JP4385883B2

JP4385883B2 - 半導体モジュール

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Inventors: 紀文古田
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Description

この発明は、電流検出装置および半導体モジュールに関し、特に、電極やバスバーなどに流れる電流を高精度に検出することができる電流検出装置および半導体モジュールに関する。

従来より、バスバーなどの電力線に流れる電流を検出する電流検出装置としては、バスバーを周方向に囲むように設けられた集磁コアによって、バスバーに流れる電流に応じてバスバーの周囲に発生する磁束を集磁し、この集磁された磁束をホール素子などの磁気検出素子によって検出することにより電流を検出する装置が一般的に知られている。

一方、近年、集磁コアを用いずに磁束を直接検出してバスバーに流れる電流を検出するコアレス型の電流検出装置（以下、「コアレス電流センサ」とも称する。）が提案されている。このようなコアレス電流センサによれば、部品点数を削減できることから装置を小型化でき、また、一般的に高価な電磁鋼からなる集磁コアが不要となるため装置を低コスト化できる。

しかしながら、集磁コアを用いないコアレス電流センサを単純にバスバーの電流検出に用いても、他のバスバー（たとえば、隣接する他相のバスバー）などから発生する磁束をも捕捉してその影響を受けることとなり、正確に電流を検出することはできない。

このような問題に対して、特開２００４−６１２１７号公報（特許文献１参照）は、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相バスバーに流れる電流を検出する場合に他相のバスバーからの磁気干渉の影響を防止可能なコアレス電流センサを開示する。このコアレス電流センサによれば、電流検出対象のバスバーに隣接するバスバーからの磁束の影響分を予め設けられたマップ等を用いて補正することにより、電流検出精度の悪化を防止することができる。
特開２００４−６１２１７号公報特開平５−２０３３号公報実用新案登録第２５３２３２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたコアレス電流センサは、周囲から受ける磁気ノイズの影響を事後的に補正するものであり、電流センサが磁気ノイズの影響を受けるという本質的な問題を解決するものではない。また、このコアレス電流センサは、補正の精度如何によって電流検出精度が影響を受けるおそれもある。

そこで、コアレス電流センサを用いる場合においても、より正確な電流検出を実現するためには、電流センサへの周囲からの磁気ノイズをできる限り遮蔽し、また、電流検出対象の電力線から発生する磁束をできる限り集中させることによって電流センサのＳ／Ｎ比（Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ）を十分に大きくすることが本来的に必要である。

そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、Ｓ／Ｎ比を向上させた電流検出装置を提供することである。

また、この発明の別の目的は、Ｓ／Ｎ比を向上させた電流検出装置を備える半導体モジュールを提供することである。

この発明によれば、電流検出装置は、電気的に直列に接続される複数の導電部と、複数の導電部に流れる電流に応じて複数の導電部の周囲に発生する磁束を検出することにより、複数の導電部に流れる電流を検出する電流センサとを備え、電流センサは、複数の側面において複数の導電部にそれぞれ近接するように配置され、複数の導電部からそれぞれ発生する複数の第１の磁束が重ね合わされた第２の磁束を検出する。

好ましくは、電流センサは、集磁コアを含まないコアレス型の電流センサである。

好ましくは、複数の導電部は、互いに略平行に配設され、かつ、互いに反対方向に電流が流される第１および第２の導電部からなり、電流センサは、第１および第２の導電部の間に配置される。

好ましくは、複数の導電部は、略コの字形状に配設され、電流センサは、略コの字形状の内部に配置される。

好ましくは、複数の導電部は、略Ｌ字形状に配設され、電流センサは、略Ｌ字形状の内側に配置される。

好ましくは、電流検出装置は、複数の導電部とともに電流センサを囲うように配設される磁気遮蔽材をさらに備える。

また、この発明によれば、半導体モジュールは、パワー半導体素子と、パワー半導体素子を両側から挟み込むように設けられ、パワー半導体素子を介して電気的に直列に接続される第１および第２の電極と、第１および第２の電極の間に配置され、互いに反対方向に電流が流される第１および第２の電極からそれぞれ発生する第１および第２の磁束が重ね合わされた第３の磁束を検出することにより、第１および第２の電極に流れる電流を検出する電流センサとを備える。

