JP2019135821A - パワー半導体デバイス、及びそのパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム - Google Patents
パワー半導体デバイス、及びそのパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム Download PDFInfo
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Abstract
Description
なお、図7では、模式的にパワーMOSFET73A,73B,73C,83A,83B,83Cを表現して示しているが、制御装置(不図示)からそれぞれオンオフ制御可能なように、これらパワーMOSFET73A,73B,73C,83A,83B,83Cそれぞれには所定の電圧を印加するための電気回路(不図示)も設けられている。
なお、例えば、第1の負荷LAは、電子式燃料噴射装置や電子制御ユニットなどに該当する。第2の負荷LBは、アンチロック・ブレーキ・システムなどに該当する。第3の負荷LCは、エンジン点火装置などに該当する。
(1) メインの電源と複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のメインの電源線と、
前記複数のメインの電源線とは別に設けられ、サブの電源と前記複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のサブの電源線と、
前記複数のメインの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のメインの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のメインのパワー半導体素子と、
前記複数のサブの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のサブの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のサブのパワー半導体素子と、
を備え、
前記複数のメイン及び前記複数のサブのパワー半導体素子のうち少なくとも一部において、当該一部に含まれる、前記メインのパワー半導体素子と、前記サブのパワー半導体素子とは一対となって一つの半導体パッケージとされ、
当該半導体パッケージにおいて、当該メインのパワー半導体素子のメインの電源線と、当該サブのパワー半導体素子のサブの電源線とは、互いに異なる前記負荷に接続される、
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。
(2) 前記複数のメインのパワー半導体素子の他部において、当該他部に含まれる前記メインのパワー半導体素子は、当該他部に含まれる他の前記メインのパワー半導体素子のうち1つと一対となって一つの半導体パッケージとされ、
前記複数のサブのパワー半導体素子の他部において、当該他部に含まれる前記サブのパワー半導体素子は、当該他部に含まれる他の前記サブのパワー半導体素子のうち1つと一対となって一つの半導体パッケージとされる、
ことを特徴とする上記(1)に記載のパワー半導体デバイス。
(3) メインの電源と複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のメインの電源線と、
前記複数のメインの電源線とは別に設けられ、サブの電源と前記複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のサブの電源線と、
前記複数のメインの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のメインの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のメインのパワー半導体素子と、
前記複数のサブの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のサブの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のサブのパワー半導体素子と、
を備え、
前記複数のサブのパワー半導体素子のうち少なくとも2つは、一組となって一つの半導体パッケージとされる、
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。
(4) 検知された前記半導体パッケージの故障状況に応じて、前記複数のサブのパワー半導体素子をそれぞれオンオフ制御する制御部をさらに有する、
ことを特徴とする上記(1)〜(3)の何れか1つに記載のパワー半導体デバイス。
(5) 上記(1)〜(4)の何れか1つに記載のパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム。
上記(2)のパワー半導体デバイスの構成によれば、メイン及びサブの電源系内それぞれにおいても半導体パッケージを設けるので、各電源系で近接する配線同士を繋げるなどして回路構造の複雑化を避け、導入コストの増加をより抑制することができる。
上記(3)のパワー半導体デバイスの構成によれば、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数や導入コストの増加を抑制することができる。また、サブの電源系内で半導体パッケージを設けるので、メインの電源系内で設けるのと比べて半導体パッケージが故障した場合、その故障が与える影響を小さく抑えることができる。また、当該電源系で近接する配線同士を繋げるなどして回路構造の複雑化を避け、導入コストの増加をより抑制することができる。
上記(4)のパワー半導体デバイスの構成によれば、メインの電源系で故障が発生してこのメインの電源系から電気供給が不能になっても、サブの電源系の電源線から電気を迅速且つ適切に供給することができる。
上記(5)の車両用電源供給システムの構成によれば、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数を削減することができる車両用電源供給システムを提供することができる。
図1及び図2を参照して、本発明に係る第1実施形態の車両用電源供給システム1について説明する。
まず図1を参照して、本実施形態の車両用電源供給システム1の回路構成について説明する。図1は、本実施形態に係る車両用電源供給システム1を説明する概略回路構成図である。
なお、図1では、模式的にパワーMOSFET(パワー半導体素子)13A,13B,13C,23A,23B,23Cを表現して示しているが、制御装置(制御部)CUからそれぞれオンオフ制御可能なように、これらパワーMOSFET13A,13B,13C,23A,23B,23Cそれぞれには所定の電圧を印加するための電気回路(不図示)も設けられている。図2〜図6についても同様である。また、図1〜図6中の白抜きの矢印は、蓄電池11,21,31,41,51,61からの電気の経路(流れ)を意味している。
