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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Halbleiter-Leistungsmodul gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, das geeignet in einer Parallelschaltung verwendet
wird, und ein Verbindungs-Leistungsmodul, das mehrere von derartigen
Halbleiter-Leistungsmodulen
aufweist, die zueinander parallel geschaltet sind, und betrifft
insbesondere eine Verbesserung zum Verhindern einer Konzentration
einer Last in bestimmten Halbleiter-Leistungsschaltelementen.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Ein
Halbleiter-Leistungsmodul ist eine Vorrichtung, die ein Halbleiter-Leistungsschaltelement 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 Verbindungs-Leistungsmodul durch zueinander
parallel Schalten von mehreren Halbleiter-Leistungsmodulen aufzubauen.
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28 zeigt
ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines herkömmlichen Verbindungs-Leistungsmoduls.
Dieses Verbindungs-Leistungsmodul 100 weist zwei Halbleiter-Leistungsmodule 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.
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Ein
Kollektoranschluss C des Moduls 107a ist mit Kollektorelektroden
von allen IGBT-Elementen in dem Modul 107a verbunden und
sein Emitteranschluss 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.
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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.
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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.
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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 Ver sorgungsspannung
der Steuerschaltung DR oder dergleichen niedriger als der zulässige Wert
ist.
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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 Kupferbasisplatte
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.
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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.
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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.
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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.
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Bei
dem herkömmlichen
Verbindungs-Leistungsmodul, 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.
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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.
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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 Erfassungssignals und sendet Benachrichtigungssignale
SF01, SF02 aus.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie
es hierin beschrieben ist, tritt bei dem herkömmlichen Verbindungs-Leistungsmodul
eine Zeitabweichung in dem Schutzbetrieb auf, wenn eine Anomalie
zwischen den Halbleiter-Leistungsmodulen auftritt, die parallel
geschaltet sind, und daher wird die Last auf dem Halbleiter-Leistungsschaltelement konzentriert,
das zu einem Modul gehört.
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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.
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Ein
Halbleiter-Leistungsmodul gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist aus der EP-A-0 561 386 bekannt.
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KURZFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Probleme
der herkömmlichen
Vorrichtung zu lösen
und ein Verbindungs-Leistungsmodul, das im Stande ist, eine Konzentration
einer Last in bestimmten Halbleiter-Leistungsschaltelementen durch Beseitigen
einer Zeitabweichung eines Betriebs der Halbleiter-Leistungsschaltelemente
in einem normalen Betrieb und beim Auftreten einer Anomalie zu beseitigen
und ein Halbleiter-Leistungsmodul zu schaffen, das für ein derartiges
Verbindungs-Leistungsmodul geeignet ist.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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In
dem Modul gemäß Anspruch
1 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 sein. 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.
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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, die das Modul beinhalten, das eine
Anomalie bewirkt, ausgesendet und werden die Halbleiter-Leistungsschaltelemente
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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
1 der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein Stromlaufplan der Verbindung der Vorrichtung in 1 und
einer Last;
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3 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus von Erfassungsschaltungen in der
Vorrichtung in 1;
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4 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Diagnoseschaltung in der Vorrichtung
in 1;
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5 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Eingabe- und Ausgabeschnittstelle
in der Vorrichtung in 1;
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6 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Logikschaltung in der Vorrichtung
in 1;
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7 ist
ein Zeitablaufsdiagramm eines Betriebsbeispiels der Vorrichtung
in 1;
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8 ist
ein Zeitablaufsdiagramm, das ein Teil von 7 vergrößert;
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9 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
2 der vorliegenden Erfindung;
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10 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Moduls einer Vorrichtung
in 9;
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11 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Diagnoseschaltung in der Vorrichtung
in 9;
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12 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Eingabe- und Ausga beschnittstelle
in der Vorrichtung in 9;
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13 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Logikschaltung in der Vorrichtung
in 9;
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14 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
3 der vorliegenden Erfindung;
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15 ist
ein Blockschaltbild einer Verwendungsweise eines Moduls in der Vorrichtung
in 14;
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16 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
4 der vorliegenden Erfindung;
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17 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hauptdiagnoseschaltung in
der Vorrichtung in 16;
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18 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hilfsdiagnoseschaltung in
der Vorrichtung in 16;
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19 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hauptschnittstelle in der
Vorrichtung in 16;
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20 ist
ein Stromlaufplan eines Aufbaus einer Hilfsschnittstelle in der
Vorrichtung in 16;
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21 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Vorrichtung in einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
5 der vorliegenden Erfindung;
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22 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Hauptmoduls in der Vorrichtung
in 21;
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23 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer Hauptdiagnoseschaltung in
der Vorrichtung in 21;
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24 ist
ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Einchipaufbaus in dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
5 der vorliegenden Erfindung;
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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;
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27 ist
ein Blockschaltbild eines Beispiels eines Einchipaufbaus in dem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
6 der vorliegenden Erfindung;
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28 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus einer herkömmlichen Vorrichtung;
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29 ist
ein Zeitablaufsdiagramm eines Betriebsbeispiels der Vorrichtung
in 28; und
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30 ist
ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Teil von 29 vergrößerst.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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<1. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 1>
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Ein
Verbindungs-Leistungsmodul in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
1 wird an erster Stelle beschrieben.
