專利名稱：半導體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠利用簡單的電路結(jié)構(gòu)防止誤動作的半導體裝置。
背景技術(shù)：
在電動機等負載的電力控制中，使用電橋電路、三相交流反相器電路等半導體裝置。這些半導體裝置具有在電源電位和接地電位之間圖騰柱連接(totem-pole-connect)的兩個功率元件和驅(qū)動它們的驅(qū)動電路。兩個功率元件的中點與負載連接，控制兩個功率元件的導通/截止，從而控制負載(例如參照專利文獻I)。圖12是示出現(xiàn)有的半導體裝置的電路圖。功率元件Ql打開時，向功率元件Q2的集電極/發(fā)射極間施加dV/dt。此時，對功率元件Q2的柵極/集電極間的寄生電容Cres充電的電流流動，所以功率元件Q2的柵極電壓上升(柵極浮動)。當由于該柵極浮動導致功率元件Q2的柵極電壓超過閾值電壓時，功率元件Q2會誤導通，短路電流流動。因此，在功率元件Q2截止時，使用負電壓用電源向功率元件Q2的柵極施加負電壓V-。由此，由于功率元件Q2的柵極電壓低于發(fā)射極電壓(GND)，所以即使產(chǎn)生柵極浮動，功率元件Q2的柵極電壓也難以上升到閾值電壓。專利文獻1:特開2010 - 178579號公報。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有的半導體裝置需要多個電源，存在著電路結(jié)構(gòu)復雜的問題。本發(fā)明是為了解決上述那樣的課題而做出的，其目的在于，獲得能夠利用簡單的電路結(jié)構(gòu)防止誤動作的半導體裝置。本發(fā)明所涉及的半導體裝置的特征在于，具備 第I功率元件，具有控制端子、第I端子和第2端子；第2功率元件，與所述第I功率元件圖騰柱連接;第I驅(qū)動電路，具有低壓端子和與電源連接的高壓端子，按照第I輸入信號來驅(qū)動所述第I功率元件；第2驅(qū)動電路，按照第2輸入信號來驅(qū)動所述第2功率元件；電阻，一端與所述第I功率元件的所述第2端子連接，另一端與所述第I驅(qū)動電路的所述低壓端子連接；開關(guān)元件，連接在所述第I驅(qū)動電路的所述高壓端子和所述電阻的所述一端之間，按照所述第I輸入信號或所述第2輸入信號來進行導通/截止；當所述第I輸入信號為截止信號時，所述第I驅(qū)動電路向所述第I功率元件的所述控制端子供給所述低壓端子的電壓，所述第I功率元件截止；當所述第I輸入信號為截止信號或所述第2輸入信號為導通信號時，所述開關(guān)元件導通。依據(jù)本發(fā)明，能夠利用簡單的電路結(jié)構(gòu)防止誤動作。


圖1是示出本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置的電路圖。圖2是示出圖1的半導體裝置的動作的時間圖。圖3是示出本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導體裝置的電路圖。
圖4是示出圖3的半導體裝置的動作的時間圖。圖5是示出本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導體裝置的電路圖。圖6是示出圖5的半導體裝置的動作的時間圖。圖7是示出本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導體裝置的電路圖。圖8是示出本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導體裝置的電路圖。圖9是示出本發(fā)明的實施方式6所涉及的半導體裝置的電路圖。圖10是示出本發(fā)明的實施方式7所涉及的半導體裝置的電路圖。圖11是示出本發(fā)明的實施方式8所涉及的半導體裝置的電路圖。圖12是示出現(xiàn)有的半導體裝置的電路圖。
具體實施例方式參照附圖對本發(fā)明的實施方式所涉及的半導體裝置進行說明。有時對相同或?qū)?yīng)的結(jié)構(gòu)要素賦予相同符號，并省略說明的重復。實施方式I
