CN109946504B - 半导体元件的电流检测电路和电流检测方法 - Google Patents

半导体元件的电流检测电路和电流检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种瞬态估计期间的开始条件不受噪声影响的半导体元件的电流检测电路和电流检测方法。电流检测电路具备：电流检测部，在具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的控制端子与驱动电路之间插入有第一电流检测用电阻，用于检测第一电流检测用电阻的两端子间的电位差；电压检测部，检测第一电流检测用电阻两端中的一端的电压；电压判定部，判定从电压检测部输出的检测电压是否为阈值电压以上；电压水平调整部，至少根据电流检测部的检测信号与电压判定部的电压判定信号的逻辑与信号来调整电流检测端子的电流检测电压的电压水平；过电流检测部，在由电压水平调整部调整后的电流检测电压为阈值电压以上时输出过电流检测信号。

Description

半导体元件的电流检测电路和电流检测方法
技术领域
本发明涉及一种具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的电流检测电路和电流检测方法。
背景技术
场效应晶体管(FET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等电压控制型半导体元件被用于民用和产业用的电力变换装置等的半桥驱动电路等。
该电压控制型半导体元件具备输出与流过自身的电流量相应的电流的电流检测端子(感测端子)，以实现过电流的自我保护功能。通过监视从该电流检测端子输出的电流，能够检测过电流状态来实现过电流保护功能。
作为这种过电流保护电路，例如提出了专利文献1所记载的功率器件的过电流保护电路。
该过电流保护电路用于对内置有电流检测端子的IGBT进行过电流保护。在该IGBT中，在电流感测端子中流过与集电极电流成比例的电流。在该电流感测端子与接地之间连接有电流检测用电阻，将该电流检测用电阻的电压降值提供到保护用比较器的非反相输入端子。向该保护用比较器的反相输入端子提供基准电压，在电压降值超过了基准电压时，将与IGBT的栅极连接的驱动器设为不可用状态来实现过电流保护功能。
此时，将输入到保护用比较器的反相输入端子的基准电压在高低两个等级之间切换。关于该基准电压的切换，利用电压监视比较器来比较驱动器与IGBT的栅极端子之间的栅极电压，电压监视比较器的比较输出被输入到控制器，该控制器被提供了输入到驱动器的输入信号(例如，专利文献1的图3、第0046～0060段)。
控制器将输入到驱动器的输入信号的上升沿作为触发，仅在视为刚导通后的瞬态期间的瞬态估计期间T的期间，向模拟开关输出用于指示连接到比稳定的基准电压高的基准电压的控制信号。另外，控制器将瞬态估计期间T以外的期间视为稳定状态，向模拟开关输出用于指示连接到稳定的基准电压的控制信号。因而，控制器作为决定瞬态估计期间T的一种定时器发挥功能。
此外，控制器的瞬态估计期间T是从输入信号的上升起到栅极电压超过基准电压VREF3从而电压检测用比较器的输出上升为高水平为止的期间。
专利文献1：日本特开平6-120787号公报
发明内容
发明要解决的问题
另外，在上述的专利文献1所记载的现有技术中，瞬态估计期间T的开始条件为输入信号的上升时间点，瞬态估计期间的结束条件被设定为电压检测用比较器的输出上升为高水平的时间点、即栅极电压超过基准电压VREF3的时间点。因此，存在以下情况：在实际的瞬态估计期间以外时因误检测到叠加于输入信号的噪声而开始瞬态估计期间T。在该情况下，成为选择比稳定时高的基准电压的状态。因而，存在如下问题：在IGBT导通后开始了瞬态估计期间T的情况下，无法正常地进行过电流保护。在此，作为噪声的种类，作为在现场产生的噪声，能够列举出雷击浪涌、ESD浪涌、辐射电磁噪声等。
因此，本发明是着眼于上述现有技术的问题而完成的，目的在于提供一种瞬态估计期间的开始条件不受噪声影响的半导体元件的电流检测电路和电流检测方法。
用于解决问题的方案
为了实现上述目的，本发明所涉及的半导体元件的电流检测电路的一个方式具备：电流检测部，其在具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的控制端子与驱动电路之间插入有第一电流检测用电阻，电流检测部检测该第一电流检测用电阻的两端子间的电位差；电压检测部，其检测第一电流检测用电阻两端中的一端的电压；电压判定部，其判定从该电压检测部输出的检测电压是否为第一阈值电压以上；电压水平调整部，其至少根据电流检测部的检测信号与电压判定部的电压判定信号的逻辑与信号来调整电流检测端子的电流检测电压的电压水平；以及过电流检测部，其在由该电压水平调整部调整后的电流检测电压为第二阈值电压以上时输出过电流检测信号。
另外，本发明所涉及的半导体元件的电流检测方法的一个方式包括以下步骤：利用电流检测部来检测流过第一电流检测用电阻的栅极电流，并且利用电压检测部来检测第一电流检测用电阻与具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的控制端子之间的栅极电压，该第一电流检测用电阻是被插入于控制端子与驱动电路之间的电阻；以及在从检测到栅极电流起至栅极电压超过阈值为止的期间，抑制从电流检测端子输出的电流检测信号的电压水平来抑制过电流误检测。
