CN100517902C

CN100517902C - 电力半导体元件的驱动电路

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Publication number: CN100517902C
Application number: CNB031523498A
Authority: CN
Inventors: 大井健史; 中山靖; 田中毅
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Nexgen Control Systems LLC
Priority date: 2002-07-30
Filing date: 2003-07-29
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2023-07-29
Also published as: US6906574B2; US20040027762A1; CN1476136A; JP3883925B2; JP2004064930A; DE10334832B4; DE10334832A1

Abstract

在适用于耐压高的IGBT(1)的情况下，产生把耐压高的二极管(5)串联连接成多级的需要，存在导致成本高或者可靠性降低的课题，另外，由集电极电压检测电路(6)进行的短路探测显著滞后，存在有时不能够保护IGBT(1)的课题，解决的方法是抽样电路(16)在允许栅极电压(Vge)的检测处理期间中，检测该栅极电压(Vge)，如果该栅极电压(Vge)超过基准值，则认定在IGBT(11)中发生了异常。

Description

电力半导体元件的驱动电路

技术领域

本发明涉及用来探测在电力半导体元件中所发生的异常的电力半导体元件的驱动电路。

背景技术

图24是示出以往的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，1是作为电力半导体元件的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，2是如果从外部输入导通指令，则把使IGBT1转移到闭合状态的栅极指令输出到缓冲器3，如果从外部输入关断指令，则把使IGBT1转移到断开状态的栅极指令输出到缓冲器3的控制逻辑块，3是根据从控制逻辑块2输出的栅极指令驱动IGBT1的缓冲器，4a是导通栅极电阻，4b是关断栅极电阻，5是阴极连接到IGBT1的集电极，阳极连接到集电极电压检测电路6的二极管，6是如果二极管5的阳极电压比基准电压高，则把异常信号输出到控制逻辑块2的集电极电压检测电路。

其次说明其动作。

控制逻辑块2如果从外部输入导通指令，则把使IGBT1转移到闭合状态(以下，称为导通)的栅极指令输出到缓冲器3。

缓冲器3如果从逻辑块2接收到使IGBT1完成导通的栅极指令，则把该栅极指令放大，把放大后的栅极指令经过导通栅极电阻4a输出到IGBT1的栅极。

由此，IGBT1导通。

另外，控制逻辑块2如果从外部输入关断指令，则把使IGBT1转移到断开状态(以下，称为关断)的栅极指令输出到缓冲器3。

缓冲器3如果从逻辑块2接收到使IGBT1关断的栅极指令，则把该栅极指令放大，把放大后的栅极指令经过关断栅极电阻4b输出到IGBT1的栅极。

由此，IGBT1完成关断。

这里，如果IGBT1导通，则IGBT1的集电极电压下降，二极管5导通。由此，从IGBT1的发射极电压来看，二极管5的阳极电压成为IGBT1的导通电压+二极管5的导通电压。

另外，如果IGBT1的集电极电流增大，则IGBT1的集电极电压也升高，与此相伴随，二极管5的阳极电压也升高。

从而，在IGBT1的导通期间中，如果监视二极管5的阳极电压，例如，当发生了短路在IGBT1中流过大电流的情况下，由于二极管5的阳极电压非常高，因此能够探测短路。

于是，集电极电压检测电路6监视二极管5的阳极电压，如果该阳极电压比基准电压高，则向控制逻辑块2输出异常信号。

逻辑块2如果从集电极电压检测电路6接收到异常信号，则为了防止由于大电流破坏IGBT1，把使IGBT1关断的栅极指令输出到缓冲器3，进行大电流的切断动作。

由于以往的电力半导体元件的驱动电路如以上那样构成，因此在适用于耐压高的IGBT1中的情况下，产生把耐压高的二极管5串联成多级的需要，存在导致成本高或者可靠性降低的课题。

另外，在耐压高的IGBT1中，在导通后，集-射间电压不能够立即转移到固定值(在静止特性下可以得到的值)，而需要经过某种程度的过渡期间到达固定值(根据情况，在导通后，有经过10μs以上，集电极电压才成为数十V电压的情况)。从而，为了区别通常的导通和短路，需要屏蔽上述那样的过渡期间。为此，由集电极电压检测电路6进行的短路探测显著地滞后，存在有时不能够保护IGBT1的课题。

发明内容

本发明是为解决上述的课题而产生的，目的在于得到即使在适用于耐压高的IGBT的情况下，也能够迅速地探测短路保护IGBT的可靠性高的电力半导体元件的驱动电路。

本发明的电力半导体元件的驱动电路设置如果控制装置输入导通指令，则在预先设定的期间中，检测对于电力半导体元件的控制装置的控制量的控制量检测装置，由该控制量检测装置检测出的控制量监视，使得探测在该电力半导体元件中发生异常。

本发明的电力半导体元件的驱动电路检测电力半导体元件的控制端子中的控制电压、或者流过该控制端子的控制电流、或者供给到该控制端子的电荷量作为控制装置的控制量。

本发明的电力半导体元件的驱动电路在控制装置刚刚输入了导通指令以后，在电力半导体元件的控制端子中的控制电压到达预定的电压值之前的过渡期间中，检测上述控制装置对于上述电力半导体元件的控制量。

本发明的电力半导体元件的驱动电路在控制装置输入了导通指令以后，从经过了任意确定的一定时间的时刻，在电力半导体元件的控制端子中的控制电压到达预定电压值之前的过渡期间中，检测上述控制装置对于上述电力半导体元件的控制量。

