半导体装置和逆变器装置制造方法及图纸

本公开涉及半导体装置和逆变器装置。该逆变器装置包括第一输入端子和第二输入端子、具有耦合在第一输入端子与第二输入端子之间的多个开关元件的串联电路。多个开关元件中的每个开关元件与具有二极管和电感器的串联电路并联耦合。并联耦合。并联耦合。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置和逆变器装置


[0001]本专利技术涉及一种半导体装置，例如，涉及能够适用于电机控制中使用的逆变器装置的半导体装置。

技术介绍

[0002]全桥逆变器装置被称为将单个DC功率转换为AC功率的逆变器装置。逆变器装置将直流转换为交流并控制电机，并且被广泛应用于诸如车载、工业和消费领域等领域。日本未审查专利申请公开号2016
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146386(专利文献1)公开了一种用于抑制全桥逆变器电路中的开关波形振铃的技术。

技术实现思路

[0003]全桥逆变器电路包括四个开关元件，如专利文献1的图1所示。全桥逆变器电路交替地导通对角布置的开关元件，并且将导通脉冲的宽度控制为可变，以控制输出电压。通过使用全桥逆变器电路，可以将电源设备做得更小、更轻，并且可以提高降噪和功率转换效率。然而，开关元件不是瞬时切换的。因此，会出现开关时间的功率损耗(以下称为开关损耗)。
[0004]开关损耗通过(每个脉冲生成的功率损耗)*(开关频率)来获取。开关损耗与开关频率成正比。近年来，由于开关频率趋于增大，因此开关损耗也趋于增加。因此，为了在增加开关频率的同时防止功率转换效率的降低，需要降低每个脉冲生成的开关损耗。
[0005]通过本说明书和附图的描述，其他目的和新颖特征将变得清楚。
[0006]根据实施例，一种半导体装置包括第一输入端子和第二输入端子、具有耦合在第一输入端子与第二输入端子之间的多个开关元件的串联电路，进一步地，串联电路包括二极管和电感器并且被并联耦合到多个开关元件中的每个开关元件。
[0007]根据一个实施例，能够降低逆变器装置中的开关元件的开关损耗。
附图说明
[0008]图1是示出典型的全桥逆变器电路的配置的图；
[0009]图2是示出根据第一实施例的逆变器装置的配置的图；
[0010]图3A至图3E是示出根据第一实施例的全桥逆变器电路的操作的图；
[0011]图4是示出流经开关元件的电流和跨开关元件而施加的电压的图；
[0012]图5是示出根据第一实施例的开关损耗的模拟结果的图；
[0013]图6是示出典型的HERIC逆变器装置的配置的图；
[0014]图7是示出HERIC逆变器装置的驱动信号的图；
[0015]图8A和图8B是示出HERIC逆变器装置的操作的图；
[0016]图9是示出根据第二实施例的HERIC逆变器装置的配置的图；
[0017]图10A和图10B是用于说明根据第二实施例的HERIC逆变器装置的操作的图；以及
[0018]图11是示出根据第二实施例的开关损耗的模拟结果的图。
具体实施方式
[0019]以下，将参考附图详细描述根据实施例的半导体装置。在说明书和附图中，相同或对应的形式要素用相同的附图标记表示，并且省略其重复描述。在附图中，为了便于描述，可以省略或简化配置。此外，至少一些实施例可以彼此任意组合。
[0020]第一实施例
[0021]在第一实施例中，将描述包括逆变器电路的逆变器装置。特别地，将描述包括全桥逆变器电路的逆变器装置。
[0022]典型的全桥逆变器电路的配置
[0023]为了便于理解本实施例，在描述本实施例之前，将参考图1解释典型的全桥逆变器装置100。图1所示的全桥逆变器装置100包括全桥逆变器电路101。全桥逆变器电路101电耦合到DC电源E。全桥逆变器电路101包括开关元件Q11至Q14和二极管D11至D14。
[0024]开关元件Q11和开关元件Q12串联耦合。串联耦合的开关元件Q11和开关元件Q12并联耦合到DC电源E。开关元件Q11设置在高压侧(正电位侧)，开关元件Q12设置在低压侧(负电位侧)。二极管D11与开关元件Q11反并联耦合，二极管D12与开关元件Q12反并联耦合。
[0025]类似地，开关元件Q13和开关元件Q14串联耦合。串联耦合的开关元件Q13和开关元件Q14并联耦合到DC电源E。开关元件Q13设置在高压侧(正电位侧)，开关元件Q14设置在低压侧(负电位侧)。二极管D13与开关元件Q13反并联耦合，二极管D14与开关元件Q14反并联耦合。
[0026]负载102电耦合在以下项之间：作为开关元件Q11和开关元件Q12的接点的节点A与作为开关元件Q13和开关元件Q14的接点的节点B。例如，负载102是电感器，以下简称为电感器102。
[0027]典型的全桥逆变器的操作
[0028]接着，将描述典型的全桥逆变器装置的操作。全桥逆变器电路101交替地导通对角布置的开关元件Q11、Q14和开关元件Q12、Q13，并且可变地控制其导通脉冲宽度以控制输出电压。在图1中，为了在节点A与节点B之间由电流电源E生成AC电压，存在用于生成AC电压的正电压分量的操作模式和用于生成AC电压的负电压分量的操作模式。
[0029]这里，作为示例，将描述生成AC电压的负电压分量的操作。
[0030](第一操作模式)开关元件Q12和Q13：导通，开关元件Q11和Q14：关断
[0031]在第一操作模式下，电流按照电源E、开关元件Q13、节点B、电感器102、节点A、开关元件Q12和电源E的顺序流动。因此，负极性能量存储在电感器102中。
[0032](第二操作模式)开关元件Q11、Q13：导通，开关元件Q12、Q14：关断
[0033]在第一操作模式之后的第二操作模式下，电流不在第一操作模式的路径中流动。然而，流经电感器102的电流试图保持连续性。即，电感器102试图继续使电流从节点B流向节点A。在这种情况下，电流流经与开关元件Q11反并联耦合的二极管D11。因此，当开关元件Q12和Q14都关断时，电流从导通的开关元件Q13按照节点B、电感器102和节点A的顺序流向二极管D11。因此，在第二操作模式下，发生电流的换向。
[0034](第三操作模式)开关元件Q12和Q13：导通，开关元件Q11和Q14：关断
[0035]第二操作模式之后的第三操作模式与第一操作模式相同。因此，省略描述。
[0036](第四操作模式)开关元件Q12、Q14：导通，开关元件Q11、Q13：关断
[0037]在第三操作模式之后的第四操作模式下，电流不在第三操作模式的路径中流动。然而，流经电感器102的电流试图保持连续性。即，电感器102试图继续使电流从节点B流向节点A。在这种情况下，由于电流不从关断的开关元件Q13流向节点B，因此电流流经与开关元件Q14反并联耦合的二极管D14。因此，当开关元件Q11和Q13都关断时，电流从开关元件Q12按照二极管D14、节点B和电感器102的顺序流向节点A。因此，在第四操作模式下，发生电流的换向。
[0038]在上述操作中，第一操作模式和第三操作模式被称为导通模式，而第二操作模式和第四操作模式被称为换向模式。全桥逆变器电路101交替地重复导通模式和换向模式以产生AC电压。
[0039]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，包括：第一输入端子和第二输入端子；第一串联电路，具有耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间的多个开关元件；以及多个第二串联电路，每个第二串联电路具有二极管和电感器并且被并联耦合到所述多个开关元件中的对应开关元件。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述二极管被耦合到所述多个开关元件中的对应开关元件，以使正向电流在与以下相反的方向上流动：流经导通的所述多个开关元件中的对应开关元件的电流的方向，并且其中所述电感器耦合到所述二极管的阴极。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述多个开关元件中的每个开关元件是IGBT。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述多个开关元件中的每个开关元件是MOSFET。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述多个开关元件和所述第二串联电路构成全桥逆变器电路。6.一种逆变器装置，包括：根据权利要求1所述的半导体装置；以及开关驱动控制器，驱动所述多个开关元件。7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述第一输入端子和所述第二输入端子被提供用于将DC电源耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间。8.一种逆变器装置，包括：第一输入端子和第二输入端子，用于将DC电源耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间；第一串联电路，具有耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间的第一开关元件和第二开关元件；第二串联电路，具有耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间的第三开关元件和第四开关元件；第三串联电路，具有第一二极管和第一电感器并且被并联耦合到所述第一开关元件；第四串联电路，具有第二二极管和第二电感器并且被并联耦合到所述第二开关元件；第五串联电路，具有第三二极管和第三电感器并且被并联耦合到所述第三开关元件；第六串联电路，具有第四二极管和第四电感器并且被并联耦合到所述第四开关元件；第一输出端子，电耦合到所述第一开关元件和所述第二开关元件的接点；第二输出端子，电耦合到所述第三开关元件和所述第四开关元件的接点；以及开关驱动控制器，被配置为驱动所述第一开关元件、所述第二开关元件、所述第三开关元件和所述第四开关元件。9.根据权利要求8所述的逆变器装置，
其中所述第一二极管耦合到所述第一开关元件以使正向电流在与流经导通的所述第一开关元件...

【专利技术属性】
技术研发人员：户田铁，原田龙男，饭岛大辅，菊地修一，黑田耕太郎，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：