JP4517901B2 - 電力用半導体モジュールおよびその駆動回路 - Google Patents
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Description
本発明は、配線のインピーダンスの影響を低減して、電力用半導体チップのゲート電圧を正確に検出することができる電力用半導体モジュールに関するものである。
従来の電力用半導体素子の駆動回路は、コレクタ電流の大きさに依存して電力用半導体のゲート電圧が大きくなる現象を利用し、過電流保護および短絡保護を行っている。過電流保護は、電力用半導体がターンオフする際のミラー期間のゲート電圧を検知して所定の値より大きい場合は過電流と判断し、ゲート電圧を制御する。また、短絡保護は、電力用半導体がターンオンする際のミラー期間のゲート電圧を検知して所定の値より大きい場合は短絡故障と判断し、ゲート電圧を制御する。負荷短絡保護は、主回路電流通電時にゲート電圧がゲート電源電圧よりも上昇することを検出、負荷短絡故障と判断し、ゲート電圧を制御する。このように従来の電力用半導体素子の駆動回路では、駆動回路の出力電圧であるゲート電圧を検出し、電力用半導体素子の迅速な保護処理を行っている（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。
また、従来の電力用半導体モジュールの構造は、Ｐ端子（コレクタ端子）、Ｎ端子（エミッタ端子）、ＡＣ端子、ゲート端子、ゲート用エミッタ端子、コレクタ電圧検出端子を有している。モジュール内部には複数の電力用半導体チップが並列に接続されており、それぞれの電力用半導体チップのコレクタ、エミッタはＰ端子、Ｎ端子にそれぞれ接続されている。Ｐ端子、Ｎ端子およびＡＣ端子は主回路に接続され、ゲート端子およびゲート用エミッタ端子は外部駆動回路に接続される。また、コレクタ電圧検出端子は外部駆動回路に接続され、過電流検出または短絡検出を行う場合がある（例えば、非特許文献２参照）。
従来の電力用半導体モジュールでは、モジュール内部の電力用半導体チップのオン／オフのスイッチングを行う際に、電力用半導体チップのゲート電極とゲート端子との間の配線およびエミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子との間の配線に大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴うゲート電流が流れ、配線などの電力用半導体モジュール内部のインピーダンスとゲート電流とにより配線間に起電力が生じる。また、電力用半導体モジュール内部の電力用半導体チップからゲート端子までの配線および電力用半導体チップからゲート用エミッタ端子までの配線と、コレクタ端子−エミッタ端間の主回路との間に相互インピーダンスが存在し、この相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより起電力が配線間に発生する。これらの起電力の影響により、ゲート端子で電力用半導体チップのゲート電圧を検出した場合、ゲート電圧の検出誤差が生じるため、正確な電力用半導体チップのゲート電圧が電力用半導体モジュールの外部より検出できないという問題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、配線などの電力用半導体モジュール内部のインピーダンスおよび相互インピーダンスによるゲート電圧の検出誤差が低減され、電力用半導体チップのゲート電圧を正確に検出することができる電力用半導体モジュールを得るものである。
この発明に係る電力用半導体モジュールにおいては、電力用半導体チップを内部に備え、電力用半導体チップにゲート電流を供給する外部端子として、電力用半導体チップのゲート電極に電力用半導体モジュール内部の第１のインピーダンスを介して接続されたゲート端子と、電力用半導体チップのエミッタ電極に電力用半導体モジュール内部の第２のインピーダンスを介して接続されたゲート電流供給用エミッタ端子とを備え、電力用半導体モジュール外部より電力用半導体チップのゲート電圧を検出するための外部端子として、電力用半導体チップのゲート電極の近傍に第１の配線を介して接続されたゲート電圧検出端子を備えたものである。
この発明は、電力用半導体モジュール外部より電力用半導体チップのゲート電圧を検出するための外部端子として、電力用半導体チップのゲート電極の近傍に第１の配線を介して接続されたゲート電圧検出端子を備えることにより、配線などの電力用半導体モジュール内部のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減され、電力用半導体チップのゲート電圧を正確に検出することができ、ゲート電圧の検出による過電流検出および短絡検出を行うことができる。
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃとしては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの電力用半導体が設けられている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線を介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃとしては、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などの電力用半導体が設けられている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線を介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。
ゲート電圧検出端子７は電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されている。これにより、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の配線は、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴うゲート電流が流れる配線から独立することになる。また、第１の配線９はコレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間の相互インピーダンスも小さい。なお、電力用半導体モジュール１内部の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちで電力用半導体チップのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の配線のインピーダンスが最も小さくなるように、ゲート電圧検出端子７と接続する電力用半導体チップ２ｂが選択されている。
図２は、実施の形態１における電力用半導体モジュール１の駆動回路図である。図２において、ゲートドライバ２１は電力用半導体モジュール１の駆動回路であり、制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４および過電流検出回路２６で構成される。電力用半導体モジュール１内部は図１で示した構成と同じである。スイッチング回路は制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４で構成され、制御回路２２で電力用半導体モジュール１のオン／オフのスイッチングを行うパルスを発生し、ゲートアンプ２３でそのパルスを増幅する。外付けゲート抵抗２４はゲートアンプ２３の出力側に接続されている。ゲート端子５とスイッチング回路との接続およびゲート電流供給用エミッタ端子６とスイッチング回路との接続はインピーダンスを有する一対のゲート配線２５により行われる。また、ゲート電圧検出端子７の電位を検出し、その電位が設定電位以上になると過電流検知信号を出力する過電流検出回路２６とゲート電圧検出端子７との間の接続はゲート電圧検出配線２７により行われる。
まず、電力用半導体モジュール１の動作について説明する。ゲート端子５にて電力用半導体チップのゲート電圧を検出する場合、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのオン／オフのスイッチングを行う際に、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極とゲート端子５との間の配線およびエミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間の配線に大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴うゲート電流が流れ、これらの配線のインピーダンスとゲート電流とにより配線間に起電力が生じる。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃからゲート端子５までの配線と、コレクタ端子３−エミッタ端４間の主回路との間に相互インピーダンスが存在し、この相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより起電力が配線間に発生する。これらの起電力の影響により、正確な電力用半導体チップのゲート電圧が検出できない。
一方、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の第１の配線９には、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴う電流が流れることもなく、コレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間にわずかな相互インピーダンスが存在するだけなので、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力も小さい。このため、ゲート電圧検出端子７を用いて電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を検出することにより、電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を正確に検出することができる。
次に、駆動回路と組み合わせた場合の動作について説明する。図３は、実施の形態１の通常スイッチングターンＯＮ時のゲート電圧の時間応答特性である。図３において、横軸は時間、縦軸は電圧であり、ゲートアンプ２３の出力（図２のＡ点）の電圧をＶｇ０、外付けゲート抵抗２４とゲート配線２５との間（図２のＢ点）の電圧をＶｓ、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間の電圧をＶｇｅとし、通常時（通常スイッチング時ターンＯＮ時）のＶｇ０の時間応答波形１０１、Ｖｓの時間応答波形１０２、Ｖｇｅの時間応答波形１０３の時間応答波形を示す。制御回路２２より受けたゲート信号によりゲートアンプ２３がパルス波形を出力するため、通常時のＶｇ０の時間応答波形１０１は矩形波となる。通常時のＶｓの時間応答波形１０２および通常時のＶｇｅの時間応答波形１０３は、一定期間の間、電圧が一定に保持されるミラー期間１０４が存在し、ミラー期間１０４のＶｇｅの値は電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電流の大きさにより決まる。また、時間ｔ１はミラー期間中の任意の時刻である。
図４は、実施の形態１の時間ｔ１でのゲート電圧とゲート抵抗の関係の模式図である。図４において、抵抗により分圧されたＶｇ０、Ｖｓ、Ｖｇｅの各電圧を示す。図４（ａ）のように外付けゲート抵抗２４の抵抗値Ｒｇ２が、電力用半導体モジュール１内部の配線によるインピーダンスＲｇ１に比べて十分大きい場合、ＶｓはＶｇｅと同程度になる。しかし、図４（ｂ）のようにＲｇ２がＲｇ１に比べ小さい場合、ＶｓはＶｇ０と同程度になる。このように、Ｖｓの値は外付けゲート抵抗２４と配線によるインピーダンスとによって変化する。
