DE102005053257A1 - Leistungshalbleitervorrichtung - Google Patents

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Toru Iwagami
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Abstract

Eine Leistungshalbleitervorrichtung weist ein erstes und ein zweites leistungschaltendes Element (22, 24) auf, die in Reihe geschaltet sind, wobei Freilaufdioden (26) vorgesehen sind und eine erste und eine zweite Treiberschaltung (28, 30) mit Gates der ersten und der zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelemente verbunden sind. Weiter ist eine zweite Diode mit einer Leitung verbunden, die mit einem Anschluß von mindestens einer der ersten und der zweiten Treiberschaltung in Vorwärtsrichtung derart zu verbinden ist, daß Strom nicht in der Leitung von dem Anschluß zu der zweiten Diode (32, 36, 46) fließt. Zum Beispiel ist die zweite Diode zwischen einen Leistungsquellenanschluß der Treiberschaltung und einer gesteuerten Leistungsquelle (32) geschaltet. Bei einem anderen Beispiel ist die zweite Diode zwischen einen Eingangsanschluß der Treiberschaltung und einer Vorrichtung (20) zum Liefern eines Steuersignals zu dem Eingangsanschluß geschaltet.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, und insbesondere auf das Unterdrücken eines Strom- oder Spannungsstoßes, der in der Leistungshalbleitervorrichtung auftritt.
  • Leistungshalbleitervorrichtungen, die Leistungshalbleiter enthalten, sind weit benutzt. Ein Leistungsmodul ist ein Paket oder Gehäuse, das darin eine Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen wie Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (MOSFET) oder bipolare Transistoren mit isoliertem Gate (IGBT) mit Peripherschaltungen dafür enthalten. Ihre Vorteile sind ihre kompakte Größe aufgrund der Integration und die leichte Verdrahtung. Somit werden Leistungsmodule für viele Zwecke benutzt.
  • Für eine Leistungshalbleitervorrichtung ist es notwendig, einen schlechten Einfluß aufgrund von Strom- oder Spannungsstoß zu vermeiden. Zum Beispiel enthält ein Treiber für Leistungshalbleiterelemente in einer Inverterschaltung, die in der JP 7-297695/1995 A offenbart ist, eine Schutzschaltung zum Verhindern von Überhitzung. Solch eine Schutzschaltung kann eine Fehlfunktion aufgrund einer scharfen Stromänderung in einer Sperrverzögerung einer Freilaufdiode aufweisen, die für das Leistungshalbleiterelement vorgesehen ist. Dann verbindet eine Steuerung zum Verhindern solch einer Fehlfunktion, die einen gemeinsamen Ausgangsanschluß zum Senden eines Alarmes oder einer Warnung aufweist, wenn ein Stoßstrom oder ein Kurzschlußstrom auftritt, eine Schottky-Diode zwischen einem gemeinsamen Ausgangsanschluß einer Steuerung für einen unteren Arm und einen Leistungsquellenanschluß, so daß ein Strom, der in einer Rückwärtsrichtung fließt, in einer Leiterplatte der Steuerung verhindert werden kann. Alternativ wird ein Kondensator zwischen dem gemeinsamen Ausgangsanschluß der Steuerungsschaltung und den Masseanschluß geschaltet zum Verhindern von Fluktuationen der Referenzspannung in der Leiterplatte der Steuerung.
