DE112015007198T5

DE112015007198T5 - Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112015007198T5
Application number: DE112015007198.9T
Authority: DE
Inventors: Kazuya Hokazono; Akihisa Yamamoto; Dong Wang
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2018-08-23
Also published as: CN108432134A; CN108432134B; US10298223B2; WO2017104077A1; US20180198442A1; JPWO2017104077A1; JP6593454B2

Abstract

Eine Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung weist auf: eine Schwellenwerteinstellschaltung, die einen Schwellenwert ausgibt; eine Entsättigungsspannungserfassungsschaltung, die eine bei einer vorbestimmten Anstiegsrate erhöhte Erfassungsspannung erhält und bestimmt, ob die Erfassungsspannung höher ist als der Schwellenwert, wenn eine Spannung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Halbleiterschaltvorrichtung, die die erste Elektrode, die zweite Elektrode und eine Steuerelektrode, die ein Leitvermögen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode steuert, aufweist, eine Entsättigungsspannung ist; und eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung basierend auf einem Eingangssignal generiert und das Treibersignal bei einem Abschaltzustand hält, wenn die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung bestimmt, dass die Erfassungsspannung höher ist als der Schwellenwert. Die Schwellenwerteinstellschaltung schaltet den Schwellenwert zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, welche größer ist als die erste Spannung, um, gibt die erste Spannung als den Schwellenwert aus, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem AUS-Zustand befindet, und gibt die zweite Spannung als den Schwellenwert aus, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet ist, und eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Sättigungsspannung ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung.
Hintergrund
Herkömmlicherweise ist, wie zum Beispiel in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2014/115272 offenbart, ein Verfahren zum Erfassen einer Entsättigungsspannung einer Halbleiterschaltvorrichtung als eine Kurzschlussschutzfunktion einer Halbleiterschaltvorrichtung bekannt. Wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem EIN-Zustand befindet, sinkt im Allgemeinen eine Spannung zwischen Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung und wird bei einer minimalen Spannung stabilisiert. Diese minimale Spannung wird auch als eine „Sättigungsspannung“ bezeichnet. Bestimmte Beispiele der „Spannung zwischen Anschlüssen“, die hier beschrieben sind, umfassen eine Kollektor-Emitter-Spannung, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung zum Beispiel ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) ist, und eine Source-Drain-Spannung, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung ein MOSFET ist. Wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem Kurzschlusszustand befindet, steigt die Spannung zwischen Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung von der Sättigungsspannung aufgrund eines Überstroms. Wenn die Spannung zwischen Anschlüssen von der Sättigungsspannung steigt, wird die Spannung eine ungewöhnliche Spannung, bei welcher die Spannung zwischen Anschlüssen nicht zu der Sättigungsspannung passt, d.h. eine Entsättigungsspannung. Ein Kurzschluss der Halbleiterschaltvorrichtung kann durch ein Erfassen dieser Entsättigungsspannung erfasst werden.
In einer Technik, die in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2014/115272 offenbart ist, sind eine Diode mit hoher Spannungsfestigkeit und ein kapazitives Element mit hoher Spannungsfestigkeit zwischen einer Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung und einer Halbleiterschaltvorrichtung vorgesehen, und das kapazitive Element wird geladen, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem Entsättigungszustand befindet, um zu erfassen, dass sich die Halbleiterschaltvorrichtung in dem Entsättigungszustand befindet. Insbesondere wenn das kapazitive Element durch eine Konstantstromschaltung geladen wird, steigt eine Spannung an einem Anschluss VDSH. Wenn die Spannung an dem Anschluss VDSH einen bestimmten Wert oder mehr erreicht hat, wird bestimmt, dass eine Entsättigungsspannung in der Halbleiterschaltvorrichtung generiert wird.
Literaturliste
Patentliteratur
[PTL 1] Internationale Veröffentlichung Nr. WO 2014/115272
Zusammenfassung
Technisches Problem
Es kann angenommen werden, dass ein EIN-Betrieb der Halbleiterschaltvorrichtung in einen Übergangszeitraum und einen statischen Zeitraum unterteilt wird. Der Übergangszeitraum repräsentiert einen kurzen Zeitraum, in welchem ein Einschaltvorgang der Halbleiterschaltvorrichtung ausgeführt wird. Dieser Übergangszeitraum wird auch als ein „Einschaltvorgangszeitraum“ bezeichnet. Der Einschaltvorgangszeitraum ist ein Zeitraum, in welchem eine Gate-Spannung von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel ansteigt, wenn ein Treibersignal ansteigt, sodass die Halbleiterschaltvorrichtung von einem Abschaltzustand zu einem leitenden Zustand wechselt. Auf der anderen Seite ist der statische Zustand ein Zustand, in welchem die Gate-Spannung der Halbleiterschaltvorrichtung bei dem hohen Pegel stabilisiert ist, nachdem ein Einschalten vollendet ist, und ein Strom zu einem Ausgangsanschluss der Halbleiterschaltvorrichtung fließt. Dieser statische Zeitraum wird auch als ein „statischer EIN-Betrieb-Zeitraum“ bezeichnet.
Die Spannung zwischen Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung während eines Kurzschließens hängt von der Gate-Spannung und einem in die Halbleiterschaltvorrichtung einzugebenden Kurzschlussstrom ab. Bei dem gleichen Kurzschlussstromwert sinkt die Spannung zwischen Anschlüssen, wenn die Gate-Spannung steigt, und die Spannung zwischen Anschlüssen steigt, wenn die Gate-Spannung sinkt. Insbesondere wenn ein Kurzschluss während des statischen EIN-Betriebs der Halbleiterschaltvorrichtung auftritt, tritt der Kurzschlusszustand in einem Zustand auf, in welchem die Gate-Spannung hoch ist, und somit weist die Spannung zwischen Anschlüssen einen niedrigen Wert auf. Andererseits liegt, wenn der Kurzschlusszustand unmittelbar auftritt, nachdem die Halbleiterschaltvorrichtung einschaltet, ein Gate-Treibersignal vor einem Einschalten auf dem niedrigen Pegel, und somit ist die Gate-Spannung niedrig. Entsprechend ist, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung während eines Kurzschließens einschaltet, die Spannung zwischen Anschlüssen höher als diejenige während des statischen EIN-Betrieb-Zeitraums.
Wenn ein Kurzschluss in der Halbleiterschaltvorrichtung auftritt, ist es erwünscht, die Halbleiterschaltvorrichtung rasch zu schützen. Um die Halbleiterschaltvorrichtung zu schützen, ist bevorzugt, einen Schwellenwert, der in einer Schaltung zum Erfassen basierend auf einer Entsättigungsspannung, ob ein Kurzschluss aufgetreten ist, unter Berücksichtigung der vorstehenden Korrelation zwischen der Gate-Spannung und der Spannung zwischen Anschlüssen variabel festzulegen. Insbesondere ist bevorzugt, einen Schwellenwert für den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum so festzulegen, dass er kleiner ist als ein Schwellenwert für den Einschaltvorgangszeitraum. Außerdem ist, um eine Last an der Halbleiterschaltvorrichtung während eines Kurzschließens zu reduzieren, bevorzugt, die Halbleiterschaltvorrichtung rasch abzuschalten, wenn die Spannung zwischen Anschlüssen klein ist.
