JP3877428B2

JP3877428B2 - Insulated gate bipolar transistor module and insulated gate bipolar transistor module with drive circuit

Info

Publication number: JP3877428B2
Application number: JP12343198A
Authority: JP
Inventors: 智近井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2007-02-07
Anticipated expiration: 2018-05-06
Also published as: JPH11317495A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、インバータ装置、直流チョッパ装置等に使用される絶縁ゲート型バイポーラトランジスタモジュールおよび駆動回路付絶縁ゲート型バイポーラトランジスタモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置、直流チョッパ装置等に使用される半導体として、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor：以下ＩＧＢＴという。）を集合した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタモジュール（Insulated Gate Bipolar Transistor Modules：以下ＩＧＢＴモジュールという）は、例えば、図１６、図１８、図１９に示すものが市販されている。図１６は三菱半導体データブック１９９７（大電力用半導体／スタック偏）１０−９に示された３．３ｋＶ、１．２ｋＡのＩＧＢＴモジュールの外形図、図１７は図１６の構成の接続図である。図１８はＥｕｐｅｃ社製の３．３ｋＶ、１．２ｋＡのＩＧＢＴモジュールの外形図、図１９はＡＢＢ社製の３．３ｋＶ、１．２ｋＡのＩＧＢＴモジュールの外形図である。図１６、図１８、図１９の（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。図において、１はコレクタ端子、２はエミッタ端子、３は駆動回路接続用エミッタ端子、４は駆動回路接続用ゲート端子、５は駆動回路接続用コレクタ端子、９はモジュールの取付穴である。図１６、図１８、図１９のＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴが図１７のように接続されている。
【０００３】
図１６、図１８、図１９を比較すると、各モジュールの取付穴９の位置およびモジュールの取付穴９に対するコレクタ端子１、エミッタ端子２および駆動回路接続用エミッタ端子３、駆動回路接続用ゲート端子４、および駆動回路接続用コレクタ端子５はそれぞれ同じ位置になっており、各メーカの寸法は互換性があるように製作されている。
【０００４】
このＩＧＢＴモジュールにより装置を構成する場合は、駆動回路をＩＧＢＴモジュールの周囲に配置し、ＩＧＢＴモジュールの各駆動回路接続用端子へ配線して接続する構成となる。
【０００５】
ＩＧＢＴモジュールの機能とＩＧＢＴを動作させる駆動回路を一体化したものとして、例えば、図２０に示す等価回路の三菱半導体データブック１９９８（パワーモジュールＭＯＳ偏）３−９７に示されたＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）がある。ＩＰＭはＩＧＢＴモジュールの機能にＩＧＢＴの駆動回路を内蔵し、過電流、短絡、加熱および電源電圧の低下の検知、保護、エラー信号出力機能を加えてコンパクトに構成し、信号印加でＩＧＢＴをＯＮ、ＯＦＦ動作させることができる使い勝手のよい構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のＩＧＢＴモジュールは上記の図１６、図１８、図１９に示す外形寸法であり、このＩＧＢＴモジュールの駆動回路は離れた位置に配置してＩＧＢＴモジュールの端子へ配線する構成となって配線が長くなり、長くなった配線から周囲のノイズが入って誤動作することがあり、ノイズに対する配慮を必要とすることおよび駆動回路の設置スペースが必要であり、装置構成として大きくなる等の問題点があった。また、パッケージ内にＩＧＢＴの機能と、これを駆動する駆動回路の機能を有したＩＰＭでは、ノイズに対しては問題ないが、駆動条件が一定条件に設定されているので、ユーザサイドでのスイッチング速度、ＯＣレベルの調整等の微調整ができない問題点があった。
【０００７】
この発明は上記問題点を解消するためになされたものであり、従来のＩＧＢＴモジュールとの互換性を確保し、駆動回路が一体に装着できるＩＧＢＴモジュールを提供し、また、駆動回路をモジュール化した駆動回路モジュールをＩＧＢＴモジュールに配線をしないで装着でき、動作条件の調整が可能でＩＰＭと同等の機能を有する駆動回路付ＩＧＢＴモジュールを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを集合し、絶縁部材で封止して集合体に形成したＩＧＢＴモジュールとし、ＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子またはエミッタ端子の側部に角形断面の空洞を設けて部材装着部とし、部材装着部に回路接続端子を配置したものである。
【０００９】
この発明の請求項２に係る駆動回路付ＩＧＢＴモジュールは、請求項１のＩＧＢＴモジュールと、該ＩＧＢＴモジュールの部材装着部内壁にシールドを設け、該部材装着部に装着された上記ＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路が回路基板に組み込まれた駆動回路モジュールとで構成されたものである。
【００１０】
この発明の請求項３に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを集合し、絶縁部材で封止して集合体に形成したＩＧＢＴモジュールとし、絶縁部材のエミッタ端子の側部、コレクタ端子の側部およびコレクタ端子、エミッタ端子の一端側にコの字形の段差面を設けて部材装着スペースとし、部材装着スペースに回路接続端子を配置したものである。
【００１１】
この発明の請求項４に係る駆動回路付ＩＧＢＴモジュールは、請求項３のＩＧＢＴモジュールと、周囲からの誘導を遮蔽するシールドを設けたコの字形に形成された箱体内にＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路を収容し、ＩＧＢＴモジュールのコの字形に形成された部材装着スペースに装着した駆動回路モジュールとで構成したものである。
【００１２】
この発明の請求項５に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを集合し、絶縁部材で封止して集合体に形成したＩＧＢＴモジュールであって、コレクタ端子またはエミッタ端子の引出部を周回する電流検出コイルを装着し、絶縁部材のコレクタ端子またはエミッタ端子の側部に段差面を設けて部材装着スペースとし、部材装着スペースに回路接続端子を配置したものである。
【００１３】
この発明の請求項６に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを集合し、絶縁部材で封止して集合体に形成したＩＧＢＴであって、絶縁部材のコレクタ端子またはエミッタ端子を周回する両端部および両側部に段差面を設けて部材装着スペースとし、部材装着スペースに回路接続端子を配置し、部材装着スペースの形状に合わせ、所定の位置に導電層を配置した複数の基板を積層して電流検出コイルを形成して部材装着スペースに装着したものである。
【００１４】
この発明の請求項７に係るＩＧＢＴモジュールは、請求項５または請求項６の構成の電流検出コイルが検出した電流に比例した電圧波形を電流波形に変換して回路接続端子に出力する電流波形変換手段を電流検出コイルと回路接続端子の間に付加したものである。
【００１５】
この発明の請求項８に係る駆動回路付ＩＧＢＴモジュールは、請求項５または請求項６のＩＧＢＴモジュールと、周囲からの誘導を遮蔽するシールドを設けた箱体内にＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路と、電流に比例した電圧波形を電流波形に変換して回路接続端子に出力する電流波形変換手段を収容し、ＩＧＢＴモジュールの部材装着スペースに装着した駆動回路モジュールとで構成したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
