CN109983679A - 控制装置以及半导体装置 - Google Patents

Abstract

控制装置(41)、(42)具备电流检测部(10)，其检测与流过半导体元件(D1)、(D2)的电流相对应的感测电流；瞬态感测期间检测部(20)，其根据半导体元件的导通而检测感测电流的检测信号的瞬时的从上升到下降的瞬态感测期间；以及控制部，其基于感测电流的检测信号，进行与瞬态感测期间的检测结果相对应的半导体元件的控制。通过利用瞬态感测期间检测部来检测瞬态感测期间，并利用控制部基于感测电流的检测信号进行与瞬态感测期间的检测结果相对应的半导体元件的控制，从而能够根据瞬态感测期间的感测电流的瞬态响应检测结果来判断过电流而主动保护半导体元件。

Description

控制装置以及半导体装置

技术领域

本发明涉及一种控制装置以及半导体装置。

背景技术

作为搭载有以往以来一直被使用的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的功率半导体模块(也称为半导体装置)的下一代技术，近年来，正在推进搭载有碳化硅化合物半导体(SiC)元件、氮化镓化合物半导体(GaN)元件等下一代半导体元件的功率半导体模块的开发。因为SiC元件以及GaN元件的绝缘击穿场强高于以往的硅半导体(Si)元件，所以是高耐压，另外因为能够进一步提高杂质浓度并进一步减薄活性层，所以能够实现可高效且高速开关动作的小型的半导体装置。

在上述半导体装置中，设置有保护半导体元件不被过电流影响的机构，该过电流可能会因高速开关动作，特别是导通动作而产生。例如，在专利文献1和专利文献2中公开有如下过电流保护电路：在一个实施方式中，将电流检测用电阻连接到绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的感测端子，利用其来检测与从发射极端子流出的发射极电流相对应的感测电流，在检测到过电流的情况下关断IGBT。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-120787号公报

专利文献2：日本特开2017-63265号公报

发明内容

技术问题

然而，在上述过电流保护电路中，伴随着将电流检测用电阻连接到感测端子或因连接带来的布线路径上的物理性差异(布线路径的长度或宽度、引线键合的条数等)所导致的发射极端子成为不同阻抗，因此感测电流可能会呈现出不同于发射极电流的瞬时的动作，由此可能会错误地检测出过电流。若为了避免过电流的误检测而将作为低通滤波器而动作的电容器与电流检测用电阻并联连接，则会产生检测延迟，并且半导体元件的保护会被延迟。另外，若设置将输入信号的上升沿作为触发而进行计时的计时器，并利用其在瞬态推测期间和经过瞬态推测期间后切换针对感测电流的检测结果的阈值或者改变电流检测用电阻的电阻值，则存在有如下课题：虽然在由计时器计时的瞬态推测期间内能够避免误检测，但是在经过瞬态推测期间后却不能避免。因此若延长设定瞬态推测期间则能够解决所述问题，但是仍然存在半导体元件的保护被延迟这样的问题。

技术方案

(项目1)

控制装置可以具备电流检测部，其检测与流过半导体元件的电流相对应的感测电流。

控制装置可以具备瞬态感测期间检测部，其根据半导体元件的导通而检测出感测电流的检测信号的瞬时的从上升到下降的瞬态感测期间。

控制装置可以具备控制部，其基于感测电流的检测信号，进行与瞬态感测期间的检测结果相对应的半导体元件的控制。

(项目2)

电流检测部可以检测感测电流流过电阻元件而产生的电位。

(项目3)

瞬态感测期间检测部可以根据感测电流的检测信号与该检测信号的延迟之间的差分来检测检测信号的瞬时的上升和下降。

(项目4)

瞬态感测期间检测部可以根据感测电流的检测信号的上升与下降之间的期间来检测瞬态感测期间。

(项目5)

控制部可以在感测电流的检测信号超过预先设定的阈值并且瞬态感测期间超过了预先设定的时间的情况下关断半导体元件。

(项目6)

瞬态感测期间检测部可以检测出感测电流的检测信号的上升期间、下降期间、以及处于上升期间与下降期间之间的瞬态感测期间。

控制部可以根据在瞬态感测期间感测电流的检测信号超过了预先设定的第一阈值的情况而检测过电流。

(项目7)

