DE112017007641T5 - Treiberschaltung für ein halbleiterelement - Google Patents

Abstract

Eine Treiberschaltung (100) weist Folgendes auf: Eine Signalerzeugungsschaltung (50); einen Komparator (6a); einen Komparator (6b); und eine Kurzschlussbestimmungseinheit (8). Die Signalerzeugungsschaltung (50) ist konfiguriert, um als Ausgangssignal ein Differenzverstärkungssignal (Sa) eines Spannungsdetektions-Signals (Vg), das die Gatespannung eines Halbleiterelements (1) anzeigt, und ein Verzögerungssignal (Sd1) des Spannungsdetektions-Signals (Vg) zu erzeugen. Der Komparator (6a) ist konfiguriert, um einen Wert des Differenzverstärkungssignals (Sa) mit einem ersten Referenz-Spannungswert (Vrefl) zu vergleichen. Der Komparator (6b) ist konfiguriert, um einen Spannungswert (E), der ein Gatestrom anzeigt, mit einem zweiten Referenz-Spannungswert (Vref2) zu vergleichen. Die Kurzschlussbestimmungseinheit (8) ist konfiguriert, um zu bestimmen, ob sich das Halbleiterelement (1) in einem Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht, basierend auf einem Vergleichsergebnis durch die Komparatoren (6a und 6b), und ein Bestimmungssignal (Sj) zu erzeugen, das ein Bestimmungsergebnis anzeigt.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Treiberschaltung für ein Halbleiterelement, insbesondere auf eine Treiberschaltung mit der Funktion, einen Kurzschluss-Zustand eines Halbleiterelements zu bestimmen.
• STAND DER TECHNIK
• Tritt in einem Leistungshalbleiterelement wie einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) oder einem MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) ein Kurzschluss-Zustand auf, kann ein großer Strom fließen und das Halbleiterelement kann thermisch zerstört werden. Daher ist die Funktion der Bestimmung des Kurzschlusszustandes des Halbleiterelements erforderlich.
• Eine in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-123 329 A (Patentdokument 1) beschriebene Treiberschaltung bestimmt, dass ein Halbleiterelement kurzgeschlossen ist, wenn der Kollektorstrom des Halbleiterelements größer als ein vorgegebener Referenzwert ist und ein durch das Halbleiterelement strömender Gatestrom kleiner als ein vorgegebener Referenzwert ist. Insbesondere wird der durch das Halbleiterelement fließende Kollektorstrom basierend auf einer Spannung über einen Shunt-Widerstand, der mit einer Abtastzelle des Halbleiterelements verbunden ist, erfasst, so dass ein Kurzschluss-Zustand ohne Erhöhung der Durchbruchspannung der Schaltung bestimmt werden kann, auch wenn eine Hochspannung zwischen einem positiven elektrodenseitigen Anschluss und einem negativen elektrodenseitigen Anschluss des Halbleiterelements angelegt wird.
• Eine in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-225 506 A (Patentdokument 2) beschriebene Treiberschaltung erkennt ein Gatestrom, der von der Treiberschaltung zu einem Halbleiterelement fließt, und bestimmt, dass das Halbleiterelement kurzgeschlossen ist, wenn der Gatestrom innerhalb einer Kurzschlusserkennungszeit von dem Moment an, in dem der Gatestrom größer als ein positiver Referenzwert wird, kleiner als ein negativer Referenzwert wird. Wenn ein großer Strom, wie z.B. ein Kurzschlussstrom, durch das Halbleiterelement fließt, wird die Gatespannung höher als eine von der Treiberschaltung gesteuerte Spannung und ein Strom fließt vom Halbleiterelement zur Treiberschaltung. Das heißt, der Strom fließt in eine Richtung entgegengesetzt zum Gatestrom, um das Halbleiterelement einzuschalten. Durch die Überprüfung, ob der Gatestrom im Einschaltzustand in eine positive oder negative Richtung schwingt, kann daher der Kurzschluss-Zustand bestimmt werden.
• STAND DER TECHNIK
• Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-123 329 A
• Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-225 506 A
• KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Mit der Erfindung zu lösende Probleme
• In der in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-123 329 A beschriebenen Treiberschaltung werden jedoch die Abtastzelle des Halbleiterelements und der Shunt-Widerstand verwendet, um einen Kurzschluss des Halbleiterelements zu bestimmen, ohne die Durchbruchspannung der Treiberschaltung zu erhöhen. Die Treiberschaltung ist daher nicht anwendbar, wenn das Halbleiterelement nicht mit der Abtastzelle versehen ist.
• In der in der in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-225 506 A beschriebenen Treiberschaltung ist der Strom dann, wenn der große Strom durch das Halbleiterelement fließt, in der Regel klein. Weiterhin ist es notwendig zu erkennen, dass der Gatestrom innerhalb der Kurzschlusserkennungszeit kleiner als der negative Referenzwert wird. Daher ist die Bestimmung des Kurzschluss-Zustandes schwierig.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf solche Probleme konzipiert und hat zum Ziel, eine Treiberschaltung für ein Halbleiterelement bereitzustellen, die keine Abtastzelle des Halbleiterelements benötigt, auf eine Vielzahl von Halbleiterelementen anwendbar ist und einen Kurzschluss-Zustand des Halbleiterelements einfach und mit hoher Geschwindigkeit bestimmen kann.
• Mittel zum Lösen der Probleme
• Eine Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Steuerung; einen Gatespannungs-Detektor; einen Gatestrom-Detektor; eine Signalerzeugungsschaltung; einen ersten Komparator; einen zweiten Komparator; und eine Kurzschlussbestimmungseinheit. Die Steuerung ist konfiguriert, um den offenen und den geschlossenen Zustand des Halbleiterelements basierend auf einem von außen empfangenen Befehl zu steuern. Der Gatespannungs-Detektor ist konfiguriert, um die Gatespannung des Halbleiterelements zu erfassen und ein Spannungsdetektions-Signal zu erzeugen, das die erfasste Gatespannung anzeigt. Der Gatestrom-Detektor ist konfiguriert, um einen Strom zu erfassen, der in die Gate-Elektrode des Halbleiterelements fließt. Die Signalerzeugungsschaltung ist konfiguriert, um als Ausgangssignal ein erstes Differenzverstärkungssignal des Spannungsdetektionssignals und eines ersten Verzögerungssignals des Spannungsdetektionssignals, ein zweites Differenzverstärkungssignal des ersten Verzögerungssignals und ein zweites Verzögerungssignal des Spannungsdetektionssignals sowie ein Differenziersignal des Spannungsdetektionssignals zu erzeugen. Der erste Komparator ist konfiguriert, um einen Wert des Ausgangssignals mit einem ersten Referenzwert zu vergleichen. Der zweite Komparator ist konfiguriert, um einen Strom-Detektionswert des Gatestrom-Detektors mit einem zweiten Referenzwert zu vergleichen. Die Kurzschlussbestimmungseinheit ist konfiguriert, um zu bestimmen, ob sich das Halbleiterelement in einem Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht, basierend auf einem Vergleichsergebnis des ersten Komparators und einem Vergleichsergebnis des zweiten Komparators, und ein Bestimmungssignal zu erzeugen, das das Bestimmungsergebnis anzeigt.
• Effekt der Erfindung
