過電流檢測裝置及使用其的智能功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能縮短誤檢測防止時間的過電流檢測裝置及使用該過電流檢測裝置的智能功率模塊。包括：感測發(fā)射極電流檢測部(21)，該感測發(fā)射極電流檢測部(21)將從IGBT(3i)的感測發(fā)射極(3se)輸出的感測發(fā)射極電流作為感測發(fā)射極電壓來進行檢測；以及比較部(24)，該比較部(24)對該感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的感測發(fā)射極電壓和閾值電壓進行比較來檢測出過電流。還包括：校正用電流檢測部(22)，該校正用電流檢測部(22)將與所述IGBT的柵極和感測發(fā)射極之間的電流相對應的校正用電流作為校正電壓來進行檢測；以及電壓校正部(23)，該電壓校正部(23)從所述感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的感測發(fā)射極電壓減去所述校正電流檢測部檢測出的校正用電壓從而計算出感測發(fā)射極校正電壓，將該感測發(fā)射極校正電壓提供給所述比較部。
【專利說明】過電流檢測裝置及使用其的智能功率模塊
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及當過電流流過絕緣柵雙極型晶體管(以下稱作IGBT)時，保護IGBT以使其不受到破壞的過電流檢測裝置、以及使用該過電流檢測裝置的智能功率模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換裝置的三相逆變器電路具有如下結(jié)構(gòu):將6個IGBT和與這些IGBT反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管(FWD)兩兩串聯(lián)連接來形成串聯(lián)電路，將由此形成的串聯(lián)電路并聯(lián)連接至直流電源，在各串聯(lián)電路的IGBT間的連接點上連接有電動機等電感負載。
在這種功率轉(zhuǎn)換裝置中所使用的IGBT中，設有過電流保護電路，該過電流保護電路用于在流過過電流時保護IGBT以使其不受到破壞。
[0003]作為該過電流保護電路，已知的有如圖5所示的結(jié)構(gòu)。
IGBT100設有集電極100c、發(fā)射極10e以及感測發(fā)射極lOOse。感測發(fā)射極10se輸出為流過集電極10c和發(fā)射極10e之間的電流的數(shù)千分之一或數(shù)萬分之一左右的感測電流。該過電流保護電路在感測發(fā)射極10se與接地之間插入電流檢測用電阻101，將該電流檢測用電阻101的高電位側(cè)感測的電壓Vse輸入至過電流檢測用比較器102的非反轉(zhuǎn)輸入端子。
[0004]將判斷過電流的閾值電壓Vth輸入至該過電流檢測用比較器102的反轉(zhuǎn)輸入端子，在感測電壓Vse成為閾值電壓Vth以上時，該過電流檢測用比較器102輸出從截止狀態(tài)反轉(zhuǎn)為導通狀態(tài)的過電流檢測信號Soc。
將該過電流檢測信號Soc提供給低通濾波器電路103，以規(guī)定時間常數(shù)進行積分，在接通IGBT100時產(chǎn)生的感測電壓Vse成為超過閾值電壓Vth的值的過渡性增加狀態(tài)下，防止過電流的誤檢測。
[0005]另外，利用由柵極驅(qū)動電路105提供的柵極電流來對IGBT100進行驅(qū)動控制。該柵極驅(qū)動電路105具有串聯(lián)連接在控制電源106和接地107之間的P溝道M0SFET108及N溝道M0SFET109，將這些P溝道M0SFET108和N溝道M0SFET109的連接點連接至IGBT100的柵極100g。而且，利用帶保護功能的驅(qū)動器IC100，對P溝道M0SFET108和N溝道M0SFET109進行控制，以使得它們中的一個處于導通狀態(tài)時，且使另一個處于截止狀態(tài)。
[0006]利用圖6的信號波形圖對上述過電流保護電路的動作進行說明。
