DE102017108157A1 - Halbleitermodul und Umwandlungsgerät für elektrische Leistung - Google Patents

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Hiroshi Shimizu
Mitsunori KIMURA
Kengo MOCHIKI
Yuu YAMAHIRA
Tetsuya Matsuoka
Kazuma FUKUSHIMA
Yasuyuki Ohkouchi
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Abstract

Ein Halbleitermodul umfasst einen IGBT und einen MOSFET. Der IGBT ist aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildet. Der MOSFET ist aus einem Halbleiter mit einer großen Bandlücke ausgebildet, der eine größere Bandlücke als der Siliziumhalbleiter aufweist. Der IGBT und der MOSFET sind zur Ausbildung eines Halbleiterbauelementpaares parallel miteinander verbunden. Der IGBT weist eine größere Oberfläche auf als der MOSFET. Das Halbleitermodul ist dazu eingerichtet, in einem Gebiet zu arbeiten, das ein Niedrigstromgebiet und ein Hochstromgebiet umfasst. Ein in dem Hochstromgebiet durch das Halbleiterbauelementpaar fließender elektrischer Strom ist höher als in dem Niedrigstromgebiet. In dem Niedrigstromgebiet ist der Ein-Widerstand des MOSFETs niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochstromgebiet der Ein-Widerstand des IGBTs niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Halbleitermodule, die darin eingebaute Halbleiterbauelemente aufweisen, und Umwandlungsgeräte für elektrische Leistung, die diese Halbleitermodule anwenden.
  • Stand der Technik
  • Halbleitermodule, die in elektrischen Leistungsumwandlungsgeräten (siehe beispielsweise Druckschrift JP 2014-229642 A ) verwendet werden, sind bekannt. Die Halbleitermodule weisen beispielsweise einen darin eingebauten IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) auf; der IGBT ist aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildet. Die elektrischen Leistungsumwandlungsgeräte sind dazu eingerichtet, eine Umwandlung elektrischer Leistung durch Steuern eines Umschaltens des IGBTs durchzuführen.
  • In den letzten Jahren gab es einen wachsenden Bedarf für Halbleitermodule mit geringem Verlust. Bei einem Versuch diesen Bedarf zu erfüllen, wurden Halbleitermodule untersucht, bei denen ein aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildeter IGBT und ein aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke (z.B., SiC oder GaN) ausgebildeter MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) parallel miteinander verbunden sind. Aufgrund des Vorhandenseins eines darin enthaltenen Diffusionspotentials weist der IGBT in einem Gebiet mit einem relativ niedrigen Strom einen hohen Ein-Widerstand auf. Im Gegensatz dazu weist der aus dem Halbleiter mit einer großen Bandlücke ausgebildete MOSFET einen niedrigen Ein-Widerstand auf, da es in dem MOSFET kein Diffusionspotential gibt. Indem der IGBT und der MOSFET parallel miteinander verbunden sind, kann es daher möglich sein, den Verlust des Halbleitermoduls zu verringern. Darüber hinaus kann es möglich sein, den Verlust des Halbleitermoduls durch eine Vergrößerung der Chipfläche (oder Oberfläche) des MOSFETs weiter zu verringern.
  • Jedoch sind die Herstellungskosten eines Halbleiters mit großer Bandlücke groß. Durch Vergrößerung der Chipfläche des MOSFETs erhöhen sich daher die Herstellungskosten für das gesamte Halbleitermodul entsprechend. In einem Hochstromgebiet wird darüber hinaus der Bipolareffekt des IGBTs bemerkenswert, der den Ein-Widerstand des IGBTs verringert. In dem Hochstromgebiet wird daher die Auswirkung des Verbindens des MOSFETs parallel mit dem IGBT auf eine Verringerung des Verlustes des Halbleitermoduls gering. In dem Hochstromgebiet ist es dementsprechend schwierig, den Verlust des Halbleitermoduls durch Vergrößern der Chipfläche des MOSFETs merklich zu verringern.
  • ERFINDUNGSZUSAMMENFASSUNG
  • Entsprechend den Ausführungsbeispielen ist ein Halbleitermodul bereitgestellt, das einen IGBT und einen MOSFET umfasst. Der IGBT ist aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildet. Der MOSFET ist aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet, der eine größere Bandlücke als der Siliziumhalbleiter aufweist. Der IGBT und der MOSFET sind zur Ausbildung eines Halbleiterbauelementpaares parallel miteinander verbunden. Der IGBT weist eine größere Oberfläche als der MOSFET auf. Das Halbleitermodul ist dazu eingerichtet, in einem Gebiet mit einem Niedrigstromgebiet und einem Hochstromgebiet zu arbeiten. Der durch das Halbleiterbauelementpaar fließende elektrische Strom ist in dem Hochstromgebiet höher als in dem Niedrigstromgebiet. In dem Niedrigstromgebiet ist der Ein-Widerstand des MOSFETs niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochstromgebiet der Ein-Widerstand des IGBTs niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs.
  • Mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration ist die Oberfläche des MOSFETs kleiner als die Oberfläche des IGBTs bestimmt. Dadurch ist es möglich, die Oberfläche des aus dem Halbleiter mit der großen Bandlücke ausgebildeten MOSFETs zu minimieren, dessen Herstellungskosten hoch sind. Dementsprechend ist es möglich, die Herstellungskosten des gesamten Halbleitermoduls zu minimieren.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration fließt darüber hinaus in dem Niedrigstromgebiet der elektrische Strom hauptsächlich durch den MOSFET, dessen Ein-Widerstand niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs in dem Niedrigstromgebiet ist. Folglich ist es möglich, den Verlust des Halbleitermoduls während seines Betriebes in dem Niedrigstromgebiet zu verringern. Da der MOSFET hauptsächlich in dem Niedrigstromgebiet verwendet wird, ist es zusätzlich möglich, die Oberfläche des MOSFETs wie vorstehend beschrieben zu verringern, ohne es für den geringen elektrischen Strom zu erschweren, hauptsächlich durch den MOSFET zu fließen.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration fließt darüber hinaus in dem Hochstromgebiet der elektrische Strom hauptsächlich durch den IGBT, dessen Ein-Widerstand niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs in dem Hochstromgebiet ist. Folglich ist es möglich, den Verlust des Halbleitermoduls während seines Betriebes in dem Hochstromgebiet zu verringern. Da die Oberfläche des IGBTs größer als die Oberfläche des MOSFETs bestimmt ist, ist es möglich, zu erleichtern, dass der hohe elektrische Strom hauptsächlich durch den IGBT fließt.
