開關電路及半導體裝置的制造方法

開關電路及半導體裝置的制造方法
【專利摘要】本發明提供一種降低在IGBT中產生的關斷損耗的開關電路及半導體裝置。通過第一IGBT與第二IGBT的并聯電路而進行開關。在進行大電流的控制時，將第一IGBT和第二IGBT雙方同時置于導通或斷開，從而減輕作用于各IGBT的負荷。在進行小電流的控制時，使第一IGBT和第二IGBT中的一方先行斷開，從而降低關斷損耗。第二對象IGBT既可以始終斷開，也可以在第一對象IGBT導通的期間的一部分期間內導通。既可以將第一IGBT與第二IGBT中的一方固定設為第二對象IGBT，也可以交替地設為第二對象IGBT。
【專利說明】
開關電路及半導體裝置
技術領域
[0001]本說明書所公開的技術涉及一種開關電路。
【背景技術】
[0002]在專利文獻I中公開了一種利用多個IGBT ( I n s u I at e d Gate BipolarTrans istor:絕緣柵雙極型晶體管)的開關電路。通過IGBT，能夠對大電流進行開關。
[0003]在先技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2004-112916號公報

【發明內容】

[0006]發明所要解決的課題
[0007]在利用IGBT的開關電路中，在IGBT中產生的關斷損耗成為問題。一直以來，已知通過減小柵極電阻從而使IGBT的開關速度加快的情況，并且已知當使開關速度加快(S卩，使柵極電阻減小)時關斷損耗將減小的情況。然而，
【發明人】們確認了如下的情況，即，當在IGBT中流通的電流較小的情況下，上述的開關速度與關斷損耗之間的關系是不成立的。即，確認了通過減小柵極電阻難以在低電流時降低IGBT的關斷損耗的情況。因此，在本說明書中，提供一種將低電流時的IGBT的關斷損耗降低的新的技術。
[0008]用于解決課題的方法
[0009]
【發明人】們確認了如下的情況，8卩，當在IGBT中流通的電流較小的情況下，具有IGBT的尺寸越小則關斷損耗越小的關系，相對于此，當在IGBT中流通的電流變大時，IGBT的尺寸與關斷損耗之間不存在關系。在本說明書所公開的技術中，利用該現象來降低IGBT的關斷損耗。
[0010]本說明書所公開的開關電路具備:配線，在其中插入有第一IGBT和第二 IGBT的并聯電路;控制裝置，其對所述第一 IGBT和所述第二 IGBT分別獨立地進行控制。所述控制裝置接受表示接通定時和關斷定時的信號的輸入。所述控制裝置具備第一控制過程和第二控制過程。在第一控制過程中，在所述接通定時使所述第一IGBT和所述第二IGBT雙方均導通，在所述關斷定時使所述第一IGBT和所述第二IGBT雙方均斷開。在第二控制過程中，在所述接通定時使作為所述第一 IGBT和所述第二 IGBT中的一方的第一對象IGBT導通，在所述關斷定時使所述第一對象IGBT斷開，并且在所述關斷定時之前使作為所述第一 IGBT和所述第二IGBT中的另一方的第二對象IGBT斷開。所述控制裝置于在所述配線中流通的電流大于閾值時實施所述第一控制過程，并于在所述配線中流通的電流小于所述閾值時實施所述第二控制過程。
[0011]為了在關斷定時之前將第二對象IGBT置于斷開，既可以采用不使第二對象IGBT導通的方式，也可以采用在將第二對象IGBT和第一對象IGBT均置于導通狀態之后使第二對象IGBT先于第一對象IGBT而斷開的方式。此外，也可以采用將第一 IGBT和第二 IGBT中的一方固定性地設為第二對象IGBT，并將另一方固定性地設為第一對象IGBT的方式，還可以采用使將第一 IGBT設為第二對象IGBT的期間和將第二 IGBT設為第二對象IGBT的期間交替地出現的方式。
[0012]此外，控制裝置能夠使實施第一控制過程還是實施第二控制過程的判斷基于該判斷時或早于該判斷時的時間點的配線的電流而被實施。此外，該判斷既可以根據在所述配線中流通的電流本身是否大于閾值而實施，也可以根據基于在所述配線中流通的電流而計算出的預定的值是否大于閾值而實施。例如，可以根據早于判斷時的時間點的所述配線的電流來計算在所述配線中流通的電流的預測值，并且根據該預測值是否大于閾值而實施判斷。
[0013]在該開關電路中，通過并聯連接有第一IGBT和第二 IGBT的并聯電路而對在配線中流通的電流進行開關。此外，該開關電路基于在配線中流通的電流來實施第一控制過程和第二控制過程。
