半导体元件的驱动装置的制作方法

本发明涉及对半导体元件进行驱动的驱动装置。

背景技术：

在三相逆变器等功率半导体装置中，设置有用于分别驱动多个半导体元件的多个驱动装置。各驱动装置具有下述FO功能，即，在通过半导体元件的状态监视(SC、OC、OT、UV等)而检测出错误信号的情况下，在半导体元件的动作的切断(错误保护动作)的同时，将异常状态向控制装置(MCU)侧进行通知(例如，参照专利文献1)。

图13是表示当前的半导体元件的驱动装置的图。图14是表示当前的半导体元件的驱动装置的动作的时序图。各驱动装置如果被从ERR端子输入了错误信号，则从FO端子向MCU输出识别信号。由于识别信号具有根据错误信号的种类而不同的脉冲宽度，因此能够在MCU侧对错误模式进行识别。另外，通过输入来自其他驱动装置的识别信号，由此检测到其他驱动装置进行错误保护动作，自身也进行错误保护动作。

专利文献1：日本特开2012-10544号公报

在当前的驱动装置中，通过相同的FO端子进行识别信号的输出和错误保护动作的检测。因此，如果根据错误信号的种类而决定识别信号的脉冲宽度，则不能进行与比该宽度长的错误信号相对应的错误保护动作。另一方面，如果使识别信号的脉冲宽度与错误信号的长度相一致，则不能在MCU侧对错误模式进行识别。

另外，在连续地被输入多个错误信号的情况下，识别信号发生混杂。例如，在由于控制电源下降保护动作(UV动作)，因而半导体元件的结温上升、进行了温度异常检测动作(OT动作)的情况下，针对哪个错误都进行保护动作。另一方面，作为识别信号，应当先行输出与成为错误的起因的UV动作相对应的识别信号。但是，由于与UV动作相对应的识别信号、与OT动作相对应的识别信号发生混杂，因此不能在MCU侧识别是何种错误。

另外，在3相逆变器系统等中，多个驱动装置的FO端子汇总为一个而与MCU连接。因此，如图14所示，如果在本相和他相连续地发生错误，则两相的识别信号发生混杂而不能在MCU侧对错误模式进行识别。

技术实现要素：

本发明就是为了解决上述课题而提出的，其目的在于得到一种半导体元件的驱动装置，该半导体元件的驱动装置能够与识别信号独立地进行错误保护动作，能够通过输出的识别信号而对错误模式进行识别。

本发明涉及的半导体元件的驱动装置对半导体元件进行驱动，所述半导体元件的驱动装置的特征在于，具有：识别信号生成电路，其生成根据输入来的错误信号的种类而不同的识别信号；保护动作信号生成电路，其生成具有所述错误信号和所述识别信号之中较长一方的脉冲宽度的保护动作信号；识别信号端子，其对所述识别信号进行输入输出；保护动作信号端子，其对所述保护动作信号进行输入输出；以及保护电路，其根据所述保护动作信号生成电路所生成的本相的保护动作信号以及从所述保护动作信号端子输入的他相的保护动作信号而进行错误保护动作。

发明的效果

在本发明中，生成具有错误信号和识别信号之中较长一方的脉冲宽度的保护动作信号。而且，将对识别信号进行输入输出的识别信号端子、和对保护动作信号进行输入输出的保护动作信号端子分开而构成。由此，能够与识别信号独立地进行错误保护动作。因此，还能够进行与比识别信号的脉冲宽度长的错误信号相对应的错误保护动作。另外，通过输出根据错误信号的种类而不同的识别信号，从而能够在MCU侧对错误模式进行识别。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式涉及的电力转换装置的图。

