JP2000295851A - 電力用半導体モジュール - Google Patents
電力用半導体モジュールInfo
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- JP2000295851A JP2000295851A JP11102063A JP10206399A JP2000295851A JP 2000295851 A JP2000295851 A JP 2000295851A JP 11102063 A JP11102063 A JP 11102063A JP 10206399 A JP10206399 A JP 10206399A JP 2000295851 A JP2000295851 A JP 2000295851A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 外部配線を簡素化するとともに，外付け端子
を除いた電力用半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 交流電源を整流する整流回路を構成する
ダイオードチップ２６，２７と，整流回路の一方の出力
に設けられたサイリスタチップ３１と，サイリスタチッ
プ３１と並列に設けられた半導体抵抗チップ３２とを電
力用半導体モジュールに搭載した。
を除いた電力用半導体モジュールを提供する。 【解決手段】 交流電源を整流する整流回路を構成する
ダイオードチップ２６，２７と，整流回路の一方の出力
に設けられたサイリスタチップ３１と，サイリスタチッ
プ３１と並列に設けられた半導体抵抗チップ３２とを電
力用半導体モジュールに搭載した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，電力用半導体モジ
ュールに関するもので，特にコンデンサインプット型整
流回路を起動する際に，起動電流を抑制する電力用半導
体モジュールに関する。
ュールに関するもので，特にコンデンサインプット型整
流回路を起動する際に，起動電流を抑制する電力用半導
体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】コンデンサインプット型の整流回路に用
いられる電力用半導体モジュールには，図４に示すもの
がある。すなわち１は交流電源が入力する入力端子で，
２はダイオード２ａ〜２ｆにより構成される全波整流回
路である。３はサイリスタで，起動時にはゲート信号が
入力されずオフし，定常時にはゲート信号が入力してオ
ンしている。４ａ，４ｂは出力端子で直流が出力する。
５ａ，５ｂはサイリスタの両端を出力する補助端子であ
る。
いられる電力用半導体モジュールには，図４に示すもの
がある。すなわち１は交流電源が入力する入力端子で，
２はダイオード２ａ〜２ｆにより構成される全波整流回
路である。３はサイリスタで，起動時にはゲート信号が
入力されずオフし，定常時にはゲート信号が入力してオ
ンしている。４ａ，４ｂは出力端子で直流が出力する。
５ａ，５ｂはサイリスタの両端を出力する補助端子であ
る。
【０００３】なお，１１は電力用半導体モジュール１０
の外に設けられた平滑用コンデンサ，１２は負荷，１３
は外付けの限流抵抗である。電力用半導体モジュール１
０の起動時に，交流入力は全波整流回路２により整流さ
れる。ここで，サイリスタ３にゲート信号が入力される
と，コンデンサ１１に電流が流れる。この時，コンデン
サ１１は充電されていないため，大きな充電流が流れ
て，サイリスタ３を破損することがある。このため，起
動時，サイリスタ３にはゲート信号を入力せずに起動す
る。そして，電力用半導体モジュールの外付けに限流抵
抗１３を接続し，充電電流を抑制する。コンデンサ１１
の充電が完了すると，サイリスタ３にゲート信号が入力
し，オンする。
の外に設けられた平滑用コンデンサ，１２は負荷，１３
は外付けの限流抵抗である。電力用半導体モジュール１
０の起動時に，交流入力は全波整流回路２により整流さ
れる。ここで，サイリスタ３にゲート信号が入力される
と，コンデンサ１１に電流が流れる。この時，コンデン
サ１１は充電されていないため，大きな充電流が流れ
て，サイリスタ３を破損することがある。このため，起
動時，サイリスタ３にはゲート信号を入力せずに起動す
る。そして，電力用半導体モジュールの外付けに限流抵
抗１３を接続し，充電電流を抑制する。コンデンサ１１
の充電が完了すると，サイリスタ３にゲート信号が入力
し，オンする。
【０００４】外付けの限流抵抗１３は，ダイオード２ａ
〜２ｆ及びサイリスタ３の定格サージ耐量，交流電源の
容量，負荷１２が要求する時定数等によって決定され
る。通常３０Ｗ，１００〜５００Ωの巻線抵抗器が選ば
れる。一方，サイリスタ３のオンによりサイリスタ３の
オン電圧（約１．５Ｖ）が抵抗１３に印加し，定常時の
損失は１／２Ｗ以下となる。
〜２ｆ及びサイリスタ３の定格サージ耐量，交流電源の
容量，負荷１２が要求する時定数等によって決定され
