JPH098620A - 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの過電流保護回路 - Google Patents

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの過電流保護回路

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JPH098620A
JPH098620A JP7152910A JP15291095A JPH098620A JP H098620 A JPH098620 A JP H098620A JP 7152910 A JP7152910 A JP 7152910A JP 15291095 A JP15291095 A JP 15291095A JP H098620 A JPH098620 A JP H098620A
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JP
Japan
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terminal
igbt
film coil
protection circuit
bipolar transistor
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Pending
Application number
JP7152910A
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English (en)
Inventor
Takashi Igarashi
隆 五十嵐
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JPH098620A publication Critical patent/JPH098620A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches

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Abstract

(57)【要約】 【目的】薄膜コイルを過電流保護回路に用い、過電流発
生時の高いdi/dtによる薄膜コイルに発生する電圧
を、IGBTのゲート電圧として利用することで、IG
BTを過電流から確実に保護する。 【構成】IGBT1のエミッタ端子12に薄膜コイル2
の一方の端子とMOSFET3のゲート端子33とが接
続し、MOSFET3のソース端子32は薄膜コイル2
の他方の端子と接続し、MOSFET3のドレイン端子
31は通常のダイオード4のカソード端子42と接続
し、このダイオード4のアノード端子41はツェナーダ
イオード5のアノード端子51と接続し、ツェナーダイ
オード5のカソード端子52はIGBT1のゲート端子
13と接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタ(IGBT)に過電流が発生した場合
に、その過電流を制限し、IGBTのラッチアップ破壊
を防止する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの過電
流保護回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図4は従来のIGBTの過電流保護回路
を示す。主回路のIGBT1は電流検出端子16を有し
ており、この電流検出端子16に抵抗6の一方の端子が
接続され、この抵抗6の他方の端子はIGBT1のエミ
ッタ端子12に接続する。抵抗6の一方の端子はMOS
FET3のゲート端子33と接続し、抵抗6の他方の端
子とMOSFET3のソース端子32と接続する。MO
SFET3のドレイン端子31は通常のダイオード4の
カソード端子42と接続し、このダイオード4のアノー
ド端子41はIGBT1のゲート端子13と接続する。
点線内が過電流保護回路7である。この動作を次に説明
する。主回路に異常が発生し、過電流が流れると、電流
検出端子16に流れる電流と、電流検出端子16と直列
に接続した抵抗6とにより発生した電圧が、IGBT1
のゲート・エミッタ間に配置したMOSFET3のゲー
ト.ソース間に印加され、MOSFET3がオンし、I
GBT1のゲート・エミッタ間電圧が通常のダイオード
4のオン電圧とMOSFET3のオン電圧とを合わせた
電圧まで低下し、IGBT1のコレクタ電流は、そのゲ
ート・エミッタ間電圧とIGBT1の出力特性で決まる
電流値に制限され、IGBT1をラッチアップ破壊から
保護する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のIGBTの過電
流保護回路では、IGBTチップにコレクタ電流を流す
主IGBTと電流検出用のセンスIGBTとを形成す
