CN109039130B - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

提供可实现从高电位侧向低电位侧的信号传送且尺寸小的半导体装置。高电位侧开关元件(25)设置在高电位侧端子(TP)与具有中间电位(VS)的主输出端子(TO)之间。信号传送电路(70)包含第1部位(71)、第2部位(72)、信号开关元件(73)和二极管(74)。对第1部位(71)施加中间电位(VS)。对第2部位(72)施加低电位侧电位与高电位侧电位之间的参考电位。信号开关元件(73)具有与第1部位(71)连接的一端和另一端，根据变换信号进行通断。二极管(74)设于第2部位(72)与信号开关元件(73)的另一端之间，方向被设定为在中间电位(VS)为低电位侧电位的情况下由于第1部位(71)与第2部位(72)之间的电压而流过正向电流。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置，特别是涉及具有对高电位侧开关元件的状态信息进行检测的检测电路的半导体装置。
背景技术
称为智能功率模块(IPM)的电力用半导体装置被广泛用于逆变器驱动。在IPM处，除了对IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)以及MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field Effect Transistor)等半导体开关元件进行驱动的驱动电路以外，还搭载有保护电路。作为保护电路的典型动作，在半导体开关元件的温度变得过高时，通过对来自驱动电路的驱动信号进行切断来执行保护半导体开关元件的保护动作，且将通知已执行了该动作这一内容的错误信号输出至外部。例如，根据日本特开2000-134074号公报(专利文献1)，半导体模块具有：半导体元件；温度检测元件，其为了对半导体元件的温度进行测量而设置在半导体元件之上；温度检测单元，其使用温度检测元件而生成温度信息；模拟绝缘放大器，其用于将从温度检测单元输出的温度信息传送至电位不同的部位；以及选择单元，其输入从多个模拟绝缘放大器输出的温度信息，从上述温度信息中选择而输出半导体元件的温度最高的部位的温度信息。
在作为半导体开关元件而对低电位侧开关元件以及高电位侧开关元件进行驱动的情况下，就IPM而言，需要具有低电位侧驱动电路以及高电位侧驱动电路的HVIC(HighVoltage Integrated Circuit)。高电位侧驱动电路在高电压下与低电位侧驱动电路分离。因此，为了将控制信号传送至高电位侧驱动电路，需要使该信号的基准电位升高的电位上移，其中，该控制信号是为了确定通断动作的定时(timing)而输入至HVIC的。为了上述目的，在HVIC搭载有具有从低电位侧向高电位侧的电位上移功能的电平移位电路。另一方面，从高电位侧向低电位侧的信号传送对于通断动作本身而言并非是必需的，但对于实现上述保护动作等多种功能而言是必需的。例如，根据日本特开2004-312817号公报(专利文献2)，提及到下述方式，即，不仅是用于从低电位侧向高电位侧的信号传送的电平移位电路，用于从高电位侧向低电位侧的信号传送的电平移位电路也内置于HVIC。另外，根据上述公报，主张该方式与为了信号传送而使用光耦合器的方式相比，廉价且具有高可靠性。
专利文献1：日本特开2000-134074号公报
专利文献2：日本特开2004-312817号公报
如上所述将用于从低电位侧向高电位侧进行电位上移的电平移位电路内置于HVIC内的技术被广泛地使用。另一方面，为了进行从高电位侧向低电位侧的信号传送而在HVIC内进一步以充分高的可靠性内置用于电位下移的电平移位电路这一作法在实用方面难度高。在上述日本特开2004-312817号公报中也完全没有揭示该电平移位电路的具体结构，不清楚是如何实施的。另一方面，如在上述公报中也提及过的那样，就从高电位侧向低电位侧的信号传送而言，即使不使用电平移位电路，使用光耦合器也能够实现。然而，如果使用光耦合器，则IPM的尺寸变大。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于提供能够实现从高电位侧向低电位侧的信号传送、且尺寸小的半导体装置。
本发明的半导体装置具有低电位侧端子、高电位侧端子、主输出端子、低电位侧开关元件、低电位侧驱动电路、高电位侧开关元件、高电位侧驱动电路、检测电路、变换电路和信号传送电路。低电位侧端子具有低电位侧电位。高电位侧端子具有与低电位侧电位不同的高电位侧电位。主输出端子具有中间电位。低电位侧开关元件设置在主输出端子与低电位侧端子之间。低电位侧驱动电路对低电位侧开关元件进行驱动，使用低电位侧电位作为基准电位、且使用由相对于低电位侧电位的偏置电压规定的供给电位作为电源电位而进行动作。高电位侧开关元件设置在主输出端子与高电位侧端子之间。高电位侧驱动电路对高电位侧开关元件进行驱动，使用中间电位作为基准电位、且使用由相对于中间电位的偏置电压规定的浮置电位作为电源电位而进行动作。检测电路使用中间电位作为基准电位，对高电位侧开关元件的状态信息进行检测，从而输出检测信号。变换电路使用中间电位作为基准电位，输出与来自检测电路的检测信号相对应的变换信号。信号传送电路将与来自变换电路的变换信号相对应的信号作为电压信号输出，该电压信号使用低电位侧电位作为基准电位。信号传送电路包含第1部位、第2部位、信号开关元件和二极管。在第1部位被施加中间电位。在第2部位被施加与低电位侧电位以及高电位侧电位不同的位于低电位侧电位与高电位侧电位之间的参考电位。信号开关元件具有一端和另一端，该一端与第1部位连接，该信号开关元件根据变换信号进行通断。二极管设置在第2部位与信号开关元件的另一端之间，方向被设定为在中间电位为低电位侧电位的情况下由于第1部位与第2部位之间的电压而流过正向电流。
