JP7054791B2 - Semiconductor devices and devices - Google Patents
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Description
本開示は半導体装置に関し、より詳細には、複数のスイッチング素子を備える半導体装置及びこの半導体装置に用いられるデバイスに関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a plurality of switching elements and a device used in the semiconductor device.
従来例として特許文献1記載の半導体装置を例示する。特許文献1記載の半導体装置は、インバータ回路と、インバータ回路の出力に接続した導体からなる導電路と、クランプ回路とを備える。インバータ回路は、フルブリッジ接続された複数の第1のスイッチング素子を含んで構成されている。クランプ回路は、第2のスイッチング素子を含んで構成されて、導電路に接続される。インバータ回路と導電路とクランプ回路とは、一つのパッケージ内に収められている。
As a conventional example, the semiconductor device described in
しかしながら、特許文献1記載の半導体装置では、インバータ回路と導電路とクランプ回路とが一つのパッケージ内に収められているため、半導体装置を用いて形成できる回路の種類が限られていた。
However, in the semiconductor device described in
本開示は、汎用性を向上させた半導体装置及びこの半導体装置に用いられるデバイスを提供することを目的とする。 It is an object of the present disclosure to provide a semiconductor device having improved versatility and a device used in the semiconductor device.
本開示の第1の態様に係る半導体装置は、直流電力を交流電力に変換する動作と交流電力を直流電力に変換する動作とのうち少なくとも一方を行う。前記半導体装置は、複数の第1のスイッチング素子の第1の直列回路と、複数の第2のスイッチング素子の第2の直列回路と、複数の第3のスイッチング素子の第3の直列回路と、複数の第4のスイッチング素子の第4の直列回路と、複数の第5のスイッチング素子の第5の直列回路と、複数の第6のスイッチング素子の第6の直列回路と、を備える。前記第2の直列回路は、前記第1の直列回路に直列に接続されている。前記第4の直列回路は、前記第3の直列回路に直列に接続されている。前記第5の直列回路は、第1の接続点と第2の接続点との間に接続されている。前記第1の接続点は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち2つの第1のスイッチング素子の接続点である。前記第2の接続点は、前記複数の第2のスイッチング素子のうち2つの第2のスイッチング素子の接続点である。前記第6の直列回路は、第3の接続点と第4の接続点との間に接続されている。前記第3の接続点は、前記複数の第3のスイッチング素子のうち2つの第3のスイッチング素子の接続点である。前記第4の接続点は、前記複数の第4のスイッチング素子のうち2つの第4のスイッチング素子の接続点である。前記第1の直列回路における前記第2の直列回路側とは反対側の端は、前記第3の直列回路における前記第4の直列回路側とは反対側の端に接続されている。前記第2の直列回路における前記第1の直列回路側とは反対側の端は、前記第4の直列回路における前記第3の直列回路側とは反対側の端に接続されている。前記第1の直列回路と前記第2の直列回路との接続点は、前記第3の直列回路と前記第4の直列回路との接続点に接続されている。前記半導体装置は、モジュールを複数備える。前記複数のモジュールは、スイッチング素子群と、パッケージと、を含む。前記スイッチング素子群は、前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子である。前記パッケージは、前記スイッチング素子群を収容する。前記複数のモジュールの各々におけるスイッチング素子の数は前記複数のモジュール間で同じである。前記複数のモジュールの各々における前記スイッチング素子群の接続関係は前記複数のモジュール間で同じである。前記半導体装置は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第1のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第1のキャパシタと、前記複数の第2のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第2のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第2のキャパシタと、前記複数の第3のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第3のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第3のキャパシタと、前記複数の第4のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第4のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第4のキャパシタと、を更に備える。前記複数のモジュールのうち第1のモジュールは、前記第1の直列回路と、前記第2の直列回路と、前記第5の直列回路と、前記第1のキャパシタと、前記第2のキャパシタと、を含む。前記複数のモジュールのうち前記第1のモジュールとは別の第2のモジュールは、前記第3の直列回路と、前記第4の直列回路と、前記第6の直列回路と、前記第3のキャパシタと、前記第4のキャパシタと、を含む。
本開示の第2の態様に係る半導体装置は、直流電力を交流電力に変換する動作と交流電力を直流電力に変換する動作とのうち少なくとも一方を行う。前記半導体装置は、複数の第1のスイッチング素子の第1の直列回路と、複数の第2のスイッチング素子の第2の直列回路と、複数の第3のスイッチング素子の第3の直列回路と、複数の第4のスイッチング素子の第4の直列回路と、複数の第5のスイッチング素子の第5の直列回路と、複数の第6のスイッチング素子の第6の直列回路と、を備える。前記第2の直列回路は、前記第1の直列回路に直列に接続されている。前記第4の直列回路は、前記第3の直列回路に直列に接続されている。前記第5の直列回路は、第1の接続点と第2の接続点との間に接続されている。前記第1の接続点は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち2つの第1のスイッチング素子の接続点である。前記第2の接続点は、前記複数の第2のスイッチング素子のうち2つの第2のスイッチング素子の接続点である。前記第6の直列回路は、第3の接続点と第4の接続点との間に接続されている。前記第3の接続点は、前記複数の第3のスイッチング素子のうち2つの第3のスイッチング素子の接続点である。前記第4の接続点は、前記複数の第4のスイッチング素子のうち2つの第4のスイッチング素子の接続点である。前記第1の直列回路における前記第2の直列回路側とは反対側の端は、前記第3の直列回路における前記第4の直列回路側とは反対側の端に接続されている。前記第2の直列回路における前記第1の直列回路側とは反対側の端は、前記第4の直列回路における前記第3の直列回路側とは反対側の端に接続されている。前記第1の直列回路と前記第2の直列回路との接続点は、前記第3の直列回路と前記第4の直列回路との接続点に接続されている。前記半導体装置は、モジュールを複数備える。前記複数のモジュールは、スイッチング素子群と、パッケージと、を含む。前記スイッチング素子群は、前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子である。前記パッケージは、前記スイッチング素子群を収容する。前記複数のモジュールの各々におけるスイッチング素子の数は前記複数のモジュール間で同じである。前記複数のモジュールの各々における前記スイッチング素子群の接続関係は前記複数のモジュール間で同じである。前記複数のモジュールとしての6つのモジュールは、前記第1ないし第6の直列回路と一対一で対応する。前記6つのモジュールの各々は、前記第1ないし第6の直列回路のうち対応する直列回路を含む。
本開示の第3の態様に係る半導体装置は、直流電力を交流電力に変換する動作と交流電力を直流電力に変換する動作とのうち少なくとも一方を行う。前記半導体装置は、複数の第1のスイッチング素子の第1の直列回路と、複数の第2のスイッチング素子の第2の直列回路と、複数の第3のスイッチング素子の第3の直列回路と、複数の第4のスイッチング素子の第4の直列回路と、複数の第5のスイッチング素子の第5の直列回路と、複数の第6のスイッチング素子の第6の直列回路と、を備える。前記第2の直列回路は、前記第1の直列回路に直列に接続されている。前記第4の直列回路は、前記第3の直列回路に直列に接続されている。前記第5の直列回路は、第1の接続点と第2の接続点との間に接続されている。前記第1の接続点は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち2つの第1のスイッチング素子の接続点である。前記第2の接続点は、前記複数の第2のスイッチング素子のうち2つの第2のスイッチング素子の接続点である。前記第6の直列回路は、第3の接続点と第4の接続点との間に接続されている。前記第3の接続点は、前記複数の第3のスイッチング素子のうち2つの第3のスイッチング素子の接続点である。前記第4の接続点は、前記複数の第4のスイッチング素子のうち2つの第4のスイッチング素子の接続点である。前記第1の直列回路における前記第2の直列回路側とは反対側の端は、前記第3の直列回路における前記第4の直列回路側とは反対側の端に接続されている。前記第2の直列回路における前記第1の直列回路側とは反対側の端は、前記第4の直列回路における前記第3の直列回路側とは反対側の端に接続されている。前記第1の直列回路と前記第2の直列回路との接続点は、前記第3の直列回路と前記第4の直列回路との接続点に接続されている。前記半導体装置は、モジュールを複数備える。前記複数のモジュールは、スイッチング素子群と、パッケージと、を含む。前記スイッチング素子群は、前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子である。前記パッケージは、前記スイッチング素子群を収容する。前記複数のモジュールの各々におけるスイッチング素子の数は前記複数のモジュール間で同じである。前記複数のモジュールの各々における前記スイッチング素子群の接続関係は前記複数のモジュール間で同じである。前記複数の第1のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち第1のモジュールに含まれるスイッチング素子と第2のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する。前記複数の第3のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第1のモジュールに含まれるスイッチング素子と第3のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する。前記複数の第5のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第2のモジュールに含まれるスイッチング素子と第4のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する。前記複数の第6のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第3のモジュールに含まれるスイッチング素子と第5のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する。前記複数の第2のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第4のモジュールに含まれるスイッチング素子と第6のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する。前記複数の第4のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第5のモジュールに含まれるスイッチング素子と前記第6のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する。
The semiconductor device according to the first aspect of the present disclosure performs at least one of an operation of converting DC power into AC power and an operation of converting AC power into DC power. The semiconductor device includes a first series circuit of a plurality of first switching elements, a second series circuit of the plurality of second switching elements, and a third series circuit of the plurality of third switching elements. A fourth series circuit of the plurality of fourth switching elements, a fifth series circuit of the plurality of fifth switching elements, and a sixth series circuit of the plurality of sixth switching elements are provided. The second series circuit is connected in series with the first series circuit. The fourth series circuit is connected in series with the third series circuit. The fifth series circuit is connected between the first connection point and the second connection point. The first connection point is a connection point of two first switching elements among the plurality of first switching elements. The second connection point is a connection point of two second switching elements among the plurality of second switching elements. The sixth series circuit is connected between the third connection point and the fourth connection point. The third connection point is a connection point of two third switching elements among the plurality of third switching elements. The fourth connection point is a connection point of two fourth switching elements among the plurality of fourth switching elements. The end of the first series circuit opposite to the second series circuit side is connected to the end of the third series circuit opposite to the fourth series circuit side. The end of the second series circuit opposite to the first series circuit side is connected to the end of the fourth series circuit opposite to the third series circuit side. The connection point between the first series circuit and the second series circuit is connected to the connection point between the third series circuit and the fourth series circuit. The semiconductor device includes a plurality of modules. The plurality of modules include a group of switching elements and a package. The switching element group includes the plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, and the plurality of fifth switching elements. And at least two switching elements, which are less than half of the plurality of sixth switching elements. The package houses the switching element group. The number of switching elements in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules. The connection relationship of the switching element group in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules. The semiconductor device includes a first capacitor connected in parallel with a series circuit of at least two first switching elements of the plurality of first switching elements, and at least two of the plurality of second switching elements. A second capacitor connected in parallel with the series circuit of the two second switching elements, and a third connected in parallel with the series circuit of at least two third switching elements among the plurality of third switching elements. The capacitor is further provided with a fourth capacitor connected in parallel with a series circuit of at least two fourth switching elements among the plurality of fourth switching elements. The first module among the plurality of modules includes the first series circuit, the second series circuit, the fifth series circuit, the first capacitor, and the second capacitor. including. The second module other than the first module among the plurality of modules includes the third series circuit, the fourth series circuit, the sixth series circuit, and the third capacitor. And the fourth capacitor.
