(57)【要約】【課題】  電力損失の増加を抑制しながら耐過電圧性能を向上できるモータ駆動用の半導体装置を提供する。【解決手段】  複数の半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６のスイッチングによってモータを駆動するための電力を出力するインバータ回路と、複数の半導体スイッチング素子Ｔ１〜Ｔ６を駆動する駆動回路ＫＴ，ＫＢとを備え、インバータ回路の電源電位ＶＤＣとグランド電位との間に接続されるサージ吸収用のツェナーダイオードＺＤＰを備え、インバータ回路，駆動回路ＫＴ，ＫＢおよびツェナーダイオードＺＤＰが一個のパッケージを構成するように樹脂封止され、ツェナーダイオードＺＤＰの発熱により、ツェナーダイオードＺＤＰと共にインバータ回路および駆動回路も温度が上昇する。【選択図】図１
2015171200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチング素子のスイッチングによってモータを駆動するための電力を出力する電力変換回路と、前記複数の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路と、を備える半導体装置において、
前記電力変換回路の電源電位とグランド電位との間に接続されるサージ吸収用の半導体素子を備え、
前記電力変換回路と、前記駆動回路と、前記半導体素子とが、一個のパッケージを構成するように樹脂封止されることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記半導体素子の発熱により、前記電力変換回路と前記駆動回路と前記半導体素子の温度が上昇することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載の半導体装置において、同じ温度下において、前記スイッチング素子の耐圧は前記半導体素子の耐圧より大きく、前記複数の半導体スイッチング素子の耐圧および前記半導体素子の耐圧が共に正の温度依存性を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記電力変換回路および前記駆動回路が第１の半導体チップに設けられ、前記半導体素子が第２の半導体チップに設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項４に記載の半導体装置において、
前記第１の半導体チップおよび前記第２の半導体チップが導体からなるダイパッド上に配置されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記複数の半導体スイッチング素子が複数の第１の半導体チップに設けられ、前記駆動回路が第２の半導体チップに設けられ、前記半導体素子が第３の半導体チップに設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
前記電力変換回路と前記駆動回路および前記半導体素子が第１の半導体チップに設けられることを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１または請求項２に記載の半導体装置において、
所定の温度以上の温度を検出すると検出信号を送出する過熱保護回路を備え、前記検出信号に応じて前記複数のスイッチング素子がオフ状態となることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
固定子コイルに電圧を印加するモータ駆動用半導体装置を内蔵するモータにおいて、
前記モータ駆動用半導体装置が請求項１または請求項２に記載の半導体装置からなることを特徴とするモータ。
【請求項１０】
室外機および室内機を備え、前記室外機または前記室内機がファンモータを有する空調機において、
前記ファンモータが請求項９に記載のモータからなることを特徴とする空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動に適用できる半導体装置およびそれを用いるモータ並びに空調機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交流モータは、パワー半導体スイッチング素子からなるインバータ回路により可変速駆動されている。このインバータ回路およびその制御回路を含むモータ駆動装置を１半導体チップあるいは複数半導体チップの半導体集積回路によって構成し、モータ駆動装置を小型化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１を用いて、上記従来技術による高耐圧モータ駆動用半導体装置の一例を説明する。
【０００４】
図１１の高耐圧モータ駆動用半導体装置１０（以下、高耐圧モータ駆動用ＩＣと呼ぶ）は、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’を備えている。図１１のＴ１〜Ｔ６は３相モータを駆動するための６個のスイッチング素子であり、図１１の例ではＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。Ｄ１〜Ｄ６はそれぞれのＩＧＢＴに逆並列に接続された還流ダイオードである。Ｐ１はＵ相の出力端子、Ｐ２はＶ相の出力端子、Ｐ３はＷ相の出力端子である。これらの出力端子は、モータの固定子コイル８に接続されている。
【０００５】
ＶＵＴは、Ｕ相上アーム制御信号であり、Ｕ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１１から入力され、ロジック回路ＬＧ→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｕ相上アームＩＧＢＴ Ｔ１という経路で伝達される。ＶＶＴは、Ｖ相上アーム制御信号であり、Ｖ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１２から入力され、ロジック回路ＬＧ→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｖ相上アームＩＧＢＴ Ｔ２ という経路で伝達される。ＶＷＴは、Ｗ相上アーム制御信号であり、Ｗ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１３から入力され、ロジック回路ＬＧ→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｗ相上アームＩＧＢＴ Ｔ３という経路で伝達される。
