JP6948980B2 - 半導体素子の駆動装置 - Google Patents

Description

この発明は、半導体素子の駆動装置に関する。

近時、インテリジェント・パワーモジュール（Intelligent Power Module、ＩＰＭ）が注目されている。インテリジェント・パワーモジュールは、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等のパワートランジスタからなる複数の半導体素子とその駆動回路と共に、半導体素子の過電流、制御電源電圧の低下、過熱等の異常に対する保護回路を１つの電子部品としてモジュール化したものである。

特許文献１には、半導体素子の異常を検出する複数の保護回路と、各保護回路で検出された異常の種別に応じて予め設定されたパルス幅のアラーム信号を、１パルス分だけ、あるいは予め設定された時間間隔で１パルス分ずつ出力する信号出力回路と、を備えた駆動装置が開示されている。

しかしながら、特許文献１の駆動装置では、半導体素子の異常が解消されたことを検出することができないという問題があった。

この点、特許文献２では、半導体素子に生じた異常の種別に応じたパルス幅のアラーム信号を的確に通知する機能を備えるとともに、半導体素子の異常要因が解消されたことを通知する機能を備えた半導体素子の駆動装置が提唱されている。

特開２０１２−１４３１２５号公報 特開２０１３−２５８８５８号公報

しかしながら、特許文献２の技術では、異常の種別に応じたパルス幅のアラーム信号を生成するアラーム信号生成回路とは別に、異常要因が解消されたことを通知する信号を生成するアラーム解除信号生成回路が必要となり、駆動装置が大型化するという課題があった。また、特許文献２の技術では、異常要因が解消された後にアラーム解除信号が出力されるため、復帰するまでに時間がかかるという課題がある。さらに、特許文献２の技術では、異常要因を判別するためにパルス幅を測定し、かつ異常要因が解消されたことを検出するためにアラーム解除信号を測定する必要があり、実用的ではないという課題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、半導体素子の駆動装置において、大型化を抑制するとともに、半導体素子の異常が解消されると半導体素子への駆動信号の入力を速やかに再開することを目的とする。

本発明に係る第１の半導体素子の駆動装置は、半導体素子の異なる種類の異常を検出する複数の検出回路と、少なくとも１つの検出回路が異常を検出した場合にエラー信号を生成する論理回路と、エラー信号を受けて、異常を検出した検出回路毎に異なるパルス幅を持つ１又は複数のパルスからなるアラーム信号を生成するアラーム信号生成回路と、エラー信号およびアラーム信号に基づき半導体素子の保護機能が動作しているか否かを判断し、保護機能が動作していると判断した場合には半導体素子への駆動信号の入力を遮断する保護動作判断回路と、を備え、アラーム信号の周波数は、異常を検出した検出回路によらず一定であり、アラーム信号のデューティ比は、異常を検出した検出回路に応じて異なり、アラーム信号をアナログ信号に変換するローパスフィルタをさらに備え、保護動作判断回路は、エラー信号およびアナログ信号に変換されたアラーム信号により半導体素子の保護機能が動作しているか否かを判断する。
本発明に係る第２の半導体素子の駆動装置は、半導体素子の異なる種類の異常を検出する複数の検出回路と、少なくとも１つの検出回路が異常を検出した場合にエラー信号を生成する論理回路と、エラー信号を受けて、異常を検出した検出回路毎に異なるパルス幅を持つ１又は複数のパルスからなるアラーム信号を生成するアラーム信号生成回路と、エラー信号およびアラーム信号に基づき半導体素子の保護機能が動作しているか否かを判断し、保護機能が動作していると判断した場合には半導体素子への駆動信号の入力を遮断する保護動作判断回路と、を備え検出回路は、半導体素子の電流異常を検出する電流検出回路を備え、アラーム信号生成回路は、電流検出回路が異常を検出した場合に生成されたエラー信号を受けて、一つのパルスからなるアラーム信号を生成し、電流検出回路以外の検出回路が異常を検出した場合に生成されたエラー信号を受けて、複数のパルスからなるアラーム信号を生成する。

