半导体开关元件驱动电路的制作方法

半导体开关元件驱动电路的制作方法
【专利摘要】半导体开关元件驱动电路具有：半导体开关元件(Q1)，通过向该半导体开关元件的栅极端子施加电压而在该半导体开关元件的第一端子和第二端子间流过主电流；过电流保护电路(OP)，其在与主电流的大小成比例的电流值或者电压值超过了阈值时，判断为主电流成为在规定时间的期间内超过规定的电流值的过电流来使主电流下降；短路保护电路(SP)，其在主电流在比规定时间短的时间内成为比过电流更大的过电流的情况下，使施加到栅极端子的栅极电压的下降比过电流保护电路引起的主电流的下降快；以及阈值变更电路(TC)，其在短路保护电路的主电流的下降动作时减小阈值。
【专利说明】半导体开关元件驱动电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体开关元件驱动电路，在驱动半导体开关元件时，能够防止在该元件的端子间流过过电流的情况、电动机等的负载成为短路状态的情况下元件被破坏。
【背景技术】
[0002]作为以往的半导体开关元件驱动电路，已知有专利文献I所述的半导体开关元件驱动电路。该半导体开关元件驱动电路具备:半导体开关元件，通过向其栅极端子施加电压而在其第一端子与第二端子之间流过主电流；过电流保护电路，其在主电流成为在规定时间以上的期间内超过规定值(第一阈值)的过电流的情况下，使主电流以第一斜率下降，之后使主电流以更大的第二斜率下降；以及过电流限制电路(短路保护电路)，其在短路故障时主电流在比上述规定时间短的时间内成为比上述过电流还大的过电流值(第二阈值)的情况下，使半导体开关元件的栅极端子的栅极端子电压瞬时地降低。
[0003]专利文献1:日本专利第4356248号公报

【发明内容】

_4] 发明要解决的问题
[0005]然而，在以往的半导体开关元件驱动电路中，当要确保过电流保护电路的可靠性时，如以下所说明那样在产品尺寸、产品成本方面产生问题。
[0006]S卩，在上述以往的半导体开关元件驱动电路中，过电流保护电路和过电流限制电路所监视的对象都是电流值，产生以下这种量的误动作的可能性高，该量相当于在过电流保护电路中使用的第一阈值被设定得比在过电流限制电路中使用的第二阈值小的值，因此设置延迟电路来设置所谓的屏蔽时间。
[0007]在这种半导体开关元件驱动电路中，当主电流超过第二阈值而过电流限制电路进行动作成为短路保护状态时，主电流被抑制。其结果，当主电流被抑制而低于第一阈值吋，过电流保护电路不进行动作而电流没有被完全地切断。因此，必须对这些值确保余量以避免短路保护时的主电流的抑制水平的范围与过电流保护电路的过电流检测水平(第一阈
值)重叠。
[0008]在此，在设定上述余量时有如下方法:第一方法，其将短路保护的电流抑制水平的最大值设定为半导体开关元件的破坏耐量的最大值；第二方法，其结合半导体开关元件的栅极电压的偏差对短路保护的电流抑制水平的范围进行限制；第三方法，其结合半导体开关元件的集电极-发射极间电压值的偏差对用于过电流检测的第一阈值的范围进行限制；以及第四方法，其追加用于消除第一阈值的范围的因半导体开关元件的温度而产生的变动量的校正电路。
[0009]然而，上述第一方法影响芯片尺寸的大型化，上述第二方法以及上述第三方法影响产品的成品率，上述第四方法影响高成本化以及尺寸大型化，分别成为问题。[0010]本发明是关注上述问题而作出的，其目的在于提供ー种尽可能抑制高成本化以及尺寸大型化、且即使短路保护电路进行限制的电流值产生偏差也能够使过电流保护电路可靠地进行动作的半导体开关元件驱动电路。
[0011]用于解决问题的方案
[0012]为了该目的，第一方案所记载的本发明的半导体开关元件驱动电路，具备:半导体开关元件，通过向该半导体开关元件的栅极端子施加电压而在该半导体开关元件的第一端子与第二端子间流过主电流；过电流保护电路，其在与主电流的大小成比例的电流值或者电压值超过了阈值时，判断为主电流成为在规定时间的期间内超过规定的电流值的过电流而使主电流下降；以及短路保护电路，其在主电流在比上述规定时间短的短时间内成为比上述过电流还大的过电流的情况下，使向栅极端子施加的栅极电压的下降比过电流保护电路引起的主电流的下降快，该半导体开关元件驱动电路的特征在于，还具有阈值变更电路，该阈值变更电路在短路保护电路的主电流的下降动作时减小阈值。
[0013]发明的效果
[0014]在本发明的半导体开关元件驱动电路中，具有在短路保护电路的主电流的下降动作时减小阈值的阈值变更电路，因此能够抑制高成本化以及尺寸大型化、且即使短路保护电路进行限制的电流值产生偏差也使过电流保护电路进行动作来可靠地防止半导体开关元件被破坏。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]图1是表示本发明的实施例1所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。
