JP2001168652A - 保護回路及び保護回路を有する半導体装置 - Google Patents
保護回路及び保護回路を有する半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 信頼度良く被保護素子を保護しつつ、電流検
出レベルを容易に変更でき広い汎用性を有する保護回路
及び保護回路を有する半導体装置を提供すること。 【解決手段】 駆動保護回路１０内に設けた検出用の抵
抗素子１７によってセンス電流ＩＳがセンス電圧Ｖsに
変換される。駆動保護回路１０内に設けられ電圧Ｖref
を出力し、ＩＧＢＴ１と同じ温度特性を有する定電圧源
１２には、ベース電流補正型のカレントミラー回路２１
が接続されており、このカレントミラー回路２１が生成
する電流は、Ｔｒ１９側に駆動保護回路１０の外部から
直列に接続された抵抗素子３０により設定できる。ま
た、Ｔｒ１８側には、抵抗素子１７と同一のチップ内に
形成された基準電圧生成用の抵抗素子１４が接続されて
いることを特徴としている。
出レベルを容易に変更でき広い汎用性を有する保護回路
及び保護回路を有する半導体装置を提供すること。 【解決手段】 駆動保護回路１０内に設けた検出用の抵
抗素子１７によってセンス電流ＩＳがセンス電圧Ｖsに
変換される。駆動保護回路１０内に設けられ電圧Ｖref
を出力し、ＩＧＢＴ１と同じ温度特性を有する定電圧源
１２には、ベース電流補正型のカレントミラー回路２１
が接続されており、このカレントミラー回路２１が生成
する電流は、Ｔｒ１９側に駆動保護回路１０の外部から
直列に接続された抵抗素子３０により設定できる。ま
た、Ｔｒ１８側には、抵抗素子１７と同一のチップ内に
形成された基準電圧生成用の抵抗素子１４が接続されて
いることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、保護回路及び保
護回路を有する半導体装置に関するもので、特に大電力
型素子とその過電流保護回路に係るものである。
護回路を有する半導体装置に関するもので、特に大電力
型素子とその過電流保護回路に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体パワーデバイスはその制御
性能の進歩や大容量化により、産業のあらゆる電気応用
に利用されている。それに従って、過電流、過電圧に対
する素子の保護技術も重要となってきており、保護回路
技術に関する研究が盛んに行われている。
性能の進歩や大容量化により、産業のあらゆる電気応用
に利用されている。それに従って、過電流、過電圧に対
する素子の保護技術も重要となってきており、保護回路
技術に関する研究が盛んに行われている。
【０００３】従来の過電流保護のための技術について、
ゲート素子、特にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar T
ransistor）を例に挙げて説明する。過去のＩＧＢＴに
おける電流検出は、ＩＧＢＴのエミッタに直列に微少抵
抗を接続し、出力電流を電圧に変換することで行ってい
た。しかし大電力型素子の場合、流れる電流が数十Ａ〜
数百Ａオーダーであり、この検出用抵抗には非常に大き
な許容電力を必要としていた。またこの検出用の抵抗に
おけるエネルギーの損失が非常に大きいという問題があ
った。
ゲート素子、特にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar T
ransistor）を例に挙げて説明する。過去のＩＧＢＴに
おける電流検出は、ＩＧＢＴのエミッタに直列に微少抵
抗を接続し、出力電流を電圧に変換することで行ってい
た。しかし大電力型素子の場合、流れる電流が数十Ａ〜
数百Ａオーダーであり、この検出用抵抗には非常に大き
な許容電力を必要としていた。またこの検出用の抵抗に
おけるエネルギーの損失が非常に大きいという問題があ
った。
【０００４】そこで、メインの素子に対して十分小さな
出力を持つセンス用の素子を用いて電流の検出を行う方
式が一般に用いられてきた。図２はこの方式を利用した
カレントセンス内蔵型のＩＧＢＴの駆動保護回路につい
て示している。図示するように、ＩＧＢＴ１はゲート
Ｇ、コレクタＣ、エミッタＥに加えてセンス用のエミッ
タＳを備えている。センス用のエミッタから流れるセン
ス電流ＩＳは、メインの出力であるエミッタＥから流れ
るメイン電流ＩＭの１／１０００程度の大きさである。
ＩＧＢＴ１の出力電流の検出にはこのセンス電流ＩＳを
利用し、この電流ＩＳを抵抗素子２にてセンス電圧Ｖs
に変換する。このＩＧＢＴ１と抵抗素子２はワンチップ
の駆動保護回路１０に接続されている。
出力を持つセンス用の素子を用いて電流の検出を行う方
式が一般に用いられてきた。図２はこの方式を利用した
カレントセンス内蔵型のＩＧＢＴの駆動保護回路につい
て示している。図示するように、ＩＧＢＴ１はゲート
Ｇ、コレクタＣ、エミッタＥに加えてセンス用のエミッ
タＳを備えている。センス用のエミッタから流れるセン
ス電流ＩＳは、メインの出力であるエミッタＥから流れ
るメイン電流ＩＭの１／１０００程度の大きさである。
ＩＧＢＴ１の出力電流の検出にはこのセンス電流ＩＳを
利用し、この電流ＩＳを抵抗素子２にてセンス電圧Ｖs
に変換する。このＩＧＢＴ１と抵抗素子２はワンチップ