本発明に係る半導体素子の駆動装置によれば、保護動作判断回路は、アラーム信号の終了により半導体素子の異常が解消されたと判断することが出来るため、異常解消後に速やかに半導体素子へ駆動信号の入力を再開することができる。また、アラーム解除信号生成回路が不要であるため、装置の小型化が可能である。

実施の形態１に係る半導体装置の要部概略構成を示す図である。 Ｕ相上アームの駆動装置を示すブロック図である。 エラー信号、保護動作信号およびアラーム信号の最小パルス幅を示す図である。 ｔｅｒｒ≦ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）の場合の実施の形態１のアラーム信号を示す図である。 ｔｅｒｒ＞ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）の場合の実施の形態１のアラーム信号を示す図である。 制御電源電圧に異常が発生し、その後電流に異常が発生した場合のエラー信号Ｖｅｒｒ、保護動作信号Ｖｐｒｏおよびアラーム信号ＶＦｏを示す図である。 実施の形態２に係る半導体装置の要部概略構成を示す図である。 ローパスフィルタを示す図である。 実施の形態２のアラーム信号を示す図である。 制御電源電圧の異常に関するアラーム信号に対するアナログアラーム信号の計算結果を示す図である。 温度の異常に関するアラーム信号に対するアナログアラーム信号の計算結果を示す図である。 電流の異常に関するアラーム信号に対するアナログアラーム信号の計算結果を示す図である。 実施の形態３に係る半導体装置の要部概略構成を示す図である。 実施の形態３に係る駆動装置の概略構成を示す図である。 実施の形態３に係るアナログアラーム信号を示す図である。 実施の形態４に係る電流異常に関するアラーム信号を示す図である。 実施の形態５に係る半導体装置の要部概略構成を示す図である。 実施の形態５に係る駆動装置の概略構成を示す図である。

＜Ａ．実施の形態１＞
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１０１の要部概略構成を示す図である。半導体装置１０１は、インバータ１０と駆動装置１−６とを備える。インバータ１０は、複数のＩＧＢＴ１１−１６と、ＩＧＢＴ１１−１６にそれぞれ並列に接続された還流ダイオードＤ１−Ｄ６とを備え、直流電力を交流電力に変換する。ＩＧＢＴ１１と還流ダイオードＤ１はＵ相上アームを構成し、ＩＧＢＴ１４と還流ダイオードＤ４はＵ相下アームを構成する。ＩＧＢＴ１２と還流ダイオードＤ２はＶ相上アームを構成し、ＩＧＢＴ１５と還流ダイオードＤ５はＶ相下アームを構成する。ＩＧＢＴ１３と還流ダイオードＤ３はＷ相上アームを構成し、ＩＧＢＴ１６と還流ダイオードＤ６はＷ相下アームを構成する。駆動装置１−６は、インバータ１０を構成する複数のＩＧＢＴ１１−１６をそれぞれ個別に駆動する。なお、ＩＧＢＴは駆動装置１−６が駆動する半導体素子の一例であり、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）など他の半導体素子がＩＧＢＴに代えて用いられても良い。

図２は、Ｕ相上アームの駆動装置１を示すブロック図である。なお、他の駆動装置２−６の構成は駆動装置１と同様であるため、それらの構成の説明は省略する。

駆動装置１は、検出回路２１、論理回路２２、保護動作判断回路２３、識別パルス生成回路２４、ＭＯＳＦＥＴ２５、およびＡＮＤゲート２６を備える。

検出回路２１は、半導体装置１０１の各種の保護機能を実現する回路であり、制御電源電圧検出回路ＵＶ、温度検出回路ＯＴ、および電流検出回路ＳＣを備えている。

論理回路２２は、制御電源電圧検出回路ＵＶ、温度検出回路ＯＴ、および電流検出回路ＳＣからの信号を予め定められた電圧と比較し、ＩＧＢＴ１１が異常状態であるかを判定する。論理回路２２は、ＩＧＢＴ１１が異常状態にあると判定した場合に、エラー信号Ｖｅｒｒを保護動作判断回路２３と識別パルス生成回路２４に出力する。