[0016]图2是以时序图表示在实施例1的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后栅极电压、感知电压、过电流阈值电压的动作特性的例子的图。
[0017]图3是以时序图表不在实施例1的半导体开关兀件驱动电路中发生短路的如后集电极电流、集电极电压、滤波电压的动作特性的例子的图。
[0018]图4是表示本发明的实施例2所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。
[0019]图5是以时序图表示在实施例2所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后栅极电压、感知电压、过电流阈值电压的动作特性的例子的图。
[0020]图6是以时序图表示在实施例2所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后集电极电流、集电极电压、滤波电压的动作特性的例子的图。
[0021]图7是表示本发明的实施例3所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。
[0022]图8是以时序图表示在实施例3所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后栅极电压、感知电压、过电流阈值电压的动作特性的例子的图。
[0023]图9是以时序图表示在实施例3所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后集电极电流、集电极电压、滤波电压的动作特性的例子的图。
[0024]图10是表示本发明的实施例4所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。[0025]图11是以时序图表示在实施例4所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后栅极电压、感知电压、过电流阈值电压的动作特性的例子的图。
[0026]图12是以时序图表示在实施例4所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后集电极电流、集电极电压、滤波电压的动作特性的例子的图。
[0027]图13是表示本发明的实施例5所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。
[0028]图14是以时序图表示在实施例5所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后栅极电压、感知电压、过电流阈值电压的动作特性的例子的图。
[0029]图15是以时序图表示在实施例5所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后集电极电流、集电极电压、滤波电压的动作特性的例子的图。
[0030]图16是表示本发明的实施例6所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。
[0031]图17是表示本发明的实施例7所涉及的半导体开关元件驱动电路的电路结构的图。
[0032]图18是以时序图表示在实施例7所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后栅极电压、感知电压、过电流阈值电压的动作特性的例子的图。
[0033]图19是以时序图表示在实施例7所涉及的半导体开关元件驱动电路中发生短路的前后集电极电流、集电极电压、滤波电压的动作特性的例子的图。
[0034]附图标记说明
[0035]Ql:半导体开关元件(IGBT) ；Q2:过电流限制用晶体管；Q3:栅极电压切断用晶体管；IC1:第一比较器；IC2:SR触发器；IC3:第二比较器；IC4:第三比较器；IC5:第四比较器；IC6:第五比较器；IC7:第六比较器;V1?V9、VS:电源；L1:线圈;C1?C2:电容器；D1、D2:ニ极管；SP:短路保护电路；0P:过电流保护电路；TC:过电流阈值电压设定电路(阈值变更电路)；sc:切換电路；SS:短路开关；ST:片上温度传感器(温度检测单元)。
【具体实施方式】
[0036]以下根据附图所示的实施例来详细地说明本发明的实施方式。此外，在各实施例间对相同的结构部件、结构部分附加相同的编号，省略它们的重复的说明。
[0037][实施例1]
[0038]首先，说明实施例1的半导体开关元件驱动电路的整体结构。
