JPH10145206A - Protective circuit for semiconductor device - Google Patents

Protective circuit for semiconductor device

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JPH10145206A
JPH10145206A JP29480996A JP29480996A JPH10145206A JP H10145206 A JPH10145206 A JP H10145206A JP 29480996 A JP29480996 A JP 29480996A JP 29480996 A JP29480996 A JP 29480996A JP H10145206 A JPH10145206 A JP H10145206A
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JP
Japan
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voltage
active element
current
semiconductor active
conversion
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JP29480996A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasuhiko Kono
恭彦 河野
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent the vibration of current that flows through a semiconductor active element at the time of a protective operation. SOLUTION: Current flows to a main IGBT 10 and a detection IGBT 18 according to a gate voltage, the gate voltage turns on a transistor 24 and turns off a transistor 22 at the time of normal operation, and the transistor 24 short- circuits both ends of an auxiliary detecting resistance 28. When the current of the IGBT 10 is increased by load short circuit, etc., the current of the IGBT 18 is increased. When the detected voltage of a detective resistance 26 exceeds a threshold voltage of a transistor 22, the transistor 22 is turned on, a gate voltage of an A point falls and the current of the IGBTs 10 and 18 reduces. When a gate voltage of the A point becomes below the threshold voltage of the transistor 24, the transistor 24 is turned on and the resistance 28 is connected to the resistance 26. As a result, the resistance value of detection resistance is raised, the gate voltage of the transistor 22 rises and a drop of the gate voltage of the A point is suppressed.

Description

【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】本発明は、半導体装置の保護
回路に係り、特に、電気機関車、家電品等の各種電気製
品に電力変換器として用いられるインバータに適応され
る半導体装置を過電流から保護する保護機能を備えた半
導体装置の保護回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protection circuit for a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device adapted to an inverter used as a power converter in various electric products such as electric locomotives and home electric appliances. The present invention relates to a protection circuit for a semiconductor device having a protection function for protection.

【0002】[0002]

【従来の技術】インバータを構成する半導体能動素子と
して、近年、電流制御型の素子であるバイポーラトラン
ジスタやゲートターンオフサイリスタ(GTOサイリス
タ)等に代わり、電圧制御型の素子であるパワー電界効
果トランジスタ(以下、MOSFETと称する。)や絶
縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBTと称
する。)が広く用いられるようになっている。電圧制御
型の半導体能動素子は、駆動が容易で高速動作が可能な
ことから、急速に、電流制御型の半導体能動素子にとっ
て代わりつつある。その中でもIGBTは、バイポーラ
トランジスタの大電力制御性と、MOSFETの高速動
作性とを併せもつ新しいスイッチング素子として開発が
盛んに進められている。
2. Description of the Related Art In recent years, as a semiconductor active element constituting an inverter, a power field effect transistor (hereinafter referred to as a voltage control element) has been replaced by a current control element such as a bipolar transistor or a gate turn-off thyristor (GTO thyristor). , MOSFETs) and insulated gate bipolar transistors (hereinafter, referred to as IGBTs) have been widely used. Voltage-controlled semiconductor active devices are rapidly being replaced by current-controlled semiconductor active devices because of their ease of driving and high-speed operation. Among them, IGBTs are being actively developed as new switching elements having both the large power controllability of bipolar transistors and the high-speed operation of MOSFETs.

【0003】IGBTをインバータに適応した場合に、
必須となるのが各種保護機能である。この保護機能とし
ては、過電流保護、過温度保護、過電圧保護等の保護機
能が提案され、実用化されている。これら保護機能の内
特に重要なのが過電流保護である。すなわち、インバー
タに接続された負荷が短絡したり、インバータの上下ア
ームのIGBTが同時にオンするいわゆるアーム短絡が
発生したりすると、IGBTには過大な電流が流れ、I
GBTが瞬時に破壊することがあり、過電流保護回路が
必要となる。
When an IGBT is applied to an inverter,
Indispensable are various protection functions. As this protection function, protection functions such as overcurrent protection, overtemperature protection, and overvoltage protection have been proposed and put into practical use. Of these protection functions, particularly important is overcurrent protection. That is, when a load connected to the inverter is short-circuited, or when a so-called arm short-circuit occurs in which the IGBTs of the upper and lower arms of the inverter are simultaneously turned on, an excessive current flows through the IGBT and I
The GBT may be instantaneously destroyed, requiring an overcurrent protection circuit.

【0004】基本的な過電流保護回路としては、例え
ば、上下アームを構成する主IGBTと並列接続されて
主IGBTの過電流を検出する過電流検出用IGBT、
過電流検出用IGBTのエミッタに接続されて過電流を
検出する検出抵抗、過電流検出用IGBTのゲートとエ
ミッタに接続されてエミッタの電圧に応じてゲート電圧
を制限するMOSFET、過電流検出用IGBTのゲー
トにゲート電圧を印加するためのゲート抵抗を備えたも
のが知られている。この種の過電流保護回路において
は、主IGBTの平常動作時には、ゲート電極に印加さ
れたゲート電圧に応じて各IGBTに電流が流れるよう
になっており、過電流検出用IGBTには主IGBTの
1/1000〜1/10000程度の検出電流が流れる
ように設定されている。そして平常動作時には、検出電
流によって検出抵抗から発生する検出電圧は小さいた
め、MOSFETはオフの状態に維持され、各IGBT
のゲートにはゲート電圧がそのまま印加される。
As a basic overcurrent protection circuit, for example, an overcurrent detection IGBT which is connected in parallel with the main IGBTs forming the upper and lower arms and detects an overcurrent of the main IGBT,
A detection resistor connected to the emitter of the overcurrent detection IGBT to detect an overcurrent; a MOSFET connected to the gate and the emitter of the overcurrent detection IGBT to limit a gate voltage according to the voltage of the emitter; an IGBT for overcurrent detection There is known a device provided with a gate resistor for applying a gate voltage to the gate. In this type of overcurrent protection circuit, during normal operation of the main IGBT, current flows through each IGBT in accordance with the gate voltage applied to the gate electrode. It is set so that a detection current of about 1/1000 to 1/10000 flows. During normal operation, since the detection voltage generated from the detection resistor by the detection current is small, the MOSFET is maintained in the off state, and each IGBT is turned off.
, The gate voltage is applied as it is.

