半導(dǎo)體器件和使用它的電力轉(zhuǎn)換裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。特別涉及使用多組晶體管與二極管的并聯(lián)連接電路的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，風(fēng)力發(fā)電、太陽光發(fā)電設(shè)備和電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力電路驅(qū)動(dòng)電路等中必需的用于從直流電源發(fā)生交流的電力轉(zhuǎn)換裝置(逆變器裝置)中，因?yàn)榘l(fā)電規(guī)模的增大和動(dòng)力裝置的輸出功率的提高，要求能夠流過大電流。但是，另一方面，因?yàn)橥ㄟ^將這些逆變器裝置設(shè)置在發(fā)電裝置附近或動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置附近能夠提高電力轉(zhuǎn)換效率，所以小型、輕量化也是必需的。上述逆變器裝置中，在大電流工作時(shí)，IGBT或S1-MOSFE、SiC-MOSFE、GaN-FET等開關(guān)元件和Si 二極管、SiC 二極管或GaN 二極管等恢復(fù)元件(recovery element)等功率半導(dǎo)體元件的損失引起的發(fā)熱增加，為了抑制該發(fā)熱，散熱設(shè)備要占據(jù)較大容量，所以小型、輕量化困難。于是，降低逆變器裝置中使用的功率半導(dǎo)體元件的損失是重要的問題。
[0003]為了提供小型輕量、低損失的逆變器，通過降低功率半導(dǎo)體元件中使用的開關(guān)元件的損失可以得到最大的損失降低效果，但降低恢復(fù)元件的損失也占有僅次于降低開關(guān)元件的損失的權(quán)重，所以改善它們是重要的。
[0004]專利文獻(xiàn)I中公開了為了降低損失，而為了減少恢復(fù)元件中流過的振鈴電流(ringing current)引起的噪聲,使用Si 二極管、SiC 二極管這樣接通電壓不同的2種二極管，從而使二極管切斷恢復(fù)電流的速度變得緩慢，因此能夠防止在二極管的兩端發(fā)生振鈴電流。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)1:日本特開2009-032769

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明要解決的課題
[0009]作為用于降低恢復(fù)元件的損失的一例，列舉了使用SiC 二極管、GaN 二極管等。使用這樣的二極管時(shí)，因?yàn)闆]有反向恢復(fù)電流流過，所以接通損失和恢復(fù)損失小。進(jìn)而，通過減小IGBT或S1-MOSFET、SiC-MOSFET, GaN-FET等開關(guān)元件的柵極阻抗的值，能夠提高開關(guān)速度(接通速度)。由此，能夠進(jìn)一步降低損失。此外，各種要素電路也通過提高速度而小型化。但是，SiC 二極管這樣的肖特基結(jié)構(gòu)中也多少存在結(jié)電容，所以開關(guān)元件接通時(shí)會(huì)對(duì)作為恢復(fù)元件的二極管的兩端施加電源電壓，發(fā)生二極管的結(jié)電容與主電路的電感引起的共振現(xiàn)象，流過共振電流(振鈴電流)。
[0010]S卩，無論是否是SiC 二極管，在Si 二極管和GaN 二極管等任意的二極管中，也不能夠使結(jié)電容完全為0，所以存在對(duì)二極管兩端子施加電源電壓和共振引起的高浪涌電壓(振鈴電壓)、振鈴電壓增大的缺點(diǎn)。
[0011]此外，專利文獻(xiàn)I這樣的結(jié)構(gòu)中，需要個(gè)別地安裝Si 二極管和SiC 二極管，制造工序變得復(fù)雜。
[0012]本發(fā)明以解決這樣的問題點(diǎn)為目的，提供一種低損失的半導(dǎo)體器件。
[0013]用于解決課題的技術(shù)方案
[0014]為了解決上述課題，例如采用權(quán)利要求中記載的結(jié)構(gòu)。本申請(qǐng)包括多種解決上述課題的技術(shù)方案，舉其一例，是一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括:直流電源；基準(zhǔn)電位；第一和第二臂電路，其在基準(zhǔn)電位與直流電流之間串聯(lián)連接；和負(fù)載電感器，其連接至第一臂電路與第二臂電路的連接點(diǎn)，第一臂電路包括第一開關(guān)元件和與第一開關(guān)元件的電流通路并聯(lián)連接的多個(gè)第一二極管，第二臂電路包括第二開關(guān)元件和與第二開關(guān)元件的電流通路并聯(lián)連接的多個(gè)第二二極管，第一和第二二極管以從基準(zhǔn)電位向直流電源去的方向?yàn)檎较?，第一和第二二極管都是Si 二極管或者都是SiC 二極管，多個(gè)第一二極管各自與直流電源的輸出端子的距離分別不同。
[0015]發(fā)明效果
[0016]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種制造簡(jiǎn)便且低損失的半導(dǎo)體器件。
【附圖說明】