[0039]半导体开关元件驱动电路例如使用于驱动电动汽车的电动机驱动电路中，使用例如由三相交流电动机来向其各线圈提供电カ的公知技木。如图1所示，实施例1的半导体开关元件驱动电路具有由电动机的线圈以及逆变器构成的电路MC、短路保护电路SP、过电流阈值电压设定电路TC以及设置有切换电路SC的过电流保护电路0P。此外，在图1的电路MC中，作为仿真用而使用了电动机的一部分和逆变器电路的一部分，但是本质上没有变化。
[0040]具备表示电动机的线圈的线圈L1、与其并联连接的反馈ニ极管Dl以及作为半导体开关元件的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor:1GBT)Ql。能够从电源Vl向电动机提供电力。此外，能够通过仿真来调查实施例1的半导体开关元件驱动电路的特性，因此设置有能够使线圈LI与反馈ニ极管Dl的两端间故意短路(short)的短路开关SS，但是在实际的电动汽车中当然不需要。
[0041]在线圈LI和反馈ニ极管Dl的与电源Vl相反的ー侧的端子上连接IGBT Ql的集电极端子。IGBT Ql的发射极端子接地，其栅极端子经由栅极电阻Rl连接于电源V2。在向IGBT Ql的该栅极端子附加规定以上的电压时，电流以与该电压值相应的值流过集电极端子?发射极端子间，由此控制提供给电动机的线圈的电流。此外，IGBT Ql的集电极端子以及发射极端子中的ー个相当于本发明的第一端子，另ー个相当于本发明的第二端子。
[0042]短路保护电路SP具有过电流限制用晶体管Q2、电阻R3、电阻(相当于本发明的短路保护用电阻)R4以及电容器Cl。
[0043]过电流限制用晶体管Q2的集电极端子连接在IGBT Ql的栅极端子与栅极电阻Rl之间，其发射极端子经由并联连接的电容器Cl以及电阻R4而接地。另ー方面，过电流限制用晶体管Q2的基极端子连接于IGBT Ql的传感器端子。在此，传感器端子设置于IGBT Ql,是与其集电极电流(相当于主电流)ic成比例的电流流过的电流检测用端子。
[0044]在IGBT Ql的传感器端子与过电流限制用晶体管Q2的基极端子之间经由电阻R3而接地、并且连接于切换电路SC的比较器ICl的非反转输入端子。另外，在过电流限制用晶体管Q2的集电极端子与IGBT Ql的栅极端子之间连接有过电流阈值电压设定电路TC的电阻R6，在过电流限制用晶体管Q2的集电极端子与栅极电阻Rl之间连接有栅极电压切断用晶体管Q3的集电极端子。此外，在栅极电阻Rl与IGBT Ql的栅极端子之间产生栅极电压vg，另外在IGBT Ql的传感器端子与过电流限制用晶体管Q2的基极端子之间产生感知电
Ji VS0
[0045]构成过电流保护电路OP的过电流阈值电压设定电路TC相当于本发明的阈值变更电路，具有串联连接的电阻R6以及电阻R7，经由这些电阻R6、R7将过电流限制用晶体管Q2的集电极端子以及IGBT Ql的栅极端子之间接地。由电阻R6、R7进行分压而获得的过电流阈值电压れ施加到切换电路SC的比较器ICl的反转输入端子。
[0046]同样地构成过电流保护电路OP的切换电路SC进行噪声消除、延时以及锁存来使栅极电压vg成为零，具有比较器IC1、栅极电压切断用晶体管Q3、电阻R2、电阻R5、电容器C2以及SR触发器IC2。
[0047]如上述那样向比较器ICl的非反转输入端子施加感知电压(输入电压)vs，另外向比较器ICl的反转输入端子施加过电流阈值电压(基准电压)vt，当感知电压vs超过过电流阈值电压Vt时从输出端子输出High(高)的判定信号(规定的电压)，在不是的情况下从输出端子输出Low(低)的判定信号(0伏特)输出。
[0048]比较器ICl的输出端子经由电阻R5连接于作为锁存电路的SR触发器IC2的置位端子(S端子)。在该置位端子与电阻R5之间经由噪声消除用的电容器C2接地。SR触发器IC2的输出端子Q经由电阻R2连接于栅极电压切断用晶体管Q3的基极端子。该栅极电压切断用晶体管Q3的集电极端子连接于栅极电阻Rl与过电流限制用晶体管Q2的集电极端子之间，并且发射极端子接地。在电阻R5与SR触发器IC2的置位端子(S端子)之间产生滤波电压vf。
[0049]以下使用图1?图3来说明如以上那样构成的实施例1的半导体开关元件驱动电路的作用。[0050]在此，图2、3的时序图表示发生短路(通过将短路开关SS设为接通来进行仿真)的情况下的仿真结果，在这些图中，时刻tl表示使IGBT Ql导通的时刻、时刻t2表示发生逆变器中的臂短路、电动机中的短路等的时刻、另外时刻t3表示检测过电流而切断向IGBTQl的栅极端子的电カ供给的时刻。另外期间TA(相当于延迟时间T)表示从短路保护电路SP进行动作起到检测过电流而在延迟时间T之后过电流保护电路OP进行动作为止的期间。此外，在各时序图中，分别以虚线、一点划线、实线来表示IGBT Ql的阈值电压Vth低的情况、中等程度的情况、高的情况下的仿真結果。此外，图2、3的各时序图的纵轴将它们的大小分别进行縮小、放大而进行描绘，因此记载有用于对这些大量的大小进行相互比较的水平值。