実施の形態１は、エミッタ端子の側部に角形断面の空洞を形成して駆動回路等を装着する部材装着部とした構成である。その構成を図１に示す。コレクタ端子１１、エミッタ端子１２、駆動回路接続用エミッタ端子１３、駆動回路接続用ゲート端子１４、駆動回路接続用コレクタ端子１５、および取付用穴１９は従来の図１６に示す構成と同じ位置に配置している。３１はコレクタ端子１１の側部に設けられた角形断面の空洞に形成した部材装着部であり、内側面に基板装着溝３１ａが設けられている。３２は部材装着部３１の内面に板状の導電体を貼着したシールド、３６は回路接続端子、３８はＩＧＢＴを封止し、所定の形状に形成する絶縁部材、３９は取付用穴である。４０は１１〜１５、３１、３２、３６、３８、３９で構成されたＩＧＢＴモジュールである。
【００１７】
図１のようにＩＧＢＴモジュールを構成すると、ＩＧＢＴの動作条件に合わせた駆動回路を駆動回路基板に組み込んだ駆動回路モジュールを部材装着部３１に挿入し、回路接続端子４６を回路接続端子３６に結合して接続することにより簡単に装着でき、駆動回路モジュールが基板に組み込んだ簡単な構成の駆動回路モジュールとなり、配線部分がなくなり配線部分から侵入するノイズの心配がないＩＧＢＴモジュールが構成できる。図４の構成は部材装着部３１をコレクタ端子の側部に配置した構成としたが、部材装着部は３１エミッタ端子の側部であっても同様の機能を有する構成となる。
【００１８】
図１の構成のＩＧＢＴモジュールに装着する駆動回路モジュールの構成例を図２に示す。図３に図１のＩＧＢＴモジュールに、図２の駆動回路モジュールを装着した駆動回路付ＩＧＢＴモジュールの構成を示す。図において、４１は駆動回路を組み込んだ駆動回路基板、４３は電源ケーブル、４４はＯＮ／ＯＦＦ指令用Ｏ／Ｅ素子、４５はエラー信号用Ｏ／Ｅ素子、４６は駆動回路基板４１に取り付けられた回路接続端子、４７は駆動回路モジュール４１が装着された駆動回路基板４１を固定する固定金具、４８は固定金具４７を係止するボルトである。５０は４１、４３〜４６で構成された駆動回路モジュールである。
【００１９】
ＩＧＢＴモジュール４０の部材装着部３１の内面にシールド３２を貼着して周囲からのノイズを遮蔽し、駆動回路基板４１に駆動回路を組み込み付属品が取り付けられた駆動回路モジュール５０を部材装着部３１の基板装着溝３１ａに挿入してＩＧＢＴモジュール４０の回路接続端子３６と駆動回路モジュールの回路接続端子４６を結合し、固定金具４７、固定ボルト４８により固定して駆動回路付ＩＧＢＴモジュール４０が組み立てられる。
【００２０】
このようにして駆動回路付ＩＧＢＴモジュールを構成すると、駆動回路モジュール５０は駆動回路および付属品を装着した駆動回路基板４１のみの構成となり、簡単に組立ができる駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが得られ、従来のＩＧＢＴモジュールの寸法で、動作条件を任意に設定できる駆動回路を有し、ＩＧＢＴモジュール４０と駆動回路モジュール５０の間の配線がなく、配線からノイズの侵入のない駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが得られる。
【００２１】
実施の形態２．
実施の形態２は、ＩＧＢＴモジュールの駆動回路の装着スペースを大きく必要とする場合にも適用可能なＩＧＢＴの構成である。その構成を図４に示す。コレクタ端子１１、エミッタ端子１２、駆動回路接続用エミッタ端子１３、駆動回路接続用ゲート端子１４、駆動回路接続用コレクタ端子１５、および取付穴５９は従来の図１６に示す構成と同じ位置に配置している。５６は回路接続端子、５７はコレクタ端子１１の側部およびエミッタ端子１２の側部と一端部のコの字状の段差を設けた部材装着スペースであり、複数の取付用穴５７ａが設けられている。５８は複数のＩＧＢＴを封止し、所定の形状に形成された絶縁部材、５９は取付用穴である。６０は１１〜１５、５６〜５９で構成されたＩＧＢＴモジュールである。
【００２２】
図４に示すように、ＩＧＢＴモジュール６０部材装着スペース５７をコの字状に形成したことにより、ＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路モジュールの装着スペースを大きく必要とする場合にも対応できる。
【００２３】
図４の構成のＩＧＢＴモジュールに装着する駆動回路モジュールの構成例を図５、図６に示す。図５は駆動回路を組み込んだ駆動回路モジュールの構成を示し、図６は図４のＩＧＢＴモジュールに、図５の駆動回路モジュールを組み込んだ駆動回路を装着した状態を示す。図において、６１は駆動回路を収納するケース、６２はケース内面に設けられたシールド、６３は駆動回路を組み込む駆動回路基板、６４はＯＮ／ＯＦＦ指令用Ｏ／Ｅ素子、６５はエラー信号用Ｏ／Ｅ素子、６６は回路接続端子、６７は電源ケーブル、６８は駆動回路モジュールを固定する固定金具である。７０は６１〜６８で構成された駆動回路モジュールである。
【００２４】
ＩＧＢＴモジュール６０の部材装着スペース５７に駆動回路モジュール７０を装着し、ＩＧＢＴモジュール６０の回路接続端子５６に駆動回路モジュール７０の回路接続端子６６と結合し、固定金具６８を固定することにより駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが構成される。
【００２５】
このようにして駆動回路付ＩＧＢＴモジュールを構成すると、駆動回路および付属品を組み込んだ駆動回路モジュール７０の寸法が大きくなる場合においても対応可能であり、実施の形態１と同様に、従来のＩＧＢＴモジュールの寸法で、動作条件を任意に設定できる駆動回路を有し、ＩＧＢＴモジュール６０と駆動回路モジュール７０との間の配線がなく、配線からのノイズ侵入がない駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが得られる。
【００２６】
実施の形態３．
実施の形態３は、実施の形態１、２の構成のＩＧＢＴモジュールのエミッタ端子に流れる電流が検出できるように構成したものである。図７にその構成を示す。図７は実施の形態１、２の構成のエミッタ端子１２の周囲の部分構成図である。図において、７５は複数のエミッタ端子１２を周回するように配置した電流検出コイルである。７６は回路接続端子、７７は部材装着スペース、７８は絶縁部材である。８０は複数のＩＧＢＴを集合して付属品を設けたＩＧＢＴモジュールである。
【００２７】
電流検出コイル７５は、図８に示すように電線をコイル状に巻回し、リターン回路をコイル状に巻回した内径部をリターンする構成のロゴスキーコイルであり、これをエミッタ端子１１を周回するように配置し、コイル端部を回路接続端子７６に接続し、電流検出コイル７５を埋設した状態に絶縁部材７８で全体を封止して形成した構成である。８０は電流検出コイル７５を埋設したＩＧＢＴモジュールである。図８（ａ）はコイルの断面を示す。
【００２８】
電流検出コイル７５は、端子７６ａから電線をコイル状に巻回し、リターン回路をコイルの内径部に挿通して端子７６ｂにリターンする回路を形成し、巻回したコイルの全長でエミッタ端子を周回するように配置することにより、エミッタ端子に流れる電流が作る磁界のコイルに鎖交する磁束によりエミッタ電流に比例した電圧が検出できるものである。
【００２９】
電流検出コイル７５は次のようにして電流を検出することができる。導体に流れる電流Ｉによって生じた磁界の電流検出コイル７５に鎖交する総磁束φの変化量に比例した電圧が電流検出コイル７５の端子７６ａ、７６ｂの間に発生する。今、磁束密度をＢ、コイル断面積をＳ、巻数をＮ、磁界の強さをＨ、透磁率をμ、リングの直径をＤ、リングの全長をＬとすると、μ＝μ_０＝４π×１０^−７、Ｌ＝πＤであり、検出される電圧Ｖ_Ｐは、（式１）のようになる。
Ｖ_Ｐ＝−（ｄφ／ｄｔ）
φ＝ＢＳＮ
Ｂ＝μＨ
Ｈ＝Ｉ／（πＤ）＝Ｉ／Ｌであり、
φ＝（４ＳＮＩ／Ｄ）×１０^−７
Ｖ_Ｐ＝−（４ＳＮ／Ｄ）・（ｄＩ／ｄｔ）×１０^−７・・・（式１）
電流検出コイル７５の端子７６ａ、７６ｂの間の電圧Ｖ_Ｐは、ｄＩ／ｄｔに比例した電圧であり、これを積分して増幅回路で増幅してゲイン調整すれば電流Ｉが得られる。
【００３０】
実施の形態１、２の図１、図４のエミッタ端子１２を周回するように電流検出コイル７５を埋設した構成にすると、エミッタ端子１２に流れる電流検出機能を備えたＩＧＢＴモジュールが得られる。電流検出コイル７５はエミッタ端子１２の１つに巻回してＶ_Ｐを検出し、全体電流を推定しても同様に電流検出機能が得られる。図７の構成は電流検出コイル７５をエミッタ端子１２を周回するように配置したが、電流検出コイルをコレクタ端子１１を周回するように配置しても同様に電流検出機能が得られる。