发明的效果
根据本发明，在信号传送电路设置有二极管，该二极管的方向被设定为，在中间电位为低电位侧电位的情况下由于第1部位与第2部位之间的电压而流过正向电流。由此，在由于低电位侧开关元件处于接通状态且高电位侧开关元件处于断开状态，从而中间电位为大致低电位侧电位时，对二极管施加正向电压。在该状态下，通过使信号传送电路的信号开关元件进行通断，由此对流过二极管的电流进行控制。因此，能够利用该电流经由信号传送电路进行信息传送。另一方面，在由于低电位侧开关元件处于断开状态且高电位侧开关元件处于接通状态，从而中间电位为大致高电位侧电位时，对二极管施加反向电压，从而信号传送电路处于绝缘状态。由此，通过低电位侧与高电位侧之间的信号传送电路实现的电连接被切断。因此，能够确保在低电位侧与高电位侧之间所要求的绝缘。信号传送电路处的该绝缘是由二极管确保的，而不是信号开关元件。因此，作为信号开关元件，不需要使用高耐压的元件。因此，能够抑制信号开关元件的尺寸。因此，能够缩小半导体装置的尺寸。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1中的半导体装置以及监视器的结构的示意图。
图2是对图1中的检测电路的第1个例子进行说明的电路图。
图3是对图1中的检测电路的第2个例子进行说明的电路图。
图4是对图1中的变换电路的例子进行说明的电路图。
图5是表示本发明的实施方式2中的半导体装置所具有的中间电位检测电路以及采样保持电路的结构的示意图。
图6是表示图5中的采样保持电路的例子的电路图。
图7是表示图5中的中间电位检测电路的例子的电路图。
图8是概略地表示本发明的实施方式2中的半导体装置的动作的时序图。
图9是对本发明的实施方式3中的半导体装置所具有的中间电位检测电路、采样保持电路、峰值保持电路和输出电流检测电路的结构进行说明的示意图。
图10是表示图9中的峰值保持电路的例子的电路图。
图11是概略地表示本发明的实施方式3中的半导体装置的动作的例子的时序图。
图12是概略地对本发明的实施方式4中的半导体装置所具有的中间电位检测电路以及信号传送电路的结构进行说明的电路图。
图13是概略地对本发明的实施方式5中的半导体装置所具有的自举电路以及中间电位检测电路的结构进行说明的示意图。
图14是概略地对本发明的实施方式6中的半导体装置所具有的选择电路的结构进行说明的示意图。
标号的说明
15低电位侧IGBT(低电位侧开关元件)，13低电位侧驱动电路，16续流二极管，22电平移位电路，23高电位侧驱动电路，25高电位侧IGBT(高电位侧开关元件)，30自举电路，40、40A、40B检测电路，50、50A采样保持电路，55峰值保持电路，57输出电流检测电路，60变换电路，70、70B信号传送电路，71第1部位，72第2部位，73信号开关元件，79传送部电阻元件，80、80A、80B、80C VS检测电路(中间电位检测电路)，85B哑(dummy)脉冲发生源，90监视器，95选择电路，100HVIC(半导体芯片)，200 IPM(半导体装置)，951输入变换部，952选择部，953输出变换部，AM桥臂，FI信息信号输入端子，FO信息信号输出端子，HI高电位侧输入端子，HO高电位侧输出端子，LI低电位侧输入端子，LO低电位侧输出端子，TN低电位侧端子，TO主输出端子，TP高电位侧端子。
具体实施方式
下面，基于附图对本发明的实施方式进行说明。此外，在以下的附图中，对相同或相应的部分标注相同的参照标号，不重复其说明。
<实施方式1>
(结构的概要)
图1是表示本发明的实施方式1中的IPM 200(半导体装置)以及监视器90的结构的示意图。IPM 200具有逆变器的功能，该IPM200具有：HVIC 100(半导体芯片)；桥臂AM，其由该HVIC 100驱动；以及检测电路40，其对桥臂AM的状态信息进行检测。监视器90根据检测电路40的检测结果而对从IPM 200输出的信息输出信号进行监视，典型的是，监视器90为微型计算机。
桥臂AM具有：低电位侧端子TN，其具有低电位侧电位；高电位侧端子TP，其具有与低电位侧电位不同的高电位侧电位；主输出端子TO，其具有中间电位VS；低电位侧IGBT 15(低电位侧开关元件)；以及高电位侧IGBT 25(高电位侧开关元件)。在图示的例子中，低电位侧电位为接地(GND)电位。低电位侧端子TN是所谓的“N端子”，且高电位侧端子TP是所谓的“P端子”。即，在将低电位侧电位视为基准电位的情况下，高电位侧电位为正电位。施加至低电位侧端子TN与高电位侧端子TP之间的输入电压(也称为“逆变器输入电压”)、即低电位侧电位与高电位侧电位之间的电压可以大于或等于几百V，例如为300V～600V左右。低电位侧IGBT 15设置在主输出端子TO与低电位侧端子TN之间。高电位侧IGBT 25设置在主输出端子TO与高电位侧端子TP之间。典型的是，向低电位侧IGBT 15以及高电位侧IGBT 25分别连接有续流二极管16以及续流二极管26。
HVIC 100具有：低电位侧输入端子LI、高电位侧输入端子HI、低电位侧输出端子LO、高电位侧输出端子HO、信息信号输入端子FI、信息信号输出端子FO、低电位侧驱动电路13、高电位侧驱动电路23和电平移位电路22。高电位侧驱动电路23以及电平移位电路22集成于HVIC 100内。在本实施方式中，低电位侧驱动电路13也集成于HVIC 100内。
