CN113497438A - 半导体装置及其过电流保护方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置及其过电流保护方法，将开关元件保护功能高精度化。具备：开关元件2的芯片温度检测二极管8；控制电路温度检测二极管3，其配置于控制开关元件2的控制电路；以及过电流基准电压校正电路4，其比较两者的检测电位，并校正由过电流基准电压电路5生成的过电流基准电压，并输出校正后的过电流基准电压。

Description

半导体装置及其过电流保护方法
技术领域
本发明涉及一种电力用半导体装置，特别涉及具有控制电路和IGBT等开关元件的模块中的保护方法。
背景技术
以往以来，已知将晶体管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等电力用开关元件模块化而成的构成(以后称为开关元件模块)。
这些开关元件模块具备各种保护功能，作为其中之一，设置有过电流保护功能。
过电流保护功能由开关元件附带的芯片温度检测用二极管和进行保护工作的IC构成。芯片温度检测用二极管也有时与开关元件一体化(例如，参照专利文献1)，另外还有时与开关元件分离且设置在同一电路基板上，又有时与开关元件设置在同一树脂壳体内(例如，参照专利文献2的第二实施例，在本说明书附图24中示出该第二实施例)。这里，电路基板具有预定的电路图案，是搭载有电子部件的绝缘基板。
图18是示出作为开关元件模块中的一种的以往的IPM(Intelligent PowerModule：智能功率模块)的内部结构的一例的图。
关于该图18示出的IPM 300而言，构成输出三相交流电压的逆变器。因此，IPM 300具有正极电源端子P、负极电源端子N以及输出端子U、V、W，并内置有6个IGBT 301～306。IGBT 301～306分别通过搭载于同一电路图案上的保护用二极管311～316反向并联连接。在正极电源端子P与负极电源端子N之间，以构成3组臂部的方式，分别地，IGBT 301与IGBT302串联连接，IGBT 303与IGBT 304串联连接，IGBT 305与IGBT 306串联连接。另外，U、V、W相的各臂部的中间连接部分别与输出端子U、V、W连接(专利文献1)。
IGBT 301～306在各自的表面(发射极端子)的中央隔着绝缘层形成有具有PN结的温度检测用二极管。由此，IGBT 301～306通过监测温度检测用二极管的有温度依赖性的正向电压，能够观测到与结温度相近的芯片温度。
另外，IGBT 301～306的栅极端子及温度检测用二极管连接于控制IC321～326。控制IC 321～326对IGBT 301～306进行开关控制，并且使恒定电流流通于温度检测用二极管而检测IGBT 301～306的过热状态。
图19～图24示出作为开关元件模块的一种的半导体元件模块以及使多个该半导体元件模块组合而成的模块单元。图19是半导体元件模块500的内部结构的鸟瞰图。在底面金属基板409上设置有绝缘基板403，在绝缘基板403上设置有发射极图案404和集电极图案405，在发射极图案404和集电极图案405上进一步设置有IGBT 401和二极管元件402，并用金属线407将IGBT与栅极图案406和控制发射极图案408之间电结合，在这样得到的结构中，在栅极图案406和控制发射极图案408连接有栅极端子413和控制发射极端子414。图20是对半导体元件模块500从上表面进行观察的图，图21是从图20的箭头A进行观察的图。图20和图21是如下得到的结构：将图19所示的内部结构成型于树脂壳体410，并且在发射极图案404和集电极图案405分别设置主发射极端子411、主集电极端子412等。另外，图22是使8个半导体元件模块500组合而成的模块单元的图，图23是从箭头A观察图22的图。虽然存在IGBT 401和包括该IGBT 401的半导体元件模块500以及控制基板420，但是控制基板420安装在半导体元件模块500的外部。501和502是单元框架。图24在第二实施方式中，在中继绝缘基板431上设置有以检测半导体元件模块600内的温度为目的的热敏电阻432，并用树脂壳体覆盖(专利文献2)。
在以下的附图的记载中，对同一个或类似的部分标注相同或类似的符号。另外，将电力用半导体装置中预设的工作温度的最大值设为TH、最小值设为TL。
图13中示出以往的电力用半导体装置的一例。具有控制电路1、开关元件2和开关元件温度检测用二极管8。控制电路1具有过电流基准电压电路5a、过电流检测比较器6、感测电压检测用电阻7、过热检测比较器9、过热基准电压电路10、以及滤波器13。
如图13所示，控制电路1与开关元件2连接。即，控制电路1具备分别输出栅极电压的输出端子OUT、过电流检测端子OC和过热检测端子OH。
输出端子OUT连接于开关元件2的栅极端子，过电流检测端子OC连接于开关元件2的电流感测用发射极端子。开关元件2的发射极端子连接于接地电位。
