電流傳感器、逆變器電路以及具有其的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電流傳感器、逆變器電路以及具有其的半導(dǎo)體器件。該具有橫向半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底（1，21）、位于襯底（1，21）上的第一電極（12，29）、位于襯底（1，21）上的第二電極（13，28）以及位于襯底（1，21）中以將襯底（1，21）劃分為第一島和與該第一島電絕緣的第二島的隔離結(jié)構(gòu)（1d，21d，56）。橫向半導(dǎo)體元件包括位于第一島中的主單元以及位于第二島中的感測(cè)單元。主單元使第一電流在第一電極（12，29）和第二電極（13，28）之間流動(dòng)以使得第一電流沿著襯底（1，21）的表面在橫向方向上流動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)流經(jīng)感測(cè)單元的第二電流來(lái)檢測(cè)該第一電流。
【專利說(shuō)明】電流傳感器、逆變器電路以及具有其的半導(dǎo)體器件
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?01110154131.1、申請(qǐng)日為2011年6月3日、發(fā)明名稱為“電流傳感器、逆變器電路以及具有其的半導(dǎo)體器件”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及具有主單元(main cell)和用于檢測(cè)流經(jīng)所述主單元的電流的感測(cè)單元(sense cell)的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0003]與JP-A-8-34709相對(duì)應(yīng)的US5，253，156公開一種半導(dǎo)體集成電路，包括具有橫向絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的主單元以及用于檢測(cè)流經(jīng)該IGBT的發(fā)射極的電流的電流檢測(cè)器(以下將其稱為“感測(cè)單元”)。感測(cè)單元除了發(fā)射極的長(zhǎng)度之外具有與主單元的橫向IGBT相同結(jié)構(gòu)的橫向IGBT。IGBT耦合為電流鏡配置以使得流經(jīng)感測(cè)單元的IGBT的發(fā)射極的電流變得比流經(jīng)主單元的IGBT的發(fā)射極的電流小一取決于發(fā)射極的長(zhǎng)度之間的比值的預(yù)定比值。因而，能夠基于流經(jīng)感測(cè)單元的電流來(lái)檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。
[0004]然而，在US5，253，156中公開的半導(dǎo)體集成電路用于形成圖14所示的電路時(shí)，會(huì)出現(xiàn)以下缺點(diǎn)。
[0005]在圖14所示的電路中，基于流經(jīng)感測(cè)單元1001的電流來(lái)檢測(cè)流經(jīng)主單元1000的電流，并且基于電阻器Rs兩端的電壓來(lái)檢測(cè)流經(jīng)感測(cè)單元1001的電流。在增加電阻器Rs的電阻以增加電壓時(shí)，感測(cè)單元1001的發(fā)射極電勢(shì)增加。因此，電連接到發(fā)射極電極的P型主體(body)層的電勢(shì)增加。結(jié)果，P型主體層和η型漂移層之間的PN結(jié)被正向偏置，輸出(即電阻器Rs兩端的電壓)變得不穩(wěn)定。為了穩(wěn)定該輸出電壓，優(yōu)選應(yīng)該將輸出電壓限制為高達(dá)0.3伏特(V)。進(jìn)而，在將高電壓(例如從220V到600V)施加到集電極時(shí)，則輸出電壓會(huì)由于與該高電壓的耦合而具有誤差。
[0006]這樣的問(wèn)題會(huì)在除IGBT之外的半導(dǎo)體元件中發(fā)生。
[0007]另夕卜，圖14所示的這樣的電路被用來(lái)形成逆變器電路。例如，與JP-A-2009-268054相對(duì)應(yīng)的US2009/0057832公開一種通過(guò)使用分流電阻器來(lái)檢測(cè)該逆變器電路中的電流的方法。US2008/0246426中公開的方法涉及檢測(cè)該電流的值而非該電流的方向。優(yōu)選的，不僅檢測(cè)電流的值，而且還檢測(cè)電流的方向以便執(zhí)行電流的無(wú)傳感器正弦控制，如在與JP4396762相對(duì)應(yīng)的US2008/0246426中所公開的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]考慮到上面這些，本發(fā)明的目的在于提供一種具有逆變器電路以及用于檢測(cè)電流的值和方向的電流傳感器的半導(dǎo)體器件。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種具有橫向半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括:半導(dǎo)體襯底、位于襯底的表面上的第一電極、位于襯底的表面上的第二電極以及位于襯底中以將所述襯底劃分為第一島和第二島的隔離結(jié)構(gòu)。第一島和第二島由隔離結(jié)構(gòu)彼此電絕緣。橫向半導(dǎo)體元件包括位于第一島中的主單元以及位于第二島中的感測(cè)單元。主單元使第一電流在第一電極和第二電極之間流動(dòng)以使得第一電流沿著襯底的表面在橫向方向上流動(dòng)。通過(guò)檢測(cè)流經(jīng)感測(cè)單元的第二電流來(lái)檢測(cè)第一電流。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種具有用于對(duì)至負(fù)載的電流供應(yīng)進(jìn)行控制的橫向IGBT的半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括具有第一導(dǎo)電類型的漂移層的半導(dǎo)體襯底、位于漂移層的表面部分中并且具有縱向方向的第二導(dǎo)電類型的集電極區(qū)、位于漂移層的表面部分中并且具有與集電極區(qū)并行延伸的直部的第二導(dǎo)電類型的溝道層，以及位于溝道層的表面部分中并且端接在集電極區(qū)的內(nèi)部的發(fā)射極區(qū)。發(fā)射極區(qū)具有沿縱向方向延伸的直部。半導(dǎo)體器件還包括位于溝道層的溝道區(qū)上的柵極絕緣層。溝道區(qū)位于發(fā)射極區(qū)和漂移層之間。半導(dǎo)體器件還包括位于柵極絕緣層上的柵極電極、電連接到集電極區(qū)的第一電極，以及電連接到發(fā)射極區(qū)和溝道層的第二電極。劃分發(fā)射極區(qū)以形成主單元和感測(cè)單元，所述主單元和感測(cè)單元均具有橫向IGBT。配置主單元的橫向IGBT以對(duì)至負(fù)載的電流供應(yīng)進(jìn)行控制。感測(cè)單元的橫向IGBT與主單元的橫向IGBT在結(jié)構(gòu)上相同并且配置作為電流檢測(cè)器。主單元位于感測(cè)單元的每一側(cè)上以使得感測(cè)單元在縱向方向上位于所述主單元中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，一種用于檢測(cè)連接到負(fù)載的電流路徑中的電流的電流傳感器，所述電流傳感器包括位于電流路徑中并且導(dǎo)通和截止以控制所述電流的功率元件。在功率元件導(dǎo)通時(shí)，所述電流沿正向方向流經(jīng)功率元件。所述電流傳感器還包括位于電流路徑中并且與所述功率元件反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管。在功率元件由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，所述電流沿反向方向流經(jīng)續(xù)流二極管。所述電流傳感器還包括第一感測(cè)單元，其連接到功率元件以使得流經(jīng)第一感測(cè)單元的電流與流經(jīng)功率元件的電流成比例。所述電流傳感器還包括與第一感測(cè)單元串聯(lián)連接的第一感測(cè)電阻器。所述電流傳感器還包括第二感測(cè)單元，其連接到續(xù)流二極管以使得流經(jīng)第二感測(cè)單元的電流與流經(jīng)續(xù)流二極管的電流成比例。所述電流傳感器還包括與所述第二感測(cè)單元串聯(lián)連接的第二感測(cè)電阻器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]根據(jù)以下說(shuō)明和附圖，上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，附圖中相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。在附圖中:
[0013]圖1所示為沿著圖2的線1-1提取的截面圖；
[0014]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0015]圖3所示為沿著圖4中的線II1-1II提取的截面圖；
[0016]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0017]圖5是說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的電路配置的視圖；
[0018]圖6A-6C是說(shuō)明圖5所示的電路中的電流流動(dòng)的視圖；
[0019]圖7是說(shuō)明圖5所示的電路中的電流和電壓的圖；
[0020]圖8是說(shuō)明橫向IGBT的集電極電流-電壓特性的曲線圖；
[0021]圖9是說(shuō)明流經(jīng)感測(cè)單元的電流Isense和相對(duì)于集電極電流的感測(cè)電阻器兩端的輸出電壓的曲線圖；
[0022]圖10所示為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0023]圖11所示為圖10的放大圖；[0024]圖12所示為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0025]圖13所示為沿著圖12中的線XII1-XIII提取的截面圖；
[0026]圖14是說(shuō)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體器件的電路配置的視圖；
[0027]圖15A所示為沿著圖16中的線XVA-XVA提取的截面圖，并且圖15B所示為沿著圖16中的線XVB-XVB提取的截面圖；
[0028]圖16所示為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0029]圖17所示為沿著圖18中的線XVI1-XVII提取的截面圖；
[0030]圖18所示為根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0031]圖19所示為圖18的放大圖；
[0032]圖20所示為根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0033]圖21所示為根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0034]圖22所示為根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的逆變器電路的電路圖；
[0035]圖23所示為其中集成有逆變器電路的半導(dǎo)體器件的俯視圖；
[0036]圖24A所示為沿著圖23中的線XXIVA-XXIVA提取的截面圖，并且圖24B所示為沿著圖23中的線XXIVB-XXIVB提取的截面圖；
[0037]圖25是逆變器電路的底部開關(guān)的電路圖；
[0038]圖26A-26C是說(shuō)明底部開關(guān)中的電流流動(dòng)的視圖；
[0039]圖27A所示為當(dāng)電機(jī)電流和感應(yīng)電壓同相時(shí)功率的波形圖，圖27B所示為當(dāng)電機(jī)電流和感應(yīng)電壓異相時(shí)功率的波形圖；
[0040]圖28所示為電機(jī)電流、電機(jī)電流隨著時(shí)間的改變、以及感應(yīng)電壓三者的波形圖；
[0041]圖29所示為電流檢測(cè)時(shí)序和電流改變檢測(cè)時(shí)序的時(shí)序圖；
[0042]圖30是實(shí)現(xiàn)以圖29的時(shí)序檢測(cè)電機(jī)電流以及該電機(jī)電流的改變的相位檢測(cè)電路的方框圖；
[0043]圖31所示為基準(zhǔn)電壓的波形圖；
[0044]圖32是電源轉(zhuǎn)換器的電路圖；以及
[0045]圖33是該電源轉(zhuǎn)換器的時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046](第一實(shí)施例)
[0047]以下參照?qǐng)D1和圖2描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有橫向絕緣柵雙極晶體管(IGBT)的半導(dǎo)體器件。
[0048]圖1是沿著圖2中的線1-1提取的截面圖，并且圖2是該半導(dǎo)體器件的俯視圖。盡管圖2不是截面圖，但是出于容易理解目的，圖2部分以影線繪出。
[0049]根據(jù)第一實(shí)施例，如圖1所示，通過(guò)使用硅上絕緣體(SOI)襯底I形成橫向IGBT。在SOI襯底I中形成主單元和感測(cè)單元。主單元具有被導(dǎo)通和截止以向諸如電機(jī)的電負(fù)載(未示出)供應(yīng)電流的橫向IGBT。感測(cè)單元具有用于檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流的橫向IGBT。感測(cè)單元的IGBT與主單元的IGBT具有相同的結(jié)構(gòu)。
[0050]SOI襯底I包括支撐襯底la、位于支撐襯底Ia上的掩埋氧化物(BOX)層lb、以及位于BOX層Ib上的有源層lc。例如，支撐襯底Ia可以是硅襯底。根據(jù)第一實(shí)施例，有源層Ic用作η型漂移層I。主單元和感測(cè)單元的橫向IGBT的每一個(gè)部分形成在漂移層2的表面部分中。
[0051]BOX層Ib的厚度以及有源層Ic (即漂移層2)的厚度和雜質(zhì)濃度并不限于特定值并且可以取決于半導(dǎo)體器件的期望用途而改變。例如，為了實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓，優(yōu)選，BOX層Ib的厚度為4微米(μ m)或者更多。為了確保600V或者更大的擊穿電壓，優(yōu)選的，BOX層Ib的厚度為5μπι或者更多。為了確保600V或者更大的擊穿電壓，優(yōu)選的，如果有源層Ic的厚度為15 μ m或者更多，則有源層Ic具有從lX1014cm_3到1.2 X 1015cm_3的η型雜質(zhì)濃度。為了確保600V或者更大的擊穿電壓，優(yōu)選的是，如果有源層Ic的厚度為20 μ m,則有源層Ic具有從I X IO14CnT3到8 X IO14CnT3的η型雜質(zhì)濃度。
[0052]在有源層Ic中生成溝槽結(jié)構(gòu)Id以將該有源層Ic劃分為彼此電絕緣的多個(gè)島(island)。主單元和感測(cè)單元位于不同的島中并且因而彼此電絕緣。例如，可以通過(guò)形成延伸經(jīng)過(guò)有源層Ic至BOX層Ib的溝槽，通過(guò)熱氧化在該溝槽的內(nèi)表面上形成氧化物層，并且然后通過(guò)使用多晶硅等填充該溝槽來(lái)形成溝槽結(jié)構(gòu)Id。
[0053]在漂移層2的表面上形成LOCOS (局部硅氧化)氧化物層3。橫向IGBT的部分通過(guò)LOCOS氧化物層3彼此電絕緣。P+型集電極區(qū)4形成在漂移層2的表面部分中并且暴露在LOCOS氧化物層3的外部。集電極區(qū)4具有與SOI襯底I的表面平行的縱向方向。集電極區(qū)4由η型緩沖層5圍繞。緩沖層5具有大于漂移層2的雜質(zhì)濃度。
[0054]P溝道阱層6、η+型發(fā)射極區(qū)7、ρ+型接觸層8、以及ρ型主體層9形成在漂移層2的表面部分中并且暴露在LOCOS氧化物層3的外部。阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8、以及主體層9設(shè)置在集電極區(qū)4周圍。