向低电位侧输入端子LI输入用于对低电位侧IGBT 15进行控制的低电位侧控制信号Vcin0。低电位侧控制信号Vcin0使用低电位侧电位作为基准电位。与低电位侧控制信号Vcin0对应地，低电位侧驱动电路13从低电位侧输出端子LO输出对低电位侧IGBT 15进行驱动的驱动信号。通过该驱动信号而使低电位侧IGBT 15进行通断。低电位侧驱动电路13使用低电位侧电位作为基准电位、且使用供给电位VD作为电源电位而进行动作。供给电位VD是由相对于低电位侧电位的偏置电压E1规定出的。偏置电压E1是小于逆变器输入电压的电压。偏置电压E1实质上可以为恒压，例如为+15V左右。
向高电位侧输入端子HI输入用于对高电位侧IGBT 25进行控制的高电位侧控制信号Vcin1。高电位侧控制信号Vcin1使用低电位侧电位作为基准电位。电平移位电路22将使用低电位侧电位作为基准电位的高电位侧控制信号Vcin1变换为使用中间电位VS作为基准电位的高电位侧控制信号Vcin2。并且，电平移位电路22向高电位侧驱动电路23发送高电位侧控制信号Vcin2。与高电位侧控制信号Vcin2对应地，高电位侧驱动电路23从高电位侧输出端子HO输出对高电位侧IGBT 25进行驱动的驱动信号。通过该驱动信号使高电位侧IGBT 25进行通断。高电位侧驱动电路23使用中间电位VS作为基准电位、且使用浮置电位VB作为电源电位而进行动作。浮置电位VB是由相对于中间电位VS的偏置电压E2规定出的。偏置电压E2是小于逆变器输入电压的电压。偏置电压E2实质上可以为恒压，也可以与偏置电压E1相同，例如为+15V左右。
检测电路40通过对高电位侧IGBT 25的状态信息进行检测而生成检测信号。检测信号被输出至HVIC 100的信息信号输入端子FI。检测电路40使用中间电位VS作为基准电位。状态信息包含至少1种信息。作为状态信息，典型的是关于在高电位侧IGBT 25的主端子之间施加的电压(集电极-发射极电压Vce)的信息、以及关于高电位侧IGBT 25的温度的信息。此外，对于检测电路40的具体例子将在后面叙述。
HVIC 100还具有变换电路60。向变换电路60从信息信号输入端子FI输入检测信号。变换电路60使用中间电位VS作为基准电位而进行动作。变换电路60输出与来自检测电路40的检测信号相对应的变换信号。具体而言，作为模拟信号的检测信号被变换成作为数字信号的变换信号。作为该变换，典型的是通过生成脉冲信号而进行的，该脉冲信号具有依赖于模拟信号的大小的脉冲宽度。此外，对于变换电路60的具体例子将在后面叙述。
IPM 200还具有信号传送电路70。信号传送电路70将与来自变换电路60的变换信号相对应的信息输出信号作为电压信号输出，该电压信号使用了低电位侧电位(接地电位)作为基准电位。该信息输出信号由监视器90进行监视。信号传送电路70包含：第1部位71、第2部位72、信号开关元件73和二极管74。
在第1部位71被施加中间电位VS。在第2部位72被施加参考电位。参考电位与低电位侧电位以及高电位侧电位不同，是低电位侧电位与高电位侧电位之间的电位。参考电位如图所示，优选是使用供给电位VD来施加的。
信号开关元件73具有一端以及另一端，该一端与第1部位71连接，信号开关元件73根据变换信号进行通断。在图示的例子中，信号开关元件73是n沟道型MOSFET，具有源极(一端)、漏极(另一端)和栅极，该源极与第1部位71连接，信号开关元件73根据施加于栅极的变换信号进行通断。信号开关元件73优选集成于HVIC100内。在该情况下，信号开关元件73的尺寸越小，越能够抑制HVIC100的尺寸。为了抑制尺寸，优选信号开关元件73的耐压不要高至不必要的程度。信号开关元件73的耐压可以低于二极管74的耐压。另外，信号开关元件73的耐压可以低于逆变器输入电压。
二极管74设置在第2部位72与信号开关元件73的另一端之间。二极管74的方向被设定为，在中间电位VS为低电位侧电位的情况下由于第1部位71与第2部位72之间的电压而流过正向电流。优选的是，二极管74并非集成于HVIC 100内，而是外接于HVIC 100。二极管74的耐压高于逆变器输入电压。因此，作为二极管74，使用所谓的高耐压二极管。例如，如果逆变器输入电压的规格大于或等于300V，则使用具有大于或等于300V的耐压的二极管。
二极管74与第2部位72之间的电位、具体而言二极管74与电阻元件75之间的电位被作为信息输出信号从信号传送电路70输出。信息输出信号的基准电位是低电位侧电位(接地电位)。该信息输出信号由监视器90进行监视。监视器90也可以是具有生成针对HVIC100的控制信号这一功能的微型计算机。在该情况下，能够与信息输出信号对应地对IPM 200进行控制。例如，在信息输出信号是关于IPM 200的某错误信号的情况下，微型计算机能够使IPM 200执行低电位侧IGBT 15的切断动作等保护动作。
(信号传送电路70的动作)
在低电位侧IGBT 15处于接通状态的期间，信号传送电路70将与来自变换电路60的变换信号相对应的信息输出信号向监视器90传送。下面对这一点进行说明。如果低电位侧IGBT 15导通，则中间电位VS成为大致低电位侧电位(接地电位)。由此，对二极管74施加正向电压。因此，在第1部位71与第2部位72之间，与信号开关元件73的通断相对应地流过电流。与该电流相对应地，向监视器90输出的电位发生变动。因此，信号开关元件73的通断是通过来自变换电路60的变换信号而进行的，由此，信号传送电路70能够将与变换信号相对应的信息输出信号向监视器90传送。
