半導(dǎo)體模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明為了能在不搭載專用的溫度檢測IC的情況下檢測殼體整體的過熱?？刂艻GBT(1～6)的控制IC(11～16)除了具備判斷IGBT(1～6)的芯片的過熱狀態(tài)的過熱檢測比較器(31～36)以外，還具備判斷殼體的過熱狀態(tài)的過熱檢測比較器(51～56)。過熱檢測比較器(51～56)的輸出被輸入至AND電路(71)，在所有的過熱檢測比較器(51～56)均判斷為處于殼體過熱狀態(tài)時，AND電路(71)輸出高電平的保護(hù)動作信號，并且警報輸出電路輸出警報信號。由于基于形成于各個IGBT(1～6)的溫度檢測用二極管(1a～6a)所獲得的芯片溫度來檢測芯片的過熱狀態(tài)及殼體的過熱狀態(tài)，因此無需殼體過熱保護(hù)用的溫度檢測IC，殼體過熱的檢測精度得到提高。
【專利說明】
半導(dǎo)體模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體模塊，尤其涉及將用于功率轉(zhuǎn)換的開關(guān)元件、二極管及控制IC(Integrated Circuit:集成電路)內(nèi)置于一個封裝中的半導(dǎo)體模塊。
【背景技術(shù)】
[0002]在用于功率轉(zhuǎn)換的逆變器電路等中，將低損耗、高頻化特性優(yōu)異的IGB T(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極型晶體管)用作開關(guān)元件。這樣的IGBT從單個的元件發(fā)展成將保護(hù)用的二極管(續(xù)流二極管)、包含驅(qū)動電路及各種保護(hù)電路等周邊電路的控制IC裝入模塊內(nèi)部而得到的IPM( Intelligent Power Module:智能功率模塊)。
[0003]圖11是表示現(xiàn)有的IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個示例的圖。
該圖11所示的IPM100中，構(gòu)成輸出三相交流電壓的逆變器。因此，IPM100具有正極電源端子P、負(fù)極電源端子N及輸出端子U、V、W，并內(nèi)置有6個IGBT101?106 JGBTlOl?106通過分別搭載于同一電路圖案上的保護(hù)用的二極管111?116而反相并聯(lián)連接。正極電源端子P和負(fù)極電源端子N之間分別串聯(lián)連接有1681'101、102、1681'103、104、及1681'105、106，以構(gòu)成三組臂部。此外，U、V、W相的各臂部的中間連接部分別連接到輸出端子U、V、W。
[0004]IGBT101?106在各自表面(發(fā)射極端子)的中央經(jīng)由絕緣層形成具有PN結(jié)的溫度檢測用二極管。由此，IGBT101?106通過對溫度檢測用二極管的具有溫度依賴性的正向電壓進(jìn)行監(jiān)視，從而能觀測到接近結(jié)溫的芯片溫度。
[0005]IGBT101?106的柵極端子及溫度檢測用二極管連接到控制IC121?126?？刂艻C121?126對IGBT101?106進(jìn)行開關(guān)控制，并在溫度檢測用二極管中流過恒定電流，檢測出IGBT101?106的過熱狀態(tài)。
[0006]IPM100除了檢測芯片溫度的元件以外，還內(nèi)置有專用于檢測殼體溫度的溫度檢測IC131。該溫度檢測IC131搭載于絕緣基板的一部分，并檢測該位置的溫度，由此檢測出IPM100的殼體的過熱狀態(tài)。一般利用熱敏電阻作為溫度檢測IC131的溫度檢測元件(例如參照專利文獻(xiàn)I)，此處，利用將與IGBT101?106的溫度檢測用二極管具有相同結(jié)構(gòu)的二極管形成在溫度檢測IC131的裸芯片上而得到的構(gòu)件。
[0007]圖12是表示現(xiàn)有的IPM的過熱保護(hù)電路的電路圖，圖13是表示溫度檢測用二極管的溫度特性的圖，圖13(A)表示芯片過熱保護(hù)時的溫度對過熱檢測電壓，圖13(B)表示殼體過熱保護(hù)時的溫度對過熱檢測電壓。
[0008]如圖12所示，控制IC121?126分別連接到IGBT101?106。即，控制IC121?126分別包括輸出柵極電壓的輸出端子0UT、接地端子GND、過電流檢測端子0C、過熱檢測端子0H。
[0009]輸出端子OUT連接到IGBT101?106的柵極端子，接地端子GND連接到IGBT101?106的發(fā)射極端子，過電流檢測端子OC連接到IGBT101?106的電流感測用發(fā)射極端子。
