DE102019205048A1

DE102019205048A1 - Ansteuervorrichtung für ein Halbleiterelement

Info

Publication number: DE102019205048A1
Application number: DE102019205048.4A
Authority: DE
Inventors: Haruhiko Murakami; Ryo Goto; Shiori Uota; Koichiro Noguchi; Motoki Imanishi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-04-23
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2019-10-24
Also published as: CN110391806A; CN110391806B; US10812062B2; JP6948980B2; JP2019193384A; US20190326897A1

Abstract

Eine Ansteuervorrichtung (1) für ein Halbleiterelement enthält: eine Vielzahl von Detektionsschaltungen (21), die verschiedene Typen von Anomalien des Halbleiterelements detektieren; eine Logikschaltung (22), die ein Fehlersignal (Verr) erzeugt, wenn zumindest eine der Detektionsschaltungen (21) eine Anomalie detektiert; eine ein Alarmsignal erzeugende Schaltung (24, 25), die das Fehlersignal (Verr) empfängt und ein Alarmsignal (VFo) erzeugt, das aus einem oder einer Vielzahl von Impulsen besteht, wobei das Alarmsignal eine unterschiedliche Impulsbreite für jede der Detektionsschaltungen (21) aufweist, die eine Anomalie detektiert hat; und eine eine Schutzoperation bestimmende Schaltung (23), die basierend auf dem Fehlersignal (Verr) und dem Alarmsignal (VFo) bestimmt, ob eine Schutzfunktion des Halbleiterelements tätig ist oder nicht, und eine Einspeisung eines Ansteuersignals in das Halbleiterelement abschaltet, wenn bestimmt wird, dass die Schutzfunktion tätig ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ansteuervorrichtung für ein Halbleiterelement.
Beschreibung des Standes der Technik
In letzter Zeit hat ein intelligentes Leistungsmodul (IPM) Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Das intelligente Leistungsmodul ergibt sich aus einem Modularisieren, als eine elektronische Komponente, einer Vielzahl von Halbleiterelementen, die aus Leistungstransistoren bestehen, wie etwa beispielsweise Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBT), und deren Ansteuerschaltungen und ferner einer Schutzschaltung gegen Anomalien wie etwa einen Überstrom, ein Absinken einer Stromversorgungsspannung einer Steuerung und ein Überhitzen der Halbleiterelemente.
Die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2012-143125 offenbart eine Ansteuervorrichtung, die eine Vielzahl von Schutzschaltungen enthält, die eine Anomalie eines Halbleiterelements detektieren, und eine Signalausgangsschaltung, die ein Alarmsignal einer Impulsbreite, die entsprechend einem Typ der durch jede der Schutzschaltungen detektierten Anomalie voreingestellt ist, durch nur einen Impuls oder in einer Einheit eines Impulses zu vorbestimmten Zeitintervallen abgibt.
Die Ansteuervorrichtung der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-143125 weist jedoch das Problem auf, dass nicht detektieren werden kann, dass die Anomalie des Halbleiterelements behoben worden ist.
Diesbezüglich schlägt die offengelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2013-258858 eine Ansteuervorrichtung für ein Halbleiterelement vor, die eine Funktion aufweist, um ein Alarmsignal einer Impulsbreite entsprechend einem Typ einer im Halbleiterelement auftretenden Anomalie genau zu melden, und eine Funktion aufweist, um zu melden, dass ein Anomaliefaktor des Halbleiterelements eliminiert worden ist.
ZUSAMMENFASSUNG
In der Technik der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258858 ist jedoch abgesehen von einer ein Alarmsignal erzeugenden Schaltung, die das Alarmsignal der Impulsbreite entsprechend dem Typ der Anomalie erzeugt, eine ein Alarmaufhebungssignal erzeugende Schaltung erforderlich, die ein Signal erzeugt, um zu melden, dass der Anomaliefaktor eliminiert worden ist, und es besteht ein Problem, dass eine Dimension der Ansteuerschaltung vergrößert wird. Bei der Technik der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258858 besteht, da ein Alarmaufhebungssignal abgegeben wird, nachdem der Anomaliefaktor eliminiert worden ist, auch ein Problem, dass es Zeit zur Erholung braucht. Darüber hinaus ist es in der Technik der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2013-258858 notwendig, die Impulsbreite zu messen, um den Anomaliefaktor zu unterscheiden, und das Alarmaufhebungssignal zu messen, um zu detektieren, dass der Anomaliefaktor eliminiert worden ist, was nicht praktisch ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Zunahme der Größe zu unterdrücken und eine Einspeisung eines Ansteuersignals in ein Halbleiterelement, wenn eine Anomalie des Halbleiterelements eliminiert ist, in einer Ansteuervorrichtung für ein Halbleiterelement unverzüglich wiederaufzunehmen.