の駆動保護回路１０に接続されている。
【０００５】抵抗素子２の両端に発生したセンス電圧Ｖ
sは、駆動保護回路１０内のオペアンプ１１の非反転入
力端子に入力される。また、駆動保護回路１０内に設け
られた定電圧源１２の発生する電圧Ｖrefは、抵抗素子
１３、１４によって分圧され、抵抗素子１４の両端に発
生する電圧Ｖaがオペアンプ１１の反転入力端子に入力
される。そして、オペアンプ１１に入力される電圧Ｖs
とＶaとの比較結果がエラー判定出力回路１５へ入力さ
れる。このオペアンプ１１での比較結果に基づいたエラ
ー判定出力回路１５の出力が駆動回路１６に入力されＩ
ＧＢＴ１の駆動を制御する。
sは、駆動保護回路１０内のオペアンプ１１の非反転入
力端子に入力される。また、駆動保護回路１０内に設け
られた定電圧源１２の発生する電圧Ｖrefは、抵抗素子
１３、１４によって分圧され、抵抗素子１４の両端に発
生する電圧Ｖaがオペアンプ１１の反転入力端子に入力
される。そして、オペアンプ１１に入力される電圧Ｖs
とＶaとの比較結果がエラー判定出力回路１５へ入力さ
れる。このオペアンプ１１での比較結果に基づいたエラ
ー判定出力回路１５の出力が駆動回路１６に入力されＩ
ＧＢＴ１の駆動を制御する。
【０００６】図３にはこのＩＧＢＴ１の等価回路を示し
ている。すなわち、２つのＩＧＢＴ１’、１”が並列に
接続されており、ＩＧＢＴ１’がメイン部で、通常のゲ
ート素子として機能する部分である。それに対してＩＧ
ＢＴ１”はセンス部であり、流れる電流は例えばＩＧＢ
Ｔ１’の１／１０００程度である。このセンス部のＩＧ
ＢＴ１”のエミッタＳから流れる電流がセンス電流ＩＳ
であり、このエミッタＳに抵抗素子２が直列に接続され
ている。
ている。すなわち、２つのＩＧＢＴ１’、１”が並列に
接続されており、ＩＧＢＴ１’がメイン部で、通常のゲ
ート素子として機能する部分である。それに対してＩＧ
ＢＴ１”はセンス部であり、流れる電流は例えばＩＧＢ
Ｔ１’の１／１０００程度である。このセンス部のＩＧ
ＢＴ１”のエミッタＳから流れる電流がセンス電流ＩＳ
であり、このエミッタＳに抵抗素子２が直列に接続され
ている。
【０００７】次に、このＩＧＢＴ１の駆動保護回路の動
作について説明する。まず、ワンチップの駆動保護回路
１０内で基準電圧Ｖaが生成される。この値は保護すべ
き回路、ここではＩＧＢＴ１、の例えば定格にあたる電
流が流れた際に発生する電圧Ｖsである。このＩＧＢＴ
１に流す設定電流は、抵抗素子２によって設定される。
これは電流ＩＳとＩＭとが一定の関係を保っているため
である。そして、基準電圧Ｖaとセンス電圧Ｖsとがオペ
アンプ１１にて比較される。この比較結果によりＩＧＢ
Ｔ１を流れる電流ＩＭがその定格電流を越えるような場
合、すなわちＶs＞Ｖaとなると、エラー判定出力回路１
５で駆動回路１６を制御してＩＧＢＴ１をオフにさせ、
過電流が流れてＩＧＢＴ１が破壊されるのを防止する。
作について説明する。まず、ワンチップの駆動保護回路
１０内で基準電圧Ｖaが生成される。この値は保護すべ
き回路、ここではＩＧＢＴ１、の例えば定格にあたる電
流が流れた際に発生する電圧Ｖsである。このＩＧＢＴ
１に流す設定電流は、抵抗素子２によって設定される。
これは電流ＩＳとＩＭとが一定の関係を保っているため
である。そして、基準電圧Ｖaとセンス電圧Ｖsとがオペ
アンプ１１にて比較される。この比較結果によりＩＧＢ
Ｔ１を流れる電流ＩＭがその定格電流を越えるような場
合、すなわちＶs＞Ｖaとなると、エラー判定出力回路１
５で駆動回路１６を制御してＩＧＢＴ１をオフにさせ、
過電流が流れてＩＧＢＴ１が破壊されるのを防止する。
【０００８】ここで、抵抗素子１４の抵抗値をＲ１４、
この抵抗素子１４に流れる電流をＩref、また抵抗素子
２の抵抗値をＲ２とすれば、基準電圧Ｖa＝Ｒ１４×Ｉr
ef、センス電圧Ｖs＝Ｒ２×ＩＳである。抵抗素子１４
はワンチップの駆動保護回路１０内に形成されているの
に対し、抵抗素子２は電流設定のために外付けである。
そのためこの２つの抵抗の間には温度特性を始めとする
特性のばらつきに差がある。ただし、基準電圧ＶaはＶr
efの分圧で決まるため、それほど変動は受けない。それ
に対して電流ＩＳはＩＧＢＴ１の温度特性に影響を受け
る上、検出電流変更時の抵抗素子の変更により電流ＩＭ
とＩＳとの比率が変化する。このため、ＩＧＢＴ１に流
れる電流値を正確に把握することが出来ず、ＩＧＢＴ１
の保護が十分に行えないという問題があった。
この抵抗素子１４に流れる電流をＩref、また抵抗素子
２の抵抗値をＲ２とすれば、基準電圧Ｖa＝Ｒ１４×Ｉr
ef、センス電圧Ｖs＝Ｒ２×ＩＳである。抵抗素子１４
はワンチップの駆動保護回路１０内に形成されているの
に対し、抵抗素子２は電流設定のために外付けである。
そのためこの２つの抵抗の間には温度特性を始めとする
特性のばらつきに差がある。ただし、基準電圧ＶaはＶr
efの分圧で決まるため、それほど変動は受けない。それ
に対して電流ＩＳはＩＧＢＴ１の温度特性に影響を受け
る上、検出電流変更時の抵抗素子の変更により電流ＩＭ
とＩＳとの比率が変化する。このため、ＩＧＢＴ１に流
れる電流値を正確に把握することが出来ず、ＩＧＢＴ１
の保護が十分に行えないという問題があった。
【０００９】この問題を解決するには次のような方法が
考えられる。まず、抵抗素子２を抵抗素子１４と同様
に、駆動保護回路１０内に形成する。単一チップ内であ
れば抵抗素子２、１４の各特性は相対的に同じであるた
め、抵抗素子の特性変動による影響を受けずに済む。更
に、定電圧源１２にはＩＧＢＴ１と同じ温度特性を持た
せてやればよい。これによりＩＧＢＴ１に流れる電流値
を正確に把握することが出来、十分にＩＧＢＴ１を保護
出来る。
考えられる。まず、抵抗素子２を抵抗素子１４と同様
に、駆動保護回路１０内に形成する。単一チップ内であ
れば抵抗素子２、１４の各特性は相対的に同じであるた
め、抵抗素子の特性変動による影響を受けずに済む。更
に、定電圧源１２にはＩＧＢＴ１と同じ温度特性を持た
せてやればよい。これによりＩＧＢＴ１に流れる電流値
を正確に把握することが出来、十分にＩＧＢＴ１を保護
出来る。
【００１０】しかし、この方法では確かに電流値を正確
に把握することが出来、ゲート素子を保護出来るもの
の、電流設定用の抵抗素子２を駆動保護回路１０と同一
のチップ内に形成してしまうため設定電流が一定の値に
決まる。従って、設定電圧を可変出来ずゲート素子の電
流検出レベルを容易に変更できない、すなわち駆動保護
回路の汎用性が失われるという問題があった。
に把握することが出来、ゲート素子を保護出来るもの
の、電流設定用の抵抗素子２を駆動保護回路１０と同一
のチップ内に形成してしまうため設定電流が一定の値に
決まる。従って、設定電圧を可変出来ずゲート素子の電
流検出レベルを容易に変更できない、すなわち駆動保護
回路の汎用性が失われるという問題があった。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の保
護回路及び保護回路を有する半導体装置は、基準電圧を
生成するための抵抗素子と、設定電圧を生成するための
抵抗素子の間の温度特性を初めとする各特性にばらつき
があった。また、ゲート素子の温度特性によりゲート素
子が流す電流値にも温度特性があり、電流値を正確に把
握することが出来ず、ゲート素子保護の信頼性が損なわ
れるという問題があった。
護回路及び保護回路を有する半導体装置は、基準電圧を
生成するための抵抗素子と、設定電圧を生成するための
抵抗素子の間の温度特性を初めとする各特性にばらつき
があった。また、ゲート素子の温度特性によりゲート素
子が流す電流値にも温度特性があり、電流値を正確に把
握することが出来ず、ゲート素子保護の信頼性が損なわ
れるという問題があった。
【００１２】一方、基準電圧を生成するための抵抗素子
と、設定電圧を生成するための抵抗素子とをワンチップ
で形成することで、抵抗素子の特性変動による影響を受
けずに済む。この場合、確かに電流値を正確に把握する
ことが出来ゲート素子を保護出来るものの、ゲート素子
の電流検出レベルを容易に変更できず駆動保護回路の汎
用性が失われるという問題があった。
と、設定電圧を生成するための抵抗素子とをワンチップ
で形成することで、抵抗素子の特性変動による影響を受
けずに済む。この場合、確かに電流値を正確に把握する
ことが出来ゲート素子を保護出来るものの、ゲート素子
の電流検出レベルを容易に変更できず駆動保護回路の汎
用性が失われるという問題があった。
【００１３】この発明は、上記事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は、信頼度良く被保護素子を保護しつ
つ、電流検出レベルを容易に変更でき広い汎用性を有す
る保護回路及び保護回路を有する半導体装置を提供する
ことにある。
ので、その目的は、信頼度良く被保護素子を保護しつ
つ、電流検出レベルを容易に変更でき広い汎用性を有す
る保護回路及び保護回路を有する半導体装置を提供する
ことにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に記
載した保護回路は、被保護素子と実質的に等しい温度特
性を有する定電圧源と、前記定電圧源に接続されたカレ
ントミラー回路と、前記カレントミラー回路の第１の電
流出力端子に接続され、このカレントミラー回路で生成
する電流値を設定する外部付加素子と、前記カレントミ
ラー回路の第２の電流出力端子に接続され、基準電圧を
生成する基準電圧生成用素子と、前記被保護素子の主電
流経路を流れる電流に比例した電流を、この電流値に対
応する検出電圧に変換する検出電圧生成用素子と、前記
基準電圧と前記検出電圧とを比較する比較器と、前記比
較器の比較出力が供給され、この比較出力によって検出
電圧が基準電圧を越えたことが検知されたときに、前記
被保護素子をオフさせるエラー判定出力回路とを具備
し、少なくとも前記基準電圧生成用素子と前記検出電圧
生成用素子とを単一の半導体基板中に集積形成してなる
ことを特徴としている。
載した保護回路は、被保護素子と実質的に等しい温度特
性を有する定電圧源と、前記定電圧源に接続されたカレ
ントミラー回路と、前記カレントミラー回路の第１の電
流出力端子に接続され、このカレントミラー回路で生成
する電流値を設定する外部付加素子と、前記カレントミ
ラー回路の第２の電流出力端子に接続され、基準電圧を
生成する基準電圧生成用素子と、前記被保護素子の主電
流経路を流れる電流に比例した電流を、この電流値に対
応する検出電圧に変換する検出電圧生成用素子と、前記
基準電圧と前記検出電圧とを比較する比較器と、前記比
較器の比較出力が供給され、この比較出力によって検出
