JP5915775B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5915775B2
JP5915775B2 JP2014553911A JP2014553911A JP5915775B2 JP 5915775 B2 JP5915775 B2 JP 5915775B2 JP 2014553911 A JP2014553911 A JP 2014553911A JP 2014553911 A JP2014553911 A JP 2014553911A JP 5915775 B2 JP5915775 B2 JP 5915775B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
connection point
wiring
switching element
capacitor
terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014553911A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2014102899A1 (ja
Inventor
今井　誠
誠 今井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP5915775B2 publication Critical patent/JP5915775B2/ja
Publication of JPWO2014102899A1 publication Critical patent/JPWO2014102899A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/525—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body with adaptable interconnections
    • H01L23/5256—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body with adaptable interconnections comprising fuses, i.e. connections having their state changed from conductive to non-conductive
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/528—Geometry or layout of the interconnection structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0617—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/325—Means for protecting converters other than automatic disconnection with means for allowing continuous operation despite a fault, i.e. fault tolerant converters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Protection Of Static Devices (AREA)

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。
スイッチング素子やダイオード等の半導体素子を備える半導体装置では、半導体素子と並列にコンデンサが設けられることがある。コンデンサによって、例えば、半導体素子に印加されるサージ電圧が低減される。ところが、これらの半導体装置では、コンデンサがショート故障すると、コンデンサが配置されている配線に過電流が流れる虞がある。特開平１−１０３１６３号公報の半導体装置では、ダイオードと並列にコンデンサが設けられている。この半導体装置では、コンデンサの接合電極パターンの一部にヒューズ部（溶断パターン）が設けられている。コンデンサがショート故障すると、ヒューズ部が溶断して通電経路を遮断する。これにより、配線に過電流が流れる虞を低減することができる。
しかしながら、従来の技術では、ヒューズ部が溶断して通電経路が遮断された際に、通電経路が遮断されたことを検知することができない。このため、例えば、従来の技術を、スイッチング素子を備える半導体装置に適用した場合には、コンデンサによるサージ電圧の低減効果が得られなくなった後にもスイッチング素子の動作を継続してしまう虞がある。結果として、スイッチング素子に過大なサージ電圧が印加される虞がある。
本明細書は、通電経路にコンデンサとヒューズ部が配置されている配線を備える半導体装置において、ヒューズ部が溶断したことを検知することができる技術を提供する。
本明細書で開示する半導体装置は、第１端部と、第１端部よりも低い電圧が印加される第２端部と、を有する第１配線を備える。その半導体装置は、第１端部に接続される第３端部と、第２端部に接続される第４端部と、を有する第２配線を備える。その半導体装置は、第１配線配置されたスイッチング素子を備える。その半導体装置は、第２配線に配置されたコンデンサを備える。その半導体装置は、第２配線に配置され、コンデンサよりも第３端部側に位置するヒューズ部を備える。その半導体装置は、ヒューズ部とコンデンサとの間で第２配線に接続され、その接続点の電位を検知可能な電位検知部を備える。
