專利名稱：電源模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具備絕緣柵極雙極晶體管(以下，稱為IGBTInsulated GateBipolar Transistor)等的自消弧型半導(dǎo)體并且具有上述半導(dǎo)體的保護(hù)功能的電源模塊(以下，稱為智能電源模塊)。
背景技術(shù)：
一般地具有感測發(fā)射極ES的IGBT的感測發(fā)射極電流IS具有當(dāng)IGBT的導(dǎo)通時(shí)以及關(guān)閉時(shí)會(huì)上跳超過實(shí)際主電路電流的特性。又，IGBT的過電流將檢測出的感測發(fā)射極電流IS變換成電壓，通過與相當(dāng)于過電流值的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較檢測出過電流。因此，根據(jù)上述感測發(fā)射極電流IS的上跳，檢測出大于實(shí)際主電路電流IL的電流，存在實(shí)際主電路電流IL雖然沒有達(dá)到過電流電平但仍檢測出過電流這樣的問題。作為解決上述問題的方法，如圖3所示的以往示例。
圖3表示例如特開平5-276761號公報(bào)所揭示的以往智能電源模塊，圖4是用于說明其動(dòng)作的波形圖。在圖3中，21是IGBT、30是在IGBT21導(dǎo)通時(shí)任意時(shí)間進(jìn)行導(dǎo)通的MOSFET、22是控制MOSFET30的開關(guān)控制電路、23是用于將感測發(fā)射極的電流IS變換成感測電壓VS的電阻、24是將檢測出的感測電壓VS與所設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的比較器、25是相當(dāng)于IGBT21的過電流的基準(zhǔn)電壓、26是控制ISBT21導(dǎo)通關(guān)閉的控制電路、27是控制電路用的直流電源、28是構(gòu)成IGBT21的主電路的負(fù)載、29是主電路電源。
在圖3以及圖4中，當(dāng)柵極信號S1輸入控制電路26時(shí)，IGBT21導(dǎo)通，主電路電流IL從主電路電源29通過負(fù)載28流入IGBT21。此時(shí)，IGBT21的感測發(fā)射極電流IS暫時(shí)上跳。根據(jù)該感測發(fā)射極電流IS的上跳幅度，檢測出比實(shí)際主電路電流IL要高的值。因此，即使當(dāng)主電路電流IL沒有到達(dá)過電流電平時(shí)，當(dāng)該上跳電流超過作為由比較器24所設(shè)定的過電流檢測電平的基準(zhǔn)電壓25時(shí)，則誤檢出過電流。因此，在感測發(fā)射極IS上跳期間D中由開關(guān)控制電路22使得MOSFET30導(dǎo)通從而使得不檢測出感測發(fā)射極電流IS的上跳。在期間D之后，關(guān)閉MOSFET30，通過電阻23將感測發(fā)射極電流IS變換成感測電壓VS并且進(jìn)行過電流檢測。
該以往示例由于具有上述構(gòu)造，必須需要開關(guān)控制電路22、MOSFET30等，存在電路構(gòu)造復(fù)雜的問題。又，由于在一定期間(D)忽視感測發(fā)射極電流，從負(fù)載28的短路狀態(tài)起導(dǎo)通等、剛關(guān)閉之后短路電流以很快的速度(di/dt)上升時(shí)，MOSFET30關(guān)閉在開始檢測出感測發(fā)射極電流時(shí)，存在主電路電流IL已經(jīng)成為超過IGBT21的導(dǎo)通界限的值并且不能夠保護(hù)負(fù)載短路以及逆變器裝置的支路短路的問題。
本發(fā)明為了解決上述問題，目的在于提供一種簡單電路構(gòu)造的能夠防止過電流誤檢測的電源模塊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的電源模塊具備具有電流檢測用發(fā)射極的自消弧型半導(dǎo)體、檢測出流過上述電流檢測用發(fā)射極的檢測電流并且檢測流過上述自消弧型半導(dǎo)體的集電極—發(fā)射極間的過電流的過電流檢測電路，上述過電流檢測電路在上述自消弧型半導(dǎo)體的發(fā)射極與電流檢測用發(fā)射極之間并聯(lián)連接用于將上述檢測電流變換成電壓的電阻以及包含吸收上述檢測電流的上跳的電容與在上述檢測電流上跳期間降低檢測阻抗的電阻的串聯(lián)體。由此，以簡單的電路構(gòu)造能夠防止過電流的誤檢測。


圖1表示本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的智能電源模塊的主要部分的電路圖。
圖2表示使得圖1中的IGBT從關(guān)閉狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)柵極信號S1、負(fù)載電流IL、感測發(fā)射極電流IS、旁路電流IS1以及感測電壓VS的波形圖。
圖3是表示以往智能電源模塊的主要部分的電路圖。
圖4是表示使得圖3中的IGBT從關(guān)閉狀態(tài)到導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)柵極信號S1、負(fù)載電流IL、感測發(fā)射極電流IS、開啟脈沖S2以及感測電壓VS的波形圖。
具體實(shí)施形態(tài)參照附圖對于本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施形態(tài)1的智能電源模塊的主要部分的電路圖，圖2用于表示其動(dòng)作的波形圖。在圖1中，1是IGBT、3是用于將感測發(fā)射極電流IS變換成感測電壓VS的電阻(電阻值為R1)、4是將檢測出的感測電壓VS與所設(shè)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較的比較器、5是相當(dāng)于IGBT1的過電流的基準(zhǔn)電壓、6是控制IGBT1的導(dǎo)通關(guān)閉的控制電路、7是控制電路用直流電源、8構(gòu)成IGBT1的主電路的負(fù)載、9是主電路電源、10是用于吸收感測發(fā)射極電流IS的上跳的電容(容量為C3)、11是用于降低在感測發(fā)射極電流IS上跳期間感測發(fā)射極電流IS的檢測阻抗的電阻(阻值為R3)、12是防止溫度引起的過電流檢測電平變化的熱敏電阻(阻值為R2)、13是與熱敏電阻串聯(lián)的電阻。
在圖1中，當(dāng)柵極信號S1輸入到控制電路6時(shí)，IGBT1導(dǎo)通，從主電路電源9通過負(fù)載8從IGBT1的集電極C向發(fā)射極E流過主電路電流IL。另一方面，從集電極C向感測發(fā)射極ES也流過主電流IL的一部分的電流IS。將該感測發(fā)射極電流IS變換成感測電壓VS，通過比較器4與作為過電流值而設(shè)定的基準(zhǔn)電壓5進(jìn)行比較檢測出過電流。
當(dāng)IGBT1導(dǎo)通時(shí)，與從集電極流向發(fā)射極E的主電路電流IL相比，感測發(fā)射極電流IS暫時(shí)上跳。從關(guān)閉的狀態(tài)到導(dǎo)通時(shí)，其次參照圖2，對于感測發(fā)射極電流IS與感測電壓VS的關(guān)系分為期間A、期間B、期間C對其動(dòng)作進(jìn)行說明。
首先，IGBT1關(guān)閉時(shí)，由于感測發(fā)射極電流IS為0，電容10的充電電壓也為0伏。
其次，在IGBT1剛導(dǎo)通之后的期間A中，由于電容10的充電電壓為0V，傳感電流IS流過電阻3、電阻11與熱敏電阻12的并聯(lián)電路。因此，感測電壓VS成為以下式表示的值。
