半导体装置以及功率转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种半导体装置和功率转换装置。为了解决控制软件的负载增加的多脉冲控制的问题，以及进一步需要开关/定时调整，半导体装置包括：包括CPU和存储器的控制单元，用于控制驱动器IC以驱动功率半导体装置的PWM输出电路，用于检测电机电流的电流检测电路以及用于检测电机角度的角度检测电路。PWM输出电路包括基于角度检测电路的角度以及基础方波信息生成方波的方波发生器电路。

Semiconductor devices and power conversion devices

The invention relates to a semiconductor device and a power conversion device. In order to solve the problem of multi pulse control which controls the load increasing of the software, and further need the switch / timing adjustment, the semiconductor device includes: the control unit including the CPU and the memory, which is used to control the driver IC to drive the PWM output circuit of the power semiconductor device, and to detect the current detection circuit for the motor current. And angle detection circuit for detecting motor angle. The PWM output circuit includes a square wave generator circuit which generates square waves based on the angle of the angle detection circuit and the square wave information.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置以及功率转换装置相关申请的交叉引用将于2016年12月28日提交的日本专利申请No.2016-255581的公开内容，包括说明书，附图和摘要，在此通过引用整体并入本文。
本公开内容涉及一种半导体装置且例如适用于生成用于功率转换装置的多脉冲方波的半导体装置。
技术介绍
由功率转换装置驱动的AC电机适用于各种产品，例如电动车辆和混合电动车辆。通常，通过采用用于将AC功率转换成任意频率和电压的功率转换装置可在变速下驱动AC电机。功率转换装置具备采用诸如IGBT的半导体开关元件的主电路，以及用于控制半导体开关元件的控制电路。功率转换装置通过对半导体开关元件执行脉宽调制控制(以下称为“PWM控制”)，借助任意载波频率以变速驱动电机，从而控制施加至AC电机的电压和频率。在功率转换装置的调制中，通过脉宽调制控制调整输出电压。因此，已经提出采用其中输出电压的半周期具有多个电压脉冲的多脉冲模式，且采用其中输出电压的半周期由单脉冲构成的一个脉冲模式(例如，专利文献1：日本未审专利申请公布No.2015-53824)。
技术实现思路
电机控制通过改变PWM控制的输出负荷来控制电流量，因此切换输出脉冲需要死区时间且致使损耗。在电机的高旋转区中，开关损耗可通过由方波，例如一个脉冲，控制电机而降至接近零。但是在这种情况下，电流波形不会变成对应于角度的正弦波，因为电机的电感等的影响，且会降低效率。多脉冲控制公知作为通过控制而避免效率降低的一种方法，因此在电机的高旋转区中降低了开关损耗且电流波形变成依照角度的正弦波。但是，多脉冲控制会导致控制软件负载的增加。从本说明书和附图的说明将使其他目的和新颖特征变得显而易见。以下将简要说明本专利技术的一种典型配置。换言之，半导体装置包括PWM输出电路，检测电机电流的电流检测电路，以及检测电机角度的角度检测电路。PWM输出电路包括方波发生器电路。方波发生器电路基于角度检测电路的角度信息以及基础方波信息生成方波。