專利名稱：功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在功率控制用的半導(dǎo)體裝置中使用的功率模塊，特別涉及功率模塊搭載的半導(dǎo)體器件的保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
作為在功率控制用的半導(dǎo)體裝置中使用的功率模塊，已知具備用于對作為IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)等的開關(guān)元件的半導(dǎo)體器件進(jìn)行保護(hù)來免受過電流、短路的影響的保護(hù)功能的模塊。這樣的功率模塊通常是如下結(jié)構(gòu)，即具備電阻(感測電阻，sense resistor)，將流到半導(dǎo)體器件的感測端子的電流(感測電流，sense current)變換成電壓(感測電壓，sense voltage);以及保護(hù)電路,基于該感測電壓進(jìn)行規(guī)定的保護(hù)工作(例如下述的專利文獻(xiàn)1、2)。保護(hù)電路在感測電壓達(dá)到規(guī)定的值的情況下，判斷為在半導(dǎo)體器件中流過的電流超過了容許值，進(jìn)行例如使半導(dǎo)體器件的工作停止等的保護(hù)工作。在現(xiàn)有的具備保護(hù)功能的功率模塊中，存在由于感測電流相對于主電流的分流t匕、感測電阻的電阻值等的偏差，在保護(hù)電路開始保護(hù)工作的電流值、即所謂“短路保護(hù)(Short-circuit protection)跳閘水平” (SC 跳閘水平，SC trip level)中產(chǎn)生偏差,所以難以進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)工作的問題。此外，根據(jù)功率模塊的使用環(huán)境的變化，有時產(chǎn)生使半導(dǎo)體器件的電流值的上限變更的要求。在專利文獻(xiàn)1、2中，作為其對策，提出了一種能夠調(diào)整保護(hù)電路的SC跳閘水平的功率模塊?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-348429號公報；
專利文獻(xiàn)2 :日本特開平5-275999號公報。發(fā)明要解決的問題
在現(xiàn)有的功率模塊中，當(dāng)用于控制半導(dǎo)體器件的電源電壓(控制電源電壓)由于某種原因而降低時，半導(dǎo)體器件的驅(qū)動信號的電壓電平下降，該半導(dǎo)體器件變得容易在活性區(qū)域(active region)中工作(以下，將半導(dǎo)體器件在活性區(qū)域中工作稱為“活性工作”)。當(dāng)半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作時，容易產(chǎn)生導(dǎo)通電壓的上升導(dǎo)致的熱破壞。例如在半導(dǎo)體器件為IGBT的情況下，當(dāng)IGBT進(jìn)行活性工作時，由于集電極電流流過時的導(dǎo)通電壓(集電極/發(fā)射極間電壓)變大，所以IGBT中的熱損失變大，成為產(chǎn)生熱破壞的原因。如上所述，在現(xiàn)有的功率模塊中，由于感測電流相對于主電流的分流比、感測電阻的電阻值的偏差，在SC跳閘水平中也產(chǎn)生偏差。特別是在SC跳閘水平向高的方向偏離的功率模塊中，在控制電源電壓降低的情況下，在半導(dǎo)體器件中流過的電流達(dá)到SC跳閘水平之前即保護(hù)功能起作用之前半導(dǎo)體器件就進(jìn)行活性工作，產(chǎn)生熱破壞的問題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決以上那樣的課題而完成的，其目的在于提供一種即使在控制電源電壓降低的情況下也能夠防止半導(dǎo)體器件的熱破壞的功率模塊。用于解決課題的方案