【0005】一方、負荷短絡やアーム短絡等の事故が発
生し、主IGBTに過大な電流が流れると、過電流検出
用IGBTに流れる検出電流も増加し、検出抵抗両端の
検出電圧が増大する。この検出電圧がMOSFETのし
きい電圧を越えると、MOSFETがオンになってゲー
ト電圧がゲート抵抗とMOSFETとにより分圧され、
各IGBTのゲートに印加される電圧が引下げられる。
各IGBTのゲート電圧が低下すると、各IGBTの電
流が減少し、過電流に伴う破壊から主IGBTを保護す
ることができる。なお、この種の技術に関連するものと
しては、特開平6−132354号公報が挙げられる。
On the other hand, when an accident such as a load short circuit or arm short circuit occurs and an excessive current flows through the main IGBT, the detection current flowing through the overcurrent detection IGBT also increases, and the detection voltage across the detection resistor increases. When this detection voltage exceeds the threshold voltage of the MOSFET, the MOSFET is turned on and the gate voltage is divided by the gate resistance and the MOSFET,
The voltage applied to the gate of each IGBT is reduced.
When the gate voltage of each IGBT decreases, the current of each IGBT decreases, and the main IGBT can be protected from destruction due to overcurrent. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-132354 is related to this type of technology.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の過電流
保護回路では、主IGBTのコレクタ電流がある電流値
を越えると保護回路が動作し、主IGBTのコレクタ電
流が増加するのを抑制することはできるが、過電流保護
回路が動作したときに、主IGBTのコレクタ電流が振
動し、コレクタ電流の振動に伴ってノイズが発生し、周
辺機器に障害をもたらしたり、振動が激しいときには主
IGBTが破壊したりする恐れがある。すなわち、過電
流保護回路が動作したときには、各IGBTのゲート電
圧の低下に伴って主IGBTを流れる主電流および過電
流検出用IGBTを流れる検出電流がともに減少する
が、検出電流が減少すると、検出電圧も減少し、過電流
保護回路の動作が弱められる。そして過電流保護回路の
動作が弱められると、各IGBTのゲート電圧の電位が
増加し、再び主電流および検出電流が増加するというよ
うなフィードバックにより、過電流保護回路の動作が安
定せずに、コレクタ電流に振動が生じる。
However, in the conventional overcurrent protection circuit, when the collector current of the main IGBT exceeds a certain current value, the protection circuit operates to suppress an increase in the collector current of the main IGBT. However, when the overcurrent protection circuit operates, the collector current of the main IGBT oscillates, and noise occurs with the oscillation of the collector current, causing a failure in peripheral devices or when the vibration is severe, the main IGBT is activated. It may be destroyed. That is, when the overcurrent protection circuit operates, the main current flowing through the main IGBT and the detection current flowing through the IGBT for overcurrent detection both decrease as the gate voltage of each IGBT decreases, but when the detection current decreases, the detection current decreases. The voltage also decreases, and the operation of the overcurrent protection circuit is weakened. When the operation of the overcurrent protection circuit is weakened, the operation of the overcurrent protection circuit is not stabilized due to feedback that the potential of the gate voltage of each IGBT increases and the main current and the detection current increase again. Oscillation occurs in the collector current.

【0007】本発明の目的は、保護動作時に、保護対象
となる半導体能動素子の通電電流が振動するのを防止す
ることができる半導体装置の保護回路およびこの保護回
路を用いた電力変換装置を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a protection circuit for a semiconductor device capable of preventing a current flowing through a semiconductor active element to be protected from oscillating during a protection operation, and a power converter using the protection circuit. Is to do.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、制御電圧に応じて通電電流が制御される
主半導体能動素子を備えている半導体装置において、主
半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素子に印
加される制御電圧に応じて通電電流が制御される従半導
体能動素子と、従半導体能動素子の電流を検出し検出電
流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換
手段の変換電圧が設定値を超えたときに主従半導体能動
素子の通電電流を電流電圧変換手段の変換電圧の増加に
応じて減少させる過電流保護手段と、従半導体能動素子
に印加される制御電圧が設定値以下になったときに主従
半導体能動素子の通電電流の減少に応じて電流電圧変換
手段の変換電圧を高める変換電圧制御手段とを備えてい
る半導体装置の保護回路を構成したものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor device having a main semiconductor active element whose conduction current is controlled in accordance with a control voltage. A sub-semiconductor active element, the conduction current of which is controlled in accordance with a control voltage applied to the main semiconductor active element, and a current-to-voltage converter for detecting the current of the sub-semiconductor active element and converting the detected current into a voltage; An overcurrent protection means for reducing the current flowing through the master-slave semiconductor active element when the conversion voltage of the current-voltage conversion means exceeds a set value in accordance with an increase in the conversion voltage of the current-voltage conversion means; Conversion voltage control means for increasing the conversion voltage of the current-voltage conversion means in response to a decrease in the current flowing through the master and slave semiconductor active elements when the control voltage falls below the set value. It is obtained by the circuit.

【0009】上記半導体装置の保護回路を構成するに際
しては、電流電圧変換手段として、従半導体能動素子に
流れる電流を抵抗値に応じた電圧に変換するものを用い
たり、変換電圧制御手段として、従半導体能動素子に印
加される制御電圧が設定値以下になったときに主従半導
体能動素子の通電電流の減少に応じて電流電圧変換手段
の抵抗値を高めるものを用いたり、あるいは従半導体能
動素子に印加される制御電圧が設定値以下になったとき
に電流電圧変換手段の抵抗値を高めるものを用いたりす
ることもできる。
In forming the protection circuit of the semiconductor device, a current-voltage conversion means for converting a current flowing through a slave semiconductor active element into a voltage corresponding to a resistance value may be used. When the control voltage applied to the semiconductor active element becomes equal to or less than the set value, the resistance value of the current-to-voltage conversion means is increased in accordance with the decrease in the current flowing through the master and slave semiconductor active elements. It is also possible to use a device that increases the resistance value of the current-to-voltage converter when the applied control voltage falls below the set value.

【0010】また本発明は、制御電圧に応じて導通・非
導通が制御される主半導体能動素子を備えている半導体
装置において、主半導体能動素子と並列接続されて主半
導体能動素子に印加される制御電圧に応じて導通・非導
通が制御される従半導体能動素子と、従半導体能動素子
の電流を検出し検出電流を電圧に変換する電流電圧変換
手段と、電流電圧変換手段の変換電圧が設定値を超えた
ときに主従半導体能動素子に印加される制御電圧を電流
電圧変換手段の変換電圧の増加に応じて低下させる電圧
制御手段と、従半導体能動素子に印加される制御電圧が
設定値以下になったときに主従半導体能動素子に印加さ
れる制御電圧の低下に応じて電流電圧変換手段の変換電
圧を高める変換電圧制御手段とを備えている半導体装置
の保護回路を構成したものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a main semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled according to a control voltage, wherein the semiconductor device is connected in parallel with the main semiconductor active element and applied to the main semiconductor active element. A sub-semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled according to the control voltage, current-to-voltage conversion means for detecting the current of the sub-semiconductor active element and converting the detected current to a voltage, and a conversion voltage of the current-to-voltage conversion means Voltage control means for decreasing the control voltage applied to the master-slave semiconductor active element when the voltage exceeds the value according to the increase of the conversion voltage of the current-voltage conversion means; and the control voltage applied to the slave semiconductor active element being equal to or less than a set value. And a conversion voltage control means for increasing the conversion voltage of the current-to-voltage conversion means in response to a decrease in the control voltage applied to the master-slave semiconductor active element when the semiconductor device becomes a protection circuit. Those were.

【0011】前記半導体装置の保護回路を構成するに際
しては、電流電圧変換手段として、従半導体能動素子に
流れる電流を抵抗値に応じた電圧に変換するもの用いた
り、変換電圧制御手段として、従半導体能動素子に印加
される制御電圧が設定値以下になったときに主従半導体
能動素子に印加される制御電圧の低下に応じて電流電圧
変換手段の抵抗値を高めるものを用いたり、あるいは、
従半導体能動素子に印加される制御電圧が設定値以下に
なったときに電流電圧変換手段の抵抗値を高めるものを
用いたりすることもできる。
In forming the protection circuit of the semiconductor device, a current-voltage converting means for converting a current flowing through the active element of the slave semiconductor into a voltage corresponding to a resistance value may be used. When the control voltage applied to the active element becomes equal to or less than the set value, the resistance of the current-voltage conversion means is increased according to the decrease in the control voltage applied to the master-slave semiconductor active element, or
It is also possible to use a device that increases the resistance value of the current-voltage conversion means when the control voltage applied to the slave semiconductor active element falls below the set value.