发明的效果
根据本发明的一个方式，通过检测栅极电流来开始瞬态估计期间，在栅极电压超过了阈值电压时结束瞬态估计期间，因此瞬态估计期间不会受到输入信号的噪声的影响。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的半导体元件的电流检测电路的第一实施方式的电路图。
图2是用于说明第一实施方式的动作的信号波形图。
图3是表示本发明所涉及的半导体元件的电流检测电路的第一实施方式的变形例的电路图。
图4是表示本发明所涉及的半导体元件的电流检测电路的第二实施方式的电路图。
图5是用于说明第二实施方式的动作的信号波形图。
图6是表示第二实施方式的变形例的电路图。
图7是表示能够应用于本发明的栅极电流电压检测部的变形例的电路图。
图8是表示能够应用于本发明的栅极电流电压检测部的其它变形例的电路图。
图9是表示能够应用于本发明的栅极电流电压检测部的又一其它变形例的电路图。
附图标记说明
XD1、XD2：电压控制型半导体元件；c：集电极端子；e：发射极端子；g：栅极端子；s：电流检测端子；CC1、CC2：控制电路；21：输入电路；22：驱动电路；23：栅极电流电压检测部；Rig：第一电流检测用电阻；24：感测电流检测电路；31：电流检测部；31a：电流检测用比较器；32：电压检测部；32a：分压电路；41：电压判定部；Rdic：电阻；SW1：开关元件；42：电压水平调整部；42a：逻辑与电路；42b：第二电流检测用电阻；Rd1a、Rd1b：分压电阻；SW2：开关元件；43：过电流检测部；43a：过电流判定用比较器；44：定时器电路；51：电压判定用比较器；61：RS锁存电路。
具体实施方式
接着，参照附图来说明本发明的一个实施方式。在下面附图的记载中，对相同或者类似的部分标注相同或者类似的标记。
另外，以下所示的实施方式用于例示用于将本发明的技术思想具体化的装置、方法。本发明的技术思想并不将结构部件的材质、形状、构造、配置等特别指定为下述的材质、形状、构造、配置等。本发明的技术思想在权利要求书所记载的权利要求所规定的技术范围内能够增加各种变更。
下面，参照附图来说明本发明所涉及的半导体元件的电流检测电路的第一实施方式。
首先，说明能够应用本发明的半桥电路。
在图1中，半桥电路是高端(high side)(高电位侧)的电压控制型半导体元件XD1与低端(low side)(低电位侧)的电压控制型半导体元件XD2串联地与直流电源10进行图腾柱(totem pole)连接而成的。
例如将N沟道或者P沟道的MOSFET、P型或者N型的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等用于高端的电压控制型半导体元件XD1。例如将N沟道MOSFET、N型绝缘栅双极型晶体管等用于低端的电压控制型半导体元件XD2。
在此，应用N型绝缘栅双极型晶体管(IGBT)来作为电压控制型半导体元件XD1和XD2。这些电压控制型半导体元件XD1和XD2具备高电位侧的集电极端子c、低电位侧的发射极端子e、作为控制端子的栅极端子g以及电流检测端子(感测端子)s。电流检测端子s输出同流过集电极端子c与发射极端子e之间的集电极电流Ic成比例的感测电流Is。
未图示的续流二极管D1及D2分别与各电压控制型半导体元件XD1及XD2反向并联连接。该续流二极管D1和D2既可以是寄生二极管，也可以是外接二极管。
另外，例如感性负载11连接在电压控制型半导体元件XD1与XD2的连接点P1同直流电源10的负极侧之间。该负载11被从连接点P1输出的电力所驱动。
高端用的控制电路CC1与电压控制型半导体元件XD1的栅极端子g连接。该控制电路CC1被外部电源B1所驱动，基于被输入的上升和下降倾斜的脉冲状的高端用驱动信号VHin来形成用于驱动电压控制型半导体元件XD1的栅极信号。控制电路CC1通过向电压控制型半导体元件XD1的栅极端子输出栅极信号，来控制电压控制型半导体元件XD1的接通/断开(on/off)。
同样地，低端用的控制电路CC2与电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g连接。该控制电路CC2也被外部电源B2所驱动。该控制电路CC2具备输入电路21、驱动电路22、栅极电流电压检测部23、作为电流检测电路的感测电流检测电路24。
如图2所示，输入电路21将上升和下降倾斜的脉冲状的低端用驱动信号VLin与阈值电压Vth1进行比较来形成矩形波状的输入信号Vin，该输入信号Vin在低端用驱动信号VLin为阈值电压Vth1以下时为断开状态(低水平)，在低端用驱动信号VLin超过阈值电压Vth1时为接通状态(高水平)。输入电路21还包括用于去除被输入到低端用驱动信号VLin的微小的噪声脉冲等的噪声滤波器的功能。
