[發明專利]功率半導體開關元件的保護裝置以及保護方法

有效

• 申請號: 201080056700.2
• 申請日: 2010-11-30
• 公開（公告）號: CN102656763A
• 公開（公告）日: 2012-09-05
• 發明（設計）人: 杉野友啟;白濱秀文
• 申請（專利權）人: 株式會社日立制作所
• 主分類號: H02H9/04
• 分類號: H02H9/04
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 張寶榮

技術領域

本發明涉及功率半導體開關元件的保護裝置以及保護方法。

背景技術

在功率半導體開關元件中，絕緣柵雙極晶體管IGBT(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor)由于驅動簡單，因此被大范圍地應用于電源或逆變器中。此外，由于元件的穩態損耗比MOSFET小，因此被利用于較高電壓的領域。

在高電壓下進行利用的情況下，在負載短路狀態下，如果IGBT導通，則流動過大的電流，存在IGBT由于該電流而產生熱損壞的可能性。因此，為了阻止這種情況的發生，構成保護裝置。

IGBT元件由于短路電流所引起的溫度上升而產生熱破壞，因此作為短路狀態的檢測方法，根據短路電流來檢測與IGBT元件的溫度上升相當的值，在該值為即將使IGBT熱破壞之前的閾值時，需要進行保護動作。

但是，在高電壓下進行利用的情況下，由于短路電流非常大且直接檢測很困難，因此存在如專利文獻1所公開的那樣，如果在負載短路狀態下IGBT導通，則利用集電極-發射極間電壓的上升來檢測該情況的方法。

此外，存在如專利文獻2所公開的那樣，在主電路的IGBT中另外準備電流傳感用的輔助IGBT的方式。在這種方式中，能夠減小檢測用元件的電流容量，并且不需要高速、高耐壓的二極管。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：JP特開平3-106217號公報

專利文獻2：JP特開平7-86587號公報

發明內容

發明要解決的課題

在專利文獻1中所公開的方式中，由于在IGBT的集電極-柵極間使用二極管，因此存在由于IGBT從導通變為截止時的二極管的恢復電流而進行誤動作的可能性，需要高速特性的二極管。此外，在高電壓電路的情況下還需要高耐壓特性。

另一方面，在專利文獻2所公開的方式中，通過除了提前在與主電路IGBT元件相同的芯片內作成電流傳感用的IGBT以外的方法，難以簡易地作成檢測電路。

本發明所要解決的問題點在于，在高電壓下進行利用的功率半導體開關元件的保護裝置中，即使不存在電流傳感用的半導體開關元件，也能簡單地且誤動作的可能性較小地保護功率半導體開關元件防止受到熱損壞。

用于解決課題的手段

本發明的一方面的特征在于，具備：設置在功率半導體開關元件的兩端子間的電阻分壓電路所構成的端子電壓檢測單元；根據該端子電壓檢測單元的輸出值來推定功率半導體開關元件的導通中的功率損耗的功率損耗推定單元；和當由該功率損耗推定單元所推定的功率損耗超過了規定值時，使上述功率半導體開關元件的功率損耗減小的保護單元。

在本發明的優選實施方式中，上述功率損耗推定單元具備輸入上述端子電壓檢測單元的輸出，并產生與該輸入信號成比例的輸出電壓的緩沖電路。

此外，在本發明的優選的其他的實施方式中，上述功率損耗推定單元具備輸入上述端子電壓檢測單元的輸出的積分單元。

進而，在本發明的優選的其他實施方式中，上述功率損耗推定單元具備輸入上述端子電壓檢測單元的輸出的平方電路。

進而，在本發明的優選的其他實施方式中，上述功率損耗推定單元具備輸入上述端子電壓檢測單元的輸出的一階延遲電路。

發明的效果

根據本發明的優選實施方式，即使不存在電流傳感用的半導體開關元件，也能簡單且誤動作的可能性較小地保護功率半導體開關元件防止受到熱損壞。

本發明的其他目的和特征在以下所述的實施方式中將會明確。

附圖說明

圖1為采用IGBT作為功率半導體開關元件的情況下的本發明的實施例1的短路保護檢測電路的結構圖。

圖2為IGBT的集電極電流與集電極-發射極間電壓的關系圖。

圖3為IGBT的功率損耗與集電極-發射極間電壓的關系圖。

圖4為對IGBT的功率損耗與集電極-發射極間電壓的關系進行了直線近似后的圖。

圖5為圖1中的積分器6的內部結構例圖。

圖6為采用IGBT作為功率半導體開關元件的情況下的本發明的實施例2的短路保護檢測電路的結構圖。

圖7為采用IGBT作為功率半導體開關元件的情況下的本發明的實施例3的短路保護檢測電路的結構圖。

圖8為采用IGBT作為功率半導體開關元件的情況下的本發明的實施例4的短路保護檢測電路的結構圖。

圖9為IGBT的熱的等效電路圖。