图2是表示本发明的实施方式涉及的半导体元件的驱动装置的图。

图3是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的图。

图4是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的动作的时序图。

图5是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的动作的时序图。

图6是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的动作的时序图。

图7是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的动作的时序图。

图8是表示本发明的实施方式涉及的定时器电路的第1例的图。

图9是表示本发明的实施方式涉及的定时器电路的第2例的图。

图10是表示本发明的实施方式涉及的定时器电路的第3例的图。

图11是表示本发明的实施方式涉及的他相识别信号优先电路的图。

图12是表示本发明的实施方式涉及的他相识别信号优先电路的动作的时序图。

图13是表示当前的半导体元件的驱动装置的图。

图14是表示当前的半导体元件的驱动装置的动作的时序图。

标号的说明

2a～2f半导体元件，3a～3f驱动装置，11识别信号生成电路，12他相识别信号优先电路，14保护动作信号生成电路，18保护电路，26定时器电路，30电容器

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式涉及的电力转换装置的图。电力转换装置主要具有逆变器1和驱动装置3a～3f，该驱动装置3a～3f分别驱动构成逆变器1的6个半导体元件2a～2f。

半导体元件2a～2f是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)。在与直流电源连接而被供给直流电力的正极侧线Lp与负极侧线Ln之间分别并联连接有半导体元件2a、2d的串联电路、半导体元件2b、2e的串联电路和半导体元件2c、2f的串联电路。续流二极管4a～4f分别与半导体元件2a～2f反向并联连接。

半导体元件2a、2b、2c分别设为U相、V相、W相而构成上桥臂UA，半导体元件2d、2e、2f分别设为X相、Y相、Z相而构成下桥臂LA。从半导体元件2a、2d的连接点、半导体元件2b、2e的连接点、半导体元件2c、2f的连接点输出3相交流电力，该3相交流电力被供给至电动机等交流负载。

在各半导体元件2a～2f设置有对在集电极-发射极之间流过的电流进行检测的电流感测用晶体管5、与各元件埋入至相同的芯片内的温度检测用二极管6。电流感测用晶体管5的集电极以及栅极与相对应的半导体元件的集电极以及栅极分别连接。

驱动装置3a～3f的结构彼此相同，具有：输入端子IN，其从外部的控制装置7(MCU)被输入栅极驱动用脉冲宽度调制信号；输出端子OUT，其将栅极驱动信号输出至相对应的半导体元件的栅极；错误端子ERR1、ERR2、ERR3；FO端子(识别信号端子)，其对识别信号进行输入输出；以及FO_T端子(保护动作信号端子)，其对保护动作信号进行输入输出。驱动装置3a～3f的FO端子汇总为一个而与控制装置7连接。驱动装置3a～3f的FO_T端子相互连接。

错误端子ERR1被输入向各驱动装置供给的驱动电源电压，错误端子ERR2与电流感测用晶体管5的发射极连接，错误端子ERR3与温度检测用二极管6的正极连接。

图2是表示本发明的实施方式涉及的半导体元件的驱动装置的图。输入电路8针对从输入端子IN输入的脉冲宽度调制信号进行波形整形等信号处理。放大器9对输入电路8的输出进行放大，作为栅极驱动信号而从输出端子OUT进行输出。

错误信号生成部10a、10b、10c根据从错误端子ERR1、ERR2、ERR3输入的信号而生成错误信号。具体而言，如果驱动电源电压下降至小于或等于规定电压，则错误信号生成部10a输出与电源电压下降保护(UV)相对应的错误信号。如果输入来的流过电流感测用晶体管5的电流大于或等于过电流阈值，则错误信号生成部10b输出与过电流保护(OC)以及短路保护(SC)相对应的错误信号。错误信号生成部10c基于温度检测用二极管6的端子间电压而检测芯片温度，如果检测出的芯片温度大于或等于规定过热阈值，则输出与过热保护(OT)相对应的错误信号。

识别信号生成电路11生成具有根据输入的错误信号的种类而不同的脉冲宽度(Duty)的识别信号。识别信号经由他相识别信号优先电路12以及晶体管13而从FO端子进行输出。

保护动作信号生成电路14生成具有错误信号和识别信号之中较长一方的脉冲宽度的保护动作信号。保护动作信号经由晶体管15而从FO_T端子进行输出。

从保护动作信号生成电路14输出的保护动作信号被输入至AND电路16，从FO_T端子输入的他相的保护动作信号也经由反相器17被输入至AND电路16。AND电路16的输出被输入至保护电路18。保护电路18根据保护动作信号生成电路14所生成的本相的保护动作信号以及从FO_T端子输入的他相的保护动作信号而进行半导体元件的动作的切断(错误保护动作)。

图3是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的图。错误信号ERR1、ERR2、ERR3分别经由AND电路19a、19b、19c以及反相器20a、20b、20c被输入至D触发器电路21a、21b、21c的T端子。在D触发器电路21a、21b、21c的D端子施加有高电平的电压。AND电路19a、19b、19c的输出和D触发器电路21a、21b、21c的输出被输入至OR电路22a、22b、22c。

D触发器电路21a、21b、21c的输出ff1d、ff2d、ff3d被输入至OR电路23，OR电路23的输出成为识别信号。OR电路22a、22b、22c的输出ff1q、ff2q、ff3q被输入至OR电路24，OR电路24的输出成为保护动作信号。

另外，ff1q被输入至OR电路25b、25c，ff2q被输入至OR电路25a、25c，ff3q被输入至OR电路25a、25b。OR电路25a、25b、25c的输出分别被反转输入至AND电路19a、19b、19c。定时器电路26在从输入了ff1d、ff2d、ff3d起经过规定时间之后，将重置信号输出至D触发器电路21a、21b、21c的R端子。

上述结构之中的OR电路22a、22b、22c、24与保护动作信号生成电路14相对应，其他结构与识别信号生成电路11相对应。在该识别信号生成电路11中，D触发器电路21a、21b、21c分别将错误信号ERR1、ERR2、ERR3作为边沿触发。定时器电路26根据D触发器电路21a、21b、21c的输出而开始动作，在经过规定时间之后，定时器电路26将D触发器电路21a、21b、21c重置。这样，识别信号生成电路11根据定时器电路26的输出而使识别信号的输出期间、即脉冲宽度变化。由此，生成具有根据错误信号ERR1、ERR2、ERR3的种类而不同的脉冲宽度的识别信号。

另外，在输出有作为保护动作信号的ff1q、ff2q、ff3q的任意者的情况下，通过由AND电路19a、19b、19c以及OR电路25a、25b、25c构成的优先电路，使得错误信号不被输入至与其他保护动作信号相对应的D触发器电路。因此，在与先输入的第1错误信号相对应的保护动作信号的输出过程中输入了第2错误信号的情况下，识别信号生成电路11不生成与第2错误信号相对应的识别信号。

图4～图7是表示本发明的实施方式涉及的识别信号生成电路以及保护动作信号生成电路的动作的时序图。如图4所示，如果输入了错误信号ERR1，则生成脉冲宽度t1的保护动作信号ff1q。如果在输出了保护动作信号ff1q之后输入了错误信号ERR2，则生成脉冲宽度t2的保护动作信号ff2q。

另一方面，如图5所示，即使在保护动作信号ff1q的输出过程中输入了错误信号ERR2，该错误信号ERR2也不被输入至D触发器电路21b，不生成与错误信号ERR2相对应的识别信号以及保护动作信号。

另外，如图6所示，在错误信号ERR1的脉冲宽度terr比与其相对应的识别信号ff1d的脉冲宽度t1短的情况下，生成与识别信号ff1d相同的脉冲宽度t1的保护动作信号ff1q。

另一方面，如图7所示，在错误信号ERR1的脉冲宽度terr比与其相对应的识别信号ff1d的脉冲宽度t1长的情况下，生成与错误信号ERR1相同的脉冲宽度terr的保护动作信号ff1q。因此，还能够进行与比识别信号的脉冲宽度长的错误信号相对应的错误保护动作。

图8是表示本发明的实施方式涉及的定时器电路的第1例的图。与错误信号相对应的ff1d、ff2d、ff3d被输入至OR电路27，OR电路27的输出被输入至NOR电路28。根据NOR电路28的输出，晶体管29将电容器30与接地点之间接通/断开。如果输入了ff1d、ff2d、ff3d的任意者，则晶体管29断开，电流源31开始对电容器30进行充电。比较器32输出直至电容器30的电压达到阈值电压V为止的时间。

在第1例中，选择器33根据错误信号的种类而选择对电容器30进行充电的电流源31的电流值。由此，能够生成具有根据错误信号的种类而不同的脉冲宽度的识别信号。另外，能够构成为仅通过电流镜部的变更即可实现电流值的选择，因此能够简化电路。

图9是表示本发明的实施方式涉及的定时器电路的第2例的图。在第2例的定时器电路26中，选择器34根据错误信号的种类而切换阈值电压V1、V2、V3。由此，能够生成具有根据错误信号的种类而不同的脉冲宽度的识别信号。另外，在比较器32的情况下，由于能够通过内部电源和电阻分割而在内部生成精度较高的阈值电压，因此能够提高识别信号的输出期间的精度。

图10是表示本发明的实施方式涉及的定时器电路的第3例的图。ff1d、ff2d、ff3d被输入至NOR电路35，根据NOR电路35的输出，晶体管29将三角波生成电路36与接地点之间接通/断开。如果输入了与错误信号相对应的ff1d、ff2d、ff3d的任意者，则晶体管29断开，三角波生成电路36所生成的基波从比较器32进行输出。T触发器电路37a、37b、37c将该基波进行分频。选择器38根据错误信号的种类而切换分频比N，输出分频后的脉冲信号。由此，由于即使在基波发生了波动的情况下也能够生成N倍于基波的脉冲宽度，因此能够得到对工艺波动的抗性强且相对精度高的输出。

图11是表示本发明的实施方式涉及的他相识别信号优先电路的图。这里，将驱动装置3a～3f的任意2个作为A相和B相的驱动装置而进行例示。另外，将驱动装置内除了他相识别信号优先电路12周边的结构以外的部分省略。

上升沿检测部38对应于本相的识别信号的上升沿而输出单触发脉冲。下降沿检测部39对应于本相的识别信号的下降沿而输出单触发脉冲。上升沿检测部38的输出被输入至OR电路40，下降沿检测部39的输出也经由AND电路41被输入至OR电路40。经由FO端子而输入的他相的识别信号被输入至D触发器电路42的D端子，并且经由反相器43被输入至AND电路41。OR电路40的输出被输入至D触发器电路42的T端子。通过D触发器电路42的输出而使晶体管13接通/断开。

图12是表示本发明的实施方式涉及的他相识别信号优先电路的动作的时序图。在从FO端子输入有他相的识别信号的情况下，D端子输入变为低电平，因此即使从上升沿检测部38将单触发脉冲输入至T端子，也没有来自D触发器电路42的Q端子的输出。因此，他相识别信号优先电路12在从FO端子输入有他相的识别信号的状态下，不使本相的识别信号从FO端子进行输出。

如以上说明所示，在本实施方式中，生成具有错误信号和识别信号之中较长一方的脉冲宽度的保护动作信号。而且，将对识别信号进行输入输出的FO端子、和对保护动作信号进行输入输出的FO_T端子分开而构成。由此，能够与识别信号独立地进行错误保护动作。因此，还能够进行与比识别信号的脉冲宽度长的错误信号相对应的错误保护动作。另外，通过输出具有根据错误信号的种类而不同的脉冲宽度的识别信号，从而能够在MCU侧对错误模式进行识别。

另外，在与先输入的第1错误信号相对应的保护动作信号的输出过程中输入了第2错误信号的情况下，识别信号生成电路11不生成与第2错误信号相对应的识别信号。由此，由于即使在本相内连续地发生了多个错误的情况下，与它们相对应的识别信号也不会发生混杂，因此能够在MCU侧对错误模式进行识别。

另外，他相识别信号优先电路12在从FO端子输入有他相的识别信号的状态下，不使本相的识别信号从FO端子进行输出。即，如果处于从他相输出有识别信号的状态，则抑制来自本相的识别信号的输出。由此，由于即使在本相和他相连续地发生错误的情况下两相的识别信号也不会发生混杂，因此能够在MCU侧对错误模式进行识别。

另外，由于在识别信号生成电路11中识别信号的脉冲宽度的变更能够通过定时器电路而实现，因此能够简化电路。