電圧が基準電圧を越えたことが検知されたときに、前記
被保護素子をオフさせるエラー判定出力回路とを具備
し、少なくとも前記基準電圧生成用素子と前記検出電圧
生成用素子とを単一の半導体基板中に集積形成してなる
ことを特徴としている。
【００１５】また、この発明の請求項２に記載した半導
体装置は、ゲート素子と、このゲート素子を駆動する駆
動回路と、前記ゲート素子と実質的に等しい温度特性を
有する定電圧源と、前記定電圧源の出力電圧に比例した
電流を生成する電流回路と、前記電流回路で生成する電
流の電流値を設定する外部付加素子と、前記電流回路の
電流を電圧に変換して、基準電圧を生成する基準電圧生
成用素子と、前記ゲート素子の電流経路を流れる電流に
対応する検出電圧を生成する検出電圧生成用素子と、前
記基準電圧と前記検出電圧とを比較し、検出電圧が基準
電圧を越えたときに、前記駆動回路を制御して前記ゲー
ト素子をオフさせる判定回路とを具備し、少なくとも前
記基準電圧生成用素子と前記検出電圧生成用素子とを単
一の半導体基板中に集積形成してなることを特徴として
いる。
体装置は、ゲート素子と、このゲート素子を駆動する駆
動回路と、前記ゲート素子と実質的に等しい温度特性を
有する定電圧源と、前記定電圧源の出力電圧に比例した
電流を生成する電流回路と、前記電流回路で生成する電
流の電流値を設定する外部付加素子と、前記電流回路の
電流を電圧に変換して、基準電圧を生成する基準電圧生
成用素子と、前記ゲート素子の電流経路を流れる電流に
対応する検出電圧を生成する検出電圧生成用素子と、前
記基準電圧と前記検出電圧とを比較し、検出電圧が基準
電圧を越えたときに、前記駆動回路を制御して前記ゲー
ト素子をオフさせる判定回路とを具備し、少なくとも前
記基準電圧生成用素子と前記検出電圧生成用素子とを単
一の半導体基板中に集積形成してなることを特徴として
いる。
【００１６】更にこの発明の請求項３に記載した半導体
装置は、カレントセンス内蔵型の絶縁ゲート素子と、こ
の絶縁ゲート素子を駆動する駆動回路と、前記絶縁ゲー
ト素子と実質的に等しい温度特性を有する定電圧源と、
前記定電圧源に接続されたカレントミラー回路と、前記
カレントミラー回路の第１の電流出力端子に接続され、
このカレントミラー回路で生成する電流値を設定する外
部付加素子と、前記カレントミラー回路の第２の電流出
力端子に接続され、基準電圧を生成する基準電圧生成用
素子と、前記絶縁ゲート素子におけるセンス用電流検出
用の電流経路に挿入され、この電流経路を流れる電流に
対応する検出電圧を生成する検出電圧生成用素子と、前
記基準電圧と前記検出電圧とを比較する比較器と、前記
比較器の比較出力が供給され、この比較出力によって検
出電圧が基準電圧を越えたことが検知されたときに、前
記駆動回路を制御して前記絶縁ゲート素子をオフさせる
エラー判定出力回路とを具備し、少なくとも前記基準電
圧生成用素子と前記検出電圧生成用素子とを単一の半導
体基板中に集積形成してなることを特徴としている。
装置は、カレントセンス内蔵型の絶縁ゲート素子と、こ
の絶縁ゲート素子を駆動する駆動回路と、前記絶縁ゲー
ト素子と実質的に等しい温度特性を有する定電圧源と、
前記定電圧源に接続されたカレントミラー回路と、前記
カレントミラー回路の第１の電流出力端子に接続され、
このカレントミラー回路で生成する電流値を設定する外
部付加素子と、前記カレントミラー回路の第２の電流出
力端子に接続され、基準電圧を生成する基準電圧生成用
素子と、前記絶縁ゲート素子におけるセンス用電流検出
用の電流経路に挿入され、この電流経路を流れる電流に
対応する検出電圧を生成する検出電圧生成用素子と、前
記基準電圧と前記検出電圧とを比較する比較器と、前記
比較器の比較出力が供給され、この比較出力によって検
出電圧が基準電圧を越えたことが検知されたときに、前
記駆動回路を制御して前記絶縁ゲート素子をオフさせる
エラー判定出力回路とを具備し、少なくとも前記基準電
圧生成用素子と前記検出電圧生成用素子とを単一の半導
体基板中に集積形成してなることを特徴としている。
【００１７】上記のような構成によれば、基準電圧を生
成する基準電圧生成用素子に流れる電流を発生するカレ
ントミラー回路（電流回路）が、被保護素子（ゲート素
子）と実質的に等しい温度特性を有する定電圧源に接続
されている。またカレントミラー回路の第１の電流出力
端子に接続された外部付加素子により、このカレントミ
ラー回路に流れる電流値を設定できる。この電流はカレ
ントミラー回路の第２の端子より出力され、基準電圧生
成用素子により基準電圧に変換される。被保護素子の検
出電流は基準電圧生成用素子と単一の半導体基板中に形
成された検出電圧生成用素子により検出電圧に変換され
る。基準側、検出側の電圧生成用素子は単一の半導体基
板中に形成されているため同一の特性を有し、かつその
特性のばらつきも同一であり、カレントミラー回路の生
成する電流と被保護素子の温度特性も実質的に同一であ
る。そのため、これらの特性変動の影響を受けず、信頼
度良く被保護素子の保護ができる。また、カレントミラ
ー回路が発生する電流、すなわち基準電圧を外部から付
加する抵抗により設定できるので、被保護素子の電流検
出レベルを容易に変更でき、広い汎用性を有する保護回
路及び保護回路を有する半導体装置を実現できる。
成する基準電圧生成用素子に流れる電流を発生するカレ