另一方面，在高电位侧IGBT 25处于接通状态的期间，信号传送电路70将变换电路60与监视器90彼此电绝缘。如果高电位侧IGBT 25导通，则中间电位VS成为大致高电位侧电位。由此，对二极管74施加反向电压。因此，在第1部位71与第2部位72之间，无论信号开关元件73的通断状态如何，都不会流过电流。即，将变换电路60与监视器90彼此电绝缘。在中间电位VS为大致高电位侧电位的期间，对变换电路60与监视器90之间施加逆变器输入电压程度的大电压。因此，需要确保两者之间的电绝缘。该电绝缘通过由二极管74承受反向电压的施加来确保。
(结构的详细内容)
图2是对检测电路40A进行说明的电路图，该检测电路40A是在上述状态信息为施加于高电位侧IGBT 25的电压的信息的情况下的检测电路40(图1)的一个例子。高电位侧IGBT 25具有发射极端子(第1端子)、集电极端子(第2端子)以及栅极端子(第3端子)，与施加于栅极端子的电压对应地对发射极端子与集电极端子之间的电连接进行控制。检测电路40A将在发射极端子与集电极端子之间施加的电压Vce作为状态信息而进行检测。具体而言，检测电路40A具有：电阻元件41A、电阻元件42A、电阻元件43A和二极管45A。电阻元件41A、电阻元件42A和电阻元件43A以从被施加中间电位VS的部位连至被施加浮置电位VB的部位为止的方式依次串联连接。发射极端子连接在电阻元件41A与被施加中间电位VS的部位之间。集电极端子经由二极管45A连接在电阻元件42A与电阻元件43A之间。二极管45A的方向被选择为，在高电位侧IGBT 25为断开状态时电流的流动受到阻止。将具有电阻元件41A与电阻元件42A之间的电位的检测信号向信息信号输入端子FI输出。
图3是对检测电路40B进行说明的电路图，该检测电路40B是在上述状态信息为关于高电位侧IGBT 25的温度的信息的情况下的检测电路40(图1)的一个例子。具体而言，检测电路40B具有电阻元件42B和作为温度传感器的二极管41B。二极管41B配置于容易接收来自高电位侧IGBT 25的热量的位置，由此，作为温度传感器的二极管41B能够对高电位侧IGBT 25的结温Tj进行检测。在这里，“结温”是指半导体开关元件内的pn结部的温度。为了精确的温度测定，优选二极管41B以及高电位侧IGBT 25形成在共同的半导体基板之上。在该情况下，为了确保可靠性，要求具有二极管41B的检测电路40的基准电位是高电位侧电位而不是低电位侧电位。二极管41B和电阻元件42B以从被施加中间电位VS的部位连至被施加浮置电位VB的部位为止的方式依次串联连接。二极管41B的方向被选择为，向二极管41B施加正向电压。将具有二极管41B与电阻元件42B之间的电位的检测信号向信息信号输入端子FI输出。
图4是对图1中的变换电路60的例子进行说明的电路图。将来自检测电路40(图1)的检测信号的值与由使用中间电位VS作为基准电位的三角波发生器62生成的三角波的电位通过比较器61进行比较。由此，比较器61生成具有与检测信号的值相对应的脉冲宽度的变换信号。将变换信号向信号传送电路70(图1)的信号开关元件73的栅极发送。
(效果)
根据本实施方式，在信号传送电路70(图1)设置有二极管74，该二极管74的方向被设定为，在中间电位VS为低电位侧电位的情况下由于第1部位71与第2部位72之间的电压而流过正向电流。由此，在低电位侧IGBT 15处于接通状态且高电位侧IGBT 25处于断开状态，从而中间电位VS为大致低电位侧电位时，对二极管74施加正向电压。在该状态下，使信号传送电路70的信号开关元件73进行通断，由此对流过二极管74的电流进行控制。因此，能够利用该电流经由信号传送电路70进行信息传送。另一方面，在低电位侧IGBT 15处于断开状态且高电位侧IGBT 25处于接通状态，从而中间电位VS为大致高电位侧电位时，对二极管74施加反向电压，由此信号传送电路70处于绝缘状态。由此，通过监视器90(低电位侧)与变换电路60(高电位侧)之间的信号传送电路70实现的电连接被切断。因此，能够确保在低电位侧与高电位侧之间所要求的绝缘。信号传送电路70处的该绝缘是由二极管74确保的，而不是信号开关元件73。因此，作为信号开关元件73，不需要使用高耐压的元件。因此，能够抑制信号开关元件73的尺寸。因此，能够缩小IPM 200的尺寸，特别是能够显著地缩小HVIC 100的尺寸。
此外，如果取代信号传送电路70，将具有电位下移功能的电平移位电路集成于HVIC内，则HVIC的尺寸显著变大。具体而言，在电平移位电路中通常包含具有高耐压的半导体开关元件，该半导体开关元件在HVIC处占较大面积。另外，如果考虑到可靠性，则将具有电位下移功能的电平移位电路集成于HVIC这一作法本身在实用方面难度高。
施加至第2部位72的电位即参考电位可以使用供给电位VD进行施加。由此，使IPM200的结构简化。
高电位侧IGBT 25的状态信息可以包含关于高电位侧IGBT 25的集电极-发射极电压Vce的信息。在该情况下，能够将在高电位侧设置的IGBT25的集电极-发射极电压Vce的异常的发生向低电位侧传送。
高电位侧IGBT 25的状态信息可以包含关于高电位侧IGBT 25的温度的信息。在该情况下，能够将高电位侧IGBT 25的温度的异常的发生向低电位侧传送。
高电位侧驱动电路23以及电平移位电路22可以集成于一个半导体芯片100内。在该情况下，能够缩小IPM 200的尺寸。
信号传送电路70的二极管74可以外接于半导体芯片100。在该情况下，在半导体芯片100内不需要设置作为高耐压元件的二极管74。由此，能够缩小半导体芯片100的尺寸。
信号传送电路70的信号开关元件73可以集成于半导体芯片100内。由此，能够缩小IPM 200的尺寸。
(变形例)
在上述实施方式中，示出了1个桥臂AM，但桥臂的数量并不受限定。通过设置各自与IMP200相同的多个结构，从而能够构成具有多个桥臂AM的IPM。特别是，通过构成具有3个桥臂AM的IPM，从而获得作为三相逆变器的功能。在该情况下，与主输出端子TO相对应的3个主输出端子具有作为三相交流的输出端子的功能。
