[发明专利]功率半导体开关元件的保护装置以及保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及功率半导体开关元件的保护装置以及保护方法。

背景技术

在功率半导体开关元件中，绝缘栅双极晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)由于驱动简单，因此被大范围地应用于电源或逆变器中。此外，由于元件的稳态损耗比MOSFET小，因此被利用于较高电压的领域。

在高电压下进行利用的情况下，在负载短路状态下，如果IGBT导通，则流动过大的电流，存在IGBT由于该电流而产生热损坏的可能性。因此，为了阻止这种情况的发生，构成保护装置。

IGBT元件由于短路电流所引起的温度上升而产生热破坏，因此作为短路状态的检测方法，根据短路电流来检测与IGBT元件的温度上升相当的值，在该值为即将使IGBT热破坏之前的阈值时，需要进行保护动作。

但是，在高电压下进行利用的情况下，由于短路电流非常大且直接检测很困难，因此存在如专利文献1所公开的那样，如果在负载短路状态下IGBT导通，则利用集电极-发射极间电压的上升来检测该情况的方法。

此外，存在如专利文献2所公开的那样，在主电路的IGBT中另外准备电流传感用的辅助IGBT的方式。在这种方式中，能够减小检测用元件的电流容量，并且不需要高速、高耐压的二极管。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平3-106217号公报

专利文献2：JP特开平7-86587号公报

发明内容

发明要解决的课题

在专利文献1中所公开的方式中，由于在IGBT的集电极-栅极间使用二极管，因此存在由于IGBT从导通变为截止时的二极管的恢复电流而进行误动作的可能性，需要高速特性的二极管。此外，在高电压电路的情况下还需要高耐压特性。

另一方面，在专利文献2所公开的方式中，通过除了提前在与主电路IGBT元件相同的芯片内作成电流传感用的IGBT以外的方法，难以简易地作成检测电路。

本发明所要解决的问题点在于，在高电压下进行利用的功率半导体开关元件的保护装置中，即使不存在电流传感用的半导体开关元件，也能简单地且误动作的可能性较小地保护功率半导体开关元件防止受到热损坏。

用于解决课题的手段

本发明的一方面的特征在于，具备：设置在功率半导体开关元件的两端子间的电阻分压电路所构成的端子电压检测单元；根据该端子电压检测单元的输出值来推定功率半导体开关元件的导通中的功率损耗的功率损耗推定单元；和当由该功率损耗推定单元所推定的功率损耗超过了规定值时，使上述功率半导体开关元件的功率损耗减小的保护单元。

在本发明的优选实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出，并产生与该输入信号成比例的输出电压的缓冲电路。

此外，在本发明的优选的其他的实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出的积分单元。

进而，在本发明的优选的其他实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出的平方电路。

进而，在本发明的优选的其他实施方式中，上述功率损耗推定单元具备输入上述端子电压检测单元的输出的一阶延迟电路。

发明的效果

根据本发明的优选实施方式，即使不存在电流传感用的半导体开关元件，也能简单且误动作的可能性较小地保护功率半导体开关元件防止受到热损坏。

本发明的其他目的和特征在以下所述的实施方式中将会明确。

附图说明

图1为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本发明的实施例1的短路保护检测电路的结构图。

图2为IGBT的集电极电流与集电极-发射极间电压的关系图。

图3为IGBT的功率损耗与集电极-发射极间电压的关系图。

图4为对IGBT的功率损耗与集电极-发射极间电压的关系进行了直线近似后的图。

图5为图1中的积分器6的内部结构例图。

图6为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本发明的实施例2的短路保护检测电路的结构图。

图7为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本发明的实施例3的短路保护检测电路的结构图。

图8为采用IGBT作为功率半导体开关元件的情况下的本发明的实施例4的短路保护检测电路的结构图。

图9为IGBT的热的等效电路图。