JP3552888B2

JP3552888B2 - Intelligent power module and test method therefor

Info

Publication number: JP3552888B2
Application number: JP30815497A
Authority: JP
Inventors: 徳保寺沢
Original assignee: Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1997-11-11
Filing date: 1997-11-11
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2017-11-11
Also published as: JPH11142254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
複数個並列接続されたＩＧＢＴなどの半導体チップと各種保護回路および検出回路が同一の樹脂ケースに収納されているインテリジェントパワーモジュール（以下、ＩＰＭと称す）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータやチョッパーなどの電力変換装置に使用される半導体装置にＩＰＭがある。このＩＰＭは複数個のＩＧＢＴチップなどの半導体チップと各種保護回路や検出回路が同一の樹脂ケースに収納されている。大きな電流を通電できるＩＰＭはこれらのＩＧＢＴチップなどの半導体チップが複数個並列接続される。以下、半導体チップとしてＩＧＢＴチップを例として説明する。これらのＩＰＭを破壊なしに安全に電力変換装置に適用できるように、各種試験をして、基準を満たすもののみ顧客に提供される。その試験の中で、ＩＧＢＴチップに通電して異常にＩＧＢＴチップが温度上昇しないかチェックする重要な試験がある。この試験はＩＧＢＴチップ上に形成された温度検出用のダイオードに検出電流を流し、検出電流で生じたダイオードのオン電圧から温度を検出する。オン電圧から温度が検出できるのは、温度が高くなると、ダイオードのオン電圧が低下するという温度依存性をもっているためである。
【０００３】
図５は従来のＩＰＭの要部回路図である。ここでは温度検出用のダイオードをＩＧＢＴチップ上に集積した半導体チップとして、ＩＧＢＴチップを例に挙げ、このＩＧＢＴチップが２個収納されているＩＰＭ１００を点線で示した。このＩＧＢＴ１、１１および温度検出用のダイオード（以下、Ｄと称す）５、１５を集積したＩＧＢＴチップと論理回路などの各種回路が樹脂ケース内に収納されている。ドライブ電源７０に接続された定電流回路２１を介してＤ５のアノード端子６が接続されている。また定電流回路２１がコンパレータ３１のプラス端子に接続され、マイナス端子は基準電圧３５に接続されている。コンパレータ３１の出力端子３４はＮＡＮＤ回路４１の入力端子４２に接続され、また外部信号はＮＯＴ回路６１を介してＮＡＮＤ回路４１の入力端子４３に接続される。ＮＡＮＤ回路４１の出力端子４４はＮＯＴ回路５１の入力端子５２に接続され、出力端子５３はＩＧＢＴ１のゲート端子４に接続される。またゲート端子４はＩＧＢＴ１１のゲート端子１４と接続される。Ｄ５およびＤ１５のカソード端子７、１７はアース７３に接続される。
【０００４】
つぎに、この回路の過熱保護動作を説明する。並列接続されたＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１のコレクタ端子２、１２からエミッタ端子３、１３に向かって負荷電流を流す。また定電流回路２１からＤ５のみに一定の微小な検出電流を流す。負荷電流でＩＧＢＴ１が温度上昇すると当然Ｄ５の温度も上昇する。ＩＧＢＴ１上にＤ５が形成されているため、ＩＧＢＴ１の温度はＤ５の温度とほぼ一致する。Ｄ１の温度上昇とともにＤ１のオン電圧は低下する。ＩＧＢＴ１が異常過熱状態となると、Ｄ５のオン電圧がコンパレータ３１の基準電圧まで低下し、コンパレータ３１の出力がＨレベルからＬレベルに移行する。このコンパレータ３１からＬレベルの信号がＮＡＮＤ回路４１の入力端子４２に与えられ、ゲート信号が外部端子８０からＮＯＴ回路６１を介してＮＡＮＤ回路４１の入力端子４３に与えられる。入力端子４２がＬレベルのため、ゲート信号がＨレベル、Ｌレベルに係わらず、出力端子４４はＨレベルとなる。出力端子４４がＨレベルになると、ＮＯＴ回路５１の出力はＬレベルとなり、ＩＧＢＴ１、１１のゲート端子４、１４へ与えられるゲート電圧が零となるため、ＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１は負荷電流の通電を停止する。
【０００５】
また、ＩＧＢＴ１が正常状態ではコンパレータ３１の出力がＨレベルとなり、ＮＡＮＤ回路４１およびＮＯＴ回路５１を介してゲート端子４、１４にオン・オフのゲート信号が与えられ、ＩＧＢＴ１、１１は正常動作する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この方法では２個のＩＧＢＴのうち一個を代表させて過熱保護動作の確認試験を実施するために、もう一方のＩＧＢＴの過熱保護動作の確認ができない。そのため、このＩＰＭをインバータやチャッパーなどの電力変換装置に搭載した場合、無試験側のＩＧＢＴが異常温度上昇しても過熱保護動作せずに破壊する場合が生ずる。
【０００７】