る。通常３０Ｗ，１００〜５００Ωの巻線抵抗器が選ば
れる。一方，サイリスタ３のオンによりサイリスタ３の
オン電圧（約１．５Ｖ）が抵抗１３に印加し，定常時の
損失は１／２Ｗ以下となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし，電力用半導体
モジュールに外付けに大きな限流抵抗が必要であり，こ
のために大電流を流す端子を設ける必要があった。さら
に，この電力用半導体モジュールを使用する場合，限流
抵抗の配線作業を必要とするものであった。
モジュールに外付けに大きな限流抵抗が必要であり，こ
のために大電流を流す端子を設ける必要があった。さら
に，この電力用半導体モジュールを使用する場合，限流
抵抗の配線作業を必要とするものであった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の電
力用半導体モジュールは，交流電源を整流する整流回路
を構成するダイオードチップと，上記整流回路の一方の
出力に設けられたサイリスタチップと，上記サイリスタ
チップと並列に設けられた半導体抵抗チップとを搭載し
たものである。
力用半導体モジュールは，交流電源を整流する整流回路
を構成するダイオードチップと，上記整流回路の一方の
出力に設けられたサイリスタチップと，上記サイリスタ
チップと並列に設けられた半導体抵抗チップとを搭載し
たものである。
【０００７】すなわち，起動時交流電源がダイオードチ
ップにより整流され，ダイオードチップの出力は半導体
抵抗チップを介して出力され，負荷側のコンデンサを充
電する。コンデンサの充電電流は半導体抵抗チップによ
って限流され，コンデンサが充電後，サイリスタチップ
はオンされる。
ップにより整流され，ダイオードチップの出力は半導体
抵抗チップを介して出力され，負荷側のコンデンサを充
電する。コンデンサの充電電流は半導体抵抗チップによ
って限流され，コンデンサが充電後，サイリスタチップ
はオンされる。
【０００８】請求項２記載の発明は，半導体抵抗チップ
がＰ型半導体で構成されている。
がＰ型半導体で構成されている。
【０００９】すなわち，Ｐ型半導体基板は比抵抗を高く
選定することができ，限流抵抗の選定が容易である。
選定することができ，限流抵抗の選定が容易である。
【００１０】請求項３記載の発明は，ダイオードチッ
プ，サイリスタチップ，半導体抵抗チップが熱伝導の良
好な絶縁基板を介して同一の金属ベースに設けられる。
プ，サイリスタチップ，半導体抵抗チップが熱伝導の良
好な絶縁基板を介して同一の金属ベースに設けられる。
【００１１】すなわち，半導体抵抗チップを介して負荷
のコンデンサに流れる電流によって発生した半導体抵抗
チップの熱は，熱伝導の良好な絶縁基板を介して金属ベ
ースに伝導し，金属ベースからダイオードチップ，サイ
リスタチップの発熱の放出に供される外付けフィンを介
して放出される。
のコンデンサに流れる電流によって発生した半導体抵抗
チップの熱は，熱伝導の良好な絶縁基板を介して金属ベ
ースに伝導し，金属ベースからダイオードチップ，サイ
リスタチップの発熱の放出に供される外付けフィンを介
して放出される。
【００１２】請求項４記載の発明は，サイリスタが逆導
通サイリスタであるサイリスタチップであり，さらに上
記整流回路を逆並列に回生回路を構成する回生用スイッ
チング素子チップを搭載したものである。
通サイリスタであるサイリスタチップであり，さらに上
記整流回路を逆並列に回生回路を構成する回生用スイッ
チング素子チップを搭載したものである。
【００１３】すなわち，負荷が例えば電動機の場合，制
動時電動機が発電機となり，この発電エネルギーはこの
時逆導通サイリスタチップ及び回生用スイッチング素子
チップを介して交流電源に回生する。
動時電動機が発電機となり，この発電エネルギーはこの
時逆導通サイリスタチップ及び回生用スイッチング素子
チップを介して交流電源に回生する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明を，その実施の形態を示し
た図１ないし図３に基づき説明する。図２は本発明の電
力用半導体モジュールの回路図であり，従来技術の図４
のものと異なる点は，図４のものは限流抵抗１３が電力
用半導体モジュール１０の外部に設けられているのに対
し，図２のものは限流抵抗１３が電力用半導体モジュー
ル１０内に設けられたものである。
た図１ないし図３に基づき説明する。図２は本発明の電
力用半導体モジュールの回路図であり，従来技術の図４
のものと異なる点は，図４のものは限流抵抗１３が電力
用半導体モジュール１０の外部に設けられているのに対
し，図２のものは限流抵抗１３が電力用半導体モジュー
ル１０内に設けられたものである。
【００１５】すなわち，図１において２１は銅，鉄等の
金属ベースである。２２は絶縁基板であり，中央に熱伝
導の良いセラミックス２３の絶縁層を有し，一方の面に
は分子結合され，配線用回路が構成された銅回路２５が
