DE112014000741T5 - Halbleitermodul - Google Patents

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Tadahiko SATO
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

Es wird ein Halbleitermodul bereitgestellt, das Folgendes umfasst: eine Vielzahl von Regelkreisen, die jeweils das EIN/AUS einer Vielzahl von Halbleiterelementen ansteuern; und eine Vielzahl von Signalausgabekreisen, die jeweils für die Regelkreise bereitgestellt werden und die Betriebsstatusinformationen ausgeben, wobei die Signalausgabekreise jeweils mit Signalausgabeklemmen versehen sind, die eine Open-Drain-Konfiguration aufweisen, und die Signalausgabeklemmen jeweils an einen internen Leiterrahmen angeschlossen sind, an dem die Leistungshalbleiterelemente und die Regelkreise montiert sind.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleitermodul, das mit einer Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen und einer Vielzahl von Regelkreisen, die jeweils das EIN/AUS dieser Halbleiterelemente ansteuern, versehen ist.
  • HINTERGRUND
  • Ein Halbleitermodul, das mit einer Vielzahl von Schaltelementen und einer Vielzahl von Regelkreisen, die jeweils das EIN/AUS der Halbleiterelemente ansteuern, versehen ist, wird als Bestandteil einer Wechselrichtervorrichtung zum Ansteuern eines Verbrauchers, wie etwa eines Motors, verwendet. 4 ist ein Diagramm, das die wesentliche schematische Konfiguration eines Halbleitermoduls IPM zeigt, das in einer Wechselrichtervorrichtung verwendet wird, die einen Drehstrommotor M ansteuert; wobei Q1, Q2 bis Q6 sechs Schaltelemente sind, die jeweils drei Halbbrückenschaltungen bilden. Ferner sind D1, D2 bis D6 Freilaufdioden, die jeweils zu den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 umgekehrt parallel geschaltet sind.
  • Dabei sind in den drei Halbbrückenschaltungen die Schaltelemente Q1, Q2, Q3, die gemeinsam an eine Energiequellenklemme P angeschlossen sind, an die eine DC-Spannung angelegt wird, und die einen oberen Zweig bilden, und die Schaltelemente Q4, Q5, Q6, die einen unteren Zweig bilden, konfiguriert, um direkt miteinander verbunden zu sein. Bei diesen Halbbrückenschaltungen werden die Anschlusspunkte zwischen den Schaltelementen Q1 (Q2, Q3), die den oberen Zweig bilden, und den Schaltelementen Q4 (Q5, Q6), die den unteren Zweig bilden, zu Ausgangsklemmen L1 (L2, L3), welche die Phasen U (V, W) des Drehstrommotors M mit Energie versorgen.
  • Ferner sind die anderen Enden der Schaltelemente Q4, Q5, Q6, die den unteren Zweig bilden, jeweils an die erdungsseitigen Klemmen N1, N2, N3 angeschlossen. Diese erdungsseitigen Klemmen N1, N2, N3 werden beispielsweise über Nebenschlusswiderstände R1, R2, R3 geerdet. Die Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 sind Leistungshalbleiterelemente, die aus IGBTs oder MOSFETs bestehen, die mit einem Gate versehen sind, bei dem es sich um eine Steuerelektrode handelt. Ein Halbleitermodul IPM, das eine derartige Konfiguration aufweist, wird beispielsweise in der Patentschrift 1 ausführlich vorgestellt.
  • Die Regelkreise IC1 bis IC6, die in dem Halbleitermodul IPM bereitgestellt werden und die jeweils das EIN/AUS der Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 ansteuern, sind mit Ausgangsverstärkern A1 bis A4 als Ansteuerschaltungen versehen, die beispielsweise ein Ansteuersignal an das Gate der Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 anlegen, wie in 5 gezeigt. Ferner sind die Regelkreise IC1 bis IC6 jeweils mit Anomalienachweiskreisen ED1 bis ED6 versehen, die Anomalien, wie etwa Überstrom oder Überhitzung in den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 durch Überwachen des Stroms, der zu den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 fließt, und/oder der Betriebstemperatur und dergleichen nachweisen.
  • Das Halbleitermodul IPM ist konfiguriert, um den Betrieb der Ausgangsverstärker A1 bis A6 über die Ausgangsregelkreise C1 bis C6 zu untersagen und dadurch die Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 zu schützen, wenn eine Anomalie von den Anomalienachweiskreisen ED1 bis ED6 nachgewiesen wird. Ferner ist das Halbleitermodul IPM gleichzeitig konfiguriert, um beispielsweise über die Schaltelemente S1 bis S6 Anomalieinformationen über Überstrom und/oder Überhitzung usw., die von den Anomalienachweiskreisen ED1 bis ED6 nachgewiesen wird wurden, als Betriebsstatusinformationen für die Regelkreise IC1 bis IC6 extern auszugeben.
    Patentschrift 1: Japanisches Patent Nr. 3394377
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Bei dem Halbleitermodul IPM, das wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, sind externe Anschlussklemmen, die an jedes der Schaltelemente S1 bis S6 angeschlossen sind, notwendig, um die Betriebsstatusinformationen für jeden der Regelkreise IC1 bis IC6 extern auszugeben. Daher ist eine Erhöhung der Anzahl von Ein-/Ausgangsklemmen in dem Halbleitermodul IPM unvermeidbar. Daher wird nach dem Stand der Technik die Funktion zum Ausgeben der zuvor beschriebenen Betriebsstatusinformationen mindestens in einem bestimmten Regelkreis IC des Halbleitermoduls IPM bereitgestellt. Des Weiteren wurde ebenfalls vorgeschlagen, dass die Betriebsstatusinformationen zwischen der Vielzahl von Regelkreisen IC1 bis IC6 gemeldet werden, und wenn eine Anomalie nachgewiesen wird, dass die Betriebsstatusinformationen nur von dem bestimmten Regelkreis IC extern ausgegeben werden.
  • Wenn eine derartige Konfiguration übernommen wird, ist es gewiss möglich, die Anzahl von Ein-/Ausgangsklemmen in dem Halbleitermodul IPM zu reduzieren. In diesem Fall dauert es jedoch unweigerlich lange, bis die Betriebsstatusinformationen nach dem Nachweis einer Anomalie extern ausgegeben werden. Des Weiteren gibt es bei einer externen Regelvorrichtung, die den Betrieb des Halbleitermoduls IPM regelt, Probleme, indem es lange dauert, bis die Art der Anomalie, die in dem Halbleitermodul IPM vorkommt, bestimmt wird, und bis die Schutzfunktion des Halbleitermoduls IPM angemessen funktioniert.
  • Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf diese Umstände erdacht, wobei eine Aufgabe derselben darin besteht, ein Halbleitermodul bereitzustellen, dass eine einfache Konfiguration aufweist, wobei die Betriebsstatusinformationen einer Vielzahl von Regelkreisen extern ausgegeben werden können, ohne die Anzahl von Ein-/Ausgangsklemmen zu erhöhen, und ferner ein Schutzbetrieb mit Bezug auf Anomalien, die in jedem Regelkreis nachgewiesen werden, schnell gestartet werden kann.
  • Um die zuvor beschriebene Aufgabe zu lösen, umfasst das Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen, die aus IGBTs oder MOSFETs bestehen; eine Vielzahl von Regelkreisen, die jeweils das EIN/AUS der Halbleiterelemente ansteuern; und eine Vielzahl von Signalausgabekreisen, die jeweils für die Regelkreise bereitgestellt werden und die Betriebsstatusinformationen ein- und ausgeben, wobei die Signalausgabekreise insbesondere jeweils aus Schaltkreisen bestehen, die mit einer Signalausgabeklemme versehen sind, die eine Open-Drain-Konfiguration aufweist, und die Signalausgabeklemmen der Signalausgabekreise jeweils an einen internen Leiterrahmen angeschlossen sind, an dem die Leistungshalbleiterelemente und die Regelkreise des Halbleitermoduls montiert sind.
  • Alternativ bestehen die Signalausgabekreise insbesondere jeweils aus Schaltkreisen, die mit einer Signalausgabeklemme versehen sind, die eine Open-Collector-Konfiguration aufweist, und die Signalausgabeklemmen der Signalausgabekreise jeweils an einen internen Leiterrahmen angeschlossen sind, an dem die Leistungshalbleiterelemente und die Regelkreise des Halbleitermoduls montiert sind.
  • Es ist wünschenswert, dass mindestens einer von der Vielzahl von Signalausgabekreisen derart konfiguriert ist, dass seine Signalausgabeklemme über einen Widerstand in dem Regelkreis hoch oder herunter gezogen wird. Alternativ kann eine Konfiguration übernommen werden, bei welcher der interne Leiterrahmen, an dem die Ausgangsklemmen der Vielzahl von Signalausgabekreisen jeweils angeschlossen sind, über einen Widerstand hoch oder herunter gezogen wird. Es ist ebenfalls möglich, dass eine bestimmte Ausgangsklemme des Halbleitermoduls, an das der interne Leiterrahmen angeschlossen wurde, über einen Widerstand außerhalb des Halbleitermoduls hoch oder herunter gezogen wird. Ferner ist es wünschenswert, das Schaltelemente, welche die Signalausgabeklemmen der Open-Collector-Konfiguration oder der Open-Drain-Konfiguration in der Vielzahl von Signalausgabekreisen bilden, zueinander verschiedene Ausgangswiderstandswerte in jedem jeweiligen Signalausgabekreis aufweisen.
  • Die Betriebsstatusinformationen, die von der Vielzahl von Signalausgabekreisen ausgegeben werden, sind Anomalieinformationen, die einen anormalen Betrieb der Leistungshalbleiterelemente angeben. Ferner ist es wünschenswert, dass die Regelkreise mit Schutzschaltungen versehen sind, welche die Betriebsstatusinformationen nachweisen, die von dem internen Leiterrahmen ausgegeben werden und das Ansteuern der Leistungshalbleiterelemente unterbrechen.
  • Gemäß dem Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Vielzahl von Signalausgabekreisen, die jeweils für jede der Vielzahl von Regelkreisen bereitgestellt werden und welche die Betriebsstatusinformationen ausgeben, mit Ausgangsklemmen in einer Open-Drain-Konfiguration oder einer Open-Collector-Konfiguration versehen, so dass die Ausgangsklemmen jeweils an den internen Leiterrahmen des Halbleitermoduls in verdrahteter Verbindung angeschlossen sind. Daher ist es möglich, die Ausgangsklemmen zusammenzulegen und die Betriebsstatusinformationen, die jeweils von den Regelkreisen ausgegeben werden, extern auszugeben, unabhängig von der Anzahl der Vielzahl von Regelkreisen. Folglich ist es möglich, ein Halbleitermodul zu konfigurieren, ohne dass dies zu einer Erhöhung der Anzahl von Ein-/Ausgangsklemmen für den externen Anschluss führt.
  • Des Weiteren kann jeder Regelkreis die Betriebsstatusinformationen der Schaltung über den internen Leiterrahmen, an den die Ausgangsklemme des Signalausgabekreises in einer verdrahteten Verbindung angeschlossen ist, extern ausgeben, und ferner können die anderen Regelkreise jeweils die Betriebsstatusinformationen erfassen, die von anderen Regelkreisen über den internen Leiterrahmen extern ausgegeben werden. Folglich können Anomalieinformationen, die in einem anderen Regelkreis nachgewiesen werden, schnell und einfach erfasst werden, und es können geeignete Anomalie-Gegenmaßnahmen umgesetzt werden. Ferner können die Ausgangswiderstandswerte der Schaltelemente, welche die Signalausgabeklemmen der Open-Drain-Konfiguration oder der Open-Collector-Konfiguration bilden, mit anderen Worten die Widerstände der Schaltelemente im geöffneten Zustand in jedem Signalausgabekreis zueinander unterschiedlich gemacht werden. Somit ist es ohne Weiteres möglich, aus einer Spannungsänderung der Signalausgabeklemme, wenn eine Anomalie nachgewiesen wird, nachzuweisen, welcher Signalausgabekreis die Betriebsstatusinformationen, die ein anormales Signal darstellen, ausgegeben hat. Daher kann die Funktion der Anomalie-Gegenmaßnahmen einfach und effizient verstärkt werden und es können viele verschiedene praktische Vorteile erzielt werden.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 eine allgemeine schematische Zeichnung eines Halbleitermoduls gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Regelkreises zeigt, die in dem Halbleitermodul bereitgestellt wird;
  • 3 ein Diagramm, das eine Anordnungsstruktur des in 1 gezeigten Halbleitermoduls zeigt;
  • 4 ein Diagramm, das ein Beispiel der Konfiguration einer Ausgangsstufe eines allgemeinen Halbleitermoduls gemäß dem Stand der Technik zeigt, die bei einer Wechselrichtervorrichtung verwendet wird, die einen Drehstrommotor ansteuert; und
  • 5 ein Diagramm, das eine allgemeine Konfiguration eines Regelkreises zeigt, der in einem Halbleitermodul gemäß dem Stand der Technik bereitgestellt wird.
  • BESTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Nachstehend wird ein Halbleitermodul gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist eine allgemeine schematische Zeichnung des Halbleitermoduls IPM gemäß der vorliegenden Erfindung. Das in 1 gezeigte Halbleitermodul IPM ist mit sechs Schaltelementen Q1, Q2 bis 6 und sechs Freilaufdioden D1, D2 bis D6, die drei Halbbrückenschaltungen bilden, versehen. Ferner besteht das Halbleitermodul IPM aus drei Regelkreisen IC1, IC2, IC3, welche die Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 für jede der Halbbrückenschaltungen jeweils ergänzend ein- und ausschalten. Dabei wird ein Halbleitermodul IPM beschrieben, das drei Halbbrückenschaltungen bildet, doch ist es ebenfalls möglich, zwei oder vier oder mehr Halbbrückenschaltungen zu bilden.
  • Übrigens bestehen die sechs Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 beispielsweise aus IGBTs und sind grundlegend in Paaren von jeweils zwei Elementen in Reihe geschaltet, um drei Halbbrückenschaltungen zu bilden. Des Weiteren sind die sechs Freilaufdioden D1, D2 bis D6 grundlegend zu jedem der Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6, wie zuvor beschrieben umgekehrt parallel geschaltet, um einen Freilauf-Stromverlauf zu bilden.
  • Ferner sind die Regelkreise IC1, IC2, IC3 jeweils mit Ausgangsverstärkern A1u, A1d bis A3u, A3d versehen, die Ansteuersignale ergänzend an das Gate, bei dem es sich um die Steuerelektrode handelt, von jedem der Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6, welche die Halbbrückenschaltungen bilden, wie beispielsweise durch die schematische Ansicht in 2 angegeben, anlegen. Des Weiteren sind die Regelkreise IC1 bis IC3 jeweils mit Anomalienachweiskreisen ED1 bis ED3 versehen, die Anomalien, wie etwa Überstrom oder Überhitzung, in den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 durch Überwachen des Stroms, der in den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 fließt, und/oder der Betriebstemperatur derselben usw. nachweisen.
  • Die Regelkreise IC1, IC2, IC3 sind derart konfiguriert, dass sie den Betrieb der Ausgangsverstärker A1u, A1d bis A3u, A3d über die Ausgangsregelkreise C1 bis C3 untersagen, bei denen es sich um Schutzschaltungen handelt, wie es nachstehend beschrieben wird, wenn eine Anomalie von den Anomalienachweiskreisen ED1 bis ED3 nachgewiesen wird, wodurch die Schaltelemente Q1, Q3 bis Q6 geschützt werden. Ferner sind die Regelkreise IC1, IC2, IC3 derart konfiguriert, dass sie Anomalieinformationen über den Überstrom und/oder die Überhitzung und dergleichen, die jeweils von den Anomalienachweiskreisen ED1 bis ED3 nachgewiesen wurden, als Betriebsstatusinformationen für die Regelkreise IC1 bis IC3 über die Signalausgabekreise IC1 bis IC3 extern ausgeben, deren Hauptkomponenten die Schaltelemente S1 bis S3 sind, die beispielsweise aus n-dotierten MOSFETs bestehen.
  • Dabei bilden die Schaltelemente S1 bis S3 jeweils Signalausgabekreise IC1 bis IC3, die eine so genannte Open-Drain-Konfiguration aufweisen. Der Drain, bei dem es sich um die Signalausgabeklemme handelt, jedes der Schaltelemente S1 bis S3 der MOSFETs ist jeweils an einen internen Leiterrahmen 3c angeschlossen, der nachstehend beschrieben wird. Wenn die Schaltelemente S1 bis S3 beispielsweise aus bipolaren Transistoren bestehen, dann bilden die Signalausgabeklemmen der Schaltelemente S1 bis S3 Kollektoren. Daher können die Schaltelemente S1 bis S3 in diesem Fall eine Open-Collector-Konfiguration aufweisen.
  • Ferner ist die Signalausgabeklemme eines der Signalausgabekreise IC1 bis IC3 und insbesondere die Signal-Ein-/Ausgangsklemme IC3 an die Energiequellenspannung Vcc über einen Pull-Up-Widerstand R innerhalb des Regelkreises IC3 angeschlossen. Die zuvor beschriebenen Ausgangsregelkreise C1 bis C3 weisen die Betriebsstatusinformationen durch Vergleichen der Spannungen der Signalausgabeklemmen der Signalausgabekreise IC1 bis IC3, mit anderen Worten jeweils die Spannung des internen Leiterrahmens 3c, mit einer vorbestimmten Schwellenspannung Vref nach.
  • 3 zeigt eine Anordnungsstruktur eines Halbleitermoduls IPM, das mit der Vielzahl von Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 versehen ist, die aus den zuvor beschriebenen IGBTs, den Freilaufdioden D1, D2 bis D6 und den Regelkreisen IC1 bis IC3 bestehen. Das Halbleitermodul IPM ist mit einem Isoliersubstrat 2 versehen, das beispielsweise aus einem Al-Substrat besteht, das im Wesentlichen in dem mittleren Abschnitt eines Klemmengehäuses angeordnet ist, das einen rechteckigen Rahmenhauptkörper 1 bildet. Die Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 und die Freilaufdioden D1, D2 bis D6 sind jeweils in einer Reihe auf dem Isoliersubstrat 2 installiert. Ferner sind die Regelkreise IC1 bis IC3 auf dem nachstehend beschriebenen internen Leiterrahmen 3a angeordnet, der beispielsweise als Erdungsleitung verwendet wird.
  • In den Zeichnungen sind 3 (3a bis 3c) interne Leiterrahmen, die eine Vielzahl von internen Verdrahtungsmustern bilden, bei denen es sich um Leiterschichten handelt, und 4 (4a bis 4o) und 5 (5a bis 5j) geben jeweils eine Vielzahl von Leiterrahmen an, die Steuerklemmen zum externen Anschluss bilden. Die Leiterrahmen 4 (4a bis 4o), die auf einer Seite des Rahmenhauptkörpers 1 ausgerichtet sind, dienen zum Ein- und Ausgaben von Regelsignalen und dergleichen an die Regelkreise IC1, IC2, IC3. Ferner dienen die Leiterrahmen 5 (5a bis 5j), die auf der anderen Seite des Rahmenhauptkörpers 1 ausgerichtet sind, dazu, den Strom, der jeweils von den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 ausgegeben wird, extern zuzuführen.
  • Das Halbleitermodul IPM wird konfiguriert durch jeweiliges Anschließen der Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6, der Freilaufdioden D1, D2 bis D6 und der Regelkreise IC1 bis IC3 mit den internen Leiterrahmen 3 (3a bis 3c) und den Leiterrahmen 4 (4a bis 4o), 5 (5a bis 5j) unter Verwendung von Bonddrähten 7 beispielsweise aus Au-Draht.
  • Bei dieser Ausführungsform, wie in 1 gezeigt, sind die Emitter, bei denen es sich um die niederpotenzialseitigen Elektroden der Schaltelemente Q1, Q2, Q3 auf der oberen Zweigseite in einer Vielzahl von beispielsweise drei Halbbrückenschaltungen handelt, und die Kollektoren, bei denen es sich um die hochpotenzialseitigen Elektroden der Schaltelemente Q4, Q5, Q6 auf der unteren Zweigseite handelt, jeweils unabhängig an die Leiterrahmen 5a, 5b bis 5j angeschlossen, bei denen es sich um die Vielzahl von externen Verbindungsklemmen handelt, wie in 3 gezeigt.
  • Wie in 1 gezeigt, sind bei den Freilaufdioden D4, D5, D6, die auf der unteren Zweigseite der Halbbrückenschaltungen bereitgestellt werden, die Kathoden jeweils mit den Emittern der Schaltelemente Q1, Q2, Q3 auf der oberen Zweigseite in Reihe geschaltet. Ferner sind die Anoden der Freilaufdioden D4, D5, D6 jeweils an die Emitter der Schaltelemente Q4, Q5, Q6 auf der unteren Zweigseite angeschlossen.
  • Ferner sind bei den Freilaufdioden D1, D2, D3, die auf der oberen Zweigseite bereitgestellt werden, die Kathoden jeweils gemeinsam an die Kollektoren der Schaltelemente Q1, Q2, Q3 auf der oberen Zweigseite angeschlossen. Die Anoden der Freilaufdioden D1, D2, D3 sind jeweils zu den Kollektoren der Schaltelemente Q4, Q5, Q6 auf der unteren Zweigseite in Reihe geschaltet.
  • Mit anderen Worten sind bei diesem Beispiel die Schaltelemente Q1, Q2, Q3 auf der oberen Zweigseite und die Freilaufdioden D4, D5, D6 auf der unteren Zweigseite jeweils in Reihe geschaltet, und die Schaltelemente Q4, Q5, Q6 auf der unteren Zweigseite und die Freilaufdioden D1, D2, D3 auf der oberen Zweigseite sind jeweils in Reihe geschaltet. Ferner sind die sechs seriellen Schaltungen, die aus den Schaltelementen Q und den Freilaufdioden D bestehen, in einer parallelen Konfiguration angeordnet.
  • Die Anschlusspunkte zwischen den Schaltelementen Q und den Freilaufdioden D in den jeweiligen seriellen Schaltungen jeweils einzeln an die sechs jeweils unabhängigen Leiterrahmen 5 (5b, 5c, 5e, 5f, 5h, 5i) angeschlossen, wie in 3 gezeigt, und werden als externe Ausgangsklemmen L1+, L1–, L2+, L2–, L3+, L3– extern entnommen. Diese externen Anschlussausgangsklemmen L1+, L1–, L2+, L2–, L3+, L3– werden bereitgestellt, um es zu ermöglichen, die Induktivität einer Spule oder eines Transformators zwischen den Schaltelementen Q1 (Q2, Q3) auf der oberen Zweigseite und den Schaltelementen Q4 (Q5, Q6) auf der unteren Zweigseite einzuschieben, wenn ein doppelter Durchflusswandler oder ein verschachtelter spannungsanhebender Wandler usw. konfiguriert wird.
  • Ferner sind die Kollektoren der Schaltelemente Q1, Q2, Q3 auf der Oberzweigseite und die Kathoden der Freilaufdioden D1, D2, D3 gegenseitig gemeinsam angeschlossen und sind an einen der Leiterrahmen 5 und genauer gesagt den Leiterrahmen 5a angeschlossen, der als Energiequellenklemme P extern entnommen wird. Des Weiteren sind die Emitter der Schaltelemente Q4, Q5, Q6 auf der Unterzweigseite jeweils unabhängig an getrennte Leiterrahmen 5 (5d, 5g, 5j) unter den zehn Leiterrahmen 5 angeschlossen und werden als externe Anschlussausgabeklemmen N1, N2, N3 extern entnommen.
  • Wie jeweils in 2 und 3 gezeigt, sind die Signalausgabeklemmen der Signalausgabekreise IC1 bis IC3 in den Regelkreisen IC1, IC2, IC3 unter Verwendung des Bonddrahtes 7 jeweils an den internen Leiterrahmen 3c angeschlossen und werden als Betriebsstatusinformations-Ausgangsklemmen GPIO extern entnommen. In 3 ist ein Beispiel abgebildet, bei dem ein Pull-Up-Widerstand 8 zwischen dem internen Leiterrahmen 3c und dem internen Leiterrahmen 3b, der als Versorgungsleitung für die Energiequellenspannung Vcc verwendet wird, anstelle des Pull-Up-Widerstandes R, der in dem Regelkreis IC3 integriert ist, wie zuvor beschrieben, installiert ist.
  • Gemäß dem Halbleitermodul IPM, das wie zuvor beschrieben konfiguriert ist, weisen die Schaltelemente S1 bis S3, die aus MOSFETs bestehen, welche die Signalausgabekreise IC1 bis IC3 in der Vielzahl von Regelkreisen IC1, IC2, IC3 bilden, jeweils eine Open-Drain-Konfiguration auf. Der Drain, bei dem es sich um die Signalausgabeklemme der Schaltelemente S1 bis S3 handelt, ist an den internen Leiterrahmen 3c angeschlossen und wird über den Pull-Up-Widerstand 8 auf die Energiequellenspannung Vcc hochgezogen. Wenn die Schaltelemente S1 bis S3, welche die Signalausgabekreise IC1 bis IC3 bilden, bipolare Transistoren oder dergleichen sind, dann kann eine Open-Collector-Konfiguration, wie zuvor beschrieben, übernommen werden.
  • Daraufhin bilden die Betriebsstatusinformationen, die jeweils von den Regelkreisen IC1, IC2, IC3 und genauer gesagt den Signalausgabekreisen IC1 bis IC3 ausgegeben werden, eine verdrahtete ODER-Verbindung in dem internen Leiterrahmen 3c und werden über die Betriebsstatusinformations-Ausgangsklemme GPIO extern ausgegeben. Folglich ist es nicht notwendig, eine Vielzahl von Ausgangsklemmen für die Betriebsstatusinformationen bereitzustellen, wie nach dem Stand der Technik, und demnach gibt es keine Erhöhung der Anzahl von Ein-/Ausgangsklemmen in dem Halbleitermodul IPM.
  • Ferner werden die Betriebsstatusinformationen, die von einem bestimmten Regelkreis IC1 (IC2, IC3) extern ausgegeben werden, in dem Ausgangsregelkreis C1 (C2, C3) des Regelkreises IC1 (IC2, IC3) nachgewiesen und werden jeweils in den Ausgangsregelkreisen C2, C3 (C1) der anderen Regelkreise IC2, IC3 (IC1) über den internen Leiterrahmen 3c nachgewiesen. Daraufhin unterbindet der Regelkreis IC1 (IC2, IC3) den Betrieb der Ausgangsverstärker A1u, A1d bis A3u, A3d allgemein gemäß den Betriebsstatusinformationen.
  • Wenn eine Anomalie in den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 in einem von der Vielzahl von Regelkreisen IC1, IC2, IC3 nachgewiesen wird, wird folglich der Betrieb im Wesentlichen gleichzeitig in allen von der Vielzahl von Schaltelementen Q1, Q2 bis Q2 unterbunden, wodurch ein schneller Schutz gegen die Anomalie bereitgestellt wird. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, Schutzvorgänge durch die Vielzahl von Regelkreisen IC1, IC2, IC3 mit Bezug auf die Schaltelemente Q1, Q2 bis Q6 jeweils zuverlässig in dem Halbleitermodul IPM auszuführen, ohne die Anzahl der externen Anschlussklemmen für die Ein-/Ausgabe diverser Informationen mit der zuvor beschriebenen einfachen Konfiguration zu erhöhen. Daher gibt es zahlreiche und diverse praktische Vorteile.
  • Ferner ist es dadurch, dass die Widerstände im geöffneten Zustand der Schaltelemente S1 bis S3, die aus MOSFETs bestehen, welche die Signalausgabeklemme der Open-Drain-Konfiguration bilden, für jeden Signalausgabekreis zueinander unterschiedlich gemacht werden, auch möglich aus der Spannungsänderung an der Signalausgabeklemme, wenn eine Anomalie nachgewiesen wird, nachzuweisen, welcher Signalausgabekreis die Betriebsstatusinformationen ausgegeben hat.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform eingeschränkt. Beispielsweise kann der zuvor beschriebene Pull-Up-Widerstand auch derart angeordnet werden, dass er die Betriebsstatusinformations-Ausgangsklemme GPIO außerhalb des Halbleitermoduls IPM hochzieht. Des Weiteren wurde ein Beispiel beschrieben, bei dem die Drains der Schaltelemente S1 bis S3, die aus MOSFETs bestehen, die eine Open-Drain-Konfiguration aufweisen, auf die Energiequellenspannung Vcc hochgezogen werden. Wenn jedoch beispielsweise p-dotierte MOSFETs als Schaltelemente S1 bis S3 verwendet werden, dann versteht es sich, dass man eine Konfiguration übernehmen kann, bei der die Drains der Schaltelemente S1 bis S3, die eine Open-Drain-Konfiguration aufweisen, auf Erdungspotenzial GND heruntergezogen werden.
  • Wenn ferner bipolare Transistoren als Schaltelemente S1 bis S3 verwendet werden, dann versteht es sich, dass die Schaltelemente S1 bis S3 eine Open-Collector-Konfiguration aufweisen können.
  • Des Weiteren können die Regelkreise IC1, IC2, IC3 auch derart angeordnet werden, dass sie jeweils beispielsweise den Schaltelementen Q1, Q2 bis Q6 entsprechen. Ferner kann eine vorgeschriebene Anzahl von Regelkreisen IC zu einem einzigen Chip zusammengefasst werden. Genauer gesagt ist es möglich, eine Konfiguration zu übernehmen, bei der beispielsweise ein Regelkreis IC1, der zu einem einzigen Chip gebildet wird, für die Schaltelemente Q1, Q2, Q3 bereitgestellt wird, und ein Regelkreis IC2, der zu einem einzigen Chip gebildet wird, für die restlichen Schaltelemente Q4, Q5, Q6 bereitgestellt wird.
  • Ferner ist die Anzahl von Schaltelementen Q, die in dem Halbleitermodul IPM installiert sind, nicht auf die der zuvor beschriebenen Ausführungsform eingeschränkt. Des Weiteren können natürlich Leistungs-MOSFETs für die Schaltelemente Q verwendet werden. Ferner können die Signalausgabekreise IO1 bis IO3 je nach Bedarf diverse Schaltungskonfigurationen übernehmen, die nach dem Stand der Technik vorgeschlagen wurden. Ansonsten kann die vorliegende Erfindung mit diversen Änderungen innerhalb eines Umfangs umgesetzt werden, der nicht vom Wesen der Erfindung abweicht.
  • Bezugszeichenliste
    • IPM
    Halbleitermodul
    Q1, Q2 bis Q6
    Schaltelement (IGBT)
    D1, D2 bis D6
    Freilaufdiode
    IC1, IC2, IC3
    Regelkreis
    C1 bis C3
    Ausgangsregelkreis (Schutzschaltung)
    A1u, A1d bis A3u, A3d
    Ausgangsverstärker (Ansteuerkreis)
    ED1 bis ED3
    Anomalienachweiskreis
    IO1 bis IO3
    Signalausgabekreis
    S1 bis S3
    Schaltelemente (MOSFET)
    R
    Pull-Up-Widerstand
    1
    Rahmenhauptkörper
    2
    Isoliersubstrat
    3 (3a bis 3c)
    interner Leiterrahmen (Leiterschicht)
    4 (4a bis 4o)
    Leiterrahmen
    5 (5a bis 4o)
    Leiterrahmen
    7
    Bonddraht
    R
    Pull-Up-Widerstand

Claims (7)

  1. Halbleitermodul, umfassend: eine Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen; eine Vielzahl von Regelkreisen, die jeweils das EIN/AUS der Halbleiterelemente ansteuern; und eine Vielzahl von Signalausgabekreisen, die jeweils für die Regelkreise bereitgestellt werden und die Betriebsstatusinformationen ausgeben, wobei die Signalausgabekreise jeweils mit Signalausgabeklemmen versehen sind, die eine Open-Drain-Konfiguration aufweisen, und die Signalausgabeklemmen jeweils an einen internen Leiterrahmen eines Schaltungssubstrats angeschlossen sind, auf dem die Leistungshalbleiterelemente und die Regelkreise montiert sind.
  2. Halbleitermodul, umfassend: eine Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen; eine Vielzahl von Regelkreisen, die jeweils das EIN/AUS der Halbleiterelemente ansteuern; und eine Vielzahl von Signalausgabekreisen, die jeweils für die Regelkreise bereitgestellt werden und die Betriebsstatusinformationen ausgeben, wobei die Signalausgabekreise jeweils mit Signalausgabeklemmen versehen sind, die eine Open-Collector-Konfiguration aufweisen, und die Signalausgabeklemmen jeweils an einen internen Leiterrahmen eines Schaltungssubstrats angeschlossen sind, auf dem die Leistungshalbleiterelemente und die Regelkreise montiert sind.
  3. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Signalausgabeklemme von einer der Vielzahl von Signalausgabekreisen über einen Widerstand innerhalb des Regelkreises hoch oder herunter gezogen wird.
  4. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei der interne Leiterrahmen, an dem die Signalausgangsklemmen der Vielzahl von Signalausgabekreisen jeweils angeschlossen sind, über einen Widerstand hoch oder herunter gezogen werden.
  5. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Halbleiterelemente, welche die Signalausgabeklemmen in der Vielzahl von Signalausgabekreisen bilden, verschiedene Ausgangswiderstandswerte in den jeweiligen Signalausgabekreisen aufweisen.
  6. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Betriebsstatusinformationen, die von der Vielzahl von Signalausgabekreisen ausgegeben werden, Anomalieinformationen sind, die einen anormalen Betrieb der Leistungshalbleiterelemente angeben.
  7. Halbleitermodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Regelkreise jeweils mit einer Schutzschaltung versehen sind, welche die Betriebsstatusinformationen nachweist, die an den internen Leiterrahmen ausgegeben werden, und das Ansteuern der Leistungshalbleiterelemente unterbricht.
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