JP2001211059A - 半導体スイッチ素子の過電流保護回路 - Google Patents
半導体スイッチ素子の過電流保護回路Info
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- Control Of Voltage And Current In General (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】センスIGBTの電流検出端子に接続された電
流検出用抵抗の検出電圧のばらつきに対する過電流の保
護レベルのばらつきを抑制し、保護機能を十分に果た
す。 【解決手段】センスIGBT10の電流検出端子14に接続
された電流検出用抵抗15の検出電圧の変化に対する主電
流の変化が、センスIGBTをオフ制御する付近で緩や
かになる電圧対抵抗値特性を有する制御回路20を用い
る。
流検出用抵抗の検出電圧のばらつきに対する過電流の保
護レベルのばらつきを抑制し、保護機能を十分に果た
す。 【解決手段】センスIGBT10の電流検出端子14に接続
された電流検出用抵抗15の検出電圧の変化に対する主電
流の変化が、センスIGBTをオフ制御する付近で緩や
かになる電圧対抵抗値特性を有する制御回路20を用い
る。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ゲート電圧制御形
の半導体スイッチ素子の過電流保護回路に係り、特に電
流検出結果に基づいて半導体スイッチ素子を制御する制
御回路に関するもので、例えばIGBT(絶縁ゲート形
バイポーラトランジスタ)、パワーMOSFET(絶縁
ゲート形電界効果トランジスタ)などに使用されるもの
である。
の半導体スイッチ素子の過電流保護回路に係り、特に電
流検出結果に基づいて半導体スイッチ素子を制御する制
御回路に関するもので、例えばIGBT(絶縁ゲート形
バイポーラトランジスタ)、パワーMOSFET(絶縁
ゲート形電界効果トランジスタ)などに使用されるもの
である。
【0002】
【従来の技術】ゲート電圧制御形の半導体スイッチ素子
であるIGBTには、負荷電流(主電流)に応じて検出
電流が流れる電流検出端子を有する電流検出端子付きI
GBT(センスIGBT)がある。
であるIGBTには、負荷電流(主電流)に応じて検出
電流が流れる電流検出端子を有する電流検出端子付きI
GBT(センスIGBT)がある。
【0003】図5は、センスIGBTの等価回路を示し
ており、センスIGBTの過電流保護回路の従来例の等
価回路を図6に示している。
ており、センスIGBTの過電流保護回路の従来例の等
価回路を図6に示している。
【0004】図5および図6において、10はセンスIG
BTであり、同一半導体チップ上に同じ構造で多数設け
られたユニットセルが主電流素子10a 側と検出電流素子
10b側とでM:1(但し、Mは正の整数)となるように
分割されて並列接続されている。
BTであり、同一半導体チップ上に同じ構造で多数設け
られたユニットセルが主電流素子10a 側と検出電流素子
10b側とでM:1(但し、Mは正の整数)となるように
分割されて並列接続されている。
【0005】主電流素子10a と検出電流素子10b のゲー
トはゲート端子11に接続されており、主電流素子10a と
検出電流素子10b のコレクタとはコレクタ端子12に接続
されている。これにより、主電流素子10a に流れる電流
と検出電流素子10b に流れる電流の比は、前記ユニット
セルの分割比に等しい。
トはゲート端子11に接続されており、主電流素子10a と
検出電流素子10b のコレクタとはコレクタ端子12に接続
されている。これにより、主電流素子10a に流れる電流
と検出電流素子10b に流れる電流の比は、前記ユニット
セルの分割比に等しい。
【0006】そこで、センスIGBT10の主電流素子10
a 側のエミッタ端子13と検出電流素子10b 側のエミッタ
端子である電流検出端子(センス端子)14との間に電流
検出用抵抗15を接続しておき、センスIGBT10のゲー
トとエミッタ端子13との間にNMOSトランジスタ50を
接続しておき、電流検出用抵抗15の電圧降下(検出電
圧)をNMOSトランジスタ50のゲートに印加するよう
に接続しておく。
a 側のエミッタ端子13と検出電流素子10b 側のエミッタ
端子である電流検出端子(センス端子)14との間に電流
検出用抵抗15を接続しておき、センスIGBT10のゲー
トとエミッタ端子13との間にNMOSトランジスタ50を
接続しておき、電流検出用抵抗15の電圧降下(検出電
圧)をNMOSトランジスタ50のゲートに印加するよう
に接続しておく。
【0007】これにより、検出電圧が過電流設定値を越
えた時をNMOSトランジスタ50により検出することが
可能になる。つまり、センスIGBT10に過電流が流れ
た時に、NMOSトランジスタ50がオン状態になり、セ
ンスIGBT10のゲート電圧を制御してセンスIGBT
10をオフ状態に制御することができる。
えた時をNMOSトランジスタ50により検出することが
可能になる。つまり、センスIGBT10に過電流が流れ
た時に、NMOSトランジスタ50がオン状態になり、セ
ンスIGBT10のゲート電圧を制御してセンスIGBT
