JPWO2015071994A1 - 半導体スイッチング素子の駆動回路 - Google Patents
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Abstract
Description
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号の立上がりエッジに応答してオンとなるオンエッジおよび前記入力信号の立下りエッジに応答してオフとなるオフエッジを有する駆動信号を、前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と前記半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段のうち少なくとも一方を含む温度検知手段と、
を備え、
前記立上がりエッジと前記オンエッジとの間の遅延時間であるオン伝達遅延時間と前記立下りエッジと前記オフエッジとの間の遅延時間であるオフ伝達遅延時間の差を小さくするように、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいて、前記オンエッジおよび前記オフエッジのうち少なくとも一方のエッジを遅延させる。
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号から駆動信号を生成して前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と前記半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段のうち少なくとも一方を含む温度検知手段と、
を備え、
前記信号回路部は、前記半導体スイッチング素子の制御端子に電流を供給するドライブ回路を含み、
前記ドライブ回路は、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいて駆動電流能力を切り替える。
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号から駆動信号を生成して前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と前記半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段のうち少なくとも一方を含む温度検知手段と、
短絡保護端子と、
前記短絡保護端子に入力した電圧が閾値に達したら前記信号回路部に停止信号を伝達し、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいて前記閾値を設定する短絡保護回路と、
を備える。
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号から駆動信号を生成して前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する温度検知回路と、
前記半導体スイッチング素子の温度センサ素子からの第2温度検知信号を受ける温度検知端子と、
前記第1温度検知信号が示す温度と前記第2温度検知信号が示す温度の差に基づいてエラー信号を出力するエラー信号生成回路と、
を備える。
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体スイッチング素子の駆動回路101を示す回路ブロック図である。駆動回路101は、半導体スイッチング素子1の制御端子に接続している。実施の形態1にかかる半導体スイッチング素子1は、MOSFETであり、制御端子はゲート端子である。駆動回路および半導体スイッチング素子1は、実施の形態1にかかる半導体装置151を構成している。
第1アナログ信号は、駆動回路101の温度と相関を有している。駆動回路101の温度が上昇すると、これに応じてオン伝達遅延時間およびオフ伝達遅延時間が増加する。オン伝達遅延時間とオフ伝達遅延時間の温度特性が互いに異なっていると、駆動回路101がある温度だけ上昇したとき、オン伝達遅延時間の増加量とオフ伝達遅延時間の増加量は互いに異なっている。これらの増加量の差分だけ、オンエッジとオフエッジのうち増加量が少ないほうのエッジを遅らせればよい。その結果、ある温度変化があったときに、オン伝達遅延時間とオフ伝達遅延時間とを同量だけ変化させることができる。
第2アナログ信号は、半導体スイッチング素子1の素子温度と相関を有している。オン伝達遅延時間およびオフ伝達遅延時間は、駆動回路101の温度により変化するだけではなく、半導体スイッチング素子1の素子温度によっても変化する。入力容量は半導体スイッチング素子1の素子温度と相関を有しており、正の温度特性と負の温度特性のいずれかを有している。
図2は、本発明の実施の形態2にかかる半導体スイッチング素子の駆動回路102を示す回路ブロック図である。駆動回路102および信号回路112は、デッドタイム調整回路13を有さず、ドライブ回路5に代えてドライブ回路25を備えている。この点を除き、駆動回路102および信号回路112は駆動回路101および信号回路111とそれぞれ同じ回路構成を備えている。駆動回路102および半導体スイッチング素子1が、実施の形態2にかかる半導体装置152を構成している。
図3は、本発明の実施の形態3にかかる半導体スイッチング素子の駆動回路103を示す回路ブロック図である。駆動回路103は、デッドタイム調整回路13を有さず、短絡保護回路33を備えている。この点を除き、駆動回路103は駆動回路101と同じ回路構成を備えている。駆動回路103および半導体スイッチング素子1が、実施の形態3にかかる半導体装置153を構成している。入力回路3、出力制御回路4、およびドライブ回路5は、実施の形態3にかかる信号回路113を構成している。
本実施の形態では、これらの温度特性に対する補正を行うために、先ず、第2アナログ信号が示す素子温度と閾値電圧の設定値との間で相関を持たせて、第2アナログ信号に基づいて閾値電圧の設定値を算出する。これと併せて、第1アナログ信号に基づいて駆動回路103の温度特性による閾値電圧増加分を算出し、これを相殺するように分圧回路34の抵抗分圧比を変更して閾値電圧を調整することができる。このような第1、2アナログ信号の両方を用いた閾値電圧設定は低温時、通常温度時、高温時を含む全ての温度域で行うことが好ましい。
