JP7228494B2 - 半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム - Google Patents

半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム Download PDF

Info

Publication number
JP7228494B2
JP7228494B2 JP2019170534A JP2019170534A JP7228494B2 JP 7228494 B2 JP7228494 B2 JP 7228494B2 JP 2019170534 A JP2019170534 A JP 2019170534A JP 2019170534 A JP2019170534 A JP 2019170534A JP 7228494 B2 JP7228494 B2 JP 7228494B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
mode
motor
integrated circuit
output terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019170534A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2021048517A (ja
Inventor
秀樹 木村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Electronic Devices and Storage Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp, Toshiba Electronic Devices and Storage Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2019170534A priority Critical patent/JP7228494B2/ja
Priority to CN202010082206.9A priority patent/CN112532028B/zh
Priority to US16/788,646 priority patent/US11387753B2/en
Publication of JP2021048517A publication Critical patent/JP2021048517A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7228494B2 publication Critical patent/JP7228494B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H02M1/088Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/28Arrangements for controlling current
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H01L23/367Cooling facilitated by shape of device
    • H01L23/3677Wire-like or pin-like cooling fins or heat sinks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/085Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation wherein the PWM mode is adapted on the running conditions of the motor, e.g. the switching frequency
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P8/00Arrangements for controlling dynamo-electric motors of the kind having motors rotating step by step
    • H02P8/12Control or stabilisation of current
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors

Description

本実施形態は、半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システムに関する。
従来、モータの励磁コイルに対する電流のチャージ、ディスチャージ、及び低速ディスチャージを行うHスイッチを有する半導体集積回路が開示されている。チャージ、ディスチャージ、及び低速ディスチャージは、Hスイッチを構成するスイッチング素子のオン/オフにより制御される。オン状態となったスイッチング素子は、そのオン抵抗に流れる電流によって発熱する。スイッチング素子の機能は、発熱によって劣化する。更に、スイッチング素子の寿命は、熱に晒される時間が長い程短くなる。従って、発熱を効率的に分散することが出来る半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システムが望まれる。
特許第3665565号公報
一つの実施形態は、発熱を効率的に分散することが出来る半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システムを提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、半導体集積回路は、モータの第1の励磁コイルに励磁電流を供給する第1の出力端と電源端子の間に主電流路が接続される第1のスイッチング素子と、前記第1の出力端と第1の接地端子の間に主電流路が接続される第2のスイッチング素子と、前記モータの前記第1の励磁コイルに励磁電流を供給する第2の出力端と前記電源端子との間に主電流路が接続される第3のスイッチング素子と、前記第2の出力端と前記第1の接地端子の間に主電流路が接続される第4のスイッチング素子と、前記第1から第4のスイッチング素子の駆動モードを設定するモード設定回路と、前記駆動モードに応じて、前記第1から第4のスイッチング素子のオン/オフを制御する駆動信号を生成して前記第1から第4のスイッチング素子に供給する制御回路と、を備え、前記駆動モードは、前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオンさせ前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオフさせる第1の放電モードと、前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオンさせ前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオフさせる第2の放電モードを有し、前記モータの第2の励磁コイルに励磁電流を供給する第3の出力端と前記電源端子の間に主電流路が接続される第5のスイッチング素子と、前記第3の出力端と第2の接地端子の間に主電流路が接続される第6のスイッチング素子と、前記第2の励磁コイルに励磁電流を供給する第4の出力端と前記電源端子との間に主電流路が接続される第7のスイッチング素子と、前記第4の出力端と前記第2の接地端子の間に主電流路が接続される第8のスイッチング素子と、をさらに備え、前記モード設定回路は前記第5から第8のスイッチング素子の駆動モードを設定し、前記制御回路は、前記駆動モードに応じて前記第5から第8のスイッチング素子のオン/オフを制御する駆動信号を生成して前記第5から第8のスイッチング素子に供給し、前記駆動モードは、前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオンさせ前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオフさせる第3の放電モードと、前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオンさせ前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオフさせる第4の放電モードを有し、前記モータの前記第1の励磁コイルに接続される第1のパッドと、前記モータの前記第1の励磁コイルに接続される第2のパッドと、前記モータの前記第2の励磁コイルに接続される第3のパッドと、前記モータの前記第2の励磁コイルに接続される第4のパッドと、前記第1から第4の出力端と前記第1から第4のパッドとの間の接続を切換える機能変更回路とをさらに備える。
第1の実施形態の半導体集積回路を説明する為の図。 第1の実施形態の半導体集積回路が集積された半導体集積回路装置の構成を概略的に示す図。 第1の実施形態の半導体集積回路の駆動モードを説明する為の図。 第1の実施形態の半導体集積回路の効果を説明する為の図。 第2の実施形態の半導体集積回路装置の構成を概略的に示す側面図。 第2の実施形態の半導体集積回路装置の第1の半導体チップの構成を概略的に示す図。 第2の実施形態の半導体集積回路装置の第2の半導体チップの構成を概略的に示す図。 機能変更回路の構成を概略的に示す図。 第2の実施形態の半導体集積回路装置の構成を概略的に示す平面図。 第2の実施形態の半導体集積回路装置の効果を説明する為の図。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体集積、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システムを詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態の半導体集積回路を説明する為の図である。本実施形態の半導体集積回路は、A相(第1相)側のHスイッチ、B相(第2相)側のHスイッチを含み、モータの駆動を制御する。モータは、励磁コイル10、励磁コイル20、ロータ100を含む。励磁コイル10と励磁コイル20が発生する磁界によって、ロータ100が制御される。