この発明の目的は、前記の課題を解決して、すべてのＩＧＢＴの過熱保護動作を確認できるインテリジェントパワーモジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、半導体素子と該半導体素子の温度検出用のダイオードが集積された半導体チップが複数個収納されているインテリジェントパワーモジュールにおいて、各温度検出用のダイオードのアノード端子が個別のコンパレータのプラス端子にそれぞれ接続され、該個別のコンパレータのマイナス端子が共通の基準電圧に接続され、個別のコンパレータの出力端子が切換え器を介してＮＡＮＤ回路の一方の入力端子に接続され、ＮＡＮＤ回路の他方の入力端子に外部信号が入力され、前記切換え器が外部電源と接続する電源端子を有し、前記ＮＡＮＤ回路の出力端子がＮＯＴ回路の入力端子に接続され、ＮＯＴ回路の出力端子が複数の半導体素子のゲート端子に共通に接続され、前記温度検出用のダイオードのカソード端子がアース端子に接続される構成とする。
【０００９】
前記切換え器が専用信号により複数のコンパレータの出力信号から一つのコンパレータの出力信号を選定できるようにするとよい。またこの切換え器が少なくとも複数の分圧抵抗と、該分圧抵抗とゲートが個別に接続するトランジスタと、一部のトランジスタのコレクタと接続する論理回路（ＯＲ回路およびＡＮＤ回路など）と、ダイオードとから構成されるとよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１実施例のＩＧＢＴチップが内蔵されているＩＰＭの要部回路図である。ここでは２個のＩＧＢＴチップが並列接続されたＩＰＭ１００を示した。また、ＩＧＢＴチップにはＩＧＢＴとこのＩＧＢＴの温度検出用のダイオードとが集積されている。ＩＰＭ１００にはＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ１１、ＩＧＢＴ１の温度検出用のダイオード（以下、Ｄと略す）５およびＩＧＢＴ１１の温度検出用のダイオード（Ｄ）１５の他にコンパレータ３１、３６、ＮＡＮＤ回路４１、ＮＯＴ回路５１およびＮＯＴ回路６１などが同一の樹脂ケースに収納されている。ドライブ電源７０に接続された第１定電流回路２１と第２定電流回路２２にＤ１とＤ２のアノード端子６、１６がそれぞれ接続され、Ｄ１とＤ２のカソード端子７、１７はアース７３に接続されている。また第１定電流回路２１と第２定電流回路２２が第１コンパレータ３１と第２コンパレータ３６のプラス端子とそれぞれ接続され、マイナス端子は共通の基準電圧３５と接続されている。第１コンパレータ３１、第２コンパレータ３６の出力３４、３９は切換え器３０に入力される。また切変え器３０はドライブ電源７０の高電位端子７１およびアース７３（このアースは当然アース端子７２と接続する）に接続される。切換え器３０の出力端子５０はＮＡＮＤ回路４１の入力端子４２に接続され、また外部信号端子８０はＮＯＴ回路６１の入力端子６２と接続され、ＮＯＴ回路の出力端子６３はＮＡＮＤ回路４１の入力端子４３と接続される。ＮＡＮＤ回路４１の出力端子４４はＮＯＴ回路５１の入力端子５２と接続され、ＮＯＴ回路５１の出力端子５３はＩＧＢＴ１、１１のゲート端子４、１４と接続される。またＤ５およびＤ１５のカソード端子７、１７はアース７３に接続される。ＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１のコレクタ端子２、１２およびエミッタ端子３、１３同志はそれぞれ接続され、ＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１は並列接続されている。
【００１１】
この回路の過熱保護動作についてつぎに説明する。並列接続されたＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１のコレクタ端子２、１２からエミッタ端子３、１３に向かって負荷電流を流す。またドライブ電源７０の電圧を実機搭載時の電圧（１５Ｖから１７Ｖ）より高い電圧（１７．５Ｖから２０Ｖ）にして、ドライブ電源７０に接続された第１、第２定電流回路２１、２２を介してＤ１とＤ２に一定の微小な検出電流を流す。負荷電流によりＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１が温度上昇すると当然Ｄ５とＤ１５の温度も上昇する。これはＩＧＢＴ１とＤ５およびＩＧＢＴ１１とＤ１５はそれぞれＩＧＢＴチップ（Ｑ１、Ｑ２）１０ａ、１０ｂに集積されているためであり、ＩＧＢＴ１の温度はＤ１の温度と、またＩＧＢＴ１１の温度はＤ１５温度とほぼ同一である。温度上昇とともにＤ５およびＤ１５のオン電圧は低下する。基準電圧３５にＤ５のオン電圧が達した時点で第１コンパレータ３１の出力信号が切変え器３０の入力端子３４に送られ、また基準電圧３５にＤ１５のオン電圧が達した時点で第２コンパレータ３６の出力信号が切換え器３０の入力端子３９に送られる。これらのコンパレータ３１、３６の出力信号はオン電圧が基準電圧に達した時点でＨレベルからＬレベルに切り替わる。このコンパレータのＬレベルの信号が切換え器３０を通過して、出力信号になると、この切換え器３０のＬレベルの出力信号と外部信号端子８０からＮＯＴ回路６１を介して与えられるゲート信号（オン・オフ信号：Ｈ／Ｌ信号）とがＮＡＮＤ回路の入力端子４２、４３に入力される。ＮＡＮＤ回路４１の出力信号は、入力端子４２がＬレベルのため、ゲート信号のＨレベルまたはＬレベルに関係なく、Ｈレベルとなる。従って、ＮＯＴ回路５１を介してＩＧＢＴ１、１１のゲート端子４、１４に送られる信号はＬレベルとなり、つまり、ゲート端子４、１４へ与えられるゲート電圧は０Ｖであり、ＩＧＢＴ１、１１の負荷電流は停止する。
【００１２】