上記の半導体装置では、コンデンサの高電位側にヒューズ部が配置され、コンデンサとヒューズ部の間の位置で第２配線と電位検知部とが接続されている。このため、ヒューズ部が溶断すると、電位検知部で検知される電位が低下する。これにより、電位検知部はヒューズ部が溶断したことを検知することができる。
実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ２を示す回路図である。 実施例１のコンデンサ封止体９０を示す断面図である。 実施例１のコンデンサ素子１８０を示す斜視図である。 実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ２の目標電圧信号ＳTGと出力電圧ＶOUTとの関係を示すグラフである。 実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２０２を示す回路図である。
以下、本明細書で開示する実施例の技術的特徴の幾つかを記す。なお、以下に記す事項は、各々単独で技術的な有用性を有している。
（特徴１） 本明細書で開示する半導体装置は、電位検知部によって検知された電位から第２配線が遮断されたと判断されるときに、スイッチング素子に流れる電流を低減する制御装置をさらに有してもよい。
上記の半導体装置では、ヒューズ部が溶断してコンデンサのサージ電圧低減効果が得られなくなると判断されると、スイッチング素子に流れる電流が低減される。このため、スイッチング素子に印加されるサージ電圧を低減しながら、スイッチング素子に電流を流すことができる。
（特徴２） 本明細書で開示する半導体装置は、入力端子と入力側基準端子との間に入力電圧を入力され、出力端子と出力端側基準端子との間から出力電圧を出力する半導体装置であってもよい。その半導体装置は、入力端子と出力端子との間を接続する入出力ラインを備えていてもよい。その半導体装置は、入力側基準端子と出力側基準端子との間を接続する基準電位ラインを備えていてもよい。その半導体装置は、入出力ラインに配置された第１スイッチング素子を備えてもよい。その半導体装置は、入出ラインに配置され、第１スイッチング素子よりも入力端子側に位置するリアクトルを備えてもよい。その半導体装置は、入出力ラインに配置されると共にリアクトルと第１スイッチング素子との間に位置する第１接続点と、基準電位ライン上に位置する第２接続点との間を接続する第３配線を備えていてもよい。その半導体装置は、第３配線上に配置された第２スイッチング素子を備えていてもよい。その半導体装置は、第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の一方のスイッチング素子と並列に接続された第４配線を備えていてもよい。その半導体装置は、第４配線に配置された第１コンデンサを備えていてもよい。その半導体装置は、第４配線に配置され、第１コンデンサの高電位側に位置する第１ヒューズ部を備えていてもよい。その半導体装置は、第１ヒューズ部と第１コンデンサとの間で第４配線に接続され、その接続点の電位を検知可能な電位検知部を備えてもよい。
上記の半導体装置では、第１コンデンサの高電位側に第１ヒューズ部が配置され、第１コンデンサと第１ヒューズ部の間の位置で第４配線と電位検知部とが接続されている。このため、第１ヒューズ部が溶断すると、電位検知部で検知される電位が低下する。これにより、第１ヒューズ部が溶断したことを検知することができる。
（特徴３） 入出力ラインは、第１スイッチング素子よりも出力端子側に位置する第３接続点を有しており、第４配線は、第３接続点と第１接続点との間を接続していてもよい。
上記の半導体装置では、第１スイッチング素子と並列に接続された第１コンデンサの高電位側に配置された第１ヒューズ部が溶断すると、電位検知部で検知される電位が低下する。これにより、第１ヒューズ部が溶断したことを検知することができる。
（特徴４） 基準電位ラインは、第２接続点よりも出力側基準端子側に位置する第４接続点を有しており、第４配線は、第１接続点と第４接続点との間を接続していてもよい。
上記の半導体装置では、第２スイッチング素子と並列に接続された第１コンデンサの高電位側に配置された第１ヒューズ部が溶断すると、電位検知部で検知される電位が低下する。これにより、第１ヒューズ部が溶断したことを検知することができる。
（特徴５） 入出力ラインは、第１スイッチング素子よりも出力端子側に位置する第５接続点を有しており、基準電位ラインは、第２接続点よりも出力側基準端子側に位置する第６接続点を有しており、第４配線は、第５接続点と第６接続点との間を接続していてもよい。
上記の半導体装置では、第１コンデンサは、第１スイッチング素子及び第２スイッチング素子と並列に接続されている。第１コンデンサの高電位側に配置された第１ヒューズ部が溶断すると、電位検知部で検知される電位が低下する。これにより、第１ヒューズ部が溶断したことを検知することができる。
（特徴６） 本明細書で開示する半導体装置は、電位検知部によって検知された電位から、第４配線が遮断されたと判断されるときに、第４配線と並列に接続されているスイッチング素子に流れる電流を低減する制御装置をさらに有してもよい。
上記の半導体装置では、第１ヒューズ部が溶断して第４配線が遮断されたと判断されると、第４配線と並列に配置されたスイッチング素子に流れる電流が低減される。このため、スイッチング素子に印加されるサージ電圧を低減しながら、スイッチング素子に電流を流すことができる。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、バッテリ４から入力された入力電圧を昇圧する。図１に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、出力電圧を負荷（不図示）に出力する。負荷は、例えばインバータ（不図示）等である。
