JP2002204581A - 電力用半導体モジュール - Google Patents
電力用半導体モジュールInfo
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/38—Means for preventing simultaneous conduction of switches
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 個々の電力用半導体素子のスイッチング特性
や駆動方式に影響されずに、最適なデッドタイムを自動
的に設定する。 【解決手段】 上下アームにそれぞれ設けられた一対の
ＩＧＢＴ１２１，１２３と、これらのＩＧＢＴ１２１，
１２３を駆動する駆動回路とを備えた電力用半導体モジ
ュールに関する。各ＩＧＢＴ１２１，１２３の出力電流
がほぼ零になったことを検出する電流検出回路１１１，
１１２及び電流零検出回路１０７，１０８と、これらの
電流零検出回路１０７，１０８の出力信号と他方のアー
ムのＩＧＢＴ１２１，１２３に対するオン指令（信号
ａ）とを用いて、各ＩＧＢＴ１２１，１２３に対する実
際の駆動信号ｄ，ｆを生成するアンド回路１０１，１０
２，１０４，１０５、反転回路１０３及び上アーム駆動
回路１１０、下アーム駆動回路１０６とを備える。
や駆動方式に影響されずに、最適なデッドタイムを自動
的に設定する。 【解決手段】 上下アームにそれぞれ設けられた一対の
ＩＧＢＴ１２１，１２３と、これらのＩＧＢＴ１２１，
１２３を駆動する駆動回路とを備えた電力用半導体モジ
ュールに関する。各ＩＧＢＴ１２１，１２３の出力電流
がほぼ零になったことを検出する電流検出回路１１１，
１１２及び電流零検出回路１０７，１０８と、これらの
電流零検出回路１０７，１０８の出力信号と他方のアー
ムのＩＧＢＴ１２１，１２３に対するオン指令（信号
ａ）とを用いて、各ＩＧＢＴ１２１，１２３に対する実
際の駆動信号ｄ，ｆを生成するアンド回路１０１，１０
２，１０４，１０５、反転回路１０３及び上アーム駆動
回路１１０、下アーム駆動回路１０６とを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、インバータや電
源などの電力変換装置に用いられる電力用半導体モジュ
ール（パワー半導体モジュール）に関し、詳しくは、少
なくともＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ）などの電力用半導体素子や、駆動回路を同一パッケ
ージに内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以
下、ＩＰＭという）に関するものである。
源などの電力変換装置に用いられる電力用半導体モジュ
ール（パワー半導体モジュール）に関し、詳しくは、少
なくともＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジス
タ）などの電力用半導体素子や、駆動回路を同一パッケ
ージに内蔵したインテリジェントパワーモジュール（以
下、ＩＰＭという）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図６は、この種のＩＰＭを用いたＰＷＭ
（パルス幅変調）制御方式のインバータの構成を示すブ
ロック図である。図６において、ＩＰＭ３０は、Ｕ相、
Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷ
及びＰＷＭＯＦＦ信号などが入力されてインバータ部に
対する駆動信号を生成する高耐圧ＩＣ（以下、ＨＶＩＣ
という）３１と、前記駆動信号により電力用半導体素子
をスイッチング動作させて直流電力を交流電力に変換す
るインバータ部３５と、ブレーキ部３６とを備えてい
る。なお、ＩＰＭ３０には、過電流保護、短絡保護、過
熱保護、電源電圧低下保護機能などを果たす保護回路
や、保護回路動作時に外部へ警報を出力する事故診断回
路も設けられているが、便宜上、これらの図示は省略す
る。
（パルス幅変調）制御方式のインバータの構成を示すブ
ロック図である。図６において、ＩＰＭ３０は、Ｕ相、
Ｖ相、Ｗ相のＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷ
及びＰＷＭＯＦＦ信号などが入力されてインバータ部に
対する駆動信号を生成する高耐圧ＩＣ（以下、ＨＶＩＣ
という）３１と、前記駆動信号により電力用半導体素子
をスイッチング動作させて直流電力を交流電力に変換す
るインバータ部３５と、ブレーキ部３６とを備えてい
る。なお、ＩＰＭ３０には、過電流保護、短絡保護、過
熱保護、電源電圧低下保護機能などを果たす保護回路
や、保護回路動作時に外部へ警報を出力する事故診断回
路も設けられているが、便宜上、これらの図示は省略す
る。
【０００３】高耐圧ＩＣ（以下、ＨＶＩＣという）３１
は、後に詳述するように、ＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭ
Ｖ，ＰＷＭＷ及びＰＷＭＯＦＦ信号が入力されて６個の
ＰＷＭ信号を生成する信号発生回路３２と、例えばイン
バータ部３５の３つの上アームの各ＩＧＢＴに対するＰ
ＷＭ信号のレベルを正の直流電位を基準にした信号に変
換するレベルシフト回路３３と、信号発生回路３２及び
レベルシフト回路３３からの合計６個のＰＷＭ信号に基
づいて、各ＩＧＢＴを駆動可能なレベルの駆動信号（オ
ン、オフ信号）を生成して出力する駆動回路３４とから
構成される。
は、後に詳述するように、ＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭ
Ｖ，ＰＷＭＷ及びＰＷＭＯＦＦ信号が入力されて６個の
ＰＷＭ信号を生成する信号発生回路３２と、例えばイン
バータ部３５の３つの上アームの各ＩＧＢＴに対するＰ
ＷＭ信号のレベルを正の直流電位を基準にした信号に変
換するレベルシフト回路３３と、信号発生回路３２及び
レベルシフト回路３３からの合計６個のＰＷＭ信号に基
づいて、各ＩＧＢＴを駆動可能なレベルの駆動信号（オ
ン、オフ信号）を生成して出力する駆動回路３４とから
構成される。
【０００４】インバータ部３５は、ＩＧＢＴとこれに逆
並列接続された環流ダイオードとからなる一対のスイッ
チングアーム３５１，３５２を上下に直列接続して構成
されている。このインバータ部は三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相）分が並列接続されているが、便宜上、図示例ではＵ
相分のみを示してある。また、ブレーキ部３６は、イン
バータ部３５の負荷である三相交流電動機８０にブレー
キを掛ける制動力を発生させるためのものである。
並列接続された環流ダイオードとからなる一対のスイッ
チングアーム３５１，３５２を上下に直列接続して構成
されている。このインバータ部は三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ
相）分が並列接続されているが、便宜上、図示例ではＵ
相分のみを示してある。また、ブレーキ部３６は、イン
バータ部３５の負荷である三相交流電動機８０にブレー
キを掛ける制動力を発生させるためのものである。
【０００５】７０は交流電源、６０は交流／直流変換を
行うコンバータ、Ｃは平滑コンデンサであり、平滑コン
デンサＣの両端がインバータ部３５の直流端子Ｐ，Ｎに
接続されている。また、インバータ部３５の各相の出力
端子Ｕ，Ｖ，Ｗには三相交流電動機８０が接続されてい
る。
行うコンバータ、Ｃは平滑コンデンサであり、平滑コン
デンサＣの両端がインバータ部３５の直流端子Ｐ，Ｎに
接続されている。また、インバータ部３５の各相の出力
端子Ｕ，Ｖ，Ｗには三相交流電動機８０が接続されてい
る。
【０００６】更に、上記ＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭ
Ｖ，ＰＷＭＷ及びＰＷＭＯＦＦ信号、ブレーキ入力信号
は、ＣＰＵ４０からフォトカプラなどの１次側２次側絶