VS＝IS×{1/(1/R1+1/R2+1/R3)}其次，在感測發(fā)射極電流IS上跳之后，在感測發(fā)射極電流IS減小的期間B中，通過流過電容10與電感11的串聯(lián)電路的感測發(fā)射極電流的分支電流IS1對于電容10進(jìn)行充電。因此，該電容10與電阻11的串聯(lián)電路的阻抗值根據(jù)電容10與電阻11的時(shí)間常數(shù)(C3×R3)逐漸增加。因此，期間B的感測電壓VS達(dá)到下式所示的時(shí)間變化。
VS＝IS×{1/[(1/R3)×ε-t/(C3×R3)+1/R1+1/R2]}其次，在感測發(fā)射極電流IS為恒定的期間C中，電容10結(jié)束充電，由于感測發(fā)射極的分支電流IS1為0A，則該期間的感測電壓VS成以下式表示的值。
VS＝IS×(R1×R2)/(R1+R2)因此，考慮到感測發(fā)射極電流IS的上跳部分來決定電阻11的阻值R3，并且為了使得與感測發(fā)射極電流IS上跳之后的衰減時(shí)間常數(shù)相等，根據(jù)電容10的容量C3來決定時(shí)間常數(shù)(C3×R3)，由此，能夠防止由于感測發(fā)射極電流IS的上跳引起的過電流誤檢測。
而且，電阻11的阻值R3與電容10的容量C3的設(shè)定方法如下所述。
首先，對于阻值R3這樣進(jìn)行設(shè)定，在RA＝1/(1/R1+1/R2+1/R3)RC＝(R1×R2)/(R1+R2)時(shí)，設(shè)定電阻值R3使得(ISa+ΔIS)/ISa＝RC/RA其次，設(shè)定容量C3使得期間B的感測發(fā)射極電流IS的衰減時(shí)間常數(shù)＝C3×R3。
而且，將溫度上升時(shí)阻值減小的熱敏電阻12與電阻3并聯(lián)連接，由此感測發(fā)射極電流×檢測阻值通常為恒定值。如此，能夠防止由于溫度引起的過電流檢測值的變化。又，與熱敏電阻12串聯(lián)的電阻13可以使用于進(jìn)行溫度校正時(shí)的微調(diào)。
如上所述，根據(jù)本實(shí)施形態(tài)，盡管以簡單的電路構(gòu)造但在IGBT的導(dǎo)通、關(guān)閉時(shí)能夠防止由于感測發(fā)射極電流的上跳引起的過電路的誤檢測。又，由于為簡單的電路構(gòu)造，比以往的電源模塊成本更低、可靠性高。再者，即使對于以往不能夠進(jìn)行保護(hù)的支路短路以及負(fù)載短路等的急速di/dt上升的過電流，通過電容以及與其串聯(lián)的電阻能夠早期檢測出。
工業(yè)利用性如上所述，本發(fā)明的智能電源模塊在IGBT的感測發(fā)射極電流引起的過電流檢測中能夠防止感測發(fā)射極電流上跳引起的誤檢測。
權(quán)利要求
1.一種電源模塊，具備具有電流檢測用發(fā)射極的自消弧型半導(dǎo)體；檢測出流過所述電流檢測用發(fā)射極的檢測電流并且檢測流過所述自消弧型半導(dǎo)體的集電極—發(fā)射極間的過電流的過電流檢測電路，其特征在于，所述過電流檢測電路在所述自消弧型半導(dǎo)體的發(fā)射極與電流檢測用發(fā)射極之間并聯(lián)連接用于將所述檢測電流變換成電壓的電阻以及包含吸收所述檢測電流上跳的電容與在所述檢測電流上跳期間降低檢測阻抗的電阻的串聯(lián)體。
全文摘要
本發(fā)明涉及具備IGBT等的自消弧型半導(dǎo)體并且具有上述半導(dǎo)體的保護(hù)功能的電源模塊,特別地涉及能夠防止IGBT的過電流誤檢測的電源模塊?？紤]到感測發(fā)射極電流IS的上跳而來決定電阻(11)的阻值R3并且為了使得與感測發(fā)射極電流IS上跳之后的衰減時(shí)間常數(shù)相等而根據(jù)電容(10)的容量C3決定時(shí)間常數(shù)(C3×R3),由此能夠防止感測發(fā)射極電流IS的上跳引起的過電流的誤檢測。
文檔編號H01L27/04GK1348626SQ00806603
公開日2002年5月8日 申請日期2000年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月25日
發(fā)明者田中毅, 益永博史 申請人:三菱電機(jī)株式會(huì)社