Die internationale Veröffentlichung Nr. WO 2014/115272 offenbart ein Verfahren zum Umschalten des Werts eines Konstantstroms für ein Laden eines ausblenden kapazitiven Elements CB1 zwischen dem Einschaltvorgangszeitraum und dem statischen EIN-Betrieb-Zeitraum. Gemäß diesem Verfahren kann die Geschwindigkeit für ein Laden des ausblendenden kapazitiven Elements CB1 während des Übergangszeitraums verringert werden, und die Geschwindigkeit für ein Laden des ausblendenden kapazitiven Elements CB1 während des statischen Zeitraums kann erhöht werden. Somit kann ein rascher Schutz während des statischen Zeitraums erzielt werden, während eine fehlerhafte Erfassung während des Übergangszeitraums verhindert wird. Um einen Schwellenwert für den EIN-Betrieb-Zeitraum zu senken, ist es jedoch notwendig, eine Kapazität oder einen Ladestrom während des Einschaltvorgangszeitraums zu einzustellen, was ein Problem verursacht, dass die Gestaltung der Schaltung kompliziert ist.
Die vorliegende Erfindung ist angesichts des vorstehend genannten Problems angefertigt worden, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die geeignet ist, einen Schwellenwert, der zum Erfassen einer Entsättigungsspannung verwendet wird, variabel festzulegen, ohne die Gestaltung der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung zu erschweren.
Lösung für das Problem
Eine Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Erfindung weist auf: eine Schwellenwerteinstellschaltung, die einen Schwellenwert ausgibt; eine Entsättigungsspannungserfassungsschaltung, die eine bei einer vorbestimmten Anstiegsrate erhöhte Erfassungsspannung erhält und bestimmt, ob die Erfassungsspannung höher ist als der Schwellenwert, wenn eine Spannung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Halbleiterschaltvorrichtung, die die erste Elektrode, die zweite Elektrode und eine Steuerelektrode, die ein Leitvermögen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode steuert, aufweist, eine Entsättigungsspannung ist; und eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung basierend auf einem Eingangssignal generiert und das Treibersignal bei einem Abschaltzustand hält, wenn die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung bestimmt, dass die Erfassungsspannung höher ist als der Schwellenwert, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung den Schwellenwert zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, welche größer ist als die erste Spannung, umschaltet, die erste Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem AUS-Zustand befindet, und die zweite Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet ist, und eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Sättigungsspannung ist.
Eine Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Erfindung weist auf: eine Erfassungsschaltung, die eine Spannung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Halbleiterschaltvorrichtung erfasst, die die erste Elektrode, die zweite Elektrode und eine Steuerelektrode, die ein Leitvermögen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode steuert, aufweist; eine Schwellenwerteinstellschaltung, die einen Schwellenwert ausgibt; einen Komparator, der den Schwellenwert mit einer Erfassungsspannung vergleicht, die durch die Erfassungsschaltung erfasst wird; und eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung basierend auf einem Eingangssignal generiert und das Treibersignal bei einem Abschaltzustand hält, wenn die Erfassungsspannung von einem niedrigeren Wert als der Schwellenwert ansteigt und den Schwellenwert erreicht, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung den Schwellenwert zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, welche größer ist als die erste Spannung, umschaltet, die erste Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem AUS-Zustand befindet, und die zweite Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet ist und eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Sättigungsspannung ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
In der vorliegenden Erfindung schaltet die Schwellenwerteinstellschaltung die erste Spannung und die zweite Spannung um. Die Schwellenwerteinstellschaltung wählt die erste Spannung oder die zweite Spannung als die Größe des Schwellenwerts gemäß dem Zustand der Halbleiterschaltvorrichtung. Deshalb kann ein Schwellenwert, der zum Erfassen einer Entsättigungsspannung verwendet wird, variabel festgelegt werden, ohne die Gestaltung der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung zu erschweren.
Figurenliste

1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Anordnung einer Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Anordnung einer Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
5 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
6 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.

Beschreibung der Ausführungsformen
Erste Ausführungsform
1 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Anordnung einer Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung 100 ist in der Form einer integrierten Schaltung vorgesehen und wird auch als eine „integrierte Schaltung 100“ bezeichnet. 1 stellt bestimmte Beispiele der integrierten Schaltung 100 und umliegende Schaltungen davon dar. Die integrierte Schaltung 100 gibt ein Treibersignal HO zum Treiben einer Halbleiterschaltvorrichtung 500 aus. Die integrierte Schaltung 100 weist eine Konstantstromquelle 11, einen Entlade-NMOSFET 12, einen Komparator 13, eine Logikschaltung 17, eine Treiberschaltung 18 und eine Schwellenwerteinstellschaltung 600 auf. Die Konstantstromquelle 11, der Entlade-NMOSFET 12, der Komparator 13 und die Logikschaltung 17, welche in der integrierten Schaltung 100 vorgesehen sind, und eine Diode 300 und ein kapazitives Element 400, welche außerhalb der integrierten Schaltung 100 vorgesehen sind, bilden eine Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200. Die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200 ist ein Schaltungsteil, welcher erfasst, dass die Spannung zwischen Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung 500 eine Entsättigungsspannung ist, und ist durch eine gut bekannte Technik eingerichtet. Zum Beispiel sind eine Schaltungsanordnung und ein Schaltungsbetrieb ähnlich zu denjenigen der Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200 auch in der internationalen Veröffentlichung Nr. WO 2014/115272 offenbart. Entsprechend sind detaillierte Beschreibungen des grundlegenden Schaltungsbetriebs und dergleichen, die zu gut bekannten Techniken gehören, weggelassen.
In der ersten Ausführungsform wird ein Bipolartransistor mit isolierendem Gate (IGBT) als ein bestimmtes Beispiel der Halbleiterschaltvorrichtung 500 verwendet, aber stattdessen kann auch eine andere Halbleiterschaltvorrichtung als ein IGBT als ein modifiziertes Beispiel verwendet werden. Zum Beispiel kann auch ein MOSFET verwendet werden. In dem Fall von 1 ist die Halbleiterschaltvorrichtung 500 ein IGBT. Entsprechend ist die Spannung zwischen Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung 500 eine Kollektor-Emitter-Spannung. Silizium kann außerdem als ein Material für die Halbleiterschaltvorrichtung 500 verwendet werden. Als das Material für die Halbleiterschaltvorrichtung 500 kann ein sogenannter Halbleiter mit breiter Bandlücke, der eine breitere Bandlücke aufweist als diejenige von Silizium, verwendet werden. Insbesondere können SiC, GaN oder Diamant verwendet werden.
