DE112015000270T5

DE112015000270T5 - Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE112015000270T5
Application number: DE112015000270.7T
Authority: DE
Inventors: Masashi AKAHANE
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2015-05-25
Publication date: 2016-09-29
Also published as: WO2016009719A1; JP6217862B2; JPWO2016009719A1; CN105940607B; CN105940607A; US10374592B2; US20160322966A1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält eine erste Schaltung (eine oberseitige Schaltung), welche mit einem ersten Potential VS als ein Bezugspotential arbeitet, und eine zweite Schaltung (eine unterseitige Schaltung), welche mit einem zweiten, von dem ersten Potential VS verschiedenen Potential GND als ein Bezugspotential arbeitet, wobei zuverlässig erfasst wird, ob eine negative Spannung an der ersten Schaltung anliegt. Eine Stromquelle ist in der oberseitigen Schaltung vorgesehen. Die Stromquelle führt der unterseitigen Schaltung einen Strom zu und verändert den Strom als Reaktion darauf, ob das erste Potential VS bezüglich des zweiten Potentials GND wird zu einer negativen Spannung oder nicht. Außerdem ist eine Negativspannung-Erfassungsschaltung in der unterseitigen Schaltung vorgesehen. Die Negativspannung-Erfassungsschaltung überwacht eine Veränderung des von der Stromquelle zugeführten Stroms und erfasst, ob eine negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die zum Beispiel eine oberseitige Schaltung und eine unterseitige Schaltung enthält, welche eine ergänzende Ein/Aus-Ansteuerung von eine Halbbrückenschaltung bildenden ersten und zweiten Halbleiterschaltelementen steuern, und welche insbesondere eine negative Spannung zuverlässig erfassen kann, die an der oberseitigen Schaltung angelegt wird, wenn das erste Halbleiterschaltelement ausschaltet.
Stand der Technik
Eine einen Industriemotor oder einen Server antreibende Leistungsversorgung ist bekannt, welche ein erstes und ein zweites Halbleiterschaltelement enthält, die zum Bilden einer Halbbrückenschaltung in Reihe geschaltet sind, und welche von dem Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung aus eine Last, wie zum Beispiel den Motor, mit Leistung versorgt. Das erste und das zweite Halbleiterschaltelement dieser Art von Leistungsversorgung sind jeweils zum Beispiel aus einem IGBT oder einem Hochspannungs-Leistungs-MOSFET gebildet. Insbesondere wird das erste Halbleiterschaltelement auf der Hochpotentialseite mit einer ersten Spannung, welche ein Mittelpunktpotential der Halbbrückenschaltung ist, als Bezugspotential Ein/Aus angesteuert. Außerdem wird das zweite Halbleiterschaltelement mit einer zweiten Spannung, die geringer als die erste Spannung ist, insbesondere einem Massepotential, als Bezugspotential Ein/Aus angesteuert. Ferner schalten das erste und das zweite Halbleiterschaltelement, die komplementär Ein/Aus angesteuert werden, eine vorbestimmte, an der Halbbrückenschaltung angelegte Spannung und versorgen die Last mit Leistung.
Dabei wird die komplementäre Ein-/Aus-Ansteuerung des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements im Allgemeinen unter Verwendung einer Halbleitervorrichtung durchgeführt, welche eine hochspannungskompatible integrierte Schaltung bildet, die auch als so genannte HVIC (integrierte Hochspannungsschaltung) bezeichnet wird. Diese Art von Halbleitervorrichtung enthält zum Beispiel eine erste Schaltung, welche als die oberseitige Schaltung mit der ersten Spannung als Bezugspotential arbeitet, und eine zweite Schaltung, welche als die unterseitige Schaltung mit der von der ersten Spannung verschiedenen zweiten Spannung als Bezugspotential arbeitet. Genauer ausgedrückt konfiguriert die erste Schaltung eine erste Ansteuerschaltung, die das erste Halbleiterschaltelement Ein/Aus ansteuert. Außerdem konfiguriert die zweite Schaltung eine zweite Ansteuerschaltung, die das zweite Halbleiterschaltelement Ein/Aus ansteuert.
Nachdem die Halbleitervorrichtung in der unterseitigen Schaltung ein Niedrigpotential-Steuerungssignal empfängt, das von einer Steuereinheit wie zum Beispiel einem Mikrocomputer abgegeben wurde, welcher die Steuerung des gesamten Systems dominiert, überträgt sie das Steuerungssignal an die erste und die zweite Ansteuerschaltung, um dadurch den Betrieb der Halbleitervorrichtung zu steuern. Genauer ausgedrückt steuert die Halbleitervorrichtung die zweite Ansteuerschaltung gemäß dem Steuerungssignal an und steuert die erste Ansteuerschaltung durch Pegelverschiebung des Steuerungssignals an, insbesondere durch stufenweises Anheben des Steuerungssignals auf ein hohes Potential, und Übertragen des Hochpotential-Steuerungssignals an die oberseitige Schaltung.
Die Halbleitervorrichtung enthält sowohl in der oberseitigen Schaltung als auch in der unterseitigen Schaltung eine Anomalie-Erkennungsschaltung, welche anomale Wärmeerzeugung, Überstrom oder dergleichen des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements erfasst. Die Halbleitervorrichtung verschiebt den Pegel eines Anomaliesignals, beispielsweise anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom, das in der oberseitigen Schaltung erfasst wird, genauer gesagt stuft sie das Anomaliesignal auf ein niedriges Potential herunter, und überträgt das Niedrigpotential-Anomaliesignal an die unterseitige Schaltung. Ferner steuert eine in der unterseitigen Schaltung vorgesehene Steuerungsschaltung durch Stoppen der Übertragung des Steuerungssignals an die erste und die zweite Ansteuerschaltung das Stoppen des Betriebes der Halbleitervorrichtung, wenn ein Anomaliesignal, wie zum Beispiel anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom, erfasst wird. Des Weiteren gibt eine in der unterseitigen Schaltung vorgesehene Alarmausgabeschaltung ein Alarmsignal aus, wenn eine Anomalie, wie zum Beispiel anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom, erfasst wird, und benachrichtigt die Steuereinheit, wie etwa einen Mikrocomputer. Wenn die Steuereinheit das Alarmsignal empfängt, verändert sie die Steuerung der Halbleitervorrichtung oder stoppt die Ansteuerung der Halbleitervorrichtung und schützt dadurch das gesamte System.
Wenn indessen das erste Halbleiterschaltelement auf der Hochpotentialseite der Halbbrückenschaltung ausschaltet, kann es manchmal vorkommen, dass aufgrund der in einer Last wie zum Beispiel dem Motor enthaltenen Induktivität ein negativer Spannungsstoß an der Halbleitervorrichtung angelegt wird. Der negative Spannungsstoß ist das Phänomen, bei dem das durch das Mittelpunktpotential der Halbbrückenschaltung definierte Bezugspotential der Halbbrückenschaltung momentan niedriger als das Massepotential wird, welches das Bezugspotential der unterseitigen Schaltung ist. Daraufhin fließt aufgrund des negativen Spannungsstoßes ein hoher Strom von einem Massepotentialanschluss in die Halbleitervorrichtung und es wird befürchtet, dass die Halbleitervorrichtung aufgrund des hohen Stroms ausfällt.
Um diese Art von Ausfall der Halbleitervorrichtung aufgrund des negativen Spannungsstoßes zu verhindern, ist zum Beispiel in PTL 1 offenbart, dass eine Diode zwischen einem Mittelpunktpotentialanschluss, welcher die erste Spannung in der Halbleitervorrichtung definiert, und dem Massepotentialanschluss, welcher die zweite Spannung festlegt, antiparallel vorgesehen ist, und dass das Potential des negativen Spannungsstoßes durch die Diode geklemmt wird. Des Weiteren ist in PTL 2 offenbart Aufbau einer Einrichtung zu verbessern, welche selbst die Halbleitervorrichtung konfiguriert, wodurch die Durchbruchstoßspannung verbessert und die Halbleitervorrichtung geschützt wird. Des Weiteren ist in PTL 3 offenbart, dass der von dem Massepotentialanschluss in die Halbleitervorrichtung fließende Strom von einem Widerstandselement unterdrückt wird, wodurch der Strom beim Eintreten des negativen Spannungsstoßes begrenzt und die Halbleitervorrichtung geschützt wird.
Druckschriftenverzeichnis
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-2010-263116
PTL 2: JP-A-2004-349296
PTL 3: JP-A-2001-210792

Kurzbeschreibung der Erfindung
Technisches Problem
Allerdings ist die vorstehend beschriebene, jeweils in PTL 1, 2 und 3 offengelegte Methode eine Technik, welche lediglich die Effekte des negativen Spannungsstoßes auf die Halbleitervorrichtung mildert und dadurch die Halbleitervorrichtung schützt. Das heißt, dass keine der Methoden eine Technik des Erfassens des Eintretens des an der Halbleitervorrichtung angelegten negativen Spannungsstoßes selbst ist. Daher ist es auch bei Anwendung dieser Methoden nicht möglich, die Halbleitervorrichtung und das gesamte System einschließlich des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements und darüber hinaus der Last beim Eintreten des negativen Spannungsstoßes zuverlässig zu schützen.