なお、本実施形態では、負荷LA,LB,LCを3つとしたがこの数量に限定されない。負荷が3つ以外の複数個である場合には、この数量に応じて後述する電源線12A,12B,12C,22A,22B,22CやパワーMOSFET13A,13B,13C,23A,23B,23Cが適宜設けられることになる。
なお、メインの電源系10が通常に使用される電気系統とされる。
次に図2を参照して、本実施形態において第1の半導体パッケージP11が故障した場合の電気の経路について説明する。図2は、第1の半導体パッケージP11で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。
以上説明したように本実施形態の車両用電源供給システム1によれば、メインの電源系10のパワーMOSFET(パワー半導体素子)13A,13B,13Cと、サブの電源系20のパワーMOSFET(パワー半導体素子)23A,23B,23Cとは一対となって一つの半導体パッケージP11,P12,P13にそれぞれされる。このため、複数のパワーMOSFET(パワー半導体素子)13A,13B,13C,23A,23B,23Cを1つの回路基板に搭載して、これら複数のパワーMOSFET13A,13B,13C,23A,23B,23Cにおいてハードフェア構成として共通する部分を共有化する。これにより、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数や導入コストの増加を抑制することができる。
次に、図3及び図4を参照して、本発明に係る第2実施形態の車両用電源供給システム3について説明する。
なお、上記第1実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一或いは同等符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
まず図3を参照して、本実施形態の車両用電源供給システム3の回路構成について説明する。図3は、本実施形態に係る車両用電源供給システム3を説明する概略回路構成図である。
それ他の構成については、上記第1実施形態と同様である。
次に図4を参照して、本実施形態において第1の半導体パッケージP31が故障した場合の電気の経路について説明する。図4は、第1の半導体パッケージP31で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。
以上説明したように本実施形態の車両用電源供給システム3によれば、メインの電源系30のパワーMOSFET(パワー半導体素子)33A,33B,33Cの残り(他部)において、当該他部に含まれるメインの電源系30の第1のパワーMOSFET33Aは、その第2のパワーMOSFET33Bと一対となって一つの半導体パッケージP31とされ、サブの電源系40のパワーMOSFET43A,43B,43Cの残り(他部)において、当該他部に含まれるサブの電源系40の第1のパワーMOSFET43Aは、その第3のパワーMOSFET43Cと一対となって一つの半導体パッケージP33とされる。このため、メイン及びサブの電源系30,40内それぞれにおいても半導体パッケージP31,P33を設けるので、各電源系30,40で近接する配線同士を繋げるなどして回路構造の複雑化を避け、導入コストの増加をより抑制することができる。
それ他の作用効果については、上記第1実施形態と同様である。
次に、図5及び図6を参照して、本発明に係る第3実施形態の車両用電源供給システム5について説明する。
なお、上記第1及び第2実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一或いは同等符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。
まず図5を参照して、本実施形態の車両用電源供給システム5の回路構成について説明する。図5は、本実施形態に係る車両用電源供給システム5を説明する概略回路構成図である。
その他の構成については、上記第1及び第2実施形態と同様である。
次に図6を参照して、本実施形態において第1の半導体パッケージP51が故障した場合の電気の経路について説明する。図6は、第1の半導体パッケージP51で故障が発生した場合の電気の経路を説明する概略回路構成図である。
以上説明したように本実施形態の車両用電源供給システム5によれば、サブの電源系60のパワーMOSFET(パワー半導体素子)63A,63B,63Cの全部が、一組となって一つの半導体パッケージP51とされるため、システムの電源冗長性を向上させながらも、半導体素子の部品点数や導入コストの増加を抑制することができる。また、サブの電源系60内で半導体パッケージP51を設けるので、メインの電源系50内で設けるのと比べて半導体パッケージが故障した場合、その故障が与える影響を小さく抑えることができる。また、当該電源系60で近接する配線同士を繋げるなどして回路構造の複雑化を避け、導入コストの増加をより抑制することができる。
それ他の作用効果については、上記第1及び第2実施形態と同様である。
[1] メインの電源(メインの蓄電池、11,31)と複数の負荷(LA,LB,LC)とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のメインの電源線(第1の電源線、12A,32A:第2の電源線、12B,32B:第3の電源線、12C,32C)と、
前記複数のメインの電源線(第1の電源線、12A,32A:第2の電源線、12B,32B:第3の電源線、12C,32C)とは別に設けられ、サブの電源(サブの蓄電池、21,41)と前記複数の負荷(LA,LB,LC)とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のサブの電源線(第1の電源線、22A,42A:第2の電源線、22B,42B:第3の電源線、22C,42C)と、
前記複数のメインの電源線(第1の電源線、12A,32A:第2の電源線、12B,32B:第3の電源線、12C,32C)にそれぞれ設けられ、前記複数のメインの電源線(第1の電源線、12A,32A:第2の電源線、12B,32B:第3の電源線、12C,32C)の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のメインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、13A,33A:第2のパワーMOSFET、13B,33B:第3のパワーMOSFET、13C,33C)と、
前記複数のサブの電源線(第1の電源線、22A,42A:第2の電源線、22B,42B:第3の電源線、22C,42C)にそれぞれ設けられ、前記複数のサブの電源線(第1の電源線、22A,42A:第2の電源線、22B,42B:第3の電源線、22C,42C)の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のサブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、23A,43A:第2のパワーMOSFET、23B,43B:第3のパワーMOSFET、23C,43C)と、
を備え、