[0010]過熱檢測端子OH在控制IC121?126內(nèi)與恒流源141和過熱檢測比較器142的反相輸入端子相連接，過熱檢測比較器142的非反相輸入端子與基準(zhǔn)電壓源143相連接。過熱檢測端子OH連接到IGBT101?106的溫度檢測用二極管107的陽極端子，溫度檢測用二極管107的陰極端子經(jīng)由接地端子GND連接到控制I Cl 21?126的接地電位。
[0011]溫度檢測用二極管107始終流過由恒流源141產(chǎn)生的恒定電流，與IGBT1I?106的芯片溫度相對應(yīng)的正向電壓被施加于過熱檢測比較器142的反相輸入端子。此處，溫度檢測用二極管107的溫度特性如圖13的(A)所示，具有負(fù)的溫度特性，基準(zhǔn)電壓源143輸出與1750C的溫度相對應(yīng)的電壓VOHl。由此，在芯片溫度小于175 0C時，過熱檢測比較器142輸出低電平的保護(hù)動作信號，若芯片溫度成為175°C以上的高溫，則輸出高電平的保護(hù)動作信號。若輸出該高電平的保護(hù)動作信號，則控制IC121?126在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBT101?106全部截止的控制。
[0012]另一方面，溫度檢測IC131包括溫度檢測用二極管132、恒流源133、過熱檢測比較器134。溫度檢測用二極管132的陽極端子與恒流源133和過熱檢測比較器134的反相輸入端子相連接，陰極端子接地。過熱檢測比較器134的非反相輸入端子與基準(zhǔn)電壓源135相連接。
[0013]溫度檢測用二極管132始終流過由恒流源133產(chǎn)生的恒定電流，與殼體溫度相對應(yīng)的正向電壓被施加于過熱檢測比較器134的反相輸入端子。此處，溫度檢測用二極管132的溫度特性如圖13的(B)所示，具有負(fù)的溫度特性，基準(zhǔn)電壓源135輸出與125 °C的溫度相對應(yīng)的電壓V0H2。由此，在殼體溫度小于125 0C時，過熱檢測比較器134輸出低電平的保護(hù)動作信號，若殼體溫度成為125 °C以上的中溫，則輸出高電平的保護(hù)動作信號。若輸出該高電平的保護(hù)動作信號，則溫度檢測IC131在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBT101?106全部截止的控制。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)
[0014]專利文獻(xiàn)1:日本專利特開2002-184940號公報(段落
[0109])

【發(fā)明內(nèi)容】

發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0015]然而，現(xiàn)有的IPM中具有如下問題:需要用于進(jìn)行殼體的過熱檢測的專用的溫度檢測1C，并且，殼體的過熱檢測僅在搭載有溫度檢測IC的部位這一點進(jìn)行，即使在其他地點發(fā)生過熱，也無法進(jìn)行檢測。
[0016]本發(fā)明鑒于上述問題而完成，其目的在于提供一種無需專用的溫度檢測IC并能檢測出殼體整體的過熱的半導(dǎo)體模塊。
解決技術(shù)問題的技術(shù)方案
[0017]本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問題，提供如下的半導(dǎo)體模塊，該半導(dǎo)體模塊在一個封裝中內(nèi)置有多個開關(guān)元件、保護(hù)開關(guān)元件的多個二極管、及控制開關(guān)元件的多個控制電路，其中，多個所述開關(guān)元件分別形成有用于進(jìn)行芯片溫度檢測的溫度檢測元件。該半導(dǎo)體模塊的特征在于，控制電路分別具備將溫度檢測元件所獲得的檢測溫度與用于殼體的規(guī)定的基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較的比較器，并且控制電路的至少一個具備邏輯與電路，該邏輯與電路接受比較器中的至少兩個的輸出來判斷殼體是否發(fā)生了過熱。
發(fā)明效果
[0018]上述結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體模塊不具有專用的溫度檢測IC就能檢測殼體的過熱，因此具有能削減元器件數(shù)量的優(yōu)點。由于直接檢測發(fā)熱源即芯片的溫度來作為殼體過熱保護(hù)的動作溫度，因此能提高檢測精度。
[0019]本發(fā)明的上述內(nèi)容及其它目的、特征及優(yōu)點可通過與示出優(yōu)選實施方式作為本發(fā)明的示例的附圖相關(guān)聯(lián)的以下說明來進(jìn)一步明確。
【附圖說明】
[0020]圖1是表示實施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖2是表示溫度檢測用二極管的溫度特性的圖。
