本申請(qǐng)基于在2014年3月27日申請(qǐng)的日本申請(qǐng)?zhí)?014-66595號(hào)、和在2014年10月28日申請(qǐng)的日本申請(qǐng)?zhí)?014-219348號(hào)，此處引用其記載內(nèi)容。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)涉及進(jìn)行功率開關(guān)元件的導(dǎo)通斷開動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

關(guān)于構(gòu)成逆變器、轉(zhuǎn)換器等半導(dǎo)體電力轉(zhuǎn)換裝置的功率開關(guān)元件，作為解決開關(guān)動(dòng)作時(shí)的浪涌電壓和開關(guān)損失的折衷的技術(shù)，使用動(dòng)態(tài)地控制柵極電壓或柵極電流的主動(dòng)?xùn)艠O控制(AGC)。

例如，在使用絕緣柵雙極晶體管(IGBT)作為功率開關(guān)元件的情況下，對(duì)關(guān)斷時(shí)的集電極-發(fā)射極間電壓(以后稱為集電極電壓Vce)的時(shí)間變化dV/dt進(jìn)行反饋，控制IGBT的柵極電荷的放電速度。具體而言，在專利文獻(xiàn)1中，提出了通過切換向IGBT的柵極注入的柵極電流的電流量，在放電過程中切換柵極電荷的放電速度的技術(shù)。但是，專利文獻(xiàn)1的技術(shù)需要與切換級(jí)數(shù)對(duì)應(yīng)的數(shù)目的柵極斷開電路，所以電路規(guī)模、即布局面積變大。

另一方面，在專利文獻(xiàn)2中，提出了在具有寬范圍的輸出電流、換言之能夠大幅度地切換輸出電流的半導(dǎo)體裝置中能夠抑制布局面積的電路。具體而言，該半導(dǎo)體裝置通過參照電流的電流鏡生成輸出電流。并且，通過將電流鏡設(shè)為多級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)輸出電流的寬動(dòng)態(tài)范圍。

但是，專利文獻(xiàn)2的技術(shù)中，向用于使輸出晶體管導(dǎo)通的柵極的電流供應(yīng)通過參照電流來進(jìn)行，所以構(gòu)成電流鏡的輸出晶體管的級(jí)數(shù)越增加，則參照電流越變化。即，在每次使輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)輸出電流變動(dòng)。

此外，在專利文獻(xiàn)2那樣的電路結(jié)構(gòu)中，一般來說，期望盡可能減小參照電流，但電荷向構(gòu)成電流鏡的輸出晶體管的柵極的注入速度依賴于參照電流，所以若參照電流小，則直至輸出晶體管導(dǎo)通為止的時(shí)間變長(zhǎng)。也就是說，在將專利文獻(xiàn)2的技術(shù)應(yīng)用于功率開關(guān)元件的斷開用電路的情況下，有可能不能確保從接受意在斷開功率開關(guān)元件的指示至輸出晶體管導(dǎo)通為止的響應(yīng)速度。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本特許第3885563號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2006-20098號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本申請(qǐng)是鑒于上述問題而完成的，其目的在于，以高精度控制柵極電流，且提高柵極電流的切換速度。

在本申請(qǐng)的某方式中，對(duì)功率開關(guān)元件的導(dǎo)通斷開進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)裝置具備：通側(cè)電路，進(jìn)行所述功率開關(guān)元件的導(dǎo)通動(dòng)作；以及斷側(cè)電路，進(jìn)行所述功率開關(guān)元件的斷開動(dòng)作。所述通側(cè)電路以及所述斷側(cè)電路的至少一方的電路具有：多個(gè)主MOS晶體管，作為輸出晶體管；感測(cè)MOS晶體管，柵極與所述主MOS晶體管的柵極共通，相對(duì)于所述主MOS晶體管構(gòu)成電流鏡，從而規(guī)定所述主MOS晶體管的漏極電流；以及感測(cè)電流控制電路，將所述感測(cè)MOS晶體管的漏極電流控制為固定。進(jìn)而，所述通側(cè)電路以及所述斷側(cè)電路的至少一方的電路具有：開關(guān)電路，與所述主MOS晶體管的柵極連接，對(duì)所述主MOS晶體管的導(dǎo)通斷開進(jìn)行控制，從而切換所述功率開關(guān)元件中的柵極電流。

據(jù)此，形成多個(gè)與感測(cè)MOS晶體管構(gòu)成電流鏡的主MOS晶體管，它們的有效/無效通過開關(guān)電路的導(dǎo)通斷開控制而被控制。因此，通過切換被設(shè)為有效的主MOS晶體管的數(shù)目，能夠切換輸出電流。

