JP2017028639A

JP2017028639A - 半導体リレーモジュール

Info

Publication number: JP2017028639A
Application number: JP2015148232A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　健一; Kenichi Suzuki; 健一鈴木
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-07-28
Filing date: 2015-07-28
Publication date: 2017-02-02

Abstract

【課題】確実な駆動ができ回路全体を小型化できる半導体リレーモジュールを提供する。【解決手段】第１及び第２ドレイン端子Ｄ１１０，Ｄ１２０は、導電性部材１５０によりボンディング接続されている。第１及び第２ゲート端子Ｇ１１０，Ｇ１２０は、導電性部材１６０によりボンディング接続されている。第１及び第２半導体リレースイッチＱ１１０，Ｑ１２０が短絡状態となる際は、直流電源５の電源供給により、入力端子１０１、出力端子１０２及び負荷１１に第１電圧Ｖ１が印加される。第１及び第２半導体リレースイッチがオン状態となる際は、入力端子及び出力端子の間には、第１電圧Ｖ１が印加され、第１ゲート端子及び第１ソース端子の間並びに第２ゲート端子及び第２ソース端子の間には、第１電圧Ｖ１と、第１及び第２半導体スイッチのゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧とを、加えた第２電圧Ｖ２が印加される。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体リレーモジュールに関するものである。

バッテリから供給される電力によりモータを駆動する回路においては、通常、バッテリ部、リレー部、インバータ部及びモータ部により構成される。上記リレー部には、従来、機械式のリレースイッチが用いられてきたが、機械式のリレースイッチは、チャタリングによるサージノイズや接点の劣化といった課題だけでなく、小型化及び低コスト化が困難であるといった課題があり、近年では、機械式のリレースイッチを半導体スイッチに置換させたいといった要求が増えてきている。

半導体スイッチを用いてリレー部を構成する場合においては、例えば、図２に示すような構成がある。この回路２においては、２つの半導体スイッチＱ５１０，Ｑ５２０が互いのソース端子Ｓ５１０，Ｓ５２０で接続されており、半導体スイッチＱ５１０及びＱ５２０においてゲート電位がソース電位よりも高い電位のバイアス電圧が印加されるように、半導体スイッチＱ５１０及びＱ５２０の駆動回路をバッテリ部に対して電気的にフローティングとなるように構成される。

このような構成に用いられる半導体リレーとしては、例えば、特許文献１の図１に開示されているようなものを用いることも可能である。

特開平５−１９１２４４

しかしながら、数十〜数百Ａの大電流を流すモータ等の用途における半導体リレーでは光信号駆動だけでは駆動能力が不足するため、確実な駆動が困難となる。そのため、数十〜数百Ａの大電流を流すモータ等の用途においては、絶縁トランス及びバッファ回路を付加した駆動回路が必要となり、回路全体が大型化してしまうといった課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、数十〜数百Ａの大電流を流すモータ等の用途においても、絶縁トランス等を用いずに確実な駆動が可能となると共に、回路全体を小型化できる半導体リレーモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の事項を提案している。

入力端子と、
出力端子と、
第１ドレイン端子、第１ゲート端子、及び第１ソース端子、を有する第１半導体リレースイッチと、
第２ドレイン端子、第２ゲート端子、及び第２ソース端子、を有する第２半導体リレースイッチと、
を備え、
第１ドレイン端子及び第２ドレイン端子は互いに電気的接続がなされ、第１ソース端子は入力端子に電気的接続がなされ、第２ソース端子は出力端子に電気的接続がなされていることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

第１ゲート端子及び第２ゲート端子は互いに電気的接続がなされていることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチがオン状態となる際は、
入力端子及び出力端子の間には、第１電圧が印加され、
第１ゲート端子及び第１ソース端子の間、及び、第２ゲート端子及び第２ソース端子の間には、第１電圧と、第１半導体スイッチ及び第２半導体スイッチのゲート閾値電圧以上の電圧とを、加えた第２電圧が印加されることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

第１半導体リレースイッチ及び／又は第２半導体リレースイッチのオン抵抗により、電流検出を行う電流検出部を備えることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

第１半導体リレースイッチ及び／又は第２半導体リレースイッチの過熱検出を行う過熱検出部を備えることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

第１ドレイン端子及び第２ドレイン端子は、導電性クリップを用いたクリップボンディングで接続されていることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

第１ドレイン端子及び第２ドレイン端子は、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディングで接続されていることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