圖1是示出本發(fā)明的實施方式I所涉及的半導體裝置的電路圖。功率元件Ql和功率元件Q2在電源電位和接地電位之間圖騰柱連接。驅(qū)動電路I按照輸入信號IN來驅(qū)動功率元件Q2，驅(qū)動電路2按照輸入信號/IN來驅(qū)動功率元件Ql。驅(qū)動電路I具有與電源連接的高壓端子以及接地的低壓端子。反相器INV將輸入信號IN翻轉(zhuǎn)并輸出，驅(qū)動電路I將該輸出信號翻轉(zhuǎn)并放大，供給功率元件Q2的柵極。電阻Rl的一端與功率元件Q2的發(fā)射極連接，電阻Rl的另一端與驅(qū)動電路I的低壓端子連接。開關(guān)元件Q3在驅(qū)動電路I的高壓端子和電阻Rl的一端之間連接。向該開關(guān)兀件Q3的柵極供給反相器INV的輸出信號，開關(guān)兀件Q3按照輸入信號IN而進行導通/截止。圖2是示出圖1的半導體裝置的動作的時間圖。參照該時間圖對圖1的半導體裝置的動作進行說明。輸入信號/IN是對輸入信號IN進行翻轉(zhuǎn)的信號，兩者之間存在空載時間(dead time)。當輸入信號IN為截止信號時，驅(qū)動電路I向驅(qū)動功率元件Q2的柵極供給低壓端子的電壓VGND，功率元件Q2截止。此時，因為輸入信號/IN為導通信號，所以驅(qū)動電路2向功率元件Ql的柵極供給高電壓，功率元件Ql導通。另一方面，當輸入信號IN為導通信號時，驅(qū)動電路I向功率元件Q2的柵極供給高壓端子的電壓，功率元件Q2導通。此時，因為輸入信號/IN為截止信號，所以驅(qū)動電路2向功率元件Ql的柵極供給低電壓，功率元件Ql截止。輸入信號IN為截止信號時，開關(guān)元件Q3導通，電流流入電阻R1。由此,驅(qū)動電路I的低壓端子的電壓VGND比功率元件Q2的發(fā)射極電壓VE低電阻Rl的電壓下降的量。因此，由于相對于發(fā)射極電壓VE，功率元件Q2截止時的柵極電壓VG為負電壓，所以即使產(chǎn)生柵極浮動，功率元件Q2的柵極電壓也難以上升到閾值電壓。因此，能夠利用不需要負電壓用電源的簡單的電路結(jié)構(gòu)防止誤動作。實施方式2
圖3是示出本發(fā)明的實施方式2所涉及的半導體裝置的電路圖。單觸發(fā)電路(one shotcircuit) 3在輸入信號IN關(guān)閉時，向開關(guān)兀件Q3的柵極供給脈沖信號。圖4是示出圖3的半導體裝置的動作的時間圖。利用來自單觸發(fā)電路3的脈沖信號，開關(guān)元件Q3僅在功率元件Ql完成打開之前的既定期間導通。因此，與實施方式I相比，開關(guān)元件Q3的導通期間變短，所以能夠減少電源的功耗。實施方式3
圖5是示出本發(fā)明的實施方式3所涉及的半導體裝置的電路圖。延遲電路4使反相器INV的輸出信號延遲。將功率元件Q2的柵極電壓輸入與(AND)電路5的a端子，將延遲電路4的輸出電壓輸入b端子。開關(guān)元件Q3按照與電路5的輸出信號來進行導通/截止。圖6是示出圖5的半導體裝置的動作的時間圖。與電路5僅在輸入信號IN為截止信號并且功率元件Q2的柵極電壓高于低壓端子的電壓VGND時(柵極浮動期間)，使開關(guān)元件Q3導通。這樣，因為開關(guān)元件Q3的導通時間變得更短，所以能夠大幅減少電源的功耗。另外，保護期間變長。另外，在功率元件Q2關(guān)閉期間，功率元件Q2的柵極電壓為高電壓。因此，設(shè)置延遲電路4，以便在功率元件Q2的關(guān)閉期間不進行保護動作。實施方式4
圖7是示出本發(fā)明的實施方式4所涉及的半導體裝置的電路圖。與實施方式I不同，向開關(guān)元件Q3的柵極供給輸入信號/IN，開關(guān)元件Q3按照輸入信號/IN來進行導通/截止。當輸入信號/IN為導通信號時，開關(guān)元件Q3導通。由此，由于在空載時間開關(guān)元件Q3不導通，所以與實施方式I相比，能夠減少電源的功耗。此外能夠獲得與實施方式I同樣的效果。實施方式5
圖8是示出本發(fā)明的實施方式5所涉及的半導體裝置的電路圖。該半導體裝置在實施方式4的半導體裝置中追加了單觸發(fā)電路3。單觸發(fā)電路3在輸入信號/IN為打開吋，向開關(guān)元件Q3的柵極供給脈沖信號。由此，開關(guān)元件Q3僅在功率元件Ql完成打開之前的既定期間導通。而且，開關(guān)元件Q3的導通期間比實施方式2短。其結(jié)果是，能夠大幅減少電源的功耗。實施方式6
圖9是示出本發(fā)明的實施方式6所涉及的半導體裝置的電路圖。將功率元件Q2的柵極電壓輸入與電路5的a端子，將輸入信號/IN輸入b端子。與電路5僅在輸入信號/IN為導通信號并且功率元件Q2的柵極電壓VG高于低壓端子的電壓VGND時(柵極浮動期間)，使開關(guān)元件Q3導通。由此，能夠獲得與實施方式3同樣的效果。另外，由于輸入與電路5的b端子的輸入信號/IN僅從輸入信號IN關(guān)閉起延遲空載時間打開，所以不需要實施方式3的延遲電路4。實施方式7
圖10是示出本發(fā)明的實施方式7所涉及的半導體裝置的電路圖。ニ極管Zl與電阻Rl并聯(lián)連接。其它結(jié)構(gòu)與實施方式I同樣。在實施方式I中，由于功率元件Q2的柵極的放電電流流過電阻Rl，所以放電速度變慢。相對于此，在本實施方式中，由于功率元件Q2的柵極的放電電流流過ニ極管Z1，所以放電速度變快。此外，在實施方式2飛 的結(jié)構(gòu)中追加ニ極管Z1，也能夠獲得同樣的效果。
實施方式8
