JP2018082420A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device for driving a power semiconductor device capable of cutting off the power semiconductor device with certainty in a case where a control signal for cutting off the power semiconductor device is inputted to the semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a power semiconductor element connected between a high-potential side first terminal and a low-potential side second terminal, and on/off-controlled depending on its gate potential; a cut-off condition detector that detects whether or not a control signal inputted from a control terminal and controlling the power semiconductor element satisfies a preliminarily defined cut-off condition; and a cut-off circuit that controls the gate potential of the power semiconductor element to an off potential in response to that the cut-off condition detector detects that the cut-off condition is satisfied. The cut-off condition detector has an input terminal connected with the first terminal and the control terminal, and uses an electric signal inputted from the input terminal as a power supply.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

従来、内燃機関の点火等に用いられる半導体装置として、大電力を取り扱うパワー半導体デバイスが知られていた(例えば、特許文献1参照)。このようなパワー半導体デバイスを駆動する回路は、当該パワー半導体デバイスをオフ状態にする遮断信号を受け取っているにもかかわらず、オン状態にしてしまう誤動作を防止できることが望ましい。
特許文献1 特開2009−284420号公報
Conventionally, a power semiconductor device that handles large power has been known as a semiconductor device used for ignition of an internal combustion engine (see, for example, Patent Document 1). It is desirable that such a circuit for driving a power semiconductor device can prevent a malfunction that would cause the power semiconductor device to be turned on despite receiving a shut-off signal for turning the power semiconductor device off.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-284420

このようなパワー半導体デバイスの駆動回路は、誤動作が発生して異常な状態のまま動作を継続すると、当該駆動回路だけでなく、当該駆動回路と接続する内燃機関等にまで不具合等を発生させてしまうことがある。したがって、当該駆動回路は、遮断信号が入力された場合、パワー半導体デバイスを確実に遮断する機能を有することが望まれていた。   When such a power semiconductor device drive circuit continues to operate in an abnormal state due to a malfunction, not only the drive circuit but also an internal combustion engine or the like connected to the drive circuit may cause problems. May end up. Therefore, it is desired that the drive circuit has a function of reliably shutting off the power semiconductor device when a shut-off signal is input.

本発明の第1の態様においては、高電位側の第1端子および低電位側の第2端子の間に接続され、ゲート電位に応じてオンまたはオフに制御されるパワー半導体素子と、制御端子から入力され、パワー半導体素子を制御する制御信号が、予め定められた遮断条件を満たすか否かを検出する遮断条件検出部と、遮断条件検出部が遮断条件を満たすことを検出したことに応じて、パワー半導体素子のゲート電位をオフ電位に制御する遮断回路と、を備え、遮断条件検出部は、第1端子および制御端子に接続される入力端子を有し、入力端子から入力する電気信号を電源として用いる、半導体装置を提供する。   In the first aspect of the present invention, a power semiconductor element connected between the first terminal on the high potential side and the second terminal on the low potential side and controlled to be turned on or off according to the gate potential, and the control terminal And a control signal for controlling the power semiconductor element is detected when the control signal for controlling the power semiconductor element satisfies a predetermined shut-off condition, and the detection of the shut-off condition detector satisfying the shut-off condition. An interrupting circuit for controlling the gate potential of the power semiconductor element to an off potential, and the shutoff condition detecting unit has an input terminal connected to the first terminal and the control terminal, and an electric signal input from the input terminal Is provided as a power source.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   It should be noted that the above summary of the invention does not enumerate all the necessary features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

本実施形態に係る点火装置1000の構成例を示す。The structural example of the ignition device 1000 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る半導体装置100の各部の動作波形の第1例を示す。2 shows a first example of operation waveforms of respective parts of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. 本実施形態に係る点火装置2000の構成例を示す。The structural example of the ignition device 2000 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る検出部132の構成例を示す。The structural example of the detection part 132 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る検出部132の各部の動作波形の一例を示す。An example of the operation waveform of each part of the detection part 132 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る半導体装置200の各部の動作波形の例を示す。An example of an operation waveform of each part of the semiconductor device 200 according to the present embodiment is shown. 本実施形態に係る点火装置2000の第1変形例を示す。The 1st modification of the ignition device 2000 which concerns on this embodiment is shown. 本実施形態に係る半導体装置100の各部の動作波形の第2例を示す。2 shows a second example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. 図8に示す動作波形の第2例を拡大した波形の一例を示す。An example of the waveform which expanded the 2nd example of the operation | movement waveform shown in FIG. 8 is shown. 本実施形態に係る点火装置2000の第2変形例を示す。The 2nd modification of the ignition device 2000 which concerns on this embodiment is shown. 第2変形例の半導体装置200の各部の動作波形の一例を示す。An example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 200 of the second modification is shown. 本実施形態に係る点火装置2000の第3変形例を示す。The 3rd modification of the ignition device 2000 which concerns on this embodiment is shown. 第3変形例の半導体装置200の各部の動作波形の一例を示す。An example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 200 of the 3rd modification is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1は、本実施形態に係る点火装置1000の構成例を示す。点火装置1000は、自動車等の内燃機関等に用いられる点火プラグを点火する。本実施形態において、点火装置1000が自動車のエンジンに搭載される例を説明する。点火装置1000は、制御信号発生部10と、点火プラグ20と、点火コイル30と、電源40と、半導体装置100と、を備える。   FIG. 1 shows a configuration example of an ignition device 1000 according to the present embodiment. The ignition device 1000 ignites a spark plug used in an internal combustion engine such as an automobile. In the present embodiment, an example in which the ignition device 1000 is mounted on an automobile engine will be described. The ignition device 1000 includes a control signal generation unit 10, an ignition plug 20, an ignition coil 30, a power supply 40, and a semiconductor device 100.

制御信号発生部10は、半導体装置100のオンおよびオフの切り換えを制御するスイッチング制御信号を発生する。制御信号発生部10は、例えば、点火装置1000が搭載される自動車のエンジンコントロールユニット(ECU)の一部または全部である。制御信号発生部10は、発生した制御信号を、半導体装置100に供給する。制御信号発生部10が制御信号を半導体装置100に供給することにより、点火装置1000は点火プラグ20の点火動作を開始する。   The control signal generator 10 generates a switching control signal that controls switching of the semiconductor device 100 between on and off. The control signal generator 10 is, for example, a part or all of an automobile engine control unit (ECU) in which the ignition device 1000 is mounted. The control signal generator 10 supplies the generated control signal to the semiconductor device 100. When the control signal generator 10 supplies the control signal to the semiconductor device 100, the ignition device 1000 starts the ignition operation of the spark plug 20.

点火プラグ20は、放電により電気的に火花を発生させる。点火プラグ20は、例えば、10kV程度以上の印加電圧により放電する。点火プラグ20は、一例として、内燃機関に設けられ、この場合、燃焼室の混合気等の燃焼ガスを点火する。点火プラグ20は、例えば、シリンダの外部からシリンダ内部の燃焼室まで貫通する貫通孔に設けられ、当該貫通孔を封止するように固定される。この場合、点火プラグ20の一端は燃焼室内に露出され、他端はシリンダ外部から電気信号を受け取る。   The spark plug 20 generates a spark electrically by discharging. The spark plug 20 is discharged by an applied voltage of about 10 kV or more, for example. As an example, the spark plug 20 is provided in an internal combustion engine, and in this case, ignites a combustion gas such as an air-fuel mixture in a combustion chamber. The spark plug 20 is provided, for example, in a through hole that penetrates from the outside of the cylinder to the combustion chamber inside the cylinder, and is fixed so as to seal the through hole. In this case, one end of the spark plug 20 is exposed in the combustion chamber, and the other end receives an electrical signal from the outside of the cylinder.

点火コイル30は、点火プラグ20に電気信号を供給する。点火コイル30は、点火プラグ20を放電させる高電圧を電気信号として供給する。点火コイル30は、変圧器として機能してよく、例えば、一次コイル32および二次コイル34を有するイグニッションコイルである。一次コイル32および二次コイル34の一端は、電気的に接続される。一次コイル32は、二次コイル34よりも巻き線数が少なく、二次コイル34とコアを共有する。二次コイル34は、一次コイル32に発生する起電力に応じて、起電力(相互誘導起電力)を発生させる。二次コイル34は、他端が点火プラグ20と接続され、発生させた起電力を点火プラグ20に供給して放電させる。   The ignition coil 30 supplies an electrical signal to the spark plug 20. The ignition coil 30 supplies a high voltage for discharging the spark plug 20 as an electrical signal. The ignition coil 30 may function as a transformer, for example, an ignition coil having a primary coil 32 and a secondary coil 34. One end of the primary coil 32 and the secondary coil 34 is electrically connected. The primary coil 32 has fewer windings than the secondary coil 34 and shares a core with the secondary coil 34. The secondary coil 34 generates an electromotive force (mutually induced electromotive force) according to the electromotive force generated in the primary coil 32. The other end of the secondary coil 34 is connected to the spark plug 20, and the generated electromotive force is supplied to the spark plug 20 to be discharged.

電源40は、点火コイル30に電圧を供給する。電源40は、例えば、一次コイル32および二次コイル34の一端に予め定められた定電圧Vb(一例として、14V)を供給する。電源40は、一例として、自動車のバッテリーである。   The power source 40 supplies a voltage to the ignition coil 30. The power source 40 supplies a predetermined constant voltage Vb (for example, 14 V) to one end of the primary coil 32 and the secondary coil 34, for example. The power source 40 is, for example, a car battery.

半導体装置100は、制御信号発生部10から供給される制御信号に応じて、点火コイル30の一次コイル32の他端および基準電位の間の導通(オン)および非導通(オフ)を切り換える。半導体装置100は、例えば、制御信号がハイ電位(オン電位)であることに応じて、一次コイル32および基準電位の間を導通させ、ロー電位(オフ電位)であることに応じて、一次コイル32および基準電位の間を非導通にさせる。   The semiconductor device 100 switches conduction (on) and non-conduction (off) between the other end of the primary coil 32 of the ignition coil 30 and the reference potential in accordance with a control signal supplied from the control signal generator 10. The semiconductor device 100, for example, conducts between the primary coil 32 and the reference potential in response to the control signal being at a high potential (on potential) and responds to being in the low potential (off potential). 32 and the reference potential are made non-conductive.

ここで、基準電位は、自動車の制御システムにおける基準電位でよく、また、自動車内における半導体装置100に対応する基準電位でもよい。基準電位は、半導体装置100をオフにするロー電位でもよく、一例として、0Vである。半導体装置100は、制御端子102と、第1端子104と、第2端子106と、パワー半導体素子110と、遮断回路120と、遮断条件検出部130と、抵抗150と、抵抗160と、ツェナーダイオード170と、を備える。   Here, the reference potential may be a reference potential in an automobile control system, or may be a reference potential corresponding to the semiconductor device 100 in the automobile. The reference potential may be a low potential that turns off the semiconductor device 100, and is 0 V as an example. The semiconductor device 100 includes a control terminal 102, a first terminal 104, a second terminal 106, a power semiconductor element 110, a cutoff circuit 120, a cutoff condition detection unit 130, a resistor 150, a resistor 160, and a Zener diode. 170.

制御端子102は、パワー半導体素子110を制御する制御信号を入力する。制御端子102は、制御信号発生部10に接続され、制御信号を受け取る。第1端子104は、点火コイル30を介して電源40に接続される。第2端子106は、基準電位に接続される。即ち、第1端子104は、第2端子106と比較して高電位側の端子であり、第2端子106は、第1端子104と比較して低電位側の端子である。   The control terminal 102 inputs a control signal for controlling the power semiconductor element 110. The control terminal 102 is connected to the control signal generator 10 and receives a control signal. The first terminal 104 is connected to the power source 40 via the ignition coil 30. The second terminal 106 is connected to a reference potential. That is, the first terminal 104 is a terminal on the high potential side compared to the second terminal 106, and the second terminal 106 is a terminal on the low potential side compared to the first terminal 104.

パワー半導体素子110は、制御信号に応じてゲート電位が制御される。パワー半導体素子110は、ゲート端子(G)、コレクタ端子(C)、およびエミッタ端子(E)を含み、ゲート端子に入力する制御信号に応じて、コレクタ端子およびエミッタ端子の間を電気的に接続または切断する。パワー半導体素子110は、高電位側の第1端子104および低電位側の第2端子106の間に接続され、ゲート電位に応じてオンまたはオフに制御される。パワー半導体素子110は、一例として、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。また、パワー半導体素子110は、MOSFETであってもよい。   The power semiconductor element 110 has a gate potential controlled according to a control signal. The power semiconductor element 110 includes a gate terminal (G), a collector terminal (C), and an emitter terminal (E), and electrically connects between the collector terminal and the emitter terminal according to a control signal input to the gate terminal. Or cut. The power semiconductor element 110 is connected between the first terminal 104 on the high potential side and the second terminal 106 on the low potential side, and is controlled to be turned on or off according to the gate potential. As an example, the power semiconductor element 110 is an insulated gate bipolar transistor (IGBT). Further, the power semiconductor element 110 may be a MOSFET.