A相側Hスイッチは、4個のNMOSトランジスタ11~14を含む。トランジスタ11とトランジスタ13のドレインは、パッドP3に接続される。パッドP3には、電圧VMを供給する電圧源600が接続される。NMOSトランジスタ11~14のソース・ドレイン路は主電流路を形成する。トランジスタ11のソースとトランジスタ12のドレインは出力端10-1に接続される。トランジスタ12とトランジスタ14のソースはパッドP21に接続される。パッドP21は、接地される。すなわち、トランジスタ13のソースとトランジスタ14のドレインは出力端10-2に接続される。出力端10-1はパッドP10に接続され、出力端10-2はパッドP11に接続される。パッドP10とパッドP11間に励磁コイル10が接続される。出力端10-1と10-2は、励磁コイル10に供給される励磁電流を出力する。
B相側Hスイッチは、4個のNMOSトランジスタ21~24を含む。トランジスタ21とトランジスタ23のドレインは、パッドP3に接続される。トランジスタ22とトランジスタ24のソースはパッドP22に接続される。パッドP22は接地される。トランジスタ21のソースとトランジスタ22のドレインは出力端20-1に接続される。トランジスタ23のソースとトランジスタ24のドレインは出力端20-2に接続される。出力端20-1はパッドP12に接続され、出力端20-2はパッドP13に接続される。パッドP12とパッドP13間に励磁コイル20が接続される。出力端20-1と20-2は、励磁コイル20に供給される励磁電流を出力する。
夫々のHスイッチを構成するトランジスタ11~14のゲート、及びトランジスタ21~24のゲートには、PWM(Pulse Width Modulation)制御回路40からPWM信号が供給される。PWM制御回路40から供給されるPWM信号によって各トランジスタ11~14及び21~24のオン/オフが制御される。各トランジスタのオン/オフによって励磁コイル10と励磁コイル20に流れる励磁電流が制御される。例えば、擬似正弦波形の励磁波形パターンに応じてDutyが制御されたPWM信号が、各トランジスタ11~14及び21~24に供給され、ステッピングモータが構成される。
モード設定回路50は、トランジスタ11~14、21~24の駆動モードを設定する。駆動モードは、励磁コイル10、20をチャージするチャージモード、励磁コイル10、20を高速にディスチャージする高速ディスチャージモード、励磁コイル10、20を低速でディスチャージする低速ディスチャージモードを含む。
本実施形態のモード設定回路50は、電圧源600側のトランジスタ11と13、及び21と23をオンさせて励磁コイル10、20のチャージを低速でディスチャージするモード(以下、Uモードという)と、接地側のトランジスタ12と14、及び22と24をオンさせて励磁コイル10、20のチャージを低速でディスチャージするモード(以下、Dモードという)を設定する。低速ディスチャージにおいて、UモードとDモードを交互に行うことにより、トランジスタ11~14、及び21~24のオンの回数が均一化する。これにより、トランジスタ11~14、21~24がオンすることにより生じる熱の発生を均一化して分散することが出来る為、発熱に伴うトランジスタ11~14、21~24の機能低下を抑制して半導体集積回路の寿命を延ばすことが出来る。
図2は、第1の実施形態の半導体集積回路が集積された半導体チップ1の構成を概略的に示す図である。既述した構成に対応する構成には、同一符号を付し、重複した記載は必要な場合にのみ行う。以降、同様である。半導体チップ1は、パワー部領域3と制御部領域2を有する。
パワー部領域3は、各トランジスタ11~14が形成された領域A11~A14、及び、各トランジスタ21~24が形成された領域B21~B24を有する。すなわち、トランジスタ11は領域A11に形成され、トランジスタ21は領域B21に形成される。電圧源600にドレインが接続されるトランジスタ11、13、21、及び23が形成される領域A11、A13、B21、及びB23は、パワー部領域3の上部側、すなわち、電圧源600に接続されるパッドP3が形成された領域側に一列に配置される。ソースが接地されるトランジスタ12、14、22、及び24が形成される領域A12、A14、B22、及びB24は、パワー部領域3の下部側に一列に配置される。
出力端10-1は、領域A11と領域A12の接合部に形成される。同様に、出力端10-2、20-1、20―2は、夫々対応する領域A13とA14、領域B21とB22、及びB23とB24の接合部に設けられる。
パッドP10~P13、及びパッドP3は、半導体チップ1の上部の一辺側に一列に設けられる。出力端10-1、10-2、及び20-1、20-2は、対応するパッドP10、P11、P12及びP13に、所定の配線(図示せず)により接続される。
制御部領域2は、PWM制御回路40とモード設定回路50を有する。制御部領域2は、パッドP1を介して外部から供給される制御信号CTLが印加される入力端CT、及び、パッドP2を介して外部から供給されるクロック信号CLKが印加される入力端CLを有する。入力端CTと制御端CTは、パッドP1とP2に所定の配線(図示せず)により接続される。制御信号CTLは、例えば、モード設定回路50とPWM制御回路40に供給され、励磁電流の値を制御する制御信号として用いられる。クロック信号CLKは、例えば、PWM制御回路40が生成するPWM信号のタイミングを制御する同期信号として用いられる。