Die Logikschaltung 17 empfängt ein Eingangssignal HIN und ein Ausgangssignal Vcmpo von dem Komparator 13. Die Logikschaltung 17 gibt das Ausgangssignal Vnmg an den Entlade-NMOSFET 12 aus und gibt ein Ausgangssignal Vpo an die Treiberschaltung 18 aus. Insbesondere wenn das Ausgangssignal Vcmpo von dem Komparator 13 auf dem niedrigen Pegel liegt, setzt die Logikschaltung 17 das Signal Vpo als ein Signal synchron mit dem Eingangssignal HIN und setzt ein Signal Vnmg als ein Signal synchron mit dem invertierten Signal des Eingangssignals HIN.
Weiter setzt, wenn das Eingangssignal HIN ein hoher Pegel wird und das Signal Vcmpo der hohe Pegel wird, die Logikschaltung 17 das Signal Vpo synchron mit einer steigenden Flanke des Signals Vcmpo, welches der hohe Pegel geworden ist, auf einen niedrigen Pegel und setzt das Signal Vnmg auf den hohen Pegel. Ein Zustand, in welchem das Signal Vpo auf den niedrigen Pegel gesetzt ist und das Signal Vnmg auf den hohen Pegel gesetzt ist, wird bevorzugt gehalten, bis ein vorbestimmtes Signal eingegeben wird, und dieser Zustand kann gelöst werden, wenn ein in 1 dargestelltes Signal Reset in die integrierte Schaltung 100 eingegeben wird. Das vorbestimmte Signal Reset ist nicht auf die Art beschränkt, in welchem die integrierte Schaltung 100 mit einem Reset-Anschluss versehen ist und das Signal von außerhalb der integrierten Schaltung 100 eingegeben wird. Eine Schaltung zum Generieren des Signals Reset kann in der integrierten Schaltung 100 vorgesehen sein.
Die integrierte Schaltung 100 weist einen Entsättigungserfassungsanschluss 10 auf. Der Entsättigungserfassungsanschluss 10 ist mit einem Knoten P zwischen einem positiven Anschluss des kapazitiven Elements 400 und einer Anode der Diode 300 verbunden. Eine Spannung, die an den Knoten P anzulegen ist, ist eine Erfassungsspannung Vdesat, welche verwendet wird, um eine Entsättigungsspannung in der ersten Ausführungsform zu erfassen. Der Entsättigungserfassungsanschluss 10 ist mit dem Knoten P verbunden, wodurch ein Erhalten der Erfassungsspannung Vdesat ermöglicht wird.
Ein Plus-Anschluss des Komparators 13 empfängt die Erfassungsspannung Vdesat, die von dem Entsättigungserfassungsanschluss 10 eingegeben wird, und ein Minus-Anschluss des Komparators 13 empfängt den Schwellenwert, der von der Schwellenwerteinstellschaltung 600 ausgegeben wird. Der Komparator 13 gibt ein Hoch-Pegel-Signal aus, wenn die Erfassungsspannung Vdesat höher ist als der Schwellenwert, und gibt ein Nieder-Pegel-Signal aus, wenn die Erfassungsspannung Vdesat niedriger ist als der Schwellenwert.
Der Entlade-NMOSFET 12 wird durch ein Eingangssignal Vnmg von der Logikschaltung 17 getrieben. Wenn das Signal Vnmg auf einem hohen Pegel liegt, ist der Entlade-NMOSFET 12 eingeschaltet und entlädt das kapazitive Element 400, sodass die Erfassungsspannung Vdesat sinkt.
Die Konstantstromquelle 11 versorgt den Entsättigungserfassungsanschluss 10 mit einem konstanten Strom. Wenn sich der Entlade-NMOSFET 12 in dem AUS-Zustand befindet, wird das kapazitive Element 400 mit einem Strom geladen, der von der Konstantstromquelle 11 bereitgestellt wird, sodass die Erfassungsspannung Vdesat steigt.
Ein Kathodenanschluss der Diode 300 ist mit einem Hochpotentialseitenanschluss der Halbleiterschaltvorrichtung 500 verbunden, und ein Anodenanschluss der Diode 300 ist mit dem Entsättigungserfassungsanschluss 10 verbunden. Wenn die Spannung zwischen Anschlüssen der Halbleiterschaltvorrichtung 500 eine Sättigungsspannung Vsat ist, klemmt die Diode 300 die Spannung des Entsättigungserfassungsanschlusses 10 auf die Sättigungsspannung Vsat. Dieses Klemmen verhindert, dass die Konstantstromquelle 11 das kapazitive Element 400 exzessiv lädt. Es ist zu beachten, dass die Sättigungsspannung Vsat in 2 schematisch dargestellt ist. Die Halbleiterschaltvorrichtung 500 wird eingeschaltet, und eine Kollektor-Emitter-Spannung Vce der Halbleiterschaltvorrichtung 500 sinkt und wird bei einer minimalen Spannung stabilisiert. Diese minimale Spannung wird als eine „Sättigungsspannung Vsat“ bezeichnet.
Wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung 500 in einem Kurzschlusszustand befindet, steigt die Kollektor-Emitter-Spannung Vce aufgrund eines Überstroms, und die Erfassungsspannung Vdesat steigt gemäß der Kollektor-Emitter-Spannung ebenfalls. Dieser Mechanismus wird nachfolgend beschrieben. Wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vce der Halbleiterschaltvorrichtung 500 eine Entsättigungsspannung wird, wird die Spannung des kapazitiven Elements 400 nicht auf die Sättigungsspannung Vsat geklemmt. Insbesondere steigt, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vce eine Entsättigungsspannung wird, das Kathodenseitenpotential der Diode 300 gemäß der Kollektor-Emitter-Spannung, und ein Konstantstrom von der Konstantstromquelle 11 fließt zu dem kapazitiven Element 400. Wenn die Größe des Konstantstroms von der Konstantstromquelle 11 bestimmt ist, ist die Laderate des kapazitiven Elements 400 bestimmt. Wenn der Konstantstrom bereitgestellt wird, wird das kapazitive Element 400 weiter bei einer konstanten Laderate geladen. Dann wird, wenn die Ladespannung des kapazitiven Elements 400 den Schwellenwert überschreitet, der in den Komparator 13 eingegeben wird, ein Auftreten eines Kurzschlusses erfasst. Somit kann gemäß der Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200, wenn eine Entsättigungsspannung generiert wird, die Spannung über die beiden Enden des kapazitiven Elements 400, d.h. die Erfassungsspannung Vdesat, bei einer vorbestimmten Steigerungsrate erhöht werden. Die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200 kann außerdem bestimmen, ob die Erfassungsspannung Vdesat höher ist als der Schwellenwert, der in den Komparator 13 eingegeben wird.
