DE102018217867B4 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zum Ansteuern derselben - Google Patents

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Abstract

Halbleitervorrichtung, umfassend:
ein erstes Leistungs-Halbleitermodul (11) mit einem ersten Leistungs-Halbleiterschaltelement (12); und
ein zweites Leistungs-Halbleitermodul (21) mit einem zweiten Leistungs-Halbleiterschaltelement (22), dessen Betriebseigenschaft von einer Betriebseigenschaft des ersten Leistungs-Halbleiterschaltelements verschieden ist, wobei das zweite Leistungs-Halbleitermodul mit dem ersten Leistungs-Halbleitermodul parallel verbunden ist,
wobei die Halbleitervorrichtung imstande ist, einen Betriebsmodus, in welchem ein erster Schaltzeitpunkt in dem ersten Leistungs-Halbleitermodul und ein zweiter Schaltzeitpunkt in dem zweiten Leistungs-Halbleitermodul nicht identisch sind, selektiv auszuführen, und wobei eine Größe einer Abweichung zwischen dem ersten Schaltzeitpunkt und dem zweiten Schaltzeitpunkt nach dem Ausführen des Betriebsmodus verschieden ist von einer Größe einer Abweichung zwischen dem ersten Schaltzeitpunkt und dem zweiten Schaltzeitpunkt vor dem Ausführen des Betriebsmodus ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Halbleitervorrichtungen, die Leistungs-Halbleiterschaltelemente enthalten, und auf Verfahren zum Ansteuern derselben.
  • Beschreibung des Standes der Technik
  • US 2009 / 0 289 691 A1 offenbart eine Halbleiterschaltvorrichtung für AC- und DC-Hochleistungs-Solid-State-Leistungssteuerungen, welche für DC-Anwendungen einen MOSFET und einen IGBT, die parallel geschaltet sind, und eine Zenerdiode, die einen Kollektor und ein Gate des IGBT verbindet, umfasst. Für Wechselstromanwendungen enthält der SSSD ein „Rücken-an-Rücken“-Paar von MOSFETs, die parallel mit einem Paar von gegenparallelen IGBTs geschaltet sind, die jeweils mit einer Diode in Reihe geschaltet sind, und Zener-Dioden „Rücken-an-Rücken“ mit konventioneller Diodenschaltung. Ein Verfahren zum Schalten erstellt eine Sequenz zum Ein-/Ausschalten des/der MOSFET(s) und des/der IGBT(s), wobei der/die IGBT(s) vor dem/den MOSFET(s) ein- und nachgeschaltet wird/werden.
  • DE 10 2017 108 305 A1 offenbart ein Leistungsumwandlungsgerät, umfassend ein Halbleitermodul, das eine Halbleitervorrichtung und eine Steuerschaltkreiseinheit umfasst, die das Halbleitermodul steuert. Das Halbleitermodul weist eine Haupt- und eine Unterstützungshalbleitervorrichtung auf, die parallel miteinander verbunden sind. Die Steuerschaltkreiseinheit führt eine Steuerung derart durch, dass die Unterstützungshalbleitervorrichtung angeschaltet wird, nachdem die Haupthalbleitervorrichtung angeschaltet ist, und die Haupthalbleitervorrichtung abgeschaltet wird, nachdem die Unterstützungshalbleitervorrichtung abgeschaltet ist. Die Steuerschaltkreiseinheit führt eine Steuerung derart durch, dass einer der Anschalt- und Abschaltschaltzeitpunkte eine höhere Schaltgeschwindigkeit als die des anderen der Schaltzeitpunkte aufweist. Das Halbleitermodul ist derart eingerichtet, dass zu einem Hochgeschwindigkeitsschaltzeitpunkt abhängig von einer zeitlichen Änderung eines zu der Haupthalbleitervorrichtung fließenden Hauptstromes in einem Steueranschluss der Unterstützungshalbleitervorrichtung ein zum Abschalten der Unterstützungshalbleitervorrichtung gerichteter Induktionsstrom erzeugt wird.
  • Eine parallele Verbindung zwischen einem Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) und einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) wurde als eine Technik zum Reduzieren eines in einem Leistungs-Halbleiterelement erzeugten Verlusts vorgeschlagen (z.B. offengelegte japanische Patentanmeldung JP 2011 - 120 330 A ).
