用于半導體開關元件的驅動電路和具有驅動電路的半導體開關元件模塊的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開內容涉及根據從外部設備接收到的驅動控制信號來向半導體開關元件的傳導控制端子提供驅動信號的驅動電路，以及具有該驅動電路和該半導體開關元件的半導體開關元件模塊。
【背景技術】
[0002]例如，為了對流過半導體開關元件(例如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT))的電流進行檢測，公知的是采用具有主IGBT和感測IGBT的元件來檢測電流。通常，在主IGBT中流動的電流和在感測IGBT中流動的電流的比率大量變化。如果直接使用由感測IGBT所檢測到的電流，則檢測值也大量變化。
[0003]當基于這種電流大量變化來執行主IGBT的過電流保護時，有必要將電流的最差值估計為較大的值。IGBT的元件尺寸需要根據最差值來選擇，以具有到擊穿的裕度。例如，JP 2013-198185A(其對應于US 2013/0242438 A1)公開了用于檢測開關元件中過電流的結構的示例。
【發明內容】
[0004]例如，存在根據在每個IGBT中實際檢測到的電流值來校正設定到驅動電路的過電流檢測閾值的方法。然而，在這種情況中，必須控制每個IGBT和連接到每個IGBT的驅動電路以具有一種關系，并且因此控制是復雜的。此外，如果錯誤地形成IGBT與驅動電路之間的關系，則以后很難校正錯誤的關系。另外，在獲取數據時的測量環境和當使用時的工作環境隨著產品可能不同。此外，驅動電路可能具有特性偏差，并且當IGBT和驅動電路被集成為模塊時，可能發生由于結構而引起的寄生組件。這種環境的不同、驅動電路的特性偏差以及寄生組件可能引起錯誤。
[0005]本公開內容的目的是提供用于半導體開關元件的驅動電路，其能夠根據個體半導體開關元件的特性來調整閾值以適當地檢測半導體開關元件中的過電流。本公開內容的另一個目的是提供包括驅動電路和半導體開關元件的半導體開關模塊。
[0006]根據本公開內容的第一個方面，驅動電路用于根據通過輸入端子從外部設備接收到的驅動控制信號來向半導體開關元件的傳導控制端子提供驅動信號。驅動電路包括比較器、閾值電壓設定設備、非易失性儲存器、模式判斷電路和閾值電壓控制設備。比較器將根據當半導體開關元件導通時生成的電流所轉換的電壓與閾值電壓進行比較，并輸出過電流檢測信號。閾值電壓設定設備變化地設定閾值電壓。非易失性儲存器儲存對應于閾值電壓的數據。模式判斷電路判斷通過輸入端子從外部設備接收到的輸入信號是驅動控制信號還是特定模式切換信號。當模式判斷電路判定輸入信號是特定模式切換信號時，閾值電壓控制設備被激活。在半導體開關元件的傳導端子之間外部供應恒定電流的狀態下，在所述半導體開關元件被導通的時間段中，通過所述閾值電壓設定設備來控制所述閾值電壓連續變化。閾值電壓控制設備將對應于比較器的輸出信號由于閾值電壓被改變而改變的時間點的閾值電壓的數據儲存在儲存器中。此外，當模式判斷電路判定輸入信號是驅動控制信號時，閾值電壓控制設備基于儲存在儲存器中的數據來讀出閾值電壓，并允許閾值電壓設定設備將所讀出的閾值電壓設定到比較器。
[0007]在這種結構中，當能夠在半導體開關元件的傳導端子之間供應恒定電流的狀態下輸入模式切換信號時，閾值電壓控制設備根據半導體開關元件的特性來自動確定適當的閾值電壓，并將所確定的閾值電壓儲存到儲存器。當輸入驅動控制信號時，閾值電壓控制設備從儲存器讀出閾值電壓，并將該閾值電壓設定到比較器。因此，可以根據實際所使用的半導體開關元間的特性或者其工作環境來適當地設定用于過電流檢測的閾值電壓。
[0008]根據本公開內容的第二個方面，驅動電路用于根據通過輸入端子從外部設備接收到的驅動控制信號來向半導體開關元件的傳導控制端子提供驅動信號。驅動電路包括A/D轉換器、比較器、非易失性儲存器和模式判斷電路。A/D轉換器將根據半導體開關元件導通時所生成的電流而轉換的電壓轉換成數字數據。比較器將數字數據與閾值數據進行比較，并輸出過電流檢測信號。非易失性儲存器儲存閾值數據。模式判斷電路判斷通過輸入端子從外部設備所接收到的輸入信號是驅動控制信號還是特定模式切換信號。當模式判斷電路判定輸入信號是特定模式切換信號時，在半導體開關元件的傳導端子之間外部供應恒定電流的狀態下，在半導體開關元件導通的時間段中，儲存器儲存通過A/D轉換器所轉換的數字數據。當輸入信號是驅動控制信號時，比較器將由A/D轉換器所轉換的數字數據與儲存在儲存器中的閾值數據進行比較。
[0009]在這種結構中，當能夠在半導體開關元件的傳導端子之間供應恒定電流的狀態下輸入模式切換信號時，根據半導體開關元件的特性來自動確定適當的閾值電壓，并將該閾值電壓儲存在儲存器中。當輸入驅動控制信號時，將儲存在儲存器中的閾值電壓設定到比較器。因此，可以根據實際所使用的半導體開關元件的特性或者其工作環境來適當地設定用于過電流檢測的閾值電壓。
【附圖說明】
[0010]根據下面參照附圖所作出的詳細描述，本公開內容的以上和其它目的、特征和優勢將變得更顯而易見，在附圖中，相似的部分由相似的附圖標記來標識，并且其中:
[0011]圖1是根據本公開內容的第一實施例的IGBT模塊的示意性框圖；
[0012]圖2A是IGBT模塊在掃描電路執行掃描操作的狀態下的示意性框圖；
[0013]圖2B是示出了掃描操作中的時序圖的圖示；
[0014]圖3A是根據第一實施例的正常柵極信號的波形圖；
[0015]圖3B是根據第一實施例的模式切換信號的示例的波形圖；
[0016]圖3C是根據第一實施例的模式切換信號的另一個示例的波形圖；
[0017]圖4A是根據第一實施例的IGBT模塊的模式判斷電路的示意性框圖；
[0018]圖4B是示出了根據第一實施例的模式切換信號的內部時鐘信號和數據方式的圖示;
[0019]圖5是示出了根據第一實施例的包括掃描操作的過程的流程圖；
[0020]圖6是根據本公開內容的第二實施例的IGBT模塊的示意性框圖；
[0021]圖7是示出了根據第二實施例的施加到IGBT模塊的輸入端的寫高電壓以及開關操作的時序圖；
[0022]圖8是根據本公開內容的第三實施例的IGBT模塊的示意性框圖；
[0023]圖9是示出了根據第三實施例的包括掃描操作的過程的流程圖；
[0024]圖10是根據本公開內容的第四實施例的IGBT模塊的示意性框圖；以及
[0025]圖11是示出了根據第四實施例的閾值數據的過程的流程圖。
【具體實施方式】
[0026](第一實施例)
[0027]如在圖1中所示出的，本實施例的IGBT模塊1是將作為半導體開關元件的IGBT 2以及作為驅動電路的驅動器1C 3集成到其中的模塊。IGBT 2的集電極和發射極分別連接到IGBT模塊1的外部端子C和E。IGBT 2包括用于感測電流的感測IGBT。感測IGBT的發射極通過電阻元件4連接到外部端子E