DE102015110660A1

DE102015110660A1 - Halbleitervorrichtung und leistungswandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102015110660A1
Application number: DE102015110660.4A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Osanai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2015-07-02
Publication date: 2016-01-14
Anticipated expiration: 2035-07-03
Also published as: CN105305780B; CN105305780A; JP2016021652A; JP5979184B2; DE102015110660B4; US20160011266A1; US9874614B2

Abstract

Es ist eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einem Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Abfühlelement; einer Hauptdiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist; einer Abfühldiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist; und einer Verschlechterungserfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum Anlegen einer Spannung an einen Abfühlknoten und zum Erfassen einer Verschlechterung des Schaltelements oder der Hauptdiode basierend auf einem Durchlassstrom, der in der Abfühldiode fließt, wobei dieser erfasst wird, während die Spannung angelegt wird, wobei die Spannung während einer AUS-Periode des Schaltelements angelegt wird, wobei die Abfühldiode zum Erfassen eines durch die Hauptdiode fließenden Stroms eingerichtet ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und eine Leistungswandlungsvorrichtung.
2. Beschreibung der verwandten Technik
Es ist eine Störungs- bzw. Fehlfunktionserfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Verschlechterung eines Schaltelements bekannt (siehe zum Beispiel japanische Patentoffenlegung Nr. 2009-159671 ). Die Erfassungsvorrichtung umfasst ein Diodenelement mit hoher Spannungsfestigkeit, das speziell zur Störungs- bzw. Fehlfunktionserfassung verwendet wird, wobei dieses extern mit dem Kollektor des Schaltelements verbunden ist, und sie erfasst die Verschlechterung des Schaltelements basierend auf einer Spannung, die über dem Diodenelement mit hoher Spannungsfestigkeit erfasst wird.
Bei der vorgenannten herkömmlichen Technik ist es jedoch erforderlich, dass das Diodenelement, das speziell zur Störungs- bzw. Fehlfunktionserfassung verwendet wird, die Verschlechterung erfasst.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung und eine Leistungswandlungsvorrichtung bereitzustellen, die zur Erfassung einer Verschlechterung ohne eine zur Störungs- bzw. Fehlfunktionserfassung zweckbestimmte Diode im Stande sind.
Die folgende Konfiguration wird angenommen, um die vorgenannte Aufgabe zu erreichen.
Bei einem Aspekt des Ausführungsbeispiels ist eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einem Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Abfühlelement; einer Hauptdiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist; einer Abfühldiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist; und einer Verschlechterungserfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum Anlegen einer Spannung an einen Abfühlknoten, an dem die zweite Hauptelektrode des Abfühlelements und die Anode der Abfühldiode verbunden sind, und zum Erfassen einer Verschlechterung des Schaltelements oder der Hauptdiode basierend auf einem Durchlassstrom, der in der Abfühldiode fließt, wobei der Durchlassstrom erfasst wird, während die Spannung angelegt wird, wobei die Spannung während einer AUS-Periode des Schaltelement angelegt wird, wobei die Abfühldiode zum Erfassen eines Stroms eingerichtet ist, der durch die Hauptdiode fließt.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung deutlicher, wenn diese in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration einer Halbleitervorrichtung;
2 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren beispielhaften Konfiguration einer Halbleitervorrichtung;
3 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Halbleitervorrichtung;
4 ist ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Schaltelements;
5 ist eine Darstellung, die eine Schnittansicht zeigt, zur schematischen Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration des Schaltelements;
6 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer weiteren beispielhaften Konfiguration der Halbleitervorrichtung;
7 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Halbleitervorrichtung;
8 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung;
9 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Leistungswandlungsvorrichtung, wenn Strom von der Leistungswandlungsvorrichtung an eine Last zugeführt wird;
10 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Leistungswandlungsvorrichtung, wenn Strom von der Last an die Leistungswandlungsvorrichtung zurückgeführt wird; und
11 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform einer durch die Leistungswandlungsvorrichtung durchgeführten Verschlechterungserfassung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration einer Ansteuervorrichtung 1, die ein Beispiel einer Halbleitervorrichtung darstellt. Die Ansteuervorrichtung 1 umfasst ein Schaltelement S1, eine Hauptdiode D1, eine Abfühldiode (Prüfdiode) D2 und eine Verschlechterungserfassungsschaltung 50.
Das Schaltelement S1 umfasst einen Haupttransistor 12 und einen Abfühltransistor (Prüftransistor) 13. Der Haupttransistor 12 ist ein Beispiel eines Hauptelements, und der Abfühltransistor 13 ist ein Beispiel eines Abfühlelements (Prüfelements), das in einer kleineren Größe als das Hauptelement ausgebildet ist.
Die Hauptdiode D1 umfasst eine Kathode, die mit einer Kollektorelektrode des Haupttransistors 12 verbunden ist, und eine Anode, die mit einer Emitterelektrode des Haupttransistors 12 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Haupttransistors 12 ist ein Beispiel einer ersten Hauptelektrode des Hauptelements und ist mit dem Kollektoranschluss C des Schaltelements S1 verbunden. Die Emitterelektrode des Haupttransistors 12 ist ein Beispiel einer zweiten Hauptelektrode des Hauptelements und ist mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements S1 verbunden.
Die Abfühldiode D2 umfasst eine Kathode, die mit einer Kollektorelektrode des Abfühltransistors 13 verbunden ist, und eine Anode, die mit einer Abfühlemitterelektrode des Abfühltransistors 13 verbunden ist. Die Kollektorelektrode des Abfühltransistors 13 ist ein Beispiel einer ersten Hauptelektrode des Abfühlelements und ist mit einem Kollektoranschluss C des Schaltelements S1 verbunden. Die Abfühlemitterelektrode des Abfühltransistors 13 ist ein Beispiel der zweiten Hauptelektrode des Abfühlelements und ist mit einem Abfühlemitteranschluss SE des Schaltelements S1 verbunden.
Die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 ist ein Beispiel einer Erfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum Anlegen einer Spannung Vref an einen Abfühlknoten "b" in einer AUS-Periode des Schaltelements S1, wodurch die Verschlechterung des Schaltelement S1 oder der Hauptdiode D1 basierend auf einem Durchlassstrom I₂ erfasst wird, der in der Abfühldiode D2 fließt. Der Abfühlknoten "b" ist ein Verbindungspunkt, an dem die Abfühlemitterelektrode des Abfühltransistors 13 und die Anode der Abfühldiode D2 miteinander verbunden sind. Der Durchlassstrom I₂ ist ein Strom, der in der Abfühldiode D2 in Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung fließt.
Zusätzlich meint die AUS-Periode des Schaltelements S1 eine Zeitdauer, in der eine Spannung Vge zum Ausschalten des Schaltelements S1 an Gateanschlüsse (Steueranschlüsse) des Haupttransistors 12 und des Abfühltransistors 13 über einen Gateanschluss G des Schaltelements S1 anliegt. Der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 sind ausgeschaltet, während die Gatespannung Vge zum Ausschalten des Schaltelements S1 an deren Gateanschlüssen anliegt.
In der Verschlechterung bzw. Schädigung des Schaltelements S1 ist eine Verschlechterung von zumindest einem des Haupttransistors 12 und des Abfühltransistors 13 umfasst. Auch kann ein Kurzschlussfehler in der Verschlechterung bzw. Schädigung umfasst sein.
Wenn die Spannung Vref während der AUS-Periode des Schaltelements S1 an den Abfühlknoten "b" angelegt ist, liegt eine Spannung (Vref – VF2) an der Kollektorelektrode des Haupttransistors 12 und des Abfühltransistors 13 und der Kathode der Hauptdiode D1 an. VF2 ist eine Durchlassspannung der Abfühldiode D2. Die Spannung Vref ist größer als die Durchlassspannung VF2.
In dem Fall, dass der Haupttransistor 12 verschlechtert bzw. geschädigt ist, leckt der Durchlassstrom I₂ von der Kollektorelektrode an die Emitterelektrode des Haupttransistors 12 in Erwiderung auf das Anlegen der Spannung (Vref – VF2) an den Haupttransistor 12, selbst wenn der Haupttransistor 12 ausgeschaltet ist. In dem Fall, dass der Abfühltransistor 13 verschlechtert bzw. geschädigt ist, leckt der Durchlassstrom I₂ von der Kollektorelektrode an die Abfühlemitterelektrode des Abfühltransistors 13 in Erwiderung auf das Anlegen der Spannung (Vref – VF2) an den Abfühltransistor 13, selbst wenn der Abfühltransistor 13 ausgeschaltet ist. In dem Fall, dass die Hauptdiode D1 verschlechtert bzw. geschädigt ist, leckt der Durchlassstrom I₂ von der Kathode an die Anode der Hauptdiode D1 in Erwiderung auf das Anlegen der Spannung (Vref – VF2) an die Hauptdiode D1.
Das heißt, dass in dem Fall, dass das Schaltelement S1 und/oder die Hauptdiode D1 verschlechtert bzw. geschädigt ist, der Durchlassstrom I₂ in der Abfühldiode D2 in Erwiderung darauf fließt, dass die Spannung Vref während der AUS-Periode des Schaltelements S1 an dem Abfühlknoten "b" anliegt. Indessen, in dem Fall, dass weder der Haupttransistor 12 noch der Abfühltransistor 13 noch die Hauptdiode D1 verschlechtert bzw. geschädigt ist, fließt der Durchlassstrom I₂ nicht in der Abfühldiode D2 in Erwiderung darauf, dass die Spannung Vref während der AUS-Periode des Schaltelements S1 an dem Abfühlknoten "b" anliegt.
