CN1825762B - 功率用半导体装置 - Google Patents

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Abstract

在将用于对IGBT(TR1、TR2)进行驱动控制的IPM(3-1、3-2)并联连接而构成的功率用半导体装置中，误差信号通信电路(16-1)按照IPM(3-1)中产生的保护报警信号(F0)等，将通信误差信号发送至IPM(3-2)的误差信号通信电路(16-2)。误差信号通信电路(16-2)接收从误差信号通信电路(16-1)发送的通信误差信号，按照接收到的通信误差信号进行控制，使该IPM(3-2)的驱动控制动作停止。从而，在设有并联连接的多个IPM的功率用半导体装置中，因一个IPM的保护电路动作而使其动作切断时也切断另一个IPM的动作。

Description

功率用半导体装置
技术领域
本发明涉及对例如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor FieldEffect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等功率半导体元件进行驱动控制的、由例如智能功率模块(以下称作IPM)等多个功率控制用半导体模块并联连接而构成的功率用半导体装置。
背景技术
关于对例如MOSFET及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等功率半导体元件进行驱动控制的、由例如IPM等多个功率控制用半导体模块并联连接而构成的功率用半导体装置，公开了以下的现有技术。
在栅极驱动电路等设置于功率元件上而智能化的IPM进行并联连接、并运转时，为了能够防止由于功率元件切换时的不平衡而引起的错误的过电流检测及热量集中，
在专利文献中1公开了以下的解决手段，其特征在于：在专利文献1的图1中在并联连接例如2个IPM电路2A、2B、并运转时，将使动作指令信号L1延迟的延迟电路D1A、D2A的输出信号传送至IPM电路2B并将延迟电路D1B、D2B的输出信号传送至IPM电路2A，从而在IPM电路2A、2B的各功率元件3A、3B中不会产生切换的不平衡。
另外，在专利文献2中，在进行IPM的并联连接时，为了放宽因构成IPM的开关元件的开关特性不同而引起的开关元件的分选标准，并且使电流均匀地流入已并联连接的各IPM，在专利文献2中公开了以下的解决手段，其特征在于：在专利文献2的图1中将各开关元件的主电流输入侧的第1主电极相互之间以及主电流输出侧的第2主电极相互之间进行连接，同时将具有同一电阻值的电阻连接在上述各第2主电极上，从该电阻经辅助端子，由第1布线导体连接上述各第2主电极，并且经由在预定频率下成为高阻抗的阻抗元件，由第2布线导体连接上述各开关元件的控制电极。
另外，为了防止并联连接的功率用半导体元件的电流分配不均并按小型、低成本地实现所要求容量的半导体功率转换装置，在专利文献3中公开了以下的解决手段，即在专利文献3的图1中在1个支路内将多个功率用半导体元件并联连接而构成的半导体功率转换装置，其特征在于采用以下手段：将IGRTQ1、Q2的阳极相互连接，并将控制极相互连接，同时分别通过电感元件L1、L2，将IGRTQ1、Q2的阴极相互连接，将栅极驱动电路GDU连接在电感元件L1、L2的相互接点与上述控制极的相互接点之间，另外，将电阻连接在各控制极与栅极驱动电路GDU之间，或者将过电压保护电路连接在各控制极与阴极之间。
另外，为了即使在进行并联动作的开关元件的导通特性有差别时也能进行稳定的切换，专利文献4中还公开了以下的解决手段，即，如果在专利文献4的图1中并联连接的开关元件2、3中的任何一个开关元件快速导通，则通过因该开关元件的发射极主电路侧的布线的杂散电感而产生的感应电压，从而电流ΔiE在连接开关元件2、3的发射辅助端子相互之间的电路上流动，在此电路的杂散电感上感应出使该开关元件的栅极电压下降的电压，但是通过变量器12的电感，减小上述电流ΔiE，可抑制使栅极电压下降的电压，可防止在接通过程中断路的现象。
另外，在将栅极驱动电路等设置于功率元件上而智能化的IPM进行并联连接并运转时，为了防止由于功率元件切换时的不平衡而引起的错误的过电流检测和热量集中，在专利文献中5公开了以下的解决手段，其特征在于：在专利文献5的图1中在并联连接例如2个IPM电路2A、2B并运转时，将使动作指令信号L1延迟的延迟电路D1A、D2A的输出信号传送至IPM电路2B并将延迟电路D1B、D2B的输出信号传送至IPM电路2A，从而在电路2A、2B的各功率元件3A、3B中不会产生切换的不平衡。
另外，在专利文献6中，在将栅极驱动电路等设置于功率元件上而智能化的IPM进行并联连接并使用时，为了防止由于功率元件切换时的不平衡而引起的错误的过电流检测和热量集中，在专利文献6的图1中公开了以下的解决手段，其特征在于：在专利文献6的图1中在并联连接IPM、并使用时，用短路线8使功率元件3的栅极之间短路，从而使在电路A、B的各功率元件3上不会产生切换不平衡。