过热检测端子OH在控制电路1内连接于恒定电流源11和过热检测比较器9的反相输入端子，过热检测比较器9的非反相输入端子连接于过热基准电压电路10。过热检测端子OH连接于开关元件温度检测用二极管8的阳极端子，开关元件温度检测用二极管8的阴极端子连接于接地电位。
在开关元件温度检测用二极管8中始终流通由恒定电流源11产生的恒电流，与开关元件2的芯片温度对应的正向电压施加于过热检测比较器9的反相输入端子。这里，假定开关元件温度检测用二极管8的温度特性具有负的温度特性，过热基准电压电路10输出与TH的温度对应的过热基准电压VOH1。由此，当芯片温度小于TH时，过热检测比较器9输出低电平的保护工作信号，若芯片温度变为TH以上的高温，则过热检测比较器9输出高电平的保护工作信号。若该高电平的保护工作信号被输出，则控制电路1在从告警输出电路输出告警信号的同时进行使开关元件2成为关断的控制。
过电流检测端子OC在控制电路1内连接于感测电压检测用电阻7和过电流检测比较器6的反相输入端子，过电流检测比较器6的非反相输入端子连接于过电流基准电压电路5a。过电流检测比较器6的输出部分连接于滤波器13的输入部分，与集电极电流成比例的电压以外的成分被除去。
通常，作为检测过电流的方法，已知如下的方法：在开关元件2中分流出发射极电流的万分之一左右的电流，并将通过使该电流流过感测电压检测用电阻7而得到的电压(感测电压)与由过电流检测比较器6的过电流基准电压电路5a生成的过电流基准电压VOC进行比较，由此检测电流，并根据该感测电压的大小来判断电流的大小，此后通过保护工作发信用逻辑电路进行告警输出和/或栅极切断。
图15中示出过电流检测判断的情况。如线201所示，集电极电流与感测电压之间的关系处于集电极电流越高则感测电压也越高的关系，将感测电压与预先确定的基准电压的值VB进行比较，在感测电压超过该基准电压的值VB的情况下，看作为超过了处于两者交点的集电极电流值IC，从而判断为过电流。
开关元件2的温度越高，则感测电压越升高，且控制电路的温度越高，则电流检测电压越升高。
图16中示出以往的电力用半导体装置的过电流保护工作。202是温度为TH时的感测电压，204是温度为TL时的感测电压。另外，VBH是温度为TH时的基准电压，VBL是温度为TL时的基准电压。
通常，开关元件的温度与控制电路的温度基本相同，或者开关元件的温度稍高。
因此，如图16所示，当双方的温度为TH时，感测电压用线202表示，由于基准电压为VBH，因此过电流保护值成为两者的交点203，集电极电流ICTH以上的范围成为过电流保护范围。同样地，在双方的温度为TL时，感测电压用线204表示，由于基准电压为VBL，因此过电流保护值成为两者的交点205，集电极电流ICTL以上的范围成为过电流保护范围。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2016/039342号公报
专利文献2：日本特开2002-184940号
发明内容
技术问题
可能发生开关元件的温度与控制电路的温度极端不同的情况。特别是在专利文献2所记载的那样的控制电路设置在开关元件的外侧的情况下，可能发生开关元件和控制电路中的一方的发热不能充分地传递到另一方的情况。
在开关元件的温度极端高于控制电路的温度的情况下，用以往技术算出的过电流保护值成为低于原本要求的值，因此会进行过度的保护。
例如，在开关元件为温度TH、控制电路为温度TL的情况下，感测电压202与基准电压VBL的交点206被设为过电流值，集电极电流ICmin以上的范围成为过电流保护范围。但是，若考虑到开关元件温度，则原本ICTH以上的范围是过电流保护范围，集电极电流从ICmin到ICTH的范围会进行原本不必要的保护。
因此，在现有技术中，过电流保护范围具有207所示的冗余区域。
本发明是着眼于上述课题而完成的，其目的在于提供一种将开关元件保护功能高精度化了的半导体装置及其保护功能。
技术方案
为了解决上述课题，主旨在于具备：开关元件；控制电路，其控制开关元件并具有过电流保护功能；以及分别单独地针对开关元件和控制电路设置的温度检测单元；以及基于通过这两方的温度检测单元检测出的两个检测值校正过电流检测基准。
开关元件可以搭载于由具有预定的电路图案并搭载有电子部件的绝缘基板形成的电路基板上，控制电路也可以搭载于由具有预定的电路图案并搭载有电子部件的绝缘基板形成的电路基板上。开关元件和控制电路可以搭载在同一电路基板上。
开关元件可以成型有树脂壳体以覆盖自身，控制电路同样也可以成型有树脂壳体以覆盖自身。开关元件和控制电路也可以搭载于同一树脂壳体内。
开关元件的温度测量单元设置在同一元件内，或者开关元件的温度测量单元设置在搭载有开关元件的电路基板上或收置有开关元件的树脂壳体内或收置有开关元件的树脂壳体的附近的可测量开关元件温度的位置。
另外，控制电路的温度测量单元设置在同一控制电路内，或者控制电路的温度测量单元设置在搭载有控制电路的电路基板上或收置有控制电路的树脂壳体内或收置有控制电路的树脂壳体的附近的能够测量控制电路温度的位置。
作为开关元件可以使用MOSFET或者IGBT，作为温度检测单元可以使用二极管。