此外，感測(cè)MOS晶體管的漏極電流通過參照電位和基準(zhǔn)電阻的電阻值來規(guī)定，該感測(cè)MOS晶體管通過電流鏡規(guī)定主MOS晶體管的漏極電流。因此，能夠不依賴于向本發(fā)明所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置供應(yīng)電力的電源電壓或斷側(cè)電路的輸出電流的電流值而高精度地控制輸出電流。進(jìn)而，感測(cè)MOS晶體管的漏極電流不依賴于開關(guān)電路的導(dǎo)通斷開而固定，因此能夠不依賴于被設(shè)為有效的主MOS晶體管的數(shù)目而高精度地控制輸出電流。

此外，為了驅(qū)動(dòng)作為輸出晶體管的主MOS晶體管而向柵極的電壓施加由運(yùn)算放大器的輸出控制，所以與由參照電流控制的情況相比，能夠提高開關(guān)速度。

附圖說明

參照附圖，通過下述的詳細(xì)的記述，關(guān)于本申請(qǐng)的上述目的以及其他目的、特征、優(yōu)點(diǎn)變得更明確。該附圖是，

圖1是表示第一實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖2是表示由驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行的驅(qū)動(dòng)的時(shí)序圖。

圖3是表示開關(guān)電路的詳細(xì)的結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖4是表示NMOS晶體管的布局的俯視圖。

圖5是圖4所示的區(qū)域V的擴(kuò)大圖。

圖6是表示變形例1所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖7是表示第二實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖8是表示第三實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖9是表示變形例2所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖10是表示變形例3所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置的概略結(jié)構(gòu)的電路圖。

具體實(shí)施方式

(第一實(shí)施方式)

最初，參照?qǐng)D1，說明本實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置。

如圖1所示，該驅(qū)動(dòng)裝置100控制作為驅(qū)動(dòng)負(fù)載500的功率開關(guān)元件的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)200的驅(qū)動(dòng)。

該驅(qū)動(dòng)裝置100具備通側(cè)電路110、斷側(cè)電路120、dV/dt檢測(cè)電路130和延遲電路140。

通側(cè)電路110以及斷側(cè)電路120在電源和GND(地)之間串聯(lián)連接，在其中間點(diǎn)上連接有IGBT200的柵極。通側(cè)電路110由PMOS晶體管構(gòu)成，在該P(yáng)MOS晶體管為導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)向IGBT200的柵極施加電源電壓Vcc。由此IGBT200成為導(dǎo)通狀態(tài)，在IGBT200的集電極-發(fā)射極間流過電流，向負(fù)載500供應(yīng)電力。

斷側(cè)電路120具有多個(gè)NMOS晶體管(Tr10～Tr15、Tr20)。這些NMOS晶體管由作為輸出晶體管的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)、和規(guī)定主MOS晶體管的漏極電流的感測(cè)MOS晶體管Tr20構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，六個(gè)主MOS晶體管(Tr10～Tr15)相對(duì)于感測(cè)MOS晶體管Tr20構(gòu)成電流鏡。具體而言，各主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的柵極被設(shè)為與感測(cè)MOS晶體管Tr20的柵極共通，源極共通而接地。各主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的漏極與IGBT200的柵極連接。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，在各主MOS晶體管(Tr10～Tr15)中分別以與感測(cè)MOS晶體管Tr20的尺寸比相同的電流比流過漏極電流。也就是說，在本實(shí)施方式中，存在六個(gè)向IGBT200的柵極注入的電流的電流路徑。另外，尺寸是MOS晶體管中的溝道寬度W與溝道長(zhǎng)度L的寬長(zhǎng)比(W/L)。

此外，斷側(cè)電路120具有：運(yùn)算放大器121，用于對(duì)感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流進(jìn)行控制；基準(zhǔn)電阻122，用于規(guī)定該運(yùn)算放大器121的輸出；以及參照電源123，向該運(yùn)算放大器121的一個(gè)輸入端子賦予參照電位Vref。運(yùn)算放大器121若從未圖示的微機(jī)等被輸入表示使IGBT200斷開的控制信號(hào)，則向感測(cè)MOS晶體管Tr20的柵極施加電壓，從而向IGBT200的柵極注入固定電流。

基準(zhǔn)電阻122是分流電阻，規(guī)定感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流的電流值。進(jìn)而，規(guī)定向IGBT200的柵極注入的電流的電流值。向IGBT200的柵極注入的電流是在主MOS晶體管(Tr10～Tr15)中流過的漏極電流的合計(jì)。并且，主MOS晶體管(Tr10～Tr15)與感測(cè)MOS晶體管Tr20一起構(gòu)成電流鏡，因此向IGBT200的柵極注入的電流依賴于感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流。

