DE102018205281A1 - Leistungshalbleitervorrichtung und leistungshalbleiter-ansteuersystem - Google Patents

Leistungshalbleitervorrichtung und leistungshalbleiter-ansteuersystem Download PDF

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Abstract

Jedes einer Vielzahl von Halbleiterelementen (5a bis 5f) ist mit einem ersten Steueranschluss (20a bis 20f) und einem zweiten Steueranschluss (11a bis 11f) versehen. Ein eingebauter Gatewiderstand (30a bis 30f) ist zwischen das Halbleiterelement (5a bis 5f) und den ersten Steueranschluss (20a bis 20f) geschaltet. Individuelle Spannungsimpulssignale werden in die zweiten Steueranschlüsse (11a bis 11f) eingespeist, wenn die Vielzahl von Halbleiterelementen (5a bis 5f) individuell ein- und ausgeschaltet wird. Ein gemeinsames Spannungsimpulssignal wird in einige (20a, 20c und 20e) der ersten Steueranschlüsse eingespeist, wenn eine erste Gruppe Halbleiterelemente (5a, 5c und 5e) gemeinsam ein- und ausgeschaltet wird. Ein gemeinsames Spannungsimpulssignal wird in andere (20b, 20d und 20f) der ersten Steueranschlüsse eingespeist, wenn eine zweite Gruppe Halbleiterelemente (5b, 5d und 5e) gemeinsam ein- und ausgeschaltet wird.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung und ein Leistungshalbleiter-Ansteuersystem und insbesondere auf eine Halbleitervorrichtung, die eine Vielzahl von Halbleiterelementen enthält, und ein System zum Ansteuern derselben.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Das offengelegte japanische Patent Nr. 2012-120304 beschreibt ein Invertermodul, das sechs Leistungstransistoren enthält, als eine Halbleitervorrichtung, die eine Vielzahl von Halbleiterelementen enthält.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Drehstrom- bzw. Dreiphasen-Inverter ist so konfiguriert, dass ein als ein oberer Arm definiertes Halbleiterelement und ein als ein unterer Arm definiertes Halbleiterelement in jeder einer U-Phase, einer V-Phase und einer W-Phase zwischen Stromversorgungsleitungen in Reihe geschaltet sind, wobei ein Ausgangsanschluss in jeder Phase dazwischen angeordnet bzw. zwischengeschaltet ist.
  • Wenn Ausgangsanschlüsse unter der Vielzahl von Phasen miteinander verbunden sind, sind daher die Elemente im oberen Arm und die Elemente im unteren Arm in der Vielzahl von Phasen zueinander elektrisch parallel geschaltet. Durch Ein- und Ausschalten der Vielzahl von Halbleiterelementen, die gemeinsam parallel geschaltet sind, kann die Vielzahl von Halbleiterelementen als ein einziges Halbleiter-Schaltelement genutzt werden. Beispielsweise können sechs Halbleiterelemente, welche einen Dreiphasen-Inverter verwirklichen, als ein Halbbrücken-Inverter genutzt werden, indem jeder Satz aus drei Halbleiterelementen gemeinsam ein- und ausgeschaltet wird, die parallel geschaltet sind, indem Ausgangsanschlüsse in der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase verbunden werden.
  • Bei einer derartigen Nutzungsart wird jedoch ein LC-Resonanzschaltkreis durch eine Streuinduktivität und eine parasitäre Kapazität auf einem Pfad von einer Ansteuervorrichtung zu einer Steuerelektrode (Gate) unter der Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen gebildet. Überdies ist aufgrund einer Differenz in der Länge einer Leitung, die einer Schwankung bei der Herstellung oder einem Layout zugeschrieben wird, solch eine Konfiguration des LC-Resonanzschaltkreises, in der unausgeglichene LC-Komponenten parallel geschaltet sind, ein Thema bzw. Problem.
  • Wenn es aufgrund eines Resonanzphänomens in dem LC-Resonanzschaltkreis schwierig wird, Spannungen an Steuerelektroden (Gates) einer Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen im Einklang zu steuern, wird ein Strom, der durch jedes Halbleiterelement fließt, ungleichmäßig, und ein nachteiliges Auftreten einer Konzentration einer Wärmeerzeugung in einem spezifischen Halbleiterelement ist ein Problem.
  • Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um solche Probleme zu lösen, und deren Aufgabe besteht darin, eine Konfiguration zum Ausgleichen eines Stroms in jedem Halbleiterelement bei solch einer Nutzungsart vorzusehen, bei der Halbleiterelemente in einer Halbleitervorrichtung, die eine Vielzahl von Halbleiterelementen enthält, parallel geschaltet sind und gemeinsam ein- und ausgeschaltet werden.
  • In einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Leistungshalbleitervorrichtung eine Vielzahl erster Phasenschaltungen, die zwischen ersten und zweiten Stromversorgungsleitungen parallel geschaltet sind. Jede der Vielzahl erster Phasenschaltungen enthält erste und zweite Halbleiterelemente. Die ersten und zweiten Halbleiterelemente sind zwischen den ersten und zweiten Stromversorgungsleitungen in Reihe geschaltet, wobei ein erster Ausgangsknoten zwischengeschaltet ist. Die ersten und zweiten Halbleiterelemente enthalten jeweils eine Steuerelektrode und erste und zweite Hauptelektroden und sind so konfiguriert, dass die ersten und zweiten Hauptelektroden gemäß einer Spannung an der Steuerelektrode leitend oder nicht leitend gemacht werden. Die Leistungshalbleitervorrichtung enthält ferner erste und zweite Steueranschlüsse für eine Einspeisung eines elektrischen Signals von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung. Die ersten und zweiten Steueranschlüsse sind entsprechend jedem der ersten und zweiten Halbleiterelemente in jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen vorgesehen. Die ersten und zweiten Steueranschlüsse sind mit der Steuerelektrode eines entsprechenden Halbleiterelements der ersten und zweiten Halbleiterelemente elektrisch verbunden. Die Leistungshalbleitervorrichtung umfasst ferner einen ersten eingebauten Widerstand, der in jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen zwischen den ersten Steueranschluss und die Steuerelektrode elektrisch geschaltet ist.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung kann in den ersten und zweiten Halbleiterelementen in jeder der ersten Phasenschaltungen mit einer Anordnung eines in einem Gate eingebauten Widerstands ein elektrischer Widerstandswert zwischen dem ersten Steueranschluss und der Steuerelektrode höher sein als ein elektrischer Widerstandswert zwischen dem zweiten Steueranschluss und der Steuerelektrode. Wenn die ersten und zweiten Halbleiterelemente unter der Vielzahl erster Phasenschaltungen parallel geschaltet sind und gemeinsam gesteuert werden, wird daher ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten des ersten oder zweiten Halbleiterelements in den ersten Steueranschluss eingespeist, so dass ein Phänomen einer Resonanz einer Gatespannung unterdrückt werden kann, ohne ein Widerstandselement mit einer externen Leitung anzuschließen, und daher kann eine Differenz im Strom, die aufgrund einer Differenz in einer Gatespannung zwischen der Vielzahl parallel geschalteter erster und zweiter Halbleiterelemente hervorgerufen wird, unterdrückt werden. Wenn die ersten und zweiten Halbleiterelemente unter der Vielzahl von Phasenschaltungen individuell gesteuert werden, wird ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente in den zweiten Steueranschluss eingespeist, so dass ein Gatewiderstand unterdrückt werden kann und ein Schaltverlust unterdrückt werden kann.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Darin zeigt:
    • 1 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht,
    • 2 ein Schaltungsdiagramm, das einen Zustand einer Leitungsverbindung in einer ersten Nutzungsart (individuelle Nutzung) der in 1 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung veranschaulicht,
    • 3 ein Schaltungsdiagramm, das einen Zustand einer Leitungsverbindung in einer zweiten Nutzungsart (Nutzung in Parallelschaltung) der in 1 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung veranschaulicht,
    • 4 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 5 ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das zur Anpassung an die erste Nutzungsart (individuelle Nutzung) der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 6 ein Schaltungsdiagramm des Ansteuersystems, das zur Anpassung an die zweite Nutzungsart (Nutzung in Parallelschaltung) der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 7 ein Schaltungsdiagramm, das eine Nutzungsart der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 8 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 9 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 10 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 11 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 12 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 13 ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das zur Nutzung in Parallelschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 14 ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das zur individuellen Nutzung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 15 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht,
    • 16 ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das zur Nutzung in Parallelschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 17 ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das zur individuellen Nutzung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 18 ein Schaltungsdiagramm, das eine Modifikation der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht,
    • 19 ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das zur individuellen Nutzung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform konfiguriert ist,
    • 20 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Kombination der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 21 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Kombination der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform und der dritten Ausführungsform veranschaulicht,
    • 22 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Kombination der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform und der vierten Ausführungsform veranschaulicht, und
    • 23 ein Schaltungsdiagramm, das eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Kombination der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform und der fünften Ausführungsform veranschaulicht.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Die gleichen oder entsprechende Elemente in den folgenden Zeichnungen weisen die gleichen zugewiesenen Bezugszeichen auf, und deren Beschreibung wird grundsätzlich nicht wiederholt.
  • Erste Ausführungsform
  • In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Leistungshalbleitervorrichtung hauptsächlich für eine Anwendung als eine Leistungsumwandlungsvorrichtung beschrieben, worin eine Vielzahl von Schaltungen vorgesehen ist, die jeweils einer Phase entsprechen und von einem oberen Arm und einem unteren Arm gebildet werden, die in Reihe geschaltet sind. Insbesondere wird eine Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung im Detail beschrieben, die für eine selektive Nutzung in einer Art und Weise, in der jede Phasenschaltung individuell betrieben wird, und einer Art und Weise geeignet ist, in der der obere Arm und der untere Arm jeweils gemeinsam betrieben werden, wobei Schaltungen in einer Vielzahl von Phasen parallel geschaltet sind.
  • Obgleich eine Vielzahl von Halbleiterelementen, die in einer Leistungshalbleitervorrichtung enthalten sind, in der vorliegenden Ausführungsform unter der Annahme beschrieben wird, dass für jeden Arm ein Halbleiterelement angeordnet ist, kann jedes Halbleiterelement tatsächlich auch durch Parallelschalten einer Vielzahl von Halbleiterelementen konfiguriert werden.
  • (Vergleichsbeispiel)
  • Zunächst wird eine Konfiguration einer allgemeinen Leistungshalbleitervorrichtung, die eine Vielzahl von Halbleiterelementen enthält, als ein Vergleichsbeispiel beschrieben.
  • 1 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung 100# gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulichendes Schaltungsdiagramm. Bezug nehmend auf 1 ist die Leistungshalbleitervorrichtung 100# als ein Modul konfiguriert, das eine Vielzahl von Halbleiterelementen 5a bis 5f enthält. Beispielsweise ist jedes der Halbleiterelemente 5a bis 5f durch einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) verwirklicht und wird als Antwort auf ein elektrisches Signal von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100# ein- und ausgeschaltet. Wenn die Halbleiterelemente 5a bis 5f durch IGBTs verwirklicht sind, sind Freilaufdioden 6a bis 6f, um einen Strompfad sicherzustellen, während das Halbleiterelement ausgeschaltet ist, jeweils antiparallel mit den Halbleiterelementen 5a bis 5f verbunden.
  • Die Halbleiterelemente 5a bis 5f sind verbunden, um eine U-Phase-Schaltung 101, eine V-Phase-Schaltung 102 und eine W-Phase-Schaltung 103 zu verwirklichen. Die U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103 weisen jeweils zwei, in Reihe geschaltete Halbleiterelemente, wobei jeweilige Ausgangsknoten N1 bis N3 zwischengeschaltet sind, zwischen einer Stromversorgungsleitung 27, die mit einem hohen Stromversorgungsanschluss 41 verbunden ist, und einer Stromversorgungsleitung 28 auf, die mit einem niedrigen Stromversorgungsanschluss 42 verbunden ist. Jedes der beiden Halbleiterelemente, die gesteuert werden, um ein- und auszuschalten, verwirklicht zusammen mit der Freilaufdiode einen Arm. Die Stromversorgungsleitung 27 entspricht der „ersten Stromversorgungsleitung“, und die Stromversorgungsleitung 28 entspricht der „zweiten Stromversorgungsleitung“.
  • Die U-Phase-Schaltung 101 weist zwischen den Stromversorgungsleitungen 27 und 28 in Reihe geschaltete Halbleiterelemente 5a und 5b auf, wobei ein Ausgangsknoten N1 zwischengeschaltet ist. Ähnlich weist die V-Phase-Schaltung 102 zwischen den Stromversorgungsleitungen 27 und 28 in Reihe geschaltete Halbleiterelemente 5c und 5d auf, wobei ein Ausgangsknoten N2 zwischengeschaltet ist. Die W-Phase-Schaltung 103 weist zwischen den Stromversorgungsleitungen 27 und 28 in Reihe geschaltete Halbleiterelemente 5e und 5f auf, wobei ein Ausgangsknoten N3 zwischengeschaltet ist. Die Ausgangsknoten N1 bis N3 sind jeweils mit Ausgangsanschlüssen 43 bis 45 elektrisch verbunden. Die Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e verwirklichen den „oberen Arm“ der U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103, und die Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f verwirklichen den „unteren Arm“ der U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103.
  • Jedes der Halbleiterelemente 5a bis 5f ist so konfiguriert, dass Hauptelektroden gemäß einer Spannung oder einem Strom an der Steuerelektrode leitend oder nicht leitend gemacht werden. Beispielsweise weist jedes der Halbleiterelemente 5a bis 5f, die durch IGBTs verwirklicht sind, einen Kollektor (C) und einen Emitter (E) auf, die gemäß einer Spannung an einem Gate (G) (worauf im Folgenden auch als „Gatespannung“ verwiesen wird) bezüglich des Emitters (E) leitend oder nicht leitend gemacht werden.
  • Steueranschlüsse 11a bis 11f, die jeweils mit den Steuerelektroden (Gates in dem Beispiel von 1) elektrisch verbunden sind, sind jeweils entsprechend den Halbleiterelementen 5a bis 5f vorgesehen. Anschlüsse 10a bis 10f, die mit einer der Hauptelektroden (dem Emitter im Beispiel von 1) elektrisch verbunden sind, sind jeweils entsprechend den Halbleiterelementen 5a bis 5f angeordnet. Die Anschlüsse 10a bis 10f und Steueranschlüsse 11a bis 11f können von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100# elektrisch in Kontakt bzw. kontaktiert sein.
  • Daher kann ein elektrisches Signal, um ein Ein- und Ausschalten der die Arme bildenden Halbleiterelemente 5a bis 5f zu steuern, in die Steueranschlüsse 11a bis 11f von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100# eingespeist werden. Das elektrische Signal kann ein Spannungsimpulssignal sein, das auf einen zwischen einer An-Periode und einer Aus-Periode eines Halbleiterelements verschiedenen Spannungspegel eingestellt ist.
  • Somit wird jedes der Halbleiterelemente 5a bis 5f von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100# ein- und ausgeschaltet, indem eine Spannung an der Steuerelektrode (Gate) (worauf im Folgenden einfach auch als „Gatespannung“ verwiesen wird) bezüglich einer der Hauptelektroden (Emitter) mit einem in die Steueranschlüsse 11a bis 11f eingespeisten elektrischen Signal (Spannungsimpulssignal) gesteuert wird.
  • Wenn die Halbleiterelemente 5a bis 5f im Folgenden umfassend bzw. global beschrieben werden, werden sie auch einfach als Halbleiterelement 5 bezeichnet. Ähnlich werden andere Elemente mit Suffixen a bis f bezeichnet, wenn eine Entsprechung mit Halbleiterelementen 5a bis 5f verdeutlicht werden soll, wohingegen, wenn es nicht notwendig ist, eine Entsprechung mit einem Halbleiterelement zu spezifizieren, die Elemente global nur mit einer Zahl bezeichnet werden.
  • 2 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Ansteuervorrichtung in einer ersten Nutzungsart (individuelle Nutzung) der Leistungshalbleitervorrichtung 100#.
  • Bezug nehmend auf 2 sind Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f jeweils entsprechend den Halbleiterelementen 5a bis 5f angeordnet. Die Ansteuervorrichtung 110a speist ein Spannungsimpulssignal zum Steuern einer Spannung über einen Anschluss 10a und einen Steueranschluss 11a (das heißt eine Gatespannung des Halbleiterelements 5a) in den Steueranschluss 11a des Halbleiterelements 5a ein.
  • Ähnlich sind Ansteuervorrichtungen 110b bis 110f mit Anschlüssen 10b bis 10f und Steueranschlüssen 11b bis 11f der Halbleiterelemente 5b bis 5f verbunden und speisen jeweils Spannungsimpulssignale zum Steuern von Gatespannungen der Halbleiterelemente 5b bis 5f in die Steueranschlüsse 11b bis 11f ein.
  • Die Halbleiterelemente 5a bis 5f werden somit gesteuert, um ein- und auszuschalten, so dass sie als der obere Arm und der untere Arm eines Dreiphasen-Inverters arbeiten. In der Nutzungsart, in der U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103 individuell betrieben werden (worauf im Folgenden auch als „individuelle Nutzung“ verwiesen wird), kann der Dreiphasen-Inverter durch die Leistungshalbleitervorrichtung 100# verwirklicht werden. Konkret bilden die Halbleiterelemente 5a und 5b der U-Phase-Schaltung 101 den oberen Arm bzw. den unteren Arm in der U-Phase des Dreiphasen-Inverters, bilden die Halbleiterelemente 5c und 5d der V-Phase-Schaltung 102 den oberen Arm bzw. den unteren Arm in der V-Phase des Dreiphasen-Inverters, und die Halbleiterelemente 5e und 5f der W-Phase-Schaltung 103 bilden den oberen Arm bzw. den unteren Arm der W-Phase des Dreiphasen-Inverters.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Anordnung einer Ansteuervorrichtung in einer zweiten Nutzungsart (Nutzung in Parallelschaltung) der Leistungshalbleitervorrichtung 100#.
  • Bezug nehmend auf 3 sind in der zweiten Nutzungsart unter einigen oder allen Schaltungen 101 bis 103 in der Vielzahl von Phasen Ausgangsanschlüsse miteinander verbunden und kurzgeschlossen. In dem Beispiel in 3 sind Ausgangsanschlüsse 43 bis 45 so kurzgeschlossen, dass die U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103 parallel geschaltet sind und gemeinsam arbeiten.
  • Konkret sind die Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e zwischen den hohen Stromversorgungsanschluss 41 und den Ausgangsknoten N1 bis N3 parallel geschaltet, die mit den zwischengeschalteten Ausgangsanschlüssen 43 bis 45 verbunden sind. Die Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f sind zwischen den niedrigen Stromversorgungsanschluss 42 und die Ausgangsknoten N1 bis N3 parallel geschaltet.
  • Die Anschlüsse 10a, 10c und 10e der jeweiligen Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e im oberen Arm sind gemeinsam verbunden und mit einer Ansteuervorrichtung 110x verbunden. Ähnlich sind die Steueranschlüsse 11a, 11c und 11e der jeweiligen Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e gemeinsam verbunden und mit der Ansteuervorrichtung 110x verbunden. Folglich werden Gatespannungen der Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e durch ein Spannungsimpulssignal von der Ansteuervorrichtung 110x gemeinsam gesteuert. Die Ansteuervorrichtung 110x kann ein Ein- und Ausschalten der parallel geschalteten Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e in dem oberen Arm gemeinsam steuern, um den oberen Arm eines Halbbrücken-Inverters auszubilden.
  • Ähnlich sind die Anschlüsse 10b, 10d und 10f der jeweiligen Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f im unteren Arm gemeinsam verbunden und mit einer Ansteuervorrichtung 110y verbunden. Ähnlich sind die Steueranschlüsse 11b, 11d und 11f der jeweiligen Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f gemeinsam verbunden und mit der Ansteuervorrichtung 110y verbunden. Folglich werden Gatespannungen der Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f durch ein Spannungsimpulssignal von der Ansteuervorrichtung 110y gemeinsam gesteuert. Die Ansteuervorrichtung 110y kann ein Ein- und Ausschalten der parallel geschalteten Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f in dem unteren Arm gemeinsam steuern, um den unteren Arm des Halbbrücken-Inverters auszubilden.
  • Folglich kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100#, die bei individueller Nutzung als der Dreiphasen-Inverter arbeitet, auch eine Nutzung als eine Schaltung in einer Phase eines Halbbrücken-Inverters oder eines Mehrphasen-Inverters ermöglichen infolge einer Nutzung in Parallelschaltung, die durch eine Verbindung der Ausgangsanschlüsse 43 bis 45 und eine Verbindung mit der Ansteuervorrichtung 110 erreicht wird. Mit solch einer Flexibilität in der Vielfalt bzw. Ausgestaltung kann ein Nutzen eines Anwenders verbessert werden.
  • Bei einer Nutzung in Parallelschaltung können jedoch Gatespannungen unter der Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen aufgrund einer Streuinduktivität einer Leitung und einer parasitären Kapazität einer Steuerelektrode unausgeglichen sein. Konkret ist ein Problem ein Ungleichgewicht unter den Gatespannungen aufgrund einer Resonanz der Gatespannungen, die durch Anlegen eines Spannungsimpulssignals zum Ein- und Ausschalten einer Vielzahl von Halbleiterelementen an einen LC-Resonanzschaltkreis hervorgerufen wird, was aus einer Streuinduktivität und der parasitären Kapazität resultiert, worin LC-Schaltungen parallel geschaltet sind. Das Problem ist die Konfiguration des LC-Resonanzschaltkreises, worin unausgeglichene LC-Schaltungen parallel geschaltet sind, aufgrund einer Differenz in der Länge einer Leitung, die einer Schwankung bei der Herstellung oder einem Layout zugeschrieben wird.
  • Wenn es aufgrund eines Resonanzphänomens in dem LC-Resonanzschaltkreis schwierig wird, Spannungen an Steuerelektroden (Gates) einer Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen im Einklang zu steuern, wird ein Strom, der durch jedes Halbleiterelement fließt, ungleichmäßig, und ein nachteiliges Auftreten einer Konzentration einer Wärmeerzeugung in einem spezifischen Halbleiterelement ist ein Problem).
  • Wenn solch ein Phänomen auftritt, wird aufgrund der Differenz in einer Gatespannung ein Strom durch jedes der Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen ungleichmäßig, und ein nachteiliges Auftreten einer Konzentration einer Wärmeerzeugung in einem spezifischen Halbleiterelement ist ein Problem. Daher wird in der vorliegenden Ausführungsform eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung beschrieben, die eine Nutzung in Parallelschaltung erlaubt, ohne den Nachteil wie oben hervorzurufen.
  • (Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform)
  • 4 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Vergleicht man 4 mit 1, ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100# im Vergleichsbeispiel insofern verschieden, als sie ferner Steueranschlüsse 20a bis 20f und eingebaute Widerstände 30a bis 30f enthält, die entsprechend mit jeweiligen Halbleiterelementen 5a bis 5f angeordnet sind. Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100a ansonsten in der Konfiguration die Gleiche wie die Leistungshalbleitervorrichtung 100# gemäß dem Vergleichsbeispiel ist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • Ähnlich den Steueranschlüssen 11a bis 11f können die Steueranschlüsse 20a bis 20f von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100a elektrisch kontaktiert sein. Die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f sind jeweils zwischen den Steueranschlüssen 20a bis 20f und den Steuerelektroden (Gates) der Halbleiterelemente 5a bis 5f angeordnet. Die Steueranschlüsse 20a bis 20f sind jeweils mit den Steuerelektroden (Gates) der Halbleiterelemente 5a bis 5f elektrisch verbunden, wobei die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f zwischengeschaltet sind. Die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f können verwirklicht werden, indem ein Widerstand angeschlossen oder ein Widerstand eines Materials für eine Leitung erhöht wird, um einen elektrischen Widerstandswert zwischen dem Steueranschluss 20 und dem Gate des Halbleiterelements 5 höher als einen elektrischen Widerstandswert zwischen dem Steueranschluss 11 und dem Gate des Halbleiterelements 5 zu machen.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100a entsprechen die U-Phase-Schaltung 101, V-Phase-Schaltung 102 und W-Phase-Schaltung 103 der „ersten Phasenschaltung“, entsprechen die Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e im oberen Arm dem „ersten Halbleiterelement“, und die Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f im unteren Arm entsprechen dem „zweiten Halbleiterelement“. Die Steueranschlüsse 20a bis 20f entsprechen dem „ersten Steueranschluss“, die Steueranschlüsse 11a bis 11f entsprechen dem „zweiten Steueranschluss“, und die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f entsprechen dem „ersten eingebauten Widerstand“.
  • 5 ist ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das in der ersten Nutzungsart (individuelle Nutzung) der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert ist.
  • Bezug nehmend auf 5 umfasst das Ansteuersystem die Leistungshalbleitervorrichtung 100a und Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f. In 5 sind die Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f angeordnet, um die Halbleiterelemente 5a bis 5f wie in 2 individuell ein- und auszuschalten.
  • Bezug nehmend auf 5 sind die Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f jeweils entsprechend den Halbleiterelementen 5a bis 5f angeordnet. Die Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f speisen jeweils Spannungsimpulssignale zum Steuern von Gatespannungen der Halbleiterelemente 5a bis 5f in die Steueranschlüsse 11a bis 11f der Halbleiterelemente 5a bis 5f ein. Da die neu vorgesehenen Steueranschlüsse 20a bis 20f nicht mit der Ansteuervorrichtung 110 verbunden sind, sind die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f nicht in Pfaden für eine Übertragung von Spannungsimpulssignalen enthalten, die zwischen den Steueranschlüssen 11a bis 11f und den Gates der Halbleiterelemente 5a bis 5f ausgebildet werden.
  • Daher kann die Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform mit den Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f in der ersten Nutzungsart (individuelle Nutzung) ein Ein- und Ausschalten der Halbleiterelemente 5a bis 5f ähnlich der Leistungshalbleitervorrichtung 100# im Vergleichsbeispiel steuern.
  • 6 ist ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das in der zweiten Nutzungsart (Nutzung in Parallelschaltung) der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform konfiguriert ist.
  • Bezug nehmend auf 6 umfasst das Ansteuersystem die Leistungshalbleitervorrichtung 100a und Ansteuervorrichtungen 110x und 110y. In 6 sind wie in 3 die Ansteuervorrichtung 110x zum Ein- und Ausschalten der Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e im oberen Arm und die Ansteuervorrichtung 110y zum Ein- und Ausschalten der Halbleiterelemente im unteren Arm angeordnet.
  • Da Ausgangsanschlüsse 43 bis 45 wie in 3 kurzgeschlossen sind, sind die Ausgangsknoten N1 bis N3 miteinander verbunden, und die U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103 sind parallel geschaltet. Die Ansteuervorrichtung 110x ist gemeinsam mit den Steueranschlüssen 20a, 20c und 20e der jeweiligen Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e im oberen Arm verbunden, die parallel geschaltet sind. Ähnlich ist die Ansteuervorrichtung 110x gemeinsam mit den Steueranschlüssen 20b, 20d und 20f der jeweiligen Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f im unteren Arm verbunden, die parallel geschaltet sind.
  • Folglich werden die Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e durch ein Spannungsimpulssignal von der Ansteuervorrichtung 110x gemeinsam gesteuert, um ein- und auszuschalten, so dass sie ein Element eines oberen Arms einer Schaltung in einer Phase eines Halbbrücken-Inverters oder eines Mehrphasen-Inverters bilden können. Die Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f werden durch ein Spannungsimpulssignal von der Ansteuervorrichtung 110y wie in 3 gemeinsam gesteuert, um ein- und auszuschalten, so dass sie ein Element eines unteren Arms einer Schaltung in einer Phase eines Halbbrücken-Inverters oder eines Mehrphasen-Inverters bilden können.
  • Bei einer Nutzung in Parallelschaltung, die in 6 dargestellt ist, werden Spannungsimpulssignale von den Ansteuervorrichtungen 110x und 110y von den Steueranschlüssen 20a bis 20f zu den Gates der Halbleiterelemente 5a bis 5f über Pfade übertragen, die jeweils eingebaute Gatewiderstände 30a bis 30f in der Leistungshalbleitervorrichtung 100a enthalten. Daher können die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f mit dem LC-Resonanzschaltkreis verbunden sein, der bezüglich der Gates der Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen gebildet wird, die unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurden. Somit kann eine Variation in einer Gatespannung aufgrund einer Erhöhung des Gate-Widerstandwerts sanft sein, und eine Schärfe (Q-Faktor) des LC-Resonanzschaltkreises kann verringert werden. Folglich kann ein Ungleichgewicht im Strom unterdrückt werden, indem ein Ungleichgewicht in der Gatespannung unter einer Vielzahl parallel geschalteter Halbleiterelemente unterdrückt wird.
  • Gemäß der Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform werden daher bei individueller Nutzung die Halbleiterelemente 5a bis 5f wie im Vergleichsbeispiel betrieben, wohingegen bei einer Nutzung in Parallelschaltung ein Strom ausgeglichen werden kann, der durch die Vielzahl von Halbleiterelementen fließt, die parallel geschaltet sind und gemeinsam gesteuert werden, um ein- und auszuschalten.
  • Insbesondere kann durch Erhöhen eines Gatewiderstands mit eingebauten Gatewiderständen 30a bis 30f ein Effekt eines Stromausgleichs verglichen mit einem Beispiel verbessert werden, in welchem ein Gatewiderstand mit einer Leitung von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100a zusätzlich an einen Steueranschluss angeschlossen wird. Konkret kann eine Tendenz vermieden werden, dass ein Ungleichgewicht im Strom aufgrund eines Resonanzphänomens als Folge davon auftritt, dass eine Resonanzfrequenz mit einer Erhöhung einer Streuinduktivität gesenkt wird, die durch eine Zunahme der Länge einer Leitung durch Hinzufügung einer externen Leitung verursacht wird. Da ein Wechsel zwischen einer individuellen Nutzung und einer Nutzung in Parallelschaltung vorgenommen werden kann, indem eine Leitungsverbindung zwischen den Steueranschlüssen 11 und 20 und der Ansteuervorrichtung 110 ausgewählt wird, ohne einen Gatewiderstand extern anzuschließen, kann überdies ein Nutzen eines Anwenders insbesondere in einer Anwendung mit einer hohen Layouteinschränkung verbessert werden.
  • Da die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f während einer individuellen Nutzung in Pfaden für Spannungsimpulssignale von den Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f nicht einbezogen sind, bei der die Möglichkeit eines Stromungleichgewichts aufgrund des Resonanzphänomens gering ist, kann ein Schaltverlust unterdrückt werden, indem eine Gatespannung schnell variiert wird. Ein optimaler Wert für einen elektrischen Widerstandswert der eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f kann basierend auf einer Simulation einer Schaltung oder Ergebnissen von Tests in tatsächlichen Maschinen wie etwa einem Modell eingestellt werden.
  • Erste Modifikation der ersten Ausführungsform
  • Ein weiteres Beispiel einer Nutzung in Parallelschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform wird in einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform beschrieben.
  • 7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine Nutzungsart der in 4 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100a veranschaulicht, welche von der ersten Ausführungsform verschieden ist.
  • Bezug nehmend auf 7 ist, obgleich die Konfiguration der Leistungshalbleitervorrichtung 100a die Gleiche wie in der ersten Ausführungsform ist, eine Art einer Verbindung der Steueranschlüsse 11a bis 11f und 20a bis 20f und Ausgangsanschlüsse 43 bis 45 von derjenigen in der ersten Ausführungsform verschieden. In der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform können durch eine Nutzung in Parallelschaltung einiger Halbleiterelemente 5a bis 5f der Leistungshalbleitervorrichtung 100a ein Boost-Chopper und ein Halbbrücken-Inverter verwirklicht werden.
  • In 7 sind die Ausgangsanschlüsse 43 und 44 kurzgeschlossen und mit einer Last 115 verbunden. Folglich sind im oberen Arm die Halbleiterelemente 5a und 5c parallel geschaltet, und im unteren Arm sind die Halbleiterelemente 5b und 5d parallel geschaltet.
  • In der U-Phase-Schaltung 101 und der V-Phase-Schaltung 102 sind die Steueranschlüsse 20a und 20c der jeweiligen Halbleiterelemente 5a und 5c in dem oberen Arm, die parallel geschaltet sind, gemeinsam mit einer Ansteuervorrichtung 110ac verbunden. Ähnlich sind die Steueranschlüsse 20b und 20d der jeweiligen Halbleiterelemente 5b und 5d im unteren Arm, die parallel geschaltet sind, mit einer Ansteuervorrichtung 110bd gemeinsam verbunden. Die Halbleiterelemente 5a und 5c und die Halbleiterelemente 5b und 5d werden parallel geschaltet genutzt.
  • Der Steueranschluss 11e des Halbleiterelements 5e und der Steueranschluss 11f des Halbleiterelements 5f sind mit einer separaten Ansteuervorrichtung 110e bzw. Ansteuervorrichtung 110f verbunden. Die Halbleiterelemente 5e und 5f der W-Phase-Schaltung 103 werden individuell genutzt, ohne mit einem anderen Halbleiterelement 5 parallel geschaltet zu sein.
  • An der Außenseite der Leistungshalbleitervorrichtung 100a ist ein hoher Stromversorgungsanschluss 41 mit der Last 115 mit einem zwischengeschalteten Kondensator 116a verbunden. Der niedrige Stromversorgungsanschluss 42 ist mit einem zwischengeschalteten Kondensator 116b mit der Last 115 verbunden. Eine Drosselspule 113 und eine Gleichstrom-(DC-)Stromversorgung 114 sind zwischen den Ausgangsanschluss 45 der W-Phase-Schaltung 113 und den niedrigen Stromversorgungsanschluss 42 in Reihe geschaltet.
  • Daher können die Halbleiterelemente 5e (oberer Arm) und 5f (unterer Arm) der W-Phase-Schaltung 103 und die Drosselspule 113 und DC-Stromversorgung 114 einen Boost-Chopper verwirklichen, der eine Gleichspannung Vo über den niedrigen Stromversorgungsanschluss 42 und hohen Stromversorgungsanschluss 41 abgibt. Eine Ausgangsspannung vom Boost-Chopper kann so gesteuert werden, dass sie höher als eine Ausgangsspannung von der DC-Stromversorgung 114 ist.
  • Die parallel geschalteten Halbleiterelemente 5a und 5c im oberen Arm und die Halbleiterelemente 5b und 5d im unteren Arm können einen Halbbrücken-Inverter verwirklichen, der eine Gleichspannung Vo in eine Wechselstrom-(AC-)Spannung umwandelt und die Wechselspannung der Last 115 bereitstellt.
  • Wie in der Modifikation der ersten Ausführungsform können nur einige der Vielzahl von Halbleiterelementen, die in der Leistungshalbleitervorrichtung 100a enthalten sind, parallel geschaltet genutzt werden. Ein Umschalten von Halbleiterelementen, die parallel geschaltet sind, und jedem individuell genutzten Halbleiterelement kann vorgenommen werden, indem eine Leitungsverbindung zwischen den Steueranschlüssen 11 und 20 und der Ansteuervorrichtung 110 wie in der ersten Ausführungsform ausgewählt wird. Wie in der ersten Ausführungsform kann in den parallel geschalteten Halbleiterelementen eine Ungleichmäßigkeit im Strom durch den eingebauten Gatewiderstand 30 unterdrückt werden, und ein Schaltverlust kann unterdrückt werden, ohne dass ein Gatewiderstand in jedem individuell genutzten Halbleiterelement überhöht ist.
  • Zweite Modifikation der ersten Ausführungsform
  • 8 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Bezug nehmend auf 8 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100b gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als sie ferner eine B-Phase-Schaltung 104 und einen Ausgangsanschluss 46 einschließt. Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100b ansonsten in der Konfiguration gleich wie die Leistungshalbleitervorrichtung 100a ist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • Die B-Phase-Schaltung 104 weist ein Halbleiterelement 5h und ein gleichrichtendes Element 6g, die mit einem zwischengeschalteten Ausgangsknoten N3 in Reihe geschaltet sind, zwischen den Stromversorgungsleitungen 27 und 28 auf. Im Halbleiterelement 5h sind ein Anschluss 10h und Steueranschlüsse 11h und 20h sowie ein eingebauter Gatewiderstand 30h ähnlich den Anschlüssen 10a bis 10f und Steueranschlüssen 11a bis 11f und 20a bis 20f sowie eingebauten Gatewiderständen 30a bis 30f jeweiliger Halbleiterelemente 5a bis 5f angeordnet. Die B-Phase-Schaltung 104 entspricht der „zweiten Phasenschaltung“, und das Halbleiterelement 5h entspricht dem „dritten Halbleiterelement“.
  • Obgleich 8 ferner eine Konfiguration eines Ansteuersystems bei einer Nutzung in Parallelschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b zeigt, wird zunächst eine individuelle Nutzung der Halbleiterelemente 5a bis 5h in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b beschrieben.
  • Wenn die Halbleiterelemente 5a bis 5f und 5h der Leistungshalbleitervorrichtung 100b individuell genutzt werden, weisen, wie in 19 gezeigt ist, die Halbleiterelemente 5a bis 5f und 5h jeweils Steueranschlüsse 11a bis 11f und 11h auf, die mit individuellen Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f und 110h verbunden sind. Folglich können die Halbleiterelemente 5a bis 5f und 5h gemäß individuellen Spannungsimpulssignalen, die jeweils in die Steueranschlüsse 11a bis 11f und 11h eingespeist werden, individuell ein- und ausgeschaltet werden. Die Ausgangsanschlüsse 43 bis 46 sind individuell mit einem externen Element der Leistungshalbleitervorrichtung 100b verbunden.
  • Somit können die U- bis W-Phase-Schaltungen 101 bis 103, die durch die Halbleiterelemente 5a bis 5f verwirklicht werden, einen Dreiphasen-Inverter wie in 5 verwirklichen. Überdies kann in der B-Phase-Schaltung 104 mit einer Kombination des gleichrichtenden Elements in dem oberen Arm und des Halbleiterelements, das gesteuert wird, um ein- und auszuschalten, im unteren Arm mit einem nicht dargestellten Bremswiderstand, der zwischen den hohen Stromversorgungsanschluss 41 und den Ausgangsanschluss 46 geschaltet ist, ein Brems-Chopper verwirklicht werden, der regenerative Energie absorbiert.
  • Im Gegensatz dazu sind bei einer Nutzung in Parallelschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung 100b, wie in 8 dargestellt ist, die Ausgangsanschlüsse 43 bis 46 kurzgeschlossen, und daher sind die Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e in dem oberen Arm parallel geschaltet, wobei miteinander verbundene Ausgangsknoten N1 bis N4 zwischengeschaltet sind. Die parallel geschalteten Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e werden durch eine Ansteuervorrichtung 110x gemeinsam gesteuert, um ein- und auszuschalten. In den Halbleiterelementen 5a, 5c und 5e wird ein Spannungsimpulssignal von der Ansteuervorrichtung 110x in die Steueranschlüsse 20a, 20c und 20e eingespeist, die mit jeweiligen eingebauten Gatewiderständen 30a, 30c und 30e verbunden sind.
  • Ähnlich werden Halbleiterelemente 5b, 5d, 5f und 5h im unteren Arm, die parallel geschaltet sind, wobei miteinander verbundene Knoten N1 bis N4 zwischengeschaltet sind, durch eine Ansteuervorrichtung 110y gemeinsam gesteuert, um ein- und auszuschalten. In den Halbleiterelementen 5b, 5d, 5f und 5h wird ein Spannungsimpulssignal von der Ansteuervorrichtung 110y in die Steueranschlüsse 20b, 20d, 20f und 20h eingespeist, die mit jeweiligen eingebauten Gatewiderständen 30b, 30d, 30f und 30h verbunden sind.
  • Folglich können auch in der Leistungshalbleitervorrichtung 100b gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform ein Element eines oberen Arms und ein Element eines unteren Arms einer Schaltung in einer Phase eines Halbbrücken-Inverters oder eines Mehrphasen-Inverters aufgrund einer Nutzung in Parallelschaltung gebildet werden. In der Leistungshalbleitervorrichtung 100b weist der untere Arm eine größere Anzahl parallel geschalteter Halbleiterelemente als der obere Arm auf. Folglich kann eine Schaltung in einer Phase, in der der untere Arm eine höhere Kapazität eines Stroms als der obere Arm hat, durch eine Leistungshalbleitervorrichtung (Modul) verwirklicht werden.
  • Da elektrische Widerstandswerte der eingebauten Gatewiderstände 30b, 30d, 30f und 30h vorzugsweise auf optimale Werte zu der Zeit eingestellt werden, zu der vier Halbleiterelemente parallel geschaltet genutzt werden, können sie auf elektrische Widerstandswerte eingestellt werden, die von jenen für die eingebauten Gatewiderstände 30a, 30c und 30e verschieden sind.
  • Im Gegensatz zu dem Beispiel in 8 kann die B-Phase-Schaltung 104 der Leistungshalbleitervorrichtung 100b auch so konfiguriert sein, dass ein Halbleiterelement, welches gesteuert werden kann, um ein- und auszuschalten, im oberen Arm angeordnet ist und ein gleichrichtendes Element im unteren Arm angeordnet ist. Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform kann somit eine Schaltung in einer Phase, die in der Kapazität eines Stroms zwischen dem oberen Arm und unteren Arm verschieden ist, ohne weiteres durch eine Nutzung in Parallelschaltung einer einzigen Leistungshalbleitervorrichtung allein konfiguriert werden.
  • Dritte Modifikation der ersten Ausführungsform
  • 9 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Bezug nehmend auf 9 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100c gemäß der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als sie anstelle der Halbleiterelemente 5a bis 5f und Freilaufdioden 6a bis 6f Halbleiterelemente 7a bis 7f enthält, die durch einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) verwirklicht sind. Da die Freilaufdiode durch eine parasitäre Diode im MOSFET verwirklicht werden kann, muss keine antiparallel geschaltete Diode in den Halbleiterelementen 7a bis 7f angeordnet werden. Folglich kann die Anzahl interner Leitungen reduziert werden, was zu einer Reduzierung der Größe der Leistungshalbleitervorrichtung beiträgt.
  • Jedes der durch den MOSFET verwirklichten Halbleiterelemente 7a bis 7f weist einen Drain (D) und eine Source (S) auf, die Hauptelektroden repräsentieren, die gemäß einer Spannung an dem Gate (G) (Gatespannung) bezüglich der Source (S) leitend oder nichtleitend gemacht werden. Die Halbleiterelemente 7a bis 7f sind ähnlich den Halbleiterelementen 5a bis 5f in 4 jeweils auch mit Anschlüssen 10a bis 10f, Steueranschlüssen 11a bis 11f und 20a bis 20f und eingebauten Gatewiderständen 30a bis 30f versehen.
  • Daher kann auch in der Leistungshalbleitervorrichtung 100c ein Umschalten zwischen einer Nutzung in Parallelschaltung und einer individuellen Nutzung wie in der Leistungshalbleitervorrichtung 100a vorgenommen werden, indem eine Leitungsverbindung zwischen den Steueranschlüssen 11 und 20 und der Ansteuervorrichtung 110 ausgewählt wird.
  • Auch in den ersten und zweiten Modifikationen der ersten Ausführungsformen können die Halbleiterelemente 5a bis 5f und Freilaufdioden 6a bis 6f durch die Halbleiterelemente 7a bis 7f (MOSFETs) ersetzt werden. Alternativ dazu können die Halbleiterelemente 5a bis 5f und Freilaufdioden 6a bis 6f auch durch monolithische rückwärts leitende IGBTs ersetzt werden.
  • Zweite Ausführungsform
  • Variationen einer Verbindungskonfiguration zwischen einer Steuerelektrode (Gate) eines Halbleiterelements und einer Ansteuervorrichtung werden in nachfolgenden Ausführungsformen beschrieben.
  • 10 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Vergleicht man 10 mit 4, ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100d gemäß der zweiten Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als sie ferner eingebaute Gatewiderstände 31a bis 31f enthält. Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100d ansonsten die gleiche Konfiguration wie die Leistungshalbleitervorrichtung 100a aufweist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt. Die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f entsprechen dem „zweiten eingebauten Widerstand“.
  • Für die Leistungshalbleitervorrichtung 100d gemäß der zweiten Ausführungsform kann bei einer individuellen Nutzung ein Ansteuersystem, das die Halbleiterelemente 5a bis 5f individuell ein- und ausschaltet, verwirklicht werden, indem individuelle Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f jeweils mit Steueranschlüssen 11a bis 11f wie in 5 verbunden werden. Bei einer Nutzung in Parallelschaltung kann ein Ansteuersystem, das eine Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen gemeinsam ein- und ausschaltet, durch Kurzschließen von Ausgangsanschlüssen 43 bis 45, Verbinden einer Ansteuervorrichtung 110x mit Steueranschlüssen 20a, 20c und 20e jeweiliger Halbleiterelemente 5a, 5c und 5c im oberen Arm und Verbinden einer Ansteuervorrichtung 110y mit Steueranschlüssen 20b, 20d und 20f jeweiliger Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f im unteren Arm wie in 5 verwirklicht werden.
  • Die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f sind jeweils zwischen die bei individueller Nutzung genutzten Steueranschlüsse 11a bis 11f und die Steuerelektroden (Gates) der Halbleiterelemente 5a bis 5f elektrisch geschaltet. Der Steueranschluss 11 und der eingebaute Gatewiderstand 31, welche bei individueller Nutzung verwendet werden, und der Steueranschluss 20 und der eingebaute Widerstand 30, welche bei Nutzung in Parallelschaltung verwendet werden, sind bezüglich des Gates jedes Halbleiterelements 5 parallel geschaltet.
  • Die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f können auch verwirklicht werden, indem ein Widerstand angeschlossen oder ein Widerstand eines Materials für eine Leitung erhöht wird. Die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f sind so konfiguriert, dass sie einen geringeren elektrischen Widerstandswert als die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f bei einer Nutzung in Parallelschaltung aufweisen. Die elektrischen Widerstandswerte der eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f können eingestellt werden, indem ein optimaler Wert für einen Gatewiderstand beim Ein- und Ausschalten der Halbleiterelemente 5a bis 5f allein basierend auf einer Simulation einer Schaltung oder Ergebnissen von Tests in tatsächlichen Maschinen wie etwa einem Modell ausgelegt wird.
  • Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung 100d gemäß der zweiten Ausführungsform kann zusätzlich zum Effekt in der ersten Ausführungsform ein Schaltverlust bei individueller Nutzung unterdrückt werden, und ein Ungleichgewicht im Strom unter Halbleiterelementen bei Nutzung in Parallelschaltung kann unterdrückt werden, ohne ein Widerstandselement von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung bei sowohl individueller Nutzung als auch Nutzung in Parallelschaltung anzuschließen.
  • Die zweite Ausführungsform kann auch mit der Konfiguration in den ersten und zweiten Modifikationen der ersten Ausführungsform kombiniert werden, indem ferner eingebaute Gatewiderstände 31a bis 31f wie in 10 angeschlossen werden. Beispielsweise können wie in einer in 20 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100db eingebaute Gatewiderstände 30h und 31h und Steueranschlüsse 11h und 20h ähnlich 10 für die Steuerelektrode (Gate) des Halbleiterelements 5h der in 8 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100b vorgesehen werden.
  • Dritte Ausführungsform
  • 11 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Vergleicht man 11 mit 4 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100e gemäß der dritten Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als ferner eingebaute Gatewiderstände 31a bis 31f vorgesehen sind und eingebaute Gatewiderstände 32a bis 32f anstelle der eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f angeordnet sind. Die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f sind jeweils zwischen Steueranschlüsse 11a bis 11f, die bei individueller Nutzung genutzt werden, und die Steuerelektroden (Gates) von Halbleiterelementen 5a bis 5f wie in der zweiten Ausführungsform elektrisch geschaltet. Die eingebauten Gatewiderstände 32a bis 32f sind jeweils zwischen die Steueranschlüsse 20a bis 20f und Knoten Na bis Nf zwischen den Steueranschlüssen 11a bis 11f und den eingebauten Gatewiderständen 31a bis 31f geschaltet. Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100e ansonsten die gleiche Konfiguration wie die Leistungshalbleitervorrichtung 100a aufweist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100e entsprechen die Steueranschlüsse 20a bis 20f dem „ersten Steueranschluss“, entsprechen die Steueranschlüsse 11a bis 11f dem „zweiten Steueranschluss“, entsprechen die eingebauten Gatewiderstände 32a bis 32f dem „ersten eingebauten Widerstand“, und die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f entsprechen dem „zweiten eingebauten Widerstand“.
  • Auch in der Leistungshalbleitervorrichtung 100e gemäß der dritten Ausführungsform können bei individueller Nutzung individuelle Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f jeweils mit Steueranschlüssen 11a bis 11f der Halbleiterelemente 5a bis 5f wie in 5 verbunden sein. Bei Nutzung in Parallelschaltung sind Ausgangsanschlüsse 43 bis 45 kurzgeschlossen, kann eine Ansteuervorrichtung 110x mit Steueranschlüssen 20a, 20c und 20e jeweiliger Halbleiterelemente 5a, 5c und 5e in dem oberen Arm verbunden sein, und eine Ansteuervorrichtung 110y kann mit Steueranschlüssen 20b, 20d und 20f jeweiliger Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f in dem unteren Arm wie in 6 verbunden sein.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100e sind bei individueller Nutzung verwendete Steueranschlüsse 11a bis 11f jeweils mit den Steuerelektroden (Gates) der Halbleiterelemente 5a bis 5f mit dazwischengeschalteten eingebauten Gatewiderständen 31a bis 31f wie in der zweiten Ausführungsform verbunden. Daher sind die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f so konfiguriert, dass sie elektrische Widerstandswerte aufweisen, welche dazu dienen, einen optimalen Wert für einen Gatewiderstand beim Ein- und Ausschalten von Halbleiterelementen 5a bis 5f allein zu erreichen.
