CN110299856B - 半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机 - Google Patents

半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机。实施方式的半导体装置具备：第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，第1阳极用于与具有第1电极、第2电极以及栅极电极的半导体元件的第1电极以及第2电极中的任意一方电连接；第1电容器，具有第1一端和第1另一端，第1一端电连接于第1阴极；偏置元件，具有第1偏置元件端部和第2偏置元件端部，第1偏置元件端部电连接于第1阴极以及第1一端，第2偏置元件端部用于与具有正极和负极的直流电源的正极电连接；第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，第2阳极电连接于第1另一端；第2电容器，具有第2一端和第2另一端，第2一端电连接于第2阴极；开关，与第2电容器并联地电连接于第2一端与第2另一端之间；模拟数字转换器或者采样保持电路，电连接于第2阴极以及第2一端；第3二极管，具有与第2另一端电连接的第3阳极、以及与第1另一端以及第2阳极电连接的第3阴极。

Description

半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机
关联申请的引用
本申请以日本专利申请2018-055173(申请日：2018年3月22日)为基础，从该申请享受优先权。本申请通过参照该申请，从而包含该申请的全部内容。
技术领域
本发明的实施方式涉及半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机。
背景技术
在高速地进行开关动作的功率晶体管中，例如，有时在关断时产生寄生电感所引起的浪涌电压。当产生浪涌电压时，产生栅极绝缘膜的损坏，或者产生电路的响声(ringing)，所以成为问题。浪涌电压为高电压，且在短时间内产生，所以难以检测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供能够检测浪涌电压的半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机。
实施方式的半导体装置是如下半导体装置，该半导体装置具备：第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极用于与具有第1电极、第2电极以及栅极电极的半导体元件的第1电极以及第2电极中的任意一方电连接；第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于第1阴极；偏置元件，具有第1偏置元件端部和第2偏置元件端部，所述第1偏置元件端部电连接于第1阴极以及第1一端，所述第2偏置元件端部用于与具有正极和负极的直流电源的正极电连接；第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阳极电连接于第1另一端；第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于第2阴极；开关，与第2电容器并联地电连接于第2一端与第2另一端之间；模拟数字转换器或者采样保持电路，电连接于第2阴极以及第2一端；第3二极管，具有与第2另一端电连接的第3阳极、以及与第1另一端以及第2阳极电连接的第3阴极。
根据上述结构，提供能够检测浪涌电压的半导体装置、电力变换装置、驱动装置、车辆以及升降机。
附图说明
图1是第1实施方式的半导体装置的示意图。
图2是第1实施方式的电力变换装置的示意图。
图3A－3C是示出第1实施方式的第2二极管的一个例子的示意图。
图4是第1实施方式的变形例的半导体装置的示意图。
图5是示出第1实施方式的半导体装置中的电压和电流的时间变化的示意图。
图6是示出浪涌电压的波形的一个例子的示意图。
图7是示出第1实施方式的半导体装置的浪涌电压的检测特性的示意图。
图8是第2实施方式的半导体装置的示意图。
图9是第3实施方式的半导体装置的示意图。
图10是第4实施方式的半导体装置的示意图。
图11是第5实施方式的电力变换装置的示意图。
图12是第5实施方式的半导体装置的示意图。
图13是第6实施方式的驱动装置的示意图。
图14是第7实施方式的车辆的示意图。
图15是第8实施方式的车辆的示意图。
图16是第9实施方式的升降机的示意图。
附图标记说明
10：低侧晶体管(晶体管)；10a：发射极电极(第1电极)；10b：集电极电极(第2电极)；10c：栅极电极；20：高侧晶体管(晶体管)；20a：发射极电极(第1电极)；20b：集电极电极(第2电极)；20c：栅极电极；50：控制部；60：可变电阻；110：浪涌电压检测电路(半导体装置)；112：第1电容器；112a：第1一端；112b：第1另一端；114：第1二极管；114a：第1阳极；114b：第1阴极；116：第2二极管；116a：第2阳极；116b：第2阴极；118：第2电容器；118a：第2一端；118b：第2另一端；120：采样保持电路；122：开关；124：微型计算机(控制部)；126：模拟数字转换器；130：浪涌电压检测电路(半导体装置)；210：逆变器电路(电力变换装置)；220：逆变器电路(电力变换装置)；1000：驱动装置；1100：车辆；1200：车辆；1300：升降机。
