CN109768787B - 半导体装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供能够抑制半导体装置的尺寸及成本的技术。半导体装置具有：IGBT模块(11)，其包含IGBT(12)；以及MOSFET模块(21)，其包含动作特性与IGBT(12)不同的MOSFET(22)，MOSFET模块(21)与IGBT模块(11)并联连接。半导体装置能够选择性地执行将IGBT模块(11)的通断的定时和MOSFET模块(21)的通断的定时错开的动作模式。

Description

半导体装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及使用功率半导体开关元件的半导体装置及其驱动方法。
背景技术
作为使功率半导体元件所产生的损耗降低的技术，提出了将IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)及MOSFET(Metal OxideSemiconductor Field EffectTransistor)并联连接的结构(例如专利文献1)。
就半导体装置而言，有时以功率半导体元件的分立方式构成，有时以通过封装等实现的模块方式构成。在分立方式的结构中，随着部件个数的增加而使组装性及基板配线图案复杂化。另一方面，在模块方式的结构中，为了进行2个功率晶体管的分流控制，进行了下述设计，即，使栅极驱动器的输出独立、或将导线键合的限制考虑在内、或者向栅极配线追加电阻。
专利文献1：日本特开2011-120330号公报
在专利文献1的技术中，以下述情况为前提，将同一驱动信号(PWM信号)输入至IGBT及MOSFET这两者，IGBT及MOSFET同时进行动作。然而，由于元件特性的波动等，有时在实际产品中，
IGBT及MOSFET的导通及截止的定时(timing)产生偏差。在该偏差显著的情况下，例如有时与IGBT相比MOSFET先导通，有时与IGBT相比在MOSFET流过更大的电流。
在这里，也会想到通过积极地使用MOSFET的寄生二极管作为续流二极管，从而抑制上述现象的结构。然而，在上述结构中，需要确保寄生二极管的通电能力(例如VF-IF特性)，使MOSFET的电流容量具有裕量。其结果，存在下述问题，即，产生MOSFET的芯片尺寸及基板面积的增加，乃至高成本化。上述问题不仅在IGBT及MOSFET中发生，也发生在动作特性不同的功率半导体开关元件彼此之间。
发明内容
因此，本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能够抑制半导体装置的尺寸及成本的技术。
本发明涉及的半导体装置具有：第1功率半导体模块，其包含第1功率半导体开关元件；以及第2功率半导体模块，其包含动作特性与所述第1功率半导体开关元件不同的第2功率半导体开关元件，该第2功率半导体模块与所述第1功率半导体模块并联连接，能够选择性地执行将所述第1功率半导体模块的通断的定时和所述第2功率半导体模块的通断的定时错开的动作模式。
发明的效果
根据本发明，能够选择性地执行将第1功率半导体模块的通断的定时和第2功率半导体模块的通断的定时错开的动作模式。根据上述结构，能够抑制半导体装置的尺寸及成本。
附图说明
图1是表示实施方式1涉及的半导体装置的结构的电路图。
图2是用于对实施方式1涉及的动作模式进行说明的时序图。
图3是表示实施方式2涉及的半导体装置的结构的电路图。
图4是表示实施方式3涉及的半导体装置的结构的侧视图。
图5是表示实施方式4涉及的半导体装置的结构的侧视图。
图6是表示实施方式5涉及的半导体装置的结构的电路图。
图7是表示实施方式5涉及的半导体装置的动作的时序图。
标号的说明
11IGBT模块，12IGBT，21MOSFET模块，22MOSFET，28输入引脚，31控制电路，46基板。
具体实施方式
＜实施方式1＞
图1是表示本发明的实施方式1涉及的半导体装置的结构的电路图。图1的半导体装置具有：控制电路31、电解电容器32、作为第1功率半导体模块的IGBT模块11和作为第2功率半导体模块的MOSFET模块21。
控制电路31例如是微型计算机，对IGBT模块11及MOSFET模块21进行控制。
IGBT模块11及MOSFET模块21的输入与控制电路31连接，IGBT模块11及MOSFET模块21的输出与电动机等负载41连接。这样，本实施方式1涉及的MOSFET模块21在IGBT模块11的输入与输出之间与IGBT模块11并联连接。
