JP6535451B2 - 半導体モジュールおよびこのようなモジュール上で逆導電トランジスタを切り換える方法 - Google Patents
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Description
本発明は、パワー半導体の分野に関する。特に、本発明は、半導体モジュール、およびこのようなモジュール上で逆導電トランジスタを切り換える方法に関する。
たとえば、高出力インバータ、整流器、および他の電気的に高出力な機器は、ハーフブリッジモジュールを含む。このハーフブリッジモジュールは、通常は、機器のDC側とAC側とを接続するために直列に接続された2つの半導体スイッチを含む。半導体スイッチが、その逆方向、すなわち電流を導くように適合された方向とは逆の方向において遮断している場合、半導体スイッチがオンにされると、半導体スイッチに対して逆並列のフリーホイーリングダイオードを接続することができる。
本発明の目的は、特に高い温度において低いスイッチング損失を有する高出力ハーフブリッジに採用され得る半導体スイッチを提供することにある。
図1は、半導体モジュール10の高出力半導体の回路レイアウトを示す。高出力半導体は、10Aより高い電流および/または1000Vより高い電圧を処理するための半導体であり得ることを理解する必要がある。モジュール10は、直列に接続されてハーフブリッジを形成する2つのBIGT12a,12bを含む。第1のトランジスタ12は、そのコレクタ16aにおいてDC+入力14を設け、そのエミッタ18aによって第2のトランジスタ12bのコレクタ16bと接続され、第2のトランジスタ12bは、そのエミッタ18bにおいてDC−入力20を設ける。負荷出力22は、2つのトランジスタ12a,12bの間に設けられる、すなわちエミッタ18aおよびコレクタ16bによって設けられる。
本発明は、図面および上記の説明において詳細に提示および記載がなされたが、このような例示および記載は説明的または例示的なものであって、限定的でないものと考慮される。本発明は開示される実施形態に限定されない。開示される実施形態に対する他の変更は、当業者によって、ならびに図面、開示、および添付の特許請求の範囲から学んで請求項に記載の発明を実施することによって理解および実行され得る。請求項において、「備える」の単語は、他の要素またはステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」または「an」は複数を排除するものではない。単一のプロセッサ、制御部、または他のユニットは、請求項に記載の複数の項目の機能を達成し得る。互いに異なる従属請求項において特定の方法が記載されるという単なる事実は、これらの方法を有利に組み合わせて使用することができないことを示すものではない。請求項における任意の参照符号は、範囲を限定するものと解釈されるべきではない。
Claims (13)
- 半導体モジュール(10)であって、
ゲート(26a,26b)、コレクタ(16a,16b)、およびエミッタ(18a,18b)を有し、前記コレクタ(16a,16b)と前記エミッタ(18a,18b)との間に逆導電ダイオード(24a,24b)を設けた逆導電トランジスタ(12a,12b)と、
静的状態において前記逆導電ダイオードよりも高い順方向電圧降下を有するトランジスタ(12a,12b)に対して逆平行に接続された少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)と、
トランジスタ(12a,12b)をオンおよびオフするために前記ゲート(26a,26b)を電位と接続するための制御部(32)とを備え、
前記制御部(32)は、逆導電ダイオード(24a,24b)が遮断状態に入る動的状態において逆導電ダイオードの順方向電圧降下が少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)よりも高くなるように、前記逆導電ダイオード(24a,24b)が遮断状態に入る前にトランジスタ(12a,12b)のゲート(26a,26b)に正の電位のパルス(46)を加えるように適合され、
前記逆導電トランジスタ(12a,12b)はRC−IGBTまたはBIGTであり、
前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)はSiCダイオードを含む、半導体モジュール。 - 前記制御部(32)は、前記逆導電ダイオード(24a,24b)が導電状態にある時に前記ゲート(26a,26b)に負の電位を加え、前記パルス(46)の期間に前記ゲートに正の電位を加えるように適合される、請求項1に記載の半導体モジュール(10)。
- 静的状態において、前記逆導電ダイオード(24a,24b)の抵抗は、前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)の抵抗より小さい、請求項1または2に記載の半導体モジュール(10)。
- 前記トランジスタ(12a,12b)に対して逆平行に接続される1つ以上のフリーホイーリングダイオード(28a,28b)をさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体モジュール(10)。
- 前記トランジスタ(12a,12b)に対して逆平行の前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)の数は、前記半導体モジュールのスイッチング損失が所定の温度範囲において最小となるようにトランジスタに対して調整される、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体モジュール(10)。
- トランジスタ(12a,12b)に対して逆平行の前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)は、所定の温度範囲において、
静的状態で電流の少なくとも60%が逆導電ダイオード(24a,24b)を流れるように、または、
動的位相で電流の少なくとも60%が少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)を流れるように調整される、請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体モジュール(10)。 - 前記温度範囲は50℃から200℃である、請求項5または6に記載の半導体モジュール(10)。
- 前記制御部(32)は、前記逆導電ダイオード(24a,24b)が導電状態から遮断状態へ切り換わることを判定するように適合される、請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体モジュール(10)。
- 第2の逆導電トランジスタ(12b)と直列に接続される第1の逆導電トランジスタ(12a)をさらに備え、第1のDC入力(14)が前記第1のトランジスタ(12a)の自由端によって設けられ、第2のDC入力(20)が前記第2のトランジスタ(12b)の自由端によって設けられ、前記直列に接続されたトランジスタの間に位相出力(22)が設けられ、
前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a)は、前記第1の逆導電トランジスタ(12a)に対して逆平行に接続され、
前記制御部は、前記第2のトランジスタ(12b)のためのスイッチコマンドを受けることにより、前記第1のトランジスタ(12a)の前記逆導電ダイオード(24a)が導電状態から遮断状態へ切り換わることを判定するように適合される、請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体モジュール(10)。 - 前記制御部(32)は、前記スイッチコマンドを受けた後に前記第2のトランジスタの前記ゲート(26b)における負の電位を前記ゲートにおける正の電位に変えることにより、前記第2のトランジスタ(12b)をオフ状態からオン状態へ切り換えるように適合される、請求項9に記載の半導体モジュール(10)。
- 前記第1のトランジスタ(12a)に対して加えられる前記パルス(46)のパルス幅は、第2のトランジスタ(12b)のオフ状態の長さの少なくとも10%である、請求項9または10のいずれか1項に記載の半導体モジュール(10)。
- 前記制御部(32)は、前記第2のトランジスタをオン状態に切り換える前に、前記パルス(46)の後の遮断期間にわたって待機するように適合される、請求項7から10のいずれか1項に記載の半導体モジュール。
- 逆導電トランジスタ(12a,12b)と前記トランジスタに対して逆平行に接続される少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)とを切り換える方法であって、前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオードは、静的状態において前記トランジスタ(12a,12b)の逆導電ダイオード(24a,24b)よりも高い順方向電圧降下を有し、
前記方法は、
前記逆導電ダイオード(24a)が導電状態から遮断状態へ切り換わることを判定するステップと、
前記逆導電ダイオードが遮断状態に入る動的状態において、前記逆導電ダイオードの順方向電圧降下が前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)よりも高くなるように、前記逆導電ダイオード(24a,24b)が遮断状態に入る前に正の電位のパルス(46)を前記トランジスタのゲート(26a,26b)に加えるステップとを備え、
前記逆導電トランジスタ(12a,12b)はRC−IGBTまたはBIGTであり、
前記少なくとも1つのフリーホイーリングダイオード(28a,28b)はSiCダイオードを含む、方法。
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