【０００６】
ＶＵＢは、Ｕ相下アーム制御信号であり、Ｕ相下アーム制御信号入力端子Ｐ１４から入力され、ロジック回路ＬＧ→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｕ相下アームＩＧＢＴ Ｔ４ という経路で伝達される。ＶＶＢは、Ｖ相下アーム制御信号であり、Ｖ相下アーム制御信号入力端子Ｐ１５から入力され、ロジック回路ＬＧ→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｖ相下アームＩＧＢＴ Ｔ５という経路で伝達される。ＶＷＢは、Ｗ相下アーム制御信号であり、Ｗ相下アーム制御信号入力端子Ｐ１６から入力され、ロジック回路ＬＧ→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｗ相下アームＩＧＢＴ Ｔ６という経路で伝達される。
【０００７】
上記６個の制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢは、制御用半導体装置７が出力する。
【０００８】
図１１でチャージポンプ回路ＣＨは上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧ＶＣＰを生成する回路である。ダイオードＤ７，Ｄ８及びコンデンサＣ３，Ｃ４はチャージポンプ回路用の外付け部品である。チャージポンプ回路ＣＨを動作させるためのクロック信号ＶＣＬは、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０の内部回路により生成され、チャージポンプ回路ＣＨへ入力される。
【０００９】
内部電源回路１１は駆動回路用電源電圧Ｖｃｃを基に制御用半導体装置７の電源電圧ＶＢを生成する。過電流検出回路１６は、シャント抵抗Ｒｓの電圧があるレベル以上となるとロジック回路ＬＧへ過電流検知信号を出力する。
【００１０】
制御用半導体装置７は、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０から、電源電圧ＶＢを入力し、６個の制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢを高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０へ出力する。
【００１１】
図１１のＣ１，Ｃ２，Ｃ５は、電源安定化用コンデンサである。
【００１２】
上記のような高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０において、高圧電源電圧ＶＤＣにサージ電圧等による過電圧が印加されると、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０が故障する可能性がある。そこで、図１１に示す従来の技術では、サージ電圧による故障を防止するため、高圧電源電位ＶＤＣとグランド電位間にツェナーダイオードＺＤが外付けでプリント基板上の配線で接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２２８５４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記従来技術では、プリント基板上において、外付けツェナーダイオードを配置することにより、サージ電圧による過電圧を抑制している。しかし、回生電流により過電圧が発生する場合は、サージ電圧による過電圧とは異なり、長時間ツェナーダイオードに電流が流れる。このとき、ツェナー電圧は、比較的大きな正の温度依存性をもっているため、温度上昇と共に大きくなる。そして、ツェナー電圧が高耐圧モータ駆動用ＩＣの耐圧を超えると、高耐圧モータ駆動用ＩＣが故障する可能性がある。
【００１５】
これを防止するには、高耐圧モータ駆動用ＩＣの耐圧を向上する必要がある。高耐圧モータ駆動用ＩＣの耐圧を向上するには、高耐圧モータ駆動用ＩＣ内の高電圧が印加される全ての素子の素子構造において、半導体層を低濃度化したり厚くしたりして耐圧を向上する必要がある。しかし、高耐圧モータ駆動用ＩＣ内の出力段素子（図１１では、ＩＧＢＴ  Ｔ１〜６およびダイオードＤ１〜６）は、耐圧と発生電力損失がトレードオフの関係となっており、耐圧を向上すると、発生電力損失が増加する。
【００１６】
そこで、本発明は、電力損失の増加を抑制しながら耐過電圧性能を向上できる半導体装置およびそれを用いるモータ並びに空調機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、本発明による半導体装置は、複数の半導体スイッチング素子のスイッチングによってモータを駆動するための電力を出力する電力変換回路と、複数の半導体スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備えるものであって、電力変換回路の電源電位とグランド電位との間に接続されるサージ吸収用の半導体素子を備え、電力変換回路と、駆動回路と、半導体素子とが、一個のパッケージを構成するように樹脂封止される。
【００１８】
また、本発明によるモータは、固定子コイルに電圧を印加するモータ駆動用半導体装置を内蔵し、このモータ駆動用半導体装置として上記本発明による半導体装置を用いる。
【００１９】
さらに、本発明による空調機は、室外機および室内機を備え、室外機または室内機がファンモータを有し、このファンモータとして上記本発明によるモータを用いる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、サージ吸収用半導体素子の発熱により電力変換回路の半導体スイッチング素子の温度が上昇するため、素子構造を変えなくても、温度上昇時に半導体スイッチング素子の耐圧を高くすることができる。これにより、半導体装置の電力損失の増加を抑制しながら耐過電圧性能を向上できる。さらに、本発明による半導体装置によれば、モータや空調機の過電圧に対する信頼性が向上する。