圖3是表示實施方式2所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖4是表示實施方式3所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖5是表示實施方式4所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖6是表示實施方式5所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖7是表示實施方式6所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖8是表示實施方式7所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖9是表示實施方式8所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖10是表示實施方式9所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。
圖11是表示現(xiàn)有的IPM的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一個示例的圖。
圖12是表示現(xiàn)有的IPM的過熱保護(hù)電路的電路圖。
圖13是表示溫度檢測用二極管的溫度特性的圖，圖13(A)表示芯片過熱保護(hù)時的溫度對過熱檢測電壓，圖13(B)表示殼體過熱保護(hù)時的溫度對過熱檢測電壓。
【具體實施方式】
[0021]下面，對于本發(fā)明的實施方式，參照附圖，以應(yīng)用于下述IPM的情況為例進(jìn)行詳細(xì)說明，該IPM具有構(gòu)成為通過對6個IGBT進(jìn)行開關(guān)控制來輸出三相交流電壓的逆變器功能。另外，對于各實施方式，可在沒有矛盾的范圍內(nèi)將多個實施方式組合實施。
[0022]圖1是表示實施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖，圖2是表示溫度檢測用二極管的溫度特性的圖。
實施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊具備多個IGBT，此處為6個IGBTl?6，各個IGBTl?6以緊密接觸的方式形成有溫度檢測用二極管Ia?6a。
[0023]作為控制電路的控制IC11?16分別包括輸出柵極電壓的輸出端子OUT、接地端子GND、過電流檢測端子0C、過熱檢測端子0H。此處，輸出端子OUT連接到IGBTl?6的柵極端子，接地端子GND連接到溫度檢測用二極管Ia?6a的陰極端子，過電流檢測端子OC連接到IGBTl?6的電流感測用發(fā)射極端子。接地端子GND還連接到IGBT2、4、6的發(fā)射極端子。
[0024]控制ICll?16包括恒流源21?26、芯片過熱檢測用的過熱檢測比較器31?36、基準(zhǔn)電壓源41?46、殼體過熱檢測用的過熱檢測比較器51?56、基準(zhǔn)電壓源61?66、AND(邏輯與)電路71?76。這里，過熱檢測比較器31?36及基準(zhǔn)電壓源41?46構(gòu)成芯片過熱保護(hù)電路，過熱檢測比較器51?56、基準(zhǔn)電壓源61?66及AND電路71?76構(gòu)成殼體過熱保護(hù)電路。
[0025]恒流源21?26與過熱檢測比較器31?36、51?56的反相輸入端子和過熱檢測端子OH相連接。過熱檢測比較器31?36、51?56的非反相輸入端子與基準(zhǔn)電壓源41?46、61?66相連接。過熱檢測比較器31?36的輸出端子與未圖示的警報輸出電路及柵極切斷控制電路相連接。過熱檢測比較器51?56的輸出端子與過熱檢測端子51a?56a相連接，并與AND電路71?76的一個輸入相連接。AND電路71?76的輸出端子與未圖不的警報輸出電路及柵極切斷電路相連接。AND電路71?76具有多個輸入，此處為6個輸入。AND電路71的第2?6個輸入分別連接控制IC12?16的過熱檢測端子52a?56a。
[0026]控制IC12?16的過熱檢測端子OH連接到IGBTl?6的溫度檢測用二極管Ia?6a的陽極端子，溫度檢測用二極管Ia?6a的陰極端子經(jīng)由接地端子GND連接到控制ICll?16的接地電位。
