JP7448481B2 - 半導体装置、半導体モジュール、リレーユニット、バッテリユニット、及び車両 - Google Patents
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Description
図1に示すように、ハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両としての車両1は、バッテリユニット20、モータ11、インバータ回路12、及びコンデンサ13を備える。モータ11は、インバータ回路12に接続されている。モータ11の一例は、3相交流モータである。3相交流モータとして、例えば3相誘導モータを用いることができる。インバータ回路12は、高圧側ラインHL及び低圧側ラインLLによってバッテリユニット20と電気的に接続されている。インバータ回路12は、バッテリユニット20の出力電力を、モータ11を駆動する交流電力(例えば、U相、V相、及びW相の交流電力)に変換する。コンデンサ13は、バッテリユニット20とインバータ回路12との間に設けられている。コンデンサ13は、インバータ回路12と並列に接続されている。コンデンサ13の一例は、フィルムコンデンサ又は電解コンデンサである。
高圧側ラインHLに設けられた第1のリレー部31は、半導体モジュール40を含んで構成されている。低圧側ラインLLに設けられた第2のリレー部32は、機械接点式のリレーである。リレーユニット30においては、半導体モジュール40とゲート制御回路34とから半導体ユニット41が構成されている。
ゲート制御回路34は、IGBT42のゲートに電気的に接続されている。ゲート制御回路34は、IGBT42のゲートに印加する電圧信号であるゲート駆動信号Sgを生成し、IGBT42のゲートに出力する。IGBT42は、ゲート駆動信号Sgに基づいて動作する。
図4A及び図4Bを参照して、IGBT42の構造について説明する。
図4Aに示すように、IGBT42は、トレンチゲート型のIGBTである。IGBT42は、n型の半導体基板50を含む。半導体基板50は、例えばシリコン基板であり、表面50A及びその反対側の裏面50Bを有する。この半導体基板50の表面領域に、IGBT42の一部を構成する単位セル51が作り込まれている。
次に、ダイオード43の構成について説明する。図5は、ダイオード43の断面構造を示している。
図6~図10を参照して、半導体モジュール40の構成について説明する。
図6及び図7に示すように、半導体モジュール40は、外部端子として封止樹脂48から突出する制御端子45、バッテリユニット20(図1参照)側の接続端子46、及びインバータ回路12(図1参照)側の接続端子47を有する。図7に示すように、半導体モジュール40は、IGBT42及びダイオード43を1パッケージでモジュール化したものである。半導体モジュール40は、金属基板44を備える。半導体モジュール40は、平面視において長方形となるように形成されている。以下の説明において、平面視における半導体モジュール40の長手方向を「第1方向X」と規定し、平面視において第1方向Xと直交する方向を「第2方向Y」と規定し、第1方向X及び第2方向Yの両方と直交する方向を「第3方向Z」と規定する。
放熱板44aは、銅(Cu)からなる。図8及び図9に示すように、放熱板44aは、封止樹脂48の底面48Aから露出している。放熱板44aの平面視における形状は、第1方向Xが長手となる長方形である。なお、放熱板44aは、例えばアルミニウム(Al)から形成されてもよいし、放熱板44aを省略し、絶縁基板44bが直接露出してもよい。
エミッタ電極パッド66には第1金属電極層(図示略)が形成され、ゲート電極パッド67には第2金属電極層(図示略)が形成されている。またアノード電極パッド76aには第3金属電極層(図示略)が形成されている。
図1、図2、及び図11~図16を参照して、始動スイッチがオン操作されたときの半導体モジュール40の制御について説明する。
