DE112014004970B4

DE112014004970B4 - Leistungsumwandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE112014004970B4
Application number: DE112014004970.0T
Authority: DE
Inventors: Yosuke Osanai; Ayuki Koishi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-10-31
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2034-09-11
Also published as: JP5949727B2; DE112014004970T5; US20160233788A1; WO2015064219A1; US9793825B2; JP2015089295A

Abstract

Leistungsumwandlungseinrichtung, mit:
einem Transistor mit eingebauter Diode, der dazu konfiguriert ist, zu umfassen
einen Transistor, der dazu konfiguriert ist, durch ein Ansteuersignal, das in ein Gate eingegeben wird, angesteuert zu werden,
eine Diode, die dazu konfiguriert ist, parallel mit dem Transistor verbunden zu werden und eine Vorwärtsrichtung von einem Emitter zu einem Kollektor des Transistors aufzuweisen, und
eine Erfassungsdiode, die dazu konfiguriert ist, einen Strom, der in der Diode fließt, zu erfassen und eine Kathode aufzuweisen, die mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist;
einem Spannungserzeugungsteil, der dazu konfiguriert ist, in einem Fall, in dem die Diode keine Elektrizität leitet, eine Spannung zwischen einer Anode der Diode und einer Anode der Erfassungsdiode zu erzeugen, wobei die Spannung eine vorbestimmte oder eine größere Differenz mit Bezug auf einen Fall, in dem die Diode Elektrizität leitet, aufweist; und
einem Bestimmungsteil, der dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die Diode Elektrizität leitet, basierend auf der Spannung zwischen der Anode der Diode und der Anode der Erfassungsdiode.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Halbleitereinrichtung, die einen Transistor umfasst, in den eine Diode eingebaut ist.
[Hintergrund]
Herkömmlicherweise kann eine Leistungsumwandlungseinrichtung wie etwa ein Inverter oder ein Wandler einen Transistor mit eingebauter Diode verwenden, der einen Transistor und eine Diode aufweist, die auf dem gleichen Substrat bereitgestellt sind.
Der Transistor mit eingebauter Diode besitzt eine Elektrode, die für die Kollektorelektrode des Transistors und die Kathodenelektrode der Diode gemeinsam ist, und eine Elektrode, die für die Emitterelektrode des Transistors und die Anodenelektrode der Diode gemeinsam ist. Deshalb, wenn ein Gate-Signal in den Transistor eingegeben wird, um den Transistor einzuschalten, tendieren die Anode und die Kathode der Diode dazu, das gleiche Potential einzunehmen, was es für die Diode schwierig macht, in der Vorwärtsrichtung zu arbeiten. Folglich kann eine Gate-Interferenz auftreten, die die Vorwärtsspannung der Diode erhöht. Somit gibt es in einem Fall, in dem die Diode Elektrizität leitet, wenn ein Gate-Signal in den Transistor eingegeben wird, um den Transistor einzuschalten, ein Problem, dass sich der Vorwärtsrichtungsverlust der Diode erhöht.
Daraufhin wurde eine Technologie vorgeschlagen, die bestimmt, ob die Diode in einem Transistor mit eingebauter Diode Elektrizität leitet, und wenn die Diode Elektrizität leitet, verhindert, dass das Gate-Signal in den Transistor eingegeben wird (zum Beispiel Patentdokument 1). Speziell sind in der Technologie die Diode und der Transistor mit Erfassungselementen für eine Stromerfassung bereitgestellt, und sie bestimmt, ob die Diode Elektrizität leitet, basierend auf der Richtung eines Stroms, der in einem Erfassungswiderstand fließt, der mit den Erfassungselementen verbunden ist, und zwar, ob die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes einen positiven Wert oder einen negativen Wert annimmt. Dies verhindert, dass der Transistor eingeschaltet wird, wenn die Diode Elektrizität leitet, und folglich ist es möglich, zu verhindern, dass sich der Vorwärtsrichtungsverlust der Diode erhöht.
[Verwandte Dokumente]
[Patentdokumente]
Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. JP 2012 019 550 A
Die Druckschrift US 2013 / 0 207 712 A1 offenbart eine Ansteuerungseinheit für ein rückwärts leitendes Schaltelement, das ein angetriebenes Schaltelement ist. In dieser Ansteuerungseinheit wird ein Prozess zur Übertragung elektrischer Ladungen zu einem leitenden Steueranschluss des angetriebenen Schaltelements auf der Grundlage eines Einschaltbefehls oder eines Ausschaltbefehls durchgeführt, wodurch das angetriebene Schaltelement ein- und ausgeschaltet wird. Eine Übertragungsrate der elektrischen Ladungen wird in einer Zeitspanne vom Beginn der Übertragung der elektrischen Ladungen zum leitenden Steueranschluss bis zum Abschluss der Übertragung geändert. Während festgestellt wird, dass in einer Freilaufdiode ein Durchlassstrom fließt, wird verhindert, dass die elektrischen Ladungen in den leitenden Steueranschluss geladen werden, der der Freilaufdiode entspricht, in der der Durchlassstrom fließt. Während die elektrischen Ladungen daran gehindert werden, an den leitenden Steueranschluss geladen zu werden, wird eine Änderung der Übertragungsrate verhindert.
[Kurzfassung der Erfindung]
[Problem, das durch die Erfindung zu lösen ist]
Im Gegensatz zu der Diode (nachstehend als „Hauptdiode“ bezeichnet) besitzt eine Erfassungsdiode, die das Erfassungselement ist, eine geringere Größe und besitzt einen geringeren fließenden Strom im Vergleich zur Hauptdiode. Deshalb können die Stromdichten der Hauptdiode und der Erfassungsdiode Werte annehmen, die nahe zueinander sind.
Allgemein jedoch, weil die Stromdichte einer Diode proportional zu der Vorwärtsspannung ist, wenn die Hauptdiode und die Erfassungsdiode Werte annehmen, die nahe zueinander sind, könnte die Differenz zwischen beiden Vorwärtsspannungen niedriger werden. Deshalb, wenn die Hauptdiode Elektrizität leitet, könnte die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes nahezu Null werden, und folglich könnte die Genauigkeit zum Bestimmen, ob die Diode Elektrizität leitet, basierend auf der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des vorstehend beschriebenen Erfassungswiderstandes verringert werden.
Daraufhin, angesichts des Vorstehenden, ist es eine Aufgabe, eine Leistungsumwandlungseinrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit eingebauter Diode umfasst, die präzise bestimmen kann, ob die Diode in dem Transistor mit eingebauter Diode Elektrizität leitet.