[0027 ]溫度檢測用二極管I a?6a始終流過由恒流源21?26產(chǎn)生的恒定電流，與IGBTI?6的芯片溫度相對應(yīng)的正向電壓作為過熱檢測電壓被輸出到過熱檢測端子0H。過熱檢測端子OH的過熱檢測電壓被施加于芯片過熱檢測用的過熱檢測比較器31?36的反相輸入端子和殼體過熱檢測用的過熱檢測比較器51?56的反相輸入端子。此處，如圖2所示，溫度檢測用二極管Ia?6a的溫度特性具有負(fù)的溫度特性，S卩:溫度變得越高，則過熱檢測電壓變得越低。芯片過熱保護(hù)電路的基準(zhǔn)電壓源41?46輸出與175°C的溫度相對應(yīng)的電壓VOHl，殼體過熱保護(hù)電路的基準(zhǔn)電壓源61?66輸出與125°C的溫度(規(guī)定的基準(zhǔn)溫度)相對應(yīng)的電壓V0H2。另外，基準(zhǔn)電壓源41?46、61?66輸出的過熱檢測閾值電壓也能選擇與175°C及125°C以外的其他值相對應(yīng)的電壓。
[0028]由此，在IGBTl?6的芯片溫度小于175°C時，過熱檢測比較器31?36輸出低電平的保護(hù)動作信號，若IGBTl?6的任一個IGBT的芯片溫度成為175°C以上的高溫，則輸出高電平的保護(hù)動作信號。輸出該高電平的保護(hù)動作信號的控制ICll?16在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0029]此外，在IGBTl?6的芯片溫度小于125°C時，過熱檢測比較器51?56輸出低電平的保護(hù)動作信號，若芯片溫度成為125°C以上的中溫，則輸出高電平的保護(hù)動作信號。過熱檢測比較器51?56的保護(hù)動作信號被輸入至控制ICll的殼體過熱保護(hù)電路的AND電路71。因此，在所有的過熱檢測比較器51?56檢測到中溫以上的芯片溫度時，該AND電路71判斷為殼體處于過熱狀態(tài)，并向過熱檢測端子51b輸出高電平的保護(hù)動作信號。過熱檢測端子51b的保護(hù)動作信號在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0030]另外，該實施方式I所涉及的半導(dǎo)體模塊中，通過對所有溫度檢測用二極管Ia?6a的檢測結(jié)果進(jìn)行邏輯與運算，從而判斷殼體的過熱狀態(tài)。然而，也可以通過對溫度檢測用二極管Ia?6a中兩個以上的過熱檢測電壓進(jìn)行邏輯與運算，來判斷殼體的過熱狀態(tài)。
[0031]能節(jié)省現(xiàn)有的半導(dǎo)體模塊中獨立設(shè)置的殼體過熱保護(hù)用的溫度檢測1C，從而能削減元器件的數(shù)量。關(guān)于殼體過熱保護(hù)的動作溫度，由于直接檢測IPM的發(fā)熱源即芯片溫度，因此能提尚檢測精度。
[0032]圖3是表示實施方式2所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0033]實施方式2所涉及的半導(dǎo)體模塊中，利用構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中各上臂部的三個IGBT1、3、5的溫度檢測用二極管la、3a、5a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。因此，控制ICl I?16的AND電路71?76由3輸入AND電路構(gòu)成。
[0034]控制ICll的AND電路71輸入有過熱檢測比較器51、53、55的輸出，在三個IGBTl、3、5的溫度檢測用二極管la、3a、5a全部檢測到125°C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路71輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0035]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制ICll的AND電路71進(jìn)行，但利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路即可。
[0036]圖4是表示實施方式3所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0037]實施方式3所涉及的半導(dǎo)體模塊中，利用構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中各下臂部的三個IGBT2、4、6的溫度檢測用二極管2a、4a、6a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。因此，控制ICl I?16的AND電路71?76由3輸入AND電路構(gòu)成。
[0038]控制IC12的AND電路72輸入有過熱檢測比較器52、54、56的輸出，在三個IGBT2、4、6的溫度檢測用二極管2a、4a、6a全部檢測到125°C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路72輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0039]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制IC12的AND電路72進(jìn)行，但可以利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路，例如利用控制ICll的AND電路71。
