JP2015089050A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】トランジスタに逆並列に接続されたダイオードに流れる電流の検出感度を上げることができる、半導体装置を提供すること。【解決手段】トランジスタと、前記トランジスタと逆並列に接続されたダイオードと、前記トランジスタに流れる電流に応じた電流が流れるセンストランジスタと、前記ダイオードに流れる電流に応じた電流が流れるセンスダイオードと、前記センストランジスタのエミッタと前記センスダイオードのアノードに接続された一端と、前記トランジスタのエミッタと前記ダイオードのアノードに接続された他端とを有する抵抗と、前記抵抗に並列に接続され、前記センスダイオードの順方向と同方向に流れる電流に応じた電流を出力するカレントミラーとを備える、半導体装置。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置に関する。

従来、トランジスタに流れる電流と、トランジスタに逆並列に接続されたダイオードに流れる電流とを、共通のセンス抵抗で検出する技術が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００９−２６８０５４号公報

例えば、トランジスタに流れる比較的大きな電流を検出するため、センス抵抗の抵抗値が低く設定されることがある。しかしながら、センス抵抗の抵抗値が低いほど、センス抵抗による電流の検出感度は低下する。そのため、上述の従来技術のセンス抵抗では、例えば、零アンペア付近の電流がトランジスタに逆並列に接続されたダイオードに流れていることを高精度に検出することは難しい。

そこで、トランジスタに逆並列に接続されたダイオードに流れる電流の検出感度を上げることができる、半導体装置の提供を目的とする。

一つの案では、
トランジスタと、
前記トランジスタと逆並列に接続されたダイオードと、
前記トランジスタに流れる電流に応じた電流が流れるセンストランジスタと、
前記ダイオードに流れる電流に応じた電流が流れるセンスダイオードと、
前記センストランジスタのエミッタと前記センスダイオードのアノードに接続された一端と、前記トランジスタのエミッタと前記ダイオードのアノードに接続された他端とを有する抵抗と、
前記抵抗に並列に接続され、前記センスダイオードの順方向と同方向に流れる電流に応じた電流を出力するカレントミラーとを備える、半導体装置が提供される。

一態様によれば、トランジスタに逆並列に接続されたダイオードに流れる電流の検出感度を上げることができる。

半導体装置における一実施例の構成図である。 半導体装置の動作波形の一例を示したタイミングチャートである。 半導体装置における一実施例の構成図である。 半導体装置における一実施例の構成図である。 半導体装置における一実施例の構成図である。 半導体装置における一実施例の構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１は、半導体装置の一例である駆動装置１の構成例を示した図である。駆動装置１は、集積回路により形成された構成を有する半導体デバイスでもよいし、ディスクリート部品により形成された構成を有する半導体デバイスでもよい。

駆動装置１は、トランジスタ部１１のメイントランジスタ１２をオンオフ駆動することによって、第１の導電部６１又は第２の導電部６２に接続される誘導性の負荷（例えば、インダクタ、モータなど）を駆動する手段を備えた半導体回路である。駆動装置１が単数又は複数使用される装置として、例えば、直流電圧を昇圧又は降圧又は昇降圧するコンバータ、直流電力と交流電力との間で電力変換するインバータなどが挙げられる。

例えば、駆動装置１が複数使用される装置では、誘導性の負荷が接続される中間ノードに対してハイサイドとローサイドのそれぞれに設けられたスイッチング素子１０が直列に接続されたスイッチング回路が設けられる。例えば、駆動装置１が複数使用される装置の一例である三相インバータは、当該スイッチング回路を３個並列に備えている。

導電部６１は、電源の正極等の高電源電位部に導電的に接続される電流経路であり、高電源電位部に他のスイッチング素子又は負荷を介して間接的に接続されてもよい。導電部６２は、電源の負極等の低電源電位部（例えば、グランド電位部）に導電的に接続される電流経路であり、低電源電位部に他のスイッチング素子又は負荷を介して間接的に接続されてもよい。

