JP2011250589A - 電子回路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】バイポーラデバイスであるPN接合ダイオード11aに、ユニポーラデバイスであるショットキーバリアダイオード21が並列に接続されている。ショットキーバリアダイオード21のカソードは、第1のPN接合ダイオード11aのカソードに接続されている。第1のショットキーバリアダイオード21のアノードは、インダクタンスL1が寄生している接続金属部材31を介して、第1のPN接合ダイオード11aのアノードに接続されている。さらに、第1のショットキーバリアダイオード21のアノードは、インダクタンスL2が寄生している接続金属部材32を介して、第2出力線18に接続されている。
【選択図】図1
Description
ショットキーバリアダイオードに電流が流れると、ショットキーバリアダイオードと出力線との間のインダクタンスによって、逆起電力が発生する。前述した第1の接続形態では、PN接合ダイオードがショットキーバリアダイオードに接続されているため、ショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧に相当する電圧しかPN接合ダイオードにかからない。PN接合ダイオードの順方向立ち上がり電圧は、ショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧より低いので、PN接合ダイオードには電流は流れない。
ショットキーバリアダイオードに電流が流れると、ショットキーバリアダイオードと出力線との間のインダクタンスによって、逆起電力が発生する。しかし、PN接合ダイオードのアノードは接続金属部材によってショットキーバリアダイオードのアノードに接続されているため、PN接合ダイオードにはショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧に相当する電圧しかかからない。ショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧は、PN接合ダイオードの順方向立ち上がり電圧より低いから、PN接合ダイオードに電流は流れない。
ショットキーバリアダイオードに電流が流れると、ショットキーバリアダイオードと出力線との間のインダクタンスによって、逆起電力が発生する。しかし、PN接合ダイオードのカソードは接続金属部材によってショットキーバリアダイオードのカソードに接続されているため、PN接合ダイオードにはショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧に相当する電圧しかかからない。ショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧はPN接合ダイオードの順方向立ち上がり電圧より低いから、PN接合ダイオードに電流は流れない。
この発明の一実施形態では、前記スイッチングデバイスがMOSFETであり、前記PN接合ダイオードが前記MOSFETに内蔵されている(請求項8)。この構成では、MOSFETに内蔵されているPN接合ダイオードに電流が流れるのを抑制できるので、MOSFETの順方向劣化を抑制することができる。
ショットキーバリアダイオードに電流が流れると、ショットキーバリアダイオードと出力線との間のインダクタンスによって、逆起電力が発生する。しかし、MOSFETのソースは接続金属部材によってショットキーバリアダイオードのアノードに接続されているため、MOSFETに内蔵されているPN接合ダイオードにはショットキーバリアダイオードの動作電圧に相当する電圧しかかからない。ショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧は、PN接合ダイオードの順方向立ち上がり電圧より低いから、PN接合ダイオードに電流は流れない。これにより、MOSFETの順方向劣化を抑制できる。
ショットキーバリアダイオードに電流が流れると、ショットキーバリアダイオードと出力線との間のインダクタンスによって、逆起電力が発生する。しかし、MOSFETのドレインは接続金属部材によってショットキーバリアダイオードのカソードに接続されているため、MOSFETに内蔵されているPN接合ダイオードにはショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧に相当する電圧しかかからない。ショットキーバリアダイオードの順方向立ち上がり電圧は、PN接合ダイオードの順方向立ち上がり電圧より低いから、PN接合ダイオードに電流は流れない。これにより、MOSFETの順方向劣化を抑制できる。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るインバータ回路1を示す電気回路図である。