另外，为了高精度地消除并联连接的开关元件的电流不平衡，在专利文献7中还公开了以下的解决手段，即如专利文献7的图12所示执行以下步骤：
(1)在并联连接的n(≥2)个IGBT的主电流的检测值即电流读出电压VCS1～VCSn转换为数字形式后，提供给运算处理。
(2)用常数G1～Gn及补偿电压VOFFSET1～VOFFSETn，将电流读出电压VCS1～VCSn换算为集电极电流I1～In(步骤103)，然后计算相对于集电极电流I1～In的平均值IAVG的偏差ΔI1～ΔIn(步骤104、105)。
(3)以偏差ΔI1～ΔIn与系数Kij相乘而得到的变化量ΔVD1～ΔVDn更新驱动控制电压VD1～ΔVDn(步骤106、107)。
(4)将驱动控制电压VD1～VDn转换为模拟形式，然后作为栅极电压VGE供给n个IGBT。分别按n个开关元件一一作成常数G1～Gn、补偿电压VOFFSET1～VOFFSETn及系数Kij。
[专利文献1]特开2002-369497号公报。
[专利文献2]国际申请公开WO01/089090号公报。
[专利文献3]特开平10-042548号公报。
[专利文献4]特开平10-014215号公报。
[专利文献5]特开2002-369496号公报。
[专利文献6]特开平08-213890号公报。
[专利文献7]特开2000-092820号公报。
发明内容
在上述现有技术中公开了主要用于消除流过并联连接的各IPM或各开关元件的电流不均匀的具体防止手段。然而，一般地说，在各IPM或各开关元件中分别连接有保护电路，通过一个IPM或开关元件的保护电路动作，能够切断该IPM或开关元件的动作，而另一个IPM或开关元件继续工作。因此，存在另一个IPM或开关元件损坏或老化而导致寿命缩短这一问题。
本发明的目的在于解决以上问题，即提供一种具有并联连接的多个IPM或开关元件的功率用半导体装置，在一个IPM或开关元件的保护电路动作、并切断该IPM或开关元件的动作时，能够切断另一个IPM或开关元件的动作。
本发明的功率用半导体装置是将用于对功率半导体元件进行驱动控制的多个功率控制用半导体模块并联连接而构成的功率用半导体装置，其特征在于：
具有按照一个功率控制用半导体模块中产生的预定的启动信号、将预定的通信信号发送至另一功率控制用半导体模块的发送单元和
在另一个功率控制用半导体模块中接收上述已发送的通信信号、并按照上述接收到的通信信号、控制该另一功率控制用半导体模块的驱动控制动作的接收单元。
因此，依据本发明的功率用半导体装置，例如上述启动信号是用于保护上述功率半导体元件的保护报警信号，上述发送单元按照一个功率控制用半导体模块中产生的保护报警信号，将上述通信信号发送至另一功率控制用半导体模块，上述接收单元在另一功率控制用半导体模块中接收上述已发送的通信信号并按照上述接收到的通信信号使该另一功率控制用半导体模块驱动控制动作停止。所以，使两个功率控制用半导体模块的驱动控制动作都能够可靠地停止。由此，在该功率用半导体装置中能够实现安全的动作。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的功率用半导体装置结构的框图。
图2是表示图1的误差信号发生电路15的详细结构的框图。
图3是表示图1的误差信号通信电路16-1、16-2的详细结构及该误差信号通信电路16-1、16-2之间连接的框图。
图4是表示图1的误差信号通信电路16-1单独工作时连接的框图。
图5是表示图1的功率用半导体装置中的保护误差信号FE1～FE4和误差模式信号EM之间关系的表。
图6是表示图1的功率用半导体装置中对于各状态的通信误差信号FA1、FA2之间关系以及通信误差信号FB1、FB2之间关系的表。
图7是表示本发明实施例2的功率用半导体装置中误差信号通信电路16A-1、16A-2的详细结构以及该误差信号通信电路16A-1、16A-2之间连接的框图。
图8的表表示对应于图7的功率用半导体装置中各状态的通信误差信号FA1、FA2、FA3之间的关系以及通信误差信号FB1、FB2、FB3之间的关系。
图9是表示本发明实施例3的功率用半导体装置中IPM3A-1、IBM3A-2的详细结构以及该IPM3A-1、IPM3A-2之间连接的框图。
图10是表示本发明实施例4的功率用半导体装置中的包含电流平衡化用电感L1A和开关27的输出电路的详细结构的框图。
符号说明
1中央运算处理装置(CPU)、2-1、2-2  接口电路、3、3-1、3-2、3A-1、3A-2、3B-1、3B-2智能功率模块(IPM)、4负载装置、10控制器电路、11电源电路、12带反相输入端子的“与”门、13检测保护电路、15误差信号发生电路、16-1、16-2、16A-1、16A-2误差信号通信电路、20功率驱动电路、21带有反相输入端子的“与”门、22驱动电路、23传感器及传感器电路、24检测保护电路、26-1、26-2FO信号通信电路、27开关、31、32光耦合器、41、45、51、55电流源、42、52开关、43、44、46、53、54、56  电流检测器、CA1、CA2、CA3  电缆、L1、L1A  电流平衡化用电感、L2电流检测用电感、OR1、OR2、OR3  “或”门、RL  负载电阻、RS电流检测用电阻、SG1误差模式信号发生器、TR IGBT、Di回流二极管、VCC电源电压。