Eine Ansteuervorrichtung für ein Halbleiterelement gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vielzahl von Detektionsschaltungen, eine Logikschaltung, eine ein Alarmsignalerzeugende Schaltung und eine eine Schutzoperation bestimmende Schaltung. Die Vielzahl von Detektionsschaltungen detektiert verschiedene Typen von Anomalien des Halbleiterelements. Die Logikschaltung erzeugt ein Fehlersignal, wenn zumindest eine der Detektionsschaltungen eine Anomalie detektiert. Auf ein Empfangen des Fehlersignals hin erzeugt die ein Alarmsignal erzeugende Schaltung ein Alarmsignal, das aus einem oder einer Vielzahl von Impulsen besteht, wobei das Alarmsignal eine unterschiedliche Impulsbreite für jede der Detektionsschaltungen aufweist, die eine Anomalie detektiert hat. Eine eine Schutzoperation bestimmende Schaltung bestimmt basierend auf dem Fehlersignal und dem Alarmsignal, ob eine Schutzfunktion des Halbleiterelements aktiv bzw. tätig ist oder nicht, und schaltet eine Einspeisung eines Ansteuersignals in das Halbleiterelement ab, wenn bestimmt wird, dass die Schutzfunktion tätig ist.
Gemäß der Ansteuervorrichtung für das Halbleiterelement der vorliegenden Erfindung kann die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung durch das Ende des Alarmsignals bestimmen, dass die Anomalie des Halbleiterelements eliminiert worden ist. Daher kann die Ansteuervorrichtung für das Halbleiterelement gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einspeisung des Ansteuersignals in das Halbleiterelement unverzüglich wiederaufnehmen, nachdem die Anomalie des Halbleiterelements eliminiert worden ist. Da eine ein Alarmaufhebungssignal erzeugende Schaltung unnötig ist, ist ferner eine Verkleinerung der Vorrichtung möglich.
Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm, das eine Ansteuervorrichtung für einen oberen Arm einer U-Phase zeigt;
3 ist ein Diagramm, das minimale Impulsbreiten eines Fehlersignals, eines Schutzoperationssignals und eines Alarmsignals zeigt;
4 ist ein Diagramm, das das Alarmsignal gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform im Fall terr ≤ tpro (min) zeigt;
5 ist ein Diagramm, das das Alarmsignal gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform im Fall terr > tpro (min) zeigt;
6 ist ein Diagramm, das ein Fehlersignal Verr, ein Schutzoperationssignal Vpro und ein Alarmsignal VFo zeigt, wenn eine Anomalie in einer Stromversorgungsspannung einer Steuerung auftritt und dann eine Anomalie in einem Strom auftritt;
7 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
8 ist ein Diagramm, das einen Tiefpassfilter zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein Alarmsignal gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
10 ist ein Diagramm, das ein Berechnungsergebnis des analogen Alarmsignals bezüglich des Alarmsignals in Bezug auf eine Anomalie der Stromversorgungsspannung einer Steuerung zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein Berechnungsergebnis eines analogen Alarmsignals bezüglich eines Alarmsignals in Bezug auf eine Temperaturanomalie zeigt;
12 ist ein Diagramm, das ein Berechnungsergebnis eines analogen Alarmsignals bezüglich eines Alarmsignals in Bezug auf eine Stromanomalie zeigt;
13 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
14 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Ansteuervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
15 ist ein Diagramm, das ein analoges Alarmsignal gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
16 ist ein Diagramm, das ein Alarmsignal in Bezug auf eine Stromanomalie gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform zeigt;
17 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt; und
18 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration einer Ansteuervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
<Erste bevorzugte Ausführungsform>
1 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung 101 gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 101 enthält einen Inverter 10 und Ansteuervorrichtungen 1 bis 6. Der Inverter 10 enthält eine Vielzahl von IGBTs 11 bis 16 und Freilaufdioden D1 bis D6, die mit den IGBTs 11 bis 16 jeweils parallel verbunden sind, und wandelt DC-Leistung in AC-Leistung um. Der IGBT 11 und die Freilaufdiode D1 bilden einen oberen Arm einer U-Phase, und der IGBT 14 und die Freilaufdiode D4 bilden einen unteren Arm einer U-Phase. Der IGBT 12 und die Freilaufdiode D2 bilden einen oberen Arm einer V-Phase, und der IGBT 15 und die Freilaufdiode D5 bilden einen unteren Arm einer V-Phase. Der IGBT 13 und die Freilaufdiode D3 bilden einen oberen Arm einer W-Phase, und der IGBT 16 und die Freilaufdiode D6 bilden einen unteren Arm einer W-Phase. Die Ansteuervorrichtungen 1 bis 6 steuern individuell die Vielzahl von IGBTs 11 bis 16 an, die den Inverter 10 bilden. Man beachte, dass die IGBTs Beispiele von Halbleiterelementen sind, die von den Ansteuervorrichtungen 1 bis 6 angesteuert werden, und anstelle der IGBTs andere Halbleiterelemente wie etwa ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) und dergleichen können verwendet werden.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Ansteuervorrichtung 1 für einen oberen Arm der U-Phase zeigt. Da Konfigurationen der anderen Ansteuervorrichtungen 2 bis 6 derjenigen der Ansteuervorrichtung 1 ähnlich sind, wird die Beschreibung dieser Konfigurationen weggelassen.
