過(guò)電流檢測(cè)裝置及使用其的智能功率模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供能縮短誤檢測(cè)防止時(shí)間的過(guò)電流檢測(cè)裝置及使用該過(guò)電流檢測(cè)裝置的智能功率模塊。包括：感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部(21)，該感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部(21)將從IGBT(3i)的感測(cè)發(fā)射極(3se)輸出的感測(cè)發(fā)射極電流作為感測(cè)發(fā)射極電壓來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；以及比較部(24)，該比較部(24)對(duì)該感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的感測(cè)發(fā)射極電壓和閾值電壓進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)出過(guò)電流。還包括：校正用電流檢測(cè)部(22)，該校正用電流檢測(cè)部(22)將與所述IGBT的柵極和感測(cè)發(fā)射極之間的電流相對(duì)應(yīng)的校正用電流作為校正電壓來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；以及電壓校正部(23)，該電壓校正部(23)從所述感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的感測(cè)發(fā)射極電壓減去所述校正電流檢測(cè)部檢測(cè)出的校正用電壓從而計(jì)算出感測(cè)發(fā)射極校正電壓，將該感測(cè)發(fā)射極校正電壓提供給所述比較部。
【專(zhuān)利說(shuō)明】過(guò)電流檢測(cè)裝置及使用其的智能功率模塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及當(dāng)過(guò)電流流過(guò)絕緣柵雙極型晶體管(以下稱(chēng)作IGBT)時(shí)，保護(hù)IGBT以使其不受到破壞的過(guò)電流檢測(cè)裝置、以及使用該過(guò)電流檢測(cè)裝置的智能功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的三相逆變器電路具有如下結(jié)構(gòu):將6個(gè)IGBT和與這些IGBT反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管(FWD)兩兩串聯(lián)連接來(lái)形成串聯(lián)電路，將由此形成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接至直流電源，在各串聯(lián)電路的IGBT間的連接點(diǎn)上連接有電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)載。
在這種功率轉(zhuǎn)換裝置中所使用的IGBT中，設(shè)有過(guò)電流保護(hù)電路，該過(guò)電流保護(hù)電路用于在流過(guò)過(guò)電流時(shí)保護(hù)IGBT以使其不受到破壞。
[0003]作為該過(guò)電流保護(hù)電路，已知的有如圖5所示的結(jié)構(gòu)。
IGBT100設(shè)有集電極100c、發(fā)射極10e以及感測(cè)發(fā)射極lOOse。感測(cè)發(fā)射極10se輸出為流過(guò)集電極10c和發(fā)射極10e之間的電流的數(shù)千分之一或數(shù)萬(wàn)分之一左右的感測(cè)電流。該過(guò)電流保護(hù)電路在感測(cè)發(fā)射極10se與接地之間插入電流檢測(cè)用電阻101，將該電流檢測(cè)用電阻101的高電位側(cè)感測(cè)的電壓Vse輸入至過(guò)電流檢測(cè)用比較器102的非反轉(zhuǎn)輸入端子。
[0004]將判斷過(guò)電流的閾值電壓Vth輸入至該過(guò)電流檢測(cè)用比較器102的反轉(zhuǎn)輸入端子，在感測(cè)電壓Vse成為閾值電壓Vth以上時(shí)，該過(guò)電流檢測(cè)用比較器102輸出從截止?fàn)顟B(tài)反轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc。
將該過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc提供給低通濾波器電路103，以規(guī)定時(shí)間常數(shù)進(jìn)行積分，在接通IGBT100時(shí)產(chǎn)生的感測(cè)電壓Vse成為超過(guò)閾值電壓Vth的值的過(guò)渡性增加狀態(tài)下，防止過(guò)電流的誤檢測(cè)。
[0005]另外，利用由柵極驅(qū)動(dòng)電路105提供的柵極電流來(lái)對(duì)IGBT100進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。該柵極驅(qū)動(dòng)電路105具有串聯(lián)連接在控制電源106和接地107之間的P溝道M0SFET108及N溝道M0SFET109，將這些P溝道M0SFET108和N溝道M0SFET109的連接點(diǎn)連接至IGBT100的柵極100g。而且，利用帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器IC100，對(duì)P溝道M0SFET108和N溝道M0SFET109進(jìn)行控制，以使得它們中的一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，且使另一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)。