パワー半導体素子110は、一例として、数百Vに至る耐圧を有する。パワー半導体素子110は、例えば、基板の第1面側にコレクタ電極が形成され、第1面とは反対側の第2面側にゲート電極およびエミッタ電極が形成される縦型デバイスである。また、パワー半導体素子110は、縦型MOSFETでもよい。一例として、パワー半導体素子110のエミッタ端子は、基準電位と接続される。また、コレクタ端子は、一次コイル32の他端に接続される。なお、本実施例において、パワー半導体素子110は、制御信号がオン電位となることに応じて、コレクタ端子およびエミッタ端子の間を電気的に接続するnチャネル型のIGBTである例について説明する。   As an example, the power semiconductor element 110 has a withstand voltage of several hundred volts. The power semiconductor element 110 is, for example, a vertical device in which a collector electrode is formed on the first surface side of the substrate and a gate electrode and an emitter electrode are formed on the second surface side opposite to the first surface. Further, the power semiconductor element 110 may be a vertical MOSFET. As an example, the emitter terminal of the power semiconductor element 110 is connected to a reference potential. The collector terminal is connected to the other end of the primary coil 32. In the present embodiment, an example in which the power semiconductor element 110 is an n-channel IGBT that electrically connects the collector terminal and the emitter terminal in response to the control signal being turned on will be described.

遮断回路120は、パワー半導体素子110のゲート端子および基準電位の間に接続される。遮断回路120は、一例として、ゲート電位に応じてドレイン端子およびソース端子の間をオンまたはオフに制御されるFETである。遮断回路120は、ドレイン端子がパワー半導体素子110のゲート端子に接続され、ソース端子が基準電位に接続され、制御端子102から入力する制御信号をパワー半導体素子110のゲート端子に供給するか否かを切り換える。   The cutoff circuit 120 is connected between the gate terminal of the power semiconductor element 110 and the reference potential. As an example, the cutoff circuit 120 is an FET that is controlled to be turned on or off between the drain terminal and the source terminal in accordance with the gate potential. The cutoff circuit 120 has a drain terminal connected to the gate terminal of the power semiconductor element 110, a source terminal connected to the reference potential, and whether to supply a control signal input from the control terminal 102 to the gate terminal of the power semiconductor element 110. Switch.

言い換えると、遮断回路120は、ドレイン端子がパワー半導体素子110のゲート端子に接続され、ソース端子がパワー半導体素子110のエミッタ端子に接続され、パワー半導体素子110のゲート端子およびエミッタ端子を電気的に接続して、パワー半導体素子110のゲートをオフ電位にするか否かを切り換える。遮断回路120は、一例として、ゲート端子がハイ電位となることに応じて、ドレイン端子およびソース端子の間を電気的に接続する、ノーマリーオフのスイッチ素子である。この場合、遮断回路120は、nチャネル型のMOSFETであることが望ましい。   In other words, in the cutoff circuit 120, the drain terminal is connected to the gate terminal of the power semiconductor element 110, the source terminal is connected to the emitter terminal of the power semiconductor element 110, and the gate terminal and the emitter terminal of the power semiconductor element 110 are electrically connected. The connection is made to switch whether or not the gate of the power semiconductor element 110 is turned off. For example, the cutoff circuit 120 is a normally-off switch element that electrically connects the drain terminal and the source terminal in response to the gate terminal becoming a high potential. In this case, the cutoff circuit 120 is preferably an n-channel MOSFET.

遮断条件検出部130は、制御端子102から入力され、パワー半導体素子110を制御する制御信号が、予め定められた遮断条件を満たすか否かを検出する。遮断条件検出部130は、制御信号が予め定められた閾値を用いて、遮断条件を満たすか否かを検出してよい。遮断条件検出部130は、検出部132と、信号出力部134と、を有する。   The blocking condition detection unit 130 detects whether or not a control signal that is input from the control terminal 102 and controls the power semiconductor element 110 satisfies a predetermined blocking condition. The blocking condition detection unit 130 may detect whether or not the blocking signal satisfies the blocking condition using a predetermined threshold value. The blocking condition detection unit 130 includes a detection unit 132 and a signal output unit 134.

検出部132は、制御信号が予め定められた閾値を超えたか否かを検出する。検出部132は、例えば、パワー半導体素子110をオンさせる制御信号Vinが閾値Vthin(一例として、2V)より小さくなったことに応じて、遮断条件が満たされたとする。検出部132は、検出結果を信号出力部134に供給する。   The detection unit 132 detects whether or not the control signal exceeds a predetermined threshold value. For example, it is assumed that the detection unit 132 satisfies the blocking condition in response to the control signal Vin for turning on the power semiconductor element 110 being smaller than the threshold value Vthin (for example, 2V). The detection unit 132 supplies the detection result to the signal output unit 134.

信号出力部134は、検出部132の検出結果に応じて、遮断回路120を制御する遮断回路制御信号を出力する。信号出力部134は、制御信号が遮断条件を満たしたことを検出した検出結果に応じて、遮断回路120をオンにする遮断回路制御信号を出力する。また、信号出力部134は、制御信号が遮断条件を満たしていない検出結果に応じて、遮断回路120をオフにする遮断回路制御信号を出力する。   The signal output unit 134 outputs a cutoff circuit control signal for controlling the cutoff circuit 120 according to the detection result of the detection unit 132. The signal output unit 134 outputs a cut-off circuit control signal for turning on the cut-off circuit 120 in accordance with a detection result of detecting that the control signal satisfies the cut-off condition. Further, the signal output unit 134 outputs a cutoff circuit control signal that turns off the cutoff circuit 120 in accordance with a detection result that the control signal does not satisfy the cutoff condition.

信号出力部134は、一例として、インバータである。信号出力部134は、第1端子104から入力する電気信号を電源として動作し、検出部132の検出結果を反転出力する。信号出力部134は、遮断回路120に接続され、遮断回路制御信号を当該遮断回路120に供給する。即ち、遮断回路120は、遮断条件検出部130が遮断条件を満たすことを検出したことに応じて、パワー半導体素子110のゲート電位をオフ電位に制御する。   The signal output unit 134 is an inverter as an example. The signal output unit 134 operates using the electrical signal input from the first terminal 104 as a power source, and inverts and outputs the detection result of the detection unit 132. The signal output unit 134 is connected to the cutoff circuit 120 and supplies a cutoff circuit control signal to the cutoff circuit 120. That is, the cutoff circuit 120 controls the gate potential of the power semiconductor element 110 to the off potential in response to the detection of the cutoff condition detection unit 130 that satisfies the cutoff condition.

抵抗150は、第1端子104と、信号出力部134の高電位側の電源端子との間に設けられ、第1端子104から入力する電気信号を電源として信号出力部134に供給する。なお、第1端子104から入力する電気信号は、パワー半導体素子110のオンまたはオフ状態に応じて変動する。そこで、抵抗150は、第1端子104側から信号出力部134に入力する電流を制限する。例えば、抵抗150は、パワー半導体素子110のコレクタ電圧が400V程度に上昇した場合でも、当該第1端子104側から信号出力部134に入力する電流を予め定められた電流値以下に低減させる保護抵抗として動作する。   The resistor 150 is provided between the first terminal 104 and the power terminal on the high potential side of the signal output unit 134, and supplies an electric signal input from the first terminal 104 to the signal output unit 134 as a power source. Note that the electrical signal input from the first terminal 104 varies depending on whether the power semiconductor element 110 is on or off. Therefore, the resistor 150 limits the current input to the signal output unit 134 from the first terminal 104 side. For example, the resistor 150 is a protective resistor that reduces the current input to the signal output unit 134 from the first terminal 104 side to a predetermined current value or less even when the collector voltage of the power semiconductor element 110 rises to about 400V. Works as.

抵抗160は、制御端子102およびパワー半導体素子110のゲート端子の間に接続される。抵抗160は、遮断回路120がオフ状態の場合、制御信号をパワー半導体素子110のゲート端子に伝達する。抵抗160は、遮断回路120がオン状態で制御信号を基準電位へと流す場合、当該制御信号を電圧降下させる。即ち、パワー半導体素子110のゲート端子には基準電位が供給されることになる。   The resistor 160 is connected between the control terminal 102 and the gate terminal of the power semiconductor element 110. The resistor 160 transmits a control signal to the gate terminal of the power semiconductor element 110 when the cutoff circuit 120 is in an off state. The resistor 160 causes the control signal to drop when the control signal is supplied to the reference potential while the cutoff circuit 120 is on. That is, the reference potential is supplied to the gate terminal of the power semiconductor element 110.

ツェナーダイオード170は、抵抗150および基準電位の間に接続される。ツェナーダイオード170は、第1端子104から信号出力部134の定格を超える電圧が入力することを防止する。例えば、ツェナーダイオード170は、パワー半導体素子110のコレクタ電圧が400V程度に上昇した場合でも、当該第1端子104側から信号出力部134に入力する電圧を予め定められた電圧値にクランプする。ツェナーダイオード170は、一例として、6Vから16V程度にクランプする。   Zener diode 170 is connected between resistor 150 and a reference potential. The Zener diode 170 prevents a voltage exceeding the rating of the signal output unit 134 from being input from the first terminal 104. For example, the Zener diode 170 clamps the voltage input to the signal output unit 134 from the first terminal 104 side to a predetermined voltage value even when the collector voltage of the power semiconductor element 110 rises to about 400V. For example, the Zener diode 170 is clamped to about 6V to 16V.

以上の本実施形態に係る半導体装置100は、制御信号がハイ電位になると、パワー半導体素子110がオン状態となる。これにより、電源40から点火コイル30の一次コイル32を介してコレクタ電流Icが流れる。なお、コレクタ電流Icの時間変化dIc/dtは、一次コイル32のインダクタンスおよび電源40の供給電圧に応じて定まり、予め定められた(または設定された)電流値まで増加する。例えば、コレクタ電流Icは、数A、十数A、または数十A程度まで増加する。   In the semiconductor device 100 according to the above-described embodiment, when the control signal becomes a high potential, the power semiconductor element 110 is turned on. As a result, the collector current Ic flows from the power source 40 through the primary coil 32 of the ignition coil 30. The time change dIc / dt of the collector current Ic is determined according to the inductance of the primary coil 32 and the supply voltage of the power supply 40, and increases to a predetermined (or set) current value. For example, the collector current Ic increases to several A, several tens of A, or several tens of A.

そして、制御信号がロー電位となると、パワー半導体素子110はオフ状態となり、コレクタ電流は急激に減少する。コレクタ電流の急激な減少により、一次コイル32の両端電圧は、自己誘導起電力により急激に増加し、二次コイル34の両端に数十kV程度に至る誘導起電力を発生させる。点火装置1000は、このような二次コイル34の電圧を点火プラグ20に供給することにより、点火プラグ20を放電させて燃焼ガスを点火することができる。   When the control signal becomes a low potential, the power semiconductor element 110 is turned off, and the collector current rapidly decreases. Due to the rapid decrease of the collector current, the voltage across the primary coil 32 increases rapidly due to the self-induced electromotive force, and an induced electromotive force reaching about several tens of kV is generated at both ends of the secondary coil 34. The ignition device 1000 can ignite the combustion gas by discharging the ignition plug 20 by supplying the voltage of the secondary coil 34 to the ignition plug 20.

図2は、本実施形態に係る半導体装置100の各部の動作波形の第1例を示す。図2は、横軸を時間、縦軸を電圧値または電流値とする。また、図2は、制御端子102から入力する制御信号を「Vin」、検出部132が出力する検出信号を「Vt」、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号を「Vs」、パワー半導体素子110のゲート端子の電位を「Vg」、パワー半導体素子110のコレクタ・エミッタ間電流(コレクタ電流とする)を「Ic」、パワー半導体素子110のコレクタ・エミッタ間電圧(コレクタ電圧とする)を「Vc」として、それぞれの時間波形を示す。   FIG. 2 shows a first example of operation waveforms of each part of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. In FIG. 2, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage value or current value. In FIG. 2, the control signal input from the control terminal 102 is “Vin”, the detection signal output from the detection unit 132 is “Vt”, the cutoff circuit control signal output from the signal output unit 134 is “Vs”, and the power semiconductor. The potential of the gate terminal of the element 110 is “Vg”, the collector-emitter current (collector current) of the power semiconductor element 110 is “Ic”, and the collector-emitter voltage (collector voltage) of the power semiconductor element 110 is Each time waveform is shown as “Vc”.

図2は、制御端子102に入力する制御信号Vinが0Vから検出部132の閾値Vthinを超える電圧にリニアに立ち上がり、その後、閾値Vthinを超える電圧から0Vにリニアに立ち下がる三角波の形状の例を示す。また、図2は、当該三角波の形状の制御信号Vinに対する、各部の動作波形を示す。   FIG. 2 shows an example of a triangular wave shape in which the control signal Vin input to the control terminal 102 rises linearly from 0V to a voltage exceeding the threshold value Vthin of the detection unit 132, and then falls linearly from 0% to the voltage exceeding the threshold value Vthin. Show. FIG. 2 shows operation waveforms of the respective parts with respect to the control signal Vin having the triangular wave shape.