縁回路５０を介してＩＰＭ３０内のＨＶＩＣ３１に入力
されている。９０は、ＩＰＭ３０，ＣＰＵ４０，絶縁回
路５０の電源である。
Ｖ，ＰＷＭＷ及びＰＷＭＯＦＦ信号、ブレーキ入力信号
は、ＣＰＵ４０からフォトカプラなどの１次側２次側絶
縁回路５０を介してＩＰＭ３０内のＨＶＩＣ３１に入力
されている。９０は、ＩＰＭ３０，ＣＰＵ４０，絶縁回
路５０の電源である。
【０００７】図７は上記信号発生回路３２の構成を示し
ており、ＰＷＭＯＦＦ信号が入力される反転回路３２１
と、ＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷが入力さ
れる反転回路３２２Ｕ，３２２Ｖ，３２２Ｗと、ＰＷＭ
信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷ及び反転回路３２２
Ｕ，３２２Ｖ，３２２Ｗの出力信号が入力されるデッド
タイム発生回路３２３Ｕ，３２３Ｖ，３２３Ｗと、デッ
ドタイム発生回路３２３Ｕ，３２３Ｖ，３２３Ｗの出力
信号及び反転回路３２１の出力信号が入力されて各相上
下アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号を出力するアン
ド回路３２４Ｕ，３２４Ｖ，３２４Ｗ，３２５Ｕ，３２
５Ｖ，３２５Ｗとから構成されている。
ており、ＰＷＭＯＦＦ信号が入力される反転回路３２１
と、ＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷが入力さ
れる反転回路３２２Ｕ，３２２Ｖ，３２２Ｗと、ＰＷＭ
信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＶ，ＰＷＭＷ及び反転回路３２２
Ｕ，３２２Ｖ，３２２Ｗの出力信号が入力されるデッド
タイム発生回路３２３Ｕ，３２３Ｖ，３２３Ｗと、デッ
ドタイム発生回路３２３Ｕ，３２３Ｖ，３２３Ｗの出力
信号及び反転回路３２１の出力信号が入力されて各相上
下アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号を出力するアン
ド回路３２４Ｕ，３２４Ｖ，３２４Ｗ，３２５Ｕ，３２
５Ｖ，３２５Ｗとから構成されている。
【０００８】ここで、アンド回路３２４Ｕの出力信号は
Ｕ相の上アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＵ
となり、３２５Ｕの出力信号はＵ相の下アームのＩＧＢ
Ｔに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＸとなり、３２４Ｖの出力
信号はＶ相の上アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号Ｐ
ＷＭＶとなり、３２５Ｖの出力信号はＶ相の下アームの
ＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＹとなり、３２４Ｗ
の出力信号はＷ相の上アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ
信号ＰＷＭＷとなり、３２５Ｗの出力信号はＷ相の下ア
ームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＺとなる。
Ｕ相の上アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＵ
となり、３２５Ｕの出力信号はＵ相の下アームのＩＧＢ
Ｔに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＸとなり、３２４Ｖの出力
信号はＶ相の上アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号Ｐ
ＷＭＶとなり、３２５Ｖの出力信号はＶ相の下アームの
ＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＹとなり、３２４Ｗ
の出力信号はＷ相の上アームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ
信号ＰＷＭＷとなり、３２５Ｗの出力信号はＷ相の下ア
ームのＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＺとなる。
【０００９】図７の信号発生回路３２において、例えば
Ｕ相のデッドタイム発生回路３２３Ｕには、ＰＷＭ信号
ＰＷＭＵとその位相を１８０°反転させた信号とが入力
される。そして、上下アームのＩＧＢＴの同時オンによ
る短絡を防止するために、両入力信号間にデッドタイム
を設けて出力する。ＰＷＭＯＦＦ信号が入力されない場
合（ＰＷＭＯＦＦ信号が「Low」レベルの場合）には、
アンド回路３２４Ｕ，３２５Ｕを介してデッドタイム発
生回路３２３Ｕの出力信号がそのままＵ相上下アームの
ＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＸとな
る。また、ＰＷＭＯＦＦ信号が入力された場合（ＰＷＭ
ＯＦＦ信号が「High」レベルの場合）には、アンド回路
３２４Ｕ，３２５Ｕからの出力信号がなくなり、ＰＷＭ
信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＸはオフとなる。
Ｕ相のデッドタイム発生回路３２３Ｕには、ＰＷＭ信号
ＰＷＭＵとその位相を１８０°反転させた信号とが入力
される。そして、上下アームのＩＧＢＴの同時オンによ
る短絡を防止するために、両入力信号間にデッドタイム
を設けて出力する。ＰＷＭＯＦＦ信号が入力されない場
合（ＰＷＭＯＦＦ信号が「Low」レベルの場合）には、
アンド回路３２４Ｕ，３２５Ｕを介してデッドタイム発
生回路３２３Ｕの出力信号がそのままＵ相上下アームの
ＩＧＢＴに対するＰＷＭ信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＸとな
る。また、ＰＷＭＯＦＦ信号が入力された場合（ＰＷＭ
ＯＦＦ信号が「High」レベルの場合）には、アンド回路
３２４Ｕ，３２５Ｕからの出力信号がなくなり、ＰＷＭ
信号ＰＷＭＵ，ＰＷＭＸはオフとなる。
【００１０】他の従来技術として、特開平７−７９６７
号公報に記載された「負荷電流の極性判別方法及びイン
バータ装置」が公知になっている。この従来技術は、デ
ッドタイムの影響により、本来出力するべきインバータ
電圧と実際のインバータ出力電圧との間に誤差が生じ、
この誤差電圧が電動機の電流を歪ませるため、電動機電
流の極性を判別してＰＷＭ信号を補正することにより、
デッドタイムを補償しようとするものである。
号公報に記載された「負荷電流の極性判別方法及びイン
バータ装置」が公知になっている。この従来技術は、デ
ッドタイムの影響により、本来出力するべきインバータ
電圧と実際のインバータ出力電圧との間に誤差が生じ、
この誤差電圧が電動機の電流を歪ませるため、電動機電
流の極性を判別してＰＷＭ信号を補正することにより、
デッドタイムを補償しようとするものである。
【００１１】すなわち、特開平７−７９６７号公報に記
載された従来技術は、上下アームのスイッチング素子を
同時にオフさせるデッドタイムを挟みながらＰＷＭ信号
により交互にオン、オフさせて直流を交流に変換し負荷
に供給するインバータ装置のデッドタイム補償方法に関
するものである。この従来技術は、上下アームのいずれ
かのスイッチング素子に流れる電流の有無を検出し、当
該スイッチング素子がオン状態の期間にそのスイッチン
グ素子に固有の電流通流方向と電流の有無との関係から
負荷電流の瞬時的極性を判別し、この瞬時的極性に応じ
て上アームと下アームに出力するＰＷＭ信号のうち一方
のアームに対しては所定の修正分だけＰＷＭ信号のオン
期間を増加させると共に、他方のアームに対して前記修
正分だけＰＷＭ信号のオン期間を減少させるようにした
インバータのデッドタイム補償方法を要旨とする。
載された従来技術は、上下アームのスイッチング素子を
同時にオフさせるデッドタイムを挟みながらＰＷＭ信号