具体实施方式
实施方式的半导体装置是如下半导体装置，该半导体装置具备：第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极用于与具有第1电极、第2电极以及栅极电极的半导体元件的第1电极以及第2电极中的任意一方电连接；第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于第1阴极；偏置元件，具有第1偏置元件端部和第2偏置元件端部，所述第1偏置元件端部电连接于第1阴极以及第1一端，所述第2偏置元件端部用于与具有正极和负极的直流电源的正极电连接；第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阳极电连接于第1另一端；第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于第2阴极；开关，与第2电容器并联地电连接于第2一端与第2另一端之间；模拟数字转换器或者采样保持电路，电连接于第2阴极以及第2一端；第3二极管，具有与第2另一端电连接的第3阳极、以及与第1另一端以及第2阳极电连接的第3阴极。
以下，参照附图，说明本发明的实施方式。此外，在以下说明中，对相同的部件或者类似的部件等附加相同的附图标记，关于已经说明的部件等，适当地省略其说明。
另外，本说明书中，半导体装置是指包括使多个元件单芯片化而成的IC(Integrated Circuit，集成电路)、配置有多个电子构件的电路基板、或者组合离散半导体等多个元件而成的功率模块的概念。
(第1实施方式)
本实施方式的半导体装置是如下半导体装置，该半导体装置具备：第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极用于与具有第1电极、第2电极以及栅极电极的半导体元件的第1电极以及第2电极中的任意一方电连接；第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于第1阴极；偏置元件，具有第1偏置元件端部和第2偏置元件端部，所述第1偏置元件端部电连接于第1阴极以及第1一端，所述第2偏置元件端部用于与具有正极和负极的直流电源的正极电连接；第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阳极电连接于第1另一端；第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于第2阴极；开关，与第2电容器并联地电连接于第2一端与第2另一端之间；模拟数字转换器或者采样保持电路，电连接于第2阴极以及第2一端；第3二极管，具有与第2另一端电连接的第3阳极、以及与第1另一端以及第2阳极电连接的第3阴极。
另外，本实施方式的电力变换装置具备上述半导体装置。
图1是本实施方式的半导体装置的示意图。本实施方式的半导体装置为浪涌电压检测电路101。
图2是本实施方式的电力变换装置的示意图。本实施方式的电力变换装置为具备浪涌电压检测电路101的逆变器电路210。
图1是示出逆变器电路210的一部分的图。图1是示出浪涌电压检测电路101的结构的详细内容的图。
图2所示的逆变器电路210具备3组低侧晶体管10和高侧晶体管20、3个浪涌电压检测电路101、正端子P、负端子N、输出端子U、输出端子V、输出端子W、检测端子D’。正端子P连接于直流电源30的正极30a，负端子N连接于直流电源30的负极30b。例如，平滑电容器40与直流电源30并联地设置于正端子P与负端子N之间。逆变器电路210为3相逆变器。从检测端子D’输出基于浪涌电压检测电路101的浪涌电压的检测结果。
直流电源30的电压例如为200V以上且1500V以下。直流电源30供给晶体管(低侧晶体管10以及高侧晶体管20)的电源电压VDD。
低侧晶体管10以及高侧晶体管20只要为晶体管，种类就不特别限定。本实施方式所记载的半导体装置以及电力变换装置不论低侧晶体管10以及高侧晶体管20为何种晶体管，都能够应用于所有的晶体管。低侧晶体管10以及高侧晶体管20例如为IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)、BJT(Bipolar JunctionTransistor，双极结型晶体管)等。此外，低侧晶体管10以及高侧晶体管20为半导体元件的一个例子。低侧晶体管10以及高侧晶体管20例如含有SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)、AlGaN以及InGaN等氮化物半导体材料、Si(硅)、GaO(氧化镓)或者金刚石半导体，是使用SiC、氮化物半导体材料、Si、GaO或者金刚石半导体而制造出的晶体管。另外，低侧晶体管10和高侧晶体管20例如也可以具有未图示的回流二极管等、及级联连接(cascode-connected)的其它元件。