以下に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２の構成を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、入力端子６と入力側基準端子８とを有する。入力端子６は、バッテリ４の正極に接続されている。入力側基準端子８は、バッテリ４の負極に接続されている。すなわち、入力端子６と入力側基準端子８との間に入力電圧が入力される。また、入力側基準端子８は、グラウンドに接続されている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、出力端子１０と出力側基準端子１２とを有する。出力端子１０は、例えばインバータの正極側の入力端子（不図示）に接続される。出力側基準端子１２は、例えばインバータの負極側の入力端子（不図示）に接続される。すなわち、出力端子１０と出力側基準端子１２との間から出力電圧ＶOUTが出力される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、入出力ライン１４と基準電位ライン１６とを有する。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、第１スイッチング素子１８と、リアクトル２２と、第２スイッチング素子２０とを有する。入出力ライン１４は、入力端子６と出力端子１０とを接続している。基準電位ライン１６は、入力側基準端子８と出力側基準端子１２とを接続している。第１スイッチング素子１８、及びリアクトル２２は、入出力ライン１４に配置されている。リアクトル２２は、第１スイッチング素子１８よりも入力端子６側に位置している。リアクトル２２と第１スイッチング素子１８との間に、接続点２４が設けられている。基準電位ライン１６上に接続点２６が設けられている。接続点２４と接続点２６とは配線２１によって接続されている。第２スイッチング素子２０は、配線２１に配置されている。第１スイッチング素子１８、及び第２スイッチング素子２０としては、例えばＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等が使用できる。第１スイッチング素子１８と並列にフリーホイールダイオード２８が配置されている。第２スイッチング素子２０と並列にフリーホイールダイオード３０が配置されている。
入出力ライン１４上の接続点５５と、基準電位ライン１６上の接続点５８とは、配線３３によって接続されている。接続点５５は、第１スイッチング素子１８、及び後述の接続点５２よりも出力端子１０側に位置している。接続点５８は、接続点２６、及び後述の接続点５４よりも出力側基準端子１２側に位置している。配線３３には、平滑コンデンサ３２が配置されている。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、制御装置３４を有する。制御装置３４の端子３８は、第１スイッチング素子１８のゲートに接続されている。制御装置３４の端子４０は、第２スイッチング素子２０のゲートに接続されている。制御装置３４は、第１スイッチング素子１８のゲート電圧を変化させて第１スイッチング素子１８のオンとオフとを切り替える。制御装置３４は、第２スイッチング素子１８のゲート電圧を変化させて第２スイッチング素子２０のオンとオフとを切り替える。
入出力ライン１４上に、接続点５２が設けられている。接続点５２は、第１スイッチング素子１８よりも出力端子１０側に位置している。また、接続点５２は、第１スイッチング素子１８と、上述の接続点５５との間に位置している。上述した入出力ライン１４上の接続点２４と、接続点５２とは、接続点５６を介して接続されている。すなわち、接続点２４と接続点５６との間は配線２５によって接続されており、接続点５６と接続点５２との間は配線６３によって接続されている。配線６３は、第１スイッチング素子１８に対して並列に配置されている。配線６３には、コンデンサ５８が配置されている。換言すると、コンデンサ５８は、第1スイッチング素子１８に対して並列に配置されている。なお、以下の説明では、入出力ライン１４の一部分を配線１９と呼ぶことがある。配線１９は、接続点５２と接続点２４との間の部分である。
基準電位ライン１６上に、接続点５４が設けられている。接続点５４は、接続点２６よりも出力側基準端子１２側に位置している。また、接続点５４は、接続点２６と上述の接続点５８との間に位置している。上述の接続点２４と、接続点５４とは、接続点５６を介して接続されている。すなわち、接続点２４と接続点５６との間は上述のように配線２５によって接続されており、接続点５６と接続点５４との間は配線６５によって接続されている。配線６５は、第２スイッチング素子２０に対して並列に配置されている。配線６５には、コンデンサ６０が配置されている。換言すると、コンデンサ６０は、第２スイッチング素子２０に対して並列に配置されている。
