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JP5404432B2 - Semiconductor device and drive circuit using the same - Google Patents

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JP5404432B2 JP2010000335A JP2010000335A JP5404432B2 JP 5404432 B2 JP5404432 B2 JP 5404432B2 JP 2010000335 A JP2010000335 A JP 2010000335A JP 2010000335 A JP2010000335 A JP 2010000335A JP 5404432 B2 JP5404432 B2 JP 5404432B2
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Description

本発明は、スイッチング素子を備える半導体装置に関し、特に、スイッチング素子の温度検出(測定)の技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device including a switching element, and more particularly to a technique for temperature detection (measurement) of the switching element.

パワーエレクトロニクス機器において、負荷(モータ等)への電力供給の実行/停止を切り替えるスイッチング素子としてシリコンIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やシリコンMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などが使用されている。また近年では、1kV前後からそれ以上の高圧を制御するスイッチング素子として、炭化珪素MOSFETの採用も検討されている。これらはいずれも絶縁ゲート型の半導体素子である。   In power electronics equipment, a silicon IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a silicon MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), or the like is used as a switching element for switching execution / stop of power supply to a load (motor, etc.). In recent years, adoption of a silicon carbide MOSFET as a switching element for controlling a high voltage higher than about 1 kV has been studied. These are all insulated gate semiconductor elements.

電力制御用のスイッチング素子を備える半導体装置の中には、負荷が短絡状態になるなどして生じる過電流による当該スイッチング素子の破壊を防止する機能(過電流保護機能)を有するものがある。その代表例としては、スイッチング素子を流れる電流の検出用素子(電流センス素子)を有し、それによって過電流が検出されるとスイッチング素子がオフするように制御される半導体装置が挙げられる。   Some semiconductor devices including a switching element for power control have a function (overcurrent protection function) for preventing destruction of the switching element due to an overcurrent generated when a load is short-circuited. A typical example is a semiconductor device that has an element for detecting a current flowing through a switching element (current sense element), and is controlled so that the switching element is turned off when an overcurrent is detected.

また一般的に、スイッチング素子には定格温度(スイッチング素子の正常な動作を保証する最高温度)が定められている。そして、スイッチング素子が定格温度以上になると駆動を停止することにより、当該スイッチング素子を保護する機能(温度保護機能)を有する半導体装置も提案されている(例えば下記の特許文献1,2)。   Generally, a rated temperature (a maximum temperature that guarantees a normal operation of the switching element) is set for the switching element. A semiconductor device having a function (temperature protection function) for protecting the switching element by stopping driving when the switching element reaches a rated temperature or more has been proposed (for example, Patent Documents 1 and 2 below).

温度保護機能を実現するためには、半導体装置が、スイッチング素子の温度を検出する機能を有する必要がある。例えば特許文献1の半導体装置では、スイッチング素子(110)の近傍に温度検出用ダイオード(120)を設置し、その順方向電圧降下を検出することでスイッチング素子の温度を検出している。さらに特許文献1の半導体装置は、電流センス素子を用いてスイッチング素子を流れる電流を算出し、それを元に算出した電力にスイッチング素子と温度検出用ダイオードとの間の熱抵抗を乗算することで、補正温度(温度検出用ダイオードの位置とスイッチング素子の接合部との温度差)を得る。そしてこの補正温度を、温度検出用ダイオードで検出した温度に加算することでスイッチング素子の接合部の正確な温度を算出し、より適切な温度保護機能を実現している。   In order to realize the temperature protection function, the semiconductor device needs to have a function of detecting the temperature of the switching element. For example, in the semiconductor device of Patent Document 1, a temperature detecting diode (120) is installed in the vicinity of the switching element (110), and the temperature of the switching element is detected by detecting the forward voltage drop. Furthermore, the semiconductor device of Patent Document 1 calculates the current flowing through the switching element using the current sense element, and multiplies the power calculated based on the current by the thermal resistance between the switching element and the temperature detection diode. The correction temperature (temperature difference between the position of the temperature detection diode and the junction of the switching element) is obtained. The correct temperature is added to the temperature detected by the temperature detecting diode to calculate the accurate temperature of the junction of the switching element, thereby realizing a more appropriate temperature protection function.

また特許文献2の半導体装置では、スイッチング素子であるパワーバイポーラトランジスタ(4)がオフする期間に、意図的にパワーバイポーラトランジスタがオンしない程度の一定の微小電流をそのベース・エミッタ間のpn接合(寄生ダイオード)に流し、その順方向電圧を検出することによって当該パワーバイポーラトランジスタの温度を検出している。つまり特許文献2の半導体装置は、ベース・エミッタ間の寄生ダイオードを温度検出用のダイオードとして利用しており、特別な温度検出手段を設けることなくスイッチング素子の温度を検出可能なように構成されている。   Further, in the semiconductor device of Patent Document 2, during a period in which the power bipolar transistor (4) that is a switching element is turned off, a constant minute current that does not intentionally turn on the power bipolar transistor is applied to a pn junction between its base and emitter ( The temperature of the power bipolar transistor is detected by detecting the forward voltage. That is, the semiconductor device of Patent Document 2 uses a parasitic diode between the base and emitter as a diode for temperature detection, and is configured to detect the temperature of the switching element without providing a special temperature detection means. Yes.

特開2004−117111号公報JP 2004-117111 A 特開2002−289856号公報JP 2002-289856 A

上記のように、特許文献1の半導体装置では、スイッチング素子に設けられた温度検出用ダイオードと電流センス素子を使用して、スイッチング素子の温度を算出している。そのため、温度検出用ダイオードおよび電流センス素子をスイッチング素子と同一の半導体チップ内に配設する必要がある。またスイッチング素子の温度を算出するためには、温度検出用ダイオードの順方向電圧に対応する信号や、電流センス素子を流れる電流を電圧に変換した信号を、チップ外部の演算手段に入力する必要がある。   As described above, in the semiconductor device of Patent Document 1, the temperature of the switching element is calculated using the temperature detection diode and the current sense element provided in the switching element. Therefore, it is necessary to dispose the temperature detecting diode and the current sensing element in the same semiconductor chip as the switching element. In addition, in order to calculate the temperature of the switching element, it is necessary to input a signal corresponding to the forward voltage of the temperature detection diode or a signal obtained by converting the current flowing through the current sensing element into a voltage to an arithmetic unit outside the chip. is there.