Daher kann zum Beispiel die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 bestimmen, dass das Schaltelement S1 und/oder die Hauptdiode D1 verschlechtert bzw. geschädigt ist, wenn das Fließen eines Durchlassstroms I₂ in der Abfühldiode D2 während der AUS-Periode des Schaltelements S1 erfasst wird. Indessen kann zum Beispiel die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 bestimmen, dass weder das Schaltelement S1 noch die Hauptdiode D1 verschlechtert bzw. geschädigt ist, wenn das Fließen eines Durchlassstroms I₂ in der Abfühldiode D2 während der AUS-Periode des Schaltelements S1 nicht erfasst wird.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann die Verschlechterung bzw. Schädigung ohne ein weiteres Diodenelement erfasst werden, das zur Störungs- bzw. Fehlfunktionserfassung zweckbestimmt ist, da die Abfühldiode D2 zum Erfassen des Stromflusses in der Hauptdiode D1 zum Erfassen der Verschlechterung bzw. Schädigung genutzt bzw. zweckentfremdet werden kann.
Die Abfühldiode D2 ist auf einem Chip 20 eingerichtet, wo das Schaltelement S1 eingerichtet ist. Somit wird die Abfühldiode D2, die auf dem gleichen Chip eingerichtet ist, auf dem das Schaltelement S1 eingerichtet ist, zum Erfassen der Verschlechterung verwendet. Daher ist zum Beispiel ein Abstand zwischen der Abfühldiode D2 und dem Schaltelement S1 wahrscheinlich kurz im Vergleich zu einer Konfiguration, in der die Abfühldiode auf einem separaten Chip gegenüber dem Schaltelement eingerichtet ist, wodurch ermöglicht wird, einen Schaltungsmaßstab bzw. eine Schaltungsgröße der Ansteuervorrichtung 1 zu verkleinern.
Auch kann die Hauptdiode D1 auf dem gleichen Chip eingerichtet sein, auf dem das Schaltelement S1 eingerichtet ist. Somit ist zum Beispiel ein Abstand zwischen der Hauptdiode D1 und dem Schaltelement S1 oder der Abfühldiode D2 wahrscheinlich kurz im Vergleich zu einer Konfiguration, in der die Hauptdiode D1 auf einem anderen Chip als dem Chip 20 eingerichtet ist, wodurch weiter ermöglicht wird, einen Schaltungsmaßstab bzw. eine Schaltungsgröße der Ansteuervorrichtung 1 zu verkleinern.
Im Folgenden wird die in 1 gezeigte Konfiguration weiter ausführlich beschrieben.
Die Ansteuervorrichtung 1 ist eine Halbleiterschaltung mit einer Einrichtung zum Ansteuern einer induktiven Last (zum Beispiel einer Induktivität bzw. Induktivitätsspule, eines Motors, usw.), die mit einer ersten Einspeiseeinheit 61 oder einer zweiten Einspeiseeinheit 62 verbunden ist, wobei die induktive Last durch Ein-/Ausschalten des Schaltelements S1 angesteuert wird.
Zum Beispiel ist die Einspeiseeinheit 61 ein Strompfad, der elektrisch mit einem Bauteil hohen Energieversorgungspotentials wie etwa einer positiven Elektrode der Energieversorgung verbunden ist, und sie kann über ein Schaltelement oder eine Last indirekt mit dem Bauteil hohen Energieversorgungspotentials verbunden sein. Zum Beispiel ist die Einspeiseeinheit 62 ein Strompfad, der elektrisch mit einem Bauteil niedrigen Energieversorgungspotentials wie etwa einer negativen Elektrode der Energieversorgung (zum Beispiel einem Bauteil mit Masse- bzw. Erdpotential) verbunden ist, und kann sie über ein Schaltelement oder eine Last indirekt mit dem Bauteil niedrigen Energieversorgungspotentials verbunden sein.
Zum Beispiel ist eine Leistungswandlungsvorrichtung zum Wandeln elektrischer Leistung zwischen einem Eingang und einem Ausgang von dieser durch Ein-/ Ausschalten des Schaltelements S1 beispielhaft als eine Vorrichtung gezeigt, in der ein oder mehrere Ansteuervorrichtungen verwendet werden. Ein Konverter zum Hochsetzen oder Heruntersetzen der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromleistung, ein Inverter zum Wandeln von elektrischer Leistung zwischen der Gleichspannungs- bzw. Gleichstromleistung und der Wechselspannungs- bzw. Wechselstromleistung, und dergleichen sind beispielhaft als die Leistungswandlungsvorrichtung angeführt.
Das Schaltelement S1 ist ein spannungsgesteuertes Halbleiterelement mit isoliertem Gate mit Stromabfühl- bzw. Stromdetektionsfunktion, und es ist zum Beispiel ein IGBT ("Insulated Gate Bipolar Transistor") mit einem Gateanschluss G, einem Kollektoranschluss C, einem Emitteranschluss E und einem Abfühlemitteranschluss SE.
Zum Beispiel ist der Gateanschluss G ein Steueranschluss, der mit der Gateansteuerschaltung 40 verbunden ist. Zum Beispiel ist der Kollektoranschluss C ein erster Hauptanschluss, der mit einem Verbindungsknoten "a" und über den Verbindungsknoten "a" mit der Einspeiseeinheit 61 verbunden ist. Zum Beispiel ist der Emitteranschluss E ein zweiter Hauptanschluss, der mit einem Verbindungsknoten "d" und über den Verbindungsknoten "d" mit der Einspeiseeinheit 62 verbunden ist. Zum Beispiel ist der Abfühlemitteranschluss SE ein Abfühlanschluss, der mit dem Abfühlknoten "b" und über den Abfühlknoten "b" mit der Verschlechterungserfassungsschaltung 50 verbunden ist.
Das Schaltelement S1 umfasst den Haupttransistor 12 und den Abfühltransistor 13. Der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 sind Schaltelemente wie etwa der IGBT. Der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 können eine Vielzahl von Zellentransistoren darstellen.
Die jeweiligen Gateelektroden des Haupttransistors 12 und des Abfühltransistors 13 sind Steuerelektroden, die gemeinsam mit dem Gateanschluss G des Schaltelements S1 verbunden sind. Die jeweiligen Kollektorelektroden des Haupttransistors 12 und des Abfühltansistors 13 sind erste Hauptelektroden, die gemeinsam mit dem Kollektoranschluss C des Schaltelements S1 verbunden sind. Die Emitterelektrode des Haupttransistors 12 ist eine zweite Hauptelektrode, die mit dem Emitteranschluss E des Schaltelements S1 verbunden ist. Der Abfühlemitteranschluss des Abfühltransistors 13 ist eine Abfühlelektrode, die mit dem Abfühlemitteranschluss SE des Schaltelement S1 verbunden ist.
Der Haupttransistor 12 ist ein Beispiel eines Schaltelements. Der Abfühltransistor 13 ist ein Beispiel eines Abfühlelements zum Erzeugen eines Stroms, der einem in dem Haupttransistor 12 fließenden Strom entspricht, wobei ein größerer Strom in dem Abfühlelement fließt (erzeugt wird), wenn der in dem Haupttransistor 12 fließende Strom größer wird. Zum Beispiel gibt der Abfühltransistor 13 einen Abfühlstrom Ise aus, der zu einem in dem Haupttransistor 12 fließenden Hauptstrom Ie proportional ist, wobei der Abfühlstrom Ise, der dem Hauptstrom Ie entspricht, kleiner ist als der Hauptstrom Ie.
Zum Beispiel wird ein Kollektorstrom, der von dem Kollektoranschluss C in das Schaltelement S1 fließt, durch ein Abfühlverhältnis "m" auf-/geteilt in den Hauptstrom Ie, der in dem Haupttransistor 12 fließt, und den Abfühlstrom Ise, der in dem Abfühltransistor 13 fließt. Der Abfühlstrom Ise, der dem Hauptstrom Ie entspricht, wird durch Verwendung des Abfühlverhältnisses "m" erzeugt, um so den Wert des Abfühlstroms Ise durch das Abfühlverhältnis "m" zu verringern, sodass er kleiner ist als der Hauptstrom Ie. Das Abfühlverhältnis "m" ist gemäß einem Verhältnis zwischen einer Fläche der Emitterelektrode des Haupttransistors 12 und einer Fläche der Abfühlemitterelektrode des Abfühltransistors 13 definiert.
Der Hauptstrom Ie fließt durch die Kollektorelektrode und die Emitterelektrode des Haupttransistors 12, sodass er von dem Emitteranschluss E ausgegeben wird. Der Hauptstrom Ie, der von dem Emitteranschluss E ausgegeben wird, fließt durch den Verbindungsknoten "d" in die Einspeiseeinheit 62. Der Hauptsstrom Ie ist ein Rückstrom bzw. Rückwärtsstrom, entgegengesetzt zu einem Diodenstrom I₁, der in einer Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung in der Hauptdiode D1 fließt.
Der Abfühlstrom Ise fließt durch die Kollektorelektrode und die Abfühlemitterelektrode des Abfühltransistors 13, sodass er von dem Abfühlemitteranschluss SE ausgegeben wird. Der Abfühlstrom Ise, der von dem Abfühlemitteranschluss SE ausgegeben wird, fließt durch den Abfühlknoten "b" und eine Steuerschaltung 90 in die Einspeiseeinheit 62. Der Abfühlstrom Ise ist ein Rückstrom bzw. Rückwärtsstrom, entgegengesetzt zu einem Abfühldiodenstrom I₂, der in der Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung in der Abfühldiode D2 fließt.
