KR102008277B1 - 전력 반도체 칩 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 칩은 제 1 에미터 단자, 제 1 콜렉터 단자, 게이트 드라이버로부터 제어 신호를 입력받는 게이트 단자 및 상기 제 1 에미터 단자 및 상기 제 1 콜렉터 단자 사이의 전류를 모니러링하기 위한 전류센싱 단자를 포함하는 전력 반도체 소자; 및 상기 전류센싱 단자로부터 전류센싱 신호를 입력받아 기준 전류 이상인 경우 자가 턴-온되어 상기 게이트 단자를 방전시켜 상기 게이트 드라이버의 제어 신호와 독립적으로 상기 전력 반도체 소자를 턴-오프 시키도록 상기 게이트 단자 및 상기 전류 센싱 단자 사이에 접속되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.

Description

전력 반도체 칩{Power Semiconductor Chip}
본 발명은 반도체 장치에 관련된 것으로, 보다 상세하게는 전력 반도체 칩에 관련된 것이다.
전기자동차, 하이브리드 자동차, 연료전지 자동차 등 친환경 차량이 성장하면서 전기 차량 및 하이브리드 시스템의 모터 구동이나 고 전압 변환 등 고 전압 신호를 많이 사용하는 구동부의 스위칭 회로로 IGBT(Insulated-Gate Bipolar Transistor) 소자가 많이 사용되고 있다.
IGBT 소자는 차량에 적용되는 반도체 모듈이기 때문에 안전에 대한 요구사항이 많다. 특히, 허용되는 최대 접합 온도(Max Junction Temperature) 이상 온도 증가 시 IGBT 소자가 이상 동작할 가능성이 있으며, 과전류 상황에서 버티는 능력(강건성)의 특성이 약한 소자의 경우 필드 불량 및 사고로 이어질 수 있다.
또한, 종래 기술은 전력 반도체 소자가 이미 과전류가 흐른 상황에서 외부의 미러링 소자가 과전류를 검출하는 방식으로 작동하기 때문에, 외부의 미러링 소자에 고장이 발생하거나, 전력 반도체 소자가 정격이상의 과전류를 견디지 못하면 에러가 발생하는 경우가 많았다.
이로 인해 인명 사고 등의 피해가 발생할 수 있으므로 IGBT 소자의 전류 및 온도에 대한 센싱 기술은 매우 중요하다.
본 발명은 상술한 요구에 부응하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에 따르면, 스위칭 소자를 이용하여 과전류를 차단할 수 있는 전력 반도체 칩을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 칩은 제 1 에미터 단자, 제 1 콜렉터 단자, 게이트 드라이버로부터 제어 신호를 입력받는 게이트 단자 및 상기 제 1 에미터 단자 및 상기 제 1 콜렉터 단자 사이의 전류를 모니터링하기 위한 전류센싱 단자를 포함하는 전력 반도체 소자; 및 상기 전류센싱 단자로부터 전류센싱 신호를 입력받아 기준 전류 이상인 경우 자가 턴-온되어 상기 게이트 단자를 방전시켜 상기 게이트 드라이버의 제어 신호와 독립적으로 상기 전력 반도체 소자를 턴-오프 시키도록 상기 게이트 단자 및 상기 전류 센싱 단자 사이에 접속되는 스위칭 소자를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 스위칭 소자는 상기 전력 반도체 소자의 온도를 감지하기 위한 온도 센싱 소자를 내부에 포함할 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 온도 센싱 소자는 상기 바이폴라 정션 트랜지스터 내의 다이오드로 구성될 수 있다.
또한, 상기 스위칭 소자는 제 2 콜렉터 단자, 베이스 단자, 제 2 에미터 단자를 포함하고, 상기 제 2 콜렉터 단자는 상기 게이트 단자에 접속하고, 상기 베이스 단자는 상기 전류센싱 단자에 접속될 수 있다.
또한, 상기 온도 센싱 소자는 상기 베이스 단자 및 상기 제 2 에미터 단자 사이의 하나의 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 상기 베이스 단자 및 상기 전류센싱 단자 사이에 전류센싱 타이밍을 조절하기 위한 션트 저항을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 바이폴라 졍션 트랜지스터는 상기 전력 반도체 소자의 셀영역 내에 형성될 수 있다.
또한, 상기 전류센싱 단자는 상기 전력 반도체 소자의 전류를 모니터링하기 위해 상기 전력 반도체 소자에 병렬적으로 접속되는 미러링 소자에 연결될 수 있다.
상술한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 전력 반도체 칩은 전력 반도체 소자의 셀 영역 내에 구비되는 스위칭 소자에서 전류센싱 단자를 통해 전류센싱 신호를 입력 받아 기준 전류 이상인 경우 자가 스위칭되어 스위치를 턴-온시키기 때문에 노이즈에 강하며, 이로 인해 전력 반도체 소자를 빠르게 턴-오프 시켜, 전력 반도체 소자에 인가되는 전류가 과전류에 미치지 못하지만 전력 반도체 소자의 동작에 영향을 줄 수 있는 보다 낮은 과전류가 흐를 경우에도 전력 반도체 소자를 턴-오프 시킬 수 있다.
또한, 외부의 미러링 소자에서 과전류를 감지하여 게이트 드라이버의 제어신호를 통해 전력 반도체 소자를 턴-오프 시키는데 발생되는 지연시간이 발생하지 않으며, 이로 인해 전력 반도체 소자가 제어신호를 입력 받는 지연시간에 대한 에러가 발생하지 않을 수 있다.
또한, 기존 전력 반도체 칩의 셀 영역 중 온도를 센싱하는 온도 센서 영역에 스위칭 소자를 구비하여 전류 및 온도를 센싱하기 때문에, 게이트 드라이버의 전류 센싱소자 및 전력 반도체 칩의 온도 센서를 사용하지 않아도 되므로, 전력 반도체 칩의 면적을 줄일 수 있으며, 이로 인해 원가를 절감할 수 있다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 모듈에 대한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 칩에 대한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자의 위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스위칭 소자의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래기술의 전력 반도체 모듈에 대한 블록도이다.
도 6은 종래기술의 전력 반도체 칩에 대한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한, 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
또한, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
또한, 이하의 실시예에서 제 2, 제 3 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
또한, 이하의 실시예에서 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전력 반도체 칩에 대하여 상세히 설명한다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전력 반도체 칩은 전력 반도체 소자(120, 130), 스위칭 소자(170) 및 션트저항(160)을 포함하며, 게이트 드라이버(150)와 접속되어 있다. 한편, 게이트 드라이버(150)는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 140)과 접속된다.
이때, 게이트 드라이버(150)와 접속되는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 140)은 게이트 드라이버(150)에 구동 신호를 제공하여 전력 소자 모듈(100)을 구동시킬 수 있다. 이 경우, 구동 신호는 예컨대, PWM(Pulse Width Modulation) 신호 등이 될 수 있다.
또한, 게이트 드라이버(150)에서 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 140)으로 전송되는 각종 센싱 값들, 예컨대, 전력 반도체 소자(120, 130)에 흐르는 전류 측정값을 이용하여 PWM 신호의 듀티비 등을 변경할 수 있고, 기타 게이트 드라이버(150)의 동작을 제어할 수 있다.
또한, 게이트 드라이버(150)는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 140)으로부터 구동 신호를 수신하여 전력 반도체 소자(120, 130)를 구동시킬 수 있으며, 게이트 드라이버(150)는 제어 신호를 생성하여 전력 반도체 소자(120, 130)에 제어 신호를 출력하여 전력 반도체 모듈(100)의 구동을 중단하거나, 마이크로프로세서 유닛(MCU, 140)을 통하여 구동 신호를 조절하여, 예컨대, PWM 신호의 듀티비를 감소시켜 모터에 흐르는 전류의 공급을 감소시킬 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 전력 소자 모듈(100)은 2 개의 전력 반도체 소자(110)가 연결된 구조로서 도 1에 도시한 바와 같은 외부 핀들을 구비한다. 도 1 및 도 2에서 동일한 도면 부호는 동일한 부분을 나타낸다. 또한, 도 2에서, 설명의 편의를 위하여 2개의 전력 반도체 소자(110) 중, 로우 사이드 전력 반도체 소자(120)에만 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 140), 게이트 드라이버(150)가 연결된 것으로 나타냈지만, 당업자는 하이 사이드 전력 반도체 소자(130)에도 동일한 소자가 연결될 수 있음을 알 수 있다. 그리고, 설명상의 도면 부호는 로우 사이드 전력 반도체 소자(120)를 기준으로 설명한다. 예컨대, 도면부호 111은 로우 사이드 전력 반도체 소자(120)를 기준으로 콜렉터 단자이지만, 하이 사이드 전력 반도체 소자(130)를 기준으로 에미터 단자이다.
전력 반도체 소자(120, 130)는 제 1 에미터 단자(132), 제 1 콜렉터 단자(111) 및 게이트 단자(131)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 에미터 단자(132)는 그라운드(135)와 연결되며, 게이트 단자(131)는 게이트 드라이버(150)로부터 제어신호를 입력 받을 수 있다.
한편, 전력 반도체 소자(120, 130)는 제 1 에미터 단자(132) 및 제 1 콜렉터 단자(111) 사이의 전류를 모니터링하기 위한 전류센싱 단자(133)를 추가적으로 구비할 수 있다.
또한, 전력 반도체 소자는 절연 게이트 소자 예컨대, 절연 게이트 양극성 트랜지스터(IGBT), 모스펫(MOSFET)를 포함할 수 있다.
이때, 전류센싱 단자(133)는 전력 반도체 소자(120, 130)에 미러링 소자에 연결될 수 있다.
한편, 미러링 소자는 전력 반도체 소자(120, 130)에 병렬적으로 접속되며, 전력 반도체 소자(120, 130)의 전류를 모니터링하는 소자이다.
보다 구체적으로, 전류센싱 단자(133)는 제 1 에미터 단자(132) 및 제 1 콜렉터 단자(111) 사이의 전류를 모니터링할 수 있으며, 전류 센싱 신호를 생성할 수 있다. 또한, 전류센싱 단자(133)는 전류 센싱 신호를 스위칭 소자(170)에 공급할 수 있다.
한편, 전류센싱 단자(133)는 제 1 에미터 단자(132)에 비하여 현저히 작은 전류가 흐르고, 주 회로인 제 1 에미터 단자(132)의 동작에 영향을 거의 미치지 않도록 구성된다.
스위칭 소자(170)는 온도 센싱 소자(174)를 포함하며, 게이트 단자(131) 및 전류센싱 단자(133) 사이에 접속될 수 있다. 한편, 스위칭 소자(170)는 전력 반도체 소자(120, 130) 셀 영역 내부에 형성될 수 있으며, 스위칭 소자(170)의 위치에 대한 설명은 도 3 및 도 4에서 상세히 후술하도록 한다.
예컨대, 스위칭 소자(170)는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)로 사용될 수 있으며, 이때 스위칭 소자(170)는 제 2 콜렉터 단자(177), 베이스 단자(175) 및 제 2 에미터 단자(173)를 포함할 수 있다.
한편, 제 2 콜렉터 단자(177)는 게이트 단자(131)에 접속하고, 베이스 단자(175)는 전류센싱 단자(133)에 접속되며, 제 2 에미터 단자(173)는 그라운드(135)에 접속될 수 있다.
예컨대, 제 1 에미터 단자(132) 및 제 2 에미터 단자(173)에 각각 그라운드(135)가 접속될 수 있으며, 각각의 그라운드(135)는 동일한 부분에 연결될 수 있다.
또한, 스위칭 소자(170)는 전류센싱 단자(133)로부터 전류센싱 신호를 입력 받아 기준 전류 이상인 경우, 스위치를 자가 턴-온 시켜 게이트 단자(131)를 방전시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 스위치를 자가 턴-온 시킬 경우, 전력 반도체 소자(120, 130)의 게이트 단자(131)의 전류는 스위칭 소자(170)의 그라운드(135)에 인가되어 전력 반도체 소자(120, 130)가 방전될 수 있다. 따라서, 스위칭 소자(170)는 게이트 드라이버(150)의 제어신호로 동작되지 않고, 독립적으로 스위치를 스위칭하여 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시킬 수 있다.
한편, 독립적으로 스위치를 스위칭하기 때문에, 게이트 드라이버(150)의 제어신호를 입력 받는 지연시간이 발생하지 않아, 과전류가 발생할 경우 빠르게 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시킬 수 있다.
온도 센싱 소자(174)는 베이스 단자(175) 및 제 2 에미터 단자(173) 사이에 접속될 수 있으며, 에컨대, 온도 센싱 소자(174)는 스위칭 소자(170) 내부에 위치하며, 베이스 단자(175) 및 제 2 에미터 단자(173) 사이의 하나의 다이오드를 포함할 수 있다.
또한, 온도 센싱 소자(174)는 다이오드에 흐르는 전압을 통해 온도를 감지할 수 있다. 보다 구체적으로, 마이크로컨트롤러 유닛(MCU, 140)은 다이오드의 온도에 따라 순방향 강하 전압(Vf)이 변하는 특징을 이용하여 순방향 강하 전압(Vf)과 기준 전압을 비교하여 고온이라고 판단할 경우, 게이트 드라이버(150)에 제어신호를 공급하며 게이트 드라이버(150)를 통해 전력 반도체 소자(120, 130)를 직접 턴-오프시켜 방전시킬 수 있다.
션트 저항(160)은 베이스 단자(175) 및 전류센싱 단자(133) 사이에 접속되며, 전류 센싱 타이밍을 조절할 수 있다.
보다 구체적으로, 션트저항(160)은 전류센싱 단자(133)를 통해 전류센싱 신호를 입력 받으며, 이때, 전류센싱 신호를 입력 받는 타이밍을 조절할 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4를 참조하여, 스위칭 소자의 구조에 대하여 상세히 후술한다.
도 3을 참조하면, 스위칭 소자(170)는 전력 반도체 소자(120, 130)의 셀 영역 내에 형성될 수 있다.
보다 구체적으로, 전력 반도체 소자(120, 130)의 셀 영역에서 온도를 센싱하는 P-N다이오드를 포함하는 온도센서 영역에 스위칭 소자(170)를 삽입하여 전류 및 온도를 센싱할 수 있다.
이로 인해, 전력 반도체 소자(120, 130)의 셀 영역 내부에서 스위칭 소자(170)를 통해 전력 반도체의 전류센싱 단자(133)에 흐르는 과전류를 센싱하여 스위칭 소자(170)의 스위치를 자가 턴-온 시킬 수 있다. 이때, 스위칭 소자(170)의 스위치가 턴-온 되어 게이트 단자(131)가 방전되면서 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시킬 수 있으므로 게이트 드라이버(150)의 제어신호로 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시키는 것 보다 빠르게 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시킬 수 있다.
또한, 스위칭 소자(170)에서 전류를 센싱하기 때문에, 게이트 드라이버(150)의 전류 센싱을 위한 비교기 필터를 제거할 수 있다.
또한, 스위칭 소자(170)의 베이스 단자(175) 및 제 2 에미터 단자(173)에 접속되는 온도 센싱 소자(174)를 통해 베이스 단자(175) 및 제 2 에미터 단자(173)의 온도를 감지할 수 있으며, 이로 인해, 전력 반도체 소자(120, 130)의 온도 센서를 제거할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 4를 참조하면, 스위칭 소자(170)는 NPN형 바이폴라 정션 트랜지스터로 구성되며, 제 2 에미터 단자(173)는 N영역, 베이스 단자(175)는 P영역, 제 2 콜렉터 영역(177)은 N영역에 접속될 수 있다.
한편, 전력 반도체 소자(120, 130)의 셀 영역에서 온도를 센싱하는 P-N다이오드를 포함하는 온도센서 영역에 제 2 에미터 단자(173) 및 베이스 단자(175)가 연결되며, 제 2 에미터 단자(173) 및 베이스 단자(175) 사이에 접속되는 온도 센싱 소자(174)를 통해 온도를 감지할 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.
도 6 및 도 7은 종래기술의 전력 반도체 칩을 설명하는 도면이다.
도 6 및 도 7은 전력 소자 모듈 대비 개선된 온도 센싱 기술이 적용된 전력 소자 모듈이다. 전력 반도체 소자 칩 내부에 다이오드(500,510)를 내장하고 온도 변화를 직접 모니터링하는 방식을 사용하고 있다.
그러나, 이 경우, 다이오드의 전압 모니터링을 위한 외부 핀의 개수가 증가하고 모듈에 차지하는 면적이 커지므로 칩 사이즈가 증가하여 모듈 원가가 상승하게 된다. 또한, 외부 핀 개수의 증가로 핀 간 거리도 근접하게 되기 때문에 대량 생산 시 핀 간 단락(Short) 불량 발생 확률도 높아 신뢰도 저하로 이어지게 된다.
또한, 종래 기술은 전력 반도체 소자가 이미 과전류가 흐른 상황에서 외부의 미러링 소자가 과전류를 검출하는 방식으로 작동하기 때문에, 외부의 미러링 소자에 고장이 발생하거나, 전력 반도체 소자가 정격이상의 과전류를 견디지 못하면 에러가 발생하는 경우가 많았다.
한편, 본 발명은 전력 반도체 소자(120, 130)의 셀 영역 내에 구비되는 스위칭 소자(170)에서 전류센싱 단자(133)를 통해 전류센싱 신호를 입력 받아 기준 전류 이상인 경우 자가 스위칭되어 스위치를 턴-온시키기 때문에 노이즈에 강하며, 이로 인해 전력 반도체 소자를 빠르게 턴-오프 시켜, 전력 반도체 소자(120, 130)에 인가되는 전류가 과전류에 미치지 못하지만 전력 반도체 소자(120, 130)의 동작에 영향을 줄 수 있는 보다 낮은 과전류가 흐를 경우에도 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시킬 수 있다.
또한, 외부의 미러링 소자에서 과전류를 감지하여 게이트 드라이버(150)의 제어신호를 통해 전력 반도체 소자(120, 130)를 턴-오프 시키는데 발생되는 지연시간이 발생하지 않으며, 이로 인해 전력 반도체 소자(120, 130)가 제어신호를 입력 받는 지연시간에 대한 에러가 발생하지 않을 수 있다.
또한, 기존 전력 반도체 칩의 셀 영역 중 온도를 센싱하는 온도 센서 영역에 스위칭 소자(170)를 구비하여 전류 및 온도를 센싱하기 때문에, 게이트 드라이버(150)의 전류 센싱소자 및 전력 반도체 칩의 온도 센서를 사용하지 않아도 되므로, 전력 반도체 칩(110)의 면적을 줄일 수 있으며, 이로 인해 원가를 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 전력 반도체 모듈
110: 전력 반도체 칩
111: 콜렉터 단자
120: 로우 사이드 전력 반도체 소자
130: 하이 사이드 전력 반도체 소자
131: 게이트 단자
132: 제 1 에미터 단자
133: 전류센싱 단자
135: 그라운드
140: 마이크로컨트롤러 유닛
150: 게이트 드라이버
160: 션트 저항
170: 스위칭 소자
173: 제 2 에미터 단자
175: 베이스 단자
177: 콜렉터 단자
500, 510: 다이오드

Claims (9)

  1. 제 1 에미터 단자, 제 1 콜렉터 단자, 게이트 드라이버로부터 제어 신호를 입력받는 게이트 단자 및 상기 제 1 에미터 단자 및 상기 제 1 콜렉터 단자 사이의 전류를 모니터링하기 위한 전류센싱 단자를 포함하는 전력 반도체 소자; 및
    상기 전류센싱 단자로부터 전류센싱 신호를 입력받아 기준 전류 이상인 경우 자가 턴-온되어 상기 게이트 단자를 방전시켜 상기 게이트 드라이버의 제어 신호와 독립적으로 상기 전력 반도체 소자를 턴-오프 시키도록 상기 게이트 단자 및 상기 전류 센싱 단자 사이에 접속되는 스위칭 소자를 포함하고,
    상기 스위칭 소자는 상기 전력 반도체 소자의 온도를 감지하기 위한 온도 센싱 소자를 내부에 포함하며,
    상기 스위칭 소자는 상기 전력 반도체 소자의 셀영역 중 온도를 센싱하는 온도 센서 영역에 형성되는,
    전력 반도체 칩.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 바이폴라 정션 트랜지스터(BJT)를 포함하는,
    전력 반도체 칩.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 온도 센싱 소자는 상기 바이폴라 정션 트랜지스터 내의 다이오드로 구성되는,
    전력 반도체 칩.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 스위칭 소자는 제 2 콜렉터 단자, 베이스 단자, 제 2 에미터 단자를 포함하고,
    상기 제 2 콜렉터 단자는 상기 게이트 단자에 접속하고, 상기 베이스 단자는 상기 전류센싱 단자에 접속되는,
    전력 반도체 칩.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 센싱 소자는 상기 베이스 단자 및 상기 제 2 에미터 단자 사이의 하나의 다이오드를 포함하는,
    전력 반도체 칩.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 베이스 단자 및 상기 전류센싱 단자 사이에 전류센싱 타이밍을 조절하기 위한 션트 저항을 더 포함하는,
    전력 반도체 칩.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전류센싱 단자는 상기 전력 반도체 소자의 전류를 모니터링하기 위해 상기 전력 반도체 소자에 병렬적으로 접속되는 미러링 소자에 연결된,
    전력 반도체 칩.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001211059A (ja) 2000-01-26 2001-08-03 Toshiba Corp 半導体スイッチ素子の過電流保護回路
JP2002315303A (ja) 2001-04-17 2002-10-25 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
KR100427923B1 (ko) * 1999-09-20 2004-05-06 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 전력 반도체 소자의 과전류 제한 회로
JP2012164475A (ja) 2011-02-04 2012-08-30 Iwasaki Electric Co Ltd 閃光放電ランプ点灯装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07297695A (ja) * 1994-04-28 1995-11-10 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置
JPH08162631A (ja) * 1994-12-05 1996-06-21 Fuji Electric Co Ltd Ｉｇｂｔモジュール構造
JP3607490B2 (ja) * 1998-02-09 2005-01-05 シャープ株式会社 光結合装置
US7310213B2 (en) * 2003-09-26 2007-12-18 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device provided with overheat protection circuit and electronic circuit using the same
KR101500000B1 (ko) * 2009-09-29 2015-03-18 현대자동차주식회사 과전류 감지 회로

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100427923B1 (ko) * 1999-09-20 2004-05-06 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 전력 반도체 소자의 과전류 제한 회로
JP2001211059A (ja) 2000-01-26 2001-08-03 Toshiba Corp 半導体スイッチ素子の過電流保護回路
JP2002315303A (ja) 2001-04-17 2002-10-25 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
JP2012164475A (ja) 2011-02-04 2012-08-30 Iwasaki Electric Co Ltd 閃光放電ランプ点灯装置

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