若IGBT驅(qū)動電路的P溝道M0SFET108導通，則向IGBT100的柵極10g施加與控制電源106的電壓Vcc (例如15V左右)相等的控制電壓Vgcc。
IGBT100是絕緣柵型半導體器件，是所謂的電壓驅(qū)動型器件，但在IGBT100的柵極10g中流過柵極電流Ig、對柵極電容(此處指柵極.發(fā)射極間的電容)進行充電。若對柵極電容進行充電，則柵極電壓Vg如圖6(b)所示那樣上升。若柵極電壓Vg上升并達到柵極閾值電壓，則集電極電流Ic如圖6(a)所示那樣上升，集電極.發(fā)射極間電壓Vce如圖6(a)所示那樣開始下降。
[0007]此外，集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬分之一左右的感測電流Ise如圖6(c)所示那樣上升，流過感測電流Ise的感測電阻Rs兩端的電壓即感測電壓Vse也如圖6(d)所示那樣上升。若柵極電壓Vg達到柵極閾值電壓，則集電極.發(fā)射極間電壓Vce下降，IGBT100的鏡像電容(柵極.集電極電容)增大，柵極電壓Vg轉(zhuǎn)移到大致一定的區(qū)域。
[0008]在此期間，感測電流Ise也如圖6(c)所示那樣上升，隨之，感測電壓Vse也如圖6(d)所示那樣上升，若感測電壓Vse達到判斷過電流的過電流閾值電壓Vth(這由基準電壓E決定)，則過電流檢測用比較器102的輸出將輸出高電平的過電流檢測信號Soc。
將該過電流檢測信號Soc提供至低通濾波器電路103，因此，低通濾波器電路103的輸出緩緩上升。此時，將低通濾波器電路103的時間常數(shù)設為大于誤檢測防止時間Tl，該誤檢測防止時間Tl是從感測電壓Ns超過過電流閾值電壓Vth開始直到感測電壓Ns成為過電流閾值電壓Vth以下為止的時間。
[0009]因此，在感測電壓Vse超過過電流閾值電壓Vth的誤檢測防止時間Tl期間，低通濾波器電路103的濾波器輸出不會達到過電流檢測用比較器102的高電平。
因此，將低通濾波器電路103的濾波器輸出提供給帶保護功能的驅(qū)動器ICllO時，濾波器輸出不會達到過電流檢測用比較器102的高電平。因而，帶保護功能的ICllO不會切斷柵極電流Ig。
[0010]然而，當從過電流檢測用比較器102輸出的過電流檢測信號Soc的高電平在超過誤檢測防止時間Tl后還持續(xù)的情況下，低通濾波器電路103的濾波器輸出達到高電平。因此，帶保護功能的ICllO停止對IGBT100的柵極10g輸出柵極電流Ig，IGBT100的過電流保護功能開始動作。
[0011]在上述圖5的結(jié)構(gòu)中，對使用低通濾波器電路103來防止接通IGBT100時的過電流誤檢測的情形進行了說明，但可具有如專利文獻I所記載的結(jié)構(gòu)。
即，在專利文獻I中，省略低通濾波器電路并檢測出使IGBT動作的輸入信號的上升沿，從而使定時器動作。因而，在上述誤檢測防止時間Tl期間，向過電流檢測用比較器提供比通常的基準電壓要高的基準電壓，在感測電壓Vse超過過電流閾值電壓Vth的期間，使過電流檢測用比較器輸出的過電流檢測信號維持低電平。
現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻
[0012]專利文獻1:日本專利特開平6-120787號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0013]根據(jù)上述現(xiàn)有例，使用低通濾波器電路，使從過電流檢測用比較器102輸出的高電平的過電流檢測信號Soc的高電平的上升減緩、或者使用定時器，在誤檢測防止時間Tl期間，向過電流檢測用比較器施加比通常的基準電壓要高的基準電壓。由此，在IGBT接通時產(chǎn)生的感測電壓Vse超過過電流閾值電壓Vth的期間，防止進行誤檢測。
[0014]然而，在上述現(xiàn)有例中，在使用低通濾波器電路的情況下，IGBT的誤檢測防止時間Tl為4?5微秒，相對較長，在經(jīng)過該誤檢測防止時間Tl之后進行過電流判斷。因此，有待解決的問題有:成為過電流狀態(tài)時，到判斷為過電流狀態(tài)為止所需的判斷時間變長。而且，還有如下有待解決的問題:誤檢測防止時間Tl因IGBT不同而不同，因此，不得不將低通濾波器電路的時間常數(shù)設定得較長，這一點也會導致判斷為過電流狀態(tài)所需的判斷時間變長。因此，無法同時進行需要短時間內(nèi)判斷的短路電流的檢測。