【0012】前記各半導体装置の保護回路を構成するに
際しては、以下の要素を付加することができる。
In configuring the protection circuit of each of the semiconductor devices, the following elements can be added.

【0013】(1)半導体能動素子のうち少なくとも主
半導体能動素子は絶縁ゲート半導体能動素子で構成され
ている。
(1) At least the main semiconductor active element among the semiconductor active elements is constituted by an insulated gate semiconductor active element.

【0014】(2)主半導体能動素子と、従半導体能動
素子と、電流電圧変換手段と、電圧制御手段および変換
電圧制御手段は同一半導体基板内に形成されている。
(2) The main semiconductor active element, the auxiliary semiconductor active element, the current-to-voltage conversion means, the voltage control means and the converted voltage control means are formed in the same semiconductor substrate.

【0015】前記いずれかの半導体装置の保護回路は、
一対の直流入力端子と相数と同数の交流出力端子との間
に挿入されて相数と同数の上アームと下アームを構成す
る複数の主半導体能動素子と、各主半導体能動素子に逆
並列接続された複数の整流素子とを備えた電力変換装置
に適応することができる。
[0015] The protection circuit of any one of the above semiconductor devices includes:
A plurality of main semiconductor active elements which are inserted between a pair of DC input terminals and the same number of AC output terminals as the number of phases to form upper and lower arms having the same number of phases, and anti-parallel to each main semiconductor active element The present invention can be applied to a power converter including a plurality of connected rectifiers.

【0016】前記した手段によれば、制御電圧が主半導
体能動素子と従半導体能動素子に印加されると、制御電
圧の大きさに応じて主半導体能動素子と従半導体能動素
子に流れる電流が制御される。そして主半導体能動素子
に接続された回路に異常等が生じ、主半導体能動素子を
流れる電流が増加すると、従半導体能動素子を流れる電
流も増加し、電流電圧変換手段の変換による変換電圧が
増大する。そして変換電圧が設定値(しきい電圧)を越
えると、過電流保護手段あるいは電圧制御手段が動作
し、主従半導体能動素子の通電電流あるいは主従半導体
能動素子に印加される制御電圧が低下し、主半導体能動
素子および従半導体能動素子を流れる電流が減少すると
ともに変換電圧が低下する。このとき、電流電圧変換手
段の変換電圧が設定値を越えたことを条件に、変換電圧
制御手段が機能し、電流電圧変換手段の変換電圧あるい
は抵抗値が高められ、従半導体能動素子を流れる電流の
減少に伴って電流電圧変換手段の変換電圧が低下するの
が抑制され、保護回路の動作状態が維持される。このた
め、保護回路動作時に、主電流の変化に伴って主電流に
振動が生じるのを防止することができ、半導体装置の信
頼性を高めることができる。
According to the above-mentioned means, when the control voltage is applied to the main semiconductor active element and the sub semiconductor active element, the current flowing through the main semiconductor active element and the sub semiconductor active element is controlled according to the magnitude of the control voltage. Is done. Then, when an abnormality or the like occurs in a circuit connected to the main semiconductor active element and the current flowing through the main semiconductor active element increases, the current flowing through the slave semiconductor active element also increases, and the conversion voltage by the conversion of the current-voltage conversion means increases. . When the converted voltage exceeds a set value (threshold voltage), the overcurrent protection means or the voltage control means operates, and the current flowing through the master / slave semiconductor active element or the control voltage applied to the master / slave semiconductor active element decreases. The current flowing through the semiconductor active element and the slave semiconductor active element decreases, and the conversion voltage decreases. At this time, on condition that the conversion voltage of the current-voltage conversion means exceeds the set value, the conversion voltage control means functions, the conversion voltage or resistance value of the current-voltage conversion means is increased, and the current flowing through the slave semiconductor active element is increased. The conversion voltage of the current-voltage conversion means is prevented from lowering with the decrease in the voltage, and the operation state of the protection circuit is maintained. Therefore, it is possible to prevent the main current from oscillating due to a change in the main current during the operation of the protection circuit, and to enhance the reliability of the semiconductor device.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0018】図1は、本発明の一実施形態を示す半導体
装置の保護回路を示す回路構成図である。図1におい
て、半導体装置として、例えばインバータのアームを構
成する主IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ)10が設けられており、主IGBT10のエミッタ
がエミッタ電極12に接続され、コレクタがコレクタ電
極14に接続されている。そして主IGBT10を過電
流から保護するために、過電流保護回路16が設けられ
ている。過電流保護回路16は検出IGBT18、ゲー
ト抵抗20、N型のMOSFETで構成されたトランジ
スタ22、24、検出抵抗26、補助検出抵抗28を備
えて構成されている。検出IGBT18は従半導体能動
素子として、主半導体能動素子である主IGBT10と
並列に接続されており、コレクタがコレクタ電極14に
接続され、ゲートが主IGBT10のゲートに接続され
ているとともにゲート抵抗20を介してゲート電極30
に接続され、エミッタが検出抵抗26とトランジスタ2
2のゲートに接続されている。トランジスタ22はドレ
インが検出IGBT18のゲートに接続され、ソースが
エミッタ電極12に接続されている。このトランジスタ
22は、ゲート電圧がしきい電圧(設定値)を越えたと
きにのみオンとなって、A点におけるゲート電圧(制御
電圧)を引き下げて、主IGBT10の通電電流(主電
流)と検出IGBT18の通電電流(検出電流)を減少
させる過電流保護手段およびゲート電圧に応じてA点の
ゲート電圧のレベルを低下させる電圧制御手段として構
成されている。検出抵抗26は補助検出抵抗28ととも
に検出IGBT18のエミッタとエミッタ電極12に直
列に接続されており、検出IGBT18に流れる電流を
検出し、この検出電圧を電圧に変換する電流電圧変換手
段を構成するとともに、検出電流を抵抗値に応じた電圧
に変換する電流電圧変換手段を構成するようになってい
る。トランジスタ24はドレインが検出抵抗26と補助
検出抵抗28との接続点に接続され、ソースがエミッタ
電極12に接続され、ゲートが検出IGBT18のゲー
トに接続されている。このトランジスタ24は検出IG
BT18がオンになるゲート電圧(しきい電圧を超えた
電圧)がA点に印加されているときにはオンとなって補
助検出抵抗28の両端を短絡し、A点のゲート電圧がし
きい電圧以下になったときにはオフとなり、検出IGB
T18のエミッタ回路に補助検出抵抗28を挿入して検
出IGBT18のエミッタ電圧(電流電圧変換手段の変
換電圧)を高める変換電圧制御手段を構成するととも
に、電流電圧変換手段の抵抗値を高める変換電圧制御手
段を構成するようになっている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a protection circuit of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, as a semiconductor device, for example, a main IGBT (insulated gate bipolar transistor) 10 forming an arm of an inverter is provided, and an emitter of the main IGBT 10 is connected to an emitter electrode 12 and a collector is connected to a collector electrode 14. ing. An overcurrent protection circuit 16 is provided to protect the main IGBT 10 from overcurrent. The overcurrent protection circuit 16 includes a detection IGBT 18, a gate resistor 20, transistors 22 and 24 formed of N-type MOSFETs, a detection resistor 26, and an auxiliary detection resistor 28. The detection IGBT 18 is connected in parallel with the main IGBT 10 which is the main semiconductor active element as a slave semiconductor active element, and has a collector connected to the collector electrode 14, a gate connected to the gate of the main IGBT 10, and a gate resistor 20. Through the gate electrode 30
And the emitter is connected to the detection resistor 26 and the transistor 2
2 gates. The transistor 22 has a drain connected to the gate of the detection IGBT 18 and a source connected to the emitter electrode 12. The transistor 22 is turned on only when the gate voltage exceeds a threshold voltage (set value), reduces the gate voltage (control voltage) at the point A, and detects the current (main current) flowing through the main IGBT 10 as the current. The IGBT 18 is configured as an overcurrent protection unit that reduces the conduction current (detection current) of the IGBT 18 and a voltage control unit that reduces the level of the gate voltage at the point A according to the gate voltage. The detection resistor 26 is connected in series to the emitter and the emitter electrode 12 of the detection IGBT 18 together with the auxiliary detection resistor 28, and constitutes a current-to-voltage conversion means for detecting a current flowing through the detection IGBT 18 and converting this detection voltage into a voltage. And a current-to-voltage converter for converting the detected current into a voltage corresponding to the resistance value. The transistor 24 has a drain connected to a connection point between the detection resistor 26 and the auxiliary detection resistor 28, a source connected to the emitter electrode 12, and a gate connected to the gate of the detection IGBT 18. This transistor 24 has a detection IG
When a gate voltage (a voltage exceeding the threshold voltage) at which the BT 18 is turned on is applied to the point A, the BT 18 is turned on to short-circuit both ends of the auxiliary detection resistor 28, and the gate voltage at the point A falls below the threshold voltage. It turns off when it becomes
A conversion voltage control means for increasing the emitter voltage (conversion voltage of the current-to-voltage conversion means) of the detection IGBT 18 by inserting the auxiliary detection resistor 28 into the emitter circuit of T18 and a conversion voltage control for increasing the resistance value of the current-to-voltage conversion means Means.

