JPH07108098B2 - Power semiconductor module - Google Patents

Power semiconductor module

Info

Publication number
JPH07108098B2
JPH07108098B2 JP1021685A JP2168589A JPH07108098B2 JP H07108098 B2 JPH07108098 B2 JP H07108098B2 JP 1021685 A JP1021685 A JP 1021685A JP 2168589 A JP2168589 A JP 2168589A JP H07108098 B2 JPH07108098 B2 JP H07108098B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
diode
self
transistors
switches
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.)
Expired - Lifetime
Application number
JP1021685A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH02202375A (en
Inventor
育紀 高田
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric 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 Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP1021685A priority Critical patent/JPH07108098B2/en
Publication of JPH02202375A publication Critical patent/JPH02202375A/en
Publication of JPH07108098B2 publication Critical patent/JPH07108098B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • 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

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。
Description: TECHNICAL FIELD 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の両方を
持つGTO,バイポーラ・トランジスタ、IGBT,Bi・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 converters have changed from thyristors, which have only an ON function, to self-extinguishing semiconductor elements such as GTOs, bipolar transistors, IGBTs, Bi MOS transistors that have both ON functions. Have been replaced. Since this self-extinguishing type semiconductor element has a higher operating speed than a thyristor, in the case of a power conversion device using this as a main element, not only the power conversion efficiency can be increased and the component configuration can be simplified, but also the operation sequence can be improved. 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オポーラ
・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C,D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Vを接続するとともに、スイッ
チA,Bの接続点とスイッチC,D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,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。
FIG. 4 is a circuit diagram showing the basic operation principle of a single-phase bridge voltage type PWM inverter which is an example of a typical power converter. In the figure, the switches A, B, C, D are each configured by connecting a flywheel diode in antiparallel to a baopolar transistor, which is a self-arc-extinguishing type semiconductor device described above. The series circuit and the series circuit of the switches C and D are connected in parallel, the constant voltage power source V is connected between both terminals of the parallel circuit, and the connection points of the switches A and B and the connection points of the switches C and D are connected. An inductance L is connected between them. The switches A and D and the switches B and C are paired to perform on / off operation. That is, 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, switch C
Each transistor is controlled so that the transistor is turned on / 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Eout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b1,b2のレベ
ルよりも低い区間(例えば第5図(2),(3)に示す
t1,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,b
2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,b2の周波数に対応する。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the inverter, of which FIG. 5 (1) shows each of the switches A to
Waveform of the control signal that controls the on / off operation of D (modulation wave
a, signal waves b1, b2), FIG. 5 (2) shows the waveform of the output voltage E out when the signal wave is at a high voltage, and FIG. 5 (3) is an output voltage when the signal wave is at a low voltage. The waveform of E out is shown. Fifth
A section in which the level of the modulated wave a shown in FIG. 1A is lower than the levels of the signal waves b1 and b2 (for example, shown in FIGS. 5B and 5C).
In the section of t1 and t2), an ON signal is given to the bases of the transistors of the switches A and D, and the level of the modulation wave a changes to the signal waves b1 and b.
Sections higher than level 2 (eg, Figure 5 (2),
In the section of t3 and t4 shown in (3), an ON signal is given to the bases of the transistors of the switches B and C. When the amplitude is large as in the case of the signal wave b1, FIG. 5 (2)
The output power of the inverter becomes large as shown by the dotted line in FIG. 3 and when the amplitude is small as in the case of the signal wave b2, the output power of the inverter becomes small as shown by the dotted line in FIG. The frequency of the inverter output corresponds to the frequencies of the signal waves b1 and b2.