本發(fā)明的第I方面的功率模塊，其特征在于具備半導(dǎo)體器件；驅(qū)動電路，驅(qū)動所述半導(dǎo)體器件；保護(hù)電路，檢測在所述半導(dǎo)體器件的主電極間流過的主電流，在該主電流達(dá)到跳閘水平時進(jìn)行所述半導(dǎo)體器件的保護(hù)工作；活性工作檢測單元，檢測所述半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作的情況；以及跳閘水平切換電路，當(dāng)檢測出所述半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作的情況時，降低所述跳閘水平。本發(fā)明的第2方面的功率模塊，其特征在于具備半導(dǎo)體器件；驅(qū)動電路，驅(qū)動所述半導(dǎo)體器件；保護(hù)電路，檢測在所述半導(dǎo)體器件的主電極間流過的主電流，在該主電流達(dá)到跳閘水平時進(jìn)行所述半導(dǎo)體器件的保護(hù)工作；外部電源輸入端子，接收來自外部電源的外部電源電壓；內(nèi)部電源，生成內(nèi)部電源電壓；以及電源選擇單元，選擇性地將所述外部電源電壓和所述內(nèi)部電源電壓作為控制電源電壓對所述驅(qū)動電路供給。發(fā)明的效果
根據(jù)本發(fā)明的第I方面，由于在控制電源電壓降低而半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作時跳閘水平降低，由此能夠通過保護(hù)電路進(jìn)行的保護(hù)工作來防止半導(dǎo)體器件的活性工作導(dǎo)致的熱破壞。根據(jù)本發(fā)明的第2方面，即使從外部電源和內(nèi)部電源供給的控制電源電壓的一方降低，也能對驅(qū)動電路供給另一方，因此能夠防止半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作。由此，能夠防止起因于半導(dǎo)體器件的活性工作的熱破壞。


圖1是表示IGBT的集電極/發(fā)射極間電壓Vra與集電極電流I。的關(guān)系的圖表。圖2是表示通常工作時的IGBT的集電極電流Ic及集電極/發(fā)射極間電壓Vce及損失的圖。圖3是表示活性工作時的IGBT的集電極電流I。及集電極/發(fā)射極間電壓Vce及損失的圖。圖4是表示實施方式I的功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖5是表示實施方式I的功率模塊的保護(hù)電路和控制電源電壓檢測電路的結(jié)構(gòu)圖。圖6是表示實施方式2的功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖7是表示實施方式2的功率模塊的保護(hù)電路和集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路的結(jié)構(gòu)圖。圖8是表示實施方式3的功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖9是表示實施方式3的功率模塊的保護(hù)電路和集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路的結(jié)構(gòu)圖。圖10是表示實施方式4的功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。圖11是表示實施方式4的功率模塊的電源切換電路的結(jié)構(gòu)圖。圖12是表示實施方式5的功率模塊的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式<實施方式1>
首先，以IGBT為例來說明在半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作時產(chǎn)生的熱破壞的問題。圖1是表示IGBT的集電極/發(fā)射極間電壓Vra與集電極電流I。的關(guān)系的圖表。IGBT具有集電極電流Ic依賴于集電極/發(fā)射極間電壓Vce的飽和區(qū)域；集電極電流Ic依賴于柵極/發(fā)射極間電壓Vra的活性區(qū)域(集電極電流I。相對于集電極/發(fā)射極間電壓Vra為固定的區(qū)域)。從圖1可知，柵極/發(fā)射極間電壓Vra越低，IGBT在活性區(qū)域中工作的范圍越大。正是因為這個原因，在功率模塊中，當(dāng)由于控制電源電壓降低導(dǎo)致半導(dǎo)體器件(IGBT)的驅(qū)動信號的電壓電平降低時，半導(dǎo)體器件容易進(jìn)行活性工作。圖2中示出IGBT進(jìn)行通常工作的情況(驅(qū)動信號的電壓電平充分高，在飽和區(qū)域中工作的情況)下的IGBT的集電極電流Ic及集電極/發(fā)射極間電壓Vce的波形，和在IGBT中產(chǎn)生的損失的變化。如圖2所示，在IGBT的通常工作時，在IGBT導(dǎo)通而流過集電極電流Ic時，集電極/發(fā)射極間電壓Vra (導(dǎo)通電壓)變得充分小。