プリチャージ制御において、ゲート制御回路34は、コンデンサ13が徐々に充電されるようにIGBT42を制御する。具体的には、ゲート制御回路34は、IGBT42のゲートに印加される電圧を、IGBT42がフルオンする場合にゲートに印加される電圧よりも低くする。プリチャージ制御においてIGBT42のゲートに印加される電圧は、IGBT42の閾値電圧Vthよりも少し高い電圧であることが好ましい。すなわち、プリチャージ制御において、IGBT42に電流が流れるものの、IGBT42がフルオンした場合にIGBT42に流れる電流よりも十分に小さい電流となるようにIGBT42のゲートに印加される電圧が設定される。本実施形態では、IGBT42がフルオンする場合にゲートに印加される電圧は20Vであり、プリチャージ制御においてIGBT42のゲートに印加される電圧は8~10Vである。また、ゲート制御回路34は、間欠制御によってIGBT42を間欠動作させる。IGBT42の間欠動作の周波数は、1000Hz以下であることが好ましい。本実施形態のIGBT42の間欠動作の周波数は200Hzである。そしてIGBT42のデューティ比は、50%未満であることが好ましい。本実施形態では、IGBT42のデューティ比は、5%である。
インバータ回路12が短絡した場合、バッテリモジュール21からインバータ回路12に向けて大電流が流れる。このため、バッテリモジュール21とインバータ回路12との間に設けられた半導体モジュール40にも大電流が流れる。
(1-1)半導体装置40Aは、バッテリモジュール21とインバータ回路12との間に設けられ、IGBT42及びIGBT42に逆接続されたダイオード43を有する。IGBT42のコレクタはバッテリモジュール21の正極に接続され、IGBT42のエミッタはインバータ回路12に接続されている。半導体装置40Aの耐圧は、バッテリ電圧VB以上である。この構成によれば、半導体装置40Aがメインリレー及びプリチャージ用のリレー回路の機能を果たすことができる。すなわちバッテリモジュール21からの突入電流を抑制するための電流制限抵抗、プレチャージ用のリレー回路の機械接点式のリレー、及び機械接点式のメインリレーをリレーユニットから省略することができる。このため、機械接点式のメインリレーの接点部分が溶着して電流の遮断ができないこと、アーク放電すること、及び開閉回数に制限があることからリレーとしての信頼性が低くなる問題と、メインリレー及びプリチャージ用のリレー回路が開閉時に音が鳴る問題とが発生することを抑制することができる。したがって、信頼性の低下と騒音の発生とをそれぞれ抑制するとともにリレーユニット30の小型化及び軽量化を図ることができる。
図18~図22を参照して、第2実施形態の半導体ユニット41について説明する。本実施形態の半導体ユニット41は、第1実施形態の半導体ユニット41と比較して、IGBT42の温度及び過電流を検出する点が異なる。なお、以下の説明において、第1実施形態の半導体ユニット41の構成と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
IGBT42における金属基板44(図20参照)側とは反対側の表面の外周部分には、ガードリング90が形成されている。ガードリング90内の領域Rg1には、一対のエミッタ電極パッド91A,91B、ゲート電極パッド92、感温ダイオード80、アノード電極パッド93、カソード電極パッド94、電流センス81、電流センスパッド95、及びエミッタ電位パッド96が形成されている。またIGBT42における金属基板44側となる裏面には、コレクタ電極(図示略)が形成されている。エミッタ電極パッド91A,91B、ゲート電極パッド92、アノード電極パッド93、カソード電極パッド94、電流センスパッド95、及びエミッタ電位パッド96には、第1実施形態のエミッタ電極パッド66の第1金属電極層やゲート電極パッド67の第2金属電極層と同様の金属電極層が設けられている。
ダイオード43における金属基板44(図20参照)側とは反対側の表面の外周部分には、ガードリング100が形成されている。ガードリング100内の領域Rg2には、アノード電極パッド101が形成されている。またダイオード43における金属基板44側となる裏面には、カソード電極(図示略)が形成されている。アノード電極パッド101には、第1実施形態のアノード電極パッド76と同様に、第3金属電極層が形成されている。
(2-1)IGBT42には、IGBT42のエミッタから流れる電流に比例した電流が流れる電流センス81が設けられている。ゲート制御回路34は、電流センス81に接続されたセンス抵抗83に流れる電流に基づいて、IGBT42に流れる電流を検出する。そして、その電流が閾値以上の場合にIGBT42をオフ状態にする。この構成によれば、IGBT42に過電流が流れる場合にそのIGBT42をオフ状態として電流を遮断できる。このため、機械接点式のリレーと比較して、短時間で確実に電流を遮断できるため、ヒューズを省略できる。また、機械接点式のリレーと比較して、小型化できる。
図23~図26Bを参照して、第3実施形態の半導体ユニット41について説明する。本実施形態の半導体ユニット41は、第2実施形態の半導体ユニット41と比較して、半導体モジュール40の構成が異なる。なお、以下の説明において、第2実施形態の半導体ユニット41の構成と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
ダイオード43は、チャネル領域111及びドリフト領域112間のpn接合部によって形成されている。ダイオード43は、チャネル領域111をアノード領域として含む。ダイオード43は、チャネル領域111を介してエミッタ電極126に電気的に接続され、かつカソード領域114を介してコレクタ電極127に電気的に接続されている。このように本実施形態のRC-IGBTは、ダイオード43のアノードがIGBT42のエミッタ電極126に電気的に接続され、ダイオード43のカソードがIGBT42のコレクタ電極127に電気的に接続された構成を有する。
金属基板44において絶縁基板44b上に形成された第1配線部44cには、RC-IGBTとしての半導体装置40Aが実装されている。詳述すると、半導体装置40Aのコレクタ電極127(図23参照)が第1配線部44cに半田等により電気的に接続されている。
(3-1)IGBT42とダイオード43とは同一の半導体基板110で形成されている。この構成によれば、IGBT42とダイオード43とを個別の半導体基板で形成する場合に比べ、IGBT42とダイオード43とを電気的に接続する電力用ワイヤが不要となる。したがって、半導体モジュール40の構成を簡素化することができる。加えて、各半導体素子の温度変化が小さくなるため、パワーサイクルの信頼性が向上する。
図27及び図28を参照して、第4実施形態の半導体ユニット41について説明する。本実施形態の半導体ユニット41は、第2実施形態の半導体ユニット41と比較して、半導体モジュール40及び制御回路33の構成が異なる。なお、以下の説明において、第2実施形態の半導体ユニット41の構成と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
一例では、RB-IGBT42rbは、IGBT42と同様に、第3方向Zにおいて第1配線部44c側の面(裏面)にコレクタ電極(図示略)が形成され、上記裏面とは第3方向Zに反対側の表面にエミッタ電極パッド91rbA,91rbBが形成されている。またRB-IGBT42rbの表面には、IGBT42と同様に、ゲート電極パッド92、感温ダイオード80rb、アノード電極パッド93rb、カソード電極パッド94rb、電流センス81rb、電流センスパッド95rb、及びエミッタ電位パッド96rbが形成されている。
(4-1)RB-IGBT42rbには、RB-IGBT42rbのエミッタから流れる電流に比例した電流が流れる電流センス81rbが設けられている。ゲート制御回路34は、電流センス81rbに接続されたセンス抵抗83rbに流れる電流に基づいて、RB-IGBT42rbに流れる電流を検出する。そして、その電流が閾値以上の場合にRB-IGBT42rbをオフ状態にする。この構成によれば、RB-IGBT42rbに過電流が流れる場合にそのRB-IGBT42rbをオフ状態として電流を遮断できる。そして、機械接点式のリレーと比較して、小型化でき、短時間で確実に電流を遮断できる。
図29~図31Bを参照して、第5実施形態の半導体ユニット41について説明する。本実施形態の半導体ユニット41は、第1実施形態の半導体ユニット41と比較して、半導体モジュール40の構成が異なる。なお、以下の説明において、第1実施形態の半導体ユニット41の構成と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図30に示すように、金属基板44の絶縁基板44b上には、第1配線部143、第2配線部144、及び2つの第3配線部170,171が設けられている。一例では、第1方向Xにおいて第1配線部143と第2配線部144とが間隔をあけて対向するように配置されている。第1配線部143には接続端子46が接続され、第2配線部144には接続端子47が接続されている。一例では、第3配線部170,171は、第2方向Yから見て、接続端子46と重なる位置に配置されている。
(5-1)半導体装置40Aは、IGBT42と、IGBT42に逆並列に接続されたダイオード43と、IGBT42に並列に接続されたMOSFET140とを備える。この構成によれば、バッテリモジュール21からインバータ回路12に力行電流が供給される場合、IGBT42のコレクタ-エミッタ間電圧がオフセット電圧未満の電圧領域においてMOSFET140を通じて力行電流が流れる。またインバータ回路12からバッテリモジュール21に回生電流が供給される場合、ダイオード43aの立ち上がり電圧未満の電圧領域においてMOSFET140に回生電流が流れる。このため、バッテリモジュール21からインバータ回路12により速やかに力行電流を供給することができ、インバータ回路12からバッテリモジュール21により速やかに回生電流を供給することができる。
図32及び図33を参照して、第6実施形態の半導体ユニット41について説明する。本実施形態の半導体ユニット41は、第1実施形態の半導体ユニット41と比較して、制御回路33の構成及び半導体ユニット41の制御が異なる。なお、以下の説明において、第1実施形態の半導体ユニット41の構成と共通する構成には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
(6-1)制御回路33は、プリチャージ制御において各IGBT42a~42cを個別に制御する。詳述すると、制御回路33は、プリチャージ制御において各IGBT42a~42cのゲートに印加される電圧の印加タイミングを互いに異ならせる。この構成によれば、各IGBT42a~42cに電流が流れるタイミングが互いに異なるため、各IGBT42a~42cに電流が流れることに起因して発熱するタイミングが互いに異なる。したがって、プリチャージ制御において各IGBT42a~42cの温度が過度に高くなることを抑制することができる。加えて、各IGBT42a~42cを1つのゲート駆動回路によって駆動させないため、すなわち各IGBT42a~42cを同時にオンオフしないため、各IGBT42a~42cのうちの1つのIGBTに集中して電流が流れてしまうことを抑制できる。さらに、1つのIGBT42によって構成される半導体ユニット41と比較して、各IGBT42a~42cが遮断する電流量が約1/3になり、各IGBT42a~42cが同時にオンオフしないことにより、サージ電圧が互いに重畳されないため、各IGBT42a~42cのコレクタのサージ電圧を小さくすることができる。
上記各実施形態に関する説明は、本発明に従う半導体装置、半導体モジュール、半導体ユニット、リレーユニット、バッテリユニット、及び車両が取り得る形態の例示であり、その形態を制限することを意図していない。本発明に従う半導体装置、半導体モジュール、半導体ユニット、リレーユニット、バッテリユニット、及び車両は、上記各実施形態以外に例えば以下に示される変形例、及び相互に矛盾しない少なくとも2つの変形例が組み合せられた形態を取り得る。
図34に示すように、半導体装置40Aは、MOSFET140と、MOSFET140に逆並列に接続されたダイオード43とを有する。詳述すると、MOSFET140のソースにダイオード43のアノードが接続され、MOSFET140のドレインにダイオード43のカソードが接続されている。MOSFET140のソース及びドレインは、高圧側ラインHLに接続されている。MOSFET140は、例えばNチャネル型MOSFETが用いられている。MOSFET140のドレインがバッテリモジュール21の正極に接続される半導体装置40Aの第1端子となり、MOSFET140のソースがインバータ回路12に接続される半導体装置40Aの第2端子となる。MOSFET140のゲートは、ゲート制御回路34に接続されている。MOSFET140は、シリコン(Si)の半導体基板により形成されたMOSFETであってもよいし、炭化シリコン(SiC)や窒化ガリウム(GaN)の半導体基板により形成されたMOSFETであってもよい。シリコン(Si)のMOSFETでは、スーパージャンクション構造のものが用いられてもよい。また、窒化ガリウム(GaN)のMOSFETでは、HEMT構造のものが用いられてもよい。
・半導体モジュール40における半導体装置の個数は任意に変更可能である。一例では、半導体モジュール40は、複数の半導体装置を有する。この場合、複数の半導体装置は、互いに並列に接続される。
