DE112017000072T5

DE112017000072T5 - Treibervorrichtung für Halbleiterelemente

Info

Publication number: DE112017000072T5
Application number: DE112017000072.6T
Authority: DE
Inventors: Naoki Shimizu
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2016-03-04
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-04-12
Also published as: CN107949986A; WO2017150036A1; CN107949986B; US10256807B2; JPWO2017150036A1; US20180175849A1; JP6787592B2

Abstract

Eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente, die fähig ist, Schwankung der Umschaltzeit, die durch Treiberfähigkeit und Temperatur verursacht wird, zu eliminieren, wird bereitgestellt. Eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente, weist Folgendes auf: einen Halbleiterchip (10), in dem ein Halbleiterelement des Typs Spannungssteuerung (11) gebildet ist; eine Temperaturerfassungseinheit (21), die konfiguriert ist, um die Temperatur des Halbleiterchips (10) zu erfassen; eine Treiberfähigkeitanpassungseinheit (22), die konfiguriert ist, um die Treiberfähigkeit des Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung gemäß Temperaturerfassungswerten, die von der Temperaturerfassungseinheit erfasst werden, anzupassen, und eine Timinganpassungseinheit (23), die konfiguriert ist, um die Umschaltzeit des Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung gemäß den Temperaturerfassungswerten, die von der Temperaturerfassungseinheit erfasst werden, anzupassen.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente, die zum Beispiel ein Halbleiterelement des spannungsgetriebenen Typs treibt, um einen Umschaltvorgang auszuführen.
Stand der Technik
Als eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente dieses Typs, ist zum Beispiel eine Konfiguration, die in PTL 1 offenbart ist, bekannt.
Das herkömmliche Beispiel, das in PTL 1 offenbart ist, ist konfiguriert, um eine Temperaturerfassungszenerdiode in einem Halbleitersubstrat identisch zu einem Halbleitersubstrat, aus dem ein IGBT gefertigt wird, zu enthalten, um die Anode der Temperaturerfassungszenerdiode mit einer Konstantstromquelle zu verbinden, um ihre Kathode mit der Erdung GND zu verbinden, die Spannung an einem Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromquelle und der Temperaturerfassungszenerdiode mit einer Referenzspannung zu vergleichen, den Strom, der zu dem Gate des IGBT geliefert wird, basierend auf einem Resultat des Vergleichs zu steuern, und die Treiberfähigkeit zum Treiben des IGBT gemäß der erfassten Temperatur zu ändern.
Liste der Zitate
Patentliteratur

PTL 1: JP 2013-219 633 A

Kurzdarstellung der Erfindung
Technische Problemstellung
Da das herkömmliche Beispiel, das in der oben beschriebenen PTL 1 offenbart ist, konfiguriert ist, um die Temperatur des Halbleitersubstrats, aus dem der IGBT gefertigt ist, zu erfassen und die Treiberfähigkeit zum Treiben eines Leistungstransistors umzuschalten, kann die Einschaltfähigkeit des Leistungstransistors ungeachtet der Temperaturschwankungion verbessert werden.
Es besteht jedoch ein Problem darin, dass, da aufgrund des Anstiegs der Treiberfähigkeit, wenn die Treiberfähigkeit zum Treiben eines Leistungstransistors umgeschaltet wird, di/dt des Stroms, der durch die Klemme der Seite mit hohem Potenzial des Leistungstransistors fließt, steigt, die Umschaltzeit des Leistungstransistors kürzer wird. Außerdem besteht auch ein Problem darin, dass eine hohe Temperatur an einem Halbleiterchip, in dem ein Leistungstransistor gefertigt ist, die Verzögerungszeit der IC veranlasst, ebenfalls kürzer zu werden.
Die vorliegende Erfindung wurde folglich angesichts der Probleme des herkömmlichen Beispiels, das in der oben beschriebenen PTL 1 beschrieben ist, gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente bereitzustellen, die fähig ist, Schwankung der Umschaltzeit, die durch Treiberfähigkeit und Temperatur verursacht wird, zu eliminieren.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebene Aufgabe zu verwirklichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Halbleiterchip, in dem ein Halbleiterelement des Typs Spannungssteuerung gebildet ist; eine Temperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Temperatur des Halbleiterchips zu erfassen; eine Treiberfähigkeitsanpassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Treiberfähigkeit des Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung gemäß Temperaturerfassungswerten, die von der Temperaturerfassungseinheit erfasst werden, anzupassen, und eine Timinganpassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Umschaltzeit des Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung gemäß den Temperaturerfassungswerten, die von der Temperaturerfassungseinheit erfasst werden, anzupassen.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ermöglicht es, eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente bereitzustellen, die fähig ist, Variation der Umschaltzeit eines Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung, das in einem Halbleiterchip gebildet ist, die durch Treiberfähigkeit und Temperatur verursacht wird, zu eliminieren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine veranschaulichende Schaltungsskizze einer ersten Ausführungsform einer Treibervorrichtung für Halbleiterelemente gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine veranschaulichende Schaltungsskizze eines Beispiels einer Timinganpassungseinheit, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist;
die 3A bis 3C sind Signalwellengrafen, die zur Beschreibung eines Betriebs der Timinganpassungseinheit in 2 bereitgestellt sind;
die 4A bis 4C sind Wellenformengrafen, die für Umschaltzeiten veranschaulichend sind, wenn Temperatur und Treiberfähigkeit eines Halbleiterchips variiert werden;
5 ist ein Kennfeld, das für die Betriebsbeschreibung der ersten Ausführungsform vorgesehen ist;
6 ist ein Kennfeld, das für die Betriebsbeschreibung einer Variation der ersten Ausführungsform vorgesehen ist;
7 ist ein Kennfeld, das für die Betriebsbeschreibung einer anderen Variation der ersten Ausführungsform vorgesehen ist;
8 ist eine veranschaulichende Schaltungsskizze einer zweiten Ausführungsform der Treibervorrichtung für Halbleiterelemente gemäß der vorliegenden Erfindung, und
9 ist eine veranschaulichende Schaltungsskizze eines Beispiels einer Timinganpassungseinheit, die auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist.
Beschreibung von Ausführungsformen
Unten wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen sind identische oder ähnliche Bezugszeichen denselben oder ähnlichen Bestandteilen zugewiesen.