IGBT損失是開關(guān)損失LI和飽和電壓損失L2 (恒定損失)的和，但由于導(dǎo)通電壓小，所以飽和電壓損失L2被抑制得較小。另一方面，圖3示出IGBT進(jìn)行活性工作的情況下的集電極電流I。及集電極/發(fā)射極間電壓Vra的波形和這時在IGBT產(chǎn)生的損失的變化。在IGBT的活性工作時，即使IGBT導(dǎo)通而流過集電極電流Ic，集電極/發(fā)射極間電壓Vra (導(dǎo)通電壓)也被維持得較高，因此飽和電壓損失L2變大。該飽和電壓損失L2的增大是引起IGBT的熱破壞的原因。圖4是實施方式I的功率模塊100的結(jié)構(gòu)圖。該功率模塊100具備半導(dǎo)體器件10、驅(qū)動電路20、保護(hù)電路30、控制電源電壓檢測電路(Vd檢測電路)40以及電阻R1、R2。半導(dǎo)體器件10具備集電極及發(fā)射極(主電極)分別連接于P端子和N端子的IGBTll ;以及與該IGBTll反并聯(lián)連接的二極管(反并聯(lián)二極管)12。IGBTll具有輸出與集電極電流(在主電極間流過的主電流)成比例的感測電流的感測端子，在感測端子和N端子(IGBTlI的發(fā)射極)之間，串聯(lián)連接有作為集電極電流檢測用的感測電阻而使用的電阻凡、R2。驅(qū)動電路20基于作為從外部輸入的控制信號的輸入信號VaN,生成對IGBTll的柵極輸入的驅(qū)動信號。對于驅(qū)動電路20，從連接于半導(dǎo)體器件10的外部電源輸入端子的外部電源101供給控制電源電壓VD，IGBTll的驅(qū)動信號的電壓電平被控制電源電壓Vd規(guī)定。再有，在這里示出了使用外部電源101的例子，但功率模塊100也可以內(nèi)置有生成控制電源電壓Vd的電源(內(nèi)部電源)。保護(hù)電路30基于在感測電阻(電阻Rp R2)生成的感測電壓來檢測IGBTll的集電極電流，在集電極電流達(dá)到SC跳閘水平的情況下，對驅(qū)動電路20輸出進(jìn)行IGBTll的保護(hù)工作的保護(hù)信號SP。驅(qū)動電路20當(dāng)從保護(hù)電路30接收到保護(hù)信號Sp時，進(jìn)行使IGBTll的工作停止等的規(guī)定的保護(hù)工作?？刂齐娫措妷簷z測電路(Vd檢測電路)40檢測控制電源電壓Vd的電平，在該電平比規(guī)定的電壓電平降低的情況下，對保護(hù)電路3輸出通知該情況的信號。圖5是實施方式I的功率模塊100具備的保護(hù)電路30和控制電源電壓檢測電路40的結(jié)構(gòu)圖。保護(hù)電路30由過電流檢測電路31、切換控制電路32和切換器33構(gòu)成，控制電源電壓檢測電路40由比較器41構(gòu)成。過電流檢測電路31接收在感測電阻(Rp R2)產(chǎn)生的感測電壓，在該感測電壓達(dá)到規(guī)定值的情況下，判斷為IGBTll的集電極電流達(dá)到SC跳閘水平(也就是在IGBTll流過過電流)，生成保護(hù)信號SP。過電流檢測電路31也可以與現(xiàn)有的功率模塊具備的過電流檢測電路相同。但是，輸入到過電流檢測電路31的感測電壓通過切換器33而被切換。如上所述，功率模塊100具有電阻RpR2的串聯(lián)電路作為感測電阻。切換器33切換使過電流檢測電路31連接于電阻R1的兩端，還是連接于電阻RpR2的串聯(lián)電路的兩端。也就是說切換器33切換使輸入到過電流檢測電路31的感測電壓為在電阻R1產(chǎn)生的電壓，還是為在電阻RpR2的串聯(lián)電路整體產(chǎn)生的電壓。切換器33的工作通過切換控制電路32，基于電源電壓檢測電路40的比較器41的輸出而被控制。比較器41對控制電源電壓Vd和規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vkefi進(jìn)行比較?；鶞?zhǔn)電壓Vkefi被設(shè)定得比控制電源電壓Vd的正常的值低。比較器41的輸出在控制電源電壓Vd比基準(zhǔn)電壓Veefi高的正常的狀態(tài)下是H (High)電平，但當(dāng)控制電源電壓Vd比基準(zhǔn)電壓VKEn降低時，變?yōu)長 (Low)電平。切換控制電路32控制切換器33，在比較器41的輸出為H電平時使過電流檢測電路31連接于電阻R1的兩端，在比較器41的輸出為L電平時使過電流檢測電路31連接于電阻R1、R2的串聯(lián)電路的兩端。因此，在本實施方式的功率模塊100中，在控制電源電壓Vd采用正常的值的期間，在電阻R1產(chǎn)生的電壓作為感測電壓輸入到過電流檢測電路31，但在控制電源電壓Vd降低時,在電阻R1、R2的串聯(lián)電路的整體產(chǎn)生的電壓作為感測電壓輸入到過電流檢測電路31。