インバータ回路1は、第1のモジュール2と、第2のモジュール3とを含む。第1のモジュール2は、第1電源端子41と、第2電源端子43と、2つのゲート端子44,45,と、出力端子42とを備えている。第2のモジュール3は、第1電源端子46と、第2電源端子48と、2つのゲート端子49,50と、出力端子47とを備えている。各モジュール2,3の第1電源端子41,46は、第1出力線17を介して電源15(直流電源)の正極端子に接続されている。各モジュール2,3の出力端子42,47の間には、第2出力線18を介して誘導性の負荷16が接続されている。各モジュール2,3の第2電源端子43,48は、第3出力線19を介して電源15の負極端子に接続されている。各モジュール2,3のゲート端子44,45,49,50には、図示しない制御ユニットが接続される。
第3のMOSFET13のドレインは、第2のモジュール3の第1電源端子46に接続されている。第3のショットキーバリアダイオード23のカソードは、第3のMOSFET13のドレイン(第3のPN接合ダイオード13aのカソード)に接続されている。第3のMOSFET13のソース(第3のPN接合ダイオード13aのアノード)は、接続金属部材35を介して、第3のショットキーバリアダイオード23のアノードに接続されている。第3のショットキーバリアダイオード23のアノードは、別の接続金属部材36を介して、第2のモジュール3の出力端子47に接続されている。つまり、第3のショットキーバリアダイオード23のアノードは、接続金属部材36を介して、第2出力線18に接続されている。接続金属部材35,36には、インダクタンスL5,L6がそれぞれ寄生している。したがって、第3のPN接合ダイオード13aと第2出力線18との間のインダクタンス(L5+L6)は、第3のショットキーバリアダイオード23と第2出力線18との間のインダクタンスL6よりも大きい。
モジュール2は、絶縁性基板8と、絶縁性基板8上に固定された2つのパッケージ4,5と、絶縁性基板8の一方表面に固定され、2つのパッケージ4,5を収容するケース(図示略)とを含む。絶縁性基板8は、平面視において矩形に形成されている。各パッケージ4,5は、平面視において略矩形に形成されている。2つのパッケージ4,5は、絶縁性基板8の長手方向に沿って並べて配置されている。
第1のMOSFET11のゲート電極11Gは、ボンディングワイヤ(接続金属部材)39によって、ゲート用リード52に電気的に接続されている。また、第1のMOSFET11のソース電極11Sは、ボンディングワイヤ(接続金属部材)31によって、第1のショットキーバリアダイオード21のアノード電極21Aに電気的に接続されている。第1のショットキーバリアダイオード21のアノード電極21Aは、ボンディングワイヤ(接続金属部材)32によって、ソース用リード53に電気的に接続されている。
第2のMOSFET12のゲート電極12Gは、ボンディングワイヤ(接続金属部材)40によって、ゲート用リード55に電気的に接続されている。また、第2のMOSFET12のソース電極12Sは、ボンディングワイヤ(接続金属部材)33によって、第2のショットキーバリアダイオード22のアノード電極22Aに電気的に接続されている。第2のショットキーバリアダイオード22のアノード電極22Aは、ボンディングワイヤ(接続金属部材)34によって、ソース用リード56に電気的に接続されている。
パッケージ4のゲート用リード52は、ゲート端子44に接続されている。ゲート端子44は、モジュール2のケースの外側に引き出されている。パッケージ4のダイパッド51のリード部は、第1電源端子41に接続されている。第1電源端子41は、モジュール2のケースの外側に引き出されている。第1電源端子41には、電源15が接続される。金属パターン59は、出力端子42に接続されている。出力端子42は、モジュール2のケースの外側に引き出されている。
図1に戻り、このようなインバータ回路1では、たとえば、第1のMOSFET11と第4のMOSFET14とがオンされる。この後、これらのMOSFET11,12がオフされることにより、全てのMOSFET11〜14がオフ状態とされる。所定のデットタイム期間が経過すると、今度は、第2のMOSFET12と第3のMOSFET13とがオンされる。この後、これらのMOSFET12,13がオフされることにより、全てのMOSFET11〜14がオフ状態とされる。所定のデットタイム期間が経過すると、再び第1のMOSFET11と第4のMOSFET14とがオンされる。このような動作が繰り返されることにより、負荷16が交流駆動される。
図4は、この発明の第2の実施形態に係るインバータ回路1Aを示す電気回路図である。図4において、図1の各部の対応部分には、図1と同じ参照符号を付してある。
第1のMOSFET11と第4のMOSFET14とがオンされた場合には、電源15の正極から、第1出力線17、接続金属部材32A、接続金属部材31A、第1のMOSFET11、第2出力線18、負荷16、第2出力線18、接続金属部材38A、接続金属部材37Aおよび第4のMOSFET14を経て第3出力線19へと電流が流れる。この場合、負荷16には、矢印Aに示す方向に電流が流れる。
図5は、この発明の第3の実施形態に係るインバータ回路1Bを示す電気回路図である。図5において、図1の各部の対応部分には、図1と同じ参照符号を付してある。
これに対して、第3の実施形態では、各MOSFET11〜14のソース(PN接合ダイオード11a〜14aのアノード)は、インダクタンスL1,L3,L5,L7がそれぞれ寄生している接続金属部材31B,33B,35B,37Bを介して、出力線に接続されている。ただし、インダクタンスを表す参照符号は、便宜的に第1の実施形態と同じにしているだけであり、接続金属部材31B〜38Bのインダクタンスが第1の実施形態における接続金属部材31〜38のインダクタンスにそれぞれ等しいことを意味しているわけではない。
第3のMOSFET13のソース(第3のPN接合ダイオード13aのアノード)は、接続金属部材35Bを介して、第2のモジュール3Bの出力端子47に接続されている。つまり、第3のMOSFET13のソース(第3のPN接合ダイオード13aのアノード)は、接続金属部材35Bを介して、第2出力線18に接続されている。
第1および第3のショットキーバリアダイオード21,23のアノードは、第1の実施形態と同様に、インダクタンスL2,L6がそれぞれ寄生している接続金属部材32B,36Bを介して、第2出力線18に接続されている。第2および第4のショットキーバリアダイオード22,24のアノードは、第1の実施形態と同様に、インダクタンスL4,L8がそれぞれ寄生している接続金属部材34B,38Bを介して、第3出力線19に接続されている。
図6は、この発明の第4の実施形態に係るインバータ回路1Cを示す電気回路図である。図6において、図1の各部の対応部分には、図1と同じ参照符号を付してある。
この第4の実施形態においては、接続金属部材31C,33C,35C,37Cにそれぞれ寄生しているインダクタンスL1,L3,L5,L7は、接続金属部材32C,34C,36C,38Cにそれぞれ寄生しているインダクタンスL2,L4,L6,L8より大きくされている。つまり、L1>L2、L3>L4、L5>L6、およびL7>L8なる関係が成立している。たとえば、接続金属部材31C〜38Cがボンディングワイヤである場合には、ボンディングワイヤの長さ、ボンディングワイヤの径、ボンディングワイヤのループの角度などを調整することによって、インダクタンスL1〜L8を調整することができる。
図7は、本発明の第5の実施形態に係る電子回路が適用されたコンバータ回路101を示す電気回路図である。
なお、第3の実施形態の第1のモジュール2Bと同様に、第1のMOSFET11のソースを、接続金属部材31によって出力端子42に接続し、第2のMOSFET12のソースを、接続金属部材33によって第2電源端子43に接続してもよい。ただし、この場合には、接続金属部材31、33にそれぞれ寄生しているインダクタンスL1,L3は、接続金属部材32、34に寄生しているインダクタンスL2,L4より大きくされる。
このコンバータ回路101Aは、第5の実施形態のコンバータ回路101と、モジュール2Aの構成が異なっている。前述した第5の実施形態におけるモジュール2の構成は、第1の実施形態における第1のモジュール2と同じ構成である。これに対して、第6の実施形態におけるモジュール2Aの構成は、第2の実施形態における第1のモジュール2Aと同じ構成である。
このようなコンバータ回路101Aでは、第1のMOSFET11が予め設定されたデューティ比でオンオフ(スイッチング)される。第1のMOSFET11がオンされると、電源115の正極から、第1出力線17、接続金属部材32A、接続金属部材31A、第1のMOSFET11、第2出力線122およびコイル72(平滑回路)を経て、負荷116に電流が流れる。これにより、コイル72にエネルギーが蓄積されるとともに、負荷116に電力が供給される。
なお、第4実施形態の第1のモジュール2Cと同様に、第1のMOSFET11のドレインを、接続金属部材31Aによって第1電源端子41に接続し、第2のMOSFET12のドレインを、接続金属部材33Aによって出力端子42に接続してもよい。ただし、この場合には、接続金属部材31A、33Aにそれぞれ寄生しているインダクタンスL1,L3は、接続金属部材32A、34Aにそれぞれ寄生しているインダクタンスL2,L4より大きくされる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
2,2A,2B,2C モジュール
2,3A,3B,3C モジュール
11〜14 MOSFET
11a〜14a PN接合ダイオード
21〜24 ショットキーバリアダイオード
31〜38,31A〜38A,31B〜38B,31C〜38C 接続金属部材
72 コイル
Claims (13)
- バイポーラデバイスと、
前記バイポーラデバイスに並列に接続されたユニポーラデバイスと、
前記バイポーラデバイスおよびユニポーラデバイスに接続された出力線とを含み、
前記ユニポーラデバイスと前記出力線との間のインダクタンスが、前記バイポーラデバイスと前記出力線との間のインダクタンスよりも小さい、電子回路。 - 前記バイポーラデバイスが、SiCを主とする半導体材料で作成されたSiC半導体デバイスである、請求項1に記載の電子回路。
- 前記ユニポーラデバイスと前記出力線との間のインダクタンスにより生じる逆起電力が2.0V以上である、請求項1または2に記載の電子回路。
- 前記バイポーラデバイスがPN接合ダイオードを含み、前記ユニポーラデバイスがショットキーバリアダイオードを含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子回路。
- 前記PN接合ダイオードのアノードを前記ショットキーバリアダイオードのアノードに接続し、インダクタンスが寄生している接続金属部材をさらに含み、
前記ショットキーバリアダイオードのアノードが前記出力線に接続されている、請求項4に記載の半導体装置。 - 前記PN接合ダイオードのカソードを前記ショットキーバリアダイオードのカソードに接続し、インダクタンスが寄生している接続金属部材をさらに含み、
前記ショットキーバリアダイオードのカソードが前記出力線に接続されている、請求項4に記載の半導体装置。 - 前記PN接合ダイオードがスイッチングデバイスに逆並列接続されている、請求項4〜6のいずれか一項に記載の電子回路。
- 前記スイッチングデバイスがMOSFETであり、前記PN接合ダイオードが前記MOSFETに内蔵されている、請求項7に記載の電子回路。
- 前記MOSFETのソースを前記ショットキーバリアダイオードのアノードに接続し、インダクタンスが寄生している接続金属部材をさらに含み、
前記ショットキーバリアダイオードのアノードが前記出力線に接続されている、請求項8に記載の電子回路。 - 前記MOSFETのドレインを前記ショットキーバリアダイオードのカソードに接続し、インダクタンスが寄生している接続金属部材をさらに含み、
前記ショットキーバリアダイオードのカソードが前記出力線に接続されている、請求項8に記載の電子回路。 - 前記ショットキーバリアダイオードのアノードを前記出力線に接続し、インダクタンスが寄生している接続金属部材をさらに含む、請求項9に記載の電子回路。
- 前記MOSFETのソースを前記ショットキーバリアダイオードのアノードに接続する前記接続金属部材と、前記ショットキーバリアダイオードのアノードを前記出力線に接続する前記接続金属部材とが、連続的に繋がっている、請求項11に記載の電子回路。
- 前記接続金属部材は、ワイヤを含む、請求項5,6,9,10,11または12に記載の電子回路。
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