  • Einige Halbleitervorrichtungen sind in eigenständiger Form aus Leistungs-Halbleiterelementen aufgebaut; andere sind in Form von Halbleitermodulen wie etwa gehausten Modulen aufgebaut. In der eigenständigen Form führt eine große Anzahl von Komponenten zu einer komplizierteren Montage und einer komplizierteren Struktur einer Substratverdrahtung. Auf der anderen Seite wird in der Halbleitermodulform ein Design ausgeführt, um einen unabhängigen Ausgang in einem Gate-Treiber einzurichten, Beschränkungen des Drahtbonding widerzuspiegeln und einen Gate-Draht mit einem zusätzlichen Widerstand vorzusehen, um die Trennung eines durch zwei Leistungstransistoren fließenden Stroms zu steuern.
  • Die Technik in der offengelegten japanischen Patentanmeldung JP 2011 - 120 330 A gründet sich auf die Tatsache, dass sowohl ein IGBT als auch ein MOSFET, in die das gleiche Ansteuersignal (PWM-Signal) eingespeist wird, gleichzeitig arbeiten. Leider können Schwankungen in einer Elementeigenschaft Zeitpunktverschiebungen zwischen den Einschalt- und Ausschaltoperationen des IGBT und des MOSFET in einem praktischen Produkt hervorrufen. Bei einer erheblichen Verschiebung kann der MOSFET früher als der IGBT eingeschaltet werden und empfängt folglich einen größeren Strom als der IGBT.
  • Hier ist eine beispielhafte Konfiguration vorgesehen, in der eine Verwendung einer parasitären Diode in dem MOSFET als Freilaufdiode dieses Phänomen sicher verhindert. Diese Konfiguration erfordert jedoch, dass die parasitäre Diode ein hohes Erregungsvermögen (VF-IF-Eigenschaften) aufweist, so dass der MOSFET eine ausreichende Stromkapazität hat. Leider vergrößert dies die Chipgröße und die Substratfläche des MOSFET und erhöht im weiteren Sinne die Kosten. Solch ein Problem findet man nicht nur in dem IGBT und dem MOSFET, sondern auch in den Leistungs-Halbleiterschaltelementen mit voneinander verschiedenen Betriebseigenschaften.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Um das Problem zu lösen, ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Technik zum Reduzieren der Größe und Kosten einer Halbleitervorrichtung vorzusehen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Die Unteransprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Inhalt.
  • Die erfindungsgemäße Konfiguration reduziert die Größe und Kosten der Halbleitervorrichtung.
  • Diese und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlicher werden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen vorgenommen wird.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 2 ist eine Zeitgraphik, die einen Betriebsmodus gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;
    • 4 ist eine Seitenansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform;
    • 5 ist eine Seitenansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform;
    • 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht; und
    • 7 ist eine Zeitgraphik, die die Operation der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • <Erste bevorzugte Ausführungsform>
  • 1 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die Halbleitervorrichtung in 1 umfasst ein erstes Leistungs-Halbleitermodul, das in dieser bevorzugten Ausführungsform ein Modul 11 eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT) ist, ein zweites Leistungs-Halbleitermodul, das in dieser bevorzugten Ausführungsform ein Modul 21 eines Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistors (MOSFET) ist, eine Steuerschaltung 31 und einen Elektrolytkondensator 32.
  • Die Steuerschaltung 31 ist zum Beispiel ein Mikrocomputer und steuert das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21.
  • Das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 weisen mit der Steuerschaltung 31 verbundene Eingänge auf. Das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 weisen mit einer Last 41, wie etwa einem Motor, verbundene Ausgänge auf. Auf diese Weise ist das MOSFET-Modul 21 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform zwischen dem Eingang und dem Ausgang des IGBT-Moduls 11 mit dem IGBT-Modul 11 parallel verbunden.
  • Das IGBT-Modul 11 enthält erste Leistungs-Halbleiterschaltelemente, die in dieser bevorzugten Ausführungsform IGBTs 12, Freilaufdioden 13, ein Hochspannungstreiber 14 wie etwa eine integrierte Hochspannungsschaltung (HVIC) und ein Niederspannungstreiber 15 wie etwa eine integrierte Niederspannungsschaltung (LVIC) sind.
