JP7447056B2 - 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 (23)
- 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、
ゲート-ソースボードであって、前記パワー基板に対して搭載され、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたゲート-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、
信号線であって、前記複数のパワーデバイスのゲートに接続され、ゲートドライバからのドライバ制御信号を受信するように構成された信号線と、
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、前記クランプ回路は入力を前記複数のパワーデバイスのゲートにクランプするように構成され、前記ゲートへの前記入力は前記信号線上で受信された前記ゲートドライバから生成された前記ドライバ制御信号を備える、クランプ回路と、
前記クランプ回路であって、前記パワー基板上に搭載されたベースプレート、前記パワー基板、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された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、前記パワーデバイスと前記複数のパワーデバイスを駆動するように構成されたゲートドライバとの間に電気的に接続された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に配置される、前記クランプ回路と、
センスおよび制御回路であって、前記クランプ回路に電気的に接続され、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、
を備え、
前記クランプ回路は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、
前記クランプ回路は前記複数のパワーデバイスを個別にオフに制御するトランジスタを備え、
前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスの前記ゲートに接続され、
前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスのソース/エミッタおよび負の電圧バイアス(-V)のうち少なくとも一つに接続され、
前記ゲートドライバは前記パワーモジュール装置および前記クランプ回路から分離して、かつ離隔して実装および配置され、
前記パワーモジュール装置および前記クランプ回路は前記信号線上の前記ゲートドライバから生成された前記ドライバ制御信号を受信するように構成される、
パワーモジュール装置。 - 前記センスおよび制御回路は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検知するように構成され、前記センスおよび制御回路は前記パワーモジュール装置に組み込まれる、請求項1に記載のパワーモジュール装置。
- 前記クランプ回路は前記パワーモジュール装置を用いて動作する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はミラークランプを備え、
前記ミラークランプは前記パワーモジュール装置に組み込まれる、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路は前記ゲート-ソースボード上に配置される、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を構成するためのプロセスであって、
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-ソースボードは前記複数のパワーデバイスに電気的に接続される、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、
信号線を前記複数のパワーデバイスのゲートおよびゲートドライバに接続することと、
前記ゲートドライバからのドライバ制御信号を前記信号線上で受信することと、
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、前記クランプ回路は入力を前記複数のパワーデバイスのゲートにクランプするように構成される、設けることと、
前記クランプ回路を用いて入力を前記複数のパワーデバイスの前記ゲートにクランプすることであって、前記ゲートへの前記入力は前記パワーモジュール装置から分離して、かつ離隔して実装および配置された前記ゲートドライバから受信したドライバ制御信号を備える、クランプすることと、
前記クランプ回路を、前記パワー基板上に搭載されたベースプレート、前記パワー基板、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された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、前記パワーデバイスと前記複数のパワーデバイスを駆動するように構成されたゲートドライバとの間に電気的に接続された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に配置することと、
センスおよび制御回路を用い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、
前記センスおよび制御回路は前記パワーモジュール装置に組み込まれ、
前記クランプ回路は前記複数のパワーデバイスの前記ゲートにおける電圧チャージアップをクランプ回路無しで実装されたパワーモジュールと比較して少なくとも10%低減させるように構成され、
前記パワーモジュール装置および前記クランプ回路は前記信号線上の前記ゲートドライバから生成された前記ドライバ制御信号を受信するように構成される、
パワーモジュール装置を構成するためのプロセス。 - 前記センスおよび制御回路を用い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検知することをさらに含み、
前記センスおよび制御回路は前記パワーモジュール装置内に実装され、前記クランプ回路に電気的に接続される、
請求項5に記載のパワーモジュール装置を構成するためのプロセス。 - 前記クランプ回路を前記ゲート-ソースボード上に配置することをさらに含み、
前記ゲート-ソースボードは前記複数のパワーデバイスを制御するために前記複数のパワーデバイスへのゲート接続を形成するように構築され、
前記クランプ回路はミラークランプを備える、
請求項5に記載のパワーモジュール装置を構成するためのプロセス。 - 前記複数のパワーデバイスを個別にオフに制御するトランジスタを用いて前記クランプ回路を構成することと、
前記トランジスタを前記複数のパワーデバイスのソース/エミッタおよび負の電圧バイアス(-V)のうち少なくとも一つに接続することと、
をさらに含む、請求項5に記載のパワーモジュール装置を構成するためのプロセス。 - 前記センスおよび制御回路はゲートドライバからの前記ドライバ制御信号を検出するように構成され、かつ前記センスおよび制御回路は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は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するように構成され、かつ前記センスおよび制御回路は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。 - 前記ゲート-ソースボードは前記複数のパワーデバイスを制御するために前記複数のパワーデバイスへのゲート接続を形成するように構築され、
前記クランプ回路は前記ゲート-ソースボード上に配置され、前記ゲートドライブコネクタに電気的に接続される、
請求項1に記載のパワーモジュール装置。 - 前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスの前記ゲートに電気的に接続され、
前記トランジスタはさらに前記複数のパワーデバイスの前記ソース/エミッタに電気的に接続され、
前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスの前記ゲートを前記複数のパワーデバイスの前記ソース/エミッタに短絡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。 - 前記クランプ回路は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は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いて前記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をゲートドライバからの前記ドライバ制御信号を検出するように構成することであって、前記センスおよび制御回路は前記クランプ回路を有効にするように構成される、構成することと、
前記センスおよび制御回路を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するように構成することであって、前記センスおよび制御回路は前記クランプ回路を有効にするように構成される、構成することと、
をさらに含む、請求項5に記載のパワーモジュール装置を構成するためのプロセス。 - 前記ゲート-ソースボードは前記複数のパワーデバイスを制御するために前記複数のパワーデバイスへのゲート接続を形成するように構築され、
前記クランプ回路は前記ゲート-ソースボード上に配置され、前記ゲートドライブコネクタに電気的に接続される、
請求項5に記載のパワーモジュール装置を構成するためのプロセス。 - 前記センスおよび制御回路を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いて前記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することをさらに含む、請求項5に記載のパワーモジュール装置を構成するためのプロセス。
- 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、
ゲート-ソースボードであって、前記パワー基板に対して搭載され、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続されたゲート-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、
信号線であって、前記複数のパワーデバイスのゲートに接続され、ゲートドライバからのドライバ制御信号を受信するように構成される信号線と、
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、前記クランプ回路は入力を前記複数のパワーデバイスのゲートにクランプするように構成され、前記ゲートへの前記入力は前記信号線上で受信された前記ゲートドライバから生成された前記ドライバ制御信号を備える、クランプ回路と、
前記クランプ回路であって、前記パワー基板上に搭載されたベースプレート、前記パワー基板、前記複数のパワーデバイスに電気的に接続された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、前記パワーデバイスと前記複数のパワーデバイスを駆動するように構成されたゲートドライバとの間に電気的に接続された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に配置される、前記クランプ回路と、
センスおよび制御回路であって、前記クランプ回路に電気的に接続され、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、
を備え、
前記センスおよび制御回路はゲートドライバからの前記ドライバ制御信号を検出するように構成され、かつ前記センスおよび制御回路は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は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するように構成され、かつ前記センスおよび制御回路は前記クランプ回路を有効にするように構成され、
前記クランプ回路は前記複数のパワーデバイスを個別にオフに制御するトランジスタを備え、
前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスの前記ゲートに接続され、
前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスのソース/エミッタおよび負の電圧バイアス(-V)のうち少なくとも一つに接続され、
前記ゲートドライバは前記パワーモジュール装置および前記クランプ回路から分離して、かつ離隔して実装および配置され、
前記パワーモジュール装置および前記クランプ回路は前記信号線上の前記ゲートドライバから生成された前記ドライバ制御信号を受信するように構成される、
パワーモジュール装置。 - 前記センスおよび制御回路は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検知するように構成され、前記センスおよび制御回路は前記パワーモジュール装置に組み込まれる、請求項17に記載のパワーモジュール装置。
- 前記クランプ回路は前記パワーモジュール装置を用いて動作する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の少なくとも一つはミラークランプを備え、
前記ミラークランプは前記パワーモジュール装置に組み込まれる、
請求項17に記載のパワーモジュール装置。 - 前記クランプ回路は前記ゲート-ソースボード上に配置される、請求項17に記載のパワーモジュール装置。
- 前記ゲート-ソースボードは前記複数のパワーデバイスを制御するために前記複数のパワーデバイスへのゲート接続を形成するように構築され、
前記クランプ回路は前記ゲート-ソースボード上に配置され、前記ゲートドライブコネクタに電気的に接続される、
請求項17に記載のパワーモジュール装置。 - 前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスの前記ゲートに電気的に接続され、
前記トランジスタはさらに前記複数のパワーデバイスの前記ソース/エミッタに電気的に接続され、
前記トランジスタは前記複数のパワーデバイスの前記ゲートを前記複数のパワーデバイスの前記ソース/エミッタに短絡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。 - 前記センスおよび制御回路は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いて前記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17に記載のパワーモジュール装置。
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