DE102004006753B4

DE102004006753B4 - Leistungshalbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102004006753B4
Application number: DE102004006753.8A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Oumaru; Noboru Miyamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-06-12
Filing date: 2004-02-11
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2024-02-12
Also published as: CN100511932C; DE102004006753A1; JP4069022B2; US20040252430A1; US7242113B2; JP2005006412A; CN1574572A

Abstract

Leistungshalbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: mehrere Leistungshalbleiterelemente (PD1 bis PD4), die jeweils eine Steuerelektrode sowie eine erste und eine zweite Stromelektrode aufweisen, wobei jeweils die ersten Stromelektroden zusammengeschaltet sind und die zweiten Stromelektroden zusammengeschaltet sind; mindestens ein Detektierungsteil (TM1 bis TM4, R1 bis R4, R6 und R8 bis R14), das Information entsprechend einem Betriebszustand der mehreren Leistungshalbleiterelemente erfasst, wobei das Detektierungsteil die Information für ein Steuerteil (CTa, CTb) liefert und wobei es sich bei dem Detektierungsteil um einen Spannungsdetektor (R8 bis R14 und R6) handelt, und wobei es sich bei der Information um eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Stromelektrode der Leistungshalbleiterelemente handelt und wobei die Information angibt, ob oder ob nicht eine Sperrspannung zwischen der ersten und der zweiten Stromelektrode der Leistungshalbleiterelemente eine vorbestimmte Spannung (VZD) übersteigt, wobei das Steuerteil (CTa, CTb) zum Steuern der mehreren Leistungshalbleiterelemente verwendet wird, wobei das Steuerteil wiederholt eine regionale Steuerung vornimmt, um einen Teil der mehreren Leistungshalbleiterelemente in Aktion zu bringen, indem es ein Eingangssignal (SO) für einen Teil der Steuerelektroden bereitstellt, und wenn festgestellt wird, dass die Spannung zwischen den ersten und zweiten Stromelektroden den vorbestimmten Wert übersteigt, auch mindestens ein Teil der anderen Leistungshalbleiterelemente zusätzlich zu den in Aktion befindlichen Elementen in Betrieb genommen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungshalbleitervorrichtung, die mehrere Leistungshalbleiterelemente zum Ansteuern einer Last aufweist.
Ein Leistungshalbleiterelement, wie zum Beispiel ein Leistungs-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) und ein IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) usw., werden als Steuervorrichtung zum Ansteuern einer Last verwendet, durch die ein hoher Strom fließt.
Eine Technik bei einer Leistungshalbleitervorrichtung, bei der die Leistungshalbleiterelemente zu mehreren parallelgeschaltet sind und ein steuerbarer Stromwert vergrößert werden kann, ist in der japanischen Offenlegungsschrift JP 8-191 239 A (1996) beschrieben. Ferner stellen die japanischen Offenlegungsschriften JP 2000-92 820 A , JP 2002-95 240 A , JP 2001-169 401 A und JP 2002-208 849 A zusätzliche Dokumente des Standes der Technik dar, der der vorliegenden Erfindung entspricht.
Wenn mehrere Leistungshalbleiterelemente parallelgeschaltet sind, besteht die Tendenz, dass ein Strom in einem speziellen Element der Parallelschaltung mit größeren Werten fließt, wenn eine Differenz hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Elemente vorliegt. Aufgrund dieser Tatsache steigt bei einem Element, in dem der Strom in größeren Mengen fließt, die Temperatur beträchtlich an, und dieses Element hat tendenziell eine kurze Lebensdauer.
In einem Fall, in dem die einander parallelgeschalteten Leistungshalbleiterelemente in Form von einer einzigen Leistungshalbleitervorrichtung modulartig ausgebildet sind, muß das gesamte Modul ausgetauscht werden, wenn nur eines der Elemente das Ende seiner Nutzbarkeit erreicht. Aus diesem Grund ist es notwendig, die Entstehung von Wärme, wie diese in der vorstehend beschriebenen Weise in dem speziellen Element auftritt, zum Verlängern der Lebensdauer des Moduls insgesamt zu steuern.
Ferner gibt es bei einem Leistungsverlust, der in dem Leistungshalbleiterelement entsteht, einen ständigen Verlust oder Dauerverlust, der bei einem Einschaltvorgang auftritt, sowie einen Schaltverlust, der in einer Schaltperiode auftritt. Der Dauerverlust ist in erster Linie auf einen Einschaltwiderstand bei dem Einschaltvorgang zurückzuführen, und der Schaltverlust ist in erster Linie auf einen Schweifstrom in einem Ausschaltzustand zurückzuführen. Der Dauerverlust steigt bei einem Anstieg eines Leitungsstroms des Leistungshalbleiterelements an. Ein Wert des Reststroms, bei dem es sich um einen Hauptgrund für den Schaltverlust handelt, ist unabhängig von dem Leitungsstrombetrag im wesentlichen konstant. Somit ist der Betrag des durch den Reststrom verursachten Leistungsverlustes proportional zu der Anzahl der Parallelverbindungen der Leistungshalbleiterelemente sowie der Schaltanzahl der Leistungshalbleiterelemente.
Das heißt, je mehr die Anzahl der Parallelverbindungen der Leistungshalbleiterelemente ansteigt und je höher eine Schaltfrequenz wird, desto stärker steigt erwartungsgemäß der Betrag des durch den Reststrom verursachten Stromverlusts. Insbesondere beim Inbetriebgehen mit einem Stromwert, der im Vergleich zu einem Nennstrom des Leistungshalbleiterelements niedrig genug ist, sowie bei einer hohen Schaltfrequenz, wird der Anteil des Schaltverlustes an dem Gesamtverlust, bei dem es sich um eine Kombination aus dem Dauerverlust und dem Schaltverlust handelt, hoch, so dass der Betrag des durch den Reststrom verursachten Stromverlustes einen großen Einfluß hat.
Die Druckschrift EP 1 022 181 A1 betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung, um Stromrichter (Converter) zu schützen. Im Einzelnen wird in der Druckschrift EP 1 022 181 A1 eine spezielle Schutzschaltung berücksichtigt, welche als Stromrichter IGBT-Bauteile aufweist. Wenn eine solche Schutzschaltung im Triebwagen eines Schienenfahrzeuges eingesetzt wird, neigt die Leistungsversorgung zwischen der Stromrichtereinrichtung und den Antriebsmotoren des Triebfahrzeuges zu Störungen, wenn das Triebfahrzeug abgebremst wird.
Ausgehend von dieser Problemstellung wird in der Druckschrift EP 1 022 181 A1 eine Schutzschaltung vorgeschlagen, welche bei Bremszuständen Halbwellen der Versorgungsspannung bewirkt, um während des Bremsvorganges eine Zerhackerfunktion zu erzeugen. Die Zerhackerfunktion begrenzt die Überspannung der Versorgungsspannung.
Die Druckschrift WO 01/69 784 A1 offenbart ein Verfahren zur statischen Symmetrisierung der Belastung von Leistungshalbleiterschaltern in einer Parallelschaltung. Dort wird ein Primärmuster von Rahmenschaltimpulse für einen Gesamtstrom durch die Parallelschaltung vorgegeben und für mindestens einen Schalter ein Sekundärmuster mit mehr oder weniger Pulsen als im Primärmuster erzeugt. Durch die Puls-Asynchronizität ist im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren eine sehr schnelle Lastumverteilung zwischen den parallelen Schaltern möglich.
Die Druckschrift US 2001/0 015 670 A1 betrifft eine Halbleiter-Leistungswandlungsvorrichtung, die ein Halbleiterelement aufweist, das den Stromflusses zwischen Emitter und Kollektor als Antwort auf einen Gate-Zustand steuert. Zusätzlich umfasst die Leistungswandlungsvorrichtung ein mit dem Gate verbundenes Treibergerät zum Treiben des Gates als Antwort auf ein Treibersignal, ein Gerät zum Anlegen einer Spannung, welches beides, eine Vorspannung und eine Sperrvorspannung, an das Gate anlegt, um den Emitter des Halbleiterelementes auf ein neutrales Potential zu setzen, und ein Gerät zur Spannungsteilung, um eine zwischen dem Kollektor und Emitter des Halbleiterelementes auftretende Spannung zu teilen, wobei sich das Treibersignal in einem ausgeschalteten Zustand („OFF state”) befindet. Eine Spannung wird auf Basis der geteilten Spannung durch das Gerät zur Spannungsteilung erzeugt und an das Gate angelegt, wobei die Gate-Spannung als Antwort auf eine zwischen dem Kollektor und Emitter des Halbleiterelementes auftretende Spannung gesteuert wird.