導電性ワイヤは、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの最大定格電流よりも低い電流値で溶断するものであることを特徴とする半導体リレーモジュールを提案している。

本発明に係る半導体リレーモジュールによれば、第１ドレイン端子及び第２ドレイン端子は互いに電気的接続がなされ、第１ソース端子は入力端子に電気的接続がなされ、第２ソース端子は出力端子に電気的接続がなされているため、半導体リレー回路を簡易に構成でき、回路全体を小型化できる。

本発明に係る半導体リレーモジュールによれば、第１ゲート端子及び第２ゲート端子は互いに電気的接続がなされているため、共通の駆動回路を用いて、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体スイッチを駆動することが可能となり、回路全体を小型・簡素化することができる。

上記電気的接続は、半導体リレーモジュールにおいてなされているため、個々のディスクリート部品を接続する場合に比べ、寄生インダクタ、寄生抵抗、寄生容量等の値を極小化することができる。

これにより、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの短絡時の導通損失を低減することができると共に、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの短絡及び開放の際に発生するノイズを低減することができる。

本発明に係る半導体リレーモジュールによれば、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチがオン状態となる際は、入力端子及び出力端子の間には、第１電圧が印加され、第１ゲート端子及び第１ソース端子の間、及び、第２ゲート端子及び第２ソース端子の間には、第１電圧と、第１半導体スイッチ及び第２半導体スイッチのゲート閾値電圧以上の電圧とを、加えた第２電圧が印加されるため、絶縁トランス等を用いずに確実な駆動が可能である半導体リレー回路を簡易に構成でき、回路全体を小型化できる。

本発明に係る半導体リレーモジュールによれば、電流検出部は、第１半導体リレースイッチ及び／又は第２半導体リレースイッチのオン抵抗により電流検出を行うため、簡易な構成で過電流を検出することが可能となり、安全性の高い回路を構成することができる。

本発明に係る半導体リレーモジュールによれば、過熱検出部は、第１半導体リレースイッチ及び／又は第２半導体リレースイッチの過熱検出を行うため、簡易な構成で過熱検出を行うことが可能となり、安全性の高い回路を構成することができる。

本発明に係る半導体リレーモジュールにおいては、第１ドレイン端子及び第２ドレイン端子は、導電性クリップを用いたクリップボンディングで接続されているため、所望の導電率を有する導電性クリップを選択して製造することにより、半導体リレー導通時における電圧降下損失を低減した半導体リレー回路を提供することができる。

本発明に係る半導体リレーモジュールにおいては、第１ドレイン端子及び第２ドレイン端子は、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディングで接続されているため、所望の導電率を有する導電性ワイヤを選択して製造することにより、半導体リレー導通時における電圧降下損失を低減した半導体リレー回路を提供することができる。

本発明に係る半導体リレーモジュールにおいては、導電性ワイヤは、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの最大定格電流よりも低い電流値で溶断するものであるため、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの最大定格電流を超える過電流が流れる異常が生じた場合には、導電性ワイヤが溶断し、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの破壊を防止することができる。

本発明の実施形態に係る半導体リレーモジュールを用いた回路１の構成を示す回路図である。従来の半導体リレーモジュールを用いた回路２の構成を示す回路図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、本実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組合せをする様々なバリエーションが可能である。したがって、本実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る半導体リレーモジュールを用いた回路１の構成を示す回路図である。

回路１は、直流電源５と、負荷１０と、半導体リレーモジュール１００と、を備えている。半導体リレーモジュール１００は、直流電源５と負荷１０との間に設けられ、直流電源５と負荷１０とを短絡又は開放する。

半導体リレーリレーモジュール１００は、入力端子１０１と、出力端子１０２と、制御端子１０３と、を備えている。また、半導体リレー素子１００は、半導体リレースイッチＱ１１０と、第２半導体リレースイッチＱ１２０と、を備えている。

半導体リレースイッチＱ１１０は、第１ドレイン端子Ｄ１１０、第１ゲート端子Ｇ１１０、及び第１ソース端子Ｓ１１０を有する。第２半導体リレースイッチＱ１２０は、第２ドレイン端子Ｄ１２０、第２ゲート端子Ｇ１２０、及び第２ソース端子Ｓ１２０を有する。