在這樣的結(jié)構(gòu)中，若被輸入表示使IGBT200斷開的信號(hào)，則運(yùn)算放大器121被驅(qū)動(dòng)而向感測(cè)MOS晶體管Tr20施加?xùn)艠O電壓。此時(shí)的漏極電流由基準(zhǔn)電阻122的電阻值R規(guī)定。并且，其電流值通過調(diào)整運(yùn)算放大器121的輸出被反饋控制，以使基準(zhǔn)電阻122和感測(cè)MOS晶體管Tr20之間的中間電位接近于參照電位Vref。由此，感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流被高精度地控制為固定的值(＝(Vcc-Vref)/R)。因此，向IGBT200的柵極注入的電流也高精度地被設(shè)為固定電流。另外，在本實(shí)施方式中，感測(cè)電流控制電路SC相當(dāng)于由運(yùn)算放大器121和基準(zhǔn)電阻122以及參照電源123構(gòu)成的電路。

進(jìn)而，斷側(cè)電路120具有用于切換向IGBT200的柵極注入的電流的電流值、即驅(qū)動(dòng)能力的開關(guān)電路(SW1～SW5)。該開關(guān)電路(SW1～SW5)與六個(gè)主MOS晶體管(Tr10～Tr15)之中五個(gè)主MOS晶體管(Tr11～Tr15)的柵極分別連接。例如，若是開關(guān)電路SW1被設(shè)為有效，其他開關(guān)電路(SW2～SW5)為無效的狀態(tài)，則IGBT200的柵極電荷通過由主MOS晶體管Tr10以及Tr11規(guī)定的電流而導(dǎo)出。也就是說，能夠通過開關(guān)電路(SW1～SW5)之中哪個(gè)開關(guān)電路成為有效來對(duì)斷側(cè)電路120的驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行控制。另外，五個(gè)開關(guān)電路(SW1～SW5)相互等價(jià)，以后，除了關(guān)于各個(gè)開關(guān)電路敘述的情況，總稱為標(biāo)記SW。本實(shí)施方式中的開關(guān)電路SW的詳細(xì)的電路結(jié)構(gòu)隨后進(jìn)行說明。

驅(qū)動(dòng)裝置100中的dV/dt檢測(cè)電路130是對(duì)IGBT200的集電極電壓Vce的時(shí)間變化dV/dt進(jìn)行檢測(cè)的電路。具體而言，dV/dt檢測(cè)電路130與在IGBT200的集電極和GND之間串聯(lián)連接而構(gòu)成微分器的電容器C1和電阻器R1的中間點(diǎn)連接。若向運(yùn)算放大器121輸入表示使IGBT200斷開的信號(hào)，則IGBT200的柵極電荷被導(dǎo)出而集電極電壓Vce上升，所以dV/dt取非零的值。dV/dt檢測(cè)電路130對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，將該情況輸出給延遲電路140。

延遲電路140是從dV/dt開始上升的時(shí)刻起延遲規(guī)定的延遲時(shí)間而使開關(guān)電路SW動(dòng)作的電路。關(guān)于五個(gè)開關(guān)電路(SW1～SW5)之中，使哪個(gè)開關(guān)電路SW動(dòng)作，既能夠預(yù)先決定，也可以根據(jù)dV/dt的值等來決定。

接著，參照?qǐng)D2說明本實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置100中的切換IGBT200的柵極電荷的放電期間中的放電速度的驅(qū)動(dòng)。

在時(shí)刻t1，向運(yùn)算放大器121輸入表示使IGBT200斷開的控制信號(hào)。由此，如圖2所示，運(yùn)算放大器121驅(qū)動(dòng)而向IGBT200的柵極注入電流。在該說明中，時(shí)刻t1的開關(guān)電路SW設(shè)為SW1有效(導(dǎo)通)，SW2～SW5為無效(斷開)。也就是說，向柵極注入的電流是主MOS晶體管Tr10的漏極電流I1與主MOS晶體管Tr11的漏極電流I2的合計(jì)值I1+I2。

若向IGBT200的柵極注入電流而開始進(jìn)行電荷的導(dǎo)出，則柵極電壓降低。并且，在時(shí)刻t2中，若柵極電壓降低到規(guī)定的電位(鏡像電壓)為止且經(jīng)過一定時(shí)間，則集電極電壓Vce開始上升。即，在時(shí)刻t2的時(shí)刻，從dV/dt為大致零的狀態(tài)起，dV/dt取正值。dV/dt檢測(cè)電路130對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，將該情況輸出給延遲電路140。