• Nach der vorliegenden Erfindung ist eine Abtastzelle des Halbleiterelements nicht erforderlich, eine Anwendung auf eine Vielzahl von Halbleiterelementen ist möglich und ein Kurzschluss-Zustand des Halbleiterelements kann einfach und mit hoher Geschwindigkeit bestimmt werden.
• Figurenliste
• 1 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einer ersten Ausführungsform;
• 2 zeigt eine exemplarische Konfiguration einer Verzögerungsschaltung;
• 3 zeigt eine exemplarische Konfiguration einer Differenzverstärkerschaltung;
• 4 ist eine schematische Darstellung eines Spannungsdetektions-Signals Vg beim Einschalten des Halbleiterelements;
• 5 ist eine schematische Darstellung einer zeitlichen Veränderung des Spannungswertes E, der einen Gatestrom-Wert Ig beim Einschalten eines Halbleiterelements 1 anzeigt;
• 6 ist eine schematische Darstellung des Spannungsdetektions-Signals Vg, das von einem Gatespannungs-Detektor erzeugt wird, und des Verzögerungssignals Sd1, das von der Verzögerungsschaltung erzeugt wird;
• 7 ist eine schematische Darstellung eines Differenz-Verstärkungssignals Sa, das von der Differenzverstärkerschaltung erzeugt wird;
• 8 zeigt den zeitlichen Übergang vom Spannungswert E und einem Wert des Differenz-Verstärkungssignals Sa zu jeder Zeit während eines Zeitraums von t0 des Empfangs eines AN-Befehls bis zu einer Zeit der Konvergenz des Differenz-Verstärkungssignals Sa zu Null;
• 9 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung nach einer zweiten Ausführungsform;
• 10 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung nach einer dritten Ausführungsform;
• 11 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung nach einer vierten Ausführungsform;
• 12 zeigt ein Differenziersignal Sdi in Bezug auf das in 4 dargestellte Spannungsdetektions-Signal Vg;
• 13 zeigt den zeitlichen Übergang vom Spannungswert E und einem Wert des Differenziersignals Sdi über einen Zeitraum von t0 des Empfangs eines AN-Befehls zu einem Zeitpunkt der Konvergenz des Differenziersignals Sdi zu Null;
• 14 ist ein Schaltplan, der die Konfiguration eines Gatestrom-Detektors in einer fünften Ausführungsform zeigt;
• 15 ist ein Schaltplan, der die Konfiguration eines Gatestrom-Detektors in einer sechsten Ausführungsform zeigt;
• 16 ist ein Schaltplan, der die Konfiguration eines Gatestrom-Detektors in einer siebten Ausführungsform zeigt;
• 17 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung kombiniert mit einer Differenzierungsschaltung in der vierten Ausführungsform und dem Gatestrom-Detektor in der fünften Ausführungsform.
• BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben, in denen dieselben oder entsprechende Bereiche durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind und ihre Beschreibung nicht wiederholt wird. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen oder Modifikationen können gegebenenfalls kombiniert werden.
• Ausführungsform 1
• 1 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung 100 für ein Halbleiterelement 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Halbleiterelement 1 ist ein IGBT und hat eine an die Treiberschaltung 100 angeschlossene Gate-Elektrode. In der ersten Ausführungsform erhält die Kollektorelektrode des Halbleiterelements 1 über eine periphere Schaltung eine positive Spannung, um eine positive Elektrode zu bilden. Die Emitterelektrode des Halbleiterelements 1 ist mit Masse verbunden, um eine negative Elektrode zu bilden. Das Halbleiterelement 1 kann ein anderes Leistungshalbleiter-Element sein, wie beispielsweise ein Leistungs-MOSFET.
• Die Treiberschaltung 100 ist mit der Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 verbunden und steuert das Halbleiterelement 1. Die Treiberschaltung 100 weist einen Gatespannungs-Detektor 2, eine Signalerzeugungsschaltung 50, einen Gatestrom-Detektor 5, Komparatoren 6a und 6b, eine Kurzschlussbestimmungseinheit 8, eine Signalhalteeinheit 9 und eine Steuerung 10 auf.
• Die Steuerung 10 steuert den offenen und geschlossenen Zustand des Halbleiterelements 1 basierend auf einem von außen empfangenen Eingabekommando. Wenn die Steuerung 10 einen AUS-Befehl von außen erhält, gibt die Steuerung 10 eine AUS-Gatespannung zum Ausschalten des Halbleiterelements 1 (in den geöffneten Zustand bringen) an die Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 aus. Wenn die Steuerung 10 einen AN-Befehl von außen erhält, gibt die Steuerung 10 eine AN-Gatespannung zum Einschalten des Halbleiterelements 1 (Halbleiterelement 1 in den geschlossenen Zustand bringen) an die Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 aus.
• Der Gatespannungs-Detektor 2 erkennt die Gatespannung (Spannung der Gate-Elektrode) des Halbleiterelements 1 und erzeugt ein Spannungsdetektions-Signal Vg, das die erkannte Gatespannung anzeigt. Das Spannungsdetektions-Signal Vg wird durch eine Änderung des Spannungswertes angezeigt. Der Gatespannungs-Detektor 2 kann selbst einen Wert der Gatespannung des Halbleiterelements 1 als Spannungsdetektions-Signal Vg erzeugen, oder einen Wert der Gatespannung multipliziert mit einer Konstanten als Spannungsdetektions-Signal Vg. Der Gatespannungs-Detektor 2 gibt das erzeugte Spannungsdetektions-Signal Vg an die Signalerzeugungsschaltung 50.
• Die Signalerzeugungsschaltung 50 erzeugt ein Ausgangssignal bezogen auf die Gatespannung des Halbleiterelements 1 und gibt dies aus. In der vorliegenden Ausführungsform erzeugt die Signalerzeugungsschaltung 50 als Ausgangssignal ein Differenzverstärkungssignal Sa des Spannungsdetektions-Signals Vg und ein Verzögerungssignal Sd1 des Spannungsdetektions-Signals Vg. Die Signalerzeugungsschaltung 50 weist eine Verzögerungsschaltung 3a und eine Differenzverstärkerschaltung 4a auf.
• Die Verzögerungsschaltung 3a empfängt das Spannungsdetektions-Signal Vg und erzeugt das Verzögerungssignal Sd1 des Spannungsdetektions-Signals Vg. Die Verzögerungsschaltung 3a gibt das erzeugte Verzögerungssignal Sd1 an die Differenzverstärkerschaltung 4a aus.
• 2 zeigt eine exemplarische Konfiguration der Verzögerungsschaltung 3a. Wie in 2 dargestellt, beinhaltet die Verzögerungsschaltung 3a beispielsweise einen Widerstand R0 und einen Kondensator C0. Der Widerstand R0 ist zwischen einen Eingangsanschluss 31 und einen Ausgangsanschluss 32 der Verzögerungsschaltung 3a geschaltet. Ein Ende des Kondensators C0 ist mit Masse 15 verbunden und hat das gleiche Potential wie die Emitterelektrode, die die negative Elektrode des Halbleiterelements 1 ist. Das andere Ende des Kondensators C0 ist mit dem Ausgangsanschluss 32 verbunden. Die in 2 dargestellte Konfiguration ist allgemein als eine Art von Filter bekannt. Ein Verzögerungssignal A', das vom Ausgangsanschluss 32 auf ein vom Eingangsanschluss 31 empfangenes Eingangssignal A hin ausgegeben wird, kann durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt werden, wobei r0 einen Widerstandswert des Widerstands R0 darstellt, c0 einen Kapazitätswert des Kondensators C0 darstellt und t eine Zeitspanne ab dem Zeitpunkt des Empfangs des Eingangssignals A darstellt. $$\text{A}\text{'}=\text{A}\times \text{exp}\left(-\frac{\text{t}}{\text{r0}\times \text{c0}}\right)$$

