[发明专利]半导体装置以及使用该半导体装置的电流检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有主元件以及用于检测流过主元件的电流的感测元件的半导体装置，以及使用该半导体装置的电流检测电路。

背景技术

对于向负载提供电流的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅型双极晶体管)和/或MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等的功率半导体元件，为了向负载提供适量的电流而进行控制和/或对过电流进行保护动作，需要对该功率半导体元件中流过的电流进行检测。

因此，常常会使用具有向负载提供电流的发射极端子E和流过的电流与流过发射极端子的电流成比例的感测端子S的复合元件(图4是表示该电路的示意图)(例如，专利文献1、2、3)。其中，针对该复合元件，以IGBT为例进行说明，以下还同样以IGBT作为功率半导体元件为例，但本发明并不局限于IGBT，也能够应用于MOSFET等其他的功率半导体元件。

图4所示的复合元件10实际上具有图5所示的构成。即，由集电极端子C和栅极端子G被共用连接的主元件100和感测元件200构成。感测端子S相当于感测元件的发射极端子，有流过(主元件的)发射极端子E的电流的1/N(N＞1)的电流流过。

图6表示图4、5所示的复合元件10在半导体基板300上的构成例。在图6中，单位元件20(最小尺寸或者接近该尺寸的IGBT和/或MOSFET等)被规则地配置，其中一个构成感测元件200，而其他的N1个单位元件20构成主元件100。构成主元件100的各基本元件20的集电极端子、栅极端子、源极端子由未图示的配线相互连接。并且，如上所述，主元件100和感测元件200的栅极端子之间以及集电极端子之间也被连接。在此，基本上N＝N1，但由于元件的端子的效果，两者也有可能不为完全等同的值。

并且，还可以为图6所示的构成以外的构成，将一个大的功率半导体元件分割为两个大小不同的区域，大的区域作为主元件100，小的区域作为感测元件200，分别在它们设有栅极端子、源极端子以及集电极端子(栅极端子以及集电极端子相互连接)。

对复合元件10进行控制以及保护动作的电路的基本构成的例子如图7所示。图7所示的电路具有复合元件10、电阻Rs(其电阻值也为Rs)、标准电压Vref、比较器30、以及控制电路40。50是复合元件10驱动的负载。流过感测端子S的电流通过电阻Rs转变为感测电压Vs＝Rs×Is、感测电压Vs被输入至比较器30的正相输入端子。并且比较器30的反相输入端子被输入标准电压Vref。比较器30对感测电压Vs和标准电压Vref进行比较，并将结果传达给控制电路40。控制电路40通常基于来自外部的指令控制复合元件10的导通和截止，但当从比较器30得到感测电压Vs比标准电压Vref大的信息时(当比较器30的输出为H(High)水平时)，则判断与电流Is成比例的主元件100的电流IE为过电流，控制复合元件10的栅极电压Vg以使复合元件10截止。

并且FWD是用于使与流过复合元件10的电流(正向电流)呈反方向的电流流通的二极管。因为复合元件10只能流通正向电流，所以几乎在所有的应用中都成套使用复合元件10和二极管FWD。并且，电源Vi(其电压也用Vi表示)与复合元件10的集电极端子C以及二极管FWD的阴极连接。

图8表示图7所示的复合元件10从截止变化到导通时的时序图。并且，用于说明图8所示的动作的复合元件10的等价电路与电阻Rs共同表示于图9。在图9中，Cies1是由栅极电容等构成的主元件100的输入电容，Cies2是由栅极电容等构成的感测元件200的输入电容。

图8从上开始依次表示复合元件10的栅极电压Vg、集电极电流Ic和集电极电压Vc、以及感测电压Vs。图中的Vth是复合元件10的阈值电压。

在图8中，在时刻t10，复合元件10的栅极电压Vg开始上升，当在时刻t20，当栅极电压Vg到达复合元件10的阈值电压Vth时，开始流过集电极电流Ic，与之相伴集电极电压Vc开始减少。

感测电压Vs在一次过冲之后，成为稳定态值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-32476号公报

专利文献2：日本特开2010-246179号公报

专利文献3：日本特开2012-85407号公报

专利文献4：日本特开平7-240516号公报

发明内容

技术问题