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明的实施例。另外，在以下各实施例中相同的构成要素附以同一符号。
实施例1
图1是表示本发明实施例1的功率用半导体装置结构的框图。在图1的功率用半导体装置中，中央运算处理装置(以下称作CPU)1通过接口电路2-1、2-2将驱动控制信号CS传送至2个IPM3-1、3-2，从而对IPM3-1、3-2的各IGBTTR1、TR2进行驱动控制。这里，回流二极管(feedback diode)Di1连接在IPM3-1的IGBTTR1的集电极与第1发射极之间，IGBTTR1的集电极连接在电源电压VCC上，而IGBTTR1的第1发射极通过电流平衡化用电感L1与负载装置4的第1端子连接。另外，回流二极管Di2连接在IPM3-2的IGBTTR2的集电极与第1发射极之间，IGBTTR2的集电极连接在电源电压VCC上，而IGBTTR2的第1发射极经由电流平衡化用电感L1与负载装置4的第1端子连接。另外，负载装置4的第2端子接地。通过以上的连接，各IPM3-1、3-2的各IGBTTR1、TR2相互并联连接。
再有，IPM3-1、3-2的各IGBTTR1、TR2的第2发射极经由用于检测流入各IGBTTR1、TR2的电流的电流检测用电阻RS而接地，电流检测用电阻RS的非接地侧端子连接在传感器及传感器电路23上。另外，在各IPM3-1、3-2的电流平衡化用电感线圈L1上设置电流检测用电感线圈L2，，使之对电感L1在电磁上弱耦合，其一端连接在传感器及传感器电路23，而另一端接地。在本实施例中将各IPM3-1、3-2的电流平衡化用电感线圈L1、L1(例如充分大于数μH以上且基本上具有相同值的电感)分别内置在IPM3-1、3-2中，并将各电流平衡化用电感线圈L1、L1的各-端连接，再与负载装置4连接，从而能够使用公知的电路技术使流经各IGBTTR1、TR2的各集电极电流均匀化。
在图1中接口电路2-1对来自CPU1的驱动控制信号CS进行预定的信号转换及电气绝缘等接口处理，然后后输出至IPM3-1的“与”门12以及电源电路11。另外，接口电路2-1接收来自IPM3-1的误差信号ER、2个误差模式信号EM以及4个模拟检测信号AS(关于这些信号在下面详细叙述)，对信号ER、EM、AS进行预定的信号转换及电气绝缘等接口处理，然后输出至CPU1。接口电路2-2对来自CPU1的驱动控制信号CS进行预定的信号转换及电气上绝缘等接口处理，然后输出至IPM3-2的“与”门12以及电源电路11。另外，接口电路2-2接收来自IPM3-2的误差信号ER、2个误差模式信号EM以及4个模拟检测信号AS，对信号ER、EM、AS进行预定的信号转换及电气上绝缘等接口处理，然后输出至CPU1。
另外，如图1所示，IPM3-1的接地端子经由接口电路2-1的接地端子与CPU1的接地端子连接，另外，IPM3-2的接地端子经由接口电路2-2的接地端子与CPU1的接地端子连接。即，由于未在IPM3-1、3-2的各接地端子之间直接连接，因此不会形成接地电位的环路。由此，可防止在IPM3-1、3-2等电路中检测出噪声。
接着，对于IPM3-1、3-2(以符号3总称。另外，对于接口电路2-1、2-1也以符号2总称)的结构及动作进行说明，但是由于2个IPM3-1、3-2相同地构成，所以除了对于有必要区  说明的误差信号通信电路16-1、16-2、IGBTTR1、TR2以及回流二极管Di1、Di2以外的各构成要素的电路均附以同一符号，主要对于1个IPM3的结构及动作进行说明。在图1中各IPM3由图1中左侧图示的控制器电路10和图1中右侧图示的功率驱动电路20构成，因为各电路10、20之间在电气上绝缘，所以通过光耦合器31、32连接。
电源电路11从来自接口电路2的驱动控制信号CS抽取电能，将电源电压供给IPM3内的各电路。另外，来自接口电路2的驱动控制信号CS经由“与”门12、光耦合器31以及“与”门21输出至驱动电路22。这里，驱动电路22响应高电平的驱动控制信号进行驱动，使IGBTTR1或TR2导通。来自误差信号发生电路15的误差信号ED输入到“与”门12的反相输入端子，在接收高电平的误差信号ED时，“与”门12将驱动控制信号CS切断。另外，来自输出保护电路24的保护报警信号FO(Fault Out)输入到“与”门21的反相输入端子，在接收到高电平的保护报警信号F0时，“与”门21将驱动控制信号CS切断。
在IPM3的功率驱动电路20中，传感器及传感器电路23最好包含与该传感器及传感器电路23连接的如下传感器以及该电路23内包含的如下传感器，如以下那样，将检测信号输出至检测保护电路13、24，并如以下那样，检测保护电路13、24响应该信号而与预定的阈值进行比较，产生保护报警信号。
(1)电流检测用电感L2：电流检测用电感L2检测IGBTTR1或TR2的集电极电流的电流值，将测出的电流值输出至传感器及传感器电路23。对此作出响应，传感器及传感器电路23将表示该测出的电流值的检测信号输出至检测保护电路13。为了防止IGBTTR1或TR2因过电流而热损坏，检测保护电路13将测出的电流值与预定的过电流保护(OC)断路电平进行比较，如果大于该断路电平，则产生OC用保护报警信号FE1。另外，为了防止IGBTTR1或TR2因短路电流而损坏，检测保护电路13将测出的电流值与预定的短路保护(SC)断路电平(该断路电平是大于上述过电流保护(OC)断路电平的电平)进行比较，如果大于该断路电平，则产生SC用保护报警信号FE2。
(2)电流检测用电阻RS：电流检测用电阻RS从流经IGBTTR1或TR2的第2发射极的发射极电流测出集电极电流的电流值，并将测出的电流值输出至传感器及传感器电路23。对此作出响应，传感器及传感器电路23将表示该测出的电流值的检测信号输出至检测保护电路24。为了防止IGBTTR1或TR2因过电流而热损坏，检测保护电路24将测出的电流值与预定的过电流保护(OC)断路电平进行比较，如果大于该断路电平，则产生OC用保护报警信号FE1。另外，为了防止IGBTTR1或TR2因短路电流而损坏，检测保护电路24将测出的电流值与预定的短路保护(SC)断路电平进行比较，如果大于该断路电平，则产生SC用保护报警信号FE2。
(3)温度检测用热敏电阻：将温度检测用热敏电阻(未图示)设置在粘接着IGBT芯片的同-绝缘功率基板上，检测IGBTTR1或TR2的温度，将测出的温度值输出至传感器及传感器电路23。对此作出响应，传感器及传感器电路23将表示该测出的温度值的检测信号输出至检测保护电路13和检测保护电路24。为了防止IGBTTR1或TR2因过热而热损坏，各检测保护电路13、24将测出的温度值与预定的过热保护(OT)的断路电平进行比较，如果大于该断路电平，则产生OT用保护报警信号FE3。
(4)控制电源电压检测传感器：控制电源电压检测传感器(未图示)在IPM3内的内部电路中检测IPM的控制电源电压，将测出的电压值输出至传感器及传感器电路23。对此作出响应，传感器及传感器电路23将表示该测出的电压值的检测信号输出至检测保护电路13以及检测保护电路24。为了保护元件免受控制电源电压下降而损坏，各检测保护电路13、24将测出的IPM的控制电源电压与预定的控制电源电压下降保护电路(UV)断路电平进行比较，如果小于该断路电平，则产生UV用保护报警信号FE4。
检测保护电路24对于如上产生的4个保护报警信号FE1～FE4执行逻辑和运算，产生表示该运算值的保护报警信号FO，将该保护报警信号FO输出至“与”门21的反相输入端子，同时通过光耦合器32输出至检测保护电路13。检测保护电路13产生分别表示输入的4个检测值的4个模拟检测信号，通过接口电路2而输出至CPU1。由此，按照4个模拟检测信号，CPU1能够确认测出的4个检测值。另外，检测保护电路13将如上产生的4个保护报警信号FE1～FE4以及来自检测保护电路24的保护报警信号FO输出至误差信号发生电路15。
图2是表示图1的误差信号发生电路15的详细结构的框图。在图2中误差信号发生电路15设有3个“或”门OR1、OR2、OR3和误差信号发生器SG1而构成。来自检测保护电路13的5个保护报警信号FO、FE1～FE4输入至“或”门OR1，“或”门OR1对于输入的5个保护报警信号FO、FE1～FE4执行逻辑和运算，产生表示该运算值的误差信号EC，并输出至误差信号通信电路16-1或16-2以及“或”门OR2及OR3。另外，来自误差信号通信电路16-1或16-2的通信误差信号FA1或FB1被输入到“或”门OR2及OR3，来自误差信号通信电路16-1或16-2的通信误差信号FA2或FB2被输入到“或”门OR3。另外，“或”门OR2对于输入的2个信号(误差信号EC和通信误差信号FA1或者误差信号EC和通信误差信号FA2)执行逻辑和运算，产生表示该运算值的误差信号ER，并通过接口电路2输出至CPU1。“或”门OR3对于输入的3个误差信号EC、FA1或FB1、FA2或FB2执行逻辑和运算，产生表示该运算值的误差信号ED，输出至“与”门12的反相输入端子。
另外，在图2中来自检测保护电路13的4个保护报警信号FE1～FE4被输入到误差模式信号发生器SG1，如图5所示，误差模式信号发生器SG1对于保护报警信号FE1～FE4产生2比特的误差模式信号EM(em1、em2)，并通过接口电路2输出至CPU1。再有，在图5中所谓「振荡信号」是按预定的频率重复的例如矩形脉冲号。在CPU1中能够根据输入的2比特误差模式信号EM(em1、em2)来确认哪一个保护报警信号已产生。
再有，在本实施例中各误差信号及各保护报警信号在非误差时即通常时为低电平或0，而在需要保护的误差时成为高电平或1。