[0040]圖5是表示實施方式4所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0041 ]實施方式4所涉及的半導(dǎo)體模塊中，基于構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中上臂部的兩個和下臂部的一個合計三個部位的芯片溫度來判斷殼體的過熱狀態(tài)。該實施方式中，基于上臂部的兩個16811、5的溫度檢測用二極管1&、5&和下臂部的一個168了4的溫度檢測用二極管4a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。為了匯總?cè)齻€部位的過熱檢測電壓，控制ICll?16的AND電路71?76由3輸入AND電路構(gòu)成。
[0042]控制ICll的AND電路71輸入有過熱檢測比較器51、54、55的輸出，在3個IGBTl、4、5的溫度檢測用二極管la、4a、5a全部檢測到125°C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路71輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0043]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制ICll的AND電路71進(jìn)行，但可以利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路，例如利用控制IC12的AND電路72。本實施方式中，觀測上臂部的兩個IGBTl、5的芯片溫度，但也可以觀測IGBTl、3或IGBT3、5的芯片溫度。同樣，本實施方式中，觀測下臂部的一個IGBT4的芯片溫度，但也可以觀測IGBT2或IGBT6的芯片溫度。
[0044]圖6是表示實施方式5所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0045]實施方式5所涉及的半導(dǎo)體模塊中，基于構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中上臂部的一個和下臂部的兩個合計三個部位的芯片溫度來判斷殼體的過熱狀態(tài)。該實施方式中，基于上臂部的一個IGBT3的溫度檢測用二極管3a和下臂部的兩個IGBT2、6的溫度檢測用二極管2a、6a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。為了匯總?cè)齻€部位的過熱檢測電壓，控制ICll?16的AND電路71?76由3輸入AND電路構(gòu)成。
[0046]控制IC12的AND電路72輸入有過熱檢測比較器52、53、56的輸出，在3個IGBT2、3、6的溫度檢測用二極管2a、3a、6a全部檢測到125°C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路72輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0047]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制IC12的AND電路72進(jìn)行，但可以利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路，例如利用控制ICll的AND電路71。本實施方式中，觀測上臂部的一個IGBT3的芯片溫度，但也可以觀測IGBTl或IGBT5的芯片溫度。同樣，本實施方式中，觀測下臂部的兩個IGBT2、6的芯片溫度，但也可以觀測IGBT2、4或IGBT4、6的芯片溫度。
[0048]圖7是表示實施方式6所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0049]實施方式6所涉及的半導(dǎo)體模塊中，基于構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中上臂部的一個和下臂部的三個合計四個部位的芯片溫度來判斷殼體的過熱狀態(tài)。該實施方式中，基于上臂部的一個IGBT3的溫度檢測用二極管3a和下臂部的三個IGBT2、4、6的溫度檢測用二極管2a、4a、6a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。為了匯總四個部位的過熱檢測電壓，控制ICll?16的AND電路71?76由4輸入AND電路構(gòu)成。