[0014]當在配線中流通的電流較大時，第一控制過程被實施。在第一控制過程中，從接通定時至關斷定時，第一 IGBT和第二 IGBT導通。因此，在第一 IGBT和第二 IGBT雙方中均流通有電流。當在配線中流通的電流較大的情況下，通過實施第一控制過程，從而能夠使電流在第一 IGBT及第二 IGBT中分散流通。由此，能夠降低第一 IGBT及第二 IGBT的負荷。此外，在關斷定時，第一IGBT和第二IGBT斷開。在該情況下，由于斷開的IGBT的尺寸為將第一IGBT和第二IGBT合并而得到的尺寸，因此斷開的IGBT的尺寸較大。然而，由于在第一控制過程中，在配線(即，第一IGBT和第二IGBT)中流通的電流較大，因此在斷開的IGBT的尺寸與關斷損耗之間幾乎不存在相關關系。因此，即使如上述那樣使第一 IGBT和第二 IGBT斷開，也不會產生那么大的關斷損耗。
[0015]當在配線中流通的電流較小時，第二控制過程被實施。在第二控制過程中，在關斷定時之前第二對象IGBT斷開。因此，在關斷定時，在第二對象IGBT已經斷開的狀態下第一對象IGBT斷開。在該情況下，由于斷開的IGBT的尺寸為第一對象IGBT的尺寸，因此與第一控制過程相比，斷開的IGBT的尺寸較小。由于在第二控制過程中在配線中流通的電流較小，因此通過在第二對象IGBT斷開的狀態下使第一對象IGBT斷開(S卩，減小關斷的IGBT的尺寸)，從而能夠降低關斷損耗。此外，在第二控制過程中，至少在即將到關斷定時之前，第二對象IGBT斷開，而第一對象IGBT導通。因此，電流不會在第二對象IGBT中流通而是在第一對象IGBT中流通。然而，由于在配線中流通的電流較小，因此即使如上述那樣電流偏向第一對象IGBT而流通，也不會向第一對象IGBT施加過大的負荷。
[0016]如此，根據該開關電路，能夠降低大電流時的各IGBT的負荷，并且降低小電流時的關斷損耗。
【附圖說明】
[0017]圖1為逆變器電路10的電路圖。
[0018]圖2為開關電路16的電路圖。
[0019]圖3為半導體基板100的俯視圖(斜線區域表示IGBT20)。
[0020]圖4為表示實施例1中的各值的隨時間的變化的曲線圖。
[0021 ]圖5為表示實施例2中的各值的隨時間的變化的曲線圖。[0022 ]圖6為表示實施例3中的各值的隨時間的變化的曲線圖。
[0023]圖7為表示實施例4中的各值的隨時間的變化的曲線圖。
[0024]圖8為表示改變例的半導體基板100的俯視圖(斜線區域表示IGBT20)。
[0025]圖9為其他的改變例的半導體基板100的俯視圖(斜線區域表示IGBT20)。
【具體實施方式】
[0026]實施例1
[0027]圖1所示的實施例1的逆變器電路10向電機92供給交流電。逆變器電路10具有高電位配線12和低電位配線14。高電位配線12和低電位配線14被連接于未圖示的直流電源。高電位配線12上施加有正電位VH，低電位配線14上施加有接地電位(OV)。在高電位配線12與低電位配線14之間并聯連接有三個串聯電路15。各串聯電路15具有被連接于高電位配線12和低電位配線14之間的連接配線13以及被插入安裝在連接配線13上的兩個開關電路16。兩個開關電路16在高電位配線12和低電位配線14之間被串聯連接。在被串聯連接的兩個開關電路16之間的連接配線13上連接有輸出配線22a?22c。輸出配線22a?22c的另一端與電機92連接。逆變器電路10通過使各開關電路16進行開關從而向電機92供給三相交流電。
[0028]圖2圖示了一個開關電路16的內部電路。另外，各開關電路16的結構互為等同。如圖2所示，開關電路16具有IGBT18和IGBT20<JGBT18和IGBT20相互并聯連接。即，IGBT18的集電極被連接于IGBT20的集電極，IGBT18的發射極被連接于IGBT20的發射極。通過被并聯連接的兩個IGBT18、20而構成了并聯電路30。并聯電路30被插入安裝在連接配線13上。并聯電路30具有二極管22、24。二極管22、24相對于IGBT18、20而分別被逆并聯連接。即，二極管22的陽極被連接于IGBT18的發射極。二極管22的陰極被連接于IGBT18的集電極。二極管24的陽極被連接于IGBT20的發射極。二極管24的陰極被連接于IGBT20的集電極。
[0029]如圖3所示，IGBT18和IGBT20被形成在一個半導體基板100上。在俯視觀察半導體基板100的上表面時，IGBT20被形成在包括半導體基板100的中央10a在內的范圍內，IGBT18被形成在IGBT20的周圍。IGBT18的發射極與IGBT20的發射極被連接于共同的發射電極。IGBT18的集電極與IGBT20的集電極被連接于共同的集電電極。IGBT18的柵電極與IGBT20的柵電極被分離。因此，能夠將IGBT18的柵極電位控制為與IGBT20的柵極電位不同的電位。即，能夠分別獨立地對IGBT18的柵極電位和IGBT20的柵極電位進行控制。
[0030]圖2的開關電路16具有柵極控制電路40。柵極控制電路40對IGBT18的柵極電位Vgl8和IGBT20的柵極電位Vg20進行控制。柵極控制電路40具有邏輯控制電路90、電平轉換器60、電平轉換器80、控制電路50以及控制電路70。