により交互にオン、オフさせて直流を交流に変換し負荷
に供給するインバータ装置のデッドタイム補償方法に関
するものである。この従来技術は、上下アームのいずれ
かのスイッチング素子に流れる電流の有無を検出し、当
該スイッチング素子がオン状態の期間にそのスイッチン
グ素子に固有の電流通流方向と電流の有無との関係から
負荷電流の瞬時的極性を判別し、この瞬時的極性に応じ
て上アームと下アームに出力するＰＷＭ信号のうち一方
のアームに対しては所定の修正分だけＰＷＭ信号のオン
期間を増加させると共に、他方のアームに対して前記修
正分だけＰＷＭ信号のオン期間を減少させるようにした
インバータのデッドタイム補償方法を要旨とする。
【００１２】この従来技術の具体的構成としては、上下
アーム状に直流電源に接続されて交互にオン、オフする
スイッチング素子と、ＰＷＭ信号発生手段と、ＰＷＭ信
号に応じてスイッチング素子を駆動する駆動回路とを含
み、直流を交流に変換して負荷に供給するインバータ装
置において、上下アームのいずれかのスイッチング素子
に流れる電流の有無を検出する手段と、ＰＷＭ信号発生
手段と電流検出手段とに接続されてスイッチング素子が
オン状態の期間にスイッチング素子に固有の電流通流方
向と電流の有無との関係により負荷電流の瞬時的極性を
判別する電流方向検出手段と、負荷電流の極性に応じて
ＰＷＭ信号発生手段への電圧指令またはＰＷＭ波形を補
正する信号を出力する手段とを備えている。
アーム状に直流電源に接続されて交互にオン、オフする
スイッチング素子と、ＰＷＭ信号発生手段と、ＰＷＭ信
号に応じてスイッチング素子を駆動する駆動回路とを含
み、直流を交流に変換して負荷に供給するインバータ装
置において、上下アームのいずれかのスイッチング素子
に流れる電流の有無を検出する手段と、ＰＷＭ信号発生
手段と電流検出手段とに接続されてスイッチング素子が
オン状態の期間にスイッチング素子に固有の電流通流方
向と電流の有無との関係により負荷電流の瞬時的極性を
判別する電流方向検出手段と、負荷電流の極性に応じて
ＰＷＭ信号発生手段への電圧指令またはＰＷＭ波形を補
正する信号を出力する手段とを備えている。
【００１３】更に別の従来技術として、特許第２５６０
７２８号に記載された「トランジスタスイッチング装置
のターンオンロック回路」が知られている。この従来技
術は、トランジスタのアーム短絡を防ぎながら、スイッ
チング動作のデッドタイムを最小に保つようにトランジ
スタのターンオンをロックする回路に関するものであ
る。その要旨は、同一アームを構成する一方のトランジ
スタのターンオフ時に、そのベース・エミッタ間の逆バ
イアス電圧が確立したことを判別して他方のトランジス
タにターンオン信号を与えるターンオンロック手段を備
えたことにある。
７２８号に記載された「トランジスタスイッチング装置
のターンオンロック回路」が知られている。この従来技
術は、トランジスタのアーム短絡を防ぎながら、スイッ
チング動作のデッドタイムを最小に保つようにトランジ
スタのターンオンをロックする回路に関するものであ
る。その要旨は、同一アームを構成する一方のトランジ
スタのターンオフ時に、そのベース・エミッタ間の逆バ
イアス電圧が確立したことを判別して他方のトランジス
タにターンオン信号を与えるターンオンロック手段を備
えたことにある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】図６、図７に示した従
来技術では、デッドタイム発生回路３２３Ｕ，３２３
Ｖ，３２３Ｗによってデッドタイムを設定する場合に、
ＩＧＢＴのスイッチング特性を予め知っておく必要があ
る。例えば、下アームのＩＧＢＴにオフ指令を与えてか
ら、上アームのＩＧＢＴにオン指令を与えるまでの遅延
時間を決めるために、下アームのＩＧＢＴにオフ指令を
与えてからそのコレクタ電流がほぼ零になるまでの最大
時間ｔoff(max)と、上アームのＩＧＢＴにオン指令を与
えてからそのコレクタ電流が流れ始めるまでの最小時間
ｔon(min)とを考慮して、上下アームのＩＧＢＴの同時
オンによる短絡を防止するために十分な時間を算出して
いる。上記の各時間ｔoff(max)，ｔon (min)は、既存の
標準的な駆動回路を用いて測定するのが一般的である。
来技術では、デッドタイム発生回路３２３Ｕ，３２３
Ｖ，３２３Ｗによってデッドタイムを設定する場合に、
ＩＧＢＴのスイッチング特性を予め知っておく必要があ
る。例えば、下アームのＩＧＢＴにオフ指令を与えてか
ら、上アームのＩＧＢＴにオン指令を与えるまでの遅延
時間を決めるために、下アームのＩＧＢＴにオフ指令を
与えてからそのコレクタ電流がほぼ零になるまでの最大
時間ｔoff(max)と、上アームのＩＧＢＴにオン指令を与
えてからそのコレクタ電流が流れ始めるまでの最小時間
ｔon(min)とを考慮して、上下アームのＩＧＢＴの同時
オンによる短絡を防止するために十分な時間を算出して
いる。上記の各時間ｔoff(max)，ｔon (min)は、既存の
標準的な駆動回路を用いて測定するのが一般的である。
【００１５】しかしながら、スイッチング損失を低減さ
せるなどの特性改善を目的として別のＩＧＢＴを適用す
る場合には、その都度、スイッチング特性を調べてデッ
ドタイムを再設定する問題が生じる。また、ＩＧＢＴな
どの電力用半導体素子のスイッチング時間は素子単体の
特性ばかりでなく、駆動回路や駆動方式にも大きく依存
する。つまり、電力用半導体素子のスイッチング特性
は、ＩＰＭとして適用される駆動回路と電力用半導体素
子とを組み合わせた状態で初めて把握できるため、実際
にＩＰＭの回路を構成した時点でデッドタイムを再設定
する必要も生じる。更に、従来では、余裕を見込んでデ
ッドタイムを長めに設定することが行われているが、こ
れによると実際の出力電圧や電流の歪みが顕著になり、
インバータの制御性能を悪化させるという問題もあっ
た。
せるなどの特性改善を目的として別のＩＧＢＴを適用す
る場合には、その都度、スイッチング特性を調べてデッ
ドタイムを再設定する問題が生じる。また、ＩＧＢＴな
どの電力用半導体素子のスイッチング時間は素子単体の
特性ばかりでなく、駆動回路や駆動方式にも大きく依存
する。つまり、電力用半導体素子のスイッチング特性
は、ＩＰＭとして適用される駆動回路と電力用半導体素
子とを組み合わせた状態で初めて把握できるため、実際
にＩＰＭの回路を構成した時点でデッドタイムを再設定
する必要も生じる。更に、従来では、余裕を見込んでデ
ッドタイムを長めに設定することが行われているが、こ
れによると実際の出力電圧や電流の歪みが顕著になり、
インバータの制御性能を悪化させるという問題もあっ
た。
【００１６】また、特開平７−７９６７号公報に記載さ
れた従来技術は、あくまでデッドタイムの補償を目的と
しており、最適なデッドタイムを自動的に設定してスイ
ッチングを行わせる技術を提供するものではない。更に
この従来技術では、電動機電流（負荷電流）の極性を判
別する電流方向検出手段や、電流極性に応じてＰＷＭ信
号発生手段に対する電圧指令またはＰＷＭ指令を補正す
る信号を出力する補正信号出力手段が必要不可欠であ
る。これらの電流方向検出手段や補正信号出力手段は、
回路の複雑化を招く原因となっていた。
れた従来技術は、あくまでデッドタイムの補償を目的と
しており、最適なデッドタイムを自動的に設定してスイ
ッチングを行わせる技術を提供するものではない。更に
この従来技術では、電動機電流（負荷電流）の極性を判
別する電流方向検出手段や、電流極性に応じてＰＷＭ信
号発生手段に対する電圧指令またはＰＷＭ指令を補正す
る信号を出力する補正信号出力手段が必要不可欠であ
る。これらの電流方向検出手段や補正信号出力手段は、
回路の複雑化を招く原因となっていた。
【００１７】特許第２５６０７２８号に記載された従来
技術は、ターンオンロック手段が、一方のトランジスタ
のベース・エミッタ間の逆バイアス電圧を基準値と比較
する比較器と、その出力信号が直接入力されて対向アー
ム側のトランジスタに対するターンオン信号を生成する
ＮＡＮＤゲート等により構成されている。しかしなが
ら、上アームのトランジスタと下アームのトランジスタ
とでは基準電位が異なるため、比較器の出力側とトラン
ジスタとの間に絶縁アンプや光絶縁回路を介在させなけ
れば正常な動作が保たれず、実用化の点で問題があっ
た。
技術は、ターンオンロック手段が、一方のトランジスタ
のベース・エミッタ間の逆バイアス電圧を基準値と比較
する比較器と、その出力信号が直接入力されて対向アー
ム側のトランジスタに対するターンオン信号を生成する
ＮＡＮＤゲート等により構成されている。しかしなが
ら、上アームのトランジスタと下アームのトランジスタ
とでは基準電位が異なるため、比較器の出力側とトラン
ジスタとの間に絶縁アンプや光絶縁回路を介在させなけ
れば正常な動作が保たれず、実用化の点で問題があっ
た。
【００１８】本発明は上記課題を解決するためになされ
たもので、その目的は、駆動回路や駆動方式、個々の電
力用半導体素子の特性などに影響されることなく、最適
なデッドタイムを自動的に設定可能とした電力用半導体
モジュールを提供することにある。本発明の他の目的
は、必要以上に長いデッドタイムを設定しないようにし
てインバータの制御性能を向上させることにある。ま
た、本発明の別の目的は、比較的簡単な回路構成で最適
なデッドタイムを設定可能とした電力用半導体モジュー
ルを実現することにある。
たもので、その目的は、駆動回路や駆動方式、個々の電
力用半導体素子の特性などに影響されることなく、最適
なデッドタイムを自動的に設定可能とした電力用半導体
モジュールを提供することにある。本発明の他の目的
は、必要以上に長いデッドタイムを設定しないようにし
てインバータの制御性能を向上させることにある。ま
た、本発明の別の目的は、比較的簡単な回路構成で最適
なデッドタイムを設定可能とした電力用半導体モジュー
ルを実現することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明は、例えばインバ
ータを構成する半導体モジュールとして実現され、上下
アームにそれぞれ設けられたＩＧＢＴ等の一対の電力用
半導体素子と、これらの半導体素子を駆動する駆動回路
とを備えている。そして本発明は、以下に述べる電流零
検出手段と駆動信号生成手段とを備えたことを特徴とし
ている。すなわち、電流零検出手段は、上下アームのう
ち一方のアームの電力用半導体素子の出力電流がほぼ零
になったことを検出する機能を有し、駆動信号生成手段
は、電流零検出手段の出力信号（電流がほぼ零になった
ことを検出した信号）が存在し、かつ、他方のアームの
電力用半導体素子に対するオン指令が存在する場合に、
他方のアームの電力用半導体素子に対する実際の駆動信
号を生成する機能を有するものである。
ータを構成する半導体モジュールとして実現され、上下
アームにそれぞれ設けられたＩＧＢＴ等の一対の電力用
半導体素子と、これらの半導体素子を駆動する駆動回路
とを備えている。そして本発明は、以下に述べる電流零
検出手段と駆動信号生成手段とを備えたことを特徴とし
ている。すなわち、電流零検出手段は、上下アームのう
ち一方のアームの電力用半導体素子の出力電流がほぼ零
になったことを検出する機能を有し、駆動信号生成手段
は、電流零検出手段の出力信号（電流がほぼ零になった
ことを検出した信号）が存在し、かつ、他方のアームの
電力用半導体素子に対するオン指令が存在する場合に、
他方のアームの電力用半導体素子に対する実際の駆動信
号を生成する機能を有するものである。
【００２０】上記電流零検出手段には、以下のような種
々の態様が含まれる。例えば、電力用半導体素子の出力
側に変流器やシャント抵抗などの電流検出回路を設け、
電力用半導体素子の出力電流を直接検出してその値がほ
ぼ零になったことを検出する手段である。 また、他の
例として、電力用半導体素子に設けられたセンスエミッ
タ等の端子から、出力電流に比例した電流を検出する手
段を有するものでも良い。更に、別の例として、電力用
半導体素子の制御端子の電圧（ＩＧＢＴの場合であれば
ゲート−エミッタ間電圧など）から出力電流を検出する
手段を有するものでも良い。他の例として、電力用半導
体素子の出力電流が流れるインダクタンスを設け、この
インダクタンスの電流変化に基づいて出力電流がほぼ零
になったことを検出する手段を用いることもできる。
々の態様が含まれる。例えば、電力用半導体素子の出力
側に変流器やシャント抵抗などの電流検出回路を設け、
電力用半導体素子の出力電流を直接検出してその値がほ
ぼ零になったことを検出する手段である。 また、他の
例として、電力用半導体素子に設けられたセンスエミッ
タ等の端子から、出力電流に比例した電流を検出する手
段を有するものでも良い。更に、別の例として、電力用
半導体素子の制御端子の電圧（ＩＧＢＴの場合であれば
ゲート−エミッタ間電圧など）から出力電流を検出する
手段を有するものでも良い。他の例として、電力用半導
体素子の出力電流が流れるインダクタンスを設け、この
インダクタンスの電流変化に基づいて出力電流がほぼ零
になったことを検出する手段を用いることもできる。
【００２１】以上のように構成される本発明は、電流零
検出手段及び駆動信号生成手段を高耐圧ＩＣ（ＨＶＩ
Ｃ）により構成することが望ましい。ここで、駆動信号
生成手段は、主としてアンド回路や反転回路などの論理
回路により構成される。また、本発明は、例えばＰＷＭ
インバータ用の半導体モジュールとして用いられるもの
であり、その場合に前記駆動信号生成手段に入力される
オン指令は、インバータの出力電圧指令と変調波との比
較によって生成されたＰＷＭ信号となる。
検出手段及び駆動信号生成手段を高耐圧ＩＣ（ＨＶＩ
Ｃ）により構成することが望ましい。ここで、駆動信号
生成手段は、主としてアンド回路や反転回路などの論理
回路により構成される。また、本発明は、例えばＰＷＭ
インバータ用の半導体モジュールとして用いられるもの
であり、その場合に前記駆動信号生成手段に入力される
オン指令は、インバータの出力電圧指令と変調波との比
較によって生成されたＰＷＭ信号となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
す回路図である。なお、図１では一相分のインバータ部
に対する駆動回路、電流検出回路等を示してあるが、三
相インバータに対しては図１の回路が三相分設けられ
る。
態を説明する。まず、図１は本発明の第１実施形態を示
す回路図である。なお、図１では一相分のインバータ部
に対する駆動回路、電流検出回路等を示してあるが、三
相インバータに対しては図１の回路が三相分設けられ
る。
【００２３】図１に示す電力用半導体モジュール１００
Ａは、インバータ部の上アームを構成する電力用半導体
素子としてのＩＧＢＴ１２１と、これに逆並列接続され
た環流ダイオード１２２と、下アームを構成する電力用
半導体素子としてのＩＧＢＴ１２３と、これに逆並列接
続された環流ダイオード１２４と、ＩＧＢＴ１２１のエ
ミッタと交流出力端子Ｍとの間に接続された電流検出回
路１１１と、ＩＧＢＴ１２３のエミッタと負の直流入力
端子Ｎとの間に接続された電流検出回路１１２とを備え
ている。なお、Ｐは正の直流入力端子を示す。上記電流
検出回路１１１，１１２は、例えば変流器やシャント抵
抗によって構成されている。
Ａは、インバータ部の上アームを構成する電力用半導体
素子としてのＩＧＢＴ１２１と、これに逆並列接続され
た環流ダイオード１２２と、下アームを構成する電力用
半導体素子としてのＩＧＢＴ１２３と、これに逆並列接
続された環流ダイオード１２４と、ＩＧＢＴ１２１のエ
ミッタと交流出力端子Ｍとの間に接続された電流検出回
路１１１と、ＩＧＢＴ１２３のエミッタと負の直流入力
端子Ｎとの間に接続された電流検出回路１１２とを備え
ている。なお、Ｐは正の直流入力端子を示す。上記電流
検出回路１１１，１１２は、例えば変流器やシャント抵
抗によって構成されている。
【００２４】電流検出回路１１１の出力信号は電流零検
出回路１０７に入力されており、この電流零検出回路１
０７には基準電圧Ｖrefも入力されている。同様にし
て、電流検出回路１１２の出力信号は電流零検出回路１
０８に入力されており、この電流零検出回路１０８には
基準電圧Ｖrefも入力されている。ここで、電流検出回
路１１１，１１２及び電流零検出回路１０７，１０８
は、請求項における電流零検出手段を構成する。
出回路１０７に入力されており、この電流零検出回路１
０７には基準電圧Ｖrefも入力されている。同様にし
て、電流検出回路１１２の出力信号は電流零検出回路１
０８に入力されており、この電流零検出回路１０８には
基準電圧Ｖrefも入力されている。ここで、電流検出回
路１１１，１１２及び電流零検出回路１０７，１０８
は、請求項における電流零検出手段を構成する。
【００２５】上下アームのＩＧＢＴ１２１，１２３をオ
ン、オフする信号（請求項におけるオン指令に相当す
る）ａがＰＷＭ信号入力端子ＰＷＭから入力され、この
信号ａはアンド回路１０１の一端と反転回路１０３とに
入力されている。アンド回路１０１の他端には電流検出
回路１０８の出力信号ｃが入力され、アンド回路１０１
の出力信号ａ’はアンド回路１０２の一端に入力されて
いる。アンド回路１０２の他端にはＰＷＭＯＦＦ信号入
力端子ＯＦＦからＰＷＭＯＦＦ信号ｇが入力されてい
る。アンド回路１０２の出力信号ａ”はレベルシフト回
路１０９を介して信号（上アーム駆動信号）ｄに変換さ
れ、上アーム駆動回路１１０を介してＩＧＢＴ１２１に
対する駆動信号となる。
ン、オフする信号（請求項におけるオン指令に相当す
る）ａがＰＷＭ信号入力端子ＰＷＭから入力され、この
信号ａはアンド回路１０１の一端と反転回路１０３とに
入力されている。アンド回路１０１の他端には電流検出
回路１０８の出力信号ｃが入力され、アンド回路１０１
の出力信号ａ’はアンド回路１０２の一端に入力されて
いる。アンド回路１０２の他端にはＰＷＭＯＦＦ信号入
力端子ＯＦＦからＰＷＭＯＦＦ信号ｇが入力されてい
る。アンド回路１０２の出力信号ａ”はレベルシフト回
路１０９を介して信号（上アーム駆動信号）ｄに変換さ
れ、上アーム駆動回路１１０を介してＩＧＢＴ１２１に
対する駆動信号となる。
【００２６】電流検出回路１０７の出力信号はレベルシ
フト回路１０９を介して信号ｅとなり、この信号ｅはア
ンド回路１０４の一端に入力される。アンド回路１０４
の他端には、反転回路１０３の出力信号ｂが入力されて
いる。アンド回路１０４の出力信号ｂ’はＰＷＭＯＦＦ
信号ｇと共にアンド回路１０５に入力され、アンド回路
１０５の出力信号（下アーム駆動信号）ｆは下アーム駆
動回路１０６を介してＩＧＢＴ１２３に対する駆動信号
となる。
フト回路１０９を介して信号ｅとなり、この信号ｅはア
ンド回路１０４の一端に入力される。アンド回路１０４
の他端には、反転回路１０３の出力信号ｂが入力されて
いる。アンド回路１０４の出力信号ｂ’はＰＷＭＯＦＦ
信号ｇと共にアンド回路１０５に入力され、アンド回路
１０５の出力信号（下アーム駆動信号）ｆは下アーム駆
動回路１０６を介してＩＧＢＴ１２３に対する駆動信号
となる。
【００２７】上記構成において、アンド回路１０１，１
０２，１０４，１０５、反転回路１０３、レベルシフト
回路１０９、上アーム駆動回路１１０、下アーム駆動回
路１０６は、請求項における駆動信号生成手段を構成す
る。また、電流検出回路１１１，１１２及び電流零検出
回路１０７，１０８からなる電流零検出手段と、上述し
た駆動信号生成手段とは、高耐圧ＩＣ（ＨＶＩＣ）によ
り構成されている。
０２，１０４，１０５、反転回路１０３、レベルシフト
回路１０９、上アーム駆動回路１１０、下アーム駆動回
路１０６は、請求項における駆動信号生成手段を構成す
る。また、電流検出回路１１１，１１２及び電流零検出
回路１０７，１０８からなる電流零検出手段と、上述し
た駆動信号生成手段とは、高耐圧ＩＣ（ＨＶＩＣ）によ
り構成されている。
【００２８】次に、この実施形態の動作を図２のタイミ
ングチャートを参照しつつ説明する。ＰＷＭ信号入力端
子ＰＷＭから入力された信号（オン指令）ａは、「Hig
h」レベルの時に上アームのＩＧＢＴ１２１に対するオ
ン指令となり、「Low」レベルの時に下アームのＩＧＢ
Ｔ１２３に対するオン指令となる。信号ｂは、信号ａの
論理を反転回路１０３により反転した信号であるから、
信号ａが「High」レベルの時に信号ｂが「Low」レベル
となり、言い換えれば下アームのＩＧＢＴ１２３に対す
るオフ指令となる。また、信号ａが「Low」レベルＨの
時に信号ｂが「High」レベルとなり、下アームのＩＧＢ
Ｔ１２３に対するオン指令となる。
ングチャートを参照しつつ説明する。ＰＷＭ信号入力端
子ＰＷＭから入力された信号（オン指令）ａは、「Hig
h」レベルの時に上アームのＩＧＢＴ１２１に対するオ
ン指令となり、「Low」レベルの時に下アームのＩＧＢ
Ｔ１２３に対するオン指令となる。信号ｂは、信号ａの
論理を反転回路１０３により反転した信号であるから、
信号ａが「High」レベルの時に信号ｂが「Low」レベル
となり、言い換えれば下アームのＩＧＢＴ１２３に対す
るオフ指令となる。また、信号ａが「Low」レベルＨの
時に信号ｂが「High」レベルとなり、下アームのＩＧＢ
Ｔ１２３に対するオン指令となる。
【００２９】電流検出回路１１１，１１２は、各ＩＧＢ
Ｔ１２１，１２３の出力電流（コレクタ電流）に比例し
た電圧を検出し、電流零検出回路１０７，１０８により
出力電流がほぼ零になったことを検出する。下アームの
ＩＧＢＴ１２３の電流零検出信号（信号ｃ）は、アンド
回路１０１によって信号ａとの論理積がとられ、信号
ａ’としてアンド回路１０２に入力される。アンド回路
１０２では、ＰＷＭＯＦＦ信号ｇが「High」レベルのと
きに信号ａ’をａ”として出力し、この信号ａ”は、レ
ベルシフト回路１０９によりＩＧＢＴ１２１のコレクタ
の電位を基準にした信号ｄに変換される。そして、この
信号ｄが上アーム駆動回路１１０に入力され、上アーム
のＩＧＢＴ１２１をオンさせる駆動信号となる。
Ｔ１２１，１２３の出力電流（コレクタ電流）に比例し
た電圧を検出し、電流零検出回路１０７，１０８により
出力電流がほぼ零になったことを検出する。下アームの
ＩＧＢＴ１２３の電流零検出信号（信号ｃ）は、アンド
回路１０１によって信号ａとの論理積がとられ、信号
ａ’としてアンド回路１０２に入力される。アンド回路
１０２では、ＰＷＭＯＦＦ信号ｇが「High」レベルのと
きに信号ａ’をａ”として出力し、この信号ａ”は、レ
ベルシフト回路１０９によりＩＧＢＴ１２１のコレクタ
の電位を基準にした信号ｄに変換される。そして、この
信号ｄが上アーム駆動回路１１０に入力され、上アーム
のＩＧＢＴ１２１をオンさせる駆動信号となる。
【００３０】一方、上アームのＩＧＢＴ１２１の電流零
検出信号は、レベルシフト回路１０９によってＩＧＢＴ
１２３のコレクタの電位を基準にした信号ｅに変換さ
れ、信号ｂと共にアンド回路１０４によって論理積がと
られる。アンド回路１０４の出力信号ｂ’はＰＷＭＯＦ
Ｆ信号ｇと共にアンド回路１０５に入力され、このアン
ド回路１０５からは、ＰＷＭＯＦＦ信号ｇが「High」レ
ベルのときに信号ｂ’が信号ｆとして出力される。この
信号ｆは、下アーム駆動回路１０６に入力され、下アー
ムのＩＧＢＴ１２３をオンさせる駆動信号となる。
検出信号は、レベルシフト回路１０９によってＩＧＢＴ
１２３のコレクタの電位を基準にした信号ｅに変換さ
れ、信号ｂと共にアンド回路１０４によって論理積がと
られる。アンド回路１０４の出力信号ｂ’はＰＷＭＯＦ
Ｆ信号ｇと共にアンド回路１０５に入力され、このアン
ド回路１０５からは、ＰＷＭＯＦＦ信号ｇが「High」レ
ベルのときに信号ｂ’が信号ｆとして出力される。この
信号ｆは、下アーム駆動回路１０６に入力され、下アー
ムのＩＧＢＴ１２３をオンさせる駆動信号となる。
【００３１】図２から明らかなように、上アームのＩＧ
ＢＴ１２１をオンさせる駆動信号ｄと下アームのＩＧＢ
Ｔ１２３をオンさせる駆動信号ｆには、両ＩＧＢＴ１２
１，１２３を同時にオフさせるためのデッドタイムが自
動的に付加されている。これにより、上下アームの短絡
を防止することが可能になる。
ＢＴ１２１をオンさせる駆動信号ｄと下アームのＩＧＢ
Ｔ１２３をオンさせる駆動信号ｆには、両ＩＧＢＴ１２
１，１２３を同時にオフさせるためのデッドタイムが自
動的に付加されている。これにより、上下アームの短絡
を防止することが可能になる。
【００３２】図６、図７に示した従来技術では、いわば
オープンループで上下アームのＩＧＢＴに対するデッド
タイムを設定していたため、ＩＧＢＴのスイッチング特
性を予め知っておく必要があった。これに対し、本実施
形態では、例えば下アームのＩＧＢＴ１２３に流れる電
流がほぼ零になったことを電流零検出手段（電流検出回
路１１２及び電流零検出回路１０８）により検出し、そ
の検出結果を信号ｃとしてフィードバックし、この信号
ｃと信号ａ、更にはＯＦＦ信号ｇを用いて上アームのＩ
ＧＢＴ１２１に対する駆動信号ｄを得ている。同様にし
て、上アームのＩＧＢＴ１２１に流れる電流がほぼ零に
なったことを電流零検出手段（電流検出回路１１１及び
電流零検出回路１０７）により検出し、その検出結果を
信号ｅとしてフィードバックし、この信号ｅと信号ｂ、
更にはＯＦＦ信号ｇを用いて下アームのＩＧＢＴ１２３
に対する駆動信号ｆを得ている。
オープンループで上下アームのＩＧＢＴに対するデッド
タイムを設定していたため、ＩＧＢＴのスイッチング特
性を予め知っておく必要があった。これに対し、本実施
形態では、例えば下アームのＩＧＢＴ１２３に流れる電
流がほぼ零になったことを電流零検出手段（電流検出回
路１１２及び電流零検出回路１０８）により検出し、そ
の検出結果を信号ｃとしてフィードバックし、この信号
ｃと信号ａ、更にはＯＦＦ信号ｇを用いて上アームのＩ
ＧＢＴ１２１に対する駆動信号ｄを得ている。同様にし
て、上アームのＩＧＢＴ１２１に流れる電流がほぼ零に
なったことを電流零検出手段（電流検出回路１１１及び
電流零検出回路１０７）により検出し、その検出結果を
信号ｅとしてフィードバックし、この信号ｅと信号ｂ、
更にはＯＦＦ信号ｇを用いて下アームのＩＧＢＴ１２３
に対する駆動信号ｆを得ている。
【００３３】このため、本実施形態によれば、個々のＩ
ＧＢＴのスイッチング特性が不明であっても、必要十分
な長さのデッドタイムを自動的に設定することができ
る。従って、駆動回路を含む高耐圧ＩＣとインバータ部
とを組み合わせて電力用半導体モジュール１００Ａを構
成した場合、従来のようにＩＧＢＴの駆動方式まで考慮
しながらデッドタイムを再設定し直す面倒がない。ま
た、ＩＧＢＴのスイッチングごとに、実際のコレクタ電
流がほぼ零になったことを検出してデッドタイムを自動
的に設定できるので、デッドタイム設定の煩わしさもな
い。
ＧＢＴのスイッチング特性が不明であっても、必要十分
な長さのデッドタイムを自動的に設定することができ
る。従って、駆動回路を含む高耐圧ＩＣとインバータ部
とを組み合わせて電力用半導体モジュール１００Ａを構
成した場合、従来のようにＩＧＢＴの駆動方式まで考慮
しながらデッドタイムを再設定し直す面倒がない。ま
た、ＩＧＢＴのスイッチングごとに、実際のコレクタ電
流がほぼ零になったことを検出してデッドタイムを自動
的に設定できるので、デッドタイム設定の煩わしさもな
い。
【００３４】なお、デッドタイムを必要以上に長くする
必要がないため、インバータの実際の出力電圧を所望の
電圧に近い値にすることができ、出力電圧波形や電流波
形の歪みを少なくすることができ、制御性能の向上にも
寄与する。更に、回路の構成としては、各種論理回路や
上アーム駆動回路１１０、下アーム駆動回路１０６、電
流検出回路１１１，１１２、電流零検出回路１０７，１
０８等を高耐圧ＩＣとして作り込み、これをインバータ
部と組合わせればよいため、構成の簡略化、製造コスト
の低減が可能である。
必要がないため、インバータの実際の出力電圧を所望の
電圧に近い値にすることができ、出力電圧波形や電流波
形の歪みを少なくすることができ、制御性能の向上にも
寄与する。更に、回路の構成としては、各種論理回路や
上アーム駆動回路１１０、下アーム駆動回路１０６、電
流検出回路１１１，１１２、電流零検出回路１０７，１
０８等を高耐圧ＩＣとして作り込み、これをインバータ
部と組合わせればよいため、構成の簡略化、製造コスト
の低減が可能である。
【００３５】次に、本発明の第２実施形態を図３を参照
しつつ説明する。図１と同一の構成要素には同一の参照
符号を付して説明を省略し、以下では図１との相違点を
中心に説明する。図３に示す第２実施形態は、電力用半
導体モジュール１００Ｂにおいて、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，
１２３Ｂを流れる電流がほぼ零であることを検出する電
流零検出手段の構成が第１実施形態と異なっている。
しつつ説明する。図１と同一の構成要素には同一の参照
符号を付して説明を省略し、以下では図１との相違点を
中心に説明する。図３に示す第２実施形態は、電力用半
導体モジュール１００Ｂにおいて、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，
１２３Ｂを流れる電流がほぼ零であることを検出する電
流零検出手段の構成が第１実施形態と異なっている。
【００３６】図３において、１２１Ｂ，１２３ＢはＩＧ
ＢＴであり、これらのＩＧＢＴ１２１Ｂ，１２３Ｂは、
主電流に比例した微少電流を検出する端子（センスエミ
ッタという）を備えている。これらのセンスエミッタ
は、各々抵抗１１３，１１４を介してＧＮＤ（グラウン
ド）端子に接続されている。このような構成により、抵
抗１１３，１１４の両端には、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，１２
３Ｂの出力電流（コレクタ電流）に比例した電圧が発生
するので、これらの電圧を電流零検出回路１０７，１０
８に入力することにより、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，１２３Ｂ
の出力電流がほぼ零になったことを検出することができ
る。ここで、各ＩＧＢＴのセンスエミッタや抵抗１１
３，１１４、電流零検出回路１０７，１０８が電流零検
出手段を構成している。
ＢＴであり、これらのＩＧＢＴ１２１Ｂ，１２３Ｂは、
主電流に比例した微少電流を検出する端子（センスエミ
ッタという）を備えている。これらのセンスエミッタ
は、各々抵抗１１３，１１４を介してＧＮＤ（グラウン
ド）端子に接続されている。このような構成により、抵
抗１１３，１１４の両端には、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，１２
３Ｂの出力電流（コレクタ電流）に比例した電圧が発生
するので、これらの電圧を電流零検出回路１０７，１０
８に入力することにより、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，１２３Ｂ
の出力電流がほぼ零になったことを検出することができ
る。ここで、各ＩＧＢＴのセンスエミッタや抵抗１１
３，１１４、電流零検出回路１０７，１０８が電流零検
出手段を構成している。
【００３７】なお、この実施形態ではＰＷＭＯＦＦ信号
が入力されておらず、上アーム駆動信号ｄ及び下アーム
駆動信号ｆを得るための論理回路の構成が第１実施形態
よりも簡略化されている。すなわち、アンド回路１０１
の出力信号ａ’をレベルシフト回路１０９に入力して上
アーム駆動信号ｄを生成し、アンド回路１０４の出力信
号ｂ’をそのまま下アーム駆動信号ｆとして用いてい
る。このような構成においても、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，１
２３Ｂの電流がほぼ零になったことが検出され、その検
出タイミングに基づいて信号ｄ，ｆ間にデッドタイムが
保有されることになる。ここで、アンド回路１０１，１
０４、反転回路１０３、レベルシフト回路１０９、上ア
ーム駆動回路１１０、下アーム駆動回路１０６は、請求
項における駆動信号生成手段を構成している。
が入力されておらず、上アーム駆動信号ｄ及び下アーム
駆動信号ｆを得るための論理回路の構成が第１実施形態
よりも簡略化されている。すなわち、アンド回路１０１
の出力信号ａ’をレベルシフト回路１０９に入力して上
アーム駆動信号ｄを生成し、アンド回路１０４の出力信
号ｂ’をそのまま下アーム駆動信号ｆとして用いてい
る。このような構成においても、ＩＧＢＴ１２１Ｂ，１
２３Ｂの電流がほぼ零になったことが検出され、その検
出タイミングに基づいて信号ｄ，ｆ間にデッドタイムが
保有されることになる。ここで、アンド回路１０１，１
０４、反転回路１０３、レベルシフト回路１０９、上ア
ーム駆動回路１１０、下アーム駆動回路１０６は、請求
項における駆動信号生成手段を構成している。
【００３８】次いで、本発明の第３実施形態を図４を参
照しつつ説明する。図１，図３と同一の構成要素には同
一の参照符号を付して説明を省略し、以下では図１，図
３との相違点を中心に説明する。図４に示す第３実施形
態は、電力用半導体モジュール１００Ｃにおいて、ＩＧ
ＢＴ１２１，１２３の出力電流がほぼ零であることを検
出する電流零検出手段の構成が第１実施形態、第２実施
形態と異なっている。
照しつつ説明する。図１，図３と同一の構成要素には同
一の参照符号を付して説明を省略し、以下では図１，図
３との相違点を中心に説明する。図４に示す第３実施形
態は、電力用半導体モジュール１００Ｃにおいて、ＩＧ
ＢＴ１２１，１２３の出力電流がほぼ零であることを検
出する電流零検出手段の構成が第１実施形態、第２実施
形態と異なっている。
【００３９】ＩＧＢＴ１２１，１２３のコレクタ電流Ｉ
cは、それぞれゲート電圧（ゲート−エミッタ間電圧）V
geによって制御されている。従って、ゲート電圧Vgeが
ＩＧＢＴ１２１，１２３のしきい値電圧より十分低くな
って零ボルトに近い値にまで低下すれば、ＩＧＢＴ１２
１，１２３がオフ状態になり、コレクタ電流Ｉcがほぼ
零アンペアであると判断することができる。
cは、それぞれゲート電圧（ゲート−エミッタ間電圧）V
geによって制御されている。従って、ゲート電圧Vgeが
ＩＧＢＴ１２１，１２３のしきい値電圧より十分低くな
って零ボルトに近い値にまで低下すれば、ＩＧＢＴ１２
１，１２３がオフ状態になり、コレクタ電流Ｉcがほぼ
零アンペアであると判断することができる。
【００４０】上記の点に着目し、第３実施形態では、Ｉ
ＧＢＴ１２１，１２３のゲート電圧Vgeを電流零検出回
路１０７，１０８にそれぞれ入力して基準電圧（しきい
値電圧）と比較し、ＩＧＢＴ１２１，１２３の電流がほ
ぼ零になったことを検出するようにした。ここで、ＩＧ
ＢＴ１２１，１２３のゲート電圧Vgeの検出手段、電流
零検出回路１０７，１０８は、請求項における電流零検
出手段を構成する。なお、論理回路の構成やデッドタイ
ムを生成する動作については、第２実施形態と同様であ
るため、重複を避けるために説明を省略する。
ＧＢＴ１２１，１２３のゲート電圧Vgeを電流零検出回
路１０７，１０８にそれぞれ入力して基準電圧（しきい
値電圧）と比較し、ＩＧＢＴ１２１，１２３の電流がほ
ぼ零になったことを検出するようにした。ここで、ＩＧ
ＢＴ１２１，１２３のゲート電圧Vgeの検出手段、電流
零検出回路１０７，１０８は、請求項における電流零検
出手段を構成する。なお、論理回路の構成やデッドタイ
ムを生成する動作については、第２実施形態と同様であ
るため、重複を避けるために説明を省略する。
【００４１】最後に、本発明の第４実施形態を図５を参
照しつつ説明する。図１，図３，図４と同一の構成要素
には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では図
１，図３，図４との相違点を中心に説明する。図５に示
す第４実施形態は、電力用半導体モジュール１００Ｄに
おいて、ＩＧＢＴ１２１，１２３の出力電流がほぼ零で
あることを検出する電流零検出手段の構成が第１〜第３
実施形態と異なっている。
照しつつ説明する。図１，図３，図４と同一の構成要素
には同一の参照符号を付して説明を省略し、以下では図
１，図３，図４との相違点を中心に説明する。図５に示
す第４実施形態は、電力用半導体モジュール１００Ｄに
おいて、ＩＧＢＴ１２１，１２３の出力電流がほぼ零で
あることを検出する電流零検出手段の構成が第１〜第３
実施形態と異なっている。
【００４２】第４実施形態では、ＩＧＢＴ１２１のエミ
ッタと交流出力端子Ｍとの間、及び、ＩＧＢＴ１２３の
エミッタと負の直流入力端子Ｎとの間に、各々インダク
タンス１１５，１１６が挿入される。これらのインダク
タンス１１５，１１６は、配線インダクタンスを用いる
ことにより実現しても良いし、あるいは、誘導性素子を
別途挿入しても良い。これらのインダクタンス１１５，
１１６の各一端が電流零検出回路１０７，１０８に接続
され、インダクタンス１１５，１１６の各他端がＧＮＤ
端子に接続されている。ここで、インダクタンス１１
５，１１６、電流零検出回路１０７，１０８は、請求項
における電流零検出手段を構成する。
ッタと交流出力端子Ｍとの間、及び、ＩＧＢＴ１２３の
エミッタと負の直流入力端子Ｎとの間に、各々インダク
タンス１１５，１１６が挿入される。これらのインダク
タンス１１５，１１６は、配線インダクタンスを用いる
ことにより実現しても良いし、あるいは、誘導性素子を
別途挿入しても良い。これらのインダクタンス１１５，
１１６の各一端が電流零検出回路１０７，１０８に接続
され、インダクタンス１１５，１１６の各他端がＧＮＤ
端子に接続されている。ここで、インダクタンス１１
５，１１６、電流零検出回路１０７，１０８は、請求項
における電流零検出手段を構成する。
【００４３】インダクタンス１１５，１１６を流れる電
流が変化すると、（Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）の大きさの電圧が
発生し、電流ｉがほぼ零になったときには前記電圧（Ｌ
・ｄｉ／ｄｔ）の大きさがほぼ零になる。よって電流零
検出回路１０７，１０８によりインダクタンス１１５，
１１６の両端の電圧を検出することで、ＩＧＢＴ１２
１，１２３の出力電流がほぼ零になったことを検出する
ようにした。なお、論理回路の構成やデッドタイムを生
成する動作については、第２実施形態、第３実施形態と
同様であるため、重複を避けるために説明を省略する。
流が変化すると、（Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）の大きさの電圧が
発生し、電流ｉがほぼ零になったときには前記電圧（Ｌ
・ｄｉ／ｄｔ）の大きさがほぼ零になる。よって電流零
検出回路１０７，１０８によりインダクタンス１１５，
１１６の両端の電圧を検出することで、ＩＧＢＴ１２
１，１２３の出力電流がほぼ零になったことを検出する
ようにした。なお、論理回路の構成やデッドタイムを生
成する動作については、第２実施形態、第３実施形態と
同様であるため、重複を避けるために説明を省略する。
【００４４】上述した各実施形態では、電力用半導体素
子としてＩＧＢＴを用いた場合を説明したが、電力用半
導体素子としてはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使
用することもできる。また、本発明の半導体モジュール
が適用されるインバータは三相ばかりでなく、単相イン
バータ、もしくは三相以外の多相インバータであっても
良い。更に、インバータ以外の電力変換装置であっても
良い。
子としてＩＧＢＴを用いた場合を説明したが、電力用半
導体素子としてはＦＥＴ（電界効果トランジスタ）を使
用することもできる。また、本発明の半導体モジュール
が適用されるインバータは三相ばかりでなく、単相イン
バータ、もしくは三相以外の多相インバータであっても
良い。更に、インバータ以外の電力変換装置であっても
良い。
【００４５】
【発明の効果】以上のように本発明では、上下アームの
うち一方のアームの電力用半導体素子の出力電流がほぼ
零になったことを検出し、その検出信号と、他方のアー
ムの電力用半導体素子に対するオン指令とを用いて他方
のアームの電力用半導体素子に対するオン指令を生成し
ている。
うち一方のアームの電力用半導体素子の出力電流がほぼ
