JP5627512B2 - パワーモジュール - Google Patents
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Description
<装置構成>
図1は本発明に係る実施の形態1のパワーモジュール100の構成を示す回路図である。図1に示すように、パワーモジュール100においては、IGBT1のゲート−エミッタ間に供給する電圧(ゲート電圧)を制御することによってIGBT1をオン状態またはオフ状態に駆動する駆動制御回路10を備えている。
次に、パワーモジュール100の電流検出動作について説明する。パワーモジュール100においては、駆動制御回路10が独自の共通接続部BPを有しており、これに直流電源V2から負バイアスを印加することでドライブ回路基準電位(第2の基準電位)としている。そして、直流電源V1は、ドライブ回路基準電位を基準としてドライバDRを駆動するので、IGBT1のゲートには、制御信号として正バイアスおよび負バイアスが印加される構成となっている。なお、直流電源V2は負電位を設定するので、電位設定手段と呼称する場合もある。
<装置構成>
図4は本発明に係る実施の形態2のパワーモジュール200の構成を示す回路図である。図4に示すように、パワーモジュール200においては、IGBT1のゲート−エミッタ間に供給する電圧(ゲート電圧)を制御することによってIGBT1をオン状態またはオフ状態に駆動する駆動制御回路20を備えている。なお、図1に示したパワーモジュール100と同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
次に、パワーモジュール200の電流検出動作について説明する。パワーモジュール200においては、駆動制御回路20が独自の共通接続部BPを有しており、これに直流電源V2から負バイアスを印加することでドライブ回路基準電位としている。そして、直流電源V1は、ドライブ回路基準電位を基準としてドライバDRを駆動するので、IGBT1のゲートには、制御信号として正バイアスおよび負バイアスが印加される構成となっている。
以上説明した実施の形態1、2においては、直流電源V2から共通接続部BPに負バイアスを印加することでドライブ回路基準電位としたが、直流電源V2の代わりに直流電源V1の電位Bを抵抗分割することで負バイアスを得る、ツェナーダイオードにより負バイアスを得る構成としても良い。
実施の形態1のパワーモジュール100においては、直流電源V2の正電極をPNPトランジスタQ5のベースに接続した構成を示し、実施の形態2のパワーモジュール200においては、直流電源V2の正電極をPNPトランジスタQ3のコレクタに接続した構成を示したが、図2および図5に示すように電流センス素子STのゲート電圧(ゲート−エミッタ間電圧)は、PNPトランジスタQ5およびPNPトランジスタQ4のベース−エミッタ間電圧の分だけ、メイン素子MTのゲート電圧(ゲート−エミッタ間電圧)よりも0.7V程度低くなる。このため、メイン素子MTに対する電流センス素子STの電流分流比が変動し、 電流検出精度が低下する可能性がある。
実施の形態1および2において説明したパワーモジュール100および200のそれぞれにおいては、IGBT1、フリーホイールダイオード2、主電源電位VCCを与える電源および直流電源V1を除く構成によって駆動制御回路10および20が構成されているが、この駆動制御回路10および20の全体またはその一部を制御ICに内蔵した構成としても良い。
実施の形態1および2において説明したパワーモジュール100および200においては、IGBT1およびフリーホイールダイオード2の材質については言及しなかったが、IGBT1およびフリーホイールダイオード2を、シリコン(Si)基板上に形成されるシリコン半導体装置として構成しても良いが、IGBT1はシリコン半導体装置とし、フリーホイールダイオード2は、炭化シリコン(SiC)基板上に形成される炭化シリコン半導体装置や、窒化ガリウム(GaN)系材料で構成される基板上に形成される窒化ガリウム半導体装置としても良い。
実施の形態1および2において説明したパワーモジュール100および200においては、IGBT1にフリーホイールダイオード2が逆並列に接続された構成を示したが、IGBT1およびフリーホイールダイオード2に代えて、IGBTと、それに逆並列に接続されたダイオードとを一体で有するRC−IGBT(逆導通IGBT:Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor)を使用しても良い。
Claims (10)
- 主電流が流れるメイン素子と、前記主電流の一部が流れるように構成された電流センス素子とを有し、前記電流センス素子の出力端子からセンス電流が出力される電力用スイッチング半導体装置と、
前記電流センス素子の前記出力端子に第1の主電極が接続された第1のトランジスタと、前記第1のトランジスタの第2の主電極に一方端が接続され、他方端が共通接続部に接続された電流検出抵抗とを有し、前記第1のトランジスタの制御電極が第1の基準電位に接続された電流検出回路と、
前記電流検出抵抗によって発生する前記共通接続部を基準とした電位差を電流検出電圧として検出し、所定の閾値電圧との比較を行い、両者の大小関係によって前記電力用スイッチング半導体装置に過電流が流れているか否かを判定する過電流判定回路と、
前記電力用スイッチング半導体装置の制御電極に与えられる制御信号を生成するドライブ回路と、を備え、
前記ドライブ回路は、
前記第1の基準電位とは異なる第2の基準電位を基準とする第1の電源と、
前記第1の基準電位を基準とし、前記第2の基準電位を生成する電位設定手段と、を有し、
前記共通接続部には前記第2の基準電位が与えられ、
前記第1の基準電位を接地電位とし、前記電位設定手段は、前記接地電位に対して負の電位を与え、
前記制御信号として、正バイアスおよび負バイアスを前記電力用スイッチング半導体装置の前記制御電極に与える、パワーモジュール。 - 前記第1のトランジスタは、
前記電流センス素子からの前記センス電流を受けるカレントミラー回路のミラー電流が流れるトランジスタに相当し、
前記カレントミラー回路は、
前記電流センス素子の前記出力端子に第1の主電極が接続され、第2の主電極が前記第1の基準電位に接続された第2のトランジスタを有し、
前記第1および第2のトランジスタの制御電極は、共通して前記第1の基準電位に接続される、請求項1記載のパワーモジュール。 - 前記電位設定手段は、
前記接地電位を基準として前記第1の電源の電位を抵抗分割して得た負の電位を、前記共通接続部に前記第2の基準電位として与える、請求項1記載のパワーモジュール。 - 前記電位設定手段は、
前記接地電位を基準として前記第1の電源の電位をツェナーダイオードのツェナー電圧により規定して得た負の電位を、前記共通接続部に前記第2の基準電位として与える、請求項1記載のパワーモジュール。 - 前記ドライブ回路は、
前記第1の基準電位と前記第2の基準電位との間に、前記第1の基準電位に対して順方向となるように接続されたダイオード素子と抵抗との直列接続をさらに有し、
前記ダイオード素子と前記抵抗との接続ノードに前記第1のトランジスタの前記制御電極が接続される、請求項1記載のパワーモジュール。 - 前記ダイオード素子は、
前記第1のトランジスタと同じ第3のトランジスタのダイオード接続によって得られるダイオード素子である、請求項5記載のパワーモジュール。 - 前記電流検出回路、前記過電流判定回路および前記第1の電源を除いた前記ドライブ回路を含む駆動制御回路の全体あるいは一部が集積回路化された、請求項1〜6の何れか1項に記載のパワーモジュール。
- 前記電力用スイッチング半導体装置に逆並列に接続された電力用ダイオードをさらに備え、
前記電力用ダイオードは、
炭化シリコン基板上に形成される炭化シリコンダイオードまたは窒化ガリウム系材料で構成される基板上に形成される窒化ガリウムダイオードである、請求項1記載のパワーモジュール。 - 前記電力用スイッチング半導体装置は、
炭化シリコン基板上に形成される炭化シリコンスイッチング半導体装置または窒化ガリウム系材料で構成される基板上に形成される窒化ガリウムスイッチング半導体装置である、請求項1または請求項8記載のパワーモジュール。 - 前記電力用スイッチング半導体装置は、
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、それに逆並列に接続されたダイオードとが半導体基板に一体で形成された逆導通絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを含み、
前記逆導通絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、
シリコン基板上に形成される逆導通絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ、炭化シリコン基板上に形成される炭化シリコン逆導通絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよび窒化ガリウム系材料で構成される基板上に形成される窒化ガリウム逆導通絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの何れかである、請求項1記載のパワーモジュール。
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