Außerdem geben die folgende Ausführungsformen Vorrichtungen und Verfahren zum Verkörpern der technischen Idee der vorliegenden Erfindung beispielhaft an, und die technische Idee der vorliegenden Erfindung schränkt die Materialien, Formen, Strukturen, Anordnungen und dergleichen der Bauteile nicht auf die unten beschriebenen ein. Die technische Idee der vorliegenden Erfindung kann einer Vielfalt von Abänderungen innerhalb des technischen Schutzbereichs, der von den Ansprüchen, die in „ANSPRÜCHE” beschrieben sind, vorgeschrieben sind, unterzogen werden.
Unten wird eine Treibervorrichtung für Halbleiterelemente gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Die vorliegende Ausführungsform wird unter Heranziehen eines Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung als ein Beispiel der Halbleiterelemente herangezogen, und eine Gate-Treibervorrichtung für Halbleiterelemente wird als ein Beispiel für die Treibervorrichtungen herangezogen.
Zunächst weist die Gate-Treibervorrichtung für Halbleiterelemente gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 1 veranschaulicht, einen Halbleiterchip und einen IC-Chip 20 auf.
In einem nicht veranschaulichten Halbleitersubstrat des Halbleiterchips 10 ist ein Bipolartransistor mit isolierter Gateelektrode (Insulated Gate Bipolar Transistor, unten IGBT genannt) 11 als ein Halbleiterelement des Typs Spannungssteuerung gebildet. In dem Halbleitersubstrat des Halbleiterchips 10 wird eine Temperaturerfassungsdiode 12 als ein Temperaturerfassungselement zum Erfassen der internen Temperatur eines Chips gemeinsam mit dem IGBT 11 gefertigt.
Der IC-Chip 20 weist eine Temperaturerfassungseinheit 21 auf, die konfiguriert ist, um die Spannung Vf auf der Anodenseite der Temperaturerfassungsdiode 12 zu erfassen und ein Temperaturerfassungssignal auszugeben, und eine Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22, die konfiguriert ist, um, basierend auf dem Erfassungssignal aus der Temperaturerfassungseinheit 21, die Treiberfähigkeit in dem Zeitpunkt des Einschaltens des IGBT 11 anzupassen. Der IC-Chip 20 weist auch eine Timinganpassungseinheit 23 auf, die konfiguriert ist, um Umschaltzeit in dem Zeitpunkt des Einschaltens des IGBT 11 anzupassen, eine Entladeeinheit 24, die konfiguriert ist, um den IGBT 11 abzuschalten, und eine Alarmschaltung 25, die konfiguriert ist, um ein Alarmsignal zu erzeugen.
Die Temperaturerfassungseinheit 21 weist eine Konstantstromschaltung 21a, die konfiguriert ist, um die Temperaturerfassungsdiode 12 mit Konstantstrom zu versorgen, und zwei Komparatoren auf, einen ersten Komparator 21b und einen zweiten Komparator 21c, die konfiguriert sind, um eine Spannung zwischen der Konstantstromschaltung 21a und der Temperaturerfassungsdiode 12 mit einem Schwellenwert zu vergleichen.
Bei der oben stehenden Konfiguration sind ein Ende und das andere Ende der Konstantstromschaltung 21a jeweils mit einer Stromversorgungsspannungsquelle Vcc und der Anode der Temperaturerfassungsdiode 12, deren Kathode geerdet ist, verbunden.
Zu der umkehrenden Eingangsklemme und der nicht umkehrenden Eingangsklemme des ersten Komparators 21b werden jeweils eine Temperaturerfassungsspannung Vf an einem Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromschaltung 21a und der Temperaturerfassungsdiode 12 und eine erste Schwellenspannung Vth1, die eine vergleichsweise niedrige Spannung ist, eingegeben. Der erste Komparator 21b gibt ein erstes Temperaturerfassungssignal St1 aus, das auf einen niedrigen Pegel geht, wenn die Temperaturerfassungsspannung. Vf die erste Schwellenspannung Vth1 überschreitet, und, umgekehrt, auf einen hohen Pegel geht, wenn die Temperaturerfassungsspannung Vf niedriger ist als die erste Schwellenspannung Vth1.
Zu der umkehrenden Eingangsklemme und der nicht umkehrenden Eingangsklemme des zweiten Komparators 21c werden jeweils die oben beschriebene Spannung Vf und eine zweite Schwellenspannung Vth2, die höher ist als die erste Schwellenspannung Vth1 (Vth2 > Vth1) eingegeben. Der zweite Komparator 21c gibt ein zweites Temperaturerfassungssignal St2 aus, das auf einen niedrigen Pegel geht, wenn die Temperaturerfassungsspannung Vf die erste Schwellenspannung Vth2 überschreitet, und, umgekehrt, auf einen hohen Pegel geht, wenn die Temperaturerfassungsspannung Vf niedriger ist als die erste Schwellenspannung Vth2.
Die Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 weist ein erstes OR-Gate 22a und ein zweites OR-Gate 22b zu einer Eingangsklemme auf, von der ein impulsförmiges Treibersignal Si, das von der Außenseite her eingegeben wird, eingegeben wird. Das zweite Temperaturerfassungssignal St2, das von dem zweiten Komparator 21c in der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben wird, wird zu der anderen Eingangsklemme des ersten OR-Gates 22a und der anderen umkehrenden Eingangsklemme des zweiten OR-Gates 22b eingegeben.
Die Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 weist auch eine erste Treiberschaltung 22c auf, zu der Ausgang von dem ersten OR-Gate 22a eingegeben wird, und eine zweite Treiberschaltung 22d, zu der Ausgang von dem zweiten OR-Gate 22b eingegeben wird. Die erste Treiberschaltung 22c und die zweite Treiberschaltung 22d sind jeweils mit einem p-Kanal-MOSFET konfiguriert, dessen Source und Drain jeweils mit einer Antriebsstromquelle und der Timinganpassungseinheit 23 verbunden sind. Die Größen der p-Kanal-MOSFETs werden derart eingestellt, dass die Treiberfähigkeit (Treiberstrom) der zweiten Treiberschaltung 22d zum Treiben des IGBT 11 bei hohen Temperaturbedingungen zweimal so groß ist wie die Treiberfähigkeit (Treiberstrom) der ersten Treiberschaltung 22c zum Treiben des IGBT 11 unter normalen Bedingungen.
