DE102018204472B4 - Halbleitervorrichtung - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung (200), umfassend:• einen low-side Anschluss (TN), der ein low-side Potential besitzt;• einen high-side Anschluss (TP), der ein high-side Potential besitzt, welches sich vom low-side Potential unterscheidet;• einen Hauptausgangsanschluss (TO), der ein Zwischenpotential besitzt;• ein low-side Schaltelement (15), welches zwischen dem Hauptausgangsanschluss (TO) und dem low-side Anschluss (TN) vorgesehen ist;• eine low-side Treiberschaltung (13), welche das low-side Schaltelement (15) ansteuert und welche betrieben wird, indem das low-side Potential als ein Referenzpotential verwendet wird, und indem ein Versorgungspotential, welches von einer Offset-Spannung vom low-side Potential geregelt wird, als ein Stromversorgungspotential verwendet wird;• ein high-side Schaltelement (25), welches zwischen dem Hauptausgangsanschluss (TO) und dem high-side Anschluss (TP) vorgesehen ist;• eine high-side Treiberschaltung (23), welche das high-side Schaltelement (25) ansteuert und betrieben wird, indem das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet wird, und indem ein Floating-Potential, welches von einer Offset-Spannung vom Zwischenpotential geregelt wird, als Stromversorgungspotential verwendet wird;• eine Erfassungsschaltung (40, 40A, 40B), welche das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet und Zustandsinformationen des high-side Schaltelements (25) erfasst, wodurch ein Erfassungssignal ausgegeben wird;• eine Wandlerschaltung (60), welche das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet und ein Wandlersignal ausgibt, welches mit dem Erfassungssignal der Erfassungsschaltung (40, 40A, 40B) korrespondiert, und• eine Signalübertragungsschaltung (70, 70B), welche ein Signal, das mit dem Wandlersignal der Wandlerschaltung (60) korrespondiert, als ein Spannungssignal ausgibt, welches das low-side Potential als ein Referenzpotential verwendet, wobei die Signalübertragungsschaltung (70, 70B) Folgendes umfasst:• einen ersten Punkt (71), an welchem das Zwischenpotential anliegt;• einen zweiten Punkt (72) an dem ein Bezugspotential zwischen dem low-side Potential und dem high-side Potential anliegt, wobei das Bezugspotential vom low-side Potential und vom high-side Potential abweicht;• ein Signalschaltelement (73), welches über ein erstes Ende verfügt, das mit dem ersten Punkt (71) verbunden ist und welches über ein zweites Ende verfügt und welches entsprechend dem Wandlersignal geschaltet wird; und• eine Diode (74), welche zwischen dem zweiten Punkt (72) und dem zweiten Ende des Signalschaltelements (73) vorgesehen ist und eine Durchlassrichtung aufweist, durch die ein Vorwärtsstrom aufgrund einer Spannung zwischen dem ersten Punkt (71) und dem zweiten Punkt (72) in einem Fall fließen kann, in dem das Zwischenpotential dem low-side Potential entspricht.

Description

  • Hintergrund der Erfindung
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung und insbesondere eine Halbleitervorrichtung, die eine Erfassungsschaltung zum Erfassen einer Zustandsinformation eines high-side Schaltelements umfasst.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine als „Intelligent Power Module“ (IPM) bezeichnete Leistungshalbleitervorrichtung wird häufig zur Ansteuerung eines Inverters eingesetzt. Das IPM umfasst eine Schutzschaltung zusätzlich zu einer Treiberschaltung zur Ansteuerung eines Halbleiterschaltelements, wie einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT) und einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET). Eine typische Operation der Schutzschaltung bei einem übermäßigen Anstieg einer Temperatur des Halbleiterschaltelements ist es, dass eine Schutzoperation zum Schutz des Halbleiterelements durch ein Blockieren eines Treibersignals der Treiberschaltung ausgeführt wird, und dass ein Fehlersignal nach außen ausgegeben wird, welches darüber informiert, dass die Schutzoperation ausgeführt wurde. Gemäß der Japanischen Patentanmeldungs-Veröffentlichungsnummer JP 2000 - 134 074 A umfasst ein Halbleitermodul zum Beispiel ein Halbleiterelement, ein Temperaturerfassungselement, das auf dem Halbleiterelement zur Messung einer Temperatur des Halbleiterelements angeordnet ist, eine Temperaturerfassungseinrichtung zur Erzeugung von Temperaturinformationen unter Verwendung des Temperaturerfassungselements, einen analogen Trennverstärker zur Übertragung der Temperaturinformationen, die von der Temperaturerfassungseinrichtung an einen Teil ausgegeben werden, an dem ein elektrisches Potential abweicht, ausgegeben werden, und eine Auswahleinrichtung, welche die einzelnen Temperaturinformationen aufnimmt, die von einer großen Anzahl analoger Trennverstärker ausgegeben werden und welche anschließend die Temperaturinformationen des Teils auswählt und ausgibt, an dem die Temperatur des Halbleiterelements am höchsten ist unter den einzelnen Temperaturinformationen.
  • Wenn ein low-side Schaltelement und ein high-side Schaltelement als ein Halbleiterschaltelement angesteuert werden, wird eine integrierte Hochspannungsschaltung (HVIC) benötigt, die eine low-side Treiberschaltung und eine high-side Treiberschaltung im IPM umfasst. Die high-side Treiberschaltung ist bei einer hohen Spannung von der low-side Treiberschaltung getrennt. Dementsprechend ist es für eine Übertragung eines zur Erfassung eines Zeitpunktes eines Schaltvorgangs in die HVIC eingespeisten Steuersignals erforderlich, eine Aufwärtsverschiebung zur Erhöhung des Referenzpotentials des Steuersignals durchzuführen. Für den oben beschriebenen Zweck umfasst die HVIC eine Pegelverschiebungsschaltung, die über eine Aufwärtsverschiebungsfunktion zur Durchführung einer Verschiebung von der low-side zur high-side verfügt. Währenddessen ist eine Signalübertragung von der high-side zur low-side für den Schaltvorgang selbst nicht notwendigerweise erforderlich, aber sie ist notwendig, um verschiedene Funktionen, wie die oben beschriebene Schutzoperation umzusetzen. Zum Beispiel beschreibt die Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichungsnummer JP 2004 - 312 817 A einen Aufbau, in dem eine HVIC nicht nur eine integrierte Pegelverschiebungsschaltung zur Übertragung eines Signals von einer low-side zu einer high-side umfasst, sondern auch eine integrierte Pegelverschiebungsschaltung zur Übertragung eines Signals von der high-side zur low-side. Gemäß der obigen Veröffentlichung ist der obige Aufbau kostengünstig und verfügt im Vergleich zu einem Aufbau, der einen Optokoppler zur Signalübertragung einsetzt, über eine hohe Zuverlässigkeit.
  • Wie oben beschrieben ist ein Aufbau weit verbreitet, in dem die HVIC die integrierte Pegelverschiebungsschaltung zur Durchführung einer Aufwärtsverschiebung von der low-side zur high-side umfasst. Unterdessen ist es praktisch schwierig, in die HVIC zusätzlich die integrierte Pegelverschiebungsschaltung zur Durchführung einer Abwärtsverschiebung mit einer ausreichend hohen Zuverlässigkeit zur Übertragung des Signals von der high-side zur low-side zu integrieren. Die Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichungsnummer JP 2004 - 312 817 A offenbart auch keinen konkreten Aufbau der Pegelverschiebungsschaltung, so dass es unklar ist, wie die Abwärtsverschiebung umgesetzt ist. Unterdessen kann, wie ebenfalls in der obigen Veröffentlichung beschrieben, die Signalübertragung von der high-side zur low-side mittels eines Optokopplers durchgeführt werden, ohne die Pegelverschiebungsschaltung einzusetzen. Der Optokoppler erhöht aber eine Größe des IPM.
  • Andererseits zeigt die DE 101 52 930 A1 einen Leistungsrichter und einen Signalpegelumsetzer, bei welchen eine Durchschlagsspannung erhöht werden soll, ohne den zu Grunde liegenden Herstellungsprozess zu verkomplizieren. Dabei wird ein von einem Mikrocomputer abgegebenes Steuersignal wird an einen Treiberkreis übertragen, um ein Leistungsschaltglied eines oberen Zweigs durch zweistufige Pegelverschiebungskreise anzusteuern. Der Pegelverschiebungskreis besteht in einer ersten Stufe aus einer Reihenschaltung aus einem Schaltglied und einem Widerstand und der Pegelverschiebungskreis besteht in einer zweiten Stufe aus einer Reihenschaltung aus einem Schaltglied und einem Widerstand.
  • Die vorliegende Erfindung wurde umgesetzt, um die oben erwähnten Probleme zu lösen und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Halbleitervorrichtung mit geringer Größe bereitzustellen, die eingerichtet ist, ein Signal von einer high-side zu einer low-side zu übertragen.
  • Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei Halbleitervorrichtung erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
  • Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen low-side Anschluss, einen high-side Anschluss, einen Hauptausgangsanschluss, ein low-side Schaltelement, eine low-side Treiberschaltung, ein high-side Schaltelement, eine high-side Treiberschaltung, eine Erfassungsschaltung, eine Wandlerschaltung und eine Signalübertragungsschaltung. Der low-side Anschluss besitzt ein low-side Potential. Der high-side Anschluss besitzt ein high-side Potential, das vom low-side Potential abweicht. Der Hauptausgangsanschluss besitzt ein Zwischenpotential. Das low-side Schaltelement ist zwischen dem Hauptausgangsanschluss und dem low-side Anschluss vorgesehen. Die low-side Treiberschaltung steuert das low-side Schaltelement an und wird betrieben, indem sie das low-side Potential als ein Referenzpotential verwendet und indem sie ein Versorgungspotential, das von einer Offset-Spannung vom low-side Potential geregelt wird, als ein Stromversorgungspotential verwendet. Das high-side Schaltelement ist zwischen dem Hauptausgangsanschluss und dem high-side Anschluss angeordnet. Die high-side Treiberschaltung steuert das high-side Schaltelement an und wird betrieben, indem sie das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet und indem sie ein Floating-Potential, das von einer Offset-Spannung vom Zwischenpotential geregelt wird, als ein Stromversorgungspotential verwendet. Die Erfassungsschaltung verwendet das Zwischenpotential als ein Referenzpotential und erfasst Zustandsinformationen des high-side Schaltelements, wodurch ein Erfassungssignal ausgegeben wird. Die Wandlerschaltung verwendet das Zwischenpotential als ein Referenzpotential und gibt ein Wandlersignal aus, das einem Erfassungssignal von der Erfassungsschaltung entspricht. Indem das low-side Potential als Referenzpotential verwendet wird, gibt die Signalübertragungsschaltung ein Signal als Spannungssignal aus, das dem Wandlersignal von der Wandlerschaltung entspricht. Die Signalübertragungsschaltung umfasst einen ersten Punkt, einen zweiten Punkt, ein Signalschaltelement und eine Diode. Das Zwischenpotential wird an den ersten Punkt angelegt. Das Bezugspotential zwischen dem low-side Potential und dem high-side Potential, welches sich vom low-side Potential und vom high-side Potential unterscheidet, wird an den zweiten Punkt angelegt. Das Signalschaltelement verfügt über ein erstes Ende, das mit dem ersten Punkt verbunden ist und über ein zweites Ende und wird in Übereinstimmung mit einem Wandlersignal geschaltet. Die Diode ist zwischen dem zweiten Punkt und dem zweiten Ende des Signalschaltelements angeordnet und verfügt über eine Durchlassrichtung, durch die ein Vorwärtsstrom aufgrund einer Spannung zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt in einem Fall fließen kann, in dem das Zwischenpotential dem low-side Potential entspricht.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Signalübertragungsschaltung die Diode, welche die Durchlassrichtung besitzt, in welcher der Vorwärtsstrom aufgrund einer Spannung zwischen dem ersten Punkt und dem zweiten Punkt in dem Fall fließen kann, in dem das Zwischenpotential dem low-side Potential entspricht. Somit liegt die Vorwärtsspannung an der Diode an, wenn das das Zwischenpotential im Wesentlichen dem low-side Potential entspricht, in Übereinstimmung mit einem Zustand, in dem sich das low-side Schaltelement im Ein-Zustand und sich das high-side Schaltelement im Aus-Zustand befindet. Im obigen Zustand wird das Signalschaltelement der Signalübertragungsschaltung geschaltet, um den in die Diode fließenden Strom zu steuern. Somit kann die Information unter Verwendung dieses Stroms über die Signalübertragungsschaltung übertragen werden. Unterdessen, wenn das Zwischenpotential im Wesentlichen dem high-side Potential entspricht, in Übereinstimmung mit einem Zustand, in dem sich das low-side Schaltelement in einem Aus-Zustand und das high-side Schaltelement in einem Ein-Zustand befindet, liegt an der Diode eine Rückwärtsspannung an, wodurch sich die Signalübertragungsschaltung in einem isolierenden Zustand befindet. Die elektrische Verbindung, welche durch die Signalübertragungsschaltung zwischen der low-side und der high-side hergestellt wird, wird dadurch blockiert. Dementsprechend kann die zwischen der low-side und der high-side erforderliche Isolierung sichergestellt werden. Die Isolierung in der Signalübertragungsschaltung wird nicht durch das Signalschaltelement, sondern durch die Diode sichergestellt. Deshalb ist als Signalschaltelement kein Hochspannungs-Schaltelement erforderlich. Dementsprechend kann eine Größe des Signalschaltelements reduziert werden. Entsprechend kann eine Größe der Halbleitervorrichtung reduziert werden.
  • Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, deutlicher.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Figur, die schematisch einen Aufbau einer Halbleitervorrichtung und eines Monitors gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 2 ist ein Schaltbild zur Beschreibung eines ersten Beispiels einer Erfassungsschaltung in 1.
    • 3 ist ein Schaltbild zur Beschreibung eines zweiten Beispiels einer Erfassungsschaltung in 1.
    • 4 ist ein Schaltbild zur Beschreibung eines Beispiels einer Wandlerschaltung in 1.
    • 5 ist eine Figur, die schematisch einen Aufbau einer Zwischenpotential-Erfassungsschaltung und einer Sample-and-Hold-Schaltung veranschaulicht, welche in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
    • 6 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Sample-and-Hold-Schaltung in 5 veranschaulicht.
    • 7 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Zwischenpotential-Erfassungsschaltung in 5 veranschaulicht.
    • 8 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch einen Betrieb der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 9 ist eine Figur, die schematisch einen Aufbau einer Zwischenpotential-Erfassungsschaltung, einer Sample-and-Hold-Schaltung, einer Peak-Hold-Schaltung, und einer Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung beschreibt, die in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
    • 10 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Peak-Hold-Schaltung in 9 veranschaulicht.
    • 11 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch ein Beispiel eines Betriebs der Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
    • 12 ist ein Schaltbild, das schematisch einen Aufbau einer Zwischenpotential-Erfassungsschaltung und einer Signalübertragungsschaltung beschreibt, welche in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
    • 13 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau einer Bootstrap-Schaltung und einer Zwischenpotential-Erfassungsschaltung beschreibt, welche in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung enthalten sind.
    • 14 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau einer Auswahlschaltung beschreibt, die in einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform 6 enthalten ist.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf Basis der Figuren beschrieben. Dieselben Bezugszeichen, wie jene, die in den nachfolgenden Figuren beschrieben sind, werden demselben korrespondierenden Element zugewiesen und eine wiederholte Beschreibung wird ausgelassen.
  • <Ausführungsform 1>
  • (Zusammenfassung des Aufbaus)
  • 1 ist ein Diagramm, das schematisch einen Aufbau eines IPM 200 (Halbleitervorrichtung) und eines Monitors 90 gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Das IPM 200 verfügt über eine Funktion eines Inverters und umfasst eine HVIC 100 (Halbleiter-Chip), einen Arm AM, der durch die HVIC 100 angesteuert wird und eine Erfassungsschaltung 40, die Zustandsinformationen des Arms AM erfasst. Der Monitor 90, der typischerweise ein Mikrocomputer ist, überwacht ein Informationsausgangssignal das vom IPM 200 in Übereinstimmung mit einem Erfassungsergebnis der Erfassungsschaltung 40 ausgegeben wird.
  • Der Arm AM umfasst einen low-side Anschluss TN, der ein low-side Potential besitzt, einen high-side Anschluss TP, der ein high-side Potential besitzt, welches sich vom low-side Potential unterscheidet, einen Hauptausgangsanschluss TO, der ein Zwischenpotential VS besitzt, einen low-side IGBT 15 (low-side Schaltelement) und einen high-side IGBT 25 (high-side Schaltelement). Im veranschaulichten Beispiel ist das low-side Potential als ein Masse-(GND) Potential festgelegt. Der low-side Anschluss TN ist ein sogenannter „N Anschluss“ und der high-side Anschluss ist ein sogenannter „P Anschluss“. Das heißt, wenn das low-side Potential als Referenzpotential betrachtet wird, ist das high-side Potential ein positives Potential. Eine Eingangsspannung (auch als „Eingangsspannung des Inverters“ bezeichnet), die zwischen dem low-side Anschluss TN und dem high-side Anschluss TP anliegt, das heißt, eine Spannung zwischen dem low-side Potential und dem high-side Potential, kann einige hundert V oder höher betragen und liegt zum Beispiel bei ungefähr 300 V bis 600 V. Der low-side IGBT 15 ist zwischen dem Hauptausgangsanschluss TO und dem low-side Anschluss TN vorgesehen. Der high-side IGBT 25 ist zwischen dem Hauptausgangsanschluss TO und dem high-side Anschluss TP vorgesehen. Typischerweise sind eine Freilaufdiode 16 und eine Freilaufdiode 26 jeweils mit dem low-side IGBT 15 und dem high-side IGBT 25 verbunden.
  • Die HVIC 100 umfasst einen low-side Eingangsanschluss LI, einen high-side Eingangsanschluss HI, einen low-side Ausgangsanschluss LO, den high-side Ausgangsanschluss HO, einen Informationssignal-Eingangsanschluss Fl, einen Informationssignal-Ausgangsanschluss FO, eine low-side Treiberschaltung 13, eine high-side Treiberschaltung 23 und eine Pegelverschiebungsschaltung 22. Die high-side Treiberschaltung 23 und die Pegelverschiebungsschaltung 22 sind in die HVIC 100 integriert. Die low-side Treiberschaltung 13 ist in der vorliegenden Ausführungsform ebenfalls in die HVIC 100 integriert.
  • Ein low-side Steuersignal Vcin0 zur Steuerung des low-side IGBT 15 wird in den low-side Eingangsanschluss LI eingespeist. Das low-side Potential liegt im low-side Steuersignal Vcin0 als Referenzpotential an. Die low-side Treiberschaltung 13 gibt in Übereinstimmung mit dem low-side Steuersignal Vcin0 vom low-side Ausgangsanschluss LO ein Treibersignal zur Ansteuerung des low-side IGBT 15 aus. Der low-side IGBT 15 wird mittels des Treibersignals geschaltet. Die low-side Treiberschaltung 13 wird betrieben, indem das low-side Potential als Referenzpotential verwendet wird und indem das Versorgungspotential VD als ein Stromversorgungspotential verwendet wird. Das Versorgungspotential VD wird durch eine Offset-Spannung E1 vom low-side Potential geregelt. Die Offset-Spannung E1 ist eine Spannung, die kleiner ist, als die Eingangsspannung des Inverters. Die Offset-Spannung E1 kann im Wesentlichen eine konstante Spannung sein und liegt zum Beispiel bei ungefähr +15 V.
