[发明专利]半导体装置的布线电路及其控制方法、半导体装置、电力变换装置、铁路车辆用电气系统

说明书

本发明提供一种半导体装置的布线电路及其控制方法、半导体装置、电力变换装置、铁路车辆用电气系统，能够在使开关动作高速化或者低损耗化的同时防止由于噪声引起的误动作。半导体装置的布线电路(4、5)连接于电力变换装置中的构成支路的半导体装置(1、2)与驱动半导体装置的驱动电路(3)之间，半导体装置的布线电路(4、5)具备电感器(11、12、13、14)、和包括开关(15、16、17、18)并且与电感器并联连接的阻抗电路(51、52、53、54)。

技术领域

本发明涉及连接半导体装置和驱动电路的布线电路及布线电路的控制方法、使用布线电路的半导体装置、电力变换装置以及铁路车辆用电气系统。

背景技术

在工业设备、电气铁路车辆、混合动力汽车、电动汽车等设备中，为了电力控制、马达控制，广泛使用电力变换装置。电力变换装置包括作为电气零件的功率半导体模块、功率半导体元件及电容器等、连接电气零件之间的布线、以及将由于电气零件的电力损耗所产生的发热散热的散热器，向马达、系统布线等负载供给电力。

在构成电力变换装置的主电路的功率半导体模块、功率半导体元件中，它们为了控制电力变换装置的输出电流，产生导通损耗和开关损耗。在降低这些电力损耗时，散热器尺寸被削减。由此，能够使电力变换装置小型化、或者能够在空置的空间配置用于实现高性能化的追加零件。例如，能够削减配置于电气铁路车辆地板下的电力变换装置的体积，在所形成的空置空间配置蓄电池，提高能量的再生性能。因此，要求进一步降低导通损耗和开关损耗。

作为降低开关损耗的一个办法，有使开关时的栅极驱动电流增加的办法。在该情况下，将栅极驱动电阻的值设定得较小。但是，由于栅极驱动电阻值的低电阻化，需要增加栅极驱动电路的输出电流额定值、或者从栅极驱动电路至功率半导体模块、功率半导体元件的路径中对谐振的电阻阻尼效果变弱而易于产生谐振。在谐振生长时，在功率半导体模块、功率半导体元件中产生超过电压额定值最小的栅极电压的电压振动。其结果，半导体元件的栅极部位产生劣化或者损伤，功率半导体模块、功率半导体元件的可靠性降低。

作为针对这样的损耗降低或谐振的与栅极驱动有关的以往技术，已知专利文献1以及专利文献2记载的技术。

在专利文献1记载的技术中，在开关元件的栅极、源极之间连接可变控制电容，将栅极驱动脉冲电路产生的栅极驱动信号作为定时的基准，使栅极、源极之间的电容根据动作期间而变化。在栅极电流最大的期间，降低电容值来抑制最大电流值，在栅极环路电路针对谐振的稳定性受损的期间，增加电容值来抑制谐振。

在专利文献2记载的技术中，在电压控制型晶体管的电压控制端子与驱动电路之间，串联地连接谐振用电感器和电阻。由于与电压控制型晶体管的输入电容的LCR谐振现象，得到高的驱动电压、或者负电压。另外，能够通过电路的紧凑化、栅极布线长显著变小来抑制振铃。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2018-7373号公报

专利文献2：日本特开2011-188383号公报

发明内容

然而，在专利文献1记载的技术中，由于使栅极、源极之间的输入电容增加，所以开关时间增加。

另外，在专利文献2记载的技术中，在电压控制端子与驱动电路之间串联地连接谐振用电感器和电阻，所以将电压控制型晶体管维持为截止状态的期间的噪声耐受性降低。因此，在产生噪声时，会产生误接通、寄生振动等误动作。

在构成电力变换装置的主电路中的半桥电路的成对的多个功率半导体模块中，在使一个功率半导体模块进行开关时，另一个功率半导体模块被维持为截止状态。此时，如果另一个功率半导体模块误接通，则引起支路短路。因此，噪声耐受性降低的问题在电力变换装置、半桥电路、功率半导体模块中显著。