【００３１】
このように電流検出機能を備えたＩＧＢＴモジュールとすると、電流の検出以外に、ｄｉ／ｄｔが検出できることから、ｄｉ／ｄｔを制御する駆動回路を構成する場合に駆動回路モジュールを容易に構成することもできる。
【００３２】
実施の形態４．
実施の形態３では、エミッタ電流の検出を電流検出コイルを埋設した構成としたが、この実施の形態４では、電流検出コイルを平板状に形成し、必要とするときに装着するように構成したものである。その構成のＩＧＢＴモジュールに電流検出コイルを装着した状態を図９、電流検出コイルの構成を図１０に示す。図において、８５は平板状に形成された電流検出コイル、８６は回路接続端子、８７はエミッタ端子１２の両側および両端部のエミッタ端子１２を周回する部分に段差を設けた部材装着スペース、８８はＩＧＢＴの周囲を封止し、所定の形状に成型された絶縁部材、８９は取付用穴である。
【００３３】
電流検出コイルは、図１０に示すように基板８３を４枚積層し、図中（ａ）に示すように４層に積層した構成とし、最下層に第１層基板８３ａ、最上層に第４層基板８３ｄを配置して絶縁層を形成し、第２層基板８３ｂ、第３層基板８３ｃは図示のように複数の挿通穴８３ｈを設け、第２層基板８３ｂの下面に周回方向の横の挿通穴８３ｈの相互間に導電層８４ａを形成し、第３層基板８３ｃの上面には図示のように斜め方向の挿通穴８３ｈの相互間に導電層８４ｂを形成し、第３層基板８３ｃの下面にはリターン回路の導電層８４ｃを形成し、初端部の回路接続端子８６ａから各挿通穴８３ｈに接続導体８４ｄをそれぞれ挿通して導電層８４ａと導電層８４ｂとの間をそれそれ接続し、終端部の導電層８４ｂからはリターン回路の導電層８４ｃに接続して初端部にリターンさせて回路接続端子８６ｂに接続して電流検出コイルを形成したものである。
【００３４】
ＩＧＢＴモジュール９０のエミッタ端子１２を周回する部分の部材装着スペース８７に平板状に形成された電流検出コイル８５を配置することにより、エミッタ端子１２の電流が検出できるＩＧＢＴモジュールとなる。図９の電流検出コイルはエミッタ端子１２を周回するように配置したが、コレクタ端子１１を周回するように配置しても同様に電流検出機能が得られる。
【００３５】
このように構成すると、駆動回路付ＩＧＢＴを構成するときに、電流検出機能を必要とするときのみに平板状に形成された電流検出コイル８５をＩＧＢＴの部材装着スペース８７に装着し、その上面に駆動回路モジュールを装着すれば、電流検出機能を備えた駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが得られる。したがってこの構成では電流検出機能の必要性に応じて選択できる利点がある。
【００３６】
実施の形態５．
実施の形態３、４では電流検出コイルを備えた構成としたが、電流検出コイルのみでは電流値として検出できない。この実施の形態６では、電流検出コイルが検出した電流に比例した電圧波形を電流波形に変換する電流波形変換手段を付加したものである。実施の形態３の図７の構成に電流波形変換手段を付加した構成を図１１に示す。電流検出コイルを埋設したＩＧＢＴモジュールの構成は実施の形態４の図７に示すものである。図において、９１は電流波形変換手段であり、９６は回路接続端子である。電流波形変換手段９１の内部構成は図１５のように構成されており、９１ａの部分が積分回路であり、９１ｂの部分が増幅回路である。電流波形変換手段９１の入力端子９１ｉには電流検出コイル７５の出力回路を接続し、出力端子９１ｕは回路接続端子９６に接続されている。電流波形変換手段９１は電流検出コイル７５が検出した電流に比例した電圧波形、すなわち、実施の形態４に説明した（式１）のＶ_Ｐを電流波形変換手段９１に入力すると、積分回路９１ａ、増幅回路９１ｂで電流波形に比例した電圧波形に変換されて回路接続端子９１ｕに出力される。
【００３７】
このように電流検出コイルと、電流波形変換手段９１を備えた構成にすると、電流検出機能が全てＩＧＢＴモジュール内に装備され、ＩＧＢＴモジュールの過電流保護、短絡保護の回路が簡単になり駆動回路に容易に組み込むことができ、電流波形変換手段９１に接続する部分が短く、周囲からのノイズの侵入がなくなり信頼性の高い駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが得られる。
【００３８】
実施の形態６．
ＩＧＢＴには、メインチップの面積に対して数千分の１の面積を有し、コレクタ電流に対して、この比率で電流が流れるようになった電流センス用素子を備えるものが市販されている。実施の形態７は、複数のＩＧＢＴの１つを電流センス用素子付ＩＧＢＴを使用して電流検出機能を持たせたものである。その構成の接続図を図１３に示す。図において、１０１は電流センス用素子１０１ｍを備えた電流センス用素子付ＩＧＢＴ、１０２は通常の電流センス用素子がないＩＧＢＴである。１０３は回路の異常電圧からＩＧＢＴを保護するツェナーダイオードである。３つのＩＧＢＴは並列に接続され、例えば、ＩＧＢＴのチップとセンス用半導体のチップの比率が１／６０００に製作されているとすると、ＩＧＢＴモジュールのコレクタ電流に対して１／（６０００×３）の電流がセンス用素子に流れ、電流センス用素子のエミッタ端子を取り出しておくことにより、コレクタ電流を知ることができる。
【００３９】
ツェナーダイオード１０３は、ゲートと電流センス用素子のエミッタ端子間の靜電容量が非常に小さく異常電圧の吸収能力が小さく、モジュールの外部に取り出されることとなるので設けたものであり、保護対策として必要不可欠のものである。
【００４０】
このように集合するＩＧＢＴの１つを電流センス用素子付のＩＧＢＴにすることにより、別に電流検出手段を設けることなく電流検出機能を有するＩＧＢＴモジュールとなり構成が簡単になる。
【００４１】
実施の形態７．
実施の形態７は、ＩＧＢＴモジュールに温度検出手段を設けた構成である。ＩＧＢＴモジュールに温度検出手段を設けた部分の部分構成を図１４に示す。図において、１１１はＩＧＢＴモジュールの駆動回路モジュールの回路基板の銅ベース部分、１１２は絶縁基板、１１３はゲート中継基板である。１１５は温度検出手段である。１１６は回路接続端子である。図１４の構成はＩＧＢＴモジュールの駆動回路モジュールの回路基板には直接温度検出手段を付加することはできないので、駆動回路モジュールの銅基板１１１の上面のゲート中継基板１１２上の銅基板１１３に温度検出手段１１５を装着したものである。図１４は温度検出手段１１５として、サーミスタを装着した例を示したものである。
【００４２】
サーミスタは、温度変化に伴う抵抗値の変化を利用して通常の抵抗との組み合わせで、電圧レベルの変化を検出し、ある電圧になったときに駆動回路に信号として出力して温度を検出するものである。例えば電源電圧が５Ｖの場合、抵抗値Ｒの抵抗体とサーミスタを直列に接続して電源電圧の５Ｖを印加しておき、サーミスタの温度が２５℃のときに抵抗値がＲであるとするとサーミスタの分圧電圧は２．５Ｖであり、１００℃のときにはサーミスタの抵抗値がＲ／２になるものとするとサーミスタの分圧電圧は１．６７Ｖとなる。このように温度が変化することにより抵抗値Ｒが変化したことにより変わるサーミスタの分圧電圧を検出して温度を推定することができる。
【００４３】
温度検出手段としては温度変化に対して、抵抗の変化であっても、電圧の変化であってもよく、図１７では抵抗値の変化で温度を検出するサーミスタを使用したが、電圧の変化で温度を検出する例として温度センサ用ＩＣを使用した例を図１５に示す。図において、１１１、１１２、１１３、１１６は図１４の場合と同一のものであり、１２５が温度センサ用ＩＣであり、図１７と同様に駆動回路モジュール基板部分に装着したものである。温度センサ用ＩＣには、温度変化に比例した電圧を出力するものである。限界となる温度に設定しておき、その温度に達すると出力信号が反転するものなどがあり、使用目的に応じて適宜選択することができる。
【００４４】
このようにＩＧＢＴモジュールの使用中の温度を検出する構成にすると、運転時の運度上昇に対する保護が確実に行えるようになりＩＧＢＴモジュールの信頼性が高くなる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明の請求項１に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを絶縁部材で封止して集合体に形成し、絶縁部材のＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子またはエミッタ端子の側部に角形断面の空洞を設けて部材装着部とし、部材装着部に回路接続端子を配置し、複数のＩＧＢＴを絶縁部材で包囲して集合体に形成したので、駆動回路モジュールが回路基板に組み込んだだけの簡単な構成の駆動回路モジュールになり、配線部分がなくなり配線部分から侵入するノイズの心配がないＩＧＢＴモジュールが構成できる。
