[发明专利]功率半导体器件的电流检测电路

说明书

相关申请的交叉引用

本申请基于2010年10月22日提交的日本专利申请No.2010-237437且要求该申请的优先权，该申请的内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件的电流检测电路，尤其涉及用于检测在诸如二极管或例如双极型晶体管、MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)的晶体管等功率半导体器件中流动的电流的电流检测电路。

背景技术

装载有IGBT和续流二极管(以下简称FWD)的IGBT模块是一种类型的功率半导体器件，该IGBT模块用于诸如逆变器或DC(直流)斩波电路的功率转换装置中。

为了控制这种功率转换装置的电路，通常必须检测输出电流。对于输出电流检测，通常采用以下两种方法。

(1)一种使用例如电流变压器或DCCT(直流电流变压器)的电流检测设备的方法。

(2)一种使用称作分流电阻器的电阻器来检测电流的方法。

图4示出使用DCCT的常规三相逆变器装置的结构示例。参考图4，DCCT 105利用专利文献3的图18所示的环形磁芯和霍尔元件，其中通过检测由在经过该磁芯的主电路布线中流动的电流所产生的磁场来检测该电流。图4所示逆变器101设置有置于主输出布线周围的DCCT 105以及接收所检测的电流值的控制电路102。

图5示出图4所示逆变器装置的一相的下臂中的输出电流、IGBT电流及FWD电流之间的关系。假若当电流从逆变器装置向外流出时该输出电流的方向为正，则正电流在逆变器装置下臂的FWD 202中流动，且之后负电流在逆变器装置下臂的IGBT 201中流动，如图4的右侧所示。在此，负电流是引入到逆变器装置中的电流。输出电流是这些正电流和负电流的反复。

在构成逆变器装置的IGBT和FWD中，有称作“感测IGBT”和“感测FWD”的执行电流检测功能类型的IGBT和FWD。以下描述半导体器件(尤其是具有感测功能的IGBT元件)示例的功能。图6(a)和6(b)示出具有感测功能的IGBT元件的电路符号(图6(a))和等效电路(图6(b))。电路符号被表示为图6(a)的符号，而等效电路由图6(b)的电路来表示。

一般的IGBT由数千或数万个具有相同结构的单元构成。一部分单元用于电流检测。用于电流检测的一部分的IGBT单元被称作“感测区”而其它IGBT单元被称作“主区”。通常，主区中的单元数Nm与感测区中的单元数Ns之比Nm/Ns设置成数千，其中Nm和Ns是正整数。尽管主区的集电极端子和感测区的集电极端子被制成为共用的，但是发射极端子却分离成主发射极端子(简称为主端子)和电流检测用感测发射极端子(简称为感测端子)。

同样地，在FWD的情形下，分离一部分FWD芯片以用于电流检测；阳极端子分离成主阳极端子(简称为主端子)和电流检测用阳极端子(简称为感测端子)。包含感测FWD的FWD的等效电路与图6(b)所示的包含感测IGBT的IGBT的等效电路相似。感测IGBT的图6(b)中的符号针对感测FWD而改变成：主区的内部电阻Rdm0、感测区的内部电阻Rds0、主区的阈值电压Rdthm0、以及感测区的阈值电压Vdths0。

图7示出图4的逆变器装置的一相中的电流的模拟波形。电流的波形包括：输出电流、在下臂IGBT中流动的电流、以及在下臂FWD中流动的电流。如图7所示，仅当输出电流为负(即在电流引入到逆变器装置中的方向上)时，下臂IGBT中的电流流动。另一方面，仅当输出电流为正(即在电流从逆变器装置流出的方向上)时，下臂FWD中的电流流动。当生成正输出电流时，从不生成负输出电流；而当生成负输出电流时，从不生成正输出电流。

图8示出使用针对IGBT和FWD两者采用共用分流电阻器的电流检测电路的逆变器装置的构造的常规示例。针对IGBT和FWD使用共用分流电阻器的图8的电流检测电路具有连接在逆变器101下臂中的分流电阻器106。当下臂的IGBT 201在导通状态时，输出电流在下臂中流动，且由控制电路102检测分流电阻器106中的电压降来检测输出电流。例如在专利文献1中公开了采用分流电阻器的电流检测电路。