Die Hauptdiode D1 ist ein Gleichrichterelement, das umgekehrt parallel zu dem Haupttransistor 12 geschaltet ist, und umfasst zum Beispiel die Anode, die mit dem Emitteranschluss E verbunden ist, und die Kathode, die mit dem Kollektoranschluss C verbunden ist. Die Anode der Hauptdiode D1 ist eine P-Typ-Elektrode, die mit dem Verbindungsknoten "d" verbunden ist, mit dem der Emitteranschluss E verbunden ist, und die über den Verbindungsknoten "d" mit der Einspeiseeinheit 62 verbunden ist. Die Kathode der Hauptdiode D1 ist eine N-Typ-Elektrode, die mit dem Verbindungsknoten "a" verbunden ist, mit dem der Kollektoranschluss C verbunden ist, und die über den Verbindungsknoten "a" mit der Einspeiseeinheit 61 verbunden ist.
Die Abfühldiode D2 ist ein Gleichrichterelement, das umgekehrt parallel zu dem Abfühltransistor 13 geschaltet ist, und umfasst zum Beispiel die Anode, die mit dem Abfühlemitteranschluss SE verbunden ist, und die Kathode, die mit dem Kollektoranschluss C verbunden ist. Die Anode der Abfühldiode D2 ist eine P-Typ-Elektrode, die mit dem Abfühlknoten "b" verbunden ist, mit dem der Abfühlemitteranschluss SE verbunden ist, und die über den Abfühlknoten "b" mit einer Spannungsausgabeeinheit der Verschlechterungserfassungsschaltung 50 verbunden ist. Die Kathode der Abfühldiode D2 ist eine N-Typ-Elektrode, die mit dem Verbindungsknoten "a" verbunden ist, mit dem der Kollektoranschluss C verbunden ist, und die über den Verbindungsknoten "a" mit der Einspeiseeinheit 61 verbunden ist.
Die Ansteuervorrichtung 1 umfasst eine Steuerschaltung 90 zum Ansteuern des Schaltelements S1 und zum Erfassen der Verschlechterung bzw. Schädigung von diesem. Zum Beispiel ist die Steuerschaltung 90 eine Halbleiterschaltung, die auf einem anderen Chip als dem Chip 20 ausgebildet ist, wobei sie die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 und die Gateansteuerschaltung 40 umfasst. Zusätzlich kann die Steuerschaltung 90 auf dem Chip 20 ausgebildet sein.
Zum Beispiel umfasst die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 eine Spannungsquelle 51, eine Strommesseinheit 52 und einen Schalter S2, die in Reihe geschaltet sind. Zum Beispiel ist die Spannungsquelle 51 eine Schaltung zum Erzeugen einer Festspannung Vref, um diese während der AUS-Periode des Schaltelements S1 an den Abfühlknoten "b" anzulegen. Zum Beispiel ist die Strommesseinheit 52 eine Schaltung zum Messen des Durchlassstroms I₂ durch Erfassung eines Stroms, der von der Spannungsquelle 51 ausgegeben wird. Zum Beispiel ist der Schalter S2 ein Transistor, der eingeschaltet ist, wenn die Verschlechterung in der AUS-Periode des Schaltelements S1 erfasst wird, und der ausgeschaltet ist, wenn die Verschlechterung in der EIN-Periode des Schaltelements S1 nicht erfasst wird. Die Spannung Vref liegt an dem Abfühlknoten "b" an, wenn der Schalter S2 eingeschaltet ist, während die Spannung Vref nicht an dem Abfühlknoten "b" anliegt, wenn der Schalter S2 ausgeschaltet ist.
Zum Beispiel bestimmt die Verschlechterungserfassungsschaltung 50, dass das Schaltelement S1 und/oder die Hauptdiode D1 verschlechtert ist, wenn die Strommesseinheit 52 den Durchlassstrom I₂ misst, der größer ist als ein vorbestimmter Stromwert Ith1. Zum Beispiel ist der Stromwert Ith1 ein Wert, der größer oder gleich "0" ist. Indessen bestimmt die Verschlechterungserfassungsschaltung 50, dass weder das Schaltelement S1 noch die Hauptdiode D1 verschlechtert ist, wenn die Strommesseinheit 52 den Durchlassstrom I₂ misst, der kleiner ist als ein vorbestimmter Stromwert Ith2. Der Stromwert Ith2 ist ein Wert, der größer oder gleich dem Stromwert Ith1 ist.
Die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 stoppt zum Beispiel durch Ausschalten des Schalters S2 ein Anlegen der Spannung Vref an den Abfühlknoten "b" während der EIN-Periode des Schaltelements S1. Somit wird ein Fließen eines Stroms von der Spannungsquelle 51 an den Abfühlknoten "b" während der EIN-Periode des Schaltelements S1 verhindert, und wird auch ein Anlegen der Spannung Vref an den Abfühlknoten "b" während der EIN-Periode des Schaltelements S1 verhindert.
Zum Beispiel gibt die Verschlechterungserfassungsschaltung 50 gemäß einem Stromwert des Durchlassstroms I₂, der durch die Strommesseinheit 52 gemessen wird, eine Verschlechterungsinformation aus, die angibt, dass das Schaltelement S1 oder die Hauptdiode D1 verschlechtert ist. Zum Beispiel kann die Verschlechterungsinformation des Schaltelements S1 oder der Hauptdiode D1 ein Messwert des Durchlassstroms I₂ sein, oder kann sie ein Flag bzw. Hinweissymbol (zum Beispiel "1") oder ein Logikpegel (zum Beispiel "hoher Pegel") sein, das oder der die Verschlechterung des Schaltelements S1 oder der Hauptdiode D1 angibt. Auch kann die Verschlechterungsinformation einen Verschlechterungsfortschrittsgrad bezeichnen.
Die Gateansteuerschaltung 40 schaltet das Schaltelement S1 gemäß einem Ansteuersignal Sg ein/aus. Das Ansteuersignal Sg ist ein Anweisungssignal (zum Beispiel ein Pulsbreitenmodulationssignal) zum Anweisen des Ein-/Ausschaltens des Schaltelements S1, das bereitgestellt wird von einer Steuervorrichtung, die extern mit der Ansteuervorrichtung 1 verbunden ist, in einer höheren Ordnung bzw. Ebene als die Ansteuervorrichtung 1. Zum Beispiel ist die Steuervorrichtung ein Mikrocomputer oder eine einen Mikrocomputer umfassende Vorrichtung.
2 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration der Ansteuervorrichtung 2, die ein Beispiel der Halbleitervorrichtung darstellt. Eine Beschreibung einer ähnlichen Konfiguration oder einer ähnlichen Wirkung zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird ausgelassen.
Eine Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 ist ein Beispiel der vorgenannten Verschlechterungserfassungsschaltung 50. Die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 legt die Spannung Vref während der AUS-Periode des Schaltelements S1 an den Abfühlknoten "b" an, um den Durchlassstrom I₂ zu messen, der in Erwiderung auf das Auftreten eines Leckstroms in dem Schaltelement S1 oder der Hauptdiode D1 fließt, wodurch (durch Leckerfassung) zumindest eine der Verschlechterung des Schaltelements S1 und der Verschlechterung der Hauptdiode D1 erfasst wird.
Zum Beispiel schaltet die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 den Schalter S2 gemäß dem Ansteuersignal Sg zum Ausschalten des Schaltelements S1 ein, und legt sie dadurch die Spannung Vref während der AUS-Periode des Schaltelements S1 an den Abfühlknoten "b" an. Somit wird die Spannung Vref auf geeignete Art und Weise während der AUS-Periode des Schaltelements S1 angelegt, da die Spannung Vref in Synchronisation mit einer Anweisung "Ausschalten" des Ansteuersignals Sg angelegt wird.
Indessen schaltet die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 zum Beispiel den Schalter S2 gemäß dem Ansteuersignal Sg zum Einschalten des Schaltelements S1 aus, und stoppt sie dadurch das Anlegen der Spannung Vref an den Abfühlknoten "b" während der EIN-Periode des Schaltelements S1. Somit wird die Spannung Vref während der EIN-Periode des Schaltelements S1 auf geeignete Art und Weise abgestellt bzw. abgeschaltet, da ein Anlegen der Spannung Vref in Synchronisation mit einer Anweisung "Einschalten" des Ansteuersignals Sg gestoppt wird.
Zusätzlich meint die EIN-Periode des Schaltelements S1 eine Zeitdauer, in der die Gatespannung Vge zum Einschalten des Schaltelements S1 an die Gateelektrode (Steuerelektrode) des Haupttransistors 12 und des Abfühltansistors 13 über den Gateanschluss G des Schaltelements S1 bereitgestellt wird. Der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 sind eingeschaltet, während die Gatespannung Vge zum Einschalten des Schaltelements S1 an deren Gateanschlüssen anliegt.
Zum Beispiel umfasst die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 eine Invertiererschaltung 53 zum Ein-/Ausschalten des Schalters S2 durch ein Signal, das durch Invertierung des Pegels des Ansteuersignals Sg erzeugt wird.
Die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 gibt ein Leckstrom-Erfassungssignal Flk aus, das dem Messwert des Durchlassstroms I₂ entspricht. Zum Beispiel gibt die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 das Leckstrom-Erfassungssignal Flk mit einem hohen Pegel aus, das auf ein Stromleck in dem Schaltelement S1 oder der Hauptdiode D1 hinweist (d.h. die Verschlechterungsinformation), wenn die Strommesseinheit 52 den Durchlassstrom I₂ misst, der größer ist als der vorbestimmte Stromwert Ith1. Indessen gibt die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 zum Beispiel das Leckstrom-Erfassungssignal Flk mit einem niedrigen Pegel aus, das auf das Nichtvorhandensein eines Stromlecks in dem Schaltelement S1 oder der Hauptdiode D1 hinweist, wenn die Strommesseinheit 52 den Durchlassstrom I₂ misst, der kleiner ist als der vorbestimmte Stromwert Ith2.
3 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Ansteuervorrichtung 2. Das Ansteuersignal Sg niedrigen Pegels dient zum Ausschalten des Schaltelements S1, während das Ansteuersignal Sg hohen Pegels zum Einschalten des Schaltelements S1 dient.
Die Gateansteuerschaltung 40 setzt die Gatespannung Vge des Gateanschlusses G auf einen niedrigen Pegel, um das Schaltelement S1 auszuschalten, wenn das Ansteuersignal Sg niedrig ist. Die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 schaltet den Schalter 52 über die Invertiererschaltung 53 ein, wenn das Ansteuersignal Sg niedrig ist, um eine Abfühlemitterspannung Vse des Abfühlknotens "b" auf einen hohen Pegel zu setzen, wodurch eine Spannung VM des Verbindungsknotens "a" über die Abfühldiode D2 hochgesetzt wird. Das heißt, dass die Verschlechterungserfassung des Schaltelements S1 oder der Hauptdiode D1 in einer Periode durchgeführt werden kann, in der das Schaltelement S1 ausgeschaltet ist.
Die Gateansteuerschaltung 40 setzt die Gatespannung Vge des Gateanschlusses G auf einen hohen Pegel, um das Schaltelement S1 einzuschalten, wenn das Ansteuersignal Sg hoch ist. Die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 schaltet den Schalter 52 über die Invertiererschaltung 53 aus, wenn das Ansteuersignal Sg hoch ist, um die Abfühlemitterspannung Vse des Abfühlknotens "b" auf einen niedrigen Pegel zu setzen, wodurch die Spannung VM des Verbindungsknotens "a" über die Abfühldiode D2 heruntergesetzt wird. Das heißt, dass die Verschlechterungserfassung des Schaltelements S1 oder der Hauptdiode D1 in einer Periode gestoppt werden kann, in der das Schaltelement S1 eingeschaltet ist.
4 ist ein Schaltbild zur Veranschaulichung eines Beispiels des Schaltelements S1. Zum Beispiel ist das Schaltelement S1 als ein IGBT mit eingebauter Diode ausgebildet, in dem der Haupttransistor 12, der Abfühltransistor 13, die Hauptdiode D1 und die Abfühldiode D2 auf dem gleichen Chip 20 eingerichtet sind. In dem IGBT mit eingebauter Diode bilden die Anodenelektroden der Dioden und die Emitterelektroden der IGBTs gemeinsame Elektroden, und bilden die Kathodenelektroden der Dioden und die Kollektorelektroden der IGBTs gemeinsame Elektroden. Der IGBT mit eingebauter Diode wird auch als "RC(Reverse Conducting)-IGBT" bezeichnet.
Der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 können jeweils durch einen PNP-Bipolartransistor und einen N-Kanal-MOSFET ("Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor") dargestellt werden.
5 ist eine Darstellung, die eine Querschnittsansicht zeigt, zur schematischen Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration des Schaltelements S1 (RC-IGBT), das in 4 gezeigt ist. Der Haupttransistor 12 und die Hauptdiode D1 sind auf einer Hauptzelle 31 des Chips 20 ausgebildet, während der Abfühltransistor 13 und die Abfühldiode D2 auf eine Abfühlzelle 32 des Chips 20 ausgebildet sind. Die Hauptzelle 31 und die Abfühlzelle 32, die auf dem Chip 20 ausgebildet sind, sind benachbart zueinander.
In dem Fall, dass die Verschlechterungserfassung durchgeführt wird/ist, wird das Schaltelement S1 ausgeschaltet, da die Gatespannung Vge des Gateanschlusses G verringert wird/ist. Das heißt, dass der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 ausgeschaltet werden/sind.

(1) Die Spannung liegt an einem Emitter der Abfühlzelle 32 (nämlich der Abfühlemitterelektrode SE des Abfühltransistors 13 und der Kathode K_S der Abfühldiode D2) an.
(2) Der Durchlassstrom fließt in PN-Übergängen des Abfühltransistors 13 und der Abfühldiode D2.
(3) Eine innere Spannung (im N-Typ-Bereich) des Chips 20 wird durch den in PN-Übergängen fließenden Durchlassstrom erhöht.
(4-1) Eine Spannung liegt zwischen der Gateelektrode G und der Kollektorelektrode C_S des Abfühltransistors 13 gemäß der erhöhten Spannung in dem N-Typ-Bereich an. Somit kann die Verschlechterung in einem Oxidfilm erfasst werden, der zwischen der Gateelektrode G und der Kollektorelektrode C_S des Abfühltransistors 13 liegt.
(4-2) Eine Spannung liegt zwischen der Gateelektrode G und der Kollektorelektrode C_m des Haupttransistors 12 gemäß der erhöhten Spannung in dem N-Typ-Bereich an. Somit kann die Verschlechterung in dem Oxidfilm erfasst werden, der zwischen der Gateelektrode G und der Kollektorelektrode C_m des Haupttransistors 12 liegt.
(4-3) Eine Sperrvorspannung (eine Spannung in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung der Hauptdiode D1 ist) liegt an der Hauptdiode D1 gemäß der erhöhten Spannung in dem N-Typ-Bereich an. Somit kann die Verschlechterung in dem PN-Übergang der Hauptdiode D1 erfasst werden.

6 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration einer Ansteuervorrichtung 3, die ein Beispiel der Halbleitervorrichtung darstellt. Eine Beschreibung einer ähnlichen Konfiguration oder einer ähnlichen Wirkung zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird ausgelassen.
Die Ansteuervorrichtung 3 weist eine Verschlechterung-Erfassungsfunktion und eine Anormalstrom-Erfassungsfunktion auf. Die Ansteuervorrichtung 3 umfasst eine Steuerschaltung 91 zum Ansteuern des Schaltelements S1 und zum Erfassen der Verschlechterung und des anormalen Stroms. Zum Beispiel umfasst die Steuerschaltung 91 einen Widerstand R1, eine Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 und einen Schalter S3, ebenso wie die Gateansteuerschaltung 40 und die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54.
Wie es vorstehend beschrieben ist, erfasst die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 (durch Leckerfassung) zumindest eine der Verschlechterung des Schaltelements S1 und der Verschlechterung der Hauptdiode D1 durch Überwachen des Durchlassstroms I₂, der durch den Abfühlknoten "b" fließt, während der AUS-Periode des Schaltelements S1. Indessen erfasst die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 den anormalen Strom (zum Beispiel einen Überstrom oder einen Kurzschlussstrom) in dem Haupttransistor 12 durch Überwachen der Abfühlemitterspannung Vse des Abfühlknotens "b" unter Verwendung eines Komparators 82 während der EIN-Periode des Schaltelements S1. Zum Beispiel wird die Abfühlemitterspannung Vse über dem Widerstand R1 in Erwiderung auf ein Fließen eines Abfühlstroms Ise in dem Widerstand R1 erzeugt.
Der Widerstand R1 ist ein Abfühlwiderstand (Prüfwiderstand), der zwischen dem Abfühlknoten "b" und dem Verbindungsknoten "d" verbunden ist. Der Verbindungsknoten "d" ist ein Verbindungspunkt zwischen der Emitterelektrode des Haupttransistors 12 und der Anode der Hauptdiode D1.
Die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 ist ein Beispiel einer Anormalitätserfassungseinheit zum Erfassen einer Anormalität des Hauptstroms Ie, der in dem Haupttransistor 12 fließt, basierend auf einer positiven Abfühlemitterspannung Vse, die in Erwiderung auf das Fließen eines Abfühlstroms Ise in dem Widerstand R1 erzeugt wird.
Zum Beispiel, wenn der Haupttransistor 12 unter Strom gesetzt ist, kann die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 bestimmen, ob der Hauptstrom Ie ein Überstrom ist oder nicht, indem sie die positive Abfühlemitterspannung Vse, die in Erwiderung auf das Fließen des Abfühlstroms Ise in dem Widerstand R1 erzeugt wird, mit einer vorbestimmten Referenzspannung VthSC vergleicht. Der Komparator 82 vergleicht die Abfühlemitterspannung Vse mit der vorbestimmten Referenzspannung VthSC, die durch eine Spannungsquelle 81 erzeugt wird. Zum Beispiel bestimmt die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80, dass der Hauptstrom Ie ein Überstrom ist, und gibt sie ein Signal hohen Pegels von dem Komparator 82 aus, wenn die positive Abführemitterspannung Vse die Referenzspannung VthSC übersteigt.
Der Schalter S3 ist ein Beispiel einer Abstelleinheit zum Abstellen bzw. Abschalten des Flusses des Abfühlstroms Ise in dem Widerstand R1 während der AUS-Periode des Schaltelements S1. Zum Beispiel ist der Schalter S3 ein Transistor, der zwischen dem Widerstand R1 und dem Verbindungsknoten "b" in Reihe geschaltet ist.