本実施形態によれば、Hスイッチを構成するトランジスタ11~14、21~24はパワー部領域3に集積される。すなわち、トランジスタが形成された領域を囲む4辺の内の少なくとも1辺は、他のトランジスタが形成された領域と接する。この為、トランジスタ11~14、21~24がオンするタイミングを制御することにより、トランジスタがオン状態の領域で発生した熱をトランジスタがオフ状態の領域を介して放熱することが可能となる。
図3は、モード設定回路50が設定する駆動モードの例を示す図である。第1の実施形態の半導体集積回路はA相側とB相側を有するが、A相側とB相側は同様の駆動モードにより制御される為、A相側を例にして説明する。図3(A)~(F)は、各トランジスタ11~14のオン/オフ状態と、電流の流れを示す。
(A)は、トランジスタ11と14がオン状態の場合を示す。この状態は、電圧VMを供給する電圧源600側から励磁コイル10に電流が流れ込むチャージモードを示す。(B)は、トランジスタ12と14がオン状態の場合を示す。この状態は、接地電位を基準にして励磁コイル10のチャージが低速で放電されるDモードを示す。(C)は、トランジスタ12と13がオン状態の場合を示す。この状態は、接地側から電圧源600へ向かって励磁コイル10から電流が流れ、励磁コイル10のチャージが高速で放出される高速ディスチャージモードを示す。(D)は、(A)と同じ、チャージモードを示す。(E)は、トランジスタ11と13がオン状態の場合を示す。この状態は、電源電圧VMを基準にして励磁コイル10のチャージが低速で放電されるUモードを示す。(F)は、(C)と同じ、高速ディスチャージモードを示す。
励磁コイル10は、図3(A)~(F)の一連の駆動モードの繰り返しにより励磁され、ロータ100を駆動する。
図4は、第1の実施形態の半導体集積回路装置の効果を説明する為の図である。図4(A)は、図3で説明した一連の駆動モードA~Fにおいてオン状態となるトランジスタを示す。トランジスタがオン状態の領域に接する少なくとも一つの領域は、トランジスタがオフ状態である。従って、オン状態のトランジスタで生じた熱を、オフ状態のトランジスタの領域を介して放熱することが出来る。これにより、発生した熱を効率的に放熱することが出来る。
図4(B)は、駆動モードA~Fまでの一連の制御によって各トランジスタ11~14、21~24がオンした回数の集計結果を示す。トランジスタ11~14、21~24がオンする回数は、いずれも3回で平均化している。従って、オン状態により生じる発熱は平均化する。すなわち、一連の制御にUモードとDモードを含むことにより、トランジスタ11~14、21~24のオンの回数を平均化することが出来る。これにより、トランジスタ11~14、21~24による発熱が平均化する為、熱の集中が抑制され、発熱によるトランジスタ11~14、21~24の機能低下を抑制して半導体集積回路装置の寿命を延ばすことが出来る。UモードとDモードは、例えば一連の制御において、交互に実行される。
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態の半導体集積回路装置の構成を概略的に示す側面図である。本実施形態の半導体集積回路装置は、金属製のダイパッド70の上面70A側に載置された半導体チップ1Aと、上面70Aに対向する下面70B側に載置された半導体チップ1Bを有する。半導体チップ1Bをダイパッド70の下面70B側に載置し、半導体チップ1Aと並列動作をさせることにより、駆動能力の高い半導体集積回路装置を提供することが出来る。半導体チップ1Aと1Bで発生した熱は、ダイパッド70によって効果的に放熱される。尚、半導体集積回路装置の半導体チップ1A、1B、ボンディングワイヤ73、74、リード71、72のインナー部を封じる樹脂を備えるが、省略している。
半導体チップ1Aは、接着剤80Aによって、ダイパッド70の上面70Aの載置部70-1Aに載置される。半導体チップ1Aに形成されたパッド(図示せず)は、ボンディングワイヤ73、74によってリード71、72の上面側の接続部71A、72Aに接続される。
半導体チップ1Bは、接着剤80Bによって、ダイパッド70の下面70Bの載置部70-1Bに載置される。半導体チップ1Bに形成されたパッド(図示せず)は、ボンディングワイヤ75、76によってリード71、72の下面側の接続部71B、72Bに接続される。
図6は、半導体チップ1Aの構成を概略的に示す図である。半導体チップ1Aは、第1の実施形態の半導体チップ1と同様の構成を有する。対応する構成要素には、符号Aを付して示す。半導体チップ1Aはさらに、機能変更回路60Aを有する。機能変更回路60Aは、入力端CL-A、CT-AとパッドP1A、P2Aとの接続、及び、出力端10-1A、10-2A、20-1A及び20-2AとパッドP10A、P11A、P12A及びP13Aとの接続を切換える機能を有する。
図7は、半導体チップ1Bの構成を概略的に示す図である。半導体チップ1Bは、半導体チップ1Aと同様に、第1の実施形態の半導体チップ1と同様の構成を有する。対応する構成要素には、符号Bを付している。半導体チップ1Bはさらに、機能変更回路60Bを有する。機能変更回路60Bは、入力端CL-B、CT-BとパッドP1B、P2Bとの接続、及び、出力端10-1B、10-2B、20-1B及び20-2BとパッドP10B、P11B、P12B及びP13Bとの接続を切換える機能を有する。
図8は、機能変更回路60A、60Bによる配線の接続関係を概略的に示す図である。実線は接続状態を示し、破線は遮断状態を示す。機能変更回路60Aと60Bにおけるそれぞれの配線の接続関係は、相対する関係にある。図8(A)は、機能変更回路60Aの接続関係の例を示す。機能変更回路60Aは、接続経路PL-1A~PL-6A、PC-1A~PC-6Aを有する。機能変更回路60Aは、接続経路PL-1A~PL-6A、PC-1A~PC-6Aを接続状態にするか遮断状態にするかにより、半導体チップ1Aの機能変更を行う。