【0019】上記構成において、ゲート電極30に主I
GBT10を駆動するためのゲート電圧が印加される
と、このゲート電圧はゲート抵抗20を介して主IGB
T10と検出IGBT18のゲートに印加され、主IG
BT10に主電流が流れ、検出IGBT18に検出電流
が流れる。この検出電流は主電流の1/1000〜1/
10000程度の値に設定されている。そして主IGB
T10に接続されている回路が正常状態にあるときに
は、検出抵抗26の検出による検出電圧はしきい電圧よ
りも小さく、トランジスタ22はオフの状態に維持され
ている。一方、トランジスタ24はゲートにしきい電圧
を越えた電圧が印加されているため、オン状態となって
おり、補助検出抵抗28はトランジスタ24によて短絡
された状態にある。
In the above structure, the gate electrode 30 has the main I
When a gate voltage for driving the GBT 10 is applied, the gate voltage is applied via the gate resistor 20 to the main IGB.
The main IG is applied to T10 and the gate of the detection IGBT 18.
A main current flows through the BT 10 and a detection current flows through the detection IGBT 18. This detected current is 1/1000 to 1/1 / the main current.
It is set to a value of about 10,000. And the main IGB
When the circuit connected to T10 is in a normal state, the voltage detected by the detection resistor 26 is smaller than the threshold voltage, and the transistor 22 is kept off. On the other hand, the transistor 24 is turned on because a voltage exceeding the threshold voltage is applied to the gate, and the auxiliary detection resistor 28 is short-circuited by the transistor 24.

【0020】次に、主IGBT10が接続されている回
路において負荷短絡やアーム短絡等の事故が生じ、主I
GBT10に過大な主電流が流れると、検出IGBT1
8を流れる電流も増大し、検出抵抗26の検出による検
出電圧も増大する。そして検出電圧がトランジスタ22
のしきい電圧を越えるとトランジスタ22がオンとな
り、A点のゲート電圧が低下する。このゲート電圧はト
ランジスタ22のゲートに印加される検出電圧の大きさ
に応じて低下する。A点のゲート電圧が低下すると、主
IGBT10の主電流および検出IGBT18の電流も
ゲート電圧の低下に応じて減少する。そしてA点のゲー
ト電圧が減少し、このゲート電圧がトランジスタ24の
しきい電圧以下に低下すると、トランジスタ24がオフ
となる。トランジスタ24がオフになると、検出IGB
T18のエミッタ抵抗(検出抵抗)は検出抵抗26の抵
抗値に補助検出抵抗28の抵抗値が加算された値とな
り、検出抵抗の抵抗値が高められる。このためトランジ
スタ22のゲートに印加されるゲート電圧Vsが高めら
れ、A点のゲート電圧が急激に低下するのが抑制され
る。この結果、過電流保護回路16の動作時に保護回路
の動作状態を持続することができ、主電流の減少および
検出電流の減少、過電流保護回路16の動作の鈍化、主
電流の増加といったフィードバックによる主電流の振動
を防止することができるとともに、主電流の振動に伴っ
てノイズが発生するのを防止することができる。
Next, an accident such as a load short-circuit or an arm short-circuit occurs in a circuit to which the main IGBT 10 is connected, and
When an excessive main current flows through the GBT 10, the detection IGBT 1
8 also increases, and the detection voltage by the detection of the detection resistor 26 also increases. And the detection voltage is the transistor 22
When the threshold voltage is exceeded, the transistor 22 is turned on, and the gate voltage at the point A decreases. This gate voltage decreases according to the magnitude of the detection voltage applied to the gate of the transistor 22. When the gate voltage at the point A decreases, the main current of the main IGBT 10 and the current of the detection IGBT 18 also decrease as the gate voltage decreases. When the gate voltage at the point A decreases and the gate voltage falls below the threshold voltage of the transistor 24, the transistor 24 is turned off. When the transistor 24 is turned off, the detection IGB
The emitter resistance (detection resistance) of T18 becomes a value obtained by adding the resistance value of the auxiliary detection resistance 28 to the resistance value of the detection resistance 26, and the resistance value of the detection resistance is increased. Therefore, the gate voltage Vs applied to the gate of the transistor 22 is increased, and the gate voltage at the point A is prevented from sharply decreasing. As a result, the operation state of the protection circuit can be maintained during the operation of the overcurrent protection circuit 16, and the feedback of the reduction of the main current and the detection current, the slowdown of the operation of the overcurrent protection circuit 16, and the increase of the main current can be achieved. The vibration of the main current can be prevented, and the occurrence of noise due to the vibration of the main current can be prevented.

【0021】次に、本発明の第2の実施形態を図2にし
たがって説明する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0022】本実施形態は、図1に示すトランジスタ2
4の代わりに、バイポーラトランジスタ32を設けたも
のであり、他の構成は図1と同様である。
In this embodiment, the transistor 2 shown in FIG.
4, a bipolar transistor 32 is provided, and the other configuration is the same as that of FIG.