前記複数のメイン及び前記複数のサブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、13A,33A:第2のパワーMOSFET、13B,33B:第3のパワーMOSFET、13C,33C/第1のパワーMOSFET、23A,43A:第2のパワーMOSFET、23B,43B:第3のパワーMOSFET、23C,43C)のうち少なくとも一部において、当該一部に含まれる、前記メインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、13A:第2のパワーMOSFET、13B:第3のパワーMOSFET、13C,33C)と、前記サブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、23A:第2のパワーMOSFET、23B,43B:第3のパワーMOSFET、23C)とは一対となって一つの半導体パッケージ(P11,P12,P13,P32)とされ、
当該半導体パッケージ(P11,P12,P13,P32)において、当該メインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、13A:第2のパワーMOSFET、13B:第3のパワーMOSFET、13C,33C)のメインの電源線(第1の電源線、12A:第2の電源線、12B:第3の電源線、12C,32C)と、当該サブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、23A:第2のパワーMOSFET、23B,43B:第3のパワーMOSFET、23C)のサブの電源線(第1の電源線、22A:第2の電源線、22B,42B:第3の電源線、22C)とは、互いに異なる前記負荷(LA,LB,LC)に接続される、
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。
[2] 前記複数のメインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、33A:第2のパワーMOSFET、33B:第3のパワーMOSFET、33C)の他部において、当該他部に含まれる前記メインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、33A:第2のパワーMOSFET、33B)は、当該他部に含まれる他の前記メインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、33A:第2のパワーMOSFET、33B)のうち1つと一対となって一つの半導体パッケージ(P31)とされ、
前記複数のサブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、43A:第2のパワーMOSFET、43B:第3のパワーMOSFET、43C)の他部において、当該他部に含まれる前記サブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、43A:第3のパワーMOSFET、43C)は、当該他部に含まれる他の前記サブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、43A:第3のパワーMOSFET、43C)のうち1つと一対となって一つの半導体パッケージ(P33)とされる、
ことを特徴とする[1]に記載のパワー半導体デバイス。
[3] メインの電源(メインの蓄電池、51)と複数の負荷(LA,LB,LC)とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のメインの電源線(第1の電源線、52A:第2の電源線、52B:第3の電源線、52C)と、
前記複数のメインの電源線(第1の電源線、52A:第2の電源線、52B:第3の電源線、52C)とは別に設けられ、サブの電源(サブの蓄電池、61)と前記複数の負荷(LA,LB,LC)とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のサブの電源線(第1の電源線、62A:第2の電源線、62B:第3の電源線、62C)と、
前記複数のメインの電源線(第1の電源線、52A:第2の電源線、52B:第3の電源線、52C)にそれぞれ設けられ、前記複数のメインの電源線(第1の電源線、52A:第2の電源線、52B:第3の電源線、52C)の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のメインのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、53A:第2のパワーMOSFET、53B:第3のパワーMOSFET、53C)と、
前記複数のサブの電源線(第1の電源線、62A:第2の電源線、62B:第3の電源線、62C)にそれぞれ設けられ、前記複数のサブの電源線(第1の電源線、62A:第2の電源線、62B:第3の電源線、62C)の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のサブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、63A:第2のパワーMOSFET、63B:第3のパワーMOSFET、63C)と、
を備え、
前記複数のサブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、63A:第2のパワーMOSFET、63B:第3のパワーMOSFET、63C)のうち少なくとも2つは、一組となって一つの半導体パッケージ(P51)とされる、
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。
[4] 検知された前記半導体パッケージ(P11,P12,P13,P31,P32,P33,P51)の故障状況に応じて、前記複数のサブのパワー半導体素子(第1のパワーMOSFET、23A,43A,63A:第2のパワーMOSFET、23B,43B,63B:第3のパワーMOSFET、23C,43C,63C)をそれぞれオンオフ制御する制御部(制御装置、CU)をさらに有する、
ことを特徴とする[1]〜[3]の何れか1つに記載のパワー半導体デバイス。
[5] [1]〜[4]の何れか1つに記載のパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム(1,3,5)。
10 メインの電源系
11 メインの蓄電池(メインの電源)
12A 第1の電源線
12B 第2の電源線
12C 第3の電源線
13A 第1のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
13B 第2のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
13C 第3のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
20 サブの電源系
21 サブの蓄電池(サブの電源)
22A 第1の電源線
22B 第2の電源線
