JP3032745B2 - Insulated gate type semiconductor device - Google Patents

Insulated gate type semiconductor device

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JP3032745B2
JP3032745B2 JP10154774A JP15477498A JP3032745B2 JP 3032745 B2 JP3032745 B2 JP 3032745B2 JP 10154774 A JP10154774 A JP 10154774A JP 15477498 A JP15477498 A JP 15477498A JP 3032745 B2 JP3032745 B2 JP 3032745B2
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current electrode
insulated gate
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光晴 田畑
高志 丸茂
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【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、例えばインバー
タ装置などの電力変換装置においてスイッチング素子と
して用いられる絶縁ゲート型半導体装置に関し、特に負
荷の短絡時における絶縁ゲート素子の破壊を防止する機
能の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate semiconductor device used as a switching element in a power conversion device such as an inverter device, and more particularly to an improvement in a function of preventing the destruction of the insulated gate device when a load is short-circuited. .

【0002】[0002]

【従来の技術】MOS型電界効果トランジスタ素子(M
OSFET)、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ素
子(IGBT)などの絶縁ゲート素子は、2つの電流電
極及びこれらの電極との間が絶縁された制御電極とを有
しており、制御電極と1つの電流電極の間に印加される
電圧の大きさによって、2つの電流電極の間を流れる電
流の大きさを調整するものである。この印加電圧が大き
いほど電流は大きく、この電圧が0であるときには電流
は遮断される。これらの絶縁ゲート素子を備えた絶縁ゲ
ート型半導体装置は、例えば負荷へ流れる電流(主電
流)をスイッチングするインバータ装置などの電力変換
装置にスイッチング素子として用いられる。この電力変
換装置において負荷が短絡すると、絶縁ゲート素子に過
大な主電流(短絡電流)が流れ、これを放置すれば絶縁
ゲート素子は破壊に至る。このため、絶縁ゲート型半導
体装置において、絶縁ゲート素子を駆動する回路部分で
ある絶縁ゲート素子の駆動回路には、短絡電流による破
壊を防止するための短絡電流遮断機能が設けられる。
2. Description of the Related Art MOS type field effect transistor elements (M
An insulated gate element such as an OSFET) or an insulated gate bipolar transistor element (IGBT) has two current electrodes and a control electrode insulated between these electrodes, and the control electrode and one current electrode The magnitude of the current flowing between the two current electrodes is adjusted according to the magnitude of the voltage applied between them. The current increases as the applied voltage increases, and when the voltage is 0, the current is interrupted. The insulated gate semiconductor device provided with these insulated gate elements is used as a switching element in a power conversion device such as an inverter device that switches a current (main current) flowing to a load, for example. When a load is short-circuited in this power converter, an excessive main current (short-circuit current) flows through the insulated gate element, and if left unattended, the insulated gate element will be destroyed. Therefore, in the insulated gate semiconductor device, a drive circuit of the insulated gate element, which is a circuit part for driving the insulated gate element, is provided with a short-circuit current cutoff function for preventing destruction due to a short-circuit current.

【0003】図15は、短絡電流遮断機能を有する従来
の絶縁ゲート型半導体装置の例を示すブロック図であ
る。絶縁ゲート素子としてのIGBT1のコレクタCに
は図示しない負荷が接続されており、コレクタCからエ
ミッタEへ流れるコレクタ電流IC が、主電流として負
荷へ供給される。このコレクタ電流IC は、ゲートGと
エミッタEの間の電圧(ゲート電圧)の大きさによって
制御される。ゲート電圧が大きいほど大きなコレクタ電
流IC が流れる。ゲート電圧はゲート駆動回路42によ
り調整して供給される。
FIG. 15 is a block diagram showing an example of a conventional insulated gate semiconductor device having a short-circuit current interrupting function. A load (not shown) is connected to the collector C of the IGBT 1 as an insulated gate element, and a collector current I C flowing from the collector C to the emitter E is supplied to the load as a main current. The collector current I C is controlled by the magnitude of the voltage (gate voltage) between the gate G and the emitter E. The larger the gate voltage is, the larger the collector current I C flows. The gate voltage is adjusted and supplied by the gate drive circuit 42.

【0004】この絶縁ゲート型半導体装置には電流トラ
ンス43が設けられており、電流トランス43によって
コレクタ電流IC が検出される。検出されたコレクタ電
流IC の値は、比較回路44において所定の基準値と比
較される。比較回路44は、コレクタ電流IC が基準値
を超えたときには所定の信号をゲート駆動回路42へ送
出する。ゲート駆動回路42はこの信号に応答して、I
GBT1を遮断すべく、所定のゲート電圧をゲートGへ
出力する。これにより、負荷の短絡に伴う過大なコレク
タ電流IC が遮断され、IGBT1が破壊から保護され
る。
[0004] current transformer 43 is provided in the insulated gate semiconductor device, the collector current I C is detected by the current transformer 43. The value of the detected collector current I C is compared in the comparison circuit 44 with a predetermined reference value. Comparator circuit 44, sends a predetermined signal to the gate drive circuit 42 when the collector current I C exceeds a reference value. The gate drive circuit 42 responds to this signal,
A predetermined gate voltage is output to the gate G to shut off the GBT 1. As a result, the excessive collector current I C due to the load short circuit is cut off, and the IGBT 1 is protected from destruction.

【0005】短絡電流遮断機能を有する従来の絶縁ゲー
ト型半導体装置の他の例として、特開昭63−3187
81号公報、特開昭64−68005号公報、及び特開
平2−309714号公報に開示される技術がある。こ
れらの中の前2者は主電流を制御する第1のMOSFE
Tに並列に第2のMOSFETを設け、主電流をこの第
2のMOSFETに分流させて、この分流電流が所定の
大きさを超えるとオン状態になるトランジスタを、第1
及び第2のMOSFETのゲート電極とソース電極の間
に接続したものである。このため、負荷の短絡などによ
り主電流が所定の大きさを超えて流れるときには、トラ
ンジスタがオンしてこれらのMOSFETのゲート電圧
が引き下げられることにより、主電流が所定値以下に制
限される。
Another example of a conventional insulated gate semiconductor device having a short-circuit current interrupting function is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-3187.
There are techniques disclosed in JP-A-81-81, JP-A-64-68005, and JP-A-2-309714. The former two of these are the first MOSFETs controlling the main current.
A second MOSFET is provided in parallel with T, a main current is divided into the second MOSFET, and a transistor that is turned on when the divided current exceeds a predetermined magnitude is set to a first transistor.
And between the gate electrode and the source electrode of the second MOSFET. Therefore, when the main current exceeds a predetermined value due to a load short circuit or the like, the transistor is turned on and the gate voltages of these MOSFETs are reduced, whereby the main current is limited to a predetermined value or less.

【0006】前述の従来技術の中の最後の1者は、前2
者の技術におけるトランジスタの代わりにサイリスタを
設けたものである。第2のMOSFETへ分流する電流
が、一旦所定の大きさを超えサイリスタのゲートとカソ
ード間に所定以上の電圧が印加されると、以後継続して
サイリスタが導通し、2つのMOSFETのゲート電圧
がゼロ付近にまで引き下げられ、主電流が継続して遮断
される。
[0006] The last of the above-mentioned prior arts is the former two.
A thyristor is provided in place of the transistor in the technique of the third party. Once the current shunted to the second MOSFET exceeds a predetermined magnitude and a predetermined voltage or more is applied between the gate and cathode of the thyristor, the thyristor continues to conduct thereafter and the gate voltage of the two MOSFETs decreases. It is pulled down to near zero and the main current is interrupted continuously.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の従来の技術は以下に示すような問題点を有している。
負荷に供給される電圧が高い場合には特に短絡電流を早
急に遮断する必要があり、そのためには図15に示した
従来技術においては、ゲート駆動回路42および比較回
路44の動作を高速化する必要がある。これらの回路を
高速化すると、電気的雑音によってこれらの回路が誤動
作を引き起こし易くなり、安定した動作が得られないと
いう問題点があった。また、高速化に伴って、回路損失
が増大するという問題点もあった。
However, these conventional techniques have the following problems.
In particular, when the voltage supplied to the load is high, it is necessary to immediately cut off the short-circuit current. For this purpose, in the prior art shown in FIG. 15, the operation of the gate drive circuit 42 and the comparison circuit 44 is speeded up. There is a need. When the speed of these circuits is increased, there is a problem that these circuits easily cause malfunctions due to electric noise, and stable operations cannot be obtained. Also, there is a problem that circuit loss increases as the speed increases.

【0008】トランジスタを用いてMOSFETのゲー
ト電圧を制限する方式の従来技術では、トランジスタが
ゲート電圧をゼロ付近まで十分に引き下げることが困難
であり、このため、負荷の短絡時において短絡電流を十
分に遮断することができないという問題点があった。一
方、サイリスタを用いた従来技術では、サイリスタの応
答速度がトランジスタに比べて遅いために、過大な主電
流が検出された後にサイリスタが導通するまでの時間が
トランジスタに比べて長い。このため、負荷が短絡した
ときには一定期間に過大な短絡電流が流れ、この間にM
OSFETが破壊されるという問題点があった。また、
過大な短絡電流が流れた後に電流を遮断するので、負荷
が有するインダクタンスにより過大なサージ電圧が発生
し、これによってもMOSFETが破壊されるという問
題点があった。
In the prior art in which the gate voltage of a MOSFET is limited by using a transistor, it is difficult for the transistor to sufficiently reduce the gate voltage to near zero, so that the short-circuit current is sufficiently reduced when the load is short-circuited. There was a problem that it could not be shut off. On the other hand, in the conventional technology using a thyristor, the response time of the thyristor is slower than that of the transistor, so that the time required for the thyristor to conduct after an excessively large main current is detected is longer than that of the transistor. For this reason, when the load is short-circuited, an excessive short-circuit current flows for a certain period.
There is a problem that the OSFET is destroyed. Also,
Since the current is interrupted after an excessive short-circuit current flows, an excessive surge voltage is generated due to the inductance of the load, which also causes a problem that the MOSFET is destroyed.

【0009】また従来技術ではトランジスタのオン電圧
の大きさ、すなわちトランジスタに供給される電圧信号
であって、トランジスタをオンするのに必要な電圧信号
の大きさは、トランジスタの温度と共に変化する。この
ため、制限される主電流の大きさが温度に依存して変動
するという問題点があった。従来技術では更に、上述の
電圧信号に重畳する電気的雑音によって、トランジスタ
が誤ってオンするという問題点があった。電気的雑音の
影響は、MOSFETのスイッチング動作が高速になる
ほど大きくなる。
In the prior art, the magnitude of the ON voltage of the transistor, that is, the magnitude of the voltage signal supplied to the transistor, which is necessary to turn on the transistor, changes with the temperature of the transistor. For this reason, there is a problem that the magnitude of the limited main current varies depending on the temperature. The prior art further has a problem that the transistor is erroneously turned on due to the electric noise superimposed on the voltage signal described above. The effect of the electrical noise increases as the switching operation of the MOSFET increases.

【0010】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、過大な主電流を高速で制限し、
かつゼロ付近まで遮断する絶縁ゲート型半導体装置を提
供することを目的とする。この発明はまた、電気的雑音
による誤動作の恐れがなく、また温度による特性上の変
動のない絶縁ゲート型半導体装置を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is intended to limit an excessive main current at a high speed.
It is another object of the present invention to provide an insulated gate semiconductor device that cuts off to near zero. Another object of the present invention is to provide an insulated gate semiconductor device that does not cause a malfunction due to electric noise and does not vary in characteristics due to temperature.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】この発明にかかる請求項
1に記載の装置は、絶縁ゲート型半導体装置であって、
(a)第1電流電極と、第2電流電極と、前記第1およ
び第2電流電極から絶縁された第1制御電極とを有する
第1の絶縁ゲート素子であって、当該第1制御電極と前
記第2電流電極の間に付加される第1電圧が大きいほ
ど、当該第1電圧に応答して前記第1および第2電流電
極の間がより導通した状態となる第1の絶縁ゲート素子
と、(b)第3電流電極と、第4電流電極と、前記第3
および第4電流電極から絶縁された第2制御電極とを有
する第2の絶縁ゲート素子であって、当該第2制御電極
と前記第4電流電極の間に付加される第2電圧が大きい
ほど、当該第2電圧に応答して前記第3および第4電流
電極の間がより導通した状態となる第2の絶縁ゲート素
子であって、当該第3電流電極と前記第1電流電極とが
接続され、当該第2制御電極と前記第1制御電極とが接
続され、当該第4電流電極が前記第2電流電極と結合さ
れる第2の絶縁ゲート素子と、(c)電圧出力端子を有
し、前記第2電流電極と前記第4電流電極との間に介挿
される電流検出手段であって、前記第2の絶縁ゲート素
子を通過して前記第3電流電極と前記第4電流電極との
間を流れる電流を検出する電流検出手段であって、前記
電流に対応した電圧を前記電圧出力端子から出力する電
流検出手段と、(d)出力端子を有し、当該出力端子が
前記第1および第2制御電極へ結合されたゲート駆動手
段であって、調整された第3電圧を当該出力端子へ出力
するゲート駆動手段と、(e)第5電流電極、第6電流
電極、および第3制御電極を有するMOS型電界効果ト
ランジスタ素子であって、当該第5電流電極が前記第1
および第2制御電極に結合され、当該第3制御電極が前
記電圧出力端子に結合され、前記第6電流電極が前記第
2電流電極に結合されたMOS型電界効果トランジスタ
素子と、(f)前記第6電流電極と前記第2電流電極の
間に介挿されたツェナーダイオードであって、前記MO
S型電界効果トランジスタ素子を通過して前記第5電流
電極と前記第6電流電極との間を順方向に流れる電流
が、逆方向電流となる向きに介挿されたツェナーダイオ
ードと、を備える。
The device according to claim 1 of the present invention is an insulated gate semiconductor device,
(A) a first insulated gate element having a first current electrode, a second current electrode, and a first control electrode insulated from the first and second current electrodes, wherein the first control electrode is A first insulated gate element, in which the larger the first voltage applied between the second current electrodes is, the more the state between the first and second current electrodes becomes conductive in response to the first voltage; (B) a third current electrode, a fourth current electrode, and the third current electrode;
And a second control electrode insulated from the fourth current electrode, wherein the second voltage applied between the second control electrode and the fourth current electrode is larger. A second insulated gate element in which the third and fourth current electrodes become more conductive in response to the second voltage, wherein the third current electrode is connected to the first current electrode. A second insulated gate element in which the second control electrode is connected to the first control electrode, the fourth current electrode is coupled to the second current electrode, and (c) a voltage output terminal. A current detecting means interposed between the second current electrode and the fourth current electrode, wherein the current detecting means passes between the third current electrode and the fourth current electrode through the second insulated gate element Current detecting means for detecting a current flowing through the (D) a gate drive unit having an output terminal, the output terminal being coupled to the first and second control electrodes, and A gate drive means for outputting a voltage to the output terminal; and (e) a MOS field effect transistor element having a fifth current electrode, a sixth current electrode, and a third control electrode, wherein the fifth current electrode is First
A MOS field effect transistor element coupled to the second control electrode, the third control electrode coupled to the voltage output terminal, and the sixth current electrode coupled to the second current electrode; A Zener diode interposed between a sixth current electrode and the second current electrode,
A zener diode interposed in a direction in which a current flowing in the forward direction between the fifth current electrode and the sixth current electrode through the S-type field effect transistor element becomes a reverse current.

