(57)【要約】【課題】本発明は、起動中に過電流などの通電異常となった際の保護が可能なコンバータモジュールの提供を目的とする。【解決手段】半導体モジュール１０１は、ダイオードブリッジ回路１１と、ダイオードブリッジ回路１１の電流値を測定するセンサ１７と、ダイオードブリッジ回路１１に接続されたＩＧＢＴ１６１を有する電流制限回路１６と、センサ１７が測定するダイオードブリッジ回路１１の電流値に応じてＩＧＢＴ１６１のオンとオフを切り替える保護回路１８と、を備える。【選択図】図３
2020039241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイオードブリッジ回路と、
前記ダイオードブリッジ回路の電流値を測定するセンサと、
前記ダイオードブリッジ回路に接続された第１のスイッチング素子を有する電流制限回路と、
前記センサが測定する前記ダイオードブリッジ回路の電流値に応じて前記第１のスイッチング素子のオンとオフを切り替える保護回路と、を備える、
半導体モジュール。
【請求項２】
前記電流制限回路は、前記第１のスイッチング素子と並列に接続された電流制限抵抗を備える、
請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項３】
前記電流制限回路は、前記電流制限抵抗と直列に接続された第２のスイッチング素子を備える、
請求項２に記載の半導体モジュール。
【請求項４】
前記保護回路は、前記センサが測定する前記ダイオードブリッジ回路の電流値に応じて、前記第１のスイッチング素子の制御電圧をオフ電圧、第１オン電圧、および前記第１オン電圧より高い第２オン電圧の少なくとも３段階で制御する、
請求項１に記載の半導体モジュール。
【請求項５】
前記センサは、前記ダイオードブリッジ回路を構成する各ダイオードと並列に接続され、前記各ダイオードの電流値を前記ダイオードブリッジ回路の電流値として測定する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項６】
前記保護回路は、前記センサが測定する前記ダイオードブリッジ回路の電流値に応じて、アラーム信号を前記半導体モジュールの外部に出力する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記ダイオードブリッジ回路を構成する各ダイオードに逆並列接続される複数のＩＧＢＴを備える、
請求項１から６のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項８】
インバータ回路をさらに備える、
請求項１から７のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項９】
前記ダイオードブリッジ回路を構成する各ダイオードと、前記各ダイオードに逆並列接続される前記複数のＩＧＢＴとが、ＲＣ−ＩＧＢＴにより構成される、
請求項７に記載の半導体モジュール。
【請求項１０】
前記ダイオードブリッジ回路を構成する各ダイオードと、前記第１のスイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成される、
請求項１から９のいずれか１項に記載の半導体モジュール。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の半導体モジュールを備える、
電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ダイオードブリッジ回路の過電流を検知して制限する半導体モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールの一つに、ダイオードブリッジ回路を搭載した、交流を直流に変換するコンバータモジュールがある。コンバータモジュールの一つに、保護機能回路を搭載したコンバータ用ＩＰＭ（Intelligent Power Module）がある。コンバータ用ＩＰＭでは、ダイオードに逆並列接続された能動素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に電流センサまたは温度センサが搭載される。コンバータモジュールにおいて、主に電流が流れて発熱するのはダイオードブリッジ回路のダイオードである。しかし、電流センサが搭載されて保護遮断が可能な素子はＩＧＢＴであるため、通電異常時に保護遮断が遅延し、モジュールが破壊するという問題があった。