このような特性を有するゲート電圧の検出により行う短絡検出について説明する。図５は、実施の形態１の通常スイッチングターンＯＮ時と短絡時のゲート電圧の時間応答波形である。図５において、横軸は時間、縦軸は電圧であり、通常時のＶｇｅの時間応答波形１０３およびＶｓの時間応答波形１０２、短絡時のＶｇｅの時間応答波形１１３およびＶｓの時間応答波形１１４をそれぞれ示す。また、電圧マージン１１５は短絡時のＶｇｅと通常時のＶｇｅとの電位差であり、電圧マージン１１６は短絡時のＶｓと通常時のＶｓとの電位差である。
短絡時のＶｇｅの時間応答波形１１３にはミラー期間がなく、ゲート電源電圧まで立ち上がる。短絡時のＶｓの時間応答波形１１４にもミラー期間がなく電源電圧まで瞬時に立ち上がる。ゲート配線２５のインピーダンスによる電圧降下があるため、短絡時のＶｇｅの時間応答波形１１３と短絡時のＶｓの時間応答波形１１４とは異なる。Ｖｓを検出して短絡を検知する場合、外付けゲート抵抗２４の抵抗値Ｒｇ２が電力用半導体モジュール１内部の配線によるインピーダンスＲｇ１に比べて小さくなると、通常時のＶｓの時間応答波形１０２のミラー期間の領域が短くなり、ミラー期間がない短絡時のＶｓの時間応答波形１１４と差も小さくなるので、短絡検出のための電圧マージン１１６が小さくなり、過電流検出回路２６にて通常時のＶｓと短絡時のＶｓとの電位差を検出しにくくなる。つまり、Ｖｓの測定による短絡検出は困難である。また、ゲート配線２５のインピーダンスが大きくなっても、通常時のＶｓの時間応答波形１０２のミラー期間の領域が短くなるので、短絡検出は困難である。
一方、ゲート電圧検出端子７にて、ゲート電圧検出配線２７を介して電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を検出することで、ゲート配線２５のインピーダンスによる電圧降下の影響を回避できる。これにより、ミラー期間がある通常時のＶｇｅの時間応答波形１０３とミラー期間がない短絡時のＶｇｅの時間応答波形１１３が大きく異なり、短絡検出のための電圧マージン１１５が大きいので、過電流検出回路２６にて通常時のＶｇｅと短絡時のＶｇｅとの電位差を容易に検出することができ、正確な短絡検出を行うことが可能となる。また、同様な電位差の検出を行うことで過電流検出も行うことができる。
なお、実施の形態１では、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃが設けられているとしたが、一つの電力用半導体チップが設けられていてもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７を備えることにより、電力用半導体モジュール１外部よりゲート電圧検出端子７を用いてゲート電圧を検出すると電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を正確に検出することができる。また、ゲートドライバ２１がゲート電圧検出端子７を用いて正確な電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を検出することにより、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。
実施の形態２．
図６は、この発明を実施するための実施の形態２における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図６において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線を介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。
図６は、この発明を実施するための実施の形態２における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図６において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線を介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。
ゲート電圧検出端子７は電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続され、エミッタ電圧検出端子８は電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されている。エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されたゲート電極を有する電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極に接続されている。このため、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の配線および電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極とゲエミッタ電圧検出端子８との間の配線は、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴うゲート電流が流れる配線から独立する。また、第１の配線９および第２の配線１０はコレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間の相互インピーダンスが小さい。なお、電力用半導体モジュール１内部の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちで電力用半導体チップのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の配線のインピーダンスが最も小さくなるように、ゲート電圧検出端子７と接続する電力用半導体チップ２ｂが選択されている。
図７は、実施の形態２における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図７において、ゲートドライバ２１は電力用半導体モジュール１の駆動回路であり、制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４および過電流検出回路２６で構成される。電力用半導体モジュール１内部は図６と同じである。スイッチング回路は制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４で構成され、制御回路２２で電力用半導体モジュール１のオン／オフのスイッチングを行うパルスを発生し、ゲートアンプ２３でそのパルスを増幅する。外付けゲート抵抗２４はゲートアンプ２３の出力側に接続されている。ゲート端子５とスイッチング回路との接続およびゲート電流供給用エミッタ端子６とスイッチング回路との接続はインピーダンスを有する一対のゲート配線２５により行われる。
また、ゲート電圧検出端子７の電位およびエミッタ電圧検出端子８の電位を検出し、これらの電位差が設定電位以上になると過電流検知信号を出力する過電流検出回路２６はゲート電圧検出配線２７によりゲート電圧検出端子７と接続されており、エミッタ電圧検出配線２８によりエミッタ電圧検出端子８と接続されている。
また、ゲート電圧検出端子７の電位およびエミッタ電圧検出端子８の電位を検出し、これらの電位差が設定電位以上になると過電流検知信号を出力する過電流検出回路２６はゲート電圧検出配線２７によりゲート電圧検出端子７と接続されており、エミッタ電圧検出配線２８によりエミッタ電圧検出端子８と接続されている。
まず、電力用半導体モジュール１の動作について説明する。ゲート端子５およびゲート電流供給用エミッタ端子６にて電力用半導体チップのゲート−エミッタ間電圧を検出する場合、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのオン／オフのスイッチングを行う際に、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極とゲート端子５との間の配線およびエミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間の配線に大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴うゲート電流が流れ、これらの配線のインピーダンスとゲート電流とにより配線間に起電力が生じる。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃからゲート端子５までの配線および電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃから電流供給用エミッタ端子６までの配線と、コレクタ端子３−エミッタ端４間の主回路との間に相互インピーダンスが存在し、この相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより起電力が配線間に発生する。これらの起電力の影響により、正確な電力用半導体チップのゲート−エミッタ間電圧が検出できない。
一方、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の第１の配線９および電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との間の第２の配線１０には、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴う電流が流れることもなく、コレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間にわずかな相互インピーダンスが存在するだけなので、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力も小さい。このため、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いてゲート−エミッタ間を検出することにより、電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
次に、駆動回路と組み合わせた場合の動作について説明する。実施の形態１と同様に、ゲート電圧検出配線２７およびエミッタ電圧検出配線２８を介して、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８にて、ゲート電圧検出端子７の電位とエミッタ電圧検出端子８の電位との電位差である電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を検出することで、ゲート配線２５のインピーダンスによる電圧降下の影響を回避できる。これにより、正確なゲート−エミッタ間電圧を検出できるため、過電流検出回路２６にて正確な短絡検出または過電流検出も行うことができる。なお、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７とエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８とを備えることにより、電力用半導体モジュール１外部よりゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を検出すると電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート−エミッタ間電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。また、ゲートドライバ２１がゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて正確な電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を検出することにより、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。
実施の形態３．