よってチップ上に、それらの信号を取り出すためのパッドを、スイッチング素子の端子とは別に設けなければならない。従って、チップ面積が増大するという問題を伴う。特に特許文献1の手法では、スイッチング装置の電流検出と温度検出の両方を行う場合、電流検出用のパッドと温度検出用のパッドを別々に設ける必要がある。   Therefore, pads for taking out these signals must be provided on the chip separately from the terminals of the switching elements. Therefore, there is a problem that the chip area increases. In particular, in the method disclosed in Patent Document 1, when both current detection and temperature detection of the switching device are performed, it is necessary to separately provide a current detection pad and a temperature detection pad.

この点、特許文献2の半導体装置は、特別な温度検出手段を設けることなくスイッチング素子の温度を検出可能である。しかしその温度検出は、オフ状態のバイポーラトランジスタのベース・エミッタ間のpn接合で形成されるダイオードに微小電流を流すことで行われるため、その適用範囲は、オフ状態のときに制御回路から順方向電流を流すことが可能なpn接合を持つ構造のスイッチング素子に限られる。   In this regard, the semiconductor device of Patent Document 2 can detect the temperature of the switching element without providing a special temperature detecting means. However, since the temperature is detected by passing a minute current through a diode formed by the pn junction between the base and emitter of the bipolar transistor in the off state, the applicable range is forward from the control circuit in the off state. The switching element is limited to a structure having a pn junction through which a current can flow.

例えばIGBTやMOSFETといったゲート絶縁型のスイッチング素子には、ゲート・ソース間に電流を流すことができないため、特許文献2の温度検出方法を適用することはできない。つまり、ゲート絶縁型のスイッチング素子の温度検出をダイオードを用いて行うには、スイッチング素子と同一チップに、温度検出用ダイオードとそれから信号を取り出すためのパッドを別途設ける必要がある。   For example, since a current cannot flow between the gate and the source, such as an IGBT or a MOSFET, the temperature detection method of Patent Document 2 cannot be applied. That is, in order to detect the temperature of the gate-insulated switching element using a diode, it is necessary to separately provide a temperature detection diode and a pad for extracting a signal from the same chip as the switching element.

特に、電流密度を高くできる炭化珪素スイッチング素子は、シリコンのスイッチング素子と比較して格段に形成面積を縮小できるため、チップ上に設けるパッドの数の増加によってチップ面積が増大するデメリットは、炭化珪素スイッチング素子を備える半導体装置にとって非常に大きい。   In particular, since the silicon carbide switching element capable of increasing the current density can remarkably reduce the formation area as compared with the silicon switching element, the disadvantage that the chip area increases due to the increase in the number of pads provided on the chip is silicon carbide. It is very large for a semiconductor device provided with a switching element.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、半導体チップに設けるパッドの数を増加させることなくスイッチング素子の温度を検出でき、絶縁ゲート型スイッチング素子にも適用可能な汎用性を備える半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and can detect the temperature of a switching element without increasing the number of pads provided on a semiconductor chip, and can be applied to an insulated gate switching element. An object of the present invention is to provide a semiconductor device having the characteristics.

本発明に係る半導体装置は、主スイッチング素子と、前記主スイッチング素子に並列接続した、前記主スイッチング素子よりも流れる電流が小さく設定された電流検出のための電流センス素子および抵抗素子の直列回路と、前記電流センス素子と前記抵抗素子との間に接続したセンス端子の電圧に基づき、前記電流センス素子の寄生ダイオードに逆回復電流が流れた時間である逆回復時間が、前記主スイッチング素子が定格温度である場合の前記逆回復時間より長いか否かを検出し、その検出結果に基づいて前記主スイッチング素子の温度が定格値を超えているか否かの判別を行う逆回復時間検出回路とを備え、前記逆回復時間検出回路は、前記主スイッチング素子のターンオン直後の所定タイミングにおける前記センス端子の電圧を所定の閾値と比較することで、前記逆回復時間が前記主スイッチング素子が定格温度である場合の前記逆回復時間より長いか否かを検出し、前記所定の閾値は、前記主スイッチング素子が定格温度である場合の、前記所定タイミングにおける前記センス端子の電圧に等しいものである。

A semiconductor device according to the present invention includes a main switching element, a series circuit of a current sensing element and a resistance element, which are connected in parallel to the main switching element and for detecting a current that is set to flow less than the main switching element. the current based on the voltage of the sense terminal connected between the sense element and the resistive element, the reverse recovery time reverse recovery current is the time that has flowed to the parasitic diode of the current sense element, the main switching element is rated A reverse recovery time detection circuit that detects whether or not the reverse recovery time is longer than the case of temperature, and determines whether or not the temperature of the main switching element exceeds a rated value based on the detection result. The reverse recovery time detection circuit has a predetermined voltage at the sense terminal at a predetermined timing immediately after the main switching element is turned on. By comparing the values, the reverse recovery time the main switching device detects whether longer or not than the reverse recovery time when the rated temperature, the predetermined threshold value, the main switching element is at the rated temperature In some cases, the voltage is equal to the voltage of the sense terminal at the predetermined timing.

電流センス素子の寄生ダイオードの逆回復時間は、主スイッチング素子の温度と相関関係があるため、本発明によれば、主スイッチング素子の温度検出が可能である。その温度検出(逆回復時間の検出)は、主スイッチング素子を流れる主電流の検出にも使用されるセンス端子を用いて行われるので、主スイッチング素子のチップに温度検出専用のパッドを設ける必要がない。特にこの効果は、チップ面積を格段に小さくできることで知られる炭化珪素スイッチング素子を備える半導体装置に非常に有効である。また温度検出は、還流電流に起因して生じる逆回復電流を利用して行われるため、絶縁ゲート型のスイッチング素子にも適用可能である。   Since the reverse recovery time of the parasitic diode of the current sense element has a correlation with the temperature of the main switching element, the temperature of the main switching element can be detected according to the present invention. The temperature detection (reverse recovery time detection) is performed using a sense terminal that is also used to detect the main current flowing through the main switching element, so it is necessary to provide a dedicated pad for temperature detection on the main switching element chip. Absent. In particular, this effect is very effective for a semiconductor device including a silicon carbide switching element that is known to be able to significantly reduce the chip area. Further, since temperature detection is performed using a reverse recovery current caused by the return current, it can also be applied to an insulated gate type switching element.