Die Druckschrift US 2001/0 015 670 A1 betrifft insbesondere eine Halbleiter-Leistungswandlungsvorrichtung, die in der Lage ist, eine Spitzenspannung während eines Schaltvorgangs zu unterdrücken, ohne dass eine Dämpfungsschaltung erforderlich wäre.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der Angabe einer Leistungshalbleitervorrichtung, bei der ein Ansteigen von Wärme in einem speziellen Element erschwert ist und die in der Lage ist, ein Ansteigen des Betrags eines durch einen Reststrom verursachten Leistungsverlustes selbst in dem Fall zu steuern, in dem mehrere Leistungshalbleiterelemente parallel miteinander verbunden sind.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Leistungshalbleitervorrichtung, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Leistungshalbleitervorrichtung mehrere Leistungshalbleiterelemente, ein Steuerteil sowie mindestens ein Detektierungsteil.
Die Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen weist jeweils eine Steuerelektrode sowie eine erste und eine zweite Stromelektrode auf, wobei jeweils die ersten Stromelektroden miteinander verbunden sind und die zweiten Stromelektroden miteinander verbunden sind.
Das mindestens eine Detektierungsteil erfasst eine Information entsprechend einem Betriebszustand der mehreren Leistungshalbleiterelemente, wobei das Detektierungsteil die Information für das Steuerteil liefert und wobei es sich bei dem Detektierungsteil um einen Spannungsdetektor handelt.
Im Einzelnen handelt es sich bei der erfassten Information um eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Stromelektrode der Leistungshalbleiterelemente, welche angibt, ob oder ob nicht eine Sperrspannung zwischen der ersten und der zweiten Stromelektrode der Leistungshalbleiterelemente eine vorbestimmt Spannung übersteigt.
Das Steuerteil steuert die Vielzahl von Leistungshalbleiterelementen.
Das Steuerteil nimmt wiederholt eine regionale Steuerung vor, um einen Teil der mehreren Leistungshalbleiterelemente in Aktion zu bringen, indem es ein Eingangssignal für einen Teil der Steuerelektroden bereitstellt, und wenn festgestellt wird, dass die Spannung zwischen den ersten und zweiten Stromelektroden den vorbestimmten Wert übersteigt, auch mindestens ein Teil der anderen Leistungshalbleiterelemente zusätzlich zu den in Aktion befindlichen Elementen in Betrieb genommen wird..
Das Steuerteil führt somit wiederholt eine regionale Steuerung aus, um einen Teil der mehreren Leistungshalbleiterelemente in Aktion zu bringen und sodann einen anderen Teil der mehreren Leistungshalbleiterelemente in Aktion zu bringen, nachdem der Betrieb des erstgenannten Teils beendet ist. Auf diese Weise wird es möglich, den Betrag eines in den jeweiligen Leistungshalbleiterelementen fließenden Strom gleich zu machen sowie die Entstehung von Wärme in einem bestimmten Leistungshalbleiterelement zu erschweren.
Ferner ist eine substantielle bzw. wirksame Anzahl der Parallelverbindungen im Betrieb des einen Teils oder des anderen Teils der mehreren Leistungshalbleiterelemente geringer als eine tatsächliche Anzahl der Parallelverbindungen. Auf diese Weise ist es möglich, den Anstieg des Betrages eines durch einen Reststrom verursachten Leistungsverlustes zu steuern.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der zeichnerischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Darstellung zur Erläuterung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel;
2 eine Darstellung zur Erläuterung eines Steuerteils der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel;
3 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts der jeweiligen Signale bei Ausführung einer regionalen Steuerung;
4 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts der jeweiligen Signale bei Ausführung einer allgemeinen Steuerung;
5 eine Darstellung zur Erläuterung einer Modifizierung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel;
6 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts der jeweiligen Signale bei Ausführung einer weiteren regionalen Steuerung;
7 eine Darstellung zur Erläuterung einer Leistungshalbleiter-vorrichtung gemäß einem zweiten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel;
8 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts der jeweiligen Signale bei Ausführung einer regionalen Steuerung;
9 eine Darstellung zur Erläuterung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß einem dritten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel;
10 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts der jeweiligen Signale bei Ausführung einer regionalen Steuerung;
11 eine Darstellung zur Erläuterung einer Leistungshalbleiter-vorrichtung gemäß einem vierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels;
12 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts einer Sperrspannung und der jeweiligen Signale bei Ausführung der regionalen Steuerung;
13 eine Darstellung zur Erläuterung einer Leistungshalbleiter-vorrichtung gemäß einem fünften nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel; und
14 ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts der jeweiligen Signale bei Ausführung einer regionalen Steuerung.
Erstes nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel
Bei dem vorliegenden ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Leistungshalbleitervorrichtung, die eine regionale Steuerung wiederholt vornimmt, um einen Teil von mehreren, einander parallelgeschalteten Leistungshalbleiterelementen in Aktion zu bringen und einen weiteren Teil in Aktion zu bringen, nachdem ein Betrieb des ersten Teils beendet ist.
1 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel. Diese Leistungshalbleitervorrichtung beinhaltet IGBT-Elemente PD1 bis PD4, wobei es sich um die Leistungshalbleiterelemente zum Ansteuern einer Last LD handelt.
Ferner sind die Kollektoren der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 miteinander verbunden und die Emitter der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 miteinander verbunden, wobei diese zu Anschlüssen TMb bzw. TMc führen. Ferner handelt es sich bei der Last LD um einen Motor usw., und dieser ist mit den Anschlüssen TMb und TMc verbunden.
Ausgangsanschlüsse von Verstärkern DR1 bis DR4 sind mit Gates der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 verbunden. Schutzschaltungen PT1 bis PT4 sind jeweils mit Eingangsanschlüssen der Verstärker DR1 bis DR4 verbunden.
Weiterhin beinhaltet die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel auch ein Steuerteil CTa zum Steuern der IGBT-Elemente PD1 bis PD4. Ein Impulsbreitenmodulationssignal bzw. PWM-Signal S0, bei dem es sich um ein Eingangssignal handelt, wird an einem Anschluss TMa eingespeist und nach Verteilung desselben auf Signale S1 bis S4 an dem Steuerteil CTa werden diese in die jeweilige Schutzschaltung PT1 bis PT4 eingespeist.
Das Steuerteil CTa beinhaltet einpolige Ein- und Ausschalter SW1 bis SW4 und ein Schaltteil CH. Ein Modusbenennungssignal Smd von einem Benutzer wird in das Schaltteil CH eingespeist. Die Schalter SW1 bis SW4 sind in der Mitte der Verteilungswege von dem PWM-Signal S0 zu den Signalen S1 bis S4 angeordnet, und das Schaltteil CH zeigt jeweilige Ein-/Auszustände der Schalter SW1 bis SW4 durch Signale S0a bis S0d in Abhängigkeit von dem Inhalt des Modusbenennungssignals Smd an.
2 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Beispiels für eine konkrete Ausbildung des Steuerteils CTa. Wie in 2 dargestellt ist, beinhaltet das Schaltteil CH ein D-Flipflop F0, ein ODER-Gatter GT0 sowie einpolige Umschalter SWa und SWb. Ferner sind die jeweiligen Schalter SW1 bis SW4 aus Reihenschaltungen von NAND-Gattern GT1 bis GT4 und Invertern IV1 bis IV4 gebildet.
Das PWM-Signal S0 wird an einem Takteingangsanschluss CK des D-Flipflops F0 sowie an Eingangsanschlüssen der jeweiligen NAND-Gatter GT1 bis GT4 eingespeist. Ein Ausgangsanschluss Q des F-Flipflops F0 ist mit dem einen Eingangsanschluss des ODER-Gatters GT0 und einem Ende des Umschaltkontakts des Schalters SWa verbunden.
Ein invertierender Ausgangsanschluss /Q des D-Flipflops F0 ist mit dem anderen Eingangsanschluss des ODER-Gatters GT0, dem einen Ende des Umschaltkontakts des Schalters SWb sowie mit einem Signaleingangsanschluss D des D-Flipflops F0 verbunden.