[0031]從外部向邏輯控制電路90輸入PWM(Pulse Width Modulat1n:脈沖寬度調制)信號VP。如圖4所示，Pmi信號VP為在高電位Vonl和低電位Voffl之間進行轉換的脈沖信號。PWM信號VP的占空比根據電機92的工作狀態而發生變化。
[0032]此外，向邏輯控制電路90輸入在連接配線13中流通的電流Ic的值。IGBT18的集電極電流Icl能夠根據未圖示的IGBT18的檢測電極(用于對集電極電流進行檢測的電極)的電位而進行測定。此外，IGBT20的集電極電流Ic2能夠根據未圖示的IGBT20的檢測電極的電位而進行測定。通過使集電極電流Icl與集電極電流Ic2相加，從而測定出在連接配線13中流通的電流Ic。另外，電流Ic也可以通過其他的方法而被測定。
[0033]邏輯控制電路90根據被輸入的PWM信號VP與電流Ic的值而輸出驅動信號VPl和驅動信號VP2。如圖4所示，驅動信號VPl和驅動信號VP2為在低電位Von2和高電位Voff2之間進行轉換的脈沖信號。關于驅動信號VP1、VP2的波形，將在下文中詳細說明。
[0034]電平轉換器60與邏輯控制電路90和控制電路50連接。電平轉換器60對從邏輯控制電路90輸出的驅動信號VPl的基準電位進行變更。基準電位被變更了的驅動信號VPI被輸入至控制電路50。
[0035]控制電路50基于從電平轉換器60輸入的驅動信號VPl而對IGBT18的柵極電位Vgl8進行控制。控制電路50具有柵極導通電阻52、柵極斷開電阻54、PM0S56以及匪0S58。柵極導通電阻52的一端被連接于IGBT18的柵極。柵極導通電阻52的另一端被連接于PM0S56的漏極。PM0S56的源極被連接于柵極導通電位Vgl。柵極導通電位Vgl為與IGBT18的發射極的電位相比較高的電位，并且為與IGBT18的柵極閾值(使IGBT18導通所需要的最小限度的柵極電位)相比較高的電位。PM0S56的柵極被輸入驅動信號VPl。柵極斷開電阻54的一端被連接于IGBT18的柵極。柵極斷開電阻54的另一端被連接于匪0S58的漏極。匪0S58的源極被連接于IGBT18的發射極。NM0S58的柵極被輸入驅動信號VP1。如圖4所示，驅動信號VPl為在高電位Voff2和低電位Von2之間進行轉換的信號。在驅動信號VPl處于低電位Von2的期間內，PM0S56導通，NM0S58斷開。因此，IGBT18的柵極電位Vgl8成為柵極導通電位Vgl，從而IGBT18導通。在驅動信號VPl處于高電位￥(^€2的期間內，匪0358導通，？]\?)356斷開。因此，1681'18的柵極電位Vgl8成為與IGBT18的發射極大致相同的電位VgO，從而IGBT18斷開。如此，控制電路50根據驅動信號VPl而使IGBT18進行開關。
[0036]電平轉換器80與邏輯控制電路90和控制電路70連接。電平轉換器80對從邏輯控制電路90輸出的驅動信號VP2的基準電位進行變更。基準電位被變更了的驅動信號VP2被輸入至控制電路70。
[0037]控制電路70基于從電平轉換器80輸入的驅動信號VP2而對IGBT20的柵極電位Vg20進行控制。控制電路70具有柵極導通電阻72、柵極斷開電阻74、PM0S76以及匪0S78。柵極導通電阻72的一端被連接于IGBT20的柵極。柵極導通電阻72的另一端被連接于PM0S76的漏極。PM0S76的源極被連接于柵極導通電位VgUPM0S76的柵極被輸入驅動信號VP2。柵極斷開電阻74的一端被連接于IGBT20的柵極。柵極斷開電阻74的另一端被連接于NM0S78的漏極。NM0S78的源極被連接于IGBT20的發射極。NM0S78的柵極被輸入驅動信號VP2。如圖4所示，驅動信號VP2為在高電位Voff2與低電位Von2之間進行轉換的信號。在驅動信號VP2處于低電位Von2的期間內，PM0S76導通，NM0S78斷開。因此，IGBT20的柵極電位Vg20成為柵極導通電位Vgl，從而IGBT20導通。在驅動信號VP2處于高電位Voff 2的期間內，NM0S78導通，PM0S76斷開。因此，IGBT20的柵極電位Vg20成為與IGBT20的發射極大致相同的電位VgO，從而IGBT20斷開。如此，控制電路70根據驅動信號VP2而使IGBT20進行開關。
[0038]接下來，對開關電路16的動作進行詳細說明。如圖4所示，邏輯控制電路90被輸入在高電位Vonl與低電位Voff I之間進行轉換的PffM信號VP。高電位Vonl是指將開關電路16置于導通狀態的信號，低電位Voffl是指將開關電路16置于斷開狀態的信號。因此，PWM信號VP從低電位Voffl轉換為高電位Vonl的定時為使開關電路16接通的接通定時tn。此外，Pmi信號VP從高電位Vonl轉換為低電位Voffl的定時為使開關電路16關斷的關斷定時tf。此外，在下文中，將P麗信號VP處于高電位Vonl的期間稱為導通期間Ton，將P麗信號VP處于低電位Voffl的期間稱為斷開期間TofT。
