JP2002185295A - 半導体装置 - Google Patents
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- JP2002185295A JP2002185295A JP2000377430A JP2000377430A JP2002185295A JP 2002185295 A JP2002185295 A JP 2002185295A JP 2000377430 A JP2000377430 A JP 2000377430A JP 2000377430 A JP2000377430 A JP 2000377430A JP 2002185295 A JP2002185295 A JP 2002185295A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 そのそれぞれに半導体素子の保護回路を有す
る単位半導体装置を複数個並列接続して構成される半導
体装置において、各単位半導体装置間での半導体素子の
保護動作のばらつきを抑える。 【解決手段】 単位半導体装置11を複数個並列接続し
た半導体装置において、単位半導体装置11は保護動作
を行う場合に保護信号が出力される保護信号出力端子2
0および他の単位半導体装置からの保護信号を受ける保
護信号入力端子22を有する。単位半導体装置11は保
護信号入力端子22に入力された保護信号に基づいても
保護動作を行う。従って、並列接続した全ての単位半導
体装置11の保護信号出力端子20および保護信号入力
端子22を連結することにより、任意の単位半導体装置
が出力した保護信号に基づいて全ての単位半導体装置1
1の保護動作が同時に行われる。
る単位半導体装置を複数個並列接続して構成される半導
体装置において、各単位半導体装置間での半導体素子の
保護動作のばらつきを抑える。 【解決手段】 単位半導体装置11を複数個並列接続し
た半導体装置において、単位半導体装置11は保護動作
を行う場合に保護信号が出力される保護信号出力端子2
0および他の単位半導体装置からの保護信号を受ける保
護信号入力端子22を有する。単位半導体装置11は保
護信号入力端子22に入力された保護信号に基づいても
保護動作を行う。従って、並列接続した全ての単位半導
体装置11の保護信号出力端子20および保護信号入力
端子22を連結することにより、任意の単位半導体装置
が出力した保護信号に基づいて全ての単位半導体装置1
1の保護動作が同時に行われる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は例えば、インバータ
等の電力変換装置において、主電流のスイッチングを行
うのに好適な半導体装置に関するものであり、特に半導
体装置が複数個の単位半導体装置を並列接続した構成で
ある場合に、各々の単位半導体装置の保護動作を協調さ
せるための技術に関するものである。
等の電力変換装置において、主電流のスイッチングを行
うのに好適な半導体装置に関するものであり、特に半導
体装置が複数個の単位半導体装置を並列接続した構成で
ある場合に、各々の単位半導体装置の保護動作を協調さ
せるための技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9は、一般的な三相インバータの構成
図である。図9に示すように、各相にそれぞれの位相に
応じて主電流をスイッチングする半導体素子を備える構
成になっている。また、大電流のインバータでは、各相
に半導体素子を複数個並列接続し大容量化して使用され
る。
図である。図9に示すように、各相にそれぞれの位相に
応じて主電流をスイッチングする半導体素子を備える構
成になっている。また、大電流のインバータでは、各相
に半導体素子を複数個並列接続し大容量化して使用され
る。
【0003】ところで、上記したインバータなどの電力
変換装置において、主電流をスイッチングする半導体素
子と、この半導体素子を駆動する制御回路を有し、さら
に装置の異常動作時での過電流による半導体素子の破壊
を防止する保護回路を内蔵した半導体装置は多く用いら
れている。そして、大電流のインバータ等においては、
この半導体装置を複数個並列接続して1つの半導体装置
として使用される。ここで、前記した複数個並列接続さ
れる個々の半導体装置を単位半導体装置と便宜上定義す
る。
変換装置において、主電流をスイッチングする半導体素
子と、この半導体素子を駆動する制御回路を有し、さら
に装置の異常動作時での過電流による半導体素子の破壊
を防止する保護回路を内蔵した半導体装置は多く用いら
れている。そして、大電流のインバータ等においては、
この半導体装置を複数個並列接続して1つの半導体装置
として使用される。ここで、前記した複数個並列接続さ
れる個々の半導体装置を単位半導体装置と便宜上定義す
る。
【0004】図10は従来の単位半導体装置101の構
成図である。主電流をスイッチングする半導体素子とし
てIGBT素子を用いた例である。図10において、1
02、103はそれぞれ、主電流経路に接続されるコレ
クタ端子およびエミッタ端子、104は単位半導体装置
101に駆動信号を入力するための駆動信号入力端子、
105はIGBT素子であり、IGBT駆動部108に
より制御され、主電流をスイッチングする。106は電
流検出抵抗であり、IGBT素子105を流れる電流を
検出し電流検出信号を保護判定部107へ伝達する。保
護判定部107は、電流検出抵抗106からの電流検出
信号に基づきIGBT素子105の過電流状態を検出
し、保護動作を行う場合に保護信号を出力する。IGB
T駆動部108は駆動信号入力端子104に入力される
駆動信号に基づくIGBT素子105の駆動、および保
護判定部107からの保護信号に基づくIGBT素子1
05の保護動作を行う。109は保護信号出力トランジ
スタであり、保護判定部107からの保護信号によりタ
ーンオンする。110は保護信号を外部に出力するため
の保護信号出力端子、111はプルアップ抵抗である。
成図である。主電流をスイッチングする半導体素子とし
てIGBT素子を用いた例である。図10において、1
02、103はそれぞれ、主電流経路に接続されるコレ
クタ端子およびエミッタ端子、104は単位半導体装置
101に駆動信号を入力するための駆動信号入力端子、
105はIGBT素子であり、IGBT駆動部108に
より制御され、主電流をスイッチングする。106は電
流検出抵抗であり、IGBT素子105を流れる電流を
検出し電流検出信号を保護判定部107へ伝達する。保
護判定部107は、電流検出抵抗106からの電流検出
信号に基づきIGBT素子105の過電流状態を検出
し、保護動作を行う場合に保護信号を出力する。IGB
T駆動部108は駆動信号入力端子104に入力される
駆動信号に基づくIGBT素子105の駆動、および保
護判定部107からの保護信号に基づくIGBT素子1
05の保護動作を行う。109は保護信号出力トランジ
スタであり、保護判定部107からの保護信号によりタ
ーンオンする。110は保護信号を外部に出力するため
の保護信号出力端子、111はプルアップ抵抗である。
【0005】図10に示した単位半導体装置の保護動作
について説明する。例えばこの単位半導体装置101に
より構成されるインバータに出力異常が生じ、IGBT
素子105に定格電流以上の電流が流れる過電流状態に
なったとする。まず、電流検出抵抗106からの電流検
出信号により、保護判定部107においてIGBT素子
105の過電流状態が検出される。すると保護判定部1
07は当該IGBT素子105の保護動作を行うように
判定し、保護信号をIGBT駆動部108および保護信
号出力トランジスタ109へ出力する。保護判定部10
7からの保護信号を受けたIGBT駆動部108は保護
動作としてIGBT素子105の電流遮断動作を行い、
IGBT素子105の破壊を防ぐ。一方、保護信号出力
トランジスタ109は保護判定部107からの保護信号
を受けるとターンオンし、保護信号出力端子110をロ
ーレベルにすることによって外部へと保護信号を出力す
る。
について説明する。例えばこの単位半導体装置101に
より構成されるインバータに出力異常が生じ、IGBT
素子105に定格電流以上の電流が流れる過電流状態に
なったとする。まず、電流検出抵抗106からの電流検
出信号により、保護判定部107においてIGBT素子
105の過電流状態が検出される。すると保護判定部1
07は当該IGBT素子105の保護動作を行うように
判定し、保護信号をIGBT駆動部108および保護信
号出力トランジスタ109へ出力する。保護判定部10
7からの保護信号を受けたIGBT駆動部108は保護
動作としてIGBT素子105の電流遮断動作を行い、
IGBT素子105の破壊を防ぐ。一方、保護信号出力
トランジスタ109は保護判定部107からの保護信号
を受けるとターンオンし、保護信号出力端子110をロ
ーレベルにすることによって外部へと保護信号を出力す
る。
【0006】従来の半導体装置においては、外部へ出力
された保護信号は、信号処理装置やコンピュータ等の外
部装置へと入力され、外部装置は当該半導体装置の異常
を検出して、駆動信号入力端子104への駆動信号の入
力を停止させる等の制御をする。
された保護信号は、信号処理装置やコンピュータ等の外
部装置へと入力され、外部装置は当該半導体装置の異常
を検出して、駆動信号入力端子104への駆動信号の入
力を停止させる等の制御をする。
【0007】上述したように、大電流のインバータ等の
電力変換装置においては、単位半導体装置101を複数
個並列接続した半導体装置が1つの半導体装置として使
用される。図11は図10の単位半導体装置101を複
数個並列接続した半導体装置の構成を示している。な
お、図11において符号を付した部分は、図10中の同
一符号部分に対応しているので、その詳細な説明を省略
する。図11に示すように、各単位半導体装置が並列関
係になるようにコレクタ端子102、エミッタ端子10
3を接続し、駆動信号入力端子104、制御電源Vcc
および接地電位GNDを各単位半導体装置間で共通にす
る。また保護信号出力端子110からの保護信号はそれ
ぞれ外部装置へと出力される。図11の半導体装置にお
いては、異常動作時での過電流に対するIGBT素子の
保護動作は、並列接続された各単位半導体装置101ご
とに独立して行われることとなる。
電力変換装置においては、単位半導体装置101を複数
個並列接続した半導体装置が1つの半導体装置として使
用される。図11は図10の単位半導体装置101を複
数個並列接続した半導体装置の構成を示している。な
お、図11において符号を付した部分は、図10中の同
一符号部分に対応しているので、その詳細な説明を省略
する。図11に示すように、各単位半導体装置が並列関
係になるようにコレクタ端子102、エミッタ端子10
3を接続し、駆動信号入力端子104、制御電源Vcc
および接地電位GNDを各単位半導体装置間で共通にす
る。また保護信号出力端子110からの保護信号はそれ
ぞれ外部装置へと出力される。図11の半導体装置にお
いては、異常動作時での過電流に対するIGBT素子の
保護動作は、並列接続された各単位半導体装置101ご
とに独立して行われることとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】図10に示した従来の
単位半導体装置101を図11のように並列接続して使
用した場合、個々の単位半導体装置101における保護
判定部107による判定動作は、各単位半導体装置それ
ぞれで独立して行われる。一般に各単位半導体装置間に
おいては少なからずパラメータのばらつきが存在するの
で、複数個の単位半導体装置を並列接続して使用する
と、半導体素子を流れる電流値や、IGBT素子の過電
流を検出する電流レベル、IGBT素子のターンオンお
よびターンオフのしきい値電圧等に、単位半導体装置間
でのばらつきが生じる。それにより、それぞれの単位半
導体装置が保護動作を行うタイミングにもばらつきが生
じる。
単位半導体装置101を図11のように並列接続して使
用した場合、個々の単位半導体装置101における保護
判定部107による判定動作は、各単位半導体装置それ
ぞれで独立して行われる。一般に各単位半導体装置間に
おいては少なからずパラメータのばらつきが存在するの
で、複数個の単位半導体装置を並列接続して使用する
と、半導体素子を流れる電流値や、IGBT素子の過電
流を検出する電流レベル、IGBT素子のターンオンお
よびターンオフのしきい値電圧等に、単位半導体装置間
でのばらつきが生じる。それにより、それぞれの単位半
導体装置が保護動作を行うタイミングにもばらつきが生
じる。
【0009】このように並列接続された単位半導体装置
間で保護動作を行うタイミングにばらつきが存在する
と、保護動作のタイミングが他の単位半導体装置よりも
遅い一部の単位半導体装置に急激に電流が集中するため
に、半導体素子の破壊を引き起こす恐れがある。