  • Dementsprechend ist es mit der vorstehend beschriebenen Konfiguration sowohl in dem Niedrigstromgebiet als auch in dem Hochstromgebiet möglich, zu erreichen, dass der elektrische Strom hauptsächlich durch denjenigen von dem IGBT und dem MOSFET fließt, dessen Ein-Widerstand in dem Gebiet niedriger als der des anderen ist. Dementsprechend ist es möglich, den Verlust des Halbleitermoduls über das gesamte Betriebsgebiet zu verringern.
  • In Summe ist es mit der vorstehenden Konfiguration möglich, die Herstellungskosten des Halbleitermoduls zu minimieren und den Verlust des Halbleitermoduls über das gesamte Betriebsgebiet zu reduzieren.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • Die vorliegende Erfindung kann umfassender durch die nachstehende ausführliche Beschreibung und durch die beiliegende Zeichnung der Ausführungsbeispiele verstanden werden, die jedoch nicht als die Erfindung auf die bestimmten Ausführungsbeispiele begrenzend erachtet werden dürfen, sondern rein zum Zweck der Erklärung und des Verständnisses bereitgestellt sind.
  • In der beiliegenden Zeichnung:
  • zeigt 1 eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls entsprechend einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • zeigt 2 eine Draufsicht auf das Halbleitermodul entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel, wobei ein IGBT und ein MOSFET, die beide in dem Halbleitermodul eingebaut sind, durch gestrichelte Linien gezeigt sind;
  • zeigt 3 eine Darstellung, die die Strom-Spannungscharakteristik des IGBTs und des MOSFETs des Halbleitermoduls entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel bei Raumtemperatur zeigt;
  • zeigt 4 eine Darstellung, die die Strom-Spannungscharakteristik des IGBTs und des MOSFETs des Halbleitermoduls entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel bei hoher Temperatur zeigt;
  • zeigt 5 eine Darstellung, die durch Überlagerung der Darstellungen von 3 und 4 erlangt ist;
  • zeigt 6 ein Schaltdiagramm eines elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
  • zeigt 7 eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls entsprechend einer Modifikation des ersten Ausführungsbeispiels;
  • zeigt 8 eine schematische Darstellung eines Halbleitermoduls gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
  • zeigt 9 eine Draufsicht auf das Halbleitermodul gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei ein IGBT, ein MOSFET und eine Diode, die alle in dem Halbleitermodul eingebaut sind, durch gestrichelte Linien gezeigt sind;
  • zeigt 10 eine Zeitdarstellung, die den Schaltvorgang eines Paares von Halbleitermodulen in einem oberen Zweig und einem unteren Zweig eines elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • zeigt 11 eine schematische Darstellung, die den elektrischen Stromfluss in dem Halbleitermodulpaar in dem oberen Zweig und dem unteren Zweig des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, falls sowohl der IGBT als auch der MOSFET in dem Halbleitermodul in dem oberen Zweig in einem Ein-Zustand sind;
  • zeigt 12 eine schematische Darstellung, die den elektrischen Stromfluss in dem Halbleitermodulpaar in dem oberen Zweig und dem unteren Zweig des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, falls sowohl der IGBT als auch der MOSFET des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig ausgehend von dem Ein-Zustand ausgeschaltet werden;
  • zeigt 13 eine Draufsicht auf ein Halbleitermodul gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, wobei ein IGBT, ein MOSFET und eine Diode, die alle in dem Halbleitermodul eingebaut sind, durch gestrichelte Linien gezeigt sind;
  • zeigt 14 einen Zeitdarstellung, die einen Schaltvorgang eines Paares von Halbleitermodulen in einem oberen Zweig und einem unteren Zweig eines elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt;
  • zeigt 15 eine schematische Darstellung, die einen elektrischen Stromfluss in dem Halbleitermodulpaar in dem oberen Zweig und dem unteren Zweig des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, falls sowohl der IGBT als auch der MOSFET des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig in einem Ein-Zustand sind; und
  • zeigt 16 eine schematische Darstellung, die den elektrischen Stromfluss in dem Halbleitermodulpaar in dem oberen Zweig und dem unteren Zweig des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, falls sowohl der IGBT als auch der MOSFET des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig ausgehend von dem Ein-Zustand ausgeschaltet werden.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
  • Nachstehend sind Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die 1 bis 16 beschrieben. Zum Zwecke der Klarheit und des Verständnisses sind identische Komponenten, die in der gesamten Beschreibung identische Funktionen aufweisen, soweit als möglich in jeder der Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und zum Zwecke der Vermeidung von Redundanzen sind Beschreibungen identischer Komponenten nicht wiederholt.
  • [Erstes Ausführungsbeispiel]
  • 1 zeigt eine Konfiguration eines Halbleitermoduls 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Gemäß der Figur umfasst das Halbleitermodul 1 einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) 2 und einen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) 3.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der IGBT 2 aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildet. Der MOSFET 3 ist aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke, der eine größere Bandlücke als der Siliziumhalbleiter aufweist, ausgebildet. Im Einzelnen ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der MOSFET 3 aus SiC ausgebildet.