Ein Ausgangsanschluss des ODER-Gatters GT0 ist mit den anderen Enden der Umschaltkontakte der Schalter SWa und SWb zusammengeschaltet. Ferner ist der einpolige Schaltkontakt des Schalters SWa mit den anderen Eingangsanschlüssen der NAND-Gatter GT1 und GT2 verbunden. Weiterhin ist der einpolige Schaltkontakt des Schalters SWb mit den anderen Eingangsanschlüssen der NAND-Gatter GT3 und GT4 verbunden. Das Modusbenennungssignal Smd wird zum Umschalten eines Signalweges in den Schaltern SWa und SWb verwendet.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel beschrieben. Hinsichtlich dieser Leistungshalbleitervorrichtung kann das Steuerteil CTa entweder die Ausführung einer allgemeinen Steuerung, bei der alle IGBT-Elemente PD1 bis PD4 in identischer Weise in Aktion gebracht werden, oder eine wiederholte Ausführung einer regionalen Steuerung auswählen, bei der ein Teil der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 in Aktion gebracht wird und ein anderer Teil der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 in Aktion gebracht wird, nachdem ein Betrieb des ersten Teils abgeschlossen ist, wobei dies auf der Basis des Inhalts des Modusbenennungssignals Smd von dem Benutzer erfolgt.
Bei dem Modusbenennungssignal Smd handelt es sich um ein 1-Bit-Signal. Ferner ist eine Definition dahingehend vorhanden, dass dann, wenn der Inhalt eine ”0” anzeigt, der Benutzer die regionale Steuerung angibt, und in dem Fall, dass der Inhalt eine ”1” anzeigt, der Benutzer die allgemeine Steuerung angibt.
Bei Eingabe einer ”0” als Modusbenennungssignal Smd überträgt der Schalter SWa in 2 ein Ausgangssignal des Ausgangsanschlusses Q des D-Flipflops F0 zu den jeweiligen Schaltern SW1 und SW2 als Signale S0a und S0b. Ferner überträgt der Schalter SWb ein Ausgangssignal des invertierenden Ausgangsanschlusses /Q des D-Flipflops F0 zu den jeweiligen Schaltern SW3 und SW4 als Signale S0c und S0d.
Bei Eingabe einer ”1” als Modusbenennungssignal Smd übertragen beide der Schalter SWa und SWb in 2 ein Ausgangssignal des ODER-Gatters GT0 zu den jeweiligen Schaltern SW1 bis SW4 als Signale S0a bis S0d.
Jedesmal, wenn das Signal an dem Takteingangsanschluss CK eingespeist wird, erscheint dabei ”hoch” oder ”niedrig” an dem Signaleingangsanschluss D an dem Ausgangsanschluss Q des D-Flipflops F0. In einem Fall, in dem das Signal an dem Signaleingangsanschluss D ”hoch” ist und ein Impuls an dem Takteingangsanschluss CK eingespeist wird, erscheint hierbei ”hoch” an dem Ausgangsanschluss Q. Ferner erscheint ”niedrig” an dem invertierenden Ausgangsanschluss /Q.
Der invertierende Ausgangsanschluss /Q des D-Flipflops F0 ist mit dem Signaleingangsanschluss D verbunden, so dass das Signal an dem Signaleingangsanschluss D in den Zustand ”niedrig” wechselt, wenn ”niedrig” an dem invertierenden Ausgangsanschluss /Q erscheint. Wenn ein nachfolgender Impuls an dem Takteingangsanschluss C eingespeist wird, erscheint ferner ”niedrig” an dem Ausgangsanschluss Q, und ”hoch” erscheint an dem invertierenden Ausgangsanschluss /Q.
”Hoch” und ”niedrig” erscheinen somit abwechselnd an dem Ausgangsanschluss Q des D-Flipflops F0 bei jeder Eingabe eines Taktsignals, und ferner erscheint eine Signalfolge, bei der ”hoch” und ”niedrig” gegenüber der Signalfolge des Ausgangsanschlusses Q umgekehrt sind, an dem invertierenden Ausgangsanschluss /Q.
Im Fall der regionalen Steuerung wird das Ausgangssignal des Ausgangsanschlusses Q des D-Flipflops F0 zu den jeweiligen Schaltern SW1 und SW2 übertragen, und das Ausgangssignal des invertierenden Ausgangsanschlusses /Q wird zu den jeweiligen Schaltern SW3 und SW4 übertragen. Das PWM-Signal S0 wird an dem Takteingangsanschluss CK und an Eingangsanschlüssen der jeweiligen NAND-Gatter GT1 bis GT4 eingespeist, so dass sich ein Zeitsteuerungsdiagramm der Signale S0 bis S4 ergibt, wie es in 3 dargestellt ist.
Mit anderen Worten, es wird dann, wenn ein Impuls in einer Impulsfolge des PWM-Signals S0 eingespeist wird, das PWM-Signal S0 durch die Schalter SW1 und SW2 an die Schutzschaltungen PT1 und PT2 in Form der Signale S1 und S2 ausgegeben. Wenn dann ein nachfolgender Impuls eingespeist wird, wird das PWM-Signal S0 durch die Schalter SW3 und SW4 an die Schutzschaltungen PT3 und PT4 in Form von Signalen S3 und S4 abgegeben. Im Anschluss daran wird die vorstehend beschriebene Arbeitsweise wiederholt.
Ferner handelt es sich bei den Schutzschaltungen PT1 bis PT4 allesamt um Schaltungen, die eine Rückkopplung einer in den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 erzeugten hohen Spannung zu dem Steuerteil CTa verhindern, und ferner handelt es sich bei den Verstärkern DR1 bis DR4 um Schaltungen, die die jeweiligen Signale S1 bis S4 verstärken und diese für die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 bereitstellen.
Bei Ausführung der regionalen Steuerung führt das Steuerteil CTa somit in wiederholter Weise einen Steuervorgang aus, bei dem die IGBT-Elemente PD1 und PD2 durch Bereitstellen des PWM-Signals S0 für deren Gate in Aktion gebracht werden, wobei nach Beendigung dieses Vorgangs dann die IGBT-Elemente PD3 und PD4 durch Bereitstellen des PWM-Signals S0 für deren Gate in Aktion gebracht werden.
Darüber hinaus wird das PWM-Signal S0 an dem Takteingangsanschluss CK des D-Flipflops F0 eingespeist, so dass die Arbeitsweise der IGBT-Elemente PD1 und PD2 und die Arbeitsweise der IGBT-Elemente PD3 und PD4 jeweils auf Impulsbasis erfolgen.
Im Fall der allgemeinen Steuerung dagegen wird das Ausgangssignal des ODER-Gatters GT0 zu den jeweiligen Schaltern SW1 bis SW4 übertragen. Die beiden Signale des Ausgangsanschlusses Q und des invertierenden Ausgangsanschlusses /Q des D-Flipflops F0 werden in das ODER-Gatter GT0 eingespeist, so dass der Ausgang des ODER-Gatters GT0 konstant ”hoch” wird. Somit ergibt sich ein Zeitsteuerungsdiagramm der Signale S0 bis S4, wie es in 4 dargestellt ist.
Mit anderen Worten, es wird die Impulsfolge des PWM-Signals S0 durch die Schalter SW1 bis SW4 in Form der Signale S1 bis S4 direkt an die Schutzschaltungen PT1 bis PT4 abgegeben. Bei Ausführung der allgemeinen Steuerung bringt das Steuerteil CTa die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 durch Bereitstellen des PWM-Signals S0 für alle Gates derselben somit in identischer Weise in Aktion.
Gemäß der Leistungshalbleitervorrichtung des vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiels führt das Steuerteil CTa wiederholt eine Steuerung aus, bei der ein Teil der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 in Aktion gebracht wird, woraufhin bei Beendigung des Betriebs dieses Teils ein weiterer Teil der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 in Aktion gebracht wird, wenn eine regionale Steuerung ausgeführt wird.
Wenn zum Beispiel die allgemeine Steuerung an den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 vorgenommen wird, gibt es einen Fall, in dem tendenziell ein Strom nicht in dem IGBT-Element PD4 fließt, sondern ein zusätzlicher Strom, der in dem IGBT-Element PD4 fließen sollte, tendenziell in dem IGBT-Element PD1 fließt.
Durch Ausführung der regionalen Steuerung, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, arbeitet das IGBT-Element PD1 jedoch nur synchron mit dem IGBT-Element PD2, und das IGBT-Element PD4 arbeitet nur synchron mit dem IGBT-Element PD3. Auf diese Weise wird es möglich, den in den jeweiligen IGBT-Elementen PD1 bis PD4 fließenden Stromwert gleich zu machen, und ein Anstieg der Wärme in einem speziellen IGBT-Element kann nur schwer entstehen.
Ferner ist eine substantielle bzw. wirksame Anzahl der Parallelverbindungen in den jeweiligen IGBT-Elementen PD1 bis PD4 geringer als eine tatsächliche Anzahl der Parallelverbindungen, wenn die regionale Steuerung ausgeführt wird. Mit anderen Worten, es sollte dann, wenn die IGBT-Elemente PD1 und PD2 synchron arbeiten sowie die IGBT-Elemente PD3 und PD4 synchron arbeiten, die substantielle Anzahl der parallelen Verbindungen 2 betragen, wobei dies geringer ist als 4, nämlich der tatsächlichen Anzahl der Parallelverbindungen in beiden Fällen.
Aufgrund der Tatsache, dass der Betrag des durch einen Reststrom bedingten Leistungsverlustes proportional zu der Anzahl der Parallelverbindungen des IGBT-Elements ist, läßt sich somit ein Ansteigen des Betrages des durch den Reststrom bedingten Leistungsverlustes steuern.
Im Hinblick auf die Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel kann ferner das Steuerteil CTa entweder die Ausführung der allgemeinen Steuerung wählen oder die regionale Steuerung wiederholen.