[0050]控制IC12的AND電路72輸入有過熱檢測比較器52、53、54、56的輸出，在4個IGBT2、
3、4、6的溫度檢測用二極管2a、3a、4a、6a全部檢測到125°C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路72輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0051]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制IC12的AND電路72進(jìn)行，但可以利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路，例如利用控制ICll的AND電路71。同樣，本實施方式中，觀測上臂部的一個IGBT3的芯片溫度，但也可以觀測IGBTl或IGBT5的芯片溫度。
[0052]圖8是表示實施方式7所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0053]實施方式7所涉及的半導(dǎo)體模塊中，基于構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中上臂部的三個和下臂部的一個合計四個部位的芯片溫度來判斷殼體的過熱狀態(tài)。該實施方式中，基于上臂部的三個IGBTl、3、5的溫度檢測用二極管la、3a、5a和下臂部的一個168了4的溫度檢測用二極管4a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。為了匯總四個部位的過熱檢測電壓，控制ICll?16的AND電路71?76由4輸入AND電路構(gòu)成。
[0054]控制ICll的AND電路71輸入有過熱檢測比較器51、53、54、55的輸出，在4個IGBTl、3、4、5的溫度檢測用二極管I a、3a、4a、5a全部檢測到125 °C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路71輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0055]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制ICll的AND電路71進(jìn)行，但可以利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路，例如利用控制IC12的AND電路72。此外，本實施方式中，觀測下臂部的一個IGBT4的芯片溫度，但也可以觀測IGBT2或IGBT6的芯片溫度。
[0056]圖9是表示實施方式8所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0057]實施方式8所涉及的半導(dǎo)體模塊中，基于構(gòu)成U相、V相及W相的臂部的IGBTl?6中上臂部的兩個和下臂部的兩個合計四個部位的芯片溫度來判斷殼體的過熱狀態(tài)。該實施方式中，基于上臂部的兩個16811、5的溫度檢測用二極管1&、5&和下臂部的兩個168了2、6的溫度檢測用二極管2a、6a所檢測到的過熱檢測電壓來判斷殼體的過熱狀態(tài)。為了匯總四個部位的過熱檢測電壓，控制ICll?16的AND電路71?76由4輸入AND電路構(gòu)成。
[0058]控制ICll的AND電路71輸入有過熱檢測比較器51、52、55、56的輸出，在4個IGBTl、
2、5、6的溫度檢測用二極管I a、2a、5a、6a全部檢測到125 °C以上的過熱溫度時，輸出高電平的保護(hù)動作信號。在AND電路71輸出高電平的保護(hù)動作信號的情況下，控制ICll?16判斷殼體處于過熱狀態(tài)，并在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0059]另外，本實施方式中，過熱檢測電壓的邏輯與運算由控制ICll的AND電路71進(jìn)行，但可以利用控制ICll?16的AND電路71?76的任一個AND電路，例如利用控制IC12的AND電路72。本實施方式中，觀測上臂部的兩個IGBTl、5的芯片溫度，但也可以觀測IGBTl、3或IGBT3、5的芯片溫度。同樣，本實施方式中，觀測下臂部的兩個IGBT2、6的芯片溫度，但也可以觀測IGBT2、4或IGBT4、6的芯片溫度。
[0060]圖10是表示實施方式9所涉及的半導(dǎo)體模塊的電路結(jié)構(gòu)例的圖。另外，對與圖1所示的結(jié)構(gòu)要素相同或同等的結(jié)構(gòu)要素標(biāo)注相同的標(biāo)號。此外，省略V相及W相的控制IC13?16的一部分結(jié)構(gòu)要素。