【0012】この発明にかかる請求項2に記載の装置
は、請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、前記ツェナーダイオードにおけるツェナー電圧が、
前記MOS型電界効果トランジスタ素子におけるゲート
閾電圧の温度特性に対して、相補的な温度特性を有す
る。
A device according to a second aspect of the present invention is the insulated gate semiconductor device according to the first aspect, wherein the Zener voltage in the Zener diode is:
The MOS field effect transistor element has a temperature characteristic complementary to the temperature characteristic of the gate threshold voltage.

【0013】この発明にかかる請求項3に記載の装置
は、請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、前記電流検出手段が、(c−1)前記第2電流電極
と前記第4電流電極との間に介挿される第1抵抗であっ
て、前記第4電流電極に結合される当該第1抵抗の端部
が、前記電圧出力端子として機能する第1抵抗、を備え
る。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the insulated gate semiconductor device according to the first aspect, wherein the current detecting means comprises: (c-1) the second current electrode and the second current electrode. A first resistor interposed between the fourth current electrode and an end of the first resistor coupled to the fourth current electrode, the first resistor functioning as the voltage output terminal;

【0014】この発明にかかる請求項4に記載の装置
は、請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、前記MOS型電界効果トランジスタ素子が、(e−
1)第7電流電極、第8電流電極、および第4制御電極
を有する複数の単位MOS型電界効果トランジスタ素子
を備え、当該複数の単位MOS型電界効果トランジスタ
素子における第7電流電極同士、第8電流電極同士、お
よび第4制御電極同士が相互に接続され、当該第7電流
電極、当該第8電流電極、および当該第4制御電極は、
それぞれ前記第5電流電極、前記第6電流電極、および
前記第3制御電極として機能する。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the insulated gate semiconductor device according to the first aspect, wherein the MOS field effect transistor element comprises (e-
1) A plurality of unit MOS field effect transistor elements having a seventh current electrode, an eighth current electrode, and a fourth control electrode are provided, and the seventh current electrodes of the plurality of unit MOS field effect transistor elements are connected to each other. The current electrodes and the fourth control electrodes are connected to each other, and the seventh current electrode, the eighth current electrode, and the fourth control electrode are
Each functions as the fifth current electrode, the sixth current electrode, and the third control electrode.

【0015】この発明にかかる請求項5に記載の装置
は、請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、(g)前記MOS型電界効果トランジスタ素子に結
合された発光ダイオードであって、前記MOS型電界効
果トランジスタ素子を通過して前記第5電流電極と前記
第6電流電極との間を順方向に流れる電流が、順方向電
流となる向きに介挿された発光ダイオード、を更に備え
る。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the insulated gate semiconductor device according to the first aspect, wherein (g) a light emitting diode coupled to the MOS field effect transistor element. A light emitting diode interposed in a direction in which a current flowing in the forward direction between the fifth current electrode and the sixth current electrode through the MOS field effect transistor element becomes a forward current. Prepare.

【0016】この発明にかかる請求項6に記載の装置
は、請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、前記ゲート駆動手段が、(d−1)前記調整された
第3電圧として、前記第2電流電極の電位よりも低い電
位に相当する電圧を出力し得るゲート駆動部、を備え、
(g)前記第1及び第2制御電極と前記第5電流電極と
の間に介挿された第1のダイオードであって、前記MO
S型電界効果トランジスタ素子を通過して前記第5電流
電極と前記第6電流電極の間を順方向に流れる電流が、
順方向電流となる向きに介挿された第1のダイオード、
を更に備える。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the insulated gate semiconductor device according to the first aspect, wherein the gate driving means is configured to: (d-1) output the adjusted third voltage. A gate drive unit capable of outputting a voltage corresponding to a potential lower than the potential of the second current electrode,
(G) a first diode interposed between the first and second control electrodes and the fifth current electrode, wherein the first diode is
A current flowing in a forward direction between the fifth current electrode and the sixth current electrode through the S-type field effect transistor element;
A first diode inserted in a direction to be a forward current,
Is further provided.

【0017】この発明にかかる請求項7に記載の装置
は、請求項6に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、前記第1のダイオードが、発光ダイオードである。
A device according to a seventh aspect of the present invention is the insulated gate semiconductor device according to the sixth aspect, wherein the first diode is a light emitting diode.

【0018】この発明にかかる請求項8に記載の装置
は、請求項3に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、(h)前記第3制御電極と前記電圧出力端子との間
に介挿される第2抵抗、を更に備える。
The device according to claim 8 of the present invention is the insulated gate semiconductor device according to claim 3, wherein (h) an interposed device is provided between the third control electrode and the voltage output terminal. A second resistor.

【0019】この発明にかかる請求項9に記載の装置
は、請求項8に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、(i)前記第2抵抗に並列に接続される第2のダイ
オードであって、前記第3制御電極と前記電圧出力端子
との間に介挿される第2のダイオードであって、前記M
OS型電界効果トランジスタ素子が遮断状態から導通状
態へ移行するように前記電圧出力端子から出力される電
圧を、当該第2のダイオードが短絡した状態で、第3制
御電極へ伝達し得る向きに介挿される第2のダイオー
ド、を更に備える。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided the insulated gate semiconductor device according to the eighth aspect, wherein (i) a second diode connected in parallel to the second resistor. A second diode interposed between the third control electrode and the voltage output terminal;
The voltage output from the voltage output terminal is transferred to the third control electrode in a state where the second diode is short-circuited so that the OS-type field effect transistor element shifts from the cut-off state to the conductive state. A second diode to be inserted.

【0020】この発明にかかる請求項10に記載の装置
は、請求項9に記載の絶縁ゲート型半導体装置であっ
て、少なくとも、前記MOS型電界効果トランジスタ素
子、前記ツェナーダイオード、前記第2抵抗、および前
記第2のダイオードが、1つの半導体チップに集積化さ
れている。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided the insulated gate semiconductor device according to the ninth aspect, wherein at least the MOS field effect transistor element, the zener diode, the second resistor, And the second diode is integrated on one semiconductor chip.

【0021】この発明にかかる請求項11に記載の装置
は、絶縁ゲート型半導体装置であって、(a)第1電流
電極と、第2電流電極と、前記第1および第2電流電極
から絶縁された第1制御電極とを有する第1の絶縁ゲー
ト素子であって、当該第1制御電極と前記第2電流電極
の間に付加される第1電圧が大きいほど、当該第1電圧
に応答して前記第1および第2電流電極の間がより導通
した状態となる第1の絶縁ゲート素子と、(b)第3電
流電極と、第4電流電極と、前記第3および第4電流電
極から絶縁された第2制御電極とを有する第2の絶縁ゲ
ート素子であって、当該第2制御電極と前記第4電流電
極の間に付加される第2電圧が大きいほど、当該第2電
圧に応答して前記第3および第4電流電極の間がより導
通した状態となる第2の絶縁ゲート素子であって、当該
第3電流電極と前記第1電流電極とが接続され、当該第
2制御電極と前記第1制御電極とが接続され、当該第4
電流電極が前記第2電流電極と結合される第2の絶縁ゲ
ート素子と、(c)前記第2電流電極と前記第4電流電
極との間に介挿される第1の接合型電界効果トランジス
タ素子であって、第5電流電極、第6電流電極、および
第3制御電極を有する第1の接合型電界効果トランジス
タ素子であって、当該第5電流電極が第4電流電極に接
続され、当該第6電流電極が前記第2電流電極に結合さ
れ、当該第3制御電極が前記第4電流電極に結合された
第1の接合型電界効果トランジスタ素子と、(d)前記
第6電流電極と前記第2電流電極との間に介挿される第
1抵抗と、(e)出力端子を有し、当該出力端子が前記
第1および第2制御電極へ結合され、当該出力端子へ調
整された第3電圧を出力するゲート駆動手段と、(f)
第7電流電極、第8電流電極、および第4制御電極を有
する第2の接合型電界効果トランジスタ素子であって、
当該第7電流電極が前記第1および第2制御電極に結合
され、当該第4制御電極が前記第3制御電極に結合さ
れ、前記第8電流電極が前記第2電流電極に結合された
第2の接合型電界効果トランジスタ素子と、(g)前記
第8電流電極と前記第2電流電極との間に介挿される第
2抵抗と、を備える。
The device according to claim 11 of the present invention is an insulated gate semiconductor device, comprising: (a) insulating a first current electrode, a second current electrode, and the first and second current electrodes. A first insulated gate element having a first control electrode provided therein, wherein the larger the first voltage applied between the first control electrode and the second current electrode, the greater the response to the first voltage. (B) a third current electrode, a fourth current electrode, and the third and fourth current electrodes, the first insulated gate element being in a more conductive state between the first and second current electrodes. A second insulated gate element having an insulated second control electrode, wherein the larger the second voltage applied between the second control electrode and the fourth current electrode is, the more responsive the second voltage is. And the third and fourth current electrodes become more conductive. A second insulated gate element, and the third current electrode and the first current electrode is connected with the second control electrode and the first control electrode is connected, the fourth
A second insulated gate element having a current electrode coupled to the second current electrode; and (c) a first junction field effect transistor element interposed between the second current electrode and the fourth current electrode. A first junction field-effect transistor element having a fifth current electrode, a sixth current electrode, and a third control electrode, wherein the fifth current electrode is connected to a fourth current electrode, A first junction field-effect transistor element having a sixth current electrode coupled to the second current electrode and a third control electrode coupled to the fourth current electrode; and (d) the sixth current electrode and the second current electrode. A first resistor interposed between the first and second current electrodes; and (e) an output terminal, the output terminal being coupled to the first and second control electrodes, and a third voltage adjusted to the output terminal. Gate driving means for outputting
A second junction field-effect transistor device having a seventh current electrode, an eighth current electrode, and a fourth control electrode,
The seventh current electrode is coupled to the first and second control electrodes, the fourth control electrode is coupled to the third control electrode, and the eighth current electrode is coupled to the second current electrode. (G) a second resistor interposed between the eighth current electrode and the second current electrode.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

<1.実施の形態1> <1-1.装置の構成>図1は、実施の形態1の半導体装置
の構成を示す回路図である。IGBT1(第1の絶縁ゲ
ート素子)のコレクタC(第1電流電極)には図示しな
い負荷が接続されており、主としてコレクタCからエミ
ッタE(第2電流電極)へ流れるコレクタ電流IC が、
主電流として負荷へ供給される。このコレクタ電流IC
は、ゲートG(制御電極)とエミッタEの間の電圧であ
るゲート電圧の大きさによって制御される。ゲート電圧
が大きいほど大きなコレクタ電流IC が流れる。ゲート
電圧はゲート駆動回路9(ゲート駆動手段)によって調
整して供給される。ゲート駆動回路9の出力端子GO
ゲートGの間には抵抗4が介挿されている。ゲート駆動
回路9に接続される電源10は、電源電圧をゲート駆動
回路9へ供給する。
<1. First Embodiment <1-1. Configuration of Device> FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device of a first embodiment. A load (not shown) is connected to the collector C (first current electrode) of the IGBT 1 (first insulated gate element), and a collector current I C flowing mainly from the collector C to the emitter E (second current electrode) is
It is supplied to the load as main current. This collector current I C
Is controlled by the magnitude of the gate voltage, which is the voltage between the gate G (control electrode) and the emitter E. The larger the gate voltage is, the larger the collector current I C flows. The gate voltage is supplied after being adjusted by the gate drive circuit 9 (gate drive means). Between the output terminal G O and gate G of the gate driving circuit 9 resistor 4 is inserted. A power supply 10 connected to the gate drive circuit 9 supplies a power supply voltage to the gate drive circuit 9.

【0023】IGBT1よりも電流容量の低いIGBT
2(第2の絶縁ゲート素子)が、IGBT1に並列に設
けられている。IGBT1とIGBT2は、コレクタC
同士、及びゲートG同士が互いに接続されている。負荷
へ供給される主電流は、その一部がIGBT2のコレク
タ電流IC として、IGBT2へ分流する。IGBT2
のエミッタEとIGBT1のエミッタEの間には抵抗3
が接続されている。IGBT2へ分流した電流は抵抗3
を通過する。このため抵抗3の両端には分流した電流に
比例した電圧が発生する。従って、主電流が大きいほど
抵抗3の両端には高い電圧が発生する。
IGBT having a lower current capacity than IGBT1
2 (second insulated gate element) is provided in parallel with the IGBT 1. IGBT1 and IGBT2 have collector C
And the gates G are connected to each other. A part of the main current supplied to the load is shunted to the IGBT 2 as the collector current I C of the IGBT 2. IGBT2
Between the emitter E of the IGBT 1 and the emitter E of the IGBT 1
Is connected. The current shunted to the IGBT2 is a resistor 3
Pass through. Therefore, a voltage proportional to the divided current is generated at both ends of the resistor 3. Therefore, a higher voltage is generated across the resistor 3 as the main current increases.

【0024】ゲートGとIGBT1のエミッタEの間に
はトランジスタ5とサイリスタ7が介挿されている。ゲ
ートGにはトランジスタ5のコレクタC、及びサイリス
タ7のアノードが接続されており、IGBT2のエミッ
タEと抵抗3の間にトランジスタ5のベースBが接続さ
れている。トランジスタ5のエミッタEは、ショットキ
ーバリアダイオード6(第1のダイオード)を介して、
IGBT1のエミッタEに接続されている。ショットキ
ーバリアダイオード6は、トランジスタ5のコレクタC
からエミッタEへ流れる電流を順方向電流とする方向に
接続される。サイリスタ7のカソードはIGBT1のエ
ミッタEに接続され、サイリスタ7のゲートは、抵抗8
を介して、IGBT2のエミッタEと抵抗3の間に接続
されている。
A transistor 5 and a thyristor 7 are interposed between the gate G and the emitter E of the IGBT 1. The collector G of the transistor 5 and the anode of the thyristor 7 are connected to the gate G, and the base B of the transistor 5 is connected between the emitter E of the IGBT 2 and the resistor 3. The emitter E of the transistor 5 is connected via a Schottky barrier diode 6 (first diode)
It is connected to the emitter E of the IGBT1. The Schottky barrier diode 6 is connected to the collector C of the transistor 5.
Are connected in a direction in which a current flowing from the gate to the emitter E is a forward current. The cathode of the thyristor 7 is connected to the emitter E of the IGBT 1, and the gate of the thyristor 7 is connected to the resistor 8
Is connected between the emitter E of the IGBT 2 and the resistor 3.