  • Die Steueranschlüsse 20a bis 20f, die bei Nutzung in Parallelschaltung verwendet werden, sind mit den Steuerelektroden (Gates) der Halbleiterelemente 5a bis 5f verbunden, wobei in Reihe geschaltete eingebaute Gatewiderstände 32a bis 32f und 31a bis 31f jeweils zwischengeschaltet sind. Daher kann ein elektrischer Widerstandswert eines eingebauten Gatewiderstands 32 so eingestellt werden, dass der elektrische Widerstandswert eingebauter Gatewiderstände 31 und 32 dem eingebauten Gatewiderstand 30 in der ersten Ausführungsform äquivalent ist.
  • Folglich kann in der Leistungshalbleitervorrichtung 100e gemäß der dritten Ausführungsform ein Ansteuersystem verwirklicht werden, das eine individuelle Nutzung wie in der zweiten Ausführungsform realisiert, indem Spannungsimpulssignale zum individuellen Ein- und Ausschalten von Halbleiterelementen 5a bis 5f durch eine Leitungsverbindung wie in 5 jeweils in Steueranschlüsse 11a bis 11f eingespeist werden. Überdies kann bei Nutzung in Parallelschaltung ein Ansteuersystem verwirklicht werden, welches ein gemeinsames Ein- und Ausschalten einer Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen durch eine Leitungsverbindung wie in 6 steuert, wobei ein Gatewiderstand so eingestellt wird, dass er kein Ungleichgewicht im Strom aufgrund einer Resonanz einer Gatespannung verursacht.
  • Die eingebauten Gatewiderstände 32a bis 32f können einen niedrigeren elektrischen Widerstandswert und Leistungsverbrauch als die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f in 4 (die erste Ausführungsform) und 10 (die zweite Ausführungsform) aufweisen. Daher können die eingebauten Widerstände 32a bis 32f eine geringere Größe als die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f aufweisen.
  • Folglich kann die Konfiguration, in der ein eingebauter Widerstand angeordnet ist, um einen Gatewiderstand bei sowohl individueller Nutzung als auch Nutzung in Parallelschaltung wie in der zweiten Ausführungsform zu optimieren, eine geringere Größe als in der zweiten Ausführungsform aufweisen.
  • Die dritte Ausführungsform kann ebenfalls mit der Konfiguration in den ersten und zweiten Modifikationen der ersten Ausführungsform kombiniert werden, indem eingebaute Gatewiderstände 31a bis 31f und 32a bis 32f wie in 11 ähnlich verbunden werden. Beispielsweise können wie in einer in 21 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100eb eingebaute Gatewiderstände 31h und 32h und Steueranschlüsse 11h und 20h ähnlich 11 für die Steuerelektrode (Gate) des Halbleiterelements 5h der in 8 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100b vorgesehen werden.
  • Vierte Ausführungsform
  • 12 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Vergleicht man 12 mit 4, ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100f gemäß der vierten Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als sie Steueranschlüsse 21a bis 21f und eingebaute Gatewiderstände 35a bis 35f anstelle von Steueranschlüssen 11a bis 11f enthält, die bei individueller Nutzung verwendet werden. Die eingebauten Gatewiderstände 35a bis 35f sind jeweils zwischen die Steueranschlüsse 21a bis 21f und die Steuerelektroden (Gates) der Halbleiterelemente 5a bis 5f geschaltet. Daher sind der Steueranschluss 20 und eingebaute Gatewiderstand 30 und der Steueranschluss 21 und eingebaute Gatewiderstand 35 bezüglich des Gates jedes Halbleiterelements 5 parallel geschaltet. Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100f ansonsten die gleiche Konfiguration wie die Leistungshalbleitervorrichtung 100a aufweist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100f entsprechen die Steueranschlüsse 20a bis 20f dem „ersten Steueranschluss“, entsprechen die Steueranschlüsse 21a bis 21f dem „zweiten Steueranschluss“, entsprechen die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f dem „ersten eingebauten Widerstand“, und die eingebauten Gatewiderstände 35a bis 35f entsprechen dem „zweiten eingebauten Widerstand“. Die eingebauten Gatewiderstände 35a bis 35f können auch verwirklicht werden, indem ein Widerstand angeschlossen oder ein Widerstand eines Materials für eine Leitung erhöht wird.
  • 13 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das bei Nutzung in Parallelschaltung der Leistungshalbleitervorrichtung 100f gemäß der vierten Ausführungsform verwirklicht wird.
  • Bezug nehmend auf 13 sind in dem Ansteuersystem bei Nutzung in Parallelschaltung in den Halbleiterelementen 5a, 5c und 5e im oberen Arm Anschlüsse 10a, 10c und 10e und Steueranschlüsse 20a, 20c und 20e mit einer Ansteuervorrichtung 110x wie in 6 verbunden. Ähnlich sind in den Halbleiterelementen 5b, 5d und 5f im unteren Arm Anschlüsse 10b, 10d und 10f und Steueranschlüsse 20b, 20d und 20f mit einer Ansteuervorrichtung 110y verbunden.
  • Bei Nutzung in Parallelschaltung stellt daher ein eingebauter Gatewiderstand 30, der den gleichen elektrischen Widerstandswert wie in der ersten Ausführungsform hat, einen Gatewiderstand ein, um ein Auftreten eines Ungleichgewichts im Strom unter einer Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen zu unterdrücken.
  • 14 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das bei individueller Nutzung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100f gemäß der vierten Ausführungsform verwirklicht wird.
  • Bezug nehmend auf 14 weist in dem Ansteuersystem bei individueller Nutzung jedes Halbleiterelement 5 Steueranschlüsse 20 und 21 auf, die aufgrund einer Leitungsverbindung außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung 100f kurzgeschlossen sind. Die Halbleiterelemente 5a bis 5f weisen Steueranschlüsse 10a bis 10f und die kurzgeschlossenen Steueranschlüsse 21a bis 21f und 20a bis 20f auf, die jeweils mit Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f wie in 5 verbunden sind.
  • Daher werden Gatewiderstände der jeweiligen Halbleiterelemente 5a bis 5f bei individueller Nutzung durch eine Parallelschaltung eingebauter Gatewiderstände 30 und 35 verwirklicht. Ein elektrischer Widerstandswert eines eingebauten Gatewiderstands 35 kann daher so eingestellt werden, dass ein sich aus einer Parallelschaltung ergebender elektrischer Widerstandswert einen elektrischen Widerstandswert eines eingebauten Gatewiderstands 31 in der zweiten Ausführungsform, das heißt einen optimalen Wert für einen Gatewiderstand bei individueller Nutzung, erreicht.
  • Ein elektrischer Widerstandswert eines eingebauten Gatewiderstands 30 wird entsprechend einem optimalen Wert bei Nutzung in Parallelschaltung und höher als ein elektrischer Widerstandswert bestimmt, der durch eine Parallelschaltung erreicht werden soll (ein elektrischer Widerstandswert eines eingebauten Gatewiderstands 31). Daher kann ein optimaler Wert für den Gatewiderstand bei individueller Nutzung mit einem elektrischen Widerstandswert eines eingebauten Gatewiderstands 35 erreicht werden, der als Variable definiert ist.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100f gemäß der vierten Ausführungsform kann somit ein Gatewiderstand bei sowohl Nutzung in Parallelschaltung als auch individueller Nutzung, die in 13 und 14 dargestellt sind, wie in der zweiten Ausführungsform eingestellt werden.
  • Die eingebauten Gatewiderstände 35a bis 35f können einen geringeren Leistungsverbrauch als die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f in 10 (die zweite Ausführungsform) und 11 (die dritte Ausführungsform) aufweisen. Daher können die eingebauten Gatewiderstände 35a bis 35f eine geringere Größe als die eingebauten Gatewiderstände 31a bis 31f aufweisen. Folglich kann die Konfiguration, in welcher ein eingebauter Widerstand angeordnet ist, um einen Gatewiderstand bei sowohl individueller Nutzung als auch Nutzung in Parallelschaltung zu optimieren, eine geringere Größe als in der zweiten Ausführungsform aufweisen.
  • Die vierte Ausführungsform kann auch mit der Konfiguration in den ersten und zweiten Modifikationen der ersten Ausführungsform kombiniert werden, indem die Steueranschlüsse 20a bis 20f und eingebauten Gatewiderstände 35a bis 35f wie in 12 ähnlich verbunden werden. Beispielsweise können wie in einer in 22 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100fb eingebaute Gatewiderstände 30h und 35h und Steueranschlüsse 20h und 21h ähnlich 12 für die Steuerelektrode (Gate) des Halbleiterelements 5a der Leistungshalbleitervorrichtung 100b, die in 8 dargestellt ist, vorgesehen werden.
  • Fünfte Ausführungsform
  • 15 ist ein eine Konfiguration einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulichendes Schaltungsdiagramm.
  • Vergleicht man 15 mit 4 ist eine Leistungshalbleitervorrichtung 100g gemäß der fünften Ausführungsform von der Leistungshalbleitervorrichtung 100a gemäß der ersten Ausführungsform insofern verschieden, als sie ferner Steueranschlüsse 25a bis 25f enthält. Die Steueranschlüsse 25a bis 25f sind jeweils mit Knoten Naa bis Nff zwischen den Steueranschlüssen 20a bis 20f und eingebauten Gatewiderständen 30a bis 30f elektrisch verbunden. Die Steueranschlüsse 20a bis 20f und 25a bis 25f sind bezüglich der eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f jeweils parallel geschaltet. Da die Leistungshalbleitervorrichtung 100g ansonsten die gleiche Konfiguration wie die Leistungshalbleitervorrichtung 100a aufweist, wird eine detaillierte Beschreibung nicht wiederholt.