【0023】MOSFETで構成されたトランジスタ2
4の代わりに、バイポーラトランジスタ32を用いる
と、バイポーラトランジスタ32のオン時におけるイン
ピーダンスはMOSFETのオン時におけるインピーダ
ンスよりも小さいため、補助検出抵抗28の短絡効果を
高めることができる。すなわち、定常時において、バイ
ポーラトランジスタ32によって補助検出抵抗28の両
端を短絡すると、補助検出抵抗28の両端がMOSFE
Tよりも低インピーダンスのもので短絡されたことにな
り、定常時における検出抵抗の抵抗値を検出抵抗26の
抵抗値によって設定することができる。またバイポーラ
トランジスタ32はトランジスタ24よりも素子サイズ
が小さいため、回路の小型化が図れる。
Transistor 2 composed of MOSFET
If the bipolar transistor 32 is used instead of 4, the impedance when the bipolar transistor 32 is on is smaller than the impedance when the MOSFET is on, so that the short-circuit effect of the auxiliary detection resistor 28 can be enhanced. That is, when both ends of the auxiliary detection resistor 28 are short-circuited by the bipolar transistor 32 in the steady state, both ends of the auxiliary detection resistor 28
This means that the impedance of the detection resistor is lower than T, which means that the detection resistor is short-circuited. Further, since the bipolar transistor 32 has a smaller element size than the transistor 24, the circuit can be downsized.

【0024】次に、本発明の第3の実施形態を図3にし
たがって説明する。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

【0025】本実施形態は、図1に示す補助検出抵抗2
8を削除したものであり、他の構成は図1と同様であ
る。
In this embodiment, the auxiliary detection resistor 2 shown in FIG.
8 is deleted, and the other configuration is the same as that of FIG.

【0026】本実施形態においては、トランジスタ24
が検出抵抗26と直列に接続されており、定常動作時
に、検出抵抗として検出抵抗26の抵抗値が主たる抵抗
値を示し、保護回路動作時に、トランジスタ24がオフ
となったときには、検出抵抗26の抵抗値にトランジス
タ24の遮断時における高インピーダンスの抵抗値が加
算された値が検出抵抗の抵抗値を示すことになる。すな
わち、過電流保護回路16の動作時には、トランジスタ
24がオフとなって高インピーダンスとなるため、検出
抵抗26に、抵抗値の非常に高い補助検出抵抗28を付
加したものと同様な動作となる。このため、補助検出抵
抗として非常に高い抵抗値を示すものを必要とするとき
には、本実施形態による回路を用いることが望ましく、
図1のものを用いるよりも、補助検出抵抗を省略できる
ので、回路構成を簡略化することができる。
In this embodiment, the transistor 24
Are connected in series with the detection resistor 26, the resistance value of the detection resistor 26 indicates a main resistance value as a detection resistor during a steady operation, and when the transistor 24 is turned off during a protection circuit operation, the detection resistor 26 The value obtained by adding the resistance value of the high impedance when the transistor 24 is turned off to the resistance value indicates the resistance value of the detection resistor. That is, when the overcurrent protection circuit 16 operates, the transistor 24 is turned off and the impedance becomes high, so that the operation is the same as that in which an auxiliary detection resistor 28 having a very high resistance value is added to the detection resistor 26. For this reason, when a resistor having a very high resistance value is required as the auxiliary detection resistor, it is desirable to use the circuit according to the present embodiment,
Since the auxiliary detection resistor can be omitted as compared with the configuration shown in FIG. 1, the circuit configuration can be simplified.

【0027】前記各実施形態における過電流保護回路1
6を半導体装置の基板上に実装するに際しては、検出I
GBT18を除く回路を一つの半導体チップに集積化し
て保護回路チップとし、検出IGBT18をセンスセル
付IGBTとし、センスセル付IGBTと保護回路チッ
プとの組合わせで実現することが望ましい。この構成を
採用すれば、保護回路をディスクリート素子の組合わせ
で構成するときよりも部品点数を低減することができる
とともに、低コスト化および小型化を図ることができ
る。さらに、保護回路チップのうち必要に応じて特定の
素子を単体素子で形成することもできる。例えば、ゲー
ト抵抗20だけを単体素子で形成し、他の回路素子を一
つの半導体チップに集積化する。このような構成を採用
することにより設計の自由度を増すことができる。
Overcurrent protection circuit 1 in each of the above embodiments
6 is mounted on the substrate of the semiconductor device.
It is desirable that the circuit except the GBT 18 be integrated into a single semiconductor chip to form a protection circuit chip, the detection IGBT 18 be a IGBT with a sense cell, and be implemented by a combination of the IGBT with a sense cell and the protection circuit chip. With this configuration, the number of components can be reduced as compared with the case where the protection circuit is configured by a combination of discrete elements, and cost reduction and miniaturization can be achieved. Further, a specific element of the protection circuit chip can be formed as a single element as required. For example, only the gate resistor 20 is formed as a single element, and other circuit elements are integrated on one semiconductor chip. By adopting such a configuration, the degree of freedom in design can be increased.

【0028】次に、本発明による過電流保護回路16を
集積化したIGBTチップのレイアウトを図4に示す。
図5は図4のX−Y線に沿う断面図である。図4におい
て、一つの半導体チップにはゲートパッド701、エミ
ッタパッド702、過電流保護回路形成領域703、ゲ
ート配線704、電流導通領域705、耐圧保持領域7
06が形成されている。ゲートパッド701はチップ外
部のゲート駆動回路からのワイヤを接続する領域として
形成されており、ゲートパッド701はゲート電極30
に接続されている。エミッタパッド702はチップ外部
の主回路からの配線を接続する領域として形成されてお
り、このエミッタパッド702は主IGBT10、検出
IGBT18のエミッタと接続される。過電流保護回路
形成領域703には過電流保護回路16を構成する各種
素子が形成されるようになっている。ゲート配線704
はゲートパッド701に印加されたゲート電圧を導通領
域に配分するために、過電流保護回路形成領域703の
周囲と電流導通領域705の周囲に形成されている。電
流導通領域705は主回路の電流を通電するための領域
として形成されており、この領域には複数の主IGBT
10が形成されている。耐圧保持領域706は素子の耐
圧を保持するのに必要な領域として半導体チップの周囲
に渡って形成されている。
Next, FIG. 4 shows a layout of an IGBT chip in which the overcurrent protection circuit 16 according to the present invention is integrated.
FIG. 5 is a sectional view taken along line XY of FIG. In FIG. 4, one semiconductor chip includes a gate pad 701, an emitter pad 702, an overcurrent protection circuit formation region 703, a gate wiring 704, a current conduction region 705, and a breakdown voltage holding region 7.
06 is formed. The gate pad 701 is formed as a region for connecting a wire from a gate drive circuit outside the chip.
It is connected to the. The emitter pad 702 is formed as a region for connecting a wiring from a main circuit outside the chip, and this emitter pad 702 is connected to the emitters of the main IGBT 10 and the detection IGBT 18. Various elements constituting the overcurrent protection circuit 16 are formed in the overcurrent protection circuit formation area 703. Gate wiring 704
Are formed around the overcurrent protection circuit formation region 703 and around the current conduction region 705 in order to distribute the gate voltage applied to the gate pad 701 to the conduction region. The current conduction region 705 is formed as a region for passing a current of the main circuit, and a plurality of main IGBTs are formed in this region.
10 are formed. The withstand voltage holding region 706 is formed around the semiconductor chip as a region necessary for holding the withstand voltage of the element.

