功率模块制造技术

本发明专利技术涉及功率模块，提供一种即使在控制电源电压降低的情况下也能够防止半导体器件的热破坏的功率模块。功率模块（100）具备：驱动半导体器件（10）的IGBT（11）的驱动电路（20）；在IGBT（11）的集电极电流达到跳闸水平时进行IGBT（11）的保护工作的保护电路（30）；检测对驱动电路（20）供给的控制电源电压（VD）的控制电源电压检测电路（40）。保护电路（30）当控制电源电压（VD）变得比规定值低时，将感测电阻从电阻（R1）切换成电阻（R1、R2）的串联电路，由此降低跳闸水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在功率控制用的半导体装置中使用的功率模块，特别涉及功率模块搭载的半导体器件的保护电路。
技术介绍
作为在功率控制用的半导体装置中使用的功率模块，已知具备用于对作为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)等的开关元件的半导体器件进行保护来免受过电流、短路的影响的保护功能的模块。这样的功率模块通常是如下结构，即具备电阻(感测电阻，sense resistor)，将流到半导体器件的感测端子的电流(感测电流，sense current)变换成电压(感测电压，sense voltage);以及保护电路,基于该感测电压进行规定的保护工作(例如下述的专利文献1、2)。保护电路在感测电压达到规定的值的情况下，判断为在半导体器件中流过的电流超过了容许值，进行例如使半导体器件的工作停止等的保护工作。在现有的具备保护功能的功率模块中，存在由于感测电流相对于主电流的分流t匕、感测电阻的电阻值等的偏差，在保护电路开始保护工作的电流值、即所谓“短路保护(Short-circuit protection)跳闸水平” (SC 跳闸水平，SC trip level)中产生偏差,所以难以进行适当的保护工作的问题。此外，根据功率模块的使用环境的变化，有时产生使半导体器件的电流值的上限变更的要求。在专利文献1、2中，作为其对策，提出了一种能够调整保护电路的SC跳闸水平的功率模块。现有技术文献 专利文献 专利文献1:日本特开2005-348429号公报； 专利文献2 :日本特开平5-275999号公报。专利技术要解决的问题 在现有的功率模块中，当用于控制半导体器件的电源电压(控制电源电压)由于某种原因而降低时，半导体器件的驱动信号的电压电平下降，该半导体器件变得容易在活性区域(active region)中工作(以下，将半导体器件在活性区域中工作称为“活性工作”)。当半导体器件进行活性工作时，容易产生导通电压的上升导致的热破坏。例如在半导体器件为IGBT的情况下，当IGBT进行活性工作时，由于集电极电流流过时的导通电压(集电极/发射极间电压)变大，所以IGBT中的热损失变大，成为产生热破坏的原因。如上所述，在现有的功率模块中，由于感测电流相对于主电流的分流比、感测电阻的电阻值的偏差，在SC跳闸水平中也产生偏差。特别是在SC跳闸水平向高的方向偏离的功率模块中，在控制电源电压降低的情况下，在半导体器件中流过的电流达到SC跳闸水平之前即保护功能起作用之前半导体器件就进行活性工作，产生热破坏的问题
技术实现思路
本专利技术正是为了解决以上那样的课题而完成的，其目的在于提供一种即使在控制电源电压降低的情况下也能够防止半导体器件的热破坏的功率模块。用于解决课题的方案 本专利技术的第I方面的功率模块，其特征在于具备半导体器件；驱动电路，驱动所述半导体器件；保护电路，检测在所述半导体器件的主电极间流过的主电流，在该主电流达到跳闸水平时进行所述半导体器件的保护工作；活性工作检测单元，检测所述半导体器件进行活性工作的情况；以及跳闸水平切换电路，当检测出所述半导体器件进行活性工作的情况时，降低所述跳闸水平。本专利技术的第2方面的功率模块，其特征在于具备半导体器件；驱动电路，驱动所述半导体器件；保护电路，检测在所述半导体器件的主电极间流过的主电流，在该主电流达到跳闸水平时进行所述半导体器件的保护工作；外部电源输入端子，接收来自外部电源的外部电源电压；内部电源，生成内部电源电压；以及电源选择单元，选择性地将所述外部电源电压和所述内部电源电压作为控制电源电压对所述驱动电路供给。