Die Treiberschaltung 18 empfängt das Signal Vpo und generiert das Treibersignal HO zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung 500. Wie vorstehend beschrieben, ändert die Logikschaltung 17 den Inhalt des Signals Vpo gemäß dem hohen Pegel oder dem niedrigen Pegel des Eingangssignals HIN und des Ausgangssignals Vcmpo. Wenn das Signal Vpo den EIN-/AUS-Zustand synchron mit dem Eingangssignal HIN überträgt, wird das Treibersignal HO gemäß dem Eingangssignal HIN ein- oder ausgeschaltet. Andererseits wird, wenn das Signal Vpo auf einem niedrigen Pegel gehalten wird, das Treibersignal HO ebenfalls auf dem niedrigen Pegel gehalten, und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 wird in einem Abschaltzustand gehalten.
Die Schwellenwerteinstellschaltung 600 generiert ein Spannungssignal, das als der Schwellenwert verwendet wird, der in den Komparator 13 einzugeben ist. Die Schwellenwerteinstellschaltung 600 weist eine Verzögerungsschaltung 16, einen Schalter 14 und eine Schwellenwertquelle 15 auf. Die Schwellenwerteinstellschaltung 600 schaltet den Schalter 14 durch den Ausgang von der Verzögerungsschaltung 16 um, um dadurch den Verbindungszustand zwischen der Schwellenwertquelle 15 und dem Komparator 13 umzuschalten. Somit kann der in den Komparator 13 einzugebende Schwellenwert variabel festgelegt werden.
Die Verzögerungsschaltung 16 bewirkt, dass ein Schaltsignal SW nach einem Ablaufen einer vorbestimmten ersten Verzögerungszeit tth1 von einer steigenden Flanke des Eingangssignals HIN auf den hohen Pegel ansteigt. Die erste Verzögerungszeit tth1 der Verzögerungsschaltung 16 ist auf eine Zeitdauer gleich oder länger als eine Zeit festgelegt, die zum Absenken der Kollektor-Emitter-Spannung Vce der Halbleiterschaltvorrichtung 500 auf eine Spannung äquivalent zu der Sättigungsspannung Vsat benötigt wird. Die erste Verzögerungszeit tth1 der Verzögerungsschaltung 16 ist so festgelegt, dass sie länger ist als eine Ausblendzeit, die in der Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200 festgelegt ist. Es ist zu beachten, dass ein Festlegen einer „Ausblendzeit“ eine gut bekannte Technik ist, und somit die detaillierte Beschreibung davon weggelassen wird. Grob gesagt, wird eine „Ausblendzeit“ in einer Entsättigungserfassungsfunktion so festgelegt, dass nicht fehlerhafterweise der Entsättigungsspannungszustand, unmittelbar nachdem die Halbleiterschaltvorrichtung 500 eingeschaltet wird, als ein Auftreten eines Kurzschlusses erfasst wird. Selbst wenn die Entsättigungsspannung erfasst wird, wird ein Auftreten eines Kurzschlusses nicht unmittelbar erfasst, sondern wenn stattdessen die Zeit, zu der die Entsättigungsspannung in dem EIN-Zustand nach einem Einschalten erfasst wird, die Ausblendzeit überschreitet, kann ein Auftreten eines Kurzschlusses erfasst werden.
Der Schalter 14 schaltet die elektrische Verbindung zwischen einer Spannungsquelle 21 und einer Spannungsquelle 22 gemäß dem Schaltsignal SW um, das von der Verzögerungsschaltung 16 ausgegeben wird. Der Schalter 14 verbindet elektrisch die erste Spannungsquelle 21 und den Komparator 13, wenn das von der Verzögerungsschaltung 16 ausgegebene Schaltsignal SW auf einem niedrigen Pegel liegt, und verbindet elektrisch die zweite Spannungsquelle 22 und den Komparator 13, wenn das von der Verzögerungsschaltung 16 ausgegebene Schaltsignal SW auf dem hohen Pegel liegt.
Die Schwellenwertquelle 15, weist die erste Spannungsquelle 21 und die zweite Spannungsquelle 22 auf. Die erste Spannungsquelle 21 stellt einen ersten Schwellenwert Vdsth1 bereit, und die zweite Spannungsquelle 22 stellt einen zweiten Schwellenwert Vdsth2 bereit. Der zweite Schwellenwert Vdsth2 ist niedriger als der erste Schwellenwert Vdsth1. Der erste Schwellenwert Vdsth1 wird als ein Schwellenwert für den AUS-Betrieb-Zeitraum und den Einschaltvorgangszeitraum der Halbleiterschaltvorrichtung 500 verwendet, und der zweite Schwellenwert Vdsth2 wird als ein Schwellenwert für den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum der Halbleiterschaltvorrichtung 500 verwendet.
In der integrierten Schaltung 100 wird nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeitspanne von einer steigenden Flanke des Eingangssignals HIN, d.h. in dem statischen EIN-Betrieb-Zeitraum, in welchem die Kollektor-Emitter-Spannung Vce der Halbleiterschaltvorrichtung 500 zu der Sättigungsspannung Vsat korrespondiert, der Wert der an den Komparator 13 anzulegenden Spannung von dem ersten Schwellenwert Vdsth1 zu dem zweiten Schwellenwert Vdsth2 umgeschaltet. Durch diesen Vorgang wird der Schwellenwert für den Einschaltvorgangszeitraum auf einen hohen Pegel gesetzt, und der Schwellenwert für den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum kann auf einen niedrigen Pegel gesetzt werden. Als eine Folge kann ein rascher Schutz gegen einen Kurzschluss in dem statischen EIN-Betrieb-Zeitraum erzielt werden, während eine fehlerhafte Erfassung eines Kurzschlusses in dem Einschaltvorgangszeitraum verhindert wird.
Durch ein Festlegen des Schwellenwerts für den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum auf einen niedrigen Pegel kann ein Auftreten einer Entsättigungsspannung sofort erfasst werden, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vce niedrig ist. Entsprechend kann die Halbleiterschaltvorrichtung 500 während eines Auftretens eines Kurzschlusses rasch geschützt werden. Als eine Folge kann eine Last an der Halbleiterschaltvorrichtung 500 unterdrückt werden.
Der Schaltungsbetrieb der ersten Ausführungsform wird mit Bezug auf bestimmte Zeitdiagramme beschrieben. 2 und 3 sind Zeitdiagramme, die jeweils den Betrieb der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung 100 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen.
2 stellt ein Zeitdiagramm dar, wenn ein Kurzschluss in der Halbleiterschaltvorrichtung 500 während des EIN-Betriebs auftritt.
In einem Zeitraum Ta liegt das Eingangssignal HIN auf dem niedrigen Pegel, und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 befindet sich in dem AUS-Zustand. In dem Zeitraum Ta liegt das Eingangssignal HIN auf dem niedrigen Pegel, und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 ist nicht eingeschaltet. Entsprechend ist die Kollektor-Emitter-Spannung Vce eine Entsättigungsspannung. Da sich das Eingangssignal HIN auf dem niedrigen Pegel befindet, und sich der Entlade-NMOSFET 12 in dem EIN-Zustand befindet, wird das kapazitive Element 400 nicht geladen, und somit steigt die Erfassungsspannung Vdesat nicht.