根据上述半导体装置，能降低控制软件的负载。附图说明图1是示出根据实施例的电机系统的配置的框图；图2是示出图1中的电机以及角度传感器的示意图；图3是示出图1中的功率半导体装置的示意图；图4是图1中的方波发生单元的框图；图5是图4中的比较的框图；图6是说明矩形脉冲的输出示例的图像示意图；图7是调整的流程图；图8是理论正弦波的计算的流程图；图9是示出一个脉冲的电机电流测量波形的示意图；图10是示出调整方波的方法的示意图；图11是示出根据比较例的电机系统的配置的框图；图12是图10中的方波发生单元的框图；图13是根据第一变形的方波发生单元的框图；图14是说明方波脉冲的输出示例的图像示意图；图15是根据第二变形的方波发生单元的框图；图16是说明方波脉冲的输出示例的图像示意图；图17是根据第三变形的方波发生单元的框图；图18是说明方波脉冲的输出示例的图像示意图；图19是根据第四变形的方波发生单元的框图；以及图20是说明生成方波的方法的图像示意图。具体实施方式以下将参考附图说明比较例，实施例，示例和变形。但是注意到在以下说明中，相同部件由相同参考数字表示且省略其赘述。首先将参考图1和2说明电机系统。图1是示出根据实施例的电机系统的配置的框图。图2是示出三相电机的示意图。图3是功率半导体装置的电路图。电机系统1包括作为电机的三相电机50、采用六个功率半导体装置的逆变器电路30、驱动器IC20、控制电路10、扭矩指令发生器60、诸如电流互感器的电流检测器40以及DC源(未示出)。逆变器电路30也称为功率模块。逆变器电路30控制逆变器电路30中的开关晶体管32的开/关(ON/OFF)以允许电流流过三相电机50的各相。以此方式，逆变器电路30通过开关频率改变车辆的速度等。而且，当车辆等制动时，逆变器电路30通过与三相电机50的各相中生成的电压同步的控制开关晶体管32的开/关而再生输入信号，或者执行所谓的整流操作，以便将输入信号转换成DC电压。三相电机50具有作为永磁铁的转子以及电枢，其由其中以120度间隔设置的三相(U相、V相以及W相)电枢绕组的线圈加以配置。线圈三角连接以便电流不断流过U相、V相以及W相的三个线圈。三相电机50包括诸如解角器的角度检测器51。逆变器电路30通过功率半导体装置配置U相、V相以及W相的桥接电路。U相电桥在功率半导体装置31U以及功率半导体装置31X之间的连接点处耦合至三相电机50。V相桥接电路在功率半导体装置31V和功率半导体装置31Y之间的连接点处耦合至三相电机50。W相桥接电路在功率半导体装置31W和功率半导体装置31Z之间的连接点处耦合至三相电机50。这里，功率半导体装置31U、31V、31W、31X、31Y和31Z具有相同配置，因此它们有时共同称为功率半导体装置31。如图3中所示，功率半导体装置31由包括作为IGBT的开关晶体管32的半导体芯片(以下称为IGBT)以及包括作为并联耦合在IGBT32的发射极和集电极之间的续流二极管(FWD)D1的半导体芯片来配置。续流二极管D1以这种方式耦合以便电流在相反于流过IGBT32的电流的方向上流动。优选将其中形成IGBT32和温度检测二极管(未示出)的半导体芯片，以及其中形成续流二极管D1的半导体芯片封装在同一封装体中。续流二极管D1可形成在与其中形成IGBT32的半导体芯片相同的芯片中。作为第一半导体装置的驱动器IC20包括在单一半导体衬底中的生成信号以驱动IGBT32的栅极的驱动电路(未示出)、过流检测电路(未示出)以及温度检测电路(未示出)。作为第二半导体装置的控制电路10包括单一半导体衬底(半导体芯片)中的CPU11、PWM输出电路12、电流检测电路13、角度检测电路14以及存储器15。CPU11基于存储器15中存储的软件执行电机矢量控制以及调整控制。电流检测电路13例如包括模拟/数字(A/D)转换电路。角度检测电路14包括检测来自三相电机50的角度检测器51的信号的解角器/数字(R/D)转换电路。PWM输出电路12包括生成信号以控制驱动器IC20的驱动电路的方波发生器电路17。除了上述软件之外，存储器15还存储下述基础方波信息。存储器15是诸如闪速存储器的非易失性存储器。用于电机矢量控制和调整控制的软件以及基础方波数据可分别存储在不同的非易失性存储器中。位于控制电路10之前的扭矩指令发生器60，为三相电机50生成扭矩指令。控制电路10基于来自扭矩指令发生器60的扭矩指令通过逆变器电路30控制由三相电机50生成的扭矩。