CN1638224A - 半导体器件和半导体器件模块 - Google Patents

半导体器件和半导体器件模块 Download PDF

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Abstract

提供一种不使用分流电阻而实现了短路保护功能的半导体器件和内置了该半导体器件的IPM。在作为绝缘栅型晶体管的晶体管(12)的栅电极上，从控制装置(LIC)的控制信号输出端子(Uout)施加控制输出信号，但在绝缘栅型晶体管中，如果该晶体管变为短路状态，则还在控制输出信号中成为产生影响并与正常动作状态不同的信号波形。利用这一现象，并通过对绝缘栅型晶体管的控制输出信号进行监测而检测短路状态，在变为短路状态时，通过强制地停止该控制输出信号，从而进行绝缘栅型晶体管的短路保护。

Description

半导体器件和半导体器件模块
技术领域
本发明涉及半导体器件和半导体器件模块，特别涉及具备IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等的绝缘栅型开关器件的短路保护功能的半导体器件和半导体器件模块。
背景技术
封装了IGBT等绝缘栅型开关器件、以及进行该开关器件的驱动控制的控制电路的半导体器件，被称为IPM(智能功率模块)，而在以往的IPM中，通过在封装的外部连接用于检测在开关器件的主电源端子间流过的主电流的分流电阻，并对主电流进行监测来进行短路保护。
例如，在专利文献1中，公开了在封装的外部连接了用于检测在主电源端子间流过的直流电流的分流电阻的结构，在封装中设有用于检测分流电阻上施加的电压的电流检测端子。
[专利文献1]特开2002-247857号公报(图1)
如上述那样，在以往的IPM中，通过由设置于封装外部的分流电阻来检测开关器件的主电流而进行短路保护，所以需要用于检测分流电阻上施加的电压的电流检测端子。
此外，为了除去进入分流电阻和电流检测端子的噪声，需要在封装的外部设置CR滤波器等滤波电路，装置有可能大型化。
而且，因设置分流电阻，如果从开关器件的接地侧主电极至接地端子的布线长度变长，则电压浪涌随着开关器件的开关动作而增大，还有可能引起误动作。
发明内容
本发明用于消除上述问题，其目的在于提供一种不使用分流电阻而实现短路保护功能的半导体器件和内置了该半导体器件的IPM。
本发明的方案1所述半导体器件，根据控制输入信号而生成控制输出信号，从而进行绝缘栅型晶体管的驱动控制，所述半导体器件包括：输出所述控制输出信号的驱动器；以及检测所述控制输出信号并控制所述驱动器的短路保护电路，使得在所述控制输出信号指示所述绝缘栅型晶体管导通后直至经过规定期间之间，在所述控制输出信号的检测电压超过规定的基准电压时，强制停止所述控制输出信号。
本发明的方案2所述的半导体器件模块包括：串联插入在高电位的第1主电源端子和低电位的第2主电源端子之间且互补地进行动作的至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管；对高电位侧的所述第1绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第1控制装置；以及对低电位侧的所述第2绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第2控制装置，所述至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管以及所述第1控制装置和第2控制装置被树脂密封在封装中，使用方案1所述的半导体器件作为所述第2控制装置。
