JPH02202375A - Power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module

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JPH02202375A
JPH02202375A JP1021685A JP2168589A JPH02202375A JP H02202375 A JPH02202375 A JP H02202375A JP 1021685 A JP1021685 A JP 1021685A JP 2168589 A JP2168589 A JP 2168589A JP H02202375 A JPH02202375 A JP H02202375A
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transistor
current
shunt resistor
transistors
self
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Ikunori Takada
高田 育紀
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Mitsubishi Electric Corp
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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
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    • H01L2224/02Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/04Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
    • H01L2224/06Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
    • H01L2224/0601Structure
    • H01L2224/0603Bonding areas having different sizes, e.g. different heights or widths

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  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

PURPOSE:To protect elements from breakdown by detecting the interval when the voltage across a shunt resistor has reverse polarity as the conducting interval of circulation current and then blocking ON signal based on the detection. CONSTITUTION:A power semiconductor module is a circuit to be employed as a switch for an inverter circuit and comprises flywheel diodes D1-D2 connected in reverse parallel, for circulating current through NPN transistor NPN of a self arc-extinguishing semiconductor element and a shunt resistor Rs. A terminal T for detecting the polarity of terminal voltage of the shunt resistor Rs is provided, and control is made such that forward base current is not fed to the transistor Q3 based on the detection of reverse polarity output.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、インバータ回路やチョッパ回路などの電力
変換回路に使用される電力用半導体モジュールに関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a power semiconductor module used in a power conversion circuit such as an inverter circuit or a chopper circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

近年、電力変換装置に使用される主要素子は、オン機能
しか持たないかってのサイリスタからオン機能およびオ
フ機能の両方を持つGTO,バイポーラ・トランジスタ
、<Gar、 Bt・MOSトランジスタなどの自己消
弧形半導体素子に取って替わられている。この自己消弧
形半導体素子はサイリスタよりも動作速度が速いので、
これを主要素子として使用した電力変換装置の場合、電
力変換効率を上げることができ部品構成も簡単になるば
かりでなく、動作シーケンスも単純化できる。
In recent years, the main elements used in power conversion devices have changed from the traditional thyristors, which only had an on function, to self-extinguishing types such as GTOs, bipolar transistors, <Gar, Bt MOS transistors, etc., which have both on and off functions. They are being replaced by semiconductor devices. This self-extinguishing semiconductor device operates faster than a thyristor, so
In the case of a power conversion device using this as a main element, not only can the power conversion efficiency be increased and the component configuration be simplified, but also the operation sequence can be simplified.

第4図は典型的な電力変換装置の一例である単相ブリッ
ジ電圧型PWMインバータの基本的な動作原理を示す回
路図である。同図において、スイッチA、B、C,Dは
それぞれ上記した自己消弧型半導体素子である例えばバ
イポーラ・トランジスタにフライホイール・ダイオード
を逆並列に接続して構成されており、スイッチA、Bの
直列回路とスイッチC2Dの直列回路を並列に接続し、
その並列回路の両端子間に定電圧電源■を接続するとと
もに、スイッチA、Bの接続点とスイッチC1Dの接続
点との間にインダクタンスLが接続されている。スイッ
チA、DおよびスイッチB。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the basic operating principle of a single-phase bridge voltage type PWM inverter, which is an example of a typical power converter. In the figure, switches A, B, C, and D are each constructed by connecting a flywheel diode in antiparallel to the above-mentioned self-extinguishing semiconductor element, such as a bipolar transistor. Connect the series circuit and the series circuit of switch C2D in parallel,
A constant voltage power supply (2) is connected between both terminals of the parallel circuit, and an inductance L is connected between the connection point of the switches A and B and the connection point of the switch C1D. Switches A, D and Switch B.

Cはそれぞれ対になってオン・オフ動作する。すなわち
スイッチAのトランジスタがオン・オフするときスイッ
チDのトランジスタもオン・オフとなり、またスイッチ
Bのトランジスタがオン・オフするときスイッチCのト
ランジスタもオン・オフとなるように各トランジスタは
制御される。
C are turned on and off in pairs. In other words, each transistor is controlled so that when the transistor of switch A turns on and off, the transistor of switch D also turns on and off, and when the transistor of switch B turns on and off, the transistor of switch C also turns on and off. .