在上述实施方式中，低电位侧端子TN是所谓的“N端子”，且高电位侧端子TP是所谓的“P端子”，该关系也可以反转。具体而言，低电位侧端子TN也可以是所谓的“P端子”，且高电位侧端子TP也可以是所谓的“N端子”。即，也可以是在将低电位侧电位视为基准电位的情况下，高电位侧电位为负电位。
在上述实施方式中，使用IGBT分别作为低电位侧开关元件以及高电位侧开关元件，但也可以使用除了IGBT以外的电力用半导体开关元件。例如，也可以使用MOSFET等MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)。
在上述实施方式中，使用n沟道型MOSFET作为信号开关元件73，但也可以取而代之使用p沟道型MOSFET。另外，也可以使用除了MOSFET以外的MISFET。另外，也可以使用除了MISFET以外的半导体开关元件，例如也可以使用双极晶体管。
在上述实施方式中，在检测电路40对温度进行检测的情况下，使用二极管作为温度传感器，但也可以使用除了二极管以外的元件作为温度传感器。例如也可以使用热敏电阻元件。
<实施方式2>
(结构)
参照图5，本实施方式的IPM除了IPM 200(图1：实施方式1)的结构以外，还具有采样保持电路50和VS检测电路80(中间电位检测电路)。
采样保持电路50设置在检测电路40与变换电路60之间。采样保持电路50在高电位侧IGBT 25导通的定时开始采样动作，在高电位侧IGBT 25截止的定时开始保持动作。高电位侧IGBT 25的导通以及截止的定时是通过参照来自电平移位电路22的高电位侧控制信号Vcin2而识别的。换言之，采样保持电路50使用高电位侧控制信号Vcin2作为触发而执行采样保持动作。
VS检测电路80对中间电位VS处于下述哪种状态进行检测，即，是处于与低电位侧电位以及高电位侧电位中的低电位侧电位接近的状态即低电位状态、还是处于与高电位侧电位接近的状态即高电位状态。变换电路60将VS检测电路80检测到从高电位状态向低电位状态的转变这一情况用作触发，开始变换信号的输出。
图6是表示作为采样保持电路50(图5)的例子的采样保持电路50A的电路图。采样保持电路50A具有：运算放大器51、开关52、电容器53和运算放大器54。向运算放大器51的反转输入端子输入来自检测电路40的检测信号。在运算放大器51的非反转输入端子连接有运算放大器51自身的输出端子。开关52将运算放大器51的输出端子和运算放大器54的反转输入端子连接。在运算放大器54的反转输入端子连接有电容器53的一端。向电容器53的另一端施加作为基准电位的中间电位VS。在高电位侧控制信号Vcin2为对应于导通的信号时开关52成为接通状态，在高电位侧控制信号Vcin2为对应于截止的信号时开关52成为断开状态。采样保持电路50A优选集成于HVIC 100内。
图7是表示作为VS检测电路80(图5)的例子的VS检测电路80A的电路图。VS检测电路80A具有：电阻元件81A、电阻元件82A、参考电压源83A和比较器84A。电阻元件81A以及电阻元件82A以从低电位侧电位的部位连至浮置电位VB的部位为止的方式依次串联连接。因此，在电阻元件81A与电阻元件82A之间，获得由于低电位侧电位(接地电位)与浮置电位VB之间的电压被分压而产生的电位。通过比较器84A，将所获得的电位和以浮置电位VB作为基准而低了与参考电压源83A的电压对应量的电位进行比较。使该电压的符号与高电位侧电位的符号相同。另外，使该电压的大小与中间电位VS是高电位侧电位的情况下的上述分压的值相比充分小的值。由此，比较器84A在中间电位VS为低电位侧电位时产生高电位信号，在中间电位VS从低电位侧电位朝向高电位侧电位发生了偏移时产生低电位信号。VS检测电路80A优选集成于HVIC 100内。
在这里，对图7的电路的动作进行说明。中间电位VS如前所述，从低电位侧电位变动至高电位侧电位。另外，浮置电位VB成为与中间电位VS相比高了偏置电压E2的电位(VB＝VS+E2)。另外，将参考电压源83A的电压设为Vr，将电阻元件82A以及电阻元件81A的电阻值分别设为r1以及r2。另外，将比较器84A的+输入端子以及－输入端子的电位分别设为V+以及V－。比较器84A将V+和V－进行比较，在V+>V－时输出“高电位”。在这里，V+＝VB·r2/(r1+r2)且V－＝VB－Vr，因此，在V+>V－时，VB·r2/(r1+r2)>VB－Vr。如果对该式进行整理，则成为VB<(1+r2/r1)·Vr。在这里，如上所述，由于是VB＝VS+E2，因此获得以下的不等式：VS<(1+r2/r1)·Vr－E2。在中间电位VS满足上述不等式时，比较器84A输出“高电位”。通过适当设定r2、r1、Vr、以及E2，从而能够对中间电位VS处于低电位侧电位附近这一情况进行检测。例如，假定为低电位侧电位以及高电位侧电位分别是0V以及600V，从而中间电位VS在0V到600V之间进行变动。另外，设定为E2＝15V，Vr＝0.32V，r1＝10kΩ，r2＝490kΩ。在该情况下，上述不等式成为VS<(1+490×103/10×103)·0.32－15＝50·0.32－15＝1[V]。即，在中间电位VS低于1V时，比较器84A输出“高电位”。此外，即使中间电位VS为600V时，向电阻元件82A的两端最多也只施加12.3V的电压。
此外，对于除了上述以外的结构，由于与上述的实施方式1的IPM 200的结构大致相同，因此，不重复其说明。
(IPM的动作)