浪涌电压检测电路101例如为使多个元件单芯片化而成的IC、或者配置有多个电子构件的电路基板。浪涌电压检测电路101检测在低侧晶体管10与高侧晶体管20之间产生的浪涌电压。半导体模块151包括浪涌电压检测电路101、低侧晶体管10以及高侧晶体管20。
图1示出逆变器电路210的3组低侧晶体管10和高侧晶体管20中的、与输出端子U连接的1组低侧晶体管10和高侧晶体管20。另外，示出与该1组低侧晶体管10和高侧晶体管20连接的浪涌电压检测电路101。
浪涌电压检测电路101具备第1二极管111、第1电容器112、第2二极管114、第3二极管116、第2电容器118、开关122、模拟数字转换器126、偏置元件140、控制部50、输入端子A、输入端子B、输入端子I以及检测端子D。
逆变器电路210的低侧晶体管10具有发射极电极10a(第1电极)、集电极电极10b(第2电极)、栅极电极10c。逆变器电路210的高侧晶体管20具有发射极电极20a(第1电极)、集电极电极20b(第2电极)、栅极电极20c。
浪涌电压检测电路101的输入端子A用于与直流电源30的正极30a电连接。浪涌电压检测电路101的输入端子B用于与直流电源30的负极30b电连接。
浪涌电压检测电路101的输入端子I用于与低侧晶体管10的集电极电极10b、以及高侧晶体管20的发射极电极20a电连接。输入端子I用于与有可能在电路中产生浪涌电压的部位电连接。
从浪涌电压检测电路101的检测端子D输出浪涌电压的检测结果。
第1二极管111具有第1阳极111a和第1阴极111b。第1阳极111a用于经由输入端子I而与低侧晶体管10的集电极电极10b以及高侧晶体管20的发射极电极20a中的任意一方电连接。此外，在图1中，第1阳极111a经由输入端子I电连接于低侧晶体管10的集电极电极10b以及高侧晶体管20的发射极电极20a这两方。第1阳极111a经由输入端子I电连接于有可能在电路中产生浪涌电压的部位。
第1电容器112具有第1一端112a和第1另一端112b。第1一端112a电连接于第1阴极111b。
偏置元件140具有第1偏置元件端部140a和第2偏置元件端部140b。第1偏置元件端部140a电连接于第1阴极111b以及第1一端112a。第2偏置元件端部140b用于与直流电源30的正极30a电连接。此外，在图1中，第2偏置元件端部140b经由输入端子A电连接于直流电源30的正极30a。
偏置元件140使第1阴极111b与第1一端112a之间的电压以不被固定为晶体管的电源电压VDD而能够检测浪涌电压的方式自由地变化。换言之，如果不设置偏置元件140，则第1阴极111b与第1一端112a之间的电压经由输入端子A被固定为晶体管的电源电压VDD，无法检测浪涌电压。因此，设置有偏置元件140。
在本实施方式的半导体装置中，偏置元件140为电阻元件142。
第2二极管114具有第2阳极114a和第2阴极114b。第2阳极114a电连接于第1电容器112的第1另一端112b。第2二极管114优选为肖特基势垒二极管。
第2电容器118具有第2一端118a和第2另一端118b。第2一端118a电连接于第2二极管114的第2阴极114b。
模拟数字转换器126电连接于第2阴极114b以及第2一端118a。模拟数字转换器126对第2阴极114b与第2一端118a之间的电压进行数字变换。数字变换后的电压的信号例如能够输入到公知的显示器，作为电压值而显示。由此，能够进行数字变换后的电压的测定。此外，通过将数字变换后的电压的信号输入到出售的微型计算机等控制部50，能够用于开关122的动作等的控制。
开关122与第2电容器118并联地电连接于第2一端118a与第2另一端118b之间。开关122电连接第2一端118a和第2另一端118b，使充电到第2电容器118的电荷放电。开关122例如为晶体管，但并不限定于此。
开关122的导通或截止动作例如由控制部50控制。控制部50例如为微型计算机。控制部50例如设置于浪涌电压检测电路101的内部或者外部中的任意一方都可以。此外，控制部50为第1控制部的一个例子。
第3二极管116具有第3阳极116a和第3阴极116b。第3阴极116b电连接于第1电容器112的第1另一端112b以及第2二极管114的第2阳极114a。第3二极管116优选为肖特基势垒二极管。
第1电容器112以及第2电容器118优选为薄膜电容器或者陶瓷电容器。
薄膜电容器作为电介质使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或者聚苯乙烯(PS)等树脂的电容器。
陶瓷电容器作为电介质使用氧化钛、氧化铝，钛酸钡或者钛酸锶等陶瓷的电容器。
优选为晶体管(半导体元件)的电源电压VDD、第1电容器112的电容C1以及第2电容器118的电容C2满足15V≥(C1VDD)/(C1+C2)的关系。
第1电容器112的电容C1优选为低侧晶体管10或者高侧晶体管20(半导体元件)的输出电容的1/10以下。
第2电容器118的电容C2优选为100pF以上。
图3A－3C是示出本实施方式的第2二极管114的一个例子的示意图。