好ましくは、半導体モジュールは、第１および第２の電極によって両側から挟み込まれた空間を外部から磁気的に遮蔽する磁気遮蔽材をさらに備える。

好ましくは、磁気遮蔽材は、パーマロイ材からなる。

この発明による電流検出装置においては、電流センサは、複数の側面において複数の導電部にそれぞれ近接するように配置され、複数の導電部からそれぞれ発生する複数の第１の磁束が重ね合わされた第２の磁束を検出するので、検出すべき磁束が高密度化される。また、電流センサは、複数の導電部により複数の側面において覆われるので、外部からの磁気ノイズの影響が低減される。

したがって、この発明によれば、電流センサのＳ／Ｎ比が向上し、その結果、電流検出装置の電流検出精度が向上する。

また、この発明によれば、集磁コアを含まないコアレス型の電流センサを用いるので、集磁コアを備えないことによる低コスト化および小型化を図ることができる。

また、この発明による電流検出装置においては、複数の導電部とともに電流センサを囲うように配設される磁気遮蔽材を備えるので、外部からの磁気ノイズの影響がさらに低減される。

したがって、この発明によれば、電流センサのＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、パワー半導体素子を両側から挟み込むように設けられる第１および第２の電極の間に電流センサが配置され、電流センサは、互いに反対方向に電流が流れる第１および第２の電極からそれぞれ発生する第１および第２の磁束が重ね合わされた第３の磁束を検出するので、検出すべき磁束が高密度化される。また、電流センサは、第１および第２の電極により両側から覆われるので、外部からの磁気ノイズの影響が低減される。

したがって、この発明によれば、電流センサのＳ／Ｎ比が向上し、電流検出精度が向上する。その結果、半導体モジュールの制御精度が向上する。

また、この発明による半導体モジュールにおいては、第１および第２の電極によって両側から挟み込まれた空間を外部から磁気的に遮蔽する磁気遮蔽材をさらに備えるので、外部からの磁気ノイズがほぼ完全に遮蔽され、また、内部への湿気等の侵入も防止される。

したがって、この発明によれば、電流センサのＳ／Ｎ比をさらに向上させることができる。また、半導体モジュール内部の防水・防湿を図ることもできる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明による半導体モジュールによって構成される負荷駆動装置の主要部の構成を示す電気回路図である。

図１を参照して、負荷駆動装置１０は、コンバータ２０と、インバータ３０と、制御装置４０と、コンデンサＣ１，Ｃ２と、電源ラインＰＬ１〜ＰＬ３と、出力ライン６２〜６６とを備える。コンバータ２０は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３を介してバッテリＢと接続され、インバータ３０は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３を介してコンバータ２０と接続される。また、インバータ３０は、出力ライン６２〜６６を介して電気負荷としてのモータジェネレータＭＧと接続される。

バッテリＢは、直流電源であって、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池である。バッテリＢは、発生した直流電力をコンバータ２０に供給し、また、コンバータ２０から受ける直流電力によって充電される。

モータジェネレータＭＧは、たとえば３相交流同期電動発電機であって、負荷駆動装置１０から受ける交流電力によって駆動力を発生する。また、モータジェネレータＭＧは、発電機としても使用され、減速時の発電作用（回生発電）により交流電力を発生し、その発生した交流電力を負荷駆動装置１０に供給する。

コンバータ２０は、各々が後述する半導体モジュールからなる上アームおよび下アームと、リアクトルＬとを含む。上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続され、電源ラインＰＬ２に接続される上アームは、パワートランジスタＱ１と、パワートランジスタＱ１に逆並列に接続されるダイオードＤ１とからなり、電源ラインＰＬ３に接続される下アームは、パワートランジスタＱ２と、パワートランジスタＱ２に逆並列に接続されるダイオードＤ２とからなる。そして、リアクトルＬは、電源ラインＰＬ１とパワートランジスタＱ１，Ｑ２の接続点との間に接続される。

このコンバータ２０は、バッテリＢから受ける直流電圧をリアクトルＬを用いて昇圧し、その昇圧した昇圧電圧を電源ラインＰＬ２に供給する。また、コンバータ２０は、インバータ３０から受ける直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

インバータ３０は、Ｕ相アーム５２と、Ｖ相アーム５４と、Ｗ相アーム５６とを含む。Ｕ相アーム５２、Ｖ相アーム５４およびＷ相アーム５６の各々は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に並列に接続され、各々が後述する半導体モジュールからなる上アームおよび下アームからなる。各相アームにおける上アームおよび下アームは、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に直列に接続される。

Ｕ相アーム５２の上アームは、パワートランジスタＱ３と、パワートランジスタＱ３に逆並列に接続されるダイオードＤ３とからなり、Ｕ相アーム５２の下アームは、パワートランジスタＱ４と、パワートランジスタＱ４に逆並列に接続されるダイオードＤ４とからなる。Ｖ相アーム５４の上アームは、パワートランジスタＱ５と、パワートランジスタＱ５に逆並列に接続されるダイオードＤ５とからなり、Ｖ相アーム５４の下アームは、パワートランジスタＱ６と、パワートランジスタＱ６に逆並列に接続されるダイオードＤ６とからなる。Ｗ相アーム５６の上アームは、パワートランジスタＱ７と、パワートランジスタＱ７に逆並列に接続されるダイオードＤ７とからなり、Ｗ相アーム５６の下アームは、パワートランジスタＱ８と、パワートランジスタＱ８に逆並列に接続されるダイオードＤ８とからなる。そして、各相アームにおける各パワートランジスタの接続点は、対応する出力ラインを介してモータジェネレータＭＧの対応する相のコイルの反中性点側に接続されている。

このインバータ３０は、制御装置４０からの制御信号に基づいて、電源ラインＰＬ２から受ける直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電圧を直流電圧に整流して電源ラインＰＬ２に供給する。

コンデンサＣ１は、電源ラインＰＬ１，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ１の電圧レベルを平滑化する。また、コンデンサＣ２は、電源ラインＰＬ２，ＰＬ３間に接続され、電源ラインＰＬ２の電圧レベルを平滑化する。

制御装置４０は、モータジェネレータＭＧのトルク指令値、各相電流値、およびインバータ３０の入力電圧に基づいてモータジェネレータＭＧの各相コイル電圧を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ３〜Ｑ８をオン／オフするＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を生成してインバータ３０へ出力する。

ここで、モータジェネレータＭＧの各相電流値は、後述するように、インバータ３０の各アームを構成する半導体モジュールに組込まれた電流センサによって検出される。この電流センサは、Ｓ／Ｎ比が向上するように半導体モジュール内に配設されており、その配置構成については、後ほど詳しく説明する。

また、制御装置４０は、上述したトルク指令値およびモータ回転数に基づいてインバータ３０の入力電圧を最適にするためのパワートランジスタＱ１，Ｑ２のデューティ比を演算し、その演算結果に基づいてパワートランジスタＱ１，Ｑ２をオン／オフするＰＷＭ信号を生成してコンバータ２０へ出力する。

さらに、制御装置４０は、モータジェネレータＭＧによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリＢを充電するため、コンバータ２０およびインバータ３０におけるパワートランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング動作を制御する。

この負荷駆動装置１０においては、コンバータ２０は、制御装置４０からの制御信号に基づいて、バッテリＢから受ける直流電圧を昇圧して電源ラインＰＬ２に供給する。そして、インバータ３０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータＭＧへ出力する。

また、インバータ３０は、モータジェネレータＭＧの回生動作によって発電された交流電圧を直流電圧に変換して電源ラインＰＬ２へ出力する。そして、コンバータ２０は、コンデンサＣ２によって平滑化された直流電圧を電源ラインＰＬ２から受け、その受けた直流電圧を降圧してバッテリＢを充電する。