零になったことを検出し、その検出信号と、他方のアー
ムの電力用半導体素子に対するオン指令とを用いて他方
のアームの電力用半導体素子に対するオン指令を生成し
ている。
【００４６】このように、本発明では一方のアームの電
力用半導体素子が実質的にオフになったことを検出して
から他方のアームの電力用半導体素子をオンさせるよう
にしているので、半導体素子の駆動回路や駆動方式、個
々の半導体素子のスイッチング特性などに影響されるこ
となく、最適なデッドタイムを自動的に設定することが
可能である。また、必要以上に長いデッドタイムを設定
する必要がなく、出力電圧波形や電流波形の歪みを少な
くしてインバータなどの高応答化、低振動化、低騒音化
などに寄与し、制御性能を向上させることができる。更
に、電流零検出手段や駆動信号発生手段の構成が比較的
簡単であるから、低コストで実用性の高い電力用半導体
モジュールを実現することができる。
力用半導体素子が実質的にオフになったことを検出して
から他方のアームの電力用半導体素子をオンさせるよう
にしているので、半導体素子の駆動回路や駆動方式、個
々の半導体素子のスイッチング特性などに影響されるこ
となく、最適なデッドタイムを自動的に設定することが
可能である。また、必要以上に長いデッドタイムを設定
する必要がなく、出力電圧波形や電流波形の歪みを少な
くしてインバータなどの高応答化、低振動化、低騒音化
などに寄与し、制御性能を向上させることができる。更
に、電流零検出手段や駆動信号発生手段の構成が比較的
簡単であるから、低コストで実用性の高い電力用半導体
モジュールを実現することができる。
【図１】本発明の第１実施形態を示す回路図である。
【図２】本発明の第１実施形態の動作を示すタイミング
チャートである。
チャートである。
【図３】本発明の第２実施形態を示す回路図である。
【図４】本発明の第３実施形態を示す回路図である。
【図５】本発明の第４実施形態を示す回路図である。
【図６】従来技術を示すブロック図である。
【図７】図６における主要部の構成図である。
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ 電力用半導
体モジュール １０１，１０２，１０４，１０５ アンド回路 １０３ 反転回路 １０６ 下アーム駆動回路 １０７，１０８ 電流零検出回路 １０９ レベルシフト回路 １１０ 上アーム駆動回路 １１１，１１２ 電流検出回路 １１３，１１４ 抵抗 １１５，１１６ インダクタンス １２１，１２１Ｂ，１２３，１２３Ｂ ＩＧＢＴ １２２，１２４ 環流ダイオード
体モジュール １０１，１０２，１０４，１０５ アンド回路 １０３ 反転回路 １０６ 下アーム駆動回路 １０７，１０８ 電流零検出回路 １０９ レベルシフト回路 １１０ 上アーム駆動回路 １１１，１１２ 電流検出回路 １１３，１１４ 抵抗 １１５，１１６ インダクタンス １２１，１２１Ｂ，１２３，１２３Ｂ ＩＧＢＴ １２２，１２４ 環流ダイオード
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H007 AA06 BB06 CA01 CB05 DB03 DC02 DC05 EA02 FA06 FA13 HA04 5H740 AA05 BA11 BA13 BB05 BB09 BB10 BC01 BC02 MM11 5J055 AX11 AX44 AX65 BX16 CX08 CX20 DX06 DX09 DX59 DX84 EX01 EX02 EY01 EY05 EY12 EZ07 EZ20 EZ25 EZ63 FX31 FX32 GX01 GX04
Claims (9)
- 【請求項１】 上下アームにそれぞれ設けられた一対の
電力用半導体素子と、これらの電力用半導体素子を駆動
する駆動回路とを備えた電力用半導体モジュールにおい
て、 一方のアームの電力用半導体素子の出力電流がほぼ零に
なったことを検出する電流零検出手段と、 前記電流零検出手段の出力信号と他方のアームの電力用
半導体素子に対するオン指令とを用いて、他方のアーム
の電力用半導体素子に対する実際の駆動信号を生成する
駆動信号生成手段と、 を備えたことを特徴とする電力用半導体モジュール。 - 【請求項２】 請求項１記載の電力用半導体モジュール
において、 電流零検出手段が、電力用半導体素子の出力電流を直接
検出する手段を有することを特徴とする電力用半導
体モジュール。 - 【請求項３】 請求項１記載の電力用半導体モジュール
において、 電流零検出手段が、電力用半導体素子の出力電流に比例
した電流を検出する手段を有することを特徴とする電力
用半導体モジュール。 - 【請求項４】 請求項３記載の電力用半導体モジュール
において、 電流零検出手段が、電力用半導体素子のセンスエミッタ
から出力電流に比例した電流を検出する手段を有するこ
とを特徴とする電力用半導体モジュール。 - 【請求項５】 請求項１記載の電力用半導体モジュール
において、 電流零検出手段が、電力用半導体素子の制御端子の電圧
から出力電流を検出する手段を有することを特徴とする
電力用半導体モジュール。 - 【請求項６】 請求項１記載の電力用半導体モジュール
において、 電流零検出手段が、電力用半導体素子の出力電流の時間
変化を検出する手段を有することを特徴とする電力用半
導体モジュール。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項に記載した
電力用半導体モジュールにおいて、 電流零検出手段及び駆動信号生成手段を、高耐圧ＩＣに
より構成したことを特徴とする電力用半導体モジュー
ル。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載した
電力用半導体モジュールにおいて、 一対の電力用半導体素子が、インバータの一相分の上下
アームにそれぞれ設けられていることを特徴とする電力
用半導体モジュール。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載した
電力用半導体モジュールにおいて、 駆動信号生成手段に入力されるオン指令が、ＰＷＭ信号
であることを特徴とする電力用半導体モジュール。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001001169A JP2002204581A (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | 電力用半導体モジュール |
| US10/032,327 US6678180B2 (en) | 2001-01-09 | 2001-12-31 | Power semiconductor module |
| DE10200332A DE10200332A1 (de) | 2001-01-09 | 2002-01-08 | Leistungshalbleitermodul |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001001169A JP2002204581A (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | 電力用半導体モジュール |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002204581A true JP2002204581A (ja) | 2002-07-19 |
Family
ID=18869835
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001001169A Pending JP2002204581A (ja) | 2001-01-09 | 2001-01-09 | 電力用半導体モジュール |
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| Country | Link |
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