图3A是包括肖特基势垒二极管作为第2二极管114的本实施方式的浪涌电压检测电路101的一部分的一个例子。图3B和图3C是使用了肖特基势垒二极管与PN二极管的组合作为第2二极管114的本实施方式的浪涌电压检测电路101的一部分的一个例子。此外，也可以如图3B所示，肖特基势垒二极管电连接于第1电容器112与PN二极管之间。另外，也可以如图3C所示，PN二极管连接于第1电容器112与肖特基势垒二极管之间。
图4是作为图1所示的本实施方式的变形例的、浪涌电压检测电路102的示意图。半导体模块152包括浪涌电压检测电路102、低侧晶体管10以及高侧晶体管20。图1所示的模拟数字转换器126也可以为图4所示的采样保持电路120。
采样保持电路120例如具有未图示的运算放大器、二极管、电容器以及复位开关。采样保持电路120具备将输入到采样保持电路120所具有的运算放大器的电压的峰值维持预定期间的功能。只要具备将峰值维持预定期间的功能，采样保持电路120的结构就未必限于上述结构。
图5是示出本实施方式的半导体装置中的电压和电流的时间变化的示意图。在图5中，记载有输入端子I的电压VI、第2阴极114b与模拟数字转换器126之间的C点(图1)的电压VC。
使用图5，说明本实施方式的半导体装置的动作。
浪涌是在逆变器电路210的晶体管从导通变为截止时产生的。在此，考虑低侧晶体管10从导通变为截止，高侧晶体管20从截止变为导通的情况。在低侧晶体管10导通的期间，低侧晶体管10的电阻为零。因此，低侧晶体管10导通的期间的VI为零。
接下来，低侧晶体管10从导通变为截止，从而产生浪涌，在时刻t1，浪涌电压成为最大，之后浪涌消失。
VI随着时间经过而增加。然后，在时刻t1，与浪涌电压的产生对应的电压的极大被检测为VI。
关于第1二极管111的第1阴极111b的电压，由于第1阴极111b经由偏置元件140而与直流电源30的正极30a电连接，所以为直流电源30的电源电压VDD。因此，在VI变得比VDD大之前，第1二极管111不导通。
当VI比VDD大时，第1二极管111导通。在第1电容器112中流过变位电流。接下来第2二极管114导通，电荷积蓄于第2电容器118。因此，VC增加。
此时，第1二极管111、第1电容器112、第2二极管114、第2电容器118作为串联地连接的电路发挥功能。第1二极管111和第2二极管114各自的电阻分量一般是小的，所以如果忽略，则作为第1电容器112与第2电容器118的串联电路发挥功能。因而，利用第1电容器112的电容和第2电容器118的电容将浪涌电压分压而得到的电压被检测为VC。
在时刻t1之后，浪涌消失。因此，在经过了时刻t1之后，VI下降。此时，高侧晶体管20从截止变为导通，另外低侧晶体管10从导通变为截止，所以晶体管的电源电压VDD被检测为VI。
即使VI的电压下降到VDD，由于设置有第2二极管114，所以积蓄于第2电容器118的电荷也不流到第1电容器112。因此，第2电容器118的电压被维持。因而，使用模拟数字转换器126对第2电容器118的电压即VC进行数字变换。数字变换后的VC的信号例如被输入到控制部50，用于控制开关122的导通或截止的定时。另外，也可以将数字变换后的VC的信号输入到公知的显示器而显示电压值，用于VC测定。
在时刻t2，使用开关122使积蓄于第2电容器118的电荷放电。由此，VC成为零。如图5所示，当在时刻t1附近产生的浪涌电压随着时间经过而消失时，VC成为恒定的值。因而，例如，也可以在使用控制部50而确认了由模拟数字转换器126进行数字变换而得到的VC成为恒定这一情况之后，使用开关122使第2电容器118的电荷放电。
在时刻t3，低侧晶体管10变为导通，高侧晶体管20变为截止。此时，VI随着时间经过而减少，在时刻t4成为零。由于设置有第2二极管114，所以电流不从第2电容器118流到第1电容器112，而从第3二极管116流到第1电容器112。
图6是示出浪涌电压的波形的一个例子的示意图。在时刻10μs处，产生宽度约为20nsec、大小为100V的浪涌电压。电压在10.01μs时最大。此外，主电压为400V。
图7是示出本实施方式的半导体装置的浪涌电压的检测特性的示意图。图7是在以第1电容器112与第2电容器118的分压比来校正了图6所示的浪涌电压之后由使用了模拟数字转换器126的本实施方式的半导体装置检测的。在时刻10μs处，检测到电压上升的情形。检测到的电压与图6同样地，在时刻10.01μs最大。
接下来，说明本实施方式的半导体装置以及电力变换装置的作用以及效果。
如本实施方式那样，由于具备如下单元，从而能够检测浪涌电压：第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极用于与具有第1电极、第2电极以及栅极电极的半导体元件的第1电极以及第2电极中的任意一方电连接；第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于第1阴极；偏置元件，具有第1偏置元件端部和第2偏置元件端部，所述第1偏置元件端部电连接于第1阴极以及第1一端，所述第2偏置元件端部用于与具有正极和负极的直流电源的正极电连接；第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阳极电连接于第1另一端；第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于第2阴极；开关，与第2电容器并联地电连接于第2一端与第2另一端之间；模拟数字转换器或者采样保持电路，电连接于第2阴极以及第2一端；第3二极管，具有与第2另一端电连接的第3阳极、以及与第1另一端以及第2阳极电连接的第3阴极。