并且，在由延遲電路140預(yù)先規(guī)定的延遲時(shí)間后的時(shí)刻t3中，開關(guān)電路SW1被斷開，從而開始主MOS晶體管Tr11的斷開動(dòng)作。主MOS晶體管Tr11不是瞬時(shí)被斷開，而是需要元件所規(guī)定的下降時(shí)間而達(dá)到斷開(時(shí)刻t4)。因此，向柵極注入的電流在時(shí)刻t3至?xí)r刻t4的期間中，從I1+I2向I1變化。并且，在該期間中，IGBT200的集電極電壓Vce的變化dV/dt逐漸變小。若到時(shí)刻t4，則主MOS晶體管Tr11成為斷開狀態(tài)，IGBT200的柵極電流從I1+I2切換為I1。

因此，關(guān)于斷側(cè)電路120的驅(qū)動(dòng)能力、換言之柵極電荷的放電速度，與時(shí)刻t3的時(shí)刻相比，時(shí)刻t4的時(shí)刻變得更小。從而，與時(shí)刻t3緊前的dV/dt相比，時(shí)刻t4緊后的dV/dt變小。其結(jié)果，集電極電壓Vce的過沖被抑制，能夠發(fā)揮降低浪涌電壓的效果。其后，在時(shí)刻t6，集電極電壓Vce收斂于穩(wěn)定值而IGBT200的斷開動(dòng)作結(jié)束。

另外，主MOS晶體管Tr11的斷開開始的定時(shí)(時(shí)刻t3)優(yōu)選被設(shè)定為如下時(shí)期：該時(shí)期使得主MOS晶體管Tr11完全成為斷開的時(shí)刻t4比所設(shè)想的達(dá)到集電極電壓Vce的穩(wěn)定值的時(shí)刻t5更早。

此外，也可以構(gòu)成為：在時(shí)刻t6以后，再次導(dǎo)通主MOS晶體管Tr11而提高斷側(cè)電路120的驅(qū)動(dòng)能力，從而保證IGBT200的可靠的斷開。

接著，參照?qǐng)D3，說明本實(shí)施方式中的開關(guān)電路SW的具體結(jié)構(gòu)。另外，圖3所示的電路中，各開關(guān)電路(SW1～SW5)都是同一結(jié)構(gòu)。

開關(guān)電路SW具有主電路125、和向主電路125供應(yīng)固定的電流I3的恒流電路126。

主電路125基于來自延遲電路140的信號(hào)而負(fù)責(zé)輸入端子IN和輸出端子OUT之間的電流的通電以及斷路。主電路125如圖3所示那樣具有通過來自延遲電路140的信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)通斷開動(dòng)作的MOS晶體管Tr30。此外，具有相對(duì)于恒流電路126與MOS晶體管Tr30并聯(lián)連接，且以對(duì)從恒流電路126輸入的電流I3進(jìn)行鏡像的方式構(gòu)成電流鏡的兩個(gè)NPN晶體管Q1、Q2。此外，具有基于向柵極注入的電流而進(jìn)行輸入端子IN和輸出端子OUT之間的電流的通電以及斷路的MOS晶體管Tr40。進(jìn)而，具有在將開關(guān)電路SW設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的情況下向MOS晶體管Tr40的柵極注入電流的電流源P1。另外，在本實(shí)施方式中，圖3所示的輸入端子IN與運(yùn)算放大器121的輸出端子連接，輸出端子OUT與主MOS晶體管(Tr11～Tr15)的柵極連接。

說明主電路125的動(dòng)作。在將開關(guān)電路SW設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的情況下，從延遲電路被輸入意在將MOS晶體管Tr30設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)的信號(hào)。在該狀態(tài)下，從恒流電路126供應(yīng)的電流I3作為MOS晶體管Tr30的漏極電流流動(dòng)，在形成電流鏡的NPN晶體管Q1、Q2中不流動(dòng)電流。即，不流動(dòng)圖3所示的電流I4。因此，來自電流源P1的電流I5被注入至MOS晶體管Tr40的柵極而成為導(dǎo)通，輸入端子IN和輸出端子OUT之間被通電。即，開關(guān)電路SW成為導(dǎo)通狀態(tài)。另外，被插入至電流源P1和GND之間的電阻器R1是用于規(guī)定MOS晶體管Tr40的穩(wěn)定狀態(tài)下的柵極電壓的電阻。

另一方面，在將開關(guān)電路SW設(shè)為斷開狀態(tài)的情況下，從延遲電路被輸入意在將MOS晶體管Tr30設(shè)為斷開狀態(tài)的信號(hào)。在該狀態(tài)下，不流動(dòng)MOS晶體管Tr30的漏極電流，從恒流電路126輸入至主電路125的電流I3通過NPN晶體管Q1、Q2被鏡像而流動(dòng)圖3所示的電流I4。該電流I4以導(dǎo)出基于電流源P1的電流I5以及MOS晶體管Tr40的柵極電荷的方式流動(dòng)，所以MOS晶體管Tr40斷開。因此，輸入端子IN和輸出端子OUT之間的電流被斷路而開關(guān)電路SW成為斷開狀態(tài)。另外，若開關(guān)電路SW斷開，則對(duì)應(yīng)的主MOS晶體管的柵極成為高阻抗。本實(shí)施方式中的開關(guān)電路SW中，為了使開關(guān)電路SW的斷開動(dòng)作可靠，在輸出端子OUT和GND之間插入下拉電阻器R2。