[0015]對此，專利文獻I所記載的發(fā)明中，使用定時器，對過電流檢測用比較器的基準電壓進行變更，在該情況下，不使用低通濾波器電路，因此，無需設定時間常數(shù)。然而，在專利文獻I所記載的發(fā)明中，需要對定時器設定與誤檢測防止時間Tl相當?shù)妮^長的限時時間(timeup time)。該誤檢測防止時間Tl因IGBT不同而不同，因此，有待解決的問題有:需要將限時時間設定為較長。而且，在專利文獻I所記載的發(fā)明中，需要設置定時器、開關電路、2種基準電壓源等，存在的問題有電路結(jié)構(gòu)增大。
于是，本發(fā)明著眼于上述現(xiàn)有例有待解決的問題而完成，目的在于提供能縮短誤檢測防止時間的過電流檢測裝置及使用該過電流檢測裝置的智能功率模塊。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0016]為了達到上述目的，本發(fā)明的第I方式的過電流檢測裝置包括:感測發(fā)射極電流檢測部，該感測發(fā)射極電流檢測部將從絕緣柵雙極型晶體管的感測發(fā)射極輸出的感測發(fā)射極電流作為感測發(fā)射極電壓來進行檢測；以及比較部，該比較部對該感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的感測發(fā)射極電壓和閾值電壓進行比較來檢測出過電流。過電流檢測裝置還包括:校正用電流檢測部，該校正用電流檢測部將與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極和感測發(fā)射極之間的電流相對應的校正用電流作為校正電壓來進行檢測；以及電壓校正部，該電壓校正部從所述感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的感測發(fā)射極電壓減去所述校正電流檢測部檢測出的校正用電壓，從而計算出感測發(fā)射極校正電壓，將該感測發(fā)射極校正電壓提供給所述比較部。
[0017]此外，本發(fā)明所涉及的過電流檢測裝置的第2方式構(gòu)成為，所述感測電流檢測部及所述校正電流檢測部具有電流檢測用電阻，將電流作為電壓值來進行檢測。
此外，本發(fā)明所涉及的過電流檢測裝置的第3方式中，所述校正用電流檢測部由插入到提供給所述柵極的電流路徑中的電流鏡像電路、以及插入到該電流鏡像電路的電流輸出部與接地之間的所述電流檢測用電阻來構(gòu)成。
[0018]此外，本發(fā)明所涉及的過電流檢測裝置的第4方式中，所述校正用電流檢測部由第2半導體電流控制元件、以及插入到該第2半導體控制元件的輸出側(cè)與接地之間的所述電流檢測用電阻來構(gòu)成，該第2半導體控制元件與對所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電流進行控制的第I半導體電流控制元件并聯(lián)配置，且該第2半導體控制元件的單元尺寸比該第I半導體電流控制元件的單元尺寸要小。
[0019]此外，本發(fā)明所涉及的智能功率模塊的第I方式中，在I個組件中集成有:絕緣柵雙極型晶體管；與該絕緣柵雙極型晶體管反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管；具備上述第I?第4方式中任一方式的過電流檢測裝置；以及驅(qū)動用1C，該驅(qū)動用IC對所述絕緣柵雙極型晶體管進行驅(qū)動，且至少基于所述過電流檢測裝置的過電流檢測值，對所述絕緣柵雙極型晶體管進行保護。
發(fā)明效果
[0020]根據(jù)本發(fā)明，從感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的IGBT的感測發(fā)射極電壓減去由校正電流檢測部檢測出的IGBT的與柵極和感測發(fā)射極之間的電流相對應的校正用電壓，從而計算出感測發(fā)射極校正電壓，將該感測發(fā)射極校正電壓與過電流閾值電壓進行比較。由此，利用與IGBT的集電極電流相當?shù)膬舾袦y發(fā)射極電壓來進行過電流判斷，因此，能縮短IGBT接通時的誤檢測防止時間。因此，不僅能應用于過電流檢測，還能應用于短路電流檢測。