Ein Beispiel der Timinganpassungseinheit 23 ist, wie in 2 veranschaulicht, mit einer Verzögerungsschaltung konfiguriert, die konfiguriert ist, um einen Anstieg zu verzögern. Die Timinganpassungseinheit 23 weist eine Konstantstromschaltung 23a und einen n-Kanal-FET 23b auf, die zwischen einer Steuerstromquelle Vcc und der Erdung in Reihe geschaltet sind. Das Gate des n-Kanal-FET 23b ist über einen Inverter 23c mit einer Eingangsklemme 23d verbunden, zu der Treiberstrom Sdi, der von der Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 ausgegeben wird, eingegeben wird.
Die Timinganpassungseinheit 23 weist auch einen Lade-/Entladekondensator 23e auf, der zwischen einem Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromschaltung 23a und dem n-Kanal-FET 23b und der Erdung verbunden ist, und einen Komparator 23f, zu dem die Klemmenspannung Vc über den Lade-/Entladekondensator 23e eingegeben wird. Zu der nicht umkehrenden Eingangsklemme und der umkehrenden Eingangsklemme des Komparators 23f, werden jeweils die Klemmenspannung Vc über dem Lade-/Entladekondensator 23e und eine Referenzspannung Vref von einer variablen Spannungsquelle 23g eingegeben. Der Vergleichsausgang Sc des Komparators 23f wird zu einer Gateschaltung 23h als ein Gatesteuersignalgeliefert, und zu der Gateschaltung 23h wird der Treiberstrom Sdi, der von der Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 ausgegeben wird, geliefert. Der Ausgang aus der Gatesteuerung 23h wird von einer Ausgangsklemme 23i zu dem Gate des IGBT 11 als ein Treiberstrom ausgegeben.
Bei der oben stehenden Konfiguration akzeptiert die variable Spannungsquelle 23g jeweils Eingabe des ersten Temperaturerfassungssignals St1 und des zweiten Temperaturerfassungssignals St2, die von dem ersten Komparator 21b und dem zweiten Komparator 21c in der oben erwähnten Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben werden, und gibt drei Spannungspegel, eine erste Referenzspannung Vref1, eine zweite Referenzspannung Vref2 und eine dritte Referenzspannung Vref3 aus, deren Spannungswerte nacheinander in dieser Reihenfolge entsprechend den Pegeln der Temperaturerfassungssignale steigen. Die erste Referenzspannung Vref1 ist, wie in 3B veranschaulicht, auf eine Spannung eingestellt, die zum Anpassen der Umschaltzeit verwendet wird, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 in einem normalen Temperaturbereich ist, der vergleichsweise niedrige Temperaturen deckt und nahe null ist. Die zweite Referenzspannung Vref2 ist an einer Spannung eingestellt, die zum Anpassen der Umschaltzeit verwendet wird, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 in einem Zwischentemperaturbereich liegt, der einen Pegel höher ist als der normale Temperaturbereich und höher ist als die erste Referenzspannung Vref1. Die dritte Referenzspannung Vref3 ist an einer Spannung eingestellt, die zum Anpassen der Umschaltzeit verwendet wird, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 in einem hohen Temperaturbereich liegt, der einen Pegel höher ist als der Zwischentemperaturbereich und höher ist als die zweite Referenzspannung Vref2.
In der Timinganpassungseinheit 23, wenn der Treiberstrom Sdi, der von der Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 ausgegeben wird, null ist, wird daher der n-Kanal-FET 23b auf einen Ein-Zustand gebracht, was veranlasst, dass Ausgabe von Konstantstrom aus der Konstantstromschaltung 23a über den n-Kanal-FET 23b zu der Erdung fließt, und gemeinsam damit dem Lade-/Entladekondensator 23e, entladen wird. Aus diesem Grund wird die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e, wie in 3B, an null gehalten. Da in diesem Zustand die Inter-Klemmenspannung Vc, die zu der nicht umkehrenden Eingangsklemme des Komparators 23f geliefert wird, niedriger ist als die Referenzspannung Vref1, ist der Vergleichsausgang Sc, der von dem Komparator 23f ausgegeben wird, wie in 3C veranschaulicht, auch an einem niedrigen Pegel.
Wenn in diesem Zustand das Treibersignal Sdi, wie in 3A veranschaulicht, von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel an dem Zeitpunkt t1 umgekehrt wird, wird der n-Kanal-FET 23b als Reaktion auf die Umkehrung auf einen Aus-Zustand gebracht. Aus diesem Grund wird der Konstantstrom von der Konstantstromschaltung 23a zu dem Lade-/Entladekondensator 23e geliefert, was das Starten des Ladens des Lade-/Entladekondensators 23e veranlasst. Die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e steigt daher linear, wie in 33 veranschaulicht.
In diesem Zeitpunkt wird in dem normalen Temperaturbereich, in dem sowohl das erste Temperaturerfassungssignal St1 als auch das zweite Temperaturerfassungssignal St2, die von der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben werden, an dem niedrigen Pegel sind, eine Referenzspannung, die von der variablen Spannungsquelle 23g ausgegeben wird, auf die erste Referenzspannung Vref1 gestellt. Aus diesem Grund, wenn die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e die erste Referenzspannung Vref1 erreicht hat, wird der Vergleichsausgang Sc, der in diesem Zeitpunkt auf einen hohen Pegel geht, von dem Komparator 23f, wie durch eine durchgehende Linie in 3C angegeben, ausgegeben. Mit anderen Worten steigt der Vergleichsausgang Sc in einem Zeitpunkt, der um eine Verzögerungszeit Td1 von einem Zeitpunkt, an dem der Treiberstrom Sdi anstieg, verzögert ist.
Außerdem wird in dem Zwischentemperaturbereich, in dem das erste Temperaturerfassungssignal St1 und das zweite Temperaturerfassungssignal St2, die von der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben werden, an dem hohen Pegel und dem niedrigen Pegel sind, die Referenzspannung, die von der variablen Spannungsquelle 23g ausgegeben wird, an der zweiten Referenzspannung Vref2 eingestellt. Aus diesem Grund, wenn die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e die zweite Referenzspannung Vref2 erreicht hat, wird der Vergleichsausgang Sc, der in diesem Zeitpunkt auf einen hohen Pegel geht, von dem Komparator 23f, wie durch eine gestrichelte Linie in 3C angegeben, ausgegeben. Mit anderen Worten steigt der Vergleichsausgang Sc in einem Zeitpunkt, der um eine Verzögerungszeit Td2 von einem Zeitpunkt, an dem der Treiberstrom Sdi anstieg, verzögert ist.