  
• Die Verzögerungsschaltung 3a ist nicht auf die in 2 dargestellte Konfiguration beschränkt und kann aus einer Vielzahl von Widerständen und einer Vielzahl von Kondensatoren gebildet werden.
• Zurück zu 1. Die Differenzverstärkerschaltung 4a erzeugt das Differenzverstärkungssignal Sa des Spannungsdetektions-Signals Vg, das vom Gatespannungs-Detektor 2 erzeugt wird, und das Verzögerungssignal Sd1, das von der Verzögerungsschaltung 3a ausgegeben wird, und gibt das Differenzverstärkungssignal Sa an den Komparator 6a aus.
• 3 zeigt eine exemplarische Konfiguration der Differenzverstärkerschaltung 4a. Wie in 3 dargestellt, weist die Differenzverstärkerschaltung 4a beispielsweise die Widerstände R1 bis R4, einen Operationsverstärker 20, Eingangsanschlüsse 41 und 42 sowie einen Ausgangsanschluss 43 auf.
• Der Ausgangsanschluss 43 ist an einen Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 20 angeschlossen. Der Widerstand R1 ist zwischen einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 20 und den Eingangsanschluss 41 geschaltet. Der Widerstand R2 ist zwischen einen invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 20 und den Ausgangsanschluss 43 geschaltet. Der Widerstand R3 ist zwischen einen nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 20 und den Eingangsanschluss 42 geschaltet. Der Widerstand R4 ist zwischen den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 20 und Masse 15 geschaltet. Wenn Va den Spannungswert am Eingangsanschluss 41 und Vb den Spannungswert am Eingangsanschluss 42 darstellt, wird ein Spannungswert Vc des Ausgangsanschlusses 43 durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt, wobei r1 bis r4 die Widerstandswerte der Widerstände R1 bis R4 darstellen: $$\text{Vc}=\left(\frac{\text{r1}+\text{r2}}{\text{r3}+\text{r4}}\right)\frac{\text{r4}}{\text{r1}}\text{Vb}-\frac{\text{r2}}{\text{r1}}\text{Va}$$

  
• Wenn der Widerstand R1 den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand R3 und der Widerstand R2 den gleichen Widerstandswert wie der Widerstand R4 aufweist, so wird der Spannungswert Vc des Ausgangsanschlusses 43 durch die folgende Gleichung (3) ausgedrückt: $$\text{Vc}=\frac{\text{r2}}{\text{r1}}\left(\text{Vb}-\text{Va}\right)$$

  
• Durch Eingabe des Verzögerungssignals Sd1 des Spannungsdetektions-Signals Vg in den Eingangsanschluss 41 und Eingabe des Spannungsdetektions-Signals Vg in den Eingangsanschluss 42 kann das Differenzverstärkungssignal Sa über den Ausgangsanschluss 43 erhalten werden. Das Differenz-Verstärkungssignal Sa wird gebildet, indem das Verzögerungssignal Sd1 von dem Spannungsdetektionssignal Vg subtrahiert wird, um die Differenz zu erhalten, und außerdem wird die Differenz verstärkt.
• Der Komparator 6a vergleicht den Wert des vom Differenzverstärker 4a erzeugten Differenzverstärkungssignals Sa mit einem ersten Referenz-Spannungswert Vrefl und erzeugt ein Signal Sei, das das Vergleichsergebnis anzeigt. Wenn der Wert des Differenzverstärkungssignals Sa größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vref1, erzeugt der Komparator 6a das Hochpegel-Signal Sei. Wenn das Differenzverstärkungssignal Sa nicht größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vref1, erzeugt der Komparator 6a das Niedrigpegel-Signal Sc1. Der Komparator 6a gibt das erzeugte Signal Sc1 an die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 aus.
• Der Gatestrom-Detektor 5 erkennt den Strom (Gatestrom), der von der Steuerung 10 in die Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 fließt, und gibt eine Spannung (Spannungswert E (Strom-Detektionswert)) entsprechend dem erfassten Gatestrom-Wert Ig an den Komparator 6b aus. Der Spannungswert E kann als E=k×Ig mit einem Proportionalitätsfaktor k ausgedrückt werden.
• Der Komparator 6b vergleicht den vom Gatestrom-Detektor 5 empfangenen Spannungswert E mit einem zweiten Referenz-Spannungswert Vref2 und erzeugt ein Signal Sc2 entsprechend dem Vergleichsergebnis. Wenn der Spannungswert E kleiner als der zweite Referenz-Spannungswert Vref2 ist, erzeugt der Komparator 6b das Hochpegel-Signal Sc2. Wenn der Spannungswert E nicht kleiner als der zweite Referenz-Spannungswert Vref2 ist, erzeugt der Komparator 6b das Niedrigpegel-Signal Sc2. Der Komparator 6b gibt das Signal Sc2 an die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 aus.
• Die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 führt eine UND-Verknüpfung des vom Komparator 6a empfangenen Signals Sc1 und des vom Komparator 6b empfangenen Signals Sc2 durch, um dadurch zu bestimmen, ob sich das Halbleiterelement 1 in einem kurzgeschlossenen Zustand befindet oder nicht. „Kurzschluss“ bezieht sich hierin auf einen Zustand, in dem das Halbleiterelement 1 mit einer Spannungsquelle in einem niederohmigen Zustand verbunden ist und ein übermäßiger Kurzschlussstrom aufgrund von Faktoren wie Ausfall und Fehlfunktion einer peripheren Komponente des Halbleiterelements 1 fließt. Wenn das vom Komparator 6a empfangene Signal Sc1 ein Hochpegel-Signal und das vom Komparator 6b empfangene Signal Sc2 ein Hochpegel-Signal ist, bestimmt die Kurzschlussbestimmungseinheit 8, dass sich das Halbleiterelement 1 im kurzgeschlossenen Zustand befindet, und gibt ein Hochpegel-Bestimmungssignal Sj aus. Ansonsten gibt die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 das Niedrigpegel-Bestimmungssignal Sj aus. Mit anderen Worten, wenn der Wert des von der Differenzverstärkerschaltung 4a empfangenen Differenzverstärkungssignals Sa größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vrefl und der von Gatestrom-Detektor 5 empfangene Spannungswert E kleiner ist als der zweite Referenz-Spannungswert Vref2, bestimmt die Kurzschlussbestimmungseinheit 8, dass sich das Halbleiterelement 1 im kurzgeschlossenen Zustand befindet.
• Wenn die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 bestimmt, dass sich das Halbleiterelement 1 im kurzgeschlossenen Zustand befindet, hält die Signalhalteeinheit 9 das Hochpegel-Bestimmungssignal Sj. Insbesondere, wenn die Signalhalteeinheit 9 von der Kurzschlussbestimmungseinheit 8 das Niedrigpegel-Bestimmungssignal Sj empfängt, das anzeigt, dass sich das Halbleiterelement 1 nicht im kurzgeschlossenen Zustand befindet, gibt die Signalhalteeinheit 9 das Bestimmungssignal Sj selbst an die Steuerung 10 aus. Wenn die Signalhalteeinheit 9 von der Kurzschlussbestimmungseinheit 8 das Hochpegel-Bestimmungssignal Sj empfängt, das anzeigt, dass sich das Halbleiterelement 1 im kurzgeschlossenen Zustand befindet, hält die Signalhalteeinheit 9 das Hochpegel-Bestimmungssignal Sj und gibt das Hochpegel-Bestimmungssignal Sj an die Steuerung 10 aus, bis ein Reset-Befehl von außen empfangen wird. Wenn der Reset-Befehl von außen empfangen wird, während die Signalhalteeinheit 9 das Hochpegel-Bestimmungssignal Sj hält, stoppt die Signalhalteeinheit 9 das von der Kurzschlussbestimmungseinheit 8 empfangene Hochpegel-Bestimmungssignal Sj und gibt das Bestimmungssignal Sj selbst an die Steuerung 10 aus.
• Während die Steuerung 10 das Niedrigpegel-Bestimmungssignal Sj von der Signalhalteeinheit 9 empfängt, steuert die Steuerung 10 den offenen und den geschlossenen Zustand des Halbleiterelements 1 entsprechend dem Eingangsbefehl von außen. Die Steuerung 10 gibt die AUS-Gatespannung an die Gate-Elektrode des Halbleiterelementes 1 aus, um das Halbleiterelement 1 unabhängig vom Eingangsbefehl von außen im AUS-Zustand (offener Zustand) zu halten, während die Steuerung 10 das Hochpegel-Bestimmungssignal Sj von der Signalhalteeinheit 9 empfängt.
• 4 ist eine schematische Darstellung des Spannungsdetektions-Signals Vg bei eingeschaltetem Halbleiterelement 1. 5 ist eine schematische Darstellung, die eine zeitliche Veränderung des Spannungswertes E und den Gatestrom-Wert Ig beim Einschalten des Halbleiterelements 1 anzeigt. In jeder der 4 und 5 wird eine Wellenform im Normalzustand durch eine durchgezogene Linie und eine Wellenform im kurzgeschlossenen Zustand (nachfolgend „im kurzgeschlossenen Zustand“ genannt) durch eine gestrichelte Linie angezeigt.
• Zunächst werden die Spannungsdetektions-Signale Vg und der Spannungswert E im Normalzustand beschrieben. Zum Zeitpunkt t0, wenn der Eingangsbefehl von außen an die Steuerung 10 vom AUS-Befehl zum AN-Befehl wechselt, beginnt das Spannungsdetektions-Signal Vg den Übergang von der AUS-Gatespannung Vg off zur AN-Gatespannung Vg_on. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Gatestrom von der Steuerung 10 in die Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1. Wenn das Halbleiterelement 1 normal arbeitet, tritt beim Übergang von der AUS-Gatespannung Vg off zur AN-Gatespannung Vg_on eine Periode auf, in der die Gatespannung konstant ist. Im Allgemeinen wird diese Periode als „Spiegelperiode“ und die Gatespannung während der Spiegelperiode als „Spiegelspannung Vm“ bezeichnet. Dies ist die Zeitspanne zum Laden der Kapazität zwischen der Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 und der Kollektorelektrode, die die positive Elektrode des Halbleiterelements 1 ist. Im Allgemeinen wird die zwischen der Gate-Elektrode und der Kollektorelektrode, also der positiven Elektrode, vorhandene Kapazität als „Rückkopplungskapazität“ bezeichnet. Bei normalem Betrieb des Halbleiterelements 1 liegt die Gate-Elektrode potenzialmäßig höher als die Kollektorelektrode des Halbleiterelements 1, so dass der im Wesentlichen konstante Gatestrom zum Laden der Rückkopplungskapazität während der Spiegelperiode von der Gate-Elektrode zur Kollektorelektrode des Halbleiterelements 1 fließt. Die Dauer der Spiegelperiode und der Spiegelspannung Vm ändern sich in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen wie z.B. der Spannung zwischen der positiven Elektrode (hierin Kollektorelektrode) und der negativen Elektrode (hierin Emitterelektrode) des Halbleiterelements 1 und einem Leitungsstrom. Wenn das Laden der Rückkopplungskapazität beendet ist, steigt das Spannungsdetektions-Signal Vg wieder an und erreicht die von der Steuerung 10 gesteuerte AN-Gatespannung Vg_on. Wenn das Spannungsdetektions-Signal Vg bei der AN-Gatespannung Vg_on ankommt (d.h. wenn der Übergang in den AN-Zustand abgeschlossen ist), konvergiert der Spannungswert E, der den Gatestrom-Wert Ig anzeigt, auf Null.