前述的恒流電路126是用于向主電路125供應(yīng)固定的電流I3的電路。該恒流電路126能夠采用用于賦予固定的電流的一般已知的電路，所以省略電路的詳細(xì)的說明。

接著，參照?qǐng)D4以及圖5，說明感測(cè)MOS晶體管Tr20以及主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的布局。為了方便，如圖4所示，定義X方向、與X方向正交的Y方向、與由X方向和Y方向規(guī)定的XY平面正交的Z方向。這些NMOS晶體管在半導(dǎo)體基板300的表層中沿著XY平面形成。

如圖4所示，構(gòu)成主MOS晶體管Tr10～Tr15以及感測(cè)MOS晶體管Tr20的NMOS晶體管是，單位MOS晶體管Tr16沿著X方向以及Y方向以7×7的柵格狀排列而形成的LDMOS(橫向擴(kuò)散MOS)。在本實(shí)施方式中，49個(gè)單位MOS晶體管Tr16之中，1個(gè)相當(dāng)于感測(cè)MOS晶體管Tr20，剩余的48個(gè)相當(dāng)于主MOS晶體管(Tr10～Tr15)。另外，如圖4所示，主MOS晶體管(Tr10～Tr15)分別由8個(gè)單位MOS晶體管Tr16構(gòu)成。

關(guān)于這些NMOS晶體管的布局，更詳細(xì)地進(jìn)行說明。圖5是將圖4所示的區(qū)域V擴(kuò)大后的圖。如圖5所示，在各單位MOS晶體管Tr16中，分別由多個(gè)源極區(qū)域S和漏極區(qū)域D形成為柵格狀。在本實(shí)施方式中，以4×4的方式形成一個(gè)單元。并且，以包圍形成一個(gè)單元的源極區(qū)域S以及漏極區(qū)域D的方式，形成柵極區(qū)域G。由該柵極區(qū)域G、和形成4×4的柵格的源極區(qū)域S以及漏極區(qū)域D，構(gòu)成一個(gè)單位MOS晶體管Tr16。另外，感測(cè)MOS晶體管Tr20、主MOS晶體管(Tr10～Tr15)全部由相同的單位MOS晶體管Tr16構(gòu)成。

進(jìn)而，如圖5所示，單位MOS晶體管Tr16具有用于相互電性元件分離的溝槽400。溝槽400從半導(dǎo)體基板300的表層沿著Z方向形成，且以分別包圍各單位MOS晶體管Tr16的方式形成。換言之，溝槽400以包圍各單位MOS晶體管Tr16中的柵極區(qū)域G的方式形成為矩形框狀。并且，在本實(shí)施方式中，在相鄰的NMOS晶體管、例如X方向上相鄰的單位MOS晶體管Tr16之間形成的溝槽400的一邊410共享雙方的溝槽400。另外，在本實(shí)施方式中，在Y方向上相鄰的單位MOS晶體管Tr16之間的溝槽400的一邊不被共享。

此外，如圖5所示，本實(shí)施方式中的各單位MOS晶體管Tr16除了源極區(qū)域S、漏極區(qū)域D的一部分配置外，源極區(qū)域S的形狀以及面積、漏極區(qū)域D的形狀以及面積、柵極區(qū)域G的形狀以及面積相互等價(jià)地形成。即，構(gòu)成主MOS晶體管(Tr10～Tr15)以及感測(cè)MOS晶體管Tr20的單位MOS晶體管Tr16形成為溝道長(zhǎng)度L和溝道寬度W全部相同。

接著，說明本實(shí)施方式所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置100的作用效果。

如圖1所示，形成多個(gè)與感測(cè)MOS晶體管Tr20構(gòu)成電流鏡的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)，它們的有效/無效通過開關(guān)電路SW的導(dǎo)通斷開控制而被控制。因此，通過切換被設(shè)為有效的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的數(shù)目，能夠切換輸出電流。

此外，感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流通過參照電位Vref和基準(zhǔn)電阻122的電阻值R而規(guī)定，該感測(cè)MOS晶體管Tr20通過電流鏡規(guī)定主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的漏極電流。因此，能夠不依賴于向本申請(qǐng)所涉及的驅(qū)動(dòng)裝置100供應(yīng)電力的電源電壓Vcc、斷側(cè)電路120的輸出電流的電流值而高精度地控制輸出電流。進(jìn)而，感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流不依賴于開關(guān)電路SW的導(dǎo)通斷開而固定，因此能夠不依賴于被設(shè)為有效的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的數(shù)目而高精度地控制輸出電流。