Ein Zeitraum Tb ist ein Zeitraum, in welchem das Eingangssignal HIN ansteigt, um der Halbleiterschaltvorrichtung 500 zu ermöglichen, einzuschalten, und die Kollektor-Emitter-Spannung Vce sinkt auf die Sättigungsspannung Vsat. Der Zeitraum Tb korrespondiert zu dem Übergangszeitraum, d.h. dem „Einschaltvorgangszeitraum“. Wenn das Eingangssignal HIN auf dem hohen Pegel liegt, schaltet die Logikschaltung 17 den Entlade-NMOSFET 12 ab, und das kapazitive Element 400 wird durch die Konstantstromquelle 11 geladen, sodass die Erfassungsspannung Vdesat ansteigt. Zu dieser Zeit werden während einer Zeit, in welcher die Kollektor-Emitter-Spannung Vce nach einem Einschalten auf die Sättigungsspannung Vsat sinkt, der Stromwert der Konstantstromquelle 11, der Kapazitätswert des kapazitiven Elements 400 und der Schwellenwert Vdsth1 in einer solchen Weise festgelegt, dass die Erfassungsspannung Vdesat den ersten Schwellenwert Vdsth1 nicht überschreitet. Dies korrespondiert zu einem Festlegen der „Ausblendzeit“. Selbst wenn die Entsättigungsspannung erfasst wird, wird ein Auftreten eines Kurzschlusses nicht unmittelbar erfasst, sondern stattdessen kann, wenn die Zeit, zu welcher die Entsättigungsspannung in dem EIN-Zustand nach einem Einschalten erfasst wird, die Ausblendzeit überschreitet, ein Auftreten eines Kurzschlusses erfasst werden.
Ein Zeitraum Tc ist ein Zeitraum, in welchem das Eingangssignal HIN auf dem hohen Pegel liegt, und die Kollektor-Emitter-Spannung Vce korrespondiert zu der Sättigungsspannung Vsat. Der Zeitraum Tc korrespondiert zu dem statischen Zeitraum, d.h. dem „statischen EIN-Betrieb-Zeitraum“. In dem Zeitraum Tc wird der statische EIN-Betrieb ausgeführt. Zu einer Zeit, wenn die vorbestimmte erste Verzögerungszeit tth1 abgelaufen ist, nachdem das Eingangssignal HIN ansteigt, wird der Schwellenwert, der von der Schwellenwerteinstellschaltung 600 ausgegeben wird, von dem ersten Schwellenwert Vdsth1 zu dem zweiten Schwellenwert Vdsth2 umgeschaltet.
Ein Zeitraum Td ist ein Zeitraum, in welchem die Erfassungsspannung Vdesat den zweiten Schwellenwert Vdsth2 erreicht, nachdem ein Kurzschluss während des statischen EIN-Betriebs auftritt. Wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung 500 in dem Kurzschlusszustand befindet, steigt die Kollektor-Emitter-Spannung Vce aufgrund eines Überstroms, die Erfassungsspannung Vdesat steigt ebenfalls gemäß der Kollektor-Emitter-Spannung.
Ein Zeitraum Te ist ein Zeitraum, in welchem die Erfassungsspannung Vdesat den zweiten Schwellenwert Vdsth2 erreicht, und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 führt den Abschaltvorgang aus. Wenn die Erfassungsspannung Vdesat den zweiten Schwellenwert Vdsth2 erreicht, wird das Ausgangssignal Vcmpo des Komparators 13 der hohe Pegel. Wenn das Ausgangssignal Vcmpo der hohe Pegel wird, setzt die Logikschaltung 17 das Signal Vpo auf den niedrigen Pegel und setzt das Signal Vnmg auf den hohen Pegel. Wenn das Signal Vpo auf dem niedrigen Pegel liegt, wird das Ausgangssignal von der Treiberschaltung 18 auf dem niedrigen Pegel gehalten. Somit nimmt die Halbleiterschaltvorrichtung 500 den Abschaltzustand ein. Weiter sinkt, wenn der Entlade-NMOSFET 12 als Reaktion auf das Signal Vnmg, welches der hohe Pegel geworden ist, eingeschaltet wird, die Erfassungsspannung Vdesat. Wenn die Erfassungsspannung Vdesat niedriger ist als der zweite Schwellenwert Vdsth2, wird das Signal Vcmpo der niedrige Pegel. Selbst wenn das Signal Vcmpo der niedrige Pegel wird, werden das Signal Vpo und das Signal Vnmg ohne Änderung in dem Zustand gehalten. Dieser gehaltene Zustand kann gelöst werden, wenn eine vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, und kann zum Beispiel zurückgesetzt werden, wenn das Signal Reset in die integrierte Schaltung 100 eingegeben wird.
3 stellt ein Zeitdiagramm dar, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung 500 den Kurzschlusszustand einnimmt, unmittelbar nachdem die Halbleiterschaltvorrichtung 500 eingeschaltet wird.
Ein Zeitraum Ta1 ist ein Zeitraum, in welchem das Eingangssignal HIN auf einem niedrigen Pegel liegt und sich die Halbleiterschaltvorrichtung 500 in dem AUS-Zustand befindet.
Ein Zeitraum Tb1 ist ein Zeitraum, in welchem das Eingangssignal HIN ansteigt und die Erfassungsspannung Vdesat den ersten Schwellenwert Vdsth1 erreicht. Die Erfassungsspannung Vdesat steigt gemäß einem Absinken der Kollektor-Emitter-Spannung Vce.
Ein Zeitraum Tc1 ist ein Zeitraum, in welchem die Erfassungsspannung Vdesat den ersten Schwellenwert Vdsth1 erreicht und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 den Abschaltvorgang ausführt.
Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der ersten Ausführungsform in der Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 200 der Halbleiterschaltvorrichtung 500 der zweite Schwellenwert Vdsth2, der verwendet wird, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung 500 in dem statischen EIN-Zustand befindet, so festgelegt sein, dass er niedriger ist als der erste Schwellenwert Vdsth1, der während des AUS-Zustands und des Einschaltvorgangs verwendet wird. Somit ist es möglich, eine fehlerhafte Erfassung während des Einschaltvorgangszeitraums zu verhindern und außerdem die Empfindlichkeit für ein Erfassen eines Kurzschlusses während des statischen EIN-Betriebs zu verbessern. Der Schwellenwert für den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum ist so festgelegt, dass er niedriger ist als der Schwellenwert für den Übergangszeitraum (Einschaltvorgangszeitraum), wodurch ein rascher Schutz während des statischen EIN-Betrieb-Zeitraums erzielt wird, während eine fehlerhafte Erfassung während des Einschaltvorgangszeitraums verhindert wird. Weiter kann durch ein Festlegen des Schwellenwerts für den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum auf einen niedrigen Wert ein Kurzschluss erfasst werden, wenn die Spannung zwischen Anschlüssen niedrig ist, und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 kann während eines Auftretens eines Kurzschlusses rasch geschützt werden, was zu einer Reduzierung einer Last an der Halbleiterschaltvorrichtung 500 führt. Ein Festlegen der Schwellenwerte für den Einschaltvorgangszeitraum und den statischen EIN-Betrieb-Zeitraum unter Verwendung der zwei unabhängigen ersten und zweiten Spannungsquellen 21 und 22 vereinfacht eine Gestaltung.
