專利名稱：電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動力電動車(HEV )或電動車(純電動車，EV )用的逆變器電路、使用該逆變器電路的電力轉(zhuǎn)換裝置和使用該電力轉(zhuǎn)換裝置的混合動力電動車，特別涉及適用于控制功率半導(dǎo)體元件的逆變器電路、使用該逆變器電路的電力轉(zhuǎn)換裝置和使用該電力轉(zhuǎn)換裝置的混合動力電動車或電動車。
背景技術(shù)：
一直以來，作為混合動力電動車(HEV)或電動車(EV)中搭載的高壓逆變器用的功率半導(dǎo)體元件，廣泛使用IGBT。但是，IGBT具有開關(guān)損耗較大的傾向，在逆變器系統(tǒng)中使用的情況下，必須減少損耗。為了減少該開關(guān)損耗，例如專利文獻I中記載了通過使IGBT的關(guān)斷動作的前半高速化、后半低速化以實現(xiàn)低噪聲化的內(nèi)容。
但是，隨著逆變器的載波頻率的高速化，除了 IGBT關(guān)斷動作外，IGBT導(dǎo)通動作也對逆變器系統(tǒng)的損耗造成較大影響，要求進一步減少包括IGBT導(dǎo)通動作時在內(nèi)的開關(guān)動作時的損耗?，F(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻I :日本特開2009-55696號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明的課題在于，進一步減少包括導(dǎo)通動作時在內(nèi)的開關(guān)動作時的損耗。解決問題的手段根據(jù)本發(fā)明的第一方式，優(yōu)選包括功率半導(dǎo)體元件；輸出用于驅(qū)動功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動信號的驅(qū)動電路部；包括PNP晶體管和NPN晶體管、并且輸出用于驅(qū)動功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓的緩沖電路部；取得驅(qū)動信號、并且基于該驅(qū)動信號的輸入生成第一延遲信號的第一延遲電路部；和漏極側(cè)與緩沖電路部的輸出側(cè)連接、并且基于第一延遲信號被驅(qū)動的第一 M0SFET，其中，緩沖電路部和第一 M0SFET，基于驅(qū)動信號的輸入而在該緩沖電路部和該第一 MOSFET中流動電流，第一延遲電路部，在緩沖電路部脫離過渡狀態(tài)而成為導(dǎo)通狀態(tài)后，輸出第一延遲信號，功率半導(dǎo)體元件，通過基于第一延遲信號的第一 MOSFET的開關(guān)動作，從緩沖電路部被施加?xùn)艠O電壓而成為導(dǎo)通狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第二方式，優(yōu)選在第一方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中，緩沖電路部中，該PNP晶體管和該NPN晶體管形成圖騰柱結(jié)構(gòu)，并且該NPN晶體管與該PNP晶體管的連接部連接在功率半導(dǎo)體元件的柵極端子上。根據(jù)本發(fā)明的第三方式，優(yōu)選在第二方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中，第一 MOSFET由N溝道MOSFET構(gòu)成，并且該N溝道MOSFET與NPN晶體管電串聯(lián)連接，第一延遲電路部具有生成使驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)而得的翻轉(zhuǎn)信號的翻轉(zhuǎn)電路部，并將該翻轉(zhuǎn)信號作為第一延遲信號輸出。