  • Wenn eine Leistungshalbleitervorrichtung benutzt wird, kann eine Peripherschaltung wie ein Gatetreiber oder ein Fotokoppler oder ein externer Signalgenerator wie ein Mikroprozessor zum Liefern eines Steuersignales an einen Gatetreiber aufgrund eines Stromstoßes oder eines Spannungsstoßes zerstört werden, die in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt sind. Der oben erwähnte Inverter kann jedoch nicht zum Beispiel die Stoßspannung oder den Stoßstrom blockieren oder den schlechten Einfluß auf eine Vorrichtung verhindern, die mit der Leistungshalbleitervorrichtung verbunden ist. Dann kann eine Stoßspannung in der Inverterschaltung angelegt sein, oder ein Stoßstrom in der Inverterschaltung kann zu einer Periphervorrichtung fließen, und in solch einem Fall kann die Peripher vorrichtung zerstört werden oder ein elektrischer Verlust vergrößert werden.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Leistungshalbleitervorrichtung vorzusehen, die ein Versagen einer Peripherieschaltung oder einer externen Schaltung aufgrund eines Strom- oder Spannungsstoßes unterdrücken kann, der in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt ist.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Leistungshalbleitervorrichtung in Anspruch 1 definiert. Die Halbleitervorrichtung weist ein erstes leistungsschaltendes Halbleiterelement an einer Hochspannungsseite und ein zweites leistungsschaltendes Halbleiterelement an einer Niederspannungsseite auf, die in Reihe geschaltet sind. Freilaufdioden sind antiparallel zu dem ersten und dem zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelement geschaltet. Zwei Enden der schaltenden Halbleiterelemente, die in Reihe geschaltet sind, sind mit einer externen Gleichstromquelle verbindbar, und ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelement kann eine Ausgangsspannung liefern. Die Vorrichtung weist weiter eine erste Treiberschaltung, die mit einem Gate des ersten leistungsschaltenden Halbleiterelements verbunden ist, und eine zweite Treiberschaltung, die mit einem Gate des zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelements verbunden ist, auf. Weiter ist eine zweite Diode mit einer Leitung verbunden, die mit einem Anschluß von mindestens einem der ersten und der zweiten Treiberschaltung in Vorwärtsrichtung derart zu verbinden ist, daß ein Strom nicht in der Leitung von dem Anschluß durch die zweite Diode fließt.
  • Gemäß einer Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine gesteuerte Leistungsquelle für die erste und die zweite Treiberschaltung auf. Die zweite Diode ist zwischen die Leistungsquelle und einen Anschluß geschaltet, der ein Leistungsquellenanschluß von mindestens der ersten und der zweiten Treiberschaltung ist.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist der Anschluß ein Eingangsanschluß zum Empfangen eines Steuersignales für die mindestens eine erste und zweite Treiberschaltung. Die zweite Diode ist zwischen den Eingangsanschluß und eine Vorrichtung zum Liefern des Steuersignales geschaltet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung weist die Vorrichtung einen Fotokoppler zum Liefern eines Steuersignales für die mindestens eine der ersten und der zweiten Treiberschaltung auf. Der Anschluß ist ein Eingangsanschluß zum Empfangen des Steuersignales von dem Fotokoppler, und die zweite Diode ist zwischen den Anschluß und den Fotokoppler geschaltet.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist es, daß ein Versagen einer Peripherieschaltung oder einer externen Schaltung, die für eine Leistungshalbleitervorrichtung benutzt wird, verhindert werden kann, da eine Stoßspannung oder ein Stoßstrom, die in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt werden, unterdrückt werden und nicht zu der externen Schaltung übertragen werden.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Figuren. von den Figuren zeigen:
  • 1 eine Treiberschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine Treiberschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 eine Treiberschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
  • 4 eine Treiberschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung; und
  • 5 eine Treiberschaltung, die durch Kombinieren der ersten und der zweiten Ausführungsform erhalten ist.
  • Bezug genommen wird nun auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile durch verschiedene Ansichten bezeichnen. 1 zeigt eine Dreiphasenmotortreiberschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung, worin ein Leistungsmodul 10, das leistungsschaltende Halbleiterelemente (hier im folgenden als Leistungschip bezeichnet) 22, 24 enthält, mit einer Gleichstromquelle verbunden ist, die eine Gleichspannung an die Leistungschips 22, 24 liefert. Die Gleichstromquelle enthält eine Diodenbrückengleichrichterschaltung 12 und einen Glättungskondensator 14. Ein Mikroprozessor 20, ein digitaler Signalprozessor (DSP) oder ähnliches als ein externer Signalgenerator liefert Steuersignale für die Leistungschips 22, 24, und das Leistungsmodul 10 erzeugt einen Dreiphasenwechselstrom gemäß den Steuersignalen zum Treiben eines Motors 18 als ein Beispiel einer induktiven Last.
