时，当晶闸管2导通时能够在经过晶闸管2和第1、第2电阻3、4以及齐纳二极管5的路径中流过电流，在接通(turn on)时，能够对HEMT1施加栅极电压。此外，在本实施方式中，齐纳二极管5采用将彼此的阴极连接起来的背对背连接，使得还能够应对当将HEMT1栅极截止时施加负电压而截止的情况。
[0037]接着，说明如上述那样构成的半导体装置的保护电路的动作。
[0038]首先，当基于来自外部的栅极驱动信号(栅极电压Vg)使HEMT1导通时，基于来自未图示的电源的电力供给，感应性负载被驱动，成为对感应性负载蓄积了能量的状态。并且，通过栅极驱动信号的变化、例如栅极电压Vg从高电平切换为低电平等，HEMT1关断。此时，需要将感应性负载中蓄积的能量在电路内消耗。
[0039]对此，在本实施方式中，由于保护电路具备上述那样的结构，所以在HEMT1关断时若在晶闸管2的阳极一阴极间施加穿通电压VBF以上的电压则晶闸管2导通。并且，若晶闸管2导通，则被第1电阻3和第2电阻4分压后的电压作为HEMT1的栅极电压Vg被施加，HEMT1导通。因此，能够将HEMT1的漏极电压通过晶闸管2的正向耐压来箝位，能够使得不对HEMT1施加超过箝位电压的电压。
[0040]此外，如图2所示，晶闸管2进行如下动作，即:在对阳极一阴极间施加穿通电压VBF以上的电压而导通之后，即使没有基极电流也维持导通状态。并且，一旦晶闸管2导通而漏极电压箝位，则晶闸管2的下降电压即阳极一阴极间电压降低至与穿通电压VBF相比能够无视的程度的电压Vh。该电压虽然当阳极一阴极间流动的电流增大时稍稍增大，但是为几乎能够无视的大小。因而，箝位时流过保护电路的电流由第1电阻3的电阻值R1和第2电阻4的电阻值R2决定，通过适当选择这些电阻值Rl、R2，能够将流过保护元件的电流从小电流到大电流地自由设计。
[0041]例如，晶闸管2在导通时的电阻值小，且高耐压的元件的情况下二极管5的耐压相比于晶闸管2足够小，因此几乎可以无视。因此，如图3所示那样，若将晶闸管2导通的穿通电压VBF设定为箝位电压，则负载线能够用由第1电阻3以及第2电阻4的电阻值R1、R2决定的线来表示，通过这些电阻值R1、R2能够设定其梯度。因此，如果使第1电阻3以及第2电阻4的电阻值R1、R2较小则能够使流过保护元件的电流成为大电流，如果使电阻值R1、R2较大则能够使流过保护元件的电流成为小电流。
[0042]具体而言，在记载晶闸管2的特性线的曲线图中记载了根据第1电阻3以及第2电阻4的电阻值Rl、R2决定的负载线的情况下，这些线的交点表示晶闸管2导通时流过保护元件的电流1、晶闸管2中的下降电压。即，晶闸管2与负载线交叉的点处的电流I的值成为在晶闸管2导通时流过的电流，此时的电压VAK的值成为晶闸管2中的下降电压。此外，在第1电阻3以及第2电阻4中，流过与晶闸管2相同的电流I，从箝位电压减去晶闸管2中的电压下降量而得到的电压成为第1电阻3以及第2电阻4(以及二极管5:与箝位电压比小得几乎能够无视)中的电压下降量。因而，如果将箝位电压设定为晶闸管2导通的穿通电压VBF，则仅通过决定第1电阻3以及第2电阻4的电阻值R1、R2，决定与之相应的负载线，能够适当地设定在晶闸管2导通时流过保护元件的电流。由此，通过调整流过保护元件的电流，就能够供给足以驱动成为保护对象的HEMT1的电力。
[0043]另一方面，当感应性负载的能量被消耗、漏极电压降低时，若阳极一阴极间流过的主电流降低到维持电流Ih以下，则晶闸管2截止。阳极一阴极间流过的主电流成为电流Ih时的电压为对第1电阻3以及第2电阻4的电阻值R1、R2乘以电流Ih而得到的值(=(R1+R2) Xlh)(实际上是还加上二极管5的耐压而得到的电压)。这成为箝位被解除的箝位解除电压。这样，在感应性负载的能量被消耗、漏极电压下降之后，通过晶闸管2截止而使HEMT1也截止，能够自动地恢复到通常的截止模式。
[0044]另外，箝位中的栅极电压Vg根据第1电阻3的电阻值R1和第2电阻4的电阻值R2，被以R2/(R1+R2) X箝位电压+ 二极管5的耐压来提供，因此能够通过调整电阻值R2而自由设定。
[0045]如以上说明的那样，在本实施方式中，作为保护元件而在HEMT1的漏极一栅极间具备晶闸管2以及第1电阻3，并且在HEMT1的源极一栅极间具备第2电阻4以及二极管5。因此，在HEMT1关断时晶闸管2导通而能够向保护元件侧流过电流，此时能够通过被第1电阻3以及第2电阻4分压形成的栅极电压Vg使HEMT1导通。由此，在关断时，将晶闸管2的正向耐压作为箝位电压，使得不对HEMT1施加超过截止电压的电压，并且通过将HEMT1导通而能够消耗在感应性负载中蓄积的能量。因而，能够实现能得到雪崩能量耐量的半导体装置的保护电路。
[0046]此外，在这样的保护电路中，保护元件能够由晶闸管2、第1电阻3、第2电阻4以及二极管5构成，对于二极管5而言，只要能够进行HEMT1的栅极驱动的程度的低耐压就足够，能够使级数较少。因此，还能够抑制保护元件的尺寸增大。
