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公開番号2025049916
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-04
出願番号2023158425
出願日2023-09-22
発明の名称半導体モジュール
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250327BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】正常な駆動能力設定できる半導体モジュールを提供する。
【解決手段】第1電位と第2電位の間に直列接続される第1、第2スイッチ素子Q1,Q2と、Q1へ出力調整可能な高電位側駆動回路HVICと、Q2へ出力調整可能な低電位側駆動回路LVICを備え、HVICは、外部から送信されるドライブ信号、データ信号、クロック信号、イネーブル信号を受信する端子と、ドライブ信号をレベルシフトする第1レベルシフト部と、複数のフリップフロップで構成されるシフトレジスタ部と、イネーブル信号でシフトレジスタの記録を抽出する低電圧側設定値保持部と、ドライブ信号とイネーブル信号で書込信号を生成する書込信号生成部と、書込信号で低電圧側設定値保持部の情報をレベルシフトする第2レベルシフト部と、低電圧側設定値保持部の情報と同じ情報を持つ高電圧側設定値保持部と、高電圧側設定値保持部で出力電流能力を可変させるデコーダとを含む。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１電位と前記第１電位よりも低い第２電位との間に直列に接続され、相補的に動作する第１および第２スイッチ素子と、
前記第１スイッチ素子の第１ゲートと接続され、前記第１ゲートへの出力を調整可能な第１ドライバを含む高電位側駆動回路と、
前記第２スイッチ素子の第２ゲートと接続され、前記第２ゲートへの出力を調整可能な第２ドライバを含む低電位側駆動回路とを備え、
前記高電位側駆動回路は、
外部のコントローラから送信されるデータ通信信号である、ドライブ信号、データ信号、クロック信号、イネーブル信号をそれぞれ受信する端子と、
前記ドライブ信号を高電位にレベルシフトして前記第１ドライバに出力する第１レベルシフト部と、
複数のフリップフロップがカスケード接続されて構成され、前記クロック信号及び前記イネーブル信号に応じてデータ信号が前記フリップフロップに記録され、前記フリップフロップに前記データ信号が記憶される毎に記録されていたデータが、隣のフリップフロップに移動する第１シフトレジスタと、
前記イネーブル信号に応じて前記第１シフトレジスタの前記複数のフリップフロップの記録内容を抽出して記録する低電圧側設定値保持部と、
前記ドライブ信号と前記イネーブル信号とに基づいて書込信号を生成する書込信号生成部と、
前記書込信号に応じて前記低電圧側設定値保持部の保持情報を高電位にレベルシフトする第２レベルシフト部と、
前記第２レベルシフト部を介して接続され、前記低電圧側設定値保持部に記録されていた情報と同一の情報を記録する高電圧側設定値保持部と、
前記高電圧側設定値保持部の記録に応じて前記第１ドライバの出力電流能力を可変させるための第１デコーダとを含む、半導体モジュール。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記書込信号生成部は、前記ドライブ信号の立ち上がりあるいは立ち下がりに従って所定期間経過後に前記書込信号を活性化させる、請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記書込信号生成部は、前記低電位側駆動回路のドライブ信号の入力を受け付けて、当該出力に基づいて前記書込信号を活性化させる、請求項２記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記低電位側駆動回路は、
外部のコントローラから送信されるデータ通信信号である、第２ドライブ信号、第２データ信号、第２クロック信号、第２イネーブル信号をそれぞれ受信する端子と、
複数のフリップフロップがカスケード接続されて構成され、前記第２クロック信号及び前記第２イネーブル信号に応じて第２データ信号が前記フリップフロップに記録され、前記フリップフロップに前記第２データ信号が記憶される毎に記録されていたデータが、隣のフリップフロップに移動する第２シフトレジスタと、
前記第２イネーブル信号に応じて前記第２シフトレジスタの前記複数のフリップフロップの記録内容を抽出して記録する第１設定値保持部と、
前記書込信号に応じて前記第１設定値保持部の情報と同一の情報を記録する第２設定値保持部と、
前記第２設定値保持部の記録に応じて前記第２ドライバの出力電流能力を可変させるための第２デコーダとを含む、請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記第２レベルシフト部は、
前記書込信号に従って前記低電圧側設定値保持部の保持情報をワンショットパルス信号として出力するパルス生成部と、
前記パルス生成部のそれぞれの出力に従って駆動する複数の高耐圧トランジスタとを含み、
前記高電圧側設定値保持部は、前記高耐圧トランジスタと接続され、前記低電圧側設定値保持部の情報と同一の情報を記録する複数のフリップフロップ回路を含む、請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項６】
複数のフリップフロップがカスケード接続されて構成され、内部クロック信号に応じて前記低電圧側設定値保持部のデータ信号が前記フリップフロップに記録され、前記フリップフロップに前記データ信号が記憶される毎に記録されていたデータが、隣のフリップフロップに移動する低圧側シフトレジスタをさらに備え、
前記第２レベルシフト部は、
複数のフリップフロップがカスケード接続されて構成され、前記内部クロック信号に応じて前記低圧側シフトレジスタのデータ信号が前記フリップフロップに記録され、前記フリップフロップに前記データ信号が記憶される毎に記録されていたデータが、隣のフリップフロップに移動する高圧側シフトレジスタと、