而且，將上述過電流檢測裝置、IGBT, FWD、IGBT的驅(qū)動用IC集成到I個組件來構(gòu)成智能功率模塊，因此能實現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)的小型化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1是表示應用本發(fā)明得到的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。
圖2是表示包含本發(fā)明的過電流檢測裝置的智能功率模塊的電路圖。
圖3是為了說明圖2的過電流檢測裝置的動作而提供的信號波形圖。
圖4是表示本發(fā)明的實施方式2的、與圖2對應的電路圖。
圖5是表示現(xiàn)有IGBT過電流檢測裝置的電路圖。
圖6是為了說明圖5的動作而提供的信號波形圖。
【具體實施方式】
[0022]下面，參考附圖，對本發(fā)明的實施方式進行說明。
圖1是表示應用本發(fā)明得到的功率轉(zhuǎn)換裝置的電路圖，圖2是包含本發(fā)明的實施方式I的過電流檢測裝置的智能功率模塊的電路圖。
如圖1所示，應用本發(fā)明得到的功率轉(zhuǎn)換裝置例如由將直流功率轉(zhuǎn)換成三相交流功率的逆變器電路來構(gòu)成。該逆變器電路具有:與主直流電源I的正極側(cè)相連接的正極側(cè)線路2p ;以及與主直流電源I的負極側(cè)相連接的負極側(cè)線路2n。
[0023]在該正極側(cè)線路2p與負極側(cè)線路2n之間，并聯(lián)連接有串聯(lián)電路4、串聯(lián)電路5和串聯(lián)電路6，該串聯(lián)電路4通過串聯(lián)連接絕緣柵雙極型晶體管(下面稱作IGBT) 3A和3B得到，該串聯(lián)電路5通過串聯(lián)連接IGBT3C和3D得到，該串聯(lián)電路6通過串聯(lián)連接IGB3E和3F得到。各IGBT3A?3F與續(xù)流二極管(下面稱作FWD) 7A?7F反并聯(lián)連接。
而且，串聯(lián)電路4的IGBT3A及3B的連接點、串聯(lián)電路5的IGBT3C及3D的連接點、以及串聯(lián)電路6的IGBT3E及3F的連接點連接至電動機等電感負載8。
[0024]利用圖3的信號波形圖，對該逆變器電路的動作進行說明。
設在某一時刻、IGBT3A和IGBT3D導通，從主直流電源I向負載9提供電流II。接著，IGBT3A和IGBT3D截止，則流過負載9的電流Il通過FWD7B、7C成為回流電流并流入主直流電源I。IGBT3A?IGBT3F如此依次導通和截止，從而將三相電力提供給負載9。
[0025]于是，在IGBT3A從導通轉(zhuǎn)變?yōu)榻刂?、電?2流過FWD7C的狀態(tài)下，若IGBT3D導通，則FWD7C和IGBT3D的串聯(lián)電路瞬間成為臂短路狀態(tài)。FWD7C反向恢復時會解除該臂短路，當IGBT3D接通時，該FWD7C的反向恢復電流與IGBT3D的集電極電流相重疊地流動。因此，如圖3(a)所示，在接通動作時，IGBT3D的集電極電流Ic與反向恢復電流Ir相重疊，因此，會出現(xiàn)回彈，之后Ic轉(zhuǎn)移到穩(wěn)定狀態(tài)。
[0026]而且，如圖2所示，將構(gòu)成逆變器電路的各IGBT3i和FWD7i (i = A?F)分別與IGBT驅(qū)動電路10、帶保護功能的驅(qū)動器IC11、過電流檢測裝置12包含在一起來形成I個組件，構(gòu)成為智能功率模塊13。 其中，IGBT驅(qū)動電路10具有串聯(lián)連接在控制電源15和接地16之間的P溝道MOSFETlOa及N溝道MOSFETlObJf P溝道MOSFETlOa和N溝道MOSFETlOb的連接點連接至IGBT3i的柵極3g。