  • Gemäß 1 sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der IGBT 2 und der MOSFET 3 zur Ausbildung eines Halbleiterbauelementpaares 4 parallel miteinander verbunden. Darüber hinaus weist der IGBT 2 gemäß 2 eine größere Oberfläche als der MOSFET 3 auf.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gemäß 3 das Halbleitermodul 1 dazu eingerichtet, in einem Gebiet mit einem Niedrigstromgebiet AL und einem Hochstromgebiet AH zu arbeiten. Ein durch das Halbleiterbauelementpaar 4 fließender elektrischer Strom ist in dem Hochstromgebiet AH größer als in dem Niedrigstromgebiet AL. Darüber hinaus ist in dem Niedrigstromgebiet AL der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs 2. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochstromgebiet AH der Ein-Widerstand des IGBTs 2 niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs 3.
  • Das Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird in dem elektrischen Leistungsumwandlungsgerät 6 gemäß 6 verwendet. Das elektrische Leistungsumwandlungsgerät 6 ist ein elektrischer Leistungsumwandler für ein Fahrzeug zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug wie etwa einem Hybridfahrzeug oder einem Elektrofahrzeug.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Halbleitermodul 1 gemäß 2 einen Hauptkörper 10 mit dem IGBT 2 und dem MOSFET 3, die darin eingebaut sind, ein Paar von Leistungsanschlüssen 11 (11a, 11b), die von dem Hauptkörper 10 vorstehen, und eine Vielzahl von Steuerterminals 12.
  • Gemäß 1 ist ein Leistungsanschluss 11a von dem Paar von Leistungsanschlüssen 11 sowohl mit einem Kollektor (C) des IGBTs 2 als auch mit einem Drain (D) des MOSFETs 3 verbunden, während der andere Leistungsanschluss (11b) sowohl mit einem Emitter (E) des IGBTs 2 als auch mit einer Source (S) des MOSFETs 3 verbunden ist. Obwohl es in 1 nicht gezeigt ist, sind darüber hinaus einige der Steueranschlüsse 12 mit einem Gate (G) des IGBTs 2 und einem Gate (G) des MOSFETs 3 verbunden, so dass Spannungen an die Gates (G) des IGBTs 2 und des MOSFETs 3 mittels dieser Steueranschlüsse 12 angelegt werden können.
  • 3 zeigt eine Strom-Spannungscharakteristik des IGBTs 2 und des MOSFETs 3 bei Raumtemperatur (z.B., 25° C).
  • Hierbei wird die Strom-Spannungscharakteristik des IGBTs 2 durch Untersuchung der Beziehung zwischen der Spannung Vce, die zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBTs 2 angelegt ist, und dem Kollektorstrom Ic, der zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBTs 2 fließt, bestimmt, während eine konstante Spannung an das Gate des IGBTs 2 angelegt ist. Andererseits wird die Strom-Spannungscharakteristik des MOSFETs 3 durch Untersuchung der Beziehung zwischen der Spannung Vds, die zwischen dem Drain und der Source des MOSFETs 3 angelegt ist, und dem Drainstrom Id, der zwischen dem Drain und dem Source des MOSFETs 3 fließt, bestimmt, während eine konstante Spannung an das Gate des MOSFETs 3 angelegt ist.
  • Aus 3 ist ersichtlich, dass bei dem MOSFET 3 mit Erhöhung der zwischen dem Drain und dem Source angelegten Spannung Vds der Drainstrom Id mit einer konstanten Rate zunimmt. Mit anderen Worten, der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 ist unabhängig von der Spannung Vds (oder unabhängig von dem Drainstrom Id) konstant. Andererseits erhöht sich bei dem IGBT 2 der Kollektorstrom Ic abrupt, sobald die zwischen dem Kollektor und dem Emitter angelegte Spannung Vce eine bestimmte Höhe erreicht. Mit anderen Worten, der Ein-Widerstand des IGBTs 2 ist nicht konstant, sondern verringert sich abrupt, sobald die Spannung Vce eine bestimmte Höhe erreicht.
  • Dementsprechend ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in dem Niedrigstromgebiet AL, in dem der durch das gesamte Halbleitermodul 1 fließende elektrische Strom relativ gering ist, der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs 2. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochstromgebiet AH, in dem der durch das gesamte Halbleitermodul 1 fließende elektrische Strom relativ hoch ist, der Ein-Widerstand des IGBTs 2 niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs 3.
  • Darüber hinaus erhöhen sich gemäß 4 bei einer Temperaturerhöhung sowohl der Ein-Widerstand des IGBTs 2 als auch der Ein-Widerstand des MOSFETs 3. Jedoch ist die Erhöhungsrate des Ein-Widerstandes des MOSFETs 3 höher als die Erhöhungsrate des Ein-Widerstandes des IGBTs 2. Das bedeutet, bei steigender Temperatur erhöht sich der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 abrupter als der Ein-Widerstand des IGBTs 2.
  • 5 zeigt eine Darstellung, die aus einer Überlagerung der Darstellungen gemäß 3 und 4 erlangt ist.
  • Falls das Halbleitermodul in dem Niedrigstromgebiet AL arbeitet und die Temperatur des Halbleitermoduls 1 relativ niedrig ist (z.B., Raumtemperatur von 25° C gemäß 3), ist aus 5 ersichtlich, dass der Ein-Widerstand RIGBTRT des IGBTs 2 und der Ein-Widerstand RMOSRT des MOSFETs 3 die folgende Beziehung erfüllen: RMOSRT < RIGBTRT
  • Falls im Gegensatz dazu das Halbleitermodul 1 in dem Hochstromgebiet AH arbeitet und die Temperatur des Halbleitermoduls 1 erhöht wurde (z.B., auf 150° Celsius gemäß 4) durch Wärme, die durch den Betrieb des Halbleitermoduls 1 erzeugt wurde, erfüllen der Ein-Widerstand RIGBTHT des IGBTs 2 und der Ein-Widerstand RMOSHT des MOSFETs 3 die folgende Bedingung: RIGBTHT < RMOSHT
  • Zusätzlich stehen in 5 die Bezeichnungen IGBT@RT und MOSFET@RT jeweils für die Strom-Spannungscharakteristik des IGBTs 2 und die Strom-Spannungscharakteristik des MOSFETs 3 bei Raumtemperatur (z.B., 25° C); und die Bezeichnungen IGBT@HT sowie MOSFET@HT stehen jeweils für die Strom-Spannungscharakteristik des IGBTs 2 sowie die Strom-Spannungscharakteristik des MOSFETs 3 bei hoher Temperatur (z.B., 150° C).
