CN110880859B - 半导体模块及电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体模块及电力转换装置。本发明的目在于提供能够进行在启动过程中成为过电流等通电异常时的保护的转换器模块。半导体模块(101)具备：二极管桥接电路(11)；传感器(17)，其对二极管桥接电路(11)的电流值进行测量；电流限制电路(16)，其具有与二极管桥接电路(11)连接的IGBT(161)；以及保护电路(18)，其与由传感器(17)测量的二极管桥接电路(11)的电流值对应地对IGBT(161)的接通和断开进行切换。

Description

半导体模块及电力转换装置
技术领域
本发明涉及对二极管桥接电路的过电流进行检测、限制的半导体模块。
背景技术
作为功率模块之一，存在搭载有二极管桥接电路的将交流转换为直流的转换器模块。作为转换器模块之一，存在搭载有保护功能电路的转换器用IPM(Intelligent PowerModule)。就转换器用IPM而言，在与二极管反并联连接的有源元件即IGBT(Insulated GateBipolar Transistor)搭载电流传感器或温度传感器。在转换器模块中，主要流动电流而发热的是二极管桥接电路的二极管。但是，存在如下问题，即，由于搭载电流传感器而能够进行保护断路的元件为IGBT，因此在通电异常时保护断路延迟，模块破损。
当前，就转换器模块而言，在二极管桥接电路和逆变器电路之间并联连接有晶闸管和电阻。在电源启动时晶闸管断开，电流在电阻侧流过，由此防止冲击电流。如果在经过电解电容器的充电时间后晶闸管变为接通，则电流在晶闸管侧流过而对电路产生的损耗进行抑制。
专利文献1：日本特开2000-270468号公报
但是，存在下述问题，即，晶闸管一旦设为接通后不能断开，因此在电源启动过程中成为过电流等通电异常时，二极管桥接电路或用户***被破坏。
在专利文献1中公开了如下电源控制装置，即，通过电流检测电路，对在AC-DC转换器流动的电流进行检测，防止电源接通后的冲击电流。在专利文献1的电源控制装置中，在电流检测电路检测出大于或等于一定值的电流值的情况下，开关控制电路使开关电路进行动作，使电阻两端短路，由此防止冲击电流。但是，专利文献1的电源控制装置存在下述问题，即，在电源启动过程中成为过电流等通电异常的情况下，由于没有将AC开关断开的功能，不能对在AC-DC转换器流动的电流进行控制，因此AC-DC转换器被破坏。
发明内容
本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供能够进行在启动过程中成为过电流等通电异常时的保护的转换器模块。
本发明的半导体模块具备：二极管桥接电路；传感器，其对二极管桥接电路的电流值进行测量；电流限制电路，其具有与二极管桥接电路连接的第1开关元件；以及保护电路，其与由传感器测量的二极管桥接电路的电流值对应地对第1开关元件的接通和断开进行切换。
发明的效果
就本发明的半导体模块而言，由于电流限制电路具有第1开关元件，因此不仅能够对电源启动开始时的冲击电流进行抑制，还能够对之后的过电流进行抑制。
附图说明
图1是前提技术的半导体模块的电路图。
图2是表示半导体模块中的电源启动后的母线电流的推移的图。
图3是实施方式1的半导体模块的电路图。
图4是表示实施方式1的半导体模块中的电源启动后的母线电流的推移的图。
图5是实施方式2的半导体模块的电路图。
图6是表示实施方式2的半导体模块中的电源启动后的母线电流的推移的图。
图7是实施方式3的半导体模块的电路图。
图8是表示实施方式3的半导体模块中的电源启动后的母线电流的推移的图。
图9是实施方式4的半导体模块的电路图。
图10是实施方式5的半导体模块的电路图。
图11是实施方式6的半导体模块的电路图。
图12是实施方式6的变形例的半导体模块的电路图。
图13是实施方式7的半导体模块的电路图。
图14是实施方式7的第1变形例的半导体模块的电路图。
图15是实施方式7的第2变形例的半导体模块的电路图。
图16是表示实施方式7的第2变形例的半导体模块的芯片结构的图。
图17是表示RC-IGBT芯片的图。
图18是表示实施方式7的第2变形例的半导体模块的芯片结构的图。
标号的说明
11 二极管桥接电路，11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2 二极管，12 逆变器电路，12DU1、12DU2、12DV1、12DV2、12DW1、12DW2 二极管，12U1、12U2、12V1、12V2、12W1、12W2IGBT，13 电解电容器，14、16A、16B、16C 电流限制电路，141 晶闸管，142、162 电流限制电阻，15用户***，17、17R1、17R2、17S1、17S2、17T1、17T2 传感器，18、19 保护电路，20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2 IGBT，21R1、21R2、21S1、21S2、21T1、21T2 驱动电路，22 逆变器电路，22U1、22U2、22V1、22V2、22W1、22W2 IGBT，30 壳体，31 二极管芯片，32 IGBT芯片，33 二极管部，34 IGBT部，35 RC-IGBT芯片。
具体实施方式
<A.前提技术>
图1是前提技术的半导体模块100的电路图。半导体模块100是具备二极管桥接电路11、逆变器电路12、电解电容器13及电流限制电路14的逆变器模块。
二极管桥接电路11具备R相上桥臂的二极管11R1、R相下桥臂的二极管11R2、S相上桥臂的二极管11S1、S相下桥臂的11S2、T相上桥臂的二极管11T1、及T相下桥臂的二极管11T2。二极管11R1、11S1、11T1的阴极经由电流限制电路14与电解电容器13的P端子连接，二极管11R2、11S2、11T2的阳极与电解电容器13的N端子连接。
逆变器电路12具备U相上桥臂的IGBT 12U1、U相下桥臂的IGBT 12U2、V相上桥臂的IGBT 12V1、V相下桥臂的IGBT 12V2、W相上桥臂的IGBT 12W1、及W相下桥臂的IGBT 12W2。另外，二极管12DU1、12DU2、12DV1、12DV2、12DW1、12DW2分别与各IGBT 12U1、12U2、12V1、12V2、12W1、12W2反并联连接。IGBT 12U1、12V1、12W1的集电极与电解电容器13的P端子连接，IGBT12U2、12V2、12W2的发射极与电解电容器13的N端子连接。
电流限制电路14连接于二极管桥接电路11和逆变器电路12之间。电流限制电路14的一端与二极管11R1、11S1、11T1的阴极连接，另一端与电解电容器13的P端子连接。电流限制电路14呈晶闸管141和电流限制电阻142并联连接的结构。
图2示出半导体模块100中的电源启动后的母线电流的推移。在时刻t0，如果与二极管桥接电路11的R、S、T相端子连接的电源(未图示)启动，则母线电流逐渐增加。此时，由于晶闸管141是断开的，因此母线电流流过电流限制电阻142。因此，母线电流的增加在时刻t1以一定值封顶，防止过电流。如果电解电容器13的充电完成，则晶闸管141在时刻t2变为接通。如果晶闸管141变为接通，则母线电流流过晶闸管141，由此对电流限制电路14处的损耗进行抑制。但是，晶闸管141一旦接通则不能断开。因此，即使随后在时刻t3产生过电流等通电异常，也不能将晶闸管141设为断开而对电流进行限制，在时刻t4，二极管桥接电路11或用户***15被破坏。
相对于此，在下面所示的各实施方式的转换器模块中，在电源启动过程中产生了过电流等通电异常时，对二极管桥接电路11或用户***15进行保护。
<B.实施方式1>
<B－1.结构>
图3是实施方式1的半导体模块101的电路图。半导体模块101是具备二极管桥接电路11、电流限制电路16A、传感器17及保护电路18的转换器模块。在半导体模块101的输出端子P、N之间连接有电解电容器13。二极管桥接电路11的结构与前提技术相同。
传感器17与二极管桥接电路11的二极管11R1、11S1、11T1的阴极连接，对二极管桥接电路11的电流值进行测量。即，传感器17对流过二极管11R1、11S1、11T1的电流的合计值进行测量。
电流限制电路16A的一端与传感器17连接，另一端与电解电容器13的P端子连接。电流限制电路16A呈第1开关元件即IGBT 161和电流限制电阻162并联连接的结构。这里，作为第1开关元件而使用IGBT 161，但也可以使用MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor)等其它晶体管。
保护电路18与传感器17电连接，与由传感器17测量出的二极管桥接电路11的输出电流的值对应地对电流限制电路16A的IGBT161的接通和断开进行控制。
<B－2.动作>
图4示出半导体模块101中的电源启动后的母线电流的推移。在时刻t0，如果与二极管桥接电路11的R、S、T相端子连接的电源(未图示)启动，则母线电流逐渐增加。在电源启动初期，保护电路18将IGBT 161控制为断开，母线电流流过电流限制电阻162。因此，母线电流在时刻t1以一定值封顶，防止过电流。如果电解电容器13的充电完成，则保护电路18在时刻t2将IGBT 161设为接通。如果IGBT 161变为接通，则母线电流流过IGBT 161，由此对电流限制电路16A处的损耗进行抑制。之后，如果在时刻t3产生过电流等通电异常，在时刻t4传感器17中的母线电流的测量值超过阈值，则保护电路18将IGBT 161设为断开。由此，母线电流降低。如果通电异常被抑制，则在时刻t5保护电路18将IGBT 161设为接通，由此对电流限制电路16A处的损耗进行抑制。
<B－3.效果>
半导体模块101具备：二极管桥接电路11；传感器17，其对二极管桥接电路11的电流值进行测量；电流限制电路16A，其具有与二极管桥接电路11连接的第1开关元件即IGBT161；以及保护电路18，其与由传感器17测量的二极管桥接电路11的电流值对应地对IGBT161的接通和断开进行切换。就半导体模块101而言，通过对IGBT 161的接通和断开进行切换，能够对二极管桥接电路11的电流进行限制。因此，不仅能够对电源启动时的冲击电流进行抑制，针对之后的通电异常也能够抑制过电流。由此，能够防止构成二极管桥接电路11的二极管或用户***15的破损。
另外，电流限制电路16A具备与IGBT 161并联连接的电流限制电阻162。因此，通过在IGBT 161断开时电流流过电流限制电阻162，能够对二极管桥接电路11的电流进行限制。
<C.实施方式2>
<C－1.结构>
图5是实施方式2的半导体模块102的电路图。半导体模块102与实施方式1的半导体模块101相比，替代电流限制电路16A而具备电流限制电路16B。电流限制电路16B在电流限制电路16A的结构的基础上，还具备作为第2开关元件的IGBT 163。这里，作为第2开关元件而使用IGBT 163，但也可以使用MOSFET等其它晶体管。电流限制电路16B之外的半导体模块102的结构与半导体模块101相同。
<C－2.动作>
图6示出半导体模块102中的电源启动后的母线电流的推移。由于时刻t0至时刻t5为止的动作与图4相同，因此这里省略其说明。在时刻t6产生过电流等通电异常，母线电流上升。如果在时刻t7传感器17中的母线电流的测量值超过阈值，则保护电路18将IGBT 161设为断开，将IGBT 163设为接通。但是，这里设为母线电流没有降低，以时间T2继续保持大于或等于阈值的值。此时，保护电路18将IGBT 163设为断开，将流过电流限制电路16B电流完全切断。这样，半导体模块102的动作完全停止。此外，时间T2比从时刻t0至时刻t2为止的时间T1、或从时刻t4至时刻t5为止的时间T1长。
<C－3.效果>
实施方式2的半导体模块102具备与电流限制电阻162串联连接的第2开关元件即IGBT 163。如果在电流限制电阻162长时间通有过电流，则有可能电流限制电阻162发热而损害半导体模块102的可靠性。但是，就半导体模块102而言，如果过电流的通电时间超过时间T2，则通过保护电路18将IGBT 163切断而停止动作，因此具有高可靠性。
<D.实施方式3>
<D－1.结构>
图7是实施方式3的半导体模块103的电路图。半导体模块103与实施方式1的半导体模块101相比，替代电流限制电路16A而具备电流限制电路16C。电流限制电路16C仅由作为第1开关元件的IGBT 161构成。而且，保护电路18不仅对IGBT 161的接通和断开进行切换，还以2个等级对接通电压进行控制。半导体模块103的其它结构与半导体模块101相同。
<D－2.动作>
图8示出半导体模块103中的电源启动后的母线电流的推移。在时刻t0，在与二极管桥接电路11的R、S、T相端子连接的电源(未图示)启动时，电荷向电解电容器13充电，因此流动大电流(冲击电流)。这里，保护电路18将IGBT 161的栅极电压设定为第1接通电压即V1。由此，母线电流增加，但在时刻t1以一定值封顶，防止过电流。如果电解电容器13充电至某个程度，则保护电路18在时刻t2将IGBT 161的栅极电压设定为比第1接通电压高的第2接通电压即V2。由此，对电流限制电路16C处的损耗进行抑制。之后，如果在时刻t3产生过电流等通电异常，在时刻t4传感器17中的母线电流的测量值超过阈值，则保护电路18将IGBT161的栅极电压设定为V1。由此，母线电流降低。如果通电异常得到抑制，则在时刻t5保护电路18将IGBT 161的栅极电压设定为V2，由此对电流限制电路16C处的损耗进行抑制。
设为在时刻t6产生过电流等通电异常，母线电流上升。如果在时刻t7传感器17中的母线电流的测量值超过阈值，则保护电路18将IGBT 161的栅极电压设定为V1。但是，这里设为母线电流没有降低，以时间T2继续保持大于或等于阈值的值。此时，保护电路18将IGBT163设为断开，即，将栅极电压设为断开电压即0，将流过电流限制电路16B的电流完全切断。这样，半导体模块103的动作完全停止。此外，时间T2比从时刻t0至时刻t2为止的时间T1、或从时刻t4至时刻t5为止的时间T1长。
<D－3.效果>
就实施方式3的半导体模块103而言，保护电路18与由传感器17测量的二极管桥接电路11的电流值对应地，以断开电压、第1接通电压、及比第1接通电压高的第2接通电压至少3个等级对IGBT161的控制电压进行控制。保护电路18通过将IGBT 161的栅极电压设定为第1接通电压，能够对电源启动时的冲击电流或之后的通电异常的过电流进行抑制。另外，保护电路18通过将IGBT 161的栅极电压设定为第2接通电压，能够对母线电流小时的电路的损耗进行抑制。并且，保护电路18通过在过电流长时间持续的情况下将IGBT 161设为断开而将流过半导体模块103的电流完全切断，从而具有高可靠性。另外，由于在电流限制电路16C内不需要电流限制电阻，因此实现半导体模块103的小型化。
<E.实施方式4>
<E－1.结构>
图9是实施方式4的半导体模块104的电路图。半导体模块104与实施方式1的半导体模块101相比，在传感器与构成二极管桥接电路11的各二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2并联连接这一点不同。传感器17R1、17R2、17S1、17S2、17T1、17T2分别与二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2并联连接。传感器17R1、17R2、17S1、17S2、17T1、17T2具有感测二极管和分流电阻，对二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2的电流进行测量而输出至保护电路18。
<E－2.效果>
在实施方式1中，保护电路18基于二极管桥接电路11各相的二极管的电流值的合计值，对电流限制电路16A的IGBT 161的通断进行控制。相对于此，就实施方式4的半导体模块104而言，传感器17R1、17R2、17S1、17S2、17T1、17T2与构成二极管桥接电路11的各二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2并联连接，对各二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2的电流值进行测量作为二极管桥接电路11的电流值。因此，保护电路18能够基于构成二极管桥接电路11的各二极管的电流值对IGBT 161的通断进行控制。具体而言，只要二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2中有1个二极管的电流值超过阈值，则保护电路18将IGBT161设为断开而进行电流限制。由此，能够更准确地掌握二极管桥接电路11各相的电流而进行电流限制，得到高可靠性。
<F.实施方式5>
<F－1.结构>
图10是实施方式5的半导体模块105的电路图。半导体模块105与实施方式4的半导体模块104相比，替代保护电路18而具备保护电路19。保护电路19除了保护电路18的功能之外，还具有在二极管桥接电路11产生了过电流时将警报输出至用户***15等外部的功能。
保护电路19从传感器17R1、17R2、17S1、17S2、17T1、17T2取得构成二极管桥接电路11的各二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2的电流值。而且，二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2中只要存在一个电流值超过阈值的二极管，则保护电路19将警报输出至用户***15。这里，警报的方法可以使用模拟信号，也可以使用数字信号。
<F－2.效果>
就实施方式5的半导体模块105而言，保护电路19与由传感器17测量的二极管桥接电路11的电流值对应地，将警报信号输出至半导体模块105的外部。因此，根据半导体模块105，在二极管桥接电路11产生了过电流时能够将警报输出至用户***15。由此，在用户侧，能够在半导体模块105或用户***15破损前在任意的定时对它们进行保护，因此具有高可靠性。另外，用户***15能够保留通电异常或加热异常等警报的日志，因此能够追溯异常状态的履历，发生故障时的故障诊断变得容易。
<G.实施方式6>
<G－1.结构>
图11是实施方式6的半导体模块106的电路图。半导体模块106在实施方式4的半导体模块104的结构的基础上，还具备与构成二极管桥接电路11的二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2反并联连接的IGBT 20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2。
图12是实施方式6的变形例的半导体模块106A的电路图。如图12所示，半导体模块106A在半导体模块106的结构的基础上，还具备用于对IGBT 20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2进行驱动的驱动电路21R1、21R2、21S1、21S2、21T1、21T2。此外，半导体模块106A也可以除了驱动电路21R1、21R2、21S1、21S2、21T1、21T2之外，还具备对IGBT 20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2进行保护的保护电路。
<G－2.效果>
由于实施方式6的半导体模块106、106A具备与构成二极管桥接电路的各二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2反并联连接的IGBT 20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2，因此能够用作电源再生时的转换器模块或转换器IPM。
另外，半导体模块106A具备保护电路和IGBT 20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2的驱动电路21R1、21R2、21S1、21S2、21T1、21T2。因此，能够通过1个半导体模块106A进行二极管11R1、11R2、11S1、11S2、11T1、11T2的保护和IGBT 20R1、20R2、20S1、20S2、20T1、20T2的保护，具有高可靠性。
<H.实施方式7>
<H－1.结构>
图13是实施方式7的半导体模块107的电路图。半导体模块107是在实施方式1的半导体模块101的结构的基础上还具备逆变器电路22的逆变器模块。逆变器电路22连接于电解电容器13的P端子和N端子之间。逆变器电路22具备U相上桥臂的IGBT 22U1、U相下桥臂的IGBT 22U2、V相上桥臂的IGBT 22V1、V相下桥臂的IGBT 22V2、W相上桥臂的IGBT 22W1、及W相下桥臂的IGBT 22W2。另外，二极管22DU1、22DU2、22DV1、22DV2、22DW1、22DW2分别与各IGBT 22U1、22U2、22V1、22V2、22W1、22W2反并联连接。
<H－2.变形例>
图13所示的逆变器模块不仅能够应用于实施方式1的半导体模块101，也能够如下面叙述那样应用于其它实施方式的半导体模块。
图14是实施方式7的第1变形例的半导体模块107A的电路图。半导体模块107A是在实施方式4的半导体模块104的结构的基础上还具备逆变器电路22的逆变器模块。
图15是实施方式7的第2变形例的半导体模块107B的电路图。半导体模块107B是在实施方式6的半导体模块106的结构的基础上还具备逆变器电路22的逆变器模块。
图16示出半导体模块107B的芯片结构。就半导体模块107B而言，在二极管桥接电路11中具有6个二极管和6个IGBT，在逆变器电路22中具有6个二极管和6个IGBT。为了构成二极管桥接电路11而需要6个二极管芯片31和6个IGBT芯片32，为了构成逆变器电路22而需要6个二极管芯片31和6个IGBT芯片32。即，就半导体模块107B而言，在壳体30内需要搭载12个二极管芯片和12个IGBT芯片合计24个芯片的大的面积。
因此，通过1个RC-IGBT实现处于反并联连接关系的IGBT和二极管。RC-IGBT芯片35是将IGBT和二极管集成为1个芯片而成的，如图17所示具有构成二极管的二极管部33和构成IGBT的IGBT部34。由此，如图18所示，能够由6个RC-IGBT芯片35构成半导体模块107B的二极管桥接电路11，由6个RC-IGBT芯片35构成逆变器电路22，由合计12个RC-IGBT芯片35实现半导体模块107B。因此，能够使芯片的搭载面积减小，使半导体模块107B小型化。这里，对在半导体模块107B使用RC-IGBT的情况进行了说明，但对于具有处于反并联连接关系的IGBT和二极管的其它实施方式的半导体模块也能够应用RC-IGBT。
<H－3.效果>
实施方式8的半导体模块107、107A、107B除了二极管桥接电路11之外还具备逆变器电路22。通过将上述电路搭载于同一封装体内，从而将电力转换所需要的模块封装为1个封装体。因此，通过使用半导体模块107、107A、107B而能够使电力转换设备小型化。
另外，通过在半导体模块107B由RC-IGBT构成反并联连接的二极管和IGBT，从而能够使芯片的搭载面积减小，使半导体模块107B小型化。
此外，半导体模块107B所具备的二极管或IGBT等半导体元件也可以使用SiC或GaN等宽带隙半导体。由于宽带隙半导体能够在高温下使用，因此对半导体模块的需求增加，期望使用了宽带隙半导体的半导体模块的小型化和高集成化。由于半导体模块107B能够如图17所示那样小型化，因此适于宽带隙半导体的使用。另外，针对其它实施方式的半导体模块，通过使用宽带隙半导体也能够在高温下使用。
能够搭载1个或多个上述各实施方式中说明的半导体模块，构成逆变器装置、转换器装置、伺服放大器或电源单元等电力转换装置。通过使用各实施方式中说明的半导体模块，能够实现电力转换装置本身的高可靠性或小型化。
此外，本发明可以在其发明的范围内将各实施方式自由地组合，对各实施方式适当进行变形、省略。

Claims (8)

1.一种半导体模块，其具备：
二极管桥接电路；
传感器，其对所述二极管桥接电路的电流值进行测量；
电流限制电路，其具有与所述二极管桥接电路连接的第1开关元件；以及
保护电路，其与由所述传感器测量的所述二极管桥接电路的电流值对应地对所述第1开关元件的接通和断开进行切换，
所述电流限制电路具备与所述第1开关元件并联连接的电流限制电阻，
所述电流限制电路具备与所述电流限制电阻串联连接的第2开关元件，
所述保护电路在与所述二极管桥接电路连接的电源启动后，在从所述电流限制电路输出的母线电流达到峰值后，将所述第1开关元件接通，然后，如果所述母线电流超过预先确定的阈值，则将所述第1开关元件断开，在即使将所述第1开关元件断开，所述母线电流也持续一定时间超过所述阈值的情况下，将所述第2开关元件断开。
2.根据权利要求1所述的半导体模块，其中，
所述传感器与构成所述二极管桥接电路的各二极管并联连接，所述传感器对所述各二极管的电流值进行测量作为所述二极管桥接电路的电流值。
3.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其中，
所述保护电路与由所述传感器测量的所述二极管桥接电路的电流值对应地，将警报信号输出至所述半导体模块的外部。
4.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其中，
具备与构成所述二极管桥接电路的各二极管反并联连接的多个IGBT。
5.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其中，
还具备逆变器电路。
6.根据权利要求4所述的半导体模块，其中，
构成所述二极管桥接电路的各二极管和与所述各二极管反并联连接的所述多个IGBT由RC-IGBT构成。
7.根据权利要求1或2所述的半导体模块，其中，
所述第1开关元件和构成所述二极管桥接电路的各二极管是使用宽带隙半导体构成的。
8.一种电力转换装置，其具备权利要求1至7中任一项所述的半导体模块。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114051689A (zh) * 2021-03-23 2022-02-15 华为数字能源技术有限公司 一种软启动电路及变换器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714470A (zh) * 2010-01-15 2012-10-03 莫斯科技株式会社 带保护功能的电力转换装置以及控制方法
JP2013066362A (ja) * 2011-09-04 2013-04-11 Denso Corp 車両用回転電機
WO2014097486A1 (ja) * 2012-12-21 2014-06-26 三菱電機株式会社 スイッチング素子駆動回路、パワーモジュールおよび自動車
CN104094509A (zh) * 2012-02-03 2014-10-08 株式会社日立制作所 半导体开关元件的驱动电路以及使用该驱动电路的电力转换电路

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62107591U (zh) * 1985-12-23 1987-07-09
US5828112A (en) * 1995-09-18 1998-10-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device incorporating an output element having a current-detecting section
JP3367839B2 (ja) * 1995-09-18 2003-01-20 株式会社東芝 半導体装置
JPH10239360A (ja) * 1997-02-28 1998-09-11 Fanuc Ltd 過電流検出回路
US6194856B1 (en) * 1999-01-25 2001-02-27 Hitachi, Ltd. Motor driving apparatus including a modularized current control circuit and method of controlling the same
JP4512211B2 (ja) * 1999-01-25 2010-07-28 株式会社日立産機システム 電流制御回路、インバータ制御装置、インバータ装置、および電力変換装置
JP2000270468A (ja) 1999-03-16 2000-09-29 Toshiba Corp 電源制御装置
JP2007159344A (ja) * 2005-12-08 2007-06-21 Nec Computertechno Ltd 電流制限回路、電源回路、及び電流制限方法
