DE102011085266A1

DE102011085266A1 - Halbleiterschaltung und Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102011085266A1
Application number: DE102011085266A
Authority: DE
Inventors: Motoki Imanishi; Kenji Sakai; Yoshikazu Tanaka; Kyouko Oyama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2031-10-27
Also published as: DE102011085266B4; JP2012130209A; US20120154007A1; US8803561B2; JP5595256B2

Abstract

Eine Halbleiterschaltung der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kondensator (40) zum Laden von der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf EIN-Ansteuersignal, einen Kondensator (41) zum Laden von der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf ein AUS-Ansteuersignal, eine Signalerzeugungsschaltung (20) zum Erzeugen eines ersten Auslösesignals in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal, eine Signalerzeugungsschaltung (21) zum Erzeugen eines zweiten Auslösesignals in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal, eine Entladungsschaltung (30) zum Entladen der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das zweite Auslösesignal und eine Entladungsschaltung (31) zum Entladen der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das erste Auslösesignal. Mit dieser Konfiguration ist es möglich, eine Halbleiterschaltung und eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die beide eine universelle Funktionsstörungsverhinderungsfunktion aufweisen, durch die eine Funktionsstörung aufgrund von dV/dt ohne Beeinflussung durch irgendeinen externen Faktor verhindert werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterschaltung und eine Halbleitervorrichtung und insbesondere auf eine Halbleiterschaltung und eine Halbleitervorrichtung, die beide zum Ansteuern eines Leistungshalbleiterschaltelements dienen.
Einige Pegelumsetzungsschaltungen, die in Halbleiterschaltungen enthalten sind, die Leistungshalbleiterschaltelemente ansteuern, führen beispielsweise eine Funktion zum Verhindern einer Funktionsstörung aufgrund von selbsterregtem dV/dt (eine abrupte Änderung eines schwebenden Potentials VM, die erzeugt wird, wenn eine P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung ausgeschaltet wird) und eine andere Funktion zum Verhindern einer Funktionsstörung aufgrund von separat erregtem dV/dt (eine abrupte Änderung eines schwebenden Potentials VM, die durch EIN/AUS-Operationen von anderen Zweigen verursacht wird) aus (siehe Absatz [0014] und ”Means for Solving the Problems” von JP 9-172366-A ). In diesem Fall ist dV/dt eine abrupte Änderung eines Referenzpotentials, die durch EIN/AUS-Operationen einer Halbleiterschaltvorrichtung erzeugt wird, die später beschrieben wird und eine Funktionsstörung verursachen kann.
In einer solchen Halbleiterschaltung wird erwartet, dass das selbsterregte dV/dt innerhalb einer Zeitperiode erzeugt wird, während ein EIN-Seiten-Einzelsignal in einen Hochspannungstransistor eingegeben wird.
Es gibt jedoch einen Fall, in dem kein dV/dt erzeugt wird, bis das EIN-Seiten-Einzelsignal beendet ist, und zwar aufgrund einer Ansteuerung der Halbleiterschaltung mit leichter Last, einer Verzögerung der Reaktion der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung, einer Verzögerung der Übertragung der Pegelumsetzungsschaltung und dergleichen.
Da zu diesem Zeitpunkt eine Schaltungsstruktur zum Verringern eines Widerstandswerts des anderen Systems außer Kraft gesetzt ist und der Widerstandswert der AUS-Seite höher ist als jener auf der EIN-Seite, wird, wenn dV/dt angelegt wird, ein AUS-Seiten-Impuls früher zu einem Setz-Rücksetz-Flip-Flop übertragen und dies schaltet nachteiligerweise die P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung aus.
Um das obige Problem zu vermeiden, ist es erforderlich, die Breite des Einzelsignals zu vergrößern, damit es ausreichend länger ist als die Zeitperiode vom Einschalten der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung bis zum Anlegen des dV/dt an diese.
Mit dem Vergrößern der Breite des Einzelsignals entsteht jedoch ein Problem, dass eine Zeitperiode, in der sich der Hochspannungstransistor in einem EIN-Zustand befindet, länger wird und die im Hochspannungstransistor verbrauchte Leistung erhöht wird.