[0051]另外，在图2的上面的时序图中表示栅极电压vg的变化，另外在该图中的正中央的时序图中表示感知电压vs的变化，另外在该图中的下面的时序图中表示过电流阈值电压Vt的变化。并且，在图3的上面的时序图中表示集电极电流ic的变化，在另外该图中的正中央的时序图中表示集电极电压的变化，另外在该图中的下面的时序图中表示滤波电压的变化。
[0052]首先，在时刻tl使IGBT Ql导通而开始向电动机的线圈提供电力。在没有发生短路、过电流的正常的电动机驱动中，与众所周知的技术的情况同样地，通过控制IGBT Ql的栅极电压vg的PWM脉宽来将流经其集电极?发射极间、进而流过电动机的线圈的电流改变为所期望的大小，获得所需的驱动力。
[0053]在该状态中，如图2所示，在导通中栅极电压Vg瞬时地上升之后几乎成为固定值。该栅极电压vg上升而从集电极向发射极流过电流的结果是有与集电极电流ic成比例的感知电流流过，因此由该感知电流和电阻R3所決定的IGBT Ql的感知电压vs也上升到规定的大小、之后几乎保持为固定值。此外，如从仿真结果可知那样，在上升中，在阈值电压Vth不同的IGBT Ql间有极小的差，但是是几乎能够忽略的程度的差。
[0054]另ー方面，阈值电压Vt在栅极电压vg产生的时刻tl上升，成为以电阻R6、R7对栅极电压vg进行分压而得到的大小(R7XvgAR6+R7))。此时的感知电压vs如图2所示那样小于过电流阈值电压れ，因此切换电路SC的比较器ICl是Low输出，如图3所示那样滤波电压vf也保持最低值(由于基于比较器ICl的输出特性的误差量、漂移量等而为小的值)。其结果，过电流保护电路OP的切换电路SC不动作，栅极电压切断用晶体管Q3保持断开状态，使栅极端子侧与地断开。
[0055]另外，感知电压vs还同时施加到过电流限制用晶体管Q2的基极端子，但是该值小，比过电流限制用晶体管Q2的阈值电压还低，因此过电流限制用晶体管Q2保持切断其集电极?发射极间的截止状态，结果是短路保护电路SP不动作。因而，IGBT Ql的栅极端子不经由电容器Cl和电阻R4接地，进行向上述线圈的电カ供给动作来驱动电动机。
[0056]此外，如图3所示那样，在IGBT Ql中，在导通之前没有集电极电流ic流过，但是对于集电极电压vc，由于在IGBT Ql中原本就是设定为该集电极侧比发射极侧高的电压的结构，因此表示其相应的值。
[0057]然而，当在时刻tl开始向IGBT Ql施加栅极电压vg而在集电极?发射极间流过与栅极电压vg的大小相应的集电极电流(相当于本发明的主电流)时，集电极电流ic上升之后保持规定的大小。当集电极电流ic流过发射极(即，施加顺向偏压)时，集电极电压VC下降到最低值(几乎接近O伏持)。
[0058]在该状态下，设为在时刻t2产生例如逆变器的臂短路。进行该短路状态的仿真，因此在图1的电路中短路开关SS被设为接通。
[0059]由此，在时刻t2集电极电流ic瞬时变大而成为过电流。此时，感知电压vs也大幅上升而使短路保护电路SP进行动作。
[0060]S卩，根据上述过电流而变得比过电流限制用晶体管Q2的阈值电压大的感知电压vs向过电流限制用晶体管Q2的基极端子施加，由此过电流限制用晶体管Q2导通而成为能够流过电流的状态。其结果，施加到IGBT Ql的栅极端子的电流流过电流限制用晶体管Q2的集电极?发射极间、接着经由电阻R4向接地侧流入。因而，栅极电压vg的值急剧地下降到栅极电流和感知电压相平衡的规定电压值。通过这样控制栅极电压，抑制集电极电流ic的増大，防止IGBT Ql被破坏。
[0061]此外，在电阻R4上连接与其并联在发射扱?地之间的电容器Cl，使高频部分更快地向地逃逸，并且通过电阻R4使规定电压值稳定化。
[0062]因而，短路保护电路SP在发生短路时瞬时地限制栅极电压Vg的大小。
[0063]该短路保护电路SP的动作中的栅极电压Vg的下降如在图2的上面的时序图中以虚线的椭圆所包围的区域所示，在期间TA，使用该阈值电压Vth值越低的IGBT Q1，所下降的栅极电压vg变成越小的值。可知在这种情况下与时刻t2前的情况不同，由于阈值电压Vth的值不同而有相当大幅的差(偏差大)。
[0064]另ー方面，过电流阈值电压Vt是以电阻R6、R7对栅极电压vg进行分压而得到的值，与栅极电压vg的值成比例，因此在期间TA内如图2的下面的时序图的椭圆的虚线所示，栅极电压vg的值越低则过电流阈值电压vt越低。另外，在这种情况下，阈值电压Vth越低的IGBT，过电流阈值电压vt越小，在这种情况下它们也有相当大幅的差。
[0065]该过电流阈值电压Vt输入到比较器ICl的反转输入端子，与输入到比较器ICl的非反转输入端子的感知电压vs比较大小。
[0066]在此，感知电压vs在时刻t2大幅上升，但是如图3的上面的时序图所示那样，在期间TA中通过栅极电压vg的下降限制而集电极电流ic也下降到比时刻tl?时刻t2间的集电极电流大的值并保持该值。可知在这种情况下阈值电压Vth越低，集电极电流ic在时刻t2下降越慢而最大值越大，并且之后稳定的值也越大，它们的差幅相当大。
