JP2019050695A

JP2019050695A - 半導体装置

Info

Publication number: JP2019050695A
Application number: JP2017174656A
Authority: JP
Inventors: 祐来山本; Yuki Yamamoto
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2019-03-28

Abstract

【課題】半導体素子の過電流や短絡の誤検出を抑制することができる。【解決手段】センス素子の第２エミッタに接続される反転入力端子と、半導体素子の第１エミッタに接続される非反転入力端子と、出力端子と、を有するオペアンプと、一端が第２エミッタに接続される第１センス抵抗と、一端が第１センス抵抗の他端に接続され、他端が出力端子に接続される第２センス抵抗と、を備え、過電流検出部は、第１センス抵抗の他端に接続され、第１センス抵抗の他端の電圧の振幅が第１閾値以上であるときには、第１コレクタと第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出し、短絡検出部は、第２センス抵抗の他端に接続され、第２センス抵抗の他端の電圧の振幅が第１閾値より大きい第２閾値以上であるときには、第１コレクタと第１エミッタとが短絡していることを検出する。【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置に関し、詳しくは、半導体素子と、センス素子と、過電流検出部と、短絡検出部と、を備える半導体装置に関する。

従来、この種の半導体装置としては、半導体素子（ＩＧＢＴ）と、センス素子と、過電流検出部（過電流検出回路）と、短絡検出部（短絡検出回路）と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。半導体素子は、第１コレクタと、第１エミッタと、を備えており、第１エミッタは接地されている。センス素子は、第２エミッタを有し、第１コレクタをコレクタとしている。第２エミッタは、センス抵抗（電流センス抵抗）を介して接地されている。半導体素子（センス素子）のコレクタからの電流は、第１エミッタと第２エミッタとに分流する。過電流検出部は、第２エミッタからの電流によるセンス抵抗の電圧を用いて半導体素子に過電流が流れていることを検出している。短絡検出部は、センス抵抗の電圧を用いて半導体素子の第１コレクタと第１エミッタとが短絡されていることを検出している。

特開２０１２−１４７６１９号公報

しかしながら、上述の半導体装置では、センス抵抗を流れる電流にノイズが重畳されると、半導体素子の過電流や短絡を誤検出することがある。こうしたノイズによる誤検出を抑制する手法として、過電流検出部や短絡検出部と第２エミッタとの間に所定の周波数以上の電圧の変動成分を除去するノイズフィルタを接続し、センス電圧からノイズによる電圧変動を除去した処理後電圧を用いて半導体素子の過電流や短絡を検出する手法が考えられる。しかしながら、この手法では、処理後電圧の立ち上がりが遅くなり、過電流や短絡の検出応答性が低下してしまう。検出応答性を確保するためには、センス抵抗を大きくして、小さい電流での電圧の振幅を大きくする必要がある。第２エミッタはセンス抵抗を介して接地されているから、センス抵抗を大きくすると、接地されている半導体素子の第１エミッタとセンス素子の第２エミッタとの電位差が大きくなる。第１エミッタと第２エミッタとの電位差が大きくなると、半導体素子（センス素子）のコレクタからの電流が第１エミッタと第２エミッタとに分流する際の分流比が変化してしまい、半導体素子の過電流や短絡を誤検出してしまう。