  • Auch in der Leistungshalbleitervorrichtung 100g entsprechen die Steueranschlüsse 20a bis 20f dem „ersten Steueranschluss“, entsprechen die Steueranschlüsse 11a bis 11f dem „zweiten Steueranschluss“, und die eingebauten Gatewiderstände 30a bis 30f entsprechen dem „ersten eingebauten Widerstand“. Die Steueranschlüsse 25a bis 25f entsprechen dem „dritten Steueranschluss“.
  • 16 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das bei Nutzung in Parallelschaltung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100g gemäß der fünften Ausführungsform verwirklicht wird.
  • Bezug nehmend auf 16 weisen in dem Ansteuersystem bei Nutzung in Parallelschaltung die Halbleiterelemente 5a, 5c und 5b in dem oberen Arm Anschlüsse 10a, 10c und 10e und Steueranschlüsse 20a, 20c und 20e auf, die mit einer Ansteuervorrichtung 110x wie in 6 verbunden sind. Ähnlich weisen die Halbleiterelemente 5b, 5d und 5f in dem unteren Arm Anschlüsse 10b, 10d und 10f und Steueranschlüsse 20b, 20d und 20f auf, die mit einer Ansteuervorrichtung 100y verbunden sind.
  • Daher stellt bei Nutzung in Parallelschaltung ein eingebauter Gatewiderstand 30, der den gleichen elektrischen Widerstandswert wie in der ersten Ausführungsform hat, einen Gatewiderstand ein, um ein Auftreten eines Ungleichgewichts im Strom unter einer Vielzahl von parallel geschalteten Halbleiterelementen zu unterdrücken.
  • 17 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Ansteuersystems, das bei individueller Nutzung einer Leistungshalbleitervorrichtung 100g gemäß der fünften Ausführungsform verwirklicht wird.
  • Bezug nehmend auf 17 sind in dem Ansteuersystem bei individueller Nutzung Ansteuervorrichtungen 110a bis 110f jeweils mit Anschlüssen 10a bis 10f und Steueranschlüssen 20a bis 20f von Halbleiterelementen 5a bis 5f wie in 5 verbunden. Bei individueller Nutzung sind an der Außenseite der Leistungshalbleitervorrichtung 100f ferner Widerstandselenente 40a bis 40f jeweils zwischen die Steueranschlüsse 25a bis 25f und Steueranschlüsse 11a bis 11f geschaltet. Die Widerstandselemente 40a bis 40f entsprechen dem „externen Widerstandselement“.
  • Bei individueller Nutzung wird ein Gatewiderstand jedes Halbleiterelements 5 durch eine Parallelschaltung mit dem Widerstandselement 40 verwirklicht, das extern mit dem eingebauten Gatewiderstand 30 verbunden ist. Daher kann ein elektrischer Widerstandswert eines extern angeschlossenen Widerstandselements 40 ähnlich dem elektrischen Widerstandswert des eingebauten Gatewiderstands 35 in der vierten Ausführungsform eingestellt werden. Folglich kann ein elektrischer Widerstandswert aufgrund einer Parallelschaltung zum Widerstandselement 40, das mit dem eingebauten Gatewiderstand 30 extern verbunden ist, auf einen optimalen Wert für einen Gatewiderstand bei individueller Nutzung eingestellt werden.
  • In der Leistungshalbleitervorrichtung 100g gemäß der fünften Ausführungsform hat bei sowohl Nutzung in Parallelschaltung als auch individueller Nutzung jedes Halbleiterelement 5 einen Steueranschluss 20 und Anschluss 10, die mit der Ansteuervorrichtung 110 verbunden sind. Ein Zustand einer Leitungsverbindung zwischen der Ansteuervorrichtung 110 und der Leistungshalbleitervorrichtung 100g ist zwischen einer Nutzung in Parallelschaltung und individuellen Nutzung gemeinsam, und ein Umschalten zwischen einer Nutzung in Parallelschaltung und individueller Nutzung kann basierend darauf vorgenommen werden, ob ein Widerstandselement 40 extern angeschlossen wird oder nicht.
  • Folglich kann in einer Leistungshalbleitervorrichtung 100g gemäß der fünften Ausführungsform bei sowohl Nutzung in Parallelschaltung als auch individueller Nutzung, die in 16 und 17 gezeigt sind, ein Gatewiderstand wie in der vierten Ausführungsform eingestellt werden. Unter solch einer Bedingung, dass ein Zustand einer Leitungsverbindung zwischen der Ansteuervorrichtung 110 und dem Halbleiterelement 5 gemeinsam ist, kann ein Umschalten zwischen einer Nutzung in Parallelschaltung und individuellen Nutzung leichter als in der vierten Ausführungsform in Abhängigkeit davon vorgenommen werden, ob ein externer Widerstand zwischen die Steueranschlüsse 11 und 25 angeschlossen ist oder nicht, mit denen die Ansteuervorrichtung 110 nicht verbunden ist. Folglich kann ein Nutzen eines Anwenders verbessert werden.
  • Die fünfte Ausführungsform kann auch mit der Konfiguration in den ersten und zweiten Modifikationen der ersten Ausführungsform kombiniert werden, indem die Steueranschlüsse 25a bis 25f wie in 15 angeordnet werden. Beispielsweise können wie in einer in 23 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100gb ein eingebauter Gatewiderstand 30h und Steueranschlüsse 11h, 20h und 25h ähnlich 15 für die Steuerelektrode (Gate) des Halbleiterelements 5h der in 8 dargestellten Leistungshalbleitervorrichtung 100b vorgesehen werden.
  • In den zweiten bis fünften Ausführungsformen sowie den Kombinationen zwischen den zweiten bis fünften Ausführungsformen und den ersten und zweiten Modifikationen der ersten Ausführungsform können das Halbleiterelement 5 und die Freilaufdiode 6 durch das Halbleiterelement 7 (9), das durch einen MOSFET oder einen monolithischen, rückwärts leitenden IGBT verwirklicht wird, wie in der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform ersetzt werden.
  • Obgleich ein Beispiel, in welchem die Konfiguration für eine Anpassung an eine Nutzung in Parallelschaltung gemeinsam auf ein Halbleiterelement jeder Phasenschaltung angewendet wird, in den ersten bis fünften oben beschriebenen Ausführungsformen beschrieben ist, kann die Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch nur auf einige der Vielzahl von Phasenschaltungen angewendet werden.
  • Beispielsweise kann wie in einer Leistungshalbleitervorrichtung 100h, die als eine Modifikation in 18 dargestellt ist, die erste Modifikation (Leistungshalbleitervorrichtung 100a) der ersten Ausführungsform, dargestellt in 7, auch so konfiguriert sein, dass Halbleiterelemente 5e und 5f der W-Phase-Schaltung 103 nicht in Parallelschaltung verwendet werden, sondern nur Anschlüsse 10e und 10f und Steueranschlüsse 11e und 11f vorgesehen sind und der Steueranschluss 20 und eingebaute Gatewiderstand 30 nicht wie in dem Vergleichsbeispiel (1) angeordnet sind. In der Leistungshalbleitervorrichtung 100h in 18 entsprechen die U-Phase-Schaltung 101 und V-Phase-Schaltung 102 der „Vielzahl erster Phasenschaltungen“.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtung, auf die die vorliegende Ausführungsform angewendet wird, kann in beliebiger Art und Weise anders konfiguriert werden, solange eine Vielzahl „erster Phasenschaltungen“, die zur Nutzung in Parallelschaltung gemäß den ersten bis fünften Ausführungsformen konfiguriert sind, parallel angeordnet ist.
  • Obgleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sollte es sich verstehen, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht veranschaulichend und nicht beschränkend sind. Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist durch die Begriffe der Ansprüche definiert und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung, die den Begriffen der Ansprüche äquivalent sind, einschließen.
  • Zusammenfassend ist festzustellen, dass jedes einer Vielzahl von Halbleiterelementen (5a bis 5f) mit einem ersten Steueranschluss (20a bis 20f) und einem zweiten Steueranschluss (11a bis 11f) versehen ist. Ein eingebauter Gatewiderstand (30a bis 30f) ist zwischen das Halbleiterelement (5a bis 5f) und den ersten Steueranschluss (20a bis 20f) geschaltet. Individuelle Spannungsimpulssignale werden in die zweiten Steueranschlüsse (11a bis 11f) eingespeist, wenn die Vielzahl von Halbleiterelementen (5a bis 5f) individuell ein- und ausgeschaltet wird. Ein gemeinsames Spannungsimpulssignal wird in einige (20a, 20c und 20e) der ersten Steueranschlüsse eingespeist, wenn eine erste Gruppe Halbleiterelemente (5a, 5c und 5e) gemeinsam ein- und ausgeschaltet wird. Ein gemeinsames Spannungsimpulssignal wird in andere (20b, 20d und 20f) der ersten Steueranschlüsse eingespeist, wenn eine zweite Gruppe Halbleiterelemente (5b, 5d und 5e) gemeinsam ein- und ausgeschaltet wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 5, 5a - 5f, 5h
    Halbleiterelement
    6, 6a - 6f, 6g
    Freilaufdiode
    11, 11a-11f, 11h
    Steueranschluss
    20, 20a - 20f, 20h
    Steueranschluss
    21, 21a - 21f, 21h
    Steueranschluss
    27, 28
    Stromversorgungsleitung
    30, 30a - 30f, 30h
    Gatewiderstand
    32, 32a - 32f, 32h
    Gatewiderstand
    40, 40a - 40f
    externes Widerstandselement
    43, 44, 45, 46
    Ausgangsanschluss
    101, 102, 103
    erste Phasenschaltung
    104
    zweite Phasenschaltung
    110, 110a -110f, 110h
    Ansteuervorrichtung
    Na - Nf
    Knoten
    Naa - Nff
    Knoten
    N1, N2, N3
    erster Ausgangsknoten
    N4
    zweiter Ausgangsknoten
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2012120304 [0002]

Claims (14)

  1. Leistungshalbleitervorrichtung, umfassend: eine Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103), die zwischen erste und zweite Stromversorgungsleitungen (27, 28) parallel geschaltet sind, wobei jede der Vielzahl erster Phasenschaltungen zwischen die ersten und zweiten Stromversorgungsleitungen in Reihe geschaltete erste und zweite Halbleiterelemente (5a, 5c, 5e/5b, 5d, 5f) enthält, wobei ein erster Ausgangsknoten (N1 bis N3) zwischengeschaltet ist, wobei die ersten und zweiten Halbleiterelemente jeweils eine Steuerelektrode und erste und zweite Hauptelektroden enthalten und konfiguriert sind, um die ersten und zweiten Hauptelektroden gemäß einer Spannung an der Steuerelektrode elektrisch leitend oder nicht leitend zu machen; erste und zweite Steueranschlüsse (20a bis 20f/11a bis 11f) für eine Einspeisung eines elektrischen Signals von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung in jede der Vielzahl erster Phasenschaltungen, wobei die ersten und zweiten Steueranschlüsse entsprechend jedem der ersten und zweiten Halbleiterelemente vorgesehen sind, wobei die ersten und zweiten Steueranschlüsse mit der Steuerelektrode eines entsprechenden Halbleiterelements der ersten und zweiten Halbleiterelemente elektrisch verbunden sind; einen ersten eingebauten Widerstand (30a bis 30f, 32a bis 32f), der zwischen den ersten Steueranschluss (20a bis 20f) und die Steuerelektrode in jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen elektrisch geschaltet ist.