【０００３】
従来、コンバータモジュールでは、ダイオードブリッジ回路とインバータ回路との間にサイリスタと抵抗が並列接続されている。電源の起動時にサイリスタはオフであり、抵抗側に電流が流れることで突入電流が防止される。電解コンデンサの充電時間の経過後にサイリスタがオンになると、サイリスタ側に電流が流れて回路の発生損失が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２７０４６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、サイリスタは一度オンにするとオフできないため、電源の起動中に過電流などの通電異常となった際に、ダイオードブリッジ回路または客先システムが壊れるという問題があった。
【０００６】
特許文献１には、電流検出回路によって、ＡＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を検知し、電源投入後の突入電流を防止する電源制御装置が開示されている。特許文献１の電源制御装置では、電流検出回路が一定値以上の電流値を検出した場合、スイッチ制御回路がスイッチ回路を動作させて、抵抗の両端をショートさせることにより、突入電流を防止する。しかし、特許文献１の電源制御装置は、電源起動中に過電流などの通電異常になった場合に、ＡＣスイッチをオフする機能がなく、ＡＣ−ＤＣコンバータに流れる電流を制御することができないため、ＡＣ−ＤＣコンバータが壊れるという問題があった。
【０００７】
本発明は上述の問題点に鑑み、起動中に過電流などの通電異常となった際の保護が可能なコンバータモジュールの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の半導体モジュールは、ダイオードブリッジ回路と、ダイオードブリッジ回路の電流値を測定するセンサと、ダイオードブリッジ回路に接続された第１のスイッチング素子を有する電流制限回路と、センサが測定するダイオードブリッジ回路の電流値に応じて第１のスイッチング素子のオンとオフを切り替える保護回路と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の半導体モジュールは、電流制限回路が第１のスイッチング素子を有するため、電源起動開始時の突入電流だけでなく、その後の過電流も抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】前提技術の半導体モジュールの回路図である。
【図２】半導体モジュールにおける電源起動後の母線電流の推移を示す図である。
【図３】実施の形態１の半導体モジュールの回路図である。
【図４】実施の形態１の半導体モジュールにおける電源起動後の母線電流の推移を示す図である。
【図５】実施の形態２の半導体モジュールの回路図である。
【図６】実施の形態２の半導体モジュールにおける電源起動後の母線電流の推移を示す図である。
【図７】実施の形態３の半導体モジュールの回路図である。
【図８】実施の形態３の半導体モジュールにおける電源起動後の母線電流の推移を示す図である。
【図９】実施の形態４の半導体モジュールの回路図である。
【図１０】実施の形態５の半導体モジュールの回路図である。
【図１１】実施の形態６の半導体モジュールの回路図である。
【図１２】実施の形態６の変形例の半導体モジュールの回路図である。
【図１３】実施の形態７の半導体モジュールの回路図である。
【図１４】実施の形態７の第１の変形例の半導体モジュールの回路図である。
【図１５】実施の形態７の第２の変形例の半導体モジュールの回路図である。
【図１６】実施の形態７の第２の変形例の半導体モジュールのチップ構成を示す図である。
【図１７】ＲＣ−ＩＧＢＴチップを示す図である。
【図１８】実施の形態７の第２の変形例の半導体モジュールのチップ構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜Ａ．前提技術＞
図１は、前提技術の半導体モジュール１００の回路図である。半導体モジュール１００は、ダイオードブリッジ回路１１、インバータ回路１２、電解コンデンサ１３および電流制限回路１４を備えるインバータモジュールである。
【００１２】
ダイオードブリッジ回路１１は、Ｒ相上アームのダイオード１１Ｒ１、Ｒ相下アームのダイオード１１Ｒ２、Ｓ相上アームのダイオード１１Ｓ１、Ｓ相下アームの１１Ｓ２、Ｔ相上アームのダイオード１１Ｔ１、およびＴ相下アームのダイオード１１Ｔ２を備えている。ダイオード１１Ｒ１，１１Ｓ１，１１Ｔ１のカソードは、電流制限回路１４を介して電解コンデンサ１３のＰ端子に接続され、ダイオード１１Ｒ２，１１Ｓ２，１１Ｔ２のアノードは、電解コンデンサ１３のＮ端子に接続されている。
【００１３】
インバータ回路１２は、Ｕ相上アームのＩＧＢＴ１２Ｕ１、Ｕ相下アームのＩＧＢＴ１２Ｕ２、Ｖ相上アームのＩＧＢＴ１２Ｖ１、Ｖ相下アームのＩＧＢＴ１２Ｖ２、Ｗ相上アームのＩＧＢＴ１２Ｗ１、およびＷ相下アームのＩＧＢＴ１２Ｗ２を備えている。また、各ＩＧＢＴ１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２には、ダイオード１２ＤＵ１，１２ＤＵ２，１２ＤＶ１，１２ＤＶ２，１２ＤＷ１，１２ＤＷ２がそれぞれ逆並列接続されている。ＩＧＢＴ１２Ｕ１，１２Ｖ１，１２Ｗ１のコレクタが電解コンデンサ１３のＰ端子に接続され、ＩＧＢＴ１２Ｕ２，１２Ｖ２，１２Ｗ２のエミッタが電解コンデンサ１３のＮ端子に接続されている。
【００１４】
電流制限回路１４は、ダイオードブリッジ回路１１とインバータ回路１２の間に接続されている。電流制限回路１４の一端は、ダイオード１１Ｒ１，１１Ｓ１，１１Ｔ１のカソードと接続され、他端は電解コンデンサ１３のＰ端子に接続されている。電流制限回路１４は、サイリスタ１４１と、電流制限抵抗１４２とが並列に接続された構成である。
【００１５】
図２は、半導体モジュール１００における電源起動後の母線電流の推移を示している。時刻ｔ０において、ダイオードブリッジ回路１１のＲ，Ｓ，Ｔ相端子に接続された電源（図示せず）が起動すると、母線電流は増加していく。このとき、サイリスタ１４１はオフであるため、母線電流は電流制限抵抗１４２を流れる。従って、母線電流の増加は時刻ｔ１において一定値で頭打ちとなり、過電流が防止される。電解コンデンサ１３の充電が完了すると、サイリスタ１４１が時刻ｔ２においてオンになる。サイリスタ１４１がオンになると、母線電流はサイリスタ１４１を流れ、これにより電流制限回路１４における損失が抑制される。しかし、サイリスタ１４１は一度オンすると、オフできない。そのため、その後時刻ｔ３において過電流などの通電異常が発生しても、サイリスタ１４１をオフにして電流を制限することができず、時刻ｔ４においてダイオードブリッジ回路１１または客先システム１５が壊れてしまう。
【００１６】
これに対して、以下に示す各実施の形態のコンバータモジュールでは、電源起動中に過電流などの通電異常が発生した際に、ダイオードブリッジ回路１１または客先システム１５を保護する。
【００１７】
＜Ｂ．実施の形態１＞
＜Ｂ−１．構成＞
図３は、実施の形態１の半導体モジュール１０１の回路図である。半導体モジュール１０１は、ダイオードブリッジ回路１１、電流制限回路１６Ａ、センサ１７および保護回路１８を備えるコンバータモジュールである。半導体モジュール１０１の出力端子Ｐ，Ｎ間には電解コンデンサ１３が接続されている。ダイオードブリッジ回路１１の構成は前提技術と同様である。
【００１８】
センサ１７は、ダイオードブリッジ回路１１のダイオード１１Ｒ１，１１Ｓ１，１１Ｔ１のカソードと接続され、ダイオードブリッジ回路１１の電流値を測定する。すなわち、センサ１７は、ダイオード１１Ｒ１，１１Ｓ１，１１Ｔ１を流れる電流の合計値を測定する。
【００１９】
電流制限回路１６Ａは、一端がセンサ１７に接続され、他端が電解コンデンサ１３のＰ端子に接続されている。電流制限回路１６Ａは、第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１６１と電流制限抵抗１６２とが並列に接続された構成である。ここでは第１のスイッチング素子としてＩＧＢＴ１６１を用いられているが、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）など他のトランジスタが用いられても良い。