因此，即使集電極電流為固定，當(dāng)控制電源電壓Vd降低時，輸入到過電流檢測電路31的感測電壓也變大。由此，在控制電源電壓Vd降低的期間，與控制電源電壓Vd為正常的情況相比，即使集電極電流小，過電流檢測電路31也輸出保護(hù)信號SP。也就是說，在本實施方式的功率模塊100中，在控制電源電壓Vd降低時，SC跳閘水平下降。像這樣，控制電源電壓檢測電路40作為通過檢測控制電源電壓Vd降低的情況，從而檢測IGBTll的活性工作的活性工作檢測單元而發(fā)揮功能。而且，切換控制電路32和切換器33作為在控制電源電壓Vd比規(guī)定值低的情況下降低SC跳閘水平的跳閘水平切換電路而發(fā)揮功能。如上所述，當(dāng)控制電源電壓Vd降低時，驅(qū)動電路20輸出的驅(qū)動信號的電壓電平下降，IGBTll進(jìn)行活性工作并且其導(dǎo)通電壓變高，因此有可能在集電極電流達(dá)到通常的SC跳閘水平之前，產(chǎn)生IGBTll的熱破壞。在本實施方式的功率模塊100中，在控制電源電壓Vd降低時SC跳閘水平下降，因此即使流過比較小的集電極電流，也能從保護(hù)電路30輸出保護(hù)信號SP。結(jié)果，能夠防止IGBTll的熱破壞。<實施方式2>
圖6是實施方式2的功率模塊100的結(jié)構(gòu)圖。該功率模塊100具備半導(dǎo)體器件10、驅(qū)動電路20、保護(hù)電路30、集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路(Vce檢測電路)50以及電阻札、R2。
半導(dǎo)體器件10、驅(qū)動電路20及電阻Rp R2與圖4所示的相同，因此省略說明。此外在本實施方式中，對驅(qū)動電路20從外部電源101供給控制電源電壓VD，但功率模塊100也可以內(nèi)置有生成控制電源電壓Vd的電源(內(nèi)部電源)。保護(hù)電路30與圖4所示的也是大致相同的結(jié)構(gòu)，但在其工作根據(jù)集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路50的輸出而被控制這一方面不同。集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路(Vra檢測電路)50檢測IGBTll的集電極/發(fā)射極間電壓(施加在主電極間的主電壓)，將表示其是否比規(guī)定的值大的信號向保護(hù)電路30輸出。圖7是實施方式2的功率模塊100具備的保護(hù)電路30和集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路50的結(jié)構(gòu)圖。保護(hù)電路30由過電流檢測電路31、切換控制電路32和切換器33構(gòu)成，集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路50由比較器51構(gòu)成。保護(hù)電路30的結(jié)構(gòu)與實施方式I (圖5)相同，但在實施方式2中，控制切換器33的切換控制電路32的工作基于集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路50的比較器51的輸出而被控制。比較器51對IGBTll的集電極/發(fā)射極間電壓(或以規(guī)定比對其分壓的電壓)和規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vkef2進(jìn)行比較。基準(zhǔn)電壓Vkef2S定得比IGBTll的通常工作時的導(dǎo)通電壓(或?qū)ζ浞謮旱碾妷?高。在IGBT進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通的情況下，由于集電極/發(fā)射極間電壓變低，所以比較器51的輸出成為L電平。可是在IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通的情況下，因為即使流過集電極電流，集電極/發(fā)射極間電壓也不下降(參照圖3)，所以比較器51的輸出維持H電平。切換控制電路32控制切換器33，在比較器51的輸出為L電平時使過電流檢測電路31連接于電阻R1的兩端，在比較器51的輸出為H電平時使過電流檢測電路31連接于電阻札、R2的串聯(lián)電路的兩端。