The semiconductor device according to the second aspect of the present disclosure performs at least one of an operation of converting DC power into AC power and an operation of converting AC power into DC power. The semiconductor device includes a first series circuit of a plurality of first switching elements, a second series circuit of the plurality of second switching elements, and a third series circuit of the plurality of third switching elements. A fourth series circuit of the plurality of fourth switching elements, a fifth series circuit of the plurality of fifth switching elements, and a sixth series circuit of the plurality of sixth switching elements are provided. The second series circuit is connected in series with the first series circuit. The fourth series circuit is connected in series with the third series circuit. The fifth series circuit is connected between the first connection point and the second connection point. The first connection point is a connection point of two first switching elements among the plurality of first switching elements. The second connection point is a connection point of two second switching elements among the plurality of second switching elements. The sixth series circuit is connected between the third connection point and the fourth connection point. The third connection point is a connection point of two third switching elements among the plurality of third switching elements. The fourth connection point is a connection point of two fourth switching elements among the plurality of fourth switching elements. The end of the first series circuit opposite to the second series circuit side is connected to the end of the third series circuit opposite to the fourth series circuit side. The end of the second series circuit opposite to the first series circuit side is connected to the end of the fourth series circuit opposite to the third series circuit side. The connection point between the first series circuit and the second series circuit is connected to the connection point between the third series circuit and the fourth series circuit. The semiconductor device includes a plurality of modules. The plurality of modules include a group of switching elements and a package. The switching element group includes the plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, and the plurality of fifth switching elements. And at least two switching elements, which are less than half of the plurality of sixth switching elements. The package houses the switching element group. The number of switching elements in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules. The connection relationship of the switching element group in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules. The six modules as the plurality of modules have a one-to-one correspondence with the first to sixth series circuits. Each of the six modules includes the corresponding series circuit of the first to sixth series circuits.
The semiconductor device according to the third aspect of the present disclosure performs at least one of an operation of converting DC power into AC power and an operation of converting AC power into DC power. The semiconductor device includes a first series circuit of a plurality of first switching elements, a second series circuit of the plurality of second switching elements, and a third series circuit of the plurality of third switching elements. A fourth series circuit of the plurality of fourth switching elements, a fifth series circuit of the plurality of fifth switching elements, and a sixth series circuit of the plurality of sixth switching elements are provided. The second series circuit is connected in series with the first series circuit. The fourth series circuit is connected in series with the third series circuit. The fifth series circuit is connected between the first connection point and the second connection point. The first connection point is a connection point of two first switching elements among the plurality of first switching elements. The second connection point is a connection point of two second switching elements among the plurality of second switching elements. The sixth series circuit is connected between the third connection point and the fourth connection point. The third connection point is a connection point of two third switching elements among the plurality of third switching elements. The fourth connection point is a connection point of two fourth switching elements among the plurality of fourth switching elements. The end of the first series circuit opposite to the second series circuit side is connected to the end of the third series circuit opposite to the fourth series circuit side. The end of the second series circuit opposite to the first series circuit side is connected to the end of the fourth series circuit opposite to the third series circuit side. The connection point between the first series circuit and the second series circuit is connected to the connection point between the third series circuit and the fourth series circuit. The semiconductor device includes a plurality of modules. The plurality of modules include a group of switching elements and a package. The switching element group includes the plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, and the plurality of fifth switching elements. And at least two switching elements, which are less than half of the plurality of sixth switching elements. The package houses the switching element group. The number of switching elements in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules. The connection relationship of the switching element group in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules. The plurality of first switching elements include a switching element included in the first module and a switching element included in the second module among the plurality of modules. The plurality of third switching elements include a switching element included in the first module and a switching element included in the third module among the plurality of modules. The plurality of fifth switching elements include a switching element included in the second module and a switching element included in the fourth module among the plurality of modules. The plurality of sixth switching elements include a switching element included in the third module and a switching element included in the fifth module among the plurality of modules. The plurality of second switching elements include a switching element included in the fourth module and a switching element included in the sixth module among the plurality of modules. The plurality of fourth switching elements include a switching element included in the fifth module and a switching element included in the sixth module among the plurality of modules.
本開示の一態様に係るデバイスは、第1の態様に係る前記半導体装置に、前記第1のモジュール又は前記第2のモジュールとして用いられる。
本開示の別の一態様に係るデバイスは、第2の態様に係る前記半導体装置に、前記6つのモジュールのうちの1つとして用いられる。
本開示の更に別の一態様に係るデバイスは、第3の態様に係る前記半導体装置に、前記第1ないし第6のモジュールのうちの1つとして用いられる。
The device according to one aspect of the present disclosure is used as the first module or the second module in the semiconductor device according to the first aspect .
The device according to another aspect of the present disclosure is used as one of the six modules in the semiconductor device according to the second aspect.