控制部可以在上升期间内和下降期间内抑制过电流的检测。

(项目8)

瞬态感测期间检测部可以还检测出稳态导通期间，该稳态导通期间是下降期间之后直到半导体元件关断为止的期间。

控制部可以根据在稳态导通期间感测电流的检测信号超过了第二阈值的情况而检测过电流，该第二阈值低于第一阈值。

(项目9)

瞬态感测期间检测部可以具有状态机，其追踪在分别与上升期间、下降期间、瞬态感测期间、以及稳态导通期间对应的状态之间的状态转移。

(项目10)

半导体模块可以具备半导体元件。

半导体模块可以具备项目1至9中任一项所述的控制装置。

应予说明，上述发明概要并没有列举本发明的全部特征。另外，这些特征的子组合也将成为发明。

附图说明

图1示出本实施方式的控制装置以及包括其而构成的半导体装置的构成。

图2A示出瞬态感测期间检测部的第一构成例。

图2B示出第一构成例的瞬态感测期间检测部的动作波形的一例。

图3A示出瞬态感测期间检测部的第二构成例。

图3B示出第二构成例的瞬态感测期间检测部的动作波形的一例。

图4示出瞬态感测期间检测部的第三构成例。

图5示出控制部的构成的一例。

图6A示出控制部的动作波形的一例。

图6B示出控制部的动作波形的其他例。

图7以时序图的形式示出电流检测状态的转移的一例。

图8以框图的形式示出电流检测状态的转移的一例。

符号说明

10…电流检测部，20、20a、20b…瞬态感测期间检测部，21、21a、21b…积分电路，22、23…比较器，24…或电路，25、26…比较器，30…控制部，32…上升沿检测器，33…下降沿检测器，34…比较器，35…与电路，36…计时器，37…与电路，38…或电路，39…闩锁电路，41、42…控制装置，100…半导体装置，D1、D2…半导体元件，SW1、SW2…开关。

具体实施方式

以下，虽然通过发明的实施方式对本发明进行说明，但是以下的实施方式并不限定权利要求所涉及的发明。另外，实施方式中所说明的特征的全部组合未必是发明的技术方案所必须的。

图1示出本实施方式的控制装置41、42以及包括其而构成的半导体装置100的构成。半导体装置100的目的在于，从感测电流的瞬态响应来判断过电流而主动保护半导体元件。半导体装置100具备半导体元件D1、D2以及控制装置41、42，由此作为一例相对于负载L和电源EV构成半桥式的逆变电路。

半导体元件D1、D2是开关元件，采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为一例。应予说明，作为半导体元件D1、D2，也可以采用由SiC等化合物半导体构成的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。半导体元件D1、D2具有栅电极(也简称为栅极)、集电电极(也简称为集电极)、以及发射电极(也简称为发射极)，并且分别连接于栅极端子G、集电极端子C、发射极端子E、以及感测端子S。应予说明，从半导体元件D1、D2的发射极输出的电流分流到发射极端子E和感测端子S。

在半导体装置100中，半导体元件D1将集电极端子C和发射极端子E分别连接于电源EV的正极和负载L的一端，半导体元件D2将集电极C端子和发射极端子E分别连接于负载L的一端和电源EV的负极。另外，负载L的另一端连接在电源EV的负极。在此，负载L的一端和电源EV负极的电位分别为VS和GND。

控制装置41、42分别是根据从外部接收的开关信号HIN、LIN来驱动栅极从而对半导体元件D1、D2进行开关，并且从感测电流的瞬态响应来判断过量的发射极电流(即，过电流)而主动保护半导体元件D1、D2的装置。应予说明，开关信号HIN、LIN可以是例如与来自脉冲宽度调制器(未图示)的PWM控制相对应的信号。控制装置41、42分别与半导体元件D1、D2连接，并且与其一起构成上侧臂控制装置(HS)和下侧臂控制装置(LS)。

控制装置41包括电流检测部10、瞬态感测期间检测部20、以及控制部30。

电流检测部10检测流过半导体元件D1的感测电流。电流检测部10具有连接在半导体元件D1的感测端子S和发射极端子E之间的电阻元件Rs并且检测因从感测端子S流出的感测电流流过电阻元件Rs而产生的电位。由此，感测电流作为电压信号(称为检测信号)Isense而被检测，并被输出到后述的瞬态感测期间检测部20以及控制部30。

瞬态感测期间检测部20根据半导体元件D1的导通而检测感测电流的检测信号的瞬时的上升和下降。瞬态感测期间检测部20接收从电流检测部10输出的感测电流的检测信号Isense，并且利用其而输出信号TSENSE，所述信号TSENSE在检测信号的上升期间内和下降期间内成为高电平，在除上升期间和下降期间以外的期间成为低电平。后面对瞬态感测期间检测部20的电路构成以及其动作进行说明。

控制部30基于感测电流的检测信号，进行与瞬态感测期间的检测结果相对应的半导体元件D1的控制。控制部30接收开关信号HIN、从电流检测部10输出的感测电流的检测信号Isense、以及从瞬态感测期间检测部20输出的信号TSENSE，并且将控制信号HO输出到半导体元件D1的栅极。后面对控制部30的电路构成以及其动作进行说明。

控制装置42与控制装置41同样地构成。其中，电流检测部10检测半导体元件D2的感测电流。瞬态感测期间检测部20根据半导体元件D2的导通而检测感测电流的检测信号Isense的瞬态感测期间。控制部30接收开关信号LIN、从电流检测部10输出的感测电流的检测信号Isense、以及从瞬态感测期间检测部20输出的信号TSENSE，并且将控制信号LO输出到半导体元件D2的栅极而控制半导体元件D2。

图2A示出瞬态感测期间检测部20的第一构成例。瞬态感测期间检测部20包括积分电路21、比较器22、23、以及或(逻辑和)电路24。

积分电路21由与电流检测部10连接并接收检测信号Isense的电阻元件Rf以及连接在其与电位VS或GND之间的容量元件构成。积分电路21对感测电流的检测信号Isense进行积分并对此生成按照时间常数(例如大致0.02μ秒)的程度而延迟的延迟信号ISdelay，并且将其分别输出到比较器22的负输入以及比较器23的正输入。应予说明，通过适当地设定时间常数从而能够进行与半导体元件D1、D2的特性相对应的高精度的保护。

应予说明，只要能够生成对检测信号Isense进行适当的时间延迟的延迟信号ISdelay，就可以使用任意的延迟电路来代替积分电路21。

比较器22利用感测电流的检测信号Isense与其延迟ISdelay的差分来检测检测信号Isense的瞬时的上升。比较器22的正输入与电流检测部10连接而接收检测信号Isense，负输入与积分电路21连接而接收延迟信号ISdelay。由此，在检测信号Isense大于延迟信号ISdelay的情况下，比较器22输出作为意味着检测信号Isense的上升期间的高电平的信号RISE。

比较器23利用感测电流的检测信号Isense与其延迟ISdelay的差分来检测检测信号Isense的瞬时的下降。比较器23的正输入与积分电路21连接而接收延迟信号ISdelay，负输入与电流检测部10连接而接收检测信号Isense。由此，在检测信号Isense小于延迟信号ISdelay的情况下，比较器23输出作为意味着检测信号Isense的下降期间的高电平的信号FALL。

或电路24计算出比较器22、23的信号RISE、FALL的逻辑和，并将该结果作为信号TSENSE而输出。由此，能够检测信号RISE、FALL各自的高电平的期间，即能够利用感测电流的检测信号Isense的上升和下降来检测瞬态感测期间。

图2B示出第一构成例的瞬态感测期间检测部20的动作波形的一例。在最上层示出用于驱动半导体元件D1、D2的栅极输入信号HO、LO的波形。栅极输入信号HO、LO在时刻1μ秒上升。通过向栅极输入栅极输入信号HO、LO，从而半导体元件D1、D2分别被驱动，并且从各自的发射极输出发射极电流。发射极电流分流为从发射极端子E输出的主发射极电流与从感测端子S输出的感测电流。在第二和第三层分别示出主发射极电流和感测电流的波形。主发射极电流示出在时刻1μ秒上升，其后缓慢地增大，然后在时刻1.5μ秒再次上升而饱和的动作。与此相对，感测电流示出在时刻1μ秒上升，其后缓慢地减小，在时刻1.5μ秒下降而饱和为稳态电平的动作。由此，感测电流呈现出与主发射极电流不同的动作，即在从时刻1μ秒的上升起到在时刻1.5μ秒的下降为止之间，呈现出瞬时的增减动作。该感测电流的动作有可能会被错误地检测为过电流。