図８は、この発明を実施するための実施の形態３における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図８において、電力用半導体モジュール１内部にゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設けている点を除けば、その構成は実施の形態１と同じである。ゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃは並列接続されたそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電圧のバランスをとるものである。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。そして、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７を備えている。ゲート電圧検出端子７は、ゲート抵抗１１ｂと電力用半導体チップ２ｂのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続されている。
図８は、この発明を実施するための実施の形態３における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図８において、電力用半導体モジュール１内部にゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設けている点を除けば、その構成は実施の形態１と同じである。ゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃは並列接続されたそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電圧のバランスをとるものである。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。そして、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７を備えている。ゲート電圧検出端子７は、ゲート抵抗１１ｂと電力用半導体チップ２ｂのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続されている。
次に動作について説明する。ゲート電圧検出端子７にて電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を検出することにより、ゲート抵抗１１ｂによる電圧降下、および配線のインピーダンスとゲート電流とにより配線間に生じる起電力の影響を受けることなく、電力用半導体モジュール１の外部から電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を正確に検出することができる。
また、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の第１の配線９には、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴う電流が流れることもなく、コレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間にわずかな相互インピーダンスが存在するだけなので、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力も小さい。このため、ゲート電圧検出端子７を用いて電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を検出することにより、電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を正確に検出することができる。ゲート電圧の検出により、過電流検出および短絡検出を行うことができる。
以上のように、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７を備えることにより、ゲート抵抗１１ｂによる電圧降下と、配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力とに起因するゲート電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を正確に検出することができる。
実施の形態４．
図９は、この発明を実施するための実施の形態４における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図９において、電力用半導体モジュール１内部にゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設けている点を除けば、その構成は実施の形態２と同じである。ゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃは並列接続されたそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電圧のバランスをとるものである。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。そして、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７を備え、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８を備えている。エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されたゲート電極を有する電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極に接続されている。ゲート電圧検出端子７は、ゲート抵抗１１ｂと電力用半導体チップ２ｂのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続されている。
図９は、この発明を実施するための実施の形態４における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図９において、電力用半導体モジュール１内部にゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを設けている点を除けば、その構成は実施の形態２と同じである。ゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃは並列接続されたそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電圧のバランスをとるものである。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。そして、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７を備え、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８を備えている。エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されたゲート電極を有する電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極に接続されている。ゲート電圧検出端子７は、ゲート抵抗１１ｂと電力用半導体チップ２ｂのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続されている。
次に動作について説明する。ゲート電圧検出端子７にて電力用半導体チップ２ｂのゲート電圧を検出することにより、ゲート抵抗１１ｂによる電圧降下、および配線のインピーダンスとゲート電流とにより配線間に生じる起電力の影響を受けることなく、電力用半導体モジュール１の外部から電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
また、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の第１の配線９および電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との間の第２の配線１０には、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴う電流が流れることもなく、コレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間にわずかな相互インピーダンスが存在するだけなので、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力も小さい。このため、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いてゲート−エミッタ間を検出することにより、電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。ゲート電圧の検出により、過電流検出および短絡検出を行うことができる。
以上のように、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７と、エミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８とを備えることにより、ゲート抵抗１１ｂによる電圧降下と、配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力とに起因するゲート−エミッタ間電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
実施の形態５．
図１０は、この発明を実施するための実施の形態５における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１０において、電力用半導体モジュール１内部にエミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設けている点を除けば、その構成は実施の形態４と同じである。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのエミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。また、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７と、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８とを備えている。ゲート電圧検出端子７はゲート抵抗１１ｂと電力用半導体チップ２ｂのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続され、エミッタ電圧検出端子８はエミッタ抵抗１２ｂと電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極との間に第２の配線１０を介して接続されている。また、エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されている電力用半導体チップ２ｂに接続されている。
図１０は、この発明を実施するための実施の形態５における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１０において、電力用半導体モジュール１内部にエミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを設けている点を除けば、その構成は実施の形態４と同じである。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのエミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。また、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７と、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つの電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８とを備えている。ゲート電圧検出端子７はゲート抵抗１１ｂと電力用半導体チップ２ｂのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続され、エミッタ電圧検出端子８はエミッタ抵抗１２ｂと電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極との間に第２の配線１０を介して接続されている。また、エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されている電力用半導体チップ２ｂに接続されている。