[Mittel zum Lösen des Problems]
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Leistungsumwandlungseinrichtung einen Transistor mit eingebauter Diode, der dazu konfiguriert ist, einen Transistor, der dazu konfiguriert ist, durch ein Ansteuersignal, das in ein Gate eingegeben wird, angesteuert zu werden, eine Diode, die dazu konfiguriert ist, parallel mit dem Transistor verbunden zu werden, und eine Vorwärtsrichtung von einem Emitter zu einem Kollektor des Transistors aufzuweisen, und eine Erfassungsdiode, die dazu konfiguriert ist, einen Strom, der in der Diode fließt, zu erfassen und eine Kathode aufzuweisen, die mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist, zu umfassen; einen Spannungserzeugungsteil, der dazu konfiguriert ist, in einem Fall, in dem die Diode keine Elektrizität leitet, eine Spannung zwischen einer Anode der Diode und einer Anode der Erfassungsdiode zu erzeugen, wobei die Spannung eine vorbestimmte oder eine größere Differenz mit Bezug auf einen Fall, in dem die Diode Elektrizität leitet, aufweist; und einen Bestimmungsteil, der dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die Diode Elektrizität leitet, basierend auf der Spannung zwischen der Anode der Diode und der Anode der Erfassungsdiode.
[Vorteil der Erfindung]
Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist es möglich, eine Leistungsumwandlungseinrichtung bereitzustellen, die einen Transistor mit eingebauter Diode umfasst, die präzise bestimmen kann, ob die Diode in dem Transistor mit eingebauter Diode Elektrizität leitet.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst ist;
2A ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
2B ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
2C ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt;
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst ist;
4 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel umfasst ist;
5A ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt;
5B ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt;
5C ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel darstellt; und
6 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel umfasst ist.

[Betriebsart zum Ausführen der Erfindung]
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
1 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ist. Es sei angemerkt, dass die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel zum Beispiel ein Inverter, der eine DC-Leistung bzw. Gleichstromleistung einer Batterie in eine Dreiphasen-AC-Leistung bzw. Dreiphasenwechselstromleistung umwandelt, um diese einem Dreiphasen-AC-Motor bzw. Dreiphasen-Wechselstrom-Motor zuzuführen; ein Boost-Konverter, der die Spannung einer Batterie verstärkt; oder Ähnliches, in einem Hybridfahrzeug, einem elektrischen Fahrzeug, oder Ähnlichem sein kann. Ebenso kann die Halbleitereinrichtung 1 als ein Leistungsschaltelement verwendet werden, das in dem Inverter oder dem Boost-Konverter eingebaut ist.
Die Halbleitereinrichtung 1 umfasst eine Ansteuerschaltung 10, einen Transistor mit eingebauter Diode 20, einen Erfassungswiderstand 30, eine Stromquelle 40, einen Komparator 50 und eine Referenzspannung Vrefl.
Die Ansteuerschaltung 10 ist dazu konfiguriert, dazu in der Lage zu sein, ein Ansteuersignal an Gates eines Transistors 21m und eines Erfassungstransistors 21s, die in dem Transistor mit eingebauter Diode 20 umfasst sind, auszugeben, was nachstehend beschrieben wird, basierend auf einem Steuerungssignal von einer Steuerungsvorrichtung, die die Leistungsumwandlungseinrichtung steuert (nachstehend einfach als „Steuerungsvorrichtung“ bezeichnet). Wenn die Leistungsumwandlungseinrichtung zum Beispiel ein Boost-Konverter ist, kann der Boost-Konverter ein PWM-Signal (PWM, Pulsbreitenmodulation), das einen Einschaltzyklus darstellt, um die Spannung auf eine gewünschte Spannung zu verstärken, an Gates des Transistors 21m und des Erfassungstransistors 21s als das Ansteuersignal ausgeben. Ebenso ist die Ansteuerschaltung 10 dazu konfiguriert, als Eingabe ein Bestimmungssignal von dem Komparator 50 zu empfangen, was nachstehend beschrieben wird, und um dazu in der Lage zu sein, die Ausgabe des Ansteuersignals basierend auf dem Bestimmungssignal zu beschränken. Ein Beschränken der Ausgabe des Ansteuersignals basierend auf dem Bestimmungssignal von dem Komparator 50 wird nachstehend detailliert beschrieben.
Der Transistor 20 mit eingebauter Diode umfasst einen Transistorteil 21 und einen Diodenteil 22.
Der Transistorteil 21 umfasst den Transistor 21m und den Erfassungstransistor 21s.
Der Transistor 21m ist ein Schaltelement, das mit einer Leistungsquelle oder einer Last (nicht dargestellt) verbunden ist, und Schaltoperationen ausführt, um eine vorbestimmte Funktion der Leistungsumwandlungseinrichtung (zum Beispiel eine Verstärkungsfunktion in einem Boost-Konverter) zu erfüllen, basierend auf dem Ansteuersignal von der Ansteuerschaltung 10. Der Erfassungstransistor 21s ist ein Schaltelement, das zur Stromerfassung des Transistors 21m bereitgestellt ist. Es sei angemerkt, dass der Transistor 21m und der Erfassungstransistor 21s zum Beispiel IGBTs („Insulated Gate Bipolar Transistors“, Bipolartransistoren mit isoliertem Gate) sein können, die dazu konfiguriert sind, eine Trench-Gate-Struktur aufzuweisen, und deren Gates gebildet sind, so dass diese ein gemeinsames Gate sind. Deshalb führt der Erfassungstransistor 21s im Wesentlichen die gleiche Schaltoperation wie der Transistor 21m aus (zum Beispiel, wenn der Transistor 21m eingeschaltet wird, wird der Erfassungstransistor 21s ebenso eingeschaltet).
Die Gates der Transistoren 21m und des Erfassungstransistors 21s sind mit der Ansteuerschaltung 10 verbunden. Ebenso ist der Transistor 21m parallel mit einer Diode 22m verbunden und ist der Erfassungstransistor 21s parallel mit einer Erfassungsdiode 22s verbunden. Speziell sind die Kollektoren des Transistors 21m und des Erfassungstransistors 21s gemeinsam gebildet und mit den Kathoden der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s verbunden. Ebenso ist der Emitter des Transistors 21m mit der Anode der Diode 22m verbunden und ist der Emitter des Erfassungstransistors 21s mit der Anode der Erfassungsdiode 22s verbunden.
Ebenso ist der Kollektor des Transistors 21m mit einer Last oder einer Leistungsquelle (nicht dargestellt) über einen Kollektoranschluss 25c der Halbleitereinrichtung 1 verbunden. Ebenso ist der Emitter des Transistors 21m mit einer Last oder einer Leistungsquelle (nicht dargestellt) über einen Emitteranschluss 25e der Halbleitereinrichtung 1 verbunden.
Der Diodenteil 22 umfasst die Diode 22m und die Erfassungsdiode 22s.