  • Zwei der IGBTs 12, die zwischen einem Ende und dem anderen Ende des Elektrolytkondensators 32 in Reihe geschaltet sind, bilden einen Arm. Dieser Arm ist für jede einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase vorgesehen. Der Hochspannungstreiber 14 ist mit den Gates der IGBTs 12 auf der Hochspannungsseite in den einzelnen Armen verbunden und steuert die Hochspannungs-IGBTs 12 an. Der Niederspannungstreiber 15 ist mit den Gates der IGBTs 12 auf der Niederspannungsseite in den einzelnen Armen verbunden und steuert die Niederspannungs-IGBTs 12 an. In jedem Arm wird eine Spannung zwischen dem Hochspannungs-IGBT 12 und dem Niederspannungs-IGBT 12 an die Last 41 als Ausgangsspannung des IGBT-Moduls 11 abgegeben. Jede Freilaufdiode 13 ist zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT 12 mit dem entsprechenden IGBT 12 parallel verbunden.
  • Das MOSFET-Modul 21 enthält zweite Leistungs-Halbleiterschaltelemente, die in dieser bevorzugten Ausführungsform MOSFETs 22, ein Hochspannungstreiber 26 wie etwa eine HVIC, ein Niederspannungstreiber 27 wie etwa eine LVIC und ein Eingangspin 28 sind.
  • Zwei der MOSFETs 22, die zwischen einem Ende und dem anderen Ende des Elektrolytkondensators 32 in Reihe geschaltet sind, bilden einen Arm. Dieser Arm ist für jede einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase vorgesehen. Der Hochspannungstreiber 26 ist mit den Basen der MOSFETs 22 auf der Hochspannungsseite in den einzelnen Armen verbunden und steuert die Hochspannungs-MOSFETs 22 an. Der Niederspannungstreiber 27 mit den Basen der MOSFETs 22 auf der Niederspannungsseite in den einzelnen Armen verbunden und steuert die Niederspannungs-MOSFETs 22 an. In jedem Arm wird eine Spannung zwischen dem Hochspannungs-MOSFET 22 und dem Niederspannungs-MOSFET 22 als Ausgangsspannung des MOSFET-Moduls 21 an die Last 41 abgegeben.
  • Der IGBT 12 und der MOSFET 22 weisen dabei voneinander verschiedene Betriebseigenschaften auf; folglich ist die Einschaltoperation des MOSFET 22 ungünstig, wenn der IGBT 12 nicht im Ein-Zustand. Die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform hat eine Konfiguration, die dieses ungünstige Phänomen verhindert. Das Folgende beschreibt die Konfiguration.
  • Der Hochspannungstreiber 26 und der Niederspannungstreiber 27 des MOSFET-Moduls 21 weisen den Eingangspin 28 auf, in den ein Signal zum Ausführen eines Betriebsmodus von zum Beispiel außerhalb der Halbleitervorrichtung eingespeist wird. Der Hochspannungstreiber 26 und der Niederspannungstreiber 27, im weiteren Sinne das MOSFET-Modul 21 weist als einen Betriebsmodus eine Funktion zum Ändern einer Zeitperiode für eine Signalübertragung vom Eingang zum Ausgang des MOSFET-Moduls 21 als Antwort auf die Signaleinspeisung auf.
  • 2 ist eine Zeitgraphik, die den Betriebsmodus veranschaulicht. Für einen Betriebsmodus Nicht-Ausführung werden das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 zu annähernd dem gleichen Zeitpunkt eingeschaltet und werden auch zu annähernd dem gleichen Zeitpunkt ausgeschaltet, wie in 2 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Für einen Betriebsmodus Ausführung wird das MOSFET-Modul 21 eingeschaltet, nachdem das IGBT-Modul 11 eingeschaltet ist, und das IGBT-Modul 11 wird auch ausgeschaltet, nachdem das MOSFET-Modul 21 ausgeschaltet ist, wie durch durchgezogene Linien in 2 angedeutet ist.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform den Betriebsmodus, in welchem der Schaltzeitpunkt im IGBT-Modul 11 und der Schaltzeitpunkt im MOSFET-Modul 21 nicht identisch sind, selektiv ausführen.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform verhindert, dass der MOSFET 22 eingeschaltet wird, wenn der IGBT 12 im Aus-Zustand ist. Folglich hat der MOSFET 22 eine kleine Chipgröße, wodurch die Größe und Kosten der Halbleitervorrichtung reduziert werden. Außerdem reduziert ein allein in den Eingangspin 28 eingespeistes Signal einen erzeugten Verlust.
