JP2022039105A - Semiconductor module - Google Patents

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重男 高部
Shigeo Takabe
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Abstract

To provide a semiconductor module in which a current sensing terminal of a semiconductor switch is not directly exposed to the outside.SOLUTION: A semiconductor module 300 incorporates, in a housing, semiconductor switches 320u to 320w, a sensing resistor 340 connected between sensing terminals of the semiconductor switches and a reference voltage, and an LVIC 330 including a reference voltage generation circuit 332 which generates a reference voltage according to a resistance value of an external resistor 390 connectable to an external setting terminal 315, a comparison circuit 336 which compares a sense voltage generated in the sensing resistor according to the sense current flowing in the sense resistor and the reference voltage, and a control circuit 338 which controls the semiconductor switches using the result of comparison by the comparison circuit.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、半導体モジュールに関する。 The present invention relates to a semiconductor module.

特許文献1には、パワーモジュール内のIGBT4~6のセンス電流電極に接続されるCIN端子に、センス抵抗を有する過電流検出部12を接続する構成が記載されている(段落0026、図1)。特許文献2には、「IGBT1は例えば誘導性の負荷4と接続し、電流検出用のセンスIGBT2を有し、その補助エミッタ端子3は電流検出用抵抗であるセンス抵抗6と接続する。点線内はIGBTを制御する集積回路5で、ゲート駆動回路9、電流検出器8、基準電圧回路7およびセンス抵抗6が内蔵されている。」と記載されている。
[先行技術文献]
[特許文献]
[特許文献1] 特開2015-33186号公報
[特許文献2] 特開平9-260592号公報
Patent Document 1 describes a configuration in which an overcurrent detection unit 12 having a sense resistance is connected to a CIN terminal connected to the sense current electrodes of the IGBTs 4 to 6 in the power module (paragraph 0026, FIG. 1). .. In Patent Document 2, "IGBT 1 is connected to, for example, an inductive load 4, has a sense IGBT 2 for current detection, and its auxiliary emitter terminal 3 is connected to a sense resistor 6 which is a resistance for current detection. Is an integrated circuit 5 that controls the IGBT, and has a gate drive circuit 9, a current detector 8, a reference voltage circuit 7, and a sense resistor 6 built-in. "
[Prior Art Document]
[Patent Document]
[Patent Document 1] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-33186 [Patent Document 2] Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-260592

パワーMOSFET(金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ)およびIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の半導体スイッチのセンス端子は、他の端子と比較して静電気耐量が低い。このため、特許文献1に記載のように半導体スイッチのセンス端子を半導体モジュールの外部に露出させると、製造時等の扱い方によっては半導体スイッチが静電破壊するおそれがある。また、特許文献2においては、集積回路5にセンス抵抗6を内蔵させるので、過電流の検出レベルを変更するのが難しい。 The sense terminals of semiconductor switches such as power MOSFETs (metal oxide semiconductor field effect transistors) and IGBTs (insulated gate bipolar transistors) have a lower electrostatic tolerance than other terminals. Therefore, if the sense terminal of the semiconductor switch is exposed to the outside of the semiconductor module as described in Patent Document 1, the semiconductor switch may be electrostatically destroyed depending on how it is handled at the time of manufacturing or the like. Further, in Patent Document 2, since the sense resistor 6 is built in the integrated circuit 5, it is difficult to change the detection level of the overcurrent.

本発明の第1の態様においては、半導体モジュールを提供する。半導体モジュールは、半導体スイッチを備えてよい。半導体モジュールは、半導体スイッチのセンス端子および基準電位の間に接続されたセンス抵抗を備えてよい。半導体モジュールは、外部設定端子に接続可能な外部抵抗の抵抗値に応じたリファレンス電圧を発生するリファレンス電圧発生回路を備えてよい。半導体モジュールは、センス抵抗に流れるセンス電流に応じてセンス抵抗に発生するセンス電圧とリファレンス電圧とを比較する比較回路を備えてよい。半導体モジュールは、比較回路による比較結果を用いて半導体スイッチを制御する制御回路を備えてよい。半導体モジュールは、半導体スイッチ、センス抵抗、リファレンス電圧発生回路、比較回路、および制御回路を内蔵する筐体を備えてよい。 In the first aspect of the present invention, a semiconductor module is provided. The semiconductor module may include a semiconductor switch. The semiconductor module may include a sense resistor connected between the sense terminal of the semiconductor switch and the reference potential. The semiconductor module may include a reference voltage generation circuit that generates a reference voltage according to the resistance value of an external resistor that can be connected to the external setting terminal. The semiconductor module may include a comparison circuit that compares the sense voltage generated in the sense resistor with the reference voltage according to the sense current flowing through the sense resistor. The semiconductor module may include a control circuit that controls a semiconductor switch using the comparison result of the comparison circuit. The semiconductor module may include a housing containing a semiconductor switch, a sense resistor, a reference voltage generation circuit, a comparison circuit, and a control circuit.

リファレンス電圧発生回路は、外部抵抗に直列に接続される第1抵抗を有してよい。リファレンス電圧発生回路は、外部抵抗および第1抵抗を用いた抵抗分圧によりリファレンス電圧を発生してよい。 The reference voltage generator circuit may have a first resistor connected in series with an external resistor. The reference voltage generation circuit may generate a reference voltage by a resistance voltage divider using an external resistor and a first resistor.

リファレンス電圧発生回路は、第1抵抗と直列かつ外部抵抗と並列に接続される第2抵抗を有してよい。リファレンス電圧発生回路は、外部抵抗および第2抵抗を含む合成抵抗と、第1抵抗とを用いた抵抗分圧によりリファレンス電圧を発生してよい。 The reference voltage generator circuit may have a second resistor connected in series with the first resistor and in parallel with the external resistor. The reference voltage generation circuit may generate a reference voltage by a combined resistance including an external resistance and a second resistance, and a resistance voltage divider using the first resistance.

第2抵抗は、第1抵抗よりも抵抗値が大きくてよい。 The second resistance may have a larger resistance value than the first resistance.

外部抵抗は、外部設定端子および基準電位の間に接続されてよい。 The external resistance may be connected between the external setting terminal and the reference potential.

半導体モジュールは、センス端子および比較回路の間に接続されたフィルタ回路を更に備えてよい。 The semiconductor module may further include a filter circuit connected between the sense terminal and the comparison circuit.

リファレンス電圧発生回路、比較回路、および制御回路は、集積回路に内蔵されてよい。センス抵抗は、集積回路の外に設けられてよい。 The reference voltage generation circuit, comparison circuit, and control circuit may be incorporated in the integrated circuit. The sense resistance may be provided outside the integrated circuit.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. A subcombination of these feature groups can also be an invention.

第1の比較例における半導体モジュール100の構成を示す。The configuration of the semiconductor module 100 in the first comparative example is shown. 第2の比較例における半導体モジュール200の構成を示す。The configuration of the semiconductor module 200 in the second comparative example is shown. 本実施形態に係る半導体モジュール300の構成を示す第1の図である。It is the first figure which shows the structure of the semiconductor module 300 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る半導体モジュール300の構成を示す第2の図である。It is a 2nd figure which shows the structure of the semiconductor module 300 which concerns on this embodiment.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention within the scope of the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

図1は、第1の比較例における半導体モジュール100の構成を、半導体モジュール100の外部に接続されるセンス抵抗140およびフィルタ回路150と共に示す。半導体モジュール100は、一例として3相モータを駆動するためのインバータに用いられる。半導体モジュール100は、上アームの半導体スイッチおよび下アームの半導体スイッチが直列に接続され、上下アーム間に出力端子が設けられる1相分のスイッチング回路を3組備えてよい。本図においては、説明の便宜上、半導体モジュール100の下アームに関する構成のみを説明する。 FIG. 1 shows the configuration of the semiconductor module 100 in the first comparative example together with the sense resistor 140 and the filter circuit 150 connected to the outside of the semiconductor module 100. The semiconductor module 100 is used as an example in an inverter for driving a three-phase motor. The semiconductor module 100 may include three sets of switching circuits for one phase in which the semiconductor switch of the upper arm and the semiconductor switch of the lower arm are connected in series and an output terminal is provided between the upper and lower arms. In this figure, for convenience of explanation, only the configuration relating to the lower arm of the semiconductor module 100 will be described.