第5図は上記インバータの動作を示すタイミングチャー
トであり、そのうち第5図(1)は上記各スイッチA−
Dのオン・オフ動作を制御する制御信号の波形(変調波
a、信号波b1.b2)を示し、第5図(2)は信号波
が高電圧時の出力電圧Eoutの波形を示し、第5図(
3)は信号波が低電圧時の出力電圧E。utの波形を示
している。第5図(1)に示す変調波aのレベルが信号
波bl、b2のレベルよりも低い区間(例えば第5図(
2)、 (3)に示すtl、t2の区間)ではスイッチ
A、Dのトランジスタのベースにオン信号が与えられ、
変調波aのレベルが信号波b1.b2のレベルよりも高
い区間(例えば第5図(2) 、 (3)に示すt3゜
t4の区間)ではスイッチB、Cのトランジスタのベー
スにオン信号が与えられている。信号波b1の場合のよ
うにその振幅が大きいときには、第5図(2)の点線に
示すようにインバータの出力電力が大きくなり、信号波
b2の場合のようにその振幅が小さいときには、第5図
(3)の点線に示すようにインバータの出力電力が小さ
くなる。またインバータ出力の周波数は信号波b1.b
2の周波数に対応する。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the above-mentioned inverter, of which FIG. 5 (1) shows each of the above-mentioned switches A-
5(2) shows the waveform of the output voltage Eout when the signal wave is at a high voltage. Figure 5 (
3) is the output voltage E when the signal wave is at low voltage. ut waveform is shown. 5(1) where the level of the modulated wave a is lower than the levels of the signal waves bl and b2 (for example, FIG.
2), (sections tl and t2 shown in (3)), ON signals are given to the bases of the transistors of switches A and D,
The level of modulated wave a is equal to signal wave b1. In an interval higher than the level of b2 (for example, the interval t3 to t4 shown in FIGS. 5(2) and 5(3)), ON signals are applied to the bases of the transistors of switches B and C. When the amplitude is large as in the case of the signal wave b1, the output power of the inverter increases as shown by the dotted line in FIG. 5(2), and when the amplitude is small as in the case of the signal wave b2, the As shown by the dotted line in Figure (3), the output power of the inverter decreases. Also, the frequency of the inverter output is the signal wave b1. b
Corresponds to frequency 2.

ところで、第4図に示すインバータ回路において、例え
ばスイッチA、Dのトランジスタがオンして矢印■で示
す負荷電流が流れている状態から、一定の休止期間を経
てスイッチA、Dのトランジスタがオフに切り替わる一
方、スイッチB、Cのトランジスタにオン信号が与えら
れたとする。このとき、インダクタンスしに流れていた
矢印■方向の電流が減少するので、インダクタンスLに
逆起電力が生じ、矢印■で示すような環流電流が流れる
。この環流電流はスイッチB、Cにおいて、それらのト
ランジスタに逆並列に接続されたフライホイール・ダイ
オードを通じて流れるので、スイッチB、Cのトランジ
スタには通常の動作時と逆方向の電圧が印加される。し
たがって、この期間はスイッチB、Cのトランジスタの
通常のオン動作を期待できないが、それにもかかわらず
これらのトランジスタに対してオン信号が入力される状
態となっている(このような状態を、以下「空打ちモー
ド」と呼ぶ)。スイッチB、Cのトランジスタにオン信
号が与えられる期間が第5図(2)に示す区間t5のよ
うにごく短い場合には、スイッチB、Cのトランジスタ
がオンしても上述した環流電流のため第4図に示す矢印
■の負荷電流は流れず「空打ちモード」のみが生じる。
By the way, in the inverter circuit shown in Fig. 4, for example, from a state where the transistors of switches A and D are on and the load current shown by the arrow ■ is flowing, the transistors of switches A and D are turned off after a certain rest period. Assume that an on signal is applied to the transistors of switches B and C while switching. At this time, the current flowing through the inductance in the direction of the arrow (■) decreases, so a back electromotive force is generated in the inductance L, and a circulating current as shown by the arrow (■) flows. This circulating current flows through the flywheel diodes connected in antiparallel to the transistors of switches B and C, so that a voltage in the opposite direction to that during normal operation is applied to the transistors of switches B and C. Therefore, during this period, normal ON operation of the transistors of switches B and C cannot be expected, but despite this, ON signals are input to these transistors (this state will be described below). (referred to as "empty firing mode"). If the period during which the ON signal is applied to the transistors of switches B and C is very short as in the section t5 shown in FIG. The load current indicated by the arrow ■ shown in FIG. 4 does not flow, and only the "dry firing mode" occurs.