この切換え器３０の電源端子４０に与えられる電圧が１９Ｖから２０Ｖの電圧のとき、第１コンパレータ３１からの信号が切換え器３０を通過しＮＡＮＤ回路４１に伝送されるようにし、またその中間の１７．５Ｖから１８．５Ｖ与えたときは、第２コンパレータ３６からの信号がＮＡＮＤ回路４１に伝送されるように切変え器３０を構成する。例えば１９．５Ｖを与えたとすると、第１コンパレータ３１に接続されているＩＧＢＴ１の温度を捉えて、この温度が設定温度に達すると（Ｄ５のオン電圧が基準電圧３５に達すると）ＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１がオフ状態となる。また１８Ｖ与えたとすると今度はＩＧＢＴ１１の温度を捉えてＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ１１がオフする。このようにして、ＩＧＢＴ１もＩＧＢＴ１１も正常に過熱保護動作することが確認できる。また、実機に搭載した場合には、ドライブ電源７０の電圧をＩＰＭを動作させる電圧である１５Ｖから１７Ｖにする。その場合は第１コンパレータ３１の信号も第２コンパレータ３６の信号もＮＡＮＤ回路４１に伝送されるようにする。従って、温度の高いＩＧＢＴの方に接続されたコンパレータの信号でＩＰＭは過熱保護動作をすることになる。このように過熱保護動作の確認試験を全てのＩＧＢＴに対して実施できるために、電力変換装置に搭載した場合は、ＩＰＭに収納されているすべてのＩＧＢＴが確実に過熱保護動作を確認されているため、電力変換装置の信頼性を大幅に向上させることができる。尚、図１ではＩＧＢＴチップを２個並列接続した場合を説明したが、さらにＩＧＢＴチップの個数が増えた場合でも、同様の方法で各ＩＧＢＴチップの過熱保護機能を確実に行われているかどうかを試験できる。
【００１３】
図２は図１の切換え器の一例の要部回路図である。電源端子４０と抵抗１１４、１１６および抵抗１０６、１０８、１１０、１１２とが接続する。抵抗１１４とコンパレータの出力端子３４はＯＲ回路１１６の入力に接続され、抵抗１１５とコンパレータ３６の出力端子３９はＯＲ回路１１７の入力に接続される。ＯＲ回路１１６、１１７の出力はＡＮＤ回路１１８の入力に接続される。ＡＮＤ回路１１８の出力は切換え器３０の出力端子５０に接続される。抵抗１０６、１０８、１１０、１１２はトランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４のゲートとそれぞれ接続され、さらに、抵抗１０７、１０９、１１１、１１３と接続される。ダイオード１０５のカソードはトランジスタ１０１のゲートおよびトランジスタ１０２のコレクタと接続され、アノードはトランジスタ１０４のゲートと接続される。トランジスタ１０１、１０２、１０３、１０４のエミッタと抵抗１０７、１０９、１１１、１１３の他端はアース７３と接続される。
【００１４】
この切換え器３０の動作を説明する。入力端子４０の電圧をＩＰＭの動作電圧である１５Ｖから１７Ｖでは、トランジスタ１０２、１０４がオフ状態となり、１７．５Ｖから１８．５Ｖではトランジスタ１０２がオフ状態、トランジスタ１０４がオン状態となり、１９Ｖから２０Ｖではトランジスタ１０２がオン状態、トランジスタ１０４がオフ状態となるように抵抗１０８、１１２の抵抗値を抵抗１０９、１１３の抵抗値に比べ大きく設定する。トランジスタをオフ状態にするには、トランジスタのエミッタ・ベース間の電圧を０．６Ｖ以下となるように前記抵抗の抵抗値を選定する。
【００１５】
ＩＰＭの動作電圧である１５Ｖから１７Ｖではトランジスタ１０２、１０４ともオフ状態であるので、トランジスタ１０１、１０３はオン状態となる。丁度トランジスタ１０２、１０４とトランジスタ１０１、１０３とはオン、オフが逆になる。トランジスタ１０１、１０３がオン状態ではＯＲ回路１１６、１１７の入力がＬレベルにセットされることになるため、コンパレータ３４、３６からの入力信号のレベルがそのまま、ＯＲ回路１１６、１１７の出力の信号レベルとなる。この信号レベルがＡＮＤ回路１１８に入力されることになる。今、異常に過熱されたＩＧＢＴ１の温度検出用のＤ５と接続する第１コンパレータ３１の出力信号がＬレベルとなったとし、正常動作しているＩＧＢＴ１１の温度検出用のＤ１５に接続する第２コンパレータ３６はＨレベルの状態にあり、ＯＲ回路１１６の出力はＬレベルでＯＲ回路１１７の出力はＨレベルとなる。これらの出力がＡＮＤ回路１１８に入力されるとＡＮＤ回路１１８の出力はＬレベルとなり、この信号が出力端子５０から出力されて、前記のようにＩＧＢＴ１、１１はオフ状態となる。
【００１６】
一方、両方のＩＧＢＴが正常動作の場合は、ＯＲ回路１１６、１１７の出力はＨレベルとなり、ＡＮＤ回路１１８の出力もＨレベルとなり、ＩＧＢＴ１、１１は正常動作状態を維持する。
つぎに、電源端子４０の電圧を１７．５Ｖから１８．５Ｖの間に設定して、トランジスタ１０４をオン状態、トランジスタ１０２をオフ状態とすると、トランジスタ１０３はオフ状態、トランジスタ１０１はオン状態となる。つまりＯＲ回路１１６の入力はＨレベルで、ＯＲ回路１１７の入力はＬレベルとなる。従って、ＯＲ回路１１６の出力は第１コンパレータ３１の信号レベルに関係なく常にＨレベルであり、一方ＯＲ回路１１７の出力は第２コンパレータ３６の信号レベルに合わせて、Ｈレベル、Ｌレベルとなる。そのため、ＩＧＢＴ１１が異常過熱状態となった場合は第２コンパレータ３６の出力はＬレベルとなり、従って、ＡＮＤ回路１１８の出力がＬレベルとなって、ＩＧＢＴ１、１１はオフ状態となる。このことから、電源電圧１７．５Ｖから１８．５Ｖの間に設定すると第２コンパレータ３６に接続するＩＧＢＴ１１の異常過熱状態を試験することができる。