本発明の半導体装置は、半導体素子の過電流や短絡の誤検出を抑制することを主目的とする。

本発明の半導体装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の半導体装置は、
第１コレクタと、第１エミッタと、を有する半導体素子と、
第２エミッタを有し、前記第１コレクタをコレクタとするセンス素子と、
前記半導体素子の前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出する過電流検出部と、
前記半導体素子の前記第１コレクタと前記第１エミッタとが短絡していることを検出する短絡検出部と、
を備える半導体装置であって、
前記第２エミッタに接続される反転入力端子と、前記第１エミッタに接続される非反転入力端子と、出力端子と、を有するオペアンプと、
一端が前記第２エミッタに接続される第１センス抵抗と、
一端が前記第１センス抵抗の他端に接続され、他端が前記出力端子に接続される第２センス抵抗と、
を備え、
前記過電流検出部は、前記第１センス抵抗の前記他端に接続され、前記第１センス抵抗の前記他端の電圧の振幅が第１閾値以上であるときには、前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出し、
前記短絡検出部は、前記第２センス抵抗の前記他端に接続され、前記第２センス抵抗の他端の電圧の振幅が前記第１閾値より大きい第２閾値以上であるときには、前記第１コレクタと前記第１エミッタとが短絡していることを検出する、
ことを要旨とする。

この本発明の半導体装置では、第２エミッタに接続される反転入力端子と、第１エミッタに接続される非反転入力端子と、出力端子と、を有するオペアンプと、一端が第２エミッタに接続される第１センス抵抗と、一端が第１センス抵抗の他端に接続され、他端が出力端子に接続される第２センス抵抗と、を備える。オペアンプは、反転入力端子が第２エミッタおよび第１センス抵抗の一端に接続され、非反転入力端子が第１エミッタに接続され、出力端子が第２センス抵抗の他端（すなわち、第２センス抵抗および第１センス抵抗を介して第２エミッタ）に接続されている。つまり、オペアンプは、イマジナリーショートされているから、反転入力端子に接続されている第２エミッタの電圧と非反転入力端子に接続されている第１エミッタの電圧とが同一となるように動作する。これにより、半導体素子のコレクタからの電流が半導体素子の第１エミッタとセンス素子の第２エミッタとに分流する際の分流比が変化することを抑制することができる。そして、過電流検出部は、第１センス抵抗の他端に接続され、第１センス抵抗の他端の電圧の振幅が第１閾値以上であるときには、第１コレクタと第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出する。短絡検出部は、第２センス抵抗の他端に接続され、第２センス抵抗の他端の電圧の振幅が第１閾値より大きい第２閾値以上であるときには、第１コレクタと第１エミッタとが短絡していることを検出する。オペアンプで第２エミッタの電圧と第１エミッタの電圧とを同一にした状態で、すなわち、半導体素子のコレクタからの電流が半導体素子の第１エミッタとセンス素子の第２エミッタとに分流する際の分流比の変化を抑制した状態で、過電流検出部で、第１コレクタと第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出したり、短絡検出部で、第１コレクタと第１エミッタとが短絡していることを検出することができる。これにより、半導体素子の過電流や短絡の誤検出を抑制することができる。

本発明の実施例としての半導体装置を搭載したモータ駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。半導体装置Ｓ１４の構成の概略を示す構成図である。センストランジスタＳＴ１４に流れる電流ＩｓｔとノイズフィルタＮＦ１４ａ，１４ｂに入力される電圧Ｖａ，Ｖｂと入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４の電圧Ｖｏ，Ｖｓの時間変化の一例を説明するための説明図である。変形例の半導体装置Ｓ１１４の構成の概略を示す構成図である。変形例の半導体装置Ｓ１１４におけるセンストランジスタＳＴ１４に流れる電流Ｉｓｔと反転増幅回路Ｒａｍｐ１１４ａ，１１４ｂに入力される電圧Ｖａ，ＶｂとノイズフィルタＮＦ１４ａ，ＮＦ１４ｂに入力される電圧Ｖｒａ，Ｖｒｂ、入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４の電圧Ｖｏ，Ｖｓとの時間変化の一例を説明するための説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例としての半導体装置を搭載したモータ駆動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のモータ駆動装置２０は、図１に示すように、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ２１，２２と、バッテリ３０と、昇圧コンバータ３５と、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）４０と、を備える。モータ駆動装置２０は、例えば、エンジンおよびプラネタリギヤと共にハイブリッド自動車に搭載される。