Die Ansteuervorrichtung 1 enthält Detektionsschaltungen 21, eine Logikschaltung 22, eine eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, eine einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24, einen MOSFET 25 und ein UND-Gatter 26.
Die Detektionsschaltungen 21 sind Schaltungen, die verschiedene Schutzfunktionen der Halbleitervorrichtung 101 implementieren, und enthalten eine eine Stromversorgungsspannung einer Steuerung detektierende Schaltung UV, eine temperaturdetektierende Schaltung OT und eine stromdetektierende Schaltung SC.
Die Logikschaltung 22 vergleicht Signale von der eine Stromversorgungsspannung einer Steuerung detektierenden Schaltung UV, der temperaturdetektierenden Schaltung OT und der stromdetektierenden Schaltung SC mit vorbestimmten Spannungen, um zu bestimmen, ob der IGBT 11 in einem anormalen Zustand ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass der IGBT 11 in einem anormalen Zustand ist, gibt die Logikschaltung 22 ein Fehlersignal Verr an die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 und die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 ab.
Ein Alarmsignal VFo und das Fehlersignal Verr werden in die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 eingespeist. Aus dem Alarmsignal VFo und dem Fehlersignal Verr bestimmt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, ob eine Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist oder nicht. Wenn bestimmt wird, dass die Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist, gibt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 ein Schutzoperationssignal Vpro an die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 ab und gibt einen L-Pegel an das UND-Gatter 26 aus, das ein Gate-Steuersignal Vout ausschaltet. Als Folge wird das Ansteuern des IGBT 11 gesperrt, und er ist vor der Anomalie geschützt.
Die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 weist das von der Logikschaltung 22 eingespeiste Fehlersignal Verr und das von der eine Schutzoperation bestimmenden Schaltung 23 eingespeiste Schutzoperationssignal Vpro auf. Die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 erzeugt basierend auf dem Fehlersignal Verr und dem Schutzoperationssignal Vpro einen Identifizierungsimpuls. Der durch die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 erzeugte Identifizierungsimpuls wird in ein Gate des MOSFET 25 eingespeist, wodurch EIN/AUS eines MOSFET 25 mit offenem Drain (engl.: open-drain MOSFET) gesteuert wird. Eine Source des MOSFET 25 gibt das Alarmsignal VFo an die eine Schutzoperation bestimmenden Schaltung 23 und von der Ansteuervorrichtung 1 nach außen ab. Das heißt, die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 und der MOSFET 25 fungieren als eine ein Alarmsignal erzeugende Schaltung, die das Fehlersignal Verr empfängt und ein Alarmsignal erzeugt.
3 zeigt minimale Impulsbreiten des Fehlersignals Verr, des Schutzoperationssignals Vpro und des Alarmsignals VFo. Unter der Annahme, dass die minimalen Impulsbreiten des Fehlersignals Verr, des Schutzoperationssignals Vpro und des Alarmsignals VFo eine minimale Fehlerperiode terr (min), eine minimale Schutzoperationsperiode tpro (min) bzw. eine minimale Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo (min) sind, lautet eine Beziehung von diesen terr (min) < tFo (min) = tpro (min). Die minimale Fehlerperiode terr (min) ist eine minimale Fehlerlänge, die von den Detektionsschaltungen 21 detektiert werden kann, und ist durch eine Filterzeit eines für jede der Detektionsschaltungen 21 vorgesehenen Filters bestimmt. Die Filterzeit ist im Allgemeinen auf einen Bereich von einigen ns bis einige µs eingestellt. Konkret ist die Filterzeit der stromdetektierenden Schaltung SC auf etwa 2 µs eingestellt. Die minimale Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo (min) ist auf eine Länge eingestellt, die von einem Mikrocomputer erkannt werden kann, der das Alarmsignal VFo empfängt, und ist im Allgemeinen auf einige ms oder mehr eingestellt. In der ersten bevorzugten Ausführungsform sind die minimale Schutzoperationsperiode tpro (min) und die minimale Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo (min) ungeachtet eines Typs des Fehlers, das heißt, ungeachtet der Detektionsschaltung 21, die die Anomalie detektiert hat, konstant.