7 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Ansteuervorrichtung 3. Ein Betrieb der Ansteuervorrichtung 3, die in 6 gezeigt ist, wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Wenn das Ansteuersignal Sg niedrig ist, was auf eine Anweisung zum Ausschalten des Schaltelements S1 hinweist, ist der Schalter S2 eingeschaltet, während der Schalter S3 ausgeschaltet ist. In diesem Fall erfasst die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterung, wie es vorstehend beschrieben ist. Eine Funktionsstörung der Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 kann verhindert werden, da eine Störung bzw. ein Fehlschlagen beim Anlegen der geeigneten Spannung Vref an den Abfühlknoten "b", die bzw. das durch Auf-/Teilung der Spannung Vref durch den Widerstand R1 verursacht wird, durch Ausschalten des Schalters S3 verhindert wird.
Indessen, wenn das Ansteuersignal Sg niedrigen Pegels, das auf eine Anweisung zum Ausschalten des Schaltelements S1 hinweist, an eine UND-Schaltung 83 eingegeben wird, gibt die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 ein Anormalstrom-Erfassungssignal Fsc niedrigen Pegels aus, und zwar ungeachtet des Pegels der Ausgabe des Komparators 82. Das heißt, dass die UND-Schaltung 83 die Anormalstrom-Erfassungsfunktion der Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 unwirksam machen bzw. außer Kraft setzen kann. Zum Beispiel gibt der Komparator 82 ein Signal hohen Pegels aus, das darauf hinweist, dass der Hauptstrom Ie ein Überstrom ist, wenn die Spannung Vref größer ist als die Referenzspannung VthSC. Da die UND-Schaltung 83 das Anormalstrom-Erfassungssignal Fsc auf einem niedrigen Pegel (was darauf hinweist, dass der Hauptstrom Ie kein Überstrom ist) fixieren kann, kann eine falsche Erfassung des anormalen Stroms, die durch eine Funktionsstörung des Komparators 82 verursacht wird, verhindert werden.
Wenn das Ansteuersignal Sg hoch ist, was auf eine Anweisung zum Einschalten des Schaltelements S1 hinweist, ist der Schalter S2 ausgeschaltet, während der Schalter S3 eingeschaltet ist. Durch Ausschalten des Schalters S2 liegt die Spannung Vref nicht an dem Abfühlknoten "b" an. Daher erfasst die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 nicht die Verschlechterung, wie es vorstehend beschrieben ist. Das heißt, dass der Schalter S2 die Leckstrom-Erfassungsfunktion der Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 unwirksam machen bzw. außer Kraft setzen kann.
Indessen, wenn das Ansteuersignal Sg hohen Pegels, das auf eine Anweisung zum Einschalten des Schaltelements S1 hinweist, an die UND-Schaltung 83 eingegeben wird, gibt die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 ein Anormalstrom-Erfassungssignal Fsc hohen Pegels (welches der gleiche logische Pegel einer Ausgabe des Komparators 82 ist) aus. Durch Einschalten des Schalters S3 wird das Fließen des Abfühlstroms Ise in dem Widerstand R1 zugelassen. Daher gibt die Anormalstrom-Erfassungsschaltung 80 das Signal, das von dem Komparator 82 basierend auf der erfassten Abfühlemitterspannung Vse ausgegeben wird, als das Anormalstrom-Erfassungssignal Fsc aus.
Wenn das Anormalstrom-Erfassungssignal Fsc hohen Pegels ausgegeben wird, wird das Schaltelement S1 durch die Gateansteuerschaltung 40 ausgeschaltet. Der anormale Fluss des Hauptstroms Ie kann abgestellt bzw. abgeschaltet werden, da der Haupttransistor 12 und der Abfühltransistor 13 ausgeschaltet sind, wenn das Schaltelement S1 ausgeschaltet ist.
Wie es vorstehend beschrieben ist, kann ein Anschluss zum Erfassen der Verschlechterung und zum Erfassen des anormalen Stroms gemeinsam benutzt werden, da der Abfühlknoten "b" eine Funktion zum Erfassen der Verschlechterung und eine Funktion zum Erfassen des anormalen Stroms aufweist. Auch können Leitungen, die mit dem Anschluss verbunden sind, gemeinsam benutzt werden, wenn der Anschluss gemeinsam benutzt wird.
8 ist eine Darstellung zur Veranschaulichung einer beispielhaften Konfiguration einer Leistungswandlungsvorrichtung 101 mit einer Vielzahl der Ansteuervorrichtungen. Eine Beschreibung einer ähnlichen Konfiguration oder einer ähnlichen Wirkung zu dem vorgenannten Ausführungsbeispiel wird ausgelassen.
Die Leistungswandlungsvorrichtung 101 umfasst eine Armschaltung 66, in der zwei Ansteuervorrichtungen 3L und 3H und Transistoren, die in Reihe geschaltet sind, umfasst sind, wobei die Transistoren in einem Oberseitenarm und einem Unterseitenarm mit Bezug auf einen Zentralknoten 65, mit dem eine induktive Last 70 verbunden ist, angeordnet sind. Die Leistungswandlungsvorrichtung 101 umfasst drei Armschaltungen 66, die der Anzahl von Phasen eines dreiphasigen Motors entsprechen, wenn sie als Inverter bzw. Wechselrichter zum Ansteuern des dreiphasigen Motors verwendet wird.
Eine Einspeiseeinheit 61H, die mit einem Oberseite-Schaltelement S12 verbunden ist, ist elektrisch mit einem Bauteil 63 hohen Energieversorgungspotentials verbunden. Eine Einspeiseeinheit 62H, die mit dem Schaltelement S12 verbunden ist, ist über ein Unterseite-Schaltelement S11 oder die Last 70 indirekt mit einem Bauteil 64 niedrigen Energieversorgungspotentials verbunden. Indessen ist eine Einspeiseeinheit 62L, die mit einem Unterseite-Schaltelement S11 verbunden ist, elektrisch mit einem Bauteil 64 niedrigen Energieversorgungspotentials verbunden. Eine Einspeiseeinheit 61L, die mit dem Schaltelement S11 verbunden ist, ist über das Schaltelement S12 und die Last 70 indirekt mit dem Bauteil 63 hohen Energieversorgungspotentials verbunden.
Die Ansteuervorrichtungen 3L und 3H sind jeweils Beispiele der Halbleitervorrichtung. Zum Beispiel, in dem Fall, dass die Ansteuervorrichtungen 3L und 3H die gleiche Schaltungskonfiguration aufweisen wie diejenige der Ansteuervorrichtung 3, die in 6 gezeigt ist, weisen die Steuerschaltungen 91H und 91L, die in 8 gezeigt sind, die gleiche Schaltungskonfiguration auf wie diejenige der Steuerschaltung 91, die in 6 gezeigt ist. Zusätzlich können die Ansteuervorrichtungen 3L und 3H die gleiche Schaltungskonfiguration aufweisen wie diejenigen von anderen Ausführungsbeispielen.
Zum Beispiel umfasst die Leistungswandlungsvorrichtung 101 eine Steuervorrichtung 110, die extern mit den Ansteuervorrichtungen 3H und 3L verbunden ist, in einer höheren Ordnung bzw. Ebene als die Ansteuervorrichtungen 3H und 3L. Die Gateansteuerschaltung 40, die in einer Oberseite-Steuerschaltung 91H umfasst ist, schaltet das auf der gleichen Seite angeordnete Schaltelement S12 gemäß dem Ansteuersignal (zum Beispiel einem Pulsbreitenmodulationssignal), das von der Steuervorrichtung 110 bereitgestellt wird, ein/aus. Die Gateansteuerschaltung 40, die in einer Unterseite-Steuerschaltung 91L umfasst ist, schaltet das auf der gleichen Seite angeordnete Schaltelement S11 gemäß dem Ansteuersignal (zum Beispiel einem Pulsbreitenmodulationssignal), das von der Steuervorrichtung 110 bereitgestellt wird, ein/aus. Zum Beispiel ist die Steuervorrichtung 110 ein Mikrocomputer oder eine einen Mikrocomputer umfassende Vorrichtung.
Die Steuervorrichtung 110 führt eine bestimmte Steuerung basierend auf der Verschlechterungsinformation durch, die von der in der Oberseite-Steuerschaltung 91H umfassten Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 oder der in der Unterseite-Steuerschaltung 91L umfassten Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 ausgegeben wird. Zum Beispiel führt die Steuervorrichtung 110 eine Steuerung durch, bei der die Verschlechterungsinformation von der jeweiligen Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 an ein externes Ziel gesendet wird oder auf abrufbare Art und Weise in einem Speicher 111 gespeichert wird. Mittels Durchführung der Steuerung kann zum Beispiel die Verschlechterungsinformation an den Benutzer gemeldet werden.
9 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Leistungswandlungsvorrichtung 101, wenn Strom von der Leistungswandlungsvorrichtung 101 an die Last 70 zugeführt wird. "Vge" bezeichnet eine Spannung (Gatespannung) zwischen dem Gateanschluss G und dem Emitteranschluss E des Schaltelements. "Ic" bezeichnet einen Kollektorstrom (nahezu gleich dem vorgenannten Hauptstrom Ie) des Schaltelements. "Vce" bezeichnet eine Spannung zwischen einem Kollektoranschluss C und einem Emitteranschluss E des Schaltelements. "IF" bezeichnet einen Durchlassstrom in der Diode. "Von2" bezeichnet eine Spannung zwischen dem Kollektoranschluss C und dem Emitteranschluss E in der EIN-Periode des Schaltelement S12. "VH" bezeichnet eine Energieversorgungsspannung des Bauteils 63 hohen Energieversorgungspotentials. "VF11" bezeichnet die Spannung der Hauptdiode D11 in einer Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung.