10をオフ状態に制御することができる。
【0008】なお、図6中、16はセンスIGBTのゲー
トに直列に接続されたゲート抵抗、17はセンスIGBT
10のゲートとNMOSトランジスタ50のドレインとの間
に順方向の向きで挿入接続されている逆バイアス防止用
のダイオードである。
トに直列に接続されたゲート抵抗、17はセンスIGBT
10のゲートとNMOSトランジスタ50のドレインとの間
に順方向の向きで挿入接続されている逆バイアス防止用
のダイオードである。
【0009】上記電流検出用抵抗15、NMOSトランジ
スタ50、ゲート抵抗16、ダイオード17および容量素子18
は、個別部品が用いられている。
スタ50、ゲート抵抗16、ダイオード17および容量素子18
は、個別部品が用いられている。
【0010】図7は、図6の過電流保護回路におけるセ
ンスIGBTの過電流保護動作の時間的な推移を説明す
るために示す波形図である。
ンスIGBTの過電流保護動作の時間的な推移を説明す
るために示す波形図である。
【0011】センスIGBT10の過電流検出まではその
ゲート電圧VG が一定である。センスIGBT10の過電
流検出時(検出電圧VSENSが過電流設定値を越えた時)
にNMOSトランジスタ50がオン状態になり、センスI
GBT10のゲート電圧をゲート電圧を0Vまで絞り、セ
ンスIGBT10をオフ状態に制御し、そのコレクタ電流
IC を遮断する。これにより、センスIGBT10の過電
流による破壊を防止する保護機能を実現することが可能
になる。
ゲート電圧VG が一定である。センスIGBT10の過電
流検出時(検出電圧VSENSが過電流設定値を越えた時)
にNMOSトランジスタ50がオン状態になり、センスI
GBT10のゲート電圧をゲート電圧を0Vまで絞り、セ
ンスIGBT10をオフ状態に制御し、そのコレクタ電流
IC を遮断する。これにより、センスIGBT10の過電
流による破壊を防止する保護機能を実現することが可能
になる。
【0012】このように主電流素子10a 側のエミッタ端
子13と検出電流素子10b 側の電流検出端子14との間に電
圧降下(検出電圧VSENS)が発生するので、主電流素子
10aのコレクタ・エミッタ間に印加されている電圧VCE
と検出電流素子10b のコレクタ・エミッタ間に印加され
ている電圧VCSとが検出電圧VSENS分だけ異なってい
る。即ち、 VCS=VCE−VSENS VCS:検出電流素子10b のコレクタ・エミッタ間電圧 VCE:主電流素子10a のコレクタ・エミッタ間電圧 VSENS:検出電圧 である。
子13と検出電流素子10b 側の電流検出端子14との間に電
圧降下(検出電圧VSENS)が発生するので、主電流素子
10aのコレクタ・エミッタ間に印加されている電圧VCE
と検出電流素子10b のコレクタ・エミッタ間に印加され
ている電圧VCSとが検出電圧VSENS分だけ異なってい
る。即ち、 VCS=VCE−VSENS VCS:検出電流素子10b のコレクタ・エミッタ間電圧 VCE:主電流素子10a のコレクタ・エミッタ間電圧 VSENS:検出電圧 である。
【0013】このため、検出電流素子10b に実際に流れ
る電流は、前述したユニットセルの分割比による設計値
よりも少ない。この実際に流れる電流と設計値との差
は、センスIGBT10の特性の改善が進み、オン電圧が
低減されるにつれ、主電流素子10a と検出電流素子10b
とのコレクタ・エミッタ間電圧差の影響が大きくなるの
で、十分な検出電流が流れ難くなっている。
る電流は、前述したユニットセルの分割比による設計値
よりも少ない。この実際に流れる電流と設計値との差
は、センスIGBT10の特性の改善が進み、オン電圧が
低減されるにつれ、主電流素子10a と検出電流素子10b
とのコレクタ・エミッタ間電圧差の影響が大きくなるの
で、十分な検出電流が流れ難くなっている。
【0014】また、図8は、図6に示した過電流保護回
路における検出電圧と電流の一般的な関係を示す特性図
である。
路における検出電圧と電流の一般的な関係を示す特性図
である。
【0015】この特性図から分かるように、従来は、検
出電圧VSENSと電流IC とは直線的な相関を示していた
が、センスIGBT10のオン電圧が低減されるにつれ、
直線性が失われて急激なカーブを描くようになる。
出電圧VSENSと電流IC とは直線的な相関を示していた
が、センスIGBT10のオン電圧が低減されるにつれ、
直線性が失われて急激なカーブを描くようになる。
【0016】このため、検出電圧VSENSのばらつきに対
して電流IC のばらつきが大きくなり、過電流の保護レ
ベルも大きくばらつくようになり、保護機能を十分に果
たせなくなり、最悪の場合にはセンスIGBT10の破壊
を防止することが不可能になる。
して電流IC のばらつきが大きくなり、過電流の保護レ
ベルも大きくばらつくようになり、保護機能を十分に果
たせなくなり、最悪の場合にはセンスIGBT10の破壊
を防止することが不可能になる。
【0017】このような問題の対策として、過電流保護
回路における電流検出用抵抗15の値を小さくすることに
より検出電圧VSENSを下げ、過電流設定値を下げること
により、センスIGBT10の主電流素子10a と検出電流
素子10b とのコレクタ・エミッタ間電圧差を少なくする