【００４６】
この発明の請求項２に係る駆動回路付ＩＧＢＴモジュールは、請求項１のＩＧＢＴモジュールと、このＩＧＢＴの部材装着部の内壁にシールドを設け、部材装着部に装着され、ＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路を組み込んだ回路基板で構成した駆動回路モジュールとで構成したので、従来のＩＧＢＴモジュールの寸法で、動作条件を任意に設定できる駆動回路を有し、ＩＧＢＴモジュールと駆動回路モジュールとの間の配線がなく、配線からノイズの侵入のない構成となる。
【００４７】
この発明の請求項３に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを絶縁部材で封止して集合体に形成し、絶縁部材のＩＧＢＴモジュールのエミッタ端子の側部、コレクタ端子の側部およびコレクタ端子、エミッタ端子の一端側にコの字形の段差面を設けて部材装着スペースとし、部材装着スペースに回路接続端子を配置し、複数のＩＧＢＴを絶縁部材で包囲して集合体に形成したので、ＩＧＢＴを駆動する駆動回路モジュールの装着スペースが大きく必要とする場合にも対応できる。
【００４８】
この発明の請求項４に係る駆動回路付ＩＧＢＴモジュールは、請求項３のＩＧＢＴモジュールと、周囲からの誘導を遮蔽するシールドを設けたコの字形に形成されたケース内にＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路を収容し、ＩＧＢＴモジュールのコの字形に形成された部材装着スペースに装着した駆動回路モジュールとで構成したので、従来のＩＧＢＴモジュールの寸法で、動作条件を任意に設定できる駆動回路を有し、ＩＧＢＴモジュールと駆動回路モジュールとの間の配線がなく、配線からのノイズ侵入のない構成となる。
【００４９】
この発明の請求項５に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを絶縁部材で封止して集合体に形成し、ＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子またはエミッタ端子の引出部を周回する電流検出コイルを装着し、絶縁部材のエミッタ端子の側部に段差面を設けて部材装着スペースとし、部材載置スペースに回路接続端子を配置し、複数のＩＧＢＴおよび電流検出コイルを絶縁部材で包囲して集合体に形成したので、電流検出機能を備えたＩＧＢＴモジュールが得られ、電流の検出以外に、ｄｉ／ｄｔが検出できるので、ｄｉ／ｄｔを制御する駆動回路を構成する場合に駆動回路モジュールを容易に構成することもできる。
【００５０】
この発明の請求項６に係るＩＧＢＴモジュールは、複数のＩＧＢＴを絶縁部材で封止して集合体に形成し、絶縁部材のＩＧＢＴモジュールのコレクタ端子またはエミッタ端子を周回する両端部および両側部に段差面を設けて部材装着スペースとし、部材装着スペースに回路接続端子を配置し、部材装着スペースの形状に合わせ、所定の位置に導電層を配置した複数の基板を積層して電流検出コイルを形成して部材装着スペースに装着したので、駆動回路付ＩＧＢＴを構成するとき、電流検出機能を必要とするときに電流検出コイルをＩＧＢＴの部材装着スペースに装着し、その上面に駆動回路モジュールを装着すれば、電流検出機能を備えた駆動回路付ＩＧＢＴモジュールが得られ、電流検出機能の必要性に応じて選択できる利点がある。
【００５１】
この発明の請求項７に係るＩＧＢＴモジュールは、請求項５または請求項６の構成の電流検出コイルが検出した電流に比例した電圧波形を電流波形に変換して回路接続端子に出力する電流波形変換手段を電流検出コイルと回路接続端子の間に付加したので、電流検出機能が全てＩＧＢＴモジュール内に装備され、ＩＧＢＴモジュールの過電流保護、短絡保護の回路が簡単になり駆動回路に容易に組み込むことができ、波形変換手段に接続する部分が短く、周囲からのノイズの侵入が殆どなくなり信頼性の高い構成となる。
【００５２】
この発明の請求項８に係る駆動回路付ＩＧＢＴモジュールは、請求項５または請求項６のＩＧＢＴモジュールと、周囲からの誘導を遮蔽するシールドを設けた箱体内にＩＧＢＴモジュールを駆動する駆動回路と、電流に比例した電圧波形を電流波形に変換して回路接続端子に出力する電流波形変換手段を収容し、ＩＧＢＴモジュールの部材装着スペースに装着した駆動回路モジュールとで構成したので、電流検出機能が全てＩＧＢＴモジュール内に装備され、ＩＧＢＴモジュールの過電流保護、短絡保護の回路が簡単になり駆動回路に容易に組み込むことができ、波形変換手段に接続する部分が短く、周囲からのノイズの侵入が殆どなくなり信頼性の高い構成が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１のＩＧＢＴモジュールの構成図である。
【図２】図１のＩＧＢＴモジュールの駆動回路モジュールの構成例を示す構成図である。
【図３】図１の構成に図２の駆動回路モジュールを装着した状態を示す構成図である。
【図４】実施の形態２のＩＧＢＴモジュールの構成図である。
【図５】図４のＩＧＢＴモジュールの駆動回路モジュールの構成例を示す構成図である。
【図６】図４の構成に図５の駆動回路モジュールを装着した状態を示す構成図である。
【図７】実施の形態３のＩＧＢＴモジュールの電流検出コイルの装着部の部分構成図である。
【図８】電流検出コイルの構造説明図である。
【図９】実施の形態４のＩＧＢＴモジュールの電流検出コイルの装着状態を示す構成図である。
【図１０】図９の電流検出コイルの構成を示す構成図である。
【図１１】実施の形態５のＩＧＢＴモジュールの電流検出コイルの装着部の部分構成図である。
【図１２】実施の形態５の電流波形変換手段の回路図である。
【図１３】実施の形態６のＩＧＢＴモジュールの回路図である。
【図１４】実施の形態７のＩＧＢＴモジュールの温度検出手段の装着部の構成を示す構成図である。
【図１５】実施の形態７の図１４とは別の温度検出手段の装着部の構成図である。
【図１６】従来のＩＧＢＴモジュールの外形寸法図である。
【図１７】図１６のＩＧＢＴモジュールの回路図である。
【図１８】従来のＩＧＢＴモジュールの図１７とは異なるメーカ製の外形寸法図である。
【図１９】従来のＩＧＢＴモジュールの図１６、図１７とは異なるメーカ製の外形寸法図である。
【図２０】従来のＩＧＢＴの機能と駆動回路の機能を一体化したパワーモジュールの回路図である。
【符号の説明】
１１コレクタ端子、１２エミッタ端子、
１３駆動回路接続用エミッタ端子、１４駆動回路接続用ゲート端子、
１５駆動回路接続用コレクタ端子、１６回路接続端子、
３０駆動回路モジュール、３１部材装着部、３２シールド、３６回路接続端子、
３８絶縁部材、３９取付用穴、４０ＩＧＢＴモジュール、４１駆動回路基板、
４３電源ケーブル、４４ＯＮ／ＯＦＦ指令用Ｏ／Ｅ素子、
４５エラー信号用Ｏ／Ｅ素子、４６回路接続端子、４７固定金具、
４８固定ボルト、５０駆動回路モジュール、５６回路接続端子、
５７部材取付スペース、５８絶縁部材、５９取付用穴、
６０ＩＧＢＴモジュール、６１ケース、６２シールド、６３駆動回路基板、
６４ＯＮ／ＯＦＦ指令用Ｏ／Ｅ素子、６５エラー信号用０／Ｅ素子、
６６回路接続端子、６７電源ケーブル、６８固定金具、
７０駆動回路モジュール、７５電流検出コイル、７６回路接続端子、
７７部材取付スペース、７８絶縁部材、８０ＩＧＢＴモジュール、
８２部材取付スペース、８３ａ，８３ｂ，８３ｃ，８３ｄ基板、８３ｈ挿通穴、
８４ａ，８４ｂ，８４ｃ導電層、８４ｄ接続導体、８５電流検出コイル、
８６回路接続端子、８７部材装着スペース、８８絶縁部材、
９０ＩＧＢＴモジュール、９１電流波形変換手段、９１ａ積分回路、
９１ｂ増幅回路、９６回路接続端子、
１０１電流センス用素子付ＩＧＢＴモジュール、
１０２ＩＧＢＴモジュール、１０３ツェナーダイオード、
１０６回路接続端子、１１１銅ベース部分、１１２絶縁基板、
１１３ゲート中継基板、１１５温度検出手段、１２５温度検出手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an insulated gate bipolar transistor module and an insulated gate bipolar transistor module with a drive circuit used for an inverter device, a DC chopper device, and the like.
