JP2003009509A - Intelligent power module - Google Patents

Intelligent power module

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JP2003009509A
JP2003009509A JP2001191109A JP2001191109A JP2003009509A JP 2003009509 A JP2003009509 A JP 2003009509A JP 2001191109 A JP2001191109 A JP 2001191109A JP 2001191109 A JP2001191109 A JP 2001191109A JP 2003009509 A JP2003009509 A JP 2003009509A
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power module
circuit configuration
intelligent power
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Application number
JP2001191109A
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Inventor
Noritaka Itani
典孝 為谷
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable intelligent power module of a relatively simple structure. SOLUTION: This intelligent power module for controlling power in which a prescribed power semiconductor device incorporates a circuit for protecting the semiconductor device includes at least a pair of power semiconductor device connected in parallel with each other each of which has a diode connected in a forward direction from an emitter to a collector, circuit structures for detecting the semiconductor device current each of which is provided so as to correspond to each semiconductor device and has a shunt resistor connected to the emitter of the semiconductor device, and a synthesizing part which synthesizes current values detected by the respective circuit structures for detecting current and outputs it to a control circuit outside the module.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、所定の電力制御用
パワーデバイスにドライバ回路や保護回路が組み込まれ
てなるインテリジェントパワーモジュールに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an intelligent power module in which a predetermined power control power device is incorporated with a driver circuit and a protection circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、家電及び産業機器においては、モ
ータ駆動制御やヒータの温度制御などの電力制御用の素
子として、パワーMOSFETやIGBT等のパワーデ
バイスにドライバ回路や保護回路が組み込まれてなるイ
ンテリジェントパワーモジュール(Intelligent Power
Module:以下、IPMと表記)の需要が高まりつつあ
る。IPMは、通常、短絡電流,過電流,制御電源およ
び過熱を抑制して、内蔵されるパワーデバイスを保護す
る自己保護機能を備え、その機能を実現する構成が外付
けされる従来のモジュールに比べ設計が容易である上
に、モジュール自体が壊れにくいという特徴を有してい
る。
2. Description of the Related Art In recent years, in home electric appliances and industrial equipment, a driver circuit and a protection circuit are incorporated in a power device such as a power MOSFET or an IGBT as an element for power control such as motor drive control and heater temperature control. Intelligent Power Module (Intelligent Power
Module: Hereinafter, demand for IPM) is increasing. The IPM usually has a self-protection function that protects built-in power devices by suppressing short-circuit current, overcurrent, control power supply, and overheat, and has a configuration that realizes that function compared to conventional modules that are externally attached. In addition to being easy to design, the module itself is resistant to breakage.

【0003】図7に、従来知られるモータ駆動インバー
タ用IPMの内部構成を示す。このIPM80は、負荷
を駆動する出力端子としてIGBTを採用しており、2
つのIGBT(それぞれP側及びN側のIGBTとい
う)が並列に接続されてなるIGBT81A及び81
B,82A及び82B,83A及び83Bの対が設けら
れ、各対からの出力は、制御対象である三相誘導モータ
90に接続されている。また、P側及びN側の各IGB
Tには、フリーホイーリングダイオード(Free Wheelin
g Diode:以下、FWDiと表記)87が、該IGBT
のエミッタからコレクタへ順方向をなすように接続され
ている。そして、N側IGBT81B,82B,83B
のエミッタ側には、電流検出用のシャント抵抗84,8
5,86が接続されている。かかる構成により、IPM
80を用いる場合には、モジュール本体に対してドライ
ブ回路や保護回路を外付けする必要がなく、設計を容易
とすることが可能となる。
FIG. 7 shows an internal configuration of a conventionally known IPM for a motor drive inverter. This IPM80 uses an IGBT as an output terminal for driving a load.
IGBTs 81A and 81 in which two IGBTs (P-side IGBT and N-side IGBT, respectively) are connected in parallel
A pair of B, 82A and 82B, 83A and 83B is provided, and the output from each pair is connected to a three-phase induction motor 90 which is a control target. Also, each IGB on the P side and the N side
T has a free wheeling diode (Free Wheelin
g Diode: hereinafter referred to as FWDi) 87 is the IGBT
Is connected in a forward direction from the emitter to the collector. And N side IGBT81B, 82B, 83B
The shunt resistors 84 and 8 for current detection are provided on the emitter side of the
5,86 are connected. With this configuration, the IPM
When 80 is used, it is not necessary to attach a drive circuit or a protection circuit to the module main body, and the design can be facilitated.