[0055]阱層6的表面部分用作溝道區(qū)。例如，阱層6可以具有2 μ m或者更小的厚度以及6ym或者更小的寬度。如圖2所示，阱層6具有沿著集電極區(qū)4 (以及下面描述的集電極電極12)的縱向方向延伸的直部。阱層6圓形地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍以使得集電極區(qū)4由講層6圍繞。
[0056]發(fā)射極區(qū)7形成在阱層6的表面部分中并且在阱層6的內(nèi)部端接。發(fā)射極區(qū)7沿著集電極區(qū)4的縱向方向延伸。根據(jù)第一實(shí)施例，如圖2所示，一個(gè)發(fā)射極區(qū)7位于接觸層8 (以及主體層9)的每一側(cè)上。發(fā)射極區(qū)7具有筆直的形狀并且定位為除了沿縱向方向的集電極區(qū)4的端部(即倒圓角部分)之外與集電極區(qū)4平行。
[0057]接觸層8將阱層6固定到發(fā)射極電勢(shì)并且具有比阱層6大的雜質(zhì)濃度。如圖2所示，接觸層8具有沿著集電極區(qū)4 (以及集電極電極12)的縱向方向延伸的直部。接觸層8圓形地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍以使得集電極區(qū)4由接觸層8圍繞。主體層9降低了由從集電極流到發(fā)射極的霍爾電流產(chǎn)生的壓降。主體層9具有沿著集電極區(qū)4 (以及集電極電極12)的縱向方向延伸的直部。主體層9圓形地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍以使得集電極區(qū)4由主體層9圍繞。主體層9降低或者阻止由發(fā)射極區(qū)7、阱層6和漂移層2構(gòu)成的寄生npn晶體管的操作。因而，能夠改善截止時(shí)間。按照這種方式，阱層6、接觸層8以及主體層9同心地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍。
[0058]在每一個(gè)單元中，如圖2所示，阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9設(shè)置在集電極區(qū)4的每一側(cè)上。這些單元彼此鄰近以使得兩組阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9能夠位于相鄰單元的集電極區(qū)4之間。[0059]柵極電極11經(jīng)由柵極絕緣層10位于阱層6的表面上。例如，柵極電極11可以由摻雜多晶硅制成。通過(guò)向柵極電極11施加電壓，阱層6的表面部分變?yōu)闇系绤^(qū)。
[0060]集電極電極12位于集電極區(qū)4上并且電連接到集電極區(qū)4。發(fā)射極電極13位于發(fā)射極區(qū)7和接觸層8上并且電連接到發(fā)射極區(qū)7和接觸層8。
[0061]進(jìn)而，根據(jù)第一實(shí)施例，用作場(chǎng)板(field plate)的電阻器層14形成在集電極和柵極之間的LOCOS氧化物層3上。例如，電阻器層14可以由摻雜多晶硅制成。電阻器層14用于在集電極和柵極之間維持一致的電勢(shì)梯度。具體地說(shuō)，如圖2所示，電阻器層14具有螺旋形狀并且纏繞在集電極電極12周圍。電阻器層14在一端電連接到集電極電極12并且在另一端電連接到柵極電極11。由于電阻器層14的內(nèi)部電阻產(chǎn)生的壓降，電阻器電極14的電勢(shì)隨著與集電極電極12的距離而逐漸降低。因而，電阻器層4中的電勢(shì)梯度可以保持一致。因此，位于電阻器層4下方橫貫LOCOS氧化物層3的漂移層2中的電勢(shì)梯度可以維持一致。因而，由非一致電勢(shì)梯度產(chǎn)生的電場(chǎng)集中(concentration)減小,從而能夠提高擊穿電壓。進(jìn)而，碰撞電離被減小，從而能夠減小截止時(shí)間的增加。
[0062]如圖2所示，多個(gè)橫向IGBT在集電極區(qū)4的與縱向方向垂直的寬度方向上并排設(shè)置，每一個(gè)橫向IGBT從頂部觀察具有橢圓形狀。在圖2的示例中，將最外側(cè)的橫向IGBT配置為感測(cè)單元，并且將其它橫向IGBT配置為主單元。主單元和感測(cè)單元位于由溝槽結(jié)構(gòu)Id電絕緣的不同島中。因而,主單元和感測(cè)單元彼此電絕緣。
[0063]根據(jù)第一實(shí)施例的橫向IGBT按照以下進(jìn)行操作。在向柵極電極11施加預(yù)定電壓時(shí)，在位于發(fā)射極區(qū)7和漂移層2之間的柵極電極11下方的阱層6的表面部分中出現(xiàn)溝道區(qū)。電子從發(fā)射極電極13和發(fā)射極區(qū)7經(jīng)過(guò)溝道區(qū)流入漂移層2中。因此，空穴經(jīng)過(guò)集電極電極12和集電極區(qū)4流入漂移層2中。因而，在漂移層2中產(chǎn)生電導(dǎo)調(diào)制以使得大電流能夠在發(fā)射極和集電極之間流動(dòng)。按照這種方式，橫向IGBT操作。
[0064]根據(jù)第一實(shí)施例，主單元和感測(cè)單元的IGBT在結(jié)構(gòu)上相同并且耦合為電流鏡配置以使得流經(jīng)感測(cè)單元的IGBT的發(fā)射極的電流變得比流經(jīng)主單元的IGBT的發(fā)射極的電流小一取決于IGBT的面積之間的比值的預(yù)定比值(具體地說(shuō)是發(fā)射極的長(zhǎng)度之間的比值)。因而，能夠基于流經(jīng)感測(cè)單元的電流檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。通過(guò)檢測(cè)連接在主單元和感測(cè)單元的發(fā)射極之間的感測(cè)電阻器Rs兩端的電壓來(lái)檢測(cè)流經(jīng)感測(cè)單元的電流。
[0065]假設(shè)橫向IGBT用作將100V或者更大的高壓施加到其集電極的高擊穿電壓器件，在切換操作期間集電極電勢(shì)在OV和100V之間改變。由于與高壓耦合，在用于電流檢測(cè)的輸出端子處感生出噪聲。因此，難于精確地檢測(cè)電流。在增加感測(cè)電阻器Rs的電阻以增加感測(cè)電阻器Rs兩端的電壓時(shí)，形成在主體層9和漂移層2之間的PN結(jié)被正向偏置。結(jié)果，寄生晶體管操作，從而使得輸出(即電阻器Rs兩端的電壓)變得不穩(wěn)定。進(jìn)而，由于電阻器層14的電勢(shì)在切換操作期間改變，因此電阻器層14會(huì)起到噪聲源的作用。因此，難于精確地檢測(cè)電流。
[0066]為了克服上述問(wèn)題，根據(jù)第一實(shí)施例，主單元和感測(cè)單元通過(guò)溝槽結(jié)構(gòu)Id彼此電絕緣。按照這樣的方案，即使在將100V或者更大的高壓施加到主單元的集電極時(shí)，也能夠降低或者防止輸出端子處感生出的噪聲。進(jìn)而，即使在感測(cè)單元的發(fā)射極電勢(shì)由于流經(jīng)感測(cè)電阻器Rs的電流而升高時(shí)，寄生晶體管由于主單元和感測(cè)單元之間的電絕緣而不起作用。出于相同原因，電阻器層14無(wú)法起到噪聲源的作用。因此，即使在橫向IGBT用作高擊穿電壓器件時(shí)，也能夠精確地檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。
[0067]應(yīng)注意，通過(guò)增加流經(jīng)感測(cè)單元的電流量能夠提高噪聲電阻。例如，在感測(cè)單元的面積為主單元面積的五分之一到百分之一時(shí)，流經(jīng)感測(cè)單元的電流量變大到足以確保高噪聲電阻。
[0068](第二實(shí)施例)
[0069]以下參照?qǐng)D3和圖4描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。第一實(shí)施例和第二實(shí)施例之間的區(qū)別在于形成橫向續(xù)流(freewheeling) 二極管(FWD)來(lái)代替橫向IGBT。
[0070]圖3是沿著圖4中的線II1-1II提取的截面圖，并且圖4是根據(jù)第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖。盡管圖4不是截面圖，但是為了容易理解，圖4部分以影線繪出。
[0071]根據(jù)第二實(shí)施例，如圖3所示，通過(guò)使用硅上絕緣體(SOI)襯底21形成橫向FWD。SOI襯底21與第一實(shí)施例的SOI襯底I的結(jié)構(gòu)相同。具體地說(shuō)，SOI襯底21包括支撐襯底21a、位于支撐襯底21a上的掩埋氧化物(BOX)層21b、以及位于BOX層21b上的有源層21c。有源層21c用作η型陰極層22。橫向FWD的每一個(gè)部分形成在陰極層22中。延伸經(jīng)過(guò)有源層21c至BOX層21b的溝槽結(jié)構(gòu)21d形成在有源層21c中，以將有源層21c劃分為彼此電絕緣的多個(gè)島。溝槽結(jié)構(gòu)21d與第一實(shí)施例的溝槽結(jié)構(gòu)Id的結(jié)構(gòu)相同。主單元和感測(cè)單元位于不同的島中。
[0072]如圖3所示，LOCOS氧化物層23形成在陰極層22的表面上。橫向FWD的部分通過(guò)LOCOS氧化物層23彼此電絕緣。n+型接觸層24和η型緩沖層25形成在陰極層22的表面部分中并且暴露在LOCOS氧化物層23的外部。接觸層24和緩沖層25具有與SOI襯底21的表面平行的縱向方向。接觸層24和緩沖層25由ρ型陽(yáng)極層26和ρ+型接觸層27圍繞。
[0073]陰極電極28和陽(yáng)極電極29形成在SOI襯底21的表面上。陰極電極28電連接到接觸層24。陽(yáng)極電極29電連接到接觸層27和陽(yáng)極層26。進(jìn)而，電阻器層30形成在陽(yáng)極和陰極之間的LOCOS氧化物層23上。例如，電阻器層30可以由摻雜多晶硅制成。電阻器層30用于在陽(yáng)極和陰極之間維持一致的電勢(shì)梯度。具體地說(shuō)，如圖4所示，電阻器層30具有螺旋形狀并且纏繞在陰極電極28周圍。電阻器層30在一端電連接到陰極電極28并且在另一端電連接到陽(yáng)極電極29。由于由電阻器層30的內(nèi)部電阻產(chǎn)生的壓降，電阻器層30的電勢(shì)隨著與陰極電極28的距離而逐漸降低。因而，能夠?qū)㈦娮杵鲗?0中的電勢(shì)梯度維持一致。因此，能夠?qū)⑽挥陔娮杵鲗?0下方貫穿LOCOS氧化物層23的有源層21c中的電勢(shì)梯度維持一致。
[0074]如上所述，根據(jù)第二實(shí)施例，主單元的FWD和感測(cè)單元的FWD位于由溝槽結(jié)構(gòu)21d彼此電絕緣的不同島中。例如，感測(cè)電阻器Rs可以連接在主單元和感測(cè)單元的陽(yáng)極之間，并且主單元和感測(cè)單元的陰極可以連接到一起。按照這樣的方案，能夠通過(guò)基于感測(cè)電阻器Rs兩端的電壓檢測(cè)流經(jīng)感測(cè)單元的電流來(lái)檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。
[0075]即使在將100V或者更大的高壓施加到主單元的陰極時(shí)，也能夠降低或者防止用于電流檢測(cè)的輸出端子處感生出的噪聲。進(jìn)而，即使在感測(cè)單元的陽(yáng)極電勢(shì)由于流經(jīng)感測(cè)電阻器Rs的電流而升高時(shí)，由于主單元和感測(cè)單元之間的電絕緣，寄生晶體管不起作用。出于相同原因，電阻器層30無(wú)法起到噪聲源的作用。因此，即使在橫向FWD用作高擊穿電壓器件時(shí)，也能夠精確地檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。
[0076](第三實(shí)施例)[0077]以下參照?qǐng)D5描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件。第三實(shí)施例與前述實(shí)施例的區(qū)別在于根據(jù)第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件具有橫向IGBT和橫向FWD 二者。橫向IGBT和橫向FWD的結(jié)構(gòu)與第一和第二實(shí)施例中的相同。圖5說(shuō)明了具有橫向IGBT和橫向FWD 二者的半導(dǎo)體器件的電路配置的示例。
[0078]如圖5所示,橫向IGBT包括主單元40和感測(cè)單元41,并且橫向FWD包括主單元42和感測(cè)單元43。感測(cè)單元41，43分別連接到感測(cè)電阻器Rsl，Rs2。具體地說(shuō)，橫向IGBT的主單元40的集電極和發(fā)射極分別電連接到橫向FWD的主單元42的陰極和陽(yáng)極。橫向IGBT的感測(cè)單元41的發(fā)射極連接到感測(cè)電阻器Rsl，并且橫向FWD的感測(cè)單元43的陽(yáng)極連接到感測(cè)電阻器Rs2。按照這種方式，橫向IGBT和橫向FWD并聯(lián)連接以提供用于導(dǎo)通和截止至連接到該電路的電負(fù)載的電流供應(yīng)的電路。例如，圖5所示的電路可以用于驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的逆變器電路的每一個(gè)開關(guān)。
[0079]圖5所示的電路配置為檢測(cè)流經(jīng)通往橫向IGBT或者橫向FWD的電流路徑的電流的幅值和方向。進(jìn)而，該電路檢測(cè)該電流路徑中的過(guò)流條件。例如，通過(guò)使用微計(jì)算機(jī)(未示出)等等，根據(jù)感測(cè)電阻器Rsl，Rs2的輸出電壓VI，V2能夠檢測(cè)電流的幅值和方向以及過(guò)電流條件。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制施加到橫向IGBT的柵極的電壓。例如，在檢測(cè)到過(guò)電流條件時(shí)，橫向IGBT截止，從而能夠保護(hù)逆變器電路和三相電機(jī)避免故障。
[0080]以下參照?qǐng)D6A-6C描述檢測(cè)流經(jīng)通往橫向IGBT或者橫向FWD的電流路徑的電流的幅值和方向的方法。在此，假設(shè)該電路用于逆變器電路的每一個(gè)開關(guān)。在每一個(gè)開關(guān)中，電流按照下面流動(dòng)。
[0081]在橫向IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流從橫向IGBT的集電極流到發(fā)射極，如圖6A所示。因此，沒(méi)有電流流經(jīng)橫向FWD。
[0082]然后，在橫向IGBTA由導(dǎo)通而變?yōu)榻刂箷r(shí)，反向恢復(fù)電流流經(jīng)橫向FWD，如圖6B所示。因此，沒(méi)有電流流經(jīng)橫向IGBT，并且恢復(fù)電流從橫向FWD的陽(yáng)極流到陰極。
[0083]然后，在經(jīng)過(guò)某一時(shí)間段之后，恢復(fù)電流變?yōu)榱恪＝Y(jié)果，沒(méi)有電流流經(jīng)橫向IGBT和橫向FWD，如圖6C所示。按照下面檢測(cè)每一個(gè)開關(guān)中的這種電流流動(dòng)。
[0084]參照?qǐng)D5和圖6A，在主單元40的橫向IGBT導(dǎo)通時(shí)，感測(cè)單元41的橫向IGBT導(dǎo)通，以使得電流能夠流經(jīng)感測(cè)電阻器Rsl。通過(guò)從由諸如電池的電源施加的高壓中減去感測(cè)單元41的橫向IGBT的導(dǎo)通電壓來(lái)計(jì)算在位于感測(cè)單元41的橫向IGBT和感測(cè)電阻器Rsl之間的節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)的輸出電壓VI。因此，輸出電壓Vl具有正值。另一方面，由于沒(méi)有電流流經(jīng)橫向FWD，因此在位于感測(cè)單元43的橫向FWD與感測(cè)電阻器Rs2之間的節(jié)點(diǎn)處出現(xiàn)的輸出電壓V2變?yōu)榱?。因此，能夠基于輸出電壓Vl檢測(cè)電流路徑中電流的幅值(絕對(duì)值)。進(jìn)而，在輸出電壓Vl具有正值時(shí)，輸出電壓V2為零，檢測(cè)到電流沿正向方向從高壓側(cè)流動(dòng)到低壓側(cè)。
