CN114050812A - 半导体开关元件的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

驱动电路(101)与半导体开关元件(1)的控制端子连接。驱动电路(101)具有：输入电路(3)，其与输入端子(50)连接；以及输出控制电路(4)，其与该输入电路(3)连接。输出控制电路(4)输出的脉冲信号被输入至死区时间调整电路(13)。死区时间调整电路(13)含有延迟电路。该延迟电路能够基于来自温度模拟输出电路(11、12)的信号，使输出控制电路(4)输出的脉冲信号的上升沿和下降沿延迟。死区时间调整电路(13)的输出被输入至驱动电路(5)。驱动电路(5)将驱动信号输出至驱动电路(101)的输出端子(51)。

Description

半导体开关元件的驱动电路
本申请是申请日为2013年11月14日、申请号为201810574156.9的申请(半导体开关元件的驱动电路)的分案申请，以下引用其内容。
技术领域
本发明涉及一种半导体开关元件的驱动电路。
背景技术
当前，为了保护开关元件免于过热，提出了基于由温度传感器检测的温度对电流供给控制进行限制等各种技术。例如，如日本特开2009-136061号公报所公开的那样，已知基于半导体开关元件的温度信息进行过热保护等的驱动电路。
专利文献1：日本特开2009-136061号公报
专利文献2：日本特开2008-277433号公报
专利文献3：日本特开2012-253202号公报
发明内容
关于现有的典型的半导体装置，为了半导体开关元件的过热保护，在驱动电路设置有过热保护电路。具体地说，在半导体开关元件设置有用于检测温度的温度传感器。过热保护电路基于温度传感器的输出将半导体开关元件的元件温度与阈值进行比较，在元件温度过高的情况下停止驱动电路的动作。该过热保护电路的动作是根据元件温度是否达到阈值而以二选一的方式将驱动电路停止。
半导体开关元件具有温度特性，例如输入电容与元件温度相对应地发生变化。另外，即使是驱动半导体开关元件的驱动电路，如果驱动电路内部的温度变化，则也会对电路动作产生影响。关于对驱动电路的电路动作造成影响的温度信息，优选将该温度信息更细致地反映于驱动电路的动作。
另外，如上所述，对半导体开关元件单体的温度进行检测的过热保护技术是公知的。通常，半导体开关元件及其驱动电路由于发热量的差异及半导体装置的冷却构造等原因，半导体装置的使用中的温度不同。本申请发明人发现了一种能够通过利用该温度差而更精细地执行半导体装置的异常检测的技术。
本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于提供一种能够将温度信息高精度地反映于驱动电路的动作的半导体开关元件的驱动电路。
第1发明涉及的半导体开关元件的驱动电路具有：
输入端子，其被输入输入信号；
输出端子，其与半导体开关元件的控制端子连接；
信号电路部，其将驱动信号供给至所述输出端子，该驱动信号具有响应于所述输入信号的上升沿而变为接通的接通沿及响应于所述输入信号的下降沿而变为断开的断开沿；以及
温度检测单元，其包含第1温度检测单元和第2温度检测单元之中的至少一者，该第1温度检测单元输出与所述信号电路部的温度具有相关性的第1温度检测信号，该第2温度检测单元从对所述半导体开关元件的温度进行检测的元件温度传感器元件接收第2温度检测信号，
为了使所述上升沿和所述接通沿之间的延迟时间即接通传递延迟时间、与所述下降沿和所述断开沿之间的延迟时间即断开传递延迟时间之差减小，基于所述第1温度检测信号和所述第2温度检测信号中的至少一者，使所述接通沿及所述断开沿之中的至少一个信号边沿延迟。
第2发明涉及的半导体开关元件的驱动电路具有：
输入端子，其被输入输入信号；
输出端子，其与半导体开关元件的控制端子连接；
信号电路部，其根据所述输入信号生成驱动信号，供给至所述输出端子；以及
温度检测单元，其包含第1温度检测单元和第2温度检测单元之中的至少一者，该第1温度检测单元输出与所述信号电路部的温度具有相关性的第1温度检测信号，该第2温度检测单元从对所述半导体开关元件的温度进行检测的元件温度传感器元件接收第2温度检测信号，