モータＭＧ１，ＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ２１，２２により回転駆動される。

インバータ２１は、モータＭＧ１と接続されると共に高圧側電力ライン３４ａに接続されている。このインバータ２１は、６つの半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６を有する。半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６は、高圧側電力ライン３４ａの正極母線と負極母線とに対してソース側とシンク側になるように、２個ずつペアで配置されている。半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６の対となる半導体装置同士の接続点の各々には、モータＭＧ１の三相コイル（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の各々が接続されている。インバータ２２は、モータＭＧ２と接続されると共に高圧側電力ライン３４ａに接続されている。インバータ２２は、インバータ２１と同様に、６つの半導体装置Ｓ２１〜Ｓ２６を有する。

ここで、半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の構成を、半導体装置Ｓ１４の構成を用いて説明する。図２は、半導体装置Ｓ１４の構成の概略を示す構成図である。半導体装置Ｓ１４は、トランジスタＴ１４と、ダイオードＤ１４と、センストランジスタＳＴ１４と、オペアンプＯＰ１４と、センス抵抗ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂと、ノイズフィルタＮＦ１４ａ，ＮＦ１４ｂと、を有する。

トランジスタＴ１４は、ゲートＧとコレクタＣとエミッタＥとを備える絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、「ＩＧＢＴ」という）として構成されている。

ダイオードＤ１４は、トランジスタＴ１１〜Ｔ１６に逆方向に並列接続されている。

センストランジスタＳＴ１４は、エミッタＥｓを備え、トランジスタＴ１４のゲートＧ，コレクタＣをゲート，コレクタとするＩＧＢＴとして構成されている。したがって、トランジスタＴ１４のコレクタＣからの電流は、トランジスタＴ１４のエミッタＥとセンストランジスタＳＴ１４のエミッタＥｓとに分流する。

オペアンプＯＰ１４は、反転増幅回路として構成されている。オペアンプＯＰ１４は、反転入力端子がエミッタＥｓに接続され、非反転入力端子がエミッタＥに接続されている。センス抵抗ＳＲ１４ａは、一端がエミッタＥｓに接続されている。センス抵抗ＳＲ１４ｂは、一端がセンス抵抗ＳＲ１４ａの他端に接続され、他端がオペアンプＯＰ１４の出力端子に接続されている。オペアンプＯＰ１４は、反転入力端子がエミッタＥｓおよびセンス抵抗ＳＲ１４ａの一端に接続され、非反転入力端子がエミッタＥに接続され、出力端子がセンス抵抗ＳＲ１４ｂの他端に（すなわち、センス抵抗ＳＲ１４ｂ，ＳＲ１４ａを介してエミッタＥｓに）接続されている。つまり、オペアンプＯＰ１４は、イマジナリーショートされており、反転入力端子に接続されているエミッタＥｓと非反転入力端子に接続されているエミッタＥとが等電位となるように動作する。センス抵抗ＳＲ１４ａの他端は、ノイズフィルタＮＦ１４ａを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ１４に接続されている。センス抵抗ＳＲ１４ｂの他端は、ノイズフィルタＮＦ１４ｂを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＳＣＩＮ１４に接続されている。ここで、ノイズフィルタＮＦ１４ａ，ＮＦ１４ｂは、入力された電圧から周波数ｆｒｅｆ（例えば、１０ＭＨｚ、１５ＭＨｚ，２０ＭＨｚなど）以上の周波数成分を除去するフィルタとして構成されている。

半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６、Ｓ２１〜Ｓ２６は、半導体装置Ｓ１４と同様に、トランジスタと、ダイオードと、センストランジスタと、オペアンプと、２つのセンス抵抗と、２つのノイズフィルタと、を有している。半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６、Ｓ２１〜Ｓ２６の２つのノイズフィルタからの出力は、それぞれ、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ〜ＯＣＩＮ１３，ＯＣＩＮ１５，ＯＣＩＮ１６，ＯＣＩＮ２１〜２６、ＳＣＩＮ１１〜ＳＣＩＮ１３，ＳＣＩＮ１５，ＳＣＩＮ１６，ＳＣＩＮ２１〜２６，（図示せず）に入力される。半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ２１〜Ｓ２３のトランジスタのエミッタは、対となる半導体装置Ｓ１４〜Ｓ１６，Ｓ２４〜Ｓ２６のトランジスタのコレクタに接続されている。