ントミラー回路（電流回路）が、被保護素子（ゲート素
子）と実質的に等しい温度特性を有する定電圧源に接続
されている。またカレントミラー回路の第１の電流出力
端子に接続された外部付加素子により、このカレントミ
ラー回路に流れる電流値を設定できる。この電流はカレ
ントミラー回路の第２の端子より出力され、基準電圧生
成用素子により基準電圧に変換される。被保護素子の検
出電流は基準電圧生成用素子と単一の半導体基板中に形
成された検出電圧生成用素子により検出電圧に変換され
る。基準側、検出側の電圧生成用素子は単一の半導体基
板中に形成されているため同一の特性を有し、かつその
特性のばらつきも同一であり、カレントミラー回路の生
成する電流と被保護素子の温度特性も実質的に同一であ
る。そのため、これらの特性変動の影響を受けず、信頼
度良く被保護素子の保護ができる。また、カレントミラ
ー回路が発生する電流、すなわち基準電圧を外部から付
加する抵抗により設定できるので、被保護素子の電流検
出レベルを容易に変更でき、広い汎用性を有する保護回
路及び保護回路を有する半導体装置を実現できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態を図面
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。
を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、
共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１９】この発明の一実施形態に係る半導体装置に
ついて図１を用いて説明する。図１はカレントセンス内
蔵型のゲート素子の例としてＩＧＢＴを取りあげ、ＩＧ
ＢＴとその駆動保護回路について示している。
ついて図１を用いて説明する。図１はカレントセンス内
蔵型のゲート素子の例としてＩＧＢＴを取りあげ、ＩＧ
ＢＴとその駆動保護回路について示している。
【００２０】図示するように、ＩＧＢＴ１（被保護素
子、ゲート素子）はゲートＧ、コレクタＣ、エミッタＥ
に加えてセンス用のエミッタＳを備えており、センス用
のエミッタＳから流れるセンス電流ＩＳは、メインの出
力であるエミッタＥから流れるメイン電流ＩＭの１／１
０００程度の大きさである。そしてこのＩＧＢＴ１には
駆動保護回路１０が接続されている。
子、ゲート素子）はゲートＧ、コレクタＣ、エミッタＥ
に加えてセンス用のエミッタＳを備えており、センス用
のエミッタＳから流れるセンス電流ＩＳは、メインの出
力であるエミッタＥから流れるメイン電流ＩＭの１／１
０００程度の大きさである。そしてこのＩＧＢＴ１には
駆動保護回路１０が接続されている。
【００２１】従来ＩＧＢＴ１のセンス電流ＩＳの検出の
ためには駆動保護回路の外部に取り付けた抵抗素子２に
よって電圧に変換していたが、本実施形態では駆動保護
回路１０内に設けた検出用の抵抗素子１７（検出電圧生
成用素子）によって電圧に変換してセンス電流ＩＳを検
出している。抵抗素子１７の両端に発生したセンス電圧
Ｖsは駆動保護回路１０内のオペアンプ１１（比較器）
の非反転入力端子に入力される。
ためには駆動保護回路の外部に取り付けた抵抗素子２に
よって電圧に変換していたが、本実施形態では駆動保護
回路１０内に設けた検出用の抵抗素子１７（検出電圧生
成用素子）によって電圧に変換してセンス電流ＩＳを検
出している。抵抗素子１７の両端に発生したセンス電圧
Ｖsは駆動保護回路１０内のオペアンプ１１（比較器）
の非反転入力端子に入力される。
【００２２】また駆動保護回路１０内に設けられ電圧Ｖ
refを出力する定電圧源１２には、トランジスタ（Ｔ
ｒ）１８、１９、２０からなるベース電流補正型のカレ
ントミラー回路２１（電流回路）が接続されている。そ
してＴｒ１９側には駆動保護回路１０の外部から抵抗素
子３０（外部付加素子）が着脱自在に直列接続され、Ｔ
ｒ１８側には同じく直列に基準電圧生成用の抵抗素子１
４（基準電圧生成用素子）が接続されている。抵抗素子
１４の両端に発生した基準電圧Ｖaはオペアンプ１１の
反転入力端子に入力される。そして、オペアンプ１１に
入力される電圧ＶsとＶaとの比較結果がエラー判定出力
回路１５へ入力される。このオペアンプ１１での比較結
果に基づいたエラー判定出力回路１５の出力が駆動回路
１６に入力されＩＧＢＴ１の駆動を制御する。
refを出力する定電圧源１２には、トランジスタ（Ｔ
ｒ）１８、１９、２０からなるベース電流補正型のカレ
ントミラー回路２１（電流回路）が接続されている。そ
してＴｒ１９側には駆動保護回路１０の外部から抵抗素
子３０（外部付加素子）が着脱自在に直列接続され、Ｔ
ｒ１８側には同じく直列に基準電圧生成用の抵抗素子１
４（基準電圧生成用素子）が接続されている。抵抗素子
１４の両端に発生した基準電圧Ｖaはオペアンプ１１の
反転入力端子に入力される。そして、オペアンプ１１に
入力される電圧ＶsとＶaとの比較結果がエラー判定出力
回路１５へ入力される。このオペアンプ１１での比較結
果に基づいたエラー判定出力回路１５の出力が駆動回路
１６に入力されＩＧＢＴ１の駆動を制御する。
【００２３】次にこのＩＧＢＴ１の駆動保護回路１０の
動作について説明する。カレントミラー回路２１のＴｒ
１９に流れる電流Ｉ１は、定電圧源１２の電圧Ｖrefと
外部抵抗３０によって決まる。この電流Ｉ１はＴｒ１８
に流れる電流Ｉ２に渡され、抵抗素子１４（抵抗値Ｒ
１４）によって基準電圧Ｖa＝Ｒ１４×Ｉ２が生成され
る。そして、基準電圧Ｖaとセンス電圧Ｖsとがオペアン
プ１１にて比較される。この比較結果によりＩＧＢＴ１
を流れる電流ＩＭがその定格電流を越えるような場合、
すなわちＶs＞Ｖaとなると、エラー判定出力回路１５で
駆動回路１６を制御してＩＧＢＴ１をオフさせ、過電流
が流れてＩＧＢＴ１が破壊されるのを防止する。
動作について説明する。カレントミラー回路２１のＴｒ
１９に流れる電流Ｉ１は、定電圧源１２の電圧Ｖrefと
外部抵抗３０によって決まる。この電流Ｉ１はＴｒ１８
に流れる電流Ｉ２に渡され、抵抗素子１４（抵抗値Ｒ
１４）によって基準電圧Ｖa＝Ｒ１４×Ｉ２が生成され
る。そして、基準電圧Ｖaとセンス電圧Ｖsとがオペアン
プ１１にて比較される。この比較結果によりＩＧＢＴ１
を流れる電流ＩＭがその定格電流を越えるような場合、
すなわちＶs＞Ｖaとなると、エラー判定出力回路１５で
駆動回路１６を制御してＩＧＢＴ１をオフさせ、過電流
が流れてＩＧＢＴ１が破壊されるのを防止する。
【００２４】次に、基準電圧Ｖa＝Ｉ２×Ｒ１４とセン
ス電圧Ｖs＝ＩＳ×Ｒ１７の関係について考察する。従
来技術の図２に示した駆動保護回路では、基準電圧Ｖa
とセンス電圧Ｖsを生成する電流と抵抗の両方に異なる
特性変動があった。しかし、上述のような構成の駆動保
護回路では、センス電圧Ｖs生成用の抵抗素子１７と基
準電圧Ｖa生成用の抵抗素子１４とが単一のチップ内に
形成されているため、両抵抗素子の温度特性を始めとす
る各特性のばらつきが相対的に同一である。そのため、
抵抗素子の特性変動による影響を受けずに済む。
ス電圧Ｖs＝ＩＳ×Ｒ１７の関係について考察する。従
来技術の図２に示した駆動保護回路では、基準電圧Ｖa
とセンス電圧Ｖsを生成する電流と抵抗の両方に異なる
特性変動があった。しかし、上述のような構成の駆動保
護回路では、センス電圧Ｖs生成用の抵抗素子１７と基
準電圧Ｖa生成用の抵抗素子１４とが単一のチップ内に
形成されているため、両抵抗素子の温度特性を始めとす
る各特性のばらつきが相対的に同一である。そのため、
抵抗素子の特性変動による影響を受けずに済む。
【００２５】次にカレントミラー回路２１に流れる電流
Ｉ１とＩ２に注目する。外部抵抗素子３０の抵抗値をＲ
ext、トランジスタのベース、エミッタ間電圧をＶＢＥ
とすると、Ｉ１、Ｉ２の値は、
Ｉ１とＩ２に注目する。外部抵抗素子３０の抵抗値をＲ
ext、トランジスタのベース、エミッタ間電圧をＶＢＥ
とすると、Ｉ１、Ｉ２の値は、
【００２６】
【数１】
【００２７】となる。基準電圧Ｖaを生成するための電
流Ｉ２の温度特性は、１式を温度Ｔで微分することによ
り求められ、
流Ｉ２の温度特性は、１式を温度Ｔで微分することによ
り求められ、
【００２８】
【数２】
【００２９】となる。この温度特性をｐｐｍ表示に変換
すると、
すると、
【００３０】
【数３】
【００３１】となる。ここでセンス部の電流ＩＳがＸ１
[ppm/℃]という温度特性を持つと仮定すれば、この３式
にＸ１の温度特性を持たせればよいわけだが、１式の関
係から３式は、
[ppm/℃]という温度特性を持つと仮定すれば、この３式
にＸ１の温度特性を持たせればよいわけだが、１式の関
係から３式は、
【００３２】
【数４】
【００３３】となり、Ｒextに独立であることが分か
る。すなわち、Ｖref−２ＶＢＥの温度特性が電流ＩＳ
の温度特性Ｘ１[ppm/℃]と等しければよい。ただし、Ｖ
ＢＥはトランジスタのｐｎ接合によって決まってくるパ
ラメータであるため、定電圧源１２の温度特性を制御す
ることによって一義的に決めることが出来る。
る。すなわち、Ｖref−２ＶＢＥの温度特性が電流ＩＳ
の温度特性Ｘ１[ppm/℃]と等しければよい。ただし、Ｖ
ＢＥはトランジスタのｐｎ接合によって決まってくるパ
ラメータであるため、定電圧源１２の温度特性を制御す
ることによって一義的に決めることが出来る。
【００３４】また、基準電圧Ｖaを決める電流Ｉ２の絶
対値は外部抵抗３０の抵抗値Ｒextで決まるが、このＲe
xtの値は電流Ｉ２の温度特性には何ら影響を与えないこ
とが４式からも明らかである。このＲextは抵抗素子３
０であり、保護駆動回路１０の外部から接続されるた
め、１式で示したようにＲextを変更することで電流検
出レベルを自由に設定することが出来る。
対値は外部抵抗３０の抵抗値Ｒextで決まるが、このＲe
xtの値は電流Ｉ２の温度特性には何ら影響を与えないこ
とが４式からも明らかである。このＲextは抵抗素子３
０であり、保護駆動回路１０の外部から接続されるた
め、１式で示したようにＲextを変更することで電流検
出レベルを自由に設定することが出来る。
【００３５】すなわち、基準電圧Ｖa＝Ｉ２×Ｒ１４と
センス電圧Ｖs＝ＩＳ×Ｒ１７の関係において、抵抗Ｒ
１４、Ｒ１７を単一のチップ内に形成することにより、
各特性変動による影響を消失させ、基準電圧を生成する
電流Ｉ２にはＩＳと同様の温度特性を持たせることで、
ゲート素子の温度特性の影響も消失させることが出来
る。更に電流Ｉ２は、Ｉ２の温度特性自体には全く独立
で無関係の外部付加抵抗Ｒextにより決まるため、所望
の電流に自在に設定することが出来る。
センス電圧Ｖs＝ＩＳ×Ｒ１７の関係において、抵抗Ｒ
１４、Ｒ１７を単一のチップ内に形成することにより、
各特性変動による影響を消失させ、基準電圧を生成する
電流Ｉ２にはＩＳと同様の温度特性を持たせることで、
ゲート素子の温度特性の影響も消失させることが出来
る。更に電流Ｉ２は、Ｉ２の温度特性自体には全く独立
で無関係の外部付加抵抗Ｒextにより決まるため、所望
の電流に自在に設定することが出来る。
【００３６】上記のように、本実施形態によれば、基準
電圧発生用の抵抗素子とセンス用の抵抗素子を単一のチ
ップ内に形成し、更に基準電圧発生用の電流には保護す
べきゲート素子と同様の温度特性を持たせている。その
ため、常時正確な電流値を把握でき、信頼度良くゲート
素子を保護出来、高性能、高信頼性の保護回路を有する
半導体装置を実現できる。また、基準電圧発生用の電流
値を外部抵抗を用いて設定しているので、自在に設定電
流を可変出来、汎用性の高い保護駆動回路を実現でき
る。
電圧発生用の抵抗素子とセンス用の抵抗素子を単一のチ
ップ内に形成し、更に基準電圧発生用の電流には保護す
べきゲート素子と同様の温度特性を持たせている。その
ため、常時正確な電流値を把握でき、信頼度良くゲート
素子を保護出来、高性能、高信頼性の保護回路を有する
半導体装置を実現できる。また、基準電圧発生用の電流
値を外部抵抗を用いて設定しているので、自在に設定電
流を可変出来、汎用性の高い保護駆動回路を実現でき
る。
【００３７】なお、上記実施形態では、ゲート素子にパ
ワー素子としてのＩＧＢＴを例にとって説明したが、そ
の応用分野はＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、
そしてＧＴＯ（Gate Turn-Off Thyristor）等に適用し
ても良いし、無論パワー素子だけに限られるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施
することが出来る。
ワー素子としてのＩＧＢＴを例にとって説明したが、そ
の応用分野はＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、
そしてＧＴＯ（Gate Turn-Off Thyristor）等に適用し
ても良いし、無論パワー素子だけに限られるものではな
く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施
することが出来る。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、信頼度良く被保護素子を保護しつつ、電流検出レベ
ルを容易に変更でき広い汎用性を有する保護回路及び保
護回路を有する半導体装置を提供できる。
ば、信頼度良く被保護素子を保護しつつ、電流検出レベ
ルを容易に変更でき広い汎用性を有する保護回路及び保
護回路を有する半導体装置を提供できる。
【図１】この発明の実施形態に係る保護回路及び保護回
路を有する半導体装置について説明するためのもので、
ＩＧＢＴとその駆動保護回路の回路図。
路を有する半導体装置について説明するためのもので、
ＩＧＢＴとその駆動保護回路の回路図。
【図２】従来の保護回路及び保護回路を有する半導体装
置について説明するためのもので、ＩＧＢＴとその駆動
保護回路の回路図。
置について説明するためのもので、ＩＧＢＴとその駆動
保護回路の回路図。
【図３】カレントセンス内蔵型のＩＧＢＴの等価回路と
基準電圧生成用素子。
基準電圧生成用素子。
１、１’、１”…ゲート素子（ＩＧＢＴ） ２、１３、１４、１７、３０…抵抗素子 １０…駆動保護回路 １１…オペアンプ １２…定電圧電源 １５…エラー判定出力回路 １６…駆動回路 １８、１９、２０…トランジスタ ２１…カレントミラー回路
Claims (3)
- 【請求項１】 被保護素子と実質的に等しい温度特性を
有する定電圧源と、 前記定電圧源に接続されたカレントミラー回路と、 前記カレントミラー回路の第１の電流出力端子に接続さ
れ、このカレントミラー回路で生成する電流値を設定す
る外部付加素子と、 前記カレントミラー回路の第２の電流出力端子に接続さ
れ、基準電圧を生成する基準電圧生成用素子と、 前記被保護素子の主電流経路を流れる電流に比例した電
流を、この電流値に対応する検出電圧に変換する検出電
圧生成用素子と、 前記基準電圧と前記検出電圧とを比較する比較器と、 前記比較器の比較出力が供給され、この比較出力によっ
て検出電圧が基準電圧を越えたことが検知されたとき
に、前記被保護素子をオフさせるエラー判定出力回路と
を具備し、 少なくとも前記基準電圧生成用素子と前記検出電圧生成
用素子とを単一の半導体基板中に集積形成してなること
を特徴とする保護回路。 - 【請求項２】 ゲート素子と、 このゲート素子を駆動する駆動回路と、 前記ゲート素子と実質的に等しい温度特性を有する定電
圧源と、 前記定電圧源の出力電圧に比例した電流を生成する電流
回路と、 前記電流回路で生成する電流の電流値を設定する外部付
加素子と、 前記電流回路の電流を電圧に変換して、基準電圧を生成
する基準電圧生成用素子と、 前記ゲート素子の電流経路を流れる電流に対応する検出
電圧を生成する検出電圧生成用素子と、 前記基準電圧と前記検出電圧とを比較し、検出電圧が基
準電圧を越えたときに、前記駆動回路を制御して前記ゲ