保護動作判断回路２３には、アラーム信号ＶＦｏとエラー信号Ｖｅｒｒが入力される。保護動作判断回路２３は、アラーム信号ＶＦｏとエラー信号ＶｅｒｒによりＩＧＢＴ１１の保護機能が動作しているか否かを判断する。保護動作判断回路２３は、ＩＧＢＴ１１の保護機能が動作していると判断した場合には、識別パルス生成回路２４に保護動作信号Ｖｐｒｏを入力するとともに、ＡＮＤゲート２６にＬレベルを出力することにより、ゲート制御信号Ｖｏｕｔをオフする。これにより、ＩＧＢＴ１１は駆動が禁止され、異常から保護される。

識別パルス生成回路２４には、論理回路２２からエラー信号Ｖｅｒｒが入力され、保護動作判断回路２３から保護動作信号Ｖｐｒｏが入力される。識別パルス生成回路２４は、エラー信号Ｖｅｒｒと保護動作信号Ｖｐｒｏに基づき識別パルスを生成する。識別パルス生成回路２４が生成した識別パルスは、ＭＯＳＦＥＴ２５のゲートに入力され、これによりオープンドレインのＭＯＳＦＥＴ２５のオンオフが制御される。ＭＯＳＦＥＴ２５のソースはアラーム信号ＶＦｏを保護動作判断回路２３および駆動装置１の外部に出力する。すなわち、識別パルス生成回路２４とＭＯＳＦＥＴ２５は、エラー信号Ｖｅｒｒを受けてアラーム信号を生成するアラーム信号生成回路として機能する。

図３は、エラー信号Ｖｅｒｒ、保護動作信号Ｖｐｒｏ、およびアラーム信号ＶＦｏの最小パルス幅を示している。エラー信号Ｖｅｒｒ、保護動作信号Ｖｐｒｏ、およびアラーム信号ＶＦｏの最小パルス幅を、それぞれ最小エラー期間ｔｅｒｒ（ｍｉｎ）、最小保護動作期間ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）、および最小アラーム信号出力期間ｔＦｏ（ｍｉｎ）とすると、これらの関係はｔｅｒｒ（ｍｉｎ）＜ｔＦｏ（ｍｉｎ）＝ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）となる。最小エラー期間ｔｅｒｒ（ｍｉｎ）は、検出回路２１により検出可能な最小のエラー長であり、検出回路２１毎に設けられるフィルタのフィルタ時間によって定められる。フィルタ時間は、一般的に数ｎｓから数μｓで設定される。具体的には、電流検出回路ＳＣのフィルタ時間は約２μｓに設定される。また、最小アラーム信号出力期間ｔＦｏ（ｍｉｎ）はアラーム信号ＶＦｏを受信するマイコンで認識可能な長さに設定され、一般的には数ｍｓ以上で設定される。実施の形態１では、最小保護動作期間ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）と最小アラーム信号出力期間ｔＦｏ（ｍｉｎ）はエラーの種類、すなわち異常を検出した検出回路２１によらず一定である。

図４に、ｔｅｒｒ≦ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）の場合の実施の形態１のアラーム信号ＶＦｏを示す。エラー信号Ｖｅｒｒがオフのときは、保護動作判断回路２３がＡＮＤゲート２６にＨレベルを出力するため、制御信号ＶＣＩＮに同期してゲート制御信号Ｖｏｕｔが出力される。検出回路２１が異常を検出すると、論理回路２２がエラー信号Ｖｅｒｒをオン、すなわちＨレベルにする。保護動作判断回路２３は、エラー信号Ｖｅｒｒのオンに伴い保護動作信号Ｖｐｒｏをオン、すなわちＨレベルにする。また、識別パルス生成回路２４も、エラー信号Ｖｅｒｒのオンに伴い識別パルスを生成する。従って、エラー信号Ｖｅｒｒ、保護動作信号Ｖｐｒｏ、およびアラーム信号ＶＦｏは同時にオンする。なお、ここでアラーム信号ＶＦｏについては、Ｈレベルをオフ、Ｌレベルをオンとする。

