CN110521122B - 过电流检测装置、控制装置及过电流检测方法 - Google Patents

过电流检测装置、控制装置及过电流检测方法 Download PDF

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Abstract

近年来，期望提高过电流的检测精度。本发明提供一种过电流检测装置，具备：栅极电流检测部，其检测流向半导体元件的栅极电流是否为基准栅极电流以上；感测电流检测部，其检测在上述半导体元件的感测发射极端子流通的感测电流是否为基准感测电流以上；以及调整部，其以上述栅极电流为上述基准栅极电流以上为条件，使上述感测电流的检测值相对于上述基准感测电流相对地减小。

Description

过电流检测装置、控制装置及过电流检测方法
技术领域
本发明涉及过电流检测装置、控制装置及过电流检测方法。
背景技术
以往，提出了在过电流产生时停止电力控制而防止元件的破坏的技术(例如参照专利文献1～4)。
专利文献1：日本特开2006-32393号公报
专利文献2：日本特开2015-53749号公报
专利文献3：日本特开2015-139271号公报
专利文献4：日本特开平6-120787号公报
发明内容
技术问题
近年来，期望提高过电流的检测精度。
技术方案
(项目1)
在本发明的第1方式中，提供一种过电流检测装置。过电流检测装置可以具备检测流向半导体元件的栅极电流是否为基准栅极电流以上的栅极电流检测部。过电流检测装置可以具备检测在半导体元件的感测发射极端子流通的感测电流是否为基准感测电流以上的感测电流检测部。过电流检测装置可以具备以栅极电流为基准栅极电流以上为条件，使感测电流的检测值相对于基准感测电流相对地减小的调整部。
(项目2)
调整部可以以栅极电流为基准栅极电流以上为条件，使感测电流的检测值减小。
(项目3)
感测电流检测部可以具有电连接到感测发射极端子与基准电位之间的感测电流检测电阻。感测电流检测部可以具有对因在感测电流检测电阻流通的感测电流而产生的感测检测电压和与基准感测电流对应的基准电压进行比较的感测电流检测比较器。调整部可以以栅极电流为基准栅极电流以上为条件，使感测电流检测电阻的电阻值减小。
(项目4)
调整部可以以栅极电流为基准栅极电流以上为条件，使感测电流检测电阻的至少一部分旁路。
(项目5)
栅极电流检测部可以具有电连接到输入栅极驱动信号的栅极驱动端子与半导体元件的栅极端子之间的栅极电流检测电阻，栅极驱动信号用于驱动半导体元件的栅极。栅极电流检测部可以具有检测因栅极电流在栅极电流检测电阻流通而产生的栅极检测电压是否为与基准栅极电流对应的电压以上的栅极电流检测比较器。
(项目6)
栅极电流检测部可以具有对栅极电流检测电阻的栅极驱动端子侧的电压进行分压的第1电阻分压器。栅极电流检测部可以具有对栅极电流检测电阻的栅极端子侧的电压进行分压的第2电阻分压器。栅极电流检测比较器可以被输入由第1电阻分压器分压而得的电压和由第2电阻分压器分压而得的电压。
(项目7)
第1电阻分压器的分压比和第2电阻分压器的分压比可以彼此不同。
(项目8)
在本发明的第2方式中，提供一种控制装置。控制装置可以具备输出用于根据输入信号来驱动半导体元件的栅极的栅极驱动信号的栅极驱动部。控制装置可以具备第1方式的过电流检测装置。
(项目9)
在过电流检测装置检测到感测电流为基准感测电流以上时，栅极驱动部可以使半导体元件处于关断状态。
(项目10)
在本发明的第3方式中，提供一种过电流检测方法。过电流检测方法可以包括检测流向半导体元件的栅极电流是否为基准栅极电流以上的栅极电流检测步骤。过电流检测方法可以包括检测在半导体元件的感测发射极端子流通的感测电流是否为基准感测电流以上的感测电流检测步骤。过电流检测方法可以包括以栅极电流为基准栅极电流以上为条件，使感测电流的检测值相对于基准感测电流相对地减小的调整步骤。
应予说明，上述的发明内容未列举本发明的所有必要特征。另外，这些特征群的子组合也另外能够成为发明。
附图说明
图1表示本实施方式的半导体装置。
图2表示栅极电流检测部。
图3表示感测电流检测部和调整部。
图4表示本实施方式的过电流的检测方法。
图5表示半导体元件导通时的动作波形。
图6表示栅极电流检测部的变形例。
图7表示感测电流检测部的变形例。
符号说明
1：半导体装置
2：控制装置
3：控制装置
12：半导体元件
13：半导体元件