貼られ，このセラミックスの他方の面には分子結合され
た銅回路２４が貼られている。この絶縁基板２２は，他
方の面が半田を介して金属ベース２１上に載置されてい
る。この銅回路２５の所要個所に半田が載置され，その
半田上に交流電源を整流する全波整流回路２のダイオー
ド２ａ〜２ｆがダイオードチップ２６，２７として載置
されている。また，銅回路２５の所要個所には半田を介
して図２の全波整流回路の一方の出力に設けられたサイ
リスタ３がサイリスタチップ３１として載置され，さら
に銅回路２５の所要個所には半田を介して図２のサイリ
スタ３と並列に設けられた限流抵抗６が半導体抵抗チッ
プ３２として載置されている。また，図示しないが，入
力端子，出力端子を半田を介して銅回路２５に載置し，
リフロー炉によって相互間が半田付けされる。さらに，
金属ベース２１に図示しない樹脂ケースが接着され，こ
の樹脂ケース内に封止樹脂を注入して半導体チップを封
止する。これによって図１の電力用半導体モジュール
は，図２の回路を構成することになる。
金属ベースである。２２は絶縁基板であり，中央に熱伝
導の良いセラミックス２３の絶縁層を有し，一方の面に
は分子結合され，配線用回路が構成された銅回路２５が
貼られ，このセラミックスの他方の面には分子結合され
た銅回路２４が貼られている。この絶縁基板２２は，他
方の面が半田を介して金属ベース２１上に載置されてい
る。この銅回路２５の所要個所に半田が載置され，その
半田上に交流電源を整流する全波整流回路２のダイオー
ド２ａ〜２ｆがダイオードチップ２６，２７として載置
されている。また，銅回路２５の所要個所には半田を介
して図２の全波整流回路の一方の出力に設けられたサイ
リスタ３がサイリスタチップ３１として載置され，さら
に銅回路２５の所要個所には半田を介して図２のサイリ
スタ３と並列に設けられた限流抵抗６が半導体抵抗チッ
プ３２として載置されている。また，図示しないが，入
力端子，出力端子を半田を介して銅回路２５に載置し，
リフロー炉によって相互間が半田付けされる。さらに，
金属ベース２１に図示しない樹脂ケースが接着され，こ
の樹脂ケース内に封止樹脂を注入して半導体チップを封
止する。これによって図１の電力用半導体モジュール
は，図２の回路を構成することになる。
【００１６】次に，半導体抵抗チップ３２について説明
する。今，半導体抵抗チップ３２に例えば比抵抗が５０
０Ωｃｍで，大きさが１ｍｍ角，厚みが６００μｍのＰ
型半導体基板を使用すると，３００Ωの抵抗が得られ
る。この半導体抵抗チップを搭載した電力用半導体モジ
ュールを交流電源２００Ｖの電源装置に適用した場合，
ダイオード２ａ〜２ｆにより整流される全波整流回路２
の出力には約３００Ｖが出力され，起動時，半導体抵抗
チップ３には最大１Ａの電流が流れる。そして，コンデ
ンサ１１の充電によって半導体抵抗チップ３に流れる電
流は減少していく。もし，コンデンサ１１が３０００μ
Ｆの場合，約１分でコンデンサ１１の充電が完了する。
コンデンサ１１の充電が完了すると，サイリスタ３にア
ノードファイヤ等によるゲート信号によってオンされ，
半導体抵抗チップにはほとんど流れなくなる。
する。今，半導体抵抗チップ３２に例えば比抵抗が５０
０Ωｃｍで，大きさが１ｍｍ角，厚みが６００μｍのＰ
型半導体基板を使用すると，３００Ωの抵抗が得られ
る。この半導体抵抗チップを搭載した電力用半導体モジ
ュールを交流電源２００Ｖの電源装置に適用した場合，
ダイオード２ａ〜２ｆにより整流される全波整流回路２
の出力には約３００Ｖが出力され，起動時，半導体抵抗
チップ３には最大１Ａの電流が流れる。そして，コンデ
ンサ１１の充電によって半導体抵抗チップ３に流れる電
流は減少していく。もし，コンデンサ１１が３０００μ
Ｆの場合，約１分でコンデンサ１１の充電が完了する。
コンデンサ１１の充電が完了すると，サイリスタ３にア
ノードファイヤ等によるゲート信号によってオンされ，
半導体抵抗チップにはほとんど流れなくなる。
【００１７】なお，起動時，コンデンサ１１の充電が完
了するまで，シリコン抵抗チップに流れる電流によって
発生した熱は，絶縁基板２２，金属ベース２１，さらに
図示しないフィンを介して放出する。
了するまで，シリコン抵抗チップに流れる電流によって
発生した熱は，絶縁基板２２，金属ベース２１，さらに
図示しないフィンを介して放出する。
【００１８】上記実施の形態で，半導体抵抗チップにＰ
型不純物を有するＰ型半導体基板を用いているが，Ｎ型
不純物を有するＮ型半導体基板であってもよい。しか
し，Ｐ型半導体基板はＮ型半導体基板より比抵抗を高く
することができるので，Ｎ型半導体基板より適してい
る。
型不純物を有するＰ型半導体基板を用いているが，Ｎ型
不純物を有するＮ型半導体基板であってもよい。しか
し，Ｐ型半導体基板はＮ型半導体基板より比抵抗を高く
することができるので，Ｎ型半導体基板より適してい
る。
【００１９】図３は他の実施の形態を示すブロック図で