[0061]實施方式9所涉及的半導(dǎo)體模塊中，進(jìn)行基于所有IGBTl?6的芯片溫度的觀測的殼體過熱檢測，并且進(jìn)行與各個IGBTl?6反向并聯(lián)連接的二極管91?96的過熱檢測。尤其是，該半導(dǎo)體模塊如圖11那樣，能采用在各臂部，二極管91、92、二極管93、94及二極管95、96被1681'1、2、16813、4及16815、6所夾持那樣的布局。上述情況下，在16811?6及二極管91?96正常時，各臂部中上臂部及下臂部的IGBTl?6同時異常發(fā)熱的情況是罕見的。因此，在上臂部及下臂部的IGBTl?6同時發(fā)熱至達(dá)到中溫以上時，判斷為上述臂部的至少一方的二極管91?96可能存在過熱。
[0062]因此，該半導(dǎo)體模塊的控制IClI?16中，殼體過熱保護(hù)電路追加性地具備二極管過熱檢測功能。另外，本實施方式中例示出采用如下結(jié)構(gòu)的情況，即:控制ICll?16中僅有一個控制IC(控制IC11)的殼體過熱保護(hù)電路具備二極管過熱檢測功能，其他的5個控制IC(控制IC12?16)不具備二極管過熱檢測功能。
[0063 ]控制I Cl I的殼體過熱保護(hù)電路包括殼體過熱檢測用的過熱檢測比較器51、基準(zhǔn)電壓源61、2輸入的AND電路71及3輸入的AND電路71a，還具備二極管過熱檢測用的3輸入OR電路(邏輯或電路)81?？刂艻C12?16的殼體過熱保護(hù)電路包括過熱檢測比較器52?56、基準(zhǔn)電壓源62?66、2輸入的AND電路72?76。
[0064]這里，U相中，過熱檢測比較器51、52的輸出被輸入至AND電路71，V相中，過熱檢測比較器53、54的輸出被輸入至AND電路73、W相中，過熱檢測比較器55、56的輸出被輸入至AND電路75。并且，AND電路71、73、75的輸出被輸入至AND電路71a，該AND電路71a的輸出連接到過熱檢測端子51c。由此，在所有IGBTl?6的芯片溫度成為中溫以上的情況下，判斷殼體處于過熱狀態(tài)，控制ICl I在從警報輸出電路輸出警報信號的同時，進(jìn)行使IGBTl?6全部截止的控制。
[0065]另一方面，AND電路71、73、75的輸出還被輸入至OR電路81，該OR電路81的輸出連接到過熱檢測端子51d。由此，在各個臂部的上臂部及下臂部的16811、2、168了3、4或168了5、6同時過熱至中溫以上的情況下，能判斷為二極管91?96中的任意二極管處于過熱狀態(tài)。該情況下，由于不建議二極管91?96在高溫下連續(xù)進(jìn)行動作，因此控制ICll中從過熱檢測端子51d接收到高電平的保護(hù)動作信號的警報輸出電路會輸出警報信號。
[0066]由此，根據(jù)實施方式9所涉及的半導(dǎo)體模塊，除了殼體過熱檢測功能以外，還能檢測出雖然與IGBTl?6同樣地進(jìn)行發(fā)熱但不具有溫度檢測功能的二極管91?96的過熱。
[0067]另外，上述實施方式中，以具備6個開關(guān)元件的IPM為例進(jìn)行了說明。然而，本發(fā)明并不限于這樣的IPM，能夠應(yīng)用于具備兩個以上任意數(shù)量的開關(guān)元件的半導(dǎo)體模塊。
[0068]上文中，僅示出本發(fā)明的原理。此外，很多變形、變更對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言都是可能的，本發(fā)明并不限于上面示出且說明的準(zhǔn)確結(jié)構(gòu)及應(yīng)用例，對應(yīng)的所有變形例及等效發(fā)明均視為由附加的權(quán)利要求及其等效發(fā)明所構(gòu)成的本發(fā)明的范圍。
標(biāo)號說明
[0069]I ?6 IGBT
Ia?6a溫度檢測用二極管 11?16控制IC 21?26恒流源
31?36過熱檢測比較器(芯片過熱保護(hù)用)
41?46基準(zhǔn)電壓源
51?56過熱檢測比較器(殼體過熱保護(hù)用)
61?66基準(zhǔn)電壓源 71 ?76、71a AND電路 81 OR電路 91?96 二極管
【主權(quán)項】
