JPWO2014188538A1 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2014188538A1
JPWO2014188538A1 JP2015517984A JP2015517984A JPWO2014188538A1 JP WO2014188538 A1 JPWO2014188538 A1 JP WO2014188538A1 JP 2015517984 A JP2015517984 A JP 2015517984A JP 2015517984 A JP2015517984 A JP 2015517984A JP WO2014188538 A1 JPWO2014188538 A1 JP WO2014188538A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuse
negative electrode
arm element
lower arm
circuit
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.)
Granted
Application number
JP2015517984A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6061029B2 (ja
Inventor
悠季生 大西
悠季生 大西
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor 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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP6061029B2 publication Critical patent/JP6061029B2/ja
Publication of JPWO2014188538A1 publication Critical patent/JPWO2014188538A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/16—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations, e.g. centering rings
    • H01L23/18—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device
    • H01L23/24—Fillings characterised by the material, its physical or chemical properties, or its arrangement within the complete device solid or gel at the normal operating temperature of the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49541—Geometry of the lead-frame
    • H01L23/49562—Geometry of the lead-frame for devices being provided for in H01L29/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
    • H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
    • H01L23/495—Lead-frames or other flat leads
    • H01L23/49575—Assemblies of semiconductor devices on lead frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58—Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/62—Protection against overvoltage, e.g. fuses, shunts
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H3/00—Emergency protective circuit arrangements for automatic disconnection directly responsive to an undesired change from normal electric working condition with or without subsequent reconnection ; integrated protection
    • H02H3/02—Details
    • H02H3/025—Disconnection after limiting, e.g. when limiting is not sufficient or for facilitating disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H02H7/1225—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters responsive to internal faults, e.g. shoot-through
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1588—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load comprising at least one synchronous rectifier element
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/081—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/0814—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit
    • H03K17/08148—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage without feedback from the output circuit to the control circuit by measures taken in the output circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/08—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage
    • H03K17/082—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit
    • H03K17/0828—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage by feedback from the output to the control circuit in composite switches
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16245—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124—Aluminium (Al) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144—Gold (Au) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001—Core members of the connector
    • H01L2224/45099—Material
    • H01L2224/451—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138—Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45147—Copper (Cu) as principal constituent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/481—Disposition
    • H01L2224/48151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/48221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/48245—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic
    • H01L2224/48247—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being metallic connecting the wire to a bond pad of the item
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means 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
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H01L2224/491—Disposition
    • H01L2224/4912—Layout
    • H01L2224/49175—Parallel arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73253—Bump and layer connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means 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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means 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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means 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
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L24/49—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of a plurality of wire connectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00011—Not relevant to the scope of the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/003—Constructional details, e.g. physical layout, assembly, wiring or busbar connections
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS 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
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本発明の電力変換装置は、電路の遮断をパワー半導体素子の短絡時にのみ実現させつつバッテリヒューズの溶断よりも早いタイミングで実現させるうえで、正極電極と負極電極との間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子である一対のパワー半導体素子と、下アーム素子の短絡を検出する短絡検出回路と、上アーム素子の正極電極側の正極側端子と下アーム素子の負極電極側の負極側端子との間に介在し、短絡の検出時に正極側端子と負極側端子とが接続されるように駆動されるヒューズ用スイッチング素子と、負極側端子と負極電極とを接続させる金属細線からなる遮断部と、を備える。

Description

本発明は、電力変換装置に係り、特に、一対のパワー半導体素子を構成する下アーム素子の短絡時に電路を速やかに遮断させるうえで好適な電力変換装置に関する。
従来、パワー半導体素子の短絡時に電路を遮断させる電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この電力変換装置において、パワー半導体素子は、金属細線を介して正極端子に接続されていると共に、金属細線を介して負極端子に接続されている。かかる構造において、パワー半導体素子が短絡すると、定格電流の数倍から数十倍の過電流が流れ、金属細線がその自己発熱により溶断する。このため、パワー半導体素子の短絡時に電路を速やかに遮断させることができ、過電流の流通を阻止することができる。
特開２００８−２３５５０２号公報
ところで、例えば上記した電力変換装置が車両に搭載される場合において、パワー半導体素子の短絡時に、上流側に設けられたバッテリヒューズが溶断すると、その後、バッテリによる走行を継続することができなくなる。そこで、かかる事態の発生を回避するうえでは、パワー半導体素子の短絡時に、金属細線の溶断をバッテリヒューズの溶断よりも早いタイミングで実施させることが要求される。しかし、かかる要求に従って金属細線の溶断特性が定められても、その溶断特性として、通常使用域でリップルや過渡電流が発生した際に金属細線を溶断させないようにすることは困難である。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、電路の遮断をパワー半導体素子の短絡時にのみ実現させつつバッテリヒューズの溶断よりも早いタイミングで実現させることが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
