JP7136779B2 - 一体型クランプ回路を有するパワーモジュールおよびそのプロセス - Google Patents
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Description
本出願は、2016年12月6日に出願された米国特許出願第15/382,172号の一部継続出願であり、参照によりその全体が本明細書に組み入れられる。本出願はまた、2017年2月23日に出願された米国仮特許出願第62/462,552に基づく利益を主張し、本明細書に完全に記載されているかのように全ての目的のために参照により本明細書に組み入れられる。
本発明は、陸軍研究所による政府の支援を受けて行われたものである(契約番号W911NF-16-2-0132)。米国政府は本発明について一定の権利を有する。
本開示は一体型クランプ回路を有するパワーモジュールに関する。さらには、本開示は一体型クランプ回路を含むパワーモジュールを構成するプロセスに関する。
図26はパワーモジュールの試験性能データを提供するためのクランプ誘導負荷(CIL)試験装置の概略図を示す。クランプ回路104の性能を検証するために、CIL試験装置1が利用された。クランプ回路104の試験の性能基準がパワーモジュール6のゲート電圧であり、コモンモードノイズの影響を受けやすいために差動プローブは利用されなかった。差動プローブを用いることなくパワーモジュール6のゲート性能を正確に測定することを可能にするために、下方デバイス4の電圧のみが測定された。
Claims (20)
- パワーモジュール装置であって、
パワー基板と、
前記パワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
前記パワー基板に対して搭載されたゲート-ソースボードであって、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された前記ゲート-ソースボードと、
前記パワー基板に固定されたハウジングと、
前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたクランプ回路と、
前記クランプ回路に電気的に接続されたセンスおよび制御回路であって、前記パワーモジュール装置内の電流および電圧のうち少なくとも一つを感知するように構成され、前記パワーモジュール装置内の前記電流および前記電圧のうち少なくとも一つの関数として前記クランプ回路を制御するように構成された、センスおよび制御回路と、
前記複数のパワーデバイスのゲートにおける電圧チャージアップを所望の電圧の8V以内に低減させるように構成された前記クランプ回路と、
を備え、
前記クランプ回路が負の電圧バイアス(-V)に接続される、
パワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路がミラークランプを備え、
前記センスおよび制御回路がゲートドライバからのドライバ制御信号を検出して前記クランプ回路を無効にするように構成され、
前記センスおよび制御回路が前記ゲートドライバからの前記ドライバ制御信号の欠如を検出して前記クランプ回路を有効にするように構成される、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路が前記ゲート-ソースボードに配置され、
前記クランプ回路が前記複数のパワーデバイスの前記ゲートへの入力をクランプするように構成され、
前記パワーモジュール装置が複数の別々のチャネルで構成され、
前記クランプ回路が複数のクランプ回路を備え、
前記複数のクランプ回路のうち少なくとも一つが前記パワーモジュール装置の前記複数の別々のチャネルのうち少なくとも一つで動作するように構成される、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路が前記複数のパワーデバイスの前記ゲートにおける電圧をピーク・ツー・ピークで8V未満にクランプするように構成され、
前記センスおよび制御回路がドライブ信号を前記クランプ回路に提供するように構成されたバッファを備える、
請求項2に記載のパワーモジュール装置。 - 前記センスおよび制御回路がRC(抵抗器-キャパシタ)回路を備え、
前記クランプ回路が前記少なくとも一つのパワーデバイスを個別にオフに保持するトランジスタを備える、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記センスおよび制御回路が前記複数のパワーデバイスの前記ゲートとゲートドライブコネクタとの間の信号線に電気的に接続され、
前記センスおよび制御回路が前記パワーモジュール装置に一体化される、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記センスおよび制御回路が立ち下がりエッジ遅延および立ち上がりエッジパススルー動作に基づきドライバ制御信号の関数として前記クランプ回路を制御するように構成される、請求項6に記載のパワーモジュール装置。
- 前記クランプ回路が前記複数のパワーデバイスの前記ゲートにおける前記電圧チャージアップを少なくとも10%低減させるように構成され、
前記クランプ回路が前記ゲート-ソースボードに配置される、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路が前記複数のパワーデバイスのゲートにおける電圧チャージアップを所望の電圧の6V以内に低減させるように構成され、
前記センスおよび制御回路がゲートドライバからのドライバ制御信号を検出して前記クランプ回路を無効にするように構成され、
前記センスおよび制御回路が前記ゲートドライバからの前記ドライバ制御信号の欠如を検出して前記クランプ回路を有効にするように構成される、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路が前記複数のパワーデバイスの前記ゲートにおける電圧をピーク・ツー・ピークで10V未満にクランプするように構成される、請求項1に記載のパワーモジュール装置。
- パワーモジュール装置であって、
パワー基板と、
前記パワー基板に電気的に接続された複数のパワーデバイスと、
前記パワー基板に対して搭載されたゲート-ソースボードであって、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された前記ゲート-ソースボードと、
前記パワー基板に固定されたハウジングと、
前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたクランプ回路であって、前記複数のパワーデバイスのゲートへの入力をクランプするように構成されたクランプ回路と、
前記クランプ回路に電気的に接続されたセンスおよび制御回路であって、ドライバ制御信号の関数として前記クランプ回路を制御するように構成された、センスおよび制御回路と、
ベースプレート、前記パワー基板、少なくとも二つのパワーコンタクトのうちの一つ、前記複数のパワーデバイス、前記ゲート-ソースボード、ゲートドライブコネクタ、および前記ハウジングのうち少なくとも一つと共に配置される前記クランプ回路と、
を備え、
前記クランプ回路が負の電圧バイアス(-V)に接続される、
パワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路が複数のクランプ回路を備え、
前記センスおよび制御回路がゲートドライバからのドライバ制御信号を検出して前記クランプ回路を無効にするように構成され、
前記センスおよび制御回路が前記ゲートドライバからの前記ドライバ制御信号の欠如を検出して前記クランプ回路を有効にするように構成され、
前記複数のクランプ回路のうち少なくとも一つが前記パワーモジュール装置の前記複数の別々のチャネルのうち少なくとも一つで動作するように構成され、
前記複数のクランプ回路のうち少なくとも一つがミラークランプを備え、
前記ミラークランプが前記パワーモジュール装置に一体化される、
請求項11に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路が前記ゲート-ソースボードに配置され、
前記パワーモジュール装置が複数の別々のチャネルで構成され、
前記クランプ回路が複数のクランプ回路を備え、
前記複数のクランプ回路のうち少なくとも一つが前記パワーモジュール装置の前記複数の別々のチャネルのうち少なくとも一つで動作するように構成され、
前記センスおよび制御回路がドライブ信号を前記クランプ回路に提供するように構成されたバッファを備える、
請求項11に記載のパワーモジュール装置。 - 前記センスおよび制御回路がRC(抵抗器-キャパシタ)回路を備える、請求項11に記載のパワーモジュール装置。
- 前記センスおよび制御回路がドライブ信号を前記クランプ回路に提供するように構成されたバッファを備える、請求項14に記載のパワーモジュール装置。
- 前記センスおよび制御回路がゲートドライバからのドライバ制御信号を検出して前記クランプ回路を無効にするように構成され、
前記センスおよび制御回路が前記ゲートドライバからの前記ドライバ制御信号の欠如を検出して前記クランプ回路を有効にするように構成される、
請求項14に記載のパワーモジュール装置。 - パワーモジュール装置を構成するプロセスであって、
パワー基板を設けることと、
少なくとも二つのパワーコンタクトに電気的に接続された複数のパワーデバイスを設けることと、
前記パワー基板に対して搭載されたゲート-ソースボードを設けることであって、前記ゲート-ソースボードが前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された、前記ゲート-ソースボードを設けることと、
前記パワー基板に固定されたハウジングを設けることと、
前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたクランプ回路を設けることであって、前記クランプ回路が前記複数のパワーデバイスのゲートへの入力をクランプするように構成される、前記クランプ回路を設けることと、
前記クランプ回路をベースプレート、前記パワー基板、前記少なくとも二つのパワーコンタクトのうちの一つ、前記複数のパワーデバイス、前記ゲート-ソースボード、ゲートドライブコネクタ、および前記ハウジングのうち少なくとも一つと共に配置することと、
前記クランプ回路に電気的に接続されたセンスおよび制御回路を設けることと、
前記センスおよび制御回路を用いてドライバ制御信号の関数として前記クランプ回路を制御することと、
を含み、
前記クランプ回路が負の電圧バイアス(-V)に接続される、
パワーモジュール装置を構成するプロセス。 - 前記ゲート-ソースボードに前記クランプ回路を配置することをさらに含み、
前記クランプ回路がミラークランプを備え、
前記パワーモジュール装置が複数の別々のチャネルで構成され、
前記クランプ回路が複数のクランプ回路を備え、
前記複数のクランプ回路のうち少なくとも一つが前記パワーモジュール装置の前記複数の別々のチャネルのうち少なくとも一つで動作するように構成される、
請求項17に記載のパワーモジュール装置を構成するプロセス。 - 前記センスおよび制御回路がRC(抵抗器-キャパシタ)回路を備え、前記クランプ回路が前記少なくとも一つのパワーデバイスを個別にオフに保持するトランジスタを備える、請求項17に記載のパワーモジュール装置を構成するプロセス。
- 前記センスおよび制御回路がドライブ信号を前記クランプ回路に提供するように構成されたバッファを備え、
前記センスおよび制御回路がゲートドライバからのドライバ制御信号を検出して前記クランプ回路を無効にするように構成され、
前記センスおよび制御回路が前記ゲートドライバからの前記ドライバ制御信号の欠如を検出して前記クランプ回路を有効にするように構成される、
請求項17に記載のパワーモジュールを構成するプロセス。
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