次に動作について説明する。エミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられた場合でも、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８にて電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を検出することにより、ゲート抵抗１１ｂとエミッタ抵抗１２ｂとによる電圧降下、および配線のインピーダンスとゲート電流とにより配線間に生じる起電力の影響を受けることなく電力用半導体モジュール１の外部から電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
また、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の第１の配線９および電力用半導体チップ２ｂのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との間の第２の配線１０には、大きな電流変化率ｄｉ／ｄｔを伴う電流が流れることもなく、コレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との間にわずかな相互インピーダンスが存在するだけなので、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力も小さい。このため、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いてゲート−エミッタ間を検出することにより、電力用半導体モジュール１内部の配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。ゲート電圧の検出により、過電流検出および短絡検出を行うことができる。
以上のように、エミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられた場合でも、電力用半導体チップ２ｂのゲート電極の近傍に第１の配線９を介して接続されたゲート電圧検出端子７とエミッタ電極の近傍に第２の配線１０を介して接続されたエミッタ電圧検出端子８を備えることにより、ゲート抵抗１１ｂおよびエミッタ抵抗１２ｂによる電圧降下と、配線のインピーダンスおよび相互インピーダンスによる起電力とに起因するゲート−エミッタ間電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ｂのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
実施の形態６．
図１１は、この発明を実施するための実施の形態６における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１１において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。ゲート端子５は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極に接続され、ゲート電流供給用エミッタ端子６は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのエミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極に接続されている。
図１１は、この発明を実施するための実施の形態６における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１１において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。ゲート端子５は、電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極に接続され、ゲート電流供給用エミッタ端子６は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのエミッタ抵抗１２ａ、１２ｂ、１２ｃを介してそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極に接続されている。
電力用半導体チップのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の配線のインピーダンスが最も小さくなるように電力用半導体チップ２ａのゲート電極を選択し、そのゲート電極とゲート電圧検出端子７とが第１の配線９を介して接続されている。また、配線のインピーダンスが最も小さくなるようにするために、ゲート電圧検出端子７は複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちのゲート電圧検出端子７の最も近くに配置された電力用半導体チップ２ａのゲート電極と接続されてもよい。
電力用半導体チップ２ａのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の第１の配線９のインピーダンスが小さいので、電力用半導体チップ２ａのゲート電極からゲート電圧検出端子７までの配線とコレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との相互インピーダンスが最小となり、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力を低減できる。このため、相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体２ａのゲート電圧を正確に検出することができる。また、電力用半導体モジュール１を外部のゲートドライバにて駆動する際、ゲート電圧検出端子７を用いて正確な電力用半導体チップ２ａのゲート電圧を検出することにより、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。
以上のように、ゲート電極からゲート電圧検出端子７までの第１の配線９のインピーダンスが最も小さい電力用半導体チップ２ａを選択し、電力用半導体チップ２ａのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを接続することにより、配線の相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ａのゲート電圧を正確に検出することができる。
実施の形態７．
図１２は、この発明を実施するための実施の形態７における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１２において、エミッタ電圧検出端子８を設けている点を除けば、その構成は実施の形態６と同じである。エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されている電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極に第２の配線１０を介して接続されている。
図１２は、この発明を実施するための実施の形態７における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１２において、エミッタ電圧検出端子８を設けている点を除けば、その構成は実施の形態６と同じである。エミッタ電圧検出端子８はゲート電圧検出端子７が接続されている電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極に第２の配線１０を介して接続されている。
このような構成により、電力用半導体チップ２ａのゲート電極からゲート電圧検出端子７までの第１の配線９および電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極からエミッタ電圧検出端子８までの第２の配線１０とコレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との相互インピーダンスが最小となり、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力を低減できる。このため、相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート−エミッタ間電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体２ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。また、電力用半導体モジュール１を外部のゲートドライバにて駆動する際、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて正確なゲート−エミッタ間電圧を検出することにより、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。
次に、電力用半導体チップおよび各端子の配置を具体的に説明する。図１３は、実施の形態７における電力用半導体モジュールの内部配置図である。図１３において、電力用半導体モジュール５１の内部には複数の電力用半導体チップ５２１〜５２９を備えている。電力用半導体チップ５２１〜５２９のコレクタ電極は配線５５を介してコレクタ端子５３に接続され、エミッタ電極は配線５６を介してエミッタ端子５４に接続されている。また、電力用半導体チップ５２１〜５２９にゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５９とゲート電流供給用エミッタ端子６０とを備えている。ゲート端子５９は電力用半導体モジュール１内部の第１のインピーダンスである配線５８およびそれぞれのゲート抵抗５７１〜５７９を介してそれぞれの電力用半導体チップ５２１〜５２９のゲート電極に接続され、ゲート電流供給用エミッタ端子６０は電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのエミッタ抵抗（図示せず）を介してそれぞれの電力用半導体チップ５２１〜５２９のエミッタ電極に接続されている。
ゲート電圧検出端子６１は、複数の電力用半導体チップ５２１〜５２９のうちのゲート電圧検出端子６１の最も近くに配置された電力用半導体チップ５２４のゲート電極の近傍に配線を介して接続されている。エミッタ電圧検出端子６２は、エミッタ電圧検出端子６２の最も近くに配置された電力用半導体チップ５２４のエミッタ電極に配線を介して接続されている。
次に動作について説明する。ゲート電圧検出端子６１と電力用半導体チップ５２４のゲート電極との間の配線の距離を短くし、エミッタ電圧検出端子６２と電力用半導体チップ５２４のゲート電極との間の配線の距離を短くしているので、電力用半導体チップ５２４のゲート電極からゲート電圧検出端子６１までの配線および電力用半導体チップ５２４のエミッタ電極からエミッタ電圧検出端子６２までの配線とコレクタ端子５３−エミッタ端子５４間の主回路との相互インピーダンスが最小となり、相互インピーダンスとコレクタ−エミッタ間の主回路電流とにより配線間に発生する起電力を低減できる。このため、相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート−エミッタ間電圧の検出誤差が低減されるので、電力用半導体５２４のゲート電圧を正確に検出することができる。
