电力变换装置及驱动装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种削减安装零件数量的电力变换装置及驱动装置。高边晶体管(TH)及低边晶体管(TL)分别具备EGE(发射极‑栅极‑发射极)型的构造。高边驱动器(HDV)具备：以高边晶体管(TH)的发射极为基准而向栅极施加正电压VP1的上拉晶体管(UTh)；将栅极与发射极结合的下拉晶体管(DTh)。低边驱动器(LDV)具备：以低边晶体管(TL)的发射极为基准而向栅极施加正电压VP2的上拉晶体管(UTl)；将栅极与发射极结合的下拉晶体管(DTl)。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力变换装置及驱动装置，涉及例如包含半桥电路等的高电力用的电力变换装置、及半桥电路的驱动装置。
技术介绍
作为接通电阻低的晶体管，使用沟槽栅IGBT，作为其一方式，已知有利用了IE(InjectionEnhancement：增强注入)效应的IE型沟槽栅IGBT。IE效应是指IGBT为接通状态时，设为从发射极电极侧难以排出空穴，由此提高蓄积于漂移区域的电荷的浓度，实现低接通电阻化。在IE型沟槽栅IGBT中，例如专利文献1及专利文献2所示，在单元形成区域中，交替配置有与发射极电极连接的有效单元(activecell)区域和包含浮置区域(floatingarea)的无效单元(inactivecell)区域。在专利文献1中，示出在有效单元区域中依次配置的2个沟槽栅都与栅极电极结合的GG型(栅极-栅极型)的结构。在专利文献2中，示出在有效单元区域中依次配置的3个沟槽栅依次与发射极电极、栅极电极、发射极电极结合的EGE型(发射极-栅极-发射极型)的结构。【现有技术文献】【专利文献】【专利文献1】日本特开2012-256839号公报【专利文献2】日本特开2013-140885号公报
技术实现思路
【专利技术要解决的课题】在功率电子学领域中，广泛地使用包含由高边晶体管及低边晶体管构成的半桥电路的电力变换装置。半桥电路广泛地使用于DC/AC转换器(即变换器)、DC/DC转换器等。例如，通过使用3相量的半桥电路来构成变换器，能够生成3相的交流电力。在此，例如在风力发电系统等那样的高电力的领域中使用变换器的情况下，为了降低电力的损失，尤其是要求变换器中的各晶体管的低接通电阻化。作为这样的低接通电阻的晶体管，例如，使用专利文献1及专利文献2所示的IE型沟槽栅IGBT的情况是有益的。另一方面，已知在半桥电路中会产生误点弧。误点弧是指例如在高边晶体管切断的状态下将低边晶体管接通时，高边晶体管瞬间接通的现象。当产生误点弧时，由于贯通电流而开关损失增大，会产生电力变换效率的下降等。另外，误点弧在高电力的领域更容易产生。因此，尤其是在高电力的领域所使用的电力变换装置内，通常需要安装用于防止这样的误点弧的部件。后述的实施方式鉴于这样的情况而作出，其他的课题和新特征通过本说明书的记述及附图而明确可知。【用于解决课题的方案】一实施方式的电力变换装置具有由IGBT构成的高边(highside)晶体管及低边(lowside)晶体管和对它们分别进行驱动的高边驱动器及低边驱动器。高边晶体管及低边晶体管分别具备EGE型的构造。高边驱动器具备：以高边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第一电压的第一上拉晶体管；将高边晶体管的栅极与发射极结合的第一下拉晶体管。低边驱动器具备：以低边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第二电压的第二上拉晶体管；将低边晶体管的栅极与发射极结合的第二下拉晶体管。【专利技术效果】根据所述一实施方式，在电力变换装置及驱动装置中，能够实现安装零件数量的削减。附图说明图1是在本专利技术的实施方式1的电力变换装置中，表示应用了该电力变换装置的风力发电系统的概略构成例的框图。图2是表示图1的高边臂及低边臂的详细的构成例的电路图。图3是表示在图1的电力变换装置中驱动器部(驱动装置)的主要部分的概略构成例的电路图。图4是表示在图2中构成高边晶体管或低边晶体管的半导体芯片的构造例的俯视图。图5是表示图4的单元形成区域及栅极布线引出区域的主要部分的构造例的俯视图。图6是表示图5的混合单元区域的详细的构造例的俯视图。图7是表示图6的A-A’间的构造例的剖视图。图8(a)是表示存在于图7的构造的寄生电容的说明图，图8(b)是图8(a)的等价电路图。图9是在本专利技术的实施方式2的电力变换装置中表示驱动器部(驱动装置)的主要部分的概略构成例的电路图。图10(a)是表示图9的驱动器部的基板布局的概略构成例的俯视图，图10(b)是表示作为图10(a)的比较例的基板布局的概略构成例的俯视图。