  • Ein high-side Steuersignal Vcin1 zur Ansteuerung des high-side IGBT 25 wird in den high-side Eingangsanschluss HI eingespeist. Das low-side Potential wird als Referenzpotential im high-side Steuersignal Vcin1 angelegt. Die Pegelverschiebungsschaltung 22 wandelt das high-side Steuersignal Vcin1, welches das low-side Potential als Referenzpotential verwendet, in das high-side Steuersignal Vcin2, welches das Zwischenpotential VS als Referenzpotential verwendet. Anschließend überträgt die Pegelverschiebungsschaltung 22 das high-side Steuersignal Vcin2 zur high-side Treiberschaltung 23. Die high-side Treiberschaltung 23 gibt ein Treibersignal zur Ansteuerung des high-side IGBT 25 vom high-side Ausgangsanschluss HO entsprechend dem high-side Steuersignal Vcin2 aus. Der high-side IGBT 25 wird durch das Treibersignal geschaltet. Die high-side Treiberschaltung 23 wird betrieben, indem das Zwischenpotential VS als Referenzpotential verwendet und ein Floating-Potential VD als ein Stromversorgungspotential verwendet wird. Das Floating-Potential VB wird durch eine Offset-Spannung E2 vom Zwischenpotential VS geregelt. Die Offset-Spannung E2 ist eine Spannung, die kleiner ist, als die Eingangsspannung des Inverters. Die Offset-Spannung E2 kann im Wesentlichen eine konstante Spannung sein, sie kann der Offset-Spannung E1 entsprechen und liegt zum Beispiel bei ungefähr +15 V.
  • Die Erfassungsschaltung 40 erfasst die Zustandsinformation des high-side IGBT 25, um das Erfassungssignal zu erzeugen. Das Erfassungssignal wird an den Informationssignal-Eingangsanschluss FI der HVIC 100 ausgegeben. Die Erfassungsschaltung 40 verwendet das Zwischenpotential VS als Referenzpotential. Die Zustandsinformation umfasst wenigstens eine Art von Information. Die Zustandsinformation umfasst typischerweise eine Information einer anliegenden Spannung zwischen Hauptanschlüssen des high-side IGBT 25 (Kollektor-Emitter-Spannung Vce) und eine Information einer Temperatur des high-side IGBT 25. Ein konkretes Beispiel der Erfassungsschaltung 40 wird nachfolgend beschrieben.
  • Die HVIC 100 umfasst des Weiteren eine Wandlerschaltung 60. Das Erfassungssignal wird vom Informationssignal-Eingangsanschluss FI in die Wandlerschaltung 60 eingespeist. Die Wandlerschaltung 60 wird betrieben, indem sie das Zwischenpotential VS als Referenzpotential verwendet. Die Wandlerschaltung 60 gibt ein Wandlersignal aus, welches mit dem Erfassungssignal der Erfassungsschaltung 40 korrespondiert. Konkret wird das Erfassungssignal, das ein analoges Signal ist, in das Wandlersignal gewandelt, welches ein digitales Signal ist. Die Wandlung wird typischerweise so durchgeführt, dass ein Pulssignal erzeugt wird, dessen Pulsweite von einer Stärke des analogen Signals abhängt. Ein konkretes Beispiel der Wandlerschaltung 60 wird nachfolgend beschrieben
  • Das IPM 200 umfasst weiter eine Signalübertragungsschaltung 70. Die Signalübertragungsschaltung 70 gibt das Informationsausgangssignal, das mit dem Wandlersignal der Wandlerschaltung 60 korrespondiert, als das Spannungssignal aus, welches das low-side Potential (Massepotential) als Referenzpotential einsetzt. Der Monitor 90 überwacht das Informationsausgangssignal. Die Signalübertragungsschaltung 70 umfasst einen ersten Punkt 71, einen zweiten Punkt 72, ein Signalschaltelement 73 und eine Diode 74
  • Das Zwischenpotential VS wird an den ersten Punkt 71 angelegt. Ein Bezugspotential wird an den zweiten Punkt 72 angelegt. Das Bezugspotential ist ein Potential zwischen dem low-side Potential und dem high-side Potential, welches sich vom low-side Potential und vom high-side Potential unterscheidet. Wie in den Figuren veranschaulicht, wird das Bezugspotential bevorzugt durch eine Verwendung des Versorgungspotentials VD angelegt.
  • Das Signalschaltelement 73 besitzt ein erstes Ende, das mit dem ersten Punkt 71 verbunden ist und ein zweites Ende und wird in Übereinstimmung mit dem Wandlersignal geschaltet. Im veranschaulichten Beispiel ist das Signalschaltelement 73 ein n-Kanal MOSFET und verfügt über eine Source (das erste Ende), die mit dem ersten Punkt 71 verbunden ist, ein Drain (das zweite Ende) und ein Gate, womit es entsprechend dem am Gate anliegenden Wandlersignal geschaltet wird. Das Signalschaltelement 73 wird bevorzugt in die HVIC 100 integriert. Im obigen Fall kann eine Größe der HVIC 100 reduziert werden, wenn eine Größe des Signalschaltelements 73 reduziert wird. Bevorzugt ist eine Spannungsfestigkeit des Signalschaltelements 73 nicht unnötig hoch, um die Größe zu reduzieren. Die Spannungsfestigkeit des Signalschaltelements 73 kann geringer sein, als eine Spannungsfestigkeit der Diode 74. Die Spannungsfestigkeit des Signalschaltelements 73 kann geringer sein, als die Eingangsspannung des Inverters.
  • Die Diode 74 ist zwischen dem zweiten Punkt 72 und dem zweiten Ende des Signalschaltelements 73 vorgesehen. Die Diode 74 weist eine Durchlassrichtung auf, in der ein Vorwärtsstrom durch eine Spannung zwischen dem ersten Punkt 71 und dem zweiten Punkt 72 in einem Fall fließen kann, in dem das Zwischenpotential VS dem low-side Potential entspricht. Bevorzugt wird die Diode 74 nicht in die HVIC 100 integriert, sondern stattdessen extern an die HVIC 100 angebunden. Die Spannungsfestigkeit der Diode 74 ist höher, als die Eingangsspannung des Inverters. Deshalb wird eine sogenannte Hochspannungsdiode als Diode 74 eingesetzt. Wenn die Eingangsspannung des Inverters beispielsweise einer Spezifikation von 300 V oder höher aufweist, wird die Diode mit der Spannungsfestigkeit von 300 V oder höher eingesetzt.
  • Ein Potential zwischen der Diode 74 und dem zweiten Punkt 72 und insbesondere zwischen der Diode 74 und einem Widerstandselement 75, wird von der Signalübertragungsschaltung 70 als das Informationsausgangssignal ausgegeben. Das Referenzpotential des Informationsausgangssignals entspricht dem low-side Potential (Massepotential). Der Monitor 90 überwacht das Informationsausgangssignal. Der Monitor 90 kann ein Mikrocomputer sein, der eine Funktion zur Erzeugung eines Steuersignals für die HVIC 100 umfasst. Im obigen Fall kann das IPM 200 in Übereinstimmung mit dem Informationsausgangssignal gesteuert werden. Wenn das Informationsausgangssignal zum Beispiel ein Fehlersignal des IPM 200 darstellt, kann der Mikrocomputer das IPM 200 veranlassen, eine Schutzoperation wie eine Sperroperation des low-side IGBT 15 auszuführen.
  • (Betrieb der Signalübertragungsschaltung 70)
  • In einem Zeitraum, in dem sich der low-side IGBT 15 im Ein-Zustand befindet, überträgt die Signalübertragungsschaltung 70 das Informationsausgangssignal, welches mit dem Wandlersignal von der Wandlerschaltung 60 korrespondiert, an den Monitor 90. Der obige Aufbau wird nachfolgend beschrieben. Wenn der low-side IGBT 15 eingeschaltet wird, wird das Zwischenpotential VS im Wesentlichen auf ein low-side Potential (Massepotential) geschaltet. Dementsprechend liegt an der Diode 74 eine Vorwärtsspannung an. Somit fließt ein Strom zwischen dem ersten Punkt 71 und dem zweiten Punkt 72 im Ansprechen auf den Schaltvorgang des Signalschaltelements 73. Das an den Monitor 90 ausgegebene Potential variiert im Ansprechen auf den Strom. Wenn der Schaltvorgang des Signalschaltelements 73 durch das Wandlersignal von der Wandlerschaltung 60 ausgeführt wird, kann die Signalübertragung 70 dadurch das dem Wandlersignal entsprechende Informationsausgangssignal an den Monitor 90 übertragen.
  • Währenddessen isoliert die Signalübertragungsschaltung 70 die Wandlerschaltung 60 in einem Zeitraum elektrisch vom Monitor 90, in dem sich der high-side IGBT 25 im Ein-Zustand befindet. Wenn der high-side IGBT 25 eingeschaltet wird, wird das Zwischenpotential VS im Wesentlichen auf ein high-side Potential geschaltet. Entsprechend liegt an der Diode 74 eine Rückwärtsspannung an. Somit fließt kein Strom zwischen dem ersten Punkt 71 und dem zweiten Punkt 72, ungeachtet des Schaltzustandes des Signalschaltelements 73. Das heißt, die Wandlerschaltung 60 und der Monitor 90 sind voneinander isoliert. In einem Zeitraum, in dem das Zwischenpotential VS im Wesentlichen einem high-side Potential entspricht, liegt eine hohe Spannung zwischen der Wandlerschaltung 60 und dem Monitor 90 an, die im Wesentlichen gleich der Eingangsspannung des Inverters ist. Daher muss die elektrische Isolierung zwischen der Wandlerschaltung 60 und dem Monitor 90 gewährleistet werden. Die oben beschriebene elektrische Isolierung wird durch die Diode 74 gewährleistet, die einer anliegenden Rückwärtsspannung standhält.