検出部132は、制御端子102から入力する制御信号を動作電圧として用いてよく、この場合、閾値V1を超える制御信号が入力することに応じて、検出動作を実行する。したがって、検出部132は、制御信号が閾値V1を超えない場合、入力信号をそのまま出力することになる。即ち、検出部132は、制御信号Vinが閾値V1を超えるまでは当該制御信号Vinと略同一の電位を出力する。図2は、検出部132の検出信号Vtが、時刻t1まで、および、時刻t4を経過した後、制御信号Vinと略同一の出力波形となる例を示す。   The detection unit 132 may use a control signal input from the control terminal 102 as an operation voltage. In this case, the detection unit 132 performs a detection operation in response to input of a control signal exceeding the threshold value V1. Therefore, when the control signal does not exceed the threshold value V1, the detection unit 132 outputs the input signal as it is. That is, the detection unit 132 outputs substantially the same potential as the control signal Vin until the control signal Vin exceeds the threshold value V1. FIG. 2 shows an example in which the detection signal Vt of the detection unit 132 has an output waveform that is substantially the same as that of the control signal Vin after the time t1 and after the time t4.

また、検出部132は、Vinが閾値V1を超え、かつ、閾値Vthin以下の電位の場合、遮断条件を満たしたとして、ロー電位を出力する。図2は、検出部132の検出信号Vtが、時刻t1からt2の間、および、時刻t3からt4の間、ロー電位となる例を示す。また、検出部132は、Vinが閾値Vthinを超えた場合、遮断条件を満たさないとして、ハイ電位を出力する。なお、検出部132は、ハイ電位として、制御信号Vinと略同一の電位を出力してよい。図2は、検出部132の検出信号Vtが、時刻t2からt3の間、制御信号Vinと略同一の出力波形となる例を示す。   In addition, when Vin is a potential that exceeds the threshold value V1 and is equal to or less than the threshold value Vthin, the detection unit 132 outputs a low potential, assuming that the blocking condition is satisfied. FIG. 2 shows an example in which the detection signal Vt of the detection unit 132 becomes a low potential between the times t1 and t2 and between the times t3 and t4. In addition, when Vin exceeds the threshold value Vthin, the detection unit 132 outputs a high potential because the cutoff condition is not satisfied. Note that the detection unit 132 may output substantially the same potential as the control signal Vin as a high potential. FIG. 2 shows an example in which the detection signal Vt of the detection unit 132 has substantially the same output waveform as that of the control signal Vin from time t2 to time t3.

信号出力部134は、第1端子104から入力する電気信号を電源として動作するので、ハイ電位を出力する場合、コレクタ電圧Vcおよびツェナーダイオード170の降伏電圧Vzdのうち小さい方の電位を出力する。例えば、信号出力部134は、検出信号Vtがロー電位の場合、当該ロー電位の反転信号として、このようなハイ電位を出力する。図2は、信号出力部134の遮断回路制御信号Vsが時刻t2まで、降伏電圧Vzdと略同一の電位を出力する例を示す。   Since the signal output unit 134 operates using the electric signal input from the first terminal 104 as a power supply, when outputting a high potential, the signal output unit 134 outputs a smaller potential of the collector voltage Vc and the breakdown voltage Vzd of the Zener diode 170. For example, when the detection signal Vt is a low potential, the signal output unit 134 outputs such a high potential as an inverted signal of the low potential. FIG. 2 shows an example in which the cutoff circuit control signal Vs of the signal output unit 134 outputs substantially the same potential as the breakdown voltage Vzd until time t2.

また、信号出力部134は、検出信号Vtがハイ電位になったことに応じて、当該ハイ電位の反転信号であるロー電位を出力する。図2は、信号出力部134の遮断回路制御信号Vsが、時刻t2からt3においてロー電位となる例を示す。   Further, the signal output unit 134 outputs a low potential that is an inverted signal of the high potential in response to the detection signal Vt becoming a high potential. FIG. 2 shows an example in which the cutoff circuit control signal Vs of the signal output unit 134 becomes a low potential from time t2 to t3.

なお、時刻t3からt4において、検出信号Vtがロー電位になるので、信号出力部134は、再びハイ電位を出力する。しかしながら、制御信号Vinがパワー半導体素子110の閾値Vthiよりも大きい電位の範囲にあるので、パワー半導体素子110はオン状態を継続し、コレクタ電圧Vcはパワー半導体素子110のオン時の電位Vclとなる。当該電位Vclは、ツェナーダイオード170の降伏電圧Vzdよりも小さい電位となるので、図2の例に示すように、信号出力部134の遮断回路制御信号Vsは、時刻t3からt4において、コレクタ端子のオン時の電位Vclと略同一の電位を出力することになる。   Since the detection signal Vt becomes a low potential from time t3 to t4, the signal output unit 134 outputs a high potential again. However, since the control signal Vin is in a range of potential greater than the threshold value Vthi of the power semiconductor element 110, the power semiconductor element 110 continues to be in the on state, and the collector voltage Vc becomes the potential Vcl when the power semiconductor element 110 is on. . Since the potential Vcl is lower than the breakdown voltage Vzd of the Zener diode 170, as shown in the example of FIG. 2, the cutoff circuit control signal Vs of the signal output unit 134 is applied to the collector terminal from time t3 to t4. A potential substantially the same as the on-state potential Vcl is output.

また、時刻t4を超えると、検出信号Vtがロー電位になり、制御信号Vinがパワー半導体素子110の閾値Vthiよりも小さい電位の範囲にあるので、パワー半導体素子110はオフ状態に切り換わり、コレクタ電圧Vcは電源40が供給する定電圧Vbと略同一となる。したがって、図2の例に示すように、信号出力部134の遮断回路制御信号Vsは、時刻t4を超えた場合、降伏電圧Vzdと略同一のハイ電位となる。   When the time t4 is exceeded, the detection signal Vt becomes a low potential, and the control signal Vin is in a potential range smaller than the threshold value Vthi of the power semiconductor element 110, so that the power semiconductor element 110 is switched to the off state, and the collector The voltage Vc is substantially the same as the constant voltage Vb supplied from the power source 40. Therefore, as shown in the example of FIG. 2, when the time t4 is exceeded, the cutoff circuit control signal Vs of the signal output unit 134 becomes a high potential substantially the same as the breakdown voltage Vzd.

パワー半導体素子110のゲート端子の電位Vgは、遮断回路制御信号Vsが遮断回路120の閾値を超えるハイ電位の場合、ロー電位となる。また、電位Vgは、遮断回路制御信号Vsが遮断回路120の閾値以下のロー電位の場合、制御信号Vinと略同一の電位となる。図2は、Vgが、時刻t2まで、および、時刻t4を超えた場合、ロー電位となり、時刻t2から時刻t4において、制御信号Vinと略同一の電位となる例を示す。   The potential Vg of the gate terminal of the power semiconductor element 110 becomes a low potential when the cutoff circuit control signal Vs is a high potential exceeding the threshold value of the cutoff circuit 120. The potential Vg is substantially the same potential as the control signal Vin when the cutoff circuit control signal Vs is a low potential that is equal to or lower than the threshold value of the cutoff circuit 120. FIG. 2 shows an example in which Vg becomes low potential until time t2 and exceeds time t4, and becomes substantially the same potential as the control signal Vin from time t2 to time t4.

パワー半導体素子110は、このようなゲート端子の電位Vgに応じて動作する。即ち、図2の例において、パワー半導体素子110は、時刻t2から時刻t4において、オン状態となり、時刻t2までの期間および時刻t4を超えた期間は、オフ状態となる。   The power semiconductor element 110 operates according to such a potential Vg of the gate terminal. That is, in the example of FIG. 2, the power semiconductor element 110 is turned on from the time t2 to the time t4, and is turned off during the period up to the time t2 and the period exceeding the time t4.

即ち、パワー半導体素子110のコレクタ電流Icは、VgがVthinを超えるまでは略零となり(オフ)、VgがVthinを超えた電位であることに応じて流れ(オン)、その最大値は(Vb−Vbi)/(Rl+Ron)である。ここで、Vbは電源40が供給する定電圧、Vbiはパワー半導体素子110の内蔵電位、Rlは一次コイル32の抵抗、Ronはパワー半導体素子110のオン抵抗である。図2は、コレクタ電流Icが、時刻t2までの期間および時刻t4を超えた期間においてオフとなり、時刻t2から時刻t4において、(Vb−Vbi)/(Rl+Ron)となる例を示す。   That is, the collector current Ic of the power semiconductor element 110 becomes substantially zero (off) until Vg exceeds Vthin, and flows (on) in response to Vg being a potential exceeding Vthin, and its maximum value is (Vb -Vbi) / (Rl + Ron). Here, Vb is a constant voltage supplied by the power supply 40, Vbi is a built-in potential of the power semiconductor element 110, Rl is a resistance of the primary coil 32, and Ron is an on-resistance of the power semiconductor element 110. FIG. 2 shows an example in which the collector current Ic is turned off in the period up to the time t2 and in the period exceeding the time t4, and becomes (Vb−Vbi) / (Rl + Ron) from the time t2 to the time t4.

パワー半導体素子110のコレクタ電圧Vcは、VgがVthinを超えるまではハイ電位となり、VgがVthinを超えた電位であることに応じてロー電位となる。図2は、Vcが、時刻t2においてロー電位となり、時刻t4においてハイ電位となる例を示す。   The collector voltage Vc of the power semiconductor element 110 becomes a high potential until Vg exceeds Vthin, and becomes a low potential in response to Vg being a potential exceeding Vthin. FIG. 2 shows an example in which Vc becomes a low potential at time t2 and becomes a high potential at time t4.

ここで、図1に示す半導体装置100は、パワー半導体素子110がオフしている状態において、コレクタ電圧Vcが、電源40が供給する定電圧Vbと略同等となる。この場合、信号出力部134は、ツェナーダイオード170の降伏電圧を上限として、Vbと略同等の電位を出力する。なお、Vbが遮断回路120の閾値(一例として、1.1V)より大きい場合、遮断回路120はパワー半導体素子110を遮断する。本実施例において、定電圧Vbは、一例として14Vなので、コレクタ電圧Vcは、時刻t2までの期間および時刻t4を超えた期間において定電圧Vbと略同一の電位となる。   Here, in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the collector voltage Vc is substantially equal to the constant voltage Vb supplied by the power supply 40 in a state where the power semiconductor element 110 is turned off. In this case, the signal output unit 134 outputs a potential substantially equal to Vb with the breakdown voltage of the Zener diode 170 as an upper limit. When Vb is larger than the threshold value of the cutoff circuit 120 (for example, 1.1V), the cutoff circuit 120 blocks the power semiconductor element 110. In the present embodiment, the constant voltage Vb is 14 V as an example, and therefore the collector voltage Vc becomes substantially the same potential as the constant voltage Vb in the period up to the time t2 and the period exceeding the time t4.

また、パワー半導体素子110がオンしている状態において、コレクタ電圧Vcは、Vbと、パワー半導体素子110の内蔵電位Vbiと、パワー半導体素子110のオン抵抗Ronと、一次コイル32の抵抗Rlと、で決まり、Vc=(Vb−Vbi)×Ron/(Ron+Rl)+Vbiとなる。例えば、Vbi=0.6V、Ron=50mΩ、Rl=0.6Ωとすると、Vb=14Vの場合、Vc=1.63Vであり、Vb=6Vの場合、Vc=1.02Vである。   In the state where the power semiconductor element 110 is on, the collector voltage Vc is Vb, the built-in potential Vbi of the power semiconductor element 110, the on-resistance Ron of the power semiconductor element 110, the resistance Rl of the primary coil 32, Vc = (Vb−Vbi) × Ron / (Ron + Rl) + Vbi. For example, if Vbi = 0.6V, Ron = 50 mΩ, and Rl = 0.6Ω, then Vc = 1.63V when Vb = 14V, and Vc = 1.02V when Vb = 6V.

即ち、パワー半導体素子110がオンしている状態で検出部132が遮断条件を検出した時、Vb=14Vであれば遮断回路120はパワー半導体素子110を遮断するが、Vb=6Vであれば遮断できない。本実施例において、定電圧Vbは、一例として14Vなので、コレクタ電圧Vcは、時刻t2および時刻t4の期間においてVcl=1.63Vと略同一の電位となる。   That is, when the detection unit 132 detects a cutoff condition with the power semiconductor element 110 turned on, if Vb = 14V, the cutoff circuit 120 shuts off the power semiconductor element 110, but if Vb = 6V, the cutoff circuit 120 shuts off. Can not. In the present embodiment, the constant voltage Vb is 14 V as an example, and therefore the collector voltage Vc is substantially the same as Vcl = 1.63 V in the period between time t2 and time t4.

以上のように、半導体装置100は、時刻t3からt4の間において、制御信号Vinが遮断条件を満たしても、パワー半導体素子110をオン状態のままにしてしまうことがわかる。このような誤動作が発生して、当該誤動作した状態のまま動作を継続させると、パワー半導体素子110等が故障してしまうことがある。また、パワー半導体素子110等の故障にとどまらず、パワー半導体素子110に接続される内燃機関等にまで不具合等を発生させてしまうこともある。   As described above, it can be seen that the semiconductor device 100 keeps the power semiconductor element 110 in the on state between the times t3 and t4 even if the control signal Vin satisfies the cutoff condition. If such a malfunction occurs and the operation is continued in the malfunctioned state, the power semiconductor element 110 or the like may break down. In addition, not only the failure of the power semiconductor element 110 and the like, but also a failure or the like may occur in the internal combustion engine or the like connected to the power semiconductor element 110.

