CN115776215A - 半导体装置 - Google Patents

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川原一浩
酒井伸次
长原辉明
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Abstract

得到能够削减消耗电力的半导体装置。第1端子(VN1)从外部输入第1电压(VD)。驱动部(5)将第1电压(VD)用作电源电压而输出驱动信号。开关元件(3a～3f)由驱动信号进行驱动。第2端子(4)与第1端子(VN1)分离，从外部输入第2电压。比较器(9)将根据第2电压而生成的电压用作电源电压，如果根据第1电压(VD)而生成的电压小于或等于基准电位，则将输出信号输出。切断开关(8)根据输出信号而将从驱动部(5)向开关元件(3a～3f)的驱动信号的传输切断。

Description

半导体装置
技术领域
本发明涉及半导体装置。
背景技术
在DIPIPM(Dual In-line Package Intelligent Power Module)中，控制IC与开关元件的栅极连接(例如，参照专利文献1)。控制IC的电源电压由控制电源供给。
专利文献1：日本特开2019-57985号公报
与开关元件的ON/OFF无关地，在将控制电源设为ON的时间点，控制IC产生消耗电流。因此，能够通过在系统不进行动作的系统待机时等将控制电源设为OFF而削减消耗电力。但是，就以往的半导体装置而言，如果将控制电源设为OFF，则从控制IC向开关元件施加非固定电压，动作变得不稳定。因此，无法将控制电源设为OFF而削减控制IC的消耗电力。
发明内容
本发明就是为了解决上述这样的课题而提出的，其目的在于得到能够削减消耗电力而不会使动作不稳定的半导体装置。
本发明涉及的半导体装置的特征在于，具有：第1端子，其从外部输入第1电压；驱动部，其将所述第1电压用作电源电压而输出驱动信号；开关元件，其由所述驱动信号进行驱动；第2端子，其与所述第1端子分离，从外部输入第2电压；比较器，其将根据所述第2电压而生成的电压用作电源电压，如果根据所述第1电压而生成的电压小于或等于基准电位，则将输出信号输出；以及切断开关，其根据所述输出信号而将从所述驱动部向所述开关元件的驱动信号的传输切断。
发明的效果
在本发明中，将由第1端子从外部的控制电源输入的电压用作驱动部的电源电压，将由与第1端子分离的第2端子从外部输入的电压用作比较器的电源电压。因此，即使在控制电源为OFF的情况下，也能够使比较器进行动作。并且，如果控制电源变为OFF，则比较器及切断开关将从驱动部向开关元件的驱动信号的传输切断。由此，能够在系统待机时等将控制电源设为OFF。其结果，能够削减消耗电力而不会使动作不稳定。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的系统的图。
图2是表示实施方式1涉及的半导体装置的图。
图3是表示实施方式1涉及的LVIC的图。
图4是表示实施方式1涉及的比较器的电源的图。
图5是表示实施方式1涉及的比较器的输入侧的电路结构的变形例的图。
图6是表示实施方式2涉及的半导体装置的图。
图7是表示实施方式2涉及的内部电源的图。
图8是表示实施方式3涉及的半导体装置的图。
图9是表示实施方式4涉及的半导体装置的图。
图10是表示实施方式5涉及的半导体装置的图。
具体实施方式
参照附图对实施方式涉及的半导体装置进行说明。对相同或相应的结构要素标注相同的标号，有时省略重复说明。
实施方式1
图1是表示实施方式1涉及的系统的图。该系统例如是空调等。系统的各结构由系统微控制器(系统MICON)100进行控制。半导体装置101是DIPIPM。HVIC逻辑电路102及LVIC逻辑电路103接收来自系统微控制器100的指示而将控制信号提供给半导体装置101。半导体装置101根据来自HVIC逻辑电路102及LVIC逻辑电路103的控制信号而向电动机105供给电力。控制电源104向半导体装置101提供控制电压VD。控制电源104的ON/OFF由系统微控制器100进行控制。另外，在本实施方式中，从系统微控制器100向半导体装置101提供微控制器信号(MICON信号)。关于微控制器信号，会在后面叙述。