所述信号电路部包含将电流供给至所述半导体开关元件的控制端子的驱动电路，
所述信号电路部的所述驱动电路基于所述第1温度检测信号和所述第2温度检测信号中的至少一者对驱动电流能力进行切换。
第3发明涉及的半导体开关元件的驱动电路具有：
输入端子，其被输入输入信号；
输出端子，其与半导体开关元件的控制端子连接；
信号电路部，其根据所述输入信号生成驱动信号，供给至所述输出端子；
温度检测单元，其包含第1温度检测单元和第2温度检测单元之中的至少一者，该第1温度检测单元输出与所述信号电路部的温度具有相关性的第1温度检测信号，该第2温度检测单元从对所述半导体开关元件的温度进行检测的元件温度传感器元件接收第2温度检测信号；
短路保护端子；以及
短路保护电路，如果输入至所述短路保护端子的电压达到阈值，则该短路保护电路将停止信号传递至所述信号电路部，该短路保护电路基于所述第1温度检测信号和所述第2温度检测信号中的至少一者对所述阈值进行设定。
第4发明涉及的半导体开关元件的驱动电路具有：
输入端子，其被输入输入信号；
输出端子，其与半导体开关元件的控制端子连接；
信号电路部，其根据所述输入信号生成驱动信号，供给至所述输出端子；
温度检测电路，其输出与所述信号电路部的温度具有相关性的第1温度检测信号；
温度检测端子，其接收来自所述半导体开关元件的温度传感器元件的第2温度检测信号；以及
错误信号生成电路，其基于所述第1温度检测信号表示的温度与所述第2温度检测信号表示的温度之差而输出错误信号。
发明的效果
根据本发明，构成为使用第1温度检测信号和第2温度检测信号中的一者或两者对驱动电路的各种动作进行调整，因此能够将温度信息高精度地反映于驱动电路的动作。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体开关元件的驱动电路的电路框图。
图2是表示本发明的实施方式2涉及的半导体开关元件的驱动电路的电路框图。
图3是表示本发明的实施方式3涉及的半导体开关元件的驱动电路的电路框图。
图4是表示本发明的实施方式4涉及的半导体开关元件的驱动电路的电路框图。
图5是表示本发明的实施方式5涉及的半导体开关元件的驱动电路的电路框图。
图6是表示本发明的实施方式6涉及的半导体开关元件的驱动电路及具有该驱动电路的半导体装置的电路框图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体开关元件的驱动电路101的电路框图。驱动电路101与半导体开关元件1的控制端子连接。实施方式1涉及的半导体开关元件1为MOSFET，控制端子为栅极端子。驱动电路及半导体开关元件1构成实施方式1涉及的半导体装置151。
驱动电路101具有：输入电路3，其与输入端子50连接；以及输出控制电路4，其与该输入电路3连接。输出控制电路4输出的脉冲信号被输入至死区时间调整电路13。死区时间调整电路13含有延迟电路。该延迟电路能够在使输出控制电路4输出的脉冲信号的上升沿和下降沿延迟后输出至死区时间调整电路13的后级。
死区时间调整电路13的输出被输入至驱动电路5。驱动电路5将驱动信号输出至驱动电路101的输出端子51。由此，驱动电路5能够驱动半导体开关元件1。
这些输入电路3、输出控制电路4、死区时间调整电路13、以及驱动电路5构成实施方式1涉及的信号电路111。该信号电路111根据输入至输入端子50的输入信号生成驱动信号，将该驱动信号供给至输出端子51。驱动信号具有响应于输入信号的上升沿而变为接通的接通沿及响应于输入信号的下降沿而变为断开的断开沿。在典型情况下，接通沿是用于使半导体开关元件1导通的上升沿。在典型情况下，断开沿是用于使半导体开关元件1截止的下降沿。
驱动电路101具有错误控制电路6、过热保护电路7、内部电源电路8、温度感测二极管10、以及温度模拟输出电路11、12。驱动电路101具有用于获得电源电压VCC的电源端子9。
温度模拟输出电路12与驱动电路101的温度检测端子52连接。温度检测端子52与温度感测二极管2连接，该温度感测二极管2与半导体开关元件1形成在相同的半导体芯片之上。温度感测二极管2能够监视半导体开关元件1的元件温度。
