JP7205402B2 - 並列スイッチング回路 - Google Patents
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Description
SW素子の温度が所望の耐熱温度を下回るように、熱設計をする必要がある。言い換えると、アーム出力が、SW損失の大きい側の素子で律速する。また、SW損失の大きい側のSW素子の寿命がアームの寿命になってしまう。
互いに並列接続されて1つのアームを形成する第1スイッチング素子(11)及び第2スイッチング素子(21)と、
第1スイッチング素子のゲートに接続された複数の第1抵抗部品(12)と、
第2スイッチング素子のゲートに接続された複数の第2抵抗部品(22)と、
各々の第1抵抗部品の端部に電気接続された複数の第1パッド(13)と、
各々の第2抵抗部品の端部に電気接続された複数の第2パッド(23)と、を備え、
複数の第1パッドの中から第1スイッチング素子の素子特性に応じて選択された少なくとも1つである外部接続用第1パッド(13a)、及び複数の第2パッドの中から第2スイッチング素子の素子特性に応じて選択された少なくとも1つである外部接続用第2パッド(23a)は、互いに電気接続されるとともに、ゲート電流を供給する駆動回路(92)に電気接続され、
駆動回路と外部接続用第1パッド及び外部接続用第2パッドとの電気接続に介在して、ゲート電流の大きさ調整する抵抗を含む調整回路(93)をさらに備える並列スイッチング回路である。
複数の第2抵抗部品は、第2スイッチング素子が形成されている第2半導体チップ(20)に内蔵され、
複数の第1パッドの少なくとも1つはオープン状態であり、複数の第2パッドの少なくとも1つはオープン状態であり、
複数の第1抵抗部品、及び、複数の第2抵抗部品の各々は、調整回路の抵抗に比べて小さい抵抗値に設定されている。
本実施形態の並列スイッチング回路は、たとえば電気自動車(EV)やハイブリッド自動車(HV)などの車両に搭載された電力変換装置に適用可能である。以下では、ハイブリッド自動車に適用される例について説明する。なお、電力変換装置が適用される駆動システムは、直流電源、モータジェネレータ及び電力変換装置を備えている。直流電源は充放電可能な二次電池である。モータジェネレータは、三相交流方式の回転電機であり、発電機及び電動機として機能する。
上記した半導体装置5は、互いに並列接続されて1つのアームを形成する第1SW素子11及び第2SW素子21と、バランス抵抗素子12,22と、パッド13,23と、を備える。バランス抵抗素子12,22には、第1SW素子11のゲート端子に直列接続された複数の第1バランス抵抗素子12と、第2SW素子21のゲート端子に直列接続された複数の第2バランス抵抗素子22と、が含まれている。パッド13,23には、各々の第1バランス抵抗素子12の端部に電気接続された第1パッド13と、各々の第2バランス抵抗素子22の端部に電気接続された第2パッド23と、が含まれている。そして、外部接続用第1パッド13a、及び外部接続用第2パッド23aは、互いに電気接続されるとともに、ゲート電流を供給する駆動回路92に電気接続されている。また、複数の第1パッド13の少なくとも1つはオープン状態であり、複数の第2パッド23の少なくとも1つはオープン状態である。
本実施形態に係る並列スイッチング回路は、図4に示す第1ダイオード14、第2ダイオード24、及び短絡ワイヤ120a,220aを備える。
ここで、ゲート閾値電圧が低いほど、オン信号を出力してからSW素子がオン作動するまでの時間が短くなり、迅速にオン作動することになる。その一方で、ゲート閾値電圧が低いほど、オフ信号を出力してからSW素子がオフ作動するまでの時間は長くなり、緩慢なオフ作動となる。
本実施形態に係る半導体装置5は、図1に示す半導体装置5に、図5及び図6に示す短絡ワイヤ120aを追加した構成である。短絡ワイヤ120aは、複数の第1パッド13のうち任意の2つのパッドを短絡させる。いずれのパッドを短絡させるかを選択することは、短絡対象となるバランス抵抗素子を選択することを意味する。そして、短絡対象となる第1バランス抵抗素子12を選択することで、第1バランス抵抗を調整できる。
上記第1実施形態では、半導体チップ10,20が有する半導体基板に、バランス抵抗素子12,22(抵抗部品)が形成されている。つまり、抵抗部品が封止体30の内部に配置されており、半導体チップ10,20に内蔵されている。これに対し本実施形態では、半導体チップ10,20の外部に抵抗部品が配置されている。
上記第1実施形態では、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20の各々に、第1信号端子110と第2信号端子210といった別々の信号端子が設けられている。そして、半導体装置5の外部において、第1信号端子110と第2信号端子210がバスバー6により電気接続されている。これに対し本実施形態では、図8に示すように、第1半導体チップ10と第2半導体チップ20の各々に共通した信号端子510が設けられている。すなわち、第1ワイヤ120と第2ワイヤ220は、共通した1つの信号端子510にボンディングされている。
この明細書の開示は、例示された実施形態に制限されない。開示は、例示された実施形態と、それらに基づく当業者による変形態様を包含する。たとえば、開示は、実施形態において示された要素の組み合わせに限定されない。開示は、多様な組み合わせによって実施可能である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものと解されるべきである。
Claims (10)