【００２１】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施例１であるモータ駆動装置の回路構成を示す。
【図２】高耐圧モータ駆動用ＩＣの実装構造例を示す。
【図３】高耐圧モータ駆動用半導体チップおよびツェナーダイオードチップにおける耐圧の温度特性例を示す。
【図４】本発明の実施例２であるモータ駆動装置の回路構成を示す。
【図５】本発明の実施例３であるモータ駆動装置の回路構成を示す。
【図６】本発明の実施例４であるモータ駆動装置の回路構成を示す。
【図７】本発明の実施例５であるモータの構成を示す概略的な組図である。
【図８】実施例５の一変形例であるモータの構成を示す概略的な組図である。
【図９】実施例５の他の変形例であるモータの構成を示す概略的な外観図である。
【図１０】本発明の実施例６であるモータ駆動システムの回路構成を示す。
【図１１】従来技術による高耐圧モータ駆動用半導体装置の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２４】
図１は、本発明の実施例１であるモータ駆動装置の回路構成を示す。
【００２５】
図１の高耐圧モータ駆動用半導体装置１０Ｐ（以下、高耐圧モータ駆動用ＩＣと呼ぶ）は、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’を備えている。高耐圧モータ駆動用ＩＣの耐圧は、例えば、約１００〜約１０００Ｖである。図１のＴ１〜Ｔ６は３相モータを駆動するための６個の半導体スイッチング素子であり、図１の例ではＩＧＢＴである。図１のＤ１〜Ｄ６はそれぞれのＩＧＢＴに逆並列に接続された還流ダイオードである。これらＩＧＢＴ  Ｔ１〜Ｔ６および還流ダイオードＤ１〜Ｄ６により、モータに電圧を印加して電力を供給する電力変換回路、本実施例では３相ブリッジからなるインバータ回路が構成される。Ｐ１〜Ｐ３は３相交流出力端子であり、Ｐ１はＵ相の出力端子、Ｐ２はＶ相の出力端子、Ｐ３はＷ相の出力端子である。これらの出力端子は、モータの固定子コイル８に接続されている。
【００２６】
ＶＵＴは、Ｕ相上アーム制御信号であり、Ｕ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１１から入力され、ロジック回路ＬＧ→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｕ相上アームＩＧＢＴ Ｔ１という経路でＩＧＢＴ Ｔ１のゲートへと伝達される。ＶＶＴは、Ｖ相上アーム制御信号であり、Ｖ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１２から入力され、ロジック回路ＬＧ→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｖ相上アームＩＧＢＴ Ｔ２という経路でＩＧＢＴ Ｔ２のゲートへと伝達される。ＶＷＴは、Ｗ相上アーム制御信号であり、Ｗ相上アーム制御信号入力端子Ｐ１３から入力され、ロジック回路ＬＧ→上アーム駆動回路ＫＴ→Ｗ相上アームＩＧＢＴ Ｔ３という経路でＩＧＢＴ Ｔ３のゲートへと伝達される。
【００２７】
ＶＵＢは、Ｕ相下アーム制御信号であり、Ｕ相下アーム制御信号入力端子Ｐ１４から入力され、ロジック回路ＬＧ→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｕ相下アームＩＧＢＴ Ｔ４という経路でＩＧＢＴ Ｔ４のゲートへと伝達される。ＶＶＢは、Ｖ相下アーム制御信号であり、Ｖ相下アーム制御信号入力端子Ｐ１５から入力され、ロジック回路ＬＧ→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｖ相下アームＩＧＢＴ Ｔ５という経路でＩＧＢＴ Ｔ５のゲートへと伝達される。ＶＷＢは、Ｗ相下アーム制御信号であり、Ｗ相下アーム制御信号入力端子Ｐ１６から入力され、ロジック回路ＬＧ→下アーム駆動回路ＫＢ→Ｗ相下アームＩＧＢＴ Ｔ６という経路で、ＩＧＢＴ Ｔ６のゲートへと伝達される。
【００２８】
これら６個の制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢは、制御用半導体装置７が出力する。そして、これらの制御信号に応じて、上アーム駆動回路ＫＴが上アームＩＧＢＴ  Ｔ１〜Ｔ３をオン・オフ駆動し、下アーム駆動回路ＫＢが下アームＩＧＢＴ  Ｔ４〜Ｔ６をオン・オフ駆動する。これにより、インバータ回路は電源の直流電圧を３相交流電圧に変換して、出力端子Ｐ１〜Ｐ３に出力する。そして、この３相交流電圧が固定子コイル８に印加されることにより、３相交流モータ、例えば永久磁石式同期モータが可変速駆動される。
【００２９】
図１では、制御用半導体装置７と高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐが、別の半導体装置になっており、制御信号として上記６個の入力（ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢ）を使用しているが、制御用半導体装置７を高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐに内蔵して、制御信号としてモータの速度指令信号（Ｖｓｐ）を用いてもよい。
【００３０】
図１でチャージポンプ回路ＣＨは上アームＩＧＢＴ駆動用電源電圧ＶＣＰを生成する回路である。ダイオードＤ７，Ｄ８及びコンデンサＣ３，Ｃ４はチャージポンプ回路用の外付け部品である。チャージポンプ回路ＣＨを動作させるためのクロック信号ＶＣＬは、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの内部回路（図示せず）により生成され、チャージポンプ回路ＣＨへ入力される。
【００３１】