【0025】<1-2.装置の動作>主電流が正常動作の範
囲内の低い値である間は、抵抗3の両端に発生する電圧
は十分に低いので、トランジスタ5のベースBとエミッ
タEの間の電圧(VBE)はトランジスタ5をオン(導
通)する程には高くなく、またサイリスタ7のゲートと
カソードの間の電圧も、サイリスタ7をオンする程には
高くない。このため、トランジスタ5、サイリスタ7と
もに、オフ(遮断)した状態にある。このとき、ゲート
Gの電位は、ゲート駆動回路9が出力する電位に一致す
る。すなわち、IGBT1及びIGBT2はゲート駆動
回路9の出力電位に応答して動作する。
<1-2. Operation of Apparatus> While the main current is at a low value within the range of normal operation, the voltage generated across the resistor 3 is sufficiently low. voltage (V bE) between the not high enough to turn on (conducting) transistor 5, also the voltage between the gate and cathode of the thyristor 7, not high enough to turn on the thyristor 7. Therefore, both the transistor 5 and the thyristor 7 are off (cut off). At this time, the potential of the gate G matches the potential output from the gate drive circuit 9. That is, IGBT1 and IGBT2 operate in response to the output potential of gate drive circuit 9.

【0026】一方、負荷が短絡するなどにより、主電流
が正常動作の範囲を超えて上昇すると、それに伴って抵
抗3の両端の電圧が上昇する。その結果トランジスタ5
のベース・エミッタ間電圧VBEがトランジスタ5をオン
する程に高くなり、またサイリスタ7のゲート・カソー
ド間電圧もサイリスタ7をオンする程に高くなる。この
ため、トランジスタ5は直ちにオン状態となり、ゲート
Gの電位をある値まで引き下げる。これに幾分遅れてサ
イリスタ7がオン状態となり、ゲートGをIGBT1の
エミッタEに略等しい電位にまで引き下げるので、IG
BT1及びIGBT2が遮断状態となって最終的には主
電流がゼロになる。これらにより、IGBT1が破壊か
ら保護される。抵抗3の抵抗値は、主電流の正常動作範
囲の上限値の設定に相応して適宜選択される。
On the other hand, when the main current rises beyond the normal operation range due to a short circuit in the load or the like, the voltage across the resistor 3 increases accordingly. As a result, transistor 5
The base-emitter voltage V BE is increased enough to turn on the transistor 5, also increases enough to turn on the gate-cathode voltage thyristor 7 of the thyristor 7. Therefore, the transistor 5 is immediately turned on, and the potential of the gate G is reduced to a certain value. The thyristor 7 is turned on somewhat later than this, and the gate G is pulled down to a potential substantially equal to the potential of the emitter E of the IGBT 1.
BT1 and IGBT2 are cut off, and the main current eventually becomes zero. These protect the IGBT 1 from destruction. The resistance value of the resistor 3 is appropriately selected according to the setting of the upper limit of the normal operating range of the main current.

【0027】なお、ショットキーバリアダイオード6
は、半導体装置の発振を防止する目的で設置される。す
なわち、ショットキーバリアダイオード6はトランジス
タ5のベースBとエミッタEの間の接合におけるより
も、逆リカバリー時間が短いので、ショットキーバリア
ダイオード6を図1に示すように設置することにより、
回路の発振を防止することができる。
The Schottky barrier diode 6
Is provided for the purpose of preventing oscillation of the semiconductor device. That is, since the reverse recovery time of the Schottky barrier diode 6 is shorter than that at the junction between the base B and the emitter E of the transistor 5, by installing the Schottky barrier diode 6 as shown in FIG.
Circuit oscillation can be prevented.

【0028】<1-3.実測データ>図2は、この実施の形
態の絶縁ゲート型半導体装置に関する実測結果を示すグ
ラフである。グラフおいて、縦軸はゲート駆動回路9の
出力端子GO とIGBT1のエミッタEとの間の電圧V
GO、及び主電流(IGBT1のコレクタ電流ICに略一
致する)に対応し、横軸は時間に対応する。この半導体
装置におけるIGBT1のコレクタCとエミッタEの間
の電圧VCEの定格値は600Vであり、実測ではその半
分の300Vを印加している。出力端子電圧VGOを、ゼ
ロからIGBT1を導通させるのに十分な値である約1
0Vまで急速に立ち上げると、まずこれに追随してコレ
クタ電流IC が上昇する。しかしながら、コレクタ電流
Cは際限なく上昇するのではなく、トランジスタ5が
オンすることによって、100A付近の値に制限され
る。その後、幾分遅れてサイリスタ7がオンすることに
よりゲートGとIGBT1のエミッタEの間の電圧VG
は略ゼロまで引き下げられる。出力端子電圧VGOが約9
μsec付近で8Vにまで減少しているのはこのためで
ある。出力端子電圧VGOの減少の幅は、抵抗4とゲート
駆動回路9の出力抵抗との比率を反映している。サイリ
スタ7がオンすることにより、IGBT1及びIGBT
2が遮断するので、グラフが示すように主電流はゼロに
なる。時間が14μsecに達したときに、出力端子電
圧VGOをゼロに戻して測定を終了している。
<1-3. Actual Measurement Data> FIG. 2 is a graph showing actual measurement results of the insulated gate semiconductor device of this embodiment. Keep graph, the voltage V between the vertical axis and the emitter E of the output terminal G O and IGBT1 gate drive circuit 9
GO, and corresponds to a main current (substantially matching the collector current I C of the IGBT 1), the horizontal axis corresponds to time. The rated value of the voltage V CE between the collector C and the emitter E of the IGBT 1 in this semiconductor device is 600 V, and half of the rated value is applied at 300 V in the actual measurement. The output terminal voltage V GO is increased from zero to about 1 which is a value sufficient to make the IGBT 1 conductive.
When the voltage rapidly rises to 0 V, the collector current I C increases first. However, the collector current I C does not rise endlessly, but is limited to a value near 100 A by turning on the transistor 5. After that, the thyristor 7 is turned on with some delay, so that the voltage V G between the gate G and the emitter E of the IGBT 1 is changed.
Is reduced to approximately zero. Output terminal voltage V GO is about 9
This is why the voltage is reduced to 8 V near μsec. The width of the decrease in the output terminal voltage V GO reflects the ratio between the resistance 4 and the output resistance of the gate drive circuit 9. When thyristor 7 is turned on, IGBT 1 and IGBT
Since 2 shuts off, the main current goes to zero as shown in the graph. When the time reaches 14 μsec, the output terminal voltage V GO is returned to zero and the measurement is completed.

【0029】図3はこの実施の形態の半導体装置からサ
イリスタ7を除去した構成を有する回路に関して、図2
におけると同様の実測を行った結果を示すグラフであ
る。この場合には、出力端子電圧VGOが立ち上がった後
に、図2における結果と同様にトランジスタ5の働きに
より、主電流は約100Aの値に制限される。しかしな
がら、出力端子電圧VGOがゼロに復帰する7μsecの
時点まで、主電流は約100Aの値を保持し続ける。す
なわち、主電流が正常動作の範囲を超える程に負荷に異
常が生じても、主電流は相当に高い値を保持し続ける。
このためこの回路構成では、負荷の短絡などの異常時に
IGBT1が破壊に至る危険がある。
FIG. 3 shows a circuit having a configuration in which the thyristor 7 is removed from the semiconductor device of this embodiment.
9 is a graph showing the result of the same measurement as in FIG. In this case, after the output terminal voltage V GO rises, the main current is limited to a value of about 100 A by the operation of the transistor 5 in the same manner as the result in FIG. However, the main current continues to maintain a value of about 100 A until the time when the output terminal voltage V GO returns to zero at 7 μsec. That is, even if the load becomes abnormal as the main current exceeds the normal operation range, the main current keeps maintaining a considerably high value.
For this reason, in this circuit configuration, there is a risk that the IGBT 1 may be destroyed at the time of an abnormality such as a load short circuit.

【0030】また、図示を省略するが、図1に示すこの
実施の形態の半導体装置からサイリスタ7を残してトラ
ンジスタ5を除去した構成を有する回路では、図2に示
す実測結果から容易に予測されるように、出力端子電圧
GOの立ち上がりから一定時間を経た後には、サイリス
タ7がオンして主電流はゼロまで引き下げられる。しか
しながら、サイリスタ7がオンするまでの期間におい
て、主電流を制限する機構がないので、主電流は図2に
示す約100Aよりははるかに高い値にまで暴走する。
この暴走した異常に高い主電流により、IGBT1が破
壊に至る危険がある。また、一定時間の後にはサイリス
タ7がオンすることにより、主電流が異常に高い暴走電
流のレベルから急速にゼロに下降する。その結果、負荷
が有するインダクタンス、あるいは負荷のラインに寄生
的に発生しているインダクタンスにより、IGBT1お
よびIGBT2のコレクタ・エミッタ間に高いサージ電
圧が発生する。このサージ電圧が更にIGBT1及びI
GBT2の破壊の原因となる。
Although not shown, a circuit having a configuration in which the thyristor 7 is left and the transistor 5 is removed from the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1 is easily predicted from the measurement results shown in FIG. As described above, after a certain period of time from the rise of the output terminal voltage V GO , the thyristor 7 turns on and the main current is reduced to zero. However, there is no mechanism for limiting the main current until the thyristor 7 is turned on, so that the main current runs away to a value much higher than about 100 A shown in FIG.
The runaway abnormally high main current may cause the IGBT 1 to be destroyed. When the thyristor 7 is turned on after a certain period of time, the main current rapidly drops from an abnormally high runaway current level to zero. As a result, a high surge voltage is generated between the collectors and the emitters of the IGBT1 and the IGBT2 due to the inductance of the load or the parasitic inductance of the load line. This surge voltage further increases the IGBT1 and I
It causes the destruction of GBT2.

【0031】図1に示すこの実施の形態の半導体装置で
は、トランジスタ5とサイリスタ7の双方を備えている
ので、負荷の短絡時などの主電流が正常動作範囲を超え
て異常に高くなる場合において、主電流の上昇をある限
度に素早く抑制し、しかも一定期間の後にはゼロにまで
引き下げられるので、過大なコレクタ電流IC によるI
GBT1の破壊が防止される。また、主電流の際限のな
い上昇が抑えられるので、サイリスタ7がオンすること
に伴って発生するサージ電圧が低く抑えられる。このた
め、IGBT1およびIGBT2に過度に高いコレクタ
・エミッタ間電圧VCEが印加されることによるIGBT
1の破壊も防止される。
Since the semiconductor device of this embodiment shown in FIG. 1 includes both the transistor 5 and the thyristor 7, it may be used when the main current exceeds the normal operating range and becomes abnormally high, such as when the load is short-circuited. , quickly suppressed to a certain limit an increase in the main current, and since pulled down to zero after a certain period of time, due to the excessive collector current I C I
Destruction of GBT1 is prevented. In addition, since the endless increase of the main current is suppressed, the surge voltage generated when the thyristor 7 is turned on can be suppressed low. Therefore, the IGBT 1 and the IGBT 2 are applied with an excessively high collector-emitter voltage V CE , causing the IGBT 1
1 is also prevented.

【0032】<2.実施の形態2>図4は、実施の形態
2の半導体装置の構成を示す回路図である。この実施の
形態では、トランジスタ5のエミッタEにショットキー
バリアダイオード6と直列にツェナーダイオード13が
接続されている。ツェナーダイオード13は、トランジ
スタ5のコレクタCからエミッタEへ流れる電流が逆電
流となる方向に設置される。トランジスタ5のベース・
エミッタ間電圧VBEは温度の変化に伴って変動する。こ
のため実施の形態1の半導体装置では、トランジスタ5
がオンするための抵抗3の両端の間の電圧が変動し、そ
の結果トランジスタ5がオンする主電流の大きさが変動
する。ツェナーダイオード13の逆電圧(ツェナー電
圧)は、温度の上昇に伴ってベース・エミッタ間電圧V
BEとは逆に増加する性質を持っている。したがって、図
4に示すように、適切なツェナーダイオード13を選択
して設置することにより、トランジスタ5がオンする抵
抗3の両端間の電圧を温度の変化に依存することなく、
一定に保持することができる。
<2. Second Preferred Embodiment> FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a second preferred embodiment. In this embodiment, a Zener diode 13 is connected to the emitter E of the transistor 5 in series with the Schottky barrier diode 6. The Zener diode 13 is provided in such a direction that the current flowing from the collector C to the emitter E of the transistor 5 becomes a reverse current. The base of transistor 5
The emitter-to-emitter voltage V BE varies with a change in temperature. Therefore, in the semiconductor device of the first embodiment, the transistor 5
The voltage between both ends of the resistor 3 for turning on the transistor 5 fluctuates, and as a result, the magnitude of the main current that turns on the transistor 5 fluctuates. The reverse voltage (Zener voltage) of the Zener diode 13 increases as the temperature rises, the base-emitter voltage V
It has the property of increasing contrary to BE . Therefore, as shown in FIG. 4, by selecting and installing an appropriate Zener diode 13, the voltage between both ends of the resistor 3 in which the transistor 5 is turned on does not depend on a change in temperature.
It can be kept constant.

