JP2000341960A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
成するIGBT1U〜1Zと、抵抗04を介しモータ0
3の回生電力を消費する電流を断続するIGBT1DB
と、対応するIGBTのドライブ回路及び保護回路を内
蔵するプリドライバ3U〜3Z,3DBとを一体に収納
した半導体装置であるインテリジェント・パワーモジュ
ール(IPM)01にて、IGBT部分の異常時に保護
回路が当該IGBTを遮断し、インバータ装置が突然停
止して工場の操業等に重大な影響を与えることを防ぐ。 【解決手段】保護回路は異常時にはアラームイネーブル
ライン5を介しIPMの外部に警報ALM1を出力する
が、その前にIGBTのコレクタ電流又はチップ温度
が、正常値より高く、警報ALM1を発する時のレベル
より低い所定値を越えた時点に異常発生の兆しがあると
判別して、IGBTは遮断せず予告警報ライン6を介し
予告警報ALM2をIPMの外部へ出力する。
Description
変速制御用インバータ装置等の電力変換装置に組込まれ
る半導体装置であって、パワー用の半導体スイッチング
素子と、そのドライブ回路と、各種の保護回路等を同一
のパッケージに内蔵させた、いわゆるインテリジェント
・ パワー・モジュール(以下IPMとも略記する)と呼
ばれる半導体装置に関する。なお、以下各図において同
一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
ュール(IPM)を含むモータ可変速制御用インバータ
装置の要部の構成例を示す。同図において、01はIP
M、02はこのインバータ装置の本体側05の図外の整
流回路によって作られる主直流電源、03はこのインバ
ータ装置によって可変速駆動される外部のモータ、04
はインバータ装置本体側05に設けられた後述の回生電
力消費抵抗である。なお、インバータ装置本体側05
は、前記した主直流電源02を作る整流回路や、IPM
01に対する各種制御信号を生成する制御回路等を備え
ている。
Z,1DB)は自身のエミッタ電流の一部を分流して、
負荷短絡等のエミッタ電流の異常を検出するセンス端子
SEを持つ半導体スイッチング素子としてのセンスIG
BTで、ここでは便宜上、6つのIGBT1U〜1Zを
インバータ部素子と呼び、IGBT1DBをブレーキ部
素子と呼ぶ。
ドで、転流ダイオード2U〜2Zは、それぞれインバー
タ部素子としてのIGBT1U〜1Zのコレクタ・エミ
ッタ間に逆極性に接続され、転流ダイオード2DBは回
生電力消費抵抗04と並列に、且つカソードが主直流電
源の正極P側となるように接続されている。
BT1(1U〜1Z,1DB)に1対1に対応して設け
られたプリドライバである。この例ではプリドライバ3
とIGBT1とが1対1となっているが、この他にイン
バータ部素子に対するプリドライバ3をまとめて1つに
したものや、上アーム用と下アーム用のプリドライバを
各1つにまとめたものや、ブレーキ部素子のプリドライ
バを含めて1つのプリドライバとしたもの等、1つのプ
リドライバ3が複数のIGBT1に対応するように設け
られたものもある。
02の正極Pと負極Nの間に1Uが上アーム、1Xが下
アームとなるように直列、且つ順方向に接続されてお
り、同様にIGBT1Vと1Y,1Wと1Zも、それぞ
れ主直流電源の極P,Nの間に1V,1Wが上アーム、
1Y,1Zが下アームとなるように直列、且つ順方向に
接続されている。
IGBT1U〜1Zで3相のインバータ・ブリッジ回路
を構成しており、IGBT1Uと1Xの接続点が3相交
流のU相出力端子、IGBT1Vと1Yの接続点が3相
交流のV相出力端子、IGBT1Wと1Zの接続点が3
相交流のW相出力端子となって、各出力端子U〜Wが外
部のモータ(この例では3相誘導電動機)03に接続さ
れている。また、ブレーキ部素子としてのIGBT1D
Bは、回生電力消費抵抗04と直列に接続され、主直流