ことが考えられるが、ノイズによる誤動作を発生し易く
なる点から限界がある。
回路における電流検出用抵抗15の値を小さくすることに
より検出電圧VSENSを下げ、過電流設定値を下げること
により、センスIGBT10の主電流素子10a と検出電流
素子10b とのコレクタ・エミッタ間電圧差を少なくする
ことが考えられるが、ノイズによる誤動作を発生し易く
なる点から限界がある。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
センスIGBTを使用した過電流保護回路は、検出電圧
のばらつきに対して主電流のばらつきが大きくなり、過
電流の保護レベルも大きくばらつくようになり、センス
IGBTに対する保護機能を十分に果たせなくなり、最
悪の場合にはセンスIGBTの破壊を防止することが不
可能になるという問題があった。
センスIGBTを使用した過電流保護回路は、検出電圧
のばらつきに対して主電流のばらつきが大きくなり、過
電流の保護レベルも大きくばらつくようになり、センス
IGBTに対する保護機能を十分に果たせなくなり、最
悪の場合にはセンスIGBTの破壊を防止することが不
可能になるという問題があった。
【0019】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、電流検出端子付きのゲート電圧制御形の半導
体スイッチ素子の電流検出端子に接続された電流検出用
抵抗の検出電圧の変化に対する主電流の変化が、スイッ
チ素子をオフ制御する付近で緩やかになるような特性を
持たせることにより、検出電圧のばらつきに対する主電
流のばらつきを抑制でき、過電流の保護レベルのばらつ
きを抑制でき、半導体スイッチ素子に対する保護機能を
十分に果たすことが可能な半導体スイッチ素子の過電流
保護回路を提供することを目的とする。
たもので、電流検出端子付きのゲート電圧制御形の半導
体スイッチ素子の電流検出端子に接続された電流検出用
抵抗の検出電圧の変化に対する主電流の変化が、スイッ
チ素子をオフ制御する付近で緩やかになるような特性を
持たせることにより、検出電圧のばらつきに対する主電
流のばらつきを抑制でき、過電流の保護レベルのばらつ
きを抑制でき、半導体スイッチ素子に対する保護機能を
十分に果たすことが可能な半導体スイッチ素子の過電流
保護回路を提供することを目的とする。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体スイッチ
素子の過電流保護回路は、主電流が流れる主電流素子お
よび主電流に応じて検出電流が流れる検出電流素子を有
し、主電流素子の電流出力端子と検出電流素子の電流出
力端子を有するゲート電圧制御形の半導体スイッチ素子
と、前記半導体スイッチ素子の主電流素子の電流出力端
子と検出電流素子の電流出力端子との間に接続され、検
出電流素子の電流により生じる電圧降下を検出電圧とし
て生成する電流検出用抵抗と、前記半導体スイッチ素子
の定格電流時の検知電圧より大きい第1の値を超えると
前記半導体スイッチ素子のゲート電圧を徐々に低下さ
せ、前記定格電流より大きい規定電流値に設定されてい
る規定電圧に達した時は前記半導体スイッチ素子の電流
を完全に遮断させるように前記半導体スイッチ素子を制
御する制御回路とを具備することを特徴とする。
素子の過電流保護回路は、主電流が流れる主電流素子お
よび主電流に応じて検出電流が流れる検出電流素子を有
し、主電流素子の電流出力端子と検出電流素子の電流出
力端子を有するゲート電圧制御形の半導体スイッチ素子
と、前記半導体スイッチ素子の主電流素子の電流出力端
子と検出電流素子の電流出力端子との間に接続され、検
出電流素子の電流により生じる電圧降下を検出電圧とし
て生成する電流検出用抵抗と、前記半導体スイッチ素子
の定格電流時の検知電圧より大きい第1の値を超えると
前記半導体スイッチ素子のゲート電圧を徐々に低下さ
せ、前記定格電流より大きい規定電流値に設定されてい
る規定電圧に達した時は前記半導体スイッチ素子の電流
を完全に遮断させるように前記半導体スイッチ素子を制
御する制御回路とを具備することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
施の形態を詳細に説明する。
【0022】図1は、本発明の第1の実施の形態に係る
センスIGBTを使用した過電流保護回路の一例を示す
等価回路図である。
センスIGBTを使用した過電流保護回路の一例を示す
等価回路図である。
【0023】図1に示すセンスIGBTの過電流保護回
路は、図5および図6を参照して前述した従来のセンス
IGBTの過電流保護回路と比べて、検出電圧VSENSに
基づいてセンスIGBT10を制御するための制御回路20
が異なり、その他は同じであるので図5および図6中と
同一符号を付している。
路は、図5および図6を参照して前述した従来のセンス
IGBTの過電流保護回路と比べて、検出電圧VSENSに
基づいてセンスIGBT10を制御するための制御回路20
が異なり、その他は同じであるので図5および図6中と
同一符号を付している。
【0024】上記制御回路20は、本例では、逆バイアス
防止用のダイオード17、容量素子18およびNPNトラン
ジスタ19からなる。
防止用のダイオード17、容量素子18およびNPNトラン