[0085]接下來(lái)，參照?qǐng)D5和圖6B，在主單元40的橫向IGBT由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，感測(cè)單元41的橫向IGBT同時(shí)截止，以使得沒(méi)有電流流經(jīng)感測(cè)電阻器Rsl。結(jié)果，輸出電壓Vl變?yōu)榱?。在主單?0和感測(cè)單元41的橫向IGBT截止時(shí)，反向恢復(fù)電流流經(jīng)主單元42和感測(cè)單元43的橫向FWD。因此，通過(guò)從地電壓減去感測(cè)電阻器Rs2兩端的電壓來(lái)計(jì)算輸出電壓V2。因此，輸出電壓V2具有負(fù)值。因此，能夠基于輸出電壓V2來(lái)檢測(cè)電流路徑中電流的幅值(絕對(duì)值)。進(jìn)而，在輸出電壓Vl為零，并且輸出電壓V2具有負(fù)值時(shí)，檢測(cè)到電流沿反向方向從低壓側(cè)流動(dòng)到高壓側(cè)。
[0086]然后，參照?qǐng)D5和圖6C，在主單元40和感測(cè)單元41的橫向IGBT截止之后經(jīng)過(guò)某一時(shí)間段時(shí)，恢復(fù)電流的流動(dòng)停止。結(jié)果，輸出電壓Vl和輸出電壓V2均變?yōu)榱?。因此，在輸出電壓Vl和輸出電壓V2都為零時(shí)，檢測(cè)到?jīng)]有電流流動(dòng)。
[0087]圖7所示為開關(guān)中的總電流1、輸出電壓V1、輸出電壓V2和總電壓V (=V1+V2)的波形圖。從圖7可以看出，輸出電壓Vl、輸出電壓V2或者總電壓V的極性在總電流I的過(guò)零點(diǎn)處改變。進(jìn)而，輸出電壓V1、輸出電壓V2或者總電壓V隨著總電流I的增加而增加。而且，輸出電壓V1、輸出電壓V2或者總電壓V隨著總電流I的降低而降低。因此，能夠精確地檢測(cè)總電流I的幅值和方向。
[0088]通過(guò)增加感測(cè)電阻器Rsl，Rs2的電阻，輸出電壓V1，V2可以增加到主單元40的橫向IGBT的導(dǎo)通電壓或者主單元42的橫向FWD的正向電壓Vf。在此，假設(shè)橫向IGBT具有如圖8所示的集電極電流-電壓特性，主單元40和感測(cè)單元41之間的鏡比(mirror ratio)為1/70，并且感測(cè)電阻器Rsl的電阻為1000歐姆(Ω)。在這種情況下，能夠給出如圖9所示的集電極電流Ic和流經(jīng)感測(cè)單元41的每一個(gè)電流Isense與輸出電壓Vl之間的關(guān)系。根據(jù)圖9可以理解，代表集電極電流Ic和輸出電壓Vl之間關(guān)系的曲線的斜率保持為正，至少直到輸出電壓Vl達(dá)到IV為止。出于相同原因，通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)主單元42和感測(cè)單元43之間的鏡比以及感測(cè)電阻器Rs2的電阻，代表流經(jīng)橫向FWD的電流和輸出電壓V2之間關(guān)系的曲線(未示出)的斜率保持為正，至少直到輸出電壓V2達(dá)到IV為止。因此，輸出電壓VI，V2能夠增加到至少0.7V,其為p-n結(jié)的正向電壓(即橫向IGBT的導(dǎo)通電壓或者橫向FWD的正向電壓Vf )。因而，能夠基于大輸出電壓VI，V2精確地檢測(cè)電流。
[0089]如上所述，根據(jù)第三實(shí)施例，可以利用第一實(shí)施例的橫向IGBT以及第二實(shí)施例的橫向FWD形成用于驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的逆變器電路的開關(guān)。因而，能夠精確地檢測(cè)所述開關(guān)中的電流幅值。
[0090](第四實(shí)施例)
[0091]以下參照?qǐng)D10描述根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的逆變器電路。利用第三實(shí)施例的電路構(gòu)造所述逆變器電路。
[0092]圖10是具有逆變器電路的半導(dǎo)體器件的俯視圖。該逆變器電路基于從諸如電池的主電源(未示出)供應(yīng)的高壓(例如288伏特)來(lái)驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)(未示出)。逆變器電路集成在半導(dǎo)體器件中，從而能夠?qū)⒃摪雽?dǎo)體器件配置為單片逆變器驅(qū)動(dòng)器1C。具體地說(shuō)，在驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)時(shí)，外部微計(jì)算機(jī)(未示出)以能夠?qū)⒔涣麟娏鬏喠鞴?yīng)到三相電機(jī)的每一相的方式控制逆變器電路。
[0093]該逆變器電路形成在SOI襯底中并且包括逆變器輸出電路50、控制電路51。逆變器輸出電路50包括彼此并聯(lián)連接的三個(gè)相腳(phase leg)。逆變器輸出電路50的u相腳由頂部開關(guān)50a和與頂部開關(guān)50a串聯(lián)連接的底部開關(guān)50b構(gòu)成。逆變器輸出電路50的V相腳由頂部開關(guān)50c以及與頂部開關(guān)50c串聯(lián)連接的底部開關(guān)50d構(gòu)成。逆變器輸出電路50的w相腳由頂部開關(guān)50e以及與頂部開關(guān)50e串聯(lián)連接的底部開關(guān)50f構(gòu)成?？刂齐娐?1控制六個(gè)開關(guān)50a-50f。
[0094]在圖10的從左到右方向上交替設(shè)置頂部開關(guān)50a、50c和50e以及底部開關(guān)50b、50d和50f。具體地說(shuō)，在圖10所示的示例中，按照?qǐng)D10中從左到右的順序設(shè)置底部開關(guān)50b、頂部開關(guān)50a、頂部開關(guān)50c、底部開關(guān)50d、底部開關(guān)50f和頂部開關(guān)50e。開關(guān)50a-50f分別具有主單元52a-52f、感測(cè)單元53a_53f、主單元54a_54f以及感測(cè)單元55a-55f。主單元52a-52f以及感測(cè)單元53a_53f是橫向IGBT。主單元54a_54f以及感測(cè)單元55a-55f是橫向FWD。主單元52a_52f、感測(cè)單元53a_53f、主單元54a_54f、感測(cè)單元55a-55f以及控制電路51由溝槽結(jié)構(gòu)56彼此絕緣。溝槽結(jié)構(gòu)56與第一和第二實(shí)施例中的溝槽結(jié)構(gòu)ld，21d在結(jié)構(gòu)上相同。
[0095]以下描述開關(guān)50a_50f的詳細(xì)布局。按照相同的方式布局每一個(gè)開關(guān)50a-50f。在下面的討論中，以頂部開關(guān)50a作為示例。在頂部開關(guān)50a中，在圖10的從頂部到底部的方向上并排設(shè)置多個(gè)主單元52a以形成橫向IGBT主單元組，每一個(gè)主單元具有橢圓形狀。同樣，在圖10的從頂部到底部的方向上并排設(shè)置多個(gè)主單元54a以形成橫向FWD主單元組,每一個(gè)主單元具有橢圓形狀。在圖10的從頂部到底部的方向上,橫向IGBT主單元組與橫向FWD主單元組間隔分開。感測(cè)單元53a、感測(cè)單元55a、感測(cè)電阻器Rsl，Rs2以及緩沖電路56a在圖10的從頂部到底部的方向上位于橫向IGBT主單元組和橫向FWD主單元組之間。緩沖電路56a用于放大輸出電壓VI，V2。進(jìn)而，在從左到右的方向上感測(cè)單元53a、感測(cè)單元55a、感測(cè)電阻器Rsl，Rs2以及緩沖電路56a設(shè)置成一行，以使得感測(cè)電阻器Rsl，Rs2位于感測(cè)單元53a和感測(cè)單元55a之間。
[0096]按照這種方式，第三實(shí)施例的逆變器電路的每一個(gè)開關(guān)50a_50f由第一實(shí)施例的橫向IGBT以及第二實(shí)施例的橫向FWD構(gòu)成。在開關(guān)50a-50f中，分別沿從頂部到底部的方向設(shè)置主單元52a-52f、感測(cè)單元53a-53f、主單元54a_54f、感測(cè)單元55a_55f、感測(cè)電阻器Rsl，Rs2以及緩沖電路56a-56f。按照這樣的方案，能夠盡可能大地降低芯片尺寸。因此，能夠盡可能大地降低布線長(zhǎng)度。
[0097]進(jìn)而，感測(cè)單元53a_53f、感測(cè)單元55a_55f、感測(cè)電阻器Rsl，Rs2以及緩沖電路56a-56f分別在從左到右的方向上設(shè)置成一行。因而，能夠有效降低芯片尺寸和布線長(zhǎng)度。優(yōu)選的是，感測(cè)電阻器Rsl，Rs2可以在從左到右的方向上位于感測(cè)單元53a-53f與感測(cè)單元55a-55f之間。
[0098]進(jìn)而，感測(cè)單元53a_53f、感測(cè)單元55a_55f、感測(cè)電阻器Rsl，Rs2以及緩沖電路56a-56f在從頂部到底部的方向上分別位于主單元52a-52f以及主單元54a_54f之間。按照這樣的方案，能夠有效降低芯片尺寸和布線長(zhǎng)度。
[0099]圖11是圖10的局部放大圖，示出每一個(gè)開關(guān)50a_50f中的布線布局。盡管圖11不是截面圖，但是為了容易理解，圖11部分以影線繪出。在每一個(gè)開關(guān)50a-50f中，按照相同的方式對(duì)布線進(jìn)行布局。在下面的討論中，以頂部開關(guān)50a作為示例。
[0100]如圖11所示，主單元52a的發(fā)射極引線57和集電極引線58在與設(shè)置主單元52a的方向垂直的方向上延伸。同樣，主單元54a的陽(yáng)極引線59和陰極引線60在與設(shè)置主單元54a的方向垂直的方向上延伸。公共負(fù)引線61位于主單元52a的一側(cè)并且與設(shè)置主單元52a的方向并行延伸。公共負(fù)引線61連接到發(fā)射極引線57和陽(yáng)極引線59。公共正引線62位于主單元52a的另一側(cè)并且與設(shè)置主單元52a的方向并行延伸。公共正引線62連接到集電極引線58和陰極引線60。
[0101]第一引線64位于由發(fā)射極引線57、集電極引線58、陽(yáng)極引線59、陰極引線60、公共負(fù)引線61和公共正引線62包圍的空間中。感測(cè)單元53a、感測(cè)單元55a、感測(cè)電阻器RsI，Rs2時(shí)以及緩沖電路56a由第一引線64連接到一起。第二引線65位于所述空間中并且將感測(cè)電阻器Rsl連接到發(fā)射極引線57。因而，感測(cè)電阻器Rsl經(jīng)過(guò)第二引線65和發(fā)射極引線57連接到公共負(fù)引線61。第三引線66位于所述空間中并且將所述感測(cè)電阻器Rs2連接到陽(yáng)極引線59。因而，感測(cè)電阻器Rs2經(jīng)過(guò)第三引線66和陽(yáng)極引線59連接到公共負(fù)引線61。
[0102]在每一個(gè)開關(guān)50a_50f中，按照上述方式對(duì)布線進(jìn)行布局。因而，能夠盡可能大地降低布線長(zhǎng)度，從而能夠降低由于噪聲導(dǎo)致的故障。具體地說(shuō)，感測(cè)電阻器Rsl，Rs2能夠通過(guò)最短路徑電連接到每一個(gè)主單元52a-52f的發(fā)射極引線57以及每一個(gè)主單元54a_54f的陽(yáng)極引線59。因而，降低了噪聲，從而能夠降低故障。進(jìn)而，由于感測(cè)單元53a-53f和感測(cè)單元55a-55f位于主單元52a-52f和主單元54a_54f之間，因此發(fā)射極弓I線57、集電極弓I線58、陽(yáng)極引線59、和陰極引線60能夠通過(guò)最短的路徑經(jīng)由公共負(fù)和正引線61，62連接。
[0103]例如，在控制電路51具有比較器時(shí)，該比較器可以僅利用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)形成。與利用雙極晶體管形成的比較器相比較，利用CMOS形成的比較器具有大的偏移電壓。因此，在控制電路51的比較器僅利用CMOS形成時(shí)，能夠精確地檢測(cè)電流的極性改變。
[0104](第五實(shí)施例)
[0105]以下參照?qǐng)D12和圖13描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。第五實(shí)施例與第一實(shí)施例類似。第五實(shí)施例與第一實(shí)施例的區(qū)別如下。
[0106]圖12是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的俯視圖。圖13是沿著圖12中的線XII1-XIII提取的截面圖。應(yīng)注意，沿著圖12中的線1-1提取的截面圖與圖1所示的截面圖相同。
[0107]與第一實(shí)施例類似，根據(jù)第一實(shí)施例，主單元和感測(cè)單元位于由溝槽結(jié)構(gòu)Id彼此電絕緣的不同島中。
[0108]與第一實(shí)施例不同，子感測(cè)單元位于主單元島中。在主單元島中，沿與集電極區(qū)4的縱向方向垂直的方向設(shè)置多個(gè)主單元。利用最外側(cè)主單元的發(fā)射極區(qū)7的直部形成子感測(cè)單元。
[0109]具體地說(shuō)，如圖12和圖13所示，阱層6、發(fā)射極區(qū)7和接觸層8在發(fā)射極區(qū)7的直部上的兩個(gè)點(diǎn)處被劃分并且因而被分離為三個(gè)區(qū)。盡管圖中未示出，但是按照相同的方式在兩個(gè)點(diǎn)處分離主體層9。三個(gè)區(qū)中的中心區(qū)用作子感測(cè)單元。
[0110]因而，在主單元島中，主單元位于子感測(cè)單元的每一側(cè)上，并且子感測(cè)單元的發(fā)射極位于主單元的發(fā)射極之間。主單元的主體層9與子感測(cè)單元的主體層9分離以提供用于防止其間的漏電流的結(jié)隔離。
[0111]進(jìn)而，在主單元島中，P+型隔離層8a形成在子感測(cè)的發(fā)射極區(qū)7和主單元的發(fā)射極區(qū)7之間。隔離層8a沿與接觸層8的縱向方向垂直的方向從接觸層8的端部朝向發(fā)射極區(qū)7的端部延伸。隔離層8a降低或者阻止由每一個(gè)主單元和子感測(cè)單元中的發(fā)射極區(qū)
7、主體層9以及漂移層2構(gòu)成的寄生晶體管的操作。
[0112]如上所述，根據(jù)第五實(shí)施例，子感測(cè)單元形成在主單元島中。按照這樣的方案，能夠通過(guò)不僅使用感測(cè)單元島中的感測(cè)單元而且還使用主單元島中的子感測(cè)單元來(lái)檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。因而，能夠精確地檢測(cè)所述電流的極性改變以及所述電流的絕對(duì)值。[0113]具體地說(shuō)，基于感測(cè)單元島中的感測(cè)單元的輸出電壓檢測(cè)所述電流的過(guò)零點(diǎn)，并且通過(guò)所述主單元島中的子感測(cè)單元檢測(cè)所述電流的絕對(duì)值。
[0114]存在流經(jīng)主單元的電流的絕對(duì)值沒(méi)有精確地對(duì)應(yīng)于感測(cè)單元的輸出電壓的可能性。其原因在于，感測(cè)單元島中的感測(cè)單元的發(fā)射極電流密度與主單元中的發(fā)射極電流密度非常不同。因此，難以基于感測(cè)單元島中的感測(cè)單元的輸出電壓來(lái)精確地檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流的絕對(duì)值。應(yīng)注意，通過(guò)增加感測(cè)單元的輸出電壓能夠容易地檢測(cè)主單元中電流的極性改變。
[0115]相比而言，流經(jīng)主單元的電流的絕對(duì)值精確地對(duì)應(yīng)于主單元島中的子感測(cè)單元的輸出電壓。其原因在于，子感測(cè)單元位于主單元中以使得子感測(cè)單元中的發(fā)射極電流密度能夠接近主單元中的發(fā)射極電流密度。因而鏡比幾乎取決于主單元和子感測(cè)單元的發(fā)射極的長(zhǎng)度之間的比值，從而使得流經(jīng)主單元的電流的絕對(duì)值能夠精確地對(duì)應(yīng)于子感測(cè)單元的輸出電壓。因此，能夠基于子感測(cè)單元的輸出電壓精確地檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流的絕對(duì)值。