驱动电路22被输入输入信号Vin，并输出驱动信号Vdrv，该驱动信号Vdrv在输入信号Vin从断开状态变化为接通状态时延迟规定时间后成为接通状态，在输入信号Vin从接通状态变为断开状态时延迟规定时间后成为断开状态。此外，规定时间的延迟动作包括用于调整从低端用驱动信号VLin到低端用输出端子(栅极端子)g的信号传递延迟时间的功能。
栅极电流电压检测部23具备电流检测部31和电压检测部32。电流检测部31具备第一电流检测用电阻Rig和电流检测用比较器31a。第一电流检测用电阻Rig的一端与驱动电路22连接，另一端与电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g连接。
电流检测用比较器31a的非反相输入端子连接于驱动电路22与第一电流检测用电阻Rig之间的连接点P2，反相输入端子连接于第一电流检测用电阻Rig与电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g之间的连接点P3。该电流检测用比较器31a根据栅极电流Ig经过第一电流检测用电阻Rig时产生的电位差来检测栅极电流Ig，其中，该电位差是第一电流检测用电阻Rig的在驱动电路22侧的电压即驱动电压Vdrv与第一电流检测用电阻Rig的在电压控制型半导体元件XD2侧的电压即栅极电压Vg之差。即，在第一电流检测用电阻Rig的两端间未产生电位差时，或者在栅极电压Vg的电位比驱动电压Vdrv的电位高的状态下，电流检测用比较器31a输出低水平的电流检测信号Vton。另外，在驱动电压Vdrv的电位比栅极电压Vg的电位高从而在第一电流检测用电阻Rig的两端间产生了电位差时，电流检测用比较器31a输出高水平的电流检测信号Vton。
电压检测部32包括连接于电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g与接地之间的分压电路32a。该分压电路32a具有串联连接的第一分压电阻Rd1a和第二分压电阻Rd1b，从第一分压电阻Rd1a与第二分压电阻Rd1b之间的连接点P4输出分压电压Vdiv。
感测电流检测电路24具备电压判定部41、电压水平调整部42、过电流检测部43以及定时器电路44。
电压判定部41包括连接于直流电源Vcc与接地之间的电阻Rdic及开关元件SW1的串联电路。在此，开关元件SW1例如由N沟道的MOSFET构成。该开关元件SW1的栅极端子被提供从分压电路32a输出的分压电压Vdiv。而且，将分压电路32a的分压比设定成在施加于电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g的栅极电压Vg成为预先设定的阈值电压Vth2(例如12V)时分压电压Vdiv成为开关元件SW1的阈值电压(第一阈值电压)，因此在栅极电压Vg超过了预先设定的阈值电压Vth2时开关元件SW1通过分压电压Vdiv被控制为接通状态。
另外，在电压判定部41中，从电阻Rdic与开关元件SW1之间的连接点P5输出电压判定信号Vdic。在栅极电压Vg为阈值电压Vth2以下时，开关元件SW1维持断开状态，因此该电压判定信号Vdic为高水平。另一方面，当栅极电压Vg超过阈值电压Vth2时，开关元件SW1成为接通状态，电压判定信号Vdic被反转为低水平。
电压水平调整部42具备逻辑与电路42a、连接于电压控制型半导体元件XD2的电流检测端子s与接地之间的第二电流检测用电阻42b、以及用于调整该第二电流检测用电阻42b的电阻值的开关元件SW2。从电流检测端子s输出的感测电流Is流过第二电流检测用电阻42b，因此第二电流检测用电阻42b与电压控制型半导体元件XD2的电流检测端子s之间的连接点P6的电位Vs为感测电流Is与第二电流检测用电阻42b的电阻值之积。
逻辑与电路42a的一个输入端子被输入从电流检测部31的电流检测用比较器31a输出的电流检测信号Vton，另一个输入端子被输入从电压判定部41输出的电压判定信号Vdic。在电流检测信号Vton和电压判定信号Vdic均为高水平时，从该逻辑与电路42a输出高水平的逻辑与信号Vlog。
第二电流检测用电阻42b是将两个电阻Ria与Rib串联连接来构成的。开关元件SW2与电阻Rib并联连接。该开关元件SW2例如由N沟道的MOSFET构成，该开关元件SW2的栅极端子被提供逻辑与电路42a的逻辑与信号Vlog。由此，通过逻辑与信号Vlog来调整第二电流检测用电阻42b的电阻值以及连接点P6的电位Vs。
因而，基于电流检测信号Vton和电压判定信号Vdic，从第二电流检测用电阻42b与电压控制型半导体元件XD2的电流检测端子s之间的连接点P6输出被调整了电压水平后的电流检测电压Vs。此外，在电压控制型半导体元件XD2的电流检测端子s与连接点P6之间同接地之间连接有过电压保护用齐纳二极管ZD。
过电流检测部43具有过电流判定用比较器43a。该过电流判定用比较器43a的非反相输入端子被提供从电压水平调整部42输出的电流检测电压Vs，反相输入端子被提供基准电压Vref1(第二阈值电压)。因而，在电流检测电压Vs为基准电压Vref1以下时，过电流判定用比较器43a输出低水平的过电流检测信号Vdoc，在电流检测电压Vs超过了基准电压Vref1时，过电流判定用比较器43a输出高水平的过电流检测信号Vdoc。