根據(jù)本發(fā)明的第四方式，優(yōu)選在第一方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中，取得驅(qū)動信號、并且基于該驅(qū)動信號的輸入生成第二延遲信號的第二延遲電路部；和漏極側(cè)與緩沖電路部的輸出側(cè)連接、并且基于第二延遲信號被驅(qū)動的第二 M0SFET，緩沖電路部和第二 M0SFET，基于驅(qū)動信號的輸入而在該緩沖電路部和該第二 MOSFET中流動電流，第二延遲電路部，在緩沖電路部脫離過渡狀態(tài)而成為導(dǎo)通狀態(tài)后，輸出第二延遲信號，功率半導(dǎo)體元件，通過基于第二延遲信號的第二 MOSFET的開關(guān)動作，從緩沖電路部被施加?xùn)艠O電壓而成為關(guān)斷狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的第五方式，優(yōu)選在第四方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中，緩沖電路部中，該PNP晶體管和該NPN晶體管形成圖騰柱結(jié)構(gòu)，并且該NPN晶體管與該PNP晶體管的連接部連接在功率半導(dǎo)體元件的柵極端子上。根據(jù)本發(fā)明的第六方式，優(yōu)選在第五方式的電力轉(zhuǎn)換裝置中，第二 MOSFET由P溝道MOSFET構(gòu)成，并且該P溝道MOSFET與PNP晶體管電串聯(lián)連接，第二延遲電路部，具有生成使驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)而得的翻轉(zhuǎn)信號的翻轉(zhuǎn)電路部，并將該翻轉(zhuǎn)信號作為第二延遲信號輸出。發(fā)明的效果 根據(jù)本發(fā)明，能夠進一步減少開關(guān)動作時的損耗。


圖I是普遍使用的混合動力電動車(HEV)或電動車(EV)用的逆變器的輸入輸出接口電路圖。圖2是表示一般的逆變器電路中使用的功率半導(dǎo)體元件驅(qū)動電路的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。圖3是表示本發(fā)明第一實施方式的功率半導(dǎo)體元件驅(qū)動電路的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。圖4是表示本發(fā)明第二實施方式的功率半導(dǎo)體元件驅(qū)動電路的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。圖5是表示現(xiàn)有電路的輸出部的波形的時序圖。圖6是表示第一實施方式的輸出部的波形的時序圖。圖7是表示第二實施方式的輸出部的波形的時序圖。圖8 Ca)是本實施方式的功率模塊370的立體圖。(b)是本實施方式的功率模塊370的截面圖。圖9 Ca)是有助于理解圖8的結(jié)構(gòu)的分解圖。(b)是功率模塊370的電路圖。圖10 (a)是說明電感的降低效果的電路圖，(b)是表示用于說明電感的降低效果的電流的流動的立體圖。
具體實施例方式圖I是普遍使用的混合動力電動車(HEV)或電動車(EV)用的逆變器的系統(tǒng)圖。該逆變器系統(tǒng)包括將電池100的DC電壓轉(zhuǎn)換為AC電壓的功率半導(dǎo)體元件104 109，電機102，檢測來自上述功率半導(dǎo)體元件104 109的電流的電流傳感器103，內(nèi)置了 CPU、計數(shù)器電路、輸入輸出電路等的PWM電路101，和用于驅(qū)動上述功率半導(dǎo)體元件104 109的柵極驅(qū)動電路(gate driver) 110 115。用于降低逆變器損耗的電路包括在上述柵極驅(qū)動電路中。此處，柵極驅(qū)動電路Iio 115按各個臂構(gòu)成。圖I所示的電路結(jié)構(gòu)中，電流傳感器103檢測功率半導(dǎo)體元件104 109輸出的電流，PWM電路101進行使檢測到的電流值與設(shè)定值的偏差為零的PWM (脈沖寬度調(diào)制)運算，由此從該PWM電路101對柵極驅(qū)動電路110 115輸出作為功率半導(dǎo)體元件104 109導(dǎo)通信號、關(guān)斷信號的交替反復(fù)的PWM信號(脈沖信號)。上述柵極驅(qū)動電路110 115是負邏輯電路，所以輸入邏輯“L”電平時輸出導(dǎo)通信號，輸入邏輯“H”電平時輸出關(guān)斷信號。此外，PWM電路101對柵極驅(qū)動電路輸出如上所述的PWM信號，控制該柵極驅(qū)動電路，進而通過該柵極驅(qū)動電路的輸出控制功率半導(dǎo)體元件的輸出電流，由此驅(qū)動控制電機102，所以PWM電路101具有進行電機驅(qū)動控制的功能。