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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleitermodul, das eine lichtemittierende Vorrichtung zum Emittieren von Licht entsprechend einer Restspannung enthält.
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Hintergrund
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Elektrizität nutzende Geräte arbeiten, indem eine Spannung angelegt wird, um einen Halbleiterschalter zu erregen. Wenn es notwendig ist, eine elektrische Schaltung zur Wartung, zum Austausch eines Halbleitermoduls oder dergleichen direkt zu adjustieren bzw. anzupassen, ist es aus Sicherheitsgründen wie etwa der Vermeidung eines Stromschlags wesentlich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung des Halbleitermoduls zu überprüfen. Herkömmlicherweise wurde das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Restspannung über ein externes Messgerät wie etwa ein Oszilloskop überprüft. Wenn jedoch aufgrund eines Stromausfalls oder dergleichen die Stromversorgung unterbrochen ist und somit kein externes Messgerät verwendet werden kann, war es unmöglich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Restspannung zu überprüfen. Auf der anderen Seite wurde eine Technik vorgeschlagen, die imstande ist, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung basierend auf einer Lichtemission einer lichtemittierenden Vorrichtung, die mit einem Snubber- bzw. Löschkondensator parallel verbunden ist, zu überprüfen, wenn die Spannung des Löschkondensators nicht entladen wurde (zum Beispiel siehe
JP 2013- 110 821 A ).
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Zusammenfassung
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Im Stand der Technik war es jedoch nur möglich zu überprüfen, ob die Restspannung gleich einem vorbestimmten Wert oder geringer ist, und somit war es unmöglich, den Pegel der Restspannung zu überprüfen.
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Überdies wird im Stand der Technik die lichtemittierende Vorrichtung an einem Kondensator einer Hauptschaltung angebracht. Die lichtemittierende Vorrichtung wird jedoch nicht an jedes Halbleitergehäuse angebracht, in welchem eine Schaltvorrichtung und eine Diode eingebaut sind. Daher war es unmöglich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung in jedem Halbleitergehäuse zu überprüfen.
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Die
JP 2013- 179 747 A offenbart eine Überspannungsschutzschaltung, bei der die beim Verbrauch eines Stoßstroms entstehende Wärme mit einfachen Schaltkreisen minimiert werden kann. Die bekannte Überspannungsschutzschaltung umfasst eine Überspannungsschutzdiode, deren Anodenseite mit der Eingangsanschlussseite eines Schaltelements verbunden ist. Ein Ende eines Snubber-Kondensators ist in Reihe mit der Kathodenseite der Snubber-Diode geschaltet. Das andere Ende des Überspannungsschutzkondensators ist mit der Ausgangsanschlussseite des Schaltelements verbunden. Der Überspannungsschutzkondensator speichert Ladungen eines Stoßstroms, wenn das Schaltelement vom Ein-Zustand in den Aus-Zustand geschaltet wird, und gibt die Ladungen ab, wenn das Schaltelement vom Aus-Zustand in den Ein-Zustand geschaltet wird. Ein erster Leuchtkörper ist parallel zur Snubber-Diode geschaltet und wandelt die elektrische Energie der vom Snubber-Kondensator abgegebenen Ladungen in Licht um.
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Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorstehenden Probleme zu lösen, und hat eine erste Aufgabe, ein Halbleitermodul vorzusehen, das imstande ist, nicht nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung, sondern auch den Pegel der Restspannung zu überprüfen. Darüber hinaus hat die vorliegende Erfindung eine zweite Aufgabe, ein Halbleitermodul vorzusehen, das imstande ist, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung für jedes Halbleitergehäuse zu überprüfen, in welchem eine Schaltvorrichtung und eine Diode eingebaut sind.
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Ein Halbleitermodul gemäß dem ersten Aspekt umfasst: ein Halbleitergehäuse, in welchem eine Halbleitervorrichtung eingebaut ist; eine Snubber- bzw. Löschschaltung mit einem Löschkondensator und einem Löschwiderstand, welche mit der Halbleitervorrichtung parallel verbunden sind; eine erste lichtemittierende Vorrichtung, die Licht emittiert, wenn eine Restspannung zwischen einer Anode und einer Kathode der Halbleitervorrichtung gleich einer ersten Spannung oder höher wird; und eine zweite lichtemittierende Vorrichtung, die Licht emittiert, wenn die Restspannung gleich einer zweiten Spannung oder höher wird, wobei die ersten und zweiten Spannungen voneinander verschieden sind.