[0039]邏輯控制電路90輸出將PffM信號VP進行了反轉的波形的信號以作為驅動信號VP1。SP，在P麗信號VP處于高電位Vonl的期間內，驅動信號VPl處于低電位Von2，在P麗信號VP處于低電位Voffl的期間內，驅動信號VPl處于高電位Voff2。因此，在導通期間Ton內，柵極電位Vgl8成為柵極導通電位Vgl，從而IGBT18成為導通狀態。因此，在導通期間Ton內，電流Ic至少經由IGBT18而流通。在斷開期間Toff內，柵極電位Vgl8成為柵極斷開電位VgO，從而IGBT18成為斷開狀態。
[0040]此外，邏輯控制電路90在斷開期間Toff內輸出高電位Vof f 2以作為驅動信號VP2。因此，在斷開期間Toff內，柵極電位Vg20成為柵極斷開電位VgO，從而IGBT20成為斷開狀態。由于在斷開期間Toff內IGBT18和IGBT20均斷開，因此電流Ic不流通。邏輯控制電路90在斷開期間Toff內對在接下來的導通期間Ton內是否使IGBT20導通進行判斷。更詳細而言，邏輯控制電路90在斷開期間Toff內，對在剛過去的導通期間Ton的最后的關斷定時tf電流Ic是否大于閾值Ith進行判斷。在電流Ic為閾值Ith以下的情況下，第二控制過程被實施。在第二控制過程中，邏輯控制電路90在接下來的導通期間Ton內將驅動信號VP2維持在高電位Voff2。另一方面，在電流Ic大于閾值Ith的情況下，第一控制過程被實施。在第一控制過程中，邏輯控制電路90在接下來的接通定時tn使驅動信號VP2轉換為低電位Von2，并在導通期間Ton內將驅動信號VP2維持在低電位Von2。例如，在圖4的定時tl (斷開期間Toff中的定時)，邏輯控制電路90判斷為在剛過去的導通期間Tonl內電流Ic小于閾值Ith。于是，邏輯控制電路90實施第二控制過程，并在接下來的導通期間Ton2內，將驅動信號VP2維持在高電位Voff2ο因此，在導通期間Ton2內，IGBT20被維持在斷開狀態。因此，在導通期間Τοη2內，電流Ic僅經由IGBT18而流通。在圖4的情形中，在導通期間Τοη2的期間內，電流Ic超過閾值Ith。因此，邏輯控制電路90在接下來的斷開期間Toff中的定時t2，判斷為在剛過去的導通期間Ton2的最后的關斷定時tf電流Ic大于閾值Ith。于是，邏輯控制電路90實施第一控制過程。即，邏輯控制電路90在接下來的接通定時tn，使驅動信號VP2轉換為低電位Von2。驅動信號VP2在導通期間Ton3的期間內被維持在低電位Von2。因此，在導通期間Ton3內，IGBT20成為導通狀態。即，在導通期間Τοη3內，電流經由IGBT18和IGBT20而流通。在導通期間Τοη3的最后的關斷定時tf2，IGBT18和IGBT20同時斷開。如此，在該開關電路16中，于在連接配線13中流通的電流Ic較小的情況下，在導通期間Ton內，僅IGBT18導通，而在電流Ic較大的情況下，在導通期間Ton內，IGBT18和IGBT20雙方均導通。
[0041 ]在IGBT18、20斷開時，會產生關斷損耗。在電流Ic較小的情況下，關斷損耗與關斷的IGBT的尺寸之間呈現相關關系。即，關斷的IGBT的尺寸越小，關斷損耗變得越小。在電流Ic較大的情況下，這樣的相關關系幾乎不會呈現。認為上述相關關系如上文所述那樣根據電流Ic而發生變化的情況是由以下的理由引起的。關斷損耗是由于在即將關斷之前存在于IGBT的半導體基板中的載流子(電子和空穴)在關斷時從半導體基板被排出而產生的。電流Ic越大，在電流Ic流通的期間內存在于半導體基板中的電子的數量變得越多。另一方面，無論電流Ic是大還是小，只要流通有電流Ic，則在半導體基板中空穴便以飽和狀態而存在。即，在電流Ic流通時存在于半導體基板中的空穴的數量與電流Ic無關而大致固定。因此，在電流Ic較小的情況下，關斷損耗主要由于空穴的影響而產生。如以上所述，由于在半導體基板的流通有電流Ic的區域中空穴以飽和狀態而存在，因而此時的空穴的數量與IGBT的尺寸(gp，半導體基板中的流通有電流Ic的區域的面積)大致成比例。因此，在電流Ic較小的情況下，關斷損耗與關斷的IGBT的尺寸之間呈現相關關系。另一方面，由于在電流Ic較大的情況下，存在于半導體基板中的電子的數量變多，因此關斷損耗主要由于電子的影響而產生。因此，在電流Ic較大的情況下，關斷損耗與關斷的IGBT的尺寸之間幾乎不存在相關關系。