在对温度检测单元使用二极管那样的具有负的温度特性的单元的情况下，作为校正过电流检测基准的电路，可以按多个级别对由开关元件的温度检测单元得到的检测电压进行判别，另外将转换后的电压设定为相同数量的多个级别，并转换成使检测电压的大小关系反转而成的输出电压，并将基于该输出电压与由控制电路的温度检测单元得到的检测电压之和所算出的值作为过电流检测基准值而输出。
另外，在对温度检测单元使用具有正的温度特性的单元的情况下，作为校正过电流检测基准的电路，可以按多个级别判别由控制电路的温度检测单元得到的检测电压，另外将转换后的电压设定为相同数量的多个级别，并转换成使检测电压的大小关系反转而成的输出电压，并将基于该输出电压与由开关元件的温度检测单元得到的检测电压之和所算出的值作为过电流检测基准值而输出。
或者，在对于开关元件和控制电路各自的温度检测单元使用具有负的温度特性的单元的情况下，作为校正过电流检测基准的电路，可以将由开关元件的温度检测单元得到的检测电压转换成使该检测电压的大小关系反转而成的输出电压，并将基于该输出电压与由控制电路的温度检测单元得到的检测电压之和所算出的值作为过电流检测基准值而输出。
另外，在对于开关元件和控制电路各自的温度检测单元使用具有正的温度特性的单元的情况下，作为校正过电流检测基准的电路，可以将由控制电路的温度检测单元得到的检测电压转换成使该检测电压的大小关系反转而成的输出电压，并将基于该输出电压与由开关元件的温度检测单元得到的检测电压之和所算出的值作为过电流检测基准值而输出。
另外，在对开关元件的温度检测单元使用具有正的温度特性的单元、对于控制电路的温度检测单元使用具有负的温度特性的单元的情况下，作为校正过电流检测基准的电路，可以将基于由两个温度检测单元得到的检测电压之和所算出的值作为过电流检测基准值而输出。
发明效果
根据本发明，通过校正过电流保护检测水平，能够缩小过电流保护的冗余范围，并能够将过电流保护功能高精度化。
附图说明
图1是示出本发明的电力用半导体装置的第一实施方式的框图。
图2是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第一例的电路图。
图3是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第一例的T1、T2与输入VF1、VF2、校正值VOCa之间的关系的一例的图。
图4是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第一例的T1、T2与输入VF1、VF2、校正前的基准电压VOCo、输出VOC之间的关系的一例的图。
图5是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第二例的电路图。
图6是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第三例的电路图。
图7是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第三例的T1、T2与输入VF1、VF2、校正值VOCa之间的关系的一例的图。
图8是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第三例的T1、T2与输入VF1、VF2、校正前的基准电压VOCo、输出VOC之间的关系的一例的图。
图9是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第四例的电路图。
图10是示出本发明的过电流基准电压校正电路的第五例的电路图。
图11是将表示本发明的过电流基准电压校正电路的第一例的T1、T2与输入VF1、VF2、校正值VOCa之间的关系的一例的图(图3)的输出扩大到了T2＞T1的范围的图。
图12是将表示本发明的过电流基准电压校正电路的第一例的T1、T2与输入VF1、VF2、校正前的基准电压VOCo、输出VOC之间的关系的一例的图(图4)的输出扩大到了T2＞T1的范围的图。
图13是示出以往的电力用半导体装置的一例的框图。
图14是示出本发明的电力用半导体装置的第二实施方式的框图。
图15是示出电力用半导体装置的过电流保护的工作区域的图。
图16是示出以往的电力用半导体装置的过电流保护工作的冗余区域的图。
图17是示出本发明的实施方式的电力用半导体装置的过电流保护工作的冗余区域的图。
图18是示出以往的开关元件模块(IPM)内部结构的一例的图。
图19是示出以往的半导体元件与控制电路分离开的半导体元件模块内部结构的一例的图。
图20是示出以往的半导体元件与控制电路分离开的半导体元件模块内部结构的一例的图。
图21是示出以往的半导体元件与控制电路分离开的半导体元件模块内部结构的一例的图。
图22是示出以往的半导体元件与控制电路分离开的模块单元的一例的图。
图23是示出以往的半导体元件与控制电路分离开的模块单元的一例的图。
图24是示出以往的半导体元件与控制电路分离且设置有温度检测单元的半导体元件模块内部结构的一例的图。
符号说明
1…控制电路
2…开关元件
2a…开关元件
3…控制电路的温度检测用二极管
4…过电流基准电压校正电路
5…过电流基准电压电路
5a…以往技术的过电流基准电压电路
6…过电流检测比较器
7…感测电压检测用电阻
8…开关元件温度检测用二极管
9…过热检测比较器
10…过热基准电压电路
11、12…恒定电流源
13…滤波器
101…数字化电路(3级)
101a…数字化电路(4级)
102～103、102a、103a…比较器
104、105、104a、105a…开关
106～112、123～126、133～136、106a、110a…电阻
121、131…差动放大电路
201…针对集电极电流的感测电压
202…开关元件温度为TH时的感测电压
203…开关元件和控制电路的温度均为TH时的过电流保护值
204…开关元件温度为TL时的感测电压
205…开关元件和控制电路的温度均为TL时的过电流保护值
206…以往设计中开关元件温度为TH、控制电路温度为TL时的过电流保护值
207…以往设计中的过电流保护的冗余范围
208…本发明的实施方式的电力用半导体装置的过电流保护的冗余范围
301～306…IGBT
311～316…保护用二极管
321～326…控制电路
401…IGBT元件
402…二极管元件
403…绝缘基板
404…发射极图案
405…集电极图案
406…栅极图案
407…金属线
408…控制发射极图案
409…底面金属基板
410…树脂壳体
411…主发射极端子
412…主集电极端子
413…栅极端子
414…控制发射极端子
420…控制基板
431…中继绝缘基板
435…热敏电阻
500、600…半导体装置模块
501、502…单元框架
具体实施方式
如图1所示，本发明的实施方式的电力用半导体装置的第一实施方式具有控制电路1、开关元件2和开关元件温度检测用二极管8。开关元件2示出在本实施方式中使用IGBT的例子。开关元件温度检测用二极管8也可以内置于开关元件2。在开关元件2是IGBT的情况下，开关元件温度检测用二极管8在开关元件2的表面(发射极端子)的中央隔着绝缘膜由多晶硅形成。另外，开关元件温度检测用二极管8也可以在能够测量开关元件2的温度的位置与开关元件2分离地配置。例如，开关元件温度检测用二极管8既可以搭载在搭载有开关元件2的电路基板，或者也可以与开关元件2配置在同一树脂壳体内，或者还可以配置于成型有开关元件2的树脂壳体附近。这里，电路基板是具有预定的电路图案的绝缘基板。
控制电路1具有控制电路的温度检测用二极管3、过电流基准电压校正电路4、过电流基准电压电路5、过电流检测比较器6、感测电压检测用电阻7、过热检测比较器9以及过热基准电压电路10、恒定电流源11,12、以及滤波器13。控制电路1与控制电路的温度检测用二极管3也可以集成在同一半导体基板内。例如，温度检测用二极管3在半导体基板的表面隔着绝缘膜由多晶硅形成。另外，温度检测用二极管3也可以在能够测量控制电路1的温度的位置与控制电路1分离地配置。例如，温度检测用二极管13既可以搭载于搭载有控制电路1的电路基板，或也可以与控制电路1配置在同一树脂壳体内，或者还可以配置于成型有控制电路1的树脂壳体附近。
如图1所示，控制电路1与开关元件2连接。开关元件2与流通主电流的IGBT并联地还内置有电流感测元件。控制电路1具备分别输出栅电压的输出端子OUT、过电流检测端子OC、以及过热检测端子OH。进而，控制电路1和开关元件2包括控制电路的温度检测用二极管3和开关元件温度检测用二极管8在内，既可以设置在同一电路基板内，也可以设置在同一树脂壳体内，还可以各自地成型。
输出端子OUT连接于开关元件2的栅极端子，过电流检测端子OC连接于开关元件2的电流感测元件的电流感测用端子。开关元件2的发射极端子连接于接地电位。
过热检测端子OH在控制电路1内连接于恒定电流源11、过热检测比较器9的反相输入端子和过电流基准电压校正电路4，过热检测比较器9的非反相输入端子连接于过热基准电压电路10。过热检测端子OH连接于开关元件温度检测用二极管8的阳极端子，开关元件温度检测用二极管8的阴极端子连接于控制电路1的接地电位。
在开关元件温度检测用二极管8中，始终流通由恒定电流源11产生的恒定电流，且与开关元件2的芯片温度对应的正向电压被施加到过热检测比较器9的反相输入端子。这里，假定开关元件温度检测用二极管8具有负的温度特性，过热基准电压电路10输出与TH的温度对应的过热基准电压VOH1。由此，当芯片温度小于TH时，过热检测比较器9输出低电平的保护工作信号，如果芯片温度成为TH以上的高温，则过热检测比较器9输出高电平的保护工作信号。如果该高电平的保护工作信号被输出，则控制电路1在从告警输出电路输出告警信号的同时进行使开关元件2成为关断的控制。
过电流检测端子OC在控制电路1内连接于感测电压检测用电阻7和过电流检测比较器6的反相输入端子，过电流检测比较器6的非反相输入端子连接于过电流基准电压校正电路4。过电流检测比较器6的输出部分连接于滤波器13的输入部分，与集电极电流成比例的电压以外的成分被除去。