上記の目的は、正極電極と負極電極との間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子である一対のパワー半導体素子と、前記下アーム素子の短絡を検出する短絡検出回路と、前記上アーム素子の前記正極電極側の正極側端子と前記下アーム素子の前記負極電極側の負極側端子との間に介在し、前記短絡の検出時に前記正極側端子と前記負極側端子とが接続されるように駆動されるヒューズ用スイッチング素子と、前記負極側端子と前記負極電極とを接続させる金属細線からなる遮断部と、を備える電力変換装置により達成される。
本発明によれば、電路の遮断をパワー半導体素子の短絡時にのみ実現させつつバッテリヒューズの溶断よりも早いタイミングで実現させることができる。
本発明の一実施例である電力変換装置の回路構成図である。 本実施例の電力変換装置が備えるパワーモジュールの構造図である。 本実施例の電力変換装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。 本実施例の電力変換装置が備えるヒューズ用スイッチング素子の特性を表した図である。 本実施例の電力変換装置においてヒューズ用スイッチング素子のオン駆動により電路が遮断されることを説明するための回路構成図である。 本実施例において電路が遮断される前後における電力変換装置の要部断面図である。 本発明の変形例である電力変換装置の回路構成図である。
以下、図面を用いて、本発明に係る電力変換装置の具体的な実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施例である電力変換装置１０の回路構成図を示す。また、図２は、本実施例の電力変換装置１０が備えるパワーモジュールの構造図を示す。尚、図２（Ａ）にはパワーモジュールの上面図を、図２（Ｂ）には図２（Ａ）に示すパワーモジュールのIII−III断面図を、また、図２（Ｃ）には図２（Ｂ）に示すパワーモジュールの要部の拡大断面図を、それぞれ示す。
本実施例の電力変換装置１０は、例えば電気自動車やハイブリッド車両に搭載されており、車載バッテリの電力を変換して駆動用モータなどに供給する装置である。図１に示す如く、電力変換装置１０は、車載バッテリ１２と、昇圧回路１４と、インバータ回路１６と、を備えている。
車載バッテリ１２は、充放電可能なリチウムイオン電池やニッケル水素電池などであって、例えば２４０ボルトの直流電圧を出力することが可能な高圧バッテリである。車載バッテリ１２の出力にはバッテリヒューズ１８が接続されている。バッテリヒューズ１８は、電力変換装置１０の通常使用域では溶断せず、規定以上の電流が流通した場合に自己発熱により溶断する溶断特性を有するヒューズである。
昇圧回路１４は、バッテリヒューズ１８を介して車載バッテリ１２に接続されており、車載バッテリ１２から供給される入力電圧を所定の直流電圧（例えば、６５０ボルト）まで昇圧する回路である。また、インバータ回路１６は、昇圧回路１４に接続されており、昇圧回路１４から供給される直流電圧を交流電圧に変換する回路である。インバータ回路１６には、駆動用モータなどの負荷が接続されている。この負荷は、インバータ回路１６から供給される交流電力により作動する。
尚、上記した駆動用モータなどの負荷は、発電機としても機能する。負荷が発電機として機能する際、インバータ回路１６は、負荷側から供給される交流電圧を直流電圧に変換して昇圧回路１４に供給し、昇圧回路１４は、インバータ回路１６から供給される直流電圧を所定の直流電圧（車載バッテリ１２の電圧に合致した電圧）まで降圧する。この場合、車載バッテリ１２は、負荷により発電された電力を蓄えることができる。
昇圧回路１４は、フィルタコンデンサ２０、リアクトル２２、一対のパワー半導体素子２４，２６、及び平滑コンデンサ２８を有している。フィルタコンデンサ２０は、車載バッテリ１２に並列接続されており、車載バッテリ１２から昇圧回路１４に供給される入力電圧を安定化させるコンデンサである。リアクトル２２は、一端が車載バッテリ１２の正極端子に接続され、かつ、他端が一対のパワー半導体素子２４，２６同士の共通接続点ＣＬに接続されるように構成されている。リアクトル２２は、車載バッテリ１２側とインバータ回路１６側との間で電圧変換を行う際に電力の放出及び蓄積を行う作用を有する。
一対のパワー半導体素子２４，２６は、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子である。正極電極Ｐに接続する上アーム素子であるパワー半導体素子２４は、スイッチ動作するスイッチング素子である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＢＧＴ）２４ａと、ＩＧＢＴ２４ａのコレクタ−エミッタ間に並列接続されるダイオード２４ｂと、からなる。ダイオード２４ｂは、ＩＧＢＴ２４ａのエミッタＥからコレクタＣへの電流の流通を許容する。
また、負極電極Ｎに接続する下アーム素子であるパワー半導体素子２６は、スイッチ動作するスイッチング素子である絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＢＧＴ）２６ａと、ＩＧＢＴ２６ａのコレクタ−エミッタ間に並列接続されるダイオード２６ｂと、からなる。ダイオード２６ｂは、ＩＧＢＴ２６ａのエミッタＥからコレクタＣへの電流の流通を許容する。上記したリアクトル２２の他端は、ＩＧＢＴ２４ａのエミッタ及びＩＧＢＴ２６ａのコレクタに接続されている。
平滑コンデンサ２８は、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間に接続されており、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電圧すなわち昇圧回路１４の出力を平滑化するコンデンサである。正極電極Ｐと負極電極Ｎとは、インバータ回路１６に接続されている。インバータ回路１６は、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の直流電圧を交流電圧に変換して駆動用モータなどの負荷に供給する。
また、電力変換装置１０は、上アーム素子２４の正極電極Ｐ側の正極側端子（すなわち、ＩＧＢＴ２４ａのコレクタＣ）と下アーム素子２６の負極電極Ｎ側の負極側端子（すなわち、ＩＧＢＴ２６ａのエミッタＥ）との間に介在するスイッチング素子３０を備えている。スイッチング素子３０は、下アーム素子２６の短絡時にオン駆動されることにより電路を遮断させるヒューズ用素子である。以下、スイッチング素子３０をヒューズ用スイッチング素子３０と称す。