IGBT模块11包含：续流二极管13、HVIC(High Voltage Integrated Circuit)等高压侧驱动部14、LVIC(Low Voltage Integrated Circuit)等低压侧驱动部15和作为第1功率半导体开关元件的IGBT 12。
在电解电容器32的一端与另一端之间串联连接的2个IGBT 12构成桥臂，该桥臂是分别针对U相、V相及W相而设置的。高压侧驱动部14与各桥臂的高压侧的IGBT 12的栅极连接，对这些IGBT 12进行驱动。低压侧驱动部15与各桥臂的低压侧的IGBT 12的栅极连接，对这些IGBT 12进行驱动。在各桥臂，高压侧的IGBT 12与低压侧的IGBT 12之间的电压作为IGBT模块11的输出电压而输出至负载41。各续流二极管13在各IGBT 12的集电极与发射极之间与IGBT 12并联连接。
MOSFET模块21包含：HVIC等高压侧驱动部26、LVIC等低压侧驱动部27、输入引脚28、作为第2功率半导体开关元件的MOSFET 22。
在电解电容器32的一端与另一端之间串联连接的2个MOSFET 22构成桥臂，该桥臂是分别针对U相、V相及W相而设置的。高压侧驱动部26与各桥臂的高压侧的MOSFET 22的基极连接，对这些MOSFET 22进行驱动。低压侧驱动部27与各桥臂的低压侧的MOSFET 22的基极连接，对这些MOSFET 22进行驱动。在各桥臂，高压侧的MOSFET 22与低压侧的MOSFET 22之间的电压作为MOSFET模块21的输出电压而输出至负载41。
在这里，就IGBT 12与MOSFET 22而言，动作特性彼此不同，不希望出现如下状况，即，在IGBT 12未接通的情况下MOSFET 22接通。因此，本实施方式1涉及的半导体装置是以能够抑制上述现象的方式构成的。以下，对其结构进行说明。
在MOSFET模块21的高压侧驱动部26及低压侧驱动部27设置有输入引脚28，向该输入引脚28例如从半导体装置外部输入用于执行动作模式的信号。高压侧驱动部26及低压侧驱动部27、乃至MOSFET模块21具有与该信号相应地使MOSFET模块21的输入至输出为止的信号传送时间变化的功能而作为动作模式。
图2是用于对动作模式进行说明的时序图。在未执行动作模式的情况下，如图2的虚线所示，IGBT模块11及MOSFET模块21接通的定时大致相同，IGBT模块11及MOSFET模块21断开的定时大致相同。与此相对，在执行了动作模式的情况下，如图2的实线所示，在IGBT模块11接通之后，MOSFET模块21接通，在MOSFET模块21断开之后，IGBT模块11断开。
这样，本实施方式1涉及的半导体装置能够选择性地执行将IGBT模块11的通断的定时和MOSFET模块21的通断的定时错开的动作模式。
根据上述本实施方式1涉及的半导体装置，能够抑制在IGBT 12未接通的情况下MOSFET 22接通这一情况。由此，能够抑制MOSFET 22的芯片尺寸，因此能够抑制半导体装置的尺寸及成本。另外，仅输入向输入引脚28传送的信号，就能够降低所产生的损耗。
此外，当在1个封装件内设置IGBT 12及MOSFET 22的情况下，能够缓和高压侧驱动部14、26或低压侧驱动部15、27与IGBT 12的栅极或MOSFET 22的基极之间的配线的限制以及主电流的导线键合区域的限制。因此，能够期待半导体装置的设计及控制的简化。并且，能够将IGBT模块11及MOSFET模块21设置于一个基板，因此也能够期待由基板通用化实现的成本降低。
此外，在本实施方式1中，使第1功率半导体开关元件及第2功率半导体开关元件分别是IGBT及MOSFET而进行了说明。但是，第1功率半导体开关元件及第2功率半导体开关元件只要彼此的动作特性不同，则也可以是其他功率半导体开关元件。例如，第1功率半导体开关元件及第2功率半导体开关元件也可以分别是RC-IGBT(反向导通IGBT)及MOSFET。
＜实施方式2＞
图3是表示本发明的实施方式2涉及的半导体装置的结构的电路图。以下，针对本实施方式2涉及的结构要素中的与上述结构要素相同或相似的结构要素标注相同的参照标号，主要针对不同的结构要素进行说明。
在本实施方式2涉及的MOSFET模块21未设置输入引脚28。取而代之，本实施方式2涉及的MOSFET模块21在控制电路31与IGBT模块11的输出之间与IGBT模块11并联连接。
由此，控制电路31能够将与输入至IGBT模块11的信号不同的信号输入至MOSFET模块21。并且，在本实施方式2中，IGBT模块11及MOSFET模块21能够与来自控制电路31的信号相应地选择性地执行在实施方式1中说明的动作模式。
根据上述本实施方式2涉及的半导体装置，即使在MOSFET模块21是不具有动作模式乃至输入引脚28的通用模块的情况下，也能够与实施方式1同样地抑制半导体装置的尺寸及成本。