以上のように、ゲート電極からゲート電圧検出端子７までの第１の配線９およびエミッタ電極からエミッタ電圧検出端子８までの第２の配線１０とコレクタ端子３−エミッタ端子４間の主回路との相互インピーダンスが最も小さい電力用半導体チップ２ａを選択し、電力用半導体チップ２ａのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを接続し、その電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８とを接続することにより、配線の相互インピーダンスによる起電力に起因するゲート−エミッタ間電圧の検出誤差が低減されて、電力用半導体チップ２ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
実施の形態８．
図１４は、この発明を実施するための実施の形態８における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１４において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。ゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃは並列接続されたそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電圧のバランスをとるものである。
図１４は、この発明を実施するための実施の形態８における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１４において、電力用半導体モジュール１内部には複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを備えている。電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのコレクタ電極は配線を介してコレクタ端子３に接続され、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は配線を介してエミッタ端子４に接続されている。また、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃにゲート電流を供給する外部端子としてゲート端子５とゲート電流供給用エミッタ端子６とを備えている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線およびそれぞれのゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃを介してゲート端子５に接続されている。それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極は、電力用半導体モジュール１内部の第２のインピーダンスである配線を介してゲート電流供給用エミッタ端子６に接続されている。ゲート抵抗１１ａ、１１ｂ、１１ｃは並列接続されたそれぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート電圧のバランスをとるものである。
それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極にはエミッタ電極４へつながる配線とゲート電流供給用エミッタ端子６へつながる配線が並列に存在し、エミッタ電極４へつながる配線に流れる主電流がゲート電流供給用エミッタ端子６へつながる配線にも流れるため、これらの配線間のインピーダンスにより電圧が生じる。このため、それぞれの電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのゲート−エミッタ間電圧に、流入する主電流による電圧がノイズとして印加され、正確なゲート−エミッタ間電圧を測定することができない。
そこで、エミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間のインピーダンスが最も小さくなるように複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちから電力用半導体チップ２ａを選択し、その電力用半導体チップ２ａのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを第１の配線９を介して接続し、その電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８とを第２の配線１０を介して接続する。ゲート電圧検出端子７は、ゲート抵抗１１ａと電力用半導体チップ２ａのゲート電極との間に第１の配線９を介して接続されている。
このような構成により、ゲート電圧またはゲート−エミッタ間電圧に印加される、ゲート電流供給用エミッタ端子６への配線に流入する主電流によるノイズの影響を最小にすることができるため、電力用半導体モジュール１外部より電力用半導体２ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。また、電力用半導体モジュール１を外部のゲートドライバにて駆動する際、ゲートドライバがゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて正確なゲート−エミッタ間電圧を検出することにより、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。なお、電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との間の接続を行わず、電力用半導体チップ２ａのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の接続を行い、電力用半導体チップ２ａのゲート電圧を測定してもよい。
以上のように、エミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間のインピーダンスが最も小さい電力用半導体チップ２ａを選択し、その電力用半導体チップ２ａのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを接続し、その電力用半導体チップ２ａのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８とを接続することにより、電力用半導体チップ２ａのゲート−エミッタ間電圧に印加されるノイズの影響を最小にすることができるため、電力用半導体モジュール１の外部より電力用半導体２ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。また、電力用半導体モジュール１を外部のゲートドライバにて駆動する際、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。
実施の形態９．
図１５は、この発明を実施するための実施の形態９における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１５において、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間の配線、電力用半導体チップ２ｃのゲート電極とゲート電圧検出端子７との配線および電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との配線以外の構成は実施の形態８と同じである。並列接続されている複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つ電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極だけがゲート電流供給用エミッタ端子６に接続され、他の電力用半導体チップ２ａ、２ｂのエミッタ電極はエミッタ電極４へつながる配線を経由して接続されている。
図１５は、この発明を実施するための実施の形態９における電力用半導体モジュールの内部構成図である。図１５において、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのエミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間の配線、電力用半導体チップ２ｃのゲート電極とゲート電圧検出端子７との配線および電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との配線以外の構成は実施の形態８と同じである。並列接続されている複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つ電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極だけがゲート電流供給用エミッタ端子６に接続され、他の電力用半導体チップ２ａ、２ｂのエミッタ電極はエミッタ電極４へつながる配線を経由して接続されている。
このような構成により、エミッタ電極とゲート電流供給用エミッタ端子６との間のインピーダンスが最も小さくなるように複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちから電力用半導体チップ２ｃを選択し、その電力用半導体チップ２ｃのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを第１の配線９を介して接続し、その電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８とを第２の配線１０を介して接続することにより、電力用半導体チップ２ｃのゲート−エミッタ間電圧に印加されるノイズの影響を最小にすることができるため、電力用半導体モジュール１の外部より電力用半導体２ｃのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。また、電力用半導体モジュール１を外部のゲートドライバにて駆動する際、ゲートドライバがゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて正確なゲート−エミッタ間電圧を検出することにより、正確な過電流検出および短絡検出を行うことができる。なお、電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８との間の接続を行わず、電力用半導体チップ２ｃのゲート電極とゲート電圧検出端子７との間の接続を行い、電力用半導体チップのゲート電圧を測定してもよい。
以上のように、複数の電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃのうちの一つ電力用半導体チップ２ｃのエミッタ電極だけがゲート電流供給用エミッタ端子６に接続され、他の電力用半導体チップ２ａ、２ｂのエミッタ電極はエミッタ電極４へつながる配線を経由して接続されているので、ゲート−エミッタ間電圧に印加されるノイズの影響を最小にすることができるため、電力用半導体モジュール１外部より電力用半導体２ｃのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。
実施の形態１０．