Gemäß der ersten Ausführungsform ermöglicht das Vorsehen der Verzögerungsschaltung 16 eine Reduzierung des Schwellenwerts, der nach einem Ablaufen der vorbestimmten Zeitspanne, nachdem das Signal zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung 500 ansteigt, in den Komparator 13 einzugeben ist. Die integrierte Schaltung 100 gemäß der ersten Ausführungsform weist einen anderen Vorteil auf, dass der Schaltungsbetrieb einfach ist.
Zweite Ausführungsform
4 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Anordnung einer Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung 100a gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung 100a ist in der Form einer integrierten Schaltung vorgesehen und wird nachfolgend auch als eine „integrierte Schaltung 100a“ bezeichnet.
In der zweiten Ausführungsform wird die Erfassungsspannung Vdesat, die zum Erfassen der Entsättigungsspannung verwendet wird, durch ein Verfahren generiert, das sich von demjenigen der ersten Ausführungsform unterscheidet. Insbesondere wird in der integrierten Schaltung 100a, die in 4 dargestellt ist, die Kollektor-Emitter-Spannung Vce der Halbleiterschaltvorrichtung 500 durch einen ersten Widerstand 41 und einen zweiten Widerstand 42 in einen Strom konvertiert. Ein Spannungssignal wird aus einer Differenz zwischen konvertierten Strömen generiert, und das Spannungssignal wird als die Erfassungsspannung Vdesat behandelt. Eine Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 201 gemäß der zweiten Ausführungsform erfasst die Entsättigungsspannung der Kollektor-Emitter-Spannung Vce unter Verwendung der Erfassungsspannung Vdesat basierend auf der Stromdifferenz. Die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 201 stellt den Schwellenwert ein, der mit der Erfassungsspannung Vdesat zu vergleichen ist. Es ist zu beachten, dass in der ersten Ausführungsform der Schwellenwert nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeitspanne nach einem Vollenden eines Schaltens des Eingangssignals umgeschaltet wird, während in der zweiten Ausführungsform, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vce gleich oder niedriger ist als eine vorbestimmte Spannung, der Schwellenwert umgeschaltet werden kann.
Die integrierte Schaltung 100 weist den Komparator 13, eine Treiberschaltung 218, eine Logikschaltung 19, eine Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 201 und eine Schwellenwerteinstellschaltung 601 auf.
Die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 201 weist eine Widerstandseinheit 40 auf, welche aus dem ersten Widerstand 41 und dem zweiten Widerstand 42 aufgebaut ist. Der erste Widerstand 41 konvertiert eine Spannung an einem Anschluss VU in einen Strom IU. Der zweite Widerstand 42 konvertiert eine Spannung an einem Anschluss VS in einen Strom IS. In der Entsättigungsspannungserfassungsschaltung 201 erfasst die Stromdifferenzerfassungsschaltung 31 eine Differenz zwischen dem Strom IU und dem Strom IS, und der dritte Widerstand 43 konvertiert die Stromdifferenz in die Erfassungsspannung Vdesat. Die Erfassungsspannung Vdesat ist eine Spannungsdifferenz zwischen dem Anschluss VU und dem Anschluss VS, mit anderen Worten die Spannung, die zu der Kollektor-Emitter-Spannung korrespondiert. Wie in 5 und 6 dargestellt, die nachfolgend beschrieben sind, variiert die Erfassungsspannung Vdesat gemäß der Kollektor-Emitter-Spannung Vce.
Die Schwellenwerteinstellschaltung 601 ist eine Schaltung, welche die Referenzspannung einstellt, die in den Komparator 13 einzugeben ist. Die Schwellenwerteinstellschaltung 601 schaltet den Schalter 14 durch das Ausgangssignal Vcmpo von dem Komparator 13 und schaltet die erste Spannungsquelle 21 und die zweite Spannungsquelle 22 um. Das Umschalten von der ersten Spannungsquelle 21 zu der zweiten Spannungsquelle 22 korrespondiert zu dem nachfolgenden Schaltungsbetrieb. Zuerst wird nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeitspanne aufgrund einer Verzögerung der Verzögerungsschaltung 32, nachdem das Signal Vcmpo auf den niedrigen Pegel fällt, das Schaltsignal SW an den Schalter 14 übertragen. Als Reaktion auf dieses Schaltsignal SW wird das Verbindungsziel des Schalters 14 von der ersten Spannungsquelle 21 zu der zweiten Spannungsquelle 22 umgeschaltet. Somit wird die Referenzspannung, die in den Komparator 13 einzugeben ist, von dem ersten Schwellenwert Vdsth1 zu dem zweiten Schwellenwert Vdsth2 umgeschaltet. Das Umschalten von der zweiten Spannungsquelle 22 zu der ersten Spannungsquelle 21 korrespondiert zu dem nachfolgenden Schaltungsbetrieb. Zuerst wird nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeitspanne aufgrund einer Verzögerung der Verzögerungsschaltung 32, nachdem das Signal Vcmpo steigt, das Schaltsignal SW an den Schalter 14 übertragen. Als Reaktion auf das Schaltsignal SW wird der Schalter 14 von der zweiten Spannungsquelle 22 zu der ersten Spannungsquelle 21 umgeschaltet. Somit wird die Referenzspannung, die in den Komparator 13 einzugeben ist, von dem zweiten Schwellenwert Vdsth2 zu dem ersten Schwellenwert Vdsth1 umgeschaltet.
Die Logikschaltung 19 empfängt das Eingangssignal HIN und das Ausgangssignal Vcmpo des Komparators 13. Die Logikschaltung 19 ist eine Schaltung, welche das Signal Vpo ausgibt und das Signal Vpo auf den hohen Pegel setzt, wenn das Eingangssignal HIN auf dem hohen Pegel liegt und das Signal Vcmpo auf dem hohen Pegel liegt. Wenn mindestens eins von dem Eingangssignal HIN und dem Signal Vcmpo auf dem niedrigen Pegel liegt, setzt die Logikschaltung 19 das Signal Vpo auf den niedrigen Pegel. Ein Zustand, in welchem das Signal Vpo auf den hohen Pegel gesetzt ist, wird bevorzugt gehalten, bis ein vorbestimmtes Signal eingegeben wird, und dieser Zustand wird gehalten, bis das Signal Reset von außen in 4 eingegeben wird. Als ein modifiziertes Beispiel kann, wie in der ersten Ausführungsform beschrieben, eine Schaltung zum Generieren des vorbestimmten Signals Reset in der integrierten Schaltung 100a vorgesehen sein.