エラー信号Ｖｅｒｒがオンの期間中、保護動作判断回路２３がＡＮＤゲート２６にＬレベルを出力するため、ゲート制御信号ＶｏｕｔはＬレベルとなり、遮断される。

最小アラーム信号出力期間ｔＦｏ（ｍｉｎ）は最小保護動作期間ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）に等しいため、ｔＦｏ（ｍｉｎ）を駆動装置１の外部でモニタすることにより最小保護動作期間ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）を識別することができる。

アラーム信号ＶＦｏがオンの間、ＭＯＳＦＥＴ２５は検出回路毎に異なるパルス幅ｔＦｏ＿ｐｌからなる連続パルス列をアラーム信号ＶＦｏとして出力する。識別パルス生成回路２４は、アラーム信号ＶＦｏのパルス幅ｔＦｏ＿ｐｌ、アラーム信号の休止幅ｔＦｏ＿ｓｕｓ、および最小アラーム信号出力期間ｔＦｏ（ｍｉｎ）を、式（１）を満たすように設定する。なお、ｎは自然数で、検出回路毎に異なる値となる。

ｔｅｒｒ≦ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）の場合、最小アラーム信号出力期間ｔＦｏ（ｍｉｎ）は、異常の種別によらず一定である。

図５に、ｔｅｒｒ＞ｔｐｒｏ（ｍｉｎ）の場合の実施の形態１のアラーム信号ＶＦｏを示す。このときのエラー期間ｔｅｒｒ、保護動作期間ｔｐｒｏ、およびアラーム信号出力期間ｔＦｏは、ｔｅｒｒ≦ｔｐｒｏ＝ｔＦｏを満たすように設定される。

また、識別パルス生成回路２４は、ｔＦｏ、ｔＦｏ＿ｐｌ、およびｔＦｏ＿ｓｕｓを、式（２）を満たすように設定する。なお、ｎは自然数で、エラーの種類毎に異なる値となる。

すなわち、アラーム信号ＶＦｏは、式（３）を満たすように出力される。

このように、識別パルス生成回路２４は、アラーム信号出力期間ｔＦｏを異常の種別に応じた長さに設定する。保護動作判断回路２３は、アラーム信号ＶＦｏが終了すると、ＩＧＢＴ１１の保護機能の動作が終了したと判断し、保護動作信号Ｖｐｒｏをオフにする。

次に、保護動作信号Ｖｐｒｏの機能について説明する。保護動作信号Ｖｐｒｏは、識別パルス生成回路２４が１回目の異常に対応するアラーム信号ＶＦｏを出力している期間中に、２回目の異常に対応するエラー信号Ｖｅｒｒを取得した場合、２回目の異常に対応するアラーム信号ＶＦｏを出力しないようにするための信号である。

図６は、制御電源電圧に異常が発生し、その後電流に異常が発生した場合のエラー信号Ｖｅｒｒ、保護動作信号Ｖｐｒｏ、アラーム信号ＶＦｏを示している。まず、制御電源電圧に異常が発生すると、エラー信号Ｖｅｒｒ（ＵＶ）がオンになり、それと同時に保護動作信号Ｖｐｒｏとアラーム信号ＶＦｏがオンになる。