【0033】<3.実施の形態3>図5は、実施の形態
3の半導体装置の構成を示す回路図である。この実施の
形態では、IGBT1をオフするときに、その応答を速
くするために、IGBT1のゲートGとエミッタEの間
に逆電圧が印加されるように構成される。そのために、
ゲート駆動回路9には電源10の他に逆バイアス電源1
1が接続される。また、抵抗3およびトランジスタ5を
経由してIGBT1のエミッタEにおける電位がゲート
Gの電位を引き上げて、ゲート・エミッタ間電圧VG
ゼロ付近の値になることを妨げないように、ダイオード
12(第2のダイオード)が設けられている。ダイオー
ド12はゲートGと、トランジスタ5のコレクタCおよ
びサイリスタ7のアノードとの間に介挿され、IGBT
1のエミッタEから抵抗3、トランジスタ5を介してゲ
ートGへ向かう逆電流を阻止する。
<3. Third Preferred Embodiment> FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a third preferred embodiment. In this embodiment, when the IGBT 1 is turned off, a reverse voltage is applied between the gate G and the emitter E of the IGBT 1 in order to speed up the response. for that reason,
The gate drive circuit 9 has a reverse bias power supply 1 in addition to the power supply 10.
1 is connected. The resistor 3 and the potential at the emitter E of the via transistor 5 IGBT 1 is pulled up the potential of the gate G, so that the gate-emitter voltage V G does not prevent to become a value near zero, the diode 12 ( A second diode). The diode 12 is interposed between the gate G, the collector C of the transistor 5 and the anode of the thyristor 7, and has an IGBT
A reverse current flowing from the emitter E of 1 to the gate G via the resistor 3 and the transistor 5 is blocked.

【0034】<4.実施の形態4>図6は、実施の形態
4の半導体装置の構成を示す回路図である。この実施の
形態では、トランジスタ5のエミッタEとIGBT1の
エミッタEの間に、発光ダイオード14(報知手段)が
介挿されている。発光ダイオード14はトランジスタ5
のコレクタCからエミッタEへ流れる電流が、発光ダイ
オード14の順方向電流となる方向に設置される。トラ
ンジスタ5がオンすると発光ダイオード14が発光す
る。このため、負荷の短絡などにより主電流が異常に増
加したために、トランジスタ5が作動したことを、発光
により認識することができる。すなわち、主電流が停止
したときに正常に停止しているのか、異常の発生によっ
て停止したのかを容易に認識することができる。
<4. Fourth Preferred Embodiment> FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a fourth preferred embodiment. In this embodiment, a light emitting diode 14 (notifying means) is interposed between the emitter E of the transistor 5 and the emitter E of the IGBT 1. The light emitting diode 14 is a transistor 5
The current flowing from the collector C to the emitter E of the light emitting diode 14 is set in a direction that becomes a forward current of the light emitting diode 14. When the transistor 5 is turned on, the light emitting diode 14 emits light. For this reason, it can be recognized by light emission that the transistor 5 has been activated because the main current has increased abnormally due to a load short circuit or the like. In other words, it is possible to easily recognize whether the main current has stopped normally or stopped due to the occurrence of an abnormality.

【0035】<5.実施の形態5>上述の各実施の形態
において、トランジスタ5、サイリスタ7、抵抗3を1
つの半導体チップの中に構成してもよい。更に、抵抗
8、ショットキーバリアダイオード6、ツェナーダイオ
ード13などをも含めて、1つの半導体チップの中に構
成してもよい。
<5. Fifth Embodiment> In each of the above embodiments, the transistor 5, the thyristor 7, and the resistor 3
It may be configured in one semiconductor chip. Furthermore, the structure including the resistor 8, the Schottky barrier diode 6, the Zener diode 13 and the like may be included in one semiconductor chip.

【0036】<6.実施の形態6> <6-1.装置の構成>図7は、実施の形態6の半導体装置
の構成を示す回路図である。IGBT101(第1の絶
縁ゲート素子)のコレクタC(第1電流電極)には図示
しない負荷が接続されており、主としてコレクタCから
エミッタE(第2電流電極)へ流れるコレクタ電流IC
が、主電流として負荷へ供給される。このコレクタ電流
Cは、ゲートG(制御電極)とエミッタEの間の電圧
であるゲート・エミッタ間電圧VG の大きさによって制
御される。ゲート・エミッタ間電圧VG が大きいほど大
きなコレクタ電流IC が流れる。ゲート・エミッタ間電
圧VG はゲート駆動回路210(ゲート駆動手段)によ
って調整して供給される。ゲート駆動回路210の出力
端子GO とゲートGの間には抵抗109が介挿されてい
る。ゲート駆動回路210に接続される電源103は、
電源電圧をゲート駆動回路210へ供給する。
<6. Sixth Preferred Embodiment <6-1. Device Configuration> FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a sixth preferred embodiment. A load (not shown) is connected to the collector C (first current electrode) of the IGBT 101 (first insulated gate element), and a collector current I C mainly flowing from the collector C to the emitter E (second current electrode).
Is supplied to the load as a main current. The collector current I C is controlled by the size of the gate G (control electrode) and a voltage between the emitter E gate-emitter voltage V G. As the gate-emitter voltage V G is greater flows large collector current I C is. Gate-emitter voltage V G is supplied by adjusting the gate drive circuit 210 (gate driving means). Resistor 109 between the output terminal G O and gate G of the gate driving circuit 210 is interposed. The power supply 103 connected to the gate drive circuit 210
The power supply voltage is supplied to the gate drive circuit 210.

【0037】IGBT101よりも電流容量の低いIG
BT102(第2の絶縁ゲート素子)が、IGBT10
1に並列に設けられている。IGBT101とIGBT
102は、コレクタC同士、及びゲートG同士が互いに
接続されている。負荷へ供給される主電流の小部分が、
IGBT102のコレクタ電流IC として、IGBT1
02へ分流する。IGBT102のエミッタEとIGB
T101のエミッタEの間には抵抗104が接続されて
いる。IGBT102へ分流した電流は抵抗104を通
過する。このため抵抗104の両端には分流した電流に
比例した電圧VR が発生する。従って、主電流が大きい
ほど抵抗104の両端には高い電圧Vが発生する。
IG having a lower current capacity than IGBT 101
BT102 (second insulated gate element) is IGBT10
1 are provided in parallel. IGBT101 and IGBT
In 102, collectors C and gates G are connected to each other. A small part of the main current supplied to the load
The collector current I C of the IGBT 102 is IGBT 1
Divide to 02. Emitter E of IGBT102 and IGB
A resistor 104 is connected between the emitters E of T101. The current shunted to the IGBT 102 passes through the resistor 104. For this reason, a voltage V R proportional to the divided current is generated at both ends of the resistor 104. Thus, a high voltage V R is generated across the higher primary current is large resistor 104.

【0038】ゲートGとIGBT101のエミッタEの
間に並列に、MOS型電界効果トランジスタ素子(以
下、MOSFETと略記する)105とツェナーダイオ
ード106との直列回路が介挿されている。ゲートGに
は、MOSFET105のドレインDが、抵抗110を
介して接続されている。ドレインDは、抵抗109の一
端にも接続されている。MOSFET105のソースS
には、ツェナーダイオード106のカソードが接続され
ている。ツェナーダイオード106のアノードはIGB
T101のエミッタEに接続されている。すなわち、ツ
ェナーダイオード106は、MOSFET105のドレ
インDからソースSへ流れる電流がツェナーダイオード
106の逆電流となる方向に設置される。
A series circuit of a MOS field effect transistor element (hereinafter abbreviated as MOSFET) 105 and a Zener diode 106 is interposed between the gate G and the emitter E of the IGBT 101 in parallel. The gate G is connected to the drain D of the MOSFET 105 via the resistor 110. The drain D is also connected to one end of the resistor 109. Source S of MOSFET 105
Is connected to the cathode of the Zener diode 106. The anode of the Zener diode 106 is IGB
It is connected to the emitter E of T101. That is, the Zener diode 106 is installed in a direction in which a current flowing from the drain D to the source S of the MOSFET 105 becomes a reverse current of the Zener diode 106.

【0039】MOSFET105のゲートG1 は、抵
抗111、抵抗112、及びダイオード113を介し
て、IGBT102のエミッタEに結合されている。抵
抗111と抵抗112は直列に接続され、抵抗112に
はダイオード113が並列に接続されている。ダイオー
ド113は、そのアノードがIGBT102のエミッタ
Eに接続される方向に介挿される。
The gate G1 of the MOSFET 105 is coupled to the emitter E of the IGBT 102 via the resistor 111, the resistor 112, and the diode 113. The resistor 111 and the resistor 112 are connected in series, and a diode 113 is connected to the resistor 112 in parallel. Diode 113 is inserted in the direction in which the anode is connected to emitter E of IGBT 102.

【0040】IGBT101には、この素子が導通状態
から遮断状態へ移行したときに、コレクタCとエミッタ
Eの間に逆電圧が発生することによる破壊を防止するた
めのフリーホイールダイオード301が、並列に接続さ
れている。同様に、MOSFET105には、MOSF
ET105の保護を目的としたフリーホイールダイオー
ド302が並列に接続されている。
In the IGBT 101, a freewheel diode 301 for preventing breakdown due to generation of a reverse voltage between the collector C and the emitter E when the element shifts from the conductive state to the cutoff state is connected in parallel. It is connected. Similarly, the MOSFET 105 has a MOSF
A freewheel diode 302 for protecting the ET 105 is connected in parallel.

【0041】<6-2.装置の概略動作>MOSFET10
5は、ゲートG1 とソースSの間の電圧であるゲート・
ソース間電圧VG1が、MOSFET105に固有のゲー
ト閾電圧VGS(th)より低いときにはオフ状態となり、ゲ
ート閾電圧VGS(th)より高い時にはオン状態となる。し
たがって、抵抗104の両端に発生する電圧VR が、ツ
ェナーダイオード106に固有のツェナー電圧Vz とM
OSFET105のゲート閾電圧VGS(th)との和よりも
低いときには、MOSFET105はオフし、逆に高い
ときにはオンする。主電流が、正常動作の範囲内の低い
値である間は、電圧VR はツェナー電圧Vz とゲート閾
電圧VGS(th)の和に比べて十分に低い。したがって、M
OSFET105はオフ状態にある。このとき、ゲート
Gの電位は、ゲート駆動回路210が出力する電位に一
致する。すなわち、IGBT101及びIGBT102
はゲート駆動回路210の出力電位に応答して動作す
る。
<6-2. Schematic Operation of Device> MOSFET 10
5 is the gate voltage between the gate G1 and the source S
Source voltage V G1 is turned off when lower than the intrinsic gate threshold voltage V GS (th) to MOSFET 105, is turned on when higher than the gate threshold voltage V GS (th). Therefore, the voltage V R generated across the resistor 104 is equal to the Zener voltage Vz inherent to the Zener diode 106 and M
When it is lower than the sum of the gate threshold voltage V GS (th) of the OSFET 105, the MOSFET 105 turns off, and when it is higher, it turns on. Main current, while a low value of the range of normal operation, the voltage V R is sufficiently lower than the sum of the Zener voltage Vz and the gate threshold voltage V GS (th). Therefore, M
OSFET 105 is off. At this time, the potential of the gate G matches the potential output from the gate drive circuit 210. That is, the IGBT 101 and the IGBT 102
Operate in response to the output potential of gate drive circuit 210.

【0042】一方、負荷が短絡するなどにより、主電流
が正常動作の範囲を超えて上昇すると、それに伴って電
圧VR が上昇する。電圧VR がツェナー電圧Vz とゲー
ト閾電圧VGS(th)の和を超えるほどに主電流が高くなる
と、MOSFET105がオン状態となる。その結果、
ゲートGの電位が引き下げられる。これにより、IGB
T101及びIGBT102が遮断状態に近くなって、
主電流の上昇が阻止される。すなわち、この半導体装置
は、電圧VR がツェナー電圧Vz とゲート閾電圧V
GS(th)の和に一致することに対応する主電流の上限値を
超えて、主電流が上昇するのを防止する。その結果、I
GBT101の過電流による破壊が防止される。抵抗1
04の抵抗値は、正常動作の範囲で設定される主電流の
上限値に相応して、適宜選択される。
On the other hand, due to the load is shorted, the main current is increased beyond the range of normal operation, the voltage V R increases accordingly. When the voltage V R becomes high enough to the main current exceeds the sum of the Zener voltage Vz and the gate threshold voltage V GS (th), MOSFET105 is turned on. as a result,
The potential of the gate G is reduced. Thereby, IGB
When T101 and IGBT102 are close to the blocking state,
The rise of the main current is prevented. That is, this semiconductor device, the voltage V R is the Zener voltage Vz and the gate threshold voltage V
The main current is prevented from rising beyond the upper limit of the main current corresponding to the sum of GS (th) . As a result, I
Destruction of the GBT 101 due to overcurrent is prevented. Resistance 1
The resistance value of 04 is appropriately selected according to the upper limit value of the main current set in the normal operation range.

【0043】<6-3.装置の特徴的な動作>抵抗104の
代わりに、IGBT102のコレクタ電流IC を検出し
て、コレクタ電流IC に対応した電圧を出力する別の電
流検出回路を設けてもよい。しかしながら、抵抗104
で電流検出回路を構成するこの実施の形態では、半導体
装置を最も簡単にかつ最も低いコストで構成することが
できる。抵抗104は、コレクタ電流IC を電圧VR
変換する速度が早い。しかも、抵抗104に精度の高い
抵抗器を選択することにより、コレクタ電流IC から電
圧VR への変換の精度を容易に高く設定することができ
る。すなわち、この実施の形態は、電流検出回路の精度
および高速応答性に優れ、かつ構成が簡単であるという
利点を有している。
<6-3. Characteristic Operation of Apparatus> Instead of the resistor 104, another current detection circuit for detecting the collector current I C of the IGBT 102 and outputting a voltage corresponding to the collector current I C is provided. You may. However, the resistance 104
In this embodiment, the semiconductor device can be configured with the simplest and lowest cost. Resistor 104, the rate for converting the collector current I C to the voltage V R is earlier. In addition, by selecting a high-precision resistor for the resistor 104, the accuracy of conversion from the collector current I C to the voltage V R can be easily set high. That is, this embodiment has advantages that the current detection circuit is excellent in accuracy and high-speed response, and has a simple configuration.

【0044】この半導体装置では、MOSFET105
に直列にツェナーダイオード106が設けられている。
このため、この半導体装置では、ツェナーダイオード1
06のない従来の半導体装置に比べて、MOSFET1
05がオンするに必要な電圧VR がツェナー電圧Vz の
分だけ高い。その結果、ゲートG1 に入力される電圧信
号に重畳する電気的雑音によって、MOSFET105
が誤ってオンするという誤動作が発生し難い。すなわち
この半導体装置は、従来装置に比べて高いノイズマージ
ンを有している。
In this semiconductor device, the MOSFET 105
, A zener diode 106 is provided in series.
Therefore, in this semiconductor device, the Zener diode 1
06 compared to the conventional semiconductor device without 06.
05 is the voltage V R required to be on high by the amount of the Zener voltage Vz. As a result, the electrical noise superimposed on the voltage signal input to the gate G1 causes the MOSFET 105
It is unlikely that a malfunction will occur when the device is turned on by mistake. That is, this semiconductor device has a higher noise margin than the conventional device.