【００１７】
一方、電源端子４０の電圧を１９Ｖから２０Ｖに設定すると、第１コンパレータ３１に接続するＩＧＢＴ１の試験をすることができる。
前記のように電源端子４０に与える電圧を変えるだけで、個別にＩＧＢＴの異常過熱試験を実施することができる。
図３はこの発明の第２実施例のＩＧＢＴが内蔵されているＩＰＭの要部回路図である。図１では切換え器３０の電源端子４０に与える電圧で第１コンパレータ３１の信号をＮＡＮＤ回路４１に伝送するか、第２コンパレータ３６の信号をＮＡＮＤ回路４１に伝送するかを選択するが、この図３では、切変え器に選択のための専用信号端子９０を設けてこの専用信号端子９０に与える電圧レベルで、前記の選択を行わせるようにした点である。
【００１８】
図４は図３の切換え器の一例の要部回路図を示す。この切換え器３０は、電源端子４０の電圧はＩＰＭ動作電圧（１５Ｖから１７Ｖ）に固定し、外部から専用信号供給器１２０を専用信号端子９０に接続して、この切換え器のスイッチ１２２をオンまたはオフすることで、第１コンパレータ３１または第２コンパレータ３６の出力信号で動作させるかを決める。この外部信号供給器４０を取り外せば両方のコンパレータ３１、３６で動作するようにする。この切換え器３０の構成は図２とほぼ同じで抵抗１０８、１１２が専用信号端子９０に接続している点が異なる。
【００１９】
この切変え器３０の動作を説明する。顧客でこのＩＰＭを使用する場合は専用信号端子９０には何も接続しない。その状態ではトランジスタ１０２、１０４ともオフ状態となり、従って、トランジスタ１０１、１０３はオン状態となる。その状態では第１コンパレータ３１、第２コンパレータ３６とも有効に動作し、早く異常過熱したＩＧＢＴチップの信号でＩＧＢＴ１、ＩＧＢＴ１１ともオフ状態となる。
【００２０】
つぎにスイッチ１２２をオフ状態にした場合、トランジスタ１０２がオフ状態となり、トランジスタ１０４がオン状態になり、スイッチ１２２をオン状態にした場合にトランジスタ１０２がオン状態、トランジスタ１０４がオフ状態になるよう抵抗１２１、抵抗１０８、１０９、抵抗１１２、１１３を設定する。さらに説明すると、スイッチ１２２をオン状態にすると、専用信号端子９０の電位が上がり、トランジスタ１０２がオン状態となる。トランジスタ１０２がオン状態となること、ダイオード１０５と接続しているトランジスタ１０４のゲート電位が低下して、トランジスタ１０４はオフ状態となる。尚、トランジスタ１０１とトランジスタ１０２、トランジスタ１０３とトランジスタ１０４はオン・オフ状態が逆となる。さて、スイッチ１２２をオフ状態にすると、トランジスタ１０１はオン状態で、トランジスタ１０３はオフ状態となるため、第２コンパレータ３４の出力信号で過熱保護動作し、一方、スイッチ１２２をオン状態とすると第１コンパレータ３１の出力信号で過熱保護動作するようにできる。
【００２１】
前記のように、専用信号端子９０に外部から専用信号供給器１２０を接続することで、個別にＩＧＢＴの過熱保護動作の確認試験を実施することができる。
【００２２】
【発明の効果】
この発明によれば、複数のＩＧＢＴチップが収納されているＩＰＭの過熱保護動作の確認試験において、ＩＰＭ内に切換え器を設けることで、個々のＩＧＢＴチップの過熱保護動作を確認することできる。個々のＩＧＢＴの過熱保護動作が確実に実行されることでＩＰＭの信頼性が著しく向上し、さらに、このＩＰＭを搭載した電力変換装置の信頼性も大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例のＩＧＢＴが内蔵されているＩＰＭの要部回路図
【図２】図１の切換え器の要部回路図
【図３】この発明の第２実施例のＩＧＢＴが内蔵されているＩＰＭの要部回路図
【図４】図２の切換え器の要部回路図
【図５】従来のＩＰＭの要部回路図
【符号の説明】
１ＩＧＢＴ
２コレクタ端子
３エミッタ端子
４ゲート端子
５温度検出用のダイオード（Ｄ）
６アノード端子
７カソード端子
１０ａチップ
１０ｂチップ
１１ＩＧＢＴ
１２コレクタ端子
１３エミッタ端子
１４ゲート端子
１５温度検出用のダイオード（Ｄ）
１６アノード端子
１７カソード端子
２１第１定電流回路
２２第２定電流回路
３０切換え器
３１第１コンパレータ
３２入力端子
３３入力端子
３４出力端子
３５基準電圧
３６第２コンパレータ
３７入力端子
３８入力端子
３９出力端子
４０電源端子
４１ＮＡＮＤ回路
４２入力端子
４３入力端子
４４出力端子
５０出力端子
５１ＮＯＴ回路
５２入力端子
５３出力端子
６１ＮＯＴ回路
６２入力端子
６３出力端子
７０ドライブ電源
７１高電位端子
７２アース端子
７３アース
９０専用信号端子
１００ＩＰＭ
１０１〜１０４トランジスタ
１０５ダイオード
１０６〜１１５抵抗
１１６、１１７ＯＲ回路
１１８ＡＮＤ回路
１２０専用信号供給器
１２１抵抗
１２２スイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an intelligent power module (hereinafter, referred to as IPM) in which a plurality of semiconductor chips such as IGBTs connected in parallel, various protection circuits, and detection circuits are housed in the same resin case.