圖11是示出本發(fā)明的實施方式8所涉及的半導體裝置的電路圖。齊納ニ極管Z2與電阻Rl并聯(lián)連接。其它結(jié)構(gòu)與實施方式I同樣。由于齊納ニ極管Z2對負電壓進行鉗位，所以能夠防止過度的負電壓。此外，在實施方式2飛的結(jié)構(gòu)中追加齊納ニ極管Z2，也能夠獲得同樣的效果。此外，在上述實施方式I飛中，對使N側(cè)的功率元件Q2的柵極電壓為負電壓的情況進行了說明，但不限于此，使P側(cè)的功率元件Ql的柵極電壓為負電壓的情況下，也能夠適用本發(fā)明。另タ卜，功率元件Ql、Q2及開關(guān)元件Q3是IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor,絕緣柵雙極晶體管)，但不限于此，也可以是功率MOSFET (Metal — Oxide —Semiconductor Field — Effect Transistor,金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管)等功率開關(guān)元件。另外，功率元件Q1、Q2及開關(guān)元件Q3不限于用硅形成，也可以用帶隙比硅大的寬帶隙半導體形成。寬帶隙半導體例如為碳化硅、氮化鎵類材料或金剛石。利用這種寬帶隙半導體形成的功率半導體元件，由于耐壓性及容許電流密度高，所以能夠小型化。通過使用該小型化的元件，裝入了該元件的半導體模塊也能夠小型化。另外，由于元件的耐熱性高，所以能夠?qū)⑸崞鞯纳崞⌒突?，能夠?qū)λ洳窟M行空氣冷卻，從而能夠?qū)雽w模塊進ー步小型化。另外，由于元件的功率損失低、效率高，所以能夠使半導體模塊高效率化。標號的說明 I驅(qū)動電路(第I驅(qū)動電路)
2驅(qū)動電路(第2驅(qū)動電路)
5與電路(控制電路)
IN輸入信號(第I輸入信號)
/IN輸入信號(第2輸入信號)
Ql功率元件(第2功率元件)
Q2功率元件(第I功率元件)
Q3開關(guān)元件 Rl電阻 Zl ニ極管 Z2齊納ニ極管。
權(quán)利要求
1.一種半導體裝置，其特征在于，具備第I功率元件，具有控制端子、第I端子和第2端子；第2功率元件，與所述第I功率元件圖騰柱連接；第I驅(qū)動電路，具有低壓端子和與電源連接的高壓端子，按照第I輸入信號來驅(qū)動所述第I功率元件；第2驅(qū)動電路，按照第2輸入信號來驅(qū)動所述第2功率元件；電阻，一端與所述第I功率元件的所述第2端子連接，另一端與所述第I驅(qū)動電路的所述低壓端子連接；開關(guān)元件，連接在所述第I驅(qū)動電路的所述高壓端子和所述電阻的所述一端之間，并按照所述第I輸入信號或所述第2輸入信號來進行導通/截止；當所述第I輸入信號為截止信號時，所述第I驅(qū)動電路向所述第I功率元件的所述控制端子供給所述低壓端子的電壓，所述第I功率元件截止；當所述第I輸入信號為截止信號或所述第2輸入信號為導通信號時，所述開關(guān)元件導通。
2.如權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，所述開關(guān)元件僅在所述第2功率元件的完成打開之前的既定期間導通。
3.如權(quán)利要求1所述的半導體裝置，其特征在于，還具備控制電路，所述控制電路僅在所述第I輸入信號為截止信號或所述第2輸入信號為導通信號，并且所述第I功率元件的所述控制端子的電壓高于所述低壓端子的電壓時，使所述開關(guān)元件導通。
4.如權(quán)利要求廣3的任一項所述的半導體裝置，其特征在于，還具備與所述電阻并聯(lián)連接的二極管或齊納二極管。
全文摘要
本發(fā)明的功率元件(Q1)和功率元件(Q2)進行圖騰柱連接。驅(qū)動電路(1)按照輸入信號IN來驅(qū)動功率元件(Q2)，驅(qū)動電路(2)按照輸入信號/IN來驅(qū)動功率元件(Q1)。驅(qū)動電路(1)具有低壓端子和與電源連接的高壓端子。電阻(R1)的一端與功率元件(Q2)的發(fā)射極連接，電阻(R1)的另一端與驅(qū)動電路(1)的低壓端子連接。開關(guān)元件(Q3)連接在驅(qū)動電路(1)的高壓端子和電阻(R1)的一端之間。開關(guān)元件(Q3)按照輸入信號IN來進行導通/截止。輸入信號IN為截止信號時，驅(qū)動電路(1)向功率元件(Q2)的柵極供給低壓端子的電壓VGND，功率元件(Q2)截止。輸入信號IN為截止信號時，開關(guān)元件(Q3)導通。從而獲得能夠利用簡單的電路結(jié)構(gòu)防止誤動作的半導體裝置。
文檔編號H02M1/088GK103036406SQ20121036709
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月5日
發(fā)明者梁小廣 申請人:三菱電機株式會社