此外，為了驅(qū)動(dòng)作為輸出晶體管的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)而向柵極的電壓施加由運(yùn)算放大器121的輸出控制，所以與由參照電流控制的情況相比，能夠提高開關(guān)速度。

進(jìn)而，感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流通過參照電位Vref和基準(zhǔn)電阻122的電阻值R來規(guī)定，所以能夠?qū)⒏袦y(cè)MOS晶體管Tr20的漏極-源極間電壓Vds保持得比閾值電壓(所謂Vth)充分大。由此，能夠減小基準(zhǔn)電阻122的電阻值R，因此不用另行將基準(zhǔn)電阻122的電阻器作為分立部件準(zhǔn)備，而能夠在與主MOS晶體管(Tr10～Tr15)、感測(cè)MOS晶體管Tr20相同的半導(dǎo)體基板300上集成化。

進(jìn)而，如圖5所示，使構(gòu)成各NMOS晶體管(Tr20、Tr10～Tr15)的單位MOS晶體管Tr16相互元件分離的溝槽400在相鄰的單位MOS晶體管Tr16之間一部分被共享。在本實(shí)施方式中，在X方向上相鄰的單位MOS晶體管Tr16中，矩形框狀的溝槽400的一邊410被共享。從而，與溝槽400沒有被共享的結(jié)構(gòu)相比，能夠減小X方向的布局面積。

此外，如圖5所示，主MOS晶體管(Tr10～Tr15)以及感測(cè)MOS晶體管Tr20形成為構(gòu)成它們的單位MOS晶體管Tr16溝道長(zhǎng)度L和溝道寬度W全部相同。各單位MOS晶體管Tr16全部等價(jià)地形成，因此驅(qū)動(dòng)裝置100的制造變得容易，也能夠使漏極電流相對(duì)于向柵極施加的電壓的特性均勻化。此外，如圖4所示，能夠?qū)挝籑OS晶體管Tr16配置為柵格狀，所以能夠減小NMOS晶體管相對(duì)于半導(dǎo)體基板300的表層面積所占的比例。即，能夠減小布局面積。

(變形例1)

除了上述的實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)外，在本變形例中，如圖6所示，驅(qū)動(dòng)裝置100具備電流檢測(cè)部150。此外，參照電源123中，參照電位Vref成為可變。另外，在圖6中，省略通側(cè)電路110、各NMOS晶體管(Tr10～Tr15、Tr20)、開關(guān)電路SW、基準(zhǔn)電阻122、dV/dt檢測(cè)電路130以及延遲電路140的圖示。

電流檢測(cè)部150是檢測(cè)IGBT200的集電極電流并在過電流時(shí)進(jìn)行保護(hù)的電路。該電流檢測(cè)部150具有：比較器151；向比較器151的一方的輸入端子賦予成為閾值的電壓的電壓源152；以及用于將IGBT200的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓的電阻器R3。

如前述那樣，在比較器151的一方的輸入端子A上連接有電壓源152。并且，另一方的輸入端子B連接在IGBT200的感測(cè)發(fā)射極端子SE與電阻器R3的中間點(diǎn)上，該電阻器R3連接在該感測(cè)發(fā)射極端子SE與GND之間。即，向比較器151中的輸入端子B施加與從IGBT200的感測(cè)發(fā)射極端子SE向GND流過的電流和電阻器R3的電阻值對(duì)應(yīng)的電壓。向輸入端子B施加的電壓與從感測(cè)發(fā)射極端子SE向GND流過的電流成比例。也就是說，IGBT200的集電極電流變得越大則該電壓越成為高電壓。

比較器151在與流過感測(cè)發(fā)射極端子SE的電流對(duì)應(yīng)的電壓超過了電壓源152的電壓的情況、即集電極電流超過了規(guī)定的閾值的情況下，針對(duì)參照電源123進(jìn)行控制以增大參照電位Vref。

據(jù)此，在IGBT200中流過過度的集電極電流(過電流)的情況下，通過增大參照電位Vref，從而感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流變小。因此，斷側(cè)電路120的驅(qū)動(dòng)能力被抑制，能夠?qū)GBT200平緩地?cái)嚅_。從而，在過電流產(chǎn)生時(shí)，能夠抑制浪涌電壓，能夠保護(hù)IGBT200。

(第二實(shí)施方式)

在上述的實(shí)施方式中，示出了在斷側(cè)電路120中能夠進(jìn)行基于IGBT200的溫度的控制的例子，但這關(guān)于通側(cè)電路110也能夠應(yīng)用。