[0067]此外，在该期间TA中，使栅极电压Vg下降到上述值，因此集电极电压vc上升到与时刻tl前的断开状态相同的程度。
[0068]在期间TA中，感知电压vs的值在图2中为1.9?3.9的电平，1.3?1.7电平的过电流阈值电压Vt可靠地小于感知电压VS。其結果，比较器ICl输出High电平的信号，经由电阻R5来向电容器C2和SR触发器IC2的置位端子进行输入。
[0069]该High电平的信号如图3的下面的时序图所示那样从时刻t2起向电容器C2进行充电，由此滤波电压vf逐渐地上升，在从时刻t2起经过延迟时间(所谓的屏蔽时间)T后的时刻t3，该值对SR触发器IC2的置位端子施加相当于逻辑值I的滤波电压vf。此外，在此，电容器C2还发挥噪声消除功能。
[0070]当这样在时刻t3向SR触发器IC2的置位输入端子施加相当于逻辑值I的滤波电压vf吋，从输出端子Q输出相当于输出值I的输出电压。该电压经由电阻R2向栅极电压切断用晶体管Q3的基极端子进行输入，将其设为导通状态。其结果，将电阻Rl与IGBT Ql的栅极端子间经由栅极电压切断用晶体管Q3的集电极?发射极而接地，将栅极电压vg下降到O伏特。
[0071]其結果，IGBT Ql被强制地设为断开状态，集电极电流ic也成为零，保护IGBT Ql不被过电流破坏。
[0072]在时刻t3之后，感知电压vs下降而比较器ICl的输出成为Low电平，因此蓄积在电容器C2中的电被放出。其结果，滤波电压vf逐渐下降，SR触发器IC2的置位端子的输入值成为Low，但是SR触发器IC2作为锁存器电路发挥功能而保持这之前的状态(输出逻辑值I)，因此不担心栅极电压vg会再次上升。
[0073]此外，如从图2的仿真结果可知，阈值电压Vth越高的IGBT，感知电压vs越小，因此当如以往技术那样将过电流阈值电压Vt设为固定时，有可能感知电压VS无法超过过电流阈值电压vt，其结果是比较器ICl保持输出为零，过电流保护电路OP变得不动作而导致IGBT Ql最终被破坏。
[0074]然而，在实施例1的半导体开关元件驱动电路中，在发生短路时瞬时地限制栅极电压vg的大小，并且由此降低过电流阈值电压れ的值，因此在延迟时间T后的时刻t3感知电压vs必然大于过电流阈值电压れ，过电流保护电路OP可靠地进行动作。
[0075]接着，说明实施例1的半导体开关元件驱动电路的效果。
[0076]在实施例1的半导体开关元件驱动电路中，以电阻R6、R7对栅极电压vg进行分压而获得过电流阈值电压れ，因此限制通过短路保护电路SP的动作所施加的IGBT Ql的栅极电压vg的大小，并且之后根据该栅极电压vg的下降使过电流阈值电压Vt下降。
[0077]因而，在比较器ICl将感知电压vs(与作为主电流的集电极电流ic有夫)与下降的过电流阈值电压vt进行比较来决定过电流保护电路OP的切换电路SC的动作吋，即使是阈值电压Vth不同的IGBT,在过电流时也能够使感知电压vs必然大于过电流阈值电压vt,其结果是能够使过电流阈值电压れ可靠地动作，保护ICBT Ql不被破坏。
[0078]换句话说，即使降低短路保护时的限制电流值也能够使过电流保护电路可靠地动作，因此能够降低IGBT Ql等半导体元件的热耐量技术规范(不被短时间内流过大电流时所产生的热破坏的能力)。由此，能够将半导体元件小型化，另外能够降低成本。另外，为此只略微变更、追加结构即可，因此还能够抑制成本上升、大型化。
[0079][实施例2]
[0080]接着，根据图4?6来说明本发明所涉及的实施例2的半导体开关元件驱动电路。
[0081]如图4所示，实施例2的半导体开关元件驱动电路的在过电流保护电路OP的切换电路SC中使用的屏蔽时间设定电路与实施例1不同。
[0082]S卩，在过电流阈值设定电路TC中以电阻R6、R7对栅极电压vg进行分压而获得的过电流阈值电压れ除了与实施例1同样地施加到第一比较器ICl的反转输入端子之外，还施加到与第一比较器ICl并列配置的第二比较器IC3的非反转输入端子。另外，对第一比较器ICl的非反转输入端子，与实施例1同样地施加感知电压vs，但是对第二比较器IC3的反转输入端子，从电源V3施加规定的电压。在此，第一比较器ICl和第二比较器IC3构成它们的输出端子彼此之间直接连接的集电极开路输出的OR(或)电路。
[0083]第一比较器ICl和第二比较器IC3的输出端子连接于电阻R5。另外，电阻R5与上述两个输出端子之间经由外置的上拉电阻R8与电源V4连接。其它的结构与实施例1相同。
[0084]在如上述那样构成的实施例2的半导体开关元件驱动电路中，第一比较器ICl以及第ニ比较器IC3的输出和施加到R5的电压如下所示。此外，在以下的说明中输出电平的注脚(*)意味着由于比较器为集电极开路输出，因此在其输出晶体管截止时比较器输出由于电阻R8而成为High电平。对于向电阻R8施加的输出信号，由于比较器的2输出成为接线0R，因此在第一、第二比较器IC1、IC3的两个输出为High电平的情况下成为High电平，在第一、第二比较器IC1、IC3中的任ー个的输出为Low电平的情况下成为Low电平。