【００２０】
保護回路１８は、センサ１７と電気的に接続されており、センサ１７で測定したダイオードブリッジ回路１１の出力電流の値に応じて、電流制限回路１６ＡのＩＧＢＴ１６１のオンとオフを制御する。
【００２１】
＜Ｂ−２．動作＞
図４は、半導体モジュール１０１における電源起動後の母線電流の推移を示している。時刻ｔ０において、ダイオードブリッジ回路１１のＲ，Ｓ，Ｔ相端子に接続された電源（図示せず）が起動すると、母線電流は増加していく。電源起動当初は保護回路１８がＩＧＢＴ１６１をオフに制御しており、母線電流は電流制限抵抗１６２を流れる。従って、母線電流は時刻ｔ１において一定値で頭打ちとなり、過電流が防止される。電解コンデンサ１３の充電が完了すると、保護回路１８は時刻ｔ２においてＩＧＢＴ１６１をオンにする。ＩＧＢＴ１６１がオンになると、母線電流はＩＧＢＴ１６１を流れ、これにより電流制限回路１６Ａにおける損失が抑制される。その後、時刻ｔ３において過電流などの通電異常が発生し、時刻ｔ４においてセンサ１７における母線電流の測定値が閾値を超えると、保護回路１８はＩＧＢＴ１６１をオフにする。これにより、母線電流は低下する。通電異常が抑制されると、時刻ｔ５において保護回路１８はＩＧＢＴ１６１をオンにし、これにより電流制限回路１６Ａにおける損失を抑制する。
【００２２】
＜Ｂ−３．効果＞
半導体モジュール１０１は、ダイオードブリッジ回路１１と、ダイオードブリッジ回路１１の電流値を測定するセンサ１７と、ダイオードブリッジ回路１１に接続された第１のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１６１を有する電流制限回路１６Ａと、センサ１７が測定するダイオードブリッジ回路１１の電流値に応じてＩＧＢＴ１６１のオンとオフを切り替える保護回路１８と、を備える。半導体モジュール１０１では、ＩＧＢＴ１６１のオンとオフを切り替えることにより、ダイオードブリッジ回路１１の電流を制限することができる。従って、電源起動時の突入電流だけでなく、その後の通電異常に対しても過電流を抑制することができる。これにより、ダイオードブリッジ回路１１を構成するダイオードまたは客先システム１５の破壊を防ぐことができる。
【００２３】
また、電流制限回路１６Ａは、ＩＧＢＴ１６１と並列に接続された電流制限抵抗１６２を備える。従って、ＩＧＢＴ１６１がオフのときは電流制限抵抗１６２に電流が流れることによって、ダイオードブリッジ回路１１の電流を制限することができる。
【００２４】
＜Ｃ．実施の形態２＞
＜Ｃ−１．構成＞
図５は、実施の形態２の半導体モジュール１０２の回路図である。半導体モジュール１０２は、実施の形態１の半導体モジュール１０１と比較すると、電流制限回路１６Ａに代えて電流制限回路１６Ｂを備えたものである。電流制限回路１６Ｂは、電流制限回路１６Ａの構成に加えて、第２のスイッチング素子としてのＩＧＢＴ１６３を備えている。ここでは第２のスイッチング素子としてＩＧＢＴ１６３を用いられているが、ＭＯＳＦＥＴなど他のトランジスタが用いられても良い。電流制限回路１６Ｂ以外の半導体モジュール１０２の構成は半導体モジュール１０１と同様である。
【００２５】
＜Ｃ−２．動作＞
図６は、半導体モジュール１０２における電源起動後の母線電流の推移を示している。時刻ｔ０から時刻ｔ５までの動作は図４と同様であるため、ここではその説明を省略する。時刻ｔ６において過電流などの通電異常が発生し、母線電流が上昇したとする。時刻ｔ７においてセンサ１７における母線電流の測定値が閾値を超えると、保護回路１８はＩＧＢＴ１６１をオフ、ＩＧＢＴ１６３をオンにする。しかし、ここで母線電流が低下せず、閾値以上の値を保ったまま時間Ｔ２が継続したとする。このとき、保護回路１８はＩＧＢＴ１６３をオフにし、電流制限回路１６Ｂに流れる電流を完全に遮断する。こうして、半導体モジュール１０２の動作は完全に停止する。なお、時間Ｔ２は、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの時間Ｔ１、あるいは時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間Ｔ１よりも長い。
【００２６】
＜Ｃ−３．効果＞
