DE10159175A1

DE10159175A1 - Halbleiterbauelement

Info

Publication number: DE10159175A1
Application number: DE10159175A
Authority: DE
Inventors: Mitsuhara Tabata
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-12-03
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2021-12-04
Also published as: US20020141126A1; DE10159175B4; JP4219567B2; JP2002300017A; US6680835B2

Abstract

Ziel ist die Bereitstellung eines Halbleiterbauelements, das ein Kurzschlußschutzsystem aufweist, das die Detektiergenauigkeit eines Kollektorstroms verbessern kann, so daß ein zuverlässiger Kurzschlußschutz durchgeführt werden kann. Ein IGBT (1) mit einem Kollektor (C), der mit einem Anschluß (T1) verbunden ist, und einem Emitter (E), der mit einem Anschluß (T2) verbunden ist, ist vorgesehen und hat einen Abfühlemitter (SE), der mit dem Anschluß (T2) durch einen Stellwiderstand (VR1) verbunden ist, der ein Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich sein soll. Ein Abfühlpotential wird an einem Ende an der Abfühlemitter-SE-Seite des Stellwiderstands (VR1) abgegeben und einem Anschluß (T11) eines Stromverhältnisdetektierbereichs (15) zugeführt. Ein Gate des IGBT (1) ist mit einem Anschluß (T3) verbunden, und ein Ausgang des Stromverhältnisdetektierbereichs (15) ist mit einem Anschluß (T4) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement, insbesonde re eines, das eine Kurzschlußschutzfunktion hat, um einen Kurzschluß eines Halbleiterelements wie etwa eines Isolier schicht-Bipolartransistors (IGBT) zu verhindern.

In einem IGBT, in dem als Hauptstrom ein großer Strom fließt, ist ein Abfühlemitter zum Messen eines Stroms sepa rat von einem Emitter, in dem der Hauptstrom fließt, vorge sehen, und der Hauptstrom kann indirekt durch Abfühlen eines Stroms (Meßstroms) des Abfühlemitters überwacht werden, wo bei durch einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich eine Um wandlung in eine Spannung erfolgt.

Als Beispiel der Strom-Spannungs-Umwandlung zeigt Fig. 9 ei nen Aufbau unter Verwendung eines Widerstands. In Fig. 9 ist ein IGBT 1 vorgesehen, der einen mit einem Anschluß T1 ver bundenen Kollektor C und einen mit einem Anschluß T2 verbun denen Emitter E hat und ferner einen mit dem Anschluß T2 durch einen Widerstand R101 verbundenen Abfühlemitter SE hat, wobei der Widerstand R101 ein Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich CV1 ist. Ein Anschluß T5 zur Abgabe einer Abfühlemitterspannung ist mit einem Ende der Abfühlemitter- SE-Seite des Widerstands R101 verbunden. Der IGBT hat ein Gate, das mit einem Anschluß T3 verbunden ist.

Als Beispiel der Strom-Spannungs-Umwandlung zeigt Fig. 10 einen Aufbau unter Verwendung einer Stromspiegelschaltung. In Fig. 10 haben Elemente, die gleich denen von Fig. 9 sind, die gleichen Bezugszeichen und werden nicht erneut beschrie ben.

In Fig. 10 ist ein Abfühlemitter SE eines IGBT 1 mit einem Kollektor eines Transistors Q2 unter Bildung eines Strom- Spannungs-Umwandlungsbereichs CV2 verbunden. Der Transistor Q2 ist mit einem Transistor Q1 gepaart unter Bildung der Stromspiegelschaltung, und beide Gates sind mit dem Abfühl emitter SE in Gateschaltung verbunden, und beide Emitter sind mit einem Anschluß T2 in Emitterschaltung verbunden.

Ein Kollektor des Transistors Q1 ist mit einer positiven Elektrode einer Konstantspannungsquelle PS durch einen Wi derstand R102 verbunden, eine negative Elektrode der Kon stantspannungsquelle PS ist mit dem Anschluß T2 verbunden, und ein Anschluß T5 zur Abgabe einer Abfühlemitterspannung ist mit einem Ende der Transistor-Q1-Seite des Widerstands R102 verbunden.

Der durch die Stromspiegelschaltung gebildete Strom- Spannungs-Umwandlungsbereich CV2 kann einen Spannungsabfall bei einer Strom-Spannungs-Umwandlung zur Durchführung einer Messung verringern.

Fig. 11 ist ein Schaltbild, das einen Aufbau einer Kurz schlußschutzschaltung zur Messung einer Abfühlemitterspan nung als Kurzschlußschutz unter Verwendung eines Widerstands R101 als Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich zeigt.

In Fig. 11 wird eine Abfühlemitterspannung, die an einem En de der Abfühlemitter-SE-Seite des Widerstands R101 abgegeben wird, einem Eingang an der positiven Seite eines Komparators C101 zugeführt, und eine positive Elektrode einer Konstant spannungsquelle PS ist mit einem Eingang an der negativen Seite des Komparators C101 verbunden.

Ein Ausgang des Komparators C101 ist mit einer Kathode einer Diode D101 verbunden, und eine Anode der Diode C101 ist mit einem Gate eines IGBT 1 verbunden.

Bei einer so aufgebauten Kurzschlußschutzschaltung wird eine von der Konstantspannungsquelle PS zugeführte vorbestimmte Spannung mit der Abfühlemitterspannung verglichen. Wenn die Abfühlemitterspannung höher als die vorbestimmte Spannung ist, wird entschieden, daß ein abnormaler Abfühlemitterstrom fließt. Somit wird ein Strom von dem Gate des IGBT 1 zu ei nem Emitter durch die Diode D101 zum Fließen gebracht, wo durch die Gatespannung abfällt und der Kollektorstrom des IGBT 1 verringert wird.

Ein Problem dabei ist, daß davon ausgegangen wird, daß der Abfühlemitterstrom eine besonders einfache Korrelation mit dem Kollektorstrom hat.

Insbesondere erhöht sich ein elektrisches Potential des Ab fühlemitters SE bei Detektierung des Meßstroms in einer tat sächlichen Schaltung. In manchen Fällen, in denen ein elek trisches Potential eines Kollektors C niedrig ist, werden also beispielsweise die elektrischen Potentiale des Kollek tors C und des Abfühlemitters SE unzureichend, so daß der Abfühlemitterstrom selbst dann als klein gemessen wird, wenn ein hoher Kollektorstrom fließt. Daher wird die Detektierge nauigkeit des Kollektorstroms vermindert, und in manchen Fällen kann kein ausreichender Schutz erhalten werden. Fer ner wird durch einen Anstieg einer Kollektorspannung der Ab fühlemitterstrom bei Beginn eines Schutzvorgangs rasch er höht, so daß der Schutzvorgang gefördert wird. Außerdem wird eine positive Rückkopplung, bei der die Gatespannung verrin gert wird, um die Kollektorspannung zu erhöhen, erzeugt, und der Abfühlemitterstrom steigt rasch an mit einer Verzögerung der Wirkung einer Schutzschaltung, was in einigen Fällen zu einer Fehlfunktion führt.

Außerdem wird der Kollektorstrom durch die ungenaue Detek tierung des Kollektorstroms sehr schnell vermindert. In dem IGBT, der beispielsweise zur Steuerung eines großen Stroms verwendet wird, ergibt sich das Problem, daß eine hohe Stoß spannung erzeugt wird.

Zur Lösung dieser Probleme ist auch eine Konstruktion zur Detektierung einer Kollektorspannung vorgeschlagen worden. Der Kollektor des IGBT ist jedoch auf der Hochpotentialseite angeordnet. Daher wird eine einer Hochspannung entsprechende Detektierschaltung benötigt, so daß die Herstellungskosten steigen und viel Raum zum Vorsehen der Detektierschaltung erforderlich ist, was dazu führt, daß das Bauelement größer wird. Außerdem werden Gegenmaßnahmen gegen Rauschen, das von verschiedenen Schaltkreisen auf der Hochpotentialseite stammt, kompliziert.

Die offengelegte JP-Patentanmeldung Nr. 11-299218 (1999) zeigt eine Konstruktion, bei der ein Abfühlemitter und ein Emitter in einem IGBT von einem Operationsverstärker schein bar kurzgeschlossen werden, wodurch eine Schwankung in einer Abfühlemitterspannung vermieden wird. Zur Implementierung einer solchen Konstruktion muß eine Energieversorgung be reitgestellt werden, deren Potential niedriger als ein Emit terpotential ist. Wenn ferner die Konstruktion als monolit hische integrierte Schaltung implementiert werden soll, stellt sich das Problem, daß eine Gegenmaßnahme gegen Rau schen kompliziert wird, weil ein Emitterpotential, das ein ursprüngliches Massepotential sein soll, ein Zwischenpoten tial einer Energieversorgung der monolithischen integrierten Schaltung ist.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbau element, das einen Transistor mit einem Abfühlemitter sowie ein Schutzsystem für die Durchführung einer Schutzoperation zur Detektierung eines zu dem Abfühlemitter fließenden Meß stroms für die Steuerung eines Kollektorstroms aufweist, wo bei das Schutzsystem aufweist: einen Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich, der einen Stellwiderstand zur Umwandlung des Meßstroms in verschiedene Spannungen durch Ändern eines Widerstandswerts des Widerstands hat, so daß eine Vielzahl von Meßspannungen erzeugt wird, und einen Stromverhältnisde tektierbereich zum Empfang der von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegebenen Meßspannungen und von Infor mation über einen Widerstandswert des Stellwiderstands ent sprechend den Meßspannungen, wodurch ein Verhältnis jeder der Meßspannungen zu jedem der Widerstandswerte errechnet und ein Änderungsbetrag des so errechneten Verhältnisses de tektiert wird.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft das Halbleiterbau element gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei ein Wi derstandswert des Stellwiderstands in Abhängigkeit von einem Spannungssignal, das sich auf zeitlicher Basis ändert, geän dert wird, und wobei die Information über den Widerstands wert des Stellwiderstands das auf zeitlicher Basis sich än dernde Spannungssignal ist, und wobei der Widerstandswert des Stellwiderstands und das sich auf zeitlicher Basis än dernde Spannungssignal eine proportionale Beziehung haben.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbau element, das folgendes aufweist: einen Transistor mit einem Abfühlemitter und ein Schutzsystem zur Durchführung eines Schutzvorgangs für die Detektierung eines zu dem Abfühlemit ter fließenden Meßstroms zur Steuerung eines Kollektor stroms, wobei das Schutzsystem folgendes aufweist: einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich zur Umwandlung des Meß stroms in eine Spannung und zur Abgabe der Spannung, einen Spannungs-Zwangsänderungsbereich zum Anlegen von externen Spannungen mit unterschiedlichen Werten an den Abfühlemitter und zum zwangsläufigen Ändern eines Abfühlemitterpotentials durch den Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich, so daß die so geänderten Spannungen als eine Vielzahl von Meßspannungen von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich abgegeben werden, und einen Stromverhältnisdetektierbereich zum Empfang der von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich abgegebenen Meß spannungen und von Information über die den Meßspannungen entsprechenden externen Spannungen, so daß ein Verhältnis jeder der Meßspannungen zu jeder der externen Spannungen er rechnet und ein Änderungsbetrag des so errechneten Verhält nisses detektiert wird.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft das Halbleiterbau element nach dem dritten Aspekt der Erfindung, wobei der Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich eine Stromspiegelschal tung ist, die einen mit dem Abfühlemitter verbundenen Ein gangsbereich hat, die externe Spannung von einem Stellwider stand erzeugt wird, der zwischen ein Abgabeende einer Span nungsquelle der Stromspiegelschaltung und den Abfühlemitter geschaltet ist, wobei ein Widerstandswert des Stellwider stands in Abhängigkeit von einem Spannungssignal, das sich auf einer zeitlichen Basis ändert, geändert wird, und der Widerstandswert des Stellwiderstands und das auf zeitlicher Basis sich ändernde Spannungssignal eine proportionale Be ziehung haben.