ヒューズ用スイッチング素子３０は、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間に生ずる電圧（例えば、６５０ボルト）に耐え得る高耐圧小容量の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＢＧＴ）である。ヒューズ用スイッチング素子３０は、コレクタＣが上アーム素子２４の正極側端子（すなわち、ＩＧＢＴ２４ａのコレクタＣ及び正極電極Ｐ）に接続され、かつ、エミッタＥが下アーム素子２６の負極側端子（すなわち、ＩＧＢＴ２６ａのエミッタＥ）に接続されるように構成されている。
ヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタＥは、下アーム素子２６の負極側端子に接続されると共に、負極電極Ｎに接続されている。ヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタＥと下アーム素子２６の負極側端子とは、金属細線であるボンディングワイヤ３２により接続されている。また、ヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタＥと負極電極Ｎとは、金属細線であるボンディングワイヤ３４により接続されている。ボンディングワイヤ３２，３４は、例えばアルミニウムや銅，金などからなる。
昇圧回路１４の上アーム素子２４及び下アーム素子２６並びにヒューズ用スイッチング素子３０はそれぞれ、図２に示す如く樹脂モールドされるパワーモジュール４０に搭載される半導体素子であって、薄肉の矩形状に形成された半導体チップにより構成されている。パワーモジュール４０は、金属板であるリードフレーム４２上に上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａ及びダイオード２４ｂが載置され、かつ、金属板であるリードフレーム４４上に下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａ及びダイオード２６ｂが載置された状態で樹脂封止されるモジュールである。パワーモジュール４０は、エポキシ樹脂などの樹脂からなる樹脂部４６を有し、略矩形状に形成されている。
パワーモジュール４０は、上アーム素子２４の正極側端子に接続する正極電極Ｐの一部（以下、正極突出部５０と称す。）が外部に突出し、下アーム素子２６の負極側端子の一部（以下、負極突出部５２と称す。）が外部に突出すると共に、上アーム素子２４と下アーム素子２６との共通接続点ＣＬである接続電極の一部（以下、接続突出部５４と称す。）が外部に突出するように実装されている。また、パワーモジュール４０は、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａ及び下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａを駆動制御し或いは電流検出を行うための制御電極の一部（以下、制御突出部５６と称す。）が外部に突出するように実装されている。
パワーモジュール４０において、正極突出部５０と負極突出部５２とは互いに隣接して近接配置されている。正極突出部５０は、本体部５０ａと、その本体部５０ａから更に突起する突起部５０ｂと、を有している。突起部５０ｂは、負極突出部５２の先端の外方においてその負極突出部５２の先端と隣接するように配置される。突起部５０ｂ上には、ヒューズ用スイッチング素子３０が載置される。ヒューズ用スイッチング素子３０は、コレクタが突起部５０ｂの表面に接しかつエミッタが表面に露出するように半田などにより突起部５０ｂに固定される。負極突出部５２とヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタとは、ボンディングワイヤ３２により接続される。
負極電極Ｎは、正極突出部５０の突起部５０ｂの外方にその突起部５０ｂと隣接するように配置される。負極電極Ｎとヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタとは、ボンディングワイヤ３４により接続される。負極突出部５２と正極突出部５０の突起部５０ｂと負極電極Ｎとは、エポキシ樹脂などの樹脂からなるハウジング５８によりモールドされている。ヒューズ用スイッチング素子３０及びボンディングワイヤ３２，３４は、ハウジング５８内に挿入されたゲル状部材６０により保護されている。
電力変換装置１０は、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａを駆動制御する上アーム用駆動ＩＣ７０と、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａをＰＷＭ駆動制御する下アーム用駆動ＩＣ７２と、を備えている。上アーム用駆動ＩＣ７０は、ＩＧＢＴ２４ａの駆動をＰＷＭ制御するようにＩＧＢＴ２４ａのゲートにゲート信号を出力する。また、下アーム用駆動ＩＣ７２は、ＩＧＢＴ２６ａの駆動をＰＷＭ制御するようにＩＧＢＴ２６ａのゲートにゲート信号を出力する。
上記した電力変換装置１０において、リアクトル２２に車載バッテリ１２からの電圧が入力されると、電流が車載バッテリ１２の正極端子→リアクトル２２→上アーム素子２４のダイオード２４ｂ→正極電極Ｐ→負荷側→負極電極Ｎ→車載バッテリ１２の負極端子の順に流通することで、リアクトル２２が充電される。
かかる状態から下アーム用駆動ＩＣ７２からのゲート信号により下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａがオン駆動されると、電流が車載バッテリ１２の正極端子→リアクトル２２→下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａ→ボンディングワイヤ３２→ヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタ→ボンディングワイヤ３４→負極電極Ｎ→車載バッテリ１２の負極端子の順に流通することで、その電流量が時間の経過に伴って直線的に増加すると共に、その電流量の増加に伴ってリアクトル２２が更に充電される。この際には、平滑コンデンサ２８が放電されることで、負荷側への電力供給が維持される。
次に、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａがオフ駆動されると、電流が車載バッテリ１２の正極端子→リアクトル２２→上アーム素子２４のダイオード２４ｂ→正極電極Ｐ→負荷側→負極電極Ｎ→車載バッテリ１２の負極端子の順に流通することで、その電流量が時間の経過に伴って直線的に減少すると共に、その電流量の減少に伴ってリアクトル２２が放電される。
かかる処理が行われると、昇圧回路１４の出力電圧が車載バッテリ１２の出力電圧よりも高くなり、かかる電圧まで平滑コンデンサ２８が充電されると共に、負荷側への電力供給が維持される。以後、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａのオン／オフが繰り返されることで、昇圧回路１４は、車載バッテリ１２の出力電圧よりも高い電圧を継続して負荷側に向けて出力する。
また、インバータ回路１６が、発電機としての負荷側から供給される交流電圧を直流電圧に変換した場合、上アーム用駆動ＩＣ７０からのゲート信号により上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａがオン駆動されると、リアクトル２２、フィルタコンデンサ２０、及び車載バッテリ１２に電圧が印加されることで、リアクトル２２がインバータ回路１６による直流電圧とフィルタコンデンサ２０の電圧との差分の電圧で充電される。この際、電流がインバータ回路１６側→正極電極Ｐ→上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａ→リアクトル２２→フィルタコンデンサ２０及び車載バッテリ１２の順に流通し、その電流量が時間の経過に伴って直線的に増加する。
次に、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａがオフ駆動されると、リアクトル２２が、並列接続するフィルタコンデンサ２０の電圧で放電される。この際、電流がリアクトル２２→フィルタコンデンサ２０及び車載バッテリ１２→負極電極Ｎ→ボンディングワイヤ３４→ヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタ→ボンディングワイヤ３２→下アーム素子２６のダイオード２６ｂの順に流通し、その電流量が時間の経過に伴って直線的に減少する。
かかる処理が行われると、昇圧回路１４の出力電圧がインバータ回路１６による直流電圧よりも低くなり、かかる電圧までフィルタコンデンサ２０及び車載バッテリ１２が充電される。以後、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａのオン／オフが繰り返されることで、昇圧回路１４は、インバータ回路１６による直流電圧よりも低い電圧を継続して車載バッテリ１２側に向けて出力する。
図３は、本実施例の電力変換装置１０において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。
本実施例の電力変換装置１０において、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａは、コレクタ電流を分流するセンスエミッタＳＥを有している。このセンスエミッタＳＥは、コレクタ電流を極小さな電流（例えば、全エミッタ電流に対する数千分の一の電流）に分流する機能を有する。センスエミッタＳＥには、電流センス抵抗７４が接続されている。電流センス抵抗７４は、抵抗値Ｒｓを有し、センスエミッタＳＥに流れるセンス電流をセンス電圧Ｖｓに変換する機能すなわちエミッタ電圧として抽出する機能を有する。
電流センス抵抗７４でセンス電流を変換したセンス電圧Ｖｓは、コンパレータ７６に供給される。コンパレータ７６は、センス電圧Ｖｓに基づいて、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電路に所定以上の電流（すなわち、過電流）が流れるか否かを判別し、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの短絡（具体的には、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａがオン駆動されているときに下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａに生じる短絡）の有無を検出する比較器である。
コンパレータ７６の出力信号は、上アーム用駆動ＩＣ７０に供給される。上アーム用駆動ＩＣ７０は、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａをオン駆動させるゲート信号をそのＩＧＢＴ２４ａに対して出力している状況（ステップ１００の肯定判定時）において、コンパレータ７６からの信号に基づいて、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電路に流れる電流ＩＳＥが所定閾値ＩＳＨ以上であるか否かを判別する（ステップ１１０）。尚、所定閾値ＩＳＨは、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの短絡が生じて電路に過電流が流れていると判定される最小の電流値である。
上アーム用駆動ＩＣ７０は、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電路に流れる電流ＩＳＥが所定閾値ＩＳＨ以上であると判別した場合は、正極電極Ｐと負極電極Ｎとが短絡して、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａがオン駆動されているときに下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａに短絡が生じていると判定して（ステップ１２０）、ヒューズ用スイッチング素子３０をオン駆動させる駆動信号を生成する（ステップ１３０）。
上アーム用駆動ＩＣ７０の出力側には、フォトカプラ７８の入力側が接続されている。上アーム用駆動ＩＣ７０は、上記の如く生成した駆動信号をフォトカプラ７８に対して出力する。フォトカプラ７８の出力側には、フローティング電源８０が接続されていると共に、フォトカプラ８２の入力側が接続されている。フォトカプラ７８は、上アーム用駆動ＩＣ７０からの駆動信号を、光を利用して電気的に絶縁しつつフォトカプラ８２に伝達する素子である。フォトカプラ８２の出力側には、下アーム用駆動ＩＣ７２の入力側が接続されている。フォトカプラ８２は、フォトカプラ７８からの伝達信号を、光を利用して電気的に絶縁しつつその下アーム用駆動ＩＣ７２に伝達する素子である。
下アーム用駆動ＩＣ７２には、上記したヒューズ用スイッチング素子３０のゲートが接続されている。下アーム用駆動ＩＣ７２は、フォトカプラ７８，８２を経由した上アーム用駆動ＩＣ７０からの駆動信号に基づいて、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの短絡を検出して、ヒューズ用スイッチング素子３０のゲートに供給すべきゲート信号を生成する。具体的には、正極電極Ｐと負極電極Ｎとが短絡して、上アーム用駆動ＩＣ７０がヒューズ用スイッチング素子３０をオン駆動させる駆動信号を出力する場合に、そのヒューズ用スイッチング素子３０をオン駆動させるゲート信号を生成する。
図４は、本実施例の電力変換装置１０が備えるヒューズ用スイッチング素子３０の特性を表した図を示す。図５は、本実施例の電力変換装置１０においてヒューズ用スイッチング素子３０のオン駆動により電路が遮断されることを説明するための回路構成図である。また、図６は、本実施例において電路が遮断される前後における電力変換装置１０の要部断面図を示す。
本実施例において、下アーム用駆動ＩＣ７２は、ヒューズ用スイッチング素子３０をオン駆動させるゲート信号を生成すると、かかるゲート信号をヒューズ用スイッチング素子３０のゲートに対して出力する。この際、下アーム用駆動ＩＣ７２は、ヒューズ用スイッチング素子３０を非飽和領域でオン駆動させる。例えば、ヒューズ用スイッチング素子３０のゲート−エミッタ間電圧は、その非飽和領域である９ボルトに設定される。
ヒューズ用スイッチング素子３０がオン駆動されると、図５及び図６（Ａ）において矢印で示す如く、正極電極Ｐ→ヒューズ用スイッチング素子３０のコレクタ→エミッタ→ボンディングワイヤ３４→負極電極Ｎの順に電流が流れる。また、ヒューズ用スイッチング素子３０が非飽和領域でオン駆動されると、そのヒューズ用スイッチング素子３０自体に過大な電力損失が発生して、そのヒューズ用スイッチング素子３０が熱破壊に至る。
ヒューズ用スイッチング素子３０が熱破壊すると、その熱破壊により生ずる衝撃によって、そのヒューズ用スイッチング素子３０と負極電極Ｎとを繋ぐボンディングワイヤ３４が破断する（図６（Ｂ））。ボンディングワイヤ３４が破断すると、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電路が遮断されるので、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの短絡が解消される。
かかる電路遮断の構成においては、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時に電路遮断を実現するのに、下アーム素子２６の負極電極Ｎ側の負極側端子（すなわち、ＩＧＢＴ２６ａのエミッタＥ）と負極電極Ｎとの間のボンディングワイヤ３２，３４を自己発熱により溶断させることは不要であり、ヒューズ用スイッチング素子３０を非飽和領域でオン駆動させることとすれば十分である。
この点、本実施例によれば、ボンディングワイヤ３２，３４の溶断特性を、バッテリヒューズ１８の溶断特性と同様に通常使用域から確実に回避させることができるので、通常使用時においてリップルや過渡電流が発生した際にボンディングワイヤ３２，３４が誤って溶断するのを防止することができ、リップルや過渡電流に対するボンディングワイヤ３２，３４の耐性を確保することが可能である。
また、上記の電路遮断の構成においては、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時に電路遮断を実現するのに、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの短絡を検出したうえで、ヒューズ用スイッチング素子３０を非飽和領域でオン駆動させることとすれば十分である。上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａがオン駆動されているときに下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａに短絡が生じると、その短絡発生は上アーム用駆動ＩＣ７０において検出された後に、フォトカプラ７８，８２を経由して下アーム用駆動ＩＣ７２に伝達され、そして、その下アーム用駆動ＩＣ７２がヒューズ用スイッチング素子３０をオン駆動させる。
この点、本実施例によれば、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時における電路遮断を、ボンディングワイヤ３４の自己発熱による溶断により実現させるものではなく、ヒューズ用スイッチング素子３０自体を非飽和領域でのオン駆動によって熱破壊させた衝撃によるボンディングワイヤ３４の破断により実現させるものであるので、その電路遮断を応答性よく速やかに行うことが可能である。
従って、本実施例の電力変換装置１０によれば、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電路遮断を下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時にのみ実現させつつバッテリヒューズ１８の溶断よりも早いタイミングで実現させることができる。このため、本実施例によれば、正極電極Ｐと負極電極Ｎとの間の電路遮断が下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡以外の要因で行われるのを回避することができ、その下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時にバッテリヒューズ１８が溶断されるのを回避することができる。
尚、本実施例において、通常使用時は、下アーム素子２６→ボンディングワイヤ３２→ヒューズ用スイッチング素子３０のエミッタ→ボンディングワイヤ３４→負極電極Ｎの経路で電流が流通するので、電路のインダクタンスが比較的低く、その電路に生ずる損失が抑えられる。従って、本実施例の電力変換装置１０によれば、通常使用時の電路損失を低く抑えることが可能である。
また、本実施例において、ヒューズ用スイッチング素子３０は、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時に非飽和領域でオン駆動される半導体素子であるので、その機能を果たすうえで低電流容量を有すれば十分である。このため、本実施例の電力変換装置１０によれば、ヒューズ用スイッチング素子３０の大型化を招くのを回避することができ、その装置１０自体の小型化を図ることができる。
また、本実施例において、電路を遮断するボンディングワイヤ３４は、パワーモジュール４０の本体側においてエポキシ樹脂などを用いて樹脂モールドされているワイヤではなく、ゲル状部材６０により保護されたワイヤである。このため、本実施例によれば、ボンディングワイヤ３４が樹脂モールドされる構成とは異なり、樹脂モールドに起因してボンディングワイヤ３４で電路が破断し難くなるのを防止することができ、この点でも、下アーム素子２６のＩＧＢＴ２６ａの短絡時にバッテリヒューズ１８が溶断されるのを回避することができる。
尚、上記の実施例においては、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａのセンスエミッタＳＥ、電流センス抵抗７４、コンパレータ７６、及び上アーム用駆動ＩＣ７０が特許請求の範囲に記載した「短絡検出回路」に、ボンディングワイヤ３４が特許請求の範囲に記載した「遮断部」に、上アーム用駆動ＩＣ７０及び下アーム用駆動ＩＣ７２が特許請求の範囲に記載した「ヒューズ駆動回路」に、それぞれ相当している。
ところで、上記の実施例においては、下アーム素子２６の短絡を検出するのに、上アーム素子２４のＩＧＢＴ２４ａのセンスエミッタＳＥに流れる電流を用いることとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、図７に示す如く、電力変換装置１００にヒューズＩＣ１０２を新設し、下アーム素子２６の短絡を検出するのに、下アーム素子２６のコレクタ−エミッタ間電圧を用いることとしてもよい。
この変形例において、ヒューズＩＣ１０２は、下アーム素子２６のコレクタ−エミッタ間電圧をモニタしたうえで、例えばＤＥＳＡＴなどの手法で下アーム素子２６の短絡を検出することとすればよい。この場合、ヒューズＩＣ１０２は、下アーム素子２６の短絡検出時にヒューズ用スイッチング素子３０を非飽和領域でオン駆動させることとすればよい。かかる変形例においても、上記実施例と同様の効果を得ることが可能である。尚、この変形例において、ヒューズＩＣ１０２が特許請求の範囲に記載した「短絡検出回路」に相当する。
また、上記の実施例においては、昇圧回路１４を構成する下アーム素子２６の短絡を検出するものである。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、インバータ回路１６を構成するアーム素子の短絡を検出するものに適用することとしてもよい。
また、上記の実施例においては、パワー半導体である上アーム素子２４及び下アーム素子２６が有するスイッチング素子としてＩＧＢＴ２４ａ，２６ａを用いることとしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、パワーＭＯＳＦＥＴを用いることとしてもよい。
また、上記の実施例においては、電力変換装置１０を電気自動車やハイブリッド車両に搭載するものとした。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外のものに搭載するものとしてもよい。
１０ 電力変換装置
１２ 車載バッテリ
１４ 昇圧回路
１６ インバータ回路
１８ バッテリヒューズ
２４ 上アーム素子
２６ 下アーム素子
３０ ヒューズ用スイッチング素子
３２，３４ ボンディングワイヤ
４０ パワーモジュール
７０ 上アーム用駆動ＩＣ
７２ 下アーム用駆動ＩＣ
Ｐ 正極電極
Ｎ 負極電極
ＣＬ 共通接続点

Claims (10)

  1. 正極電極と負極電極との間に直列接続される上アーム素子及び下アーム素子である一対のパワー半導体素子と、
    前記下アーム素子の短絡を検出する短絡検出回路と、
    前記上アーム素子の前記正極電極側の正極側端子と前記下アーム素子の前記負極電極側の負極側端子との間に介在し、前記短絡の検出時に前記正極側端子と前記負極側端子とが接続されるように駆動されるヒューズ用スイッチング素子と、
    前記負極側端子と前記負極電極とを接続させる金属細線からなる遮断部と、
    を備えることを特徴とする電力変換装置。
  2. 前記短絡検出回路により前記短絡が検出された際に前記ヒューズ用スイッチング素子をオン駆動させるヒューズ駆動回路を備えることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
  3. 前記ヒューズ駆動回路は、前記ヒューズ用スイッチング素子を非飽和領域でオン駆動させることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
  4. 前記ヒューズ用スイッチング素子は、前記正極電極と前記負極電極との間の電圧に耐え得る高耐圧小容量ＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載の電力変換装置。
  5. 前記ヒューズ用スイッチング素子は、コレクタが前記正極側端子に接続されかつエミッタが前記負極側端子に接続されるように実装されると共に、
    前記遮断部の金属細線は、前記ヒューズ用スイッチング素子のエミッタと前記負極電極との間に介在することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
  6. 前記負極側端子と前記ヒューズ用スイッチング素子のエミッタとは、金属細線を介して接続されることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
  7. 前記短絡検出回路は、前記上アーム素子のオン駆動時にセンスエミッタに流れる電流に基づいて、前記下アーム素子の短絡を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の電力変換装置。
  8. 前記短絡検出回路は、前記下アーム素子のコレクタ−エミッタ間電圧に基づいて、該下アーム素子の短絡を検出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項記載の電力変換装置。
  9. 前記一対のパワー半導体素子は、樹脂モールドされるパワーモジュールに搭載される素子であることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項記載の電力変換装置。
  10. 前記一対のパワー半導体素子は、昇降圧回路又はインバータ回路を構成する素子であることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項記載の電力変換装置。
JP2015517984A 2013-05-22 2013-05-22 電力変換装置 Active JP6061029B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2013/064254 WO2014188538A1 (ja) 2013-05-22 2013-05-22 電力変換装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP6061029B2 JP6061029B2 (ja) 2017-01-18
JPWO2014188538A1 true JPWO2014188538A1 (ja) 2017-02-23

Family

ID=51933127

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015517984A Active JP6061029B2 (ja) 2013-05-22 2013-05-22 電力変換装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9627957B2 (ja)
JP (1) JP6061029B2 (ja)
CN (1) CN105229910B (ja)
DE (1) DE112013007105B4 (ja)
WO (1) WO2014188538A1 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2545236B (en) * 2015-12-10 2017-12-13 Rolls Royce Plc A method of controlling an inverter
JP6376199B2 (ja) * 2016-10-17 2018-08-22 マツダ株式会社 車両の電源供給装置
JP6800723B2 (ja) * 2016-12-05 2020-12-16 株式会社ミツトヨ エンコーダ及びエンコーダの光源
CN108879904A (zh) * 2018-08-22 2018-11-23 成都信息工程大学 一种车载充电机变流电路
EP3691127A1 (de) 2019-01-31 2020-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Sicherer elektronischer schalter
DE102019218893B4 (de) * 2019-12-04 2021-12-30 Volkswagen Aktiengesellschaft Hochsetzsteller und Verfahren zum Betreiben eines Hochsetzstellers
JP7142751B1 (ja) * 2021-07-05 2022-09-27 三菱電機株式会社 電力変換装置、及び遮断機構

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08126304A (ja) * 1994-10-28 1996-05-17 Toshiba Emi Ltd スイッチング電源
JP2006280014A (ja) 2005-03-25 2006-10-12 Fuji Xerox Co Ltd 電源装置の保護回路
JP2008235502A (ja) * 2007-03-20 2008-10-02 Mitsubishi Electric Corp 樹脂封止型半導体装置
CN101382585B (zh) * 2007-09-07 2011-01-26 比亚迪股份有限公司 一种电机中逆变器的测试方法、装置及电机
JP5095530B2 (ja) * 2008-07-03 2012-12-12 住友重機械工業株式会社 充放電システムの異常判定方法及び異常判定装置
EP2428387A4 (en) 2009-04-23 2017-03-22 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power supply system of electric vehicle and control method thereof
JP5315155B2 (ja) * 2009-07-23 2013-10-16 日立オートモティブシステムズ株式会社 半導体素子制御装置、車載用電機システム
JP5618595B2 (ja) * 2010-04-01 2014-11-05 日立オートモティブシステムズ株式会社 パワーモジュール、およびパワーモジュールを備えた電力変換装置
JP5720641B2 (ja) * 2012-08-21 2015-05-20 株式会社デンソー スイッチングモジュール
FR3000322B1 (fr) * 2012-12-21 2016-05-20 Schneider Electric Ind Sas Dispositif de protection contre une surintensite electrique d'au moins une branche electronique de commutation, systeme de conversion comportant un tel dispositif de protection, et procede de pilotage associe
JP5915775B2 (ja) * 2012-12-25 2016-05-11 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP2014166033A (ja) * 2013-02-25 2014-09-08 Toyota Motor Corp 電源装置
KR101756578B1 (ko) * 2013-06-24 2017-07-10 도요타 지도샤（주） 전원 장치
US9917529B2 (en) * 2014-03-27 2018-03-13 Hitachi, Ltd. Power conversion unit, power converter and method of manufacturing power converter
DE102015103247A1 (de) * 2015-03-05 2016-09-08 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Schaltmodul mit Kurzschlussschutz und Leistungselektronikmodul mit diesem

Also Published As

Publication number Publication date
CN105229910B (zh) 2017-11-28
DE112013007105B4 (de) 2021-08-05
US9627957B2 (en) 2017-04-18
JP6061029B2 (ja) 2017-01-18
US20160072401A1 (en) 2016-03-10
WO2014188538A1 (ja) 2014-11-27
DE112013007105T5 (de) 2016-03-10
CN105229910A (zh) 2016-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6061029B2 (ja) 電力変換装置
JP5202528B2 (ja) 電力変換器
KR101756578B1 (ko) 전원 장치
JP6824422B2 (ja) 電力変換装置
CN110998777B (zh) 功率转换装置
EP3722142B1 (en) Electric vehicle power relay assembly and driving method therefor
JP5781185B1 (ja) 樹脂封止型半導体装置
JP6461264B1 (ja) 電力変換装置
KR101904682B1 (ko) 전류 차단 장치
US20210126513A1 (en) Power conversion device and power conversion device-integrated rotary electric machine
CN112567619B (zh) 功率半导体装置
US20200083700A1 (en) Semiconductor module and power conversion apparatus
JP6164788B1 (ja) 車両用電源供給システム、及び車両用電源供給システムの制御方法
JP6794841B2 (ja) 電力変換装置、及びその製造方法
US10599198B2 (en) Load driving device
WO2018193581A1 (ja) 電力変換装置
JP6481593B2 (ja) スイッチング素子の端子接続構造
JP2020025058A (ja) 半導体装置
US20230421056A1 (en) Power conversion device
JP7195386B1 (ja) 電力変換装置
US20210354563A1 (en) Semiconductor unit, battery unit, and vehicle
US20190341362A1 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
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: 20161115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161128

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6061029

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250