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公開番号2024131907
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023042470
出願日2023-03-17
発明の名称半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類H03K 17/00 20060101AFI20240920BHJP(基本電子回路)
要約【課題】短絡電流およびノイズの抑制を図る。
【解決手段】スイッチング素子1aは、入力信号Vinにもとづいてスイッチングして負荷を作動する。ラッチ回路1b1は、スイッチング素子1aに流れる電流の大きさに応じてスイッチング素子1aのゲート容量を充電する駆動電流の大きさを変化させるための切替信号a1をラッチし、スイッチング素子1aが所定状態の場合には解除信号a2にもとづいてラッチ状態を解除する。検出回路1cは、スイッチング素子1aの所定状態を検出して解除信号a2を出力する。駆動電流制御回路1bは、第1の駆動電流と、第1の駆動電流よりも大きな第2の駆動電流とを生成し、ラッチ回路1b1が解除信号a2によってラッチ状態が解除された場合には、ラッチ回路1b1の解除後の出力にもとづいて駆動電流の大きさを第1の駆動電流とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力信号にもとづいてスイッチングして負荷を作動するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に流れる電流の大きさに応じて前記スイッチング素子のゲート容量を充電する駆動電流の大きさを変化させるための切替信号をラッチし前記スイッチング素子が所定状態の場合には解除信号にもとづいてラッチ状態を解除するラッチ回路を含み、装置運用状態においてラッチされた前記切替信号にもとづいて前記駆動電流の大きさを制御する駆動電流制御回路と、
前記スイッチング素子の前記所定状態を検出して前記解除信号を出力する検出回路と、を備え、
前記駆動電流制御回路は、第１の駆動電流と、前記第１の駆動電流よりも大きな第２の駆動電流とを生成し、前記ラッチ回路が前記解除信号によって前記ラッチ状態が解除された場合には、前記ラッチ回路の解除後の出力にもとづいて前記駆動電流の大きさを前記第１の駆動電流とする、
半導体装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記所定状態は、前記スイッチング素子の過電流状態、前記スイッチング素子の過熱状態および装置電源電圧の低下状態のうちの少なくとも１つの状態を検出した状態であって、前記検出回路は前記所定状態において外部へのアラーム状態の通知および前記スイッチング素子の駆動を停止させるアラーム信号を出力し、
前記ラッチ回路に対して、前記アラーム信号が前記解除信号として入力される、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記所定状態は、前記スイッチング素子の過電流状態を検出した状態であって、前記検出回路は前記所定状態において前記スイッチング素子の駆動を停止させる過電流検出信号を出力し、
前記ラッチ回路に対して、前記過電流検出信号が前記解除信号として入力される、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記所定状態は、前記スイッチング素子に流れる前記電流が所定値以上の状態になったことを検出した状態であって、前記検出回路は前記所定状態において前記解除信号を出力する、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項５】
前記所定状態として、前記スイッチング素子に流れる前記電流が所定電流値以上であり、かつ前記スイッチング素子に印加される駆動電圧が所定電圧以上の状態であることを検出した状態であって、前記検出回路は前記所定状態において前記解除信号を出力する、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項６】
前記スイッチング素子に流れる前記電流が切替電流値を超えるか否かを検出し、前記電流が切替電流値を超えない場合には第１の切替信号を出力し、前記電流が切替電流値を超える場合には第２の切替信号を出力する切替電流値検出回路をさらに備え、
前記駆動電流制御回路は、前記ラッチ回路から出力されるラッチ信号にもとづいて、前記第１の駆動電流と、前記第２の駆動電流とのいずれかの選択を行うべき選択信号を出力する選択回路と、前記選択信号にもとづいて、前記第１の駆動電流と、前記第２の駆動電流とのいずれかを出力する駆動電流出力回路とをさらに備える、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ラッチ回路は、前記第１の切替信号が入力すると前記入力信号にもとづいて前記第１の切替信号をラッチし、前記選択回路は、ラッチされた前記第１の切替信号にもとづいて、前記第１の駆動電流を選択する第１の選択信号を出力し、前記駆動電流出力回路は、前記第１の選択信号にもとづいて、前記第１の駆動電流を出力して前記スイッチング素子の前記ゲート容量を充電し、
