CN105186837A

CN105186837A - 半导体装置

Info

Publication number: CN105186837A
Application number: CN201510289888.XA
Authority: CN
Inventors: 长内洋介
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-06-02
Filing date: 2015-05-29
Publication date: 2015-12-23
Also published as: JP6070635B2; US20150346038A1; JP2015228771A; DE102015108318A1

Abstract

本公开提供一种半导体装置，其包括：开关元件；第一回流二极管，其与该开关元件反并联连接；电流路径，其与该第一回流二极管并联连接；第二回流二极管，其串联地插入到该电流路径中；以及温度检测部，其被配置为基于该第一回流二极管的正向电压与该第二回流二极管的正向电压之间的差分电压来检测温度。该第一回流二极管的电流密度与该第二回流二极管的电流密度互不相同。

Description

半导体装置

技术领域

本发明涉及一种半导体装置。

背景技术

已知一种使用二极管的正向电压的温度相关性(temperaturedependency)来监测绝缘栅双极晶体管(IGBT)的温度的半导体装置(例如，见日本专利申请公开第2013-183595号)。在该半导体装置中，与回流二极管反并联连接的IGBT的温度由于检测被安装在与IGBT所在的同一芯片上的温度检测二极管的正向电压而被监测到。

发明内容

根据本发明的一个方案，半导体装置包括：开关元件；第一回流二极管，其与所述开关元件反并联连接；电流路径，其与所述第一回流二极管并联连接；第二回流二极管，其串联地插入到所述电流路径中；以及温度检测部，其被配置为基于所述第一回流二极管的正向电压与所述第二回流二极管的正向电压之间的差分电压来检测温度。所述第一回流二极管的电流密度与所述第二回流二极管的电流密度互不相同。

当结合附图阅读时，本发明的其他目的、特征及优点将通过下文的详细描述而变得更加显而易见。

附图说明

图1示出了半导体装置的一个示例的构造；

图2示出了二极管的正向电压的温度相关性的一个示例；

图3示出了具有不同电流密度的二极管之间的正向电压差的温度相关性的一个示例；

图4示出了半导体装置的另一个示例的构造；

图5示出了包括多个半导体装置的电力变换装置的一个示例的构造；

图6示出了半导体装置的又一个示例的构造；以及

图7示出了包括多个半导体装置的电力变换装置的另一个示例的构造。

具体实施方式

在上文描述的相关技术中，与诸如IGBT的开关元件反并联连接的回流二极管是一种发热源。因此，在检测与回流二极管分离的温度检测二极管的正向电压的相关技术中，由于将来自回流二极管的热传输至温度检测二极管需要时间，因此温度检测精度可能降低。

进一步，由于二极管的电流密度较大，所以二极管的正向电压的温度相关性降低更多。因此，当通过与开关元件反并联连接的回流二极管的正向电压的检测来检测温度时，温度检测精度可能取决于回流二极管的电流密度而降低。

本实施例的目的在于将半导体装置设置在使其能够以高精度检测温度的位置。

下文中，将使用附图描述本发明的实施例。

图1示出了作为半导体装置的一个示例的驱动装置的配置。该驱动装置包括晶体管S1、第一二极管D1、路径31、第二二极管D2以及温度检测电路50。

晶体管S1是开关元件的一个示例。第一二极管D1是与晶体管S1反并联连接的第一回流二极管的一个示例。路径31是与第一二极管D1并联连接的电流路径的一个示例。第二二极管D2是串联地插入到路径31中的第二回流二极管的一个示例。温度检测电路50是被配置为基于第一二极管D1的正向电压VF1与第二二极管D2的正向电压VF2之间的差分电压△VF来检测温度的温度检测部的一个示例。

图2示出了二极管的正向电压VF的温度相关性的一个示例。当电流流经二极管时，在二极管的阳极和阴极之间产生正向电压VF。二极管的正向电压VF具有随温度的升高而下降的负的温度特性。而且，正向电压VF的温度相关性诸如随电流密度变大而降低。换句话说，如图2所示，与较小的电流密度相比，即使在温度升高时，在较大的电流密度下的正向电压VF也不容易下降。

因此，如图2所示，具有较大电流密度的二极管的正向电压和具有较小电流密度的二极管的正向电压之间的差分电压随温度的升高而逐渐增加。换句话说，具有较大电流密度的二极管的正向电压和具有较小电流密度的二极管的正向电压之间的差分电压△VF具有正的温度特性，其中如图3所示，随温度升高，差分电压△VF成比例地增加。