Dadurch, dass es möglich ist, das Eintreten des an der Halbleitervorrichtung angelegten negativen Spannungsstoßes zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen anomalen Wärmeerzeugung oder dem Überstrom in dem ersten und dem zweiten Halbleiterschaltelement schnell zu erfassen, ist es möglich, die Steuereinheit über das Alarmsignal zu benachrichtigen, bevor die Halbleitervorrichtung aufgrund des negativen Spannungsstoßes ausfällt. Ferner ist es durch Verändern der Steuerung der Halbleitervorrichtung mit der Steuereinheit oder Stoppen der Ansteuerung der Halbleitervorrichtung oder darüber hinaus durch Verändern des Betriebsmodus des Systems möglich, das gesamte System wirksam zu schützen, auch wenn der negative Spannungsstoß stattfindet.
Aufgabe der Erfindung, welche unter Berücksichtigung dieser Art von Situation erzielt wurde, ist es, eine Halbleitervorrichtung bereitzustellen, welche ein Eintreten eines an einer oberseitigen Schaltung angelegten negativen Spannungsstoßes schnell erfassen und zum Beispiel thermischen Durchbruch aufgrund des negativen Spannungsstoßes verhindern kann.
Problemlösung
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe enthält eine Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung eine erste Schaltung, welche mit einer ersten Spannung als Bezugspotential arbeitet, und eine zweite Schaltung, welche mit einer von der ersten Spannung verschiedenen zweiten Spannung als Bezugsspannung arbeitet. Insbesondere ist die Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltung eine Stromquelle vorgesehen ist, welche einen der zweiten Schaltung zuzuführenden Strom in Reaktion darauf verändert, ob die erste Spannung bezüglich der ersten Spannung eine negative Spannung wird oder nicht, und dass in der zweiten Schaltung eine Negativspannung-Erfassungsschaltung vorgesehen ist, welche eine Veränderung des von der Stromquelle zugeführten Stroms überwacht und erfasst, ob die negative Spannung an der ersten Schaltung anliegt.
Die Stromquelle ist derart konfiguriert, dass sie einen vorbestimmten Strom der zweiten Schaltung zuführt, wenn die erste Spannung größer als die zweite Spannung ist, und die Richtung des der zweiten Schaltung zuzuführenden Stroms umkehrt, wenn die erste Spannung niedriger als die zweite Spannung ist. Des Weiteren ist die Negativspannung-Erfassungsschaltung derart konfiguriert, dass sie, wenn sich die Richtung des von der Stromquelle zugeführten Stroms ändert, die Änderung als die an der ersten Schaltung angelegte negative Spannung erfasst.
Genauer gesagt ist die erste Schaltung eine oberseitige Schaltung, welche einen Ein/Aus-Betrieb eines Halbleiterschaltelements mit einer höheren Spannung als einem an einem Anschluss aufgenommenen Massepotential steuert, während die zweite Schaltung eine unterseitige Schaltung ist, welche mit dem Massepotential als Bezugspotential arbeitet.
Bevorzugt enthält die erste Schaltung eine erste Ansteuerschaltung, die den Betrieb des Halbleiterschaltelements steuert, das mit dem intermediären Potential als Bezug Ein/Aus schaltet. Zum Beispiel wird die erste Schaltung aus einer Schaltung gebildet, die einen durch einen Reaktor über ein Halbleiterschaltelement fließenden Strom Ein/Aus schaltet und einen Ein/Aus-Betrieb des Halbleiterschaltelements in einem Wandler steuert, der die über den Reaktor an eine Last zuzuführende Leistung erzeugt.
Alternativ sind die erste und die zweite Schaltung in einer hochspannungskompatiblen integrierten Schaltung integriert, welche eine Ein/Aus-Ansteuerung des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements komplementär steuert, die in Reihe geschaltet sind, so dass sie eine Halbbrückenschaltung bilden und einen Leistungsquellenabschnitt konfigurieren, der die Leistung von dem Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung der Last zuführt.
In diesem Fall ist zum Beispiel die erste Schaltung aus einer oberseitigen Schaltung gebildet, die eine erste Ansteuerschaltung enthält, die das erste Halbleiterschaltelement ansteuert, welches mit dem intermediären Potential, das das Potential des Mittelpunkts der Halbbrückenschaltung ist, als Bezug Ein/Aus schaltet. Außerdem ist die zweite Schaltung aus einer unterseitigen Schaltung gebildet, die eine zweite Ansteuerschaltung enthält, die das zweite Halbleiterschaltelement ansteuert, welches mit dem Massepotential als Bezug Ein/Aus schaltet.
Die erste Ansteuerschaltung in der oberseitigen Schaltung kann als ein Teil der ersten Schaltung eingebaut sein und die zweite Ansteuerschaltung in der unterseitigen Schaltung kann ebenfalls als ein Teil der zweiten Schaltung eingebaut sein.
Dabei ist die Stromquelle hauptsächlich beispielsweise aus einem Hochspannungs-MOSFET konfiguriert, dessen Source mit einer vorbestimmten Spannungs-Leistungsquelle verbunden ist und welcher beim Empfangen einer vorbestimmten Vorspannung an dem Gate arbeitet und einen konstanten Strom von dem Drain ausgibt. Des Weiteren wird die Negativspannung-Erfassungsschaltung so verwirklicht, dass diese zum Beispiel eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung, welche den von der Stromquelle zugeführten Strom in eine Spannung wandelt, und einen Komparator enthält, der die Ausgabespannung der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung mit einer vorbestimmten Bezugsspannung vergleicht und eine an der ersten Schaltung anliegende negative Spannung erfasst.
Genauer gesagt ist die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung derart konfiguriert, dass sie zum Beispiel ein Widerstandselement, welches den von der Stromquelle zugeführten Strom in eine Spannung wandelt, und eine Klemmschaltung enthält, welche mit dem Widerstandselement parallelgeschaltet ist und eine am Widerstandselement angelegte Spannung klemmt. Alternativ kann die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung derart konfiguriert sein, dass sie zum Beispiel eine Stromspiegelschaltung, welche einen Strom proportional zu dem von der Stromquelle zugeführten Strom erzeugt, ein Widerstandselement, welches einen von der Stromspiegelschaltung ausgegebenen Strom in eine Spannung wandelt, und eine Klemmschaltung enthält, welche parallel zur Stromspiegelschaltung geschaltet ist und eine an die Stromspiegelschaltung angelegte Spannung klemmt.
Dabei ist die Klemmschaltung aus einer Zener-Diode gebildet. Alternativ ist die Klemmschaltung derart konfiguriert, dass sie eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zener-Dioden und eine zu einer Reihenschaltung der Zener-Dioden antiparallel geschaltete Diode enthält.
Vorzugsweise ist die Negativspannung-Erfassungsschaltung so konfiguriert, dass sie beim Erfassen einer an der ersten Schaltung angelegten negativen Spannung ein Stoppsignal ausgibt, welches die Ansteuerung eines von der ersten Schaltung Ein/Aus gesteuerten Halbleiterschaltelements stoppt. Ferner ist die zweite Schaltung so konfiguriert, dass sie zum Beispiel eine Alarmausgabeschaltung enthält, welche dann, wenn ein Signal von der Negativspannung-Erfassungsschaltung für eine vorbestimmte Zeit ausgegeben wird, ein Alarmsignal nach außen ausgibt, welches eine Anomalie eines Halbleiterschaltelements anzeigt, dessen Ansteuerung von der ersten Schaltung gesteuert wird.
Vorteilhafte Auswirkung der Erfindung
Gemäß der Halbleitervorrichtung der vorstehend beschriebenen Konfiguration führt in einem Zustand, in dem eine positive Spannung an der ersten Schaltung (oberseitigen Schaltung) anliegt, eine in der oberseitigen Schaltung vorgesehene Stromquelle einen Strom zur zweiten Schaltung (unterseitigen Schaltung). Ferner fließt dann, wenn eine negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt, ein Strom in die entgegengesetzte Richtung von der unterseitigen Schaltung zur Stromquelle. Als Ergebnis davon kann die in der unterseitigen Schaltung vorgesehene Negativspannung-Erfassungsschaltung aus einem Stromrichtungswechsel einen Zustand schnell und zuverlässig erfassen, in dem die negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt. Genauer gesagt ist es, da die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung eine der Stromrichtung entsprechende Spannung ausgibt, durch das Erfassen der Ausgabespannung der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung mit einem Komparator möglich, schnell und einfach den Zustand zu erfassen, in dem die negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt.