Im Folgenden wird ein Betrieb der Leistungswandlungsvorrichtung 101, die in 8 gezeigt ist, wenn der Strom von der Leistungswandlungsvorrichtung 101 an die Last 70 zugeführt wird, unter Bezugnahme auf 9 beschrieben.
Die Schaltelemente S11 und S12 sind eingeschaltet, wenn die jeweiligen Gatespannungen Vge hoch sind, und ausgeschaltet, wenn die jeweiligen Gatespannungen Vge niedrig sind.
Die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54, die in der Unterseite-Steuerschaltung 91L umfasst ist, erfasst die Verschlechterung (das Leck) während der AUS-Periode des Schaltelements S11 und stoppt eine Erfassung der Verschlechterung während der EIN-Periode des Schaltelements S11 gemäß dem Ansteuersignal zum Ein-/Ausschalten des Schaltelements S11. Gleichermaßen erfasst die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54, die in der Oberseite-Steuerschaltung 91H umfasst ist, die Verschlechterung (das Leck) während der AUS-Periode des Schaltelements S12, und stoppt sie eine Erfassung der Verschlechterung während der EIN-Periode des Schaltelements S12 gemäß dem Ansteuersignal zum Ein-/Ausschalten des Schaltelements S12.
Die Steuervorrichtung 110 führt die bestimmte Steuerung basierend auf der Verschlechterungsinformation durch, die von der Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während eines Zeitraums ta ausgegeben wird. Der Zeitraum ta meint einen Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t11, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird. Da "Vce" des Schaltelements S11 während des Zeitraums ta relativ hoch ist, kann die Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterungserfassung in dem Zeitraum ta auf geeignete Weise durchführen, und gibt sie dadurch die Verschlechterungsinformation der in dem Zeitraum ta erfassten Verschlechterung aus. Daher kann die Steuervorrichtung 110 die bestimmte Steuerung basierend auf der geeigneten Verschlechterungsinformation, die von der Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Zeitraums ta ausgegeben wird, auf geeignete Weise durchführen.
Zum Beispiel wird während des Zeitraums ta1 (der in dem Zeitraum ta umfasst ist), in dem die AUS-Periode des Unterseite-Schaltelements S11 mit der EIN-Periode des Oberseite-Schaltelements S12 überlappt, "Vce" des Schaltelements S11 zu "Vh – Von2". "VH" ist ausreichend höher als "Von2". Der Zeitraum ta1 meint einen Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von AUS auf EIN durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t11, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird. In dem Zeitraum ta1 wird der Strom von dem Oberseite-Schaltelement S12 über den Zentralknoten 65 an die Last 70 zugeführt. Die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 kann die Verschlechterungserfassung auf geeignete Weise durchführen, indem sie eine Spannung an den Unterseite-Abfühlknoten "b" während des Zeitraums ta1 anlegt, in dem die Spannung "VH – Von2" an das Schaltelement S11 und die Hauptdiode D11 angelegt ist. Daher kann die Steuervorrichtung 110 die bestimmte Steuerung basierend auf der geeigneten Verschlechterungsinformation, die von der Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Zeitraums ta1 ausgegeben wird, auf geeignete Weise durchführen.
Indessen macht die Steuervorrichtung 110 die von der Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 ausgegebene Verschlechterungsinformation während des Totzeitraums td1 unwirksam. Der Totzeitraum td1 meint einen Zeitraum von einem Zeitpunkt t11, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t12, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von AUS auf EIN durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird. In dem Totzeitraum td1 wird ein Durchlassstrom IF von der Unterseite-Hauptdiode D11 und der Unterseite-Abfühldiode D12 über den Zentralknoten 65 an die Last 70 zurückgeführt. Während des Totzeitraums td1 wird "Vce" des Schaltelements S11 von "VH – Von2" auf "–VF11" verringert. Somit erfasst die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 fälschlicherweise die Verschlechterung, da die Spannung an dem Abfühlknoten "b" während des Totzeitraums td1 angelegt ist, was bewirkt, dass ein Strom in der Abfühldiode D12 fließt. Daher macht die Steuervorrichtung 110 die Verschlechterungsinformation unwirksam, die von der Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Totzeitraums td1 ausgegeben wird, und verhindert sie dadurch eine Durchführung der bestimmten Steuerung basierend auf einer falschen Verschlechterungsinformation.
Zum Beispiel stoppt die Steuervorrichtung 110 ein Senden der Verschlechterungsinformation an ein externes Ziel oder ein Speichern von dieser in einem Speicher 111, um die von der Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Totzeitraums td1 ausgegebene Verschlechterungsinformation unwirksam zu machen. Mittels Durchführung einer derartigen Steuerung zum Unwirksammachen der Verschlechterungsinformation kann eine falsche Meldung von dieser an den Benutzer verhindert werden.
Auch kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 von der Steuerschaltung 91H, die in der Oberseite-Ansteuervorrichtung 3H umfasst ist, ein Zeit(-steuerungs-)signal Dth zur Meldung des Zeitpunkts t11 erfassen, zu dem der Totzeitraum td1 startet, wodurch ein Ausgeben der Verschlechterungsinformation der während des Totzeitraums td1 erfassten Verschlechterung gestoppt wird. Somit kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 eine Übermittlung der falschen Verschlechterungsinformation an die Steuervorrichtung 110 verhindern.
Zusätzlich kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt (zum Beispiel einen Zeitpunkt t11, zu dem der Totzeitraum td1 startet) erfassen, zu dem das Oberseite-Schaltelement S12 ausgeschaltet wird, indem sie das Zeit(-steuerungs-)signal Dth erfasst. Auch kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt erfassen, zu dem das Schaltelement S11 von EIN auf AUS oder von AUS auf EIN schaltet, indem sie das Ansteuersignal zum Ein-/Ausschalten des Unterseite-Schaltelements S11 erfasst. Zum Beispiel kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt t12 erfassen, zu dem der Totzeitraum td1 endet, indem sie das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von AUS auf EIN erfasst.
Auch wird während eins Zeitraums tb eine Spannung "VH + VF11" an das Schaltelement S12 und die Hauptdiode D21 angelegt. Weiterhin wird während des Zeitraums tb eine Spannung VH an die Abfühldiode D22 angelegt (genauer gesagt wird "VH + VF11 – Vref2" angelegt, wobei jedoch VH erheblich größer ist als VF11 oder Vref2). "Vref2" ist eine Spannung, die an den Oberseite-Abfühlknoten "b" angelegt wird. In dem Zeitraum tb wird der Durchlassstrom IF von der Unterseite-Hauptdiode D11 und der Unterseite-Abfühldiode D12 über den Zentralknoten 65 an die Last 70 zurückgeführt und überlappt sich die AUS-Periode des Schaltelements S12 mit der EIN-Periode des Schaltelements S11.
Wenn die Abfühldiode D22 verschlechtert ist, fließt ein Strom in einer Richtung, die entgegengesetzt zu der Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung der Abfühldiode D22 ist, in Erwiderung auf ein Anlegen der Spannung VH an die Abfühldiode D22. Daher kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterung der Abfühldiode D22 basierend auf einem Rückstrom bzw. Rückwärtsstrom erfassen, der in der Oberseite-Abfühldiode D22 während des Zeitraums tb fließt.
Zusätzlich kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt (zum Beispiel einen Zeitpunkt t12, zu dem der Totzeitraum td11 endet) erfassen, zu dem das Unterseite-Schaltelement S11 von AUS auf EIN schaltet, indem sie ein Zeit(-steuerungs-)signal Dtl von der Steuerschaltung 91L erfasst, die in der Unterseite-Ansteuervorrichtung 3L umfasst ist.
10 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Leistungswandlungsvorrichtung 101, wenn Strom von der Last 70 an die Leistungswandlungsvorrichtung 101 zurückgeführt wird. "Vge", "Ic", "Vce", "IF" und "VH" sind jeweils gleich denjenigen, wie sie unter Bezugnahme auf 9 beschrieben sind. "Von1" ist eine Spannung zwischen dem Kollektoranschluss C und dem Emitteranschluss E während der EIN-Periode des Schaltelements S11. "VF21" ist eine Durchlassspannung der Hauptdiode D21.
Im Folgenden wird ein Betrieb der Leistungswandlungsvorrichtung 101, die in 8 gezeigt wird, wenn der Strom von der Last 70 an die Leistungswandlungsvorrichtung 101 zurückgeführt wird, unter Bezugnahme auf 10 beschrieben.
Die Steuervorrichtung 110 führt die bestimmte Steuerung basierend auf der Verschlechterungsinformation durch, die von der Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während eines Zeitraums tc ausgegeben wird. Der Zeitraum tc meint einen Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t13, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird. Da "Vce" des Schaltelements S12 während des Zeitraums tc relativ hoch ist, kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterungserfassung in dem Zeitraum tc auf geeignete Weise durchführen, und gibt sie dadurch die Verschlechterungsinformation der in dem Zeitraum tc erfassten Verschlechterung aus. Daher kann die Steuervorrichtung 110 die bestimmte Steuerung basierend auf der geeigneten Verschlechterungsinformation, die von der Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Zeitraums tc ausgegeben wird, auf geeignete Weise durchführen.
