[发明专利]半导体装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置及其控制方法。

背景技术

反向导通型绝缘栅双极晶体管(RC-IGBT)模块在控制安装在混合动力车辆(HV)或电动车辆(EV)上的电动机驱动的电力电子技术中是众所周知的。RC-IGBT可以被视为二极管内置型IGBT。

例如，公开号为2010-4728的日本专利申请(JP 2010-4728 A)公开了一种电力变换器，其中被布置到续流二极管(FWD)部上的二极管感测元件和被布置到IGBT部上的IGBT感测元件被连接至感测电阻器的一端，并且控制电路通过判定流向所述电阻器的电流的极性来检测异常。

根据JP 2010-4728 A的技术，在集电极和发射极之间产生的大的电位差被直接测量。因此，具有高耐压的装置是必需的。

发明内容

本发明提供一种半导体装置及其控制方法。

根据本发明第一方案的半导体装置包括晶体管、二极管、第一检测电路、第二检测电路、计算电路和判定电路。二极管与晶体管反向并联连接。第一检测电路被配置为检测晶体管的栅电压关于时间的变化率。第二检测电路被配置为检测晶体管的栅电流。计算电路被配置为基于栅电压关于时间的变化率和栅电流来计算栅电容。判定电路被配置为基于在注入电荷至晶体管的栅极时的栅电容的判定结果，来判定电流是流向二极管还是流向晶体管。

根据本发明的第二实施例的半导体装置的控制方法是包括晶体管和与晶体管反向并联连接的二极管的半导体装置的控制方法。所述控制方法包括：检测晶体管的栅电压关于时间的变化率；检测晶体管的栅电流；基于栅电压关于时间的所述变化率和栅电流，来计算栅电容；以及基于当电荷被注入至晶体管的栅极时的栅电容的判定结果，来判定电流是流向二极管还是流向晶体管。

根据上述方案，无需使用具有高耐压的装置就可以判定电流的极性。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业的显著意义，其中相同的附图标记指代相同的元件，且在附图中：

图1是示出根据本发明的第一实施例的半导体装置的构造的示图；

图2是示出输入电容和反馈电容对于集电极电压的关系的曲线图；

图3是示出栅电容和集电极电压之间关系的曲线图；

图4是示出根据第一实施例的IGBT的构造的示图；

图5是示出根据第一实施例的IGBT的构造的示图；

图6是示出当给IGBT通电时根据第一实施例的半导体装置的操作的示图；

图7是示出当给二极管通电时根据第一实施例的半导体装置的操作的示图；

图8是示出根据本发明的第二实施例的半导体装置的构造的示图；

图9是示出当给IGBT通电时根据第二实施例的半导体装置的操作的示图；以及

图10是示出当给二极管通电时根据第二实施例的半导体装置的操作的示图。

具体实施方式

在下文，将参照附图描述用于实现本发明的实施例。在各个附图中，相同的构成组件将由相同的附图标记来标识且在某些情况下将省略其重复的说明。

图1是示出根据本发明的第一实施例的半导体装置的构造的示例的示图。半导体装置100包括RC-IGBT 110、RC-IGBT 120、负载130、微型计算机140、控制电路150、控制电路160和电源电位部170。RC-IGBT 110包括IGBT 111和二极管112。RC-IGBT 120包括IGBT 121和二极管122。

控制电路150包括电压检测电路151、栅电压梯度计算电路152、电流检测电路153、电容计算电路154、电容判定电路155、通断判定电路156、驱动电路157和电阻器158。

IGBT 111和IGBT 121串联连接。二极管112被布置为对应于IGBT 111。二极管122被布置为对应于IGBT 121。IGBT 111和二极管112反向并联连接，且IGBT 121和二极管122反向并联连接。二极管122和IGBT 111以及IGBT 121优选地被布置在同一衬底上。

IGBT 111和IGBT 121是执行通断操作的开关元件。因此，非特别限制于IGBT，还可以使用诸如MOSFET的功率晶体管元件。在本实施例中，将描述作为开关元件的示例使用IGBT的情况。然而，例如，当使用MOSFET时，能够理解的是将“集电极”更换成“漏极”且将“发射极”更换成“源极”。