图3是表示图1的误差信号通信电路16-1、16-2的详细结构以及该误差信号通信电路16-1、16-2之间连接的框图。以下参照图3，对于误差信号通信电路16-1、16-2的结构及动作进行说明。
在图3中误差信号通信电路16-1设有电流源41、切换42、负荷电阻RL和2个电流检测器43、44而构成。另外，误差信号通信电路16-2设有电流源51、开关52、负荷电阻RL、2个电流检测器53、54而构成。电流源41经由开关42的接点a将具有预定电流值IA的直流电流输出至电流检测器43，同时通过端子T1、电缆CA1和误差信号通信电路16-2的端子T4输出至误差信号通信电路16-2的电流检测器54。另外，电流源51经由开关52的接点a将具有预定电流值IB的直流电流输出至电流检测器53，同时通过端子T3、电缆CA2、误差信号通信电路16-1的端子T2输出至误差信号通信电路16-1的电流检测器44。
在IPM3-1中，来自误差信号发生电路15的误差信号EC为低电平时，开关42切换至接点a侧。而在误差信号EC为高电平时，开关42切换至接点b侧。此时，断开开关42，使具有上述电流值IA的直流电流不流动。电流检测器43检测出输入的直流电流值I，与略小于上述电流值IA的(在实施例中设定得略小，是为了设定偏差界限，以下相同)阈值电流值IAth进行比较，在由上述开关42切断时，如果上述检出的直流电流值I为阈值电流值IAth以下，则将通信误差信号FA1输出至误差信号发生电路15。另外，电流检测器54检测通过端子T4而输入的直流电流值I，与上述阈值电流值IAth进行比较，在由上述开关42切断时或者在电缆CA1断线或未连接时，如果上述测出的直流电流值I为阈值电流值IAth以下，则将误差信号FB2输出至误差信号发生电路15。
由图2的误差信号发生电路15可知：在如上构成的电路中根据通信误差信号FA1产生高电平的误差信号ER及ED，停止对IPM3-1内的IGBTTR1的驱动控制，另一方面根据误差信号FB2，在IPM3-2中产生高电平的误差信号ED，停止对IPM3-2内的IGBTTR2的驱动控制。即各IPM3-1、3-2能够共享误差信号，在一个IPM3中该动作按照误差信号已停止时，在另一个IPM3中该动作能够按照误差信号停止。
在IPM3-2中，来自误差信号发生电路15的误差信号EC为低电平时，开关52切换至接点a侧。而在误差信号EC为高电平时，开关52切换至接点b侧，此时，开关52断开，使具有上述电流值IB的直流电流不流动，。电流检测器53检测出输入的直流电流值I，与略小于上述电流值IB的阈值电流值IBth进行比较，在上述开关52切断时，如果上述检出的直流电流值I小于阈值电流值IBth，则误差信号FB1被输出至误差信号发生电路15。另外，电流检测器44通过端子T2检测出输入的直流电流值I，并与上述阈值电流值IBth进行比较，在由上述开关52切断时或者在电缆CA2断线或未连接时，如果上述测出的直流电流值I小于阈值电流值IBth，则将通信误差信号FA2输出至误差信号发生电路15。
由图2的误差信号发生电路15可知：在以上那样构成的电路中根据误差信号FB1产生误差信号ER及ED，停止对IPM3-2内的IGBTTR2的驱动控制，另一方面根据误差信号FB1在IPM3-1中产生误差信号ED，停止对IPM3-1内的IGBTTR1的驱动控制。即各IPM3-1、3-2能够共享误差信号，在一个IPM3中该动作按照误差信号已停止时，在另一个IPM3中该动作能够按照误差信号停止。
在图3的电路中，通过发送和接收恒定电流来检测误差信号EC产生或电缆CA1、CA2断线，因此不会对各IPM3-1、3-2相互之间的接地电平的变动有影响。再有，在IPM3-1中已产生误差信号时，IPM3-1可通过其自身的检测保护电路13、24而切断驱动控制信号，并停止该动作，因此，也可以不输出来自电流检测器43的通信误差信号FA1。另外，在IPM3-2中，误差信号已产生时，IPM3-2可通过其自身的检测保护电路13、24而切断驱动控制信号并停止该动作，因此也可以不输出来自电流检测器53的误差信号FB1。
另外，在图3的电路中，通过恒定电流的导通-截止来发送或停止发送误差信号，但是本发明不限于此，也可以通过恒定电流的电流值的  减来发送或停止发送误差信号。
另外，如果在电缆CA1或CA2中发生断线或未连接等故障，则直流电流不会通过电缆CA1或CA2流动，因此能够按照来自电流检测器54的通信误差信号FB2或者来自电流检测器44的通信误差信号FA2检测电缆CA1、CA2的故障状态。即如图6所示，对应于IPM3-1或3-2中误差信号EC产生时或者电缆CA1或CA2断线时的各状态，通信误差信号FA1、FA2之间的关系以及通信误差信号FB1、FB2之间的关系发生变化，因此能够确认上述的各状态。另外，在图6中未考虑误差信号EC的发生和电缆CA1或CA2断线同时产生的情况。