[0027]帶保護功能的驅(qū)動器ICl I對構(gòu)成IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa和N溝道MOSFETlOb進行控制，以使得其中一個處于導通狀態(tài)時另一個處于截止狀態(tài)。該帶保護功能的驅(qū)動器ICll在接通IGBT3i時，使P溝道MOSFETlOa成為導通狀態(tài)、N溝道MOSFETlOb成為截止狀態(tài)。由此，從控制電源15向IGBT3i的柵極3g提供柵極電流Ig從而對柵極電容(此處為柵極?發(fā)射極間電容)進行充電。相反，在斷開IGBT3i的情況下，使P溝道MOSFETlOa成為截止狀態(tài)、N溝道MOSFETlOb成為導通狀態(tài)，并將IGBT3i的柵極3g連接至接地16，從而對柵極電容進行放電。
[0028]過電流檢測裝置12包括感測發(fā)射極電流檢測部21、校正用電流檢測部22、電壓校正部23、比較部24、以及低通濾波器電路25。
感測發(fā)射極電流檢測部21由連接在感測發(fā)射極3se與接地之間的電流檢測用電阻Rsl構(gòu)成,感測發(fā)射極3se輸出感測發(fā)射極電流Ise,該感測發(fā)射極電流Ise為流過形成于IGBT31的集電極3c的集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬分之一左右。而且，從電流檢測用電阻Rsl的高電位側(cè)輸出將感測發(fā)射極電流轉(zhuǎn)換為電壓后的感測發(fā)射極電壓Vse。
[0029]校正用電流檢測部22至少包括電流鏡像電路31和電流檢測用電阻Rs2，該電流鏡像電路31的輸入部與IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa的漏極側(cè)相連接，該電流檢測用電阻Rs2連接在該電流鏡像電路31的輸出部與接地16之間。
電流鏡像電路31由連接在IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa的漏極與IGBT3i的柵極3g之間的P溝道M0SFET31a、以及其柵極與該P溝道M0SFET31a的柵極相連接的P溝道M0SFET31b來構(gòu)成。
[0030]而且，將P溝道M0SFET31a和31b的柵極間的連接點連接至P溝道M0SFET31a和P溝道MOSFETlOa的漏極間的連接點。此外，P溝道M0SFET31b的漏極經(jīng)由恒流電路32與控制電源15相連接，P溝道M0SFET31b的源極與電流檢測用電阻Rs2的高電位側(cè)相連接。
[0031]此處，對電流鏡像電路31的電流鏡像比進行設定從而得到校正用柵極電流Iga，該校正用柵極電流Iga的電流值與重疊于從IGBT3i的感測發(fā)射極3se輸出的感測發(fā)射極電流Ise的柵極電流分量相對應。而且，將從電流鏡像電路31的P溝道M0SFET31b的源極輸出的、具有與感測發(fā)射極電流Ise中所包含的柵極電流相當?shù)牧康男Ｕ脰艠O電流Iga提供給電流檢測用電阻Rs2。
因而，從電流檢測用電阻Rs2的高電位側(cè)輸出將校正用柵極電流Iga轉(zhuǎn)換成電壓后得到的校正用電壓Va。
[0032]電壓校正部23由進行差動放大的運算放大器23a構(gòu)成。對該運算放大器23a的非反轉(zhuǎn)輸入端子施加從感測發(fā)射極電流檢測部21的電流檢測用電阻Rsl的高電位側(cè)得到的感測發(fā)射極電壓Vse，對反轉(zhuǎn)輸入端子施加從校正用電流檢測部22的電流檢測用電阻Rs2的高電位側(cè)得到的校正用電壓Va。因而，運算放大器23a輸出從感測發(fā)射極電壓Vse減去校正用電壓Va后得到的感測發(fā)射極校正電壓Vsea。
[0033]比較部24由過電流檢測用比較器24a構(gòu)成。對該過電流檢測用比較器24a的非反轉(zhuǎn)輸入端子施加上述的從電壓校正部23輸出的感測發(fā)射極校正電壓Vsea，反轉(zhuǎn)輸入端子與輸出過電流閾值電壓Vth的基準電源24b相連接。感測發(fā)射極校正電壓Vsea成為過電流閾值電壓Vth以上時，從過電流檢測用比較器24a輸出從低電平反轉(zhuǎn)為高電平的過電流檢測信號Soc。