图11(a)及(b)是表示半桥电路的误点弧的机理的一例的说明图。图12是表示作为本专利技术的比较例而研究的高边晶体管或低边晶体管的有效区域的构造例的剖视图。图13(a)是表示存在于图12的构造的寄生电容的说明图，图13(b)是图13(a)的等价电路图。图14是在作为本专利技术的比较例而研究的电力变换装置中表示驱动器部的主要部分的概略构成例的电路图。【符号说明】ACG发电机AR区域ARE布线区域BSTU升压电路部C电容器CHP半导体芯片CLp+型集电极区域CPL光电耦合器CPLCT耦合器控制电路CT接触层CTLU变换器控制部CVU转换器部D二极管DCACDC/AC变换电路DCDCDC/DC变换电路DD回流二极管DT下拉晶体管DVU驱动器部(驱动装置)EE发射极电极EP发射极焊盘FPF绝缘膜GE栅极电极GI栅极绝缘膜GL栅极布线GP栅极焊盘GTG连接电极HA高边臂HDV高边驱动器HE、LE发射极驱动端子HG、LG栅极驱动端子IL层间绝缘膜IOB外部连接器部ISO绝缘区域IVU变换器部L电感器(线圈)LA低边臂LC单位单元区域LCh混合单元区域(有效单元区域)LCi无效单元区域LD负载LDV低边驱动器LN布线N节点NDn-型漂移区域NEn+型发射极区域NHBn型空穴势垒区域NSn型场截止区域NVG负电压生成电路PBp型主体区域PBCp+型主体接触区域PCE电力变换装置PD光电二极管PFp型浮置区域PFpp型区域PLPp+型闩锁防止区域PN端子PTR光晶体管PVG正电压生成电路R电阻RCT整流电路SW开关TG沟槽栅电极TH高边晶体管TL低边晶体管TR变压器UO、VO、WO输出端子UT上拉晶体管VCC、VDD、VDD2电源电压VN负电压VP正电压VSS、GND接地电源电压WTB风力涡轮具体实施方式在以下的实施方式中，为了简便起见，在必要时分割成多个部分或实施方式进行说明，但是除了特别明示的情况之外，它们并非互无关系，一方为另一方的一部分或全部的变形例、详情、补充说明等的关系。另外，在以下的实施方式中，在提及要素的数目等(包括个数、数值、量、范围等)的情况下，除了特别地明示的情况及在原理上明确地限定为特定的数目的情况等之外，并不限定于该特定的数目，可以是特定的数目以上，也可以是特定的数目以下。进而，在以下的实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)除了特别明示的情况及在原理上明确地考虑为必须的情况等之外，当然并非必然如此。同样，在以下的实施方式中，在提及构成要素等的形状、位置关系等时，除了特别明示的情况及在原理上明确地认为不是这样的情况等之外，也包括实质上接近或类似于该形状等的情况等。这关于上述数值及范围也是同样的。以下，基于附图，详细地说明本专利技术的实施方式。此外，在用于说明实施方式的全部图中，对于同一构件原则上标注同一符号，并省略其重复的说明。(实施方式1)《电力变换装置的整体结构》图1是在本专利技术的实施方式1的电力变换装置中表示应用了该电力变换装置的风力发电系统的概略构成例的框图。图1所示的风力发电系统是产业用的系统，具备风力涡轮WTB、发电机ACG、转换器部(整流电路部)CVU、升压电路部BSTU、变换器部IVU、3个驱动器部(驱动装置)DVUu、DVUv、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力变换装置，具有：高边晶体管，由IGBT构成；低边晶体管，由IGBT构成，且集电极与所述高边晶体管的发射极结合；高边驱动器，对所述高边晶体管进行驱动；及低边驱动器，对所述低边晶体管进行驱动，在所述电力变换装置中，所述高边晶体管及所述低边晶体管分别具备：第一沟槽栅电极，配置在有效单元区域内，且与栅极电连接；及第二沟槽栅电极及第三沟槽栅电极，在所述有效单元区域内分别空出间隔地配置在所述第一沟槽栅电极的两侧，且与发射极电连接，所述高边驱动器具备：第一上拉晶体管，以所述高边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第一电压；及第一下拉晶体管，将所述高边晶体管的栅极与发射极结合，所述低边驱动器具备：第二上拉晶体管，以所述低边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第二电压；及第二下拉晶体管，将所述低边晶体管的栅极与发射极结合。

【技术特征摘要】