[0006]利用圖6的信號(hào)波形圖對(duì)上述過(guò)電流保護(hù)電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
若IGBT驅(qū)動(dòng)電路的P溝道M0SFET108導(dǎo)通，則向IGBT100的柵極10g施加與控制電源106的電壓Vcc (例如15V左右)相等的控制電壓Vgcc。
IGBT100是絕緣柵型半導(dǎo)體器件，是所謂的電壓驅(qū)動(dòng)型器件，但在IGBT100的柵極10g中流過(guò)柵極電流Ig、對(duì)柵極電容(此處指柵極.發(fā)射極間的電容)進(jìn)行充電。若對(duì)柵極電容進(jìn)行充電，則柵極電壓Vg如圖6(b)所示那樣上升。若柵極電壓Vg上升并達(dá)到柵極閾值電壓，則集電極電流Ic如圖6(a)所示那樣上升，集電極.發(fā)射極間電壓Vce如圖6(a)所示那樣開(kāi)始下降。
[0007]此外，集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬(wàn)分之一左右的感測(cè)電流Ise如圖6(c)所示那樣上升，流過(guò)感測(cè)電流Ise的感測(cè)電阻Rs兩端的電壓即感測(cè)電壓Vse也如圖6(d)所示那樣上升。若柵極電壓Vg達(dá)到柵極閾值電壓，則集電極.發(fā)射極間電壓Vce下降，IGBT100的鏡像電容(柵極.集電極電容)增大，柵極電壓Vg轉(zhuǎn)移到大致一定的區(qū)域。
[0008]在此期間，感測(cè)電流Ise也如圖6(c)所示那樣上升，隨之，感測(cè)電壓Vse也如圖6(d)所示那樣上升，若感測(cè)電壓Vse達(dá)到判斷過(guò)電流的過(guò)電流閾值電壓Vth(這由基準(zhǔn)電壓E決定)，則過(guò)電流檢測(cè)用比較器102的輸出將輸出高電平的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc。
將該過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc提供至低通濾波器電路103，因此，低通濾波器電路103的輸出緩緩上升。此時(shí)，將低通濾波器電路103的時(shí)間常數(shù)設(shè)為大于誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl，該誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl是從感測(cè)電壓Ns超過(guò)過(guò)電流閾值電壓Vth開(kāi)始直到感測(cè)電壓Ns成為過(guò)電流閾值電壓Vth以下為止的時(shí)間。
[0009]因此，在感測(cè)電壓Vse超過(guò)過(guò)電流閾值電壓Vth的誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl期間，低通濾波器電路103的濾波器輸出不會(huì)達(dá)到過(guò)電流檢測(cè)用比較器102的高電平。
因此，將低通濾波器電路103的濾波器輸出提供給帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器ICllO時(shí)，濾波器輸出不會(huì)達(dá)到過(guò)電流檢測(cè)用比較器102的高電平。因而，帶保護(hù)功能的ICllO不會(huì)切斷柵極電流Ig。
[0010]然而，當(dāng)從過(guò)電流檢測(cè)用比較器102輸出的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc的高電平在超過(guò)誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl后還持續(xù)的情況下，低通濾波器電路103的濾波器輸出達(dá)到高電平。因此，帶保護(hù)功能的ICllO停止對(duì)IGBT100的柵極10g輸出柵極電流Ig，IGBT100的過(guò)電流保護(hù)功能開(kāi)始動(dòng)作。
[0011]在上述圖5的結(jié)構(gòu)中，對(duì)使用低通濾波器電路103來(lái)防止接通IGBT100時(shí)的過(guò)電流誤檢測(cè)的情形進(jìn)行了說(shuō)明，但可具有如專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的結(jié)構(gòu)。
即，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I中，省略低通濾波器電路并檢測(cè)出使IGBT動(dòng)作的輸入信號(hào)的上升沿，從而使定時(shí)器動(dòng)作。因而，在上述誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl期間，向過(guò)電流檢測(cè)用比較器提供比通常的基準(zhǔn)電壓要高的基準(zhǔn)電壓，在感測(cè)電壓Vse超過(guò)過(guò)電流閾值電壓Vth的期間，使過(guò)電流檢測(cè)用比較器輸出的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)維持低電平。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本專(zhuān)利特開(kāi)平6-120787號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0013]根據(jù)上述現(xiàn)有例，使用低通濾波器電路，使從過(guò)電流檢測(cè)用比較器102輸出的高電平的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc的高電平的上升減緩、或者使用定時(shí)器，在誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl期間，向過(guò)電流檢測(cè)用比較器施加比通常的基準(zhǔn)電壓要高的基準(zhǔn)電壓。由此，在IGBT接通時(shí)產(chǎn)生的感測(cè)電壓Vse超過(guò)過(guò)電流閾值電壓Vth的期間，防止進(jìn)行誤檢測(cè)。