半導体モジュール100は、半導体モジュール100の外部に接続される外部端子として、制御電圧端子102と、制御接地端子104と、複数の制御入力端子106u~wと、複数の出力端子108u~wと、複数のエミッタ端子110u~wと、センスエミッタ端子112と、センス入力端子114とを備える。制御電圧端子102は、半導体モジュール100内における制御回路用の電源電圧Vccを入力する。制御接地端子104は、半導体モジュール100内における制御回路用のグランドに接続される。 The semiconductor module 100 has a plurality of control voltage terminals 102, a control ground terminal 104, a plurality of control input terminals 106u to w, and a plurality of output terminals 108u to w as external terminals connected to the outside of the semiconductor module 100. The emitter terminals 110u to 110u to w, the sense emitter terminal 112, and the sense input terminal 114 are provided. The control voltage terminal 102 inputs the power supply voltage Vcc for the control circuit in the semiconductor module 100. The control ground terminal 104 is connected to the ground for the control circuit in the semiconductor module 100.

複数の制御入力端子106u~w(以下、「制御入力端子106」とも示す。)は、u相の下アームの半導体スイッチ120uをオンまたはオフにすることを指示する制御信号LUc、v相の下アームの半導体スイッチ120vをオンまたはオフにすることを指示する制御信号LVc、w相の下アームの半導体スイッチ120wをオンまたはオフにすることを指示する制御信号LWcを入力する。複数の出力端子108u~w(以下、「出力端子108」とも示す。)は、u~w相の電圧を負荷へと出力する。 The plurality of control input terminals 106u to w (hereinafter, also referred to as “control input terminal 106”) are below the control signals LUc and v phase instructing to turn on or off the semiconductor switch 120u of the lower arm of the u phase. The control signal LVc instructing to turn on or off the semiconductor switch 120v of the arm and the control signal LWc instructing to turn on or off the semiconductor switch 120w of the lower arm of the w phase are input. The plurality of output terminals 108u to w (hereinafter, also referred to as "output terminal 108") output the voltage of the u to w phase to the load.

複数のエミッタ端子110u~w(以下、「エミッタ端子110」とも示す。)は、負側の直流母線Nに接続される。センスエミッタ端子112は、センス抵抗140に接続される。センス入力端子114は、フィルタ回路150に接続される。 The plurality of emitter terminals 110u to w (hereinafter, also referred to as "emitter terminal 110") are connected to the DC bus N on the negative side. The sense emitter terminal 112 is connected to the sense resistor 140. The sense input terminal 114 is connected to the filter circuit 150.

半導体モジュール100は、複数の半導体スイッチ120u~wと、LVIC130とを備える。半導体モジュール100は、複数の半導体スイッチ120u~wおよびLVIC130を、一例として樹脂封止したパッケージ等の筐体内に内蔵してよい。 The semiconductor module 100 includes a plurality of semiconductor switches 120u to w and a LVIC 130. The semiconductor module 100 may include a plurality of semiconductor switches 120u to w and the LVIC 130 in a housing such as a resin-sealed package as an example.

複数の半導体スイッチ120u~w(以下、「半導体スイッチ120」とも示す。)は、下アームのu~w相に設けられる。本実施形態に係る各半導体スイッチ120は、主端子としてコレクタおよびエミッタ、制御端子としてゲート、センス端子としてセンスエミッタを有するIGBTと、このIGBTと逆並列に接続された還流ダイオードとを有する。これに代えて、各半導体スイッチ120は、主端子としてドレインおよびソース、制御端子としてゲート、センス端子としてセンス用のソースを有するパワーMOSFETを有してよい。この場合、各半導体スイッチ120は、MOSFETの寄生ダイオードを還流ダイオードとして用いてもよい。 A plurality of semiconductor switches 120u to w (hereinafter, also referred to as "semiconductor switch 120") are provided in the u to w phases of the lower arm. Each semiconductor switch 120 according to this embodiment has an IGBT having a collector and an emitter as a main terminal, a gate as a control terminal, and a sense emitter as a sense terminal, and a freewheeling diode connected in antiparallel to the IGBT. Instead, each semiconductor switch 120 may have a power MOSFET having a drain and source as main terminals, a gate as control terminals, and a source for sense as sense terminals. In this case, each semiconductor switch 120 may use the parasitic diode of the MOSFET as a freewheeling diode.

半導体スイッチ120uは、主端子間が出力端子108uおよびエミッタ端子110uの間に接続される。半導体スイッチ120vは、主端子間が出力端子108vおよびエミッタ端子110vの間に接続される。半導体スイッチ120wは、主端子間が出力端子108wおよびエミッタ端子110wの間に接続される。各半導体スイッチ120のセンス端子は、センスエミッタ端子112に接続される。ここで、各半導体スイッチ120のセンス端子は、通常、その半導体スイッチ120の負側の主端子(エミッタ等)に流れる主電流に比例する、電流検出用のセンス電流を流す。 In the semiconductor switch 120u, the main terminals are connected between the output terminal 108u and the emitter terminal 110u. In the semiconductor switch 120v, the main terminals are connected between the output terminal 108v and the emitter terminal 110v. In the semiconductor switch 120w, the main terminals are connected between the output terminal 108w and the emitter terminal 110w. The sense terminal of each semiconductor switch 120 is connected to the sense emitter terminal 112. Here, the sense terminal of each semiconductor switch 120 normally causes a sense current for current detection, which is proportional to the main current flowing to the main terminal (emitter or the like) on the negative side of the semiconductor switch 120.

ここで、センスエミッタ端子112および負側の直流母線Nの間には、センス抵抗140が接続される。センスエミッタ端子112から出力されるセンス電流が流れると、センス抵抗140は、その抵抗値とセンス電流の電流値の積に相当するセンス電圧を発生させる。この結果、センスエミッタ端子112およびセンス抵抗140の間の電位は、負側の直流母線Nの電位である基準電位よりも、センス電圧分高くなる。 Here, a sense resistor 140 is connected between the sense emitter terminal 112 and the DC bus N on the negative side. When the sense current output from the sense emitter terminal 112 flows, the sense resistor 140 generates a sense voltage corresponding to the product of the resistance value and the current value of the sense current. As a result, the potential between the sense emitter terminal 112 and the sense resistance 140 becomes higher by the sense voltage than the reference potential which is the potential of the DC bus N on the negative side.

フィルタ回路150は、センス抵抗140のセンスエミッタ端子112側の端部に接続され、センス電圧をフィルタリングしてセンス入力端子114へと出力する。本図の例において、フィルタ回路150は、RC積分回路であり、センス電圧を平滑化してセンス入力端子114へと出力する。 The filter circuit 150 is connected to the end of the sense resistor 140 on the sense emitter terminal 112 side, filters the sense voltage, and outputs the sense voltage to the sense input terminal 114. In the example of this figure, the filter circuit 150 is an RC integrating circuit, which smoothes the sense voltage and outputs it to the sense input terminal 114.

LVIC130は、制御電圧端子102および制御接地端子104に接続され、制御電圧端子102および制御接地端子104間の電圧を電源電圧として動作する下アーム側(低電圧側)の集積回路である。LVIC130は、複数の制御入力端子106u~wに接続され、複数の制御入力端子106u~wを介して入力される制御信号LUc、LVc、およびLWcによる各半導体スイッチ120のオン/オフ指示に応じて、各半導体スイッチ120の制御端子に供給する制御電圧を切替える。 The LVIC 130 is an integrated circuit on the lower arm side (low voltage side) that is connected to the control voltage terminal 102 and the control ground terminal 104 and operates using the voltage between the control voltage terminal 102 and the control ground terminal 104 as the power supply voltage. The LVIC 130 is connected to a plurality of control input terminals 106u to w, and responds to an on / off instruction of each semiconductor switch 120 by the control signals LUc, LVc, and LWc input via the plurality of control input terminals 106u to w. , The control voltage supplied to the control terminal of each semiconductor switch 120 is switched.