[0002]
[Prior art]
IPM is a semiconductor device used for a power conversion device such as an inverter or a chopper. In the IPM, a plurality of semiconductor chips such as IGBT chips and various protection circuits and detection circuits are housed in the same resin case. In an IPM capable of conducting a large current, a plurality of semiconductor chips such as these IGBT chips are connected in parallel. Hereinafter, an IGBT chip will be described as an example of a semiconductor chip. Various tests are conducted so that these IPMs can be safely applied to the power converter without destruction, and only those that meet the standards are provided to customers. Among the tests, there is an important test for checking whether the temperature of the IGBT chip abnormally rises by energizing the IGBT chip. In this test, a detection current is applied to a temperature detection diode formed on the IGBT chip, and the temperature is detected from the diode on-voltage generated by the detection current. The reason why the temperature can be detected from the on-state voltage is that the diode has a temperature dependency that the on-state voltage of the diode decreases as the temperature increases.
[0003]
FIG. 5 is a main part circuit diagram of a conventional IPM. Here, an IGBT chip is taken as an example of a semiconductor chip in which a diode for temperature detection is integrated on an IGBT chip, and an IPM 100 containing two IGBT chips is shown by a dotted line. Various circuits such as an IGBT chip in which the IGBTs 1 and 11 and diodes for temperature detection (hereinafter referred to as D) 5 and 15 are integrated and a logic circuit are housed in a resin case. The anode terminal 6 of D5 is connected via the constant current circuit 21 connected to the drive power supply 70. Further, the constant current circuit 21 is connected to the plus terminal of the comparator 31, and the minus terminal is connected to the reference voltage 35. The output terminal 34 of the comparator 31 is connected to the input terminal 42 of the NAND circuit 41, and the external signal is connected to the input terminal 43 of the NAND circuit 41 via the NOT circuit 61. The output terminal 44 of the NAND circuit 41 is connected to the input terminal 52 of the NOT circuit 51, and the output terminal 53 is connected to the gate terminal 4 of the IGBT1. Gate terminal 4 is connected to gate terminal 14 of IGBT 11. The cathode terminals 7, 17 of D5 and D15 are connected to ground 73.
[0004]
Next, the overheat protection operation of this circuit will be described. A load current flows from the collector terminals 2 and 12 of the IGBT 1 and the IGBT 11 connected in parallel to the emitter terminals 3 and 13. Also, a constant minute detection current flows only from the constant current circuit 21 to D5. When the temperature of the IGBT 1 rises due to the load current, the temperature of D5 naturally rises. Since D5 is formed on IGBT1, the temperature of IGBT1 substantially matches the temperature of D5. As the temperature of D1 increases, the ON voltage of D1 decreases. When the IGBT 1 enters the abnormal overheating state, the ON voltage of D5 decreases to the reference voltage of the comparator 31, and the output of the comparator 31 shifts from H level to L level. An L level signal is supplied from the comparator 31 to the input terminal 42 of the NAND circuit 41, and a gate signal is supplied from the external terminal 80 to the input terminal 43 of the NAND circuit 41 via the NOT circuit 61. Since the input terminal 42 is at L level, the output terminal 44 is at H level regardless of whether the gate signal is at H level or L level. When the output terminal 44 becomes H level, the output of the NOT circuit 51 becomes L level, and the gate voltage applied to the gate terminals 4 and 14 of the IGBTs 1 and 11 becomes zero, so that the IGBT 1 and IGBT 11 stop supplying the load current. .
[0005]
When the IGBT 1 is in a normal state, the output of the comparator 31 becomes H level, an on / off gate signal is applied to the gate terminals 4 and 14 via the NAND circuit 41 and the NOT circuit 51, and the IGBTs 1 and 11 operate normally.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this method, since a confirmation test of the overheat protection operation is performed on behalf of one of the two IGBTs, the overheat protection operation of the other IGBT cannot be confirmed. Therefore, when this IPM is mounted on a power converter such as an inverter or a chaper, the IGBT on the non-test side may break without performing overheat protection even if the temperature rises abnormally.
[0007]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problem and to provide an intelligent power module capable of confirming the overheat protection operation of all IGBTs.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in an intelligent power module containing a plurality of semiconductor chips on which a semiconductor element and a diode for temperature detection of the semiconductor element are integrated, an anode terminal of each diode for temperature detection is individually provided. , The minus terminal of the individual comparator is connected to a common reference voltage, the output terminal of the individual comparator is connected to one input terminal of the NAND circuit via a switch, An external signal is input to the other input terminal of the circuit, the switch has a power supply terminal connected to an external power supply, an output terminal of the NAND circuit is connected to an input terminal of the NOT circuit, and an output terminal of the NOT circuit is A cathode terminal of the temperature detecting diode, which is commonly connected to gate terminals of a plurality of semiconductor elements; There is configured to be connected to the ground terminal.