駆動装置１は、スイッチング素子１０を備えている。スイッチング素子１０は、電流センス機能付きの絶縁ゲート型電圧制御半導体素子である。スイッチング素子１０は、トランジスタ部１１と、ダイオード部１４とを有している。

スイッチング素子１０は、例えば、トランジスタ部１１がInsulated Gate Bipolar Transistor（ＩＧＢＴ）である場合、トランジスタ部１１とダイオード部１４とが共通の半導体基板に設けられたダイオード内蔵ＩＧＢＴである。ダイオード内蔵ＩＧＢＴは、ダイオードのアノード電極とＩＧＢＴのエミッタ電極とを共通電極とし、ダイオードのカソード電極とＩＧＢＴのコレクタ電極とを共通電極とした構造を有している。ダイオード内蔵ＩＧＢＴは、逆導通ＩＧＢＴ（Reverse Conducting（ＲＣ）‐ＩＧＢＴ）とも称される。

トランジスタ部１１の具体例として、ＩＧＢＴ，ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などのパワートランジスタ素子が挙げられる。図１には、トランジスタ部１１の一例であるＩＧＢＴが図示されている。以下、説明の便宜上、トランジスタ部１１がＩＧＢＴであるとして、説明する。ＭＯＳＦＥＴの場合であれば、「コレクタ」を「ドレイン」に、「エミッタ」を「ソース」に置き換えて読むとよい。

トランジスタ部１１のゲート端子Ｇは、例えば、ゲート端子Ｇに直列接続されたゲート抵抗を介して、制御回路４０の駆動回路４３に接続される制御端子である。トランジスタ部１１のコレクタ端子Ｃは、例えば、接続点ｃに接続され、接続点ｃを介して導電部６１に接続される第１の主端子である。トランジスタ部１１のエミッタ端子Ｅは、例えば、接続点ｄに接続され、接続点ｄを介して導電部６２に接続される第２の主端子である。トランジスタ部１１のセンスエミッタ端子ＳＥは、例えば、接続点ｂに接続され、接続点ｂを介してセンス抵抗２０の一端に接続されるセンス端子である。センスエミッタ端子ＳＥは、センス抵抗２０の他端が接続される接続点ｄを介して、導電部６２に接続される。

トランジスタ部１１は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３を含んで構成されている。メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子である。センストランジスタ１３は、メイントランジスタ１２に並列に接続されている。メイントランジスタ１２とセンストランジスタ１３は、それぞれ、複数のセルトランジスタから構成されてよい。

メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のそれぞれのゲート電極ｇは、トランジスタ部１１のゲート端子Ｇに共通接続される制御電極である。メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のそれぞれのコレクタ電極ｃは、トランジスタ部１１のコレクタ端子Ｃに共通接続される第１の主電極である。メイントランジスタ１２のエミッタ電極ｅは、トランジスタ部１１のエミッタ端子Ｅに接続される第２の主電極である。センストランジスタ１３のセンスエミッタ電極ｓｅは、トランジスタ部１１のセンスエミッタ端子ＳＥに接続されるセンス電極である。

センストランジスタ１３は、メイントランジスタ１２に流れる電流に応じた電流が流れるセンストランジスタの一例であり、メイントランジスタ１２に流れる電流が大きいほど大きな電流が流れるセンス素子である。センストランジスタ１３は、例えば、メイントランジスタ１２に流れる主電流Ｉｅに比例したセンス電流Ｉｓｅを出力する。

例えば、コレクタ端子Ｃからトランジスタ部１１に流入するコレクタ電流は、メイントランジスタ１２を流れる主電流Ｉｅとセンストランジスタ１３を流れるセンス電流Ｉｓｅとにセンス比ｎで分割される。センス電流Ｉｓｅは、主電流Ｉｅに応じてセンス比ｎの割合で流れる電流であり、主電流Ｉｅよりも電流値がセンス比ｎによって小さくされた電流である。センス比ｎは、例えば、メイントランジスタ１２のエミッタ電極ｅの面積と、センストランジスタ１３のセンスエミッタ電極ｓｅの面積との比に応じて決定される。

主電流Ｉｅは、メイントランジスタ１２におけるコレクタ電極ｃとエミッタ電極ｅとを流れ、エミッタ端子Ｅから出力される。エミッタ端子Ｅから出力された主電流Ｉｅは、接続点ｄを介して、導電部６２を流れる。センス電流Ｉｓｅは、センストランジスタ１３におけるコレクタ電極ｃとセンスエミッタ電極ｓｅとを流れ、センスエミッタ端子ＳＥから出力される。センスエミッタ端子ＳＥから出力されたセンス電流Ｉｓｅは、センス抵抗２０及び接続点ｄを経由して、導電部６２を流れる。

一方、ダイオード部１４は、メインダイオード１５及びセンスダイオード１６を含んで構成されている。

メインダイオード１５は、メイントランジスタ１２に逆並列に接続されたダイオードの一例であり、エミッタ端子Ｅに接続されたアノードと、コレクタ端子Ｃに接続されたカソードとを有する逆導通素子である。メインダイオード１５のアノード電極は、エミッタ端子Ｅが接続された接続点ｄに接続され、接続点ｄを介して導電部６２に接続されたＰ型電極である。メインダイオード１５のカソード電極は、コレクタ端子Ｃが接続された接続点ｃに接続され、接続点ｃを介して導電部６１に接続されたＮ型電極である。

センスダイオード１６は、メインダイオード１５に流れる電流に応じた電流が流れるセンスダイオードの一例であり、メインダイオード１５に流れる電流が大きいほど大きな電流が流れるセンス素子である。センスダイオード１６は、例えば、メインダイオード１５に流れるダイオード電流Ｉｄに比例したセンスダイオード電流Ｉｓｄを出力する。

センスダイオード電流Ｉｓｄは、ダイオード電流Ｉｄに応じてセンス比ｍの割合で流れる電流であり、ダイオード電流Ｉｄよりも電流値がセンス比ｍによって小さくされた電流である。

センスダイオード１６のアノード電極は、センスエミッタ端子ＳＥが接続された接続点ｂに接続され、センス抵抗２０及び接続点ｄを介して導電部６２に接続されたＰ型電極である。センスダイオード１６のカソード電極は、コレクタ端子Ｃが接続された接続点ｃに接続され、接続点ｃを介して導電部６１に接続されたＮ型電極である。

駆動装置１は、センスエミッタ端子ＳＥとエミッタ端子Ｅとの間に設けられたセンス抵抗２０を有している。センス抵抗２０は、センストランジスタ１３のセンスエミッタ電極ｓｅとセンスダイオード１６のアノード電極とに共通に接続された一端と、メイントランジスタ１２のエミッタ電極ｅとメインダイオード１５のアノード電極とに共通に接続された他端とを有する抵抗の一例である。

駆動装置１は、カレントミラー回路３０を有している。カレントミラー回路３０は、センス抵抗２０に並列に接続されるカレントミラーの一例である。カレントミラー回路３０は、センスダイオード１６の順方向と同方向に流れる入力電流Ｉ２に応じた出力電流Ｉ３を出力する。

このようなカレントミラー回路３０がセンス抵抗２０に並列に接続されることによって、ダイオード電流Ｉｄの大きさに応じて流れる出力電流Ｉ３を生成できる。そのため、ダイオード電流Ｉｄの大きさを、センス抵抗２０とは別の検出手段であるカレントミラー回路３０の出力電流Ｉ３の大きさによって検出できる。したがって、カレントミラー回路３０のカレントミラー比ｋをセンス抵抗２０の抵抗値とは独立に調整できるため、センス抵抗２０の抵抗値が低くても、ダイオード電流Ｉｄの検出感度をカレントミラー比ｋを調整することによって容易に上げることができる。

例えば、ダイオード電流Ｉｄが減少するにつれて、入力電流Ｉ２も減少する。入力電流Ｉ２の電流値が零よりも僅かに大きな値であるときでも、入力電流Ｉ２に対する出力電流Ｉ３のカレントミラー比ｋを調整することによって、電流値が入力電流Ｉ２よりも大きな出力電流Ｉ３を容易に生成できる。したがって、零よりも僅かに大きなダイオード電流Ｉｄがメインダイオード１５に流れていることを、出力電流Ｉ３によって高精度に検出できる。

ダイオード電流Ｉｄの大きさに応じて流れる入力電流Ｉ２は、カレントミラー回路３０に流入することによって、カレントミラー回路３０のカレントミラー比ｋで複製された出力電流Ｉ３に変換される。一方、主電流Ｉｅの大きさに応じて流れるセンス電流Ｉｓｅは、センス抵抗２０に流れることによって、センス抵抗２０の両端に発生するセンス電圧Ｖｓｅに変換される。つまり、ダイオード電流Ｉｄをカレントミラー回路３０で検出でき、主電流Ｉｅをセンス抵抗２０で検出できるため、カレントミラー回路３０によるダイオード電流Ｉｄの検出感度と、センス抵抗２０による主電流Ｉｅの検出感度とを独立に調整できる。

カレントミラー回路３０は、例えば、入力トランジスタ３１と、出力トランジスタ３２とを有している。入力トランジスタ３１は、センス抵抗２０に並列に接続され、入力電流Ｉ２が入力されて流れる。出力トランジスタ３２は、入力電流Ｉ２に応じた出力電流Ｉ３をカレントミラー比ｋで出力する。

入力トランジスタ３１は、ダイオード接続されたトランジスタであり、例えば、センス抵抗２０の一端に接続されたエミッタと、センス抵抗２０の他端に共通に接続されたコレクタ及びベースとを有するＮＰＮトランジスタである。出力トランジスタ３２は、入力トランジスタ３１のエミッタ及びセンス抵抗２０の一端に接続されたエミッタと、入力トランジスタ３１のベース及びコレクタに接続されたベースと、制御回路４０の抵抗４１の一方の端部に接続されたコレクタとを有するＮＰＮトランジスタである。ＮＰＮトランジスタは、ＭＯＳＦＥＴ等の他のスイッチング素子であってもよい。

入力トランジスタ３１及び出力トランジスタ３２は、それぞれのベース‐エミッタ間にＰＮ接合を有しているので、センストランジスタ１３を流れるセンス電流Ｉｓｅがカレントミラー回路３０に流入することを遮ることができる。つまり、センス電流Ｉｓｅは、カレントミラー回路３０を流れずに、センス抵抗２０を流れる。

一方、ダイオード電流Ｉｄに応じて流れる電流は、センス抵抗２０とカレントミラー回路３０とに分流されてから合流され、センスダイオード１６に流れる。ダイオード電流Ｉｄが流れているとき、ダイオード電流Ｉｄに比例した抵抗電流Ｉ１がセンス抵抗２０に流れ、且つ、ダイオード電流Ｉｄに比例した入力電流Ｉ２が流れ、且つ、ダイオード電流Ｉｄ（又は、入力電流Ｉ２）に比例した出力電流Ｉ３が流れる。ダイオード電流Ｉｄが流れているとき、例えば、入力電流Ｉ２は、抵抗電流Ｉ１よりも大きな電流である。

駆動装置１は、制御回路４０を備えている。制御回路４０は、カレントミラー回路３０の出力に基づいて、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３の駆動を制御する制御部の一例である。

制御回路４０は、入力電流Ｉ２に応じて流れる出力電流Ｉ３がダイオード電流Ｉｄの流れに応じてカレントミラー回路３０から出力されているとき、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオフさせる。これにより、ダイオード電流Ｉｄが流れているときに、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３がオンすることを防止できる。また、ダイオード電流Ｉｄが流れているときに、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３がオンすることによって、ダイオード部１４の損失が増大することを防止できる。

例えば、制御回路４０は、出力電流Ｉ３の電流値が所定の閾値（例えば、零以上の電流値）以上であることが検出されたとき、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオフさせる。

制御回路４０は、抵抗４１と、ＡＮＤ回路４２と、駆動回路４３とを有している。

抵抗４１は、出力電流Ｉ３を検出電圧Ｖａに変換する変換部の一例である。抵抗４１は、カレントミラー回路３０に構成される出力トランジスタ３２のコレクタに接続される一端と、一定の基準電圧ＶＲ１を出力する基準電圧部４４に接続された他端とを有している。抵抗４１の一端と出力トランジスタ３２のコレクタとの接続点ａは、ＡＮＤ回路４２に接続されている。接続点ａから出力される検出電圧Ｖａは、ＡＮＤ回路４２に入力される。

ダイオード電流Ｉｄが流れているとき、出力電流Ｉ３が抵抗４１を流れることにより抵抗４１に電圧降下が生じるため、検出電圧Ｖａは、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオフを指示するローレベルの信号になる。一方、ダイオード電流Ｉｄが流れていないとき、出力電流Ｉ３が抵抗４１を流れないことにより抵抗４１に電圧降下が生じないため、検出電圧Ｖａは、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオンを指示するハイレベルの信号になる。

ＡＮＤ回路４２は、指令信号Ｓ１の電圧レベルと検出電圧Ｖａのレベルとに基づいて、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオンさせるかオフさせるかを判定する判定部の一例である。ＡＮＤ回路４２は、指令信号Ｓ１と検出電圧Ｖａとの論理積を演算してプレ駆動信号Ｓ２を出力する。指令信号Ｓ１は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオンオフを指令する信号であり、マイクロコンピュータ等の外部装置から供給される信号（例えば、パルス幅変調信号）である。

ＡＮＤ回路４２は、指令信号Ｓ１と検出電圧Ｖａの少なくとも一方がメイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオフを指示するローレベルの信号である場合、ローレベルのプレ駆動信号Ｓ２を出力する。ローレベルのプレ駆動信号Ｓ２は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオフさせるための信号である。つまり、ＡＮＤ回路４２は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオンを指示するハイレベルの指令信号Ｓ１を受けても、検出電圧Ｖａがローレベルであるとき、ローレベルのプレ駆動信号Ｓ２を出力する。

一方、ＡＮＤ回路４２は、指令信号Ｓ１と検出電圧Ｖａのいずれも、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオンを指示するハイレベルの信号である場合、ハイレベルのプレ駆動信号Ｓ２を出力する。ハイレベルのプレ駆動信号Ｓ２は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオンさせるための信号である。

駆動回路４３は、ＡＮＤ回路４２から出力されるプレ駆動信号Ｓ２と同位相のゲート駆動信号Ｓ３を出力する。駆動回路４３は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３を駆動できるように、プレ駆動信号Ｓ２の電圧レベルを高くシフトして、プレ駆動信号Ｓ２の電圧レベルよりも大きなゲート駆動信号Ｓ３を出力する。

図２は、駆動装置１の動作波形の一例を示したタイミングチャートである。指令信号Ｓ１は、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３のオンオフを指令する信号である。電流Ｉｓｗは、導電部６２を流れる電流であり、主電流Ｉｅとダイオード電流Ｉｄとの和にほぼ等しい。なお、センス電流Ｉｓｅは主電流Ｉｅよりも十分小さく、センスダイオード電流Ｉｓｄはダイオード電流Ｉｄよりも十分小さいため、センス電流Ｉｓｅ及びセンスダイオード電流Ｉｓｄは、電流Ｉｓｗに対して無視できる大きさである。

電流Ｉｓｗが負の値である期間は、電流Ｉｓｗが、メインダイオード１５及びセンスダイオード１６の順方向と同方向に流れていることを表す。メインダイオード１５及びセンスダイオード１６の順方向とは、アノード電極からカソード電極に向かう方向である。一方、電流Ｉｓｗが正の値である期間は、電流Ｉｓｗが、メインダイオード１５及びセンスダイオード１６の順方向とは逆向きの方向に流れていることを表す。メインダイオード１５及びセンスダイオード１６の順方向とは逆向きの方向とは、コレクタ端子Ｃからエミッタ端子Ｅ又はセンスエミッタ端子ＳＥに向かう方向である。

ダイオード電流Ｉｄが流れているとき、検出電圧Ｖａはローレベルの負電圧である。よって、指令信号Ｓ１がハイレベルであり且つ検出電圧Ｖａがローレベルであるとき、ゲート駆動信号Ｓ３はローレベルになるため、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３は共にオフする。メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３が共にオフすることにより、主電流Ｉｅ及びセンス電流Ｉｓｅの流れは遮断される。したがって、主電流Ｉｅ及びセンス電流Ｉｓｅの流れが遮断されているとき、電流Ｉｓｗは、ダイオード電流Ｉｄと抵抗電流Ｉ１と入力電流Ｉ２との和にほぼ等しい。

ダイオード電流Ｉｄが減少するにつれて、センスダイオード電流Ｉｓｄも減少する。センスダイオード電流Ｉｓｄは、抵抗電流Ｉ１と入力電流Ｉ２と出力電流Ｉ３との和にほぼ等しい。ダイオード電流Ｉｄが零アンペアまで減少すると、電流Ｉｓｗもほぼ零アンペアになる。電流Ｉｓｗが負から正に切り替わる零アンペア付近で、検出電圧Ｖａはローレベルからハイレベルに切り替わる（タイミングｔ１，ｔ４を参照）。これにより、ゲート駆動信号Ｓ３はハイレベルになる。

よって、指令信号Ｓ１がハイレベルであり且つ検出電圧Ｖａがハイレベルであるとき、ゲート駆動信号Ｓ３はハイレベルになるため、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３は共にオンする。メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３が共にオンすることにより、主電流Ｉｅ及びセンス電流Ｉｓｅは漸増するため、電流Ｉｓｗも漸増する（期間ｔ１−ｔ２及び期間ｔ４−ｔ５参照）。

指令信号Ｓ１がハイレベルからローレベルに切り替わると、ゲート駆動信号Ｓ３はハイレベルからローレベルに切り替わるため（タイミングｔ２，ｔ５参照）、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３は共にオフする。メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３が共にオフすることにより、主電流Ｉｅ及びセンス電流Ｉｓｅの流れは遮断される（期間ｔ２−ｔ３参照）。

このように、零よりも僅かに大きなダイオード電流Ｉｄがメインダイオード１５に流れていれば、カレントミラー回路３０のカレントミラー比ｋを調整することによって、ある程度大きな所定値以上の出力電流Ｉ３を流すことができる。これにより、ダイオード電流Ｉｄの流れが終わる又は始まるタイミング（図２の場合、電流Ｉｓｗが負から正又は正から負に変化するタイミングｔ１，ｔ３，ｔ４）で、検出電圧Ｖａを急峻に変化させることを容易に実現できる。

また、抵抗４１の抵抗値をセンス抵抗２０の抵抗値とは独立に調整できる。そのため、抵抗４１の電圧降下が大きくなるように、抵抗４１の抵抗値を容易に上げることができる。これにより、ダイオード電流Ｉｄの流れが終わる又は始まるタイミング（図２の場合、電流Ｉｓｗが負から正又は正から負に変化するタイミングｔ１，ｔ３，ｔ４）で、検出電圧Ｖａを急峻に変化させることを容易に実現できる。

図３は、半導体装置の一例である駆動装置２の構成例を示した図である。上述の駆動装置の構成例と同一の構成及び効果についての説明は省略する。駆動装置２は、センス抵抗２０に抵抗電流Ｉ１が流れることにより発生したセンス電圧Ｖｓｅに基づいて、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオフさせる過電流検出回路を有する制御回路４５を備えている。