瞬态感测期间检测部20对呈现出上述动作的感测电流检测出上升期间、下降期间以及除此之外的期间。在图2B的第四层示出由电流检测部10检测到的感测电流的检测信号Isense。检测信号Isense呈现与感测电流相同的动作，即在从时刻1μ秒的上升起到在时刻1.5μ秒的下降为止之间，呈现瞬时的增减动作。应予说明，将检测信号Isense的瞬时的从上升起到下降为止的期间称为瞬态感测期间。在第五层示出从积分电路21输出的延迟信号ISdelay的波形。延迟信号ISdelay相对于检测信号Isense其上升和下降较为缓和，并按照时间常数的程度而延迟。在第六层示出检测信号Isense与延迟信号ISdelay的差分的波形。差分在检测信号Isense上升时呈波峰并在检测信号Isense下降时呈波谷。在第七和第八层分别示出比较器22、23的输出信号RISE、FALL的波形。输出信号RISE在差分是正值的期间成为表示上升期间的高电平。输出信号FALL在差分是负值的期间成为表示下降期间的高电平。在第九层示出输出信号TSENSE的波形。输出信号TSENSE在检测信号Isense的上升期间和下降期间包含高电平，在检测信号Isense的上升期间与下降期间之间包含表示饱和期间(也可以将其设定为瞬态感测期间)的低电平。如后所述，能够利用饱和期间的时长，根据感测电流的瞬态响应来判断过电流。

如上所述，通过利用瞬态感测期间检测部20根据感测电流的检测信号Isense与其延迟ISdelay的差分来检测检测信号的瞬时的上升和下降，从而能够在不依赖于检测信号Isense的大小的情况下，唯一地检测出瞬时的上升和下降的时刻。另外，能够判断感测电流的状态、即瞬时的上升和下降状态、上述状态之间的饱和状态、以及下降状态后的稳定导通状态。

图3A示出第二构成例的瞬态感测期间检测部20a。瞬态感测期间检测部20a包括积分电路21a以及比较器25。

积分电路21a由与电流检测部10连接并接收检测信号Isense的电阻元件Rf、连接在电阻元件Rf与电位VS或GND之间的容量元件Cf、以及与电阻元件Rf并联的整流元件Df构成。积分电路21a生成延迟信号ISdelay，所述延迟信号ISdelay在检测信号Isense上升时通过整流元件Df的整流功能而陡峭地上升，在检测信号Isense下降时通过电阻元件Rf的缓冲功能(例如按照大致1μ的程度)而平缓地下降。

比较器25根据感测电流的检测信号Isense与其延迟ISdelay的差分来检测检测信号Isense的瞬时的上升。比较器25的正输入与电流检测部10连接并接收检测信号Isense，负输入与积分电路21a连接并接收延迟信号ISdelay。由此，在检测信号Isense大于延迟信号ISdelay的情况下，比较器22将TSENSE信号作为高电平而输出。通过在积分电路21a设置整流元件Df，从而能够延长信号TSENSE的脉冲宽度。

图3B示出第二构成例的瞬态感测期间检测部20a的动作波形的一例。在最上层示出用于驱动半导体元件D1、D2的栅极输入信号HO、LO的波形。在第二和第三层分别示出主发射极电流和感测电流的波形。这些波形示出与图2B相同的信号或电流的动作。

瞬态感测期间检测部20a针对感测电流检测瞬态感测期间。在图3B的第四层示出由电流检测部10检测的感测电流的检测信号Isense。检测信号Isense呈现与感测电流相同的动作，即在从时刻1μ秒的上升起到时刻1.5μ秒的下降之间，呈现瞬时的增减动作。在第五层示出从积分电路21a输出的延迟信号ISdelay的波形。延迟信号ISdelay相对于检测信号Isense的上升而陡峭地上升，并且相对于检测信号Isense的下降而平缓地衰减。在第六层示出检测信号Isense与延迟信号ISdelay的差分的波形。差分在检测信号Isense上升时陡峭地上升，然后平缓地衰减，在检测信号Isense下降时陡峭地下降，然后平缓地增大到0。在第九层示出输出信号TSENSE的波形。输出信号TSENSE在差分是正值时成为高电平。