Im folgenden veranschaulicht eine Tabelle 1 eine Darstellung eines experimentellen Ergebnisses der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel. Tabelle 1

Modus	Dauerverlust [W]	Schaltverlust [W]	Gesamtverlust [W]
allgemeine Ansteuerung	15 000	106 870	121 870
regionale Ansteuerung	18 750	85 496	104 246
Änderungsrate	Anstieg um 25%	Senkung um 20%	Senkung um 14%

Hinsichtlich dieser Tabelle bezeichnet ”allgemeine Ansteuerung” einen Fall, in dem die vorstehend beschriebene allgemeine Steuerung bei den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 ausgeführt wird, während die Bezeichnung ”regionale Ansteuerung” einen Fall bezeichnet, in dem die vorstehend beschriebene regionale Steuerung ausgeführt wird, bei der die IGBT-Elemente PD1 und PD2 synchron in Aktion gebracht werden und die IGBT-Elemente PD3 und PD4 synchron in Aktion gebracht werden.
Bei diesem Experiment erfolgt der Betrieb mit einem ausreichend niedrigen Stromwert im Vergleich zu einem Nennstrom der IGBT-Elemente PD1 bis PD4, so dass der Wert des Dauerverlusts in beiden dieser Ansteuermoden nicht hoch ist.
Der Wert des Schaltverlustes ist dabei höher als der Wert des Dauerverlustes in beiden Ansteuerungsmoden, und der Betrag des Schaltverlustes in dem Modus ”regionale Ansteuerung” zeigt eine Senkung um 20% im Vergleich zu dem Betrag des Schaltverlustes in dem Modus ”allgemeine Ansteuerung”. Ferner weist auch hinsichtlich des Gesamtverlustes der Betrag des Gesamtverlustes in dem Modus ”regionale Ansteuerung” eine Senkung um 14% im Vergleich zu dem Betrag des Gesamtverlustes in dem Modus ”allgemeine Ansteuerung” auf.
Mit anderen Worten, es ist eine hohe Wirkung der Steuerung des Anstiegs des Betrags des durch den Reststrom verursachten Leistungsverlustes dieser Leistungshalbleitervorrichtung in dem Fall zu erwarten, in dem der Betrieb mit einem im Vergleich zu dem Nennstrom der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 ausreichend niedrigen Stromwert sowie mit einer hohen Schaltfrequenz durchgeführt wird. Ferner wird es möglich, den in den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 fließenden Strombetrag gleich zu machen, und die Wärme in den jeweiligen IGBT-Element kann kaum ansteigen.
In dem Fall zum Beispiel, in dem die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 mit einem hohen Strom nahe dem Wert ihres Nennstroms in Aktion gebracht werden oder die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 mit niedriger Schaltfrequenz in Aktion gebracht werden, ist der Wert des Dauerverlustes tendenziell größer als der Wert des Schaltverlustes.
Wie vorstehend beschrieben, ist der Dauerverlust in erster Linie auf den Einschaltwiderstand des Leistungshalbleiterelements zurückzuführen. Der Einschaltwiderstand (mit anderen Worten eine Neigung einer I-V-Kennlinie) hat eine nicht lineare Formgebung bei dem Halbleiterelement, so dass bei Erhöhung des in einem Teil des IGBT-Elements fließenden Strom bei Auswahl des Modus ”regionale Ansteuerung” ein Gesamtbetrag des Dauerverlustes im Vergleich zu dem Fall ansteigt, in dem der in den jeweiligen IGBT-Elementen fließende Strombetrag bei Auswahl des Modus ”allgemeine Ansteuerung” auf einen niedrigen Wert gesteuert wird.
In dem Fall, in dem der Schaltverlust einen geringen Anteil hat und der durch Ausführung der regionalen Steuerung ansteigende Dauerverlust einen großen Anteil an dem Gesamtverlust hat, ist es somit bevorzugt, die allgemeine Steuerung auszuwählen. Der Grund hierfür besteht darin, dass sich mit der Auswahl der allgemeinen Steuerung ein Ansteigen des Gesamtverlustes steuern läßt.
Hinsichtlich der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel werden ferner ein synchronisierter Betrieb der IGBT-Elemente PD1 und PD2 und ein synchronisierter Betrieb der IGBT-Elemente PD3 und PD4 bei der regionalen Steuerung an jedem Impuls auf der Basis des PWM-Signals S0 ausgeführt.
Im Fall des PWM-Signals sind Impulsbreiten der am nähesten beieinander liegenden Impulse nahezu gleich, so dass es möglich wird, eine Betriebszeit der jeweiligen IGBT-Elemente bei der regionalen Steuerung nahezu gleich zu machen. Dadurch wird es möglich, den Stromverbrauch in den jeweiligen IGBT-Elementen gleich zu machen, und es wird schwieriger, dass die Wärme in einem speziellen IGBT-Element ansteigt.
5 veranschaulicht ferner ein modifiziertes Beispiel der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel. In 1 ist das Steuerteil CTa aus dem Flipflop und der Gate-Schaltung gebildet, wie diese in 2 dargestellt sind.
Eine ähnliche Funktion läßt sich jedoch auch bei Anwendung eines DSP bzw. eines digitalen Signalprozessors, eines Mikroprozessors usw. an dem Steuerteil realisieren. Mit anderen Worten, es ist möglich, eine Auswahl zu treffen, indem entweder das PWM-Signal S0 für alle IGBT-Elemente PD1 bis PD4 bereitgestellt wird oder eine ähnliche Steuerung wiederholt vorgenommen wird, bei der ein Impuls des PWM-Signals S0 für die IGBT-Elemente PD1 und PD2 synchron bereitgestellt wird und im Anschluss daran ein nachfolgender Impuls für die IGBT-Elemente PD3 und PD4 synchron bereitgestellt wird, und zwar nach Maßgabe des Inhalts des Modusbenennungssignals Smd, wobei dies durch Einrichten eines geeigneten Steuerprogramms für den DSP, den Mikroprozessor usw. ermöglicht wird.
Aus diesem Grund ist in 5 ein durch den DSP gebildeter Steuerteil CTb anstelle des Steuerteils CTa in 1 vorgesehen. Der Rest ist ähnlich der 1.
Die Auswahl, gemäß der entweder der DSP und der Mikroprozessor zur Anwendung kommen oder das Flipflop und die Gateschaltung zur Anwendung kommen, sollte unter Berücksichtigung des Betrages der Anzahl von Ansteuerelementen, der Komplexität der Steuerstruktur, der Kosten für die Schaltungsausbildung und dergleichen vorgenommen werden.
Die Anzahl der IGBT-Elemente in der vorstehenden Beschreibung ist zwar mit vier beschrieben worden, das heißt, den IGBT-Elementen PD1 bis PD4, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese exakte Anzahl beschränkt, sondern es kann auch eine andere Anzahl verwendet werden.
Ferner beträgt die beschriebene Anzahl der Elemente mit synchronisiertem Betrieb jeweils zwei, d. h. PD1 und PD2 sowie PD3 und PD4, jedoch ist die vorliegende Erfindung auch nicht auf diese Anzahl beschränkt.
Eines der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 kann zum Beispiel derart ausgebildet sein, dass es bei jedem Impuls des PWM-Signals S0 in Betrieb ist, wie dies in einem Zeitsteuerungsdiagramm der 6 dargestellt ist. Eine derartige regionale Steuerung läßt sich in einfacher Weise realisieren durch geeignetes Einrichten des Steuerprogramms des Steuerteils CTb in 5 oder durch geeignete Kombination des Flipflops und der Gateschaltung in dem Steuerteil CTa in 1.
Ferner wird in den 3 und 6 das Umschalten der Betätigungselemente bei jedem Impuls des PWM-Signals S0 bei Ausführung der regionalen Steuerung vorgenommen, jedoch kann das Umschalten auch jeweils nach mehreren Impulsen erfolgen, beispielsweise zwei Impulsen, drei Impulsen usw.
Nach dem synchronen Arbeiten der IGBT-Elemente PD1 und PD2 bis zu der gewünschten Anzahl der kontinuierlichen mehreren Impulse in der gleichen Weise sollen in diesem Fall die IGBT-Elemente PD3 und PD4 dann synchron bis zu der gewünschten Anzahl der kontinuierlichen mehreren Impulse beispielsweise im Hinblick auf die Schaltung der 1 synchron arbeiten.
Zweites nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel
Bei diesem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Modifizierung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel, wobei das Ziel in der Detektierung bzw.
Feststellung von Information (konkret der Temperatur), die einem Betriebszustand der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 entspricht, sowie in der Auswahl des Elements, das bei Ausführung der regionalen Steuerung in Betrieb genommen werden sollte, in Abhängigkeit von einem Detektionsergebnis besteht.
7 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel. In 7 sind Temperatursensoren TM1 bis TM4 zusätzlich zu der Ausbildung der Leistungshalbleitervorrichtung der 5 den jeweiligen IGBT-Elementen PD1 bis PD4 benachbart vorgesehen. Der Rest ist ähnlich der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel.
Bei jedem dieser Temperatursensoren TM1 bis TM4 handelt es sich um einen Halbleiter-Temperatursensor, der beispielsweise eine pn-Übergangsdiode verwendet und durch Aufbringen einer pn-Schicht über einer Isolierschicht auf einem Substrat gebildet ist, in dem die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 gebildet sind.
Bei dem Halbleiter-Temperatursensor, der eine pn-Übergangsdiode verwendet, läßt sich eine Temperatur aus einer Anoden-Kathoden-Spannung feststellen, indem ein Durchlaßstrom zwischen den pn-Übergängen als bestimmter Wert festgehalten wird. Auf diese Weise kann das Steuerteil CTb eine Betriebstemperatur der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 feststellen, indem man den Strom von dem Steuerteil CTb in die Temperatursensoren TM1 bis TM4 fließen läßt und man die jeweiligen Anoden-Kathoden-Spannungen S1t bis S4t überwacht.
Das Steuerteil CTb wählt das IGBT-Element aus, das bei Ausführung der regionalen Steuerung in Betrieb gesetzt werden sollte, und zwar auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Betriebstemperatur der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4. 8 veranschaulicht ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Gesichtspunkts dieser Auswahl. Hierbei erfolgt als Beispiel eine Fokussierung auf die Betriebstemperatur des IGBT-Elements PD2.
In dem Steuerteil CTb wird eine A/D-(Analog-Digital-)Wandlung der jeweiligen Anoden-Kathoden-Spannungen S1t bis S4t ausgeführt, und ein Komparator in dem Steuerteil CTb überwacht, ob der gewandelte Wert eine vorbestimmte Schwellenspannung Vtht überschreitet.
In dem Fall, in dem die Anoden-Kathoden-Spannung S2t des dem IGBT-Element PD2 entsprechenden Temperatursensors TM2 ansteigt und die Schwellenspannung Vtht übersteigt, wie dies in 8 dargestellt ist, trifft das Steuerteil CTb die Feststellung, dass die Betriebstemperatur des IGBT-Elements PD2 zu hoch wird, und er veranlaßt das IGBT-Element PD2 zum Stoppen seines Betriebs.
Ferner veranlaßt das Steuerteil CTb zum Beispiel das IGBT-Element PD3, das nicht synchron mit dem IGBT-Element PD2 gearbeitet hat, zur Ausführung einer Substitutionsfunktion des IGBT-Elements PD2. Mit anderen Worten, es wiederholt das Steuerteil CTb die regionale Steuerung, die die IGBT-Elemente PD1 und PD3 in Aktion bringt, durch Bereitstellen des PWM-Signals S0 für die Gates derselben, wobei nach Beendigung dieses Vorgangs die IGBT-Elemente PD3 und PD4 in Aktion gebracht werden, indem das PWM-Signal S0 für deren Gates bereitgestellt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, dasjenige IGBT-Element PD2, in dem Wärme unproportional zu steigen beginnt, in einen Ruhezustand zu bringen, und dies ermöglicht somit ein Reduzieren der Betriebstemperatur. In 8 nimmt die Anoden-Kathoden-Spannung S2t allmählich ab, nachdem sie die Schwellenspannung Vtht überschritten hat, und es ist ein Abfallen der Betriebstemperatur veranschaulicht.
Wenn die Anoden-Kathoden-Spannung S2t wieder den gleichen Wert wie die Schwellenspannung Vtht oder einen geringeren Wert erreicht, sollte eine regionale Steuerung ähnlich der der 3 bei der Ansteuerung des IGBT-Elements PD2 vorgenommen werden.
Bei der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel sind die Temperatursensoren TM1 bis TM4 vorhanden, bei denen es sich um Erfassungsteile handelt, die Information entsprechend dem Betriebszustand der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 feststellen. Ferner liefern die Temperatursensoren PM1 bis PM4 Information der erfaßten Betriebstemperatur für das Steuerteil CTb, und das Steuerteil CTb wählt unter den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 dasjenige Element aus, das auf der Basis dieser Information in Betrieb genommen werden sollte.
Auf diese Weise ist es möglich, dasjenige Element unter den IGBT-Elementen PD1 bis PD4, dessen Betriebszustand schlecht ist, zum Stoppen seines Betriebes zu veranlassen und nur die anderen Elemente in Aktion zu bringen. Selbst wenn die Betriebstemperatur eines bestimmten IGBT-Elements zu hoch wird, ist es somit möglich, dieses zum Stoppen seines Betriebs zu bringen sowie die Betriebstemperatur zum Sinken zu bringen, indem nur die anderen Elemente in Aktion gebracht werden. Auf diese Weise wird es schwieriger, dass die Wärme in dem betreffenden IGBT-Element ansteigt.
Ferner sind bei der Halbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel die Temperatursensoren TM1 bis TM4 zu mehreren entsprechend den jeweiligen IGBT-Elementen PD1 bis PD4 vorgesehen. Dadurch läßt sich die Betriebstemperatur der betreffenden IGBT-Elemente feststellen, und das Steuerteil CTb kann das IGBT-Element, das in Betrieb genommen werden sollte, bei Ausführung der regionalen Steuerung in angemessenerer Weise auswählen.
Weiterhin ist es bevorzugt, die Temperatursensoren TM1 bis TM4 separat in der vorstehend beschriebenen Weise zu plazieren, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf begrenzt. Zum Beispiel ist es auch möglich, einen Temperatursensor die beiden synchron arbeitenden IGBT-Elemente PD1 und PD2 abdeckend vorzusehen und den anderen Temperatursensor die beiden IGBT-Elemente PD3 und PD4 abdeckend vorzusehen.
Wenn in dem in 8 geschilderten Fall die Betriebstemperatur des IGBT-Elements PD2 zu hoch wird, wird ferner der Betrieb dem IGBT-Element PD3 zugewiesen, jedoch ist es zum Beispiel auch möglich, den Betrieb sowohl dem IGBT-Element PD3 als auch dem IGBT-Element PD4 zuzuweisen.
Ferner ist es auch möglich, den Betrieb des IGBT-Elements PD2 dem Element mit niedrigerer Betriebstemperatur im Vergleich zu den IGBT-Elementen PD3 und PD4 zuzuweisen, und zwar unter Berücksichtigung auch des Erfassungsergebnisses ihrer Betriebstemperatur miteinander verglichen werden.
Diese Betriebsvorgänge lassen sich in einfacher Weise realisieren, indem das Steuerprogramm des DSP, bei dem es sich um das Steuerteil CTb handelt, im voraus geeignet festgelegt wird.
Drittes nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel
Bei dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel handelt es sich wiederum um eine Modifizierung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel, wobei ein Widerstand, bei dem es sich um einen Detektor für den durch die jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 fließenden Strom handelt, in den Emittern der jeweiligen Elemente anstatt der Temperatursensoren TM1 bis TM4 des zweiten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiels vorgesehen ist.
9 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß diesem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel. In 9 ist ferner die Leistungshalbleitervorrichtung mit der der 5 mit Ausnahme des Punktes identisch, dass Widerstände R1 bis R4 in den Emittern der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 vorgesehen sind.
Bei diesen Widerständen R1 bis R4 handelt es sich beispielsweise allesamt um Teile einer Verdrahtungsschicht, die auf dem Halbleitersubstrat vorgesehen ist, in denen die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 gebildet sind.
Das Steuerteil CTb kann den Betrag des zwischen dem Emitter und dem Kollektor der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 fließenden Stroms feststellen, indem Beträge des Spannungsabfalls S1r bis S4r in den Widerständen R1 bis R4 überwacht wird. Ferner kann das Steuerteil CTb den Dauerverlust unter Verwendung des gegebenen Wertes der jeweiligen Einschaltwiderstände der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 feststellen, wenn der Emitter-Kollektorstrom der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 festgestellt werden kann.
Wie vorstehend beschrieben, steigt der Dauerverlust bei Verminderung der Anzahl der während der regionalen Steuerung synchron arbeitenden IGBT-Elemente an. Es wurde daher gesagt, dass dann, wenn ein Beitrag des Dauerverlustes größer ist als ein Beitrag des Schaltverlustes in dem Gesamtverlust, es bevorzugt ist, bei der vorstehend beschriebenen Beschreibung die allgemeine Steuerung auszuführen.
Das vorliegende nicht beanspruchte Ausführungsbeispiel basiert ebenfalls auf diesem Konzept, und bei Zunahme des Emitter-Kollektor-Stroms der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 sowie Feststellung des Anstiegs des Dauerverlusts wird der Dauerverlust gesteuert, indem man die Anzahl der synchron arbeitenden IGBT-Elemente erhöht. Mit anderen Worten, es wählt das Steuerteil CTb die IGBT-Elemente, die bei der Ausführung der regionalen Steuerung in Betrieb gesetzt werden sollten, auf der Basis des Erfassungsergebnisses des Leitungsstrombetrages der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 aus.
10 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts dieser Auswahl. Dabei erfolgt zum Beispiel eine Fokussierung auf den Leitungsstrombetrag des IGBT-Elements PD2.
Die A/D-Wandlung der Spannungsabfallbeträge S1r bis S4r in den jeweiligen Widerständen wird in dem Steuerteil CTb durchgeführt, und der Komparator in dem Steuerteil CTb nimmt eine Überwachung dahingehend vor, ob der gewandelte Wert eine vorbestimmte Schwellenspannung Vthr übersteigt.
Wenn der Betrag S2r des Spannungabfalls in dem dem IGBT-Element PD2 entsprechenden Widerstand R2 ansteigt und die Schwellenspannung Vthr übersteigt, wie dies in 10 dargestellt ist, trifft das Steuerteil CTb die Feststellung, dass der Dauerverlust in dem IGBT-Element PD2 zu hoch wird.
Ferner führt das Steuerteil CTb die regionale Steuerung zum Beispiel auch zusätzlich mit dem IGBT-Element PD3 aus, das nicht synchron mit dem IGBT-Element PD2 gearbeitet hat. Mit anderen Worten, es wiederholt das Steuerteil CTb die regionale Steuerung, die die IGBT-Elemente PD1 bis PD3 in Aktion bringt, durch Bereitstellen des PDM-Signals S0 für deren Gates, woraufhin bei Beendigung des Vorgangs dann die IGBT-Elemente PD3 und PD4 in Aktion gebracht werden, indem das PWM-Signal S0 für deren Gates bereitgestellt wird.
Auf diese Weise wird es möglich, den Dauerverlust durch Erhöhen der Anzahl von synchron arbeitenden IGBT-Elementen zu vermindern, wenn die regionale Steuerung durchgeführt wird. In 10 wird der Betrag S2r des Spannungsabfalls in dem Widerstand R2 nach Überschreiten der Schwellenspannung Vthr allmählich geringer, wobei die Reduzierung des Dauerverlusts dargestellt ist.
Wenn ferner der Betrag S2r des Spannungsabfalls in dem Widerstand R2 wieder den gleichen Wert wie die Schwellenspannung Vthr oder einen geringeren Wert erreicht, sollte wiederum die regionale Steuerung ähnlich der in 3 gezeigten ausgeführt werden, bei der der synchrone Betrieb des IGBT-Elements PD2 mit dem IGBT-Element PD2 aufgehoben wird.
Bei der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel sind die Widerstände R1 bis R4 vorgesehen, bei denen es sich um Stromdetektoren handelt, die dem Betriebszustand der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 entsprechende Information feststellen. Ferner liefern die Widerstände R1 bis R4 Information über den erfaßten Leitungsstrombetrag für das Steuerteil CTb in Form der Spannungsabfallbeträge Sir bis S4r, und das Steuerteil CTb wählt auf der Basis dieser Information unter den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 dasjenige Element aus, das in Betrieb genommen werden sollte.
Auf diese Weise wird es möglich, dasjenige Element auszuwählen, das synchron in Betrieb genommen werden sollte, wenn die regionale Steuerung an den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 vorgenommen wird. Das Steuerteil CTb kann somit in geeigneter Weise die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 auswählen, die gesteuert werden sollten, wenn der durch Ausführung der regionalen Steuerung ansteigende Dauerverlust einen sehr hohen Anteil an dem Gesamtverlust erreicht, bei dem es sich um eine Zusammensetzung aus dem Dauerverlust und dem Schaltverlust handelt.
Ferner sind bei der Leistungshalbleitervorrichtung des vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiels die Widerstände R1 bis R4 zu mehreren entsprechend den jeweiligen IGBT-Elementen PD1 bis PD4 vorgesehen. Auf diese Weise ist es möglich, den Leitungsstrombetrag der jeweiligen IGBT-Elemente festzustellen, und das Steuerteil CTb kann in geeigneterer Weise dasjenige IGBT-Element auswählen, das bei der Ausführung der regionalen Steuerung in Betrieb genommen werden sollte.
Ferner ist es bevorzugt, die Widerstände R1 bis R4 in der vorstehend beschriebenen Weise separat zu plazieren, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt. Zum Beispiel ist es auch möglich, einen Widerstand so zu plazieren, dass sein Ende mit den Emittern der beiden synchron arbeitenden IGBT-Elemente PD1 und PD2 verbunden ist, und den anderen Widerstand so zu plazieren, dass sein Ende mit den Emittern der beiden IGBT-Elemente PD3 und PD4 verbunden ist.
Bei der vorstehend beschriebenen 10 wird dann, falls der Leitungsstrombetrag des IGBT-Elements PD2 zu hoch wird, das IGBT-Element PD3 zusätzlich in Betrieb genommen, jedoch ist es zum Beispiel auch möglich, beide IGBT-Elemente PD3 und PD4 zusätzlich in Betrieb zu nehmen.
Ferner besteht die Möglichkeit, dass die IGBT-Elemente PD3 und PD4 zusätzlich in Betrieb genommen werden, wenn die IGBT-Elemente PD1 und PD2 in Aktion gebracht werden, sowie die IGBT-Elemente PD1 und PD2 zusätzlich in Betrieb zu nehmen, wenn die IGBT-Elemente PD3 und PD4 in Aktion gebracht werden; mit anderen Worten, es ist möglich, auf den allgemeinen Betrieb umzuschalten.
Diese Betriebsvorgänge lassen sich in einfacher Weise realisieren, indem das Steuerprogramm des DSP, bei dem es sich um das Steuerteil CTb handelt, im voraus in geeigneter Weise eingerichtet wird.
Viertes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
Bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Modifizierung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, wobei eine Feststellung der Emitter-Kollektor-Spannung der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 erfolgt und in dem Fall, dass eine Sperrspannung einen vorbestimmten Wert überschreitet, wenn ein IGBT-Element in Aktion ist, die anderen Elemente ebenfalls in Betrieb genommen werden, wenn die regionale Steuerung ausgeführt wird.
11 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Ferner ist in 11 eine Reihenschaltung aus einer Zenerdiode ZD und Widerständen R5 und R6 zwischen den Anschlüssen TMb und TMc zusätzlich zu der Ausbildung der Leistungshalbleitervorrichtung der 5 vorgesehen. Der Rest ist mit der Leistungshalbleitervorrichtung der 5 identisch.
Die Zenerdiode ZD ist zum Beispiel aus dem pn-Übergang in dem Halbleitersubstrat gebildet, in dem die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 gebildet sind, und die beiden Widerstände R5 und R6 sind zum Beispiel Teile der Verdrahtungsschicht auf dem Halbleitersubstrat, in dem die IGBT-Elemente PD1 bis PD4 gebildet sind.
Wenn die jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 durch die regionale Steuerung oder die allgemeine Steuerung in einem leitenden Zustand sind, wird eine Durchlaßspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor der jeweiligen Elemente als Emitter-Kollektor-Spannung V_CE angelegt, und es fließt dort ein Durchlaßstrom.
Im Hinblick auf das vorliegende erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel haben die Zenerdiode ZD und die Widerstände R5 und R6 die Funktion eines Spannungsdetektors für die Emitter-Kollektor-Spannung V_CE. Genauer gesagt, es gelangt dann, wenn die Sperrspannung eine vorbestimmte Zener-Spannung V_ZD als Emitter-Kollektor-Spannung V_CE übersteigt, die Zenerdiode in den in Sperrichtung leitenden Zustand, und der Strom fließt in den Widerständen R5 und R6.
Die Emitter-Kollektor-Spannung V_CE wird durch die Widerstände R5 und R6 geteilt, und die Spannung wird in den jeweiligen Widerständen in Spannungsabfallbeträge S5r und S6r geteilt. Ferner kann das Steuerteil CTb die Sperrspannung der Emitter-Kollektor-Spannung V_CE der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 durch Überwachen des Betrags S6r des Spannungsabfalls in dem Widerstand R6 feststellen.
Wenn bei dem vorliegenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel festgestellt wird, dass die Sperrspannung der Emitter-Kollektor-Spannung V_CE den vorbestimmten Wert bei der Ausführung der regionalen Steuerung an einem Teil der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 übersteigt, werden somit auch die anderen IGBT-Elemente zusätzlich zu dem in Aktion befindlichen Element in Betrieb genommen.
Mit anderen Worten, es wählt das Steuerteil CTb die IGBT-Elemente, die zusätzlich in Betrieb genommen werden sollten, nahe dem Ende der Leitung des Elements aus, wenn die regionale Steuerung durchgeführt wird, und zwar auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Emitter-Kollektor-Spannung V_CE der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4.
12 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung dieses Aspekts. Hierbei erfolgt als Beispiel eine Fokussierung auf den Fall, in dem die IGBT-Elemente PD1 und PD2 durch die regionale Steuerung in Aktion gebracht werden.
Das Steuerteil CTb überwacht den Betrag S6r des Spannungsabfalls in dem Widerstand R6 und überwacht ferner, ob in dem Widerstand R6 Strom fließt oder nicht.
Wie in 12 dargestellt ist, wird dann, wenn die Sperrspannung der Emitter-Kollektor-Spannung V_CE ansteigt und die Zener-Spannung V_ZD in der Nähe des Endes der Leitung der IGBT-Elemente PD1 und PD2 übersteigt, von dem Steuerteil CTb die regionale Steuerung durchgeführt, und zwar unter vorübergehender Hinzufügung auch beispielsweise des IGBT-Elements PD3, das nicht synchron mit den IGBT-Elementen PD1 und PD2 gearbeitet hat, in einer Periode Vs aus, in der die Emitter-Kollektor-Spannung V_CE die Zener-Spannung V_ZD übersteigt.
Wenn im Fall der vorstehend beschriebenen 12 die Emitter-Kollektor-Spannung V_CE die Zener-Spannung V_ZD übersteigt, wird das IGBT-Elemente PD3 zusätzlich zur Aufnahme des Betriebs veranlaßt, wobei es jedoch auch möglich ist, beide IGBT-Elemente PD3 und PD4 zusätzlich in Betrieb zu nehmen.
Diese Betriebsvorgänge lassen sich in einfacher Weise verwirklichen, indem das Steuerprogramm des DSP, bei dem es sich um das Steuerteil CTb handelt, im voraus geeignet eingerichtet wird.
Fünftes nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel
Bei diesem nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel handelt es sich wiederum um eine Modifizierung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel, wobei eine Erfassung der Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 festgestellt wird.
13 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel. Ferner ist in 13 eine jeweilige Reihenschaltung aus einem Transistor und zwei Widerständen zwischen dem Emitter und dem Kollektor der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4 eingefügt.
Genauer gesagt, es sind eine Reihenschaltung aus einem Transistor TR1, einem Widerstand R7 und einem Widerstand R8 zwischen den Emitter und den Kollektor des IGBT-Elements PD1 geschaltet, eine Reihenschaltung aus einem Transistor TR2, einem Widerstand R9 und einem Widerstand R10 zwischen den Emitter und den Kollektor des IGBT-Elements PD2 geschaltet, eine Reihenschaltung aus einem Transistor TR3, einem Widerstand R11 und einem Widerstand R12 zwischen den Emitter und den Kollektor des IGBT-Elements PD3 geschaltet und eine Reihenschaltung aus einem Transistor TR4, einem Widerstand R13 und einem Widerstand R14 zwischen den Emitter und den Kollektor des IGBT-Elements PD4 geschaltet.
Ferner werden das Signal S1 durch die Schutzschaltung PT1 an dem Gate des Transistors TR1 eingespeist, das Signal S2 durch die Schutzschaltung PT2 an dem Gate des Transistors TR2 eingespeist, das Signal S3 durch die Schutzschaltung PT3 an dem Gate des Transistors TR3 eingespeist und das Signal S4 durch die Schutzschaltung PT4 an dem Gate des Transistors TR4 eingespeist.
Der Rest ist identisch mit der Leistungshalbleitervorrichtung der 5. Im Hinblick auf das vierte erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel erfolgt die Ermittlung der Sperrspannung des IGBT-Elements dadurch, dass eine Reihenschaltung aus der Zenerdiode ZD sowie den Widerständen R5 und R6 in zusammengeschalteter Weise zwischen den Emitter und den Kollektor der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 eingefügt ist.
Bei dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel wird die Lebensdauer jedes IGBT-Elements bestimmt, indem die Durchlaßspannung bzw. Vorwärtsspannung der jeweiligen IGBT-Elemente anstatt der Sperrspannung festgestellt wird.
Hinsichtlich eines Siliziumsubstrats, in dem das IGBT-Element gebildet ist, tritt ein Gitterdefekt aufgrund einer säkularen Änderung in Abhängigkeit von einer fortgesetzten Verwendung sowie Überstrom auf. Wenn dieser Gitterdefekt auftritt, steigt die Durchlaßspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des IGBT-Elements an.
Ferner ist es im Fall des separaten IGBT-Elements allgemein üblich, dass der Emitter-Kollektor-Bereich mittels eines Lötmaterials auf einer Chipfläche fixiert wird. Beim Aufbringen des Lötmaterials kommt es jedoch aufgrund der säkularen Änderung zu einer Rißbildung in dem Lötmaterial, und der Widerstand des Lötmaterials steigt gelegentlich an. Auch in diesem Fall nimmt die Durchlaßspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des IGBT-Elements zu.
Das Steuerteil CTb kann daher die Durchlaßspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 feststellen, und zwar durch Überwachen der Beträge S8r, S10r, S12r und S14r des Spannungsabfalls in den Widerständen R8, R10, R12 bzw. R14.
Weiterhin werden die Transistoren TR1 bis TR4 verwendet, so dass der Strom in den Widerständen R8, R10, R12 und R14 nur während des Einschaltzustands der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 fließt. Ferner werden alle der Widerstände R7, R9, R11 und R13 für die Spannungsteilung verwendet, so dass die Beträge S8r, S10r, S12r und S14r des Spannungsabfalls in den Widerständen R8, R10, R12 und R14 keinen hohen Wert erreichen.
Wenn die jeweiligen Emitter-Kollektor-Spannungen der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 festgestellt werden können, können die Lebensdauern der jeweiligen IGBT-Elemente in Abhängigkeit von diesen Werten bestimmt werden. Es ist bevorzugt, lebenserhaltende Vorgänge zu planen, indem davon abgesehen wird, so viel Strom wie möglich hinsichtlich des IGBT-Elements mit kurzer Lebensdauer fließen zu lassen.
Der Grund hierfür besteht darin, dass bei einer modulartigen Ausführung der einander parallelgeschalteten Leistungshalbleiterelemente in Form von einer einzigen Leistungshalbleitervorrichtung das gesamte Modul ausgetauscht werden muß, wenn nur eines der Elemente das Ende seiner Lebensdauer erreicht, wie dies vorstehend beschrieben worden ist.
Bei dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel wird somit der Betrieb des Elements, dessen Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung in den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 hoch ist, gestoppt, da dieses Element die kurze Lebensdauer hat.
Das Steuerteil CTb wählt das IGBT-Element aus, das in Betrieb genommen werden sollte, wenn die regionale Steuerung ausgeführt wird, und zwar auf der Basis des Erfassungsergebnisses der Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung der jeweiligen IGBT-Elemente PD1 bis PD4. 14 zeigt ein Zeitsteuerungsdiagramm zur Erläuterung eines Aspekts dieser Auswahl. Hierbei erfolgt als Beispiel eine Fokussierung auf die Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung des IGBT-Elements PD2.
Es wird eine A/D-(Analog-Digital-)Wandlung der Beträge S8r, S10r, S12r und S14r des Spannungsabfalls in den jeweiligen Widerständen R8, R10, R12 und R14 in dem Steuerteil CTb durchgeführt, und der Komparator in dem Steuerteil CTb überwacht, ob der gewandelte Wert eine vorbestimmte Schwellenspannung Vthv überschreitet.
Wenn der Betrag S10r des Spannungsabfalls des dem IGBT-Element PD2 entsprechenden Widerstands R10 ansteigt und die Schwellenspannung Vthv übersteigt, wie dies in 14 dargestellt ist, trifft das Steuerteil CTb die Entscheidung, dass das IGBT-Element PD2 eine kurze Lebensdauer hat, und er veranlaßt das IGBT-Element PD2 zum Stoppen seines Betriebs.
Das Steuerteil CTb veranlaßt ferner beispielsweise das IGBT-Element PD3, das nicht synchron mit dem IGBT-Element PD2 gearbeitet hat, zur Ausführung einer Substitutionsfunktion des IGBT-Elements PD2. Mit anderen Worten, es führt das Steuerteil CTb eine Wiederholung der regionalen Steuerung aus, die die IGBT-Elemente PD1 und PD3 in Aktion bringt, indem das PWM-Signal S0 für deren Gates bereitgestellt wird, wobei nach Beendigung dieses Vorgangs dann die IGBT-Elemente PD3 und PD4 in Aktion gebracht werden, indem das PWM-Signal S0 für deren Gates bereitgestellt wird.
Auf diese Weise ist es möglich, das IGBT-Element PD2 in den Ruhezustand zu bringen, das als Element mit kurzer Lebensdauer ermittelt wurde, und es wird möglich, lebenserhaltende Maßnahmen vorzunehmen.
Bei der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel sind die Widerstände R8, R10, R12 und R14 vorhanden, die die Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung der IGBT-Elemente PD1 bis PD4 erfassen. Ferner wird Information über die Beträge S8r, S10r, S12r und S14r des Spannungsabfalls in den Widerständen R8, R10, R12 und R14 für das Steuerteil CTb bereitgestellt, und das Steuerteil CTb wählt diejenigen IGBT-Elemente PD1 bis PD4, die bei der Ausführung der regionalen Steuerung in Betrieb genommen werden sollten, auf der Basis dieser Information aus.
Danach wird es möglich, das Element mit einer kurzen Lebensdauer unter den IGBT-Elementen PD1 bis PD4 zum Stoppen seines Betriebs zu bringen und nur die anderen Elemente in Aktion zu bringen. Auf diese Weise läßt sich die Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung insgesamt verlängern.
Hinsichtlich der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß dem vorliegenden nicht beanspruchten Ausführungsbeispiel wird die Reihenschaltung aus dem Transistor und den beiden Widerständen zu mehreren entsprechend den jeweiligen IGBT-Elementen PD1 bis PD4 verwendet. Dadurch wird es möglich, die jeweiligen Lebensdauern der IGBT-Elemente festzustellen, und das Steuerteil CTb kann das IGBT-Element, das bei der Ausführung der regionalen Steuerung in Betrieb genommen werden sollte, in geeigneterer Weise auswählen.
Ferner ist es bevorzugt, die Reihenschaltung aus dem Transistor und den beiden Widerständen jeweils in der vorstehend beschriebenen Weise zu verwenden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise darauf beschränkt.
Zum Beispiel ist es auch möglich, eine Reihenschaltung aus einem Satz eines Transistors und zwei Widerständen entsprechend den synchron arbeitenden IGBT-Elementen PD1 und PD2 zu plazieren sowie eine weitere Reihenschaltung aus einem weiteren Satz eines Transistors und zwei Widerständen entsprechend den IGBT-Elementen PD3 und PD4 zu plazieren.
Wenn im Fall der vorstehend beschriebenen 14 die Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung des IGBT-Elements PD2 hoch wird, wird der Betrieb dem IGBT-Element PD3 zugewiesen, jedoch ist es auch möglich, den Betrieb beispielsweise beiden IGBT-Elementen PD3 und PD4 zuzuweisen.
Im übrigen ist es auch möglich, den Betrieb des IGBT-Elements PD2 dem Element mit längerer Lebensdauer zuzuweisen, mit anderen Worten dem Element mit geringerer Veränderung der Emitter-Kollektor-Durchlaßspannung beim Vergleich der IGBT-Elemente PD3 und PD4 unter Berücksichtigung auch des Detektionsergebnisses der Emitter-Kollektor-Durchlaßspannungen derselben.
Diese Betriebsvorgänge lassen sich in einfacher Weise realisieren, indem das Steuerprogramm des DSP, bei dem es sich um das Steuerteil CTb handelt, im voraus geeignet eingerichtet wird.
Bezugszeichenliste