具體而言，如圖7所示，通側(cè)電路110具有多個(gè)PMOS晶體管(Tr50～Tr55、Tr60)。這些PMOS晶體管由作為輸出晶體管的主MOS晶體管(Tr50～Tr55)、和規(guī)定主MOS晶體管的漏極電流的感測(cè)MOS晶體管Tr60構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，六個(gè)主MOS晶體管(Tr50～Tr55)相對(duì)于感測(cè)MOS晶體管Tr60構(gòu)成電流鏡。具體而言，各主MOS晶體管(Tr50～Tr55)的柵極被設(shè)為與感測(cè)MOS晶體管Tr60的柵極共通，漏極共通而與電源Vcc連接。各主MOS晶體管(Tr50～Tr55)的源極與IGBT200的柵極連接。

此外，通側(cè)電路110具有：用于對(duì)感測(cè)MOS晶體管Tr60的漏極電流進(jìn)行控制的運(yùn)算放大器111；用于規(guī)定該運(yùn)算放大器111的輸出的基準(zhǔn)電阻112；以及向該運(yùn)算放大器111的一個(gè)輸入端子賦予參照電位Vref的參照電源113。運(yùn)算放大器111若從未圖示的微機(jī)等被輸入表示使IGBT200導(dǎo)通的控制信號(hào)，則向感測(cè)MOS晶體管Tr60的柵極施加電壓，從而向IGBT200的柵極供應(yīng)固定電流。

進(jìn)而，通側(cè)電路110具有用于切換向IGBT200的柵極供應(yīng)的電流的電流值、即驅(qū)動(dòng)能力的開關(guān)電路(SW6～SW10)。該開關(guān)電路(SW6～SW10)與六個(gè)主MOS晶體管(Tr50～Tr55)之中五個(gè)主MOS晶體管(Tr51～Tr55)的柵極分別連接。這些開關(guān)電路(SW6～SW10)與第一實(shí)施方式所述的開關(guān)電路SW等價(jià)，其電路結(jié)構(gòu)能夠采用圖3所示的電路結(jié)構(gòu)。

作為本實(shí)施方式中的結(jié)構(gòu)要素的主MOS晶體管(Tr50～Tr55)、感測(cè)MOS晶體管Tr60、運(yùn)算放大器111、基準(zhǔn)電阻112、參照電源113、以及開關(guān)電路(SW6～SW10)分別是相當(dāng)于第一實(shí)施方式中的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)、感測(cè)MOS晶體管Tr20、運(yùn)算放大器121、基準(zhǔn)電阻122、參照電源123、以及開關(guān)電路(SW1～SW5)的要素。因此，各結(jié)構(gòu)要素的動(dòng)作以及作用效果與第一實(shí)施方式及其變形例相對(duì)應(yīng)。即，能夠高精度地控制通側(cè)電路110的輸出電流，此外，與通過參照電流來控制的情況相比，能夠提高開關(guān)速度。

另外，本實(shí)施方式中的參照電位Vref不需要必須與第一實(shí)施方式中的參照電位Vref一致。

(第三實(shí)施方式)

感測(cè)電流控制電路SC不限定于由運(yùn)算放大器111、121和基準(zhǔn)電阻112、122以及參照電源113、123構(gòu)成的電路。

在上述的各實(shí)施方式中的感測(cè)電流控制電路SC中，構(gòu)成為進(jìn)行反饋控制以成為通過基準(zhǔn)電阻112、122的電阻值R和參照電源113、123的參照電位Vref規(guī)定的電流值。相對(duì)于此，本實(shí)施方式中的感測(cè)電流控制電路SC成為不進(jìn)行反饋控制的結(jié)構(gòu)。

具體而言，本實(shí)施方式中的斷側(cè)電路160的感測(cè)電流控制電路SC如圖8所示那樣具有：輸出端子連接在感測(cè)MOS晶體管Tr20的柵極上的運(yùn)算放大器161；以及向運(yùn)算放大器161的一方的輸入端子施加規(guī)定的電壓的參照電源162。運(yùn)算放大器161的輸出被負(fù)反饋到另一方的輸入端子，由參照電源162規(guī)定的電壓被施加給感測(cè)MOS晶體管Tr20。在這樣的結(jié)構(gòu)中，通過切換被設(shè)為有效的主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的數(shù)目，能夠切換輸出電流。另外，與本實(shí)施方式相比采用了第一以及第二實(shí)施方式那樣的感測(cè)電流控制電路SC能夠更高精度地維持感測(cè)MOS晶體管Tr20的漏極電流，但在驅(qū)動(dòng)不需要高精度的負(fù)載500的情況下，通過采用本實(shí)施方式所涉及的感測(cè)電流控制電路SC，能夠降低部件件數(shù)、制造成本。