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L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、矢印で示すような還流電流が流れる。この
還流電流はスイッチ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
作を基待できないが、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
述した還流電流のため第4図に示す矢印の負荷電流は
流れず「空打つモード」のみが生じる。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。
By the way, in the inverter circuit shown in FIG. 4, for example, from the state in which the transistors of the switches A and D are turned on and the load current shown by the arrow is flowing, the transistors of the switches A and D are turned off after a certain rest period. on the other hand,
It is assumed that an ON signal is given to the transistors of the switches B and C. At this time, the current flowing in the inductance L in the direction of the arrow decreases, so that a counter electromotive force is generated in the inductance L and a return current flows as shown by the arrow. This return current flows in the switches B and C through a flywheel diode connected in antiparallel to the transistors, so that the transistors in the switches B and C are applied with a voltage in the opposite direction to that in normal operation. Therefore,
During this period, the normal ON operation of the transistors of the switches B and C cannot be waited for, but nevertheless, the ON signal is input to these transistors (this condition will be referred to as " Called "blank mode"). When the period in which the ON signal is given to the transistors of the switches B and C is very short, as in the period t5 shown in Fig. 5 (2), the above-mentioned return current is generated even if the transistors of the switches B and C are turned on. The load current indicated by the arrow in FIG. 4 does not flow, and only the “idle hit mode” occurs. Even when the period in which the ON signal is applied to the transistors of the switches B and C is not short, the transistors of the switches B and C are in the steady state through the “idle driving 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,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B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極く短時間のうちに起る。
On the other hand, when the ON signal is applied again to the transistors of the switches A and D, these transistors shift to the ON operation while holding the voltage (power supply voltage) held at the OFF time. At this time, if the period in which the ON signal is applied to the transistors of the switches B and C is very short, a large current is passed through the flywheel diode connected in antiparallel to the transistor of the switch A and the transistor of switch B. Flows. Similarly, a large current flows through a flywheel diode connected in antiparallel to the transistor of switch C and the transistor of switch D. Because the flywheel diode of the switches B and C had a return current flowing at least immediately before this stage, the flywheel diode must be removed until the charge accumulated inside these flywheel diodes is removed. This is because the diode is considered to be in a short circuit state. At the end of the period when these flywheel diodes are short-circuited, the voltage held by the transistors of switches A and D until then is held by the transistors of switches B and C, This switching of the voltage sharing generally occurs in a very short 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、電源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、「短絡SOA」という指標で示される。
In the above operation, since a large current flows in the transistors of the switches A and D while the power supply voltage is held, it is expected that these transistors are likely to be destroyed. The safe operating area of the transistor in this mode is indicated by the index "short-circuit SOA".

ところが実際には、「空打ちモード」の動作が行われス
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 practice, it is empirically known that the operation in the “blank driving mode” is performed and the transistors on the switches B and C are much more likely to be damaged. It is also empirically known that at this time, in driving the bases of the transistors on the switches B and C, the breakdown is more likely to occur when the forward base current is large.

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A,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,D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。
Note that when the transistors of switches B and C are turned on and the load current shown by the arrow is flowing, and the ON signal is given to the transistors of switches A and D, the "blank driving mode" is applied to the transistors of switches A and D. Resulting in a large current switch
It flows to the B and C transistors.

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。
Experience such as increasing the transistor margin and adding a circuit to prevent the base current from flowing more than necessary as a measure to improve the breakdown tolerance of the transistor corresponding to the above-mentioned "blank driving mode" There was a specific response.

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 analysis of the above-mentioned “blank-firing mode” operation has not been sufficiently performed so far, it is expected that the following mechanism is working.

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(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、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〈H.Nishiumi et al,“High Volt
age High Power Transistor Modules for 440V AC Line
Voltage Inverter Application"Conference record of
IPEC Tokyo ′83〉によっても知られているところであ
る。
In other words, in the "blank driving mode" operation, even if the collector current does not flow in the transistor, a state in which a slight amount of electric charge exists inside the transistor appears due to the forward base current provided (at least, the transistor is typically In a saturated state, which can be considered to be turned on, a given forward base current flows from the base to the collector). At the end of the period when the flywheel diode connected in anti-parallel to this transistor exhibits a short-circuit state, as described above, a high voltage equivalent to the power supply voltage is applied to such a transistor in an internal state in an extremely short time. Will be applied. In this way, the situation in which a voltage is suddenly applied to a transistor that holds electric charges inside is generally not very good for stable operation of the transistor, according to the reference <H. Nishiumi et al, “High Volt
age High Power Transistor Modules for 440V AC Line
Voltage Inverter Application "Conference record of
It is also known by IPEC Tokyo '83〉.