ジスタ19からなる。
【0025】即ち、図1に示す過電流保護回路におい
て、10はセンスIGBTであり、同一半導体チップ上に
同じ構造で多数設けられたユニットセルが主電流素子
(図5中10a )側と検出電流素子(図5中10b )側とで
M:1(但し、Mは正の整数)となるように分割されて
並列接続されている。
て、10はセンスIGBTであり、同一半導体チップ上に
同じ構造で多数設けられたユニットセルが主電流素子
(図5中10a )側と検出電流素子(図5中10b )側とで
M:1(但し、Mは正の整数)となるように分割されて
並列接続されている。
【0026】主電流素子と検出電流素子のゲートはゲー
ト端子11に接続されており、主電流素子と検出電流素子
のコレクタとはコレクタ端子12に接続されている。これ
により、主電流素子10a に流れる電流と検出電流素子10
b に流れる電流の比は、前記ユニットセルの分割比に等
しい。
ト端子11に接続されており、主電流素子と検出電流素子
のコレクタとはコレクタ端子12に接続されている。これ
により、主電流素子10a に流れる電流と検出電流素子10
b に流れる電流の比は、前記ユニットセルの分割比に等
しい。
【0027】そこで、センスIGBT10の主電流素子10
a 側のエミッタ端子13と検出電流素子10b 側のエミッタ
端子である電流検出端子(センス端子)14との間に電流
検出用抵抗15を接続しておき、センスIGBT10のゲー
トとエミッタ端子13との間にNPNトランジスタ19を接
続しておき、電流検出用抵抗15の電圧降下(検出電圧)
をNPNトランジスタ19のベースに印加するように接続
しておく。
a 側のエミッタ端子13と検出電流素子10b 側のエミッタ
端子である電流検出端子(センス端子)14との間に電流
検出用抵抗15を接続しておき、センスIGBT10のゲー
トとエミッタ端子13との間にNPNトランジスタ19を接
続しておき、電流検出用抵抗15の電圧降下(検出電圧)
をNPNトランジスタ19のベースに印加するように接続
しておく。
【0028】なお、図1中、16はセンスIGBTのゲー
トに直列に接続されたゲート抵抗、17はセンスIGBT
10のゲートとNPNトランジスタ19のコレクタとの間に
順方向の向きで挿入接続されている逆バイアス防止用の
ダイオード、18はNPNトランジスタ19のコレクタとベ
ースとの間に接続されている容量素子である。
トに直列に接続されたゲート抵抗、17はセンスIGBT
10のゲートとNPNトランジスタ19のコレクタとの間に
順方向の向きで挿入接続されている逆バイアス防止用の
ダイオード、18はNPNトランジスタ19のコレクタとベ
ースとの間に接続されている容量素子である。
【0029】上記電流検出用抵抗15、NPNトランジス
タ19、ゲート抵抗16、ダイオード17および容量素子18
は、センスIGBT10とは別個の個別部品を用いてもよ
いが、センスIGBT10と同一チップ上に形成してもよ
く、あるいは、センスIGBT10とは別個のセンスIG
BT制御用のチップ上に形成してもよい。
タ19、ゲート抵抗16、ダイオード17および容量素子18
は、センスIGBT10とは別個の個別部品を用いてもよ
いが、センスIGBT10と同一チップ上に形成してもよ
く、あるいは、センスIGBT10とは別個のセンスIG
BT制御用のチップ上に形成してもよい。
【0030】図1中のNPNトランジスタ19は、ベース
に印加される検出電圧VSENSがセンスIGBT10の定格
電流時の検出電圧VSENSより大きい第1の値を越えると
第1の特性に沿ってセンスIGBT10のゲート電圧VG
を徐々に低下させ、センスIGBT10の電流IC の増加
を抑制する。
に印加される検出電圧VSENSがセンスIGBT10の定格
電流時の検出電圧VSENSより大きい第1の値を越えると
第1の特性に沿ってセンスIGBT10のゲート電圧VG
を徐々に低下させ、センスIGBT10の電流IC の増加
を抑制する。
【0031】そして、センスIGBT10の電流IC が定
格電流より大きい規定電流値(過電流設定値)に設定さ
れている規定電圧に達した時はセンスIGBT10のゲー
ト電圧VG を0Vに絞り、センスIGBT10の電流IC
を完全に遮断させる。
格電流より大きい規定電流値(過電流設定値)に設定さ
れている規定電圧に達した時はセンスIGBT10のゲー
ト電圧VG を0Vに絞り、センスIGBT10の電流IC
を完全に遮断させる。
【0032】図2は、図1の過電流保護回路におけるセ
ンスIGBTの過電流保護動作の時間的な推移を説明す
るために示す波形図である。ここでは、電流保護設定値
を二段階に設定している例を示している。
ンスIGBTの過電流保護動作の時間的な推移を説明す
るために示す波形図である。ここでは、電流保護設定値
を二段階に設定している例を示している。
【0033】図2に示すように、センスIGBT10の通
常使用される電流(定格電流)の範囲内ではセンスIG
BT10のゲート電圧VG が一定である。センスIGBT
10の電流IC が定格電流を越えて検出電圧VSENSがNP
Nトランジスタ19のベース・エミッタ間電圧VBEに達す
ると、NPNトランジスタ19のベース電流が徐々に増加
し、NPNトランジスタ19のコレクタ・エミッタ間電圧
が徐々に低下し、センスIGBT10のゲート電圧VG を