第１ドレイン端子Ｄ１１０及び第２ドレイン端子Ｄ１２０は、互いに電気的接続がなされている。第１ソース端子Ｓ１１０は、入力端子１０１に電気的接続がなされている。第２ソース端子Ｓ１２０は、出力端子１０２に電気的接続がなされている。

また、半導体リレーモジュール１００においては、第１ゲート端子Ｇ１１０及び第２ゲート端子Ｇ１２０は互いに電気的接続がなされている。

第１ドレイン端子Ｄ１１０及び第２ドレイン端子Ｄ１２０は、導電性部材１５０によりボンディング接続されている。導電性部材１５０によるボンディング接続は、例えば、導電性クリップを用いたクリップボンディング、又は、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディングとする。

導電性部材１５０として導電性ワイヤを用いる場合、半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０の最大定格電流よりも低い電流値で溶断するワイヤを用いると好適である。

第１ゲート端子Ｇ１１０及び第２ゲート端子Ｇ１２０は、導電性部材１６０によりボンディング接続されている。導電性部材１５０によるボンディング接続は、例えば、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディングとする。

入力端子１０１及び出力端子１０２の間は、半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０が短絡又は開放することにより、直流電源５と負荷１０とを短絡又は開放するようになっている。半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０が短絡状態となる際は、直流電源５の電源供給により、入力端子１０１、出力端子１０２及び負荷１１に第１電圧Ｖ１が印加される。

半導体リレーモジュール１００の短絡又は開放の動作は、端子１０３と回路１のＧＮＤとの間の電圧を制御することによりなされる。半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０が短絡状態となる際は、入力端子１０１及び出力端子１０２の間には、第１電圧Ｖ１が印加される。

また、第１ゲート端子Ｇ１１０及び第１ソース端子Ｓ１１０の間、及び、第２ゲート端子Ｇ１２０及び第２ソース端子Ｓ１２０の間には、第１電圧Ｖ１と、半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０のゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧とを、加えた第２電圧Ｖ２が印加される。

更に、半導体リレーモジュール１００は、半導体リレースイッチＱ１１０及び／又は第２半導体リレースイッチＱ１２０のオン抵抗により、電流検出を行う電流検出部１７０を備える。

電流検出部１７０は、例えば、第１ドレイン端子Ｄ１１０及び第１ソース端子Ｓ１１０、及び、第２ドレイン端子Ｄ１２０及び第２ソース端子Ｓ１２０に接続されており、半導体リレースイッチＱ１１０及び／又は第２半導体リレースイッチＱ１２０のオン抵抗を検出できるようになっている。

なお、図１においては、電流検出部１７０は、半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０、両方のオン抵抗を検出できる接続の回路図となっているが、電流検出部１７０は、半導体リレースイッチＱ１１０又は第２半導体リレースイッチＱ１２０のいずれかの一方のオン抵抗を検出できるように構成してもよい。

また、電流検出部１７０は、端子１０４に接続されており、図示しない制御回路に対して半導体リレーモジュール１００に流れる電流情報を出力できるようになっている。

また、第１半導体リレースイッチ及び／又は第２半導体リレースイッチの過熱検出を行う過熱検出部１８０を備える。

過熱検出部１８０は、端子１０５に接続されており、図示しない制御回路に対して半導体リレーモジュール１００に流れる電流情報を出力できるようになっている。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００において、第１ドレイン端子Ｄ１１０及び第２ドレイン端子Ｄ１２０は互いに電気的接続がなされ、第１ソース端子Ｓ１１０は入力端子１０１に電気的接続がなされ、第２ソース端子Ｓ１２０は出力端子１０２に電気的接続がなされているため、回路１を簡易に構成でき、回路全体を小型化できる。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００において、第１ゲート端子Ｇ１１０及び第２ゲート端子Ｇ１２０は互いに電気的接続がなされているため、共通の駆動回路を用いて、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体スイッチＱ１２０を駆動することが可能となり、回路１の全体を小型・簡素化することができる。

上記第１ドレイン端子と第２ドレイン端子の電気的接続、第１ソース端子と入力端子の電気的接続、第２ソース端子と出力端子の電気的接続、第１ゲート端子と第２ゲート端子の電気的接続は、半導体リレーモジュールにおいてなされるため、寄生インダクタ、寄生抵抗、寄生容量等の値を極小化することが可能となり、第１半導体リレースイッチ及び第２半導体リレースイッチの短絡及び開放の際に発生するノイズ及び導通損失を低減することができる。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００において、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０がオン状態となる際は、入力端子１０１及び出力端子１０２の間には、第１電圧Ｖ１が印加され、第１ゲート端子Ｇ１１０及び第１ソース端子Ｓ１１０の間、及び、第２ゲート端子Ｇ１２０及び第２ソース端子Ｓ１２０の間には、第１電圧Ｖ１と、第１半導体スイッチＱ１１０及び第２半導体スイッチＱ１２０のゲート閾値電圧Ｖｔｈ以上の電圧とを、加えた第２電圧Ｖ２が印加される。