圖2是圖I的逆變器的一個臂(上臂和下臂中的一個)。即功率半導(dǎo)體元件104 109與分別對它們進行驅(qū)動的柵極驅(qū)動電路110 115中的一個臂(上臂或者下臂)的電路 結(jié)構(gòu)圖。柵極驅(qū)動電路110 115基本上具有同樣的結(jié)構(gòu)和功能，所以用表示I組功率半導(dǎo)體元件與柵極驅(qū)動電路的圖2來說明柵極驅(qū)動電路的動作。圖2所示的柵極驅(qū)動電路340，從電源300供給用于驅(qū)動圖I的柵極驅(qū)動電路110 115內(nèi)的I個柵極驅(qū)動電路的電力。驅(qū)動電路302取得用于控制功率半導(dǎo)體元件的開關(guān)動作的控制信號301。緩沖電路330由NPN晶體管305和PNP晶體管306構(gòu)成，并且該NPN晶體管305與該PNP晶體管306以電串聯(lián)連接的方式構(gòu)成圖騰柱結(jié)構(gòu)。柵極電阻304與NPN晶體管305的漏極側(cè)連接。此外，柵極電阻307與PNP晶體管306的源極側(cè)連接。從PWM電路101輸出的控制信號301，經(jīng)由驅(qū)動電路302作為驅(qū)動信號334輸出。此處，驅(qū)動信號334起到用于驅(qū)動緩沖電路330的緩沖驅(qū)動信號的作用。驅(qū)動信號334經(jīng)由緩沖電路330作為柵極電壓信號331輸出。功率半導(dǎo)體元件303在柵極與發(fā)射極之間具有柵極發(fā)射極間寄生電容309。功率半導(dǎo)體元件303的導(dǎo)通速度，根據(jù)由導(dǎo)通驅(qū)動晶體管(NPN晶體管305) —側(cè)的柵極電阻304、NPN晶體管305和柵極發(fā)射極間寄生電容309構(gòu)成的各部件的時間常數(shù)決定?，F(xiàn)有電路中，為了使功率半導(dǎo)體元件303的導(dǎo)通速度高速化，通過減小柵極電阻304的值以進行應(yīng)對。但是，功率半導(dǎo)體元件303的導(dǎo)通速度，無論柵極電阻304多么小，都取決于緩沖電路330的NPN晶體管305脫離過渡狀態(tài)完全導(dǎo)通所需的過渡響應(yīng)時間，不能夠超過該限度地高速化。此處，過渡響應(yīng)時間指的是，從晶體管開始向?qū)顟B(tài)變化，直到達到完全的導(dǎo)通狀態(tài)即放大區(qū)的時間。圖5表不一般的逆變器的功率半導(dǎo)體的時序圖。圖5中，驅(qū)動電路輸出電壓表不圖2所示的驅(qū)動信號334，IGBT柵極電壓表示圖2所示的柵極電壓信號335，IGBT發(fā)射極電流表示功率半導(dǎo)體元件303的發(fā)射極與集電極之間流過的電流，IGBT集電極電壓表示功率半導(dǎo)體元件303的集電極-發(fā)射極間電壓。另外，圖中的VBB是電池電源100供給的DC電壓，VCC是從電源300供給的DC電壓。導(dǎo)通時間TO是從驅(qū)動信號334被輸入到緩沖電路330至功率半導(dǎo)體元件303的發(fā)射極電流開始流動的時間。其中，IGBT發(fā)射極電流與IGBT集電極電壓的積分區(qū)域(圖5斜線區(qū)域)是開關(guān)導(dǎo)通損耗L0。圖3是本發(fā)明第一實施方式的柵極驅(qū)動電路。
N溝道M0SFET310，連接在功率半導(dǎo)體元件303的柵極端子333與GND之間。進而，N溝道M0SFET310被連接成與NPN晶體管305電串聯(lián)、并且與PNP晶體管306電并聯(lián)。此外，延遲電路320從將驅(qū)動電路302與緩沖電路330連接的配線取得驅(qū)動信號334，在驅(qū)動信號334輸入后經(jīng)過規(guī)定時間后輸出導(dǎo)通延遲信號336。其中，延遲電路320也可以從上述配線之外的配線取得來自驅(qū)動電路302的驅(qū)動信號334。于是，本實施方式中，延遲電路320具備生成使驅(qū)動信號334翻轉(zhuǎn)而得的翻轉(zhuǎn)信號的翻轉(zhuǎn)電路部。該翻轉(zhuǎn)信號作為導(dǎo)通延遲信號336輸出。本實施方式中，從驅(qū)動電路302輸出的驅(qū)動信號334，被輸入到緩沖電路330和延遲電路320。