本发明的电力半导体元件的驱动电路如果异常探测装置探测到发生异常，则把电力半导体元件转移到断开状态。

本发明的电力半导体元件的驱动电路设置了切断速度调整电路，该切断速度调整电路在根据异常发生的探测把电力半导体元件转移到断开状态的情况下，与根据关断指令的输入把电力半导体元件转移到断开状态的情况相比较，减缓使上述电力半导体元件转移到断开状态时的切断速度。

本发明的电力半导体元件的驱动电路监视由控制量检测装置检测出的控制量，探测在上述电力半导体元件中发生异常，在控制装置输入了导通指令以后，只要在预先设定的期间中，则使对该异常发生的探测成为有效。

如上所述，如果依据本发明，则由于构成为设置如果控制装置输入导通指令，则在预先设定的期间中，检测控制装置对于电力半导体元件的控制量的控制量检测装置，监视由该控制量检测装置检测出的控制量，探测在该电力半导体元件中发生异常，因此，具有即使在电力半导体元件的耐压高的情况下，也能够迅速地探测短路保护电力半导体元件的效果。

如果依据本发明，则由于构成为作为控制装置的控制量，检测电力半导体元件的控制端子中的控制电压，或者流过该控制端子的控制电流，或者供给到该控制端子的电荷量，因此，具有不导致结构的复杂化，能够检测控制装置的控制量的效果。

如果依据本发明，则由于构成为在控制装置刚刚输入了导通指令以后，在电力半导体元件的控制端子中的控制电压到达预定的电压值之前的过渡期间中，检测控制装置对于电力半导体元件的控制量，因此具有防止正常时的异常探测装置的误动作提高可靠性的效果。

如果依据本发明，则由于构成为在控制装置输入了导通指令以后，从经过了一定时间的时刻，在电力半导体元件的控制装置中的控制电压到达预定电压值之前的过渡期间中，检测控制装置对于电力半导体元件的控制量，因此具有防止正常时的异常探测装置的误动作，提高可靠性的效果。

如果依据本发明，则由于构成为如果异常探测装置探测到发生异常，则把电力半导体元件转移到断开状态，因此具有能够防止破坏电力半导体元件的效果。

如果依据本发明，则由于构成为在根据异常发生的探测把电力半导体元件转移到断开状态的情况下，与根据关断指令的输入把电力半导体元件转移到断开状态的情况相比较，减缓使该电力半导体元件转移到断开状态时的关断速度，因此，具有能够抑制发生大的浪涌电压，防止破坏电力半导体元件的效果。

如果依据本发明，则由于构成为监视由控制量检测装置检测出的控制量，探测在上述电力半导体元件中发生异常，在控制装置输入了导通指令以后，只要在预先设定的期间中，就使其异常发生的探测结果成为有效，因此，具有即使在电力半导体元件的耐压高的情况下，也能够迅速地探测短路保护电力半导体元件的效果。

附图说明

图1是示出本发明实施形态1的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图2是示出适用了电力半导体元件的驱动电路的半桥电路的电路图。

图3是示出正常时的导通时的栅极电压，集-射间电压以及集电极电流的波形的说明图。

图4是示出短路时的导通时的栅极电压，集-射间电压以及集电极电流的波形的说明图。

图5是说明本发明实施形态1的电力半导体元件的驱动电路的动作顺序的说明图。

图6是示出本发明实施形态2的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图7是示出本发明实施形态2的电力半导体元件的驱动电路的动作顺序的说明图。

图8是示出本发明实施形态3的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图9是说明没有连接电容器时的栅极电压检测信号和连接了电容器时的栅极电压检测信号的说明图。

图10是示出本发明实施形态4的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图11是示出本发明实施形态4的电力半导体元件的驱动电路的动作顺序的说明图。

图12是示出本发明实施形态5的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图13是示出本发明实施形态5的电力半导体元件的驱动电路的动作顺序的说明图。

图14是示出本发明实施形态6的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图15是示出本发明实施形态7的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图16是示出本发明实施形态8的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图17是示出正常时的导通时的栅极电压以及栅极的波形的说明图。

图18是示出短路时的导通时的栅极电压以及栅极的波形的说明图。

图19是示出本发明实施形态9的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图20是示出本发明实施形态10的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图21是示出正常时的导通时的栅极电压、栅极电流以及栅极电流积分值(电荷量)的波形的说明图。

图22是示出短路时的导通时的栅极电压、栅极电流以及栅极电流积分值(电荷量)的波形的说明图。

图23是示出本发明实施形态11的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

图24是示出以往的电力半导体元件的驱动电路的结构图。

具体实施方式

以下，说明本发明的一实施形态。

实施形态1

图1是示出本发明实施形态1的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，11是作为电力半导体元件的IGBT(绝缘栅双极型晶体管)。其中，电力半导体元件不限于IGBT，例如也可以是MOSFET等电压驱动型半导体元件。

12是如果从外部输入导通指令，则把使IGBT11导通的栅极指令输出到缓冲器13，如果从外部输入关断指令，则把使IGBT11关断的栅极指令输出到缓冲器13的控制逻辑块，13是根据从控制逻辑块12输出的栅极指令驱动IGBT11的缓冲器，14a是导通栅极电阻，15是在根据异常发生的探测使IGBT11关断的情况下，与根据关断指令的输入使IGBT11关断的情况相比较，迟缓使IGBT11关断时的切断速度的切断速度调整电路，切断速度调整电路15在内部安装了关断栅极电阻。另外，由控制逻辑块12，缓冲器13，导通栅极电阻14a以及切断速度调整电路15构成控制装置。