実施の形態２の半導体モジュール１０２は、電流制限抵抗１６２と直列に接続された第２のスイッチング素子であるＩＧＢＴ１６３を備える。電流制限抵抗１６２に過電流が長時間通電すると、電流制限抵抗１６２が発熱して半導体モジュール１０２の信頼性を損なう懸念がある。しかし、半導体モジュール１０２は、過電流の通電時間が時間Ｔ２を超えると保護回路１８によってＩＧＢＴ１６３を遮断し動作を停止するため、高い信頼性を有する。
【００２７】
＜Ｄ．実施の形態３＞
＜Ｄ−１．構成＞
図７は、実施の形態３の半導体モジュール１０３の回路図である。半導体モジュール１０３は、実施の形態１の半導体モジュール１０１と比較すると、電流制限回路１６Ａに代えて電流制限回路１６Ｃを備えたものである。電流制限回路１６Ｃは、第１のスイッチング素子としてのＩＧＢＴ１６１のみで構成される。そして、保護回路１８はＩＧＢＴ１６１のオンとオフを切り替えるだけでなく、オン電圧を２段階で制御する。その他の半導体モジュール１０３の構成は半導体モジュール１０１と同様である。
【００２８】
＜Ｄ−２．動作＞
図８は、半導体モジュール１０３における電源起動後の母線電流の推移を示している。時刻ｔ０において、ダイオードブリッジ回路１１のＲ，Ｓ，Ｔ相端子に接続された電源（図示せず）が起動する際、電解コンデンサ１３に電荷を充電するため、大電流（突入電流）が流れる。ここで、保護回路１８はＩＧＢＴ１６１のゲート電圧を第１オン電圧であるＶ１に設定する。これにより、母線電流は増加するが時刻ｔ１において一定値出頭打ちとなり、過電流が防止される。電解コンデンサ１３がある程度充電されると、保護回路１８は時刻ｔ２においてＩＧＢＴ１６１のゲート電圧を第１オン電圧より高い第２オン電圧であるＶ２に設定する。これにより、電流制限回路１６Ｃにおける損失が抑制される。その後、時刻ｔ３において過電流などの通電異常が発生し、時刻ｔ４においてセンサ１７における母線電流の測定値が閾値を超えると、保護回路１８はＩＧＢＴ１６１のゲート電圧をＶ１に設定する。これにより、母線電流は低下する。通電異常が抑制されると、時刻ｔ５において保護回路１８はＩＧＢＴ１６１のゲート電圧をＶ２に設定し、これにより電流制限回路１６Ｃにおける損失を抑制する。
【００２９】
時刻ｔ６において過電流などの通電異常が発生し、母線電流が上昇したとする。時刻ｔ７においてセンサ１７における母線電流の測定値が閾値を超えると、保護回路１８はＩＧＢＴ１６１のゲート電圧をＶ１に設定する。しかし、ここで母線電流が低下せず、閾値以上の値を保ったまま時間Ｔ２が継続したとする。このとき、保護回路１８はＩＧＢＴ１６３をオフ、すなわちゲート電圧をオフ電圧である０にし、電流制限回路１６Ｂに流れる電流を完全に遮断する。こうして、半導体モジュール１０３の動作は完全に停止する。なお、時間Ｔ２は、時刻ｔ０から時刻ｔ２までの時間Ｔ１、あるいは時刻ｔ４から時刻ｔ５までの時間Ｔ１よりも長い。
【００３０】
＜Ｄ−３．効果＞
実施の形態３の半導体モジュール１０３において、保護回路１８は、センサ１７が測定するダイオードブリッジ回路１１の電流値に応じて、ＩＧＢＴ１６１の制御電圧をオフ電圧、第１オン電圧、および第１オン電圧より高い第２オン電圧の少なくとも３段階で制御する。保護回路１８は、ＩＧＢＴ１６１のゲート電圧を第１オン電圧に設定することによって、電源起動時の突入電流またはその後の通電異常の過電流を抑制することができる。また、保護回路１８は、ＩＧＢＴ１６１のゲート電圧を第２オン電圧に設定することによって、母線電流が小さいときの回路における損失を抑制することができる。さらに、保護回路１８は、過電流が長時間継続した場合にはＩＧＢＴ１６１をオフにして半導体モジュール１０３を流れる電流を完全に遮断することで、高い信頼性を有する。また、電流制限回路１６Ｃ内に電流制限抵抗が不要であるため、半導体モジュール１０３の小型化が図られる。
【００３１】
＜Ｅ．実施の形態４＞
＜Ｅ−１．構成＞
図９は、実施の形態４の半導体モジュール１０４の回路図である。半導体モジュール１０４は、実施の形態１の半導体モジュール１０１と比較すると、センサがダイオードブリッジ回路１１を構成する各ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２に並列接続されている点が異なる。センサ１７Ｒ１，１７Ｒ２，１７Ｓ１，１７Ｓ２，１７Ｔ１，１７Ｔ２が、それぞれダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２に並列接続される。センサ１７Ｒ，１７Ｒ２，１７Ｓ１，１７Ｓ２，１７Ｔ１，１７Ｔ２は、センスダイオードとシャント抵抗を有しており、ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２の電流を測定して保護回路１８に出力する。
【００３２】
＜Ｅ−２．効果＞
実施の形態１では、保護回路１８は、ダイオードブリッジ回路１１の各相のダイオードの電流値の合計に基づき、電流制限回路１６ＡのＩＧＢＴ１６１のオンオフを制御していた。これに対して、実施の形態４の半導体モジュール１０４では、センサ１７Ｒ１，１７Ｒ２，１７Ｓ１，１７Ｓ２，１７Ｔ１，１７Ｔ２がダイオードブリッジ回路１１を構成する各ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２に並列接続され、各ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２の電流値をダイオードブリッジ回路１１の電流値として測定する。従って、保護回路１８は、ダイオードブリッジ回路１１を構成する各ダイオードの電流値に基づきＩＧＢＴ１６１のオンオフを制御することが可能である。具体的には、保護回路１８は、ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２のうち１つでもその電流値が閾値を超えれば、ＩＧＢＴ１６１をオフにして電流制限を行う。これにより、ダイオードブリッジ回路１１の各相の電流をより正確に把握して電流制限を行うことが可能となり、高い信頼性が得られる。
【００３３】
＜Ｆ．実施の形態５＞
＜Ｆ−１．構成＞
図１０は、実施の形態５の半導体モジュール１０５の回路図である。半導体モジュール１０５は、実施の形態４の半導体モジュール１０４と比較すると、保護回路１８に代えて保護回路１９を備えている。保護回路１９は、保護回路１８の機能に加えて、ダイオードブリッジ回路１１に過電流が発生したときにアラームを客先システム１５など外部に出力する機能を有する。
【００３４】
保護回路１９は、センサ１７Ｒ１，１７Ｒ２，１７Ｓ１，１７Ｓ２，１７Ｔ１，１７Ｔ２からダイオードブリッジ回路１１を構成する各ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２の電流値を取得する。そして、保護回路１９は、電流値が閾値を超えるダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２が一つでもあれば、アラームを客先システム１５に出力する。ここで、アラームの方法は、アナログ信号を用いても良いし、デジタル信号を用いても良い。
【００３５】
＜Ｆ−２．効果＞
実施の形態５の半導体モジュール１０５において、保護回路１９は、センサ１７が測定するダイオードブリッジ回路１１の電流値に応じて、アラーム信号を半導体モジュール１０５の外部に出力する。従って、半導体モジュール１０５によれば、ダイオードブリッジ回路１１に過電流が発生したときにアラームが客先システム１５に出力することが可能である。これにより、客先では、半導体モジュール１０５または客先システム１５が破壊する前に任意のタイミングでこれらを保護することができるため、高い信頼性を有する。また、客先システム１５は、通電異常または加熱異常などのアラームのログを残すことができるため、異常状態の履歴を追うことができ、不具合発生時のトラブルシューティングが容易となる。
【００３６】
＜Ｇ．実施の形態６＞
＜Ｇ−１．構成＞
図１１は、実施の形態６の半導体モジュール１０６の回路図である。半導体モジュール１０６は、実施の形態４の半導体モジュール１０４の構成に加えて、ダイオードブリッジ回路１１を構成するダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２に逆並列接続されたＩＧＢＴ２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２を備える。
【００３７】