在从过电流判定用比较器43a输出的过电流检测信号Vdoc变为高水平时，定时器电路44被设置，从而开始瞬态估计期间Tr的计数，在经过了规定时间时到时限(time up)。在过电流检测信号Vdoc的高水平状态在直到到时限为止的计时期间Tm内无中断地持续时，该定时器电路44向驱动电路22输出高水平的过电流保护信号Sdoc，将驱动电路22控制为不可用状态。
接着，伴着图2来说明上述第一实施方式的动作。
高端的控制电路CC1和低端的控制电路CC2被输入彼此反相的梯形波状的高端用驱动信号VHin和低端用驱动信号VLin，对该高端用驱动信号VHin和低端用驱动信号VLin设置有用于防止电压控制型半导体元件XD1和XD2同时成为接通状态的死区时间(deadtime)。
控制电路CC1和CC2在被输入高端用驱动信号VHin和低端用驱动信号VLin时的动作基本相同，伴着图2来说明控制电路CC2的动作。
设在时间点t1，输入到输入电路21的低端用驱动信号VLin如图2的(a)所示那样处于低水平。在该状态下，从输入电路21输出的输入信号Vin也如图2的(b)所示那样为低水平，从驱动电路22输出的驱动电压Vdrv也为低水平。
因而，输入到电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g的栅极电压Vg及栅极电流Ig也如图2的(d)及(e)所示那样维持低水平，电压控制型半导体元件XD2维持断开状态。
此时，没有栅极电流Ig流过第一电流检测用电阻Rig，因此第一电流检测用电阻Rig的两端间没有电位差，电流检测部31的电流检测用比较器31a的电流检测信号Vton也如图2的(f)所示那样为低水平，从电压检测部32的分压电路32a输出的分压电压Vdiv也为低水平。
因此，电压判定部41的开关元件SW1维持断开状态，因此电压判定信号Vdic如图2的(g)所示那样为高水平。
因而，在电压水平调整部42的逻辑与电路42a中，由于电流检测部31的电流检测信号Vton为低水平，电压判定部41的电压判定信号Vdic为高水平，因此如图2的(h)所示那样电压水平调整部42的逻辑与电路42a输出低水平的逻辑与信号Vlog。由此，开关元件SW2维持断开状态，因此在电压控制型半导体元件XD2为接通状态且从电流检测端子s输出了检测电流的情况下，处于通常状态，即第二电流检测用电阻42b的电阻Ria与Rib串联地连接的电流检测电压Vs的电压水平高。然而，由于电压控制型半导体元件XD2为断开状态，因此不从电流检测端子s输出检测电流，电流检测电压Vs如图2的(i)所示那样维持低水平。
因此，过电流检测部43的过电流判定用比较器43a的过电流检测信号Vdoc为低水平，定时器电路44不被设置，从该定时器电路44输出的过电流保护信号Sdoc如图2的(j)所示那样维持低水平。因而，驱动电路22不转变为不可用状态。
之后，当在时间点t2低端用驱动信号VLin开始上升、且在时间点t3达到阈值电压Vth1时，在经过了输入电路21的延迟时间后的时间点t4，从输入电路21输出的输入信号Vin如图2的(b)所示那样从低水平反转为高水平。
之后，在t5，从驱动电路22输出的驱动电压变为高水平，栅极电压Vg开始增加，并且栅极电流Ig开始流动，开始对电压控制型半导体元件XD2的栅极-发射极间电容进行充电。
此时，在第一电流检测用电阻Rig中流过栅极电流Ig，由此在该第一电流检测用电阻Rig的两端产生电位差。因此，在比时间点t5稍迟的时间点t6，第一电流检测用电阻Rig的两端的电位差变为设定值以上，电流检测部31的电流检测用比较器31a的电流检测信号Vton从低水平反转为高水平。
该电流检测信号Vton被输入到逻辑与电路42a，由于被输入到该逻辑与电路42a的电压判定部41的电压判定信号Vdic维持高水平，因此逻辑与信号Vlog从低水平反转为高水平。
因此，开关元件SW2变为接通状态，第二电流检测用电阻42b的电阻Rib被开关元件SW2旁路，第二电流检测用电阻42b的电阻值下降，第二电流检测用电阻42b的电压降减少，由此电流检测电压Vs的电压水平下降。
另一方面，栅极电压Vg增加，直至在时间点t8达到接通电压Von为止，同样地栅极电流Ig也增加。
与该栅极电流Ig的增加相应地，从电压控制型半导体元件XD2的电流检测端子s输出的电流也增加，但是由于第二电流检测用电阻42b的电阻值被抑制为小的值，因此电流检测电压Vs如图2的(i)所示那样被限制为与用虚线图示的实际电压相比小的用实线图示的电压水平。然而，即使被抑制为低电压水平，在后述的导通时的瞬态响应的波峰中，电流检测电压Vs也有时在变为电流检测电压Vs的峰值的时间点t8之前的时间点t7超过基准电压Vref1。
因此，在过电流检测部43中，在电流检测电压Vs超过基准电压Vref1的期间输出高水平的过电流检测信号Vdoc。由此，定时器电路44被设置而开始计时。
之后，在时间点t8，栅极电压Vg达到接通电压Von，由此电压控制型半导体元件XD2变为接通状态，集电极电流流动，集电极-发射极间电压减少。此时，开始对电压控制型半导体元件XD2的集电极-栅极间电容进行充电，由于密勒效应，栅极电压Vg维持固定值。栅极电流Ig在减少后成为固定电流值，从电流检测端子s输出的电流也减少并成为固定电流值，电流检测电压Vs也减少到比基准电压Vref1低的固定电压。
当电流检测电压Vs变为基准电压Vref1以下时，过电流检测部43的过电流判定用比较器43a的过电流检测信号Vdoc恢复为低水平。
由于电流检测电压Vs为基准电压Vref1以上的期间为由定时器电路44设定的计时期间Tm以下，因此从定时器电路44输出的过电流保护信号Sdoc维持低水平，驱动电路22维持可用状态。此外，时间点t10表示从时间点t7经过了计时期间Tm的时间点。另外，虚线表示开关元件SW2为断开的情况下的电流检测电压Vs。如果如虚线所示那样电流检测电压Vs为基准电压Vref1以上的状态持续至时间点t10，则在时间点t10，过电流保护信号Sdoc变为高水平。
之后，在时间点t9，栅极电压Vg再次开始增加，并且栅极电流Ig开始减少。
然后，当在时间点t11栅极电压Vg达到阈值电压Vth2时，从电压检测部32的分压电路32a输出的分压电压Vdiv达到使电压判定部41的开关元件SW1变为接通状态的电压，开关元件SW1变为接通状态。因此，从电压判定部41输出的电压判定信号Vdic变为低水平。
由此，电压水平调整部42的逻辑与电路42a的逻辑与信号Vlog如图2的(h)所示那样反转为低水平。因此，开关元件SW2变为断开状态，第二电流检测用电阻42b的电阻值从低电阻值恢复为通常值，电流检测电压Vs的电压水平恢复为通常状态。
在该时间点t11，由于电压水平升高后的电流检测电压Vs低于基准电压Vref1，因此过电流判定用比较器43a的过电流检测信号Vdoc不会变为高水平，定时器电路44也不会被设置。
之后，当在时间点t12栅极电压Vg达到与驱动电压Vdrv相等的饱和状态时，栅极电流Ig也变为零。因此，第一电流检测用电阻Rig的两端的电位差消失，因此电流检测部31的电流检测用比较器31a的电流检测信号Vton如图2的(f)所示那样变为低水平。
并且，由于在栅极电压Vg变为饱和状态之后，栅极电流Ig不流动，因此不会误判断为瞬态而使电流检测电压Vs的电压水平下降。因此，在实际地发生了过电流状态、短路时，由于电流检测电压Vs的电压水平高，因此过电流判定用比较器43a的过电流检测信号Vdoc变为高水平，定时器电路44开始计时。因此，当过电流状态持续定时器电路44的设定时间以上时，从定时器电路44向驱动电路22输出高水平的过电流保护信号Sdoc。因此，驱动电路22从可用状态转变为不可用状态，抑制驱动电压Vdrv或者使驱动电压Vdrv停止，由此能够避免过电流状态。
之后，低端用驱动信号VLin从高水平转变为低水平，与此相应地，从输入电路21输出的输入信号Vin从高水平反转为低水平。
与此相应地，驱动电路22进行关断动作，驱动电路22的驱动电压Vdrv相对于输入信号Vin延迟规定时间后从高水平反转为低水平(基准电位)，栅极电压Vg逐渐减少到基准电位。
与此同时，电压控制型半导体元件XD2的寄生电容通过第一电流检测用电阻Rig、驱动电路22放电，由此栅极电流Ig负向增加。之后，在栅极电压Vg达到基准电位的时间点，栅极电流Ig恢复为零。
此外，当栅极电压Vg下降为阈值电压Vth2以下时，电压检测部32的分压电路32a的分压电压Vdiv减少到开关元件SW1的阈值电压以下，电压判定部41的开关元件SW1变为断开状态。由此，电压判定部41的电压判定信号Vdic恢复为高水平。
此时，在电流检测部31中，由于栅极电流Ig变为作为反方向的负方向，因此在第一电流检测用电阻Rig的两端产生的电位差与导通时相反，栅极电压Vg变得高于驱动电压Vdrv。因而，电流检测用比较器31a的电流检测信号Vton维持低水平，逻辑与电路42a的逻辑与信号Vlog也维持低水平。
像这样，在本实施方式中，由电流检测部31检测栅极电流Ig，由电压检测部32检测栅极电压Vg。而且，根据栅极电流Ig来检测瞬态估计期间Tr的开始，根据栅极电压Vg达到阈值电压Vth2来检测瞬态估计期间Tr的结束，其中，该瞬态估计期间Tr是从时间点t5到时间点t12为止的期间。在该瞬态估计期间Tr的期间，由电压水平调整部42在电压控制型半导体元件XD2变为导通状态的瞬态下将电流检测电压Vs的电压水平抑制得低。
在该瞬态下，开关元件SW1仍为断开状态时的电流检测电压Vs的波形有时如图2的(i)中用虚线图示的那样呈现具有高的峰值且为基准电压Vref1以上的期间持续由定时器电路44设定的计时期间Tm以上的瞬态响应。该瞬态响应的原因在于，由于输入到电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g的栅极电压Vg的变化率dV/dt以及电压控制型半导体元件XD2所具有的寄生电容的影响及模块的布线电感等，在电流检测端子s中流过瞬态电流。
然而，在第一实施方式中，即使在电流检测电压Vs如图2的(i)中用虚线图示的那样具有高的峰值且为基准电压Vref1以上的期间为由定时器电路44设定的计时期间Tm以上的情况下，也能够通过使电流检测电压Vs的电压水平下降来将电流检测电压Vs为基准电压Vref1以上的期间缩短为仅在波峰时。因而，能够防止在电压控制型半导体元件XD2导通时的瞬态下误检测为是过电流状态。