内部電源回路１１は駆動回路用電源電圧Ｖｃｃを基に制御用半導体装置７の電源電圧ＶＢを生成する。過電流検出回路１６は、シャント抵抗Ｒｓの電圧が予め設定されるレベル以上となるとロジック回路ＬＧへ過電流検知信号を出力する。ロジック回路ＬＧは、過電流検知信号を受信すると、上アーム駆動回路ＫＴおよび下アーム駆動回路ＫＢにオフ信号を送信し、ＩＧＢＴ  Ｔ１〜Ｔ６をオフ状態にする。これにより、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐを過電流から保護することができる。
【００３２】
制御用半導体装置７は、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐから、電源電圧ＶＢを入力し、６個の制御信号ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢを高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐへ出力する。制御用半導体装置７としては、汎用のマイクロコンピュータやモータ制御用ＩＣを適用できる。
【００３３】
図１のＣ１，Ｃ２，Ｃ５は、電源安定化用コンデンサである。
【００３４】
出力段のインバータ回路を構成する半導体スイッチング素子として、本実施例１ではＩＧＢＴが用いられているが、ＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴや接合型バイポーラトランジスタなどの他の半導体スイッチング素子でもよい。また、図１では、上アーム駆動方式として、チャージポンプ方式を用いているが、ブートストラップ方式などの他の回路方式を用いてもよい。
【００３５】
本実施例１では、サージ電圧による過電圧を抑制するために、高圧電源電位ＶＤＣとグランド電位間に、サージ吸収用のツェナーダイオードが接続される。そして、このツェナーダイオードが形成されている半導体チップＺＤＰ（以下、ツェナーダイオードチップと呼ぶ）と高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’が一個のパッケージ内に配置される。
【００３６】
なお、サージ吸収用の半導体素子として、本実施例１ではツェナーダイオードが用いられるが、これに限らず、アバランシェダイオード，サージ電圧吸収用ダイオード，ＴＶＳ（Transient Voltage Suppressor）ダイオード，定電圧ダイオードなどを用いても良い。なおサージ吸収用の半導体素子については、必要な耐圧を、一個の半導体接合構造で得ても良いし、複数個直列接続して得ても良い。
【００３７】
次に、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの構造について説明する。
【００３８】
図２は、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの実装構造の一例を示す。
【００３９】
図２に示すように、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐにおいては、金属導体からなるダイパッドＤＰ上に、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’とツェナーダイオードチップＺＤＰが、はんだや銀ペーストなどの導電性接合材により接合される。これら高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’とツェナーダイオードチップＺＤＰ，高圧電源端子用リードＬＥ１およびグランド端子用リードＬＥ２は、アルミワイヤなどの導電性のワイヤＷＩにより、互いに電気的に接続される。これにより、図１に示したような高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの回路が構成される。
【００４０】
高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’全体と、ツェナーダイオードチップＺＤＰ全体と、ワイヤＷＩ全体と、高圧電源端子用リードＬＥ１の一部と、グランド端子用リードＬＥ２の一部と、ダイパッドＤＰの一部は、樹脂ＲＥ、例えばシリカなどのフィラを配合したエポキシ系樹脂などにより樹脂封止される。これにより、一個のパッケージが構成される。なお、図２では、インバータ回路のＩＧＢＴやダイオードが発生する熱を外部へ放熱するために、ダイパッドＤＰにおける高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’およびツェナーダイオードチップＺＤＰの接合面とは反対側の裏面が露出している。放熱量が少ない場合や、十分な放熱性が得られる場合には、ダイパッドＤＰの裏面を露出しなくてもよい。なお、外部回路を接続するために、高圧電源端子用リードＬＥ１の一部と、グランド端子用リードＬＥ２の一部とが樹脂ＲＥから外部に露出している。
【００４１】
実施例１においては、固定子コイル８から電源ＶＤＣに向かって回生電流が流れる。この回生電流は、比較的長時間ツェナーダイオードチップＺＤＰにも電流が流れるため、ツェナーダイオードチップＺＤＰが発熱して、ツェナーダイオードチップＺＤＰの温度が上昇する。ツェナーダイオードチップＺＤＰの温度が上昇すると、ツェナーダイオードチップＺＤＰが発生する熱が、ダイパッドＤＰを介して、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’に伝達される。このため、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の温度も上昇し、概ねツェナーダイオードチップＺＤＰと同じ温度となる。これにより、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の耐圧、すなわち図１におけるＩＧＢＴ  Ｔ１〜Ｔ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６などの高耐圧素子の耐圧の値が、温度上昇前よりも高くなる。この様子を図３により説明する。
【００４２】
図３は、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’およびツェナーダイオードチップＺＤＰについて、耐圧の温度特性の一例を示す。
【００４３】
本図３に示すように、ツェナーダイオードチップＺＤＰの耐圧すなわちツェナー電圧は、正の温度依存性を有する。このため、回生電流による発熱によって温度が上昇すると、ツェナー電圧が上昇し、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’に印加される過電圧が増加する。他方、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の耐圧も正の温度依存性を有しているので、ツェナーダイオードチップＺＤＰの発熱によって高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の温度が上昇すると高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の耐圧が増加する。このため、同じ温度下において、ツェナー電圧より、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の耐圧が大きくなるように高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’における高耐圧半導体素子の素子構造が設定されていれば、温度上昇に伴ってツェナー電圧が増加しても高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’を過電圧から保護することができる。すなわち、ＩＧＢＴ  Ｔ１〜Ｔ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６などの高耐圧素子の耐圧を、半導体層の厚さや不純物濃度などの素子構造によることなく、温度特性によって増加させるので、高耐圧素子を含む高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’の耐過電圧性能を、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’が発生する電力損失の増加を抑えながら向上することができる。
【００４４】
なお、上記のようなツェナーダイオードの耐圧の温度特性は、本発明者の検討によれば、特に室温（例えば、２５℃）における耐圧が１００Ｖ以上の場合に顕著である。
【００４５】
本実施例では、高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’とツェナーダイオードチップＺＤＰの高圧電源端子とグランド端子が、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐ内部で接続されているが、一方あるいは両方の端子をプリント基板上でプリント配線によって接続してもよい。
【実施例２】
【００４６】
図４は、本発明の実施例２であるモータ駆動装置の回路構成を示す。なお、実施例１と同じ構成要素については、図１と同じ符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
【００４７】
本実施例２と、図１に示した実施例１との主たる相違点は、図１における高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’が、図４では複数の半導体チップに分けられている点である。
【００４８】
図４では、半導体チップ１０ＭＴ１がＵ相上アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、半導体チップ１０ＭＴ２がＶ相上アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、半導体チップ１０ＭＴ３がＷ相上アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成される。また、半導体チップ１０ＭＴ４がＵ相下アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、半導体チップ１０ＭＴ５がＶ相下アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成され、半導体チップ１０ＭＴ６がＷ相下アームＭＯＳＦＥＴとそれに逆並列に接続された還流ダイオードとにより構成される。過電圧保護用のツェナーダイオードはツェナーダイオードチップＺＤＰに形成される。他の回路、すなわち各ＭＯＳＦＥＴをオン・オフ駆動する駆動回路部によって回路半導体チップ１０ＭＢが構成されている。
【００４９】
還流ダイオードとしては、個別素子のほか、ＭＯＳＦＥＴ内部の寄生ダイオードを使用してもよい。各半導体チップは、例えばワイヤやインナーリード（リードの樹脂封止された部分）により電気的に接続される。
【００５０】
本実施例２では、半導体チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６，回路半導体チップ１０ＭＢおよびツェナーダイオードチップＺＤＰは、図示しない複数のダイパッドＤＰ上に配置されている。これらのダイパッドＤＰが、例えばシリカなどのフィラを配合したエポキシ系樹脂などにより樹脂封止されることにより、図２と同様の外観を有する一個のＩＣ（図４の１０Ｍ）が構成される。フィラを配合したエポキシ系樹脂は、プリント基板上で高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｍの周囲にある空気などと比較すると熱伝導率が比較的大きく、０．１〜３Ｗ／ｍＫ程度である。そのため、半導体チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６と回路半導体チップ１０ＭＢとツェナーダイオードチップＺＤＰが複数のダイパッドＤＰ上に配置されていても、半導体チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６の温度と回路半導体チップ１０ＭＢの温度とツェナーダイオードチップＺＤＰの温度は、近い温度となる。よって、本実施例２によっても、実施例１と同様に、高耐圧モータ駆動用ＩＣの耐過電圧性能を、電力損失の増加を抑えながら向上することができる。
【００５１】