[0034]而且，將從比較部24輸出的過電流檢測信號Soc提供給低通濾波器電路25，將由低通濾波器電路25進行了低通濾波處理后的濾波器輸出Sf提供給帶保護功能的驅(qū)動器
ICllo
在該帶保護功能的驅(qū)動器ICll中，將從低通濾波器電路25輸入的濾波器輸出Sf與基準電壓Vref進行比較，當Sf>Vref時，判斷為過電流狀態(tài)，使與IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa的柵極相對應的柵極信號成為截止狀態(tài)，使與N溝道MOSFETlOb的柵極相對應的柵極信號成為導通狀態(tài)，并停止對IGBT3i進行驅(qū)動。
[0035]接著，根據(jù)圖3的信號波形圖，對上述實施方式I的動作進行說明。
若IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa導通，則向IGBT3i的柵極3g施加與控制電源15的電壓Vcc (例如15V左右)相等的控制電壓Vgcc。
IGBT3i的柵極3g中流過柵極電流Ig，對柵極電容(此處為柵極.發(fā)射極間電容)進行充電。若對柵極電容進行充電，則柵極電壓Vg如圖3(b)所示那樣上升。此時，如圖3(c)所示，從電流鏡像電路31的P溝道M0SFET31b開始輸出與柵極電流Ig成比例且與感測發(fā)射極電流Ise相對應的校正用柵極電流Iga。
[0036]之后，若柵極電壓Vg上升并達到柵極閾值電壓Vgth，則集電極電流Ic如圖3(a)所示那樣上升，集電極.發(fā)射極間電壓Vce如圖3(a)所示那樣開始下降。
此外，集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬分之一左右的感測發(fā)射極電流Ise如圖3(c)所示那樣上升，流過感測發(fā)射極電流Ise的電流檢測用電阻Rsl兩端的電壓即感測發(fā)射極電壓Vse也如圖3(d)所示那樣上升。此時，如圖3(d)所示，在感測發(fā)射極電流Ise中，在原本的集電極電流Ic的數(shù)千分之一?數(shù)萬分之一左右的集電極電流分量上重疊有與在柵極電流被充電的期間內(nèi)所流過的柵極電流Ig成比例的柵極電流分量。
[0037]之后，若柵極電壓Vg達到柵極閾值電壓Vgth，則集電極?發(fā)射極間電壓Vce降低，IGBT100的鏡像電容(柵極.集電極電容)增大，柵極電壓Vg轉(zhuǎn)移到大致一定的區(qū)域。
在此期間，感測發(fā)射極電流Ise也如圖3(d)所示那樣上升，隨著電流的上升，感測發(fā)射極電壓Vse也如圖3(f)的虛線所示那樣上升。
[0038]此外，校正用柵極電流Iga如圖3(c)所示那樣上升，柵極電壓Vg達到柵極閾值電壓Vgth之后,校正用柵極電流Iga開始緩慢減小。
因而，從感測發(fā)射極電流Ise減去校正用柵極電流Iga后得到的校正感測發(fā)射極電流Isea如圖3(e)所示,與感測發(fā)射極電流Ise相比,其振幅被抑制。
[0039]在本實施方式中，感測發(fā)射極電流檢測部21檢測出感測發(fā)射極電流Ise來作為感測發(fā)射極電壓Vse來，將該感測發(fā)射極電壓Vse施加到電壓校正部23的運算放大器23a的非反轉(zhuǎn)輸入端子。另一方面，校正用電流檢測部22檢測出校正用柵極電流Iga來作為校正用柵極電壓Vga，將該校正用柵極電壓Vga施加于電壓校正部23的運算放大器23a的反轉(zhuǎn)輸入端子。
[0040]因而，運算放大器23a從感測發(fā)射極電壓Vse減去校正用柵極電壓Vga，從而輸出感測發(fā)射極校正電壓Vsea。如圖3(f)的實線所圖示，該感測發(fā)射極校正電壓Vse是從感測發(fā)射極電壓Vse除去校正用柵極電壓Vga的電壓，除去了柵極電流分量從而振幅僅取決于集電極電流分量，即成為振幅被抑制的電壓。