【0004】ところで、例えばエアコンのように負荷が
コンプレッサモータに限定され、回路的に地絡事故が発
生する惧れがほとんどない場合には、保護回路部分、す
なわち、シャント抵抗84,85,86を、図7に示す
ように、N側IGBT81B,82B,83Bについて
のみに設けて、内部構成を簡素化することができる。
By the way, when the load is limited to the compressor motor and there is almost no possibility that a ground fault will occur in the circuit, such as in an air conditioner, the protection circuit portion, that is, the shunt resistors 84, 85, 86 are installed. As shown in FIG. 7, the internal structure can be simplified by providing the N-side IGBTs 81B, 82B, and 83B only.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、シャント抵抗
84,85,86がN側IGBT81B,82B,83
Bのエミッタ側にのみ接続される場合には、内部構成を
簡素化できる反面、次のような欠点があった。 シャント抵抗84,85,86の電圧降下分で、N側
IGBT81B,82B,83Bのゲート電圧が低下す
るため、そのIGBTの飽和電流特性が低下する。F
WDi87における還流時に、シャント抵抗84,8
5,86の電圧降下により、図7のICのVS電位がN
電位より低下し、ICが誤動作する惧れがある。各相
のシャント抵抗84,85,86のN側が共通であるた
め、他相のスイッチング時のノイズの影響を受け易い。
N側のシャント抵抗84,85,86で電流を検出す
るため、P側IGBT81A,82A,83Aに流れる
電流を保護することができない。2相変調やDCブラ
シレスモータ(以下、DCBLMと表記)を制御する場
合には、N側IGBT81B,82B,83Bのオフ時
間が長く、3相分のシャント抵抗84,85,86が必
要となり、部品点数が増加する。
However, the shunt resistances 84, 85, 86 are N-side IGBTs 81B, 82B, 83.
When connecting only to the emitter side of B, the internal structure can be simplified, but there are the following drawbacks. Since the gate voltage of the N-side IGBTs 81B, 82B, 83B is reduced by the amount of voltage drop of the shunt resistors 84, 85, 86, the saturation current characteristic of the IGBT is degraded. F
Shunt resistors 84 and 8 during recirculation in WDi87
Due to the voltage drop of 5,86, the VS potential of the IC in FIG.
There is a risk that the potential may drop below the potential and the IC may malfunction. Since the N side of the shunt resistors 84, 85, 86 of each phase is common, it is easily affected by noise during switching of other phases.
Since the current is detected by the shunt resistors 84, 85, 86 on the N side, the current flowing through the P side IGBTs 81A, 82A, 83A cannot be protected. When controlling a two-phase modulation or a DC brushless motor (hereinafter referred to as DCBLM), the N-side IGBTs 81B, 82B, 83B have a long off-time, and three-phase shunt resistors 84, 85, 86 are required. The points increase.

【0006】本発明は、上記技術的課題に鑑みてなされ
たもので、内部構成の簡素化を実現しつつ、比較的簡単
な構成で、信頼性の高いインテリジェントパワーモジュ
ールを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above technical problems, and an object of the present invention is to provide an intelligent power module having a relatively simple structure and high reliability while realizing a simplified internal structure. To do.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本願の第1の発明は、所
定の電力半導体素子に該半導体素子保護用の回路が組み
込まれてなる電力制御用インテリジェントパワーモジュ
ールにおいて、それぞれエミッタからコレクタへ順方向
をなすように接続されるダイオードを備え、互いに並列
に接続された少なくとも一対の電力半導体素子と、上記
各半導体素子に対応して設けられ、該半導体素子のエミ
ッタ側に接続されるシャント抵抗を備えた半導体素子電
流検出用の回路構成と、上記各電流検出用の回路構成に
より検出される電流値を合成した上で、モジュール外部
の制御回路へ出力する合成部とを有していることを特徴
としたものである。
A first invention of the present application is a power control intelligent power module in which a circuit for protecting a semiconductor element is incorporated in a predetermined power semiconductor element. A pair of power semiconductor elements connected in parallel with each other, and a shunt resistor provided corresponding to each semiconductor element and connected to the emitter side of the semiconductor element. A semiconductor element current detection circuit configuration, and a synthesis unit that synthesizes the current values detected by the above current detection circuit configurations and outputs the synthesized current value to a control circuit outside the module. It is what

【0008】また、本願の第2の発明は、第1の発明に
おいて、上記各半導体素子のエミッタ側に、温度検出用
ダイオードが、そのカソード側で接続されるように設け
られるとともに、上記各電流検出用の回路構成には、温
度検出用ダイオードがそのアノード側で接続され、上記
シャント抵抗において検出された電流を温度補正するた
めの補正回路が設けられていることを特徴としたもので
ある。
A second invention of the present application is the first invention according to the first invention, wherein a temperature detecting diode is provided on the emitter side of each of the semiconductor elements so as to be connected on the cathode side thereof, and each of the currents described above is provided. The detection circuit configuration is characterized in that a temperature detection diode is connected on the anode side thereof, and a correction circuit for correcting the temperature of the current detected by the shunt resistor is provided.

【0009】更に、本願の第3の発明は、第1又は第2
の発明において、上記合成部の出力側に、入力された信
号をシリアルのデジタルデータに変換するシリアル通信
回路部が設けられていることを特徴としたものである。
Further, the third invention of the present application is the first or second invention.
In the invention, the serial communication circuit unit for converting an input signal into serial digital data is provided on the output side of the synthesizing unit.