The device according to still another aspect of the present disclosure is used as one of the first to sixth modules in the semiconductor device according to the third aspect.
本開示の一態様に係る半導体装置及びデバイスによれば、汎用性を向上させることができる。 According to the semiconductor device and device according to one aspect of the present disclosure, versatility can be improved.
以下、実施形態に係る半導体装置及びその半導体装置に用いられるデバイスについて、図面を用いて説明する。ただし、下記の各実施形態は、本開示の様々な実施形態の一部に過ぎない。下記の各実施形態は、本開示の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。 Hereinafter, the semiconductor device according to the embodiment and the device used for the semiconductor device will be described with reference to the drawings. However, each of the following embodiments is only part of the various embodiments of the present disclosure. Each of the following embodiments can be variously modified according to the design and the like as long as the object of the present disclosure can be achieved.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る半導体装置10の回路図である。半導体装置10は、直流電源電圧を入力する第1入力端IN1、第2入力端IN2を備える。半導体装置10は、直流電源と並列に直列接続された第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12と、直流電源及び直列接続された第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12と並列に直列接続された第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14と、を更に備える。つまり、第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12の直列回路と、第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14の直列回路とは、直流電源と並列に接続される。半導体装置10は、第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12の出力端子間に直列接続されたスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2と、第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14の出力端子間に直列接続されたスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4と、直列接続されたスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の間の電路に設けられた第1出力端OUT1と、直列接続されたスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4の間の電路に設けられた第2出力端OUT2とを更に備える。半導体装置10は、直流電力を交流電力に変換する動作と交流電力を直流電力に変換する動作とのうち少なくとも一方(本実施形態では両方)を行う電力変換装置である。より詳細には、半導体装置10は、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から5レベルの出力電圧を出力可能な5レベルインバータである。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a circuit diagram of the
以降の説明では、直流電源電圧を第1入力端IN1及び第2入力端IN2から入力し、交流電力を第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から出力する場合の動作について主に説明するが、この半導体装置10は双方向性を有している、つまり、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2に交流電力を入力し、第1入力端IN1及び第2入力端IN2から直流電力を出力することが可能である。言い換えると、半導体装置10では、交流側(第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2)から直流側(第1入力端IN1及び第2入力端IN2)に電力を送ることも可能である。この場合は、入力と出力が逆転し、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2は第1入力端IN1及び第2入力端IN2となり、第1入力端IN1及び第2入力端IN2は第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2となる。つまり、第1入力端IN1、第2入力端IN2は、直流電力の入力端と出力端とのうち少なくとも一方として機能する接続端であり、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2は、交流電力の入力端と出力端とのうち少なくとも一方として機能する接続端である。ここで、各接続端は、例えば、電路を構成する導体の一部である。
In the following description, the operation when the DC power supply voltage is input from the first input terminal IN1 and the second input end IN2 and the AC power is output from the first output terminal OUT1 and the second output end OUT2 will be mainly described. , This
図1に示した半導体装置10では、第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14として、3レベルの電圧を出力可能な3レベルコンバータ回路が使用されているが、後述するように、第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14として、(2N+3)レベルの電圧を出力可能なマルチレベルコンバータ回路が使用されてもよい(ただし、Nは自然数)。
In the
第1入力端IN1と第2入力端IN2との間には、容量値が同じである2つのキャパシタC1及びC2が直列接続される。2つのキャパシタC1及びC2が同じ容量値を有するので、2つのキャパシタC1及びC2のそれぞれの端子間電圧は直流電源電圧Eの半分(E/2)に等しい。したがって、第1入力端IN1の電位をE[V]、第2入力端IN2の電位を0[V]とすると、キャパシタC1とキャパシタC2との接続点の電位はE/2[V]となる。このように、図1に示した半導体装置10では、2つのキャパシタC1及びC2により直流電源電圧を分圧しているが、別の例では、2つの抵抗器により直流電源電圧を分圧してもよい。あるいは、第1入力端IN1と第2入力端IN2との間には、2つのキャパシタC1及びC2に代えて、電源電圧がそれぞれE/2[V]である2つの直流電源が接続されてもよい。第1のフライングキャパシタ回路11と第2のフライングキャパシタ回路12との接続点、及び第3のフライングキャパシタ回路13と第4のフライングキャパシタ回路14との接続点は、2つのキャパシタC1及びC2により分圧された直流電源電圧の中点に接続される。言い換えると、第1のフライングキャパシタ回路11と第2のフライングキャパシタ回路12との接続点、及び第3のフライングキャパシタ回路13と第4のフライングキャパシタ回路14との接続点は、2つのキャパシタC1及びC2の間の、電位がE/2[V]となる電路に接続される。
Two capacitors C1 and C2 having the same capacitance value are connected in series between the first input end IN1 and the second input end IN2. Since the two capacitors C1 and C2 have the same capacitance value, the voltage between the terminals of the two capacitors C1 and C2 is equal to half (E / 2) of the DC power supply voltage E. Therefore, assuming that the potential of the first input end IN1 is E [V] and the potential of the second input end IN2 is 0 [V], the potential of the connection point between the capacitor C1 and the capacitor C2 is E / 2 [V]. .. As described above, in the
なお、2つのキャパシタC1、C2の容量値が同じであるとは、厳密に同じであることに限定されず、許容される誤差の範囲内で異なっていてもよい。2つのキャパシタC1、C2の容量値が同じであるとは、例えば、10%又は20%の誤差がある場合を含む。 It should be noted that the fact that the capacitance values of the two capacitors C1 and C2 are the same is not limited to being exactly the same, and may be different within an allowable error range. The same capacitance value of the two capacitors C1 and C2 includes, for example, a case where there is an error of 10% or 20%.
第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14は、全て、フライングキャパシタ形の3レベルコンバータ回路である。以下では、第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14の各々のキャパシタを、フライングキャパシタと称す。第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14は、後述するようにそれぞれ、直列接続された4つのスイッチング素子(スイッチング素子S5a~S5d、S6a~S6d、S7a~S7d、又はS8a~S8d)と、1つのフライングキャパシタ(フライングキャパシタFC1、FC2、FC3、又はFC4)とにより構成される。なお、別の例では、第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14に代えて、フライングキャパシタ形以外の3レベルコンバータ回路が使用されてもよいし、3よりも多いレベル数のマルチレベルコンバータ回路が使用されてもよい。
The first to fourth flying
第1のフライングキャパシタ回路11は、4つのスイッチング素子S5a、S5b、S5c、S5dと、1つのフライングキャパシタFC1とにより構成される。4つのスイッチング素子S5a~S5dは、NチャネルのMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)により構成され、それぞれのMOSFETのソース・ドレイン間にダイオードが接続されている。このダイオードは、MOSFETの構成の一部としてのボディダイオードである。4つのスイッチング素子S5a~S5dは、S5a、S5b、S5c、S5dの順に直列接続され、スイッチング素子S5aは第1入力端IN1に接続され、スイッチング素子S5dはキャパシタC1とキャパシタC2との接続点に接続される。フライングキャパシタFC1の一端はスイッチング素子S5aとスイッチング素子S5bとの接続点に接続され、フライングキャパシタFC1の他端はスイッチング素子S5cとスイッチング素子S5dとの接続点に接続される。したがって、スイッチング素子S5bとスイッチング素子S5cとの接続点に設けられた出力端の電位は、スイッチング素子S5aにおける電位E[V]と、スイッチング素子S5dにおける電位E/2[V]との間の範囲の電位となる。フライングキャパシタFC1はE/4[V]の電圧になるようにプリチャージされ、E/4[V]の電圧を中心として充放電を繰り返される。後述するように、第1のフライングキャパシタ回路11の出力端の電位は、概ね、E[V]、3E/4[V]、E/2[V]の3レベルの電位となる。
The first