あり，負荷にモータ１４を制御するインバータ１３が構
成されている。また，サイリスタ３と逆並列にダイオー
ド７が設けられ，さらに全波整流回路２と逆並列にＩＧ
ＢＴ，バイポーラトランジスタ等の回生用スイッチング
素子８ａ〜８ｆからなる回生回路が設けられて電力用半
導体モジュール内に搭載されている。
あり，負荷にモータ１４を制御するインバータ１３が構
成されている。また，サイリスタ３と逆並列にダイオー
ド７が設けられ，さらに全波整流回路２と逆並列にＩＧ
ＢＴ，バイポーラトランジスタ等の回生用スイッチング
素子８ａ〜８ｆからなる回生回路が設けられて電力用半
導体モジュール内に搭載されている。
【００２０】この電力用半導体モジュールは，図２と同
じように全波整流回路２により交流電源を整流し，半導
体抵抗チップ６を介してコンデンサ１１を予備充電し，
コンデンサ１１の予備充電が完了すると，サイリスタ３
はオンされる。コンデンサ１１の出力はインバータ１３
を介してモータ１４に供給され制御される。そして，モ
ータ１４に制動が掛かった時，電流がモータ１４，イン
バータ１３，出力端子４ａ，ダイオード７，スイッチン
グ素子８，入力端子１，交流電源，入力端子１，スイッ
チング素子８，インバータ１３を介して流れる。すなわ
ち，モータ１４が制動されたとき，モータのエネルギー
が交流電源に回生される。
じように全波整流回路２により交流電源を整流し，半導
体抵抗チップ６を介してコンデンサ１１を予備充電し，
コンデンサ１１の予備充電が完了すると，サイリスタ３
はオンされる。コンデンサ１１の出力はインバータ１３
を介してモータ１４に供給され制御される。そして，モ
ータ１４に制動が掛かった時，電流がモータ１４，イン
バータ１３，出力端子４ａ，ダイオード７，スイッチン
グ素子８，入力端子１，交流電源，入力端子１，スイッ
チング素子８，インバータ１３を介して流れる。すなわ
ち，モータ１４が制動されたとき，モータのエネルギー
が交流電源に回生される。
【００２１】上記図３の実施の形態では，サイリスタと
逆並列にダイオードを設けていたが，１つのチップ内に
収納した逆導通型サイリスタチップであってもよい。ま
た，上記実施の形態では，ダイオード２ａ〜２ｆによる
３相の全波回路で説明しているが，単相であってもよ
い。
逆並列にダイオードを設けていたが，１つのチップ内に
収納した逆導通型サイリスタチップであってもよい。ま
た，上記実施の形態では，ダイオード２ａ〜２ｆによる
３相の全波回路で説明しているが，単相であってもよ
い。
【００２２】
【発明の効果】請求項１記載の発明では，電力用半導体
モジュールの起動時，負荷のコンデンサに流れる充電電
流は，半導体抵抗チップによって限流され，ダイオー
ド，サイリスタ等の損傷を防止することができる。
モジュールの起動時，負荷のコンデンサに流れる充電電
流は，半導体抵抗チップによって限流され，ダイオー
ド，サイリスタ等の損傷を防止することができる。
【００２３】請求項２記載の発明では，Ｐ型半導体基板
によって比抵抗を高く選択でき，限流抵抗の選定を容易
に行うことができる。
によって比抵抗を高く選択でき，限流抵抗の選定を容易
に行うことができる。
【００２４】請求項３記載の発明では，半導体抵抗チッ
プに流れる電流によって発生した熱は，熱伝導の良好な
絶縁基板を介して金属ベースに伝導し，金属ベースから
ダイオードチップ，サイリスタチップの熱を放出させる
外付けフィンを介して放出できる。
プに流れる電流によって発生した熱は，熱伝導の良好な
絶縁基板を介して金属ベースに伝導し，金属ベースから
ダイオードチップ，サイリスタチップの熱を放出させる
外付けフィンを介して放出できる。
【００２５】請求項４記載の発明では，負荷が電動機の
時，その電動機の制動時に発電機となり，そのエネルギ
ーを逆導通サイリスタチップ及び回生用スイッチング素
子チップを介して交流電源に回生することができる。
時，その電動機の制動時に発電機となり，そのエネルギ
ーを逆導通サイリスタチップ及び回生用スイッチング素
子チップを介して交流電源に回生することができる。
【図１】本発明の一実施の形態を示す概略断面図であ
る。
る。
【図２】図１の電気回路図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す電気回路図であ
る。
る。
【図４】従来の電力用半導体モジュールの電気回路図で
ある。
ある。
１ 入力端子 ２ 全波整流回路 ３ サイリスタ ４ａ，４ｂ 出力端子 ６ 抵抗 １１ コンデンサ １２ 負荷 １３ 限流抵抗 ２１ 金属ベース ２２ 絶縁基板 ２３ セラミックス ２４ 銅回路 ２５ 銅回路 ２６，２７ ダイオードチップ ３１ サイリスタチップ ３２ 半導体抵抗チップ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０２Ｍ 7/155 Ｆターム(参考） 5F005 AF01 AF02 CA01 DA02 GA02 5F038 AR22 AV04 AV20 BH01 BH02 BH16 BH20 CA08 DF01 EZ20 5H006 CA01 CA03 CA07 CA12 CA13 CB01 CC02 DA02 FA02 GA02 HA05 HA81