本実施例では、半導体チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６と回路半導体チップ１０ＭＢとツェナーダイオードチップＺＤＰは、複数のダイパッドＤＰ上に配置されているが、１つのダイパッドＤＰ上に配置されていても、同様の効果がえられる。
【００５２】
また、本実施例２では、インバータ回路を構成する各半導体スイッチング素子を個別の半導体チップで構成するので、高耐圧モータ駆動用ＩＣの出力電力の増大が容易である。
【００５３】
半導体チップ１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６を構成する半導体スイッチング素子としては、図４に示したＭＯＳＦＥＴのほか、ＩＧＢＴや接合型バイポーラトランジスタなどを用いることができる。また、図４では、上アーム駆動方式として、チャージポンプ方式を用いているが、ブートストラップ方式などの他の方式を用いても良い。さらに、図４においては、１個の回路半導体チップ１０ＭＢが３相分の駆動回路を備えているが、２個の回路半導体チップ、すなわち第１および第２の回路半導体チップがそれぞれ３相分の上アーム回路および３相分の下アーム回路を備えても良い。また、３個の回路半導体チップ、すなわち、第１，第２および第３の回路半導体チップが、それぞれ、Ｕ相の上下アーム回路，Ｖ相の上下アーム回路およびＷ相の上下アーム回路を備えても良い。
【実施例３】
【００５４】
図５は、本発明の実施例３であるモータ駆動装置の回路構成を示す。なお、実施例１と同じ構成要素については、図１と同じ符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
【００５５】
本実施例と、図１に示す実施例１との相違点は、実施例１の高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０’とツェナーダイオードチップＺＤＰが、１つの半導体チップで構成されている点である。
【００５６】
図５では、ツェナーダイオードＺＤＳを含む高耐圧モータ駆動用半導体装置が１つの半導体チップに集積化されるため、ＩＧＢＴ  Ｔ１〜Ｔ６やダイオードＤ１〜Ｄ６などの高耐圧素子とツェナーダイオードＺＤＳの温度は、ほぼ同じ温度となる。このため、本実施例２によっても、実施例１と同様に、高耐圧モータ駆動用ＩＣの耐過電圧性能を、電力損失の増加を抑えながら向上することができる。
【００５７】
また、本実施例３によれば、ツェナーダイオードＺＤＳを含む高耐圧モータ駆動用半導体装置が１つの半導体チップに集積化されるため、高耐圧モータ駆動用半導体装置を小型化できたり、リード，ダイパッドなどとの配線が簡略化できたりする。
【００５８】
なお、本実施例３についても、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴや接合型バイポーラトランジスタなどを用いることができる。また、上アーム駆動方式として、ブートストラップ方式などの他の方式を用いることができる。
【実施例４】
【００５９】
図６は、本発明の実施例４であるモータ駆動装置の回路構成を示す。なお、実施例１と同じ構成要素については、図１と同じ符号を付すとともに、詳細な説明を省略する。
【００６０】
本実施例４は、図１に示す実施例１と異なり、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔが、過熱保護回路１７を備えている。過熱保護回路１７は高耐圧モータ駆動用半導体チップ１０ＴＣに設けられる。ツェナーダイオードの発熱により、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔの温度が上昇し、予め設定される過熱保護動作温度以上になると、過熱保護回路１７は、ロジック回路ＬＧに過熱検出信号を送出する。ロジック回路ＬＧは、過熱検出信号を受信すると、上アーム駆動回路ＫＴおよび下アーム駆動回路ＫＢへの制御信号をオフ状態にする。これにより、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の全相の上下アームのＩＧＢＴがオフ状態になり、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔは過熱保護機能動作状態になる。高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔの温度が、過熱保護回復温度まで低下すると、過熱保護回路１７は、ロジック回路ＬＧに解除信号を送出する。ロジック回路ＬＧは、解除信号を受信すると、上アーム駆動回路ＫＴおよび下アーム駆動回路ＫＢへの制御信号を通常状態に復帰させる。これにより、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔの過熱保護機能動作状態は解除される。
【００６１】
このように、本実施例４によれば、ツェナーダイオードの発熱により高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔの温度が上昇しすぎた場合、過熱による高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｔの故障を防止することが可能となり、信頼性が向上する。
【実施例５】
【００６２】
図７は、本発明の実施例５であるモータの構成を示す概略的な組図である。なお、図７においては、主要な部品を示し、他の周辺部品や詳細な配線構成などは簡単のため図示を省略している（後述する図８も同様）。
【００６３】
図７のモータは、ブラシレスモータなどの３相永久磁石式同期モータであり、実施例１から実施例４のいずれかによる高耐圧モータ駆動用ＩＣを含むモータ駆動装置が適用される。
【００６４】
図７に示すように、制御用半導体装置７，高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐ，高圧電源電圧検出回路１５，シャント抵抗ＲｓおよびホールＩＣ９が、モータ内蔵基板６上に配置される。また、モータの筐体下部５Ｂにモータの固定子コイル８がはめ込まれる。永久磁石回転子２２は、固定子コイル８に触れないよう適切なギャップを設けて、固定子コイル８の内部に設置される。モータ内蔵基板６は永久磁石回転子２２の上部に設置される。モータ内蔵基板６に配置したホールＩＣ９は、永久磁石回転子２２の磁極位置を検出し易くするために、モータ内蔵基板６における永久磁石回転子２２側の面（図７では下側の面）に配置される。制御用半導体装置７，高圧電源電圧検出回路１５およびシャント抵抗Ｒｓは、モータ内蔵基板６における永久磁石回転子２２側の面（図７では下側の面）に配置され、高耐圧モータ用駆動ＩＣ１０は、モータ内蔵基板６における永久磁石回転子２２と反対側の面（図７では上側の面）に配置される。