前記低圧側シフトレジスタと前記高圧側シフトレジスタとの間に配置され、前記内部クロック信号および前記低圧側シフトレジスタのデータ信号に従って駆動する複数の高耐圧トランジスタとを含む、請求項１記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記第１および第２スイッチ素子は、SiC MOSFETに相当する、請求項１～６のいずれか一項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】
本開示は、半導体モジュールに関し、特にパワートランジスタと、パワートランジスタを駆動する駆動回路とを内蔵した半導体モジュールに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ＰＷＭ（pulse width modulation）信号の生成機能を有するＭＰＵ（micro processing unit）を内蔵し、外部のコントローラからの信号に基づいて、スイッチングデバイスを制御するＰＷＭ信号を内部で生成する半導体モジュールが知られている。
【０００３】
一方で、半導体モジュールの動作特性を変更できるようにするには、外部のコントローラと内部のコントローラとの間で通信を行い、変更のためのデータを外部から受けると共に、変更のタイミングを規定するトリガ信号も外部から受ける必要があり、そのための端子が必要となって、モジュールを小型化できないと言う問題があった。
【０００４】
この点で、特許文献１においては、動作特性を変更可能な半導体モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－２０５７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方で、特許文献１に示される構成においては、相補的に駆動するパワートランジスタを駆動する駆動装置内の高電圧領域の電圧が急激に変動する期間（ｄＶ／ｄｔ期間）およびアンダーシュートによる負電位期間が発生する。この期間は、駆動能力を設定する設定値の信号伝達を行う電圧レベル変換（レベルシフト回路）が信号伝達できず、駆動能力設定が正常な値とならないという課題があった。
【０００７】
本開示は、上記の課題を解決するためのものであって、正常な駆動能力設定が可能な半導体モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一態様は、第１電位と第１電位よりも低い第２電位との間に直列に接続され、相補的に動作する第１および第２スイッチ素子と、第１スイッチ素子の第１ゲートと接続され、第１ゲートへの出力を調整可能な第１ドライバを含む高電位側駆動回路と、第２スイッチ素子の第２ゲートと接続され、第２ゲートへの出力を調整可能な第２ドライバを含む低電位側駆動回路とを備え、高電位側駆動回路は、外部のコントローラから送信されるデータ通信信号である、ドライブ信号、データ信号、クロック信号、イネーブル信号をそれぞれ受信する端子と、ドライブ信号を高電位にレベルシフトして第１ドライバに出力する第１レベルシフト部と、複数のフリップフロップがカスケード接続されて構成され、クロック信号及びイネーブル信号に応じてデータ信号がフリップフロップに記録され、フリップフロップにデータ信号が記憶される毎に記録されていたデータが、隣のフリップフロップに移動するシフトレジスタと、イネーブル信号に応じてシフトレジスタの複数のフリップフロップの記録内容を抽出して記録する低電圧側設定値保持部と、ドライブ信号とイネーブル信号とに基づいて書込信号を生成する書込信号生成部と、書込信号に応じて低電圧側設定値保持部の保持情報を高電位にレベルシフトする第２レベルシフト部と、第２レベルシフト部を介して接続され、低電圧側設定値保持部に記録されていた情報と同一の情報を記録する高電圧側設定値保持部と、高電圧側設定値保持部の記録に応じて第１ドライバの出力電流能力を可変させるためのデコーダとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
ある開示に従う半導体モジュールは、正常な駆動能力設定が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施の形態１に従う半導体モジュールの構成概要について説明する図である。
実施の形態１に従う第１レベルシフト部１０の回路構成について説明する図である。
実施の形態１に従うドライバ３０およびシフトレジスタ部３８の構成について説明する図である。
実施の形態１に従う高電圧側設定値保持部１６および第２レベルシフト部１８の構成について説明する図である。
実施の形態１に従うコントローラ（ＭＣＵ）２で保持する設定情報について説明する図である。
実施の形態１に従う書込信号ＴＭ１の出力のタイミングチャートについて説明する図である。
実施の形態１に従う書込信号ＴＭ１の出力のタイミングチャートについて説明する別の図である。
実施の形態２に従う半導体モジュールの構成概要について説明する図である。
実施の形態２に従う書込信号ＴＭ１の出力のタイミングチャートについて説明する図である。
実施の形態３に従う半導体モジュールの構成概要について説明する図である。
実施の形態４に従う半導体モジュールの構成概要について説明する図である。
実施の形態４に従う高電圧側設定値保持部１６Ａおよび第２レベルシフト部１８Ａの構成について説明する図である。
実施の形態５に従う半導体モジュールの構成概要について説明する図である。
実施形態５に従う高電圧側設定値保持部１６Ｂおよび第２レベルシフト部１８Ｂならびに低圧側シフトレジスタ部２１の構成について説明する図である。
実施の形態５に従う書込信号ＴＭ１の出力のタイミングチャートについて説明する図である。
実施の形態５に従う書込信号ＴＭ１の出力のタイミングチャートについて説明する別の図である。
実施の形態６に従う半導体モジュールの構成概要について説明する図である。
【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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