31：输入部
33：栅极驱动部
35：过电流检测装置
100：直流电源
101：正极侧电源线
102：负极侧电源线
105：电源输出端子
110：负载
351：栅极电流检测部
353：感测电流检测部
355：调整部
3511：栅极电流检测电阻
3513：栅极电流检测比较器
3531：感测电流检测电阻
3532：基准电压源
3533：感测电流检测比较器
3534：计时器电路
3535：齐纳二极管
3551：半导体元件
3515：第1电阻分压器
3517：第2电阻分压器
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式并不限定权利要求所涉及的发明。另外，实施方式中说明的特征的所有组合并不一定是发明的解决方案所必须的。
图1表示本实施方式的半导体装置1。应予说明，图中的空心箭头符号表示电流。
半导体装置1作为一个例子可以是用于马达驱动和电力供给等的智能功率模块，可以通过切换正极侧电源线101和负极侧电源线102与电源输出端子105的连接，从而从电源输出端子105输出交流电压。在此，正极侧电源线101可以与直流电源100的正极连接，负极侧电源线102可以与地连接。由此，可以对正极侧电源线101和负极侧电源线102之间施加例如600V～800V的直流电压。在电源输出端子105与地之间可以连接1个或多个负载110。
半导体装置1具备串联连接的高侧的半导体元件12和低侧的半导体元件13、与半导体元件12相关联的控制装置2以及与半导体元件13相关联的控制装置3。
半导体元件12、13串联地依次连接到正极侧电源线101与负极侧电源线102之间。可以在半导体元件12、13之间的中点连接有电源输出端子105。
半导体元件12、13可以是通过后述的控制装置2、3而切换为导通/关断的开关元件。作为一个例子，半导体元件12、13可以是电力变换装置中的下臂和上臂。
半导体元件12、13中的至少一方可以具有宽带隙半导体。宽带隙半导体是指带隙比硅半导体大的半导体，例如是SiC、GaN、金刚石、氮化镓系材料、氧化镓系材料、AlN、AlGaN或ZnO等半导体。具有宽带隙半导体的开关元件与仅具有硅半导体的元件相比，能够使开关速度更高。
另外，半导体元件12、13作为一个例子可以是电压驱动型的晶体管，在本实施方式中，作为一个例子为IGBT。半导体元件12、13也可以是MOSFET等场效应晶体管。
控制装置2、3根据输入信号VHin、VLin控制半导体元件12、13。应予说明，控制装置2的构成与控制装置3相同，因此省略说明。
控制装置3具有输入部31、栅极驱动部33和过电流检测装置35。输入部31和栅极驱动部33可以分别形成为电路。
输入部31根据输入信号VLin生成矩形信号in。例如，输入部31可以生成在输入信号VLin比阈值电压大的情况下为高的矩形信号in。输入部31可以将矩形信号in供给到栅极驱动部33。
栅极驱动部33根据输入信号输出用于驱动半导体元件13的栅极端子(G)的栅极驱动信号drv。例如，栅极驱动部33可以在被输入的矩形信号in为高时生成栅极驱动信号drv，并介由过电流检测装置35而向半导体元件13的栅极端子(G)供给。
栅极驱动部33可以在由过电流检测装置35检测到过电流时，输出使半导体元件13为关断状态的栅极驱动信号。例如，栅极驱动部33可以在由过电流检测装置35检测到低侧的半导体元件13的过电流时，使低侧的半导体元件13处于关断状态。
过电流检测装置35检测半导体元件13的过电流。过电流检测装置35包括：栅极电流检测部351、感测电流检测部353和调整部355。栅极电流检测部351、感测电流检测部353和调整部355可以分别形成为电路。
栅极电流检测部351检测流向半导体元件13的栅极电流Ig是否为基准栅极电流Igth以上。在本实施方式中，作为一个例子，半导体元件13为IGBT，所以通过检测栅极电流Ig是否为基准栅极电流Igth以上，从而检测直到半导体元件13成为稳定导通状态为止的过渡期间。在过渡期间，在半导体元件13的感测发射极端子(S)流通的感测电流Is也呈现过渡性波形。
在此，基准栅极电流Igth可以是通过反复试验而设定的任意的电流值，作为一个例子可以为0A。栅极电流检测部351可以将表示检测结果的检测信号Vton供给到感测电流检测部353。在本实施方式中，作为一个例子，栅极电流检测部351介由调整部355将检测信号Vton供给到感测电流检测部353。