[0116]按照這種方式，根據(jù)第五實(shí)施例，能夠精確地檢測(cè)主單元中電流的極性改變以及電流的絕對(duì)值。進(jìn)而，由于主單元島中子感測(cè)單元的有效面積能夠遠(yuǎn)小于主單元的有效面積，因此能夠降低鏡比，從而能夠降低子感測(cè)單元中的電流。因而，能夠降低子感測(cè)單元中的損失。相比而言，感測(cè)單元島中的感測(cè)單元的有效面積不會(huì)比主單元的有效面積小很多。然而，通過(guò)增加感測(cè)電阻器Rsl的電阻以限制感測(cè)單元中的電流，能夠降低感測(cè)單元中的損失。
[0117](第六實(shí)施例)
[0118]以下參照?qǐng)D15A、15B和16描述根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的橫向IGBT。
[0119]圖15A是沿著圖16中的線XVA-XVA提取的截面圖，并且圖15B是沿著圖16中的線XVB-XVB提取的截面圖。盡管圖16不是截面圖，但為了容易理解，圖16部分以影線繪出。
[0120]根據(jù)第六實(shí)施例，如圖15A和15B所示，通過(guò)使用SOI襯底I形成橫向IGBT。主單元和感測(cè)單元形成在SOI襯底I中。主單元具有被導(dǎo)通和截止以向諸如電機(jī)的電負(fù)載(未示出)供應(yīng)電流的橫向IGBT。感測(cè)單元具有用于檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流的橫向IGBT。感測(cè)單元的橫向IGBT具有與主單元的橫向IGBT相同的結(jié)構(gòu)。
[0121]SOI襯底I包括支撐襯底la、位于支撐襯底Ia上的掩埋氧化物(BOX)層Ib以及位于掩埋氧化物層Ib上的有源層lc。例如，支撐襯底Ia可以是硅襯底。根據(jù)第六實(shí)施例，有源層Ic用作η-型漂移層2。主單元和感測(cè)單元的橫向IGBT的每一個(gè)部分形成在漂移層2的表面部分中。
[0122]BOX層Ib的厚度以及有源層Ic (即漂移層2)的厚度和雜質(zhì)濃度并不限于特定值并且能夠取決于半導(dǎo)體器件的期望用途而改變。例如，為了實(shí)現(xiàn)高擊穿電壓，優(yōu)選的是，BOX層Ib的厚度為4μπι或者更多。為了確保600V或者更大的擊穿電壓，優(yōu)選的是，BOX層Ib的厚度為5 μ m或者更多。為了確保600V或者更大的擊穿電壓，優(yōu)選的是，如果有源層Ic的厚度為15 μ m或者更小，則有源層Ic具有從lX1014cm_3到1.2 X 1015cm_3的η型雜質(zhì)濃度。為了確保600V或者更大的擊穿電壓，優(yōu)選的是，如果有源層Ic的厚度為20 μ m,則有源層Ic具有從I X IO14CnT3到8 X IO14CnT3的η型雜質(zhì)濃度。
[0123]在漂移層2的表面上形成LOCOS氧化物層3。橫向IGBT的部分由LOCOS氧化物層3彼此電絕緣。P+型集電極區(qū)4形成在漂移層2的表面部分中并且暴露在LOCOS氧化物層3的外部。集電極區(qū)4具有與SOI襯底I的表面平行的縱向方向。集電極區(qū)4由η型緩沖層5圍繞。緩沖層5具有大于漂移層2的雜質(zhì)濃度。
[0124]P溝道阱層6、η+型發(fā)射極區(qū)7、ρ+型接觸層8以及ρ型主體層9形成在漂移層2的表面部分中。阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8以及主體層9與集電極區(qū)4并行延伸并且暴露在LOCOS氧化物層3的外部。
[0125]阱層6的表面部分用作溝道區(qū)。例如，阱層6可以具有2 μ m或者更小的厚度以及6ym或者更小的寬度。如圖16所示，阱層6沿著集電極區(qū)4 (以及下面描述的集電極電極12)的縱向方向延伸。
[0126]發(fā)射極區(qū)7形成在阱層6的表面部分中并且在阱層6的內(nèi)部端接。發(fā)射極區(qū)7沿著集電極區(qū)4的縱向方向延伸。根據(jù)第六實(shí)施例，如圖16所示，一個(gè)發(fā)射極區(qū)7位于接觸層8 (以及主體層9)的每一側(cè)上。
[0127]接觸層8將阱層6固定到發(fā)射極電勢(shì)并且具有比阱層6大的雜質(zhì)濃度。如圖16所示，接觸層8在集電極區(qū)4 (以及集電極電極12)的縱向方向上延伸。
[0128]主體層9降低了由從集電極流到發(fā)射極的霍爾電流產(chǎn)生的壓降。主體層9的縱向方向與集電極區(qū)4 (以及集電極電極12)的縱向方向平行。主體層9降低或者阻止由發(fā)射極區(qū)7、阱層6和漂移層2構(gòu)成的寄生npn晶體管的操作。因而，能夠改善截止時(shí)間。
[0129]假設(shè)將阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9認(rèn)作一組，則在集電極區(qū)4與縱向方向垂直的寬度方向上并排設(shè)置這樣的兩組。如圖15B和圖16所示，在縱向方向上接近中心的兩個(gè)點(diǎn)劃分每一組并且因而將其分離為三個(gè)區(qū)。三個(gè)區(qū)中的中心區(qū)用作感測(cè)區(qū)，并且主單元位于感測(cè)單元的每一側(cè)上。因而，感測(cè)單元的發(fā)射極位于主單元的發(fā)射極之間。主單元的主體層9與感測(cè)單元的主體層9分離以提供用于防止其間的漏電流的結(jié)隔離。
[0130]p+型隔離層8a形成在子感測(cè)的發(fā)射極區(qū)7和主單元的發(fā)射極區(qū)7之間。隔離層8a沿與接觸層8的縱向方向垂直的方向從接觸層8的端部朝向發(fā)射極區(qū)7的端部延伸。隔離層8a降低或者阻止由每一個(gè)主單元和感測(cè)單元中的發(fā)射極區(qū)7、主體層9以及漂移層2構(gòu)成的寄生晶體管的操作。
[0131]柵極電極11經(jīng)過(guò)柵極絕緣層10位于阱層6的表面上。例如，柵極電極11可以由摻雜多晶硅制成。通過(guò)向柵極電極11施加電壓，阱層6的表面部分變?yōu)闇系绤^(qū)。
[0132]集電極電極12位于集電極區(qū)4上并且電連接到集電極區(qū)4。發(fā)射極電極13位于發(fā)射極區(qū)7和接觸層8上并且電連接到發(fā)射極區(qū)7和接觸層8。如上所述，根據(jù)第六實(shí)施例，并排設(shè)置兩組，每一組具有阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9。一組的發(fā)射極電極13鄰近另一組的發(fā)射極電極13并且電連接到該發(fā)射極電極13。
[0133]如圖16所示，主引線15a電連接到主單元的發(fā)射極電極13，并且感測(cè)引線15b電連接到感測(cè)單元的發(fā)射極電極13。主引線15a和感測(cè)引線15b沿遠(yuǎn)離集電極的方向延伸。主引線15a還沿發(fā)射極區(qū)7的縱向方向延伸。集電極引線16電連接到每一個(gè)單元的集電極電極12。集電極引線16沿集電極電極12的縱向方向延伸。例如，主引線15a、感測(cè)引線15b以及集電極引線16能夠由鋁制成并且提供作為多層結(jié)構(gòu)的第一引線層，在該多層結(jié)構(gòu)中經(jīng)過(guò)層間介電膜形成多個(gè)布線層。
[0134]由于集電極引線16、主引線15a和感測(cè)引線15b不彼此相交，因此能夠降低由集電極中的電勢(shì)變化造成的耦合電流的效應(yīng)。因而，能夠提高感測(cè)單元檢測(cè)電流的精度。[0135]接下來(lái)，描述根據(jù)第六實(shí)施例的橫向IGBT的操作。在向柵極電極11施加預(yù)定電壓時(shí)，在阱層6的表面部分中出現(xiàn)溝道區(qū)，其位于發(fā)射極區(qū)7和漂移層2之間的柵極電極11下方。電子從發(fā)射極電極13和發(fā)射極區(qū)7經(jīng)過(guò)溝道區(qū)流入漂移層2。因此，空穴經(jīng)過(guò)集電極電極12和集電極區(qū)4流入漂移層2中。因而，在漂移層2中發(fā)生電導(dǎo)調(diào)制以使得大電流能夠在發(fā)射極和集電極之間流動(dòng)。按照這種方式，橫向IGBT操作。
[0136]將第六實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)如下。根據(jù)第六實(shí)施例，主單元位于感測(cè)單元的每一側(cè)上，以使得感測(cè)單元的發(fā)射極能夠位于主單元的發(fā)射極之間。因而，主單元中的發(fā)射極電流密度和感測(cè)單元中的發(fā)射極電流密度彼此接近，從而使得鏡比能夠接近主單元和感測(cè)單元的發(fā)射極的長(zhǎng)度之間的比值。進(jìn)而，在主單元中的發(fā)射極電流密度和感測(cè)單元中的發(fā)射極電流密度彼此接近時(shí)，在其中有大電流流動(dòng)的切換操作期間，感測(cè)單元中每單位面積的電流量比主單元中的要小。因而，降低了電流分布的非一致性，從而能夠提高擊穿電壓。
[0137]因此，即使在橫向IGBT用作高擊穿電壓器件時(shí)，感測(cè)單元也能夠以改善的線性度精確地檢測(cè)流經(jīng)主單元的電流。
[0138](第七實(shí)施例)
[0139]以下參照?qǐng)D17、18和19描述根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的橫向IGBT。第六實(shí)施例和第七實(shí)施例之間的區(qū)別如下。
[0140]圖17是沿著圖18中的線XVI1-XVII提取的截面圖，圖18是根據(jù)第七實(shí)施例的橫向IGBT的俯視圖，并且圖19是圖18的簡(jiǎn)化放大圖，說(shuō)明布線布局。在圖18中，為了容易理解，僅示出了阱層6和感測(cè)單元。
[0141]與第六實(shí)施例類似，集電極區(qū)4具有縱向方向并且由緩沖層5圍繞。與第六實(shí)施例不同，集電極區(qū)4和緩沖層5位于阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9的中心。
[0142]具體地說(shuō)，如圖18所示，阱層6圓形地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍以使得集電極區(qū)4能夠由阱層6圍繞。發(fā)射極區(qū)7形成在阱層6的表面部分中并且沿集電極區(qū)4的縱向方向延伸。根據(jù)第七實(shí)施例，如圖18所示，一個(gè)發(fā)射極區(qū)7位于接觸層8 (和主體層9)的每一側(cè)上。發(fā)射極區(qū)7具有筆直的形狀并且除了集電極區(qū)4的端部(即倒圓角部分)之外在縱向方向上與集電極區(qū)4平行。接觸層8圓形地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍以使得集電極區(qū)4能夠由接觸層8圍繞。同樣，主體層9圓形地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍以使得集電極區(qū)4能夠由主體層9圍繞。按照這種方式，阱層6、接觸層8和主體層9同心地設(shè)置在集電極區(qū)4周圍。
[0143]在每一個(gè)單元中，如圖17和圖18所示，阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9設(shè)置在集電極區(qū)4的每一側(cè)上。這些單元彼此鄰近以使得兩組阱層6、發(fā)射極區(qū)7、接觸層8和主體層9能夠位于相鄰單元的集電極區(qū)4之間。
[0144]進(jìn)而，根據(jù)第七實(shí)施例，用作場(chǎng)板的電阻器層14形成在集電極和柵極之間的LOCOS氧化物層3上。例如，電阻器層14可以由摻雜多晶娃制成。電阻器層14用于在集電極和柵極之間維持一致的電勢(shì)梯度。具體地說(shuō)，如圖18所示，電阻器層14具有螺旋形狀并且纏繞在集電極電極12周圍。電阻器層14在一端電連接到集電極電極12并且在另一端電連接到柵極電極11。由于電阻器層14的內(nèi)部電阻產(chǎn)生的壓降，電阻器電極14的電勢(shì)隨著與集電極電極12的距離而逐漸降低。因而，電阻器層14中的電勢(shì)梯度可以保持一致。因此，位于電阻器層14下方橫貫LOCOS氧化物層3的漂移層2中的電勢(shì)梯度可以維持一致。因而，由非一致電勢(shì)梯度產(chǎn)生的電場(chǎng)集中降低，從而能夠提高擊穿電壓。進(jìn)而，碰撞電離被降低，從而能夠降低截止時(shí)間的增加。
[0145]在圖18所示的示例中，多個(gè)主單元在集電極區(qū)4與縱向方向垂直的方向上并排設(shè)置，每一個(gè)主單元從頂部觀察具有橢圓形狀。感測(cè)單元由最外側(cè)主單元的發(fā)射極區(qū)7的直部形成。主單元和感測(cè)單元位于通過(guò)溝槽結(jié)構(gòu)Id包圍的相同島中。
[0146]主單元位于感測(cè)單元的每一側(cè)上以使得感測(cè)單元的發(fā)射極能夠位于主單元的發(fā)射極之間。如圖19所示，主引線15a電連接到主單元的發(fā)射極電極13，并且感測(cè)引線15b電連接到感測(cè)單元的發(fā)射極電極13。主引線15a和感測(cè)引線15b沿遠(yuǎn)離集電極的方向延伸。主引線15a還沿發(fā)射極區(qū)7的縱向方向延伸。集電極引線16電連接到每一個(gè)單元的集電極電極12。集電極引線16沿集電極電極12的縱向方向延伸。
[0147]因而，與第六實(shí)施例類似，集電極引線16、主引線15a以及感測(cè)引線15b不彼此相交，從而能夠降低由集電極中的電勢(shì)變化導(dǎo)致的耦合電流的效應(yīng)。因而，能夠提高感測(cè)單元檢測(cè)電流的精度。進(jìn)而，能夠盡可能大地降低布線長(zhǎng)度以降低噪聲。
[0148]進(jìn)而，如圖19所示，感測(cè)電阻器Rs位于感測(cè)引線15b和與感測(cè)引線15b相鄰的主引線15a之間。例如，主引線15a可以由SOI襯底I的頂層形成。按照這樣的方案，感測(cè)電阻器Rs能夠以最短距離直接連接到主引線15a。因而，能夠精確地檢測(cè)電流。
[0149]感測(cè)電阻器Rs可以由各種類型的電阻器形成。例如，感測(cè)電阻器Rs可以是形成在與其中形成有主單元和感測(cè)單元的島電隔離的島中的擴(kuò)散電阻器?？蛇x地，感測(cè)電阻器Rs可以是形成在層間絕緣層上的多晶硅或者薄膜電阻器。
[0150]盡管用作場(chǎng)板的電阻器層14提高了擊穿電壓，但是由于電阻器層14的電勢(shì)在切換操作期間改變的事實(shí)，電阻器層14會(huì)起到噪聲源的作用。噪聲會(huì)降低檢測(cè)電流的精度。然而，由于感測(cè)引線15b沿不與電阻器層14相交的遠(yuǎn)離集電極的方向延伸，即使電阻器層14起到噪聲源的作用，也能夠防止精度降低。
[0151]進(jìn)而，根據(jù)第七實(shí)施例，感測(cè)單元在縱向方向上幾乎位于主單元的發(fā)射極的直部的中心。按照這樣的方案，流入感測(cè)單元的空穴的量能夠幾乎取決于主單元中的平均空穴濃度。因而，鏡比接近主單元和感測(cè)單元的長(zhǎng)度之間的比值，從而能夠降低鏡比的變化。
[0152]在圖18所示的示例中，并排設(shè)置兩個(gè)單元。可選地，能夠并排設(shè)置三個(gè)或者更多單元。即使在這樣的情況下，感測(cè)單元由最外側(cè)主單元的發(fā)射極區(qū)7的直部形成。
[0153](第八實(shí)施例)
[0154]以下參照?qǐng)D20描述本發(fā)明的第八實(shí)施例。第八實(shí)施例與第六實(shí)施例的區(qū)別如下。
[0155]圖20是根據(jù)第八實(shí)施例的橫向IGBT的俯視圖。如圖20所示，根據(jù)第八實(shí)施例，感測(cè)電阻器Rs位于感測(cè)引線15b和位于感測(cè)引線15b每一側(cè)上的主引線15a之間。
[0156]按照這樣的方案，平衡了感測(cè)單元的每一側(cè)上的電阻，從而能夠平衡感測(cè)單元的每一側(cè)上主單元的操作。因而通過(guò)感測(cè)單元能夠精確地檢測(cè)所述電流。
[0157]同樣，圖19所示的感測(cè)電阻器Rs可以位于感測(cè)引線15b和位于感測(cè)引線15b的每一側(cè)上的主引線15a之間。
[0158](第九實(shí)施例)