電源の極P,Nの間に順方向に設けられている。
ぞれ対応するIGBTのゲートを駆動するための回路及
び保護回路等を内蔵すると共に、ドライブ電源(この例
では直流15V)を入力しており、基本的な機能とし
て、インバータ装置本体側05の制御回路(図外)から
オン/オフ指令(ドライバ入力ともいう)を端子VinU
〜VinZ,VinDBに入力し、対応するIGBT1U〜
1Z,1DBのゲート・エミッタ間にオン/オフのゲー
ト信号を与えて、このIGBTをオン/オフさせるドラ
イブ回路の機能を持っている。このようにして、常時は
IGBT1U〜1Zを介し、主直流電源02から可変周
波数,可変電圧の3相交流電圧が変換生成され、モータ
03が可変速制御される。
または停止のためにインバータ装置の出力周波数を下げ
ると、モータ03のエネルギが主直流電源02側へ回生
され、主直流電源02の極P,N間の電圧が上昇し、I
GBTや主直流電源02を構成する平滑コンデンサ等の
耐圧が脅かされる恐れがある。
御回路は、主直流電源02の極P,N間電圧を監視し、
この電圧が所定値を越えると、ブレーキ部素子であるI
GBT1DBに対するプリドライバ3DBの入力端子V
inDBにオン/オフ指令を与えてIGBT1DBを断続
導通させ、モータ03から電源02側へ送られる回生電
流を回生電力消費抵抗04を介しバイパスして消費さ
せ、主直流電源02の極間電圧が過大になることを防
ぐ。
ドライブ機能、の他に次のような各種の保護機能を持っ
ている。 短絡保護機能、 低電圧保護機能、 過電流保護機能、 IGBTチップ過熱保護機能。
BTのセンス端子SEからIGBTの出力電流が所定値
(例えば定格電流の4〜5倍)以上の過大な値になった
ことを高速に検出して極めて短時間に対応するIGBT
をオフ(一旦ゲート電圧を絞ってからオフさせるソフト
遮断)し、IGBTを保護する機能である。
ゲート電圧を最適値に保つために、自身が入力している
ドライブ電源の電圧を監視し、この電圧が所定値を下回
ったとき対応するIGBTをオフする機能である。
センス端子SEからIGBTの出力電流が所定値(例え
ば定格電流の1.5〜2倍)以上の過大な値になったこ
とを検出して対応するIGBTをオフする機能である。
前記短絡保護機能との違いは検出のスピードとトリッ
プレベルである。
対応するIGBTのチップに埋め込まれたダイオードの
順方向電圧からチップ温度を検出し、このチップ温度が
所定値以上となったとき、対応するIGBTをオフする
機能である。
4は、各IGBT1U〜1Z,1DBのチップを金属の
放熱基板から絶縁する金属あるいはセラミックの絶縁基
板の温度が所定値以上になったとき、常時はHiである
アラームイネーブルライン5をLoとし、外部へLoの
警報ALMを出力する回路である。
るIGBT1X〜1Zを駆動するプリドライバ3X〜3
Zと、ブレーキ部IGBT1DBを駆動するプリドライ
バ3DBとの何れかが、上記〜の何れかの保護動作
を行ったときも、当該のプリドライバ3は過熱保護回路
4と同様にアラームイネーブルライン5をLoとし、外
部へLoの警報ALMを出力する。
ブルライン5が接続されているプリドライバ3X〜3
Z,3DBのうち、警報ALMを出力しなかったプリド
ライバは、アラームイネーブルライン5がLo(アクテ
ィブ)になったことを検知して自身に対応するIGBT
をオフする。
保護回路は、Loの警報ALMを検知すると、インバー
タ・ブリッジ回路の上アームのIGBT1U〜1Wを駆
動するプリドライバ3U〜3Wにもオフ指令を出力する
ので、上アームのIGBT1U〜1Wもオフされる。こ
のようにして、プリドライバ3U〜3Z,3DBと過熱
保護回路4の何れかが保護動作を行うと全てのIGBT
1U〜1Z,1DBが遮断されることになる。
IPMが内蔵する保護機能の主目的はIPM内の半導体
素子を異常状態から保護し、その破壊を回避する事であ
り、IPMが異常を検出すると即座に、全てのIGBT
が遮断されインバータ装置の停止が行われていた。
体素子の破壊は回避できるものの、例えば、製造ライン
等に使用されているインバータ装置が、その過負荷状態
に気づかず運転している最中に突然停止し、工場システ
ム全体の操業が低下するということが発生し得る。
ては多大な損失につながるので、装置を異常停止させる
以前に、装置の異常停止になりそうな兆しを検出して予
告警報を出力し、インバータ装置の操作者等に異常停止
を招く要因を早期に排除することを促し、工場システム
の操業低下を回避することが望まれている。
プリドライバ3X〜3Zの何れかが異常を検出したとき
は、アラームイネーブルライン5をLoとすることによ
ってブレーキ部素子のIGBT1DBまで停止状態とな
る。
発生して、インバータ回路が運転状態から急に停止状態
になった場合、負荷である回転中のモータ03等より回
生エネルギが主直流電源02側に戻り主直流電源02の
電圧が上昇する。
体側05の制御回路が主直流電源02の電圧上昇を検出
したときは、ブレーキ部IGBT1DBを動作させ電圧
上昇を抑えるが、プリドライバ3DBがイネーブルライ
ン5のLoを検出してブレーキ部IGBT1DBを遮断
したときは、プリドライバ3DBの入力端子VinDBに
オン指令を与えても動作せず、このため主直流電源02
の電圧上昇を抑制できず、最悪時には素子破壊を招く可
能性があった。
PM側の異常発生の兆しを検出して、インバータ装置を
停止せずに予告警報を出力し、インバータ装置の異常停
止を招く要因の排除を促して、工場システムの突然の操
業低下を防ぐことができるIPMとしての半導体装置、
およびインバータ部素子のIGBTが異常によって遮断
され、インバータ装置が停止しても、ブレーキ部素子の
IGBTのオン/オフ動作を可能として主直流電源の電
圧上昇を抑制できるIPMとしての半導体装置を提供す
ることにある。
めに、請求項1の半導体装置は、電力変換用の少なくと
も1つの半導体スイッチング素子(IGBT1U〜1
Z,1DBなど)と、この半導体スイッチング素子に付
設され、外部から当該半導体スイッチング素子に対する
オン/オフ指令(VinU〜VinZ,VinDBなど)を入
力して、当該半導体スイッチング素子をその制御端子
(ゲートなど)を介してそれぞれオン/オフ駆動するド
ライブ回路(プリドライバ3U〜3Z,3DBの内蔵回
路など)と、半導体スイッチング素子(IGBT1U〜
1Z,1DBなど)に付設され、当該半導体スイッチン
グ素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別した
とき(時点t1に)は当該のドライブ回路に当該半導体
スイッチング素子のオフ駆動を行わせる異常保護手段
(プリドライバ3U〜3Z,3DBの内蔵回路など)と
を備えた半導体装置(IPM01)において、半導体ス
イッチング素子(IGBT1U〜1Z,1DBなど)に
付設され、当該の半導体スイッチング素子部分の異常発
生の兆しを検出したとき(時点t2に)は予告警報(A
LM2)を(予告警報ライン6を介し)外部へ出力する
異常予告手段(プリドライバ3U〜3Z,3DBの内蔵
回路など)を備えたものとする。
記載の半導体装置において、前記異常保護手段が、当該
の半導体スイッチング素子の主端子間に流れる電流(コ
レクタ電流など)が、この半導体スイッチング素子の正
常値を上回る第1の所定値(警報レベルIm1)を越え
たときに異常有りと判別し、前記異常予告手段が、当該
の半導体スイッチング素子の主端子間に流れる電流が前
記正常値より大きく、且つ第1の所定値より小さい第2
の所定値(予告警報レベルIm2)を越えたときに前記
予告警報を出力するようにする。
たは2に記載の半導体装置において、前記異常保護手段
が、当該の半導体スイッチング素子のチップ温度が、こ
の半導体スイッチング素子の正常値を上回る第1の所定
値(θm1)を越えたときに異常有りと判別し、前記異
常予告手段が、当該の半導体スイッチング素子のチップ
温度が前記正常値より大きく、且つ第1の所定値より小
さい第2の所定値(θm2)を越えたときに前記予告警
報を出力するようにする。
いし3のいずれかに記載の半導体装置において、半導体
スイッチング素子の前記異常保護手段が、異常有りの判
別時に(アラームイネーブルライン5を介し)外部へ警
報を出力するようにする。
記載の半導体装置において、前記予告警報と警報との外
部への出力端子を共通とし、この2つの警報を互いに異
なるパルス幅(予告警報出力幅T2と警報出力幅T1)
のデジタル信号とする。
は、モータ駆動用インバータ装置の主回路を構成する少
なくとも1つの半導体スイッチング素子(インバータ部
素子としてのIGBT1U〜1Zなど)と、モータの回
生エネルギを消費する電流を断続するブレーキ用半導体
スイッチング素子(ブレーキ部素子としてのIGBT1
DB)と、半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導
体スイッチング素子に付設され、外部から当該半導体ス
イッチング素子に対するオン/オフ指令(VinU〜Vin
Zなど及びVinDB)を入力して、当該半導体スイッチ
ング素子をその制御端子(ゲートなど)を介してそれぞ
れオン/オフ駆動するドライブ回路(プリドライバ3U
〜3Zなど及び3DBの内蔵回路)と、半導体スイッチ
ング素子(IGBT1U〜1Zなど)及びブレーキ用半
導体スイッチング素子に付設され、当該半導体スイッチ
ング素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別し
たときは当該のドライブ回路に当該半導体スイッチング
素子のオフ駆動を行わせる異常保護手段(プリドライバ
3U〜3Zなど及び3DBの内蔵回路)と、半導体スイ
ッチング素子(IGBT1U〜1Zなど)及びブレーキ
用半導体スイッチング素子に付設され、当該の半導体ス
イッチング素子部分の異常時に警報(ALM1)を外部
への共通の信号線(アラームイネーブルライン5)に出
力する警報送信手段(プリドライバ3U〜3Zなど及び
3DBの内蔵回路)と、半導体スイッチング素子に付設
され、この共通信号線を介し少なくとも他の半導体スイ
ッチング素子が出力する警報を受信して、当該の異常保
護手段を介し当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を
行わせる警報受信手段(プリドライバ3X〜3Zなどの
内蔵回路)とを備えたものとする。
記載の半導体装置において、警報受信手段がブレーキ用
半導体スイッチング素子を除く半導体スイッチング素子
のオフ駆動を行わせるようにする。
は、半導体スイッチング素子部分の異常時に素子を遮断
するIPM保護回路動作の前段階の動作として、半導体
スイッチング素子部分の異常発生の兆しを検出し、IP
Mの動作は継続しながら、予告警報ALM2をIPMよ
り出力する。なお、IGBTのコレクタ電流又はチップ
温度が、正常値より高く、異常値より低い所定値を越え
た時点に異常発生の兆しがあると判別する(請求項2,
3)。
するための端子と、予告警報をIPMの外部に出力する
ための端子とを共通にするときは、警報と予告警報との
パルス幅が異なるようにする(請求項4,5)。
る以前に、異常停止となる要因を排除できるようにし、
異常停止を未然に回避する。 (2)請求項6に関わる発明(以下第2発明という)で
は、インバータ部素子やブレーキ部素子の素子部での異
常時には当該素子のプリドライバが当該素子を遮断し、
共通の信号線を使って外部へ警報出力を行い、更にこの
共通信号線から他のプリドライバの出力警報を受信した
インバータ部素子のプリドライバは当該素子を遮断す
る。
インバータ部素子のプリドライバから警報が出力されて
もブレーキ部素子の遮断は行わないようにする(請求項
7)。これにより、インバータ装置が異常停止し、モー