[0042]如以上所述，在電流Ic較小的情況下，開關電路16在導通期間Ton內不使IGBT20導通，而僅使IGBT18導通。即，在關斷定時tf之前將IGBT20置于斷開，并在關斷定時tf使IGBT18斷開。因此，在關斷定時tf (例如，圖4的關斷定時tfl)，IGBT18單獨斷開。在IGBT18單獨斷開的情況下，由于半導體基板100中的斷開的區域的尺寸(S卩，圖3中的IGBT18的區域的面積)較小，因此關斷損耗變小。此外，在電流Ic較小的情況下，即使在導通期間Ton內僅在IGBT18中流通有電流Ic，也不會向IGBT18施加那么高的負荷。如此，在電流Ic較小的情況下，通過在關斷定時tf使IGBT18單獨斷開，從而能夠防止對IGBT18施加過大的負荷的情況，并且降低關斷損耗。
[0043]此外，如以上所述，在電流Ic較大的情況下，開關電路16在導通期間Ton內使IGBT18和IGBT20雙方均導通。即，在接通定時tn使IGBT18和IGBT20雙方均導通，并在關斷定時tf使IGBT18和IGBT20雙方均斷開。因此，在連接配線13中流通的電流Ic在IGBT18和IGBT20中分散流通。如此，在電流Ic較大的情況下，通過使電流在IGBT18和IGBT20中分散流通，從而能夠防止向IGBT18和IGBT20施加較高的負荷的情況。此外，在關斷定時tf (例如，圖4的關斷定時tf2)，IGBT18和IGBT20均斷開。在該情況下，半導體基板100中的斷開的區域的尺寸成為將圖3的IGBT18的面積與IGBT20的面積合并而得到的面積。即，在該情況下，斷開的區域的尺寸較大。然而，在電流Ic較大的情況下，關斷的IGBT的尺寸與關斷損耗之間幾乎不存在相關關系。因此，即使如上文所述那樣使IGBT18和IGBT20同時斷開，與僅使任意一方斷開的情況相比，關斷損耗也不會變大。如此，在電流Ic較大的情況下，通過在導通期間Ton內使IGBT18、20均導通，從而能夠在不增大關斷損耗的條件下，減輕IGBT18、20的負荷。
[0044]此外，根據上述的說明可以明確，在該開關電路16中，IGBT18的通電時間(S卩，導通的時間)與IGBT20的通電時間相比較長。此外，如圖3所示，IGBT20被形成在半導體基板100的中央部處，IGBT18被形成在IGBT20的周圍。被形成于外周側的IGBT18與被形成于中央部處的IGBT20相比放熱性能較高。如此，通過使放熱性能較高的IGBT18的通電時間較長，從而能夠適當地對半導體基板100的溫度上升進行抑制。
[0045]實施例2
[0046]實施例2的開關電路具有與圖2所示的實施例1的開關電路相同的結構。實施例2的開關電路在電流Ic較大的情況下，以與實施例1同樣的方式實施控制。即，在電流Ic較大的情況下，在導通期間Ton內使IGBT18和IGBT20雙方均導通，在斷開期間Toff內使IGBT18和IGBT20雙方均斷開。實施例2的開關電路中，電流Ic較小的情況下的控制方法與實施例1的控制方法不同。
[0047]實施例2的開關電路在電流Ic較小的情況下，實施圖5所示的第二控制過程。即，在電流Ic較小的情況下，邏輯控制電路90以使僅IGBT18導通的導通期間Tonl8與僅IGBT20導通的導通期間Τοη20交替地出現的方式而對IGBT18、20進行控制。更詳細而言，以使導通期間Tonl8、斷開期間Toff、導通期間Ton20、斷開期間Toff按照該順序反復出現的方式而實施控制。在斷開期間Toff內，IGBT18和IGBT20均斷開。例如，在圖5的定時t3，邏輯控制電路90判斷為在剛過去的導通期間Ton20內電流Ic小于閾值Ith。于是，在接下來的導通期間Tonl8內，邏輯控制電路90將IGBT18置于導通狀態，并將IGBT20維持在斷開狀態。由于在該導通期間Ton 18內電流Ic未上升至閾值Ith，因此在定時t4，邏輯控制電路90判斷為在剛過去的導通期間Tonl 8內電流I c小于閾值I th。于是，在接下來的導通期間Ton20內，邏輯控制電路90將IGBT20置于導通狀態，并將IGBT18維持在斷開狀態。如此，邏輯控制電路90使IGBT18、20中的作為在前一次的導通期間Ton內未被導通的IGBT的IGBT在接下來的導通期間Ton內導通。因此，在電流Ic較小的期間內，IGBT18和IGBT20交替地導通。通過像這樣使IGBT18和IGBT20交替地導通，從而能夠使在半導體基板100中產生的熱量分散。由此，能夠對半導體基板100的溫度上升進行抑制。此外，即使在這種結構中，也由于在電流Ic較小的情況下，在關斷定時tf使IGBT18或IGBT20單獨斷開，因此能夠降低關斷損耗。
[0048] 實施例3