間で保護動作を行うタイミングにばらつきが存在する
と、保護動作のタイミングが他の単位半導体装置よりも
遅い一部の単位半導体装置に急激に電流が集中するため
に、半導体素子の破壊を引き起こす恐れがある。
【0010】一方、信号処理装置やコンピュータ等の外
部装置で保護信号を検出し、各単位半導体装置への駆動
信号入力によって電流遮断動作を行わせることで保護動
作のタイミングのばらつきを補うことは可能であるが、
外部装置にそのための回路やプログラム等の手段がさら
に必要となることや、並列接続する単位半導体装置の個
数を任意に変更する場合を考慮すると、半導体装置自身
で保護動作の制御を行うことが汎用性の面で望ましい。
部装置で保護信号を検出し、各単位半導体装置への駆動
信号入力によって電流遮断動作を行わせることで保護動
作のタイミングのばらつきを補うことは可能であるが、
外部装置にそのための回路やプログラム等の手段がさら
に必要となることや、並列接続する単位半導体装置の個
数を任意に変更する場合を考慮すると、半導体装置自身
で保護動作の制御を行うことが汎用性の面で望ましい。
【0011】さらに、このパラメータのばらつきによっ
て定格出力電流に達していないにも係わらず保護動作を
開始する単位半導体装置が1つでも並列接続されること
により、その影響が他の単位半導体装置に及び、単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置全体としての
定格出力電流よりも少ない出力電流しか得ることができ
ないという問題が生じる。例えば半導体素子の保護動作
を開始する電流値が200Aに設計された単位半導体装
置を4台並列接続した半導体装置を仮定する。つまりこ
の半導体装置の定格出力電流は800Aということにな
る。しかし、そのうち1台の単位半導体装置がパラメー
タのばらつきにより180Aで保護動作を開始するもの
であると、半導体装置電体の出力電流が720Aの時点
で当該単位半導体装置において電流遮断動作が行われ、
それにより他の単位半導体装置に電流が集中し続いてそ
れらの単位半導体装置でも電流遮断動作が行われる。そ
の結果、半導体装置全体として720A以上の出力電流
が取れないこととなる。
て定格出力電流に達していないにも係わらず保護動作を
開始する単位半導体装置が1つでも並列接続されること
により、その影響が他の単位半導体装置に及び、単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置全体としての
定格出力電流よりも少ない出力電流しか得ることができ
ないという問題が生じる。例えば半導体素子の保護動作
を開始する電流値が200Aに設計された単位半導体装
置を4台並列接続した半導体装置を仮定する。つまりこ
の半導体装置の定格出力電流は800Aということにな
る。しかし、そのうち1台の単位半導体装置がパラメー
タのばらつきにより180Aで保護動作を開始するもの
であると、半導体装置電体の出力電流が720Aの時点
で当該単位半導体装置において電流遮断動作が行われ、
それにより他の単位半導体装置に電流が集中し続いてそ
れらの単位半導体装置でも電流遮断動作が行われる。そ
の結果、半導体装置全体として720A以上の出力電流
が取れないこととなる。
【0012】本発明は以上のような問題を解決するため
になされたものであり、並列接続した単位半導体装置間
にパラメータのばらつきがあっても、それらの単位半導
体装置間で保護動作を行うタイミングにばらつきが生じ
ない半導体装置を得ることを第1の目的とする。また、
定格出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開
始する単位半導体装置が並列接続される場合において
も、半導体装置全体としての定格出力電流に対して十分
な出力電流を得ることができる半導体装置を得ることを
第2の目的とする。さらに、保護動作起因に応じて好適
な保護動作を選択して行う半導体装置を得ることを第3
の目的とする。
になされたものであり、並列接続した単位半導体装置間
にパラメータのばらつきがあっても、それらの単位半導
体装置間で保護動作を行うタイミングにばらつきが生じ
ない半導体装置を得ることを第1の目的とする。また、
定格出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開
始する単位半導体装置が並列接続される場合において
も、半導体装置全体としての定格出力電流に対して十分
な出力電流を得ることができる半導体装置を得ることを
第2の目的とする。さらに、保護動作起因に応じて好適
な保護動作を選択して行う半導体装置を得ることを第3
の目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明に係
る半導体装置は、主電流をスイッチングする半導体素子
と、前記半導体素子の保護動作を行う場合に保護信号を
出力する保護判定部と、前記半導体素子の駆動を行う駆
動部と、を有する単位半導体装置を複数個並列接続した
半導体装置であって、前記単位半導体装置の各々が他の
前記単位半導体装置からの前記保護信号を受ける端子を
備え、前記駆動部が前記端子で受けた前記保護信号に基
づいて前記保護動作を行うことを特徴とする。
る半導体装置は、主電流をスイッチングする半導体素子
と、前記半導体素子の保護動作を行う場合に保護信号を
出力する保護判定部と、前記半導体素子の駆動を行う駆
動部と、を有する単位半導体装置を複数個並列接続した
半導体装置であって、前記単位半導体装置の各々が他の
前記単位半導体装置からの前記保護信号を受ける端子を
備え、前記駆動部が前記端子で受けた前記保護信号に基
づいて前記保護動作を行うことを特徴とする。
【0014】請求項2記載の発明に係る半導体装置は、
請求項1に記載の半導体装置であって、前記単位半導体
装置の各々が、前記保護信号を他の前記単位半導体装置
へ出力する保護信号出力端子をさらに備えることを特徴
とする。
請求項1に記載の半導体装置であって、前記単位半導体
装置の各々が、前記保護信号を他の前記単位半導体装置
へ出力する保護信号出力端子をさらに備えることを特徴
とする。
【0015】請求項3記載の発明に係る半導体装置は、
請求項1に記載の半導体装置であって、前記端子が、他
の前記単位半導体装置からの前記保護信号を受けると共
に、前記保護判定部からの前記保護信号を他の単位半導
体装置へ出力する保護信号入出力端子であることを特徴
とする。
請求項1に記載の半導体装置であって、前記端子が、他
の前記単位半導体装置からの前記保護信号を受けると共
に、前記保護判定部からの前記保護信号を他の単位半導
体装置へ出力する保護信号入出力端子であることを特徴
とする。
【0016】請求項4記載の発明に係る半導体装置は、
請求項3に記載の半導体装置であって、さらに前記保護
信号を出力する前記単位半導体装置の個数が所定の個数
に達した場合に前記駆動部に前記保護動作として前記半
導体素子の電流遮断動作を行わせる手段を備える、こと
を特徴とする。
請求項3に記載の半導体装置であって、さらに前記保護
信号を出力する前記単位半導体装置の個数が所定の個数
に達した場合に前記駆動部に前記保護動作として前記半
導体素子の電流遮断動作を行わせる手段を備える、こと
を特徴とする。
【0017】請求項5記載の発明に係る半導体装置は、
請求項4に記載の半導体装置であって、前記駆動部が、
さらに前記保護判定部からの前記保護信号に基づいても
前記保護動作を行い、前記保護判定部からの前記保護信
号に基づく前記駆動部の前記保護動作が、前記半導体素
子の電流抑制動作であり、前記端子で受けた前記保護信
号に基づく前記駆動部の前記保護動作が、前記半導体素
子の電流遮断動作であることを特徴とする。
請求項4に記載の半導体装置であって、前記駆動部が、
さらに前記保護判定部からの前記保護信号に基づいても
前記保護動作を行い、前記保護判定部からの前記保護信
号に基づく前記駆動部の前記保護動作が、前記半導体素
子の電流抑制動作であり、前記端子で受けた前記保護信
号に基づく前記駆動部の前記保護動作が、前記半導体素
子の電流遮断動作であることを特徴とする。
【0018】請求項6記載の発明に係る半導体装置は、
請求項4に記載の半導体装置であって、前記保護信号
が、前記駆動部に前記保護動作として前記半導体素子の
電流抑制動作を行わせる電流抑制信号と、前記駆動部に
前記保護動作として前記半導体素子の電流遮断動作を行
わせる電流遮断信号とを含む、ことを特徴とする。
請求項4に記載の半導体装置であって、前記保護信号
が、前記駆動部に前記保護動作として前記半導体素子の
電流抑制動作を行わせる電流抑制信号と、前記駆動部に
前記保護動作として前記半導体素子の電流遮断動作を行
わせる電流遮断信号とを含む、ことを特徴とする。
【0019】請求項7記載の発明に係る半導体装置は、
請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置で
あって、前記保護信号が、ディジタル信号であることを
特徴とする。
請求項1から請求項6のいずれかに記載の半導体装置で
あって、前記保護信号が、ディジタル信号であることを
特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は実施の形態
1に係る半導体装置において、並列接続して使用される
単位半導体装置11の構成図である。図1において、1
2、13はそれぞれ、主電流経路に接続されるコレクタ
端子およびエミッタ端子、14は単位半導体装置11に
駆動信号を入力するための駆動信号入力端子、15はI
GBT素子であり、IGBT駆動部26により制御さ
れ、主電流をスイッチングする。16は電流検出抵抗で
あり、IGBT素子15を流れる電流を検出し電流検出
信号を保護判定部17へ伝達する。保護判定部17は、
電流検出抵抗16からの電流検出信号に基づきIGBT
素子15の過電流状態を検出し、保護動作を行う場合に
保護信号を出力する。18はORゲート。19は保護信
号出力トランジスタであり、保護判定部17からの保護
信号によりターンオンする。20は保護信号を外部に出
力するための保護信号出力端子、21はプルアップ抵抗
21である。22は外部からの保護信号を入力するため
の保護信号入力端子、23は保護信号入力端子に入力さ
れた保護信号を検出する保護信号検出コンパレータ、2
4、25はそれぞれ保護信号検出コンパレータが保護信
号を検知する基準電圧を得るための抵抗R1およびR2
である。IGBT駆動部26は駆動信号入力端子14に
入力される駆動信号に基づくIGBT素子15の駆動、
および保護信号検出コンパレータ23からの保護信号に
基づくIGBT素子15の保護動作として電流遮断動作
を行う。
1に係る半導体装置において、並列接続して使用される
単位半導体装置11の構成図である。図1において、1
2、13はそれぞれ、主電流経路に接続されるコレクタ
端子およびエミッタ端子、14は単位半導体装置11に
駆動信号を入力するための駆動信号入力端子、15はI
GBT素子であり、IGBT駆動部26により制御さ
れ、主電流をスイッチングする。16は電流検出抵抗で
あり、IGBT素子15を流れる電流を検出し電流検出
信号を保護判定部17へ伝達する。保護判定部17は、
電流検出抵抗16からの電流検出信号に基づきIGBT
素子15の過電流状態を検出し、保護動作を行う場合に
保護信号を出力する。18はORゲート。19は保護信
号出力トランジスタであり、保護判定部17からの保護
信号によりターンオンする。20は保護信号を外部に出
力するための保護信号出力端子、21はプルアップ抵抗
21である。22は外部からの保護信号を入力するため
の保護信号入力端子、23は保護信号入力端子に入力さ
れた保護信号を検出する保護信号検出コンパレータ、2
4、25はそれぞれ保護信号検出コンパレータが保護信
号を検知する基準電圧を得るための抵抗R1およびR2
である。IGBT駆動部26は駆動信号入力端子14に
入力される駆動信号に基づくIGBT素子15の駆動、
および保護信号検出コンパレータ23からの保護信号に
基づくIGBT素子15の保護動作として電流遮断動作
を行う。
【0021】なお、以下の図において同一部分には同一
符号を付し、その詳細な説明は省略する。
符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【0022】図2は実施の形態1に係る半導体装置の構
成図である。図1の単位半導体装置11を複数個並列接
続した半導体装置の構成を示している。図2に示すよう
に、各単位半導体装置が並列関係になるようにコレクタ
端子12、エミッタ端子13を接続し、駆動信号入力端
子14、制御電源Vccおよび接地電位GNDを各単位
半導体装置間で共通にする。また、各単位半導体装置1
1の保護信号入力端子22と保護信号出力端子20は図
のように環状に連結する。
成図である。図1の単位半導体装置11を複数個並列接
続した半導体装置の構成を示している。図2に示すよう