エラー信号Ｖｅｒｒ（ＵＶ）はエラー期間ｔｅｒｒ（ＵＶ）が過ぎるとオフになるが、保護動作信号Ｖｐｒｏとアラーム信号ＶＦｏはまだオン状態にある。このとき、電流に異常が発生すると、エラー信号Ｖｅｒｒ（ＳＣ）がオンになる。しかし、保護動作信号Ｖｐｒｏがオンであるため、識別パルス生成回路２４はＶｅｒｒ（ＳＣ）を無視し、制御電源電圧の異常に対するアラーム信号ＶＦｏの出力を継続する。すなわち、識別パルス生成回路２４は、エラー信号Ｖｅｒｒ（ＳＣ）に対応するアラーム信号ＶＦｏを出力しない。

実施の形態１に係る半導体素子の駆動装置１は、半導体素子であるＩＧＢＴ１１の異なる種類の異常を検出する複数の検出回路２１と、少なくとも１つの検出回路２１が異常を検出した場合にエラー信号Ｖｅｒｒを生成する論理回路２２と、エラー信号Ｖｅｒｒを受けて、異常を検出した検出回路２１毎に異なるパルス幅を持つ１又は複数のパルスからなるアラーム信号ＶＦｏを生成するアラーム信号生成回路である識別パルス生成回路２４およびＭＯＳＦＥＴ２５と、エラー信号Ｖｅｒｒおよびアラーム信号ＶＦｏに基づきＩＧＢＴ１１の保護機能が動作しているか否かを判断し、保護機能が動作していると判断した場合にはＩＧＢＴ１１への駆動信号の入力を遮断する保護動作判断回路２３と、を備える。駆動装置１によれば、検出回路２１よりＩＧＢＴ１１の異常を検出することが可能である。また、アラーム信号ＶＦｏは異常の種類に応じたパルス幅となるため、パルス幅から異常の種類を判別することが可能である。また、保護動作判断回路２３は、アラーム信号ＶＦｏの終了によりＩＧＢＴ１１の異常が解消されたと判断することが出来るため、異常解消後に速やかにＩＧＢＴ１１へ駆動信号の入力を再開することができる。また、アラーム解除信号生成回路が不要であるため、駆動装置１を小型化することが可能である。

＜Ｂ．実施の形態２＞
図７は、実施の形態２に係る半導体装置１０２の要部概略構成を示す図である。半導体装置１０２は、実施の形態１に係る半導体装置１０１の構成に加えて、駆動装置１−６から出力されるアラーム信号ＶＦｏを復調するローパスフィルタ３０を備えている。

図８は、ローパスフィルタ３０の構成を示している。ローパスフィルタ３０は、抵抗ＲとコンデンサＣで構成される。ローパスフィルタ３０は、アラーム信号ＶＦｏを取得して、アラーム信号ＶＦｏのデューティ比に応じたアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔを得る。アナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔの電圧値から、異常の種別を識別することが可能である。

図９は、実施の形態２のアラーム信号ＶＦｏを示している。実施の形態２のアラーム信号ＶＦｏは、周波数ｆ＝１／｛ｔＦｏ＿ｐｌ＋ｔＦｏ＿ｓｕｓ｝が異常の種別によらず一定で、デューティ比Ｄ＝ｔＦｏ＿ｐｌ／｛ｔＦｏ＿ｐｌ＋ｔＦｏ＿ｓｕｓ｝のみが異常の種別によって異なるＰＷＭ信号である。なお、図８において括弧の中の符号ＯＴ，ＵＶ，ＳＣは、異常の種別に係る検出回路を示している。例えば、ＶＦｏ（ＯＴ）は、温度検出回路ＯＴの異常検出によるアラーム信号であることを示している。