インバータ２１，２２は、電圧が作用しているときに、ＥＣＵ４０によって、対となる半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の各トランジスタのオン時間の割合が調節されることにより、三相コイルに回転磁界が形成され、モータＭＧ１，ＭＧ２が回転駆動される。

昇圧コンバータ３５は、高圧側電力ライン３４ａと、バッテリ３０が接続された低圧側電力ライン３４ｂと、に接続されている。この昇圧コンバータ３５は、２つのトランジスタ（スイッチング素子）Ｔ３１，Ｔ３２と、２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２と、リアクトルＬと、を有する。トランジスタＴ３１は、高圧側電力ライン３４ａの正極母線に接続されている。トランジスタＴ３２は、トランジスタＴ３１と、高圧側電力ライン３４ａおよび低圧側電力ライン３４ｂの負極母線と、に接続されている。２つのダイオードＤ３１，Ｄ３２は、それぞれ、トランジスタＴ３１，Ｔ３２に逆方向に並列接続されている。リアクトルＬは、トランジスタＴ３１，Ｔ３２同士の接続点Ｃｎと、低圧側電力ライン３４ｂの正極母線と、に接続されている。昇圧コンバータ３５は、ＥＣＵ４０によって、トランジスタＴ３１，Ｔ３２のオン時間の割合が調節されることにより、低圧側電力ライン３４ｂの電力を昇圧して高圧側電力ライン３４ａに供給したり、高圧側電力ライン３４ａの電力を降圧して低圧側電力ライン３４ｂに供給したりする。

高圧側電力ライン３４ａの正極母線と負極母線とには、高圧側コンデンサ３７が接続されている。低圧側電力ライン３４ｂの正極母線と負極母線とには、低圧側コンデンサ３８が接続されている。

バッテリ３０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、低圧側電力ライン３４ｂに接続されている。

ＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。

ＥＣＵ４０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２やモータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流などを挙げることができる。また、高圧側コンデンサ３７の端子間に取り付けられた電圧センサ３７ａからの高圧側コンデンサ３７（高圧側電力ライン３４ａ）の電圧ＶＨや低圧側コンデンサ３８の端子間に取り付けられた電圧センサ３８ａからの低圧側コンデンサ３８（低圧側電力ライン３４ｂ）の電圧ＶＬ，昇圧コンバータ３５の接続点ＣｎとリアクトルＬとの間に取り付けられた電流センサ３５ａからのリアクトルＬの電流ＩＬ（リアクトルＬ側から接続点側に流れるときが正の値）なども挙げることができる。

ＥＣＵ４０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２や昇圧コンバータ３５を駆動制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、インバータ２１，２２の半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の各トランジスタのゲート（センストランジスタのゲートでもある）へのスイッチング制御信号や昇圧コンバータ３５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２へのスイッチング制御信号などを挙げることができる。

こうして構成された実施例のモータ駆動装置２０では、ＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ２１，２２の半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の各トランジスタのスイッチング制御を行なう。また、ＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊とモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２とに基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するのに必要な目標電圧ＶＨ＊を設定する。そして、高圧側電力ライン３４ａの電圧ＶＨが目標電圧ＶＨ＊となるように、昇圧コンバータ３５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２のスイッチング制御を行なう。