る。この電流検出用のセンスIGBT(このセンスIG
BTのエミッタは電流検出端子16と接続する)と、主
IGBT(コレクタ電流を流すIGBT)との出力特性
やVGE(th)特性の相関関係が、各チップで異なり、それ
に伴い、主IGBTとセンスIGBTとに流れる電流の
比率が異なることにより、過電流保護時の制限電流にバ
ラツキが生じる。また、保護回路を構成する抵抗の抵抗
値のバラツキ(以下抵抗のバラツキという)により、セ
ンスIGBTを流れる電流によって生じる抵抗の両端電
圧にバラツキが生じ、その抵抗の両端電圧がIGBTの
ゲート・エミッタ間のMOSFETをオンさせ、電流制
限をかけるため、過電流保護時に制限電流のバラツキが
生じる。
【0004】上記のように、センスIGBTと主IGB
T間の特性バラツキと抵抗のバラツキにより、過電流保
護時の制限電流に大きなバラツキが生じるため、過電流
保護回路として精度が低いものとなっている。また精度
を高めるためには、IGBTと抵抗とを個々に調整する
必要があり、コストアップとなる。この発明は、前記課
題を解決するために、薄膜コイルで直接主電流を検出
し、前記のようなバラツキが生じない、高い精度の絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタの過電流保護回路を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、ツェナーダイオードのカソード端子が主回路の絶縁
ゲート型バイポーラトランジスタのゲート端子と接続
し、ツェナーダイオードのアノード端子がダイオードの
アノード端子と接続し、ダイオードのカソード端子がM
OSFETのドレイン端子と接続し、MOSFETのゲ
ート端子と主回路の絶縁ゲート型バイポーラトランジス
タのエミッタ端子と接続し、このエミッタ端子とMOS
FETのソース端子間に薄膜コイルを接続する。
【0006】また主回路の絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタのエミッタ電極と一端が接続し、かつ絶縁膜を
介してエミッタ電極上に薄膜コイルを形成するとよい。
この薄膜コイルのインダクタンスが10pHないし10
00pHであるとよいが、さらに望ましくは10pHな
いし100pHであるとよい。
【0007】
【作用】IGBTに流れる主電流(コレクタ電流)は、
電流値が大きくなると主電流の変化(di/dt)も大
きくなる。従って、主回路のIGBTのエミッタ端子に
薄膜コイルを接続することで、主電流の変化(di/d
t)を薄膜コイルのインダクタンスLで電圧(L×di
/dt)に変換して検出すると、主電流が過大になる
と、この電圧も大きくなり、この電圧で過電流保護回路
のMOSFETのゲートを制御することで、確実にIG
BTの主電流を抑制する。また従来のような各素子間で
の主電流の検出ばらつきは、この保護回路では生じな
い。
【0008】また薄膜コイルをIGBTと同一半導体基
板上に形成し、この薄膜コイルとIGBTのコレクタ端
子とを半導体基板上で配線することで、配線インダクタ
ンスのバラツキを極めて小さくでき、結果として高精度
の過電流保護回路となる。
【0009】
【実施例】図1は一実施例のIGBTの過電流保護回路
を示す。主回路のIGBT1はコレクタ端子11、エミ
ッタ端子12およびゲート端子13を有し、エミッタ端
子12に薄膜コイル2の一方の端子が接続し、この薄膜
コイル2の一方の端子はMOSFET3のゲート端子3
3とも接続し、MOSFET3のソース端子32は薄膜
コイル2の他方の端子と接続する。MOSFET3のド
レイン端子31は通常のダイオード4のカソード端子4
2と接続し、このダイオード4のアノード端子41はツ
ェナーダイオード5のアノード端子51と接続し、ツェ
ナーダイオード5のカソード端子52はIGBT1のゲ
ート端子13と接続する。点線内が過電流保護回路7で
ある。
【0010】図2は薄膜コイルをIGBT上に形成した
図で、同図(a)は平面図、同図(b)は同図(a)の
X−X線切断部の断面図を示す。同図(a)において、
IGBT1のゲートパッド15、エミッタ電極14およ
び薄膜コイル2が示されている。IGBT1のエミッタ
電極14上に絶縁膜を介して薄膜コイル2を形成し、薄
膜コイル2の一端は接続部21でエミッタ電極14と接
続し、他端はコレクタ電流が流れ出す主端子(図示され
ていない)へ接続する。薄膜コイル2の両側からは図示
されていないコイル補助端子が出ている。このコイル補
助端子が外部の保護回路のMOSFETのゲート端子お
よびソース端子と接続される。同図(b)において、半
導体基板にIGBT1が形成され、エミッタ電極14上
に絶縁膜22を選択的に形成し、この絶縁膜22上に薄
膜コイル2を形成し、薄膜コイル2の一端がエミッタ電
極14と接続部21で接続される。他端はコレクタ電流
が流れ出す主端子(図示されていない)と接続する。
【0011】図3は電圧共振回路にIGBTを適用した