Dabei ist es relativ einfach, die Stromquelle zu realisieren, indem die gleiche Art von Hochspannungs-p-MOSFET verwendet wird, wie sie in einer in der oberseitigen Schaltung vorgesehenen Pegelumsetzerschaltung verwendet wird, welche den Pegel eines Signals der oberseitigen Schaltung wandelt und der unterseitigen Schaltung das Signal zuführt. Zum Beispiel ist die Stromquelle derart konfiguriert, dass eine Gate-Spannung, die in einem Normalzustand, in dem kein negativer Spannungsstoß stattfindet, in einen Ein-Zustand kommt, an den Hochspannungs-p-MOSFET angelegt wird. Daraufhin kann die Stromquelle von der oberseitigen Schaltung der unterseitigen Schaltung einen Mikrostrom in dem Zustand zuführen, in dem die positive Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt.
Des Weiteren kann die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung mit einer relativ einfachen Konfiguration realisiert werden, indem ein Widerstandselement verwendet wird, das den von der Stromquelle zugeführten Strom in eine Spannung wandelt, und eine Klemmschaltung, die aus einer Zener-Diode gebildet ist, welche parallel zum Widerstandselement geschaltet ist und eine an dem Widerstandselement anliegende Spannung klemmt. Dadurch, dass eine durch den Stromwert der Stromquelle definierte Spannung und der Widerstandswert des Widerstandselements größer oder gleich der Klemmspannung der Zener-Diode eingestellt wird, ist es möglich, die von dem Widerstandselement gewandelte Spannung auf die Klemmspannung konstant zu halten.
Wenn ferner die negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt, fließt ein Strom von der unterseitigen Schaltung in die entgegengesetzte Richtung zu dem die Stromquelle konfigurierenden p-MOSFET. Dabei ist die Zener-Diode in Durchlassrichtung auf eine niedrige Impedanz vorgespannt und die Kathodenspannung der Zener-Diode wird zu einer negativen Spannung. Somit wird es aufgrund des Widerstandselements und der Zener-Diode möglich, dass der Zustand, in dem die negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt, einfach und zuverlässig erfasst werden kann.
Gemäß der Halbleitervorrichtung der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist es somit möglich, schnell, einfach und zuverlässig den Zustand zu erfassen, in dem die negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt. Daher ist es möglich, das gesamte System beispielweise durch Erfassen des Zustands, in dem die negative Spannung an der oberseitigen Schaltung anliegt, und Stoppen der Ansteuerung der oberseitigen Schaltung wirksam zu schützen oder des Weiteren ein Alarmsignal auszugeben, bevor die Halbleitervorrichtung aufgrund eines negativen Spannungsstoßes ausfällt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schaubild, das eine schematische Konfiguration des Hauptteils und einer umliegenden Schaltung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
2 ist ein Schaubild, das Konfigurationsbeispiele einer in einer oberseitigen Schaltung vorgesehenen Stromquelle und einer in einer unterseitigen Schaltung vorgesehenen Negativspannung-Erfassungsschaltung darstellt.
3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung eines Betriebes der Negativspannung-Erfassungsschaltung.
4 ist ein Schaubild, das andere Konfigurationsbeispiele der in der oberseitigen Schaltung vorgesehenen Stromquelle und der in der unterseitigen Schaltung vorgesehenen Negativspannung-Erfassungsschaltung darstellt.
5 ist ein Schaubild, das ein Beispiel für einen Zustandsübergang des gesamten Systems darstellt.
6 ist ein Schaubild, das andere Konfigurationsbeispiele eines Leistungswandlers darstellt, dessen Ansteuerung von der Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung gesteuert wird.
7 ist ein Schaubild, das andere Konfigurationsbeispiele der Stromquelle darstellt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird anhand der Zeichnungen eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
1 ist ein Schaubild, das eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und eine umliegende Schaltung derselben darstellt. Die Halbleitervorrichtung gemäß der Ausführungsform wird in Form einer integrierten Hochspannungsschaltung HVIC realisiert, welche eine Ein/Aus-Ansteuerung des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 komplementär steuert, die in Reihe geschaltet sind, so dass sie eine Halbbrückenschaltung bilden.
Dabei sind das erste und das zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 zum Beispiel jeweils aus einem IGBT gebildet, der einen Stromerfassungs-Emitter enthält. Das erste und das zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 werden komplementär Ein/Aus angesteuert, wenn sie an ihren jeweiligen Gates Ansteuersignale HO und LO empfangen, die von einer Halbleitervorrichtung 1 gemäß der Erfindung ausgegeben werden, die als die integrierte Hochspannungsschaltung HVIC realisiert wurde. Ferner schalten das erste und das zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 eine von einer Gleichstrom-Leistungsquelle BAT zugeführte vorbestimmte Spannung HV und führen dadurch einer Last RL, wie zum Beispiel einem Motor, eine vorbestimmte Leistung von dem Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung zu.
Das erste Halbleiterschaltelement UD1 arbeitet so, dass es mit einem ersten Potential VS als ein Bezugspotential schaltet, welches ein Mittelpunktpotential (intermediäres Potential) der Halbbrückenschaltung ist. Des Weiteren arbeitet das zweite Halbleiterschaltelement LD1 so, dass es mit einem zweiten Potential GND als Bezugspotential schaltet, welches als ein Massepotential definiert ist. Somit wird das das erste Halbleiterschaltelement UD1 Ein/Aus ansteuernde Ansteuersignal HO als ein Impulssignal mit dem ersten Potential VS als Bezug von der Halbleitervorrichtung 1 ausgegeben. Des Weiteren wird das das zweite Halbleiterschaltelement LD1 Ein/Aus ansteuernde Ansteuersignal LO als ein Impulssignal mit dem zweiten Potential GND als Bezug von der Halbleitervorrichtung 1 ausgegeben.
Die Halbleitervorrichtung 1, welche die Ein-/Aus-Ansteuerung des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 wie vorstehend beschrieben komplementär steuert, enthält in diesem Beispiel eine erste Ansteuerschaltung 11, die das Ansteuersignal HO ausgibt, und eine zweite Ansteuerschaltung 21, die das Ansteuersignal 10 ausgibt. Die erste Ansteuerschaltung 11 ist in einer oberseitigen Schaltung 10 vorgesehen, welche in der Halbleitervorrichtung 1 mit dem ersten Potential VS als Bezugspotential arbeitet. Außerdem ist die zweite Ansteuerschaltung 21 in einer unterseitigen Schaltung 20 vorgesehen, welche in der Halbleitervorrichtung 1 mit dem zweiten Potential GND als Bezugspotential arbeitet.
Dabei ist die oberseitige Schaltung 10 in einem oberseitigen Bereich für eine Hochspannungsschaltung gebildet, welche in der Halbleitervorrichtung 1 eingesetzt ist. Ferner arbeitet die oberseitige Schaltung 10 nach dem Empfangen einer von einer Gleichstrom-Leistungsquelle V1 angelegten vorbestimmten Leistungsquellenspannung VB mit dem ersten Potential VS als Bezugspotential, welches als das Mittelpunktpotential der Halbbrückenschaltung festgelegt ist. Außerdem ist die unterseitige Schaltung 20 in einem unterseitigen Bereich für eine Niedrigspannungsschaltung gebildet, welche in der Halbleitervorrichtung 1 eingesetzt ist. Ferner arbeitet die unterseitige Schaltung 20 nach dem Empfangen einer von einer Gleichstrom-Leistungsquelle V2 angelegten vorbestimmten Leistungsquellenspannung VCC mit dem zweiten Potential GND als Bezugspotential, welches als das Massepotential festgelegt ist.
Die Halbleitervorrichtung 1, welche die erste Ansteuerschaltung 11 in der oberseitigen Schaltung 10 und die zweite Ansteuerschaltung 21 in der unterseitigen Schaltung 20 enthält, arbeitet auf diese Weise im Wesentlichen nach dem Empfangen eines von einer Steuereinheit CONT wie zum Beispiel einem Mikrocomputer ausgegebenen Niedrigpotential-Steuersignals IN. Genauer gesagt verschiebt die Halbleitervorrichtung 1 den Pegel des Steuersignals IN auf ein Hochpotentialsignal und überträgt das Signal an eine in der oberseitigen Schaltung 10 vorgesehene erste Steuerschaltung 12. Außerdem überträgt die Halbleitervorrichtung 1 das Steuersignal IN an eine in der unterseitigen Schaltung 20 vorgesehene zweite Steuerschaltung 22. Ferner erzeugt die Halbleitervorrichtung 1 die Ansteuersignale HO und LO jeweils durch Ansteuern der ersten und der zweiten Ansteuerschaltung 11 und 21 mittels der ersten und der zweiten Steuerschaltung 12 und 22. Das erste und das zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 werden durch die von der Halbleitervorrichtung 1 auf diese Weise erzeugten Ansteuersignale HO und LO komplementär Ein/Aus angesteuert.
Dabei wird die Pegelverschiebung des Steuersignals IN zum Hochpotentialsignal von einer in der unterseitigen Schaltung 20 vorgesehenen Impulserzeugungsschaltung 23 durchgeführt. Die Impulserzeugungsschaltung 23 erzeugt zum Beispiel ein gepulstes Hochspannungs-Festsetzsignal SET durch Erfassen einer Erhöhung des Steuersignals IN und erzeugt ein gepulstes Hochspannungs-Rücksetzsignal RESET durch Erfassen eines Rückgangs des Steuersignals IN. Die Impulserzeugungsschaltung 23 übernimmt die Aufgabe der Pegelverschiebung und Übertragung des Steuersignals IN an die erste Steuerschaltung 12 durch Anlegen des Festsetzsignals SET und des Rücksetzsignals RESET auf der Seite der oberseitigen Schaltung 10.