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Ein Halbleitermodul gemäß dem zweiten Aspekt umfasst: ein Halbleitergehäuse, in welchem eine Halbleitervorrichtung eingebaut ist; eine Löschschaltung mit einem Löschkondensator und einem Löschwiderstand, welche mit der Halbleitervorrichtung parallel verbunden sind; und eine lichtemittierende Vorrichtung, die aus dem Halbleitergehäuse freigelegt ist und Licht gemäß einer Restspannung zwischen einer Anode und einer Kathode der Halbleitervorrichtung emittiert, wobei die im Halbleitergehäuse eingebaute Halbleitervorrichtung nur eine Schaltvorrichtung und eine mit der Schaltvorrichtung antiparallel verbundene Diode enthält.
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In dem ersten Aspekt sind zwei lichtemittierende Vorrichtungen mit verschiedenen Spannungswerten der Restspannung, die eine Lichtemission hervorruft, vorgesehen. Als Folge ist es möglich, nicht nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Restspannung, sondern auch den Pegel der Restspannung zu überprüfen.
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In dem zweiten Aspekt wird die lichtemittierende Vorrichtung an jedes Halbleitergehäuse angebracht, in welchem eine Schaltvorrichtung und eine Diode eingebaut sind, und somit ist es möglich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung für jedes Halbleitergehäuse zu überprüfen.
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Andere und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung vollständiger ersichtlich werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
- 2 ist eine Seitenansicht, die das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 3 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
- 4 zeigt eine Draufsicht, die ein Halbleitergehäuse darstellt, an dem ein Substrat nicht befestigt ist.
- 5 ist eine Ansicht, die die Unterseite des Substrats darstellt.
- 6 ist eine Seitenansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
- 7 ist eine Seitenansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt.
- 8 ist eine Seitenansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt.
- 9 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt.
- 10 ist eine Seitenansicht, die das Halbleitermodul gemäß der fünften Ausführungsform darstellt.
- 11 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird ein Halbleitermodul gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten werden durch die gleichen Symbole bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung kann weggelassen werden.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer ersten Ausführungsform darstellt. 2 ist eine Seitenansicht, die das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Ein Halbleitergehäuse 1 weist eine plusseitige (+) Elektrode 2 und eine minusseitige (-) Elektrode 3 auf. Ein Löschkondensator 4, Löschwiderstände 5, 6 und erste und zweite lichtemittierende Vorrichtungen 7, 8 sind auf einem Substrat 9 montiert. Dieses Substrat 9 ist an einem Halbleitergehäuse 1 befestigt.
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3 ist ein Schaltungsdiagramm, das das Halbleitermodul gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Das Halbleitergehäuse 1 enthält als Halbleitervorrichtungen eine Schaltvorrichtung 10 und eine mit der Schaltvorrichtung 10 antiparallel verbundene Diode 11. Eine Anode und eine Kathode der Schaltvorrichtung 10 sind mit der plusseitigen Elektrode 2 bzw. der minusseitigen Elektrode 3 verbunden. Die Schaltvorrichtung 10 ist zum Beispiel ein IGBT oder ein MOSFET. Ein Hauptkondensator 12 ist mit der Schaltvorrichtung 10 und der Diode 11 außerhalb des Halbleitergehäuses 1 parallel verbunden.
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Der Löschkondensator 4 und die Löschwiderstände 5 und 6 sind mit der Schaltvorrichtung 10 und der Diode 11 parallel verbunden. Eine Löschschaltung 13 weist den Löschkondensator 4 und die Löschwiderstände 5, 6 auf. Der Löschwiderstand 5 hat einen Widerstandswert von etwa 150 kS2, und der Löschwiderstand 6 hat einen Widerstandswert von etwa 300 kΩ. Der Löschkondensator 4 hat einen Kapazitätswert auf dem nF-Niveau. Die erste lichtemittierende Vorrichtung 7 ist mit den Löschwiderständen 5 und 6 in Reihe verbunden. Die zweite lichtemittierende Vorrichtung 8 ist mit dem Löschwiderstand 5 in Reihe verbunden.
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Wenn zwischen der Anode und der Kathode der Schaltvorrichtung 10 eine Restspannung vorhanden ist, wird eine Spannung im Löschkondensator 4 geladen, und die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 werden gemäß dem Spannungswert der geladenen Spannung erregt, um Licht zu emittieren. Die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 emittieren Licht, wenn die Restspannung gleich einer ersten bzw. zweiten Spannung oder höher wird. Die ersten und zweiten Spannungen sind voneinander verschieden. Die erste lichtemittierende Vorrichtung 7 ist eine rote LED für eine hohe Spannung, und die zweite lichtemittierende Vorrichtung 8 ist eine blaue LED für eine Zwischenspannung.