[0014]然而，在上述現(xiàn)有例中，在使用低通濾波器電路的情況下，IGBT的誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl為4?5微秒，相對(duì)較長(zhǎng)，在經(jīng)過(guò)該誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl之后進(jìn)行過(guò)電流判斷。因此，有待解決的問(wèn)題有:成為過(guò)電流狀態(tài)時(shí)，到判斷為過(guò)電流狀態(tài)為止所需的判斷時(shí)間變長(zhǎng)。而且，還有如下有待解決的問(wèn)題:誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl因IGBT不同而不同，因此，不得不將低通濾波器電路的時(shí)間常數(shù)設(shè)定得較長(zhǎng)，這一點(diǎn)也會(huì)導(dǎo)致判斷為過(guò)電流狀態(tài)所需的判斷時(shí)間變長(zhǎng)。因此，無(wú)法同時(shí)進(jìn)行需要短時(shí)間內(nèi)判斷的短路電流的檢測(cè)。
[0015]對(duì)此，專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的發(fā)明中，使用定時(shí)器，對(duì)過(guò)電流檢測(cè)用比較器的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行變更，在該情況下，不使用低通濾波器電路，因此，無(wú)需設(shè)定時(shí)間常數(shù)。然而，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的發(fā)明中，需要對(duì)定時(shí)器設(shè)定與誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl相當(dāng)?shù)妮^長(zhǎng)的限時(shí)時(shí)間(timeup time)。該誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl因IGBT不同而不同，因此，有待解決的問(wèn)題有:需要將限時(shí)時(shí)間設(shè)定為較長(zhǎng)。而且，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的發(fā)明中，需要設(shè)置定時(shí)器、開(kāi)關(guān)電路、2種基準(zhǔn)電壓源等，存在的問(wèn)題有電路結(jié)構(gòu)增大。
于是，本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有例有待解決的問(wèn)題而完成，目的在于提供能縮短誤檢測(cè)防止時(shí)間的過(guò)電流檢測(cè)裝置及使用該過(guò)電流檢測(cè)裝置的智能功率模塊。
解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案
[0016]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的第I方式的過(guò)電流檢測(cè)裝置包括:感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部，該感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部將從絕緣柵雙極型晶體管的感測(cè)發(fā)射極輸出的感測(cè)發(fā)射極電流作為感測(cè)發(fā)射極電壓來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；以及比較部，該比較部對(duì)該感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的感測(cè)發(fā)射極電壓和閾值電壓進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)出過(guò)電流。過(guò)電流檢測(cè)裝置還包括:校正用電流檢測(cè)部，該校正用電流檢測(cè)部將與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極和感測(cè)發(fā)射極之間的電流相對(duì)應(yīng)的校正用電流作為校正電壓來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；以及電壓校正部，該電壓校正部從所述感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的感測(cè)發(fā)射極電壓減去所述校正電流檢測(cè)部檢測(cè)出的校正用電壓，從而計(jì)算出感測(cè)發(fā)射極校正電壓，將該感測(cè)發(fā)射極校正電壓提供給所述比較部。
[0017]此外，本發(fā)明所涉及的過(guò)電流檢測(cè)裝置的第2方式構(gòu)成為，所述感測(cè)電流檢測(cè)部及所述校正電流檢測(cè)部具有電流檢測(cè)用電阻，將電流作為電壓值來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
此外，本發(fā)明所涉及的過(guò)電流檢測(cè)裝置的第3方式中，所述校正用電流檢測(cè)部由插入到提供給所述柵極的電流路徑中的電流鏡像電路、以及插入到該電流鏡像電路的電流輸出部與接地之間的所述電流檢測(cè)用電阻來(lái)構(gòu)成。