• Als nächstes werden die Spannungsdetektions-Signale Vg und der Spannungswert E im Kurzschluss-Zustand beschrieben. Zum Zeitpunkt t0, wenn der Eingangsbefehl von außen zur Steuerung 10 vom AUS-Befehl auf den AN-Befehl wechselt, startet das Spannungsdetektions-Signal Vg den Übergang von der AUS-Gatespannung Vg off zur AN-Gatespannung Vg_on. Zu diesem Zeitpunkt fließt der Gatestrom von der Steuerung 10 in die Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1. Wenn sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet, erreicht das Spannungsdetektions-Signal Vg die von der Steuerung 10 gesteuerte AN-Gatespannung Vg_on ohne die Spiegelperiode. Im Kurzschluss-Zustand wird eine mit der positiven Elektrode (hier: Kollektorelektrode) des Halbleiterelements 1 verbundene periphere Schaltung kurzgeschlossen, so dass zwischen der positiven Elektrode (hier: Kollektorelektrode) und der negativen Elektrode (hier: Emitterelektrode) des Halbleiterelements 1 eine hohe Spannung angelegt wird. Dadurch wird das Potential der Kollektorelektrode des Halbleiterelements 1 höher als das Potential der Gate-Elektrode und die Rückkopplungskapazität wird nicht geladen, so dass die Spiegelperiode nicht auftritt. Daher fließt der Gatestrom zum Laden der Rückkopplungskapazität nicht, und der Spannungswert E, der den Gatestrom-Wert Ig anzeigt, steigt unmittelbar nach der Zeit t0 an und konvergiert dann früher als im Normalzustand auf Null.
• 6 ist eine schematische Darstellung, die das Spannungsdetektions-Signal Vg, erzeugt durch den Gatespannungs-Detektor 2, und das Verzögerungssignal Sd1, erzeugt durch die Verzögerungsschaltung 3a, zeigt. 7 ist eine schematische Darstellung des Differenz-Verstärkungssignals Sa, das durch die Differenzverstärkerschaltung 4a erzeugt wird. In jeder der 6 und 7 wird eine Wellenform im Normalzustand durch eine durchgezogene Linie und eine Wellenform im Kurzschluss-Zustand durch eine gestrichelte Linie angezeigt. Die in den 6 und 7 dargestellten Wellenformen sind Wellenformen, wenn die Verzögerungsschaltung 3a wie in 2 konfiguriert ist, die Differenzverstärkerschaltung 4a wie in 3 dargestellt, das Verzögerungssignal Sd1 in den Eingangsanschluss 41 der Differenzverstärkerschaltung 4a und das Spannungsdetektions-Signal Vg in den Eingangsanschluss 42 der Differenzverstärkerschaltung 4a eingegeben werden.
• Wie in den 6 und 7 dargestellt, tritt im Kurzschluss-Zustand die Spiegelperiode nicht auf, so dass das Spannungsdetektions-Signal Vg monoton ansteigt und die Differenz zwischen dem Spannungsdetektions-Signal Vg und dem Verzögerungssignal Sd1 groß ist. Im Normalzustand hingegen wird der Anstieg des Spannungsdetektions-Signals Vg durch die Spiegelperiode begrenzt. Daher ist die Differenz zwischen dem Spannungsdetektions-Signal Vg und dem Verzögerungssignal Sd1 im Normalzustand kleiner als die Differenz zwischen dem Spannungsdetektions-Signal Vg und dem Verzögerungssignal Sd1 im Kurzschluss-Zustand. Infolgedessen ist der Maximalwert des Wertes, der im Kurzschluss-Zustand vom Differenzverstärkungssignal Sa aufgenommen werden kann, größer als der Maximalwert des Wertes, der im Normalzustand vom Differenzverstärkungssignal Sa aufgenommen werden kann. Weiterhin erreichen das Spannungsdetektions-Signal Vg und das Verzögerungssignal Sd1 im Kurzschluss-Zustand die AN-Gatespannung Vg_on, die von der Steuerung 10 gesteuert wird, früher als im Normalzustand.
• 8 zeigt den zeitlichen Übergang des Spannungswerts E über den Wert des Differenzverstärkungssignals Sa während eines Zeitraums von t0 des Empfangs des AN-Befehls bis zu einem Zeitpunkt der Konvergenz des Differenzverstärkungssignals Sa bis auf Null. In 8 stellt die horizontale Achse den Spannungswert E und die vertikale Achse den Wert des Differenzverstärkungssignals Sa dar. 8 zeigt einen Kurvenverlauf, in dem der Spannungswert E und der Wert des Differenzverstärkungssignals Sa zu jedem Zeitpunkt im Zeitraum von t0 bis zum Zeitpunkt der Konvergenz des Differenzverstärkungssignals Sa auf Null dargestellt sind. In 8 wird der zeitliche Übergang des Kurvenverlaufs im Normalzustand durch eine durchgezogene Linie und der zeitliche Übergang des Kurvenverlaufs im Kurzschluss-Zustand durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
• Wie in 8 dargestellt, wird die Differenz zwischen dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Normalzustand und dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Kurzschluss-Zustand in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Fehlen der Spiegelperiode erzeugt. Insbesondere ragt die gestrichelte Linie, die aus dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Kurzschluss-Zustand erhalten wurde, in eine obere linke Richtung aus der durchgehenden Linie hervor, die aus dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Normalzustand erhalten wurde. Nun ist der Koordinatenwert der vertikalen Achse der erste Referenz-Spannungswert Vrefl und eine zur horizontalen Achse parallel eingezeichnete Gerade ist eine erste Gerade L1. Darüber hinaus ist ein Koordinatenwert der horizontalen Achse ein zweiter Referenz-Spannungswert Vref2 und eine gerade Linie ist parallel zur vertikalen Achse eingezeichnet als zweite gerade Linie L2. In dieser Darstellung ist der Kurzschluss-Zustand angegeben und im Normalzustand verläuft die Kurve nicht im oberen linken abgeteilten Bereich B1 (wobei B1 einer von vier Bereichen in der Koordinatenebene ist, die aufgeteilt wird durch die erste Gerade L1 und die zweite Gerade L2). Wenn also der Wert des Differenzverstärkungssignals Sa größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vrefl und der Spannungswert E, der den Gatestromwert Ig anzeigt, kleiner ist als der zweite Referenz-Spannungswert Vref2, kann die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 leicht feststellen, dass sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet.
• Außerdem tritt die Spiegelperiode im Kurzschluss-Zustand nicht auf, so dass der Spannungswert E vorübergehend ansteigt und dann sofort auf Null konvergiert. Daher wird durch die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 mit hoher Geschwindigkeit bestimmt, dass sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet, und das Halbleiterelement 1 wird durch die Steuerung 10 mit hoher Geschwindigkeit in den geöffneten Zustand gesteuert. Dadurch kann das Halbleiterelement 1 mit hoher Geschwindigkeit geschützt werden.
• Wie oben beschrieben, weist die Treiberschaltung 100 gemäß der ersten Ausführungsform die Steuerung 10, den Gatespannungs-Detektor 2, den Gatestrom-Detektor 5, die Signalerzeugungsschaltung 50, den Komparator (erster Komparator) 6a, den Komparator (zweiter Komparator) 6b und die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 auf. Die Signalerzeugungsschaltung 50 erzeugt als Ausgangssignal ein Differenz-Verstärkungssignal (erstes Differenz-Verstärkungssignal) Sa des Spannungsdetektions-Signals Vg und ein Verzögerungssignal (erstes Verzögerungssignal) Sd1 des Spannungsdetektions-Signals Vg. Der Komparator 6a vergleicht den Wert des Differenzverstärkungssignals Sa mit dem ersten Referenz-Spannungswert (erster Referenzwert) Vrefl. Der Komparator 6b vergleicht den vom Gatestrom-Detektor 5 erzeugten Spannungswert (Strom-Detektionswert) E mit dem zweiten Referenz-Spannungswert (zweiter Referenzwert) Vref2. Die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 bestimmt, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht, basierend auf dem Vergleichsergebnis der beiden Komparatoren 6a und 6b, und erzeugt das Bestimmungssignal Sj, das das Bestimmungsergebnis anzeigt.
• Wie vorstehend beschrieben, kann bestimmt werden, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht, basierend auf dem Vergleichsergebnis zwischen dem Wert des Differenz-Verstärkungssignals Sa und dem ersten Referenz-Spannungswert Vrefl sowie dem Vergleichsergebnis zwischen dem vom Gatestrom-Detektor 5 empfangenen Spannungswert E und dem zweiten Referenz-Spannungswert Vref2. Daher ist die Treiberschaltung 100 auch auf ein Halbleiterelement anwendbar, das nicht mit einer Abtastzelle und einem Shunt-Widerstand ausgestattet ist. Darüber hinaus ist es unnötig, eine Kurzschlusserkennungszeit wie in der in der Japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2009-225 506 A beschriebenen Technik einzustellen, so dass der Kurzschlusszustand des Halbleiterelements 1 leicht zu bestimmen ist. Außerdem tritt beim Kurzschließen des Halbleiterelements 1 keine Spiegelperiode beim Einschalten des Halbleiterelements 1 auf. Daher erscheint sofort ein Zustand, in dem der Wert des Differenzverstärkungssignals Sa größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vrefl und Spannungswert E kleiner ist als der zweite Referenz-Spannungswert Vref2. Somit kann der Kurzschlusszustand des Halbleiterelements 1 mit hoher Geschwindigkeit bestimmt werden. Die Treiberschaltung 100 benötigt demnach keine Abtastzelle des Halbleiterelements, ist auf eine Vielzahl von Halbleiterelementen anwendbar und kann den Kurzschluss-Zustand des Halbleiterelements 1 leicht und mit hoher Geschwindigkeit bestimmen.