金属基板44の絶縁基板44b上には、第1配線部150及び第2配線部151が設けられている。第1配線部150及び第2配線部151は、第1方向Xに沿って配置されている。第1方向Xにおいて、第1配線部150における第2配線部151が配置される側とは反対側の端部には、接続端子46が接続されている。第2配線部151には接続端子47が接続されている。
・第2~第4実施形態において、IGBT42から感温ダイオード80及び電流センス81のいずれかを省略してもよい。また感温ダイオード80が省略されたIGBTからアノード電極パッド93及びカソード電極パッド94を省略することもできる。また電流センス81が省略されたIGBTから電流センスパッド95を省略することもできる。
・第6実施形態において、制御回路33は、IGBT42a~42cのゲートに電圧を印加する印加タイミングのうちの1つのみを異ならせてもよい。例えば、IGBT42bのゲートに電圧を印加する印加タイミングをIGBT42a,42cのゲートに電圧を印加する印加タイミングと異ならせてもよい。IGBT42aとIGBT42cとは、IGBT42bを挟んで配置されているため、すなわちIGBT42aとIGBT42cとは互いに離間して配置されているため、IGBT42aとIGBT42cとが互いに及ぼす熱影響が小さい。このため、IGBT42bの上記印加タイミングを異ならせることにより、各IGBT42a~42cの温度が過度に高くなることを抑制することができる。
(D1)図50に示すように、リレーユニット30から第2のリレー部32を省略する。すなわち低圧側ラインLLは、バッテリモジュール21の負極とインバータ回路12の下段側のスイッチング素子とを直接的に接続している。
次に、上記各実施形態及び変形例から把握できる技術的思想を以下に記載する。
(付記A1)モータと、前記モータを制御するインバータ回路との間に設けられる半導体ユニットであって、前記インバータ回路に電力を供給するバッテリの正極と前記インバータ回路との間に設けられ、前記バッテリから前記インバータ回路への電力の供給を制御するためのトランジスタと、前記トランジスタに逆並列に接続されたダイオードと、前記トランジスタの制御端子に接続され、前記制御端子に印加される電圧である制御電圧を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記バッテリから前記インバータ回路への電力供給開始時において、前記トランジスタを間欠動作させるように前記制御電圧を制御し、かつ、前記トランジスタの制御端子に印加される制御電圧を、前記トランジスタがフルオンするときの前記制御電圧よりも低くする、半導体ユニット。
(付記A4)前記トランジスタが間欠動作するときの周波数は、200Hzである、付記A3に記載の半導体ユニット。
(付記A6)前記トランジスタが間欠動作するときのデューティ比は、5%である、付記A5に記載の半導体ユニット。
(付記A9)前記バッテリと前記インバータ回路との間には、コンデンサが前記インバータ回路と並列に接続され、前記制御部は、前記コンデンサの端子間電圧が閾値以上の場合に前記トランジスタが間欠動作するときの前記制御電圧を、前記コンデンサの端子間電圧が前記閾値未満の場合に前記トランジスタが間欠動作するときの前記制御電圧よりも高くする、付記A1~A8のいずれか一つに記載の半導体ユニット。
(付記A13)前記制御部は、前記複数のトランジスタを個別に制御する、付記A12に記載の半導体ユニット。
(付記A15)前記バッテリと、付記A1~A14のいずれか一つに記載の半導体ユニットと、を備えるバッテリユニット。
(付記B1)バッテリの正極と、前記バッテリと電気的に接続されるインバータ回路との間に設けられるトランジスタを有する半導体装置と、前記トランジスタの制御端子に接続され、前記トランジスタを制御する制御部と、前記制御端子と前記制御部との間に設けられる抵抗部と、を備え、前記制御部は、前記トランジスタに流れる電流が閾値以上の場合に前記トランジスタをオフするように前記トランジスタを制御し、前記抵抗部の抵抗値は、100Ω以上である、半導体ユニット。
(付記B3)前記トランジスタは、感温ダイオードをさらに備える、付記B1又はB2に記載の半導体ユニット。
(付記B10)前記制御部は、複数の温度検出回路を備え、前記複数の温度検出回路は、前記複数の半導体装置の感温ダイオードのそれぞれから前記複数の半導体装置のトランジスタの温度を検出し、前記制御部は、前記複数の温度検出回路によって検出される温度の少なくとも1つが温度閾値以上となる場合、前記複数の半導体装置のトランジスタの前記制御端子のそれぞれに電流低下信号を供給する、付記B9に記載の半導体ユニット。
(付記B12)付記B11に記載のバッテリユニットと、前記インバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動するモータと、を備える車両。
(付記C5)付記C4に記載のバッテリユニットと、前記インバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動するモータと、を備える車両。
(付記D3)付記D1又はD2に記載の半導体装置と、前記半導体装置を制御する制御部と、を備える半導体ユニット。
(付記D6)付記D5に記載のバッテリユニットと、前記インバータ回路と、前記インバータ回路によって駆動するモータと、を備える車両。
(付記E1)
バッテリ側の第1端子と、
インバータ回路側の第2端子と、
トランジスタと、を備える半導体装置であって、
当該半導体装置は、前記トランジスタの制御端子に印加する電圧を制御することにより前記第1端子から前記第2端子への電流の供給を許容し、かつ前記第2端子から前記第1端子への電流の供給を許容するように構成され、
前記第1端子と前記第2端子との間の耐圧は、前記バッテリと前記インバータ回路との間の電圧以上である
半導体装置。
(付記E2)
前記トランジスタは、IGBTであり、
前記半導体装置は前記IGBTに逆並列に接続されたダイオードをさらに備え、
前記IGBTのコレクタが前記第1端子となり、前記IGBTのエミッタが前記第2端子となる
付記E1に記載の半導体装置。
(付記E3)
前記IGBT及び前記ダイオードは、個別の半導体チップとして設けられている
付記E2に記載の半導体装置。
(付記E4)
前記IGBTと前記ダイオードとは同一の半導体基板で形成されている
付記E2に記載の半導体装置。
(付記E5)
前記半導体装置は前記IGBTと並列に接続されたMOSFETをさらに備え、
前記MOSFETは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含む
付記E2~E4のいずれか1つに記載の半導体装置。
(付記E6)
前記IGBT及び前記MOSFETは、同時にオンし、同時にオフする
付記E5に記載の半導体装置。
(付記E7)
前記トランジスタは、IGBTであり、
前記半導体装置は前記IGBTに並列に接続されたMOSFETをさらに備え、
前記MOSFETは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含む
付記E1に記載の半導体装置。
(付記E8)
前記IGBT及び前記MOSFETは、同時にオンし、同時にオフする
付記E7に記載の半導体装置。
(付記E9)
前記トランジスタは、MOSFETであり、
前記半導体装置は前記MOSFETと逆並列に接続されたダイオードをさらに備える
付記E1に記載の半導体装置。
(付記E10)
前記MOSFET及び前記ダイオードは、個別の半導体チップとして設けられている
付記E9に記載の半導体装置。
(付記E11)
前記MOSFETは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含む
付記E9又はE10に記載の半導体装置。
(付記E12)
前記トランジスタは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含むMOSFETである
付記E1に記載の半導体装置。
(付記E13)
バッテリの正極と、
前記バッテリと電気的に接続されるインバータ回路との間に設けられるIGBTと、
前記IGBTに逆並列に接続されたRB-IGBTと、を備える
半導体装置。
(付記E14)
前記IGBT及び前記RB-IGBTは、同時にオンし、同時にオフする
付記E13に記載の半導体装置。
(付記E15)
並列に接続された複数の半導体装置を備える半導体モジュールであって、
前記複数の半導体装置の各々は、付記E1~E14のいずれか1つに記載の半導体装置である
半導体モジュール。
(付記E16)
付記E15に記載の半導体モジュールを備えるリレーユニット。
(付記E17)
付記E1~E14のいずれか1つに記載の半導体装置を備えるリレーユニット。
(付記E18)
前記バッテリの負極と前記インバータ回路との間に設けられる機械式接点のリレーをさらに備える
付記E16又はE17に記載のリレーユニット。
(付記E19)
前記バッテリの正極と前記インバータ回路との間に設けられる正極側半導体装置と、
前記バッテリの負極と前記インバータ回路との間に設けられる負極側半導体装置と、
を備え、
前記正極側半導体装置は、付記E1~E14のいずれか1つに記載の半導体装置である
リレーユニット。
(付記E20)
前記バッテリの正極と前記インバータ回路との間に設けられる正極側半導体モジュールと、
前記バッテリの負極と前記インバータ回路との間に設けられる負極側半導体モジュールと、
を備え、
前記正極側半導体モジュールは、付記E15に記載の半導体モジュールである
リレーユニット。
(付記E21)
前記バッテリと、
付記E16~E20のいずれか1つに記載のリレーユニットと、
を備えるバッテリユニット。
(付記E22)
付記E21に記載のバッテリユニットと、
前記インバータ回路と、
前記インバータ回路によって駆動するモータと、
を備える車両。
Claims (30)
- バッテリ側の第1端子と、インバータ回路側の第2端子と、制御端子とを備えるトランジスタと、
前記第1端子と前記第2端子とに接続されたダイオードとを有する半導体装置であって、
当該トランジスタは、前記制御端子に印加する電圧を制御することにより前記第1端子から前記第2端子への電流の供給を許容し、かつ前記ダイオードは前記第2端子から前記第1端子への電流の供給を許容するように構成され、
前記第1端子と前記第2端子との間の耐圧は、前記バッテリと前記インバータ回路との間の電圧以上であり、
前記制御端子には、電流制限抵抗が接続されており、
前記制御端子に電気的に接続され、前記トランジスタのオン/オフ動作を制御する制御電圧を制御する制御部をさらに備え、
前記電流制限抵抗は、前記制御端子と前記制御部との間に設けられており、
前記制御部は、前記第1端子から前記第2端子への電力供給開始時において、前記トランジスタを間欠動作させるように前記制御電圧を制御し、かつ、前記トランジスタの前記制御電圧を、前記トランジスタがフルオンするときの前記制御電圧よりも低くする
半導体装置。 - 前記トランジスタは、IGBTであり、
前記ダイオードは前記IGBTに逆並列に接続され、
前記IGBTのコレクタが前記第1端子となり、前記IGBTのエミッタが前記第2端子となる
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記IGBT及び前記ダイオードは、個別の半導体チップとして設けられ、1つの封止樹脂に封止されている
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記IGBTと前記ダイオードとは同一の半導体基板で形成されている
請求項2に記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は前記IGBTと並列に接続されたMOSFETをさらに備え、
前記MOSFETは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含む
請求項2~4のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記IGBT及び前記MOSFETは、同時にオンし、同時にオフする
請求項5に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、IGBTであり、
前記半導体装置は前記IGBTに並列に接続されたMOSFETをさらに備え、
前記MOSFETは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含む
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記IGBT及び前記MOSFETは、同時にオンし、同時にオフする
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、炭化シリコンにより形成されたMOSFETであり、
前記半導体装置は前記MOSFETと逆並列に接続されたダイオードをさらに備える
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記MOSFET及び前記ダイオードは、個別の半導体チップとして設けられ、1つの封止樹脂に封止されている
請求項9に記載の半導体装置。 - 前記MOSFETは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含む
請求項9又は10に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、還流ダイオードとしてのボディダイオードを含むMOSFETである
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記トランジスタは、感温ダイオードを有し、
前記感温ダイオードの出力に応じて前記制御端子に印加される制御電圧が制御される
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記感温ダイオードは、前記トランジスタの表面の中央部に形成されている
請求項13に記載の半導体装置。 - 前記制御部は、前記第1端子から前記第2端子への電力供給開始から時間経過とともに段階的に変化する前記制御電圧を前記制御端子に印加する
請求項1~14のいずれか一項に記載の半導体装置。 - バッテリ側の第1端子及びインバータ回路側の第2端子を有するIGBTと第1感温ダイオードとを有する第1半導体装置と、
前記IGBTに逆並列に接続されたRB-IGBTと第2感温ダイオードとを有する第2半導体装置と、を備える
半導体装置。 - 前記IGBT及び前記RB-IGBTは、同時にオンし、同時にオフする
請求項16に記載の半導体装置。 - 前記第1半導体装置は、前記IGBTのエミッタから流れる電流に比例した電流が流れる第1電流センスを備え、
前記第2半導体装置は、前記RB-IGBTのエミッタから流れる電流に比例した電流が流れる第2電流センスを備える
請求項16又は17に記載の半導体装置。 - 前記IGBTの温度及び前記RB-IGBTの温度の少なくとも一方が温度閾値以上の場合、前記IGBT及び前記RB-IGBTがオフされる
請求項16に記載の半導体装置。 - 前記IGBTに流れる電流及び前記RB-IGBTに流れる電流の少なくとも一方が閾値以上の場合、前記IGBT及び前記RB-IGBTがオフされる
請求項18に記載の半導体装置。 - 前記第1感温ダイオードは、前記IGBTの表面の中央に形成されている
請求項16~20のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記IGBTのゲートに接続された第1電流制限抵抗と、
前記RB-IGBTのゲートに接続された第2電流制限抵抗と、
を備え、
前記第1電流制限抵抗の抵抗値と前記第2電流制限抵抗の抵抗値とは互いに異なっている
請求項16~21のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 並列に接続された複数の半導体装置を備える半導体モジュールであって、
前記複数の半導体装置の各々は、請求項1~22のいずれか一項に記載の半導体装置である
半導体モジュール。 - 請求項23に記載の半導体モジュールを備えるリレーユニット。
- 請求項1~22のいずれか一項に記載の半導体装置を備えるリレーユニット。
- バッテリの負極とインバータ回路との間に設けられる機械式接点のリレーをさらに備える
請求項24又は25に記載のリレーユニット。 - バッテリの正極とインバータ回路との間に設けられる正極側半導体装置と、
前記バッテリの負極と前記インバータ回路との間に設けられる負極側半導体装置と、
を備え、
前記正極側半導体装置は、請求項1~22のいずれか一項に記載の半導体装置である
リレーユニット。 - バッテリの正極とインバータ回路との間に設けられる正極側半導体モジュールと、
前記バッテリの負極と前記インバータ回路との間に設けられる負極側半導体モジュールと、
を備え、
前記正極側半導体モジュールは、請求項23に記載の半導体モジュールである
リレーユニット。 - 請求項24~28のいずれか一項に記載のリレーユニットと、
前記リレーユニットに接続されたバッテリと、
を備えるバッテリユニット。 - 請求項29に記載のバッテリユニットと、
前記バッテリユニットの前記バッテリに前記リレーユニットを介して接続されたインバータ回路と、
前記インバータ回路によって駆動するモータと、
を備える車両。
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