第2のフライングキャパシタ回路12は、4つのスイッチング素子S6a、S6b、S6c、S6dと、1つのフライングキャパシタFC2とにより構成される。4つのスイッチング素子S6a~S6dは、NチャネルのMOSFETにより構成され、それぞれのMOSFETのソース・ドレイン間にダイオードが接続されている。このダイオードは、MOSFETの構成の一部としてのボディダイオードである。4つのスイッチング素子S6a~S6dは、S6a、S6b、S6c、S6dの順に直列接続され、スイッチング素子S6aはキャパシタC1とキャパシタC2との接続点に接続され、スイッチング素子S6dは第2入力端IN2に接続される。フライングキャパシタFC2の一端はスイッチング素子S6aとスイッチング素子S6bとの接続点に接続され、フライングキャパシタFC2の他端はスイッチング素子S6cとスイッチング素子S6dとの接続点に接続される。したがって、スイッチング素子S6bとスイッチング素子S6cとの接続点に設けられた出力端の電位は、スイッチング素子S6aにおける電位E/2[V]と、スイッチング素子S6dにおける電位0[V]との間の範囲の電位となる。フライングキャパシタFC2はE/4[V]の電圧になるようにプリチャージされ、E/4[V]の電圧を中心として充放電を繰り返される。後述するように、第2のフライングキャパシタ回路12の出力端の電位は、概ね、E/2[V]、E/4[V]、0[V]の3レベルの電位となる。
The second
第3のフライングキャパシタ回路13は、4つのスイッチング素子S7a、S7b、S7c、S7dと、1つのフライングキャパシタFC3とにより構成される。4つのスイッチング素子S7a~S7dは、NチャネルのMOSFETにより構成され、それぞれのMOSFETのソース・ドレイン間にダイオードが接続されている。このダイオードは、MOSFETの構成の一部としてのボディダイオードである。4つのスイッチング素子S7a~S7dは、S7a、S7b、S7c、S7dの順に直列接続され、スイッチング素子S7aは第1入力端IN1に接続され、スイッチング素子S7dはキャパシタC1とキャパシタC2との接続点に接続される。フライングキャパシタFC3の一端はスイッチング素子S7aとスイッチング素子S7bとの接続点に接続され、フライングキャパシタFC3の他端はスイッチング素子S7cとスイッチング素子S7dとの接続点に接続される。したがって、スイッチング素子S7bとスイッチング素子S7cとの接続点に設けられた出力端の電位は、スイッチング素子S7aにおける電位E[V]と、スイッチング素子S7dにおける電位E/2[V]との間の範囲の電位となる。フライングキャパシタFC3はE/4[V]の電圧になるようにプリチャージされ、E/4[V]の電圧を中心として充放電を繰り返される。後述するように、第3のフライングキャパシタ回路13の出力端の電位は、概ね、E[V]、3E/4[V]、E/2[V]の3レベルの電位となる。
The third
第4のフライングキャパシタ回路14は、4つのスイッチング素子S8a、S8b、S8c、S8dと、1つのフライングキャパシタFC4とにより構成される。4つのスイッチング素子S8a~S8dは、NチャネルのMOSFETにより構成され、それぞれのMOSFETのソース・ドレイン間にダイオードが接続されている。このダイオードは、MOSFETの構成の一部としてのボディダイオードである。4つのスイッチング素子S8a~S8dは、S8a、S8b、S8c、S8dの順に直列接続され、スイッチング素子S8aはキャパシタC1とキャパシタC2との接続点に接続され、スイッチング素子S8dは第2入力端IN2に接続される。フライングキャパシタFC4の一端はスイッチング素子S8aとスイッチング素子S8bとの接続点に接続され、フライングキャパシタFC4の他端はスイッチング素子S8cとスイッチング素子S8dとの接続点に接続される。したがって、スイッチング素子S8bとスイッチング素子S8cとの接続点に設けられた出力端の電位は、スイッチング素子S8aにおける電位E/2[V]と、スイッチング素子S8dにおける電位0[V]との間の範囲の電位となる。フライングキャパシタFC4はE/4[V]の電圧になるようにプリチャージされ、E/4[V]の電圧を中心として充放電を繰り返される。後述するように、第4のフライングキャパシタ回路14の出力端の電位は、概ね、E/2[V]、E/4[V]、0[V]の3レベルの電位となる。
The fourth
本実施の形態に係る半導体装置10では、4つの3レベル回路を全てフライングキャパシタ形の3レベル回路により構成するので、4つのフライングキャパシタ回路11~14を構成する全てのスイッチング素子の耐圧をE/4[V]とすることができる。これにより、MOSFETなどのスイッチング素子を使用することができる。なお、別の例では、4つのフライングキャパシタ回路11~14を構成するスイッチング素子の一部または全部を、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの他のスイッチング素子により構成してもよい。IGBTのコレクタ・エミッタ間には、ダイオードを接続してもよい。
In the
本実施の形態に係る半導体装置10の制御方法は、マイクロコントローラ等により構成される制御回路により実現される。後述するように、本実施の形態に係る半導体装置10の制御方法では、直列接続された2つのフライングキャパシタ回路11及び12の出力電圧の差がE/2[V]以下となるように、2つのフライングキャパシタ回路11及び12を制御する。また、直列接続された2つのフライングキャパシタ回路13及び14の出力電圧の差もE/2[V]以下となるように、2つのフライングキャパシタ回路13及び14を制御する。したがって、半導体装置10の出力段のスイッチング素子S1~S4として、耐圧がE/2[V]であるスイッチング素子を使用することができる。これにより、MOSFETなどのスイッチング素子を出力段にも使用することができる。また、耐圧がE/2[V]であるスイッチング素子を使用することにより、スイッチング素子の耐圧がより高い場合と比較して、スイッチング素子の切り替えの際に生じるリカバリ電流を低減させることができるので、リカバリ電流に起因する素子の損傷を抑えることができる。
The control method of the
また、後述するように、本実施の形態に係る半導体装置10の制御方法では、制御回路は、出力段のスイッチング素子S1~S4を、出力電圧の極性が切り替えられる時のみに動作するように制御する。そのため、スイッチング素子S1~S4のデューティー制御の周波数は、4つのフライングキャパシタ回路11~14を構成するスイッチング素子のデューティー制御の周波数よりも低くなる。したがって、それぞれのスイッチング素子S1~S4に代えて、より耐圧の低い複数のスイッチング素子を直列に接続した構成とすることができる。本実施の形態に係る半導体装置10では、出力段のスイッチング素子において、直列に接続された複数のスイッチング素子に入力される制御信号の立ち上がりまたは立ち下がりのタイミングのずれや、スイッチング素子の特性の差異などに起因する、複数のスイッチング素子のオンオフのタイミングの多少のずれが生じても、半導体装置10に接続したスナバ回路などにより電圧の急上昇を抑制し、適切に保護することができるからである。なお、後述する制御方法の第2の例におけるスイッチングパターンにおいては、電圧がゼロの状態でスイッチング素子S1~S4をスイッチングすることができるので、更にタイミングのずれが許容される。
Further, as will be described later, in the control method of the
図2は、半導体装置10の、図1とは別の構成例を示す回路図である。図2に示した半導体装置10は、図1に示した半導体装置10の出力段のスイッチング素子S1~S4が、それぞれ、直列接続された2つのスイッチング素子に置き換えられている。すなわち、図1のスイッチング素子S1が、2つのスイッチング素子S1a、S1bに置き換えられ、図1のスイッチング素子S2が、2つのスイッチング素子S2a、S2bに置き換えられ、図1のスイッチング素子S3が、2つのスイッチング素子S3a、S3bに置き換えられ、図1のスイッチング素子S4が、2つのスイッチング素子S4a、S4bに置き換えられている。それ以外の構成は、図1と同様である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of the
このような構成によれば、出力段のスイッチング素子の耐圧を、図1に示した半導体装置10と比べてさらに半分にすることができるので、出力段のスイッチング素子S1a~S4bの耐圧は全てE/4[V]となる。したがって、図2に示した半導体装置10を構成する全てのスイッチング素子として、耐圧がE/4[V]であるスイッチング素子を使用することができる。例えば、直流電源電圧が600[V]である場合、全てのスイッチング素子を、より安価で高性能な、耐圧が150[V]であるスイッチング素子により構成することができるので、安価で高性能な半導体装置10を提供することができる。
According to such a configuration, the withstand voltage of the switching element of the output stage can be further halved as compared with the
以下、図2に示した半導体装置10の回路を用いて、本発明の実施の形態に係る半導体装置10の制御方法について説明する。図2に示した半導体装置10を構成する全てのスイッチング素子はMOSFETにより構成され、それぞれのスイッチング素子のゲート端子には、制御回路からゲート信号が供給されてオンオフが制御されるものとする。つまり、それぞれのスイッチング素子のゲート端子とソース端子との間の電圧がローレベルとハイレベルとの間で切替えられて、それぞれのスイッチング素子のオンオフが制御される。それぞれのスイッチング素子は、ノーマリオフ型のスイッチング素子でもよいし、ノーマリオン型のスイッチング素子でもよい。
Hereinafter, the control method of the
以下では、第1出力端OUT1に接続された電路をU相と称す。また、以下では、第2出力端OUT2に接続された電路をW相と称す。図3A~3Dは、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法におけるスイッチングパターンの第1の例において、U相が+でW相が-である極性の出力電圧を出力する時のスイッチングパターンを示す。図3A~3Dでは、図を見やすくするために、スイッチング素子を簡略化して図示している。図3A~7Dにおいて、大括弧[]で囲まれた文字及び数字は、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の、大括弧[]が付された位置における電圧を表す。
Hereinafter, the electric circuit connected to the first output terminal OUT1 is referred to as a U phase. Further, in the following, the electric path connected to the second output terminal OUT2 will be referred to as a W phase. 3A to 3D show a switching pattern when an output voltage having a polarity in which the U phase is + and the W phase is − in the first example of the switching pattern in the control method of the
以下の説明では、半導体装置10の出力電圧の極性を明示するために、電圧に+又は-の符号を付す場合がある。第1出力端OUT1の電位が第2出力端OUT2の電位よりも大きい場合は半導体装置10の出力電圧の極性は正(+)であり、第1出力端OUT1の電位が第2出力端OUT2の電位よりも小さい場合は半導体装置10の出力電圧の極性は負(-)である。ただし、電圧に+の符号も-の符号も付していない場合は、特に断りの無い場合、+の電圧を表す。
In the following description, the voltage may be represented by + or − in order to clearly indicate the polarity of the output voltage of the
図3Aは、+E[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(1)を示す。言い換えると、図3Aは、W相の電圧を0[V]とする場合のU相の電圧を+E[V]とするためのスイッチングパターン(1)を示す。スイッチングパターン(1)においては、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5a及びS5bをオン、S5c及びS5dをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11からE[V]の電圧を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S1a及びS1bをオン、S2a及びS2bをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から出力されるE[V]の電圧を第1出力端OUT1から出力させる。第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧とは、言い換えると、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5b、S5c間の電路の電圧である。第1出力端OUT1から出力される電圧とは、言い換えると、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の第1出力端OUT1の電圧である。