JP2008042124A (ja) * 2006-08-10 2008-02-21 Fuji Electric Holdings Co Ltd 半導体パワーモジュール
JP2008072848A (ja) * 2006-09-14 2008-03-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
WO2010073635A1 (ja) * 2008-12-26 2010-07-01 ダイキン工業株式会社 電力変換装置
JP5668499B2 (ja) * 2011-01-27 2015-02-12 株式会社デンソー 半導体装置
JP2012070531A (ja) * 2010-09-24 2012-04-05 Hitachi Appliances Inc インバータ装置
JP5279796B2 (ja) * 2010-10-29 2013-09-04 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP5230777B2 (ja) * 2011-07-06 2013-07-10 三菱電機株式会社 電力変換装置
US8582269B2 (en) * 2011-08-04 2013-11-12 Lg Chem, Ltd. Overcurrent protection apparatus for secondary battery, protection method and battery pack
KR101262524B1 (ko) * 2011-08-04 2013-05-08 주식회사 엘지화학 이차 전지의 과전류 보호 장치, 보호 방법 및 전지 팩
US9302912B2 (en) * 2012-03-28 2016-04-05 Mks Instruments, Inc. Compact, configurable power supply for energizing ozone-producing cells
JP2013205257A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Sanyo Electric Co Ltd 電源装置、及びこの電源装置を備える車両並びに蓄電装置
JP2014045551A (ja) * 2012-08-24 2014-03-13 Sanyo Electric Co Ltd パック電池及びパック電池の放電制御方法
CN103701086B (zh) * 2012-09-27 2016-03-30 英业达科技有限公司 电路保护装置
JP2015012706A (ja) * 2013-06-28 2015-01-19 旭化成エレクトロニクス株式会社 トランジスタの駆動回路及びそれを用いた半導体遮断器並びにその遮断制御方法
TWI530070B (zh) * 2013-10-21 2016-04-11 賴建安 突波電流限制裝置及方法
US10498130B2 (en) * 2014-02-18 2019-12-03 Ge Aviation Systems Limited Method for limiting current in a circuit
JP6507872B2 (ja) * 2015-06-15 2019-05-08 オムロン株式会社 電源回路及び遊技機
KR20170021407A (ko) * 2015-08-17 2017-02-28 한국철도기술연구원 스위칭 정류기의 보호 장치
CN105140889B (zh) * 2015-09-14 2018-03-30 江苏物联网研究发展中心 变频器过流保护电路
CN206807297U (zh) * 2017-03-31 2017-12-26 沈阳工业大学 一种用于分布式电源并网的宽范围电压输入变换装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102714470A (zh) * 2010-01-15 2012-10-03 莫斯科技株式会社 带保护功能的电力转换装置以及控制方法
JP2013066362A (ja) * 2011-09-04 2013-04-11 Denso Corp 車両用回転電機
CN104094509A (zh) * 2012-02-03 2014-10-08 株式会社日立制作所 半导体开关元件的驱动电路以及使用该驱动电路的电力转换电路
WO2014097486A1 (ja) * 2012-12-21 2014-06-26 三菱電機株式会社 スイッチング素子駆動回路、パワーモジュールおよび自動車

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