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公開番号2025008649
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-20
出願番号2023110989
出願日2023-07-05
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 17/082 20060101AFI20250109BHJP(基本電子回路)
要約【課題】微小短絡パルスの連続発生を検出してスイッチ素子の保護機能の向上を図る。
【解決手段】半導体装置1は、スイッチ素子1aと、保護制御回路1bを有する。スイッチ素子1aは、入力信号Vinにもとづきスイッチングして負荷を作動する。保護制御回路1bは、スイッチ素子1aの動作状態に応じてスイッチ素子1aの保護を行う。保護制御回路1bは、スイッチ素子1aが短絡状態となった場合に短絡パルスp1の電圧レベルが所定レベルVthに対して所定時間継続して超えるときの短絡パルスp1のパルス幅w1より短いパルス幅w2を持つ微小短絡パルスp2を検出する。そして、保護制御回路1bは、微小短絡パルスp2の連続発生回数を計数し、連続発生回数が所定回数に達したことを検出した場合にスイッチ素子1aの保護を行う。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
入力信号にもとづきスイッチングして負荷を作動するスイッチ素子と、
前記スイッチ素子が短絡状態となった場合に出力される短絡パルスの持つ第１のパルス幅より短い第２のパルス幅を持つ微小短絡パルスの連続発生を検出した場合に前記スイッチ素子の保護を行う保護制御回路と、
を有する半導体装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記スイッチ素子の前記短絡状態を検出して短絡検出信号を出力する短絡検出回路をさらに備え、
前記保護制御回路は、前記微小短絡パルスを検出する、
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記短絡検出回路は、前記スイッチ素子の前記短絡状態を検出したときに検出信号を出力する短絡検出用コンパレータと、前記検出信号を所定時間継続して受信して前記所定時間を経過した時点で前記短絡検出信号を出力する短絡検出用検出遅れ回路と、を含み、
前記保護制御回路は、カウンタ回路を含み、前記カウンタ回路は、前記検出信号から前記微小短絡パルスを検出し、前記入力信号に同期して前記微小短絡パルスの連続発生回数を計数して、前記連続発生回数が所定回数に達した場合に保護信号を出力する、
請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記保護制御回路から前記保護信号が出力された場合、前記スイッチ素子の駆動が停止され、外部にアラーム通知が出力される、請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
前記所定時間は１ｍｓであり、前記微小短絡パルスの前記第２のパルス幅は１ｍｓ未満である、請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
前記スイッチ素子の前記短絡状態を検出して前記短絡パルスの前記第１のパルス幅が所定時間を継続して超えた場合に前記短絡検出信号を出力する前記短絡検出回路と、前記スイッチ素子の動作温度を検出して前記スイッチ素子の過熱状態が第１の時間を継続した場合に過熱検出信号を出力する過熱検出回路と、をさらに備え、
前記保護制御回路は、前記短絡検出回路において非検出である、前記所定時間よりも短い前記第２のパルス幅を持つ前記微小短絡パルスを検出し、前記微小短絡パルスの連続発生回数が所定回数に達し、かつ前記過熱状態が検出された場合に、前記第１の時間を短縮した第２の時間に保護信号を出力する、
請求項２記載の半導体装置。
【請求項７】
前記短絡検出回路は、前記スイッチ素子の前記短絡状態を検出したときに第１の検出信号を出力する短絡検出用コンパレータと、前記第１の検出信号を前記所定時間継続して受信して前記所定時間を経過した時点で前記短絡検出信号を出力する短絡検出用検出遅れ回路と、を含み、
前記過熱検出回路は、前記スイッチ素子の前記過熱状態を検出したときに第２の検出信号を出力する過熱検出用コンパレータと、前記第２の検出信号を前記第１の時間継続して受信して前記第１の時間を経過した時点で前記過熱検出信号を出力する過熱検出用検出遅れ回路と、を含む、
請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記保護制御回路は、カウンタ回路、論理積素子、時間短縮用検出遅れ回路および論理和素子を含み、
前記カウンタ回路は、前記第１の検出信号から前記微小短絡パルスを検出し、前記入力信号に同期して前記微小短絡パルスの前記連続発生回数を計数して、前記連続発生回数が所定回数に達した場合にカウンタ信号を出力し、
前記論理積素子は、前記カウンタ信号と、前記第２の検出信号とを受信した場合に論理積信号を出力し、