スイッチB、Cのトランジスタにオン信号が与えられる
期間が短くない場合にも、「空打ちモード」を経て、ス
イッチB、Cのトランジスタは定常状態になる。
Even if the period during which ON signals are applied to the transistors of switches B and C is not short, the transistors of switches B and C enter a steady state after passing through the "dry firing mode."

一方、スイッチA、Dのトランジスタに再びオン信号が
与えられるとき、これらのトランジスタはオフ時に保持
していた電圧(電源電圧)を保持したままオン動作に移
る。このとき、スイッチB。
On the other hand, when an on signal is applied again to the transistors of switches A and D, these transistors turn on while maintaining the voltage (power supply voltage) held when they were off. At this time, switch B.

Cのトランジスタにオン信号が与えられていた期間がご
く短かった場合には、スイッチAのトランジスタと、ス
イッチ8のトランジスタに逆並列に接続されたフライホ
イール・ダイオードを通じて大電流が流れる。同様に、
スイッチCのトランジスタと、スイッチDのトランジス
タに逆並列に接続されたフライホイール・ダイオードを
通じて大電流が流れる。なぜなら、少なくともこの段階
の直前までスイッチB、Cのフライホイール・ダイオー
ドには還流電流が流れていたため、これらのフライホイ
ール・ダイオードの内部に蓄積された電荷が取り去られ
るまでの間は、フライホイール・ダイオードは短絡状態
にあると見做されるからである。これらフライホイール
・ダイオードが短絡状態となっている期間の最後に、そ
れまでスイッチA、Dのトランジスタが保持していた電
圧は、替ってスイッチB、Cのトランジスタによって保
持されることになり、この電圧の分担の切替わりは一般
的に撞く短時間のうちに起る。
If the ON signal is applied to the transistor C for a very short period of time, a large current will flow through the flywheel diode connected anti-parallel to the transistor of switch A and the transistor of switch 8. Similarly,
A large current flows through the transistor of switch C and the flywheel diode connected anti-parallel to the transistor of switch D. This is because freewheeling current was flowing through the flywheel diodes of switches B and C until at least just before this stage, so the flywheel diodes remain free until the charge accumulated inside these flywheel diodes is removed. This is because the diode is considered to be in a short-circuited state. At the end of the short-circuited period of these flywheel diodes, the voltage previously held by the transistors of switches A and D will be held by the transistors of switches B and C. This switching of voltage sharing generally occurs within a short period of time.

以上の動作において、スイッチA、Dのトランジスタで
は、l!m電圧を保持したままで大電流が流されること
から、これらのトランジスタにおいて破壊が生じ易いこ
とが予測される。このモードのトランジスタの安全作動
領域は、「短路SO△」という指標で示される。
In the above operation, the transistors of switches A and D have l! Since a large current is caused to flow while maintaining the m voltage, it is predicted that these transistors are likely to be destroyed. The safe operating area of the transistor in this mode is indicated by the index "Short SOΔ".

ところが実際には、「空打ちモード」の動作が行われる
スイッチB、C側のトランジスタの方の破壊がはるかに
起り易いことが経験的に知られている。また、このとき
スイッチB、C側のトランジスタのベース駆動において
、順方向ベース電流が大きい場合の方がより破壊し易い
ことも経験的に知られている。
However, in reality, it is known from experience that the transistors on the switch B and C sides, which operate in the "dry firing mode", are much more likely to be destroyed. In addition, it is also known empirically that when the forward base current is large in driving the bases of the transistors on the switch B and C sides, the transistors are more likely to be destroyed.