【0045】この実施の形態では、電圧VR をゲートG
1 へ伝達するラインに、抵抗112および抵抗111が
介挿されている。このため、半導体装置の発振が防止さ
れる。
[0045] In this embodiment, the voltage V R gate G
A resistor 112 and a resistor 111 are interposed in a line transmitting to 1. Thus, oscillation of the semiconductor device is prevented.

【0046】この実施の形態では、更に抵抗112に並
列にダイオード113が設けられている。ダイオード1
13は、電圧VR をゲートG1 に伝達する方向がダイオ
ード113の順方向となる向きに設置されている。この
ため、MOSFET105の動作をオフからオンに転換
すべく、抵抗104が電圧VR を送出する際に、電圧V
R がゲートG1 に短時間で伝達される。すなわち、ダイ
オード113はMOSFET105のオフからオンへの
変転を加速する機能を果たしている。これにより、負荷
が短絡した後に主電流が上限値以下に制限されるまでの
遅延時間が短縮される。
In this embodiment, a diode 113 is further provided in parallel with the resistor 112. Diode 1
13 is installed in a direction in which the direction of transmitting the voltage V R to the gate G1 becomes forward direction of the diode 113. Therefore, in order to convert from OFF to ON operation of the MOSFET 105, when the resistor 104 sends out voltage V R, the voltage V
R is transmitted to the gate G1 in a short time. That is, the diode 113 has a function of accelerating the change of the MOSFET 105 from off to on. Thereby, the delay time until the main current is limited to the upper limit or less after the load is short-circuited is reduced.

【0047】<7.実施の形態7>実施の形態6の半導
体装置において、MOSFET105のゲート閾電圧V
GS(th)は、温度の変化に伴って変動する。このことは、
主電流の上限値が温度と共に変動し得ることを意味す
る。ところで、ツェナー電圧Vz が様々な温度特性を有
する市販のツェナーダイオードが入手可能である。した
がって、ツェナー電圧Vz の温度依存性とゲート閾電圧
GS(th)の温度依存性とが互いに補償し合うようなツェ
ナーダイオードを選択して、これをツェナーダイオード
106に利用することが可能である。このようにツェナ
ーダイオード106を選定した半導体装置では、MOS
FET105をオンするのに必要な電圧VR の高さは温
度に依存せず一定である。すなわち、この半導体装置で
は、主電流の上限値は温度に依存せずに一定となる。
<7. Seventh Preferred Embodiment> In the semiconductor device of the sixth preferred embodiment, the gate threshold voltage V
GS (th) fluctuates with a change in temperature. This means
This means that the upper limit of the main current can vary with temperature. By the way, commercially available Zener diodes having various temperature characteristics with a Zener voltage Vz are available. Therefore, it is possible to select a Zener diode in which the temperature dependence of the Zener voltage Vz and the temperature dependence of the gate threshold voltage V GS (th) compensate each other, and use this for the Zener diode 106. . In the semiconductor device in which the zener diode 106 is selected as described above, the MOS
The height of the voltage V R necessary to turn on the FET105 is constant without depending on temperature. That is, in this semiconductor device, the upper limit value of the main current is constant without depending on the temperature.

【0048】<8.実施の形態8>図8は、実施の形態
8の半導体装置の構成を示す回路図である。この実施の
形態では、IGBT101をオフ状態にするときには、
IGBT101のゲートGとエミッタEの間に逆電圧が
印加されるように構成される。そのために、ゲート駆動
回路210には電源103の他に逆バイアス電源107
が接続される。このため、IGBT101をオン状態か
らオフ状態へ変転させるときの応答が、実施の形態6ま
たは実施の形態7の装置に比べて速いという利点があ
る。さらに、オフ状態が十分に安定して実現する。
<8. Eighth Preferred Embodiment> FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to an eighth preferred embodiment. In this embodiment, when the IGBT 101 is turned off,
The IGBT 101 is configured so that a reverse voltage is applied between the gate G and the emitter E. Therefore, the gate drive circuit 210 has a reverse bias power supply 107 in addition to the power supply 103.
Is connected. Therefore, there is an advantage that the response when the IGBT 101 is turned from the on state to the off state is faster than that of the device according to the sixth or seventh embodiment. Further, the off state is sufficiently stabilized.

【0049】この実施の形態では、ゲートGとエミッタ
Eの間に逆電圧が印加されるように構成されるので、I
GBT101のエミッタEにおける電位が、ツェナーダ
イオード106およびMOSFET105を経由して、
ゲートGの電位を引き上げることによって、ゲート・エ
ミッタ間電圧VG がゼロ付近の値となる恐れがある。こ
のことを防止するために、ダイオード108(第1のダ
イオード)が設けられている。ダイオード108は、ゲ
ートGとMOSFET105のドレインDとの間に介挿
される。また、ダイオード108は、MOSFET10
5を流れる順方向電流がダイオード108の順方向電流
となる方向に介挿される。
In this embodiment, since a reverse voltage is applied between gate G and emitter E, I
The potential at the emitter E of the GBT 101 passes through the Zener diode 106 and the MOSFET 105,
By raising the potential of the gate G, the gate-emitter voltage V G may become a value near zero. In order to prevent this, a diode 108 (first diode) is provided. The diode 108 is interposed between the gate G and the drain D of the MOSFET 105. The diode 108 is connected to the MOSFET 10
5 is inserted in the direction in which the forward current flowing through the diode 5 becomes the forward current of the diode 108.

【0050】ダイオード108は、IGBT101のエ
ミッタEからツェナーダイオード106、MOSFET
105を通過して、ゲートGへ向かう電流、すなわちM
OSFET105の逆電流を阻止する。これにより、ゲ
ート駆動回路210が出力する負の電位が、ゲートGに
正しく伝達される。ダイオード108は、逆電流による
MOSFET105の破壊をも防止する機能を果たして
いる。
The diode 108 includes the emitter E of the IGBT 101, the Zener diode 106, the MOSFET
105, the current going to the gate G, ie, M
The reverse current of the OSFET 105 is blocked. Thus, the negative potential output from the gate drive circuit 210 is transmitted to the gate G correctly. The diode 108 has a function of preventing the MOSFET 105 from being broken by a reverse current.

【0051】ダイオード108は、MOSFET105
が導通したときに、電流がMOSFET105を順方向
に流れるのを妨げない。したがって、ダイオード108
は、この半導体装置が有する過大な主電流を防止する機
能を阻害しない。
The diode 108 is connected to the MOSFET 105
Does not prevent the current from flowing through the MOSFET 105 in the forward direction. Therefore, the diode 108
Does not hinder the function of this semiconductor device for preventing an excessive main current.

【0052】<9.実施の形態9>図9は、実施の形態
9の半導体装置の構成を示す回路図である。この実施の
形態では、実施の形態8の半導体装置におけるダイオー
ド108に、発光ダイオード303が使用されている。
MOSFET105がオンすると、MOSFET105
を流れる電流が発光ダイオード303をも流れるので、
発光ダイオード303が発光する。
<9. Ninth Preferred Embodiment> FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a ninth preferred embodiment. In this embodiment, a light emitting diode 303 is used as the diode 108 in the semiconductor device of the eighth embodiment.
When the MOSFET 105 is turned on, the MOSFET 105
Current also flows through the light emitting diode 303,
The light emitting diode 303 emits light.

【0053】このため、負荷の短絡などにより主電流が
異常に増加したために、主電流を制限する機能が働いた
ことを、発光ダイオード303の発光によって認識する
ことができる。すなわち、半導体装置が正常動作状態に
あるのか、異常動作状態にあるのかを容易に認識するこ
とができる。
Therefore, it is possible to recognize from the light emission of the light emitting diode 303 that the function of limiting the main current has been activated due to the abnormal increase of the main current due to a load short circuit or the like. That is, it is possible to easily recognize whether the semiconductor device is in a normal operation state or an abnormal operation state.

【0054】発光ダイオード303は、実施の形態8に
おけるダイオード108の機能をも兼ねている。すなわ
ち、この実施の形態の半導体装置では、発光ダイオード
303を用いることにより、MOSFET105の逆電
流を阻止する機能と、装置の動作状態における異常を報
知する機能との双方の機能を実現している。
Light emitting diode 303 also has the function of diode 108 in the eighth embodiment. That is, in the semiconductor device of this embodiment, by using the light emitting diode 303, both the function of blocking the reverse current of the MOSFET 105 and the function of notifying an abnormality in the operation state of the device are realized.

【0055】<10.実施の形態10>図10は、実施
の形態10の半導体装置の構成を示す回路図である。こ
の実施の形態では、実施の形態9の半導体装置における
MOSFET105が、互いに並列に接続された2個の
MOSFET105a、105bで構成されている。各
MOSFET105a、105b毎には、フリーホイー
ルダイオード302に代わって、フリーホイールダイオ
ード302a、302bが、それぞれ個別に接続され
る。また、抵抗111に代わって、抵抗111a、11
1bが、MOSFET105a、105bのそれぞれの
ゲートに接続されている。フリーホイールダイオード3
02a、302bの機能はフリーホイールダイオード3
02の機能と同様であり、抵抗111a、111bの機
能は抵抗111の機能と同様である。
<10. Tenth Preferred Embodiment> FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a tenth preferred embodiment. In this embodiment, the MOSFET 105 in the semiconductor device of the ninth embodiment includes two MOSFETs 105a and 105b connected in parallel to each other. For each of the MOSFETs 105a and 105b, freewheel diodes 302a and 302b are individually connected instead of the freewheel diodes 302. Also, instead of the resistor 111, the resistors 111a, 11a
1b is connected to respective gates of the MOSFETs 105a and 105b. Freewheel diode 3
The function of 02a, 302b is a freewheel diode 3
02, and the functions of the resistors 111a and 111b are the same as the functions of the resistor 111.

【0056】この実施の形態の半導体装置では、2個の
MOSFET105a、105bが、並列に設けられて
いるので、1個のMOSFET105のみが設けられた
半導体装置に比べて、これらの素子がオンしたときのオ
ン抵抗が低く、しかも電流容量が大きい。インバータ等
のスイッチング素子として使用される絶縁ゲート型半導
体装置では、IGBT101を高速度でオンおよびオフ
する必要があるので、ゲート駆動回路210の出力抵抗
および抵抗109の抵抗値は低く設定される。特に、大
きな主電流を供給する大型の絶縁ゲート型半導体装置で
は、それらの抵抗値は一層低く設定される。このため、
高速度でスイッチング動作する大型の絶縁ゲート型半導
体装置では、MOSFET105のオン抵抗は、抵抗1
09等の抵抗値に見合って十分に低くなくてなならな
い。なぜなら、オン抵抗が抵抗109等の抵抗値に比べ
て十分に低くなければ、MOSFET105がオンした
ときに、ゲート・エミッタ間電圧VG を十分に引き下げ
て、主電流を所定の上限値以下に制限することができな
くなるからである。また、大型の絶縁ゲート型半導体装
置では、MOSFET105が導通したときにMOSF
ET105を流れる電流が大きいので、MOSFET1
05の電流容量が大きく設定されなければならない。
In the semiconductor device of this embodiment, since two MOSFETs 105a and 105b are provided in parallel, when these elements are turned on, as compared with a semiconductor device provided with only one MOSFET 105. Have a low on-resistance and a large current capacity. In an insulated gate semiconductor device used as a switching element such as an inverter, the IGBT 101 needs to be turned on and off at a high speed, so that the output resistance of the gate drive circuit 210 and the resistance value of the resistor 109 are set low. Particularly, in a large-sized insulated gate semiconductor device for supplying a large main current, their resistance values are set lower. For this reason,
In a large-sized insulated gate semiconductor device that performs switching operation at high speed, the on-resistance of the MOSFET 105
It must be sufficiently low in accordance with the resistance value such as 09. This is because, if there is no on-resistance is sufficiently lower than the resistance value of such resistors 109, when MOSFET105 is turned on, the gate-emitter voltage V G pull down sufficiently, the main current below a predetermined upper limit value restriction Because they can no longer do it. In a large-sized insulated gate semiconductor device, when the MOSFET 105 is turned on, the MOSF
Since the current flowing through the ET105 is large, the MOSFET 1
05 must be set large.

【0057】この実施の形態の半導体装置は、MOSF
ET105を、並列に接続された2個のMOSFET1
05a、105bで構成することによって、これらの要
求に応えるものである。MOSFET105は、2個に
限らず必要に応じて2個以上の互いに並列に接続された
MOSFETで構成することができる。同一のMOSF
ETを使用する場合には、当然ながら並列に接続される
MOSFETの個数が大きいほど、MOSFET105
のオン抵抗は低くなり、電流容量は大きくなる。
The semiconductor device of this embodiment is a MOSF
ET105 is connected to two MOSFETs 1 connected in parallel.
These requirements are met by the configuration of the components 05a and 105b. The MOSFET 105 is not limited to two, and may be configured by two or more MOSFETs connected in parallel as needed. Same MOSF
When the ET is used, naturally, the larger the number of MOSFETs connected in parallel, the more the MOSFET 105
Has a low on-resistance and a large current capacity.

【0058】<11.実施の形態11>図11は、実施
の形態11の半導体装置の構成を示す回路図である。こ
の実施の形態では、実施の形態6の半導体装置おいて、
MOSFET105に直列に発光ダイオード304が接
続されている。発光ダイオード304は、MOSFET
105を順方向に流れる電流、すなわちMOSFET1
05のドレインDからソースSへ向かって流れる電流
が、発光ダイオード304の順方向電流となる向きに接
続されている。
<11. Eleventh Preferred Embodiment> FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to a eleventh preferred embodiment. In this embodiment, in the semiconductor device of the sixth embodiment,
A light emitting diode 304 is connected to the MOSFET 105 in series. The light emitting diode 304 is a MOSFET
Current flowing in the forward direction 105, ie, MOSFET1
A current flowing from the drain D to the source S of the light-emitting diode 05 is connected in a direction to be a forward current of the light-emitting diode 304.

【0059】MOSFET105が導通したときには、
発光ダイオード304にも同時に電流が流れる。すなわ
ち、MOSFET105が導通するときには、発光ダイ
オード304から光が放出される。このため、負荷の短
絡などにより主電流が異常に増加したために、主電流を
制限する機能が働いたことを、発光ダイオード304の
発光によって認識することができる。すなわちこの半導
体装置では、簡単な構成により、装置が正常動作状態に
あるのか、異常動作状態にあるのかを容易に認識するこ
とができる。
When the MOSFET 105 conducts,
A current also flows through the light emitting diode 304 at the same time. That is, when the MOSFET 105 conducts, light is emitted from the light emitting diode 304. Therefore, it is possible to recognize from the light emission of the light emitting diode 304 that the function of limiting the main current has been activated due to the abnormal increase of the main current due to a load short circuit or the like. That is, in this semiconductor device, it is possible to easily recognize whether the device is in a normal operation state or an abnormal operation state with a simple configuration.