Da die Zeitperiode vom Einschalten der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung bis zum Anlegen des dV/dt an diese von externen Faktoren wie z. B. vom Typ von P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung (Stromführungskapazität) und vom Lastmittelwert einer Wechselrichterschaltung oder dergleichen abhängt, ist ferner der Grad der Entwurfsfreiheit zum Bestimmen der Breite des Einzelsignals geringer.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleiterschaltung und eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die beide eine universelle Funktionsstörungsverhinderungsfunktion aufweisen, durch die eine Funktionsstörung aufgrund von dV/dt ohne Beeinflussung durch irgendeinen externen Faktor verhindert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 und eine Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 gelöst.
Die vorliegende Erfindung ist für eine Halbleiterschaltung bestimmt. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Halbleiterschaltung eine Ausgabeschaltung zum Ausgeben eines EIN-Ansteuersignals oder eines AUS-Ansteuersignals, einen ersten Kondensator zum Laden von der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal, einen zweiten Kondensator zum Laden von der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal, eine erste Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines ersten Auslösesignals in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal, eine zweite Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen eines zweiten Auslösesignals in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal, eine Entladungsschaltung für der EIN-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das zweite Auslösesignal und eine Entladungsschaltung für der AUS-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das erste Auslösesignal.
Gemäß der Halbleiterschaltung der vorliegenden Erfindung ist es, selbst wenn dV/dt jenseits der Periode angelegt wird, in der das Einzelsignal eingegeben wird, möglich, irgendeine Funktionsstörung einer Vorrichtung ohne Beeinflussung durch irgendeinen externen Faktor zu verhindern.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen besser ersichtlich.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
1 einen Schaltplan, der eine Halbleiterschaltung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
2 eine Ansicht, die eine Operationssequenz der Halbleiterschaltung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
3 und 4 Schaltpläne, die jeweils eine Halbleiterschaltung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
5 bis 7 Schaltpläne, die jeweils eine Halbleiterschaltung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigen;
8 eine Ansicht, die eine Konfiguration einer Halbleiterschaltvorrichtung in einer Halbleiterschaltung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
9 einen Schaltplan, der eine Halbleiterschaltung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
10 einen Schaltplan, der eine Halbleiterschaltung gemäß einer zugrundeliegenden Technik zeigt.
<A. Erste bevorzugte Ausführungsform>
10 ist ein Schaltplan, der eine Halbleiterschaltung (Pegelumsetzungsschaltung) gemäß einer zugrundeliegenden Technik der vorliegenden Erfindung zeigt, die in JP 9-172366-A offenbart ist.
Diese Pegelumsetzungsschaltung verwendet jeweilige Einzelsignale auf den EIN/AUS-Seiten, um Hochspannungstransistoren 109a und 109b anzusteuern, und verwendet ferner einen Drainstrom und einen Widerstandswert, die dadurch erzeugt werden, um ein Spannungssignal zu erzeugen.
Zwischen einem System zum Übertragen eines EIN-Seiten-Signals und einem System zum Übertragen eines AUS-Seiten-Signals ist eine Schaltungsstruktur zum Verringern eines Widerstandswerts im anderen System in dem Moment, in dem jedes Signal übertragen wird, eingefügt und die Schaltungsstruktur ist so festgelegt, dass der Spannungsabfall in den Widerständen Ra und Rb aufgrund von dV/dt im System zum Übertragen des AUS-Seiten-Signals größer werden kann.
Wenn das erzeugte Spannungssignal einen Schwellenwert eines Wechselrichters 105 einer nachfolgenden Stufe erreicht, werden ein S-Signal und ein R-Signal eines Setz-Rücksetz-Flip-Flops 104 eingegeben und durch dessen Ausgangssignal werden eine P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 und eine N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QB1 angesteuert.
Die P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 und die N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QB1 sind miteinander Totem-pole-verbunden (in Reihe geschaltet) und eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 und eine weitere Ansteuerschaltung zum Ansteuern der N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QB1 sind vorgesehen.
Mit der vorstehend erörterten Konfiguration führt die Pegelumsetzungsschaltung, wie vorher erörtert, eine Funktion zum Verhindern der Funktionsstörung aufgrund von selbsterregtem dV/dt (eine abrupte Änderung eines schwebenden Potentials VM, die erzeugt wird, wenn die P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 ausgeschaltet wird) und eine weitere Funktion zum Verhindern der Funktionsstörung aufgrund von separat erregtem dV/dt (eine abrupte Änderung eines schwebenden Potentials VM, die durch EIN/AUS-Operationen anderer Zweige erzeugt wird) durch.