本発明に係る半導体装置の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the semiconductor device which concerns on this invention. 逆回復電流および逆回復時間について説明する図である。It is a figure explaining reverse recovery current and reverse recovery time. 逆回復電流および逆回復時間について説明する図である。It is a figure explaining reverse recovery current and reverse recovery time. 本発明に係る半導体装置を用いて構成したインバータ回路の構成図である。It is a block diagram of the inverter circuit comprised using the semiconductor device which concerns on this invention. 図4のインバータ回路の駆動信号の波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram of drive signals of the inverter circuit of FIG. 4. 本発明に係る半導体装置における温度検出動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature detection operation | movement in the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係る半導体装置における温度検出動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the temperature detection operation | movement in the semiconductor device which concerns on this invention. 本発明に係るスイッチングデバイスのセンス電圧端子に出力される電圧波形図である。It is a voltage waveform diagram output to the sense voltage terminal of the switching device according to the present invention. 図8の電圧波形の逆回復電流によるピークの部分の拡大図である。FIG. 9 is an enlarged view of a peak portion due to a reverse recovery current of the voltage waveform of FIG. 8. pn接合における逆回復時間の温度特性を示すグラフである。It is a graph which shows the temperature characteristic of the reverse recovery time in a pn junction. 実施の形態1における主スイッチング素子の温度検出方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining a temperature detection method of a main switching element in the first embodiment. FIG. 実施の形態2における主スイッチング素子の温度検出方法を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining a temperature detection method for a main switching element in a second embodiment. 実施の形態3における主スイッチング素子の温度検出方法を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for illustrating a temperature detection method for a main switching element in a third embodiment.

<実施の形態1>
図1は、本発明に係る半導体装置の構成を示す回路図である。当該半導体装置は、スイッチングデバイス10と、そのセンス電圧端子SEに接続した電流検出回路4および逆回復時間検出回路5を備える。スイッチングデバイス10は、電源のスイッチングにより負荷へ供給する電力を制御する主スイッチング素子1と、主スイッチング素子1と並列に接続された電流センス素子2およびセンス抵抗3の直列回路とを備えている。上記のセンス電圧端子SEは、電流センス素子2とセンス抵抗3との接続ノードに設けられている。
<Embodiment 1>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device includes a switching device 10 and a current detection circuit 4 and a reverse recovery time detection circuit 5 connected to the sense voltage terminal SE. The switching device 10 includes a main switching element 1 that controls power supplied to a load by switching of a power supply, and a series circuit of a current sense element 2 and a sense resistor 3 connected in parallel to the main switching element 1. The sense voltage terminal SE is provided at a connection node between the current sense element 2 and the sense resistor 3.

本実施の形態では、主スイッチング素子1および電流センス素子2は、炭化珪素を用いて形成されたMOSFETであるとする。電流センス素子2は、主スイッチング素子1を流れる電流よりも小さいセンス電流(主スイッチング素子1を流れる電流の1/5000〜1/10000程度)が流れるように、主スイッチング素子1よりも少数のセルにより構成されている。センス抵抗3は、電流センス素子2を流れる電流(センス電流)を電圧Vs(以下「センス電圧」と称す)に変換する。主スイッチング素子1および電流センス素子2のライフタイム(少数キャリアが消滅するまでの時間)は数nsec〜数μsec程度であるが、主スイッチング素子1のライフタイムは、電流センス素子2のライフタイムよりも短く設定されている。ライフタイムの制御は電子線照射やイオン照射、放射線照射などにより可能である。   In the present embodiment, it is assumed that main switching element 1 and current sense element 2 are MOSFETs formed using silicon carbide. The current sense element 2 has a smaller number of cells than the main switching element 1 so that a sense current smaller than the current flowing through the main switching element 1 (about 1/5000 to 1/10000 of the current flowing through the main switching element 1) flows. It is comprised by. The sense resistor 3 converts a current (sense current) flowing through the current sense element 2 into a voltage Vs (hereinafter referred to as “sense voltage”). The lifetime of main switching element 1 and current sense element 2 (time until minority carriers disappear) is about several nsec to several μsec, but the lifetime of main switching element 1 is longer than the lifetime of current sense element 2. Is also set short. The lifetime can be controlled by electron beam irradiation, ion irradiation, radiation irradiation, or the like.

電流検出回路4は、電流センス素子2を流れる電流によってセンス抵抗3に生じるセンス電圧Vsに基づき、主スイッチング素子1を流れる電流値を検出する。また逆回復時間検出回路5は、電流センス素子2の寄生ダイオードに逆回復電流が流れるときのセンス電圧Vsに基づき、その逆回復電流が流れた時間すなわち逆回復時間を測定し、その測定値に基づいて主スイッチング素子1の温度を検出する。   The current detection circuit 4 detects the current value flowing through the main switching element 1 based on the sense voltage Vs generated in the sense resistor 3 by the current flowing through the current sense element 2. The reverse recovery time detection circuit 5 measures the time when the reverse recovery current flows, that is, the reverse recovery time based on the sense voltage Vs when the reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sensing element 2, and uses the measured value as the measured value. Based on this, the temperature of the main switching element 1 is detected.

ここで、逆回復電流および逆回復時間について説明する。例えば図2のように、pn接合ダイオード6のカソードを接地電位7に、アノードを矩形電圧発生器8に接続させた場合を考える。矩形電圧発生器8が正電圧を出力しているときは、pn接合ダイオード6においてアノードからカソードへの向き(図2の実線矢印)に順方向電流が流れる。その状態から矩形電圧発生器8の出力が負電圧に変化すると、pn接合の少数キャリア蓄積効果により、pn接合ダイオード6においてカソードからアノードへの向き(図2の破線矢印)に逆方向電流が特定の時間だけ流れる。この逆方向電流が逆回復電流であり、それが流れる時間を逆回復時間と呼ぶ。   Here, the reverse recovery current and the reverse recovery time will be described. For example, as shown in FIG. 2, consider the case where the cathode of the pn junction diode 6 is connected to the ground potential 7 and the anode is connected to the rectangular voltage generator 8. When the rectangular voltage generator 8 outputs a positive voltage, a forward current flows in the direction from the anode to the cathode (solid arrow in FIG. 2) in the pn junction diode 6. When the output of the rectangular voltage generator 8 changes to a negative voltage from that state, the reverse current is specified in the direction from the cathode to the anode (broken arrow in FIG. 2) in the pn junction diode 6 due to the minority carrier accumulation effect of the pn junction. It flows only for the time. This reverse current is the reverse recovery current, and the time during which it flows is called the reverse recovery time.

図3は、図2の例においてpn接合ダイオード6に生じる逆回復電流の波形図である。逆回復電流の大きさは、アノード電圧が正から負に切り替わった直後(つまりpn接合ダイオード6がオフした直後)に最大となり、その後はなだらかに減少して0になる。逆回復電流が流れる期間は、電流の向きが順方向から逆方向に切り替わる時刻taから電流の値が0になる時刻tbまでの間ということになるが、一般に逆回復時間は、逆回復電流が流れ始めたとき(時刻ta)から逆回復電流の大きさが最大値の10%に減少するまでの時間とされることが多い。本発明における逆回復時間の見積もり方については後述する。また逆回復時間は、ライフタイムを短くすると短縮されることが分かっている。   FIG. 3 is a waveform diagram of the reverse recovery current generated in the pn junction diode 6 in the example of FIG. The magnitude of the reverse recovery current becomes maximum immediately after the anode voltage is switched from positive to negative (that is, immediately after the pn junction diode 6 is turned off), and then gradually decreases to zero. The period in which the reverse recovery current flows is from the time ta when the direction of the current is switched from the forward direction to the reverse direction until the time tb when the current value becomes 0. It is often the time from when the flow starts (time ta) until the magnitude of the reverse recovery current decreases to 10% of the maximum value. The method for estimating the reverse recovery time in the present invention will be described later. It has also been found that the reverse recovery time is shortened when the lifetime is shortened.

本実施の形態においては、電流センス素子2の寄生ダイオードに生じる逆回復電流が流れる時間の長さ(逆回復時間)に基づいて、主スイッチング素子1の温度を検出する。以下、その温度検出方法について説明する。   In the present embodiment, the temperature of main switching element 1 is detected based on the length of time (reverse recovery time) during which a reverse recovery current generated in the parasitic diode of current sensing element 2 flows. Hereinafter, the temperature detection method will be described.

図4は、図1の半導体装置を用いて構成したインバータ回路の構成図である。当該インバータ回路は、スイッチングデバイス10a,10bから成る直列回路と、スイッチングデバイス10c,10dから成る直列回路とが、電源VBのスイッチングを行うことによって負荷9を駆動する駆動回路である。   FIG. 4 is a configuration diagram of an inverter circuit configured using the semiconductor device of FIG. The inverter circuit is a drive circuit that drives the load 9 by switching a power supply VB by a series circuit composed of the switching devices 10a and 10b and a series circuit composed of the switching devices 10c and 10d.

図4に示すスイッチングデバイス10a〜10bは、それぞれ図1のスイッチングデバイス10と同様の構成を有するものである。また図4での図示は省略するが、スイッチングデバイス10a〜10dのセンス電圧端子SEの各々には、図1ように電流検出回路4および逆回復時間検出回路5に接続される。以下では便宜上、スイッチングデバイス10a,10cを「上側スイッチングデバイス」、スイッチングデバイス10b,10dを「下側スイッチングデバイス」と称することもある。   The switching devices 10a to 10b shown in FIG. 4 have the same configuration as the switching device 10 of FIG. Although not shown in FIG. 4, each of the sense voltage terminals SE of the switching devices 10a to 10d is connected to the current detection circuit 4 and the reverse recovery time detection circuit 5 as shown in FIG. Hereinafter, for convenience, the switching devices 10a and 10c may be referred to as “upper switching devices” and the switching devices 10b and 10d may be referred to as “lower switching devices”.

負荷9はモータ等の誘導性の負荷である。当該負荷9は、スイッチングデバイス10a,10b間の接続ノードとスイッチングデバイス10c,10d間の接続ノードとの間に接続されている。   The load 9 is an inductive load such as a motor. The load 9 is connected between a connection node between the switching devices 10a and 10b and a connection node between the switching devices 10c and 10d.

炭化珪素のスイッチング素子を用いたインバータ回路では、各スイッチング素子にショットキーバリアダイオードの還流ダイオードを並列接続させることが多い。しかし本発明ではそれを用いずに、主スイッチング素子1および電流センス素子2(MOSFET)のソース・ドレイン間のpn接合で構成される寄生ダイオードを、還流ダイオードとして働かせる。   In an inverter circuit using silicon carbide switching elements, a Schottky barrier diode free-wheeling diode is often connected in parallel to each switching element. However, in the present invention, a parasitic diode composed of a pn junction between the source and the drain of the main switching element 1 and the current sensing element 2 (MOSFET) is used as a freewheeling diode without using it.

図5は、スイッチングデバイス10a〜10dを駆動させる駆動信号V1〜V4の電圧波形図である。図5の如く、上側スイッチングデバイス10aの駆動信号V1と下側スイッチングデバイス10bの駆動信号V2が交互に活性化(H(High)レベルになる)し、上側スイッチングデバイス10cの駆動信号V3と下側スイッチングデバイス10dの駆動信号V4も交互に活性化する。また駆動信号V1,V4は互いに同位相であり、駆動信号V2,V3も互いに同位相である。   FIG. 5 is a voltage waveform diagram of drive signals V1 to V4 for driving the switching devices 10a to 10d. As shown in FIG. 5, the drive signal V1 of the upper switching device 10a and the drive signal V2 of the lower switching device 10b are activated alternately (H (High) level), and the drive signal V3 of the upper switching device 10c and the lower side The drive signal V4 of the switching device 10d is also activated alternately. The drive signals V1 and V4 are in phase with each other, and the drive signals V2 and V3 are also in phase with each other.

一般的に、上側と下側のスイッチングデバイス(例えば上側スイッチングデバイス10aと下側スイッチングデバイス10b)が同時にオンすることを確実に防止する目的で、その両者の駆動信号の活性期間同士の間には、デッドタイムと呼ばれる一定のマージン期間(図5の時刻t2〜t3)が設けられる。このデッドタイムでは、上側と下側のスイッチングデバイスは共にオフ状態になる。   Generally, in order to reliably prevent the upper and lower switching devices (for example, the upper switching device 10a and the lower switching device 10b) from being turned on at the same time, between the active periods of both drive signals. A fixed margin period (time t2 to t3 in FIG. 5) called a dead time is provided. In this dead time, both the upper and lower switching devices are turned off.

図5を参照し、駆動信号V1,V4がHレベルになる時刻t1〜t2の期間では、上側スイッチングデバイス10aと下側スイッチングデバイス10dがオンし、図6に示す破線矢印の経路に主電流が流れる。   Referring to FIG. 5, in the period from time t1 to t2 when drive signals V1 and V4 are at the H level, upper switching device 10a and lower switching device 10d are turned on, and the main current flows in the path indicated by the broken-line arrow shown in FIG. Flowing.

そして時刻t2で駆動信号V1,V4が非活性化(L(Low)レベルになる)すると、上側スイッチングデバイス10aと下側スイッチングデバイス10dが共にオフになり、主電流が遮断される。時刻t2から、その次に駆動信号V2,V3がHレベルになる時刻t3までの期間は、デッドタイムである。このデッドタイムの間は、誘導性の負荷9に蓄積されたエネルギーが放出されるため、図7に示す破線矢印の経路に還流電流が流れる。この還流電流は、スイッチングデバイス10b,10cの主スイッチング素子1および電流センス素子2の各寄生ダイオードを順方向に流れる。   When the drive signals V1 and V4 are deactivated (at L (Low) level) at time t2, both the upper switching device 10a and the lower switching device 10d are turned off, and the main current is cut off. A period from time t2 to time t3 when the drive signals V2 and V3 become H level next is a dead time. During this dead time, the energy accumulated in the inductive load 9 is released, so that the return current flows through the path indicated by the broken arrow shown in FIG. This reflux current flows in the forward direction through the parasitic diodes of the main switching element 1 and the current sensing element 2 of the switching devices 10b and 10c.

その後、時刻t3で駆動信号V2,V3がHレベルになり、下側スイッチングデバイス10bおよび上側スイッチングデバイス10cがオンすると、それらの主スイッチング素子1と電流センス素子2の各寄生ダイオードはオフになる。上記のように、デッドタイムの間はスイッチングデバイス10b,10cの主スイッチング素子1と電流センス素子2の各寄生ダイオードには順方向に逆回復電流が流れているため、時刻t3でそれらの寄生ダイオードがオフになると、それら寄生ダイオードに逆回復電流が流れる。   Thereafter, at time t3, when the drive signals V2 and V3 become H level and the lower switching device 10b and the upper switching device 10c are turned on, the parasitic diodes of the main switching device 1 and the current sensing device 2 are turned off. As described above, during the dead time, the reverse recovery current flows through the parasitic diodes of the main switching element 1 and the current sensing element 2 of the switching devices 10b and 10c in the forward direction. When is turned off, a reverse recovery current flows through these parasitic diodes.

電流センス素子2の寄生ダイオードに流れる逆回復電流は、センス抵抗3を流れるので、センス電圧Vsの波形にも現れる。図8は、下側スイッチングデバイス10bのセンス電圧端子SEに出力されるセンス電圧Vsの波形図である。同図のように、下側スイッチングデバイス10bのセンス電圧Vsには、それがターンオンする時刻t3に、逆回復電流に起因するピークが現れる。逆回復電流が0になると、センス電圧Vsは、主スイッチング素子1を流れる電流に比例した値となる。図8に示したセンス電圧Vsの逆回復電流によるピークの部分の拡大図を図9に示す。図9の時刻tR1〜tR2が、電流センス素子2の寄生ダイオードに逆回復電流が流れた期間である。   Since the reverse recovery current that flows through the parasitic diode of the current sense element 2 flows through the sense resistor 3, it also appears in the waveform of the sense voltage Vs. FIG. 8 is a waveform diagram of the sense voltage Vs output to the sense voltage terminal SE of the lower switching device 10b. As shown in the figure, a peak due to the reverse recovery current appears in the sense voltage Vs of the lower switching device 10b at the time t3 when it is turned on. When the reverse recovery current becomes 0, the sense voltage Vs has a value proportional to the current flowing through the main switching element 1. FIG. 9 shows an enlarged view of the peak portion due to the reverse recovery current of the sense voltage Vs shown in FIG. Times tR1 to tR2 in FIG. 9 are periods in which a reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sense element 2.

また図10は、pn接合における逆回復時間の温度特性を示すグラフである。逆回復時間は、同図のように温度に比例して長くなることが知られている(緒方修二、他4名、「3kV 600A 4H−SiC平型pnダイオードの静特性」、電気学会論文誌B、第126巻7号、p.663〜p.668、2006年)。   FIG. 10 is a graph showing the temperature characteristics of the reverse recovery time in the pn junction. It is known that the reverse recovery time becomes longer in proportion to the temperature as shown in the figure (Shoji Ogata, four others, "Static characteristics of 3kV 600A 4H-SiC flat pn diode", IEEJ Transactions B, 126: 7, p.663-p.668, 2006).

従って、センス電圧端子SEに接続される逆回復時間検出回路5は、センス電圧Vsに現れる逆回復電流の波形から逆回復時間を見積もることにより、電流センス素子2の温度を検出できる。電流センス素子2は、主スイッチング素子1と同一の半導体チップ内に配置されるため、電流センス素子2と主スイッチング素子1の温度はほぼ等しい。よって電流センス素子2の温度を検出することで、主スイッチング素子1の温度が分かる。   Therefore, the reverse recovery time detection circuit 5 connected to the sense voltage terminal SE can detect the temperature of the current sense element 2 by estimating the reverse recovery time from the waveform of the reverse recovery current appearing in the sense voltage Vs. Since the current sense element 2 is disposed in the same semiconductor chip as the main switching element 1, the temperatures of the current sense element 2 and the main switching element 1 are substantially equal. Therefore, by detecting the temperature of the current sensing element 2, the temperature of the main switching element 1 can be known.

ここで、主スイッチング素子1および電流センス素子2の温度検出を行うタイミングについて説明する。本発明では、センス電圧Vsの波形を用いて温度検出を行うものであるが、センス電圧Vsは主スイッチング素子1を流れる主電流の検出という本来の目的にも使用される。電流検出回路4が、逆回復電流が流れているときのセンス電圧Vsを基にして主電流の検出を行うと、主電流を正確に検出することができず、過電流保護機能を誤って動作させる懸念がある。そのため、電流検出回路4による電流検出は、逆回復電流が流れていない期間に行う必要がある。   Here, the timing for detecting the temperature of the main switching element 1 and the current sensing element 2 will be described. In the present invention, the temperature is detected using the waveform of the sense voltage Vs, but the sense voltage Vs is also used for the original purpose of detecting the main current flowing through the main switching element 1. If the current detection circuit 4 detects the main current based on the sense voltage Vs when the reverse recovery current is flowing, the main current cannot be accurately detected, and the overcurrent protection function is erroneously operated. There is a concern. Therefore, the current detection by the current detection circuit 4 needs to be performed during a period when the reverse recovery current is not flowing.

電流センス素子2の寄生ダイオードにおける逆回復電流は、スイッチングデバイス10がオンした直後の期間、例えば下側スイッチングデバイス10bであれば図9の時刻tR1〜tR2に流れる。本実施の形態では、電流センス素子2の寄生ダイオードに逆回復電流が流れると想定される、ターンオン直後の一定期間(少なくとも図9の時刻tR1〜tR2を含む期間)を逆回復時間検出回路5による温度検出の期間とする。そしてそれ以降を電流検出回路4による電流検出の期間として、温度検出の期間と電流検出の期間とを分ける。これにより電流および温度の誤検出を回避し、その精度を高めることができる。
The reverse recovery current in the parasitic diode of the current sense element 2 flows during the period immediately after the switching device 10 is turned on, for example, from the time tR1 to tR2 in FIG. 9 in the case of the lower switching device 10b. In the present embodiment, the reverse recovery time detection circuit 5 performs a predetermined period (a period including at least the times tR1 to tR2 of FIG. 9) immediately after the turn-on, in which the reverse recovery current is assumed to flow through the parasitic diode of the current sense element 2. The temperature detection period. Thereafter, the temperature detection period and the current detection period are divided into periods of current detection by the current detection circuit 4 . As a result, erroneous detection of current and temperature can be avoided and the accuracy thereof can be increased.