導(dǎo)通延遲信號336，被控制為使得N溝道M0SFET310的導(dǎo)通狀態(tài)一直持續(xù)，直到緩沖電路330中的NPN晶體管305完全脫離過渡狀態(tài)(電流路徑A)。S卩，延遲電路320作為輸出導(dǎo)通延遲信號336而控制N溝道M0SFET310的電路工作。 通過在NPN晶體管305完全導(dǎo)通的狀態(tài)下，使N溝道M0SFET310關(guān)斷，從而在NPN晶體管305完全導(dǎo)通的狀態(tài)下對功率半導(dǎo)體元件303施加?xùn)艠O電壓進行驅(qū)動(電流路徑B)。此外，導(dǎo)通晶體管(NPN晶體管305) —側(cè)的柵極電阻304的選定，設(shè)定為不超過NPN晶體管305的最大額定電流的值。驅(qū)動能力(最大額定電流)較小的晶體管或者響應(yīng)性非常差(低速)的晶體管難以得到本實施方式的效果。圖6表示圖3的柵極驅(qū)動電路的時序圖。圖6中，驅(qū)動電路輸出電壓表示圖3的驅(qū)動信號334，N溝道MOSFET驅(qū)動信號表示圖3的導(dǎo)通延遲信號336，IGBT發(fā)射極電流表示圖3的功率半導(dǎo)體元件303中流過的主電流，IGBT集電極電壓表示圖3的功率半導(dǎo)體元件303的集電極-發(fā)射極間電壓。此處，圖6中的導(dǎo)通延遲時間Tl,表示延遲電路320中的延遲時間。此外，該導(dǎo)通延遲時間Tl，設(shè)定為比由各功率半導(dǎo)體元件303的特性和寄生電容309決定的圖5中的導(dǎo)通延遲時間TO更長。另外，N溝道MOSFET驅(qū)動信號的VCC電壓的輸出在自驅(qū)動電路輸出電壓成為OV的時刻起延遲了規(guī)定時間的時刻進行，但圖中并未圖示。通過使對IGBT施加的柵極電壓的速度高速化，IGBT的發(fā)射極電流、IGBT集電極電壓都能夠高速響應(yīng)，其結(jié)果能夠減小導(dǎo)通損耗LI。導(dǎo)通損耗LI相當(dāng)于IGBT發(fā)射極電流與IGBT集電極電壓的積分區(qū)域(圖6斜線區(qū)域)。其中，IGBT柵極電壓、IGBT發(fā)射極電流、IGBT集電極電壓的各虛線部分是現(xiàn)有的驅(qū)動電路(圖2)工作的情況下的波形。圖4是表示本發(fā)明第二實施方式的柵極驅(qū)動電路的圖。本實施方式的柵極驅(qū)動電路，在圖3所示的柵極驅(qū)動電路中，在功率半導(dǎo)體元件303的柵極端子333與電源300之間連接P溝道M0SFET410。進而，延遲電路420從將驅(qū)動電路302與緩沖電路330連接的配線取得驅(qū)動信號334，在驅(qū)動信號334輸入后經(jīng)過規(guī)定時間后生成關(guān)斷延遲信號436。其中，延遲電路420也可以從上述配線之外的配線取得來自驅(qū)動電路302的驅(qū)動信號334。于是，本實施方式中，延遲電路420具備生成使驅(qū)動信號334翻轉(zhuǎn)而得的翻轉(zhuǎn)信號的翻轉(zhuǎn)電路部。該翻轉(zhuǎn)信號作為關(guān)斷延遲信號436輸出。本實施方式中，在第一實施方式的基礎(chǔ)上，從驅(qū)動電路302輸出的驅(qū)動信號334,被輸入到緩沖電路330和延遲電路420。關(guān)斷延遲信號436，被控制為使得P溝道M0SFET410的導(dǎo)通狀態(tài)一直持續(xù)，直到緩沖電路330中的PNP晶體管306完全脫離過渡狀態(tài)(電流路徑C)。S卩，延遲電路420作為輸出關(guān)斷延遲信號436而控制P溝道M0SFET410的電路工作。通過在PNP晶體管405完全導(dǎo)通的狀態(tài)下，使P溝道M0SFET410關(guān)斷，從而在PNP晶體管405完全導(dǎo)通的情況下對功率半導(dǎo)體元件303施加?xùn)艠O電壓進行驅(qū)動(電流路徑D)。此外，關(guān)斷晶體管(PNP晶體管306) —側(cè)的柵極電阻307的選定，設(shè)定為不超過PNP晶體管306的最大額定電流的值。驅(qū)動能力(最大額定電流)較小的晶體管或者響應(yīng)性非常差(低速)的晶體管難以得到本實施方式的效果。圖7表示本發(fā)明電路的各部時序圖。