図１０から図１２は、アラーム信号ＶＦｏに対するアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔの計算結果を示している。なお、図１０は制御電源電圧の異常に関するアラーム信号ＶＦｏ（ＯＴ）に対するアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔ（ＯＴ）を示し、図１１は温度の異常に関するアラーム信号ＶＦｏ（ＵＶ）に対するアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔ（ＵＶ）を示し、図１２は電流の異常に関するアラーム信号ＶＦｏ（ＳＣ）に対するアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔ（ＳＣ）を示している。また、ローパスフィルタ３０において抵抗Ｒ＝１００ｋΩ、コンデンサＣ＝２２０ｎＦ、フィルタのカットオフ周波数ｆｃ＝１／（２πＲＣ）＝１４．４７Ｈｚとしている。さらに、異常の種別によらずアラーム信号ＶＦｏの周期Ｔを４ｍｓ、周波数ｆを２５０Ｈｚとし、ｔＦｏ＿ｐｌ（ＯＴ）＝３ｍｓ、ｔＦｏ＿ｐｌ（ＵＶ）＝２ｍｓ、ｔＦｏ＿ｐｌ（ＳＣ）＝１ｍｓとした。なお、時間２ｍｓのときに異常が発生し、アラーム信号ＶＦｏが出力し始めている。このとき、アラーム信号ＶＦｏ（ＯＴ），ＶＦｏ（ＵＶ），ＶＦｏ（ＳＣ）のデューティ比をＤ（ＯＴ），Ｄ（ＵＶ），Ｄ（ＳＣ）と表すと、Ｄ（ＯＴ）＝０．７５、Ｄ（ＵＶ）＝０．５、Ｄ（ＳＣ）＝０．２５となる。

図１０から図１２によれば、時間１００ｍｓにおけるアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔの電圧値は、ＶＦｏ＿ｉｎｔ（ＯＴ）＝３．７９Ｖ、ＶＦｏ＿ｉｎｔ（ＵＶ）＝７．２４Ｖ、ＶＦｏ＿ｉｎｔ（ＳＣ）＝１１．２１Ｖとなり、それぞれデューティ比Ｄ（ＯＴ），Ｄ（ＵＶ），Ｄ（ＳＣ）に応じた電圧値となる。なお、アナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔには残留リップルが含まれるが、その大きさは、ローパスフィルタ３０のカットオフ周波数ｆｃとアラーム信号ＶＦｏの周波数ｆに依存する。

実施の形態２に係る半導体素子の駆動装置によれば、アラーム信号ＶＦｏの周波数ｆは、異常を検出した検出回路によらず一定であり、アラーム信号ＶＦｏのデューティ比Ｄは、異常を検出した検出回路に応じて異なる。従って、アラーム信号ＶＦｏを復調する際に用いるローパスフィルタ３０におけるＲとＬの値を固定することができ、復調回路を容易に設計することができる。

＜Ｃ．実施の形態３＞
図１３は、実施の形態３に係る半導体装置１０３の要部概略構成を示す図である。半導体装置１０３は、実施の形態１に係る半導体装置１０１の駆動装置１−６に代えて、駆動装置１Ａ−６Ａを備えており、それ以外の半導体装置１０３の構成は半導体装置１０１と同様である。

図１４は、駆動装置１Ａの概略構成を示している。なお、他の駆動装置２Ａ−６Ａの構成は駆動装置１と同様であるため、それらの構成の説明は省略する。駆動装置１Ａは、実施の形態１に係る駆動装置１の構成に加えてローパスフィルタ２７を備えている。ローパスフィルタ２７は、ＭＯＳＦＥＴ２５のソースから出力されるアラーム信号ＶＦｏを積分し、得られたアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔを駆動装置１Ａの外部に出力すると共に、アナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔを保護動作判断回路２３に出力する。保護動作判断回路２３は、アナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔに基づきＩＧＢＴ１１の保護機能が動作しているか否かを判断する。

実施の形態３に係る駆動装置１Ａによれば、駆動装置１Ａの外部でアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔの平均値をモニタすることによって、エラーの種類を判別することができる。また、保護動作判断回路２３でアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔをモニタすることにより、ＩＧＢＴ１１の保護機能が動作しているか否かを判断することができる。