なお、パワー半導体素子110は、閾値Vthiがより小さくなると損失も小さくなり、スイッチとして有利になるので、誤動作の発生と相反する。そこで、本実施形態に係る半導体装置200は、閾値Vthiの値に依存することなく、パワー半導体素子110がオンしている場合であっても、制御信号Vinが遮断条件を満たしたことに応じて、パワー半導体素子110を確実に遮断して誤動作を防止する。   Note that the power semiconductor element 110 has a smaller loss as the threshold value Vthi becomes smaller, which is advantageous as a switch, and thus conflicts with the occurrence of malfunction. Therefore, the semiconductor device 200 according to the present embodiment does not depend on the value of the threshold value Vthi, and even when the power semiconductor element 110 is turned on, the control signal Vin satisfies the cutoff condition. The power semiconductor element 110 is reliably cut off to prevent malfunction.

図3は、本実施形態に係る点火装置2000の構成例を示す。図3に示す点火装置2000において、図1に示された本実施形態に係る点火装置2000の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。点火装置2000は、半導体装置200を備える。なお、点火装置2000が備える制御信号発生部10、点火プラグ20、点火コイル30、および電源40については説明を省略する。   FIG. 3 shows a configuration example of the ignition device 2000 according to the present embodiment. In the ignition device 2000 shown in FIG. 3, substantially the same operations as those of the ignition device 2000 according to the present embodiment shown in FIG. The ignition device 2000 includes a semiconductor device 200. Note that description of the control signal generator 10, the ignition plug 20, the ignition coil 30, and the power supply 40 included in the ignition device 2000 is omitted.

半導体装置200は、制御端子202と、第1端子204と、第2端子206と、パワー半導体素子110と、遮断回路120と、遮断条件検出部130と、抵抗150と、抵抗160と、ツェナーダイオード170と、第1の整流素子210と、第2の整流素子220と、を備える。   The semiconductor device 200 includes a control terminal 202, a first terminal 204, a second terminal 206, a power semiconductor element 110, a cutoff circuit 120, a cutoff condition detection unit 130, a resistor 150, a resistor 160, and a Zener diode. 170, a first rectifying element 210, and a second rectifying element 220.

制御端子202は、パワー半導体素子110を制御する制御信号を入力する。制御端子202は、制御信号発生部10に接続され、制御信号を受け取る。第1端子204は、点火コイル30を介して電源40に接続される。第2端子206は、基準電位に接続される。即ち、第1端子204は、第2端子206と比較して高電位側の端子であり、第2端子206は、第1端子204と比較して低電位側の端子である。   The control terminal 202 inputs a control signal for controlling the power semiconductor element 110. The control terminal 202 is connected to the control signal generator 10 and receives a control signal. The first terminal 204 is connected to the power supply 40 via the ignition coil 30. The second terminal 206 is connected to a reference potential. That is, the first terminal 204 is a terminal on the high potential side compared to the second terminal 206, and the second terminal 206 is a terminal on the low potential side compared to the first terminal 204.

なお、パワー半導体素子110、遮断回路120、抵抗150、抵抗160、およびツェナーダイオード170については、図1で説明したので、ここでは説明を省略する。   The power semiconductor element 110, the cutoff circuit 120, the resistor 150, the resistor 160, and the Zener diode 170 have been described with reference to FIG.

遮断条件検出部130は、第1端子204および制御端子202に接続される入力端子140を有し、入力端子140から入力する電気信号を電源として用いる。即ち、遮断条件検出部130は、第1端子204からの電気信号と、制御端子202からの制御信号との2系統の信号を電源として用いる。これにより、信号出力部134は、第1端子204からの電気信号の信号電圧が低下した場合に、制御端子202からの電気信号の信号電圧で補うことができ、安定な電源電圧を入力端子140から受け取ることができる。   The interruption condition detection unit 130 has an input terminal 140 connected to the first terminal 204 and the control terminal 202, and uses an electric signal input from the input terminal 140 as a power source. That is, the interruption condition detection unit 130 uses two signals, that is, an electric signal from the first terminal 204 and a control signal from the control terminal 202 as a power source. Thereby, when the signal voltage of the electrical signal from the first terminal 204 decreases, the signal output unit 134 can compensate for the signal voltage of the electrical signal from the control terminal 202, and a stable power supply voltage can be supplied to the input terminal 140. Can be received from.

第1の整流素子210は、制御端子202および遮断条件検出部130の入力端子140の間に接続される。第1の整流素子210は、制御端子202から入力する制御信号を信号出力部134に供給すると共に、制御端子202へと逆流する電気信号を抑制する。これにより、信号出力部134は、パワー半導体素子110を制御する制御信号を入力する制御端子202から、第1の整流素子210を介して電源供給を受ける。例えば、制御信号として5V程度のハイ電位が制御端子202から入力する場合、第1の整流素子210は、4.4V程度の電位を信号出力部134に供給する。ここで、第1の整流素子210の閾値Vfを0.6V程度とした。第1の整流素子210は、一例として、ダイオードである。   The first rectifying element 210 is connected between the control terminal 202 and the input terminal 140 of the cutoff condition detection unit 130. The first rectifying element 210 supplies a control signal input from the control terminal 202 to the signal output unit 134 and suppresses an electrical signal that flows back to the control terminal 202. As a result, the signal output unit 134 receives power supply from the control terminal 202 that inputs a control signal for controlling the power semiconductor element 110 via the first rectifying element 210. For example, when a high potential of about 5 V is input from the control terminal 202 as the control signal, the first rectifier element 210 supplies a potential of about 4.4 V to the signal output unit 134. Here, the threshold value Vf of the first rectifying element 210 is set to about 0.6V. As an example, the first rectifying element 210 is a diode.

第2の整流素子220は、第1端子204および遮断条件検出部130の入力端子140の間に接続される。第2の整流素子220は、抵抗150および信号出力部134の間に接続されてよく、抵抗150を介して第1端子204の電位を信号出力部134に供給すると共に、第1端子204へと逆流する電気信号を抑制する。これにより、信号出力部134は、第1端子204から第2の整流素子220を介して電源供給を受ける。   The second rectifying element 220 is connected between the first terminal 204 and the input terminal 140 of the cutoff condition detection unit 130. The second rectifying element 220 may be connected between the resistor 150 and the signal output unit 134, and supplies the potential of the first terminal 204 to the signal output unit 134 via the resistor 150 and to the first terminal 204. Suppresses backflowing electrical signals. As a result, the signal output unit 134 receives power supply from the first terminal 204 via the second rectifying element 220.

例えば、ツェナーダイオード170の降伏電圧Vzdが6V程度の場合、コレクタ電圧Vcが6V以上であることを条件に、第2の整流素子220は、5.4V程度の電位を信号出力部134に供給する。ここで、第2の整流素子220の閾値Vfを0.6V程度とした。第2の整流素子220は、一例として、ダイオードである。   For example, when the breakdown voltage Vzd of the Zener diode 170 is about 6V, the second rectifying element 220 supplies a potential of about 5.4V to the signal output unit 134 on the condition that the collector voltage Vc is 6V or more. . Here, the threshold value Vf of the second rectifying element 220 is set to about 0.6V. The second rectifying element 220 is, for example, a diode.

この場合、第1端子204および第2の整流素子220の間には、抵抗150が接続される。抵抗150は、第1端子104側から入力端子140を介して信号出力部134に入力する電流を制限する抵抗性を有する素子であればよく、抵抗素子に限定されるものではない。   In this case, a resistor 150 is connected between the first terminal 204 and the second rectifying element 220. The resistor 150 may be any element having a resistance that limits the current input from the first terminal 104 side to the signal output unit 134 via the input terminal 140, and is not limited to the resistor element.

以上の本実施形態に係る半導体装置200は、図1で説明した半導体装置100と同様に、制御信号がハイ電位となる場合、パワー半導体素子110がオン状態となる。これにより、図1で説明したように、点火装置2000は点火プラグ20を放電させて燃焼ガスを点火できる。   In the semiconductor device 200 according to the present embodiment described above, the power semiconductor element 110 is turned on when the control signal becomes a high potential, similarly to the semiconductor device 100 described in FIG. Accordingly, as described with reference to FIG. 1, the ignition device 2000 can ignite the combustion gas by discharging the spark plug 20.

また、制御信号がハイ電位からロー電位に変わる場合、信号出力部134はまず、4.4V程度の電位を出力し、パワー半導体素子110の遮断を開始する。遮断開始後、Vc>Vinとなると信号出力部134の出力電位はVc−Vfとなりパワー半導体素子110の遮断を継続する。つまり、制御端子202とコレクタ電圧はいずれかがハイ電位以上なので、信号出力部134は電源電圧が不足することはなくパワー半導体素子110の誤動作を防止できる。このような点火装置2000の各部の詳細について次に説明する。   When the control signal changes from a high potential to a low potential, the signal output unit 134 first outputs a potential of about 4.4 V, and starts shutting off the power semiconductor element 110. When Vc> Vin is established after the start of the shutoff, the output potential of the signal output unit 134 becomes Vc−Vf, and the power semiconductor element 110 is kept shut off. That is, since either the control terminal 202 or the collector voltage is higher than the high potential, the signal output unit 134 can prevent the power semiconductor element 110 from malfunctioning without running out of the power supply voltage. Details of each part of the ignition device 2000 will be described below.

図4は、本実施形態に係る検出部132の構成例を示す。検出部132は、制御信号入力部302、検出信号出力部304、基準電位入力部306、抵抗310、抵抗320、インバータ330、およびインバータ340を含む。   FIG. 4 shows a configuration example of the detection unit 132 according to the present embodiment. The detection unit 132 includes a control signal input unit 302, a detection signal output unit 304, a reference potential input unit 306, a resistor 310, a resistor 320, an inverter 330, and an inverter 340.

制御信号入力部302は、制御端子202から入力される制御信号を入力する。検出部132は、当該制御信号を電源として動作する。検出信号出力部304は、検出部132の検出結果を出力する。検出信号出力部304は、一例として、信号出力部134に接続され、制御信号の検出結果として、制御信号と同じ論理の電位を出力する。基準電位入力部306は、基準電位に接続される。   The control signal input unit 302 inputs a control signal input from the control terminal 202. The detection unit 132 operates using the control signal as a power source. The detection signal output unit 304 outputs the detection result of the detection unit 132. As an example, the detection signal output unit 304 is connected to the signal output unit 134, and outputs a potential having the same logic as that of the control signal as a detection result of the control signal. The reference potential input unit 306 is connected to the reference potential.

抵抗310および抵抗320は、制御信号入力部302および基準電位入力部306の間に直列に接続され、制御信号入力部302から入力する制御信号Vinを分圧する。ここで、抵抗310および抵抗320が分圧して出力する分圧電位は、抵抗310および抵抗320の間の電位である。例えば、抵抗310の抵抗値をR1、抵抗320の抵抗値をR2とすると、分圧電位は、Vin・R2/(R1+R2)となる。一例として、制御信号が過渡的にオフ電位(一例として、0V)からオン電位(一例として、5V)にリニアに立ち上がる場合、分圧電位も、0Vから5・R2/(R1+R2)までリニアに立ち上がる。   The resistor 310 and the resistor 320 are connected in series between the control signal input unit 302 and the reference potential input unit 306, and divide the control signal Vin input from the control signal input unit 302. Here, the divided potential that is divided and output by the resistor 310 and the resistor 320 is a potential between the resistor 310 and the resistor 320. For example, when the resistance value of the resistor 310 is R1 and the resistance value of the resistor 320 is R2, the divided potential is Vin · R2 / (R1 + R2). As an example, when the control signal transiently rises linearly from an off potential (0 V as an example) to an on potential (5 V as an example), the divided potential also rises linearly from 0 V to 5 · R2 / (R1 + R2). .

インバータ330は、抵抗310および抵抗320の間に入力端子が接続され、分圧電位を受け取って出力端子から論理を反転した信号を出力する。インバータ340は、インバータ330の出力信号を受け取って、論理を反転した信号を出力する。   The inverter 330 has an input terminal connected between the resistor 310 and the resistor 320, receives the divided potential, and outputs a signal obtained by inverting the logic from the output terminal. The inverter 340 receives the output signal of the inverter 330 and outputs a signal obtained by inverting the logic.

なお、インバータ330、およびインバータ340は、それぞれ制御信号入力部302から入力する制御信号を動作電源とする。したがって、各インバータは、制御信号が過渡的に立ち上がる過程において、当該制御信号がインバータの閾値に至るまでは、制御信号と略同一の電位の信号を出力する。なお、本例において、各インバータの閾値は、略同一の値V1とする。このような検出部132の各部における動作を、図5を用いて説明する。   Note that each of the inverter 330 and the inverter 340 uses a control signal input from the control signal input unit 302 as an operation power supply. Therefore, each inverter outputs a signal having substantially the same potential as the control signal until the control signal reaches the threshold value of the inverter in the process where the control signal rises transiently. In this example, the threshold value of each inverter is set to substantially the same value V1. The operation of each part of the detection unit 132 will be described with reference to FIG.