In dieser Halbleiterschaltung wird, wie vorher erörtert, erwartet, dass das selbsterregte dV/dt innerhalb einer Zeitperiode erzeugt wird, in der das EIN-Seiten-Einzelsignal in den Hochspannungstransistor 109a eingegeben wird.
Es gibt jedoch einen Fall, in dem kein dV/dt erzeugt wird, bis das EIN-Seiten-Einzelsignal beendet ist, und zwar aufgrund einer Ansteuerung der Halbleiterschaltung mit leichter Last, einer Verzögerung der Reaktion der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1, einer Verzögerung der Übertragung der Pegelumsetzungsschaltung und dergleichen.
Da zu diesem Zeitpunkt eine Schaltungsstruktur zum Verringern eines Widerstandswerts des anderen Systems außer Kraft gesetzt ist und der Widerstandswert der AUS-Seite höher ist als jener der EIN-Seite, wird, wenn dV/dt angelegt wird, ein AUS-Seiten-Impuls früher zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 104 übertragen und dies schaltet nachteiligerweise die P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 aus.
Um das obige Problem zu vermeiden, ist es erforderlich, die Breite des Einzelsignals zu vergrößern, damit es ausreichend länger ist als die Zeitperiode vom Einschalten der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 bis zum Anlegen von dV/dt an diese.
Mit dem Vergrößern der Breite des Einzelsignals entsteht jedoch ein Problem, dass eine Zeitperiode, in der sich die Hochspannungstransistoren 109a und 109b in einem EIN-Zustand befinden, länger wird und die in den Hochspannungstransistoren 109a und 109b verbrauchte Leistung erhöht wird.
Da die Zeitperiode vom Einschalten der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung QT1 bis zum Anlegen von dV/dt an diese (eine Periode T2 in 2, die später erörtert wird) von externen Faktoren wie z. B. vom Typ von P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung (Stromführungskapazität) und vom Lastmittelwert einer Wechselrichterschaltung oder dergleichen abhängt, ist ferner der Grad der Entwurfsfreiheit zum Bestimmen der Breite des Einzelsignals geringer.
In den nachstehenden bevorzugten Ausführungsformen wird eine Erörterung einer Halbleiterschaltung durchgeführt, die zum Lösen des vorstehend erörterten Problems bestimmt ist.
<A-1. Aufbau>
1 ist ein Schaltplan, der eine grundlegende Konfiguration einer Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Schaltung weist eine Pegelumsetzungsschaltung auf, die eine Funktionsstörung verhindert, die auftritt, wenn ein VS-Potential, das ein Referenzpotential ist, geändert wird, was das Problem in der Wechselrichteransteuerschaltung mit der Pegelumsetzungsschaltung ist, und die Pegelumsetzungsschaltung weist eine Konfiguration auf, in der eine P-Seiten-Ansteuerschaltung eine P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 ansteuert und eine N-Seiten-Ansteuerschaltung eine N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8 ansteuert.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Halbleiterschaltung insbesondere eine monostabile Schaltung 1, die als Ausgabeschaltung zum Ausgeben von Einzelsignalen dient, die als EIN-Ansteuersignal und AUS-Ansteuersignal verwendet werden, einen Hochspannungstransistor 3, in den ein EIN-Seiten-Einzelsignal (EIN-Ansteuersignal) von den Einzelsignalen, die aus der monostabilen Schaltung 1 ausgegeben werden, eingegeben wird, einen Hochspannungstransistor 4, in den ein AUS-Seiten-Einzelsignal (AUS-Ansteuersignal) von den Einzelsignalen, die aus der monostabilen Schaltung 1 ausgegeben werden, eingegeben wird, eine Stromspiegelschaltung 10, in die ein Drainstrom vom Hochspannungstransistor 3 fließt, eine Stromspiegelschaltung 11, in die ein Drainstrom vom Hochspannungstransistor 4 fließt, einen Kondensator 40, der als erster Kondensator zum Laden von der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal dient, einen Kondensator 41, der als zweiter Kondensator zum Laden von der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal dient, eine Signalerzeugungsschaltung 20, die als erste Signalerzeugungsschaltung zum Ausgeben eines ersten Auslösesignals in Reaktion auf den Strom, der aus der Stromspiegelschaltung 10 ausgegeben wird, dient, eine Signalerzeugungsschaltung 21, die als zweite Signalerzeugungsschaltung zum Ausgeben eines zweiten Auslösesignals in Reaktion auf den Strom, der aus der Stromspiegelschaltung 11 ausgegeben wird, dient, eine Entladungsschaltung 30, die als Entladungsschaltung für der EIN-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen im Kondensator 40 in Reaktion auf das zweite Auslösesignal dient, eine Entladungsschaltung 31, die als Entladungsschaltung für der AUS-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen im Kondensator 41 in Reaktion auf das erste Auslösesignal dient, einen Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6, in den Spannungssignale, die den geladenen der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen und der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen entsprechen, eingegeben werden, und eine P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7, die als Halbleiterschaltvorrichtung der hohen Seite zum Durchführen einer Schaltoperation in Reaktion auf das Ausgangssignal des Setz-Rücksetz-Flip-Flops 6 dient.
Ferner verwendet die N-Seiten-Ansteuerschaltung eine Leistungsversorgung 5 mit GND als Referenzpotential zum Arbeiten und umfasst eine Signalverarbeitungsschaltung 2 zum Durchführen einer Filteroperation eines Eingangssignals von einem LIN oder dergleichen. Die P-Seiten-Ansteuerschaltung verwendet eine schwebende Leistungsversorgung 56 mit einem Knoten (VS) zwischen der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung und der N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung als Referenzpotential zum Arbeiten.
Stromsignale, die zu den Stromspiegelschaltungen 10 und 11 übertragen werden, werden mit einem bestimmten Verhältnis gedämpft und an eine Logik der hohen Seite ausgegeben. Durch Dämpfen des Stroms ist es möglich, falsche Signale zu verhindern.
Die Ladungen, mit denen die Kondensatoren 40 und 41 aufgeladen werden, werden zu jeweiligen Zeitpunkten, die durch das zweite Auslösesignal und das erste Auslösesignal, die durch die Signalerzeugungsschaltungen 21 bzw. 20 erzeugt werden, bestimmt werden, entladen.
<A-2-1. Operation im Fall keiner Änderung des VS-Potentials>
2 ist eine Ansicht, die eine Operationssequenz der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Zur Erläuterung der Operation sind in 2 Operationswellenformen in einem Fall, in dem kein VS-Potential geändert wird, virtuell durch Ein-Punkt-Strichlinien gezeigt.
Unter Verwendung eines von einem HIN eingegebenen Eingangssignals werden die Einzelsignale (Impulssignale) auf den EIN/AUS-Seiten erzeugt. Der Anstieg des Eingangssignals (Impulssignals) in den HIN entspricht dem EIN-Seiten-Einzelsignal (EIN-Ansteuersignal) und der Abfall davon entspricht dem AUS-Seiten-Einzelsignal (AUS-Ansteuersignal).
Mit den Einzelsignalen werden die Hochspannungstransistoren 3 und 4 angesteuert, um dadurch jeweils Drainströme zu erzeugen.
Die jeweiligen Drainströme, die erzeugt werden, werden mit einem bestimmten Verhältnis in den Stromspiegelschaltungen 10 und 11 gedämpft und dann an die Logik der hohen Seite ausgegeben.
Die Kondensatoren 40 und 41 werden durch die übertragenen Ströme mit den der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen bzw. den der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen aufgeladen und diese werden in Spannungssignale umgesetzt (siehe X1 und Y2).
Zu diesem Zeitpunkt wird die Filterzeit für jeden der Kondensatoren 40 und 41 durch t = CV/I erhalten, wobei t, I, C und V die Filterzeit, den gedämpften Strom, den Kapazitätswert bzw. den Schwellenwert eines Puffers einer nachfolgenden Stufe darstellen.
Die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen, mit denen der Kondensator 40 aufgeladen wird, und die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen, mit denen der Kondensator 41 aufgeladen wird, werden unter Verwendung des zweiten Auslösesignals, das durch die Signalerzeugungsschaltung 21 erzeugt wird, bzw. des ersten Auslösesignals, das durch die Signalerzeugungsschaltung 20 erzeugt wird, entladen. Die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen, mit denen der EIN-Seiten-Kondensator 40 aufgeladen wird, werden zu einem Zeitpunkt entladen, der durch das zweite Auslösesignal bestimmt wird, das durch die AUS-Seiten Signalerzeugungsschaltung 21 erzeugt wird, und die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen, mit denen der AUS-Seiten-Kondensator 41 aufgeladen wird, werden zu einem Zeitpunkt entladen, der durch das erste Auslösesignal bestimmt wird, das durch die EIN-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 20 erzeugt wird (siehe X2 und Y1).