前記ラッチ回路は、前記解除信号により前記ラッチ状態を解除するとラッチ解除出力信号を出力し、前記選択回路は、前記ラッチ解除出力信号にもとづいて、前記第１の駆動電流を選択する前記第１の選択信号を出力し、前記駆動電流出力回路は、前記第１の選択信号にもとづいて、前記第１の駆動電流を出力して前記スイッチング素子の前記ゲート容量を充電し、
前記ラッチ回路は、前記第２の切替信号が入力すると前記入力信号にもとづいて前記第２の切替信号をラッチし、前記選択回路は、ラッチされた前記第２の切替信号にもとづいて、前記第２の駆動電流を選択する第２の選択信号を出力し、前記駆動電流出力回路は、前記第２の選択信号にもとづいて、前記第２の駆動電流を出力して前記スイッチング素子の前記ゲート容量を充電する、
請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子がターンオンしたときに対向アームのダイオードがリカバリ動作を行うときの電圧変化率の最大値が含まれる場合の前記スイッチング素子に流れる前記電流の第１の電流領域と、前記最大値が含まれない場合の前記スイッチング素子に流れる前記電流の第２の電流領域との境界値が前記切替電流値として設定される、
請求項６記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＰＭ（Intelligent Power Module）等の半導体装置には、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの電力変換用のスイッチング素子が備えられている。また、近年では、ＩＧＢＴに流れるコレクタ電流に応じて、ＩＧＢＴを充電する駆動電流の大きさを制御する機能を有するＩＰＭが開発されている。
【０００３】
関連技術としては、例えば、半導体スイッチング素子をオフするタイミングで半導体スイッチング素子の２つの主電極間に流れる電流を検知してドライブ能力を調整する技術が提案されている（特許文献１）。また、パワー半導体スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出手段の出力電圧と、それぞれ異なる基準電圧とを比較する複数のコンパレータを備え、複数のコンパレータの比較結果をラッチして比較結果を選択的に出力する技術が提案されている（特許文献２）。さらに、状態判別回路が電流と温度の状態をラッチしてリセット信号によりラッチが解除される技術が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０２０／２５５６４０号
特開２０１９－１１０６７７号公報
特開２０１９－１９３４１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、装置の再運転時における短絡発生時の短絡電流の抑制、およびノイズの抑制を図ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、入力信号にもとづいてスイッチングして負荷を作動するスイッチング素子と、スイッチング素子に流れる電流の大きさに応じてスイッチング素子のゲート容量を充電する駆動電流の大きさを変化させるための切替信号をラッチしスイッチング素子が所定状態の場合には解除信号にもとづいてラッチ状態を解除するラッチ回路を含み、装置運用状態においてラッチされた切替信号にもとづいて駆動電流の大きさを制御する駆動電流制御回路と、スイッチング素子の所定状態を検出して解除信号を出力する検出回路と、を有する。また、駆動電流制御回路は、第１の駆動電流と、第１の駆動電流よりも大きな第２の駆動電流とを生成し、ラッチ回路が解除信号によってラッチ状態が解除された場合には、ラッチ回路の解除後の出力にもとづいて駆動電流の大きさを第１の駆動電流とする。
【発明の効果】
【０００７】
１側面によれば、短絡電流およびノイズの抑制が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
半導体装置の一例を説明するための図である。
ラッチ解除条件を有していない半導体装置の構成の一例を示す図である。
駆動電流制御機能の動作を説明するためのタイムチャートである。
ＩＧＢＴの短絡波形の一例を示す図である。
ＩＧＢＴの短絡波形の一例を示す図である。
ＩＧＢＴの短絡波形の一例を示す図である。
ＩＧＢＴの短絡波形の一例を示す図である。
半導体装置の構成の一例を示す図である。
フィルタ回路の構成の一例を示す図である。
ラッチ回路の構成の一例を示す図である。
選択回路の構成の一例を示す図である。
半導体装置の動作の一例を示すタイムチャートである。
切替電流値を説明するための図である。
半導体装置の変形例を示す図である。
半導体装置の変形例を示す図である。
半導体装置の変形例を示す図である。
ＩＧＢＴのスイッチング波形の模式図である。（ａ）は通常のスイッチング動作の波形を示し、（ｂ）は短絡動作の波形を示す。
電力変換装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
【００１０】
図１は半導体装置の一例を説明するための図である。半導体装置１は、スイッチング素子１ａ、駆動電流制御回路１ｂおよび検出回路１ｃを有する。スイッチング素子１ａは例えば、ＩＧＢＴである。また、駆動電流制御回路１ｂは、ラッチ回路１ｂ１を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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