PD1 bis PD4

IGBT-Elemente/Leistungshalbleiterelemente

LD

Last

DR1 bis DR4

Verstärker

PT1 bis PT4

Schutzschaltungen

CTa; CTb

Steuerteil

TMa, TMb, TMc

Anschlüsse

SW1 bis SW4

einpolige Ein- und Ausschalter

CH

Schaltteil

SWa, SWb

einpolige Umschalter

F0

D-Flipflop

CK

Takteingangsanschluss

Q

Ausgangsanschluss

/Q

invertierender Ausgangsanschluss

D

Signaleingangsanschluss

GT0

ODER-Gatter

GT1 bis GT4

NAND-Gatter

IV1 bis IV4

Inverter

TM1 bis TM4

Temperatursensoren

R1 bis R4; R5, R6; R7 bis R14

Widerstände

ZD

Zenerdiode

TR1 bis TR4

Transistoren

Claims

Leistungshalbleitervorrichtung, die folgendes aufweist: mehrere Leistungshalbleiterelemente (PD1 bis PD4), die jeweils eine Steuerelektrode sowie eine erste und eine zweite Stromelektrode aufweisen, wobei jeweils die ersten Stromelektroden zusammengeschaltet sind und die zweiten Stromelektroden zusammengeschaltet sind; mindestens ein Detektierungsteil (TM1 bis TM4, R1 bis R4, R6 und R8 bis R14), das Information entsprechend einem Betriebszustand der mehreren Leistungshalbleiterelemente erfasst, wobei das Detektierungsteil die Information für ein Steuerteil (CTa, CTb) liefert und wobei es sich bei dem Detektierungsteil um einen Spannungsdetektor (R8 bis R14 und R6) handelt, und wobei es sich bei der Information um eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Stromelektrode der Leistungshalbleiterelemente handelt und wobei die Information angibt, ob oder ob nicht eine Sperrspannung zwischen der ersten und der zweiten Stromelektrode der Leistungshalbleiterelemente eine vorbestimmte Spannung (V_ZD) übersteigt, wobei das Steuerteil (CTa, CTb) zum Steuern der mehreren Leistungshalbleiterelemente verwendet wird, wobei das Steuerteil wiederholt eine regionale Steuerung vornimmt, um einen Teil der mehreren Leistungshalbleiterelemente in Aktion zu bringen, indem es ein Eingangssignal (SO) für einen Teil der Steuerelektroden bereitstellt, und wenn festgestellt wird, dass die Spannung zwischen den ersten und zweiten Stromelektroden den vorbestimmten Wert übersteigt, auch mindestens ein Teil der anderen Leistungshalbleiterelemente zusätzlich zu den in Aktion befindlichen Elementen in Betrieb genommen wird.
Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Steuerteil (CTa, CTb) entweder die Ausführung einer allgemeinen Steuerung, bei der sämtliche der mehreren Leistungshalbleiterelemente (PD1 bis PD4) identisch in Aktion gebracht werden, indem das Eingangssignal (S0) für alle Steuerelektroden bereitgestellt wird, oder die Wiederholung der regionalen Steuerung wählen kann.
Leistungshalbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Eingangssignal (S0) eine Impulsfolge beinhaltet und wobei das Steuerteil (CTa, CTb) den Betrieb des genannten ersten Teils und den Betrieb des genannten weiteren Teils bei der regionalen Steuerung auf der Basis von einzelnen Impulsen ausführt.
Leistungshalbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zumindest ein Detektierungsteil (TM1 bis TM4, R1 bis R4, R6 und R8 bis R14) in Form von mehreren Detektierungsteilen vorliegt, und wobei die Detektierungsteile jeweils entsprechend den mehreren Leistungshalbleiterelementen (PD1 bis PD4) verwendet werden.