図２は、図１に示したコンバータ２０およびインバータ３０の各アームを構成する半導体モジュールの構造を概略的に示す断面図であり、図３は、その平面図である。なお、インバータ３０の各相アームにおける上下各アームおよびコンバータ２０の上下各アームの構成は、いずれも同じであるので、以下では、図１に示したインバータ３０のＵ相上アームを構成する半導体モジュールの構造について代表的に説明する。

図２，図３を参照して、半導体モジュール７０は、半導体素子部７２と、接合部７４，７６と、正極電極７８と、Ｕ相電極８０と、絶縁基板８２，８４と、冷却体８６，８８と、電流センサ９０と、磁気遮蔽材９２とからなる。

半導体素子部７２は、パワートランジスタＱ３とダイオードＤ３とからなる。接合部７４，７６は、半田などの導電性接合材からなり、半導体素子部７２をそれぞれ正極電極７８およびＵ相電極８０に固設する。

正極電極７８およびＵ相電極８０は、たとえば銅などの高導電性かつ高伝熱性の金属部材からなり、接合部７４，７６を介して半導体素子部７２を上下から挟み込むように互いに平行に設けられる。正極電極７８およびＵ相電極８０は、それぞれ電源ラインＰＬ２および出力ライン６２（ともに図示せず）と電気的に接続される。

絶縁基板８２，８４は、半導体素子部７２、接合部７４，７６、正極電極７８、およびＵ相電極８０を上下から挟み込むように設けられる。絶縁基板８２，８４は、これらに密接する正極電極７８およびＵ相電極８０を冷却体８６，８８とそれぞれ電気的に絶縁するとともに、半導体素子部７２からの熱をそれぞれ冷却体８６，８８に伝熱する。

冷却体８６，８８は、半導体素子部７２、接合部７４，７６、正極電極７８、Ｕ相電極８０、および絶縁基板８２，８４をさらに上下から挟み込むように設けられ、半導体素子部７２からの熱を外部へ放熱する。

電流センサ９０は、正極電極７８およびＵ相電極８０によって挟まれた領域内に配設され、たとえばホール素子などの磁気検出素子からなる。電流センサ９０は、集磁コアを備えておらず、正極電極７８およびＵ相電極８０に流れる電流に応じて正極電極７８およびＵ相電極８０の周囲に発生する磁束を直接検出することにより、正極電極７８およびＵ相電極８０に流れる電流を検出する。

磁気遮蔽材９２は、絶縁基板８２，８４によって挟まれた領域を囲むように設けられ、たとえば、パーマロイ材などの高透磁率材からなる。磁気遮蔽材９２は、この半導体モジュール７０が外部から受ける磁気ノイズを遮蔽するとともに、絶縁基板８２，８４によって挟まれた領域内を防水・防湿する。また、磁気遮蔽材９２は、正極電極７８およびＵ相電極８０を平行に保持するための支持固定材としても機能する。

なお、上記において、正極電極７８およびＵ相電極８０は、「複数の導電部」を構成し、また、「第１および第２の電極」を構成する。

この半導体モジュール７０は、いわゆる両面冷却型の半導体モジュールであり、この半導体モジュール７０においては、正極電極７８およびＵ相電極８０に挟まれた領域内に電流センサ９０が配設されている。ここで、金属部材からなる正極電極７８およびＵ相電極８０は、磁気遮蔽効果を有するので、電流センサ９０が外部から受ける磁気ノイズの影響が低減される。そして、この半導体モジュール７０においては、正極電極７８およびＵ相電極８０に挟まれた領域を囲むように磁気遮蔽材９２がさらに設けられているので、電流センサ９０が受ける電磁ノイズの影響は、ほぼ完全にカットされる。

したがって、この半導体モジュール７０においては、電流センサ９０のＳ／Ｎ比が十分に大きく、電流センサ９０は、集磁コアを備えなくても、正極電極７８およびＵ相電極８０に流れる電流を高精度に検出できる。

