[發(fā)明專利]高耐壓半導(dǎo)體裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280049864.1
• 申請(qǐng)日: 2012-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103875069B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 山路將晴;澄田仁志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L21/8234
• 分類號(hào): H01L21/8234;H01L21/336;H01L27/088;H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司31100
• 代理人: 俞丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高耐壓半導(dǎo)體裝置。尤其涉及具有電平移位電路的高耐壓半導(dǎo)體裝置，該電平移位電路能夠在不進(jìn)行電位絕緣的情況下從位于接地電位的電路向構(gòu)成例如PWM逆變器或開(kāi)關(guān)電源等功率逆變用橋式電路的上側(cè)橋臂的功率器件的柵極傳輸導(dǎo)通/截止信號(hào)。

背景技術(shù)

IGBT、功率MOSFET等功率器件除了用于電動(dòng)機(jī)控制用的逆變器以外，還可用于PDP(等離子體顯示面板)、液晶面板等電源用途、空氣調(diào)節(jié)器或照明這種家電用逆變器等多個(gè)領(lǐng)域。以往，使用光耦合器等半導(dǎo)體元件、變壓器等電子元器件組合而構(gòu)成的電路來(lái)對(duì)該功率器件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)及控制。

近年來(lái)，隨著LSI(大規(guī)模集成電路)技術(shù)的進(jìn)步，AC400V類工業(yè)用電源等中所使用的高達(dá)1200V級(jí)的高耐壓半導(dǎo)體裝置(高耐壓IC)已在實(shí)踐中得以應(yīng)用。例如，作為高耐壓IC，存在內(nèi)置有功率器件的高邊柵極驅(qū)動(dòng)器和低邊柵極驅(qū)動(dòng)器的柵極驅(qū)動(dòng)器IC、在同一塊半導(dǎo)體基板上進(jìn)一步集成有控制電路和功率器件的單芯片逆變器IC等一系列IC。這種高耐壓IC能夠減少安裝板上的元器件個(gè)數(shù)，由于減少了安裝板上的元器件個(gè)數(shù)，從而有利于逆變器系統(tǒng)整體的小型化、高效率化。

圖7是通常的內(nèi)置有電平移位電路的高耐壓IC的電路圖。在圖7中，IGBT(輸出功率器件)17、18構(gòu)成PWM(Pulse Width Modulation：脈寬調(diào)制)逆變器的功率逆變用橋式電路中的例如一個(gè)相。該功率逆變用橋式電路例如串聯(lián)連接在DC400V的高壓主直流電源(正極側(cè))Vdc與該電源的負(fù)極側(cè)即公共電位COM之間。

OUT端子是橋式電路的上側(cè)橋臂的IGBT17的發(fā)射極與同一個(gè)橋式電路的下側(cè)橋臂的IGBT18的集電極的連接點(diǎn)。該OUT端子是輸出交流電的交流輸出端子，該交流電通過(guò)以互補(bǔ)的方式使IGBT17和18導(dǎo)通/截止來(lái)產(chǎn)生。

輔助直流電源(也稱為驅(qū)動(dòng)電源)E1的正極與正極線Vcc1相連接，負(fù)極與交流輸出端子OUT相連接。輔助直流電源(也稱為驅(qū)動(dòng)電源)E1中大多使用了自舉電路中的自舉電容器。

輔助直流電源(也稱為驅(qū)動(dòng)電源)E2的正極與正極線Vcc2相連接，負(fù)極與公共電位COM相連接。輔助直流電源E1、E2為例如15V的低電壓電源。驅(qū)動(dòng)電路20是驅(qū)動(dòng)下側(cè)橋臂的IGBT18導(dǎo)通/截止的電路，在輔助直流電源E2提供的電壓下進(jìn)行工作。

在高耐壓IC的其他電路部分中，存在有用于驅(qū)動(dòng)橋式電路上側(cè)橋臂的IGBT17的電平移位電路以及驅(qū)動(dòng)電路16。此外，在高耐壓IC的其他電路部分中，還具有用于分別向驅(qū)動(dòng)電路16、20輸入導(dǎo)通/截止信號(hào)的控制電路61等。

MOSFET1是高耐壓N溝道MOSFET。通過(guò)輸入由控制電路(低電位側(cè)低耐壓電路)61生成的置位脈沖的導(dǎo)通信號(hào)25來(lái)使MOSFET1導(dǎo)通。以主直流電源的負(fù)極側(cè)(COM電位)為基準(zhǔn)的低電壓電源向控制電路61提供電流。高耐壓IC將該導(dǎo)通引起的負(fù)載電阻3的電壓降作為信號(hào)來(lái)使IGBT17導(dǎo)通。

此外，MOSFET2與上述MOSFET1相同，為高耐壓N溝道MOSFET。通過(guò)輸入由控制電路61生成的復(fù)位脈沖信號(hào)26來(lái)使MOSFET2導(dǎo)通。高耐壓IC將該導(dǎo)通引起的負(fù)載電阻4的電壓降作為信號(hào)來(lái)使IGBT17截止。

高耐壓N溝道MOSFET1、2，以及負(fù)載電阻3、4通常構(gòu)成為彼此相等，以使電路常數(shù)匹配。穩(wěn)壓二極管5、6分別與負(fù)載電路3、4并聯(lián)連接。穩(wěn)壓二極管5、6具有限制負(fù)載電阻3、4發(fā)生過(guò)大的電壓降，從而保護(hù)下文所要闡述的NOT電路8、9等的功能。

電平移位電路中的2個(gè)高耐壓N溝道MOSFET1、2成為輸入以公共電位COM為基準(zhǔn)的信號(hào)的電路部分。圖7中用虛線圈出的電路部分是電位會(huì)發(fā)生變動(dòng)的高電位側(cè)低耐壓電路部分(浮動(dòng)電位區(qū)域)。該電路部分以交流輸出端子OUT電位為基準(zhǔn)進(jìn)行工作，隨著輸出用IGBT17、18的導(dǎo)通/截止，該交流輸出端子OUT的電位交替地跟隨公共電位COM和高電壓的主直流電源的電位Vdc。

NOT電路8、9及其后級(jí)的電路(由低通濾波電路(也簡(jiǎn)稱為L(zhǎng)PF)30、31、RS觸發(fā)器(也記為RS鎖存器、RS-FF)15、驅(qū)動(dòng)器16等構(gòu)成)以輔助直流電源E1作為電源來(lái)進(jìn)行工作。

交流輸出端子OUT的電位在公共電位COM與主直流電源(正極側(cè))Vdc之間變化。因此，高耐壓N溝道MOSFET1、2的負(fù)載電阻電路的電源電壓則在E1+Vdc和E1之間變化。該高耐壓N溝道MOSFET1、2的負(fù)載電阻3、4的上端與輔助直流電源E1的正極線Vcc1相連接。