电机矢量控制也称为场定向控制(FOC)，其通过将稳定参考帧变换为旋转参考帧而将AC电机建模成等效的DC电机。旋转参考帧是算数地对应于AC电机和DC电机之间的直观关系的参考帧。稳定参考帧和旋转参考帧可通过采用算数变换而彼此转换。这种转换可用于简化AC电机的建模。作为算数变换之一的正向派克变换，使作为AC电机的定子的电枢生成的磁通量为转子转角的函数。作为第二算数变换的反向派克变换，从稳定参考帧中的定子的磁通量获取旋转参考帧的转子的磁通量矢量。通过采用这两种变换，能将关于作为AC电机的电枢的定子的电流和电压转换成关于作为DC电机的电枢的转子的电流和电压。换言之，这能容易地生成AC电机的控制模型。而且，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：控制电路，所述控制电路包括CPU和存储器；PWM输出电路，所述PWM输出电路被配置为控制驱动器IC，所述驱动器IC驱动功率半导体装置；电流检测电路，所述电流检测电路被配置为检测电机电流；以及角度检测电路，所述角度检测电路被配置为检测电机的角度，其中，PWM输出电路包括方波发生器电路，以及其中，所述方波发生器电路基于基础方波信息和所述角度检测电路的角度信息来生成方波。

【技术特征摘要】
2016.12.28 JP 2016-2555811.一种半导体装置，包括：控制电路，所述控制电路包括CPU和存储器；PWM输出电路，所述PWM输出电路被配置为控制驱动器IC，所述驱动器IC驱动功率半导体装置；电流检测电路，所述电流检测电路被配置为检测电机电流；以及角度检测电路，所述角度检测电路被配置为检测电机的角度，其中，PWM输出电路包括方波发生器电路，以及其中，所述方波发生器电路基于基础方波信息和所述角度检测电路的角度信息来生成方波。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述方波发生器电路包括：比较电路，所述比较电路将来自所述角度检测电路的所述角度信息与基于所述基础方波信息设置的寄存器中的所述角度信息进行比较，以及波形合成电路，所述波形合成电路基于所述比较电路的比较结果来升高或降低方波脉冲。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述存储器存储所述基础方波信息。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中，所述控制电路基于理论正弦波和电机电流测量波形之间的偏差来生成所述基础方波信息。5.根据权利要求4所述的半导体装置，其中，所述控制电路通过调整所述方波脉冲的占空比和相位以便最小化所述偏差，来生成所述基础方波信息。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述控制电路被配置为：(a)生成理论正弦波；(b)基于电机电流测量波形和所述理论正弦波之间的偏差来生成所述基础方波信息；(c)通过改变所述基础方波信息的占空比来调整所述基础方波信息；(d)通过改变所述基础方波信息的相位来调整所述基础方波信息，以及(e)将调整的所述基础方波信息存储到所述存储器中。7.根据权利要求6所述的半导体装置，其中，所述控制电路还被配置为基于矢量信息来控制电机。8.一种半导体装置，包括：PWM输出电路，所述PWM输出电路被配置为控制驱动器IC，所述驱动器IC驱动功率半导体装置；电流检测电路，所述电流检测电路被配置为检测电机电流；以及角度检测电路，所述角度检测电路被配置为检测电机的角度，其中，所述PWM输出电路包括方波发生器电路，以及其中，所述方波发生器电路基于所述角度检测电路的角度信息以及理论正弦波来生成方波。9.根据权利要求8所述的半导体装置，其中，所述方波发生器电路包括：理论正弦波表，所述理论正弦波表被配置为存储与来自所述角度检测电路的所述角度信息相对应的电流信息；计算器，所述计算器被配置为获得来自所述电流检测电路的所述电流信息和所述理论正弦波表的所述电流信息之间的偏差；上限寄存器，所述上限寄存器被配置成设置所述偏差的上限；下限寄存器，所述下限寄存器被配置成设置所述偏差的下限；以及比较电路，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：坪田正志，
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