因此，在本實施方式的功率模塊100中，在IGBTll進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通時，在電阻R1產(chǎn)生的電壓作為感測電壓輸入到過電流檢測電路31，但在IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通時以及IGBTll為截止?fàn)顟B(tài)時，在電阻Rp R2的串聯(lián)電路的整體產(chǎn)生的電壓作為感測電壓輸入到過電流檢測電路31。因此，即使集電極電流為固定，在IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通的情況下，與進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通的情況相比，輸入到過電流檢測電路31的感測電壓變大。因此，在IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通的情況下，與進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通的情況相t匕，即使集電極電流小，過電流檢測電路31也輸出保護(hù)信號SP。也就是說，在本實施方式的功率模塊100中，在IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通時，SC跳閘水平下降。像這樣，集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路50作為通過檢測出集電極/發(fā)射極間電壓Vra (主電壓)比規(guī)定值高的情況，從而檢測IGBTll的活性工作的活性工作檢測單元而發(fā)揮功能。而且，切換控制電路32和切換器33作為在集電極/發(fā)射極間電壓Vra比規(guī)定值高的情況下降低SC跳閘水平的跳閘水平切換電路而發(fā)揮功能。在本實施方式的功率模塊100中，在控制電源電壓Vd降低而IGBTll進(jìn)行活性工作時，SC跳閘水平下降，因此即使流過比較小的集電極電流，也從保護(hù)電路30輸出保護(hù)信號SP。結(jié)果，在IGBTll發(fā)生熱破壞之前，驅(qū)動電路20能夠進(jìn)行規(guī)定的保護(hù)工作，能夠防止IGBTll的熱破壞。
此外，在實施方式I中根據(jù)控制電源電壓Vd的降低來預(yù)測IGBTll的活性工作，但在本實施方式中檢測IGBTll實際進(jìn)行活性工作的情況來降低SC跳閘水平，因此也具有能夠防止不必要地停止IGBTll的工作的優(yōu)點。<實施方式3>
圖8是實施方式3的功率模塊100的結(jié)構(gòu)圖，圖9是該功率模塊100具備的保護(hù)電路30和集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路50的結(jié)構(gòu)圖。實施方式3的功率模塊100的結(jié)構(gòu)除了輸入信號Vhn不僅輸入驅(qū)動電路20,也輸入保護(hù)電路30的切換控制電路32的方面之外，與實施方式2 (圖6、圖7)相同。在這里，假定驅(qū)動電路20以在輸入信號Vhn為H電平時使IGBTl I導(dǎo)通，在輸入信號Vhn為L電平時使IGBTll截止的方式進(jìn)行工作。與實施方式2同樣地，比較器51對IGBTll的集電極/發(fā)射極間電壓(或以規(guī)定比 對其分壓的電壓)和規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vkef2進(jìn)行比較。在IGBT進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通的情況下，由于集電極/發(fā)射極間電壓變低，所以比較器51的輸出成為L電平?？墒窃贗GBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通的情況下，因為即使流過集電極電流，集電極/發(fā)射極間電壓也不下降(參照圖3 )，所以比較器51的輸出維持H電平。切換控制電路32基于輸入信號Vai^P比較器51的輸出，檢測出即使輸入信號Vcffl變成H電平而變?yōu)镮GBTll導(dǎo)通的期間(導(dǎo)通期間)集電極/發(fā)射極間電壓也不下降的狀態(tài)，在檢測出該狀態(tài)的情況下，判斷為IGBTll進(jìn)行活性工作，使SC跳閘水平下降。