徐々に低下させるように制御して電流IC の増加を抑制
する。
常使用される電流(定格電流)の範囲内ではセンスIG
BT10のゲート電圧VG が一定である。センスIGBT
10の電流IC が定格電流を越えて検出電圧VSENSがNP
Nトランジスタ19のベース・エミッタ間電圧VBEに達す
ると、NPNトランジスタ19のベース電流が徐々に増加
し、NPNトランジスタ19のコレクタ・エミッタ間電圧
が徐々に低下し、センスIGBT10のゲート電圧VG を
徐々に低下させるように制御して電流IC の増加を抑制
する。
【0034】そして、センスIGBT10の電流IC がさ
らに増加し、過電流が流れた時には、NPNトランジス
タ19がオン状態になり、センスIGBT10のゲート電圧
VGを0Vまで絞り、センスIGBT10をオフ状態に制
御する。これにより、センスIGBT10の過電流による
破壊を防止する保護機能を実現することができる。
らに増加し、過電流が流れた時には、NPNトランジス
タ19がオン状態になり、センスIGBT10のゲート電圧
VGを0Vまで絞り、センスIGBT10をオフ状態に制
御する。これにより、センスIGBT10の過電流による
破壊を防止する保護機能を実現することができる。
【0035】図3は、図1に示した過電流保護回路にお
ける検出電圧VSENSとセンスIGBT10の電流IC との
関係を示す特性図であり、対比のために、図6に示した
過電流保護回路における検出電圧VSENS対電流IC 特性
を同時に示した。
ける検出電圧VSENSとセンスIGBT10の電流IC との
関係を示す特性図であり、対比のために、図6に示した
過電流保護回路における検出電圧VSENS対電流IC 特性
を同時に示した。
【0036】即ち、電流IC が低い領域では、特性のカ
ーブが緩やかな領域で検出するので、電流IC のばらつ
きが少ない。その後、センスIGBT10の電流IC が定
格電流を越えると、NPNトランジスタ19のベース電流
が徐々に増加し、NPNトランジスタ19のコレクタ・エ
ミッタ間電圧が徐々に低下し、センスIGBT10のゲー
ト電圧VG を徐々に低下させるように制御して電流IC
の増加を抑制する。そして、センスIGBT10の電流I
C がさらに増加し、過電流が流れた時には、NPNトラ
ンジスタ19がオン状態になり、センスIGBT10のゲー
ト電圧VG を0Vまで絞り、センスIGBT10をオフ状
態に制御する。この際、センスIGBT10の電流IC が
定格電流を越えた付近の領域では、電流IC の特性のカ
ーブは従来の特性と比べて緩やかであるので、センスI
GBT10の電流IC の遮断レベルのばらつきを小さく抑
制することができ、センスIGBT10の破壊を防止する
ことが可能になる。
ーブが緩やかな領域で検出するので、電流IC のばらつ
きが少ない。その後、センスIGBT10の電流IC が定
格電流を越えると、NPNトランジスタ19のベース電流
が徐々に増加し、NPNトランジスタ19のコレクタ・エ
ミッタ間電圧が徐々に低下し、センスIGBT10のゲー
ト電圧VG を徐々に低下させるように制御して電流IC
の増加を抑制する。そして、センスIGBT10の電流I
C がさらに増加し、過電流が流れた時には、NPNトラ
ンジスタ19がオン状態になり、センスIGBT10のゲー
ト電圧VG を0Vまで絞り、センスIGBT10をオフ状
態に制御する。この際、センスIGBT10の電流IC が
定格電流を越えた付近の領域では、電流IC の特性のカ
ーブは従来の特性と比べて緩やかであるので、センスI
GBT10の電流IC の遮断レベルのばらつきを小さく抑
制することができ、センスIGBT10の破壊を防止する
ことが可能になる。
【0037】上記実施の形態に係るセンスIGBT10の
過電流保護回路によれば、センスIGBT10の電流検出
端子14に接続された電流検出用抵抗15による検出電圧V
SENSの変化に対する電流IC の変化が、センスIGBT
10をオフ制御する付近で緩やかになるような特性を持た
せた。これにより、検出電圧VSENSのばらつきに対する
電流IC のばらつきを抑制でき、過電流の保護レベルの
ばらつきを抑制でき、センスIGBT10に対する保護機
能を十分に果たすことが可能になった。
過電流保護回路によれば、センスIGBT10の電流検出
端子14に接続された電流検出用抵抗15による検出電圧V
SENSの変化に対する電流IC の変化が、センスIGBT
10をオフ制御する付近で緩やかになるような特性を持た
せた。これにより、検出電圧VSENSのばらつきに対する
電流IC のばらつきを抑制でき、過電流の保護レベルの
ばらつきを抑制でき、センスIGBT10に対する保護機
能を十分に果たすことが可能になった。
【0038】なお、図1に示したセンスIGBT10の過
電流保護動作の他の例として、電流保護設定値を三段階
以上に設定可能なように制御回路の検出電圧対抵抗値特
性を変更してもよい。この場合、検出電圧VSENSがセン
スIGBT10の定格電流時の検出電圧より大きい第1の
値を越えると制御回路の抵抗値が第1の特性に沿って徐
々に低下し始め、検出電圧VSENSが前記第1の値より大
きい第2の値を越えると、制御回路の抵抗値が前記第1
の特性より緩やかな第2の特性に沿って抵抗値が徐々に