图2是表示实施方式1涉及的半导体装置的图。半导体装置101具有HVIC(HighVoltage Integrated Circuit)1、LVIC(Low Voltage Integrated Circuit)2、3个限制电阻RL1～RL3、3个自举二极管DB1～DB3、6个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)3a～3f、6个续流二极管Da～Df。IGBT 3a～3f可以是电力用的开关元件，也可以是MOSFET。
半导体装置101的外部端子VP1、VUFB、UP、VFB、VP、VWFB、WP、VNC分别与装置内部的HVIC1的端子VCC、VUB、UP、VVB、VP、VWB、WP、COM连接。半导体装置101的外部端子VN1、VOT、UN、VN、WN、FO、VNC分别与装置内部的LVIC 2的端子VCC、VOT、UN、VN、WN、FO、GND连接。
端子VP1输入HVIC 1的电源电压VCC。端子VN1从外部的控制电源104输入LVIC 2的电源电压VD。来自HVIC逻辑电路102的控制信号经由端子UP、VP、WP而输入至HVIC 1。来自LVIC逻辑电路103的控制信号经由端子UN、VN、WN而输入至LVIC 2。
限制电阻RL1～RL3分别连接在HVIC 1的端子VCC与自举二极管DB1～DB3的阳极之间。自举二极管DB1～DB3的阴极分别与端子VUB、VVB、VWB连接。HVIC 1的端子COM与LVIC 2的端子GND连接。
HVIC 1的端子UOUT、VOUT、WOUT分别与IGBT 3a～3c的栅极连接。HVIC 1的端子VUS、VVS、VWS分别与IGBT 3a～3c的发射极和半导体装置101的外部端子U、V、W连接。IGBT 3a～3c的集电极与外部端子P连接。
LVIC 2的端子UOUT、VOUT、WOUT分别与IGBT 3d～3f的栅极连接。LVIC 2的端子CIN与外部端子CIN连接。IGBT 3d～3f的集电极分别与外部端子U、V、W连接。IGBT 3d～3f的发射极分别与外部端子NU、NV、NW连接。
续流二极管Da～Df分别与IGBT 3a～3f反向并联连接。HVIC 1是使IGBT 3a～3f进行动作的控制IC。LVIC 2是使IGBT 3a～3f进行动作的控制IC。
在半导体装置101设置有用于从外部的系统微控制器100向LVIC2输入微控制器信号的端子4。端子4与端子VN1等其它端子分离，在装置内部不与LVIC 2以外的元件及其它端子连接。该端子4未设置于以往的半导体装置，是在本实施方式中新设置的。
图3是表示实施方式1涉及的LVIC的图。驱动部5是具有PMOSFET 5和NMOSFET 6的CMOS逆变器。驱动部5将从端子VCC输入的控制电压VD用作电源电压，输出与来自LVIC逻辑电路103的控制信号相应的驱动信号。IGBT 3a～3f是由从分别对应的驱动部5输出的驱动信号驱动的。
切断开关8是MOSFET。在将驱动部5的输出与IGBT 3d～3f的栅极端子进行连接的配线处连接有切断开关8的漏极。切断开关8的源极与GND连接。在切断开关8的栅极连接有比较器9的输出。切断开关8根据比较器9的输出而将驱动信号切断。电源10向比较器9供给电源电压。此外，在图3中，为了简化，仅记载了一套驱动部5、切断开关8、比较器及电源10，但实际上，针对3个IGBT 3d～3f各自设置有一套驱动部5、切断开关8、比较器及电源10。
在LVIC 2的被输入电源电压VD的端子与GND之间串联连接有电阻R1、R2。电阻R1、R2的连接点以及齐纳二极管D1的阴极与比较器9的输入连接。齐纳二极管D1的阳极与GND连接。在齐纳二极管D1的阴极生成基准电位。比较器9使通过电阻R1、R2将电源电压VD分割后的电压与基准电位进行比较，如果小于或等于基准电位，则将输出信号输出。在将控制电源104设为OFF的情况下，向比较器9输入0V，比较器9输出信号。
比较器9的输出信号被输入至切断开关8的栅极。切断开关8根据比较器9的输出信号将从驱动部5向IGBT 3d～3f的驱动信号的传输切断。在这种情况下，LVIC 2的输出被固定为0V。
图4是表示实施方式1涉及的比较器的电源的图。电源10具有电阻R3和二极管D2，生成用于使比较器9进行动作的电源电压。端子4与外部的系统微控制器100连接。电阻R3的一端与端子4连接，另一端与比较器9的电源端子连接。二极管D2的阳极与GND连接，阴极与电阻R3的另一端连接。从系统微控制器100经由端子4而输入微控制器信号，经由电阻R3而被输入至比较器9的电源端子。
微控制器信号是由系统微控制器100所具有的电源之一供给的，是使比较器9进行动作的程度的大小的恒定电压。需要将用于输入微控制器信号的端子4引出至半导体装置101的外部。为了防止由施加于该端子4的静电引起的装置的破坏，设置有保护用的二极管D2及电阻R3。
如以上所说明的这样，在本实施方式中，将由端子VN1从外部的控制电源104输入的电压VD用作驱动部5的电源电压，将由与端子VN1分离的端子4从外部输入的电压用作比较器9的电源电压。因此，即使在控制电源104为OFF的情况下，也能够使比较器9进行动作。并且，如果控制电源104变为OFF，则比较器9及切断开关8将从驱动部5向IGBT 3d～3f的驱动信号的传输切断。由此，能够在系统待机时等将控制电源104设为OFF。其结果，能够削减消耗电力而不会使动作不稳定。
另外，即使在控制电源104的OFF时比较器9也进行动作，但由于没有驱动部5的输出信号，因此，没有经由切断开关8流至GND的电流。其结果，能够抑制消耗电流。
另外，为了削减消耗电流，即使将控制电源104设为OFF，系统微控制器100也被从其它路径进行电力供给而进行动作。因此，能够通过将微控制器信号用作比较器9的电源电压，从而在控制电源104的OFF时也使比较器9进行动作。
图5是表示实施方式1涉及的比较器的输入侧的电路结构的变形例的图。电阻R1、R2构成电源电压下降保护信号生成部11。电源电压下降保护信号生成部11使通过电阻R1、R2将电源电压VD分割后的电压作为电源电压下降保护信号而输出。
恒流电路12根据电源电压VD而生成恒流。齐纳二极管D1的阴极与恒流电路12连接，阳极与GND连接。恒流电路12通过在齐纳二极管D1流过恒流而在齐纳二极管D1的阴极生成基准电位。比较器9将电源电压下降保护信号与基准电位进行比较。如果电源电压VD下降，电源电压下降保护信号变得小于或等于基准电位，则比较器9输出信号。由此，在电源电压VD下降而施加了保护时，能够与实施方式1同样地进行动作而削减消耗电流。另外，在控制电源104为ON时在电源电压下降保护信号生成部11流过电流ID，在恒流电路12流过电流Iz。这些电流成为多余的消耗电流。另一方面，在控制电源104为OFF时，这些电流不再流动，因此，能够抑制消耗电流。
实施方式2
图6是表示实施方式2涉及的半导体装置的图。取代实施方式1的电源10，在LVIC 2的内部设置的内部电源13根据HVIC 1的电源电压VCC而生成比较器9的电源电压。
图7是表示实施方式2涉及的内部电源的图。在端子VP 1与端子GND之间串联连接有二极管D3、D4，串联连接有晶体管Q1及电阻R4，串联连接有电阻R5、晶体管Q2及齐纳二极管D5。晶体管Q2的基极及集电极与电阻R5及晶体管Q1的基极连接。晶体管Q1和电阻R4的连接点与二极管D3、D4的连接点彼此连接，其电压被作为比较器9的电源电压而输出。
由于根据HVIC 1的电源电压VCC而生成比较器9的电源电压，因此，不需要用于从外部输入比较器9的电源电压的端子。即，在本实施方式中，不存在如实施方式1那样的与系统微控制器100连接的端子4。因此，无需增加与外部之间的连接端子即可实施与实施方式1相同的动作。另外，也能够省略浪涌保护用的电阻R3及二极管D2。
实施方式3
图8是表示实施方式3涉及的半导体装置的图。P端子与半导体装置的高压电源14的高压侧连接。高压电源14的低压侧与端子VNC连接。在P端子与GND之间串联连接有电阻R6、R7和齐纳二极管D6。齐纳二极管D6的阳极与GND连接，阴极与电阻R7连接。电阻R7和齐纳二极管D6的阴极的连接点与比较器9的电源端子连接。
P端子使从高压电源14输入的电流流过齐纳二极管D6，将由此产生的电压设为比较器9的电源电压。电阻R6、R7对流过齐纳二极管D6的电流进行限制。
根据P端子所输入的电流而生成比较器9的电源电压，因此，不需要用于从外部输入比较器9的电源电压的端子。因此，无需增加与外部之间的连接端子即可实施与实施方式1相同的动作。
实施方式4
图9是表示实施方式4涉及的半导体装置的图。电阻R7和齐纳二极管D6的阴极的连接点与逻辑电路15的第1输入端子连接。比较器9的输出与逻辑电路15的第2输入端子连接。逻辑电路15例如由将NOR电路和NAND电路组合起来的电路构成。逻辑电路15的电源电压是由供给比较器9的电源电压的电源10供给的。电源10与实施方式1同样地将微控制器信号作为比较器9的电源电压而供给。