16是在控制逻辑块12刚刚从外部输入了导通指令后，仅在IGBT11的栅极端子(控制端子)中的栅极电压Vg(控制电压)到达导通栅极电压之前的过渡期间中，允许进行栅极电压Vg的检测处理的抽样电路(控制量检测装置)，17是在允许抽样电路16进行栅极电阻Vg的检测处理的期间中，作为对于IGBT11的缓冲器13的控制量，检测IGBT11的栅极端子中的栅极电压Vg，如果该栅极电压Vg超过基准值，则认定在IGBT11中发生了异常的栅极电压检测电路(控制量检测装置，异常探测装置)。

图2是示出使用了图1的电力半导体元件的驱动电路的半桥电路的电路图，图中，11a、11b是IGBT，21是图1的电力半导体元件的驱动电路，22a、22b是与IGBT11a、11b反向并联连接的返流二极管，23是直流电源，24是感性负载。

这里，示出把电力半导体元件的驱动电路适用在半桥电路中的情况，但并不限于这种情况，当然也能够适用在其它的电路中。

其次说明动作。

首先，设IGBT11b如图2所示，栅-射间短路，常时为OFF。

另一方面，设在IGBT11a的栅-射之间，连接着电力半导体元件的驱动电路21，提供与导通指令或者关断指令相对应的栅极电压。

如果IGBT11a在正常时导通，则从直流电源23经过感性负载24在IGBT11a中流过电流。

如果IGBT11a关断，则切断从直流电源23输出的电流的同时，返流二极管22b导通，在由感性负载24和返流二极管22b构成的闭合电路中流过电流。

如果IGBT11a再次导通，则返流二极管22b被反向偏置，切断返流电流，流过感性负载24的电流换流到IGBT11a中。

如果在IGBT11a的导通期间中返流二极管22b由于某些原因短路，则在IGBT11a的集-射间构成连接了直流电源23的形状，在IGBT11a中流过很大的短路电流，集-射间电压成为与直流电源23的电压相同。如果长时间持续该状态，则将破坏IGBT11a。

电力半导体元件的驱动电路21的目的在于高速地探测这样的短路状态，安全地进行切断动作。

这里，图3是示出正常时的导通时的栅极电压Vg，集-射间电压Vce以及集电极电流Ic的波形的说明图。

正常时，如果驱动电路接受导通指令，输出指示导通的栅极指令，则IGBT11的栅极电压Vg开始上升，如果该栅极电压Vg超过了预定的阈值则集电极电流Ic开始增加。

如果IGBT11流过与感性负载电流相同程度的集电极电流Ic，则集-射间电压Vce开始下降，栅极电压Vg成为几乎恒定的电压。该期间已知作为密勒期间。

在密勒期间中，伴随着集-射间电压Vce的变化，来自栅极驱动器的电流经过集-栅间的反馈电容被旁路到集电极一侧，因此栅极电压Vg成为恒定。反馈电容具有电压依赖性，如果集电极电压降低到导通电压电平则成为相当大的值。

如果密勒期间结束，则栅极电压Vg再次开始上升，但是与密勒期间之前相比较，由于反馈电容增大，因此以缓慢的时间常数上升，到达预定的导通栅极电压。栅极电压Vg经过以上那样的过渡期间，达到稳定状态。

图4是示出短路时的导通时的栅极电压Vg，集-射间电压Vce以及集电极电流Ic的波形的说明图。

这里，作为短路状态假设图2中的返流二极管22b为短路。

在这样的短路状态下，如果IGBT11导通，则在IGBT11的集-射间直接加入直流电源电压，流过很大的短路电流。该短路电流上升到几乎由栅-射间电压Vge(相当于栅极电压Vg)决定的饱和电流为止。这时，由于在IGBT11的集-射间加入很大的电压，而且流过很大的电流，因此如果长时间持续该状态则将破坏IGBT11。

这种短路状态下的栅极电压Vg的波形与正常时不同，不存在密勒期间，一气上升到导通栅极电压。其理由是由于在这样的短路状态下，集-射间电压Vce保持高电压状态几乎不发生变化，另外，由于反馈电容很小，因此几乎不流过充放电电流。

从而，如果这样检测出正常时与短路时的栅极电压Vg的差别，则能够探测短路状态。另外，根据同样的理由，导通时的栅极电流Ig的波形或者从控制电源供给到IGBT11的栅极的电荷量在正常时和短路时也不相同，通过检测出它们的差别也能够探测短路状态。

以下，说明图1的电力半导体元件的驱动电路的动作。

首先，控制逻辑块12如果从外部输入导通指令，则把使IGBT11导通的栅极指令输出到缓冲器13。

缓冲器13如果从控制逻辑块12接收到使IGBT11导通的栅极指令，则把该栅极指令放大，把放大后的栅极指令经过导通栅极电阻14a输出到IGBT11的栅极。

由此，IGBT11导通。

另外，控制逻辑块12如果从外部输入关断指令，则把使IGBT11关断的栅极指令输出到缓冲器13。

缓冲器13如果从控制逻辑块12接收到使IGBT11关断的栅极指令，则把该栅极指令放大，把放大后的栅极指令经过切断速度调整电路15输出到IGBT11的栅极。切断速度调整电路15的动作在后面叙述。