  • 6 zeigt die Konfiguration des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes 6. Gemäß der Figur umfasst das elektrische Leistungsumwandlungsgerät 6 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Halbleitermodule 1 (1 H, 1 L). Das bedeutet, jedes der Halbleitermodule 1 umfasst gemäß vorstehender Beschreibung einen IGBT 2 und einen MOSFET 3. Darüber hinaus sind drei der sechs Halbleitermodule 1 Halbleitermodule in einem oberen Zweig 1 H, während die übrigen drei Halbleitermodule in einem unteren Zweig 1 L sind. Mit anderen Worten, das elektrische Leistungsumwandlungsgerät 6 umfasst drei Paare von Halbleitermodulen in einem oberen Zweig 1 H und Halbleitermodulen in einem unteren Zweig 1 L. Das elektrische Leistungsumwandlungsgerät 6 umfasst ebenso eine Glättungskapazität 19 und eine Ansteuerschaltung 60. Die Ansteuerschaltung 60 steuert den Schaltvorgang der IGBTs 2 und der MOSFETs 3 der Halbleitermodule 1, wodurch eine DC-Leistung von einer DC-Leistungsquelle 8 (z.B., eine Fahrzeugbatterie) in eine AC-Leistung umgewandelt wird, und die erlangte AC-Leistung an eine AC-Last 80 zugeführt wird. Zusätzlich kann die AC-Last 80 beispielsweise ein Motor-Generator (MG) zum Betrieb des Fahrzeugs sein.
  • Darüber hinaus ist gemäß 6 in jedem der MOSFETs 3 der Halbleitermodule 1 eine Körperdiode 30 ausgebildet. Während des Schaltvorganges der IGBTs 2 und der MOSFETs 3 fließt ein durch die Induktivität der AC-Last 80 erzeugter Rücklaufstrom durch die Körperdioden 30 der MOSFETs 3.
  • Entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die folgenden vorteilhaften Wirkungen zu erzielen.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst jedes Halbleitermodul 1 den aus dem Siliziumhalbleiter ausgebildeten IGBT 2 und den MOSFET 3, der aus dem Halbleiter mit großer Bandlücke (im Einzelnen, SiC) ausgebildet ist, der eine größere Bandlücke als der Siliziumhalbleiter 2 aufweist. Der IGBT 2 und der MOSFET 3 sind zur Ausbildung des Halbleiterbauelementpaares 4 parallel miteinander verbunden (siehe 1). Die Oberfläche des IGBTs 2 ist größer als die Oberfläche des MOSFETs 3 (siehe 2). Das Halbleitermodul 1 ist dazu eingerichtet, in dem Gebiet zu arbeiten, das das Niedrigstromgebiet AL und das Hochstromgebiet AH umfasst (siehe 3). Der durch das Halbleiterbauelementpaar 4 fließende elektrische Strom ist in dem Hochstromgebiet AH höher als in dem Niedrigstromgebiet AL. In dem Niedrigstromgebiet AL ist der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs 2. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochstromgebiet AH der Ein-Widerstand des IGBTs 2 niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs 3.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration ist die Oberfläche des MOSFETs 3 kleiner bestimmt als die Oberfläche des IGBTs 2. Somit ist es möglich, die Oberfläche des MOSFETs 3 zu minimieren, der aus dem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist, dessen Herstellungskosten hoch sind. Dementsprechend ist es möglich, die Herstellungskosten des gesamten Halbleitermoduls 1 zu minimieren.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration fließt in dem Niedrigstromgebiet AL darüber hinaus der elektrische Strom hauptsächlich durch den MOSFET 3, dessen Ein-Widerstand in dem Niedrigstromgebiet AL niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs 2 ist. Folglich ist es möglich, den Verlust des Halbleitermoduls 1 während seines Betriebes in dem Niedrigstromgebiet AL zu verringern. Da der MOSFET 3 hauptsächlich in dem Niedrigstromgebiet AL verwendet wird, ist es zusätzlich möglich, die Oberfläche des MOSFETs 3 gemäß vorstehender Beschreibung zu minimieren, ohne es für den geringen elektrischen Strom zu erschweren, hauptsächlich durch den MOSFET 3 zu fließen.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration fließt darüber hinaus in dem Hochstromgebiet AH der elektrische Strom hauptsächlich durch den IGBT 2, dessen Ein-Widerstand in dem Hochstromgebiet AH niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 ist. Folglich ist es möglich, den Verlust des Halbleitermoduls während seines Betriebes in dem Hochstromgebiet AH zu verringern. Da die Oberfläche des IGBTs 2 größer als die Oberfläche des MOSFETs 3 bestimmt ist, ist es zusätzlich möglich, zu erleichtern, dass der hohe elektrische Strom hauptsächlich durch den IGBT 2 fließt.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration ist es dementsprechend möglich, sowohl in dem Niedrigstromgebiet AL als auch in dem Hochstromgebiet AH zu erreichen, dass der elektrische Strom hauptsächlich durch denjenigen von dem IGBT 2 und dem MOSFET 3 fließt, dessen Ein-Widerstand in dem Gebiet niedriger als der des anderen ist. Dementsprechend ist es möglich, den Verlust des Halbleitermoduls 1 über das gesamte Betriebsgebiet zu verringern.