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。
Considering such a mechanism of "blank mode",
As shown in FIG. 6, the structure of the base drive circuit that does not cause the "blank driving mode" also improves the transistor breakdown resistance.
It has been proposed as one measure. In FIG. 6, two NPN transistors Q1 and Q2 are connected in Darlington, and a flywheel diode D is connected in antiparallel between the collector and emitter of the NPN transistor Q1.
A current detection coil 1 for detecting a reverse current (reflux current) is inserted in the collector side electric circuit of the NPN transistors Q1 and Q2, and the base amplifier AMP is connected while the detection output of the current detection coil 1 indicates the reverse current. Deactivate and NPN transistor
It is configured so that no forward base current flows to Q2.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems 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 described above, there is a problem in that the cost is increased by taking measures such as increasing the margin of the transistor or adding a circuit for preventing an unnecessary base current from flowing to the base driving circuit. .

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さのものが必要とな
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。
Further, in the method using the current detection coil 1, a current detection coil 1 having a size capable of flowing a main current is required, and it takes time and effort to connect such a large coil for each transistor, and the cost also increases. There are 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 such problems, and an object thereof is to obtain a power semiconductor module having a simple structure and capable of improving the breakdown resistance of a self-arc-extinguishing type semiconductor element.

〔課題を解決するための手段〕 この発明にかかる請求項1に記載の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
イオードとを含む電力用半導体モジュールにおいて、も
う一つ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・ダイオードに並列かつ
前記自己消弧形半導体素子に逆並列に接続するととも
に、前記シャント抵抗の両端部に端子を設け、当該端子
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。
[Means for Solving the Problem] A power semiconductor module according to claim 1 of the present invention is a self-extinguishing semiconductor element and a self-extinguishing element connected in antiparallel with the self-extinguishing semiconductor element. In a power semiconductor module including a flywheel diode that causes a return current to flow in a direction opposite to the conduction direction of the semiconductor element, the flywheel diode includes a shunt composed of a series circuit of another diode and a shunt resistor. Parallel to the self-arc-extinguishing type semiconductor element and connected in anti-parallel to the self-extinguishing semiconductor element, terminals are provided at both ends of the shunt resistor, and the presence or absence of the return current is detected from the polarity of the voltage between the terminals. And

この発明にかかる請求項2に記載の電力用半導体モジュ
ールは、請求項1に記載の電力用半導体モジュールにお
いて、前記フライホイール・ダイオードと前記もう一つ
のダイオードとが共通の半導体基板に形成されているこ
とを特徴とする。
A power semiconductor module according to a second aspect of the present invention is the power semiconductor module according to the first aspect, wherein the flywheel diode and the other diode are formed on a common semiconductor substrate. It is characterized by

〔作用〕[Action]

請求項1に記載の発明においては、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 the invention of claim 1, when the return current is flowing, the voltage across the terminals of the shunt resistor has a reverse polarity,
By controlling so that the ON signal is not applied to the self-arc-extinguishing semiconductor element during this polarity, the self-arc-extinguishing semiconductor element is prevented from being broken due to the return current.

請求項2に記載の発明においては、フライホイール・ダ
イオードともう一つのダイオードとが共通の半導体基板
に形成されているので、これらのダイオードの電気的特
性の精度と寸法の精度を容易に高めることができる。
In the invention described in claim 2, since the flywheel diode and the other diode are formed on a common semiconductor substrate, it is possible to easily improve the precision of the electrical characteristics and the precision of the dimensions of these diodes. You can

〔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RS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RSとダイオードD2の接続点からシャント抵抗RS
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, for example, a circuit used as a switch of the above-described inverter circuit shown in FIG. 4, and flows a reflux current in antiparallel to the NPN transistor Q3 which is a self-extinguishing semiconductor element. Is connected to a flywheel diode D1 and a series circuit consisting of a second diode D2 and a shunt resistor R S, which have substantially the same basic electric characteristics as the above flywheel diode D1 and are small in size, and fly. Connect in parallel to the wheel diode D1 and connect the shunt resistor R S and diode D2 to the shunt resistor R S.
The detection terminal T for detecting the polarity of the inter-terminal voltage is extracted.