＜实施方式3＞
图4是表示本发明的实施方式3涉及的半导体装置的结构的侧视图。以下，针对本实施方式3涉及的结构要素中的与上述结构要素相同或相似的结构要素标注相同的参照标号，主要针对不同的结构要素进行说明。
本实施方式3涉及的半导体装置除了实施方式1或实施方式2的结构以外，还具有基板46和散热鳍片47。
IGBT模块11及MOSFET模块21设置于基板46的一个面。在这里，根据实施方式1及2的结构，MOSFET模块21的通断损耗实质上为0。在该情况下，能够使MOSFET模块21的封装件尺寸或额定电流较小，另外，也能够使MOSFET模块21的所产生的损耗及温度上升较低。
在本实施方式3中，考虑到上述情况而构成为，就封装件尺寸或额定电流而言，IGBT模块11大于MOSFET模块21，MOSFET模块21不与散热鳍片47接触。即，构成为不存在与MOSFET模块21接触的散热鳍片。根据上述结构，能够抑制MOSFET模块21妨碍IGBT模块11与散热鳍片47的接触。由此，例如，不需要用于进行上述接触的IGBT模块11与MOSFET模块21的高度对齐。另外，通过用于进行上述接触的垫片的削减及散热鳍片47的体积缩小等，能够期待半导体装置的进一步小型化及低成本化。
＜实施方式4＞
图5是表示本发明的实施方式4涉及的半导体装置的结构的侧视图。以下，针对本实施方式4涉及的结构要素中的与上述结构要素相同或相似的结构要素标注相同的参照标号，主要针对不同的结构要素进行说明。
在本实施方式4中，MOSFET模块21平面安装于基板46，IGBT模块11以在其与MOSFET模块21之间夹着基板46的方式安装于基板46。即，IGBT模块11及MOSFET模块21通过基板46进行并联连接及并联安装。并且，IGBT模块11在与基板46相反侧与散热鳍片47连接。
根据上述本实施方式4涉及的结构，能够确保面安装型的封装件的组装性。另外，与实施方式3相比能够缩小基板46的面积，并且，通过以各模块的引脚配置接近的方式进行统一，从而能够将基板46之上的配线简化。其结果，能够将配线图案的设计简化。
＜实施方式5＞
图6是表示本发明的实施方式5涉及的半导体装置的结构的电路图。以下，针对本实施方式5涉及的结构要素中的与上述结构要素相同或相似的结构要素标注相同的参照标号，主要针对不同的结构要素进行说明。
在本实施方式5中，追加实施方式2的结构，设置有分流电阻36。分流电阻36连接于MOSFET 22的源极与MOSFET模块21内的低压侧驱动部27的端子Vsc之间。在这里，在本实施方式5涉及的半导体装置发生短路的情况下，分流电阻36的电压发生变化。低压侧驱动部27能够基于分流电阻36的电压的变化对半导体装置是否发生短路进行检测。
图7是表示本实施方式5涉及的半导体装置的动作的时序图。在图7中，示出了与IGBT模块11的输出电流相当的IGBT 12的集电极电流Ic、与MOSFET模块21的输出电流相当的MOSFET 22的漏极电流Id、与分流电阻36的电压相当的端子Vsc的电压、端子Fo的电压及端子Vsc1的电压。以下，将端子Vsc的电压记作端子电压Vsc，将端子Fo的电压记作端子电压Fo，将端子Vsc1的电压记作端子电压Vsc1而进行说明。此外，如图6所示，将低压侧驱动部27的端子Fo和低压侧驱动部15的端子Vsc1连接，端子电压Fo与端子电压Vsc1实质上相同。
此外，在图7的时刻t1，如果半导体装置发生短路，集电极电流Ic超过阈值，则端子电压Vsc变为ON(接通)。MOSFET模块21的低压侧驱动部27与端子电压Vsc的ON相应地，将MOSFET模块21的输出断开。其结果，在时刻t2，MOSFET 22的漏极电流Id被断开。
在从时刻t2起经过了足以将MOSFET 22的漏极电流Id断开的一定时间之后的时刻t3，MOSFET模块21的低压侧驱动部27输出将端子电压Fo设为ON的错误信号。由此，IGBT模块11的低压侧驱动部15接收将端子电压Vsc1设为ON的错误信号。接收到错误信号的低压侧驱动部15将IGBT模块11的输出断开。其结果，IGBT 12的集电极电流Ic被断开。
根据上述本实施方式5涉及的半导体装置，在半导体装置发生短路的情况下，依次进行MOSFET模块21的输出断开和IGBT模块11的输出断开。根据上述结构，能够抑制短路电流流入至MOSFET22，因此能够抑制半导体装置的尺寸及成本。此外，在上述中，对将本实施方式5应用于实施方式2的情况进行了说明，但也可以将本实施方式5应用于实施方式1。
＜其他＞
实施方式1～5涉及的MOSFET模块21例如也可以包含SiC(碳化硅)、GaN(氮化镓)等宽带隙半导体。由宽带隙半导体构成的MOSFET与由Si构成的MOSFET相比能够降低所产生的损耗。因此，能够抑制MOSFET模块21的尺寸及成本。