  • (Details des Aufbaus)
  • 2 ist ein Schaltbild zur Beschreibung einer Erfassungsschaltung 40A, welche eine Beispiel einer Erfassungsschaltung 40 (1) für einen Fall ist, in dem die oben beschriebene Zustandsinformation die Information der angelegten Spannung an den high-side IGBT 25 darstellt. Der high-side IGBT 25 umfasst einen Emitter-Anschluss (einen ersten Anschluss), einen Kollektor-Anschluss (einen zweiten Anschluss) und einen Gate-Anschluss (einen dritten Anschluss) und steuert eine elektrische Verbindung zwischen dem Emitter-Anschluss und dem Kollektor-Anschluss in Übereinstimmung mit der am Gate-Anschluss anliegenden Spannung. Die Erfassungsschaltung 40A erfasst die Spannung Vce, die zwischen dem Emitter-Anschluss und dem Kollektor-Anschluss anliegt, als Zustandsinformation. Konkret umfasst die Erfassungsschaltung 40A ein Widerstandselement 41A, ein Widerstandselement 42A, ein Widerstandselement 43a und eine Diode 45A. Das Widerstandselement 41A, das Widerstandselement 42A und das Widerstandselement 43A sind in Reihe hintereinandergeschaltet, um einen Punkt, an dem das Zwischenpotential VS anliegt und einen Punkt, an dem das Floating-Potential VB anliegt, zu verbinden. Der Emitter-Anschluss ist zwischen dem Punkt, an dem das Zwischenpotential VS anliegt und dem Widerstandselement 41A angeschlossen. Der Kollektor-Anschluss ist über die Diode 45A zwischen dem Widerstandselement 42A und dem Widerstandselement 43A angeschlossen. Eine Durchlassrichtung der Diode 45A wird so gewählt, dass ein Stromfluss unterbunden wird, wenn sich der high-side IGBT in einem Aus-Zustand befindet. Das Erfassungssignal, welches das Potential zwischen dem Widerstandselement 41A und dem Widerstandselement 42A besitzt, wird an den Informationssignal-Eingangsanschluss FI ausgegeben.
  • 3 ist ein Schaltbild zur Beschreibung einer Erfassungsschaltung 40B, die ein Beispiel für die Erfassungsschaltung 40 (1) in einem Fall ist, in dem die oben beschriebene Zustandsinformation die Information der Temperatur des high-side IGBT 25 darstellt. Konkret umfasst die Erfassungsschaltung 40B eine Diode 41B als einen Temperatursensor und ein Widerstandselement 42B. Die Diode 41B ist an einer Position angeordnet, die empfänglich für die Wärme des high-side IGBT 25 ist, wodurch die Diode 41B als der Temperatursensor eine Sperrschichttemperatur Tj des high-side IGBT 25 erfassen kann. „Sperrschichttemperatur“ bezeichnet hier eine Temperatur an einem pn-Übergang im Halbleiterschaltelement. Die Diode 41B und der high-side IGBT 25 werden bevorzugt auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ausgebildet, so dass eine Temperatur exakt gemessen wird. Im oben genannten Fall ist es erforderlich, dass das Referenzpotential der Erfassungsschaltung 40, welche die Diode 41B umfasst, nicht dem low-side Potential, sondern dem high-side Potential entspricht, um die Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Die Diode 41B und das Widerstandselement 42B sind in Serie hintereinandergeschaltet, um den Punkt, an dem das Zwischenpotential VS anliegt und den Punkt, an dem das Floating-Potential VB anliegt, zu verbinden. Eine Durchlassrichtung der Diode 41B wird so gewählt, dass eine Vorwärtsspannung an der Diode 41B anliegt. Das Erfassungssignal, welches das Potential zwischen der Diode 41B und dem Widerstandselement 42B besitzt, wird an den Informationssignal-Eingangsanschluss FI ausgegeben.
  • 4 ist ein Schaltbild zur Beschreibung eines Beispiels der Wandlerschaltung 60 in 1. Ein Wert des Erfassungssignals von der Erfassungsschaltung 40 (1) und ein Potential einer Dreieckswelle, die durch einen Dreieckswellengenerator 62 unter Verwendung des Zwischenpotentials VS als Referenzpotential erzeugt wird, werden mittels eines Komparators 61 verglichen. Der Komparator 61 erzeugt dadurch ein Wandlersignal, das eine Pulsweite entsprechend dem Wert des Erfassungssignals aufweist. Das Erfassungssignal wird zum Gate des Signalschaltelements 73 der Signalübertragungsschaltung 70 (1) übertragen.
  • (Auswirkungen)
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Signalübertragungsschaltung 70 ( 1) die Diode 74, welche eine Durchlassrichtung besitzt, durch die der Vorwärtsstrom aufgrund der Spannung zwischen dem ersten Punkt 71 und dem zweiten Punkt 72 für den Fall fließen kann, in dem das Zwischenpotential VS dem low-side Potential entspricht. Somit liegt die Vorwärtsspannung an der Diode 74 an, wenn das Zwischenpotential im Wesentlichen auf das low-side Potential gesetzt wird, entsprechend einem Zustand, in dem sich der low-side IGBT 15 im Ein-Zustand und der high-side IGBT 25 im Aus-Zustand befindet. Im obigen Zustand wird das Signalschaltelement 73 der Signalübertragungsschaltung 70 geschaltet, um den Strom, der in die Diode 74 fließt, zu steuern. Dadurch kann die Information über die Signalübertragungsschaltung 70 durch Verwendung dieses Stroms übertragen werden. Wenn das Zwischenpotential VS unterdessen im Wesentlichen auf das high-side Potential gesetzt wird, entsprechend einem Zustand, in dem sich der low-side IGBT 15 im Aus-Zustand und der high-side IGBT 25 im Ein-Zustand befindet, wird die Rückwärtsspannung an die Diode 74 angelegt, wodurch die Signalübertragungsschaltung 70 in einen isolierenden Zustand übergeht. Die elektrische Verbindung, die durch die Signalübertragungsschaltung 70 zwischen dem Monitor 90 (low-side) und der Wandlerschaltung 60 (high-side) hergestellt wird, wird dadurch unterbrochen. Dementsprechend kann die erforderliche Isolierung zwischen der low-side und der high-side gewährleistet werden. Die Isolierung in der Signalübertragungsschaltung 70 wird nicht durch das Signalschaltelement 73, sondern durch die Diode 74 gewährleistet. Deshalb ist als Signalschaltelement 73 kein Hochspannungs-Schaltelement erforderlich. Somit kann die Größe des Signalschaltelements 73 reduziert werden. Dementsprechend kann die Größe des IPM 200 reduziert und insbesondere die Größe der HVIC 100 signifikant reduziert werden.
  • Wenn eine Pegelverschiebungsschaltung mit einer Aufwärtsverschiebungsfunktion statt der Signalübertragungsschaltung 70 in die HVIC integriert wird, nimmt die Größe der HVIC bedeutend zu. Insbesondere umfasst die Pegelverschiebungsschaltung normalerweise ein Hochspannungs-Halbleiterschaltelement, das einen großen Bereich in der HVIC einnimmt. Darüber hinaus ist es in Anbetracht der Zuverlässigkeit praktisch schwierig, die Pegelverschiebungsschaltung mit einer Abwärtsverschiebungsfunktion in die HVIC zu integrieren.
  • Das Bezugspotential, welches das Potential ist, das am zweiten Punkt 72 anliegt, kann mittels des Versorgungspotentials VD angelegt werden. Der Aufbau des IPM 200 wird dadurch vereinfacht.
  • Die Zustandsinformation des high-side IGBT 25 kann die Information der Kollektor-Emitter-Spannung Vce des high-side IGBT 25 umfassen. Im obigen Fall kann ein Auftreten einer Abweichung in der Kollektor-Emitter-Spannung Vce des in der high-side angeordneten IGBT 25, zur low-side übertragen werden.
  • Die Zustandsinformation des high-side IGBT 25 kann die Information der Temperatur des high-side IGBT 25 umfassen. Im obigen Fall kann ein Auftreten einer Abweichung der Temperatur im high-side IGBT 25 zur low-side übertragen werden.
  • Die high-side Treiberschaltung 23 und die Pegelverschiebungsschaltung 22 können in einen einzigen Halbleiter-Chip 100 integriert werden. Im obigen Fall kann die Größe des IPM 200 reduziert werden.
  • Die Diode 74 der Signalübertragungsschaltung 70 kann extern an den Halbleiter-Chip 100 angebunden werden. Im obigen Fall muss die Diode 74, die das Hochspannungselement darstellt, nicht im Halbleiter-Chip 100 vorgesehen werden. Dementsprechend kann die Größe des Halbleiter-Chips 100 reduziert werden.
  • Das Signalschaltelement 73 in der Signalübertragungsschaltung 70 kann in den Halbleiter-Chip 100 integriert werden. Dementsprechend kann die Größe des IPM 200 reduziert werden.
  • (Modifizierungsbeispiel)
  • Der eine Arm AM ist in der obigen Ausführungsform beschrieben, jedoch ist eine Gesamtzahl von Armen nicht begrenzt. Wenn eine Mehrzahl von Konfigurationen bereitgestellt wird, von denen jede ähnlich dem IPM 200 ist, kann ein IPM mit einer Mehrzahl von Armen AM ausgebildet werden. Insbesondere, wenn ein IPM ausgebildet wird, das über drei Arme verfügt, kann eine Funktion als Dreiphaseninverter erreicht werden. Im obigen Fall besitzen die drei Hauptausgangsanschlüsse, die dem Hauptausgangsanschluss TO entsprechen, eine Funktion als Ausgangsanschluss für eine Dreiphasen-Wechselspannung.