[0159]以下參照?qǐng)D21描述根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的逆變器電路。該逆變器電路由第七實(shí)施例的半導(dǎo)體器件構(gòu)成。可選地，逆變器電路可由第六或者第八實(shí)施例的半導(dǎo)體器件構(gòu)成。[0160]圖21是具有逆變器電路的半導(dǎo)體器件的俯視圖。逆變器電路基于從諸如電池的主電源(未示出)供應(yīng)的高壓(例如288伏特)驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)(未示出)。逆變器電路集成在半導(dǎo)體器件中以使得能夠?qū)⒃摪雽?dǎo)體器件配置為單片逆變器驅(qū)動(dòng)器1C。具體地說(shuō)，在驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)時(shí)，外部微計(jì)算機(jī)(未示出)以輪流向三相電機(jī)的每一相供應(yīng)交流電流的方式控制逆變器電路。
[0161]逆變器電路形成在SOI襯底I中并且包括逆變器輸出電路70、控制電路71。逆變器輸出電路70包括彼此并聯(lián)連接的三個(gè)相腳。逆變器輸出電路70的u相腳由頂部開關(guān)70a和與頂部開關(guān)70a串聯(lián)連接的底部開關(guān)70b構(gòu)成。逆變器輸出電路70的v相腳由頂部開關(guān)70c以及與頂部開關(guān)70c串聯(lián)連接的底部開關(guān)70d構(gòu)成。逆變器輸出電路70的w相腳由頂部開關(guān)70e以及與頂部開關(guān)70e串聯(lián)連接的底部開關(guān)70f構(gòu)成?？刂齐娐?1控制六個(gè)開關(guān)70a-70f。
[0162]在圖21的從左到右方向上交替設(shè)置頂部開關(guān)70a，70c和70e以及底部開關(guān)70b，70d和70f。具體地說(shuō)，在圖21所示的示例中，按照?qǐng)D21中從左到右的順序設(shè)置底部開關(guān)70b、頂部開關(guān)70a、頂部開關(guān)70c、底部開關(guān)70d、底部開關(guān)70f和頂部開關(guān)70e。開關(guān)70a-70f 分別具有橫向 IGBT72a-72f 以及 FWD73a_73f。橫向 IGBT72a_72f、FWD73a-73f 以及控制電路71由溝槽結(jié)構(gòu)Id彼此隔離。
[0163]每一個(gè)橫向IGBT72a_72f具有主單元75a_75f以及感測(cè)單元74a_74f。橫向IGBT72a-72f在結(jié)構(gòu)上相同。例如，在橫向IGBT72a中，在圖21的從頂部到底部的方向上設(shè)置主單元75a，每一個(gè)主單元具有橢圓形狀，并且感測(cè)單元74a位于最接近控制電路71的最外側(cè)主單元75a中。盡管圖21中未示出，但是感測(cè)單元74a的感測(cè)引線布局為不與主單元75a的主引線以及橫向FWD73a的陽(yáng)極和陰極引線相交。
[0164]如上所述，根據(jù)第九實(shí)施例，感測(cè)單元74a_74f位于最接近控制電路71的最外側(cè)主單元75a-75f中。按照這樣的方案，感測(cè)單元74a-74f的感測(cè)引線可以布局為不與主單元75a-75f的主引線以及橫向FWD73a-73f的陽(yáng)極和陰極引線相交。即，感測(cè)單元74a_74f的感測(cè)引線能夠布局為不與橫向IGBT72a-72f以及橫向FWD73a_73f的高壓引線相交。因此，即使在感測(cè)單元的輸出電壓(即感測(cè)電阻器Rs兩端的電壓)小時(shí)，例如為300mV或者更小，輸出電壓也不受橫向IGBT72a-72f和橫向FWD73a_73f的高壓引線(例如高達(dá)300V)影響。因而，能夠基于輸出電壓精確地檢測(cè)電流。
[0165]進(jìn)而，由于降低了橫向FWD73a-73f中反向恢復(fù)電流的效應(yīng)，并且最小化了到控制電路71的布線長(zhǎng)度，因此能夠降低橫向IGBT72a-72f中的噪聲效應(yīng)。
[0166](第十實(shí)施例)
[0167]以下參照?qǐng)D22、23、24A和24B描述根據(jù)本發(fā)明第十實(shí)施例的逆變器電路101。圖22是逆變器電路101的電路圖。圖23是其中集成有逆變器電路101的半導(dǎo)體器件102的俯視圖。圖24A是沿著圖23中的線XXIVA-XXIVA提取的截面圖，并且圖24B是沿著圖23中的線XXIVB-XXIVB提取的截面圖。
[0168]逆變器電路101配置為驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)103。逆變器電路101集成在半導(dǎo)體器件102中以使得能夠?qū)雽?dǎo)體器件102配置為單片逆變器驅(qū)動(dòng)器1C。
[0169]如圖22所示，逆變器電路101基于從諸如電池的主電源104供應(yīng)的高壓(例如288伏特)驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)103。在驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)103時(shí)，微計(jì)算機(jī)(MIC) 105以能夠輪流向三相電機(jī)103的每一相供應(yīng)交流電流的方式控制逆變器電路101。
[0170]半導(dǎo)體器件102具有逆變器輸出電路110、控制電路106以及一部分自舉電路107。逆變器輸出電路110包括彼此并聯(lián)連接的三個(gè)相腳。逆變器輸出電路110的u相腳由頂部開關(guān)IlOa和與頂部開關(guān)IlOa串聯(lián)連接的底部開關(guān)IlOb構(gòu)成。逆變器輸出電路110的V相腳由頂部開關(guān)IlOc以及與頂部開關(guān)IlOc串聯(lián)連接的底部開關(guān)IlOd構(gòu)成。逆變器輸出電路110的w相腳由頂部開關(guān)IlOe以及與頂部開關(guān)IlOe串聯(lián)連接的底部開關(guān)IlOf構(gòu)成。在圖22中，微計(jì)算機(jī)105和自舉電路107的剩余部分所示為半導(dǎo)體器件102的外部部件?？蛇x地，微計(jì)算機(jī)105和自舉電路107的剩余部分可以集成在半導(dǎo)體器件102中。
[0171]如圖22 所示，開關(guān) IlOa-1lOf 分別具有 IGBTllla-1llf 以及 FWD112a_112f。控制電路106控制施加到IGBTllla-1llf的柵極的柵極電壓以使得頂部開關(guān)110a，110c, IlOe和底部開關(guān)110b，IlOd, IlOf之間的中點(diǎn)電壓能夠分別順次施加到三相電機(jī)103的u相、v相和w相。 [0172]在半導(dǎo)體器件102中，按照預(yù)定模式交替設(shè)置頂部開關(guān)110a, I IOc和I IOc和底部開關(guān)110b，I IOd和I IOf。具體地說(shuō)，在圖23所示的示例中，按照?qǐng)D23中從左到右的順序設(shè)置底部開關(guān)110b、頂部開關(guān)110a、頂部開關(guān)110c、底部開關(guān)110d、底部開關(guān)IlOf和頂部開關(guān)110e。位于高壓側(cè)上的每一個(gè)頂部開關(guān)110a，IlOc和110e，以及控制電路106的相應(yīng)部件由溝槽結(jié)構(gòu)131d圍繞。例如，頂部開關(guān)IlOa的IGBTllla和FWDl 12a以及控制電路106的柵極驅(qū)動(dòng)器113a、電源電路115a和保護(hù)電路116a由溝槽結(jié)構(gòu)131d圍繞。因而，能夠防止在位于低壓側(cè)上的底部開關(guān)110b，IlOd和IlOf上的頂部開關(guān)110a，IlOc和IlOe的高壓效應(yīng)。
[0173]根據(jù)第十實(shí)施例，如圖24A和24B所示，通過(guò)使用SOI襯底131形成IGBTl I Ia-1 I If、FffDl 12a-112f以及控制電路106。SOI襯底131包括支撐襯底131a、位于支撐襯底131a上的掩埋氧化物(BOX)層131b以及位于BOX層131b上的有源層131c。例如，支撐襯底131a和有源層131c可以由娃制成。溝槽結(jié)構(gòu)131d形成在有源層131c中以將有源層131c劃分為彼此電隔離的多個(gè)區(qū)，包括IGBT區(qū)和FWD區(qū)。因而，IGBTllla-1llf、FffDl 12a-112f以及逆變器電路101的控制電路106集成在單片上。
[0174]有源層131c是η-型層并且用作IGBT區(qū)中的η-型漂移層132。IGBTlIla_llIf?的每一部分形成在漂移層132的表面部分中。有源層131c用作FWD區(qū)中的η-型陰極層150。FffDl 12a-112f的每一部分形成在陰極層150中。
[0175]在圖24A所示的IGBT區(qū)中，L0C0S氧化物層133形成在漂移層132的表面上。IGBTllla-1llf的部分由L0C0S層133彼此電絕緣。
[0176]ρ+型集電極區(qū)134形成在漂移層132的表面部分中并且暴露在L0C0S氧化物層133的外部。集電極區(qū)134由雜質(zhì)濃度大于漂移層132的η型緩沖層135圍繞。ρ-溝道阱層136、η+型發(fā)射極區(qū)137、ρ+型接觸層138和ρ型主體層139形成在漂移層132的表面部分中并且暴露在L0C0S氧化物層133的外部。阱層136、發(fā)射極區(qū)137、接觸層138以及主體層139設(shè)置在集電極區(qū)134周圍。
[0177]阱層136的表面部分用作溝道區(qū)。阱層136圓形地設(shè)置在集電極區(qū)134 (以及下面描述的集電極電極142)周圍以使得集電極區(qū)134能夠由阱層136圍繞。發(fā)射極區(qū)137形成在阱層136的表面部分中并且端接在阱層136內(nèi)部。根據(jù)第十實(shí)施例，一個(gè)發(fā)射極區(qū)137位于接觸層138的每一側(cè)上。
[0178]接觸層138將阱層136固定到發(fā)射極電勢(shì)并且具有比阱層136大的雜質(zhì)濃度。主體層139降低由從集電極流到發(fā)射極的霍爾電流導(dǎo)致的壓降。因而，主體層139降低或者阻止由發(fā)射極區(qū)137、阱層136和漂移層132構(gòu)成的寄生npn晶體管的操作。按照這樣的方式，能夠改善截止時(shí)間。
[0179]柵極電極141經(jīng)過(guò)柵極絕緣層140位于阱層136的表面上。例如柵極電極141可以由摻雜多晶硅制成。通過(guò)向柵極電極141施加電壓，阱層136的表面部分變?yōu)闇系绤^(qū)。
[0180]集電極電極142位于集電極區(qū)134中并且電連接到集電極區(qū)134。發(fā)射極電極143位于發(fā)射極區(qū)137和接觸層138上并且電連接到發(fā)射極區(qū)137和接觸層138。
[0181]進(jìn)而，電阻器層144形成在集電極和柵極之間的LOCOS氧化物層133上。例如，電阻器層144可以由摻雜多晶硅形成。電阻器層144用于在集電極和柵極之間維持一致的電勢(shì)梯度。具體地說(shuō)，電阻器層144纏繞在集電極電極12周圍以形成螺旋形狀。電阻器層144在一端電連接到集電極電極142并且在另一端電連接到柵極電極141。由于電阻器層144的內(nèi)部電阻產(chǎn)生的壓降，電阻器電極144的電勢(shì)隨著與集電極電極142的距離而逐漸降低。因此，電阻器層144中的電勢(shì)梯度能夠維持一致。因而，位于電阻器層144下方橫貫LOCOS氧化物層133的漂移層132中的電勢(shì)梯度可以維持一致。
[0182]在圖24B所示的FWD區(qū)中，LOCOS氧化物層133形成在陰極層150的表面上。FffDl 12a-112f的部分由LOCOS氧化物層133彼此電絕緣。η.型接觸層151和η型緩沖層152形成在陰極層150的表面部分中并且暴露在LOCOS氧化物層133的外部。接觸層151和緩沖層152由ρ型陽(yáng)極層153和ρ+型接觸層154圍繞。
[0183]陰極電極155和陽(yáng)極電極156形成在SOI襯底131的表面上。陰極電極155電連接到接觸層151。陽(yáng)極電極156電連接到接觸層154和陽(yáng)極層153。進(jìn)而，電阻器層157在陽(yáng)極和陰極之間形成在LOCOS氧化物層133上。例如，電阻器層157可以由摻雜多晶硅制成。電阻器層157用于在陽(yáng)極和陰極之間維持一致的電勢(shì)梯度。具體地說(shuō)，電阻器層157纏繞在陰極電極155周圍以形成螺旋形狀。電阻器層157在一端電連接到陰極電極155并且在另一端電連接到陽(yáng)極電極156。由于電阻器層157的內(nèi)部電阻產(chǎn)生的壓降，電阻器電極157的電勢(shì)隨著與陰極電極155的距離而逐漸降低。因而，電阻器層157中的電勢(shì)梯度可以保持一致。因此，位于電阻器層157下方橫貫LOCOS氧化物層133的有源層131c中的電勢(shì)梯度可以維持一致。
[0184]控制電路106驅(qū)動(dòng)逆變器輸出電路110的u相腳、V相腳和w相腳，從而控制三相電機(jī)103。出于簡(jiǎn)化目的，在圖22中，示出了控制電路106中與u相腳相對(duì)應(yīng)的部分?？刂齐娐?06包括柵極驅(qū)動(dòng)器113a-113f、電平移位器114a_114c、電源電路115a_115f、保護(hù)電路116a-116f以及邏輯電路117a-117c。
[0185]柵極驅(qū)動(dòng)器113a, 113c和113e分別驅(qū)動(dòng)頂部開關(guān)110a, IlOc和IlOe0柵極驅(qū)動(dòng)器113b，113d和113f分別驅(qū)動(dòng)底部開關(guān)110b, IlOd和IlOf。柵極驅(qū)動(dòng)器113a-113f向IGBTllla-1llf的柵極分別輸出柵極電壓，從而能夠根據(jù)柵極電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)IGBTl I la_l I If。通過(guò)微計(jì)算機(jī)105控制柵極電壓。
[0186]由柵極驅(qū)動(dòng)器113a，113c和113e驅(qū)動(dòng)的IGBTllla, Illc和Ille相對(duì)于高電勢(shì)操作。相比而言，由柵極驅(qū)動(dòng)器113b，113d和113f驅(qū)動(dòng)的IGBTlllb，llld和Illf相對(duì)于低電勢(shì)操作。因此，需要對(duì)基準(zhǔn)電勢(shì)的電平進(jìn)行移位。第一電平移位器114a位于頂部開關(guān)IlOa和底部開關(guān)IlOb之間。第二電平移位器114b位于頂部開關(guān)IlOc和底部開關(guān)IlOd之間。第三電平移位器114c位于頂部開關(guān)IlOe和底部開關(guān)IlOf之間。
[0187]電源電路115a_l 15f生成柵極驅(qū)動(dòng)器113a_l 13f基于其進(jìn)行操作的電源電壓。
[0188]保護(hù)電路116a_116f檢測(cè)主電源104的電壓并且基于主電源104的檢測(cè)電壓控制從柵極驅(qū)動(dòng)器113a-113f輸出的柵極電壓。例如，在主電源104的電壓降低至低于預(yù)定閾值時(shí)，控制柵極電壓，以使得能夠截止IGBTllla-1llf。按照這樣的方案，能夠保護(hù)逆變器電路101和三相電機(jī)103避免故障。
[0189]進(jìn)而，保護(hù)電路116a_116f能夠檢測(cè)半導(dǎo)體器件102的過(guò)熱條件。例如，可以基于取決于溫度而改變的二極管正向電壓Vf來(lái)檢測(cè)過(guò)熱條件。在檢測(cè)到過(guò)熱條件時(shí)，控制柵極電壓以使得能夠截止IGBTl I la-1 Ilf。按照這樣的方案，能夠保護(hù)逆變器電路101和三相電機(jī)103避免故障。
[0190]邏輯電路117a_117c從微計(jì)算機(jī)105接收命令。所述命令用于驅(qū)動(dòng)開關(guān)IlOa-1lOf。邏輯電路117a-117c根據(jù)命令向柵極驅(qū)動(dòng)器113a-113f輸出柵極控制信號(hào)。柵極驅(qū)動(dòng)器113a-113f根據(jù)柵極控制信號(hào)輸出柵極電壓。