Ferner wird in dem Hochtemperaturbereich, in dem sowohl das erste Temperaturerfassungssignal St1 als auch das zweite Temperaturerfassungssignal St2, die von der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben werden, an dem hohen Pegel sind, eine Referenzspannung, die von der variablen Spannungsquelle 23g ausgegeben wird, auf die dritte Referenzspannung Vref3 gestellt. Aus diesem Grund, wenn die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e die dritte Referenzspannung Vref3 erreicht hat, wird der Vergleichsausgang Sc, der in diesem Zeitpunkt auf einen hohen Pegel geht, von dem Komparator 23f, wie durch eine abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 3C angegeben, ausgegeben. Mit anderen Worten steigt der Vergleichsausgang Sc in einem Zeitpunkt, der um eine Verzögerungszeit Td3 von einem Zeitpunkt, an dem der Treiberstrom Sdi anstieg, verzögert ist.
Da der Vergleichsausgang Sc, der von dem Komparator 23f ausgegeben wird, zu der Gateschaltung 23h geliefert wird, wird die Gateschaltung 23h geöffnet, und der Treiberstrom Sdi, der von der Gateschaltung 23h ausgegeben wird, wird zu dem Gate des IGBT 11 als Timing-angepasster Treiberstrom Sdia ausgegeben, dessen Anstiegstiming um eine beliebige der Verzögerungszeiten Td1 bis Td3 verzögert ist.
Die Beziehungen zwischen Schwankungen der Temperatur des Halbleiterchips 10 und der Treiberfähigkeit, die von der Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 angepasst wird, und die Umschaltzeiten ton, wenn der IGBT 11 eingeschaltet wird, werden nun unter Verwendung der 4A bis 4C beschrieben. Die Umschaltzeit ton ist eine Zeit von einem Zeitpunkt, in dem ein Treibersignal Sd von einem Ein-Zustand auf einen Aus-Zustand gebracht wurde, zu einem Zeitpunkt, in dem der IGBT 11 eingeschaltet wird und sein Kollektorstrom Ic einen vorbestimmten Stromwert erreicht.
Zunächst ist die Umschaltzeit ton, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 innerhalb des normalen Temperaturbereichs liegt und die Treiberfähigkeit in einem schlechten Zustand ist, gleich ta (im Allgemeinen in etwa 2 μs), wie in 4A veranschaulicht.
Andererseits, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 auf 175°C gestiegen ist, was in einer Hochtemperaturzone liegt, und die Treiberfähigkeit in einem schlechten Zustand ist, wird die Umschaltzeit ton auf tb verkürzt, die in etwa 0,1 μs kürzer ist als die in dem Fall des normalen Temperaturbereichs, wie in 4B veranschaulicht.
Ferner wenn, während die Temperatur des Halbleiterchips 10 auf 175°C gehalten wird, was in der Hochtemperaturzone liegt, die Treiberfähigkeit auf einen starken Zustand gebracht wird (auf zweimal die schlechte Treiberfähigkeit erhöht wird), wird die Umschaltzeit ton ferner auf tc um etwa 0,1 μs gekürzt, wie in 4C veranschaulicht. Wie oben beschrieben, variiert die Umschaltzeit ton in Abhängigkeit von der Treiberfähigkeit und der Temperatur.
Aus diesem Grund wird bevorzugt, dass die Verzögerungszeit Td1, die Verzögerungszeit Td2 und die Verzögerungszeit Td3 auf einen Wert eingestellt werden, der es jeweils ermöglicht, die Umschaltzeit ton, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 innerhalb des normalen Temperaturbereichs ist und die Treiberfähigkeit schlecht ist, aufrecht zu erhalten eine Verkürzungszeit Δt1 der Umschaltzeit ton, wenn die Temperatur zum Beispiel innerhalb einer Zwischentemperaturzone (zum Beispiel 100°C ≤ T ≤ 175°C) vor dem Erreichen des Gebrauchs der Grenztemperatur des Halbleiterchips liegt und die Treiberfähigkeit schlecht ist, und eine Verkürzungszeit Δt2 der Umschaltzeit ton, wenn die Temperatur 175°C in der Hochtemperaturzone des Halbleiterchips liegt und die Treiberfähigkeit stark ist.
Die Entladeeinheit 24 ist eine Einheit, die konfiguriert ist, um den IGBT 11 zu veranlassen, einen Ausschaltvorgang aus einem Ein-Zustand auf einen Aus-Zustand auszuführen. Die Entladeeinheit 24 weist einen Puffer 24a, zu dem das Treibersignal Sd, das zu dem IC-Chip 20 eingegeben wird, über eine Pegelverlagerungsschaltung 26 und einen n-Kanal-MOSFET 24b zu dem Gate, von dem Ausgang von dem Puffer 24a geliefert wird, eingegeben wird.
Bei der oben stehenden Konfiguration ist der Drain des n-Kanal-MOSFET 24b mit einem Verbindungspunkt zwischen der Timinganpassungseinheit 23 und dem Gate des IGBT 11 verbunden, und seine Source ist geerdet. In der Entladeeinheit 24, wenn das Treibersignal Sd von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel umgekehrt wird, wird der n-Kanal-MOSFET 24b auf einen Ein-Zustand gebracht, was veranlasst, dass elektrische Ladungen, die in der Gatekapazität des IGBT 11 gespeichert sind, entladen werden, und den IGBT 11 veranlassen, den Ausschaltvorgang auszuführen.
Die Alarmschaltung 25 gibt ein Alarmsignal Sa aus, wenn das zweite Temperaturerfassungssignal St2 an dem hohen Pegel ist, das von dem zweiten Komparator 21c in der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben wird, wenn die Temperatur des IGBT 11 die Hochtemperaturzone erreicht.
Nun wird ein Betrieb der oben beschriebenen ersten Ausführungsform beschrieben.