Ein fünfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbau element, das einen Transistor mit einem Abfühlemitter und ein Schutzsystem zur Durchführung einer Schutzoperation für die Detektierung eines zu dem Abfühlemitter fließenden Meß stroms zur Steuerung eines Kollektorstroms hat, wobei das Schutzsystem aufweist: einen Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich, der einen widerstandsveränderlichen Be reich zur Umwandlung des Meßstroms in verschiedene Spannun gen durch Änderung seines Widerstandswerts hat, so daß eine Vielzahl von Meßspannungen erzeugt wird, einen Spannungskom parator zur Eingabe der von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegebenen Meßspannungen, der zwei durch eine Hysterese vorgegebene hohe und niedrige Vergleichspo tentiale hat, und eine Verbindungseinrichtung zum elektri schen Verbinden eines Gates des Transistors mit einem vorbe stimmten elektrischen Potential auf der Basis eines Aus gangssignals des Spannungskomparators.

Ein sechster Aspekt der Erfindung betrifft das Halbleiter bauelement gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung, wobei der widerstandsveränderliche Bereich einen ersten und eine zwei ten Widerstand, die in Reihe zwischen den Abfühlemitter und einen Emitter des Transistors geschaltet sind, und ein Schaltelement aufweist, das mit einem von dem ersten und dem zweiten Widerstand elektrisch parallelgeschaltet ist, wobei ein EIN/AUS-Betrieb des Schaltelements auf der Basis des Ausgangssignals des Spannungskomparators gesteuert wird.

Ein siebter Aspekt der Erfindung richtet sich auf das Halb leiterbauelement gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung, wo bei die Verbindungseinrichtung eine Diode ist, die eine mit dem Ausgang des Spannungskomparators verbundene Kathode und eine mit dem Gate des Transistors verbundene Anode hat.

Ein achter Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbau element, das einen Transistor mit einem Abfühlemitter und ein Schutzsystem zur Durchführung eines Schutzbetriebs für die Detektierung eines zu dem Abfühlemitter fließenden Meß stroms zur Steuerung eines Kollektorstroms hat, wobei das Schutzsystem aufweist: einen Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich mit einem widerstandsveränderlichen Be reich zur Umwandlung des Meßstroms in verschiedene Spannun gen durch Änderung seines Widerstandswerts, so daß eine Vielzahl von Meßspannungen erzeugt wird, einen ersten und einen zweiten Spannungskomparator zur Eingabe der von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich abgegebenen Meßspannun gen, eine Impulsverlängerungsschaltung, die mit einer Aus gangsseite des ersten Spannungskomparators verbunden ist und dazu dient, einen für eine solche Änderung erforderlichen Zeitraum zu verlängern, so daß ein Zeitraum, in dem ein Aus gang des ersten Spannungskomparators von einem zweiten Po tential zu einem ersten Potential geändert wird, länger als ein Zeitraum ist, in dem das Ausgangssignal des ersten Span nungskomparators von dem ersten Potential zu dem zweiten Po tential geändert wird, eine veränderliche Gleichstromversor gung zum Ändern einer Vergleichsspannung des zweiten Span nungskomparators auf der Basis des Ausgangssignals des er sten Spannungskomparators, und eine Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden eines Gates des Transistors mit einem vorbestimmten elektrischen Potential auf der Basis ei nes Ausgangssignals des zweiten Spannungskomparators.

Ein neunter Aspekt der Erfindung betrifft das Halbleiterbau element gemäß dem achten Aspekt der Erfindung, wobei der wi derstandsveränderliche Bereich aufweist: einen ersten und einen zweiten Widerstand, die zwischen den Abfühlemitter und einen Emitter des Transistors in Reihe geschaltet sind, und ein Schaltelement, das mit einem von dem ersten und dem zweiten Widerstand elektrisch parallel geschaltet ist, wobei ein EIN/AUS-Betrieb des Schaltelements auf der Basis des Ausgangssignals des ersten Spannungskomparators gesteuert wird.

Ein zehnter Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbau element gemäß dem achten Aspekt der Erfindung, wobei die Verbindungseinrichtung eine Diode ist, die eine mit dem Aus gang des zweiten Spannungskomparators verbundene Kathode und eine mit dem Gate des Transistors verbundene Anode hat.

Ein elfter Aspekt der Erfindung betrifft ein Halbleiterbau element, das einen Transistor mit mindestens zwei Abfühl emittern und ein Schutzsystem zur Durchführung eines Schutz vorgangs zum Detektieren eines zu den mindestens zwei Ab fühlemittern fließenden Meßstroms hat, um einen Kollektor strom zu steuern, wobei das Schutzsystem folgendes aufweist: einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich zur Umwandlung des zu den mindestens zwei Abfühlemittern fließenden Meßstroms in Spannungen, so daß mindestens zwei Meßspannungen erzeugt werden, die voneinander verschieden sind, und einen Strom verhältnisdetektierbereich zum Empfang der mindestens zwei Meßspannungen, die von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegeben werden, so daß ein Verhältnis der mindestens zwei Meßspannungen errechnet wird.

Ein zwölfter Aspekt der Erfindung betrifft das Halbleiter bauelement nach dem elften Aspekt der Erfindung, wobei der Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich mindestens zwei Wider stände aufweist, die unterschiedliche Widerstandswerte haben und die zwischen die mindestens zwei Abfühlemitter und einen Emitter des Transistors geschaltet sind.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung empfängt der Stromver hältnisdetektierbereich eine Vielzahl von Meßspannungen, die von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich abgegeben werden, und Information über den Widerstandswert des Stellwider stands in Übereinstimmung mit den Meßspannungen, um dadurch das Verhältnis jeder der Meßspannungen zu jedem der Wider standswerte zu errechnen und den entsprechenden Änderungsbe trag zu errechnen. Somit kann ein Muster eines Kurzschlußzu stands des Transistors auf der Basis des Änderungsbetrags bekannt sein. Infolgedessen wird ein Kurzschlußschutzvorgang entsprechend dem Muster der Kurzschlußzustände ausgeführt. Es ist somit möglich, den Kurzschlußschutzvorgang unter Be rücksichtigung einer Differenz des Kurzschlußzustands in Ab hängigkeit von dem Wert einer Kollektorspannung zu implemen tieren. Ferner ist es nicht notwendig, die Kollektorspannung zu detektieren. Daher ist eine Detektierschaltung entspre chend einer hohen Spannung und mit großen Raumbedarf für die Bereitstellung der Detektierspannung nicht erforderlich, die Fertigungskosten können verringert werden, und es kann ver hindert werden, daß das Bauelement größer gebaut werden muß.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine praktikable Konfiguration für die Änderung des Widerstands werts des Stellwiderstands zu erhalten. Ferner wird die In formation über den Widerstandswert des Stellwiderstands durch das Spannungssignal gegeben, das sich auf zeitlicher Basis ändert und mit dem Widerstandswert des Stellwider stands eine proportionale Beziehung hat. Es ist somit mög lich, eine betriebsmäßige Verarbeitung oder dergleichen in dem Stromverhältnisdetektierbereich auszuführen.

Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird eine Vielzahl von Meßspannungen, die von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegeben werden, und Information über externe Spannungen, die den Meßspannungen entsprechen, emp fangen, um ein Verhältnis jeder der Meßspannungen zu jeder der externen Spannungen zu errechnen und den Änderungsbetrag derselben zu detektieren. Infolgedessen ist es möglich, ein Muster eines Kurzschlußzustands des Transistors auf der Ba sis des Änderungsbetrags zu erkennen. Somit wird ein Kurz schlußschutzvorgang in Übereinstimmung mit dem Muster des Kurzschlußzustands ausgeführt. Es ist somit möglich, den Kurzschlußschutzvorgang unter Berücksichtigung einer Unter schiedlichkeit im Kurzschlußzustand in Abhängigkeit von dem Wert einer Kollektorspannung zu implementieren. Außerdem ist es nicht erforderlich, die Kollektorspannung zu detektieren. Daher ist eine Detektierschaltung, die einer hohen Spannung entspricht und viel Platz zum Einbau benötigt, nicht erfor derlich, die Herstellungskosten können verringert werden, und das Bauelement braucht nicht größer gebaut zu werden.

Gemäß dem vierten Aspekt der Erfindung wird die Stromspie gelschaltung für den Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich ver wendet. Es ist somit möglich, einen Spannungsabfall bei der Strom-Spannungs-Umwandlung zu verringern und dadurch eine Emitterspannung zu messen. Ferner wird eine Spannungsquelle der Stromspiegelschaltung verwendet, um eine externe Span nung zu erzeugen, und deren Wert wird durch den Stellwider stand geändert. Es ist daher möglich, auf einfache Weise ei nen Aufbau zu erhalten, der für das Anlegen der externen Spannung erforderlich ist, und einen Anstieg der Fertigungs kosten zu vermeiden.

Gemäß dem fünften Aspekt der Erfindung vergleicht der Span nungskomparator jede der von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegebenen Meßspannungen mit zwei hohen und niedrigen Vergleichspotentialen, die durch eine Hystere se vorgegeben sind. Wenn die Meßspannung für jeden Wider standswert eines der Vergleichspotentiale überschreitet, aber das andere Vergleichspotential nicht überschreitet, oder beide Vergleichspotentiale überschreitet, kann somit eine Meßspannungscharakteristik besser im Detail analysiert werden. Daher kann ein Kurzschlußschutzvorgang besser durch geführt werden. Ferner wird das Gate des Transistors mit dem vorbestimmten elektrischen Potential durch die Verbindungs einrichtung auf der Basis des Ausgangssignals des Spannungs komparators elektrisch verbunden. Wenn der Kurzschlußschutz vorgang erforderlich ist, wird infolgedessen das Gate des Transistors mit dem vorbestimmten elektrischen Potential verbunden, um einen Gatestrom zu verringern. So kann ein Kollektorstrom verringert werden, um den Kurzschlußschutz auszuführen.

Gemäß dem sechsten Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine praktikable und einfache Konfiguration des widerstandsverän derlichen Bereichs zu erhalten.

Gemäß dem siebten Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine praktikable und einfache Konfiguration der Verbindungsein richtung zu erhalten.

Gemäß dem achten Aspekt der Erfindung sind der erste und der zweite Spannungskomparator vorgesehen, denen die Meßspannun gen zugeführt werden, die von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegeben werden. Auf der Basis des Aus gangssignals des ersten Spannungskomparators wird die Ver gleichsspannung des zweiten Spannungskomparators durch die veränderliche Gleichstromversorgung geändert. Daher kann die Meßspannung mit mindestens zwei Vergleichsspannungen vergli chen werden. Es ist dadurch möglich, den Kurzschlußschutz vorgang besser durchzuführen. Ferner ist die Verlängerungs schaltung vorgesehen. Es ist dadurch möglich, die Periode zur Detektierung des zweiten Komparators für die Bestimmung der Ausführung und des Beendigung des Schutzvorgangs zu ver längern. Dadurch ist es möglich zu verhindern, daß durch ei ne kurze Detektierperiode eine Fehlfunktion verursacht wird.

Gemäß dem neunten Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine praktikable und einfache Konfiguration des widerstandsverän derlichen Bereichs zu erhalten.

Gemäß dem zehnten Aspekt der Erfindung ist es möglich, eine praktikable und einfache Konfiguration der Verbindungsein richtung zu erhalten.

Gemäß dem elften Aspekt der Erfindung errechnet der Strom verhältnisdetektierbereich das Verhältnis von mindestens zwei Meßspannungen, die von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegeben werden. Daher werden die Meß spannungen direkt miteinander verglichen. Infolgedessen kann die Zeitdauer bis zum Erkennen des Musters des Kurzschlußzu stands verkürzt und der Schutzvorgang in Echtzeit durchge führt werden.

Gemäß dem zwölften Aspekt der Erfindung kann eine praktika ble und einfache Konfiguration des Strom-Spannungs- Umwandlungsbereichs erhalten werden.

Zur Lösung der vorstehend angegebenen Probleme ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Halbleiterbauelement bereitzu stellen, das ein Kurzschlußschutzsystem aufweist, das im stande ist, die Detektiergenauigkeit eines Kollektorstroms zu verbessern, wodurch ein zuverlässiger Kurzschlußschutz durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeich nungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Schema, das den Aufbau eines Halbleiterbauele ments gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin dung zeigt;

Fig. 2 ein Schaltbild, das einen Teilaufbau des Halbleiter bauelements gemäß der ersten Ausführungsform der Er findung zeigt;

Fig. 3 ein Schaltbild, das den Aufbau eines Halbleiterbau elements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Er findung zeigt;

Fig. 4 ein Schaltbild, das den Aufbau eines Halbleiterbau elements gemäß einer dritten Ausführungsform der Er findung zeigt;

Fig. 5 Diagramme, die den Betrieb des und 6 Halbleiterbauelements gemäß der dritten Ausführungs form der Erfindung verdeutlichen;

Fig. 7 ein Schaltbild, das den Aufbau eines Halbleiterbau elements gemäß einer vierten Ausführungsform der Er findung zeigt;

Fig. 8 ein Schaltbild, das einen Aufbau eines Halbleiter bauelements gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung zeigt; und

Fig. 9 Schaltbilder, die den Aufbau eines herkömmlichen bis 11 Halbleiterbauelements zeigen.

Erste Ausführungsform A-1. Merkmal der ersten Ausführungsform

Zuerst werden als Beispiel eines Kurzschlußzustands eines IGBT zwei einfache Muster beschrieben.

Ein erstes Muster bedeutet einen Kurzschluß in einem Zu stand, in dem der IGBT vollständig in einem aktiven Bereich betrieben wird und eine Kollektor-Emitter-Spannung (nachste hend als Kollektorspannung bezeichnet) hoch ist.

Ein zweites Muster bedeutet einen Kurzschluß in einem Zu stand, in dem der IGBT in einem Sättigungsbereich betrieben wird und die Kollektorspannung niedrig ist.

Es ist ein Abfühlemitter vorgesehen, um einen Abfühlemitter strom (nachstehend als Meßstrom bezeichnet) zum Fließen zu bringen, wobei der Meßstrom ein vorbestimmtes Verhältnis zu einem Emitterstrom hat und viel kleiner als der Emitterstrom ist. Das Verhältnis des Meßstroms zu dem Emitterstrom in ei nem solchen Zustand, in dem der IGBT kurzgeschlossen ist, ist zwischen dem ersten und dem zweiten Muster veränderlich. Dabei ist das Meßstromverhältnis bei dem Kurzschluß des er sten Musters groß und bei dem Kurzschluß des zweiten Musters klein.

Das bedeutet, daß der Meßstrom in dem zweiten Muster kleiner als in dem ersten Muster ist, wenn der Emitterstrom iden tisch ist. Es ist erwünscht, daß der Kurzschlußschutzvorgang in Abhängigkeit von dem Kurzschlußzustand geändert wird. Wenn ferner ein Abfühlemitterpotential (nachstehend als ein Abfühlpotential bezeichnet), das auf ein Emitterpotential bezogen ist, geändert wird, ändert sich der Meßstrom. Der Änderungsbetrag ist zwischen dem ersten und dem zweiten Mu ster veränderlich.

Dabei wird in dem ersten Muster, das eine hohe Kollektor spannung hat, der Meßstrom bei einer Änderung des Abfühlpo tentials geringer geändert. Wenn ein Wert eines Widerstands (der nachstehend als ein Meßwiderstand bezeichnet wird), der mit dem Abfühlemitter verbunden ist, verringert wird, fällt das Abfühlpotential nahezu proportional dazu ab.

Andererseits wird in dem zweiten Muster, das eine niedrigere Kollektorspannung hat, der Meßstrom mit einer Änderung des Abfühlpotentials geändert. Wenn das Abfühlpotential geändert wird, ändert sich der Meßstrom. Selbst wenn also der Wert des Meßwiderstands verringert wird, fällt das Abfühlpotenti al nicht proportional dazu ab.

In dieser Beziehung ist die erste Ausführungsform dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwiderstandswert geändert wird, um jedes Abfühlpotential zu messen, daß jeder Meßstrom aus dem Meßwiderstandswert für jedes Abfühlpotential errechnet wird, und daß der Änderungsbetrag des Meßstroms detektiert wird, um ein Muster des Kurzschlußzustands auf der Basis des Ände rungsbetrags zu erkennen, wodurch ein Kurzschlußschutzvor gang entsprechend dem Muster des Kurzschlußzustands durchge führt wird.

A-2. Aufbau des Bauelements

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Halbleiterbauelements 100 ge mäß der ersten Ausführungsform.

In Fig. 1 ist ein IGBT 1 vorgesehen, der einen mit einem An schluß T1 verbundenen Kollektor C und einen mit einem An schluß T2 verbundenen Emitter E sowie einen Abfühlemitter SE hat, der mit dem Anschluß T2 über einen Stellwiderstand VR1, der einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich bilden soll, verbunden ist. Ein Abfühlpotential wird an einem Ende der Abfühlemitter-E-Seite des Stellwiderstands VR1 abgegeben und an einen Anschluß T11 eines Stromverhältnisdetektierbereichs 15 geführt. Ein Gate des IGBT 1 ist mit einem Anschluß T3 verbunden, und ein Ausgang des Stromverhältnisdetektierbe reichs 15 ist mit einem Anschluß T4 verbunden.

Ferner ist ein Ausgang eines Widerstandswertänderungsbe reichs 14 zur Änderung eines Widerstandswerts des Stellwi derstands VR1 auf Zeitbasis mit einem Steueranschluß des Stellwiderstands VR1 und einem Anschluß T12 des Stromver hältnisdetektierbereichs 15 verbunden. Der Stellwiderstand VR1 ist ein Element zum Ändern des Widerstandswerts entspre chend einer vorbestimmten Spannung. Beispielsweise wird als der Stellwiderstand VR1 ein Feldeffekttransistor bzw. FET oder dergleichen verwendet, und ein Gate des FET wirkt als Steueranschluß, und ein Widerstandswert zwischen einem Drain und einer Source kann durch Ändern der Gatespannung geändert werden.

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf Fig. 2 ein Beispiel des Aufbaus des Stromverhältnisdetektierbereichs 15 be schrieben. Der Stromverhältnisdetektierbereich 15 hat eine eingangsseitige Divisionsschaltung 151 und eine ausgangssei tige Amplitudendetektierschaltung 152.

Das von dem Stellwiderstand VR1 erhaltene Abfühlpotential wird von einem Anschluß T11 des Stromverhältnisdetektierbe reichs 15 durch einen Widerstand R1 an einen Eingang an der negativen Seite eines Verstärkers C1, der die Divisions schaltung 151 bildet, geführt. Ein Eingang an der positiven Seite des Verstärkers C1 ist mit einem Erdpotential verbun den.

Ferner ist der Eingang an der negativen Seite des Verstär kers C1 über einen Stellwiderstand VR2 mit einem Ausgang verbunden, und ein Ausgangssignal des Widerstandswertände rungsbereichs 14 wird an einen Steueranschluß des Stellwi derstands VR2 durch einen Anschluß T12 geführt. Der Wider standswertänderungsbereich 14 basiert auf einem elektrischen Potential des Anschlusses T2.

Die Amplitudendetektierschaltung 152 hat einen Kondensator CP1, wobei ein Ausgangssignal des Verstärkers C1 einer von dessen Elektroden zugeführt wird, eine Diode D1, deren Anode mit der anderen Elektrode des Kondensators CP1 verbunden ist, und einen Verstärker C2, wobei eine Kathode der Diode D1 mit einem Eingang an der positiven Seite verbunden ist.

Ferner hat die Amplitudendetektierschaltung 152 eine Kon stantspannungsquelle PS1 mit einer positiven Elektrode, die mit einem Eingang an der negativen Seite des Verstärkers C2 verbunden ist, und einer negativen Elektrode, die mit einem Erdpotential verbunden ist, eine Diode D2, deren Kathode mit der anderen Elektrode des Kondensators CP1 verbunden ist und deren Anode mit dem Erdpotential verbunden ist, und einen Kondensator CP2 und einen Widerstand R2, die zwischen einer Verdrahtung der Diode D1 und dem Eingang an der positiven Seite des Verstärkers C2 und dem Erdpotential miteinander parallelgeschaltet sind.

A-3. Betriebsweise

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Halbleiterbauelement 100 wird ein Fühlwiderstand (der Stellwiderstand VR1) auf zeitlicher Basis unter Nutzung des Widerstandswertänderungsbereichs 14 geändert, um ein Abfühlpotential (einen Wert, der durch Di vision des Abfühlpotentials durch einen Abfühlwiderstands wert, d. h. einen Meßstrom erhalten ist) pro Abfühlwider stand durch den Stromverhältnisdetektierbereich 15 zu er rechnen. Durch Detektieren des Änderungsbetrags kann ein Mu ster eines Kurzschlußzustands erkannt werden.

Es genügt, daß der Widerstandswertänderungsbereich 14 ein Ausgangssignal auf zeitlicher Basis ändert, und es kann eine A/D-Umwandlungsabgabeeinrichtung, die von einem Mikrocompu ter oder irgendeinem Wellenformgenerator gesteuert wird, verwendet werden.

Zur Vereinfachung der Beschreibung wird folgendes ausge führt: Wenn der Widerstandswertänderungsbereich 14 ein Os zillator ist, der periodisch zwei hohe und niedrige Spannun gen ändert, wird der Fühlwiderstandswert ebenfalls zu hoch und niedrig geändert, wenn das Ausgangssignal des Wider standswertänderungsbereichs 14 in einen Hochpotentialzustand und einen Niedrigpotentialzustand gebracht wird. Das Abfühl potential ändert sich mit der Änderung ebenfalls zu hoch und niedrig. Wenn beispielsweise die Änderung des Abfühlwider standswerts proportional zu dem Ausgangssignal des Wider standswertänderungsbereichs 14 ist, ist das Abfühlpotential pro Abfühlwiderstand zu einem Wert proportional, der durch Division des Abfühlpotentials durch das Ausgangssignal des Widerstandswertänderungsbereichs 14 erhalten ist. Daher wird das Abfühlpotential pro Ausgangssignal des Widerstandswert änderungsbereichs 14 von der Divisionsschaltung 151 errech net, die in dem Stromverhältnisdetektierbereich 15 vorgese hen ist. Somit wird ein Wert, der zu dem Abfühlstrom propor tional ist, errechnet, obwohl die Divisionsschaltung 151 den Meßstrom nicht exakt errechnet. Somit wird der so erhaltene Wert der Einfachheit halber als ein Meßstrom bezeichnet.

In der Divisionsschaltung 151 wird ein Widerstandswert des Stellwiderstands VR2, der in einem negativen Rückkopplungs weg vorgesehen ist, in Verblockung mit dem Abfühlwiderstand (dem Stellwiderstand VR1) durch das Ausgangssignal des Wi derstandswertänderungsbereichs 14 geändert, und ein Verhält nis des Abfühlpotentials pro Abfühlwiderstand, d. h., der Meßstrom, wird in ein vorbestimmtes elektrisches Potential umgewandelt, das abzugeben ist.

Ein Ausgangssignal der Divisionsschaltung 151 (ein dem Meß strom entsprechendes Ausgangssignal), das entsprechend einer Änderung in dem Stellwiderstand VR1 (d. h. einer Änderung in dem Ausgangssignal des Widerstandswertänderungsbereichs 14) geändert wird, wird der Amplitudendetektierschaltung 152 zu geführt. Ein elektrisches Potential, das zu einer Differenz (Amplitude) zwischen den Ausgangspotentialen der Divisions schaltung 151 in den Fällen, in denen der Abfühlwiderstand hoch und niedrig ist, proportional ist, wird als Ausgangssi gnal des Verstärkers C2 dem Anschluß T4 zugeführt.

Es ist möglich, in Abhängigkeit von einem Ausgangswert an dem Anschluß T4, d. h. einer Differenz im Änderungsbetrag des Meßstroms, zu erkennen, ob der Kurzschlußzustand ein er stes oder ein zweites Muster hat.

Wenn dabei in dem Fall des ersten Musters mit einer hohen Kollektorspannung der Wert des Abfühlwiderstands verringert wird, fällt das Abfühlpotential nahezu proportional dazu ab. Daher wird der Änderungsbetrag des Meßstroms erhöht, und ein elektrisches Potential des Anschlusses T4 wird erhöht. Im Fall des zweiten Musters mit einer niedrigen Kollektorspan nung wird selbst dann, wenn der Wert des Abfühlwiderstands verringert ist, das Abfühlpotential nicht proportional dazu kleiner. Daher ist der Änderungsbetrag des Meßstroms klein, und das Ausgangspotential des Anschlusses T4 fällt ab.

Durch Nutzung der Differenz des Ausgangspotentials ist es möglich, den Kurzschlußschutzbetrieb für das erste und das zweite Muster zu ändern.

A-4. Wirkung

Wie oben beschrieben wird, weist das Halbleiterbauelement 100 gemäß der ersten Ausführungsform das Schutzsystem zum Ändern des Abfühlwiderstandswerts zum Zweck der Änderung des Abfühlpotentials und zum Detektieren des Änderungsbetrags auf, um das Muster des Kurzschlußzustands auf der Basis des Änderungsbetrags zu erkennen, so daß der Kurzschlußschutz vorgang in Übereinstimmung mit dem Muster des Kurzschlußzu stands ausgeführt wird. Es ist somit möglich, den Kurz schlußschutzvorgang unter Berücksichtigung einer Differenz im Kurzschlußzustand durch die Größe der Kollektorspannung auszuführen. Ferner ist es nicht erforderlich, die Kollek torspannung zu detektieren. Daher ist eine Detektierschal tung, die eine hohe Spannung hat und viel Einbauplatz benö tigt, nicht erforderlich, so daß die Fertigungskosten ver ringert werden und eine Größenzunahme des Bauelements ver mieden wird.

B. Zweite Ausführungsform B-1. Merkmal der zweiten Ausführungsform

Obwohl in dem Halbleiterbauelement 100 der ersten Ausfüh rungsform, das unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wur de, der Stellwiderstand VR1 als der Abfühlwiderstand zum Än dern des Abfühlpotentials verwendet wird, sind die Mittel zum Ändern des Abfühlpotentials nicht auf den Stellwider stand beschränkt. Eine zweite Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung mit einem kleinen Span nungsabfall wie etwa eine Stromspiegelschaltung als ein Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich dient und eine Einrich tung zum zwangsweisen Ändern eines Abfühlpotentials separat davon verwendet wird.

B-2. Aufbau des Bauelements

Fig. 3 zeigt die Konfiguration eines Halbleiterbauelements 200 gemäß der zweiten Ausführungsform. In Fig. 3 haben die gleichen Strukturen wie die des Halbleiterbauelements 100 von Fig. 1 die gleichen Bezugszeichen und werden nicht er neut beschrieben.

In Fig. 3 ist ein Abfühlemitter SE eines IGBT 1 mit einem der Enden eines Widerstands R11 verbunden. Der Widerstand R11 ist mit einem Kollektor eines Transistors Q12 verbunden, der eine Stromspiegelschaltung als Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich CV10 bildet.

Der Transistor Q12 ist mit einem Transistor Q11 gepaart zur Bildung der Stromspiegelschaltung, und beide Gates sind mit dem anderen Ende des Widerstands R11 in Gateschaltung ver bunden, und beide Emitter sind mit einem Anschluß T2 in Emitterschaltung verbunden.

Ferner ist ein Kollektor des Transistors Q11 mit einer posi tiven Elektrode einer Konstantspannungsquelle PS11 durch ei nen Widerstand R12 verbunden, und eine negative Elektrode der Konstantspannungsquelle PS11 ist mit dem Anschluß T2 verbunden.

Eine Abfühlemitterspannung wird an einem Ende der Transi stor-Q11-Seite des Widerstands R12 abgegeben und an einen Anschluß T11 eines Stromverhältnisdetektierbereichs 15 ge f ührt.

Ferner ist zwischen einem Ende des Widerstands R11 an der Abfühlemitter-SE-Seite und einem Ende des Widerstands R12, das mit der Konstantspannungsquelle PS11 verbunden ist, ein Stellwiderstand VR11 (Spannungs-Zwangsänderungsbereich) vor gesehen, und ein Ausgang des Widerstandswertänderungsbe reichs 14 zum Ändern eines Widerstandswerts des Stellwider stands VR11 auf zeitlicher Basis ist mit einem Steueran schluß des Stellwiderstands VR11 und einem Anschluß T12 des Stromverhältnisdetektierbereichs 15 verbunden. Der Wider standswertänderungsbereich 14 basiert auf einem elektrischen Potential des Anschlusses T2.

B-3. Betrieb

In dem in Fig. 3 gezeigten Halbleiterbauelement 200 wird der Widerstandswert des Stellwiderstands VR11, der mit dem Ab fühlemitter SE verbunden ist, auf zeitlicher Basis durch Verwendung des Widerstandswertänderungsbereichs 14 geändert. Dadurch wird ein elektrisches Potential des Abfühlemitters SE zwangsweise geändert.

Infolgedessen kann der Änderungsbetrag eines Meßstroms mit einer Änderung des Abfühlpotentials unmittelbarer durch den Stromverhältnisdetektierbereich 15 detektiert werden.

Dabei wird, wenn der Widerstandswertänderungsbereich 14 ein Oszillator ist, der zwei hohe und niedrige Spannungen peri odisch ändert, das Abfühlpotential proportional so geändert, daß es hoch und niedrig ist, wenn der Ausgang des Wider standswertänderungsbereichs 14 in einen Hochpotentialzustand und einen Niedrigpotentialzustand gebracht wird.

Das Vorstehende kann zwar auf den Fall des ersten Musters angewandt werden, bei dem der Meßstrom mit einer Änderung des Abfühlpotentials nicht geändert wird, kann jedoch nicht auf den Fall des zweiten Musters angewandt werden, bei dem der Meßstrom mit der Änderung des Abfühlpotentials geändert wird. Auch wenn der Wert des Stellwiderstands VR11 geändert wird, so daß dem Abfühlemitter SE zwangsweise eine Spannung zugeführt wird, wird das Abfühlpotential nicht proportional dazu geändert.

In dem Fall, in dem die Änderung des Stellwiderstands VR11 zu dem Ausgang des Widerstandswertänderungsbereichs 14 pro portional ist, ist ein Abfühlpotential pro Wert des Stellwi derstands VR11 zu einem Wert proportional, der durch Divisi on des Abfühlpotentials durch den Ausgang des Widerstands wertänderungsbereichs 14 erhalten wird.

Somit errechnet eine Divisionsschaltung 151, die in dem Stromverhältnisdetektierbereich 15 vorgesehen ist, ein Ab fühlpotential für den Stellwiderstand VR11 (d. h. einen Wert, der durch Division des Abfühlpotentials durch den Aus gangswert des Widerstandswertänderungsbereichs 14 erhalten ist).

Ein Ausgangswert der Divisionsschaltung 151 (ein Wert, der durch Division des Abfühlpotentials durch den Ausgangswert des Widerstandswertänderungsbereichs 14 erhalten ist) für jeden Wert des Stellwiderstands VR11 (d. h. den Ausgangswert des Widerstandswertänderungsbereichs 14) wird einer Amplitu dendetektierschaltung 152 zugeführt, und ein elektrisches Potential, das zu dem Änderungsbetrag (der Amplitude) eines Ausgangspotentials proportional ist, wird als Ausgangssignal eines Verstärkers C2 einem Anschluß T4 zugeführt.

Es ist möglich, in Abhängigkeit von einem Ausgangswert an dem Anschluß T4, d. h. einer Differenz im Änderungsbetrag des Abfühlpotentials für die Änderung in dem Stellwiderstand VR11, zu erkennen, ob ein Kurzschlußzustand das erste Muster oder das zweite Muster hat.

Wenn dabei im Fall des ersten Musters bei einer hohen Kol lektorspannung der Wert des Stellwiderstands VR11 geändert wird, wird das Abfühlpotential nahezu proportional dazu ge ändert. Daher wird der Änderungsbetrag (die Amplitude) er höht, und ein elektrisches Potential des Anschlusses T4 steigt an. Im Fall des zweiten Musters mit einer niedrigen Kollektorspannung wird, auch wenn der Wert des Stellwider stands VR11 geändert wird, das Abfühlpotential nicht propor tional dazu geändert, und der Änderungsbetrag (die Amplitu de) ist klein. Daher fällt das elektrische Potential des An schlusses T4 ab.

Durch Nutzung der Differenz des Potentials ist es möglich, den Kurzschlußbetrieb für das erste und das zweite Muster zu ändern.

B-4. Wirkung

Wie oben beschrieben wird, weist das Halbleiterbauelement 200 gemäß der zweiten Ausführungsform das Schutzsystem zur zwangsweisen Änderung des Abfühlpotentials und die Detektie rung des Änderungsbetrags auf, um das Muster des Kurzschluß zustands auf der Basis des Änderungsbetrags zu erkennen, wo durch der Kurzschlußschutzbetrieb nach Maßgabe des Musters des Kurzschlußzustands ausgeführt wird. Es ist daher mög lich, den Kurzschlußschutzbetrieb unter Berücksichtigung ei ner Differenz im Kurzschlußzustand in Abhängigkeit von einer Größe der Kollektorspannung auszuführen. Ferner ist es nicht notwendig, die Kollektorspannung zu detektieren. Daher ist eine Detektierschaltung entsprechend einer hohen Spannung und mit großem Platzbedarf für den Einbau nicht erforder lich, die Fertigungskosten können verringert werden, und ei ne Größenzunahme des Bauelements kann vermieden werden.

C. Dritte Ausführungsform C-1. Merkmal der dritten Ausführungsform

In dem Halbleiterbauelement 100 gemäß der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen ersten Ausführungsform wird der als Abfühlwiderstand dienende Stellwiderstand VR1 durch das Aus gangssignal des Widerstandswertänderungsbereichs 14 auf zeitlicher Basis geändert, wodurch das Abfühlpotential, das auf einer zeitlichen Basis geändert wird, detektiert wird. Eine dritte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß es ausreicht, daß das Abfühlpotential so geändert wird, daß es mindestens zwei elektrische Potentiale ist, um eine Dif ferenz in einem Kurzschlußzustand in Abhängigkeit von der Größe einer Kollektorspannung zu erkennen, und daß ein Schutzbetrieb mit einer einfacheren Struktur durch Detektie ren der beiden Abfühlpotentiale implementiert werden kann.

C-2. Aufbau des Bauelements

Fig. 4 zeigt den Aufbau eines Halbleiterbauelements 300 ge mäß der dritten Ausführungsform. In Fig. 4 sind gleiche Ele mente wie bei dem Halbleiterbauelement 100 von Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht erneut beschrieben.

In Fig. 4 sind in Reihe geschaltete Widerstände R21 und R22 zwischen einem Abfühlemitter SE eines IGBT 1 und einem An schluß T2 vorgesehen, und der Abfühlemitter SE ist mit einem der Enden des Widerstands R21 verbunden. Ein Anschluß T2 ist mit einem gemeinsamen Potential verbunden.

Ein Ende an der Abfühlemitter-SE-Seite des Widerstands R21 ist mit einem Eingang an der positiven Seite eines Kompara tors C21, der eine Hysterese hat, verbunden, ein Eingang an der negativen Seite des Komparators C21 ist mit einer posi tiven Elektrode einer Konstantspannungsquelle PS21 verbun den, und eine negative Elektrode der Konstantspannungsquelle PS21 ist mit dem gemeinsamen Potential verbunden. Außerdem ist ein Ausgang des Komparators C21 mit der Kathode einer Diode D21 durch ein logisches NICHT-Glied IV und einen Wi derstand R23 verbunden, und die Anode der Diode D21 ist mit einem Gate des IGBT 1 verbunden.

Ein N-Kanal-MOS-Transistor Q21 ist mit dem Widerstand R22 parallel geschaltet, und ein Gate des N-Kanal-MOS- Transistors Q21 ist mit dem Ausgang des Komparators C21 ver bunden. Die Widerstände R21 und R22 und der N-Kanal-MOS- Transistor Q21 bilden einen Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich CV20.

C-3. Betrieb

Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die Fig. 5 und 6 der Betrieb des Halbleiterbauelements 300 beschrieben. In dem Halbleiterbauelement 300 weist der Komparator C21, der eine Hysterese hat, zwei Vergleichspotentiale auf der Basis einer Hysteresekennlinie auf.

Dabei haben die Vergleichspotentiale ein erstes Detektierpo tential als Vergleichspotential, das durch eine Spannung der Konstantspannungsquelle PS21 und eine Spannung, die eine hö here Hysterese als der Komparator C21 hat, bestimmt ist, und ein zweites Detektierpotential als Vergleichspotential, das durch die Spannung der Konstantspannungsquelle PS21 und eine Spannung, die eine niedrigere Hysterese als der Komparator C21 hat, bestimmt ist.

Wenn ein Kurzschlußzustand mit einem ersten Muster, das eine hohe Kollektorspannung hat, vorgegeben ist, fällt ein Ab fühlpotential nahezu proportional ab, wenn ein Wert eines Abfühlwiderstands verringert wird. Im Fall eines zweiten Mu sters mit einer niedrigen Kollektorspannung fällt das Ab fühlpotential selbst bei verringertem Wert des Abfühlwider stands nicht proportional dazu ab. Diese Vorgänge wurden oben beschrieben. Wenn der Wert des Abfühlwiderstands gleich ist und ein Kollektorstrom ebenfalls identisch ist, hat der mit dem ersten Muster vorgegebene Kurzschlußzustand einen höheren Meßstrom und ein höheres Abfühlpotential als dieje nigen des Kurzschlußzustands, der mit dem zweiten Muster vorgegeben ist.

Daher sind zwei Vergleichspotentiale mit dem Abfühlpotential vorgegeben. Von dem Komparator C21 wird detektiert, ob das Abfühlpotential eines oder beide der zwei Vergleichspoten tiale überschreitet.

Die Fig. 5 und 6 zeigen die Charakteristiken des Abfühlpo tentials, das durch das erste und das zweite von dem Kompa rator C21 vorgegebene Detektierpotential detektiert wird.

In den Fig. 5 und 6 bezeichnet die Abszisse einen Abfühlwi derstandswert und die Ordinate ein Abfühlpotential, wobei das Abfühlpotential mit einer Änderung im Abfühlwiderstands wert gezeigt ist. Fig. 5 zeigt eine Charakteristik X1 mit hoher Kollektorspannung V_CE und eine Charakteristik X2 mit niedriger Kollektorspannung V_CE in einem Fall, in dem ein Kollektorstrom fließt, der keine Schutzoperation erfordert. Fig. 6 zeigt eine Charakteristik Y1 mit der hohen Kollektor spannung V_CE und eine Charakteristik Y2 mit der niedrigen Kollektorspannung V_CE in einem Fall, in dem ein Kollektor strom fließt, der eine Schutzoperation erfordert.

In den Fig. 5 und 6 bezeichnet ferner die Ordinate ein er stes und ein zweites Detektierpotential P1 und P2, die von dem Komparator C21 vorgegeben sind, und die Abszisse be zeichnet einen ersten Widerstandswert Z1, der durch die Wi derstände R21 und R22 definiert ist, und einen zweiten Wi derstandswert Z2, der durch die Widerstände R21 und R22 und einen Einschalt-Widerstand eines N-Kanal-MOS-Transistors Q31 definiert ist.

In dem Halbleiterbauelement 300 wird der Abfühlwiderstands wert nur in zwei Werte umgeschaltet, und zwar den ersten und den zweiten Widerstandswert Z1 und Z2. Daher ist ein maxima ler Datumspunkt zwei für jede Charakteristik. In den Fig. 5 und 6 sind Daten der Einfachheit halber kontinuierlich vor gegeben.

Die Beschreibung nimmt auf Fig. 5 Bezug. Zuerst ist in dem Fall, in dem als Anfangszustand das Abfühlpotential ausrei chend niedrig ist, ein Ausgangspotential des Komparators C21 "L", und der Abfühlwiderstand hat den ersten Widerstandswert Z1, wobei der N-Kanal-MOS-Transistor in einen AUS-Zustand gesetzt ist. Wenn in diesem Zustand ein Kurzschluß des IGBT 1 erzeugt wird, ist das Abfühlpotential für die Charakteri stik X1 auf S1 und für die Charakteristik X2 auf S2 gesetzt. In diesem Fall ist ein Ausgang des Logik-NICHT-Glieds "H". Daher wird ein Schutzvorgang zur Extraktion eines Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 nicht ausgeführt.

Da das Abfühlpotential S1 das erste Detektierpotential P1 überschreitet, wird der Komparator C21 so aktiviert, daß das Ausgangssignal invertiert wird, das Ausgangspotential wird auf "H" gesetzt, und das Ausgangssignal des Logik-NICHT- Glieds IV wird auf "L" gesetzt. Daher wird der Schutzvorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 ausgeführt. Ferner schaltet der N-Kanal-MOS-Transistor Q21 EIN. Infolgedessen ist der Abfühlwiderstand so eingestellt, daß er den zweiten Widerstandswert Z2 hat, und das Abfühlpo tential ist zu diesem Zeitpunkt auf S11 gesetzt.

Das Abfühlpotential S2 der Charakteristik X2 überschreitet das zweite Detektierpotential P2 nicht. Daher bleibt das Ausgangspotential des Komparators C21 "L", und der Abfühlwi derstand wird nicht auf den zweiten Widerstandswert Z2 umge schaltet.

Das Abfühlpotential S1 und das Abfühlpotential S11 bilden eine große Differenz und werden nahezu proportional zu einer Änderung des Abfühlwiderstands geändert. Daher ist ersicht lich, daß die Charakteristik X1 in dem Kurzschlußzustand mit dem ersten Muster, in dem die Kollektorspannung V_CE hoch ist, vorgegeben ist.

Wenn in dem Kurzschlußzustand mit dem ersten Muster der Kol lektorstrom nicht so hoch ist, daß der Schutzvorgang erfor derlich ist, fällt das Abfühlpotential stark ab, wenn der Abfühlwiderstandswert verringert wird. Wie Fig. 5 zeigt, er reicht das Abfühlpotential S11 mit dem zweiten Widerstands wert Z2 das zweite Detektierpotential P2 nicht. Daher wird der Ausgang des Komparators C21 zu "L" invertiert, so daß der Schutzvorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 unterbrochen wird.

Als nächstes folgt die Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 6. Wenn der Abfühlwiderstand den ersten Widerstandswert Z1 hat, ist das Abfühlpotential mit S3 für die Charakteri stik Y1 und mit S4 für die Charakteristik Y2 vorgegeben.

Da das Abfühlpotential S3 für die Charakteristik Y1 das er ste Detektierpotential P1 überschreitet, wird der Komparator C21 aktiv, so daß der Ausgang invertiert wird, das Ausgangs potential auf "H" und der Ausgang des Logik-NICHT-Glieds IV auf "L" gesetzt wird. Daher wird der Schutzvorgang zur Ex traktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 aus geführt. Ferner schaltet der N-Kanal-MOS-Transistor Q21 EIN. Infolgedessen ist der Abfühlwiderstand so eingestellt, daß er einen zweiten Widerstandswert Z2 hat, und das Abfühlpo tential ist zu diesem Zeitpunkt auf S31 gesetzt.

Das Abfühlpotential S3 und das Abfühlpotential S31 bilden eine große Differenz und werden nahezu proportional zu einer Änderung im Abfühlwiderstand geändert. Daher ist ersicht lich, daß die Charakteristik Y1 in dem Kurzschlußzustand mit dem ersten Muster, bei dem die Kollektorspannung V_CE hoch ist, vorgegeben ist.

Wenn in dem Kurzschlußzustand mit dem ersten Muster der Kol lektorstrom so hoch ist, daß der Schutzvorgang erforderlich ist, wird das Abfühlpotential ebenfalls vollständig erhöht. Wie Fig. 6 zeigt, überschreitet das Abfühlpotential S31 mit dem zweiten Widerstandswert Z2 das zweite Detektierpotential P2. Daher bleibt der Ausgang des Komparators C21 auf "H", so daß der Schutzvorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 aufrechterhalten wird. Der Schutzvor gang wird aufrechterhalten, bis der Kollektorstrom des IGBT 1 verringert und das Abfühlpotential so weit reduziert ist, daß es niedriger als das zweite Detektierpotential P2 ist.

Die Diode D21 kann als eine Verbindungseinrichtung zum elek trischen Verbinden eines Gates des IGBT 1 mit einem vorbe stimmten elektrischen Potential auf der Basis des Ausgangs signals des Komparators C21 bezeichnet werden. Anstelle der Diode D21 kann beispielsweise ein Schaltelement verwendet werden, um einen Schaltvorgang durch das Ausgangssignal des Komparators C21 auszuführen.

Da ferner das Abfühlpotential S4 für die Charakteristik Y2 ebenfalls das erste Detektierpotential P1 überschreitet, wird der Komparator C21 aktiv, so daß der Ausgang invertiert wird, das Ausgangspotential auf "H" gesetzt und der Ausgang des Logik-NICHT-Glieds IV auf "L" gesetzt wird. Daher wird der Schutzvorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 ausgeführt. Ferner schaltet der N-Kanal- MOS-Transistor Q21 EIN. Infolgedessen ist der Abfühlwider stand so eingestellt, daß er einen zweiten Widerstandswert Z2 hat, und das Abfühlpotential ist zu diesem Zeitpunkt mit S41 vorgegeben.

Das Abfühlpotential S4 und das Abfühlpotential S41 bilden eine kleine Differenz und werden nicht proportional zu einer Änderung des Abfühlwiderstands geändert. Daher ist ersicht lich, daß die Charakteristik Y2 in dem Kurzschlußzustand mit dem zweiten Muster vorgegeben ist, in dem die Kollektorspan nung V_CE niedrig ist.

Wenn in dem Kurzschlußzustand mit dem zweiten Muster der Kollektorstrom so hoch ist, daß der Schutzvorgang erforder lich ist, wird das Abfühlpotential ebenfalls vollständig er höht. Wie Fig. 6 zeigt, übersteigt das Abfühlpotential S41 mit dem zweiten Widerstandswert Z2 das zweite Detektierpo tential P2. Daher bleibt der Ausgang des Komparators C21 auf "H", so daß der Schutzvorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D21 aufrechterhalten wird. Der Schutzvorgang bleibt erhalten, bis der Kollektorstrom des IGBT 1 verringert ist und das Abfühlpotential so weit ver ringert ist, daß es das zweite Detektierpotential P2 unter schreitet.

C-4. Wirkung

Wie oben beschrieben wird, weist das Halbleiterbauelement 300 gemäß der dritten Ausführungsform das Schutzsystem zum Vergleich des Abfühlpotentials mit den zwei Vergleichspoten tialen unter Verwendung des Komparators C21 auf, der eine Hysterese für die Detektierung des Abfühlpotentials hat. Es ist daher möglich, die Differenz im Kurzschlußzustand in Ab hängigkeit von einem Wert des Kollektorstroms sowie einer Größe der Kollektorspannung zu kennen. Somit kann der Kurz schlußschutzbetrieb besser durchgeführt werden.

D. Vierte Ausführungsform D-1. Merkmal der vierten Ausführungsform

Das Halbleiterbauelement 300 gemäß der dritten Ausführungs form, die unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wurde, ist so aufgebaut, daß das Abfühlpotential mit den beiden Ver gleichspotentialen verglichen wird unter Verwendung des Kom parators, der eine Hysterese hat, um das Abfühlpotential zu detektieren. Der Meßstrom enthält jedoch häufig Rauschen, und eine Verschiebung des Rauschens wird erzeugt, wenn die Integration nicht durch ein Tiefpaßfilter oder dergleichen erfolgt. Es ist daher unmöglich, eine Detektierperiode fa kultativ zu ändern.

Eine vierte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Detektieren des Abfühlpotentials durch die zwei Komparatoren vorgesehen ist, wodurch eine Detek tierperiode eines Komparators verlängert wird, um die Aus führung und Beendigung eines Schutzvorgangs zu bestimmen und zu verhindern, daß durch eine kurze Detektierperiode eine Fehlfunktion verursacht wird.

D-2. Aufbau des Bauelements

Fig. 7 zeigt einen Aufbau eines Halbleiterbauelements 400 gemäß der vierten Ausführungsform. In Fig. 7 sind gleiche Elemente wie bei dem Halbleiterbauelement 100 von Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht mehr erläutert.

In Fig. 7 sind in Reihe geschaltete Widerstände R31 und R32 zwischen einem Abfühlemitter SE eines IGBT 1 und einem An schluß T2 vorgesehen, und der Abfühlemitter SE ist mit einem Ende des Widerstands R31 verbunden. Der Anschluß T2 ist mit einem gemeinsamen Potential verbunden.

Ein Ende auf der Abfühlemitter-SE-Seite des Widerstands R31 ist mit einem Eingang an der positiven Seite eines Kompara tors C31 (eines ersten Komparators) verbunden, ein Eingang an der negativen Seite des Komparators C31 ist mit einer po sitiven Elektrode einer Konstantspannungsquelle PS31 verbun den, und eine negative Elektrode der Konstantspannungsquelle PS31 ist mit dem gemeinsamen Potential verbunden. Außerdem ist ein Ausgang des Komparators C31 mit einer Anode einer Diode D31 verbunden.

Ein N-Kanal-MOS-Transistor Q31 ist zu dem Widerstand R32 parallelgeschaltet, und ein Gate des N-Kanal-MOS-Transistors Q31 ist mit einer Kathode der Diode D31 verbunden. Die Wi derstände R31 und R32 und der N-Kanal-MOS-Transistor Q31 bilden einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich CV30.

Ferner sind ein Kondensator CP31 und ein Widerstand R33 zwi schen der Kathode der Diode D31 und dem gemeinsamen Potenti al parallelgeschaltet unter Bildung einer Impulsverlänge rungsschaltung 8 zusammen mit der Diode D31.

Außerdem ist die Kathode der Diode D31 mit einem Gate eines P-Kanal-MOS-Transistors Q32 verbunden.

Ein Eingang an der positiven Seite eines Komparators C32 (eines zweiten Komparators) ist mit einem Drain des P-Kanal- MOS-Transistors Q32 verbunden, eine Source des P-Kanal-MOS- Transistors Q32 ist mit einer positiven Elektrode einer Kon stantspannungsquelle PS32 verbunden, und eine negative Elek trode der Konstantspannungsquelle PS32 ist mit einem gemein samen Potential verbunden. Ferner sind in Reihe geschaltete Widerstände R34 und R35 zwischen einer Source des P-Kanal- MOS-Transistors Q32 und dem gemeinsamen Potential vorgese hen, und der Eingang an der positiven Seite des Komparators C32 ist mit einem Verbindungspunkt der Widerstände R34 und R35 verbunden.

Der P-Kanal-MOS-Transistor Q32, die Widerstände R34 und R35 und die Konstantspannungsquelle PS32 bilden eine veränderli che Gleichspannungsquelle 9.

Ferner ist ein Eingang an der negativen Seite des Kompara tors C32 mit dem Eingang an der positiven Seite des Kompara tors C31 verbunden, und ein Ausgang des Komparators C32 ist mit einer Kathode einer Diode D32 verbunden. Eine Anode der Diode D32 ist mit einem Gate des IGBT 1 verbunden.

D-3. Betrieb

Als nächstes wird der Betrieb des Halbleiterbauelements 400 beschrieben. Ein Vergleichspotential, das für den Komparator C31 zu verwenden ist, wird auf ein erstes Detektierpotential gesetzt, und niedrigere und höhere Vergleichspotentiale, die für den Komparator C32 zu verwenden sind, werden auf ein zweites bzw. ein drittes Detektierpotential gesetzt. Das dritte Detektierpotential ist das höchste, und das zweite Detektierpotential ist das niedrigste.

In dem Fall, in dem als Ausgangszustand ein Abfühlpotential niedriger als das erste Detektierpotential des Komparators C31 ist, ist zuerst ein Ausgangspotential des Komparators C31 "L", ein Kondensator CP31 ist ausreichend entladen, der N-Kanal-MOS-Transistor Q31 ist in einen AUS-Zustand ge bracht, und ein Abfühlwiderstand ist so hoch vorgegeben, daß er durch die Widerstände R31 und R32 definiert ist.

Andererseits ist der P-Kanal-MOS-Transistor Q32 in einen EIN-Zustand gebracht, und ein hohes Potential, das einer Spannung der Konstantspannungsquelle PS32 nahezu äquivalent ist, wird als das dritte Detektierpotential an den Eingang an der positiven Seite des Komparators C32 geführt, so daß der Ausgang des Komparators C32 auf "H" gebracht wird. Daher wird kein Gatestrom des IGBT 1 durch die Diode D32 extra hiert.

Wenn dann ein Kollektorstrom aufgrund eines Kurzschlusses oder dergleichen ansteigt, so daß das Abfühlpotential das erste Detektierpotential des Komparators C31 überschreitet, wird das Ausgangspotential des Komparators C31 auf "H" ge bracht, der N-Kanal-MOS-Transistor Q31 schaltet EIN, und der Abfühlwiderstand wird so niedrig vorgegeben, daß er durch die Widerstände R31 und R32 und einen Einschaltwiderstand des N-Kanal-MOS-Transistors Q31 definiert ist. Dadurch fällt das Abfühlpotential ab. Zu diesem Zeitpunkt wird der P- Kanal-MOS-Transistor Q32 in den AUS-Zustand gebracht, und ein elektrisches Potential, das durch Division und Verrin gern der Spannung der Konstantspannungsquelle PS32 durch die Widerstände R34 und R35 erhalten wird, wird dem Eingang an der positiven Seite des Komparators C32 als das zweite De tektierpotential zugeführt.

Wenn das Ausgangspotential des Komparator C31 auf "H" ge bracht ist, so daß der Kondensator CP31 geladen wird, wird das Gate des P-Kanal-MOS-Transistors Q32 für eine gewisse Dauer auf "H" gebracht (bevor eine elektrische Ladung des Kondensators CP31 mit einer Zeitkonstanten eines RC-Glieds, das aus dem Kondensator CP31 und dem Widerstand R33 in der Impulsverlängerungsschaltung 8 besteht, entladen wird), und ein AUS-Zustand wird kontinuierlich auch dann aufrechterhal ten, wenn das Ausgangspotential des Komparators C31 dann zu "L" geändert wird. Somit gibt die Impulsverlängerungsschal tung 8 sofort "H" ab, wenn ein logischer Zustand eines Ein gangs von "L" zu "H" geändert wird, und gibt nicht sofort "L" ab, sondern verlängert eine Periode für "H", wenn der logische Zustand des Eingangs sich von "H" zu "L" ändert. Um zu verhindern, daß der Beginn eines Schutzvorgangs verzögert wird, wird eine Logik-Verlängerung durch die Diode D31 be grenzt.

Für diese Periode wird ein Kurzschlußzustand des IGBT 1 auf der Basis des zweiten Detektierpotentials durch den Kompara tor C32 detektiert.

Wenn der Kurzschlußzustand mit einem zweiten Muster mit niedriger Kollektorspannung vorgegeben ist, ist ein Verhält nis eines Meßstroms zu einem Kollektorstrom klein. Wenn also der Komparator C31 aktiviert ist, hat der Kollektorstrom be reits einen solchen Wert erreicht, daß ein Schutz erforder lich ist. Wenn daher der Abfühlwiderstand auf niedrig geän dert wird, so daß das Abfühlpotential abfällt, wird das Ver hältnis des Meßstroms zu dem Kollektorstrom größer, und eine Verringerung des Meßstroms wird unterdrückt, so daß eine Verringerung des Abfühlpotentials aufgehalten wird.

In dem Komparator C32 wird das Abfühlpotential mit dem zwei ten Detektierpotential verglichen. Wenn das Abfühlpotential höher ist, wird der Ausgang des Komparators C32 auf "L" ge setzt, und ein Schutzvorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D32 wird ausgeführt. Auch wenn eine Gatespannung abfällt, so daß der Kollektorstrom verrin gert wird, wird der Schutzvorgang kontinuierlich aufrechter halten, bis die elektrische Ladung des Kondensators CP31 mit der Zeitkonstanten des RC-Glieds, das durch den Kondensator CP31 und den Widerstand R33 in der Impulsverlängerungsschal tung 8 gebildet ist, entladen wird.

Andererseits ist dann, wenn der Kurzschlußzustand mit einem ersten Muster mit hoher Kollektorspannung vorgegeben ist, ein Verhältnis des Meßstroms zu dem Kollektorstrom groß. Wenn daher der Komparator C31 aktiviert ist, besteht die Möglichkeit, daß der Kollektorstrom keinen Wert erreicht hat, um einen Schutz zu erfordern. Auch wenn daher der Ab fühlwiderstand nach niedrig geändert wird, so daß das Ab fühlpotential abfällt, wird das Verhältnis des Meßstroms zu dem Kollektorstrom nicht so viel größer, und der Meßstrom nimmt erheblich ab. Daher fällt auch das Abfühlpotential be trächtlich ab.

In dem Komparator C32 wird das Abfühlpotential mit dem zwei ten Detektierpotential verglichen. Das zweite Detektierpo tential wird vorher auf der Basis der Kurzschlußcharakteri stik des IGBT 1 so vorgegeben, daß das Abfühlpotential in diesem Fall niedriger wird. Infolgedessen bleibt der Ausgang des Komparators C32 "H", so daß der Schutzvorgang zur Ex traktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode 32 ausge führt wird.

Auch wenn der Kurzschlußzustand mit dem ersten Muster mit hoher Kollektorspannung vorgegeben ist, wird der Meßstrom ebenfalls ausreichend erhöht, wenn der Kollektorstrom einen Wert erreicht, daß ein Schutz erforderlich ist. Daher ist das Abfühlpotential ebenfalls hoch, um das zweite Detektier potential des Komparators C32 zu erreichen, und der Ausgang des Komparators C32 ist auf "L" gesetzt, so daß der Schutz vorgang zur Extraktion des Gatestroms des IGBT 1 durch die Diode D32 ausgeführt wird.

Der Schutzvorgang wird rückgesetzt, indem die elektrische Ladung des Kondensators CP31 wie oben beschrieben entladen wird; häufig wird jedoch eine induktive Last als Last ver wendet, die mit einem Leistungshalbleiterelement wie etwa einem IGBT zu verbinden ist. Wenn die induktive Last verwen det wird, wird ein Kollektorstrom verringert, wenn ein Gate potential des Leistungshalbleiterelements abfällt. Somit wird die Kollektorspannung über eine längere Periode erhöht. Infolgedessen ist der Komparator C32 ständig aktiv, so daß der Schutzvorgang kontinuierlich aufrechterhalten wird.

D-4. Wirkung

Wie oben beschrieben, weist das Halbleiterbauelement 400 ge mäß der vierten Ausführungsform das Schutzsystem zur Detek tierung des Abfühlpotentials durch die beiden Komparatoren C31 und C32 und zur Verlängerung der Detektierperiode des Komparators C32 durch die Impulsverlängerungsschaltung 8 auf, um die Ausführung und Beendigung des Schutzvorgangs zu bestimmen. Es ist daher möglich zu verhindern, daß durch ei ne kurze Detektierperiode eine Fehlfunktion verursacht wird.

E. Fünfte Ausführungsform E-1. Merkmal der fünften Ausführungsform

In dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Halbleiter bauelement 100 der ersten Ausführungsform wird das Abfühlpo tential geändert durch Verwendung des Stellwiderstands VR1 als Abfühlwiderstand, die Abfühlpotentiale für verschiedene Abfühlwiderstandswerte werden mit zeitlicher Trennung er zeugt, und eine Änderung des Abfühlpotentials für die Ände rung des Abfühlwiderstands wird detektiert, um den Kurz schlußzustand zu erkennen. Verschiedene Abfühlwiderstände sind mit einer Vielzahl von Abfühlemittern verbunden, um gleichzeitig verschiedene Abfühlpotentiale zu erhalten.

Durch direkten Vergleich der verschiedenen Abfühlpotentiale miteinander ist es möglich, einen Unterschied des Kurz schlußzustands effizienter zu erkennen.

E-2. Aufbau des Bauelements

Fig. 8 zeigt den Aufbau eines Halbleiterbauelements 500 ge mäß einer fünften Ausführungsform. In Fig. 8 sind gleiche Elemente wie bei dem Halbleiterbauelement 100 von Fig. 1 mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht noch mals beschrieben.

In Fig. 8 ist ein IGBT 1A mit einem Kollektor C, der mit ei nem Anschluß T1 verbunden ist, und einem Emitter E, der mit einem Anschluß T2 verbunden ist, vorgesehen und hat Abfühl emitter SE1 und SE2, die mit dem Anschluß T2 durch Wider stände R41 und R42 verbunden sind, die unterschiedliche Wi derstandswerte haben und einen Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich CV40 bilden. Abfühlpotentiale V_SE1 und V_SE2 werden an den Enden der jeweiligen Abfühlemitter-SE-Seiten der Widerstände R41 und R42 abgegeben und den Anschlüssen T11 und T12 eines Stromverhältnisdetektierbereichs 15 zuge führt. Das Abfühlpotential V_SE1 wird ferner einem Anschluß T5 zugeführt.

E-3. Betrieb

In dem in Fig. 8 gezeigten Halbleiterbauelement 500 sind die Widerstände R41 und R42 mit den Abfühlemittern SE1 bzw. SE2 verbunden, um unterschiedliche Abfühlpotentiale entsprechend Widerstandswerten zu erhalten, und die jeweiligen Abfühlpo tentiale werden dem Stromverhältnisdetektierbereich 15 zuge führt, um ihr Verhältnis zu detektieren. Somit kann ein Mu ster eines Kurzschlußzustands erkannt werden.

Insbesondere hat der IGBT eine solche Charakteristik, daß mit einer Änderung im Abfühlpotential auch ein Meßstrom ge ändert wird, wie oben beschrieben wird. Wenn daher ein Ab fühlwiderstand geändert wird, wird auch das Abfühlpotential geändert. Das Verhältnis wird für das erste und das zweite Muster des Kurzschlußzustands geändert.

Beispielsweise ist ein Verhältnis der Abfühlpotentiale S3 und S31 der Charakteristik Y1 (des Kurzschlußzustands mit dem ersten Muster) von demjenigen der Abfühlpotentiale S4 und S41 der Charakteristik Y2 (des Kurzschlußzustands mit dem zweiten Muster) in Fig. 6 verschieden. Wenn Information über das Verhältnis der Abfühlpotentiale für jedes Muster des Kurzschlußzustands vorbereitet wird, kann das Muster des Kurzschlußzustands auf der Basis des so gewonnenen Verhält nisses leicht erkannt werden.

In der Divisionsschaltung 151 (Fig. 2) des Stromverhältnis detektierbereichs 15 wird der Widerstandswert des Stellwi derstands VR2, der in dem negativen Rückkopplungsweg vorge sehen ist, in Abhängigkeit von dem Abfühlpotential V_SE2 geän dert, und ein Verhältnis des Abfühlpotentials V_SE1 zu dem Ab fühlpotential V_SE2 wird in ein vorbestimmtes abzugebendes elektrisches Potential umgewandelt.

Das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 151 wird der Am plitudendetektierschaltung 152 zugeführt, und ein elektri sches Potential, das zu einem Ausgangspotential proportional ist, wird als Ausgangswert des Verstärkers C2 einem Anschluß T4 zugeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform genügt es, daß das Verhältnis des Abfühlpotentials V_SE1 zu dem Ab fühlpotential V_SE2 ersichtlich ist. Daher kann die Amplitu dendetektierschaltung 152 entfallen, und das Ausgangssignal der Divisionsschaltung 151 kann an den Ausgang des Verstär kers C2 gesetzt werden.

Durch Nutzung einer Differenz im Ausgangspotential ist es möglich, einen Kurzschlußschutzvorgang für das erste und das zweite Muster zu verändern.

E-4. Wirkung

Wie oben beschrieben wird, weist das Halbleiterbauelement 500 gemäß der fünften Ausführungsform das Schutzsystem zum Verbinden der Widerstände R41 und R42 mit den Abfühlemittern SE1 bzw. SE2 auf, um verschiedene Abfühlpotentiale zu erhal ten, die Widerstandswerten entsprechen, und um jedes der Ab fühlpotentiale dem Stromverhältnisdetektierbereich 15 zuzu führen, so daß das Muster des Kurzschlußzustands auf der Ba sis ihres Verhältnisses bekannt ist. Daher werden die den Widerstandswerten entsprechenden verschiedenen Abfühlpoten tiale gleichzeitig erhalten und direkt miteinander vergli chen. Infolgedessen kann die Zeitdauer zum Erkennen des Mu sters des Kurzschlußzustands verkürzt werden. Daher kann ein Schutzvorgang in Echtzeit durchgeführt werden.

Die Widerstände R41 und R42 haben in der vorstehenden Be schreibung unterschiedliche Widerstandswerte; die Wider standswerte können jedoch auch gleich sein, und ein Strom verhältnis der Abfühlemitter SE1 und SE2 kann verändert wer den.

Dabei wird der Abfühlemitter zu unabhängigen Elektroden ge ändert, die durch elektrische Abtrennung eines Teils einer Emitterelektrode auf einer Flächenbasis erhalten werden, und ein Strom wird von dort abgenommen. Wenn also jede Fläche der abzutrennenden Elektroden geändert wird, kann auch ein Wert des so abzunehmenden Stroms verändert werden.

Wenn der Stromwert geändert wird, ändert sich das Abfühlpo tential mit dem gleichen Widerstandswert. Es ist daher mög lich, die gleichen Wirkungen wie beim Verbinden von Wider ständen mit unterschiedlichen Widerstandswerten zu erhalten.

Die Erfindung wurde zwar im einzelnen gezeigt und beschrie ben, aber die vorstehende Beschreibung ist nur beispielhaft und bedeutet keine Einschränkung. Es versteht sich, daß zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen möglich sind, oh ne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Halbleiterbauelement,
gekennzeichnet durch
einen Transistor (1), der einen Abfühlemitter (SE) hat; und
ein Schutzsystem zur Durchführung eines Schutzvorgangs für die Detektierung eines zu dem Abfühlemitter fließenden Meßstroms zur Steuerung eines Kollektorstroms,
wobei das Schutzsystem folgendes aufweist:
einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich, der einen Stellwiderstand (VR1) hat, um den Meßstrom durch Änderung seines Widerstandswerts in unterschiedliche Spannungen umzu wandeln und dadurch eine Vielzahl von Abfühlspannungen zu erzeugen; und
einen Stromverhältnisdetektierbereich (15) zum Empfang der von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich abgegebenen Abfühlspannungen und von Information über einen den Abfühl spannungen entsprechenden Widerstandswert des Stellwider stands, um dadurch ein Verhältnis jeder der Abfühlspannungen zu jedem der Widerstandswerte zu errechnen und einen Ände rungsbetrag des so errechneten Verhältnisses zu detektieren.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß sich ein Widerstandswert des Stellwiderstands in Abhängigkeit von einem auf zeitlicher Basis geänderten Spannungssignal ändert, wobei die Information über den Wi derstandswert des Stellwiderstands das Spannungssignal ist, das auf zeitlicher Basis geändert wird, und wobei der Wider standswert des Stellwiderstands und das Spannungssignal, das auf zeitlicher Basis geändert wird, eine proportionale Be ziehung haben.

3. Halbleiterbauelement,
gekennzeichnet durch
einen Transistor (1) mit einem Abfühlemitter (SE); und
ein Schutzsystem zur Durchführung eines Schutzvorgangs für die Detektierung eines zu dem Abfühlemitter fließenden Meßstroms zur Steuerung eines Kollektorstroms,
wobei das Schutzsystem folgendes aufweist:
einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich (CV10) zur Um wandlung des Meßstroms in eine Spannung und zum Abgeben die ser Spannung;
einen Spannungs-Zwangsänderungsbereich (14, VR11) zum Anlegen von externen Spannungen mit unterschiedlichen Werten an den Abfühlemitter und zum zwangsweisen Ändern eines Ab fühlemitterpotentials durch den Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich, wodurch die so geänderten Spannungen als eine Vielzahl von Abfühlspannungen von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegeben werden; und
einen Stromverhältnisdetektierbereich (15) zum Empfang der von dem Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich abgegebenen Abfühlspannungen und von den Abfühlspannungen entsprechender Information über die externen Spannungen, um dadurch ein Verhältnis jeder der Abfühlspannungen zu jeder der externen Spannungen zu errechnen und einen Änderungsbetrag des so er rechneten Verhältnisses zu detektieren.

4. Halbleiterbauelement nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich eine Stromspiegelschaltung ist, die einen mit dem Abfühlemitter verbundenen Eingangsteil hat, daß die externe Spannung von einem Stellwiderstand erzeugt wird, der zwischen ein Abga beende einer Spannungsquelle der Stromspiegelschaltung und den Abfühlemitter geschaltet ist, daß ein Widerstandswert des Stellwiderstands in Abhängigkeit von einem Spannungssi gnal geändert wird, das auf zeitlicher Basis geändert wird, daß die Information über die externe Spannung das auf zeit licher Basis geänderte Spannungssignal ist, und daß der Wi derstandswert des Stellwiderstands und das auf zeitlicher Basis geänderte Spannungssignal eine proportionale Beziehung haben.

5. Halbleiterbauelement,
gekennzeichnet durch
einen Transistor (1A), der mindestens zwei Abfühlemit ter (SE1, SE2) hat; und
ein Schutzsystem zur Durchführung eines Schutzvorgangs für die Detektierung eines zu den mindestens zwei Abfühl emittern fließenden Meßstroms zur Steuerung eines Kollektor stroms,
wobei das Schutzsystem folgendes aufweist:
einen Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich (C40) zur Um wandlung des zu den mindestens zwei Abfühlemittern fließen den Meßstroms in Spannungen, um dadurch mindestens zwei Ab fühlspannungen zu erzeugen, die voneinander verschieden sind; und
einen Stromverhältnisdetektierbereich (15) zum Empfang der mindestens zwei von dem Strom-Spannungs- Umwandlungsbereich abgegebenen Abfühlspannungen, um dadurch ein Verhältnis der mindestens zwei Abfühlspannungen zu er rechnen.

6. Halbleiterbauelement nach Anspruch 5, dadurch gekenn zeichnet, daß der Strom-Spannungs-Umwandlungsbereich minde stens zwei Widerstände mit unterschiedlichen Widerstandswer ten hat, die zwischen die mindestens zwei Abfühlemitter und einen Emitter des Transistors geschaltet sind.