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D1,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RSについても、ダイオードD
1,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において、2はダイオー
ドD1,D2に共通の裏面電極である。
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 the two diodes D1 and D2 on the same chip, the diodes D1 and D2 having the same electrical characteristics and different dimensions are formed.
Can be easily obtained. As for the shunt resistance R S connected in series with the second diode D2, the diode D
It can be easily formed on the same chip as 1, D2 by a conventionally known technique. Second, 2 is a back surface electrode common to the diodes D1 and D2.

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のダイオードD2の面積比に相当
する電流が還流電流から分岐してダイオードD2、シャン
ト抵抗RSの直列回路からなる分路に分流され、シャント
抵抗RS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NPN
トランジスタ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 the return current flows through the flywheel diode D1, the current corresponding to the area ratio of the flywheel diode D1 and the second diode D2 is branched from the return current to cause the diode D2 and the shunt resistance. It is diverted to shunt a series circuit of R S, the voltage between the terminals of the shunt resistor R S is reverse polarity. Therefore, based on the detection output of this reverse polarity detected from the detection terminal T, by controlling so that the forward direction base current is not applied to the base of the NPN transistor Q3 during this period, it is possible to prevent the occurrence of the "blank mode". , NPN caused by reflux current
The breakdown of the transistor Q3, that is, the self-arc-extinguishing type semiconductor element 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D1,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、
一般的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。
The second diode D2 described above functions as a sensor for detecting the return current, and it is preferable that the reverse recovery time is shorter because the influence on the NPN transistor Q3, which is the main active element, can be reduced. Such control of the reverse recovery time can be performed regardless of whether the diodes D1 and D2 are formed on the same chip or formed on separate chips.
This can be easily performed by using a general lifetime control technique.

電力用半導体モジュールでは、ダイオードD2に印加され
る電圧の振幅は、通常において数百ボルトを超える高い
ものであり、このダイオードD2に生じる電圧から制御信
号を取り出すのは実際上不可能である。しかしながら、
この実施例の電力用半導体モジュールでは、シャント抵
抗RSの両端電圧を検出するので、シャント抵抗RSの抵抗
値を用途に応じて適切に設定することによって、定電圧
電源Vの電圧が数百Vを超える用途においても還流電流
の検出を行うことができる。」 また、第2図に示したようにフライホイール・ダイオー
ドD1とダイオードD2とが共通の半導体基板に形成される
電力用半導体モジュールでは、これらのダイオードの電
気的特性の一致性が良好であるとともにそれらのダイオ
ードの寸法精度も高いので、還流電流の検出精度が高い
という利点がある。
In the power semiconductor module, the amplitude of the voltage applied to the diode D2 is usually high, exceeding several hundred volts, and it is practically impossible to extract the control signal from the voltage generated in the diode D2. However,
In the power semiconductor module of this embodiment, since the voltage across the shunt resistor R S is detected, the voltage of the constant voltage power supply V is set to several hundreds by properly setting the resistance value of the shunt resistor R S according to the application. It is possible to detect the reflux current even in the application exceeding V. Moreover, in the power semiconductor module in which the flywheel diode D1 and the diode D2 are formed on a common semiconductor substrate as shown in FIG. 2, the electrical characteristics of these diodes are well matched. Since the dimensional accuracy of these diodes is also high, there is an advantage that the accuracy of detecting the return current is high.

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D1,D2、シャ
ント抵抗RS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。
Further, in recent years, with the higher functionality of the power semiconductor element, a structure in which a drive circuit is incorporated into the module has been attempted. However, the power semiconductor module of this embodiment is mounted on the same chip as described above. Since the diodes D1 and D2 and the shunt resistor R S are easily formed, it is possible to easily realize a configuration in which the drive circuit is also formed on the same chip.

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NPNトランジスタ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。
Although the above embodiment has described the case where one NPN transistor Q3 is used as the self-arc-extinguishing type semiconductor device, the same operation can be performed by using the 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
素子に対して本実施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。
Also, when using a cathode short GTO or collector short IGBT as a self-extinguishing semiconductor element,
When an ON signal is applied to these self-arc-extinguishing semiconductor devices while the main voltage is applied in the direction opposite to the normal operation, the main current flows in the direction opposite to the normal time as in the case of the transistor. Since it has a function, the same operation as that in the above-described case can be performed by applying the same configuration as this embodiment to these self-arc-extinguishing type semiconductor elements.