[0002]
[Prior art]
  Insulated Gate Bipolar Transistor Modules (hereinafter referred to as IGBT modules), which are a collection of insulated gate bipolar transistors (hereinafter referred to as IGBTs) as semiconductors used in inverter devices, DC chopper devices, and the like. ), For example, figure16The figure18The figure19What is shown in (1) is commercially available. Figure16Is the outline drawing of a 3.3 kV, 1.2 kA IGBT module shown in Mitsubishi Semiconductor Data Book 1997 (High Power Semiconductor / Stack Deviation) 10-917Is a figure16FIG. Figure18Is the external view of a 3.3 kV, 1.2 kA IGBT module manufactured by Eupec19These are the external views of the 3.3 kV and 1.2 kA IGBT module made by ABB. Figure16The figure18The figure19(A) is a plan view, (b) is a side view, and (c) is a front view. In the figure, 1 is a collector terminal, 2 is an emitter terminal, 3 is a drive circuit connection emitter terminal, 4 is a drive circuit connection gate terminal, 5 is a drive circuit connection collector terminal, and 9 is a module mounting hole. Figure16The figure18The figure19The IGBT module of the multiple IGBTs17Are connected like.
[0003]
  Figure16The figure18The figure19Are compared, the position of the mounting hole 9 of each module and the collector terminal 1, the emitter terminal 2, the emitter terminal 3 for connecting the driving circuit, the gate terminal 4 for connecting the driving circuit, and the collector terminal for connecting the driving circuit to the mounting hole 9 of the module 5 are in the same position, and the dimensions of each manufacturer are made to be compatible.
[0004]
  When the device is configured by the IGBT module, the drive circuit is arranged around the IGBT module and connected to each drive circuit connection terminal of the IGBT module.
[0005]
  As an example in which the functions of the IGBT module and the drive circuit for operating the IGBT are integrated, for example, FIG.20There is an IPM (intelligent power module) shown in Mitsubishi Semiconductor Data Book 1998 (power module MOS deviation) 3-97 of the equivalent circuit shown in FIG. IPM has a built-in IGBT drive circuit in the function of the IGBT module, and it has a compact configuration with detection, protection and error signal output functions for overcurrent, short circuit, heating and power supply voltage drop. It has an easy-to-use configuration that can be turned off.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  The conventional IGBT module is shown above.16The figure18The figure19The drive circuit of the IGBT module is arranged at a distant position and wired to the terminals of the IGBT module, so that the wiring becomes long and the surrounding noise enters from the long wiring and malfunctions. In some cases, it is necessary to consider noise, and an installation space for the drive circuit is required, resulting in a large apparatus configuration. In addition, an IPM having an IGBT function and a drive circuit function for driving the IGBT in the package has no problem with noise, but the drive condition is set to a constant condition. There was a problem that fine adjustment such as speed and OC level adjustment was not possible.
[0007]
  The present invention has been made to solve the above problems, and provides an IGBT module that ensures compatibility with a conventional IGBT module and that can be mounted integrally with a drive circuit. The drive circuit is also modularized. It is an object of the present invention to provide an IGBT module with a drive circuit that can be mounted on the IGBT module without wiring, can be adjusted in operating conditions, and has a function equivalent to that of the IPM.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  The IGBT module according to claim 1 of the present invention collects a plurality of IGBTs,The IGBT module is formed into an aggregate by sealing with an insulating member.A cavity with a square cross section is provided on the side of the collector terminal or emitter terminal as a member mounting part, and a circuit connection terminal is placed on the member mounting part.TamaIt is.
[0009]
  According to a second aspect of the present invention, there is provided an IGBT module with a drive circuit according to the first aspect.IGBTModules and theIGBTProvided with a shield on the inner wall of the module member mounting portion, the above mounted on the member mounting portionIGBTA drive circuit for driving the module is composed of a drive circuit module incorporated in a circuit board.
[0010]
  The IGBT module according to claim 3 of the present invention is a set of a plurality of IGBTs,The IGBT module is formed into an aggregate by sealing with an insulating member.A U-shaped step surface is provided on one side of the emitter terminal side, collector terminal side, collector terminal, and emitter terminal to provide a member mounting space, and circuit connection terminals are arranged in the member mounting space.TamaIt is.
[0011]
  Claims of the invention4An IGBT module with a drive circuit according to claim3The IGBT module and a drive circuit for driving the IGBT module is housed in a U-shaped box provided with a shield that shields the guidance from the surroundings, and a member mounting space formed in the U-shape of the IGBT module And a drive circuit module mounted on the.
[0012]
  The IGBT module according to claim 5 of the present invention collects a plurality of IGBTs,An IGBT module that is sealed with an insulating member and formed into an aggregate,Attach a current detection coil that goes around the collector terminal or emitter terminal lead,InsulationA stepped surface is provided on the side of the collector terminal or emitter terminal to provide a member mounting space, and circuit connection terminals are arranged in the member mounting space.TamaIt is.
[0013]
  The IGBT module according to claim 6 of the present invention is a set of a plurality of IGBTs,An IGBT that is sealed with an insulating member and formed into an aggregate,Step surfaces are provided on both ends and both sides of the collector terminal or emitter terminal to provide a member mounting space, circuit connection terminals are arranged in the member mounting space, and a conductive layer is formed at a predetermined position according to the shape of the member mounting space. A plurality of arranged substrates are stacked to form a current detection coil and mounted in a member mounting space.
[0014]
  An IGBT module according to a seventh aspect of the present invention is the fifth or fifth aspect.6Current waveform converting means for converting a voltage waveform proportional to the current detected by the current detection coil having the configuration described above into a current waveform and outputting the current waveform to the circuit connection terminal is added between the current detection coil and the circuit connection terminal.
[0015]
  Claims of the invention8An IGBT module with a drive circuit according to claim5Or claims6IGBT module, a drive circuit that drives the IGBT module in a box provided with a shield that shields induction from the surroundings, and a current waveform conversion that converts a voltage waveform proportional to the current into a current waveform and outputs it to the circuit connection terminal And a drive circuit module mounted in the member mounting space of the IGBT module.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment1.
  Embodiment1This is a configuration in which a cavity with a square cross section is formed on the side of the emitter terminal to form a member mounting portion for mounting a drive circuit or the like. Fig.1Shown in A collector terminal 11, an emitter terminal 12, a drive circuit connection emitter terminal 13, a drive circuit connection gate terminal 14, a drive circuit connection collector terminal 15, and a mounting hole 19 are shown in the prior art.16Are arranged at the same position as shown in FIG. Reference numeral 31 denotes a member mounting portion formed in a cavity having a square cross section provided on the side portion of the collector terminal 11, and a substrate mounting groove 31a is provided on the inner side surface. 32 is a shield in which a plate-like conductor is attached to the inner surface of the member mounting portion 31, 36 is a circuit connection terminal, 38 is an insulating member that seals the IGBT and is formed into a predetermined shape, and 39 is a mounting hole. . Reference numeral 40 denotes an IGBT module composed of 11 to 15, 31, 32, 36, 38, and 39.
[0017]
  Figure1When the IGBT module is configured as described above, a drive circuit module in which a drive circuit adapted to the operation condition of the IGBT is incorporated in the drive circuit board is inserted into the member mounting portion 31, and the circuit connection terminal 46 is coupled to the circuit connection terminal 36. It can be installed easily by connecting, and the drive circuit module becomes a drive circuit module with a simple configuration built into the board.And distributionAn IGBT module can be configured in which there is no worry of noise entering from the wiring portion without the line portion. 4 has a configuration in which the member mounting portion 31 is disposed on the side of the collector terminal, but the member mounting portion has a similar function even on the side of the 31 emitter terminal.
[0018]
  Figure1FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a drive circuit module to be mounted on the IGBT module having the configuration shown in FIG.2Shown in Figure3To the figure1The IGBT module of Fig.2The structure of the IGBT module with a drive circuit which mounted | wore the drive circuit module of this is shown. In the figure, 41 is a drive circuit board incorporating a drive circuit, 43 is a power cable, 44 is an ON / OFF command O / E element, 45 is an error signal O / E element, and 46 is attached to the drive circuit board 41. Reference numeral 47 denotes a circuit connection terminal, 47 denotes a fixing bracket for fixing the driving circuit board 41 on which the driving circuit module 41 is mounted, and 48 denotes a bolt for locking the fixing bracket 47. Reference numeral 50 denotes a drive circuit module composed of 41 and 43 to 46.
[0019]
  A shield 32 is attached to the inner surface of the member mounting portion 31 of the IGBT module 40 to shield noise from the surroundings, and the drive circuit module 50 in which the drive circuit is incorporated in the drive circuit board 41 and the accessories are attached is mounted on the member mounting portion 31. The circuit connection terminal 36 of the IGBT module 40 and the circuit connection terminal 46 of the drive circuit module are coupled to each other by being inserted into the substrate mounting groove 31a and fixed by the fixing bracket 47 and the fixing bolt 48, and the IGBT module 40 with the drive circuit is assembled. .