[0017]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0018]圖2是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0019]圖3是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0020]圖4是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0021]圖5是表示電感與二極管的等價(jià)電路和衰減正弦波振動(dòng)、衰減正弦波振動(dòng)頻率的圖。
[0022]圖6是用于比較現(xiàn)有技術(shù)與實(shí)施方式中的振鈴電流波形的概念圖。
[0023]圖7是表示用于改變電感的一例的圖。
[0024]圖8是表示用于改變電感的一例的圖。
[0025]圖9是表示用于改變電感的一例的圖。
[0026]圖10是表示用于改變電感的一例的圖。
[0027]圖11是表示用于改變電感的一例的圖。
[0028]圖12是表示用于改變電感的一例的并聯(lián)連接了圖13的圖。
[0029]圖13是表示安裝了單片的恢復(fù)二極管和開關(guān)元件的實(shí)際安裝結(jié)構(gòu)的圖。
[0030]圖14是表示用圖11安裝4并聯(lián)的恢復(fù)二極管和開關(guān)元件的實(shí)際安裝結(jié)構(gòu)的圖。
[0031]圖15是表示使用了本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的雙面冷卻型功率組件的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下參考附圖，用電路圖說明用于實(shí)施本發(fā)明的方式(以下稱為實(shí)施方式)的逆變器裝置的基本結(jié)構(gòu)，接著說明本實(shí)施方式的特征結(jié)構(gòu)。此外，各圖中，對(duì)于共同的構(gòu)成要素和同樣的構(gòu)成要素，附加相同的符號(hào)并省略其重復(fù)的說明。
[0033]實(shí)施例1
[0034]圖1是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的逆變器裝置的基本結(jié)構(gòu)的電路圖。逆變器裝置由以下構(gòu)成:由高壓側(cè)開關(guān)元件202a、與高壓側(cè)開關(guān)元件202a的源極-漏極通路并聯(lián)連接的恢復(fù)二極管204D1?204D4、與各恢復(fù)二極管的陰極側(cè)串聯(lián)連接的電感203L1?203L4構(gòu)成的開關(guān)上臂電路部；由低壓側(cè)開關(guān)元件202b、與低壓側(cè)開關(guān)元件202b的源極-漏極通路并聯(lián)連接的恢復(fù)二極管204D5?204D8、與各恢復(fù)二極管的陰極側(cè)串聯(lián)連接的電感203L5?203L8構(gòu)成的開關(guān)下臂電路部；作為主電源的直流電源206 ;用于抑制電源電壓的變動(dòng)的電容器207 ;用于使高壓側(cè)開關(guān)元件202a和低壓側(cè)開關(guān)元件202b接通/關(guān)斷(ON/OFF)的柵極驅(qū)動(dòng)電路201a、201b ;和與高壓側(cè)開關(guān)元件202a和低壓側(cè)開關(guān)元件202b的連接點(diǎn)連接的負(fù)載205，按直流電源206、高壓側(cè)開關(guān)元件202a、低壓側(cè)開關(guān)元件202b的順序與基準(zhǔn)電位串聯(lián)連接。在本實(shí)施例中，在開關(guān)上下臂電路部中，分別并聯(lián)4組電感與恢復(fù)二極管的組，但在上下臂電路部，電感與恢復(fù)二極管的組的數(shù)量也可以是非對(duì)稱的。
[0035]通過切換開關(guān)元件202a、202b的接通/關(guān)斷(0N/0FF)，負(fù)載205中交替地流過方向不同的電流，發(fā)生交流磁場(chǎng)。此時(shí)，雙方的開關(guān)元件瞬間為接通(ON)時(shí)，電路整體中流過大電流而短路，所以設(shè)置有使雙方的開關(guān)元件為關(guān)斷(OFF)的時(shí)間(死區(qū)時(shí)間)。為了在該死區(qū)時(shí)間中釋放負(fù)載205中發(fā)生的感應(yīng)電流，而在上臂電路部和下臂電路部的上下設(shè)置有串聯(lián)電感與恢復(fù)二極管的組。為了使恢復(fù)二極管能夠?qū)ㄔ摳袘?yīng)電流，恢復(fù)二極管204D1?204D8被設(shè)置為以從基準(zhǔn)電位向直流電源206流過的電流的方向?yàn)檎较颉?br>[0036]通過使此處的開關(guān)上臂部中的串聯(lián)電感203L1?203L4、或者開關(guān)下臂部中的串聯(lián)電感203L5?203L8的值基于圖5所示的衰減正弦波振動(dòng)式和衰減正弦波振動(dòng)頻率式變化，而使各二極管中流過的振鈴電流的頻率變化，因此并聯(lián)連接的二極管之間的振鈴電流相互削弱，由此能夠使上臂電路部整體的振鈴電流的頻率降低為圖6的右圖所示的電流波形。當(dāng)然，如果對(duì)上下臂部雙方的串聯(lián)電感采取上述措施，則