JP2012085131A - センス機能付きパワー半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ゲートパルス発生回路(21)から出力されるゲート駆動信号が、ゲート抵抗値補正回路1(22)及びゲート抵抗値補正回路2(23)の各補正抵抗を経由してセンスゲート端子Gs 及びメインゲート端子Gm 並びにMPU(24)の入力端へ出力される。各ゲート抵抗値補正回路(22,23)の補正抵抗値は、駆動時の負荷電流値、各ゲート電圧値以外に、電源電圧値および素子温度値のうちいずれかの条件を測定し、測定した条件に応じてMPU(24)で最適な補正抵抗値を計算、または内蔵するメモリから最適な補正抵抗値を呼び出し、各ゲート抵抗値を補正する。
【選択図】図1
Description
(a)センス端子から得られるセンス電流の検出精度の悪化
(b)破壊耐量の低下
(c)損失の増加
この点は上記特許文献3においても同様である。
そして各ゲートに設けた上記可変抵抗において第1の可変抵抗で設定する上記メインゲート抵抗値をRcm、第2の可変抵抗で設定する上記センスゲート抵抗値をRcs、としたとき、
Rcm ×(Rgm×Cgm)≒ Rcs ×(Rgs×Cgs)
ここで、 Rgm :メイン領域の内部ゲート抵抗
Cgm :メイン領域の寄生ゲート容量
Rgs :センス領域の内部ゲート抵抗
Cgs :センス領域の寄生ゲート容量
となるように調整することを特徴とする。
はじめに本発明のセンス機能付きパワー半導体デバイスの基本原理について説明すると、本発明のセンス機能付きパワー半導体デバイスは、メイン領域とセンス領域の各CR時定数の差が内部ゲート抵抗値および寄生ゲート容量値の差によるものと近似し、各CR時定数の差を補正する外部ゲート抵抗をゲート駆動回路に付加することで、センス機能付きパワー半導体デバイス、特にセンス機能付き電圧駆動型パワー半導体デバイス、におけるメイン領域とセンス領域の電流バランス(電流スイッチタイミングや過渡特性)のずれを小さくよう補正して電流検出の精度を向上させるものである。
図1は、本発明の実施形態に係るセンス機能付きパワー半導体デバイスの第1の構成原理を示す図である。図1におけるセンス機能付きパワー半導体デバイスは、上述の基本原理で説明したゲート駆動回路(2)を備え、ゲート駆動回路(2)は、ゲートパルス発生回路(21)、ゲート抵抗値補正回路1(22)、ゲート抵抗値補正回路2(23)、および、メモリを内蔵するMPU(Microprocessor:マイクロプロセッサ)(24)から構成される。MPU(24)は、CPU(Central Processing Unit:中央処理装置)と同義で、良く知られているようにメモリに記憶されたプログラムを読み込み、該プログラムの指示に従って入力装置や記憶装置からデータを受け取り、データをプログラム通りに演算・加工したうえでデータをメモリなどの記憶装置や出力装置に出力する、といった処理を行うものである。
Rcm ×(Rgm×Cgm)≒ Rcs ×(Rgs×Cgs)
ここで、 Rgm :メイン領域の内部ゲート抵抗
Cgm :メイン領域の寄生ゲート容量
Rgs :センス領域の内部ゲート抵抗
Cgs :センス領域の寄生ゲート容量
となるように調整する。このようにゲート駆動回路に補正用の外部ゲート抵抗(その抵抗値をそれぞれRcm ,Rcs とする)を付加することで各CR時定数の差を補正することができ、これにより電流バランスを改善することができる。
Rcm ×(Rgm×Cgm)≒ Rcs ×(Rgs×Cgs)
ここで、 Rgm :メイン領域の内部ゲート抵抗
Cgm :メイン領域の寄生ゲート容量
Rgs :センス領域の内部ゲート抵抗
Cgs :センス領域の寄生ゲート容量
となるように調整する。このようにゲート駆動回路に補正用の可変抵抗(その抵抗値をそれぞれRcm,Rcs とする)を付加することで各CR時定数の差を補正することができ、これにより電流バランスを改善することができる。
2 ゲート駆動回路