  • In dem Leistungsmodul 10 sind drei Paare von Leistungschips 22 und 24, die in Reihe geschaltet sind, zwischen der Seite des oberen und des unteren Pegels des Glättungskondensators 14 geschaltet. Die Leistungschips 22, 24 sind zum Beispiel Leistungs-MOSFETs oder IGBTs. Eine Freilaufdiode 26 ist antiparallel zu jedem der Chips 22, 24 geschaltet. Ein höherer Arm, der mit der Hochspannungsseite der Gleichstromversorgungsspannung zu verbinden ist, ist durch drei Leistungschips 22 und die Freilaufdioden 26 dafür aufgebaut, während ein unterer Arm, der mit der Niederspannungsseite der Gleichstromversorgungsspannung zu verbinden ist, durch drei Leistungschips 24 und die Freilaufdioden 26 dafür aufgebaut ist. Verbindungspunkte zwischen den Leistungschips 22, 24 dienen als Ausgangsanschlüsse U, V oder W für den Dreiphasenmotor 18. Eine Gatetreiberschaltung ist für das Gate eines jeden der Leistungschips 22, 24 vorgesehen, und der Mikroprozessor 20 liefert ein Steuersignal an jede Gatetreiberschaltung. Die Gatetreiberschaltung kann auch als eine Treiberschaltung bezeichnet werden, und sie ist in dieser Ausführungsform eine integrierte Gatetreiberschaltung (IC) 28, 30. Ein Gatetreiber-IC 28 ist auch als HVIC bezeichnet, während ein Gatetreiber-IC 30 auch als LVIC bezeichnet wird. (Die Gatetreiber-ICs 28, 30 sind auch mit den Gates der Leistungschips 22, 24 in dem zentralen und rechten Paar ähnlich zu dem in 1 gezeigten linken Paar verbunden, aber sie sind nicht explizit zur Kürze der Darstellung in 1 gezeigt.) Der Mikroprozessor 20 liefert die Steuersignale an die Gatetreiber-ICs 28, 30, die wiederum Gatesignale auf der Grundlage der Steuersignale an die Gates der Leistungschips 22, 24 liefert, und die Leistungschips 22, 24 führen Schalttätigkeiten gemäß der Gatesignale aus. Eine bekannte Gatetreiberschaltung kann als der Gatetreiber-IC 28, 30 benutzt werden. Weiter ist ein Widerstand 16 zwischen dem unteren Arm und der Seite des unteren Pegels der Gleichstromquelle vorgesehen zum Erfassen eines Stromes, und der Spannungsabfall über dem Widerstand 16 wird bestimmt zum Erfassen des Stoßstromes, der in dem unteren Arm fließt. (Im allgemeinen enthalten die Gatetreiber-ICs 28, 30 eine Funktion zum Schützen gegen den Überstrom auf der Grundlage des Spannungsabfalles an dem Widerstand 16, aber die Erläuterung dafür wird hier weggelassen.) Der Mikroprozessor 20, die Gatetreiber-ICs 28, 30 und der Widerstand auf der Seite der Brücke 12 sind gemeinsam mit der Masse verbunden. Weiter ist eine gesteuerte Leistungsquelle 34 außerhalb des Leistungsmoduls 10 zum Liefern von zum Beispiel 15 V einer Versorgungsspannung an die Gatetreiber-ICs 28, 30 und zum Beispiel 5 V einer Versorgungsspannung an den Mikroprozessor 20 vorgesehen. Das in 1 gezeigte Leistungsmodul beschäftigt sich mit einem Dreiphasenwechselstrom, aber für den Fachmann ist es ersichtlich, daß ein Leistungsmodul für einen Zweiphasenwechselstrom ähnlich aufgebaut sein kann, indem nur ein Paar der Leistungschips 22, 24 benutzt wird.