なお、スイッチB、Cのトランジスタがオンし、矢印■
の負荷電流が流れていたとき、スイッチ△。
Note that the transistors of switches B and C are turned on, and the arrow ■
When the load current is flowing, switch △.

Dのトランジスタにオン信号が与えられた場合、「空打
ちモード」はスイッチA、t)のトランジスタに生じ、
大電流は、スイッチB、Cのトランジスタに流れる。
When an on signal is given to the transistor D, "dry firing mode" occurs in the transistor of switch A, t),
A large current flows through the transistors of switches B and C.

上記した「空打ちモード」に対応するトランジスタの破
壊耐量を改善する対策として、トランジスタのマージン
を大きくしたり、ベース駆動回路に必要以上のベース電
流を流さないようにする回路を付加するなどの経験的対
応が行われていた。
As measures to improve the breakdown resistance of transistors that correspond to the above-mentioned "dry firing mode", we have gained experience such as increasing the transistor margin and adding a circuit to the base drive circuit to prevent more base current than necessary from flowing. Correspondence was being taken.

なお、上記した「空打ちモード]の動作の解析はこれま
で十分なされていないが、以下のようなメカニズムが働
いていると予想されている。
Although the operation of the above-mentioned "dry firing mode" has not been sufficiently analyzed to date, the following mechanism is expected to be at work.

すなわち、「空打ちモード」の動作では、トランジスタ
にコレクタ電流が流れなくても、与えられる順方向ベー
ス電流によってトランジスタ内部にわずかではあるが電
荷の存在する状態が出現するく少なくとも、トランジス
タが典型的にオンしたと見做せる飽和状態では、与えら
れた順方向ベース電流はベースからコレクタへと流れる
)。このトランジスタに逆並列に接続されているフライ
ホイール・ダイオードが短絡状態を呈する期間の最後に
おいては、上述したように、このような内部状態のトラ
ンジスタに電源電圧に相当する高電圧が極く短時間に印
加されることになる。このように内部に電荷を保有する
トランジスタに、電圧が急峻に印加される状況は一般的
にトランジスタの安定動作にとってはなはだ良くないと
いうことが、参考文献<11.N15hiua+i e
t al、”tligh VoltaaeHiah P
ower Transistor Modules f
or 440V ACLine Vo目age Inv
erter Application” Confer
encerecord of IPECTokyo°8
3〉によっても知られているところである。
In other words, in "dry firing mode" operation, even if no collector current flows through the transistor, the forward base current applied creates a state in which a small amount of charge exists inside the transistor. In the saturated state, which can be assumed to be turned on, a given forward base current flows from the base to the collector). At the end of the period in which the flywheel diode connected in antiparallel to this transistor exhibits a short-circuit condition, as described above, a high voltage corresponding to the power supply voltage is applied to the transistor in such an internal state for a very short time. will be applied to Reference document <11. N15hiua+i e
tal,”tight VoltaaeHiah P
ower Transistor Modules f
or 440V ACLine Vomage Inv
erter Application” Conference
ence record of IPECT Tokyo°8
It is also known for 3.

このような「空打ちモード]のメカニズムを考慮して、
第6図に示すように「空打ちモード」を起さないベース
駆動回路の構成も、トランジスタ破壊耐量を改善する1
つの対策として提案されている。第6図において、2つ
のNPNトランジスタQ1.Q2はダーリントン接続さ
れており、NPNトランジスタQ1のコレクタ・エミッ
タ間にフライホイール・ダイオードDが逆並列に接続さ
れている。NPNトランジスタQ1.Q2のコレクタ側
の電路には逆方向電流(還流電流)を検出する電流検出
コイル1が挿入され、この電流検出コイル1の検出出力
が逆方向電流を示す間はベース・アンプAMPを非活性
化し、NPNトランジスタQ2に対して順方向ベース電
流を流さない構成とされている。
Taking into consideration the mechanism of such "empty firing mode",
As shown in Figure 6, the configuration of the base drive circuit that does not cause "dry firing mode" also improves the transistor breakdown resistance1.
This has been proposed as one countermeasure. In FIG. 6, two NPN transistors Q1. Q2 is Darlington connected, and a flywheel diode D is connected in antiparallel between the collector and emitter of the NPN transistor Q1. NPN transistor Q1. A current detection coil 1 that detects a reverse current (reflux current) is inserted into the circuit on the collector side of Q2, and the base amplifier AMP is inactivated while the detection output of the current detection coil 1 indicates a reverse current. , the structure is such that no forward base current flows through the NPN transistor Q2.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

