドスイッチ素子として、ハイサイドU相スイッチ、ハイサイドV相スイッチおよびハイサイドW相スイッチを有し、前記ローサイドスイッチ素子として、ローサイドU相スイッチ、ローサイドV相スイッチおよびローサイドW相スイッチを有し、
前記ハイサイドU相スイッチのエミッタと前記ローサイドU相スイッチのコレクタとの接続点に繋がるU相ライン、前記ハイサイドV相スイッチのエミッタと前記ローサイドV相スイッチのコレクタとの接続点に繋がるV相ライン、および前記ハイサイドW相スイッチのエミッタと前記ローサイドW相スイッチのコレクタとの接続点に繋がるW相ラインから前記負荷に電力を供給する
ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 The power semiconductor element,
The high-side switch element includes a high-side U-phase switch, a high-side V-phase switch, and a high-side W-phase switch. The low-side switch element includes a low-side U-phase switch, a low-side V-phase switch, and a low-side W-phase switch. And
A U-phase line connected to a connection point between the emitter of the high-side U-phase switch and the collector of the low-side U-phase switch; and a V-phase line connected to a connection point between the emitter of the high-side V-phase switch and the collector of the low-side V-phase switch. The semiconductor device according to claim 1, wherein power is supplied to the load from a line and a W-phase line connected to a connection point between an emitter of the high-side W-phase switch and a collector of the low-side W-phase switch.
前記U相ラインと前記V相ラインとの短絡、前記V相ラインと前記W相ラインとの短絡、および前記U相ラインと前記W相ラインとの短絡の少なくとも一つの短絡が生じた場合の短絡電流を検出する
ことを特徴とする請求項2記載の半導体装置。 The current detection circuit,
A short circuit when at least one of a short circuit between the U phase line and the V phase line, a short circuit between the V phase line and the W phase line, and a short circuit between the U phase line and the W phase line occurs The semiconductor device according to claim 2, wherein a current is detected.
前記U相ラインと前記V相ラインとの短絡時に前記短絡電流が流れる前記ハイサイドU相スイッチに対して、オンからオフへ遷移させるまでの時間を遅延させるハイサイドU相制御回路と、
前記V相ラインと前記W相ラインとの短絡時に前記短絡電流が流れる前記ハイサイドV相スイッチに対して、オンからオフへ遷移させるまでの時間を遅延させるハイサイドV相制御回路と、
前記W相ラインと前記U相ラインとの短絡時に前記短絡電流が流れる前記ハイサイドW相スイッチに対して、オンからオフへ遷移させるまでの時間を遅延させるハイサイドW相制御回路と、
を備えることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 The drive control circuit includes:
A high-side U-phase control circuit that delays the time until the high-side U-phase switch through which the short-circuit current flows when the U-phase line and the V-phase line are short-circuited from on to off,
A high-side V-phase control circuit that delays a time required to transition from on to off with respect to the high-side V-phase switch through which the short-circuit current flows when the V-phase line and the W-phase line are short-circuited;
A high-side W-phase control circuit that delays the time from when the W-phase line and the U-phase line are short-circuited to the high-side W-phase switch when the short-circuit current flows, to transition from on to off,
The semiconductor device according to claim 3, further comprising:
前記U相ラインと前記W相ラインとの短絡時に前記短絡電流が流れる前記ハイサイドU相スイッチに対して、オンからオフへ遷移させるまでの時間を遅延させるハイサイドU相制御回路と、
前記W相ラインと前記V相ラインとの短絡時に前記短絡電流が流れる前記ハイサイドW相スイッチに対して、オンからオフへ遷移させるまでの時間を遅延させるハイサイドW相制御回路と、
前記V相ラインと前記U相ラインとの短絡時に前記短絡電流が流れる前記ハイサイドV相スイッチに対して、オンからオフへ遷移させるまでの時間を遅延させるハイサイドV相制御回路と、
を備えることを特徴とする請求項3記載の半導体装置。 The drive control circuit includes:
A high-side U-phase control circuit that delays the time from when the U-phase line and the W-phase line are short-circuited to the high-side U-phase switch, in which the short-circuit current flows, to transition from on to off,
A high-side W-phase control circuit that delays a time required to transition from on to off with respect to the high-side W-phase switch through which the short-circuit current flows when the W-phase line and the V-phase line are short-circuited;
A high-side V-phase control circuit that delays a time required to transition from on to off with respect to the high-side V-phase switch through which the short-circuit current flows when the V-phase line and the U-phase line are short-circuited;
The semiconductor device according to claim 3, further comprising:
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