专利名称：半导体装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及能够利用简单的电路结构防止误动作的半导体装置。
背景技术：
在电动机等负载的电力控制中，使用电桥电路、三相交流反相器电路等半导体装置。这些半导体装置具有在电源电位和接地电位之间图腾柱连接(totem-pole-connect)的两个功率元件和驱动它们的驱动电路。两个功率元件的中点与负载连接，控制两个功率元件的导通/截止，从而控制负载(例如参照专利文献I)。图12是示出现有的半导体装置的电路图。功率元件Ql打开时，向功率元件Q2的集电极/发射极间施加dV/dt。此时，对功率元件Q2的栅极/集电极间的寄生电容Cres充电的电流流动，所以功率元件Q2的栅极电压上升(栅极浮动)。当由于该栅极浮动导致功率元件Q2的栅极电压超过阈值电压时，功率元件Q2会误导通，短路电流流动。因此，在功率元件Q2截止时，使用负电压用电源向功率元件Q2的栅极施加负电压V-。由此，由于功率元件Q2的栅极电压低于发射极电压(GND)，所以即使产生栅极浮动，功率元件Q2的栅极电压也难以上升到阈值电压。专利文献1:特开2010 - 178579号公报。
发明内容
现有的半导体装置需要多个电源，存在着电路结构复杂的问题。本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，其目的在于，获得能够利用简单的电路结构防止误动作的半导体装置。本发明所涉及的半导体装置的特征在于，具备 第I功率元件，具有控制端子、第I端子和第2端子；第2功率元件，与所述第I功率元件图腾柱连接;第I驱动电路，具有低压端子和与电源连接的高压端子，按照第I输入信号来驱动所述第I功率元件；第2驱动电路，按照第2输入信号来驱动所述第2功率元件；电阻，一端与所述第I功率元件的所述第2端子连接，另一端与所述第I驱动电路的所述低压端子连接；开关元件，连接在所述第I驱动电路的所述高压端子和所述电阻的所述一端之间，按照所述第I输入信号或所述第2输入信号来进行导通/截止；当所述第I输入信号为截止信号时，所述第I驱动电路向所述第I功率元件的所述控制端子供给所述低压端子的电压，所述第I功率元件截止；当所述第I输入信号为截止信号或所述第2输入信号为导通信号时，所述开关元件导通。依据本发明，能够利用简单的电路结构防止误动作。
图1是示出本发明的实施方式I所涉及的半导体装置的电路图。图2是示出图1的半导体装置的动作的时间图。图3是示出本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的电路图。
图4是示出图3的半导体装置的动作的时间图。图5是示出本发明的实施方式3所涉及的半导体装置的电路图。图6是示出图5的半导体装置的动作的时间图。图7是示出本发明的实施方式4所涉及的半导体装置的电路图。图8是示出本发明的实施方式5所涉及的半导体装置的电路图。图9是示出本发明的实施方式6所涉及的半导体装置的电路图。图10是示出本发明的实施方式7所涉及的半导体装置的电路图。图11是示出本发明的实施方式8所涉及的半导体装置的电路图。图12是示出现有的半导体装置的电路图。
具体实施例方式参照附图对本发明的实施方式所涉及的半导体装置进行说明。有时对相同或对应的结构要素赋予相同符号，并省略说明的重复。实施方式I
图1是示出本发明的实施方式I所涉及的半导体装置的电路图。功率元件Ql和功率元件Q2在电源电位和接地电位之间图腾柱连接。驱动电路I按照输入信号IN来驱动功率元件Q2，驱动电路2按照输入信号/IN来驱动功率元件Ql。驱动电路I具有与电源连接的高压端子以及接地的低压端子。反相器INV将输入信号IN翻转并输出，驱动电路I将该输出信号翻转并放大，供给功率元件Q2的栅极。电阻Rl的一端与功率元件Q2的发射极连接，电阻Rl的另一端与驱动电路I的低压端子连接。开关元件Q3在驱动电路I的高压端子和电阻Rl的一端之间连接。向该开关兀件Q3的栅极供给反相器INV的输出信号，开关兀件Q3按照输入信号IN而进行导通/截止。图2是示出图1的半导体装置的动作的时间图。