感测电流检测部353检测感测电流Is是否为基准感测电流以上。基准感测电流可以是半导体元件13处于过电流状态时的电流下限值。由此，对半导体元件13的过电流状态进行检测。感测电流检测部353可以将表示检测结果的检测信号Vthoc供给到栅极驱动部33。在表示过电流状态的检测信号Vthoc被供给到栅极驱动部33的情况下，栅极驱动部33可以输出使半导体元件13处于关断状态的栅极驱动信号drv。
调整部355以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件，使感测电流Is的检测值相对于基准感测电流相对地减小。例如，调整部355可以使感测电流Is的检测值减小。由此，在半导体元件13处于过渡期间时感测电流Is的检测值变小。
根据以上的半导体装置1，由于以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件而使感测电流的Is检测值相对于基准感测电流相对地减小，所以能够防止过渡期间内的过电流的误检测。因此，能够提高过电流的检测精度。另外，由于感测电流的Is检测值减小，所以与基准感测电流增加的情况相比，能够使用恒定的基准感测电流。
图2表示栅极电流检测部351。在本实施方式中，作为一个例子，栅极电流检测部351具有栅极电流检测电阻3511和栅极电流检测比较器3513。
栅极电流检测电阻3511电连接于过电流检测装置35的栅极驱动端子(未图示)与半导体元件13的栅极端子(G)之间，所述过电流检测装置35的栅极驱动端子从栅极驱动部33接收栅极驱动信号drv。由此，栅极电流检测电阻3511将在栅极驱动端子与栅极端子(G)之间流通的栅极电流Ig转换为电压。
栅极电流检测比较器3513对栅极检测电压是否为与基准栅极电流Igth相对应的电压以上进行检测，所述栅极检测电压为因栅极电流Ig流过栅极电流检测电阻3511而产生的电压。由此，栅极电流检测比较器3513检测半导体元件13的栅极电流Ig是否为基准栅极电流Igth以上。例如，栅极电流检测比较器3513可以与栅极电流检测电阻3511的两端连接，检测两端的电位差是否为与基准栅极电流Igth对应的电压以上。栅极电流检测比较器3513可以将表示检测结果的检测信号Vton供给到调整部355。
应予说明，栅极电流检测比较器3513可以具有迟滞特性。例如，在检测栅极检测电压是否超过与基准栅极电流对应的电压的情况下，与检测栅极检测电压是否低于与基准栅极电流对应的电压的情况相比，可以将基准的电压设定得较高。由此，在栅极检测电压在基准的电压附近进行细微变化的情况下，也能够使检测结果稳定。
图3表示感测电流检测部353和调整部355。
在本实施方式中，作为一个例子，感测电流检测部353具有感测电流检测电阻3531、基准电压源3532、感测电流检测比较器3533、计时器电路3534和齐纳二极管3535。
感测电流检测电阻3531电连接于半导体元件13的感测发射极端子(S)与基准电位(在本实施方式中，作为一个例子为地电位)之间。由此，在感测电流检测电阻3531流通从感测发射极端子(S)输出的感测电流Is。在本实施方式中，作为一个例子，感测电流检测电阻3531包含串联连接的2个电阻3531U、3531L。
基准电压源3532连接于感测电流检测比较器3533与地之间。基准电压源3532向感测电流检测比较器3533供给基准电压Vref。
感测电流检测比较器3533对感测检测电压Vs和与基准感测电流对应的基准电压Vref进行比较，所述感测检测电压Vs为因在感测电流检测电阻3531流通的感测电流Is而产生的电压。由此，感测电流检测比较器3533检测在半导体元件13的感测发射极端子(S)流通的感测电流Is是否为基准感测电流以上。例如，感测电流检测比较器3533可以与半导体元件13的感测发射极端子(S)和基准电压源3532的正极连接而比较感测检测电压Vs和基准电压Vref。感测电流检测比较器3533可以将表示检测结果的信号供给到计时器电路3534。
应予说明，感测电流检测比较器3533也可以具有迟滞特性。例如，在检测感测检测电压Vs是否超过基准电压Vref的情况下，与检测感测检测电压Vs是否低于基准电压Vref的情况相比，可以将基准电压Vref设定得较高。由此，在感测检测电压Vs在基准电压Vref的附近进行细微变化的情况下，也能够使比较结果稳定。