1.一種半導(dǎo)體模塊， 該半導(dǎo)體模塊在一個封裝中內(nèi)置有多個開關(guān)元件、保護(hù)所述開關(guān)元件的多個二極管、及控制所述開關(guān)元件的多個控制電路，其中，多個所述開關(guān)元件分別形成有用于進(jìn)行芯片溫度檢測的溫度檢測元件，所述半導(dǎo)體模塊的特征在于， 所述控制電路分別具備將所述溫度檢測元件所獲得的檢測溫度與用于殼體的規(guī)定的基準(zhǔn)溫度進(jìn)行比較的比較器， 所述控制電路的至少一個具備邏輯與電路，該邏輯與電路接受所述比較器中的至少兩個的輸出來判斷殼體是否發(fā)生了過熱。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 在第I臂部至第3臂部的上臂部及下臂部分別配置所述開關(guān)元件來構(gòu)成逆變器電路。3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述邏輯與電路輸入有所述比較器中的對分別配置于所述下臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的三個所述控制電路的下臂用比較器的各自的輸出。4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述邏輯與電路還輸入有所述比較器中的對配置于所述上臂部中的至少一個上臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的所述控制電路的上臂用比較器的輸出。5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述邏輯與電路輸入有所述比較器中的對分別配置于所述上臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的三個所述控制電路的上臂用比較器的各自的輸出。6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述邏輯與電路還輸入有所述比較器中的對配置于所述下臂部中的至少一個下臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的所述控制電路的下臂用比較器的輸出。7.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述邏輯與電路輸入有所述比較器中的對分別配置于所述上臂部中的任意兩個上臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的兩個所述控制電路的上臂用比較器的各自的輸出、以及對分別配置于所述下臂部中的任意兩個下臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的兩個所述控制電路的下臂用比較器的各自的輸出。8.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 所述邏輯與電路具有第I邏輯與電路、第2邏輯與電路、第3邏輯與電路、及第4邏輯與電路，該第I邏輯與電路輸入有所述比較器中的對分別配置于所述第I臂部的所述上臂部及所述下臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的兩個所述控制電路的第I臂用比較器的各自的輸出，該第2邏輯與電路輸入有所述比較器中的對分別配置于所述第2臂部的所述上臂部及所述下臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的兩個所述控制電路的第2臂用比較器的各自的輸出，該第3邏輯與電路輸入有所述比較器中的對分別配置于所述第3臂部的所述上臂部及所述下臂部的所述開關(guān)元件進(jìn)行控制的兩個所述控制電路的第3臂用比較器的各自的輸出，該第4邏輯與電路輸入有所述第I邏輯與電路、所述第2邏輯與電路及所述第3邏輯與電路的輸出。9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體模塊，其特征在于， 還具有輸入有所述第I邏輯與電路、所述第2邏輯與電路及所述第3邏輯與電路的輸出的邏輯或電路。
【文檔編號】H02M7/48GK106063109SQ201580011304
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年9月8日 公開號201580011304.0, CN 106063109 A, CN 106063109A, CN 201580011304, CN-A-106063109, CN106063109 A, CN106063109A, CN201580011304, CN201580011304.0, PCT/2015/75477, PCT/JP/15/075477, PCT/JP/15/75477, PCT/JP/2015/075477, PCT/JP/2015/75477, PCT/JP15/075477, PCT/JP15/75477, PCT/JP15075477, PCT/JP1575477, PCT/JP2015/075477, PCT/JP2015/75477, PCT/JP2015075477, PCT/JP201575477
【發(fā)明人】皆川啟
【申請人】富士電機株式會社