温度感测二极管2和温度感测二极管10分别具有正向电压的温度特性。温度模拟输出电路11根据温度感测二极管10的输出，生成与驱动电路101的温度具有相关性的第1模拟信号。另外，温度模拟输出电路12基于温度感测二极管2的输出，生成与半导体开关元件1的元件温度具有相关性的第2模拟信号。
如果半导体开关元件1的元件温度上升至超出正常范围，则温度感测二极管2的正向电压变得小于或等于在过热保护电路7预先设定的阈值。在该情况下，过热保护电路7的内部的比较器输出信号进行切换，该信号的切换向错误控制电路6进行传递。
如果来自过热保护电路7的信号进行了切换，则错误控制电路6将使半导体开关元件1的驱动停止的停止信号传递至输出控制电路4。由于接收到停止信号的输出控制电路4停止输出，由此实现过热保护动作。另外，错误控制电路6也能够经由错误信号端子53将错误信号输出至外部。
来自温度模拟输出电路11、12的模拟信号输入至死区时间调整电路13。
在输入信号的上升沿传递至输入电路3之后，直至实际上使半导体开关元件1导通为止存在时间上的延迟。也将此称为“接通传递延迟时间”。同样地，在输入信号的下降沿传递至输入电路3之后，直至实际上使半导体开关元件1截止为止存在时间上的延迟。也将此称为“断开传递延迟时间”。
如果接通传递延迟时间与断开传递延迟时间的温度特性相互不同，则当存在温度变化的情况下，接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差会进行变化。如果接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差增加，则存在输入信号的接通期间与驱动信号的接通期间以该差发生背离这样的问题。因此，死区时间调整电路13基于半导体开关元件1的温度信息以及驱动电路101的温度信息，对接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差进行调整。
具体地说，死区时间调整电路13为了使接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差减少，而使输出控制电路4输出的脉冲的上升沿和下降沿的至少一者延迟。为了使接通传递延迟时间和断开传递延迟时间之中的较短的传递延迟时间等于较长的传递延迟时间，使延迟较小的信号边沿比延迟较大的信号边沿延迟得更大即可。
在这里，也将死区时间调整电路13(更详细地说，是在其内部包含的延迟电路)使上述的输出控制电路4的输出脉冲的上升沿或者下降沿延迟时的延迟的量简称为“延迟量”。优选通过适当地决定延迟量，从而使接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差为零。优选以下述方式决定第1、2模拟信号的值与延迟量的关系，即，即使在存在温度变化时也能够使接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差为零或者维持在规定的容许范围内。
延迟量的调整通过下述方式执行，即，接收到第1模拟信号和第2模拟信号的死区时间调整电路13对其内部的延迟电路的电容进行调整。死区时间调整电路13被设计为，与第1模拟信号和第2模拟信号的值相对应地，使延迟电路的延迟量以规定的比例关系进行变化。第1模拟信号与延迟量的关系以及第2模拟信号与延迟量的关系以下述方式决定即可。
(1)第1模拟信号与延迟量的关系
第1模拟信号与驱动电路101的温度具有相关性。如果驱动电路101的温度上升，则与之相对应地接通传递延迟时间及断开传递延迟时间增加。如果接通传递延迟时间与断开传递延迟时间的温度特性相互不同，则当驱动电路101上升了一定温度时，接通传递延迟时间的增加量与断开传递延迟时间的增加量相互不同。对应于这些增加量的差值，使接通沿与断开沿之中的增加量较少的信号边沿进行延迟即可。其结果，当存在一定温度变化时，能够使接通传递延迟时间和断开传递延迟时间以相同量变化。