22C 第3の電源線
23A 第1のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
23B 第2のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
23C 第3のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
3 車両用電源供給システム
30 メインの電源系
31 メインの蓄電池(メインの電源)
32A 第1の電源線
32B 第2の電源線
32C 第3の電源線
33A 第1のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
33B 第2のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
33C 第3のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
40 サブの電源系
41 サブの蓄電池(サブの電源)
42A 第1の電源線
42B 第2の電源線
42C 第3の電源線
43A 第1のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
43B 第2のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
43C 第3のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
5 車両用電源供給システム
50 メインの電源系
51 メインの蓄電池(メインの電源)
52A 第1の電源線
52B 第2の電源線
52C 第3の電源線
53A 第1のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
53B 第2のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
53C 第3のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
60 サブの電源系
61 サブの蓄電池(サブの電源)
62A 第1の電源線
62B 第2の電源線
62C 第3の電源線
63A 第1のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
63B 第2のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
63C 第3のパワーMOSFET(パワー半導体素子)
7 車両用電源供給システム
70 メインの電源系
71 メインの蓄電池
72A 第1の電源線
72B 第2の電源線
72C 第3の電源線
73A 第1のパワーMOSFET
73B 第2のパワーMOSFET
73C 第3のパワーMOSFET
80 サブの電源系
81 サブの蓄電池
82A 第1の電源線
82B 第2の電源線
82C 第3の電源線
83A 第1のパワーMOSFET
83B 第2のパワーMOSFET
83C 第3のパワーMOSFET
P11 第1の半導体パッケージ
P12 第2の半導体パッケージ
P13 第3の半導体パッケージ
P31 第1の半導体パッケージ
P32 第2の半導体パッケージ
P33 第3の半導体パッケージ
P51 第1の半導体パッケージ
LA 第1の負荷
LB 第2の負荷
LC 第3の負荷
CU 制御装置(制御部)
Claims (5)
- メインの電源と複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のメインの電源線と、
前記複数のメインの電源線とは別に設けられ、サブの電源と前記複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のサブの電源線と、
前記複数のメインの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のメインの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のメインのパワー半導体素子と、
前記複数のサブの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のサブの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のサブのパワー半導体素子と、
を備え、
前記複数のメイン及び前記複数のサブのパワー半導体素子のうち少なくとも一部において、当該一部に含まれる、前記メインのパワー半導体素子と、前記サブのパワー半導体素子とは一対となって一つの半導体パッケージとされ、
当該半導体パッケージにおいて、当該メインのパワー半導体素子のメインの電源線と、当該サブのパワー半導体素子のサブの電源線とは、互いに異なる前記負荷に接続される、
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。 - 前記複数のメインのパワー半導体素子の他部において、当該他部に含まれる前記メインのパワー半導体素子は、当該他部に含まれる他の前記メインのパワー半導体素子のうち1つと一対となって一つの半導体パッケージとされ、
前記複数のサブのパワー半導体素子の他部において、当該他部に含まれる前記サブのパワー半導体素子は、当該他部に含まれる他の前記サブのパワー半導体素子のうち1つと一対となって一つの半導体パッケージとされる、
ことを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体デバイス。 - メインの電源と複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のメインの電源線と、
前記複数のメインの電源線とは別に設けられ、サブの電源と前記複数の負荷とをそれぞれ接続し、電気回路が互いに並列に設けられる複数のサブの電源線と、
前記複数のメインの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のメインの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のメインのパワー半導体素子と、
前記複数のサブの電源線にそれぞれ設けられ、前記複数のサブの電源線の短絡又は開放をそれぞれ切り替える複数のサブのパワー半導体素子と、
を備え、
前記複数のサブのパワー半導体素子のうち少なくとも2つは、一組となって一つの半導体パッケージとされる、
ことを特徴とするパワー半導体デバイス。 - 検知された前記半導体パッケージの故障状況に応じて、前記複数のサブのパワー半導体素子をそれぞれオンオフ制御する制御部をさらに有する、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のパワー半導体デバイス。 - 請求項1〜4の何れか1項に記載のパワー半導体デバイスを備える車両用電源供給システム。
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