低下し、検出電圧VSENSが前記規定電圧になると制御回
路の抵抗値が急激に低下するように設定する。この場合
にも、前述した第1の実施の形態と同様の効果が得られ
る。
電流保護動作の他の例として、電流保護設定値を三段階
以上に設定可能なように制御回路の検出電圧対抵抗値特
性を変更してもよい。この場合、検出電圧VSENSがセン
スIGBT10の定格電流時の検出電圧より大きい第1の
値を越えると制御回路の抵抗値が第1の特性に沿って徐
々に低下し始め、検出電圧VSENSが前記第1の値より大
きい第2の値を越えると、制御回路の抵抗値が前記第1
の特性より緩やかな第2の特性に沿って抵抗値が徐々に
低下し、検出電圧VSENSが前記規定電圧になると制御回
路の抵抗値が急激に低下するように設定する。この場合
にも、前述した第1の実施の形態と同様の効果が得られ
る。
【0039】なお、本発明は、センスIGBTの過電流
保護回路に限らず、絶縁ゲート形の他の半導体スイッチ
素子の過電流保護回路にも適用可能である。
保護回路に限らず、絶縁ゲート形の他の半導体スイッチ
素子の過電流保護回路にも適用可能である。
【0040】図4は、図1のセンスIGBTの過電流保
護回路の変形例を示しており、図1中のセンスIGBT
10に代えて電流検出端子付きのパワーMOSFET40を
用いたものである。
護回路の変形例を示しており、図1中のセンスIGBT
10に代えて電流検出端子付きのパワーMOSFET40を
用いたものである。
【0041】なお、図4において、12a はドレイン端
子、13a はソース端子、14a はセンス端子(ソース端
子)であり、その他は図1中と同一符号を付している。
この場合にも、前述した第1の実施の形態と同様の効果
が得られる。
子、13a はソース端子、14a はセンス端子(ソース端
子)であり、その他は図1中と同一符号を付している。
この場合にも、前述した第1の実施の形態と同様の効果
が得られる。
【0042】
【発明の効果】上述したように本発明の半導体スイッチ
素子の過電流保護回路によれば、検出電圧のばらつきに
対する主電流のばらつきを抑制でき、過電流の保護レベ
ルのばらつきを抑制でき、半導体スイッチ素子に対する
保護機能を十分に果たすことができる。
素子の過電流保護回路によれば、検出電圧のばらつきに
対する主電流のばらつきを抑制でき、過電流の保護レベ
ルのばらつきを抑制でき、半導体スイッチ素子に対する
保護機能を十分に果たすことができる。
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るセンスIGB
Tの過電流保護回路の一例を示す等価回路図。
Tの過電流保護回路の一例を示す等価回路図。
【図2】図1の過電流保護回路におけるセンスIGBT
の過電流保護動作の時間的な推移を説明するために示す
波形図。
の過電流保護動作の時間的な推移を説明するために示す
波形図。
【図3】図1に示した過電流保護回路における検出電圧
とセンスIGBTのコレクタ電流との関係を示す特性
図。
とセンスIGBTのコレクタ電流との関係を示す特性
図。
【図4】図1のセンスIGBTの過電流保護回路の変形
例を示す等価回路図。
例を示す等価回路図。
【図5】センスIGBTの等価回路を示す回路図。
【図6】センスIGBTの過電流保護回路の従来例を示
す等価回路図。
す等価回路図。
【図7】図6の過電流保護回路におけるセンスIGBT
の過電流保護動作の時間的な推移を説明するために示す
波形図。
の過電流保護動作の時間的な推移を説明するために示す
波形図。
【図8】図6に示した過電流保護回路における検出電圧
と主電流との一般的な関係を示す特性図。
と主電流との一般的な関係を示す特性図。
10…センスIGBT、 20…制御回路(NPNトランジスタ)、 10a …主電流素子、 10b …検出電流素子、 11…ゲート端子、 12…コレクタ端子、 13…主電流素子10a のエミッタ端子、 14…検出電流素子10b のエミッタ端子(電流検出端子、
センス端子)、 15…電流検出用抵抗、 16…ゲート抵抗、 17…逆バイアス防止用のダイオード、 18…容量素子、 19…NPNトランジスタ、 20…制御回路。
センス端子)、 15…電流検出用抵抗、 16…ゲート抵抗、 17…逆バイアス防止用のダイオード、 18…容量素子、 19…NPNトランジスタ、 20…制御回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H02H 7/00 H02H 7/00 B 7/20 7/20 F H03K 17/56 H03K 17/56 Z Fターム(参考) 5G004 AA04 AB02 BA04 CA04 DA02 DA04 DC10 DC13 EA01 5G053 AA01 BA01 BA04 CA02 DA01 EC03 5H410 BB01 BB05 CC02 DD02 EA10 EB01 EB14 FF05 FF23 KK05 LL06 LL15 LL19 5J055 AX15 AX32 AX37 AX56 AX64 AX65 BX16 CX00 DX09 DX22 EY01 EY10 EY12 EY17 EZ66 FX04 FX32 GX01 GX04 GX06
Claims (5)
- 【請求項1】 主電流が流れる主電流素子および主電流