次に、本実施の形態における逆回復時間の見積もり方法について説明する。本実施の形態では、図11のように所定の閾値電圧Vs1を設定し、センス電圧Vsが閾値電圧Vs1以上になっている時間tRを、逆回復時間と定義する。この時間tRは、逆回復電流が流れる時間(図9の時刻tR1〜tR2)と相関関係にあるため、時間tRも図10の如く温度に比例する特性となる。従って、時間tRから、主スイッチング素子1および電流センス素子2の温度を検出することができる。   Next, a method for estimating the reverse recovery time in the present embodiment will be described. In the present embodiment, a predetermined threshold voltage Vs1 is set as shown in FIG. 11, and a time tR when the sense voltage Vs is equal to or higher than the threshold voltage Vs1 is defined as a reverse recovery time. Since the time tR is correlated with the time during which the reverse recovery current flows (time tR1 to tR2 in FIG. 9), the time tR also has a characteristic proportional to the temperature as shown in FIG. Therefore, the temperatures of the main switching element 1 and the current sensing element 2 can be detected from the time tR.

このように本実施の形態に係る半導体装置は、スイッチングデバイス10のセンス電圧端子SEから出力されるセンス電圧Vsの波形の一部を用いて、主スイッチング素子1の温度検出を行う。つまりセンス電圧端子SEは、主スイッチング素子1の電流検出を行う電流検出回路4と、温度検出を行う逆回復時間検出回路5とで共有することができる。つまりスイッチングデバイス10のチップに温度検出専用のパッドを設ける必要はない。電流検出機能と温度検出機能の両方を備える従来のスイッチングデバイス(例えば特許文献1)に比べ、少なくともパッド1個分の面積縮小が可能である。特にこの効果は、チップ面積を格段に小さくできることで知られる炭化珪素スイッチング素子を備える半導体装置に非常に有効である。   As described above, the semiconductor device according to the present embodiment detects the temperature of the main switching element 1 using a part of the waveform of the sense voltage Vs output from the sense voltage terminal SE of the switching device 10. That is, the sense voltage terminal SE can be shared by the current detection circuit 4 that detects the current of the main switching element 1 and the reverse recovery time detection circuit 5 that detects the temperature. That is, it is not necessary to provide a pad dedicated to temperature detection on the chip of the switching device 10. Compared to a conventional switching device having both a current detection function and a temperature detection function (for example, Patent Document 1), the area can be reduced by at least one pad. In particular, this effect is very effective for a semiconductor device including a silicon carbide switching element that is known to be able to significantly reduce the chip area.

温度検出は、電流センス素子2の寄生ダイオードにおいて還流電流に起因して生じる逆回復電流を利用して行われるため、絶縁ゲート型のスイッチング素子にも適用可能である。また温度検出は、主スイッチング素子1の近傍に配設される電流センス素子2の寄生ダイオードを利用して行われるため、主スイッチング素子1の近傍の接合部温度を検出することができる。電流センス素子2は、主スイッチング素子1のチップの中央部に配置することが好ましいが、チップ端部に配置してもよい。チップ端部に配置した場合は、チップ中央部と端部との温度差を考慮して、逆回復時間を規定する閾値電圧Vs1の値を設定することが好ましい。   Since the temperature detection is performed using a reverse recovery current caused by the return current in the parasitic diode of the current sense element 2, it can also be applied to an insulated gate type switching element. Moreover, since temperature detection is performed using the parasitic diode of the current sense element 2 disposed in the vicinity of the main switching element 1, the junction temperature in the vicinity of the main switching element 1 can be detected. The current sensing element 2 is preferably arranged at the center of the chip of the main switching element 1, but may be arranged at the chip end. When arranged at the end of the chip, it is preferable to set the value of the threshold voltage Vs1 that defines the reverse recovery time in consideration of the temperature difference between the center and end of the chip.

さらに本実施の形態では、主スイッチング素子1のライフタイムを電流センス素子2のライフタイムより短くすることで、主スイッチング素子1の寄生ダイオードにおける逆回復時間を短くしている。これにより、主スイッチング素子1の寄生ダイオードの逆回復電流による電力ロスを抑制できる。   Furthermore, in this embodiment, the reverse recovery time in the parasitic diode of the main switching element 1 is shortened by making the lifetime of the main switching element 1 shorter than the lifetime of the current sensing element 2. Thereby, the power loss by the reverse recovery current of the parasitic diode of the main switching element 1 can be suppressed.

なお、電流センス素子2に接続させるセンス抵抗3は、主スイッチング素子1および電流センス素子2と同一チップに内蔵させてもよいし、ディスクリート部品の抵抗素子として外付けしてもよい。   The sense resistor 3 connected to the current sense element 2 may be built in the same chip as the main switching element 1 and the current sense element 2 or may be externally attached as a resistor element of a discrete component.

<実施の形態2>
実施の形態1では、電流センス素子2の寄生ダイオードに逆回復電流が流れる時間、即ちセンス電圧Vsが所定の閾値電圧Vs1以上になる時間の長さを測定することによって、主スイッチング素子1の温度を検出した。この方法によれば、逆回復時間の具体的な長さが分かるので、主スイッチング素子1の具体的な温度の値を知ることもできる。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the temperature of the main switching element 1 is measured by measuring the length of time that the reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sense element 2, that is, the length of time that the sense voltage Vs is equal to or higher than the predetermined threshold voltage Vs1. Was detected. According to this method, since the specific length of the reverse recovery time is known, the specific temperature value of the main switching element 1 can also be known.

しかし実使用上は、主スイッチング素子1の温度が定格温度(主スイッチング素子1の正常動作が保証される最高温度)を超えたが否かさえ判断できれば充分なことが殆どである。つまり、測定した逆回復時間が、定格温度の場合の逆回復時間より長いか否かさえ検出できればよい。   However, in actual use, it is almost always sufficient to determine whether or not the temperature of the main switching element 1 exceeds the rated temperature (the maximum temperature at which normal operation of the main switching element 1 is guaranteed). That is, it is only necessary to detect whether or not the measured reverse recovery time is longer than the reverse recovery time at the rated temperature.

そこで実施の形態2では、より簡易的な温度検出手法を提案する。ここでも図4および図5に示したインバータの下側スイッチングデバイス10bにおける、主スイッチング素子1の温度検出を例に挙げて説明する。   Therefore, in the second embodiment, a simpler temperature detection method is proposed. Here, the temperature detection of the main switching element 1 in the lower switching device 10b of the inverter shown in FIGS. 4 and 5 will be described as an example.

本実施の形態の逆回復時間検出回路5は、図12に示すように、下側スイッチングデバイス10bがオンする時刻t3から一定のディレイ時間後の時刻tDのみにセンス電圧Vsを検出し、それを所定の閾値電圧Vs2と比較して、センス電圧Vsが閾値電圧Vs2を超えているか否かを判定する。閾値電圧Vs2は、主スイッチング素子1が定格温度である場合の、時刻tDにおけるセンス電圧Vsの値に予め設定される。   As shown in FIG. 12, the reverse recovery time detection circuit 5 of the present embodiment detects the sense voltage Vs only at time tD after a certain delay time from time t3 when the lower switching device 10b is turned on. Compared with a predetermined threshold voltage Vs2, it is determined whether or not the sense voltage Vs exceeds the threshold voltage Vs2. The threshold voltage Vs2 is set in advance to the value of the sense voltage Vs at time tD when the main switching element 1 is at the rated temperature.

例えば時刻tD後のセンス電圧Vsが閾値電圧Vs2よりも大きければ、定格温度の場合よりも逆回復時間が長くなっていることが分かり、主スイッチング素子1が定格温度を超えていると判断できる。逆に、時刻tD後のセンス電圧Vsが閾値電圧Vs2以下であれば、定格温度の場合より逆回復時間が短くなっていることが分かり、主スイッチング素子1が定格温度以下であると判断できる。   For example, if the sense voltage Vs after time tD is greater than the threshold voltage Vs2, it can be seen that the reverse recovery time is longer than that at the rated temperature, and it can be determined that the main switching element 1 exceeds the rated temperature. Conversely, if the sense voltage Vs after time tD is equal to or lower than the threshold voltage Vs2, it can be seen that the reverse recovery time is shorter than that at the rated temperature, and it can be determined that the main switching element 1 is equal to or lower than the rated temperature.

このように本実施の形態では、逆回復時間検出回路5が、定格温度の場合よりも逆回復時間より長いか否かだけを検出するので、主スイッチング素子1の具体的な温度の検出はできないが、少なくとも主スイッチング素子1の温度が定格値を超えているか否かの判別は可能である。本実施の形態によれば、逆回復時間検出回路5が時間を測定する必要がないため、実施の形態1に比べ逆回復時間検出回路5を簡易な回路で構成でき、本発明に係る半導体装置の低コスト化に寄与できる。   As described above, in the present embodiment, the reverse recovery time detection circuit 5 detects only whether or not the reverse recovery time is longer than that at the rated temperature, so that the specific temperature of the main switching element 1 cannot be detected. However, it is possible to determine whether or not at least the temperature of the main switching element 1 exceeds the rated value. According to the present embodiment, since the reverse recovery time detection circuit 5 does not need to measure time, the reverse recovery time detection circuit 5 can be configured with a simple circuit as compared with the first embodiment, and the semiconductor device according to the present invention. Can contribute to cost reduction.

<実施の形態3>
上記したように、電流検出回路4による電流検出は、電流センス素子2の寄生ダイオードに逆回復電流が流れていない期間に行う必要がある。そのため電流検出は、図13に示すように逆回復電流が流れる期間より後の時刻tDsから開始することが望ましい。
<Embodiment 3>
As described above, the current detection by the current detection circuit 4 needs to be performed during a period in which no reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sense element 2. Therefore, the current detection is desirably started from time tDs after the period in which the reverse recovery current flows as shown in FIG.

逆回復電流が流れる時間は温度によって変化するため、電流検出を開始する時刻tDsのタイミングを固定する場合は、逆回復電流が0になると予想される期間に対しある程度のマージン期間を確保する必要がある。そのマージン期間を長くすると電流の誤検出を防止できるが、電流検出の開始タイミングが遅れてしまう。そこで実施の形態3では、電流検出を開始する時刻tDsを、そのときの温度、つまり逆回復時間の測定結果に応じて制御する。   Since the time during which the reverse recovery current flows varies depending on the temperature, when fixing the timing of the current detection start time tDs, it is necessary to secure a certain margin period with respect to the period in which the reverse recovery current is expected to be zero. is there. Increasing the margin period can prevent erroneous detection of current, but delays the current detection start timing. Therefore, in the third embodiment, the time tDs at which the current detection is started is controlled according to the temperature at that time, that is, the measurement result of the reverse recovery time.

図10のグラフから分かるように、電流センス素子2の寄生ダイオードに逆回復電流が流れる期間の長さは、温度が高くなる程長くなる。そこで本実施の形態では、スイッチングデバイス10がオンする時刻t3から電流検出を開始する時刻tDsまでのディレイ時間を、高温時(逆回復時間が長いとき)にはより長く、低温時(逆回復時間が短いとき)にはより短くする。   As can be seen from the graph of FIG. 10, the length of the period during which the reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sensing element 2 increases as the temperature increases. Therefore, in the present embodiment, the delay time from the time t3 when the switching device 10 is turned on to the time tDs when the current detection is started is longer when the temperature is high (when the reverse recovery time is long) and when the temperature is low (reverse recovery time). Shorter when it is short).

図4および図5に示したようなインバータ回路においては、各スイッチングデバイスの駆動信号は矩形波状の繰り返し信号である。そこで電流検出を開始する時刻tDsの制御は、駆動信号の1周期前における温度検出結果、すなわち前回の逆回復時間の測定結果に基づいて行うとよい。   In the inverter circuit as shown in FIG. 4 and FIG. 5, the driving signal of each switching device is a rectangular wave-like repetitive signal. Therefore, the control of the time tDs at which the current detection is started may be performed based on the temperature detection result one cycle before the drive signal, that is, the previous reverse recovery time measurement result.

本実施の形態によれば、逆回復時間検出回路5が、電流検出の開始タイミングの遅れを最小限に抑えつつ、逆回復電流に影響されない正確な電流検出を行うことができるようになる。   According to the present embodiment, the reverse recovery time detection circuit 5 can perform accurate current detection that is not affected by the reverse recovery current while minimizing the delay of the current detection start timing.

1 主スイッチング素子、2 電流センス素子、3 センス抵抗、4 電流検出回路、5 逆回復時間検出回路、10 スイッチングデバイス、SE センス電圧端子。   1 main switching element, 2 current sense element, 3 sense resistor, 4 current detection circuit, 5 reverse recovery time detection circuit, 10 switching device, SE sense voltage terminal.