具體地，切換控制電路32控制切換器33，在輸入信號VaN和比較器51的輸出的雙方變成H電平的情況下，使過電流檢測電路31連接于電阻R1、R2的串聯(lián)電路的兩端，在此之外的情況下將過電流檢測電路31連接于電阻R1的兩端。在實施方式2中，僅在IGBTll進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通并且集電極/發(fā)射極間電壓降低時SC跳閘水平變高，在此之外的情況下(IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通時，和IGBT為截止?fàn)顟B(tài)時)，SC跳閘水平變低。相對于此，在實施方式3中，僅在IGBTll進(jìn)行活性工作而導(dǎo)通時SC跳閘水平變低，在此之外的情況下(IGBTll進(jìn)行通常工作而導(dǎo)通時，和IGBT為截止?fàn)顟B(tài)時)，SC跳閘水平被維持得較高。由此在本實施方式中，不會不必要地將SC跳閘水平設(shè)定得較低，所以與實施方式2相比能夠更高精度地感測IGBTll的活性工作，能夠防止不必要地停止IGBTll的工作?！磳嵤┓绞?>
圖10是實施方式4的功率模塊100的結(jié)構(gòu)圖。該功率模塊100具備半導(dǎo)體器件10、驅(qū)動電路20、保護(hù)電路30、電源切換電路60、作為感測電阻的電阻R以及內(nèi)部電源102。半導(dǎo)體器件10和驅(qū)動電路20與圖4所示的相同，因此省略說明。實施方式4的保護(hù)電路30可以與現(xiàn)有的功率模塊具備的過電流檢測電路相同(例如可以與實施方式廣3中示出的過電流檢測電路31相同)。該保護(hù)電路30在電阻R中產(chǎn)生的感測電壓達(dá)到規(guī)定值的情況下，判斷為IGBTll的集電極電流達(dá)到SC跳閘水平，對驅(qū)動電路20輸出保護(hù)信號Sp。此外,對于實施方式4的功率模塊100,從連接于該功率模塊100的外部電源輸入端子的外部電源101供給控制電源電壓Vdi，并且在內(nèi)部具有生成控制電源電壓Vd2的內(nèi)部電源102。以下，將從外部電源101供給的控制電源電壓Vdi稱為“外部電源電壓”，將內(nèi)部電源102生成的控制電源電壓Vd2稱為“內(nèi)部電源電壓”。外部電源電壓Vdi和內(nèi)部電源電壓Vd2輸入到電源切換電路60。電源切換電路60選擇外部電源電壓Vdi和內(nèi)部電源電壓Vd2中的一方，將其作為控制電源電壓Vd對驅(qū)動電路20供給。具體來說，通常對驅(qū)動電路20供給外部電源電壓Vdi，但在外部電源電壓Vdi降低時，將其切換為內(nèi)部電源電壓Vd2，對驅(qū)動電路20供給。圖11是實施方式4的功率模塊100具備的電源切換電路60的結(jié)構(gòu)圖。電源切換電路60由比較器61、切換控制電路62和切換器63構(gòu)成。切換器63切換作為控制電源電壓Vd對驅(qū)動電路20供給外部電源電壓Vdi，還是供給內(nèi)部電源電壓VD2。切換器63的工作通過切換控制電路62,基于比較器61的輸出而被控制。比較器61對外部電源電壓Vdi和規(guī)定的基準(zhǔn)電壓Vkef3進(jìn)行比較?；鶞?zhǔn)電壓Vkef3被設(shè)定得比外部電源電壓Vdi的正常的值低。比較器61的輸出在外部電源電壓Vdi比基準(zhǔn)電壓Vkef3高的正常的狀態(tài)下是H電平，但當(dāng)外部電源電壓Vdi比基準(zhǔn)電壓Vkef3降低時變?yōu)長電平。切換控制電路62控制切換器63，在比較器61的輸出為H電平時對驅(qū)動電路20供給外部電源電壓Vdi，在比較器61的輸出為L電平時將內(nèi)部電源電壓Vd2對驅(qū)動電路20供
5口 O因此，在本實施方式的功率模塊100中，通常使用外部電源電壓Vdi作為控制電源電壓VD，但在外部電源電壓Vdi降低的情況下，代替其將內(nèi)部電源電壓Vd2作為控制電源電壓Vd來使用。由此，能夠防止對驅(qū)動電路20供給的控制電源電壓Vd降低而IGBTl I進(jìn)行活性工作這一情況本身，能夠防止IGBTll的熱破壞。<實施方式5>