に応じて検出電流が流れる検出電流素子を有し、主電流
素子の電流出力端子と検出電流素子の電流出力端子を有
するゲート電圧制御形の半導体スイッチ素子と、 前記半導体スイッチ素子の主電流素子の電流出力端子と
検出電流素子の電流出力端子との間に接続され、検出電
流素子の電流により生じる電圧降下を検出電圧として生
成する電流検出用抵抗と、 前記半導体スイッチ素子の定格電流時の検知電圧より大
きい第1の値を超えると前記半導体スイッチ素子のゲー
ト電圧を徐々に低下させ、前記定格電流より大きい規定
電流値に設定されている規定電圧に達した時は前記半導
体スイッチ素子の電流を完全に遮断させるように前記半
導体スイッチ素子を制御する制御回路とを具備すること
を特徴とする半導体スイッチ素子の過電流保護回路。 - 【請求項2】 前記制御回路は、前記検出電圧が前記第
1の値より大きい第2の値を越えると、前記第1の特性
より緩やかな第2の特性に沿って抵抗値が徐々に低下す
る検出電圧対抵抗値特性を有することを特徴とする請求
項1記載の過電流保護回路。 - 【請求項3】 前記制御回路は、NPNトランジスタで
あることを特徴とする請求項1記載の半導体スイッチ素
子の過電流保護回路。 - 【請求項4】 前記電流検出用抵抗およびNPNトラン
ジスタは、前記半導体スイッチ素子と同一半導体チップ
上に形成されており、全体として過電流保護機能付き半
導体装置を構成してなることを特徴とする請求項3記載
の半導体スイッチ素子の過電流保護回路。 - 【請求項5】 前記ゲート電圧制御形の半導体スイッチ
素子は、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタまたは絶
縁ゲート形電界効果トランジスタであることを特徴とす
る請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体スイッ
チ素子の過電流保護回路。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000017216A JP2001211059A (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 半導体スイッチ素子の過電流保護回路 |
| US09/768,605 US6594131B2 (en) | 2000-01-26 | 2001-01-25 | Over current protection circuit of semiconductor switching device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000017216A JP2001211059A (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 半導体スイッチ素子の過電流保護回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001211059A true JP2001211059A (ja) | 2001-08-03 |
Family
ID=18544243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000017216A Pending JP2001211059A (ja) | 2000-01-26 | 2000-01-26 | 半導体スイッチ素子の過電流保護回路 |
Country Status (2)
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|---|---|
| US (1) | US6594131B2 (ja) |
| JP (1) | JP2001211059A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108470731A (zh) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 丰田自动车株式会社 | 半导体装置 |
| KR20190048707A (ko) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 현대오트론 주식회사 | 전력 반도체 칩 |
| JP2019080402A (ja) * | 2017-10-23 | 2019-05-23 | Kyb株式会社 | 電源制御装置 |
| JPWO2023007569A1 (ja) * | 2021-07-27 | 2023-02-02 |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4219567B2 (ja) * | 2001-04-03 | 2009-02-04 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
| US7050914B2 (en) * | 2004-10-22 | 2006-05-23 | Aimtron Technology Corp. | Current sensing circuit |