次に、こうして構成された実施例のモータ駆動装置２０において、インバータ２１，２２の半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の各トランジスタの過電流と短絡とを検出する際の動作について説明する。ここでは、半導体装置Ｓ１４のトランジスタＴ１４の過電流と短絡とを検出する際の動作について説明する。半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１３，Ｓ１５，Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６については、半導体装置Ｓ１４のトランジスタＴ１４の過電流と短絡とを検出する動作と同様の動作で、トランジスタＴ１１〜Ｔ１３，Ｔ１５，Ｔ１６，Ｔ２１〜Ｔ２６の過電流と短絡とを検出することができるから、説明を省略する。

図３は、センストランジスタＳＴ１４に流れる電流ＩｓｔとノイズフィルタＮＦ１４ａ，１４ｂに入力される電圧Ｖａ，Ｖｂと入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４の電圧Ｖｏ，Ｖｓの時間変化の一例を説明するための説明図である。図中、実線は電流Ｉｓｔの時間変化の一例を示している。破線は電圧Ｖａ，Ｖｂの時間変化の一例を示している。一点鎖線は、電圧Ｖｏ，Ｖｓの時間変化の一例を示している。

ＥＣＵ４０は、入力端子ＯＣＩＮ１４の電圧Ｖｏが閾値Ｖ１（例えば、−０．４Ｖ，−０．５Ｖ，−０．６Ｖなど）以下であるか否か（電圧Ｖｏの振幅が閾値Ｖ１の絶対値｜Ｖ１｜以上であるか否か）を判定し、電圧Ｖｏが閾値Ｖ１以下であるとき（電圧Ｖｏの振幅が絶対値｜Ｖ１｜以上であるとき）には、トランジスタＴ１４のコレクタＣとエミッタＥとの間に短絡しているときの電流より小さいが上述したスイッチング制御時に流れる電流より大きな電流（過電流）が流れていることを検出する。オペアンプＯＰ１４は、イマジナリーショートされているから、エミッタＥとエミッタＥｓとが等電位となるように動作する。エミッタＥは、接地されて電位が値０［Ｖ］であるから、エミッタＥｓは値０［Ｖ］に保持される。トランジスタＴ１４に電流が流れると、図３に示すように、センストランジスタＳＴ１４に電流が流れて電流Ｉｓｔが上昇する。電流Ｉｓｔが上昇すると、センス抵抗ＳＲ１４ａによる電圧降下で、ノイズフィルタＮＦ１４ａに入力される電圧Ｖａが低下する。入力端子ＯＣＩＮ１４の電圧Ｖｏは、ノイズフィルタＮＦ１４ａから出力される電圧であるから、電圧Ｖａより大きな時定数で値０［Ｖ］より低くなる。電圧Ｖｏの低下量は、センストランジスタＳＴ１４の電流Ｉｓｔ，すなわち、トランジスタＴ１４に流れる電流に比例することから、電圧Ｖｏが閾値Ｖ１以下であるか否か（電圧Ｖｏの振幅が絶対値｜Ｖ１｜以上であるか否か）を判定することにより、過電流が発生することを検出することができる。これらを考慮して、閾値Ｖ１は、トランジスタＴ１４に過電流が流れたときにおけるセンストランジスタＳＴ１４の電流を予め実験や解析などにより求めておき、この電流とセンス抵抗ＳＲ１４ａの抵抗値Ｒａとに基づいて、過電流を判定するための閾値として設定されている。