図１２は、実施の形態６の変形例の半導体モジュール１０６Ａの回路図である。図１２に示すように、半導体モジュール１０６Ａは、半導体モジュール１０６の構成に加えて、ＩＧＢＴ２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２を駆動するための駆動回路２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｓ１，２１Ｓ２，２１Ｔ１，２１Ｔ２を備える。なお、半導体モジュール１０６Ａは、駆動回路２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｓ１，２１Ｓ２，２１Ｔ１，２１Ｔ２の他に、ＩＧＢＴ２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２を保護する保護回路を備えていても良い。
【００３８】
＜Ｇ−２．効果＞
実施の形態６の半導体モジュール１０６，１０６Ａは、ダイオードブリッジ回路を構成する各ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２に逆並列接続されたＩＧＢＴ２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２を備えるため、電源回生時のコンバータモジュールまたはコンバータＩＰＭとして使用することができる。
【００３９】
また、半導体モジュール１０６Ａは、ＩＧＢＴ２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２の駆動回路２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｓ１，２１Ｓ２，２１Ｔ１，２１Ｔ２と保護回路を備える。そのため、１つの半導体モジュール１０６Ａで、ダイオード１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２の保護と、ＩＧＢＴ２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２の保護を行うことができ、高い信頼性を有する。
【００４０】
＜Ｈ．実施の形態７＞
＜Ｈ−１．構成＞
図１３は、実施の形態７の半導体モジュール１０７の回路図である。半導体モジュール１０７は、実施の形態１の半導体モジュール１０１の構成に加えてインバータ回路２２を備えたインバータモジュールである。インバータ回路２２は、電解コンデンサ１３のＰ端子とＮ端子の間に接続される。インバータ回路２２は、Ｕ相上アームのＩＧＢＴ２２Ｕ１、Ｕ相下アームのＩＧＢＴ２２Ｕ２、Ｖ相上アームのＩＧＢＴ２２Ｖ１、Ｖ相下アームのＩＧＢＴ２２Ｖ２、Ｗ相上アームのＩＧＢＴ２２Ｗ１、およびＷ相下アームのＩＧＢＴ２２Ｗ２を備えている。また、各ＩＧＢＴ２２Ｕ１，２２Ｕ２，２２Ｖ１，２２Ｖ２，２２Ｗ１，２２Ｗ２には、ダイオード２２ＤＵ１，２２ＤＵ２，２２ＤＶ１，２２ＤＶ２，２２ＤＷ１，２２ＤＷ２がそれぞれ逆並列接続されている。
【００４１】
＜Ｈ−２．変形例＞
図１３に示したインバータモジュールは、実施の形態１の半導体モジュール１０１だけでなく、以下に述べるように他の実施の形態の半導体モジュールにも適用可能である。
【００４２】
図１４は、実施の形態７の第１の変形例の半導体モジュール１０７Ａの回路図である。半導体モジュール１０７Ａは、実施の形態４の半導体モジュール１０４の構成に加えてインバータ回路２２を備えたインバータモジュールである。
【００４３】
図１５は、実施の形態７の第２の変形例の半導体モジュール１０７Ｂの回路図である。半導体モジュール１０７Ｂは、実施の形態６の半導体モジュール１０６の構成に加えてインバータ回路２２を備えたインバータモジュールである。
【００４４】
図１６は、半導体モジュール１０７Ｂのチップ構成を示している。半導体モジュール１０７Ｂでは、ダイオードブリッジ回路１１において６つのダイオードと６つのＩＧＢＴがあり、インバータ回路２２において６個のダイオードと６個のＩＧＢＴがある。ダイオードブリッジ回路１１を構成するために６個のダイオードチップ３１と６個のＩＧＢＴチップ３２が必要であり、インバータ回路２２を構成するために６個のダイオードチップ３１と６個のＩＧＢＴチップ３２が必要である。すなわち、半導体モジュール１０７Ｂでは、ケース３０内に、１２個のダイオードチップと１２個のＩＧＢＴチップの合計２４個のチップを搭載する大きな面積が必要となる。