【0060】<12.実施の形態12>上述の各実施の
形態において、MOSFET105とツェナーダイオー
ド106を含む回路部分を1つの半導体チップに集積化
することができる。回路の一部が集積化されるので、半
導体装置の組立が容易となる。また、MOSFET10
5とツェナーダイオード106とが1つの半導体チップ
に集積化されるために、これら双方の温度特性が互いに
相補的であるように、再現性良く装置を構成することが
可能である。しかも、これら両者が同一半導体基板状に
形成されるので、両者の温度がより均一となる。このた
め、MOSFET105をオンするのに必要な電圧VR
を、温度変化に対してより不変に保つことが可能であ
る。
<12. Twelfth Embodiment In each of the above embodiments, the circuit portion including the MOSFET 105 and the Zener diode 106 can be integrated on one semiconductor chip. Since a part of the circuit is integrated, assembly of the semiconductor device is facilitated. In addition, MOSFET 10
5 and the Zener diode 106 are integrated on one semiconductor chip, so that the device can be configured with good reproducibility so that the temperature characteristics of both are complementary to each other. Moreover, since both are formed on the same semiconductor substrate, the temperatures of both are more uniform. For this reason, the voltage V R required to turn on the MOSFET 105
Can be kept more invariant with temperature changes.

【0061】図12は図7に示した装置の一部を集積化
した装置の回路図である。この装置では、フリーホイー
ルダイオード302、抵抗111、抵抗112およびダ
イオード113を含む回路部分401が集積化されてい
る。一方、抵抗104、抵抗109および抵抗110
は、集積化の対象から外され、集積化回路部分401の
周辺に設置される。集積化回路部分401に含まれる各
回路部品は、半導体装置の様々な定格に対して比較的広
く対応し得る回路部品である。一方、集積化の対象から
除外された抵抗104、抵抗109および抵抗110
は、例えば制御すべき主電流の定格に応じて、その抵抗
値、耐熱特性等を選定する必要がある。この実施の形態
では、これらの抵抗が集積化回路部分401の外に個別
に配置され、装置の定格に比較的依存しない回路部品が
集積化されるので、集積化回路部分401を様々な定格
の半導体装置に共通に使用することができる。すなわ
ち、この実施の形態の装置は、製造コストを低減し得る
利点を有している。
FIG. 12 is a circuit diagram of a device in which a part of the device shown in FIG. 7 is integrated. In this device, a circuit portion 401 including a freewheel diode 302, a resistor 111, a resistor 112, and a diode 113 is integrated. On the other hand, the resistors 104, 109 and 110
Are removed from the object of integration and are installed around the integrated circuit portion 401. Each circuit component included in the integrated circuit portion 401 is a circuit component that can relatively widely correspond to various ratings of the semiconductor device. On the other hand, the resistors 104, 109, and 110 excluded from the integration target
For example, it is necessary to select the resistance value, the heat resistance and the like according to the rating of the main current to be controlled. In this embodiment, these resistors are individually arranged outside the integrated circuit portion 401, and the circuit components that are relatively independent of the device rating are integrated. It can be commonly used for semiconductor devices. That is, the device of this embodiment has an advantage that the manufacturing cost can be reduced.

【0062】<13.実施の形態13>図13は図10
に示した装置の一部を集積化した装置の回路図である。
この装置では、MOSFET105a、105b、ツェ
ナーダイオード106、抵抗111a、111b、抵抗
112、およびダイオード113が集積化され、集積化
回路部分402を構成している。一方、抵抗104、抵
抗109、抵抗110は、集積化の対象から外され、集
積化回路部分402の周辺に設置される。この実施の形
態の装置においても、実施の形態12と同様に装置の定
格に依存する回路部品が集積化回路部分402の外に個
別に配置され、装置の定格に比較的依存しない回路部品
が集積化されるので、製造コストを低減し得る利点があ
る。
<13. Embodiment 13> FIG.
2 is a circuit diagram of a device in which a part of the device shown in FIG.
In this device, MOSFETs 105a and 105b, a Zener diode 106, resistors 111a and 111b, a resistor 112, and a diode 113 are integrated to form an integrated circuit portion 402. On the other hand, the resistors 104, 109, and 110 are excluded from integration targets and are installed around the integrated circuit portion 402. Also in the device of this embodiment, the circuit components depending on the rating of the device are individually arranged outside the integrated circuit portion 402 similarly to the twelfth embodiment, and the circuit components relatively independent of the rating of the device are integrated. Therefore, there is an advantage that the manufacturing cost can be reduced.

【0063】<14.実施の形態14> <14-1. 装置の構成>図14は、実施の形態14の半導
体装置の構成を示す回路図である。この実施の形態で
は、2つの接合型電界効果トランジスタ素子(JFE
T)を有するカレントミラー回路が使用されている。I
GBT102のエミッタEとIGBT101のエミッタ
Eの間に、JFET114(第1の接合型電界効果トラ
ンジスタ素子)と抵抗116(第1抵抗)との直列回路
が介挿されている。JFET114のドレインDはIG
BT102のエミッタEに接続され、ソースSは抵抗1
16の一端に接続されている。抵抗116の他の一端
は、IGBT101のエミッタEに接続されている。J
FET114および抵抗116を流れる電流I1 は、I
GBT102のコレクタ電流IC に一致する。JFET
114のゲートGは、ドレインDと短絡されている。
<14. Fourteenth Embodiment><14-1. Configuration of Device> FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device of a fourteenth embodiment. In this embodiment, two junction field effect transistor elements (JFE
A current mirror circuit having T) is used. I
A series circuit of a JFET 114 (first junction field effect transistor element) and a resistor 116 (first resistor) is interposed between the emitter E of the GBT 102 and the emitter E of the IGBT 101. The drain D of JFET 114 is IG
The source S is connected to the emitter E of the BT102,
16 is connected to one end. The other end of the resistor 116 is connected to the emitter E of the IGBT 101. J
The current I1 flowing through the FET 114 and the resistor 116 is I
It matches the collector current I C of the GBT 102. JFET
The gate G of 114 is short-circuited with the drain D.

【0064】一方、JFET115(第2の接合型電界
効果トランジスタ素子)は、発光ダイオード303と抵
抗117(第2抵抗)との直列回路を構成している。発
光ダイオード303のアノードは抵抗110を介して、
IGBT101とIGBT102のゲートGに結合され
ている。発光ダイオード303のカソードはJFET1
15のドレインDに接続されている。JFET115の
ソースSは、抵抗117の一端に接続されている。抵抗
117の他の一端は、IGBT101のエミッタEに接
続されている。JFET115のゲートGとJFET1
14のゲートGとは、互いに接続されている。この実施
の形態では、実施の形態9と同様にゲート駆動回路21
0には電源103の他に逆バイアス電源107が接続さ
れている。
On the other hand, the JFET 115 (second junction field effect transistor element) forms a series circuit of the light emitting diode 303 and the resistor 117 (second resistor). The anode of the light emitting diode 303 is connected via the resistor 110 to
It is coupled to the gate G of IGBT101 and IGBT102. The cathode of the light emitting diode 303 is JFET1
15 is connected to the drain D. The source S of the JFET 115 is connected to one end of the resistor 117. The other end of the resistor 117 is connected to the emitter E of the IGBT 101. Gate G of JFET115 and JFET1
The fourteen gates G are connected to each other. In this embodiment, the gate drive circuit 21 is similar to the ninth embodiment.
0 is connected to a reverse bias power supply 107 in addition to the power supply 103.

【0065】<14-2. 装置の特徴的な動作>前述のよう
にJFET114とJFET115とは、カレントミラ
ー回路を構成している。しかも、抵抗116と抵抗11
7とによって、これらのJFET114、115には負
帰還がかけられている。このため、JFET115を流
れる電流I2 の大きさは、JFET114および115
の特性には余り依存せずに、専ら抵抗116と抵抗11
7の比と電流I1 とによって定まる。すなわち電流I2
の大きさは常に、抵抗116の抵抗117に対する比
と、電流I1 との積に一致する。従って、JFET11
5には常に、負荷に供給される主電流に比例した電流が
流れる。その電流I2 の大きさには、2つの抵抗11
6、117の抵抗値の精度に応じた、高い精度が保証さ
れる。また、抵抗116、117の抵抗値の温度変化に
伴う変動は小さいので、主電流と電流I2 との関係は温
度に余り依存しない。このため、この実施の形態の半導
体装置では、過電流を抑制する機能が高い精度で実現さ
れ、かつその機能は温度に余り依存しないという利点が
ある。
<14-2. Characteristic Operation of Device> As described above, the JFET 114 and the JFET 115 constitute a current mirror circuit. Moreover, the resistance 116 and the resistance 11
7, negative feedback is applied to these JFETs 114 and 115. Therefore, the magnitude of current I2 flowing through JFET 115 is
Of the resistance 116 and the resistance 11
7 and the current I1. That is, the current I2
Always corresponds to the product of the ratio of resistor 116 to resistor 117 and current I1. Therefore, JFET11
5 always carries a current proportional to the main current supplied to the load. The magnitude of the current I2 includes two resistors 11
High accuracy according to the accuracy of the resistance values of 6, 117 is guaranteed. Further, since the fluctuation of the resistance values of the resistors 116 and 117 with the temperature change is small, the relationship between the main current and the current I2 does not depend much on the temperature. Therefore, the semiconductor device of this embodiment has an advantage that the function of suppressing overcurrent is realized with high accuracy, and that the function does not depend much on temperature.

【0066】また、実施の形態9における半導体装置と
同様に、ゲート駆動回路210には電源103の他に逆
バイアス電源107が接続されているので、IGBT1
01をオン状態からオフ状態へ変転させるときの応答が
速く、かつオフ状態が十分に安定して実現する。また、
発光ダイオード303は、JFET115の逆電流を阻
止する機能と、装置の動作状態における異常を報知する
機能との双方の機能を実現している。
Further, similarly to the semiconductor device according to the ninth embodiment, since the reverse bias power supply 107 is connected to the gate drive circuit 210 in addition to the power supply 103, the IGBT 1
The response when the 01 is changed from the on state to the off state is fast, and the off state is sufficiently stabilized. Also,
The light emitting diode 303 realizes both a function of preventing a reverse current of the JFET 115 and a function of notifying an abnormality in an operation state of the device.

【0067】<その他の実施の形態> (1)以上の実施の形態の半導体装置では、IGBT1
01、102にnチャネル型IGBTを使用している
が、この発明ではpチャネル型IGBTを用いることも
可能である。
<Other Embodiments> (1) In the semiconductor device of the above embodiments, the IGBT 1
Although an n-channel IGBT is used for 01 and 102, a p-channel IGBT can be used in the present invention.

【0068】(2)以上の実施の形態の半導体装置で
は、主電流の制御および検出を行う素子として、IGB
T101、102を用いている。しかし、この発明はI
GBTに限らず、一般に絶縁ゲート素子、例えばMOS
型電界効果トランジスタ素子などを用いた半導体装置に
も実施が可能である。
(2) In the semiconductor device of the above embodiment, IGB is used as an element for controlling and detecting the main current.
T101 and 102 are used. However, the present invention
Not only the GBT but also generally an insulated gate element such as a MOS
The present invention can also be applied to a semiconductor device using a type field effect transistor element or the like.

【0069】[0069]

【発明の効果】この発明の半導体装置を使用する際に
は、第1の絶縁ゲート素子に負荷が接続される。そし
て、この第1の絶縁ゲート素子によって、主電流が調整
される。この主電流の一部は、第2の絶縁ゲート素子へ
分流する。分流した電流は、電流検出手段によって、そ
の電流の大きさに対応する高さを有する電圧へと変換さ
れる。負荷の短絡などにより主電流が過度に上昇する
と、変換された電圧が所定のオン電圧を超え、その結
果、MOS型電界効果トランジスタ素子が導通状態にな
る。
When using the semiconductor device of the present invention, a load is connected to the first insulated gate element. The main current is adjusted by the first insulated gate element. Part of this main current is diverted to the second insulated gate element. The shunted current is converted by the current detection means into a voltage having a height corresponding to the magnitude of the current. If the main current rises excessively due to a load short circuit or the like, the converted voltage exceeds a predetermined on-voltage, and as a result, the MOS field effect transistor element becomes conductive.

【0070】すると、第1及び第2の絶縁ゲート素子に
おいて、第1制御電極と第2電流電極の間、第2制御電
極と第4電流電極の間のそれぞれの電圧が引き下げられ
るので、これらの絶縁ゲート素子が遮断状態に近くな
り、所定限度を超えた主電流の上昇が抑制される。MO
S型電界効果トランジスタ素子の第6電流電極にツェナ
ーダイオードが直列に接続されているので、MOS型電
界効果トランジスタ素子のオン電圧が、ツェナーダイオ
ードのツェナー電圧に相当する分高くなっている。この
ため、MOS型電界効果トランジスタ素子の第3制御電
極に供給される電圧信号に重畳する電気的雑音に対する
マージンが高い。すなわちこの半導体装置では、この電
気的雑音によるMOS型電界効果トランジスタ素子の誤
動作が抑制される(請求項1〜請求項10)。
Then, in the first and second insulated gate elements, the respective voltages between the first control electrode and the second current electrode and between the second control electrode and the fourth current electrode are reduced. The insulated gate element approaches a cutoff state, and an increase in the main current exceeding a predetermined limit is suppressed. MO
Since the zener diode is connected in series to the sixth current electrode of the S-type field effect transistor element, the ON voltage of the MOS type field effect transistor element is higher by an amount corresponding to the zener voltage of the Zener diode. Therefore, there is a high margin for electrical noise superimposed on the voltage signal supplied to the third control electrode of the MOS field effect transistor element. That is, in this semiconductor device, the malfunction of the MOS field effect transistor element due to the electric noise is suppressed (claims 1 to 10).

【0071】この発明の半導体装置では、ツェナー電圧
の温度特性が、MOS型電界効果トランジスタ素子のゲ
ート閾電圧の温度特性と相補的であるツェナーダイオー
ドが選択され、使用される。その結果、MOS型電界効
果トランジスタ素子のオン電圧の温度依存性が抑制され
る。その結果、この半導体装置では、MOS型電界効果
トランジスタ素子の導通を引き起こす主電流の大きさ
が、温度変化に伴って余り変動しない(請求項2)。
In the semiconductor device of the present invention, a Zener diode whose Zener voltage temperature characteristic is complementary to the gate threshold voltage temperature characteristic of the MOS field effect transistor element is selected and used. As a result, the temperature dependency of the ON voltage of the MOS field effect transistor element is suppressed. As a result, in this semiconductor device, the magnitude of the main current that causes conduction of the MOS field effect transistor element does not fluctuate much with a change in temperature.