そのため、絶縁トランス等を用いずに確実な駆動が可能である半導体リレー回路を簡易に構成でき、回路１の全体を小型化できる。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００によれば、電流検出部１７０は、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び／又は第２半導体リレースイッチＱ１２０のオン抵抗により電流検出を行うため、簡易な構成で過電流等を検出することが可能となり、安全性の高い回路１を構成することができる。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００によれば、過熱検出部１８０は、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び／又は第２半導体リレースイッチＱ１２０の過熱検出を行うため、簡易な構成で過熱検出を行うことが可能となり、安全性の高い回路１を構成することができる。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００においては、第１ドレイン端子Ｄ１１０及び第２ドレイン端子Ｄ１２０は、導電性部材１５０によりボンディング（例えば、導電性クリップを用いたクリップボンディング、又は、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディング）接続されている。

そのため、所望の導電率を有する導電性クリップを選択して製造することにより、半導体リレー導通時における電圧降下損失を低減した半導体リレー回路を提供することができる。

本実施の形態に係る半導体リレーモジュール１００において、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディング）接続とした場合、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０の最大定格電流よりも低い電流値で溶断するようにすると好適である。

この場合、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０の最大定格電流を超える過電流が流れる異常が生じた際には、導電性ワイヤが溶断し、第１半導体リレースイッチＱ１１０及び第２半導体リレースイッチＱ１２０の破壊を防止することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

１：回路
５：直流電源
１０：負荷
１００：半導体リレーモジュール
Ｑ１１０：第１半導体スイッチ
Ｑ１２０：第２半導体スイッチ
Ｄ１１０：第１ドレイン端子
Ｇ１１０：第１ゲート端子
Ｓ１１０：第１ソース端子
Ｄ１２０：第２ドレイン端子
Ｇ１２０：第２ゲート端子
Ｓ１２０：第２ソース端子

Claims

入力端子と、
出力端子と、
第１ドレイン端子、第１ゲート端子、及び第１ソース端子、を有する第１半導体リレースイッチと、
第２ドレイン端子、第２ゲート端子、及び第２ソース端子、を有する第２半導体リレースイッチと、
を備え、
前記第１ドレイン端子及び前記第２ドレイン端子は互いに電気的接続がなされ、前記第１ソース端子は前記入力端子に電気的接続がなされ、前記第２ソース端子は前記出力端子に電気的接続がなされていることを特徴とする半導体リレーモジュール。
前記第１ゲート端子及び前記第２ゲート端子は互いに電気的接続がなされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体リレーモジュール。
前記第１半導体リレースイッチ及び前記第２半導体リレースイッチがオン状態となる際は、
前記入力端子及び前記出力端子の間には、第１電圧が印加され、
前記第１ゲート端子及び前記第１ソース端子の間、及び、前記第２ゲート端子及び前記第２ソース端子の間には、前記第１電圧と、前記第１半導体スイッチ及び前記第２半導体スイッチのゲート閾値電圧以上の電圧とを、加えた第２電圧が印加されることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の半導体リレーモジュール。
前記第１半導体リレースイッチ及び／又は前記第２半導体リレースイッチのオン抵抗により、電流検出を行う電流検出部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体リレーモジュール。
前記第１半導体リレースイッチ及び／又は前記第２半導体リレースイッチの過熱検出を行う過熱検出部を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体リレーモジュール。
前記第１ドレイン端子及び前記第２ドレイン端子は、導電性クリップを用いたクリップボンディングで接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体リレーモジュール。
前記第１ドレイン端子及び前記第２ドレイン端子は、導電性ワイヤを用いたワイヤボンディングで接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の半導体リレーモジュール。
前記導電性ワイヤは、前記第１半導体リレースイッチ及び前記第２半導体リレースイッチの最大定格電流よりも低い電流値で溶断するものであることを特徴とする請求項７に記載の半導体リレーモジュール。