図４は、図２に示した半導体モジュール７０における電流検出の様子を示す図である。この図４は、図２に示した電流センサ９０の近傍を拡大表示したものである。

図４を参照して、半導体素子部７２を構成するパワートランジスタＱ３がオンし、正極電極７８から半導体素子部７２を介してＵ相電極８０に電流が流れているものとする。すなわち、正極電極７８には、電流センサ９０の上部において図の右方向から左方向へ電流が流れ、Ｕ相電極８０には、電流センサ９０の下部において正極電極７８と逆方向の電流が流れる。

そうすると、正極電極７８およびＵ相電極８０に挟まれた領域において、正極電極７８およびＵ相電極８０のいずれからも、図の符号Ａによって示されるように、右ねじの法則によって図の奥から手前へ向かう方向に磁束が発生する。すなわち、正極電極７８およびＵ相電極８０に挟まれた領域内では、正極電極７８に流れる電流により発生する磁束とＵ相電極８０に流れる電流により発生する磁束とが重ね合わされることによって、高密度の検出磁束が発生する。

したがって、正極電極７８およびＵ相電極８０に挟まれた領域内に電流センサ９０を配設することによって、正極電極７８およびＵ相電極８０に電流が流れることにより発生する検出磁束を高密度にすることができるので、電流センサ９０のＳ／Ｎ比はさらに向上し、電流センサ９０の測定精度がさらに向上する。

なお、半導体素子部７２を構成するダイオードＤ３を介してＵ相電極８０から正極電極７８に電流が流れるときにおいても、正極電極７８およびＵ相電極８０のいずれからも図の手前から奥へ向かう方向に磁束が発生するので、上記と同様に高密度の検出磁束が発生する。したがって、上記と同様に、電流センサ９０のＳ／Ｎ比は向上する。

以上のように、この実施の形態１によれば、電流センサ９０は、正極電極７８およびＵ相電極８０によって両側から覆われているので、半導体モジュール７０の外部から受ける磁気ノイズの影響が低減される。また、電流センサ９０は、互いに反対方向に電流が流れる正極電極７８およびＵ相電極８０からそれぞれ発生する磁束が重ね合わされた高密度の磁束を検出する。したがって、この実施の形態１によれば、電流センサ９０のＳ／Ｎ比が向上し、電流検出精度が向上する。その結果、半導体モジュール７０およびそれによって構成される負荷駆動装置１０の制御精度が向上する。

また、この実施の形態１によれば、電流センサ９０が配設される領域を囲む磁気遮蔽材９２をさらに備えることにより、外部からの磁気ノイズが完全に遮蔽されるので、電流センサ９０のＳ／Ｎ比がさらに向上する。また、磁気遮蔽材９２によって半導体モジュール７０内の防水・防湿も図ることができる。

なお、上記においては、半導体モジュール７０は、上アームまたは下アームごとに構成されるものとしたが、上下アームを一体的に半導体モジュールとして構成してもよい。この場合も、上記と同様に、半導体素子部を介して上下に平行に、かつ、互いに反対方向に電流が流れるように電極を配設し、その平行に配設された電極によって両側から挟まれた領域内に電流センサを配設すればよい。

［実施の形態２］
この発明による電流検出装置は、実施の形態１のように、半導体モジュール内において電流センサが２つの電極に挟まれるように配置される構成でなくても、電流検出されるバスバーと電流センサとの配置構成により、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

図５は、この発明の実施の形態２による電流検出装置の構成を概略的に示す図である。

図５を参照して、この電流検出装置は、バスバー１０２と、電流センサ１０４と、磁気遮蔽材１０６と、絶縁材１０８とを備える。バスバー１０２は、電流センサ１０４によって検出される電流を流す金属部材であり、略Ｌ字形状に折れ曲げられている。電流センサ１０４は、集磁コアを備えない磁気検出素子からなり、バスバー１０２が折り曲げられた部分の内側近傍に配設される。磁気遮蔽材１０６は、高透磁率材からなり、バスバー１０２とともに電流センサ１０４を囲むように設けられる。絶縁材１０８は、磁気遮蔽材１０６をバスバー１０２と電気的に絶縁し、バスバー１０２から磁気遮蔽材１０６に電流が流れるのを防止する。