[0020]
  If the IGBT module with a drive circuit is configured in this way, the drive circuit module 50 is configured only by the drive circuit board 41 with the drive circuit and accessories attached thereto, and an IGBT module with a drive circuit that can be easily assembled is obtained.And followAn IGBT module with a drive circuit having a drive circuit in which the operating conditions can be arbitrarily set with the dimensions of a conventional IGBT module, no wiring between the IGBT module 40 and the drive circuit module 50, and no noise intrusion from the wiring is obtained. It is done.
[0021]
Embodiment2.
  Embodiment2Is a configuration of an IGBT that can be applied even when a large mounting space is required for the drive circuit of the IGBT module. Fig.4Shown in The collector terminal 11, the emitter terminal 12, the drive circuit connection emitter terminal 13, the drive circuit connection gate terminal 14, the drive circuit connection collector terminal 15, and the mounting hole 59 are conventional views.16Are arranged at the same position as shown in FIG. 56 is a circuit connection terminal, 57 is a member mounting space provided with a U-shaped step between the side of the collector terminal 11 and the side and one end of the emitter terminal 12, and is provided with a plurality of mounting holes 57a. Yes. 58 is an insulating member that seals a plurality of IGBTs and is formed in a predetermined shape, and 59 is a mounting hole. Reference numeral 60 denotes an IGBT module composed of 11-15 and 56-59.
[0022]
  Figure4As shown in FIG. 4, the IGBT module 60 member mounting space 57 is formed in a U shape, so that it is possible to cope with a case where a large mounting space for a drive circuit module for driving the IGBT module is required.
[0023]
  Figure4FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a drive circuit module to be mounted on the IGBT module having the configuration5The figure6Shown in Figure5Shows the configuration of the drive circuit module incorporating the drive circuit.6Is a figure4The IGBT module of Fig.5The state which mounted | wore the drive circuit incorporating the drive circuit module of this is shown. In the figure, 61 is a case for housing a drive circuit, 62 is a shield provided on the inner surface of the case, 63 is a drive circuit board incorporating the drive circuit, 64 is an ON / OFF command O / E element, and 65 is an error signal O. / E element, 66 is a circuit connection terminal, 67 is a power cable, and 68 is a fixing bracket for fixing the drive circuit module. Reference numeral 70 denotes a drive circuit module composed of 61-68.
[0024]
  The drive circuit module 70 is mounted in the member mounting space 57 of the IGBT module 60, the circuit connection terminal 56 of the IGBT module 60 is coupled to the circuit connection terminal 66 of the drive circuit module 70, and the fixing bracket 68 is fixed. An IGBT module is configured.
[0025]
  By configuring the IGBT module with a drive circuit in this way, it is possible to cope with the case where the size of the drive circuit module 70 incorporating the drive circuit and accessories is increased. As in the first embodiment, the conventional IGBT module is also supported. Thus, an IGBT module with a drive circuit having a drive circuit in which the operating conditions can be arbitrarily set, no wiring between the IGBT module 60 and the drive circuit module 70, and no noise intrusion from the wiring is obtained.
[0026]
Embodiment3.
  Embodiment3The first embodiment2The current flowing through the emitter terminal of the IGBT module having the structure is configured to be detected. Figure7Shows the configuration. Figure7Is the first embodiment.2It is a partial block diagram around the emitter terminal 12 of the configuration. In the figure, reference numeral 75 denotes a current detection coil arranged so as to go around a plurality of emitter terminals 12. 76 is a circuit connection terminal, 77 is a member mounting space, and 78 is an insulating member. Reference numeral 80 denotes an IGBT module in which a plurality of IGBTs are assembled to provide accessories.
[0027]
  The current detection coil 75 is shown in FIG.8Is a Rogowski coil having a configuration in which an electric wire is wound in a coil shape and an inner diameter portion in which a return circuit is wound in a coil shape is returned, which is arranged so as to circulate around the emitter terminal 11, and a coil end portion Is connected to the circuit connection terminal 76 and the whole is sealed with an insulating member 78 in a state where the current detection coil 75 is embedded. Reference numeral 80 denotes an IGBT module in which a current detection coil 75 is embedded. Figure8(A) shows the cross section of a coil.
[0028]
  The current detection coil 75 forms a circuit in which an electric wire is wound from a terminal 76a into a coil shape, a return circuit is inserted through the inner diameter portion of the coil and returned to the terminal 76b, and the emitter terminal is circulated by the entire length of the wound coil. By arranging in this manner, a voltage proportional to the emitter current can be detected by the magnetic flux interlinking with the coil of the magnetic field created by the current flowing through the emitter terminal.
[0029]
  The current detection coil 75 can detect a current as follows. A voltage proportional to the amount of change in the total magnetic flux φ interlinked with the current detection coil 75 of the magnetic field generated by the current I flowing through the conductor is generated between the terminals 76a and 76b of the current detection coil 75. Assuming that the magnetic flux density is B, the coil cross-sectional area is S, the number of turns is N, the magnetic field strength is H, the permeability is μ, the ring diameter is D, and the total length of the ring is L, μ = μ₀  = 4π × 10^-7, L = πD, and the detected voltage V_P  Is as in (Equation 1).
        V_P  =-(Dφ / dt)
          φ = BSN
          B = μH
          H = I / (πD) = I / L,
          φ = (4SNI / D) × 10^-7
        V_P  = − (4SN / D) · (dI / dt) × 10^-7... (Formula 1)
  Voltage V between terminals 76a and 76b of current detection coil 75_P  Is a voltage proportional to dI / dt, and if this is integrated and amplified by an amplifier circuit to adjust the gain, current I can be obtained.
[0030]
  Embodiment 12Figure 1 of the4If the current detection coil 75 is embedded so as to circulate around the emitter terminal 12, an IGBT module having a function of detecting the current flowing through the emitter terminal 12 can be obtained. The current detection coil 75 is wound around one of the emitter terminals 12 and V_P  The current detection function can be obtained in the same manner even if the current is detected and the total current is estimated. Figure7In this configuration, the current detection coil 75 is arranged so as to circulate around the emitter terminal 12. However, even if the current detection coil is arranged so as to circulate around the collector terminal 11, a current detection function can be obtained similarly.
[0031]
  In this way, since the IGBT module having the current detection function can detect di / dt in addition to current detection, the drive circuit module can be easily configured when configuring a drive circuit for controlling di / dt. You can also.
[0032]
Embodiment4.
  Embodiment3In this embodiment, the emitter current is detected with a current detection coil embedded therein.4Then, the current detection coil is formed in a flat plate shape, and is configured to be mounted when necessary. Figure shows a state where a current detection coil is mounted on an IGBT module of that configuration.9Figure shows the configuration of the current detection coil10Shown in In the figure, 85 is a current detecting coil formed in a flat plate shape, 86 is a circuit connection terminal, 87 is a member mounting space in which steps are provided around the emitter terminals 12 on both sides and both ends of the emitter terminal 12, and 88 is An insulating member 89 that seals the periphery of the IGBT and is molded into a predetermined shape is a mounting hole.
[0033]
  The current detection coil10As shown in FIG. 4, four substrates 83 are stacked, and four substrates 83 are stacked as shown in FIG. 6A. The first layer substrate 83a is arranged in the lowermost layer, and the fourth layer substrate 83d is arranged in the uppermost layer. An insulating layer is formed, and the second layer substrate 83b and the third layer substrate 83c are provided with a plurality of insertion holes 83h as shown in the figure, and between the horizontal insertion holes 83h in the circumferential direction on the lower surface of the second layer substrate 83b. A conductive layer 84a is formed, a conductive layer 84b is formed between the insertion holes 83h in an oblique direction on the upper surface of the third layer substrate 83c, as shown in the figure, and a return circuit is formed on the lower surface of the third layer substrate 83c. The layer 84c is formed, the connection conductors 84d are respectively inserted from the circuit connection terminals 86a at the first end portion into the respective insertion holes 83h to connect the conductive layers 84a and 84b, and the conductive layer 84b at the end portion is connected. Is connected to the conductive layer 84c of the return circuit and connected to the first end. It is obtained by forming a current detection coil connected to a circuit connection terminals 86b by chromatography down.
[0034]
  By arranging the current detection coil 85 formed in a flat plate shape in the member mounting space 87 around the emitter terminal 12 of the IGBT module 90, an IGBT module capable of detecting the current of the emitter terminal 12 is obtained. Figure9Although the current detection coil is arranged so as to circulate around the emitter terminal 12, a current detection function can be obtained similarly even if it is arranged so as to circulate around the collector terminal 11.