配線６３には、ヒューズ部６２が設けられている。ヒューズ部６２は、コンデンサ５８よりも接続点５２側に位置している。ヒューズ部６２とコンデンサ５８との間に接続点６６が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、電位検知部４１を備えている。電位検知部４１は、具体的には電圧計である。電位検知部４１は、接続点６６に接続されている。電位検知部４１は、所定の基準電圧（具体的にはグランド）が印加される基準電圧端子４４と接続点６６との間の電位差を検知する。これにより、電位検知部４１は接続点６６の電位を検知する。電位検知部４１は接続点６６の電位に応じた信号を出力する。その信号は制御装置３４の端子３６に入力される。なお、以下の説明では、配線６３の一部を配線１６２と呼ぶことが有る。配線１６２は、接続点５２と接続点６６との間の部分である。
同様に、配線６５には、ヒューズ部６４が設けられている。ヒューズ部６４は、コンデンサ６０よりも接続点５６側に位置している。ヒューズ部６４とコンデンサ６０との間に接続点６８が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、電位検知部４２を備えている。電位検知部４２は、具体的には電圧計である。電位検知部４２は、接続点６８に接続されている。具体的には、電位検知部４２は、所定の基準電圧（具体的にはグランド）が印加される基準電圧端子４５と接続点６８との間の電位差を検知する。これにより、電位検知部４２は接続点６８の電位を検知する。電位検知部４２は接続点６８の電位に応じた信号を出力する。その信号は制御装置３４の端子３７に入力される。
次に、上述したＤＣ−ＤＣコンバータ２のコンデンサ５８，６０に用いられるコンデンサ封止体９０（図２，３）の構造を説明する。図２に示すように、コンデンサ封止体９０は、コンデンサ素子１８０と、ソース側電極９２と、ドレイン側電極９４と、電圧モニター端子９６とを有する。
ドレイン側電極９４は、コンデンサ封止体９０の上端部に位置する。ドレイン側電極９４の上面は、モールド樹脂９８から露出している。ソース側電極９２は、コンデンサ封止体９０の下端部に位置する。ソース側電極９２の下面は、モールド樹脂９８から露出している。
コンデンサ素子１８０の周囲は、モールド樹脂９８によって封止されている。コンデンサ素子１８０として、例えばセラミックコンデンサが使用できる。図３に示すように、コンデンサ素子１８０は、本体部１８１と、端子１８２と、端子１８３とを有する。コンデンサ素子１８０の端子１８２は、コンデンサ素子１８０の図３左上の端部からコンデンサ素子１８０の外部（具体的には、図３の上方）に伸びている。端子１８２の先端は、ドレイン側電極９４に接続されている。コンデンサ素子１８０の端子１８３は、コンデンサ素子１８０の図３右下の端部からコンデンサ素子１８０の外部（具体的には、図３の下方）に伸びている。端子１８３の先端は、ソース側電極９２に接続されている。
コンデンサ素子１８０は本体部１８１の内部に一対の電極（不図示）を有する。一対の電極の一方は、コンデンサ素子１８０の内部で端子１８３と接続されている。一対の電極の他方は、コンデンサ素子１８０の内部で端子１８２、及び後述する端子１８４と接続されている。
コンデンサ素子１８０は、さらに端子１８４を有する。端子１８４は、コンデンサ素子１８０の図３左上の端部からコンデンサ素子１８０の外部（具体的には、図３の左方向）に伸びている。上述のドレイン側電極９４の下面に接続板１０２が配置されている。端子１８３の先端は、接続板１０２に接続されている。接続板１０２と電圧モニター端子９６との間は配線１０４によって接続されている。電圧モニター端子９６の図２左側の部分は、モールド樹脂９８の外側に露出している。なお、コンデンサ素子１８０の端子１８４は、接続板１０２を介して、ドレイン側電極９４とも接続されている。
図３に示すように、端子１８３は、５本の帯状の導電体から構成される。一方、コンデンサ素子１８０の端子１８２は、２本の帯状の導電体から構成される。このため、端子１８２の各導電体の断面積の合計は、端子１８３の各導電体の断面積の合計よりも小さくなっている。このため、例えばコンデンサ素子１８０がショート故障する等してコンデンサ素子１８０に過電流が流れると端子１８２が溶断する。また、端子１８４は、１本の帯状の導電体から構成される。
コンデンサ封止体９０の各構成と、図１との対応を説明する。まず、コンデンサ封止体９０が、図１のコンデンサ５８、ヒューズ部６２、配線６７として使用されている場合について説明する。ドレイン側電極９４は、図１の接続点５２に対応する。ドレイン側電極９４は第１スイッチング素子１８のドレイン電極に接続される。ソース側電極９２は、図１の接続点５６に対応する。ソース側電極９２は第１スイッチング素子１８のソース電極に接続される。コンデンサ素子１８０は、図１のコンデンサ５８に対応する。端子１８２は、図１の配線１６２に対応する。端子１８２は、上述したように過電流によって溶断する。このため、端子１８２は、図１のヒューズ部６２とも対応している。端子１８４は、図１の配線６７に対応する。端子１８４は電位検知部４１に接続される。端子１８４とコンデンサ素子１８０とが接する部分は、接続点６６に対応する。端子１８３は、コンデンサ５８と接続点５６との間の配線に対応する。
次に、コンデンサ封止体９０が、コンデンサ６０、ヒューズ部６４、配線６９として使用されている場合について説明する。ドレイン側電極９４は、図１の接続点５６に対応する。ドレイン側電極９４は第２スイッチング素子２０のドレイン電極に接続される。ソース側電極９２は、図１の接続点５４に対応する。ソース側電極９２は第２スイッチング素子２０のソース電極に接続される。コンデンサ素子１８０は、図１のコンデンサ６０に対応する。また、端子１８２は、図１の配線１６４に対応する。端子１８２は、図１のヒューズ部６４と対応する。端子１８４は、図１の配線６９に対応する。端子１８４は電位検知部４２に接続される。端子１８３は、コンデンサ６０と接続点５４との間の配線に対応する。