[0009]
It is preferable that the switch can select an output signal of one comparator from output signals of a plurality of comparators by a dedicated signal. The switch includes at least a plurality of voltage-dividing resistors, a transistor whose gate and the voltage-dividing resistor are individually connected, a logic circuit (such as an OR circuit and an AND circuit) that is connected to collectors of some of the transistors, and a diode. It is good to consist of.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a main part circuit diagram of an IPM incorporating an IGBT chip according to a first embodiment of the present invention. Here, the IPM 100 in which two IGBT chips are connected in parallel is shown. Further, the IGBT chip is integrated with an IGBT and a diode for detecting the temperature of the IGBT. The IPM 100 includes IGBT1, IGBT11, a diode (hereinafter abbreviated as D) 5 for detecting the temperature of the IGBT1 and a diode (D) 15 for detecting the temperature of the IGBT11, as well as comparators 31, 36, a NAND circuit 41, a NOT circuit 51, The NOT circuit 61 and the like are housed in the same resin case. Anode terminals 6 and 16 of D1 and D2 are connected to a first constant current circuit 21 and a second constant current circuit 22 connected to a drive power supply 70, respectively, and cathode terminals 7 and 17 of D1 and D2 are connected to a ground 73. ing. The first constant current circuit 21 and the second constant current circuit 22 are connected to the plus terminals of the first comparator 31 and the second comparator 36, respectively, and the minus terminal is connected to the common reference voltage 35. Outputs 34 and 39 of the first comparator 31 and the second comparator 36 are input to the switch 30. Further, the switching device 30 is connected to the high potential terminal 71 of the drive power supply 70 and the ground 73 (this ground is naturally connected to the ground terminal 72). The output terminal 50 of the switch 30 is connected to the input terminal 42 of the NAND circuit 41, the external signal terminal 80 is connected to the input terminal 62 of the NOT circuit 61, and the output terminal 63 of the NOT circuit is connected to the input terminal 43 of the NAND circuit 41. Is connected to The output terminal 44 of the NAND circuit 41 is connected to the input terminal 52 of the NOT circuit 51, and the output terminal 53 of the NOT circuit 51 is connected to the gate terminals 4 and 14 of the IGBTs 1 and 11. The cathode terminals 7, 17 of D5 and D15 are connected to the earth 73. Collector terminals 2 and 12 and emitter terminals 3 and 13 of IGBT1 and IGBT11 are connected to each other, and IGBT1 and IGBT11 are connected in parallel.
[0011]
The overheat protection operation of this circuit will be described below. A load current flows from the collector terminals 2 and 12 of the IGBT 1 and the IGBT 11 connected in parallel to the emitter terminals 3 and 13. Further, the voltage of the drive power supply 70 is set to a voltage (17.5 V to 20 V) higher than the voltage (15 V to 17 V) at the time of mounting on the actual machine, and the voltage is supplied via the first and second constant current circuits 21 and 22 connected to the drive power supply 70. A small, constant detection current is passed through D1 and D2. When the temperature of IGBT1 and IGBT11 rises due to the load current, the temperature of D5 and D15 naturally rises. This is because IGBT1 and D5 and IGBT11 and D15 are integrated on IGBT chips (Q1, Q2) 10a and 10b, respectively. The temperature of IGBT1 is almost the same as the temperature of D1, and the temperature of IGBT11 is almost the same as the temperature of D15. is there. As the temperature rises, the ON voltages of D5 and D15 decrease. When the ON voltage of D5 reaches the reference voltage 35, the output signal of the first comparator 31 is sent to the input terminal 34 of the switching device 30, and when the ON voltage of D15 reaches the reference voltage 35, the second comparator 31 The output signal of 36 is sent to the input terminal 39 of the switch 30. The output signals of these comparators 31 and 36 are switched from H level to L level when the ON voltage reaches the reference voltage. When the L-level signal of the comparator passes through the switch 30 and becomes an output signal, the L-level output signal of the switch 30 and a gate signal (ON / OFF) supplied from the external signal terminal 80 via the NOT circuit 61 are output. OFF signal: H / L signal) is input to input terminals 42 and 43 of the NAND circuit. The output signal of the NAND circuit 41 becomes H level irrespective of the H level or L level of the gate signal because the input terminal 42 is at L level. Therefore, the signals sent to the gate terminals 4 and 14 of the IGBTs 1 and 11 via the NOT circuit 51 become L level, that is, the gate voltage applied to the gate terminals 4 and 14 is 0 V, and the load current of the IGBTs 1 and 11 is Stop.
[0012]
When the voltage applied to the power supply terminal 40 of the switch 30 is between 19 V and 20 V, the signal from the first comparator 31 is transmitted through the switch 30 to the NAND circuit 41, and the intermediate signal is supplied to the NAND circuit 41. The switch 30 is configured so that the signal from the second comparator 36 is transmitted to the NAND circuit 41 when 0.5V to 18.5V is applied. For example, when 19.5 V is applied, the temperature of the IGBT 1 connected to the first comparator 31 is detected, and when this temperature reaches a set temperature (when the ON voltage of D5 reaches the reference voltage 35), the IGBT 1 and the IGBT 11 are turned on. It turns off. When 18 V is applied, the temperature of the IGBT 11 is detected and the IGBT 1 and the IGBT 11 are turned off. In this way, it can be confirmed that both the IGBT 1 and the IGBT 11 normally perform the overheat protection operation. Further, when mounted on an actual machine, the voltage of the drive power supply 70 is changed from 15V, which is the voltage for operating the IPM, to 17V. In that case, both the signal of the first comparator 31 and the signal of the second comparator 36 are transmitted to the NAND circuit 41. Therefore, the IPM performs the overheat protection operation by the signal of the comparator connected to the higher temperature IGBT. Since the overheat protection operation confirmation test can be performed on all IGBTs in this way, when mounted on the power converter, all the IGBTs housed in the IPM are surely checked for the overheat protection operation. Therefore, the reliability of the power converter can be greatly improved. Although FIG. 1 illustrates the case where two IGBT chips are connected in parallel, even if the number of IGBT chips is further increased, it is determined whether the overheat protection function of each IGBT chip is reliably performed in the same manner. Can test.