ＥＣＵ４０は、入力端子ＳＣＩＮ１４の電圧Ｖｓが閾値Ｖ１より低い閾値Ｖ２（例えば、−０．８Ｖ，−０．９Ｖ，−１．０Ｖなど）以下であるか否か（電圧Ｖｓの振幅が閾値｜Ｖ２｜以上であるか否か）を判定し、電圧Ｖｓが閾値Ｖ２以下であるとき（電圧Ｖｓの振幅が閾値｜Ｖ２｜以上であるとき）には、トランジスタＴ１４のコレクタＣとエミッタＥとの間に短絡が発生していることを検出する。トランジスタＴ１４のコレクタＣとエミッタＥとの間に短絡が発生すると、コレクタＣとエミッタＥとの間に大きな電流が流れるから、センストランジスタＳＴ１４の電流Ｉｓｔが上昇する。電流Ｉｓｔが上昇すると、センス抵抗ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂによる電圧降下で、ノイズフィルタＮＦ１４ｂに入力される電圧Ｖｂが低下する。入力端子ＳＣＩＮ１４の電圧Ｖｓは、ノイズフィルタＮＦ１４ｂから出力される電圧であるから、電圧Ｖｂより大きな時定数で値０［Ｖ］より低くなる。入力端子ＳＣＩＮ１４は、センス抵抗ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂとノイズフィルタＮＦ１４ｂとを介してエミッタＥｓに接続されているから、同一の電流Ｉｓｔに対して電圧Ｖｓは電圧Ｖｏに比して振幅が大きくなる。したがって、電圧Ｖｓが閾値Ｖ１より低い閾値Ｖ２以下であるか否かを判定することにより、短絡が発生することを検出することができる。これらを考慮して、閾値Ｖ２は、トランジスタＴ１４が短絡したときにおけるセンストランジスタＳＴ１４の電流Ｉｓｔを予め実験や解析などにより求めておき、この電流Ｉｓｔと抵抗値Ｒａと抵抗値Ｒｂとの和Ｒｔ（＝Ｒａ＋Ｒｂ）とに基づいて、短絡を判定するための閾値として設定されている。

半導体装置Ｓ１４では、オペアンプＯＰ１４がイマジナリーショートされた状態、すなわち、エミッタＥとエミッタＥｓとが等電位に保持された状態で、上述したトランジスタＴ１４の過電流や短絡の検出を行なう。何らかのノイズが発生したときでも、エミッタＥとエミッタＥｓとが等電位に保持され、トランジスタＴ１４のコレクタから流れる電流がトランジスタＴ１４のエミッタＥとセンストランジスタＳＴ１４のエミッタＥｓとに分流する際の分流比の変化が抑制される。したがって、ノイズによるトランジスタＴ１４の過電流や短絡の誤検出を抑制することができる。また、センス抵抗ＳＲ１４ａの他端は、ノイズフィルタＮＦ１４ａを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ１４に接続されており、センス抵抗ＳＲ１４ｂの他端は、ノイズフィルタＮＦ１４ｂを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＳＣＩＮ１４に接続されているから、入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４の電圧のノイズによる変動を抑制することができる。これにより、ノイズによるトランジスタＴ１４の過電流や短絡の誤検出を抑制することができる。なお、ノイズとしては、半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の各トランジスタがスイッチングするタイミング（オンからオフ、オフからオンとなるタイミング）と昇圧コンバータ３５のトランジスタＴ３１，Ｔ３２がスイッチングするタイミングとが重なったときに、センス抵抗ＳＲ１４ａ，１４ｂなどに生じる周波数の高い電圧の変動などを挙げることができる。

以上説明した実施例のモータ駆動装置２０によれば、半導体装置Ｓ１４において、オペアンプＯＰ１４は、反転入力端子がセンストランジスタＳＴ１４のエミッタＥｓおよびセンス抵抗ＳＲ１４ａの一端に接続され、非反転入力端子がトランジスタＴ１４のエミッタＥに接続され、出力端子がセンス抵抗ＳＲ１４ｂの他端に接続されている。センス抵抗ＳＲ１４ａの他端の電圧Ｖｏの振幅が絶対値｜Ｖ１｜以上であるときには、トランジスタＴ１４のコレクタＣとエミッタＥとの間に過電流が流れていることを検出する。センス抵抗ＳＲ１４ｂの他端の電圧Ｖｓの振幅が絶対値｜Ｖ２｜以上であるときには、トランジスタＴ１４のコレクタＣとエミッタＥとが短絡していることを検出する。これにより、トランジスタＴ１４の過電流や短絡の誤検出を抑制することができる。