次に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２の動作を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２の制御装置３４には、走行制御装置（不図示）から目標電圧信号ＳTGが入力される。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、入力された目標電圧信号ＳTGに応じた出力電圧ＶOUTを出力する。図５の破線のグラフは、標準モード特性１１０である。標準モード特性１１０は、通常の状態、すなわち、ヒューズ部６２、６４が溶断したことが検知されていない状態での、目標電圧信号ＳTGのレベルと出力電圧ＶOUTの大きさとの関係である。標準モード特性１１０では、目標電圧信号ＳTGのレベルと出力電圧ＶOUTの大きさとは正比例の関係である。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、具体的にはＰＷＭ制御によって出力電圧ＶOUTを制御する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２は、出力電圧ＶOUTが、目標電圧信号ＳTGに応じた値となるように第１スイッチング素子１８及び第２スイッチング素子２０とのデューティ比を調整する。なお、図５の実線のグラフは、保護モード特性１１２である。保護モード特性１１２については、後に詳述する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２が、動作するときには、制御装置３４は、第１スイッチング素子１８と、第２スイッチング素子２０とを交互にオン／オフする。第１スイッチング素子１８がオフし、第２スイッチング素子２０がオンすると、リアクトル２２に電流が流れる。第１スイッチング素子１８がオンし、第２スイッチング素子２０がオフすると、リアクトル２２に流れる電流が減少する。このため、リアクトル２２に逆起電力が発生する。逆起電力は、リアクトル２２に流れる電流が減少することを抑制する向き（入力端子６から出力端子１０に向かって電流を流す向き）に発生する。このため、出力端子１０の電位が上昇する。これにより、出力端子１０と出力側基準端子１２との間の電圧が昇圧される。
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２では、上述のように、第１スイッチング素子１８と並列にコンデンサ５８が配置されている。これにより、第１スイッチング素子１８がオン／オフした際のサージ電圧が低減される。同様に、第２スイッチング素子２０と並列にコンデンサ６０が配置されている。これにより、第２スイッチング素子２０がオン／オフした際のサージ電圧が低減される。
ヒューズ部６２は、コンデンサ５８がショート故障した際には、溶断して配線６３を遮断する。ヒューズ部６４は、コンデンサ６０がショート故障した際には、溶断して配線６３を遮断する。上記により、コンデンサ５８、６０がショート故障した際にＤＣ−ＤＣコンバータ２に過電流が流れる虞が低減される。
ヒューズ部６２はコンデンサ５８よりも高電位側に位置している。電位検知部４１は、コンデンサ５８とヒューズ部６２との間に位置する接続点６６の電位を検知する。このため、ヒューズ部６２が溶断すると、電位検知部４１で検知される電位が低下する。これにより、制御装置３４は、ヒューズ部６２が溶断したことを検知することができる。
同様に、ヒューズ部６４はコンデンサ６０よりも高電位側に位置している。電位検知部４２は、コンデンサ６０とヒューズ部６４との間に位置する接続点６８の電位を検知する。このため、ヒューズ部６４が溶断すると、電位検知部４２で検知される電位が低下する。これにより、制御装置３４は、ヒューズ部６４が溶断したことを検知することができる。なお、以下の説明では、配線６５の一部を配線１６４と呼ぶことが有る。配線１６４は、接続点５６と接続点６８との間の部分である。
制御装置３４は、ヒューズ部６２が溶断したことを検知したときに、第１スイッチング素子１８に流れる電流を低減する。具体的には、制御装置３４は、ヒューズ部６２が溶断したことが検知されたときには、上述の保護モード特性１１２に従って出力電圧ＶOUTを出力する。図４の実線のグラフ１１２は、保護モード特性１１２を示す。保護モード特性１１２は、ヒューズ部６２が溶断したことが検知されたときの、目標電圧信号ＳTGのレベルと出力電圧ＶOUTの大きさとの関係である。保護モード特性１１２では、標準モード特性１１０と同様に、目標電圧信号ＳTGと出力電圧ＶOUTの大きさとが正比例の関係となる。但し、目標電圧信号ＳTGのレベルが一定値を超えると、出力電圧ＶOUTの大きさは、上限値Ｌ1で一定となる。つまり、保護モード特性１１２では、標準モード特性１１０と比較して、出力電圧ＶOUTの大きさが低減されている。保護モード特性１１２の上限値Ｌ1は、出力電圧ＶOUTの大きさが第１スイッチング素子１８のサージ電圧による破壊を抑制できる電圧値となるように適宜決定される。
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２では、ヒューズ部６２が溶断してコンデンサ５８のサージ電圧低減効果が得られなくなると判断されると、第１スイッチング素子１８に流れる電流が低減される。これにより、第１スイッチング素子１８に印加されるサージ電圧を低減しながら、第１スイッチング素子１８に電流を流すことができる。
