[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及使用了MOSFET等功率半导体元件的半导体装置，其中所述功率半导体元件具备使功率半导体元件中流过的电流分流而得到电流探测用的电流的电流检测单元。

背景技术

在使用了功率半导体元件的半导体装置中，有在流过了过电流的情况下，为了以保护功率半导体元件的目的等而探测电流，具备使功率半导体元件中流过的电流分流而得到电流探测用的电流的电流检测单元的装置。作为使用了该电流检测单元中流过的电流的晶体管用过电流保护装置，有如下装置：通过包括电阻器的电流探测部件接收电流探测晶体管(电流检测单元)的电流并输入到比较仪(比较器)，从而探测电流(例如专利文献1)。

另外，在过电流探测电路中，有将电流探测用源极(电流检测单元的输出)连接到包括运算放大器和电流探测电阻的电流/电压变换电路中的运算放大器的反转输入端子来进行电流探测的电路(例如专利文献2)。

专利文献1：日本特开平7-146722号公报(4页左列46～右列16，图1)

专利文献2：日本特许2658386号公报(图1)

发明内容

电流检测单元主要用于探测下面的两个电流来保护功率半导体元件。说明第一个电流。在图2所示那样的三相的2电平的逆变器装置中，在某相的高侧开关(例如1a)和低侧开关(例如1b)由于某种原因而同时成为ON(导通)的情况下，电源的两端以低阻抗短路，所以存在半导体元件中流过的电流以大的电流变化速度增加的所谓臂短路电流。该臂短路电流成为破坏功率半导体元件程度的大电流，所以必需探测功率半导体元件中流过的电流而进行保护。

第二个电流是在图2所示的三相的2电平逆变器装置中，通过某相的高侧开关(例如1a)、负载M、其他相的低侧开关(例如1d)而返回电源的电流。由于通过负载M而电流增加，所以电流缓慢地增加。即使在由于某种理由，而应OFF(断开)的功率半导体元件仍持续ON，而流过了过大的电流的情况下，电流增加也缓慢，所以不需要高速的电流探测，但需要高精度的电流探测。需要高精度的电流探测的理由如下所述。通常，对于包括图2的逆变器的电力变换装置，为了对功率半导体元件的发热进行冷却，而设计专用的冷却器。以即使在作为电力变换装置能够流过的最大的电流值下也能够进行冷却并且具有适当的余量的方式，进行设计。越是能够高精度地探测作为前提的最大电流，越是能够适当地设计冷却器而不会出现过不足。另外，越是切断大的电流，功率半导体元件的关断(turn off)时的电流变化速度越高。以即使在成为最大的电流变化速度下，也不会使由电流变化速度与寄生电感之积表示的浪涌电压超过功率半导体元件的最大额定电压的方式，设计寄生电感以及关断速度。在此，越是能够高精度地探测最大电流，越是能够适当地设计寄生电感以及关断速度。

如上所述，电流探测中要求的是高速探测臂短路电流、以及高精度地探测负载电流这两点。

对于针对这些电流探测的要求，在专利文献1中，通过由电阻器构成的电流探测部件接收电流探测晶体管的电流并输入到比较器，从而探测电流。在该情况下，由于比较器的速度比较高，所以能够高速地探测电流。但是，由于将由电阻器构成的电流探测部件连接到电流探测晶体管的源极与主晶体管的源极之间，所以主晶体管与电流探测晶体管的漏极-源极间的电压存在电流探测部件的电压下降量的差异。图9示出输出特性。由于漏极-源极间电压不同，所以主晶体管与电流探测晶体管的漏极电流不同，而难以实现高精度化。

在专利文献2中，使用了由运算放大器和电流探测电阻构成的电流/电压变换电路。运算放大器在稳定的动作中，以消除其非反转端子与反转端子的电位差的方式动作，所以在输出MOSFET的漏极-主源极间电压与漏极-电流探测用源极间电压中不产生差，而能够高精度地探测电流。但是，运算放大器由于在过渡中在输出端子电压的变化中存在上限，所以无法高速地探测电流。即，不适用于需要高速探测的臂短路电流探测。

本发明是为了解决所述那样的问题而完成的，其目的在于得到一种半导体装置，在使用了具备主单元和电流检测单元的功率半导体元件的半导体装置中，高速地探测臂短路电流，并且高精度地探测负载电流。