在控制电路的温度检测用二极管3中，始终流通由恒定电流源12产生的恒电流，且与控制电路1的温度对应的正向电压作为VF2施加到过电流基准电压校正电路4。
过电流基准电压校正电路4基于从开关元件温度检测用二极管8得到的信号VF1和从上述控制电路的温度检测用二极管3取得的信号VF2，算出对从过电流基准电压电路5输出的过电流基准电压VOCo进行校正的校正值VOCa，并将校正后的过电流基准电压VOC发送到比较器6的非反相输入端子。
过电流检测比较器6将感测电压与过电流基准电压VOC进行比较，并发送保护工作信号，所述感测电压是通过分流出开关元件2的发射极电流的万分之一左右的电流并使该电流流通于感测电压检测用电阻7而得到。
如图14所示，本发明的实施方式的电力用半导体装置的第二实施方式具有控制电路1、开关元件2a和开关元件温度检测用二极管8。开关元件2a示出在本实施方式中使用MOSFET的例子。开关元件2a与开关元件温度检测用二极管8可以作为一个芯片一体形成，也可以设置在同一电路基板内或同一树脂壳体内，或者也可以在成型有开关元件2a的树脂壳体附近的能够测量开关元件温度的位置设置开关元件温度检测用二极管8。这里，电路基板具有预定的电路图案，是搭载有电子部件的绝缘基板。
控制电路1具有控制电路的温度检测用二极管3、过电流基准电压校正电路4、过电流基准电压电路5、过电流检测比较器6、感测电压检测用电阻7、过热检测比较器9以及过热基准电压电路10、恒定电流源11,12、以及滤波器13。控制电路1与控制电路的温度检测用二极管3可以作为一个芯片一体形成，也可以设置在同一电路基板内或者同一树脂壳体内，或者也可以在成型有控制电路1的树脂壳体附近的能够检测控制电路温度的位置设置温度检测用二极管3。
如图14所示，控制电路1连接于开关元件2a。开关元件2与流通主电流的MOSFET并联地还内置有电流感测元件。控制电路1具备分别输出栅电压的输出端子OUT、过电流检测端子OC、以及过热检测端子OH。开关元件2a的漏极端子连接于接地电位。控制电路1和开关元件2a包括控制电路的温度检测用二极管3和开关元件温度检测用二极管8在内，既可以形成在同一树脂壳体内，也可以各自地形成。
输出端子OUT连接于开关元件2a的栅极端子，过电流检测端子OC与开关元件2a的源极端子连接。
过热检测端子OH在控制电路1内连接于恒定电流源11、过热检测比较器9的反相输入端子、以及过电流基准电压校正电路4，过热检测比较器9的非反相输入端子连接于过热基准电压电路10。过热检测端子OH连接于开关元件2a的开关元件温度检测用二极管8的阳极端子，开关元件温度检测用二极管8的阴极端子连接于控制电路1的接地电位。
在开关元件温度检测用二极管8中始终流通由恒定电流源11产生的恒定电流，且与开关元件2a的芯片温度对应的正向电压被施加到过热检测比较器9的反相输入端子。这里，假定开关元件温度检测用二极管8的温度特性具有负的温度特性，过热基准电压电路10输出与TH的温度对应的过热基准电压VOH1。由此，当芯片温度小于TH时，过热检测比较器9输出低电平的保护工作信号，如果芯片温度成为TH以上的高温，则过热检测比较器9输出高电平的保护工作信号。如果该高电平的保护工作信号被输出，则控制电路1在从告警输出电路输出告警信号的同时进行使开关元件2a成为关断的控制。
过电流检测端子OC在控制电路1内连接于感测电压检测用电阻7和过电流检测比较器6的反相输入端子，过电流检测比较器6的非反相输入端子连接于过电流基准电压校正电路4。过电流检测比较器6的输出部分连接于滤波器13的输入部分，与集电极电流成比例的电压以外的成分被除去。
在控制电路的温度检测用二极管3中，始终流通由恒定电流源12产生的恒电流，且与控制电路1的温度对应的正向电压作为VF2施加到过电流基准电压校正电路4。
过电流基准电压校正电路4基于从开关元件温度检测用二极管8得到的信号VF1和从上述控制电路的温度检测用二极管3取得的信号VF2，算出对从过电流基准电压电路5输出的过电流基准电压VOCo进行校正的校正值VOCa，并将校正后的过电流基准电压VOC发送到过电流检测比较器6的非反相输入端子。
过电流检测比较器6将开关元件2a的源电压与过电流基准电压VOC进行比较，并发送保护工作信号。
图2示出本发明的过电流基准电压校正电路4的第一例。由两级的差动放大电路121、131组成，第一差动放大电路121包括比较器122和电阻123～126，且将VF2作为反相输入、将VF1作为非反相输入，并输出对过电流基准电压VOCo进行校正的校正值VOCa；第二差动放大电路131包括比较器132和电阻133～136，且将VOCa作为反相输入、将校正前的过电流基准电压VOCo作为非反相输入，并输出校正后的过电流基准电压VOC。
因为二极管具有负的温度特性，所以开关元件的温度越低，则VF1和VF2变得越高。
由第一差动放大电路121算出VF1-VF2作为校正值VOCa，由第二差动放大电路131输出VOCo-VOCa＝VOCo+VF2-VF1作为校正后的过电流基准电压VOC。