【0029】また各IGBT10、18のコレクタに接
続されるコレクタ電極14は図5に示すように、コレク
タ電極827として半導体基板上に形成されている。コ
レクタ電極827上にはコレクタ層801、バッファ層
802、ドリフト層803が形成されており、ドリフト
803上には主IGBT10、検出IGBT18、ゲー
ト抵抗20、検出抵抗26等を構成する電極や層が形成
されている。各素子を構成するものの内、805はp+
層、806はエミッタ層、807はゲート絶縁膜、80
8はゲート電極、809は酸化膜、810は遮断層、8
11はMOSFETベース層、812はMOSFETp
+層、813はソース層、814はドレイン層、815
はMOSFETゲート電極、816はフィールド酸化
膜、817はウエル層、818は多結晶シリコン抵抗
層、820はエミッタ電極、821は検出IGBT18
のエミッタ電極、822はソース電極、823はドレイ
ン電極、824、825は多結晶シリコン抵抗の電極、
826はゲートパッド701に接続されるゲートパッド
である。そして各素子は金属や多結晶シリコンによる配
線で形成されて、過電流保護回路16を構成している。
The collector electrode 14 connected to the collector of each of the IGBTs 10 and 18 is formed on the semiconductor substrate as a collector electrode 827 as shown in FIG. On the collector electrode 827, a collector layer 801, a buffer layer 802, and a drift layer 803 are formed. On the drift 803, electrodes and layers constituting the main IGBT 10, the detection IGBT 18, the gate resistor 20, the detection resistor 26, and the like are formed. Have been. Of the elements constituting each element, 805 is p +
806, an emitter layer; 807, a gate insulating film;
8 is a gate electrode, 809 is an oxide film, 810 is a blocking layer, 8
11 is a MOSFET base layer, and 812 is a MOSFETp.
+ Layer, 813 is a source layer, 814 is a drain layer, 815
Is a MOSFET gate electrode, 816 is a field oxide film, 817 is a well layer, 818 is a polycrystalline silicon resistance layer, 820 is an emitter electrode, and 821 is a detection IGBT 18
822 is a source electrode, 823 is a drain electrode, 824 and 825 are polycrystalline silicon resistance electrodes,
Reference numeral 826 denotes a gate pad connected to the gate pad 701. Each element is formed of a wiring made of metal or polycrystalline silicon, and forms an overcurrent protection circuit 16.

【0030】本実施形態によれば、過電流保護回路16
の各素子をIGBTチップに集積化することにより、過
電流保護回路16を小型化することができる。また保護
対象となる主IGBT10と過電流保護回路16との距
離を近接させて配置することができるため、配線に伴う
信号の伝送遅れを少なくすることができ、迅速で且つ正
確な過電流保護動作を行なうことができる。
According to the present embodiment, the overcurrent protection circuit 16
By integrating each element in the IGBT chip, the overcurrent protection circuit 16 can be downsized. Further, since the distance between the main IGBT 10 to be protected and the overcurrent protection circuit 16 can be arranged close to each other, a signal transmission delay due to wiring can be reduced, and a quick and accurate overcurrent protection operation can be performed. Can be performed.

【0031】次に、本発明による過電流保護回路16を
適用した電力変換装置としてのインバータの構成を図6
にしたがって説明する。
Next, the configuration of an inverter as a power converter to which the overcurrent protection circuit 16 according to the present invention is applied is shown in FIG.
It is explained according to.

【0032】図6において、インバータは、一対の直流
入力端子401、402と、三相の出力端子として交流
出力端子403、404、405を備えており、直流入
力端子401、402と交流出力端子403〜405と
の間に上アーム410、412、414、下アーム41
1、413、415、還流ダイオード416〜421が
設けられている。上アーム410〜414と下アーム4
11〜415はそれぞれ直列に接続され、直列接続点が
交流出力端子403、404、405にそれぞれ接続さ
れている。そして上アーム410と下アーム411とで
インバータ単位を構成し、上アーム412と下アーム4
13でインバータ単位を構成し、上アーム414と下ア
ーム415でインバータ単位を構成し、上アーム410
〜414と下アーム411〜415には還流ダイオード
416〜421が逆並列接続されている。上アーム41
0〜414、下アーム411〜415はそれぞれ主IG
BT10と過電流保護回路16を備えて構成されてお
り、各アームの主IGBT10が指定の順序で導通する
ことにより、直流入力端子401、402に印加された
直流電力を三相の交流電力に変換して交流出力端子40
3〜405に出力することができる。
In FIG. 6, the inverter includes a pair of DC input terminals 401 and 402, and AC output terminals 403, 404 and 405 as three-phase output terminals. The DC input terminals 401 and 402 and the AC output terminal 403 are provided. To 405, upper arm 410, 412, 414, lower arm 41
1, 413, 415 and return diodes 416 to 421 are provided. Upper arm 410-414 and lower arm 4
11 to 415 are connected in series, and the series connection points are connected to the AC output terminals 403, 404, and 405, respectively. The upper arm 410 and the lower arm 411 constitute an inverter unit, and the upper arm 412 and the lower arm 4
13 constitutes an inverter unit, and the upper arm 414 and the lower arm 415 constitute an inverter unit.
414 and the lower arms 411 to 415 are connected in reverse parallel to the return diodes 416 to 421. Upper arm 41
0 to 414 and the lower arms 411 to 415 are main IG
The IGBT 10 includes a BT 10 and an overcurrent protection circuit 16, and converts the DC power applied to the DC input terminals 401 and 402 into three-phase AC power when the main IGBT 10 of each arm conducts in a specified order. AC output terminal 40
3 to 405.

【0033】本実施形態におけるインバータは、各アー
ムの主IGBT10に過電流保護回路16が設けられて
いるため、インバータの負荷が短絡したり、アームが短
絡したりしても、アームの回路素子を過電流から保護す
ることができるとともに、保護動作時にノイズが発生す
るのを防止することができる。このため、保護回路動作
時にインバータから発生するノイズが原因となって周辺
機器が誤動作するのを防止できるとともに、ノイズ低減
のために周辺機器にフィルタ回路や遮蔽板等を取り付け
る必要がなく、コスト低減に寄与することができる。
In the inverter according to the present embodiment, the overcurrent protection circuit 16 is provided in the main IGBT 10 of each arm. Therefore, even if the load of the inverter is short-circuited or the arm is short-circuited, the circuit element of the arm is replaced. It is possible to protect against overcurrent and to prevent noise from occurring during the protection operation. This prevents peripheral devices from malfunctioning due to noise generated by the inverter when the protection circuit operates, and eliminates the need to attach a filter circuit or shielding plate to the peripheral devices to reduce noise, thereby reducing costs. Can be contributed to.

【0034】前記各実施形態においては、主半導体能動
素子および従半導体能動素子としてIGBTを用いたも
のについて述べてが、IGBTに限定されるものではな
く、他の半導体能動素子を用いることができる。例え
ば、IGBTの代わりに、MOSFETやバイポーラト
ランジスタを用いることもできる。
In each of the above-described embodiments, the case where the IGBT is used as the main semiconductor active element and the slave semiconductor active element is described. However, the present invention is not limited to the IGBT, and other semiconductor active elements can be used. For example, a MOSFET or a bipolar transistor can be used instead of the IGBT.