由此，IGBT11关断。

在导通的过渡期间中，如上所述，正常时和短路时的栅极电压Vg不同，而如果经过某种程度的时间，则无论是正常时还是短路时，栅极电压Vg到达相同的导通电压，即使监视栅极电压Vg也不能够探测IGBT11的异常。

因此，抽样电路16限制栅极电压检测电路17中的栅极电压Vg的检测期间。

即，如图5所示，如果控制逻辑块12从外部输入导通指令，则从导通指令的输入时刻t0开始，抽样电路16对于电压检测电路17允许进行栅极电Vg的检测处理。

随后如果经过一定时间成为时刻t1(时刻t1是栅极电Vg到达导通栅极电压之前的时刻，时刻t1考虑IGBT11的特性设定)，则抽样电路16对于栅极电压检测电路17不允许进行栅极电压Vg的检测处理。

另外，抽样电路16既能够防止从时刻t1到时刻t2期间的检测，也能够把关断期间(时刻t0之前的期间，或者时刻t2以后的期间)包括在检测期间中。

栅极电压检测电路17在抽样电路16允许栅极电压Vg的检测处理的期间中，检测IGBT11的栅极端子中的栅极电压Vg。

栅极电压检测电路17在该检测期间中，如果该栅极电压Vg超过了基准值，则认定在IGBT11中发生异常，把异常信号输出到控制逻辑块12以及切断速度调整电路15。

控制逻辑块12如果从栅极电压检测电路17接收到异常信号，则为了防止大电流破坏IGBT11，把使IGBT11关断的栅极指令输出到缓冲器13。

缓冲器13如果从控制逻辑块12接收到使IGBT11完成关断的栅极指令，则把该栅极指令放大，把放大后的栅极指令输出到切断速度调整电路15。

切断速度调整电路15如果从缓冲器13接收到放大后的栅极指令，则根据该栅极指令使IGBT11关断，而由于在短路状态下流过大电流，如果用通常的速度切断这样的大电流，则发生大的浪涌电压，有可能破坏IGBT11，因此与在正常时关断的情况相比较，控制浪涌电压减缓切断速度。

其中，在发生浪涌电压的主电路布线电感十分小的情况下，或者在外部设置着抑制浪涌电压的浪涌电压保护电路等的情况下，并不一定需要切断速度调整电路15。

如从以上明确的那样，如果依据该实施形态1，则由于构成为设置抽样电路16，该抽样电路16在控制逻辑块12从外部刚刚输入了导通指令以后，只要是在IGBT11的栅极电压Vg到达导通栅极电压之前的过渡期间中，就允许进行该栅极电压Vg的检测处理，在抽样电路16允许栅极电压Vg的检测处理的期间中，检测该栅极电压Vg，如果该栅极电压Vg超过基准值，则认定发生IGBT11中的异常，因此即使是在IGBT11的耐压高的情况下，也能够起到迅速地探测短路，保护IGBT11的效果。

另外，在该实施形态1中，示出了栅极电压检测电路17输出异常信号，控制逻辑块12输出使IGBT11关断的栅极指令，而也可以是当外部未图示的控制电路从栅极电压检测电路17接收到异常信号时，使IGBT11关断。

另外，在该实施形态1中，示出了在控制逻辑块12从外部刚刚输入了导通指令以后，只要是在IGBT11的栅极电压Vg到达导通栅极电压之前的过渡期间中，就允许该栅极电压Vg的检测处理，而也可以是在控制逻辑块12从外部输刚刚输入了导通指令以后，只要是在IGBT11的栅极电压Vg到达导通栅极电压之前的过渡期间中，就使得从栅极电压检测电路17输出到控制逻辑块12的异常信号为有效。

实施形态2

图6是示出本发明实施形态2的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图1相同的符号示出相同或者相当的部分因此省略说明。另外，图6示出图1中的抽样电路16以及栅极电压检测电路17的具体例子。其中，省略了切断速度调整电路15，缓冲器13在导通时连接IGBT11的栅极和输出控制电压Vcc的控制电源，在关断时连接IGBT11的栅极和接地点。

31是输入从控制逻辑块12输出的栅极指令，把该栅极指令保持与时刻t1-时刻t0的期间相当的时间后输出的延迟电路，作为延迟电路31，有CR滤波器与缓冲器或者比较器的组合，或者延迟线等。32是为了只要在栅极电压Vg的检测期间中就使N沟道MOSFET33成为关断状态，而把从延迟电路31输出的栅极指令的逻辑翻转的反相器，33是根据反相器32的输出信号导通关断的N沟道MOSFET。其中，只要是根据反相器32的输出信号导通关断的开关，则就不一定是N沟道MOSFET，例如也可以是双极型晶体管等开关。

34、35是把IGBT11的栅极电压Vg分压，把其分压电压提供给比较器38的分压电阻，36、37是把控制电压Vcc分压，把其分压电压(基准值)提供给比较器38的分压电阻。另外，分压电阻34～37设定成使得如果栅极电压Vg成为控制电压Vcc的电平，则栅极电压Vg的分压电压稍稍超过基准值。在分压中使用的电阻既可以如图6所示那样是2个串联的结构，也可以是3个以上串联的结构。另外，也可以不是电阻分压方式，而是齐纳二极管与电阻的串联连接结构。另外，在比较器38的电源电压比控制电压Vcc高的情况下，也可以直接输入栅极电压Vg和控制电压Vcc。