に、各単位半導体装置が並列関係になるようにコレクタ
端子12、エミッタ端子13を接続し、駆動信号入力端
子14、制御電源Vccおよび接地電位GNDを各単位
半導体装置間で共通にする。また、各単位半導体装置1
1の保護信号入力端子22と保護信号出力端子20は図
のように環状に連結する。
【0023】次に実施の形態1の半導体装置の保護動作
を説明する。前述したように実施の形態1の半導体装置
は図1の単位半導体装置11を図2のように複数個並列
接続した構成になっている。
を説明する。前述したように実施の形態1の半導体装置
は図1の単位半導体装置11を図2のように複数個並列
接続した構成になっている。
【0024】まず、それらの単位半導体装置11のう
ち、最も早いタイミングで保護動作を行うものに着目す
る。例えばこの半導体装置により構成されるインバータ
に出力異常が生じ、当該単位半導体装置11のIGBT
素子15に定格電流以上の電流が流れる過電流状態にな
ったとする。まず、電流検出抵抗16からの電流検出信
号により、保護判定部17においてIGBT素子15の
過電流状態が検出される。すると保護判定部17は当該
IGBT素子15の保護動作を行うように判定し、OR
ゲート18を介して保護信号を保護信号出力トランジス
タ19へ出力する。
ち、最も早いタイミングで保護動作を行うものに着目す
る。例えばこの半導体装置により構成されるインバータ
に出力異常が生じ、当該単位半導体装置11のIGBT
素子15に定格電流以上の電流が流れる過電流状態にな
ったとする。まず、電流検出抵抗16からの電流検出信
号により、保護判定部17においてIGBT素子15の
過電流状態が検出される。すると保護判定部17は当該
IGBT素子15の保護動作を行うように判定し、OR
ゲート18を介して保護信号を保護信号出力トランジス
タ19へ出力する。
【0025】保護信号出力トランジスタ19は保護信号
を受けるとターンオンし、保護信号出力端子20をロー
レベルにすることによって外部へ保護信号を出力する。
ここで、実施の形態1において各単位半導体装置11は
図2のように接続されているので、保護信号出力端子2
0から出力される保護信号は他の単位半導体装置11の
保護信号入力端子22入力されることとなる。
を受けるとターンオンし、保護信号出力端子20をロー
レベルにすることによって外部へ保護信号を出力する。
ここで、実施の形態1において各単位半導体装置11は
図2のように接続されているので、保護信号出力端子2
0から出力される保護信号は他の単位半導体装置11の
保護信号入力端子22入力されることとなる。
【0026】次に、他の単位半導体装置11からの保護
信号が保護信号入力端子22に入力された場合の単位半
導体装置11の動作を説明する。保護信号入力端子22
に保護信号が入力され、保護信号入力端子22がローレ
ベルとなると、保護信号検出コンパレータ23はそれを
保護信号として検出し、保護信号をIGBT駆動部26
に出力すると共に、ORゲート18を介して保護信号出
力トランジスタ19に出力する。保護信号を受けたIG
BT駆動部26はIGBT素子15の保護動作として電
流遮断動作を行いIGBT素子15の破壊を防ぐ。一
方、保護信号出力トランジスタ19は保護信号によって
ターンオンし、保護信号出力端子20の電圧をローレベ
ルにすることで保護信号出力端子20に連結されたさら
に他の単位半導体装置11に保護信号を出力する。
信号が保護信号入力端子22に入力された場合の単位半
導体装置11の動作を説明する。保護信号入力端子22
に保護信号が入力され、保護信号入力端子22がローレ
ベルとなると、保護信号検出コンパレータ23はそれを
保護信号として検出し、保護信号をIGBT駆動部26
に出力すると共に、ORゲート18を介して保護信号出
力トランジスタ19に出力する。保護信号を受けたIG
BT駆動部26はIGBT素子15の保護動作として電
流遮断動作を行いIGBT素子15の破壊を防ぐ。一
方、保護信号出力トランジスタ19は保護信号によって
ターンオンし、保護信号出力端子20の電圧をローレベ
ルにすることで保護信号出力端子20に連結されたさら
に他の単位半導体装置11に保護信号を出力する。
【0027】つまり、図1の単位半導体装置11は、保
護判定部17が保護動作を行う判定をしたとき保護信号
出力端子20から保護信号を出力し、また、保護信号入
力端子22に外部から保護信号が入力されると、IBG
T素子の保護動作として電流遮断動作を行うと共に保護
信号出力端子20から保護信号を出力する。ここで、実
施の形態1の半導体装置において、単位半導体装置11
の保護信号入力端子および保護信号出力端子は図1に示
したように環状に連結されている。よって、単位半導体
装置11の1つが保護信号を出力すると、並列接続され
た他の単位半導体装置11にその保護信号が次々と伝達
され、それと共に保護信号を受けた単位半導体装置11
において電流遮断されていく。よって、並列接続された
単位半導体装置11間においてパラメータのばらつきが
あった場合でも、最も早く保護信号を出力した単位半導
体装置11の保護動作のタイミングで、全ての単位半導
体装置11における保護動作行われることとなる。
護判定部17が保護動作を行う判定をしたとき保護信号
出力端子20から保護信号を出力し、また、保護信号入
力端子22に外部から保護信号が入力されると、IBG
T素子の保護動作として電流遮断動作を行うと共に保護
信号出力端子20から保護信号を出力する。ここで、実
施の形態1の半導体装置において、単位半導体装置11
の保護信号入力端子および保護信号出力端子は図1に示
したように環状に連結されている。よって、単位半導体
装置11の1つが保護信号を出力すると、並列接続され
た他の単位半導体装置11にその保護信号が次々と伝達
され、それと共に保護信号を受けた単位半導体装置11
において電流遮断されていく。よって、並列接続された
単位半導体装置11間においてパラメータのばらつきが
あった場合でも、最も早く保護信号を出力した単位半導
体装置11の保護動作のタイミングで、全ての単位半導
体装置11における保護動作行われることとなる。
【0028】ところで、図1の構成では単位半導体装置
は常に他の単位半導体装置からの保護信号によって保護
動作を行うことになるが、図10に示した従来の単位半
導体装置のように保護判定部17からの保護信号を直接
IGBT駆動部26に伝達する経路を設けてもよい。
は常に他の単位半導体装置からの保護信号によって保護
動作を行うことになるが、図10に示した従来の単位半
導体装置のように保護判定部17からの保護信号を直接
IGBT駆動部26に伝達する経路を設けてもよい。
【0029】また、保護判定部17の構成としては、例
えば電流検出抵抗16による電圧降下をコンパレータに
より所定の基準電圧と比較することで過電流状態を検出
するようなアナログ回路による構成でもよいし、また、
電流検出抵抗16による電圧降下値をAD変換器により
ディジタル化してマイコンによる計算処理をすることで
過電流状態を検出するようなディジタル回路による構成
でもよい。
えば電流検出抵抗16による電圧降下をコンパレータに
より所定の基準電圧と比較することで過電流状態を検出
するようなアナログ回路による構成でもよいし、また、
電流検出抵抗16による電圧降下値をAD変換器により
ディジタル化してマイコンによる計算処理をすることで
過電流状態を検出するようなディジタル回路による構成
でもよい。
【0030】上記した実施の形態1に係る半導体装置に
よれば、並列接続した単位半導体装置間のパラメータの
ばらつきに関係なく、全ての単位半導体装置で同時に保
護動作が行われることとなる。よって、並列接続した単
位半導体装置間の保護動作を行うタイミングのばらつき
に起因する、一部の単位半導体装置に電流が集中するこ
とによる半導体素子の破壊の問題を解決できる。
よれば、並列接続した単位半導体装置間のパラメータの
ばらつきに関係なく、全ての単位半導体装置で同時に保
護動作が行われることとなる。よって、並列接続した単
位半導体装置間の保護動作を行うタイミングのばらつき
に起因する、一部の単位半導体装置に電流が集中するこ
とによる半導体素子の破壊の問題を解決できる。
【0031】また、装置全体の保護動作の制御を外部装
置に依存せず、半導体装置自身で行うので汎用性の低下
を伴わない。
置に依存せず、半導体装置自身で行うので汎用性の低下
を伴わない。
【0032】ところで、本実施の形態においては並列接
続する単位半導体装置がそれぞれ別個の装置である構成
の半導体装置を示しているが、この発明の考え方自体は
例えば、複数個の単位半導体装置が同一チップ上に設け
られている構成の半導体装置に対しても適用することが
できる。
続する単位半導体装置がそれぞれ別個の装置である構成
の半導体装置を示しているが、この発明の考え方自体は
例えば、複数個の単位半導体装置が同一チップ上に設け
られている構成の半導体装置に対しても適用することが
できる。
【0033】実施の形態2.図3は実施の形態2に係る
半導体装置において、並列接続して使用される単位半導
体装置51Aの構成図である。図3において、コレクタ
端子12、エミッタ端子13、駆動信号入力端子14、
IGBT素子15、電流検出抵抗16、保護判定部1
7、保護信号出力トランジスタ19、プルアップ抵抗2
1、保護信号検出コンパレータ23、抵抗24(R
1)、25(R2)、GBT駆動部26は図1に示した
ものと同一であるので、ここでの詳細な説明は省略す
る。また、27は保護信号を外部に出力すると共に、外
部からの保護信号を受ける保護信号入出力端子である。
半導体装置において、並列接続して使用される単位半導
体装置51Aの構成図である。図3において、コレクタ
端子12、エミッタ端子13、駆動信号入力端子14、
IGBT素子15、電流検出抵抗16、保護判定部1
7、保護信号出力トランジスタ19、プルアップ抵抗2
1、保護信号検出コンパレータ23、抵抗24(R
1)、25(R2)、GBT駆動部26は図1に示した
ものと同一であるので、ここでの詳細な説明は省略す
る。また、27は保護信号を外部に出力すると共に、外
部からの保護信号を受ける保護信号入出力端子である。
【0034】実施の形態1に係る半導体装置の単位半導
体装置においては、保護信号の外部への出力を行う保護
信号出力端子および外部からの入力を行う保護信号入力
端子が別々に設けられていた。それに対し、実施の形態
2における単位半導体装置51Aにおいては、保護信号
の入力および出力は単一の保護信号入出力端子27にお
いて行われる。
体装置においては、保護信号の外部への出力を行う保護
信号出力端子および外部からの入力を行う保護信号入力
端子が別々に設けられていた。それに対し、実施の形態
2における単位半導体装置51Aにおいては、保護信号
の入力および出力は単一の保護信号入出力端子27にお
いて行われる。
【0035】図4は実施の形態2に係る半導体装置の構
成図である。図4に示す51は、図3に示した単位半導
体装置51Aを指している。図4に示すように、コレク
タ端子12、エミッタ端子13、および駆動信号入力端
子14を並列に接続した構成になっている。各単位半導
体装置51Aの制御電源VccおよびGNDレベルも共
通にする。また並列接続した各単位半導体装置51Aの
保護信号入出力端子27も図のように連結する。
成図である。図4に示す51は、図3に示した単位半導
体装置51Aを指している。図4に示すように、コレク
タ端子12、エミッタ端子13、および駆動信号入力端
子14を並列に接続した構成になっている。各単位半導
体装置51Aの制御電源VccおよびGNDレベルも共
通にする。また並列接続した各単位半導体装置51Aの
保護信号入出力端子27も図のように連結する。
【0036】次に実施の形態2の半導体装置の保護動作
を説明する。前述したように実施の形態2の半導体装置
は図3の単位半導体装置51Aを図4のように複数個並
列接続した構成になっている。
を説明する。前述したように実施の形態2の半導体装置
は図3の単位半導体装置51Aを図4のように複数個並
列接続した構成になっている。
【0037】ここでもまず、それらの単位半導体装置5
1Aのうち、最も早いタイミングで保護動作を行うもの
に着目する。例えばこの半導体装置により構成されるイ
ンバータに出力異常が生じ、当該単位半導体装置51A
のIGBT素子15に定格電流以上の電流が流れる過電
流状態になったとする。まず、電流検出抵抗16からの
電流検出信号により、保護判定部17においてIGBT
素子15の過電流状態が検出される。すると保護判定部
17は当該IGBT素子15の保護動作を行うように判
定し、保護信号を保護信号出力トランジスタ19に出力
する。
1Aのうち、最も早いタイミングで保護動作を行うもの
に着目する。例えばこの半導体装置により構成されるイ
ンバータに出力異常が生じ、当該単位半導体装置51A
のIGBT素子15に定格電流以上の電流が流れる過電
流状態になったとする。まず、電流検出抵抗16からの