应予说明，在瞬态感测期间检测部20a还可以设置有比较器以及或电路，该比较器根据感测电流的检测信号Isense与其延迟ISdelay的差分来检测检测信号Isense的瞬时的下降，该或电路计算出其与比较器25的输出的逻辑和并将其作为输出信号TSENSE而输出。在该种情况下，输出信号TSENSE在检测信号Isense的上升期间和下降期间包含高电平，在检测信号Isense的上升期间和下降期间之间包含表示饱和期间的低电平。通过在积分电路21a设置整流元件Df，从而能够延长输出信号TSENSE在检测信号Isense的上升期间和下降期间的脉冲宽度，并缩短输出信号TSENSE在检测信号Isense的上升期间和下降期间之间的饱和期间的宽度。

应予说明，虽然在第一构成例的瞬态感测期间检测部20中设置了用于检测检测信号Isense的上升和下降的两个比较器22、23，但是取而代之，也可以检测检测信号Isense的上升和下降并根据其结果来切换向比较器的正输入和负输入输入的检测信号Isense和延迟信号ISdelay，从而生成输出信号TSENSE。

图4示出第三构成例的瞬态感测期间检测部20b。瞬态感测期间检测部20b包括积分电路21b、比较器26、以及开关SW1、SW2。应予说明，例如，利用控制部30从开关信号HIN、LIN的上升和下降来检测检测信号Isense的上升期间和下降期间，并将在上升期间为高电平且在下降期间为低电平的状态信号SWC输入到瞬态感测期间检测部20b。

积分电路21b与上述积分电路21同样地构成。

开关SW1、SW2被状态信号SWC驱动，在检测信号Isense的上升期间，将输入信号Isense和延迟信号ISdelay分别输入到比较器26的正输入和负输入，在检测信号Isense的下降期间，将输入信号Isense和延迟信号ISdelay分别输入到比较器26的负输入和正输入。

比较器26通过感测电流的检测信号Isense与其延迟ISdelay的差分来检测检测信号Isense的瞬时的上升和下降。在上升时在检测信号Isense大于延迟信号ISdelay的情况下，以及在下降时在检测信号Isense小于延迟信号ISdelay的情况下，比较器26输出各自为高电平的信号TSENSE。

图5示出控制部30的构成。控制部30具有上升沿检测器32、下降沿检测器33、比较器34、与(AND)电路35、计时器36、与(AND)电路37、或(OR)电路38、以及闩锁电路39。

上升沿检测器32和下降沿检测器33分别检测开关信号IN的上升沿和下降沿，并输出脉冲信号INPP、INNP。在此，脉冲信号INPP、INNP为具有彼此不重叠的脉冲的信号。

比较器34对从电流检测部10输出的感测电流的检测信号Isense与基准OCREF进行比较，并输出其比较结果OCDET。由此，判断感测电流的检测信号Isense是否超过了预先设定的阈值。应予说明，通过适当地设定基准OCREF从而能够进行与半导体元件D1、D2的特性相对应的高精度的保护。另外，如后所述，可以根据电流检测状态而在瞬时期间与稳态导通期间(或者在导通时与关断时)改变基准OCREF。

与电路35计算出比较器34的输出OCDET与瞬态感测期间检测部20的输出信号TSENSE的逻辑非的逻辑积，并输出计算结果OCERR。由此，从瞬态感测期间检测部20的输出信号TSENSE提取上升期间与下降期间之间的饱和期间。

应予说明，在输出信号TSENSE为高电平的情况下，信号OCERR成为低电平，由比较器34比较的检测信号Isense的比较结果不会被输入到计时器36。由此，抑制上升期间和下降期间的过电流的检测。

计时器36对信号OCERR的脉冲宽度(即，瞬态感测期间的时长)进行计时，在其结果超过预先设定的时间的情况下，输出表示检测到了过电流的脉冲信号OC。应予说明，通过适当地设定计时器的计时时间，从而能够进行与半导体元件D1、D2特性相对应的高精度的保护