図5は、本実施形態に係る検出部132の各部の動作波形の一例を示す。図5は、横軸を時間、縦軸を出力電位とする。図5は、制御信号入力部302に入力する制御信号Vinがオフ電位(0V)からオン電位(5V)にリニアに立ち上がる場合に対する、インバータ330およびインバータ340の出力電位の一例を示す。インバータ330の出力電位Vout1、およびインバータ340の出力電位Vout2は、入力電位がインバータの閾値V1に至るまでは、電源電位(即ち、制御信号Vin)と略同一の電位となる。   FIG. 5 shows an example of the operation waveform of each part of the detection unit 132 according to the present embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents output potential. FIG. 5 shows an example of output potentials of the inverter 330 and the inverter 340 when the control signal Vin input to the control signal input unit 302 rises linearly from the off potential (0 V) to the on potential (5 V). The output potential Vout1 of the inverter 330 and the output potential Vout2 of the inverter 340 are substantially the same as the power supply potential (that is, the control signal Vin) until the input potential reaches the inverter threshold value V1.

インバータ330は、電源の電位が閾値V1を超えても、入力する分圧電位Vin・R2/(R1+R2)が閾値V1以下の値なので、入力電位はロー電位となり、反転出力がハイ電位となる。なお、インバータ330は、ハイ電位を出力させるように動作しても、電源電位がハイ電位(例えば5V)に至る過程の過渡的な電位の場合、当該電源電位をハイ電位として出力する。図5は、インバータ330の出力電位Vout1が、時刻t1以降において、電源電位Vinと略同一の電位を出力する例を示す。   In the inverter 330, even if the potential of the power supply exceeds the threshold value V1, since the divided potential Vin / R2 / (R1 + R2) to be input is a value equal to or lower than the threshold value V1, the input potential becomes a low potential and the inverted output becomes a high potential. Note that even if the inverter 330 operates to output a high potential, if the power supply potential is a transient potential in the process of reaching a high potential (for example, 5 V), the inverter 330 outputs the power supply potential as a high potential. FIG. 5 shows an example in which the output potential Vout1 of the inverter 330 outputs substantially the same potential as the power supply potential Vin after time t1.

インバータ330は、電源の電位が閾値V1を超え、かつ、入力する分圧電位が閾値V1を超えたこと(即ち、ハイ電位の入力)に応じて、ロー電位を反転出力とする。図5は、インバータ330の出力電位Vout1が、時刻t2においてロー電位(0V)となる例を示す。   The inverter 330 inverts the low potential according to the fact that the potential of the power source exceeds the threshold value V1 and the divided potential to be input exceeds the threshold value V1 (that is, input of a high potential). FIG. 5 shows an example in which the output potential Vout1 of the inverter 330 becomes a low potential (0 V) at time t2.

インバータ340は、電源の電位が閾値V1を超え、入力電位が閾値V1を超えた電位であることに応じて、ロー電位を反転出力とする。図5は、インバータ340の出力電位Vout2が、時刻t1においてロー電位となる例を示す。インバータ340は、電源の電位が閾値V1を超え、入力電位がロー電位であることに応じて、ハイ電位を反転出力とする。なお、インバータ340は、電源電位がハイ電位に至る過程の過渡的な電位の場合、当該電源電位をハイ電位として出力する。図5は、インバータ340の出力電位Vout2が、時刻t2を経過した後において、電源電位Vinと略同一の電位となる例を示す。   The inverter 340 outputs the low potential as an inverted output in response to the potential of the power source exceeding the threshold V1 and the input potential exceeding the threshold V1. FIG. 5 shows an example in which the output potential Vout2 of the inverter 340 becomes a low potential at time t1. The inverter 340 outputs the high potential as an inverted output in response to the potential of the power source exceeding the threshold value V1 and the input potential being the low potential. Note that the inverter 340 outputs the power supply potential as a high potential when the power supply potential is a transient potential in the process of reaching the high potential. FIG. 5 shows an example in which the output potential Vout2 of the inverter 340 becomes substantially the same potential as the power supply potential Vin after the time t2.

検出部132は、このようなインバータ340の出力電位Vout2を、検出信号として検出信号出力部304から出力する。そして、信号出力部134は、第1端子204および制御端子202から入力する電気信号を電源として用い、当該検出信号に応じて、遮断回路120を制御する。これにより、本実施形態に係る半導体装置200は、外部からの制御信号に応じて、点火コイル30に流れる電流を制御するイグナイタとして動作する。半導体装置200の動作について、図6を用いて説明する。   The detection unit 132 outputs the output potential Vout2 of the inverter 340 from the detection signal output unit 304 as a detection signal. And the signal output part 134 controls the interruption | blocking circuit 120 according to the said detection signal, using the electrical signal input from the 1st terminal 204 and the control terminal 202 as a power supply. As a result, the semiconductor device 200 according to the present embodiment operates as an igniter that controls the current flowing through the ignition coil 30 in accordance with an external control signal. The operation of the semiconductor device 200 will be described with reference to FIG.

図6は、本実施形態に係る半導体装置200の各部の動作波形の例を示す。図6は、横軸を時間、縦軸を電圧値または電流値とする。また、図6は、制御端子202から入力する制御信号を「Vin」、検出部132が出力する検出信号を「Vt」、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号を「Vs」、パワー半導体素子110のゲート端子の電位を「Vg」、パワー半導体素子110のコレクタ・エミッタ間電流(コレクタ電流とする)を「Ic」、パワー半導体素子110のコレクタ・エミッタ間電圧(コレクタ電圧とする)を「Vc」として、それぞれの時間波形を示す。   FIG. 6 shows an example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 200 according to the present embodiment. In FIG. 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage value or current value. In FIG. 6, the control signal input from the control terminal 202 is “Vin”, the detection signal output from the detection unit 132 is “Vt”, the cutoff circuit control signal output from the signal output unit 134 is “Vs”, and the power semiconductor. The potential of the gate terminal of the element 110 is “Vg”, the collector-emitter current (collector current) of the power semiconductor element 110 is “Ic”, and the collector-emitter voltage (collector voltage) of the power semiconductor element 110 is Each time waveform is shown as “Vc”.

検出部132の検出信号Vtの時間波形は、図5で説明したインバータ340の出力電位Vout2と略同一である。また、検出部132の検出信号Vtは、図2に示した半導体装置100の検出部132の時間波形Vtと略同一でもあるので、ここでは説明を省略する。   The time waveform of the detection signal Vt of the detection unit 132 is substantially the same as the output potential Vout2 of the inverter 340 described with reference to FIG. Further, the detection signal Vt of the detection unit 132 is substantially the same as the time waveform Vt of the detection unit 132 of the semiconductor device 100 shown in FIG.

信号出力部134は、検出信号Vtの反転出力なので、時刻t2まではハイ電位を出力するように動作する。この場合、図2で説明したように、第1端子204から入力端子140に入力する電位は、パワー半導体素子110のコレクタ電圧Vcと、ツェナーダイオード170の降伏電圧Vzdの小さい方の電位から第2の整流素子220の閾値Vfを減じた電位となる。即ち、パワー半導体素子110はオフ状態であることから、時刻t2までは、Vzd−Vfとなる。したがって、信号出力部134は、電位Vzd−Vfが電源電圧として入力するので、図2と同様に、当該電位Vzd−Vfと略同一の遮断回路制御信号Vsを出力する。   Since the signal output unit 134 is an inverted output of the detection signal Vt, the signal output unit 134 operates to output a high potential until time t2. In this case, as described with reference to FIG. 2, the potential input from the first terminal 204 to the input terminal 140 is the second potential from the smaller potential of the collector voltage Vc of the power semiconductor element 110 and the breakdown voltage Vzd of the Zener diode 170. This is a potential obtained by subtracting the threshold value Vf of the rectifying element 220. In other words, since the power semiconductor element 110 is in the off state, it becomes Vzd−Vf until time t2. Therefore, since the potential Vzd-Vf is input as the power supply voltage, the signal output unit 134 outputs the cutoff circuit control signal Vs that is substantially the same as the potential Vzd-Vf as in FIG.

また、信号出力部134は、時刻t2を超えると、検出信号Vtの反転出力としてロー電位を出力する。また、信号出力部134は、時刻t3を超えると、検出信号Vtの反転出力としてハイ電位を出力するように動作する。この場合、時刻t3を超えてから、制御信号Vinの電位がVthi以下になるまでは、図2で説明したように、第1端子204から入力端子140に入力する電位は、コレクタ端子のオン時の電位Vclと略同一の電位となる。その一方、制御端子202から入力端子140に入力する制御信号Vinの電位は、Vthiを超える電位である。   Further, when the time t2 is exceeded, the signal output unit 134 outputs a low potential as an inverted output of the detection signal Vt. Further, when the time t3 is exceeded, the signal output unit 134 operates to output a high potential as an inverted output of the detection signal Vt. In this case, until the potential of the control signal Vin becomes equal to or lower than Vthi after the time t3 is exceeded, the potential input from the first terminal 204 to the input terminal 140 is the time when the collector terminal is on, as described with reference to FIG. Is substantially equal to the potential Vcl. On the other hand, the potential of the control signal Vin input from the control terminal 202 to the input terminal 140 is a potential exceeding Vthi.

したがって、本実施形態の信号出力部134は、当該制御信号Vinを電源として用いるので、検出信号Vtが時刻t3においてロー電位となることに応じて、反転出力のハイ電位の遮断回路制御信号Vsを出力することができる。これにより、遮断回路120は、パワー半導体素子110のゲートをオフ電位にするので、パワー半導体素子110はオフ状態となり、コレクタ電圧はVbとなる。即ち、第1端子204から入力端子140に入力する電位は、Vzd−Vfとなるので、信号出力部134は、当該電位Vzd−Vfと略同一の遮断回路制御信号Vsを、時刻t3から出力することができる。   Therefore, since the signal output unit 134 of the present embodiment uses the control signal Vin as a power source, the high potential cutoff circuit control signal Vs of the inverted output is generated in response to the detection signal Vt becoming a low potential at the time t3. Can be output. Accordingly, the cutoff circuit 120 sets the gate of the power semiconductor element 110 to the off potential, so that the power semiconductor element 110 is turned off and the collector voltage becomes Vb. That is, since the potential input from the first terminal 204 to the input terminal 140 is Vzd−Vf, the signal output unit 134 outputs the cutoff circuit control signal Vs substantially the same as the potential Vzd−Vf from time t3. be able to.

以上のように、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号Vsは、図6の例に示すように、時刻t2まで、および、時刻t3を経過した後において、ハイ電位となり、時刻t2からt3の期間はロー電位となる。このような遮断回路制御信号Vsに応じて、遮断回路120は、パワー半導体素子110のゲート電位Vgを制御するので、ゲート電位Vgは、図6の例のように、時刻t2からt3の期間は制御信号Vinと略同一の電位となり、時刻t2まで、および、時刻t3を経過した後において、ロー電位となる。   As described above, the cutoff circuit control signal Vs output by the signal output unit 134 becomes a high potential until time t2 and after time t3, as shown in the example of FIG. During this period, the potential is low. In response to such a cutoff circuit control signal Vs, the cutoff circuit 120 controls the gate potential Vg of the power semiconductor element 110, so that the gate potential Vg is from the time t2 to the time t3 as in the example of FIG. The potential is substantially the same as that of the control signal Vin, and the potential is low until time t2 and after time t3 has elapsed.

したがって、パワー半導体素子110は、時刻t2からt3の期間はオン状態となり、時刻t2まで、および、時刻t3を経過した後はオフ状態となる。これにより、コレクタ電流Icは、図6の例に示すように、時刻t2まではオフし、VgがVthinを超えた電位であることに応じてオンし、その最大値は(Vb−Vbi)/(Rl+Ron)である。   Therefore, the power semiconductor element 110 is turned on during the period from time t2 to t3, and is turned off until time t2 and after the time t3 has elapsed. Thereby, as shown in the example of FIG. 6, the collector current Ic is turned off until time t2 and turned on in response to Vg being a potential exceeding Vthin, and the maximum value thereof is (Vb−Vbi) / (Rl + Ron).

また、パワー半導体素子110のコレクタ電圧Vcは、時刻t2まで、および、時刻t3を経過した後はハイ電位となり、時刻t2からt3の期間はロー電位となる。図6は、コレクタ電圧Vcが、時刻t2からt3の期間においてロー電位(Vcl)となり、時刻t2まで、および、時刻t3を経過した後においてハイ電位(Vb)となる例を示す。   Further, the collector voltage Vc of the power semiconductor element 110 becomes a high potential until the time t2 and after the time t3, and becomes a low potential during the period from the time t2 to the time t3. FIG. 6 shows an example in which the collector voltage Vc becomes a low potential (Vcl) in the period from time t2 to t3, and becomes a high potential (Vb) until time t2 and after the time t3 has elapsed.

以上の本実施形態に係る半導体装置200は、制御信号Vinがオンからオフに切り換わる場合においても、2系統の電源を用いることにより、パワー半導体素子110を遮断することができる。したがって、半導体装置200は、遮断信号に応じて、パワー半導体デバイスを確実に遮断することができ、誤動作を防止できる。   The semiconductor device 200 according to the present embodiment described above can shut off the power semiconductor element 110 by using two power sources even when the control signal Vin is switched from on to off. Therefore, the semiconductor device 200 can reliably shut off the power semiconductor device according to the shut-off signal, and can prevent malfunction.