【0035】また、過電流保護回路16としては、図1
ないし図3に示した回路構成のほかに、これらの回路に
抵抗やダイオード、コンデンサ等の回路素子を追加する
こともできる。例えば、トランジスタ22、24と直列
に抵抗を挿入し、各トランジスタ22、24のゲート電
圧を調整したり、主IGBT10のゲートと検出IGB
T18のゲートとの間に抵抗を挿入し、両者の動作に時
間差を持たせることもできる。さらに検出抵抗26の代
わりに、ダイオードを用いることができる。この場合ゲ
ート電圧の減少に伴って、ダイオードで発生する電圧が
増加する構成、例えば、検出ダイオードの直列数を増加
させる構成が望ましい。さらに、IGBT18のゲート
電圧の減少に伴って、検出電流が増加する構成を採用す
ることも望ましい。
As the overcurrent protection circuit 16, FIG.
In addition to the circuit configuration shown in FIG. 3, circuit elements such as resistors, diodes, and capacitors can be added to these circuits. For example, a resistor is inserted in series with the transistors 22 and 24 to adjust the gate voltage of each transistor 22 and 24, or to connect the gate of the main IGBT 10 and the detection IGB.
A resistor can be inserted between the gate of T18 and the operation of the gate to provide a time difference. Further, a diode can be used instead of the detection resistor 26. In this case, a configuration in which the voltage generated in the diode increases as the gate voltage decreases, for example, a configuration in which the number of series detection diodes is increased is desirable. Further, it is desirable to adopt a configuration in which the detection current increases as the gate voltage of the IGBT 18 decreases.

【0036】[0036]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
保護対象となる主半導体能動素子に過電流が流れたとき
に、従半導体能動素子に印加される制御電圧を低下させ
るとともに、制御電圧を徐々に低下させ、主半導体能動
素子の電流を過電流よりも小さい電流となるように収束
させるようにしたため、保護回路動作時に、主半導体能
動素子の電流が振動するのを防止することができ、振動
に伴うノイズによって回路素子が損傷するのを防止する
ことができ、信頼性の向上に寄与することができる。
As described above, according to the present invention,
When an overcurrent flows through the main semiconductor active device to be protected, the control voltage applied to the subordinate semiconductor active device is reduced, and the control voltage is gradually reduced so that the current of the main semiconductor active device is reduced from the overcurrent. The current of the main semiconductor active element can be prevented from oscillating when the protection circuit operates, and the circuit element can be prevented from being damaged by noise due to the oscillation. And contribute to improvement in reliability.

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

【図1】本発明の第1の実施形態を示す回路構成図であ
る。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施形態を示す回路構成図であ
る。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第3の実施形態を示す回路構成図であ
る。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a third embodiment of the present invention.

【図4】本発明による過電流保護回路を集積化したとき
のIGBTチップのレイアウト構成図である。
FIG. 4 is a layout configuration diagram of an IGBT chip when an overcurrent protection circuit according to the present invention is integrated.

【図5】図4のX−Y線に沿う断面図である。FIG. 5 is a sectional view taken along the line XY in FIG. 4;

【図6】本発明による過電流保護回路を適応したインバ
ータのブロック構成図である。
FIG. 6 is a block diagram of an inverter to which an overcurrent protection circuit according to the present invention is applied.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 主IGBT 16 過電流保護回路 18 検出IGBT 20 ゲート抵抗 22、24 トランジスタ(MOSFET) 26 検出抵抗 28 補助検出抵抗 Reference Signs List 10 main IGBT 16 overcurrent protection circuit 18 detection IGBT 20 gate resistance 22, 24 transistor (MOSFET) 26 detection resistance 28 auxiliary detection resistance