[0013]
FIG. 2 is a main part circuit diagram of an example of the switching device of FIG. The power supply terminal 40 is connected to the resistors 114 and 116 and the resistors 106, 108, 110 and 112. The resistor 114 and the output terminal 34 of the comparator are connected to the input of the OR circuit 116, and the resistor 115 and the output terminal 39 of the comparator 36 are connected to the input of the OR circuit 117. Outputs of the OR circuits 116 and 117 are connected to inputs of the AND circuit 118. The output of the AND circuit 118 is connected to the output terminal 50 of the switch 30. The resistors 106, 108, 110, and 112 are connected to the gates of the transistors 101, 102, 103, and 104, respectively, and further connected to the resistors 107, 109, 111, and 113. Diode 105 has a cathode connected to the gate of transistor 101 and a collector of transistor 102, and an anode connected to the gate of transistor 104. The emitters of the transistors 101, 102, 103 and 104 and the other ends of the resistors 107, 109, 111 and 113 are connected to the earth 73.
[0014]
The operation of the switch 30 will be described. When the voltage of the input terminal 40 is 15 V to 17 V, which is the operating voltage of the IPM, the transistors 102 and 104 are turned off. When the voltage is 17.5 V to 18.5 V, the transistor 102 is turned off and the transistor 104 is turned on. Then, the resistances of the resistors 108 and 112 are set to be larger than the resistances of the resistors 109 and 113 so that the transistor 102 is turned on and the transistor 104 is turned off. In order to turn off the transistor, the resistance value of the resistor is selected so that the voltage between the emitter and the base of the transistor is 0.6 V or less.
[0015]
Since the transistors 102 and 104 are off at an operating voltage of 15 V to 17 V of the IPM, the transistors 101 and 103 are on. The ON / OFF of the transistors 102 and 104 and the transistors 101 and 103 are reversed. Since the inputs of the OR circuits 116 and 117 are set to L level when the transistors 101 and 103 are on, the signal levels of the outputs of the OR circuits 116 and 117 remain unchanged as the levels of the input signals from the comparators 34 and 36 remain unchanged. It becomes. This signal level is input to the AND circuit 118. Now, it is assumed that the output signal of the first comparator 31 connected to the temperature detection D5 of the IGBT 1 that has been abnormally overheated becomes L level, and the second comparator connected to the temperature detection D15 of the IGBT 11 that is operating normally. Reference numeral 36 is at the H level, the output of the OR circuit 116 is at the L level, and the output of the OR circuit 117 is at the H level. When these outputs are input to the AND circuit 118, the output of the AND circuit 118 becomes L level, this signal is output from the output terminal 50, and the IGBTs 1 and 11 are turned off as described above.
[0016]
On the other hand, when both IGBTs operate normally, the outputs of the OR circuits 116 and 117 become H level, the outputs of the AND circuits 118 also become H level, and the IGBTs 1 and 11 maintain the normal operation state.
Next, when the voltage of the power supply terminal 40 is set between 17.5 V and 18.5 V and the transistor 104 is turned on and the transistor 102 is turned off, the transistor 103 is turned off and the transistor 101 is turned on. . That is, the input of the OR circuit 116 is at the H level, and the input of the OR circuit 117 is at the L level. Therefore, the output of the OR circuit 116 is always at the H level irrespective of the signal level of the first comparator 31, while the output of the OR circuit 117 is at the H level and the L level in accordance with the signal level of the second comparator 36. Therefore, when the IGBT 11 is in an abnormally overheated state, the output of the second comparator 36 is at the L level, so that the output of the AND circuit 118 is at the L level, and the IGBTs 1 and 11 are turned off. Thus, when the power supply voltage is set between 17.5 V and 18.5 V, the abnormal overheating state of the IGBT 11 connected to the second comparator 36 can be tested.
[0017]
On the other hand, when the voltage of the power supply terminal 40 is set from 19 V to 20 V, the IGBT 1 connected to the first comparator 31 can be tested.
The abnormal overheating test of the IGBT can be individually performed only by changing the voltage applied to the power supply terminal 40 as described above.
FIG. 3 is a main part circuit diagram of an IPM incorporating an IGBT according to a second embodiment of the present invention. In FIG. 1, whether to transmit the signal of the first comparator 31 to the NAND circuit 41 or the signal of the second comparator 36 to the NAND circuit 41 with the voltage applied to the power supply terminal 40 of the switch 30 is selected. In the third embodiment, the switching device is provided with a dedicated signal terminal 90 for selection, and the selection is performed at a voltage level applied to the dedicated signal terminal 90.
[0018]
FIG. 4 is a circuit diagram of a main part of an example of the switch of FIG. In the switching device 30, the voltage of the power supply terminal 40 is fixed to the IPM operating voltage (15 V to 17 V), the dedicated signal supply device 120 is externally connected to the dedicated signal terminal 90, and the switch 122 of the switching device is turned on or off. By turning off, it is determined whether or not to operate with the output signal of the first comparator 31 or the second comparator 36. If the external signal supplier 40 is removed, both comparators 31 and 36 operate. The structure of the switch 30 is substantially the same as that of FIG. 2 except that the resistors 108 and 112 are connected to the dedicated signal terminal 90.