  • Falls das Halbleitermodul 1 in dem Niedrigstromgebiet AL arbeitet und die Temperatur des Halbleitermoduls gleich einer ersten Temperatur ist (z.B., Raumtemperatur 25° C gemäß 3), erfüllen darüber hinaus bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Ein-Widerstand RIGBTRT des IGBTs 2 und der Ein-Widerstand RMOSRT des MOSFETs 3 die Beziehung RMOSRT < RIGBTRT. Falls das Halbleitermodul im Gegensatz dazu in dem Hochstromgebiet AH arbeitet und die Temperatur des Halbleitermoduls 1 durch Wärme, die durch den Betrieb des Halbleitermoduls 1 erzeugt wurde, auf eine zweite Temperatur (z.B., 150° C gemäß 4), die höher als die erste Temperatur ist, erhöht wurde, erfüllen der Ein-Widerstand RIGBTHT des IGBTs 2 und der Ein-Widerstand RMOSHT des MOSFETs 3 die Beziehung RIGBTHT < RMOSHT.
  • Mit der vorstehenden Konfiguration erhöht sich der Ein-Widerstand des MOSFETs 3 abrupter als der Ein-Widerstand des IGBTs 2 bei Erhöhung der Temperatur des Halbleitermoduls 1. Falls das Halbleitermodul 1 in dem Hochstromgebiet AH arbeitet, und die Temperatur des Halbleitermoduls 1 durch Wärme erhöht wird, die durch den Betrieb des Halbleitermoduls 1 erzeugt wird, wird der Hauptpfad des elektrischen Stromes von dem MOSFET 3 zu dem IGBT 2 verschoben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gemäß vorstehender Beschreibung die Oberfläche des IGBTs 2 größer als die Oberfläche des MOSFETs 3 bestimmt. Während des Betriebes des Halbleitermoduls 1 in dem Hochstromgebiet AH ist es dementsprechend möglich, zu erleichtern, dass der hohe elektrische Strom hauptsächlich durch den IGBT 2 fließt, wodurch der Verlust des Halbleitermoduls 1, auch falls die Temperatur des Halbleitermoduls 1 hoch wird, gering gehalten wird.
  • In Summe weist das Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die vorstehend beschriebene Konfiguration auf, mit der es möglich ist, die Herstellungskosten zu minimieren, und den Verlust des Halbleitermoduls 1 über das gesamte Betriebsgebiet zu verringern.
  • Zusätzlich ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß vorstehender Beschreibung der MOSFET 3 aus SiC ausgebildet. Jedoch kann der MOSFET 3 ebenso aus anderen Halbleitern mit großer Bandlücke ausgebildet sein, wie etwa GaN oder Diamant.
  • Gemäß vorstehender Beschreibung weist darüber hinaus das Halbleitermodul 1 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nur ein darin eingebaut Halbleiterbauelementpaar 4 auf (siehe 1). Jedoch kann das Halbleitermodul 1 gemäß 7 derart abgewandelt sein, dass es darin eingebaut sowohl ein Halbleiterbauelementpaar in einem oberen Zweig 4 als auch ein Halbleiterbauelementpaar in einem unteren Zweig 4 aufweist; sowohl das Halbleiterbauelementpaar in einem obere Zweig 4 als auch das in einem unteren Zweig bestehen aus einem IGBT 2 und einem MOSFET 3, die parallel miteinander verbunden sind.
  • [Zweites Ausführungsbeispiel]
  • 8 zeigt die Konfiguration eines Halbleitermoduls 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Im Vergleich zu den Halbleitermodulen 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 1) umfasst das Halbleitermodul 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner eine Diode 5, die antiparallel (oder umgekehrt parallel) mit dem MOSFET 3 verbunden ist. Die Diode 5 ist eine Schottky-Barrierendiode, die aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke wie etwa SiC ausgebildet ist.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind gemäß 9 die Oberfläche SIGBT des IGBTs 2, die Oberfläche SMOS des MOSFETs 3 und die Oberfläche SDI der Diode 5 derart bestimmt, dass sie die folgende Beziehung erfüllen: SIGBT > SMOS > SDI
  • Ähnlich zu dem elektrischen Leistungsumwandlungsgerät 6 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel (siehe 6), umfasst ein elektrisches Leistungsumwandlungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Halbleitermodule 1 (1 H, 1 L) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus sind drei der sechs Halbleitermodule 1 Halbleitermodule in einem oberen Zweig 1 H, während die restlichen drei Halbleitermodule in einem unteren Zweig 1 L sind. Mit anderen Worten, das elektrische Leistungsumwandlungsgerät 6 umfasst 3 Paare von Halbleitermodulen in einem oberen Zweig 1 H und Halbleitermodulen in einem unteren Zweig 1 L.
  • Die 11 und 12 veranschaulichen den elektrischen Stromfluss in einem Halbleitermodulpaar in dem oberen Zweig und dem unteren Zweig 1 H und 1 L in dem elektrischen Leistungsumwandlungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Falls sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H gemäß 11 in einem Ein-Zustand sind, fließt ein elektrischer Strom IH sowohl durch den IGBT 2 H als auch durch den MOSFET 3 H zu der AC-Last 80.
  • Falls sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H danach gemäß 12 von Ein zu Aus umgeschaltet werden, fließt ein durch die Induktivität der AC-Last 80 erzeugter Rücklaufstrom IF durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L. Zur gleichen Zeit fließt eine geringe Menge des Rücklaufstromes IF durch die Körperdiode 30 L des MOSFETs 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L.
  • Falls der Rücklaufstrom IF durch das Halbleitermodul in dem unteren Zweig 1 L fließt, ist der MOSFET 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L eingeschaltet, wodurch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Rücklaufstrom IF durch den MOSFET 3 L fließen kann.
  • 10 zeigt den Schaltvorgang des Paares von Halbleitermodulen in dem oberen Zweig 1 H und in dem unteren Zweig 1 L gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß 10 werden sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H zu einem Zeitpunkt t0 eingeschaltet, und verbleiben bis zu einem Zeitpunkt t1 eingeschaltet. Während der Zeitdauer t0–t1 fließt der elektrische Strom IH sowohl durch den IGBT 2 H als auch durch den MOSFET 3 H zu der AC-Last 80. Zu dem Zeitpunkt t1 werden danach sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H von An zu Aus umgeschaltet. Nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ausgehend von dem Zeitpunkt t1 wird der MOSFET 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L zu einem Zeitpunkt t2 eingeschaltet. Während der Zeitdauer von t1–t2 fließt der Rücklaufstrom IFDI (IF) durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L. Danach verbleibt der MOSFET 3 L eingeschaltet, bis er zu einem Zeitpunkt t3 ausgeschaltet wird. Während der Zeitdauer t2–t3, fließt der Rücklaufstrom IFMOS (IF) durch den MOSFET 3 L. Darüber hinaus werden nach dem Ablauf einer vorbestimmten Zeit ausgehend von dem Zeitpunkt t3 sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H wieder zu einem Zeitpunkt t4 eingeschaltet. Während der Zeitdauer t3–t4, fließt der Rücklaufstrom IFDI (IF) durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L. Danach verbleiben sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H eingeschaltet, bis sie wiederum zu einem Zeitpunkt t5 ausgeschaltet werden. Während der Zeitdauer t4–t5, fließt der elektrische Strom IH sowohl durch den IGBT 2 H als auch durch den MOSFET 3 H zu der AC-Last 80. In der vorstehend beschriebenen Weise wird der Schaltvorgang des Paares von Halbleitermodulen in dem oberen Zweig und in dem unteren Zweig 1 H und 1 L wiederholt. Zusätzlich wird der Schaltvorgang durch eine Ansteuerschaltung 60 des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes 6 gesteuert (siehe 6).
  • Während der Zeitdauern (oder Totzeiten) t1–t2 und t3–t4 fließt gemäß vorstehender Beschreibung der Rücklaufstrom IF hauptsächlich durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L. Während der Zeitdauer t2–t3 verbleibt im Gegensatz dazu der MOSFET 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L eingeschaltet, sodass der Rücklaufstrom IF hauptsächlich durch den MOSFET 3 L fließt, dessen Ein-Widerstand niedriger als der Ein-Widerstand der Diode 5 L ist.
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen zu erzielen.
  • Darüber hinaus umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner jedes Halbleitermodul 1 zusätzlich zu dem IGBT 2 und dem MOSFET 3 die Diode 5, die antiparallel mit dem MOSFET 3 verbunden ist. Folglich ist es für eine größere Menge von Rücklaufstrom IF möglich, durch das Halbleitermodul 1 zu fließen, ohne einen großen Verlust hervorzurufen.
  • Im Einzelnen ist die Menge des elektrischen Stromes, der es erlaubt ist, durch die Körperdiode 30 des MOSFETs 3 des Halbleitermoduls 1 zu fließen, gering. Falls der durch das Halbleitermodul 1 fließende Rücklaufstrom IF hoch ist, würde daher, falls die Diode 5 nicht antiparallel mit dem MOSFET 3 verbunden ist, aufgrund des hohen Widerstandes des Halbleitermoduls 1 gegen den Rücklaufstrom IF ein großer Verlust auftreten. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, bei dem die Diode 5 antiparallel mit dem MOSFET 3 verbunden ist, ist im Gegensatz dazu der Widerstand des Halbleitermoduls 1 zu dem Rücklaufstrom IF wesentlich verringert. Auch falls der durch das Halbleitermodul 1 fließende Rücklaufstrom IF hoch ist, ist es daher möglich, das Auftreten eines großen Verlustes in dem Halbleitermodul 1 zu unterdrücken.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Diode 5 durch eine Schottky-Barrierendiode implementiert, die aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist. In einer Schottky-Barrierendiode gibt es keinen Rücklaufstromfluss. Durch Implementieren der Diode 5 als eine Schottky-Barrierendiode ist es daher möglich, den Erholungsverlust der Diode 5 zu eliminieren.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Oberfläche SIGBT des IGBTs 2, die Oberfläche SMOS des MOSFETs 3 und die Oberfläche SDI der Diode 5 derart eingestellt, dass sie die Beziehung SIGBT > SMOS > SDI erfüllen. Dadurch ist es möglich, die Oberfläche SDI der Diode 5 zu minimieren, wodurch die Herstellungskosten des gesamten Halbleitermoduls 1 minimiert werden. Darüber hinaus fließt in diesem Fall der Rücklaufstrom IF hauptsächlich durch den MOSFET 3, dessen Ein-Widerstand niedriger als der Ein-Widerstand der Diode 5 ist. Folglich ist es möglich, den in dem Halbleitermodul 1 auftretenden Verlust während des Flusses des Rücklaufstromes IF durch das Halbleitermodul 1 zu verringern.
  • Während einer Zeitdauer (z.B., t1–t4 bei 10), während der der Rücklaufstrom IF durch das Halbleitermodul 1 fließt, schaltet die Ansteuerschaltung 60 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel den MOSFET 3 des Halbleitermoduls 1 ein, wodurch es dem Rücklaufstrom IF ermöglicht wird, durch den MOSFET 3 zu fließen.
  • Da es mit der vorstehenden Konfiguration dem Rücklaufstrom IF erlaubt ist, durch den MOSFET 3 zu fließen, ist es möglich, die Oberfläche der Diode 5 zu minimieren, wodurch die Herstellungskosten des gesamten Halbleitermoduls 1 minimiert werden. Da der Rücklaufstrom IF hauptsächlich durch den MOSFET 3 fließt, dessen Ein-Widerstand niedriger als der Ein-Widerstand der Diode 5 ist, ist es darüber hinaus möglich, den in dem Halbleitermodul 1 während des Flusses des Rücklaufstromes IF durch das Halbleitermodul 1 auftretenden Verlust zu verringern.
  • [Drittes Ausführungsbeispiel]
  • Ein Halbleitermodul 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel weist fast dieselbe Konfiguration wie die Halbleitermodule 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel auf. Dementsprechend werden hauptsächlich Unterschiede dazu nachstehend beschrieben.
  • Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Oberfläche SIGBT des IGBTs 2, die Oberfläche SMOS des MOSFETs 3 und die Oberfläche SDI der Diode 5 derart bestimmt, dass sie die Beziehung SIGBT > SMOS > SDI erfüllen (siehe 9).
  • Im Vergleich dazu sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 13 die Oberfläche SIGBT des IGBTs 2, die Oberfläche SMOS des MOSFETs 3 und die Oberfläche SDI der Diode 5 derart eingestellt, dass sie die folgende Beziehung erfüllen: SIGBT > SDI > SMOS
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus die Diode 5 durch eine Schottky-Barrierendiode wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel ausgebildet, die aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist (z.B., SiC).
  • Ähnlich zu den elektrischen Leistungsumwandlungsgeräten 6 entsprechend den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen (siehe 6) umfasst ein elektrisches Leistungsumwandlungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sechs Halbleitermodule 1 (1 H, 1 L) gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Darüber hinaus sind drei der sechs Halbleitermodule 1 Halbleitermodule in einem oberen Zweig 1 H, während die restlichen drei Halbleitermodule in einem unteren Zweig 1 L sind. Mit anderen Worten, das elektrische Leistungsumwandlungsgerät 6 umfasst drei Paare von Halbleitermodulen in einem oberen Zweig 1 H und Halbleitermodulen in einem unteren Zweig 1 L.
  • Die 15 und 16 veranschaulichen den elektrischen Stromfluss in einem Halbleitermodulpaar in dem oberen Zweig und dem unteren Zweig 1 H und 1 L in dem elektrischen Leistungsumwandlungsgerät 6 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Falls sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H in einem Ein-Zustand sind, fließt gemäß 15 ein elektrischer Strom IH sowohl durch den IGBT 2 H als auch durch den MOSFET 3 H zu der AC-Last 80.
  • Falls sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H von Ein zu Aus umgeschaltet werden, fließt danach gemäß 16 der Rücklaufstrom IF, der aufgrund der Induktivität der AC-Last 80 erzeugt wird, durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L. Gleichzeitig fließt eine geringe Menge des Rücklaufstromes IF durch die Körperdiode 30 L des MOSFETs 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L.
  • Falls der Rücklaufstrom IF durch das Halbleitermodul in dem unteren Zweig 1 L fließt, verbleibt der MOSFET 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L ausgeschaltet, wodurch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der Rücklaufstrom IF daran gehindert wird, durch den MOSFET 3 L zu fließen. Folglich fließt der Rücklaufstrom IF hauptsächlich durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L, nicht hauptsächlich durch den MOSFET 3 L wie bei dem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • 14 veranschaulicht den Schaltvorgang des Paares von Halbleitermodulen in dem oberen Zweig und in dem unteren Zweig 1 H und 1 L gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel.
  • Gemäß 14 werden sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H zu einem Zeitpunkt t0 eingeschaltet, und verbleiben bis zu einem Zeitpunkt t1 eingeschaltet. Während der Zeitdauer t0–t1 fließt der elektrische Strom IH sowohl durch den IGBT 2 H als auch durch den MOSFET 3 H zu der AC-Last 80. Zu dem Zeitpunkt t1 werden danach sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H von Ein zu Aus umgeschaltet, und verbleiben bis zu einem Zeitpunkt t4 ausgeschaltet. Während der Zeitdauer t1–t4, verbleibt der MOSFET 3 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L ausgeschaltet, sodass der Rücklaufstrom IF hauptsächlich durch die Diode 5 L des Halbleitermoduls in dem unteren Zweig 1 L fließt. Zu dem Zeitpunkt t4 werden sowohl der IGBT 2 H als auch der MOSFET 3 H des Halbleitermoduls in dem oberen Zweig 1 H wieder eingeschaltet, und verbleiben eingeschaltet, bis sie wiederum zu einem Zeitpunkt t5 ausgeschaltet werden. Während der Zeitdauer t4–t5, fließt der elektrische Strom IH sowohl durch den IGBT 2 H als auch durch den MOSFET 3 H zu der AC-Last 80. In der vorstehenden Weise wird der Schaltvorgang des Paares von Halbleitermodulen in dem oberen Zweig und in dem unteren Zweig 1 H und 1 L wiederholt. Zusätzlich wird der Schaltvorgang durch eine Ansteuerschaltung 60 des elektrischen Leistungsumwandlungsgerätes 6 gesteuert (siehe 6).
  • Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es möglich, die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen zu erzielen.
  • Darüber hinaus umfasst bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ferner jedes Halbleitermodul 1 zusätzlich zu dem IGBT 2 und dem MOSFET 3 die Diode 5, die antiparallel mit dem MOSFET 3 verbunden ist. Folglich ist es für eine erhöhte Menge von Rücklaufstrom IF möglich, durch das Halbleitermodul 1 zu fließen, ohne einen großen Verlust hervorzurufen.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Diode 5 durch eine Schottky-Barrierendiode implementiert, die aus einem Halbleitermodul mit großer Bandlücke ausgebildet ist. In einer Schottky-Barrierendiode gibt es keinen Erholungsstromfluss. Durch Implementieren der Diode 5 mit einer Schottky-Barrierendiode ist es daher möglich, den Erholungsverlust der Diode 5 zu eliminieren.
  • Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Oberfläche SIGBT des IGBTs 2, die Oberfläche SMOS des MOSFETs 3 und die Oberfläche SDI der Diode 5 derart bestimmt, dass sie die Beziehung SIGBT > SDI > SMOS erfüllen. Daher ist es möglich, die Oberfläche des MOSFETs 3 zu minimieren, der aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist, dessen Herstellungskosten hoch sind. Folglich ist es möglich, die Herstellungskosten des gesamten Halbleitermoduls 1 zu minimieren.
  • Während einer Zeitdauer (z.B., t1–t4 gemäß 14), während der der Rücklaufstrom IF durch das Halbleitermodul 1 fließt, lässt bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Ansteuerschaltung 60 den MOSFET 3 des Halbleitermoduls 1 ausgeschaltet, wodurch der Rücklaufstrom IF daran gehindert wird, durch den MOSFET 3 zu fließen.
  • Da der Rücklaufstrom IF nicht durch den MOSFET 3 fließt, ist es mit der vorstehenden Konfiguration einfach, die Oberfläche des MOSFETs 3 zu minimieren, und somit ist es einfach, die Herstellungskosten des gesamten Halbleitermoduls 1 zu minimieren. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist gemäß vorstehender Beschreibung zusätzlich die Oberfläche SDI der Diode 5 größer als die Oberfläche SMOS des MOSFETs 3 bestimmt. Daher ist es möglich, den Ein-Widerstand der Diode 5 zu verringern, wodurch es ermöglicht wird, dass eine erhöhte Menge von Rücklaufstrom IF durch die Diode 5 fließt. Während der MOSFET ausgeschaltet bleibt, ist es folglich für eine ausreichende Menge von Rücklaufstrom IF möglich, durch das Halbleitermodul 1 zu fließen, ohne einen großen Verlust hervorzurufen.
  • Während vorstehend bestimmte Ausführungsbeispiele gezeigt und beschrieben sind, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ebenso in verschiedenen anderen Abwandlungen ausgebildet werden kann, ohne von dem Erfindungsgedanken abzuweichen.
  • Ein Halbleitermodul umfasst einen IGBT und einen MOSFET. Der IGBT ist aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildet. Der MOSFET ist aus einem Halbleiter mit einer großen Bandlücke ausgebildet, der eine größere Bandlücke als der Siliziumhalbleiter aufweist. Der IGBT und der MOSFET sind zur Ausbildung eines Halbleiterbauelementpaares parallel miteinander verbunden. Der IGBT weist eine größere Oberfläche auf als der MOSFET. Das Halbleitermodul ist dazu eingerichtet, in einem Gebiet zu arbeiten, das ein Niedrigstromgebiet und ein Hochstromgebiet umfasst. Ein in dem Hochstromgebiet durch das Halbleiterbauelementpaar fließender elektrischer Strom ist höher als in dem Niedrigstromgebiet. In dem Niedrigstromgebiet ist der Ein-Widerstand des MOSFETs niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs. Im Gegensatz dazu ist in dem Hochstromgebiet der Ein-Widerstand des IGBTs niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2014-229642 A [0002]

Claims (8)

  1. Halbleitermodul, mit: einem IGBT, der aus einem Siliziumhalbleiter ausgebildet ist; und einem MOSFET, der aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist, der eine größere Bandlücke als der Siliziumhalbleiter aufweist, wobei der IGBT und der MOSFET zur Ausbildung eines Halbleiterbauelementpaares parallel miteinander verbunden sind, der IGBT eine größere Oberfläche als der MOSFET aufweist, und das Halbleitermodul dazu eingerichtet ist, in einem Gebiet zu arbeiten, das ein Niedrigstromgebiet und ein Hochstromgebiet umfasst, ein elektrischer Strom, der durch das Halbleiterbauelementpaar fließt, in dem Hochstromgebiet höher als in dem Niedrigstromgebiet ist, in dem Niedrigstromgebiet, der Ein-Widerstand des MOSFETs niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs ist, und in dem Hochstromgebiet der Ein-Widerstand des IGBTs niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs ist.
  2. Halbleitermodul nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermodul derart eingerichtet ist, dass: falls das Halbleitermodul in dem Niedrigstromgebiet arbeitet und eine Temperatur des Halbleitermoduls gleich zu einer ersten Temperatur ist, der Ein-Widerstand des MOSFETs niedriger als der Ein-Widerstand des IGBTs ist; und falls das Halbleitermodul in dem Hochstromgebiet arbeitet und die Temperatur des Halbleitermoduls durch Wärme, die durch den Betrieb des Halbleitermoduls erzeugt wird, auf eine zweite Temperatur, die höher als die erste Temperatur ist, erhöht wurde, der Ein-Widerstand des IGBTs niedriger als der Ein-Widerstand des MOSFETs ist.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1, ferner mit einer Diode, die antiparallel mit dem MOSFET verbunden ist.
  4. Halbleitermodul nach Anspruch 3, wobei die Diode eine Schottky-Barrierendiode ist, die aus einem Halbleiter mit großer Bandlücke ausgebildet ist.
  5. Halbleitermodul nach Anspruch 3, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist: SIGBT > SMOS > SDI, wobei SIGBT die Oberfläche des IGBTs, SMOS die Oberfläche des MOSFETs und SDI die Oberfläche der Diode ist.
  6. Halbleitermodul nach Anspruch 3, wobei die folgende Beziehung erfüllt ist: SIGBT > SDI > SMOS, wobei SIGBT die Oberfläche des IGBTs, SDI die Oberfläche der Diode, und SMOS die Oberfläche des MOSFETs ist.
  7. Umwandlungsgerät für elektrische Leistung, mit: dem Halbleitermodul nach Anspruch 5; und einer Ansteuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Halbleitermoduls zu steuern, wobei während einer Zeitdauer, während der der Rücklaufstrom durch das Halbleitermodul fließt, die Ansteuerschaltung den MOSFET des Halbleitermoduls einschaltet, wodurch es dem Rücklaufstrom ermöglicht ist, durch den MOSFET zu fließen.
  8. Umwandlungsgerät für elektrische Leistung, mit: dem Halbleitermodul nach Anspruch 6; und einer Ansteuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Halbleitermoduls zu steuern, wobei während einer Zeitdauer, während der der Rücklaufstrom durch das Halbleitermodul fließt, die Ansteuerschaltung den MOSFET des Halbleitermoduls ausgeschaltet lässt, wodurch der Rücklaufstrom davon abgehalten ist, durch den MOSFET zu fließen.
DE102017108157.7A 2016-04-19 2017-04-18 Halbleitermodul und Umwandlungsgerät für elektrische Leistung Pending DE102017108157A1 (de)

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