Die Halbleitervorrichtung 1 enthält zum Beispiel eine Funktion zum Erfassen von anomaler Wärmeerzeugungen und Überströmen als Betriebsanomalien des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 jeweils in der oberseitigen Schaltung 10 und der unterseitigen Schaltung 20, obwohl diese in der Zeichnung nicht explizit dargestellt sind. Anomale Wärmeerzeugungen HOH und LOH des ersten und zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 werden jeweils unter Verwendung von zum Beispiel Temperatursensoren TH1 und TH2, wie zum Beispiel Thermistoren oder Temperaturerfassungsdioden, erfasst, welche in dem ersten und in dem zweiten Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 eingebaut sind. Außerdem werden Überströme HOC und LOC des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 jeweils zum Beispiel mithilfe von Messströmen erfasst, welche über Stromerfassungsemitter erfasst werden, von welchen jeweils einer in dem ersten und in dem zweiten Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 enthalten ist.
Ferner wird ein in der oberseitigen Schaltung 10 erfasstes Anomaliesignal, welches anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom des ersten Halbleiterschaltelements UD1 anzeigt, über eine nicht dargestellte, in der oberseitigen Schaltung 10 vorgesehenen Pegelumsetzerschaltung auf ein niedriges Potential abwärtsgewandelt und zur unterseitigen Schaltung 20 übertragen. Das die Betriebsanomalien des ersten Halbleiterschaltelements UD1 anzeigende und auf diese Weise an die unterseitige Schaltung 20 übertragene Anomaliesignal wird der Impulserzeugungsschaltung 23 zusammen mit einem die anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom des zweiten Halbleiterschaltelements LD1 anzeigenden Anomaliesignal zugeführt, welches in der unterseitigen Schaltung 20 erfasst wird.
Dabei übernimmt die Impulserzeugungsschaltung 23 die Aufgabe der Pegelverschiebung und Übertragung des Steuersignals IN an die oberseitige Schaltung 10 wie vorstehend beschrieben und enthält eine Funktion zum Stoppen der Übertragung des Steuersignals IN an die oberseitige Schaltung 10, wenn das Anomaliesignal eingegeben wird. In manchen Fällen wird das Stoppen der Übertragung des Steuersignals IN ausgeführt, nachdem zuerst eine Anweisung für das Ausschalten des Halbleiterschaltelements UD1 ausgegeben wurde.
Außerdem wird das Anomaliesignal auch an eine in der unterseitigen Schaltung 20 vorgesehene Alarmausgabeschaltung 24 übertragen. Die Alarmausgabeschaltung 24 übernimmt die Aufgabe, dass sie beispielsweise dann, wenn die Eingabe des Anomaliesignals für eine vorbestimmte Zeit anhält, dieses Ereignis als eine Anomalie eines Systems annimmt und ein Alarmsignal ALM an die Steuereinheit CONT ausgibt. Die Steuereinheit CONT, in der das Alarmsignal eingegeben wird, stoppt die Ansteuerung der Halbleitervorrichtung 1 und/oder stoppt das System zum Beispiel durch (a) Stoppen der Ausgabe des Steuersignals IN, (b) Ausschalten des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1, (c) Abtrennen der Last oder (d) Abtrennen der Gleichstrom-Leistungsquelle V1. Schäden an der Halbleitervorrichtung 1 und an dem gesamten System einschließlich des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 und des Weiteren an der Last RL werden durch das Stoppen des Betriebes der Halbleitervorrichtung 1 und/oder Stoppen des Systems vermieden.
Ein Merkmal der Erfindung ist bei der in der vorstehend beschriebenen Weise konfigurierten Halbleitervorrichtung 1 im Wesentlichen, dass eine Stromquelle 13 in der oberseitigen Schaltung 10 vorgesehen ist und dass eine Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 in der unterseitigen Schaltung 20 vorgesehen ist. Die Stromquelle 13 übernimmt die Aufgabe des Zuführens eines Mikrostroms I-BIAS zur unterseitigen Schaltung 20. Außerdem übernimmt die Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 die Rolle des Überwachens der Richtung des von der Stromquelle 13 zugeführten Stroms I-BIAS und des Erfassens einer an der oberseitigen Schaltung 10 angelegten negativen Spannung.
Beispielsweise ist in den in 2 dargestellten Konfigurationsbeispielen der Stromquelle 13 und der Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 die Stromquelle durch Verwendung der gleichen Art von Hochspannungs-p-MOSFET konstruiert, wie sie in der oberseitigen Schaltung 10 vorgesehen ist, und konfiguriert eine nicht dargestellte Pegelumsetzerschaltung oder dergleichen. Genauer gesagt wird die Stromquelle 13 als ein Hochspannungs-p-MOSFET 13a realisiert, dessen Source mit der positiven Elektrode der Gleichstrom-Energiequelle V1 verbunden ist und in dessen Gate das erste Potential VS eingegeben wird. In 2 bezeichnet d eine parasitäre Diode des p-MOSFET 13a und r einen parasitären Widerstand des p-MOSFET 31a.
Der p-MOSFET 13a hat den gleichen Elementaufbau wie der die Pegelumsetzerschaltung in der oberseitigen Schaltung 10 konfigurierende p-MOSFET und ist in dem oberseitigen Bereich der Halbleitervorrichtung 1 in der gleichen Weise wie der p-MOSFET der Pegelumsetzerschaltung gebildet. Allerdings ist die Kanalbreite und/oder Kanallänge des p-MOSFET 13a von der des anderen p-MOSFET der Pegelumsetzerschaltung verschieden.
Die unter Verwendung des p-MOSFET 13a in dieser Weise konfigurierte Stromquelle 13 arbeitet mit dem ersten Potential VS als ein Bezugspotential. Ferner gibt die Stromquelle 13, nach dem Empfangen der Stromversorgungsspannung VB, den konstanten Mikrostrom I-BIAS zur unterseitigen Schaltung 20 aus. Der Strom I-BIAS ist ein Sättigungsstrom des p-MOSFET 13a, welcher einer Gate-Sourcespannung [VB-VS] gleich der Spannung an der Gleichstrom-Leistungsquelle V1 entspricht.
Dabei verhält sich die in der oberseitigen Schaltung 10 vorgesehene Stromquelle 13 wie folgt. In einem eingeschwungenen Zustand, in dem das erste Halbleiterschaltelement UD1 eingeschaltet ist und das zweite Halbleiterschaltelement LD1 ausgeschaltet ist, wird zum Beispiel die Stromquellenspannung VB von 100 V und das erste Potential VS von 85 V an die oberseitige Schaltung 10 gegeben. Das heißt, dass in der oberseitigen Schaltung 10 eine positive Spannung von 15 V von der Gleichstrom-Leistungsquelle V1 angelegt wird. Als Ergebnis davon gibt der die Stromquelle 13 konfigurierende p-MOSFET 13a, dessen Anschlussseite, an der die Stromversorgungsspannung VB angelegt wird, als die Source dient, den Strom I-BIAS zur unterseitigen Schaltung 20 wie vorstehend beschrieben aus.
Wenn im Gegensatz dazu ein negativer Spannungsstoß als ein Ergebnis eines Aus-Schaltvorgangs des ersten Halbleiterschaltelements UD1 stattfindet, verändert sich beispielsweise das erste Potential VS zu –30 V, während die Leistungsquellenspannung VB sich zu –15 V verändert. Dann, wenn das als 0 V definierte zweite Potential GND höher wird als die Leistungsquellenspannung VB von –15 V, verhält sich der die Stromquelle 13 konfigurierende p-MOSFET 13a derart, dass der Anschluss auf der Seite gegenüber der Anschlussseite, an der die Leistungsquellenspannung VB angelegt ist, als die Source dient. Als Ergebnis davon fließt ein Strom durch den p-MOSFET 13a in die Richtung, die der des vorstehend beschriebenen eingeschwungenen Zustands entgegengesetzt ist.
Wenn der negative Spannungsstoß stattfindet, wird die Gate-Sourcespannung des p-MOSFET 13a größer als in dem vorstehend beschriebenen eingeschwungenen Zustand. Daher fließt momentan ein großer Strom durch den p-MOSFET 13a. Da die Zeitspanne, in der der negative Spannungsstoß stattfindet, sehr kurz ist, wirkt sich allerdings der momentane große Strom kaum auf den p-MOSFET 13a aus. Außerdem wird eine an den p-MOSFET 13a zu dieser Zeit angelegte negative Spannung von dem parasitären Widerstand r des p-MOSFET 13a empfangen.
Die in der unterseitigen Schaltung 20 vorgesehene Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 ist so konfiguriert, dass sie eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26, welche den von der Stromquelle 13 zugeführten Strom I-BIAS in eine Spannung wandelt, und einen Komparator 27 enthält, welcher eine von der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 gewandelte Spannung SENS mit einer voreingestellten Bezugsspannung REF vergleicht. Die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 ist zum Beispiel aus einem Widerstandselement R, das den von der Stromquelle zugeführten Strom I-BIAS in eine Spannung wandelt, und einer Klemmschaltung konfiguriert, welche mit dem Widerstandselement R parallel geschaltet ist und eine in dem Widerstandselement R erzeugte positive Spannung auf eine vorbestimmte Spannung klemmt. Die Klemmschaltung wird zum Beispiel aus einer oder einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zener-Dioden ZD gebildet.
Wenn die Klemmschaltung aus der Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zener-Dioden ZD konfiguriert ist, ist die Mehrzahl von Zener-Dioden ZD jeweils in Durchlassrichtung vorgespannt, wenn die negative Spannung anliegt. Daher wird, wenn die negative Spannung angelegt wird, ein Durchlassspannungsabfall entsprechend der Anzahl der in Reihe geschalteten, die Klemmschaltung konfigurierenden Zener-Dioden ZD als eine negative Spannung erzeugt. Eine zum Widerstandselement R parallel geschaltete Diode D übernimmt die Aufgabe des Klemmens dieser Art negativer Spannung auf eine konstante Spannung.
Insbesondere da der Durchlassspannungsabfall einer Zener-Diode ZD 0,7 V ist, wird zum Beispiel in einer Klemmschaltung, in der n Zener-Dioden in Reihe geschaltet sind, eine negative Spannung erzeugt, deren Absolutwert [0,7 V × n] ist, wenn der vorstehend beschriebene negative Spannungsstoß stattfindet. Dann entsteht das Risiko, dass die unterseitige Schaltung 20 aufgrund dieser hohen negativen Spannung den Latch-Up-Effekt erfährt. Die Diode D übernimmt die Aufgabe des Verhinderns des Latch-Up-Effekts in der unterseitigen Schaltung 20 durch Klemmen dieser Art von hohen negativen Spannungen.
Wenn die Klemmschaltung aus einer Zener-Diode ZD konfiguriert ist, ist der Durchlassspannungsabfall der Zener-Diode ZD, die bei angelegter negativer Spannung in Durchlassrichtung vorgespannt ist, gleich dem Durchlassspannungsabfall einer p-n-Übergangs-Diode D. Wenn somit die Klemmschaltung aus einer Zener-Diode ZD konfiguriert ist, wird die an der unterseitigen Schaltung 20 angelegte negative Spannung, wenn der negative Spannungsstoß stattfindet, auf –0,7 V unterdrückt. Somit ist es in diesem Fall nicht immer erforderlich, die Diode D bereitzustellen, da die unterseitige Schaltung 20 keinen Latch-Up-Effekt erfährt.
Gemäß der in dieser Weise konfigurierten Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 wird in einem eingeschwungenen Zustand, in dem keine negative Spannung an der oberseitigen Schaltung 10 anliegt, der Strom I-BIAS von der Stromquelle 13 zur Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 zugeführt, was bedeutet, dass eine positive Spannung in dem Widerstandselement R erzeugt wird. Ferner wird die in dem Widerstandselement R erzeugte positive Spannung von der Klemmschaltung auf eine konstante Spannung geklemmt. Somit gibt die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 eine positive Spannung SENS entsprechend der Richtung aus, in welcher der Strom I-BIAS fließt.
Wenn im Gegensatz dazu das erste Halbleiterleitschaltelement UD1 ausschaltet und der negative Spannungsstoß aufgrund der Reaktanzkomponente der Last RL an der Halbleitervorrichtung 1 angelegt wird, kommt es manchmal vor, dass das erste Potential VS aufgrund des negativen Spannungsstoßes niedriger wird als das zweite Potential GND. Dann wird die zwischen Source und Drain des p-MOSFET 13a angelegte Spannung umgekehrt und ein Strom fließt durch den p-MOSFET 13a in der entgegensetzten Richtung zu der Richtung im Falle des eingeschalteten Halbleiterschaltelements UD1. Das heißt, dass, wenn der negative Spannungsstoß an die Halbleitervorrichtung 1 angelegt wird, ein Strom in die entgegengesetzte Richtung von der unterseitigen Schaltung 20 zur oberseitigen Schaltung 10 fließt. Der Strom in die entgegensetzte Richtung spannt die Zener-Diode ZD in Durchlassrichtung vor. Als Ergebnis davon erreicht die Zener-Diode ZD eine niedrige Impedanz und eine negative Spannung entsprechend dem negativen Spannungsstoß wird in dem Widerstandselement R erzeugt.
3 stellt Betriebseigenschaften der auf die vorstehend beschriebene Weise konfigurierten Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 dar. Das heißt, dass 3 von oben nach unten eine Veränderung in der Ausgabespannung SENS der Strom-Spannungs-Wandlereinheit 26 bezüglich einer Veränderung in der VS-GND Spannung, einer Veränderung in dem Strom I-BIAS und einer Veränderung in der VB-GND Spannung in der Halbleitervorrichtung 1 darstellt. Wie aus den Betriebseigenschaften der in 3 dargestellten Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 ersichtlich, findet zum Beispiel in einem Zustand, in dem eine positive Spannung an der Halbleitervorrichtung 1 anliegt, mit der VS-GND Spannung auf 0 V oder mehr und der VB-GND Spannung auf 15 V, kein negativer Spannungsstoß statt und die oberseitige Schaltung 10 wird in einem Zustand gehalten, in dem an ihr eine positive Spannung anliegt. Ferner ist die Ausgabespannung SENS der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26, welche den von der Stromquelle 13 zugeführten Mikrostrom I-BIAS in eine Spannung wandelt, in einem Zustand, in dem die Zener-Diode ZD rückwärts vorgespannt ist und auf einer konstanten positiven Klemmspannung gehalten wird.
Im Gegensatz dazu fließt in einem Zustand, in dem sowohl das Potential VB als auch das Potential VS aufgrund des an der Halbleitervorrichtung 1 angelegten negativen Spannungsstoßes niedriger als das Potential GND sind, ein Strom in entgegengesetzter Richtung zu der Richtung, in welcher er im eingeschwungenen Zustand durch die Stromquelle 13 fließt. Somit kommen die Zener-Diode ZD oder die p-n-Übergangsdiode D in einen in Durchlassrichtung vorgespannten Zustand und die Ausgabespannung SENS der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 wird auf einer konstanten negativen Klemmspannung gehalten.
Folglich vergleicht der Komparator 27 die von der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 erhaltene Spannung SENS mit der Bezugsspannung REF und kann dadurch schnell erfassen, ob ein aus einem Ausschalten des ersten Halbleiterschaltelements UD1 resultierender negativer Spannungsstoß an der Halbleitervorrichtung 1 anliegt oder nicht. Ein von dem Komparator 27 erfasstes negatives Spannungserfassungssignal DET wird über eine aus zum Beispiel einem Rauschfilter und einem Timer gebildete Ausgabeschaltung 28 ausgegeben. Die Ausgabeschaltung 28 entfernt die Rauschkomponente des Erfassungssignals DET und gibt ein Signal OUT aus, wenn das Erfassungssignal DET für eine vorbestimmte Zeit anhält.
Ferner wird das Signal OUT der Impulserzeugungsschaltung 23 zugeführt, wodurch die Übertragung des Steuersignals IN an die erste Steuerschaltung 12 gesteuert wird. Außerdem wird das Signal OUT der Alarmausgabeschaltung 24 zugeführt, wodurch das Alarmsignal ALM erzeugt wird. Hierin erzeugt die Alarmausgabeschaltung 24, zusätzlich zu dem das Erfassen einer negativen Spannung anzeigenden Anomaliesignal, das vorstehend beschriebene Anomaliesignal, das die anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom anzeigt, beispielsweise als das Alarmsignal ALM, dessen Impulsbreite oder Impulsfrequenz entsprechend der Anomalieart verändert wird.
Außerdem bestimmt die Steuereinheit CONT die Impulsbreite oder Impulsfrequenz des von der Alarmausgabeschaltung 24 der Halbleitervorrichtung 1 mitgeteilten Alarmsignals ALM und identifiziert dadurch die Anomalieart. Ferner steuert die Steuereinheit CONT zum Beispiel die Ausgabe des Steuersignals IN entsprechend der identifizierten Anomalieart oder steuert die Verbindung der Last oder der Stromquelle BAT über einen nicht dargestellten Schalter und schützt dadurch die Halbleitervorrichtung 1 und somit das gesamte System vor einem anomalen Betrieb.
Die in 2 dargestellte Stromquelle 13 ist so ausgeführt, dass die Größe des von der Stromquelle 13 ausgegebenen Stroms I-BIAS durch Anpassen der Kanalbreite und/oder der Kanallänge des p-MOSFET 13a eingestellt wird. Allerdings kann eine Anordnung derart sein, dass die Größe des von der Stromquelle 13 ausgegebenen Stroms I-BIAS durch Anpassen der Gatespannung des die Stromquelle 13 konfigurierenden p-MOSFET 13a eingestellt wird. Allerdings ist wie ein 4 dargestellt in diesem Fall selbstverständlich, dass eine Vorspannquelle 13b zum Einstellen der Gatespannung des p-MOSFET 13a erforderlich ist.