控制电路的校正前的过电流基准电压VOCo具有正的温度特性，控制电路的温度升高，则校正前的过电流基准电压VOCo越升高，控制电路的温度越低，则校正前的过电流基准电压VOCo越降低。
图3中示出过电流基准电压校正电路4的第一例的开关元件、控制电路与VF1、VF2以及VOCa的输出值之间的关系例，并且在图4中除了图3所示的关系以外还示出VOCo及VOC的关系例。应予说明，关于这些图的数值而言，设定T1、T2的单位为摄氏温度且VF1、VF2、VOCa、VOCo、VOC的单位为V，并且设电阻122、123的电阻值相等且VF1＝(150-T1)×10、VF2＝(150-T2)×10、电源124的电压为750V、VCC＝1500V、VF0＝1500V、VOCo＝T1×8，但这只是一例。关于本图而言，T1＝T2时校正值VOCa＝0，但除此以外，T1越高于T2，则VOCa输出绝对值越大的负的值，且如果从受到控制装置的低的温度T2的影响而降低的VOCo减去VOCa，则将使过电流基准电压VOC成为基本仅依赖于开关元件温度的值。
图5示出本发明的过电流基准电压校正电路4的第二例。设定温度检测单元具有正的温度特性的情况，并且使VF1和VF2的输入相对于第一例的第一差动放大电路121反转。
由第一差动放大电路121算出VF2-VF1作为校正值VOCa，由第二差动放大电路131输出VOCo-VOCa＝VOCo+VF1-VF2作为校正后的过电流基准电压VOC，T1越高于T2，则校正值VOCa输出绝对值越大的负的值，过电流基准电压VOC成为基本仅依赖于开关元件的值。
图6示出本发明的过电流基准电压校正电路4的第三例。该第三例是在过电流基准电压校正电路4的第一例的第一差动放大电路121的非反相输入侧插入数字化电路101而成的结构，数字化电路101对输入值进行多个级别的数字化处理并输出，图6的数字化电路101用于进行3个级别的数字化。应予说明，数字化的级数并不限定于3个级别。
数字化电路101包括：两个比较器102,103，其以来自VF1的信号作为反相输入，且以两种基准电位作为非反相输入；针对三种电位的两个开关104,105；上游侧3个电阻106～108；下游侧4个电阻109～112，并且数字化电路101输出从电阻109～112获得的电位VF1a。
在数字化电路101的比较器102和103的反相输入端子输入VF1。电阻106、107和108以该顺序串联地连接到电位VCC，并且电阻108的未与电阻107连接的一端接地。分别地，比较器102的非反相输入端子连接于电阻106与电阻107之间，比较器103的非反相输入端子连接在电阻107与电阻108之间。
电阻109、110、111、112以该顺序串联地连接于电位VCC，并且电阻112的未与电阻111连接的一端接地。
从电阻110与电阻111之间连接开关104，并且开关104根据比较器102的输出信号的真伪而进行接通、断开。从电阻111与电阻112之间连接开关105，并且开关105根据比较器103的输出信号的真伪进行接通、断开。
开关104、105的剩余的一端在电阻109与电阻110之间彼此连接且作为VF1a被向第一差动放大电路121输出。
在比较器102、103中，对VF1与由电阻106～108生成的过电流基准电压进行比较，且分别地，开关104根据比较器102的真伪进行接通、断开，开关105根据比较器103的真伪进行接通、断开。
在开关元件的温度为标准范围的情况下，VF1成为高的值，从比较器102、103全部输出假的值，则开关104、105成为断开，且在电阻109～112的串联连接中，在电阻109与电阻110之间取得的高的电位作为VF1a被输出。
但是，在开关元件的温度比标准范围稍高的情况下，从比较器102输出真的值，从103输出假的值，则开关104成为接通，且在电阻109、111、112的串联连接中，在电阻109与电阻111之间取得的稍高的电位作为VF1a被输出。
进而，在开关元件的温度高于标准范围的情况下，VF1成为低的值，比较器102、103全部输出真的值，则开关104、105成为接通，且在电阻109和112的串联连接中，在电阻109与电阻112之间获得的更高的电位作为VF1a被输出。
由第一差动放大电路121算出VF1a-VF2作为校正值VOCa，由第二差动放大电路131输出VOCo-VOCa＝VOCo+VF2-VF1a作为校正后的过电流基准电压VOC。
图7示出过电流基准电压校正电路4的第三例的开关元件、控制电路与VF1、VF2、VF1a以及VOCa的输出值之间的关系例，图8中除了图7所示的关系以外还示出VOCo和VOC的关系例。应予说明，关于这些图的数值而言，设定T1、T2的单位为摄氏温度且VF1、VF2、VF1a、VOCa、VOCo、VOC的单位为V，并且在电阻106～112的电阻值R106～R112中，设R106＝R107＝R108、R123＝R124＝R125＝R126、R133＝R134＝R135＝R136且R109：R110：R111：R112＝1：4：20：5的关系成立，并且VF1＝(150-T1)×10、VF2＝(150-T2)×10、VCC＝1500V、VF0＝1500V、VOCo＝T1×8，但这只是一例。关于本图而言，针对T1小于50℃、50℃以上且小于100℃、以及100℃以上这3个级别，即VF1超过1000V的范围、超过500V且1000V以下、以及500V以下这3个级别，分别输出VF1a＝250W、750W、1250W，且若T1接近于T2则过电流基准电压VOCo的校正值VOCa接近于0，但除此以外，T1越高于T2，则VOCa输出绝对值越大的负的值，且如果从受控制装置的低的温度T2的影响而降低的VOCo减去VOCa，则将使过电流基准电压VOC成为基本仅依赖于开关元件温度的值。
第一方式和第二方式将VF1和VF2作为连续的模拟值来处理，相对于此，第三方式将第一差动放大电路121的反相输入VF1a设为标准、稍高、高这3个级别或多个级别的离散数值来处理，因此作为输出的过电流基准电压的校正值VOCa以及过电流基准电压VOC也成为稍微离散的值。
数字化电路101也可以连接于第一差动放大电路121的反相输入侧，或者连接于第二差动放大电路131的输出侧，或者也可以是这多个方式的组合方式。另外，同样地，在开关元件及控制电路的温度检测单元具有正的温度特性的情况下，也可以进行同样的连接。
图9中示出过电流基准电压校正电路4的第四例即在差动放大电路121的反相输入侧插入有数字化电路101的例子。在本方式中，数字化电路101以VF2作为输入值，以其数字化后的值VF2a作为输出值，且在第一差动放大电路121的非反相输入侧输入VF1，在反相输入侧输入VF2a。
图10中示出过电流基准电压校正电路4的第五例即在差动放大电路131的输出侧插入有数字化电路101的例子。在第五例中，数字化电路101以第二差动放大电路131的输出值VOCb作为输入值，以其数字化后的值作为VOC而成为输出值。
在控制电路的温度极端地高于开关元件的温度的状况即在以往技术中过电流保护值成为高于原本要求的值从而不是在需要保护的电流范围内进行保护的状况、产生所谓的过电流保护的不足范围的情况下，这些过电流基准电压校正电路4也都能够缩小上述不足范围。
图11和图12中示出开关元件和控制电路的温度检测单元具有负的温度特性的情况，即过电流基准电压校正电路4的第一例中的温度T1、T2与VOCa和VOC的关系图。这些关系是将图3和图4的表示范围扩展到T2＞T1而得的关系，并且每个值的定义与上述电路的第一实施方式相同。如本图所示，在控制电路温度比开关元件温度高的状况下，上述电路输出的VOC也成为基本仅依赖于开关元件温度的值。
图17中示出本发明的过电流基准电压校正电路4的第一例的电力用半导体装置的过电流保护的工作区域。应予说明，将电力用半导体装置中所设定的工作温度的最大值设为TH，将最低值设为TL。
例如，在开关元件的温度为TH、控制电路的温度为TL的情况下，感测电压202与过电流基准电压VBH的交点203，即集电极电流ICTH成为过电流值，冗余范围如208所示变窄。

Claims (24)

1.一种半导体装置，其特征在于，具备：
开关元件；
控制电路，其控制所述开关元件，并具有所述开关元件的过电流检测电路；
第一温度检测单元，用于所述开关元件的温度检测；以及
第二温度检测单元，用于所述控制电路的温度检测，
所述控制电路具备基准校正电路，所述基准校正电路基于通过所述第一温度检测单元检测出的第一检测值和通过所述第二温度检测单元检测出的第二检测值，校正所述过电流检测电路的过电流基准值，并输出校正后的过电流基准值。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准校正电路在根据所述第一检测值和所述第二检测值判定为所述开关元件的温度与所述控制电路的温度之差为预定值以上的情况下，基于所述第一检测值校正所述过电流基准值。
3.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述开关元件搭载于第一电路基板上，所述第一电路基板由具有预定的电路图案并搭载有电子部件的绝缘基板形成。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述控制电路搭载于第二电路基板上，所述第二电路基板由具有预定的电路图案并搭载有电子部件的绝缘基板形成。
5.根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述开关元件和所述控制电路搭载于同一个第三电路基板上，所述第三电路基板由具有预定的电路图案并搭载有电子部件的绝缘基板形成。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
以覆盖所述开关元件的方式成形第一树脂壳体。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