计时器电路3534检测感测电流Is为基准感测电流以上的状态是否超过基准时间。例如，计时器电路3534可以检测通过来自感测电流检测比较器3533的检测信号而示出感测检测电压Vs为基准电压Vref以上的持续时间是否超过基准时间。在由检测信号示出感测检测电压Vs小于基准电压Vref的情况下，计时器电路3534可以将计时时间复位。计时器电路3534可以将表示检测结果的检测信号Vthoc供给到栅极驱动部33。应予说明，计时器电路3534也可以不必须包括在感测电流检测部353中。此时，可以将表示感测电流Is是否为基准感测电流以上的检测结果的检测信号Vthoc从感测电流检测比较器3533供给到栅极驱动部33。
齐纳二极管3535电连接于半导体元件13的感测发射极端子(S)与地之间而保护感测电流检测比较器3533。应予说明，齐纳二极管3535也可以不必须包括在感测电流检测部353中。
调整部355以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件而减小感测电流检测电阻3531的电阻值。例如，调整部355可以以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件而使感测电流检测电阻3531的至少一部分旁路。由此，感测电流Is的检测值变小。
在本实施方式中，作为一个例子，调整部355具有半导体元件3551。半导体元件3551可以在根据来自栅极电流检测部351的检测信号Vton而示出半导体元件13的栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上的情况下，使感测电流检测电阻3531的至少一部分(在本实施方式中，作为一个例子为电阻3531L)的两端短路而减小感测电流检测电阻3531的电阻值。例如，半导体元件3551可以是栅极端子与栅极电流检测部351连接，集电极端子和发射极端子与电阻3531L的两端连接的晶体管。在本实施方式中，作为一个例子，半导体元件3551为MOSFET，但是也可以是其他种类的晶体管。
应予说明，感测电流检测电阻3531的电阻值的降低量可以通过反复试验任意设定。例如，可以将在半导体元件13流通有最大额定电流而有意地使半导体元件13为过电流状态时，检测到过电流的产生的最小的电阻值作为降低后的电阻值。
根据以上的感测电流检测部353，由于以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件，感测电流检测电阻3531的电阻值变小，所以在半导体元件13的过渡期间，感测检测电压Vs变小而被与基准电压Vref进行比较。因此，能够可靠地防止在半导体元件13的过渡期间内的过电流的误检测。
另外，由于检测感测电流Is是否超过基准时间仍为基准感测电流以上，并将检测结果供给到栅极驱动部33，所以能够防止因感测电流Is暂时超过基准感测电流而导致的过电流的误检测。
图4表示本实施方式的过电流的检测方法。过电流检测装置35通过步骤S101～S109的处理来检测半导体元件13的过电流。
首先，在步骤S101中，栅极电流检测部351检测流向半导体元件13的栅极电流Ig是否为基准栅极电流Igth以上。接下来，在步骤S103中，判定栅极电流检测部351是否检测到栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上。在判定为检测到了的情况下过电流检测装置35将处理转移到步骤S105，在判定为未检测到的情况下过电流检测装置35将处理转移到步骤S107。
接下来，在步骤S105中，调整部355使感测电流Is的检测值相对于基准感测电流相对地减小。在本实施方式中，作为一个例子，调整部355使作为感测电流Is的检测值的感测检测电压Vs减小。接下来，在步骤S107中，感测电流检测部353检测感测电流Is是否为基准感测电流以上。
接下来，在步骤S109中，感测电流检测部353将表示检测结果的检测信号Vthoc供给到栅极驱动部33。由此，例如如果将表示过电流状态的检测信号Vthoc供给到栅极驱动部33，则栅极驱动部33使半导体元件13为关断状态。然后，过电流检测装置35将处理转移到步骤S101。应予说明，步骤S101的处理可以在每次输入指示半导体元件13导通的栅极驱动信号drv时进行。
图5表示半导体元件13的导通时的动作波形。应予说明，图中的纵轴表示电压值或电流值，横轴表示时间。另外，在图示为粗虚线的曲线和粗实线的曲线的部分中，粗虚线的曲线表示比较例的过电流检测装置中的动作波形，粗实线的曲线表示本实施方式的过电流检测装置35中的动作波形。该动作波形为一个例子，可以根据半导体装置1的特性变化。
首先，如果向输入部31输入的输入信号VLin从低转变为高，并在时刻t1超过阈值电压Vth，则输入到栅极驱动部33的矩形信号in变为高。由此，在时刻t2，栅极驱动信号drv变为高。
接下来，在时刻t3，半导体元件13的栅极电压Vg开始上升，而对栅极集电极间的电容进行充电。与此相伴，栅极电流Ig上升。另外，栅极发射极间的电容被充电。
接下来，如果在时刻t4栅极电流Ig超过基准栅极电流Igth，则半导体元件13开始导通，来自栅极电流检测部351的检测信号Vton变为高。接下来，如果在时刻t6栅极电压Vg达到米勒电压而开始米勒期间，则栅极电流Ig开始减小。然后，因半导体元件13的栅极电压Vg的dV/dt和半导体元件13的寄生电容等的影响，感测电流Is、甚至是感测检测电压Vs在时刻t5～t6的期间增加，并从时刻t6开始减小。
接下来，在时刻t7，米勒期间结束。与此相伴，在时刻t7～t9的期间，对栅极集电极间的电容进行充电，直到栅极电压Vg达到正向偏压。然后，在时刻t9以后，栅极电压Vg维持在正向偏压而持续导通状态。另外，感测电流Is和感测检测电压Vs成为恒定值。
在如上的动作波形中，在比较例的过电流检测装置和本实施方式的过电流检测装置35中，如果感测检测电压Vs超过基准电压Vref比基准时间长，则检测为产生了过电流。并且，在半导体元件13成为稳定导通状态为止的过渡期间内，感测检测电压Vs会剧增。因此，在比较例的过电流检测装置中，会检测到感测检测电压Vs超过基准电压Vref比图中的基准时间长，而在时刻t8误检测为产生了过电流。对此，在本实施方式的过电流检测装置35中，由于在过渡期间感测检测电压Vs减小，所以防止过电流的误检测。
应予说明，在上述的实施方式中，对调整部355以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件而使感测电流Is的检测值减小的情况进行了说明，但是可以在其基础上或者代替其，使基准感测电流(甚至是基准电压Vref)增大，也可以使感测电流Is超过基准感测电流的持续时间的基准时间增大。此时，也能够防止过渡期间内的过电流的误检测。作为一个例子，在使基准电压Vref增大的情况下，可以将在半导体元件13流通有最大额定电流而有意地使半导体元件13处于过电流状态时，检测到过电流的产生的最大的基准电压作为增大后的基准电压Vref。
另外，对栅极电流检测部351具有图2的构成的情况进行了说明，但是也可以具有其他的构成。图6表示栅极电流检测部351的变形例。该栅极电流检测部351还具有：对相对于栅极电流检测电阻3511的栅极驱动端子侧(图中上侧)的电压进行分压的第1电阻分压器3515和对相对于栅极电流检测电阻3511的栅极端子(G)侧(图中下侧)的电压进行分压的第2电阻分压器3517。例如，第1电阻分压器3515可以具有设置在栅极驱动端子与栅极电流检测比较器3513之间的电阻3515A以及设置在栅极驱动端子与地之间的3515B。第2电阻分压器3517可以具有设置在栅极端子(G)与栅极电流检测比较器3513之间的电阻3517A以及设置在栅极端子(G)与接地之间的3517B。并且，可以向栅极电流检测比较器3513输入由第1电阻分压器3515分压而得到的电压和由第2电阻分压器3517分压而得到的电压。由此，在栅极电流检测比较器3513的电源电压比栅极驱动部33的输出电压小的情况下，也能够降低栅极电流检测比较器3513的输入电力而可靠地检测过渡期间。在此，第1电阻分压器3515和第2电阻分压器3517的各电阻3515A、3515B、3517A、3517B可以具有100kΩ～10MΩ的程度的大电阻值。由此，能够降低对于在栅极电流检测电阻3511流通的栅极电流Ig的影响。另外，第1电阻分压器3515的分压比和第2电阻分压器3517的分压比彼此可以不同。此时，能够增大或者减小相对于栅极电流检测电阻3511的栅极驱动端子侧的电压与栅极端子(G)侧的电压之间的电位差。