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<1.1 Allgemeiner Aufbau der Vorrichtung>
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1 ist
ein Blockschaltbild eines Aufbaus des Verbindungs-Leistungsmoduls
in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
1. Dieses Verbindungs-Leistungsmodul 201 weist zwei Halbleiter-Leistungsmodule 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Steuerschaltung Dr verstärkt
ein Signal von der Logikschaltung L und führt ein Steuersignal Drin 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
Diagnoseschaltung PC zugeführt
wird, abschaltet. Die Überspannungs-Erfassungsschaltung
OV erfasst die Höhe
der Kollektor/Emitterspannung des IGBT- Elements und sendet ein Erfassungssignal
SOV 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 SUV aus.
-
Die
Temperaturerfassungsschaltung OT erfasst die Temperatur der Kupferbasisplatte,
nicht gezeigt, die in jedem der Module 10a, 10b vorgesehen ist,
und sendet ein Temperaturerfassungssignal SOT 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 Ausgabeschnitstelle 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 SFOS zu der Schnittstellenschaltung 106b über die Eingabe- und Ausgabeschnittstelle
I/O und den Anschluss 13 aus und sendet weiterhin ein Anomalieerfassungssignal
SF01 (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 SF02, 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
SF02 in die Diagnoseschaltung PC eingegeben
wird, wird das Abschaltsignal SSD 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 SSD 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 SFOS 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
SFOS 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.
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<1.2 Aufbau von verschiedenen Erfassungsschaltungen>
-
3 zeigt
einen Stromlaufplan eines internen Aufbaus von verschiedenen Erfassungsschaltungen,
die die Unterspannungs-Erfassungsschaltung 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.
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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 RG 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 SDr 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.
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In
der Abschaltschaltung SD wird ein Abschaltsignal SSD dem
Verstärker 35 der
Steuerschaltung Dr über
einen Widerstand RSD 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
SDr 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 Energieversorgungsdrähten, 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 VD 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 SUV aus, wenn die Spannung
zwischen den Energieversorgungsdrähten 30, 31 kleiner
als der zulässige
Wert ist.
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Die
Abfrageschaltung Se weist einen Abfragewiderstand RS 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 RS. Demgemäss wird über dem Abfragewiderstand
RS 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
SSE aus.
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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 ROV verbunden. Das heißt, das
Potential dieses Verbindungspunkts wird als das Erfassungssignal
SOV 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 SOV 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 SOT 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 Widerstandswert 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.
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Der
Komparator 38 vergleicht das Erfassungssignal SUV 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 SUV niedriger als der
Referenzwert wird. Die Referenzspannung des Komparators 38 wird
derart eingestellt, dass das Erfassungssignal SUV niedriger
als der Referenzwert als Reaktion dessen sein kann, wenn die Versorgungsspannung
VD niedriger als der zulässige Wert wird.
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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 SOT niedriger
als der Referenzwert wird. Die Referenzspannung des Komparators 39 wird
derart festgelegt, dass das Temperaturerfassungssignal SOT die Referenzspannung als Reaktion dessen überschreiten kann,
wenn die Temperatur der Kupferbasisplatte den zulässigen Wert überschreitet.
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Der
Komparator 40 vergleicht das Erfassungssignal SSE aus der Abfrageschaltung SE mit einer
bestimmten Referenzspannung und gibt ein Signal eines hohen Pegels
aus, wenn das Abfragesignal SSE den Referenzwert überschreitet.