图8是概略地表示本发明的实施方式的IPM的动作的时序图。此外，在本图中例示了采用后述的低电位有效方式的情况，在高电位有效方式的情况下，高电位侧控制信号Vcin1以及高电位侧控制信号Vcin2各自的波形反转。
在低电位有效方式的情况下，在高电位侧控制信号Vcin1以及高电位侧控制信号Vcin2为低电位状态时，高电位侧IGBT 25成为接通状态，在高电位侧控制信号Vcin1以及高电位侧控制信号Vcin2为高电位状态时，高电位侧IGBT 25成为断开状态。在向IPM连接有L负载(感应负载)的情况下，如果着眼于Vcin2处于低电位状态、即高电位侧IGBT 25处于接通状态的1个脉冲期间，则在1个期间中集电极电流Ic逐渐增加，在即将截止时成为最大。与其对应地，在1个期间中结温Tj逐渐增加，在即将截止时成为最大。在截止后，结温Tj逐渐减小。根据本实施方式，通过设置采样保持电路50，从而对在即将截止时采样出的结温Tj的值进行保持。
变换电路60将中间电位VS向低电位侧电位(接地电位)的转变作为触发，开始输出与所保持的值相对应的变换信号。在中间电位VS处于低电位侧电位的期间PG中，信号传送电路70能够传送信号。因此，在该期间PG中，传送具有与所保持的值相对应的脉冲宽度WP的信息输出信号。
(效果)
根据本实施方式，采样保持电路50在高电位侧IGBT 25导通的定时开始采样动作，在高电位侧IGBT 25截止的定时开始保持动作。通过使用来自该采样保持电路50的信号，变换电路60能够输出在高电位侧IGBT 25即将截止时检测到的状态信息。
特别是，关于结温Tj，在即将截止时容易取最大值。另外，集电极-发射极电压Vce与图8中的集电极电流Ic大致对应，在即将截止时容易取最大值。因此，通过设置采样保持电路50，能够将上述最大值向监视器90传送。
变换电路60将VS检测电路80检测到从高电位状态向低电位状态的转变这一情况用作触发，开始变换信号的输出。由此，抑制变换电路60不必要地对变换信号进行输出。特别是，跨越中间电位VS向低电位侧电位下降的定时而输出的变换信号仅一部分被监视器90接收，由此有可能被识别为错误的信息。
(变形例)
VS检测电路80也可以设置成不具有采样保持电路50。即使在该情况下，也抑制了变换信号的不必要的输出。
采样保持电路50也可以设置成不具有VS检测电路80。即使在该情况下，变换电路60也能够输出在高电位侧IGBT 25即将截止时检测到的状态信息。
<实施方式3>
(结构)
参照图9，本实施方式的IPM除了实施方式2的IPM的结构以外，还具有输出电流检测电路57和峰值保持电路55。峰值保持电路55优选集成于HVIC 100(图1)内。
输出电流检测电路57对来自主输出端子TO的输出电流的存在进行检测。峰值保持电路55设置在检测电路40与变换电路60之间，在输出电流检测电路57检测到输出电流的存在的期间进行峰值保持动作。就使用输出电流检测电路57而进行的针对输出电流的存在的检测而言，例如通过检测在主输出端子TO设置的电流检测用分流电阻元件57R处的压降而进行的。
图10是表示图9中的峰值保持电路55的例子的电路图。在本例中，峰值保持电路55具有运算放大器551、二极管552、运算放大器553、二极管554和电阻元件555。检测电路40(图1)经由采样保持电路50(图9)与运算放大器551的非反转输入端子连接。运算放大器551的反转输入端子经由二极管554与运算放大器551的输出端子连接。运算放大器551的输出端子经由二极管552与运算放大器553的非反转输入端子连接。将运算放大器553的反转输入端子和输出端子彼此连接。运算放大器553的输出端子经由电阻元件555与运算放大器551的反转输入端子连接。在运算放大器553的非反转输入端子连接有电容器556的一端。对电容器556的另一端施加作为基准电位的中间电位VS。运算放大器553的输出端子与变换电路60(图1)连接。
此外，对于除了上述以外的结构，由于与上述的实施方式2的IPM 200的结构大致相同，因此，不重复其说明。
(动作)
图11是概略地表示本实施方式中的IMP的动作的例子的时序图。本例针对的是由IPM输出正弦波的三相交流的情况。在本例中，通过高电位侧控制信号Vcin1的脉冲宽度的控制，高电位侧IGBT 25(图1)的集电极电流Ic的波形成为正弦波的半周期。在该半周期的中途，高电位侧IGBT 25的结温Tj成为最大值。通过使用峰值保持电路55，从而在上述半周期之后的中间电位VS为低电位侧电位的期间，从信号传送电路70输出该最大值的信息。
(效果)
根据本实施方式，在检测出来自主输出端子TO的输出电流的存在的期间进行峰值保持动作。由此，变换电路60能够将产生输出电流的一段期间的峰值信息输出。
(变形例)
也可以省略VS检测电路80以及采样保持电路50中的至少任意一者。即使在该情况下，也能够通过使用峰值保持电路55，对产生输出电流的一段期间的峰值信息进行输出。
<实施方式4>
(结构)
参照图12，在本实施方式中，作为VS检测电路80(图5)的一种而使用VS检测电路80B(中间电位检测电路)。另外，取代信号传送电路70(图1)而使用信号传送电路70B。
信号传送电路70B在信号开关元件73与二极管74之间包含传送部电阻元件79。传送部电阻元件79优选集成于HVIC 100(图1)内。除此以外，信号传送电路70B具有与信号传送电路70相同的结构。