前記時間短縮用検出遅れ回路は、前記論理積信号を受信してから前記第２の時間を経過した時点で時間短縮検出信号を出力し、
前記論理和素子は、前記過熱検出信号または前記時間短縮検出信号の少なくとも一方を受信した場合に前記保護信号を出力する、
請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
前記保護制御回路は、カウンタ回路、インバータ素子、ＰＭＯＳトランジスタ、時間短縮用検出遅れ回路および論理和素子を含み、
前記カウンタ回路は、前記第１の検出信号から前記微小短絡パルスを検出し、前記入力信号に同期して前記微小短絡パルスの前記連続発生回数を計数して、前記連続発生回数が所定回数に達した場合にカウンタ信号を出力し、
前記インバータ素子は、前記カウンタ信号のレベルを反転した反転カウンタ信号を出力し、
前記ＰＭＯＳトランジスタは、前記反転カウンタ信号によりオンして、前記第２の検出信号を前記時間短縮用検出遅れ回路に入力し、
前記時間短縮用検出遅れ回路は、前記第２の検出信号を受信してから前記第２の時間を経過した時点で時間短縮検出信号を出力し、
前記論理和素子は、前記過熱検出信号または前記時間短縮検出信号の少なくとも一方を受信した場合に前記保護信号を出力する、
請求項７記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記保護制御回路から前記保護信号が出力された場合、前記スイッチ素子の駆動が停止され、外部にアラーム通知が出力される、請求項６記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのパワー半導体であるスイッチ素子と、スイッチ素子を駆動する駆動回路等を内蔵したＩＰＭ（Intelligent Power Module）と呼ばれる半導体装置の開発が進んでいる。ＩＰＭでは、スイッチ素子を保護するための保護機能が設けられている。
【０００３】
関連技術としては、例えば、過電流保護回路からの過電流検出信号を利用して、過電流保護回路の応答時間を変更する技術が提案されている（特許文献１）。また、半導体装置の温度に応じた電圧と半導体装置に流れる電流に応じた電圧との加算値で半導体装置の過熱状態を判別する技術が提案されている（特許文献２）。さらに、電力変換装置の出力電流の増加に応じてスイッチング素子の温度保護レベルを低下させ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】
特開２００２－２８０８８６号公報
特開２０２２－１９１２８号公報
特開２００７－１７４８３２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、微小短絡パルスの連続発生を検出してスイッチ素子の保護機能の向上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、入力信号にもとづきスイッチングして負荷を作動するスイッチ素子と、スイッチ素子が短絡状態となった場合に出力される短絡パルスの持つ第１のパルス幅より短い第２のパルス幅を持つ微小短絡パルスの連続発生を検出した場合にスイッチ素子の保護を行う保護制御回路と、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
１側面によれば、微小短絡パルスの連続発生を検出してスイッチ素子の保護機能を向上させることが可能になる。
【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。
微小短絡パルスの連続発生回数が所定回数に達した状態の一例を示す図である。
微小短絡パルスが未発生の状態の一例を示す図である。
微小短絡パルスの連続発生回数が所定回数に満たない状態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。
微小短絡パルスの連続発生回数が所定回数に達したときの保護を説明するための図である。
微小短絡パルスの連続発生時に過熱によってＩＧＢＴが破壊される状態の一例を説明するための図である。
半導体装置の構成の一例を示す図である。
微小短絡パルスの連続発生および過熱状態の検出時に保護がかかるまでの時間を短縮したときの動作を説明するための図である。
半導体装置の構成の一例を示す図である。
カウンタ回路の構成の一例を示す図である。
検出遅れ回路の構成の一例を示す図である。
検出遅れ時間を説明するための図である。
ヒステリシス回路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構成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、スイッチ素子１ａと、保護制御回路１ｂを有する。スイッチ素子１ａは、入力信号Ｖｉｎにもとづきスイッチングして負荷を作動する。スイッチ素子１ａは、例えば、ＩＧＢＴまたはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）のような電圧駆動型電力制御素子のパワー半導体である。
（【００１１】以降は省略されています）

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