例如在断开传递延迟时间的增加量较多的情况下，对应于存在一定温度上升时的接通传递延迟时间的增加量与断开传递延迟时间的增加量的差值，对用于将半导体开关元件1接通的信号边沿(具体地说，向驱动电路5的输入脉冲波形的上升沿)进行延迟。通过预先调查与驱动电路101的温度变化相对应的接通传递延迟时间的增加量和断开传递延迟时间的增加量，从而决定驱动电路101的温度与延迟量之间的比例关系即可。此外，这里所谓的“比例关系”不限定于按照一次函数单纯增加或者单纯减少的比例关系。这里所谓的“比例关系”也包含按照二次函数或更高次的函数、即相对于温度变化使延迟量曲线式地增加或减少这样的关系。
(2)第2模拟信号与延迟量的关系
第2模拟信号与半导体开关元件1的元件温度具有相关性。接通传递延迟时间及断开传递延迟时间不仅根据驱动电路101的温度进行变化，还根据半导体开关元件1的元件温度进行变化。输入电容与半导体开关元件1的元件温度具有相关性，具有正温度特性和负温度特性中的任意者。
如果负载电容、即实施方式1中的半导体开关元件1的输入电容变大，则与之相对应地接通传递延迟时间及断开传递延迟时间增加。驱动电路5分别具有对输入电容进行充电的输出电流能力(拉电流能力)、将输入电容进行放电的输出电流能力(灌电流能力)。在拉电流能力与灌电流能力不同的情况下，输入电容发生了变化时的接通传递延迟时间的变化量与断开传递延迟时间的变化量相互不同。
如上所述，存在下述问题，即，如果元件温度变化，则输入电容变化，如果输入电容变化，则接通传递延迟时间与断开传递延迟时间之差变动。具体地说，输出电流能力越小，则与输入电容的变化相对应的传递延迟时间的变化量越大。因此，在实施方式1中，假定充电能力比放电能力高，以下述方式控制延迟电路。
在输入电容具有正温度特性的情况下，即与温度上升相对应地输入电容增加的情况下，以下面的方式决定延迟量。
首先，在元件温度上升时，断开传递延迟时间的增加量比接通传递延迟时间的增加量大。因此，死区时间调整电路13的延迟电路以断开传递延迟时间与接通传递延迟时间的差值，对用于将半导体开关元件1接通的信号边沿(具体地说，向驱动电路5的输入脉冲波形的上升沿)进行延迟。
反之，在元件温度降低时，断开传递延迟时间的减少量比接通传递延迟时间的减少量大。因此，死区时间调整电路13的延迟电路以断开传递延迟时间与接通传递延迟时间的差值，对用于将半导体开关元件1断开的信号边沿(具体地说，向驱动电路5的输入脉冲波形的下降沿)进行延迟。
另一方面，在输入电容具有负温度特性的情况下，即与温度上升相对应地输入电容减少的情况下，以下面的方式决定延迟量。
首先，在元件温度上升时，断开传递延迟时间的减少量比接通传递延迟时间的减少量大。因此，死区时间调整电路13的延迟电路以断开传递延迟时间与接通传递延迟时间的差值，对用于将半导体开关元件1断开的信号边沿(具体地说，向驱动电路5的输入脉冲波形的下降沿)进行延迟。
反之，在元件温度降低时，断开传递延迟时间的增加量比接通传递延迟时间的增加量大。因此，死区时间调整电路13的延迟电路以断开传递延迟时间与接通传递延迟时间的差值，对用于将半导体开关元件1接通的信号边沿(具体地说，向驱动电路5的输入脉冲波形的上升沿)进行延迟。
以下述方式设计死区时间调整电路13即可，即，将以上说明的(1)的延迟量及(2)的延迟量相加而预先决定最终的延迟量及进行延迟的信号边沿，按照该延迟量使作为延迟对象的信号边沿进行延迟。
如以上说明所述，驱动电路101使用第1模拟信号和第2模拟信号这两者，抑制驱动电路101的断开传递延迟时间及接通传递延迟时间之差的变化。由于半导体开关元件1和驱动电路101分别具有温度特性，因此能够通过利用这两者的温度信息，从而优化半导体装置151整体的电路动作。
此外，在实施方式1中，基于第1模拟信号和第2模拟信号这两者对死区时间调整电路13进行了控制。但是本发明不限定于此。
也可以仅将第1模拟信号输入至死区时间调整电路13。在该情况下，仅执行按照上述的“(1)第1模拟信号与延迟量的关系”进行的延迟量的校正即可。在该情况下也可以将与第2模拟信号有关的电路(即温度模拟输出电路12)省略。
或者，也可以仅使用第2模拟信号对死区时间调整电路13进行控制。在该情况下，仅执行按照上述的“(2)第2模拟信号与延迟量的关系”进行的延迟量的校正即可。在该情况下，也可以将温度感测二极管10及温度模拟输出电路11省略。
实施方式2.
图2是表示本发明的实施方式2涉及的半导体开关元件的驱动电路102的电路框图。在驱动电路102以及信号电路112中，没有死区时间调整电路13，代替驱动电路5而具有驱动电路25。除了这点以外，驱动电路102及信号电路112具有与驱动电路101及信号电路111分别相同的电路结构。驱动电路102及半导体开关元件1构成实施方式2涉及的半导体装置152。
驱动电路25具有多个输出级晶体管，上述多个输出级晶体管并联连接，从而并联地形成有多个电流路径。由此，多个输出级晶体管之中的接通的输出级晶体管的数量越多，则能够流过越大的电流。即，能够使驱动电流能力变大。
驱动电路25从温度模拟输出电路11接收第1模拟信号，从温度模拟输出电路12接收第2模拟信号。驱动电路25被设计为，与第1模拟信号的值以及第2模拟信号的值相对应地，使预定个数的输出级晶体管接通。
在大多情况下，驱动电路的输出电流具有温度特性，在典型情况下具有负温度特性。在驱动电流能力具有负温度特性的情况下，在高温时驱动电流能力减少，在低温时驱动电流能力增大。存在下述问题，即，随着这样的驱动电流能力的变化，由驱动电路驱动的半导体开关元件的通断损耗发生变动。
关于这点，驱动电路25基于第1模拟信号，驱动电路102的温度越高，则使输出级晶体管的数量越多。由此，能够在驱动电路102的温度上升时，提高驱动电路25的驱动电流能力，使驱动电流能力的变动减小。
另外，如在实施方式1所述那样，半导体开关元件1的输入电容也具有温度特性。优选在输入电容发生了变化时，与之相对应地调整驱动电路25的驱动电流能力。因此，驱动电路25构成为，与第2模拟信号表示的元件温度成比例地使应该接通的输出级晶体管的个数进行变化。
在输入电容具有正温度特性的情况下，即与温度上升相对应地输入电容增加的情况下，为了与元件温度的上升相对应地提高驱动电流能力而将接通的输出级晶体管的数量设定得多。反之，在输入电容具有负温度特性的情况下，即与温度上升相对应地输入电容降低的情况下，为了与元件温度的上升相对应地降低驱动电流能力而将接通的输出级晶体管的数量设定得少。
按照上述的倾向，预先决定与第1模拟信号表示的驱动电路102的温度及第2模拟信号表示的元件温度相对应的最终的输出级晶体管的接通个数，设计驱动电路25即可。
根据以上说明的实施方式2，即使是产生了温度变化的情况下，也能够通过对驱动电路25的驱动电流能力变动进行抑制，从而抑制通断损耗变动。特别地，根据实施方式2，由于半导体开关元件1的元件温度信息和驱动电路102的温度信息这两者输入至驱动电路25，因此能够考虑输入电容的温度特性和驱动电流能力的温度特性这两者而使最优个数的输出级晶体管接通。
此外，在实施方式2中，基于第1模拟信号和第2模拟信号这两者对驱动电路25进行了控制。但是本发明不限定于此。
也可以仅将第1模拟信号输入至驱动电路25。在该情况下，基于第1模拟信号，驱动电路102的温度越高，则使输出级晶体管的数量越多即可。在该情况下也可以将与第2模拟信号有关的电路(即温度模拟输出电路12)省略。
或者，也可以仅将第2模拟信号输入至驱动电路25。在该情况下，如上所述，与第2模拟信号表示的元件温度成比例地，使应该接通的输出级晶体管的个数进行变化即可。在该情况下，也可以将温度感测二极管10及温度模拟输出电路11省略。
实施方式3.
图3是表示本发明的实施方式3涉及的半导体开关元件的驱动电路103的电路框图。驱动电路103没有死区时间调整电路13，具有短路保护电路33。除了这点以外，驱动电路103具有与驱动电路101相同的电路结构。驱动电路103及半导体开关元件1构成实施方式3涉及的半导体装置153。输入电路3、输出控制电路4、以及驱动电路5构成实施方式3涉及的信号电路113。
短路保护电路33是用于在流过半导体开关元件1的主电流超过一定等级时执行将半导体开关元件1停止等保护动作的电路。虽未图示，但作为流过半导体开关元件的主电流的检测方法存在下述方法，即，将主电流的一部分分流至与开关元件并联连接的电流检测用元件(单元)，对该分流的电流(感测电流)进行检测。将该感测电流利用电阻等转换为电压(感测电压)，经由短路保护端子54输入至短路保护电路33。在输入至短路保护端子54的感测电压超过规定的阈值电压的情况下，短路保护电路33判定为在半导体开关元件1流过了过电流，执行保护动作。
在驱动电路103，也能够通过来自温度模拟输出电路11、12的第1、2模拟信号，取得半导体开关元件1和驱动电路103的温度信息。这些温度信息被输入至短路保护电路33，短路保护电路33对短路保护的阈值电压进行调整。
短路保护电路33在其内部具有分压电路34，该分压电路34用于从内部电源电路8生成阈值电压。该分压电路34的分压电阻值是对应于第1、2模拟信号的值而可变地设定的。与第1、2模拟信号的值相对应地，按照电路设计上预定的比例关系，调整阈值电压。
短路保护的阈值电压具有正温度特性，驱动电路103的温度越高，则阈值电压越高。另外，半导体开关元件1的短路耐量根据元件温度而不同，由于电流能力随着元件温度成为高温而变小，因此优选以更低的阈值电压执行短路保护。因此，优选对应于这些温度可变地执行短路保护的阈值电压的设定。
在本实施方式中，为了执行对这些温度特性的校正，首先，使第2模拟信号表示的元件温度与阈值电压的设定值之间具有相关性，基于第2模拟信号计算阈值电压的设定值。与此相配合，能够基于第1模拟信号计算取决于驱动电路103的温度特性的阈值电压增加量，为了将其抵消，变更分压电路34的电阻分压比而调整阈值电压。上述这样的使用第1、2模拟信号这两者进行的阈值电压设定优选在包含低温时、通常温度时、高温时在内的全部温度区域进行。
短路保护电路33也与错误控制电路6连接。错误控制电路6对响应时间进行调整，该响应时间是指，按照来自短路保护电路33的信号对经由错误信号端子53向外部输出的错误信号进行输出为止的响应时间。该错误信号是用于对在与半导体开关元件1不同的相进行通断的其他半导体开关元件及驱动电路进行输出，或者输出至外部的微型计算机等，而向外部提示保护动作的信号。
由于错误信号的输出响应时间具有正温度特性，因此驱动电路103的温度越高，则输出响应时间越长。由此，即使是相同的阈值电压，也会变得容易引起半导体开关元件1的短路破坏。因此，为了校正该温度特性，对根据第1模拟信号和第2模拟信号设想的驱动电路103的最高温度进行计算，并且对内置于错误控制电路6的延迟电路或者外接于错误控制电路6的延迟电路的连接电容进行切换，从而减少由于温度上升而增长出的那些量的输出响应时间。由此，能够对输出响应时间的温度特性进行调整。
根据以上说明的实施方式3，能够抑制由驱动电路103的温度变化及元件温度变化引起的短路保护条件的变动。由此，能够抑制半导体装置153的短路保护条件与温度相对应地变化。特别地，根据实施方式3，由于第1、2模拟信号这两者被输入至短路保护电路33，因此能够考虑半导体开关元件1的元件温度信息和驱动电路102的温度信息这两者而优化阈值电压及输出响应时间。
此外，在实施方式3中，基于第1模拟信号和第2模拟信号这两者对短路保护电路33的阈值电压及错误信号响应时间进行了调整。但是本发明不限定于此。也可以在短路保护电路33的阈值电压及错误信号响应时间之中，仅对其中一者进行调整。
也可以仅将第1模拟信号输入至短路保护电路33。在该情况下，基于第1模拟信号计算取决于驱动电路103的温度特性的阈值电压增加量，为了将其抵消，变更分压电路34的电阻分压比而降低阈值电压即可。在该情况下也可以将与第2模拟信号有关的电路(即温度模拟输出电路12)省略。
或者，也可以仅将第2模拟信号输入至短路保护电路33。在该情况下，如上所述，使第2模拟信号表示的元件温度与阈值电压之间具有相关性，按照随着元件温度成为高温而以更低的阈值电压执行短路保护的方式设定阈值电压即可。在该情况下，也可以将温度感测二极管10及温度模拟输出电路11省略。
实施方式4.
