[发明专利]功率半导体器件的电流校正电路和电流校正方法

说明书

技术领域

本发明涉及电流校正电路和电流校正方法，其检测流向功率半导体器件（诸如二极管或晶体管（双极晶体管、MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）、或IGBT（绝缘栅双极晶体管））的感测电流并校正主区和感测区之间的特性差异。

背景技术

包括IGBT和续流二极管（以下简称FWD）的IGBT模块是功率半导体器件，该IGBT模块用于诸如逆变器或DC（直流）斩波电路之类的功率转换装置中。

一般而言，有必要检测输出电流从而控制该功率转换电路。一般而言，主要用如下两个方法来检测输出电流：

（1）使用电流检测器的方法，电流检测器诸如是电流变压器或DC-CT（直流-电流变压器）；和

（2）使用电流检测电阻器（称为分流电阻器）的方法。

然而，根据现有技术的电流检测方法具有如下问题。

在使用电流变压器的该方法中，由于使用了霍尔传感器或磁心，装置昂贵。此外，由于使用了磁心，检测器的大小增加且在减少功率半导体器件的大小方面存在限制。

在使用分流电阻器的该方法中，由于发生了电阻器引起的功率损失，功率转换装置的功率转换效率被减少。此外，电阻器的大小增加从而允许较大的损失，且在在减少功率半导体器件的大小方面存在限制。

在一些情况下，该功率半导体器件具有电流检测功能，被称为“具有感测功能的功率半导体器件”。在这个情况下，该功率半导体器件被分为主区和感测区，可测得流向该感测区的感测电流，可在已知感测比的基础上估算并检测流向主区的主电流。该电流感测比由主区和感测区的面积比W所确定。一般而言，主区的面积被设为数千倍于感测区的面积。例如，如下专利文献1和专利文献2公开了用于使用感测区检测电流的技术。此外，如下专利文献3公开了应用具有感测功能的功率半导体器件，该感测功能当流向感测区的电流大于预定值时确定过电流流向该主区。

此外，已知一种方法，其中由于少量电流流向感测区，分流电阻器连接至感测端子且测量感测电路。在这个情况下，有可能解决由于电阻器引起的功率损失的问题。然而，电流的检测准确度被减少。由于如下两个理由减少了检测准确度。首先，(a)理想地，由主区和感测区的面积比来确定主电流和感测电流之比。然而，由于器件的结构或布局，在电流感测比中出现误差。即，由于主区和感测区之间的特性差异引起的误差是第一点。然后，(b)感测电流显著小于主电流且由于感测电阻引起电压降。因此，在图1中所示的根据现有技术的包括分流电阻器703的“感测IGBT”的结构的示例中，在主IGBT701的集电极和发射极之间的电压Vce1不同于在感测IGBT702的集电极和发射极之间的电压Vce2，并且在电流感测比中出现相关于主区和感测区的面积比的误差。即，由于分流电阻器引起的电压降造成的误差是第二点。此外，如下专利文献6公开了由于感测电阻引起的感测比的减少。在专利文献6中，感测电阻被最小化来减少感测电阻的影响。

电流感测比由功率半导体器件的温度变化而改变。理想地，主电流和感测电流具有相同温度特性。然而，如上所述，根据，例如器件的结构，在电流感测比中发生误差。类似地，主电流的温度系数不完全等于感测电流的温度系数，且在电流感测比中发生对应于温度的误差。当具有检测电流的感测功能的功率半导体器件的环境温度变化时，减少了电流检测准确度。例如，这由图8所阐明，图8示出由于通用功率半导体器件的温度引起的电流感测比的变化的测量结果的图，这将在下文描述。在如下专利文献中公开了由于温度引起的感测电流比的变化。

如下专利文献4公开了一方法，其中，由于在器件平面中，电阻温度系数不同，分别调整主区和感测区的截面结构或调整主区和感测区的布局来减少电流感测比的温度依赖性。然而，在专利文献4所公开的减少电流感测比的温度依赖性的方法中，可预计，功率半导体器件的设计灵活性将会减少。

如下专利文献5公开了一方法，该方法改变了从主区提取感测电流的开尔文端子的接合位置从而测量该感测电流以增加在接合板上的电阻分量，并且用板电阻的温度特性来偏置感测元件的温度特性来减少电流感测比的温度依赖性。然而，在专利文献5中公开的减少电流感测比的温度依赖性的方法仅是定性方法且存在该效果取决于板电阻或感测元件特性的变化而被显著改变的问题。