パッドP1Aは入力端CT-Aに接続され、パッドP2Aは入力端CL-Aに接続される。出力端10-1AとパッドP10A、出力端10-2AとパッドP11A、出力端20-1AとパッドP12A、出力端20-2AとパッドP13Aが接続される。接続経路PC-1A~PC-6Aは、遮断されている。なお、パッドP3A、パッドP21A、P22Aは省略している。
図8(B)は、機能変更回路60Bの接続関係の例を示す。機能変更回路60Bは、接続経路PL-1B~PL-6B、PC-1B~PC-6Bを有する。機能変更回路60Bは、接続経路PL-1B~PL-6B、PC-1B~PC-6Bを接続状態にするか遮断状態にするかにより、半導体チップ1Bの機能変更を行う。
パッドP1Bは入力端CL-Bに接続され、パッドP2Bは入力端CT-Bに接続される。出力端10-1BとパッドP13B、出力端10-2BとパッドP12B、出力端20-1BとパッドP11B、及び出力端20-2BとパッドP10Bが接続されている。接続経路PL-1B~PL-6Bは、遮断されている。すなわち、機能変更回路60Aにおける接続関係と、機能変更回路60Bにおける接続関係は、パッドP3A、P3Bを中心に左右で入れ替わる様に変更される。電源電圧VMが供給されるパッドP3B、及び、接地されるパッドP21B、P22Bは省略している。
図9は、半導体チップ1Aと1Bをダイパッド70の両面に装着した構成を説明する為の概略的な平面図である。ダイパッド70の載置部70-1の上面側に装着された半導体チップ1Aと下面側に装着された半導体チップ1Bを平面的に示す為、便宜的に、半導体チップ1A、1Bをダイパッド70から離して表示している。また、半導体チップ1Bは、ダイパッド70の下側面に装着される為、便宜的に破線で示す。
半導体チップ1Aと1Bに対し共通のリード72-1からクロック信号CLKを供給し、リード72-2から制御信号CTLを供給して、半導体チップ1Aと1Bに集積されたPWM制御回路40A、40B、モード設定回路50A,50Bの動作の同期、及び制御を共通に行うことが出来る。これにより、半導体チップ1Aと1Bの並列動作が可能となり、半導体集積回路装置の駆動能力を増加させることが出来る。
機能変更回路60Aは、図8(A)の接続関係で構成されており、機能変更回路60Bは、図8(B)の接続関係で構成されている。半導体チップ1Bは、その裏面側がダイパッド70に接する様に反転して装着される。この為、半導体チップ1Bに形成される各パッドの位置が、半導体チップ1Aに形成されるパッドの位置に対して、左右が入れ替わった状態で装着される。すなわち、上面側から透視した場合、半導体チップ1AのパッドP10Aが左側に位置するのに対し、半導体チップ1BのパッドP10Bは右側に位置する。言い換えると、ダイパッド70を挟んで、半導体チップ1AのパッドP10Aに相対する位置には、半導体チップ1BのパッドP13Bがある。
パッドP10Aは、ワイヤ73-1によってリード71-1に接続され、パッドP13Bは、ワイヤ75-1によってリード71-1に接続される。パッドP13Bは、機能変更回路60Bによって本来のパッドP10Bに対応する機能に変更されている為、出力端10-1Bの出力を供給する。すなわち、パッドP13Bは、半導体チップ1Aの出力端10-1Aの出力に対応した出力を供給する。従って、パッドP10AとパッドP13Bをリード71-1に接続することにより、半導体チップ1Aと半導体チップ1Bの出力を合算し、駆動能力を高める構成とすることが出来る。他のパッドP10B~P12Bについても同様である。
また、パッドP13Bは、パッドP10Aに対応する位置に配置される。従って、リード71-1は、パッドP10A、P13Bに近接する為、ワイヤ73-1と75-1の長さを節約することが出来る。他のワイヤ73-2~73-5、75-2~75-5、及び、74-1、74-2、76-1、76-2についても同様で有る。
機能変更回路60A、60BによりパッドP1A、P2A、P10A~P13A、P21A、P22A、P1B、P2B、P10B~P13B、P21B、P22Bと端子CT-B、CL-B、10-1B、10-2B、20-1B、20-2B間の接続関係を切換えて機能変更を行う構成とすることで、同一構成の半導体チップ1A、1Bを共通のダイパッド70の両面に載置して並列運転を行うことができる。すなわち、駆動能力を高めた半導体集積回路装置を提供することが出来る。同一構成の半導体チップを半導体チップ1A、1Bとして用意し、機能変更回路60A、60Bにおける接続関係を変更するだけでダイパッド70の上下面に載置して並列動作が可能な半導体集積回路装置を提供することが出来る為、設計及び製造のコストを軽減することが出来る。
機能変更回路60A、60Bは、必要に応じて接続経路を接続するか、遮断するかによって接続関係を変更した構成とすることが出来る。例えば、機能変更回路60A、60Bは、電気的にプログラム可能な-フューズ(eFuse)等のプログラマブル素子によって構成することが出来る。同一構成の半導体チップを、ダイパッド70の上面側、下面側のいずれに載置するかに応じて、プログラミングにより機能変更回路60A、60Bの構成を容易に変更することが出来る。あるいは、機能変更回路60A、60Bは、半導体チップ1A、1B上に形成された配線(図示せず)を、切断するか、切断しないかのトリミングによって接続関係を変更した構成とすることも出来る。