圖7中，驅(qū)動電路輸出電壓表示圖4的驅(qū)動信號334，P溝道MOSFET驅(qū)動信號表示圖4的關(guān)斷延遲信號436，IGBT發(fā)射極電流表示流過功率半導(dǎo)體元件303的主電流，IGBT集電極電壓表示功率半導(dǎo)體元件303的集電極-發(fā)射極間電壓。此處，圖7中的關(guān)斷延遲時間T2，表示驅(qū)動P溝道M0SFET410的延遲電路420中的延遲時間。 此外，P溝道MOSFET驅(qū)動信號的VCC電壓的輸出在自驅(qū)動電路輸出電壓成為VCC的時刻起延遲了規(guī)定時間的時刻進行，但圖中并未圖示。此外，如圖4所示，在使用N溝道MOSFET和P溝道MOSFET這兩者的情況下，不會使這兩個MOSFET同時為導(dǎo)通。例如，在圖7的關(guān)斷延遲時間T2后，進行N溝道MOSFET驅(qū)動信號的VCC電壓輸出。通過使IGBT柵極電壓的速度高速化，IGBT的發(fā)射極電流、IGBT集電極電壓都能夠高速響應(yīng)，其結(jié)果能夠減小關(guān)斷損耗L2。關(guān)斷損耗L2相當(dāng)于IGBT發(fā)射極電流與IGBT集電極電壓的積分區(qū)域(圖7斜線區(qū)域)。其中，IGBT柵極電壓、IGBT發(fā)射極電流、IGBT集電極電壓的各虛線部分是現(xiàn)有的驅(qū)動電路(圖2)工作的情況下的波形。但是，在有代表性的功率半導(dǎo)體元件IGBT的情況下，關(guān)斷損耗中IGBT自身的尾電流引起的部分較大，即使在驅(qū)動電路一側(cè)實現(xiàn)高速化也難以產(chǎn)生效果。通過使用本發(fā)明的第二實施方式的電路，能夠在因為IGBT的開關(guān)損耗(發(fā)熱)較大而難以使用的高載波頻率下使用，能夠具備較廣的逆變器的控制區(qū)域。另一方面，由于功率半導(dǎo)體元件303的導(dǎo)通時間實現(xiàn)了高速化，為了抑制浪涌電壓的增大，優(yōu)選使用降低了配線電感的功率模塊。于是，對于適合本發(fā)明第一實施方式和第二實施方式的柵極驅(qū)動電路的功率模塊，在以下進行說明。用圖8 圖10說明功率模塊370的詳細結(jié)構(gòu)。圖8(a)是具備本發(fā)明第一實施方式或第二實施方式的電力轉(zhuǎn)換裝置的功率模塊370的立體圖。圖8 (b)是該功率模塊370的截面圖。構(gòu)成上下臂串聯(lián)電路的功率半導(dǎo)體元件(IGBT328、IGBT374、二極管156、二極管166)，如圖9所示，被導(dǎo)體板315和導(dǎo)體板318、或者導(dǎo)體板316和導(dǎo)體板319從兩面夾著固定。這些導(dǎo)體板上，安裝有使作為信號端子325U和信號端子325L的信號配線一體成型而形成的輔助模塑體600。導(dǎo)體板315等，在其散熱面露出的狀態(tài)下被第一密封樹脂348密封，在該散熱面上熱壓接絕緣膜378。被第一密封樹脂348密封的模塊一次密封體371，被插入模塊外殼372中，隔著絕緣膜378與作為CAN型冷卻器的模塊外殼372的內(nèi)表面熱壓接。此處，CAN型冷卻器，指的是一面具有插入口 375、另一面具有底的呈筒形狀的冷卻器。模塊外殼372由鋁合金材料例如Al、AlSi、AlSiC, Al-C等構(gòu)成，并且一體成型為沒有接縫的狀態(tài)。模塊外殼372呈除插入口 375以外不設(shè)置開口的結(jié)構(gòu)，插入口 375的外周被凸緣372B包圍。此外，如圖8 (b)所示，具有比其他面更寬的面的第一散熱面376a和第二散熱面376b以彼此相對的狀態(tài)配置，與該相對的第一散熱面376a和第二散熱面376b連接的3個面，構(gòu)成寬度比該第一散熱面376a和第二散熱面376b更窄的密閉的面，在剩余一邊的面上形成插入口 375。通過使用這樣形狀的金屬性的外殼，即使將模塊外殼372插入流通水或油等冷卻介質(zhì)的流路內(nèi)，也能夠利用凸緣372B確保對冷卻介質(zhì)的密封，所以能夠用簡單的結(jié)構(gòu)防止冷卻介質(zhì)進入模塊外殼372的內(nèi)部。此外，在相對的第一散熱面376a和第二散熱面376b上，分別均勻地形成散熱片(翅片)373。進而，在第一散熱面376a和第二散熱面376b的外周，形成有厚度非常薄的彎曲部372A。