专利技术的效果 根据本专利技术的第I方面，由于在控制电源电压降低而半导体器件进行活性工作时跳闸水平降低，由此能够通过保护电路进行的保护工作来防止半导体器件的活性工作导致的热破坏。根据本专利技术的第2方面，即使从外部电源和内部电源供给的控制电源电压的一方降低，也能对驱动电路供给另一方，因此能够防止半导体器件进行活性工作。由此，能够防止起因于半导体器件的活性工作的热破坏。附图说明图1是表示IGBT的集电极/发射极间电压Vra与集电极电流I。的关系的图表。图2是表示通常工作时的IGBT的集电极电流Ic及集电极/发射极间电压Vce及损失的图。图3是表示活性工作时的IGBT的集电极电流I。及集电极/发射极间电压Vce及损失的图。图4是表示实施方式I的功率模块的结构图。图5是表示实施方式I的功率模块的保护电路和控制电源电压检测电路的结构图。图6是表示实施方式2的功率模块的结构图。图7是表示实施方式2的功率模块的保护电路和集电极/发射极间电压检测电路的结构图。图8是表示实施方式3的功率模块的结构图。图9是表示实施方式3的功率模块的保护电路和集电极/发射极间电压检测电路的结构图。图10是表示实施方式4的功率模块的结构图。图11是表示实施方式4的功率模块的电源切换电路的结构图。图12是表示实施方式5的功率模块的结构图。具体实施例方式<实施方式1>首先，以IGBT为例来说明在半导体器件进行活性工作时产生的热破坏的问题。图1是表示IGBT的集电极/发射极间电压Vra与集电极电流I。的关系的图表。IGBT具有集电极电流Ic依赖于集电极/发射极间电压Vce的饱和区域；集电极电流Ic依赖于栅极/发射极间电压Vra的活性区域(集电极电流I。相对于集电极/发射极间电压Vra为固定的区域)。从图1可知，栅极/发射极间电压Vra越低，IGBT在活性区域中工作的范围越大。正是因为这个原因，在功率模块中，当由于控制电源电压降低导致半导体器件(IGBT)的驱动信号的电压电平降低时，半导体器件容易进行活性工作。图2中示出IGBT进行通常工作的情况(驱动信号的电压电平充分高，在饱和区域中工作的情况)下的IGBT的集电极电流Ic及集电极/发射极间电压Vce的波形，和在IGBT中产生的损失的变化。如图2所示，在IGBT的通常工作时，在IGBT导通而流过集电极电流Ic时，集电极/发射极间电压Vra (导通电压)变得充分小。IGBT损失是开关损失LI和饱和电压损失L2 (恒定损失)的和，但由于导通电压小，所以饱和电压损失L2被抑制得较小。另一方面，图3示出IGBT进行活性工作的情况下的集电极电流I。及集电极/发射极间电压Vra的波形和这时在IGBT产生的损失的变化。在IGBT的活性工作时，即使IGBT导通而流过集电极电流Ic，集电极/发射极间电压Vra (导通电压)也被维持得较高，因此饱和电压损失L2变大。该饱和电压损失L2的增大是引起IGBT的热破坏的原因。图4是实施方式I的功率模块100的结构图。该功率模块100具备半导体器件10、驱动电路20、保护电路30、控制电源电压检测电路(Vd检测电路)40以及电阻R1、R2。半导体器件10具备集电极及发射极(主电极)分别连接于P端子和N端子的IGBTll ;以及与该IGBTll反并联连接的二极管(反并联二极管)12。IGBTll具有输出与集电极电流(在主电极间流过的主电流)成比例的感测电流的感测端子，在感测端子和N端子(IGBTlI的发射极)之间，串联连接有作为集电极电流检测用的感测电阻而使用的电阻凡、R2。驱动电路20基于作为从本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率模块，其特征在于具备：半导体器件；驱动电路，驱动所述半导体器件；保护电路，检测在所述半导体器件的主电极间流过的主电流，在该主电流达到跳闸水平时进行所述半导体器件的保护工作；活性工作检测部，检测所述半导体器件进行活性工作的情况；以及跳闸水平切换电路，当检测出所述半导体器件进行活性工作的情况时，降低所述跳闸水平。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：十河尚宏，富冈真吾，砂奥伸一，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：