【００４５】
そこで、逆並列接続関係にあるＩＧＢＴとダイオードを１つのＲＣ−ＩＧＢＴにより実現する。ＲＣ−ＩＧＢＴチップ３５は、ＩＧＢＴとダイオードを１チップ化したものであり、図１７に示すようにダイオードを構成するダイオード部３３とＩＧＢＴを構成するＩＧＢＴ部３４を有している。これにより、図１８に示すように、半導体モジュール１０７Ｂのダイオードブリッジ回路１１を６つのＲＣ−ＩＧＢＴチップ３５で構成し、インバータ回路２２を６つのＲＣ−ＩＧＢＴチップ３５で構成し、合計１２個のＲＣ−ＩＧＢＴチップ３５で半導体モジュール１０７Ｂを実現することができる。従って、チップの搭載面積を小さくし、半導体モジュール１０７Ｂを小型化することが可能である。ここでは、半導体モジュール１０７ＢにおいてＲＣ−ＩＧＢＴを用いることを説明したが、逆並列接続関係にあるＩＧＢＴとダイオードを有する他の実施の形態の半導体モジュールでも、ＲＣ−ＩＧＢＴを適用することが可能である。
【００４６】
＜Ｈ−３．効果＞
実施の形態８の半導体モジュール１０７，１０７Ａ，１０７Ｂは、ダイオードブリッジ回路１１に加えてインバータ回路２２を備えている。これらの回路を同一パッケージ内に搭載することで、電力変換に必要なモジュールが１パッケージ化される。従って、半導体モジュール１０７，１０７Ａ，１０７Ｂを用いることにより電力変換機器の小型化が可能となる。
【００４７】
また、半導体モジュール１０７Ｂにおいて逆並列接続されるダイオードとＩＧＢＴとを、ＲＣ−ＩＧＢＴにより構成することで、チップの搭載面積を小さくし、半導体モジュール１０７Ｂの小型化が可能となる。
【００４８】
なお、半導体モジュール１０７Ｂが備えるダイオードまたはＩＧＢＴなどの半導体素子には、ＳｉＣまたはＧａＮなどのワイドバンドギャップ半導体を使用しても良い。ワイドバンドギャップ半導体は高温での使用が可能であることから、半導体モジュールへの需要が高まっており、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体モジュールの小型化と高集積化が望まれている。半導体モジュール１０７Ｂは図１７に示したとおり小型化が可能であるため、ワイドバンドギャップ半導体の使用に適している。また、他の実施の形態の半導体モジュールに対しても、ワイドバンドギャップ半導体を用いることにより高温での使用が可能となる。
【００４９】
上記の各実施の形態で説明した半導体モジュールを、１個または複数個搭載して、インバータ装置、コンバータ装置、サーボアンプまたは電源ユニットなどの電力変換装置を構成することが可能である。各実施の形態で説明した半導体モジュールを用いることにより、電力変換装置自体の高信頼性または小型化を実現することができる。
【００５０】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００５１】
１１  ダイオードブリッジ回路、１１Ｒ１，１１Ｒ２，１１Ｓ１，１１Ｓ２，１１Ｔ１，１１Ｔ２  ダイオード、１２  インバータ回路、１２ＤＵ１，１２ＤＵ２，１２ＤＶ１，１２ＤＶ２，１２ＤＷ１，１２ＤＷ２  ダイオード、１２Ｕ１，１２Ｕ２，１２Ｖ１，１２Ｖ２，１２Ｗ１，１２Ｗ２  ＩＧＢＴ、１３  電解コンデンサ、１４，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ  電流制限回路、１４１  サイリスタ、１４２，１６２  電流制限抵抗、１５  客先システム、１７，１７Ｒ１，１７Ｒ２，１７Ｓ１，１７Ｓ２，１７Ｔ１，１７Ｔ２  センサ、１８，１９  保護回路、２０Ｒ１，２０Ｒ２，２０Ｓ１，２０Ｓ２，２０Ｔ１，２０Ｔ２  ＩＧＢＴ、２１Ｒ１，２１Ｒ２，２１Ｓ１，２１Ｓ２，２１Ｔ１，２１Ｔ２  駆動回路、２２  インバータ回路、２２Ｕ１，２２Ｕ２，２２Ｖ１，２２Ｖ２，２２Ｗ１，２２Ｗ２  ＩＧＢＴ、３０  ケース、３１  ダイオードチップ、３２  ＩＧＢＴチップ、３３  ダイオード部、３４  ＩＧＢＴ部、３５  ＲＣ−ＩＧＢＴチップ３５。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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