彎曲部372A因為厚度薄至簡單通過對散熱片373加壓即可變形的程度，所以插入模塊一次密封體371后的生產(chǎn)效率得到提高。在殘存于模塊外殼372內(nèi)部的空隙中，填充第二密封樹脂351。此外，如圖9所示，設(shè)置有用于與電容器電連接的直流正極配線315A和直流負極配線319A，在其前端部形成 直流正極端子315B和直流負極端子319B。并設(shè)置有對電機供給交流電力的交流配線377，在其前端形成交流端子321。本實施方式中，直流正極配線315A與導(dǎo)體板315 —體成型，直流負極配線319A與導(dǎo)體板319 —體成型，交流配線377與導(dǎo)體板316 —體成型。如上所述，通過使導(dǎo)體板315等隔著絕緣膜378與模塊外殼372的內(nèi)壁熱壓接，能夠減少導(dǎo)體板與模塊外殼372的內(nèi)壁之間的空隙，能夠使功率半導(dǎo)體元件發(fā)出的熱高效地傳導(dǎo)至散熱片373。進而，通過使絕緣膜378具有一定程度的厚度和柔軟性，能夠利用絕緣膜378吸收熱應(yīng)力的產(chǎn)生，適用于溫度變化激烈的車輛用的電力轉(zhuǎn)換裝置。圖9 (a)是有助于理解圖8的結(jié)構(gòu)的分解圖。圖9 (b)是功率模塊370的電路圖。此外，圖10 (a)是說明電感的降低效果的電路圖，圖10 (b)是表示用于說明電感的降低作用的電流的流動的立體圖。首先，對于功率半導(dǎo)體元件(IGBT328、IGBT374、二極管156、二極管166)和導(dǎo)體板的配置，與圖9 (b)所示的電路關(guān)聯(lián)地進行說明。如圖8 (a)所示，直流正極側(cè)的導(dǎo)體板315和交流輸出側(cè)的導(dǎo)體板316配置為大致同一平面狀。在導(dǎo)體板315上，固定上臂側(cè)IGBT328的集電極和上臂側(cè)的二極管156的陰極。在導(dǎo)體板316上，固定下臂側(cè)的IGBT374的集電極和下臂側(cè)的二極管166的陰極。同樣，交流導(dǎo)體板318和導(dǎo)體板319配置為大致同一平面狀。在交流導(dǎo)體板318上，固定上臂側(cè)的IGBT328的發(fā)射極和上臂側(cè)的二極管156的陽極。在導(dǎo)體板319上，固定下臂側(cè)的IGBT374的發(fā)射極和下臂側(cè)的二極管166的陽極。各功率半導(dǎo)體元件，通過金屬接合材料160分別固定在設(shè)置于各導(dǎo)體板上的元件固定部322上。金屬接合材料160，例如是焊料或包括銀膜和金屬微粒的低溫?zé)Y(jié)接合材料等。各功率半導(dǎo)體元件呈板狀的扁平結(jié)構(gòu)，該功率半導(dǎo)體元件的各電極在正反面上形成。功率半導(dǎo)體兀件的各電極，被導(dǎo)體板315和導(dǎo)體板318、或者導(dǎo)體板316和導(dǎo)體板319夾著。即，導(dǎo)體板315和導(dǎo)體板318，成為隔著IGBT328和二極管156大致平行相對的層疊配置。同樣，導(dǎo)體板316和導(dǎo)體板319，成為隔著IGBT374和二極管166大致平行相對的層疊配置。此外，導(dǎo)體板316和導(dǎo)體板318通過中間電極329連接。通過該連接使上臂電路與下臂電路電連接，形成上下臂串聯(lián)電路。
直流正極配線315A與直流負極配線319A，形成為在隔著由樹脂材料成型的輔助模塑體600相對的狀態(tài)下大致平行地延伸的形狀。信號端子325U和信號端子325L —體成型于輔助模塑體600，并且在與直流正極配線315A和直流負極配線319A同樣的方向上延伸。輔助模塑體600所使用的樹脂材料，適用具有絕緣性的熱硬化性樹脂或者熱塑性樹脂。由此，能夠確保直流正極配線315A、直流負極配線319A、信號端子325U與信號端子325L之間的絕緣性，能夠進行高密度配線。進而，通過使直流正極配線315A與直流負極配線319A以大致平行相對的方式配置，而使功率半導(dǎo)體元件開關(guān)動作時瞬間流過的電流在相對且相反的方向上流動。由此，具有使電流產(chǎn)生的磁場相互抵消的作用，通過該作用能夠降低電感。電感的進一步的降低由圖10所示的環(huán)流電流帶來。