在高速地进行开关动作的功率晶体管中，例如，有时在关断时产生寄生电感所引起的浪涌电压。当产生浪涌电压时，产生栅极绝缘膜的损坏，或者产生电路的响声，所以成为问题。
关于在功率晶体管中产生的浪涌电压的峰值，电压高达几百伏，且波峰的脉冲宽度短到几十纳秒。因此，例如，仅凭现有的模拟数字转换器126或采样保持电路120，难以检测浪涌电压的峰值。
在本实施方式的半导体装置以及电力变换装置中，由第1电容器112使变位电流流动，由第2电容器118积蓄电荷。然后，由模拟数字转换器126或者采样保持电路120检测通过电荷的积蓄而增加的电压。由此，能够检测浪涌电压。此外，积蓄于第2电容器118的电荷的放电被第2二极管114避免。
由于设置有偏置元件140，所以第1阴极111b与第1一端112a之间的电压能够以不被固定为晶体管的电源电压VDD而能够检测浪涌电压的方式自由地变化。
在浪涌电压消失时，电流从第1电容器112流到输入端子I。该电流的流动由第3二极管116保证。
例如，每当晶体管的截止时，有可能会产生浪涌电压。因此，浪涌电压检测电路101优选为能够频繁地测定浪涌电压。在本实施方式的半导体装置以及电力变换装置中设置有开关122，所以能够使积蓄于第2电容器118的电荷逐一放电。
另外，在本实施方式的半导体装置中，使用第1电容器112和第2电容器118将浪涌电压分压，所以作为第2二极管114和第3二极管116，也可以不使用高耐压的二极管，而能够使用低耐压的二极管。
因此，作为第2二极管114，能够使用恢复特性良好的二极管。因而，在浪涌电压因晶体管的开关而下降时，也能够防止通过了第2二极管114的倒流。因而，对于浪涌电压的测定有时间上的富余，所以使用模拟数字转换器126、采样保持电路120来测定浪涌电压。
肖特基势垒二极管的恢复特性优良，所以能够优选用作第2二极管114。
作为第3二极管116，为了抑制来自第2电容器118的倒流，精度良好地测定浪涌电压，而优选使用肖特基势垒二极管。
另一方面，作为第1二极管111，即使恢复特性稍微差，只要为满足耐压的必要条件的二极管，就也能够优选使用。
薄膜电容器以及陶瓷电容器的频率特性良好，所以通过用作第1电容器112以及第2电容器118，能够检测半值宽度窄的浪涌电压。
作为采样保持电路120所使用的运算放大器的耐压，最多为15V。因此，只要被施加于第2电容器118的电压(C1VDD)/(C1+C2)为15V以下，就易于活用现有的采样保持电路120。
第1电容器112的电容C1优选小到对低侧晶体管10或者高侧晶体管20的动作不造成影响的程度。这是因为，如果第1电容器112的电容C1变得过大，大的电容连接于低侧晶体管10或者高侧晶体管20，所以对电力变换装置的动作造成影响，作为结果，对电力变换装置产生的浪涌的测定也造成影响。只要第1电容器112的电容C1为低侧晶体管10或者高侧晶体管20的输出电容的1/10以下，就能够对电力变换装置的动作不造成影响地测定浪涌。
如果第2电容器118的电容C2小于100pF，则泄漏变多，所以难以稳定地积蓄电荷。因此，第2电容器118的电容C2优选为100pF以上。
根据本实施方式的半导体装置以及电力变换装置，能够提供能够检测浪涌电压的半导体装置以及电力变换装置。
(第2实施方式)
本实施方式的半导体装置在偏置元件140还具备与电阻元件142并联地连接的第4二极管144这点上，与第1实施方式不同。在此，省略关于与第1实施方式重复的内容的记载。
图8是本实施方式的半导体装置的示意图。本实施方式的半导体装置为浪涌电压检测电路103。半导体模块153包括浪涌电压检测电路103、低侧晶体管10以及高侧晶体管20。
偏置元件140还具备与电阻元件142并联地连接的第4二极管144。第4二极管144具有第4阳极144a和第4阴极144b。第4阴极144b电连接于第1阴极111b以及第1一端112a。
在偏置元件140所使用的电阻元件142的电阻分量大的情形下，能够争取时间常数来保持浪涌电压的波峰，所以是优选的。
但是，如果电阻元件142的电阻分量过大，则产生经由电阻元件142的电压下降，所以有时在优选第1阴极111b与第1一端112a之间的电压为VDD的情况下，结果比VDD下降。
在本实施方式的浪涌电压检测电路103中，第4二极管144与电阻元件142并联地连接而设置。因此，在优选第1阴极111b与第1一端112a之间的电压为VDD的情况下，经由第4二极管144而电压被保持为VDD。
另外，电阻元件142也一并设置于偏置元件140，所以能够争取时间常数来保持浪涌电压的波峰。
根据本实施方式的半导体装置以及电力变换装置，能够提供能够检测浪涌电压的半导体装置以及电力变换装置。
(第3实施方式)
本实施方式的半导体装置在偏置元件140为电感元件146这点上，与第1实施方式以及第2实施方式不同。在此，省略关于与第1以及第2实施方式重复的内容的记载。