(變形例2)

為了高精度地控制第三實(shí)施方式中的感測(cè)電流控制電路SC向感測(cè)MOS晶體管Tr20以及主MOS晶體管(Tr10～Tr15)供應(yīng)的柵極電流，能夠如圖9所示那樣采用Vds調(diào)整電路163。

本變形例中的Vds調(diào)整電路163例如是威爾遜(Wilson)型的電流鏡電路，兩個(gè)電流路徑與感測(cè)MOS晶體管Tr20以及主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的漏極分別連接。由此，各NMOS晶體管的漏極-源極間電壓Vds被調(diào)整為固定，所以能夠更高精度地控制各NMOS晶體管的漏極電流。

(變形例3)

感測(cè)MOS晶體管Tr20以及主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的閾值電壓、電荷的移動(dòng)度一般來說具有溫度特性，因此存在IGBT200的柵極電壓與溫度的變化一起變化的顧慮。在本變形例中，為了將其抑制，作為感測(cè)電流控制電路SC，采用使第三實(shí)施方式以及變形例2所示的參照電源162具有適當(dāng)?shù)臏囟忍匦远傻慕Y(jié)構(gòu)。

具體而言，本實(shí)施方式中的斷側(cè)電路160的感測(cè)電流控制電路SC如圖10所示那樣具有：運(yùn)算放大器161；將規(guī)定的電流供應(yīng)給運(yùn)算放大器161的一方的輸入端子的電流源P2；以及相對(duì)于運(yùn)算放大器161與電流源P2并聯(lián)連接的感溫元件164。本變形例中的感溫元件164例如是感溫二極管。各NMOS晶體管的閾值電壓、電荷的移動(dòng)度一般來說具有負(fù)的溫度特性，此外，感溫二極管的電壓下降量(Vf)也具有負(fù)的溫度特性。因此，如圖10所示，在運(yùn)算放大器161的同相輸入端子上連接電流源P2以及感溫二極管，使運(yùn)算放大器161的輸出負(fù)反饋到反相輸入端子。由此，能夠與驅(qū)動(dòng)裝置100的溫度上升配合地使感測(cè)MOS晶體管Tr20以及主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的柵極電壓降低。即，能夠抑制溫度導(dǎo)致的IGBT200的柵極電壓的變化。另外，作為感溫元件164，不限定于感溫二極管。

(其他實(shí)施方式)

以上，說明了本申請(qǐng)的優(yōu)選的實(shí)施方式，但本申請(qǐng)完全沒有被上述的實(shí)施方式限制，能夠在不脫離本申請(qǐng)的主旨的范圍中，進(jìn)行各種變形而實(shí)施。

在上述的實(shí)施方式以及變形例中，作為功率開關(guān)元件而例示了IGBT200，但不限定于該例。例如，作為功率開關(guān)元件，關(guān)于功率MOS晶體管等也能夠應(yīng)用本申請(qǐng)。

此外，作為開關(guān)電路SW，例示了如圖3所示的電路結(jié)構(gòu)，但不限定于此。即，只要能夠基于延遲電路140的輸出來控制輸入端子IN和輸出端子OUT間的電流的通電以及斷路即可。

此外，在上述的實(shí)施方式以及變形例中，示出驅(qū)動(dòng)裝置100具有一個(gè)感測(cè)MOS晶體管Tr20的例子，但也可以形成多個(gè)感測(cè)MOS晶體管Tr20。在該情況下，形成多個(gè)與各感測(cè)MOS晶體管分別對(duì)應(yīng)的主MOS晶體管。此外，關(guān)于主MOS晶體管的數(shù)目，不限定于上述例子。

進(jìn)而，在上述的實(shí)施方式以及變形例中，示出了構(gòu)成感測(cè)MOS晶體管Tr20的單位MOS晶體管Tr16為1個(gè)的例子，但該數(shù)目沒有被限定。此外，示出了構(gòu)成主MOS晶體管(Tr10～Tr15)的單位MOS晶體管Tr16為8個(gè)的例子，但該數(shù)目沒有被限定。

上述的第三實(shí)施方式、變形例2以及變形例3的說明針對(duì)斷側(cè)電路記載了感測(cè)電流控制電路SC的變形，但還能夠應(yīng)用于通側(cè)電路110。

本申請(qǐng)遵照實(shí)施例而記述，但應(yīng)該理解本申請(qǐng)不限定于該實(shí)施例、構(gòu)造。本申請(qǐng)還包含各種變形例、等同范圍內(nèi)的變形。此外，各種組合、方式、進(jìn)而在它們中包含僅一要素、這以上、或這以下的其他組合、方式也落入本申請(qǐng)的范疇和思想范圍內(nèi)。