実施例のモータ駆動装置２０では、インバータ２１の半導体装置Ｓ１４において、センス抵抗ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂの他端を、ノイズフィルタＮＦ１４ａ，１４ｂを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４に接続している。しかしながら、図４の変形例の半導体装置Ｓ１１４に例示するように、センス抵抗ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂの他端を、反転増幅回路Ｒａｍｐ１１４ａ，１１４ｂとノイズフィルタＮＦ１４ａ，１４ｂとを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４に接続してもよい。図５は、変形例の半導体装置Ｓ１１４におけるセンストランジスタＳＴ１４に流れる電流Ｉｓｔと反転増幅回路Ｒａｍｐ１１４ａ，１１４ｂに入力される電圧Ｖａ，ＶｂとノイズフィルタＮＦ１４ａ，ＮＦ１４ｂに入力される電圧Ｖｒａ，Ｖｒｂ、入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４の電圧Ｖｏ，Ｖｓとの時間変化の一例を説明するための説明図である。図中、実線は電流Ｉｓｔの時間変化の一例を示している。破線は電圧Ｖａ，Ｖｂの時間変化の一例を示している。一点鎖線は電圧Ｖｒａ，Ｖｒｂの時間変化の一例を示している。二点鎖線は、電圧Ｖｏ，Ｖｓの時間変化の一例を示している。変形例の半導体装置Ｓ１１４では、電圧Ｖｏ，Ｖｓが正の電圧となる。この場合、ＥＣＵ４０は、電圧Ｖｏが正の電圧である閾値Ｖ３（例えば、０．４Ｖ，０．５Ｖ，０．６Ｖなど）以上であるか否か（電圧Ｖｏの振幅が絶対値｜Ｖ３｜以上であるか否か）を判定し、電圧Ｖｏが閾値Ｖ３以上であるとき（電圧Ｖｏの振幅が絶対値｜Ｖ３｜以上であるとき）には、コレクタＣとエミッタＥとの間に過電流が流れていることを検出すればよい。また、電圧Ｖｓが正の電圧である閾値Ｖ４（例えば、０．８Ｖ，０．９Ｖ，１．０Ｖなど）以上であるか否か（電圧Ｖｓの振幅が絶対値｜Ｖ４｜以上であるか否か）を判定し、電圧Ｖｓの振幅が閾値Ｖ４以上であるとき（電圧Ｖｓの振幅が絶対値｜Ｖ４｜以上であるとき）に、コレクタＣとエミッタＥとが短絡していることを検出してもよい。

実施例のモータ駆動装置２０では、インバータ２１の半導体装置Ｓ１４において、センス抵抗ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂの他端を、ノイズフィルタＮＦ１４ａ，１４ｂを介して、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４に接続している。しかしながら、センス抵抗ＳＲ１４ａの他端を、ノイズフィルタＮＦ１４ａを介さずに入力端子ＯＣＩＮ１４に接続し、センス抵抗ＳＲ１４ｂの他端をノイズフィルタＮＦ１４ｂを介して入力端子ＳＣＩＮ１４に接続してもよい。また、センス抵抗ＳＲ１４ａの他端をノイズフィルタＮＦ１４ａを介して入力端子ＯＣＩＮ１４に接続し、センス抵抗ＳＲ１４ｂの他端をノイズフィルタＮＦ１４ｂを介さずに入力端子ＳＣＩＮ１４に接続してもよい。さらに、センス抵抗ＳＲ１４ａ，１４ｂの他端を、ノイズフィルタＮＦ１４ａ，１４ｂを介さずに、ＥＣＵ４０の入力端子ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４に接続してもよい。