[0041]與圖3(f)的虛線所圖示的上述現(xiàn)有例的感測發(fā)射極電壓Vse’相比，該感測發(fā)射極校正電壓Vsea的振幅大幅地減小，因此，IGBT3i接通時超過過電流閾值電壓Vth的誤檢測防止時間T2為I微秒左右，相對縮短，能將誤檢測防止時間T2縮短為現(xiàn)有例中的誤檢測防止時間Tl的四分之一?五分之一。
[0042]因而，將與過電流檢測用比較器24a的輸出側(cè)相連接的低通濾波器電路25的時間常數(shù)設為較短，即該時間常數(shù)是現(xiàn)有例的低通濾波器電路103的時間常數(shù)的四分之一?五分之一。
因此，IGBT3i接通時防止在過電流時發(fā)生誤檢測并且在除了接通時以外的通常開關狀態(tài)下判斷過電流狀態(tài)的情況下，能使將誤檢測防止時間T2以及實際檢測出過電流狀態(tài)時所需的檢測時間Td包含在內(nèi)的判斷時間充分地縮短，能進行高精度的過電流檢測。而且，不需要上述專利文獻I所記載的定時器，因此，能將過電流檢測裝置12的結(jié)構(gòu)縮小。
[0043]如上，根據(jù)本實施方式，能將過電流判斷時間縮短，因此，即使在IGBT中流過短路電流的情況下，也能立即檢測出短路電流，無需另外設置短路電流檢測用電路就能檢測出短路，能將IGBT保護電路的電路結(jié)構(gòu)簡化，并且能實現(xiàn)小型化。
而且，作為校正用電流檢測部22，通過應用檢測出IGBT3i的柵極電流Ig的電流鏡像電路31，從而能對電流鏡像比進行調(diào)整。因而，能準確地檢測出與從IGBT3i的感測發(fā)射極3se輸出的感測發(fā)射極電流相對應的校正用柵極電流Iga。
[0044]進一步地，在感測發(fā)射極電流檢測部21和校正用電流檢測部22中使用電流檢測用電阻Rsl和Rs2，從而檢測出電流來作為電壓值。因此，通過調(diào)整各電流檢測用電阻Rsl和Rs2的電阻值中的至少一個，從而能將感測發(fā)射極電壓Vse和校正用柵極電壓Vga的電壓值調(diào)整為適當值。因此，能進行更準確的過電流檢測。
此外，通過將上述IGBT31、FWD71、IGBT驅(qū)動電路10、帶保護功能的驅(qū)動器ICll和過電流檢測裝置12集成到I個組件來構(gòu)成智能功率模塊13，從而能使智能功率模塊13進一步小型化。
[0045]接下來，根據(jù)圖4的電路圖，對本發(fā)明實施方式2進行說明。
在該實施方式2中，對校正用電流檢測部22的結(jié)構(gòu)進行了變更。
即，如圖4所示，在實施方式2中，校正用電流檢測部22中省略了電流鏡像電路31和恒流電路32，設置由帶保護功能的IC的柵極控制信號來驅(qū)動的P溝道M0SFET33來代替電流鏡像電路31和恒流電路32。該P溝道M0SFET33的漏極與控制電源15相連接，其源極與電流檢測用電阻Rs2的高電位側(cè)相連接。
[0046]此處，將P溝道M0SFET33的單元尺寸設定為比IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa的單元尺寸要小。在該情況下，將該P溝道MOSFETlOa及33的單元尺寸比設定為與上述電流鏡像電路31的電流鏡像比相等，將從P溝道M0SFET33輸出的校正用柵極電流Ig設定為與從IGBT3i的感測發(fā)射極3se輸出的感測發(fā)射極電流Ise相對應的值。
[0047]在該實施方式2中，從P溝道M0SFET33輸出與上述電流鏡像電路31的P溝道M0SFET31b相同的校正用柵極電流Iga，將該校正用柵極電流Iga提供給電流檢測用電阻Rs2，因此，從該電流檢測用電阻Rs2的高電位側(cè)得到與校正用柵極電流Iga相對應的校正用柵極電壓Vga。
[0048]因而，與上述實施方式I相同地，電壓校正部33從感測發(fā)射極電壓Vse減去校正用柵極電壓Vga來計算出感測發(fā)射極電壓Vsea，將該結(jié)果輸出到比較部34，從而能得到與上述實施方式I相同的作用效果。
而且，在實施方式2中，能通過僅設置尺寸比與IGBT驅(qū)動電路10的P溝道MOSFETlOa不同的P溝道M0SFET33以及電流檢測用電阻Rs2，來構(gòu)成校正用電流檢測部22，從而能將校正用電流檢測部22的結(jié)構(gòu)小型化。