图4是表示本发明的实施方式4涉及的半导体开关元件的驱动电路104的电路框图。驱动电路104具有AD转换电路14、运算电路15、比较器16、监视输出部17、以及容许温度差设定电路18，且没有死区时间调整电路13。除了这点以外，驱动电路104具有与驱动电路101相同的电路结构。驱动电路104及半导体开关元件1构成实施方式4涉及的半导体装置154。此外，驱动电路104与实施方式3相同地具有信号电路113，该信号电路113由输入电路3、输出控制电路4以及驱动电路5构成。
AD转换电路14将从温度模拟输出电路11及温度模拟输出电路12得到的第1模拟信号及第2模拟信号进行AD转换。运算电路15计算由AD转换电路14进行AD转换而表现为数字值的半导体开关元件1的元件温度与驱动电路104的温度的差值，计算该差值即温度差ΔT。比较器16在输入至负输入端子的温度差ΔT比输入至正输入端子的电压小的情况下输出错误信号。
AD转换电路14及运算电路15与驱动电路104的外部的监视输出部17连接。在监视输出部17显示元件温度、驱动电路104的温度以及温度差ΔT，用户能够目视确认这些信息。容许温度差设定电路18能够将温度差ΔT的容许值作为比较器16的输入电压值进行设定。
驱动电路104具有三输入的AND电路40。对AND电路40输入比较器16的输出信号、过热保护电路7的输出信号、输出控制电路4的输出信号。仅在具有这3个输入信号的状态时，将过热保护信号传输至错误控制电路6。由此，在非高温的状态，或者输入电路3没有输入信号、驱动电路104没有动作的状态下，能够屏蔽来自比较器16的错误信号。
通过计算温度差ΔT，从而能够由比较器16判定半导体装置154的冷却构造相对于半导体开关元件1的元件温度是否符合设计。在温度差ΔT比规定值小时，驱动电路104的温度过于接近半导体开关元件1的元件温度。通常，驱动电路104的温度与元件温度相比低一定程度以上，因此在温度差ΔT比规定值小时，可预想到冷却构造未能发挥出所设计的冷却性能。在该情况下，信号从比较器16传递至错误控制电路6，从错误信号端子53输出错误信号。
根据以上说明的实施方式4，能够检测冷却构造的波动，取得用于保护半导体装置154的信息。
实施方式5.
图5是表示本发明的实施方式5涉及的半导体开关元件的驱动电路的电路框图。在驱动电路105中，代替比较器16而具有识别电路19。另外，未连接监视输出部17及容许温度差设定电路18。除了这点以外，驱动电路105具有与驱动电路104相同的电路结构。驱动电路105及半导体开关元件1构成实施方式5涉及的半导体装置155。此外，驱动电路105与实施方式3相同地具有信号电路113，该信号电路113由输入电路3、输出控制电路4以及驱动电路5构成。
与实施方式4相同地，通过AD转换电路14将半导体开关元件1和驱动电路105的温度转换为数字值，运算电路15计算温度差ΔT。对识别电路19输入由运算电路15运算出的温度差ΔT。
识别电路19将温度差ΔT的值与在内部存储的比较值进行比较。具体地说，在半导体装置155的冷却构造的设计时设定第1比较值TA及第2比较值TB，将冷却构造设计上的温度差ΔT的正常范围设为TA≤ΔT≤TB。在设为0＜TA＜TB的情况下，能够按照下述方式判别异常发生部位。此外，在实施方式5中，温度差ΔT的具体的数值为从半导体开关元件1的元件温度减去驱动电路105的温度所得到的值。
(异常1)在ΔT＜0时，怀疑存在下述等异常，即，驱动电路105的异常发热、或者在驱动电路5的输出级发生了短路。
(异常2)在0≤ΔT＜TA时，怀疑存在半导体装置155的冷却构造的异常。
(异常3)在TB＜ΔT时，怀疑存在下述等异常，即，半导体开关元件1的异常发热、或者在半导体开关元件1的漏极源极之间发生了短路。
此外，在作为半导体开关元件1而使用IGBT或双极型晶体管的情况下，在TB＜ΔT时怀疑存在集电极发射极之间的短路等。
识别电路19与温度差ΔT的大小相对应地输出预先设定的用于判别异常发生位置的多种错误信号。该错误信号经由AND电路40向错误控制电路6输入。
识别电路19被设计为能够输出至少3种不同的错误信号。这3种错误信号分别分配给上述的异常1～异常3。在本实施方式中假设为，识别电路19输出占空比不同的3种错误信号，该错误信号输入至错误控制电路6，错误控制电路6将该占空比不同的3种错误信号输出至错误信号端子53。由此，用户经由错误信号端子53能够识别异常1～异常3。
如以上说明所述，根据实施方式5，能够基于半导体开关元件1与驱动电路105的温度差ΔT，检测半导体装置155的异常发生部位。
实施方式6.