同様に、制御装置３４は、ヒューズ部６４が溶断したことが検知したときに、第２スイッチング素子２０に流れる電流を低減する。
請求項１及び請求項２と、実施例１との対応関係の一例を説明する。接続点５２は、請求項でいう「第１端部」の一例であり、接続点２４は、請求項でいう「第２端部」の一例であり、配線１９は、請求項でいう「第１配線」の一例である。接続点５２は、請求項でいう「第３端部」の一例であり、接続点５６は、請求項でいう「第４端部」の一例であり、配線６３は、請求項でいう「第２配線」の一例である。
請求項１及び請求項２と、実施例１との対応関係の他の例を説明する。接続点２４は、請求項でいう「第１端部」の一例であり、接続点２６は、請求項でいう「第２端部」の一例であり、配線２１は、請求項でいう「第１配線」の一例である。接続点５６は、請求項でいう「第３端部」の一例であり、接続点５４は、請求項でいう「第４端部」の一例であり、配線６５は、請求項でいう「第２配線」の一例である。
請求項３、４、７と、実施例１との対応関係を説明する。接続点２４は、請求項でいう「第１接続点」の一例である。また、接続点２６は、請求項でいう「第２接続点」の一例であり、配線１９は、請求項でいう「第３配線」の一例である。接続点５２は、請求項でいう「第３接続点」の一例であり、配線６３及び配線２５は、「第４配線」の一例である。
請求項３、５、７と、実施例１との対応関係を説明する。接続点２４は、請求項でいう「第１接続点」の一例である。また、接続点２６は、請求項でいう「第２接続点」の一例であり、配線２１は、請求項でいう「第３配線」の一例である。接続点５４は、請求項でいう「第４接続点」の一例であり、配線２５及び配線６５は、「第４配線」の一例である。
実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２０２では、入出力ライン１４上に接続点８６が設けられている。接続点８６は、第１スイッチング素子１８よりも出力端子１０側に位置している。また、接続点８６は、第１スイッチング素子１８と接続点５６との間に位置している。基準電位ライン１６上に接続点８８が設けられている。接続点８８は、接続点２６よりも出力側基準端子１２側に位置している。接続点８８は、接続点２６と接続点５８との間に位置している。接続点８６と接続点８８との間は、配線８３によって接続されている。つまり、配線８３は、第1スイッチング素子１８及び第２スイッチング素子２０に対して並列に配置されている。配線８３には、コンデンサ８０が配置されている。換言すると、コンデンサ８０は、第1スイッチング素子１８及び第２スイッチング素子２０に対して並列に配置されている。
配線８３には、ヒューズ部８２が設けられている。ヒューズ部８２は、コンデンサ８０よりも接続点８６側に位置している。ヒューズ部８２とコンデンサ８０との間に接続点８４が設けられている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２は、電位検知部４８を備えている。電位検知部４８は、接続点８４の電位を検知する。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２では、上述のように、第１スイッチング素子１８及び第２スイッチング素子２０と並列にコンデンサ８０が配置されている。これにより、第1スイッチング素子１８及び第２スイッチング素子２０がオン／オフした際のサージ電圧が低減される。
また、コンデンサ８０がショート故障した際には、ヒューズ部８２が溶断して配線８３を遮断する。上記により、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２に過電流が流れることが防止される。
ＤＣ−ＤＣコンバータ２０２では、ヒューズ部８２がコンデンサ８０よりも高電位側に位置している。電位検知部４８は、コンデンサ８０とヒューズ部８２との間に位置する接続点８４の電位を検知する。このため、ヒューズ部８２が溶断すると、電位検知部４８で検知される電位が低下する。これにより、ヒューズ部８２が溶断したことを検知することができる。
制御装置３４は、実施例１の制御装置３４と同様に、ヒューズ部８２が溶断したことが検知したときに、第１スイッチング素子１８及び第２スイッチング素子２０に流れる電流を低減する。
請求項１及び請求項２と、実施例２との対応関係を説明する。接続点８６は、請求項でいう「第１端部」の一例であり、接続点２４は、請求項でいう「第２端部」の一例であり、配線１９は、請求項でいう「第１配線」の一例である。接続点８６は、請求項でいう「第３端部」の一例であり、接続点８８は、請求項でいう「第４端部」の一例であり、配線８３は、請求項でいう「第２配線」の一例である。
請求項１及び請求項２と、実施例２との対応関係の他の例を説明する。接続点２４は、請求項でいう「第１端部」の一例であり、接続点２６は、請求項でいう「第２端部」の一例であり、配線２１は、請求項でいう「第１配線」の一例である。接続点８６は、請求項でいう「第３端部」の一例であり、接続点８８は、請求項でいう「第４端部」の一例であり、配線８３は、請求項でいう「第２配線」の一例である。
請求項３、６、７と、実施例２との対応関係を説明する。接続点２４は、請求項でいう「第１接続点」の一例である。また、接続点２６は、請求項でいう「第２接続点」の一例であり、配線２１は、請求項でいう「第３配線」の一例である。接続点８６は請求項でいう「第５接続点」の一例である。接続点８８は、請求項でいう「第６接続点」の一例である。配線８３は、請求項でいう「第４配線」の一例である。