FIG. 3A shows a switching pattern (1) for outputting an output voltage of + E [V]. In other words, FIG. 3A shows a switching pattern (1) for setting the U-phase voltage to + E [V] when the W-phase voltage is set to 0 [V]. In the switching pattern (1), the switching elements S5a and S5b of the first flying
また、スイッチングパターン(1)においては、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8c及びS8dをオン、S8a及びS8bをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14から0[V]の電圧を出力させる(つまり、第4のフライングキャパシタ回路14から電力を出力させない)とともに、出力段のスイッチング素子S4a及びS4bをオン、S3a及びS3bをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14から出力される0[V]の電圧を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から+E[V]の出力電圧が出力される。第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧とは、言い換えると、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8b、S8c間の電路の電圧である。第2出力端OUT2から出力される電圧とは、言い換えると、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の第2出力端OUT2の電圧である。
Further, in the switching pattern (1), the switching elements S8c and S8d of the fourth flying
第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧とは、言い換えると、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6b、S6c間の電路の電圧である。第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧とは、言い換えると、第2入力端IN2の電圧を0[V]とする場合の第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7b、S7c間の電路の電圧である。
The voltage output from the second
スイッチングパターン(1)において、第1のフライングキャパシタ回路11と直列接続された第2のフライングキャパシタ回路12を、第1のフライングキャパシタ回路11と連動して同じスイッチングパターンで制御すると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧との差をE/2[V]とすることができる。具体的には、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6a及びS6bをオン、S6c及びS6dをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12からE/2[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧E[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧E/2[V]との差はE/2[V]となる。
In the switching pattern (1), when the second
同様に、第4のフライングキャパシタ回路14と直列接続された第3のフライングキャパシタ回路13を、第4のフライングキャパシタ回路14と連動して同じスイッチングパターンで制御すると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧との差をE/2[V]とすることができる。具体的には、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7c及びS7dをオン、S7a及びS7bをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13からE/2[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧E/2[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧0[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the third
スイッチングパターン(1)において、4つのフライングキャパシタFC1~FC4は充電も放電もされず、電荷が維持される。 In the switching pattern (1), the four flying capacitors FC1 to FC4 are neither charged nor discharged, and the electric charge is maintained.
図3Bは、+E/2[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(2)を示す。言い換えると、図3Bは、W相の電圧を0[V]とする場合のU相の電圧を+E/2[V]とするためのスイッチングパターン(2)を示す。スイッチングパターン(2)においては、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5a及びS5cをオン、S5b及びS5dをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から3E/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S1a及びS1bをオン、S2a及びS2bをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される3E/4[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8b及びS8dをオン、S8a及びS8cをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14からE/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S4a及びS4bをオン、S3a及びS3bをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14から出力されるE/4[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から+E/2[V]の出力電圧が出力される。
FIG. 3B shows a switching pattern (2) for outputting an output voltage of + E / 2 [V]. In other words, FIG. 3B shows a switching pattern (2) for setting the U-phase voltage to + E / 2 [V] when the W-phase voltage is set to 0 [V]. In the switching pattern (2), the switching elements S5a and S5c of the first flying
このとき、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6a及びS6cをオン、S6b及びS6dをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12からE/4[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧3E/4[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S6a and S6c of the second
同様に、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7b及びS7dをオン、S7a及びS7cをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から3E/4[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧3E/4[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S7b and S7d of the third
スイッチングパターン(2)において、フライングキャパシタFC1は充電され、フライングキャパシタFC4は放電され、フライングキャパシタFC2及びFC3は充放電されない。 In the switching pattern (2), the flying capacitor FC1 is charged, the flying capacitor FC4 is discharged, and the flying capacitors FC2 and FC3 are not charged / discharged.
図3Cは、+E/2[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(3)を示す。言い換えると、図3Cは、W相の電圧を0[V]とする場合のU相の電圧を+E/2[V]とするためのスイッチングパターン(3)を示す。スイッチングパターン(3)においては、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5b及びS5dをオン、S5a及びS5cをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から3E/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S1a及びS1bをオン、S2a及びS2bをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される3E/4[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8a及びS8cをオン、S8b及びS8dをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14からE/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S4a及びS4bをオン、S3a及びS3bをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14から出力されるE/4[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から+E/2[V]の出力電圧が出力される。
FIG. 3C shows a switching pattern (3) for outputting an output voltage of + E / 2 [V]. In other words, FIG. 3C shows a switching pattern (3) for setting the U-phase voltage to + E / 2 [V] when the W-phase voltage is set to 0 [V]. In the switching pattern (3), the switching elements S5b and S5d of the first flying
このとき、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6b及びS6dをオン、S6a及びS6cをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12からE/4[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧3E/4[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S6b and S6d of the second
同様に、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7a及びS7cをオン、S7b及びS7dをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から3E/4[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧3E/4[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S7a and S7c of the third
スイッチングパターン(3)において、フライングキャパシタFC1は放電され、フライングキャパシタFC4は充電され、フライングキャパシタFC2及びFC3は充放電されない。 In the switching pattern (3), the flying capacitor FC1 is discharged, the flying capacitor FC4 is charged, and the flying capacitors FC2 and FC3 are not charged / discharged.