另外，对感测电流检测部353具有图3的构成的情况进行了说明，但是也可以具有其他的构成。图7表示感测电流检测部353的变形例。该感测电流检测部353具有感测电流检测电阻3531，该感测电流检测电阻3531的两端与调整部355中的半导体元件3551的集电极端子和发射极端子连接。此时，调整部355以栅极电流Ig为基准栅极电流Igth以上为条件，使整个感测电流检测电阻3531旁路。由此，根据在半导体元件3551的通态电阻流通的感测电流Is产生感测检测电压Vs，所以该感测检测电压Vs被感测电流检测比较器3533用来与基准电压Vref进行比较。半导体元件3551的通态电阻可以比齐纳二极管3535的击穿电阻大。
另外，以半导体装置1具备2个半导体元件12、13进行了说明，但是也可以不具备它们中的一个，还可以具备其他元件来代替它们中的一个。此时，半导体装置1可以仅具备2个控制装置2、3中的1个。
以上，利用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限于上述实施方式所记载的范围。对上述实施方式可以进行各种变更或改良对于本领域技术人员而言是明了的。根据权利要求书的记载可知进行了那样的变更或改良而得到的方式也可以包括在本发明的技术范围内。
应当注意的是，权利要求书、说明书和附图中所示的装置、系统、程序及方法中的动作、顺序、步骤及阶段等各处理的执行顺序，只要未特别明确为“在……之前”，“先于……”等，另外，未在后续处理中使用之前处理的结果，就可以按任意顺序实现。即使为方便起见，对权利要求书、说明书和附图中的动作流程使用“首先”、“接下来”等进行了说明，也不表示一定要按照该顺序执行。

Claims (12)

1.一种过电流检测装置，其特征在于，具备：
栅极电流检测部，其检测流向半导体元件的栅极电流是否为基准栅极电流以上；
感测电流检测部，其检测在所述半导体元件的感测发射极端子流通的感测电流为基准感测电流以上的状态是否超过基准时间；以及
调整部，其以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流的检测值相对于所述基准感测电流相对地减小，
所述调整部以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述基准时间加长。
2.根据权利要求1所述的过电流检测装置，其特征在于，所述调整部以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流的检测值减小。
3.根据权利要求1所述的过电流检测装置，其特征在于，所述感测电流检测部具有：
感测电流检测电阻，其电连接于所述感测发射极端子与基准电位之间；以及
感测电流检测比较器，其对因在所述感测电流检测电阻流通的所述感测电流而产生的感测检测电压和与所述基准感测电流对应的基准电压进行比较，
所述调整部以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流检测电阻的电阻值减小。
4.根据权利要求2所述的过电流检测装置，其特征在于，所述感测电流检测部具有：
感测电流检测电阻，其电连接于所述感测发射极端子与基准电位之间；以及
感测电流检测比较器，其对因在所述感测电流检测电阻流通的所述感测电流而产生的感测检测电压和与所述基准感测电流对应的基准电压进行比较，
所述调整部以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流检测电阻的电阻值减小。
5.根据权利要求3所述的过电流检测装置，其特征在于，所述调整部以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流检测电阻的至少一部分旁路。
6.根据权利要求4所述的过电流检测装置，其特征在于，所述调整部以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流检测电阻的至少一部分旁路。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的过电流检测装置，其特征在于，所述栅极电流检测部具有：
栅极电流检测电阻，其电连接于输入栅极驱动信号的栅极驱动端子与所述半导体元件的栅极端子之间，所述栅极驱动信号用于驱动所述半导体元件的栅极；以及
栅极电流检测比较器，其检测因所述栅极电流在所述栅极电流检测电阻流通而产生的栅极检测电压是否为与所述基准栅极电流对应的电压以上。
8.根据权利要求7所述的过电流检测装置，其特征在于，所述栅极电流检测部还具有：