圖12是表示實施方式5的功率模塊100的結(jié)構(gòu)圖。該功率模塊100具備半導(dǎo)體器件10、驅(qū)動電路20、保護(hù)電路30、作為感測電阻的電阻R、作為單向性元件的二極管71、72以及內(nèi)部電源102。實施方式5的功率模塊100的結(jié)構(gòu)除了將電源切換電路60置換成二極管71、72之外，與實施方式4的結(jié)構(gòu)(圖10、圖11)相同。在用于對驅(qū)動電路20輸入控制電源電壓Vd的電源輸入端子，經(jīng)由二極管71連接外部電源101，并且經(jīng)由二極管72連接內(nèi)部電源102。二極管71、72的陰極側(cè)連接于驅(qū)動電路20的電源輸入端子。因此，外部電源電壓Vdi和內(nèi)部電源電壓Vd2的任一個較高的一方作為控制電源電壓Vd對驅(qū)動電路20供給。也就是說在本實施方式中，在外部電源電壓Vdi降低時使用內(nèi)部電源電壓Vd2作為控制電源電壓VD，在內(nèi)部電源電壓Vd2降低時使用外部電源電壓Vdi作為控制電源電壓Vd。由此，與實施方式4同樣地，能夠防止對驅(qū)動電路20供給的控制電源電壓Vd降低而IGBTll進(jìn)行活性工作這一情況本身，能夠防止IGBTll的熱破壞。此外與實施方式4(圖10、圖11)相比較，功率模塊100的結(jié)構(gòu)簡單，因此能夠謀求功率模塊100的低成本化。<變更例>
在以上的各實施方式中，示出了由IGBTll和與其連接的反并聯(lián)二極管12構(gòu)成的半導(dǎo)體器件10，但半導(dǎo)體器件10的結(jié)構(gòu)并不限于此。例如，也可以代替IGBTll使用MOSFET、雙極晶體管來作為開關(guān)元件。此外，作為半導(dǎo)體器件10，也可以使用內(nèi)置有反并聯(lián)二極管的RC-1GBT (Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor,逆導(dǎo)型絕緣柵雙極晶體管)。半導(dǎo)體器件10的開關(guān)元件(包含RC-1GBT)和二極管可以由硅(Si)來形成，也可以通過以碳化硅(SiC)為首的寬帶隙半導(dǎo)體來形成。作為寬帶隙半導(dǎo)體，除了 SiC之外、例如有氮化鎵(GaN)類材料，金剛石等。使用寬帶隙半導(dǎo)體形成的半導(dǎo)體器件10是高耐壓的，能夠增大電流密度的容許值，因此能夠謀求半導(dǎo)體器件10的小型化。由此，能夠?qū)β誓K100的小型化做出貢獻(xiàn)。在該情況下，可以使開關(guān)元件和二極管的雙方為寬帶隙半導(dǎo)體元件，也可以僅使其一方為寬帶隙半導(dǎo)體元件。再有，本年發(fā)明在發(fā)明的范圍中能夠自由地組合各實施方式，或?qū)Ω鲗嵤┓绞竭m宜地進(jìn)行變形、省略。附圖標(biāo)記說明
10半導(dǎo)體器件；11 IGBT ；12反并聯(lián)二極管；20驅(qū)動電路；30保護(hù)電路；31過電流檢測電路；32、62切換控制電路；33、63切換器；40控制電源電壓檢測電路；41、51、61 t匕較器；50集電極/發(fā)射極間電壓檢測電路；60電源切換電路；71、72 二極管；&、R2, R電阻；100功率模塊；101外部電源；102內(nèi)部電源。
權(quán)利要求
1.一種功率模塊，其特征在于具備 半導(dǎo)體器件； 驅(qū)動電路，驅(qū)動所述半導(dǎo)體器件； 保護(hù)電路，檢測在所述半導(dǎo)體器件的主電極間流過的主電流，在該主電流達(dá)到跳閘水平時進(jìn)行所述半導(dǎo)體器件的保護(hù)工作； 活性工作檢測部，檢測所述半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作的情況；以及跳閘水平切換電路，當(dāng)檢測出所述半導(dǎo)體器件進(jìn)行活性工作的情況時，降低所述跳閘水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊，其中，所述活性工作檢測部是對供給到所述驅(qū)動電路的控制電源電壓比規(guī)定值降低的情況進(jìn)行檢測的控制電源電壓檢測電路， 所述跳閘水平切換電路在所述控制電源電壓比規(guī)定值低的情況下，降低所述跳閘水平。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊,其中， 所述活性工作檢測部是對施加在所述半導(dǎo)體器件的所述主電極間的主電壓比規(guī)定值高的情況進(jìn)行檢測的主電壓檢測電路， 所述跳閘水平切換電路在所述主電壓比規(guī)定值高的情況下，降低所述跳閘水平。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率模塊，其中，跳閘水平切換電路基于所述驅(qū)動電路的控制信號檢測所述半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通期間，在是所述半導(dǎo)體器件的導(dǎo)通期間且所述主電壓比規(guī)定值高的情況下，降低所述跳閘水平。