38是把栅极电压Vg的分压电压与基准值进行比较的比较器，39是电阻。

其次说明动作。

首先，抽样电路16的延迟电路31如果控制逻辑块12从外部输入导通指令，输出使IGBT11导通的栅极指令，则由于把栅极电压Vg的检测期间的结束时刻设定为时刻t1，因此把栅极指令保持与时刻t1-时刻t0的期间相当的时间后输出。

反相器32如果从延迟电路31接收到栅极指令，则把该栅极指令的逻辑翻转后输出到N沟道MOSFET33的栅极。

由此，如图7所示，由于在到达时刻t1之前的时刻，即，从反相器32接收逻辑翻转后的栅极指令之前的时刻，N沟道MOSFET33的栅极的信号电平是L电平，因此N沟道MOSFET33成为关断状态。但是，在时刻t1的时刻，即，由于在从反相器32接收到逻辑翻转后的栅极指令的时刻成为H电平，因此N沟道MOSFET33成为导通状态。

栅极电压检测电路17的分压电阻34、35把IGBT11的栅极电压Vg分压，把该分压电压提供给比较器38，分压电阻36、37把控制电压Vcc分压，把该分压电压(基准值)提供给比较器38。

其中，N沟道MOSFET33如上述那样，由于在至时刻t1之前的时刻是关断状态，因此虽然由分压电阻34、35把栅极电压Vg分压的分压电压提供给比较器38，但是由于如果成为时刻t1才成为导通状态，因此该分压电压降低到N沟道MOSFET33的导通电压。由此，栅极电压Vg即使到达控制电压Vcc的电平，也不从比较器38输出表示异常信号的电平的信号，禁止正常时的比较器38的动作。

另外，在短路时，在N沟道MOSFET33成为导通状态之前，由于栅极电压Vg到达控制电压Vcc的电平，栅极电压Vg的分压电压稍稍超过基准值，因此比较器38把表示异常信号的电平的信号输出到控制逻辑块12。

由此，控制逻辑块12与上述实施形态1相同，使IGBT11关断。

如果依据该实施形态2，则即使在不导致结构的复杂化，IGBT11的耐压高的情况下，也能够起到迅速地探测短路，保护IGBT11的效果。

实施形态3

图8是示出本发明实施形态3的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，因此与图6相同的符号由于表示相同或者相当的部分省略说明。

40是与分压电阻35并联连接的电容器。

以下说明电容器40的作用。

图9是示出没有连接电容器40时的栅极电压检测信号(由分压电阻34、35把栅极电压Vg分压的分压电压)和连接了电容器40时的栅极电压检测信号的说明图。

没有连接电容器40时的栅极电压检测信号的波形由于是电阻分压波形，因此与栅极电压Vg的波形相似。

在图2那样的半桥电路中如果IGBT11a导通，则二极管22b的恢复电流迭加到集电极电流上，在集电极电流Ic的波形中出现电流峰值(参照图3)。与此相伴随，栅极电压Vg也出现电压峰值。进而，在该期间有时集电极电流Ic的时间变化大，感应电压迭加到栅极电压Vg上。如果该栅极电压Vg的峰值大，则栅极电压检测电路17的比较器38在正常时根据栅极电压Vg的峰值电压进行动作，有可能输出异常信号。这样的状态能够通过屏蔽导通时的二极管22b的恢复电压或者由感应电压引起的栅极电压变动回避。

在该实施形态3中，为了避免上述的状态，与分压电阻35并联连接电容器40。

如果与分压电阻35并联连接电容器40，则由于比较器38的输入级的响应速度迟缓，因此如图9所示，屏蔽导通时的栅极电压Vg的变动。另外，如图9所示，由于栅极电压检测信号的波形平缓，到达固定状态的时刻迟缓，因此还能够把栅极电压Vg的检测期间从时刻t1延伸到t3。

如果依据该实施形态3，则由于能够防止正常时的栅极电压检测电路17的误动作，因此能够提高电力半导体元件的驱动电路的可靠性。

实施形态4

图10是示出本发明实施形态4的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图6相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。

41是输入从控制逻辑块12输出的栅极指令，把该栅极指令保持与时刻t4-时刻t0的期间相当的时间后输出的延迟电路，42是把从延迟电路41输出的栅极指令的逻辑翻转的反相器，43是只要在时刻t4到时刻t1的期间中，就使N沟道MOSFET33成为关断状态的NAND电路。

在上述实施形态2中，示出了在控制逻辑块12刚刚输入了导通指令的时刻t0，允许栅极电压Vg的检测处理，而也可以从栅极电压Vg的检测期间中去除刚刚导通后的一定期间(从时刻t0到时刻t4的期间)。

如果控制逻辑块12从外部输入导通指令，输出使IGBT11导通的栅极指令，则如图1所示，由于抽样电路16的延迟电路31把栅极电Vg的检测期间的结束时刻设定为时刻t1，因此把栅极指令保持与时刻t1-时刻t0的期间相当的时间后输出到NAND电路43。

另一方面，如果从控制逻辑块12接收到使IGBT11导通的栅极指令，则由于抽样电路16的延迟量路41在导通时的恢复期间结束以后开始栅极电压Vg的检测期间，即，把栅极电压Vg的检测期间的开始时刻设定为时刻t4，因此把该栅极指令保持与时刻t4-时刻t0的期间相当的时间后输出。

反相器42如果从延迟电路41接收到栅极指令，则把该栅极指令的逻辑翻转后输出到NAND电路43。

NAND电路43如上述那样，如果从延迟电路31以及反相器42接收到信号，则如图11所示，只要是在时刻t4到时刻t1的期间中，就把使N沟道MOSFET33成为关断状态的逻辑信号输出到N沟道MOSFET33的栅极。

由此，N沟道MOSFET33要是在时刻t4到时刻t1的期间中，就成为关断状态。

以下由于与上述实施形态2相同因此省略说明。

如果依据该实施形态4，则由于能够防止正常时的栅极电压检测电路17的误动作，因此能够提高电力半导体元件的驱动电路的可靠性。

另外，在该实施形态4中，示出延迟电路41从控制逻辑块12输入使IGBT11导通的栅极指令，而在缓冲器13成为反相器结构的情况下，也可以把来自缓冲器13的信号输入到延迟电路41中。这种情况下，不需要反相器42。另外，与上述实施形态3相同，还可以与分压电阻35并联连接电容器40。

实施形态5

图12是示出本发明实施形态5的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图6相同的符号示出相同或者相当的部分因此省略说明。

44是求比较器38的输出信号与延迟电路31的输出信号的逻辑积的AND电路。

其次说明动作。

抽样电路16的延迟电路31与上述实施形态2相同，设定在栅极电压Vg的检测期间的结束时刻t1，输出信号的信号电平从H电平翻转到L电平那样的延迟时间(参照图13)。

AND电路44输入比较器38的输出信号与延迟电路31的输出信号，求逻辑积，而如图13所示，正常时的情况下，比较器38的输出信号成为H电平是在时刻t1延迟电路31的输出信号成为L电平以后，因此AND电路44的输出信号维持L电平。

另一方面，在短路时的情况下，在延迟电路31的输出信号成为L电平之前比较器38的输出信号成为H电平，因此AND电路44的输出信号成为H电平(成为表示探测异常的逻辑电平)。

以下，由于与上述实施形态2相同因此省略说明。

如果依据该实施形态5，则由于能够防止正常时的栅极电压检测电路17的误动作，因此能够提高电力半导体元件的驱动电路的可靠性。

另外，与上述实施形态4相同，还能够从栅极电压Vg的检测期间去除刚刚导通后的恢复期间。

实施形态6

图14是示出本发明实施形态6的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图6相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。

45是阴极连接IGBT11的栅极端子，如果栅极电压Vg成为接近控制电压Vcc则击穿的齐纳二极管，46是一端连接齐纳二极管45的阳极，另一端连接N沟道MOSFET33的漏极的电阻，47是基极连接齐纳二极管45的阳极，发射极连接N沟道MOSFET33的漏极的晶体管，48是一端连接控制电源，另一端连接晶体管47的集电极的电阻，49是一端连接晶体管47的集电极，另一端连接接地点的电容器。

其次说明动作。

栅极电压检测电路17如果抽样电路16的N沟道MOSFET33成为导通状态则进行动作。

栅极电压检测电路17的齐纳二极管45使用如果栅极电Vg接近控制电压Vcc则击穿的齐纳电压，在N沟道MOSFET33导通状态的期间中，如果栅极电压Vg到达控制电压Vcc的电平，则齐纳二极管45击穿。

由此，由于在电阻46的两端发生电压，晶体管47导通，因此电容器49成为放电状态，栅极电压检测电路17对于控制逻辑块12的输出信号成为L电平。

从而，在N沟道MOSFET33导通状态的期间中，成为栅极电压Vg的检测期间。为此，抽样电路16由于必须在检测期间的结束时把N沟道MOSFET33置为关断状态，因此来自控制逻辑块12的输入与上述实施形态2相同，如果设在导通时成为L电平，则连接电路31在检测期间的结束时把L电平的信号输出到N沟道MOSFET33。

如果依据该实施形态6，则不用设置上述实施形态2那样的反相器32，而能够进行IGBT11的短路保护。

实施形态7

图15是示出本发明实施形态7的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图6相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。

50a是根据从控制逻辑块12输出的栅极指令导通关断的P沟道MOSFET，50b是根据从控制逻辑块12输出的栅极指令导通关断的N沟道MOSFET。其中，50a、50b也不一定是MOSFET，例如，也可以使用双极型晶体管。51是关断栅极电阻，52是N沟道MOSFET，53是根据栅极电压检测电路17的输出信号使N沟道MOSFET52导通关断的反相器。

其次说明与上述实施形态2的不同点。即，说明正常时的关断动作和栅极电压检测电路17探测到短路时的关断动作。

首先，正常时，反相器53的输出信号成为H电平，根据来自控制逻辑块12的栅极指令(使IGBT11关断的栅极指令)，N沟道MOSFET50b导通，几乎同时N沟道MOSFET52也导通。这时，实质的关断栅极电阻的电阻值成为关断栅极电阻14b、51的并联连接值。

其次在探测到短路时，栅极电压检测电路17动作，反相器53的输出信号成为L电平，N沟道MOSFET52关断。这时，关断栅极电阻由于成为仅是栅极关断栅极电阻14b，因此与正常时相比较能够以迟缓的速度切断。

如果依据该实施形态7，则在短路探测时，能够由切断速度调整电路15以比正常时慢的速度切断，抑制浪涌电压。

实施形态8

图16是示出本发明实施形态8的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图1相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。