图9是本实施方式的半导体装置的示意图。本实施方式的半导体装置为浪涌电压检测电路104。半导体模块154包括浪涌电压检测电路104、低侧晶体管10以及高侧晶体管20。在第1阴极111b与第1一端112a之间的电压伴随浪涌电压检测而变化时，即使直流电源30经由电感元件146而将第1阴极111b与第1一端112a之间的电压固定为VDD，由于反电动势作用于电感元件146，所以也无法在短时间内固定为VDD。因此，在短时间内，第1阴极111b与第1一端112a之间的电压是能够变化的，所以能够检测浪涌电压。
根据本实施方式的半导体装置以及电力变换装置，也能够提供能够检测浪涌电压的半导体装置以及电力变换装置。
(第4实施方式)
本实施方式的半导体装置在偏置元件140为开关148这点上，与第1至第3实施方式不同。在此，省略关于与第1至第3实施方式重复的内容的记载。
图10是本实施方式的半导体装置的示意图。本实施方式的半导体装置为浪涌电压检测电路105。半导体模块155包括浪涌电压检测电路105、低侧晶体管10以及高侧晶体管20。在检测浪涌电压时，例如使用控制部50使开关148截止。由此，第1阴极111b与第1一端112a之间的电压不被固定为VDD，所以能够检测浪涌电压。
开关148例如为MOSFET(Metal－Oxide－Semiconductor－Field－Effect－Transistor)等晶体管。
根据本实施方式的半导体装置以及电力变换装置，也能够提供能够检测浪涌电压的半导体装置以及电力变换装置。
(第5实施方式)
本实施方式的半导体装置在还具备与栅极电极电连接的可变电阻、以及根据从模拟数字转换器或者采样保持电路输出的电压值来控制可变电阻的电阻值的控制部这点上，与第1至第4实施方式不同。以下，省略关于与第1至第4实施方式重复的内容的记述。
图11是本实施方式的电力变换装置的示意图。本实施方式的电力变换装置为具备浪涌电压检测电路130的逆变器电路220。
本实施方式的逆变器电路220实现动态地控制功率晶体管的栅极电压的、所谓的有源栅极控制。
逆变器电路220具备可变电阻60。可变电阻60与低侧晶体管(晶体管)10的栅极电极10c以及高侧晶体管(晶体管)20的栅极电极20c分别电连接。
图12是本实施方式的半导体装置的示意图。本实施方式的半导体装置为浪涌电压检测电路130。半导体模块160包括浪涌电压检测电路130、低侧晶体管10以及高侧晶体管20。
浪涌电压检测电路130具备采样保持电路120、模拟数字转换器126以及微型计算机(控制部)124。此外，微型计算机124为第2控制部的一个例子。另外，作为第1实施方式所记载的控制部50以及微型计算机124，也可以分别使用不同的出售的微型计算机等。另外，也可以使1个出售的微型计算机等具有控制部50和微型计算机124这两方的功能。
C点的电压值经由采样保持电路120以及模拟数字转换器126被输入到微型计算机124。
模拟数字转换器126连接于采样保持电路120。模拟数字转换器126对由采样保持电路120检测到的电压进行数字变换而输出。通过具备与采样保持电路120连接的模拟数字转换器126，从而能够进行浪涌电压的数字输出。此外，也可以不设置采样保持电路120。
C点的电压值取决于浪涌电压的峰值。微型计算机124根据从C点的电压值推导出的浪涌电压的峰值，发出使可变电阻60的电阻值变化的指令。其结果，低侧晶体管10以及高侧晶体管20的栅极充放电电流发生变化，以使浪涌电压成为预定的电压值以下的方式控制逆变器电路220。
关于可变电阻60，只要电阻可变，其结构就不被限定。例如，可变电阻60为进行模拟动作的MOSFET。根据来自微型计算机124的指令，例如，MOSFET的栅极电压发生变化，电阻发生变化。另外，例如，可变电阻60为并联地连接的多个MOSFET。通过切换导通状态和截止状态的MOSFET的个数，从而电阻发生变化。
开关122的导通或截止动作也由来自微型计算机124的指令控制。
以上，根据本实施方式，通过使用浪涌电压检测电路来动态地控制功率晶体管的栅极电压，能够实现抑制浪涌电压的逆变器电路。
(第6实施方式)
本实施方式的驱动装置是具备第1实施方式的电力变换装置的驱动装置。
图13是本实施方式的驱动装置的示意图。驱动装置1000具备马达340和逆变器电路210。利用从逆变器电路210输出的交流电压来驱动马达340。
根据本实施方式，由于具备能够检测浪涌电压的逆变器电路210，从而驱动装置1000的特性提高。
(第7实施方式)
本实施方式的车辆是具备第1实施方式的电力变换装置的车辆。
图14是本实施方式的车辆的示意图。本实施方式的车辆1100为铁道车辆。车辆1100具备马达340和逆变器电路210。
利用从逆变器电路210输出的交流电压来驱动马达340。利用马达340使车辆1100的车轮90旋转。
根据本实施方式，由于具备能够检测浪涌电压的逆变器电路210，从而车辆1100的特性提高。
(第8实施方式)
本实施方式的车辆是具备第1实施方式的电力变换装置的车辆。
图15是本实施方式的车辆的示意图。本实施方式的车辆1200为汽车。车辆1200具备马达340和逆变器电路210。
利用从逆变器电路210输出的交流电压来驱动马达340。利用马达340使车辆1200的车轮90旋转。
根据本实施方式，由于具备能够检测浪涌电压的逆变器电路210，从而车辆1200的特性提高。
(第9实施方式)
本实施方式的升降机是具备第1实施方式的电力变换装置的升降机。
图16是本实施方式的升降机(电梯)的示意图。本实施方式的升降机1300具备轿厢610、配重612、缆索614、曳引机616、马达340以及逆变器电路210。
利用从逆变器电路210输出的交流电压来驱动马达340。利用马达340使曳引机616旋转，使轿厢610升降。
根据本实施方式，由于具备能够检测浪涌电压的逆变器电路210，从而升降机1300的特性提高。
在本说明书中，作为电力变换装置而以逆变器电路为例进行了说明，但作为电力变换装置，还能够应用DC－DC转换器。另外，以由浪涌电压检测电路检测在电力变换装置的晶体管中产生的浪涌电压的情况为例进行了说明，但还能够将实施方式以及变形例的浪涌电压检测电路应用于在对除了电力变换装置以外的装置使用的晶体管中产生的浪涌电压的检测。
另外，在本说明书中，以将本实施方式的半导体装置以及电力变换装置应用于驱动装置、车辆或者电梯的情况为例进行了说明，但还能够将本发明的半导体装置以及电力变换装置例如应用于太阳能发电系统的功率调节器等。进而，还能够和产生与过电压或过冲相伴的电压波形的装置、例如马达的端子等连接而应用。
说明了本发明的几个实施方式以及实施例，但这些实施方式是作为例子而提示的，未意图限定发明的范围。这些实施方式能够以其它各种方式被实施，能够在不脱离发明的要旨的范围进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围及要旨，同样地包含于专利权利要求书所记载的发明及与其等同的范围。
此外，能够将上述实施方式总结成以下的技术方案。
技术方案1
一种半导体装置，具备：
第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于具有第1电极、第2电极以及栅极电极的晶体管的所述第1电极以及所述第2电极中的任意一方；
第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极电连接于所述第1另一端；
第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于所述第1阴极；
采样保持电路，电连接于所述第1阴极以及所述第2一端；
开关，与所述第2电容器并联地电连接于所述第2一端与所述第2另一端之间；以及
第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阴极电连接于所述第1另一端以及所述第1阳极。
技术方案2
根据技术方案1所记载的半导体装置，其中，
所述第1二极管具有肖特基势垒二极管。
技术方案3
根据技术方案2所记载的半导体装置，其中，
所述第1二极管还具有PN二极管。
技术方案4
根据技术方案1至3中的任意一项所记载的半导体装置，其中，
所述第1电容器以及所述第2电容器为薄膜电容器或者陶瓷电容器。
技术方案5
根据技术方案1至4中的任意一项所记载的半导体装置，其中，
所述晶体管的电源电压VDD、所述第1电容器的电容C1以及所述第2电容器的电容C2满足15V≥(C1VDD)/(C1+C2)的关系。
技术方案6
根据技术方案1至5中的任意一项所记载的半导体装置，其中，
所述第1电容器的电容C1为所述晶体管的输出电容的1/10以下。
技术方案7
根据技术方案1至6中的任意一项所记载的半导体装置，其中，
所述第2电容器的电容C2为100pF以上。
技术方案8
一种电力变换装置，具备：
晶体管，具有第1电极、第2电极以及栅极电极；
第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于所述第1电极以及所述第2电极中的任意一方；
第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极电连接于所述第1另一端；
第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于所述第1阴极；
采样保持电路，电连接于所述第1阴极以及所述第2一端；
开关，与所述第2电容器并联地电连接于所述第2一端与所述第2另一端之间；以及
第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阴极电连接于所述第1另一端以及所述第1阳极。
技术方案9
根据技术方案8所记载的电力变换装置，其中，还具备：
可变电阻，电连接于所述栅极电极；以及
控制部，根据从所述采样保持电路输出的电压值来控制所述可变电阻的电阻值。
技术方案10
根据技术方案8或者9所记载的电力变换装置，其中，
所述第1二极管具有肖特基势垒二极管。
技术方案11
根据技术方案10所记载的电力变换装置，其中，
所述第1二极管还具有PN二极管。
技术方案12
根据技术方案8至11中的任意一项所记载的电力变换装置，其中，
所述第1电容器以及所述第2电容器为薄膜电容器或者陶瓷电容器。
技术方案13
根据技术方案8至12中的任意一项所记载的电力变换装置，其中，
所述晶体管的电源电压VDD、所述第1电容器的电容C1以及所述第2电容器的电容C2满足15V≥(C1VDD)/(C1+C2)的关系。
技术方案14
根据技术方案8至13中的任意一项所记载的电力变换装置，其中，
所述第1电容器的电容C1为所述晶体管的输出电容的1/10以下。
技术方案15
根据技术方案8至14中的任意一项所记载的电力变换装置，其中，
所述第2电容器的电容C2为100pF以上。
技术方案16
根据技术方案8至15中的任意一项所记载的电力变换装置，其中，
所述电力变换装置还具备与所述采样保持电路连接的模拟数字转换器。
技术方案17
一种驱动装置，其中，
具备技术方案8至16中的任意一项所记载的电力变换装置。
技术方案18
一种车辆，其中，
具备技术方案8至16中的任意一项所记载的电力变换装置。
技术方案19
一种升降机，其中，
具备技术方案8至16中的任意一项所记载的电力变换装置。

Claims (20)

1.一种半导体装置，具备：
第1二极管，具有第1阳极和第1阴极，所述第1阳极用于与具有第1电极、第2电极及第1栅极电极的第1半导体元件的所述第2电极、以及具有与所述第2电极电连接的第3电极、第4电极及第2栅极电极的第2半导体元件的所述第3电极电连接；
第1电容器，具有第1一端和第1另一端，所述第1一端电连接于所述第1阴极；
偏置元件，具有第1偏置元件端部和第2偏置元件端部，所述第1偏置元件端部电连接于所述第1阴极以及所述第1一端，所述第2偏置元件端部用于与具有正极和负极的直流电源的所述正极电连接；
第2二极管，具有第2阳极和第2阴极，所述第2阳极电连接于所述第1另一端；
第2电容器，具有第2一端和第2另一端，所述第2一端电连接于所述第2阴极；
开关，与所述第2电容器并联地电连接于所述第2一端与所述第2另一端之间；
模拟数字转换器或者采样保持电路，电连接于所述第2阴极以及所述第2一端；以及
第3二极管，具有第3阳极和第3阴极，所述第3阳极电连接于所述第2另一端，所述第3阴极电连接于所述第1另一端以及所述第2阳极。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1半导体元件和所述第2半导体元件为晶体管。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1半导体元件和所述第2半导体元件含有SiC、氮化物半导体材料或者Si。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1半导体元件和所述第2半导体元件具有IGBT。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第2二极管具有肖特基势垒二极管。
6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第3二极管为肖特基势垒二极管。
7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1电容器以及所述第2电容器为薄膜电容器或者陶瓷电容器。
8.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述采样保持电路电连接于所述第2阴极以及所述第2一端，所述第1半导体元件和所述第2半导体元件的电源电压VDD、所述第1电容器的电容C1以及所述第2电容器的电容C2满足15V≥(C1VDD)/(C1+C2)的关系。
9.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1电容器的电容C1为所述第1半导体元件和所述第2半导体元件的输出电容的1/10以下。
10.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第2电容器的电容C2为100pF以上。
11.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述偏置元件为电阻元件。
12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中，
所述偏置元件还具有与所述电阻元件并联地连接的第4二极管，所述第4二极管具有第4阳极和第4阴极，所述第4阴极电连接于所述第1阴极以及所述第1一端。
13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述偏置元件为电感元件。
14.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述偏置元件为开关。
15.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述半导体装置还具备第1控制部，该第1控制部控制所述开关的导通或截止。
16.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，还具备：
第1可变电阻，电连接于所述第1栅极电极；
第2可变电阻，电连接于所述第2栅极电极；以及
第2控制部，根据从所述模拟数字转换器或者所述采样保持电路输出的电压值来控制所述第1可变电阻以及所述第2可变电阻的电阻值。
17.一种电力变换装置，其中，
具备权利要求1所述的半导体装置。
18.一种驱动装置，其中，
具备权利要求17所述的电力变换装置。
19.一种车辆，其中，
具备权利要求17所述的电力变换装置。
20.一种升降机，其中，
具备权利要求17所述的电力变换装置。
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