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (6)

  1. 第１端部と、第１端部よりも低い電圧が印加される第２端部と、を有する第１配線と、
    第１端部に接続される第３端部と、第２端部に接続される第４端部と、を有する第２配線と、
    第１配線に配置されたスイッチング素子と、
    第２配線に配置されたコンデンサと、
    第２配線に配置され、コンデンサよりも第３端部側に位置するヒューズ部と、
    ヒューズ部とコンデンサとの間で第２配線に接続され、その接続点の電位を検知可能な電位検知部と、
    電位検知部によって検知された電位から第２配線が遮断されたと判断されるときに、スイッチング素子に流れる電流を低減して、スイッチング素子に電流を流す制御装置、
    を備える半導体装置。
  2. 入力端子と入力側基準端子との間に入力電圧を入力され、出力端子と出力端側基準端子との間から出力電圧を出力する半導体装置であって、
    入力端子と出力端子との間を接続する入出力ラインと、
    入力側基準端子と出力側基準端子との間を接続する基準電位ラインと、
    入出力ラインに配置された第１スイッチング素子と、
    入出力ラインに配置され、第１スイッチング素子よりも入力端子側に位置するリアクトルと、
    入出力ラインに配置されると共にリアクトルと第１スイッチング素子との間に位置する第１接続点と、基準電位ライン上に位置する第２接続点との間を接続する第３配線と、
    第３配線上に配置された第２スイッチング素子と、
    第１スイッチング素子と第２スイッチング素子の一方のスイッチング素子と並列に接続された第４配線と、
    第４配線に配置された第１コンデンサと、
    第４配線に配置され、第１コンデンサの高電位側に位置する第１ヒューズ部と、
    第１ヒューズ部と第１コンデンサとの間で第４配線に接続され、その接続点の電位を検知可能な電位検知部と、
    を備える半導体装置。
  3. 入出力ラインは、第１スイッチング素子よりも出力端子側に位置する第３接続点を有しており、
    第４配線は、第３接続点と第１接続点との間を接続している、請求項２の半導体装置。
  4. 基準電位ラインは、第２接続点よりも出力側基準端子側に位置する第４接続点を有しており、
    第４配線は、第１接続点と第４接続点との間を接続している請求項２の半導体装置。
  5. 入出力ラインは、第１スイッチング素子よりも出力端子側に位置する第５接続点を有しており、
    基準電位ラインは、第２接続点よりも出力側基準端子側に位置する第６接続点を有しており、
    第４配線は、第５接続点と第６接続点との間を接続している請求項２の半導体装置。
  6. 電位検知部によって検知された電位から、第４配線が遮断されたと判断されるときに、第４配線と並列に接続されているスイッチング素子に流れる電流を低減する制御装置をさらに有する、請求項２〜５のいずれか一項の半導体装置。
JP2014553911A 2012-12-25 2012-12-25 半導体装置 Expired - Fee Related JP5915775B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2012/083466 WO2014102899A1 (ja) 2012-12-25 2012-12-25 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5915775B2 true JP5915775B2 (ja) 2016-05-11
JPWO2014102899A1 JPWO2014102899A1 (ja) 2017-01-12

Family

ID=51020059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014553911A Expired - Fee Related JP5915775B2 (ja) 2012-12-25 2012-12-25 半導体装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20150295489A1 (ja)
JP (1) JP5915775B2 (ja)
CN (1) CN104871418B (ja)
DE (1) DE112012007251T5 (ja)
WO (1) WO2014102899A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105229910B (zh) * 2013-05-22 2017-11-28 丰田自动车株式会社 电力转换装置
WO2019043806A1 (ja) 2017-08-30 2019-03-07 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6706395B2 (ja) * 2017-10-25 2020-06-03 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換装置
US10848053B2 (en) * 2018-07-13 2020-11-24 Kohler Co. Robust inverter topology

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07264872A (ja) * 1994-03-17 1995-10-13 Toshiba Corp インバータ装置