Die Referenzspannung des Komparators 40 wird derart festgelegt, dass
das Abfragesignal SSE die Referenzspannung als
Reaktion dessen überschreiten
kann, wenn der Kollektorstrom des IGBT-Elements den zulässigen Bereich überschreitet.
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Der
Komparator 41 vergleicht das Erfassungssignal SOV aus der Überspannungs-Erfassungsschaltung
OV mit einer bestimmten Referenzspannung und gibt ein Signal eines
hohen Pegels aus, wenn das Erfassungssignal SOV den
Referenzwert überschreitet.
Die Referenzspannung des Komparators 41 wird derart festgelegt,
dass das Erfassungssignal SOV die Referenzspannung
als Reaktion dessen überschreiten
kann, wenn die Kollektor/Emitterspannung des IGBT-Elements den zulässigen Bereich überschreitet.
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In
den Eingangsanschluss der ODER-Schaltung 37 wird zusätzlich zu
den Ausgangssignalen der Komparatoren 38 bis 41 ein
Anomalieerfassungssignal SF02 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 SF02 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 SFOS über
den Signaldraht 21 ausgesendet und wird aus der Diagnoseschaltung
PC, die zu dem anderen Modul gehört,
als Anomalieerfassungssignal SF01 über einen
Transistor 43 ausgesendet und wird weiterhin aus der Abschaltschaltung
SD als ein Abschaltsignal SSD 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.
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<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 SFOS auf,
das aus der Diagnoseschaltung PC in die I/F 106b ausgesendet
wird.
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<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
SDr ausgesendet. Das heißt, die Logikschaltung L gibt
das spätere
Eingangssignal der zwei Eingangssignale als Steuersignal SDr 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 VD1, VD2, Steuersignalen SDr1, SDr2 und Anomalieerfassungssignalen SF01, SF02 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
SDr1, SDr2 aufgetragen
und sind Stromwellenformen für
Anomalieerfassungssignale SF01, SF02 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
VD1, VD2 anzusteigen.
Wenn die Versorgungsspannungen VD1, VD2 einen bestimmten Pegel erreichen, ist
die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV bereit, zu arbeiten. Zu
dieser Zeit erfasst die Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV, dass
die Versorgungsspannungen VD1, VD2 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 SF01,
SF02 aus.
-
Wenn
die Versorgungsspannungen VD1, VD2 den normalen Wert erreichen, stoppt die
Unterspannungs-Erfassungsschaltung UV ein Senden des Erfassungssignals.
Als ein Ergebnis stoppt die Diagnoseschaltung PC ein Senden von
Anomalieerfassungssignalen SF01, SF02. 7 stellt
das Verfahren eines Ansteigens und eines Wiedergewinnens von Anomalieerfassungssignalen
SF01 SF02 in dem
Verlauf eines Anstiegs von Versorgungsspannungen VD1, VD2 dar. In dieser Vorrichtung 201 werden,
da die Anomalieerfassungssignale SF01, SF02, die von der Diagnoseschaltung PC ausgegeben
werden, in die andere Diagnoseschaltung PC eingegeben werden, die Anomalieerfassungssignale
SF01 SF02 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 SDr1, SDr2
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 SDr1,
SDr2 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 SDr1,
SDr2 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 VD1 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
VD2 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 SSD zu der Abschaltschaltung
SD aus. Gleichzeitig sendet die Diagnoseschaltung PC ein Anomalieerfassungssignal
SF02 zu der Diagnoseschaltung PC des Moduls 10a aus.
Folglich empfängt
die Diagnoseschaltung PC, die zu dem Modul 10a gehört, dieses
Anomalieerfassungssignal SF02 und sendet
ein Abschaltsignal SSD aus. Das heißt, das
Abschaltsignal SSD 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 SDr1,
SDr2 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 SSD,
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 SDr1, SDr2
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 SSE 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 SSE 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 SSE 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
VCE1, VCE2 und der
Kollektorströme
IC1, IC2 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 IC1,
IC2 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 SOV, 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 SOV gibt, die eine
bestimmte Referenzspannung überschreitet,
senden die beiden Diagnoseschaltungen PC das Abschaltsignal SSD synchron zu einer der Erfassungsschaltungen
SOV 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.
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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.
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Auch
wenn es eine Abweichung zwischen den zwei Modulen 10a, 10b zu
dem Zeitpunkt des Temperaturerfassungssignals SOT gibt,
das niedriger als eine bestimmte Referenzspannung wird, werden, da
die beiden Diagnoseschaltungen PC das Abschaltsignal SSD synchron
zu einem der Erfassungssignale SOV 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.
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Wie
es hierin beschrieben ist, wirken bei dem Verbindungs-Leistungsmodul 201 die
IGBT-Elemente immer in Übereinstimmung
mit einem Zeitpunkt, ob es sich in einem normalen Betrieb oder einem
anomalen Betrieb befindet, zwischen den Halbleiter-Leistungsmodulen 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.
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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.
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<2. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 2>
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Das
bevorzugte Ausführungsbeispiel
1 bezieht sich auf ein Beispiel eines Verbindungs-Leistungsmoduls,
das durch Verbinden von zwei Halbleiter-Leistungsmodulen aufgebaut
ist, die parallel zueinander sind, und dieses Verbindungs-Leistungsmodul
kann zu einem Verbindungs-Leistungsmodul erweitert werden, das parallele
drei oder mehr Halbleiter-Leistungsmodule verbindet. Ein erweitertes Verbindungs-Leistungsmodul
wird hierin beschrieben.
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9 ist
ein Blockschaltbild eines allgemeinen Aufbaus eines Verbindungs-Leistungsmoduls in diesem
bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Dieses Verbindungs-Leistungsmodul 202 weist drei Halbleiter-Leistungsmodule 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.
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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
SF02, SF03 in die
Diagnoseschaltung PC über
zwei Anschlüsse 65, 66 eingegeben,
was charakteristisch unterschiedlich zu dem Modul 10a (10b)
zum Aufbauen der Vorrichtung 201 ist.
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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.
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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.
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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.
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Die
Diagnoseschaltung PC sendet, wenn eine Anomalie auftritt, ein Unterrichtungssignal
SFOS zu einer Schnittstellenschaltung 106b über die
Eingabe- und Ausgabeschnittstelle I/O und den Anschluss 64 aus
und sendet ebenso ein Anomalieerfassungssignal SF01 (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 SF02,
SF03, 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 SF02 oder SF03 empfangen wird, sendet die Diagnoseschaltung PC
ein Abschaltsignal SSD 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 Anomalie ebenso in anderen Diagnoseschaltungen
PC als Reaktion erfasst und senden deshalb die Diagnoseschaltungen
PC gleichzeitig ein Abschaltsignal SSD 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.
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Die
Signaldrähte
zum Senden des Unterrichtungssignals SFOS 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 SFOS 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.
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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.
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Die
zwei Inverter 42, 71 nehmen Anomalieerfassungssignale
SF02, SF03 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 SF02 oder SF03 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".
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Das
Ausgangssignal der ODER-Schaltung 70 wird zu der Eingabe-
und Ausgabeschnittstelle I/O als ein Unterrichtungssignal SFOS über
den Signaldraht 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 SF01 über einen
Transistor 43 ausgesendet und weiterhin als ein Abschaltsignal
SSD über
den Transistor 44 zu der Abschaltschaltung SD ausgesendet.
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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.
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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.
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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.
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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 SDr ausgesendet.
Das heißt,
die Logikschaltung L wählt
das letzte Eingangssignal aus drei Eingangssignalen aus und gibt
es als Steuersignal SDr aus.
-
Die
Beschreibung hierin betrifft ein Beispiel eines Verbindungs-Leistungsmoduls,
das aus einer Parallelschaltung von drei Halbleiter-Leistungsmodulen
aufgebaut ist, und auf eine ähnliche
Weise kann ein Verbindungs-Leistungsmodul 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 Verbindungs-Leistungsmodul durch
paralleles Schalten von vier oder mehr Modulen aufgebaut sein.
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<3. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 3>
-
Wie
es aus den Beschreibungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele 1 und 2 ersichtlich
ist, werden in den Halbleiter-Leistungsmodulen zum Aufbauen eines
Verbindungs-Leistungsmoduls Anwendungen, wie zum Beispiel für eine zweiteilige
Parallelschaltung, eine dreiteilige Parallelschaltung usw. im Voraus
bestimmt. Im Allgemeinen können
jedoch Halbleiter-Leistungsmodule 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 Halbleiter-Leistungsmoduls für eine dreiteilige Parallelschaltung
beschrieben, die in 10 gezeigt ist.
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14 zeigt
ein Blockschaltbild eines Aufbaus eines Verbindungs-Leistungsmoduls,
das durch eine Parallelschaltung von zwei Modulen 60a, 60b (10)
aufgebaut ist. In diesem Verbindungs-Leistungsmodul 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.
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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.
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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.
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Im Übrigen kann
in der Diagnoseschaltung PC in 11, da
Pullup-Widerstände 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.
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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.
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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.
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Wie
es aus der Beschreibung hierin deutlich ist, können im Allgemeinen die Halbleiter-Leistungsmodule
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 Halbleiter-Leistungsmodulen
für eine mehrfache
Parallelschaltung können
mehrere Typen von Verbindungs-Leistungsmodulen aufgebaut werden,
deren Anzahl von Teilen einer Parallelschaltung sich unterscheidet.
Daher weisen die Halbleiter-Leistungsmodule für eine mehrfache Parallelschaltung eine
hohe Zuverlässigkeit
auf und deshalb können die
Typen der Halbleiter-Leistungsmodule auf eines oder wenige für eine mehrfache
Parallelschaltung eingeschränkt
werden. Das heißt,
die Herstellungskosten können
durch eine Massenfertigung einer geringen Vielfalt verringert werden.
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<4. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 4>
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In
den bisher beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen sind die mehreren
Halbleiter-Leistungsmodule zum Aufbauen eines Verbindungs-Leistungsmoduls
im Aufbau identisch gewesen. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich
auf ein Verbindungs-Leistungsmodul durch Parallelschaltung von sich
im Aufbau unterscheidenden Halbleiter-Leistungsmodulen.
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<4.1 Allgemeiner Aufbau der Vorrichtung>
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16 ist
ein Blockschaltbild eines allgemeinen Aufbaus eines Verbindungs-Leistungsmoduls dieses
bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Dieses Verbindungs-Leistungsmodul 204 weist
zwei Halbleiter-Leistungsmodule 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.
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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 SDr 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.
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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-Elements in einem normalen
Zustand.
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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
SUV, SOV, SSE, SOT, 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
SF01 über
einen Anschluss 93 zu der I/F 106b und dem Modul 81 aus.
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In
dem Modul 81 wird das Anomalieerfassungssignal SF01, das aus dem Modul 80 ausgesendet
wird, an einem Anschluss 97 empfangen, und wird direkt
in die Abschaltschaltung SD zugeführt. Das heißt, das
Anomalieerfassungssignal SF01 wird als ein
Abschaltsignal SSD des Moduls 81 verwendet.
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Die
Hilfsdiagnoseschaltung 87 des Moduls 81 erfasst
ein Auftreten eines Anomalie auf der Grundlage von verschiedenen
Erfassungssignale SUV, SOV,
SSE, SOT, die aus
verschiedenen Erfassungsschaltungen in dem Modul 81 ausgesendet werden.
Wenn ein Auftreten einer Anomalie erfasst wird, sendet die Hilfsdiagnoseschaltung 87 ein
Anomalieerfassungssignal SF02, über einen
Anschluss 98 zu dem Modul 80 ohne ein Senden eines
Abschaltsignals SSD zu der Abschaltschaltung
SD des Modul 81 aus. In dem Modul 80 wird dieses
Anomalieerfassungssignal SF02 über einen
Anschluß 94 in
die Hauptdiagnoseschaltung 85 zugeführt.
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Die
Hauptdiagnoseschaltung 85 erfasst ein Auftreten einer Anomalie
auf der Grundlage von nicht lediglich den verschiedenen Erfassungssignalen
SUV, SOV, SSE, SOT sondern ebenso
des Anomalieerfassungssignals SF02, das
aus der Hilfsdiagnoseschaltung 87 ausgesendet wird. Das
heißt,
wenn das Anomalieerfassungssignal SF02 empfangen
wird, gibt die Hauptdiagnoseschaltung 85 ein Abschaltsignal
SSD und ein Anomalieerfassungssignal SF01 unberücksichtigt
der Werte der verschiedenen Erfassungssignale SUV,
SOV, SSE, SOT 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 SUV, SOV,
SSE, SOT entspricht,
das Abschaltsignal SSD 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 SSD 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.
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Wie
es zuvor erwähnt
worden ist, sendet in jedem Modul 80 oder 81,
wenn irgendeines der Erfassungssignale SUV,
SOV, SSE, SOT einen Wert erreicht, der einem Auftreten
einer Anomalie entspricht, die Hauptdiagnoseschaltung 85 das
Anomalieerfassungssignal SF01 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.
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Die
Vorrichtung 204 arbeitet auf diese Weise und ihr Betrieb
kann in dem Zeitablaufdiagramm in 7 und 8 gezeigt
werden.
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<4.2 Interner Aufbau von Teilen der
Vorrichtung>
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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 ausgenommen 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.
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Die
ODER-Schaltung 22 in der Hilfsdiagnoseschaltung 87 gibt
ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn irgendeines der vier Erfassungssignale SUV, SOV, SSE, SOT 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".
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Die
ODER-Schaltung 37 in der Hauptdiagnoseschaltung 85 gibt
ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn irgendeines der vier Erfassungssignale SUV, SOV, SSE, SOT einen Wert
erreicht, der einem Auftreten einer Anomalie entspricht, oder, wenn
die Hilfsdiagnoseschaltung 87, die zu dem anderen Modul 81 gehört, ein
Anomalieerfassungssignal SF02 ausgibt. Deshalb
entspricht das Ausgangssignal des hohen Pegels der ODER-Schaltung 37 dem
Ergebnis "Anomalie
ist in der Vorrichtung 204 aufgetreten".
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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.
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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.
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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.
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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.
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<5. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 5>
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Das
Verbindungs-Leistungsmodul in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
4 kann zu einem Verbindungs-Leistungsmodul erweitert werden, das durch
eine Parallelschaltung von drei oder mehr Halbleiter-Leistungsmodulen
aufgebaut ist. Hierin wird ein erweitertes Verbindungs-Leistungsmodul
beschrieben.
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21 zeigt
ein Blockschaltbild eines allgemeinen Aufbaus eines Verbindungs-Leistungsmoduls
dieses bevorzugten Ausführungsbeispiels.
Das Verbindungs-Leistungsmodul 205 weist drei Halbleiter-Leistungsmodule 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.
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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 SF01, 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
SF02, SF03, 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 SF02 oder SF03 empfängt,
ein Abschaltsignal SD und ein Anomalieerfassungssignal SF01 aus.
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Deshalb
wird in jedem der Module 80, 81a, 81b,
wenn irgendeines der Erfassungssignale SUV, SOV, SSE, SOT einen Wert erreicht, der einem Auftreten einer
Anomalie entspricht, ein Abschaltsignal SSD,
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 SSD in den Modulen 90, 81a, 81b durch
die Hauptdiagnoseschaltung 99 ausgeführt wird, keine Abweichung
eines Sendezeitpunkts des Abschaltsignals SSD 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.
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In
jedem der Module 90, 81a, 81b sendet, wenn
irgendeines der Erfassungssignale SUV, SOV, SSE, SOT einen Wert erreicht, der einem Auftreten
einer Anomalie entspricht, die Hauptdiagnoseschaltung 99 ein
Anomalieerfassungssignal SF01 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.
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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.
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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.
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Die
ODER-Schaltung 122 gibt ein Signal eines hohen Pegels aus,
wenn eines der vier Erfassungssignale SUV,
SOV, SSE, SOT, einen Wert erreicht, der einem Auftreten
einer Anomalie entspricht oder die Hilfsdiagnoseschaltung 87,
die zu irgendeinem der Module 81a, 81b gehört, ein
Anomalieerfassungssignal SF02 oder SF03 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.
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Die
Beschreibung hierin betrifft ein Beispiel eines Verbindungs-Leistungsmoduls,
das durch eine Parallelschaltung von drei Halbleiter-Leistungsmodulen
aufgebaut ist, und auf eine ähnliche
Weise kann ein Verbindungs-Leistungsmodul 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 Verbindungs-Leistungsmodul durch
parallel Schalten von vier oder mehr Modulen ausgebildet werden.
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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 Verbindungs-Leistungsmodulen verwendet
werden. Daher führt
dies zu einer Verringerung von Herstellungskosten.
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Weiterhin
können,
wie es aus der Beschreibung hierin klar ist, im Allgemeinen Halbleiter-Leistungsmodule
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.
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<6. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel 6>
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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<7. Geändertes Beispiel>
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In
den vorhergehenden bevorzugten Ausführungsbeispielen werden die
IGBT-Elemente als die Halbleiter-Leistungselemente der Halbleiter-Leistungsmodule
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,
Halbleiter-Leistungsschaltelemente eines spannungsgesteuerten Typs zu
verwenden.
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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.