Wenn das Treiben des IGBT 11 gestartet wurde, während die Temperatur des Halbleiterchips 10 in dem normalen Temperaturbereich ist, in dem die Temperatur zum Beispiel niedriger ist als 100°C, ist der Halbleiterchip 10 in einem Zustand, in dem die Spannung Vf der Anodenseite der Temperaturerfassungsdiode 12 an einer vergleichsweise hohen Spannung ist, die höher ist als die erste Schwellenspannung Vth1. Aus diesem Grund sind sowohl das erste Temperaturerfassungssignal St1 als auch das zweite Temperaturerfassungssignal St2, die von dem ersten Komparator 21b und dem zweiten Komparator 21 in der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben werden, jeweils an dem niedrigen Pegel.
Da das zweite Temperaturerfassungssignal St2 zu den OR-Gates 22a und 22b in der Treiberfähigkeitsanpassungseinheit 22 eingegeben wird, veranlasst ein Zustand, in dem das Treibersignal Sd an dem hohen Pegel ist, dass die Ausgabe aus beiden OR-Gates 22a und 22b auf einen hohen Pegel geht, was veranlasst, dass Gatetreiberstrom weder von der ersten Treiberschaltung 22c noch von der zweiten Treiberschaltung 22d ausgegeben wird.
Andererseits, da in der Entladeeinheit 24 die Gatespannung des n-Kanal-MOSFET 24b an einem hohen Pegel ist, wird veranlasst, dass n-Kanal-MOSFET 24b auf den Ein-Zustand gebracht wird, was veranlasst, dass die Gatekapazität des IGBT 11 entladen wird, und dass der IGBT 11 in dem Aus-Zustand ist.
Wenn das Treibersignal Sd von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgekehrt wird, während der IGBT 11 in dem Aus-Zustand ist, wird der n-Kanal-MOSFET 24b in der Entladeeinheit 24 auf den Aus-Zustand gebracht. Gleichzeitig geht der Ausgang aus dem OR-Gate 22a in der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 auf ein niedriges Niveau über, um zu veranlassen, dass der n-Kanal-MOSFET in der ersten Treiberschaltung 22c auf einen Ein-Zustand gebracht wird, was veranlasst, dass eine halbe Menge des Treiberstroms Sdi, die die Treiberfähigkeit halbiert, zu der Timinganpassungseinheit 23 geliefert wird.
Aus diesem Grund wird der n-Kanal-FET 23b in der Timinganpassungseinheit 23 von dem Ein-Zustand auf den Aus-Zustand umgekehrt, was veranlasst, dass der Lade-/Entladekondensator 23e beginnt, von dem Konstantstrom, der von der Konstantstromschaltung 23a ausgegeben wird, geladen zu werden. Aus diesem Grund beginnt die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e, wie in 3B veranschaulicht, linear zu steigen. Wenn die Inter-Klemmenspannung Vc die erste Referenzspannung Vref1 erreicht, wird der Ausgang aus der variablen Spannungsquelle 23g, der Vergleichsausgang Sc, der aus dem Komparator 23f ausgegeben wird, von dem niedrigen Niveau auf das hohe Niveau, wie in 3C veranschaulicht, umgekehrt, und die Gateschaltung 23h wird auf einen offenen Zustand gebracht, was veranlasst, dass der Treiberstrom Sdi, der aus der ersten Treiberschaltung 22c in der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 ausgegeben wird, zu dem Gate des IGBT 11 geliefert wird und die Gatekapazität lädt.
In diesem Zeitpunkt fließt Gatestrom, bis die Ladung der Gatekapazität vollständig ist. Anschließend, wenn die Gatespannung des IGBT 11, nachdem sie eine Miller-Zeitspanne durchlaufen hat, eine vorbestimmte Schwellenspannung erreicht, steigt der Kollektorstrom Ic auf ein großes di/dt, und, nach dem Überschwingen eines stetigen Stroms, schwingt er auf den stetigen Strom, wie in 4A veranschaulicht, ein. Unter Verwenden der Verzögerungszeit Td1, die erforderlich ist, damit die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e in der Timinganpassungseinheit 23 in diesem Zeitpunkt die erste Referenzspannung Vref1 erreicht, wird die Einschaltzeit ton in dem Zeitpunkt des Einschaltens des IGBT 11 derart angepasst, dass sie mit etwa 2 μs übereinstimmt.
Die Fortsetzung des Treibens des IGBT 11 veranlasst, dass der IGBT 11 Wärme erzeugt und die Temperatur des Halbleiterchips 10 steigt. Als Reaktion auf den Temperaturanstieg, fällt die Spannung Vf der Anodenseite der Temperaturerfassungsdiode 12 umgekehrt proportional zu der Chiptemperatur. Aus diesem Grund, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 die Zwischentemperaturzone (100°C ≤ T < 175°C) erreicht, wird das erste Temperaturerfassungssignal St1, das von dem ersten Komparator 21b in der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben wird, von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgekehrt. Das zweite Temperaturerfassungssignal St2, das von dem zweiten Komparator 21c ausgegeben wird, wird jedoch an dem niedrigen Pegel gehalten.
In der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 wird der Treiberstrom Sdi daher aus der ersten Treiberschaltung 22c zu der Timinganpassungseinheit 23 auf ähnliche Art wie in dem Fall ausgegeben, in dem die Temperatur des Halbleiterchips 10 in dem normalen Temperaturbereich ist. In der Timinganpassungseinheit 23 veranlasst das erste Temperaturerfassungssignal St1, das den hohen Pegel annimmt, dass die zweite Referenzspannung Vref2 von der variablen Spannungsquelle 23g zu dem Komparator 23f ausgegeben wird.
Aus diesem Grund, wenn das Treibersignal Sd von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgekehrt wird, wird der n-Kanal-FET 23b von dem Ein-Zustand auf den Aus-Zustand umgeschaltet, und der Konstantstrom von der Konstantstromschaltung 23a veranlasst, dass das Laden des Lade-/Entladekondensators 23e startet. Die Inter-Klemmenspannungen Vc des Lade-/Entladekondensators 23e beginnt daher, wie in 3B veranschaulicht, linear zu steigen.
Wenn die Inter-Klemmenspannung Vc die erste Referenzspannung Vref1 überschreitet, um die zweite Referenzspannung Vref2 zu erreichen, geht der Vergleichsausgang Sc, der von dem Komparator 23f ausgegeben wird, auf den hohen Pegel über. Aus diesem Grund wird die Gateschaltung 23h auf den offenen Zustand gebracht, was veranlasst, dass der Treiberstrom Sdi, der von der ersten Treiberschaltung 22c ausgegeben wird, zu dem Gate des IGBT 11 geliefert wird und die Gatekapazität auflädt.