電力用半導体モジュール内の複数の電力用半導体チップのコレクタ−エミッタ間に流れる主電流は電力用半導体チップ毎に異なる場合がある。このため、主電流が小さい電力用半導体チップのゲート電圧を測定すると、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流を小さく見積もることになるので、過電流検出ができない。また、主電流が大きい電力用半導体チップのゲート電圧を測定すると、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流を大きく見積もることになるので、正常時でも過電流検出をしてしまうなど、過電流の誤検出が起こりやすくなる。過電流検出をより精度良く行うためには、電力用半導体モジュール内の複数の電力用半導体チップのうち平均的な電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップのゲート電圧を検出する必要がある。そこで、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流の平均値に最も近い値の電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップを電力用半導体モジュール内の複数の電力用半導体チップの中から選択し、その電力用半導体チップのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを第１の配線９を介して接続する。これにより、ゲート電圧検出端子７を用いて、選択した電力用半導体チップのゲート電圧を測定することで、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流に近い値を得ることができるので、ゲートドライバで駆動する際、過電流検出を精度良く行うことができる。
電力用半導体モジュール内の複数の電力用半導体チップのコレクタ−エミッタ間に流れる主電流は電力用半導体チップ毎に異なる場合がある。このため、主電流が小さい電力用半導体チップのゲート電圧を測定すると、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流を小さく見積もることになるので、過電流検出ができない。また、主電流が大きい電力用半導体チップのゲート電圧を測定すると、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流を大きく見積もることになるので、正常時でも過電流検出をしてしまうなど、過電流の誤検出が起こりやすくなる。過電流検出をより精度良く行うためには、電力用半導体モジュール内の複数の電力用半導体チップのうち平均的な電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップのゲート電圧を検出する必要がある。そこで、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流の平均値に最も近い値の電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップを電力用半導体モジュール内の複数の電力用半導体チップの中から選択し、その電力用半導体チップのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを第１の配線９を介して接続する。これにより、ゲート電圧検出端子７を用いて、選択した電力用半導体チップのゲート電圧を測定することで、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流に近い値を得ることができるので、ゲートドライバで駆動する際、過電流検出を精度良く行うことができる。
また、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流の平均値に最も近い値の
電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８とを第２の配線１０を介して接続してもよい。これにより、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて、選択した電力用半導体チップのゲート−エミッタ間電圧を測定することで、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流に近い値を得ることができるので、ゲートドライバで駆動する際、過電流検出を精度良く行うことができる。
電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップのエミッタ電極とエミッタ電圧検出端子８とを第２の配線１０を介して接続してもよい。これにより、ゲート電圧検出端子７およびエミッタ電圧検出端子８を用いて、選択した電力用半導体チップのゲート−エミッタ間電圧を測定することで、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流に近い値を得ることができるので、ゲートドライバで駆動する際、過電流検出を精度良く行うことができる。
以上のように、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流の平均値に最も近い値の電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップを選択し、その電力用半導体チップのゲート電極とゲート電圧検出端子７とを第１の配線９を介して接続することにより、コレクタ端子３−エミッタ端子４間に流れる主回路電流に近い値を得ることができるので、ゲートドライバで駆動する際、過電流検出を精度良く行うことができる。
実施の形態１１．
図１６は、この発明を実施するための実施の形態１１における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１６において、ゲートドライバ２１は電力用半導体モジュール１の駆動回路であり、制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４および過電流検出回路２６で構成される。制御回路２２で電力用半導体モジュール１のオン／オフのスイッチングを行うパルスを発生し、ゲートアンプ２３でそのパルスを増幅する。外付けゲート抵抗２４はゲートアンプ２３の出力側に接続されている。なお、スイッチング回路は制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４で構成される。ゲート端子５とスイッチング回路との接続およびゲート電流供給用エミッタ端子６とスイッチング回路との接続はインピーダンスを有する一対のゲート配線２５により行われる。また、検出回路切り替えスイッチ２９を設けて、過電流検出回路２６との接続をゲート電圧の検出箇所をスイッチング回路とゲート配線との間であるゲートアンプ２３の出力側にするか、ゲート電圧外部入力端子３０に接続されたゲート電圧検出配線２７を介してゲート電圧検出端子７にするか選択する。
図１６は、この発明を実施するための実施の形態１１における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１６において、ゲートドライバ２１は電力用半導体モジュール１の駆動回路であり、制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４および過電流検出回路２６で構成される。制御回路２２で電力用半導体モジュール１のオン／オフのスイッチングを行うパルスを発生し、ゲートアンプ２３でそのパルスを増幅する。外付けゲート抵抗２４はゲートアンプ２３の出力側に接続されている。なお、スイッチング回路は制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４で構成される。ゲート端子５とスイッチング回路との接続およびゲート電流供給用エミッタ端子６とスイッチング回路との接続はインピーダンスを有する一対のゲート配線２５により行われる。また、検出回路切り替えスイッチ２９を設けて、過電流検出回路２６との接続をゲート電圧の検出箇所をスイッチング回路とゲート配線との間であるゲートアンプ２３の出力側にするか、ゲート電圧外部入力端子３０に接続されたゲート電圧検出配線２７を介してゲート電圧検出端子７にするか選択する。
電力用半導体モジュール１内部は実施の形態１と同じである。電力用半導体モジュール１内部のゲート抵抗およびゲート配線２５の配線のインピーダンスの影響が小さい場合やゲート電圧検出配線２７がない場合には、検出回路切り替えスイッチ２９をゲートアンプ２３の出力側（図１６のＡ側）に切り替える。過電流検出回路２６はゲートドライバ２０の出力電圧を検出し動作を行う。これにより新たにゲート電圧検出配線２７を設けなくても、電力用半導体モジュール１の過電流検出および短絡検出を行うことができる。また、ゲート電圧検出端子がない電力用半導体モジュールを駆動する際にも、電力用半導体モジュール１の過電流検出および短絡検出を行うことができる。
電力用半導体モジュール１内部のゲート抵抗およびゲート配線２５の配線のインピーダンスの影響が大きく、ゲート電圧検出配線２７を設けている場合には、検出回路切り替えスイッチ２９をゲート電圧外部入力端子３０側（図１６のＢ側）に切り替える。過電流検出回路２６はゲート電圧外部入力端子３０に接続されたゲート電圧検出配線２７により、電力用半導体モジュール１内の電力用半導体チップのゲート電圧を検出する。これにより、ゲート配線２５のインピーダンスや電力用半導体モジュール１内部のゲート抵抗の電圧降下の影響を受けることなく、正確な電力用半導体チップのゲート電圧を検出することができ、過電流検出回路２６で電力用半導体モジュール１の過電流検出および短絡検出ができる。
以上のように、検出回路切り替えスイッチ２９を設けて過電流検出回路２６との接続先を変えることにより、ゲート電圧検出配線またはゲート電圧検出端子の有無にかかわらず同じゲートドライバ２１を用いて過電流検出および短絡検出を行うことができる。
なお、実施の形態１１では、電力用半導体チップのゲート電圧の検出回路切り替えスイッチ２９について説明したが、過電流検出回路２６に、エミッタ電圧の検出箇所を切り替えることが可能な別の検出回路切り替えスイッチを接続して、エミッタ電圧検出端子の有無にかかわらず同じゲートドライバ２１にて過電流検出および短絡検出を行ってもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
実施の形態１２．
図１７は、この発明を実施するための実施の形態１２における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１７において、ゲートドライバ２１は複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂの駆動回路であり、制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４および過電流検出回路２６で構成される。制御回路２２で電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのオン／オフのスイッチングを行うパルスを発生し、ゲートアンプ２３でそのパルスを増幅する。外付けゲート抵抗２４はゲートアンプ２３の出力側に接続されている。なお、スイッチング回路は制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４で構成される。ゲート端子５とスイッチング回路との接続およびゲート電流供給用エミッタ端子６とスイッチング回路との接続はインピーダンスを有する一対のゲート配線２５により行われる。また、過電流検出回路２６は電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電極の電位が設定電位以上になると過電流が流れていると判断し、過電流検知信号を出力する。電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６との間の接続はゲート電圧検出配線３２により行われる。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