電流検出信号により、保護判定部17においてIGBT
素子15の過電流状態が検出される。すると保護判定部
17は当該IGBT素子15の保護動作を行うように判
定し、保護信号を保護信号出力トランジスタ19に出力
する。
【0038】保護信号出力トランジスタ19は保護判定
部17からの保護信号によってターンオンし、保護信号
入出力端子27の電圧をローレベルにする。保護信号入
出力端子27がローレベルになると、保護信号検出コン
パレータ23はそれを保護信号として検出する。ここ
で、実施の形態2において各単位半導体装置51Aは図
3のように接続されているので、保護信号入出力端子2
7から出力される保護信号は他の単位半導体装置の保護
信号入出力端子27に入力されることとなる。
部17からの保護信号によってターンオンし、保護信号
入出力端子27の電圧をローレベルにする。保護信号入
出力端子27がローレベルになると、保護信号検出コン
パレータ23はそれを保護信号として検出する。ここ
で、実施の形態2において各単位半導体装置51Aは図
3のように接続されているので、保護信号入出力端子2
7から出力される保護信号は他の単位半導体装置の保護
信号入出力端子27に入力されることとなる。
【0039】保護信号検出コンパレータ23により検出
された保護信号はIGBT駆動部26へ伝達される。保
護信号を受けたIGBT駆動部26はIGBT素子15
の保護動作として電流遮断動作を行いIGBT素子15
の破壊を防ぐ。
された保護信号はIGBT駆動部26へ伝達される。保
護信号を受けたIGBT駆動部26はIGBT素子15
の保護動作として電流遮断動作を行いIGBT素子15
の破壊を防ぐ。
【0040】次に、他の単位半導体装置からの保護信号
が保護信号入出力端子27に入力された単位半導体装置
51Aの動作を説明する。保護信号入出力端子27に保
護信号が入力され、保護信号入出力端子27がローレベ
ルとなると、保護信号検出コンパレータ23はそれを保
護信号として検出する。保護信号検出コンパレータ23
により検出された保護信号はIGBT駆動部26へ伝達
され、IGBT駆動部26はIGBT素子15の保護動
作として電流遮断動作を行いIGBT素子15の破壊を
防ぐ。
が保護信号入出力端子27に入力された単位半導体装置
51Aの動作を説明する。保護信号入出力端子27に保
護信号が入力され、保護信号入出力端子27がローレベ
ルとなると、保護信号検出コンパレータ23はそれを保
護信号として検出する。保護信号検出コンパレータ23
により検出された保護信号はIGBT駆動部26へ伝達
され、IGBT駆動部26はIGBT素子15の保護動
作として電流遮断動作を行いIGBT素子15の破壊を
防ぐ。
【0041】つまり、図3の単位半導体装置51Aは、
内部の保護判定部17の判定に基づいてIGBT素子1
5の保護動作として電流遮断動作を行うと共に、保護信
号入出力端子27から保護信号を出力する。また、外部
からの保護信号入力によっても同じく電流遮断動作を行
う。
内部の保護判定部17の判定に基づいてIGBT素子1
5の保護動作として電流遮断動作を行うと共に、保護信
号入出力端子27から保護信号を出力する。また、外部
からの保護信号入力によっても同じく電流遮断動作を行
う。
【0042】また、単位半導体装置51Aの保護信号入
出力端子27は図3に示したように連結されている。よ
って、単位半導体装置51Aの1つで保護動作が生じ、
保護信号が出力されると、並列接続された全ての単位半
導体装置51Aにその保護信号が伝達され、全ての単位
半導体装置51Aにおいて電流遮断される。よって、並
列接続された単位半導体装置51A間においてパラメー
タのばらつきがあった場合でも、最も早く保護動作を行
った単位半導体装置51Aの保護動作のタイミングで、
全ての単位半導体装置51Aにおける保護動作が行われ
ることとなる。従って結果的に、単位半導体装置51A
間のパラメータのばらつきに関係なく、全ての単位半導
体装置51Aで同時に保護動作を行うこととなる。
出力端子27は図3に示したように連結されている。よ
って、単位半導体装置51Aの1つで保護動作が生じ、
保護信号が出力されると、並列接続された全ての単位半
導体装置51Aにその保護信号が伝達され、全ての単位
半導体装置51Aにおいて電流遮断される。よって、並
列接続された単位半導体装置51A間においてパラメー
タのばらつきがあった場合でも、最も早く保護動作を行
った単位半導体装置51Aの保護動作のタイミングで、
全ての単位半導体装置51Aにおける保護動作が行われ
ることとなる。従って結果的に、単位半導体装置51A
間のパラメータのばらつきに関係なく、全ての単位半導
体装置51Aで同時に保護動作を行うこととなる。
【0043】上記した実施の形態2に係る半導体装置に
よれば、単位半導体装置間のパラメータのばらつきに関
係なく、全ての単位半導体装置で同時に保護動作が行わ
れることとなる。よって、並列接続した単位半導体装置
間の保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、
一部の単位半導体装置に電流が集中することによる半導
体素子の破壊の問題を解決できる。
よれば、単位半導体装置間のパラメータのばらつきに関
係なく、全ての単位半導体装置で同時に保護動作が行わ
れることとなる。よって、並列接続した単位半導体装置
間の保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、
一部の単位半導体装置に電流が集中することによる半導
体素子の破壊の問題を解決できる。
【0044】また、装置全体の保護動作の制御を外部装
置に依存せず、半導体装置自身で行うので汎用性の低下
を伴わない。
置に依存せず、半導体装置自身で行うので汎用性の低下
を伴わない。
【0045】実施の形態3.実施の形態1および実施の
形態2では、パラメータのばらつきにより最も早いタイ
ミングで保護動作する単位半導体装置が保護動作を行う
タイミングで、全ての単位半導体装置で電流遮断動作を
行う。つまり他の単位半導体装置において、保護動作を
する必要がない場合においても強制的に電流遮断動作を
行うこととなる。そのため、上述したようにパラメータ
のばらつきにより定格出力電流に達していないにも係わ
らず保護動作を開始する単位半導体装置が1台でも並列
接続されている場合、単位半導体装置を複数個並列接続
した半導体装置全体としての定格出力電流に対して十分
な出力電流を得ることができないという問題が生じる。
形態2では、パラメータのばらつきにより最も早いタイ
ミングで保護動作する単位半導体装置が保護動作を行う
タイミングで、全ての単位半導体装置で電流遮断動作を
行う。つまり他の単位半導体装置において、保護動作を
する必要がない場合においても強制的に電流遮断動作を
行うこととなる。そのため、上述したようにパラメータ
のばらつきにより定格出力電流に達していないにも係わ
らず保護動作を開始する単位半導体装置が1台でも並列
接続されている場合、単位半導体装置を複数個並列接続
した半導体装置全体としての定格出力電流に対して十分
な出力電流を得ることができないという問題が生じる。
【0046】図5は実施の形態3に係る半導体装置にお
いて、並列接続して使用される単位半導体装置51Bの
構成図である。図5においてコレクタ端子12、エミッ
タ端子13、駆動信号入力端子14、IGBT素子1
5、電流検出抵抗16、保護判定部17、保護信号出力
トランジスタ19、プルアップ抵抗21、保護信号検出
コンパレータ23、抵抗24(R1)、25(R2)、
保護信号入出力端子27は図3に示したものと同一であ
るので、ここでの詳細な説明は省略する。また、28は
保護信号出力トランジスタ19に設けられた抵抗R3で
ある。IGBT駆動部29は駆動信号入力端子14に入
力される駆動信号に基づくIGBT素子15の駆動、お
よびIGBT素子の保護動作を行う。ここでIGBT駆
動部29は保護動作として、保護判定部17からの保護
信号を受けた場合は電流抑制動作、保護信号検出コンパ
レータ23から保護信号を受けた場合は電流遮断動作を
行う。
いて、並列接続して使用される単位半導体装置51Bの
構成図である。図5においてコレクタ端子12、エミッ
タ端子13、駆動信号入力端子14、IGBT素子1
5、電流検出抵抗16、保護判定部17、保護信号出力
トランジスタ19、プルアップ抵抗21、保護信号検出
コンパレータ23、抵抗24(R1)、25(R2)、
保護信号入出力端子27は図3に示したものと同一であ
るので、ここでの詳細な説明は省略する。また、28は
保護信号出力トランジスタ19に設けられた抵抗R3で
ある。IGBT駆動部29は駆動信号入力端子14に入
力される駆動信号に基づくIGBT素子15の駆動、お
よびIGBT素子の保護動作を行う。ここでIGBT駆
動部29は保護動作として、保護判定部17からの保護
信号を受けた場合は電流抑制動作、保護信号検出コンパ
レータ23から保護信号を受けた場合は電流遮断動作を
行う。
【0047】実施の形態3に係る半導体装置の構成は実
施の形態2と同様に、図4のようになる。ただしここで
は、図4中の単位半導体装置51は図5に示した単位半
導体装置51Bを指す。
施の形態2と同様に、図4のようになる。ただしここで
は、図4中の単位半導体装置51は図5に示した単位半
導体装置51Bを指す。
【0048】次に実施の形態3の半導体装置の保護動作
を説明する。前述したように実施の形態3の半導体装置
は図5の単位半導体装置51Bを図4のように複数個並
列接続した構成になっている。
を説明する。前述したように実施の形態3の半導体装置
は図5の単位半導体装置51Bを図4のように複数個並
列接続した構成になっている。
【0049】ここでもまず、それらの単位半導体装置5
1Bのうち、最も早いタイミングで保護動作を行うもの
に着目する。例えばこの半導体装置により構成されるイ
ンバータに出力異常が生じ、半導体装置に流れる電流が
半導体素子の定格電流以上の電流が流れる過電流状態に
なったとする。まず、電流検出抵抗16からの電流検出
信号により、保護判定部17においてIGBT素子15
の過電流状態が検出される。すると保護判定部17は当
該IGBT素子15の保護動作を行うように判定し、保
護信号をIGBT駆動部29および保護信号出力トラン
ジスタ19に出力する。保護判定部17からの保護信号
を受けたIGBT駆動部29はIGBT素子15の保護
動作として、IGBT素子15を駆動するゲート電圧を
低下させるなどの制御により電流を抑制する電流抑制動
作を行う。
1Bのうち、最も早いタイミングで保護動作を行うもの
に着目する。例えばこの半導体装置により構成されるイ
ンバータに出力異常が生じ、半導体装置に流れる電流が
半導体素子の定格電流以上の電流が流れる過電流状態に
なったとする。まず、電流検出抵抗16からの電流検出
信号により、保護判定部17においてIGBT素子15
の過電流状態が検出される。すると保護判定部17は当
該IGBT素子15の保護動作を行うように判定し、保
護信号をIGBT駆動部29および保護信号出力トラン
ジスタ19に出力する。保護判定部17からの保護信号
を受けたIGBT駆動部29はIGBT素子15の保護
動作として、IGBT素子15を駆動するゲート電圧を
低下させるなどの制御により電流を抑制する電流抑制動
作を行う。
【0050】一方、保護信号出力トランジスタ19は保
護判定部17からの保護信号によってターンオンする
が、保護信号出力トランジスタ19には抵抗28が設け
られており、単一の単位半導体装置の保護信号出力トラ
ンジスタ19のターンオンでは、保護信号入出力端子2
7の電圧レベルが保護信号検出コンパレータ23で保護
信号として検出されるレベルまで下がらないように設定
されている。よって当該単位半導体装置51Bでのみ保
護動作が行われた時点では、当該単位半導体装置51B
において電流抑制動作が行われるだけで、他の単位半導
体装置において保護動作は行われない。
護判定部17からの保護信号によってターンオンする
が、保護信号出力トランジスタ19には抵抗28が設け
られており、単一の単位半導体装置の保護信号出力トラ
ンジスタ19のターンオンでは、保護信号入出力端子2
7の電圧レベルが保護信号検出コンパレータ23で保護
信号として検出されるレベルまで下がらないように設定
されている。よって当該単位半導体装置51Bでのみ保
護動作が行われた時点では、当該単位半導体装置51B
において電流抑制動作が行われるだけで、他の単位半導
体装置において保護動作は行われない。
【0051】そしてその後さらに他の単位半導体装置5
1Bにおいて保護動作が行われ、複数個の単位半導体装
置51Bにおいて保護信号出力トランジスタ19がター
ンオンになった場合、保護信号入出力端子27の電圧レ
ベルは保護信号検出コンパレータ23で保護信号として
検出されるまでのローレベルになり、保護信号が保護信
号検出コンパレータ23よりIGBT駆動部29へ伝達