图4是表示图1的误差信号通信电路16-1单独工作时的连接的框图。图4中用短路电缆CA3例如将IPM3-1的误差信号通信电路16-1的端子T1和端子T2短路。如图4所示，误差信号通信电路16-1的内部结构不变化。另外，电流通过短路电缆CA3而流动，所以即使在单独工作时，也可以动作。另外，在未连接短路电缆CA3时，该误差信号通信电路16-1不动作，因此也可防止忘记连接。
如以上说明，依据本实施例1，使用误差信号通信电路16-1、16-2，在IPM3-1、3-2之间产生通信误差信号FA1、FA2以及FB1、FB2而进行通信，从而在一个IPM中产生误差信号EC时，在另一个IPM中产生通信误差信号FB2或FB1，产生误差信号ED等，从而能够切断两个IPM的驱动控制信号CS，由此，使IGBTTR1及TR2两方的动作都能够可靠地停止。因此，在该功率用半导体装置中能够实现安全的动作。
在以上的实施例中用有线电缆CA1、CA2发送和接收误差信号，但是本发明不限于此，也可通过预定的网络线路或无线通信线路来发送和接收误差信号。
在以上的实施例中，在IPM3-1、3-2之间双向地发送和接收通信误差信号，但是本发明不限于此，也可以从产生误差信号或保护报警信号的IPM3对另一个IPM3单方向地发送通信误差信号。
在以上的实施例中，根据在一个IPM3中产生的、用于保护功率半导体元件即IGBTTR1的保护报警信号，将通信误差信号发送至另一个IPM3，在另一个IPM3中接收上述发送的通信误差信号，并根据上述接收到的通信误差信号使该另一个IPM3的驱动控制动作停止，但是本发明不限于此，也可以构成如下，即根据一个IPM3中产生的预定的启动信号，使预定的通信信号发送至另一个IPM3，在另一个IPM3中接收上述发送的通信信号，并根据上述接收到的通信信号来控制该另一IPM3的驱动控制动作。
实施例2
图7是表示本发明实施例2的功率用半导体装置中的误差信号通信电路16A-1、16A-2的详细结构以及该误差信号通信电路16A-1、16A-2之间连接的框图。在实施例1中，各IPM3-1、3-2中分别使用2个通信误差信号FA1、FA2及FB1、FB2时，如图6所示，存在以下问题：
(1)在IPM3-2中误差信号EC产生时和电缆CA2断线时都变为同一信号值。此时，不能判断是哪一种情况。
(2)在IPM3-1中误差信号EC产生时和电缆CA1断线时都变为同一信号值。此时，不能判断是哪一种情况。
为了解决以上问题，形成了以下的与实施例1图3的电路的不同点：
(1)在误差信号通信电路16A-1中还设有电流源45和电流检测器46。
(2)在误差信号通信电路16A-2中还设有电流源55和电流检测器56。
(3)响应高电平的误差信号EC，将各开关42、52从接点b侧切换至接点a侧。
(4)将各电流源41、45、51、55的电流值分别设为IA1、IA2、IB1、IB2，将用于各电流检测器43、44、46、53、54、56中的电流检测或电流未检测的阈值分别变更为IA12th、IB12th、IB1th、IB12th、IA12th、IA1th。这里，为了检测电流值TA1，阈值IA1th是略小于该电流值IA1的值，为了检测相加电流值(IA1+IA2)，阈值TA12th是略小于该相加电流值(IA1+IA2)的值。另外，为了检测电流值IB1，阈值IB1h是略小于该电流值IB1的值。为了检测相加电流值(IB1+IB2)，阈值IB12th是略小于该相加电流值(IB1+IB2)的值。
在IPM3-1的误差信号通信电路16A-1中，电流源45将电流值IA1的直流电流输出至电流检测器43，同时通过端子T1、电缆CA1及端子T4，输出至误差信号通信电路16A-2的电流检测器54、56。另外，在来自误差信号发生电路15的误差信号EC为低电平时，开关42切换至接点b侧。而在误差信号EC为高电平时，开关42切换至接点a侧，电流源41将具有电流值IA2的直流电流输出至电流检测器43，同时通过端子T1、电缆CA1及端子T4输出至误差信号通信电路16A-2的电流检测器54、56。如果输入的直流电流值成为阈值IA12th以上，则电流检测器43输出通信误差信号FA1，如果输入的直流电流值成为阈值IA12th以上，则误差信号通信电路16A-2的电流检测器54输出通信误差信号FB2。另外，如果输入到端子T4的直流电流值成为阈值IA1th以下，则电流检测器56输出通信误差信号FB3。即，例如在电缆CA1断线时，输入到端子T4的直流电流值为0，因此电流检测器56输出通信误差信号FB3。
在以上场合，在电缆CA1不断线且IPM3-1产生误差信号EC时，通信误差信号FA1、FB2变为高电平；而在电缆CA1断线时，仅通信误差信号FB3为高电平。所以，对于电缆CA1断线时和在IPM3-1中误差信号EC产生时这两种情况，能够通过通信误差信号加以区别，因此能够解决上述图3电路存在的问题。
另外，在IPM3-2的误差信号通信电路16A-2中，电流源55将电流值IB1的直流电流输出至电流检测器53，同时通过端子T3、电缆CA2及端子T2，输出至误差信号通信电路16A-1的电流检测器44、46。另外，在来自误差信号发生电路15的误差信号EC为低电平时，开关52切换至接点b侧。而在误差信号EC为高电平时，开关52切换至接点a，电流源51将具有电流值IB2的直流电流输出至电流检测器53，同时通过端子T3、电缆CA2及端子T2输出至误差信号通信电路16A-1的电流检测器44、46。如果输入的直流电流值成为阈值IB12th以上，则电流检测器53输出通信误差信号FB1，如果输入的直流电流值成为阈值IB12th以上，则误差信号通信电路16A-1的电流检测器44输出通信误差信号FA2。另外，如果在端子T2输入的直流电流值成为阈值IB1th以下，则电流检测器46输出通信误差信号FA3。即，例如在电缆CA2断线时，在端子T2输入的直流电流值为0，因此电流检测器46输出通信误差信号FA3。
在以上场合，在电缆CA2不断线且IPM3-2中误差信号EC产生时，通信误差信号FA1、FB2变为高电平，而在电缆CA2断线时，仅通信误差信号FA3变为高电平。所以，对于电缆CA2断线时和IPM3-2中误差信号EC产生时这两种情况，能够按照通信误差信号加以区别，因此能够解决上述图3的电路中存在的问题。
图8的表表示对应于图7的功率用半导体装置中各状态的通信误差信号FA1，FA2，FA3之间的关系以及通信误差信号FB1、FB2、FB3之间的关系。另外，在图8中未考虑误差信号EC的产生和电缆CA1或CA2断线同时发生的情况。从图8可知：能够根据6个通信误差信号来区别各状态并加以确认。
如以上说明的那样，依据本实施例，与实施例1同样，能够根据一个IPM3的误差信号的产生使另一个IPM3的动作停止，同时能够根据6个通信误差信号区别各IPM3中的误差信号的产生以及各电缆CA1、CA2断线并加以确认。
在以上的实施例中，例如在误差信号通信电路16A-1中根据误差信号EC将流经端子T1的电流从IA1增加为(IA1+IA2)，但本发明不限于此，也可以通过使流经端子T1的电流从IA1少为(IA1-IA2)来发送误差信号。另外，在误差信号通信电路16-2中也相同。
实施例3
图9是表示本发明实施例3的功率用半导体装置中IPM3A-1、IPM3A-2的详细结构以及该IPM3A-1、IPM3A-2之间连接的框图。如图9所示，本实施例的特征是：在实施例1中在IPM3A-1、IPM3A-2中还分别设有FO信号通信电路26-1、26-2。
在图9中将来自IPM3A-1的检测保护电路24的保护报警信号FO输入至FO信号通信电路26-1，FO信号通信电路26-1将该保护报警信号FO作为保护报警信号FOA经IPM3A-2的FO信号通信电路26-2输出至检测保护电路24。该检测保护电路24对于另外的保护报警信号FE1～FE4和接收到的保护报警信号FOA执行逻辑和运算，并将表示该运算值的信号作为保护报警信号FO输出至该IPM3A-2内的“与”门21及检测保护电路13，同时输出至FO信号通信电路26-2。
另外，来自IPM3A-2的检测保护电路24的保护报警信号FO被输入到FO信号通信电路26-2，FO信号通信电路26-2将该保护报警信号FO作为保护报警信号FOB经IPM3-1的FO信号通信号电路26-1输出至检测保护电路24。该检测保护电路24对另外的保护报警信号FE1～FE4和接收到的保护报警信号FOB执行逻辑和运算，将表示其运算值的信号作为保护报警信号FO输出至该IPM3A-1内的“与”门21及检测保护电路13，同时输出至FO信号通信电路26-1。
如以上说明的那样，不仅在实施例1中各IPM3-1、3-2的控制器电路10之间发送和接收通信误差信号，还在实施例3中各IPM3A-1、3A-2的功率驱动电路20之间发送和接收保护报警信号FO，从而能够更可靠地使动作在IPM3A-1、3A-2两方停止。
实施例4
图10是表示本发明实施例4的功率用半导体装置中包括电流平衡化用电感L1A和开关27的输出电路的详细结构的框图。如图10所示，本实施例的特征是：在IPM3B-1、3B-2中具有带中间抽头的电流平衡化用电感L1A、L1A及切换开关27，取代实施例1中的电流平衡化用电感L1、L1。在图10中将开关27如下切换为各接点时，能够使电感L1A的电感值变化。
(1)在将开关27切换为接点a时，能够将电感L1A的电感值例如设定为10μH。
(2)在将开关27切换为接点b时，能够将电感L1A的电感值例如设定为5μH。
(3)在将开关27切换为接点c时，能够将电感L1A的电感值例如设定为3μH。
(4)在将开关27切换为接点d时，能够将电感L1A的电感值例如设定为2μH。
(5)在将开关27切换为接点e时，能够将电感L1A的电感值例如设定为0μH(未连接电感L1A)。
如上所述，为了使各IGBTTR1、TR2的集电极电流平衡化，在本实施例中最好将各开关27切换成各电感L1A的电感值基本上相同。另外，在单独使用IPM3时，从电能损失的观点出发，最好不连接电感L1A。依据本实施例，在使IPM3单独工作时和使其并联连接而工作时，能够使电感L1A的电感值变化，因此具有不需要制造其它IPM3这一特有的效果。
变形例
在以上的实施例中，对于将2个IPM3并联连接的情况进行了说明，但是也可以并联连接3个以上的多个IPM3。
产业上的可利用性
如以上详细说明的那样，根据本发明的功率用半导体装置，在将用于对功率半导体元件进行驱动控制的多个功率控制用半导体模块并联连接而构成的功率用半导体装置中，设有：根据一个功率控制用半导体模块中产生的预定的启动信号、将预定的通信信号发送至另一个功率控制用半导体模块的发送单元；以及在另一个功率控制用半导体模块中接收上述已发送的通信信号、并根据上述接收到的通信信号控制该另一个功率控制用半导体模块的驱动控制动作的接收单元。具体地说，上述启动信号是用于保护上述功率半导体元件的保护报警信号，上述发送单元根据一个功率控制用半导体模块中产生的保护报警信号，将上述通信信号发送至另一个功率控制用半导体模块，上述接收单元在另一个功率控制用半导体模块中接收上述发送的通信信号，并根据上述接收到的通信信号使该另一个功率控制用半导体模块的驱动控制动作停止。因此，能够使两个功率控制用半导体模块的驱动控制动作可靠地停止。由此，在该功率用半导体装置中能够实现安全工作。

Claims (3)

1.一种功率用半导体装置，将用于对第1功率半导体元件进行驱动控制的第1功率控制用半导体模块与用于对第2功率半导体元件进行驱动控制的第2功率控制用半导体模块并联连接而构成，其特征在于，
所述第1功率控制用半导体模块具备发生保护所述第1功率半导体元件用的第1保护报警信号的第1检测保护电路、第1误差信号发生电路、以及第1误差信号通信电路，
所述第2功率控制用半导体模块具备发生保护所述第2功率半导体元件用的第2保护报警信号的第2检测保护电路、第2误差信号发生电路、以及第2误差信号通信电路，
(A)所述第1检测保护电路发生所述第1保护报警信号时，
所述第1误差信号发生电路根据所述第1保护报警信号，发生第1误差信号，使所述第1功率半导体元件的驱动控制停止，同时发生第2误差信号，输出到所述第1误差信号通信电路，
所述第1误差信号通信电路根据所述第2误差信号将第1通信误差信号发送到所述第2误差信号通信电路，
所述第2误差信号通信电路接收所述第1通信误差信号，根据所述第1通信误差信号，发生第3误差信号输出到所述第2误差信号发生电路，
所述第2误差信号发生电路根据所述第3误差信号发生第4误差信号，停止所述第2功率半导体元件的驱动控制动作，
(B)所述第2检测保护电路发生所述第2保护报警信号时，
所述第2误差信号发生电路根据所述第2保护报警信号，发生第4误差信号，使所述第2功率半导体元件的驱动控制停止，同时发生第5误差信号，输出到所述第2误差信号通信电路，
所述第2误差信号通信电路根据所述第5误差信号将第2通信误差信号发送到所述第1误差信号通信电路，
所述第1误差信号通信电路接收所述第2通信误差信号，根据所述第2通信误差信号，发生第6误差信号输出到所述第1误差信号发生电路，
所述第1误差信号发生电路根据所述第6误差信号发生第7误差信号，停止所述第1功率半导体元件的驱动控制动作。
2.如权利要求1记载的功率用半导体装置，其特征在于：
(A)所述第1误差信号通信电路通过使电流源发生的电流接通/断开，发生所述第1通信误差信号，发送到所述第2误差信号通信电路，所述第2误差信号通信电路通过检测所述电流的接通/断开来接收所述第1通信误差信号，所述第2误差信号通信电路在未检测到所述电流时，检测出所述第1误差信号通信电路与所述第2误差信号通信电路之间的断线，这时所述第2误差信号发生电路发生所述第4误差信号，使所述第2功率半导体元件的驱动控制动作停止，
(B)所述第2误差信号通信电路通过使电流源发生的电流接通/断开，发生所述第2通信误差信号，发送到所述第1误差信号通信电路，所述第1误差信号通信电路通过检测所述电流的接通/断开来接收所述第2通信误差信号，所述第1误差信号通信电路在未检测到所述电流时，检测出所述第1误差信号通信电路与所述第2误差信号通信电路之间的断线，这时所述第1误差信号发生电路发生所述第7误差信号，使所述第1功率半导体元件的驱动控制动作停止。
3.如权利要求1或2记载的功率用半导体装置，其特征在于：
所述第1功率控制用半导体模块还具有第1信号通信电路，
所述第2功率控制用半导体模块还具有第2信号通信电路，
(A)所述第1检测保护电路将所述第1保护报警信号输出到所述第1信号通信电路，所述第1信号通信电路将所述第1保护报警信号发送到所述第2信号通信电路，所述第2信号通信电路接收所述第1保护报警信号，输出到所述第2检测保护电路，所述第2检测保护电路根据所述第1保护报警信号发生第2保护报警信号，
(B)所述第2检测保护电路将所述第2保护报警信号输出到所述第2信号通信电路，所述第2信号通信电路将所述第2保护报警信号发送到所述第1信号通信电路，所述第1信号通信电路接收所述第2保护报警信号，输出到所述第1检测保护电路，所述第1检测保护电路根据所述第2保护报警信号发生第1保护报警信号。
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