図3Dは、+E/2[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(4)を示す。言い換えると、図3Dは、W相の電圧を0[V]とする場合のU相の電圧を+E/2[V]とするためのスイッチングパターン(4)を示す。スイッチングパターン(4)においては、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5c及びS5dをオン、S5a及びS5bをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11からE/2[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S1a及びS1bをオン、S2a及びS2bをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から出力されるE/2[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8a及びS8bをオン、S8c及びS8dをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14からE/2[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S4a及びS4bをオン、S3a及びS3bをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14から出力されるE/2[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から0[V]の出力電圧が出力される(つまり、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から電力が出力されない)。
FIG. 3D shows a switching pattern (4) for outputting an output voltage of + E / 2 [V]. In other words, FIG. 3D shows a switching pattern (4) for setting the U-phase voltage to + E / 2 [V] when the W-phase voltage is set to 0 [V]. In the switching pattern (4), the switching elements S5c and S5d of the first flying
このとき、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6c及びS6dをオン、S6a及びS6bをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12から0[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧E/2[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧0[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S6c and S6d of the second
同様に、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7a及びS7bをオン、S7c及びS7dをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13からE[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧E[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧E/2[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S7a and S7b of the third
スイッチングパターン(4)において、4つのフライングキャパシタFC1~FC4は充電も放電もされず、電荷が維持される。 In the switching pattern (4), the four flying capacitors FC1 to FC4 are neither charged nor discharged, and the electric charge is maintained.
図4A~図4Dは、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法におけるスイッチングパターンの第1の例において、U相が-でW相が+である極性の出力電圧を出力する時のスイッチングパターンを示す。図4A~図4Dでも、図を見やすくするために、スイッチング素子を簡略化して図示している。
4A to 4D show a switching pattern in the first example of the switching pattern in the control method of the
図4Aは、-E[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(1)を示す。スイッチングパターン(1)においては、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6c及びS6dをオン、S6a及びS6bをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12から0[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S2a及びS2bをオン、S1a及びS1bをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12から出力される0[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7a及びS7bをオン、S7c及びS7dをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13からE[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S3a及びS3bをオン、S4a及びS4bをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から出力されるE[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から-E[V]の出力電圧が出力される。
FIG. 4A shows a switching pattern (1) for outputting an output voltage of −E [V]. In the switching pattern (1), the switching elements S6c and S6d of the second
このとき、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5c及びS5dをオン、S5a及びS5bをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11からE/2[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧E/2[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧0[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S5c and S5d of the first flying
同様に、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8a及びS8bをオン、S8c及びS8dをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14からE/2[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧E[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧E/2[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S8a and S8b of the fourth flying
スイッチングパターン(1)において、4つのフライングキャパシタFC1~FC4は充電も放電もされず、電荷が維持される。 In the switching pattern (1), the four flying capacitors FC1 to FC4 are neither charged nor discharged, and the electric charge is maintained.
図4Bは、-E/2[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(2)を示す。スイッチングパターン(2)においては、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6b及びS6dをオン、S6a及びS6cをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12からE/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S2a及びS2bをオン、S1a及びS1bをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12から出力されるE/4[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7a及びS7cをオン、S7b及びS7dをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から3E/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S3a及びS3bをオン、S4a及びS4bをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される3E/4[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から-E/2[V]の出力電圧が出力される。
FIG. 4B shows a switching pattern (2) for outputting an output voltage of −E / 2 [V]. In the switching pattern (2), the switching elements S6b and S6d of the second
このとき、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5b及びS5dをオン、S5a及びS5cをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から3E/4[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧3E/4[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S5b and S5d of the first flying
同様に、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8a及びS8cをオン、S8b及びS8dをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14からE/4[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧3E/4[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S8a and S8c of the fourth flying
スイッチングパターン(2)において、フライングキャパシタFC2は放電され、フライングキャパシタFC3は充電され、フライングキャパシタFC1及びFC4は充放電されない。 In the switching pattern (2), the flying capacitor FC2 is discharged, the flying capacitor FC3 is charged, and the flying capacitors FC1 and FC4 are not charged / discharged.
図4Cは、-E/2[V]の出力電圧を出力するためのスイッチングパターン(3)を示す。スイッチングパターン(3)においては、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6a及びS6cをオン、S6b及びS6dをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12からE/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S2a及びS2bをオン、S1a及びS1bをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12から出力されるE/4[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7b及びS7dをオン、S7a及びS7cをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から3E/4[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S3a及びS3bをオン、S4a及びS4bをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される3E/4[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から-E/2[V]の出力電圧が出力される。
FIG. 4C shows a switching pattern (3) for outputting an output voltage of −E / 2 [V]. In the switching pattern (3), the switching elements S6a and S6c of the second
このとき、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5a及びS5cをオン、S5b及びS5dをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11から3E/4[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧3E/4[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S5a and S5c of the first flying
同様に、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8b及びS8dをオン、S8a及びS8cをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14からE/4[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧3E/4[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧E/4[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S8b and S8d of the fourth flying
スイッチングパターン(3)において、フライングキャパシタFC2は充電され、フライングキャパシタFC3は放電され、フライングキャパシタFC1及びFC4は充放電されない。 In the switching pattern (3), the flying capacitor FC2 is charged, the flying capacitor FC3 is discharged, and the flying capacitors FC1 and FC4 are not charged / discharged.
図4Dは、0[V]の出力電圧を出力する(つまり、半導体装置10が電力を出力しない)ためのスイッチングパターン(4)を示す。スイッチングパターン(4)においては、第2のフライングキャパシタ回路12のスイッチング素子S6a及びS6bをオン、S6c及びS6dをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12からE/2[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S2a及びS2bをオン、S1a及びS1bをオフにして、第2のフライングキャパシタ回路12から出力されるE/2[V]を第1出力端OUT1から出力させる。また、第3のフライングキャパシタ回路13のスイッチング素子S7c及びS7dをオン、S7a及びS7bをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13からE/2[V]を出力させるとともに、出力段のスイッチング素子S3a及びS3bをオン、S4a及びS4bをオフにして、第3のフライングキャパシタ回路13から出力されるE/2[V]を第2出力端OUT2から出力させる。これにより、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から0[V]の出力電圧が出力される(つまり、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2から電力が出力されない)。
FIG. 4D shows a switching pattern (4) for outputting an output voltage of 0 [V] (that is, the
このとき、第1のフライングキャパシタ回路11のスイッチング素子S5a及びS5bをオン、S5c及びS5dをオフにして、第1のフライングキャパシタ回路11からE[V]を出力させると、第1のフライングキャパシタ回路11から出力される電圧E[V]と第2のフライングキャパシタ回路12から出力される電圧E/2[V]との差はE/2[V]となる。
At this time, when the switching elements S5a and S5b of the first flying
同様に、第4のフライングキャパシタ回路14のスイッチング素子S8c及びS8dをオン、S8a及びS8bをオフにして、第4のフライングキャパシタ回路14から0[V]を出力させると、第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧E/2[V]と第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧0[V]との差はE/2[V]となる。
Similarly, when the switching elements S8c and S8d of the fourth flying
スイッチングパターン(4)において、4つのフライングキャパシタFC1~FC4は充電も放電もされず、電荷が維持される。 In the switching pattern (4), the four flying capacitors FC1 to FC4 are neither charged nor discharged, and the electric charge is maintained.