この実施の形態２による電流検出装置において、図に示される方向にバスバー１０２に電流が流れているものとする。そうすると、バスバー１０２が折り曲げられた部分の内側において、バスバー１０２のａ１部から、図の符号Ａによって示されるように、図の奥から手前へ向かう方向に磁束が発生する。また、バスバー１０２のａ１部に対して略Ｌ字形状に折り曲げられたａ２部からも、図の符号Ａによって示されるように、図の奥から手前へ向かう方向に磁束が発生する。すなわち、バスバー１０２が折り曲げられた部分の内側では、バスバー１０２のａ１部に流れる電流により発生する磁束とａ２部に流れる電流により発生する磁束とが重ね合わされることによって高密度の検出磁束が発生し、この高密度の磁束を検出するように電流センサ１０４が配設される。

また、この実施の形態２による電流検出装置においては、バスバー１０２のａ１部，ａ２部は、電流センサ１０４に対して２方向からの電磁ノイズを遮蔽するので、単に直線状のバスバー上に電流センサが配設された場合に比べてノイズ遮蔽効果が大きい。さらに、この電流検出装置では、電流センサ１０４に対してその他の２方向からの電磁ノイズも磁気遮蔽材１０６によって遮蔽されるので、電流センサ１０４が外部から受ける電磁ノイズの影響がさらに低減される。

なお、上記において、バスバー１０２のａ１部，ａ２部は、「複数の導電部」を構成する。

以上のように、この実施の形態２によれば、バスバー１０２を略Ｌ字形状に折り曲げてその内側部分に電流センサ１０４を配置したので、電流センサ１０４が集磁コアを備えていなくても、電流センサ１０４のＳ／Ｎ比は十分に大きい。したがって、電流検出装置の検出精度が向上する。

［実施の形態３］
図６は、この発明の実施の形態３による電流検出装置の構成を概略的に示す図である。

図６を参照して、この電流検出装置は、バスバー１１２と、電流センサ１１４と、磁気遮蔽材１１６と、絶縁材１１８とを備える。バスバー１１２は、電流センサ１１４によって検出される電流を流す金属部材であり、一部が略コの字形状に形成されている。電流センサ１１４は、集磁コアを備えない磁気検出素子からなり、バスバー１１２の略コの字形状部分の内部に配設される。磁気遮蔽材１１６は、高透磁率材からなり、バスバー１１２の略コの字形状部分の開口部に設けられる。絶縁材１１８は、磁気遮蔽材１１６をバスバー１１２と電気的に絶縁し、バスバー１１２から磁気遮蔽材１１６に電流が流れるのを防止する。

この実施の形態３による電流検出装置において、図に示される方向にバスバー１１２に電流が流れているものとする。そうすると、バスバー１１２の略コの字形状部分の内側において、バスバー１１２のｂ１部から、図の符号Ａによって示されるように、図の奥から手前へ向かう方向に磁束が発生する。また、バスバー１１２のｂ２部，ｂ３部からも、図の符号Ａによって示されるように、図の奥から手前へ向かう方向に磁束が発生する。すなわち、バスバー１１２の略コの字形状部分の内側では、バスバー１１２のｂ１部〜ｂ３部からの磁束が重ね合わされることによって高密度の検出磁束が発生し、この高密度の磁束を検出するように、バスバー１１２の略コの字形状部分の内側に電流センサ１１４が配設される。

また、この実施の形態３による電流検出装置においては、バスバー１１２のｂ１部〜ｂ３部は、バスバー１１２の略コの字形状部分の外側からの電磁ノイズを遮蔽するので、単に直線状のバスバー上に電流センサが配設された場合に比べてノイズ遮蔽効果が大きい。さらに、この電流検出装置では、バスバー１１２の略コの字形状部分の開口部に受ける電磁ノイズも磁気遮蔽材１１６によって遮蔽されるので、電流センサ１１４が外部から受ける電磁ノイズの影響がさらに低減される。