しかしながら、上述したようにトランジスタのマージン
を大きくしたり、ベース駆動回路に必要以上のベース電
流を流さないようにする回路を付加するなどの対策では
、コストが増大してしまうという問題点があった。
However, as mentioned above, countermeasures such as increasing the transistor margin or adding a circuit to the base drive circuit to prevent more base current from flowing than necessary have the problem of increasing costs. .

また、電流検出コイル1を用いる方法では、電流検出コ
イル1として主電流を流し得る大きざのものが必要とな
り、トランジスタごとにそのような大きなコイルを接続
するのに手間がかかるとともにコストも増大するなどの
問題点を有する。
In addition, in the method using the current detection coil 1, the current detection coil 1 needs to be large enough to allow the main current to flow, and connecting such a large coil to each transistor takes time and increases costs. It has problems such as:

この発明は、このような問題点を解決するためになされ
たもので、構成が簡単で自己消弧形半導体素子の破壊耐
量を改善することのできる電力用半導体モジュールを得
ることを目的とする。
The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a power semiconductor module that has a simple configuration and can improve the breakdown resistance of a self-extinguishing semiconductor element.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

この発明に係る電力用半導体モジュールは、自己消弧形
半導体素子と、この自己消弧形半導体素子に逆並列に接
続されて自己消弧形半導体素子の導通方向とは逆方向の
還流電流を流すフライホイール・ダイオードとを含むも
のであって、第2のダイオードとシャント抵抗との直列
回路からなる分路を上記フライホイール・ダイオードに
並列に接続して、シャント抵抗の端子間電圧の極性から
還流電流の有無を検出するようにしたものである。
A power semiconductor module according to the present invention includes a self-arc-extinguishing semiconductor element, which is connected in antiparallel to the self-arc-extinguishing semiconductor element to flow a return current in a direction opposite to the conduction direction of the self-arc-extinguishing semiconductor element. A shunt consisting of a series circuit of a second diode and a shunt resistor is connected in parallel to the flywheel diode, and a return current is generated based on the polarity of the voltage between the terminals of the shunt resistor. It is designed to detect the presence or absence of current.

〔作用〕[Effect]

この発明においては、還流電流が流れているときシャン
ト抵抗の端子間電圧は逆極性になるので、この極性の間
、自己消弧形半導体素子へオン信号を与えないように制
御することによって、還流電流に起因する自己消弧形半
導体素子の破壊が防止される。
In this invention, since the voltage between the terminals of the shunt resistor has the opposite polarity when the freewheeling current is flowing, the freewheeling current is Destruction of the self-extinguishing semiconductor element due to current is prevented.

〔実施例〕〔Example〕

第1図はこの発明による電力用半導体モジュールの一実
施例を示す回路図である。この電力用半導体モジュール
は、例えば上述した第4図に示すインバータ回路のスイ
ッチとして使用される回路であって、自己消弧形半導体
素子であるNPNトランジスタQ3に対して、逆並列に
還流電流を流すためのフライホイール・ダイオードD1
が接続されるとともに、上記フライホイール・ダイオー
ドD1と基本的な電気的特性がほぼ同等で寸法が小さい
第2のダイオードD2とシャント抵抗R8とからなる直
列回路をフライホイール・ダイオードD1に対して並列
に接続し、シャント抵抗R8とダイオードD2の接続点
からシャント抵抗R3の端子間電圧の極性を検出するた
めの検出用端子Tを引き出したものである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a power semiconductor module according to the present invention. This power semiconductor module is a circuit used, for example, as a switch in the inverter circuit shown in FIG. Flywheel diode D1 for
is connected to the flywheel diode D1, and a series circuit consisting of a second diode D2, which has almost the same basic electrical characteristics as the flywheel diode D1 and is smaller in size, and a shunt resistor R8 is connected in parallel to the flywheel diode D1. A detection terminal T for detecting the polarity of the voltage between the terminals of the shunt resistor R3 is drawn out from the connection point between the shunt resistor R8 and the diode D2.