因此，在图1的驱动装置中，将第二二极管D2的电流密度设定为小于第一二极管D1的电流密度。即使在温度相对高的情况下，温度检测电路50也能够基于第一二极管D1的正向电压VF1和第二二极管D2的正向电压VF2之间的差分电压△VF而以高精度检测温度。

进一步，第一二极管D1和第二二极管D2都是在晶体管S1的关断周期期间回流电流(正向电流)流动的回流二极管。因此，第一二极管D1和第二二极管D2是发热源本身，它们由于正向电压和正向电流而产生了大量热损耗。因此，通过使用发热源自身的正向电压(换句话说，第一二极管D1的正向电压VF1和第二二极管D2的正向电压VF2)来检测温度，能够避免温度检测精度的降低，否则温度检测精度会由于热传输延迟而降低。因此，能够提高温度检测精度。

进一步，第一二极管D1和第二二极管D2都具有使回流电流流动的功能及检测温度的功能。因此，与设置与回流二极管分离的专门用于检测温度的二极管的情况相比，能够使驱动装置1小型化并减少驱动装置1的成本。

进一步，作为将第一二极管D1和第二二极管D2安装在芯片20，芯片20上安装有晶体管S1上的结果，因此能够高精度地检测到安装在与第一二极管D1和第二二极管D2所在的同一芯片上的晶体管S1的温度。

接下来，将更详细地描述图1的配置。

驱动装置1是例如通过以将晶体管S1导通或关断的方式来驱动晶体管S1，从而驱动连接在第一导电部61和第二导电部62之间的电感性负载(例如，电感器、电动机等)的半导体电路。

例如，导电部61是导电地连接至诸如电源正极的较高电位电源部的电流路径，并且能够经由另一个开关元件或负载间接地连接至该较高电位电源部。例如，导电部62是导电地连接至诸如电源负极的较低电位电源部(例如，接地电位部)的电流路径，并且能够经由另一个开关元件或负载间接地连接至该较低电位电源部。

例如，电力变换装置，作为使用了多个驱动装置之一的装置，可以被引用，其以导通或关断晶体管S1的方式来驱动晶体管S1，使得电力在输入和输出之间变换。可以引用作为电力变换装置的具体示例的提升或降低直流电力的变换器、在直流电力和交流电力之间变换电力的逆变器等等。

晶体管S1是例如具有栅极端子G、集电极端子C和发射极端子E的IGBT。栅极端子G是例如连接到栅极驱动电路40的控制端子。集电极端子C是例如连接到连接点“a”，并且经由连接点“a”连接到导电部61的第一主端子。发射极端子E是例如连接到连接点“d”，并且经由连接点“d”连接到导电部62的第二主端子。

例如，第一二极管D1是具有与发射极端子E连接的阳极和与集电极端子C连接的阴极的整流元件。第一二极管D1的阳极是连接至与发射极端子E相连接的连接点“d”，并且经由连接点“d”与导电部62连接的p型电极。第一二极管D1的阴极是连接至与集电极端子C相连接的连接点“a”，并且经由连接点“a”与导电部61连接的n型电极。

路径31是例如具有连接至连接点“d”的一端和连接至连接点“a”另一端的电流路径，其中该一端经由连接点“d”与导电部62连接，该另一端经由连接点“a”与导电部61连接。

第二二极管D2是例如具有经由连接点“b”与温度检测电路50的电压检测部连接的阳极，和经由连接点“a”与集电极端子C连接的阴极的整流元件。

驱动装置1包括例如串联地插入到路径31的电阻器R1。由此，在晶体管S1的关断周期期间，从导电部62回流至第二二极管D2的电流I₂的电流值小于从导电部62回流至第一二极管D1的电流I₁的电流值。结果，能够使第二二极管D2的电流密度小于第一二极管D1的电流密度。例如，电阻器R1被连接在第二二极管D2的阳极与第一二极管D1的阳极之间。电流I₁是沿第一二极管D1的正向流动的电流，并且电流I₂是沿第二二极管D2的正向流动的电流.

通过监测由于电流流经电阻器R1而产生的感测电压Vse，例如，温度检测电路50检测第一二极管D1的正向电压VF1和第二二极管D2的正向电压VF2之间的差分电压△VF。感测电压Vse是例如由于电流I₂流经电阻器R1而在电阻器R1的两端之间产生的电压。

假设将在发射极端子E(换句话说，连接点“d”)处的电压作为参考电压，在第一二极管D1和第二二极管D2被通电的同时，在集电极端子C(换句话说，连接点“a”)处的集电极电压Vm等于-VF1(Vm＝-VF1)。因此，在第一二极管D1和第二二极管D2被通电的同时，感测电压Vse(换句话说，在连接点“b”处的电压)被表示为：

Vse＝Vm+VF2＝VF2-VF1<0

因此，在温度检测电路50中，能够通过监测由串联地插入到路径31中的电阻器R1产生的感测电压Vse来检测正向电压VF1和正向电压VF2之间的差分电压△VF。也就是说，电阻器R1具有作为限流电阻器以降低第二二极管D2的电流密度的功能，以及作为用于检测差分电压△VF的检测电阻器的功能。

能够通过使用肖克利二极管公式(Shockley’sdiodeformula)的公式1来表示二极管的正向电压VF和流经二极管的正向电流I之间的关系，其中Is表示反向饱和电流，并且V_T表示热电压。

I = Is \times {Exp (\frac{VF}{V_{T}}) - 1}

…公式1

…公式2

VF = V_{T} Ln (\frac{I}{Is})

…公式3

应当注意，在公式1的括号{}中的“-1”与“Exp(VF/V_T)”相比充分小，并且因此能够被忽略。结果，获得公式2。然后，将公式2变形，并且因此，能够通过公式3来表示正向电压VF。

而且，如上文所述，感测电压Vse与“VF2-VF1”一致。因此，利用公式3和公式4，能够通过公式5来表示感测电压Vse。

V_{T} = \frac{kT}{q}

…公式4

Vse = VF 2 - VF 1 = V_{T} Ln (\frac{I_{2}}{{Is}_{2}}) - V_{T} Ln (\frac{I_{1}}{{Is}_{1}}) = \frac{kT}{q} Ln (\frac{I_{2}}{I_{1}} \times \frac{{Is}_{1}}{{Is}_{2}})

…公式5

这里，k表示波尔兹曼常数(Boltzmann’sconstant)；T表示绝对温度；q表示元电荷；I₁表示流经第一二极管D1的正向电流；I₂表示流经第二二极管D2的正向电流；Is₁表示第一二极管D1的反向饱和电流；并且Is₂表示第二二极管D2的反向饱和电流。

反向饱和电流Is与二极管的结面积成比例。因此，(Is₁/Is₂)表示第一二极管D1和第二二极管D2之间的结面积比，即，尺寸比S。因此，作为将公式5变形的结果，能够通过公式6来表示绝对温度T。

T = \frac{Vse \times q}{k} Ln (\frac{I_{1}}{I_{2}} \times \frac{1}{S}) = \frac{Vse \times q}{k} Ln (\frac{n}{S})

…公式6

这里，n(＝I₁/I₂)表示流经第一二极管D1的电流I₁与流经第二二极管D2的电流I₂之比(＝感测比)(其中n>S)。

从而，q和k是已知值，而且，n和S是已知设计值。因此，温度检测电路50能够通过检测感测电压Vse，根据公式6来估计绝对温度T。

温度检测电路50根据所检测的感测电压Vse来输出例如温度信息。能够引用例如差分电压△VF(换句话说，感测电压Vse)的检测值、绝对温度T的估计值等等作为温度信息。

例如，驱动装置1包括栅极驱动电路40。栅极驱动电路40根据驱动信号来导通或关断晶体管S1。驱动信号是用于导通或关断晶体管S1的指令信号，并且驱动信号是由作为驱动装置的主装置的诸如微型计算机的外部装置所提供的信号(例如，脉宽调制信号)

图4示出了作为半导体装置的另一个示例的驱动装置的配置。将省略那些与上文描述的实施例相同的配置和有益效果。如图4所示，能够将串联地插入到路径31的电阻器R1连接在第二二极管D2的阴极和第一二极管D1的阴极之间。

假设将在发射极端子E(换句话说，连接点“d”)处的电压作为参考电压，则在图4的情况中，在第一二极管D1和第二二极管D2被通电的同时，能够将感测电压Vse表示为：

Vse＝－VF2－(－VF1)＝VF1－VF2>0

因此，温度检测电路50能够通过监测由串联地插入到路径31中的电阻器R1产生的感测电压Vse来检测正向电压VF1和正向电压VF2之间的差分电压△VF。也就是说，电阻器R1具有作为用于降低第二二极管D2的电流密度的限流电阻器的功能，以及作为用于检测差分电压△VF的检测电阻器的功能。

图5示出了包括多个半导体装置的电力变换装置101的一个示例的配置。将省略那些与上文描述的实施例相同的配置和有益效果。

电力变换装置101包括两个驱动装置(驱动装置3L和驱动装置3H)，并且电力变换装置101包括将分别设置在中间节点65的高侧和低侧上的晶体管串联连接的臂式电路(armcircuit)66，其中中间节点65与电感性负载70相连接。当将电力变换装置101作为逆变器使用以驱动三相电动机时，电力变换装置101包括并联设置的三个臂电路66中，臂电路的数量(三个)与三相电动机的相数相同。

与高侧晶体管S12连接的导电部61H被导电地连接至较高电位电源部63。与晶体管S12连接的导电部62H经由低侧晶体管S11或负载70而被间接地连接至较低电位电源部64。另一方面，与低侧晶体管S11连接的导电部62L被导电地连接至较低电位电源部64。与晶体管S11连接的导电部61L经由晶体管S12或负载70而被间接地连接至较高电位电源部63。

驱动装置3L和驱动装置3H中的每个都是半导体元件的一个示例，并且驱动装置3L和驱动装置3H彼此具有相同的电路配置。因此，下文的驱动装置3L的详细描述也适用于驱动装置3H。

驱动装置3L包括作为开关元件的一个示例的晶体管S11。晶体管S11是具有电流感测功能的绝缘栅极电压控制半导体元件，并且具有栅极端子G、集电极端子C、发射极端子E及感测发射极端子SE。

栅极端子G是与例如控制电路91L的栅极驱动电路40连接的控制端子。集电极端子C是连接至例如连接点“a”，并且经由连接点“a”与导电部61L连接的第一主端子。发射极端子E是连接至例如连接点“d”，并且经由连接点“d”与导电部62L连接的第二主端子。感测发射极端子SE是连接至例如连接点“b”，并且经由连接点“b”与温度检测电路50和异常电流检测电路80连接的感测端子(senseterminal)。

晶体管S11包括主晶体管12和感测晶体管(sensetransistor)13。主晶体管12和感测晶体管13是诸如IGBT的开关元件。感测晶体管13与主晶体管12并联联接。主晶体管12和感测晶体管13中的每一个能够包括多个单元晶体管。

主晶体管12和感测晶体管13各自的栅电极是共同连接至晶体管S11的栅极端子G的控制电极。主晶体管12和感测晶体管13各自的集电极是共同连接至晶体管S11的集电极端子C的第一主电极。主晶体管12的发射极是连接至晶体管S11的发射极端子E的第二主电极。晶体管13的感测发射极是连接至晶体管S11的感测发射端子SE的感测电极。

主晶体管12是开关元件的一个示例。感测晶体管13是产生与流经主晶体管12的电流相应的电流的感测开关元件的一个示例，并且感测晶体管13是这样一种感测元件的一个示例：流经该感测元件的电流随流经主晶体管12的电流变大而变大。感测晶体管13输出例如与流经主晶体管12的主电流Ie成比例的感测电流Ise。

例如，从集电极端子C流入晶体管S11的集电极电流以感测比“m”被分为流经主晶体管12的主电流Ie和流经感测晶体管13的感测电流Ise。感测电流Ise是根据主电流Ie，以感测比“m”流动的电流，并且是其电流值与主电流Ie相比按感测比“m”减小的电流。例如，根据主晶体管12的发射极的面积与感测晶体管13的感测发射极的面积之比来确定感测比“m”。

主电流Ie流经主晶体管12的集电极和发射极，并且从发射极端子E输出。从发射极端子E输出的主电流Ie随后经由连接点“d”流经导电部62L。主电流Ie是与沿主二极管D11的正向方向流经主二极管D11的二极管电流I₁的反向的电流。

感测电流Ise流经感测晶体管13的集电极和感测发射极，并且从感测发射端子SE输出。从感测发射端子SE输出的感测电流Ise随后经由电阻器R1和连接点“d”流经导电部62L。感测电流Ise是与沿感测二极管D12的正向方向流经感测二极管D12的感测二极管电流I₂的反向的电流。

驱动装置3L包括主二极管D11和感测二极管D12。主二极管D11是与主晶体管12反向并联连接的第一回流二极管的一个示例。

感测二极管D12是串联地插入到路径31中的第二回流二极管的一个示例，其与主二极管D11并联连接。感测二极管D12是产生与流经主二极管D11的电流相应的感测电流的感测二极管的一个示例，并且是这样一种感测元件的一个示例：流经该感测元件的电流随流经主二极管D11的电流变大而变大。感测二极管D12输出例如与流经主二级管D11的二极管电流I1成比例的感测二极管电流I₂。

感测二极管电流I₂是根据二极管电流I₁，以感测比“n”流动的电流，并且是其电流值与二极管电流I₁相比按感测比“n”减小的电流。感测二极管电流I₂是沿感测二极管D12的正向方向流动的电流。

感测二极管D12的阳极连接至与感测发射极端子SE连接的连接点“b”，并且感测二极管D12的阳极是经由连接点“b”与温度检测电路50的电压检测部连接的p型电极。感测二极管D12的阴极连接至与集电极端子C连接的连接点“a”，并且感测二极管D12的阴极是经由连接点“a”与导电部61连接的n型电极。

温度检测电路50通过例如监测由于流经电阻器R1的感测二极管电流I₂而产生的负感测电压Vse来检测主二极管D11的正向电压VF1和感测二极管D12的正向电压VF2之间的差分电压△VF。在此情况下，感测电压Vse是例如由于流经电阻器R1的感测二极管电流I₂而在电阻器R1的两端之间产生的电压。

在主二极管D11和感测二极管D12被通电的同时，温度检测电路50能够通过例如通过监测由于流经电阻器R1的感测二极管电流I₂而产生的负感测电压而检测差分电压△VF来估计绝对温度T。

驱动装置3L包括异常电流检测电路80。异常电流检测电路80是基于由于穿过电阻器R1的感测电流Ise而产生的正感测电压Vse，来检测流经主晶体管12的主电流Ie的异常的异常检测部的一个示例。在此情况下，感测电压Vse是例如在由于流经电阻器R1的感测电流Ise而在电阻器R1两端之间产生的电压。

在晶体管S11被通电的同时，异常电流检测电路80能够通过例如将由于流经电阻器R1的感测电流Ise而产生的正感测电压Vse与预定的参考电压进行比较来判定主电流Ie是否是异常电流(例如，过电流或短路电流)。例如，当正感测电压Vse超过预定的参考电压时，异常电流检测电路80判定主电流Ie是过电流。

异常电流检测电路80根据检测到的感测电压Vse来输出异常电流检测信号。作为异常电流检测信号的具体示例，例如，能够引用差分电压△VF(换句话说，感测电压Vse)的检测值和异常电流的判定信号。

当通过异常电流检测电路80检测主电流Ie的异常时，例如，通过栅极驱动电路40将晶体管S11关断。由于晶体管S11被关断，主晶体管12和感测晶体管13也被关断，并且由此能够切断主电流Ie的异常流动。

从而，感测发射极端子SE具有温度检测的功能及电流异常检测的功能，并且因此，能够将相同的端子共享为温度检测端子和电流异常检测端子。而且，由于将相同的端子共享为温度检测端子和电流异常检测端子，因此也能够共享连接端子所需要的导线。

进一步，当经由中间节点65从低侧主二极管D11回流至负载70的二极管电流I₁流动时，控制电路91L的温度检测电路50能够检测例如低侧晶体管S11的温度。另一方面，当主电流Ie经由中间节点65从负载70流入低侧主晶体管12时，控制电路91L的异常电流检测电路80能够检测流入低侧主晶体管12的主电流Ie的异常。由于主二极管D11和感测二极管D12被安装在芯片21上(该芯片上安装有低侧主晶体管12和感测晶体管13)，能够增强以高精度检测低侧晶体管S11的温度的有益效果。

另一方面，当例如经由中间节点65从负载70回流至高侧主二极管D21的二极管电流I₁流动时，控制电路91H的温度检测电路50能够检测高侧晶体管S12的温度。另一方面，当经由中间节点65从高侧主晶体管12流出到负载70的主电流Ie流动时，控制电路91H的异常电流检测电路80能够检测从高侧主晶体管12流出的主电流Ie的异常。由于主二极管D21和感测二极管D22被安装在芯片22上(该芯片上安装有高侧主晶体管12和感测晶体管13)，能够增强以高精度检测高侧晶体管S12的温度的有益效果。

图6示出了作为半导体装置的又一个示例的驱动装置4的配置。将省略那些与上文描述的实施例相同的配置和有益效果。而且，驱动装置4能够被应用至诸如图5中所示的电力变换装置。

由于流经电阻器R1的感测电流Ise，在电阻器R1的两端之间产生与主电流Ie的量值相应的感测电压Vse。例如，异常电流检测电路80能够通过检测感测电压Vse的正电压值来检测主电流Ie的量值。

例如，如图6所示，异常电流检测电路80还可以具有比较器81。比较器81将感测电压Vse与正参考电压Vref1进行比较，并且输出与比较结果相应的异常电流检测信号。当检测到感测电压Vse大于正参考电压Vref1时，比较器81判定过电流(或短路电流)流经晶体管S1，并且输出高电平的异常电流检测信号。

当从异常电流检测电路80输出高电平的异常电流检测信号时，例如通过栅极驱动电路40将晶体管S1关断。由于晶体管S1被关断，主晶体管12和感测晶体管13也被关断，并且因此能够切断主电流Ie的异常流动。

另一方面，由于流经电阻器R1的感测二极管电流I₂，在电阻器R1的两端之间产生与二级管电流I₁的量值相应的感测电压Vse。例如，温度检测电路50能够通过检测感测电压Vse的负电压值来检测第一二极管D1和第二二极管D2的温度，或主晶体管12和感测晶体管13的温度。而且，例如，温度检测电路50能够通过检测感测电压Vse的负电压值来检测二极管电流I₁的量值。

温度检测电路50能够具有例如如图6所示的比较器51。比较器51将感测电压Vse与负参考电压Vref2进行比较，并且输出与比较结果相应的过热检测信号。当检测到感测电压Vse小于负参考电压Vref2时，比较器51判定第一二极管D1或主晶体管12被异常加热，并且输出低电平的过热检测信号。

当由温度检测电路50输出低电平的过热检测信号时，例如通过栅极驱动电路40将晶体管S1关断。由于晶体管S1被关断，主晶体管12和感测晶体管13也被关断，并且因此能够避免第一二极管D1或主晶体管12的异常温度升高。

从而，电阻器R1和感测发射极端子SE能够具有主电流Ie的异常检测的功能以及温度检测的功能，并且因此，能够使驱动装置4微型化并降低驱动装置4的成本。

图7示出了包括多个半导体装置的电力变换装置102的另一个示例的配置。将省去那些与上文描述的实施例相同的配置和有益效果。

驱动装置5L和驱动装置5H中每个都是半导体装置的一个示例，并且驱动装置5L和驱动装置5H彼此具有相同的电路配置。因此，下文的驱动装置5L的详细描述也适用于驱动装置5H。

晶体管S11是例如内嵌有二极管的IGBT，其中主晶体管12、感测晶体管13、主二极管D11和感测二极管D12被安装在共同的芯片21上。内嵌有二极管的IGBT具有电极被共享为二极管的阳极和IGBT的发射极、并且电极被共享为二极管的阴极和IGBT的集电极的配置。内嵌有二极管的IGBT也被称为逆导型IGBT(RC-IGBT)。感测发射极端子SE是例如连接至连接点“b”，并且经由连接点“b”而与温度检测电路50和通电方向判定电路85连接的感测端子。

通电方向判定电路85是基于由于回流至感测二极管D12的感测二极管电流I₂流经电阻器R1而产生的感测电压Vse来保持主晶体管12的关断状态的关断控制部的一个示例。通电方向判定电路85能够在检测正感测电压Vse时判定晶体管S11正在被通电并且在检测到负感测电压Vse时判定主二极管D11正在被通电。

即使在用于使晶体管S11导通的驱动信号被提供的同时输入指示主二极管D11正在被通电的判定信号时，栅极驱动电路40也保持晶体管S11的关断状态。由此，能够避免在二极管电流I₁流动的同时将主晶体管12和感测晶体管13从关断状态切换至导通状态。而且，能够避免在二极管电流I₁流动的同时由于主晶体管12和感测晶体管13导通而引起的主二极管D11和感测二极管D12的损耗增加。

温度检测电路50通过例如监测由于流经电阻器R1的感测二极管电流I₂而产生的负感测电压Vse来检测主二极管D11的正向电压VF1和感测二极管D12的正向电压VF2之间的差分电压△VF。在主二极管D11和感测二极管D12正在被通电的同时，温度检测电路50能够通过，例如通过监测由于感测二极管电流I₂流经电阻器R1而产生的负感测电压Vse来检测差分电压△VF，从而估计绝对温度T。

通电方向判定电路85能够具有作为基于由于感测电流Ise经过电阻器R1而产生的正感测电压Vse来检测流经主晶体管12的主电流Ie的异常的异常检测部的功能(例如，上述的异常电流检测电路80的功能)。

因此，已经在实施例中描述了半导体装置。然而，本发明不限于这些实施例。能够做出各种诸如用其他实施例的部分或全部的结合或替换的修改和改进，而不背离本发明的范围。

例如，根据本实施例的半导体装置可以是具有由集成电路形成的配置的半导体元件，或是具有由分离的构件形成的配置的半导体元件。

而且，根据实施例的在半导体装置中使用的晶体管可以是除IGBT以外的其他开关元件，例如，n沟道或p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，或npn型或pnp型双极晶体管。当使用MOSFET的时，可以以将“集电极”替换为漏极，并将“发射极”替换为“源极”的方式阅读上文的说明书。当使用双极晶体管时，可以以将“栅极”替换为“基极”的方式阅读说明书。

上述实施例示出了第二回流二极管的电流密度小于第一回流二极管的电流密度的情况。然而，在第一回流二极管的电流密度小于第二回流二极管的电流密度的情况下，也能够以高精度检测温度。

例如，在图1中，能够通过将电阻器R1的连接从与第二二极管D2串联连接改变为与第一二极管D1串联连接而使第一回流二极管的电流密度小于第二二极管D2的电流密度。相似地，在图5中，例如，当满足诸如未包括异常电流检测电路80的必要条件时，能够通过将电阻器R1的连接从与感测二极管D12串联连接改变为与主二极管D11串联连接而使主二极管D11的电流密度小于感测二极管D12的电流密度。

根据实施例，因为第一回流二极管和第二回流二极管是发热源，由于发热源本身的正向电压被用于温度检测，因此能够以高精度检测温度。而且，根据实施例，当第一回流二极管的电流密度和第二回流二极管的电流密度互不相同时，与单个回流二极管的正向电压的温度相关性相比，上述差分电压的温度相关性不易减弱。从而，能够以高精度检测温度。

本申请基于2014年6月2日提交的序列号为2014-114209的日本在先专利申请，并要求其优先权的利益，该申请的全部内容通过引用合并于此。

Claims

1.一种半导体装置，包括：

开关元件；

第一回流二极管，其与所述开关元件反并联连接；

电流路径，其与所述第一回流二极管并联连接；

第二回流二极管，其串联地插入到所述电流路径中；以及

温度检测部，其被配置为基于所述第一回流二极管的正向电压与所述第二回流二极管的正向电压之间的差分电压来检测温度，其中

所述第一回流二极管的电流密度与所述第二回流二极管的电流密度互不相同。

2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中

所述第二回流二极管的所述电流密度小于所述第一回流二极管的所述电流密度。

3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中

所述温度检测部被配置为通过监测由于电流流经串联地插入到所述电流路径中的电阻器而产生的电压来检测所述差分电压。

4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中

所述电阻器连接在所述第二回流二极管的阴极和所述第一回流二极管的阴极之间。

5.根据权利要求4所述的半导体装置，包括：

感测开关元件，其被配置为产生与流经所述开关元件的电流相应的感测电流；以及

异常检测部，其被配置为基于由于所述感测电流流经所述电阻器而产生的感测电压来检测流经所述开关元件的所述电流的异常。

6.根据权利要求4或5所述的半导体装置，包括：

关断控制部，其被配置为基于由于流经所述第二回流二极管的回流电流经过所述电阻器而产生的感测电压来维持所述开关元件的关断状态。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其中

所述第一回流二极管和所述第二回流二极管被安装在芯片上，该芯片上安装有所述开关元件。