エラー信号の出力応答時間は正の温度特性を持つので、駆動回路103の温度が高いほど出力応答時間が長くなる。よって、同じ閾値電圧であっても半導体スイッチング素子1の短絡破壊が起きやすくなってしまう。そこで、この温度特性を補正するために、第1アナログ信号と第2アナログ信号から想定される駆動回路103の最高温度を算出するとともに、エラー制御回路6に内蔵させた遅延回路あるいはエラー制御回路6に外付けした遅延回路の接続容量を切り替えることにより、温度上昇により長くなった分の出力応答時間を低減する。これにより、出力応答時間の温度特性に対して調整を行うことができる。
図4は、本発明の実施の形態4にかかる半導体スイッチング素子の駆動回路104を示す回路ブロック図である。駆動回路104は、AD変換回路14、演算回路15、コンパレータ16、モニタ出力部17、および許容温度差設定回路18を備えており、かつ、デッドタイム調整回路13を有さない。この点を除き、駆動回路104は駆動回路101と同じ回路構成を備えている。駆動回路104および半導体スイッチング素子1が、実施の形態4にかかる半導体装置154を構成している。なお、駆動回路104は、実施の形態3と同様に入力回路3、出力制御回路4、およびドライブ回路5で構成された信号回路113を備えている。
図5は、本発明の実施の形態5にかかる半導体スイッチング素子の駆動回路を示す回路ブロック図である。駆動回路105は、コンパレータ16の代わりに識別回路19を備えている。また、モニタ出力部17および許容温度差設定回路18が接続されていない。この点を除き、駆動回路105は駆動回路104と同じ回路構成を備えている。駆動回路105および半導体スイッチング素子1が、実施の形態5にかかる半導体装置155を構成している。なお、駆動回路105は、実施の形態3と同様に入力回路3、出力制御回路4、およびドライブ回路5で構成された信号回路113を備えている。
(異常2) 0≦ΔT<TAであるときは、半導体装置155の冷却構造の異常が疑われる。
(異常3) TB<ΔTであるときは、半導体スイッチング素子1の異常発熱、あるいは半導体スイッチング素子1のドレインソース間でショートが起きている等の異常が疑われる。
図6は、本発明の実施の形態6にかかる半導体スイッチング素子の駆動回路103およびこれを備えた半導体装置156を示す回路ブロック図である。半導体装置156は、半導体スイッチング素子20を備えている点が、実施の形態3と異なっている。半導体スイッチング素子20を駆動する駆動回路103は、実施の形態3と同じである。
(構成A)実施の形態1にかかるデッドタイム調整回路13
(構成B)実施の形態2にかかるドライバ回路25
(構成C)実施の形態3にかかる短絡保護回路33および分圧回路34
(構成D)実施の形態4にかかるAD変換回路14、演算回路15、コンパレータ16、モニタ出力部17、許容温度差設定回路18、およびAND回路40
(構成E)実施の形態5にかかる識別回路19
(構成F)実施の形態6にかかる半導体スイッチング素子20
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
該入力信号の立上がりエッジに応答してオンとなるオンエッジおよび該入力信号の立下りエッジに応答してオフとなるオフエッジを有する駆動信号を、該出力端子に供給する信号回路部と、
該信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と該半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段の両方を含む温度検知手段と、
を備え、
該立上がりエッジと該オンエッジとの間の遅延時間であるオン伝達遅延時間と該立下りエッジと該オフエッジとの間の遅延時間であるオフ伝達遅延時間の差を小さくするように、該第1温度検知信号と該第2温度検知信号の両方に基づいて、該オンエッジおよび該オフエッジのうち少なくとも一方のエッジを遅延させる。
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
該入力信号から駆動信号を生成して該出力端子に供給する信号回路部と、
該信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と該半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段の両方を含む温度検知手段と、
を備え、
該信号回路部は、該半導体スイッチング素子の制御端子に電流を供給するドライブ回路を含み、
該ドライブ回路は、該第1温度検知信号と該第2温度検知信号の両方に基づいて駆動電流能力を切り替える。
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
該入力信号から駆動信号を生成して該出力端子に供給する信号回路部と、
該信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と該半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段の両方を含む温度検知手段と、
短絡保護端子と、
該短絡保護端子に入力した電圧が閾値に達したら該信号回路部に停止信号を伝達し、該第1温度検知信号と該第2温度検知信号の両方に基づいて該閾値を設定する短絡保護回路と、
を備える。
入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
該入力信号から駆動信号を生成して該出力端子に供給する信号回路部と、
該信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する温度検知回路と、
該半導体スイッチング素子の温度センサ素子からの第2温度検知信号を受ける温度検知端子と、
該第1温度検知信号が示す温度と該第2温度検知信号が示す温度の差に基づいてエラー信号を出力するエラー信号生成回路と、
を備える。
Claims (13)
- 入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号の立上がりエッジに応答してオンとなるオンエッジおよび前記入力信号の立下りエッジに応答してオフとなるオフエッジを有する駆動信号を、前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と前記半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段のうち少なくとも一方を含む温度検知手段と、