ート素子をオフさせる判定回路とを具備し、 少なくとも前記基準電圧生成用素子と前記検出電圧生成
用素子とを単一の半導体基板中に集積形成してなること
を特徴とする保護回路を有する半導体装置。 - 【請求項３】 カレントセンス内蔵型の絶縁ゲート素子
と、 この絶縁ゲート素子を駆動する駆動回路と、 前記絶縁ゲート素子と実質的に等しい温度特性を有する
定電圧源と、 前記定電圧源に接続されたカレントミラー回路と、 前記カレントミラー回路の第１の電流出力端子に接続さ
れ、このカレントミラー回路で生成する電流値を設定す
る外部付加素子と、 前記カレントミラー回路の第２の電流出力端子に接続さ
れ、基準電圧を生成する基準電圧生成用素子と、 前記絶縁ゲート素子におけるセンス電流検出用の電流経
路に挿入され、この電流経路を流れる電流に対応する検
出電圧を生成する検出電圧生成用素子と、 前記基準電圧と前記検出電圧とを比較する比較器と、 前記比較器の比較出力が供給され、この比較出力によっ
て検出電圧が基準電圧を越えたことが検知されたとき
に、前記駆動回路を制御して前記絶縁ゲート素子をオフ
させるエラー判定出力回路とを具備し、 少なくとも前記基準電圧生成用素子と前記検出電圧生成
用素子とを単一の半導体基板中に集積形成してなること
を特徴とする保護回路を有する半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35047799A JP2001168652A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 保護回路及び保護回路を有する半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35047799A JP2001168652A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 保護回路及び保護回路を有する半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001168652A true JP2001168652A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=18410769
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35047799A Pending JP2001168652A (ja) | 1999-12-09 | 1999-12-09 | 保護回路及び保護回路を有する半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001168652A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004080778A (ja) * | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Semikron Elektron Gmbh | パワー半導体トランジスタを駆動するための回路装置 |
| JP2006173720A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Toshiba Microelectronics Corp | 過電流検出装置 |
| US7602595B2 (en) | 2007-02-21 | 2009-10-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
| JP2019097000A (ja) * | 2017-11-21 | 2019-06-20 | ローム株式会社 | カレントミラー回路 |
| JP7540249B2 (ja) | 2020-08-27 | 2024-08-27 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール |
-
1999
- 1999-12-09 JP JP35047799A patent/JP2001168652A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004080778A (ja) * | 2002-08-09 | 2004-03-11 | Semikron Elektron Gmbh | パワー半導体トランジスタを駆動するための回路装置 |
| JP2006173720A (ja) * | 2004-12-13 | 2006-06-29 | Toshiba Microelectronics Corp | 過電流検出装置 |
| US7602595B2 (en) | 2007-02-21 | 2009-10-13 | Mitsubishi Electric Corporation | Semiconductor device |
| JP2019097000A (ja) * | 2017-11-21 | 2019-06-20 | ローム株式会社 | カレントミラー回路 |
| JP7540249B2 (ja) | 2020-08-27 | 2024-08-27 | 富士電機株式会社 | 半導体モジュール |
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