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4的任一項所述的功率模塊，其中，所述半導(dǎo)體器件包含IGBT、RC-1GBT、MOSFET、雙極晶體管的任一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4的任一項所述的功率模塊，其中，所述半導(dǎo)體器件包含由寬帶隙半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求4的任一項所述的功率模塊，其中， 所述半導(dǎo)體器件包含開關(guān)元件和與其反并聯(lián)連接的二極管， 所述開關(guān)元件和二極管的至少一方由寬帶隙半導(dǎo)體形成。
8.—種功率模塊，其特征在于具備 半導(dǎo)體器件； 驅(qū)動電路，驅(qū)動所述半導(dǎo)體器件； 保護(hù)電路，檢測在所述半導(dǎo)體器件的主電極間流過的主電流，在該主電流達(dá)到跳閘水平時進(jìn)行所述半導(dǎo)體器件的保護(hù)工作； 外部電源輸入端子，接收來自外部電源的外部電源電壓； 內(nèi)部電源，生成內(nèi)部電源電壓；以及 電源選擇部，選擇性地將所述外部電源電壓和所述內(nèi)部電源電壓作為控制電源電壓對所述驅(qū)動電路供給。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率模塊，其中， 所述電源選擇部是切換所述外部電源電壓和所述內(nèi)部電源電壓，作為控制電源電壓對所述驅(qū)動電路供給的電源切換電路， 所述電源切換電路在所述外部電源電壓比規(guī)定值降低的情況下，對所述驅(qū)動電路供給所述內(nèi)部電源電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的功率模塊，其中，在所述電源選擇部中，將所述外部電源電壓和所述內(nèi)部電源電壓中的高的一方作為控制電源電壓對所述驅(qū)動電路供給。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的功率模塊，其中，所述電源選擇部包含第I單向性元件，將所述外部電源電壓對所述驅(qū)動電路供給；以及第2單向性元件，將所述內(nèi)部電源電壓對所述驅(qū)動電路供給。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11的任一項所述的功率模塊，其中，所述半導(dǎo)體器件包含IGBT、 RC-1GBT、MOSFET、雙極晶體管的任一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至11的任一項所述的功率模塊，其中，所述半導(dǎo)體器件包含由寬帶隙半導(dǎo)體形成的開關(guān)元件。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至11的任一項所述的功率模塊，其中，所述半導(dǎo)體器件包含開關(guān)元件和與其反并聯(lián)連接的二極管，所述開關(guān)元件和二極管的至少一方由寬帶隙半導(dǎo)體形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及功率模塊，提供一種即使在控制電源電壓降低的情況下也能夠防止半導(dǎo)體器件的熱破壞的功率模塊。功率模塊(100)具備驅(qū)動半導(dǎo)體器件(10)的IGBT(11)的驅(qū)動電路(20)；在IGBT(11)的集電極電流達(dá)到跳閘水平時進(jìn)行IGBT(11)的保護(hù)工作的保護(hù)電路(30)；檢測對驅(qū)動電路(20)供給的控制電源電壓(VD)的控制電源電壓檢測電路(40)。保護(hù)電路(30)當(dāng)控制電源電壓(VD)變得比規(guī)定值低時，將感測電阻從電阻(R1)切換成電阻(R1、R2)的串聯(lián)電路，由此降低跳閘水平。
文檔編號H03K17/567GK103001611SQ20121019185
公開日2013年3月27日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者十河尚宏, 富岡真吾, 砂奧伸一 申請人:三菱電機(jī)株式會社