以上の本実施形態に係る半導体装置200は、第1端子204および第2の整流素子220の間に抵抗150が接続される例を説明した。これに代えて、例えば、第1端子204および第2の整流素子220の間には、スイッチ素子が接続されてもよい。図7は、本実施形態に係る点火装置2000の第1変形例を示す。本変形例の点火装置2000において、図3に示された本実施形態に係る点火装置2000の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。   In the semiconductor device 200 according to this embodiment described above, the example in which the resistor 150 is connected between the first terminal 204 and the second rectifying element 220 has been described. Instead of this, for example, a switch element may be connected between the first terminal 204 and the second rectifying element 220. FIG. 7 shows a first modification of the ignition device 2000 according to this embodiment. In the ignition device 2000 of this modification, the same reference numerals are given to the substantially same operations as those of the ignition device 2000 according to this embodiment shown in FIG. 3, and the description thereof is omitted.

本変形例の点火装置2000は、第1端子204および第2の整流素子220の間にスイッチ素子350が接続された例を示す。当該スイッチ素子350は、一例として、デプレッション型のMOSFETでよく、この場合、ドレインが第1端子204に、ソースが第2の整流素子220に、ゲートがソースにそれぞれ接続されてよい。これにより、コレクタ電圧Vcが過大になっても、スイッチ素子350は、コレクタ電圧Vcに対応してドレーン・ソース間の抵抗値を大きくすることができる。即ち、スイッチ素子350は、第2の整流素子220に流れる電流を、一例として、100μA程度に制限することができ、コレクタ電圧Vcの増加に伴って過大な電流が流れることを防止できる。   The ignition device 2000 of this modification shows an example in which a switch element 350 is connected between the first terminal 204 and the second rectifier element 220. For example, the switch element 350 may be a depletion type MOSFET. In this case, the drain may be connected to the first terminal 204, the source may be connected to the second rectifier element 220, and the gate may be connected to the source. Thereby, even if the collector voltage Vc becomes excessive, the switch element 350 can increase the resistance value between the drain and the source corresponding to the collector voltage Vc. That is, the switch element 350 can limit the current flowing through the second rectifying element 220 to, for example, about 100 μA, and can prevent an excessive current from flowing as the collector voltage Vc increases.

以上のように、本実施形態に係る半導体装置200がパワー半導体素子110を遮断することができることを説明したが、これに加えて、半導体装置200は、過渡的な遮断時間を更に短縮させてもよい。このような半導体装置200を説明すべく、まずは、図1に示した本実施形態に係る半導体装置100の過渡応答について説明する。   As described above, it has been described that the semiconductor device 200 according to the present embodiment can shut off the power semiconductor element 110. In addition to this, the semiconductor device 200 can further reduce the transient cutoff time. Good. In order to describe such a semiconductor device 200, first, the transient response of the semiconductor device 100 according to the present embodiment shown in FIG. 1 will be described.

図8は、本実施形態に係る半導体装置100の各部の動作波形の第2例を示す。図8は、横軸を時間、縦軸を電圧値または電流値とする。また、図8は、制御端子102から入力する制御信号を「Vin」、検出部132が出力する検出信号を「Vt」、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号を「Vs」、パワー半導体素子110のゲート端子の電位を「Vg」、パワー半導体素子110のコレクタ電流を「Ic」、パワー半導体素子110のコレクタ電圧を「Vc」として、それぞれの時間波形を示す。   FIG. 8 shows a second example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents voltage value or current value. Further, in FIG. 8, the control signal input from the control terminal 102 is “Vin”, the detection signal output from the detection unit 132 is “Vt”, the cutoff circuit control signal output from the signal output unit 134 is “Vs”, and the power semiconductor The respective time waveforms are shown, assuming that the gate terminal potential of the element 110 is “Vg”, the collector current of the power semiconductor element 110 is “Ic”, and the collector voltage of the power semiconductor element 110 is “Vc”.

図8は、制御信号Vinが時刻t5においてオン、時刻t7においてオフとなる矩形波の形状の例を示す。なお、当該矩形波の振幅値は、検出部132の閾値Vthinを超える電圧とする。これにより、検出部132が出力する検出信号Vtも、時刻t5においてハイ電位、時刻t7においてロー電位となる矩形波の形状となる。   FIG. 8 shows an example of the shape of a rectangular wave in which the control signal Vin is on at time t5 and off at time t7. Note that the amplitude value of the rectangular wave is a voltage exceeding the threshold value Vthin of the detection unit 132. As a result, the detection signal Vt output from the detection unit 132 also has a rectangular wave shape having a high potential at time t5 and a low potential at time t7.

このような検出部132の検出信号Vtに応じて、遮断回路制御信号Vsは、時刻t5までがハイ電位、時刻t5から時刻t7においてロー電位、時刻t7からハイ電位となる。したがって、パワー半導体素子110のゲート電位Vgは、時刻t5においてハイ電位、時刻t7においてロー電位となる矩形波の形状となる。これにより、コレクタ電流Icは、時刻t5から流れ始め、一例として、時刻t6においてコレクタ電流Icが飽和する。コレクタ電圧Vcは、このようなコレクタ電流Icと同様に、時刻t5から増加し始め、時刻t6においてパワー半導体素子110のオン時の電位Vclに達する。   In response to the detection signal Vt of the detection unit 132, the cutoff circuit control signal Vs becomes a high potential from time t5, a low potential from time t5 to time t7, and a high potential from time t7. Therefore, the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 has a rectangular wave shape that is a high potential at time t5 and a low potential at time t7. Thereby, the collector current Ic starts to flow from time t5, and as an example, the collector current Ic is saturated at time t6. Similarly to the collector current Ic, the collector voltage Vc starts to increase from time t5, and reaches the potential Vcl when the power semiconductor element 110 is turned on at time t6.

そして、時刻t7において、ゲート電位Vgがロー電位となってパワー半導体素子110がオフに切り換わるので、コレクタ電流Icが遮断され、コレクタ電圧Vcが急激に増加した後、電源40の電圧Vbと等しくなる。このような半導体装置100の過渡的な動作を次に説明する。   At time t7, the gate potential Vg becomes a low potential and the power semiconductor element 110 is turned off, so that the collector current Ic is cut off and the collector voltage Vc increases rapidly, and then becomes equal to the voltage Vb of the power supply 40. Become. Next, a transient operation of the semiconductor device 100 will be described.

図9は、図8に示す動作波形の第2例を拡大した波形の一例を示す。図9は、図8において、制御信号Vinがオフに切り換わる前後の時間を100倍程度拡大した例を示す。図9において、制御信号Vinがオフとなる時刻を改めて時刻t7aとする。検出部132が出力する検出信号Vtは、制御信号Vinに応じて、時刻t7aでロー電位となる。   FIG. 9 shows an example of an enlarged waveform of the second example of the operation waveform shown in FIG. FIG. 9 shows an example in which the time before and after the control signal Vin is switched off in FIG. In FIG. 9, the time when the control signal Vin is turned off is changed to time t7a. The detection signal Vt output from the detection unit 132 becomes a low potential at time t7a in accordance with the control signal Vin.

過渡的には、制御信号Vinがオフになると、パワー半導体素子110のゲート電位Vgは、時刻t7aからt7bに示すように徐々に低下する。ゲート電位Vgの減少量は僅かなので、時刻t7aからt7bの期間において、遮断回路制御信号Vs、コレクタ電流Ic、およびコレクタ電圧Vcは、ほとんど変動せずに時刻t7aの値を保持する。   Transitionally, when the control signal Vin is turned off, the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 gradually decreases as shown from time t7a to time t7b. Since the decrease amount of the gate potential Vg is slight, the cutoff circuit control signal Vs, the collector current Ic, and the collector voltage Vc are hardly changed during the period from the time t7a to the time t7b and hold the value at the time t7a.

パワー半導体素子110のゲート電位Vgが低下すると、パワー半導体素子110は、やがてピンチオフする。この場合、コレクタ電圧Vcは増加を始め、コレクタからゲートにミラー電流が流れてゲート電位Vgの低下が停止する。図9において、ゲート電位Vgが略一定の電圧を保持する期間を時刻t7bからt7cとした。当該時刻t7bからt7cの期間において、遮断回路制御信号Vsは、コレクタ電圧Vcの増加に伴って増加し始める。また、コレクタ電流Icは、ほとんど変動せずに時刻t7aの値を保持する。   When the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 decreases, the power semiconductor element 110 eventually pinches off. In this case, the collector voltage Vc starts to increase, a mirror current flows from the collector to the gate, and the decrease in the gate potential Vg stops. In FIG. 9, the period during which the gate potential Vg is maintained at a substantially constant voltage is defined as time t7b to t7c. During the period from the time t7b to the time t7c, the cutoff circuit control signal Vs starts to increase as the collector voltage Vc increases. Further, the collector current Ic hardly changes and maintains the value at time t7a.

そして、パワー半導体素子110のコレクタ電圧Vcが増加して一定値に達すると、ゲート・コレクタ間の空乏層の拡大が止まり、ミラー電流も止まる。これによって、パワー半導体素子110のゲート電位Vgは0Vに至るまで低下する。図9において、ゲート電位Vgが閾値Vthiまで低下する期間を時刻t7cからt7dとした。このようなゲート電位Vgの減少に伴い、遮断回路制御信号Vsおよびコレクタ電圧Vcは増加し、コレクタ電流Icは減少する。   When the collector voltage Vc of the power semiconductor element 110 increases and reaches a certain value, the expansion of the depletion layer between the gate and the collector stops and the mirror current also stops. As a result, the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 is lowered to 0V. In FIG. 9, the period during which the gate potential Vg decreases to the threshold value Vthi is defined as the time t7c to t7d. As the gate potential Vg decreases, the cutoff circuit control signal Vs and the collector voltage Vc increase, and the collector current Ic decreases.

パワー半導体素子110のゲート電位Vgが0Vになると、遮断回路制御信号Vsは電圧Vzdに、コレクタ電流Icは0Aに、コレクタ電圧Vcは急激に増加した後に電圧Vbに、それぞれ等しくなる。以上のように、半導体装置100は、過渡的には、制御信号Vinがオフになった時刻t7aから時刻t7dまでの遮断時間が経過してから、ゲート電位Vgが閾値Vthiより小さくなる。そこで、本実施形態に係る半導体装置200は、このような遮断時間を短縮する。   When the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 becomes 0V, the cutoff circuit control signal Vs becomes equal to the voltage Vzd, the collector current Ic becomes equal to 0A, and the collector voltage Vc increases rapidly to the voltage Vb. As described above, in the semiconductor device 100, the gate potential Vg becomes transiently lower than the threshold value Vthi after the interruption time from the time t7a when the control signal Vin is turned off to the time t7d has elapsed. Therefore, the semiconductor device 200 according to the present embodiment shortens such a cutoff time.

図10は、本実施形態に係る点火装置2000の第2変形例を示す。第2変形例の点火装置2000において、図3に示された本実施形態に係る点火装置2000の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第2変形例の半導体装置200は、遮断条件検出部130の入力端子140が、第1端子204と、パワー半導体素子110のゲート端子と、抵抗性の素子を介して制御端子202と、に接続される例を示す。   FIG. 10 shows a second modification of the ignition device 2000 according to the present embodiment. In the ignition device 2000 of the second modification, the same reference numerals are given to the substantially same operations as those of the ignition device 2000 according to the present embodiment shown in FIG. 3, and the description thereof is omitted. In the semiconductor device 200 of the second modified example, the input terminal 140 of the cutoff condition detection unit 130 is connected to the first terminal 204, the gate terminal of the power semiconductor element 110, and the control terminal 202 via a resistive element. An example is shown.

即ち、半導体装置200は、図3の例と同様に、入力端子140が、第2の整流素子220および抵抗150を介して第1端子204と接続される。また、入力端子140は、第1の整流素子210を介してパワー半導体素子110のゲート端子に接続される。また、入力端子140は、第1の整流素子210および抵抗性の素子を介して制御端子202に接続される。即ち、第1の整流素子210は、抵抗性の素子および入力端子140の間に接続され、また、第1の整流素子210は、パワー半導体素子110のゲート端子および入力端子140の間に接続される。なお、抵抗性の素子は、抵抗またはスイッチ素子である。図10は、抵抗性の素子が抵抗160である例を示す。   That is, in the semiconductor device 200, the input terminal 140 is connected to the first terminal 204 via the second rectifying element 220 and the resistor 150, as in the example of FIG. The input terminal 140 is connected to the gate terminal of the power semiconductor element 110 through the first rectifying element 210. The input terminal 140 is connected to the control terminal 202 via the first rectifying element 210 and a resistive element. That is, the first rectifying element 210 is connected between the resistive element and the input terminal 140, and the first rectifying element 210 is connected between the gate terminal of the power semiconductor element 110 and the input terminal 140. The The resistive element is a resistor or a switch element. FIG. 10 shows an example in which the resistive element is a resistor 160.

このように、第2変形例の点火装置2000は、パワー半導体素子110のゲート端子および入力端子140の間の抵抗値が、制御端子202および入力端子140の間の抵抗値と比較して低くなる。したがって、制御端子202の電圧が0Vになり、過渡的にゲートに充電された電荷およびミラー電流がゲート端子から制御端子202に流れた場合、図1に示す半導体装置100と比較して、半導体装置200の入力端子140の電位は抵抗160の電圧降下の分だけ高くなる。   As described above, in the ignition device 2000 of the second modified example, the resistance value between the gate terminal of the power semiconductor element 110 and the input terminal 140 is lower than the resistance value between the control terminal 202 and the input terminal 140. . Therefore, when the voltage at the control terminal 202 becomes 0 V, and the charge and the mirror current transiently charged at the gate flow from the gate terminal to the control terminal 202, the semiconductor device is compared with the semiconductor device 100 shown in FIG. The potential of the 200 input terminals 140 is increased by the voltage drop of the resistor 160.

即ち、パワー半導体素子110のコレクタ電圧VcがVcl程度の低い電圧で、かつ、制御端子202の電圧が0Vになっても、ミラー電流が流れることによって、信号出力部134は、抵抗160の電圧降下に対応する電源電圧を入力端子140から受け取ることができる。この場合、信号出力部134は、抵抗160の抵抗値に応じた電圧を、遮断回路制御信号Vsとして出力することができる。このような第2変形例の半導体装置200の過渡応答について次に説明する。   That is, even if the collector voltage Vc of the power semiconductor element 110 is a low voltage of about Vcl and the voltage of the control terminal 202 becomes 0V, the mirror current flows, so that the signal output unit 134 causes the voltage drop of the resistor 160. Can be received from the input terminal 140. In this case, the signal output unit 134 can output a voltage corresponding to the resistance value of the resistor 160 as the cutoff circuit control signal Vs. Next, the transient response of the semiconductor device 200 according to the second modification will be described.

図11は、第2変形例の半導体装置200の各部の動作波形の一例を示す。図11は、図8に示す動作波形に示す制御信号Vinが制御端子202に入力された場合の動作波形の一例を示す。なお、図11の横軸および縦軸は、図9に示す動作波形の横軸および縦軸と略同一のスケールで示すものとする。   FIG. 11 shows an example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 200 of the second modification. FIG. 11 shows an example of an operation waveform when the control signal Vin shown in the operation waveform shown in FIG. 8 is input to the control terminal 202. Note that the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 11 are shown with substantially the same scale as the horizontal axis and the vertical axis of the operation waveform shown in FIG. 9.

即ち、図11の横軸は時間、縦軸は電圧値または電流値を示す。また、図11は、制御端子202から入力する制御信号を「Vin」、検出部132が出力する検出信号を「Vt」、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号を「Vs」、パワー半導体素子110のゲート端子の電位を「Vg」、パワー半導体素子110のコレクタ電流を「Ic」、パワー半導体素子110のコレクタ電圧を「Vc」として、それぞれの時間波形を示す。   That is, the horizontal axis in FIG. 11 represents time, and the vertical axis represents a voltage value or a current value. In FIG. 11, the control signal input from the control terminal 202 is “Vin”, the detection signal output from the detection unit 132 is “Vt”, the cutoff circuit control signal output from the signal output unit 134 is “Vs”, and the power semiconductor. The respective time waveforms are shown, assuming that the gate terminal potential of the element 110 is “Vg”, the collector current of the power semiconductor element 110 is “Ic”, and the collector voltage of the power semiconductor element 110 is “Vc”.

図11において、制御信号Vinがオフとなる時刻をt7aとする。検出部132が出力する検出信号Vtは、制御信号Vinに応じて、時刻t7aでロー電位となる。制御信号Vinがオフになると、パワー半導体素子110のゲート電位Vgは、時刻t7aからt7b'に示すように徐々に低下する。   In FIG. 11, the time when the control signal Vin is turned off is assumed to be t7a. The detection signal Vt output from the detection unit 132 becomes a low potential at time t7a in accordance with the control signal Vin. When the control signal Vin is turned off, the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 gradually decreases as shown from time t7a to t7b ′.

ここで、入力端子140の電位は、制御端子202の電位(即ち、0V)よりも抵抗160の電圧降下の分だけ高くなる。したがって、時刻t7aからt7b'の期間において、遮断回路制御信号Vsは、図9に示す時刻t7aからt7bの期間の制御信号Vsよりも大きい電圧値とすることができる。特に、半導体装置200は、抵抗160の抵抗値の設定に応じて、時刻t7aからt7b'の期間の遮断回路制御信号Vsを、遮断回路120の閾値Vthsより大きくすることができる。これにより、遮断回路120がオン状態になるので、ゲート電位Vgが減少する速度は、図9に示すゲート電位Vgの減少速度よりも早くなる。即ち、パワー半導体素子110がピンチオフする時刻t7b'は、時刻t7bと比較して早い時刻となる。   Here, the potential of the input terminal 140 is higher than the potential of the control terminal 202 (that is, 0 V) by the voltage drop of the resistor 160. Therefore, in the period from time t7a to t7b ′, the cutoff circuit control signal Vs can have a voltage value larger than the control signal Vs in the period from time t7a to t7b shown in FIG. In particular, the semiconductor device 200 can make the cutoff circuit control signal Vs during the period from time t7a to t7b ′ larger than the threshold value Vths of the cutoff circuit 120 in accordance with the setting of the resistance value of the resistor 160. As a result, since the cutoff circuit 120 is turned on, the rate at which the gate potential Vg decreases is faster than the rate at which the gate potential Vg shown in FIG. 9 decreases. That is, the time t7b ′ at which the power semiconductor element 110 is pinched off is earlier than the time t7b.

図9の例と同様に、パワー半導体素子110がピンチオフし、コレクタ電圧Vcが増加を始めると、コレクタからゲートにミラー電流が流れてゲート電位Vgの低下が停止する。図11において、ゲート電位Vgが略一定の電圧を保持する期間を時刻t7b'からt7c'とした。当該時刻t7b'からt7c'の期間において、遮断回路制御信号Vsは、閾値Vthsより大きい状態を継続することができるので、遮断回路120は、オン状態を保持する。   Similarly to the example of FIG. 9, when the power semiconductor element 110 is pinched off and the collector voltage Vc starts to increase, a mirror current flows from the collector to the gate, and the decrease in the gate potential Vg stops. In FIG. 11, the period during which the gate potential Vg is maintained at a substantially constant voltage is defined as time t7b ′ to t7c ′. In the period from the time t7b ′ to the time t7c ′, the cutoff circuit control signal Vs can continue to be larger than the threshold value Vths, and thus the cutoff circuit 120 holds the on state.

これにより、パワー半導体素子110のゲートからのミラー電流を、遮断回路120を介してより多く流すことができ、コレクタ電圧Vcの増加速度を、図9に示すコレクタ電圧Vcの増加速度よりも早くすることができる。即ち、パワー半導体素子110のミラー電流が止まるまでの期間(時刻t7b'からt7c')は、図9に示す時刻t7bからt7cの期間と比較して短くなる。   Thereby, more mirror current from the gate of the power semiconductor element 110 can flow through the cutoff circuit 120, and the increasing speed of the collector voltage Vc is made faster than the increasing speed of the collector voltage Vc shown in FIG. be able to. That is, the period until the mirror current of the power semiconductor element 110 stops (time t7b ′ to t7c ′) is shorter than the period from time t7b to t7c shown in FIG.

パワー半導体素子110のミラー電流が止まると、ゲート電位Vgは0Vに至るまで低下する。図11において、ゲート電位Vgが閾値Vthiまで低下する期間を時刻t7c'からt7d'とした。このようなゲート電位Vgの減少に伴い、遮断回路制御信号Vsおよびコレクタ電圧Vcは増加し、コレクタ電流Icは減少する。パワー半導体素子110のゲート電位Vgが0Vになると、図9の例と同様に、遮断回路制御信号Vsは電圧Vzdに、コレクタ電流Icは0Aに、コレクタ電圧Vcは急激に増加した後に電圧Vbに、それぞれ等しくなる。   When the mirror current of the power semiconductor element 110 stops, the gate potential Vg decreases to 0V. In FIG. 11, the period during which the gate potential Vg decreases to the threshold value Vthi is set from time t7c ′ to t7d ′. As the gate potential Vg decreases, the cutoff circuit control signal Vs and the collector voltage Vc increase, and the collector current Ic decreases. When the gate potential Vg of the power semiconductor element 110 becomes 0 V, the cutoff circuit control signal Vs becomes the voltage Vzd, the collector current Ic becomes 0 A, and the collector voltage Vc rapidly increases to the voltage Vb, as in the example of FIG. , Respectively.

以上のように、半導体装置200は、時刻t7dよりも早い時刻t7d'において、ゲート電位Vgを閾値Vthiより小さくすることができる。即ち、第2変形例の半導体装置200は、時刻t7aから時刻t7c'までの期間を、図9に示す半導体装置100の時刻t7aから時刻t7cまでの期間と比較して短くするので、遮断時間を短縮できる。   As described above, the semiconductor device 200 can make the gate potential Vg smaller than the threshold Vthi at the time t7d ′ earlier than the time t7d. That is, in the semiconductor device 200 of the second modification, the period from time t7a to time t7c ′ is shorter than the period from time t7a to time t7c of the semiconductor device 100 shown in FIG. Can be shortened.

図12は、本実施形態に係る点火装置2000の第3変形例を示す。第3変形例の点火装置2000において、図11に示された第2変形例の点火装置2000の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第3変形例の点火装置2000は、遅延回路230を更に備える。   FIG. 12 shows a third modification of the ignition device 2000 according to this embodiment. In the ignition device 2000 of the third modified example, the same reference numerals are given to the substantially same operations as those of the ignition device 2000 of the second modified example shown in FIG. The ignition device 2000 according to the third modification further includes a delay circuit 230.

遅延回路230は、遮断条件検出部130および遮断回路120の間に設けられ、遮断条件検出部130が遮断回路120に伝送する信号を遅延させる。遅延回路230は、抵抗性の素子および容量性の素子を有してよい。また、遅延回路230は、インダクタンス素子および容量性の素子を有してもよい。遅延回路230は、ノイズ等の高周波成分を低下させるフィルタ回路等でよい。図12は、遅延回路230が抵抗232およびキャパシタ234を有する例を示す。   The delay circuit 230 is provided between the interruption condition detection unit 130 and the interruption circuit 120 and delays a signal transmitted from the interruption condition detection unit 130 to the interruption circuit 120. The delay circuit 230 may include a resistive element and a capacitive element. The delay circuit 230 may include an inductance element and a capacitive element. The delay circuit 230 may be a filter circuit that reduces high frequency components such as noise. FIG. 12 shows an example in which the delay circuit 230 includes a resistor 232 and a capacitor 234.

この場合、遅延回路230は、当該遅延回路230を通過する信号を、抵抗232の抵抗値およびキャパシタ234の容量値に応じて定まる遅延時間だけ遅延させる。即ち、遮断条件検出部130の信号出力部134から出力される遮断回路制御信号Vsは、遅延回路230によって遅延した後、遮断回路120に入力する。これにより、パワー半導体素子110がオン状態の場合に、信号出力部134から出力される遮断回路制御信号Vsが一時的にハイ電位になっても、遅延時間よりも短い時間でロー電位になれば、パワー半導体素子110がオフに切り換わることを防止できる。   In this case, the delay circuit 230 delays the signal passing through the delay circuit 230 by a delay time determined according to the resistance value of the resistor 232 and the capacitance value of the capacitor 234. That is, the cutoff circuit control signal Vs output from the signal output unit 134 of the cutoff condition detection unit 130 is delayed by the delay circuit 230 and then input to the cutoff circuit 120. Thereby, when the power semiconductor element 110 is in the ON state, even if the cutoff circuit control signal Vs output from the signal output unit 134 temporarily becomes a high potential, if it becomes a low potential in a time shorter than the delay time. The power semiconductor element 110 can be prevented from switching off.

例えば、ノイズ等によって遮断条件検出部130が誤作動して、突発的に遮断回路制御信号Vsがハイ電位となることがある。第3変形例の点火装置2000は、このような場合において、遅延時間よりも短い時間で遮断回路制御信号Vsがロー電位に戻れば、パワー半導体素子110の誤作動を防止できる。このような第3変形例の点火装置2000の過渡応答について、次に説明する。   For example, the cutoff condition detection unit 130 may malfunction due to noise or the like, and the cutoff circuit control signal Vs may suddenly become a high potential. In such a case, the ignition device 2000 of the third modification can prevent malfunction of the power semiconductor element 110 if the cutoff circuit control signal Vs returns to a low potential in a time shorter than the delay time. Next, the transient response of the ignition device 2000 of the third modified example will be described.

図13は、第3変形例の半導体装置200の各部の動作波形の一例を示す。図13は、図11と同様に、図8に示す動作波形に示す制御信号Vinが制御端子202に入力された場合の動作波形の一例を示す。なお、図13の横軸および縦軸は、図9に示す動作波形の横軸および縦軸と略同一のスケールで示すものとする。   FIG. 13 shows an example of the operation waveform of each part of the semiconductor device 200 of the third modification. FIG. 13 shows an example of an operation waveform when the control signal Vin shown in the operation waveform shown in FIG. Note that the horizontal axis and the vertical axis in FIG. 13 are shown on substantially the same scale as the horizontal axis and the vertical axis of the operation waveform shown in FIG. 9.

即ち、図13の横軸は時間、縦軸は電圧値または電流値を示す。また、図13は、制御端子202から入力する制御信号を「Vin」、検出部132が出力する検出信号を「Vt」、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号を「Vs」、遮断回路120のゲートに入力する遮断回路制御信号を「Vs'」、パワー半導体素子110のゲート端子の電位を「Vg」、パワー半導体素子110のコレクタ電流を「Ic」、パワー半導体素子110のコレクタ電圧を「Vc」として、それぞれの時間波形を示す。   That is, the horizontal axis in FIG. 13 represents time, and the vertical axis represents voltage value or current value. In FIG. 13, the control signal input from the control terminal 202 is “Vin”, the detection signal output from the detection unit 132 is “Vt”, the cutoff circuit control signal output from the signal output unit 134 is “Vs”, and the cutoff circuit The cutoff circuit control signal input to the gate of 120 is “Vs ′”, the potential of the gate terminal of the power semiconductor element 110 is “Vg”, the collector current of the power semiconductor element 110 is “Ic”, and the collector voltage of the power semiconductor element 110 is Each time waveform is shown as “Vc”.

図13において、制御信号Vinがオフとなる時刻をt7aとする。検出部132が出力する検出信号Vtは、制御信号Vinに応じて、時刻t7aでロー電位となる。制御信号Vinがオフになったことに応じて、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号Vsはハイ電位となる。ここで、信号出力部134および遮断回路120の間に遅延回路230が設けられているので、遮断回路120のゲートに入力する遮断回路制御信号Vs'は、抵抗232およびキャパシタ234で定まる時定数に応じて、徐々に増加する。   In FIG. 13, the time when the control signal Vin is turned off is t7a. The detection signal Vt output from the detection unit 132 becomes a low potential at time t7a in accordance with the control signal Vin. In response to the control signal Vin being turned off, the cutoff circuit control signal Vs output from the signal output unit 134 becomes a high potential. Here, since the delay circuit 230 is provided between the signal output unit 134 and the cutoff circuit 120, the cutoff circuit control signal Vs ′ input to the gate of the cutoff circuit 120 has a time constant determined by the resistor 232 and the capacitor 234. In response, gradually increase.

そして、時刻t7a'において、遮断回路120のゲートに入力する遮断回路制御信号Vs'が遮断回路120の閾値Vthsに達すると、遮断回路120がオン状態に移行する。遮断回路120がオン状態に移行することに応じて、パワー半導体素子110のゲート電位Vgは、時刻t7a'から時刻t7b"において徐々に低下する。なお、時刻t7b"は、図11に示す時刻t7b'から、遅延回路230の遅延時間だけ遅れた時刻と略同一の時刻でよい。同様に、図13に示す時刻t7c"および時刻t7d"のそれぞれは、図11に示す時刻t7c'および時刻t7d'のそれぞれから、遅延回路230の遅延時間だけ遅れた時刻と略同一の時刻でよい。   At time t7a ′, when the cutoff circuit control signal Vs ′ input to the gate of the cutoff circuit 120 reaches the threshold value Vths of the cutoff circuit 120, the cutoff circuit 120 shifts to the on state. The gate potential Vg of the power semiconductor element 110 gradually decreases from the time t7a ′ to the time t7b ″ in accordance with the transition of the cutoff circuit 120 to the ON state. Note that the time t7b ″ is the time t7b shown in FIG. 'May be substantially the same time as the time delayed by the delay time of the delay circuit 230. Similarly, each of time t7c "and time t7d" shown in FIG. 13 may be substantially the same as the time delayed by the delay time of delay circuit 230 from each of time t7c 'and time t7d' shown in FIG. .

また、第3変形例の半導体装置200は、第2変形例の半導体装置200に遅延回路230を追加した構成なので、時刻t7b"以降の各部の動作波形は、図11に示す時刻t7b'以降の各部の動作波形と同様の動作波形となる。なお、遮断回路120のゲートに入力する遮断回路制御信号Vs'は、信号出力部134が出力する遮断回路制御信号Vsを時定数に応じて遅延させた波形となる。また、図13の遮断回路制御信号Vsは、図12の遮断回路制御信号Vsと比較して、遅延回路230によるフィルタリング効果によって高周波信号が除去された例を示す。   Further, since the semiconductor device 200 of the third modified example has a configuration in which the delay circuit 230 is added to the semiconductor device 200 of the second modified example, the operation waveform of each part after the time t7b "is after the time t7b 'shown in FIG. The operation waveform is the same as the operation waveform of each unit, and the cutoff circuit control signal Vs ′ input to the gate of the cutoff circuit 120 delays the cutoff circuit control signal Vs output from the signal output unit 134 according to the time constant. 13 shows an example in which the high-frequency signal is removed by the filtering effect of the delay circuit 230 as compared with the cutoff circuit control signal Vs of FIG.

以上のように、第3変形例の半導体装置200は、遅延回路230を追加することにより、第2変形例の半導体装置200の動作と略同様の動作を実行させつつ、遅延時間よりも短いパルス幅のノイズが遮断回路制御信号Vsに混入しても、パワー半導体素子110に誤動作が生じることを防止できる。   As described above, the semiconductor device 200 according to the third modification example has a pulse shorter than the delay time while performing the operation substantially similar to the operation of the semiconductor device 200 according to the second modification example by adding the delay circuit 230. Even if the noise of the width is mixed in the cutoff circuit control signal Vs, it is possible to prevent the power semiconductor element 110 from malfunctioning.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。   The order of execution of each process such as operations, procedures, steps, and stages in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, the description, and the drawings is particularly “before” or “prior to”. It should be noted that the output can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Regarding the operation flow in the claims, the description, and the drawings, even if it is described using “first”, “next”, etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It is not a thing.

10 制御信号発生部、20 点火プラグ、30 点火コイル、32 一次コイル、34 二次コイル、40 電源、100 半導体装置、102 制御端子、104 第1端子、106 第2端子、110 パワー半導体素子、120 遮断回路、130 遮断条件検出部、132 検出部、134 信号出力部、140 入力端子、150 抵抗、160 抵抗、170 ツェナーダイオード、200 半導体装置、202 制御端子、204 第1端子、206 第2端子、210 第1の整流素子、220 第2の整流素子、230 遅延回路、232 抵抗、234 キャパシタ、302 制御信号入力部、304 検出信号出力部、306 基準電位入力部、310 抵抗、320 抵抗、330 インバータ、340 インバータ、350 スイッチ素子、1000 点火装置、2000 点火装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Control signal generation part, 20 Spark plug, 30 Ignition coil, 32 Primary coil, 34 Secondary coil, 40 Power supply, 100 Semiconductor device, 102 Control terminal, 104 1st terminal, 106 2nd terminal, 110 Power semiconductor element, 120 Blocking circuit, 130 Blocking condition detection unit, 132 detection unit, 134 signal output unit, 140 input terminal, 150 resistor, 160 resistor, 170 Zener diode, 200 semiconductor device, 202 control terminal, 204 first terminal, 206 second terminal, 210 First rectifier element, 220 Second rectifier element, 230 delay circuit, 232 resistor, 234 capacitor, 302 control signal input unit, 304 detection signal output unit, 306 reference potential input unit, 310 resistor, 320 resistor, 330 inverter 340 Inverter, 350 Switch element , 1000 ignition device, 2000 ignition device

Claims (12)

高電位側の第1端子および低電位側の第2端子の間に接続され、ゲート電位に応じてオンまたはオフに制御されるパワー半導体素子と、
制御端子から入力され、前記パワー半導体素子を制御する制御信号が、予め定められた遮断条件を満たすか否かを検出する遮断条件検出部と、
前記遮断条件検出部が前記遮断条件を満たすことを検出したことに応じて、前記パワー半導体素子の前記ゲート電位をオフ電位に制御する遮断回路と、
を備え、
前記遮断条件検出部は、前記第1端子および前記制御端子に接続される入力端子を有し、前記入力端子から入力する電気信号を電源として用いる、半導体装置。
A power semiconductor element connected between a first terminal on a high potential side and a second terminal on a low potential side and controlled to be turned on or off according to a gate potential;
A blocking condition detection unit that detects whether a control signal that is input from a control terminal and controls the power semiconductor element satisfies a predetermined blocking condition;
A cutoff circuit that controls the gate potential of the power semiconductor element to an off potential in response to detecting that the cutoff condition detection unit satisfies the cutoff condition;
With
The shut-off condition detecting unit has an input terminal connected to the first terminal and the control terminal, and uses an electric signal input from the input terminal as a power source.
前記制御端子および前記遮断条件検出部の前記入力端子の間に接続される第1の整流素子と、
前記第1端子および前記遮断条件検出部の前記入力端子の間に接続される第2の整流素子と、
を備える請求項1に記載の半導体装置。
A first rectifying element connected between the control terminal and the input terminal of the blocking condition detection unit;
A second rectifying element connected between the first terminal and the input terminal of the cutoff condition detection unit;
A semiconductor device according to claim 1.
高電位側の第1端子および低電位側の第2端子の間に接続され、ゲート電位に応じてオンまたはオフに制御されるパワー半導体素子と、
制御端子から入力され、前記パワー半導体素子を制御する制御信号が、予め定められた遮断条件を満たすか否かを検出する遮断条件検出部と、
前記遮断条件検出部が前記遮断条件を満たすことを検出したことに応じて、前記パワー半導体素子の前記ゲート電位をオフ電位に制御する遮断回路と、
を備え、
前記遮断条件検出部は、
前記第1端子と、前記パワー半導体素子のゲート端子と、抵抗性の素子を介して前記制御端子と、に接続される入力端子を有し、
前記入力端子から入力する電気信号を電源として用いる、半導体装置。
A power semiconductor element connected between a first terminal on a high potential side and a second terminal on a low potential side and controlled to be turned on or off according to a gate potential;
A blocking condition detection unit that detects whether a control signal that is input from a control terminal and controls the power semiconductor element satisfies a predetermined blocking condition;
A cutoff circuit that controls the gate potential of the power semiconductor element to an off potential in response to detecting that the cutoff condition detection unit satisfies the cutoff condition;
With
The blocking condition detector is
An input terminal connected to the first terminal, a gate terminal of the power semiconductor element, and the control terminal via a resistive element;
A semiconductor device using an electric signal input from the input terminal as a power source.
前記抵抗性の素子および前記遮断条件検出部の前記入力端子の間に接続される第1の整流素子と、
前記第1端子および前記遮断条件検出部の前記入力端子の間に接続される第2の整流素子と、
を備える請求項3に記載の半導体装置。
A first rectifying element connected between the resistive element and the input terminal of the blocking condition detection unit;
A second rectifying element connected between the first terminal and the input terminal of the cutoff condition detection unit;
A semiconductor device according to claim 3.
前記抵抗性の素子は、抵抗またはスイッチ素子である、請求項3または4に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the resistive element is a resistor or a switch element. 前記遮断条件検出部は、
前記制御信号が予め定められた閾値を超えたか否かを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて、前記遮断回路を制御する遮断回路制御信号を出力する信号出力部と、
を有する請求項2または4に記載の半導体装置。
The blocking condition detector is
A detection unit for detecting whether the control signal exceeds a predetermined threshold;
A signal output unit that outputs a cutoff circuit control signal for controlling the cutoff circuit according to a detection result of the detection unit;
The semiconductor device according to claim 2, comprising:
前記信号出力部は、前記第1の整流素子および前記第2の整流素子に接続され、前記第1端子および前記制御端子から入力する電気信号を電源として用いる、請求項6に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 6, wherein the signal output unit is connected to the first rectifier element and the second rectifier element, and uses an electric signal input from the first terminal and the control terminal as a power source. 前記第1端子および前記第2の整流素子の間には、抵抗またはスイッチ素子が接続される、請求項2、4、6、および7のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 2, wherein a resistor or a switch element is connected between the first terminal and the second rectifier element. 前記遮断回路は、前記パワー半導体素子のゲートおよびエミッタを電気的に接続して、前記パワー半導体素子のゲートをオフ電位にする、請求項1から8のいずれか一項に記載の半導体装置。   9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the cutoff circuit electrically connects a gate and an emitter of the power semiconductor element so that the gate of the power semiconductor element is turned off. 前記パワー半導体素子は、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)または縦型MOSFETである、請求項1から9のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the power semiconductor element is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a vertical MOSFET. 前記遮断条件検出部および前記遮断回路の間に設けられ、前記遮断条件検出部が前記遮断回路に伝送する信号を遅延させる遅延回路を更に備える、請求項1から10のいずれか一項に記載の半導体装置。   11. The delay circuit according to claim 1, further comprising a delay circuit that is provided between the cutoff condition detection unit and the cutoff circuit and delays a signal that the cutoff condition detection unit transmits to the cutoff circuit. Semiconductor device. 当該半導体装置は、外部からの制御信号に応じて点火コイルに流れる電流を制御するイグナイタである請求項1から11のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is an igniter that controls a current flowing through the ignition coil in accordance with a control signal from the outside.
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