また、LVIC130は、センス入力端子114に接続されて、センス電圧を入力する。LVIC130は、センス電圧が閾値よりも高い場合に、複数の半導体スイッチ120u~wに過電流が流れていることを検出する。LVIC130は、過電流を検出したことに応じて、一例として複数の半導体スイッチ120u~wをオフに切り替える等の保護動作を行ってよい。 Further, the LVIC 130 is connected to the sense input terminal 114 and inputs a sense voltage. The LVIC 130 detects that an overcurrent is flowing through the plurality of semiconductor switches 120u to w when the sense voltage is higher than the threshold value. The LVIC 130 may perform a protective operation such as switching off a plurality of semiconductor switches 120u to w as an example according to the detection of an overcurrent.

以上に示した半導体モジュール100においては、半導体モジュール100の外部にセンス抵抗140を接続するので、センス抵抗140として好適な抵抗値の抵抗を用いることにより、過電流の検出レベルを適切に設定することができる。その一方で、半導体モジュール100においては、各半導体スイッチ120のセンス端子につながるセンスエミッタ端子112が半導体モジュール100の外部に露出するので、各半導体スイッチ120が静電破壊しないよう取り扱いに十分注意する必要がある。 In the semiconductor module 100 shown above, since the sense resistor 140 is connected to the outside of the semiconductor module 100, the overcurrent detection level should be appropriately set by using a resistor having a suitable resistance value as the sense resistor 140. Can be done. On the other hand, in the semiconductor module 100, since the sense emitter terminal 112 connected to the sense terminal of each semiconductor switch 120 is exposed to the outside of the semiconductor module 100, it is necessary to be careful in handling so that each semiconductor switch 120 is not electrostatically destroyed. There is.

図2は、第2の比較例における半導体モジュール200の構成を、半導体モジュール200の外部に接続される複数のシャント抵抗240u~w、フィルタ回路250、比較回路260、および検出回路270と共に示す。半導体モジュール200は、半導体モジュール100と同様に、一例として3相モータを駆動するためのインバータに用いられる。半導体モジュール200は、上アームの半導体スイッチおよび下アームの半導体スイッチが直列に接続され、上下アーム間に出力端子が設けられる1相分のスイッチング回路を3組備えてよい。本図においては、説明の便宜上、半導体モジュール200の下アームに関する構成のみを説明する。なお、半導体モジュール200における、図1の半導体モジュール100と同様の機能および構成を有する箇所については、以下説明を省略する。 FIG. 2 shows the configuration of the semiconductor module 200 in the second comparative example together with a plurality of shunt resistors 240u to w connected to the outside of the semiconductor module 200, a filter circuit 250, a comparison circuit 260, and a detection circuit 270. Similar to the semiconductor module 100, the semiconductor module 200 is used as an example in an inverter for driving a three-phase motor. The semiconductor module 200 may include three sets of switching circuits for one phase in which the semiconductor switch of the upper arm and the semiconductor switch of the lower arm are connected in series and an output terminal is provided between the upper and lower arms. In this figure, for convenience of explanation, only the configuration relating to the lower arm of the semiconductor module 200 will be described. The description of the semiconductor module 200 having the same functions and configurations as the semiconductor module 100 of FIG. 1 will be omitted below.

半導体モジュール200は、半導体モジュール200の外部に接続される外部端子として、制御電圧端子202と、制御接地端子204と、複数の制御入力端子206u~wと、複数の出力端子208u~wと、複数のエミッタ端子210u~wと、検出端子215とを備える。このうち、制御電圧端子202と、制御接地端子204と、複数の制御入力端子206u~wと、複数の出力端子208u~wと、複数のエミッタ端子210u~wとは、図1の半導体モジュール100における、制御電圧端子102と、制御接地端子104と、複数の制御入力端子106u~wと、複数の出力端子108u~wと、複数のエミッタ端子110u~wと同様である。検出端子215は、検出回路270に接続され、過電流を検出したか否かを示す過電流検出信号を検出回路270から入力する。 The semiconductor module 200 has a plurality of control voltage terminals 202, a control ground terminal 204, a plurality of control input terminals 206u to w, and a plurality of output terminals 208u to w as external terminals connected to the outside of the semiconductor module 200. The emitter terminals 210u to w and the detection terminal 215 are provided. Of these, the control voltage terminal 202, the control ground terminal 204, the plurality of control input terminals 206u to w, the plurality of output terminals 208u to w, and the plurality of emitter terminals 210u to w are the semiconductor module 100 of FIG. The same applies to the control voltage terminal 102, the control ground terminal 104, the plurality of control input terminals 106u to w, the plurality of output terminals 108u to w, and the plurality of emitter terminals 110u to w. The detection terminal 215 is connected to the detection circuit 270, and an overcurrent detection signal indicating whether or not an overcurrent has been detected is input from the detection circuit 270.

半導体モジュール200は、複数の半導体スイッチ220u~wと、LVIC230とを備える。半導体モジュール200は、複数の半導体スイッチ220u~wおよびLVIC230を、一例として樹脂封止したパッケージ等の筐体内に内蔵してよい。複数の半導体スイッチ220u~w(以下、「半導体スイッチ220」とも示す。)は、センス端子を有しない他は図1における複数の半導体スイッチ120u~wと同様である。 The semiconductor module 200 includes a plurality of semiconductor switches 220u to w and a LVIC 230. The semiconductor module 200 may include a plurality of semiconductor switches 220u to w and LVIC230 in a housing such as a resin-sealed package as an example. The plurality of semiconductor switches 220u to w (hereinafter, also referred to as “semiconductor switch 220”) are the same as the plurality of semiconductor switches 120u to w in FIG. 1 except that they do not have a sense terminal.

ここで、複数のエミッタ端子210u~w(以下、「エミッタ端子210」とも示す。)のそれぞれと負側の直流母線Nの間には、複数のシャント抵抗240u~w(以下、「シャント抵抗240」とも示す。)のそれぞれが接続される。各相のシャント抵抗240は、その相の半導体スイッチ220からの主電流が流れたことに応じて、シャント抵抗240の抵抗値と主電流の電流値の積に相当するセンス電圧を発生させる。この結果、これらのエミッタ端子210およびシャント抵抗240の間の電位は、負側の直流母線Nにおける基準電位よりも、センス電圧分高くなる。 Here, between each of the plurality of emitter terminals 210u to w (hereinafter, also referred to as “emitter terminal 210”) and the DC bus N on the negative side, a plurality of shunt resistances 240u to w (hereinafter, “shunt resistance 240”). It is also shown.) Each of them is connected. The shunt resistance 240 of each phase generates a sense voltage corresponding to the product of the resistance value of the shunt resistance 240 and the current value of the main current according to the flow of the main current from the semiconductor switch 220 of that phase. As a result, the potential between the emitter terminal 210 and the shunt resistor 240 is higher than the reference potential in the negative DC bus N by the sense voltage.

フィルタ回路250は、各シャント抵抗240における、対応するエミッタ端子210側の端部に接続され、各シャント抵抗240からのセンス電圧をフィルタリングして比較回路260へと出力する。フィルタ回路250は、各シャント抵抗240に対応して、図1のフィルタ回路150と同様の回路を有してよい。 The filter circuit 250 is connected to the end of each shunt resistor 240 on the corresponding emitter terminal 210 side, filters the sense voltage from each shunt resistor 240 and outputs it to the comparison circuit 260. The filter circuit 250 may have a circuit similar to that of the filter circuit 150 of FIG. 1 corresponding to each shunt resistor 240.

