[发明专利]高压集成电路设备

说明书

技术领域

本发明涉及高压集成电路设备。

背景技术

高压集成电路（HVIC）公知为用于对形成用于功率转换（DC-AC转换）的桥接电路的上臂的开关功率器件进行导通-截止驱动的装置，诸如PWM逆变器。最近，已采用使用高压结而无需通过变压器、光电耦合器或者类似物的电位绝缘的元件分离型HVIC在发生异常时通过过电流检测和温度检测来增强开关功率器件的功能并且减小电源系统的大小和降低电源系统的成本。

图9是示出形成逆变器或者其他功率转换器件的开关器件与驱动这些器件的常规HVIC的连接的示例的说明性示图。图9示出其中两个开关器件（在此为IGBT（绝缘栅双极晶体管）114和115）串联连接的半桥的示例。图9所示的功率转换器件通过使半桥的上臂IGBT 115和下臂IGBT 14交替地导通从作为输出端子的Vs端子交替地输出高电位或低电位，从而向L负载118供应AC电力。

即，当输出高电位时，IGBT 114和IGBT 115进行操作，从而使上臂IGBT115导通并使下臂IGBT 114截止。另一方面，当输出低电位时，IGBT 114和IGBT 115进行操作，从而使上臂IGBT 115截止并使下臂IGBT 114导通。连接成与IGBT 114和115逆平行（antiparallel）的二极管是续流二极管（FWD）116和117。

在操作间隔期间，在驱动元件HVIC 111中，GND基准栅极信号从L-OUT输出到下臂IGBT 114，并且以Vs端子电位作为基准的栅极信号从H-OUT输出到上臂IGBT 115。以Vs端子电位作为基准的信号从H-OUT输出，并且因此HVIC 111必须设置有电平移动功能。

在图9中的符号中，Vss指示高压电源（主电路电源）的高电位侧，并且GND接地。Vs是从Vss电位到GND电位波动的中间电位。H-VDD是采用Vs端子电位作为基准的低压电源113的高电位侧。L-VDD是采用GND作为基准的低压电源112的高电位侧。

H-IN是用于输入到在连接有电平上升电路的低侧的CMOS电路的栅极的输入信号和输入端子。L-IN是用于输入到在连接有下臂IGBT 114的栅极的低侧的CMOS电路的栅极的输入信号和输入端子。

如上文中所解释的，H-OUT是输出到上臂IGBT115的栅极的高侧CMOS电路的输出信号和输出端子。L-OUT是输出到下臂IGBT 114的栅极的输出信号和输出端子。

ALM-IN是检测到上臂IGBT 115的温度和过电流时的检测信号119的输入信号和输入端子。ALM-OUT是具有下降电平的检测信号的输出信号和输出端子。

图10和图11是电平移动电路和外围电路的电路图。图10是包括电平上升电路的电路图，并且图11是包括电平下降电路的电路图。在图10和图11中，符号120指示在以Vs端子作为基准的低压电源113的高电位侧的端子。在本说明书和附图中，由“n”或“p”修饰的层和区域分别具有电子和空穴作为多数载流子。此外，由“+”或“-”修饰的“n”或“p”分别指示比没有这些符号的层或区域中更高和更低的杂质浓度。

作为外围电路，示出传送电平移动电路（低侧电路部）的输入信号的低侧CMOS电路（PMOS和NMOS）、以及传送电平移动电路（电平上升电路或电平下降电路）的输出信号（从输出部101输出）至上臂IGBT 115（高侧电路部）的高侧CMOS电路（PMOS和NMOS）。图10中的符号71是电平移动电阻器。符号75是使未示出的自举电容器的电压上升的二极管，并且是产生其电压比电压Vs高一自举电压量（等于低压电源113的电压）的自举二极管。该低压电源133的电压和低压电源112的电压相同。

在图10中，当输入信号（H-IN）被输入到低侧电路部时，该信号穿过低侧电路部的CMOS电路，并且被输入到电平上升电路的n沟道MOSFET 41的栅极。该信号使n沟道MOSFET 41导通和截止，电平上升电路的输出信号从输出部101输出，并且借助于该信号，使高侧电路部的CMOS电路导通和截止并输出输出信号（H-OUT）。该输出信号被转换成采用Vs端子电位作为基准的信号。该输出信号被输入到上臂IGBT 115的栅极，并且使该上臂IGBT 115导通和截止。当上臂IGBT 115是n-沟道器件时，图10中的电平上升电路是必需的。