【0010】また、更に、本願の第4の発明は、第1〜
第3の発明のいずれか一において、上記各電流検出用の
回路構成にて、上記シャント抵抗において検出される電
流が、その入力から一定時間後の値に基づき、抽出され
ることを特徴としたものである。
Further, the fourth invention of the present application is the first to the first inventions.
In any one of the third aspect of the present invention, in each of the current detection circuit configurations, the current detected by the shunt resistor is extracted based on a value after a predetermined time from its input. It is a thing.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。 実施の形態1.図1は、本発明の実施の形態1に係るI
PMの電流検出用の回路構成を示す図である。このIP
M1は、負荷を駆動する出力素子としてIGBTを採用
するものであり、基本的に、互いに並列に接続されたP
側及びN側のIGBT2A,2Bと、各IGBTに対応
する上アーム回路構成及び下アーム回路構成を備えたI
C10とを有している。P側及びN側のIGBT2A,
2Bには、共に、FWDi3A,3Bが、各IGBTの
エミッタからコレクタへ順方向をなすように接続されて
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1. FIG. 1 shows an I according to the first embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the circuit structure for current detection of PM. This IP
M1 employs an IGBT as an output element for driving a load, and basically, P1s connected in parallel with each other.
Side and N side IGBTs 2A and 2B, and an I having an upper arm circuit configuration and a lower arm circuit configuration corresponding to each IGBT
C10 and. IGBT 2A on the P side and the N side,
FWDi 3A and 3B are both connected to 2B in a forward direction from the emitter to the collector of each IGBT.

【0012】IC10内の上アーム回路構成は、P側I
GBT2Aのエミッタ側に接続されたシャント抵抗5A
と、該シャント抵抗5Aの電流検出値を増幅する増幅器
(図ではAMPと表記)6Aと、P側IGBT2Aのゲ
ート側に接続されたゲートドライバ(図ではドライバと
表記)7Aと、増幅器6Aからの出力を評価し、所定値
を越えた場合に、ゲートドライバ7Aをオフさせる保護
回路部8Aと、増幅器6Aからのアナログ信号をデジタ
ル信号へ変換するA/D変換部9Aと、該A/D変換部
9Aからのデジタル信号を電流パルス列に変換するパル
ス変換部11Aと、該パルス変換部11Aからの出力を
低レベルリファレンス電位にダウンシフトさせるレベル
シフト回路部(図ではレベルシフトと表記)12Aとを
有している。
The upper arm circuit configuration in the IC 10 is P side I
Shunt resistor 5A connected to the emitter side of GBT2A
An amplifier (denoted as AMP in the figure) 6A for amplifying the current detection value of the shunt resistor 5A, a gate driver (denoted as driver in the figure) 7A connected to the gate side of the P-side IGBT 2A, and an amplifier 6A The output is evaluated, and a protection circuit section 8A for turning off the gate driver 7A when the output exceeds a predetermined value, an A / D conversion section 9A for converting an analog signal from the amplifier 6A into a digital signal, and the A / D conversion. A pulse conversion unit 11A for converting a digital signal from the unit 9A into a current pulse train, and a level shift circuit unit (denoted as level shift in the figure) 12A for downshifting the output from the pulse conversion unit 11A to a low level reference potential. Have

【0013】また、一方、IC10内の下アーム回路構
成は、N側IGBT2Bのエミッタ側に接続されたシャ
ント抵抗5Bと、該シャント抵抗5Bの電流検出値を増
幅する増幅器6Bと、N側IGBT2Bのゲート側に接
続されたゲートドライバ7Bと、増幅器6Bからの出力
を評価し、所定値を越えた場合に、ゲートドライバ7B
をオフさせる保護回路部8Bと、上アーム回路構成側の
レベルシフト回路部12Aからのパルスコード変調デー
タを復調するパルス復調部13Bと、該パルス復調部1
3Bを介して上アーム回路構成から送られてきた信号と
増幅器6Bからの出力とを合成する合成部14Bとを有
している。
On the other hand, the lower arm circuit configuration in the IC 10 includes a shunt resistor 5B connected to the emitter side of the N-side IGBT 2B, an amplifier 6B for amplifying a current detection value of the shunt resistor 5B, and an N-side IGBT 2B. The outputs from the gate driver 7B connected to the gate side and the amplifier 6B are evaluated, and if a predetermined value is exceeded, the gate driver 7B
And a pulse demodulator 13B for demodulating the pulse code modulated data from the level shift circuit 12A on the upper arm circuit side, and the pulse demodulator 1
It has a combiner 14B for combining the signal sent from the upper arm circuit configuration via 3B and the output from the amplifier 6B.

