绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置，特别涉及适合于从小电力设备到大电力设备广泛使用的绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置。
【背景技术】
[0002]在近年来的节能、新能源的电力变换装置中，使用了大量的逆变器、转换器，为了实现低碳社会，它们的格外普及变得不可欠缺。
[0003]作为电力变换装置用的功率半导体元件，大量使用了绝缘栅双极型晶体管(以下记载为IGBT)。IGBT具备导通(ON)电压低并且开关速度快、也就是导通损耗和开关损耗都低这样的作为电力变换装置用优良的性能。进而，IGBT兼具基于绝缘栅极的易控制性，所以当前在空调、微波炉等小电力设备到铁路、炼铁厂的逆变器等大电力设备中被广泛使用。
[0004]伴随电力变换装置的普及，要求进一步提高IGBT的性能，但由于导通损耗与开关损耗之间有折衷关系，所以难以大幅提高性能。
[0005]因此，作为同时降低IGBT的导通损耗和开关损耗的技术，已知将绝缘栅电极分割为多个并独立地控制它们的构造(参照例如专利文献1、专利文献2、专利文献3)、在背面(集电极侧)设置绝缘栅电极的构造(参照例如专利文献4、专利文献5、专利文献6、专利文献7、专利文献8)。
[0006]将栅电极分割为多个的构造以及在背面(集电极侧)设置绝缘栅电极的构造分别通过表面的第2栅电极以及背面的栅电极，能够取导通电压低的模式即关断(TURN OFF)损耗大的模式以及导通电压高的模式即关断损耗小的模式这两个状态，通过在导通时和关断时切换这两个状态，能够一起降低导通损耗和开关损耗。
[0007]专利文献1:日本特开2000-101076号公报
[0008]专利文献2:日本特开2005-191221号公报
[0009]专利文献3:日本特开2008-305956号公报
[0010]专利文献4:日本特开2001-320049号公报
[0011]专利文献5:日本特开2010-123667号公报
[0012]专利文献6:日本特开2010-251517号公报
[0013]专利文献7:日本特表2002-507058号公报
[0014]专利文献8:日本特开2010-74051号公报
【发明内容】
[0015]如上所述，关于具备多个绝缘栅极的IGBT等绝缘栅型半导体元件的元件构造，已知各种技术，但关于其控制技术、驱动技术，还在开发过程中。特别是，对于电力变换装置的可靠性来说，在电源短路等异常时将功率半导体元件从过电流中保护起来的技术变得重要。但是，专利文献I中虽然公开了设置检测短路时等的过电流的电路，在短路时使一方的绝缘栅极断开(OFF)，但关于具体的装置结构尚未实现。
[0016]因此，本发明的课题在于提供一种具备具备多个绝缘栅极的绝缘栅型半导体元件的过电流保护功能的控制装置。
[0017]本发明的绝缘栅型半导体元件的控制装置通过分别提供给第I绝缘栅极以及第2绝缘栅极的第I控制电压以及第2控制电压，驱动具备第I绝缘栅极和第2绝缘栅极的绝缘栅型半导体元件。而且，另外，本发明的绝缘栅型半导体元件的控制装置具备:第I噪声滤波器，输入与绝缘栅型半导体元件中流过的电流相关的信号；第I比较器，比较第I噪声滤波器的输出信号和第I基准信号，输出第I比较结果；第2控制电压输出电路，如果根据第I比较结果判定为绝缘栅型半导体元件中流过过电流，则使第2控制电压降低；以及第I控制电压输出电路，在第2控制电压降低之后，使第I控制电压降低。
[0018]此处，作为绝缘栅型半导体元件，能够应用第I绝缘栅极以及第2绝缘栅极分别是主栅极以及辅助栅极的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)。
[0019]根据本发明的控制装置，在绝缘栅型半导体元件中流过过电流的情况下，通过使第2绝缘栅极先断开，绝缘栅型半导体元件的饱和电流降低，短路容量增加，所以能够在使第I绝缘栅极断开时可靠地切断在绝缘栅型半导体元件中流过的电流。
[0020]根据本发明，能够实现具备具有多个绝缘栅极的绝缘栅型半导体元件的过电流保护功能的控制装置。由此，使用了具备多个绝缘栅极的绝缘栅型半导体元件的电力变换装置的可靠性提高。
【附图说明】
[0021]图1是第I实施例的绝缘栅型半导体元件的控制装置的电路框图。
[0022]图2是第I实施例的正检测的电压波形。
[0023]图3是第I实施例的误检测的电压波形。
[0024]图4是第I实施例的误检测的电压波形。
[0025]图5是抑制第I实施例的电压振动的电压波形。
[0026]图6是第I实施例的变形例的电路框图。
[0027]图7是第2实施例的绝缘栅型半导体元件的控制装置的电路框图。
[0028]图8是第3实施例的绝缘栅型半导体元件的控制装置的电路框图。
[0029]图9是第2实施例的正检测的电压波形。
[0030]图10是第2实施例的误检测的电压波形。
[0031 ]图11是第2实施例的误检测的电压波形。
[0032]图12是第4实施例的绝缘栅型半导体元件的控制装置的电路框图。
[0033]图13是第5实施例的绝缘栅型半导体元件的控制装置的电路框图。
[0034]图14是第6实施例的绝缘栅型半导体元件的控制装置的电路框图。
[0035]图15是第7实施例的电力变换装置的电路结构图。
[0036](符号说明)
[0037]I =IGBT ；2:传感IGBT ；3:二极管；4:主栅极(Gl) ；5:辅助栅极(G2) ；6:G1驱动电路的输出段；7:G2驱动电路的输出段；8:逻辑电路；9:传感电阻；10:第I噪声滤波器:第I比较器；12:第I基准电压源；13:第2噪声滤波器；14:第2比较器；15:第2基准电压源；16:判定电路；600:二极管；700:半导体开关元件；800:栅极驱动电路；900、901:直流端子；910、911、912:交流端子；950:马达；960:直流电源。
【具体实施方式】
[0038]以下，参照附图，说明本发明的实施例。
[0039](实施例1)
[0040]图1是本发明的第I实施例的绝缘栅极半导体元件的控制装置的电路框图。本实施例包括IGBT1、传感IGBT2、二极管3、主栅极(Gl) 4、辅助栅极(G2) 5、作为对Gl提供第I控制电压的第I控制电压输出电路的Gl驱动电路的输出段6、作为对G2提供第2控制电压的第2控制电压输出电路的G2驱动电路的输出段7、接受PffM信号并输出Gl和G2的控制信号的逻辑电路8、传感电阻9、第I噪声滤波器10、第I比较器11、第I基准电压源12、第2噪声滤波器13、第2比较器14、第2基准电压源15、在从第I比较器输出了作为第I比较结果的断开(OFF)信号之后未从第2比较器输出作为第2比较结果的断开信号的情况下使辅助栅极(G2) 5返回到导通状态的判定电路16。在本实施例中，第2噪声滤波器13的时间常数大于第I噪声滤波器10的时间常数。
[0041]IGBTl以及IGBT2形成于一个半导体基板，构成单体的半导体开关元件即IGBT。作为更具体的元件构造，例如，已知上述专利文献I?3公开的元件构造。
[0042]另外，也可以将第I噪声滤波器10的时间常数设为零，也就是不设置第I噪声滤波器10。此时，传感电阻9的两端的电压不经由噪声滤波器，而被输入