与电路37计算出上升沿检测器32的输出INPP与计时器36的输出OC逻辑非的逻辑积。

或电路38计算出下降沿检测器33的输出INNP与计时器36的输出OC的逻辑和。

闩锁电路39通过与电路37的输出和或电路38的输出而生成OUT(HO、LO)，并将其输入到半导体元件D1、D2的栅极。

图6A示出在过电流没有产生的情况下的控制部30在导通时的动作波形的一例。在最上层示出输入到控制部30的开关信号IN(HIN、LIN)的波形。开关信号IN在时刻t0上升。在第二层示出上升沿检测器32的输出INPP的波形。输出INPP包含表示开关信号IN上升了的脉冲波。在第三和第四层示出从电流检测部10输出的感测电流的检测信号Isense以及瞬态感测期间检测部20的输出信号TSENSE各自的波形。检测信号Isense示出瞬时的上升和下降，与其对应，输出信号TSENSE包含分别表示检测信号Isense的上升期间和检测信号Isense的下降期间的两个脉冲波。在第五层示出比较器34的输出OCDET的波形。在检测信号Isense大于基准OCREF的情况下，输出OCDET成为高电平。在第六层示出与电路35的输出OCERR的波形。在检测信号Isense超过基准OCREF并且输出信号TSENSE在饱和期间内的情况下，输出OCERR成为高电平。在第七层示出计时器36的输出OC的波形。在此，由于瞬态感测期间短于由计时器预先设定的时间，所以过电流未被检测出来而为低电平。在第八段示出闩锁电路39的输出信号OUT的波形。输出信号OUT根据在时刻t0开关信号IN上升的情况而上升，由于没有检测到过电流，所以其维持高电平。在这样的情况下，半导体元件D1、D2根据在时刻t0开关信号IN上升的情况而被导通。

图6B示出在过电流产生的情况下的半导体元件D1、D2导通时控制部30的动作波形的一例。在最上层示出输入到控制部30的开关信号IN(HIN、LIN)的波形。与前面一样，开关信号IN在时刻t0上升。在第二层示出上升沿检测器32的输出INPP的波形。与前面一样，输出INPP包含表示开关信号IN上升了的脉冲波。在第三和第四层示出从电流检测部10输出的感测电流的检测信号Isense以及瞬态感测期间检测部20的输出信号TSENSE各自的波形。检测信号Isense示出长于前例的瞬时期间，与此对应地，输出信号TSENSE包含分别表示比前例更加分离的上升和下降的两个脉冲波。在第五层和第六层分别示出比较器34的输出OCDET和与电路35的输出OCERR的波形。在第七层示出计时器36的输出OC的波形。在此，由于输出OCERR所示的瞬态感测期间长于预先设定的时间，所以表示在时刻t1检测到了过电流的计时器36的输出OC成为高电平。在第八层示出闩锁电路39的输出信号OUT的波形。输出信号OUT根据在时刻t0开关信号IN上升的情况而成为高电平，通过在时刻t1上检测到了过电流从而成为低电平。在这样的情况下，半导体元件D1、D2根据在时刻t0开关信号IN上升的情况而被导通，在时刻t1利用控制部30检测到过电流而被关断、保护。

如上所述，在感测电流的检测信号Isense超过预先设定的阈值(即，基准OCREF)并且瞬态感测期间超过预先设定的时间的情况下，控制部30判断不是感测电流的瞬态响应而是产生了过电流，并且通过关断半导体元件D1、D2从而保护其不被过电流影响。

应予说明，若开关信号IN下降则输出信号OUT成为低电平，在检测到过电流的情况下，输出信号OUT维持低电平。在这样的情况下，半导体元件D1、D2根据开关信号IN下降的情况而被关断或者在检测到过电流的情况下维持关断状态。

应予说明，即使在关断时，半导体元件D1、D2也有呈现与导通时相同的感测电流的瞬时的上升和下降的情况。因此，在由输入IN信号的上升所产生的瞬态感测期间中的感测电流的检测信号Isense下降后的稳态导通期间中，控制部30也可以根据感测电流的检测信号Isense超过阈值的情况而检测过电流。在此，稳态导通期间的阈值可以低于瞬态感测期间的阈值。