第1电阻分压器，其对所述栅极电流检测电阻的所述栅极驱动端子侧的电压进行分压；以及
第2电阻分压器，其对所述栅极电流检测电阻的所述栅极端子侧的电压进行分压，
所述栅极电流检测比较器被输入由所述第1电阻分压器分压而得的电压和由所述第2电阻分压器分压而得的电压。
9.根据权利要求8所述的过电流检测装置，其特征在于，所述第1电阻分压器的分压比和所述第2电阻分压器的分压比彼此不同。
10.一种控制装置，其特征在于，具备：
栅极驱动部，其输出用于根据输入信号来驱动所述半导体元件的栅极的所述栅极驱动信号；以及
权利要求7～9中任一项所述的过电流检测装置。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，在所述过电流检测装置检测到所述感测电流为所述基准感测电流以上时，所述栅极驱动部输出使所述半导体元件为关断状态的所述栅极驱动信号。
12.一种过电流检测方法，其特征在于，包括：
栅极电流检测步骤，检测流向半导体元件的栅极电流是否为基准栅极电流以上；
感测电流检测步骤，检测在所述半导体元件的感测发射极端子流通的感测电流为基准感测电流以上的状态是否超过基准时间；以及
调整步骤，以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述感测电流的检测值相对于所述基准感测电流相对地减小，
在所述调整步骤中，以所述栅极电流为所述基准栅极电流以上为条件，使所述基准时间加长。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7346944B2 (ja) * 2019-07-03 2023-09-20 富士電機株式会社 半導体素子の電流検出回路及び電流検出方法、並びに半導体モジュール
JP7037538B2 (ja) * 2019-12-20 2022-03-16 株式会社タムラ製作所 ゲート駆動回路
CN115176420A (zh) * 2020-09-11 2022-10-11 富士电机株式会社 过电流检测电路以及驱动电路
JP7420032B2 (ja) * 2020-09-15 2024-01-23 株式会社デンソー 過電流検出装置
JP2022093994A (ja) * 2020-12-14 2022-06-24 株式会社東芝 電力変換装置
US11854914B2 (en) * 2021-11-15 2023-12-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Systems and methods of testing memory devices

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05276761A (ja) * 1992-03-19 1993-10-22 Hitachi Ltd パワー半導体素子の過電流検出方法及び回路並びにこれを用いたインバータ装置
JPH06105448A (ja) * 1992-09-21 1994-04-15 Toshiba F Ee Syst Eng Kk 保護機能を備えたスイッチ装置
US5375029A (en) * 1992-10-09 1994-12-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent protection circuit of power device and semiconductor integrated circuit device
JP2001345688A (ja) * 2000-03-31 2001-12-14 Denso Corp 半導体スイッチング素子駆動回路
US6617838B1 (en) * 2001-09-11 2003-09-09 Analog Devices, Inc. Current measurement circuit
US6633473B1 (en) * 1999-09-20 2003-10-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent control circuit of power semiconductor device