4 zeigt das Alarmsignal VFo der ersten bevorzugten Ausführungsform im Fall terr ≤ tpro (min). Wenn das Fehlersignal Verr aus ist, wird, da die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 einen H-Pegel an das UND-Gatter 26 ausgibt, das Gate-Steuersignal Vout synchron mit dem Steuersignal VCIN abgegeben. Wenn eine der Detektionsschaltungen 21 eine Anomalie detektiert, schaltet die Logikschaltung 22 das Fehlersignal Verr ein, das heißt, setzt es auf den H-Pegel. Die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 schaltet das Schutzoperationssignal Vpro ein, das heißt, setzt das Schutzoperationssignal Vpro auf den H-Pegel, während das Fehlersignal Verr eingeschaltet ist. Außerdem erzeugt die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 auch den Identifizierungsimpuls, während das Fehlersignal Verr eingeschaltet ist. Daher werden das Fehlersignal Verr, das Schutzoperationssignal Vpro und das Alarmsignal VFo gleichzeitig eingeschaltet. In Bezug auf das Alarmsignal VFo bezeichnet hier der H-Pegel AUS, und der L-Pegel bezeichnet EIN.
Während der Periode, in der das Fehlersignal Verr EIN ist, gibt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 den L-Pegel an das UND-Gatter 26 aus, so dass das Gate-Steuersignal Vout der L-Pegel wird und abgeschaltet wird.
Da die minimale Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo (min) gleich der minimalen Schutzoperationsperiode tpro (min) ist, ist es möglich, die minimale Schutzoperationsperiode tpro (min) zu identifizieren, indem tFo (min) außerhalb der Ansteuervorrichtung 1 überwacht wird.
Während das Alarmsignal VFo EIN ist, gibt der MOSFET 25 eine kontinuierliche Impulsfolge mit einer unterschiedlichen Impulsbreite tFo_pl in jeder der Detektionsschaltungen als das Alarmsignal VFo aus. Die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 stellt die Impulsbreite tFo_pl des Alarmsignals VFo, eine Aussetzungsbreite tFo_sus des Alarmsignals und die minimale Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo (min) so ein, dass Ausdruck (1) erfüllt ist.
Hier ist „n“ eine natürliche Zahl, die für jede der Detektionsschaltungen ein unterschiedlicher Wert ist.
[Ausdruck 1] $n \times tFo_pl + (n - 1) \times tFo_sus = TFo (min)$
Im Fall von terr ≤ tpro (min) ist die minimale Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo (min) ungeachtet der Art der Anomalie konstant.
5 zeigt das Alarmsignal VFo der ersten bevorzugten Ausführungsform im Fall terr > tpro (min). Die Fehlerperiode terr, die Schutzoperationsperiode tpro und die Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo zu dieser Zeit sind so eingestellt, dass sie terr ≤ tpro = tFo erfüllen.
Ferner stellt die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 tFo, tFo_pl und tFo_sus so ein, um Ausdruck (2) zu erfüllen. Hier ist „n“ eine natürliche Zahl, die für jeden Typ des Fehlers ein unterschiedlicher Wert ist.
[Ausdruck 2] $n \times tFo_pl + (n - 1) \times TFo_sus = tFo$
Das heißt, das Alarmsignal VFo wird ausgegeben, so dass Ausdruck (3) erfüllt wird.
[Ausdruck 3] $terr ≦ n \times tFo_pl + (n - 1) \times tFo_sus$
Auf diese Weise stellt die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 die Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo auf eine Länge entsprechend dem Typ der Anomalie ein. Wenn das Alarmsignal VFo endet, bestimmt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, dass die Operation der Schutzfunktion des IGBT 11 geendet hat, und schaltet das Schutzoperationssignal Vpro aus.
Als Nächstes wird eine Funktion des Schutzoperationssignals Vpro beschrieben. Das Schutzoperationssignal Vpro ist ein Signal, um zu verhindern, dass das Alarmsignal VFo, das einer zweiten Anomalie entspricht, abgegeben wird, falls die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 das der zweiten Anomalie entsprechende Fehlersignal Verr in einer Periode erfasst, in der die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 das der ersten Anomalie entsprechende Alarmsignal VFo abgibt.
6 zeigt das Fehlersignal Verr, das Schutzoperationssignal Vpro und das Alarmsignal VFo, wenn eine Anomalie in der Stromversorgungsspannung einer Steuerung auftritt und dann eine Anomalie im Strom auftritt. Zuerst wird, wenn eine Anomalie in der Stromversorgungsspannung einer Steuerung auftritt, ein Fehlersignal Verr(UV) eingeschaltet, und zur gleichen Zeit werden das Schutzoperationssignal Vpro und das Alarmsignal VFo eingeschaltet.