【００６５】
モータ内蔵基板６にはコイル接続端子２１が配置され、半田付けにより固定子コイル８がコイル接続端子２１に接続される。モータ内蔵基板６に引き出し配線２０を半田付けにより接続する。引き出し配線２０は、ＶＤＣ用配線，Ｖｃｃ用配線，Ｖｓｐ（速度指令信号）用配線，ＦＧ（回転数信号）用配線，ＧＮＤ（接地）用配線の５本の配線からなる。モータの筐体上部５Ａは、蓋のようにモータ内蔵基板６の上部に設置される。そのため、モータを組み立てた状態では、モータ内蔵基板６はモータの筐体上部５Ａとモータの筐体下部５Ｂからなるモータ筐体の内部に配置される。
【００６６】
上記構成により、モータ内蔵基板６に配置される高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐによってモータの固定子コイル８に電圧を印加することができる。
【００６７】
本実施例によれば、実施例１から実施例４のいずれかによる高耐圧モータ駆動用ＩＣを含むモータ駆動装置が内蔵されることにより、モータを電源に接続すれば、個別の駆動装置を用いることなく速度指令に応じてモータを可変速駆動することができる。従って、空調機などのモータ応用装置を小型化することができる。また、モータ駆動装置部の耐過電圧性能が向上するので、モータの信頼性が向上する。
【００６８】
図８は、上記実施例５の一変形例であるモータの構成を示す概略的な組図である。図８の変形例においては、図７に示したモータの筐体下部５Ｂを用いず、替わりに樹脂でモールドされた固定子コイル５Ｃが用いられる。
【００６９】
図９は、上記実施例５の他の変形例であるモータの構成を示す概略的な外観図である。図９の変形例においては、図７に示したモータの筐体上部５Ａとモータの筐体下部５Ｂを用いずに、替わりに固定子コイル８とモータ内蔵基板６が樹脂でモールドされたモールド部５Ｄを備える。
【実施例６】
【００７０】
図１０は、本発明の実施例６であるモータ駆動システムの回路構成を示す。なお、図１０においては、主要な回路構成を示し、簡略化のために記載していない回路部分もある。
【００７１】
本実施例６において、電源回路２は、商用電源１の交流電圧を整流あるいは電力変換して、直流電圧ＶＤＣ，ＶｃｃおよびＶｍを生成する。ＶＤＣは、例えば約１４１Ｖ〜約４５０Ｖの高電圧であり、モータのインバータ駆動用の高圧電源電圧として使用される。Ｖｃｃは例えば約１５Ｖであり、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐで使用される上下アーム駆動回路などの駆動回路用電源電圧である。Ｖｍはマイクロコンピュータ３用の電源電圧であり、例えば約２Ｖ〜約５.５Ｖである。電源回路２とマイクロコンピュータ３は、プリント基板などの第１の回路基板４上に配置される。
【００７２】
マイクロコンピュータ３は、速度指令信号Ｖｓｐを出力し、モータ５より出力される回転数信号ＦＧを入力する。マイクロコンピュータ３は、この速度指令信号Ｖｓｐによりモータ５の回転数を調整する。速度指令信号Ｖｓｐには、アナログ信号を用いる場合と、パルス信号を用いる場合がある。図１０では、ＶｓｐラインとＦＧラインはマイクロコンピュータ３と制御用半導体装置７の間を配線にて直接接続しているが、ホトカプラやバッファ回路を経由して接続してもよい。マイクロコンピュータ３がパルス状の速度指令信号を出力し、コンデンサと抵抗からなるＣＲ積分回路にてその信号をアナログ信号に変換し、アナログの速度指令信号を制御用半導体装置７に入力してもよい。
【００７３】
モータ内蔵基板６はモータ５に内蔵されている。制御用半導体装置７，高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐ，ホールＩＣ９，シャント抵抗Ｒｓおよび高圧電源電圧検出回路１５は、モータ内蔵基板６上に配置されている。
【００７４】
なお、モータ５としては、図７，８，９のいずれかに示したモータが用いられる。
【００７５】
図示していないが、ホールＩＣ９の電源電圧として、ＶｃｃまたはＶＢが用いられる。ホールＩＣ９の替わりに、より低コストであるホール素子を用いても良い。ホールＩＣ９やホール素子は、磁極位置検出器として動作し、モータ５の永久磁石回転子の位置を示す磁極位置信号を出力する。ホール素子の場合、各ホール素子の出力電圧は２つの端子間の電圧である。通常ホール素子の出力電圧は、１Ｖ以下の微小電圧であるため、アンプを用いて信号を増幅する。図１０では、磁極位置検出器として２個のホールＩＣを用いているが、磁極位置検出器は３個または１個でもよい。
【００７６】
制御用半導体装置７には、電源電圧ＶＢ，マイクロコンピュータ３からの速度指令信号Ｖｓｐ，高圧電源電圧検出回路１５からの高圧電源電圧信号Ｖｈ，ホールＩＣ９からの磁極位置信号ＶＨＵおよびＶＨＶが入力される。また、制御用半導体装置７は、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐへ制御信号ＶＵ，ＶＶ，ＶＷを出力し、マイクロコンピュータ３へ回転数信号ＦＧを出力する。
【００７７】
ＶＢは制御用半導体装置７の電源電圧であり、例えば約２Ｖ〜約７.５Ｖ である。ＶＢは、図１０では、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの内部で生成されるが、外部のレギュレータやツェナーダイオード等によりＶｃｃから生成しても良い。また、モータ５の内部で制御用半導体装置７用の電源電圧を生成せず、替わりに第１の回路基板４上のＶｍを制御用半導体装置７へ入力しても良い。
【００７８】
高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの内部は、図１０では、内部電源回路１１，保護回路１４のみを記載しているが、詳細な構成は実施例１から４のいずれかと同様である。
