用于半导体开关元件的驱动电路和具有驱动电路的半导体开关元件模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本公开内容涉及根据从外部设备接收到的驱动控制信号来向半导体开关元件的传导控制端子提供驱动信号的驱动电路，以及具有该驱动电路和该半导体开关元件的半导体开关元件模块。
【背景技术】
[0002]例如，为了对流过半导体开关元件(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT))的电流进行检测，公知的是采用具有主IGBT和感测IGBT的元件来检测电流。通常，在主IGBT中流动的电流和在感测IGBT中流动的电流的比率大量变化。如果直接使用由感测IGBT所检测到的电流，则检测值也大量变化。
[0003]当基于这种电流大量变化来执行主IGBT的过电流保护时，有必要将电流的最差值估计为较大的值。IGBT的元件尺寸需要根据最差值来选择，以具有到击穿的裕度。例如，JP 2013-198185A(其对应于US 2013/0242438 A1)公开了用于检测开关元件中过电流的结构的示例。
【发明内容】
[0004]例如，存在根据在每个IGBT中实际检测到的电流值来校正设定到驱动电路的过电流检测阈值的方法。然而，在这种情况中，必须控制每个IGBT和连接到每个IGBT的驱动电路以具有一种关系，并且因此控制是复杂的。此外，如果错误地形成IGBT与驱动电路之间的关系，则以后很难校正错误的关系。另外，在获取数据时的测量环境和当使用时的工作环境随着产品可能不同。此外，驱动电路可能具有特性偏差，并且当IGBT和驱动电路被集成为模块时，可能发生由于结构而引起的寄生组件。这种环境的不同、驱动电路的特性偏差以及寄生组件可能引起错误。
[0005]本公开内容的目的是提供用于半导体开关元件的驱动电路，其能够根据个体半导体开关元件的特性来调整阈值以适当地检测半导体开关元件中的过电流。本公开内容的另一个目的是提供包括驱动电路和半导体开关元件的半导体开关模块。
[0006]根据本公开内容的第一个方面，驱动电路用于根据通过输入端子从外部设备接收到的驱动控制信号来向半导体开关元件的传导控制端子提供驱动信号。驱动电路包括比较器、阈值电压设定设备、非易失性储存器、模式判断电路和阈值电压控制设备。比较器将根据当半导体开关元件导通时生成的电流所转换的电压与阈值电压进行比较，并输出过电流检测信号。阈值电压设定设备变化地设定阈值电压。非易失性储存器储存对应于阈值电压的数据。模式判断电路判断通过输入端子从外部设备接收到的输入信号是驱动控制信号还是特定模式切换信号。当模式判断电路判定输入信号是特定模式切换信号时，阈值电压控制设备被激活。在半导体开关元件的传导端子之间外部供应恒定电流的状态下，在所述半导体开关元件被导通的时间段中，通过所述阈值电压设定设备来控制所述阈值电压连续变化。阈值电压控制设备将对应于比较器的输出信号由于阈值电压被改变而改变的时间点的阈值电压的数据储存在储存器中。此外，当模式判断电路判定输入信号是驱动控制信号时，阈值电压控制设备基于储存在储存器中的数据来读出阈值电压，并允许阈值电压设定设备将所读出的阈值电压设定到比较器。
[0007]在这种结构中，当能够在半导体开关元件的传导端子之间供应恒定电流的状态下输入模式切换信号时，阈值电压控制设备根据半导体开关元件的特性来自动确定适当的阈值电压，并将所确定的阈值电压储存到储存器。当输入驱动控制信号时，阈值电压控制设备从储存器读出阈值电压，并将该阈值电压设定到比较器。因此，可以根据实际所使用的半导体开关元间的特性或者其工作环境来适当地设定用于过电流检测的阈值电压。
[0008]根据本公开内容的第二个方面，驱动电路用于根据通过输入端子从外部设备接收到的驱动控制信号来向半导体开关元件的传导控制端子提供驱动信号。驱动电路包括A/D转换器、比较器、非易失性储存器和模式判断电路。A/D转换器将根据半导体开关元件导通时所生成的电流而转换的电压转换成数字数据。比较器将数字数据与阈值数据进行比较，并输出过电流检测信号。非易失性储存器储存阈值数据。模式判断电路判断通过输入端子从外部设备所接收到的输入信号是驱动控制信号还是特定模式切换信号。当模式判断电路判定输入信号是特定模式切换信号时，在半导体开关元件的传导端子之间外部供应恒定电流的状态下，在半导体开关元件导通的时间段中，储存器储存通过A/D转换器所转换的数字数据。当输入信号是驱动控制信号时，比较器将由A/D转换器所转换的数字数据与储存在储存器中的阈值数据进行比较。
[0009]在这种结构中，当能够在半导体开关元件的传导端子之间供应恒定电流的状态下输入模式切换信号时，根据半导体开关元件的特性来自动确定适当的阈值电压，并将该阈值电压储存在储存器中。当输入驱动控制信号时，将储存在储存器中的阈值电压设定到比较器。因此，可以根据实际所使用的半导体开关元件的特性或者其工作环境来适当地设定用于过电流检测的阈值电压。
【附图说明】
[0010]根据下面参照附图所作出的详细描述，本公开内容的以上和其它目的、特征和优势将变得更显而易见，在附图中，相似的部分由相似的附图标记来标识，并且其中:
[0011]图1是根据本公开内容的第一实施例的IGBT模块的示意性框图；
[0012]图2A是IGBT模块在扫描电路执行扫描操作的状态下的示意性框图；
[0013]图2B是示出了扫描操作中的时序图的图示；
[0014]图3A是根据第一实施例的正常栅极信号的波形图；
[0015]图3B是根据第一实施例的模式切换信号的示例的波形图；
[0016]图3C是根据第一实施例的模式切换信号的另一个示例的波形图；
[0017]图4A是根据第一实施例的IGBT模块的模式判断电路的示意性框图；
[0018]图4B是示出了根据第一实施例的模式切换信号的内部时钟信号和数据方式的图示;
[0019]图5是示出了根据第一实施例的包括扫描操作的过程的流程图；
[0020]图6是根据本公开内容的第二实施例的IGBT模块的示意性框图；
[0021]图7是示出了根据第二实施例的施加到IGBT模块的输入端的写高电压以及开关操作的时序图；
[0022]图8是根据本公开内容的第三实施例的IGBT模块的示意性框图；
[0023]图9是示出了根据第三实施例的包括扫描操作的过程的流程图；
[0024]图10是根据本公开内容的第四实施例的IGBT模块的示意性框图；以及
[0025]图11是示出了根据第四实施例的阈值数据的过程的流程图。
【具体实施方式】
[0026](第一实施例)
[0027]如在图1中所示出的，本实施例的IGBT模块1是将作为半导体开关元件的IGBT 2以及作为驱动电路的驱动器1C 3集成到其中的模块。IGBT 2的集电极和发射极分别连接到IGBT模块1的外部端子C和E。IGBT 2包括用于感测电流的感测IGBT。感测IGBT的发射极通过电阻元件4连接到外部端子E