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
ンジスタと同様にカスコード接続されたBi・MOS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Bi・MOS素子の後段のバイポ
ーラ・トランジスタQ4のベース・エミツタ間には抵抗R
が接続されているため、このBi・MOS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・MOS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と状況が多少異なって
くる。すなわち、Bi・MOS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Bi
・MOS素子の場合でも、還流電流の検出期間の間に、後
段のバイポーラ・トランジスタQ4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, in the case of a Bi-MOS device in which a MOS transistor Q5 is cascode-connected in the preceding stage of the bipolar transistor Q4 like a Darlington transistor, the preceding-stage MOS transistor Q5 has its built-in diode. It is known that this function causes a current to flow in the opposite direction regardless of the gate signal, and that a bipolar transistor is essentially parasitic on this MOS transistor Q5. On the other hand, a resistor R is placed between the base and the emitter of the bipolar transistor Q4 in the latter stage of this BiMOS element.
When using this Bi-MOS device as a self-turn-off type semiconductor device of a power semiconductor module because it is connected to the The current flows in the direction of, and in other elements other than the Bi-MOS element described above, if an OFF signal is given during the operation in the "blank mode", the flow of charges into the inside of the element is suppressed. Will be different. That is, the Bi • MOS device cannot positively suppress the inflow of charges into the device. But this Bi
-Even if it is a MOS element, it is possible to send an OFF signal to the bipolar transistor Q4 in the subsequent stage during the detection period of the return current, and at least prevent the operation of the bipolar transistor Q4 in the subsequent stage, which is the main transistor. Is possible, and in this case as well, it is possible to suppress a large current operation that would lead to destruction.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

請求項1に記載の発明では、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制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。
According to the first aspect of the present invention, the period in which the voltage across the terminals of the shunt resistor has the opposite polarity is detected as the period during which the return current is flowing, and the ON signal is not applied to the self-turn-off type semiconductor element during this period. Since the control is performed as described above, it is possible to prevent the self-arc-extinguishing type semiconductor element from being broken due to the return current with a simple configuration.

請求項2に記載の発明においては、フライホイール・ダ
イオードともう一つのダイオードとが共通の半導体基板
に形成されているので、これらのダイオードの電気的特
性の精度と寸法の精度を容易に高めることができる。こ
のため、還流電流の検出精度を容易に高めることができ
る。
In the invention described in claim 2, since the flywheel diode and the other diode are formed on a common semiconductor substrate, it is possible to easily improve the precision of the electrical characteristics and the precision of the dimensions of these diodes. You can Therefore, the accuracy of detecting the return current can be easily increased.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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Bi・MOS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)、D1はフライホイール・ダイオード、D2は第2の
ダイオード、RSはシャント抵抗、T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 structure in which a flywheel diode and a second diode in the power semiconductor module are formed on the same chip. A sectional view, FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a Bi-MOS element applicable as a self-extinguishing type semiconductor element of the power semiconductor module, and FIG. 4 shows an operation principle of a typical power conversion device. FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the power converter, and FIG. 6 is a circuit diagram showing a proposed circuit configuration for improving the breakdown tolerance of the self-extinguishing semiconductor element in the power converter. Is. In the figure, Q3 is an NPN transistor (self-extinguishing semiconductor device), D1 is a flywheel diode, D2 is a second diode, R S is a shunt resistor, and T is a detection terminal. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項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、 もう一つ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・ダイオードに並列か
つ前記自己消弧形半導体素子に逆並列に接続するととも
に、前記シャント抵抗の両端部に端子を設け、当該端子
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. A self-arc-extinguishing semiconductor element, and a flywheel diode connected to the self-arc-extinguishing semiconductor element in anti-parallel and flowing a return current in a direction opposite to the conduction direction of the self-arc-extinguishing semiconductor element. In a power semiconductor module including a shunt, another shunt consisting of a series circuit of a diode and a shunt resistor is connected in parallel to the flywheel diode and in antiparallel to the self-extinguishing semiconductor element, and the shunt is connected. A power semiconductor module, wherein terminals are provided at both ends of the resistor, and the presence or absence of the return current is detected from the polarity of the voltage between the terminals.
【請求項2】請求項1に記載の電力用半導体モジュール
において、前記フライホイール・ダイオードと前記もう
一つのダイオードとが共通の半導体基板に形成されてい
ることを特徴とする電力用半導体モジュール。
2. The power semiconductor module according to claim 1, wherein the flywheel diode and the other diode are formed on a common semiconductor substrate.
JP1021685A 1989-01-31 1989-01-31 Power semiconductor module Expired - Lifetime JPH07108098B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1021685A JPH07108098B2 (en) 1989-01-31 1989-01-31 Power semiconductor module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP1021685A JPH07108098B2 (en) 1989-01-31 1989-01-31 Power semiconductor module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH02202375A JPH02202375A (en) 1990-08-10
JPH07108098B2 true JPH07108098B2 (en) 1995-11-15