- 互いに並列接続されて1つのアームを形成する第1スイッチング素子(11)及び第2スイッチング素子(21)と、
前記第1スイッチング素子のゲートに接続された複数の第1抵抗部品(12)と、
前記第2スイッチング素子のゲートに接続された複数の第2抵抗部品(22)と、
各々の前記第1抵抗部品の端部に電気接続された複数の第1パッド(13)と、
各々の前記第2抵抗部品の端部に電気接続された複数の第2パッド(23)と、を備え、
複数の前記第1パッドの中から前記第1スイッチング素子の素子特性に応じて選択された少なくとも1つである外部接続用第1パッド(13a)、及び複数の前記第2パッドの中から前記第2スイッチング素子の素子特性に応じて選択された少なくとも1つである外部接続用第2パッド(23a)は、互いに電気接続されるとともに、ゲート電流を供給する駆動回路(92)に電気接続され、
前記駆動回路と前記外部接続用第1パッド及び前記外部接続用第2パッドとの電気接続に介在して、ゲート電流の大きさ調整する抵抗を含む調整回路(93)をさらに備え、
複数の前記第1抵抗部品は、前記第1スイッチング素子が形成されている第1半導体チップ(10)に内蔵され、
複数の前記第2抵抗部品は、前記第2スイッチング素子が形成されている第2半導体チップ(20)に内蔵され、
複数の前記第1パッドの少なくとも1つはオープン状態であり、複数の前記第2パッドの少なくとも1つはオープン状態であり、
複数の前記第1抵抗部品、及び、複数の前記第2抵抗部品の各々は、前記調整回路の抵抗に比べて小さい抵抗値に設定されている並列スイッチング回路。 - 複数の前記第1パッドには、前記第1スイッチング素子のゲートと同電位のパッドが含まれており、
複数の前記第2パッドには、前記第2スイッチング素子のゲートと同電位のパッドが含まれている請求項1に記載の並列スイッチング回路。 - 複数の前記第1抵抗部品のうち、前記第1スイッチング素子に対して機能する抵抗の合成抵抗を第1バランス抵抗とし、
複数の前記第2抵抗部品のうち、前記第2スイッチング素子に対して機能する抵抗の合成抵抗を第2バランス抵抗とし、
前記第1スイッチング素子のゲート容量は、前記第2スイッチング素子のゲート容量より大きく、
前記外部接続用第1パッド及び前記外部接続用第2パッドは、前記第1バランス抵抗が前記第2バランス抵抗より小さくなるように選択されている請求項1または2に記載の並列スイッチング回路。 - 複数の前記第1抵抗部品のうち、前記第1スイッチング素子に対して機能する抵抗の合成抵抗を第1バランス抵抗とし、
複数の前記第2抵抗部品のうち、前記第2スイッチング素子に対して機能する抵抗の合成抵抗を第2バランス抵抗とし、
前記第1スイッチング素子のゲート容量に前記第1バランス抵抗を乗算した値を第1乗算値とし、
前記第2スイッチング素子のゲート容量に前記第2バランス抵抗を乗算した値を第2乗算値とし、
前記外部接続用第1パッド及び前記外部接続用第2パッドは、前記第1乗算値と前記第2乗算値との差分が最小となるように選定されている請求項1~3のいずれか1つに記載の並列スイッチング回路。 - 複数の前記第1抵抗部品のうち、前記第1スイッチング素子に対して機能する抵抗の合成抵抗を第1バランス抵抗とし、
複数の前記第2抵抗部品のうち、前記第2スイッチング素子に対して機能する抵抗の合成抵抗を第2バランス抵抗とし、
前記第1スイッチング素子のゲート電流の向きに応じて前記第1バランス抵抗が異なる値となるよう、複数の前記第1抵抗部品の少なくとも1つと並列接続された第1ダイオード(14)と、
前記第2スイッチング素子のゲート電流の向きに応じて前記第2バランス抵抗が異なる値となるよう、複数の前記第2抵抗部品の少なくとも1つと並列接続された第2ダイオード(24)と、を備える請求項1~4のいずれか1つに記載の並列スイッチング回路。 - 前記第1スイッチング素子のゲート閾値電圧は、前記第2スイッチング素子のゲート閾値電圧より高く、
前記外部接続用第1パッド及び前記外部接続用第2パッドは、スイッチオン作動時には前記第1バランス抵抗が前記第2バランス抵抗より小さく、スイッチオフ作動時には前記第1バランス抵抗が前記第2バランス抵抗より大きくなるように選択されている請求項5に記載の並列スイッチング回路。 - 前記第1スイッチング素子及び前記第2スイッチング素子は、封止体(30)により封止されて一体化されている請求項1~6のいずれか1つに記載の並列スイッチング回路。
- 前記外部接続用第1パッドに接続された第1電気接続部材(120)と、
前記外部接続用第2パッドに接続された第2電気接続部材(220)と、
前記第1電気接続部材及び前記第2電気接続部材の両方に接続された信号端子(510)と、を備え、
前記信号端子のうち前記第1電気接続部材及び前記第2電気接続部材との接続箇所は、前記封止体の内部に位置する請求項7に記載の並列スイッチング回路。 - 前記外部接続用第1パッドに接続された第1電気接続部材(120)と、
前記外部接続用第2パッドに接続された第2電気接続部材(220)と、
前記第1電気接続部材に接続された第1信号端子(110)と、
前記第2電気接続部材に接続された第2信号端子(210)と、を備え、
前記第1信号端子のうち前記第1電気接続部材との接続箇所、及び前記第2信号端子のうち前記第2電気接続部材との接続箇所は、前記封止体の内部に位置する請求項7に記載の並列スイッチング回路。 - 前記第1抵抗部品は、前記第1スイッチング素子が形成されている半導体基板に形成された抵抗素子であり、
前記第2抵抗部品は、前記第2スイッチング素子が形成されている半導体基板に形成された抵抗素子である、請求項1~9のいずれか1つに記載の並列スイッチング回路。
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