  • In der obigen Ausführungsform ist der low-side Anschluss TN eine sogenannter „N Anschluss“ und der high-side Anschluss ein sogenannter „P Anschluss“; jedoch kann dieser Zusammenhang umgekehrt werden. Konkret kann der low-side Anschluss TN der sogenannte „P Anschluss“ und der high-side Anschluss TP der sogenannte „N Anschluss“ sein. Das heißt, wenn das low-side Potential als Referenzpotential betrachtet wird, kann das high-side Potential ein negatives Potential darstellen.
  • In der obigen Ausführungsform wird ein IGBT für jedes low-side Schaltelement und high-side Schaltelement eingesetzt, es kann jedoch auch ein anderes Leistungshalbleiter-Schaltelement als IGBT verwendet werden. Zum Beispiel kann auch ein Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MISFET) wie der MOSFET eingesetzt werden.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform wird ein n-Kanal MOSFET als Signalschaltelement 73 eingesetzt, alternativ kann jedoch auch ein p-Kanal MOSFET eingesetzt werden. Es kann auch ein MISFET statt eines MOSFET eingesetzt werden. Es kann auch ein anderes Halbleiterschaltelement statt eines MISFET eingesetzt werden, wodurch beispielsweise auch ein Bipolartransistor eingesetzt werden kann.
  • In der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Diode als Temperatursensor für den Fall eingesetzt, in dem die Erfassungsschaltung 40 die Temperatur erfasst; es kann jedoch auch ein anderes Element als eine Diode als Temperatursensor eingesetzt werden. Zum Beispiel kann auch ein Thermistorelement eingesetzt werden.
  • <Ausführungsform 2>
  • (Aufbau)
  • Mit Bezug zu 5 verfügt das IPM gemäß der vorliegenden Ausführungsform, zusätzlich zum Aufbau des IPM 200 (1: Ausführungsform 1) über eine Sample-and-Hold-Schaltung 50 und eine VS Erfassungsschaltung 80 (Zwischenpotential-Erfassungsschaltung).
  • Die Sample-and-Hold-Schaltung 50 ist zwischen der Erfassungsschaltung 40 und der Wandlerschaltung 60 angeordnet. Die Sample-and-Hold-Schaltung 50 beginnt zu einem Zeitpunkt mit einem Abtastvorgang, an dem der high-side IGBT 25 eingeschaltet wird und beginnt zu einem Zeitpunkt mit einem Haltevorgang, an dem der high-side IGBT 25 ausgeschaltet wird. Die Zeitpunkte des Ein- und Ausschaltens des high-side IGBT 25 werden erfasst, wenn auf das high-side Steuersignal Vcin2 von der Pegelverschiebungsschaltung 22 Bezug genommen wird. Mit anderen Worten führt die Sample-and-Hold-Schaltung 50 den Abtast- und Haltevorgang aus, indem das high-side Steuersignal Vcin2 als Auslöser verwendet wird.
  • Die VS Erfassungsschaltung 80 erfasst, ob sich das Zwischenpotential VS in einem low-Zustand befindet, der sich bezüglich des low-side Potentials und des high-side Potentials näher am low-side Potential befindet, oder ob sich das Zwischenpotential in einem high-Zustand befindet, der sich bezüglich des low-side Potentials und des high-side Potentials näher am high-side Potential befindet. Die Wandlerschaltung 60 beginnt mit der Ausgabe des Wandlersignals, indem als Auslöser ein durch die VS Erfassungsschaltung 80 erfasster Übergang vom high-Zustand zum low-Zustand verwendet wird.
  • 6 ist ein Schaltbild, das eine Sample-and-Hold-Schaltung 50A als ein Beispiel der Sample-and-Hold-Schaltung 50 (5) veranschaulicht. Die Sample-and-Hold-Schaltung 50A umfasst einen Operationsverstärker 51, einen Schalter 52, einen Kondensator 53 und einen Operationsverstärker 54. Das Erfassungssignal von der Erfassungsschaltung 40 wird in einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 51 eingespeist. Ein Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 51 ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 51 selbst verbunden. Der Schalter 52 verbindet den Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 51 und den invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 54 miteinander. Ein erstes Ende des Kondensators 53 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 54 verbunden. Das Zwischenpotential VS wird als das Referenzpotential an ein zweites Ende des Kondensators 53 angelegt. Der Schalter 52 befindet sich in einem Ein-Zustand, wenn das high-side Steuersignal Vcin2 dem Einschalten entspricht und er befindet sich in einem Aus-Zustand, wenn das high-side Steuersignal Vcin2 dem Ausschalten entspricht. Die Sample-and-Hold-Schaltung 50A wird bevorzugt in die HVIC 100 integriert.
  • 7 ist ein Schaltbild, das eine VS Erfassungsschaltung 80A als ein Beispiel der VS Erfassungsschaltung 80 (5) veranschaulicht. Die VS Erfassungsschaltung 80A umfasst ein Widerstandselement 81A, ein Widerstandselement 82A, eine Bezugsspannungsquelle 83A und einen Komparator 84A. Das Widerstandselement 81A und das Widerstandselement 82A sind in Reihe hintereinandergeschaltet, um einen Punkt, an dem das low-side Potential anliegt und einen Punkt, an dem das Floating-Potential VB anliegt, zu verbinden. Dadurch wird ein Potential erhalten, das erzeugt wird, wenn eine Spannung zwischen dem low-side Potential (Massepotential) und dem Floating-Potential VB zwischen dem Widerstandselement 81A und dem Widerstandselement 82A aufgeteilt wird. Mittels des Komparators 84A wird das erhaltene Potential mit einem Potential verglichen, das um die Spannung der Bezugsspannungsquelle 83A kleiner ist, indem das Floating-Potential VB als Bezug verwendet wird. Ein Vorzeichen dieser Spannung wird so festgelegt, dass dieses dem high-side Potential entspricht. Eine Höhe dieser Spannung wird so festgelegt, dass sie ausreichend kleiner ist, als ein Wert der aufgeteilten Spannung im oben beschrieben Fall, in dem das Zwischenpotential VS dem high-side Potential entspricht. Dementsprechend erzeugt der Komparator 84A ein high-Signal, wenn das Zwischenpotential VD dem low-side Potential entspricht und er erzeugt ein low-Signal, wenn das Zwischenpotential VS vom low-side Potential zum high-side Potential verschoben wird. Die VS Erfassungsschaltung 80A wird bevorzugt in die HVIC 100 integriert.
  • Ein Betrieb der in 7 veranschaulichten Schaltung wird hier beschrieben. Das Zwischenpotential VS variiert wie oben beschrieben zwischen dem low-side Potential und dem high-side Potential. Das Floating-Potential VB ist um die Offset-Spannung E2 höher, als das Zwischenpotential VS (VB = VS + E2). Vr bezeichnet eine Spannung der Bezugsspannungsquelle 83A und r1 und r2 bezeichnen die jeweiligen Widerstandswerte des Widerstandselements 82A und des Widerstandselements 81A. V+ und V- bezeichnen jeweils ein Potential eines „+“ Eingangsanschlusses und eines „-“ Eingangsanschlusses des Komparators 84. Der Komparator 84A vergleicht V+ mit V- und gibt „high“ aus, falls V+ > Verfüllt ist. Hier sind V+ = VB • r2 / (r1 + r2) und V- = VB - Vr erfüllt, somit ist VB • r2 / (r1 + r2) > VB - Vr im Fall von V+> V- erfüllt. Der obige Ausdruck wird vereinfacht dargestellt als VB < (1 + r2 / r1) • Vr. Wie oben beschrieben ist VB= VS + E2 hier erfüllt, somit wird die folgende Ungleichung erhalten. VS< ( 1 + r2/r1 ) · Vr − E2
    Figure DE102018204472B4_0001
  • Wenn das Zwischenpotential VS die oben beschrieben Ungleichung erfüllt, gibt der Komparator 84A „high“ aus. Wenn r2, r1 und E2 geeignet festgelegt werden, kann damit der Zustand, in dem das Zwischenpotential VS im Bereich des low-side Potentials liegt, erfasst werden. Es kann zum Beispiel angenommen werden, dass das Zwischenpotential VS zwischen 0V und 600V variiert, wenn das low-side Potential und das high-side Potential jeweils 0V und 600V betragen. E2, Vr, r1, und r2 werden folgendermaßen festgelegt: E2 = 15V, Vr = 0.32V, r1 = 10kΩ, und r2 = 490kΩ. Im obigen Fall wird die oben beschriebe Ungleichung ausgedrückt als VS<(1 + 490 × 103/10×103) • 0.32-15 = 50 • 0.32-15 = 1[V]. Das heißt, wenn das Zwischenpotential VS kleiner ist als 1V, gibt der Komparator 84A „high“ aus. Selbst wenn das Zwischenpotential VS 600V beträgt, liegt höchstens eine Spannung von 12.3V an beiden Enden des Widerstandselements 82A an.
  • Der weitere Aufbau ist im Wesentlichen derselbe wie der des IPM 200 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1, somit wird die Beschreibung nicht wiederholt.
  • (Betrieb des IPM)
  • 8 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch einen Betrieb des IPM gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. 8 veranschaulicht einen Fall einer Anwendung eines nachfolgend als Beispiel beschriebenen low-Aktivsystems und in einem Fall eines high-Aktivsystems wird jede Wellenform des high-side Steuersignals Vcin1 und des high-side Steuersignals Vcin2 umgekehrt.