以上のように、本実施の形態に係る半導体装置10は、-E、-E/2、0、+E/2、+Eの5段階の電圧を出力することができるが、図3A~図4Dに示した第1の例における全てのスイッチングパターンにおいて、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧との差はE/2[V]以下であり、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧との差もE/2[V]以下である。また、交流電力の半波を生成するために、U相が+でW相が-である極性の出力電圧を出力する間は、図3A~3Dに示すように、出力段のスイッチング素子S1a、S1b、S4a、S4bはオンで、S2a、S2b、S3a、S3bはオフである。また、交流電力の逆極性の半波を生成するために、U相が-でW相が+である極性の出力電圧を出力する間は、図4A~4Dに示すように、出力段のスイッチング素子S2a、S2b、S3a、S3bはオンで、S1a、S1b、S4a、S4bはオフである。このように、出力段のスイッチング素子は、半導体装置10の出力電圧の極性が切り替わる時のみにオンオフが切り替えられる。
As described above, the
図5A~5Dは、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法におけるスイッチングパターンの第2の例において、U相が+でW相が-である極性の出力電圧を出力する時のスイッチングパターンを示す。図5A~5Dに示すスイッチングパターン(1)~(4)において、第1のフライングキャパシタ回路11及び第4のフライングキャパシタ回路14を構成するスイッチング素子と、出力段のスイッチング素子とのスイッチングパターンは、図3A~3Dに示した第1の例におけるスイッチングパターン(1)~(4)とそれぞれ同じである。したがって、第1のフライングキャパシタ回路11及び第4のフライングキャパシタ回路14から出力される電圧と、フライングキャパシタFC1及びFC4の充放電の状態とは、図3A~3Dに示した第1の例におけるスイッチングパターン(1)~(4)の場合とそれぞれ同じである。
5A to 5D show a switching pattern when an output voltage having a polarity in which the U phase is + and the W phase is − in the second example of the switching pattern in the control method of the
図5A~5Dに示すスイッチングパターン(1)~(4)において、第2のフライングキャパシタ回路12及び第3のフライングキャパシタ回路13を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは全て同じであり、スイッチング素子S6a、S6b、S7c、及びS7dはずっとオンのままであり、スイッチング素子S6c、S6d、S7a、及びS7bはずっとオフのままである。したがって、第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧も、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧も、ずっとE/2[V]のままである。
In the switching patterns (1) to (4) shown in FIGS. 5A to 5D, the switching patterns of the switching elements constituting the second
そうすると、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧との差は、スイッチングパターン(1)ではE/2[V]、スイッチングパターン(2)及び(3)ではE/4[V]、スイッチングパターン(4)では0[V]となる。また、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧との差も、スイッチングパターン(1)ではE/2[V]、スイッチングパターン(2)及び(3)ではE/4[V]、スイッチングパターン(4)では0[V]となる。したがって、第2の例においても、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧との差、及び、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧との差がE/2[V]以下となるように制御することができる。
Then, the difference between the output voltage of the first flying
図6A~6Dは、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法におけるスイッチングパターンの第2の例において、U相が-でW相が+である極性の出力電圧を出力する時のスイッチングパターンを示す。図6A~6Dに示すスイッチングパターン(1)~(4)において、第2のフライングキャパシタ回路12及び第3のフライングキャパシタ回路13を構成するスイッチング素子と、出力段のスイッチング素子のスイッチングパターンは、図4A~4Dに示した第1の例におけるスイッチングパターン(1)~(4)とそれぞれ同じである。したがって、第2のフライングキャパシタ回路12及び第3のフライングキャパシタ回路13から出力される電圧と、フライングキャパシタFC2及びFC3の充放電の状態も、図4A~4Dに示した第1の例におけるスイッチングパターン(1)~(4)の場合とそれぞれ同じである。
6A to 6D show a switching pattern when an output voltage having a polarity in which the U phase is − and the W phase is + is output in the second example of the switching pattern in the control method of the
図6A~6Dに示すスイッチングパターン(1)~(4)において、第1のフライングキャパシタ回路11及び第4のフライングキャパシタ回路14を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは全て同じであり、スイッチング素子S5c、S5d、S8a、及びS8bはずっとオンのままであり、スイッチング素子S5a、S5b、S8c、及びS8dはずっとオフのままである。したがって、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧も、第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧も、ずっとE/2[V]のままである。
In the switching patterns (1) to (4) shown in FIGS. 6A to 6D, the switching patterns of the switching elements constituting the first flying
そうすると、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧との差は、スイッチングパターン(1)ではE/2[V]、スイッチングパターン(2)及び(3)ではE/4[V]、スイッチングパターン(4)では0[V]となる。また、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧との差も、スイッチングパターン(1)ではE/2[V]、スイッチングパターン(2)及び(3)ではE/4[V]、スイッチングパターン(4)では0[V]となる。したがって、第2の例においても、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧との差、及び、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧との差がE/2[V]以下となるように制御することができる。
Then, the difference between the output voltage of the first flying
第2の例においては、出力電圧の極性が切り替わる時、すなわち、スイッチングパターン(4)の時には、第1のフライングキャパシタ回路11の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路12の出力電圧との差も、第3のフライングキャパシタ回路13の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路14の出力電圧との差も、0[V]となる。したがって、出力段のスイッチング素子を、ゼロ電圧スイッチング(ZVS)で制御することができるので、スイッチングの際に生じる損失や負荷などを低減させることができる。
In the second example, when the polarity of the output voltage is switched, that is, in the switching pattern (4), the difference between the output voltage of the first flying
半導体装置10のスイッチングパターンは、一定のスイッチング周期の間に、例えば、スイッチングパターン(1)~(4)の間で切り替えられる。本実施の形態に係る半導体装置10の制御方法においては、図3B及び図3C、図5B及び図5Cに示すように、同じ電圧+E/2[V]を異なるスイッチングパターン(2)及び(3)により出力することができるが、スイッチングパターン(2)ではフライングキャパシタFC1が充電される一方でフライングキャパシタFC4が放電される。スイッチングパターン(3)ではフライングキャパシタFC1が放電される一方でフライングキャパシタFC4が充電される。したがって、+E/2[V]の出力電圧を出力する場合に、スイッチング周期のうちスイッチングパターン(2)を実行する時間長の割合と、スイッチング周期のうちスイッチングパターン(3)を実行する時間長の割合とを制御することにより、フライングキャパシタFC1及びFC4の電圧を一定に保つことができる。同様に、図4B及び図4C、図6B及び図6Cに示すように、同じ電圧-E/2[V]を異なるスイッチングパターン(2)及び(3)により出力することができるが、スイッチングパターン(2)ではフライングキャパシタFC2が放電される一方でフライングキャパシタFC3が充電される。スイッチングパターン(3)ではフライングキャパシタFC2が充電される一方でフライングキャパシタFC3が放電される。したがって、-E/2[V]の出力電圧を出力する場合に、スイッチング周期のうちスイッチングパターン(2)を実行する時間長の割合と、スイッチング周期のうちスイッチングパターン(3)を実行する時間長の割合とを制御することにより、フライングキャパシタFC2及びFC3の電圧を一定に保つことができる。これにより、半導体装置10の出力電圧をより精確かつ効率的に制御することができる。
The switching pattern of the
なお、図3B、図3C、図4B、図4C、図5B、図5C、図6B、及び図6Cに示したスイッチングパターンでは2つのフライングキャパシタの一方を充電しつつ他方を放電するが、以下に説明するように、双方が充電され、または放電されるように制御することも可能である。 In the switching pattern shown in FIGS. 3B, 3C, 4B, 4C, 5B, 5C, 6B, and 6C, one of the two flying capacitors is charged and the other is discharged. As described, it is also possible to control both to be charged or discharged.