  2. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner einen zweiten eingebauten Widerstand (31a bis 31f) umfasst, der zwischen den zweiten Steueranschluss (11a bis 11f, 21a bis 21f) und die Steuerelektrode in jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) elektrisch geschaltet ist.
  3. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der erste eingebaute Widerstand (30a bis 30f) einen höheren elektrischen Widerstandswert als der zweite eingebaute Widerstand (31a bis 31f) hat.
  4. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner einen zweiten eingebauten Widerstand (31a bis 31f) umfasst, der zwischen den zweiten Steueranschluss (11a bis 11f) und die Steuerelektrode in jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) elektrisch geschaltet ist, wobei der erste eingebaute Widerstand (32a bis 32f) zwischen einen Knoten (Na bis Nf) zwischen dem zweiten Steueranschluss und dem zweiten eingebauten Widerstand und den ersten Steueranschluss (20a bis 20f) elektrisch geschaltet ist.
  5. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner einen dritten Steueranschluss (25a bis 25f) für eine Einspeisung eines elektrischen Signals von außerhalb der Leistungshalbleitervorrichtung in jede der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) umfasst, wobei der dritte Steueranschluss entsprechend jedem der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) vorgesehen ist, wobei der dritte Steueranschluss mit einem Knoten (Naa bis Nff) zwischen dem ersten Steueranschluss (20a bis 20f) und dem ersten eingebauten Widerstand (30a bis 30f) im Innern der Leistungshalbleitervorrichtung elektrisch verbunden ist.
  6. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner eine zweite Phasenschaltung (104) umfasst, die zu der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zwischen den ersten und zweiten Stromversorgungsleitungen (27, 28) parallel geschaltet ist, wobei die zweite Phasenschaltung ein gleichrichtendes Element (6g) und ein drittes Halbleiterelement (5h) enthält, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein zweiter Ausgangsknoten (N4) zwischengeschaltet ist, und die ersten und zweiten Steueranschlüsse (20h, 11h) und der erste eingebaute Widerstand (30h) für das dritte Halbleiterelement wie in den ersten und zweiten Halbleiterelementen (5a bis 5f) der ersten Phasenschaltungen angeordnet sind.
  7. Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner eine zweite Phasenschaltung (104) umfasst, die zu der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zwischen den ersten und zweiten Stromversorgungsleitungen (27, 28) parallel geschaltet ist, wobei die zweite Phasenschaltung ein gleichrichtendes Element (6g) und ein drittes Halbleiterelement (5h) umfasst, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein zweiter Ausgangsknoten (N4) zwischengeschaltet ist, und die ersten und zweiten Steueranschlüsse (20h, 11h) und die ersten und zweiten eingebauten Widerstände (30h, 32h/31h) für das dritte Halbleiterelement wie in den ersten und zweiten Halbleiterelementen (5a bis 5f) der ersten Phasenschaltungen angeordnet sind.
  8. Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Leistungshalbleitervorrichtung ferner eine zweite Phasenschaltung (104) umfasst, die zu der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zwischen den ersten und zweiten Stromversorgungsleitungen (27, 28) parallel geschaltet ist, wobei die zweite Phasenschaltung ein gleichrichtendes Element (6g) und ein drittes Halbleiterelement (5h) enthält, die in Reihe geschaltet sind, wobei ein zweiter Ausgangsknoten (N4) zwischengeschaltet ist, und die ersten, zweiten und dritten Steueranschlüsse (20h, 11h, 25h) und der erste eingebaute Widerstand (30h) für das dritte Halbleiterelement wie in den ersten und zweiten Halbleiterelementen (5a bis 5f) der ersten Phasenschaltungen angeordnet sind.
  9. Leistungshalbleiter-Ansteuersystem, umfassend: die Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3 und 4; und eine Ansteuervorrichtung (110a bis 110f), um ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zu erzeugen, wobei die Ansteuervorrichtung ein individuelles elektrisches Signal in den zweiten Steueranschluss (11a bis 11f) der ersten und zweiten Halbleiterelemente von jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen einspeist.
  10. Leistungshalbleiter-Ansteuersystem, umfassend: die Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und eine Ansteuervorrichtung (110x, 110y), um ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zu erzeugen, wobei die ersten Ausgangsknoten (N1 bis N3) von zumindest einigen der Vielzahl erster Phasenschaltungen der Leistungshalbleitervorrichtung miteinander verbunden sind, und die Ansteuervorrichtung ein gemeinsames erstes elektrisches Signal in die ersten Steueranschlüsse (20a, 20c, 20e) der ersten Halbleiterelemente (5a, 5c, 5e) einer Vielzahl von mehreren der ersten Phasenschaltungen einspeist, in welchen die ersten Ausgangsknoten (N1 bis N3) miteinander verbunden sind, unter der Vielzahl erster Phasenschaltungen und ein gemeinsames zweites elektrisches Signal in die ersten Steueranschlüsse (20b, 20d, 20f) der zweiten Halbleiterelemente (5b, 5d, 5f) der Vielzahl von mehreren der ersten Phasenschaltungen einspeist.
  11. Leistungshalbleiter-Ansteuersystem, umfassend: die Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 2; und eine Ansteuervorrichtung (110a bis 110f), um ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zu erzeugen, wobei die Ansteuervorrichtung ein individuelles elektrisches Signal in jeden der ersten und zweiten Steueranschlüsse (20a, 21a/20c, 21c/20e, 21e) jedes ersten Halbleiterelements (5a/5c/5e) und der ersten und zweiten Steueranschlüsse (20b, 21b/20d, 21d/20f, 21f) jedes zweiten Halbleiterelements (5b/5d/5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen einspeist.
  12. Leistungshalbleiter-Ansteuersystem, umfassend: die Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 5; eine Ansteuervorrichtung (110a bis 110f), um ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) zu erzeugen, wobei die Ansteuervorrichtung ein individuelles elektrisches Signal in die ersten Steueranschlüsse (20a bis 20f) der ersten und zweiten Halbleiterelemente von jeder der Vielzahl erster Phasenschaltungen einspeist; und ein externes Widerstandselement (40a bis 40f), das zwischen die zweiten und dritten Steueranschlüsse (11a bis 11f/25a bis 25f) an der Außenseite der Leistungshalbleitervorrichtung entsprechend mit jedem ersten Halbleiterelement und jedem zweiten Halbleiterelement elektrisch geschaltet ist.
  13. Leistungshalbleiter-Ansteuersystem, umfassend: die Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 6; und eine Ansteuervorrichtung (110a bis 110f, 110h), um ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) und des dritten Halbleiterelements (5h) der zweiten Phasenschaltung (104) zu erzeugen, wobei die Ansteuervorrichtung ein individuelles elektrisches Signal in den zweiten Steueranschluss (11a bis 11f, 11h) jedes ersten Halbleiterelements (5a, 5c, 5e), jedes zweiten Halbleiterelements (5b, 5d, 5f) und des dritten Halbleiterelements (5h) einspeist.
  14. Leistungshalbleiter-Ansteuersystem, umfassend: die Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 6; und eine Ansteuervorrichtung (110x, 110y) um ein elektrisches Signal zum Ein- und Ausschalten der ersten und zweiten Halbleiterelemente (5a bis 5f) der Vielzahl erster Phasenschaltungen (101 bis 103) und des dritten Halbleiterelements (5h) der zweiten Phasenschaltung (104) zu erzeugen, wobei die ersten Ausgangsknoten (N1 bis N3) von zumindest einigen der Vielzahl erster Phasenschaltungen der Leistungshalbleitervorrichtung und der zweite Ausgangsknoten (N4) der zweiten Phasenschaltung miteinander verbunden sind und das dritte Halbleiterelement zu dem ersten oder zweiten Halbleiterelement (5a, 5c, 5e/5b, 5d, 5f) parallel geschaltet ist, und die Ansteuervorrichtung ein gemeinsames erstes elektrisches Signal in die ersten Steueranschlüsse (20a, 20c, 20e) der ersten Halbleiterelemente einer Vielzahl von mehreren der ersten Phasenschaltungen einspeist, worin die ersten Ausgangsknoten miteinander verbunden sind, unter der Vielzahl erster Phasenschaltungen, ein gemeinsames zweites elektrisches Signal in die ersten Steueranschlüsse (20b, 20d, 20f) der zweiten Halbleiterelemente der Vielzahl von mehreren der ersten Phasenschaltungen einspeist und ferner in den ersten Steueranschluss (20h) des dritten Halbleiterelements das erste oder zweite elektrische Signal einspeist, das dem elektrischen Signal für das erste oder zweite Halbleiterelement gemeinsam ist, das zu dem dritten Halbleiterelement parallel geschaltet ist.
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