図10は、第2の実施形態の半導体集積回路装置の効果を説明する為の図である。図10(A)は、半導体チップ1Aにおける駆動モードと、各駆動モードに応じてオンするトランジスタを示す。同図(B)は、半導体チップ1Bにおける駆動モードと、各駆動モードに応じてオンするトランジスタを示す。
同図(C)は、駆動モードA~Fまでの一連の制御によって各トランジスタ11~14、21~24がオンした回数の集計結果を示す。同図(C)に示す様に、駆動モードA~Fまでの一連の制御において、半導体チップ1Aと1Bのトランジスタ11~14、21~24がオンする回数は、いずれも3回で平均化している。従って、オンによって生じる発熱が平均化し、分散される。すなわち、一連の制御にUモードとDモードを含むことによりトランジスタ11~14、21~24のオンの回数を均等化することが出来る。これにより、発熱を分散してトランジスタ11~14、21~24の機能低下を抑制し、半導体集積回路装置の寿命を延ばすことが出来る。UモードとDモードは、例えば一連の制御において、交互に実行される。
また、半導体チップ1Aにおいては、駆動モードA~Fまでの一連の駆動モードを有するのに対し、半導体チップ1Bについては、駆動モードBの代わりに駆動モードEを有する。すなわち、半導体チップ1Aと半導体チップ1Bで、UモードとDモードを入れ替えている。これにより、ダイパッド70の上面側の半導体チップ1AがUモードの時には、半導体チップ1BはDモードで動作する為、発熱する領域が異なる。この制御により、熱の分散を更に効果的に行うことが出来る。
半導体チップ1A、1Bは、ダイパッド70の上下で反転して装着される。従って、半導体チップ1Aの各領域A11A~A14A、B21A~B24Aと下面70B側に載置される半導体チップ1Bの各領域A11B~A14B、B21B~B24Bは、半導体チップ1A、1Bの中心軸に対して線対称の関係となる。従って、例えば、半導体チップ1Aと1Bが同じ駆動モードAで動作している時には、半導体チップ1Aと1Bにおいてオンしているトランジスタの領域の位置が異なる。すなわち、半導体チップ1Aにおいてオンしているトランジスタ11の領域A11Aのダイパッド70の下面70B側には、オフ状態のトランジスタ23の領域B23Bが位置する。この為、発熱している領域が分散され、熱の集中を回避することができる。
駆動トランジスタは、トランジスタとしたが、これに限らない。例えば、電源端子側に配置されるトランジスタ11、13、及び、21、23をPMOSトランジスタで構成しても良い。また、高耐圧の機能を有するGaNトランジスタ、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のパワー素子をスイッチング素子として構成しても良い。
なお、以下の付記に記載されているような半導体集積回路装置が考えられる。
(付記1)
前記第1乃至第4のパッドは、前記第1の半導体チップの一辺側に一列に配置されることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体集積回路装置。
(付記2)
前記第1の半導体チップは、第1のパワー領域を備え、
前記第1、第3、第5、第7のスイッチング素子は前記第1のパワー領域に一列に配置され、
前記第2、第4、第6、第8のスイッチング素子は前記第1のパワー領域に一列に配置される
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
(付記3)
前記第1の半導体チップは、
第1のタイミングで前記第1、第3、第5、及び第7のスイッチング素子を同時にオンさせ、
前記第2の半導体チップは、
前記第1のタイミングで前記第2、第4、第6、及び第8のスイッチング素子を同時にオンさせる
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
(付記4)
前記第1の半導体チップは、
制御信号が供給される第1の制御信号端と、
同期信号が供給される第1の同期信号端と
前記制御信号が外部から供給される第1の制御信号パッドと、
前記同期信号が外部から供給される第1の同期信号パッドと、
を備え、
前記第1の半導体チップの機能変更回路は、
前記第1の制御信号端と前記第1の制御信号パッドを接続し、
前記第1の同期信号端と前記第1の同期信号パッドを接続し、
前記第2の半導体チップは、
制御信号が外部から供給される第2の制御信号パッドと、
同期信号が外部から供給される第2の同期信号パッドと
を備え、
前記第2の半導体チップの機能変更回路は、
前記第2の制御信号端と前記第2の同期信号パッドを接続し、
前記第2の同期信号端と前記第2の制御信号パッドを接続する
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
(付記5)
前記第1の半導体チップの第1のパッドが接続される第1のリードと、
前記第1の半導体チップの第2のパッドが接続される第2のリードと、
前記第1の半導体チップの第3のパッドが接続される第3のリードと、
前記第1の半導体チップの第4のパッドが接続される第4のリードを備え、
前記第2の半導体チップの第1のパッドが前記第4のリードに接続され、
前記第2の半導体チップの第2のパッドが前記第3のリードに接続され、
前記第2の半導体チップの第3のパッドが前記第2のリードに接続され、
前記第2の半導体チップの第4のパッドが前記第1のリードに接続される
ことを特徴とする請求項4に記載の半導体集積回路装置。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1 半導体チップ、2 制御部領域、3 パワー部領域、10と20 励磁コイル、40 PWM制御回路、50 モード設定回路、60A,60B 機能変更回路、70 ダイパッド、100 ロータ。