【0072】この発明の半導体装置では、電流検出手段
として抵抗が使用される。第2の絶縁ゲート素子を流れ
る電流が、この第1抵抗を流れることにより、第1抵抗
の両端部の間に電流に比例した電圧が発生する。この電
圧がMOS型電界効果トランジスタ素子の第3制御電極
に供給される。すなわち、この半導体装置では、電流検
出手段を簡単に構成することができ、装置の構成に要す
るコストが低廉化される。しかも電流を電圧に変換する
際の応答が速い。また、抵抗値の精度の高い抵抗を選択
することにより、変換の精度を容易に高く設定すること
ができる(請求項3、請求項8〜請求項10)。
In the semiconductor device of the present invention, a resistor is used as the current detecting means. When a current flowing through the second insulated gate element flows through the first resistor, a voltage proportional to the current is generated between both ends of the first resistor. This voltage is supplied to the third control electrode of the MOS field effect transistor device. That is, in this semiconductor device, the current detecting means can be simply configured, and the cost required for the configuration of the device is reduced. In addition, the response when converting the current into the voltage is fast. Further, by selecting a resistor having a high accuracy of the resistance value, it is possible to easily set the conversion accuracy to be high (claims 3, 8 to 10).

【0073】この発明の半導体装置では、MOS型電界
効果トランジスタ素子が複数個並列に接続されているの
で、MOS型電界効果トランジスタ素子が導通したとき
の、MOS型電界効果トランジスタ素子の抵抗値が低
い。大きな主電流に対応する半導体装置においては、第
1および第2の絶縁ゲート素子を高速度で遮断するため
に、駆動手段の出力抵抗は低く設定される。この半導体
装置ではMOS型電界効果トランジスタ素子の抵抗値が
低いので、駆動手段の出力抵抗が低くても、第1制御電
極と第2電流電極の間、第2制御電極と第4電流電極の
間のそれぞれの電圧を十分に引き下げることができる。
すなわち、この半導体装置は、大きな主電流を高速度で
調整し得て、かつ主電流の過大な上昇を十分に抑制する
ことができる(請求項4)。
In the semiconductor device according to the present invention, since a plurality of MOS field effect transistor elements are connected in parallel, the resistance value of the MOS field effect transistor element when the MOS field effect transistor element conducts is low. . In a semiconductor device corresponding to a large main current, the output resistance of the driving means is set low to cut off the first and second insulated gate elements at a high speed. In this semiconductor device, since the resistance value of the MOS field effect transistor element is low, even if the output resistance of the driving means is low, the resistance between the first control electrode and the second current electrode and between the second control electrode and the fourth current electrode can be reduced. Can be sufficiently reduced.
That is, this semiconductor device can adjust a large main current at a high speed and can sufficiently suppress an excessive increase in the main current.

【0074】この発明の半導体装置では、MOS型電界
効果トランジスタ素子に直列に発光ダイオードが結合さ
れている。このため、MOS型電界効果トランジスタ素
子が導通したときに、MOS型電界効果トランジスタ素
子を流れる電流は、同時に発光ダイオードを流れる。そ
の結果、MOS型電界効果トランジスタ素子の導通時
に、発光ダイオードが光を放出する。すなわちこの半導
体装置では、半導体装置が正常動作または異常動作のい
ずれの状態にあるのかを、発光ダイオードの発光によ
り、容易に認識することができる(請求項5)。
In the semiconductor device of the present invention, a light emitting diode is connected in series to the MOS field effect transistor element. Therefore, when the MOS field effect transistor element is turned on, the current flowing through the MOS field effect transistor element simultaneously flows through the light emitting diode. As a result, the light emitting diode emits light when the MOS field effect transistor element is turned on. That is, in this semiconductor device, whether the semiconductor device is in the normal operation or the abnormal operation can be easily recognized by the light emission of the light emitting diode.

【0075】この発明の半導体装置では、ゲート駆動部
が第1の絶縁ゲート素子の第2電流電極の電位よりも低
い電位を出力し得るので、第1および第2の絶縁ゲート
素子を、十分にかつ高速で遮断させることができる。さ
らに、第1及び第2制御電極とMOS型電界効果トラン
ジスタ素子との間に、第1のダイオードが設けられてい
るので、第1のゲート絶縁素子の第2電流電極から、M
OS型電界効果トランジスタ素子を介して第1および第
2制御電極へ向かう逆電流が阻止され、上述の低い電位
が第1および第2制御電極に正しく伝達される(請求項
6、請求項7)。
In the semiconductor device according to the present invention, since the gate drive section can output a potential lower than the potential of the second current electrode of the first insulated gate element, the first and second insulated gate elements can be sufficiently provided. And it can be shut off at high speed. Further, since the first diode is provided between the first and second control electrodes and the MOS field-effect transistor element, the first diode is provided from the second current electrode of the first gate insulating element.
Reverse currents flowing toward the first and second control electrodes via the OS-type field effect transistor element are prevented, and the low potential is correctly transmitted to the first and second control electrodes (claims 6 and 7). .

【0076】この発明の半導体装置では、MOS型電界
効果トランジスタ素子に直列に結合された第1のダイオ
ードが、発光ダイオードである。このため、MOS型電
界効果トランジスタ素子が導通したときに、発光ダイオ
ードが光を放出する。すなわちこの半導体装置では、簡
単な構成によって逆電流の阻止と異常動作の報知との双
方を実現し得る(請求項7)。
In the semiconductor device according to the present invention, the first diode connected in series with the MOS field effect transistor element is a light emitting diode. Therefore, the light emitting diode emits light when the MOS field effect transistor element is turned on. That is, in the semiconductor device, both the prevention of the reverse current and the notification of the abnormal operation can be realized with a simple configuration.

【0077】この発明の半導体装置では、MOS型電界
効果トランジスタ素子の第3制御電極と電流検出手段の
電圧出力端子との間に、第2抵抗が設けられているの
で、装置の発振現象が防止される(請求項8〜請求項1
0)。
In the semiconductor device according to the present invention, since the second resistor is provided between the third control electrode of the MOS field effect transistor element and the voltage output terminal of the current detecting means, oscillation of the device is prevented. (Claims 8 to 1)
0).

【0078】この発明における絶縁ゲート型半導体装置
では、第2抵抗に対して並列に第2のダイオードが接続
される。このため、電流検出手段からMOS型電界効果
トランジスタ素子をオンすべく送出される電圧信号が、
MOS型電界効果トランジスタ素子の第3制御電極へ、
短い遅延時間で伝達される。すなわち、この半導体装置
では、過大な主電流に対するMOS型電界効果トランジ
スタ素子の応答が早いので、過大な主電流が短時間で抑
制される(請求項9、請求項10)。
In the insulated gate semiconductor device according to the present invention, the second diode is connected in parallel with the second resistor. For this reason, the voltage signal sent from the current detecting means to turn on the MOS field effect transistor element is:
To the third control electrode of the MOS field effect transistor element,
It is transmitted with a short delay time. That is, in this semiconductor device, the response of the MOS type field effect transistor element to the excessive main current is fast, so that the excessive main current is suppressed in a short time (claims 9 and 10).

【0079】この発明の半導体装置では、MOS型電界
効果トランジスタ素子およびこれに結合した回路部分
が、1つの半導体チップに集積化されている。このた
め、半導体装置の組立が簡単である。また、MOS型電
界効果トランジスタ素子とツェナーダイオードの温度特
性が相補的であるように、再現性良く構成することがで
きる。加えて、これら両者の温度がより均一となるの
で、オン電圧の温度に対する非依存性が更に良好であ
る。また、第1抵抗を集積化の対象から除外することが
できる。この場合には、同一の集積回路を用いて、第1
抵抗を適宜選択するだけで、半導体装置の多様な設計に
対応することができる(請求項10)。
In the semiconductor device according to the present invention, the MOS type field effect transistor element and the circuit portion connected thereto are integrated on one semiconductor chip. Therefore, assembly of the semiconductor device is simple. Also, the MOS field effect transistor element and the Zener diode can be configured with good reproducibility so that the temperature characteristics are complementary. In addition, since the temperature of both of them becomes more uniform, the independence of the ON voltage on the temperature is further improved. Further, the first resistor can be excluded from the integration target. In this case, using the same integrated circuit, the first
It is possible to cope with various designs of the semiconductor device only by appropriately selecting the resistor (claim 10).

【0080】この発明の半導体装置では、第1の絶縁ゲ
ート素子に負荷を接続し、この第1の絶縁ゲート素子に
より主電流を調整する。この主電流の一部は第2の絶縁
ゲート素子に分流する。この分流した電流は、第1の接
合型電界効果トランジスタ素子と第1抵抗との直列回路
を流れる。第1および第2の接合型電界効果トランジス
タ素子と、第1および第2抵抗とによって負帰還型のカ
レントミラー回路が構成されている。このため、第2の
接合型電界効果トランジスタ素子には、上記の分流電流
に比例した電流が流れる。その比例定数は、第1および
第2抵抗の抵抗値の比で定まり、温度変化に伴う変動も
小さい。第2の接合型電界効果トランジスタ素子の第7
電流電極は、第1および第2の絶縁ゲート素子の制御電
極に結合されているので、上述の第2の絶縁ゲート素子
に分流する電流に相応した度合で、第1および第2の絶
縁ゲート素子の制御電極の電位が引き下げられる。すな
わち、この発明の半導体装置では、過電流を抑制する機
能が、2つの抵抗の抵抗値の精度に対応した高い精度で
実現され、しかもその機能は温度に余り依存しない(請
求項11)。
In the semiconductor device according to the present invention, a load is connected to the first insulated gate element, and the main current is adjusted by the first insulated gate element. Part of this main current is diverted to the second insulated gate element. The shunted current flows through a series circuit of the first junction field effect transistor element and the first resistor. The first and second junction field effect transistor elements and the first and second resistors constitute a negative feedback type current mirror circuit. Therefore, a current proportional to the shunt current flows through the second junction field effect transistor element. The proportionality constant is determined by the ratio of the resistance values of the first and second resistors, and the fluctuation due to the temperature change is small. Seventh junction type field effect transistor element
The current electrode is coupled to the control electrodes of the first and second insulated gate devices, so that the first and second insulated gate devices have a degree corresponding to the current shunted to the second insulated gate device. Of the control electrode is lowered. That is, in the semiconductor device of the present invention, the function of suppressing the overcurrent is realized with high accuracy corresponding to the accuracy of the resistance values of the two resistors, and the function does not depend much on the temperature (claim 11).

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態1の装置の回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram of a device according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態1の装置に関する実測結果を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing actual measurement results of the device according to the first embodiment.

【図3】 実施の形態1の装置と対比される回路に関す
る実測結果を示すグラフである。
FIG. 3 is a graph showing actual measurement results of a circuit to be compared with the device according to the first embodiment;

【図4】 実施の形態2の装置の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a device according to a second embodiment.

【図5】 実施の形態3の装置の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a device according to a third embodiment.

【図6】 実施の形態4の装置の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of a device according to a fourth embodiment.

【図7】 実施の形態6の装置の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of a device according to a sixth embodiment.

【図8】 実施の形態8の装置の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 8 is a circuit diagram showing a configuration of a device according to an eighth embodiment.

【図9】 実施の形態9の装置の構成を示す回路図であ
る。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of an apparatus according to a ninth embodiment.

【図10】 実施の形態10の装置の構成を示す回路図
である。
FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of an apparatus according to a tenth embodiment.

【図11】 実施の形態11の装置の構成を示す回路図
である。
FIG. 11 is a circuit diagram showing a configuration of an apparatus according to an eleventh embodiment.

【図12】 実施の形態12の装置の構成を示す回路図
である。
FIG. 12 is a circuit diagram showing a configuration of an apparatus according to a twelfth embodiment.

【図13】 実施の形態13の装置の構成を示す回路図
である。
FIG. 13 is a circuit diagram showing a configuration of a device according to a thirteenth embodiment.

【図14】 実施の形態14の装置の構成を示す回路図
である。
FIG. 14 is a circuit diagram showing a configuration of an apparatus according to a fourteenth embodiment.

【図15】 従来の装置の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a conventional device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 IGBT(第1の絶縁ゲート素子)、2 IGBT
(第2の絶縁ゲート素子)、3 抵抗、5 トランジス
タ(トランジスタ素子)、6 ショットキーバリアダイ
オード(第1のダイオード)、7 サイリスタ(サイリ
スタ素子)、9ゲート駆動回路(ゲート駆動手段)、1
3 ツェナーダイオード、12 ダイオード(第2のダ
イオード)、14 発光ダイオード(報知手段)、10
1 IGBT(第1の絶縁ゲート素子)、102 IG
BT(第2の絶縁ゲート素子)、104 抵抗(電流検
出手段、第1抵抗)、105 MOSFET(MOS型
電界効果トランジスタ素子)、105a、105b M
OSFET(単位MOS型電界効果トランジスタ素
子)、106 ツェナーダイオード、108 ダイオー
ド(第1のダイオード)、112 抵抗(第2抵抗)、
113 ダイオード(第2のダイオード)、114 J
FET(第1の接合型電界効果トランジスタ素子)、1
15 JFET(第2の接合型電界効果トランジスタ素
子)、116抵抗(第1抵抗)、117 抵抗(第2抵
抗)、210 ゲート駆動回路(ゲート駆動手段)、3
03 発光ダイオード。
1 IGBT (first insulated gate element), 2 IGBT
(Second insulated gate element), 3 resistor, 5 transistor (transistor element), 6 Schottky barrier diode (first diode), 7 thyristor (thyristor element), 9 gate drive circuit (gate drive means), 1
3 Zener diode, 12 diode (second diode), 14 light emitting diode (notifying means), 10
1 IGBT (first insulated gate element), 102 IG
BT (second insulated gate element), 104 resistance (current detection means, first resistance), 105 MOSFET (MOS field effect transistor element), 105a, 105b M
OSFET (unit MOS field effect transistor element), 106 Zener diode, 108 diode (first diode), 112 resistor (second resistor),
113 diode (second diode), 114 J
FET (first junction field effect transistor element), 1
15 JFET (second junction field effect transistor element), 116 resistor (first resistor), 117 resistor (second resistor), 210 gate drive circuit (gate drive means), 3
03 Light emitting diode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸茂 高志 福岡市西区今宿東一丁目1番1号 福菱 セミコンエンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平1−295520(JP,A) 特開 平2−266712(JP,A) 特開 平4−167813(JP,A) 特開 平1−227520(JP,A) 特開 平5−218836(JP,A) 特開 平5−191240(JP,A) 特開 平5−267580(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03K 17/00 - 17/693 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Takashi Marumo 1-1-1 Imajukuhigashi, Nishi-ku, Fukuoka City Inside Fukurishi Semicon Engineering Co., Ltd. (56) References JP-A 1-295520 (JP, A) JP JP-A-2-266712 (JP, A) JP-A-4-167813 (JP, A) JP-A-1-227520 (JP, A) JP-A-5-218836 (JP, A) JP-A-5-191240 (JP , A) JP-A-5-267580 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H03K 17/00-17/693