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Wenn die Restspannung eine hohe Spannung gleich der ersten Spannung oder höher ist, emittieren sowohl die erste als auch die zweite lichtemittierende Vorrichtung 7 und 8 Licht. Wenn die Restspannung eine Zwischenspannung ist, die gleich der zweiten Spannung oder höher und ebenfalls gleich der ersten Spannung oder niedriger ist, emittiert nur die zweite lichtemittierende Vorrichtung 8 Licht. Wenn die Restspannung niedriger als die zweite Spannung ist oder wenn keine Restspannung vorhanden ist, emittieren die beiden lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 kein Licht. Das Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Ausführungsform weist eine Zustands-Anzeigefunktion auf, die imstande ist, diese drei Zustände basierend auf Lichtemissionsmustern der ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 zu überprüfen.
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Die erste Spannung wird in Anbetracht des oberen Grenzpegels von Schaltspannungen aktueller Halbleitermodule in einem Bereich von nicht weniger als 1000 V bis weniger als 4500 V eingestellt. Die zweite Spannung wird in einem Bereich von nicht weniger als 100 V bis weniger als 1000 V eingestellt. Wenn der Spannungswert der Restspannung eine niedrige Spannung geringer als 100 V ist, ist es unwahrscheinlich, dass die im Löschkondensator geladene Spannung ein Problem hervorruft, und somit ist es unnötig, den Pegel der Restspannung genau zu überprüfen.
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4 zeigt eine Draufsicht, die ein Halbleitergehäuse darstellt, an welchem ein Substrat nicht befestigt ist. Externe Anschlüsse 14 und 15 sind zur Oberfläche des Halbleitergehäuses 1 herausgeführt. Der externe Anschluss 14 ist über eine Verdrahtung wie etwa eine Kupferschiene oder einen Draht innerhalb des Halbleitergehäuses 1 mit der Anode der Schaltvorrichtung 10 verbunden. Desgleichen ist der externe Anschluss 15 mit der Kathode der Schaltvorrichtung 10 verbunden.
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5 ist eine Ansicht, die die Unterseite des Substrats darstellt. Auf der Unterseite des Substrats 9 sind Anschlüsse 16 und 17 vorgesehen. Die Anschlüsse 16 und 17 werden mit dem Löschkondensator 4, den Löschwiderständen 5 und 6 und den ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 verbunden. Die Anschlüsse 16 und 17 des Substrats 9 werden mit den externen Anschlüssen 14 bzw. 15 verbunden und mittels Löten oder dergleichen daran fixiert. Als Folge sind die Löschschaltung 13 und die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7, 8 mit der Schaltvorrichtung 10 und der Diode 11 parallel verbunden.
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Wie oben beschrieben wurde, sind in der vorliegenden Ausführungsform zwei lichtemittierende Vorrichtungen mit unterschiedlichen Spannungswerten der Restspannung, die eine Lichtemission hervorruft, vorgesehen. Als Folge ist es möglich, nicht nur das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Restspannung, sondern auch den Pegel der Restspannung zu überprüfen.
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Zweite Ausführungsform
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6 ist eine Seitenansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt. Die Löschschaltung 13 ist auf einem Substrat 18 montiert und ist mit Anschlüssen 19 und 20 auf der Rückseite des Substrats 18 verbunden. Die Anschlüsse 19, 20 des Substrats 18 und die externen Anschlüsse 14, 15 sind so konfiguriert, dass sie in Form einer Steckverbindung miteinander verbindbar sind. Dementsprechend ist die Löschschaltung 13 so konfiguriert, dass sie vom Halbleitergehäuse 1 abnehmbar ist. Als Folge kann die Zustands-Anzeigefunktion effektiv eingerichtet werden, indem die Löschschaltung 13 bei Bedarf an dem Halbleitergehäuse 1 angebracht wird. Darüber hinaus kann die Löschschaltung 13 einfach optimiert werden, indem das Substrat 18 hergestellt wird, auf welchem die Löschschaltung 13 mit einer optimalen Löschkonstante montiert wird. Die sonstigen Konfigurationen und Effekte sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
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Dritte Ausführungsform
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7 ist eine Seitenansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer dritten Ausführungsform darstellt. Stifte 21 und 22 der zweiten lichtemittierenden Vorrichtung 8 können mit Verbindern 23 und 24 des Substrats 9 verbunden werden, indem die Stifte 21 und 22 in die Verbinder 23 und 24 eingesetzt werden. Das Gleiche gilt für die erste lichtemittierende Vorrichtung 7. Dementsprechend sind die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 so konfiguriert, dass sie vom Halbleitergehäuse 1 abnehmbar sind. Als Folge kann die Zustands-Anzeigefunktion effektiv eingerichtet werden, indem die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 bei Bedarf angebracht werden. Man beachte, dass nur eine LED für eine hohe Spannung oder nur eine LED für eine Zwischenspannung allein arbeiten kann, und nur eine der ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 an einer erforderlichen Stelle entsprechend einer Anwendung angebracht werden kann. Die sonstigen Konfigurationen und Effekte sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