逻辑电路15将根据P端子所输入的电压VCC通过由电阻R6、R7和齐纳二极管D6实现的电阻分割而生成的电压，与比较器9的输出电压进行合成。切断开关8根据逻辑电路15的输出而将驱动信号切断。由此，在高压电源14的电压VCC为0V时也能够进行与实施方式1相同的动作。
实施方式5
图10是表示实施方式5涉及的半导体装置的图。内部电源13根据HVIC 1的电源电压而生成比较器9及逻辑电路15的电源电压。内部电源13的电路结构与实施方式2相同。其它结构与实施方式4相同。
内部电源13根据HVIC 1的电源电压VCC而生成比较器9及逻辑电路15的电源电压，因此，不需要用于从外部输入比较器9及逻辑电路15的电源电压的端子。因此，无需增加与外部之间的连接端子即可实施与实施方式4相同的动作。
此外，IGBT 3a～3f及续流二极管Da～Df不限于由硅形成，也可以由与硅相比带隙大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如是碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。由这样的宽带隙半导体形成的半导体芯片由于耐电压性及容许电流密度高，因此能够小型化。通过使用该小型化的半导体芯片，从而组装有该半导体芯片的半导体装置也能够小型化、高集成化。另外，由于半导体芯片的耐热性高，因此能够使散热器的散热鳍片小型化，能够使水冷部空冷化，因而能够使半导体装置进一步小型化。另外，由于半导体芯片的电力损耗低且高效，因此能够使半导体装置高效化。此外，优选IGBT 3a～3f和续流二极管Da～Df这两者由宽带隙半导体形成，但也可以是某一者由宽带隙半导体形成，能够得到本实施方式所记载的效果。
标号的说明
1HVIC，2LVIC，3a～3f IGBT(开关元件)，4、P、VP1端子(第2端子)，5驱动部，8切断开关，9比较器，13内部电源，14高压电源，15逻辑电路，100系统微控制器，VN1端子(第1端子)。

Claims (7)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
第1端子，其从外部输入第1电压；
驱动部，其将所述第1电压用作电源电压而输出驱动信号；
开关元件，其由所述驱动信号进行驱动；
第2端子，其与所述第1端子分离，从外部输入第2电压；
比较器，其将根据所述第2电压而生成的电压用作电源电压，如果根据所述第1电压而生成的电压小于或等于基准电位，则将输出信号输出；以及
切断开关，其根据所述输出信号而将从所述驱动部向所述开关元件的驱动信号的传输切断。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第2电压是从外部的系统微控制器输入的微控制器信号。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
具有LVIC、HVIC和内部电源，所述LVIC具有所述驱动部，所述HVIC将所述第2电压用作电源电压，所述内部电源根据所述HVIC的电源电压而生成所述比较器的电源电压。
4.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述第2端子是从高压电源输入电流的P端子，
根据由所述P端子输入的电流而生成所述比较器的电源电压。
5.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
还具有：
P端子，其从高压电源输入电压；以及
逻辑电路，其对根据由所述P端子输入的电压而生成的电压和所述比较器的输出电压进行合成，
所述切断开关根据所述逻辑电路的输出而将所述驱动信号切断。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
具有LVIC、HVIC和内部电源，所述LVIC具有所述驱动部，所述HVIC将所述第2电压用作电源电压，所述内部电源根据所述第2电压而生成所述比较器及所述逻辑电路的电源电压。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述开关元件由宽带隙半导体形成。
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