参照该时间图对图1的半导体装置的动作进行说明。输入信号/IN是对输入信号IN进行翻转的信号，两者之间存在空载时间(dead time)。当输入信号IN为截止信号时，驱动电路I向驱动功率元件Q2的栅极供给低压端子的电压VGND，功率元件Q2截止。此时，因为输入信号/IN为导通信号，所以驱动电路2向功率元件Ql的栅极供给高电压，功率元件Ql导通。另一方面，当输入信号IN为导通信号时，驱动电路I向功率元件Q2的栅极供给高压端子的电压，功率元件Q2导通。此时，因为输入信号/IN为截止信号，所以驱动电路2向功率元件Ql的栅极供给低电压，功率元件Ql截止。输入信号IN为截止信号时，开关元件Q3导通，电流流入电阻R1。由此,驱动电路I的低压端子的电压VGND比功率元件Q2的发射极电压VE低电阻Rl的电压下降的量。因此，由于相对于发射极电压VE，功率元件Q2截止时的栅极电压VG为负电压，所以即使产生栅极浮动，功率元件Q2的栅极电压也难以上升到阈值电压。因此，能够利用不需要负电压用电源的简单的电路结构防止误动作。实施方式2
图3是示出本发明的实施方式2所涉及的半导体装置的电路图。单触发电路(one shotcircuit) 3在输入信号IN关闭时，向开关兀件Q3的栅极供给脉冲信号。图4是示出图3的半导体装置的动作的时间图。利用来自单触发电路3的脉冲信号，开关元件Q3仅在功率元件Ql完成打开之前的既定期间导通。因此，与实施方式I相比，开关元件Q3的导通期间变短，所以能够减少电源的功耗。实施方式3
图5是示出本发明的实施方式3所涉及的半导体装置的电路图。延迟电路4使反相器INV的输出信号延迟。将功率元件Q2的栅极电压输入与(AND)电路5的a端子，将延迟电路4的输出电压输入b端子。开关元件Q3按照与电路5的输出信号来进行导通/截止。图6是示出图5的半导体装置的动作的时间图。与电路5仅在输入信号IN为截止信号并且功率元件Q2的栅极电压高于低压端子的电压VGND时(栅极浮动期间)，使开关元件Q3导通。这样，因为开关元件Q3的导通时间变得更短，所以能够大幅减少电源的功耗。另外，保护期间变长。另外，在功率元件Q2关闭期间，功率元件Q2的栅极电压为高电压。因此，设置延迟电路4，以便在功率元件Q2的关闭期间不进行保护动作。实施方式4
图7是示出本发明的实施方式4所涉及的半导体装置的电路图。与实施方式I不同，向开关元件Q3的栅极供给输入信号/IN，开关元件Q3按照输入信号/IN来进行导通/截止。当输入信号/IN为导通信号时，开关元件Q3导通。由此，由于在空载时间开关元件Q3不导通，所以与实施方式I相比，能够减少电源的功耗。此外能够获得与实施方式I同样的效果。实施方式5
图8是示出本发明的实施方式5所涉及的半导体装置的电路图。该半导体装置在实施方式4的半导体装置中追加了单触发电路3。单触发电路3在输入信号/IN为打开吋，向开关元件Q3的栅极供给脉冲信号。由此，开关元件Q3仅在功率元件Ql完成打开之前的既定期间导通。而且，开关元件Q3的导通期间比实施方式2短。其结果是，能够大幅减少电源的功耗。实施方式6
图9是示出本发明的实施方式6所涉及的半导体装置的电路图。将功率元件Q2的栅极电压输入与电路5的a端子，将输入信号/IN输入b端子。与电路5仅在输入信号/IN为导通信号并且功率元件Q2的栅极电压VG高于低压端子的电压VGND时(栅极浮动期间)，使开关元件Q3导通。由此，能够获得与实施方式3同样的效果。另外，由于输入与电路5的b端子的输入信号/IN仅从输入信号IN关闭起延迟空载时间打开，所以不需要实施方式3的延迟电路4。实施方式7
图10是示出本发明的实施方式7所涉及的半导体装置的电路图。ニ极管Zl与电阻Rl并联连接。其它结构与实施方式I同样。在实施方式I中，由于功率元件Q2的栅极的放电电流流过电阻Rl，所以放电速度变慢。相对于此，在本实施方式中，由于功率元件Q2的栅极的放电电流流过ニ极管Z1，所以放电速度变快。此外，在实施方式2飞 的结构中追加ニ极管Z1，也能够获得同样的效果。
实施方式8
图11是示出本发明的实施方式8所涉及的半导体装置的电路图。齐纳ニ极管Z2与电阻Rl并联连接。其它结构与实施方式I同样。由于齐纳ニ极管Z2对负电压进行钳位，所以能够防止过度的负电压。此外，在实施方式2飞的结构中追加齐纳ニ极管Z2，也能够获得同样的效果。此外，在上述实施方式I飞中，对使N侧的功率元件Q2的栅极电压为负电压的情况进行了说明，但不限于此，使P侧的功率元件Ql的栅极电压为负电压的情况下，也能够适用本发明。另タ卜，功率元件Ql、Q2及开关元件Q3是IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极晶体管)，但不限于此，也可以是功率MOSFET (Metal — Oxide —Semiconductor Field — Effect Transistor,金属氧化物半导体场效应晶体管)等功率开关元件。另外，功率元件Q1、Q2及开关元件Q3不限于用硅形成，也可以用带隙比硅大的宽带隙半导体形成。宽带隙半导体例如为碳化硅、氮化镓类材料或金刚石。利用这种宽带隙半导体形成的功率半导体元件，由于耐压性及容许电流密度高，所以能够小型化。通过使用该小型化的元件，装入了该元件的半导体模块也能够小型化。另外，由于元件的耐热性高，所以能够将散热器的散热片小型化，能够对水冷部进行空气冷却，从而能够将半导体模块进ー步小型化。另外，由于元件的功率损失低、效率高，所以能够使半导体模块高效率化。标号的说明 I驱动电路(第I驱动电路)
2驱动电路(第2驱动电路)
5与电路(控制电路)
IN输入信号(第I输入信号)
/IN输入信号(第2输入信号)
Ql功率元件(第2功率元件)
Q2功率元件(第I功率元件)
Q3开关元件 Rl电阻 Zl ニ极管 Z2齐纳ニ极管。
权利要求
1.一种半导体装置，其特征在于，具备第I功率元件，具有控制端子、第I端子和第2端子；第2功率元件，与所述第I功率元件图腾柱连接；第I驱动电路，具有低压端子和与电源连接的高压端子，按照第I输入信号来驱动所述第I功率元件；第2驱动电路，按照第2输入信号来驱动所述第2功率元件；电阻，一端与所述第I功率元件的所述第2端子连接，另一端与所述第I驱动电路的所述低压端子连接；开关元件，连接在所述第I驱动电路的所述高压端子和所述电阻的所述一端之间，并按照所述第I输入信号或所述第2输入信号来进行导通/截止；当所述第I输入信号为截止信号时，所述第I驱动电路向所述第I功率元件的所述控制端子供给所述低压端子的电压，所述第I功率元件截止；当所述第I输入信号为截止信号或所述第2输入信号为导通信号时，所述开关元件导通。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述开关元件仅在所述第2功率元件的完成打开之前的既定期间导通。
3.如权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，还具备控制电路，所述控制电路仅在所述第I输入信号为截止信号或所述第2输入信号为导通信号，并且所述第I功率元件的所述控制端子的电压高于所述低压端子的电压时，使所述开关元件导通。
4.如权利要求广3的任一项所述的半导体装置，其特征在于，还具备与所述电阻并联连接的二极管或齐纳二极管。
全文摘要
本发明的功率元件(Q1)和功率元件(Q2)进行图腾柱连接。驱动电路(1)按照输入信号IN来驱动功率元件(Q2)，驱动电路(2)按照输入信号/IN来驱动功率元件(Q1)。驱动电路(1)具有低压端子和与电源连接的高压端子。电阻(R1)的一端与功率元件(Q2)的发射极连接，电阻(R1)的另一端与驱动电路(1)的低压端子连接。开关元件(Q3)连接在驱动电路(1)的高压端子和电阻(R1)的一端之间。开关元件(Q3)按照输入信号IN来进行导通/截止。输入信号IN为截止信号时，驱动电路(1)向功率元件(Q2)的栅极供给低压端子的电压VGND，功率元件(Q2)截止。输入信号IN为截止信号时，开关元件(Q3)导通。从而获得能够利用简单的电路结构防止误动作的半导体装置。
文档编号H02M1/088GK103036406SQ20121036709
公开日2013年4月10日 申请日期2012年9月28日 优先权日2011年10月5日
发明者梁小广 申请人:三菱电机株式会社