Claims (4)

  1. モータの第1の励磁コイルに励磁電流を供給する第1の出力端と電源端子の間に主電流路が接続される第1のスイッチング素子と、
    前記第1の出力端と第1の接地端子の間に主電流路が接続される第2のスイッチング素子と、
    前記モータの前記第1の励磁コイルに励磁電流を供給する第2の出力端と前記電源端子との間に主電流路が接続される第3のスイッチング素子と、
    前記第2の出力端と前記第1の接地端子の間に主電流路が接続される第4のスイッチング素子と、
    前記第1から第4のスイッチング素子の駆動モードを設定するモード設定回路と、
    前記駆動モードに応じて、前記第1から第4のスイッチング素子のオン/オフを制御する駆動信号を生成して前記第1から第4のスイッチング素子に供給する制御回路と、
    を備え、
    前記駆動モードは、
    前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオンさせ前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオフさせる第1の放電モードと、前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオンさせ前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオフさせる第2の放電モードを有し、
    前記モータの第2の励磁コイルに励磁電流を供給する第3の出力端と前記電源端子の間に主電流路が接続される第5のスイッチング素子と、
    前記第3の出力端と第2の接地端子の間に主電流路が接続される第6のスイッチング素子と、
    前記第2の励磁コイルに励磁電流を供給する第4の出力端と前記電源端子との間に主電流路が接続される第7のスイッチング素子と、
    前記第4の出力端と前記第2の接地端子の間に主電流路が接続される第8のスイッチング素子と、
    をさらに備え、
    前記モード設定回路は前記第5から第8のスイッチング素子の駆動モードを設定し、
    前記制御回路は、前記駆動モードに応じて前記第5から第8のスイッチング素子のオン/オフを制御する駆動信号を生成して前記第5から第8のスイッチング素子に供給し、
    前記駆動モードは、
    前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオンさせ前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオフさせる第3の放電モードと、前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオンさせ前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオフさせる第4の放電モードを有し、
    前記モータの前記第1の励磁コイルに接続される第1のパッドと、
    前記モータの前記第1の励磁コイルに接続される第2のパッドと、
    前記モータの前記第2の励磁コイルに接続される第3のパッドと、
    前記モータの前記第2の励磁コイルに接続される第4のパッドと、
    前記第1から第4の出力端と前記第1から第4のパッドとの間の接続を切換える機能変更回路と
    をさらに備えることを特徴とする半導体集積回路。
  2. 前記モード設定回路は、前記第1から第4のスイッチング素子の駆動モードを前記第1の放電モードに設定する期間と同じ期間に前記第5から第8のスイッチング素子の駆動モードを前記第3の放電モードに設定し、前記第1から第4のスイッチング素子の駆動モードを前記第2の放電モードに設定する期間と同じ期間に前記第5から第8のスイッチング素子の駆動モードを前記第4の放電モードに設定する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の半導体集積回路。
  3. 請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路が集積され、ダイパッドの第1の主面に載置された第1の半導体チップと、
    請求項1または請求項2に記載の半導体集積回路が集積され、前記ダイパッドの前記第1の主面に対向する第2の主面に載置された第2の半導体チップと、
    を備えることを特徴とする半導体集積回路装置。
  4. 励磁電流によって磁界を発生する第1の励磁コイルおよび第2の励磁コイルを有するモータと、
    前記励磁電流を制御する半導体集積回路装置を備え、
    前記半導体集積回路装置は、
    前記モータの前記第1の励磁コイルに励磁電流を供給する第1の出力端と電源端子の間に主電流路が接続される第1のスイッチング素子と、
    前記第1の出力端と第1の接地端子の間に主電流路が接続される第2のスイッチング素子と、
    前記モータの励磁コイルに励磁電流を供給する第2の出力端と前記電源端子との間に主電流路が接続される第3のスイッチング素子と、
    前記第2の出力端と前記第1の接地端子の間に主電流路が接続される第4のスイッチング素子と、
    前記第1から第4のスイッチング素子の駆動モードを設定するモード設定回路と、
    前記駆動モードに応じて、前記第1から第4のスイッチング素子のオン/オフを制御する駆動信号を生成して前記第1から第4のスイッチング素子に供給する制御回路と、
    を備え、
    前記駆動モードは、
    前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオンさせ前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオフさせる第1の放電モードと、前記第2のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子をオンさせ前記第1のスイッチング素子と前記第3のスイッチング素子をオフさせる第2の放電モードを有し、
    前記半導体集積回路装置は、
    前記モータの前記第2の励磁コイルに励磁電流を供給する第3の出力端と前記電源端子の間に主電流路が接続される第5のスイッチング素子と、
    前記第3の出力端と第2の接地端子の間に主電流路が接続される第6のスイッチング素子と、
    前記第2の励磁コイルに励磁電流を供給する第4の出力端と前記電源端子との間に主電流路が接続される第7のスイッチング素子と、
    前記第4の出力端と前記第2の接地端子の間に主電流路が接続される第8のスイッチング素子と、
    をさらに備え、
    前記モード設定回路は前記第5から第8のスイッチング素子の駆動モードを設定し、
    前記制御回路は、前記駆動モードに応じて前記第5から第8のスイッチング素子のオン/オフを制御する駆動信号を生成して前記第5から第8のスイッチング素子に供給し、
    前記駆動モードは、
    前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオンさせ前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオフさせる第3の放電モードと、前記第6のスイッチング素子と前記第8のスイッチング素子をオンさせ前記第5のスイッチング素子と前記第7のスイッチング素子をオフさせる第4の放電モードを有し、
    前記半導体集積回路装置は、
    前記モータの前記第1の励磁コイルに接続される第1のパッドと、
    前記モータの前記第1の励磁コイルに接続される第2のパッドと、
    前記モータの前記第2の励磁コイルに接続される第3のパッドと、
    前記モータの前記第2の励磁コイルに接続される第4のパッドと、
    前記第1から第4の出力端と前記第1から第4のパッドとの間の接続を切換える機能変更回路と
    をさらに備えることを特徴とするモータ駆動制御システム。
JP2019170534A 2019-09-19 2019-09-19 半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム Active JP7228494B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019170534A JP7228494B2 (ja) 2019-09-19 2019-09-19 半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム
CN202010082206.9A CN112532028B (zh) 2019-09-19 2020-02-07 半导体集成电路及其装置以及马达驱动控制系统
US16/788,646 US11387753B2 (en) 2019-09-19 2020-02-12 Semiconductor integrated circuit, semiconductor integrated circuit device, and motor-drive control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019170534A JP7228494B2 (ja) 2019-09-19 2019-09-19 半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021048517A JP2021048517A (ja) 2021-03-25
JP7228494B2 true JP7228494B2 (ja) 2023-02-24