[0019]
The operation of the switching device 30 will be described. When the customer uses this IPM, nothing is connected to the dedicated signal terminal 90. In that state, the transistors 102 and 104 are both off, and the transistors 101 and 103 are on. In this state, both the first comparator 31 and the second comparator 36 operate effectively, and both the IGBT 1 and the IGBT 11 are turned off by the signal of the IGBT chip which has abnormally overheated quickly.
[0020]
Next, when the switch 122 is turned off, the transistor 102 is turned off and the transistor 104 is turned on. When the switch 122 is turned on, the transistor 102 is turned on and the transistor 104 is turned off. 121, resistors 108 and 109, and resistors 112 and 113 are set. More specifically, when the switch 122 is turned on, the potential of the dedicated signal terminal 90 increases, and the transistor 102 is turned on. When the transistor 102 is turned on and the gate potential of the transistor 104 connected to the diode 105 is reduced, the transistor 104 is turned off. Note that the on / off states of the transistor 101 and the transistor 102 and of the transistor 103 and the transistor 104 are reversed. When the switch 122 is turned off, the transistor 101 is turned on and the transistor 103 is turned off. Therefore, the overheat protection operation is performed by the output signal of the second comparator 34. On the other hand, when the switch 122 is turned on, the first The overheat protection operation can be performed by the output signal of the comparator 31.
[0021]
As described above, by connecting the dedicated signal supply unit 120 from the outside to the dedicated signal terminal 90, it is possible to individually perform a confirmation test of the overheat protection operation of the IGBT.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the overheat protection operation of each IGBT chip can be confirmed by providing a switch in the IPM in the test for confirming the overheat protection operation of the IPM containing a plurality of IGBT chips. Since the overheat protection operation of each IGBT is reliably performed, the reliability of the IPM is significantly improved, and the reliability of the power converter equipped with the IPM can be significantly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part circuit diagram of an IPM having a built-in IGBT according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2 is a main part circuit diagram of a switch of FIG. 1; FIG. FIG. 4 is a main part circuit diagram of the switch of FIG. 2; FIG. 5 is a main part circuit diagram of a conventional IPM;
1 IGBT
2 Collector terminal 3 Emitter terminal 4 Gate terminal 5 Diode for temperature detection (D)
6 Anode terminal 7 Cathode terminal 10a Chip 10b Chip 11 IGBT
12 Collector terminal 13 Emitter terminal 14 Gate terminal 15 Diode for temperature detection (D)
16 Anode terminal 17 Cathode terminal 21 First constant current circuit 22 Second constant current circuit 30 Switch 31 First comparator 32 Input terminal 33 Input terminal 34 Output terminal 35 Reference voltage 36 Second comparator 37 Input terminal 38 Input terminal 39 Output terminal 40 power supply terminal 41 NAND circuit 42 input terminal 43 input terminal 44 output terminal 50 output terminal 51 NOT circuit 52 input terminal 53 output terminal 61 NOT circuit 62 input terminal 63 output terminal 70 drive power supply 71 high potential terminal 72 ground terminal 73 ground 90 dedicated Signal terminal 100 IPM
101-104 Transistor 105 Diode 106-115 Resistance 116, 117 OR circuit 118 AND circuit 120 Dedicated signal supplier 121 Resistance 122 Switch

Claims

In an intelligent power module containing a plurality of semiconductor chips on which a semiconductor element and a diode for temperature detection of the semiconductor element are integrated, the anode terminal of each diode for temperature detection is connected to the plus terminal of an individual comparator. The negative terminal of the individual comparator is connected to a common reference voltage, the output terminal of the individual comparator is connected to one input terminal of a NAND circuit via a switch, and the other input terminal of the NAND circuit is connected to an external terminal. A signal is input, the switch has a power supply terminal connected to an external power supply, an output terminal of the NAND circuit is connected to an input terminal of the NOT circuit, and an output terminal of the NOT circuit is connected to gate terminals of a plurality of semiconductor elements. Commonly connected, and the cathode terminal of the temperature detecting diode is connected to the ground terminal. Intelligent power module according to claim Rukoto.

2. The intelligent power module according to claim 1, wherein a comparator connected to a NAND circuit is selected according to a voltage applied to a power supply terminal of the switch.

2. The intelligent power module according to claim 1, wherein the switch selects an output signal of one comparator from output signals of the plurality of comparators by a dedicated signal.

The switching device is characterized by comprising at least a plurality of voltage dividing resistors, transistors whose gates are individually connected to the voltage dividing resistors, logic circuits connected to collectors of some transistors, and diodes. The intelligent power module according to claim 2 or 3.

In an intelligent power module containing a plurality of semiconductor chips on each of which a semiconductor element and a diode for temperature detection of the semiconductor element are integrated, a plurality of semiconductor chips each comparing an on-voltage of the diode for temperature detection with a common reference voltage. And a selector for selecting and outputting any one of the outputs of the plurality of comparators, or switching and outputting whether all comparator outputs are passed and output, and the switch based on the output of the switch. And a logic circuit for interrupting a gate signal to the semiconductor device. Wool.

6. The test method for an intelligent power module according to claim 5, wherein a test signal is externally input to the switch to select one of the output signals of the comparator, and a temperature connected to the selected comparator is selected. A test method for an intelligent power module, wherein an overheat protection test is individually performed on a semiconductor chip on which the diode is integrated by detecting a detection diode on voltage.

7. The method for testing an intelligent power module according to claim 6, wherein the comparator output is switched by switching a voltage value of the test signal.