(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワーデバイスおよびこれを制御する制御ＩＣからなるパワーモジュールにおいて、
パワーデバイスに、過電流保護および温度保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での検知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断し、過電流もしくは温度異常を検出してから所定の時間が経過してもゲート電圧が低下しないとき保護機能が正常でないと判定する保護回路を備え、
制御ＩＣに、保護状態をゲート電圧で検知する回路を備えた
ことを特徴とするパワーモジュール。
【請求項２】
パワーデバイスおよびこれを制御する制御ＩＣからなるパワーモジュールにおいて、
パワーデバイスに、温度保護のためのセンス部、およびこのセンス部での検知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断し、温度異常を検出してから所定の時間が経過してもゲート電圧が低下しないとき保護機能が正常でないと判定する保護回路を備え、
制御ＩＣに、保護状態をゲート電圧で検知する回路を備えた
ことを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過電流や温度の保護回路を備えたパワーモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ回路を構成するパワーモジュールに搭載するパワーデバイス(ＩＧＢＴ、ＭＯＳ−ＦＥＴ)を保護するために、過電流保護(短絡保護、ＲＴＣ)、温度保護が必要である。従来のパワーモジュールでは、ＩＧＢＴの電流センス、温度センスを利用して、ＩＧＢＴの状態を検出し、その検出値をパワーモジュールに搭載する制御ＩＣで判定値と比較し、保護している。
【０００３】
図１はＩＧＢＴに温度センス、電流センス機能を設けたものを示し、ＩＧＢＴのコレクタＣ、エミッタＥ、ゲートＧ以外に、電流センス端子Ｓおよび温度センス用Ｄiのアノード端子Ａが必用となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このため、ＩＧＢＴチップのワイヤパッドが新たに４箇所必用となり、小型化を進めるパワーモジュールにとっては小型化の弊害となっている。また、電流センス、温度センス端子が増えることにより、エミッタのワイヤパッドの面積が少なくなる。打てるワイヤ数が減る事よって流せる電流限界が減少するという課題があった。
【０００５】
また、制御ＩＣには後で紹介するような温度保護装置、過電流保護回路が必用となるため、制御ＩＣ回路が複雑になった。
【０００６】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、回路構成を簡略化し、製作コストを低減できるパワーモジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明のパワーデバイスおよびこれを制御する制御ＩＣからなるパワーモジュールは、
パワーデバイスに、過電流保護、温度保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での検知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断し、過電流、温度異常を検出してから所定の時間が経過してもゲート電圧が低下しないとき保護機能が正常でないと判定する保護回路を備え、制御ＩＣに、保護状態をゲート電圧で検知する回路を備えたことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図２は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付きＩＧＢＴ_１を示す。図示されるように、ＩＧＢＴチップに保護回路１０を実装している。この保護回路１０は、図３に示す温度保護装置、および図４に示す過電流保護回路を内蔵しており、端子Ｑ２−Ｑ４間で検出される電圧から温度異常を検出し、端子Ｑ３−Ｑ４間で検出される電圧から過電流状態を検出する。いずれかの異常が検出されると、端子Ｑ１がローレベルとなり、これによりゲート電圧を低下させ、ゲートを遮断することにより、当ＩＧＢＴ_１を保護する。尚、図４のＲ１はＩＧＢＴに流れる出力電流を検出するための抵抗である。
【０００９】
図５は、上記パワーモジュールにおける制御ＩＣ_２０を示す。図示したように、ＩＧＢＴ_１のゲート端子Ｇの電圧を検知できる機能が追加されている。即ち、ゲート電圧を比較器ＣＯＭにて基準電圧Ｖrefと比較し、Ｖrefを下回ったときに、異常状態を示すエラー信号を外部に出力できるようになっている。この制御ＩＣ_２０には、図２および図３で示したような保護回路は含まれない。
【００１０】
ＩＧＢＴチップ側で自己保護を行うため、温度センス、電流センス端子(ワイヤパッド)が不用となり、小型化実装が可能になる。又、ＩＧＢＴの異常状態をゲート電圧の低下として制御ＩＣ側で検出するようにしたので、制御ＩＣの回路が複雑化することはない。以下に示す各実施形態においてもこれと同等の効果が得られる。
【００１１】
図２の保護回路付きＩＧＢＴ_１および図５の制御ＩＣ_２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュール化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュールを実現できる。
【００１２】
図６は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付きＩＧＢＴ_２を示す。図４のＩＧＢＴ_１における端子Ｑ３および抵抗Ｒ１を排したことから解るように、この保護回路１１は温度保護のみ行う。