図１７は、この発明を実施するための実施の形態１２における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１７において、ゲートドライバ２１は複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂの駆動回路であり、制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４および過電流検出回路２６で構成される。制御回路２２で電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのオン／オフのスイッチングを行うパルスを発生し、ゲートアンプ２３でそのパルスを増幅する。外付けゲート抵抗２４はゲートアンプ２３の出力側に接続されている。なお、スイッチング回路は制御回路２２、ゲートアンプ２３、外付けゲート抵抗２４で構成される。ゲート端子５とスイッチング回路との接続およびゲート電流供給用エミッタ端子６とスイッチング回路との接続はインピーダンスを有する一対のゲート配線２５により行われる。また、過電流検出回路２６は電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電極の電位が設定電位以上になると過電流が流れていると判断し、過電流検知信号を出力する。電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６との間の接続はゲート電圧検出配線３２により行われる。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
このような回路構成の装置において、ゲート配線２５には、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂがオン／オフをする際に大きなｄｉ／ｄｔのゲート電流が流れる。このためゲート配線２５のインピーダンスとゲート電流によりゲート配線２５内に起電力が生じてしまい、過電流検出回路２６の検出電圧値として、スイッチング回路の出力電圧を検出しても、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電圧と一致しない。そこで、ゲート配線２５と電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間にゲート配線２５から独立したゲート電圧検出配線３２を接続することにより、ゲート配線２５のインピーダンスによる電圧降下を回避し、電力用半導体チップ３１ａのゲート電圧を正確に検出することができる。これにより、ゲート配線２５のインピーダンスに関係なく正確な電力用半導体チップ３１ａのゲート電圧を検出できるため、過電流検出回路２６にて過電流検出および短絡検出が可能となる。なお、実施の形態１２では、複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂが設けられているとしたが、一つの電力用半導体チップが設けられていてもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６とをゲート電圧検出配線３２を介して接続することにより、電力用半導体チップ３１ａの正確なゲート電圧を検出することができ、正確な過電流検出を行うことができる。
実施の形態１３．
図１８は、この発明を実施するための実施の形態１３における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１８において、エミッタ電圧検出配線３３以外の構成は実施の形態１２と同じである。電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６との間の接続はエミッタ電圧検出配線３３により行われる。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
図１８は、この発明を実施するための実施の形態１３における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１８において、エミッタ電圧検出配線３３以外の構成は実施の形態１２と同じである。電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６との間の接続はエミッタ電圧検出配線３３により行われる。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
このような回路構成の装置において、エミッタ電圧検出配線３３を用いて、電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電圧を検出する。ゲート電圧検出配線３２およびエミッタ電圧検出配線３３がゲート配線２５から独立するため、ゲート配線２５のインピーダンスによる電圧降下を回避して、電力用半導体チップ３１ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。これにより、ゲート配線２５のインピーダンスに関係なく正確な電力用半導体チップ３１ａのゲート−エミッタ間電圧を検出できるため、過電流検出回路２６にて過電流検出および短絡検出が可能となる。なお、実施の形態１３では、複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂが設けられているとしたが、一つの電力用半導体チップが設けられていてもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６とをエミッタ電圧検出配線３３を介して接続することにより、電力用半導体チップ３１ａの正確なゲート−エミッタ電圧を検出することができ、正確な過電流検出を行うことができる。
実施の形態１４．
図１９は、この発明を実施するための実施の形態１４における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１９において、ゲート抵抗３４ａ、３４ｂ以外の構成は実施の形態１２と同じである。それぞれのゲート抵抗３４ａ、３４ｂはそれぞれの電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電極とスイッチング回路との間に接続されている。ゲート抵抗３４ａ、３４ｂにより複数並列接続した電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂ間のゲート電圧のバランスをとることができる。電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６との間の接続はゲート電圧検出配線３２により行われる。ゲート電圧検出配線３２はゲート抵抗３４ａと電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間に接続されている。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
図１９は、この発明を実施するための実施の形態１４における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図１９において、ゲート抵抗３４ａ、３４ｂ以外の構成は実施の形態１２と同じである。それぞれのゲート抵抗３４ａ、３４ｂはそれぞれの電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電極とスイッチング回路との間に接続されている。ゲート抵抗３４ａ、３４ｂにより複数並列接続した電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂ間のゲート電圧のバランスをとることができる。電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６との間の接続はゲート電圧検出配線３２により行われる。ゲート電圧検出配線３２はゲート抵抗３４ａと電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間に接続されている。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
このような回路構成の装置において、ゲート電圧検出配線３２がゲート配線２５およびゲート抵抗３４ａから独立するため、ゲート配線２５のインピーダンスとゲート抵抗３４ａによる電圧降下を回避して、電力用半導体チップ３１ａのゲート電圧を正確に検出することができる。これにより、ゲート配線２５のインピーダンスに関係なく正確な電力用半導体チップ３１ａのゲート電圧を検出できるため、過電流検出回路２６にて過電流検出および短絡検出が可能となる。なお、実施の形態１４では、複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂが設けられているとしたが、一つの電力用半導体チップが設けられていてもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂにゲート抵抗３４ａ、３４ｂが接続されていても、電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６とをゲート電圧検出配線３２を介して接続することにより、電力用半導体チップ３１ａの正確なゲート電圧を検出することができ、正確な過電流検出を行うことができる。
実施の形態１５．
図２０は、この発明を実施するための実施の形態１５における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図２０において、エミッタ電圧検出配線３３以外の構成は実施の形態１４と同じである。電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６との間の接続はエミッタ電圧検出配線３３により行われる。ゲート電圧検出配線３２はゲート抵抗３４ａと電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間に接続されている。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
図２０は、この発明を実施するための実施の形態１５における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図２０において、エミッタ電圧検出配線３３以外の構成は実施の形態１４と同じである。電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６との間の接続はエミッタ電圧検出配線３３により行われる。ゲート電圧検出配線３２はゲート抵抗３４ａと電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間に接続されている。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
このような回路構成の装置において、ゲート電圧検出配線３２およびエミッタ電圧検出配線３３がゲート配線２５およびゲート抵抗３４ａから独立するため、ゲート配線２５のインピーダンスおよびゲート抵抗３４ａによる電圧降下を回避して、電力用半導体チップ３１ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。これにより、ゲート配線２５のインピーダンスに関係なく正確な電力用半導体チップ３１ａのゲート−エミッタ間電圧を検出できるため、過電流検出回路２６にて過電流検出および短絡検出が可能となる。なお、実施の形態１５では、複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂが設けられているとしたが、一つの電力用半導体チップが設けられていてもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂにゲート抵抗３４ａ、３４ｂが接続されていても、電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６とをエミッタ電圧検出配線３３を介して接続することにより、電力用半導体チップ３１ａの正確なゲート−エミッタ電圧を検出することができ、正確な過電流検出を行うことができる。
実施の形態１６．