図１５は、駆動装置１Ａが出力するアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔを示している。保護動作判断回路２３は、アラーム信号ＶＦｏとアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔに基づきＩＧＢＴ１１の保護機能が動作しているか否かを判断する。具体的には、保護動作判断回路２３は、アラーム信号ＶＦｏがオフからオンに切り替わったタイミングで、ＩＧＢＴ１１の保護機能が開始したと判断し、保護動作信号Ｖｐｒｏをオンにする。そして、保護動作判断回路２３は、アナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔが一定値に復帰するタイミングで、ＩＧＢＴ１１の保護機能が終了したと判断し、保護動作信号Ｖｐｒｏをオフにする。

実施の形態３に係る半導体素子の駆動装置１Ａは、アラーム信号ＶＦｏをアナログ信号に変換するローパスフィルタ２７を備える。保護動作判断回路２３は、エラー信号Ｖｅｒｒおよびアナログ信号に変換されたアラーム信号であるアナログアラーム信号ＶＦｏ＿ｉｎｔにより、ＩＧＢＴ１１の保護機能が動作しているか否かを判断する。このように、ローパスフィルタ２７を駆動装置１Ａ内に備えることにより、駆動装置１Ａの外部の復調回路の設計が容易になる。

＜Ｄ．実施の形態４＞
実施の形態４の駆動装置の構成は、実施の形態１−３の駆動装置と同様である。しかし、実施の形態４では、電流異常に関するアラーム信号ＶＦｏ（ＳＣ）が、図１６に示すように単一のパルスで構成される。なお、他の種類の異常に関するアラーム信号ＶＦｏ（ＵＶ），ＶＦｏ（ＯＴ）は、実施の形態１−３と同様、複数のパルスで構成される。

電流検出回路ＳＣは、予め設定された電流値以上の過電流が半導体素子に流れた場合に異常を検出し、半導体素子の保護動作を実施する。このとき、半導体素子に過電流が流れる期間は最大で数μｓから数十μｓであり、これを超えてしまうと半導体素子自体が破壊してしまう可能性がある。一方で、半導体素子の制御電源電圧と温度に関する異常期間には上限がなく、数ｍｓや数十ｍｓもありうる。従って、電流検出回路ＳＣに対応するアラーム信号ＶＦｏ（ＳＣ）のみ、単一のパルスで構成することにより、アラーム信号出力期間ｔＦｏを短く設定することが可能である。

実施の形態４に係る半導体素子の駆動装置において、検出回路２１は、半導体素子の電流異常を検出する電流検出回路ＳＣを備える。そして、アラーム信号生成回路は、電流検出回路ＳＣが異常を検出した場合に生成されたエラー信号Ｖｅｒｒ（ＳＣ）を受けて、一つのパルスからなるアラーム信号ＶＦｏ（ＳＣ）を生成し、電流検出回路ＳＣ以外の検出回路が異常を検出した場合に生成されたエラー信号Ｖｅｒｒを受けて、複数のパルスからなるアラーム信号ＶＦｏを生成する。これにより、半導体素子の電流異常を制御電源電圧異常または温度異常等、他の異常と明確に区別することができる。

＜Ｅ．実施の形態５＞
図１７は、実施の形態５に係る半導体装置１０５の要部概略構成を示す図である。半導体装置１０５は、インバータ１０と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の上アームのＩＧＢＴ１１，１２，１３を駆動する駆動装置３１と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の下アームのＩＧＢＴ１４，１５，１６を駆動する駆動装置３２とを備える。

図１８は、駆動装置３１の概略構成を示す図である。駆動装置３２の構成は駆動装置３１と同様であるため、その説明は省略する。駆動装置３１は、検出回路２１、論理回路２２、保護動作判断回路２３、識別パルス生成回路２４、ＭＯＳＦＥＴ２５、およびＡＮＤゲート２６，２８，２９を備えている。すなわち、駆動装置３１は、実施の形態１の駆動装置１の構成にＡＮＤゲート２８，２９を加えたものである。ＡＮＤゲート２８には、Ｖ相の制御信号ＶＣＩＮ（Ｖｎ）と保護動作判断回路２３からの信号が入力され、Ｖ相のゲート制御信号Ｖｏｕｔ（ＶＮ）を出力する。ＡＮＤゲート２９には、Ｗ相の制御信号ＶＣＩＮ（Ｗｎ）と保護動作判断回路２３からの信号が入力され、Ｗ相のゲート制御信号Ｖｏｕｔ（ＷＮ）を出力する。

実施の形態５に係る駆動装置３１は、複数相の半導体素子であるＩＧＢＴ１１，１２，１３に共用される。具体的には、駆動装置３１では、検出回路２１、論理回路２２、保護動作判断回路２３、識別パルス生成回路２４、およびＭＯＳＦＥＴ２５をＵ，Ｖ，Ｗ相で共有する。これにより、回路の小型化が図られる。本実施の形態の構成は、特にトランスファーモールドタイプのＩＰＭなどにおいて、複数の相の駆動回路をＨＶＩＣ（High Voltage Integrated Circuit）やＬＶＩＣ（Low Voltage Integrated Circuit）で構成する場合に有効である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１−６，１Ａ−６Ａ 駆動装置、１０ インバータ、１１−１６ ＩＧＢＴ、２１ 検出回路、２２ 論理回路、２３ 保護動作判断回路、２４ 識別パルス生成回路、２５ ＭＯＳＦＥＴ、２６，２８，２９ ＡＮＤゲート、２７，３０ ローパスフィルタ、１０１，１０３，１０５ 半導体装置、Ｄ１−Ｄ６ 還流ダイオード、ＯＴ 温度検出回路、ＳＣ 電流検出回路、ＵＶ 制御電源電圧検出回路。

Claims (3)

1. 半導体素子の異なる種類の異常を検出する複数の検出回路と、
   少なくとも１つの前記検出回路が異常を検出した場合にエラー信号を生成する論理回路と、
   前記エラー信号を受けて、異常を検出した前記検出回路毎に異なるパルス幅を持つ１又は複数のパルスからなるアラーム信号を生成するアラーム信号生成回路と、
   前記エラー信号および前記アラーム信号に基づき前記半導体素子の保護機能が動作しているか否かを判断し、前記保護機能が動作していると判断した場合には前記半導体素子への駆動信号の入力を遮断する保護動作判断回路と、
   を備え、
   前記アラーム信号の周波数は、異常を検出した前記検出回路によらず一定であり、
   前記アラーム信号のデューティ比は、異常を検出した前記検出回路に応じて異なり、
   前記アラーム信号をアナログ信号に変換するローパスフィルタをさらに備え、
   前記保護動作判断回路は、前記エラー信号およびアナログ信号に変換された前記アラーム信号により前記半導体素子の保護機能が動作しているか否かを判断する、
   半導体素子の駆動装置。
2. 半導体素子の異なる種類の異常を検出する複数の検出回路と、
   少なくとも１つの前記検出回路が異常を検出した場合にエラー信号を生成する論理回路と、
   前記エラー信号を受けて、異常を検出した前記検出回路毎に異なるパルス幅を持つ１又は複数のパルスからなるアラーム信号を生成するアラーム信号生成回路と、
   前記エラー信号および前記アラーム信号に基づき前記半導体素子の保護機能が動作しているか否かを判断し、前記保護機能が動作していると判断した場合には前記半導体素子への駆動信号の入力を遮断する保護動作判断回路と、
   を備え
   前記検出回路は、前記半導体素子の電流異常を検出する電流検出回路を備え、
   前記アラーム信号生成回路は、前記電流検出回路が異常を検出した場合に生成された前記エラー信号を受けて、一つのパルスからなる前記アラーム信号を生成し、前記電流検出回路以外の前記検出回路が異常を検出した場合に生成された前記エラー信号を受けて、複数のパルスからなる前記アラーム信号を生成する、
   半導体素子の駆動装置。
3. 複数相の前記半導体素子に共用される、
   請求項１または２に記載の半導体素子の駆動装置。

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