Während das Fehlersignal Verr(UV) ausschaltet, wenn die Fehlerperiode terr(UV) verstreicht, sind das Operationsschutzsignal Vpro und das Alarmsignal VFo noch im EIN-Zustand. Zu dieser Zeit wird, wenn im Strom eine Anomalie auftritt, ein Fehlersignal Verr(SC) eingeschaltet. Da das Schutzoperationssignal Vpro an ist, ignoriert jedoch die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 Verr(SC) und fährt fort, das Alarmsignal VFo für die Anomalie der Stromversorgungsspannung einer Steuerung abzugeben. Das heißt, die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 gibt das dem Fehlersignal Verr(SC) entsprechende Alarmsignal VFo nicht ab.
Die Ansteuerschaltung 1 für das Halbleiterelement gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vielzahl von Detektionsschaltungen 21, die verschiedene Typen von Anomalien des IGBT 11 detektieren, das ein Halbleiterelement ist, die Logikschaltung 22, die das Fehlersignal Verr erzeugt, wenn zumindest eine der Detektionsschaltungen 21 eine Anomalie detektiert, die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 und den MOSFET 25, welche die ein Alarmsignal erzeugende Schaltung sind, die das Fehlersignal Verr empfängt und das Alarmsignal VFo erzeugt, das aus einem oder mehreren Impulsen besteht, wobei das Alarmsignal eine unterschiedliche Impulsbreite für jede der Detektionsschaltungen 21 aufweist, die die Anomalie detektiert hat, und die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, die basierend auf dem Fehlersignal Verr und dem Alarmsignal VFo bestimmt, ob die Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist oder nicht, und die Einspeisung des Ansteuersignals in den IGBT 11 abschaltet, wenn bestimmt wird, dass die Schutzfunktion tätig ist. Gemäß der Ansteuervorrichtung 1 ist es möglich, eine Anomalie des IGBT 11 von den Detektionsschaltungen 21 zu detektieren. Da das Alarmsignal VFo eine Impulsbreite entsprechend dem Typ der Anomalie hat, ist es außerdem möglich, basierend auf der Impulsbreite den Typ der Anomalie zu unterscheiden. Da die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 durch das Ende des Alarmsignals VFo bestimmen kann, dass die Anomalie des IGBT 11 eliminiert worden ist, kann ferner die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 nach der Eliminierung der Anomalie die Einspeisung des Ansteuersignals in den IGBT 11 unverzüglich wiederaufnehmen. Da die ein Alarmaufhebungssignal erzeugende Schaltung unnötig ist, ist es ferner möglich, die Ansteuervorrichtung 1 zu verkleinern.
<Zweite bevorzugte Ausführungsform>
7 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung 102 gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Zusätzlich zur Konfiguration der Halbleitervorrichtung 101 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform enthält die Halbleitervorrichtung 102 einen Tiefpassfilter 30, der die von den Ansteuervorrichtungen 1 bis 6 abgegebenen Alarmsignale VFo demoduliert.
8 zeigt eine Konfiguration des Tiefpassfilters 30. Der Tiefpassfilter 30 ist aus einem Widerstand R und einem Kondensator C konfiguriert. Der Tiefpassfilter 30 erfasst das Alarmsignal VFo und erhält ein analoges Alarmsignal VFo_int gemäß einem Tastverhältnis des Alarmsignals VFo. Es ist möglich, den Typ einer Anomalie aus einem Spannungswert des analogen Alarmsignals VFo_int zu identifizieren.
9 zeigt das Alarmsignal VFo der zweiten bevorzugten Ausführungsform. Das Alarmsignal VFo der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist ein PWM-Signal mit einer konstanten Frequenz f = 1/{tFo_pl + tFo_sus} ungeachtet des Typs der Anomalie, worin nur ein Tastverhältnis D = tFo_pl/{tFo_pl + tFo_sus} sich in Abhängigkeit vom Typ der Anomalie unterscheidet. In 9 geben Bezugszeichen OT, UV und SC in Klammern jeweils die Detektionsschaltung in Bezug auf den Typ der Anomalie an. Beispielsweise gibt VFo(OT) ein Alarmsignal aufgrund einer Anomaliedetektion der temperaturdetektierenden Schaltung OT an.
10 bis 12 zeigen jeweils ein Berechnungsergebnis des analogen Alarmsignals VFo_int bezüglich des Alarmsignals VFo. 10 zeigt ein analoges Alarmsignal VFo_int(OT) bezüglich des Alarmsignals VFo(OT) in Bezug auf eine Anomalie der Stromversorgungsspannung einer Steuerung, 11 zeigt ein analoges Alarmsignal VFo_int(UV) bezüglich des Alarmsignals VFo(UV) in Bezug auf eine Temperaturanomalie, und 12 zeigt ein analoges Alarmsignal VFo_int(SC) bezüglich eines Alarmsignals VFo(SC) in Bezug auf eine Stromanomalie. In dem Tiefpassfilter 30 ist auch der Widerstand R = 100 kQ, ist der Kondensator C = 220 nF, und eine Filter-Grenzfrequenz ist fc = 1/(2πRC) = 14,47 Hz. Ungeachtet des Typs der Anomalie ist überdies eine Periode T des Alarmsignals VFo auf 4 ms eingestellt, und eine Frequenz f ist auf 250 Hz eingestellt, und tFo_pl(OT) = 3 ms, tFo_pl(UV) = 2 ms und tFo_pl(SC) = 1 ms sind eingerichtet. Eine Anomalie trat zu einer Zeit 2 ms auf, und die Abgabe des Alarmsignals VFo wird begonnen. In diesem Fall gelten, falls die Tastverhältnisse der Alarmsignale VFo(OT), VFo(UV) und VFo(SC) durch D(OT), D(UV) bzw. D(SC) ausgedrückt werden, D(OT) = 0,75, D(UV) = 0,5 und D(SC) = 0,25.
Gemäß 10 bis 12 ist ein Spannungswert des analogen Alarmsignals VFo_int zu einer Zeit 100 ms VFo_int(OT) = 3,79 V, VFo_int(UV) = 7,24 V, VFo_int(SC) = 11,21 V, welche Spannungswerte gemäß den Tastverhältnissen D(OT), D(UV) bzw. D(SC) sind. Das analoge Alarmsignal VFo_int enthält eine Restwelligkeit, aber deren Größe hängt von der Grenzfrequenz fc des Tiefpassfilters 30 und der Frequenz f des Alarmsignals VFo ab.
Entsprechend der Ansteuervorrichtung für ein Halbleiterelement gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform ist die Frequenz f des Alarmsignals VFo ungeachtet der Detektionsschaltung, die die Anomalie detektiert hat, konstant, und das Tastverhältnis D des Alarmsignals VFo unterscheidet sich entsprechend der Detektionsschaltung, die die Anomalie detektiert hat. Daher können Werte von R und L im Tiefpassfilter 30, der zum Demodulieren des Alarmsignals VFo genutzt wird, fixiert sein, so dass eine Demodulationsschaltung einfach entworfen werden kann.
<Dritte bevorzugte Ausführungsform>
13 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung 103 gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 103 enthält anstelle der Ansteuervorrichtungen 1 bis 6 der Halbleitervorrichtung 101 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform Ansteuervorrichtungen 1A bis 6A, und sonstige Konfigurationen der Halbleitervorrichtung 103 sind jenen der Halbleitervorrichtung 101 ähnlich.
14 zeigt eine schematische Konfiguration der Ansteuervorrichtung 1A. Da Konfigurationen der anderen Ansteuervorrichtungen 2A bis 6A derjenigen der Ansteuervorrichtung 1A ähnlich sind, wird eine Beschreibung dieser Konfigurationen weggelassen. Die Ansteuervorrichtung 1A enthält zusätzlich zu der Konfiguration der Ansteuervorrichtung 1 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform einen Tiefpassfilter 27. Der Tiefpassfilter 27 integriert das von der Source des MOSFET 25 abgegebene Alarmsignal VFo, gibt ein erhaltenes analoges Alarmsignal VFo_int von der Ansteuervorrichtung 1A nach außen ab und gibt das analoge Alarmsignal VFo_int an die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 ab. Basierend auf dem analogen Alarmsignal VFo_int bestimmt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, ob die Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist oder nicht.
Entsprechend der Ansteuervorrichtung 1A gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform kann durch Überwachen eines Durchschnittswerts des analogen Alarmsignals VFo_int außerhalb der Ansteuervorrichtung 1A der Typ eines Fehlers detektiert werden. Durch Überwachen des analogen Alarmsignals VFo_int durch die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23 kann auch bestimmt werden, ob die Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist oder nicht.
15 zeigt das analoge Alarmsignal VFo_int, das von der Ansteuervorrichtung 1A abgegeben wird. Basierend auf dem Alarmsignal VFo und dem analogen Alarmsignal VFo_int bestimmt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, ob die Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist oder nicht. Konkret bestimmt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, dass die Schutzfunktion des IGBT 11 zu einem Zeitpunkt gestartet ist, wenn das Alarmsignal VFo von AUS auf EIN umschaltet, und schaltet das Schutzoperationssignal Vpro ein. Zu dem Zeitpunkt, zu dem das analoge Alarmsignal VFo_int zu einem konstanten Wert zurückkehrt, bestimmt dann die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, dass die Schutzfunktion des IGBT 11 geendet hat, und schaltet das Schutzoperationssignal Vpro aus.
Die Ansteuervorrichtung 1A für das Halbleiterelement gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform enthält den Tiefpassfilter 27, der das Alarmsignal VFo in das analoge Signal umwandelt. Aus dem Fehlersignal Verr und dem analogen Alarmsignal VFo_int, welches das in das analoge Signal umgewandelte Alarmsignal ist, bestimmt die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, ob die Schutzfunktion des IGBT 11 tätig ist oder nicht. Auf diese Weise macht der Einschluss des Tiefpassfilters 27 in der Ansteuervorrichtung 1A es einfach, eine Demodulationsschaltung außerhalb der Ansteuervorrichtung 1A zu entwerfen.
<Vierte bevorzugte Ausführungsform>
Eine Konfiguration einer Ansteuervorrichtung einer vierten bevorzugten Ausführungsform ist jenen der Ansteuervorrichtungen der ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen ähnlich. In der vierten bevorzugten Ausführungsform ist jedoch das Alarmsignal VFo(SC) in Bezug auf die Stromanomalie aus einem Einzelimpuls wie in 16 gezeigt konfiguriert. Die Alarmsignale VFo(UV) und VFo(OT) in Bezug auf die anderen Typen von Anomalien sind aus einer Vielzahl von Impulsen wie in den ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen konfiguriert.
Die stromdetektierende Schaltung SC detektiert eine Anomalie, wenn in dem Halbleiterelement ein Überstrom fließt, der gleich einem voreingestellten Stromwert oder größer ist, und führt eine Schutzoperation für das Halbleiterelement aus. Zu dieser Zeit beträgt eine Periode, wenn der Überstrom im Halbleiterelement fließt, höchstens einige µs bis einige zehn µs, und, falls sie dies übertrifft, besteht eine Möglichkeit, dass das Halbleiterelement selbst geschädigt wird. Auf der anderen Seite gibt es keine obere Grenze für Anomalieperioden in Bezug auf die Stromversorgungsspannung einer Steuerung und die Temperatur des Halbleiterelements, und sie können einige ms oder einige zehn ms betragen. Indem man nur das der stromdetektierenden Schaltung SC entsprechende Alarmsignal VFo(SC) aus einem Einzelimpuls konfiguriert, kann daher die Alarmsignal-Ausgabeperiode tFo kürzer eingestellt werden.
In der Ansteuervorrichtung für das Halbleiterelement gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform enthalten die Detektionsschaltungen 21 die stromdetektierende Schaltung SC, die eine Stromanomalie des Halbleiterelements detektiert. Auf einen Empfang des Fehlersignals Verr(SC) hin, das erzeugt wird, wenn die stromdetektierende Schaltung SC eine Anomalie detektiert, erzeugt die ein Alarmsignal erzeugende Schaltung das Alarmsignal VFo(SC), das aus einem Impuls konfiguriert ist, und auf einen Empfang des Fehlersignals Verr hin, das erzeugt wird, wenn die von der stromdetektierenden Schaltung SC verschiedene Detektionsschaltung eine Anomalie detektiert, erzeugt die ein Alarmsignal erzeugende Schaltung das Alarmsignal VFo, das aus einer Vielzahl von Impulsen konfiguriert wird. Dies macht es möglich, die Stromanomalie des Halbleiterelements eindeutig von der anderen Anomalie wie etwa der Anomalie einer Stromversorgungsspannung einer Steuerung, der Temperaturanomalie oder dergleichen zu unterscheiden.
<Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
17 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration eines Hauptteils einer Halbleitervorrichtung 105 gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. Die Halbleitervorrichtung 105 enthält den Inverter 10, die Ansteuervorrichtung 31, die die IGBTs 11, 12, 13 der oberen Arme von U-, V-, W-Phasen ansteuert, und eine Ansteuervorrichtung 32, die die IGBTs 14, 15, 16 der unteren Arme von U-, V-, W-Phasen ansteuert.
18 ist ein Diagramm, das eine schematische Konfiguration der Ansteuervorrichtung 31 zeigt. Da eine Konfiguration der Ansteuervorrichtung 32 derjenigen der Ansteuervorrichtung 31 ähnlich ist, wird deren Beschreibung weggelassen. Die Ansteuervorrichtung 31 enthält die Detektionsschaltungen 21, die Logikschaltung 22, die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24, den MOSFET 25 und UND-Gatter 26, 28, 29. Das heißt, die Ansteuervorrichtung 31 ergibt sich aus einem Hinzufügen der UND-Gatter 28, 29 zur Konfiguration der Ansteuervorrichtung 1 der ersten bevorzugten Ausführungsform. Das UND-Gatter 28 weist ein Steuersignal VCIN(Vn) für die V-Phase und das Signal von der eine Schutzoperation bestimmenden Schaltung 23, die eingespeist werden, auf und gibt ein Gate-Steuersignal Vout(VN) für die V-Phase ab. Das UND-Gatter 29 weist ein Steuersignal VCIN(Wn) für die W-Phase und das Signal von der eine Schutzoperation bestimmenden Schaltung 23, die eingespeist werden, auf und gibt ein Gate-Steuersignal Vout(WN) für die W-Phase ab.
Die Ansteuervorrichtung 31 gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform wird von IGBTs 11, 12, 13, welche Halbleiterelemente einer Vielzahl von Phasen sind, gemeinsam genutzt. Konkret werden in der Ansteuervorrichtung 31 die Detektionsschaltungen 21, die Logikschaltung 22, die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung 23, die einen Identifizierungsimpuls erzeugende Schaltung 24 und der MOSFET 25 in den U-, V- und W-Phasen gemeinsam genutzt. Als Folge können die Schaltungen verkleinert werden. Die Konfiguration der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist effektiv, wenn eine Ansteuerschaltung einer Vielzahl von Phasen aus einer HVIC (integrierten Hochspannungsschaltung; engl.: High Voltage Integrated Circuit) oder einer LVIC (integrierten Niederspannungsschaltung; engl.: Low Voltage Integrated Circuit) insbesondere in einem IPM vom Transfer-Mold-Typ oder dergleichen konfiguriert ist.
In der vorliegenden Erfindung kann innerhalb des Umfangs der Erfindung jede der bevorzugten Ausführungsformen frei kombiniert werden, und jede der bevorzugten Ausführungsformen kann entsprechend modifiziert oder weggelassen werden.
Obgleich die Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben wurde, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht beschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Variationen konzipiert werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012143125 [0003, 0004]
JP 2013258858 [0005, 0006]

Claims

Ansteuervorrichtung (1) für ein Halbleiterelement (11), umfassend: eine Vielzahl von Detektionsschaltungen (21), die verschiedene Typen von Anomalien des Halbleiterelements (11) detektieren; eine Logikschaltung (22), die ein Fehlersignal (Verr) erzeugt, wenn zumindest eine der Detektionsschaltungen (21) eine Anomalie detektiert; eine ein Alarmsignal erzeugende Schaltung (24, 25), die das Fehlersignal (Verr) empfängt und ein Alarmsignal (VFo) erzeugt, das aus einem oder einer Vielzahl von Impulsen besteht, wobei das Alarmsignal (VFo) eine unterschiedliche Impulsbreite für jede der Detektionsschaltungen (21) aufweist, die eine Anomalie detektiert hat; und eine eine Schutzoperation bestimmende Schaltung (23), die basierend auf dem Fehlersignal (Verr) und dem Alarmsignal (VFo) bestimmt, ob eine Schutzfunktion des Halbleiterelements (11) tätig ist oder nicht, und eine Einspeisung eines Ansteuersignals in das Halbleiterelement (11) abschaltet, wenn bestimmt wird, dass die Schutzfunktion tätig ist.
Ansteuervorrichtung (1) für das Halbleiterelement (11) nach Anspruch 1, wobei eine Frequenz des Alarmsignals (VFo) ungeachtet der Detektionsschaltung (21), die die Anomalie detektiert hat, konstant ist, und ein Tastverhältnis des Alarmsignals (VFo) sich in Abhängigkeit von der Detektionsschaltung (21), die die Anomalie detektiert hat, unterscheidet.
Ansteuervorrichtung (1A) für das Halbleiterelement (11) nach Anspruch 2, ferner umfassend einen Tiefpassfilter (27), der das Alarmsignal (VFo) in ein analoges Signal umwandelt, wobei aus dem Fehlersignal (Verr) und dem in das analoge Signal umgewandelten Alarmsignal (VFo) die eine Schutzoperation bestimmende Schaltung (23) bestimmt, ob die Schutzfunktion des Halbleiterelements (11) tätig ist oder nicht.
Ansteuervorrichtung (1) für das Halbleiterelement (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Detektionsschaltungen (21) jeweils eine stromdetektierende Schaltung (SC) enthalten, die eine Stromanomalie des Halbleiterelements (11) detektiert, und auf einen Empfang des Fehlersignals (Verr) hin, das erzeugt wird, wenn die stromdetektierende Schaltung (SC) eine Anomalie detektiert, die ein Alarmsignal erzeugende Schaltung (24, 25) das Alarmsignal (VFo) erzeugt, das aus einem Impuls besteht, und auf einen Empfang des Fehlersignals (Verr) hin, das erzeugt wird, wenn die von der stromdetektierenden Schaltung (SC) verschiedene Detektionsschaltung (21) eine Anomalie detektiert, die ein Alarmsignal erzeugende Schaltung (24, 25) das Alarmsignal (VFo) erzeugt, das eine Vielzahl von Impulsen enthält.
Ansteuervorrichtung (31) für das Halbleiterelement (11, 12, 13) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ansteuervorrichtung (31) von den Halbleiterelementen (11, 12, 13) einer Vielzahl von Phasen gemeinsam genutzt wird.