2015.07.07 JP 2015-1361321.一种电力变换装置，具有：高边晶体管，由IGBT构成；低边晶体管，由IGBT构成，且集电极与所述高边晶体管的发射极结合；高边驱动器，对所述高边晶体管进行驱动；及低边驱动器，对所述低边晶体管进行驱动，在所述电力变换装置中，所述高边晶体管及所述低边晶体管分别具备：第一沟槽栅电极，配置在有效单元区域内，且与栅极电连接；及第二沟槽栅电极及第三沟槽栅电极，在所述有效单元区域内分别空出间隔地配置在所述第一沟槽栅电极的两侧，且与发射极电连接，所述高边驱动器具备：第一上拉晶体管，以所述高边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第一电压；及第一下拉晶体管，将所述高边晶体管的栅极与发射极结合，所述低边驱动器具备：第二上拉晶体管，以所述低边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第二电压；及第二下拉晶体管，将所述低边晶体管的栅极与发射极结合。2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，还具有：变压器，包含一次线圈和第一二次线圈及第二二次线圈；交流电压生成电路，生成交流电压，并将该交流电压向所述一次线圈施加；第一整流电路，对由所述第一二次线圈生成的交流电压进行整流，以第一基准节点为基准而在第一节点生成所述第一电压；及第二整流电路，对由所述第二二次线圈生成的交流电压进行整流，以第二基准节点为基准而在第二节点生成所述第二电压，所述第一基准节点与所述高边晶体管的发射极和所述第一下拉晶体管的一端结合，所述第一节点与所述第一上拉晶体管的一端结合，所述第二基准节点与所述低边晶体管的发射极和所述第二下拉晶体管的一端结合，所述第二节点与所述第二上拉晶体管的一端结合。3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，还具有：第一光电耦合器，被输入具有比所述第一电压及所述第二电压低的电压水平的第一PWM信号，将所述第一PWM信号的电压水平变换成与所述第一电压对应的电压水平，并利用该变换后的PWM信号来控制所述高边驱动器；及第二光电耦合器，被输入具有比所述第一电压及所述第二电压低的电压水平的第二PWM信号，将所述第二PWM信号的电压水平变换成与所述第二电压对应的电压水平，并利用该变换后的PWM信号来控制所述低边驱动器。4.根据权利要求1～3中任一项所述的电力变换装置，其中，所述第一电压及所述第二电压分别大于15V。5.根据权利要求1～3中任一项所述的电力变换装置，其中，所述高边晶体管及所述低边晶体管分别具备1200V以上的耐压。6.根据权利要求2所述的电力变换装置，其中，所述高边驱动器、所述低边驱动器、所述变压器、所述交流电压生成电路、所述第一整流电路及所述第二整流电路分别安装在布线基板上。7.根据权利要求1所述的电力变换装置，其中，所述高边晶体管及所述低边晶体管分别还具有：第一半导体区域，配置在所述第一沟槽栅电极与所述第二沟槽栅电极之间，且形成沟道；第二半导体区域，配置在所述第一沟槽栅电极与所述第三沟槽栅电极之间，且形成沟道；第三半导体区域，配置在隔着所述第二沟槽栅电极而与所述第一半导体区域相对的一侧，且成为浮置节点；及第四半导体区域，配置在隔着所述第三沟槽栅电极而与所述第二半导体区域相对的一侧，且成为浮置节点。8.根据权利要求1或7所述的电力变换装置，其中，所述高边晶体管及所述低边晶体管分别由具有发射极电极、栅极电极及集电极电极的多个半导体芯片构成，所述多个半导体芯片的所述发射极电极共同结合，所述多个半导体芯片的所述集电极电极共同结合。9.一种电力变换装置，具有：转换器部，将从外部输入的交流电压变换成直流电压；电容器，保持由所述转换器部变换的所述直流电压；变换器部，将由所述电容器保持的所述直流电压变换成具有规定的电压及频率的3相的交流电压；及驱动器部，对所述变换器部进行控制，在所述电力变换装置中，所述变换器部在所述3相的各相，具备由IGBT构成的高边晶体管和由IGBT构成且集电极与所述高边晶体管的发射极结合的低边晶体管，所述驱动器部在所述3相的各相，具备对所述高边晶体管进行驱动的高边驱动器和对所述低边晶体管进行驱动的低边驱动器，所述高边晶体管及所述低边晶体管分别具备：第一沟槽栅电极，配置在有效单元区域内，且与栅极电连接；及第二沟槽栅电极及第三沟槽栅电极，在所述有效单元区域内分别空出间隔地配置在所述第一沟槽栅电极的两侧，且与发射极电连接，所述高边驱动器具备：第一上拉晶体管，以所述高边晶体管的发射极为基准而向栅极施加成为正电压的第一电压；及第一下拉晶体管，将所述高边晶体管的栅极与发射极结合，所述低边驱动器具备：第二上拉晶体管，以...

【专利技术属性】
技术研发人员：近藤大介，立野孝治，刘畅，长田尚，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP