JP2002315303A - パワーモジュール - Google Patents
パワーモジュールInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 パワーデバイスおよびこれを制御する制御Ｉ
Ｃからなるパワーモジュールにおいて、パワーデバイス
部に保護用のセンス部を設けると、製作工程が増え、電
気的性能にも制約を受ける。 【解決手段】 パワーデバイスに、過電流保護および温
度保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での
検知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲー
ト電圧を遮断する保護回路を備え、制御ＩＣには、パワ
ーデバイスの保護状態をゲート電圧もしくはパワーデバ
イスの出力電流で検知する回路を備えた。
Ｃからなるパワーモジュールにおいて、パワーデバイス
部に保護用のセンス部を設けると、製作工程が増え、電
気的性能にも制約を受ける。 【解決手段】 パワーデバイスに、過電流保護および温
度保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での
検知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲー
ト電圧を遮断する保護回路を備え、制御ＩＣには、パワ
ーデバイスの保護状態をゲート電圧もしくはパワーデバ
イスの出力電流で検知する回路を備えた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、過電流や温度の保
護回路を備えたパワーモジュールに関する。
護回路を備えたパワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】インバータ回路を構成するパワーモジュ
ールに搭載するパワーデバイス(ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ)を保護するために、過電流保護(短絡保護、ＲＴ
Ｃ)、温度保護が必要である。従来のパワーモジュール
では、ＩＧＢＴの電流センス、温度センスを利用して、
ＩＧＢＴの状態を検出し、その検出値をパワーモジュー
ルに搭載する制御ＩＣで判定値と比較し、保護してい
る。
ールに搭載するパワーデバイス(ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−Ｆ
ＥＴ)を保護するために、過電流保護(短絡保護、ＲＴ
Ｃ)、温度保護が必要である。従来のパワーモジュール
では、ＩＧＢＴの電流センス、温度センスを利用して、
ＩＧＢＴの状態を検出し、その検出値をパワーモジュー
ルに搭載する制御ＩＣで判定値と比較し、保護してい
る。
【０００３】図１はＩＧＢＴに温度センス、電流センス
機能を設けたものを示し、ＩＧＢＴのコレクタＣ、エミ
ッタＥ、ゲートＧ以外に、電流センス端子Ｓおよび温度
センス用Ｄiのアノード端子Ａが必用となる。
機能を設けたものを示し、ＩＧＢＴのコレクタＣ、エミ
ッタＥ、ゲートＧ以外に、電流センス端子Ｓおよび温度
センス用Ｄiのアノード端子Ａが必用となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このため、ＩＧＢＴチ
ップのワイヤパッドが新たに４箇所必用となり、小型化
を進めるパワーモジュールにとっては小型化の弊害とな
っている。また、電流センス、温度センス端子が増える
ことにより、エミッタのワイヤパッドの面積が少なくな
る。打てるワイヤ数が減る事よって流せる電流限界が減
少するという課題があった。
ップのワイヤパッドが新たに４箇所必用となり、小型化
を進めるパワーモジュールにとっては小型化の弊害とな
っている。また、電流センス、温度センス端子が増える
ことにより、エミッタのワイヤパッドの面積が少なくな
る。打てるワイヤ数が減る事よって流せる電流限界が減
少するという課題があった。
【０００５】また、制御ＩＣには後で紹介するような温
度保護装置、過電流保護回路が必用となるため、制御Ｉ
Ｃ回路が複雑になった。
度保護装置、過電流保護回路が必用となるため、制御Ｉ
Ｃ回路が複雑になった。
【０００６】本発明は、上述した課題を解決するために
なされたものであり、回路構成を簡略化し、製作コスト
を低減できるパワーモジュールを提供することを目的と
する。
なされたものであり、回路構成を簡略化し、製作コスト
を低減できるパワーモジュールを提供することを目的と
する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明のパワーデバイス
およびこれを制御する制御ＩＣからなるパワーモジュー
ルは、パワーデバイスに、過電流保護および温度保護の
ためのセンス部、およびこれらのセンス部での検知信号
から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を
遮断する保護回路を備え、制御ＩＣに、保護状態をゲー
ト電圧で検知する回路を備えたことを特徴とする。
およびこれを制御する制御ＩＣからなるパワーモジュー
ルは、パワーデバイスに、過電流保護および温度保護の
ためのセンス部、およびこれらのセンス部での検知信号
から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を
遮断する保護回路を備え、制御ＩＣに、保護状態をゲー
ト電圧で検知する回路を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】実施形態１ 図２は、本発明のパワーモジュール(請求項１対応)にお
ける保護機能付きＩＧＢＴ_１を示す。図示されるよう
に、ＩＧＢＴチップに保護回路１０を実装している。こ
の保護回路１０には、図３に示す温度保護装置、および
図３に示す過電流保護回路の内蔵しており、端子Ｑ２−
Ｑ４間で検出される電圧から温度異常を検出し、端子Ｑ
３−Ｑ４間で検出される電圧から過電流状態を検出す
る。いずれかの異常が検出されると、端子Ｑ１がローレ
ベルとなり、これによりゲート電圧を低下させ、ゲート
を遮断することにより、当ＩＧＢＴ_１を保護する。
尚、図４のＲ１はＩＧＢＴに流れる出力電流を検出する
ための抵抗である。
ける保護機能付きＩＧＢＴ_１を示す。図示されるよう
に、ＩＧＢＴチップに保護回路１０を実装している。こ
の保護回路１０には、図３に示す温度保護装置、および
図３に示す過電流保護回路の内蔵しており、端子Ｑ２−
Ｑ４間で検出される電圧から温度異常を検出し、端子Ｑ
３−Ｑ４間で検出される電圧から過電流状態を検出す
る。いずれかの異常が検出されると、端子Ｑ１がローレ
ベルとなり、これによりゲート電圧を低下させ、ゲート
を遮断することにより、当ＩＧＢＴ_１を保護する。
尚、図４のＲ１はＩＧＢＴに流れる出力電流を検出する
ための抵抗である。
【０００９】図５は、上記パワーモジュールにおける制
御ＩＣ_２０を示す。図示したように、ＩＧＢＴ_１のゲ
ート端子Ｇの電圧を検知できる機能が追加されている。
即ち、ゲート電圧を比較器ＣＯＭにて基準電圧Ｖrefと
比較し、Ｖrefを下回ったときに、異常状態を示すエラ
ー信号を外部に出力できるようになっている。この制御
ＩＣ_２０には、図２および図３で示したような保護回
路は含まれない。
御ＩＣ_２０を示す。図示したように、ＩＧＢＴ_１のゲ
ート端子Ｇの電圧を検知できる機能が追加されている。
即ち、ゲート電圧を比較器ＣＯＭにて基準電圧Ｖrefと
比較し、Ｖrefを下回ったときに、異常状態を示すエラ
ー信号を外部に出力できるようになっている。この制御
ＩＣ_２０には、図２および図３で示したような保護回
路は含まれない。
【００１０】ＩＧＢＴチップ側で自己保護を行うため、
温度センス、電流センス端子(ワイヤパッド)が不用とな
り、小型化実装が可能になる。又、ＩＧＢＴの異常状態
をゲート電圧の低下として制御ＩＣ側で検出するように
したので、制御ＩＣの回路が複雑化することはない。以
下に示す各実施形態においてもこれと同等の効果が得ら
れる。
温度センス、電流センス端子(ワイヤパッド)が不用とな
り、小型化実装が可能になる。又、ＩＧＢＴの異常状態
をゲート電圧の低下として制御ＩＣ側で検出するように
したので、制御ＩＣの回路が複雑化することはない。以
下に示す各実施形態においてもこれと同等の効果が得ら
れる。
【００１１】実施形態２ 図２の保護回路付きＩＧＢＴ_１および図５の制御ＩＣ_
２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュー
ル化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュー
ルを実現できる。
２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュー
ル化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュー
ルを実現できる。
【００１２】実施形態３ 図６は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付
きＩＧＢＴ_２(請求項３対応)を示す。図４のＩＧＢＴ_
１における端子Ｑ３および抵抗Ｒ１を排したことから解
るように、この保護回路１１は温度保護のみ行う。
きＩＧＢＴ_２(請求項３対応)を示す。図４のＩＧＢＴ_
１における端子Ｑ３および抵抗Ｒ１を排したことから解
るように、この保護回路１１は温度保護のみ行う。
【００１３】実施形態４ 図６の保護回路付きＩＧＢＴ_１および図５の制御ＩＣ_
２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュー
ル化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュー
ルを実現できる。
２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュー
ル化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュー
ルを実現できる。
【００１４】実施形態５ 図７は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付
きＩＧＢＴ_３(請求項５対応)を示す。図４のＩＧＢＴ_
１での異常発生の検知をゲート電圧で行っていたのに替
え、ここでは、ＩＧＢＴの出力電流で検知するようにし
たものであり、抵抗Ｒ１の端子電圧が、図５に供給され
ていたゲート電圧に替えて送出される。この場合も異常
発生の検知をゲート電圧で行っていたのと同じ効果が得
られる。
きＩＧＢＴ_３(請求項５対応)を示す。図４のＩＧＢＴ_
１での異常発生の検知をゲート電圧で行っていたのに替
え、ここでは、ＩＧＢＴの出力電流で検知するようにし
たものであり、抵抗Ｒ１の端子電圧が、図５に供給され
ていたゲート電圧に替えて送出される。この場合も異常
発生の検知をゲート電圧で行っていたのと同じ効果が得
られる。
【００１５】図７の保護回路付きＩＧＢＴ_３および図
５の制御ＩＣ_２０を、トランスファーモールド構造で
パワーモジュール化し、外付け部品を排除すれば小型の
パワーモジュールを実現できる。
５の制御ＩＣ_２０を、トランスファーモールド構造で
パワーモジュール化し、外付け部品を排除すれば小型の
パワーモジュールを実現できる。
【００１６】実施形態６ 図８は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付
きＩＧＢＴ_４(請求項６対応)を示す。このデバイス
は、図６でのゲート電圧の検出に替えて、出力電流の検
出に替えたものである。
きＩＧＢＴ_４(請求項６対応)を示す。このデバイス
は、図６でのゲート電圧の検出に替えて、出力電流の検
出に替えたものである。
【００１７】実施形態７ 図９は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付
きＩＧＢＴ_５(請求項７対応)を示す。このＩＧＢＴ_５
は、ＩＧＢＴ_３の保護回路１０に替えて、保護回路１
２を備える。この保護回路１２、当回路で過電流もしく
は温度異常を検出してから、所定の時間が経過してもゲ
ート電圧が低下しないとき、保護機能が正常でないと判
定する。所定の時間とは、過電流などの異常検出から保
護が実際に機能するまでのタイムラグより十分に長い時
間とする。
きＩＧＢＴ_５(請求項７対応)を示す。このＩＧＢＴ_５
は、ＩＧＢＴ_３の保護回路１０に替えて、保護回路１
２を備える。この保護回路１２、当回路で過電流もしく
は温度異常を検出してから、所定の時間が経過してもゲ
ート電圧が低下しないとき、保護機能が正常でないと判
定する。所定の時間とは、過電流などの異常検出から保
護が実際に機能するまでのタイムラグより十分に長い時
間とする。
【００１８】この保護回路１２は、図２、図６、図７お
よび図８の各ＩＧＢＴにも搭載することができる。この
ような判定手段を備えることにより、保護回路１２にお
ける保護機能が正常であるかを知ることができる。
よび図８の各ＩＧＢＴにも搭載することができる。この
ような判定手段を備えることにより、保護回路１２にお
ける保護機能が正常であるかを知ることができる。
【００１９】実施形態８ 本発明のパワーモジュールにおける制御ＩＣ(請求項８
対応)では、ブートストラップ回路のコンデンサ電圧で
動作する場合において、ＩＧＢＴチップが保護動作にな
ると、ＩＧＢＴチップのゲート駆動電流が増加し、これ
により、ブートストラップコンデンサの電圧が低下す
る。その電圧低下を制御ＩＣ側で検知することでＩＧＢ
Ｔの異常状態を検知する。
対応)では、ブートストラップ回路のコンデンサ電圧で
動作する場合において、ＩＧＢＴチップが保護動作にな
ると、ＩＧＢＴチップのゲート駆動電流が増加し、これ
により、ブートストラップコンデンサの電圧が低下す
る。その電圧低下を制御ＩＣ側で検知することでＩＧＢ
Ｔの異常状態を検知する。
【００２０】実施形態９ 図１０は、更に過電圧の保護機能付きＩＧＢＴ_６(請求
項９対応)を示す。この温度保護、過電流保護および過
電圧保護を内蔵するＩＧＢＴチップと、そのＩＧＢＴの
ゲート電圧によりＩＧＢＴの異常状態を検知できる制御
ＩＣとからなるＩＣ回路を実現できる。
項９対応)を示す。この温度保護、過電流保護および過
電圧保護を内蔵するＩＧＢＴチップと、そのＩＧＢＴの
ゲート電圧によりＩＧＢＴの異常状態を検知できる制御
ＩＣとからなるＩＣ回路を実現できる。
【００２１】実施形態１０ 図１１は、更に過電圧の保護機能付きＩＧＢＴ_７(請求
項１０対応)を示す。この温度保護、過電流保護および
過電圧保護を内蔵するＩＧＢＴチップと、そのＩＧＢＴ
の出力電流によりＩＧＢＴの異常状態を検知できる制御
ＩＣとからなるＩＣ回路を実現できる。
項１０対応)を示す。この温度保護、過電流保護および
過電圧保護を内蔵するＩＧＢＴチップと、そのＩＧＢＴ
の出力電流によりＩＧＢＴの異常状態を検知できる制御
ＩＣとからなるＩＣ回路を実現できる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、パワー
デバイスに、過電流保護および温度保護のためのセンス
部、およびこれらのセンス部での検知信号から異常を判
定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断する保護
回路を備え、パワーデバイス側で自己保護を行うように
したので、引出用の温度センスや電流センスなどの端子
が不用となる。このため小型化実装が可能となり、ワン
パッケージの小型パワーモジュールを実現でき、又、上
述したような電流限界が生じることもない。
デバイスに、過電流保護および温度保護のためのセンス
部、およびこれらのセンス部での検知信号から異常を判
定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断する保護
回路を備え、パワーデバイス側で自己保護を行うように
したので、引出用の温度センスや電流センスなどの端子
が不用となる。このため小型化実装が可能となり、ワン
パッケージの小型パワーモジュールを実現でき、又、上
述したような電流限界が生じることもない。
【００２３】異常が検知され、保護が機能すると、ゲー
ト電圧を低下させているが、このゲート電圧の低下もし
くは、このゲート電圧の低下による出力電流の変化が所
定時間を経過しても所定値に復帰しないことを検知する
回路を制御ＩＣに備えたので、保護回路による保護機能
が正常であるかをも判定でき、より高い信頼性を得るこ
とができる。
ト電圧を低下させているが、このゲート電圧の低下もし
くは、このゲート電圧の低下による出力電流の変化が所
定時間を経過しても所定値に復帰しないことを検知する
回路を制御ＩＣに備えたので、保護回路による保護機能
が正常であるかをも判定でき、より高い信頼性を得るこ
とができる。
【図１】 センス機能を付加したＩＧＢＴ
【図２】 本発明に係わるＩＧＢＴの回路図
【図３】 図２の保護回路における温度保護部の回路図
【図４】 図２の保護回路における過電流保護部の回路
図
図
【図５】 本発明に係わる制御ＩＣの回路図
【図６】 本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図７】 本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図８】 本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図９】 本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図１０】 本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図１１】 本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
１,２,３,４,５ ＩＧＢＴ、１０,１１,１２ 保護回
路、２０ 制御ＩＣ
路、２０ 制御ＩＣ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 23/62 Ｈ０１Ｌ 23/56 Ａ 27/04 Ｄ Ｈ０３Ｋ 17/08 Ｃ 17/56 Ｈ０３Ｋ 17/56 Ｚ (72)発明者 福永 匡則 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2G035 AA15 AB01 AC08 AD10 5F038 BH02 BH04 BH11 BH16 DF01 DT12 EZ20 5H740 AA00 AA10 BA11 BC01 BC02 JB01 KK01 MM01 MM08 MM11 PP02 5J055 AX15 AX32 AX44 AX64 BX16 CX07 DX06 DX09 DX52 EX02 EX07 EY01 EY03 EY10 EY12 EY13 EY21 EZ10 EZ25 EZ32 FX05 FX13 FX32 GX01
Claims (10)
- 【請求項１】 パワーデバイスおよびこれを制御する制
御ＩＣからなるパワーモジュールにおいて、 パワーデバイスに、過電流保護および温度保護のための
センス部、およびこれらのセンス部での検知信号から異
常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断す
る保護回路を備え、制御ＩＣに、保護状態をゲート電圧
で検知する回路を備えたことを特徴とするパワーモジュ
ール。 - 【請求項２】 外付け部品をなくし、上記パワーデバイ
スおよび制御ＩＣのみで形成した請求項１記載のパワー
モジュール。 - 【請求項３】 パワーデバイスおよびこれを制御する制
御ＩＣからなるパワーモジュールにおいて、 パワーデバイスに、温度保護のためのセンス部、および
このセンス部での検知信号から異常を判定して当該パワ
ーデバイスのゲート電圧を遮断する保護回路を備え、制
御ＩＣに、保護状態をゲート電圧で検知する回路を備え
たことを特徴とするパワーモジュール。 - 【請求項４】 外付け部品をなくし、上記パワーデバイ
スおよび制御ＩＣのみで形成した請求項３記載のパワー
モジュール。 - 【請求項５】 上記制御ＩＣに、保護状態をパワーデバ
イスの出力電流で検知する回路を備えた請求項１記載の
パワーモジュール。 - 【請求項６】 上記制御ＩＣに、保護状態をパワーデバ
イスの出力電流で検知する回路を備えた請求項３記載の
パワーモジュール。 - 【請求項７】 ゲート電圧もしくは出力電流の変化が所
定時間を経過しても所定値に復帰しないことを検知する
回路を制御ＩＣに備えた請求項３〜６のいずれかに記載
のパワーモジュール。 - 【請求項８】 上記制御ＩＣに、ブートストラップコン
デンサの電圧変化を検知して、パワーデバイスの異常状
態を検知する回路を備えた請求項１〜７のいずれかに記
載のパワーモジュール。 - 【請求項９】 パワーデバイスおよびこれを制御する制
御ＩＣからなるパワーモジュールにおいて、 パワーデバイスに、過電流保護、温度保護および過電圧
保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での検
知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート
電圧を遮断する保護回路を備え、制御ＩＣに、保護状態
をゲート電圧で検知する回路を備えたことを特徴とする
パワーモジュール。 - 【請求項１０】 パワーデバイスおよびこれを制御する
制御ＩＣからなるパワーモジュールにおいて、 パワーデバイスに、過電流保護、温度保護および過電圧
保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での検
知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート
電圧を遮断する保護回路を備え、制御ＩＣに、保護状態
をパワーデバイスの出力電流で検知する回路を備えたこ
とを特徴とするパワーモジュール。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118129A JP4426129B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | パワーモジュール |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001118129A JP4426129B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | パワーモジュール |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002315303A true JP2002315303A (ja) | 2002-10-25 |
| JP4426129B2 JP4426129B2 (ja) | 2010-03-03 |
Family
ID=18968565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001118129A Expired - Lifetime JP4426129B2 (ja) | 2001-04-17 | 2001-04-17 | パワーモジュール |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4426129B2 (ja) |
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-
2001
- 2001-04-17 JP JP2001118129A patent/JP4426129B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (7)
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