【0014】更に、このIC10内には、下アーム回路
構成側に、P側及びN側のIGBT2A,2B用の電圧
VCIN(P),VCIN(N)が入力される入力I/
F部15Bと、該入力I/F部15Bからの出力を電流
パルス列に変換するパルス変換部11Bとが設けられ、
他方、上アーム回路構成側には、該パルス変換部11B
からの出力を高レベルリファレンス電位にアップシフト
させるレベルシフト回路部16Aと、該レベルシフト回
路部16Aからのパルスコード変調データを復調して、
保護回路部8Aへ出力するパルス復調部13Aとが設け
られている。また、入力I/F部15Bからの出力は、
下アーム回路構成側で、パルス変換部11Bとともに、
保護回路部8及び合成部14Bに入力されるようになっ
ている。
Further, in the IC 10, an input I / I is inputted to the lower arm circuit configuration side, to which the voltages VCIN (P) and VCIN (N) for the P-side and N-side IGBTs 2A and 2B are inputted.
An F section 15B and a pulse conversion section 11B for converting the output from the input I / F section 15B into a current pulse train are provided.
On the other hand, the pulse conversion unit 11B is provided on the upper arm circuit configuration side.
Level shift circuit section 16A for upshifting the output from the above to a high level reference potential, and pulse code modulation data from the level shift circuit section 16A are demodulated,
A pulse demodulation unit 13A for outputting to the protection circuit unit 8A is provided. The output from the input I / F unit 15B is
On the lower arm circuit configuration side, together with the pulse conversion unit 11B,
It is adapted to be input to the protection circuit section 8 and the combining section 14B.

【0015】かかる構成を備えたIPM1では、上アー
ム回路構成および下アーム回路構成において、共に、増
幅器6A,6Bで増幅された電圧値が保護回路部8A,
8B内のコンパレータに入力される。そして、予め設定
された基準値を越えた場合には、IGBT2A,2Bの
ゲートに接続されたゲートドライバ7A,7Bがオフさ
れ、IGBT2A,2Bが過電流で破壊するのが防止さ
れる。
In the IPM 1 having such a configuration, in both the upper arm circuit configuration and the lower arm circuit configuration, the voltage values amplified by the amplifiers 6A and 6B are the protection circuit portions 8A and 8A.
Input to the comparator in 8B. When the preset reference value is exceeded, the gate drivers 7A and 7B connected to the gates of the IGBTs 2A and 2B are turned off, and the IGBTs 2A and 2B are prevented from being destroyed by overcurrent.

【0016】更に、このIPM1では、各IGBT2
A,2Bのセンス端子2a,2bを介した電流(メイン
電流の1/10000)が、シャント抵抗5A,5Bに
流れた際のシャント抵抗5A,5Bにおける電圧に基づ
いて、IGBT2A,2Bに流れる電流が検出される。
Further, in this IPM1, each IGBT2
Current flowing through the sense terminals 2a and 2b of A and 2B (1 / 10,000 of the main current) based on the voltage across the shunt resistors 5A and 5B when flowing into the shunt resistors 5A and 5B. Is detected.

【0017】上アーム回路構成において検出された電流
検出値は、増幅器6Aで増幅された後、A/D変換部9
A,パルス変換部11A及びレベルシフト回路部12A
を経て、下アーム回路構成側の合成部14Bに入力され
る。他方、下アーム回路構成において検出された電流検
出値は、増幅器6Bで増幅された後、合成部14Bに入
力される。
The current detection value detected in the upper arm circuit configuration is amplified by the amplifier 6A, and then the A / D converter 9
A, pulse converter 11A and level shift circuit 12A
And is input to the combining unit 14B on the lower arm circuit configuration side. On the other hand, the current detection value detected in the lower arm circuit configuration is amplified by the amplifier 6B and then input to the combining unit 14B.

【0018】合成部14Bでは、入力I/F部15Bの
入力信号状態に応じて、上アーム回路構成の電流検出値
と下アーム回路構成の電流検出値とが合成される。そし
て、合成部14Bにより合成されてなる電流値VCは、
外部の制御回路(CPUなど)へ出力される。この動作
に関連して、図2に、IPM1の各構成における動作波
形を示す。図2の(a)〜(f)は、それぞれ、入力I
/F部15Bに入力されるP側IGBT2A用電圧VC
IN(P),入力I/F部15Bに入力されるN側IG
BT2B用電圧VCIN(N),出力電流I,上アー
ム回路構成における検出電圧,下アーム回路構成におけ
る検出電圧,合成出力の波形をあらわしている。この図
から分かるように、P側及びN側のIGBT2A,2B
用の電圧VCIN(P)及びVCIN(N)の両信号が
オフの期間(所謂デッドタイム期間)では、前の電圧値
がホールドされる。
The synthesizing unit 14B synthesizes the current detection value of the upper arm circuit configuration and the current detection value of the lower arm circuit configuration according to the input signal state of the input I / F unit 15B. Then, the current value VC synthesized by the synthesizer 14B is
It is output to an external control circuit (CPU or the like). In connection with this operation, FIG. 2 shows operation waveforms in each configuration of the IPM 1. 2A to 2F respectively show the input I
Voltage VC for P-side IGBT 2A input to the / F unit 15B
IN (P), N side IG input to the input I / F unit 15B
The waveforms of the BT2B voltage VCIN (N), the output current I 0 , the detection voltage in the upper arm circuit configuration, the detection voltage in the lower arm circuit configuration, and the combined output are shown. As can be seen from this figure, P-side and N-side IGBTs 2A, 2B
The previous voltage value is held during a period in which both signals VCIN (P) and VCIN (N) for use are off (so-called dead time period).