Family

ID=12061922

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP1021685A Expired - Lifetime JPH07108098B2 (en) 1989-01-31 1989-01-31 Power semiconductor module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH07108098B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267394A (en) * 2008-04-01 2009-11-12 Denso Corp Semiconductor device

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE9502249D0 (en) * 1995-06-21 1995-06-21 Abb Research Ltd Converter circuitry having at least one switching device and circuit module
JP2008072848A (en) * 2006-09-14 2008-03-27 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
DE102008045410B4 (en) 2007-09-05 2019-07-11 Denso Corporation Semiconductor device with IGBT with built-in diode and semiconductor device with DMOS with built-in diode
JP5012737B2 (en) * 2007-09-05 2012-08-29 株式会社デンソー Semiconductor device
JP4924578B2 (en) * 2007-09-05 2012-04-25 株式会社デンソー Semiconductor device
JP5223757B2 (en) * 2009-04-01 2013-06-26 株式会社デンソー Driving device for power conversion circuit
US20130049843A1 (en) * 2011-08-26 2013-02-28 Mari Curbelo Alvaro Jorge Reverse conduction mode self turn-off gate driver

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57129169A (en) * 1981-02-03 1982-08-11 Mitsubishi Electric Corp Arm shortcircuit detector
JPH0667213B2 (en) * 1985-06-25 1994-08-24 松下電工株式会社 Inverter device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009267394A (en) * 2008-04-01 2009-11-12 Denso Corp Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPH02202375A (en) 1990-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4870555A (en) High-efficiency DC-to-DC power supply with synchronous rectification
US4581542A (en) Driver circuits for emitter switch gate turn-off SCR devices
JP4432215B2 (en) Semiconductor switching element gate drive circuit
US4217618A (en) Thyristor firing circuit module with integral optical isolation, dv/dt limitation, and bidirectional voltage transient suppression
US4885486A (en) Darlington amplifier with high speed turnoff
EP0027888A1 (en) Semiconductor switch
US4594650A (en) Inverter device
EP0181148B1 (en) Semiconductor device
US3986052A (en) Power switching control circuit with enhanced turn-off drive
JPH07108098B2 (en) Power semiconductor module
US4725741A (en) Drive circuit for fast switching of Darlington-connected transistors
JPH08172769A (en) Inverter device
JP2839206B2 (en) 3-terminal non-inverting transistor switch
US3940633A (en) GTO turn-off circuit providing turn-off gate current pulse proportional to anode current
JPH07118641B2 (en) Driving circuit for semiconductor switching element
ATE422114T1 (en) CIRCUIT ARRANGEMENT
EP0157792A1 (en) Improvements in or relating to power switching circuits
NL8503551A (en) MONOLITHICALLY INTEGRATED, HIGH EFFICIENCY OPERATING CONTROL CIRCUIT FOR SWITCHING TRANSISTORS.
US6252436B1 (en) Method and arrangement for determining state information of power semiconductor
US3064145A (en) Variable transistor circuit discharging a stored capacitance from a load
Biswas et al. An autoprotecting gate drive circuit for GTO thyristors
JPH07226130A (en) Low fault radio-frequency radiation type large electric current solid state relay
JP2001119926A (en) Gate driver of voltage-drive type semiconductor element
JPS6060763A (en) Monolithic zero intersection triac driver
US4107772A (en) Chopper control device