Zum Beispiel wird während des Zeitraums tc1 (der in dem Zeitraum tc umfasst ist), in dem die AUS-Periode des Oberseite-Schaltelements S12 mit der EIN-Periode des Unterseite-Schaltelements S11 überlappt, "Vce" des Schaltelements S12 zu "VH – Von1". "VH" ist ausreichend höher als "Von1". Der Zeitraum tc1 meint einen Zeitraum von einem Zeitpunkt, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von AUS auf EIN durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t13, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird. In dem Zeitraum tc1 wird der Strom von der Last 70 über den Zentralknoten 65 an das Unterseite-Schaltelement S11 zugeführt. Die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 kann die Verschlechterungserfassung auf geeignete Weise durchführen, indem sie eine Spannung während des Zeitraums tc1, in dem die Spannung "VH – Von1" an das Schaltelement S12 und die Hauptdiode D21 angelegt ist, an den Oberseite-Abfühlknoten "b" anlegt. Daher kann die Steuervorrichtung 110 die bestimmte Steuerung basierend auf der geeigneten Verschlechterungsinformation, die von der Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Zeitraums tc1 ausgegeben wird, auf geeignete Weise durchführen.
Indessen macht die Steuervorrichtung 110 die Verschlechterungsinformation unwirksam, die von der Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während eines Totzeitraums td2 ausgegeben wird. Der Totzeitraum td2 meint einen Zeitraum von einem Zeitpunkt t13, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Unterseite-Schaltelements S11 von EIN auf AUS durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird, bis zu einem Zeitpunkt t14, zu dem das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von AUS auf EIN durch die Steuervorrichtung 110 ausgegeben wird. In dem Totzeitraum td2 wird ein Durchlassstrom IF von der Last 70 über den Zentralknoten 65 an die Oberseite-Hauptdiode D21 und die Oberseite-Abfühldiode D22 zurückgeführt. Während des Totzeitraums td2 wird "Vce" des Schaltelements S12 von "VH – Von1" auf "–VF21" verringert. Somit erfasst die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 fälschlicherweise die Verschlechterung, da die Spannung während des Totzeitraums td2 an den Abfühlknoten "b" angelegt ist, was bewirkt, dass ein Strom in der Abfühldiode D22 fließt. Daher macht die Steuervorrichtung 110 die Verschlechterungsinformation unwirksam, die von der Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Totzeitraums td2 ausgegeben wird, und verhindert sie dadurch eine Durchführung der bestimmten Steuerung basierend auf einer falschen Verschlechterungsinformation.
Zum Beispiel stoppt die Steuervorrichtung 110 ein Senden der Verschlechterungsinformation an ein externes Ziel oder ein Speichern von dieser in einem Speicher 111, um die von der Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 während des Totzeitraums td2 ausgegebene Verschlechterungsinformation unwirksam zu machen. Mittels Durchführung einer derartigen Steuerung zum Unwirksammachen der Verschlechterungsinformation kann eine falsche Meldung von dieser an den Benutzer verhindert werden.
Auch kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 ein Zeit(-steuerungs-)signal Dth zur Meldung eines Zeitpunkts t13, zu dem der Totzeitraum td2 startet, von der Steuerschaltung 91L erfassen, die in der Unterseite-Ansteuervorrichtung 3L umfasst ist, und stoppt sie dadurch ein Ausgeben der Verschlechterungsinformation der während des Totzeitraums td2 erfassten Verschlechterung. Somit kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 eine Übermittlung der falschen Verschlechterungsinformation an die Steuervorrichtung 110 verhindern.
Zusätzlich kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt (zum Beispiel einen Zeitpunkt t13, zu dem der Totzeitraum td2 startet) erfassen, zu dem das Unterseite-Schaltelement S11 ausgeschaltet wird, indem sie das Zeit(-steuerungs-)signal Dtl erfasst. Auch kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt erfassen, zu dem das Schaltelement S12 von EIN auf AUS oder von AUS auf EIN schaltet, indem sie das Ansteuersignal zum Ein-/Ausschalten des Oberseite-Schaltelements S12 erfasst. Zum Beispiel kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt t14 erfassen, zu dem der Totzeitraum td2 endet, indem sie das Ansteuersignal zum Schalten des Oberseite-Schaltelements S12 von AUS auf EIN erfasst.
Auch wird während eines Zeitraums te eine Spannung "VH + VF21" an das Schaltelement S11 und die Hauptdiode D11 angelegt. Ferner wird während des Zeitraums te eine Spannung VH an die Abfühldiode D12 angelegt (genauer gesagt wird "VH + VF21 – Vref1" angelegt, wobei jedoch VH erheblich größer ist als VF21 oder Vref1). "Vref1" ist eine Spannung, die an den Unterseite-Abfühlknoten "b" angelegt wird. In dem Zeitraum te wird der Durchlassstrom IF von der Last 70 über den Zentralknoten 65 an die Oberseite-Hauptdiode D21 und die Oberseite-Abfühldiode D22 zurückgeführt und überlappt sich die AUS-Periode des Schaltelements S11 mit der EIN-Periode des Schaltelements S12.
Wenn die Abfühldiode D12 verschlechtert ist, fließt ein Strom in einer Richtung, die entgegengesetzt ist zu der Durchlass- bzw. Vorwärtsrichtung der Abfühldiode D12, in Erwiderung auf ein Anlegen der Spannung VH an die Abfühldiode D12. Daher kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterung der Abfühldiode D12 basierend auf einem Rückstrom bzw. Rückwärtsstrom erfassen, der in der Unterseite-Abfühldiode D12 während des Zeitraums te fließt.
Zusätzlich kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 einen Zeitpunkt (zum Beispiel einen Zeitpunkt t14, zu dem der Totzeitraum td2 endet) erfassen, zu dem das Oberseite-Schaltelement S12 von AUS auf EIN schaltet, indem sie ein Zeit(-steuerungs-)signal Dth von der Steuerschaltung 91H erfasst, die in der Oberseite-Ansteuervorrichtung 3H umfasst ist.
Im Übrigen gibt es gemäß 8 einen Fall, in dem die Verschlechterung aufgrund von Rauschen oder dergleichen, das erzeugt wird, wenn die Ansteuervorrichtungen 3H und 3L die Last 70 ansteuern, nicht stabil erfasst werden kann. In einem solchen Fall können die Oberseite- und die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltungen 54 die Verschlechterungserfassung nur in einer (hierin nachstehend als "Systemstoppperiode" bezeichneten) Periode durchführen, in der die Ansteuervorrichtungen 3H und 3L die Last 70 nicht ansteuern. Eine Periode, in der der Betrieb der Last 70 gestoppt ist (Laststoppperiode), eine Periode, in der das die Last 70 als Leistungs- bzw. Kraftquelle verwendende Fahrzeug gestoppt ist (Fahrzeugstoppperiode), eine Periode, in der die Leistungswandlungsvorrichtung 101 aktiviert zu werden beginnt (Systemstartperiode), und dergleichen können beispielhaft als die Systemstoppperiode angeführt werden.
11 ist ein Zeitdiagramm zur Veranschaulichung eines Beispiels einer betrieblichen Signalverlaufsform der Verschlechterungserfassung, die durch die Leistungswandlungsvorrichtung in der Systemstoppperiode durchgeführt wird.

Zeitpunkt t1: Die Schaltelemente S11 und S12 sind ausgeschaltet, wenn die Verschlechterungserfassung in der Systemstoppperiode begonnen wird. In dem Fall, dass die Systemstoppperiode die Laststoppperiode oder die Fahrzeugstoppperiode ist, verringert die Steuervorrichtung 110 die Spannung VH auf GND (Massespannung), und in dem Fall, dass die Systemstoppperiode die Systemstartperiode ist, hält die Steuervorrichtung 110 die Spannung VH auf der Massespannung.
Zeitpunkt t2: Die Steuervorrichtung 110 schaltet das Unterseite-Schaltelement S11 von AUS auf EIN und hält das Oberseite-Schaltelement S12 im AUS-Zustand. Die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 legt die Spannung Vref2 an den Oberseite-Abfühlknoten "b" an. Somit wird die Kollektorspannung (VH) des Schaltelements S12 von der Spannung Vref2 des Abfühlknotens "b" um eine Durchlassspannung VF22 der Abfühldiode D22 verringert, sodass sie zu einer Spannung "Vref2 – VF22" wird. Daher kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterungserfassung des Schaltelements S12 oder der Hauptdiode D21, an das oder die die Spannung "Vref2 – VF22" angelegt wird, auf stabile Weise durchführen, da das Bauteil 63 hohen Energieversorgungspotentials in der Systemstoppperiode stabil ist.
Zeitpunkt t3: Die Steuervorrichtung 110 erhöht die Spannung VH des Bauteils 63 hohen Energieversorgungspotentials auf die geeignete Spannung durch Verwendung einer (nicht gezeigten) Batterie oder eines Konverters. Somit wird eine Sperrvorspannung ("VH – Vref2") an die Abfühldiode D22 angelegt. Daher kann die Oberseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterungserfassung der Abfühldiode D22 durch Überwachen des in der Abfühldiode D22 fließenden Rückstroms bzw. Rückwärtsstroms auf stabile Weise durchführen, da das Bauteil 63 hohen Energieversorgungspotentials in der Systemstoppperiode stabil ist.
Zeitpunkt t4: Die Steuervorrichtung 110 schaltet das Oberseite-Schaltelement S12 von AUS auf EIN, während sie das Unterseite-Schaltelement S11 von EIN auf AUS schaltet. Somit wird die Kollektorspannung des Schaltelements S11 auf die Spannung VH erhöht, was ein Anlegen der Sperrvorspannung (VH) an die Abfühldiode D12 bewirkt. Daher kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterungserfassung der Abfühldiode D12 durch Überwachen des in der Abfühldiode D12 fließenden Rückstroms bzw. Rückwärtsstroms auf stabile Weise durchführen, da das Bauteil 63 hohen Energieversorgungspotentials in der Systemstoppperiode stabil ist.