Claims (4)
- 【請求項１】 交流電源を整流する整流回路を構成する
ダイオードチップと，上記整流回路の一方の出力に設け
られたサイリスタチップと，上記サイリスタチップと並
列に設けられた半導体抵抗チップとを搭載した電力用半
導体モジュール。 - 【請求項２】 上記半導体抵抗チップが，Ｐ型半導体で
構成された請求項１記載の電力用半導体モジュール。 - 【請求項３】上記ダイオードチップ，サイリスタチッ
プ，半導体抵抗チップが熱伝導の良好な絶縁基板を介し
て同一の金属ベースに設けられた請求項１記載の電力用
半導体モジュール。 - 【請求項４】サイリスタが逆導電型サイリスタであるサ
イリスタチップであり，さらに上記整流回路と逆並列に
接続された回生回路を構成する回生用スイッチング素子
チップを搭載した請求項１記載の電力用半導体モジュー
ル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11102063A JP2000295851A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 電力用半導体モジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11102063A JP2000295851A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 電力用半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000295851A true JP2000295851A (ja) | 2000-10-20 |
Family
ID=14317319
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11102063A Pending JP2000295851A (ja) | 1999-04-09 | 1999-04-09 | 電力用半導体モジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000295851A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002238260A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-23 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| CN101820227A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-01 | 陈兴忠 | 超快恢复开关模块 |
| JP2010284079A (ja) * | 2010-09-24 | 2010-12-16 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 半導体装置 |
| JP2011139607A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | 電源回生コンバータおよび電力変換装置 |
-
1999
- 1999-04-09 JP JP11102063A patent/JP2000295851A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002238260A (ja) * | 2001-02-09 | 2002-08-23 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| JP4631179B2 (ja) * | 2001-02-09 | 2011-02-16 | 富士電機システムズ株式会社 | 半導体装置およびこれを用いたインバータ装置 |
| JP2011139607A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Mitsubishi Electric Corp | 電源回生コンバータおよび電力変換装置 |
| CN101820227A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-09-01 | 陈兴忠 | 超快恢复开关模块 |
| JP2010284079A (ja) * | 2010-09-24 | 2010-12-16 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 半導体装置 |
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