【0019】IPM1では、前述した動作によって、例
えばモータなどの制御対象に流れる電流値を、モジュー
ル外部に配置される構成に頼らず、検出することが可能
となる。また、モジュール内に電力の高い抵抗を内蔵し
なくても済み、モジュール本体の小型化および部品点数
の削減を実現することができる。更に、従来のモジュー
ルに組み込まれた電流検出用の回路構成におけるゲート
電圧の低下や還流時のVS電位の低下といった問題も解
決することができる。
With the above-described operation, the IPM 1 makes it possible to detect the current value flowing in a controlled object such as a motor without depending on the configuration arranged outside the module. Further, it is not necessary to incorporate a high-power resistor in the module, so that the module body can be downsized and the number of parts can be reduced. Further, it is possible to solve problems such as a decrease in gate voltage and a decrease in VS potential at the time of recirculation in the circuit configuration for current detection incorporated in the conventional module.

【0020】続いて、本発明の別の実施の形態について
説明する。なお、以下では、上記実施の形態における場
合と同じものには同一の符号を付し、それ以上の説明を
省略する。 実施の形態2.図3は、本発明の実施の形態2に係るI
PMの電流検出用の回路構成を示す図である。IPM2
1は、上記実施の形態1と同じ構成を有するもので、こ
の実施の形態2では、更に、各IGBT2A,2Bのエ
ミッタ側に、温度検出用ダイオード23A,23Bが、
そのカソード側で接続されるように設けられるととも
に、増幅器6A,6Bの出力側に、補正回路25A,2
5Bが設けられている。また、補正回路25A,25B
には、温度検出用ダイオード23A,23Bが、そのア
ノード側で接続されている。
Next, another embodiment of the present invention will be described. Note that, in the following, the same components as those in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals, and further description will be omitted. Embodiment 2. FIG. 3 shows the I according to the second embodiment of the present invention.
It is a figure which shows the circuit structure for current detection of PM. IPM2
1 has the same configuration as that of the first embodiment. In the second embodiment, the temperature detecting diodes 23A and 23B are further provided on the emitter side of each of the IGBTs 2A and 2B.
The correction circuits 25A, 2 are provided on the output side of the amplifiers 6A, 6B while being provided so as to be connected on the cathode side.
5B is provided. In addition, the correction circuits 25A and 25B
The temperature detecting diodes 23A and 23B are connected to the anode side thereof.

【0021】この実施の形態2では、かかる温度検出用
ダイオード23A,23Bおよび補正回路25A,25
Bを設けることにより、実施の形態1において説明した
効果に加え、電流検出電圧の温度補正が行なわれ、温度
による変動を抑制した電流検出が可能である。
In the second embodiment, the temperature detecting diodes 23A and 23B and the correction circuits 25A and 25 are used.
By providing B, in addition to the effect described in the first embodiment, the temperature of the current detection voltage is corrected, and the current can be detected while suppressing the fluctuation due to temperature.

【0022】実施の形態3.図4は、本発明の実施の形
態3に係るIPMの電流検出用の回路構成を示す図であ
る。IPM31は、上記実施の形態1と同じ構成を有す
るもので、この実施の形態3では、更に、下アーム回路
構成側の合成部14Bの出力側に、シリアル通信回路部
33Bが設けられている。合成部14Bから出力された
電圧値は、シリアル通信回路部33Bを通過する際に、
シリアルのデジタルデータにA/D変換された上で、モ
ジュール外部に出力される。
Embodiment 3. FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration for current detection of the IPM according to the third embodiment of the present invention. The IPM 31 has the same configuration as that of the first embodiment. In the third embodiment, the serial communication circuit section 33B is further provided on the output side of the combining section 14B on the lower arm circuit configuration side. When the voltage value output from the synthesizing unit 14B passes through the serial communication circuit unit 33B,
After being A / D converted into serial digital data, it is output to the outside of the module.

【0023】この実施の形態3では、シリアル通信回路
部33Bを設けることにより、実施の形態1において説
明した効果に加え、モジュール外部との通信をデジタル
化することができ、耐ノイズ性を向上させることが可能
となる。また、モジュールと外部の制御回路(CPU
等)との接続がデジタル化されるため、両者のI/F部
の構成を簡素化することができる。
In the third embodiment, by providing the serial communication circuit section 33B, in addition to the effect described in the first embodiment, communication with the outside of the module can be digitized, and noise resistance is improved. It becomes possible. In addition, the module and external control circuit (CPU
Since the connection with (1) and the like) is digitized, the configurations of the I / F units of both can be simplified.