此外，本发明能够在其发明的范围内对各实施方式及各变形例自由地进行组合，或者对各实施方式及各变形例适当地进行变形、省略。

Claims (10)

1.一种半导体装置，其具有：
第1功率半导体模块，其包含第1功率半导体开关元件；以及
第2功率半导体模块，其包含动作特性与所述第1功率半导体开关元件不同的第2功率半导体开关元件，该第2功率半导体模块与所述第1功率半导体模块并联连接，
能够选择性地执行相对于所述第1功率半导体模块的通断的定时而变更所述第2功率半导体模块的通断的定时的动作模式。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第2功率半导体模块还包含输入引脚，向该输入引脚输入用于执行所述动作模式的信号。
3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第1功率半导体模块及所述第2功率半导体模块与来自控制电路的信号相应地选择性地执行所述动作模式，该控制电路对所述第1功率半导体模块及所述第2功率半导体模块进行控制。
4.一种半导体装置，其具有：
第1功率半导体模块，其包含第1功率半导体开关元件；以及
第2功率半导体模块，其包含动作特性与所述第1功率半导体开关元件不同的第2功率半导体开关元件，该第2功率半导体模块与所述第1功率半导体模块并联连接，
能够选择性地执行将所述第1功率半导体模块的通断的定时和所述第2功率半导体模块的通断的定时错开的动作模式，
就封装件尺寸或额定电流而言，所述第1功率半导体模块大于所述第2功率半导体模块，
不存在与所述第2功率半导体模块接触的散热鳍片。
5.一种半导体装置，其具有：
第1功率半导体模块，其包含第1功率半导体开关元件；以及
第2功率半导体模块，其包含动作特性与所述第1功率半导体开关元件不同的第2功率半导体开关元件，该第2功率半导体模块与所述第1功率半导体模块并联连接，
能够选择性地执行将所述第1功率半导体模块的通断的定时和所述第2功率半导体模块的通断的定时错开的动作模式，
还具有基板，
所述第2功率半导体模块平面安装于所述基板，
所述第1功率半导体模块以在所述第1功率半导体模块与所述第2功率半导体模块之间夹着所述基板的方式安装于所述基板。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
在所述半导体装置发生短路的情况下，依次进行所述第2功率半导体模块的输出断开和所述第1功率半导体模块的输出断开。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
在执行了所述动作模式的情况下，在所述第1功率半导体模块接通之后所述第2功率半导体模块接通，在所述第2功率半导体模块断开之后所述第1功率半导体模块断开。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述第2功率半导体模块包含宽带隙半导体。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，其中，
所述第1功率半导体开关元件为IGBT或RC-IGBT，
所述第2功率半导体开关元件为MOSFET。
10.一种半导体装置的驱动方法，所述半导体装置具有：
第1功率半导体模块，其包含第1功率半导体开关元件；以及
第2功率半导体模块，其包含动作特性与所述第1功率半导体开关元件不同的第2功率半导体开关元件，该第2功率半导体模块与所述第1功率半导体模块并联连接，
所述驱动方法能够选择性地执行相对于所述第1功率半导体模块的通断的定时而变更所述第2功率半导体模块的通断的定时的动作模式。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102019107112B3 (de) * 2019-03-20 2020-07-09 Lisa Dräxlmaier GmbH Schaltvorrichtung, Spannungsversorgungssystem, Verfahren zum Betreiben einer Schaltvorrichtung und Herstellverfahren
JP7292196B2 (ja) * 2019-12-16 2023-06-16 三菱電機株式会社 駆動装置およびパワーモジュール
GB2617604A (en) * 2022-04-13 2023-10-18 Eaton Intelligent Power Ltd Bidirectional power semiconductor switch