を備え、
前記立上がりエッジと前記オンエッジとの間の遅延時間であるオン伝達遅延時間と前記立下りエッジと前記オフエッジとの間の遅延時間であるオフ伝達遅延時間の差を小さくするように、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいて前記オンエッジおよび前記オフエッジのうち少なくとも一方のエッジを遅延させる半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記温度検知手段は、前記第1温度検知手段および前記第2温度検知手段の両方を含み、
前記オン伝達遅延時間と前記オフ伝達遅延時間の差を小さくするように、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の両方に基づいて前記オンエッジおよび前記オフエッジのうち少なくとも一方のエッジを遅延させる請求項1に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方の信号の値に対して、比例的関係で、前記少なくとも一方のエッジの遅延量を変化させる請求項1または2に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。
- 前記第1温度検知手段は、
前記駆動回路に設けられた内部温度センス素子と、
前記内部温度センス素子の出力から前記第1温度検知信号をアナログ信号として生成する第1温度アナログ出力回路と、
を含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記第2温度検知手段は、
前記素子温度センサ素子と接続して前記第2温度検知信号を受ける温度検知端子と、
前記素子温度センサ素子の出力から前記第2温度検知信号をアナログ信号として生成する第2温度アナログ出力回路と、
を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記オンエッジと前記オフエッジのうち前記入力信号に対する遅延が小さい側のエッジの遅延量を、前記オンエッジと前記オフエッジのうち前記入力信号に対する遅延が大きい側のエッジの遅延量よりも、大きくする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。
- 入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号から駆動信号を生成して前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と前記半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段のうち少なくとも一方を含む温度検知手段と、
を備え、
前記信号回路部は、前記半導体スイッチング素子の制御端子に電流を供給するドライブ回路を含み、
前記ドライブ回路は、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいて駆動電流能力を切り替える半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記温度検知手段は、前記第1温度検知手段と前記第2温度検知手段の両方を含み、
前記ドライブ回路は、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の両方に基づいて駆動電流能力を切り替える請求項7に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記ドライブ回路は、複数の出力段トランジスタを備え、複数の電流経路が並列するように前記複数の出力段トランジスタは並列接続し、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいてオンする前記出力段トランジスタの数を切り替える請求項7または8に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。
- 入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号から駆動信号を生成して前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する第1温度検知手段と前記半導体スイッチング素子の温度を検知する素子温度センサ素子から第2温度検知信号を受ける第2温度検知手段のうち少なくとも一方を含む温度検知手段と、
短絡保護端子と、
前記短絡保護端子に入力した電圧が閾値に達したら前記信号回路部に停止信号を伝達し、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の少なくとも一方に基づいて前記閾値を設定する短絡保護回路と、
を備える半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記温度検知手段は、前記第1温度検知手段と前記第2温度検知手段の両方を含み、
前記短絡保護回路は、前記第1温度検知信号と前記第2温度検知信号の両方に基づいて前記閾値を設定する請求項10に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 入力信号が入力される入力端子と、
半導体スイッチング素子の制御端子に接続する出力端子と、
前記入力信号から駆動信号を生成して前記出力端子に供給する信号回路部と、
前記信号回路部の温度に相関を有する第1温度検知信号を出力する温度検知回路と、
前記半導体スイッチング素子の温度センサ素子からの第2温度検知信号を受ける温度検知端子と、
前記第1温度検知信号が示す温度と前記第2温度検知信号が示す温度の差に基づいてエラー信号を出力するエラー信号生成回路と、
を備える半導体スイッチング素子の駆動回路。 - 前記エラー信号生成回路は、前記温度の差の値に応じて互いに異なる複数のエラー信号を切り替える請求項12に記載の半導体スイッチング素子の駆動回路。
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