18是在抽样电路16允许栅极电流Ig的检测处理的期间中，作为缓冲器13对于IGBT11的控制量，检测流过IGBT11的栅极端子的栅极电流Ig，如果该栅极电流Ig成为基准值以下，则认定发生IGBT11中的异常的栅极电流检测电路(控制量检测装置，异常探测装置)。

在上述实施形态1，作为缓冲器13对于IGBT11的控制量，示出了检测IGBT11的栅极端子中的栅极电压Vg，而也可以通过检测流过IGBT11的栅极端子栅极电流Ig探测短路。

图17是示出正常时的导通时的栅极电压Vg以及栅极电流Ig的波形的说明图，图18是示出短路时的导通时的栅极电压Vg以及栅极电流Ig的波形的说明图。

如在上述实施形态1说明过的那样，在正常时，在导通时出现密勒期间，栅极电压Vg成为恒定。这时栅极电流Ig如图17所示那样几乎成为恒定，在密勒期间结束以后逐渐减少。

另一方面，在短路时，如图18所示那样没有密勒期间，栅极电压Vg迅速上升到达控制电压Vcc。栅极电流Ig同样在刚刚导通以后迅速上升，然后立即衰减。即，在短路时，栅极电流Ig立即衰减成为0，而与此不同，在正常时在密勒期间中成为恒定以后才成为0，因此如果检测出该差异则能够探测短路。

因此，在该实施形态8中，栅极电流检测电路18在根据抽样电路16允许检测处理的期间中，检测流过IGBT11的栅极端子的栅极电流Ig，如果该栅极电流Ig成为基准值以下，则把异常信号输出到控制逻辑块12。

在该实施形态8中，虽然抽样电路16限制栅极电流Ig的检测期间，但如图17以及图18所示，如果控制逻辑块12在时刻t0输入导通指令，则在时刻t0指示开始栅极电流Ig的检测处理。

而且，抽样电路16在正常时的栅极电阻Ig降低到0水平之前的时刻t1指示结束栅极电阻Ig的检测处理。

如果依据该实施形态8，则与上述实施形态1相同，即使在IGBT11的耐压高的情况下，也能够起到迅速地探测短路，保护IGBT11的效果。

实施形态9

图19是示出本发明实施形态9的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图10相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。另外，图19示出图18中的抽样电路16以及栅极电流检测电路18的具体例子。其中，省略了切断速度调整电路15。

54是只要在时刻t0到t1的期间，就使从栅极电流检测电路18输出的异常信号有效的AND电路，55是把比较器38的输出信号的逻辑翻转的反相器，56是求反相器5的输出信号与AND电路54的输出信号的逻辑积的AND电路。

其次说明动作。

导通栅极电阻14a的缓冲器13一侧的电压由分压电阻34、35分压输入到比较器38的输入端a，导通栅极电阻14a的IGBT11一侧的电压由分压电阻36、37分压输入到比较器38的输入端b。

在导通时如果栅极电阻Ig流过栅极电阻14a，则比较器38的输入端a的电位比输入端b的电位高，比较器38的输出信号成为H电平。另一方面，如果栅极电流Ig成为0，输入端a和输入端b的电位成为等电位电平，则比较器38的输出信号成为L电平。

比较器38的输出信号由反相器55翻转逻辑，反相器55的输出信号输入到AND电路56。抽样电路16的结构与图10几乎相同，但是构成为NAND电路43变更为AND电路54，仅在栅极电流Ig的检测期间中(图17、18的从时刻t0到t1的期间)，输出脉冲形的H电平的信号。

抽样电路16正常时从时刻t0到时刻t1，把H电平的信号输出到AND电路56，而由于即使在时刻t1仍然流动栅极电流Ig，比较器38输出H电平的信号，因此从反相器55把L电平的信号输出到AND电路56。从而，AND电路56输出L电平的信号。

另一方面，在短路时，由于在时刻t1之前栅极电流Ig成为0，比较器38输出阻抗L电平的信号，因此H电平的信号输出到AND电路56，AND电路56输出H电平的信号(H电平的信号是表示异常探测的信号)。

如果依据该实施形态9。则由于能够防止正常时的栅极电流检测电路18的误动作，因此能够提高电力半导体元件的驱动电路的可靠性。

实施形态10

图20是示出本发明实施形态10的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图1相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。

19是在抽样电路16允许栅极电荷量的检测处理的期间中，作为缓冲器13对于IGBT11的控制量，检测供给到IGBT11的栅极端子上的栅极电荷量，在该栅极电荷量小于基准值时，认定在IGBT11中发生异常的栅极电荷检测电路(控制量检测装置，异常探测装置)，栅极电荷检测电路19由把栅极电流Ig积分的积分电路和把该积分值与基准值进行比较的比较电路构成。

在上述实施形态1中，作为缓冲器13对于IGBT11的控制量，输出检测IGBT11的栅极端子中的栅极电压Vg的情况，而也可以通过检测供给到IGBT11的栅极端子中的栅极电荷量探测短路。

图21是示出正常时的导通时的栅极电压Vg，栅极电流Ig以及栅极电流积分值(电荷量)的波形的说明图，图22是示出短路时的导通时的栅极电压Vg，栅极电流Ig以及栅极电流积分值(电荷量)的波形的说明图。

如在上述实施形态1说明的那样，正常时，在导通时出现密勒期间，在密勒期间中集-射间电压Vce降低，同时反馈电容增大，从控制电源向IGBT11供给大量的电荷，栅极电流Ig的积分值到达V1。

另一方面，由于短路时没有密勒期间，从控制电源供给的电荷量小，因此栅极电流Ig的积分值成为V2，比正常时的积分值V1小。

从而，如果检测出积分值的差异则能够进行短路探测。

因此，在该实施形态10中，栅极电荷检测电路19在抽样电路16允许检测处理的期间中，检测供给到IGBT11的栅极端子上的栅极电流Ig的积分值(电荷量)，如果该栅极电流Ig的积分值是基准值以下，则把异常信号输出到控制逻辑块12。

具体地讲，抽样电路16如图21以及图22所示，在正常时的栅极电流Ig的积分值超过基准值的时刻以后，即，在时刻t5以后，进行指示使得栅极电荷检测电路19测定栅极电流Ig的积分值。

栅极电荷检测电路19的积分电路实施栅极电流Ig的积分处理，如果在时刻t5以后从抽样电路16接收到积分值确定指令，则把至此为止的积分结果作为确定积分值输出。另外，积分电路具备至下一次导通之前用于把该积分值复位的复位电路。

栅极电荷检测电路19的比较电路把从积分电路输出的积分值与基准值进行比较，在该积分值低于基准值的情况下，把异常信号输出到控制逻辑块12。

另外，基准值预先设定为积分值V1与积分值V2之间的值。

如果依据该实施形态10，则与上述实施形态1相同，即使在IGBT11的耐压高的情况下，也能够起到迅速地探测短路，保护IGBT1的效果。

实施形态11

图23是示出本发明实施形态11的电力半导体元件的驱动电路的结构图，图中，由于与图19相同的符号表示相同或者相当的部分因此省略说明。另外，图23是示出图20中的抽样电路16以及栅极电荷检测电路19的具体例子。其中，省略了切断速度调整电路15。

57是电阻，58是电容器。另外，由电阻57和电容线58构成的CR电路把栅极电流Ig进行积分。59是输入基于分压电阻34、35的分压电压和基于分压电阻36、37的分压电压，放大双方的分压电压的差分的差分放大器，60、61是把控制电压Vcc分压，把该分压电压(基准偏压)输出到比较器38的分压电阻。

其次说明动作。

抽样电路16如果超过时刻t5则向AND电路56输出H电平信号，使得在正常时的栅极电流Ig的积分值超过基准值的时刻t5以后，栅极电荷检测电路19确定栅极电流Ig的积分值。其中，为了防止破坏IGBT11，一旦超过时刻t5立即输出H电平的信号。

在正常时，在时刻t5以后，由于从差分放大器59输出超过比较器38的基准电压(从分压电阻60、61输出的基准偏压)的电压，因此，比较器38的输出信号成为H电平，从反相器55向AND电路56输出L电平的信号。

从而，在正常时，AND电路56输出L电平的信号。

另一方面，短路时，即使在时刻t5以后，由于从差分放大器59输出的电压也没有超过比较器38的基准电压，因此比较器38的输出信号成为L电平，从反相器55向AND电路56输出H电平的信号。

从而，在短路时，AND电路56输出H电平的信号(H电平的信号是表示探测异常的信号)。

如果依据该实施形态11，则由于能够防止正常时的栅极电荷检测电路19的误动作，因此能够提高电力半导体元件的驱动电路的可靠性。

另外，在该实施形态11中，示出由电阻57和电容器58构成的CR电路把栅极电流Ig积分的情况、但是并不限于这种情况，例如，也可以使用基于OP放大器的积分电路。

Claims

1.一种电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

具备

如果从外部输入导通指令或者关断指令，则控制电力半导体元件的开闭状态的控制装置；

如果上述控制装置输入导通指令，则在预先设定的期间中，检测上述控制装置对于上述电力半导体元件的控制量的控制量检测装置；

监视由上述控制量检测装置检测出的控制量，探测在上述电力半导体元件中发生异常的异常探测装置。

2.根据权利要求1所述的电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

控制量检测装置检测电力半导体元件的控制端子中的控制电压、或者流过该控制端子的控制电流、或者供给到该控制端子的电荷量作为控制装置的控制量。

3.根据权利要求1所述的电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

控制量检测装置在控制装置刚刚输入了导通指令以后，在电力半导体元件的控制端子中的控制电压到达预定的电压值之前的过渡期间中，检测上述控制装置对于上述电力半导体元件的控制量。

4.根据权利要求1所述的电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

控制量检测装置在控制装置输入了导通指令以后，从经过了任意确定的一定时间的时刻，在电力半导体元件的控制端子中的控制电压到达预定电压值之前的过渡期间中，检测上述控制装置对于上述电力半导体元件的控制量。

5.根据权利要求1所述的电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

如果异常探测装置探测到发生异常，则控制装置把电力半导体元件转移到断开状态。

6.根据权利要求5所述的电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

在驱动电路中设置了切断速度调整电路，该切断速度调整电路在根据异常发生的探测把电力半导体元件转移到断开状态的情况下，与根据关断指令的输入把电力半导体元件转移到断开状态的情况相比较，减缓使上述电力半导体元件转移到断开状态时的切断速度。

7.一种电力半导体元件的驱动电路，特征在于：

具备

检测上述控制装置对于上述电力半导体元件的控制量的控制量检测装置；

监视由上述控制量检测装置检测出的控制量，探测在上述电力半导体元件中发生异常，在上述控制装置输入了导通指令以后，只要在预先设定的期间中，则使对该异常发生的探测成为有效的异常探测装置。