[0049 ]實施例3的開關電路具有與圖2所示的實施例1的開關電路同樣的結構。實施例3的開關電路在電流Ic較大的情況下，以與實施例1同樣的方式實施控制。實施例3的開關電路中，電流Ic較小的情況下的控制方法與實施例1的控制方法不同。
[0050]實施例3的開關電路在電流Ic較小的情況下，實施圖6所示的第二控制過程。即使在電流Ic較小的情況下，邏輯控制電路90也在接通定時tn使IGBT18和IGBT20雙方均導通。而且，在即將到關斷定時tf之前的定時tc，使IGBT20斷開。之后，邏輯控制電路90將IGBT20維持在斷開狀態，直至接下來的接通定時tn為止(S卩，直至關斷定時tf過去為止)。因此，在關斷定時tf，IGBT18單獨斷開。例如，在圖6的定時t5，邏輯控制電路90判斷為在剛過去的導通期間Ton內電流Ic小于閾值Ith。此時，在接下來的接通定時tn，邏輯控制電路90使IGBT18和IGBT20均導通。而且，在早于關斷定時tf的定時tc，使IGBT20斷開。IGBT20被維持在斷開狀態，直至關斷定時tf過去為止。在定時tc，不使IGBT18斷開而維持在導通狀態。在之后的關斷定時tf，使IGBT18斷開。因此，在關斷定時tf，IGBT18單獨斷開。如此，在實施例3中，在電流I c較小的情況下，雖然在導通期間T ο η的一部分期間內使IG B T18、2 O均導通，但使IGBT20先于IGBT18而斷開。
[0051 ] 在上述的控制中，在定時tc，IGBT20斷開，而IGBT18被維持在導通狀態。即使IGBT20斷開，也由于IGBT18導通，因此IGBT20的集電極-發射極間電壓被維持在較低的電壓。因此，在IGBT20斷開時，不會產生關斷損耗。此外，當在關斷定時tf，IGBT18斷開時，由于IGBT18斷開從而IGBT18的集電極-發射極間電壓上升。因此，在關斷定時tf，會產生關斷損耗。然而，在關斷定時tf，由于IGBT18單獨斷開，因此關斷損耗較小。因此，在實施例3的開關電路中，也能夠降低關斷損耗。此外，如上文所述那樣，即使在電流Ic較小的情況下，也在導通期間Ton的一部分期間內使電流Ic在IGBT18、20中分散，從而能夠進一步降低IGBT18、20的負荷。由此，能夠抑制半導體基板100的溫度上升。
[0052]另外，在上述的實施例3中，在斷開期間Toff中的定時(例如，定時t5)，邏輯控制電路90實施了關于電流Ic的判斷。然而，在實施例3中，也可以在導通期間Ton中的定時(例如，定時t6(S卩，與使IGBT20斷開的定時tc相比較早的定時))實施關于電流Ic的判斷。在該情況下，能夠基于定時t6的時間點的電流Ic而實施判斷。
[0053]此外，在上述的實施例3中，從IGBT20斷開的定時tc至IGBT18斷開的關斷定時tf?之間的延遲時間優選為，足夠使半導體基板100的IGBT20的區域中的載流子消失的時間。另一方面，為了使針對控制的影響最小化，上述延遲時間優選在導通期間Ton的10 %以下。
[0054]此外，在上述的實施例3中，在接通定時tn使IGBT18和IGBT20同時導通。然而，IGBT20導通的定時也可以晚于接通定時tn。
[0055]實施例4
[0056]實施例4的開關電路具有與圖2所;^的實施例1的開關電路同樣的結構。實施例4的開關電路在電流Ic較大的情況下，以與實施例1同樣的方式實施控制。實施例4的開關電路中，電流Ic較小的情況下的控制方法與實施例1的控制方法不同。
[0057]實施例4的電流Ic較小的情況下的控制方法為，將實施例2的控制方法與實施例3的控制方法進行結合所得到的方法。在實施例4中，在電流Ic較小的情況下，圖7所示的第二控制過程被實施。在圖7中，以使導通期間TonlS、斷開期間Toff、導通期間Ton20、斷開期間Toff按照該順序反復出現的方式而實施控制。在接通定時tn，IGBT18和IGBT20均導通。在導通期間Tonl8的前半期間內，IGBT18和IGBT20導通。在導通期間Tonl8的中途的定時tcl，IGBT20斷開。IGBT18在接下來的關斷定時tf斷開。在斷開期間Toff內，IGBT18和IGBT20均斷開。在接下來的接通定時tn，IGBT18和IGBT20均導通。在導通期間Ton20的前半期間內，IGBT18和IGBT20導通。在導通期間Τοη20的中途的定時tc2，IGBT18斷開。IGBT20在接下來的關斷定時tf斷開。通過這種結構，由于IGBT18的通電時間較長的導通期間Tonl8以及IGBT20的通電時間較長的導通期間Τοη20交替地出現，因此能夠使在半導體基板100中產生的熱量分散。