Wenn das Eingangssignal HIN ansteigt, wird eine bestimmte Zeitspanne von der Zeit, wenn das Eingangssignal HIN ansteigt, bis zu der Zeit, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung 500 den Sättigungszustand einnimmt, benötigt. In diesem Fall wird, um eine fehlerhafte Erfassung zu verhindern, ein Filter eingefügt, der eine Filterzeit tf1 aufweist (siehe 5 und 6). Der Filter, der die Filterzeit tf1 aufweist, wird durch eine Filterfunktion erzielt, die in der Logikschaltung 19 vorgesehen ist. Außerdem hält, wenn eine Bedingung erfüllt ist, dass das Eingangssignal HIN auf dem hohen Pegel liegt und das Signal Vcmpo auf dem hohen Pegel liegt, die Logikschaltung 19 das Signal Vpo während der Zeitspanne der Filterzeit tf1 auf dem niedrigen Pegel, anstatt das Signal Vpo unmittelbar auf den hohen Pegel zu setzen. Somit ist es möglich, das Signal Vcmpo an einem Steigen auf den hohen Pegel zu hindern, bis eine ausreichende Zeit abgelaufen ist, die benötigt wird, damit die Halbleiterschaltvorrichtung 500 den Sättigungszustand einnimmt, nachdem das Eingangssignal HIN steigt.
Es ist zu beachten, dass die Filterfunktion der Logikschaltung 19 bevorzugt nur aktiviert wird, wenn das Eingangssignal HIN anteigt, d.h. nur während des Einschaltvorgangszeitraums, während die Filterfunktion während des statischen EIN-Betrieb-Zeitraums, in welchem das Eingangssignal HIN bereits auf dem hohen Pegel liegt und bei der Sättigungsspannung Vsat stabilisiert ist, bevorzugt deaktiviert ist. Dieser Betrieb wird in einem Zeitraum Tb2 und einem Zeitraum Te2 des Zeitdiagramms von 5 nachfolgend beschrieben.
Die Treiberschaltung 218 empfängt das Eingangssignal HIN und das Signal Vpo. Die Treiberschaltung 218 ist eine Schaltung, welche das Treibersignal HO generiert. Wenn die Treiberschaltung 218 das Treibersignal HO zum Ein- und Ausschalten synchron mit dem Eingangssignal HIN generiert, wenn das Signal Vpo auf dem niedrigen Pegel liegt. Somit kann ein Schalten der Halbleiterschaltvorrichtung 500 basierend auf dem Eingangssignal HIN gesteuert werden. Andererseits setzt, wenn das Eingangssignal HIN auf dem hohen Pegel liegt und das Signal Vpo auf dem hohen Pegel liegt, die Treiberschaltung 18 das Treibersignal HO auf den niedrigen Pegel und hält den niedrigen Pegel. Entsprechend wird die Halbleiterschaltvorrichtung 500 abgeschaltet, und der Abschaltzustand wird gehalten. Der Kurzschlussschutz kann durch den Abschaltvorgang erzielt werden.
5 und 6 sind Zeitdiagramme, die jeweils den Betrieb der Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung 100a gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellen. Der Schaltungsbetrieb der zweiten Ausführungsform wird mit Bezug auf ein bestimmtes Zeitdiagramm beschrieben. Um redundante Erklärungen zu vermeiden, sind die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die Beschreibung des Zeitraums, der zu dem vorstehend mit Bezug auf 2 und 3 beschriebenen Zeitraum korrespondiert, ist weggelassen.
5 stellt ein Zeitdiagramm dar, wenn ein Kurzschluss in der Halbleiterschaltvorrichtung 500 während des EIN-Betriebs auftritt. Wie in der ersten Ausführungsform beginnt das Zeitdiagramm von dem Zeitraum Ta.
Der Zeitraum Tb2 ist ein Zeitraum, in welchem das Eingangssignal HIN steigt und die Erfassungsspannung Vdesat fällt, sodass sie den ersten Schwellenwert Vdsth1 erreicht. Da die Logikschaltung 19 nicht bewirkt, dass das Signal Vpo während der vorbestimmten Filterzeit tf1 ansteigt. Während des Zeitraums Tb2 wird das Signal Vpo auf dem niedrigen Pegel gehalten. Die Filterzeit tf1 ist auf eine Länge einer Zeit gleich oder länger als eine Zeitspanne ausgelegt, die dafür benötigt wird, dass die Erfassungsspannung Vdesat fällt und den ersten Schwellenwert Vdsth1 erreicht. Somit kann das Signal Vcmpo ausreichend gefiltert werden, und eine fehlerhafte Erfassung während des Einschaltvorgangszeitraums kann verhindert werden.
Während eines Zeitraums Tc2 ist die Erfassungsspannung Vdesat niedriger als der erste Schwellenwert Vdsth1, und das Ausgangssignal Vcmpo von dem Komparator 13 fällt. Nach einem Ablaufen einer vorbestimmten zweiten Verzögerungszeit tth2, nachdem das Ausgangssignal Vcmpo von dem Komparator 13 fällt, wird der Schwellenwert zu Vdsth2 umgeschaltet. Die Länge der zweiten Verzögerungszeit tth2 ist auf eine Zeitdauer festgelegt, die ausreicht, dass die Erfassungsspannung Vdesat niedriger ist als der erste Schwellenwert Vdsth1 und dann niedriger wird als der zweite Schwellenwert Vdsth2.
Es ist zu beachten, dass der Startpunkt des Zeitraums Tc2 eine Zeit ist, wenn die Erfassungsspannung Vdesat niedriger wird als der erste Schwellenwert Vdsth1, bevor die Kollektor-Emitter-Spannung Vce die Sättigungsspannung Vsat erreicht. Um mit dem Zeitraum Tc2 zu vergleichen, stellt 5 auch den Zeitraum Tc als den „statischen EIN-Betrieb-Zeitraum“ dar, der vorstehend mit Bezug auf 2 beschrieben ist.
Danach beginnt wie in der ersten Ausführungsform der Zeitraum Td.
In dem Zeitraum Te2 steigt das Ausgangssignal Vcmpo von dem Komparator 13 gemäß der Erfassungsspannung Vdesat, welche höher geworden ist als der zweite Schwellenwert Vdsth2. Wenn die Logikschaltung 19 das Signal Vpo als Reaktion auf eine steigende Flanke des Ausgangssignals Vcmpo auf den hohen Pegel setzt, wird das Ausgangssignal von der Treiberschaltung 218 auf dem niedrigen Pegel gehalten, die Halbleiterschaltvorrichtung 500 nimmt den Abschaltzustand ein. Dieser Zustand wird gehalten, bis das Signal Reset eingegeben wird. Nach einem Ablaufen einer vorbestimmten dritten Verzögerungszeit tth3, nachdem das Signal Vcmpo steigt, wird der Schwellenwert zu Vdsth1 umgeschaltet. Die Länge der dritten Verzögerungszeit tth3 ist auf eine Zeitdauer festgelegt, die ausreicht, dass die Erfassungsspannung Vdesat höher wird als der zweite Schwellenwert Vdsth2 und dann höher wird als der erste Schwellenwert Vdsth1.
Es ist zu beachten, dass, wie vorstehend beschrieben, die Filterfunktion der Logikschaltung 19 bevorzugt nur aktiviert wird, wenn das Eingangssignal HIN ansteigt, d.h. nur während des Einschaltvorgangszeitraums, während die Filterfunktion während des statischen EIN-Betrieb-Zeitraums, in welchem das Eingangssignal HIN bereits auf dem hohen Pegel liegt und bei der Sättigungsspannung Vsat stabilisiert ist, bevorzugt deaktiviert ist. In der zweiten Ausführungsform wird eine solche bevorzugte Betriebsart erzielt. Wie in 5 dargestellt, wird die Filterzeit Tf1 in dem Zeitraum Tb2 aktiviert, während in dem Zeitraum Td ein Filtern nicht ausgeführt wird, und das Signal Vpo steigt synchron mit einer steigenden Flanke des Signals Vcmpo unmittelbar an. In dem Zeitraum Tb2 kann eine fehlerhafte Erfassung während des Einschaltvorgangszeitraums unter Verwendung der Filterzeit Tf1 verhindert werden. Weiter wird in dem Zeitraum Td die Filterfunktion deaktiviert, um dadurch die Sensibilität für ein Erfassen eines Kurzschlusses während des statischen EIN-Betriebs zu erhöhen.
6 stellt ein Zeitdiagramm dar, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung 500 einen Kurzschlusszustand einnimmt, unmittelbar nachdem die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet wird. Die Zeiträume Ta1 und Tc1 sind ähnlich zu denjenigen, die in 3 der ersten Ausführungsform dargestellt sind, und somit werden Beschreibungen davon weggelassen.
In einem Zeitraum Tb3 steigt, wenn der Zustand, in welchem das Signal Vcmpo auf dem hohen Pegel liegt, für die Filterzeit tf1 oder länger gehalten wird, das Signal Vpo an, und die Halbleiterschaltvorrichtung 500 führt den Abschaltvorgang aus.
Gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform schaltet wie in der ersten Ausführungsform die Schwellenwerteinstellschaltung 601 den Schwellenwert um, wodurch eine fehlerhafte Erfassung während des Einschaltvorgangszeitraums verhindert wird und die Sensibilität für ein Erfassen eines Kurzschlusses während des statischen EIN-Betriebs verbessert wird.
Weiter wird gemäß der zweiten Ausführungsform die Kollektor-Emitter-Spannung der Halbleiterschaltvorrichtung 500 gleich oder geringer als die vorbestimmte Spannung, und nach einem Ablaufen des vorbestimmten Zeitraums kann der Schwellenwert, der an den Komparator 13 anzulegen ist, reduziert werden. Somit kann verhindert werden, dass ein Umschalten des Schwellenwerts ausgeführt wird, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung während des Kurzschlussbetriebs einschaltet (siehe 6). Folglich können unnötige Schaltungsoperationen reduziert werden.
Bezugszeichenliste
10 Entsättigungserfassungsanschluss; 11 Konstantstromquelle; 12 Entlade-NMOSFET; 13 Komparator; 14 Schalter; 15 Schwellenwertquelle; 16, 32 Verzögerungsschaltung; 17, 19 Logikschaltung; 18, 218 Treiberschaltung; 21 erste Spannungsquelle; 22 zweite Spannungsquelle; 31 Stromdifferenzerfassungsschaltung; 40 Widerstandseinheit; 41 erster Widerstand; 42 zweiter Widerstand; 43 dritter Widerstand; 100, 100a Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung (integrierte Schaltung); 200, 201 Entsättigungsspannungserfassungsschaltung; 300 Diode; 400 kapazitives Element; 500 Halbleiterschaltvorrichtung; 600, 601 Schwellenwerteinstellschaltung
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2014/115272 [0002, 0003, 0004, 0008, 0013]

Claims

Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung, aufweisend: eine Schwellenwerteinstellschaltung, die einen Schwellenwert ausgibt; eine Entsättigungsspannungserfassungsschaltung, die eine bei einer vorbestimmten Anstiegsrate erhöhte Erfassungsspannung erhält und bestimmt, ob die Erfassungsspannung höher ist als der Schwellenwert, wenn eine Spannung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Halbleiterschaltvorrichtung, die die erste Elektrode, die zweite Elektrode und eine Steuerelektrode, die ein Leitvermögen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode steuert, aufweist, eine Entsättigungsspannung ist; und eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung basierend auf einem Eingangssignal generiert und das Treibersignal bei einem Abschaltzustand hält, wenn die Entsättigungsspannungserfassungsschaltung bestimmt, dass die Erfassungsspannung höher ist als der Schwellenwert, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung den Schwellenwert zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, welche größer ist als die erste Spannung, umschaltet, die erste Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem AUS-Zustand befindet, und die zweite Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet ist, und eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Sättigungsspannung ist.
Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung einen Ausgang nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeit von einer steigenden Flanke des Eingangssignals oder des Treibersignals zum Einschalten der Halbleiterschaltvorrichtung von der ersten Spannung zu der zweiten Spannung umschaltet.
Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung, aufweisend: eine Erfassungsschaltung, die eine Spannung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode einer Halbleiterschaltvorrichtung erfasst, die die erste Elektrode, die zweite Elektrode und eine Steuerelektrode, die ein Leitvermögen zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode steuert, aufweist; eine Schwellenwerteinstellschaltung, die einen Schwellenwert ausgibt; einen Komparator, der den Schwellenwert mit einer Erfassungsspannung vergleicht, die durch die Erfassungsschaltung erfasst wird; und eine Treiberschaltung, die ein Treibersignal zum Treiben der Halbleiterschaltvorrichtung basierend auf einem Eingangssignal generiert und das Treibersignal bei einem Abschaltzustand hält, wenn die Erfassungsspannung von einem Wert niedriger als der Schwellenwert ansteigt und den Schwellenwert erreicht, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung den Schwellenwert zwischen einer ersten Spannung und einer zweiten Spannung, welche größer ist als die erste Spannung, umschaltet, die erste Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn sich die Halbleiterschaltvorrichtung in einem AUS-Zustand befindet, und die zweite Spannung als den Schwellenwert ausgibt, wenn die Halbleiterschaltvorrichtung eingeschaltet ist und eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Sättigungsspannung ist.
Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung den Schwellenwert nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeit von einer Zeit, wenn die Erfassungsspannung von einem Wert höher als der Schwellenwert sinkt und den Schwellenwert erreicht, von der ersten Spannung zu der zweiten Spannung umschaltet.
Treiberschaltung für eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Schwellenwerteinstellschaltung den Schwellenwert nach einem Ablaufen einer vorbestimmten Zeit von einer Zeit, wenn die Erfassungsspannung von einem Wert niedriger als der Schwellenwert steigt und den Schwellenwert erreicht, von der zweiten Spannung zu der ersten Spannung umschaltet.