圖10 (a沖令下臂側(cè)的二極管166為以正向偏置狀態(tài)導(dǎo)通的狀態(tài)。該狀態(tài)下，上臂側(cè)IGBT328成為ON (導(dǎo)通)狀態(tài)時，下臂側(cè)的二極管166成為反向偏置，因載流子移動引起的恢復(fù)電流貫通上下臂。此時，各導(dǎo)體板315、316、318、319中，流過如圖10 (b)所示的 恢復(fù)電流360?；謴?fù)電流360如虛線所示，通過與直流負極端子319B相對配置的直流正極端子315B，接著流過由各導(dǎo)體板315、316、318、319形成的環(huán)狀的路徑，并再次通過與直流正極端子315B相對配置的直流負極端子319B如實線所示地流動。由于電流在環(huán)狀路徑中流動，在模塊外殼372的第一散熱面376a和第二散熱面376b中會流動渦動電流361。通過該渦動電流361的電流路徑的等價電路362所產(chǎn)生的磁場抵消效果，降低環(huán)狀路徑中的配線電感363。其中，恢復(fù)電流360的電流路徑越接近環(huán)狀，電感降低作用越增大。本實施方式中，環(huán)狀的電流路徑如虛線所示，在導(dǎo)體板315的接近直流正極端子315B —側(cè)的路徑中流動，通過IGBT328和二極管156內(nèi)。然后，環(huán)狀的電流路徑如實線所示，在導(dǎo)體板318的距離直流正極端子315B —側(cè)較遠的路徑中流動，之后，如虛線所示在導(dǎo)體板316的距離直流正極端子315B —側(cè)較遠的路徑中流動，通過IGBT374和二極管166內(nèi)。進而，環(huán)狀的電流路徑如實線所示，在導(dǎo)體板319的接近直流負極配線319A—側(cè)的路徑中流動。這樣，環(huán)狀的電流路徑，相對于直流正極端子315B和直流負極端子319B，通過較近一側(cè)和較遠一側(cè)的路徑，由此形成更接近環(huán)狀的電流路徑。通過使用以上說明的功率模塊370，能夠抑制浪涌電壓。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)對圖3或圖4中說明的柵極驅(qū)動電路引起的開關(guān)損耗的抑制，與對該功率模塊370引起的浪涌電壓的抑制之間的平衡。此外，由上述說明可知，圖4所示的柵極驅(qū)動電路中，能夠采用刪除第一 M0SFET(N溝道M0SFET310)和延遲電路320、僅設(shè)置第二 MOSFET即P溝道M0SFET410和延遲電路420的結(jié)構(gòu)，以僅減少關(guān)斷損耗。以上說明了各種實施方式和變形例，但本發(fā)明不限定于這些內(nèi)容。本發(fā)明的技術(shù)思想的范圍內(nèi)可以考慮到的其他方式也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。以下優(yōu)先權(quán)基礎(chǔ)申請的公開內(nèi)容通過援引而加入本申請中。日本國專利申請2010年第084774號(2010年4月I日遞交)。
權(quán)利要求
1.ー種電カ轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括 功率半導(dǎo)體元件； 輸出用于驅(qū)動所述功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動信號的驅(qū)動電路部； 包括PNP晶體管和NPN晶體管、并且輸出用于驅(qū)動所述功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓的緩沖電路部； 取得所述驅(qū)動信號、并且基于該驅(qū)動信號的輸入生成第一延遲信號的第一延遲電路部；和 漏極側(cè)與所述緩沖電路部的輸出側(cè)連接、并且基于所述第一延遲信號被驅(qū)動的第一MOSFET，其中， 所述緩沖電路部和所述第一 MOSFET，基于所述驅(qū)動信號的輸入而在該緩沖電路部和該第一 MOSFET中流動電流， 所述第一延遲電路部，在所述緩沖電路部脫離過渡狀態(tài)而成為導(dǎo)通狀態(tài)后，輸出所述第一延遲信號， 所述功率半導(dǎo)體元件，通過基于所述第一延遲信號的所述第一 MOSFET的開關(guān)動作，從所述緩沖電路部被施加所述柵極電壓而成為導(dǎo)通狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求I所述的電カ轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干 所述緩沖電路部中，該PNP晶體管和該NPN晶體管形成圖騰柱結(jié)構(gòu)，并且該NPN晶體管與該PNP晶體管的連接部連接在所述功率半導(dǎo)體元件的柵極端子上。