  • Jeder Gatetreiber-IC (LVIC) 30 in dem unteren Arm ist über eine Diode 32 der hohen Durchbruchsspannung mit der gesteuerten Leistungsquelle 34 für den Gatetreiber-IC 30 verbunden. Das heißt, die Diode 32 ist zwischen einen Leistungsquellenanschluß eines jeden Gatetreiber-ICs 30 und der gesteuerten Leistungsquelle 34 in der Vorwärtsrichtung so geschaltet, daß ein Strom nicht durch die Diode 32 zu der gesteuerten Leistungsquelle 34 fließt. Der Grund zum Benutzen der Dioden 32 ist wie folgt. Wenn die Leistungschips 24 in dem unteren Arm ausgeschaltet werden, tritt eine schnelle Stromänderung durch die Freilaufdioden 26 zur Rückwärtsgewinnung auf. Wenn zum Beispiel einer der Leistungschips 24 durch den Strom zum Öffnen des Emitters zerstört wird oder wenn der Widerstand 16 zum Erfassen des Stromes offen ist, treten eine Stoßspannung und ein Stoßstrom in der Schaltung des Leistungsmoduls auf. Dann wird eine hohe Spannung an den Gatetreiber-IC 30 angelegt, der den Leistungschip 24 treibt, und eine hohe Spannung wird auch an die gesteuerte Leistungsquelle 34 für den Gatetreiber-IC 30 oder den Mikroprozessor 20 angelegt. Dieses kann die gesteuerte Leistungsquelle 34 für die Gatetreiber-ICs 30 oder den Mikroprozessor 20 zerstören. Damit dieses Versagen verhindert wird, sind die Dioden 32 der hohen Durchbruchsspannung zwischen die Gatetreiber-ICs 30 und ihre Leistungsquelle 34 eingefügt. Wegen des Einfügens der Dioden 32 hoher Durchbruchsspannung sind die Stoßspannung und der Stoßstrom, die in der Schaltung des Leistungsmoduls 10 auftreten, blockiert, so daß der schlechte Einfluß der Stoßspannung und des Stoßstromes auf die periphere Vorrichtung verringert werden kann.
  • Wie oben erläutert wurde, da die Dioden 32 zum Verhindern benutzt werden, daß eine hohe Spannung von der Gleichstromquelle an die gesteuerte Leistungsquelle 34 für die Gatetreiber-ICs 30 oder für den Mikroprozessor 20 angelegt wird, sollte die hohe Durchbruchsspannung der Dioden 32 größer als die Spannung gesetzt werden, die an die Gleichstromquelle angelegt wird, die mit der Eingangsseite des Leistungsmoduls 10 verbunden ist. Zum Beispiel wird sie auf die gleiche wie die Durchbruchsspannung des Glättungskondensators 14 gesetzt, etwa 60 V. Dieses Konzept der hohen Durchbruchsspannung ist für die später erläuterten Ausführungsformen gemeinsam.
  • Der Aufbau des unteren Armes, der den Leistungschip 24 und die Gatetreiber-ICs 30 enthält, wird oben zum Unterdrücken des Stoßes erläutert, aber die Leistungschips 22 in dem höheren Arm können ebenfalls eine periphere Schaltung der Treiberschaltung wie die gesteuerte Leistungsquelle 34 oder den Mikroprozessor 20 beschädigen. Das heißt, es kann passieren, daß eine hohe Spannung aufgrund eines Spannungsstoßes oder eines Stromstoßes, die in dem Leistungsmodul 10 erzeugt werden, an den Gatetreiber-IC (HVIC) 28 angelegt wird. Da andererseits die Gatetreiber-ICs 28 in dem höheren Arm eine interne höhere Widerstandsspannungsschaltung aufweisen, sind sie widerstandsfähiger als ihre Gegenstücke in dem unteren Arm, wenn eine hohe Spannung angelegt wird. Um jedoch den Einfluß auf eine periphere Schaltung im wesentlichen vollständig zu verhindern, die mit dem Leistungsmodul 10 verbunden ist, ist es wünschenswert, den Leistungsquellenanschluß eines jeden Gatetreiber-ICs 28 in dem höheren Arm mit der gesteuerten Leistungsquelle 34 über eine Diode 32 einer hohen Durchbruchsspannung ähnlich zu den Gatetreiber-ICs 30 in dem unteren Arm zu verbinden. Somit fließt ein Strom nicht zu der gesteuerten Leistungsquelle 34.
  • Weiter ist es in diesem Fall nicht notwendig, die Diode 32 hoher Durchbruchsspannung für jeden individuellen Leistungsquellenanschluß der Gatetreiber-ICs 28 und 30 zu benutzen. Zum Beispiel sind die Leistungsquellenanschlüsse der Gatetreiber-ICs 28 und 30 miteinander verbunden, und sie sind mit einer gemeinsamen Diode 32 verbunden, die weiter mit der gesteuerten Leistungsquelle 34 zu verbinden ist (siehe 5). Weiter kann die Diode 32 an entweder der Innenseite oder der Außenseite des Leistungsmoduls 10 vorgesehen sein.