[0085]S卩，如果vt〈vs且vt〈V3则第一比较器ICl成为High(*)电平、第二比较器IC3成为Low电平，因此施加到电阻R8的输出信号成为Low电平。另外，如果V3〈vt〈vs，则第一、第二比较器ICl、IC3均成为HighW电平，因此施加到电阻R8的输出信号成为High电平。另外，如果V3〈vt且vS〈vt，则第一比较器ICl成为Low电平、第二比较器IC3成为High (*)电平，因此施加到电阻R8的输出信号成为Low电平。
[0086]因而，在感知电压vs、过电流阈值电压Vt处于零附近时，第一比较器ICl的输出信号有可能变得不稳定，但是能够通过上述电路可靠地设为Low电平。该输出信号施加到电阻R8和电容器C2，结果是在栅极电压vg为零附近的区域通过电阻R8和电容器C2来抑制滤波电压vf的上升而屏蔽，其结果，对SR触发器IC2的置位输入端子S只输入Low电平。
[0087]图5、6与实施例1的图2、图3相对应，在此图4的所有的时序图以及图5的上中的时序图与实施例1的图2、3的对应时序图相同，但是图6的下面的时序图与实施例1不同。
[0088]S卩，如该图的下面的时序图所示那样，可知在IGBT Ql成为截止状态的栅极电压为0伏特附近，在该图中左侧的虚线的椭圆包围的区域(时刻tl之前以及时刻t3以后)，第一比较器ICl的输入都成为0伏特附近，避免如图3的下面的时序图所示那样产生不稳定的电压。此外，在从时刻tl到时刻t2为止的区间，由于栅极电压vg具有规定的大小且感知电压vs小于过电流阈值电压vt，因此也同样地成为Low。
[0089]因而，在实施例2的半导体开关元件驱动电路中，除了实施例1的效果之外还具有以下效果。即，即使在IGBT Ql的栅极电压vg为0伏特附近，通过由集电极开路输出的第一、第二比较器IC1、IC2使滤波电压vf固定为Low来进行屏蔽，在栅极电压vf处于零附近时也能够保持第一比较器ICl稳定。
[0090][实施例3]
[0091]接着，根据图7?9来说明本发明所涉及的实施例3的半导体开关元件驱动电路。
[0092]如图7所示，实施例3的半导体开关元件驱动电路的过电流阈值电压设定电路TC与实施例1不同。
[0093]S卩，在实施例3的半导体开关元件驱动电路中，将串联配置的电阻R6与电阻R7的连接点连接于第三比较器IC4的非反转输入端子，另外在反转输入端子连接电源V5来施加规定电压。第三比较器IC4的输出端子连接于串联配置的电阻R9与电阻RlO的连接点。电阻RlO的另一端侧接地，电阻R9的另一端侧经由电阻R8连接于电源V6。电阻R8与电阻R9的连接点连接于第一比较器ICl的反转输入端子来施加过电流阈值电压vt。对第一比较器ICl的非反转输入端子施加感知电压vs。其它的结构与实施例1相同。[0094]在实施例3的半导体开关元件驱动电路中，以电阻R6、R7对栅极电压vg进行分压得到的电压(在实施例1中相当于过电流阈值电压)根据栅极电压的大小进行浮动，因此当该值高于电源V5的电压时将High输出电压输出到电阻R9、R10间，相反地在低时将Low输出电压输出到电阻R9、RlO间。
[0095]因而，在电阻R8、R9间产生的过电流阈值电压vt成为以上述电阻R8、R9对电源V6与第三比较器IC4的输出电压的差电压进行分压得到的值。在比较器IC4的输出为High时，通过电阻R8、R9对High的电压与电源V6的电压之差进行分压得到的值成为过电流阈值电压vt，在比较器IC4的输出为Low时，通过电阻R8、R9对Low电压与电源V6的电压之差进行分压得到的值成为过电流阈值电压れ。S卩，过电流阈值电压vt不受栅极电压Vg的偏差的影响。
[0096]此外，图8、9与实施例1的图2、图3相对应，图8的上中的时序图以及图9的所有的时序图与实施例1的图2、3的对应时序图相同，但是图8的下面的时序图与实施例1不同。
[0097]S卩，如该时序图所示，如虚线的椭圆所示那样在期间TA内与实施例1的情况相比其偏差得到了抑制。
[0098]如以上那样，在实施例3的半导体开关元件驱动电路中，除了实施例1的效果之外还具有以下的效果。即，设置根据栅极电压vg的大小来进行High、Low输出的第三比较器IC4，以电阻R8、R9对其输出与电源V6的电压的差电压进行分压而获得过电流阈值电压vt。因而，过电流阈值电压vt是由电源V6、比较器IC4的电源电压以及电阻R8、R9、R10所决定的值，因此不受由于半导体开关元件的特性而产生偏差的栅极电压vg的影响，能够设为稳定的值。
[0099][实施例4]
[0100]接着，根据图10?12来说明本发明所涉及的实施例4的半导体开关元件驱动电路。
[0101]如图10所示，实施例4的半导体开关元件驱动电路的过电流阈值电压设定电路TC与实施例3不同。
[0102]即，在实施例4的半导体开关元件驱动电路中，第四比较器IC5的非反转输入端子与实施例3同样地连接于电阻R6与电阻R7的接合点，但是其反转输入端子与实施例3不同，与串联配置在电源V2与地之间的电阻RlI和电阻Rl2的接合点连接。其它的结构与实施例3相同。
[0103]此外，图11、12与实施例1的图2、图3相对应，图11的上中的时序图以及图12的所有的时序图与实施例1的图2、3的对应时序图相同，但是图11的下面的时序图与实施例1不同。
[0104]如图11的上面的时序图所示，在短路保护状态中，尽管栅极处于接通状态，但是通过过电流限制用晶体管Q2使IGBT Ql的栅极端子侧的电压被强制地拉低。该电位差施加到栅极电阻R1，因此在其前后产生电位差。即，由第四比较器来将以电阻R6、R7对栅极电压vg进行分压得到的栅极侧电压与以电阻Rll和R12对电源V2进行分压得到的电源侧电压进行比较，如果栅极侧电压变得比电源侧电压高则输出High信号，另外如果相反地变小则输出Low信号。[0105]因而，过电流阈值电压vt与实施例3同样地，如左侧的虚线的椭圆所示，在IGBTQl导通时由于误动作而过电流阈值电压れ如图那样变化，但是这能够被噪声消除，因此没有问题。
[0106]因而，在实施例4的半导体开关元件驱动电路中也能够获得与实施例3的效果相同的效果。
[0107]并且，在实施例4中，能够将用于判断短路保护电路是否动作即栅极电压Vg是否变动的、第四比较器的两个输入设为与电源V2的变动成比例变动的值，能够防止由于电源V2的变动而改变判断。
[0108][实施例5]
[0109]接着，根据图13?15来说明本发明所涉及的实施例5的半导体开关元件驱动电路。
[0110]如图13所示，实施例5的半导体开关元件驱动电路的过电流阈值电压设定电路TC与实施例3不同。
[0111]即，在实施例5的半导体开关元件驱动电路中，第五比较器IC6的非反转输入端子连接电源V7，反转输入端子连接于按顺序串联配置在IGBT Ql的集电极端子与接地之间的电阻R13、R14、R15与电阻R16的连接点。其它与实施例3相同。
[0112]此外，图14、15与实施例1的图2、图3相对应，图14的上中的时序图以及图15的所有的时序图与实施例1的图2、3的对应时序图相同，但是图11的下面的时序图与实施例1不同。
[0113]在短路状态的IGBT Ql中流过大的短路电流，且成为集电极电压高的状态，即所谓的活性区域的动作状态。
[0114]因此，在实施例5中，由第五比较器IC6来将以电阻R13、R14、R15和电阻R16对检测出的集电极电压vc进行分压得到的集电极侧电压与电源V7的电压进行比较，如果集电极侧电压高于电源V7的电压则输出Low信号，如果相反则输出High信号。之后与实施例3的情况相同地进行过电流的判定。
[0115]因而，在实施例5的半导体开关元件驱动电路中也能够获得与实施例3相同的效果。
[0116]并且，实施例3观察根据半导体开关元件的特性而变动的栅极电压vg，与此相対，在实施例5中通过观察随半导体开关元件的特性而变动少的集电极电压，能够更正确地判断短期保护电路是否动作。
[0117][实施例6]
[0118]接着，根据图16来说明本发明所涉及的实施例6的半导体开关元件驱动电路。
[0119]如图16所示，实施例6的半导体开关元件驱动电路的过电流阈值电压设定电路TC与实施例3不同。
[0120]S卩，在实施例6的半导体开关元件驱动电路中，将检测IGBT Ql的温度的片上温度传感器ST(相当于本发明的温度检测单元)设置于IGBT Ql0该片上温度传感器ST具有设定在IGBT Ql附近的ニ极管D2，构成为将其负极接地，将正极连接电源VS。正极与电源VS之间连接于第六比较器IC7的非反转输入端子，在它的反转输入端子连接电源V8。其它的结构与实施例3相同。[0121]当由于短路而IGBT Ql的温度上升时，通过成为高温的ニ极管D2向地流入的电流増大，施加到第六比较器IC7的非反转输入端子的电压变小。其结果，当低于电源V8的电压时，第六比较器IC7输出Low信号，与实施例3的情况同样地防止过电流阈值电压vt大幅下降。
[0122]因而，在实施例6的半导体开关元件驱动电路中也能够获得与实施例3相同的效果。
[0123]并且，在实施例6中，具有能够兼用通常使用得多的温度传感器这样的优点。
[0124][实施例7]
[0125]接着，根据图17?19来说明本发明所涉及的实施例7的半导体开关元件驱动电路。
[0126]如图17所示，将实施例5的半导体开关元件驱动电路去掉了在过电流阈值电压设定电路TC中使用的电阻而利用短路保护电路来使过电流阈值电压下降，这点与实施例3不同。
[0127]即，第七比较器IC8的反转输入端子连接于过电流限制用晶体管Q2的发射极与电阻R4之间，它的非反转输入端子连接电源V9。另外，其输出端子连接于电阻R9与电阻RlO之间。其它的结构与实施例3相同。
[0128]在短路状态中，栅极电压切断晶体管Q2成为接通状态，因此在电阻R4中流过电流，结果是栅极电压切断用晶体管Q2的发射极与电阻R4之间的电位上升。由此，第七比较器IC8成为Low输出，与实施例3同样地抑制过电流阈值电压Vt的下降。
[0129]因而，在实施例7的半导体开关元件驱动电路中也能够获得与实施例3相同的效果。
[0130]另外，能够减少所使用的电阻的数量。
[0131]以上，根据上述各实施例来说明了本发明，但是本发明不限于这些实施例，在不超出本发明的精神的范围内产生设计变更等的情况也包含在本发明中。
[0132]例如连接半导体开关元件的负载在上述实施例中设为电动机，但是不限于此。
[0133]另外，晶体管、IGBT不限于上述实施例的类型。
[0134]另外，SR触发器只要是锁存器电路即可，不限于触发器。
【权利要求】
1.一种半导体开关兀件驱动电路，具有: 半导体开关元件，通过向该半导体开关元件的栅极端子施加电压而在该半导体开关元件的第一端子与第二端子间流过主电流； 过电流保护电路，其在与上述主电流的大小成比例的电流值或者电压值超过了阈值时，判断为上述主电流成为在规定时间的期间内超过规定的电流值的过电流而使主电流下降；以及 短路保护电路，其在上述主电流在比上述规定时间短的短时间内成为比上述过电流还大的过电流的情况下，使向上述栅极端子施加的栅极电压的下降比上述过电流保护电路引起的主电流的下降快， 该半导体开关元件驱动电路的特征在干， 还具有阈值变更电路，该阈值变更电路在上述短路保护电路的主电流的下降动作时减小上述阈值。
2.根据权利要求1所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在干， 上述阈值变更电路具有: 电阻，其将上述栅极电压进行分压而获得过电流阈值电压；以及第一比较器，其将该过电流阈值 电压和与上述主电流成比例的感知电压进行比较，当该感知电压超过上述过电流阈值电压时输出使上述过电流保护电路进行动作的信号，当上述感知电压低于上述过电流阈值电压时禁止上述过电流保护电路的动作。
3.根据权利要求2所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在干， 上述阈值变更电路还具有: 第二比较器，其与上述第一比较器以集电极开路输出方式来形成OR电路；以及 电源，其对上述第一比较器和上述第二比较器的输出端子施加规定电压。
4.根据权利要求2或者3所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在干， 上述阈值变更电路还具有: 第三比较器，其输出根据上述栅极电压的大小而不同的输出值；以及 根据上述第三比较器的输出来改变所提供的电压的分压值的电阻。
5.根据权利要求2或者3所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在于，还具有: 栅极电阻，该栅极电阻使向上述栅极端子施加的栅极电压下降， 上述阈值变更电路还具有: 第四比较器，其根据上述栅极电阻间的电压的大小而输出不同的输出值；以及 根据上述第四比较器的输出来改变所提供的电压的分压值的电阻。
6.根据权利要求2或者3所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在干， 上述阈值变更电路还具有: 第五比较器，其根据上述半导体开关元件的第一端子和第二端子中的负载侧的端子的电压的大小来输出不同的输出值；以及 根据上述第五比较器的输出来改变所提供的电压的分压值的电阻。
7.根据权利要求2或者3所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在于，还具有: 温度检测单元，该温度检测单元检测上述半导体开关元件的温度， 上述阈值变更电路还具有:第六比较器，其根据由上述温度检测单元检测出的温度的高低来输出不同的输出值；以及 根据上述第六比较器的输出来改变所提供的电压的分压值的电阻。
8.根据权利要求2或者3所述的半导体开关元件驱动电路，其特征在于，还具有: 短路保护用半导体，该短路保护用半导体在上述短路保护电路短路时成为导通状态，经由短路保护用电阻使上述半导体开关元件的栅极电压下降， 上述阈值变更电路还具有: 第七比较器，其根据在上述短路保护用电阻间检测出的电位的大小来输出不同的输出值；以及 根据上述第七比较器的输出来`改变所提供的电压的分压值的电阻。
【文档编号】H03K17/08GK103493373SQ201280020529
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月5日 优先权日:2011年4月27日
【发明者】菊地义行 申请人:康奈可关精株式会社