コンパレータ４６は、過電流検出回路の一例である。コンパレータ４６は、センス抵抗２０の一端に接続される反転入力部と、一定の基準電圧ＶＲ２を出力する基準電圧部４７に接続される非反転入力部とを有している。基準電圧ＶＲ２は、主電流Ｉｅが過電流であるか否かを判定するための閾値電圧である。

コンパレータ４６は、ダイオード電流Ｉｄが流れているとき、センス電圧Ｖｓｅは基準電圧ＶＲ２よりも低いため、ハイレベルの出力信号Ｓ４を出力する。また、コンパレータ４６は、過電流よりも小さな通常の主電流Ｉｅがメイントランジスタ１２に流れているとき、センス電圧Ｖｓｅは基準電圧ＶＲ２よりも低いため、ハイレベルの出力信号Ｓ４を出力する。また、コンパレータ４６は、所定値以上の過大な主電流Ｉｅがメイントランジスタ１２に流れると、センス電圧Ｖｓｅは基準電圧ＶＲ２よりも高くなるため、ローレベルの出力信号Ｓ４を出力する。

制御回路４５は、コンパレータ４６の出力信号Ｓ４が入力されるＡＮＤ回路４８を有している。ＡＮＤ回路４８は、出力信号Ｓ４の電圧レベルと検出電圧Ｖａのレベルとに基づいて、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオンさせるかオフさせるかを判定する判定部の一例である。ＡＮＤ回路４８は、出力信号Ｓ４と検出電圧Ｖａとの論理積を演算して出力信号Ｓ５を出力する。

ＡＮＤ回路４２は、指令信号Ｓ１の電圧レベルと出力信号Ｓ５の電圧レベルとに基づいて、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオンさせるかオフさせるかを判定する判定部の一例である。ＡＮＤ回路４２は、指令信号Ｓ１と出力信号Ｓ５との論理積を演算してプレ駆動信号Ｓ２を出力する。

これにより、制御回路４５は、ダイオード電流Ｉｄがメインダイオード１５に流れることと過大な主電流Ｉｅがメイントランジスタ１２に流れることとの少なくとも一方が検出されたとき、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオフできる。一方、通常の主電流Ｉｅがメイントランジスタ１２に流れていることが検出されているとき、メイントランジスタ１２及びセンストランジスタ１３をオンできる。

図４は、半導体装置の一例である駆動装置３の構成例を示した図である。上述の駆動装置の構成例と同一の構成及び効果についての説明は省略する。駆動装置３は、出力電流Ｉ３の有無を検出する出力有無検出回路を有する制御回路５１を備えている。

コンパレータ４９は、出力有無検出回路の一例である。コンパレータ４９は、接続点ａに接続された非反転入力部と、一定の基準電圧ＶＲ３を出力する基準電圧部５０が接続される反転入力部とを有している。基準電圧ＶＲ３は、ダイオード電流Ｉｄ又は出力電流Ｉ３が流れているか否かを判定するための閾値電圧である。

コンパレータ４９は、ダイオード電流Ｉｄが流れているとき、検出電圧Ｖａは基準電圧ＶＲ３よりも低くなるため、ローレベルの出力信号Ｓ６を出力する。コンパレータ４９は、ダイオード電流Ｉｄが流れていないとき、検出電圧Ｖａは基準電圧ＶＲ３よりも高くなるため、ハイレベルの出力信号Ｓ６を出力する。コンパレータ４９の出力信号Ｓ６は、ＡＮＤ回路４２に入力される。

図１に示されるように、コンパレータ４９が無くても、ダイオード電流Ｉｄの流れの有無を検出できる。しかしながら、図４のように、コンパレータ４９があれば、基準電圧ＶＲ３の電圧値を調整できるため、ダイオード電流Ｉｄの検出感度を調整できる自由度を高めることができる。

図５は、半導体装置の一例である駆動装置４の構成例を示した図である。上述の駆動装置の構成例と同一の構成及び効果についての説明は省略する。カレントミラー回路３５は、エミッタ抵抗３３，３４を有している。エミッタ抵抗３３は、入力トランジスタ３１のエミッタに接続された一端と、センス抵抗２０の一端に接続された他端とを有している。エミッタ抵抗３４は、出力トランジスタ３２のエミッタに接続された一端と、センス抵抗２０の一端に接続された他端とを有している。