以覆盖所述控制电路的方式成形第二树脂壳体。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
以覆盖所述开关元件和所述控制电路的方式成形同一个第三树脂壳体。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
对所述开关元件设置的所述第一温度检测单元与所述开关元件设置在同一元件内，或者所述第一温度检测单元设置在所述第一电路基板上或所述第三电路基板上，或者设置在所述第一树脂壳体内或所述第三树脂壳体内，或者设置在所述第一树脂壳体或所述第三树脂壳体附近的能够测量所述开关元件温度的位置。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
对所述控制电路设置的所述第二温度检测单元与所述控制电路设置在同一元件内，或者所述第二温度检测单元设置在所述第二电路基板上或所述第三电路基板上，或者设置在所述第二树脂壳体内或所述第三树脂壳体内，或者设置在所述第二树脂壳体或所述第三树脂壳体附近的能够测量所述控制电路温度的位置。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，作为所述开关元件，使用IGBT。
12.根据权利要求1至10中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，作为所述开关元件，使用MOSFET。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元具有负的温度特性。
14.根据权利要求1至12中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元具有正的温度特性。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准校正电路具有数字化电路，所述数字化电路根据输入值的大小关系将输入值按多个级别进行数字化并输出。
16.根据权利要求15所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准校正电路在所述第一检测值的输入侧连接所述数字化电路的输出侧。
17.根据权利要求15或16所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准校正电路在所述第二检测值的输入侧连接所述数字化电路的输出侧。
18.根据权利要求15至17中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述基准校正电路在所述基准校正电路的输出侧连接所述数字化电路的输入侧。
19.根据权利要求1至18中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述过电流检测电路具有将基于所述开关元件的流通电流的电流检测值与所述校正后的过电流基准值作为输入并进行比较的功能、以及输出基于该比较的结果的信号的功能。
20.一种半导体装置的过电流保护方法，其特征在于，包括：
利用开关元件的温度检测用的第一温度检测单元检测第一检测值；
利用控制电路的温度检测用的第二温度检测单元检测第二检测值，所述控制电路控制所述开关元件并具有所述开关元件的过电流检测电路；以及
利用所述控制电路具备的基准校正电路，基于所述第一检测值和所述第二检测值，校正所述过电流检测电路的过电流基准值，并输出校正后的过电流基准值。
21.根据权利要求20所述的半导体装置的过电流保护方法，其特征在于，
所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元具有负的温度特性，
所述基准校正电路通过取得所述第一检测值减去所述第二检测值的差来算出过电流基准校正值，进而通过取得原本的所述过电流基准值减去所述过电流基准校正值的差，来算出所述校正后的过电流基准值。
22.根据权利要求20所述的半导体装置的过电流保护方法，其特征在于，
所述第一温度检测单元和所述第二温度检测单元具有正的温度特性，
所述基准校正电路通过取得所述第二检测值减去所述第一检测值的差来算出过电流基准校正值，进而通过取得原本的所述过电流基准值减去所述过电流基准校正值的差，来算出所述校正后的过电流基准值。
23.根据权利要求20至22中的任一项所述的半导体装置的过电流保护方法，其特征在于，
所述基准校正电路具有根据输入值的大小关系将所述输入值按多个级别进行数字化并输出的数字化电路，并将所述第一检测值、所述第二检测值、和所述校正后的过电流基准值中的某一个或这些值中的多个数值进行数字化并处理。
24.根据权利要求20至23中的任一项所述的半导体装置的过电流保护方法，其特征在于，
将基于所述开关元件的流通电流的电流检测值与所述过电流基准值进行比较，若所述电流检测值超过所述过电流基准值，则检测出产生了过电流。
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