  • Es wird besonders erwähnt, dass ein Vorsehen des IGBT 12 und des MOSFET 22 innerhalb einer einzigen Baugruppe Beschränkungen der Verdrahtung zwischen den Hochspannungstreibern 14 und 26 oder den Niederspannungstreibern 15 und 27 und dem Gate des IGBT 12 oder der Basis des MOSFET 22 abschwächt und Beschränkungen eines Hauptstroms über einen Draht-Bondingbereich abschwächt. Dies vereinfacht natürlich das Design und die Steuerung der Halbleitervorrichtung. Außerdem können das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 auf einem einzigen Substrat angeordnet werden. Solch ein gemeinsam genutztes Substrat reduziert natürlich die Kosten ebenfalls.
  • Die erste bevorzugte Ausführungsform beschreibt, dass das erste Leistungs-Halbleiterschaltelement ein IGBT und das zweite Leistungs-Halbleiterschaltelement ein MOSFET ist. Jedoch können die ersten und zweiten Leistungs-Halbleiterschaltelemente irgendein anderes Leistungs-Halbleiterschaltelement sein, solange diese Schaltelemente voneinander verschiedene Betriebseigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann das erste Leistungs-Halbleiterschaltelement ein rückwärts leitender IGBT (RC-IGBT) und das zweite Leistungs-Halbleiterschaltelement ein MOSFET sein.
  • <Zweite bevorzugte Ausführungsform>
  • 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleichen oder ähnlichen Komponenten zwischen der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsform sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Somit werden vorwiegend zwischen den bevorzugten Ausführungsformen verschiedene Komponenten beschrieben.
  • Das MOSFET-Modul 21 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform enthält den Eingangspin 28 nicht. Stattdessen ist das MOSFET-Modul 21 gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform zwischen der Steuerschaltung 31 und den Ausgängen des IGBT-Moduls 11 mit dem IGBT-Modul 11 parallel verbunden.
  • Dies ermöglicht der Steuerschaltung 31, in das MOSFET-Modul 21 ein Signal einzuspeisen, das von einem in das IGBT-Modul 11 eingespeisten Signal verschieden ist. In der zweiten bevorzugten Ausführungsform können das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 den Betriebsmodus als Antwort auf das Signal von der Steuerschaltung 31, die in der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben ist, selektiv ausführen.
  • Wie die Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform sind Größe und Kosten der Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform reduziert, selbst wenn das MOSFET-Modul 21 ein Mehrzweckmodul ist, das keinen Betriebsmodus aufweist und im weiteren Sinn keinen Eingangspin 28 hat.
  • <Dritte bevorzugte Ausführungsform>
  • 4 ist eine Seitenansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gleichen oder ähnlichen Komponenten zwischen der dritten bevorzugten Ausführungsform und den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Somit werden vorwiegend zwischen den bevorzugten Ausführungsformen verschiedene Komponenten beschrieben.
  • Die Halbleitervorrichtung gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform umfasst zusätzlich zu den Komponenten in der ersten oder zweiten bevorzugten Ausführungsform ein Substrat 46 und eine Wärmeableitungslamelle 47.
  • Das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 sind auf einer Oberfläche des Substrats 46 angeordnet. In den Konfigurationen der ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen weist hier das MOSFET-Modul 21 einen Schaltverlust von im Wesentlichen Null auf. In diesem Fall weist das MOSFET-Modul 21 eine verhältnismäßig kleine Baugruppengröße oder einen verhältnismäßig geringen Nennstrom auf, weist verhältnismäßig wenig erzeugten Verlust auf und bringt einen verhältnismäßig geringen Temperaturanstieg mit sich.
  • Diese Effekte widerspiegelnd, sieht die dritte bevorzugte Ausführungsform bezüglich der Baugruppengröße oder des Nennstroms eine Konfiguration vor, in der das IGBT-Modul 11 größer als das MOSFET-Modul 21 ist und das MOSFET-Modul 21 mit der Wärmeableitungslamelle 47 nicht in Kontakt ist. Das heißt, die dritte bevorzugte Ausführungsform sieht eine Konfiguration vor, in der keine Wärmeableitungslamelle mit dem MOSFET-Modul 21 in Kontakt ist. Solch eine Konfiguration verhindert, dass das MOSFET-Modul 21 einen Kontakt zwischen dem IGBT-Modul 11 und der Wärmeableitungslamelle 47 behindert. Dies beseitigt beispielsweise die Notwendigkeit eines Höhenausgleichs zwischen dem IGBT-Modul 11 und dem MOSFET-Modul 21, um solch einen Kontakt einzurichten. Außerdem verringert ferner ein Reduzieren von Abstandshaltern und des Volumens der Wärmeableitungslamelle 47, um den Kontakt sicher einzurichten, die Größe und die Kosten der Halbleitervorrichtung.
  • <Vierte bevorzugte Ausführungsform>
  • 5 ist eine Seitenansicht der Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die gleichen oder ähnlichen Komponenten zwischen der vierten bevorzugten Ausführungsform und den ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsformen sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Somit werden vorwiegend zwischen den bevorzugten Ausführungsformen verschiedene Komponenten beschrieben.
  • In der vierten bevorzugten Ausführungsform ist das MOSFET-Modul 21 auf einer Oberfläche des Substrats 46 montiert; außerdem ist das IGBT-Modul 11 auf dem Substrat 46 montiert, wobei das Substrat 46 zwischen dem IGBT-Modul 11 und dem MOSFET-Modul 21 angeordnet ist. Mit anderen Worten sind das IGBT-Modul 11 und das MOSFET-Modul 21 mit miteinander parallel verbunden und mit dem dazwischen angeordneten Substrat 46 parallel miteinander montiert. Das IGBT-Modul 11 ist mit der Wärmeableitungslamelle 47 auf einer Oberfläche des IGBT-Moduls 11 verbunden, wobei die Oberfläche vom Substrat 46 entfernt ist.
  • Solch eine Konfiguration gemäß der vierten bevorzugten Ausführungsform verbessert ein Montagevermögen in einer oberflächenmontierten Baugruppe. Außerdem verringert diese Konfiguration die Fläche des Substrats 46 mehr als die entsprechende Konfiguration gemäß der dritten bevorzugten Ausführungsform. Darüber hinaus vereinfacht eine einheitliche Pin-Anordnung zwischen den Modulen für eine dichte Anordnung von Pins eine Verdrahtung auf dem Substrat 46. Folglich ist eine Verdrahtungsstruktur einfach ausgelegt.
  • <Fünfte bevorzugte Ausführungsform>
  • 6 ist ein Schaltungsdiagramm, das die Konfiguration einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Die gleichen oder ähnlichen Komponenten zwischen der fünften bevorzugten Ausführungsform und den ersten bis vierten bevorzugten Ausführungsformen sind durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Somit werden vorwiegend zwischen den bevorzugten Ausführungsformen verschiedene Komponenten beschrieben.
  • Die Halbleitervorrichtung in der fünften bevorzugten Ausführungsform enthält zusätzlich zu den Komponenten in der zweiten bevorzugten Ausführungsform einen Nebenschlusswiderstand 36. Der Nebenschlusswiderstand 36 ist zwischen die Source des MOSFET 22 und einen Anschluss Vsc des Niederspannungstreibers 27 innerhalb des MOSFET-Moduls 21 geschaltet. Dabei ändert ein Kurzschluss in der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform eine Spannung über den Nebenschlusswiderstand 36. Der Niederspannungstreiber 27 kann auf der Basis einer Änderung der Spannung über den Nebenschlusswiderstand 36 feststellen, ob die Halbleitervorrichtung einen Kurzschluss aufweist.
  • 7 ist eine Zeitgraphik, die den Betrieb der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform zeigt. 7 zeigt einen Kollektorstrom Ic in dem IGBT 12 entsprechend einem Ausgangsstrom durch das IGBT-Modul 11, einen Drainstrom Id durch den MOSFET 22 entsprechend einem Ausgangsstrom durch das MOSFET-Modul 21, eine Spannung am Anschluss Vsc entsprechend der Spannung über den Nebenschlusswiderstand 36, eine Spannung an einem Anschluss Fo und eine Spannung an einem Anschluss Vsc1. Die folgende Beschreibung bezeichnet die Spannung am Anschluss Vsc als eine Anschlussspannung Vsc, die Spannung am Anschluss Fo als eine Anschlussspannung Fo und die Spannung am Anschluss Vsc1 als eine Anschlussspannung Vsc1. Es wird besonders erwähnt, dass der Anschluss Fo des Niederspannungstreibers 27 mit dem Anschluss Vsc1 des Niederspannungstreibers 15 wie in 6 veranschaulicht verbunden ist und dass die Anschlussspannung Fo und die Anschlussspannung Vsc1 im Wesentlichen die gleichen sind.
  • Auf ein Auftreten eines Kurzschlusses in der Halbleitervorrichtung hin, der folglich bewirkt, dass der Kollektorstrom Ic einen Schwellenwert überschreitet, wird die Anschlussspannung Vsc zu einer Zeit t1 in 7 eingeschaltet. Der Niederspannungstreiber 27 in dem MOSFET-Modul 21 unterbricht die Ausgabe des MOSFET-Moduls 21 entsprechend dem Einschalten der Anschlussspannung Vsc. Folglich wird der Drainstrom Ic durch den MOSFET 22 zu einer Zeit t2 unterbrochen.
  • Der Niederspannungstreiber 27 in dem MOSFET-Modul 21 gibt ein Fehlersignal zum Einschalten der Anschlussspannung Fo zu einer Zeit t3 nach Ablauf, von der Zeit t2 an, einer bestimmten Zeitperiode ab, die ausreicht, um den Drainstrom Id durch den MOSFET 22 zu unterbrechen. Dementsprechend empfängt der Niederspannungstreiber 15 in dem IGBT-Modul 11 das Fehlersignal zum Einschalten der Anschlussspannung Vsc1. Der Niederspannungstreiber 15, der das Fehlersignal empfangen hat, unterbricht die Ausgabe des IGBT-Moduls 11. Folglich wird der Kollektorstrom Ic durch den IGBT 12 unterbrochen.
  • In der Halbleitervorrichtung gemäß der fünften bevorzugten Ausführungsform werden die Ausgabe des MOSFET-Moduls 21 und die Ausgabe des IGBT-Moduls 11 sequentiell unterbrochen. Solch eine Konfiguration verhindert, dass ein Kurzschlussstrom in den MOSFET 22 fließt, wobei dadurch die Größe und Kosten der Halbleitervorrichtung reduziert werden. Es wird besonders erwähnt, dass die fünfte bevorzugte Ausführungsform, obgleich sie auf die zweite bevorzugte Ausführungsform in der obigen Beschreibung angewendet wurde, auf die erste bevorzugte Ausführungsform Anwendung finden kann.
  • <Sonstiges>
  • Das MOSFET-Modul 21 gemäß den ersten bis fünften bevorzugten Ausführungsformen kann aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffen sein, der aus einem Material wie etwa Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) besteht. Ein aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke geschaffener MOSFET reduziert verglichen mit einem MOSFET aus Si einen erzeugten Verlust. Dies reduziert die Größe und Kosten des MOSFET-Moduls 21.
  • Es wird besonders erwähnt, dass in der vorliegenden Erfindung die einzelnen Ausführungsformen und Modifikationen innerhalb des Umfangs der Erfindung frei kombiniert werden können oder wie jeweils anwendbar modifiziert und weggelassen werden können.
