CN108063612B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供半导体装置，在使功率半导体元件导通的控制信号输入到了半导体装置时，将功率半导体元件导通而防止误工作。具备：功率半导体元件(210)，连接于高电位侧的第一端子(204)与低电位侧的第二端子(206)之间，根据栅极电位被控制为导通或截止；切断条件检测部(130)，检测从控制端子(202)输入且对功率半导体元件(210)进行控制的控制信号是否满足切断条件；第一开关元件(140)，相应于检测到控制信号满足切断条件这一情形，将功率半导体元件(210)的栅极电位控制为截止电位；功率半导体元件(210)的集电极电流的检测部(212)，切断条件检测部(130)以控制信号和集电极电流为切断条件。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
以往，作为用于内燃机的点火等的半导体装置，已知有处理大电力的功率半导体器件(例如，参照专利文献1)。对于驱动这样的功率半导体器件的电路而言，期望在电路的基准电位与控制信号产生部的基准电位上产生电位差，能够防止尽管接收到使该功率半导体器件为导通状态的信号，也使该功率半导体器件为截止状态的误工作。
现有技术文献
专利文献1：日本特开2009-284420号公报
发明内容
技术问题
但是，这样的功率半导体器件的驱动电路，有时会产生误工作而在异常时刻进行点火，使与该驱动电路连接的内燃机等产生不良状况等。从而，期望该驱动电路具有在被输入了导通信号的情况下，不切断功率半导体器件的功能。
图5是表示现有技术涉及的点火装置1000的构成例的图。点火装置1000对机动车等的内燃机等所使用的火花塞进行点火。在此，对点火装置1000搭载于机动车的发动机的例子进行说明。点火装置1000具备控制信号产生部10、火花塞20、点火线圈30、电源40和半导体装置100。
控制信号产生部10产生对半导体装置100的导通以及截止的切换进行控制的开关控制信号。控制信号产生部10例如是搭载点火装置1000的机动车的发动机控制单元(ECU：Engine Control Unit)的一部分或全部。控制信号产生部10将所产生的控制信号供给于半导体装置100。通过控制信号产生部10将控制信号供给于半导体装置100，点火装置1000开始火花塞20的点火工作。
火花塞20通过放电而电气地产生火花。火花塞20例如通过10kV左右以上的施加电压而进行放电。作为一例，火花塞20设置于内燃机，在此情况下，对燃烧室的混合气等燃烧气体进行点火。火花塞20例如设置于从汽缸的外部贯通到汽缸内部的燃烧室的贯通孔，以密封该贯通孔的方式被固定。在此情况下，火花塞20的一端露出于燃烧室内，另一端从汽缸外部接收电信号。
点火线圈30对火花塞20供给电信号。点火线圈30供给使火花塞20放电的高电压作为电信号。点火线圈30可以作为变压器起作用，例如是具有初级线圈32以及次级线圈34的点火线圈。初级线圈32的一端与次级线圈34的一端电连接。初级线圈32的绕组数比次级线圈34少，且与次级线圈34共用线圈芯。次级线圈34根据在初级线圈32产生的电动势而产生电动势(相互感应电动势)。次级线圈34的另一端与火花塞20连接，将所产生的电动势供给于火花塞20而使其放电。
电源40对点火线圈30供给电压。电源40例如对初级线圈32的一端以及次级线圈34的一端供给预定的恒定电压Vb(作为一例，为14V)。作为一例，电源40是机动车的电池。
半导体装置100根据从控制信号产生部10供给的控制信号，切换点火线圈30的初级线圈32的另一端与基准电位之间的导通(ON)以及非导通(OFF，截止)。半导体装置100例如相应于控制信号为高电位(导通电位)这一情形，使初级线圈32与基准电位之间导通，相应于控制信号为低电位(截止电位)这一情形，使初级线圈32与基准电位之间成为非导通。
在此，基准电位可以是机动车的控制系统中的基准电位，此外也可以是机动车内的与半导体装置100对应的基准电位。基准电位也可以是使半导体装置100截止的低电位，作为一例为0V。半导体装置100具备控制端子102、第一端子104、第二端子106、功率半导体元件110、第一栅极控制部120、电阻150、电阻160、齐纳二极管170和导线180。
控制端子102输入对功率半导体元件110进行控制的控制信号。控制端子102连接于控制信号产生部10，接收控制信号。第一端子104经由点火线圈30连接于电源40。第二端子106连接于基准电位。即，第一端子104与第二端子106相比是高电位侧的端子，第二端子106与第一端子104相比是低电位侧的端子。
功率半导体元件110的栅极电位根据控制信号而被控制。功率半导体元件110包含栅极端子(Gate)、集电极端子(Collector)以及发射极(Emitter)端子，根据输入于栅极端子的控制信号，将集电极端子与发射极端子之间电连接或切断。功率半导体元件110连接于高电位侧的第一端子104与低电位侧的第二端子106之间，根据栅极电位被控制为导通或截止。作为一例，功率半导体元件110是绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated Gate BipolarTransistor)。此外，功率半导体元件110也可以是绝缘栅型场效应晶体管(MOSFET：MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)。
作为一例，功率半导体元件110具有达数百V的耐压。功率半导体元件110例如是在基板的第一面侧形成集电极且在与第一面相反侧的第二面侧形成栅极以及发射极的纵型器件。此外，功率半导体元件110也可以是纵型MOSFET。作为一例，功率半导体元件110的发射极端子与基准电位连接。此外，集电极端子连接于初级线圈32的另一端。应予说明，在本现有例中，关于功率半导体元件110是相应于控制信号成为导通电位这一情形而将集电极端子与发射极端子之间电连接的n沟道型的IGBT的例子进行说明。
第一栅极控制部120检测从控制端子102输入且对功率半导体元件110进行控制的控制信号是否满足预定的切断条件，来控制功率半导体元件110的栅极电位。第一栅极控制部120具有切断条件检测部130和第一开关元件140。
第一开关元件140连接于功率半导体元件110的栅极端子与基准电位之间。作为一例，第一开关元件140是根据栅极电位而将漏极端子与源极端子之间控制为导通或截止的FET。第一开关元件140的漏极端子连接于功率半导体元件110的栅极端子，源极端子连接于基准电位，且第一开关元件140对是否将从控制端子102输入的控制信号供给于功率半导体元件110的栅极端子进行切换。
换言之，第一开关元件140的漏极端子连接于功率半导体元件110的栅极端子，源极端子连接于功率半导体元件110的发射极端子，并对是否将功率半导体元件110的栅极端子与发射极端子电连接而使功率半导体元件110的栅极成为截止电位进行切换。作为一例，第一开关元件140是相应于其栅极端子成为高电位这一情形，将漏极端子与源极端子之间电连接的通常断开(normally off)的开关元件。在此情况下，第一开关元件140优选是n沟道型的MOSFET。
切断条件检测部130检测从控制端子102输入且对功率半导体元件110进行控制的控制信号是否满足预定的切断条件。切断条件检测部130可以使用预定的阈值检测控制信号是否满足切断条件。切断条件检测部130具有检测部132a和信号输出部134。
检测部132a检测控制信号是否超过了预定的阈值。检测部132a例如相应于使功率半导体元件110导通的控制信号Vin变得比阈值Vthin(作为一例，为2V)小这一情形，认为满足了切断条件。检测部132a将检测结果供给于信号输出部134。
信号输出部134根据检测部132a的检测结果，输出对第一开关元件140进行控制的信号。信号输出部134相应于检测到控制信号满足了切断条件这一情形的检测结果，输出使第一开关元件140导通的控制信号。此外，信号输出部134相应于控制信号不满足切断条件的检测结果，输出使第一开关元件140截止的控制信号。
作为一例，信号输出部134是反相器。信号输出部134以从第一端子104输入的电信号作为电源而工作，将检测部132a的检测结果反相输出。信号输出部134连接于第一开关元件140，将控制信号供给于该第一开关元件140。即，第一开关元件140相应于切断条件检测部130检测到满足切断条件这一情形，将功率半导体元件110的栅极电位控制为截止电位。
电阻150设置于第一端子104与信号输出部134的高电位侧的电源端子之间，将从第一端子104输入的电信号作为电源供给于信号输出部134。应予说明，从第一端子104输入的电信号根据功率半导体元件110的导通或截止状态而变动。因此，电阻150限制从第一端子104侧输入于信号输出部134的电流。例如，电阻150作为保护电阻而工作，该保护电阻在功率半导体元件110的集电极电压上升到了400V左右的情况下，也使从该第一端子104侧输入于信号输出部134的电流降低到预定的电流值以下。
电阻160连接于控制端子102与功率半导体元件110的栅极端子之间。电阻160在第一开关元件140为截止状态的情况下，将控制信号传递至功率半导体元件110的栅极端子。电阻160在第一开关元件140为导通状态而将控制信号向基准电位传输的情况下，使该控制信号的电压下降。即，在功率半导体元件110的栅极端子供给基准电位。
齐纳二极管170连接于电阻150与基准电位之间。齐纳二极管170防止从第一端子104输入超过信号输出部134的额定电压的电压。例如，齐纳二极管170在功率半导体元件110的集电极电压上升到了400V左右的情况下，也将从该第一端子104侧输入于信号输出部134的电压钳位为预定的电压值。作为一例，齐纳二极管170钳位为6V到16V左右。
导线180是将半导体装置100的低电位侧电极连接于第二端子的键合线。
以上的现有技术所涉及的半导体装置100，若控制信号成为高电位，则功率半导体元件110成为导通状态。由此，从电源40经由点火线圈30的初级线圈32流通集电极电流Ic。应予说明，集电极电流Ic的时间变化dIc/dt根据初级线圈32的电感以及电源40的供给电压而定，并增加到预定的(或设定的)电流值为止。例如，集电极电流Ic增加到几A、十几A或几十A左右。
并且，若控制信号成为低电位，则功率半导体元件110成为截止状态，集电极电流急剧地减小。由于集电极电流的急剧的减小，初级线圈32的两端电压因自感应电动势而急剧地增加，使次级线圈34的两端电压产生达几十kV左右的感应电动势。点火装置1000通过将这样的次级线圈34的电压供给于火花塞20，能够使火花塞20放电而对燃烧气体进行点火。
图6A、图6B是表示现有技术涉及的半导体装置100的各部的工作波形的一例的图。图6A、图6B将横轴设为时间，将纵轴设为电压值或电流值。此外，图6A、图6B将从控制端子102输入的控制信号设为“Vin”、将功率半导体元件110的集电极-发射极间电流(称为集电极电流)设为“Ic”、将导线180的两端电压设为“Vw”，来表示各自的时间波形。
图6A表示如下的例子：输入于控制端子102的控制信号Vin在时刻t1从0V上升到超过检测部132a的阈值Vthin的电压，此后，在时刻t3从超过阈值Vthin的电压下降到0V。
功率半导体元件110在图6A的例子中，从时刻t1到时刻t3成为导通状态，并在直到时刻t1为止的期间以及超过了时刻t3的期间，成为截止状态。
即，在直到控制信号Vin超过检测部132a的阈值Vthin为止，功率半导体元件110的集电极电流Ic大致为零(截止)，且相应于控制信号Vin为超过了检测部132a的阈值Vthin的电位这一情形，功率半导体元件110的集电极电流Ic进行流通(导通)，其最大值为(Vb-Vbi)/(Rl+Ron)。在此，Vb是电源40所供给的恒定电压，Vbi是功率半导体元件110的内建电位，Rl是初级线圈32的电阻，Ron是功率半导体元件110的导通电阻。集电极电流Ic的时间变化dIc/dt根据初级线圈32的电感以及电源40的供给电压而定，并增加到预定的(或设定的)电流值为止。
在此，图5所示的半导体装置100的功率半导体元件110在时刻t1导通，集电极电流Ic逐渐增加。伴随着集电极电流Ic的增加，导线180的两端电压Vw也增加。导线180的两端电压Vw由导线180的电阻Rw和集电极电流Ic决定，成为Vw＝Rw×Ic。若在时刻t2集电极电流Ic达到最大值，则集电极电流Ic保持一定值，若在时刻t3控制信号Vin成为0V，则功率半导体元件110截止。
图6B与图6A同样，表示如下的例子：输入于控制端子102的控制信号Vin在时刻t1从0V上升到超过检测部132a的阈值Vthin的电压，此后，在时刻t3从超过阈值Vthin的电压下降到0V。
图6B与图6A的不同在于从时刻t1到时刻t3的控制信号Vin要小。因此，在时刻t2a，控制信号Vin与导线180的两端电压Vw之差Vin-Vw为检测部132a的阈值Vthin以下，功率半导体元件110截止。其结果，导线180的两端电压Vw成为0V，功率半导体元件110再次导通，并在时刻t2b，重复在时刻t2a产生的现象。
以下表示功率半导体元件110截止的工作的详情。图7是表示现有技术涉及的半导体装置100的检测部132a的构成例的图。检测部132a包括控制信号输入部402、检测信号输出部404、基准电位输入部406、电阻410、电阻420、反相器430以及反相器440。
控制信号输入部402输入从控制端子102输入的控制信号。检测部132a以该控制信号作为电源而工作。检测信号输出部404输出检测部132a的检测结果。作为一例，检测信号输出部404连接于信号输出部134，将与控制信号相同逻辑的电位作为控制信号的检测结果输出。基准电位输入部406连接于基准电位。
电阻410以及电阻420串联地连接于控制信号输入部402与基准电位输入部406之间，对从控制信号输入部402输入的控制信号Vin进行分压。若将电阻410的电阻值设为R1、将电阻420的电阻值设为R2，则分压电位成为
Vin×R2/(R1+R2)(式1)。作为一例，在控制信号瞬时地从截止电位(作为一例，为0V)线性上升到导通电位(作为一例，为5V)的情况下，分压电位也从0V线性上升到5×R2/(R1+R2)。
反相器430的输入端子连接于电阻410与电阻420之间，接收分压电位而从输出端子输出逻辑反相后的信号。反相器440接收反相器430的输出而进行反相输出。即，检测部132a的阈值Vthin的分压电位是反相器430的阈值Vthinv，Vthinv＝Vthin×R2/(R1+R2)。
若功率半导体元件110成为导通状态，产生导线180的两端电压Vw，则输入于反相器430的分压电位与基准电位输入部406的电位之间的电位差成为(Vin-Vw)×R2/(R1+R2)，变得小于功率半导体元件110处于截止状态的情况。因此，在功率半导体元件110导通之后，若产生导线180的两端电压Vw且(Vin-Vw)×R2/(R1+R2)变得小于Vthinv，则即使控制信号Vin大于检测部132a的阈值Vthin，功率半导体元件110也将截止。
如以上所述，可以看出，半导体装置100在控制信号Vin与检测部132a的阈值Vthin之差小而集电极电流Ic大时，即使控制信号Vin满足导通条件，有时也会使功率半导体元件110截止。在此情况下，原本必须在时刻t3进行点火，却在时刻t2a以及时刻t2b也进行点火，所以有时甚至内燃机等也会产生不良状况等。
本发明为了解决上述现有技术所产生的问题，目的在于提供在使功率半导体元件导通的控制信号输入到了半导体装置的情况下，将功率半导体元件切实地导通而防止误工作的半导体装置。
技术方案
为了解决上述的问题，达到本发明的目的，本发明涉及的半导体装置具有以下的特征。半导体装置具备功率半导体元件，该功率半导体元件连接于高电位侧的第一端子与低电位侧的第二端子之间且根据栅极电位被控制为导通或截止。此外，具备电流检测部，该电流检测部检测所述功率半导体元件的集电极电流值。此外，具备切断条件检测部，该切断条件检测部检测从控制端子输入且对所述功率半导体元件进行控制的控制信号是否满足预定的切断条件。此外，具备第一开关元件，该第一开关元件相应于所述切断条件检测部检测到所述控制信号满足所述切断条件这一情形，将所述功率半导体元件的所述栅极电位控制为截止电位。所述切断条件检测部具有连接于所述电流检测部的输入端子，且将所述控制信号和所述集电极电流值用于所述切断条件。
此外，本发明涉及的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，所述切断条件检测部具有：检测部，其检测所述控制信号是否超过了预定的阈值；以及信号输出部，其根据所述检测部的检测结果，输出对所述第一开关元件进行控制的第一开关元件控制信号。
此外，本发明涉及的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，所述第一开关元件将所述功率半导体元件的栅极与发射极电连接，使所述功率半导体元件的栅极为截止电位。
此外，本发明涉及的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，所述半导体装置具备第二栅极控制部，该第二栅极控制部根据所述功率半导体元件的集电极电流，控制所述功率半导体元件的所述栅极电流。
此外，本发明涉及的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，所述功率半导体元件是IGBT或纵型MOSFET。
此外，本发明涉及的半导体装置的特征在于，在上述的发明中，所述半导体装置是根据来自外部的控制信号对流通于点火线圈的电流进行控制的点火器。
根据上述的发明，半导体装置具有输出与集电极电流成比例的感测电流的第一感测端子，产生与感测电流成比例的感测电压。由此，能够使得即使功率半导体元件成为导通状态，分压电位与基准电位输入部的电位之间的电位差也不发生变化。因此，半导体装置即使控制信号从截止切换为导通且功率半导体元件的集电极电流进行流通，切断条件检测部的切断条件也不发生变化，能够防止误工作。
此外，半导体装置具有根据功率半导体元件的集电极电流而控制功率半导体元件的栅极电流的第二栅极控制部。由此，半导体装置将功率半导体元件的集电极电流限制为阈值以下的电流值，防止过电流流通。此外，也防止第一栅极控制部的误工作。这两个故障防止功能通过利用从第一感测端子共同地供给的感测电流，可抑制电路面积的增加。
技术效果
根据本发明涉及的半导体装置，产生如下效果：在使功率半导体元件导通的控制信号输入到了半导体装置的情况下，将功率半导体元件切实地导通而防止误工作。
附图说明
图1是表示本实施方式1涉及的点火装置2000的构成例的图。
图2是表示本实施方式1的半导体装置200涉及的检测部132b的构成例的图。
图3是表示本实施方式1涉及的半导体装置200的各部的工作波形的一例的图。
图4是表示本实施方式2涉及的点火装置3000的构成例的图。
图5是表示现有技术涉及的点火装置1000的构成例的图。
图6A是表示现有技术涉及的半导体装置100的各部的工作波形的一例的图。
图6B是表示现有技术涉及的半导体装置100的各部的工作波形的一例的图。
图7是表示现有技术涉及的半导体装置100的检测部132a的构成例的图。
符号说明
10控制信号产生部，20火花塞，30点火线圈，32初级线圈，34次级线圈，40电源，100半导体装置，102控制端子，104第一端子，106第二端子，110功率半导体元件，120第一栅极控制部，130切断条件检测部，132a检测部，132b检测部，134信号输出部，140第一开关元件，150电阻，160电阻，170齐纳二极管，180导线，200半导体装置，202控制端子，204第一端子，206第二端子，210功率半导体元件，212第一感测端子，220电阻，230电流检测部，300半导体装置，302控制端子，304第一端子，306第二端子，310第二栅极控制部，312阈值输出部，314比较部，316第二开关元件，320电阻，330第二感测端子，402控制信号输入部，404检测信号输出部，406基准电位输入部，408感测电位输入部，410电阻，420电阻，430反相器，440反相器，1000点火装置，2000点火装置，3000点火装置。
具体实施方式
以下参照附图详细地说明本发明涉及的半导体装置的优选实施方式，但是以下的实施方式并非要限定权利要求所涉及的发明。此外，实施方式中所说明的特征的全部组合不一定是发明的解决方案所必须的。
(实施方式1)
图1是表示本实施方式1涉及的点火装置2000的构成例的图。在图1所示的点火装置2000中，对于与图5所示的现有技术涉及的点火装置1000的工作大致相同的部分标注相同的符号，并省略说明。点火装置2000具备半导体装置200。应予说明，关于点火装置2000所具备的控制信号产生部10、火花塞20、点火线圈30以及电源40，省略说明。
半导体装置200具备控制端子202、第一端子204、第二端子206、功率半导体元件210、第一栅极控制部120、电阻150、电阻160、齐纳二极管170、导线180、第一感测端子212和电阻220。
控制端子202输入对功率半导体元件210进行控制的控制信号。控制端子202连接于控制信号产生部10，接收控制信号。第一端子204经由点火线圈30连接于电源40。第二端子206连接于基准电位。即，第一端子204与第二端子206相比是高电位侧的端子，第二端子206与第一端子204相比是低电位侧的端子。
应予说明，关于电阻150、电阻160以及齐纳二极管170、导线180，由于与图5中说明的内容大致相同，所以在此省略说明。
功率半导体元件210具有第一感测端子212，该第一感测端子212输出与功率半导体元件210的集电极电流Ic成比例的感测电流Isns。
电阻220连接于功率半导体元件210的第一感测端子212与发射极端子之间，产生与感测电流Isns成比例的感测电压Vsns。在此，电阻220与第一感测端子212成为检测功率半导体元件210的集电极电流值的电流检测部230。
切断条件检测部130具有检测部132b、信号输出部134和连接于第一感测端子212的输入端子136。
以上的本实施方式1涉及的半导体装置200与图5中说明的半导体装置100同样，在控制信号成为高电位的情况下，功率半导体元件210成为导通状态。由此，如在图5中所说明，点火装置2000能够使火花塞20放电而对燃烧气体进行点火。
此外，在本实施方式1中，在集电极电流Ic增加，导线180的两端电压Vw变大的情况下，将与导线180的两端电压Vw成比例的感测电压Vsns输入于切断条件检测部130的输入端子136，防止切断条件检测部130的误工作。关于这样的点火装置2000的各部的详情，接着进行说明。
图2是表示本实施方式1的半导体装置200涉及的检测部132b的构成例的图。检测部132b包括控制信号输入部402、检测信号输出部404、基准电位输入部406、感测输入端子408、电阻410、电阻420、反相器430以及反相器440。
检测部132b与现有技术的检测部132a比较，将电阻420的与基准电位输入部406连接的端子连接于感测电位输入部408。
由于在直到控制信号Vin从截止电位变为导通电位为止，导线180的两端电压Vw和感测电压Vsns为0V，所以半导体装置200的工作与半导体装置100相同。
若功率半导体元件210成为导通状态，产生导线180的两端电压Vw和感测电压Vsns，则输入于反相器430的分压电位与基准电位输入部406的电位之间的电位差Vininv-Vw成为
Vininv-Vw＝(Vin-Vw-Vsns)×R2/(R1+R2)+Vsns (式2)。
进而，若使用感测电流Isns、电阻220的电阻值Rsns、集电极电流Ic、导线电阻Rw，替换导线180的两端电压Vw、感测电压Vsns，则(式2)成为
Vininv-Vw＝(Vin-Ic×Rw-Isns×Rsns)×R2/(R1+R2)+Isns×Rsns(式3)。在此，假定R1+R2比电阻220的电阻值Rsns大得多(例如1万倍)，能够忽略从感测电位输入部408流向电阻220的电流。
在此情况下，为了即使功率半导体元件210成为导通状态，分压电位与基准电位输入部406的电位之间的电位差Vininv-Vw也不变化的条件是Vininv-Vw不依赖于集电极电流Ic。为此的条件是电阻410以及电阻420进行分压而得到的分压电位Vin×R2/(R1+R2)变得与(式3)相等，若使用集电极电流Ic与感测电流Isns的比率Ic/Isns＝A，则电阻220的电阻值Rsns成为
Rsns＝A×Rw×R2/(R1+R2)/{1-R2/(R1+R2)} (式4)。
例如，在导线电阻Rw＝5mΩ、R1+R2＝100kΩ、Ic/Isns＝1000的情况下，电阻220的电阻值Rsns＝5Ω。
图3是表示本实施方式1涉及的半导体装置200的各部的工作波形的一例的图。图3将横轴设为时间，将纵轴设为电压值或电流值。此外，图3将从控制端子202输入的控制信号设为“Vin”、将功率半导体元件210的集电极-发射极间电流(称为集电极电流)设为“Ic”、将导线180的两端电压设为“Vw”、将电阻220的两端电压设为“Vsns”、将输入于检测部132b的反相器430的电位Vininv与基准电位输入部406的电位之间的电位差设为“Vininv-Vw”，来表示各自的时间波形。
图3表示如下的例子：输入于控制端子202的控制信号Vin在时刻t1从0V上升到超过检测部132b的阈值Vthin的电压，此后，在时刻t3从超过阈值Vthin的电压下降到0V。
功率半导体元件210在图3的例子中，从时刻t1到时刻t3成为导通状态，并在直到时刻t1为止的期间以及超过了时刻t3的期间，成为截止状态。
即，在直到控制信号Vin超过检测部132b的阈值Vthin为止，功率半导体元件210的集电极电流Ic大致为零(截止)，且相应于控制信号Vin为超过了检测部132b的阈值Vthin的电位这一情形，功率半导体元件210的集电极电流Ic进行流通(导通)，其最大值为(Vb-Vbi)/(Rl+Ron)。在此，Vb是电源40所供给的恒定电压，Vbi是功率半导体元件210的内建电位，Rl是初级线圈32的电阻，Ron是功率半导体元件210的导通电阻。集电极电流Ic的时间变化dIc/dt根据初级线圈32的电感以及电源40的供给电压而定，并增加到预定的(或设定的)电流值为止。
在此，图1所示的半导体装置200的功率半导体元件210在时刻t1导通，集电极电流Ic逐渐增加。伴随着集电极电流Ic的增加，导线180的两端电压Vw也增加。导线180的两端电压Vw由导线180的电阻Rw和集电极电流Ic决定，成为Vw＝Rw×Ic。此外，由于与集电极电流Ic成比例的感测电流Isns，电阻220的两端电压即感测电压Vsns也增加。
若在时刻t2集电极电流Ic达到最大值，则集电极电流Ic保持一定值，若在时刻t3控制信号Vin成为0V，则功率半导体元件210截止。
在时刻t1到t3之间，半导体装置200导通的条件是：输入于检测部132b的反相器430的电位Vininv与基准电位输入部406的电位之间的电位差Vininv-Vw大于检测部132b的阈值Vthin。
通过将电阻220的电阻值Rsns设为上述(式4)，能够使得Vininv-Vw不依赖于集电极电流Ic。因此，能够使Vininv-Vw大于Vthin，能够防止功率半导体元件210截止。
如以上所说明的，根据本实施方式1涉及的半导体装置，具有输出与集电极电流成比例的感测电流的第一感测端子，产生与感测电流成比例的感测电压。由此，能够使得即使功率半导体元件成为导通状态，分压电位与基准电位输入部的电位之间的电位差也不发生变化。因此，半导体装置即使控制信号从截止切换为导通且功率半导体元件的集电极电流进行流通，切断条件检测部的切断条件也不发生变化，能够防止误工作。
(实施方式2)
图4是表示本实施方式2涉及的点火装置3000的构成例的图。在图4所示的点火装置3000中，对于与图1所示的本实施方式涉及的点火装置2000的工作大致相同的部分标注相同的符号，并省略说明。点火装置3000具备半导体装置300。应予说明，关于点火装置3000所具备的控制信号产生部10、火花塞20、点火线圈30以及电源40，省略说明。
半导体装置300具备控制端子302、第一端子304、第二端子306、功率半导体元件210、第一栅极控制部120、第二栅极控制部310、电阻150、电阻160、齐纳二极管170、导线180、第一感测端子212、电阻220、电阻320和第二感测端子330。
控制端子302输入对功率半导体元件210进行控制的控制信号。控制端子302连接于控制信号产生部10，接收控制信号。第一端子304经由点火线圈30连接于电源40。第二端子306连接于基准电位。即，第一端子304与第二端子306相比是高电位侧的端子，第二端子306与第一端子304相比是低电位侧的端子。
应予说明，关于第一栅极控制部120、电阻150、电阻160、齐纳二极管170、导线180、功率半导体元件210以及电阻220，由于在图1以及图5中进行了说明，所以在此省略说明。
电阻320连接于第一感测端子212与电阻220之间，在与电阻220连接的一侧具有第二感测端子330。电阻320输出与感测电流Isns相应的感测电压Vsns，传送至第二栅极控制部310。
第二栅极控制部310检测感测电位Vsns是否满足切断条件，对功率半导体元件210的栅极进行控制。第二栅极控制部310可以使用预定的阈值检测感测电流Isns是否满足切断条件。第二栅极控制部310具有阈值输出部312、比较部314和第二开关元件316。
阈值输出部312输出预定的阈值电位Vref。阈值输出部312例如输出与流通于电阻320的电流量的容许值相应的阈值电位。阈值输出部312可以由恒定电流电路以及电阻等的组合构成，此外也可以由齐纳二极管以及电阻等的组合等构成。
比较部314对电阻320的检测结果与阈值输出部312所输出的预定的阈值电位Vref进行比较。比较部314例如相应于电阻320所输出的感测电位Vsns超过了阈值电位Vref这一情形，输出高电位作为比较结果，且在该感测电位Vsns为阈值电位Vref以下的情况下，输出低电位作为比较结果。比较部314例如具有比较器等。
第二开关元件316连接于功率半导体元件210的栅极与发射极之间，根据比较部314的比较结果对功率半导体元件210的栅极电位进行控制。第二开关元件316例如相应于比较部314的比较结果成为高电位这一情形，使连接于功率半导体元件210的栅极的漏极端子与连接于功率半导体元件210的发射极的源极端子之间的电阻减小。即，第二开关元件316在电阻320的感测电位Vsns超过阈值Vref的情况下，调节功率半导体元件210的栅极电位，以使该感测电位Vsns保持为阈值Vref。
另一方面，第二开关元件316在比较部314的比较结果为低电位的情况下，切断功率半导体元件210的栅极与发射极之间的电连接。从而，与从控制端子302输入的控制信号相应的电位经由电阻160供给于功率半导体元件210的栅极。作为一例，第二开关元件316是通常断开的开关元件，优选是n沟道型的MOSFET。
第二感测端子330连接于输入端子136，进行与图1所示的半导体装置200的第一感测端子212相同的工作，防止第一栅极控制部120的误工作。在此，电阻220、第一感测端子212、电阻320和第二感测端子330成为检测功率半导体元件210的集电极电流值的电流检测部230。
如以上所说明的，根据本实施方式2涉及的半导体装置，具有与实施方式1同样的效果。进一步地，本实施方式2涉及的半导体装置，具有根据功率半导体元件的集电极电流而控制功率半导体元件的栅极电流的第二栅极控制部。由此，本实施方式2涉及的半导体装置，将功率半导体元件的集电极电流限制为阈值以下的电流值，防止过电流流通。此外，也防止第一栅极控制部的误工作。这两个故障防止功能通过利用从第一感测端子共同地供给的感测电流，可抑制电路面积的增加。
以上，使用实施方式对本发明进行了说明，但本发明的技术范围并不限于上述实施方式所记载的范围。对于本领域技术人员而言明了的是，可以对上述实施方式进行各种变更或者改进。从权利要求的记载可以明确，进行了这样的变更或改进的实施方式也可包含于本发明的技术范围。此外，应该注意的是，权利要求书、说明书及附图中所示的装置、系统、程序及方法中的工作、顺序、步骤以及阶段等各处理的执行顺序，只要未特别明示“在之前”、“先于”等或者只要在前的处理的输出不在之后的处理中使用，就可以以任意的顺序实现。关于权利要求书、说明书及附图中的工作流程，即使为方便起见使用“首先”、“接下来”等进行了说明，也并不意味着必须按照该顺序进行实施。
产业上的可利用性
如以上所述，本发明涉及的半导体装置，对将功率半导体元件及其控制电路集成于同一芯片而成的半导体装置有用，特别适用于机动车点火器用的开关半导体元件。

Claims (6)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
功率半导体元件，其连接于高电位侧的第一端子与低电位侧的第二端子之间，根据栅极电位而被控制为导通或截止；
电流检测部，其检测所述功率半导体元件的集电极电流值；
切断条件检测部，其检测从控制端子输入且对所述功率半导体元件进行控制的控制信号是否满足预定的切断条件；以及
第一开关元件，其相应于所述切断条件检测部检测到所述控制信号满足所述切断条件这一情形，将所述功率半导体元件的所述栅极电位控制为截止电位，
所述切断条件检测部具有：
控制信号输入部，其接收所述控制信号；
输入端子，其连接于所述电流检测部；
基准电位输入部，其连接于所述功率半导体元件的发射极端子；
多个电阻，连接于所述控制信号输入部与所述输入端子之间，将所述控制信号分压；以及
反相器，其将通过所述多个电阻生成的分压电位作为输入，并连接于所述控制信号输入部与所述基准电位输入部之间。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述切断条件检测部具有：
检测部，其检测所述控制信号是否超过了预定的阈值；以及
信号输出部，其根据所述检测部的检测结果，输出对所述第一开关元件进行控制的第一开关元件控制信号，
所述检测部具备所述多个电阻和所述反相器，
所述分压电位与所述基准电位输入部之间的电位差大于所述阈值。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述第一开关元件将所述功率半导体元件的栅极与发射极电连接，使所述功率半导体元件的栅极为截止电位。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述切断条件检测部和所述第一开关元件构成第一栅极控制部，
所述半导体装置具备第二栅极控制部，该第二栅极控制部根据所述功率半导体元件的集电极电流，控制所述功率半导体元件的所述栅极电位。
5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述功率半导体元件是IGBT或纵型MOSFET。
6.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述半导体装置是根据来自外部的控制信号对流通于点火线圈的电流进行控制的点火器。
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