Daher werden die Stromsignale, die von den Einzelsignalen durch die Hochspannungstransistoren 3 und 4 und die Stromspiegelschaltungen 10 und 11 übertragen werden, in ein S-Signal (Setzen-Signal) und ein R-Signal (Rücksetzen-Signal) mit jeweils einer bestimmten Impulsbreite durch die Signalerzeugungsschaltungen 20 und 21 und die Kondensatoren 40 und 41 umgesetzt.
Das S-Signal und das R-Signal werden in den Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 eingegeben, um dadurch die P-Seiten Halbleiterschaltvorrichtung 7 zu betätigen.
<A-2-2. Operation im Fall einer Änderung des VS-Potentials>
Als nächstes wird eine Erörterung einer Operation der Halbleiterschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung für Verschiebungsströme (Drainströme) durchgeführt, die erzeugt werden, wenn das VS-Potential geändert wird.
Wenn dV/dt in einem Fall, in dem das VS-Potential geändert wird, angelegt wird, erzeugen sowohl die EIN-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 20 als auch die AUS-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 21 Signale gleichzeitig während des Anlegens (siehe 2).
Da die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen, mit denen der EIN-Seiten-Kondensator 40 aufgeladen wird, während des Anlegens von dV/dt durch das Signal, das durch die AUS-Signal-Signalerzeugungsschaltung 21 erzeugt wird, weiterhin entladen werden, werden sowohl das S-Signal als auch das R-Signal des Zwischenspeichers niedrig gehalten, wobei sie vor dem Anlegen von dV/dt im Ausgabezustand gehalten werden.
Zu diesem Zeitpunkt werden, obwohl die Stromspiegelschaltung 11 zum Aufladen des AUS-Seiten-Kondensators 41 auch arbeitet, da der Kondensator 41 als Filter dient (entsprechend einer Periode T1 in 2), die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen mit dem ersten Auslösesignal von der Signalerzeugungsschaltung 20 früher als zu dem Zeitpunkt, zu dem das Spannungssignal den Schwellenwert V des Puffers der nachfolgenden Stufe erreicht und das R-Signal zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 übertragen wird, entladen. Daher besteht kein Fall, in dem das R-Signal auf der AUS-Seite zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 durch das Anlegen von dV/dt übertragen wird, und dadurch ist es möglich, die Funktionsstörung zu verhindern.
<A-2-3. Wertebeispiele>
Unter der Annahme, dass der Drainstrom, der aus jedem der Hochspannungstransistoren 3 und 4 ausgegeben wird, 10 mA ist, der durch dV/dt verursachte Strom 2 mA ist, c = 2 pF, V = 10 V und das Spiegelverhältnis 20:1 ist, wird die Filterfähigkeit in einem normalen Fall durch t = CV/I = 2p × 10/500 μA = 40 ns erhalten. Dies ist ein Niveau, das sich in einem normalen Fall nicht auf eine Verzögerung der Signalübertragung auswirkt.
Andererseits wird in dem Fall, in dem das VS-Potential durch das Anlegen von dV/dt verändert wird, die Filterfähigkeit im Fall, dass das VS-Potential geändert wird, durch t = CV/I = 2p × 10/100 μA = 200 ns erhalten. Daher kann beispielsweise die Entladung der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen im Kondensator 41 mit dem ersten Auslösesignal von der Signalerzeugungsschaltung 20 um 200 ns früher als die Übertragung des R-Signals zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 beginnen.
Selbst wenn eine Differenz des Zeitpunkts für die Erzeugung der Signale in der EIN-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 20 und der AUS-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 21 zu dem Zeitpunkt entsteht, zu dem dV/dt angelegt wird, und zwar aufgrund der parasitären Kapazitäten der zwei Hochspannungstransistoren 3 und 4, der Pegelumsetzungswiderstände auf den EIN/AUS-Seiten, der Schwellenwerte der Puffer auf den EIN/AUS-Seiten, der relativen Veränderungen der Stromspiegelverhältnisse auf den EIN/AUS-Seiten oder dergleichen, kann ferner eine Differenz des Zeitpunkts innerhalb eines bestimmten Bereichs zulässig sein, da dank des Effekts des Filters, das aus den Kondensatoren 40 und 41 gebildet ist, genügend Zeit vorhanden ist, bis das S-Signal und das R-Signal zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 übertragen werden. Insbesondere wenn die Differenz des Zeitpunkts für die Erzeugung der Signale in der EIN-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 20 und der AUS-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 21 200 ns oder weniger ist, wie vorstehend erörtert, kann die Differenz zulässig sein.