【００７９】
モータ５の固定子コイル８は、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの出力端子に接続されている。シャント抵抗Ｒｓは、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐの下アームスイッチング素子とグランド電位との間に接続されている。シャント抵抗Ｒｓは、例えばＩＧＢＴなどのスイッチング素子に流れる主電流の電流値を検出するために使用される。
【００８０】
高圧電源電圧検出回路１５は、高圧電源電圧ＶＤＣに接続され、高圧電源電圧ＶＤＣの電圧情報を高圧電源電圧信号Ｖｈとして出力する。図１０の例では、直列接続された２つの抵抗を用いて、高圧電源電圧ＶＤＣを分割して低い電圧Ｖｈに変換し出力している。
【００８１】
なお、制御用半導体装置７，高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐ，高圧電源電圧検出回路１５およびシャント抵抗Ｒｓを、モータ内蔵基板６上に配置せずに、第１の回路基板４上に配置することもできる。
【００８２】
本実施例１０によれば、高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐとして実施例１〜４のいずれかを適用するため、モータ駆動システムの耐過電圧性能が向上する。
【００８３】
図１０に示したモータ駆動システムの応用例として、空調機がある。空調機は、冷媒を圧縮する圧縮機と、室外熱交換器と、室外熱交換器に送風する室外機ファンモータとが設けられる室外機を備えると共に、室内熱交換器と室内熱交換器に送風する室内機ファンモータとが設けられる室内機を備え、冷媒の流れる方向をバルブで切替えて冷房あるいは暖房を行う。
【００８４】
これら室外機ファンモータまたは室内機ファンモータのどちらか一方または両方を駆動するシステムとして、図１０に示したモータ駆動システムが用いられる。これにより、過電圧に対する空調機の信頼性が向上する。また、図１０に示したモータ駆動システムのように高耐圧モータ駆動用ＩＣ１０Ｐなどを搭載したモータ内蔵基板６を用いることにより、すなわちファンモータとして図７，８，９のいずれかに示したモータを用いることにより、室外機または室内機を小型化することができる。
【００８５】
なお、本発明は前述した実施例１〜６に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した各実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。さらに、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【００８６】
例えば、モータを駆動するための電力を供給する３相インバータ回路は、単相インバータ回路などを備える他の電力変換回路でも良い。また、モータは、永久磁石式同期モータに限らず、交流電力で動作する他のモータでも良い。
【符号の説明】
【００８７】
１  商用電源
２  電源回路
３  マイクロコンピュータ
４  回路基板
５  モータ
５Ａ  筐体上部
５Ｂ  筐体下部
５Ｃ  固定子コイル
５Ｄ  モールド部
６  モータ内蔵基板
７  制御用半導体装置
８  固定子コイル
９  ホールＩＣ
１０，１０Ｐ，１０Ｍ，１０Ｓ，１０Ｔ  高耐圧モータ駆動用半導体装置
１０′，１０ＴＣ，１０ＳＣ  高耐圧モータ駆動用半導体チップ
１０ＭＢ  回路半導体チップ
１０ＭＴ１〜１０ＭＴ６  半導体チップ
ＺＤＰ  ツェナーダイオードチップ
１１  内部電源回路
１４  保護回路
１５  高圧電源電圧検出回路
１６  過電流検出回路
１７  過熱保護回路
２０  引き出し配線
２１  コイル接続端子
２２  永久磁石回転子
Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６  スイッチング素子
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４，Ｄ５，Ｄ６  還流ダイオード
ＺＤ，ＺＤＳ  ツェナーダイオード
ＫＴ  上アーム駆動回路
ＫＢ  下アーム駆動回路
ＬＧ  ロジック回路
ＣＨ  チャージポンプ回路
Ｒｓ  シャント抵抗
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ５  電源安定化用コンデンサ
Ｃ３，Ｃ４  チャージポンプ回路用コンデンサ
Ｄ７，Ｄ８  チャージポンプ回路用ダイオード
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３  出力端子
Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ１６  制御信号入力端子
Ｐ２１  高圧電源端子
Ｐ２２  グランド端子
ＶＤＣ  高圧電源電圧
Ｖｃｃ  駆動回路用電源電圧
Ｖｓｐ  速度指令信号
ＦＧ  回転数信号
ＶＨＵ，ＶＨＶ  磁極位置信号
Ｖｍ  マイクロコンピュータ用電源電圧
ＶＢ  制御用半導体装置の電源電圧
ＶＵＭ，ＶＶＭ，ＶＷＭ  出力電圧
ＶＵＴ，ＶＶＴ，ＶＷＴ，ＶＵＢ，ＶＶＢ，ＶＷＢ  制御信号
Ｖｈ  高圧電源電圧信号
ＶＣＬ  クロック信号
ＶＣＰ  上アーム駆動用電源電圧
ＤＰ  ダイパッド
ＷＩ  ワイヤ
ＬＥ１  高圧電源端子用リード
ＬＥ２  グランド端子用リード
ＲＥ  樹脂
【図１】
2015171200.tif 000003
【図２】
2015171200.tif 000004
【図３】
2015171200.tif 000005
【図４】
2015171200.tif 000006
【図５】
2015171200.tif 000007
【図６】
2015171200.tif 000008
【図７】
2015171200.tif 000009
【図８】
2015171200.tif 000010
【図９】
2015171200.tif 000011
【図１０】
2015171200.tif 000012
【図１１】
2015171200.tif 000013