【００１３】
図６の保護回路付きＩＧＢＴ_１および図５の制御ＩＣ_２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュール化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュールを実現できる。
【００１４】
図７は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付きＩＧＢＴ_３を示す。図４のＩＧＢＴ_１での異常発生の検知をゲート電圧で行っていたのに替え、ここでは、ＩＧＢＴの出力電流で検知するようにしたものであり、抵抗Ｒ１の端子電圧が、図５に供給されていたゲート電圧に替えて送出される。この場合も異常発生の検知をゲート電圧で行っていたのと同じ効果が得られる。
【００１５】
図７の保護回路付きＩＧＢＴ_３および図５の制御ＩＣ_２０を、トランスファーモールド構造でパワーモジュール化し、外付け部品を排除すれば小型のパワーモジュールを実現できる。
【００１６】
図８は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付きＩＧＢＴ_４を示す。このデバイスは、図６でのゲート電圧の検出に替えて、出力電流の検出に替えたものである。
【００１７】
図９は、本発明のパワーモジュールにおける保護機能付きＩＧＢＴ_５を示す。このＩＧＢＴ_５は、ＩＧＢＴ_３の保護回路１０に替えて、保護回路１２を備える。この保護回路１２は、当回路で過電流もしくは温度異常を検出してから、所定の時間が経過してもゲート電圧が低下しないとき、保護機能が正常でないと判定する。所定の時間とは、過電流などの異常検出から保護が実際に機能するまでのタイムラグより十分に長い時間とする。
【００１８】
この保護回路１２は、図２、図６、図７および図８の各ＩＧＢＴにも搭載することができる。このような判定手段を備えることにより、保護回路１２における保護機能が正常であるかを知ることができる。
【００１９】
本発明のパワーモジュールにおける制御ＩＣでは、ブートストラップ回路のコンデンサ電圧で動作する場合において、ＩＧＢＴチップが保護動作になると、ＩＧＢＴチップのゲート駆動電流が増加し、これにより、ブートストラップコンデンサの電圧が低下する。その電圧低下を制御ＩＣ側で検知することでＩＧＢＴの異常状態を検知する。
【００２０】
図１０は、更に過電圧の保護機能付きＩＧＢＴ_６を示す。この温度保護、過電流保護および過電圧保護を内蔵するＩＧＢＴチップと、そのＩＧＢＴのゲート電圧によりＩＧＢＴの異常状態を検知できる制御ＩＣとからなるＩＣ回路を実現できる。
【００２１】
図１１は、更に過電圧の保護機能付きＩＧＢＴ_７を示す。この温度保護、過電流保護および過電圧保護を内蔵するＩＧＢＴチップと、そのＩＧＢＴの出力電流によりＩＧＢＴの異常状態を検知できる制御ＩＣとからなるＩＣ回路を実現できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、パワーデバイスに、過電流保護、温度保護のためのセンス部、およびこれらのセンス部での検知信号から異常を判定して当該パワーデバイスのゲート電圧を遮断し、過電流、温度異常を検出してから所定の時間が経過してもゲート電圧が低下しないとき保護機能が正常でないと判定する保護回路を備え、パワーデバイス側で自己保護を行うようにしたので、引出用の温度センスや電流センスなどの端子が不用となる。このため小型化実装が可能となり、ワンパッケージの小型パワーモジュールを実現でき、又、上述したような電流限界が生じることもない。
【００２３】
異常が検知され、保護が機能すると、ゲート電圧を低下させているが、このゲート電圧の低下もしくは、このゲート電圧の低下による出力電流の変化が所定時間を経過しても所定値に復帰しないことを検知する回路を制御ＩＣに備えたので、保護回路による保護機能が正常であるかをも判定でき、より高い信頼性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  センス機能を付加したＩＧＢＴ
【図２】  本発明に係わるＩＧＢＴの回路図
【図３】  図２の保護回路における温度保護部の回路図
【図４】  図２の保護回路における過電流保護部の回路図
【図５】  本発明に係わる制御ＩＣの回路図
【図６】  本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図７】  本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図８】  本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図９】  本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図１０】  本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【図１１】  本発明に係わる別のＩＧＢＴの回路図
【符号の説明】
１,２,３,４,５  ＩＧＢＴ、１０,１１,１２  保護回路、２０  制御ＩＣ
【図１】
0004426129.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
0004426129.tif 000005
【図５】
0004426129.tif 000006
【図６】
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【図７】
0004426129.tif 000008
【図８】
0004426129.tif 000009
【図９】
0004426129.tif 000010
【図１０】
0004426129.tif 000011
【図１１】
0004426129.tif 000012