[0058]另外，在上述的實施例1?4中，如圖3所示，IGBT20被形成在半導體基板100的中央部處，IGBT18被形成在IGBT20的周圍。然而，如圖8所示，IGBT18與IGBT20也可以相鄰。此外，如圖9所示，也可以交替地形成條紋狀的IGBT18和IGBT20。在圖9的結構中，能夠使在IGBT18或IGBT20單獨導通的情況下所產生的熱量分散。此外，IGBT18和IGBT20也可以被形成在不同的半導體基板上。然而，在將IGBT18和IGBT20形成于不同的半導體基板上時，存在有在對IGBT18和IGBT20進行連接的配線中產生的寄生電阻或寄生電感變大，從而在并聯電路30中產生的損耗變大的情況。因此，更優選為，IGBT18和IGBT20被形成在單一的半導體基板上。
[0059]此外，上述的實施例1?4中的開關電路根據剛過去的導通期間Ton內的電流Ic是否大于閾值Ith，而對第二控制過程和第一控制過程進行切換。然而，也可以根據剛過去的導通期間Ton的電流Ic來計算接下來的導通期間Ton的電流Ic的預測值，并根據該預測值而對第二控制過程和第一控制過程進行切換。
[0060]以下，對各實施例的結構要素與本發明的結構要素之間的關系進行說明。實施例1?4中的IGBT18為本發明中的第一 IGBT的一個示例。實施例1?4中的IGBT20為本發明中的第二 IGBT的一個示例。實施例1?4中的連接配線13為本發明中的配線的一個示例。實施例1?4中的柵極控制電路40為本發明中的控制裝置的一個示例。實施例1?4中的PffM信號VP為本發明中的表示接通定時和關斷定時的信號的一個示例。
[0061 ]實施例1中的IGBT20為本發明中的第二對象IGBT的一個示例。實施例1中的IGBT18為本發明中的第一對象IGBT的一個示例。實施例1中的第二控制過程為，在接通定時不使第二對象IGBT導通的本發明中的第二控制過程的一個示例。
[0062]在實施例2中的導通期間Tonl8內，IGBT20為本發明中的第二對象IGBT的一個示例，IGBT18為本發明中的第一對象IGBT的一個示例。在實施例2的導通期間Τοη20內，IGBT18為本發明中的第二對象IGBT的一個示例，IGBT20為本發明中的第一對象IGBT的一個示例。實施例2中的第二控制過程為，將第一 IGBT與第二 IGBT交替地設為第二對象IGBT的本發明中的第二控制過程的一個示例。此外，實施例2中的第二控制過程為，在接通定時不使第二對象IGBT導通的本發明中的第二控制過程的一個示例。
[0063]實施例3中的IGBT20為本發明中的第二對象IGBT的一個示例。實施例3中的IGBT18為本發明中的第一對象IGBT的一個示例。實施例3中的第二控制過程為，在接通定時以后且早于關斷定時的期間的一部分期間內使第二對象IGBT導通的本發明中的第二控制過程的一個示例。
[0064]在實施例4的導通期間Tonl8內，IGBT20為本發明中的第二對象IGBT的一個示例，IGBT18為本發明中的第一對象IGBT的一個示例。在實施例4的導通期間Τοη20內，IGBT18為本發明中的第二對象IGBT的一個示例，IGBT20為本發明中的第一對象IGBT的一個示例。實施例4中的第二控制過程為，將第一 IGBT與第二 IGBT交替地設為第二對象IGBT的本發明中的第二控制過程的一個示例。此外，實施例4中的第二控制過程為，在接通定時以后且早于關斷定時的期間的一部分期間內使第二對象IGBT導通的本發明中的第二控制過程的一個示例。
[0065]以下列出本說明書所公開的技術要素。另外，以下的各技術要素為各自獨立且有用的要素。
[0066]在本說明書所公開的一個示例的技術中，在第二控制過程中，在接通定時不使第二對象IGBT導通。
[0067]根據該結構，由于在配線中流通的電流較小的期間內不使第二對象IGBT導通，因此控制簡單。
[0068]在本說明書所公開的一個示例的技術中，將第二IGBT設為第二對象IGBT。
[0069]根據該結構，由于第二IGBT始終為第二對象IGBT，因此控制簡單。
[0070]在本說明書所公開的一個示例的技術中，將第一IGBT和第二 IGBT交替地設為第二對象IGBT。
[0071 ]根據該結構，能夠使IGBT的發熱區域分散。
[0072]在本說明書所公開的一個示例的技術中，在第二控制過程中，在接通定時以后且早于關斷定時的期間的一部分期間內使第二對象IGBT導通。
[0073]根據該結構，由于在第一對象IGBT導通的期間的一部分期間內第二對象IGBT導通，因此能夠降低第一對象IGBT的負荷。
[0074]在本說明書所公開的一個示例的技術中，第一IGBT和第二IGBT被形成在共同的半導體基板上。
[0075]在上述的將第二IGBT始終設為第二對象IGBT的技術的一個示例中，第一IGBT和第二 IGBT被形成在共同的半導體基板上，第二 IGBT被形成在包括半導體基板的中央在內的范圍內，第一IGBT被形成在第二IGBT的周圍。
[0076]根據該結構，能夠抑制IGBT的溫度上升。