図２１は、この発明を実施するための実施の形態１６における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図２１において、エミッタ抵抗３５ａ、３５ｂ以外の構成は実施の形態１５と同じである。それぞれのエミッタ抵抗３５ａ、３５ｂはそれぞれの電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電極とスイッチング回路との間に接続されている。電力用半導体チップ３１ａのゲート電極およびエミッタ電極と過電流検出回路２６とをそれぞれ配線を介して接続している。ゲート電圧検出配線３２はゲート抵抗３４ａと電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間に接続され、エミッタ電圧検出配線３３はエミッタ抵抗３５ａと電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極との間に接続されている。エミッタ抵抗３５ａ、３５ｂにより複数並列接続した電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂ間のエミッタ電圧のバランスをとることができる。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
図２１は、この発明を実施するための実施の形態１６における電力用半導体モジュールの駆動回路図である。図２１において、エミッタ抵抗３５ａ、３５ｂ以外の構成は実施の形態１５と同じである。それぞれのエミッタ抵抗３５ａ、３５ｂはそれぞれの電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂのゲート電極とスイッチング回路との間に接続されている。電力用半導体チップ３１ａのゲート電極およびエミッタ電極と過電流検出回路２６とをそれぞれ配線を介して接続している。ゲート電圧検出配線３２はゲート抵抗３４ａと電力用半導体チップ３１ａのゲート電極との間に接続され、エミッタ電圧検出配線３３はエミッタ抵抗３５ａと電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極との間に接続されている。エミッタ抵抗３５ａ、３５ｂにより複数並列接続した電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂ間のエミッタ電圧のバランスをとることができる。なお、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂを含め、これらの回路や配線は電力用半導体モジュール（図示せず）内に設けられていてもよい。また、これらの駆動回路を用いて、モジュールとしてではなく独立した電力用半導体チップ３１ａの過電流検知を行ってもよい。
このような回路構成の装置において、ゲート電圧検出配線３２およびエミッタ電圧検出配線３３がゲート配線２５、ゲート抵抗３４ａおよびエミッタ抵抗３５ａから独立するため、ゲート配線２５のインピーダンス、ゲート抵抗３４ａおよびエミッタ抵抗３５ａによる電圧降下を回避して、電力用半導体チップ３１ａのゲート−エミッタ間電圧を正確に検出することができる。これにより、ゲート配線２５のインピーダンスに関係なく正確な電力用半導体チップ３１ａのゲート−エミッタ間電圧を検出できるため、過電流検出回路２６にて過電流検出および短絡検出が可能となる。なお、実施の形態１６では、複数の電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂが設けられているとしたが、一つの電力用半導体チップが設けられていてもよい。また、過電流検出回路２６から制御回路２２に過電流検知信号が入力されると、制御回路２２では電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行うことで、電力用半導体チップ２ａ、２ｂ、２ｃを過電流から保護することができる。
以上のように、電力用半導体チップ３１ａ、３１ｂにゲート抵抗３４ａ、３４ｂおよびエミッタ抵抗３５ａ、３５ｂが接続されていても、電力用半導体チップ３１ａのゲート電極と過電流検出回路２６とをゲート電圧検出配線３２を介して接続し、電力用半導体チップ３１ａのエミッタ電極と過電流検出回路２６とをエミッタ電圧検出配線３３を介して接続することにより、電力用半導体チップ３１ａの正確なゲート−エミッタ電圧を検出することができ、正確な過電流検出を行うことができる。
なお、上記の各実施の形態では、電力用半導体チップとしてＩＧＢＴが設けられているが、電力用半導体チップとしてＭＯＳＦＥＴ等の電圧駆動型半導体を設けてもよい
１、５１ 電力用半導体モジュール
２ａ、２ｂ、２ｃ、３１ａ、３１ｂ、５２１〜５２９ 電力用半導体チップ
３、５３ コレクタ端子
４、５４ エミッタ端子
５、５９ ゲート端子
６、６０ ゲート電流供給用エミッタ端子
７、６１ ゲート電圧検出端子
８、６２ エミッタ電圧検出端子
９ 第１の配線
１０ 第２の配線
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、３４ａ、３４ｂ、５７１〜５７９ ゲート抵抗
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、３５ａ、３５ｂ エミッタ抵抗
２１ ゲートドライバ
２２ 制御回路
２３ ゲートアンプ
２４ 外付けゲート抵抗
２５ ゲート配線
２６ 過電流検出回路
２７、３２ ゲート電圧検出配線
２８、３３ エミッタ電圧検出配線
２９ 切り替えスイッチ
３０ ゲート電圧外部入力端子
１０１ 通常時のＶｇ０の時間応答波形
１０２ 通常時のＶｓの時間応答波形
１０３ 通常時のＶｇｅの時間応答波形
１０４ ミラー期間
１１３ 短絡時のＶｇｅの時間応答波形
１１４ 短絡時のＶｓの時間応答波形
１１５、１１６ 電圧マージン
２ａ、２ｂ、２ｃ、３１ａ、３１ｂ、５２１〜５２９ 電力用半導体チップ
３、５３ コレクタ端子
４、５４ エミッタ端子
５、５９ ゲート端子
６、６０ ゲート電流供給用エミッタ端子
７、６１ ゲート電圧検出端子
８、６２ エミッタ電圧検出端子
９ 第１の配線
１０ 第２の配線
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、３４ａ、３４ｂ、５７１〜５７９ ゲート抵抗
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、３５ａ、３５ｂ エミッタ抵抗
２１ ゲートドライバ
２２ 制御回路
２３ ゲートアンプ
２４ 外付けゲート抵抗
２５ ゲート配線
２６ 過電流検出回路
２７、３２ ゲート電圧検出配線
２８、３３ エミッタ電圧検出配線
２９ 切り替えスイッチ
３０ ゲート電圧外部入力端子
１０１ 通常時のＶｇ０の時間応答波形
１０２ 通常時のＶｓの時間応答波形
１０３ 通常時のＶｇｅの時間応答波形
１０４ ミラー期間
１１３ 短絡時のＶｇｅの時間応答波形
１１４ 短絡時のＶｓの時間応答波形
１１５、１１６ 電圧マージン
Claims (12)
- 電力用半導体チップを内部に備えた電力用半導体モジュールであって、
前記電力用半導体チップのゲート電極に電力用半導体モジュールの内部の第１のインピーダンスを介して接続されたゲート端子と、前記電力用半導体チップのエミッタ電極に電力用半導体モジュールの内部の第２のインピーダンスを介して接続されたゲート電流供給用エミッタ端子とを、前記電力用半導体チップにゲート電流を供給する外部端子として備え、
前記電力用半導体チップのゲート電極の近傍に第１の配線を介して接続されたゲート電圧検出端子を、前記電力用半導体モジュール外部より前記電力用半導体チップのゲート電圧を検出するための外部端子として備えた電力用半導体モジュール。 - 前記ゲート電圧検出端子に前記第１の配線を介して接続されたゲート電極を有する電力用半導体チップのエミッタ電極の近傍に第２の配線を介して接続されたエミッタ電圧検出端子を備えた請求項１記載の電力用半導体モジュール。
- 前記第１のインピーダンスおよび前記第２のインピーダンスは配線で構成されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
- 前記第１のインピーダンスは配線およびゲート抵抗で構成され、前記第１の配線は前記電力用半導体チップのゲート電極と前記ゲート抵抗との間に接続されることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
- 前記第１のインピーダンスは配線およびゲート抵抗で構成され、前記第１の配線は前記電力用半導体チップのゲート電極と前記ゲート抵抗との間に接続され、かつ、前記第２のインピーダンスは配線およびエミッタ抵抗で構成され、前記第２の配線は前記電力用半導体チップのエミッタ電極と前記エミッタ抵抗との間に接続されることを特徴とする請求項２記載の電力用半導体モジュール。
- ゲート電極と前記ゲート電圧検出端子との間の配線のインピーダンスが最も小さい電力用半導体チップを選択し、その電力用半導体チップのゲート電極と前記ゲート電圧検出端子とを前記第１の配線を介して接続することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
- エミッタ電極と前記ゲート電流供給用エミッタ端子との間の第２のインピーダンスが最も小さい電力用半導体チップを選択し、その電力用半導体チップのゲート電極と前記ゲート電圧検出端子とを前記第１の配線を介して接続することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
- 電力用半導体モジュールの内部に設置された複数の電力用半導体チップのコレクタ−エミッタ間に流れる主電流の平均値に最も近い値の電流がコレクタ−エミッタ間に流れる電力用半導体チップを選択し、その電力用半導体チップのゲート電極と前記ゲート電圧検出端子とを前記第１の配線を介して接続することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電力用半導体モジュール。
- 請求項１〜８のいずれかに記載の電力用半導体モジュールの駆動回路であって、
前記電力用半導体モジュールのオン／オフのスイッチングを行うスイッチング回路と、
前記ゲート端子と前記スイッチング回路とを接続し、前記ゲート電流供給用エミッタ端子と前記スイッチング回路とを接続する一対のゲート配線と、
前記ゲート電圧検出端子の電位を検出し、前記電位が設定電位以上になると過電流検知信号を出力する過電流検出回路と、
前記ゲート電圧検出端子と前記過電流検出回路との間を接続するゲート電圧検出配線と、前記エミッタ電圧検出端子と前記過電流検出回路との間を接続するエミッタ電圧検出配線とのいずれかまたは両方を備えた電力用半導体モジュールの駆動回路。 - 前記過電流検出回路との接続を、前記スイッチング回路と前記ゲート配線との間にするか、前記ゲート電圧検出配線にするかを選択するスイッチを備えた請求項９記載の電力用半導体モジュールの駆動回路。
- 電力用半導体モジュール内の電力用半導体チップの駆動回路であって、
前記電力用半導体チップのオン／オフのスイッチングを行うスイッチング回路と、
前記電力用半導体チップのゲート電極と前記スイッチング回路とを接続し、前記電力用半導体チップのエミッタ電極と前記スイッチング回路とを接続する一対のゲート配線と、
前記ゲート電極の電位が設定電位以上になると過電流検知信号を出力する過電流検出回路と、
前記ゲート電極と前記過電流検出回路とを接続するゲート電圧検出配線と、前記エミッタ電極と前記過電流検出回路とを接続するエミッタ電圧検出配線とのいずれかまたは両方を備えた電力用半導体モジュールの駆動回路。 - 前記過電流検出回路から過電流検知信号が入力されると、前記電力用半導体チップのゲート電圧を低圧側に保持する制御を行う制御回路を備えた請求項９〜１１のいずれかに記載の電力用半導体モジュールの駆動回路。
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| JPH11356058A (ja) * | 1998-06-10 | 1999-12-24 | Hitachi Ltd | パワー半導体装置およびそれを用いた電力変換装置 |
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| JP2002184940A (ja) * | 2000-12-18 | 2002-06-28 | Mitsubishi Electric Corp | 電力用半導体装置 |
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