  • Obgleich die Erfindung im Detail dargestellt und beschrieben worden ist, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten veranschaulichend und nicht beschränkend. Es versteht sich daher, dass zahlreiche Modifikationen und Varianten entwickelt werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (10)

  1. Halbleitervorrichtung, umfassend: ein erstes Leistungs-Halbleitermodul (11) mit einem ersten Leistungs-Halbleiterschaltelement (12); und ein zweites Leistungs-Halbleitermodul (21) mit einem zweiten Leistungs-Halbleiterschaltelement (22), dessen Betriebseigenschaft von einer Betriebseigenschaft des ersten Leistungs-Halbleiterschaltelements verschieden ist, wobei das zweite Leistungs-Halbleitermodul mit dem ersten Leistungs-Halbleitermodul parallel verbunden ist, wobei die Halbleitervorrichtung imstande ist, einen Betriebsmodus, in welchem ein erster Schaltzeitpunkt in dem ersten Leistungs-Halbleitermodul und ein zweiter Schaltzeitpunkt in dem zweiten Leistungs-Halbleitermodul nicht identisch sind, selektiv auszuführen, und wobei eine Größe einer Abweichung zwischen dem ersten Schaltzeitpunkt und dem zweiten Schaltzeitpunkt nach dem Ausführen des Betriebsmodus verschieden ist von einer Größe einer Abweichung zwischen dem ersten Schaltzeitpunkt und dem zweiten Schaltzeitpunkt vor dem Ausführen des Betriebsmodus ist.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zweite Leistungs-Halbleitermodul (21) ferner einen Eingangspin (28) aufweist, in den ein Signal zum Ausführen des Betriebsmodus eingespeist wird.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Leistungs-Halbleitermodul (11) und das zweite Leistungs-Halbleitermodul (21) dafür eingerichtet sind, als Antwort auf ein Signal von einer Steuerschaltung (31), die dafür eingerichtet ist, das erste Leistungs-Halbleitermodul und das zweite Leistungs-Halbleitermodul zu steuern, den Betriebsmodus selektiv auszuführen.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei bezüglich einer Baugruppengröße oder eines Nennstroms das erste Leistungs-Halbleitermodul (11) größer als das zweite Leistungs-Halbleitermodul (21) ist, und keine Wärmeableitungslamelle (47) mit dem zweiten Leistungs-Halbleitermodul in Kontakt ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend ein Substrat, wobei das zweite Leistungs-Halbleitermodul (21) auf einer Oberfläche des Substrats montiert ist, und das erste Leistungs-Halbleitermodul (11) auf dem Substrat montiert ist, wobei das Substrat zwischen dem ersten Leistungs-Halbleitermodul und dem zweiten Leistungs-Halbleitermodul angeordnet ist.
  6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, wenn ein Kurzschluss in der Halbleitervorrichtung auftritt, eine Ausgabeunterbrechung in dem zweiten Leistungs-Halbleitermodul (21) und eine Ausgabeunterbrechung in dem ersten Leistungs-Halbleitermodul (11) sequentiell durchgeführt werden.
  7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei, wenn der Betriebsmodus ausgeführt wird, das zweite Leistungs-Halbleitermodul (21) eingeschaltet wird, nachdem das erste Leistungs-Halbleitermodul (11) eingeschaltet ist, und das erste Leistungs-Halbleitermodul ausgeschaltet wird, nachdem das zweite Leistungs-Halbleitermodul ausgeschaltet ist.
  8. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das zweite Leistungs-Halbleitermodul (21) einen Halbleiter mit breiter Bandlücke aufweist.
  9. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das erste Leistungs-Halbleiterschaltelement (12) ein IGBT oder ein RC-IGBT ist, und das zweite Leistungs-Halbleiterschaltelement (22) ein MOSFET ist.
  10. Verfahren zum Ansteuern einer Halbleitervorrichtung, wobei die Halbleitervorrichtung umfasst ein erstes Leistungs-Halbleitermodul (11) mit einem ersten Leistungs-Halbleiterschaltelement (12); und ein zweites Leistungs-Halbleitermodul (21) mit einem zweiten Leistungs-Halbleiterschaltelement (22), dessen Betriebseigenschaft von einer Betriebseigenschaft des ersten Leistungs-Halbleiterschaltelements verschieden ist, wobei das zweite Leistungs-Halbleitermodul mit dem ersten Leistungs-Halbleitermodul parallel verbunden ist, wobei das Verfahren imstande ist, einen Betriebsmodus, in welchem ein erster Schaltzeitpunkt in dem ersten Leistungs-Halbleitermodul und ein zweiter Schaltzeitpunkt in dem zweiten Leistungs-Halbleitermodul nicht identisch sind, selektiv auszuführen, und wobei eine Größe einer Abweichung zwischen dem ersten Schaltzeitpunkt und dem zweiten Schaltzeitpunkt nach dem Ausführen des Betriebsmodus verschieden ist von einer Größe einer Abweichung zwischen dem ersten Schaltzeitpunkt und dem zweiten Schaltzeitpunkt vor dem Ausführen des Betriebsmodus ist.
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