Zeitpunkt t5: Die Steuervorrichtung 110 schaltet das Unterseite-Schaltelement S11 von AUS auf EIN, während sie das Oberseite-Schaltelement S12 von EIN auf AUS schaltet. Dann wird die Spannung Vm des Zentralknotens 65 (die Spannung Vce des Schaltelements S11) auf die Massespannung verringert.
Zeitpunkt t6: Die Steuervorrichtung 110 schaltet das Oberseite-Schaltelement S12 von AUS auf EIN, während sie das Unterseite-Schaltelement S11 von EIN auf AUS schaltet. Die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 legt die Spannung Vref1 an den Unterseite-Abfühlknoten "b" an. Somit wird die Kollektorspannung (Vm) des Schaltelements S11 von der Spannung Vref1 des Abfühlknotens "b" um eine Durchlassspannung VF12 der Abfühldiode D12 verringert, sodass sie zu einer Spannung "Vref1 – VF12" wird. Daher kann die Unterseite-Leckstrom-Erfassungsschaltung 54 die Verschlechterungserfassung des Schaltelements S11 oder der Hauptdiode D11, an das oder die die Spannung "Vref1 – VF12" angelegt wird, auf stabile Weise durchführen, da das Bauteil 63 hohen Energieversorgungspotentials in der Systemstoppperiode stabil ist.

Obwohl hierin vorstehend die Halbleitervorrichtung und die Leistungswandlungsvorrichtung unter Bezugnahme auf spezielle Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, sind die beigefügten Patentansprüche nicht darauf beschränkt. Es sollte selbstverständlich sein, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen daran vorgenommen werden können, ohne von Konzept und Umfang der Patentansprüche abzuweichen. Weiterhin können alle oder ein Teil der Komponenten der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden.
Zum Beispiel kann das Schaltelement wie etwa der Transistor ein anderes Schaltelement als der IGBT sein, und es kann ein N-Kanal-MOSFET ("Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor"), ein P-Kanal-MOSFET oder ein NPN- oder PNP-Bipolartransistor sein. In dem Fall, dass der MOSFET verwendet wird, soll in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele "Kollektor" durch "Drain" und "Emitter" durch "Source" ersetzt sein, während in dem Fall, dass der Bipolartransistor verwendet wird, in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele "Gate" durch "Basis" ersetzt sein soll.
Auch kann bei den Ausführungsbeispielen die Abfühldiode D2 auf einem Chip separat von dem Schaltelement S1 ausgebildet sein, und kann die Hauptdiode D1 auf einem anderen Chip als dem Chip 20 ausgebildet sein.
Es ist eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt, mit: einem Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Abfühlelement; einer Hauptdiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist; einer Abfühldiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist; und einer Verschlechterungserfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum Anlegen einer Spannung an einen Abfühlknoten und zum Erfassen einer Verschlechterung des Schaltelements oder der Hauptdiode basierend auf einem Durchlassstrom, der in der Abfühldiode fließt, wobei dieser erfasst wird, während die Spannung angelegt wird, wobei die Spannung während einer AUS-Periode des Schaltelements angelegt wird, wobei die Abfühldiode zum Erfassen eines durch die Hauptdiode fließenden Stroms eingerichtet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-159671 [0002]

Claims

Halbleitervorrichtung, mit: einem Schaltelement mit einem Hauptelement und einem Abfühlelement; einer Hauptdiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Hauptelements verbunden ist; einer Abfühldiode, deren Kathode mit einer ersten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist und deren Anode mit einer zweiten Hauptelektrode des Abfühlelements verbunden ist; und einer Verschlechterungserfassungsschaltung, die konfiguriert ist zum Anlegen einer Spannung an einen Abfühlknoten, an dem die zweite Hauptelektrode des Abfühlelements und die Anode der Abfühldiode verbunden sind, und zum Erfassen einer Verschlechterung des Schaltelements oder der Hauptdiode basierend auf einem Durchlassstrom, der in der Abfühldiode fließt, wobei der Durchlassstrom erfasst wird, während die Spannung angelegt wird, wobei die Spannung während einer AUS-Periode des Schaltelements angelegt wird, wobei die Abfühldiode zum Erfassen eines Stroms eingerichtet ist, der durch die Hauptdiode fließt.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Abfühldiode auf einem Chip ausgebildet ist, auf dem das Schaltelement ausgebildet ist.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung ein Anlegen der Spannung an den Abfühlknoten während einer EIN-Periode des Schaltelements stoppt.
Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung die Spannung an den Abfühlknoten während der AUS-Periode des Schaltelements in Erwiderung auf ein Ansteuersignal zum Einschalten des Schaltelements anlegt, während sie das Anlegen der Spannung an den Abfühlknoten während der EIN-Periode des Schaltelements in Erwiderung auf ein Ansteuersignal zum Ausschalten des Schaltelements stoppt.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung bestimmt, dass das Schaltelement und/oder die Hauptdiode verschlechtert ist, wenn ein Wert des Durchlassstroms größer einem vorbestimmten Stromwert ist.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung bestimmt, dass weder das Schaltelement noch die Hauptdiode verschlechtert ist, wenn ein Wert des Durchlassstroms gleich oder kleiner einem vorbestimmten Stromwert ist.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, zusätzlich mit: einem Widerstand, der zwischen dem Abfühlknoten und einem Verbindungsknoten verbunden ist, an dem die zweite Hauptelektrode des Hauptelements und die Anode der Hauptdiode verbunden sind; einer Anormalitätserfassungseinheit, die konfiguriert ist zum Erfassen einer Anormalität eines in dem Hauptelement fließenden Stroms basierend auf einer Spannung über dem Widerstand, wenn ein Strom durch den Widerstand fließt; und einer Abstelleinheit, die konfiguriert ist zum Verhindern, dass während der AUS-Periode des Schaltelements der Strom durch den Widerstand fließt.
Leistungswandlungsvorrichtung mit: Halbleitervorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die in Reihe geschaltet sind, wobei eine der Halbleitervorrichtungen eine Oberseite-Halbleitervorrichtung bildet und eine andere der Halbleitervorrichtungen eine Unterseite-Halbleitervorrichtung bildet; und einer Steuervorrichtung, die konfiguriert ist zum Durchführen einer bestimmten Steuerung basierend auf einer Verschlechterungsinformation, die das Erfassungsergebnis der Verschlechterungserfassungsschaltung bezeichnet, wobei diese durch eine der Oberseite-Halbleitervorrichtung und der Unterseite-Halbleitervorrichtung während eines Zeitraums von einem Zeitpunkt, zu dem das in der einen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von EIN auf AUS schaltet, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das in der anderen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von EIN auf AUS schaltet, ausgegeben wird.
Leistungswandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Steuervorrichtung die Verschlechterungsinformation, die durch die in einer Halbleitervorrichtung umfasste Verschlechterungserfassungsschaltung ausgegeben wird, während eines Totzeitraums von einem Zeitpunkt, zu dem das in der anderen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von EIN auf AUS schaltet, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das in der einen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von AUS auf EIN schaltet, unwirksam macht.
Leistungswandlungsvorrichtung mit: Halbleitervorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die in Reihe geschaltet sind, wobei eine der Halbleitervorrichtungen eine Oberseite-Halbleitervorrichtung bildet und eine andere der Halbleitervorrichtungen eine Unterseite-Halbleitervorrichtung bildet, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung, die in einer der Oberseite-Halbleitervorrichtung und der Unterseite-Halbleitervorrichtung umfasst ist, eine Verschlechterungsinformation der erfassten Verschlechterung ausgibt, wobei die Verschlechterung während eines Zeitraums von einem Zeitpunkt, zu dem das in der einen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von EIN auf AUS schaltet, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das in der anderen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von EIN auf AUS schaltet, erfasst wird.
Leistungswandlungsvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung ein Ausgeben der Verschlechterungsinformation der Verschlechterung stoppt, die während eines Totzeitraums von einem Zeitpunkt, zu dem das in der anderen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von EIN auf AUS schaltet, bis zu einem Zeitpunkt, zu dem das in der einen Halbleitervorrichtung umfasste Schaltelement von AUS auf EIN schaltet, erfasst wird.
Leistungswandlungsvorrichtung mit: Halbleitervorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die in Reihe geschaltet sind, wobei eine der Halbleitervorrichtungen eine Oberseite-Halbleitervorrichtung bildet und eine andere der Halbleitervorrichtungen eine Unterseite-Halbleitervorrichtung bildet, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltung, die in einer der Oberseite-Halbleitervorrichtung und der Unterseite-Halbleitervorrichtung umfasst ist, eine Verschlechterung der Abfühldiode in der einen der Halbleitervorrichtungen basierend auf einem Rückstrom erfasst, der in der Abfühldiode in der einen Halbleitervorrichtung während eines Zeitraums fließt, in der die AUS-Periode des Schaltelements in der einen Halbleitervorrichtung mit der EIN-Periode des Schaltelements in der anderen Halbleitervorrichtung überlappt.
Leistungswandlungsvorrichtung mit: Halbleitervorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die in Reihe geschaltet sind, wobei eine der Halbleitervorrichtungen eine Oberseite-Halbleitervorrichtung bildet und eine andere der Halbleitervorrichtungen eine Unterseite-Halbleitervorrichtung bildet, wobei die Verschlechterungserfassungsschaltungen in der Oberseite-Halbleitervorrichtung und der Unterseite-Halbleitervorrichtung die Verschlechterung nur erfassen, wenn die jeweiligen Halbleitervorrichtung keine Last ansteuert.