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Vierte Ausführungsform
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8 ist eine Seitenansicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer vierten Ausführungsform darstellt. Die Löschschaltung 13 und die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 sind auf dem Substrat 18 montiert. Die Löschschaltung 13 und die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 sind mit den Anschlüssen 19 und 20 auf der Rückseite des Substrats 18 verbunden. Die Anschlüsse 19, 20 des Substrats 18 und die externen Anschlüsse 14, 15 sind in Form einer Steckverbindung miteinander verbindbar. Dementsprechend ist das Substrat 18, auf welchem die Löschschaltung 13 und die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 miteinander integriert sind, vom Halbleitergehäuse 1 abnehmbar. Als Folge kann die Zustands-Anzeigefunktion effektiv eingerichtet werden, indem das Substrat 18 bei Bedarf angebracht wird. Die sonstigen Konfigurationen und Effekte sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
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Fünfte Ausführungsform
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9 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer fünften Ausführungsform darstellt. 10 ist eine Seitenansicht, die das Halbleitermodul gemäß der fünften Ausführungsform darstellt. Die Löschschaltung 13 und die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 sind im Halbleitergehäuse 1 eingebaut. Nur lichtemittierende Teilbereiche der ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7, 8 sind aus dem Halbleitergehäuse 1 freigelegt und zeigen die Restspannung an. Als Folge ist der Schaltungsteil geschützt und nicht der Außenluft ausgesetzt, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Kurzschlusses der Schaltung, hervorgerufen durch einen externen Faktor, reduziert ist. Die sonstigen Konfigurationen und Effekte sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
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Sechste Ausführungsform
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11 ist eine Draufsicht, die ein Halbleitermodul gemäß einer sechsten Ausführungsform darstellt. In den ersten bis fünften Ausführungsformen sind die ersten und zweiten lichtemittierenden Vorrichtungen 7 und 8 vorgesehen; aber in der vorliegenden Ausführungsform ist nur eine lichtemittierende Vorrichtung 25 vorgesehen. Da die lichtemittierende Vorrichtung 25 an jedem Halbleitergehäuse 1 angebracht wird, in welchem eine Schaltvorrichtung 10 und eine Diode 11 eingebaut sind, ist es möglich, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Restspannung für jedes Halbleitergehäuse 1 zu überprüfen. Da es nur eine lichtemittierende Vorrichtung gibt, kann überdies die externe Form kompakt ausgebildet werden. Die sonstigen Konfigurationen und Effekte sind die gleichen wie jene in der ersten Ausführungsform.
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Die Schaltvorrichtung 10 und die Diode 11 sind nicht auf aus Silizium bestehende Halbleitervorrichtungen beschränkt, sondern können stattdessen aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke bestehen, der eine breitere Bandlücke als diejenige von Silizium aufweist. Der Halbleiter mit breiter Bandlücke ist beispielsweise ein Siliziumcarbid, ein Material auf Galliumnitrid-Basis oder Diamant. Eine Halbleitervorrichtung, die aus solch einem Halbleiter mit breiter Bandlücke besteht, weist eine hohe Spannungsfestigkeit und eine hohe zulässige Stromdichte auf und kann folglich miniaturisiert werden. Die Verwendung solch einer miniaturisierten Halbleitervorrichtung ermöglicht die Miniaturisierung und hohe Integration des Halbleitermoduls, in welchem die Halbleitervorrichtung eingebaut ist. Da die Halbleitervorrichtung eine hohe Wärmebeständigkeit aufweist, kann ferner eine Abstrahllamelle eines Kühlkörpers miniaturisiert werden, und ein wassergekühlter Teil kann luftgekühlt werden, was zu einer weiteren Miniaturisierung des Halbleitermoduls führt. Da die Halbleitervorrichtung ferner einen niedrigen Leistungsverlust und eine hohe Effizienz aufweist, kann ein hocheffizientes Halbleitermodul erreicht werden. Sowohl die Schaltvorrichtung 10 als auch die Diode 11 bestehen wünschenswerterweise aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke. Jedoch kann nur eine von ihnen aus einem Halbleiter mit breiter Bandlücke bestehen. Somit ist es möglich, die in dieser Ausführungsform beschriebenen Effekte zu erzielen.
