驅(qū)動保護(hù)電路、半導(dǎo)體模塊以及汽車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及對功率模塊的電壓控制型半導(dǎo)體開關(guān)元件等開關(guān)元件進(jìn)行驅(qū)動以及 保護(hù)的驅(qū)動保護(hù)電路、半導(dǎo)體模塊、以及汽車。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知下述情況，即，在由MOSFET、IGBT、SiCMOSFET等半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成的開關(guān) 電路中，在由于過負(fù)載、負(fù)載短路（例如，同時(shí)接通高壓（High)側(cè)以及低壓（Low)側(cè)的半導(dǎo) 體開關(guān)元件的橋臂短路）等異常導(dǎo)致半導(dǎo)體開關(guān)元件的輸出電流過大的情況下，如果以較 快的開關(guān)速度斷開開關(guān)元件，則會產(chǎn)生對開關(guān)元件造成不良影響的浪涌電壓。
[0003] 因此，提出下述方案，即，在上述的開關(guān)電路中，在輸出電流過大的情況下，使用能 夠以比通常的開關(guān)速度慢的開關(guān)速度斷開該半導(dǎo)體開關(guān)元件（所謂軟切斷）的軟切斷電路 (例如，參照專利文獻(xiàn)1)。如果利用如上所述的軟切斷電路，則能夠抑制浪涌電壓。
[0004]專利文獻(xiàn)1 :日本特開2003-134797號公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]另一方面，隨著開關(guān)元件的開關(guān)速度的增加，有時(shí)具有較小脈沖寬度的噪聲會疊 加在用于驅(qū)動開關(guān)電路的輸入信號中。通常，該噪聲的脈沖寬度比軟切斷電路開始保護(hù)動 作為止所需要的響應(yīng)時(shí)間?。ǘ蹋虼?，有時(shí)在該保護(hù)動作開始之前，開關(guān)元件就以通常 的開關(guān)速度斷開。
[0006] 因此，在由上述噪聲導(dǎo)致開關(guān)元件以通常的開關(guān)速度斷開的狀態(tài)與發(fā)生橋臂短路 的狀態(tài)恰巧重疊的情況下，無法通過軟切斷電路進(jìn)行保護(hù)，無法抑制浪涌電壓。其結(jié)果，存 在有時(shí)無法抑制由浪涌電壓對開關(guān)元件造成的不良影響的問題。
[0007] 因此，本發(fā)明就是鑒于上述的問題而提出的，其目的在于提供一種技術(shù)，該技術(shù)即 使在產(chǎn)生具有較小脈沖寬度的噪聲的情況下，也能夠可靠地抑制浪涌電壓。
[0008] 本發(fā)明所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路用于驅(qū)動以及保護(hù)開關(guān)元件，該驅(qū)動保護(hù)電路具 有：驅(qū)動電路，其響應(yīng)于輸入信號而驅(qū)動所述開關(guān)元件；以及過電流保護(hù)電路，其在所述開 關(guān)元件處于過電流狀態(tài)時(shí)使軟切斷電路進(jìn)行動作，該軟切斷電路以比所述驅(qū)動電路慢的開 關(guān)速度使所述開關(guān)元件從接通轉(zhuǎn)換至斷開。所述驅(qū)動保護(hù)電路在所述輸入信號的接通的脈 沖寬度小于或等于所述過電流保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí)間的情況下，無論所述過電流如何，都通 過所述軟切斷電路使所述開關(guān)元件從接通轉(zhuǎn)換至斷開。
[0009] 發(fā)明的效果
[0010] 根據(jù)本發(fā)明，在輸入信號的接通的脈沖寬度小于或等于過電流保護(hù)電路的響應(yīng)時(shí) 間的情況下，無論過電流如何，都使軟切斷電路進(jìn)行動作。由此，即使在產(chǎn)生具有較小的脈 沖寬度的噪聲的情況下，無論過電流如何，都能夠通過軟切斷電路使開關(guān)元件從接通轉(zhuǎn)換 至斷開，因此，能夠可靠地抑制浪涌電壓。
【附圖說明】
[0011] 圖1是表示相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0012] 圖2是表示相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)（timing)的圖。
[0013] 圖3是表示相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路的動作的圖。
[0014] 圖4是表示橋臂短路的圖。
[0015] 圖5是表示在柵極驅(qū)動信號中產(chǎn)生噪聲的機(jī)理的圖。
[0016] 圖6是表示在發(fā)生橋臂短路時(shí)的實(shí)測波形的圖。
[0017]圖7是表示在發(fā)生橋臂短路時(shí)的實(shí)測波形的圖。
[0018] 圖8是表示實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0019] 圖9是表示實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)的圖。
[0020] 圖10是表示實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)的圖。
[0021] 圖11是表示實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作的圖。
[0022] 圖12是表示通過實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路得到的效果的圖。
[0023] 圖13是表示通過實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路得到的效果的圖。
[0024] 圖14是表示實(shí)施方式2所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0025] 圖15是表示實(shí)施方式2所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)的圖。
[0026] 圖16是表示鏡像期間的圖。
[0027] 圖17是表示實(shí)施方式2所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作的圖。
[0028] 圖18是表示實(shí)施方式3所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0029] 圖19是表示實(shí)施方式3所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)的圖。
[0030] 圖20是表示實(shí)施方式3所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)的圖。
[0031] 圖21是表示具有實(shí)施方式4所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路而構(gòu)成的汽車的結(jié)構(gòu)的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]〈實(shí)施方式1>
[0033] 首先，在說明本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的驅(qū)動保護(hù)電路之前，對與其相關(guān)的驅(qū) 動保護(hù)電路（下面，稱為"相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路"）進(jìn)行說明。圖1是表示相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路 的結(jié)構(gòu)的電路圖，圖2是表示相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路的動作定時(shí)的圖。
[0034] 相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路是對開關(guān)器件1的開關(guān)元件Q4進(jìn)行驅(qū)動以及保護(hù)的電路，如圖 1所示，相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路具有下述部件而構(gòu)成：柵極驅(qū)動電路（驅(qū)動電路）2、軟切斷電路 3、傳感電阻4、低通濾波器（LPF) 5、第1比較器6、具有基準(zhǔn)電壓REF的電源7、以及集中控 制它們的控制邏輯（Control Logic)電路8〇
[0035] 在這些結(jié)構(gòu)要素中，除了上述柵極驅(qū)動電路2以外的結(jié)構(gòu)要素（即，軟切斷電路3、 傳感電阻4、低通濾波器5、第1比較器6、電源7、以及控制邏輯電路8)構(gòu)成過電流保護(hù)電 路50。詳細(xì)內(nèi)容在后面進(jìn)行說明，該過電流保護(hù)電路50構(gòu)成為，在開關(guān)元件Q4處于過電流 狀態(tài)時(shí)，通過使軟切斷電路3進(jìn)行動作，從而保護(hù)開關(guān)元件Q4不受過電流的影響。
[0036] 下面，詳細(xì)說明相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路的結(jié)構(gòu)要素。此外，以下假設(shè)開關(guān)元件Q4由 IGBT構(gòu)成而進(jìn)行說明，有時(shí)將開關(guān)元件Q4的接通以及斷開記載為IGBT的接通以及斷開、或 者開關(guān)器件1的接通以及斷開。
[0037]柵極驅(qū)動電路2具有開關(guān)元件Q2、Q3以及電阻RG而構(gòu)成。在這里，作為一個(gè)例 子，開關(guān)元件Q2、Q3由雙極晶體管構(gòu)成。在相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路進(jìn)行通常動作的情況下（圖 2所示的期間A)，柵極驅(qū)動電路2通過控制邏輯電路8的控制，響應(yīng)于柵極驅(qū)動信號（相關(guān) 驅(qū)動保護(hù)電路的輸入信號）而驅(qū)動開關(guān)元件Q4。具體地說，柵極驅(qū)動電路2響應(yīng)于柵極驅(qū) 動信號的接通（H :High)以及斷開（L :Low)，選擇性地將接通電壓以及斷開電壓輸出至開關(guān) 元件Q4的柵極，通過該輸出而驅(qū)動開關(guān)元件Q4。另一方面，如下面所述，在檢測出過電流的 情況下（圖2所示期間B)，通過控制邏輯電路8的控制，開關(guān)元件Q2、Q3斷開，柵極驅(qū)動電 路2處于不對開關(guān)元件Q4以及其他結(jié)構(gòu)要素造成影響的HiZ(高阻抗）狀態(tài)。
[0038] 軟切斷電路3具有開關(guān)元件Q1以及電阻RGsoft而構(gòu)成。在相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路進(jìn) 行通常動作的情況下（圖2所示的期間A)，通過控制邏輯電路8的控制，開關(guān)元件Q1斷開， 軟切斷電路3處于不對開關(guān)元件Q4以及其他結(jié)構(gòu)要素造成影響的HiZ狀態(tài)。另一方面，在 檢測出過電流的情況下（圖2所示的期間B)，通過控制邏輯電路8的控制，開關(guān)元件Q1接 通，從而軟切斷電路3使開關(guān)元件Q4從接通轉(zhuǎn)換至斷開。
[0039] 在這里，作為軟切斷電路3的電阻RGsoft，使用比柵極驅(qū)動電路2的電阻RG的電 阻值大的電阻。因此，在使用軟切斷電路3而使開關(guān)元件Q4從接通轉(zhuǎn)換至斷開的情況下 的每單位時(shí)間的柵極電壓的下降與使用柵極驅(qū)動電路2進(jìn)行轉(zhuǎn)換的情況下的下降相比，變 緩。由此，在相關(guān)驅(qū)動保護(hù)電路中構(gòu)成為，即使柵極驅(qū)動信號是接通（H)，但在檢測出過電流 的情況下，會使軟切斷電路3進(jìn)行動作，進(jìn)行以比柵極驅(qū)動電路2慢的開關(guān)速度使開關(guān)元件 Q4從接通轉(zhuǎn)換至斷開的軟切斷。
[0040] 傳感電阻4與開關(guān)元件Q4的傳感端子S連接，該傳感端子S流過相對于發(fā)射極為 幾千分之一至幾萬分之一的傳感電流。該傳感電阻4是將該傳感電流變換為傳感電壓VS 的部件。
[0041] 在這里，對開關(guān)元件Q4具有傳感端子S的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，但在不具有傳感端子S 的結(jié)構(gòu)的情況下，可以在接地和發(fā)射極端子E之間連接電流檢測用的分流電阻，取代上述 傳感電壓VS而使用對發(fā)射極電流進(jìn)行變換所得到的電壓。而且，只要將傳感電阻4 (或者 分流電阻）的電阻值設(shè)定為，在開關(guān)元件Q4的輸出