并且，根据栅极电流Ig是否流动来检测瞬态估计期间Tr的开始，因此即使在低端用驱动信号VLin中叠加有雷击浪涌、ESD浪涌、辐射电磁噪声等噪声的情况下，只要栅极电流Ig没有流动就不会检测为是瞬态。因而，能够防止因噪声的影响导致的过电流状态的误检测。
此外，在上述第一实施方式中，说明了由电阻Rdic和开关元件SW1构成电压判定部41的情况。然而，电压判定部41并不局限于上述结构，也可以如图3所示那样构成。
即，也可以应用将分压电路32a的分压电压Vdiv与基准电压Vref2(第一阈值电压：相当于栅极电压Vg例如达到12V时的分压电压)进行比较的电压判定用比较器51来作为电压判定部41。
在该情况下，向电压判定用比较器51的反相端子输入分压电压Vdiv，向非反相端子输入基准电压Vref2。由此，电压判定用比较器51向电压水平调整部42输出在分压电压Vdiv为基准电压Vref2以下时变为高水平且在分压电压Vdiv超过基准电压Vref2时变为低水平的电压判定信号Vdic。
因而，能够通过电压判定用比较器51来生成与前述的第一实施方式同样的电压判定信号Vdic。
接着，伴着图4和图5来说明本发明的第二实施方式。
在该第二实施方式中，变更了电压水平调整部42。
即，在第二实施方式中，如图4所示，对第一实施方式中的电压水平调整部42附加了RS锁存电路(触发器(flip-flop))61，且省略了电阻Ria，并且逻辑与电路42a被变更为三输入类型。关于其它结构，具有与第一实施方式同样的结构，对与图1对应的部分标注同一标记，并省略其详细说明。
在此，RS锁存电路61的设置端子S经由非电路62被输入从输入电路21输出的输入信号Vin，重置端子R经由非电路63被输入电压判定部41的电压判定信号Vdic。RS锁存电路61的输出端子Q与电流检测部31的电流检测信号Vton及电压判定部41的电压判定信号Vdic一起被输入到逻辑与电路42a的输入端子。
根据该第二实施方式，从输入电路21输出的图5的(b)所示的输入信号Vin被非电路62反转后输入到RS锁存电路61的设置端子S。另外，从电压判定部41输出的图5的(g)所示的电压判定信号Vdic经由非电路63被输入到RS锁存电路61的重置端子R。
因此，RS锁存电路61因输入信号Vin的下降而优先地被设置，因电压判定信号Vdic的下降而被重置。因此，从RS锁存电路61的输出端子Q输出的锁存输出Vlat如图5的(h)所示那样在输入信号Vin的下降时间点t21从低水平优先地反转为高水平。
由于该RS锁存电路61的锁存输出Vlat被输入到逻辑与电路42a，因此在时间点t11以后至时间点t21为止的期间，不管电流检测信号Vton和电压判定信号Vdic的状态如何，逻辑与电路42a的逻辑与信号Vlog均维持低水平。
因而，在时间点t11～时间点t21的期间，电流检测电压Vs通过电压水平调整部42被维持为高电压水平。
另外，电流检测部31利用电流检测用比较器31a来检测第一电流检测用电阻Rig的两端的电位差，将电流检测用比较器31a的比较输出作为电流检测信号Vton。当作为驱动电路22的输出的驱动电压Vdrv为高水平时，电流从驱动电路22经由电压检测部32a向基准电位稳定地流过，实际上第一电流检测用电阻Rig的两端的电位差不会完全变为零。因此，根据电压的平衡，存在无法在栅极电压Vg和栅极电流Ig饱和的时刻检测出瞬态期间的结束时刻的情况。
在像这样无法利用电流检测用比较器31a来检测瞬态期间的结束时刻的情况下，如图5的(f)中用虚线图示的那样，即使在时间点t12栅极电流Ig恢复为零从而瞬态期间结束，电流检测信号Vton也持续为高水平。
如果像这样电流检测信号Vton在时间点t12以后也持续为高水平，则在栅极电压Vg变为饱和状态的时间点t12以后输入信号Vin或栅极端子g被叠加了如雷击浪涌、ESD浪涌以及辐射电磁噪声等那样低水平的区间长的噪声时，电压判定部41的电压判定信号Vdic从低水平反转为高水平。
因此，电压水平调整部42的逻辑与电路42a的逻辑与信号Vlog变为高水平，尽管不是瞬态，但是电流检测电压Vs被调整为低水平的状态持续，从而成为无法适当地检测过电流的状态。
然而，在第二实施方式中，设置RS锁存电路61，该RS锁存电路61因输入信号Vin的下降而被设置，在栅极电压Vg达到了阈值电压Vth2时被重置。通过将该RS锁存电路61的锁存输出Vlat与电流检测信号Vton及电压判定信号Vdic一起输入到逻辑与电路42a，能够防止电压水平调整部42由于噪声等而误工作。
根据第二实施方式，电压水平调整部42省略了第二电流检测用电阻42b中的电阻Ria，由电阻Rib与开关元件SW2的并联电路来构成。因此，在开关元件SW2为断开状态时利用电阻Rib的高电阻值来产生电压降，在开关元件SW2为接通状态时利用开关元件SW2来对电阻Rib进行旁路，但是能够将开关元件SW2的接通电阻主动地用作低电阻值。
此外，在上述第二实施方式中也说明了由电阻Rdic和开关元件SW1来构成电压判定部41的情况。然而，电压判定部41并不局限于上述结构，也可以如图6所示那样构成。即，也可以应用将分压电路32a的分压电压Vdiv与基准电压Vref2(相当于栅极电压Vg达到12V时的分压电压)进行比较的电压判定用比较器51来作为电压判定部41。在该情况下，向电压判定用比较器51的反相端子输入分压电压Vdiv，向非反相端子输入基准电压Vref2。由此，电压判定用比较器51向电压水平调整部42输出在分压电压Vdiv为基准电压Vref2以下时变为高水平且在分压电压Vdiv超过基准电压Vref2时变为低水平的电压判定信号Vdic。
因而，能够通过电压判定用比较器51来生成与前述的第二实施方式同样的电压判定信号Vdic。
另外，在上述第一及第二实施方式中，说明了由分压电路32a构成电压检测部32来对栅极电压Vg进行分压的情况，但是并不局限于此，也能够如图7所示那样构成电流检测部31和电压检测部32。
即，在电流检测部31的第一电流检测用电阻Rig的两端与电流检测用比较器31a的非反相输入端子及反相输入端子之间分别连接有电阻Ru1和Ru2。另外，在电阻Ru2与电流检测用比较器31a的反相输入端子之间的连接点同接地之间连接有构成分压电路32a的电阻Rd1a和Rd1b，在电阻Ru1与电流检测用比较器31a的非反相输入端子之间的连接点同接地之间连接有电阻Rd2。而且，从构成分压电路32a的电阻Rd1a与Rd1b之间的连接点向电压判定部41输出分压电压Vdiv。在此，对于电阻Ru1、Ru2、Rd1a、Rd1b、Rd2，优选应用其电阻值为大电阻值(数百千Ω～数兆Ω)的电阻元件，以避免对流过第一电流检测用电阻Rig的电流造成影响。此外，在该结构中，栅极电流电压检测部23和电流检测部31同为一个。
在该结构中，通过事先改变借助第一电流检测用电阻Rig的两端与电流检测用比较器31a的非反相输入端子及反相输入端子之间连接的电阻的分压比Rd2/(Ru1+Rd2)和电阻比(Rd1a+Rd1b)/(Ru2+Rd1a+Rd1b)，即使在第一电流检测用电阻Rig的两端的驱动电压Vdrv与栅极电压Vg相等(Vdrv＝Vg)时，也能够对电流检测用比较器31a的输入电压设置差来得到可靠的输出，因此能够实现电流检测用比较器31a的动作的稳定化。
另外，在上述第一和第二实施方式中，说明了利用分压电路32a来对第一电流检测用电阻Rig的在电压控制型半导体元件XD2的栅极端子g侧的栅极电压Vg进行分压并将分压电压Vdiv输出到电压判定部41的情况。然而，本发明并不局限于此，也可以如图8和图9所示那样构成。
即，在图8中，将第一实施方式和第二实施方式中的电压检测部32的分压电路32a设为对第一电流检测用电阻Rig的在驱动电路22侧的驱动电压Vdrv进行分压。
另一方面，在图9中，对图7的电流检测部31和电压检测部32的结构进行如下变更：用电阻Ru1和分压电路32a将驱动电压Vdrv进行分压后提供到电流检测用比较器31a的非反相输入端子，用电阻Ru2和电阻Rd2将栅极电压Vg进行分压后提供到电流检测用比较器31a的反相输入端子。
在该图8和图9的电压检测部32中，代替对栅极电压Vg进行分压而对驱动电压Vdrv进行分压，来生成分压电压Vdiv。其理由在于，第一电流检测用电阻Rig的电阻值小，与驱动电路22所具有的输出阻抗相比能够忽略，因此驱动电压Vdrv的电压波形为与栅极电压Vg的电压波形相近的波形。因而，能够代替对栅极电压Vg进行检测而对驱动电压Vdrv的电压进行检测，并将其与阈值电压Vth2进行比较来进行瞬态的结束判定。
另外，在上述第一和第二实施方式中，说明了低端的控制电路CC2的电流检测电路和电流检测方法，对于高端的控制电路CC1也能够应用同样的电流检测电路和电流检测方法。

Claims (15)

1.一种半导体元件的电流检测电路，具备：
电流检测部，其在具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的控制端子与驱动电路之间插入有第一电流检测用电阻，所述电流检测部检测该第一电流检测用电阻的两端子间的电位差；
电压检测部，其检测所述第一电流检测用电阻两端中的一端的电压；
电压判定部，其判定从该电压检测部输出的检测电压是否为第一阈值电压以上；
电压水平调整部，其至少根据所述电流检测部的检测信号与所述电压判定部的电压判定信号的逻辑与信号来调整所述电流检测端子的电流检测电压的电压水平；以及
过电流检测部，其在由该电压水平调整部调整后的所述电流检测电压为第二阈值电压以上时输出过电流检测信号。
2.根据权利要求1所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电流检测部由比较器构成，该比较器具有与所述第一电流检测用电阻的两端分别连接的反相端子和非反相端子。
3.根据权利要求1所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电压检测部具备连接于所述第一电流检测用电阻的两端中的任一端与接地之间的分压电路，该分压电路的分压电压被输出到所述电压判定部。
4.根据权利要求2所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电压检测部具备连接于所述第一电流检测用电阻的两端中的任一端与接地之间的分压电路，该分压电路的分压电压被输出到所述电压判定部。
5.根据权利要求4所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述分压电路具有第一分压电阻与第二分压电阻的串联电路，第一分压电阻与所述第一电流检测用电阻的两端中的任一端连接，第二分压电阻与所述接地连接，从所述第一分压电阻与所述第二分压电阻之间输出分压电压。
6.根据权利要求5所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述分压电路还具备：第一电压比调整用电阻，其连接于所述第一电流检测用电阻的所述驱动电路侧与所述比较器的非反相输入端子之间；第二电压比调整用电阻，其连接于所述第一电流检测用电阻的所述控制端子侧与所述比较器的反相输入端子之间；以及第三分压用电阻，其连接于所述非反相输入端子与所述接地之间，
并且，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻串联地连接在所述反相输入端子与所述接地之间。
7.根据权利要求5所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述分压电路还具备：第一电压比调整用电阻，其连接于所述第一电流检测用电阻的所述驱动电路侧与所述比较器的非反相输入端子之间；第二电压比调整用电阻，其连接于所述第一电流检测用电阻的所述控制端子侧与所述比较器的反相输入端子之间；以及第三分压用电阻，其连接于所述反相输入端子与所述接地之间，
并且，所述第一分压电阻与所述第二分压电阻串联地连接在所述非反相输入端子与所述接地之间。
8.根据权利要求3～7中的任一项所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电压判定部具备一端与直流电源连接的电阻以及连接于该电阻的另一端与接地之间的第一开关元件，所述第一阈值电压是所述第一开关元件的阈值电压，所述分压电压被输入到所述第一开关元件的控制端子，从所述电阻与所述第一开关元件之间向所述电压水平调整部输出所述电压判定信号。
9.根据权利要求3～7中的任一项所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电压判定部由将所述分压电路的分压电压与所述第一阈值电压进行比较的比较器构成。
10.根据权利要求1～7中的任一项所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电压水平调整部具备连接于所述电流检测端子与接地之间的第二电流检测用电阻、用于调整该第二电流检测用电阻的电阻值的第二开关元件以及对该第二开关元件进行驱动的逻辑与电路，所述电流检测部的电流检测信号以及作为所述电压判定部的输出的电压判定信号被输入到所述逻辑与电路的输入侧，所述第二电流检测用电阻与所述电流检测端子之间同所述过电流检测部连接。
11.根据权利要求10所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述第二电流检测用电阻具有串联连接的多个电阻，在多个电阻中的至少一个电阻上并联连接有所述第二开关元件。
12.根据权利要求10所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述第二电流检测用电阻由并联连接有所述第二开关元件的一个电阻构成。
13.根据权利要求12所述的半导体元件的电流检测电路，其特征在于，
所述电压水平调整部具备锁存电路，该锁存电路在被输入到所述驱动电路的输入信号变为低水平时被设置，该锁存电路在从所述电压检测部输出的所述检测电压变为所述第一阈值电压以上时被重置，
所述电压水平调整部将所述电流检测信号、所述电压判定信号以及所述锁存电路的输出信号的逻辑与信号输入到所述第二开关元件。
14.一种半导体元件的电流检测方法，包括以下步骤：
利用电流检测部来检测流过第一电流检测用电阻的栅极电流，并且利用电压检测部来检测所述第一电流检测用电阻与具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的控制端子之间的栅极电压，该第一电流检测用电阻是被插入于所述控制端子与驱动电路之间的电阻；以及
在从检测到所述栅极电流起至所述栅极电压超过阈值为止的期间，抑制从所述电流检测端子输出的电流检测信号的电压水平来抑制过电流误检测。
15.一种半导体元件的电流检测方法，包括以下步骤：
利用电流检测部来检测流过第一电流检测用电阻的栅极电流，并且利用电压检测部来检测所述第一电流检测用电阻与具有电流检测端子的电压控制型半导体元件的控制端子之间的栅极电压，该第一电流检测用电阻是被插入于所述控制端子与驱动电路之间的电阻；
在从检测到所述栅极电流起至所述栅极电压超过阈值为止的期间，抑制从所述电流检测端子输出的电流检测信号的电压水平来抑制过电流误检测；以及
在从所述栅极电压超过阈值起至被输入到所述驱动电路的输入信号下降为止的期间，停止对所述电流检测信号的电压水平的抑制。
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