JP2005263409A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Toshiba Elevator Co Ltd エレベータ制御装置
JP2008253098A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Toyota Motor Corp 冷却システムおよびそれを備える車両

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE410815T1 (de) * 2001-07-05 2008-10-15 Power One Inc Induktivitätsstrommessung in isolierten schaltreglern und damit zusammenhängende verfahren
ATE467944T1 (de) * 2003-02-28 2010-05-15 Abb Schweiz Ag Kurzschlussstromgeschützte umrichterschaltung
JP2007325388A (ja) * 2006-05-31 2007-12-13 Hitachi Ltd 電動機の制御装置及び車載用電動機駆動システム
JP4905300B2 (ja) * 2006-09-28 2012-03-28 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備えた車両、電源システムの制御方法ならびにその制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体
US8975899B2 (en) * 2009-09-11 2015-03-10 Sma Solar Technology Ag Inverter device comprising a topology surveying a series of capacitors

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07264872A (ja) * 1994-03-17 1995-10-13 Toshiba Corp インバータ装置
JP2005263409A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Toshiba Elevator Co Ltd エレベータ制御装置
JP2008253098A (ja) * 2007-03-30 2008-10-16 Toyota Motor Corp 冷却システムおよびそれを備える車両

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2014102899A1 (ja) 2017-01-12
CN104871418A (zh) 2015-08-26
DE112012007251T5 (de) 2015-10-08
US20150295489A1 (en) 2015-10-15
CN104871418B (zh) 2017-03-29
WO2014102899A1 (ja) 2014-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2683071A1 (en) Electric power converter
JP5751236B2 (ja) スイッチング制御回路
JP5752234B2 (ja) 電力変換装置
JP6070635B2 (ja) 半導体装置
JP5915775B2 (ja) 半導体装置
US9571026B2 (en) Inverter apparatus
CN105474542A (zh) 半导体装置
JP2016066974A5 (ja)
JPWO2017141560A1 (ja) 絶縁ゲート半導体装置
JP2008271696A (ja) 電力変換装置
CN102843032A (zh) 电压变换器及其在电压变换器中提供过压保护的方法
JP5974548B2 (ja) 半導体装置
WO2018207224A1 (ja) 電力変換装置
JP5360019B2 (ja) パワー半導体装置の温度測定装置
CN103765752B (zh) 直流电源装置
US9906009B2 (en) Semiconductor module
JP5611420B1 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータ
CN108684213B (zh) 半导体模块、在半导体模块中使用的开关元件的选定方法以及开关元件的芯片设计方法
JP6239024B2 (ja) 電力変換装置
JP6661002B2 (ja) 電力変換装置
JP6442275B2 (ja) 電力変換装置
KR101904682B1 (ko) 전류 차단 장치
JP6808989B2 (ja) インバータモジュール
JP6078681B1 (ja) インバータ装置及び制御方法
JP6955951B2 (ja) 放電装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160308

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160321

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5915775

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees