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公開番号2024042801
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-29
出願番号2022147659
出願日2022-09-16
発明の名称半導体モジュール
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H03K 17/567 20060101AFI20240322BHJP(基本電子回路)
要約【課題】本発明は、複数の半導体スイッチング素子のそれぞれの駆動特性のばらつきを低減することができる半導体モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】半導体モジュール1は、負荷に電力を供給するIGBT111u,111v,111w,111x,111y,111zと、IGBT111u,111v,111w,111x,111y,111zに1対1の関係で駆動対象が設定され、当該駆動対象の例えばIGBT111xに対する位置関係に応じてIGBT111xを駆動する駆動能力が設定されるゲート駆動回路12xとを備えている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
負荷に電力を供給する複数の半導体スイッチング素子と、
前記複数の半導体スイッチング素子に１対１の関係で駆動対象が設定され、前記駆動対象の前記半導体スイッチング素子である対象スイッチング素子に対する位置関係に応じて前記対象スイッチング素子を駆動する駆動能力が設定される複数の駆動回路と
を備える半導体モジュール。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記複数の駆動回路のそれぞれは、前記対象スイッチング素子に対する位置関係を判定する判定部を有する
請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記複数の駆動回路のそれぞれは、前記判定部での判定結果に基づいて前記駆動能力を設定する設定部を有する
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記複数の駆動回路のそれぞれは、前記設定部によって設定された前記駆動能力で前記対象スイッチング素子を駆動する駆動部を有する
請求項３に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記複数の駆動回路のそれぞれは、自己が設けられた前記駆動回路の前記位置関係に応じて設定される閾値に基づいて該駆動回路の前記対象スイッチング素子を保護する保護部を有する
請求項１から３までのいずれか一項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記複数の駆動回路のそれぞれは、自己が設けられた前記駆動回路の前記位置関係に応じて設定される閾値に基づいて該駆動回路の前記対象スイッチング素子を保護する保護部を有する
請求項４に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記判定部は、
前記位置関係に応じて電圧レベルが変更されるパッドと、
前記パッドの電圧レベルを判別する判別部と
を有する
請求項６に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記設定部は、
前記判別部での判別結果に基づいて前記駆動部の駆動能力を選択するための選択信号を生成する選択部と、
前記選択信号に基づいて前記駆動部の駆動能力を切り替える第一切替部と
を有する
請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記複数の半導体スイッチング素子のそれぞれは、自己に流れる電流を検知するための電流検知素子を有し、
前記保護部は、
前記電流検知素子で検知された検知電流を検知電圧に変換する変換部と、
自己が設けられた前記駆動回路の前記位置関係に応じて前記閾値としての基準電圧を切り替える第二切替部と、
前記検知電圧及び前記基準電圧を比較する比較部と、
前記比較部での比較結果に基づいて前記対象スイッチング素子を保護するか否かを判断し、該対象スイッチング素子を保護すると判断した場合には保護処理を実行する処理部と
を有する
請求項８に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記第二切替部は、前記位置関係の判定に前記選択信号を用いる
請求項９に記載の半導体モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体スイッチング素子を備える半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
電力変換用絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）などの半導体スイッチング素子を制御するドライバー集積回路（ＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ：ＩＣ）は、入力信号に応じて半導体スイッチング素子のオン状態及びオフ状態を制御する基本機能を有している。半導体モジュールの１つであるインテリジェントパワーモジュール（ＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＰｏｗｅｒＭｏｄｕｌｅ：ＩＰＭ）は半導体スイッチング素子及びドライバーＩＣが組み込まれた状態で使用される。
【０００３】
半導体スイッチング素子をオフ状態からオン状態に駆動するときは、ドライバーＩＣによって半導体スイッチング素子を定電流回路で充電し、オン状態からオフ状態に駆動するときはドライバーＩＣに設けられたスイッチによって半導体スイッチング素子に充電されている電荷を引き抜く。半導体スイッチング素子に流れる電流をドライバーＩＣによって監視し、半導体スイッチング素子に過電流が流れた場合に、半導体スイッチング素子に流れる電流を抑えるための保護動作が働く機能をＩＰＭに持たせることができる。
【０００４】
特許文献１には、スイッチング素子の過電流を検出して保護動作を行う技術が開示されている。特許文献２には、並列接続された複数スイッチを駆動する場合に各配線経路のインピーダンスを等しくすることにより電流の偏りを抑制する技術が開示されている。特許文献３には、トランジスタのメイン電極とセンス電極とで配線インダクタンスに差を設けてメイン電極とセンス電極のゲート駆動電圧の差を小さくすることによって短絡電流検出の精度を改善する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１０－６２８６０号公報
特開２０２０－１８０５５号公報
特開２０１８－１８６６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＰＭに設けられた複数の半導体スイッチング素子の配置と複数のドライバーＩＣの配置によって各部品の電源インピーダンスが異なる。また、ドライバーＩＣと半導体スイッチング素子の位置関係によってドライブ信号や過電流検出信号が伝送される配線のインピーダンスも異なる。これにより、複数のドライバーＩＣが半導体スイッチング素子を駆動する特性にばらつきが生じる。特性ばらつきの影響で電力損失が増加したり、過電流保護機能の特性が複数のドライバーＩＣごとに異なったりするという悪影響が生じる。
【０００７】
本発明の目的は、複数の半導体スイッチング素子のそれぞれの駆動特性のばらつきを低減することができる半導体モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による半導体モジュールは、負荷に電力を供給する複数の半導体スイッチング素子と、前記複数の半導体スイッチング素子に１対１の関係で駆動対象が設定され、前記駆動対象の前記半導体スイッチング素子である対象スイッチング素子に対する位置関係に応じて前記対象スイッチング素子を駆動する駆動能力が設定される複数の駆動回路とを備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一態様によれば、複数の半導体スイッチング素子のそれぞれの駆動特性のばらつきを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の一実施形態による半導体モジュールの概略構成の一例を示すブロック図である。
本発明の一実施形態による半導体モジュールの概略構成の一例を示す部品レイアウトを模式的に示す図である。
本発明の一実施形態による半導体モジュールに備えられたゲート駆動回路の概略構成の一例を示す回路図である。
比較例による半導体モジュールにおけるゲート駆動電流の電流波形の一例を模式的に示す図である。
比較例による半導体モジュールにおけるゲート駆動電圧の電圧波形の一例を模式的に示す図である。
比較例による半導体モジュールにおける検知電圧の電圧波形の一例を模式的に示す図である。
本発明の一実施形態による半導体モジュールにおけるゲート駆動電流の電流波形の一例を模式的に示す図である。
本発明の一実施形態による半導体モジュールにおけるゲート駆動電圧の電圧波形の一例を模式的に示す図である。
本発明の一実施形態による半導体モジュールにおける検知電圧の電圧波形の一例を模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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