In diesem Zeitpunkt beginnt als Reaktion auf das Ansteigen des Treiberstroms Sdi, die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e zu steigen. Bei dieser Gelegenheit wird die Verzögerungszeit Td2, die erforderlich ist, damit die Inter-Klemmenspannung Vc von der ersten Referenzspannung Vref1 ansteigt, um die zweite Referenzspannung Vref2 zu erreichen, an der Verkürzungszeit Δt1 der Umschaltzeit ton aufgrund von Temperaturmerkmalen des Halbleiterchips 10 eingestellt. Aus diesem Grund kann durch Verschieben der Verkürzungszeit Δt1 um die Verzögerungszeit Td2 die Umschaltzeit ton auf eine Umschaltzeit angepasst werden, die in etwa gleich der ist, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 in dem normalen Temperaturbereich ist. Aus diesem Grund, wenn der Halbleiterchip 10 zum Beispiel auf eine Inverterschaltung angewandt wird, die einen Elektromotor treibt, fällt das Beschleunigen der Drehzahl des Elektromotors, das durch die verkürzte Umschaltzeit ton verursacht wird, weg, was es erlaubt, Schwankung der Drehzahl zu eliminieren.
Wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 weiter steigt, um die Hochtemperaturzone zu erreichen, in der die Temperatur nicht niedriger ist als 175°C, sinkt die Spannung Vf der Anodenseite der Temperaturerfassungsdiode 12 auf eine Spannung, die niedriger ist als die zweite Schwellenspannung Vth2. Aus diesem Grund wird das zweite Temperaturerfassungssignal St2, das von dem zweiten Komparator 21c ausgegeben wird, von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgekehrt. Das zweite Temperaturerfassungssignal St2 wird zu den OR-Gates 22a und 22b in der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 geliefert. Das Treibersignal Sd, das auf den niedrigen Pegel übergegangen ist, wird daher zu der zweiten Treiberschaltung 22d über das OR-Gate 22b geliefert. Aus diesem Grund wird, da der Treiberstrom Sdi eine Treiberfähigkeit bereitstellt, die zweimal so groß ist wie die von der ersten Treiberschaltung 22c, von der zweiten Treiberschaltung 22d zu der Timinganpassungseinheit 23 ausgegeben.
Da das erste Temperaturerfassungssignal St1 und das zweite Temperaturerfassungssignal St2, die beide an dem hohen Pegel sind, in der Timinganpassungseinheit 23 zu der variablen Spannungsquelle 23g eingegeben werden, wird die dritte Referenzspannung Vref3, die die höchste der Referenzspannungen ist, wie in 3B veranschaulicht, von der variablen Spannungsquelle 23g ausgegeben. Aus diesem Grund wird in dem Zeitpunkt t1, in dem der Treiberstrom Sdi, der von der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 eingegeben wird, steigt, der n-Kanal-FET 23b in der Timinganpassungseinheit 23 auf den Aus-Zustand gebracht.
Die Ladung des Lade-/Entladekondensators 23e durch den Konstantstrom von der Konstantstromschaltung 23a wird daher gestartet. Anschließend, an einem Zeitpunkt, in dem die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23e die dritte Referenzspannung Vref3 erreicht, wird der Vergleichsausgang Sc des Komparators 23f von dem niedrigen Pegel auf den hohen Pegel umgekehrt, wie durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in 3C veranschaulicht. Da der Vergleichsausgang Sc zu der Gateschaltung 23h geliefert wird, wird die Gateschaltung 23h geöffnet, was veranlasst, dass der Treiberstrom Sdi, der von der zweiten Treiberschaltung 22d ausgegeben und zu der Gateschaltung 23h eingegeben wird, zu dem Gate des IGBT 11 geliefert wird und die Gatekapazität auflädt.
In diesem Zeitpunkt wird die Verzögerungszeit Td3, die zwischen dem Treiberstrom Sdi, der zu der Timinganpassungseinheit 23 eingegeben wird, und dem Treiberstrom Sdia, der von der Timinganpassungseinheit 23 ausgegeben wird, auf gleich wie die Verkürzungszeit Δt2 der Umschaltzeit ton, die in 4C veranschaulicht ist, eingestellt, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 in der Hochtemperaturzone ist, und die Treiberfähigkeit wird auf zweimal die Treiberfähigkeit unter normalen Bedingungen eingestellt.
Aus diesem Grund, sogar bei einem Treiberzustand, bei dem die Temperatur des Halbleiterchips 10 in der Hochtemperaturzone ist und die Treiberfähigkeit auf zweimal so groß eingestellt ist, kann die Umschaltzeit ton auf etwa gleich wie die unter einer normalen Treiberbedingung eingestellt werden, bei der die Temperatur des Halbleiterchips 10 in einer normalen Temperaturzone ist, und die Treiberfähigkeit die Hälfte der unter der oben stehenden Treiberbedingung beträgt. Das Kürzen der Umschaltzeit ton in dem Zeitpunkt des Einschaltens, das auf einen Temperaturanstieg und Anstieg der Treiberfähigkeit zurückzuführen ist, kann daher eliminiert werden. Das Eliminieren ermöglicht es, dass Schwankung der Drehzahleines Elektromotors eliminiert wird, wenn der IGBT 11 auf eine Inverterschaltung anwandt wird, die den Elektromotor in Drehung antreibt.
Um oben Stehendes zusammenzufassen, wie in 5 veranschaulicht, kann an Zeitpunkten, in welchen die Verzögerungszeit Td1 nacheinander auf die Verzögerungszeit Td2 und Td3 umgeschaltet wird, die Umschaltzeit ton auf eine Umschaltzeit ton an einer Basistemperatur Tb in dem normalen Temperaturbereich angepasst werden, was es ermöglicht, einen Schwankungsbereich der Umschaltzeit kleiner zu machen als einen Schwankungsbereich der Umschaltzeit unter normalen Bedingungen, bei welchen keine Timinganpassung ausgeführt wird.
Wie oben beschrieben ermöglicht die oben beschriebene erste Ausführungsform, dass optimale Verzögerungszeiten Td1 und Td2, die den Verkürzungszeiten Δt1 und Δt2 der Umschaltzeit ton entsprechen, die gemäß Temperaturschwankungen des Halbleiterchips 10 und Schwankung der Treiberfähigkeit zum Treiben des IGBT in dem Halbleiterchip 10 variiert, eingestellt werden. Aus diesem Grund, ungeachtet der Temperaturschwankungen des Halbleiterchips 10 und der Schwankung der Treiberfähigkeit für den IGBT 11, kann der Schwankungsbereich der Umschaltzeit ton eliminiert werden. Daher kann eine Schwankung der Drehzahl eines Elektromotors eliminiert werden, wenn der IGBT 11 auf eine Inverterschaltung, die den Elektromotor in Drehung antreibt, angewandt wird.
Außerdem ermöglicht die oben beschriebene erste Ausführungsform, bei der die Timinganpassungseinheit 23 konfiguriert ist, um auf der Ausgangsseite der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 angeordnet zu sein, das Ausführen von Timinganpassung unter einer Vielzahl von Treiberbedingungen durch Verwenden nur einer Timinganpassungseinheit 23, die eine Notwendigkeit des Einstellens einer Zeitanpassungseinheit in Bezug auf jede Treiberbedingung eliminiert und eine Miniaturisierung einer Schaltungskonfiguration in dem IC-Chip 20 ermöglicht.
Zu bemerken ist, dass, obwohl bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ein Fall, in dem die Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 die Treiberfähigkeit an zwei Pegeln gemäß Temperaturschwankungen des Halbleiterchips 10 beschrieben wurde, die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfiguration beschränkt ist, und, dass, wie in 6 veranschaulicht, die Treiberfähigkeit an mehreren Pegeln, das heißt drei oder mehr Pegeln variiert werden kann. Alternativ, wie in 7 veranschaulicht, ermöglichen es das Variieren der Treiberfähigkeit, die durch die Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 angepasst wird, auf eine kontinuierliche Art gemäß dem Ansteigen der Temperatur und dementsprechend Variieren der Verzögerungszeit Td, die durch die Timinganpassungseinheit 23 angepasst wird, auf eine kontinuierliche Art einen Variationsbereich der Umschaltzeit kleiner zu machen.
Außerdem, obwohl bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ein Fall, in dem in der Timinganpassungseinheit 23 die Verzögerungszeit gemäß Referenzspannungen angepasst wurde, die zu dem Komparator 23f geliefert werden, beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfiguration beschränkt. Sie kann zum Beispiel derart konfiguriert werden, dass eine Vielzahl von Reihenschaltungen, die jeweils ein Umschaltelement und einen Lade-/Entladekondensator haben, mit dem Lade-/Entladekondensator 23e parallel geschaltet werden, kombinierte Kapazität variiert wird, indem eine erforderliche Anzahl von Umschaltelementen gemäß den Pegeln des ersten Temperaturerfassungssignals Sk1 und des zweiten Temperaturerfassungssignals St2 auf einen Aus-Zustand gebracht wird, um die Anzahl von Lade-/Entladekondensatoren, die durch die Umschaltelemente ausgewählt wird, zu variieren, und die Verzögerungszeit wird dadurch angepasst.
Nun wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 8 und 9 beschrieben.
Die zweite Ausführungsform ist eine Ausführungsform, bei der eine Timinganpassungseinheit konfiguriert ist, um in einer Treiberfähigkeitanpassungseinheit angeordnet zu werden.
Mit anderen Worten wird bei der zweiten Ausführungsform, wie in 8 veranschaulicht, die oben beschriebene Timinganpassungseinheit 23 in der ersten Ausführungsform weggelassen, und stattdessen wird eine Timinganpassungseinheit 23, die konfiguriert ist, um zwischen einem OR-Gate 22b in einer Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 und einer zweiten Treiberschaltung 22d angeordnet zu sein.
Außerdem wird ein erster Komparator 21b in einer Temperaturerfassungseinheit 21 weggelassen, und ein zweites Temperaturerfassungssignal St2, das von einem zweiten Komparator 21c ausgegeben wird, wird nur zu den OR-Gates 22a und 22b in der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 geliefert.
Ferner wird die Timinganpassungseinheit 23, wie in 9 veranschaulicht, gewechselt. Mit anderen Worten wird ein Inverter 23j zwischen einer Eingangsklemme 23d und einem Inverter 23c angeordnet. Außerdem wird eine variable Spannungsquelle 23g in der Timinganpassungseinheit 23 weggelassen, und an ihrer Stelle wird eine Referenzspannungsquelle 23m, die einen Komparator 23f nur mit einer dritten Referenzspannung Vref3 versorgt, angeordnet, und eine Gateschaltung 23h wird ferner weggelassen, und der Vergleichsausgang Sc von dem Komparator 23f wird zu einer Ausgangsklemme 23i über einen Inverter 23k ausgegeben.
Gemäß der zweiten Ausführungsform, da, wenn die Temperatur eines Halbleiterchips 10 niedrig ist, das zweite Temperaturerfassungssignal St2, das von dem zweiten Komparator 21c in der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben wird, auf einem niedrigen Pegel gehalten wird, wird eine erste Treiberschaltung 22c in der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 ausgewählt, und Treiberstrom, der die Treiberfähigkeit zu dem Treiber des IGBT 11 halbiert, wird von der ersten Treiberschaltung 22c ausgegeben.
Anschließend, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 steigt, um eine Hochtemperaturzone zu erreichen, geht das zweite Temperaturerfassungssignal St2, das von dem zweiten Komparator 21c in der Temperaturerfassungseinheit 21 ausgegeben wird, auf einen hohen Pegel, um zu veranlassen, dass die zweite Treiberschaltung 22d in der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 ausgewählt wird, was veranlasst, dass ein Treiberstrom, der zweimal so viel Treiberfähigkeit zum Treiben des IGBT 11 bereitstellt, von der zweiten Treiberschaltung 22d ausgegeben wird.
In diesem Zeitpunkt, da die Timinganpassungseinheit 23 an der vorhergehenden Stufe der Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 angeordnet ist, wird ein n-Kanal-FET 23 von einem Ein-Zustand auf einen Aus-Zustand gebracht, wenn ein Treibersignal Sd von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel in der Timinganpassungseinheit 23 umgekehrt wird. Aus diesem Grund wird Konstantstrom, der von einer Konstantstromschaltung 23a ausgegeben wird, in einen Lade-/Entladekondensator 23e geladen, und dessen Inter-Klemmenspannung Vc steigt an. Bis die Inter-Klemmenspannung Vc die dritte Referenzspannung Vref3 erreicht, wird der Vergleichsausgang Sc von dem Komparator 23f an einem niedrigen Pegel gehalten, und ein Treibersignal mit hohem Pegel Sda wird von der Ausgangsklemme 23i ausgegeben.
Wenn die Inter-Klemmenspannung Vc des Lade-/Entladekondensators 23 die dritte Referenzspannung Vref3 erreicht, geht der Vergleichsausgang Sc von dem Komparator 23f auf einen hohen Pegel über, und das Treibersignal Sda nach der Timinganpassung, das von der Ausgangsklemme 23i ausgegeben wird, geht auf einen niedrigen Pegel über. Daher wird in einem Zeitpunkt, in dem das Treibersignal Sda, das von der Timinganpassungseinheit 23 ausgegeben wird, von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel umgekehrt wird, von einem Zeitpunkt verzögert, in dem das Treibersignal Sd, das zu der Timinganpassungseinheit 23 eingegeben wird, von dem hohen Pegel auf den niedrigen Pegel von einer Verzögerungszeit Td3 umgekehrt wird.
Da das verzögerte Treibersignal Sda zu der zweiten Treiberschaltung 22d geliefert wird, wird auch der Treiberstrom, der von der zweiten Treiberschaltung 22d ausgegeben wird, in Bezug auf das Treibersignal Sd um die Verzögerungszeit Td3 verzögert. Die Verzögerungszeit Td3, wie oben beschrieben, entspricht einer Verkürzungszeit Δt2 der Umschaltzeit ton, wenn die Temperatur des Halbleiterchips 10 in dem Hochtemperaturbereich ist und die Treiberfähigkeit 1,0 beträgt, was zweimal so viel ist wie die unter niedrigen Temperaturbedingungen.
Die Umschaltzeit ton, die erforderlich ist, damit die zweite Treiberschaltung 22d den IGBT 11 einschaltet, kann daher in etwa gleich wie die Umschaltzeit ton eingestellt werden, die erforderlich ist, damit die erste Treiberschaltung 22c den IGBT 11 einschaltet, was ermöglicht, dass dieselben Betriebswirkungen erreicht werden wie diejenigen, die erreichbar sind, wenn die zweite Treiberschaltung 22d in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform funktioniert.
Zu bemerken ist, dass, obwohl bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform ein Fall, in dem die Treiberfähigkeitanpassungseinheit 22 mit zwei Treiberschaltungen versehen war, deren Treiberfähigkeiten voneinander unterschiedlich waren, beschrieben wurde, die vorliegende Information nicht auf die Konfiguration beschränkt ist. Sie kann derart konfiguriert werden, dass zum Beispiel durch Verwenden einer Stromspiegelschaltung Treiberstrom, der zu den IGBT 11 geliefert wird, umgeschaltet wird.
Obwohl bei der oben beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform ein Fall beschrieben wurde, in dem der IGBT 11 in dem Halbleiterchip 10 gebildet war, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Konfiguration beschränkt, und andere Typen von Halbleiterelementen des Typs Spannungssteuerung, wie ein Leistungs-MOSFET, können angewandt werden. Ferner, ohne auf ein auf Si basierendes Halbleiterelement beschränkt zu sein, können auch ein Halbleiterelement mit breiter Bandlücke, das aus Siliziumkarbid, Galliumnitrid besteht, und Diamant als ein Hauptmaterial angewandt werden.
Bezugszeichenliste

10: Halbleiterchip
11: IGBT
12: Temperaturerfassungsdiode
20: IC-Chip
21: Temperaturerfassungseinheit
22: Treiberfähigkeitanpassungseinheit
22a, 22b: OR-Gate
22c: Erste Treiberschaltung
22d: Zweite Treiberschaltung
23: Timinganpassungseinheit
23a: Konstantstromschaltung
23b: n-Kanal-FET
23c: Inverter
23d: Eingangsklemme
23e: Lade-/Entladekondensator
23f: Komparator
23g: Variable Spannungsquelle
23h: Gateschaltung
23i: Ausgangsklemme
24: Entladeeinheit
25: Alarmschaltung

Claims

Treibervorrichtung für Halbleiterelemente, umfassend: einen Halbleiterchip, in dem ein Halbleiterelement des Typs Spannungssteuerung gebildet ist; eine Temperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Temperatur des Halbleiterchips zu erfassen; eine Treiberfähigkeitanpassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Treiberfähigkeit des Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung gemäß Temperaturerfassungswerten, die von der Temperaturerfassungseinheit erfasst werden, anzupassen, und eine Timinganpassungseinheit, die konfiguriert ist, um die Umschaltzeit des Halbleiterelements des Typs Spannungssteuerung gemäß den Temperaturerfassungswerten, die von der Temperaturerfassungseinheit erfasst werden, anzupassen.
Treibervorrichtung für Halbleiterelemente nach Anspruch 1, wobei die Timinganpassungseinheit zwischen der Treiberfähigkeitanpassungseinheit und dem Halbleiterelement des Typs Spannungssteuerung verbunden ist.
Treibervorrichtung für Halbleiterelemente nach Anspruch 1, wobei die Timinganpassungseinheit an einer vorhergehenden Stufe der Treiberfähigkeitanpassungseinheit verbunden ist.
Treibervorrichtung für Halbleiterelemente nach Anspruch 1, wobei die Timinganpassungseinheit mit einer variablen Verzögerungsschaltung konfiguriert ist, die fähig ist, die Verzögerungszeit gemäß der Temperatur anzupassen.
Treibervorrichtung für Halbleiterelemente nach Anspruch 4, wobei die variable Verzögerungsschaltung Folgendes aufweist: eine Reihenschaltung einer Konstantstromschaltung und ein Ein-/Aus-Umschaltelement, das gemäß Eingangssignalen gesteuert ist; einen Lade-/Entladekondensator, der zwischen einem Verbindungspunkt zwischen der Konstantstromschaltung und dem Umschaltelement und der Erdung verbunden ist, und einen Komparator, der konfiguriert ist, um Inter-Klemmenspannung des Lade-/Entladekondensators als einen Eingang zu nehmen und die Inter-Klemmenspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen, wobei eine Referenzspannung, die zu dem Komparator geliefert wird, gemäß den Temperaturerfassungswerten auf eine schrittweise oder eine kontinuierliche Art variiert wird.