比較回路260は、フィルタ回路250に接続される。比較回路260は、各シャント抵抗240からのセンス電圧をフィルタ回路250を介して受け取り、各シャント抵抗240からのセンス電圧が閾値を超えるか否かを判定する。検出回路270は、各シャント抵抗240からのセンス電圧のいずれかが閾値を超えたことに応じて過電流を検出して、論理H(High)の過電流検出信号を検出端子215へと出力する。 The comparison circuit 260 is connected to the filter circuit 250. The comparison circuit 260 receives the sense voltage from each shunt resistor 240 via the filter circuit 250, and determines whether or not the sense voltage from each shunt resistor 240 exceeds the threshold value. The detection circuit 270 detects an overcurrent according to the fact that any of the sense voltages from each shunt resistor 240 exceeds the threshold value, and outputs a logic H (High) overcurrent detection signal to the detection terminal 215. ..

LVIC230は、センス入力端子114に代えて検出端子215に接続される点を除いて、図1のLVIC130と同様である。LVIC230は、過電流を検出したことを示す過電流検出信号(すなわち論理Hの過電流検出信号)を受けたことに応じて、一例として複数の半導体スイッチ220u~wをオフに切り替える等の保護動作を行ってよい。 The LVIC 230 is the same as the LVIC 130 of FIG. 1 except that it is connected to the detection terminal 215 instead of the sense input terminal 114. The LVIC 230 has a protection operation such as switching off a plurality of semiconductor switches 220u to w as an example in response to receiving an overcurrent detection signal (that is, an overcurrent detection signal of logic H) indicating that an overcurrent has been detected. May be done.

以上に示した半導体モジュール200においては、各半導体スイッチ220がセンス端子を有しておらず、各半導体スイッチ220のセンス端子に直接つながる外部端子が半導体モジュール200の外部に露出することもない。また、各シャント抵抗240として好適な抵抗値の抵抗を用いるか、比較回路260の閾値を好適な電圧値とすることにより、過電流の検出レベルを適切に設定することも可能となる。しかし、半導体モジュール200においては、各出力端子208および負側の直流母線Nの間で主電流が流れる経路上に各シャント抵抗240を設けるので、各シャント抵抗240に大電流が流れる。このため、半導体モジュール200においては、各シャント抵抗240として、最大許容電流が大きな抵抗を用いる必要があり、また各シャント抵抗240による電力ロスが大きくなるという問題がある。 In the semiconductor module 200 shown above, each semiconductor switch 220 does not have a sense terminal, and the external terminal directly connected to the sense terminal of each semiconductor switch 220 is not exposed to the outside of the semiconductor module 200. Further, by using a resistor having a suitable resistance value as each shunt resistance 240 or by setting the threshold value of the comparison circuit 260 to a suitable voltage value, it is possible to appropriately set the detection level of overcurrent. However, in the semiconductor module 200, since each shunt resistor 240 is provided on the path through which the main current flows between each output terminal 208 and the negative DC bus N, a large current flows through each shunt resistor 240. Therefore, in the semiconductor module 200, it is necessary to use a resistance having a large maximum allowable current as each shunt resistance 240, and there is a problem that the power loss due to each shunt resistance 240 becomes large.

図3は、本実施形態に係る半導体モジュール300の構成を示す第1の図である。本図は、半導体モジュール300における下アーム側に関する構成を、外部抵抗390と共に示す。半導体モジュール300は、一例として3相モータを駆動するためのインバータに用いられる。半導体モジュール300は、上アームの半導体スイッチおよび下アームの半導体スイッチが直列に接続され、上下アーム間に出力端子が設けられる1相分のスイッチング回路を3組備えるパワーモジュールである。ここで、半導体モジュール300は、各半導体スイッチを制御する制御回路等を内蔵するインテリジェントパワーモジュール(IPM)であってよい。以下、本図において半導体モジュール300の下アームに関する構成を示し、図4において半導体モジュール300の上アームに関する構成を示す。なお、半導体モジュール300における、図1の半導体モジュール100同様の機能・構成を有する箇所については、以下説明を省略する。 FIG. 3 is a first diagram showing the configuration of the semiconductor module 300 according to the present embodiment. This figure shows the configuration of the semiconductor module 300 with respect to the lower arm side together with the external resistance 390. The semiconductor module 300 is used as an example in an inverter for driving a three-phase motor. The semiconductor module 300 is a power module including three sets of switching circuits for one phase in which a semiconductor switch of an upper arm and a semiconductor switch of a lower arm are connected in series and an output terminal is provided between the upper and lower arms. Here, the semiconductor module 300 may be an intelligent power module (IPM) having a built-in control circuit or the like for controlling each semiconductor switch. Hereinafter, the configuration of the lower arm of the semiconductor module 300 is shown in this figure, and the configuration of the upper arm of the semiconductor module 300 is shown in FIG. The following description of the semiconductor module 300 having the same functions and configurations as the semiconductor module 100 of FIG. 1 will be omitted.

半導体モジュール300は、下アームに関して、半導体モジュール300の外部に接続される外部端子として、制御電圧端子302と、制御接地端子304と、複数の制御入力端子306u~wと、複数の出力端子308u~wと、複数のエミッタ端子310u~wと、外部設定端子315とを備える。このうち、制御電圧端子302と、制御接地端子304と、複数の制御入力端子306u~wと、複数の出力端子308u~wと、複数のエミッタ端子310u~wとは、図1の半導体モジュール100における、制御電圧端子102と、制御接地端子104と、複数の制御入力端子106u~wと、複数の出力端子108u~wと、複数のエミッタ端子110u~wと同様である。外部設定端子315は、外部抵抗390を接続可能とする。ここで、外部抵抗390は、外部設定端子315および負側の直流母線Nによる基準電位の間に接続されてよい。なお、負側の直流母線Nは、半導体モジュール300を含む装置のグランド380に接続されてよい。 The semiconductor module 300 has a control voltage terminal 302, a control ground terminal 304, a plurality of control input terminals 306u to w, and a plurality of output terminals 308u to, as external terminals connected to the outside of the semiconductor module 300 with respect to the lower arm. It includes w, a plurality of emitter terminals 310u to w, and an external setting terminal 315. Of these, the control voltage terminal 302, the control ground terminal 304, the plurality of control input terminals 306u to w, the plurality of output terminals 308u to w, and the plurality of emitter terminals 310u to w are the semiconductor module 100 of FIG. The same applies to the control voltage terminal 102, the control ground terminal 104, the plurality of control input terminals 106u to w, the plurality of output terminals 108u to w, and the plurality of emitter terminals 110u to w. The external setting terminal 315 makes it possible to connect an external resistance 390. Here, the external resistance 390 may be connected between the external setting terminal 315 and the reference potential of the negative DC bus N. The negative DC bus N may be connected to the ground 380 of the device including the semiconductor module 300.

半導体モジュール300は、複数の半導体スイッチ320u~wと、センス抵抗340と、フィルタ回路350と、LVIC330とを備える。半導体モジュール300は、複数の半導体スイッチ320u~wと、センス抵抗340と、フィルタ回路350と、LVIC330とを、一例として樹脂封止したパッケージ等の筐体内に内蔵してよい。複数の半導体スイッチ320u~w(以下、「半導体スイッチ320」とも示す。)は、図1における複数の半導体スイッチ120u~wと同様である。 The semiconductor module 300 includes a plurality of semiconductor switches 320u to w, a sense resistor 340, a filter circuit 350, and an LVIC 330. The semiconductor module 300 may include a plurality of semiconductor switches 320u to w, a sense resistor 340, a filter circuit 350, and a LVIC 330 in a housing such as a resin-sealed package as an example. The plurality of semiconductor switches 320u to w (hereinafter, also referred to as “semiconductor switch 320”) are the same as the plurality of semiconductor switches 120u to w in FIG.

センス抵抗340は、複数の半導体スイッチ320のセンス端子と、制御接地端子304との間に接続される。これにより、センス抵抗340は、制御接地端子304を介して負側の直流母線Nからの基準電位に接続される。センス抵抗340は、半導体モジュール300に内蔵される点を除き、図1のセンス抵抗140と同様である。 The sense resistor 340 is connected between the sense terminals of the plurality of semiconductor switches 320 and the control ground terminal 304. As a result, the sense resistance 340 is connected to the reference potential from the negative DC bus N via the control ground terminal 304. The sense resistor 340 is the same as the sense resistor 140 of FIG. 1 except that it is built in the semiconductor module 300.

フィルタ回路350は、複数の半導体スイッチ320のセンス端子および比較回路336の間に接続される。フィルタ回路350は、半導体モジュール300に内蔵される点を除き、図1のフィルタ回路150と同様である。本図の例において、フィルタ回路350はRC積分回路であるが、これに代えて、フィルタ回路350は、センス電圧に過渡的に重畳されるノイズを低減できる他のフィルタ回路であってもよい。 The filter circuit 350 is connected between the sense terminals of the plurality of semiconductor switches 320 and the comparison circuit 336. The filter circuit 350 is the same as the filter circuit 150 of FIG. 1 except that it is built in the semiconductor module 300. In the example of this figure, the filter circuit 350 is an RC integrator circuit, but instead, the filter circuit 350 may be another filter circuit capable of reducing noise transiently superimposed on the sense voltage.

LVIC330は、制御電圧端子302および制御接地端子304に接続され、制御電圧端子302および制御接地端子304間の電圧を電源電圧として動作する下アーム側(低電圧側)の集積回路である。LVIC330は、リファレンス電圧発生回路332と、比較回路336と、制御回路338とを有する。 The LVIC 330 is an integrated circuit on the lower arm side (low voltage side) that is connected to the control voltage terminal 302 and the control ground terminal 304 and operates using the voltage between the control voltage terminal 302 and the control ground terminal 304 as the power supply voltage. The LVIC 330 has a reference voltage generation circuit 332, a comparison circuit 336, and a control circuit 338.

リファレンス電圧発生回路332は、LVIC330内の基準電位Vregと、制御接地端子304と、外部設定端子315とに接続される。ここで、LVIC330内の基準電位Vregは、負側の直流母線Nの基準電位よりも高い。リファレンス電圧発生回路332は、外部設定端子315に接続可能な外部抵抗390の抵抗値に応じたリファレンス電圧を発生する。本実施形態において、リファレンス電圧発生回路332は、外部抵抗390に直列に接続される第1抵抗333を含む。これにより、リファレンス電圧発生回路332は、外部抵抗390および第1抵抗333を用いた抵抗分圧によって、リファレンス電圧を外部抵抗390および第1抵抗333の間の点から発生する。 The reference voltage generation circuit 332 is connected to the reference potential Vreg in the LVIC 330, the control ground terminal 304, and the external setting terminal 315. Here, the reference potential Vreg in the LVIC 330 is higher than the reference potential of the negative DC bus N. The reference voltage generation circuit 332 generates a reference voltage according to the resistance value of the external resistor 390 that can be connected to the external setting terminal 315. In this embodiment, the reference voltage generation circuit 332 includes a first resistor 333 connected in series with the external resistor 390. Thereby, the reference voltage generation circuit 332 generates the reference voltage from the point between the external resistance 390 and the first resistance 333 by the resistance voltage division using the external resistance 390 and the first resistance 333.

リファレンス電圧発生回路332は、第1抵抗333と直列かつ外部抵抗390と並列に接続される第2抵抗334を含んでもよい。第2抵抗334を有する場合、リファレンス電圧発生回路332は、外部抵抗390および第2抵抗334を含む合成抵抗と、第1抵抗333とを用いた抵抗分圧によりリファレンス電圧を発生する。ここで、第2抵抗334は、外部設定端子315に外部抵抗390を接続しない場合に、第1抵抗333および第2抵抗334の抵抗分圧によりデフォルトのリファレンス電圧を発生させるために用いられてよい。また、第2抵抗334は、外部設定端子315に接続されるLVIC330の端子および比較回路336の負端子をプルダウンするためのものであってもよい。この場合、第2抵抗334は、第1抵抗333よりも抵抗値が大きくてもよい。 The reference voltage generation circuit 332 may include a second resistor 334 connected in series with the first resistor 333 and in parallel with the external resistor 390. When the second resistance 334 is provided, the reference voltage generation circuit 332 generates a reference voltage by a combined resistance including an external resistance 390 and a second resistance 334 and a resistance voltage divider using the first resistance 333. Here, the second resistance 334 may be used to generate a default reference voltage by the resistance voltage division of the first resistance 333 and the second resistance 334 when the external resistance 390 is not connected to the external setting terminal 315. .. Further, the second resistor 334 may be for pulling down the terminal of the LVIC 330 connected to the external setting terminal 315 and the negative terminal of the comparison circuit 336. In this case, the second resistance 334 may have a larger resistance value than the first resistance 333.

また、リファレンス電圧発生回路332は、外部設定端子315と、第1抵抗333および第2抵抗334の中点との間に、第3抵抗335を含んでよい。この場合、リファレンス電圧発生回路332は、直列に接続された第3抵抗335および外部抵抗390、並びに第2抵抗334の並列接続による合成抵抗と、第1抵抗333との間で抵抗分圧によりリファレンス電圧を発生する。第3抵抗335は、外部設定端子315から静電気が入力された場合に比較回路336の負端子の電圧変化を緩和する。第3抵抗335は、配線抵抗であってもよい。 Further, the reference voltage generation circuit 332 may include a third resistance 335 between the external setting terminal 315 and the midpoint between the first resistance 333 and the second resistance 334. In this case, the reference voltage generation circuit 332 refers to the combined resistance of the third resistance 335 and the external resistance 390 connected in series and the second resistance 334 connected in parallel by the resistance voltage division between the first resistance 333. Generates voltage. The third resistance 335 alleviates the voltage change of the negative terminal of the comparison circuit 336 when static electricity is input from the external setting terminal 315. The third resistance 335 may be a wiring resistance.

なお、本実施形態に係る外部抵抗390は、比較回路336の負端子の低電位側に接続される。これに代えて、外部抵抗390は、比較回路336の負端子の高電位側に、例えば第1抵抗333と並列に接続されるようにしてもよい。 The external resistance 390 according to this embodiment is connected to the low potential side of the negative terminal of the comparison circuit 336. Instead of this, the external resistor 390 may be connected to the high potential side of the negative terminal of the comparison circuit 336 in parallel with, for example, the first resistor 333.

比較回路336は、フィルタ回路350およびリファレンス電圧発生回路332に接続される。比較回路336は、センス抵抗340に流れるセンス電流に応じてセンス抵抗340に発生するセンス電圧をフィルタ回路350を介して受け取って、リファレンス電圧発生回路332が発生したリファレンス電圧とを比較する。本実施形態に係る比較回路336は、正端子にセンス電圧、負端子にリファレンス電圧を入力し、センス電圧からリファレンス電圧を減じた値が正となったことに応じて過電流を検出して、論理Hの過電流検出信号を制御回路338へと出力する。 The comparison circuit 336 is connected to the filter circuit 350 and the reference voltage generation circuit 332. The comparison circuit 336 receives the sense voltage generated in the sense resistor 340 according to the sense current flowing in the sense resistor 340 via the filter circuit 350, and compares it with the reference voltage generated by the reference voltage generation circuit 332. The comparison circuit 336 according to the present embodiment inputs a sense voltage to the positive terminal and a reference voltage to the negative terminal, and detects an overcurrent according to the value obtained by subtracting the reference voltage from the sense voltage becomes positive. The overcurrent detection signal of the logic H is output to the control circuit 338.

制御回路338は、制御電圧端子302および制御接地端子304に接続され、制御電圧端子302および制御接地端子304間の電圧を電源電圧として動作する。制御回路338は、複数の制御入力端子306u~wに接続され、複数の制御入力端子306u~wを介して入力される制御信号LUc、LVc、およびLWcによる各半導体スイッチ320のオン/オフ指示に応じて、各半導体スイッチ320の制御端子に供給する制御電圧を切替える。 The control circuit 338 is connected to the control voltage terminal 302 and the control ground terminal 304, and operates using the voltage between the control voltage terminal 302 and the control ground terminal 304 as the power supply voltage. The control circuit 338 is connected to a plurality of control input terminals 306u to w, and is used to indicate on / off of each semiconductor switch 320 by the control signals LUc, LVc, and LWc input via the plurality of control input terminals 306u to w. The control voltage supplied to the control terminal of each semiconductor switch 320 is switched accordingly.