Die Diode 22m ist ein Gleichrichter zur Kommutierung eines Stroms, der in dem Transistor 21m fließt. Die Erfassungsdiode 22s ist ein Gleichrichter, der für eine Stromerfassung der Diode 22m bereitgestellt ist.
Die Kathoden der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s sind mit dem Kollektor des Transistors 21m verbunden. Ebenso ist die Anode der Diode 22m mit dem Emitter des Transistors 21m verbunden. Ebenso ist die Anode der Erfassungsdiode 22s mit dem Emitter des Erfassungstransistors 21s verbunden.
Der Erfassungswiderstand 30 ist bereitgestellt, um die Richtung der elektrischen Leitung bzw. die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode zu erfassen, und zwar, ob ein Strom in dem Transistor 21m (von dem Kollektor zu dem Emitter des Transistors 21m) fließt, ein Strom in der Diode 22m fließt, oder kein Strom in beiden fließt. Ein Anschluss des Erfassungswiderstandes 30 ist mit dem Emitter des Erfassungstransistors 21s und der Anode der Erfassungsdiode 22s verbunden. Ebenso ist der andere Anschluss des Erfassungswiderstandes 30 mit dem Emitter des Transistors 21m und der Anode der Diode 22m verbunden. Ein Verfahren zum Erfassen der elektrischen Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode unter Verwendung des Erfassungswiderstandes 30 wird nachstehend detailliert beschrieben.
Die Stromquelle 40 kann einen vorbestimmten Strom zuführen und ist dazu konfiguriert, dazu in der Lage zu sein, den vorbestimmten Strom an einen des Erfassungswiderstandes 30 und (der Anode von) der Erfassungsdiode 22s zuzuführen, wobei die Stromquelle 40 zu beiden verzweigt und mit diesen verbunden ist. Spezielle Operationen der Stromquelle 40 werden nachstehend beschrieben.
Der Komparator 50 empfängt als eine Eingabe die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 mit Bezug auf das Potential des Emitteranschlusses 25e (der Emitter des Transistors 21m oder die Anode der Diode 22m) als die Referenz (nachstehend einfach als die „Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30“ bezeichnet) und die Referenzspannung Vref1 und vergleicht die beiden. Dann, in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses, bestimmt der Komparator 50, ob die Diode 22m des Transistors 20 mit eingebauter Diode Elektrizität leitet. Ebenso, in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal, das darstellt, ob die Diode 22m des Transistors 20 mit eingebauter Diode Elektrizität leitet, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Speziell, wenn bestimmt ist, dass die Diode 22m keine Elektrizität leitet, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal (ein Erlaubnissignal), das erlaubt, dass das Ansteuersignal in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Ebenso, wenn bestimmt ist, dass die Diode 22m Elektrizität leitet, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal (ein Verhinderungssignal), das verhindert, dass das Ansteuersignal (zumindest ein An-Signal des Ansteuersignals) in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Spezifische Operationen werden nachstehend beschrieben.
Die Referenzspannung Vref1 ist die Referenz zum Vergleich mit der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 an dem Komparator 50. Die Referenzspannung Vref1 (ein Bestimmungsverfahren) wird nachstehend detailliert beschrieben.
Als Nächstes werden spezifische Operationen der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
2A bis 2C sind Diagramme, die Operationen der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel darstellen. 2A ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem kein Strom in dem Transistor 21m oder der Diode 22m fließt. 2B ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem ein Strom in dem Transistor 21m fließt (und kein Strom in der Diode 22m fließt). 2C ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem ein Strom in der Diode 22m fließt (und kein Strom in dem Transistor 21m fließt). Hier werden nachstehend mehrere Symbole der Einfachheit halber definiert. I1 stellt einen Strom dar, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird. Ebenso stellt Is einen Strom dar, der von dem Emitter des Erfassungstransistors 21s zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt. Ebenso stellt Rs den Widerstandswert des Erfassungswiderstandes 30 dar und stellt Vs die Spannung zwischen beiden Anschlüssen dar. Ebenso stellen VFm und VFs entsprechend die Vorwärtsspannungen der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s dar.
Bezug nehmend auf 2A wird ein An-Signal (ein hohes Signal) nicht von der Ansteuerschaltung 10 an das Gate des Transistors 21m (des Erfassungstransistors 21s) eingegeben, und kein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m. Ebenso leitet die Diode 22m keine Elektrizität. Mit anderen Worten ist das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) höher als das Potential des Emitters (des Emitteranschlusses 25e). Deshalb fließt der Strom 11, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, nicht in der Erfassungsdiode 22, sondern fließt in dem Erfassungswiderstand 30 (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). Deshalb ist die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = I1 x Rs.
Ebenso wird Bezug nehmend auf 2B ein An-Signal von der Ansteuerschaltung 10 in das Gate des Transistors 21m eingegeben, und ein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m (von dem Kollektoranschuss 25c zu dem Emitteranschluss 25e) (ein dicker Pfeil in der Figur). — Ebenso wird das An-Signal von der Ansteuerschaltung 10 in das Gate des Erfassungstransistors 21s, das mit dem Gate des Transistors 21m gemeinsam ist, eingegeben, und ein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Erfassungstransistors 21s. Dies führt dazu, dass der Strom Is von dem Emitter des Erfassungstransistors 21s zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). Gleichzeitig fließt der Strom 11, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, in dem Erfassungswiderstand 30 (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). Deshalb ist die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = (Is + I1) x Rs.
Ebenso, Bezug nehmend auf 2C, leitet die Diode 22m Elektrizität und einen Strom fließt von dem Emitteranschluss 25e zu dem Kollektoranschluss 25c (ein dicker Pfeil in der Figur). In diesem Fall ist das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) niedriger als das Potential des Emitters des Transistors 21m (des Emitteranschlusses 25e). Deshalb fließt ein Strom von dem Erfassungswiderstand 30 zu der Erfassungsdiode 25s (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). Ebenso fließt der Strom 11, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, in der Erfassungsdiode 22s (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). Gleichzeitig wird die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 durch die Vorwärtsspannungen VFm und VFs der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s geklemmt, so dass Vs = -VFm + VFs wird. Es sei angemerkt, dass, da ein vergleichsweise hoher Strom in der Diode 22m fließt, die Größe in Abhängigkeit des Stroms bis zu einem gewissen Ausmaß groß einzustellen ist. Ebenso, da die Erfassungsdiode 22s zur Stromerfassung dient, bei der ein vergleichsweise niedriger Strom fließt, ist die Größe zu einem gewissen Ausmaß klein einzustellen. Deshalb können die Stromdichten der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s Werte annehmen, die vergleichsweise nahe zueinander liegen. Ebenso, da die Vorwärtsspannung der Diode im Allgemeinen proportional zu der Stromdichte ist, nehmen die Vorwärtsspannung VFm der Diode 22m und die Vorwärtsspannung VFs der Erfassungsdiode 22s in diesem Fall Werte an, die nahe zueinander liegen. Deshalb könnte in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30, die Vs = -VFm + VFs ist, ein sehr kleiner Wert (nahezu Null) sein.
Es sei angemerkt, dass, wenn die Diode 22m keine Elektrizität leitet, der Strom 11, der von der Stromquelle 40 zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt, die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in dem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, größer machen kann. Deshalb kann durch die Stromquelle 40 eine Differenz zwischen einer Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, und einer Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, klarer gemacht werden. Mit anderen Worten ist es basierend auf der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 möglich, die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode (oder, ob die Diode 22m Elektrizität leitet) klar zu bestimmen.
Als Nächstes wird ein Verfahren des Bestimmens der elektrischen Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode durch den Komparator 50 basierend auf der Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben bestimmt der Komparator 50 die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode, und zwar, ob die Diode 22m Elektrizität leitet, in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses zwischen der Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 und der Referenzspannung Vrefl.
Es sei angemerkt, dass, wie vorstehend beschrieben, in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = I1 × Rs ist, wenn der Transistor 21m ebenso keine Elektrizität leitet, oder gleich Vs = (Is + I1) × Rs ist, wenn der Transistor 21m Elektrizität leitet. Ebenso ist in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = -VFm + VFs. Deshalb kann durch Bestimmen der Referenzspannung Vref1, so dass diese -VFm + VFs < Vref1 < I1 × Rs erfüllt, der Komparator 50 die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode durch Vergleichen der Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 mit der Referenzspannung Vref1 bestimmen.
Ebenso kann durch geeignetes Einstellen des Stroms I1, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, eine Differenz zwischen einer Spannung Vs = -VFm + VFs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungstransistors 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, und einer Spannung Vs = I1 × Rs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, groß gemacht werden, wie vorstehend beschrieben. Deshalb kann die Differenz zwischen der Spannung Vs = -VFm + VFs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, und der Spannung Vs = I1 × Rs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, klarer gemacht werden. Deshalb kann der Komparator 50 klar die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode bestimmen, und zwar, ob die Diode 22m Elektrizität leitet, und die Bestimmungsgenauigkeit kann erhöht werden.
Als Nächstes wird die Ausgabebeschränkung des Ansteuersignals basierend auf dem Bestimmungssignal von dem Komparator 50 beschrieben.
Wenn bestimmt ist, dass die Diode 22m keine Elektrizität leitet, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal (ein Erlaubnissignal), das erlaubt, dass das Ansteuersignal in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Ebenso, wenn bestimmt ist, dass die Diode 22m Elektrizität leitet, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal (ein Verhinderungssignal), das verhindert, dass das Ansteuersignal (zumindest ein An-Signal des Ansteuersignals) in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus.
Als Antwort auf ein Empfangen eines Erlaubnissignals als das Bestimmungssignal von dem Komparator 50 gibt die Ansteuerschaltung 10 ein Ansteuersignal basierend auf einem Steuerungssignal von der Steuerungsvorrichtung an das Gate des Transistors 21m aus. Ebenso, als Antwort auf ein Empfangen eines Verhinderungssignals als das Bestimmungssignal von dem Komparator 50, beschränkt die Ansteuerschaltung 10 ein Ausgeben des Ansteuersignals. Zum Beispiel kann die Ansteuerschaltung 10 sowohl ein Ausgeben eines An-Signals (ein hohes Signal) zum Einschalten des Transistors 21m als auch eines Aus-Signals (ein niedriges Signal) zum Ausschalten beschränken oder kann ein Ausgeben eines An-Signals (hohes Signal) zum Einschalten des Transistors 21m beschränken. Somit wird in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, der Transistor 21m nicht eingeschaltet, und folglich kann der Vorwärtsrichtungsverlust der Diode 22m durch eine Gate-Interferenz reduziert werden. Speziell wird die Bestimmungsgenauigkeit, um zu bestimmen, ob die Diode 22m Elektrizität leitet, an dem Komparator 50 durch den Strom I1 von der Stromquelle 40 erhöht, wie vorstehend beschrieben, und folglich kann der Vorwärtsrichtungsverlust der Diode 22m durch die Gate-Interferenz angemessener reduziert werden.
Es sei angemerkt, dass eine spezifische Konfiguration zum Beschränken der Ausgabe des Ansteuersignals durch ein Bestimmungssignal von dem Komparator 50 (ein Verhinderungssignal) konfiguriert sein kann, um zum Beispiel einen Transistor dazu zu bringen, den Ausgabeteil der Ansteuerschaltung 10 zu erden, der als Reaktion auf ein Empfangen, als Eingabe, eines Verhinderungssignals als ein An-Signal (ein hohes Signal) an dem Gate des Transistors eingeschaltet wird. Dies erdet den Ausgabeteil der Ansteuerschaltung 10, und die Ansteuerschaltung 10 kann kein An-Signal (ein hohes Signal) ausgeben.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird ein zweites Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ist, unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Pull-Up-Widerstand 45 anstelle der Stromquelle 40 bereitgestellt ist. Im Folgenden sind den gleichen Elementen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und unterschiedliche Teile werden hauptsächlich beschrieben.
3 ist ein Schaltdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ist. Hier wird der Pull-Up-Widerstand 45 beschrieben, der ein unterschiedlicher Teil von 1 in dem ersten Ausführungsbeispiel ist.
Der Pull-Up-Widerstand 45 verzweigt sich und ist an den Erfassungswiderstand 30 und die (Anode der) Erfassungsdiode 22s angeschlossen. Ebenso ist der Pull-Up-Widerstand 45 dazu konfiguriert, dass mit Bezug auf das Potential eines Anschlusses des Pull-Up-Widerstands 45 auf der Seite des Erfassungswiderstandes 30, das Potential des anderen Anschlusses höher ist. Somit ist es ähnlich wie bei der Stromquelle in dem ersten Ausführungsbeispiel möglich, einen Strom zu einem des Erfassungswiderstandes 30 und der (Anode der) Erfassungsdiode 22s zuzuführen. Es sei angemerkt, dass im Folgenden, der Einfachheit halber, Rp einen Widerstandswert des Pull-Up-Widerstandes 45 darstellt, Vp die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Pull-Up-Widerstands 45 mit Bezug auf den einen Anschluss auf der Seite des Erfassungswiderstandes als die Referenz darstellt (nachstehend einfach als die „Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Pull-Up-Widerstandes 45“ bezeichnet), und Ip (=Vp/Rp) einen Strom darstellt, der von dem Pull-Up-Widerstand 45 zu dem Erfassungswiderstand oder der Erfassungsdiode 22s fließt. Speziell fließt in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, der Strom Ip von dem Pull-Up-Widerstand 45 zu dem Erfassungswiderstand 30, oder fließt in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, der Strom Ip von dem Pull-Up-Widerstand 45 zu der (Anode der) Diode 22m. Im Folgenden wird dies spezieller beschrieben.
In einem Fall, in dem sowohl der Transistor 21m als auch die Diode 22m keine Elektrizität leiten, ist das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) höher als das Potential des Emitters (des Emitteranschlusses 25e). Deshalb fließt kein Strom von dem Pull-Up-Widerstand 45 zu der Erfassungsdiode 22s, aber der Strom Ip fließt von dem Pull-Up-Widerstand 45 zu dem Erfassungswiderstand 30. In diesem Moment ist die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = Rs × Ip = (Rs/Rp) × Vp.
Ebenso wird in einem Fall, in dem der Transistor 21m Elektrizität leitet, ein An-Signal von der Ansteuerschaltung 10 an das Gate des Transistors 21m eingegeben, und ein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m (von dem Kollektoranschluss 25c zu dem Emitteranschluss 25e). Ebenso wird das An-Signal von der Ansteuerschaltung 10 in das Gate des Erfassungstransistors 21s, das mit dem Gate des Transistors 21m gemeinsam ist, eingegeben, und ein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Erfassungstransistors 21s. Dies führt dazu, dass der Strom Is von dem Emitter des Erfassungstransistors 21s zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt. Gleichzeitig fließt der Strom Ip, der von dem Pull-Up-Widerstand 45 zugeführt wird, in dem Erfassungswiderstand 30. Deshalb ist die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = (Is + Ip) × Rs = Is × Rs + (Rs/Rp) × Vp.
Ebenso ist in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) niedriger als das Potential des Emitters des Transistors 21m (des Emitteranschlusses 25e). Deshalb fließt ein Strom von dem Erfassungswiderstand 30 zu der Erfassungsdiode 22s. Ebenso fließt der Strom Ip, der von dem Pull-Up-Widerstand 45 zugeführt wird, in der Erfassungsdiode 22s. Gleichzeitig wird die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 durch die Vorwärtsspannungen VFm und VFs der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s geklemmt, so dass Vs = -VFm + VFs wird.
Auf diese Weise kann, ähnlich wie in dem ersten Ausführungsbeispiel, in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, der Strom I1, der von dem Pull-Up-Widerstand 45 zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt, die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, größer machen. Deshalb kann durch den Pull-Up-Widerstand 45 eine Differenz zwischen einer Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, und einer Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, klarer gemacht werden. Mit anderen Worten ist es basierend auf der Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 möglich, die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode (oder, ob die Diode 22m Elektrizität leitet) klar zu bestimmen.
Ebenso ist ein Verfahren des Bestimmens der elektrischen Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode durch den Komparator 50 basierend auf der Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, und die Beschreibung wird weggelassen. Ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel kann durch Bestimmen der Referenzspannung Vref1 der Komparator 50 präzise bestimmen, ob die Diode 22m Elektrizität leitet, basierend auf der Referenzspannung Vrefl. Es sei angemerkt, dass es sich bei der für die Referenzspannung Vref1 in dem Ausführungsbeispiel zu erfüllenden Bedingung um den Strom Ip (=Vp/Rp) des Pull-Up-Widerstandes 45 handelt, der den Strom I1 der Stromquelle 40 in dem ersten Ausführungsbeispiel ersetzt.
Ebenso ist die Ausgabebeschränkung der Ansteuerschaltung basierend auf dem Bestimmungssignal von dem Komparator 50 ähnlich zu dem ersten Ausführungsbeispiel, was im Wesentlichen die gleichen Operationen und Effekte ergibt. Deshalb wird die Beschreibung weggelassen.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird ein drittes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Eine Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ist, unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel hauptsächlich dadurch, dass der Erfassungswiderstand 30 nicht bereitgestellt ist. Im Folgenden sind den gleichen Elementen wie in dem ersten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und unterschiedliche Teile werden hauptsächlich beschrieben.
4 ist ein Schaltungsdiagramm der Halbleitereinrichtung 1, die in der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ist.
Die Halbleitereinrichtung 1 umfasst die Ansteuerschaltung 10, einen Transistor 20 mit eingebauter Diode, eine Stromquelle 40, einen Komparator 50 und eine Referenzspannung Vref1. Die Stromquelle 40 und der Komparator 50, die von dem ersten Ausführungsbeispiel verschieden sind, werden beschrieben.
Die Stromquelle 40 kann einen vorbestimmten Strom zuführen und ist konfiguriert, dazu in der Lage zu sein, den vorbestimmtem Strom an die (Anode der) Erfassungsdiode 22s, mit der die Stromquelle 40 verbunden ist, zuzuführen. Ebenso, wie später beschrieben wird, ist die Stromquelle 40 konfiguriert, dazu in der Lage zu sein, die Erfassungsdiode 22s zu veranlassen, Elektrizität zu leiten, in einem Fall, in dem der Transistor 21m Elektrizität leitet. Spezifische Operationen der Stromquelle 40 werden später beschrieben.
Der Komparator 50 empfängt, als eine Eingabe, die Spannung (nachstehend als „Erfassungsemitterspannung“ bezeichnet) des Emitters des Erfassungstransistors 21s (der Anode der Erfassungsdiode 22s) mit Bezug auf den Emitter des Transistors 21m (die Anode der Diode 22m) und die Referenzspannung Vref1. Dann vergleicht der Komparator 50 die Erfassungsemitterspannung mit der Referenzspannung Vref1 und bestimmt in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses, ob die Diode 22m des Transistors 20 mit eingebauter Diode Elektrizität leitet. Ebenso, in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal, das darstellt, ob die Diode 22m des Transistors 20 mit eingebauter Diode Elektrizität leitet, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Speziell, wenn bestimmt ist, dass die Diode 22m keine Elektrizität leitet, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal (ein Erlaubnissignal), das erlaubt, dass das Ansteuersignal in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Ebenso, wenn bestimmt ist, dass die Diode 22m Elektrizität leitet, gibt der Komparator 50 ein Bestimmungssignal (ein Verhinderungssignal), das verhindert, dass das Ansteuersignal (zumindest ein An-Signal des Ansteuersignals) in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus.
Als Nächstes werden spezifische Operationen der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschrieben.
5A bis 5C sind Diagramme, die Operationen der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel beschreiben. 5A ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem kein Strom in dem Transistor 21m oder der Diode 22m fließt. 5B ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem ein Strom in dem Transistor 21m fließt (und kein Strom in der Diode 22m fließt). 5C ist ein Diagramm, das eine Operation der Halbleitereinrichtung 1 in einem Fall darstellt, in dem ein Strom in der Diode 22m fließt (und kein Strom in dem Transistor 21m fließt). Hier werden nachstehend mehrere Symbole der Einfachheit halber definiert. I1 stellt einen Strom dar, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, und V1 stellt die Spannung von einem Anschluss der stromaufwärtigen Seite der Stromquelle 40 (nachstehend als die „Spannung der Stromquelle 40“ bezeichnet) mit Bezug auf den Emitter des Transistors 21m (die Anode der Diode 22m) dar. Ebenso stellt Vse die Erfassungsemitterspannung dar. Ebenso stellen VFm und VFs entsprechend die Vorwärtsspannungen der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s dar. Ebenso stellt Von die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m in einem Fall dar, in dem der Transistor 21m Elektrizität leitet (nachstehend als die „An-Spannung des Transistors 21m“ bezeichnet).
Bezug nehmend auf 5A wird kein An-Signal (ein hohes Signal) von der Ansteuerschaltung in das Gate des Transistors 21m (des Erfassungstransistors 21s) eingegeben, und kein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m. Ebenso leitet die Diode 22m keine Elektrizität. Mit anderen Worten ist das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) höher als das Potential des Emitters (des Emitteranschlusses 25e). Deshalb fließt kein Strom von der Stromquelle 40 zu der Erfassungsdiode 22s. Deshalb ist die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = V1.
Ebenso wird Bezug nehmend auf 5B ein An-Signal von der Ansteuerschaltung 10 in das Gate des Transistors 21m eingegeben, und ein Strom fließt zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m (von dem Kollektoranschluss 25c zu dem Emitteranschluss 25e) (ein dicker Pfeil in der Figur). Somit wird das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) im Vergleich mit einem Potential, bevor der Transistor 21m eingeschaltet wird, verringert. Hier kann die Spannung V1 der Stromquelle 40 eingestellt werden, so dass die Differenz zwischen der Spannung V1 der Stromquelle 40 und der An-Spannung Von des Transistors 21m größer oder gleich der Vorwärtsspannung VFs der Erfassungsdiode 22s wird. Dies führt dazu, dass der Strom I1, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m über die Erfassungsdiode 22s fließt (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). Deshalb ist die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = Von + VFs (≤V1).
Ebenso leitet Bezug nehmend auf 5C die Diode 22m Elektrizität, und ein Strom fließt von dem Emitteranschluss 25e zu dem Kollektoranschluss 25c (ein dicker Pfeil in der Figur). In diesem Fall ist das Potential des Kollektors des Transistors 21m (des Kollektoranschlusses 25c) niedriger als das Potential des Emitters des Transistors 21m (des Emitteranschlusses 25e). Deshalb fließt der Strom I1, der von der Stromquelle 40 zugeführt wird, in die Erfassungsdiode 22s (ein gestrichelter Pfeil in der Figur). In diesem Moment wird die Erfassungsemitterspannung Vse durch die Vorwärtsspannungen VFm und VFs der Diode 22m und der Erfassungsdiode 22s geklemmt, so dass Vse = -VFm + VFs wird.
Hier ist eine Differenz ΔVse der Erfassungsemitterspannung Vse zwischen einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, und in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, gleich ΔVse = Von + VFm, womit es möglich ist, klar zu bestimmen, ob die Diode 22m Elektrizität leitet. Mit anderen Worten kann basierend auf der Erfassungsemitterspannung Vse die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode (ob die Diode 22m Elektrizität leitet) bestimmt werden. Auf diese Weise ist es durch Erzeugen der Erfassungsemitterspannung Vse = Von + VFs durch die (Spannung V1 der) Spannungsquelle 40 in einem Fall, in dem der Transistor 21m Elektrizität leitet, möglich, die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode (ob die Diode 22m Elektrizität leitet) basierend auf der Erfassungsemitterspannung Vse klar zu bestimmen.
Als Nächstes wird ein Verfahren des Bestimmens der elektrischen Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode durch den Komparator 50 basierend auf der Erfassungsemitterspannung Vse beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben bestimmt der Komparator 50 die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode, und zwar, ob die Diode 22m Elektrizität leitet, basierend auf einem Vergleichsergebnis zwischen der Erfassungsemitterspannung Vse und der Referenzspannung Vref1.
Es sei angemerkt, dass wie vorstehend beschrieben, in einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = V1 ist, wenn der Transistor 21m ebenso keine Elektrizität leitet, oder gleich Vs = Von + VFs (≤V1) ist, wenn der Transistor 21m Elektrizität leitet. Ebenso ist die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = -VFm + VFs in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet. Deshalb kann durch Bestimmen der Referenzspannung Vref1, so dass diese -VFm + VFs < Vref1 < Von + VFs erfüllt, der Komparator 50 die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode durch Vergleichen der Erfassungsemitterspannung Vse mit der Referenzspannung Vref1 bestimmen.
Ebenso ist es, wie vorstehend beschrieben, durch Erzeugen der Erfassungsemitterspannung Vse = Von + VFs durch die (Spannung V1 der) Stromquelle 40 in einem Fall, in dem der Transistor 21m Elektrizität leitet, möglich, eine klar unterscheidbare Differenz bezüglich der Erfassungsemitterspannung Vse zwischen einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, und einem Fall, in dem die Diode 22m keine Elektrizität leitet, zu erzeugen. Deshalb kann der Komparator 50 klar die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode bestimmen, und zwar, ob die Diode 22m Elektrizität leitet, basierend auf der Erfassungsemitterspannung Vse, und die Bestimmungsgenauigkeit kann erhöht werden.
Ebenso ist die Ausgabebeschränkung des Ansteuersignals basierend auf dem Bestimmungssignal von dem Komparator 50 ähnlich zum ersten Ausführungsbeispiel, was im Wesentlichen die gleichen Operationen und Effekte ergibt. Deshalb wird die Beschreibung weggelassen.
Es sei angemerkt, dass obwohl die Stromquelle 40 in dem Ausführungsbeispiel verwendet wird, ebenso ein Pull-Up-Widerstand anstelle der Stromquelle 40 verwendet werden kann, wie in dem zweiten Ausführungsbeispiel.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
Als Nächstes wird ein viertes Ausführungsbeispiel beschrieben.
Das Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass ein Komparator hinzugefügt wird, um zu bestimmen, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, basierend auf der Erfassungsemitterspannung Vse. Im Folgenden sind den gleichen Elementen wie in dem dritten Ausführungsbeispiel die gleichen Bezugszeichen zugewiesen, und unterschiedliche Teile werden hauptsächlich beschrieben.
6 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitereinrichtung 1, die in einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel umfasst ist.
Die Halbleitereinrichtung 1 umfasst eine Ansteuerschaltung 10, einen Transistor 20 mit eingebauter Diode, eine Stromquelle 40, einen Komparator 50, eine Referenzspannung Vref1, einen Komparator für eine Fehlererfassung 51 und eine Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2. Hier werden die Ansteuerschaltung 10, der Komparator für eine Fehlererfassung 51 und die Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2, die von dem dritten Ausführungsbeispiel verschieden sind, beschrieben.
Zusätzlich zu dem Bestimmungssignal von dem Komparator 50, um die elektrische Leitungsrichtung des Transistors 20 mit eingebauter Diode zu bestimmen, empfängt die Ansteuerschaltung 10 als Eingabe ein Bestimmungssignal von dem Komparator für eine Fehlererfassung 51, um zu bestimmen, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 20 mit eingebauter Diode fließt. Weiterhin ist die Ansteuerschaltung 10 konfiguriert, dazu in der Lage zu sein, die Ausgabe des Ansteuersignals basierend auf diesen Bestimmungssignalen zu beschränken. Wie nachstehend detailliert beschrieben wird, beschränkt die Ansteuerschaltung 10 die Ausgabe des Ansteuersignals als Reaktion auf ein Empfangen, als eine Eingabe, eines Verhinderungssignals, das verhindert, dass (zumindest ein An-Signal) eines der Ansteuersignale von dem Komparator 50 und dem Komparator für eine Fehlererfassung 51 in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird.
Der Komparator für eine Fehlererfassung 51 empfängt, als eine Eingabe, die Spannung (die Erfassungsemitterspannung Vse) zwischen dem Emitter des Erfassungstransistors 21s (der Anode der Erfassungsdiode 22s) und dem Emitter des Transistors 21m (der Anode der Diode 22m) und die Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2. Dann vergleicht der Komparator für eine Fehlererfassung 51 die Erfassungsemitterspannung mit der Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2 und der Komparator für eine Fehlererfassung 51 bestimmt in Abhängigkeit eines Vergleichsergebnisses, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt. Ebenso gibt der Komparator für eine Fehlererfassung 51 in Abhängigkeit des Vergleichsergebnisses ein Bestimmungssignal, das darstellt, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Speziell, wenn bestimmt ist, dass kein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, gibt der Komparator für eine Fehlererfassung 51 ein Bestimmungssignal (ein Erlaubnissignal), das erlaubt, dass das Ansteuersignal in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Ebenso, wenn bestimmt ist, dass ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, gibt der Komparator für eine Fehlererfassung 51 ein Bestimmungssignal (ein Verhinderungssignal), das verhindert, dass zumindest ein An-Signal unter den Ansteuersignalen in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Spezifische Operationen werden später beschrieben.
Die Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2 ist die Referenz für einen Vergleich mit der Erfassungsemitterspannung Vse an dem Komparator für eine Fehlererfassung 51. Die Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2 (Bestimmungsverfahren) wird nachstehend detailliert beschrieben.
Als Nächstes wird ein Verfahren des Bestimmens, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, durch den Komparator für eine Fehlererfassung 51 basierend auf der Erfassungsemitterspannung Vse beschrieben.
Wie in dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = V1 in einem Fall, in dem sowohl die Diode 22m als auch der Transistor 21m keine Elektrizität leiten. Ebenso ist die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = Von + VFs in einem Fall, in dem der Transistor 21m Elektrizität normal leitet (ein normaler Strom in dem Transistor 21m fließt). Ebenso ist die Erfassungsemitterspannung Vse gleich Vse = -VFm + VFs in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet.
Es sei angemerkt, dass, wenn ein abnormaler Strom wie etwa ein Überstrom aufgrund eines Kurzschlusses in dem Transistor 21m fließt, die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors 21m einen Wert annimmt, der größer ist als die Spannung Von zwischen dem Kollektor und dem Emitter während einer normalen Leitung von Elektrizität. Deshalb kann durch Bestimmen der Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2, so dass diese Vref2 > Von + VFs erfüllt, der Komparator für eine Fehlererfassung 51 bestimmen, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt.
Als Nächstes wird die Ausgabebeschränkung des Ansteuersignals basierend auf dem Bestimmungssignal von dem Komparator für eine Fehlererfassung 51 beschrieben.
Wie vorstehend beschrieben, wenn bestimmt ist, dass kein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, gibt der Komparator für eine Fehlererfassung 51 ein Bestimmungssignal (ein Erlaubnissignal), das erlaubt, dass das Ansteuersignal in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus. Ebenso, wenn bestimmt ist, dass ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, gibt der Komparator für eine Fehlererfassung 51 ein Bestimmungssignal (ein Verhinderungssignal), das verhindert, dass zumindest ein An-Signal des Ansteuersignals in das Gate des Transistors 21m eingegeben wird, an die Ansteuerschaltung 10 aus.
Als Reaktion auf ein Empfangen eines Erlaubnissignals als das Bestimmungssignal von dem Komparator 50 und ein Empfangen eines Erlaubnissignals als das Bestimmungssignal von dem Komparator für eine Fehlererfassung 51 gibt die Ansteuerschaltung 10 ein Ansteuersignal basierend auf einem Steuerungssignal von der Steuerungsvorrichtung an das Gate des Transistors 21m aus. Ebenso, als Reaktion auf ein Empfangen eines Verhinderungssignals als das Bestimmungssignal von dem Komparator 50, und/oder ein Empfangen eines Verhinderungssignals als das Bestimmungssignal von dem Komparator für eine Fehlererfassung 51, beschränkt die Ansteuerschaltung 10 ein Ausgeben des Ansteuersignals. Zum Beispiel kann die Ansteuerschaltung 10 ein Ausgeben von sowohl einem An-Signal (einem hohen Signal) zum Einschalten des Transistors 21m als auch einem Aus-Signal (einem niedrigen Signal) zum Ausschalten beschränken, oder kann ein Ausgeben eines An-Signals (ein hohes Signal) zum Einschalten des Transistors 21m beschränken. Somit wird in einem Fall, in dem die Diode 22m Elektrizität leitet, der Transistor 21m nicht eingeschaltet, und folglich kann der Vorwärtsrichtungsverlust der Diode 22m durch eine Gate-Interferenz reduziert werden. Zusätzlich, wenn ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt, wird der Transistor 21m abgeschaltet, und folglich ist es möglich, zu verhindern, dass der Transistor 21 durch den abnormalen Strom beschädigt wird.
Es sei angemerkt, dass in dem Ausführungsbeispiel, obwohl der Komparator für eine Fehlererfassung 51 zum Erfassen eines abnormalen Stroms des Transistors 21m in der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hinzugefügt ist, der gleiche Komparator für eine Fehlererfassung ähnlich in der Halbleitereinrichtung 1 gemäß dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel hinzugefügt werden kann.
Zum Beispiel, wenn der Komparator für eine Fehlererfassung in dem ersten Ausführungsbeispiel hinzugefügt wird, könnte der Komparator für eine Fehlererfassung dazu konfiguriert sein, die Spannung zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 in dem ersten Ausführungsbeispiel mit der Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2 zu vergleichen. Dies gilt ebenso für das zweite Ausführungsbeispiel. In diesem Fall, wie in dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, ist die Spannung Vs zwischen beiden Anschlüssen des Erfassungswiderstandes 30 gleich Vs = (I1 + Is) × Rs in einem Fall, in dem der Transistor 21m Elektrizität normal leitet. Wenn ein abnormaler Strom, wie etwa ein Überstrom, in dem Transistor 21m fließt, erhöht sich der Strom Is, der von dem Emitter des Erfassungstransistors 21s zu dem Erfassungswiderstand fließt. Deshalb kann die Referenzspannung für eine Fehlererfassung Vref2 bestimmt werden, so dass diese Vref2 > (I1 + Is) × Rs erfüllt. Somit kann der Komparator für eine Fehlererfassung bestimmen, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor 21m fließt. Es sei angemerkt, dass das Bestimmungssignal, das von dem Komparator zur Fehlererfassung an die Ansteuerschaltung 10 in dem ersten Ausführungsbeispiel ausgegeben wird, und die Operationen der Ansteuerschaltung 10 die gleichen sein können wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Somit ist es möglich, zu verhindern, dass der Transistor 21m durch den abnormalen Strom beschädigt wird, wie in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
Die Ausführungsbeispiele wurden detailliert wie vorstehend beschrieben. Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern verschiedene Modifikationen und Verbesserungen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der japanischen Prioritätsanmeldung Nr. 2013-227680, eingereicht am 31. Oktober 2013, deren gesamten Inhalte hierin durch Bezugnahme mit eingeschlossen sind.
Bezugszeichenliste

1: Halbleitereinrichtung
10: Ansteuerschaltung
20: Transistor mit eingebauter Diode
21: Transistorteil
21m: Transistor
21s: Erfassungstransistor
22: Diodenteil
22m: Diode
22s: Erfassungsdiode
25c: Kollektoranschluss
25e: Emitteranschluss
30: Erfassungswiderstand (Spannungserzeugungsteil)
40: Stromquelle (Spannungserzeugungsteil)
45: Pull-Up-Widerstand (Spannungserzeugungsteil)
50: Komparator (Bestimmungsteil)
51: Komparator zur Fehlererfassung (Bestimmungsteil)
Vref1: Referenzspannung
Vref2: Referenzspannung zur Fehlererfassung

Claims

Leistungsumwandlungseinrichtung, mit: einem Transistor mit eingebauter Diode, der dazu konfiguriert ist, zu umfassen einen Transistor, der dazu konfiguriert ist, durch ein Ansteuersignal, das in ein Gate eingegeben wird, angesteuert zu werden, eine Diode, die dazu konfiguriert ist, parallel mit dem Transistor verbunden zu werden und eine Vorwärtsrichtung von einem Emitter zu einem Kollektor des Transistors aufzuweisen, und eine Erfassungsdiode, die dazu konfiguriert ist, einen Strom, der in der Diode fließt, zu erfassen und eine Kathode aufzuweisen, die mit dem Kollektor des Transistors verbunden ist; einem Spannungserzeugungsteil, der dazu konfiguriert ist, in einem Fall, in dem die Diode keine Elektrizität leitet, eine Spannung zwischen einer Anode der Diode und einer Anode der Erfassungsdiode zu erzeugen, wobei die Spannung eine vorbestimmte oder eine größere Differenz mit Bezug auf einen Fall, in dem die Diode Elektrizität leitet, aufweist; und einem Bestimmungsteil, der dazu konfiguriert ist, zu bestimmen, ob die Diode Elektrizität leitet, basierend auf der Spannung zwischen der Anode der Diode und der Anode der Erfassungsdiode.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Spannungserzeugungsteil umfasst einen Erfassungswiderstand, der dazu konfiguriert ist, zwischen der Anode der Erfassungsdiode und der Anode der Diode bereitgestellt zu werden, und einen Stromzuführteil, der dazu konfiguriert ist, mit der Anode der Erfassungsdiode und dem Erfassungswiderstand verbunden zu sein, und um dazu in der Lage zu sein, einen Strom an die Erfassungsdiode zuzuführen, in dem Fall, in dem die Diode Elektrizität leitet, und einen Strom an den Erfassungswiderstand zuzuführen, in dem Fall, in dem die Diode keine Elektrizität leitet.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Spannungserzeugungsteil einen Stromzuführteil umfasst, der dazu konfiguriert ist, mit der Anode der Erfassungsdiode verbunden zu sein, und um dazu in der Lage zu sein, einen Strom zuzuführen, um die Erfassungsdiode zu veranlassen, Elektrizität zu leiten, in einem Fall, in dem der Transistor Elektrizität leitet.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 2, wobei der Stromzuführteil eine Stromquelle oder ein Pull-Up-Widerstand ist.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Bestimmungsteil eine erste Referenzspannung zum Bestimmen, ob die Diode Elektrizität leitet, umfasst, wobei die erste Referenzspannung größer als eine Spannung der Anode der Erfassungsdiode mit Bezug auf die Anode der Diode in dem Fall ist, in dem die Diode Elektrizität leitet, und niedriger als eine Spannung der Anode der Erfassungsdiode mit Bezug auf die Anode der Diode in einem Fall ist, in dem der Transistor Elektrizität normal leitet, wobei der Bestimmungsteil bestimmt, dass die Diode Elektrizität leitet, als Reaktion darauf, dass die Spannung der Anode der Erfassungsdiode mit Bezug auf die Anode der Diode weniger als die erste Referenzspannung ist.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Bestimmungsteil eine Ausgabe von zumindest einem An-Signal in dem Ansteuersignal verhindert, wenn bestimmt ist, dass die Diode Elektrizität leitet.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Bestimmungsteil bestimmt, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor fließt, basierend auf der Spannung zwischen der Anode der Diode und der Anode der Erfassungsdiode, und, wenn bestimmt ist, dass der abnormale Strom in dem Transistor fließt, eine Eingabe von zumindest einem An-Signal in dem Ansteuersignal verhindert.
Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Anspruch 7, wobei der Bestimmungsteil eine zweite Referenzspannung zum Bestimmen, ob ein abnormaler Strom in dem Transistor fließt, umfasst, wobei die zweite Referenzspannung größer als eine Spannung der Anode der Erfassungsdiode mit Bezug auf die Anode der Diode in einem Fall ist, in dem der Transistor Elektrizität normal leitet, wobei der Bestimmungsteil bestimmt, dass der abnormale Strom in dem Transistor fließt, als Reaktion darauf, dass die Spannung der Anode der Erfassungsdiode mit Bezug auf die Anode der Diode größer als die zweite Referenzspannung ist.