[0049]另外，在上述實施方式中，對在過電流檢測用的比較部24的輸出側(cè)設置低通濾波器電路25的情形進行了說明，但不限于此，可在電壓校正部23的輸出側(cè)設置低通濾波器電路25、且將該低通濾波器電路25的濾波器輸出提供給過電流檢測用比較器24a。
工業(yè)上的實用性
[0050]根據(jù)本發(fā)明，從與IGBT感測發(fā)射極電流相對應的感測發(fā)射極電壓減去與IGBT的柵極和感測發(fā)射極之間的電流相對應的校正用電壓，從而計算出校正感測發(fā)射極電壓。因此，能得到使IGBT的接通動作時過電流的誤檢測防止時間縮短的過電流檢測裝置以及使用該過電流檢測裝置的智能功率模塊。
標號說明
[0051]I…主直流電源 3A ?3F...IGBT
3i…IGBT 3c…集電極 3e…發(fā)射極 3g…柵極 3se…感測發(fā)射極 4?6…串聯(lián)電路 7A ?7F …FWD 9…負載
10...IGBT驅(qū)動電路 10a、1b…P 溝道 MOSFET 11…帶保護功能的驅(qū)動器IC 12…過電流檢測裝置 13…智能模塊
21...感測發(fā)射極電流檢測部 Rsl…電流檢測用電阻 22…校正用電流檢測部 23…電壓校正部 23a…運算放大器 24…比較部
24a…過電流檢測用比較器 25…低通濾波器電路31…電流鏡像電路31a、31b…P 溝道 MOSFET32…恒流電路Rs2…電流檢測用電阻33...P 溝道 MOSFET
【權(quán)利要求】
1.一種過電流檢測裝置，包括: 感測發(fā)射極電流檢測部，該感測發(fā)射極電流檢測部將從絕緣柵雙極型晶體管的感測發(fā)射極輸出的感測發(fā)射極電流作為感測發(fā)射極電壓來進行檢測；以及比較部，該比較部對該感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的感測發(fā)射極電壓和閾值電壓進行比較來檢測出過電流，其特征在于，包括: 校正用電流檢測部，該校正用電流檢測部將與所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極和感測發(fā)射極之間的電流相對應的校正用電流作為校正電壓來進行檢測；以及 電壓校正部，該電壓校正部從所述感測發(fā)射極電流檢測部檢測出的感測發(fā)射極電壓減去所述校正電流檢測部檢測出的校正用電壓，從而計算出感測發(fā)射極校正電壓，將該感測發(fā)射極校正電壓提供給所述比較部。
2.如權(quán)利要求1所述的過電流檢測裝置，其特征在于， 所述感測電流檢測部和所述校正電流檢測部具有電流檢測用電阻，將電流作為電壓值來進行檢測。
3.如權(quán)利要求2所述的過電流檢測裝置，其特征在于， 所述校正用電流檢測部由插入到提供給所述柵極的電流路徑的電流鏡像電路、以及插入到該電流鏡像電路的電流輸出部和接地之間的所述電流檢測用電阻來構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的過電流檢測裝置，其特征在于， 所述校正用電流檢測部由第2半導體電流控制元件、以及插入到該第2半導體控制元件的輸出側(cè)與接地之間的所述電流檢測用電阻來構(gòu)成，該第2半導體電流控制元件與對所述絕緣柵雙極型晶體管的柵極電流進行控制的第I半導體電流控制元件并聯(lián)配置，且該第2半導體電流控制元件的單元尺寸比該第I半導體電流控制元件的單元尺寸要小。
5.一種智能功率模塊，其特征在于，在I個組件中集成有: 絕緣柵雙極型晶體管；與該絕緣柵雙極型晶體管反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管；所述權(quán)利要求I至4中任一項所述的過電流檢測裝置；以及驅(qū)動用1C，該驅(qū)動用IC對所述絕緣柵雙極型晶體管進行驅(qū)動，且至少基于所述過電流檢測裝置的過電流檢測值，對所述絕緣柵雙極型晶體管進行保護。
【文檔編號】H02M1/32GK104170255SQ201380013733
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月22日
【發(fā)明者】皆川啟 申請人:富士電機株式會社