CN117277752A (zh) * 2023-11-13 2023-12-22 智新半导体有限公司 一种驱动电路、***及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120330A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Mitsubishi Electric Corp インバーター装置及びそれを備えた空気調和機
CN103259420A (zh) * 2012-02-17 2013-08-21 三菱电机株式会社 功率模块以及空调装置
JP2014241672A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 サンケン電気株式会社 半導体装置及びその制御方法

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7741883B2 (en) 2008-05-21 2010-06-22 Honeywell International Inc. Method of switching and switching device for solid state power controller applications
JP5805513B2 (ja) * 2011-12-14 2015-11-04 三菱電機株式会社 電力用半導体装置
JP2014090006A (ja) * 2012-10-29 2014-05-15 Mitsubishi Electric Corp パワーモジュール
US9647525B2 (en) * 2013-03-21 2017-05-09 Shindengen Electric Manufacturing Co., Ltd. Power supply device with current limit based on output current and input voltage
US9584024B2 (en) * 2013-06-24 2017-02-28 Illinois Tool Works Inc. Metal working power supply converter system and method
JP6107860B2 (ja) * 2015-03-18 2017-04-05 ダイキン工業株式会社 インバータの制御装置
JP6515678B2 (ja) * 2015-05-25 2019-05-22 富士通株式会社 コンバータ搭載基板
EP3107197B1 (en) * 2015-06-16 2022-01-19 Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. System and method for controlling the operation of a multi-die power module
JP6933205B2 (ja) * 2016-03-04 2021-09-08 日本電産株式会社 電力変換装置、モータ駆動ユニットおよび電動パワーステアリング装置
JP6665655B2 (ja) * 2016-04-19 2020-03-13 株式会社デンソー 電力変換装置
JP6686663B2 (ja) 2016-04-19 2020-04-22 株式会社デンソー 電力変換装置
JP2018107858A (ja) * 2016-12-22 2018-07-05 富士電機株式会社 電力変換装置
JP7088200B2 (ja) * 2017-09-21 2022-06-21 日本電産株式会社 モータ制御方法、電力変換装置、モータモジュールおよび電動パワーステアリング装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011120330A (ja) * 2009-12-01 2011-06-16 Mitsubishi Electric Corp インバーター装置及びそれを備えた空気調和機
CN103259420A (zh) * 2012-02-17 2013-08-21 三菱电机株式会社 功率模块以及空调装置
JP2014241672A (ja) * 2013-06-11 2014-12-25 サンケン電気株式会社 半導体装置及びその制御方法

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