される。IGBT駆動部29は保護信号を保護信号検出
コンパレータ23から受けた場合、IGBT素子15の
保護動作として電流遮断動作を行う。
1Bにおいて保護動作が行われ、複数個の単位半導体装
置51Bにおいて保護信号出力トランジスタ19がター
ンオンになった場合、保護信号入出力端子27の電圧レ
ベルは保護信号検出コンパレータ23で保護信号として
検出されるまでのローレベルになり、保護信号が保護信
号検出コンパレータ23よりIGBT駆動部29へ伝達
される。IGBT駆動部29は保護信号を保護信号検出
コンパレータ23から受けた場合、IGBT素子15の
保護動作として電流遮断動作を行う。
【0052】ここで、並列接続された単位半導体装置5
1Bの保護信号入出力端子27は図4のように連結され
ているので、このように保護動作を行う単位半導体装置
が複数個になった場合、全ての単位半導体装置51Bに
おいて保護信号検出コンパレータ23で保護信号が検出
され、電流遮断動作が行われることとなる。
1Bの保護信号入出力端子27は図4のように連結され
ているので、このように保護動作を行う単位半導体装置
が複数個になった場合、全ての単位半導体装置51Bに
おいて保護信号検出コンパレータ23で保護信号が検出
され、電流遮断動作が行われることとなる。
【0053】つまり、実施の形態3の半導体装置におい
ては、保護信号を出力している単位半導体装置51Bが
単一であるか、複数であるか判定され、単一の場合に
は、該半導体装置のみで電流抑制動作を行い、複数の場
合には、全ての半導体装置の電流遮断動作を同時に行
う。
ては、保護信号を出力している単位半導体装置51Bが
単一であるか、複数であるか判定され、単一の場合に
は、該半導体装置のみで電流抑制動作を行い、複数の場
合には、全ての半導体装置の電流遮断動作を同時に行
う。
【0054】このように実施の形態3においては、保護
信号を出力している単位半導体装置51Bの個数を判定
する手段は、保護信号検出コンパレータ23と抵抗2
1、28および24、25により構成されており、保護
信号出力トランジスタ19のターンオンにした数に伴い
全単位半導体装置51Bの抵抗21、28に生じる総和
としての電圧降下を、コンパレータ23で、抵抗24、
25により設定された基準電圧と比較することにより実
現されている。
信号を出力している単位半導体装置51Bの個数を判定
する手段は、保護信号検出コンパレータ23と抵抗2
1、28および24、25により構成されており、保護
信号出力トランジスタ19のターンオンにした数に伴い
全単位半導体装置51Bの抵抗21、28に生じる総和
としての電圧降下を、コンパレータ23で、抵抗24、
25により設定された基準電圧と比較することにより実
現されている。
【0055】前述した例のように、半導体素子の保護動
作を開始する電流値が200Aに設計された単位半導体
装置51Bを4台並列接続した定格出力電流は800A
の半導体装置を仮定する。そのうち1台の単位半導体装
置51Bがパラメータのばらつきにより180Aで保護
動作を開始するものであるとする。この場合、前述した
ように従来の半導体装置では720A以上の出力電流を
得ることができなかった。しかし実施の形態3に係る半
導体装置においては、半導体装置全体の出力電流が72
0Aになると、180Aで保護動作を開始する単位半導
体装置51Bにおいて180A以上の電流が流れないよ
うに電流抑制動作が行われるが、他の3台は通常動作を
保つ。そして、仮にその3台が定格どおり200Aで保
護動作を開始するのであれば、半導体装置全体としては
780Aまでの出力電流を得ることができることとな
る。
作を開始する電流値が200Aに設計された単位半導体
装置51Bを4台並列接続した定格出力電流は800A
の半導体装置を仮定する。そのうち1台の単位半導体装
置51Bがパラメータのばらつきにより180Aで保護
動作を開始するものであるとする。この場合、前述した
ように従来の半導体装置では720A以上の出力電流を
得ることができなかった。しかし実施の形態3に係る半
導体装置においては、半導体装置全体の出力電流が72
0Aになると、180Aで保護動作を開始する単位半導
体装置51Bにおいて180A以上の電流が流れないよ
うに電流抑制動作が行われるが、他の3台は通常動作を
保つ。そして、仮にその3台が定格どおり200Aで保
護動作を開始するのであれば、半導体装置全体としては
780Aまでの出力電流を得ることができることとな
る。
【0056】なお、本実施の形態の説明においては全て
の単位半導体装置51Bの電流遮断動作を行う条件とし
て、保護信号を出力している単位半導体装置51Bが複
数、つまり2個以上になることとしたが、保護信号出力
トランジスタ19に設けられた抵抗R3およびプルアッ
プ抵抗21、また保護信号検出コンパレータ23の抵抗
R1、R2の値を調整することによって、その条件とな
る保護信号を出力している単位半導体装置51Bの個数
を、任意の個数に設定することも可能である。
の単位半導体装置51Bの電流遮断動作を行う条件とし
て、保護信号を出力している単位半導体装置51Bが複
数、つまり2個以上になることとしたが、保護信号出力
トランジスタ19に設けられた抵抗R3およびプルアッ
プ抵抗21、また保護信号検出コンパレータ23の抵抗
R1、R2の値を調整することによって、その条件とな
る保護信号を出力している単位半導体装置51Bの個数
を、任意の個数に設定することも可能である。
【0057】上記した実施の形態3に係る半導体装置よ
れば、パラメータのばらつきにより定格出力電流に達し
ていないにも係わらず保護動作を開始する単位半導体装
置が1台でも並列接続されている場合に生じる、単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置全体としての
定格出力電流に対して十分な出力電流を得ることができ
ないという問題を解決できる。
れば、パラメータのばらつきにより定格出力電流に達し
ていないにも係わらず保護動作を開始する単位半導体装
置が1台でも並列接続されている場合に生じる、単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置全体としての
定格出力電流に対して十分な出力電流を得ることができ
ないという問題を解決できる。
【0058】実施の形態4.インバータなどの電力変換
装置の異常動作による過電流の状態には、半導体装置全
体をすぐに停止しなくても、直ちに半導体装置の破壊が
生じないものもあれば、すぐに半導体装置全体を停止し
なければ半導体装置の破壊が生じてしまうものもある。
単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装置におい
て、前者の場合は半導体装置の保護動作として一部の単
位半導体装置に電流抑制動作を行えば半導体装置の破壊
は防止することができ、また後者の場合は直ちに全ての
単位半導体装置に電流遮断動作を行う必要がある。
装置の異常動作による過電流の状態には、半導体装置全
体をすぐに停止しなくても、直ちに半導体装置の破壊が
生じないものもあれば、すぐに半導体装置全体を停止し
なければ半導体装置の破壊が生じてしまうものもある。
単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装置におい
て、前者の場合は半導体装置の保護動作として一部の単
位半導体装置に電流抑制動作を行えば半導体装置の破壊
は防止することができ、また後者の場合は直ちに全ての
単位半導体装置に電流遮断動作を行う必要がある。
【0059】図6は実施の形態4に係る半導体装置にお
いて、並列接続して使用される単位半導体装置51Cの
構成図である。図6においてコレクタ端子12、エミッ
タ端子13、駆動信号入力端子14、IGBT素子1
5、電流検出抵抗16、プルアップ抵抗21、保護信号
検出コンパレータ23、抵抗24(R1)、25(R
2)、保護信号入出力端子27、IGBT駆動部29は
図5に示したものと同一であるので、ここでの詳細な説
明は省略する。また30は保護判定部であり、電流検出
抵抗16からの電流検出信号に基づきIGBT素子15
の過電流状態を検出し、その過電流状態によりIGBT
素子15の保護動作として電流抑制動作を行うか電流遮
断動作を行うかを判定し、それに応じた保護信号を出力
する。31は第1の保護信号出力トランジスタであり、
保護判定部30がIGBT素子15の保護動作として電
流抑制動作を行うと判定したときの保護信号によりター
ンオンする。32は第1の保護信号出力トランジスタ3
1に設けられた抵抗R4である。33は第2の保護信号
出力トランジスタであり、保護判定部30がIGBT素
子15の保護動作として電流遮断動作を行うと判定した
ときの保護信号によりターンオンする。34は第2の保
護信号出力トランジスタ33に設けられた抵抗R5であ
る。ここで、第1の保護信号出力トランジスタ31及び
第2の保護信号出力トランジスタ33に出力される保護
信号は共に同じものでよいが、便宜上、保護判定部が電
流抑制動作をすると判定して出力する保護信号を電流抑
制信号、電流遮断動作をすると判定して出力する保護信
号を電流遮断信号と定義する。
いて、並列接続して使用される単位半導体装置51Cの
構成図である。図6においてコレクタ端子12、エミッ
タ端子13、駆動信号入力端子14、IGBT素子1
5、電流検出抵抗16、プルアップ抵抗21、保護信号
検出コンパレータ23、抵抗24(R1)、25(R
2)、保護信号入出力端子27、IGBT駆動部29は
図5に示したものと同一であるので、ここでの詳細な説
明は省略する。また30は保護判定部であり、電流検出
抵抗16からの電流検出信号に基づきIGBT素子15
の過電流状態を検出し、その過電流状態によりIGBT
素子15の保護動作として電流抑制動作を行うか電流遮
断動作を行うかを判定し、それに応じた保護信号を出力
する。31は第1の保護信号出力トランジスタであり、
保護判定部30がIGBT素子15の保護動作として電
流抑制動作を行うと判定したときの保護信号によりター
ンオンする。32は第1の保護信号出力トランジスタ3
1に設けられた抵抗R4である。33は第2の保護信号
出力トランジスタであり、保護判定部30がIGBT素
子15の保護動作として電流遮断動作を行うと判定した
ときの保護信号によりターンオンする。34は第2の保
護信号出力トランジスタ33に設けられた抵抗R5であ
る。ここで、第1の保護信号出力トランジスタ31及び
第2の保護信号出力トランジスタ33に出力される保護
信号は共に同じものでよいが、便宜上、保護判定部が電
流抑制動作をすると判定して出力する保護信号を電流抑
制信号、電流遮断動作をすると判定して出力する保護信
号を電流遮断信号と定義する。
【0060】実施の形態4に係る半導体装置の構成は実
施の形態2と同様に、図4のようになる。ただしここで
は、図4中の単位半導体装置51は図6に示した単位半
導体装置51Cを指す。
施の形態2と同様に、図4のようになる。ただしここで
は、図4中の単位半導体装置51は図6に示した単位半
導体装置51Cを指す。
【0061】次に実施の形態4の半導体装置の保護動作
を説明する。前述したように実施の形態4の半導体装置
は図6の単位半導体装置51Cを図4のように複数個並
列接続した構成になっている。
を説明する。前述したように実施の形態4の半導体装置
は図6の単位半導体装置51Cを図4のように複数個並
列接続した構成になっている。
【0062】ここでもまず、それらの単位半導体装置5
1Cのうち、最も早いタイミングで保護動作を行うもの
に着目する。例えばこの半導体装置により構成されるイ
ンバータに出力異常が生じ、半導体装置に流れる電流が
半導体素子の定格電流以上の電流が流れる過電流状態に
なったとする。
1Cのうち、最も早いタイミングで保護動作を行うもの
に着目する。例えばこの半導体装置により構成されるイ
ンバータに出力異常が生じ、半導体装置に流れる電流が
半導体素子の定格電流以上の電流が流れる過電流状態に
なったとする。
【0063】まず電流検出抵抗16からの電流検出信号
に基づき、保護判定部30においてIGBT素子15の
過電流状態を検出し、その過電流状態によりIGBT素
子15の保護動作として電流抑制動作を行うか電流遮断
動作を行うかを判定する。
に基づき、保護判定部30においてIGBT素子15の
過電流状態を検出し、その過電流状態によりIGBT素
子15の保護動作として電流抑制動作を行うか電流遮断
動作を行うかを判定する。
【0064】はじめに、保護判定部30において、すぐ
に半導体装置全体を停止する必要がない、即ち過電流状
態を検出した単位半導体装置でのみ電流抑制動作を行う
と判定したときの動作を説明する。このとき保護判定部
30は電流抑制信号をIGBT駆動部29および第1の
保護信号出力トランジスタ31に出力する。保護判定部
30からの電流抑制信号を受けたIGBT駆動部29
は、IGBT素子15の保護動作として電流抑制動作を
行う。一方、電流抑制信号を受けた第1の保護信号出力
トランジスタ31はターンオンする。ここで第1の保護
信号出力トランジスタ31に設けられた抵抗R4は、単
一の単位半導体装置51Cの第1の保護信号出力トラン
ジスタ31のターンオンでは、保護信号入出力端子27
の電圧レベルが保護信号検出コンパレータ23で保護信
号として検出されるレベルまで下がらないように設定さ
れている。よって当該単位半導体装置51Cでのみ電流
抑制動作が行われた場合、他の単位半導体装置51Cに
おいては保護動作は行われない。
に半導体装置全体を停止する必要がない、即ち過電流状
態を検出した単位半導体装置でのみ電流抑制動作を行う
と判定したときの動作を説明する。このとき保護判定部
30は電流抑制信号をIGBT駆動部29および第1の
保護信号出力トランジスタ31に出力する。保護判定部
30からの電流抑制信号を受けたIGBT駆動部29
は、IGBT素子15の保護動作として電流抑制動作を
行う。一方、電流抑制信号を受けた第1の保護信号出力
トランジスタ31はターンオンする。ここで第1の保護
信号出力トランジスタ31に設けられた抵抗R4は、単
一の単位半導体装置51Cの第1の保護信号出力トラン
ジスタ31のターンオンでは、保護信号入出力端子27
の電圧レベルが保護信号検出コンパレータ23で保護信
号として検出されるレベルまで下がらないように設定さ
れている。よって当該単位半導体装置51Cでのみ電流
抑制動作が行われた場合、他の単位半導体装置51Cに
おいては保護動作は行われない。
【0065】そしてその後さらに他の単位半導体装置5
1Cにおいても電流抑制動作が行われ、複数個の単位半
導体装置51Cにおいて第1の保護信号出力トランジス
タ31がターンオンになった場合、保護信号入出力端子
27の電圧レベルは保護信号検出コンパレータ23で保
護信号として検出されるまでのローレベルになり、保護
信号が保護信号検出コンパレータ23よりIGBT駆動
部29へ伝達され、IGBT駆動部29はIGBT素子
15の保護動作として電流遮断動作を行う。
1Cにおいても電流抑制動作が行われ、複数個の単位半
導体装置51Cにおいて第1の保護信号出力トランジス
タ31がターンオンになった場合、保護信号入出力端子
27の電圧レベルは保護信号検出コンパレータ23で保
護信号として検出されるまでのローレベルになり、保護
信号が保護信号検出コンパレータ23よりIGBT駆動
部29へ伝達され、IGBT駆動部29はIGBT素子
15の保護動作として電流遮断動作を行う。
【0066】またこの場合、並列接続された単位半導体
装置51Cの保護信号入出力端子27は図4のように連
結されているので、全ての単位半導体装置51Cにおい
て保護信号検出コンパレータ23で保護信号が検出さ
れ、電流遮断動作が行われることとなる。
装置51Cの保護信号入出力端子27は図4のように連
結されているので、全ての単位半導体装置51Cにおい
て保護信号検出コンパレータ23で保護信号が検出さ
れ、電流遮断動作が行われることとなる。
【0067】次に、例えば出力短絡により急激に電流が
増加し、保護判定部30においてすぐに半導体装置を遮
断する、即ち全ての単位半導体装置で電流遮断動作を行
うと判定されたときの動作を説明する。このとき保護判
定部30は電流遮断信号を第2の保護信号出力トランジ
スタ33に出力する。電流遮断信号を受けた第2の保護
信号出力トランジスタ33はターンオンする。ここで第
2の保護信号出力トランジスタに設けられた抵抗R5
は、単一の単位半導体装置51Cの第2の保護信号出力
トランジスタ33のターンオンで保護信号入出力端子2
7の電圧レベルが保護信号検出コンパレータ23で保護
信号として検出されるレベルまで下がる程度に設定され
ている。よって保護信号検出コンパレータ23からIG
BT駆動部29へ保護信号が伝達される。IGBT駆動
部29は保護信号検出コンパレータ23からの保護信号
を受けるとIGBT素子15の保護動作として電流遮断
動作を行う。
増加し、保護判定部30においてすぐに半導体装置を遮
断する、即ち全ての単位半導体装置で電流遮断動作を行
うと判定されたときの動作を説明する。このとき保護判
定部30は電流遮断信号を第2の保護信号出力トランジ
スタ33に出力する。電流遮断信号を受けた第2の保護
信号出力トランジスタ33はターンオンする。ここで第
2の保護信号出力トランジスタに設けられた抵抗R5
は、単一の単位半導体装置51Cの第2の保護信号出力
トランジスタ33のターンオンで保護信号入出力端子2
7の電圧レベルが保護信号検出コンパレータ23で保護
信号として検出されるレベルまで下がる程度に設定され
ている。よって保護信号検出コンパレータ23からIG
BT駆動部29へ保護信号が伝達される。IGBT駆動
部29は保護信号検出コンパレータ23からの保護信号
を受けるとIGBT素子15の保護動作として電流遮断
動作を行う。
【0068】また、この場合も並列接続された単位半導
体装置51Cの保護信号入出力端子27は図4のように
連結されているので、全ての単位半導体装置51Cにお
いて保護信号検出コンパレータ23で保護信号が検出さ
れ、電流遮断動作が行われることとなる。
体装置51Cの保護信号入出力端子27は図4のように
連結されているので、全ての単位半導体装置51Cにお
いて保護信号検出コンパレータ23で保護信号が検出さ
れ、電流遮断動作が行われることとなる。
【0069】つまり、本実施の形態の半導体装置におい
ては、単一の単位半導体装置の過電流に起因する電流抑
制信号の場合は直ちに半導体装置を停止しなくても直ち
に半導体装置の破壊が生じないため、電流抑制信号を出
力した単位半導体装置のみで電流抑制動作を行う。一
方、出力短絡時などで急激に電流が増加した場合など、
直ちに半導体装置を停止しなければ装置破壊に至る場合
には、半導体装置全体の電流遮断動作を行う。
ては、単一の単位半導体装置の過電流に起因する電流抑
制信号の場合は直ちに半導体装置を停止しなくても直ち
に半導体装置の破壊が生じないため、電流抑制信号を出
力した単位半導体装置のみで電流抑制動作を行う。一
方、出力短絡時などで急激に電流が増加した場合など、
直ちに半導体装置を停止しなければ装置破壊に至る場合
には、半導体装置全体の電流遮断動作を行う。
【0070】また本実施の形態の保護判定部30の構成
としては例えば、電流抑制動作を行う基準となる電流抑
制用基準電圧が入力される第1のコンパレータと、電流
遮断動作を行う基準となる電流遮断用基準電圧が入力さ
れる第2のコンパレータとを有し、第1、第2のコンパ
レータを用いて各基準電圧と電流検出抵抗16の電圧降
下を比較することにより、電流抑制用基準電圧を電流検
出抵抗の電圧降下が超えた場合に第1のコンパレータか
ら電流抑制信号、さらに電流遮断用基準電圧を超えた場
合は第2のコンパレータから電流遮断信号を出力するよ
うなアナログ回路を用いてもよいし、電流検出抵抗16
による電圧降下値をAD変換器によりディジタル化して
マイコンによる計算処理(例えば電流抑制用基準値およ
び電流遮断用基準値との比較)をすることで2種類の過
電流状態を検出し、保護動作の判定を行うようなディジ
タル回路を用いてもよい。
としては例えば、電流抑制動作を行う基準となる電流抑
制用基準電圧が入力される第1のコンパレータと、電流
遮断動作を行う基準となる電流遮断用基準電圧が入力さ
れる第2のコンパレータとを有し、第1、第2のコンパ
レータを用いて各基準電圧と電流検出抵抗16の電圧降
下を比較することにより、電流抑制用基準電圧を電流検
出抵抗の電圧降下が超えた場合に第1のコンパレータか
ら電流抑制信号、さらに電流遮断用基準電圧を超えた場
合は第2のコンパレータから電流遮断信号を出力するよ
うなアナログ回路を用いてもよいし、電流検出抵抗16
による電圧降下値をAD変換器によりディジタル化して
マイコンによる計算処理(例えば電流抑制用基準値およ
び電流遮断用基準値との比較)をすることで2種類の過
電流状態を検出し、保護動作の判定を行うようなディジ
タル回路を用いてもよい。
【0071】なお、本実施の形態の説明においては第1
の保護信号出力トランジスタ31のターンオンによって
全ての単位半導体装置51Cの電流遮断動作を行う条件
として、保護信号を出力している単位半導体装置51C
が複数、つまり2個以上になることとしたが、第1の保
護信号出力トランジスタ31に設けられた抵抗R4およ
びプルアップ抵抗21、また保護信号検出コンパレータ
23の抵抗R1、R2の値を調整することによって、そ
の条件となる保護信号を出力している単位半導体装置5
1Cの個数を、任意の個数に設定することも可能であ
る。
の保護信号出力トランジスタ31のターンオンによって
全ての単位半導体装置51Cの電流遮断動作を行う条件
として、保護信号を出力している単位半導体装置51C
が複数、つまり2個以上になることとしたが、第1の保
護信号出力トランジスタ31に設けられた抵抗R4およ
びプルアップ抵抗21、また保護信号検出コンパレータ
23の抵抗R1、R2の値を調整することによって、そ
の条件となる保護信号を出力している単位半導体装置5
1Cの個数を、任意の個数に設定することも可能であ
る。
【0072】さらに、本実施の形態の説明においては2
種類の保護動作を選択する構成であったが、保護信号出
力トランジスタおよびそれと組み合わせる抵抗を増やす
ことによって、さらに多くの種類の保護動作を選択する
構成にすることも可能である。
種類の保護動作を選択する構成であったが、保護信号出
力トランジスタおよびそれと組み合わせる抵抗を増やす
ことによって、さらに多くの種類の保護動作を選択する
構成にすることも可能である。
【0073】上記した実施の形態4に係る半導体装置よ
れば、パラメータのばらつきにより定格出力電流に達し
ていないにも係わらず保護動作を開始する単位半導体装
置が1台でも並列接続されている場合に生じる、単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置全体としての
定格出力電流に対して十分な出力電流を得ることができ
ないという問題を解決すると共に、その保護動作起因に
よって好適な保護動作を選択して行うことができる。
れば、パラメータのばらつきにより定格出力電流に達し
ていないにも係わらず保護動作を開始する単位半導体装
置が1台でも並列接続されている場合に生じる、単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置全体としての
定格出力電流に対して十分な出力電流を得ることができ
ないという問題を解決すると共に、その保護動作起因に
よって好適な保護動作を選択して行うことができる。
【0074】実施の形態5.実施の形態5に係る半導体
装置は、保護信号をはじめとする単位半導体装置の状態
を表すパラメータをディジタル信号化し、単位半導体装
置間で該ディジタル信号の相互通信を行う。
装置は、保護信号をはじめとする単位半導体装置の状態
を表すパラメータをディジタル信号化し、単位半導体装
置間で該ディジタル信号の相互通信を行う。
【0075】図7は実施の形態5に係る半導体装置にお
いて、並列接続して使用される単位半導体装置51Dの
構成図である。図7において、コレクタ端子12、エミ
ッタ端子13、駆動信号入力端子14、IGBT素子1
5、電流検出抵抗16、保護信号入出力端子27は図3
に示したものと同一であるので、ここでの詳細な説明は
省略する。また35は保護判定部であり、半導体装置の
状態を示す各種パラメータを取り込み、演算処理により
電流抑制動作および電流遮断動作の保護動作の判定を行
うと共に、保護信号をはじめとする各種パラメータ情報
を含むディジタル信号を出力する。36は通信インター
フェースであり、保護判定部35からのディジタル信号
を外部へ送信すると共に外部からの信号を受信して保護
判定部35に送信する。IGBT駆動部37は、駆動信
号入力端子14に入力される駆動信号に基づくIGBT
素子15の駆動、および保護判定部35からの保護信号
に基づいてIGBT素子15の保護動作として電流抑制
動作または電流遮断動作を行う。38は温度検出サーミ
スタであり、IGBT素子15の温度を検出する。
いて、並列接続して使用される単位半導体装置51Dの
構成図である。図7において、コレクタ端子12、エミ
ッタ端子13、駆動信号入力端子14、IGBT素子1
5、電流検出抵抗16、保護信号入出力端子27は図3
に示したものと同一であるので、ここでの詳細な説明は
省略する。また35は保護判定部であり、半導体装置の
状態を示す各種パラメータを取り込み、演算処理により
電流抑制動作および電流遮断動作の保護動作の判定を行
うと共に、保護信号をはじめとする各種パラメータ情報
を含むディジタル信号を出力する。36は通信インター
フェースであり、保護判定部35からのディジタル信号
を外部へ送信すると共に外部からの信号を受信して保護
判定部35に送信する。IGBT駆動部37は、駆動信
号入力端子14に入力される駆動信号に基づくIGBT