[0191]自舉電路107根據(jù)由外部電源轉(zhuǎn)換器108生成的電壓Vcc生成浮置電源。自舉電路107包括二極管107a-107c、電阻器107d_107f以及電容器107g_107i。二極管107a、電阻器107d和電容器107g形成用于u相的第一自舉電路。二極管107b、電阻器107e和電容器107h形成用于V相的第二自舉電路。二極管107c、電阻器107f和電容器107i形成用于w相的第三自舉電路。在初始狀態(tài)下，IGBTlllb，llld和Illf導(dǎo)通以使得電容器107g-107i能夠經(jīng)過(guò)二極管107a-107c和電阻器107d_107f充電。因而，能夠通過(guò)電容器107g_107i生成浮置電源。根據(jù)第十實(shí)施例，二極管107a-107c和電阻器107d_107f集成在半導(dǎo)體器件102中。
[0192]按照這種方式，IGBTllla-lllf、FWD112a_112f、控制電路106和一部分自舉電路107集成在SOI襯底131上以形成作為單片逆變器驅(qū)動(dòng)器IC的半導(dǎo)體器件102。因而，能夠降低半導(dǎo)體器件102的尺寸。進(jìn)而，能夠降低布線長(zhǎng)度，從而能夠降低諸如寄生電感和寄生電阻的寄生分量。
[0193]盡管圖22中未示出，但是逆變器電路101具有電流檢測(cè)電路?？梢韵蜷_關(guān)110a，
IIOc和I IOe的頂部開關(guān)組和開關(guān)110b，I IOd和I IOf的底部開關(guān)組中的至少一個(gè)提供電流檢測(cè)電路。根據(jù)第十實(shí)施例，向底部開關(guān)組提供電流檢測(cè)電路。
[0194]圖25說(shuō)明了具有電流檢測(cè)電路的底部開關(guān)IlOb的詳細(xì)電路圖。應(yīng)注意，每一個(gè)底部開關(guān)IlOd和IlOf具有與底部開關(guān)IlOb相同的配置。
[0195]電流檢測(cè)電路配置為檢測(cè)流經(jīng)底部開關(guān)IlOb的電流的幅值和方向。進(jìn)而，電流檢測(cè)電路檢測(cè)底部開關(guān)IIOb中的過(guò)流條件。將電流檢測(cè)電路的檢測(cè)結(jié)果發(fā)送到微計(jì)算機(jī)105，并且根據(jù)檢測(cè)結(jié)果控制從柵極驅(qū)動(dòng)器113a-113f輸出的柵極電壓。例如，在檢測(cè)到過(guò)流條件時(shí)，IGBTllla-1llf能夠截止以保護(hù)逆變器電路101和三相電機(jī)103避免故障。
[0196]具體地說(shuō)，電流檢測(cè)電路包括感測(cè)IGBTlllbs和感測(cè)FWD112bs。以下將IGBTlllb和FWD112b稱為“主單元”，將感測(cè)IGBTlllbs和感測(cè)FWD112bs稱為“感測(cè)單元”。感測(cè)單元的面積是主單元面積的1/N。取決于該面積比值，流經(jīng)感測(cè)單元的電流變得比流經(jīng)主單元的電流小。
[0197]如圖25所示，感測(cè)電阻器Rsl與感測(cè)IGBTlllbs串聯(lián)連接，并且感測(cè)電阻器Rs2與感測(cè)FWD112bs串聯(lián)連接。將感測(cè)電阻器Rsl和感測(cè)IGBTlllbs之間的結(jié)點(diǎn)處的電壓Vl輸入到微計(jì)算機(jī)105。同樣，將感測(cè)電阻器Rs2和感測(cè)FWDl 12bs之間的結(jié)點(diǎn)處的電壓V2輸入到微計(jì)算機(jī)105。因而，微計(jì)算機(jī)105基于電壓Vl和V2檢測(cè)電流的幅值和方向。例如，感測(cè)電阻器Rsl，Rs2具有從幾百到幾千歐姆(Ω/ □)的高電阻。
[0198]以下參照?qǐng)D26A-26C描述檢測(cè)流經(jīng)底部開關(guān)IlOb的電流的幅值和方向的方法。在底部開關(guān)IlOb中，電流按照下面方式流動(dòng)。
[0199]在IGBTlllb導(dǎo)通時(shí)，電流從IGBTlllb的集電極流到發(fā)射極，如圖26Α所示。因此，沒(méi)有電流流經(jīng)FWD112b。
[0200]然后，在IGBTlllb由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，反向恢?fù)電流流經(jīng)FWD112b，如圖26B所示。因此，沒(méi)有電流流經(jīng)IGBTlllb，并且恢復(fù)電流從FWD112b的陽(yáng)極流到陰極。
[0201]然后，在結(jié)果某一時(shí)間段之后，恢復(fù)電流變?yōu)榱?。結(jié)果，沒(méi)有電流流經(jīng)IGBTlllb和FWD112b，如圖26C所示。按照下面的方式檢測(cè)這樣的電流流動(dòng)。
[0202]如圖26A所示，在底部開關(guān)IlOb的IGBTlllb導(dǎo)通時(shí)，感測(cè)IGBTlllbs導(dǎo)通以使得電流能夠流經(jīng)感測(cè)電阻器Rsl。在感測(cè)IGBTlllbs和感測(cè)電阻器Rsl之間的結(jié)點(diǎn)處的電壓Vl變?yōu)橥ㄟ^(guò)從由主電源104供應(yīng)的高壓減去感測(cè)IGBTlllbs的導(dǎo)通電壓而獲得的值。因此，電壓Vl具有正值。另一方面，由于沒(méi)有電流流經(jīng)FWD112b，感測(cè)FWD112bs和感測(cè)電阻器Rs2之間的結(jié)點(diǎn)處的電壓V2變?yōu)榱?。因此，能夠基于電壓Vl檢測(cè)底部開關(guān)IlOb中電流的幅值(絕對(duì)值)。進(jìn)而，在電壓Vl具有正值，并且電壓V2為零時(shí)，檢測(cè)到電流沿正向方向從高壓側(cè)流動(dòng)到低壓側(cè)。
[0203]然后，如圖26B所示，在底部開關(guān)IlOb的IGBTlllb由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，感測(cè)IGBTlllbs同時(shí)截止以使得沒(méi)有電流流經(jīng)感測(cè)電阻器Rsl。結(jié)果，電壓Vl變?yōu)榱?。在IGBTlllb和感測(cè)IGBTlllbs截止時(shí)，反向恢復(fù)電流流經(jīng)FWDl 12b和感測(cè)FWDl 12bs。因此，電壓V2變?yōu)橥ㄟ^(guò)從地電壓減去感測(cè)電阻器Rs2兩端的電壓而獲得的值。因此，電壓V2具有負(fù)值。因此，能夠基于電壓V2檢測(cè)底部開關(guān)IlOb中電流的幅值(絕對(duì)值)。進(jìn)而，在電壓Vl為零，并且電壓V2具有負(fù)值時(shí)，檢測(cè)到電流沿反向方向從低壓側(cè)流動(dòng)到高壓側(cè)。
[0204]然后，如圖26C所示，在IGBTlllb和感測(cè)IGBTlllbs截止之后經(jīng)過(guò)某一時(shí)間段時(shí)，恢復(fù)電流的流動(dòng)停止。結(jié)果，電壓Vl和電壓V2都變?yōu)榱恪Ｒ虼?，在電壓Vl和電壓V2均為零時(shí)，檢測(cè)到在底部開關(guān)IlOb中沒(méi)有電流流動(dòng)。
[0205]如上所述，根據(jù)第十實(shí)施例，僅向底部開關(guān)110b，IlOd和IlOf提供作為電流檢測(cè)電路的感測(cè)單元。感測(cè)電阻器Rsl與橫向IGBT的感測(cè)單元串聯(lián)連接，并且感測(cè)電阻器Rs2與橫向FWD的感測(cè)單元串聯(lián)連接。因此，通過(guò)感測(cè)電阻器Rsl兩端的電壓Vl和感測(cè)電阻器Rs2兩端的電壓V2能夠檢測(cè)每一相中電流的絕對(duì)值和方向。
[0206]因而，能夠?qū)崿F(xiàn)每一相中電流的無(wú)傳感器正弦控制，從而能夠以低噪聲水平驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)103。由于不需要使用諸如霍爾效應(yīng)傳感器的附加的電流傳感器，因此能夠降低逆變器電路101的尺寸并且簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)。因此，能夠降低逆變器電路101的制造成本。
[0207]進(jìn)而，根據(jù)第十實(shí)施例，逆變器電路101的部分集成在公共半導(dǎo)體襯底(即SOI襯底131)上以形成單片半導(dǎo)體器件102。因而能夠降低尺寸，并且能夠降低布線長(zhǎng)度。布線長(zhǎng)度的降低能夠降低諸如寄生電容和寄生電感的寄生分量。因此，能夠精確地檢測(cè)電流。
[0208]進(jìn)而，根據(jù)第十實(shí)施例，在檢測(cè)到過(guò)流條件時(shí)，可以截止IGBTllla-1llf以保護(hù)逆變器電路101和三相電機(jī)103避免故障。同樣，在檢測(cè)到過(guò)熱條件時(shí)，控制柵極電壓以使得IGBTl I la-1 Ilf截止以保護(hù)逆變器電路101和三相電機(jī)103避免故障。按照這樣的方案，確定能夠保護(hù)逆變器電路I和三相電機(jī)103避免故障。
[0209](第^^一實(shí)施例)
[0210]以下描述本發(fā)明的第十一實(shí)施例。
[0211]在根據(jù)第十實(shí)施例的逆變器電路101中，在由逆變器輸出電路110的操作產(chǎn)生的感應(yīng)電壓與供應(yīng)到三相電機(jī)103的電機(jī)電流同相時(shí)，供應(yīng)到三相電機(jī)103的功率被最大化。
[0212]圖27A所示為在感應(yīng)電壓與電機(jī)電流同相時(shí)功率的波形圖。圖27B所示為在感應(yīng)電壓與電機(jī)電流異相時(shí)功率的波形圖。對(duì)圖27A和27B進(jìn)行比較可以看出，感應(yīng)電壓與電機(jī)電流同相時(shí)的輸出功率大于感應(yīng)電壓與電機(jī)電流異相時(shí)的輸出功率。根據(jù)第i 實(shí)施例，通過(guò)使用提供給底部開關(guān)110b，110d和IlOf的電流檢測(cè)電路來(lái)檢測(cè)感應(yīng)電壓和電機(jī)電流的相位，并且微計(jì)算機(jī)105控制IGBTllla-1llf以使得感應(yīng)電壓和電機(jī)電流能夠彼此同相。
[0213]具體地說(shuō)，可以按照以下方式檢測(cè)感應(yīng)電壓和電機(jī)電流的相位。
[0214]關(guān)于電機(jī)電流的相位，在由電流檢測(cè)電路檢測(cè)電流的極性改變時(shí)發(fā)生零相交。因此，在發(fā)生零相交時(shí)，能夠確定電機(jī)電流的相位為0°、180°或者360°。
[0215]可以基于電機(jī)電 流的改變檢測(cè)感應(yīng)電壓的相位。具體地說(shuō)，下面給出關(guān)于感應(yīng)電壓的等式:ω.c^max.sin Θ+L.dl/dt=0,其中Θ為感應(yīng)電壓的相位，ω為角速度，L為電感，Φπιβχ為互連磁通量，并且dl/dt是電機(jī)電流的改變。以下參照?qǐng)D28詳細(xì)討論電機(jī)電流的改變。
[0216]通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)控制IGBTllla-1llf的導(dǎo)通和截止操作。在這種情況下，由于IGBTllla-1llf的導(dǎo)通和截止操作，電機(jī)電流的改變不一致。具體地說(shuō),如圖28所示，電機(jī)電流的改變?nèi)Q于相位而變化。例如，電機(jī)電流的改變?cè)陔姍C(jī)電流的波峰和波谷大，但是在過(guò)零點(diǎn)處幾乎為零。因而，能夠基于電機(jī)電流的改變檢測(cè)感應(yīng)電壓的相位，特別是感應(yīng)電壓的過(guò)零點(diǎn)。
[0217]按照這種方式，能夠基于電機(jī)電流的極性檢測(cè)電機(jī)電流的相位。進(jìn)而,能夠通過(guò)例如在JP4396762中公開的已知技術(shù)，基于電機(jī)電流的改變來(lái)檢測(cè)感應(yīng)電壓的相位。
[0218]然而，如上所述，由于IGBTllla-1llf的導(dǎo)通和截止操作，電機(jī)電流的改變不一致。因此，如果以IGBTllla-1llf的切換時(shí)刻檢測(cè)電機(jī)電流，則存在不精確地檢測(cè)感應(yīng)電壓的相位的可能性。為了防止這一問(wèn)題，根據(jù)第十一實(shí)施例，根據(jù)圖29所示的時(shí)序圖檢測(cè)電機(jī)電流。
[0219]圖29示出了三角波信號(hào)、IGBTlllb，Illd和Illf的導(dǎo)通/截止條件、極性檢測(cè)時(shí)序信號(hào)、電流采樣脈沖、梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)、第一采樣脈沖和第二采樣脈沖。
[0220]使用三角波信號(hào)作為PWM控制的基準(zhǔn)閾值。根據(jù)三角波信號(hào)的波峰和波谷之間的改變從微計(jì)算機(jī)105輸出極性檢測(cè)時(shí)序信號(hào)。電流采樣脈沖確定電機(jī)電流的檢測(cè)時(shí)刻。根據(jù)第十一實(shí)施例，在電流采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)檢測(cè)電機(jī)電流。梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)從微計(jì)算機(jī)105輸出并且用于生成第一和第二米樣脈沖。第一和第二米樣脈沖確定電機(jī)電流的改變的檢測(cè)時(shí)刻。第一采樣脈沖在梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)的上升沿輸出，并且第二采樣脈沖在梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)的下降沿輸出。響應(yīng)于第一采樣脈沖而保持電機(jī)電流的第一值，并且響應(yīng)于第二采樣脈沖而保持電機(jī)電流的第二值。然后將第一值與第二值進(jìn)行比較以檢測(cè)在從輸出第一采樣脈沖到輸出第二采樣脈沖的時(shí)段期間電機(jī)電流的改變。電流采樣脈沖、第一采樣脈沖和第二采樣脈沖由外部邏輯電路(未示出)基于從微計(jì)算機(jī)105輸出的極性檢測(cè)時(shí)序信號(hào)和梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)生成。電流米樣脈沖變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中的第一確定時(shí)刻。第一和第二米樣脈沖變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻對(duì)應(yīng)于權(quán)利要求中的第二確定時(shí)刻。
[0221]如圖29所示，IGBTlllb，llld和Illf以三角波信號(hào)的頻率導(dǎo)通和截止。在IGBT11 Ib，111d和111f導(dǎo)通和截止的切換時(shí)刻，切換浪涌(即噪聲)疊加到電機(jī)電流上。因此，需要在切換時(shí)刻以外的時(shí)刻檢測(cè)電機(jī)電流以及電機(jī)電流的改變。
[0222]出于上述原因，根據(jù)第十一實(shí)施例，在全部IGBTlllb，Illd和Illf都導(dǎo)通的時(shí)段內(nèi)檢測(cè)電機(jī)電流和電機(jī)電流的改變。
[0223]具體地說(shuō)，電流采樣脈沖在極性檢測(cè)時(shí)序信號(hào)的下降沿變?yōu)楦唠娖?。換句話說(shuō)，電流采樣脈沖在三角波信號(hào)的波谷處變?yōu)楦唠娖?。在電流采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)檢測(cè)電機(jī)電流。
[0224]從圖29可以看出，梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)在全部相(即u相、V相、w相)導(dǎo)通之后以預(yù)定延遲變?yōu)楦唠娖?。梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)在預(yù)定時(shí)段內(nèi)保持為高。然后，在經(jīng)過(guò)該預(yù)定時(shí)段之后，梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)變?yōu)榈碗娖?。第一采樣脈沖在梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)的上升沿變?yōu)楦唠娖?。在第一采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)檢測(cè)電機(jī)電流。相比而言，第二采樣脈沖在梯度檢測(cè)時(shí)序信號(hào)的下降沿變?yōu)楦唠娖?。在第二采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)檢測(cè)電機(jī)電流。能夠基于在第一采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)檢測(cè)的電機(jī)電流與在第二采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)檢測(cè)的電機(jī)電流之間的差值來(lái)計(jì)算電機(jī)電流的極性改變，即感應(yīng)電壓的極性改變。具體地說(shuō)，能夠基于所檢測(cè)的電機(jī)電流之間的差值的極性來(lái)計(jì)算電機(jī)電流的極性改變。
[0225]圖30是用于檢測(cè)電機(jī)電流和電機(jī)電流的改變的相檢測(cè)電路200的方框圖。相檢測(cè)電路200基于來(lái)自微計(jì)算機(jī)105的選擇信號(hào)選擇三相(即，u相，V相和w相)中的一相并且基于從所選擇的相的電流檢測(cè)電路接收的電壓Vl，V2檢測(cè)電機(jī)電流和電機(jī)電流的改變。
[0226]如圖30所示，相檢測(cè)電路200包括電流檢測(cè)器210、復(fù)用器(MUX)220、放大器230、電流極性檢測(cè)器240、感應(yīng)電壓極性檢測(cè)器250和鎖存器260。
[0227]電流檢測(cè)器220輸出與電壓V1，V2相對(duì)應(yīng)的電流檢測(cè)信號(hào)。復(fù)用器220選擇三相的電流檢測(cè)信號(hào)之一并且輸出所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)。所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)通過(guò)放大器放大并且然后輸入到電流極性檢測(cè)器240和感應(yīng)電壓極性檢測(cè)器250中的每一個(gè)。
[0228]電流極性檢測(cè)器240基于放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)電機(jī)電流的極性。例如，電流極性檢測(cè)器240通過(guò)將由放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)指示的電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較來(lái)檢測(cè)電機(jī)電流的極性。電流極性檢測(cè)器240生成取決于電機(jī)電流的所檢測(cè)的極性的第一信號(hào)并且將該第一信號(hào)輸出到鎖存器260。例如，在電機(jī)電流的所檢測(cè)的極性為正時(shí)，第一信號(hào)可以是高電平信號(hào)，并且在電機(jī)電流的所檢測(cè)的極性為負(fù)時(shí)，第一信號(hào)可以是低電平信號(hào)。
[0229]感應(yīng)電壓極性檢測(cè)器250基于放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)檢測(cè)感應(yīng)電壓的極性。例如，感測(cè)電壓極性檢測(cè)器250可包括電容器和比較器。在輸出第一米樣脈沖時(shí)，電容器基于放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)開始充電。比較器將充電的電容器的電壓與由放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)指示的電壓進(jìn)行比較。感應(yīng)電壓極性檢測(cè)器250基于充電的電容器的電壓是否大于由放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)指示的電壓來(lái)檢測(cè)感應(yīng)電壓的極性。然后，感應(yīng)電壓極性檢測(cè)器250生成取決于感應(yīng)電壓的所檢測(cè)的極性的第二信號(hào)并且將該第二信號(hào)輸出到鎖存器260。例如，在感應(yīng)電壓的所檢測(cè)的極性為正時(shí)，第二信號(hào)可以是高電平信號(hào)，并且在感應(yīng)電壓的所檢測(cè)的極性為負(fù)時(shí)，第二信號(hào)可以是低電平信號(hào)。
[0230]鎖存器260保持從電流極性檢測(cè)器240輸出的第一信號(hào)并且向微計(jì)算機(jī)105輸出該第一信號(hào)。同樣，鎖存器260保持從感應(yīng)電壓極性檢測(cè)器250輸出的第二信號(hào)并且向微計(jì)算機(jī)105輸出該第二信號(hào)。根據(jù)第^ 實(shí)施例，鎖存器260包括兩個(gè)D-鎖存電路。一個(gè)D-鎖存電路響應(yīng)于電流米樣脈沖而保持第一信號(hào)。另一 D-鎖存電路響應(yīng)于第二米樣脈沖而保持第二信號(hào)。因而，在電流采樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，鎖存器260向微計(jì)算機(jī)105輸出第一信號(hào)，并且在第二米樣脈沖變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，向微計(jì)算機(jī)105輸出第二信號(hào)。因此，輸入到微計(jì)算機(jī)105的第一信號(hào)指示電機(jī)電流在電流采樣脈沖的上升沿的極性，即在三角波信號(hào)的波峰處的極性。輸入到微計(jì)算機(jī)105的第二信號(hào)指示在第一采樣脈沖的高電平時(shí)段期間電容器所充電的電壓與在第二采樣脈沖的上升沿由放大的所選擇的電流檢測(cè)信號(hào)指示的電壓之間的比較結(jié)果。
[0231]按照這種方式，將指示電機(jī)電流的極性的第一信號(hào)以及指示感應(yīng)電壓的極性的第二信號(hào)輸入到微計(jì)算機(jī)105。在微計(jì)算機(jī)105中，基于該第一信號(hào)和第二信號(hào)來(lái)調(diào)節(jié)用于PWM控制IGBTlla-1llf的命令，以使得電機(jī)電流和感應(yīng)電壓能夠彼此同相。按照這樣的方案，能夠最大化供應(yīng)到三相電機(jī)1 03的功率。
[0232]在相檢測(cè)電路200中，根據(jù)由電源轉(zhuǎn)換器8生成的電壓Vcc (例如15V)生成用作放大器電路230的基準(zhǔn)電壓的恒定電壓(例如5V)。通過(guò)逐步降低從主電源104供應(yīng)的高壓來(lái)生成電壓Vcc。具體地說(shuō)，電源轉(zhuǎn)換器108具有作為輸出晶體管的功率半導(dǎo)體元件(即圖32所示的功率M0SFET320)，并且通過(guò)PWM控制來(lái)導(dǎo)通和截止該功率半導(dǎo)體元件以生成電壓Vcc。如果電壓Vcc由于由電源轉(zhuǎn)換器108的功率半導(dǎo)體元件產(chǎn)生的切換浪涌而變化，則放大器230的基準(zhǔn)電壓如圖31所示變化。從圖31可以看出，基準(zhǔn)電壓與電源轉(zhuǎn)換器108的功率半導(dǎo)體元件的切換周期(例如IOOkHz)同步地較大變化。由于基準(zhǔn)電壓的變化，會(huì)不精確地檢測(cè)電流極性和感應(yīng)電壓極性。為了防止該問(wèn)題，根據(jù)第十一實(shí)施例，在檢測(cè)電流極性和感應(yīng)電壓極性的時(shí)刻防止電源轉(zhuǎn)換器108的功率半導(dǎo)體元件的切換。
[0233]圖32是電源轉(zhuǎn)換器108的詳細(xì)視圖，并且圖33是電源轉(zhuǎn)換器108的時(shí)序圖。
[0234]電源轉(zhuǎn)換器108是DC-DC轉(zhuǎn)換器并且根據(jù)從主電源104供應(yīng)的高壓(例如288V)生成電壓Vcc。具體地說(shuō)，如圖32所示，電源轉(zhuǎn)換器108包括智能功率器件(iro)120、基準(zhǔn)電壓生成器121、平滑電路122和監(jiān)視電壓生成器123。
[0235]IPD120執(zhí)行用于根據(jù)高壓生成穩(wěn)定電壓Vcc (例如15V)的控制。如下面詳細(xì)描述的，結(jié)合在IPD120中的半導(dǎo)體功率元件被導(dǎo)通和截止以穩(wěn)定電壓Vcc。根據(jù)第十一實(shí)施例，IPD120具有作為半導(dǎo)體功率元件的功率M0SFET320。在激活電源轉(zhuǎn)換器108時(shí)，功率M0SFET320的漏極連接到主電源104，并且功率M0SFET320的源極連接到基準(zhǔn)電壓生成器121。IPD120具有D-端子、S-端子和C-端子。D-端子連接到功率M0SFET320的漏極并且用作電源端子。S-端子連接到功率M0SFET320的源極并且用作輸出端子。C-端子連接到監(jiān)視電壓生成器123以使得能夠?qū)⒂杀O(jiān)視電壓生成器123生成的監(jiān)視電壓輸入到IPD120。在IPD120中，基于監(jiān)視電壓控制功率M0SFET230，從而能夠穩(wěn)定電壓Vcc。即，C-端子用作用于控制電壓Vcc的控制端子。
[0236]基準(zhǔn)電壓生成器121包括電容器121a。電容器121a連接到電源線路108a，該電源線路108a連接到S-端子。在激活I(lǐng)PD120時(shí)，電容器121a被充電以生成基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)電壓用作監(jiān)視電壓的基準(zhǔn)。進(jìn)而，基準(zhǔn)電壓用作IPD120的電源電壓。
[0237]平滑電路122配置為包括電感器122a和電容器122b的LC電路。電感器122a與電源線路108a串聯(lián)連接。電容器122b與電源線路108a并聯(lián)連接。平滑電路122平滑電源線路108a的電壓以防止電源線路108a的電壓由于噪聲而變化。進(jìn)而，電容器122b被充電以生成電壓Vcc。整流器二極管125連接在電感器122a的高壓側(cè)和地(GND)線之間。
[0238]監(jiān)視電壓生成器123包括齊納二極管123a和二極管123b。監(jiān)視電壓生成器123生成在IPD120的C-端子處的監(jiān)視電壓。監(jiān)視電壓取決于電壓Vcc。具體地說(shuō)，通過(guò)從電壓Vcc減去齊納二極管123a兩端的電壓以及二極管123b的正向電壓Vf來(lái)計(jì)算監(jiān)視電壓。例如，監(jiān)視電壓可以是6.2V。IPD120基于監(jiān)視電壓來(lái)確定電壓Vcc是否是預(yù)定電壓(例如15V)。功率M0SFET320基于該確定結(jié)果導(dǎo)通和截止。在圖32所示的示例中，二極管123b位于IPD120中?？蛇x地，二極管123b可以位于IPD120外部。
[0239]按照這種方式，IPD120配置為用于根據(jù)從主電源104供應(yīng)的高壓生成穩(wěn)定電壓Vcc的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[0240]接下來(lái)，詳細(xì)描述IPD120。IPD120包括激活電路310、功率M0SFET320和PWM斬波器電路330。
[0241] 激活電路310通過(guò)根據(jù)從主電源104向D-端子施加的高壓生成預(yù)定電壓來(lái)激活I(lǐng)PD120。具體地說(shuō)，激活電路310基于來(lái)自結(jié)合的恒流源的電流供應(yīng)，對(duì)基準(zhǔn)電壓生成器121的電容器121a充電，從而生成基準(zhǔn)電壓。應(yīng)注意，電容器121a連接在IPD120的C-端子和S-端子之間。在基準(zhǔn)電壓達(dá)到預(yù)定值時(shí)，來(lái)自恒流源的電流供應(yīng)停止。因而，具有預(yù)定值的基準(zhǔn)電壓保持施加到C-端子并且對(duì)于IPD120的每一部分用作內(nèi)部電源電壓VCS。
[0242]功率M0SFET320通過(guò)PWM斬波器電路330來(lái)導(dǎo)通和截止。具體地說(shuō)，通過(guò)PWM斬波器電路330控制功率M0SFET320的柵極電壓以控制流經(jīng)S-端子的功率M0SFET320的輸出電流。因而，將電壓Vcc控制到預(yù)定電壓(例如15V)。
[0243]PWM斬波器電路330通過(guò)調(diào)節(jié)功率M0SFET220的PWM控制的脈沖寬度(即占空比)，將電壓Vcc轉(zhuǎn)換為恒壓。具體地說(shuō)，調(diào)節(jié)脈沖寬度以使得輸入到被連接至PWM斬波器電路330的C-端子的監(jiān)視電壓能夠變?yōu)轭A(yù)定電壓(例如6.2V)。例如，可以通過(guò)諸如檢測(cè)流經(jīng)電感器122a的電流的波峰的已知技術(shù)來(lái)確定脈沖寬度。
[0244]具體地說(shuō)，PWM斬波器電路330包括振蕩器331、過(guò)流保護(hù)電路332、邏輯電路333、過(guò)熱保護(hù)電路334和切換停止電路335。
[0245]振蕩器331輸出具有取決于PWM控制的周期的預(yù)定周期的脈沖信號(hào)。從振蕩器331輸出的脈沖信號(hào)用作SR鎖存器333a的設(shè)定信號(hào)，將在下面描述。在執(zhí)行PWM控制時(shí)，功率M0SFET320以從振蕩器331輸出的脈沖信號(hào)的周期導(dǎo)通和截止。
[0246]在功率M0SFETA320的輸出電流超出過(guò)流閾值時(shí)，過(guò)流保護(hù)電路332使功率M0SFETA320截止。根據(jù)第十一實(shí)施例，過(guò)流保護(hù)電路332基于輸入到C-端子的基準(zhǔn)電壓來(lái)設(shè)定過(guò)流閾值。在功率M0SFETA320的輸出電流超出過(guò)流閾值時(shí)，過(guò)流保護(hù)電路332確定出現(xiàn)過(guò)流條件。
[0247]邏輯電路333基于振蕩器331、過(guò)流保護(hù)電路332、過(guò)熱保護(hù)電路334和切換停止電路335的輸出的邏輯電平來(lái)輸出用于控制施加到功率M0SFET320的柵極的柵極電壓的柵極控制信號(hào)。
[0248]在檢測(cè)到過(guò)熱條件時(shí)，過(guò)熱保護(hù)電路334使功率M0SFET320截止。進(jìn)而，在過(guò)熱條件消除時(shí)，過(guò)熱保護(hù)電路334允許對(duì)功率M0SFET320進(jìn)行PWM控制。根據(jù)第十一實(shí)施例，在檢測(cè)到過(guò)熱條件時(shí)，過(guò)熱保護(hù)電路334輸出低電平信號(hào)以使功率M0SFET320截止。
[0249]切換停止電路335響應(yīng)于來(lái)自微計(jì)算機(jī)105的命令而輸出用于停止功率M0SFET320的切換的切換停止信號(hào)。如先前提到的，如果電源轉(zhuǎn)換器108的功率M0SFET320以電流極性檢測(cè)和感應(yīng)電壓極性檢測(cè)的時(shí)刻切換，則由相檢測(cè)電路100執(zhí)行的電流極性檢測(cè)和感應(yīng)電壓極性檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生不精確的結(jié)果。為了防止該問(wèn)題，在輸出電流采樣脈沖、第一采樣脈沖和第二采樣脈沖時(shí)，微計(jì)算機(jī)105向切換停止電路335輸出停止命令以使得切換停止電路335能夠輸出切換停止信號(hào)。具體地說(shuō)，根據(jù)第十一實(shí)施例，在切換停止電路335的輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，停止功率M0SFET320的切換。切換停止電路335包括電平移位器335a。將切換停止電路335的輸出信號(hào)電平移位到功率M0SFET320的源極的基準(zhǔn)電勢(shì)并且然后輸入到IPD120。
[0250]在IPD120中，由電阻器332a和332b劃分輸入到C-端子的基準(zhǔn)電壓，并且通過(guò)誤差放大器332c將所劃分的基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換為取決于基準(zhǔn)電壓的誤差放大器側(cè)電壓。具體地說(shuō)，將劃分的基準(zhǔn)電壓輸入到誤差放大器332c的反相輸入端子。因此，誤差放大器側(cè)電壓隨著所劃分的基準(zhǔn)電壓的降低而增加。將誤差放大器側(cè)電壓輸入到比較器332d的同相輸入端子。
[0251]輸入到比較器332d的反相輸入端的電壓(以下將其稱為“功率MOSFET側(cè)電壓”)隨著流經(jīng)功率M0SFET320的電流而改變。由恒流源332e生成的恒定電流流經(jīng)電阻器332f以使得會(huì)在電阻器332f兩端產(chǎn) 生電壓。功率MOSFET側(cè)電壓基本上取決于電阻器332f兩端的電壓。功率M0SFET332g配置為用于功率M0SFET320的感測(cè)單元以使得流經(jīng)功率M0SFET332g的電流能夠與流經(jīng)功率M0SFET320的電流成比例。進(jìn)而，流經(jīng)功率M0SFET322g的電流流經(jīng)電阻器332f。因此，功率MOSFET側(cè)電壓根據(jù)M0SFET322g的導(dǎo)通和截止操作，即功率M0SFET320的導(dǎo)通和截止操作，改變。
[0252]比較器332d將誤差放大器側(cè)電壓與功率MOSFET側(cè)電壓進(jìn)行比較。如果誤差放大器側(cè)電壓大于功率MOSFET側(cè)電壓，則比較器332d輸出高電平信號(hào)。相比而言，如果誤差放大器側(cè)電壓小于功率MOSFET側(cè)電壓，則比較器332d輸出低電平信號(hào)。因此，在比較器332d的輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，檢測(cè)到出現(xiàn)過(guò)流條件。
[0253]應(yīng)注意，比較器332d的輸出信號(hào)用作SR鎖存器333a的復(fù)位信號(hào)。在功率MOSFET側(cè)電壓變得大于誤差放大器側(cè)電壓時(shí)，SR鎖存器333a復(fù)位以使得電壓Vcc能夠具有預(yù)定值(例如15V)。
[0254]然后，將SR鎖存器333a、過(guò)熱保護(hù)電路334和切換停止電路335的輸出信號(hào)輸入到與非門333b。
[0255]在正常條件下，過(guò)熱保護(hù)電路334和切換停止電路335的輸出信號(hào)為高。因此，與非門333b的輸出信號(hào)取決于SR鎖存器333a的輸出信號(hào)。與非門333b的輸出信號(hào)通過(guò)作為驅(qū)動(dòng)器電路的非門333c反相并且然后施加到功率M0SFET320的柵極。因而，功率M0SFET320根據(jù)SR鎖存器333a的輸出信號(hào)導(dǎo)通和截止。
[0256]相比而言，如果過(guò)熱保護(hù)電路234和切換停止電路335的輸出信號(hào)中的至少一個(gè)變?yōu)榈碗娖?，則與非門333b的輸出信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，而與SR鎖存器33a的輸出信號(hào)為高或者低無(wú)關(guān)。因此，驅(qū)動(dòng)器電路333c的輸出信號(hào)變?yōu)榈碗娖揭允沟霉β蔒0SFET320能夠截止。因而，功率M0SFET320截止而與SR鎖存器333a的輸出信號(hào)為高或者低無(wú)關(guān)。
[0257]以下參照?qǐng)D33詳細(xì)討論電源轉(zhuǎn)換器108的操作。電源轉(zhuǎn)換器108在正常條件下操作如下。在振蕩器331的脈沖信號(hào)變?yōu)楦叩臅r(shí)間Tl，由于功率MOSFET側(cè)電壓小于誤差放大器側(cè)電壓，比較器332d的輸出信號(hào)為低。因此,與非門333b的輸出信號(hào)根據(jù)SR鎖存器333a的輸出信號(hào)變?yōu)榈?，除非過(guò)熱保護(hù)電路334檢測(cè)到過(guò)熱條件。結(jié)果，驅(qū)動(dòng)器電路333c的輸出信號(hào)變?yōu)楦咭允沟霉β蔒0SFET320能夠?qū)āＲ蚨?，功率M0SFET200的輸出電流增加以使得功率MOSFET側(cè)電壓能夠增加。
[0258]然后，在功率MOSFET側(cè)電壓達(dá)到誤差放大器側(cè)電壓的時(shí)間T2，比較器332d的輸出信號(hào)變?yōu)楦?。結(jié)果，SR鎖存器332a復(fù)位以使得SR鎖存器333a的輸出信號(hào)能夠變?yōu)榈?。按照這種方式，功率M0SFET320在SR鎖存器333a的輸出信號(hào)的高時(shí)段期間保持導(dǎo)通。 [0259]然后，在切換停止電路335響應(yīng)于來(lái)自微計(jì)算機(jī)105的停止命令而輸出切換停止信號(hào)的時(shí)間段T3期間，與非門333b的輸出信號(hào)保持低，而與SR鎖存器333a的輸出電平無(wú)關(guān)。結(jié)果，功率M0SFET320在時(shí)間段T3期間保持截止。按照這種方式，通過(guò)切換停止信號(hào)停止功率M0SFET320的操作以防止功率M0SFET320在檢測(cè)電流極性和感應(yīng)電壓極性時(shí)切換。
[0260]應(yīng)注意，功率M0SFET320的切換操作的停止導(dǎo)致電壓Vcc的降低。C-端子的電壓隨著電壓Vcc的降低而降低以使得誤差放大器側(cè)電壓能夠增加。因此，在經(jīng)過(guò)時(shí)段T3之后，功率MOSFET側(cè)電壓達(dá)到誤差放大器側(cè)電壓所需的時(shí)段增加。因此，在經(jīng)過(guò)時(shí)段T3之后功率M0SFET320導(dǎo)通時(shí)，功率M0SFET320在增加的時(shí)間段內(nèi)保持導(dǎo)通。因而，取消電壓Vcc的降低量以使得預(yù)定電壓能夠變?yōu)殡妷篤cc的平均值。因此，功率M0SFET320的切換停止未造成新的問(wèn)題。
[0261 ] 如上所述，根據(jù)第十一實(shí)施例，對(duì)IGBTlIIa-1IIf進(jìn)行PWM控制以使得電機(jī)電流和感應(yīng)電壓能夠彼此同相。按照這樣的方案，能夠最大化供應(yīng)到三相電機(jī)103的功率。進(jìn)而，以電流極性檢測(cè)和感應(yīng)電壓極性檢測(cè)的時(shí)刻停止電源轉(zhuǎn)換器108的功率M0SFET320的切換。按照這樣的方案，電流極性檢測(cè)和感應(yīng)電壓極性檢測(cè)不受功率M0SFET320的切換浪涌影響。因而，能夠精確地執(zhí)行電流極性檢測(cè)和感應(yīng)電壓極性檢測(cè)。
[0262](變型)
[0263]可以例如按照下面的各種方式修改上述實(shí)施例。SOI襯底1，21可以由諸如簡(jiǎn)單半導(dǎo)體襯底的另一類型襯底代替。橫向IGBT和橫向FWD的結(jié)構(gòu)可以改變。例如，可以省去電阻器層14，30。電阻器層14的另一端可以連接到發(fā)射極電極13而不是柵極電極11。溝槽結(jié)構(gòu)ld，21d可以由另一類型的隔離結(jié)構(gòu)代替。
[0264]在所述實(shí)施例中，橫向IGBT是η溝道型。可選地，通過(guò)使橫向IGBT的部件(例如漂移層2)的電導(dǎo)類型反轉(zhuǎn)，橫向IGBT可以是ρ溝道型。
[0265]除了或者代替橫向IGBT和橫向FWD，半導(dǎo)體器件可以具有諸如橫向功率MOSFET的另一類型的半導(dǎo)體元件。[0266]在所述實(shí)施例中，向底部開關(guān)提供了感測(cè)單元和感測(cè)電阻器?？蛇x地，可以向頂部開關(guān)提供感測(cè)單元和感測(cè)電阻器。應(yīng)注意，在向頂部開關(guān)提供感測(cè)單元和感測(cè)電阻器時(shí)，需要基準(zhǔn)地來(lái)檢測(cè)電流。因此，優(yōu)選的是，應(yīng)該向底部開關(guān)提供感測(cè)單元和感測(cè)電阻器。
[0267]在所述實(shí)施例中，感測(cè)電阻器連接到感測(cè)單元的低側(cè)?？蛇x地，感測(cè)電阻器可以連接到感測(cè)單元的高側(cè)。
[0268]在所述實(shí)施例中，IGBTllla-1llf是橫向類型并且用作功率元件。可選地，IGBTl I Ia-1 I If可以由諸如橫向或者垂直功率MOSFET的另一類型功率元件代替。
[0269]在所述實(shí)施例中，以逆變器電路101作為示例。本發(fā)明可以應(yīng)用于另一類型電路。[0270]第H^一實(shí)施例可以與任何其它實(shí)施例組合。
[0271 ] 在所述實(shí)施例中，基于每一相中電機(jī)電流和電機(jī)電流的改變來(lái)檢測(cè)電機(jī)電流的極性(即電機(jī)電流的相位)和感應(yīng)電壓的極性(即感應(yīng)電壓的相位)。可選地，可以基于作為三相中兩相的線路電流之間的差值的線路-到-線路電流來(lái)檢測(cè)電機(jī)電流的極性和感應(yīng)電壓的極性。
[0272]在所述實(shí)施例中，微計(jì)算機(jī)105和電源轉(zhuǎn)換器108沒(méi)有與半導(dǎo)體器件102集成?？蛇x地，微計(jì)算機(jī)105和電源轉(zhuǎn)換器108可以至少部分地與半導(dǎo)體器件102集成以形成單片半導(dǎo)體器件102。
[0273]這樣的改變和變型應(yīng)理解為落入如所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于檢測(cè)連接到負(fù)載的電流路徑中的電流的電流傳感器，所述電流傳感器包括: 位于所述電流路徑中并且導(dǎo)通和截止以控制所述電流的功率元件(Illa-1llf )，在所述功率元件(Illa-1llf)導(dǎo)通時(shí),所述電流沿正向方向流經(jīng)所述功率元件(Illa-1llf)；位于所述電流路徑中并且與所述功率元件(Illa-1llf)反并聯(lián)連接的續(xù)流二極管(112a-112f)，在所述功率元件(Illa-1llf)由導(dǎo)通變?yōu)榻刂箷r(shí)，所述電流沿反向方向流經(jīng)所述續(xù)流二極管(112a-112f)； 第一感測(cè)單元(lllbs, lllds, Illfs),連接到所述功率元件(Illa-1llf)以使得流經(jīng)所述第一感測(cè)單元(lllbs, lllds, Illfs)的電流與流經(jīng)所述功率元件(Illa-1llf )的電流成比例； 與所述第一感測(cè)單元(lllbs，lllds，lllfs)串聯(lián)連接的第一感測(cè)電阻器(Rsl)；第二感測(cè)單元(112bs，112ds，112fs)，連接到所述續(xù)流二極管(112a-112f)以使得流經(jīng)所述第二感測(cè)單元(112bs，112ds，112fs)的電流與流經(jīng)所述續(xù)流二極管(112a_112f)的電流成比例；以及 與所述第二感測(cè)單元(112bs，112ds，112f s )串聯(lián)連接的第二感測(cè)電阻器(Rs2 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流傳感器，其中: 基于所述第一感測(cè)電阻器(Rsl)兩端的第一電壓(Vl)和所述第二感測(cè)電阻器(Rs2)兩端的第二電壓(V2)來(lái)檢測(cè)所述電流的絕對(duì)值和方向。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流傳感器，其中: 在所述第一電壓(Vl)為正并且所述第二電壓(V2)為零時(shí)，基于所述第一電壓(Vl)來(lái)檢測(cè)所述絕對(duì)值，并且將所述方向檢測(cè)為所述正向方向，并且 在所述第一電壓(Vl)為零并且所述第二電壓(V2)為負(fù)時(shí)，基于所述第二電壓(V2)來(lái)檢測(cè)所述絕對(duì)值，并且將所述方向檢測(cè)為所述反向方向。
4.一種逆變器電路，包括: 權(quán)利要求20限定的電流傳感器； 多個(gè)頂部開關(guān)(110a，110c，110e)，每一個(gè)頂部開關(guān)具有所述功率元件和所述續(xù)流二極管；以及 多個(gè)底部開關(guān)(110b，110d，110f)，每一個(gè)底部開關(guān)具有所述功率元件和所述續(xù)流二極管;其中， 所述多個(gè)頂部開關(guān)中的每一個(gè)頂部開關(guān)連接到所述多個(gè)底部開關(guān)中的相應(yīng)一個(gè)底部開關(guān)以形成用于將所述電流轉(zhuǎn)換為交流電 流的多個(gè)相腳，并且 向所述多個(gè)頂部開關(guān)(110a，110c, 1lOe)或者向所述多個(gè)底部開關(guān)(110b，IlOd, IlOf)提供所述第一感測(cè)單元(111化，111如，111&)、所述第一感測(cè)電阻器(1^1)、所述第二感測(cè)單元(112bs，112ds，112fs)、以及所述第二感測(cè)電阻器(Rs2)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器電路，其中: 僅向所述多個(gè)底部開關(guān)(110b，110d，1lOf)提供所述第一感測(cè)單元(lllbs，lllds，111€8)、所述第一感測(cè)電阻器(rs1)、所述第二感測(cè)單元(1121^，112(18，112&)、以及所述第二感測(cè)電阻器(Rs2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器電路，其中:所述電流傳感器、所述多個(gè)頂部開關(guān)(110a，110c，IlOe)和所述多個(gè)底部開關(guān)(110b，110d，1lOf)集成在公共的半導(dǎo)體襯底(131)中并且實(shí)現(xiàn)為單個(gè)芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的逆變器電路，還包括: 電源轉(zhuǎn)換器(108)，包括輸出晶體管(320)并且通過(guò)使所述輸出晶體管(320)導(dǎo)通和截止控制充電到基準(zhǔn)電壓生成器(321)的電壓以生成預(yù)定電壓(Vcc)； 控制電路(106)，配置為通過(guò)使用所述預(yù)定電壓(Vcc)使所述功率元件導(dǎo)通和截止； 電流極性檢測(cè)器(240)，配置為通過(guò)在第一時(shí)刻檢測(cè)所述電流的極性來(lái)檢測(cè)所述電流的相位； 電壓極性檢測(cè)器(250)，配置為通過(guò)在第二時(shí)刻檢測(cè)所述電流的所述極性的改變來(lái)檢測(cè)感應(yīng)電壓的相位，在所述功率元件導(dǎo)通和截止時(shí)產(chǎn)生所述感應(yīng)電壓；以及 切換停止電路(335)，配置為防止所述輸出晶體管(320)在所述第一時(shí)刻和所述第二時(shí)刻導(dǎo)通和截止，其中， 所述控制電路(106)基于所檢測(cè)的所述電流和所述感應(yīng)電壓的相位使所述功率元件導(dǎo)通和截止，以使得所述電流和所述感應(yīng)電壓同相。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK103745979SQ201410009511
【公開日】2014年4月23日 申請(qǐng)日期:2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2010年6月4日
【發(fā)明者】白木聰, 戶倉(cāng)規(guī)仁, 高橋茂樹, 山本昌弘, 山田明, 工藤弘康, 蘆田洋一, 中川明夫 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