CN1988385A (zh) * 2005-12-20 2007-06-27 矢崎总业株式会社 电源电路的导通故障检测设备
CN102655367A (zh) * 2011-03-04 2012-09-05 三菱电机株式会社 功率模块
CN103036542A (zh) * 2011-09-30 2013-04-10 三菱电机株式会社 半导体装置
JP2014117044A (ja) * 2012-12-07 2014-06-26 Toyota Motor Corp 過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置
CN104170255A (zh) * 2012-06-22 2014-11-26 富士电机株式会社 过电流检测装置及使用其的智能功率模块

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4346518B2 (ja) 2004-07-12 2009-10-21 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP5603160B2 (ja) * 2010-07-23 2014-10-08 株式会社小糸製作所 半導体光源点灯回路および制御方法
JP6076223B2 (ja) 2013-09-05 2017-02-08 三菱電機株式会社 電力用半導体素子の駆動回路
JP5800006B2 (ja) * 2013-10-31 2015-10-28 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6190280B2 (ja) 2014-01-22 2017-08-30 株式会社日立製作所 半導体駆動装置ならびにこれを用いた電力変換装置

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05276761A (ja) * 1992-03-19 1993-10-22 Hitachi Ltd パワー半導体素子の過電流検出方法及び回路並びにこれを用いたインバータ装置
JPH06105448A (ja) * 1992-09-21 1994-04-15 Toshiba F Ee Syst Eng Kk 保護機能を備えたスイッチ装置
US5375029A (en) * 1992-10-09 1994-12-20 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent protection circuit of power device and semiconductor integrated circuit device
US6633473B1 (en) * 1999-09-20 2003-10-14 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Overcurrent control circuit of power semiconductor device
JP2001345688A (ja) * 2000-03-31 2001-12-14 Denso Corp 半導体スイッチング素子駆動回路
US6617838B1 (en) * 2001-09-11 2003-09-09 Analog Devices, Inc. Current measurement circuit
CN1988385A (zh) * 2005-12-20 2007-06-27 矢崎总业株式会社 电源电路的导通故障检测设备
CN102655367A (zh) * 2011-03-04 2012-09-05 三菱电机株式会社 功率模块
CN103036542A (zh) * 2011-09-30 2013-04-10 三菱电机株式会社 半导体装置
CN104170255A (zh) * 2012-06-22 2014-11-26 富士电机株式会社 过电流检测装置及使用其的智能功率模块
JP2014117044A (ja) * 2012-12-07 2014-06-26 Toyota Motor Corp 過電流検出装置及びそれを備える半導体駆動装置

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