第2図は上記電力用半導体モジュールのフライホイール
・ダイオードD1と第2のダイオードD2とを1つのチ
ップ上に形成した例を示す断面図である。このように、
同一チップ上に2つのダイオードDI、D2を形成する
ことによって、電気特性が同じで寸法の異なるダイオー
ドD1.D2を容易に得ることができる。第2のダイオ
ードD2に直列に接続されるシャント抵抗R8について
も、ダイオードD1.D2と同じチップ上に従来より周
知の技術によって容易に形成することができる。第2図
において、2はダイオードoi、。
FIG. 2 is a sectional view showing an example in which the flywheel diode D1 and the second diode D2 of the power semiconductor module are formed on one chip. in this way,
By forming two diodes DI, D2 on the same chip, diodes D1 . D2 can be easily obtained. Regarding the shunt resistor R8 connected in series with the second diode D2, the diode D1. It can be easily formed on the same chip as D2 by a conventionally well-known technique. In FIG. 2, 2 is a diode oi.

2に共通の裏面電極である。This is the back electrode common to both.

この電力用半導体モジュールでは、還流電流がフライホ
イール・ダイオードD1を流れるとき、このフライホイ
ール・ダイオードD1と第2のダイオ゛−ドD2の面積
化に相当する電流が還流電流から分岐してダイオードD
2、シャント抵抗R3の直列回路からなる分路に分流さ
れ、シャント抵抗R5の端子間電圧は逆極性となる。し
たがって、検出用端子Tから検出されるこの逆極性の検
出出力に基づき、この間NPNトランジスタQ3のベー
スに順方向ベース電流を与えないように制御することに
よって、「空打ちモード」が生じることを防ぎ、還流電
流に起因するNPNt−ランジスタQ3つまり自己消弧
形半導体素子の破壊が防止されることになる。
In this power semiconductor module, when a freewheeling current flows through the flywheel diode D1, a current corresponding to the area of the flywheel diode D1 and the second diode D2 branches from the freewheeling current and flows through the diode D.
2. The current is shunted to a shunt consisting of a series circuit of shunt resistor R3, and the voltage between the terminals of shunt resistor R5 has opposite polarity. Therefore, based on the detection output of the opposite polarity detected from the detection terminal T, the occurrence of "dry firing mode" is prevented by controlling so as not to apply forward base current to the base of the NPN transistor Q3 during this period. , destruction of the NPN transistor Q3, that is, the self-extinguishing semiconductor element, due to the return current is prevented.

なお、上記した第2のダイオードD2は還流電流を検出
するためのセンサとして働くものであり、その逆回復時
間が短い方が主能動素子であるNPNトランジスタQ3
に与える影響を小さくできるので好ましい。このような
逆回復時間の制御は、ダイオードDI、D2を同じチッ
プ上に形成する場合でも別々のチップに分けて形成する
場合でも、−殻内なライフタイム制御技術を用いること
によって容易に行うことができる。
Note that the second diode D2 described above works as a sensor for detecting the freewheeling current, and the one whose reverse recovery time is shorter is the NPN transistor Q3, which is the main active element.
This is preferable because it can reduce the influence on Such reverse recovery time control can be easily achieved by using in-shell lifetime control techniques, whether the diodes DI and D2 are formed on the same chip or on separate chips. Can be done.