[0047]因而，能够实现能够抑制保护元件的尺寸增大并且得到雪崩能量耐量的半导体装置的保护电路。
[0048](其他实施方式)
[0049]本申请不限定于上述的实施方式，能够在权利要求书记载的范围内适当变更。
[0050]例如，在上述实施方式中，也可以如图4所示那样，将晶闸管2配置在第1电阻3的低压(low side)侧且HEMT1的栅极的高压侧。
[0051]此外，也可以如图5所示那样，作为截断部，取代二极管5而配置晶闸管10。该情况下，在将HEMT1关断时，晶闸管10进行与晶闸管2相同的动作，由此将由第1电阻3和第2电阻4分压得到的电压施加到HEMT1的栅极，能够使HEMT1导通。由此，能够得到与第1实施方式相同的效果。此外，该情况下，对于晶闸管2，只要能够进行HEMT1的栅极驱动的程度的低耐压就足够，因此还能够抑制保护元件的尺寸增大。另外，还能够对于晶闸管10的基极根据漏电流Is和耐压而选择是设为断开状态还是对晶闸管10的阴极短路。
[0052]进而，也可以如图6所示那样，将晶闸管2用多级构成。
【主权项】
1.一种半导体装置的保护电路，其特征在于， 具备: 成为半导体开关元件的高电子迀移率晶体管(1)，与负载连接，控制对该负载的电力供给的通断；以及 保护元件，在上述高电子迀移率晶体管的漏极一栅极间具备正向连接的晶闸管(2)以及与该晶闸管串联连接的第1电阻(3)，在上述高电子迀移率晶体管的源极一栅极间具备第2电阻(4)以及与该第2电阻串联连接的截断部(5、10); 上述截断部在上述晶闸管截止时将上述漏极一栅极间的电流流动截断并且在上述晶闸管导通时允许上述漏极一栅极间的电流流动。2.如权利要求1记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 上述高电子迀移率晶体管的关断时的该高电子迀移率晶体管的漏极电压将上述晶闸管的正向耐压作为箝位电压而被箝位。3.如权利要求2记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 上述箝位被解除的电压即箝位解除电压被设定为，对将上述第1电阻的电阻值R1以及上述第2电阻的电阻值R2合计得到的电阻值(R1+R2)乘以上述晶闸管中的维持电流Ih而得到的值，即(R1+R2) Xlho4.如权利要求2或3记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 上述高电子迀移率晶体管的漏极电压被箝位为上述箝位电压时的该高电子迀移率晶体管的栅极电压(Vg)根据上述第1电阻的电阻值R1以及上述第2电阻的电阻值R2而被设为R2/(R1+R2) X箝位电压。5.如权利要求1?4中任一项记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 上述晶闸管连接于上述第1电阻的高压侧。6.如权利要求1?4中任一项记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 上述晶闸管连接于上述第1电阻的低压侧。7.如权利要求1?6中任一项记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 在上述源极一栅极间，与上述第2电阻一起，作为上述截断部而连接有二极管(5)。8.如权利要求1?6中任一项记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 在上述源极一栅极间，与上述第2电阻一起，作为上述截断部而连接有晶闸管(10)。9.如权利要求1?8中任一项记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 在上述漏极一栅极间连接的晶闸管被设为多级。10.如权利要求1?9中任一项记载的半导体装置的保护电路，其特征在于， 上述晶闸管的基极为断开状态或对该晶闸管的阴极短路。
【专利摘要】半导体装置的保护电路具备高电子迁移率晶体管(1)和保护元件。上述保护元件在上述高电子迁移率晶体管的漏极－栅极间具备晶闸管(2)以及与该晶闸管串联连接的第1电阻(3)。上述保护元件在上述高电子迁移率晶体管的源极－栅极间具备第2电阻(4)以及与该第2电阻串联连接的截断部(5，10)。上述截断部当上述晶闸管截止时将上述漏极－栅极间的电流的流动截断并且当上述晶闸管导通时允许上述漏极－栅极间的电流的流动。
【IPC分类】H03K17/0812, H01L27/02
【公开号】CN105264774
【申请号】CN201480032403
【发明人】小山和博
【申请人】株式会社电装
【公开日】2016年1月20日
【申请日】2014年5月28日
【公告号】US20160126723, WO2014196165A1