Claims (11)

主スイッチング素子と、
前記主スイッチング素子に並列接続した、前記主スイッチング素子よりも流れる電流が小さく設定された電流検出のための電流センス素子および抵抗素子の直列回路と、
前記電流センス素子と前記抵抗素子との間に接続したセンス端子の電圧に基づき、前記電流センス素子の寄生ダイオードに逆回復電流が流れた時間である逆回復時間が、前記主スイッチング素子が定格温度である場合の前記逆回復時間より長いか否かを検出し、その検出結果に基づいて前記主スイッチング素子の温度が定格値を超えているか否かの判別を行う逆回復時間検出回路とを備え、
前記逆回復時間検出回路は、前記主スイッチング素子のターンオン直後の所定タイミングにおける前記センス端子の電圧を所定の閾値と比較することで、前記逆回復時間が前記主スイッチング素子が定格温度である場合の前記逆回復時間より長いか否かを検出し、
前記所定の閾値は、前記主スイッチング素子が定格温度である場合の、前記所定タイミングにおける前記センス端子の電圧に等しい
ことを特徴とする半導体装置。
A main switching element;
A series circuit of a current sensing element and a resistance element for current detection, which is connected in parallel to the main switching element, and a current flowing smaller than the main switching element is set,
Based on the voltage of the sense terminal connected between the current sense element and the resistance element, the reverse recovery time, which is the time when the reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sense element , the main switching element is rated temperature And a reverse recovery time detection circuit that detects whether or not the reverse recovery time is longer than the reverse recovery time and determines whether or not the temperature of the main switching element exceeds a rated value based on the detection result. ,
The reverse recovery time detection circuit compares the voltage of the sense terminal at a predetermined timing immediately after turn-on of the main switching element with a predetermined threshold, so that the reverse recovery time is when the main switching element is at a rated temperature. Detecting whether it is longer than the reverse recovery time ,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the predetermined threshold value is equal to a voltage of the sense terminal at the predetermined timing when the main switching element is at a rated temperature.
主スイッチング素子と、A main switching element;
前記主スイッチング素子に並列接続した、前記主スイッチング素子よりも流れる電流が小さく設定された電流検出のための電流センス素子および抵抗素子の直列回路と、A series circuit of a current sensing element and a resistance element for current detection, which is connected in parallel to the main switching element, and a current flowing smaller than the main switching element is set,
前記電流センス素子と前記抵抗素子との間に接続したセンス端子の電圧に基づき、前記電流センス素子の寄生ダイオードに逆回復電流が流れた時間である逆回復時間を測定し、その測定値に基づいて前記主スイッチング素子の温度を検出する逆回復時間検出回路とを備え、Based on the voltage of the sense terminal connected between the current sense element and the resistance element, the reverse recovery time, which is the time when the reverse recovery current flows through the parasitic diode of the current sense element, is measured, and based on the measured value And a reverse recovery time detection circuit for detecting the temperature of the main switching element,
前記電流検出回路による前記主電流の検出と前記逆回復時間検出回路による前記逆回復時間の検出とは、互いに異なる期間に行われるThe detection of the main current by the current detection circuit and the detection of the reverse recovery time by the reverse recovery time detection circuit are performed in different periods.
ことを特徴とする半導体装置。A semiconductor device.
前記逆回復時間検出回路は、The reverse recovery time detection circuit
前記主スイッチング素子のターンオン直後の所定期間内に、前記センス端子の電圧が所定の閾値を越えた時間を測定することで、前記逆回復時間を検出するThe reverse recovery time is detected by measuring the time when the voltage at the sense terminal exceeds a predetermined threshold within a predetermined period immediately after the main switching element is turned on.
請求項2記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 2.
前記主スイッチング素子のライフタイムは、前記電流センス素子のライフタイムより短いThe lifetime of the main switching element is shorter than the lifetime of the current sensing element.
請求項1から請求項3のいずれか一つに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
前記主スイッチング素子は、電子線照射、イオン照射および放射線照射のいずれかによってライフタイムを短縮化したものであるThe main switching element has a shortened lifetime by any one of electron beam irradiation, ion irradiation and radiation irradiation.
請求項4記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 4.
前記電流センス素子は、前記主スイッチング素子を流れる電流の1/5000〜1/10000の電流が流れるように設定されているThe current sense element is set so that a current of 1/5000 to 1/10000 of a current flowing through the main switching element flows.
請求項1から請求項5のいずれか一つに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
前記センス端子の電圧に基づいて前記主スイッチング素子を流れる主電流を検出する電流検出回路をさらに備えるA current detection circuit for detecting a main current flowing through the main switching element based on the voltage of the sense terminal;
請求項1から請求項6のいずれか一つに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
前記主スイッチング素子および前記電流センス素子は、同一の半導体チップに形成されているThe main switching element and the current sensing element are formed on the same semiconductor chip.
請求項1から請求項7のいずれか一つに記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1.
前記電流センス素子は、前記半導体チップの中央部に配設されているThe current sense element is disposed at a central portion of the semiconductor chip.
請求項8記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 8.
前記主スイッチング素子および前記電流センス素子は、炭化珪素を用いて形成されている
請求項1から請求項9のいずれか一つに記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the main switching element and the current sense element are formed using silicon carbide.
請求項1から請求項10のいずれか一つに記載の半導体装置を用いて構成され、誘導性の負荷を駆動する駆動回路。A driving circuit configured using the semiconductor device according to claim 1 and driving an inductive load.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6171599B2 (en) 2013-06-11 2017-08-02 サンケン電気株式会社 Semiconductor device and control method thereof
JP7343333B2 (en) * 2019-08-27 2023-09-12 日立Astemo株式会社 power converter
JP6995175B1 (en) * 2020-09-07 2022-01-14 三菱電機株式会社 Switching equipment and power conversion equipment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3870542B2 (en) * 1998-03-31 2007-01-17 三菱電機株式会社 Refrigeration and air conditioning equipment
JP4832731B2 (en) * 2004-07-07 2011-12-07 株式会社東芝 Power semiconductor device
JP2006136086A (en) * 2004-11-04 2006-05-25 Hitachi Ltd Current detection method, current detector, power converter using current detector and vehicle using power converter
JP2007014059A (en) * 2005-06-28 2007-01-18 Toyota Motor Corp Switching circuit
JP4816182B2 (en) * 2006-03-23 2011-11-16 株式会社日立製作所 Switching element drive circuit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105572557A (en) * 2014-10-28 2016-05-11 英飞凌科技奥地利有限公司 System and method for temperature sensing

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