应予说明，瞬态感测期间检测部20可以具有状态机，其追踪与上升期间、下降期间、瞬态感测期间、以及稳态导通期间分别对应的电流检测状态之间的转移。

图7示出瞬态感测期间检测部20的电流检测状态的转移的一例。在最上层示出输入到控制部30的开关信号IN的波形。半导体元件D1、D2根据开关信号IN的上升而被导通，根据其下降而被关断。在第二段示出感测电流的检测信号Isense的波形。检测信号Isense示出半导体元件D1或D2根据开关信号IN的上升而被导通的瞬时的变化，并且示出半导体元件D1或D2根据开关信号IN的下降而被关断的瞬时的变化。关断时的检测信号Isense的瞬时的动作中的增大程度稍微小于在导通时的检测信号Isense的瞬时的动作中的增大程度。在第三层和第四层分别示出比较器22、23的输出信号RISE、FALL的波形。输出信号RISE包含表示导通时和关断时各自的上升期间的两个脉冲波。输出信号FALL包含表示导通时和关断时各自的下降期间的两个脉冲波。在第五层示出电流检测状态。电流检测状态经过如下期间：在开关信号IN上升前是空闲期间(IDLE)，根据开关信号IN的上升而感测电流的检测信号瞬时地上升从而经过上升期间(RISE)，紧接着上升期间(RISE)而经过直到下降期间为止的饱和期间(SATU)，因检测信号瞬时地下降而经过下降期间(FALL)，紧接着下降期间而经过稳态导通期间(STDY)，根据开关信号IN的下降而感测电流的检测信号瞬时地上升从而经过上升期间(RISE)，因检测信号瞬时地下降而经过下降期间(FALL)，并且紧接着下降期间而变为空闲期间(IDLE)。

图8示出瞬态感测期间检测部20的电流检测状态的转移的一例。瞬态感测期间检测部20所具有的状态机通过根据电流检测的结果进行图8所示的状态转移来追踪电流检测状态。电流检测状态从空闲期间(IDLE)开始。在空闲期间，由于输出信号RISE变为高电平所以电流检测状态转移到上升期间(RISE)。在上升期间(RISE)，由于输出信号RISE变为低电平所以电流检测状态转移到饱和期间(SATU)，或者由于输出信号RISE变为低电平且输出信号FALL变为高电平所以电流检测状态不经由饱和期间而转移到下降期间(FALL)。在饱和期间，由于输出信号FALL变为高电平所以电流检测状态转移到下降期间，或者由于从转移到饱和期间开始经过了预先设定的时间所以电流检测状态转移到稳态导通期间(STDY)。在下降期间，由于输出信号FALL是低电平且开关信号IN是高电平所以电流检测状态转移到稳态导通期间，或者由于输出信号FALL是低电平且开关信号IN是低电平所以电流检测状态转移到空闲期间。在稳态导通期间，由于输出信号FALL变为高电平所以电流检测状态转移到下降期间，或者由于输出信号RISE变为高电平所以电流检测状态转移到上升期间，或者由于开关信号IN是低电平且从移动到稳态导通期间开始经过了预先设定的时间所以电流检测状态转移到空闲期间。

若套用图7所示的状态转移的例子，则电流检测状态从空闲期间开始，根据开关信号IN的上升而感测电流的检测信号瞬时地上升(即，RISE＝H)从而经过上升期间，因上升期间结束(RISE＝L)而经过饱和期间，因检测信号瞬时地下降(FALL＝H)而经过下降期间，因下降期间结束(FALL＝L)且开关信号是高电平(IN＝H)而经过稳态导通期间，根据开关信号IN的下降而感测电流的检测信号瞬时地上升(RISE＝H)从而经过上升期间，因上升期间结束(RISE＝L)且检测信号瞬时地下降(FALL＝H)而经过下降期间，并且因开关信号IN为低电平(IN＝L)并且下降期间结束(FALL＝L)而返回空闲期间。由此，能够利用瞬态感测期间检测部20来识别电流检测状态。

应予说明，可以在饱和期间、稳态导通期间以及空闲期间改变针对感测电流的检测信号Isense的阈值。在此，可以将针对饱和期间的阈值设定得较高，并将针对稳态导通期间和空闲期间的阈值设定得较低。

根据本实施方式的控制装置41、42，具备：电流检测部10，其检测针对流过半导体元件D1或D2的电流的感测电流；瞬态感测期间检测部20，其根据半导体元件D1、D2的导通而检测感测电流的检测信号的瞬时的从上升到下降的瞬态感测期间；以及控制部30，其基于感测电流的检测信号，对与瞬态感测期间的检测结果相对应的半导体元件D1、D2进行控制，。通过利用瞬态感测期间检测部20来检测与半导体元件D1、D2的导通相对应的感测电流的检测信号的瞬时的从上升到下降的瞬态感测期间，并利用控制部30基于感测电流的检测信号而进行与瞬态感测期间的检测结果相对应的半导体元件D1、D2的控制，从而能够根据瞬态感测期间的检测结果而从感测电流的瞬态响应来判断过电流，从而能够主动保护半导体元件。