Family

ID=74878828

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019170534A Active JP7228494B2 (ja) 2019-09-19 2019-09-19 半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11387753B2 (ja)
JP (1) JP7228494B2 (ja)
CN (1) CN112532028B (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230095482A (ko) * 2021-12-22 2023-06-29 에이치엘만도 주식회사 모터를 제어하는 장치 및 방법

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118821A (ja) 2006-11-07 2008-05-22 Asmo Co Ltd 直流モータ駆動制御装置
JP2016127653A (ja) 2014-12-26 2016-07-11 ミネベア株式会社 モータ電流制御装置およびモータ電流制御方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5455521A (en) * 1993-10-22 1995-10-03 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Self-timed interconnect speed-up circuit
US5469095A (en) * 1994-06-27 1995-11-21 Allegro Microsystems, Inc. Bridge circuit for driving an inductive load with a shoot-through prevention circuit
JPH08336295A (ja) 1995-06-05 1996-12-17 Tec Corp 電動機制御装置および電気掃除機
JP2905119B2 (ja) * 1995-06-30 1999-06-14 株式会社東芝 洗濯機
US5708578A (en) * 1995-07-19 1998-01-13 Stoddard; Robert J. PWM inductive load bridge driver for dynamically mixing four and two quadrant chopping during PWM period off time
US5642247A (en) * 1995-07-21 1997-06-24 Harris Corporation Automatic fault monitoring system and motor control system incorporating same
JP3696384B2 (ja) * 1997-09-16 2005-09-14 本田技研工業株式会社 電動機の駆動装置
JP3181568B2 (ja) * 1999-05-25 2001-07-03 三木プーリ株式会社 電磁コイル方式の切り替え装置を具備した仕分けコンベア用電源装置
KR100344984B1 (ko) * 1999-10-12 2002-07-19 엘지전자주식회사 세탁기의 제동방법
JP3665565B2 (ja) * 2000-12-28 2005-06-29 株式会社東芝 半導体集積回路およびモータ駆動制御システム
JP2004015892A (ja) * 2002-06-05 2004-01-15 Toshiba Corp インバータの制御装置及び電気自動車
JP2005079421A (ja) 2003-09-02 2005-03-24 Mitsubishi Electric Corp 半導体スイッチ
JP2005150454A (ja) 2003-11-17 2005-06-09 Yaskawa Electric Corp 電力変換装置の冷却構造
US7408313B1 (en) * 2005-08-23 2008-08-05 Marvell International Ltd. Low power preamplifier writer architecture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008118821A (ja) 2006-11-07 2008-05-22 Asmo Co Ltd 直流モータ駆動制御装置
JP2016127653A (ja) 2014-12-26 2016-07-11 ミネベア株式会社 モータ電流制御装置およびモータ電流制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20210091691A1 (en) 2021-03-25
JP2021048517A (ja) 2021-03-25
CN112532028A (zh) 2021-03-19
US11387753B2 (en) 2022-07-12
CN112532028B (zh) 2024-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4973359B2 (ja) 半導体装置
JP4771303B2 (ja) モータ駆動用集積回路
JP6400201B2 (ja) パワー半導体モジュール
US10541624B2 (en) Three-level I-type inverter and semiconductor module
JP7228494B2 (ja) 半導体集積回路、半導体集積回路装置およびモータ駆動制御システム
JP2017034079A (ja) 半導体装置
JP2005183463A (ja) 半導体装置
JP2007329428A (ja) 半導体装置
JP6490017B2 (ja) パワーモジュール、3相インバータシステム、およびパワーモジュールの検査方法
US5442218A (en) CMOS power fet driver including multiple power MOSFET transistors connected in parallel, each carrying an equivalent portion of the total driver current
JP2006216989A (ja) 半導体装置およびそれを用いたインバータ回路
JP2018207044A (ja) 半導体モジュール
JP6723469B2 (ja) 2in1型チョッパモジュール
JP5214675B2 (ja) 半導体装置
JP2010022137A (ja) 駆動信号出力回路およびマルチチップパッケージ
JP6577146B1 (ja) 電子モジュール
JP6727328B2 (ja) 半導体モジュール
JP6585847B2 (ja) 電動機のための電力モジュール
JP5533923B2 (ja) 半導体装置
CN112951819A (zh) 半导体器件模块及组装方法
JP4513920B2 (ja) 定電流制御回路
JP2017112294A (ja) 半導体装置及びモータドライバ
WO2021215103A1 (ja) 電子回路、半導体モジュール
WO2020162389A1 (ja) スイッチ駆動装置
JP2013504999A (ja) パワー半導体モジュール、および、パワー半導体回路装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210820

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220722

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220802

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221003

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230117

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230213

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7228494

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150