実施例のモータ駆動装置２０では、インバータ２１，２２に搭載される半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の全てにセンストランジスタやオペアンプ、２つのセンス抵抗、２つのノイズフィルタが接続されている。しかしながら、半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６の少なくとも１つにセンストランジスタやオペアンプ、２つのセンス抵抗、２つのノイズフィルタが接続されていればよい。例えば、半導体装置Ｓ１１のみにセンストランジスタやオペアンプ、２つのセンス抵抗、２つのノイズフィルタが接続されており、他の半導体装置Ｓ１２〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６に、センストランジスタやオペアンプ、センス抵抗、ノイズフィルタが接続されていなくても構わない。

実施例では、本発明をモータ駆動装置２０のインバータ２１，２２に搭載される半導体装置Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６に適用する場合について例示したが、コレクタとエミッタとを備える半導体素子と、この半導体素子とコレクタを共通としエミッタが異なるセンス素子と、を備え、半導体素子のコレクタとエミッタとの間に過電流が流れていることを検出したり、半導体素子のコレクタとエミッタとが短絡していることを検出する半導体装置であれば、如何なるものに適用しても構わない。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、トランジスタＴ１４が「半導体素子」に相当し、トランジスタＳＴ１４が「センス素子」に相当し、ＥＣＵ４０が「過電流検出部」，「短絡検出部」に相当し、オペアンプＯＰ１４が「オペアンプ」に相当し、センス抵抗ＳＲ１４ａが「第１センス抵抗」に相当し、センス抵抗ＳＲ１４ｂが「第２センス抵抗」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、半導体装置の製造産業などに利用可能である。

２０モータ駆動装置、２１，２２インバータ、３０バッテリ、３４ａ高圧側電力ライン、３４ｂ低圧側電力ライン、３５昇圧コンバータ、３５ａ電流センサ、３７高圧側コンデンサ、３７ａ電圧センサ、３８低圧側コンデンサ、３８ａ電圧センサ、４０電子制御ユニット（ＥＣＵ）、４３，４４回転位置検出センサ、Ｃコレクタ、Ｃｎ接続点、Ｄ１４，Ｄ３１，Ｄ３２ダイオード、Ｅ，Ｅｓエミッタ、Ｇゲート、Ｌリアクトル、ＭＧ１，ＭＧ２モータ、ＮＦ１４ａ，ＮＦ１４ｂノイズフィルタ、ＯＰ１４オペアンプ、ＯＣＩＮ１４，ＳＣＩＮ１４入力端子、Ｒａｍｐ１１４ａ，Ｒａｍｐ１１４ｂ反転増幅回路、Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６，Ｓ１１４半導体装置、ＳＲ１４ａ，ＳＲ１４ｂセンス抵抗、ＳＴ１４センストランジスタ、Ｔ１４，Ｔ３１，Ｔ３２トランジスタ。

Claims

第１コレクタと、第１エミッタと、を有する半導体素子と、
第２エミッタを有し、前記第１コレクタをコレクタとするセンス素子と、
前記半導体素子の前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出する過電流検出部と、
前記半導体素子の前記第１コレクタと前記第１エミッタとが短絡していることを検出する短絡検出部と、
を備える半導体装置であって、
前記第２エミッタに接続される反転入力端子と、前記第１エミッタに接続される非反転入力端子と、出力端子と、を有するオペアンプと、
一端が前記第２エミッタに接続される第１センス抵抗と、
一端が前記第１センス抵抗の他端に接続され、他端が前記出力端子に接続される第２センス抵抗と、
を備え、
前記過電流検出部は、前記第１センス抵抗の前記他端に接続され、前記第１センス抵抗の前記他端の電圧の振幅が第１閾値以上であるときには、前記第１コレクタと前記第１エミッタとの間に過電流が流れていることを検出し、
前記短絡検出部は、前記第２センス抵抗の前記他端に接続され、前記第２センス抵抗の他端の電圧の振幅が前記第１閾値より大きい第２閾値以上であるときには、前記第１コレクタと前記第１エミッタとが短絡していることを検出する、
半導体装置。