[0035]
  With this configuration, when configuring an IGBT with a drive circuit, the current detection coil 85 formed in a flat plate shape is mounted in the IGBT member mounting space 87 only when the current detection function is required, and the IGBT is mounted on the upper surface thereof. If the drive circuit module is mounted, an IGBT module with a drive circuit having a current detection function can be obtained. Therefore, this configuration has an advantage that it can be selected according to the necessity of the current detection function.
[0036]
Embodiment5.
  Embodiment3, 4However, the current detection coil is used, but it cannot be detected as a current value only by the current detection coil. In the sixth embodiment, current waveform conversion means for converting a voltage waveform proportional to the current detected by the current detection coil into a current waveform is added. Embodiment3Figure of7Figure shows the configuration with current waveform conversion means added to the configuration of11Shown in The configuration of the IGBT module in which the current detection coil is embedded is a diagram of the fourth embodiment.7It is shown in In the figure, 91 is a current waveform converting means, and 96 is a circuit connection terminal. The internal configuration of the current waveform conversion means 91 is configured as shown in FIG. 15, where the portion 91a is an integrating circuit and the portion 91b is an amplifier circuit. The output circuit of the current detection coil 75 is connected to the input terminal 91 i of the current waveform conversion means 91, and the output terminal 91 u is connected to the circuit connection terminal 96. The current waveform conversion means 91 is a voltage waveform proportional to the current detected by the current detection coil 75, that is, V in (Equation 1) described in the fourth embodiment._P  Is input to the current waveform converting means 91 and converted into a voltage waveform proportional to the current waveform by the integrating circuit 91a and the amplifying circuit 91b and output to the circuit connection terminal 91u.
[0037]
  When the current detection coil and the current waveform conversion means 91 are configured as described above, all current detection functions are provided in the IGBT module, and the circuit for overcurrent protection and short circuit protection of the IGBT module is simplified, so that the drive circuit is provided. An IGBT module with a drive circuit that can be easily incorporated, has a short portion connected to the current waveform conversion means 91, eliminates intrusion of noise from the surroundings, and has high reliability.
[0038]
Embodiment6.
  An IGBT is commercially available that includes an element for current sensing that has an area of several thousandths of the area of the main chip and that allows current to flow at this ratio with respect to the collector current. . In the seventh embodiment, one of a plurality of IGBTs is provided with a current detection function by using an IGBT with a current sensing element. Figure of connection diagram of the configuration13Shown in In the figure, 101 is an IGBT with a current sensing element provided with a current sensing element 101m, and 102 is an IGBT without a normal current sensing element. Reference numeral 103 denotes a Zener diode that protects the IGBT from an abnormal voltage of the circuit. Three IGBTs are connected in parallel. For example, assuming that the ratio of the IGBT chip to the sense semiconductor chip is 1/6000, 1 / (6000 × 3) of the collector current of the IGBT module. The current flows through the sensing element, and the collector current can be known by taking out the emitter terminal of the current sensing element.
[0039]
  The Zener diode 103 is provided because the electrostatic capacity between the gate and the emitter terminal of the current sensing element is very small and the absorption capacity of the abnormal voltage is small, and is taken out of the module. It is essential.
[0040]
  By making one of the IGBTs assembled in this way an IGBT with a current sensing element, an IGBT module having a current detection function can be obtained without providing a separate current detection means, and the configuration is simplified.
[0041]
Embodiment7.
  Embodiment7Is a configuration in which temperature detection means is provided in the IGBT module. Figure shows the partial configuration of the part where the temperature detection means is provided in the IGBT module.14Shown in In the figure, 111 is a copper base portion of the circuit board of the drive circuit module of the IGBT module, 112 is an insulating substrate, and 113 is a gate relay substrate. Reference numeral 115 denotes a temperature detection means. Reference numeral 116 denotes a circuit connection terminal. Figure14Since the temperature detection means cannot be directly added to the circuit board of the drive circuit module of the IGBT module, the temperature detection means 115 is applied to the copper substrate 113 on the gate relay substrate 112 on the upper surface of the copper substrate 111 of the drive circuit module. Is the one that is attached. Figure14Shows an example in which a thermistor is mounted as the temperature detecting means 115.
[0042]
  The thermistor detects changes in voltage level in combination with normal resistance using the change in resistance value that accompanies temperature changes, and detects the temperature by outputting a signal to the drive circuit when a certain voltage is reached. Is. For example, when the power supply voltage is 5 V, a resistor having a resistance value R and a thermistor are connected in series and 5 V of the power supply voltage is applied, and the resistance value is R when the temperature of the thermistor is 25 ° C. If the resistance value of the thermistor is R / 2 at 100 ° C., the divided voltage of the thermistor is 1.67V. In this way, the temperature can be estimated by detecting the divided voltage of the thermistor that changes when the resistance value R changes as the temperature changes.
[0043]
  The temperature detection means may be a change in resistance or a change in voltage with respect to a change in temperature. In FIG. 17, a thermistor that detects the temperature by using a change in resistance value is used. Example of using temperature sensor IC as an example of detecting temperature15Shown in In the figure, 111, 112, 113, 116 are figures.14In this case, 125 is a temperature sensor IC, which is mounted on the drive circuit module substrate portion as in FIG. The temperature sensor IC outputs a voltage proportional to a temperature change. There are some which are set to a limit temperature and the output signal is inverted when the temperature is reached, and can be appropriately selected according to the purpose of use.
[0044]
  Configuration for detecting the temperature during use of the IGBT module in this wayInThen, it becomes possible to reliably protect against an increase in the operability during operation, and the reliability of the IGBT module increases.
[0045]
【The invention's effect】
  The IGBT module according to claim 1 of the present invention includes a plurality of IGBT modules.IGBTTheSealed with an insulating member to form an assembly, and the insulating member IGBT moduleSince the side of the collector terminal or emitter terminal is provided with a square cross-sectional cavity as a member mounting portion, circuit connection terminals are arranged in the member mounting portion, and a plurality of IGBTs are surrounded by insulating members to form an assembly. A drive circuit module having a simple configuration in which the circuit module is simply incorporated into the circuit board can be formed, and an IGBT module can be configured with no wiring portion and no fear of noise entering from the wiring portion.
[0046]
  According to a second aspect of the present invention, there is provided an IGBT module with a drive circuit.1IGBT module ofOf this IGBTSince the shield is provided on the inner wall of the member mounting part, the drive circuit module is mounted on the member mounting part and configured with a circuit board incorporating a drive circuit for driving the IGBT module. It has a drive circuit in which conditions can be arbitrarily set, and there is no wiring between the IGBT module and the drive circuit module, so that noise does not enter from the wiring.
[0047]
  An IGBT module according to claim 3 of the present invention includes a plurality of IGBTs.Sealed with an insulating member to form an assembly, and the insulating member IGBT moduleA U-shaped step surface is provided on one side of the emitter terminal side, collector terminal side, collector terminal, and emitter terminal to provide a member mounting space, circuit connection terminals are disposed in the member mounting space, and a plurality of IGBTs are mounted. Since it is surrounded by an insulating member and formed into an aggregate, it can cope with a case where a large installation space for a drive circuit module for driving the IGBT is required.
[0048]
  According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an IGBT module with a drive circuit.3IGBT module and a U-shaped with a shield to shield the guidance from the surroundingsCaseThe drive circuit that drives the IGBT module is housed inside, and the drive circuit module is mounted in the member mounting space formed in the U-shape of the IGBT module, so the operating conditions can be arbitrarily set according to the dimensions of the conventional IGBT module. There is no wiring between the IGBT module and the driving circuit module, and there is no noise intrusion from the wiring.
[0049]
  An IGBT module according to claim 5 of the present invention includes a plurality of IGBTs.Sealed with an insulating member to form an aggregate, and the IGBT moduleAttach a current detection coil that goes around the collector terminal or emitter terminal lead,InsulationA stepped surface is provided on the side of the emitter terminal to provide a member mounting space, circuit connection terminals are arranged in the member mounting space, and a plurality of IGBTs and current detection coils are surrounded by an insulating member to form an aggregate. Since an IGBT module having a detection function can be obtained and di / dt can be detected in addition to current detection, the drive circuit module can be easily configured when configuring a drive circuit for controlling di / dt.
[0050]
  An IGBT module according to claim 6 of the present invention includes a plurality of IGBTs.Sealed with an insulating member to form an assembly, and the insulating member IGBT moduleStep surfaces are provided on both ends and both sides of the collector terminal or emitter terminal to provide a member mounting space, circuit connection terminals are arranged in the member mounting space, and a conductive layer is formed at a predetermined position according to the shape of the member mounting space. Since a current detection coil is formed by stacking a plurality of arranged substrates and mounted in a member mounting space, when configuring an IGBT with a drive circuit, the current detection coil is mounted on the IGBT member when a current detection function is required. If it is mounted in a space and a drive circuit module is mounted on the upper surface, an IGBT module with a drive circuit having a current detection function can be obtained, and there is an advantage that it can be selected according to the necessity of the current detection function.
[0051]
  An IGBT module according to claim 7 of the present invention is as follows.5Or claims6A current waveform conversion means that converts a voltage waveform proportional to the current detected by the current detection coil of the configuration to a current waveform and outputs it to the circuit connection terminal is added between the current detection coil and the circuit connection terminal, so that the current detection function Are all installed in the IGBT module, the overcurrent protection and short circuit protection circuit of the IGBT module is simplified and can be easily incorporated into the drive circuit, the part connected to the waveform conversion means is short, and the intrusion of noise from the surroundings There is almost no loss, and the configuration is highly reliable.
[0052]
  An IGBT module with a drive circuit according to an eighth aspect of the present invention is as follows.5Or claims6IGBT module, a drive circuit that drives the IGBT module in a box provided with a shield that shields induction from the surroundings, and a current waveform conversion that converts a voltage waveform proportional to the current into a current waveform and outputs it to the circuit connection terminal Since it is configured with a drive circuit module that houses the means and is mounted in the member mounting space of the IGBT module, all the current detection functions are equipped in the IGBT module, and the overcurrent protection and short circuit protection circuit of the IGBT module is simplified. It can be easily incorporated into the drive circuit, and the portion connected to the waveform converting means is short, so that there is almost no intrusion of noise from the surroundings, and a highly reliable configuration can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 Embodiment1It is a block diagram of IGBT module of.
FIG. 21It is a block diagram which shows the structural example of the drive circuit module of this IGBT module.
FIG. 31Figure in the configuration2It is a block diagram which shows the state which mounted | wore the drive circuit module.
FIG. 4 Embodiment2It is a block diagram of IGBT module of.
FIG. 54It is a block diagram which shows the structural example of the drive circuit module of this IGBT module.
FIG. 64Figure in the configuration5It is a block diagram which shows the state which mounted | wore the drive circuit module.
FIG. 7 shows an embodiment.3It is a partial block diagram of the mounting part of the current detection coil of the IGBT module.
FIG. 8 is a diagram illustrating the structure of a current detection coil.
FIG. 9 Embodiment4It is a block diagram which shows the mounting state of the current detection coil of the IGBT module.
FIG. 109It is a block diagram which shows the structure of this electric current detection coil.
FIG. 11 Embodiment5It is a partial block diagram of the mounting part of the current detection coil of the IGBT module.
FIG. 12 shows an embodiment.5It is a circuit diagram of the current waveform conversion means.
FIG. 13 shows an embodiment.6It is a circuit diagram of an IGBT module.
FIG. 14 shows an embodiment.7It is a block diagram which shows the structure of the mounting part of the temperature detection means of no IGBT module.
FIG. 15 shows an embodiment.7Figure of14It is a block diagram of the mounting part of another temperature detection means.
FIG. 16 is an external dimension diagram of a conventional IGBT module.
FIG. 1716It is a circuit diagram of an IGBT module.
FIG. 18 is a diagram of a conventional IGBT module.17FIG.
FIG. 19 is a diagram of a conventional IGBT module.16The figure17FIG.
FIG. 20 is a circuit diagram of a power module in which the function of a conventional IGBT and the function of a drive circuit are integrated.
[Explanation of symbols]
  11 collector terminal, 12 emitter terminal,
13 Emitter terminal for driving circuit connection, 14 Gate terminal for driving circuit connection,
15 collector terminal for driving circuit connection, 16 circuit connection terminal,
30 drive circuit module, 31 member mounting portion, 32 shield, 36 circuit connection terminal,
38 insulating members, 39 mounting holes, 40 IGBT modules, 41 drive circuit boards,
43 Power cable, 44 ON / OFF command O / E element,
45 O / E element for error signal, 46 circuit connection terminal, 47 fixing bracket,
48 fixing bolt, 50 drive circuit module, 56 circuit connection terminal,
57 Member mounting space, 58 Insulating member, 59 Mounting hole,
60 IGBT module, 61 case, 62 shield, 63 drive circuit board,
64 O / E element for ON / OFF command, 65 0 / E element for error signal,
66 circuit connection terminal, 67 power cable, 68 fixing bracket,
70 drive circuit module, 75 current detection coil, 76 circuit connection terminal,
77 Member mounting space, 78 Insulating member, 80 IGBT module,
82 member mounting space, 83a, 83b, 83c, 83d substrate, 83h insertion hole,
84a, 84b, 84c conductive layer, 84d connecting conductor, 85 current detection coil,
86 circuit connection terminal, 87 member mounting space, 88 insulating member,
90 IGBT module, 91 current waveform converting means, 91a integrating circuit,
91b amplifier circuit, 96 circuit connection terminal,
101 IGBT module with current sensing element;
102 IGBT module, 103 Zener diode,
106 circuit connection terminal, 111 copper base portion, 112 insulating substrate,
113 Gate relay substrate, 115 temperature detection means, 125 temperature detection means.

Claims

An insulated gate bipolar transistor module formed by sealing a plurality of insulated gate bipolar transistors with an insulating member to form an aggregate , wherein the insulated member is disposed on a side of a collector terminal or emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor of the insulating member. An insulated gate bipolar transistor module, wherein a cavity having a square cross section is provided as a member mounting portion, and a circuit connection terminal is disposed in the member mounting portion.

An insulated gate bipolar transistor module according to claim 1, the insulating gate bipolar transistor modules of the shield provided in the member mounting portion inner wall, the drive circuit for driving the insulated gate bipolar transistor module mounted to the member attachment portion An insulated gate bipolar transistor module with a drive circuit, comprising: a drive circuit module embedded in a circuit board.

An insulated gate bipolar transistor module in which a plurality of insulated gate bipolar transistors are sealed with an insulating member to form an aggregate, the emitter terminal side of the insulating gate bipolar transistor , the collector terminal side of the insulating member An insulated gate bipolar transistor module characterized in that a U-shaped stepped surface is provided on one end side of the part, collector terminal, and emitter terminal as a member mounting space, and a circuit connection terminal is disposed in the member mounting space.

A drive circuit for driving the insulated gate bipolar transistor module is housed in the insulated gate bipolar transistor module of claim 3 and a U-shaped case provided with a shield for shielding induction from the surroundings. An insulated gate bipolar transistor module with a drive circuit, comprising a drive circuit module mounted in a member mounting space formed in a U-shape of the insulated gate bipolar transistor module.

An insulated gate bipolar transistor module in which a plurality of insulated gate bipolar transistors are sealed with an insulating member to form an aggregate, wherein a lead-out portion of a collector terminal or an emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor of the insulating member is provided. A circulating current detection coil is mounted, a step surface is provided on the side of the collector terminal or emitter terminal of the insulating member as a member mounting space, a circuit connection terminal is disposed in the member mounting space, and the current detection coil is An insulated gate bipolar transistor module characterized by being sealed with an insulating member.

An insulated gate bipolar transistor module formed by sealing a plurality of insulated gate bipolar transistors with an insulating member to form an aggregate , wherein both ends of the collector terminal or emitter terminal of the insulated gate bipolar transistor of the insulating member and A step mounting surface is provided at a position that circulates on both sides to form a member mounting space, a circuit connection terminal is disposed in the member mounting space, and a plurality of conductive layers are disposed at predetermined positions according to the shape of the member mounting space. An insulated gate bipolar transistor module, wherein a plate-shaped current detection coil is formed by laminating substrates and mounted in the member mounting space.

6. A current waveform converting means for converting a voltage waveform proportional to the current detected by the current detection coil into a current waveform and outputting the waveform to the circuit connection terminal is added between the current detection coil and the circuit connection terminal. The insulated gate bipolar transistor module according to claim 6.

7. The insulated gate bipolar transistor module according to claim 5 or 6, a drive circuit for driving the insulated gate bipolar transistor module in a box provided with a shield for shielding induction from the surroundings, and a voltage waveform proportional to the current. Insulated gate bipolar with drive circuit comprising current conversion means for converting the current into a current waveform and outputting it to the circuit connection terminal, and comprising the drive circuit module mounted in the member mounting space of the insulated gate bipolar transistor module Transistor module.