タのエネルギ回生により、電源電圧が上昇しても、イン
バータ部素子のオン/オフ動作で回生エネルギを消費
し、電源電圧の上昇を抑制できるようにする。
01を含むモータ可変速制御用インバータ装置の要部の
構成を示す回路図である。同図と従来の図6との相違
は、図1ではIPM01のプリドライバ3X〜3Z及び
3DBが、インバータ装置本体側05へ従来通り、警報
ALM(ここではALM1として区別する)をアラーム
イネーブルライン5を介して出力する他に、新たに接続
された予告警報ライン6を介して予告警報ALM2をも
出力するようにした点と、上アームのプリドライバ3U
〜3Wからも個々に警報ALM(ALM1U〜ALM1
W)と予告警報ALM(ALM2U〜ALM2W)を出
力するようにした点である。
3U〜3Wからも個々に警報ALM1U〜ALM1Wと
予告警報ALM2U〜ALM2Wを出力するようにする
と、より正確な制御を行うことができる。また、従来例
と同じプリドライバは1つまたはいくつかにまとめても
よい。
電流保護機能の動作説明用のタイミングチャートであ
る。ここで、同図a)はインバータ装置本体側05の制
御回路からプリドライバ3X〜3Z又は3DBに入力さ
れるオン/オフ指令(ドライバ入力)VinX〜VinZ又
はVinDBの波形を一般的に示し、同図b)はこのオン
/オフ指令によって流れる当該のIGBT3X〜3Z又
は3DBのコレクタ電流の過電流異常発生時の波形を一
般的に示す。
によって当該のプリドライバ3X〜3Z又は3DBから
出力される予告警報ALM2の発生のタイミングを示
し、同図d)は同じく警報ALM1の発生のタイミング
を示す。
場合には、図3のa),b)の波形が、上アームのイン
バータ部素子IGBT1U〜1Wに対しても同様に当て
はまり、また同図b)におけるコレクタ電流の警報レベ
ルIm1での保護動作(但し警報ALM1は出力しな
い)が、上アームのインバータ部素子用のプリドライバ
3U〜3Wに対しても同様にあてはまる。〕 図3に示
すように、本実施例ではプリドライバ3X〜3Z又は3
DBが、自身に対応するIGBTのコレクタ電流が異常
に増大し、時点t1に警報レベルIm1に達したことを
検出すると、従来通り対応するIGBTの動作を停止
し、アラームイネーブルライン5をLoとして警報AL
M1を出力するが、その前の段階で、コレクタ電流が正
常値より増加して予告警報レベルIm2に達すると、そ
の時点t2に予告警報ライン6をLoとして、インバー
タ装置本体側05へLoの予告警報ALM2を出力す
る。
該のIGBTの遮断は行わず、また予告警報ライン6を
Loとした情報が予告警報ライン6に接続されている他
のプリドライバに影響を与えることも無い。
例としてのIGBTチップ過熱保護機能の動作説明用の
タイミングチャートである。ここで、同図a)は図3と
同様にインバータ装置本体側05からプリドライバ3X
〜3Z又は3DBに入力されるドライバ入力VinX〜V
inZ又はVinDBの波形、同図c)はこのオン/オフ指
令によって流れる当該のIGBT1X〜1Z又は1DB
のコレクタ電流の波形、同図b)はこのコレクタ電流に
よって生ずるIGBTチップ温度の異常上昇時の波形を
それぞれ一般的に示す。
検出によって当該のプリドライバ3X〜3Z又は3DB
から出力される予告警報ALM2の発生のタイミングを
示し、同図e)は同じく警報ALM1の発生のタイミン
グを示す。
ームのインバータ部素子IGBT1U〜1Wに対しても
同様に当てはまり、また同図b)におけるチップ温度の
警報レベルθm1での保護動作(但し警報ALM1は出
力しない)は、上アームのインバータ部素子用のプリド
ライバ3U〜3Wに対しても同様にあてはまる。〕図2
に示すように、本実施例ではプリドライバ3X〜3Z又
は3DBが、自身に対応するIGBTのチップ温度が異
常に上昇し、時点t1に警報レベルθm1(約160〜
170°C)に達したことを検出すると、従来通り対応
するIGBTの動作を停止し、アラームイネーブルライ
ン5をLoとして警報ALM1を出力するが、その前の
段階で、チップ温度が正常値より上昇して予告警報レベ
ルθm2(例えば130°C)に達すると、その時点t
2に予告警報ライン6をLoとして、インバータ装置本
体側05へLoの予告警報ALM2を出力する。
該のIGBTの遮断は行わず、また予告警報ライン6を
Loとした情報が予告警報ライン6に接続されている他
のプリドライバに影響を与えることも無い。
報を出力するためのラインを、警報ALM1を出力する
ためのアラームイネーブルライン5と、予告警報ALM
2を出力するための予告警報ライン6との2本にした例
を述べたが、従来の図6と同様に警報ALM1,ALM
2の出力ライン(従ってIPM外部への警報の出力端
子)を共通にすることもできる。
ってIPM外部への警報の共通の出力端子)上の警報の
波形の例を示す。即ち、Loの予告警報ALM2の出力
幅T2と、同じくLoの警報ALM1の出力幅T1とが
異なるようにして、2つの警報を区別することができ
る。
説明する。例えば図3又は図2において予告警報ALM
2が出力された後、なおもコレクタ電流又はチップ温度
が増加を続けて警報ALM1の発生レベルIm1又はθ
m1に達したときは、当該のプリドライバ3X〜3Z又
は3DBは、当該のIGBTを遮断すると共に、アラー
ムイネーブルライン5をLoとして、インバータ装置本
体側05へLoの警報ALM1を出力する。
ち、警報ALM1を出力しなかったプリドライバはアラ
ームイネーブルライン5がLoとなったことを検知して
対応するIGBTを遮断する。しかし本第2発明では、
ブレーキ部素子用のプリドライバ3DBは、アラームイ
ネーブルライン5がLoになっても対応するIGBT1
DBを遮断しない。
ブルライン5が接続されたプリドライバ3X〜3Zのい
ずれかの何らかの保護動作と警報ALM1の出力に伴っ
て、アラームイネーブルライン5がLoになっても、ブ
レーキ部素子のIGBT1DBのプリドライバ3DBは
(自身が警報ALM1を出力した場合でない限り)、I
GBT1DBの遮断は行わず、IGBT1DBのオン/
オフ動作が可能な状態を保つようにする。
GBT1DBの動作説明用のタイミングチャートであ
る。同図a)はインバータ装置本体側05の制御回路か
ら下アームのインバータ部素子のプリドライバ3X〜3
Zに入力されるオン/オフ指令(ドライバ入力)VinX
〜VinZの波形を一般的に示し、同図b)はこのオン/
オフ指令によって流れる当該のIGBT3X〜3Zのコ
レクタ電流の過電流異常発生時の波形を一般的に示す。
BT1X〜1Zのいずれかの過大なコレクタ電流によっ
て当該IGBTに対応するプリドライバが当該IGBT
を遮断して、警報ALM1を出力するタイミングを示
し、同図d)は主直流電源02の極P,N間電圧の推移
を示す。
の電圧を監視しているインバータ装置本体側05の制御
回路が、ブレーキ部素子のIGBT1DBのプリドライ
バ3DBにオン/オフ指令(ドライバ入力)VinDBを
出力するタイミングを示し、同図f)は同図e)のドラ
イバ入力VinDBに基づいてブレーキ部素子IGBT1
DBがオン/オフ駆動され、この素子に電流が流れるタ
イミングを示す。
的推移を示すもので、実際には同図e)のドライバ入力
VinDBのオン信号(Lo)は、短い周期のオン/オフ
の断続信号であり、同図f)のブレーキ部素子電流もド
ライバ入力VinDBに対応した断続波形となる。) 図5のb)のようにIGBT(1X〜1Z)のいずれか
の電流が異常に増加して、時点t1に警報レベルIm1
に達すると、前述のように当該IGBTのプリドライバ
は当該IGBTを遮断し、アラームイネーブルライン5
をLoにして警報ALM1を出力し、同時に、アラーム
イネーブルライン5のLoを検知した他の下アームのイ
ンバータ素子のプリドライバもそれぞれ対応するIGB
Tを遮断する。
置本体側05の制御回路からのオフ指令によって上アー
ムのインバータ部素子のIGBTも全て遮断され、これ
により、モータ03からの電力回生によって主直流電源
02の極P−N間電圧は上昇する。
時点t3に極P−N間電圧が所定値を越えたことを検出
すると、ブレーキ部素子IGBT1DBのプリドライバ
3DBに対しオン指令(厳密には短周期のオン/オフ指
令)としてのドライブ入力VinDBを与えてIGBT1
DBを断続導通させ、回生電力消費抵抗04によりモー
タエネルギを消費させ、主直流電源02の電圧上昇を抑
え、半導体素子等の耐圧破壊を防止する。
導体スイッチング素子と、そのドライブ回路及び保護回
路とを同一のパッケージに収納した半導体装置であるイ
ンテリジェント・パワーモジュール(IPM)におい
て、半導体スイッチング素子部分の異常時に素子を遮断
する保護回路動作の前段階の動作として、素子のコレク
タ電流又はチップ温度が、正常値より高く、異常値より
低い所定値を越えた時点に異常発生の兆しがあると判別
して、IPMの動作は継続しながら、予告警報ALM2
をIPMより出力するようにしたので、半導体スイッチ
ング素子部分が異常となりIPMを組み込んだインバー
タ装置等が停止する以前に、異常停止を招きそうな要因
を排除することが可能となり、従来のように異常時に突
然、装置が停止して、工場の操業に重大な影響を与える
といったことを無くすことができる。
ンバータ装置の電力変換用ブリッジ回路を構成する半導
体スイッチング素子(インバータ部素子)と、モータの
回生電力を消費する電流を断続する半導体スイッチング
素子(ブレーキ部素子)と、これらの素子の各々のドラ
イブ回路及び保護回路とを同一のパッケージに収納した
半導体装置であるインテリジェント・パワーモジュール
(IPM)において、保護回路が、インバータ部素子や
ブレーキ部素子の素子部での異常時には当該素子を遮断
し、共通の信号線を使って外部へ警報出力を行い、更に
この共通信号線から他の素子部の警報を受信してインバ
ータ部素子は遮断するが、ブレーキ部素子の保護回路
は、インバータ部素子側の警報を受けてのブレーキ部素
子の遮断を行わないようにしたので、インバータ部素子
の異常によってインバータ装置が停止し、モータのエネ
ルギが電源側に回生されて、電源電圧が上昇しても、こ
の上昇の途中のレベルを検出してブレーキ部素子の断続
導通を行うことが可能となり、電源電圧の異常な上昇に
よる半導体素子等の耐圧破壊を防ぐことができる。
タ可変速制御用インバータ装置の要部の構成を示す回路
図
プ過熱保護機能説明用のタイミングチャート
能説明用のタイミングチャート
ライン上の警報の波形図
作説明用のタイミングチャート
PM) 02 主直流電源 03 モータ 04 回生電力消費抵抗 05 インバータ装置本体側 1(1U〜1Z,1DB) IGBT 1U〜1Z インバータ部素子 1DB ブレーキ部素子 2(2U〜2Z,2DB) 転流ダイオード 3(3U〜3Z,3DB) プリドライバ 4 過熱保護回路 5 アラームイネーブルライン 6 予告警報ライン ALM1 警報 ALM2 予告警報 Im1 コレクタ電流の警報レベル Im2 コレクタ電流の予告警報レベル θm1 チップ温度の警報レベル θm2 チップ温度の予告警報レベル t1 警報出力時点 t2 予告警報出力時点 t3 ブレーキ部素子の動作開始時点 T1 警報出力幅 T2 予告警報出力幅
Claims (7)
- 【請求項1】電力変換用の少なくとも1つの半導体スイ
ッチング素子と、この半導体スイッチング素子に付設さ
れ、外部から当該半導体スイッチング素子に対するオン
/オフ指令を入力して、当該半導体スイッチング素子を
その制御端子を介してそれぞれオン/オフ駆動するドラ
イブ回路と、 半導体スイッチング素子に付設され、当該半導体スイッ
チング素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別
したときは当該のドライブ回路に当該半導体スイッチン
グ素子のオフ駆動を行わせる異常保護手段とを備えた半
導体装置において、 半導体スイッチング素子に付設され、当該の半導体スイ
ッチング素子部分の異常発生の兆しを検出したときは予
告警報を外部へ出力する異常予告手段を備えたことを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項2】請求項1に記載の半導体装置において、 前記異常保護手段が、当該の半導体スイッチング素子の
主端子間に流れる電流が、この半導体スイッチング素子
の正常値を上回る第1の所定値を越えたときに異常有り
と判別し、前記異常予告手段が、当該の半導体スイッチ
ング素子の主端子間に流れる電流が前記正常値より大き
く、且つ第1の所定値より小さい第2の所定値を越えた
ときに前記予告警報を出力するようにしたことを特徴と
する半導体装置。 - 【請求項3】請求項1または2に記載の半導体装置にお
いて、 前記異常保護手段が、当該の半導体スイッチング素子の
チップ温度が、この半導体スイッチング素子の正常値を
上回る第1の所定値を越えたときに異常有りと判別し、
前記異常予告手段が、当該の半導体スイッチング素子の
チップ温度が前記正常値より大きく、且つ第1の所定値
より小さい第2の所定値を越えたときに前記予告警報を
出力するようにしたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】請求項1ないし3のいずれかに記載の半導
体装置において、 半導体スイッチング素子の前記異常保護手段が、異常有
りの判別時に外部へ警報を出力するようにしたことを特
徴とする半導体装置。 - 【請求項5】請求項4に記載の半導体装置において、前
記予告警報と警報との外部への出力端子を共通とし、こ
の2つの警報を互いに異なるパルス幅のデジタル信号と
したことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項6】モータ駆動用インバータ装置の主回路を構
成する少なくとも1つの半導体スイッチング素子と、 モータの回生エネルギを消費する電流を断続するブレー
キ用半導体スイッチング素子と、 半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチ
ング素子に付設され、外部から当該半導体スイッチング
素子に対するオン/オフ指令を入力して、当該半導体ス
イッチング素子をその制御端子を介してそれぞれオン/
オフ駆動するドライブ回路と、 半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチ
ング素子に付設され、当該半導体スイッチング素子部分
の異常の有無を監視し、異常有りと判別したときは当該
のドライブ回路に当該半導体スイッチング素子のオフ駆
動を行わせる異常保護手段と、 半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチ
ング素子に付設され、当該の半導体スイッチング素子部
分の異常時に警報を外部への共通の信号線に出力する警
報送信手段と、 半導体スイッチング素子に付設され、この共通信号線を
介し少なくとも他の半導体スイッチング素子が出力する
警報を受信して、当該の異常保護手段を介し当該半導体
スイッチング素子のオフ駆動を行わせる警報受信手段と
を備えたことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項7】請求項6に記載の半導体装置において、 警報受信手段がブレーキ用半導体スイッチング素子を除
く半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせることを
特徴とする半導体装置。
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