• Die Signalerzeugungsschaltung 50 weist die Verzögerungsschaltung (erste Verzögerungsschaltung) 3a auf, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal Vg zu empfangen und das Verzögerungssignal Sd1 zu erzeugen, und die Differenzverstärkerschaltung (erste Differenzverstärkerschaltung) 4a, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal Vg und das Verzögerungssignal Sd1 zu empfangen und das Differenzverstärkungssignal Sa zu erzeugen. Dadurch kann die Signalerzeugungsschaltung 50 problemlos das Differenzverstärkungssignal Sa erzeugen.
• Die Treiberschaltung 100 beinhaltet weiterhin die Signalhalteeinheit 9, die konfiguriert ist, um das Bestimmungssignal Sj zu halten, wenn die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 bestimmt, dass sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet. Dadurch wird auch dann, wenn sich der Kurvenverlaufspunkt des Spannungswertes E und der Wert des Differenzverstärkungssignals Sa von innerhalb des in 8 dargestellten Teilbereichs B1 nach außerhalb des Teilbereichs B1 bewegt, das Bestimmungssignal Sj gehalten, das anzeigt, dass sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet. Dadurch kann die Treiberschaltung 100 den Kurzschluss-Zustand des Halbleiterelements 1 zuverlässiger bestimmen.
• Darüber hinaus ist die Steuerung 10 konfiguriert, um das Halbleiterelement 1 auszuschalten (Halbleiterelement 1 in den geöffneten Zustand zu versetzen), wenn das Bestimmungssignal Sj anzeigt, dass sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet. Dadurch kann das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand geschützt werden.
• Ausführungsform 2
• Nun wird eine Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einer zweiten Ausführungsform mit Bezug auf 9 beschrieben. 9 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung 101 gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 9 dargestellt, unterscheidet sich die Treiberschaltung 101 von der Treiberschaltung 100 nach der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Spannung des ersten Referenz-Spannungswertes Vrefl in die beiden Komparatoren 6a und 6b eingegeben wird.
• In der zweiten Ausführungsform ist der zweite Referenz-Spannungswert Vref2 (so in 1 genannt) am Komparator 6b identisch mit dem ersten Referenz-Spannungswert Vref1 am Komparator 6a. Das heißt, eine gemeinsame Referenzspannung wird an den Komparator 6a und den Komparator 6b angelegt. Dadurch kann die Schaltungsgröße der Treiberschaltung 101 reduziert werden. Dadurch kann die Treiberschaltung 101 kostengünstiger und kleiner als die der ersten Ausführungsform gebaut werden.
• Wie vorstehend beschrieben, gibt der Gatestrom-Detektor 5 den Spannungswert E aus, der durch Multiplikation des Gatestrom-Wertes Ig mit dem Proportionalitätsfaktor k erhalten wird. Durch die Anpassung des Proportionalitätsfaktors k kann daher der Pegel des Spannungswertes E geändert werden. Darüber hinaus kann durch Einstellen des Verstärkungsfaktors der Differenzverstärkerschaltung 4a oder der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 3a die Amplitude des Differenz-Verstärkungssignals Sa, das von der Differenzverstärkerschaltung 4a ausgegeben wird, verändert werden. Durch Einstellen mindestens eines Proportionalitätsfaktors k, des Verstärkungsfaktors der Differenzverstärkerschaltung 4a und der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 3a kann bestimmt werden, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht, auch wenn die gemeinsame Spannung des ersten Referenz-Spannungswertes Vref1 in die Komparatoren 6a und 6b eingegeben wird.
• Ausführungsform 3
• Eine Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einer dritten Ausführungsform wird nun mit Bezug auf 10 beschrieben. 10 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung 102 gemäß der dritten Ausführungsform. Wie in 10 dargestellt, unterscheidet sich die Treiberschaltung 102 von der Treiberschaltung 100 (siehe 1) gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Treiberschaltung 102 eine Signalerzeugungsschaltung 50a anstelle der Signalerzeugungsschaltung 50 aufweist. Die Signalerzeugungsschaltung 50a unterscheidet sich von der Signalerzeugungsschaltung 50 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Signalerzeugungsschaltung 50a weiterhin eine Verzögerungsschaltung 3b aufweist.
• Die Verzögerungsschaltung 3b empfängt das Spannungsdetektions-Signal Vg vom Gatespannungs-Detektor 2 und erzeugt ein Verzögerungssignal (zweites Verzögerungssignal) Sd2, das das verzögerte Spannungsdetektions-Signal Vg ist. Die Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 3b unterscheidet sich von der Verzögerungszeit der Verzögerungsschaltung 3a.
• Die Differenzverstärkerschaltung 4a erzeugt ein Differenz-Verstärkungssignal Sa, das durch Verstärkung der Differenz zwischen dem von der Verzögerungsschaltung 3a erzeugten Verzögerungssignal Sd1 und dem von der Verzögerungsschaltung 3b erzeugten Verzögerungssignal Sd2 erhalten wird.
• Gemäß der dritten Ausführungsform können durch Einstellen der Verzögerungszeiten der Verzögerungsschaltungen 3a und 3b die Rauschunempfindlichkeit verbessert und die Amplitude des Differenzverstärkungssignals Sa eingestellt werden. Dadurch kann leichter festgestellt werden, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht. Zwischen der Differenzverstärkerschaltung 4a und dem Komparator 6a kann eine weitere Verzögerungsschaltung hinzugefügt werden.
• Ausführungsform 4
• Eine Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einer vierten Ausführungsform wird mit Bezug auf 11 nachfolgend beschrieben. 11 zeigt die Konfiguration einer Treiberschaltung 103 gemäß der vierten Ausführungsform. Wie in 11 dargestellt, unterscheidet sich die Treiberschaltung 103 von der Treiberschaltung 100 (siehe 1) nach der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Treiberschaltung 103 eine Signalerzeugungsschaltung 50b anstelle der Signalerzeugungsschaltung 50 aufweist. Die Signalerzeugungsschaltung 50b unterscheidet sich von der Signalerzeugungsschaltung 50 in der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Signalerzeugungsschaltung 50b eine Differenzierungsschaltung 40 anstelle der Verzögerungsschaltung 3a und der Differenzverstärkerschaltung 4a aufweist.
• Die Differenzierungsschaltung 40 empfängt das Spannungsdetektions-Signal Vg vom Gatespannungs-Detektor 2 und erzeugt ein Differenziersignal Sdi des Spannungsdetektions-Signals Vg. Die Differenzierungsschaltung 40 gibt das erzeugte Differenziersignal Sdi an den Komparator 6a aus.
• Anstelle des Differenzverstärkungssignals Sa vergleicht der Komparator 6a den Wert des Differenziersignals Sdi mit dem ersten Referenz-Spannungswert Vrefl. Wenn der Wert des Differenziersignals Sdi größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vrefl, gibt der Komparator 6a das Hochpegel-Signal Sc1 aus. Wenn der Wert des Differenziersignals Sdi nicht größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vrefl, gibt der Komparator 6a das Niedrigpegel-Signal Sc1 aus.
• 12 zeigt das Differenziersignal Sdi in Bezug auf das in 4 dargestellte Spannungsdetektions-Signal Vg. In 12 wird die Wellenform im Normalzustand durch eine durchgezogene Linie und die Wellenform im Kurzschluss-Zustand durch eine gestrichelte Linie dargestellt. Wie in 4 dargestellt, steigt das Spannungsdetektions-Signal Vg im Kurzschluss-Zustand nach der Zeit t0 des Empfangs des AN-Befehls monoton an und erreicht die AN-Gatespannung Vg_on. Daher wird, wie in 12 dargestellt, das Differenziersignal Sdi des Spannungsdetektions-Signals Vg im Kurzschluss-Zustand von rechts nach der Zeit t0 auf einem festen Wert gehalten und konvergiert dann zu Null.
• Im Gegensatz dazu erscheint die Spiegelperiode im Spannungsdetektions-Signal Vg im Normalzustand (siehe 4). Daher wird das Differenziersignal Sdi des Spannungsdetektions-Signals Vg im Normalzustand vom Zeitpunkt t0 bis zum Beginn der Spiegelperiode auf einem festen Wert gehalten und erreicht dann während der Spiegelperiode vorübergehend Null. Nach Ablauf der Spiegelperiode steigt das Differenziersignal Sdi wieder an und konvergiert dann zu Null.
• 13 zeigt den zeitlichen Übergang des Spannungswerts E und des Werts des Differenziersignals Sdi über einen Zeitraum von t0 des Empfangs des AN-Befehls bis zum Zeitpunkt der Konvergenz des Differenziersignals Sdi auf Null. In 13 stellt die horizontale Achse den Spannungswert E und die vertikale Achse den Wert des Differenziersignals Sdi dar. 13 zeigt eine Grafik, in der der Spannungswert E und der Wert des Differenziersignals Sdi jeweils im Zeitraum von t0 bis zum Zeitpunkt der Konvergenz des Differenzverstärkungssignals Sa bis auf Null dargestellt sind. In 13 wird der zeitliche Übergang des Kurvenverlaufs im Normalzustand durch eine durchgezogene Linie und der zeitliche Übergang des Kurvenverlaufs im Kurzschluss-Zustand durch eine gestrichelte Linie dargestellt.
• Wie in 13 dargestellt, wird die Differenz zwischen dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Normalzustand und dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Kurzschluss-Zustand in Abhängigkeit vom Vorhandensein oder Fehlen der Spiegelperiode erzeugt. Insbesondere ragt die gestrichelte Linie, die aus dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Kurzschluss-Zustand erhalten wurde, in eine obere linke Richtung aus der durchgehenden Linie hervor, die aus dem zeitlichen Übergang des Kurvenverlaufs im Normalzustand erhalten wurde. Nun ist der Koordinatenwert der vertikalen Achse der erste Referenz-Spannungswert Vrefl und eine zur horizontalen Achse parallel eingezeichnete Gerade ist eine erste Gerade L1. Darüber hinaus ist ein Koordinatenwert der horizontalen Achse ein zweiter Referenz-Spannungswert Vref2 und eine gerade Linie ist parallel zur vertikalen Achse eingezeichnet als zweite gerade Linie L2. In dieser Darstellung ist der Kurzschluss-Zustand angegeben und im Normalzustand verläuft die Kurve nicht im oberen linken abgeteilten Bereich B2 (wobei B2 einer von vier Bereichen in der Koordinatenebene ist, die aufgeteilt wird durch die erste Gerade L1 und die zweite Gerade L2). Wenn also der Wert des Differenziersignals Sdi größer ist als der erste Referenz-Spannungswert Vrefl und der Spannungswert E, der den Gatestromwert Ig anzeigt, kleiner ist als der zweite Referenz-Spannungswert Vref2, kann die Kurzschlussbestimmungseinheit 8 leicht feststellen, dass sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet.
• Ausführungsform 5
• Eine Treiberschaltung nach einer fünften Ausführungsform unterscheidet sich von der Treiberschaltung 100 nach der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Treiberschaltung nach der fünften Ausführungsform einen Gatestrom-Detektor 5a gemäß 14 anstelle des Gatestrom-Detektors 5 aufweist. 14 ist eine Schaltung, die die Konfiguration des Gatestrom-Detektors 5a in der fünften Ausführungsform zeigt.
• Wie in 14 dargestellt, weist der Gatestrom-Detektor 5a einen Gate-Widerstand 11, der zwischen der Steuerung 10 und der Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 angeordnet ist, und eine Differenzverstärkerschaltung (zweite Differenzverstärkerschaltung) 4b auf.
• Die Differenzverstärkerschaltung 4b empfängt eine Spannung über den Gate-Widerstand 11 und erzeugt ein Differenz-Verstärkungssignal, das durch Verstärkung der Spannung erhalten wird. Die Differenzverstärkerschaltung 4b gibt das erzeugte Differenzverstärkungssignal an den Komparator 6b aus. Wenn Ig einen in das Halbleiterelement 1 einfließenden Gatestrom-Wert, Rg_on den Widerstandswert des Gate-Widerstands 11 und h einen Verstärkungsfaktor der Differenzverstärkerschaltung 4b darstellen, ist der Wert des von der Differenzverstärkerschaltung 4b erzeugten Differenzverstärkungssignals Rg_on×h×Ig. Das heißt, der Wert des von der Differenzverstärkerschaltung 4b erzeugten Differenzverstärkungssignals kann als Spannungswert (Strom-Detektionswert) E zur Angabe des Gatestromwertes Ig verwendet werden.
• Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der fünften Ausführungsform der Wert des von der Differenzverstärkerschaltung 4b erzeugten Differenzverstärkungssignals (drittes Differenzverstärkungssignal) als Spannungswert E verwendet werden, der den von der Steuerung 10 in die Gate-Elektrode des Halbleiterelements 1 fließenden Gatestromwert Ig angibt.
• Ausführungsform 6
• Die Treiberschaltung nach einer sechsten Ausführungsform unterscheidet sich von der Treiberschaltung nach der fünften Ausführungsform dadurch, dass die Treiberschaltung nach der sechsten Ausführungsform einen Gatestrom-Detektor 5b gemäß 15 anstelle des Gatestrom-Detektors 5a aufweist. 15 ist eine Schaltung, die die Konfiguration des Gatestrom-Detektors 5b in der sechsten Ausführungsform zeigt. Wie in 15 dargestellt, unterscheidet sich der Gatestrom-Detektor 5b von dem in 14 dargestellten Gatestrom-Detektor 5a dadurch, dass der Gatestrom-Detektor 5b weiterhin eine Verzögerungsschaltung (dritte Verzögerungsschaltung) 3c aufweist.
• Die Verzögerungsschaltung 3c empfängt ein Differenzverstärkungssignal (drittes Differenzverstärkungssignal), das durch die Differenzverstärkerschaltung 4b erzeugt wird, und erzeugt ein Verzögerungssignal (drittes Verzögerungssignal), das das verzögerte Differenzverstärkungssignal ist. Die Verzögerungsschaltung 3c gibt das erzeugte Verzögerungssignal an den Komparator 6b aus. Wie vorstehend beschrieben, zeigt der Wert des von der Differenzverstärkerschaltung 4b erzeugten Differenzverstärkungssignals den Gatestrom-Wert Ig an. Daher kann der Wert des Verzögerungssignals, der lediglich das verzögerte Differenzverstärkungssignal ist, als Spannungswert E verwendet werden, der den Gatestrom-Wert Ig anzeigt.
• Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der sechsten Ausführungsform der Wert des von der Verzögerungsschaltung 3c erzeugten Verzögerungssignals als Spannungswert (Strom-Detektionswert) E zur Angabe des Gatestromwertes Ig verwendet werden. Dadurch kann der Rauscheinfluss reduziert werden und die Einstellung des Spannungswertes Ein Übereinstimmung mit dem zweiten Referenz-Spannungswert Vref2 wird einfach, um leicht festzustellen, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht.
• Ausführungsform 7
• Die Treiberschaltung nach einer siebten Ausführungsform unterscheidet sich von der Treiberschaltung nach der fünften Ausführungsform dadurch, dass die Treiberschaltung nach der siebten Ausführungsform einen Gatestrom-Detektor 5c in 16 anstelle des Gatestrom-Detektors 5a aufweist. 16 ist eine Schaltung, die die Konfiguration des Gatestrom-Detektors 5c in der siebten Ausführungsform zeigt. Wie in 16 dargestellt, unterscheidet sich der Gatestrom-Detektor 5c von dem Gatestrom-Detektor 5a dadurch, dass der Gatestrom-Detektor 5c ferner Verzögerungsschaltungen 3d und 3e aufweist.
• Die Verzögerungsschaltung (vierte Verzögerungsschaltung) 3d empfängt ein Spannungssignal von einem Ende des Gate-Widerstands 11 auf der Seite des Halbleiterelements 1 und erzeugt ein Verzögerungssignal (viertes Verzögerungssignal), das das verzögerte Spannungssignal ist. Die Verzögerungsschaltung (fünfte Verzögerungsschaltung) 3e empfängt ein Spannungssignal des anderen Endes des Gate-Widerstands 11 auf der Seite Steuerung 10 und erzeugt ein Verzögerungssignal (fünftes Verzögerungssignal), das das verzögerte Spannungssignal ist.
• Die Differenzverstärkerschaltung (zweite Differenzverstärkerschaltung) 4b empfängt das von der Verzögerungsschaltung 3d erzeugte Verzögerungssignal und das von der Verzögerungsschaltung 3e erzeugte Verzögerungssignal und erzeugt ein Differenzverstärkungssignal (drittes Differenzverstärkungssignal), das durch Verstärkung der Differenz zwischen diesen Verzögerungssignalen erhalten wird. Die Differenz zwischen dem von der Verzögerungsschaltung 3d erzeugten Verzögerungssignal und dem von der Verzögerungsschaltung 3e erzeugten Verzögerungssignal korreliert mit der Spannung über den Gate-Widerstand 11, d.h. mit dem Gatestrom-Wert Ig. Daher kann der Wert des von der Differenzverstärkerschaltung 4b erzeugten Differenzverstärkungssignals als Spannungswert (Strom-Detektionswert) E verwendet werden, der den Gatestrom-Wert Ig anzeigt.
• Gemäß der siebten Ausführungsform kann durch die Hinzufügung der Verzögerungsschaltungen 3d und 3e der Einfluss von Rauschen weiter reduziert werden und die Anpassung des Spannungswertes E an den zweiten Referenz-Spannungswert Vref2 wird einfach, um leicht festzustellen, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht.
• Ähnlich wie bei der sechsten Ausführungsform kann die Verzögerungsschaltung 3c an eine Stufe nach dem Differenzverstärker 4b angeschlossen werden.
• Obwohl die Ausführungsformen vorstehend beschrieben wurden, können die Merkmale in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen gegebenenfalls kombiniert oder unterschiedlich modifiziert werden. 17 zeigt beispielsweise die Konfiguration einer Treiberschaltung 104 kombiniert mit der Differenzierungsschaltung 40 in der vierten Ausführungsform mit dem Gatestrom-Detektor 5a in der fünften Ausführungsform. Die Treiberschaltung 104 in 17 kann auch leicht und mit hoher Geschwindigkeit bestimmen, ob sich das Halbleiterelement 1 im Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht. Darüber hinaus benötigt die Treiberschaltung 104 keine Abtastzelle des Halbleiterelements und ist für eine Vielzahl von Halbleiterelementen anwendbar.
• Es ist zu verstehen, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur illustrativ und nicht einschränkend sind.
• Bezugszeichenliste

1

Halbleiterelement

2

Gatespannungs-Detektor

3a - 3e

Verzögerungsschaltung

4a, 4b

Differenzverstärkerschaltung

5, 5a - 5c

Gatestrom-Detektor

6a, 6b

Komparator

8

Kurzschlussbestimmungseinheit

9

Signalhalteeinheit

10

Steuerung

11

Gate-Widerstand

15

Masse

20

Operationsverstärker

31, 41, 42

Eingangsanschluss

32,43

Ausgangsanschluss

40

Differenziererschaltung

50, 50a, 50b

Signalerzeugungsschaltung

100 - 104

Treiberschaltung

C0

Kondensator

R0 - R4

Widerstand

• 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
• JP 2013123329 A [0003, 0004, 0005]
• JP 2009225506 A [0004, 0006, 0039]

Claims (10)

1. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement, die Folgendes aufweist: eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den offenen und geschlossenen Zustand des Halbleiterelements basierend auf einen von außen empfangenen Befehl hin zu steuern; einen Gatespannungs-Detektor, der konfiguriert ist, um eine Gatespannung des Halbleiterelements zu erfassen und ein Spannungsdetektions-Signal zu erzeugen, das die erfasste Gatespannung anzeigt; einen Gatestrom-Detektor, der konfiguriert ist, um einen Strom zu erfassen, der in eine Gate-Elektrode des Halbleiterelements fließt; eine Signalerzeugungsschaltung, die konfiguriert ist, um als Ausgangssignal eines von einem ersten Differenz-Verstärkungssignal des Spannungsdetektions-Signals und einem ersten Verzögerungssignal des Spannungsdetektions-Signals, ein zweites Differenz-Verstärkungssignal des ersten Verzögerungssignals und ein zweites Verzögerungssignal des Spannungsdetektions-Signals und ein Differenziersignal des Spannungsdetektions-Signals zu erzeugen; einen ersten Komparator, der konfiguriert ist, um einen Wert des Ausgangssignals mit einem ersten Referenzwert zu vergleichen; einen zweiten Komparator, der konfiguriert ist, um den Strom-Detektionswert durch den Gatestrom-Detektor mit einem zweiten Referenzwert zu vergleichen; und eine Kurzschlussbestimmungseinheit, die konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob sich das Halbleiterelement in einem Kurzschluss-Zustand befindet oder nicht, basierend auf einem Vergleichsergebnis des ersten Komparators und einem Vergleichsergebnis des zweiten Komparators, und um ein Bestimmungssignal zu erzeugen, das das Bestimmungsergebnis anzeigt.
2. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach Anspruch 1, wobei die Signalerzeugungsschaltung Folgendes aufweist: eine erste Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal zu empfangen und das erste Verzögerungssignal zu erzeugen; und eine erste Differenzverstärkerschaltung, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal und das erste Verzögerungssignal zu empfangen und das erste Differenzverstärkungssignal zu erzeugen.
3. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach Anspruch 1, wobei die Signalerzeugungsschaltung Folgendes aufweist: eine erste Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal zu empfangen und das erste Verzögerungssignal auszugeben; eine zweite Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal zu empfangen und das zweite Verzögerungssignal auszugeben; und eine erste Differenzverstärkerschaltung, die konfiguriert ist, um das erste Verzögerungssignal und das zweite Verzögerungssignal zu empfangen und das zweite Differenzverstärkungssignal zu erzeugen.
4. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach Anspruch 1, wobei die Signalerzeugungsschaltung Folgendes aufweist: eine Differenzierungsschaltung, die konfiguriert ist, um das Spannungsdetektions-Signal zu empfangen und ein Differenziersignal zu erzeugen.
5. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gatestrom-Detektor Folgendes aufweist: einen Gate-Widerstand, der zwischen der Steuerung und der Gate-Elektrode angeordnet ist; und eine zweite Differenzverstärkerschaltung, die konfiguriert ist, um eine Spannung über dem Gate-Widerstand zu verstärken, um dadurch ein drittes Differenzverstärkungssignal zu erzeugen, wobei der Strom-Detektionswert der Wert des dritten Differenz-Verstärkungssignals ist.
6. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gatestrom-Detektor Folgendes aufweist: einen Gate-Widerstand, der zwischen der Steuerung und der Gate-Elektrode des Halbleiterelements angeordnet ist; eine zweite Differenzverstärkerschaltung, die konfiguriert ist, um eine Spannung über dem Gate-Widerstand zu verstärken, um dadurch ein drittes Differenz-Verstärkungssignal zu erzeugen; und eine dritte Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um das dritte Differenz-Verstärkungssignal zu empfangen und ein drittes Verzögerungssignal zu erzeugen, das das verzögerte dritte Differenz-Verstärkungssignal ist, und wobei der Strom-Detektionswert der Wert des dritten Verzögerungssignals ist.
7. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Gatestrom-Detektor Folgendes aufweist: einen Gate-Widerstand, der zwischen der Steuerung und der Gate-Elektrode des Halbleiterelements angeordnet ist; eine vierte Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um ein Spannungssignal von einem Ende des Gate-Widerstands auf der Halbleiterelement-Seite zu empfangen und ein viertes Verzögerungssignal zu erzeugen, das das verzögerte Spannungssignal von dem einen Ende des Gate-Widerstands ist; eine fünfte Verzögerungsschaltung, die konfiguriert ist, um ein Spannungssignal des anderen Endes des Gate-Widerstands auf der Steuerungsseite zu empfangen und ein fünftes Verzögerungssignal zu erzeugen, das das verzögerte Spannungssignal des anderen Endes des Gate-Widerstands ist; und eine zweite Differenzverstärkerschaltung, die konfiguriert ist, um das vierte Verzögerungssignal und das fünfte Verzögerungssignal zu empfangen und die Differenz zwischen dem vierten Verzögerungssignal und dem fünften Verzögerungssignal zu verstärken, um dadurch ein drittes Differenzverstärkungssignal zu erzeugen, wobei der Strom-Detektionswert der Wert des dritten Differenz-Verstärkungssignals ist.
8. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner Folgendes aufweist: eine Signalhalteeinheit, die konfiguriert ist, um das Bestimmungssignal zu halten, wenn die Kurzschlussbestimmungseinheit bestimmt, dass sich das Halbleiterelement im Kurzschluss-Zustand befindet.
9. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um das Halbleiterelement in den geöffneten Zustand zu bringen, wenn das Bestimmungssignal anzeigt, dass sich das Halbleiterelement im Kurzschluss-Zustand befindet.
10. Treiberschaltung für ein Halbleiterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der erste Referenzwert mit dem zweiten Referenzwert identisch ist.

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