DE69632178T2

DE69632178T2 - Leistungshalbleitermodul und zusammengeschaltetes Leistungsmodul

Info

Publication number: DE69632178T2
Application number: DE69632178T
Authority: DE
Inventors: Gourab Chiyoda-ku Majumdar; Takashi Nishi-ku Marumo
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1996-05-08
Publication date: 2005-03-10
Anticipated expiration: 2016-05-09
Also published as: DE69636743D1; US5786973A; EP1237272A3; EP1237272A2; EP0772288A2; DE69636743T8; DE69632178D1; EP1237272B1; EP0772288A3; JP3469373B2; EP0772288B1; JPH09129821A; DE69636743T2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiterleistungsmodul, das geeignet in einer Parallelschaltung verwendet wird, und ein Verbundleistungsmodul, das mehrere Halbleiterleistungsmodule aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, und betrifft insbesondere eine Verbesserung zum Verhindern einer Konzentration einer Last in bestimmten Halbleiterleistungsschaltelementen.
Beschreibung des Standes der Technik
Ein Halbleiterleistungsmodul ist eine Vorrichtung, die ein Halbleiterleistungsschaltelement zum Schalten eines Hauptstroms, eine Steuerschaltung zum Steuern dieses Elements und eine Schutzschaltung zum Schützen des Elements vor Schaden im Fall eines fehlerhaften Zustands aufweist, die alle in einer Vorrichtung enthalten sind. Um den Nennwert des der Last zuzuführenden Stroms, das heißt den Nennstrom, zu erhöhen, ist es wirkungsvoll, ein Verbundleistungsmodul durch zueinander parallel Schalten von mehreren Halbleiterleistungsmodulen aufzubauen.
Die US 5280228 beschreibt ein IGBT-Modul mit einer integrierten Steuerstufe und einer Schutzschaltung.
28 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines herkömmlichen Verbundleistungsmoduls. Dieses Verbundleistungsmodul 100 weist zwei Halbleiterleistungsmodule 107a, 107b einer identischen Struktur auf, die zueinander in Reihe geschaltet sind. Jedes der Module 107a, 107b besitzt ein Hauptschaltungselement 1 und eines oder mehrere Hauptschaltungselemente 2. Diese Hauptschaltungselemente 1, 2 sind zueinander in Reihe geschaltet und jedes von ihnen besitzt ein IGBT-Element und ein Freilaufdioden-(FWD)-Element, das zu diesem Element in Reihe geschaltet ist.
Ein Kollektoranschluss C des Moduls 107a ist mit Kollektorelektroden von allen IGBT-Elementen in dem Modul 107a verbunden und sein Emitter anschluss E ist mit Emitterelektroden von allen IGBT-Elementen verbunden. Auf eine ähnliche Weise ist ein Kollektoranschluss C des Moduls 107b mit Kollektorelektroden von allen IGBT-Elementen in dem Modul 107b verbunden und sein Emitteranschluss E ist mit Emitterelektroden von allen IGBT-Elementen verbunden.
Der Kollektoranschluss C des Moduls 107a und der Kollektoranschluss C des Moduls 107b sind miteinander verbunden und die beiden Emitteranschlüsse E sind ebenso miteinander verbunden. Da die zwei Module 107a, 107b auf diese Weise zueinander parallel geschaltet sind, wird der der Last zuzuführende Strom verteilt.
Das Hauptschaltungselement 1 ist mit einer Ansteuerschaltung Dr, einer Abschaltschaltung SD, eine Abfrageschaltung Se, einer Überspannungs-Schutzschaltung OV und einer Unterspannungs-Schutzschaltung UV verbunden und das Hauptschaltungselement 2 ist mit einer Steuerschaltung DR und einer Abschaltschaltung SD verbunden. Jedes der Module 107a, 107b weist eine Temperaturerfassungsschaltung OT, eine Eingabe- und Ausgabeschnittstelle (I/O) 104 und eine Diagnoseschaltung 105 auf.
Die Steuerschaltung Dr verstärkt ein Steuersignal von der I/O 104 und führt es der Gateelektrode des IGBT-Elements zu. Die Abfrageschaltung Se sendet ein Spannungssignal, das heißt ein Abfragesignal, einer Größe aus, die proportional zu dem Hauptstrom ist, der in das IGBT-Element fließt, das in dem Hauptschaltungselement 1 enthalten ist. Die Abschaltschaltung SD steuert die Gateelektrode derart an, dass das IGBT-Element als Reaktion auf das Abschaltsignal abgeschaltet wird, das von der Diagnoseschaltung 105 zugeführt wird. Die Überspannungs-Erfassungsschaltung OV erfasst die Höhe der Spannung zwischen dem Kollektor und Emitter des IGBT-Elements. Die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV erfasst, wann die Versorgungsspannung der Steuerschaltung DR oder dergleichen niedriger als der zulässige Wert ist.
Die Temperaturerfassungsschaltung OT erfasst die Temperatur einer nicht gezeigten Kupferbasisplatte, die in jedem der Module 107a, 107b vorgesehen ist, und sendet ein Temperaturerfassungssignal aus. Die Kupferba sisplatte ist eine wärmeleitende Platte, die an dem Boden einer Leistungsschaltungsplatine, die nicht gezeigt ist, befestigt ist, auf welcher die Hauptschaltungselemente 1, 2 angebracht sind, und arbeitet derart, dass sie die Verlustwärme, die in den Hauptschaltungselementen 1, 2 erzeugt wird, nach außen freigibt. Die Schaltungsabschnitte, deren erzeugte Wärme verglichen mit den Hauptschaltungselementen 1, 2 vernachlässigt werden kann, das heißt die Steuerschaltung Dr, die Abschaltschaltung SD, die Abfrageschaltung Se, die Überspannungs-Erfassungsschaltung OV, die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, die I/O 104 und die Diagnoseschaltung 105, sind auf einer Steuerschaltungsplatine 103 angeordnet, die getrennt von der Leistungsschaltungsplatine angeordnet ist.
Die I/O 104 ist ein Schaltungsabschnitt zum Weitermelden zwischen der Schnittstellenschaltung (I/F) 106a, die außerhalb der Module 107a, 107b vorgesehen ist, und der Steuerschaltung Dr und ein Steuersignal von der I/F 106a wird als das Steuersignal zu der Steuerschaltung Dr gesendet. Die Diagnoseschaltung 105 beurteilt das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Anomalie auf der Grundlage der Erfassungssignale von der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, der Überspannungs-Erfassungsschaltung OV, der Abfrageschaltung Se und der Temperaturerfassungsschaltung OT und sendet in dem Fall einer Anomalie ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung SD aus. Gleichzeitig sendet die Diagnoseschaltung 105 ein Benachrichtigungssignal zum Unterrichten eines Auftretens einer Anomalie zu einer anderen Schnittstellenschaltung (I/F) 106b aus, die außerhalb der Module 107a, 107b vorgesehen ist.
Die I/F 106a und 106b sind Schaltungsabschnitte zum Weitermelden zwischen der Vorrichtung, die außerhalb der Vorrichtung 100 vorgesehen ist, das heißt einer externen Vorrichtung, und den Modulen 107a, 107b und besitzt Photokopplungselemente, wie zum Beispiel Photokoppler. Die I/F 106a wandelt ein externes Eingangssteuersignal in ein Eingangssignal, das bezüglich der I/O 104 geeignet ist, und sendet es aus. Die Ausgangssignalleitung des I/F 106a ist verzweigt und mit der I/O 104 der Module 107a, 107b verbunden und das aus der I/F 106a ausgegebene Eingangssignal wird in jede I/O 104 eingegeben.
Die andere I/F 106b wandelt das Benachrichtigungssignal, das aus der Diagnoseschaltung 105 ausgegeben wird, zu einem Signal, das bezüglich einer externen Vorrichtung geeignet ist, und sendet es aus. Die Ausgangssignaldrähte der Diagnoseschaltung 105, die in jedem der Module 107a, 107b vorgesehen sind, sind mit einer einzigen I/F 106b gekoppelt und verbunden und dann, wenn irgendeine Diagnoseschaltung 105 das Benachrichtigungssignal erfasst, wird dieses Benachrichtigungssignal durch die I/F 106b zu der externen Vorrichtung ausgesendet. Das heißt, die externe Vorrichtung kann erkennen, ob alle der mehreren Module 107a, 107b normal arbeiten oder eines von ihnen anomal ist.
Bei dem herkömmlichen Verbundleistungsmodul, das derart aufgebaut ist, tritt jedoch in dem Fall einer Anomalie eine Zeitabweichung im Betrieb der Module 107a, 107b auf. 29 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm, das dieses Problem erläutert.
29 stellt Wellenformen von Versorgungsspannungen VD1, VD2 der Steuerschaltung Dr, der Diagnoseschaltung 105 usw. in die Module 107a und 107b, Steuersignale SDr1, SDr2, die der Steuerschaltung Dr zugeführt werden, Benachrichtigungssignale SF01, SF02, die von der Diagnoseschaltung 105 ausgesendet werden, Kupferbasisplattentemperaturen Tb1, Tb2, die von der Temperaturerfassungsschaltung OT erfasst werden, Gate/Emitterspannungen VGE1, VGE2 des IGBT-Elements bzw. Hauptströme, die in das IGBT-Element fließen, das heißt Kollektorströme IC1, IC2, dar. In 29 sind unterdessen Spannungswellenformen für die Steuersignale SDr1, SDr2 und Stromwellenformen für Benachrichtigungssignale SF01, SF02 aufgetragen.
Wie es in 29 gezeigt ist, werden, wenn die Leistung der Vorrichtung 100 zugeführt wird, die Versorgungsspannungen VD1, VD2 angelegt. Wenn die Versorgungsspannungen VD1, VD2 einen bestimmten Wert überschreiten, ist die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV bereit, zu arbeiten. Die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV erfasst, dass die Versorgungsspannungen VD1, VD2 unter dem zulässigen Wert sind, und sendet das Erfassungssignal zu der Diagnoseschaltung 105 aus. Die Diagnoseschaltung 105 erfasst ein Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage des Erfassungs signals und sendet Benachrichtigungssignale SF01, SF02 aus.
Wenn die Versorgungsspannungen VD1, VD2 die normalen Werte erreichen, stoppt die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV ein Senden eines Erfassungssignals. Als ein Ergebnis stoppt die Diagnoseschaltung 105 ein Senden von Benachrichtigungssignalen SF01, SF02. 29 zeigt das Verfahren eines Ansteigens und Wiedergewinnens von Benachrichtigungssignalen SF01, SF02 in dem Verfahren eines Ansteigens von Versorgungsspannungen VD1, VD2.
Nach einem Übergang zu einem normalen Arbeiten sendet die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, wenn die Versorgungsspannung VD1 in einer kurzen Zeitspanne abfällt, die keine Schwierigkeit bei einem Arbeiten der Steuerschaltung DR und anderen bewirkt, das Erfassungssignal nicht aus und führt die Vorrichtung 100 ein normales Arbeiten fort. In der Zeitdauer eines normalen Arbeitens leitet das IGBT-Element und erhöhen sich die Kollektorströme IC1, IC2 demgemäss, wenn die Steuersignale SDr1, SDr2 an einem niedrigen Pegel sind, der einem aktiven Pegel entspricht. Im Gegensatz dazu schaltet sich, wenn die Steuersignale SDr1, SDr2 an einem hohen Pegel sind, der einem normalen Pegel entspricht, das IGBT-Element ab, und werden daher die Kollektorströme IC1, IC2 zurück auf null gezogen.
Zu der Zeit, die in 29 durch "UV" bezeichnet ist, wird, wenn die Versorgungsspannung VD2 zu einer Zeitspanne abfällt, die für einen Betrieb der Steuerschaltung Dr oder dergleichen nicht zulässig ist, diese Anomalie durch die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV des Moduls 107b erfasst. Als ein Ergebnis sendet die Diagnoseschaltung 105 des Moduls 107b ein Benachrichtigungssignal SF02 aus. Gleichzeitig sendet die Benachrichtigungsschaltung 105 des Moduls 107b ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung SD aus.
In dem Beispiel in 29 sind in der Zeitspanne vor und nach der Zeit UV die Steuersignale SDr1, SDr2 an einem niedrigen Pegel, der dem aktiven Pegel entspricht. Deshalb sind mindestens, bevor die Abschaltschaltung SD in Betrieb genommen wird, die IGBT-Elemente von beiden Modulen 107a, 107b in einem leitenden Zustand und sind die Kollektorströme IC1, IC2 in einem aufsteigenden Zustand. Danach schaltet sich, wenn die Abschaltschaltung SD des Moduls 107b als Reaktion auf das Abschaltsignal wirkt, das IGBT-Element von einem Modul 107b ab, und verringert sich der Kollektorstrom IC2 auf null.
In dem anderen Modul 107a leitet jedoch, da die Abschaltschaltung SD nicht arbeitet, das IGBT-Element weiter. Demgemäss fährt der Kollektorstrom IC1 fort, anzusteigen. Weiterhin wird, da das IGBT-Element abgeschaltet ist, der Strom, der der Last zugeführt wird, auf dem IGBT-Element des anderen Moduls 107a konzentriert. Als ein Ergebnis entweicht der Kollektorstrom IC1 übermäßig. Das heißt, das Problem besteht darin, dass eine übermäßige Last dem IGBT-Element des Moduls 107a zugeführt wird, das nicht abgeschaltet worden ist.
Es wird angenommen, dass in dem Fall einer Anomalie eines Kurzschlusses der Last die Steuersignale SDr1, SDr2 ein niedriger Pegel werden und die IGBT-Elemente von beiden Modulen 107a, 107b leitend gemacht werden. In diesem Fall steigt in beiden Modulen 107a und 107b der Kollektorstrom des IGBT übermäßig an. Als ein Ergebnis erfasst in beiden Modulen 107a und 107b die Diagnoseschaltung 105 ein Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage des Abfragesignals von der Abfrageschaltung Se (zu der Zeit SC in 29). Daher werden durch die Funktion der Abschaltschaltung SD die IGBT-Elemente der Module 107a, 107b abgeschaltet.
Jedoch stimmen in beiden Modulen 107a und 107b die Zeitpunkte zum Entscheiden eines Auftretens einer Anomalie durch die Diagnoseschaltung 105 nicht immer überein. Demgemäss wird zu dem Zeitpunkt eines Abschaltens der IGBT-Elemente, die zu den Modulen 107a, 107b gehören, eine Abweichung verursacht. Als ein Ergebnis wird eine übermäßige Last auf das IGBT-Element ausgeübt, das bei dem Abschaltzeitpunkt verzögert ist (das IGBT-Element des Moduls 107b in dem Beispiel in 29).
30 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm einer vergrößerten Ansicht von Wellenformen der Kollektor/Emitterspannungen VCE1, VCE2 und der Kollektorströme IC1, IC2 bei der Zeitdauer vor und nach einer Zeit SC. Wie es in 30 gezeigt ist, wird der Kollektorstrom IC2 des IGBT-Elements des Moduls 107b bei der Abschaltzeitspanne übermäßig abgeschwächt. Das heißt, der Strom zum Zuführen zu der Last wird auf dem IGBT-Element konzentriert, das bei dem Abschaltzeitpunkt verzögert wird.
Es wird zurück auf 29 verwiesen. Wenn das IGBT-Element von einem Leiten zu einem Abschalten schaltet, kann eine übermäßige Spannung zwischen der Kollektorelektrode und der Emitterelektrode (zu der Zeit, die durch OV) bezeichnet ist) angelegt werden. Wenn zum Beispiel die Verdrahtung zum Verbinden des Kollektoranschlusses C, des Emitteranschlusses E und der Last normal lang ist oder wenn die Stoßabsorptionsschaltung (nicht gezeigt), die zwischen dem Kollektoranschluss C und dem Emitteranschluss E eingefügt ist, nicht wirksam arbeitet, kann eine derartige übermäßige Spannung erzeugt werden.
Auf der Grundlage der erfassten Werte der Kollektor/Emitterspannungen VCE1, VCE2, die von den Überspannungs-Erfassungsschaltungen OV der Module 107a und 107b erfasst werden, erfasst die Diagnoseschaltung 105 ein Auftreten einer übermäßigen Spannung. Jedoch stimmt in beiden Modulen 107a und 107b der Zeitpunkt zum Erfassen einer Anomalie durch die Diagnoseschaltungen 105 nicht immer überein. Deshalb tritt in beiden eine Abweichung des Zeitpunkts eines Übergangs des IGBT-Elements von einem Leiten zu einem Abschalten auf. Als ein Ergebnis konzentriert sich der Strom, der der Last zugeführt wird, auf dem IGBT-Element, das einen verzögerten Abschaltzeitpunkt aufweist, und daher steigt der Kollektorstrom anomal an. 29 zeigt ein Beispiel eines anomalen Anstiegs des Kollektorstroms IC2 auf Grund einer Verzögerung des Abschaltzeitpunkts des IGBT-Elements, das zu dem Modul 107b gehört.
Als Nächstes erfasst die Diagnoseschaltung 105 während eines normalen Betriebs, wenn die Temperatur der Kupferbasisplatte zu einem anomalen Pegel ansteigt, einen Beginn einer Anomalie auf der Grundlage des Temperaturerfassungssignals, das von der Temperaturerfassungsschaltung OT gesendet wird (zu der Zeit, die durch OT bezeichnet ist). Wie es in 29 gezeigt ist, werden unter der Annahme, dass die IGBT-Elemente der Module 107a, 107b bis zu unmittelbar vor der Zeit OT in einem leitenden Zustand sind diese IGBT-Elemente von einem leitenden Zustand zu einem Abschaltzustand durch die Funktion der Diagnoseschaltung 105 und der Abschaltschaltung SD geändert. Daher können die IGBT-Elemente und andere vor einem anomalen Temperaturanstieg geschützt werden.
Jedoch stimmt in beiden Modulen 107a und 107b der Zeitpunkt zum Erfassen einer Anomalie durch die Diagnoseschaltungen 105 nicht immer überein. Deshalb tritt in beiden eine Abweichung des Zeitpunkts eines Übergangs des IGBT-Elements von einem Leiten zu einem Abschalten auf. Als ein Ergebnis wird der Strom, der der Last zugeführt wird, auf dem IGBT-Element konzentriert, das einen verzögerten Abschaltzeitpunkt aufweist, und steigt daher der Kollektorstrom anomal an. 29 zeigt ein Beispiel eines anomalen Anstiegs des Kollektorstroms IC2 auf Grund einer Verzögerung des Abschaltzeitpunkts des IGBT-Elements, das zu dem Modul 107b gehört.
Wie es hierin beschrieben ist, tritt bei dem herkömmlichen Verbundleistungsmodul eine Zeitabweichung in dem Schutzbetrieb auf, wenn eine Anomalie zwischen den Halbleiterleistungsmodulen auftritt, die parallel geschaltet sind, und daher wird die Last auf dem Halbleiter-Leistungsschaltelement konzentriert, das zu einem Modul gehört.
Weiterhin gibt es, obgleich es in 29 nicht gezeigt ist, in der herkömmlichen Vorrichtung auch während eines normalen Betriebs eine Differenz der Übertragungsverzögerungszeit eines Eingangssignals zwischen zwei Modulen auf Grund zum Beispiel einer Differenz der Verdrahtungslänge von der IF 106a zu der I/O 104 zwischen den zwei Modulen 107a und 107b. Als ein Ergebnis tritt eine Abweichung zwischen der Zeit, zu der das Eingangssignal in die I/O 104 eingegeben wird, die in einem Modul geändert wird, und der Zeit in dem anderen auf. Demgemäss tritt eine Abweichung zwischen der Zeit, zu der das IGBT-Element als Reaktion auf das Steuersignal, das in die I/F 106a in einem Modul eingegeben wird, eingeschaltet oder abgeschaltet wird, und der Zeit in dem anderen Modul auf, und daher ist die Last übergangsweise in den bestimmten IGBT-Elementen auch während eines normalen Betriebs konzentriert worden.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft auf ein System von Halbleiterleistungsmodulen, die ein Halbleiterleistungsschaltelement zum Schalten eines Hauptstroms, eine Steuerschaltung zum Steuern des Elements und eine Schutzschaltung zum Schützen des Elements vor Schaden im Fall einer Anomalie aufweisen, das weiterhin mehrere Eingangsanschlüsse, einen Ausgangsanschluss und eine Auswahlschaltung zum Auswählen eines am stärksten verzögerten Steuersignals aus mehreren Steuersignalen, die von außerhalb in die mehreren Eingangsanschlüsse eingegeben werden, und zum Übertragen des ausgewählten Steuersignals zu der Steuerschaltung und einen Übertragungsweg zum Übertragen eines der mehreren Steuersignale, die in die Auswahlschaltung eingegeben werden, in den Ausgangsanschluss auf.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen, die ein Halbleiterleistungsschaltelement zum Schalten eines Hauptstroms, eine Steuerschaltung zum Steuern des Elements und eine Schutzschaltung zum Schützen des Elements vor Schaden in dem Fall einer Anomalie aufweist, das weiterhin mindestens einen Eingangsanschluss, der mit der Schutzschaltung gekoppelt ist, und einen Ausgangsanschluss aufweist, der mit der Schutzschaltung gekoppelt ist.
Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen des zweiten Ausführungsbeispiels, wobei die Schutzschaltung eine Abschaltschaltung zum Steuern eines Abschaltens des Elements vor dem Betrieb der Steuerschaltung, wenn ein Abschaltsignal eingegeben wird, aufweist.
Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen des zweiten oder dritten Ausführungsbeispiels, wobei die Schutzschaltung mindestens eine Erfassungsschaltung zum Erfassen der Größe von mindestens einem Typ, der sich auf den Betrieb des Elements bezieht, aufweist.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen der zweiten bis vierten Ausführungsbeispiele, wobei die Schutzschaltung eine Diagnoseschaltung aufweist.
Ein sechstes Ausführungsbeispiel betrifft das fünfte Ausführungsbeispiel, wobei die Diagnoseschaltung mindestens einen Komparator zum Vergleichen der Größe von mindestens einem Typ, der von der mindestens einen Erfassungsschaltung erfasst wird, mit jedem Referenzwert und zum Ausgeben eines Signals, das dem entspricht, ob eine Anomalie aufgetreten ist oder nicht, aufweist.
Ein siebtes Ausführungsbeispiel betrifft das fünfte oder sechste Ausführungsbeispiel, wobei die Diagnoseschaltung eine Bewertungsschaltung zum Aussenden des Abschaltsignals zu der Abschaltschaltung und zum Aussenden eines Anomalieerfassungssignals zu dem Ausgangsanschluss immer dann, wenn irgendeiner des mindestens einen Komparators ein Signal ausgibt, das einem Auftreten einer Anomalie entspricht, oder wenn ein bestimmtes Signal in irgendeinen des mindestens einen Eingangsanschluss eingegeben wird, aufweist.
Ein achtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels, das weiterhin einen weiteren Eingangsanschluss, einen weiteren Ausgangsanschluss und eine Schnittstellenschaltung zum Verteilen und Senden des Steuersignals, das von außerhalb in den einen weiteren Eingangsanschluss eingegeben wird, in die Steuerschaltung und den einen weiteren Ausgangsanschluss aufweist.
Ein neuntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen, wobei ein Schaltungsblock, der die Erfassungsschaltung, die Steuerschaltung und die Abschaltschaltung aufweist, in einen Halbleiterchip integriert ist.
Ein zehntes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein System von Halbleiterleistungsmodulen, wobei die Auswahlschaltung eine UND-Schaltung zum Empfangen der mehreren Steuersignale, eine negierte ODER-Schaltung zum Empfangen der mehreren Steuersignale und eine RS-Verriegelungsschaltung zum Empfangen der Ausgangssignale der UND-Schaltung und der negierten ODER-Schaltung an einem Setzanschluss bzw. Rücksetzanschluss, die ihr Ausgangssignal der Steuerschaltung zuführt, aufweist.
Ein elftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verbundleistungsmodul, das mehrere Halbleiterleistungsmodule aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei jedes der mehreren Halbleiterleistungsmodule ein Halbleiterleistungsmodul des ersten Ausführungsbeispiels ist, die Anzahl der mehreren Halbleiterleistungsmodule nicht mehr als die Anzahl der mehreren Eingangsanschlüsse ist, die zu jedem der mehreren Halbleiterleistungsmodule gehören, einer der mehreren Eingangsanschlüsse von jedem der mehreren Halbleiterleistungsmodule zwischen den mehreren Halbleiterleistungsmodulen miteinander verbunden sind, der Ausgangsanschluss von jedem der mehreren Halbleiterleistungsmodule mit einem anderen der mehreren Eingangsanschlüsse als den einen, der mit jedem von allen anderen Halbleiterleistungsmodulen verbunden ist, verbunden ist, um nicht mit dem Ausgangsanschluss von irgendeinem anderen Halbleiterleistungsmodul zu überlappen.
Ein zwölftes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verbundleistungsmodul, das mehrere Halbleiterleistungsmodule aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei eines der mehreren Halbleiterleistungsmodule ein Halbleiterleistungsmodul des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels ist, die Anzahl der mehreren Halbleiterleistungsmodule nicht mehr als die Anzahl plus 1 zu der Anzahl von dem mindestens einen Eingangsanschluss ist, der zu jedem der mehreren Halbleiterleistungsmodule gehört, und der Ausgangsanschluss von jedem der mehreren Halbleiterleistungsmodule mit einem des mindestens einen Eingangsanschlusses von jedem von allen anderen Halbleiterleistungsmodulen verbunden ist, um nicht mit dem Ausgangsanschluss von irgendeinem anderen Halbleiterleistungsmodul zu überlappen.
Ein dreizehntes Ausführungsbeispiel betrifft ein Verbundleistungsmodul, das mehrere Halbleiterleistungsmodule aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Hauptmodul, das eines der mehreren Halbleitermodule ist, ein Halbleiterleistungsmodul des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels ist, jedes des mindestens einen Hilfsmoduls, die alle anderen Halbleiterleistungsmodule sind, ein Halbleiterleistungsmodul des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels ist, die Anzahl des mindestens einen Hilfsmoduls nicht mehr als die Anzahl von dem mindestens einen Eingangsanschluss des Hauptmoduls ist, der Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit dem Eingangsanschluss von jedem des mindestens einen Hilfsmoduls verbunden ist und der Ausgangsanschluss von jedem des mindestens einen Hilfsmoduls mit einem der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls ohne zu überlappen verbunden ist.
Ein vierzehntes Ausführungsbeispiel, welches jedoch nicht innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung ist, betrifft ein Verbundleistungsmodul, das mehrere Halbleiterleistungsmodule aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Hauptmodul, das eines der mehreren Halbleitermodule ist, ein Halbleiterleistungsmodul des achten Ausführungsbeispiels ist, jedes von mindestens einem Hilfsmodul, die alle anderen Halbleiterleistungsmodule sind, ein Halbleiterleistungsmodul des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels ist, die Anzahl des mindestens einen Hilfsmoduls nicht mehr als die Anzahl von dem mindestens einen Eingangsanschluss des Hauptmoduls ist, der Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit dem Eingangsanschluss von jedem des mindestens einen Hilfsmoduls verbunden ist, der Ausgangsanschluss von mindestens einem des mindestens einen Hilfsmoduls mit einem der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls ohne zu überlappen verbunden ist, und der eine weitere Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit der Steuerschaltung von jedem des mindestens einen Hilfsmoduls verbunden ist.
In dem Modul gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Mehrzahl der Module, die nicht mehr als die Anzahl der Eingangsanschlüsse ist, parallel geschaltet ist, jeder der mehreren Eingangsanschlüsse miteinander zwischen Modulen verbunden werden, und kann der Ausgangsanschluss von jedem Modul mit den mehreren Eingangsanschlüssen von allen anderen Modulen ohne zu überlappen verbunden werden. Wenn ein Steuersignal von außerhalb in irgendeinen der miteinander verbundenen Eingangsanschlüsse oder in den Abschnitt zum Verdrahten zum Verbinden von diesen oder dergleichen eingegeben wird, erreicht dieses Steuersignal im Allgemeinen jedes Modul zu einer gegenseitig unter schiedlichen Verzögerungszeit.
Jedoch wird das Steuersignal, das in jedes Modul eingegeben wird, in alle anderen Module eingegeben, und wird weiterhin durch die Funktion der Auswahlschaltung das Signal, das den letzten der mehreren Eingangssteuersignale erreicht, ausgewählt und zu der Steuerschaltung gesendet und wird daher der Zeitpunkt eines Eingangs des Steuersignals in die Steuerschaltung in allen Modulen angepasst. Daher wird der Betrieb des Halbleiterleistungsschaltelements in einem normalen Zustand, wenn er von der Steuerschaltung gesteuert wird, gleichzeitig in allen Modulen durchgeführt. Demgemäss kann das Problem eines Konzentrierens einer Last in bestimmten Elementen in einem normalen Zustand, der in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
In dem Modul gemäß dem zweiten bis siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, wenn eine Mehrzahl der Module, die nicht mehr als die Anzahl plus eins zu der Anzahl der Eingangsanschlüsse ist, parallel geschaltet sind, der Ausgangsanschluss von jedem Modul mit einem der Eingangsanschlüsse von allen anderen Modulen ohne zu überlappen verbunden werden. Zu diesem Zeitpunkt sendet, wenn eine Anomalie in irgendeinem Modul auftritt, die Bewertungsschaltung in diesem Modul ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung in diesem Modul aus und sendet ein Anomalieerfassungssignal zu allen anderen Modulen aus.
In allen anderen Modulen sendet, da das Anomalieerfassungssignal als das bestimmte Signal eingegeben wird, die Bewertungsschaltung das Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung aus. Deshalb werden Abschaltsignale gleichzeitig in alle Modulen, die das Modul beinhalten, das eine Anomalie bewirkt, ausgesendet und werden die Halbleiterleistungsschaltelemente zu der gleichen Zeit abgeschaltet. Demgemäss kann das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element im Fall einer Anomalie, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
In dem Modul gemäß dem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das das Modul des achten Ausführungsbeispiels als ein Hauptmodul verwendet und das Modul des sechsten bis siebten Ausfüh rungsbeispiel als ein Hilfsmodul verwendet, ist es geeignet, durch parallel Schalten des Hauptmoduls und des Hilfsmoduls nicht mehr als die Anzahl der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls zu verwenden. Bei einer derartigen Parallelschaltung ist der Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit jedem Eingangsanschluss des Hilfsmoduls verbunden, kann jeder Ausgangsanschluss des Hilfsmoduls mit einem der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls ohne zu überlappen verbunden werden und kann der eine weitere Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit der Steuerschaltung von jedem Hilfsmodul gekoppelt werden.
Zu diesem Zeitpunkt sendet, wenn eine Anomalie in dem Hauptmodul auftritt, die Bewertungsschaltung in diesem Hauptmodul ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung in diesem Modul aus und sendet ein Anomalieerfassungssignal zu allen Hilfsmodulen aus. In allen Hilfsmodulen werden, da das Anomalieerfassungssignal als das Abschaltsignal eingegeben wird, die Abschaltsignale in die Abschaltschaltungen in allen Modulen eingegeben, die das Modul beinhalten, das die Anomalie bewirkt. Das heißt, in dem Fall einer Anomalie werden die Halbleiterleistungsschaltelemente gleichzeitig abgeschaltet.
Wenn eine Anomalie in irgendeinem der Hilfsmodule auftritt, wird ein Anomalieerfassungssignal aus diesem Hilfsmodul zu dem Hauptmodul ausgesendet. Als ein Ergebnis wird in dem Hauptmodul ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung ausgesendet und wird ein Anomalieerfassungssignal zu allen Hilfsmodulen ausgesendet und werden deshalb Abschaltsignale in die Abschaltschaltungen in alle Modulen eingegeben, die das Modul beinhalten, das die Anomalie bewirkt. Demgemäss kann das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element in dem Fall einer Anomalie, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
Im Übrigen wird, wenn ein Steuersignal in den einen weiteren Eingangsanschluss des Hauptmoduls eingegeben wird, dieses Steuersignal zu der Steuerschaltung gesendet und wird weiter in die Steuerschaltungen von allen Hilfsmodulen durch den einen weiteren Ausgangsanschluss gebracht. Demgemäss wird eine Abweichung des Zeitpunkts des Steuersignals, das die Steuerschaltungen erreicht, zwischen den Modulen verringert. Das heißt, das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element in einem normalen Zustand, der in der normalen Vorrichtung zu sehen ist, kann abgebaut werden.
In dem Modul gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden, da der Schaltungsblock, der die Erfassungsschaltung, die Steuerschaltung und die Abschaltschaltung aufweist, in einem Halbleiterchip integriert ist (Einchipaufbau) nicht nur die Abmessung und die Kosten der Module verringert, sondern wird ebenso die Zuverlässigkeit der Module erhöht.
In dem Modul gemäß den zehnten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann, da die Auswahlschaltung aus einer einfachen Logikoperationsschaltung besteht, die Auswahlschaltung billig und einfach hergestellt werden.
In dem Verbundmodul gemäß dem elften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Modulen des ersten Ausführungsbeispiels, die nicht mehr als die Anzahl der Eingangsanschlüsse ist, parallel geschaltet, ist einer der mehreren Eingangsanschlüsse zwischen den Modulen miteinander verbunden und ist der Ausgangsanschluss von jedem Modul mit einem von anderen mehreren Eingangsanschlüssen von allen von anderen Modulen ohne zu überlappen verbunden. Wenn ein Steuersignal von außerhalb in einen der miteinander verbundenen Eingangsanschlüsse eingegeben wird oder in den Verdrahtungsabschnitt zum Verbinden von diesen oder dergleichen eingegeben wird, erreicht das Steuersignal im Allgemeinen jedes Modul zu einer zueinander unterschiedlichen Verzögerungszeit.
Jedoch wird das Steuersignal, das in jedes Modul eingegeben wird, in alle anderen Module eingegeben und wird weiterhin durch die Funktion der Auswahlschaltung das Signal, das als letztes die mehreren Eingabesteuersignale erreicht, ausgewählt und zu der Steuerschaltung übertragen und daher wird der Zeitpunkt eines Eingangs eines Steuersignals in die Steuerschaltung in allen Modulen angepasst. Daher wird der Betrieb der Halbleiterleistungsschaltelements in einem normalen Zustand, wenn es von der Steuer schaltung gesteuert wird, gleichzeitig in allen Modulen durchgeführt. Demgemäss kann das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element in einem normalen Zustand, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
In dem Verbundmodul gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Mehrzahl von Modulen des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels, die nicht mehr als die Anzahl plus eins zu der Anzahl der Eingangsanschlüsse ist, parallel geschaltet und ist der Ausgangsanschluss von jedem Modul mit einem der Eingangsanschlüsse von allen anderen Modulen ohne zu überlappen verbunden. Deshalb sendet, wenn eine Anomalie in irgendeinem Modul auftritt, die Bewertungsschaltung in diesem Modul ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung in diesem Modul aus und sendet ein Anomalieerfassungssignal zu allen anderen Modulen aus.
In allen anderen Modulen sendet, da das Anomalieerfassungssignal als das bestimmte Signal eingegeben wird, die Bewertungsschaltung das Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung aus. Deshalb werden Abschaltsignale gleichzeitig in alle Module gesendet, die das Modul beinhalten, das eine Anomalie bewirkt, und werden die Halbleiterleistungsschaltelemente gleichzeitig abgeschaltet. Demgemäss kann das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element in dem Fall einer Anomalie, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
In dem Verbundmodul gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel, welches jedoch nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ist, das das Modul des zweiten bis siebten Ausführungsbeispiels als ein Hauptmodul und das Modul des vierten Aspekts als ein Hilfsmodul verwendet, sind das Hauptmodul und das Hilfsmodul, die nicht mehr als die Anzahl der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls sind, parallel geschaltet. Weiterhin ist der Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit jedem Eingangsanschluss des Hilfsmoduls verbunden, ist jeder Ausgangsanschluss des Hilfsmoduls mit einem der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls ohne zu überlappen verbunden.
Demgemäss sendet, wenn eine Anomalie in dem Hauptmodul auftritt, die Bewertungsschaltung in diesem Hauptmodul ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung in diesem Modul aus und sendet ein Anomalieerfassungssignal zu allen Hilfsmodulen aus. In allen Hilfsmodulen werden, da das Anomalieerfassungssignal als das Abschaltsignal eingegeben wird, die Abschaltsignale zu den Abschaltschaltungen in allen Modulen gegeben, die das Modul beinhalten, das eine Anomalie bewirkt. Das heißt, in dem Fall einer Anomalie werden die Halbleiterleistungsschaltelemente gleichzeitig abgeschaltet.
Wenn eine Anomalie in irgendeinem der Hilfsmodul auftritt, wird ein Anomalieerfassungssignal aus diesem Hilfsmodul zu dem Hauptmodul ausgesendet. Als ein Ergebnis wird in dem Hauptmodul ein Abschaltsignal zu der Abschaltschaltung ausgesendet und wird ein Anomalieerfassungssignal zu allen Hilfsmodulen gesendet und werden deshalb Abschaltsignale gleichzeitig in die Abschaltschaltungen in allen Modulen gegeben, die das Modul beinhalten, das eine Anomalie bewirkt. Demgemäss kann das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element in dem Fall einer Anomalie, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
In dem Verbundmodul gemäß dem vierzehnten Ausführungsbeispiel, welches jedoch nicht innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung ist, das das Modul des achten Aspekts als ein Hauptmodul und das Modul des zweiten bis siebten Aspekts als ein Hilfsmodul verwendet, sind das Hauptmodul und das Hilfsmodul, die nicht mehr als die Anzahl der Eingangsanschlüsse des Hauptmoduls sind, parallel geschaltet. Weiterhin ist der eine weitere Ausgangsanschluss des Hauptmoduls mit der Steuerschaltung jedes Hilfsmoduls verbunden.
Demgemäss wird, wenn ein Steuersignal in den einen weiteren Eingangsanschluss des Hauptmoduls eingegeben wird, dieses Steuersignal zu der Steuerschaltung gesendet und wird weiter in die Steuerschaltungen von allen Hilfsmodulen durch den einen weiteren Ausgangsanschluss gebracht. Daher wird eine Abweichung des Zeitpunkts eines Steuersignals, das die Steuerschaltung zwischen Modulen erreicht, verringert. Das heißt, das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten Element in einem normalen Zustand, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, kann abgebaut werden.
Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme der herkömmlichen Vorrichtung zu lösen und ein System von Leistungsmodulen, die im Stande sind eine Konzentration einer Last in bestimmten Halbleiterleistungsschaltelementen durch Beseitigen einer Zeitabweichung eines Betriebs der Halbleiterleistungsschaltelemente in einem normalen Betrieb und beim Auftreten einer Anomalie zu beseitigen und ein Halbleiterleistungsmodul zu schaffen, das für ein derartiges System von Leistungsmodulen geeignet ist.
Diese und andere Objekte, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit der beiliegenden Zeichnung durchgeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein Stromlaufplan der Verbindung der Vorrichtung in 1 und einer Last;
3 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus von Erfassungsschaltungen in der Vorrichtung in 1;
4 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Diagnoseschaltung in der Vorrichtung in 1;
5 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Eingabe- und Ausgabeschnittstelle in der Vorrichtung in 1;
6 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Logikschaltung in der Vorrichtung in 1;
7 ist ein Zeitablaufsdiagramm eines Betriebsbeispiels der Vorrichtung in 1;
8 ist ein Zeitablaufsdiagramm, das ein Teil von 7 vergrößert;
9 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;
10 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Moduls einer Vorrichtung in 9;
11 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Diagnoseschaltung in der Vorrichtung in 9;
12 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Eingabe- und Ausgabeschnittstelle in der Vorrichtung in 9;
13 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Logikschaltung in der Vorrichtung in 9;
14 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;
15 ist ein Blockschaltbild einer Verwendungsweise eines Moduls in der Vorrichtung in 14;
16 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung;
17 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hauptdiagnoseschaltung in der Vorrichtung in 16;
18 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hilfsdiagnoseschaltung in der Vorrichtung in 16;
19 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hauptschnittstelle in der Vorrichtung in 16;
20 ist ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hilfsschnittstelle in der Vorrichtung in 16;
21 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung;
22 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Hauptmoduls in der Vorrichtung in 21;
23 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Hauptdiagnoseschaltung in der Vorrichtung in 21;
24 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Einchipaufbaus in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung;
25 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Einchipaufbaus in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung;
26 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Einchipaufbaus in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung;
27 ist ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Einchipaufbaus in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung;
28 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer herkömmlichen Vorrichtung;
29 ist ein Zeitablaufsdiagramm eines Betriebsbeispiels der Vorrichtung in 28; und
30 ist ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Teil von 29 vergrößerst.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
1. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 1
Ein Verbundleistungsmodul in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1 wird an erster Stelle beschrieben.
1.1 Allgemeiner Aufbau der Vorrichtung
1 ist ein Blockschaltbild eines Aufbaus des Verbundleistungsmoduls in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1. Dieses Verbundleistungsmodul 201 weist zwei Halbleiterleistungsmodule 10a, 10b eines identischen aufbaus auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Jedes der Module 10a, 10b besitzt ein Hauptschaltungselement 1 und ein oder mehrere Hauptschaltungselemente 2. Dieses Hauptschaltungselemente 1, 2 weisen einen identischen Aufbau auf, wobei den Elementen in 28 die gleichen Bezugszeichen gegeben sind und diese wie in der herkömmlichen Vorrichtung in 28 zueinander parallel geschaltet sind.
Mit dem Kollektoranschluss C, der in dem Modul 10a vorgesehen ist, sind Kollektorelektroden von allen IGBT-Elementen in dem Modul 10a verbunden und mit dem Emitteranschluss E sind Emitterelektroden von allen IGBT-Elementen verbunden. Auf eine ähnliche Weise sind mit dem Kollektoranschluss C, der in dem Modul 10b vorgesehen ist, Kollektorelektroden von allen IGBT-Elementen in dem Modul 10b verbunden und sind mit dem Emitteranschluss E Emitterelektroden von allen IGBT-Elementen verbunden.
Der Kollektoranschluss C des Moduls 10a und der Kollektoranschluss C des Moduls 10b sind miteinander verbunden und die beiden Emitteranschlüsse E sind ebenso miteinander verbunden. Auf diese Weise wird der Strom, der der Last zuzuführen ist, verteilt, da die zwei Module 10a, 10b zueinander parallel geschaltet sind.
2 zeigt einen Stromlaufplan der Beziehung zwischen einer Vorrichtung 201 und einer Last in einem Inverter als eine repräsentative Verwendungsweise der Vorrichtung 201. Wie es in 2 gezeigt ist, sind in dem Inverter drei Teile einer Reihenschaltung, die durch Verbinden von zwei Vorrichtungen 201 in Reihe aufgebaut ist, alle parallel zwischen einem Energieversorgungsdraht 220 eines hohen Potentials und eines Energieversorgungsdrahts 221 eines niedrigen Potentials angeordnet. Der Kollektoranschluss C von einer der zwei Vorrichtungen 201, die aus der Reihenschaltung besteht, ist mit dem Energieversorgungsdraht 220 des hohen Potentials verbunden und der Emitteranschluss E des anderen ist mit dem Energieversorgungsdraht 221 des niedrigen Potentials verbunden. Der Verbindungspunkt der zwei Vorrichtungen 201, die aus der Reihenschaltung bestehen, ist mit einer Last M, wie zum Beispiel einem Motor verbunden.
Jede Vorrichtung 201 ist mit einer externen Vorrichtung, nicht gezeigt, verbunden und ein Steuersignal, das ein Abschalten und Einschalten anweist, wird von dieser externen Vorrichtung in die Vorrichtung 201 zugeführt. Dieses Steuersignal wird derart eingegeben, dass die zwei Vorrichtungen 201, die jede Reihenschaltung bilden, sich abwechselnd einschalten und ausschalten und dass die Betriebsphase um 120 Grad jeweils zwischen den drei Reihenschaltungen verschieden ist. Als ein Ergebnis wird die Last M, wie zum Beispiel der Dreiphasenmotor, zweckmäßig angesteuert.
Es wird zurück auf 1 verwiesen. Das Hauptschaltungselement 1 ist mit der Steuerschaltung Dr, der Abschaltschaltung SD, der Erfassungsschaltung Se, der Überspannungs-Erfassungsschaltung OV und der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV verbunden und das Hauptschaltungselement 2 ist mit der Steuerschaltung Dr und der Abschaltschaltung SD verbunden. Jedes der Module 10a, 10b ist mit einer Temperaturerfassungsschaltung OT, einer Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, einer Logikschaltung L und einer Diagnoseschaltung PC versehen.
Die Steuerschaltung Dr verstärkt ein Signal von der Logikschaltung L und führt ein Steuersignal Dr in die Gateelektrode des IGBT-Elements zu. Die Abfrageschaltung Se sendet ein Spannungssignal, das heißt ein Abfragesignal SSE, in einer Höhe aus, die proportional zu dem Hauptstrom ist, der in dem IGBT-Element fließt, das in dem Hauptschaltungselement 1 enthalten ist. Die Abschaltschaltung SD steuert die Gateelektrode derart, dass sie das IGBT-Element als Reaktion auf das Abschaltsignal SSD, das von der Dia gnoseschaltung PC zugeführt wird, abschaltet. Die Überspannungs-Erfassungsschaltung OV erfasst die Höhe der Kollektor/Emitterspannung des IGBT-Elements und sendet ein Erfassungssignal S_OV aus. Weiterhin erfasst die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, wann die Versorgungsspannung der Ansteuerschaltung Dr oder dergleichen niedriger als der zulässige Wert ist, und sendet ein Erfassungssignal S_UV aus.
Die Temperaturerfassungsschaltung OT erfasst die Temperatur der Kupferbasisplatte, nicht gezeigt, die in jedem der Module 10a, 10b vorgesehen ist, und sendet ein Temperaturerfassungssignal S_OT aus. Die Kupferbasisplatte ist eine wärmeleitende Platte, die an dem Boden der Leistungsschaltungsplatine, nicht gezeigt, befestigt ist, auf welcher die Hauptschaltungselemente 1, 2 montiert sind, und arbeitet, um die Verlustwärme, die in den Hauptschaltungselementen 1, 2 erzeugt wird, nach außen freizugeben.
Die Schaltungsteile, von denen eine Wärmeerzeugung so klein ist, dass sie verglichen mit den Hauptschaltungselementen 1, 2 vernachlässigbar ist, das heißt, die Steuerschaltung Dr, die Abschaltschaltung SD, die Abfrageschaltung Se, die Überspannungs-Erfassungsschaltung OV, die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, die Logikschaltung L und die Diagnoseschaltung PC, sind auf einer Steuerschaltungsplatine 3 verbreitet, die getrennt von der Leistungsschaltungsplatine vorgesehen ist.
Die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O ist ein Schaltungsabschnitt zum Weitermelden zwischen der I/F 106a, 106b, die außerhalb der Module 10a, 10b und anderen Modulen, die parallel geschaltet sind, vorgesehen ist, und der Logikschaltung L und der Diagnoseschaltung PC. Ein Ausgangssignaldraht der I/F 106a ist verzweigt und mit der Eingangs- und Ausgangsschnittstelle I/O der Module 10a, 10b durch einen einzigen Anschluss 11 verbunden. Das Steuersignal, das von einer externen Vorrichtung eingegeben wird, wird in der I/F 106a gewandelt und wird in jede der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O eingegeben, die zu den Modulen 10a, 10b gehört. Dieses Eingangssignal geht durch die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O und wird zu der Logikschaltung L und ebenso zu dem anderen Modulanschluss 12 über einen Anschluss 16 ausgesendet.
