[发明专利]半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，诸如驱动IC（集成电路），其驱动控制马达等的开关元件。

背景技术

作为开关元件的IGBT（绝缘栅双极晶体管）被频繁用作马达控制元件。当通过快速地降低IGBT的栅极信号来关断IGBT时，IGBT的主电流快速地减小，且由于主电路的电感，过电压被施加至IGBT。当施加了超过IGBT的耐受电压的过电压时，该IGBT被损坏。

图10是示出当马达由IGBT驱动时的系统的框图。当IGBT异常操作（过电流、过热等）、或当未示出的外部警报信号输入时，所需要的是这样的状态被检测到且该驱动IC的输出被关断，因此停止该IGBT的操作。此时，由于当执行突然的信号关断时IGBT被如上所述地损坏，需要的是采用其中关断信号平缓的关断模式（被称为柔性断路）。

图11是示出驱动IC 500的配置的框图。将对驱动IC 500中形成的每一个端子给出描述。在图11中，IN是在正常操作时接收操作信号的输入端子，且OUT是输出用于驱动控制元件（IGBT）的信号的输出端子。OC1和OC2是检测IGBT过电流的端子，而OH1和OH2是检测IGBT过热的端子。GV是用于监测IGBT的栅电压的端子，REF是每一种电路的参考电压端子，且VOH是确定检测到过热时的参考电压的端子。并且，AE是输出（或输入）警报信号的端子。

图12是示出目前已知的驱动IC的主要部分电路图，以及包括驱动IC、主驱动器、IGBT、以及马达的系统的框图的示图。在半导体衬底501中形成每一个端子（诸如VCC、IN、OUT、以及PGND）、每一个MOSFET 55、56、和57、逻辑电路53、以及警报信号处理电路54。并且，p-MOSFET 57构成断路电路52。

在正常操作时，操作信号被输入至输入端子IN，且该操作信号经由逻辑电路53通过交替地将p-MOSFET(p-沟道型MOSFET)55和n-MOSFET(n-沟道型MOSFET)56导通和截止来控制从输出端子OUT输出的信号。当p-MOSFET 55被导通时，导通信号（H信号）经由主驱动器69从输出端子OUT施加到IGBT61的栅极。当p-MOSFET 55被截止、且n-MOSFET 56被导通时，截止信号（L信号）经由主驱动器69从输出端子OUT施加到IGBT 61的栅极。

在异常操作时，不管来自逻辑电路53中未示出的控制电路的信号，p-MOSFET55和n-MOSFET 56经由警报信号处理断路54和逻辑电路53均被截止，且导通信号从逻辑电路53施加至构成断路电路52的p-MOSFET 57的栅极。通过这样做，p-MOSFET 57被导通，且IGBT 61的栅电压经由输出端子OUT和主驱动器69被降低至地电位。此时，累积在IGBT 61的栅极的电荷沿着从主驱动器69通过输出端子OUT和p-MOSFET 57至接地端子PGND的路径被汲取（准确地说，p-MOSFET 57从主驱动器69的输入部分汲取电流，且主驱动器69放大该输入部分的动作，由此汲取了累积在IGBT 61的栅极的电荷。在这个状态下，主驱动器用作一种电流放大器）。由于断路电路52，即，p-MOSFET 57，被设计为柔性导通（具有柔性断路特性），因此柔性地汲取累积在IGBT 61的栅极的电荷，且IGBT 61柔性地断路。

图13是示出在异常操作时输出端子OUT的电压-电流特性的示图。水平轴上的电压，即输出端子OUT的电压，是p-MOSFET 57的源极和漏极之间的电压。同样，竖轴，即输出端子OUT的电流，是p-MOSFET 57的源极电流。输出端子OUT的电压-电流特性是，根据断路电路52（即，p-MOSFET 57）的输出特性，低电压区中电流的增加是平缓的，且当电压中等高时电流的上升变得有些陡峭（取决于二极管连接的p-MOSFET 57的特性）。当电流增加、且p-MOSFET 57的源极和漏极之间的电阻变得占主导地位时，在电压更高的区域中，p-MOSFET 57被设计为具有柔性断路特性从而电流再次变得平缓。

在安装在诸如汽车之类的车辆的系统中，作为电源的电池电压（VB）一般为10到20V。驱动IC 500的电源端子（VCC端子）连接至VB，意味着，当使用像p-MOSFET 57的p-沟道型MOSFET的源极随耦器类型时，必需0V到VB（电池电压）的电压作为p-MOSFET 57的栅极输入信号。