  • Im Fall des low-Aktivsystems befindet sich der high-side IGBT 25 im Ein-Zustand, wenn sich das high-side Steuersignal Vcin1 und das high-side Steuersignal Vcin2 im low-Zustand befinden, und der high-side IGBT 25 befindet sich im Aus-Zustand, wenn sich das high-side Side-Steuersignal Vcin1 und das high-side Side-Steuersignal Vcin2 im high-Zustand befinden. Bei der Fokussierung auf eine Pulsperiode, in welcher sich Vcin2 im low-Zustand befindet, das heißt, eine Pulsperiode, in welcher sich der high-side IGBT 25 in einem Ein-Zustand befindet, nimmt ein Kollektor-Strom Ic in der einen Periode graduell zu und erreicht in einem Fall, in dem eine L-Last (induktive Last) an das IPM angeschlossen ist, unmittelbar vor dem Ausschalten des IGBT 25 ein Maximum. Entsprechend dem obigen Zustand nimmt die Sperrschichttemperatur Tj innerhalb einer Periode graduell zu und erreicht unmittelbar vor dem Ausschalten des high-side IGBT 25 ein Maximum. Nach dem Ausschalten nimmt die Sperrschichttemperatur Tj graduell ab. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird für den Fall, dass die Sample-and-Hold-Schaltung 50 vorgesehen ist, ein Wert der Sperrschichttemperatur Tj gehalten, der unmittelbar vor dem Ausschalten abgetastet wird.
  • Die Wandlerschaltung 60 beginnt mit dem Ausgeben des Wandlersignals, welches mit dem gehaltenen Wert korrespondiert, wobei als Auslöser ein Übergang des Zwischenpotentials VS zum low-side Potential (Massepotential) verwendet wird. In einem Zeitraum PG, in dem das Zwischenpotential VS dem low-side Potential entspricht, kann die Signalübertragungsschaltung 70 das Signal übertragen. Dementsprechend wird im Zeitraum PG das Informationsausgangssignal, welches über eine Pulsweite WP verfügt, die mit dem Haltewert korrespondiert, übertragen.
  • (Auswirkungen)
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beginnt die Sample-and-Hold-Schaltung 50 mit dem Abtastvorgang zu einem Zeitpunkt, an dem der high-side IGBT 25 eingeschaltet wird, und beginnt mit dem Haltevorgang zu einem Zeitpunkt, an dem der high-side IGBT 25 ausgeschaltet wird. Die Wandlerschaltung 60 kann die Zustandsinformation, die unmittelbar vor dem Ausschalten des high-side IGBT 25 erfasst wurde, ausgeben, indem das Signal der Sample-and-Hold-Schaltung 50 verwendet wird.
  • Insbesondere die Sperrschichttemperatur Tj tendiert dazu, unmittelbar vor dem Ausschalten den Maximalwert anzunehmen. Die Kollektor-Emitter-Spannung Vce entspricht annähernd dem Kollektor-Strom Ic in 8 und tendiert dazu, unmittelbar vor dem Ausschalten einen Maximalwert anzunehmen. Wenn die Sample-and-Hold-Schaltung 50 vorgesehen ist, können diese Maximalwerte entsprechend an den Monitor 90 übertragen werden.
  • Die Wandlerschaltung 60 beginnt mit der Ausgabe des Wandlersignals, indem als Auslöser ein durch die VS Erfassungsschaltung 80 erfasster Übergang vom high-Zustand zum low-Zustand verwendet wird. Dementsprechend wird ein unnötiges Ausgeben des Wandlersignals durch die Wandlerschaltung 60 unterdrückt. Insbesondere in einem Zeitraum, in dem das Zwischenpotential VS auf das low-side Potential abfällt, wird das ausgegebene Wandlersignal durch den Monitor 90 nur teilweise empfangen und kann als inkorrekte Information erkannt werden.
  • (Modifizierungsbeispiel)
  • Die VS Erfassungsschaltung 80 kann ohne die Sample-and-Hold-Schaltung 50 vorgesehen werden. Selbst im obigen Fall, wird die unnötige Ausgabe des Wandlersignals unterdrückt.
  • Die Sample-and-Hold-Schaltung 50 kann ohne die VS Erfassungsschaltung 80 vorgesehen werden. Selbst im obigen Fall kann die Wandlerschaltung 60 die unmittelbar vor dem Ausschalten des IGBT 25 erfasste Zustandsinformation ausgeben.
  • <Ausführungsform 3>
  • (Aufbau)
  • Mit Bezug zu 9 umfasst das IPM gemäß der vorliegenden Ausführungsform darüber hinaus, zusätzlich zum Aufbau des IPM gemäß Ausführungsform 2, eine Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung 57 und eine Peak-Hold-Schaltung 55. Die Peak-Hold-Schaltung 55 ist bevorzugt in den HVIC 100 (1) integriert.
  • Die Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung 57 erfasst das Anliegen eines Ausgangsstroms vom Hauptausgangsanschluss TO. Die Peak-Hold-Schaltung 55 ist zwischen der Erfassungsschaltung 40 und der Wandlerschaltung 60 vorgesehen und führt einen Haltevorgang aus, wenn die Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung 57 das Anliegen eines Ausgangsstroms erfasst. Das Erfassen des anliegenden Ausgangsstroms mittels der Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung 57 wird ausgeführt, indem ein Spannungsabfall in einem Shunt-Widerstandselement 57R erfasst wird, welches im Hauptausgangsanschluss TO angeordnet ist, um den Strom zu erfassen.
  • 10 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel der Peak-Hold-Schaltung 55 in 9 veranschaulicht. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Peak-Hold-Schaltung 55 einen Operationsverstärker 551, eine Diode 552, einen Operationsverstärker 553, eine Diode 554 und ein Widerstandselement 555. Die Erfassungsschaltung 40 (1) ist über die Sample-and-Hold-Schaltung 50 (9) mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 551 verbunden. Der nicht invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 551 ist über die Diode 554 mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 551 verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 551 ist über die Diode 552 mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 553 verbunden. Der invertierende Eingangsanschluss und der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 553 sind miteinander verbunden. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 553 ist über das Widerstandselement 555 mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 551 verbunden. Ein erstes Ende des Kondensators 556 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 553 verbunden. Das Zwischenpotential VS wird als Referenzpotential an ein zweites Ende des Kondensators 556 angeschlossen. Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 553 ist mit der Wandlerschaltung 60 (1) verbunden.
  • Der weitere Aufbau ist im Wesentlichen derselbe, wie der des IPM 200 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 2, weshalb die Beschreibung nicht wiederholt wird.
  • (Betrieb)
  • 11 ist ein Zeitdiagramm, das schematisch den Betrieb des IPM gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht.
  • Das vorliegende Beispiel beschreibt einen Fall, in dem das IPM einen sinusförmigen Dreiphasenwechselstrom ausgibt. Im vorliegenden Beispiel wird die Pulsweite des high-side Steuersignals Vcin1 gesteuert, wodurch die Wellenform des Kollektor-Stroms Ic des high-side IGBT 25 (1) als ein halber Zyklus der Sinuswelle festgelegt wird. Die Sperrschichttemperatur Tj des high-side IGBT 25 nimmt auf halbem Weg durch den halben Zyklus einen Maximalwert an. Wenn die Peak-Hold-Schaltung 55 eingesetzt wird, wird die Information des Maximalwertes von der Signalübertragungsschaltung 70 in einem Zeitraum ausgegeben, in dem das Zwischenpotential VS nach dem oben beschriebenen halben Zyklus dem low-side Potential entspricht.
  • (Auswirkungen)
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird der Haltevorgang in einem Zeitraum ausgeführt, in dem das Anliegen des Ausgangsstroms vom Hauptausgangsanschluss TO erfasst wird. Dementsprechend kann die Wandlerschaltung 60 die Spitzenwertinformation in einem Zeitraum ausgeben, in dem der Ausgangsstrom auftritt.
  • (Modifizierungsbeispiel)
  • Von der VS Erfassungsschaltung 80 und der Sample-and-Hold-Schaltung 50 kann wenigstens eine entfallen. Selbst im obigen Fall kann die Spitzenwertinformation in einem Zeitraum, in dem der Ausgangsstrom auftritt, unter Verwendung der Wandlerschaltung 55 ausgegeben werden.
  • <Ausführungsform 4>
  • (Aufbau)
  • Mit Bezug zu 12 wird in der vorliegenden Ausführungsform eine VS Erfassungsschaltung 80B (Zwischenpotential-Erfassungsschaltung) als eine Art der VS Erfassungsschaltung 80 (5) eingesetzt. Eine Signalübertragungsschaltung 70B wird statt der Signalübertragungsschaltung 70 (1) verwendet.
  • Die Signalübertragungsschaltung 70B umfasst ein Übertragungswiderstandselement 79 zwischen dem Signalschaltelement 73 und der Diode 74. Das Übertragungswiderstandselement 79 ist bevorzugt in die HVIC 100 (1) integriert. Die Signalübertragungsschaltung 70B verfügt über einen Aufbau, der ähnlich zur Signalübertragungsschaltung 70 ist, mit Ausnahme des oben beschriebenen Aufbaus.
  • Die VS Erfassungsschaltung 80B umfasst eine Bezugsspannungsquelle 83B, einen Komparator 84B und eine Dummy-Pulserzeugungsquelle 85B. Der Komparator 84B ist zwischen der Diode 74 und dem Übertragungswiderstandselement 79 angeschlossen. Der Komparator 84B vergleicht ein Potential in diesem Verbindungspunkt und ein Potential, zu dem eine Spannung der Bezugsspannungsquelle 83B zum low-side Potential als Bezug hinzugefügt wird. Ein Vorzeichen dieser Spannung wird so festgelegt, dass es dem des high-side Potential entspricht. Eine Höhe dieser Spannung wird so festgelegt, dass sie kleiner ist, als ein Wert des Spannungsabfalls im Übertragungswiderstandselement 79, wenn ein Strom in der Signalübertragungsschaltung 70B fließt. Dementsprechend ist ein Ausgangssignal des Komparators 84B ein high-Signal, wenn ein Strom in der Signalübertragungsschaltung 70B fließt und ein low-Signal, wenn kein Strom in der Signalübertragungsschaltung 70B fließt. Die Dummy-Pulserzeugungsquelle 85B erzeugt einen Dummy-Puls, um das Signalschaltelement 73 in den Ein-Zustand übergehen zu lassen. Die VS Erfassungsschaltung 80B wird bevorzugt in die HVIC 100 integriert.
  • (Betrieb der VS Erfassungsschaltung 80B)
  • Die Dummy-Pulserzeugungsquelle 85B erzeugt den Dummy-Puls, um das Signalschaltelement 73 vorübergehend in den Ein-Zustand übergehen zu lassen. Wenn zu diesem Zeitpunkt das Zwischenpotential VS dem low-side Potential entspricht, liegt eine Vorwärtsspannung an der Diode 74 an und demzufolge fließt ein Strom im Übertragungswiderstandselement 79. Aus diesem Grund findet ein Spannungsabfall im Übertragungswiderstandselement 79 statt. Somit ist das Potential, das von der Signalübertragungsschaltung 70B in den Komparator 84B eingespeist wird, ein Potential, das durch den Spannungsabfall bezüglich des Zwischenpotentials VS in Richtung des high-side Potentials verschoben wird. Deshalb gibt der Komparator 84B an die Wandlerschaltung 60 das high-Signal aus, welches anzeigt, dass das Zwischenpotential VS dem low-side Potential entspricht. Im Gegensatz dazu liegt an der Diode 74 eine Rückwärtsspannung an, wenn das Zwischenpotential VS dem high-side Potential entspricht, wodurch im Übertragungswiderstandselement 79 kein Strom fließt. Der Spannungsabfall tritt deshalb im Übertragungswiderstandselement 79 nicht auf. Somit entspricht das Potential, das von der Signalübertragungsschaltung 70B in den Komparator 84B eingespeist wird, nach wie vor dem Zwischenpotential VS. Der Komparator 84B gibt deshalb das low-Signal an die Wandlerschaltung 60 aus, welches anzeigt, dass das Zwischenpotential VS dem high-side Potential entspricht. Das Zwischenpotential VS wird nach dem oben beschriebenen Vorgang erfasst und das Ergebnis wird an die Wandlerschaltung 60 ausgegeben.
  • (Auswirkungen)
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist die VS Erfassungsschaltung 80B zwischen die Diode 74 und das Übertragungswiderstandselement 79 geschaltet. Dementsprechend kann der Aufbau der VS Erfassungsschaltung 80 vereinfacht werden.
  • <Ausführungsform 5>
  • Mit Bezug zu 13 umfasst das IPM gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Bootstrap-Schaltung 30, die unter Verwendung des Versorgungspotentials VD und des Zwischenpotentials VS ein Floating-Potential VB erzeugt. Die Bootstrap-Schaltung 30 wird bevorzugt in die HVIC 100 (1) integriert. Die Bootstrap-Schaltung 30 umfasst ein Widerstandselement 31, eine Diode 32, einen Kondensator 33 und ein Widerstandselement 39. Ein erstes Ende des Kondensators 33 ist mit einem Punkt des Zwischenpotentials VS verbunden und das Floating-Potential VB wird von einem zweiten Ende des Kondensators 33 ausgegeben. Ein Ladepfad, der sich aus dem Widerstandselement 31 und der Diode 32 zusammensetzt, welche ausgehend von einem Punkt des Versorgungspotentials VD in Serie geschaltet sind, ist mit dem zweiten Ende verbunden. Das Widerstandselement 39 wird in den Ladepfad eingefügt. Während eines Ladevorgangs der Bootstrap-Schaltung 30 fließt ein Strom im Ladepfad. Aus diesem Grund tritt ein Spannungsabfall am Widerstandselement 39 auf.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist eine VS Erfassungsschaltung 80C (Zwischenpotential-Erfassungsschaltung) als eine Art der VS Erfassungsschaltung 80 (5) vorgesehen. Die VS Erfassungsschaltung 80C erfasst den oben beschriebenen Spannungsabfall, um zu erfassen, ob die Bootstrap-Schaltung 30 einen Ladevorgang ausführt. Die Bootstrap-Schaltung 30 führt einen Ladevorgang aus, wenn das Zwischenpotential VS, das am ersten Ende des Kondensators 33 anliegt, auf das low-side Potential (Massepotential) abfällt. Die VS Erfassungsschaltung 80C kann dadurch das Zwischenpotential VS erfassen, indem sie erfasst, ob die Bootstrap-Schaltung 30 einen Ladevorgang ausführt.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfasst die VS Erfassungsschaltung 80C das Zwischenpotential VS, indem sie erfasst, ob die Bootstrap-Schaltung 30 einen Ladevorgang ausführt. Dementsprechend kann der Aufbau der VS Erfassungsschaltung 80C vereinfacht werden.
  • <Ausführungsform 6>
  • (Aufbau)
  • Mit Bezug zu 14 wird im IPM gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Zustandsinformation des low-side IGBT 15 (1), die mit der Zustandsinformation des high-side IGBT 25 (1) korrespondiert, erfasst. Zum Beispiel wird sowohl für den high-side IGBT 25, als auch für den low-side IGBT 15 jeweils eine Information über die Sperrschichttemperatur erfasst.
  • Gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst das IPM zusätzlich zum Aufbau des IPM nach jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen eine Auswahlschaltung 95. Die Auswahlschaltung 95 vergleicht die Zustandsinformation des low-side IGBT 15 und die Zustandsinformation des high-side IGBT 25, welche über die Signalübertragungsschaltung 70 erhalten wurden, wodurch selektiv die Zustandsinformation des low-side IGBT 15 oder die Zustandsinformation des high-side IGBT 25 an den Monitor 90 (1) ausgegeben wird. Im oben beschriebenen Beispiel werden der Wert der Sperrschichttemperatur des high-side IGBT 25 und der Wert der Sperrschichttemperatur des low-side IGBT 15 verglichen und das Signal, welches den höheren Wert repräsentiert, wird an den Monitor 90 ausgegeben.
  • Die Auswahlschaltung 95 umfasst eine Eingangswandlereinheit 951, eine Auswahleinheit 952 und eine Ausgangswandlereinheit 953. Die Eingangswandlereinheit 951 empfängt ein Informationsausgangssignal, das eine Zustandsinformation des high-side IGBT 25 repräsentiert. Anschließend wandelt die Eingangswandlereinheit 951 das Informationsausgangssignal in ein Signal, das mit einem Informationsausgangssignal verglichen werden kann, das die Zustandsinformation des low-side IGBT 15 repräsentiert. Wenn diese Signale in ihrer ursprünglichen Form miteinander verglichen werden können, kann die Eingangswandlereinheit 951 entfallen. Die Auswahleinheit 952 vergleicht den Wert, der durch diese Signale repräsentiert wird und gibt auf diese Weise selektiv das Signal aus, das einen der Werte repräsentiert. Es werden zum Beispiel zwei Temperaturwerte verglichen und nur das Signal, das den größeren Wert repräsentiert, wird ausgegeben. Die Ausgangswandlereinheit 953 wandelt das Signal, das von der Auswahleinheit 952 ausgegeben wird, in ein Signal, das geeignet ist, durch den Monitor 90 empfangen zu werden. Das Signal wird zum Beispiel in ein digitales Signal gewandelt, dessen Pulsweite der Information entspricht, oder es wird in ein analoges Signal gewandelt, dessen Spannungswert der Information entspricht. Wenn der Monitor 90 das von der Auswahleinheit 952 ausgegebene Signal direkt empfangen kann, kann die Auswahleinheit 953 entfallen.
  • (Auswirkungen)
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Zustandsinformation des low-side IGBT 15 oder des high-side IGBT 25 selektiv ausgegeben werden. Je nach Notwendigkeit kann demzufolge nur Erstere oder Letztere ausgegeben werden. Dadurch kann die Last durch die Signalverarbeitung im Monitor 90 reduziert werden.
  • (Modifizierungsbeispiel)
  • Drei oder mehr Zustandsinformationen, die miteinander verglichen werden können, können im IPM erfasst werden. Wenn das IPM zum Beispiel drei Arme AM (1) umfasst, um die Funktion als Dreiphaseninverter umzusetzen, werden drei high-side IGBTs und drei low-side IGBTs eingesetzt. Wenn jede Sperrschichttemperatur dieser IGBT erfasst wird, werden insgesamt sechs Arten von Zustandsinformationen erfasst. Im obigen Fall empfängt die Auswahlschaltung das Informationsausgangssignal, welches sechs Arten von Zustandsinformationen repräsentiert. Anschließend vergleicht die Auswahlschaltung die sechs Arten von Informationen, wodurch eine Art von Zustandsinformation selektiv an den Monitor 90 (1) ausgegeben wird. Im Beispiel zur Erfassung der Sperrschichttemperatur werden die sechs Werte der Sperrschichttemperatur verglichen und das Signal, das den Maximalwert repräsentiert wird an den Monitor 90 ausgegeben.
  • Im obigen Beispiel wird von der Auswahlschaltung ein Signal ausgegeben, welches einen Maximalwert repräsentiert; jedoch kann ein Minimalwert in einigen Fällen im Hinblick auf den Inhalt der erfassten Zustandsinformationen von größerer Bedeutung sein. In einem solchen Fall kann die Auswahlschaltung so konfiguriert werden, dass sie ein Signal ausgibt, das einen Minimalwert repräsentiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung können die obigen Ausführungsformen beliebig kombiniert werden, bzw. kann jede Ausführungsform innerhalb des Geltungsbereichs der Erfindung in geeigneter Weise variiert oder ausgelassen werden.
  • Während die Erfindung im Detail aufgezeigt und beschrieben wurde, ist die vorstehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht einschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen erdacht werden können, ohne den Geltungsbereich der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 13
    low-side Treiberschaltung
    15
    low-side IGBT
    16
    Freilaufdiode
    22
    Pegelverschiebungsschaltung
    23
    high-side Treiberschaltung
    25
    IGBT
    26
    Freilaufdiode
    30
    Bootstrap-Schaltung
    31
    Widerstandselement
    32
    Diode
    33
    Kondensator
    39
    Widerstandselement
    40
    Erfassungsschaltung
    40A
    Erfassungsschaltung
    40B
    Erfassungsschaltung
    41A
    Widerstandselement
    41B
    Diode
    42A
    Widerstandselement
    42B
    Widerstandselement
    43A
    Widerstandselement
    45A
    Diode
    50
    Sample-and-Hold-Schaltung
    50A
    Sample-and-Hold-Schaltung
    51
    Operationsverstärker
    52
    Schalter
    53
    Kondensator
    54
    Operationsverstärker
    55
    Peak-Hold-Schaltung
    57
    Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung
    60
    Wandlerschaltung
    62
    Dreieckswellengenerator
    70
    Signalübertragungsschaltung
    70B
    Signalübertragungsschaltung
    71
    erster Punkt
    72
    zweiter punkt
    73
    Signalschaltelement
    74
    Diode
    79
    Übertragungswiderstandselement
    80
    VS Erfassungsschaltung
    80A
    VS Erfassungsschaltung
    80B
    VS Erfassungsschaltung
    80C
    VS Erfassungsschaltung
    81A
    Widerstandselement
    82A
    Widerstandselement
    83A
    Bezugsspannungsquelle
    83B
    Bezugsspannungsquelle
    84A
    Komparator
    84B
    Komparator
    85B
    Dummy-Pulserzeugungsquelle
    90
    Monitor
    95
    Auswahlschaltung
    100
    HVIC
    551
    Operationsverstärker
    552
    Diode
    553
    Operationsverstärker
    554
    Diode
    555
    Widerstandselement
    951
    Eingangswandlereinheit
    952
    Auswahleinheit
    953
    Ausgangswandlereinheit
    E1
    Offset-Spannung
    E2
    Offset-Spannung
    FI
    Informationssignal-Eingangsanschluss
    FO
    Informationssignal-Ausgangsanschluss
    HI
    high-side Eingangsanschluss
    HO
    high-side Ausgangsanschluss
    LI
    low-side Eingangsanschluss
    LO
    low-side Ausgangsanschluss
    TN
    low-side Anschluss
    TP
    high-side Anschluss
    TO
    Hauptausgangsanschluss
    VD
    Versorgungspotential

Claims (13)

  1. Halbleitervorrichtung (200), umfassend: • einen low-side Anschluss (TN), der ein low-side Potential besitzt; • einen high-side Anschluss (TP), der ein high-side Potential besitzt, welches sich vom low-side Potential unterscheidet; • einen Hauptausgangsanschluss (TO), der ein Zwischenpotential besitzt; • ein low-side Schaltelement (15), welches zwischen dem Hauptausgangsanschluss (TO) und dem low-side Anschluss (TN) vorgesehen ist; • eine low-side Treiberschaltung (13), welche das low-side Schaltelement (15) ansteuert und welche betrieben wird, indem das low-side Potential als ein Referenzpotential verwendet wird, und indem ein Versorgungspotential, welches von einer Offset-Spannung vom low-side Potential geregelt wird, als ein Stromversorgungspotential verwendet wird; • ein high-side Schaltelement (25), welches zwischen dem Hauptausgangsanschluss (TO) und dem high-side Anschluss (TP) vorgesehen ist; • eine high-side Treiberschaltung (23), welche das high-side Schaltelement (25) ansteuert und betrieben wird, indem das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet wird, und indem ein Floating-Potential, welches von einer Offset-Spannung vom Zwischenpotential geregelt wird, als Stromversorgungspotential verwendet wird; • eine Erfassungsschaltung (40, 40A, 40B), welche das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet und Zustandsinformationen des high-side Schaltelements (25) erfasst, wodurch ein Erfassungssignal ausgegeben wird; • eine Wandlerschaltung (60), welche das Zwischenpotential als ein Referenzpotential verwendet und ein Wandlersignal ausgibt, welches mit dem Erfassungssignal der Erfassungsschaltung (40, 40A, 40B) korrespondiert, und • eine Signalübertragungsschaltung (70, 70B), welche ein Signal, das mit dem Wandlersignal der Wandlerschaltung (60) korrespondiert, als ein Spannungssignal ausgibt, welches das low-side Potential als ein Referenzpotential verwendet, wobei die Signalübertragungsschaltung (70, 70B) Folgendes umfasst: • einen ersten Punkt (71), an welchem das Zwischenpotential anliegt; • einen zweiten Punkt (72) an dem ein Bezugspotential zwischen dem low-side Potential und dem high-side Potential anliegt, wobei das Bezugspotential vom low-side Potential und vom high-side Potential abweicht; • ein Signalschaltelement (73), welches über ein erstes Ende verfügt, das mit dem ersten Punkt (71) verbunden ist und welches über ein zweites Ende verfügt und welches entsprechend dem Wandlersignal geschaltet wird; und • eine Diode (74), welche zwischen dem zweiten Punkt (72) und dem zweiten Ende des Signalschaltelements (73) vorgesehen ist und eine Durchlassrichtung aufweist, durch die ein Vorwärtsstrom aufgrund einer Spannung zwischen dem ersten Punkt (71) und dem zweiten Punkt (72) in einem Fall fließen kann, in dem das Zwischenpotential dem low-side Potential entspricht.
  2. Halbleitervorrichtung (200) nach Anspruch 1, wobei das Bezugspotential unter Verwendung des Versorgungspotentials angelegt wird.
  3. Halbleitervorrichtung (200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das high-side Schaltelement (25) über einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss verfügt und eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss entsprechend einer an den dritten Anschluss angelegten Spannung steuert, und wobei die Zustandsinformation des high-side Schaltelements (25) eine Information über eine angelegte Spannung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss des high-side Schaltelements (25) umfasst.
  4. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Erfassungsschaltung (40B) über einen Temperatursensor (41B) zur Erfassung einer Temperatur des high-side Schaltelements (25) verfügt, und wobei die Zustandsinformation des high-side Schaltelements (25) eine Information über die Temperatur des high-side Schaltelements (25) umfasst.
  5. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend eine Pegelverschiebungsschaltung (22), welche ein Signal zur high-side Treiberschaltung (23) überträgt, wobei die high-side Treiberschaltung (23) und die Pegelverschiebungsschaltung (22) in einen einzigen Halbleiter-Chip (100) integriert sind.
  6. Halbleitervorrichtung (200) nach Anspruch 5, wobei die Diode (74) der Signalübertragungsschaltung (70, 70B) extern an den Halbleiter-Chip (100) angebunden ist.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Signalschaltelement (73) der Signalübertragungsschaltung (70, 70B) in den Halbleiter-Chip (100) integriert ist.
  8. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter umfassend • eine Zwischenpotential-Erfassungsschaltung (80, 80A, 80B, 80C), die erfasst, ob sich das Zwischenpotential in einem low-Zustand befindet, welcher sich bezüglich des low-side Potentials und des high-side Potentials näher am low-side Potential befindet, oder ob sich das Zwischenpotential in einem high-Zustand befindet, welcher sich bezüglich des high-side Potentials und des low-side Potentials näher am high-side Potential befindet, wobei • die Wandlerschaltung (60) mit der Ausgabe des Wandlersignals beginnt, indem als Auslöser ein durch die Zwischenpotential-Erfassungsschaltung (80, 80A, 80B, 80C) erfasster Übergang vom high-Zustand zum low-Zustand verwendet wird.
  9. Halbleitervorrichtung (200) nach Anspruch 8, wobei die Signalübertragungsschaltung (70B) ein Übertragungswiderstandselement (79) zwischen dem Signalschaltelement (73) und der Diode (74) umfasst, und wobei die Zwischenpotential-Erfassungsschaltung (80B) zwischen der Diode (74) und dem Übertragungswiderstandselement (79) angeschlossen ist.
  10. Halbleitervorrichtung (200) nach Anspruch 8, weiter umfassend • eine Bootstrap-Schaltung (30), welche das Floating-Potential unter Verwendung des Versorgungspotentials und des Zwischenpotentials erzeugt, wobei • die Zwischenpotential-Erfassungsschaltung (80C) erfasst, ob die Bootstrap-Schaltung (30) einen Ladevorgang ausführt.
  11. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, weiter umfassend • eine Sample-and-Hold-Schaltung (50, 50A), die zwischen der Erfassungsschaltung (40, 40A, 40B) und der Wandlerschaltung (60) vorgesehen ist, wobei • die Sample-and-Hold-Schaltung (50, 50A) zu einem Zeitpunkt mit einem Abtastvorgang beginnt, an dem das high-side Schaltelement (25) eingeschaltet wird, und zu einem Zeitpunkt mit einem Haltevorgang beginnt, an dem das high-side Schaltelement (25) ausgeschaltet wird.
  12. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter umfassend • eine Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung (57), die das Anliegen eines Ausgangsstroms vom Hauptausgangsanschluss (TO) erfasst; und • eine Peak-Hold-Schaltung (55), die zwischen der Erfassungsschaltung (40, 40A, 40B) und der Wandlerschaltung (60) vorgesehen ist, und einen Haltevorgang ausführt, wenn die Ausgangsstrom-Erfassungsschaltung (57) einen anliegenden Ausgangsstrom erfasst.
  13. Halbleitervorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, weiter umfassend eine Auswahlschaltung (95), die eine Zustandsinformation des low-side Schaltelements (15) und eine Zustandsinformation des high-side Schaltelements (25) vergleicht, welche über die Signalübertragungsschaltung (70, 70B) erhalten werden, wodurch selektiv die Zustandsinformation des low-side Schaltelements (15) oder die Zustandsinformation des high-side Schaltelements (25) ausgegeben wird.
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