In der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O wird zusammen mit dem vorhergehenden Eingangssignal, das von der I/F 106a über den Anschluss 11 eingegeben wird, das Ausgangssignal der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, die zu einem anderen Modul gehört, das parallel geschaltet ist, über den Anschluss 12 eingegeben. Diese zwei Eingangssignale werden der Logikschaltung L über die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O zugeführt.
Die Logikschaltung L wählt das letzte Signal der zwei Eingangssignale, das heißt der Ausgangssignale von beiden Eingabe- und Ausgabeschnittstellen I/O der Module 10a, 10b aus, die parallel geschaltet sind, und sendet es zu der Steuerschaltung Dr. Demgemäss ist es zwischen den zwei Modulen 10a, 10b, die parallel geschaltet sind, vorteilhaft, dass die Betriebe in einem normalen Zustand zueinander synchronisiert ohne eine Zeitabweichung bei den Einschalt- und Abschaltbetrieben (Ein/Aus-Betrieben) in einem normalen Zustand des IGBT-Elements durchgeführt werden.
Die Diagnoseschaltung PC entscheidet ein Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Anomalie auf der Grundlage von verschiedenen Erfassungssignalen aus der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, der Überspannungs-Erfassungsschaltung OV, der Abfrageschaltung Se und der Temperaturerfassungsschaltung OT und sendet in dem Fall einer Anomalie ein Abschaltsignal SD zu der Abschaltschaltung SD aus. Als ein Ergebnis ändert sich das IGBT-Element zu einem Abschaltzustand, so dass eine Störung oder Beschädigung des IGBT-Elements auf Grund einer Wirkung einer Anomalie vermieden werden kann.
Die Diagnoseschaltung PC sendet weiter in dem Fall einer Anomalie ein Unterrichtungssignal S_FOS zu der Schnittstellenschaltung 106b über die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O und den Anschluss 13 aus und sendet weiterhin ein Anomalieerfassungssignal S_F01 (zum Beispiel in dem Fall eines Moduls 10a) zu der Diagnoseschaltung PC aus, die zu dem anderen Modul gehört, das über den Anschluss 15 parallel geschaltet ist. Die Diagnoseschaltung PC empfängt zusammen mit verschiedenen Erfassungssignalen aus der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV und anderen ein Anomalieerfassungssignal S_F02, das aus der Diagnoseschaltung PC ausgesendet wird, die zu dem anderen Modul (zum Beispiel 10b) gehört, das über einen Anschluss 14 parallel geschaltet ist. Wenn das Anomalieerfassungssignal S_F02 in die Diagnoseschaltung PC eingegeben wird, wird das Abschaltsignal S_SD zu der Abschaltschaltung SD ausgesendet.
Auf diese Weise wird das Bewertungsergebnis jeder Diagnoseschaltung PC der Module 10a, 10b, die parallel geschaltet sind, in die gegenüberliegende Diagnoseschaltung PC eingegeben und wird, wenn das Auftreten der Anomalie in einer Diagnoseschaltung PC erfasst wird, ein Auftreten einer Anomalie ebenso in der anderen Diagnoseschaltung PC als Reaktion erfasst und senden beide Diagnoseschaltungen PC gleichzeitig ein Abschaltsignal S_SD zu den Abschaltschaltungen SD. Daher werden in dem Fall einer Anomalie die IGBT-Elemente gleichzeitig in den Modulen 10a, 10b abgeschaltet. Das heißt, das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten IGBT-Element in dem Fall einer Anomalie, die in der herkömmlichen Vorrichtung auftritt, wird beseitigt.
Signaldrähte zum Senden eines Unterrichtungssignals S_FOS der Diagnoseschaltungen PC in den Modulen 10a, 10b werden mit einer einzigen I/F 106b miteinander gebündelt und verbunden und, wenn irgendeine Diagnoseschaltung PC ein Unterrichtungssignal S_FOS aussendet, wird ein gewandeltes Signal zu der externen Vorrichtung ausgesendet. Das heißt, die externe Vorrichtung kann erkennen, ob alle der mehreren Module 10a, 10b normal arbeiten oder irgendeines von ihnen anomal ist.
Im Übrigen ist ein Schaltungsblock 4, der die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, die Logikschaltung L und die Diagnoseschaltung PC aufweist, bevorzugt in einem einzigen Halbleiterchip integriert. Als ein Ergebnis wird nicht nur eine Miniaturisierung und eine Kostenverringerung der Vorrichtung gefördert, sondern wird ebenso die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
1.2 Aufbau von verschiedenen Erfassungsschaltungen
3 zeigt einen Stromlaufplan eines internen Aufbaus von verschiedenen Erfassungsschaltungen, die die Unterspannungs-Erfassungsschal tung UV und andere beinhalten, und ein Hauptschaltungselement 1. Das Hauptschaltungselement 1 besteht aus einem IGBT-Element und einem FWD-Element, das parallel dazu geschaltet ist. Das heißt, eine Anodenelektrode des FWD-Elements ist mit einer Emitterelektrode des IGBT-Elements verbunden und die Kathodenelektrode ist mit der Kollektorelektrode verbunden. Das FWD-Element dient zum Verhindern einer Beschädigung des IGBT-Elements auf Grund eines Anlegens einer inversen Spannung.
Dieses Hauptschaltungselement 1 ist mit einer Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, einer Temperaturerfassungsschaltung OT, einer Steuerschaltung Dr, einer Abschaltschaltung SD, einer Abfrageschaltung Se und einer Überspannungs-Erfassungsschaltung OV verbunden. Der Aufbau dieser Schaltungen wird nachstehend zusammen mit dem Betrieb beschrieben.
Zuerst wird in der Steuerschaltung Dr ein Steuersignal SDr mit einem bestimmten Referenzpotential durch einen Komparator 33 verglichen und ihr Ausgangssignal wird in einen Verstärker 35 über einen Puffer und einen Widerstand RDR eingegeben. Das Ausgangssignal des Verstärkers 35 wird in die Gateelektrode G des IGBT-Elements über einen Gatewiderstand R_G eingegeben. Das heißt, die Steuerschaltung Dr legt ein Spannungssignal zum Einschalten oder Abschalten des IGBT-Elements über das Gate und den Emitter abhängig davon an, ob das Ansteuersignal S_Dr höher oder niedriger als das Referenzpotential ist. Obgleich es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, weist die Steuerschaltung Dr ebenso eine Schaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung auf.
In der Abschaltschaltung SD wird ein Abschaltsignal S_SD dem Verstärker 35 der Steuerschaltung Dr über einen Widerstand R_SD zugeführt. Demgemäss schaltet der Verstärker 35, wenn das Abschaltsignal SSD an einem aktiven Pege, das heißt, dem niedrigen Pegel, ist, das IGBT-Element unberücksichtigt des Werts des Steuersignals S_Dr ab.
Die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV weist ein Spannungsüberwachungselement 32 auf. Als dieses Spannungsüberwachungselement 32 kann ein bekanntes herkömmliches Element verwendet werden und es ist derart aufgebaut, dass es die Spannung über den zwei verbundenen Ener gieversorgungsdrähten, das heißt dem Energieversorgungsdraht 30 des hohen Pegels und des Energieversorgungsdrahts 31 des niedrigen Pegels, die mit der Emitterelektrode des IGBT-Elements verbunden sind, erfasst. Diese Energieversorgungsdrähte 30, 31 führen eine Versorgungsspannung V_D des Schaltungselements, wie zum Beispiel des Verstärkers 35, der in der Steuerschaltung Dr vorgesehen ist, zu und das Spannungsüberwachungselement 32 bewertet, ob eine Spannung über einem zulässigen Wert zum Gewährleisten des normalen Betriebs der Ansteuerschaltung Dr zugeführt wird oder nicht. Das Spannungsüberwachungselement 32 gibt ein Erfassungssignal S_UV aus, wenn die Spannung zwischen den Energieversorgungsdrähten 30, 31 kleiner als der zulässige Wert ist.
Die Abfrageschaltung Se weist einen Abfragewiderstand R_S auf, der zwischen der Abfrageelektrode S, die in dem IGBT-Element vorgesehen ist, und der Emitterelektrode E (Energieversorgungsdraht 31 des niedrigen Potentials) angeordnet ist. In der Abfrageelektrode S fließt ein Schwachstrom proportional zu dem Kollektorstrom, das heißt es fließt ein Abfragestrom. Dieser Abfragestrom fließt in den Abfragewiderstand R_S. Demgemäss wird über dem Abfragewiderstand R_S eine Spannung, die proportional zu dem Abfragestrom ist, oder eine Spannung, die proportional zu dem Kollektorstrom ist, erzeugt. Die Abfrageschaltung Se gibt diese Spannung als ein Abfragesignal S_SE aus.
In der Temperaturerfassungsschaltung OT ist eine Reihenschaltung, die eine Zenerdiode SA und eine Diode Di in Reihe schaltet, zwischen der Kollektorelektrode C und der Gateelektrode G des IGBT-Elements angeordnet. Das heißt, die Anodenelektrode der Zenerdiode SA und die Anodenelektrode der Diode Di sind miteinander verbunden und die Kathode der Zenerdiode SA ist mit der Kollektorelektrode des IGBT-Elements verbunden und die Kathodenelektrode der Diode Di ist mit der Gateelektrode G des IGBT-Elements verbunden.
Zwischen der Gateelektrode G und der Emitterelektrode E ist ein Transistor Q angeordnet. Das heißt, die Kollektorelektrode des Transistors Q ist mit der Gateelektrode G des IGBT-Elements verbunden und seine Emitterelektrode ist mit der Emitterelektrode E des IGBT-Elements verbunden. Die Basiselektrode des Transistors Q ist mit dem Verbindungspunkt der Zenerdiode SA und der Diode Di verbunden. Dieser Verbindungspunkt ist ebenso mit der Diagnoseschaltung PC außerhalb der Überspannungs-Erfassungsschaltung OV über einen Widerstand R_OV verbunden. Das heißt, das Potential dieses Verbindungspunkts wird als das Erfassungssignal S_OV in die Diagnoseschaltung PC gebracht.
Wenn die Kollektor/Emitterspannung des IGBT-Elements den Summenwert der Zenerspannung der Zenerdiode SA, der Durchlassspannung der Diode Di und der Basis/Emitterspannung des Transistors Q überschreitet, leitet der Transistor Q um die Gate/Emitterspannung zu verringern, so dass das IGBT-Element einen Übergang von einem eingeschalteten Zustand zu einem abgeschalteten Zustand durchführt. Gleichzeitig wird die Kollektor/Emitterspannung des IGBT-Elements derart festgeklemmt, dass es diesen Summenwert nicht überschreitet.
Auf diese Weise sendet die Überspannungs-Erfassungsschaltung UV das Erfassungssignal S_OV zu der Diagnoseschaltung PC aus und arbeitet nicht nur, um das IGBT-Element indirekt über die Diagnoseschaltung PC zu schützen, sondern ebenso, um eine direkte übermäßige Erhöhung der Kollektor/Emitterspannung zu verhindern. Es ist anzumerken, dass das Abschalten des IGBT-Elements, das durch den Transistor Q gegeben ist, lediglich vorübergehend ist, wohingegen es endgültig durch die Funktion der Abschaltschaltung SD abgeschaltet wird.
Die Temperaturerfassungsschaltung OT weist ein Referenzspannungserzeugungselement 36, das zwischen dem Energieversorgungsdraht 30 des hohen Potentials und dem Energieversorgungsgrad des niedrigen Potentials angeschlossen ist, zum Erzeugen einer bestimmten Referenzspannung und eine Reihenschaltung eines Thermistors TH und eines Widerstands Rref zum Teilen der Referenzspannung, die von dem Referenzspannungserzeugungselement 36 zugeführt wird, auf. Das Potential an dem Verbindungspunkt des Widerstands Rref und des Thermistors TH wird als das Temperaturerfassungssignal S_OT in die Diagnoseschaltung PC eingegeben. Der Thermistor TH wird an einer Position in der Vorrichtung angeordnet, die zum Messen der Temperatur der Kupferbasisplatte geeignet ist, und der Wider standswert ändert sich abhängig von Temperaturänderungen. Deshalb wird das Temperaturerfassungssignal SOT ein Wert, der letztendlich die Temperatur der Kupferbasisplatte wiederspiegelt.
1.3 Aufbau der Diagnoseschaltung PC
4 ist ein Stromlaufplan eines internen Aufbaus der Diagnoseschaltung PC. Die Diagnoseschaltung PC weist eine mehreingängige ODER-Schaltung 37 auf. Komparatoren 38, 39, 40, 41 und ein Inverter 42 sind mit dem Eingangsanschluss der ODER-Schaltung 37 verbunden und Transistoren 43, 44 und eine Signalleitung 21 sind mit ihrem Ausgangsanschluss verbunden.
Der Komparator 38 vergleicht das Erfassungssignal S_UV aus der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV mit einer bestimmten Referenzspannung und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, das einem Auftreten einer Anomalie entspricht, wenn das Erfassungssignal S_UV niedriger als der Referenzwert wird. Die Referenzspannung des Komparators 38 wird derart eingestellt, dass das Erfassungssignal S_UV niedriger als der Referenzwert als Reaktion dessen sein kann, wenn die Versorgungsspannung V_D niedriger als der zulässige Wert wird.
Der Komparator 39 vergleicht das Temperaturerfassungssignal SOT aus der Temperaturerfassungsschaltung OT mit einer bestimmten Referenzspannung und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn das Temperaturerfassungssignal S_OT niedriger als der Referenzwert wird. Die Referenzspannung des Komparators 39 wird derart festgelegt, dass das Temperaturerfassungssignal S_OT die Referenzspannung als Reaktion dessen überschreiten kann, wenn die Temperatur der Kupferbasisplatte den zulässigen Wert überschreitet.
Der Komparator 40 vergleicht das Erfassungssignal S_SE aus der Abfrageschaltung SE mit einer bestimmten Referenzspannung und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn das Abfragesignal S_SE den Referenzwert überschreitet. Die Referenzspannung des Komparators 40 wird derart festgelegt, dass das Abfragesignal S_SE die Referenzspannung als Reaktion dessen überschreiten kann, wenn der Kollektorstrom des IGBT-Elements den zulässigen Bereich überschreitet.
Der Komparator 41 vergleicht das Erfassungssignal S_OV aus der Überspannungs-Erfassungsschaltung OV mit einer bestimmten Referenzspannung und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn das Erfassungssignal S_OV den Referenzwert überschreitet. Die Referenzspannung des Komparators 41 wird derart festgelegt, dass das Erfassungssignal S_OV die Referenzspannung als Reaktion dessen überschreiten kann, wenn die Kollektor/Emitterspannung des IGBT-Elements den zulässigen Bereich überschreitet.
In den Eingangsanschluss der ODER-Schaltung 37 wird zusätzlich zu den Ausgangssignalen der Komparatoren 38 bis 41 ein Anomalieerfassungssignal S_F02 aus der Diagnoseschaltung PC, die zu einem anderen Modul (zum Beispiel 10b) gehört, über einen Inverter 42 eingegeben. Deshalb gibt die ODER-Schaltung 37, wenn irgendeines der vier Erfassungssignale ein Wert wird, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, oder wenn die Diagnoseschaltung PC, die zu dem anderen Modul (zum Beispiel 10b) gehört, ein Anomalieerfassungssignal S_F02 ausgibt, ein Signal eines hohen Pegels aus. Dieses Ausgangssignal des hohen Pegels entspricht dem Bewertungsergebnis "Anomalie ist in der Vorrichtung 201 aufgetreten".
Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 37 wird zu der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O als ein Unterrichtungssignal S_FOS über den Signaldraht 21 ausgesendet und wird aus der Diagnoseschaltung PC, die zu dem anderen Modul gehört, als Anomalieerfassungssignal S_F01 über einen Transistor 43 ausgesendet und wird weiterhin aus der Abschaltschaltung SD als ein Abschaltsignal S_SD über einen Transistor 44 ausgesendet.
Mit dem Eingangsanschluss des Inverters 42 ist ein Pullup-Widerstand 45 verbunden. Dies ist so, da dieser Eingangsanschluss mit dem Transistor 43 gekoppelt ist, der in einen Zustand eines offenen Kollektors der Diagnoseschaltung PC gebracht ist, die zu dem anderen Modul gehört. Obgleich es nicht gezeigt ist, weist die Diagnoseschaltung PC eine Schaltung zum Erzeugen einer bestimmten Referenzspannung für jeden der Komparatoren 38 bis 41 auf. Als diese Schaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung kann ein bekanntes herkömmliches Element verwendet werden.
1.4 Aufbau der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O
5 zeigt einen Stromlaufplan eines internen Aufbaus der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O. Die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O weist eine Relaisschaltung 46 zum Weitermelden des Eingangssignals von dem Anschluss 11 zu der Logikschaltung L und eine Relaisschaltung 51 zum Weitermelden des Eingangssignals von dem Anschluss 12 in die Logikschaltung L auf. Die Relaisschaltung 46 ist mit einem invertierenden Verstärker 47, der eine gleiche Nachlaufcharakteristik wie ein Schmitt-Trigger aufweist, wenn er mit Widerständen 49, 50 verbunden ist, und einem Inverter 48 versehen, der mit seinem Ausgang verbunden ist. Die andere Relaisschaltung 51 ist genauso wie die Relaisschaltung 48 aufgebaut. Diese Relaisschaltungen 46 und 51 spielen die Rolle eines Wandelns der Eingangssignale zu einem Signalformat, das für die Logikschaltung L geeignet ist.
Die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O weist weiterhin einen Puffer zum Weitermelden des Unterrichtungssignals S_FOS auf, das aus der Diagnoseschaltung PC in die I/F 106b ausgesendet wird.
1.5 Aufbau der Logikschaltung L
6 ist ein Blockschaltbild der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O und der Logikschaltung L, die zu den Modulen 10a, 10b gehören, und einer Verdrahtung zum Verbinden zwischen diesen. Der interne Aufbau der Logikschaltung L ist in einem Stromlaufplan gezeigt.
Die Logikschaltung weist eine SR-Verriegelungsschaltung 55, eine zweieingängige UND-Schaltung 56 und eine zweieingängige negierte ODER-Schaltung 57 auf. An den S-Anschluß (Setzanschluß) der SR-Verriegelungsschaltung 55 wird das Ausgangssignal der negierten ODER-Schaltung 57 angelegt. Weiterhin wird in einen der zwei Eingänge von jeder der UND-Schaltung 56 und der negierten ODER-Schaltung 57 ein Eingangssignal der I/F 106a über Anschluß 11 und die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O eingegeben und wird in den anderen der zwei Eingänge das Ausgangssignal der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle, die zu dem anderen Modul gehört, über den Anschluß 12 und die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle eingegeben.
Deshalb steigt das Ausgangssignal des Q-Anschlusses des SR-Signalspeichers 55 synchron zu dem Signal an, welches spät ist, um es zu dem hohen Pegel zwischen dem Eingangssignal über den Anschluss 11 und dem Eingangssignal über den Anschluss 12 anzuheben und fällt synchron zu einem Signal ab, welches spät ist, um zu dem niedrigen Pegel abzufallen. Dieses Ausgangssignal des Q-Anschlusses wird zu der Steuerschaltung Dr als Steuersignal S_Dr ausgesendet. Das heißt, die Logikschaltung L gibt das spätere Eingangssignal der zwei Eingangssignale als Steuersignal S_Dr aus.
1.6 Betriebsbeispiel der Vorrichtung
7 ist ein Zeitablaufsdiagramm eines Betriebsbeispiels der Vorrichtung 201. Bezüglich zwei Modulen 10a, 10b stellt 7 Wellenformen von Versorgungsspannungen V_D1, V_D2, Steuersignalen S_Dr1, S_Dr2 und Anomalieerfassungssignalen S_F01, S_F02 der Steuerschaltung Dr und anderen, Temperaturen Tb1, Tb2 von Kupferbasisplatten, die von der Temperaturerfassungsschaltung OT erfasst werden, Gate/Emitterspannungen VGE1, VGE2 des IGBT-Elements, Kollektor/Emitterspannungen VCE1, VCE2 des IGBT-Elements und Kollektorströme IC1, IC2 des IGBT-Elements dar. In 7 sind weiterhin Spannungswellenformen für Steuersignale S_Dr1, S_Dr2 aufgetragen und sind Stromwellenformen für Anomalieerfassungssignale S_F01 S_F02 aufgetragen. Das heißt, 7 ist derart gezeichnet, dass sie mit 29 verglichen wird, die ein Betriebsbeispiel der herkömmlichen Vorrichtung zeigt.
Wie es in 7 gezeigt ist, beginnen, wenn die Energieversorgungsquelle in der Vorrichtung 201 eingeschaltet wird, Versorgungsspannungen V_D1, V_D2 anzusteigen. Wenn die Versorgungsspannungen V_D1, V_D2 einen bestimmten Pegel erreichen, ist die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV bereit, zu arbeiten. Zu dieser Zeit erfasst die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, dass die Versorgungsspannungen V_D1, V_D2 unter dem zulässigen Wert sind, und sendet ein Erfassungssignal zu der Diagnoseschaltung PC. Die Diagnoseschaltung PC erfasst auf der Grundlage dieses Erfassungssignals ein Auftreten einer Anomalie und gibt Anomalieerfassungssignale S_F01, S_F02 aus.
Wenn die Versorgungsspannungen V_D1, V_D2 den normalen Wert erreichen, stoppt die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV ein Senden des Erfassungssignals. Als ein Ergebnis stoppt die Diagnoseschaltung PC ein Senden von Anomalieerfassungssignalen S_F01, S_F02. 7 stellt das Verfahren eines Ansteigens und eines Wiedergewinnens von Anomalieerfassungssignalen S_F01, S_F02 in dem Verlauf eines Anstiegs von Versorgungsspannungen V_D1, V_D2 dar. In dieser Vorrichtung 201 werden, da die Anomalieerfassungssignale S_F01, S_F02, die von der Diagnoseschaltung PC ausgegeben werden, in die andere Diagnoseschaltung PC eingegeben werden, die Anomalieerfassungssignale S_F01, S_F02 gleichzeitig wiedergewonnen. Das heißt, in der Vorrichtung 201 ist es vorteilhaft, dass beide von parallel geschalteten Modulen 10a, 10b den Bereitzustand gleichzeitig senden.
In der Zeitdauer eines normalen Betriebs der Vorrichtung 201 wird, wenn Ansteuersignale S_Dr1, S_Dr2 an einem niedrigen Pegel sind, der einem aktiven Pegel entspricht, die Gate/Emitterspannung VGE1, VGE2 ein hoher Pegel und schaltet sich das IGBT-Element ein und erhöhen sich daher die Kollektorströme IC1, IC2. Im Gegensatz dazu sind, wenn die Steuersignale S_Dr1, S_Dr2 an einem hohen Pegel sind, der einem normalen Pegel entspricht, die Gate/Emitterspannungen VGE1, VGE2 an einem niedrigen Pegel und schaltet sich das IGBT-Element ab und daher werden die Kollektorströme IC1, IC2 zurück auf null gezogen.
In diesem normalen Betrieb, sind, da die Steuersignale S_Dr1, S_Dr2 durch die Funktion der Logikschaltung L gleichzeitig geändert werden, die Zeitpunkte eines Änderns der Gate/Emitterspannungen VGE1, VGE2 ebenso die gleichen. Deshalb schalten sich in einem normalen Betrieb die IGBT-Elemente, die zu den Modulen 10a, 10b gehören, gleichzeitig ein und aus. Demgemäss kann in der Vorrichtung 201 das Problem einer Konzentration einer Last in einem bestimmten IGBT-Element in einer normalen Betriebsdauer, das in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist, beseitigt werden.
Nach einem Übergehen zu einem normalen Betrieb sendet die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, wenn die Versorgungsspannung V_D1 für eine sehr kurze Zeitdauer abfällt, die den Betrieb der Steuerschaltung Dr und anderen nicht beeinflusst, das Erfassungssignal nicht aus und bleibt die Vorrichtung 201 in einem normalen Betrieb. Andererseits wird in der Dauer, die durch UV in 7 dargestellt ist, wenn die Versorgungsspannung V_D2 für eine Zeitdauer abfällt, die bei einem Betrieb für die Steuerschaltung Dr und andere nicht zulässig ist, diese Anomalie von der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV des Moduls 10b erfasst.
Als ein Ergebnis sendet die Diagnoseschaltung PC des Moduls 10b ein Abschaltsignal S_SD zu der Abschaltschaltung SD aus. Gleichzeitig sendet die Diagnoseschaltung PC ein Anomalieerfassungssignal S_F02 zu der Diagnoseschaltung PC des Moduls 10a aus. Folglich empfängt die Diagnoseschaltung PC, die zu dem Modul 10a gehört, dieses Anomalieerfassungssignal S_F02 und sendet ein Abschaltsignal S_SD aus. Das heißt, das Abschaltsignal S_SD wird gleichzeitig zwischen den Modulen 10a und 10b ausgesendet.
In dem Beispiel, das in 7 gezeigt ist, sind in der Dauer vor und nach der Zeit UV die Steuersignale S_Dr1, S_Dr2 an einem niedrigen Pegel, der einem aktiven Pegel entspricht. Demgemäss sind mindestens, bis die Abschaltschaltung SD arbeitet, die IGBT-Elemente der beiden Module 10a, 10b in einem leitenden Zustand und sind die Kollektorströme IC1, IC2 in einem ansteigenden Verlauf.
Danach arbeiten die Abschaltschaltungen SD von beiden Modulen 10a, 10b gleichzeitig als Reaktion auf das Abschaltsignal S_SD, schalten sich die IGBT-Elemente von beiden Modulen gleichzeitig ab und verringern sich die Kollektorströme IC1, IC2 auf null. Zu dieser Zeit schalten sich die IGBT-Elemente von beiden Modulen gleichzeitig ab und erhöht sich daher der Kollektorstrom von einem IGBT-Element nicht übermäßig. Das heißt, die Last ist nicht in einem IGBT-Element konzentriert.
In dem Fall einer Anomalie eines Kurzschlusses einer Last wird angenommen, dass die Steuersignale S_Dr1, S_Dr2 ein niedriger Pegel werden und dass die IGBT-Elemente von beiden Modulen 10a, 10b sich einschalten. Demgemäss steigt in beiden Modulen 10a, 10b der Kollektorstrom der IGBT-Elemente übermäßig an. Als ein Ergebnis erfasst in beiden Modulen 10a, 10b die Diagnoseschaltung PC ein Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage des Erfassungssignals S_SE aus der Erfassungsschaltung Se (zu der Zeit, die durch SC in 7 bezeichnet ist).
Als ein Ergebnis werden durch die Funktion der Abschaltschaltung SD die IGBT-Elemente der Module 10a, 10b abgeschaltet. Auch wenn es eine Abweichung zwischen den zwei Modulen 10a, 10b zu dem Augenblick gibt, zu dem das Abfragesignal S_SE eine bestimmte Referenzspannung überschreitet, senden, da die Diagnoseschaltungen der Module 10a, 10b in der zuvor erwähnten Abfrage miteinander gekoppelt sind, die beiden Diagnoseschaltungen PC das Abschaltsignal SSD synchron zu einem der Abfragesignale S_SE aus, das den Referenzwert zu dem frühesten Augenblick überschreitet. Daher werden die IGBT-Elemente der Module 10a, 10b gleichzeitig abgeschaltet.
8 ist ein Zeitablaufsdiagramm, das die Wellenformen der Kollektor/Emitterspannungen V_CE1, V_CE2 und der Kollektorströme I_C1, I_C2 in der Dauer vor und nach einer Zeit SC vergrößert. Wie es in 8 gezeigt ist, werden, da die IGBT-Elemente, die zu den Modulen 10a, 10b gehören, gleichzeitig abgeschaltet werden, die beiden Kollektorströme I_C1, I_C2 gleichzeitig zu einer sich verringernden Richtung gewechselt. Daher ist die Last nicht in dem IGBT-Element von einem Modul konzentriert.
Es wird zurück auf 7 verwiesen. Wenn das IGBT-Element von einem Leiten zu einem Abschalten wechselt, kann eine übermäßige Spannung zwischen der Kollektorelektrode und Emitterelektrode (zu der Zeit, die durch OV bezeichnet ist) angelegt werden. Auf der Grundlage des Erfassungssignals S_OV, das von der Überspannungs-Erfassungsschaltung OV der Module 10a, 10b gesendet wird, erfassen die Diagnoseschaltungen PC ein Auftreten einer Überspannung. Wenn es eine Abweichung zwischen zwei Modulen 10a, 10b zu dem Augenblick des Erfassungssignals S_OV gibt, die eine bestimmte Referenzspannung überschreitet, senden die beiden Diagnoseschaltungen PC das Abschaltsignal S_SD synchron zu einer der Erfassungsschaltungen S_OV aus, die die Referenzspannung zu der frühesten Dauer überschreitet, so dass die IGBT-Elemente der Module 10a, 10b gleichzeitig abgeschaltet werden. Deshalb wird eine Konzentration einer Last in dem IGBT-Element vermieden, das zu einem Modul gehört.
Während eines normalen Betriebs erfasst die Diagnoseschaltung PC, wenn die Temperatur der Kupferbasisplatte zu einer anomalen Höhe ansteigt, auf der Grundlage des Temperaturerfassungssignals, das von der Temperaturerfassungsschaltung OT ausgesendet wird, ein Auftreten einer Anomalie (zu der Zeit, die durch OT bezeichnet ist). Wie es in 7 gezeigt ist, ändern sich unter der Annahme, dass die IGBT-Elemente der Module 10a, 10b gerade bevor dieser Zeit OT in einem eingeschalteten Zustand sind, diese IGBT-Elemente von einem eingeschalteten Zustand zu einem abgeschalteten Zustand durch die Funktion der Diagnoseschaltung PC und der Abschaltschaltung SD. Daher sind die IGBT-Elemente und andere vor anomalen Temperaturanstiegen geschützt.
Auch wenn es eine Abweichung zwischen den zwei Modulen 10a, 10b zu dem Zeitpunkt des Temperaturerfassungssignals S_OT gibt, das niedriger als eine bestimmte Referenzspannung wird, werden, da die beiden Diagnoseschaltungen PC das Abschaltsignal S_SD synchron zu einem der Erfassungssignale S_OV aussenden, das zu dem frühesten Zeitpunkt niedriger als die Referenzspannung wird, die IGBT-Elemente der Module 10a, 10b gleichzeitig abgeschaltet. Deshalb wird die Konzentration einer Last in dem IGBT-Element von einem Modul vermieden.
Wie es hierin beschrieben ist, wirken bei dem Verbundleistungsmodul 201 die IGBT-Elemente immer in Übereinstimmung mit einem Zeitpunkt, ob es sich in einem normalen Betrieb oder einem anomalen Betrieb befindet, zwischen den Halbleiterleistungsmodulen 10a, 10b, die parallel geschaltet sind. Es beseitigt daher das Problem einer Konzentration einer Last in dem IGBT-Element von irgendeinem Modul, wie es in der herkömmlichen Vorrichtung zu sehen ist.
Weiterhin ist in der Vorrichtung 201, da die Module 10a, 10b, die zueinander parallel geschaltet sind, einen identischen Aufbau aufweisen, lediglich ein Typ dieses Moduls genug. Daher werden in der Vorrichtung 201 die Herstellungskosten niedrig gehalten.
2. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 2
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel 1 bezieht sich auf ein Beispiel eines Verbundleistungsmoduls, das durch Verbinden von zwei Halbleiterleistungsmodulen aufgebaut ist, die parallel zueinander sind, und dieses Verbundleistungsmodul kann zu einem Verbundleistungsmodul erweitert werden, das parallele drei oder mehr Halbleiterleistungsmodule verbindet. Ein erweitertes Verbundleistungsmodul wird hierin beschrieben.
9 ist ein Blockschaltbild eines allgemeinen Aufbaus eines Verbundleistungsmoduls in diesem bevorzugten Ausführungsbeispiel. Dieses Verbundleistungsmodul 202 weist drei Halbleiterleistungsmodule 60a, 60b, 60c auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Diese Module 60a, 60b, 60c weisen zueinander den gleichen Aufbau auf. Als ein repräsentatives Beispiel ist der interne Aufbau des Moduls 60a in einem Blockschaltbild in 10 gezeigt.
In dem Modul 60a (60b, 60c) meldet seine Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O drei Eingangssignale, die von drei Anschlüssen 61, 62, 63 eingegeben werden, zu der Logikschaltung L weiter und werden zwei Anomalieerfassungssignale S_F02, S_F03 in die Diagnoseschaltung PC über zwei Anschlüsse 65, 66 eingegeben, was charakteristisch unterschiedlich zu dem Modul 10a (10b) zum Aufbauen der Vorrichtung 201 ist.
Der Ausgangssignaldraht der I/F 106a ist verzweigt und mit der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O der Module 60a, 60b, 60c über jeden Anschluss 61 verbunden. Das Eingangssignal, das die I/F 106a erreicht, wird in jeden Eingangs- und Ausgangsanschluss I/O über jeden Anschluss 61 der Module 60a, 60b, 60c eingegeben. Dieses Eingangssignal, das über die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O geht, wird zu der Logikschaltung L ausgesendet und wird gleichzeitig zu dem Anschluss 62 (oder 63) der anderen zwei Module über einen Anschluss 68 ausgesendet.
In die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O wird zusammen mit dem Eingangssignal, das über den Anschluss 61 eingegeben wird, das Ausgangssignal der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, die zu den anderen zwei Modulen gehört, die parallel geschaltet sind, über Anschlüsse 62 und 63 eingegeben. Diese drei Eingangssignale werden über die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O in die Logikschaltung L eingegeben.
Die Logikschaltung L wählt das letzte Signal aus den Ausgangssignalen von allen Eingabe- und Ausgabeschnittstellen I/O der Module 60a, 60b, 60c aus, die parallel geschaltet sind, und sendet es aus der Steuerschaltung DR aus. Demgemäss gibt es zwischen den drei Modulen 60a, 60b, 60c, die parallel geschaltet sind, keine Zeitabweichung bei Einschalt- und Ausschaltbetrieben (Ein/Aus-Betrieben) in einem normalen Zustand der IGBT-Elemente und werden normale Betriebe zueinander synchron durchgeführt.
Die Diagnoseschaltung PC sendet, wenn eine Anomalie auftritt, ein Unterrichtungssignal S_FOS zu einer Schnittstellenschaltung 106b über die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O und den Anschluss 64 aus und sendet ebenso ein Anomalieerfassungssignal S_F01 (zum Beispiel in dem Fall des Moduls 60a) zu der Diagnoseschaltung PC aus, die zu dem anderen Modul gehört, das über einen Anschluss 67 parallel geschaltet ist. Die Diagnoseschaltung PC empfängt zusammen mit verschiedenen Erfassungssignalen aus der Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV und anderen Anomalieerfassungssignale S_F02, S_F03, die von der Diagnoseschaltung PC ausgesendet werden, die zu den anderen beiden Modulen gehört, die über Anschlüsse 65, 66 parallel geschaltet sind (zum Beispiel 60b, 60c). Wenn irgendein Anomalieerfassungssignal S_F02 oder S_F03 empfangen wird, sendet die Diagnoseschaltung PC ein Abschaltsignal S_SD zu der Abschaltschaltung SD aus.
Auf diese Weise wird das Bewertungsergebnis von jeder der Diagnoseschaltungen PC der Module 60a, 60b, 60c, die parallel geschaltet sind, anderen Diagnoseschaltungen PC zugeführt und, wenn ein Auftreten einer Anomalie in einer Diagnoseschaltung PC auftritt, wird das Auftreten der An omalie ebenso in anderen Diagnoseschaltungen PC als Reaktion erfasst und senden deshalb die Diagnoseschaltungen PC gleichzeitig ein Abschaltsignal S_SD zu der Abschaltschaltung SD aus. Deshalb werden in dem Fall einer Anomalie die IGBT-Elemente gleichzeitig in allen Modulen 60a, 60b, 60c abgeschaltet. Das heißt, das Problem in der herkömmlichen Vorrichtung einer Konzentration einer Last in einem bestimmten IGBT-Element in dem Fall einer Anomalie wird beseitigt.
Die Signaldrähte zum Senden des Unterrichtungssignals S_FOS zu den Diagnoseschaltungen PC in den Modulen 60a, 60b, 60c sind zueinander gebündelt und mit einer einzigen I/F 106b verbunden und, wenn irgendeine der Diagnoseschaltungen PC ein Unterrichtungssignal S_FOS aussendet, wird ein gewandeltes Signal zu der externen Vorrichtung ausgesendet. Das heißt, die externe Vorrichtung kann erkennen, ob alle der mehreren Module 60a, 60b, 60c normal arbeiten oder ob irgendeines von ihnen eine Anomalie aufweist.
11 zeigt einen Stromlaufplan eines internen Aufbaus der Diagnoseschaltung PC. Die Diagnoseschaltung PC weist eine mehreingängige ODER-Schaltung 70 auf. Die Eingangsanschlüsse der ODER-Schaltung 70 sind mit Komparatoren 38, 39, 40, 41 und einem Inverter 42 und einem anderen Inverter 71 verbunden, welcher charakteristisch von der Diagnoseschaltung PC des Moduls 10a (10b) unterschiedlich ist.
Die zwei Inverter 42, 71 nehmen Anomalieerfassungssignale S_F02, S_F03 auf, die von den Diagnoseschaltungen PC von anderen Modulen (zum Beispiel 60b, 60c) ausgegeben werden. Deshalb gibt, wenn irgendeine der vier Arten von Erfassungssignalen ein Wert wird, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, oder die Diagnoseschaltung PC, die irgendeinem der anderen Module (zum Beispiel 60b, 60c) gehört, ein Anomalieerfassungssignal S_F02 oder S_F03 ausgibt, die ODER-Schaltung 70 ein Signal eines hohen Pegels aus. Dieses Ausgangssignal des hohen Pegels entspricht dem Bewertungsergebnis "Anomalie ist in der Vorrichtung 202 aufgetreten".
Das Ausgangssignal der ODER-Schaltung 70 wird zu der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O als ein Unterrichtungssignal S_FOS über den Si gnaldraht 21 genauso wie in die Diagnoseschaltung PC ausgesendet, die in 4 gezeigt ist und wird weiterhin zu der Diagnoseschaltung PC, die zu den anderen zwei Modulen gehört, als ein Anomalieerfassungssignal S_F01 über einen Transistor 43 ausgesendet und weiterhin als ein Abschaltsignal S_SD über den Transistor 44 zu der Abschaltschaltung SD ausgesendet.
Mit dem Eingangsanschluss des Inverters 71 ist genauso wie bei dem Eingangsanschluss des Inverters 42 ein Pullup-Widerstand 72 verbunden. Ebenso genauso wie die Diagnoseschaltung PC in 4 ist die Diagnoseschaltung PC mit einer Schaltung (nicht gezeigt) zum Erzeugen einer bestimmten Referenzspannung in jedem der Komparatoren 38 bis 41 versehen.
12 zeigt ein Blockschaltbild eines internen Aufbaus der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O. Die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O ist darin charakteristisch zu der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, die in 5 gezeigt ist, unterschiedlich, dass sie eine andere Relaisschaltung 74 zum Weitermelden des Eingangssignals von einem Anschluss 63 zu der Logikschaltung L neben den Relaisschaltungen 46, 51 zum Weitermelden der Eingangssignale von den Anschlüssen 61, 62 zu der Logikschaltung L aufweist. Der Aufbau der Relaisschaltung 74 ist der gleiche wie die der anderen Relaisschaltungen 46, 51.
13 ist ein Stromlaufplan eines internen Aufbaus der Logikschaltung L, die zu dem Modul 60a (60b, 60c) gehört. Die Logikschaltung L weist eine SR-Verriegelungsschaltung 75, eine dreieingängige UND-Schaltung 76 und eine dreieingängige negierte ODER-Schaltung 77 auf. An einem S-Anschluss (Setzanschluss) dieser SR-Verriegelungsschaltung 75 ist der Ausgang der UND-Schaltung 76 angeschlossen und an einen R-Anschluss (Rücksetzanschluss) ist der Ausgang der negierten ODER-Schaltung 77 angeschlossen.
In einen von drei Eingängen von jeder der UND-Schaltung 76 und negierten ODER-Schaltung 77 wird ein Eingangssignal von der I/F 106a über den Anschluss 61 und die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O zugeführt und in die anderen zwei der drei Eingänge werden die Ausgangssignale der Eingabe- und Ausgabeschnittstellen I/O, die zu den anderen zwei Modulen gehören, über Anschlüsse 62, 63 und die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O eingegeben.
Deshalb steigt das Ausgangssignal des Q-Anschlusses des SR-Signalspeichers 75 synchron zu dem Signal, das am spätesten zu dem höchsten Pegel ansteigt, aus dem Eingangssignal über den Anschluss 61 und die Eingangssignale über die Anschlüsse 62, 63 an und fällt synchron zu dem Signal ab, das am spätesten auf den niedrigen Pegel fällt. Dieses Ausgangssignal des Q-Anschlusses wird zu der Steuerschaltung Dr als das Steuersignal S_Dr ausgesendet. Das heißt, die Logikschaltung L wählt das letzte Eingangssignal aus drei Eingangssignalen aus und gibt es als Steuersignal S_Dr aus.
Die Beschreibung hierin betrifft ein Beispiel eines Verbundleistungsmoduls, das aus einer Parallelschaltung von drei Halbleiterleistungsmodulen aufgebaut ist, und auf eine ähnliche Weise kann ein Verbundleistungsmodul durch eine Parallelschaltung von vier oder mehr Modulen aufgebaut sein und können die Probleme in der herkömmlichen Vorrichtung auf eine ähnliche Weise gelöst werden, wie es klar aus der bisher gegebenen Beschreibung ist. Anders ausgedrückt kann durch einfaches Erweitern der Erweiterung von der Vorrichtung 201 zu der Vorrichtung 202 ein Verbundleistungsmodul durch paralleles Schalten von vier oder mehr Modulen aufgebaut sein.
3. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 3
Wie es aus den Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele 1 und 2 ersichtlich ist, werden in den Halbleiterleistungsmodulen zum Aufbauen eines Verbundleistungsmoduls Anwendungen, wie zum Beispiel für eine zweiteilige Parallelschaltung, eine dreiteilige Parallelschaltung usw. im Voraus bestimmt. Im Allgemeinen können jedoch Halbleiterleistungsmodule für eine n-teilige Parallelschaltung durch eine Parallelschaltung von n – 1 Teilen oder weniger, die ein einziges beinhalten, verwendet werden. Hierin ist dieser Punkt durch Bezugnahme auf das Beispiel des Halbleiterleistungsmoduls für eine dreiteilige Parallelschaltung beschrieben, die in 10 gezeigt ist.
14 zeigt ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Verbundleistungsmoduls, das durch eine Parallelschaltung von zwei Modulen 60a, 60b (10) aufgebaut ist. In diesem Verbundleistungsmodul 203 sind jedes der Module 60a, 60b, ein Anschluss 62 und ein Anschluss 63 mit einem Überbrückungsdraht J1 kurzgeschlossen und sind ein Anschluss 64 und ein Anschluss 65 mit einem anderen Überbrückungsdraht J2 kurzgeschlossen.
Wie es sich leicht aus den Stromlaufplänen in 12 und 13 versteht, sind, wenn der Anschluss 62 und der Anschluss 63 mit dem Überbrückungsdraht J1 kurzgeschlossen sind, die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O und die Logikschaltung L äquivalent zu der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O (5) und der Logikschaltung L (6) des Moduls 10a für eine zweiteilige Parallelschaltung. Wie es ebenso aus dem Stromlaufplan in 11 klar ist, ist, wenn der Anschluss 64 und der Anschluss 65 mit dem Überbrückungsdraht J2 kurzgeschlossen sind, die Diagnoseschaltung PC äquivalent zu der Diagnoseschaltung PC (4) des Moduls 10a für eine zweiteilige Parallelschaltung.
Das heißt, ohne irgendeine Änderung in den internen Schaltungen der Module 60a, 60b werden lediglich durch Verarbeitung der externen freiliegenden Anschlüsse mit Überbrückungsdrähten J1, J2 die Module 60a, 60b offensichtlich äquivalent zu den Modulen 10a, 10b, die in 1 gezeigt sind. Letztendlich sind die Anschlüsse 61, 62 (oder 63), 64 (oder 65), 66, 67, 68 der Module 60a, 60b, die in 14 gezeigt sind, äquivalent zu Anschlüssen 11, 12, 13, 14, 15 bzw. 16 der Module 10a, 10b, die in 1 gezeigt sind.
Durch Handhaben der Anschlüsse 61 bis 68 als jeweils gleich wie die entsprechenden Anschlüsse 11 bis 16 durch Verdrahten der Anschlüsse 61 bis 68 der Module 60a, 60b und der I/F 106a, 106b gleich wie in der Vorrichtung 201, die in 1 gezeigt ist, wird die Vorrichtung 203 erzielt, die in 14 gezeigt ist. Es ist ersichtlich, dass die Funktionen und Charakteristiken von einer derart aufgebauten Vorrichtung 203 äquivalent zu denjenigen der Vorrichtung 201 sind.
Im Übrigen kann in der Diagnoseschaltung PC in 11, da Pullup-Wi derstände 45, 72 mit den Eingangsanschlüssen der Inverter 42, 71 verbunden sind, die mit den Anschlüssen 64, 65 verbunden sind, der Überbrückungsdraht J2 nicht für die Anschlüsse 64, 65 verwendet werden und der nicht verwendete der zwei kann offen bleiben.
Als nächstes wird eine Weise einer einzelnen Verwendung des Moduls 60a für eine dreiteilige Parallelschaltung erklärt. 15 zeigt einen Stromlaufplan der Weise dieser Verwendung. Wie es in 15 gezeigt ist, sind die Anschlüsse 61, 62, 73 mit Überbrückungsdrähten J1, J3 kurzgeschlossen. Einer der kurgeschlossenen Anschlüsse ist mit einer I/F 106a verbunden und ein Anschluss 64 ist mit einer I/F 106b verbunden. Die verbleibenden Anschlüsse 65, 66, 67, 68 werden nicht verwendet und bleiben offen. Mit Anschlüssen 65, 66, welche Eingangsanschlüsse sind, sind Pullup-Widerstände 45, 72 verbunden, wie sie zuvor erwähnt worden sind, und daher gibt es kein Problem, wenn diese Anschlüsse 65, 66 offen bleiben.
Das Modul 10a für eine zweiteilige Parallelschaltung, das in 1 gezeigt ist, kann ebenso unabhängig durch Verarbeiten der Anschlüsse auf eine ähnliche Weise verwendet werden. Das heißt, durch Kurzschließen der Anschlüsse 11, 12 mit einem Überbrückungsdraht kann das Modul 10a alleine verwendet werden.
Wie es aus der Beschreibung hierin deutlich ist, können im Allgemeinen die Halbleiterleistungsmodule für eine n-teilige Parallelschaltung in einer Parallelschaltung von n – 1 Teilen oder weniger, die eine einzelne Verwendung beinhalten, verwendet werden. Das heißt, durch ledigliches Vorbereiten von einem Typ von Halbleiterleistungsmodulen für eine mehrfache Parallelschaltung können mehrere Typen von Verbundleistungsmodulen aufgebaut werden, deren Anzahl von Teilen einer Parallelschaltung sich unterscheidet. Daher weisen die Halbleiterleistungsmodule für eine mehrfache Parallelschaltung eine hohe Zuverlässigkeit auf und deshalb können die Typen der Halbleiterleistungsmodule auf eines oder wenige für eine mehrfache Parallelschaltung eingeschränkt werden. Das heißt, die Herstellungskosten können durch eine Massenfertigung einer geringen Vielfalt verringert werden.
4. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 4
In den bisher beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die mehreren Halbleiterleistungsmodule zum Aufbauen eines Verbundleistungsmoduls im Aufbau identisch gewesen. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Verbundleistungsmodul durch Parallelschaltung von sich im Aufbau unterscheidenden Halbleiterleistungsmodulen.
4.1 Allgemeiner Aufbau der Vorrichtung
16 ist ein Blockschaltbild eines allgemeinen Aufbaus eines Verbundleistungsmoduls dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels. Dieses Verbundleistungsmodul 204 weist zwei Halbleiterleistungsmodule 80, 81 auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Diese Module 80, 81 weisen anders als die bevorzugten Ausführungsbeispiele 1 bis 3 einen zueinander unterschiedlichen Aufbau auf, deren Rollen nicht gleich sind. Das heißt, die zwei Module 80, 81 sind sozusagen in einer Master/Slave-Beziehung.
Ein Modul (Hauptmodul) 80 weist eine Hauptschnittstelle 84 und das andere Modul (Hilfsmodul) 82 weist eine Hilfsschnittstelle 86 auf. Das Eingangssignal, das von der I/O 106a ausgesendet wird, wird über einen Anschluss 91 des Moduls 80 der Hauptschnittstelle 84 zugeführt. Die Hauptschnittstelle 84 meldet dieses Eingangssignal weiter und sendet es als ein Steuersignal S_Dr aus zu der Steuerschaltung Dr aus und sendet es gleichzeitig über einen Anschluss 92 zu dem Modul 81 aus. In dem Modul 81 wird das Signal, da von der Hauptschnittstelle 84 ausgesendet wird, über einen Anschluss 96 in der Hilfsschnittstelle 86 empfangen. Die Hilfsschnittstelle 86 meldet das empfangene Signal weiter und sendet es als Steuersignal SDr zu der Steuerschaltung Dr aus.
Auf diese Weise wird das Signal, das von der I/F 106a ausgesendet wird, lediglich in dem Modul 80 empfangen und wird es über dieses Modul 80 sekundär dem anderen Modul 81 zugeführt. Demgemäss verringert dies das Problem einer Zeitabweichung des Eingangssignals auf Grund einer ungleichmäßigen Länge einer Verdrahtung von der I/F 106a zu jedem Modul usw., wie es in der herkömmlichen Vorrichtung wahrgenommen wird, und löst daher das Problem einer Abweichung eines Betriebs eines IGBT-Ele ments in einem normalen Zustand.
Weiterhin weist ein Modul 80 eine Hauptdiagnoseschaltung 85 auf und weist das andere Modul 81 eine Hilfsdiagnoseschaltung 87 auf. Die Hauptdiagnoseschaltung 85 erfasst ein Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage von verschiedenen Erfassungssignalen S_UV, S_OV, S_SE, S_OT, die aus verschiedenen Erfassungsschaltungen in dem Modul 80 ausgesendet werden. Wenn ein Auftreten einer Anomlaie erfasst wird, sendet die Hauptdiagnoseschaltung 85 ein Abschaltsignal SD zu der Abschaltschaltung SD aus und sendet ein Anomalieerfassungssignal S_F01 über einen Anschluss 93 zu der I/F 106b und dem Modul 81 aus.
In dem Modul 81 wird das Anomalieerfassungssignal S_F01, das aus dem Modul 80 ausgesendet wird, an einem Anschluss 97 empfangen, und wird direkt in die Abschaltschaltung SD zugeführt. Das heißt, das Anomalieerfassungssignal S_F01 wird als ein Abschaltsignal S_SD des Moduls 81 verwendet.
Die Hilfsdiagnoseschaltung 87 des Moduls 81 erfasst ein Auftreten eines Anomalie auf der Grundlage von verschiedenen Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT, die aus verschiedenen Erfassungsschaltungen in dem Modul 81 ausgesendet werden. Wenn ein Auftreten einer Anomalie erfasst wird, sendet die Hilfsdiagnoseschaltung 87 ein Anomalieerfassungssignal S_F02, über einen Anschluss 98 zu dem Modul 80 ohne ein Senden eines Abschaltsignals S_SD zu der Abschaltschaltung SD des Modul 81 aus. In dem Modul 80 wird dieses Anomalieerfassungssignal S_F02 über einen Anschluß 94 in die Hauptdiagnoseschaltung 85 zugeführt.
Die Hauptdiagnoseschaltung 85 erfasst ein Auftreten einer Anomalie auf der Grundlage von nicht lediglich den verschiedenen Erfassungssignalen S_UV, S_OV, S_SE, S_OT, sondern ebenso des Anomalieerfassungssignals S_F02, das aus der Hilfsdiagnoseschaltung 87 ausgesendet wird. Das heißt, wenn das Anomalieerfassungssignal S_F02 empfangen wird, gibt die Hauptdiagnoseschaltung 85 ein Abschaltsignal S_SD und ein Anomalieerfassungssignal S_F01 unberücksichtigt der Werte der verschiedenen Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT aus.
Auf diese Weise wird in jedem Modul 80 oder 81, wenn ein Wert erreicht wird, der einem Auftreten einer Anomalie in irgendeinem von Erfassungssignalen S_UV, S_OV, S_SE, S_OT entspricht, das Abschaltsignal S_SD in beiden Modulen 80, 81 ausgesendet und werden die einzelnen IGBT-Elemente abgeschaltet. Weiterhin tritt, da das Abschaltsignal SSD durch die einzelne Hauptdiagnoseschaltung 85 in beide Modulen 80, 81 ausgesendet wird, keine Abweichung des Sendezeitpunkts der Abschaltsignals S_SD zwischen den Modulen 80 und 81 auf. Deshalb werden in dem Fall einer Anomalie die IGBT-Elemente gleichzeitig in den Modulen 80, 81 abgeschaltet. Das heißt, das Problem in der herkömmlichen Vorrichtung eines Konzentration einer Last in einem bestimmten IGBT-Element in dem Fall einer Anomalie kann gelöst werden.
Wie es zuvor erwähnt worden ist, sendet in jedem Modul 80 oder 81, wenn irgendeines der Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT einen Wert erreicht, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, die Hauptdiagnoseschaltung 85 das Anomalieerfassungssignal S_F01 zu der I/F 106b aus. Demgemäss kann die externe Vorrichtung, die mit dieser I/F 106b verbunden ist, erkennen, ob beide Module 80, 81 normal arbeiten oder eines anomal ist.
Die Vorrichtung 204 arbeitet auf diese Weise und ihr Betrieb kann in dem Zeitablaufdiagramm in 7 und 8 gezeigt werden.
4.2 Interner Aufbau von Teilen der Vorrichtung
17 zeigt einen Stromlaufplan eines Beispiels eines internen Aufbaus der Hauptdiagnoseschaltung 85. Wie es aus einem Vergleich zwischen 17 und 4 klar ist, ist die Hauptdiagnoseschaltung 85 mit der Diagnoseschaltung PC, die in 4 gezeigt ist, ausgenommen dessen identisch, das der Signaldraht 21 entfernt ist.
18 ist ein Stromlaufplan eines Beispiels eines internen Aufbaus der Hilfsdiagnoseschaltung 87. Die Hilfsdiagnoseschaltung 87 besitzt eine mehreingängige ODER-Schaltung 22. Wie es aus einem Vergleich zwischen 18 und 17 klar ist, ist die Hilfsdiagnoseschaltung 87 im Aufbau ausge nommen dessen identisch zu der Hauptdiagnoseschaltung 85 identisch, dass die ODER-Schaltung 37 durch eine ODER-Schaltung 22 ersetzt ist, und dass der Inverter 42, der Pullup-Widerstand 45 und der Transistor 44 entfernt sind.
Die ODER-Schaltung 22 in der Hilfsdiagnoseschaltung 87 gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn irgendeines der vier Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT einen Wert erreicht, der einem Auftreten eines Anomalie entspricht. Deshalb entspricht das Ausgangssignal des hohen Pegels der ODER-Schaltung dem Ergebnis "Anomalie ist in dem Modul 81 aufgetreten".
Die ODER-Schaltung 37 in der Hauptdiagnoseschaltung 85 gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn irgendeines der vier Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT einen Wert erreicht, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, oder, wenn die Hilfsdiagnoseschaltung 87, die zu dem anderen Modul 81 gehört, ein Anomalieerfassungssignal S_F02 ausgibt. Deshalb entspricht das Ausgangssignal des hohen Pegels der ODER-Schaltung 37 dem Ergebnis "Anomalie ist in der Vorrichtung 204 aufgetreten".
In sowohl der Hauptdiagnoseschaltung 85 oder der Hilfsdiagnoseschaltung 87 gibt es gleich wie in der Diagnoseschaltung PC in 4 eine Schaltung (nicht gezeigt) zum Erzeugen einer bestimmten Referenzspannung für jeden der Komparatoren 38 bis 41.
19 zeigt einen Stromlaufplan eines internen Aufbaus der Hauptschnittstelle 84. Die Hauptschnittstelle 84 besitzt ähnlich der Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O, die in 5 gezeigt ist, eine Relaisschaltung 46 zum Weitermelden zwischen dem Anschluss 91, der mit der I/F 106a verbunden ist, und der Steuerschaltung Dr. Der Signaldraht ist von dem Verbindungspunkt eines invertierenden Verstärkers 47 und eines Inverters 48 zum Aufbauen der Relaisschaltung in 46 verzweigt und dieser Signaldraht ist über einen anderen Inverter 120 mit dem Anschluss 92 verbunden. Demgemäss wird das Signal, das über den Anschluss 91 eingegeben wird, in die Steuerschaltung Dr und den Anschluss 92 verteilt.
20 zeigt einen Stromlaufplan eines internen Aufbaus der Hilfsschnittstelle 86. Die Hilfsschnittstelle 86 besitzt ähnlich der Hauptschnittstelle 84 eine Relaisschaltung 46 zum Weitermelden zwischen einem Anschluss 96 zum Empfangen eines Signals von der Hauptschnittstelle 84 und der Steuerschaltung Dr. Das heißt, das Signal, das von dem Anschluss 91 eingegeben wird, geht über den invertierenden Verstärker 47 und den Inverter 120 der Hauptschnittstelle 84 und wird über die Hilfsschnittstelle 86 weitergemeldet und wird in die Steuerschaltung Dr des Moduls 81 gesendet.
Daher ist es ein Vorteil der Module 80, 81, dass der Aufbau verglichen mit dem Modul 10a (10b) einfach ist. Insbesondere weist das Modul 81 einen einfacheren Aufbau als das Modul 80 auf. Daher können diese Module 80, 81 mit verhältnismäßig niedrigen Kosten hergestellt werden.
5. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 5
Das Verbundleistungsmodul in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 4 kann zu einem Verbundleistungsmodul erweitert werden, das durch eine Parallelschaltung von drei oder mehr Halbleiterleistungsmodulen aufgebaut ist. Hierin wird ein erweitertes Verbundleistungsmodul beschrieben.
21 zeigt ein Blockschaltbild eines allgemeinen Aufbaus eines Verbundleistungsmoduls dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels. Das Verbundleistungsmodul 205 weist drei Halbleiterleistungsmodule 90, 81a, 81b auf, die zueinander parallel geschaltet sind. Die Module (Hilfsmodule) 81a, 81b sind im Aufbau identisch und ebenso im Aufbau gleich zu dem Modul 81, das in 16 gezeigt ist. Ein interner Aufbau des Moduls (Hauptmoduls) 90 ist in einem Blockschaltbild in 22 gezeigt.
Im Unterschied zu dem Modul 80 in 19 ist das Modul 90 dadurch gekennzeichnet, dass eine Hauptdiagnoseschaltung 99 an Stelle der Hauptdiagnoseschaltung 85 vorgesehen ist. Das Anomalieerfassungssignal S_F01 das von der Hauptdiagnoseschaltung 99 in dem Fall einer Anomalie ausgesendet wird, wird über einen Anschluss 93 in die I/F 106b und die Anschlüsse 97 der anderen zwei Module 81a, 81b weitergesendet. In die Hauptdiagnoseschaltung 99 werden Anomalieerfassungssignale S_F02, S_F03, die aus den Hilfsdiagnoseschaltungen 87 der Module 81a, 81b ausgesendet werden, über Anschlüsse 94 bzw. 95 eingegeben. Die Hauptdiagnoseschaltung 99 gibt, wenn sie irgendein Anomalieerfassungssignal S_F02 oder S_F03 empfängt, ein Abschaltsignal SD und ein Anomalieerfassungssignal S_F01 aus.
Deshalb wird in jedem der Module 80, 81a, 81b, wenn irgendeines der Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT einen Wert erreicht, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, ein Abschaltsignal S_SD, zu der Steuerschaltung Dr von allen der Module 90, 81a, 81b ausgesendet und werden die jeweiligen IGBT-Elemente abgeschaltet. Weiterhin gibt es, da ein Senden eines Abschaltsignals S_SD in den Modulen 90, 81a, 81b durch die Hauptdiagnoseschaltung 99 ausgeführt wird, keine Abweichung eines Sendezeitpunkts des Abschaltsignals S_SD zwischen den Modulen 90, 81a, 81b. Deshalb werden in dem Fall einer Anomalie die IGBT-Elemente gleichzeitig in allen Module 90, 81a, 81b abgeschaltet. Das heißt, das Problem in der herkömmlichen Vorrichtung einer Konzentration einer Last in einem bestimmten IGBT-Element in dem Fall einer Anomalie wird ebenso in dieser Vorrichtung 305 genauso wie in der Vorrichtung 304 gelöst.
In jedem der Module 90, 81a, 81b sendet, wenn irgendeines der Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT einen Wert erreicht, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, die Hauptdiagnoseschaltung 99 ein Anomalieerfassungssignal S_F01 zu der I/F 106b aus. Demgemäss kann die externe Vorrichtung, die mit der I/F 106b verbunden ist, erkennen, ob alle der mehreren Module 90, 81a, 81b normal arbeiten oder ob irgendeines von ihnen anomal ist.
Weiterhin ist der Anschluss 91 des Moduls 90 mit beiden Anschlüssen 96 der Module 81a, 81b verbunden. Deshalb wird das Signal, das von der I/F 106a ausgesendet wird, einmal in dem Modul 90 empfangen und sekundär den anderen Modulen 81a, 81b zugeführt. Demgemäss kann das Problem einer Abweichung eines Betriebs der IGBT-Elemente in einem normalen Zustand ebenso in dieser Vorrichtung 205 genauso wie in der Vorrichtung 204 verringert werden.
23 zeigt einen Stromlaufplan eines Beispiels eines internen Aufbaus der Hauptdiagnoseschaltung 99. Die Hauptdiagnoseschaltung 99 ist mit einer mehreingängigen ODER-Schaltung 122 versehen und der Eingangsanschluss dieser ODER-Schaltung 122 ist zusätzlich zu dem Inverter 42 und den Komparatoren 38, 39, 40, 41 mit einem anderen Inverter 123 verbunden, was charakteristisch unterschiedlich zu der Hauptdiagnoseschaltung 85 in 17 ist. Mit dem Eingangsanschluss des Inverters 123 ist auch ein Pullup-Widerstand 124 genauso wie bei dem Eingangsanschluss des Inverters 42 verbunden.
Die ODER-Schaltung 122 gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn eines der vier Erfassungssignale S_UV, S_OV, S_SE, S_OT, einen Wert erreicht, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht oder die Hilfsdiagnoseschaltung 87, die zu irgendeinem der Module 81a, 81b gehört, ein Anomalieerfassungssignal S_F02 oder S_F03 ausgibt. Deshalb entspricht das Ausgangssignal des hohen Pegels der ODER-Schaltung 122 dem Bewertungsergebnis "Anomalie ist in der Vorrichtung 205 aufgetreten". Ebenso weist sie genauso wie die Hauptdiagnoseschaltung 85 in 17 eine Schaltung (nicht gezeigt) zum Erzeugen einer bestimmten Referenzspannung für jeden der Komparatoren 38 bis 41 auf.
Die Beschreibung hierin betrifft ein Beispiel eines Verbundleistungsmoduls, das durch eine Parallelschaltung von drei Halbleiterleistungsmodulen aufgebaut ist, und auf eine ähnliche Weise kann ein Verbundleistungsmodul durch eine Parallelschaltung von vier oder mehr Modulen aufgebaut sein und können die Probleme in der herkömmlichen Vorrichtung genauso, wie es aus der bisher gegebenen Beschreibung klar ist, gelöst werden. Anders ausgedrückt kann durch einfaches Erweitern der Erweiterung von der Vorrichtung 204 zu der Vorrichtung 205 ein Verbundleistungsmodul durch parallel Schalten von vier oder mehr Modulen ausgebildet werden.
Das zu ändernde Modul, wenn die Anzahl von Modulen, die parallel zu schalten sind, erhöht wird, ist lediglich ein Hauptmodul, das die Hauptschnittstelle 84 aufweist, und die anderen Module, die Hilfsschnittstellen 86 aufweisen, das heißt das Hilfsmodul, bleibt im Aufbau das gleiche wie das Modul 81. Das heißt, das Modul 81 kann gemeinsam in mehreren Typen von Verbundleistungsmodulen verwendet werden. Daher führt dies zu einer Verringerung von Herstellungskosten.
Weiterhin können, wie es aus der Beschreibung hierin klar ist, im Allgemeinen Halbleiterleistungsmodule für ein n-teilige Parallelschaltung in einer Parallelschaltung von n – 1 Teilen oder weniger, die eine einzelne Verwendung beinhalten, verwendet werden. Zum Beispiel kann das Modul 90, das in 22 gezeigt wird, in einer zweiteiligen Parallelschaltung durch ledigliches Belassen des Anschlusses 95 offen verwendet werden oder kann durch ledigliches Belassen von beiden Anschlüssen 94 und 95 offen alleine verwendet werden. Es ist deshalb möglich, die Typen der Hauptmodule für eine mehrfache Parallelschaltung zu begrenzen. Daher können die Herstellungskosten durch eine Massenfertigung von einer geringen Vielfalt weiter verringert werden.
6. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 6
Wie es in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel 1 beschrieben ist, ist es erwünscht, dass der Schaltungsblock 4 zum Aufbauen des Moduls 10a (10b) in einem (einzigen) Halbleiterchip (Einchipaufbau) integriert ist. Dies gilt ebenso in dem Modul 60a (60b, 60c), das in 10 gezeigt ist. Auf eine ähnliche Weise ist es erwünscht, dass die Hauptschnittstelle 84 und die Hauptdiagnoseschaltung 85 zum Aufbauen des Moduls 80, das in 16 gezeigt ist, oder die Hilfsschnittstelle 86 und die Hilfsdiagnoseschaltung 87 zum Aufbauen des Moduls 81 ebenso in einem Einchipaufbau aufgebaut sind. Das gleiche wird ebenso an dem Modul 90 angewendet, das in 22 gezeigt ist.
In jedem der vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispiele 1 bis 5 können verschiedene Formen eines Einchipaufbaus realisiert werden, wie es in den 24 bis 27 gezeigt ist. 24 ist ein Beispiel einer Einchipintegration von verschiedenen Schaltungen, die mit dem Hauptschaltungselement 1 gekoppelt sind, das heißt einer Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, einer Überspannungs-Erfassungsschaltung OV, einer Steuerschaltung Dr, einer Abschaltschaltung SD und einer Abfrageschaltung Se. Obgleich es nicht gezeigt ist, sind in diesem Beispiel die Steuerschaltung Dr und die Abschaltschaltung SD, die mit dem Hauptschaltungselement 2 gekoppelt sind, ebenso in einem Chip integriert.
25 zeigt ein Beispiel eines Einchipaufbaus der verschiedenen Schaltungen, die in 24 gezeigt sind, und des IGBT-Elements des Hauptschaltungselements. Obgleich es nicht gezeigt ist, sind ebenso das IGBT-Element des Hauptschaltungselements 2 und die Steuerschaltung Dr und die Abschaltschaltung SD, die damit gekoppelt ist, in einem Chip integriert.
26 zeigt eine Einchipintegration, die alle Schaltungen, die auf der Steuerschaltungsplatine 3 verbreitet sind, zusätzlich zu dem IGBT-Element beinhaltet. In 27 ist ein weiteres FWD-Element zu dem Beispiel in 25 hinzugefügt, um es in einem Chip zu integrieren.
Durch eine solche Einchipintegration können nicht nur das Miniaturisieren und die Kostenverringerung der Vorrichtung gefördert werden, sondern kann ebenso die Zuverlässigkeit der Vorrichtung erhöht werden.
7. Geändertes Beispiel
In den vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispielen werden die IGBT-Elemente als die Halbleiterleistungselemente der Halbleiterleistungsmodule verwendet. Jedoch können nicht beschränkt auf die IGBT-Elemente andere Elemente, zum Beispiel ein MOSFET, MCT (MOS-gesteuerter Thyristor), ein stromgesteuerter Bipolartransistor und andere, verwendet werden. Jedoch ist es von einem Gesichtspunkt einer Einfachheit eines Aufbaus einer Steuerschaltung bevorzugt, Halbleiterleistungsschaltelemente eines spannungsgesteuerten Typs zu verwenden.
Während die Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben worden ist, ist die vorhergehende Beschreibung in allen Aspekten beispielhaft und nicht beschränkend. Es versteht sich daher, dass verschiedene Ausgestaltungen und Änderungen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen.

Claims

Ein System (201) bestehend aus einer Mehrzahl parallel geschalteter Leistungshalbleitermodule (10a, 10b) mit einem Halbleiterleistungsschaltelement (1, 2) zum Schalten eines Hauptstroms; einer Steuerschaltung (Dr) zum Steuern des Elements (1, 2) und einer Schutzschaltung (PC) zum Schützen des Elements (1, 2) vor Schaden im Fall eines fehlerhaften Zustands, ferner mit: mindestens einem Eingangsanschluss (11, 12); mindestens einem Ausgangsanschluss; einer Auswahlschaltung (L) zum Auswählen eines am stärksten verzögerten Steuersignals der Mehrzahl von Steuersignalen, die von außerhalb in den mindestens einen Eingangsanschluss (11, 12) eingegeben werden, und zum Übertragen des ausgewählten Steuersignals an die Steuerschaltung (Dr); und einem Übertragungsweg zum Übertragen eines der mehreren Steuersignale, die in die Auswahlschaltung (L) eingegeben werden, in einen der Ausgangsanschlüsse (16).
Das System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Eingangsanschluss (14) an die Schutzschaltung (PC) gekoppelt ist; und der mindestens eine Ausgangsanschluss (15) an die Schutzschaltung (PC) gekoppelt ist.
Das System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (PC) eine Abschaltschaltung (SD) zum Abschalten des Elements (1, 2) vor Betrieb der Steuerschaltung (Dr), wenn ein Abschaltsignal (SSD) eingegeben wird, umfasst.
Das System nach einem der Ansprüche 2, 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (PC) mindestens eine Erfassungsschaltung (UV, OT, Se, OV) zum Erfassen der Quantität mindestens einen Typs von fehlerhaftem Zustand in Bezug auf den Betrieb des Elements umfasst.
Das System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschaltung (PC) eine Diagnoseschaltung (4) umfasst.
Das System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseschaltung mindestens einen Komparator (38, 39, 40, 41) zum Vergleichen der Quantität des mindestens einen Typs von fehlerhaftem Zustand, der von der mindestens einen Erfassungsschaltung (UV, OT, Se, OV) erfasst wird, mit jedem Referenzwert, und zum Ausgeben eines Signals entsprechend dem, ob ein fehlerhafter Zustand aufgetreten ist oder nicht.
Das System nach einem der Ansprüche 5, 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseschaltung eine Beurteilungsschaltung zum Aussenden eines Erfassungssignals für einen fehlerhaften Zustand (SF01) an den Ausgangsanschluss (15) umfasst, wenn der Komparator ein Signal ausgibt, das dem Auftreten eines fehlerhaften Zustandes entspricht.
Das System nach einem der Ansprüche 5, 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseschaltung eine Beurteilungsschaltung zum Aussenden des Abschaltsignals (SSD) an die Abschaltschaltung und eines Erfassungssignals für einen fehlerhaften Zustand (SF01) an den Ausgangsanschluss (15), entweder wenn einer der mindestens ein Komparator (38, 39, 40, 41) ein Signal ausgibt, das dem Auftreten eines fehlerhaften Zustands entspricht, oder wenn ein spezifisches Signal (SF02) in irgendeinen mindestens einen Eingangsanschluss (14) eingegeben wird, umfasst.
Das System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beurteilungsschaltung eine ODER-Schaltung (37) zum Berechnen und Ausgeben eines logischen ODER der Ausgabe des mindestens einen Komparators (38, 39, 40, 41) und eines Eingangssignals (SF02) an den mindestens einen Eingangsanschluss (14) umfasst.
Das System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseschaltung ferner mindestens ein Widerstandselement (45) enthält, in der gleichen Anzahl wie der mindestens eine Eingangsanschluss (14), ein Ende des mindestens einen Widerstandselements jeweils an dem mindestens einen Eingangsanschluss (14) angeschlossen ist, und das andere Ende des mindestens einen Widerstandselements jeweils an einen Potentialdraht angeschlossen ist, der ein elektrisches Potential entsprechend einem Normalpegel eines Signals hält, das in den mindestens einen Eingangsanschluss (14) eingegeben wird.
Das System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbleiterleistungsschaltelement (1, 2) ein Transistorelement (IGBT) umfasst, das eine Messelektrode (S) zum Ausgeben eines Messstroms proportional zu dem Hauptstrom aufweist, die mindestens eine Erfassungsschaltung (UV, OT, Se, OV) eine Hauptstromerfassungsschaltung enthält, und die Hauptstromerfassungsschaltung, die mindestens ein erstes Widerstandselement durch das mindestens eine Wider standselement definiert, ein zweites Widerstandselement aufweist, das an die Messelektrode (S) angeschlossen ist, und eine Spannung (SSE) ausgibt, die über das zweite Widerstandselement (RS) erzeugt wird.
Das System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Erfassungsschaltung (OV, OT, Se, OV) mehrfach vorliegt, und ferner eine Überspannungserfassungsschaltung (OV) enthält, und die Überspannungserfassungsschaltung (OV) eine Zener-Diode (SA) besitzt, die eine Kathodenelektrode aufweist, die an eine eines Paares von Hauptelektroden (C) des Transistorelements (IGBT) angeschlossen ist, und eine Spannung über das Paar von Hauptelektroden ausgibt, die von einer Zener-Spannung der Zener-Diode (SA) geteilt ist.
Das System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (Dr) eine Verstärkungsschaltung (AMP) zum Ausgeben einer Steuerspannung an eine Steuerelektrode (G) des Transistorelements (IGBT) im Ansprechen auf ein Signal (SDr), das in die Steuerschaltung (Dr) eingegeben wird, umfasst.
Das System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (Dr) ferner einen Eingangswiderstand (RDr) enthält, um an den Eingang der Verstärkungsschaltung (AMP) angeschlossen zu werden, und die Abschaltschaltung (SD) einen Signalweg zum Übertragen des Signals (SSD), das in die Abschaltschaltung (SD) eingegeben wird, an den Eingang der Verstärkungsschaltung (AMP) besitzt und der Signalweg an eine Verbindung des Eingangswiderstands (RDr) und der Verstärkungsschaltung (AMP) angeschlossen ist.
Das System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Eingangsanschluss (14) als mindestens ein erster Eingangsanschluss verwendet wird, und der Ausgangsanschluss (15) als ein erster Ausgangsanschluss verwendet wird, ferner mit: einer Mehrzahl von zweiten Eingangsanschlüssen (11, 12), einem zweiten Ausgangsanschluss (16), einem Auswahlanschluss (L) zum Auswählen eines Steuersignals, das von der Mehrzahl von Steuersignalen am stärksten verzögert ist, die jeweils von außen in die Mehrzahl von zweiten Eingangsanschlüssen (11, 12) eingegeben werden, und zum Übertragen des ausgewählten Steuersignals (SDr) an die Steuerschaltung (Dr), und einem Übertragungsweg zum Übertragen eines der Mehrzahl der Steuersignale, die in die Auswahlschaltung (L) eingegeben werden, an den zweiten Ausgangsanschluss (16).
Das System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahlschaltung (L) umfasst: eine UND-Schaltung (56) zum Empfangen der Mehrzahl von Steuersignalen, eine NOR-Schaltung (57) zum Empfangen der Mehrzahl von Steuersignalen, und einen RS-Flipflop (55) zum Empfangen der Ausgaben der UND-Schaltung (56) und der NOR-Schaltung (57) jeweils an einer Eingangsklemme für den Setzimpuls (S) und einer Eingangsklemme für den Rücksetzimpuls (R), ihren Ausgang an die Steuerschaltung (Dr) leitend.
Das System nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltungsblock, die diesen einen oder mehrere Erfassungsschaltungen, die Steuerschaltung und die Abschalt schaltung (SD) umfasst, in einen Halbleiterchip integriert ist.
Das System nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Transistorelement (IGBT) ferner zusätzlich zu dem Schaltungsblock in einen Halbleiterchip integriert ist, der die mehreren Erfassungsschaltungen, die Steuerschaltung und die Abschaltschaltung (SD) umfasst.
Das System nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner mit: einer Interfaceschaltung (I/O) zum Verteilen und Übertragen des Steuersignals, das von Außen in den mindestens einen Eingangsanschluss (11, 12) eingegeben wird, in die Steuerschaltung (Dr) und den Ausgangsanschluss (16).
Ein zusammengesetztes Leistungsmodul (201), das eine Mehrzahl parallel geschalteter Leistungshalbleitermodule (10a, 10b), wie sie in Anspruch 1 beschrieben sind, verwendet, dadurch gekennzeichnet, dass einer der mehreren Eingangsanschlüsse (12, 94) jedes der mehreren Leistungshalbleitermodule der Mehrzahl von Leistungshalbleitermodulen untereinander verbunden ist; und der Ausgangsanschluss (16, 92) jedes der Leistungshalbleitermodule (10a, 10b) mit einem der mehreren Eingangsanschlüsse (12, 96) verbunden ist, mit Ausnahme des einen des selben, untereinander verbundenen jedes aller anderen Leistungshalbleitermodule, um sich nicht mit dem Ausgangsanschluss irgendeines anderen Leistungshalbleitermoduls zu überlappen.
Das Leistungshalbleitermodul (201) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Leistungshalbleitermodule (10a, 10b) nicht größer als die Anzahl der mehreren Eingangsanschlüsse (11, 12) ist, die jedes der mehreren Leistungshalbleitermodule (10a, 10b) besitzt.
Das zusammengesetzte Leistungsmodul (201) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der mehreren Leistungshalbleitermodule (10a, 10b) nicht mehr als die Anzahl des mindestens einen Eingangsanschlusses (11, 12) plus eins ist, die jedes der mehreren Leistungshalbleitermodule (10a, 10b) besitzt.