Durch Ändern des Spiegelverhältnisses in den Stromspiegelschaltungen 10 und 11 ist es möglich, die Filterzeit auf einen gewünschten Wert einzustellen und eine relativ lange Filterzeit mit kleiner Kapazität zu schaffen.
Indem der Drainstrom im normalen Fall ausreichend größer gemacht wird als der Verschiebungsstrom, dessen Auftreten im Fall einer Änderung des VS-Potentials erwartet wird, ist es möglich, die Auswirkung auf die Verzögerung der Übertragung im normalen Fall auf einen so kleinen Wert wie möglich zu verringern. Ferner ist es möglich, den Filtereffekt zu dem Zeitpunkt zu erhöhen, zu dem dV/dt angelegt wird, insbesondere den Effekt, dass die Entladung der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen und der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen früher als die Übertragung des S-Signals und des R-Signals zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 beginnt, und den Effekt, dass eine relative Veränderung zwischen den Übertragungssystemen auf den EIN/AUS-Seiten ermöglicht wird.
Da in der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Halbleiterschaltung den Kondensator 40, der als erster Kondensator zum Laden der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal dient, den Kondensator 41, der als zweiter Kondensator zum Laden der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal dient, die Signalerzeugungsschaltung 20, die als erste Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen des ersten Auslösesignals in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal dient, die Signalerzeugungsschaltung 21, die als zweite Signalerzeugungsschaltung zum Erzeugen des zweiten Auslösesignals in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal dient, die Entladungsschaltung 30, die als Entladungsschaltung für der EIN-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das zweite Auslösesignal dient, und die Entladungsschaltung 31, die als Entladungsschaltung für der AUS-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das erste Auslösesignal dient, umfasst, ist es möglich, irgendeine Funktionsstörung der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 ohne Beeinflussung durch irgendeinen externen Faktor zu verhindern, selbst wenn dV/dt jenseits der Zeitperiode angelegt wird, in der die Einzelsignale in die Hochspannungstransistoren 3 und 4 eingegeben werden.
In der Halbleiterschaltung der ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung laden ferner der Kondensator 40, der als erster Kondensator dient, und der Kondensator 41, der als zweiter Kondensator dient, die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen bzw. die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen während der Zeitperiode t = CV/I, wobei I, C und V den Stromwert, den Kapazitätswert bzw. den Schwellenwert eines Puffers einer nachfolgenden Stufe darstellen. Folglich ist es möglich, ein Filter der Kondensatoren 40 und 41 zu bilden, um dadurch die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen und die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen mit dem ersten Auslösesignal und dem zweiten Auslösesignal von der Signalerzeugungsschaltung 21 und der Signalerzeugungsschaltung 20 zu einem Zeitpunkt früher als die Übertragung des S-Signals und des R-Signals zum Setz-Rücksetz-Flip-Flop 6 zu entladen, und daher ist es möglich, irgendeine Funktionsstörung der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 zu verhindern.
<B. Zweite bevorzugte Ausführungsform>
<B-1. Aufbau>
3 ist ein Schaltplan, der eine grundlegende Konfiguration einer Halbleiterschaltung mit Signalerzeugungswiderständen 22 und 23, die als erste bzw. zweite Signalerzeugungsschaltung dienen, anstelle der Signalerzeugungsschaltungen 20 und 21 in der ersten bevorzugten Ausführungsform, und Entladungs-NMOSs (N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) 32 und 33, die als Entladungsschaltung für der EIN-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen bzw. als Entladungsschaltung für der AUS-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen dienen, anstelle der Entladungsschaltungen 30 und 31 zeigt.
Da in der Schaltungskonfiguration der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Signalerzeugungswiderstände 22 und 23 verwendet werden, um Signale zu erzeugen, ist es möglich, vereinfachte Impulssignale unter Verwendung der Ströme, die von den Stromspiegelschaltungen 10 und 11 übertragen werden, und der Widerstandswerte in den Signalerzeugungswiderständen 22 und 23 zu erzeugen.
Da ein NMOSFET als Entladungselement verwendet wird, ist es ferner möglich, einen Zeitpunkt für die Entladung leicht einzustellen und die Schaltungskonfiguration zu vereinfachen.
4 ist ein Schaltplan, der eine grundlegende Konfiguration einer Halbleiterschaltung mit Zener-Dioden 24 und 25, die als erste bzw. zweite Signalerzeugungsschaltung dienen, anstelle der Signalerzeugungsschaltungen 20 und 21 in der ersten bevorzugten Ausführungsform und Entladungs-NMOSs 32 und 33 anstelle der Entladungsschaltungen 30 und 31 zeigt.
Da in der Schaltungskonfiguration der zweiten bevorzugten Ausführungsform die Zener-Dioden 24 und 25 verwendet werden, um Signale zu erzeugen, ist es möglich, ein konstantes Spannungssignal unter Verwendung der Ströme, die von den Stromspiegelschaltungen 10 und 11 übertragen werden, zu erzeugen. Ferner ist es möglich, die Schaltungskonfiguration zu vereinfachen.
C. Dritte bevorzugte Ausführungsform>
<C-1. Aufbau>
5 ist ein Schaltplan, der eine grundlegende Konfiguration einer Halbleiterschaltung mit einer P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 50 und einer N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 51 mit jeweils einer SiC-(Siliziumcarbid)Freilaufdiode anstelle der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 und der N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform (3) zeigt.
Mit einer solchen Konfiguration weist die Halbleiterschaltung einen hohen Wärmewiderstand und eine hohe Wärmestrahlung auf und dies ermöglicht eine Größenverringerung eines Halbleitermoduls.
6 ist ein Schaltplan, der eine grundlegende Konfiguration einer Halbleiterschaltung mit einer P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 52 und einer N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 53 mit jeweils einem SiCMOSFET anstelle der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 und der N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform (3) zeigt.
In einer solchen Konfiguration erreicht der SiCMOSFET einen geringen Verlust und der hohe Wirkungsgrad ermöglicht eine Größenverringerung.
Ferner ist 7 ein Schaltplan, der eine grundlegende Konfiguration einer Halbleiterschaltung mit einer P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 54 und einer N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 55 mit jeweils sowohl einer SiC-Freilaufdiode als auch einem SiCMOSFET anstelle der P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 und der N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8 in der zweiten bevorzugten Ausführungsform (3) zeigt.
Mit einer solchen Konfiguration ermöglichen der hohe Wärmewiderstand und die hohe Wärmestrahlung eine Größenverringerung eines Halbleitermoduls. Ferner erreicht der SiCMOSFET einen geringen Verlust und der hohe Wirkungsgrad ermöglicht eine Größenverringerung.
<D. Vierte bevorzugte Ausführungsform>
<D-1. Aufbau>
8 ist eine Ansicht, die eine Konfiguration zum Ansteuern einer Halbleiterschaltvorrichtung mit mehreren Phasen zeigt. Wie in 8 gezeigt, weist die Halbleiterschaltvorrichtung mehrere Phasen mit einer P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7u, einer P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7v, einer P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7w, einer N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8u, einer N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8v und einer N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8w auf.
Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, eine Vereinfachung und Größenverringerung der Leiterplattenleitweglenkung unter Verwendung eines IPM (intelligenten Leistungsmoduls) oder dergleichen zu erreichen.
<E. Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
<E-1. Aufbau>
9 ist ein Schaltplan, der eine Halbleiterschaltung zeigt, die ferner einen Flip-Flop 9 vom Verzögerungstyp neben den Bestandteilen der ersten bevorzugten Ausführungsform (1) aufweist.
In der Halbleiterschaltung der fünften bevorzugten Ausführungsform werden die P-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 7 und die N-Seiten-Halbleiterschaltvorrichtung 8 zu einem Anstiegszeitpunkt eines Signals betätigt, das das NICHT-ODER der EIN-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 20 und der AUS-Seiten-Signalerzeugungsschaltung 21 nimmt. Mit anderen Worten, ein Taktzeitpunkt des Flip-Flops 9 vom Verzögerungstyp wird mit dem Abfallzeitpunkt des Einzelsignals in Übereinstimmung gebracht.