  • 2 zeigt eine andere Dreiphasenmotortreiberschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Diese Treiberschaltung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten darin, daß eine Diode 36 einer hohen Durchbruchsspannung in einer Leitung zum Eingeben eines Steuersignales von dem Mikroprozessor 20 zu einem Eingangsanschluß eines jeden Gatetreiber-ICs 30 eingefügt ist, anstelle der in 1 gezeigten Diode 32, die zwischen jedem Gatetreiber-IC 30 und der gesteuerten Leistungsquelle 34 vorgesehen ist. Die Diode 36 ist in Vorwärtsrichtung so geschaltet, daß ein Strom nicht durch die Diode 36 zu dem Mikroprozessor 20 fließt. Somit sind die Stoßspannung und der Stoßstrom in der Schaltung des Leistungsmoduls 10 blockiert, und das Versagen des Mikroprozessors 20 oder der gesteuerten Leistungsquelle 34 der Gatetreiber-ICs 30 kann verhindert werden.
  • Weiter ist es wünschenswert, Dioden 36 hoher Durchbruchsspannung nicht nur für die Leitungen zum Eingeben von Steuersignalen von dem Mikroprozessor 20 an die Gatetreiber-ICs (LVIC) 30 in dem unteren Arm einzufügen, sondern auch für Leitungen zum Eingeben von Steuersignalen von dem Mikroprozessor 20 zu den Gatetreiber-ICs (HVIC) 28 in dem höheren Arm (siehe 5). Dann kann der Einfluß der Stoßspannung und des Stoßstromes in dem Leistungsmodul 10 auf eine periphere Schaltung wie die ge steuerte Leistungsquelle 34 oder der Mikroprozessor 20 praktisch vollständig verhindert werden. Weiter können die Dioden 36 entweder auf der Innenseite oder der Außenseite des Leistungsmoduls 10 vorgesehen sein.
  • Bei der ersten und zweiten Ausführungsform der Erfindung ist eine Leitung zum Eingeben des Steuersignales für jeden Gatetreiber-IC 28, 30 über einen Widerstand mit der Masse verbunden (oder heruntergezogen/pull-downed) innerhalb der IC selbst. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Pull-down-Eingangssignalleitungen begrenzt.
  • 3 zeigt eine andere Dreiphasenmotortreiberschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Diese Treiberschaltung unterscheidet sich von der in 1 gezeigten darin, daß Fotokoppler 38 zum Isolieren des Mikroprozessors 20 elektrisch von den Leistungschips 22, 24 benutzt werden. Eine Ausgangsleitung von dem Mikroprozessor 20 ist mit einem lichtemittierenden Element (Diode) 40 in dem Fotokoppler 38 verbunden, während ein lichtempfangendes Element (Diode) 44 darin in der Rückwärtsrichtung zwischen die gesteuerte Leistungsquelle 34 und einer Basis eines Transistors 42 geschaltet ist. Der Kollektor des Transistors 42 ist mit dem Gatetreiber-IC 30 und einem Hochziehwiderstand/Pull-up-Widerstand 45 verbunden, der zwischen den Kollektor des Transistors 42 und die gesteuerte Leistungsquelle 34 geschaltet ist. Der Emitter des Transistors 42 ist mit der Masse für das Leistungsmodul 10 verbunden. Im Gegensatz zu der in 1 gezeigten Treiberschaltung sind die Dioden 32 hoher Durchbruchsspannung zwischen der gesteuerten Leistungsquelle 34 davon und dem Gatetreiber-IC 30 nicht benutzt.
  • In der Gatetreiberschaltung wird zum Beispiel, wenn einer der Leistungschips 24 in dem unteren Arm zerstört ist zum Öffnen des Emitters oder wenn der Widerstand 16 zum Erfassen des Stromes geöffnet ist, eine hohe Spannung an den Gatetreiber-IC 30 und an den Fotokoppler 38 angelegt, und dieses kann den Fotokoppler 38 zerstören. Zum Verhindern dieses Versagens ist eine Diode 46 hoher Durchbruchsspannung zwischen einen Eingangsanschluß des Gatetreiber-ICs 30 und den Fotokoppler 38 so eingefügt, daß sie einem Strom nicht ermöglicht, von jedem Gatetreiber-IC 30 über die Eingangssignalleitung zu einem Ausgangsanschluß des Fotokopplers 38 zu fließen. Somit fließt kein Strom zu dem Fotokoppler 38, und das Versagen des Fotokopplers 38 kann verhindert werden.
  • Weiter ist es wünschenswert, eine Diode 46 hoher Durchbruchsspannung zwischen einem Gatetreiber-IC 28 und einem Ausgangsanschluß eines Fotokopplers 38 für den höheren Arm ebenfalls wie zwischen jedem Gatetreiber-IC 30 und dem Ausgangsanschluß des Fotokopplers 38 für den niedrigeren Arm einzufügen. Dann kann der Einfluß der Stoßspannung und des Stoßstromes in dem Leistungsmodul 10 wie eine Beschädigung des Fotokopplers 38 an einer peripheren Schaltung wie der Fotokoppler 38 im wesentlichen vollständig verhindert werden.
  • 4 zeigt eine weitere Dreiphasenmotortreiberschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung. In der Treiberschaltung sind die Dioden 46 hoher Durchbruchsspannung zwischen dem Eingangsanschluß des Gatetreiber-ICs 30 und dem Fotokoppler 38 eingefügt, ähnlich zu der in 3 gezeigten Schaltung, zum Verhindern des Versagens des Fotokopplers 38. Weiter sind ein Kondensator 48 und ein Widerstand 50 parallel zwischen einer Leitung von einer der Dioden 46 zu dem relevanten Gatetreiber-IC 30 und der Masse geschaltet. Der Kondensator 48 ist als ein Eingangsfilter tätig.
  • Wenn der Kondensator 48 an der Seite zum Empfangen eines Signales eines jeden Gatetreiber-ICs 30 eingefügt ist, wenn der lichtempfangende Transistor in dem Fotokoppler 38 auf dem L- Niveau ist, wird eine Antwort aufgrund der Entladung der Kapazität über den Pull-down-Widerstand mit einem relativ hohen Widerstandswert, der in dem Gatetreiber-IC 30 vorgesehen ist, verzögert, bis das Eingangssignal des Gatetreiber-ICs 30 den L-Pegel annimmt. Der Widerstand 50 ist parallel zu dem Kondensator 48 zum Verkürzen der Verzögerungszeit vorgesehen. Die Zeitkonstante aufgrund des Kondensators 48 und des Widerstandes 50 können gemäß einer gewünschten Antwortzeit bestimmt werden.
  • Es ist auch vorteilhaft, eine Kombination der ersten Ausführungsform für den Leistungsquellenanschluß mit der zweiten oder dritten Ausführungsform für die Eingangsanschlüsse zu kombinieren. In der Kombination kann der Einfluß der Stoßspannung und des Stoßstromes in dem Leistungsmodul 10 auf eine periphere Schaltung im wesentlichen vollständig verhindert werden.
  • Zum Beispiel zeigt 5 eine Dreiphasenmotortreiberschaltung als eine Kombination der ersten und der zweiten Ausführungsform. Bei der Treiberschaltung ist eine gemeinsame Diode 32 hoher Durchbruchsspannung zwischen einer gesteuerten Leistungsquelle 34 und den Gatetreiber-ICs 28, 30 vorgesehen. Die Diode 32 ist nicht nur mit jedem Gatetreiber-IC 30 in dem unteren Arm verbunden, wie in 1 und 2 gezeigt ist, sondern auch mit jedem Gatetreiber-IC 28 in dem höheren Arm. Weiter sind Dioden 36 hoher Durchbruchsspannung zwischen dem Mikroprozessor 20 und den Gatetreiber-ICs 30 in dem unteren Arm vorgesehen. Weiter sind ebenfalls Dioden 36 hoher Durchbruchsspannung zwischen dem Mikroprozessor 20 und den Gatetreiber-ICs 28 in dem höheren Arm vorgesehen. Die Einzelheiten der Funktionen davon sind bereits in jeder Ausführungsform erläutert worden.