また、近年、電力用半導体素子の高機能化に伴って、モ
ジュール内部に駆動回路を取り込む構成のものが試みら
れているが、この実施例の電力用半導体モジュールは上
述したように同一チップ上へのダイオードDi、D2、
シャント抵抗R8の形成が容易なことから、駆動回路も
同じチップ上に形成するといった構成を容易に実現する
ことができる。
In addition, in recent years, as power semiconductor devices have become more sophisticated, attempts have been made to incorporate a drive circuit into the module, but the power semiconductor module of this example is implemented on the same chip as described above. diodes Di, D2,
Since the shunt resistor R8 is easy to form, a configuration in which the drive circuit is also formed on the same chip can be easily realized.

なお、上記実施例では自己消弧形半導体素子として1つ
のNPNt−ランジスタQ3を用いた場合について説明
したが、ダーリントン・トランジスタを用いても同様の
動作を行わせることができる。
In the above embodiment, a case has been described in which one NPNt-transistor Q3 is used as the self-extinguishing semiconductor element, but the same operation can be performed using a Darlington transistor.

また、カソード・ショートのGTOやコレクタ・ショー
トのIGBTを自己消弧形半導体素子として用いる場合
にも、これらの自己消弧形半導体素子には通常動作と逆
の方向に主電圧が印加されている状態でオン信号が与え
られると、トランジスタの場合と同様に通常時と逆の方
向に主電流を流す機能があるので、これらの自己消弧形
半導体素子に対して本実滴例と同様の構成を適用するこ
とによって、上述した場合と同様の動作を行わせること
ができる。
Furthermore, even when a cathode-shorted GTO or a collector-shorted IGBT is used as a self-extinguishing semiconductor element, the main voltage is applied to these self-extinguishing semiconductor elements in the opposite direction to normal operation. When an on signal is given in the state, the main current flows in the opposite direction to the normal state, similar to the case of a transistor, so a configuration similar to this example can be applied to these self-extinguishing semiconductor devices. By applying this, it is possible to perform the same operation as in the case described above.