本发明方案3所述的半导体器件模块包括：串联插入在高电位的第1主电源端子和低电位的第2主电源端子之间且互补地进行动作的至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管；对高电位侧的所述第1绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第1控制装置；以及对低电位侧的所述第2绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第2控制装置，所述至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管以及所述第1控制装置和第2控制装置被树脂密封在封装中，使用方案1所述的半导体器件作为所述第1控制装置。
根据本发明的方案1所述的半导体器件，由于包括短路保护电路，该短路保护电路对绝缘栅型晶体管的控制输出信号进行检测，并对驱动器进行控制，以在控制输出信号指示绝缘栅型晶体管的导通后直至经过规定期间之间，在控制输出信号的检测电压超过规定的基准电压时，可将控制输出信号强制地停止，所以可以简化用于短路保护的结构。
根据本发明的方案2所述的半导体器件模块，由于内置第2控制装置，该第2控制装置通过监测低电位侧的绝缘栅型晶体管的控制输出信号来检测短路状态，并在绝缘栅型晶体管变为短路状态时，将控制输出信号强制地停止，所以不需要在封装的外部设置分流电阻。因此，无论在封装上还是在第2控制装置上都不需要用于测量分流电阻的电压的电流检测端子，可以使模块小型化，同时也不需要用于除去进入分流电阻和电流检测端子的噪声的滤波电路，可以使器件整体地小型化。此外，由于不需要分流电阻，所以可以缩短从绝缘栅型晶体管的接地侧主电极至接地端子的布线长度，可以降低伴随着开关转换的电压浪涌。
根据本发明的方案3所述的半导体器件模块，由于内置第2控制装置，该第2控制装置通过监测高电位侧的绝缘栅型晶体管的控制输出信号来检测短路状态，并在绝缘栅型晶体管变为短路状态时，将控制输出信号强制地停止，所以不需要在封装的外部设置分流电阻。因此，在封装上不需要用于测量分流电阻的电压的电流检测端子，可以使模块小型化，同时也不需要用于除去进入分流电阻和电流检测端子的噪声的滤波电路，可以使器件整体地小型化。此外，由于不需要分流电阻，所以可以缩短从绝缘栅型晶体管的接地侧主电极至接地端子的布线长度，可以降低伴随着开关转换的电压浪涌。
附图说明
图1是表示本发明的逆变器模块的构成图。
图2是表示本发明实施方式1的控制装置的构成图。
图3是表示单触发脉冲发生电路的构成图。
图4是说明单触发脉冲发生电路的动作的定时图。
图5是说明本发明实施方式1的控制装置的动作的定时图。
图6是表示本发明实施方式2的控制装置的构成图。
图7是表示滤波电路的构成图。
图8是说明滤波电路的动作的定时图。
图9是说明本发明实施方式2的控制装置的动作的定时图。
具体实施方式
<采用了本发明的IPM的结构例>
在图1中，作为采用了本发明的IPM(Intelligent Power Module；智能功率模块)的一例，说明逆变器模块100的内部结构。再有，逆变器模块100为在封装PG2的两个长度侧面上各设有一列端子列的DIP(Dual-In-line Package；双列直插式封装)构造。
如图1所示，在被连接到电源PS、作为主电源端子的P-N端子间(高电位的主电源端子P和低电位的主电源端子N之间)，IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等的作为绝缘栅型开关器件的晶体管11和12、21和22、31和32(都为N沟道型)的组被推挽式连接，各自的连接节点连接到封装PG的U相、V相、W相的输出端子U、V、W。再有，在输出端子U、V、W上，例如连接三相电机M的各相。
此外，在晶体管11、12、21、22、31和32上，分别反向并联连接续流二极管111、121、211、221、311和321。
而且，为了对作为高电位侧器件的晶体管11、21和31分别进行控制，配置了控制装置HIC1、HIC2和HIC3。再有，控制装置HIC1～HIC3为所谓的HVIC(高压集成电路；High Voltage IntegratedCircuit)，由于是功能相同的控制装置，所以端子标号相同。
在晶体管11、21和31的各自的栅电极中，成为从控制装置HIC1、HIC2和HIC3各自的控制输出信号端子HO提供控制输出信号的结构。
此外，控制装置HIC1～HIC3的各基准电位端子Vs分别连接到输出端子U、V、W，同时连接到封装PG的基准电位端子VUFS、VVFS、VWFS。此外，控制装置HIC1～HIC3的各驱动电压端子VB分别连接到封装PG的驱动电压端子VUFB、VVFB、VWFB。再有，驱动电压端子VB是将高电位侧的驱动电压VB供给各HVIC内部的端子，基准电位端子VS是将高电位侧的基准电位VS供给各HVIC内部的端子。
另外，控制装置HIC1～HIC3都具有驱动电压端子VCC、接地端子COM、控制信号输入端子IN。
而且，控制装置HIC1～HIC3的各驱动电压端子VCC分别连接到封装PG的驱动电压端子VP1、VP2和VP3，各接地端子COM共同连接到封装PG的接地端子VNG。
此外，控制装置HIC1～HIC3的各驱动电压端子VCC分别连接到封装PG的控制信号输入端UP、VP和WP。
此外，在逆变器模块100内，为了控制作为低电位侧器件的晶体管12、22和32，配置控制装置LIC。再有，控制装置LIC是所谓的LVIC(低电压集成电路；Low Voltage Integrated Circuit)。
在晶体管12、22和32的各栅电极上，成为分别从控制装置LIC的控制信号输出端子UOUT、VOUT和WOUT提供控制输出信号的结构。
此外，控制装置LIC的基准电位端子VNO连接到封装PG的低电位侧的主电源端子N。再有，基准电位端子VNO是将低电位侧的基准电位(接地电位)供给控制装置LIC内部的端子。
此外，控制装置LIC具有提供用于分别控制晶体管12、22和32的控制输出信号的控制信号输入端子UIN、VIN和WIN，同时具有驱动电压端子VCC、故障端子Fo、设定从发生了短路等异常状况后直至解除保护动作的时间的差错输出时间设定端子CFo、接地端子GND。
而且，控制装置LIC的驱动电压端子VCC、故障端子Fo、差错输出时间设定端子CFo和接地端子GND分别连接到封装PG的驱动电压端子VN1、故障端子Fo、差错输出时间设定端子CFo和接地端子VNC。
此外，控制装置LIC的控制信号输入端子UIN、VIN和WIN分别连接到封装PG的控制信号输入端子UN、VN和WN。
以上说明的逆变器模块100没有以往必需的分流电阻和连接分流电阻的电流检测端子，短路保护功能为包括了模块内的LVIC或HVIC的结构。
以下，分别在本发明的实施方式1和2中，说明LVIC和HVIC具有短路保护功能的情况。
<A.实施方式1>
<A-1.装置结构>
作为本发明的实施方式1，在图2中示出了具有短路保护功能的控制装置LIC的结构。再有，在图2中，在控制装置LIC内，举例说明进行晶体管12的开关控制的电路。
如图2所示，在晶体管12的栅电极上，从控制装置LIC的控制信号输出端子UOUT提供控制输出信号，但在绝缘栅型晶体管中，如果该晶体管变为短路状态，则在控制输出信号中也成为产生影响并与正常动作状态不同的信号波形。本发明着眼于这种现象，通过监测绝缘栅型晶体管的控制输出信号来检测短路状态，并在变为短路状态时，通过强制地停止该控制输出信号，进行绝缘栅型晶体管的短路保护。
具体地说，将绝缘栅型晶体管的控制输出信号、即在驱动电压VCC和接地电位GND之间串联连接的P沟道MOS晶体管4和N沟道晶体管5构成的栅极驱动器GD的输出信号作为控制输出信号S3提供给晶体管12的栅电极，同时还作为控制输出信号S3的检测电压输入到比较电路2的+侧输入端子，并在比较电路2中，进行与提供给-侧输入端子的基准电压V1的比较，将比较结果作为比较结果信号S4来输出。再有，插入到比较电路2的+侧输入线路中的电阻R1、以及插入在该+侧输入线路和接地电位GND之间的电容器C1构成噪声滤波器。
这里，作为用于供给基准电压V1的结构，例如如图2所示，可以采用使用了恒流源CS和齐纳二极管ZD的简单结构，使用齐纳二极管ZD的齐纳电压特性，通过将驱动电压VCC箝位于要求的电压，可以获得基准电压V1。
另一方面，为了控制晶体管12，通过控制信号输入端子UIN从外部提供的控制输入信号S1经由“或非”电路G4和反相器电路G5提供给栅极驱动器GD，同时也提供给单触发脉冲发生电路1。
单触发脉冲发生电路1是将根据控制输入信号S1的上升沿的定时而上升并维持预定规定期间的高电位(H)状态的脉冲信号S2单触发式输出的电路。
这里，用图3和图4来说明单触发脉冲发生电路1的结构例和动作。
如图3所示，单触发脉冲发生电路1包括：串联连接的4个反相器电路G11、G12、G13和G14；与反相器电路G11～G14并联配置的反相器电路G15；接受反相器电路G14和G15的输出的“或”电路G16；接受“或”电路G16的输出的反相器电路G17；以及分别配置在反相器电路G11和G12的连接点与接地电位GND之间的电容器C11、以及反相器电路G12和G13的连接点与接地电位GND之间的电容器C12。
在图3中，以反相器电路G11和G15的信号输入部为A点，反相器电路G14的输出点为B点，反相器电路G15的输出点为C点，反相器电路G17的输出点为D点，并将各点的信号状态示于图4。
再有，图4所示的A点的脉冲信号相当于提供给单触发脉冲发生电路1的控制输入信号S1。
输入到反相器电路G11的脉冲信号经过反相器电路G12和G13后，因存在电容器C11而产生延迟，如图4所示，在B点成为大幅度延迟的信号。
另一方面，输入到反相器电路G15的脉冲在C点被反转输出而不发生延迟。因此，在将B点和C点的信号输入到“或”电路G16，并将“或”电路G16的输出输入到反相器电路G17时，在D点可获得具有与信号延迟幅度相当的脉冲宽度的单触发脉冲。
这样，通过将脉冲信号输入到单触发脉冲发生电路1，从而与输入的脉冲信号的上升沿同步，可以获得用于维持由电路内部的结构设定的规定期间的‘H’状态的脉冲。
这里，返回到图2进行说明。单触发脉冲发生电路1输出的脉冲信号S2与比较电路2输出的比较结果信号S4一起提供给“与非”电路G1，“与非”电路G1的输出经由反相器电路G2作为信号S5被提供给RS触发电路3的置位输入(S)。
此外，在RS触发电路3的复位输入(R)上，提供经由反相器电路G3反转的控制输入信号S1，RS触发电路3的Q输出提供给“或非”电路G4的一个输入。
在“或非”电路G4的另一输入上，提供经由反相器电路G3反转的控制输入信号S1，“或非”电路G4的输出经由反相器电路G5，反转后提供给P沟道晶体管MOS晶体管4和N沟道MOS晶体管5的栅电极。再有，在图2中栅极驱动器GD以外的部件构成短路保护电路SP。
<A-2.装置动作>
下面，参照图2，同时使用图5所示的定时图，说明控制装置LIC的动作。
通过控制信号输入端子UIN从外部提供的控制输入信号S1，根据其上升沿使晶体管12导通，晶体管12在该控制输入信号S1处于高电位状态的期间保持导通状态。
因此，如图5所示，从栅极驱动器GD输出的控制输出信号S3根据控制输入信号S1的上升沿而上升。然后，在控制输出信号S3的电压超过晶体管12的阈值时晶体管12成为导通状态，晶体管12的集电极-发射极间电压下降，所以镜像效应产生的控制输出信号S3的电压在规定期间被箝位到恒定电压，然后控制输出信号S3的电压上升至与栅极驱动器GD的驱动电压VCC大致相等的值。然后，根据控制输入信号S1的下降沿而下降，使晶体管12截止。
这样，作为IGBT等的绝缘栅型开关器件的晶体管12，在正常地动作时，具有从其控制输出信号S3上升起规定期间被箝位于恒定电压的特性。
这里，控制输出信号S3还被提供给比较电路2并与基准电压V1进行比较，如果控制输出信号S3的电压超过基准电压V1，则比较电路2使作为其输出的比较结果信号S4为有效状态，设这种情况下为高电位‘H’状态。该状态在控制输出信号S3的电压超过基准电压V1的期间被维持。因此，在图2所示的晶体管12正常动作的情况(正常时)中，控制输出信号S3经过箝位期间后电压开始增加，超过基准电压V1时比较电路2输出比较结果信号S4。然后，控制输出信号S3开始下降，低于基准电压V1时，比较结果信号S4也下降。
这样，在晶体管12正常地动作时，在控制输出信号S3的电压经过箝位期间后从比较电路2输出的比较结果信号S4成为有效状态。再有，将基准电压V1设定为比驱动电压VCC低、比箝位电压高的值。作为一例，采用将箝位电压增加50％左右的值。
这里，单触发脉冲发生电路1输出根据控制输入信号S1的上升沿而成为有效状态的脉冲信号S2，但有效状态被设定成使这种情况下处于‘H’状态的期间t1与控制输出信号S3被箝位在恒定电压的期间大致相等。因此，在晶体管12正常时脉冲信号S2和比较电路2输出的比较结果信号S4不同时变为有效状态，所以在RS触发电路3的置位输入上提供的信号S5维持低电位(‘L’)，RS触发电路3的Q输出也维持‘L’状态。因此，控制输出信号S3也被维持，晶体管12的导通状态被维持。
这样，通过设定期间t1，即使在晶体管12正常时控制输出信号S3超过基准电压V1，也可以防止晶体管12被强制地截止。
另一方面，在晶体管12的源-漏间为短路状态时晶体管12导通的情况下，或在晶体管12上推挽连接的晶体管11(图1)为导通状态时晶体管12导通的情况下(支路短路)，在控制输出信号S3中不存在电压的箝位期间，控制输出信号S3的电压急速地上升至与驱动电压VCC大致相等的值。在图5中将该状态作为短路时的控制输出信号S3的波形来表示。
如图5所示，在晶体管12的短路时，控制输出信号S3的电压急速地上升，从而超过比较电路2的基准电压V1，使从比较电路2输出的比较结果信号S4为有效状态。
此时，从单触发脉冲发生电路1根据控制输入信号S1的上升沿而输出脉冲信号S2，但在脉冲信号S2有效状态的期间中比较结果信号S4也有效，所以存在脉冲信号S2和比较结果信号S4同时为有效状态的期间，该期间提供给RS触发电路3的置位输入上的信号S5为‘H’状态。其结果，RS触发电路3的Q输出改变为‘H’状态，使栅极驱动器GD的P沟道MOS晶体管4导通，N沟道MOS晶体管5成为导通状态，控制输出信号S3成为‘L’状态而晶体管12被强制地截止。再有，由于信号S5将栅极驱动器GD的控制输出信号S3的有效输出停止，所以有时也称为停止信号。
<A-3.效果>
如以上说明，在具备短路保护功能的控制装置LIC中，通过对构成主电路的晶体管12的控制输出信号S3进行监测而检测短路状态，并在晶体管12变为短路状态时，由于可将控制输出信号S3强制地停止，所以在逆变器模块100中，不需要如以往的IPM那样在封装PG(图1)的外部设置分流电阻。因此，无论在封装PG中还是在控制装置LIC中，都不需要用于测量分流电阻的电压的电流检测端子，可以将模块小型化，同时也不需要用于除去进入分流电阻和电流检测端子的噪声的滤波电路，所以可以将装置整体地小型化。
此外，由于不需要分流电阻，所以可以缩短从开关器件的接地侧主电极至接地端子的布线长度，可以降低伴随开关器件的开关转换的电压浪涌。
<B.实施方式2>
<B-1.装置结构>
作为本发明的实施方式2，图6中表示具备短路保护功能的控制装置HIC1的结构。再有，图6所示的控制装置HIC1是进行晶体管11的开关控制的电路，图1所示的控制装置HIC2和HIC3也具有同样的功能。
如图6所示，在晶体管11的栅电极上，作为控制输出信号S13，从控制信号输出端子HO供给由驱动电压VB和基准电位VS之间串联连接的P沟道MOS晶体管17和N沟道MOS晶体管18构成的栅极驱动器GD1的输出信号，同时控制输出信号S13还被电阻R11和电阻R12进行电阻分配并作为控制输出信号S13的检测电压而输入到比较电路13的+侧输入端。
在比较电路13中，进行与提供给一侧输入端子的基准电压V1的比较，并将比较结果作为比较结果信号S14输出。再有，作为用于供给基准电压V1的结构，采用图2所示的结构就可以。
这里，为了对控制输出信号S13进行电阻分配，在控制信号输出端子HO和基准电位VS之间，将电阻R11和电阻R12以形成串联来设置，电阻R11和电阻R12的连接点被连接到传输门15的输入端。此外，电阻R12的基准电位侧端部被连接到传输门16的输入端，传输门15和16的输出端被连接到比较电路13的+侧输入端子。
这样，通过包括对控制输出信号S13进行电阻分配的结构，可以检测所谓高电位侧器件的晶体管11的控制输出信号S13。
再有，传输门15和16根据滤波电路19输出的脉冲信号S12，选择并输出对控制输出信号S13进行了电阻分配的电压和接地电位，所以将其称为信号选择部SL。
此外，通过将滤波电路19输出的脉冲信号S12用反相器电路G24进行反转，成为以下结构：从而可以获得传输门15和16的控制信号S122，向传输门15的反转栅极和传输门16的栅极提供控制信号S122，向传输门15的栅极和传输门16的反转栅极提供由反相器电路G25再次将控制信号S122进行反转后所得的信号。
为了控制晶体管11，通过控制信号输入端子IN从外部提供的控制输入信号S10被提供给用于电平移动的电平移动装置11。
即，晶体管11是高电位侧的器件，其基准电位由基准电位端子Vs供给。因此，以接地电位作为基准生成的控制输入信号S10需要通过电平移动装置11电平移动到高电位侧。
电平移动装置11根据提供的控制输入信号S10，生成用于指示晶体管11的导通和截止的定时的单触发脉冲信号。再有，该单触发脉冲信号通过电平移动装置11内的高耐压晶体管而电平移动到以高电位作为基准的信号，作为单触发脉冲信号S21和S22输出。
然后，单触发脉冲信号S21和S22被分别提供给RS触发电路12的置位输入(S)和复位输入(R)，从RS触发电路12的Q输出作为与控制输入信号S10同等的电平移动后信号S11被输出。
电平移动后信号S11经由反相器电路G21、“或非”电路G22和反相器电路G23被提供给栅极驱动器GD1，同时也被提供给RS触发电路14的复位输入。
另一方面，在RS触发电路14的置位输入上，提供比较结果信号S14，RS触发电路14的Q输出被提供给“或非”电路G22的一个输入。
在“或非”电路G22的另一输入上，提供经由反相器电路G21反转的电平移动后信号S11，“或非”电路G22的输出经由反相器电路G23被反转，提供给P沟道MOS晶体管17和N沟道MOS晶体管18的栅电极。
这里，用图7和图8来说明作为脉冲发生电路起作用的滤波电路19的结构例和动作。
如图7所示，滤波电路19包括：恒流源CS1；漏极连接到恒流源CS1、源极连接到基准电位VS的N沟道MOS晶体管Q1；接受从RS触发电路12输出的电平移动后信号S11，将该信号S11反转后提供给晶体管Q1的栅电极的反相器电路G31；晶体管Q1的漏极连接到+侧输入端子的比较电路191；在晶体管Q1的漏极和基准电位VS之间插入的电容器C21；接受比较电路191的输出信号S121的反相器电路G32；接受反相器电路G32的输出和RS触发电路12输出的电平移动后信号S11的“与非”电路G33；以及将“与非”电路G33的输出反转后作为脉冲信号S12输出的反相器电路G34。
下面，说明有关动作。电平移动后信号S11变为‘H’状态，晶体管Q1截止时，电流从恒流源CS流过，以将电容器C21充电。然后，在电容器C21的电压超过被提供给比较电路191的基准电压VREF的值时，比较电路191的输出信号S121成为‘H’状态。再有，直至信号S121的上升沿的时间，根据电容器C21的电容量和基准电压VREF的值来设定。
如图8所示，电平移动后信号S11处于‘H’状态，信号S121处于‘L’状态的期间，脉冲信号S12为‘H’状态(有效状态)，该期间t1是使短路保护功能起作用的期间，对其进行设定，以使其与控制输出信号S13被箝位于恒定电压的期间大致相等。
此外，在图6中，栅极驱动器GD1、电平移动装置11和RS触发电路12以外的部件构成短路保护电路SP1。
<B-2.装置动作>
下面，参照图6，同时用图9所示的定时图，说明控制装置HIC1的动作。
通过控制信号输入端子IN从外部提供的控制输入信号S10，通过电平移动装置11，被变换为根据其上升沿而上升的单触发脉冲信号S21、以及根据其下降沿而上升的单触发脉冲信号S22。
然后，单触发脉冲信号S21和S22被提供给RS触发电路12，成为电平移动后信号S11。
电平移动后信号S11根据其上升沿而使晶体管11导通，该信号S11为高电位状态期间，晶体管11保持导通状态。
如图9所示，从栅极驱动器GD1输出的控制输出信号S13根据电平移动后信号S11的上升沿而上升，由于电平移动后信号S11基本上与控制输入信号10相同，所以有时也将电平移动后信号S11称为控制输入信号。
再有，对于晶体管11的正常动作时和短路时的控制输出信号S13的波形，由于与实施方式1中说明的控制输出信号S3相同，所以省略说明。再有，在图9中，为了比较控制输出信号S13和基准电压V1而示出，但这是简单的论述，实际上将控制输出信号S13的分压电压和基准电压V1进行比较。
控制输出信号S13被电阻R11和R12分压后提供给比较电路13并与基准电压V1进行比较，而在滤波电路19输出的脉冲信号S12为‘L’的期间，由于传输门16导通，所以在比较电路13上提供基准电位VS，比较电路13输出的比较结果信号S14始终为‘L’状态。
另一方面，在脉冲信号S12为‘H’的期间，由于传输门15导通，所以在比较电路13上提供控制输出信号S13的分压电压，比较电路13输出的比较结果信号S14根据该分压电压和基准电压V1的比较结果而为‘H’或‘L’状态。
即，在控制输出信号S13的分压电压超过基准电压V1时，比较电路13使作为其输出的比较结果信号S14为有效状态，设这种情况为‘H’状态。
在晶体管11的短路时，控制输出信号S13的电压急速地上升，其分压电压超过比较电路13的基准电压V1，但此时脉冲信号S12为‘H’状态，所以比较电路13使作为其输出的比较结果信号S14为‘H’状态(有效状态)。该状态在控制输出信号S13的分压电压超过基准电压V1的期间被维持。其结果，RS触发电路14的Q输出改变为‘H’状态，栅极驱动器GD1的P沟道MOS晶体管17导通，从而N沟道MOS晶体管18变为导通状态，控制输出信号S13变为‘L’状态，晶体管11被强制地截止。再有，由于信号S13将栅极驱动器GD1的控制输出信号S13的有效输出停止，所以有时也将其称为停止信号。
再有，在晶体管11正常动作(正常时)中，电压经过控制输出信号S13的箝位期间开始增加，超过基准电压V1，但在该时刻脉冲信号S12为‘L’状态，所以比较结果信号S14为‘L’状态。其结果，RS触发电路14的Q输出维持‘L’状态，控制输出信号S13维持‘H’状态，所以晶体管11维持导通状态。
<B-3.效果>
如以上说明，在具备短路保护功能的控制装置HICI中，由于通过对构成主电路的晶体管11的控制输出信号S13进行监测来检测短路状态，并在晶体管11变为短路状态时，可将控制输出信号S13强制地停止，所以在逆变器模块100中，不需要如以往那样在封装PG(图1)的外部上设置分流电阻。因此，不需要在封装PG上设置用于测量分流电阻的电压的电流检测端子，可以将模块小型化，同时也不需要用于除去进入分流电阻和电流检测端子的噪声的滤波电路，可以将装置整体地小型化。
此外，由于不需要分流电阻，所以可以缩短从开关器件的接地侧主电极至接地端子的布线长度，可以降低与开关器件的开关转换相伴的电压浪涌。
此外，由于通过滤波电路19来设定使短路保护功能起作用的期间t1，并仅在该期间t1对控制输出信号S13进行监测，所以可以减轻在监测系统上施加的负担。
<B-4.变形例>
以上说明的实施方式2以对HVIC的应用作为前提，但也可以应用于LVIC。
这种情况下，不需要电平移动装置11和RS触发12，取代电平移动后信号S11，将控制输入信号S1提供给反相器电路G21和滤波电路19。因而，取代基准电位VS，使用接地电位GND。
此外，在以上说明的实施方式1和2中，各种信号采用相对于控制输入信号没有延迟的信号，但例如还存在脉冲信号S2相对于控制输入信号S1多少产生了延迟的情况，即使是这样的情况，在本发明的作用上也不产生妨碍。
此外，在以上说明的实施方式1和2中，绝缘栅型晶体管11和12、21和22、31和32都作为N沟道型进行了说明，但也可以用P沟道型来构成它们。

Claims (7)

1.一种半导体器件，根据控制输入信号而生成控制输出信号，从而进行绝缘栅型晶体管的驱动控制，所述半导体器件包括：
输出所述控制输出信号的驱动器；以及
检测所述控制输出信号并控制所述驱动器的短路保护电路，使得在所述控制输出信号指示所述绝缘栅型晶体管导通后直至经过规定期间之间，在所述控制输出信号的检测电压超过规定的基准电压时，强制停止所述控制输出信号。
2.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述短路保护电路包括：
脉冲发生电路，接受所述控制输入信号并根据所述控制输入信号指示所述绝缘栅型晶体管的导通的定时而在所述规定期间输出有效的第1脉冲信号；
比较电路，接受所述控制输出信号的检测电压并与所述基准电压进行比较，输出在所述控制输出信号的检测电压超过所述基准电压的期间内成为有效的第2脉冲信号；以及
逻辑电路，接受所述第1和第2脉冲信号，在所述第1脉冲信号有效的期间内所述第2脉冲信号成为有效时，输出使所述控制输出信号的输出强制停止的停止信号。
3.如权利要求1所述的半导体器件，其中，所述短路保护电路包括：
脉冲发生电路，接受所述控制输入信号并根据所述控制输入信号指示所述绝缘栅型晶体管的导通的定时而在所述规定期间输出有效的第1脉冲信号；
信号选择部，接受所述控制输出信号的检测电压和比所述基准电压低的规定电压并根据所述第1脉冲信号选择输出其中的一个电压；以及
比较电路，接受所述信号选择部的所述输出并与所述基准电压进行比较，输出在所述输出超过所述基准电压的期间内成为有效的第2脉冲信号，
所述信号选择部接受所述第1脉冲信号，在所述第1脉冲信号有效的期间内选择所述控制输出信号的检测电压，而在除此以外的期间内选择输出比所述基准电压低的规定电压，
所述比较电路仅在所述第1脉冲信号有效的期间内接受所述控制输出信号的检测电压，在所述控制输出信号的检测电压超过所述基准电压时使所述第2脉冲信号有效，
所述第2脉冲信号在其有效的情况下，具有作为使所述控制输出信号的输出强制停止的停止信号的功能。
4.如权利要求3所述的半导体器件，其中，所述控制输出信号的检测电压通过串联连接在所述驱动器的输出端和基准电位之间的分配电阻来检测。
5.如权利要求2或权利要求3所述的半导体器件，其中，根据所述绝缘栅型晶体管正常动作时所述控制输出信号的电压被箝制到恒定电压的期间来设定所述第1脉冲信号成为有效的所述规定期间。
6.一种半导体器件模块，包括：
串联插入在高电位的第1主电源端子和低电位的第2主电源端子之间且互补地进行动作的至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管；
对高电位侧的所述第1绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第1控制装置；以及
对低电位侧的所述第2绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第2控制装置，
所述至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管以及所述第1控制装置和第2控制装置被树脂密封在封装中，
使用权利要求2或权利要求3所述的半导体器件作为所述第2控制装置。
7.一种半导体器件模块，包括：
串联插入在高电位的第1主电源端子和低电位的第2主电源端子之间且互补地进行动作的至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管；
对高电位侧的所述第1绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第1控制装置；以及
对低电位侧的所述第2绝缘栅型晶体管进行驱动控制的第2控制装置，
所述至少一组第1绝缘栅型晶体管和第2绝缘栅型晶体管以及所述第1控制装置和第2控制装置被树脂密封在封装中，
使用权利要求4所述的半导体器件作为所述第1控制装置。
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