Indem ein Unterschied zwischen dem Zeitpunkt, zu dem das VS-Potential geändert wird, und dem Zeitpunkt des Einzelsignals gemacht wird, wird dV/dt zu dem Zeitpunkt angelegt, zu dem beide Hochspannungstransistoren 3 und 4 sich sicher in einem AUS-Zustand befinden.
Da jeweilige Werte der Verschiebungsströme, die im EIN-Seiten-Hochspannungstransistor 3 und im AUS-Seiten-Hochspannungstransistor 4 fließen, gleich gemacht werden, wenn dV/dt angelegt wird, ist es möglich, zu verhindern, dass eine Differenz des Zeitpunkts für die Übereinstimmungssignale auf den EIN/AUS-Seiten aufgrund von dV/dt auftritt, und sicher irgendeine Funktionsstörung zu verhindern.
In den bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden die Qualität, das Material, Bedingungen und dergleichen jedes Bestandteils erörtert, aber diese sind nur Beispiele und nicht einschränkend.
Obwohl die Erfindung im Einzelnen gezeigt und beschrieben wurde, ist die vorangehende Beschreibung in allen Aspekten erläuternd und nicht einschränkend. Daher können selbstverständlich zahlreiche Modifikationen und Veränderungen entwickelt werden, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
Obwohl die Erfindung ausführlich beschrieben und gezeigt wurde, soll dies selbstverständlich lediglich zur Erläuterung und als Beispiel dienen und nicht als Beschränkung verstanden werden, wobei der Erfindungsgedanke und der Umfang der Erfindung lediglich durch die beigefügten Ansprüche beschränkt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 9-172366 A [0002, 0023]

Claims

Halbleiterschaltung, die umfasst: eine Ausgabeschaltung (1) zum Ausgeben eines EIN-Ansteuersignals oder eines AUS-Ansteuersignals; einen ersten Kondensator (40) zum Laden von der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal; einen zweiten Kondensator (41) zum Laden von der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal; eine erste Signalerzeugungsschaltung (20) zum Erzeugen eines ersten Auslösesignals in Reaktion auf das EIN-Ansteuersignal; eine zweite Signalerzeugungsschaltung (21) zum Erzeugen eines zweiten Auslösesignals in Reaktion auf das AUS-Ansteuersignal; eine Entladungsschaltung (30) für der EIN-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das zweite Auslösesignal; und eine Entladungsschaltung (31) für der AUS-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen zum Entladen der der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen in Reaktion auf das erste Auslösesignal.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kondensator (40) und der zweite Kondensator (41) die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen bzw. die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen während einer Zeitperiode t = CV/I laden, wobei I, C, V einen Stromwert, einen Kapazitätswert bzw. einen Schwellenwert des Puffers der nachfolgenden Stufe darstellen.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalerzeugungsschaltung (22) und die zweite Signalerzeugungsschaltung (23) jeweils ein Signalerzeugungswiderstand sind.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Signalerzeugungsschaltung (24) und die zweite Signalerzeugungsschaltung (25) jeweils eine Zener-Diode sind.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entladungsschaltung (32) für der EIN-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen und die Entladungsschaltung (33) für der AUS-Ansteuerung zugeordnete elektrische Ladungen jeweils ein NMOSFET sind.
Halbleiterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner umfasst: einen Setz-Rücksetz-Flip-Flop (6), der in Reaktion auf die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen und die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen arbeitet, die in diesen geladen werden; und einen Flip-Flop (9) vom Verzögerungstyp, in den ein Ausgangssignal des Setz-Rücksetz-Flip-Flops (6) und ein NICHT-ODER-Ausgangssignal des ersten Auslösesignals und des zweiten Auslösesignals eingegeben werden.
Halbleitervorrichtung, die umfasst: eine Halbleiterschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche; und eine Halbleiterschaltvorrichtung (7) der hohen Seite, die in Reaktion auf die der EIN-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen und die der AUS-Ansteuerung zugeordneten elektrischen Ladungen arbeitet, die in die Halbleiterschaltung geladen werden.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltvorrichtung (50, 54) der hohen Seite eine Freilaufdiode aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltvorrichtung (52, 54) der hohen Seite einen MOSFET aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke umfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltvorrichtung (7u, 7v, 7w) der hohen Seite mehrere Phasen umfasst.