【0024】実施の形態4.図5は、本発明の実施の形
態4に係るIPMの電流検出用の回路構成における各部
の動作波形を示す図である。図5の(a)〜(f)は、
それぞれ、入力I/F部15Bに入力されるP側IGB
T2A用電圧VCIN(P),入力I/F部15Bに入
力されるN側IGBT2B用電圧VCIN(N),出力
電流I,上アーム回路構成における検出電圧,下アー
ム回路構成における検出電圧,合成出力の波形をあらわ
している。
Fourth Embodiment FIG. 5 is a diagram showing operation waveforms of respective parts in the circuit configuration for current detection of the IPM according to the fourth embodiment of the present invention. (A) to (f) of FIG.
P-side IGB input to the input I / F unit 15B, respectively
T2A voltage VCIN (P), N-side IGBT2B voltage VCIN (N) input to input I / F unit 15B, output current I 0 , detection voltage in upper arm circuit configuration, detection voltage in lower arm circuit configuration, combined Represents the output waveform.

【0025】図6には、更に、シャント抵抗5A,5B
における電流値と検出電圧との関係を示す。この実施の
形態4では、上記実施の形態1にて説明した上アーム回
路構成及び下アーム回路構成により行なわれる電流検出
方法として、異なる方法が用いられる。実施の形態1で
は、電流が連続的に検出されたが、実施の形態4では、
シャント抵抗5A,5Bにおける入力信号の立上りのエ
ッジから一定時間(図中の「検出ディレイ時間」)後の
電流値に基づいて電圧を検出し、次の検出までの間、そ
の電圧値をホールドする。検出電圧の出力値は、ステッ
プ状の電圧値として出力される。
FIG. 6 further shows shunt resistors 5A and 5B.
3 shows the relationship between the current value and the detected voltage at. In the fourth embodiment, a different method is used as the current detection method performed by the upper arm circuit configuration and the lower arm circuit configuration described in the first embodiment. In the first embodiment, the current is continuously detected, but in the fourth embodiment,
The voltage is detected based on the current value after a fixed time (“detection delay time” in the figure) from the rising edge of the input signal in the shunt resistors 5A and 5B, and the voltage value is held until the next detection. . The output value of the detected voltage is output as a stepped voltage value.

【0026】図6からよく分かるように、上アーム回路
構成及び下アーム回路構成において、シャント抵抗5
A,5Bにおいて検出される電流が、その入力から一定
時間後の値に基づき、抽出されるため、IPM内のIG
BTにて発生し得るスイッチングノイズの影響を回避す
ることができ、耐ノイズ性を高い検出を実行することが
可能である。
As can be seen from FIG. 6, in the upper arm circuit configuration and the lower arm circuit configuration, the shunt resistor 5 is used.
The current detected in A and 5B is extracted based on the value after a certain time from the input, so that the IG in the IPM
It is possible to avoid the influence of switching noise that may occur in BT, and it is possible to perform detection with high noise resistance.

【0027】なお、本発明は、例示された実施の形態に
限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々の改良及び設計上の変更が可能であるこ
とは言うまでもない。
Needless to say, the present invention is not limited to the illustrated embodiments, and various improvements and design changes can be made without departing from the gist of the present invention.

【0028】[0028]

【発明の効果】本願の請求項1の発明によれば、所定の
電力半導体素子に該半導体素子保護用の回路が組み込ま
れてなる電力制御用インテリジェントパワーモジュール
において、それぞれエミッタからコレクタへ順方向をな
すように接続されるダイオードを備え、互いに並列に接
続された少なくとも一対の電力半導体素子と、上記各半
導体素子に対応して設けられ、該半導体素子のエミッタ
側に接続されるシャント抵抗を備えた半導体素子電流検
出用の回路構成と、上記各電流検出用の回路構成により
検出される電流値を合成した上で、モジュール外部の制
御回路へ出力する合成部とを有しているので、例えばモ
ータなどの制御対象に流れる電流値を、モジュール外部
に配置される構成に頼らず、検出することが可能とな
る。また、モジュール内に電力の高い大きな抵抗を内蔵
しなくても済み、モジュール本体の小型化および部品点
数の削減を実現することができる。更に、従来のモジュ
ールに組み込まれた電流検出用の回路構成におけるゲー
ト電圧の低下や還流時のVS電位の低下といった問題も
解決することができる。
According to the invention of claim 1 of the present application, in the intelligent power module for power control in which a circuit for protecting the semiconductor element is incorporated in a predetermined power semiconductor element, the forward direction is from the emitter to the collector. At least one pair of power semiconductor elements connected in parallel with each other, and a shunt resistor provided corresponding to each semiconductor element and connected to the emitter side of the semiconductor element. A semiconductor element current detection circuit configuration and a combination unit for combining the current values detected by each of the current detection circuit configurations and then outputting the combined current value to a control circuit outside the module are used. It is possible to detect the current value flowing in the controlled object such as, without depending on the configuration arranged outside the module. Further, it is not necessary to incorporate a large resistor having high power in the module, and it is possible to realize downsizing of the module body and reduction of the number of parts. Further, it is possible to solve problems such as a decrease in gate voltage and a decrease in VS potential at the time of recirculation in the circuit configuration for current detection incorporated in the conventional module.

【0029】また、本願の請求項2の発明によれば、上
記各半導体素子のエミッタ側に、温度検出用ダイオード
が、そのカソード側で接続されるように設けられるとと
もに、上記各電流検出用の回路構成には、温度検出用ダ
イオードがそのアノード側で接続され、上記シャント抵
抗において検出された電流を温度補正するための補正回
路が設けられているので、電流検出電圧の温度補正が行
なわれ、温度による変動を抑制した電流検出が可能であ
る。
Further, according to the invention of claim 2 of the present application, a temperature detecting diode is provided on the emitter side of each of the semiconductor elements so as to be connected on the cathode side thereof, and at the same time, for detecting each of the currents. Since the temperature detecting diode is connected to the anode side of the circuit configuration and a correction circuit for correcting the temperature of the current detected by the shunt resistor is provided, temperature correction of the current detection voltage is performed, It is possible to detect the current while suppressing fluctuation due to temperature.

【0030】更に、本願の請求項3の発明によれば、上
記合成部の出力側に、入力された信号をシリアルのデジ
タルデータに変換するシリアル通信回路部が設けられて
いるので、モジュール外部との通信をデジタル化するこ
とができ、耐ノイズ性を向上させることが可能となる。
また、モジュールと外部の制御回路との接続がデジタル
化されるため、両者のI/F部の構成を簡素化すること
ができる。
Further, according to the invention of claim 3 of the present application, a serial communication circuit section for converting an input signal into serial digital data is provided on the output side of the synthesizing section. Communication can be digitized, and noise resistance can be improved.
Further, since the connection between the module and the external control circuit is digitized, the configuration of the I / F section of both can be simplified.

【0031】また、更に、本願の請求項4の発明によれ
ば、上記各電流検出用の回路構成にて、上記シャント抵
抗において検出される電流が、その入力から一定時間後
の値に基づき、抽出されるので、IPMに含まれるIG
BTが発生し得るスイッチングノイズの影響を回避する
ことができ、耐ノイズ性を高い検出を実行することが可
能である。
Further, according to the invention of claim 4 of the present application, in the circuit configuration for detecting each of the currents, the current detected by the shunt resistor is based on the value after a predetermined time from its input, IG included in IPM as it is extracted
It is possible to avoid the influence of switching noise that may occur in BT, and it is possible to perform detection with high noise resistance.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の実施の形態1に係るパワーモジュー
ルの電流検出用の回路構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a circuit configuration for current detection of a power module according to a first embodiment of the present invention.

【図2】 (a)上記パワーモジュールの電流検出用の
回路構成における入力I/F部に入力されるP側IGB
T用電圧VCIN(P)の波形を示す図である。 (b)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける入力I/F部に入力されるN側IGBT用電圧V
CIN(N)の波形を示す図である。 (c)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成の
出力電流Iの波形を示す図である。 (d)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける上アームにおける検出電圧の波形を示す図であ
る。 (e)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける下アーム回路構成における検出電圧の波形を示す
図である。 (f)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける合成出力の波形を示す図である。
FIG. 2A is a P-side IGBT input to an input I / F unit in the circuit configuration for current detection of the power module.
It is a figure which shows the waveform of the voltage VCIN (P) for T. (B) N-side IGBT voltage V input to the input I / F section in the current detection circuit configuration of the power module
It is a figure which shows the waveform of CIN (N). (C) is a diagram showing the waveform of the output current I 0 of the circuit configuration of the current detection of the power module. (D) It is a figure which shows the waveform of the detection voltage in the upper arm in the circuit structure for current detection of the said power module. (E) It is a figure which shows the waveform of the detection voltage in the lower arm circuit structure in the circuit structure for current detection of the said power module. (F) It is a figure which shows the waveform of the synthetic | combination output in the circuit structure for the current detection of the said power module.

【図3】 本発明の実施の形態2に係るパワーモジュー
ルの電流検出用の回路構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit configuration for current detection of a power module according to a second embodiment of the present invention.

【図4】 本発明の実施の形態3に係るパワーモジュー
ルの電流検出用の回路構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a circuit configuration for current detection of a power module according to a third embodiment of the present invention.

【図5】 (a)本発明の実施の形態4に係るパワーモ
ジュールの電流検出用の回路構成における入力I/F部
に入力されるP側IGBT用電圧VCIN(P)の波形
を示す図である。 (b)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける入力I/F部に入力されるN側IGBT用電圧V
CIN(N)の波形を示す図である。 (c)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成の
出力電流Iの波形を示す図である。 (d)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける上アームにおける検出電圧の波形を示す図であ
る。 (e)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける下アーム回路構成における検出電圧の波形を示す
図である。 (f)上記パワーモジュールの電流検出用の回路構成に
おける合成出力の波形を示す図である。
FIG. 5A is a diagram showing a waveform of a P-side IGBT voltage VCIN (P) input to the input I / F section in the circuit configuration for current detection of the power module according to the fourth embodiment of the present invention. is there. (B) N-side IGBT voltage V input to the input I / F section in the current detection circuit configuration of the power module
It is a figure which shows the waveform of CIN (N). (C) is a diagram showing the waveform of the output current I 0 of the circuit configuration of the current detection of the power module. (D) It is a figure which shows the waveform of the detection voltage in the upper arm in the circuit structure for current detection of the said power module. (E) It is a figure which shows the waveform of the detection voltage in the lower arm circuit structure in the circuit structure for current detection of the said power module. (F) It is a figure which shows the waveform of the synthetic | combination output in the circuit structure for the current detection of the said power module.

【図6】 図5の動作波形を、更に詳細に示す図であ
る。
FIG. 6 is a diagram showing the operation waveforms of FIG. 5 in more detail.

【図7】 従来知られるパワーモジュールの内部構成を
示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing an internal configuration of a conventionally known power module.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 インテリジェントパワーモジュール,2A,2B
IGBT,2a,2bセンス端子,3A,3B フリー
ホイーリングダイオード,5A,5B シャント抵抗,
6A,6B 増幅器,7A,7B ゲートドライバ,8
A,8B 保護回路部,14B 合成部,15B 入力
I/F部,23A,23B 温度検出用ダイオード,2
5A,25B 補正回路,33B シリアル通信回路部
1 Intelligent power module, 2A, 2B
IGBT, 2a, 2b sense terminal, 3A, 3B freewheeling diode, 5A, 5B shunt resistor,
6A, 6B amplifier, 7A, 7B gate driver, 8
A, 8B protection circuit section, 14B combining section, 15B input I / F section, 23A, 23B temperature detecting diode, 2
5A, 25B correction circuit, 33B serial communication circuit section

───────────────────────────────────────────────────── 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) H03K 17/08 H03K 17/08 Z Fターム(参考) 5H007 AA12 CA01 CB05 FA03 FA06 FA13 5H740 BA13 BB05 MM08 MM12 5J055 AX15 AX32 AX37 AX44 AX64 BX16 CX07 CX20 DX09 DX59 DX84 EX02 EY01 EY12 EZ08 EZ09 EZ20 EZ23 EZ24 EZ61 FX04 FX13 FX18 FX32 GX02 GX04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H03K 17/08 H03K 17/08 ZF term (reference) 5H007 AA12 CA01 CB05 FA03 FA06 FA13 5H740 BA13 BB05 MM08 MM12 5J055 AX15 AX32 AX37 AX44 AX64 BX16 CX07 CX20 DX09 DX59 DX84 EX02 EY01 EY12 EZ08 EZ09 EZ20 EZ23 EZ24 EZ61 FX04 FX13 FX18 FX32 GX02 GX04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定の電力半導体素子に該半導体素子保
護用の回路が組み込まれてなる電力制御用インテリジェ
ントパワーモジュールにおいて、 それぞれエミッタからコレクタへ順方向をなすように接
続されるダイオードを備え、互いに並列に接続された少
なくとも一対の電力半導体素子と、 上記各半導体素子に対応して設けられ、該半導体素子の
エミッタ側に接続されるシャント抵抗を備えた半導体素
子電流検出用の回路構成と、 上記各電流検出用の回路構成により検出される電流値を
合成した上で、モジュール外部の制御回路へ出力する合
成部とを有していることを特徴とすることを特徴とする
インテリジェントパワーモジュール。
1. An intelligent power module for power control in which a circuit for protecting the semiconductor element is incorporated in a predetermined power semiconductor element, each including a diode connected in a forward direction from an emitter to a collector, At least a pair of power semiconductor elements connected in parallel, a circuit configuration for semiconductor element current detection, which is provided corresponding to each of the semiconductor elements and includes a shunt resistor connected to the emitter side of the semiconductor element, and An intelligent power module, characterized in that it has a combining section for combining the current values detected by the circuit configurations for detecting each current and then outputting the combined current value to a control circuit outside the module.
【請求項2】 上記各半導体素子のエミッタ側に、温度
検出用ダイオードが、そのカソード側で接続されるよう
に設けられるとともに、上記各電流検出用の回路構成に
は、温度検出用ダイオードがそのアノード側で接続さ
れ、上記シャント抵抗において検出された電流を温度補
正するための補正回路が設けられていることを特徴とす
る請求項1記載のインテリジェントパワーモジュール。
2. A temperature detecting diode is provided on the emitter side of each semiconductor element so as to be connected on the cathode side thereof, and a temperature detecting diode is included in the circuit configuration for detecting each current. The intelligent power module according to claim 1, further comprising a correction circuit that is connected on the anode side and that corrects the temperature of the current detected by the shunt resistor.
【請求項3】 上記合成部の出力側に、入力された信号
をシリアルのデジタルデータに変換するシリアル通信回
路部が設けられていることを特徴とする請求項1又は2
に記載のインテリジェントパワーモジュール。
3. The serial communication circuit unit for converting an input signal into serial digital data is provided on the output side of the synthesizing unit.
Intelligent power module described in.
【請求項4】 上記各電流検出用の回路構成において、
上記シャント抵抗において検出される電流が、その入力
から一定時間後の値に基づき、抽出されることを特徴と
する請求項1〜3のいずれか一に記載のインテリジェン
トパワーモジュール。
4. In the circuit configuration for detecting each current described above,
The intelligent power module according to any one of claims 1 to 3, wherein the current detected in the shunt resistor is extracted based on a value after a certain time has passed from its input.
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