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 絶縁ゲート型半導体装置であって、
(a)第1電流電極と、第2電流電極と、前記第1およ
び第2電流電極から絶縁された第1制御電極とを有する
第1の絶縁ゲート素子であって、当該第1制御電極と前
記第2電流電極の間に付加される第1電圧が大きいほ
ど、当該第1電圧に応答して前記第1および第2電流電
極の間がより導通した状態となる第1の絶縁ゲート素子
と、(b)第3電流電極と、第4電流電極と、前記第3
および第4電流電極から絶縁された第2制御電極とを有
する第2の絶縁ゲート素子であって、当該第2制御電極
と前記第4電流電極の間に付加される第2電圧が大きい
ほど、当該第2電圧に応答して前記第3および第4電流
電極の間がより導通した状態となる第2の絶縁ゲート素
子であって、当該第3電流電極と前記第1電流電極とが
接続され、当該第2制御電極と前記第1制御電極とが接
続され、当該第4電流電極が前記第2電流電極と結合さ
れる第2の絶縁ゲート素子と、(c)電圧出力端子を有
し前記第2電流電極と前記第4電流電極との間に介挿さ
れる電流検出手段であって、前記第2の絶縁ゲート素子
を通過して前記第3電流電極と前記第4電流電極との間
を流れる電流を検出する電流検出手段であって、前記電
流に対応した電圧を前記電圧出力端子から出力する電流
検出手段と、(d)出力端子を有し、当該出力端子が前
記第1および第2制御電極へ結合されたゲート駆動手段
であって、調整された第3電圧を当該出力端子へ出力す
るゲート駆動手段と、(e)第5電流電極、第6電流電
極、および第3制御電極を有するMOS型電界効果トラ
ンジスタ素子であって、当該第5電流電極が前記第1お
よび第2制御電極に結合され、当該第3制御電極が前記
電圧出力端子に結合され、前記第6電流電極が前記第2
電流電極に結合されたMOS型電界効果トランジスタ素
子と、(f)前記第6電流電極と前記第2電流電極の間
に介挿されたツェナーダイオードであって、前記MOS
型電界効果トランジスタ素子を通過して前記第5電流電
極と前記第6電流電極との間を順方向に流れる電流が、
逆方向電流となる向きに介挿されたツェナーダイオード
と、を備える絶縁ゲート型半導体装置。
1. An insulated gate semiconductor device, comprising:
(A) a first insulated gate element having a first current electrode, a second current electrode, and a first control electrode insulated from the first and second current electrodes, wherein the first control electrode is A first insulated gate element, in which the larger the first voltage applied between the second current electrodes is, the more the state between the first and second current electrodes becomes conductive in response to the first voltage; (B) a third current electrode, a fourth current electrode, and the third current electrode;
And a second control electrode insulated from the fourth current electrode, wherein the second voltage applied between the second control electrode and the fourth current electrode is larger. A second insulated gate element in which the third and fourth current electrodes become more conductive in response to the second voltage, wherein the third current electrode is connected to the first current electrode. A second insulated gate element in which the second control electrode is connected to the first control electrode, the fourth current electrode is coupled to the second current electrode, and (c) a voltage output terminal. A current detecting means interposed between a second current electrode and the fourth current electrode, wherein the current detection means passes between the third current electrode and the fourth current electrode through the second insulated gate element. A current detecting means for detecting a flowing current, wherein a voltage corresponding to the current is detected. A current detection means for outputting from the voltage output terminal; and (d) a gate drive means having an output terminal, the output terminal being coupled to the first and second control electrodes; (E) a MOS field-effect transistor element having a fifth current electrode, a sixth current electrode, and a third control electrode, wherein the fifth current electrode is the fifth current electrode. The third control electrode is coupled to the voltage output terminal, and the sixth current electrode is coupled to the second control electrode.
A MOS field effect transistor element coupled to a current electrode; and (f) a Zener diode interposed between the sixth current electrode and the second current electrode,
A current flowing in a forward direction between the fifth current electrode and the sixth current electrode through the field-effect transistor element,
An insulated gate semiconductor device comprising: a Zener diode interposed in a direction to provide a reverse current.
【請求項2】 請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、 前記ツェナーダイオードにおけるツェナー電圧が、前記
MOS型電界効果トランジスタ素子におけるゲート・ソ
ース間閾値電圧のチャネル温度特性に対して、相補的な
温度特性を有する絶縁ゲート型半導体装置。
2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein a Zener voltage in the Zener diode is determined based on a channel temperature characteristic of a gate-source threshold voltage in the MOS field effect transistor element. An insulated gate semiconductor device having complementary temperature characteristics.
【請求項3】 請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、前記電流検出手段が、(c−1)前記第2
電流電極と前記第4電流電極との間に介挿される第1抵
抗であって、前記第4電流電極に結合される当該第1抵
抗の端部が、前記電圧出力端子として機能する第1抵
抗、を備える絶縁ゲート型半導体装置。
3. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein said current detecting means comprises: (c-1) said second current detecting means.
A first resistor interposed between a current electrode and the fourth current electrode, wherein an end of the first resistor coupled to the fourth current electrode has a first resistor functioning as the voltage output terminal; An insulated gate semiconductor device comprising:
【請求項4】 請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、 前記MOS型電界効果トランジスタ素子が、(e−1)
第7電流電極、第8電流電極、および第4制御電極を有
する複数の単位MOS型電界効果トランジスタ素子を備
え、 当該複数の単位MOS型電界効果トランジスタ素子にお
ける第7電流電極同士、第8電流電極同士、および第4
制御電極同士が相互に接続され、当該第7電流電極、当
該第8電流電極、および当該第4制御電極は、それぞれ
前記第5電流電極、前記第6電流電極、および前記第3
制御電極として機能する、絶縁ゲート型半導体装置。
4. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein said MOS type field effect transistor element is (e-1).
A plurality of unit MOS field-effect transistor elements each having a seventh current electrode, an eighth current electrode, and a fourth control electrode; Each other and fourth
The control electrodes are connected to each other, and the seventh current electrode, the eighth current electrode, and the fourth control electrode are respectively connected to the fifth current electrode, the sixth current electrode, and the third current electrode.
An insulated gate semiconductor device that functions as a control electrode.
【請求項5】 請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、(g)前記MOS型電界効果トランジスタ
素子に結合された発光ダイオードであって、前記MOS
型電界効果トランジスタ素子を通過して前記第5電流電
極と前記第6電流電極との間を順方向に流れる電流が、
順方向電流となる向きに介挿された発光ダイオード、を
更に備える絶縁ゲート型半導体装置。
5. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein (g) a light emitting diode coupled to said MOS field effect transistor element,
A current flowing in a forward direction between the fifth current electrode and the sixth current electrode through the field-effect transistor element,
An insulated gate semiconductor device further comprising: a light emitting diode interposed in a direction of a forward current.
【請求項6】 請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、 前記ゲート駆動手段が、(d−1)前記調整された第3
電圧として、前記第2電流電極の電位よりも低い電位に
相当する電圧を出力し得るゲート駆動部、を備え、
(g)前記第1及び第2制御電極と前記第5電流電極と
の間に介挿された第1のダイオードであって、前記MO
S型電界効果トランジスタ素子を通過して前記第5電流
電極と前記第6電流電極との間を順方向に流れる電流
が、順方向電流となる向きに介挿された第1のダイオー
ド、を更に備える絶縁ゲート型半導体装置。
6. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein said gate driving means is configured to:
A gate drive unit capable of outputting a voltage corresponding to a potential lower than the potential of the second current electrode as a voltage,
(G) a first diode interposed between the first and second control electrodes and the fifth current electrode, wherein the first diode is
A first diode interposed in a direction in which a current flowing in a forward direction between the fifth current electrode and the sixth current electrode through the S-type field effect transistor element becomes a forward current; Insulated gate type semiconductor device provided.
【請求項7】 請求項6に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、 前記第1のダイオードが、発光ダイオードである絶縁ゲ
ート型半導体装置。
7. The insulated gate semiconductor device according to claim 6, wherein said first diode is a light emitting diode.
【請求項8】 請求項3に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、(h)前記第3制御電極と前記電圧出力端
子との間に介挿される第2抵抗、を更に備える絶縁ゲー
ト型半導体装置。
8. The insulated gate type semiconductor device according to claim 3, further comprising: (h) a second resistor interposed between said third control electrode and said voltage output terminal. Semiconductor device.
【請求項9】 請求項8に記載の絶縁ゲート型半導体装
置であって、(i)前記第2抵抗に並列に接続される第
2のダイオードであって、前記第3制御電極と前記電圧
出力端子との間に介挿される第2のダイオードであっ
て、前記MOS型電界効果トランジスタ素子が遮断状態
から導通状態へ移行するように前記電圧出力端子から出
力される電圧を、当該第2のダイオードが短絡した状態
で、第3制御電極へ伝達し得る向きに介挿される第2の
ダイオード、を更に備える絶縁ゲート型半導体装置。
9. The insulated gate semiconductor device according to claim 8, wherein (i) a second diode connected in parallel to said second resistor, said third control electrode and said voltage output. A second diode interposed between the second diode and a voltage output from the voltage output terminal so that the MOS field-effect transistor element shifts from a cut-off state to a conductive state. Insulated gate semiconductor device further comprising a second diode interposed in a direction that can be transmitted to the third control electrode in a state where is short-circuited.
【請求項10】 請求項9に記載の絶縁ゲート型半導体
装置であって、 少なくとも前記MOS型電界効果トランジスタ素子、前
記ツェナーダイオード、前記第2抵抗、および前記第2
のダイオードが、1つの半導体チップに集積化された絶
縁ゲート型半導体装置。
10. The insulated gate semiconductor device according to claim 9, wherein at least the MOS field effect transistor element, the zener diode, the second resistor, and the second
An insulated gate semiconductor device in which the diode described above is integrated on one semiconductor chip.
【請求項11】 絶縁ゲート型半導体装置であって、
(a)第1電流電極と、第2電流電極と、前記第1およ
び第2電流電極から絶縁された第1制御電極とを有する
第1の絶縁ゲート素子であって、当該第1制御電極と前
記第2電流電極の間に付加される第1電圧が大きいほ
ど、当該第1電圧に応答して前記第1および第2電流電
極の間がより導通した状態となる第1の絶縁ゲート素子
と、(b)第3電流電極と、第4電流電極と、前記第3
および第4電流電極から絶縁された第2制御電極とを有
する第2の絶縁ゲート素子であって、当該第2制御電極
と前記第4電流電極の間に付加される第2電圧が大きい
ほど、当該第2電圧に応答して前記第3および第4電流
電極の間がより導通した状態となる第2の絶縁ゲート素
子であって、当該第3電流電極と前記第1電流電極とが
接続され、当該第2制御電極と前記第1制御電極とが接
続され、当該第4電流電極が前記第2電流電極と結合さ
れる第2の絶縁ゲート素子と、(c)前記第2電流電極
と前記第4電流電極との間に介挿される第1の接合型電
界効果トランジスタ素子であって、第5電流電極、第6
電流電極、および第3制御電極を有する第1の接合型電
界効果トランジスタ素子であって、当該第5電流電極が
第4電流電極に接続され、当該第6電流電極が前記第2
電流電極に結合され、当該第3制御電極が前記第4電流
電極に結合された第1の接合型電界効果トランジスタ素
子と、(d)前記第6電流電極と前記第2電流電極との
間に介挿される第1抵抗と、(e)出力端子を有し、当
該出力端子が前記第1および第2制御電極へ結合され、
当該出力端子へ調整された第3電圧を出力するゲート駆
動手段と、(f)第7電流電極、第8電流電極、および
第4制御電極を有する第2の接合型電界効果トランジス
タ素子であって、当該第7電流電極が前記第1および第
2制御電極に結合され、当該第4制御電極が前記第3制
御電極に結合され、前記第8電流電極が前記第2電流電
極に結合された第2の接合型電界効果トランジスタ素子
と、(g)前記第8電流電極と前記第2電流電極との間
に介挿される第2抵抗と、を備える絶縁ゲート型半導体
装置。
11. An insulated gate semiconductor device, comprising:
(A) a first insulated gate element having a first current electrode, a second current electrode, and a first control electrode insulated from the first and second current electrodes, wherein the first control electrode is A first insulated gate element, in which the larger the first voltage applied between the second current electrodes is, the more the state between the first and second current electrodes becomes conductive in response to the first voltage; (B) a third current electrode, a fourth current electrode, and the third current electrode;
And a second control electrode insulated from the fourth current electrode, wherein the second voltage applied between the second control electrode and the fourth current electrode is larger. A second insulated gate element in which the third and fourth current electrodes become more conductive in response to the second voltage, wherein the third current electrode is connected to the first current electrode. A second insulated gate element in which the second control electrode is connected to the first control electrode and the fourth current electrode is coupled to the second current electrode; and (c) the second current electrode and A first junction field effect transistor element interposed between the fourth current electrode and a fifth current electrode;
A first junction field-effect transistor element having a current electrode and a third control electrode, wherein the fifth current electrode is connected to a fourth current electrode, and the sixth current electrode is connected to the second current electrode.
A first junction field effect transistor element coupled to a current electrode, the third control electrode coupled to the fourth current electrode; and (d) between the sixth current electrode and the second current electrode. An interposed first resistor, and (e) an output terminal, the output terminal being coupled to the first and second control electrodes;
(F) a second junction field-effect transistor element having (f) a seventh current electrode, an eighth current electrode, and a fourth control electrode, the gate driving means outputting the adjusted third voltage to the output terminal; A seventh current electrode coupled to the first and second control electrodes, a fourth control electrode coupled to the third control electrode, and an eighth current electrode coupled to the second current electrode. 2. An insulated gate semiconductor device comprising: a junction field-effect transistor element of No. 2; and (g) a second resistor interposed between the eighth current electrode and the second current electrode.
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