場合の動作波形図で、同図(a)はIGBTのコレクタ
電流波形図、同図(b)は薄膜コイルのコイル電圧波形
図、同図(c)はIGBTのゲート電圧波形図を示す。
同図(a)において、コレクタ電流が増大するとコレク
タ電流の電流の変化(電流上昇率:di/dt)が大き
くなる。同図(b)において、薄膜コイルに発生するコ
イル電圧は電流値が小さい段階では小さく、電流値が大
きくなると、つまり過電流になると、この電圧は大きく
なる。この電圧がMOSFETのゲートしきい値電圧
(VGS(th))を越えるとMOSFETはオンする。同図
(c)において、IGBTのゲート電圧はMOSFET
がオンするまではゲート駆動電源から与えられる高いゲ
ート電圧を維持し、MOSFETがオンした時点でツェ
ナーダイオードのツェナー電圧、通常のダイオードのオ
ン電圧およびMOSFETのオン電圧とを加えた電圧ま
で低下する。
【0012】この低下した電圧がゲート電圧となりIG
BTのコレクタ電流を出力特性で決まるコレクタ電流ま
で減少させる。このようにして過電流は制限され、過電
流制限レベルをIGBTのラッチアップレベル以下にす
ることにより、IGBTは過電流によるラッチアップ破
壊から保護される。前記のdi/dtは数十〜数千A/
μsであり、一方、MOSFETのゲート駆動電圧は数
Vから十数Vであるため、薄膜コイル4の必要とするイ
ンダクタンスは10〜1000pHとなる。しかし、殆
どの場合di/dtは100A/μs以上で、しかも薄
膜コイルのインダクタンスを増大させることは製造上困
難を伴うので、実用的なインダクタンスとしては10〜
100pHである。
【0013】
【発明の効果】この発明によれば、薄膜コイルを過電流
保護回路に用い、過電流発生時の高いdi/dtによる
薄膜コイルに発生する電圧を、ゲート電圧として利用す
ることで、バラツキの少ないゲート電圧をMOSFET
に与えることができ、確実にMOSFETをオンさせ、
IGBTのゲート電圧をバラツキなく所定の値に低下さ
せ、過電流を所定の値に制限し、IGBTを過電流から
確実に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例で、IGBTの過電流保護
回路図
【図2】薄膜コイルを半導体基板に形成した図で(a)
は平面図、(b)は(a)のX−X線切断部の断面図
【図3】電圧共振回路にIGBTを適用した場合の動作
波形図で、(a)はIGBTのコレクタ電流波形図、
(b)は薄膜コイルの電圧波形図、(c)はIGBTの
ゲート電圧波形図
【図4】従来のIGBTの過電流保護回路図
【符号の説明】
1 IGBT 11 コレクタ端子 12 エミッタ端子 13 ゲート端子 14 エミッタ電極 15 ゲートパッド 16 電流検出端子 2 薄膜コイル 21 接続部 22 絶縁膜 3 MOSFET 31 ソース端子 32 ドレイン端子 33 ゲート端子 4 通常のダイオード 41 アノード端子 42 カソード端子 5 ツェナーダイオード 51 アノード端子 52 カソード端子 6 抵抗 7 過電流保護回路

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ツェナーダイオードのカソード端子が主回
    路の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタのゲート端子
    と接続し、ツェナーダイオードのアノード端子がダイオ
    ードのアノード端子と接続し、ダイオードのカソード端
    子がMOSFETのドレイン端子と接続し、MOSFE
    Tのゲート端子と主回路の絶縁ゲート型バイポーラトラ
    ンジスタのエミッタ端子と接続し、このエミッタ端子と
    MOSFETのソース端子とに両端がそれぞれ接続され
    る薄膜コイルを有することを特徴とする絶縁ゲート型バ
    イポーラトランジスタの過電流保護回路。
  2. 【請求項2】薄膜コイルが主回路の絶縁ゲート型バイポ
    ーラトランジスタのエミッタ電極と一端が接続し、かつ
    絶縁膜を介してエミッタ電極上に形成されることを特徴
    とする請求項1記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
    スタの過電流保護回路。
  3. 【請求項3】薄膜コイルのインダクタンスが10pHな
    いし1000pHであることを特徴とする請求項1また
    は2記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの過電
    流保護回路。
JP7152910A 1995-06-20 1995-06-20 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの過電流保護回路 Pending JPH098620A (ja)

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