[0077]在本說明書所公開的一個示例的技術中，提供了一種半導體裝置。在該半導體裝置中，接通定時與關斷定時能夠分別獨立地被控制的第一IGBT和第二IGBT被形成在共同的半導體基板上。所述第一 IGBT的發射極與所述第二 IGBT的發射極被連接于共同的發射電極。所述第一 IGBT的集電極與所述第二 IGBT的集電極被連接于共同的集電電極。
[0078]以上，雖然對實施方式進行了詳細說明，但這些只不過是示例，并不是對權利要求書進行限定的內容。在權利要求書所記載的技術中包含對以上所例示的具體示例進行各種改變、變更的技術。
[0079]本說明書或附圖所說明的技術要素為通過單獨或各種組合的方式來發揮技術有用性的要素，并不限定于申請時權利要求記載的組合。此外，本說明書或附圖所例示的技術為同時達成多個目的的技術，并且達成這些目的中的一個目的本身便具有技術有用性。
[0080]符號說明
[0081]10:逆變器電路；13:連接配線；16:開關電路；18:1GBT; 20:1GBT; 22: 二極管;24: 二極管;30:并聯電路;40:柵極控制電路;50:控制電路;52:柵極導通電阻;54:柵極斷開電阻；56: PMOS ； 58: NMOS ； 60:電平轉換器;70:控制電路;72:柵極導通電阻;74:柵極斷開電阻;76:PMOS ； 78:NMOS ； 80:電平轉換器;90:邏輯控制電路;92:電機;100:半導體基板。
【主權項】
1.一種開關電路，具備: 配線，在其中插入有第一絕緣柵雙極型晶體管和第二絕緣柵雙極型晶體管的并聯電路； 控制裝置，其對所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管分別獨立地進行控制， 所述控制裝置接受表示接通定時和關斷定時的信號的輸入，并且，所述控制裝置具備第一控制過程和第二控制過程， 在所述第一控制過程中，在所述接通定時使所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管雙方均導通，在所述關斷定時使所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管雙方均斷開； 在所述第二控制過程中，在所述接通定時使作為所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管中的一方的第一對象絕緣柵雙極型晶體管導通，在所述關斷定時使所述第一對象絕緣柵雙極型晶體管斷開，并且在所述關斷定時之前使作為所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管中的另一方的第二對象絕緣柵雙極型晶體管斷開， 當在所述配線中流通的電流大于閾值時，實施所述第一控制過程， 當在所述配線中流通的電流小于所述閾值時，實施所述第二控制過程。2.如權利要求1所述的開關電路，其中， 在所述第二控制過程中，在所述接通定時不使所述第二對象絕緣柵雙極型晶體管導通。3.如權利要求2所述的開關電路，其中， 將所述第二絕緣柵雙極型晶體管設為所述第二對象絕緣柵雙極型晶體管。4.如權利要求2所述的開關電路，其中， 將所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管交替地設為所述第二對象絕緣柵雙極型晶體管。5.如權利要求1所述的開關電路，其中， 在所述第二控制過程中，在所述接通定時以后且早于關斷定時的期間的一部分期間內，使所述第二對象絕緣柵雙極型晶體管導通。6.如權利要求5所述的開關電路，其中， 將所述第二絕緣柵雙極型晶體管設為所述第二對象絕緣柵雙極型晶體管。7.如權利要求5所述的開關電路，其中， 將所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管交替地設為所述第二對象絕緣柵雙極型晶體管。8.如權利要求1至7中任意一項所述的開關電路，其中， 所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管被形成在共同的半導體基板上。9.如權利要求3或6所述的開關電路，其中， 所述第一絕緣柵雙極型晶體管和所述第二絕緣柵雙極型晶體管被形成在共同的半導體基板上，所述第二絕緣柵雙極型晶體管被形成在包括所述半導體基板的中央在內的范圍內，所述第一絕緣柵雙極型晶體管被形成在所述第二絕緣柵雙極型晶體管的周圍。
【文檔編號】H03K17/567GK105871363SQ201511030906
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】早稻倉真樹, 妹尾賢, 利行健
【申請人】豐田自動車株式會社