图6是表示本发明的实施方式6涉及的半导体开关元件的驱动电路103及具有该驱动电路103的半导体装置156的电路框图。与实施方式3的不同点在于半导体装置156具有半导体开关元件20。驱动半导体开关元件20的驱动电路103与实施方式3相同。
半导体开关元件20是将SiC(碳化硅)作为半导体材料的开关元件。将SiC作为半导体材料的SiC器件的电气特性以及热学特性优异。
此外，在实施方式6中，对驱动电路103连接了半导体开关元件20，但本发明不限于此。也可以提供对驱动电路101、102、104～105中的任意者连接了半导体开关元件20的半导体装置。
此外，半导体开关元件1的半导体材料以及元件构造能够应用各种方式，例如也可以使用由硅形成的IGBT、或者由硅形成的功率MOSFET。
也可以将以上说明的实施方式1～6涉及的驱动电路101～105以及半导体装置151～156的技术特征中的大于或等于2个技术特征任意地进行组合。具体地说，也可以从由下述的结构A～F构成的组任意地选择大于或等于2个结构，将选择出的大于或等于2个结构设置于1个驱动电路或者1个半导体装置。
(结构A)实施方式1涉及的死区时间调整电路13
(结构B)实施方式2涉及的驱动电路25
(结构C)实施方式3涉及的短路保护电路33及分压电路34
(结构D)实施方式4涉及的AD转换电路14、运算电路15、比较器16、监视输出部17、容许温度差设定电路18、以及AND电路40
(结构E)实施方式5涉及的识别电路19
(结构F)实施方式6涉及的半导体开关元件20
标号的说明
1、20半导体开关元件，2温度感测二极管，3输入电路，4输出控制电路，5、25驱动电路，6错误控制电路，7过热保护电路，8内部电源电路，9电源端子，10温度感测二极管，11、12温度模拟输出电路，13死区时间调整电路，14AD转换电路，15运算电路，16比较器，17监视输出部，18容许温度差设定电路，19识别电路，33短路保护电路，34分压电路，40AND电路，50输入端子，51输出端子，52温度检测端子，53错误信号端子，54短路保护端子，101、102、103、104、105驱动电路，111、112、113信号电路，151、152、153、154、155、156半导体装置。

Claims (3)

1.一种半导体开关元件的驱动电路，其具有：
输入端子，其被输入输入信号；
输出端子，其与半导体开关元件的控制端子连接；
信号电路部，其根据所述输入信号生成驱动信号，供给至所述输出端子；
温度检测单元，其包含第1温度检测单元和第2温度检测单元两者，该第1温度检测单元输出与所述信号电路部的温度具有相关性的第1温度检测信号，该第2温度检测单元从对所述半导体开关元件的温度进行检测的元件温度传感器元件接收第2温度检测信号；
短路保护端子；以及
短路保护电路，如果输入至所述短路保护端子的电压达到阈值，则该短路保护电路将停止信号传递至所述信号电路部，该短路保护电路基于所述第1温度检测信号和所述第2温度检测信号两者对所述阈值进行设定。
2.一种半导体开关元件的驱动电路，其具有：
输入端子，其被输入输入信号；
输出端子，其与半导体开关元件的控制端子连接；
信号电路部，其根据所述输入信号生成驱动信号，供给至所述输出端子；
温度检测电路，其输出与所述信号电路部的温度具有相关性的第1温度检测信号；
温度检测端子，其接收来自所述半导体开关元件的温度传感器元件的第2温度检测信号；以及
错误信号生成电路，其基于所述第1温度检测信号表示的温度与所述第2温度检测信号表示的温度之差而输出错误信号。
3.根据权利要求2所述的半导体开关元件的驱动电路，其中，
所述错误信号生成电路与所述温度之差的值相对应地，对相互不同的多个错误信号进行切换。
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叶红松;李洋;杨阳;: "一种大电流高速PIN驱动器的设计与实现", 微电子学, no. 01, 20 February 2009 (2009-02-20) *

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