また、制御回路338は、比較回路336による比較結果を用いて各半導体スイッチ320を制御する。制御回路338は、過電流を検出したことを示す過電流検出信号(すなわち論理Hの過電流検出信号)を受けたことに応じて、一例として複数の半導体スイッチ320u~wをオフに切り替える等の保護動作を行ってよい。 Further, the control circuit 338 controls each semiconductor switch 320 by using the comparison result by the comparison circuit 336. The control circuit 338, for example, switches off a plurality of semiconductor switches 320u to w in response to receiving an overcurrent detection signal (that is, an overcurrent detection signal of logic H) indicating that an overcurrent has been detected. A protective operation may be performed.

以上に示した半導体モジュール300によれば、半導体モジュール300の内部でセンス抵抗340を接続し、半導体モジュール300の外部に各半導体スイッチ320のセンス端子が直接露出しないようにすることができる。これにより、半導体モジュール300は、各半導体スイッチ320のセンス端子が静電破壊する可能性を減らすことができる。また、半導体モジュール300によれば、好適な抵抗値の外部抵抗390を接続することによってセンス電圧と比較するリファレンス電圧を適切に設定し、これにより過電流の検出レベルを適切に設定することができる。 According to the semiconductor module 300 shown above, the sense resistor 340 can be connected inside the semiconductor module 300 so that the sense terminal of each semiconductor switch 320 is not directly exposed to the outside of the semiconductor module 300. As a result, the semiconductor module 300 can reduce the possibility that the sense terminal of each semiconductor switch 320 is electrostatically destroyed. Further, according to the semiconductor module 300, the reference voltage to be compared with the sense voltage can be appropriately set by connecting an external resistor 390 having a suitable resistance value, whereby the overcurrent detection level can be appropriately set. ..

なお、本実施形態に係る半導体モジュール300においては、リファレンス電圧発生回路332,比較回路336、および制御回路338は、LVIC330に内蔵され、センス抵抗340およびフィルタ回路350は、LVIC330の外に設けられる。これにより、LVIC330は、センス抵抗340に代えて抵抗値が異なるセンス抵抗を接続し、フィルタ回路350に代えてフィルタ特性が異なるフィルタ回路を接続することができ、特性が異なる半導体スイッチを使用する他品種の半導体モジュールにも流用可能となる。これに代えて、LVIC330は、小型化等を優先して、センス抵抗340またはフィルタ回路350の少なくとも一方を内蔵してもよく、自由度を高めるべくリファレンス電圧発生回路332および比較回路336の少なくとも一方を外部接続するようにしてもよい。 In the semiconductor module 300 according to the present embodiment, the reference voltage generation circuit 332, the comparison circuit 336, and the control circuit 338 are built in the LVIC 330, and the sense resistor 340 and the filter circuit 350 are provided outside the LVIC 330. As a result, the LVIC 330 can connect a sense resistor having a different resistance value instead of the sense resistor 340, and can connect a filter circuit having different filter characteristics instead of the filter circuit 350, and uses a semiconductor switch having different characteristics. It can also be used for various types of semiconductor modules. Instead of this, the LVIC 330 may incorporate at least one of the sense resistor 340 or the filter circuit 350 in order to give priority to miniaturization and the like, and at least one of the reference voltage generation circuit 332 and the comparison circuit 336 to increase the degree of freedom. May be connected externally.

また、本実施形態に係る半導体モジュール300においては、複数の半導体スイッチ320のエミッタ同士を接続し、1つのセンス抵抗340を用いてセンス電圧を発生させて過電流検出に用いている。これに代えて、半導体モジュール300は、図2のシャント抵抗240u~wおよびフィルタ回路250と同様にして、各相に個別のセンス抵抗を用いて相毎のセンス電圧を発生して過電流検出に用いてもよい。この場合、半導体モジュール300は、図2の比較回路260と同様に相毎に比較回路336を有してよく、リファレンス電圧発生回路332および外部抵抗390は全相で共通化して共通のリファレンス電圧を用いるようにしてもよい。 Further, in the semiconductor module 300 according to the present embodiment, the emitters of a plurality of semiconductor switches 320 are connected to each other, and one sense resistor 340 is used to generate a sense voltage, which is used for overcurrent detection. Instead, the semiconductor module 300 generates a sense voltage for each phase by using an individual sense resistor for each phase in the same manner as the shunt resistors 240u to w and the filter circuit 250 in FIG. 2, for overcurrent detection. You may use it. In this case, the semiconductor module 300 may have a comparison circuit 336 for each phase as in the comparison circuit 260 of FIG. 2, and the reference voltage generation circuit 332 and the external resistor 390 are shared by all phases to have a common reference voltage. You may use it.

図4は、本実施形態に係る半導体モジュール300の構成を示す第2の図である。本図は、半導体モジュール300におけるu相の上アームに関する構成を、外部抵抗490uと共に示す。半導体モジュール300は、他の相に対しても本図と同様の構成を備えてよい。なお、本図における、図3に示した下アーム側と同様の機能・構成を有する箇所については、以下説明を省略する。 FIG. 4 is a second diagram showing the configuration of the semiconductor module 300 according to the present embodiment. This figure shows the configuration of the u-phase upper arm in the semiconductor module 300 together with the external resistance 490u. The semiconductor module 300 may have the same configuration as in this figure for other phases. In this figure, the parts having the same functions and configurations as those on the lower arm side shown in FIG. 3 will be omitted below.

半導体モジュール300は、u相の上アームに関して、半導体モジュール300の外部に接続される外部端子として、制御電圧端子302と、制御接地端子404uと、制御入力端子406uと、出力端子308uと、コレクタ端子410uと、外部設定端子415uとを備える。このうち、制御電圧端子302および出力端子308uは、図3の制御電圧端子302および出力端子308uと共通である。制御接地端子404uは、半導体モジュール300内における、u相の上アームの制御回路用のグランドとなる基準電位に接続される。ここで、u相の上アームのグランドは、半導体スイッチ420uのエミッタおよび半導体スイッチ320uのコレクタの間の出力端子308uと同電位とする。 The semiconductor module 300 has a control voltage terminal 302, a control ground terminal 404u, a control input terminal 406u, an output terminal 308u, and a collector terminal as external terminals connected to the outside of the semiconductor module 300 with respect to the u-phase upper arm. It is provided with 410u and an external setting terminal 415u. Of these, the control voltage terminal 302 and the output terminal 308u are common to the control voltage terminal 302 and the output terminal 308u in FIG. The control ground terminal 404u is connected to a reference potential that serves as a ground for the control circuit of the upper arm of the u phase in the semiconductor module 300. Here, the ground of the upper arm of the u phase has the same potential as the output terminal 308u between the emitter of the semiconductor switch 420u and the collector of the semiconductor switch 320u.

制御入力端子406uは、u相の上アームの半導体スイッチ420uをオンまたはオフにすることを指示する制御信号HUcを入力する。コレクタ端子410uは、正側の直流母線Pに接続される。ここで、正側の直流母線Pと負側の直流母線Nの間は、一例として数百Vの電位差を有する。 The control input terminal 406u inputs a control signal HUc instructing to turn on or off the semiconductor switch 420u of the upper arm of the u phase. The collector terminal 410u is connected to the DC bus P on the positive side. Here, there is a potential difference of several hundred V between the DC bus P on the positive side and the DC bus N on the negative side as an example.

外部設定端子415uは、外部抵抗490uを接続可能とする。ここで、外部抵抗490uは、外部設定端子415uと、制御接地端子404uに供給される基準電位との間に接続されてよい。 The external setting terminal 415u allows an external resistance 490u to be connected. Here, the external resistance 490u may be connected between the external setting terminal 415u and the reference potential supplied to the control ground terminal 404u.

半導体モジュール300は、u相の上アームに関して、半導体スイッチ420uと、センス抵抗440uと、フィルタ回路450uと、HVIC430uとを備える。半導体モジュール300は、半導体スイッチ420uと、センス抵抗440uと、フィルタ回路450uと、HVIC430uについても、一例として樹脂封止したパッケージ等の筐体内にv相およびw相の上アーム、並びに各相の下アームに関する回路と共に内蔵してよい。 The semiconductor module 300 includes a semiconductor switch 420u, a sense resistor 440u, a filter circuit 450u, and an HVIC 430u with respect to the u-phase upper arm. The semiconductor module 300 includes a semiconductor switch 420u, a sense resistor 440u, a filter circuit 450u, and an HVIC 430u as an example in a housing such as a resin-sealed package with v-phase and w-phase upper arms and under each phase. It may be built in with the circuit related to the arm.

半導体スイッチ420uは、主端子間がコレクタ端子410uおよび出力端子308uの間に接続される。半導体スイッチ420uは、上アーム側に位置する他は、半導体スイッチ320と同様である。センス抵抗440uは、半導体スイッチ420uのセンス端子と、制御接地端子404uとの間に接続される。これにより、センス抵抗440uは、制御接地端子404uを介して出力端子308uからの基準電位に接続される。フィルタ回路450uは、半導体スイッチ420uのセンス端子およびコンパレータ436uの間に接続される。フィルタ回路450uは、図3のフィルタ回路350と同様である。 In the semiconductor switch 420u, the main terminals are connected between the collector terminal 410u and the output terminal 308u. The semiconductor switch 420u is the same as the semiconductor switch 320 except that it is located on the upper arm side. The sense resistor 440u is connected between the sense terminal of the semiconductor switch 420u and the control ground terminal 404u. As a result, the sense resistance 440u is connected to the reference potential from the output terminal 308u via the control ground terminal 404u. The filter circuit 450u is connected between the sense terminal of the semiconductor switch 420u and the comparator 436u. The filter circuit 450u is the same as the filter circuit 350 of FIG.

HVIC430uは、制御電圧端子302および制御接地端子404uに接続され、制御電圧端子302および制御接地端子404u間の電圧を電源電圧として動作する上アーム側(高電圧側)の集積回路である。HVIC430uは、昇圧回路431uと、リファレンス電圧発生回路432uと、コンパレータ436uと、制御回路438uとを有する。 The HVIC430u is an integrated circuit on the upper arm side (high voltage side) that is connected to the control voltage terminal 302 and the control ground terminal 404u and operates using the voltage between the control voltage terminal 302 and the control ground terminal 404u as the power supply voltage. The HVIC 430u has a booster circuit 431u, a reference voltage generation circuit 432u, a comparator 436u, and a control circuit 438u.

昇圧回路431uは、負側の直流母線Nを基準電位とする電源電圧Vccを、制御接地端子404uの電位を基準電位とする電源電圧に昇圧する。一例として、昇圧回路431uは、上アームの半導体スイッチ420uがオフ、下アームの半導体スイッチ320uがオンとなり、出力端子308uおよび制御接地端子404uの電位が負側の直流母線Nの基準電位と実質的に同一となっている期間において、電源電圧Vccをキャパシタに充電する。そして、昇圧回路431uは、半導体スイッチ420uがオン、半導体スイッチ320がオフとなり、出力端子308uおよび制御接地端子404uの電位が正側の直流母線Pの電位またはその近くまで上昇した期間において、制御接地端子404uの電位に対してキャパシタに充電した電源電圧Vccを加えた電源電圧をHVIC430u内に供給してよい。 The booster circuit 431u boosts the power supply voltage Vcc with the negative DC bus N as the reference potential to the power supply voltage with the potential of the control ground terminal 404u as the reference potential. As an example, in the booster circuit 431u, the upper arm semiconductor switch 420u is turned off, the lower arm semiconductor switch 320u is turned on, and the potentials of the output terminal 308u and the control ground terminal 404u are substantially equal to the reference potential of the negative DC bus N. The power supply voltage Vcc is charged to the capacitor during the period of the same. The booster circuit 431u is controlled and grounded during a period in which the semiconductor switch 420u is turned on, the semiconductor switch 320 is turned off, and the potentials of the output terminal 308u and the control ground terminal 404u rise to or near the potential of the DC bus P on the positive side. A power supply voltage obtained by adding the power supply voltage Vcc charged to the capacitor to the potential of the terminal 404u may be supplied to the HVIC 430u.

リファレンス電圧発生回路432uは、HVIC430u内の基準電位Vregと、制御接地端子404uと、外部設定端子415uとに接続される。ここで、HVIC430u内の基準電位Vregは、制御接地端子404uの基準電位よりも高い。リファレンス電圧発生回路432uは、図3のリファレンス電圧発生回路332と同様であり、図3の第1抵抗333に対応する第1抵抗433u、第2抵抗334に対応する第2抵抗434u、第3抵抗335に対応する第3抵抗435uを有するものであるから説明を省略する。 The reference voltage generation circuit 432u is connected to the reference potential Vreg in the HVIC 430u, the control ground terminal 404u, and the external setting terminal 415u. Here, the reference potential Vreg in the HVIC 430u is higher than the reference potential of the control ground terminal 404u. The reference voltage generation circuit 432u is the same as the reference voltage generation circuit 332 in FIG. 3, and has a first resistance 433u corresponding to the first resistance 333 in FIG. 3, a second resistance 434u corresponding to the second resistance 334, and a third resistance. Since it has a third resistance 435u corresponding to 335, the description thereof will be omitted.

コンパレータ436uは、フィルタ回路450uおよびリファレンス電圧発生回路432uに接続される。コンパレータ436uは、比較回路336と同様である。制御回路438uは、昇圧回路431uおよび制御接地端子404uに接続され、昇圧回路431uにより昇圧された電圧を電源電圧として動作する。制御回路438uは、制御入力端子406uを介して入力される制御信号HUcに応じて半導体スイッチ420uの制御端子に供給する制御電圧を切り替える点を除いて制御回路338と同様であるから、説明を省略する。 The comparator 436u is connected to the filter circuit 450u and the reference voltage generation circuit 432u. The comparator 436u is similar to the comparison circuit 336. The control circuit 438u is connected to the booster circuit 431u and the control ground terminal 404u, and operates using the voltage boosted by the booster circuit 431u as the power supply voltage. Since the control circuit 438u is the same as the control circuit 338 except that the control voltage supplied to the control terminal of the semiconductor switch 420u is switched according to the control signal HUc input via the control input terminal 406u, the description thereof is omitted. do.

以上において、上アーム側の回路は出力端子308の電位を基準電位(グランド電位)として動作するところ、各出力端子308の電位は相毎に異なる。したがって、半導体モジュール300は、上アーム側の回路を相毎に別々に備える。すなわち、半導体モジュール300は、センス抵抗440u等のセンス抵抗440、フィルタ回路450u等のフィルタ回路450、リファレンス電圧発生回路432u等のリファレンス電圧発生回路432、コンパレータ436u等のコンパレータ436、および制御回路438u等の制御回路438を相毎に備えてよい。 In the above, the circuit on the upper arm side operates with the potential of the output terminal 308 as the reference potential (ground potential), but the potential of each output terminal 308 is different for each phase. Therefore, the semiconductor module 300 separately includes a circuit on the upper arm side for each phase. That is, the semiconductor module 300 includes a sense resistance 440 such as a sense resistance 440u, a filter circuit 450 such as a filter circuit 450u, a reference voltage generation circuit 432 such as a reference voltage generation circuit 432u, a comparator 436 such as a comparator 436u, a control circuit 438u, and the like. The control circuit 438 of the above may be provided for each phase.

以上に示した半導体モジュール300によれば、上アーム側においても下アーム側と同様に、半導体モジュール300の外部に半導体スイッチ420u等の各半導体スイッチ420のセンス端子が直接露出しないようにすることができる。また、半導体モジュール300によれば、好適な抵抗値の外部抵抗490u等を接続することによってセンス電圧と比較するリファレンス電圧を適切に設定し、これにより上アーム側の過電流の検出レベルを適切に設定することができる。 According to the semiconductor module 300 shown above, it is possible to prevent the sense terminals of each semiconductor switch 420 such as the semiconductor switch 420u from being directly exposed to the outside of the semiconductor module 300 on the upper arm side as well as on the lower arm side. can. Further, according to the semiconductor module 300, the reference voltage to be compared with the sense voltage is appropriately set by connecting an external resistor 490u or the like having a suitable resistance value, thereby appropriately setting the detection level of the overcurrent on the upper arm side. Can be set.

なお、上記の半導体モジュール300は、3相分の上下アームの半導体スイッチを内蔵する。これに代えて、半導体モジュール300は、単相、2相、または4相以上等の任意の相数を有してもよい。また、半導体モジュール300は、上アームまたは下アームのいずれか一方に関する回路のみを有してもよい。 The semiconductor module 300 has a built-in semiconductor switch for upper and lower arms for three phases. Alternatively, the semiconductor module 300 may have any number of phases, such as single-phase, two-phase, or four or more phases. Further, the semiconductor module 300 may have only a circuit related to either the upper arm or the lower arm.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that the form with such changes or improvements may be included in the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process such as operation, procedure, step, and step in the apparatus, system, program, and method shown in the claims, specification, and drawings is particularly "before" and "prior to". It should be noted that it can be realized in any order unless the output of the previous process is used in the subsequent process. Even if the scope of claims, the specification, and the operation flow in the drawings are explained using "first", "next", etc. for convenience, it means that it is essential to carry out in this order. It's not a thing.

100 半導体モジュール、102 制御電圧端子、104 制御接地端子、106u~w 制御入力端子、108u~w 出力端子、110u~w エミッタ端子、112 センスエミッタ端子、114 センス入力端子、120u~w 半導体スイッチ、130 LVIC、140 センス抵抗、150 フィルタ回路、200 半導体モジュール、202 制御電圧端子、204 制御接地端子、206u~w 制御入力端子、208u~w 出力端子、210u~w エミッタ端子、215 検出端子、220u~w 半導体スイッチ、230 LVIC、240u~w シャント抵抗、250 フィルタ回路、260 比較回路、270 検出回路、300 半導体モジュール、302 制御電圧端子、304 制御接地端子、306u~w 制御入力端子、308u~w 出力端子、310u~w エミッタ端子、315 外部設定端子、320u~w 半導体スイッチ、330 LVIC、332 リファレンス電圧発生回路、333 第1抵抗、334 第2抵抗、335 第3抵抗、336 比較回路、338 制御回路、340 センス抵抗、350 フィルタ回路、380 グランド、390 外部抵抗、404u 制御接地端子、406u 制御入力端子、410u コレクタ端子、415u 外部設定端子、420u 半導体スイッチ、430u HVIC、431u 昇圧回路、432u リファレンス電圧発生回路、433u 第1抵抗、434u 第2抵抗、435u 第3抵抗、436u コンパレータ、438u 制御回路、440u センス抵抗、450u フィルタ回路、490u 外部抵抗 100 semiconductor module, 102 control voltage terminal, 104 control ground terminal, 106u to w control input terminal, 108u to w output terminal, 110u to w emitter terminal, 112 sense emitter terminal, 114 sense input terminal, 120u to w semiconductor switch, 130 LVIC, 140 sense resistance, 150 filter circuit, 200 semiconductor module, 202 control voltage terminal, 204 control ground terminal, 206u to w control input terminal, 208u to w output terminal, 210u to w emitter terminal, 215 detection terminal, 220u to w Semiconductor switch, 230 LVIC, 240u to w shunt resistance, 250 filter circuit, 260 comparison circuit, 270 detection circuit, 300 semiconductor module, 302 control voltage terminal, 304 control ground terminal, 306u to w control input terminal, 308u to w output terminal , 310u-w emitter terminal, 315 external setting terminal, 320u-w semiconductor switch, 330 LVIC, 332 reference voltage generation circuit, 333 first resistance, 334 second resistance, 335 third resistance, 336 comparison circuit, 338 control circuit, 340 sense resistance, 350 filter circuit, 380 ground, 390 external resistance, 404u control ground terminal, 406u control input terminal, 410u collector terminal, 415u external setting terminal, 420u semiconductor switch, 430u HVIC, 431u booster circuit, 432u reference voltage generation circuit 433u 1st resistance, 434u 2nd resistance, 435u 3rd resistance, 436u comparator, 438u control circuit, 440u sense resistance, 450u filter circuit, 490u external resistance

Claims (7)

半導体スイッチと、
前記半導体スイッチのセンス端子および基準電位の間に接続されたセンス抵抗と、
外部設定端子に接続可能な外部抵抗の抵抗値に応じたリファレンス電圧を発生するリファレンス電圧発生回路と、
前記センス抵抗に流れるセンス電流に応じて前記センス抵抗に発生するセンス電圧と前記リファレンス電圧とを比較する比較回路と、
前記比較回路による比較結果を用いて前記半導体スイッチを制御する制御回路と、
前記半導体スイッチ、前記センス抵抗、前記リファレンス電圧発生回路、前記比較回路、および前記制御回路を内蔵する筐体と
を備える半導体モジュール。
With semiconductor switches
The sense resistance connected between the sense terminal and the reference potential of the semiconductor switch,
A reference voltage generation circuit that generates a reference voltage according to the resistance value of the external resistor that can be connected to the external setting terminal.
A comparison circuit that compares the sense voltage generated in the sense resistor with the reference voltage according to the sense current flowing through the sense resistor.
A control circuit that controls the semiconductor switch using the comparison result of the comparison circuit, and
A semiconductor module including the semiconductor switch, the sense resistor, the reference voltage generation circuit, the comparison circuit, and a housing including the control circuit.
前記リファレンス電圧発生回路は、
前記外部抵抗に直列に接続される第1抵抗を有し、
前記外部抵抗および前記第1抵抗を用いた抵抗分圧により前記リファレンス電圧を発生する
請求項1に記載の半導体モジュール。
The reference voltage generation circuit is
It has a first resistance connected in series with the external resistance,
The semiconductor module according to claim 1, wherein the reference voltage is generated by the external resistance and the voltage division of the resistance using the first resistance.
前記リファレンス電圧発生回路は、
前記第1抵抗と直列かつ前記外部抵抗と並列に接続される第2抵抗を有し、
前記外部抵抗および前記第2抵抗を含む合成抵抗と、前記第1抵抗とを用いた抵抗分圧により前記リファレンス電圧を発生する
請求項2に記載の半導体モジュール。
The reference voltage generation circuit is
It has a second resistance that is connected in series with the first resistance and in parallel with the external resistance.
The semiconductor module according to claim 2, wherein the reference voltage is generated by a resistance voltage divider using the external resistance, the combined resistance including the second resistance, and the first resistance.
前記第2抵抗は、前記第1抵抗よりも抵抗値が大きい請求項3に記載の半導体モジュール。 The semiconductor module according to claim 3, wherein the second resistance has a resistance value larger than that of the first resistance. 前記外部抵抗は、前記外部設定端子および前記基準電位の間に接続される請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体モジュール。 The semiconductor module according to any one of claims 1 to 4, wherein the external resistance is connected between the external setting terminal and the reference potential. 前記センス端子および前記比較回路の間に接続されたフィルタ回路を更に備える請求項1から5のいずれか一項に記載の半導体モジュール。 The semiconductor module according to any one of claims 1 to 5, further comprising a filter circuit connected between the sense terminal and the comparison circuit. 前記リファレンス電圧発生回路、前記比較回路、および前記制御回路は、集積回路に内蔵され、
前記センス抵抗は、前記集積回路の外に設けられる請求項1から6のいずれか一項に記載の半導体モジュール。
The reference voltage generation circuit, the comparison circuit, and the control circuit are incorporated in an integrated circuit.
The semiconductor module according to any one of claims 1 to 6, wherein the sense resistance is provided outside the integrated circuit.
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