| DE102005039867B4 (de) * | 2005-08-23 | 2016-04-07 | Power Systems Technologies Gmbh | Eingangsschaltung für ein Schaltnetzteil |
| US7468874B1 (en) | 2005-11-08 | 2008-12-23 | Yazaki North America, Inc. | Protection circuit for digital power module |
| JP4776368B2 (ja) | 2005-12-20 | 2011-09-21 | 矢崎総業株式会社 | 電力供給回路のオン故障検出装置 |
| DE102008045410B4 (de) * | 2007-09-05 | 2019-07-11 | Denso Corporation | Halbleitervorrichtung mit IGBT mit eingebauter Diode und Halbleitervorrichtung mit DMOS mit eingebauter Diode |
| FR2921773B1 (fr) * | 2007-10-02 | 2011-04-22 | Thales Sa | Circuit de protection pour mosfet |
| US8345428B2 (en) * | 2008-05-13 | 2013-01-01 | Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S | Data acquisition module and system |
| JP5724281B2 (ja) * | 2010-10-08 | 2015-05-27 | 富士電機株式会社 | パワー半導体デバイスの電流検出回路 |
| CN102709884B (zh) * | 2012-06-01 | 2015-01-21 | 深圳市朗科电器有限公司 | 一种具有过流保护功能的桥式lc谐振电路 |
| CN103731126B (zh) * | 2012-10-15 | 2016-12-21 | 中国北车股份有限公司 | Igbt转接板 |
| DE102014202611A1 (de) * | 2014-02-13 | 2015-08-13 | Robert Bosch Gmbh | Schaltungsanordnung und Verfahren zur Strommessung |
| US9788369B2 (en) * | 2014-07-28 | 2017-10-10 | Silergy Semiconductor Technology (Hangzhou) Ltd | LED driver and LED driving method |
| CN107395176B (zh) * | 2017-09-04 | 2023-10-13 | 云南电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种用于mos管的限流电路及mos开关装置 |
| CN111371080B (zh) * | 2018-12-25 | 2022-08-30 | 上海睿驱微电子科技有限公司 | 一种具有过流限制功能的设备及其构建方法 |
| TWI692175B (zh) * | 2019-06-27 | 2020-04-21 | 宏碁股份有限公司 | 電源控制電路與電源控制方法 |
| CN112311023B (zh) * | 2019-07-25 | 2022-10-21 | 宏碁股份有限公司 | 电源控制电路与电源控制方法 |
Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPH05315852A (ja) * | 1992-05-12 | 1993-11-26 | Fuji Electric Co Ltd | 電流制限回路および電流制限回路用定電圧源 |
| JP2837054B2 (ja) * | 1992-09-04 | 1998-12-14 | 三菱電機株式会社 | 絶縁ゲート型半導体装置 |
| JP3084982B2 (ja) * | 1992-11-25 | 2000-09-04 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
-
2000
- 2000-01-26 JP JP2000017216A patent/JP2001211059A/ja active Pending
-
2001
- 2001-01-25 US US09/768,605 patent/US6594131B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108470731A (zh) * | 2017-02-23 | 2018-08-31 | 丰田自动车株式会社 | 半导体装置 |
| JP2019080402A (ja) * | 2017-10-23 | 2019-05-23 | Kyb株式会社 | 電源制御装置 |
| KR20190048707A (ko) * | 2017-10-31 | 2019-05-09 | 현대오트론 주식회사 | 전력 반도체 칩 |
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