エミッタ抵抗３３，３４を設けることにより、カレントミラー回路３５とセンス抵抗２０のそれぞれに流れる電流の比を調整できるため、電流の検出感度の自由度を更に上げることができる。

図６は、半導体装置の一例である駆動装置５の構成例を示した図である。上述の駆動装置の構成例と同一の構成及び効果についての説明は省略する。駆動装置５は、基準電圧ＶＲ１に基づき生成された定電流ＩＲ１をカレントミラー回路３０の出力トランジスタ３２に供給する定電流源５２を有する制御回路５３を備えている。定電流源５２は、出力電流Ｉ３を検出電圧Ｖａに変換する変換部の一例である。

カレントミラー回路３０の出力電流Ｉ３が定電流ＩＲ１よりも大きくなると、検出電圧Ｖａはハイレベルからローレベルに切り替わる。出力電流Ｉ３が定電流ＩＲ１よりも小さくなると、検出電圧Ｖａはローレベルからハイレベルに切り替わる。このような定電流源５２を有することによって、基準電圧ＶＲ１が変動することによって検出電圧Ｖａが変動することを抑制できる。

なお、図６におけるコンパレータ４９及び基準電圧部５０は、図１に示されるように、無くてもよい。

以上、半導体装置を実施形態例により説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではない。他の実施形態例の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。

例えば、トランジスタ等のスイッチング素子は、ＩＧＢＴに限らず、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴでもよいし、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴでもよい。

１，２，３，４，５ 駆動装置（半導体装置の例）
１０ スイッチング素子
１１ トランジスタ部
１２ メイントランジスタ
１３ センストランジスタ
１４ ダイオード部
１５ メインダイオード
１６ センスダイオード
２０ センス抵抗
３０，３５ カレントミラー回路
３１ 入力トランジスタ
３２ 出力トランジスタ
４０，４５，５１，５３ 制御回路
４４，４７，５０ 基準電圧部
５２ 定電流源
６１，６２ 導電部

Claims (8)

1. トランジスタと、
   前記トランジスタと逆並列に接続されたダイオードと、
   前記トランジスタに流れる電流に応じた電流が流れるセンストランジスタと、
   前記ダイオードに流れる電流に応じた電流が流れるセンスダイオードと、
   前記センストランジスタのエミッタと前記センスダイオードのアノードに接続された一端と、前記トランジスタのエミッタと前記ダイオードのアノードに接続された他端とを有する抵抗と、
   前記抵抗に並列に接続され、前記センスダイオードの順方向と同方向に流れる電流に応じた電流を出力するカレントミラーとを備える、半導体装置。
2. 前記カレントミラーは、
   前記抵抗に並列に接続され、前記同方向に流れる電流が入力される入力トランジスタと、
   前記同方向に流れる電流に応じた電流を出力する出力トランジスタとを有する、請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記入力トランジスタ及び前記出力トランジスタは、前記センストランジスタを流れる電流の流入を遮るＰＮ接合を有する、請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記出力トランジスタの出力電流を電圧に変換する変換部を備える、請求項２又は３に記載の半導体装置。
5. 前記カレントミラーの出力に基づいて前記トランジスタの駆動を制御する制御部を備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体装置。
6. 前記制御部は、前記ダイオードに電流が流れているとき、前記トランジスタをオフさせる、請求項５に記載の半導体装置。
7. 前記制御部は、前記トランジスタのオン指令を受けても、前記ダイオードに電流が流れているとき、前記トランジスタをオフさせる、請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記制御部は、前記ダイオードに電流が流れることと前記トランジスタに所定値以上の電流が流れることとの少なくとも一方が検出されたとき、前記トランジスタをオフさせる、請求項５から７のいずれか一項に記載の半導体装置。

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