VS检测电路80B具有参考电压源83B、比较器84B和哑脉冲发生源85B。比较器84B连接在二极管74与传送部电阻元件79之间。比较器84B将该连接部位的电位与以低电位侧电位为基准加上了参考电压源83B的电压后的电位进行比较。使该电压的符号与高电位侧电位的符号相同。另外，使该电压的大小为与在信号传送电路70B流有电流时的传送部电阻元件79处的压降的值相比小的值。由此，就比较器84B的输出信号而言，在信号传送电路70B流有电流的情况下，为高电位信号，在信号传送电路70B未流动电流的情况下，为低电位信号。哑脉冲发生源85B产生用于将信号开关元件73控制为接通状态的哑脉冲。VS检测电路80B优选集成于HVIC 100内。
(VS检测电路80B的动作)
哑脉冲发生源85B产生哑脉冲，由此将信号开关元件73暂时控制为接通状态。此时，如果中间电位VS为低电位侧电位，则对二极管74施加正向电压，因此，在传送部电阻元件79流过电流。因此，在传送部电阻元件79处发生压降。因此，从信号传送电路70B向比较器84B输入的电位是以中间电位VS为基准与压降对应地向高电位侧电位进行了移位的电位。因此，比较器84B向变换电路60输出表示中间电位VS为低电位侧电位的高电位信号。相反，如果中间电位VS为高电位侧电位，则对二极管74施加反向电压，因此，在传送部电阻元件79不流过电流。因此，在传送部电阻元件79处不发生压降。因此，从信号传送电路70B向比较器84B输入的电位保持中间电位VS不变。因此，比较器84B向变换电路60输出表示中间电位VS为高电位侧电位的低电位信号。通过以上的动作，对中间电位VS进行检测，将其结果向变换电路60输出。
(效果)
根据本实施方式，VS检测电路80B连接在二极管74与传送部电阻元件79之间。由此，能够将VS检测电路80的结构简化。
<实施方式5>
参照图13，在本实施方式的IPM设置自举电路30，该自举电路30使用供给电位VD以及中间电位VS产生浮置电位VB。自举电路30优选集成于HVIC 100(图1)内。自举电路30具有电阻元件31、二极管32、电容器33和电阻元件39。电容器33的一端与中间电位VS的部位连接，从另一端输出浮置电位VB。向该另一端连接有从供给电位VD的部位起将电阻元件31和二极管32串联连接而构成的充电路径。在该充电路径插入有电阻元件39。在自举电路30的充电动作中电流在充电路径流动。由此，在电阻元件39处发生压降。
在本实施方式中，作为VS检测电路80(图5)的一种而设置VS检测电路80C(中间电位检测电路)。VS检测电路80C通过检测上述压降而对自举电路30是否处在充电动作中进行检测。在自举电路30处进行充电动作是对电容器33的一端施加的中间电位VS下降至低电位侧电位(接地电位)之时。因此，能够通过检测自举电路30是否处在充电动作中而对中间电位VS进行检测。
根据本实施方式，VS检测电路80C通过检测自举电路30是否处在充电动作中而进行中间电位VS的检测。由此，能够将VS检测电路80C的结构简化。
<实施方式6>
(结构)
参照图14，在本实施方式的IPM中，对与高电位侧IGBT 25(图1)的状态信息相对应的关于低电位侧IGBT 15(图1)的状态信息进行检测。例如，分别针对高电位侧IGBT 25以及低电位侧IGBT 15，对IGBT的结温的信息进行检测。
本实施方式中的IPM除了上述的各实施方式的IPM的结构以外，还具有选择电路95。选择电路95通过对低电位侧IGBT 15的状态信息与经由信号传送电路70而得到的高电位侧IGBT 25的状态信息进行比较，从而将低电位侧IGBT 15的状态信息和高电位侧IGBT25的状态信息中的某一者选择性地向监视器90(图1)输出。在上述的例子中，将高电位侧IGBT25的结温的值和低电位侧IGBT 15的结温的值进行比较，将表示较大值的信号向监视器90输出。
选择电路95具有输入变换部951、选择部952和输出变换部953。输入变换部951接收表示关于高电位侧IGBT 25的状态信息的信息输出信号。并且，输入变换部951将该信息输出信号变换为能够与表示关于低电位侧IGBT 15的状态信息的信息输出信号进行比较的信号。在两个信号原本就能够彼此进行比较的情况下，可以省略输入变换部951。选择部952将分别表示两个信号的值进行比较，由此选择性地输出表示一者的值的信号。例如，比较2个温度的值，仅输出表示较大值的信号。输出变换部953将从选择部952输出的信号变换为适于监视器90接收的信号。例如，进行向具有与信息相对应的脉冲宽度的数字信号、或者具有与信息相对应的电压值的模拟信号的变换。在监视器90能够直接接收从选择部952输出的信号的情况下，可以省略输出变换部953。
(效果)
根据本实施方式，能够选择性地输出低电位侧IGBT 15的状态信息和高电位侧IGBT 25的状态信息中的某一者。由此，能够仅输出前者以及后者中所需要的一者。因此，减轻了监视器90中的信号处理的负荷。
(变形例)
在IPM中，也可以检测能够彼此比较的大于或等于3种状态信息。例如，在因为具有作为三相逆变器的功能，所以IPM具有3个桥臂AM(图1)的情况下，使用3个高电位侧IGBT和3个低电位侧IGBT。如果对上述IGBT各自的结温进行检测，则是检测总计6种状态信息。在该情况下，选择电路接收表示上述6种状态信息的信息输出信号。并且，选择电路通过将上述6种信息进行比较，从而将1种状态信息选择性地向监视器90(图1)输出。在对结温进行检测的例子中，将6种结温的值进行比较，将表示其最大值的信号向监视器90输出。
在上述的例子中，从选择电路输出表示最大值的信号，但鉴于所检测的状态信息的内容，也有可能最小值是重要的。在该情况下，选择电路能够构成为输出表示最小值的信号。
此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式自由地进行组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

Claims (14)

1.一种半导体装置，其具有：
低电位侧端子，其具有低电位侧电位；
高电位侧端子，其具有与所述低电位侧电位不同的高电位侧电位；
主输出端子，其具有中间电位；
低电位侧开关元件，其设置在所述主输出端子与所述低电位侧端子之间；
低电位侧驱动电路，其对所述低电位侧开关元件进行驱动，使用所述低电位侧电位作为基准电位、且使用由相对于所述低电位侧电位的偏置电压规定的供给电位作为电源电位而进行动作；
高电位侧开关元件，其设置在所述主输出端子与所述高电位侧端子之间；
高电位侧驱动电路，其对所述高电位侧开关元件进行驱动，使用所述中间电位作为基准电位、且使用由相对于所述中间电位的偏置电压规定的浮置电位作为电源电位而进行动作；
检测电路，其使用所述中间电位作为基准电位，对所述高电位侧开关元件的状态信息进行检测，从而输出检测信号；
变换电路，其使用所述中间电位作为基准电位，输出与来自所述检测电路的所述检测信号相对应的变换信号；以及
信号传送电路，其将与来自所述变换电路的所述变换信号相对应的信号作为电压信号输出，该电压信号使用所述低电位侧电位作为基准电位，
所述信号传送电路包含：
第1部位，其被施加所述中间电位；
第2部位，其被施加与所述低电位侧电位以及所述高电位侧电位不同的位于所述低电位侧电位与所述高电位侧电位之间的参考电位；
信号开关元件，其具有一端以及另一端，该一端与所述第1部位连接，该信号开关元件根据所述变换信号进行通断；以及
二极管，其设置在所述第2部位与所述信号开关元件的所述另一端之间，方向被设定为在所述中间电位为所述低电位侧电位的情况下由于所述第1部位与所述第2部位之间的电压而流过正向电流。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述参考电位是使用所述供给电位施加的。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述高电位侧开关元件具有第1端子、第2端子和第3端子，所述高电位侧开关元件与施加于所述第3端子的电压对应地对所述第1端子与所述第2端子之间的电连接进行控制，所述高电位侧开关元件的状态信息包含关于在所述高电位侧开关元件的第1端子与第2端子之间施加的电压的信息。
4.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
所述检测电路具有对所述高电位侧开关元件的温度进行检测的温度传感器，所述高电位侧开关元件的状态信息包含关于所述高电位侧开关元件的温度的信息。
5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
还具有电平移位电路，该电平移位电路将信号向所述高电位侧驱动电路发送，所述高电位侧驱动电路以及所述电平移位电路集成于一个半导体芯片内。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，
所述信号传送电路的所述二极管外接于所述半导体芯片。
7.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，
所述信号传送电路的所述信号开关元件集成于所述半导体芯片内。
8.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，
所述信号传送电路的所述信号开关元件集成于所述半导体芯片内。
9.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
还具有中间电位检测电路，该中间电位检测电路对所述中间电位处于下述哪种状态进行检测，即，是处于与所述低电位侧电位以及所述高电位侧电位中的所述低电位侧电位接近的状态即低电位状态、还是处于与所述高电位侧电位接近的状态即高电位状态，
所述变换电路将所述中间电位检测电路检测到从所述高电位状态向所述低电位状态的转变这一情况用作触发，开始所述变换信号的输出。
10.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，
所述信号传送电路在所述信号开关元件与所述二极管之间包含传送部电阻元件，所述中间电位检测电路连接在所述二极管与所述传送部电阻元件之间。
11.根据权利要求9所述的半导体装置，其中，
还具有自举电路，该自举电路使用所述供给电位以及所述中间电位产生所述浮置电位，
所述中间电位检测电路对所述自举电路是否处在充电动作中进行检测。
12.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
还具有采样保持电路，该采样保持电路设置在所述检测电路与所述变换电路之间，
所述采样保持电路在所述高电位侧开关元件导通的定时开始采样动作，在所述高电位侧开关元件截止的定时开始保持动作。
13.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其还具有：
输出电流检测电路，其对来自所述主输出端子的输出电流的存在进行检测；以及
峰值保持电路，其设置在所述检测电路与所述变换电路之间，在所述输出电流检测电路检测出所述输出电流的存在的期间进行峰值保持动作。
14.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
还具有选择电路，该选择电路通过对所述低电位侧开关元件的状态信息与经由所述信号传送电路而得到的所述高电位侧开关元件的状态信息进行比较，选择性地输出所述低电位侧开关元件的状态信息和所述高电位侧开关元件的状态信息中的某一者。
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