素子15の駆動、および保護判定部35からの保護信号
に基づいてIGBT素子15の保護動作として電流抑制
動作または電流遮断動作を行う。38は温度検出サーミ
スタであり、IGBT素子15の温度を検出する。
【0076】実施の形態5に係る半導体装置の構成は実
施の形態2と同様に、図4のようになる。ただしここで
は、図4中の単位半導体装置51は図7に示した単位半
導体装置51Cを指す。
施の形態2と同様に、図4のようになる。ただしここで
は、図4中の単位半導体装置51は図7に示した単位半
導体装置51Cを指す。
【0077】次に実施の形態5の半導体装置の保護動作
を説明する。前述したように実施の形態5の半導体装置
は図7の単位半導体装置を図4のように複数個並列接続
した構成になっている。また、本実施の形態では保護信
号は各種パラメータとともにディジタル信号化され、単
位半導体装置間で該ディジタル信号の相互通信を行う。
を説明する。前述したように実施の形態5の半導体装置
は図7の単位半導体装置を図4のように複数個並列接続
した構成になっている。また、本実施の形態では保護信
号は各種パラメータとともにディジタル信号化され、単
位半導体装置間で該ディジタル信号の相互通信を行う。
【0078】また保護判定部35での保護判定はマイコ
ンによる演算処理によって行う。
ンによる演算処理によって行う。
【0079】図8は図7に示した保護判定部35の動作
を示すフローチャートである。これに沿って保護動作を
説明する。まず、当該単位半導体装置の状態を示すパラ
メータをAD変換しディジタル化する。このパラメータ
には例えば電流検出抵抗16からの電流検出信号や、温
度検出サーミスタ38からのIGBT素子15の温度情
報、IGBT駆動部37のゲート電圧情報等が含まれ
る。そして、そのディジタル化されたパラメータを通信
インターフェース36および保護信号入出力端子27を
介して他の単位半導体装置へと送信する。次に保護信号
入出力端子27に入力された他の単位半導体装置のパラ
メータを通信インターフェース36を介して受信する。
そして当該単位半導体装置のパラメータおよび他の単位
半導体装置から受信したパラメータより、マイコンによ
る演算処理によって保護判定の対象となる保護判定値が
計算される。そして、保護判定値に基づき、あらかじめ
設定記憶された判定基準に応じて以下の判定が行われ
る。まず保護動作を行うか否かを判定する。保護判定を
行う必要がないと判定された場合、保護判定部35はI
GBT駆動部37に対して何も行わない。また、保護判
定を行う必要があると判定された場合はさらに、行うべ
き保護動作の種類、即ち電流抑制動作か電流遮断動作か
を判定する。ここで、直ちに電流遮断動作を行う必要が
あると判定された場合、保護判定部35はIGBT駆動
部37へ電流遮断信号を出力してIGBT素子15の電
流遮断動作を行わせる。逆に、直ぐに電流遮断動作の必
要がないと判定された場合は、保護判定部35はIGB
T駆動部37へ電流抑制信号を出力してIGBT素子1
5の電流抑制動作を行わせる。
を示すフローチャートである。これに沿って保護動作を
説明する。まず、当該単位半導体装置の状態を示すパラ
メータをAD変換しディジタル化する。このパラメータ
には例えば電流検出抵抗16からの電流検出信号や、温
度検出サーミスタ38からのIGBT素子15の温度情
報、IGBT駆動部37のゲート電圧情報等が含まれ
る。そして、そのディジタル化されたパラメータを通信
インターフェース36および保護信号入出力端子27を
介して他の単位半導体装置へと送信する。次に保護信号
入出力端子27に入力された他の単位半導体装置のパラ
メータを通信インターフェース36を介して受信する。
そして当該単位半導体装置のパラメータおよび他の単位
半導体装置から受信したパラメータより、マイコンによ
る演算処理によって保護判定の対象となる保護判定値が
計算される。そして、保護判定値に基づき、あらかじめ
設定記憶された判定基準に応じて以下の判定が行われ
る。まず保護動作を行うか否かを判定する。保護判定を
行う必要がないと判定された場合、保護判定部35はI
GBT駆動部37に対して何も行わない。また、保護判
定を行う必要があると判定された場合はさらに、行うべ
き保護動作の種類、即ち電流抑制動作か電流遮断動作か
を判定する。ここで、直ちに電流遮断動作を行う必要が
あると判定された場合、保護判定部35はIGBT駆動
部37へ電流遮断信号を出力してIGBT素子15の電
流遮断動作を行わせる。逆に、直ぐに電流遮断動作の必
要がないと判定された場合は、保護判定部35はIGB
T駆動部37へ電流抑制信号を出力してIGBT素子1
5の電流抑制動作を行わせる。
【0080】以上の動作を繰り返すことにより、各単位
半導体装置は保護動作を行うことになるが、2回目以降
の繰り返しの動作においては、単位半導体装置間で送受
信されるパラメータの一つとして保護判定部35の判定
結果に基づく保護信号が含まれ、各単位半導体装置の保
護動作の判定に反映される。
半導体装置は保護動作を行うことになるが、2回目以降
の繰り返しの動作においては、単位半導体装置間で送受
信されるパラメータの一つとして保護判定部35の判定
結果に基づく保護信号が含まれ、各単位半導体装置の保
護動作の判定に反映される。
【0081】ここで本実施の形態において単位半導体装
置間で送受信されるパラメータはディジタル信号である
ので、保護信号をパラメータに含ませて送受信するため
に、保護信号は例えば、保護動作の有無および保護動作
の種類を示すフラグ信号等に変換される。しかし、単位
半導体装置の保護動作は、例えば電流検出抵抗16を流
れる電流値を変化させるので電流検出信号に反映し、そ
のため、電流検出信号の変化からも保護動作を検知する
ことは可能である。よって保護信号を直接送受信しなく
ても、例えば電流検出信号をもって保護動作の情報を示
すパラメータとして代用することも可能である。
置間で送受信されるパラメータはディジタル信号である
ので、保護信号をパラメータに含ませて送受信するため
に、保護信号は例えば、保護動作の有無および保護動作
の種類を示すフラグ信号等に変換される。しかし、単位
半導体装置の保護動作は、例えば電流検出抵抗16を流
れる電流値を変化させるので電流検出信号に反映し、そ
のため、電流検出信号の変化からも保護動作を検知する
ことは可能である。よって保護信号を直接送受信しなく
ても、例えば電流検出信号をもって保護動作の情報を示
すパラメータとして代用することも可能である。
【0082】上記した実施の形態5に係る半導体装置に
おいては、各単位半導体装置間でディジタル化された保
護信号をはじめとする各種パラメータの相互通信を行っ
ており、他の単位半導体装置の状態を保護判定の基準に
用いるので、他の半導体装置の状態に応じた保護動作を
行うことができる。よって、単位半導体装置間のパラメ
ータのばらつきがあってもそれに応じた処理が可能であ
るために、並列接続した単位半導体装置間の保護動作を
行うタイミングのばらつきに起因する、一部の単位半導
体装置に電流が集中することによる半導体素子の破壊の
問題や、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題等を削減でき、半導体装
置全体で協調した保護動作を行うことが可能である。
おいては、各単位半導体装置間でディジタル化された保
護信号をはじめとする各種パラメータの相互通信を行っ
ており、他の単位半導体装置の状態を保護判定の基準に
用いるので、他の半導体装置の状態に応じた保護動作を
行うことができる。よって、単位半導体装置間のパラメ
ータのばらつきがあってもそれに応じた処理が可能であ
るために、並列接続した単位半導体装置間の保護動作を
行うタイミングのばらつきに起因する、一部の単位半導
体装置に電流が集中することによる半導体素子の破壊の
問題や、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題等を削減でき、半導体装
置全体で協調した保護動作を行うことが可能である。
【0083】さらに、各単位半導体装置に通信インター
フェースを備えていることにより、各単位半導体装置を
例えばLANやCANを利用して外部装置へ接続するこ
とも可能である。そして外部装置で一括して捕らえられ
るパラメータ、例えば外気温や母線電圧等を各単位半導
体装置へ送信することにより、各単位半導体装置と外部
装置との連係した保護動作の制御も可能である。
フェースを備えていることにより、各単位半導体装置を
例えばLANやCANを利用して外部装置へ接続するこ
とも可能である。そして外部装置で一括して捕らえられ
るパラメータ、例えば外気温や母線電圧等を各単位半導
体装置へ送信することにより、各単位半導体装置と外部
装置との連係した保護動作の制御も可能である。
【0084】また、同様にLANやCANを利用して各
半導体装置を外部制御装置へ接続して相互通信を行うこ
とによって、各単位半導体装置の状態の監視および保護
動作の制御等をLANやCANを介した外部制御装置よ
って一括して行うことも可能である。
半導体装置を外部制御装置へ接続して相互通信を行うこ
とによって、各単位半導体装置の状態の監視および保護
動作の制御等をLANやCANを介した外部制御装置よ
って一括して行うことも可能である。
【0085】
【発明の効果】以上説明したように、本発明における請
求項1記載の半導体装置によれば、並列接続した単位半
導体装置の各々は、端子に入力される他の単位半導体装
置からの保護信号によって保護動作を行うので、各単位
半導体装置間で協調した保護動作を行う。
求項1記載の半導体装置によれば、並列接続した単位半
導体装置の各々は、端子に入力される他の単位半導体装
置からの保護信号によって保護動作を行うので、各単位
半導体装置間で協調した保護動作を行う。
【0086】よって、並列接続した単位半導体装置間の
保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、一部
の単位半導体装置に電流が集中することによる半導体素
子の破壊の問題を解決できる。また、装置全体の保護動
作の制御を外部装置に依存せず、半導体装置自身で行う
ので汎用性の低下を伴わない。
保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、一部
の単位半導体装置に電流が集中することによる半導体素
子の破壊の問題を解決できる。また、装置全体の保護動
作の制御を外部装置に依存せず、半導体装置自身で行う
ので汎用性の低下を伴わない。
【0087】請求項2記載の半導体装置によれば、並列
接続した単位半導体装置の各々は、保護信号を他の単位
半導体装置へ出力する保護信号出力端子を備えるので、
他の単位半導体装置に保護信号を出力することができ
る。
接続した単位半導体装置の各々は、保護信号を他の単位
半導体装置へ出力する保護信号出力端子を備えるので、
他の単位半導体装置に保護信号を出力することができ
る。
【0088】よって、並列接続した単位半導体装置間の
保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、一部
の単位半導体装置に電流が集中することによる半導体素
子の破壊の問題を解決できる。また、装置全体の保護動
作の制御を外部装置に依存せず、半導体装置自身で行う
ので汎用性の低下を伴わない。
保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、一部
の単位半導体装置に電流が集中することによる半導体素
子の破壊の問題を解決できる。また、装置全体の保護動
作の制御を外部装置に依存せず、半導体装置自身で行う
ので汎用性の低下を伴わない。
【0089】請求項3記載の半導体装置によれば、並列
接続した単位半導体装置の各々は、他の半導体装置から
の保護信号を受けると共に他の単位半導体装置へ保護信
号を出力する保護信号入出力端子を備えるので、他の単
位半導体装置の保護信号を受けると共に他の単位半導体
装置へ保護信号を出力できる。
接続した単位半導体装置の各々は、他の半導体装置から
の保護信号を受けると共に他の単位半導体装置へ保護信
号を出力する保護信号入出力端子を備えるので、他の単
位半導体装置の保護信号を受けると共に他の単位半導体
装置へ保護信号を出力できる。
【0090】よって、並列接続した単位半導体装置間の
保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、一部
の単位半導体装置に電流が集中することによる半導体素
子の破壊の問題を解決できる。また、装置全体の保護動
作の制御を外部装置に依存せず、半導体装置自身で行う
ので汎用性の低下を伴わない。
保護動作を行うタイミングのばらつきに起因する、一部
の単位半導体装置に電流が集中することによる半導体素
子の破壊の問題を解決できる。また、装置全体の保護動
作の制御を外部装置に依存せず、半導体装置自身で行う
ので汎用性の低下を伴わない。
【0091】請求項4記載の半導体装置によれば、並列
接続した単位半導体装置の各々は、保護信号を出力して
いる単位半導体装置の個数が所定の個数に達した場合
に、半導体素子の保護動作として電流遮断動作を行う。
接続した単位半導体装置の各々は、保護信号を出力して
いる単位半導体装置の個数が所定の個数に達した場合
に、半導体素子の保護動作として電流遮断動作を行う。
【0092】よって、パラメータのばらつきにより定格
出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開始す
る単位半導体装置が1台でも並列接続されている場合に
生じる、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題を解決できる。
出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開始す
る単位半導体装置が1台でも並列接続されている場合に
生じる、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題を解決できる。
【0093】請求項5記載の半導体装置によれば、並列
接続した単位半導体装置の各々は、該単位半導体装置自
身が有する保護判定部からの保護信号基づき保護動作と
して電流抑制動作を行い、端子で受けた保護信号に基づ
いては、保護信号を出力している単位半導体装置の個数
が所定の個数に達した場合に、半導体素子の保護動作と
して電流遮断動作を行う。
接続した単位半導体装置の各々は、該単位半導体装置自
身が有する保護判定部からの保護信号基づき保護動作と
して電流抑制動作を行い、端子で受けた保護信号に基づ
いては、保護信号を出力している単位半導体装置の個数
が所定の個数に達した場合に、半導体素子の保護動作と
して電流遮断動作を行う。
【0094】よって、パラメータのばらつきにより定格
出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開始す
る単位半導体装置が1台でも並列接続されている場合に
生じる、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題を解決できる。
出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開始す
る単位半導体装置が1台でも並列接続されている場合に
生じる、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題を解決できる。
【0095】請求項6記載の半導体装置によれば、並列
接続した単位半導体装置の各々は、保護動作起因によっ
て該単位半導体装置が保護動作として電流抑制動作を行
うか電流遮断動作を行うか選択する。
接続した単位半導体装置の各々は、保護動作起因によっ
て該単位半導体装置が保護動作として電流抑制動作を行
うか電流遮断動作を行うか選択する。
【0096】よって、パラメータのばらつきにより定格
出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開始す
る単位半導体装置が1台でも並列接続されている場合に
生じる、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題を解決すると共に、その
保護動作起因によって好適な保護動作を選択して行うこ
とができる。
出力電流に達していないにも係わらず保護動作を開始す
る単位半導体装置が1台でも並列接続されている場合に
生じる、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装
置全体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を
得ることができないという問題を解決すると共に、その
保護動作起因によって好適な保護動作を選択して行うこ
とができる。
【0097】請求項7記載の半導体装置によれば、保護
信号はディジタル信号であるので、各単位半導体装置間
で保護信号をはじめとする単位半導体装置の状態を表す
各種パラメータの相互通信を行うことができ、各単位半
導体装置で他の単位半導体装置の状態に応じた保護動作
を行うことができる。
信号はディジタル信号であるので、各単位半導体装置間
で保護信号をはじめとする単位半導体装置の状態を表す
各種パラメータの相互通信を行うことができ、各単位半
導体装置で他の単位半導体装置の状態に応じた保護動作
を行うことができる。
【0098】よって、単位半導体装置間のパラメータの
ばらつきがあってもそれに応じた処理が可能であるため
に、並列接続した単位半導体装置間の保護動作を行うタ
イミングのばらつきに起因する、一部の単位半導体装置
に電流が集中することによる半導体素子の破壊の問題
や、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装置全
体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を得る
ことができないという問題等を削減でき、半導体装置全
体で協調した保護動作を行うことが可能である。
ばらつきがあってもそれに応じた処理が可能であるため
に、並列接続した単位半導体装置間の保護動作を行うタ
イミングのばらつきに起因する、一部の単位半導体装置
に電流が集中することによる半導体素子の破壊の問題
や、単位半導体装置を複数個並列接続した半導体装置全
体としての定格出力電流に対して十分な出力電流を得る
ことができないという問題等を削減でき、半導体装置全
体で協調した保護動作を行うことが可能である。
【図1】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置にお
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
【図2】 本発明の実施の形態1に係る半導体装置の構
成図である。
成図である。
【図3】 本発明の実施の形態2に係る半導体装置にお
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
【図4】 本発明の実施の形態2および実施の形態3、
実施の形態4、実施の形態5に係る半導体装置の構成図
である。
実施の形態4、実施の形態5に係る半導体装置の構成図
である。
【図5】 本発明の実施の形態3に係る半導体装置にお
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
【図6】 本発明の実施の形態4に係る半導体装置にお
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
【図7】 本発明の実施の形態5に係る半導体装置にお
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
いて並列接続される単位半導体装置の構成図である。
【図8】 本発明の実施の形態5に係る半導体装置にお
いて並列接続される単位半導体装置の保護判定部の動作
を示すフローチャートである。
いて並列接続される単位半導体装置の保護判定部の動作
を示すフローチャートである。
【図9】 一般的な三相インバータの構成図である。
【図10】 従来の半導体装置において並列接続される
単位半導体装置の構成図である。
単位半導体装置の構成図である。
【図11】 従来の半導体装置の構成図である。
11,51,51A,51B,51C,51D 単位半
導体装置、12 コレクタ端子、13 エミッタ端子、
14 駆動信号入力端子、15 IGBT素子、16
電流検出抵抗、17,30,35 保護判定部、18
ORゲート、19 保護信号出力トランジスタ、20
保護信号出力端子、21 プルアップ抵抗、22 保護
信号入力端子、23 保護信号検出コンパレータ、2
4,25,28,32,34 抵抗、26,29,37
IGBT駆動部、27 保護信号入出力端子、31
第1の保護信号出力トランジスタ、33 第2の保護信
号出力トランジスタ、36 通信インターフェース、3
8 温度検出サーミスタ。
導体装置、12 コレクタ端子、13 エミッタ端子、
14 駆動信号入力端子、15 IGBT素子、16
電流検出抵抗、17,30,35 保護判定部、18
ORゲート、19 保護信号出力トランジスタ、20
保護信号出力端子、21 プルアップ抵抗、22 保護
信号入力端子、23 保護信号検出コンパレータ、2
4,25,28,32,34 抵抗、26,29,37
IGBT駆動部、27 保護信号入出力端子、31
第1の保護信号出力トランジスタ、33 第2の保護信
号出力トランジスタ、36 通信インターフェース、3
8 温度検出サーミスタ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H740 BA11 BB02 BC01 BC02 KK10 MM08 MM12 5J055 AX32 AX64 AX66 BX16 CX00 CX07 CX08 CX19 DX09 DX52 DX73 EY01 EY04 EY17 EZ07 EZ10 EZ24 EZ25 EZ39 EZ59 FX04 FX06 FX31 FX32 GX02
Claims (7)
- 【請求項1】 主電流をスイッチングする半導体素子
と、 前記半導体素子の保護動作を行う場合に保護信号を出力
する保護判定部と、 前記半導体素子の駆動を行う駆動部と、を有する単位半
導体装置を複数個並列接続した半導体装置であって、 前記単位半導体装置の各々が他の前記単位半導体装置か
らの前記保護信号を受ける端子を備え、 前記駆動部が前記端子で受けた前記保護信号に基づいて
前記保護動作を行うことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】 請求項1に記載の半導体装置であって、 前記単位半導体装置の各々が、 前記保護信号を他の前記単位半導体装置へ出力する保護
信号出力端子をさらに備えることを特徴とする半導体装
置。 - 【請求項3】 請求項1に記載の半導体装置であって、 前記端子が、 他の前記単位半導体装置からの前記保護信号を受けると
共に、前記保護判定部からの前記保護信号を他の単位半
導体装置へ出力する保護信号入出力端子である、ことを
特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】 請求項3に記載の半導体装置であって、
さらに 前記保護信号を出力する前記単位半導体装置の個数が所
定の個数に達した場合に前記駆動部に前記保護動作とし
て前記半導体素子の電流遮断動作を行わせる手段を備え
る、ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】 請求項4に記載の半導体装置であって、 前記駆動部が、さらに前記保護判定部からの前記保護信
号に基づいても前記保護動作を行い、 前記保護判定部からの前記保護信号に基づく前記駆動部
の前記保護動作が、前記半導体素子の電流抑制動作であ
り、 前記端子で受けた前記保護信号に基づく前記駆動部の前
記保護動作が、前記半導体素子の電流遮断動作である、
ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項6】 請求項4に記載の半導体装置であって、 前記保護信号が、 前記駆動部に前記保護動作として前記半導体素子の電流
抑制動作を行わせる電流抑制信号と、 前記駆動部に前記保護動作として前記半導体素子の電流
遮断動作を行わせる電流遮断信号とを含む、ことを特徴
とする半導体装置。 - 【請求項7】 請求項1から請求項6のいずれかに記載
の半導体装置であって、 前記保護信号が、ディジタル信号であることを特徴とす
る半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000377430A JP2002185295A (ja) | 2000-12-12 | 2000-12-12 | 半導体装置 |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002185295A true JP2002185295A (ja) | 2002-06-28 |
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ID=18846156
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---|---|---|---|
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Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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