なお、上記において、バスバー１１２のｂ１部〜ｂ３部は、「複数の導電部」を構成する。

以上のように、この実施の形態３によれば、バスバー１０２を略コの字形状に折り曲げてその内側部分に電流センサ１１４を配置したので、電流センサ１１４が集磁コアを備えていなくても、電流センサ１１４のＳ／Ｎ比は十分に大きい。したがって、電流検出装置の検出精度が向上する。

なお、上記の実施の形態２，３において、バスバーを流れる電流の方向が反対のときも、検出磁束の発生方向が上記の場合と反対になるだけで、同様の効果が得られる。

また、上述したこの発明による半導体モジュールおよび電流検出装置は、たとえば、近年大きく注目されているハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）や電気自動車（ＥｌｅｃｔｒｉｃＶｅｈｉｃｌｅ）などにおいて好適である。すなわち、このような車両システムにおいては、低コスト化、小型化、高効率化などが強く要求されるところ、この半導体モジュールおよび電流検出装置によれば、電流センサに集磁コアを備えなくてもよいので、一般的に高価な電磁鋼からなる集磁コアの削減により、装置の低コスト化および小型化を図ることができる。また、電流検出精度が向上するので、負荷駆動装置の制御精度が向上し、その結果、高効率化も図られる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明による半導体モジュールによって構成される負荷駆動装置の主要部の構成を示す電気回路図である。図１に示すコンバータおよびインバータの各アームを構成する半導体モジュールの構造を概略的に示す断面図である。図２に示す半導体モジュールの平面図である。図２に示す半導体モジュールにおける電流検出の様子を示す図である。この発明の実施の形態２による電流検出装置の構成を概略的に示す図である。この発明の実施の形態３による電流検出装置の構成を概略的に示す図である。

符号の説明

１０負荷駆動装置、２０コンバータ、３０インバータ、４０制御装置、５２Ｕ相アーム、５４Ｖ相アーム、５６Ｗ相アーム、６２〜６６出力ライン、７０半導体モジュール、７２半導体素子部、７４，７６接合部、７８正極電極、８０Ｕ相電極、８２，８４絶縁基板、８６，８８冷却体、９０，１０４，１１４電流センサ、９２，１０６，１１６磁気遮蔽材、１０２，１１２バスバー、１０８，１１８絶縁材、Ｂバッテリ、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、ＰＬ１〜ＰＬ３電源ライン、ＭＧモータジェネレータ、Ｑ１〜Ｑ８パワートランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８ダイオード、Ｌリアクトル。

Claims

パワー半導体素子と、
前記パワー半導体素子を両側から挟み込むように互いに平行に延設され、前記パワー半導体素子を介して電気的に直列に接続される第１および第２の電極と、
前記第１および第２の電極の間に配置され、互いに反対方向に電流が流される前記第１および第２の電極からそれぞれ発生する第１および第２の磁束が重ね合わされた第３の磁束を検出することにより、前記第１および第２の電極に流れる電流を検出する電流センサと、
前記第１および第２の電極によって両側から挟み込まれた空間を外部から磁気的に遮蔽する磁気遮蔽材とを備え、
前記磁気遮蔽材は、前記第１および第２の電極を互いに平行に支持し、かつ、前記電流センサを少なくとも囲うように配設される、半導体モジュール。
前記磁気遮蔽材は、前記パワー半導体素子および前記電流センサを囲うように、当該半導体モジュールの周縁に沿って配設される、請求項１に記載の半導体モジュール。
前記電流センサは、集磁コアを含まないコアレス型の電流センサである、請求項１または請求項２に記載の半導体モジュール。
前記磁気遮蔽材は、パーマロイ材からなる、請求項１から請求項３のいずれかに記載の半導体モジュール。