3.如權(quán)利要求2所述的電カ轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 所述第一 MOSFET由N溝道MOSFET構(gòu)成，并且該N溝道MOSFET與所述NPN晶體管電串聯(lián)連接， 所述第一延遲電路部具有生成使所述驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)而得的翻轉(zhuǎn)信號的翻轉(zhuǎn)電路部，并將該翻轉(zhuǎn)信號作為所述第一延遲信號輸出。
4.如權(quán)利要求I所述的電カ轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括 取得所述驅(qū)動信號、并且基于該驅(qū)動信號的輸入生成第二延遲信號的第二延遲電路部；和 漏極側(cè)與所述緩沖電路部的輸出側(cè)連接、并且基于所述第二延遲信號被驅(qū)動的第二MOSFET, 所述緩沖電路部和所述第二 M0SFET，基于所述驅(qū)動信號的輸入而在該緩沖電路部和該第二 MOSFET中流動電流， 所述第二延遲電路部，在所述緩沖電路部脫離過渡狀態(tài)而成為導(dǎo)通狀態(tài)后，輸出所述第二延遲信號， 所述功率半導(dǎo)體元件，通過基于所述第二延遲信號的所述第二 MOSFET的開關(guān)動作，從所述緩沖電路部被施加所述柵極電壓而成為關(guān)斷狀態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的電カ轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干 所述緩沖電路部中，該PNP晶體管和該NPN晶體管形成圖騰柱結(jié)構(gòu)，并且該NPN晶體管與該PNP晶體管的連接部連接在所述功率半導(dǎo)體元件的柵極端子上。
6.如權(quán)利要求5所述的電カ轉(zhuǎn)換裝置，其特征在干 所述第二 MOSFET由P溝道MOSFET構(gòu)成，并且該P溝道MOSFET與所述PNP晶體管電串聯(lián)連接， 所述第二延遲電路部，具有生成使所述驅(qū)動信號翻轉(zhuǎn)而得的翻轉(zhuǎn)信號的翻轉(zhuǎn)電路部，并將該翻轉(zhuǎn)信號作為所述第二延遲信號輸出。
全文摘要
本發(fā)明是一種電力轉(zhuǎn)換裝置，包括功率半導(dǎo)體元件；輸出用于驅(qū)動功率半導(dǎo)體元件的驅(qū)動信號的驅(qū)動電路部；包括PNP晶體管和NPN晶體管、并且輸出用于驅(qū)動功率半導(dǎo)體元件的柵極電壓的緩沖電路部；取得驅(qū)動信號、并且基于該驅(qū)動信號的輸入生成第一延遲信號的第一延遲電路部；和漏極側(cè)與緩沖電路部的輸出側(cè)連接、并且基于第一延遲信號被驅(qū)動的第一MOSFET，其中，緩沖電路部和第一MOSFET，基于驅(qū)動信號的輸入而在該緩沖電路部和該第一MOSFET中流動電流，第一延遲電路部，在緩沖電路部脫離過渡狀態(tài)而成為導(dǎo)通狀態(tài)后，輸出第一延遲信號，功率半導(dǎo)體元件，通過基于第一延遲信號的第一MOSFET的開關(guān)動作，從緩沖電路部被施加?xùn)艠O電壓而成為導(dǎo)通狀態(tài)。
文檔編號H02M1/08GK102844973SQ20118001657
公開日2012年12月26日 申請日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月1日
發(fā)明者島野?；? 能登康雄, 八幡光一, 船場誠司, 赤石賢生 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會社