[0018]此外，本發(fā)明所涉及的過(guò)電流檢測(cè)裝置的第4方式中，所述校正用電流檢測(cè)部由第2半導(dǎo)體電流控制元件、以及插入到該第2半導(dǎo)體控制元件的輸出側(cè)與接地之間的所述電流檢測(cè)用電阻來(lái)構(gòu)成，該第2半導(dǎo)體控制元件與對(duì)所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電流進(jìn)行控制的第I半導(dǎo)體電流控制元件并聯(lián)配置，且該第2半導(dǎo)體控制元件的單元尺寸比該第I半導(dǎo)體電流控制元件的單元尺寸要小。
[0019]此外，本發(fā)明所涉及的智能功率模塊的第I方式中，在I個(gè)組件中集成有:絕緣柵雙極型晶體管；與該絕緣柵雙極型晶體管反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管；具備上述第I?第4方式中任一方式的過(guò)電流檢測(cè)裝置；以及驅(qū)動(dòng)用1C，該驅(qū)動(dòng)用IC對(duì)所述絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且至少基于所述過(guò)電流檢測(cè)裝置的過(guò)電流檢測(cè)值，對(duì)所述絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行保護(hù)。
發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，從感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的IGBT的感測(cè)發(fā)射極電壓減去由校正電流檢測(cè)部檢測(cè)出的IGBT的與柵極和感測(cè)發(fā)射極之間的電流相對(duì)應(yīng)的校正用電壓，從而計(jì)算出感測(cè)發(fā)射極校正電壓，將該感測(cè)發(fā)射極校正電壓與過(guò)電流閾值電壓進(jìn)行比較。由此，利用與IGBT的集電極電流相當(dāng)?shù)膬舾袦y(cè)發(fā)射極電壓來(lái)進(jìn)行過(guò)電流判斷，因此，能縮短IGBT接通時(shí)的誤檢測(cè)防止時(shí)間。因此，不僅能應(yīng)用于過(guò)電流檢測(cè)，還能應(yīng)用于短路電流檢測(cè)。
而且，將上述過(guò)電流檢測(cè)裝置、IGBT, FWD、IGBT的驅(qū)動(dòng)用IC集成到I個(gè)組件來(lái)構(gòu)成智能功率模塊，因此能實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的小型化。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明得到的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。
圖2是表示包含本發(fā)明的過(guò)電流檢測(cè)裝置的智能功率模塊的電路圖。
圖3是為了說(shuō)明圖2的過(guò)電流檢測(cè)裝置的動(dòng)作而提供的信號(hào)波形圖。
圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式2的、與圖2對(duì)應(yīng)的電路圖。
圖5是表示現(xiàn)有IGBT過(guò)電流檢測(cè)裝置的電路圖。
圖6是為了說(shuō)明圖5的動(dòng)作而提供的信號(hào)波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面，參考附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
圖1是表示應(yīng)用本發(fā)明得到的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路圖，圖2是包含本發(fā)明的實(shí)施方式I的過(guò)電流檢測(cè)裝置的智能功率模塊的電路圖。
如圖1所示，應(yīng)用本發(fā)明得到的功率轉(zhuǎn)換裝置例如由將直流功率轉(zhuǎn)換成三相交流功率的逆變器電路來(lái)構(gòu)成。該逆變器電路具有:與主直流電源I的正極側(cè)相連接的正極側(cè)線(xiàn)路2p ;以及與主直流電源I的負(fù)極側(cè)相連接的負(fù)極側(cè)線(xiàn)路2n。
[0023]在該正極側(cè)線(xiàn)路2p與負(fù)極側(cè)線(xiàn)路2n之間，并聯(lián)連接有串聯(lián)電路4、串聯(lián)電路5和串聯(lián)電路6，該串聯(lián)電路4通過(guò)串聯(lián)連接絕緣柵雙極型晶體管(下面稱(chēng)作IGBT) 3A和3B得到，該串聯(lián)電路5通過(guò)串聯(lián)連接IGBT3C和3D得到，該串聯(lián)電路6通過(guò)串聯(lián)連接IGB3E和3F得到。各IGBT3A?3F與續(xù)流二極管(下面稱(chēng)作FWD) 7A?7F反并聯(lián)連接。
而且，串聯(lián)電路4的IGBT3A及3B的連接點(diǎn)、串聯(lián)電路5的IGBT3C及3D的連接點(diǎn)、以及串聯(lián)電路6的IGBT3E及3F的連接點(diǎn)連接至電動(dòng)機(jī)等電感負(fù)載8。
[0024]利用圖3的信號(hào)波形圖，對(duì)該逆變器電路的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
設(shè)在某一時(shí)刻、IGBT3A和IGBT3D導(dǎo)通，從主直流電源I向負(fù)載9提供電流II。接著，IGBT3A和IGBT3D截止，則流過(guò)負(fù)載9的電流Il通過(guò)FWD7B、7C成為回流電流并流入主直流電源I。IGBT3A?IGBT3F如此依次導(dǎo)通和截止，從而將三相電力提供給負(fù)載9。
[0025]于是，在IGBT3A從導(dǎo)通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂?、電?2流過(guò)FWD7C的狀態(tài)下，若IGBT3D導(dǎo)通，則FWD7C和IGBT3D的串聯(lián)電路瞬間成為臂短路狀態(tài)。FWD7C反向恢復(fù)時(shí)會(huì)解除該臂短路，當(dāng)IGBT3D接通時(shí)，該FWD7C的反向恢復(fù)電流與IGBT3D的集電極電流相重疊地流動(dòng)。因此，如圖3(a)所示，在接通動(dòng)作時(shí)，IGBT3D的集電極電流Ic與反向恢復(fù)電流Ir相重疊，因此，會(huì)出現(xiàn)回彈，之后Ic轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0026]而且，如圖2所示，將構(gòu)成逆變器電路的各IGBT3i和FWD7i (i = A?F)分別與IGBT驅(qū)動(dòng)電路10、帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器IC11、過(guò)電流檢測(cè)裝置12包含在一起來(lái)形成I個(gè)組件，構(gòu)成為智能功率模塊13。 其中，IGBT驅(qū)動(dòng)電路10具有串聯(lián)連接在控制電源15和接地16之間的P溝道MOSFETlOa及N溝道MOSFETlObJf P溝道MOSFETlOa和N溝道MOSFETlOb的連接點(diǎn)連接至IGBT3i的柵極3g。
[0027]帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器ICl I對(duì)構(gòu)成IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa和N溝道MOSFETlOb進(jìn)行控制，以使得其中一個(gè)處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)另一個(gè)處于截止?fàn)顟B(tài)。該帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器ICll在接通IGBT3i時(shí)，使P溝道MOSFETlOa成為導(dǎo)通狀態(tài)、N溝道MOSFETlOb成為截止?fàn)顟B(tài)。由此，從控制電源15向IGBT3i的柵極3g提供柵極電流Ig從而對(duì)柵極電容(此處為柵極?發(fā)射極間電容)進(jìn)行充電。相反，在斷開(kāi)IGBT3i的情況下，使P溝道MOSFETlOa成為截止?fàn)顟B(tài)、N溝道MOSFETlOb成為導(dǎo)通狀態(tài)，并將IGBT3i的柵極3g連接至接地16，從而對(duì)柵極電容進(jìn)行放電。
[0028]過(guò)電流檢測(cè)裝置12包括感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部21、校正用電流檢測(cè)部22、電壓校正部23、比較部24、以及低通濾波器電路25。
感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部21由連接在感測(cè)發(fā)射極3se與接地之間的電流檢測(cè)用電阻Rsl構(gòu)成,感測(cè)發(fā)射極3se輸出感測(cè)發(fā)射極電流Ise,該感測(cè)發(fā)射極電流Ise為流過(guò)形成于IGBT31的集電極3c的集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬(wàn)分之一左右。而且，從電流檢測(cè)用電阻Rsl的高電位側(cè)輸出將感測(cè)發(fā)射極電流轉(zhuǎn)換為電壓后的感測(cè)發(fā)射極電壓Vse。
[0029]校正用電流檢測(cè)部22至少包括電流鏡像電路31和電流檢測(cè)用電阻Rs2，該電流鏡像電路31的輸入部與IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa的漏極側(cè)相連接，該電流檢測(cè)用電阻Rs2連接在該電流鏡像電路31的輸出部與接地16之間。
電流鏡像電路31由連接在IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa的漏極與IGBT3i的柵極3g之間的P溝道M0SFET31a、以及其柵極與該P(yáng)溝道M0SFET31a的柵極相連接的P溝道M0SFET31b來(lái)構(gòu)成。
[0030]而且，將P溝道M0SFET31a和31b的柵極間的連接點(diǎn)連接至P溝道M0SFET31a和P溝道MOSFETlOa的漏極間的連接點(diǎn)。此外，P溝道M0SFET31b的漏極經(jīng)由恒流電路32與控制電源15相連接，P溝道M0SFET31b的源極與電流檢測(cè)用電阻Rs2的高電位側(cè)相連接。
[0031]此處，對(duì)電流鏡像電路31的電流鏡像比進(jìn)行設(shè)定從而得到校正用柵極電流Iga，該校正用柵極電流Iga的電流值與重疊于從IGBT3i的感測(cè)發(fā)射極3se輸出的感測(cè)發(fā)射極電流Ise的柵極電流分量相對(duì)應(yīng)。而且，將從電流鏡像電路31的P溝道M0SFET31b的源極輸出的、具有與感測(cè)發(fā)射極電流Ise中所包含的柵極電流相當(dāng)?shù)牧康男Ｕ脰艠O電流Iga提供給電流檢測(cè)用電阻Rs2。
因而，從電流檢測(cè)用電阻Rs2的高電位側(cè)輸出將校正用柵極電流Iga轉(zhuǎn)換成電壓后得到的校正用電壓Va。
[0032]電壓校正部23由進(jìn)行差動(dòng)放大的運(yùn)算放大器23a構(gòu)成。對(duì)該運(yùn)算放大器23a的非反轉(zhuǎn)輸入端子施加從感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部21的電流檢測(cè)用電阻Rsl的高電位側(cè)得到的感測(cè)發(fā)射極電壓Vse，對(duì)反轉(zhuǎn)輸入端子施加從校正用電流檢測(cè)部22的電流檢測(cè)用電阻Rs2的高電位側(cè)得到的校正用電壓Va。因而，運(yùn)算放大器23a輸出從感測(cè)發(fā)射極電壓Vse減去校正用電壓Va后得到的感測(cè)發(fā)射極校正電壓Vsea。
[0033]比較部24由過(guò)電流檢測(cè)用比較器24a構(gòu)成。對(duì)該過(guò)電流檢測(cè)用比較器24a的非反轉(zhuǎn)輸入端子施加上述的從電壓校正部23輸出的感測(cè)發(fā)射極校正電壓Vsea，反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出過(guò)電流閾值電壓Vth的基準(zhǔn)電源24b相連接。感測(cè)發(fā)射極校正電壓Vsea成為過(guò)電流閾值電壓Vth以上時(shí)，從過(guò)電流檢測(cè)用比較器24a輸出從低電平反轉(zhuǎn)為高電平的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc。
[0034]而且，將從比較部24輸出的過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)Soc提供給低通濾波器電路25，將由低通濾波器電路25進(jìn)行了低通濾波處理后的濾波器輸出Sf提供給帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器
ICllo
在該帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器ICll中，將從低通濾波器電路25輸入的濾波器輸出Sf與基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，當(dāng)Sf>Vref時(shí)，判斷為過(guò)電流狀態(tài)，使與IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa的柵極相對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)成為截止?fàn)顟B(tài)，使與N溝道MOSFETlOb的柵極相對(duì)應(yīng)的柵極信號(hào)成為導(dǎo)通狀態(tài)，并停止對(duì)IGBT3i進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
[0035]接著，根據(jù)圖3的信號(hào)波形圖，對(duì)上述實(shí)施方式I的動(dòng)作進(jìn)行說(shuō)明。
若IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa導(dǎo)通，則向IGBT3i的柵極3g施加與控制電源15的電壓Vcc (例如15V左右)相等的控制電壓Vgcc。
IGBT3i的柵極3g中流過(guò)柵極電流Ig，對(duì)柵極電容(此處為柵極.發(fā)射極間電容)進(jìn)行充電。若對(duì)柵極電容進(jìn)行充電，則柵極電壓Vg如圖3(b)所示那樣上升。此時(shí)，如圖3(c)所示，從電流鏡像電路31的P溝道M0SFET31b開(kāi)始輸出與柵極電流Ig成比例且與感測(cè)發(fā)射極電流Ise相對(duì)應(yīng)的校正用柵極電流Iga。
[0036]之后，若柵極電壓Vg上升并達(dá)到柵極閾值電壓Vgth，則集電極電流Ic如圖3(a)所示那樣上升，集電極.發(fā)射極間電壓Vce如圖3(a)所示那樣開(kāi)始下降。
此外，集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬(wàn)分之一左右的感測(cè)發(fā)射極電流Ise如圖3(c)所示那樣上升，流過(guò)感測(cè)發(fā)射極電流Ise的電流檢測(cè)用電阻Rsl兩端的電壓即感測(cè)發(fā)射極電壓Vse也如圖3(d)所示那樣上升。此時(shí)，如圖3(d)所示，在感測(cè)發(fā)射極電流Ise中，在原本的集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬(wàn)分之一左右的集電極電流分量上重疊有與在柵極電流被充電的期間內(nèi)所流過(guò)的柵極電流Ig成比例的柵極電流分量。
[0037]之后，若柵極電壓Vg達(dá)到柵極閾值電壓Vgth，則集電極?發(fā)射極間電壓Vce降低，IGBT100的鏡像電容(柵極.集電極電容)增大，柵極電壓Vg轉(zhuǎn)移到大致一定的區(qū)域。
在此期間，感測(cè)發(fā)射極電流Ise也如圖3(d)所示那樣上升，隨著電流的上升，感測(cè)發(fā)射極電壓Vse也如圖3(f)的虛線(xiàn)所示那樣上升。
[0038]此外，校正用柵極電流Iga如圖3(c)所示那樣上升，柵極電壓Vg達(dá)到柵極閾值電壓Vgth之后,校正用柵極電流Iga開(kāi)始緩慢減小。
因而，從感測(cè)發(fā)射極電流Ise減去校正用柵極電流Iga后得到的校正感測(cè)發(fā)射極電流Isea如圖3(e)所示,與感測(cè)發(fā)射極電流Ise相比,其振幅被抑制。
[0039]在本實(shí)施方式中，感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部21檢測(cè)出感測(cè)發(fā)射極電流Ise來(lái)作為感測(cè)發(fā)射極電壓Vse來(lái)，將該感測(cè)發(fā)射極電壓Vse施加到電壓校正部23的運(yùn)算放大器23a的非反轉(zhuǎn)輸入端子。另一方面，校正用電流檢測(cè)部22檢測(cè)出校正用柵極電流Iga來(lái)作為校正用柵極電壓Vga，將該校正用柵極電壓Vga施加于電壓校正部23的運(yùn)算放大器23a的反轉(zhuǎn)輸入端子。
[0040]因而，運(yùn)算放大器23a從感測(cè)發(fā)射極電壓Vse減去校正用柵極電壓Vga，從而輸出感測(cè)發(fā)射極校正電壓Vsea。如圖3(f)的實(shí)線(xiàn)所圖示，該感測(cè)發(fā)射極校正電壓Vse是從感測(cè)發(fā)射極電壓Vse除去校正用柵極電壓Vga的電壓，除去了柵極電流分量從而振幅僅取決于集電極電流分量，即成為振幅被抑制的電壓。
[0041]與圖3(f)的虛線(xiàn)所圖示的上述現(xiàn)有例的感測(cè)發(fā)射極電壓Vse’相比，該感測(cè)發(fā)射極校正電壓Vsea的振幅大幅地減小，因此，IGBT3i接通時(shí)超過(guò)過(guò)電流閾值電壓Vth的誤檢測(cè)防止時(shí)間T2為I微秒左右，相對(duì)縮短，能將誤檢測(cè)防止時(shí)間T2縮短為現(xiàn)有例中的誤檢測(cè)防止時(shí)間Tl的四分之一?五分之一。
[0042]因而，將與過(guò)電流檢測(cè)用比較器24a的輸出側(cè)相連接的低通濾波器電路25的時(shí)間常數(shù)設(shè)為較短，即該時(shí)間常數(shù)是現(xiàn)有例的低通濾波器電路103的時(shí)間常數(shù)的四分之一?五分之一。
因此，IGBT3i接通時(shí)防止在過(guò)電流時(shí)發(fā)生誤檢測(cè)并且在除了接通時(shí)以外的通常開(kāi)關(guān)狀態(tài)下判斷過(guò)電流狀態(tài)的情況下，能使將誤檢測(cè)防止時(shí)間T2以及實(shí)際檢測(cè)出過(guò)電流狀態(tài)時(shí)所需的檢測(cè)時(shí)間Td包含在內(nèi)的判斷時(shí)間充分地縮短，能進(jìn)行高精度的過(guò)電流檢測(cè)。而且，不需要上述專(zhuān)利文獻(xiàn)I所記載的定時(shí)器，因此，能將過(guò)電流檢測(cè)裝置12的結(jié)構(gòu)縮小。
[0043]如上，根據(jù)本實(shí)施方式，能將過(guò)電流判斷時(shí)間縮短，因此，即使在IGBT中流過(guò)短路電流的情況下，也能立即檢測(cè)出短路電流，無(wú)需另外設(shè)置短路電流檢測(cè)用電路就能檢測(cè)出短路，能將IGBT保護(hù)電路的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，并且能實(shí)現(xiàn)小型化。
而且，作為校正用電流檢測(cè)部22，通過(guò)應(yīng)用檢測(cè)出IGBT3i的柵極電流Ig的電流鏡像電路31，從而能對(duì)電流鏡像比進(jìn)行調(diào)整。因而，能準(zhǔn)確地檢測(cè)出與從IGBT3i的感測(cè)發(fā)射極3se輸出的感測(cè)發(fā)射極電流相對(duì)應(yīng)的校正用柵極電流Iga。
[0044]進(jìn)一步地，在感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部21和校正用電流檢測(cè)部22中使用電流檢測(cè)用電阻Rsl和Rs2，從而檢測(cè)出電流來(lái)作為電壓值。因此，通過(guò)調(diào)整各電流檢測(cè)用電阻Rsl和Rs2的電阻值中的至少一個(gè)，從而能將感測(cè)發(fā)射極電壓Vse和校正用柵極電壓Vga的電壓值調(diào)整為適當(dāng)值。因此，能進(jìn)行更準(zhǔn)確的過(guò)電流檢測(cè)。
此外，通過(guò)將上述IGBT31、FWD71、IGBT驅(qū)動(dòng)電路10、帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器ICll和過(guò)電流檢測(cè)裝置12集成到I個(gè)組件來(lái)構(gòu)成智能功率模塊13，從而能使智能功率模塊13進(jìn)一步小型化。
[0045]接下來(lái)，根據(jù)圖4的電路圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式2進(jìn)行說(shuō)明。
在該實(shí)施方式2中，對(duì)校正用電流檢測(cè)部22的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了變更。
即，如圖4所示，在實(shí)施方式2中，校正用電流檢測(cè)部22中省略了電流鏡像電路31和恒流電路32，設(shè)置由帶保護(hù)功能的IC的柵極控制信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)的P溝道M0SFET33來(lái)代替電流鏡像電路31和恒流電路32。該P(yáng)溝道M0SFET33的漏極與控制電源15相連接，其源極與電流檢測(cè)用電阻Rs2的高電位側(cè)相連接。
[0046]此處，將P溝道M0SFET33的單元尺寸設(shè)定為比IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa的單元尺寸要小。在該情況下，將該P(yáng)溝道MOSFETlOa及33的單元尺寸比設(shè)定為與上述電流鏡像電路31的電流鏡像比相等，將從P溝道M0SFET33輸出的校正用柵極電流Ig設(shè)定為與從IGBT3i的感測(cè)發(fā)射極3se輸出的感測(cè)發(fā)射極電流Ise相對(duì)應(yīng)的值。
[0047]在該實(shí)施方式2中，從P溝道M0SFET33輸出與上述電流鏡像電路31的P溝道M0SFET31b相同的校正用柵極電流Iga，將該校正用柵極電流Iga提供給電流檢測(cè)用電阻Rs2，因此，從該電流檢測(cè)用電阻Rs2的高電位側(cè)得到與校正用柵極電流Iga相對(duì)應(yīng)的校正用柵極電壓Vga。
[0048]因而，與上述實(shí)施方式I相同地，電壓校正部33從感測(cè)發(fā)射極電壓Vse減去校正用柵極電壓Vga來(lái)計(jì)算出感測(cè)發(fā)射極電壓Vsea，將該結(jié)果輸出到比較部34，從而能得到與上述實(shí)施方式I相同的作用效果。
而且，在實(shí)施方式2中，能通過(guò)僅設(shè)置尺寸比與IGBT驅(qū)動(dòng)電路10的P溝道MOSFETlOa不同的P溝道M0SFET33以及電流檢測(cè)用電阻Rs2，來(lái)構(gòu)成校正用電流檢測(cè)部22，從而能將校正用電流檢測(cè)部22的結(jié)構(gòu)小型化。
[0049]另外，在上述實(shí)施方式中，對(duì)在過(guò)電流檢測(cè)用的比較部24的輸出側(cè)設(shè)置低通濾波器電路25的情形進(jìn)行了說(shuō)明，但不限于此，可在電壓校正部23的輸出側(cè)設(shè)置低通濾波器電路25、且將該低通濾波器電路25的濾波器輸出提供給過(guò)電流檢測(cè)用比較器24a。
工業(yè)上的實(shí)用性
[0050]根據(jù)本發(fā)明，從與IGBT感測(cè)發(fā)射極電流相對(duì)應(yīng)的感測(cè)發(fā)射極電壓減去與IGBT的柵極和感測(cè)發(fā)射極之間的電流相對(duì)應(yīng)的校正用電壓，從而計(jì)算出校正感測(cè)發(fā)射極電壓。因此，能得到使IGBT的接通動(dòng)作時(shí)過(guò)電流的誤檢測(cè)防止時(shí)間縮短的過(guò)電流檢測(cè)裝置以及使用該過(guò)電流檢測(cè)裝置的智能功率模塊。
標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0051]I…主直流電源 3A ?3F...IGBT
3i…IGBT 3c…集電極 3e…發(fā)射極 3g…柵極 3se…感測(cè)發(fā)射極 4?6…串聯(lián)電路 7A ?7F …FWD 9…負(fù)載
10...IGBT驅(qū)動(dòng)電路 10a、1b…P 溝道 MOSFET 11…帶保護(hù)功能的驅(qū)動(dòng)器IC 12…過(guò)電流檢測(cè)裝置 13…智能模塊
21...感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部 Rsl…電流檢測(cè)用電阻 22…校正用電流檢測(cè)部 23…電壓校正部 23a…運(yùn)算放大器 24…比較部
24a…過(guò)電流檢測(cè)用比較器 25…低通濾波器電路31…電流鏡像電路31a、31b…P 溝道 MOSFET32…恒流電路Rs2…電流檢測(cè)用電阻33...P 溝道 MOSFET
【權(quán)利要求】
1.一種過(guò)電流檢測(cè)裝置，包括: 感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部，該感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部將從絕緣柵雙極型晶體管的感測(cè)發(fā)射極輸出的感測(cè)發(fā)射極電流作為感測(cè)發(fā)射極電壓來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；以及比較部，該比較部對(duì)該感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的感測(cè)發(fā)射極電壓和閾值電壓進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)出過(guò)電流，其特征在于，包括: 校正用電流檢測(cè)部，該校正用電流檢測(cè)部將與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極和感測(cè)發(fā)射極之間的電流相對(duì)應(yīng)的校正用電流作為校正電壓來(lái)進(jìn)行檢測(cè)；以及 電壓校正部，該電壓校正部從所述感測(cè)發(fā)射極電流檢測(cè)部檢測(cè)出的感測(cè)發(fā)射極電壓減去所述校正電流檢測(cè)部檢測(cè)出的校正用電壓，從而計(jì)算出感測(cè)發(fā)射極校正電壓，將該感測(cè)發(fā)射極校正電壓提供給所述比較部。
2.如權(quán)利要求1所述的過(guò)電流檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述感測(cè)電流檢測(cè)部和所述校正電流檢測(cè)部具有電流檢測(cè)用電阻，將電流作為電壓值來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。
3.如權(quán)利要求2所述的過(guò)電流檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述校正用電流檢測(cè)部由插入到提供給所述柵極的電流路徑的電流鏡像電路、以及插入到該電流鏡像電路的電流輸出部和接地之間的所述電流檢測(cè)用電阻來(lái)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的過(guò)電流檢測(cè)裝置，其特征在于， 所述校正用電流檢測(cè)部由第2半導(dǎo)體電流控制元件、以及插入到該第2半導(dǎo)體控制元件的輸出側(cè)與接地之間的所述電流檢測(cè)用電阻來(lái)構(gòu)成，該第2半導(dǎo)體電流控制元件與對(duì)所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電流進(jìn)行控制的第I半導(dǎo)體電流控制元件并聯(lián)配置，且該第2半導(dǎo)體電流控制元件的單元尺寸比該第I半導(dǎo)體電流控制元件的單元尺寸要小。
5.一種智能功率模塊，其特征在于，在I個(gè)組件中集成有: 絕緣柵雙極型晶體管；與該絕緣柵雙極型晶體管反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管；所述權(quán)利要求I至4中任一項(xiàng)所述的過(guò)電流檢測(cè)裝置；以及驅(qū)動(dòng)用1C，該驅(qū)動(dòng)用IC對(duì)所述絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，且至少基于所述過(guò)電流檢測(cè)裝置的過(guò)電流檢測(cè)值，對(duì)所述絕緣柵雙極型晶體管進(jìn)行保護(hù)。
【文檔編號(hào)】H02M1/32GK104170255SQ201380013733
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】皆川啟 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社