应予说明，在本实施方式的控制装置41、42中，可以通过根据上升期间(RISE)和下降期间(FALL)的时长而切换栅极电阻等方法来改变栅极输入信号HO、LO的倾斜度(dv/dt)。

本实施方式的控制装置41、42不限于以往的硅半导体元件，在对SiC半导体元件、GaN半导体元件等下一代半导体元件进行开关控制的同时，从感测电流的瞬态响应来判断过电流而对半导体元件进行主动保护也是有效的。

应予说明，在本实施方式的控制装置41、42的电流检测部10中，不限于使用电阻元件Rs来检测感测电流，也可以利用任意方法来检测感测电流，例如通过使用磁传感器来检测感测电流所产生的磁场从而检测感测电流等方法。利用本实施方式的控制装置41、42，针对任意的电流检测都能够从感测电流的瞬态响应来判断过电流从而主动保护半导体元件。

以上，虽然使用实施方式对本发明进行了说明，但是本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。对本领域技术人员而言，显而易见的是，可以对上述实施方式进行各种变更或改良。从权利要求的记载明确可知，追加了这样的变更或改良的方式也包含在本发明的技术范围内。

应注意，权利要求书、说明书及附图中示出的装置、系统、程序及方法中的动作、过程、步骤和阶段等各处理的执行顺序只要未特别明示“早于”、“预先”等，另外，未在后续处理中使用之前的处理结果，则可以以任意顺序来实现。关于权利要求书、说明书及附图中的动作流程，即使为方便起见使用“首先”、“接下来”等进行了说明，也并不意味着必须以这一顺序来实施。

Claims (10)

1.一种控制装置，其特征在于，具备：

电流检测部，其检测与流过半导体元件的电流相对应的感测电流；

瞬态感测期间检测部，其根据所述半导体元件的导通而检测出所述感测电流的检测信号的瞬时的从上升到下降的瞬态感测期间；以及

控制部，其基于所述感测电流的检测信号，进行与所述瞬态感测期间的检测结果相对应的所述半导体元件的控制。

2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，

所述电流检测部检测所述感测电流流过电阻元件而产生的电位。

3.根据权利要求1或2所述的控制装置，其特征在于，

所述瞬态感测期间检测部根据所述感测电流的检测信号与该检测信号的延迟之间的差分来检测所述检测信号的瞬时的上升和下降。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述瞬态感测期间检测部根据所述感测电流的检测信号的上升与下降之间的期间来检测所述瞬态感测期间。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制装置，其特征在于，

在所述感测电流的检测信号超过预先设定的阈值并且所述瞬态感测期间超过了预先设定的时间的情况下，所述控制部关断所述半导体元件。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的控制装置，其特征在于，

所述瞬态感测期间检测部检测出所述感测电流的检测信号的上升期间、下降期间、以及处于所述上升期间与所述下降期间之间的瞬态感测期间，

所述控制部根据在所述瞬态感测期间所述感测电流的检测信号超过了预先设定的第一阈值的情况而检测过电流。

7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，

在所述上升期间内以及所述下降期间内，所述控制部抑制过电流的检测。

8.根据权利要求6或7所述的控制装置，其特征在于，

所述瞬态感测期间检测部还检测出稳态导通期间，所述稳态导通期间是所述下降期间之后直到所述半导体元件关断为止的期间，

所述控制部根据在所述稳态导通期间所述感测电流的检测信号超过了第二阈值的情况而检测过电流，所述第二阈值低于所述第一阈值。

9.根据权利要求8所述的控制装置，其特征在于，

所述瞬态感测期间检测部具有状态机，所述状态机追踪在分别与所述上升期间、所述下降期间、所述瞬态感测期间、以及所述稳态导通期间对应的状态之间的状态转移。

10.一种半导体模块，其特征在于，具备：

半导体元件；以及

权利要求1至9中任一项所述的控制装置。