さらに、第3図に示すように、バイポーラ・トランジス
タQ4の前段にMOSトランジスタQ5がダーリントン
・トランジスと同様にカスコード接続されたB1・MO
8素子の場合には、前段のMOSトランジスタQ5がそ
の内蔵ダイオードの働きによってゲート信号に関係なく
逆方向に電流を流す機能を持つほか、このMOSトラン
ジスタQ5にはバイポーラ・トランジスタが本質的に寄
生していることが知られている。一方、この81・MO
3素子の後段のバイポーラ・トランジスタQ4のベース
・エミッタ間には抵抗Rが接続されているため、このB
 i −MO8素子を電力用半導体モジュールの自己消
弧形半導体素子として用いる場合、「空打ちモード」の
動作時にわずかではあるが、前段のMOSトランジスタ
Q5に通常と逆の方向の電流が流れることになり、Bi
−MO8素子以外の上述した他の素子では「空打ちモー
ド」の動作時にオフ信号を与えると、素子内部への電荷
の流入が抑えられるのと状況が多少異なってくる。すな
わち、Bi−MO8素子では素子内部への電荷の流入を
積極的に抑えることはできない。しかし、このB1・M
O8素子の場合でも、還@電流の検出期間の間に、後段
のバイポーラ・トランジスタ04にオフ信号を送ること
はできるわけで、少なくとも主トランジスタである後段
のバイポーラ・トランジスタQ4の動作を阻止すること
は可能となり、この場合も破壊に結び付くような大電流
動作を抑えることができる。
Furthermore, as shown in FIG. 3, a MOS transistor Q5 is connected in cascode to the front stage of the bipolar transistor Q4 in a B1 MO.
In the case of 8 elements, the previous stage MOS transistor Q5 has the function of flowing current in the opposite direction regardless of the gate signal due to the function of its built-in diode, and this MOS transistor Q5 has a bipolar transistor essentially parasitic. It is known that On the other hand, this 81・MO
Since a resistor R is connected between the base and emitter of the bipolar transistor Q4 after the three elements, this B
When the i-MO8 element is used as a self-extinguishing semiconductor element in a power semiconductor module, a small amount of current flows in the previous stage MOS transistor Q5 in the opposite direction to normal when operating in "dry firing mode". Nari, Bi
The situation is somewhat different from that in the other elements mentioned above other than the -MO8 element, when an off signal is applied during operation in the "dry firing mode", the inflow of charges into the element is suppressed. That is, in the Bi-MO8 element, it is not possible to actively suppress the inflow of charges into the element. However, this B1・M
Even in the case of the O8 element, it is possible to send an off signal to the bipolar transistor 04 in the subsequent stage during the detection period of the feedback current, so at least the operation of the bipolar transistor Q4 in the subsequent stage, which is the main transistor, can be blocked. In this case, too, large current operation that could lead to destruction can be suppressed.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上のように、この発明によれば、シャント抵抗の端子
間電圧が逆極性となる期間を還流電流が流れている期間
として検出し、この期間の間、自己消弧形半導体素子へ
オン信号を与えないようにυノ御するようにしたので、
簡単な構成によって還流電流に起因する自己消弧形半導
体素子の破壊を防止することができる。
As described above, according to the present invention, the period in which the voltage between the terminals of the shunt resistor has the opposite polarity is detected as the period in which the freewheeling current is flowing, and during this period, the ON signal is sent to the self-extinguishing semiconductor element. I tried to control her so that she wouldn't give it to me, so
With a simple configuration, it is possible to prevent destruction of the self-extinguishing semiconductor element due to return current.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明による電力用半導体モジュールの一実
施例を示す回路図、第2図はその電力用半導体モジュー
ルにおけるフライホイール・ダイオードと第2のダイオ
ードとを同一チップ上に形成した構成を示す断面図、第
3図はその電力用半導体モジュールの自己消弧形半導体
素子として適用可能なり1−MO8素子の構成を示す回
路図、第4図は典型的な電力変換装置の一例の動作原理
を示す回路図、第5図はその電力変換装置の動作を示す
タイミングチャート、第6図は電力変換装置における自
己消弧形半導体素子の破壊耐量を改善するための回路構
成の提案例を示す回路図である。 図において、Q3はNPNトランジスタ(自己消弧形半
導体素子)、Dlはフライホイール・ダイオード、D2
は第2のダイオード、R8はシャント抵抗、王は検出用
端子である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of a power semiconductor module according to the present invention, and FIG. 2 shows a configuration in which a flywheel diode and a second diode are formed on the same chip in the power semiconductor module. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a 1-MO8 element that can be applied as a self-extinguishing semiconductor element in a power semiconductor module, and FIG. 4 shows the operating principle of an example of a typical power conversion device. 5 is a timing chart showing the operation of the power converter, and FIG. 6 is a circuit diagram showing an example of a proposed circuit configuration for improving the breakdown resistance of self-extinguishing semiconductor elements in the power converter. It is. In the figure, Q3 is an NPN transistor (self-extinguishing semiconductor device), Dl is a flywheel diode, and D2
is a second diode, R8 is a shunt resistor, and R8 is a detection terminal. Note that the same reference numerals in each figure indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)自己消弧形半導体素子と、この自己消弧形半導体
素子に逆並列に接続されて自己消弧形半導体素子の導通
方向とは逆方向の還流電流を流すフライホイール・ダイ
オードとを含む電力用半導体モジュールにおいて、 第2のダイオードとシャント抵抗との直列回路からなる
分路を前記フライホイール・ダイオードに並列に接続し
て、シャント抵抗の端子間電圧の極性から前記還流電流
の有無を検出するようにしたことを特徴とする電力用半
導体モジュール。
(1) Includes a self-extinguishing semiconductor element and a flywheel diode connected in antiparallel to the self-extinguishing semiconductor element to flow a return current in the direction opposite to the conduction direction of the self-extinguishing semiconductor element. In a power semiconductor module, a shunt consisting of a series circuit of a second diode and a shunt resistor is connected in parallel to the flywheel diode, and the presence or absence of the return current is detected from the polarity of the voltage between terminals of the shunt resistor. A power semiconductor module characterized by:
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