Außerdem ist es möglich, wie in 4 dargestellt, die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 unter Verwendung einer Stromspiegelschaltung zu konfigurieren. Speziell wird die Stromspiegelschaltung unter Verwendung von einem Paar n-MOSFETs 26a und 26b konfiguriert und eine spannungsklemmende Zener-Diode ZD ist mit dem n-MOSFET 26a auf der Stromeingabeseite parallel geschaltet. Ferner ist ein Spannungswandler-Widerstandselement R zwischen dem n-MOSFET 26b auf der Stromausgabeseite der Stromspiegelschaltung und der Leistungsquellenspannung VCC in Reihe geschaltet.
Gemäß der auf diese Weise konfigurierten Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 fließt in einem eingeschwungenen Zustand, in dem die positive Spannung an der Halbleitervorrichtung 1 anliegt, der von der Stromquelle 13 zugeführte Strom I-BIAS durch den n-MOSFET 26a. Ferner fließt ein Strom proportional zu dem Strom, der durch den n-MOSFET 26a fließt, über den n-MOSFET 26b durch das Widerstandselement R. Infolgedessen kann ein Spannungsabfall entsprechend dem von der Stromquelle 13 über die Stromspiegelschaltung zugeführten Strom I-BIAS in dem Widerstandselement R erzeugt werden.
Wenn die negative Spannung an der Halbleitervorrichtung 1 anliegt, dient ein Anschluss des n-MOSFET 26a auf der Stromeingabeseite der Stromspiegelschaltung auf der Seite, auf der das zweite Potential GND angelegt wird, als Drain, und ein Anschluss auf der Seite der oberseitigen Schaltung 10 dient als die Source. Infolgedessen sind das Gate und die Source des n-MOSFET 26a gleich in ihrem Potential und eine Gate-Source-Spannung wird null, das heißt, dass der n-MOSFET 26a in einen Aus-Zustand kommt.
Dann dient der n-MOSFET 26a auf der Stromausgabeseite der Stromspiegelschaltung als ein Sourcefolger und kommt in einen Zustand, in dem eine negative Spannung an dem Gate des n-MOSFET 26a anliegt. Da jedoch die Source des n-MOSFET 26b, mit der das Widerstandselement R verbunden ist, keine negative Spannung empfangen kann, kommt der n-MOSFET 26b ebenfalls in einen Aus-Zustand. Infolgedessen wird die Ausgabespannung SENS der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 zur Leistungsquellenspannung VCC, welche über das Widerstandselement R anzulegen ist.
Infolgedessen wird es möglich, ein Anlegen der negativen Spannung durch Vergleichen der Ausgabespannung SENS der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 mit der vorbestimmten Bezugsspannung REF zu erfassen, das heißt, durch Erfassen in dem Komparator 27, ob die Ausgabespannung SENS zur Leistungsquellenspannung VCC wird oder nicht. Daher wird es möglich, schnell und genau den an der Halbleitervorrichtung 1 angelegten negativen Spannungsstoß auf die gleiche Weise wie die in 2 dargestellte Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 zu erfassen. Insbesondere durch Ausführen der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 unter Verwendung der Stromspiegelschaltung wie vorstehend beschrieben ist es möglich, die Empfindlichkeit beim Erfassen des Stroms I-BIAS nur durch Anpassen des Stromspiegelverhältnisses der Stromspiegelschaltung einzustellen. Infolgedessen ist es möglich, die Empfindlichkeit für das Erfassen negativer Spannung in der unterseitigen Schaltung 20 einfach anzupassen.
Auch beim Konfigurieren der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 unter Verwendung einer Stromspiegelschaltung, wie in 4 dargestellt, ist es ausreichend, eine oder eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zener-Dioden ZD als eine Klemmschaltung zu verwenden, welche die an dem n-MOSFET 26a angelegte Spannung auf eine vorbestimmte Spannung klemmt. Beim Konfigurieren der Klemmschaltung aus der Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zener-Dioden ZD ist es vorzuziehen, dass eine Diode D zum Klemmen einer an der Klemmschaltung anliegenden negativen Spannung antiparallel geschaltet ist. Wenn allerdings die Klemmschaltung aus nur einer Zener-Diode ZD konfiguriert ist, ist es wie vorstehend beschrieben nicht erforderlich, die Diode D parallel zu schalten.
Daher ist es gemäß der auf die vorstehend beschriebene Weise konfigurierten Halbleitervorrichtung 1 möglich, die negative Spannung schnell und zuverlässig zu erfassen, die an die Halbleitervorrichtung 1 angelegt wird, wenn der negative Spannungsstoß aufgrund eines Ausschalt-Betriebes des ersten Halbleiterschaltelements UD1 auftritt. Des Weiteren ist es möglich, ein Anlegen einer negativen Spannung mit einer einfachen Konfiguration zu erfassen, in der die Stromquelle 13 in der oberseitigen Schaltung 10 vorgesehen ist, während die die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 und den Komparator 27 enthaltende Negativspannungserfassungsschaltung 25 in der unterseitigen Schaltung 20 vorgesehen ist. Wenn ferner ein Anlegen einer negativen Spannung in der Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 erfasst wird, ist es durch Steuern des Betriebes der Halbleitervorrichtung 1 oder des Systems mit der Steuereinheit CONT möglich, nicht nur die Halbleitervorrichtung 1, sondern das gesamte System einschließlich des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 und dergleichen vor dem negativen Spannungsstoß zu schützen.
Insbesondere wenn in dem in 5 dargestellten Zustandsübergang des Systems eine Anomalie, wie zum Beispiel anomale Wärmeerzeugung oder Überstrom des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 in einem normalen Betriebszustand erfasst wird, ist es möglich, eine Behandlung A der Anomalie entsprechend der Anomalieart auf die gleiche Weise durchzuführen wie in einem System, das eine vorher bekannte allgemeine Halbleitervorrichtung 1 verwendet. Im Gegensatz dazu wird es in dem Fall eines Systems, welches die Halbleitervorrichtung 1 gemäß der Erfindung verwendet, möglich, eine Behandlung B der Anomalie für einen Negativspannungserfassungsalarm zusätzlich zur vorstehend beschriebenen Behandlung A der Anomalie durchzuführen. Infolgedessen wird es gemäß der Erfindung möglich, einen stabilen Betrieb des gesamten System zu ermöglichen, während eine Funktionsstörung und ein Ausfall der Halbleitervorrichtung 1 aufgrund eines negativen Spannungsstoßes verhindert wird.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde die Halbleitervorrichtung 1 einschließlich einer ersten und einer zweiten Ansteuerschaltung 11 und 21 beschrieben, welche das die Halbbrückenschaltung bildende erste und zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 komplementär Ein/Aus ansteuern. Allerdings kann die Halbleitervorrichtung 1 derart ausgeführt werden, dass das erste und das zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 über Ansteuerschaltungen 11 und 21 Ein/Aus angesteuert werden, welche separate, an der Halbleitervorrichtung 1 extern angebrachte Schaltungsteile sind, anstatt dass die Halbleitervorrichtung 1 selbst die Ansteuerschaltungen 11 und 21 enthält.
Außerdem kann die Erfindung nicht nur auf eine Halbleitervorrichtung angewandt werden, welche das die Halbbrückenschaltung konfigurierende erste und zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 komplementär Ein/Aus ansteuert. Die Erfindung kann in ähnlicher Weise zum Beispiel auf eine Halbleitervorrichtung angewandt werden, die einen durch einen Reaktor L oder Transformator T fließenden Strom über ein Halbleiterschaltelement S1 Ein/Aus schaltet und einen Ein/Aus-Betrieb des Halbleiterschaltelements S1 in einem Wandler steuert, welcher die an eine Last über den Reaktor L oder Transformator T zuzuführende Leistung erzeugt, wie in jedem von (a) bis (d) der 6 dargestellt.
Die in (a) der 6 dargestellte Stromversorgungsschaltung ist ein Abwärtswandler, welcher den mit dem Halbleiterschaltelement S1 in Reihe geschalteten und auf der Plusleitung einer Leistungsquelle zwischengeschalteten Reaktor L enthält und derart konfiguriert ist, dass die von dem Reaktor L durch einen Ausgabekondensator C an die Last zuzuführende Leistung durch Bereitstellen einer Diode D1 zwischen der Verbindungsstelle des Reaktors L mit dem Halbleiterschaltelement S1 und dem Massepotential GND erzeugt wird.
Außerdem ist die in (b) der 6 dargestellte Stromversorgungsschaltung ein Aufwärts-Abwärts-Wandler, welcher den mit dem Halbleiterleitschaltelement S1 in Reihe geschalteten und zwischen der Plusleitung und Masseleitung einer Energiequelle geschalteten Reaktor L enthält und derart konfiguriert ist, dass er die von der zwischen der Verbindungsstelle des Reaktors L mit dem Halbleiterschaltelement S1 und einem positiven Ausgabeanschluss vorgesehenen Diode D über den Ausgabekondensator C an die Last zuzuführende Leistung erzeugt. Die Polarität einer Ausgabespannung ist gegenüber den anderen Arten von 6 umgekehrt.
Da das Halbleiterschaltelement S1 mit einer Mittelpunktsspannung (einem intermediären Potential) Ein/Aus schaltet, welches als ein Bezugspotential an der Verbindungsstelle mit dem Reaktor L jeweils in dem auf diese Weise konfigurierten Abwärtswandler und ebenfalls dem Aufwärts-Abwärts-Wandler erzeugt wird, muss das Halbleiterschaltelement S1 nur unter Verwendung der auf die vorstehende Weise konfigurierten Halbleitervorrichtung 1 Ein/Aus angesteuert werden. Da allerdings in diesem Fall kein unterseitiges Halbleiterschaltelement vorhanden ist, welches mit dem Massepotential als Bezug arbeitet, ist es selbstverständlich, dass es nicht erforderlich ist, die zweite Ansteuerschaltung 21 auf der Seite der unterseitigen Schaltung 20 bereitzustellen.
Außerdem kann die Halbleitervorrichtung gemäß der Erfindung ebenfalls als eine Vorrichtung verwendet werden, welche einen über das Halbleiterschaltelement S1 durch einen Reaktor, der die Primärwicklung eines Transformators T ist, fließenden Strom, wie in (c) und (d) der 6 dargestellt, Ein/Aus steuert und welche einen Rücklaufwandler oder Durchlasswandler ansteuert, welcher die der Last zuzuführende Leistung von einer in der Sekundärwicklung des Transformators T erzeugten Spannung erzeugt.
In dem dergestalt konfigurierten Rücklaufwandler oder auch Durchlasswandler arbeitet das Halbleiterschaltelement S1 Ein/Aus mit einer Mittelpunktsspannung (einem intermediären Potential) als ein Bezugspotential, welche an der Verbindungsstelle mit der Primärwicklung des Transformators T erzeugt wird. Infolgedessen muss das Halbleiterschaltelement S1 nur unter Verwendung der Halbleitervorrichtung 1 gemäß der Erfindung auf die gleiche Weise wie der jeweils in (a) und (b) der 6 dargestellte Abwärtswandler und Abwärts-Aufwärts-Wandler Ein/Aus angesteuert werden. Infolgedessen ist es auch in diesem Fall selbstverständlich, dass es nicht erforderlich ist, die zweite Ansteuerschaltung 21 auf der Seite der unterseitigen Schaltung 20 bereitzustellen.
Ferner wird auch beim Ein/Aus-Ansteuern des Halbleiterschaltelements S1 in der Art von Wandler, die jeweils in (a) bis (d) von 6 dargestellt ist, befürchtet, dass eine negative Spannung auf der Seite der oberseitigen Schaltung 10 angelegt wird, wenn das Halbleiterschaltelement S1 ausschaltet. Da es gemäß der Halbleitervorrichtung 1, die die Stromquelle 13 und die Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 enthält, welche auf die vorstehend beschriebene Weise funktionieren, möglich ist, die Erzeugung negativer Spannung einfach und darüber hinaus schnell zu erfassen, bietet die Halbleitervorrichtung 1 folglich einen immensen praktischen Vorteil.
Es ist außerdem möglich, die Stromquelle 13 zum Beispiel auf die in (a) bis (c) von 7 dargestellten Weisen zu konfigurieren. Dabei ist die in (a) von 7 dargestellte Stromquelle 13 so konfiguriert, dass sie einen über ein Widerstandselement R zur unterseitigen Schaltung 20 fließenden Strom dadurch verursacht, dass sie das Widerstandselement R1 mit einer Leistungsquellenleitung verbindet, durch welche die Leistungsquellenspannung VB zuzuführen ist. Gemäß der auf diese Weise konfigurierten Stromquelle 13 ist es im eingeschwungenen Zustand nicht möglich, der unterseitigen Schaltung 20 einen Dauerstrom zuzuführen, aber die Größe und Richtung des der unterseitigen Schaltung 20 zuzuführenden Stroms verändert sich entsprechend dem Potential VB, welches sich entsprechend einer Veränderung des zweiten Potentials VS verändert. Auch wenn die Stromquelle 13 einfach unter Verwendung von nur dem Widerstandselement R1 konfiguriert wird, werden infolgedessen die gleichen vorteilhaften Effekte erzeugt wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform.
Außerdem ist die in (b) von 7 dargestellte Stromquelle 13 dergestalt, dass eine an das Gate des p-MOSFET 13a anzulegende Spannung unter Verwendung der Diode 13b und eines mit der Diode 13b in Reihe geschalteten Widerstandselements R2 stabilisiert wird, wodurch der über den p-MOSFET 13a an die unterseitige Schaltung 20 zugeführte Strom konstant gemacht wird. Da die Gate-Source-Spannung des p-MOSFET 13a von einer Durchlassspannung Vf der Diode 13b konstant gemacht wird, ist es gemäß dieser Schaltung möglich, einen stabilen Dauerstrom zuzuführen.
Des Weiteren wird die in (c) von 7 dargestellte Stromquelle 13 durch das Zwischenschalten eines Widerstandselements R3 in Reihe zwischen der Source des p-MOSFET 13a und der Leistungsquellenleitung ausgeführt, durch welche die Leistungsquellenspannung VB zuzuführen ist. Ferner werden eine an der Source des p-MOSFET 13a angelegte Spannung und eine vorbestimmte Bezugsspannung REF2 jeweils mit dem invertierenden Eingabeanschluss und dem nicht invertierenden Eingabeanschluss eines Operationsverstärkers 13c verbunden und die Ausgabespannung des Operationsverstärkers 13c wird an dem Gate des p-MOSFET 13a angelegt, wodurch eine Anordnung erreicht wird, die den der unterseitigen Schaltung 20 über den p-MOSFET 13a zuzuführenden Strom konstant macht. Das heißt, dass der durch das Widerstandselement R3 fließende Strom I-BIAS durch eine virtuelle Kurzschlussoperation des invertierenden Eingabeanschlusses und des nicht invertierenden Eingabeanschlusses des Operationsverstärkers 13c auf {(VB – VS) – REF2}/R3 gesteuert werden kann.
Obwohl die Stromquelle 13 auf diese Weise konfiguriert ist und der von der Stromquelle 13 zur unterseitigen Schaltung 20 zuzuführende Strom so gesteuert wird, dass er konstant gemacht wird, wechselt die Richtung des über den p-MOSFET 13a fließenden Stroms, wenn eine negative Spannung an der Stromquelle 13 anliegt, was bedeutet, dass die gleichen vorteilhaften Effekte wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erzeugt werden. Das heißt, dass es, obwohl die Konfiguration der Stromquelle 13 auf die beispielsweise in (a) bis (b) von 7 dargestellten Weisen gemäß der Beschreibung der Halbleitervorrichtung 1 modifiziert wurde, möglich wird, eine an der oberseitige Schaltung 10 anliegende negative Spannung in der unterseitigen Schaltung 20 einfach und schnell zu erfassen.
Außerdem kann die Stromquelle 13 auch wie in (c) von 7 konfiguriert werden. In diesem Fall fließt in einem Normalzustand, in dem keine negative Spannung anliegt, ein Strom von {V1 – Vfb (= die Ausgabespannung der Bezugsspannung REF2)}/R3 durch den p-MOSFET 13a, und wenn eine negative Spannung anliegt, wird der durch den p-MOSFET 13a fließende Strom zu null (0). Obwohl dies nicht gesondert in der Zeichnung dargestellt ist, ist es außerdem ebenfalls nützlich, dass eine Rückflussschutz-Diode an dem Stromausgabeanschluss der auf die vorstehend beschriebene Weise konfigurierten Stromquelle 13 in Reihe zwischengeschaltet ist. Durch das Vorsehen dieser Art von Rückflussschutz-Diode ist es nicht möglich, die Richtung des von der Stromquelle 13 zugeführten Stroms zu bestimmen, es ist aber möglich, den Strom selber auf null (0) zu schalten, wenn eine negative Spannung an der oberseitigen Schaltung 10 anliegt. Infolgedessen wird es in diesen Fallen möglich, durch Erfassen, ob der von der Stromquelle 13 zugeführte Strom null (0) wird oder nicht, zu erfassen, ob eine negative Spannung an der oberseitigen Schaltung 10 anliegt.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt. Zum Beispiel muss die Bezugsspannung REF, welche einem Negativspannungserfassungs-Schwellenwert in der Negativspannung-Erfassungsschaltung 25 entspricht, nur entsprechend der Größe des Stroms I-BIAS oder der Konfiguration der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 bestimmt werden. Außerdem muss die Anzahl der als die Klemmschaltung in der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung 26 verwendeten Zener-Dioden ZD ebenfalls lediglich entsprechend der Zener-Spannung der Zener-Diode ZD und einer Klemmspannung bestimmt werden, welche festgesetzt werden sollte.
Außerdem war in der Ausführungsform die Anordnung derart, dass ein Anomaliesignal erzeugt wird, wenn ein Negativspannung-Erfassungszustand für eine vorbestimmte Zeit anhält, aber es ist auch möglich, zum Beispiel die Häufigkeit der Erzeugung negativer Spannung zu zählen und ein Anomaliesignal zu erzeugen, wenn die Erzeugungshäufigkeit einen Schwellenwert überschreitet. Außerdem kann eine Anordnung so sein, dass der Betrieb zum Schützen der Halbleitervorrichtung 1 mit der Steuereinheit CONT entsprechend dem Verhältnis zwischen der Größe einer an der Halbleitervorrichtung 1 angelegten negativen Spannung und der Zeit festgesetzt wird, in welcher die negative Spannung erzeugt wird.
Genauer ausgedrückt fällt dann, wenn eine negative Spannung von zum Beispiel –100 V an der Halbleitervorrichtung 1 angelegt wird, die Halbleitervorrichtung 1 leichter aus, wenn die Zeit, in der die negative Spannung angelegt wird, 1 μs beträgt, als wenn die Zeit 100 ns beträgt. Das heißt, dass eine Bedingung für den Ausfall der Halbleitervorrichtung 1 aufgrund der negativen Spannung von dem Verhältnis zwischen der Größe der negativen Spannung und der Zeit abhängt, in der die negative Spannung erzeugt wird. Infolgedessen ist es, mit der Ausfallbedingung als Prämisse, nur erforderlich, das Alarmsignal ALM vor dem Ausfall der Halbleitervorrichtung 1 auszugeben und zu verursachen, dass die Steuereinheit CONT eine Steuerung, wie zum Beispiel das Stoppen des Betriebes der Halbleitervorrichtung 1, ausführt oder die Zeit reduziert, für welche die negative Spannung anhält.
Die Steuerung zum Reduzieren der Zeit, für welche die negative Spannung anhält, erfolgt derart, dass zum Beispiel eine Spannungsänderung di/dt, wenn das erste und das zweite Halbleiterschaltelement UD1 und LD1 im Schaltbetrieb arbeiten, nur durch variables Steuern der Gate-Widerstandswerte des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements UD1 und LD1 verändert werden muss. Außerdem kann die Erfindung verschiedentlich modifiziert und implementiert werden, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

UD1: ERSTES HALBLEITERSCHALTELEMENT
LD1: ZWEITES HALBLEITERSCHALTELEMENT
HVIC: INTEGRIERTE HOCHSPANNUNGSSCHALTUNG
CONT: STEUEREINHEIT
1: HALBLEITERVORRICHTUNG
10: OBERSEITIGE SCHALTUNG
11: ERSTE ANSTEUERSCHALTUNG
12: ERSTE STEUERSCHALTUNG
13: STROMQUELLE
20: UNTERSEITIGE SCHALTUNG
21: ZWEITE ANSTEUERSCHALTUNG
22: ZWEITE STEUERSCHALTUNG
23: IMPULSERZEUGUNGSSCHALTUNG
24: ALARMAUSGABESCHALTUNG
25: NEGATIVSPANNUNG-ERFASSUNGSSCHALTUNG
26: STROM-SPANNUNGS-WANDLERSCHALTUNG

Claims

Halbleitervorrichtung, enthaltend: eine erste Schaltung, welche mit einer ersten Spannung als ein Bezugspotential arbeitet; eine zweite Schaltung, welche mit einer zweiten, von der ersten Spannung verschiedenen Spannung als eine Bezugsspannung arbeitet; eine Stromquelle, welche in der ersten Schaltung vorgesehen ist und welche der zweiten Schaltung einen Strom zuführt und den Strom in Reaktion darauf verändert, ob die erste Spannung bezüglich der zweiten Spannung eine negative Spannung wird oder nicht; und eine Negativspannung-Erfassungsschaltung, welche in der zweiten Schaltung vorgesehen ist und welche eine Änderung in dem von der Stromquelle zugeführten Strom überwacht und erfasst, ob eine negative Spannung an der ersten Schaltung anliegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromquelle der zweiten Schaltung einen vorbestimmten Strom zuführt, wenn die erste Spannung größer als die zweite Spannung ist, und die Richtung des der zweiten Schaltung zuzuführenden Stroms umkehrt, wenn die erste Spannung niedriger als die zweite Spannung ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Negativspannung-Erfassungsschaltung dann, wenn sich die Richtung des von der Stromquelle zugeführten Stroms ändert, die Änderung als die negative Spannung erfasst, welche an der ersten Schaltung anliegt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung eine oberseitige Schaltung ist, welche eine Ein/Aus-Betrieb eines Halbleiterschaltelements mit einer höheren Spannung als ein Massepotential steuert, die an einem Anschluss empfangen wird, und welche ein intermediäres Potential, welches das Potential des anderen Anschlusses des Halbleiterschaltelements ist, als Bezugspotential hat, während die zweite Schaltung eine unterseitige Schaltung ist, welche mit dem Massepotential als Bezugspotential arbeitet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Schaltung eine oberseitige Ansteuerschaltung ansteuert, welche den Betrieb des Halbleiterschaltelements steuert, welches mit dem intermediären Potential als Bezug Ein/Aus schaltet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die oberseitige Ansteuerschaltung als ein Teil der ersten Schaltung eingebaut ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste Schaltung über ein Halbleiterschaltelement einen durch einen Reaktor fließenden Strom Ein/Aus schaltet und einen Ein/Aus-Betrieb des Halbleiterschaltelements in einem Wandler steuert, welcher eine über den Reaktor einer Last zuzuführende Leistung erzeugt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Schaltung in einer hochspannungskompatiblen integrierten Schaltung eingebaut sind, die eine Ein/Aus-Ansteuerung des ersten und des zweiten Halbleiterschaltelements komplementär steuert, welche in Reihe geschaltet sind, so dass sie eine Halbbrückenschaltung bilden und einen Leistungsquellenabschnitt konfigurieren, welcher die Leistung von einem Mittelpunkt der Halbbrückenschaltung einer Last zuführt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die erste Schaltung eine oberseitige Ansteuerschaltung ansteuert, die den Betrieb des ersten Schaltelements steuert, welches mit einem intermediären Potential als Bezug Ein/Aus schaltet, welches das Potential des Mittelpunkts der Halbbrückenschaltung ist, und wobei die zweite Schaltung eine unterseitige Ansteuerschaltung ansteuert, die den Betrieb des zweiten Halbleiterschaltelements steuert, welches mit dem Massepotential als Bezug Ein/Aus schaltet.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die oberseitige Ansteuerschaltung als ein Teil der ersten Schaltung eingebaut ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Stromquelle hauptsächlich aus einem Hochspannungs-MOSFET konfiguriert ist, dessen Source mit einer Leistungsquelle mit vorbestimmter Spannung verbunden ist und welcher nach dem Empfangen einer vorbestimmten Vorspannung an dem Gate arbeitet und von dem Drain einen konstanten Strom ausgibt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Negativspannung-Erfassungsschaltung eine Strom-Spannungs-Wandlerschaltung, welche den von der Stromquelle zugeführten Strom in eine Spannung umwandelt, und einen Komparator enthält, welcher die Ausgabespannung der Strom-Spannungs-Wandlerschaltung mit einer vorbestimmten Bezugsspannung vergleicht und eine an der ersten Schaltung anliegende negative Spannung erfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung ein Widerstandselement, welches den von der Stromquelle zugeführten Strom in eine Spannung wandelt, und eine Klemmschaltung enthält, welche zu dem Widerstandselement parallel geschaltet ist und eine an dem Widerstandselement anliegende Spannung klemmt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Strom-Spannungs-Wandlerschaltung eine Stromspiegelschaltung, welche einen Strom proportional zu dem von der Stromquelle zugeführten Strom erzeugt, ein Widerstandselement, welches einen von der Stromspiegelschaltung ausgegebenen Strom in eine Spannung umwandelt, und eine Klemmschaltung enthält, welche zu der Stromspiegelschaltung parallel geschaltet ist und eine an der Stromspiegelschaltung anliegende Spannung klemmt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Klemmschaltung aus einer Zener-Diode gebildet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die Klemmschaltung eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten Zener-Dioden und eine zu einer Reihenschaltung der Zener-Dioden antiparallel geschaltete Diode enthält.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Negativspannung-Erfassungsschaltung beim Erfassen einer an der ersten Schaltung anliegenden negativen Spannung ein Stopp-Signal ausgibt, welches die Ansteuerung eines Halbleiterschaltelements stoppt, welches von der ersten Schaltung Ein/Aus gesteuert wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Schaltung eine Alarmschaltung enthält, welche, wenn ein Signal für eine vorbestimmte Zeit von der Negativspannung-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, nach außen ein Alarmsignal ausgibt, das eine Anomalie eines Halbleiters anzeigt, dessen Ansteuerung von der ersten Schaltung gesteuert wird.