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 制御電圧に応じて通電電流が制御される
主半導体能動素子を備えている半導体装置において、主
半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素子に印
加される制御電圧に応じて通電電流が制御される従半導
体能動素子と、従半導体能動素子の電流を検出し検出電
流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧変換
手段の変換電圧が設定値を超えたときに主従半導体能動
素子の通電電流を電流電圧変換手段の変換電圧の増加に
応じて減少させる過電流保護手段と、従半導体能動素子
に印加される制御電圧が設定値以下になったときに主従
半導体能動素子の通電電流の減少に応じて電流電圧変換
手段の変換電圧を高める変換電圧制御手段とを備えてい
る半導体装置の保護回路。
1. A semiconductor device having a main semiconductor active element whose conduction current is controlled in accordance with a control voltage, wherein the semiconductor device is connected in parallel with the main semiconductor active element and in accordance with a control voltage applied to the main semiconductor active element. A sub-semiconductor active element in which a conduction current is controlled, current-voltage conversion means for detecting the current of the sub-semiconductor active element and converting the detected current into a voltage, and a main-slave when the conversion voltage of the current-voltage conversion means exceeds a set value. Overcurrent protection means for reducing the current flowing through the semiconductor active element in accordance with an increase in the conversion voltage of the current-voltage conversion means; and a master-slave semiconductor active element when the control voltage applied to the slave semiconductor active element falls below a set value. And a conversion voltage control means for increasing the conversion voltage of the current-voltage conversion means in response to a decrease in the current flowing through the semiconductor device.
【請求項2】 制御電圧に応じて通電電流が制御される
主半導体能動素子とを備えている半導体装置において、
主半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素子に
印加される制御電圧に応じて通電電流が制御される従半
導体能動素子と、従半導体能動素子に流れる電流を抵抗
値に応じた電圧に変換する電流電圧変換手段と、電流電
圧変換手段の変換電圧が設定値を超えたときに主従半導
体能動素子の通電電流を電流電圧変換手段の変換電圧の
増加に応じて減少させる過電流保護手段と、従半導体能
動素子に印加される制御電圧が設定値以下になったとき
に主従半導体能動素子の通電電流の減少に応じて電流電
圧変換手段の抵抗値を高める変換電圧制御手段とを備え
ている半導体装置の保護回路。
2. A semiconductor device comprising: a main semiconductor active element whose conduction current is controlled according to a control voltage;
A sub-semiconductor active element in which the conduction current is controlled according to a control voltage applied to the main semiconductor active element in parallel with the main semiconductor active element, and a current flowing in the sub-semiconductor active element is converted into a voltage according to a resistance value. Current-to-voltage conversion means, and overcurrent protection means for decreasing the conduction current of the master-slave semiconductor active element as the conversion voltage of the current-to-voltage conversion means increases when the conversion voltage of the current-to-voltage conversion means exceeds a set value, A conversion voltage control means for increasing the resistance value of the current-to-voltage conversion means in accordance with a decrease in the current flowing through the master-slave active element when the control voltage applied to the slave semiconductor active element falls below a set value; Equipment protection circuit.
【請求項3】 制御電圧に応じて通電電流が制御される
主半導体能動素子を備えている半導体装置において、主
半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素子に印
加される制御電圧に応じて通電電流が制御される従半導
体能動素子と、従半導体能動素子に流れる電流を抵抗値
に応じた電圧に変換する電流電圧変換手段と、電流電圧
変換手段の変換電圧が設定値を超えたときに主従半導体
能動素子の通電電流を電流電圧変換手段の変換電圧の増
加に応じて減少させる過電流保護手段と、従半導体能動
素子に印加される制御電圧が設定値以下になったときに
電流電圧変換手段の抵抗値を高める変換電圧制御手段と
を備えている半導体装置の保護回路。
3. A semiconductor device having a main semiconductor active element whose conduction current is controlled in accordance with a control voltage, wherein the semiconductor device is connected in parallel with the main semiconductor active element and in accordance with a control voltage applied to the main semiconductor active element. A sub-semiconductor active element whose energizing current is controlled, current-to-voltage conversion means for converting a current flowing through the sub-semiconductor active element to a voltage corresponding to a resistance value, and a conversion voltage of the current-to-voltage conversion means exceeding a set value. Overcurrent protection means for reducing the current flowing through the master-slave active element as the converted voltage of the current-voltage conversion means increases; and current-voltage conversion when the control voltage applied to the slave semiconductor active element falls below a set value. And a conversion voltage control means for increasing the resistance value of the means.
【請求項4】 制御電圧に応じて導通・非導通が制御さ
れる主半導体能動素,子を備えている半導体装置におい
て、主半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素
子に印加される制御電圧に応じて導通・非導通が制御さ
れる従半導体能動素子と、従半導体能動素子の電流を検
出し検出電流を電圧に変換する電流電圧変換手段と、電
流電圧変換手段の変換電圧が設定値を超えたときに主従
半導体能動素子に印加される制御電圧を電流電圧変換手
段の変換電圧の増加に応じて低下させる電圧制御手段
と、従半導体能動素子に印加される制御電圧が設定値以
下になったときに主従半導体能動素子に印加される制御
電圧の低下に応じて電流電圧変換手段の変換電圧を高め
る変換電圧制御手段とを備えている半導体装置の保護回
路。
4. A semiconductor device having a main semiconductor active element and a child whose conduction / non-conduction is controlled in accordance with a control voltage, wherein a control applied in parallel to the main semiconductor active element and applied to the main semiconductor active element. A semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled according to the voltage, current-voltage conversion means for detecting the current of the slave semiconductor active element and converting the detected current to a voltage, and a conversion voltage of the current-voltage conversion means having a set value. Voltage control means for decreasing the control voltage applied to the master-slave semiconductor active element when the conversion voltage of the current-voltage conversion means increases when the voltage exceeds the control voltage, and the control voltage applied to the slave semiconductor active element falls below a set value. A protection circuit for a semiconductor device, comprising: conversion voltage control means for increasing a conversion voltage of a current-voltage conversion means in response to a decrease in a control voltage applied to a master-slave semiconductor active element.
【請求項5】 制御電圧に応じて導通・非導通が制御さ
れる主半導体能動素子を備えている半導体装置におい
て、主半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素
子に印加される制御電圧に応じて導通・非導通が制御さ
れる従半導体能動素子と、従半導体能動素子に流れる電
流を抵抗値に応じた電圧に変換する電流電圧変換手段
と、電流電圧変換手段の変換電圧が設定値を超えたとき
に主従半導体能動素子に印加される制御電圧を電流電圧
変換手段の変換電圧の増加に応じて低下させる電圧制御
手段と、従半導体能動素子に印加される制御電圧が設定
値以下になったときに主従半導体能動素子に印加される
制御電圧の低下に応じて電流電圧変換手段の抵抗値を高
める変換電圧制御手段とを備えている半導体装置の保護
回路。
5. A semiconductor device having a main semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled according to a control voltage, wherein a control voltage applied to the main semiconductor active element connected in parallel with the main semiconductor active element is controlled. A semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled in response thereto, current-voltage conversion means for converting a current flowing through the slave semiconductor active element into a voltage corresponding to a resistance value, and a conversion voltage of the current-voltage conversion means having a set value. Voltage control means for decreasing the control voltage applied to the master-slave semiconductor active element when the voltage exceeds the control voltage according to the increase of the conversion voltage of the current-voltage conversion means; and the control voltage applied to the slave semiconductor active element becomes equal to or less than a set value. And a conversion voltage control means for increasing the resistance value of the current-to-voltage conversion means in response to a decrease in the control voltage applied to the master and slave semiconductor active elements.
【請求項6】 制御電圧に応じて導通・非導通が制御さ
れる主半導体能動素子を備えている半導体装置におい
て、主半導体能動素子と並列接続されて主半導体能動素
子に印加される制御電圧に応じて導通・非導通が制御さ
れる従半導体能動素子と、従半導体能動素子に流れる電
流を抵抗値に応じた電圧に変換する電流電圧変換手段
と、電流電圧変換手段の変換電圧が設定値を超えたとき
に主従半導体能動素子に印加される制御電圧を電流電圧
変換手段の変換電圧の増加に応じて低下させる電圧制御
手段と、従半導体能動素子に印加される制御電圧が設定
値以下になったときに電流電圧変換手段の抵抗値を高め
る変換電圧制御手段とを備えている半導体装置の保護回
路。
6. A semiconductor device having a main semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled according to a control voltage, wherein a control voltage applied to the main semiconductor active element connected in parallel with the main semiconductor active element is provided. A semiconductor active element whose conduction / non-conduction is controlled in response thereto, current-voltage conversion means for converting a current flowing through the slave semiconductor active element into a voltage corresponding to a resistance value, and a conversion voltage of the current-voltage conversion means having a set value. Voltage control means for decreasing the control voltage applied to the master-slave semiconductor active element when the voltage exceeds the control voltage according to the increase of the conversion voltage of the current-voltage conversion means; and the control voltage applied to the slave semiconductor active element becomes equal to or less than a set value. And a conversion voltage control means for increasing the resistance value of the current-to-voltage conversion means.
【請求項7】 半導体能動素子のうち少なくとも主半導
体能動素子は絶縁ゲート半導体能動素子で構成されてい
ることを特徴とする請求項1乃至6のうちいずれか1項
に記載の半導体装置の保護回路。
7. The protection circuit for a semiconductor device according to claim 1, wherein at least the main semiconductor active element of the semiconductor active elements is constituted by an insulated gate semiconductor active element. .
【請求項8】 主半導体能動素子と、従半導体能動素子
と、電流電圧変換手段と、電圧制御手段および変換電圧
制御手段は同一半導体基板内に形成されていることを特
徴とする請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の半
導体装置の保護回路。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the main semiconductor active element, the slave semiconductor active element, the current-voltage conversion means, the voltage control means and the converted voltage control means are formed in the same semiconductor substrate. 8. The protection circuit for a semiconductor device according to claim 7.
【請求項9】 一対の直流入力端子と相数と同数の交流
出力端子との間に挿入されて相数と同数の上アームと下
アームを構成する複数の主半導体能動素子と、各主半導
体能動素子に逆並列接続された複数の整流素子とを備え
た電力変換装置において、請求項1乃至8のうちいずれ
か1項に記載の半導体装置の保護回路を備えていること
を特徴とする電力変換装置。
9. A plurality of main semiconductor active elements inserted between a pair of DC input terminals and an AC output terminal having the same number of phases to form upper arms and lower arms as the number of phases, and A power converter comprising a plurality of rectifiers connected in anti-parallel to an active element, comprising: the protection circuit for a semiconductor device according to claim 1. Conversion device.
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