  • Bei den oben erwähnten Ausführungsformen sind die Leistungsmodule hauptsächlich erläutert. Eine Leistungshalbleitervorrichtung kann auch durch Integrieren der Schaltungselemente hergestellt werden, die in einem der Leistungsmodule mit der Gleichstromquelle 12, 14 enthalten sind. Wenn solch eine integrierte Leistungshalbleitervorrichtung benutzt wird, wird die Verdrahtung davon einfacher, und ein Gerät, das die integrierte Leistungshalbleitervorrichtung benutzt, kann leichter zusammengesetzt werden.

Claims (12)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung mit: einem ersten leistungsschaltenden Halbleiterelement (22) an einer Hochspannungsseite und einem zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelement (24) an einer Niederspannungsseite, die in Reihe geschaltet sind, wobei zwei Enden der schaltenden Halbleiterelemente (22, 24), die in Reihe geschaltet sind, mit einer externen Gleichstromquelle verbindbar sind und ein Verbindungspunkt zwischen dem ersten und dem zweiten leistungsschaltenden Haltleiterelement (22, 24) eine Ausgangsspannung liefern kann; Freilaufdioden (26), von denen jede parallel rückwärts zu einem des ersten und des zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelement (22, 24) geschaltet ist; einer ersten Treiberschaltung (28), die mit einem Gate des ersten leistungsschaltenden Halbleiterelementes (22) verbunden ist; einer zweiten Treiberschaltung (30), die mit einem Gate des zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelementes (24) verbunden ist; und einer zweiten Diode (32, 36, 46), die mit einer Leitung verbunden ist, die mit mindestens einer der ersten und der zweiten Treiberschaltung (38, 40) in Vorwärtsrichtung derart zu verbinden ist, daß kein Strom in der Leitung von dem Anschluß durch die zweite Diode (32, 36, 46) fließt.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, weiter mit einer gesteuerten Leistungsquelle (34), worin der Anschluß einen Leistungsquellenanschluß aufweist und die zweite Diode (32) zwischen den Leistungsquellenanschluß und die gesteuerte Leistungsquelle (34) geschaltet ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Anschluß einen Eingangsanschluß zum Empfangen eines Steuersignales für mindestens eine der ersten und der zweiten Treiberschaltung (28, 30) aufweist und die zweite Diode (36) mit einer Vorrichtung (20) zum Erzeugen der Steuersignale derart verbunden ist, daß die zweite Diode (36) zwischen den Eingangsanschluß und die Vorrichtung (20) geschaltet ist.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit einem Fotokoppler (38) zum Liefern eines Steuersignales für die mindestens eine der ersten und der zweiten Treiberschaltung (28, 30), worin der Anschluß einen Eingangsanschluß zum Empfangen des Steuersignales von dem Fotokoppler (38) aufweist und die zweite Diode (46) zwischen den Anschluß und den Fotokoppler (38) geschaltet ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 4, weiter mit einem Kondensator (48) und einem Widerstand (50), die mit einem Punkt zwischen der zweiten Diode (46) und dem Eingangsanschluß geschaltet sind und parallel mit einer Masse der Leistungshalbleitervorrichtung verbunden sind.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Durchbruchsspannung der zweiten Diode (32, 36, 46) größer als eine Gleichstromspannung ist, die an das erste und das zweite leistungsschaltende Halbleiterelement (22, 24) anzulegen ist, die in Reihe geschaltet sind.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die mindestens eine der ersten und der zweiten Treiberschaltung (28, 30) die zweite Treiberschaltung (30) aufweist.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die mindestens eine der ersten und der zweiten Treiberschaltung (28, 30) die erste und die zweite Treiberschaltung (28, 30) aufweist.
  9. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, weiter mit einem Widerstand (16), durch den ein Strom zwischen einer Seite niedrigen Pegels der Gleichstromquelle und dem zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelement (24) fließt.
  10. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der das erste und das zweite leistungsschaltende Halbleiterelement (22, 24) Leistungsmetalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren sind oder bipolare Transistoren mit isoliertem Gate.
  11. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der die Leistungshalbleitervorrichtung eine Dreiphasenleistungshalbleitervorrichtung ist mit drei Kombinationen des ersten und des zweiten leistungsschaltenden Halbleiterelementes (22, 24), der ersten und der zweiten Treiberschaltung (28, 30).
  12. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, weiter mit einer Gleichstromquelle, bei der zwei Enden der leistungsschaltenden Halbleiterelemente (22, 24), die in Reihe geschaltet sind, mit der Gleichstromquelle verbunden sind.
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