21 ゲートパルス発生回路
22 ゲート抵抗値補正回路1
23 ゲート抵抗値補正回路2
24 MPU
C コレクタ端子
G ゲート端子
Gs センスゲート端子
Gm メインゲート端子
M メイン端子
S センス端子
Rcs ゲート抵抗値補正回路1の補正抵抗値
Rcm ゲート抵抗値補正回路2の補正抵抗値
Rgm メイン領域の内部ゲート抵抗
Cgm メイン領域の寄生ゲート容量
Rgs センス領域の内部ゲート抵抗
Cgs センス領域の寄生ゲート容量
Claims (6)
- パワー半導体デバイスをメイン領域(主領域)とセンス領域(電流検出用領域)とに分け、前記メイン領域と前記センス領域に入力電流を供給するための端子(コレクタ端子)と、前記メイン領域に接続された端子(メイン端子)と前記センス領域に接続された端子(センス端子)と、前記メイン領域を駆動するための電圧信号を印加するための端子(メインゲート端子)と前記センス領域を駆動するための電圧信号を印加するための端子(センスゲート端子)を具備するセンス機能付きパワー半導体デバイスにおいて、
前記メインゲート端子と前記センスゲート端子のそれぞれにオン時またはオフ時の前記メイン領域と前記センス領域間の電流スイッチタイミング及び過渡特性のずれを補正するようにメインゲート抵抗値とセンスゲート抵抗値をそれぞれ補正するゲート駆動回路を接続したことを特徴とするセンス機能付きパワー半導体デバイス。 - 電源電圧値、負荷電流値、ゲート電圧値および素子温度値のうち少なくとも1つの条件を変えて駆動した場合における前記メイン領域と前記センス領域間の電流バランスが良好になる各ゲート抵抗値を入力された前記値に応じて演算又は記憶しておいた値から出力するマイクロプロセッサユニット(MPU)と、
駆動時の前記電源電圧値、前記負荷電流値、前記ゲート電圧値および前記素子温度値のうち少なくとも1つの条件を測定する測定回路を備え、
該測定回路で測定した条件に応じて前記マイクロプロセッサユニットから出力した各ゲート抵抗値に基づいて、オン時またはオフ時の前記メイン領域と前記センス領域間の電流スイッチタイミング及び過渡特性のずれを補正するように前記メインゲート抵抗値と前記センスゲート抵抗値をそれぞれ補正することを特徴とする請求項1に記載のセンス機能付きパワー半導体デバイス。 - 前記センス端子と前記メイン端子の間に接続した電流検出回路を備え、
該電流検出回路で検出した電流値に応じて前記マイクロプロセッサユニットから出力した各ゲート抵抗値に基づいて、オン時またはオフ時の前記メイン領域と前記センス領域間の電流スイッチタイミング及び過渡特性のずれを補正するように前記メインゲート抵抗値と前記センスゲート抵抗値をそれぞれ補正することを特徴とする請求項2に記載のセンス機能付きパワー半導体デバイス。 - 補正される前記メインゲート抵抗値および前記センスゲート抵抗値をMOS-FET(酸化膜半導体電界効果型トランジスタ)で構成し、前記MOS-FETのゲートを前記マイクロプロセッサユニットからの出力により制御して前記メインゲート抵抗値および前記センスゲート抵抗値をそれぞれ補正することを特徴とする請求項2または3に記載のセンス機能付きパワー半導体デバイス。
- 補正される前記メインゲート抵抗値および前記センスゲート抵抗値を各ゲートに設ける可変抵抗で構成したことを特徴とする請求項1に記載のセンス機能付きパワー半導体デバイス。
- 各ゲートに設けた前記可変抵抗において第1の可変抵抗で設定する前記メインゲート抵抗値をRcm、第2の可変抵抗で設定する前記センスゲート抵抗値をRcs、としたとき、
Rcm ×(Rgm×Cgm)≒ Rcs ×(Rgs×Cgs)
ここで、 Rgm :メイン領域の内部ゲート抵抗
Cgm :メイン領域の寄生ゲート容量
Rgs :センス領域の内部ゲート抵抗
Cgs :センス領域の寄生ゲート容量
となるように調整することを特徴とする請求項5に記載のセンス機能付きパワー半導体デバイス。
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