図7B、7Dは、図3Bに示したスイッチングパターン(2)及び図3Cに示したスイッチングパターン(3)の別の例を示す。図7Aに示すスイッチングパターンは、図3Bに示したスイッチングパターン(2)と同じであり、図7Cに示すスイッチングパターンは、図3Cに示したスイッチングパターン(3)と同じであるが、比較のために再度示している。図7Bに示すスイッチングパターン(5)では、U相側の2つのフライングキャパシタ回路11及び12を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは、スイッチングパターン(2)と同じであるが、W相側の2つのフライングキャパシタ回路13及び14を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは、スイッチングパターン(3)と同じであるので、フライングキャパシタFC1及びフライングキャパシタFC4は充電される。図7Dに示すスイッチングパターン(6)では、U相側の2つのフライングキャパシタ回路11及び12を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは、スイッチングパターン(3)と同じであるが、W相側の2つのフライングキャパシタ回路13及び14を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは、スイッチングパターン(2)と同じであるので、フライングキャパシタFC1及びフライングキャパシタFC4は放電される。図4B、図5B、及び図6Bに示したスイッチングパターン(2)及び図4C、図5C、及び図6Cに示したスイッチングパターン(3)についても同様に、スイッチングパターン(2)、(3)を組み合わせることにより、2つのフライングキャパシタの双方が充電され、または放電されるように制御することが可能である。
7B and 7D show another example of the switching pattern (2) shown in FIG. 3B and the switching pattern (3) shown in FIG. 3C. The switching pattern shown in FIG. 7A is the same as the switching pattern (2) shown in FIG. 3B, and the switching pattern shown in FIG. 7C is the same as the switching pattern (3) shown in FIG. 3C, but for comparison. It is shown again in. In the switching pattern (5) shown in FIG. 7B, the switching patterns of the switching elements constituting the two flying
本実施の形態に係る半導体装置10の制御方法におけるスイッチングパターンの第1の例において、スイッチングパターン(2)と(3)のみを用い、スイッチングパターン(5)及び(6)を用いない場合には、図3A~3D及び図4A~4Dに示した全てのスイッチングパターンにおいて、直列接続された2つのフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは互いに連動しており、並列に接続された対向するアームの直列接続された2つのフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子のスイッチングパターンは反転となっている。すなわち、第1のフライングキャパシタ回路11と第2のフライングキャパシタ回路12とは連動制御され、第3のフライングキャパシタ回路13と第4のフライングキャパシタ回路14も連動制御され、第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12と第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14とは反転制御される(スイッチングパターンが反転となっている)。また、出力段のスイッチング素子S1a及びS1bとS4a及びS4bとは連動制御され、スイッチング素子S2a及びS2bとS3a及びS3bも連動制御され、スイッチング素子S1a、S1b、S4a、及びS4bと、スイッチング素子S2a、S2b、S3a、及びS3bとは反転制御される(スイッチングパターンが反転となっている)。したがって、制御回路から半導体装置10を構成する各スイッチング素子のゲート端子にゲート信号を供給するための制御線は、フライングキャパシタ回路11~14を構成するスイッチング素子を制御するための4本と、出力段のスイッチング素子により出力電圧の極性を制御するための2本の、計6本でよい。第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14を構成するスイッチング素子には、第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12を構成するスイッチング素子に供給される制御信号の反転信号が供給される。このように、本実施の形態に係る半導体装置10によれば、制御線の本数を6本に抑えることができるので、安価で小型な半導体装置10を提供することができる。また、制御を簡略化することができるので、誤動作や故障の発生を低減させることができる。
In the first example of the switching pattern in the control method of the
本実施の形態に係る半導体装置10の制御方法におけるスイッチングパターンの第1の例において、スイッチングパターン(2)及び(3)だけでなく、スイッチングパターン(5)及び(6)も併用する場合には、フライングキャパシタFC1とフライングキャパシタFC4、または、フライングキャパシタFC2とフライングキャパシタFC3の電圧にずれが生じた場合であっても、それぞれのフライングキャパシタを独立して充放電することができるので、よりきめ細かくフライングキャパシタの電圧を調整し、一定に保つことができる。この場合も、第1のフライングキャパシタ回路11と第2のフライングキャパシタ回路12とは連動制御され、第3のフライングキャパシタ回路13と第4のフライングキャパシタ回路14とは連動制御されるので、制御回路から半導体装置10を構成する各スイッチング素子のゲート端子にゲート信号を供給するための制御線は、フライングキャパシタ回路11及び12を構成するスイッチング素子を制御するための4本と、フライングキャパシタ回路13及び14を構成するスイッチング素子を制御するための4本と、出力段のスイッチング素子により出力電圧の極性を制御するための2本の、計10本でよい。
In the first example of the switching pattern in the control method of the
上記で説明したスイッチングパターンは、全て直流側から交流側に電力を送る場合のスイッチングパターンであるが、前述したように、本実施の形態に係る半導体装置10は、交流側から直流側に電力を送ることも可能である。この場合、電流の向きが逆になるので、フライングキャパシタの充電と放電とは反対になる。
The switching patterns described above are all switching patterns in which electric power is sent from the DC side to the AC side, but as described above, the
以下、本実施の形態に係る半導体装置の制御方法において、フライングキャパシタの電圧を一定に保つための技術について説明する。 Hereinafter, in the method for controlling the semiconductor device according to the present embodiment, a technique for keeping the voltage of the flying capacitor constant will be described.
図8は、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法の第1の例を示す。第1の例では、2つの搬送波を用いてスイッチング素子のデューティー比を制御する。最上段に示すように、制御回路において、三角波である第1の搬送波(実線)と、デューティー制御のための参照信号(太線の矩形波)との比較により、ゲート信号Gu2及びGu3が生成され、第1の搬送波の位相を反転させた第2の搬送波(破線)と、デューティー制御のための参照信号との比較により、ゲート信号Gu1及びGu4が生成される。生成されるゲート信号Gu1~Gu4を第2~5段に示す。デューティー制御のための参照信号は、半導体装置10が出力すべき電圧に応じて調整される。
FIG. 8 shows a first example of the control method of the
生成されたゲート信号Gu1~Gu4は、制御線を介してそれぞれのスイッチング素子へ供給される。第1の例では、スイッチングパターン(5)及び(6)は用いず、スイッチングパターン(2)及び(3)が用いられる。したがって、スイッチング素子S5a及びS6aにゲート信号Gu1が供給され、スイッチング素子S7a及びS8aにゲート信号Gu1の反転信号が供給され、スイッチング素子S5b及びS6bにゲート信号Gu2が供給され、スイッチング素子S7b及びS8bにゲート信号Gu2の反転信号が供給され、スイッチング素子S5c及びS6cにゲート信号Gu3が供給され、スイッチング素子S7c及びS8cにゲート信号Gu3の反転信号が供給され、S5d及びS6dにゲート信号Gu4が供給され、S7d及びS8dにゲート信号Gu4の反転信号が供給される。ゲート信号Gu1~Gu4により実現されるスイッチングパターンを第6段に示し、フライングキャパシタFC1の充放電の状態を第7段に示す。 The generated gate signals Gu1 to Gu4 are supplied to the respective switching elements via the control line. In the first example, the switching patterns (5) and (6) are not used, but the switching patterns (2) and (3) are used. Therefore, the gate signal Gu1 is supplied to the switching elements S5a and S6a, the inverting signal of the gate signal Gu1 is supplied to the switching elements S7a and S8a, the gate signal Gu2 is supplied to the switching elements S5b and S6b, and the switching elements S7b and S8b are supplied. The inverting signal of the gate signal Gu2 is supplied, the gate signal Gu3 is supplied to the switching elements S5c and S6c, the inverting signal of the gate signal Gu3 is supplied to the switching elements S7c and S8c, and the gate signal Gu4 is supplied to S5d and S6d. The inverted signal of the gate signal Gu4 is supplied to S7d and S8d. The switching pattern realized by the gate signals Gu1 to Gu4 is shown in the sixth stage, and the charging / discharging state of the flying capacitor FC1 is shown in the seventh stage.
第1の例では、位相が反転された2つの搬送波を用いてゲート信号を生成し、生成されたゲート信号によりスイッチング素子のデューティー比を制御するので、第7段に示すように、各スイッチング周期において、スイッチングパターン(2)においてフライングキャパシタFC1(FC3)が充電される期間と、スイッチングパターン(3)においてフライングキャパシタFC1(FC3)が放電される期間とを常に等しくすることができる。また、各スイッチング周期において、スイッチングパターン(2)においてフライングキャパシタFC4(FC2)が放電される期間と、スイッチングパターン(3)においてフライングキャパシタFC4(FC2)が充電される期間とを常に等しくすることができる。これにより、簡易な構成及び制御により、フライングキャパシタの充放電の期間を均衡させることができ、フライングキャパシタの電圧を一定に保つことができる。 In the first example, a gate signal is generated using two carriers whose phases are inverted, and the duty ratio of the switching element is controlled by the generated gate signal. Therefore, as shown in the seventh stage, each switching period. In the switching pattern (2), the period in which the flying capacitor FC1 (FC3) is charged can always be equal to the period in which the flying capacitor FC1 (FC3) is discharged in the switching pattern (3). Further, in each switching cycle, the period during which the flying capacitor FC4 (FC2) is discharged in the switching pattern (2) and the period during which the flying capacitor FC4 (FC2) is charged in the switching pattern (3) may always be equal. can. Thereby, the charging / discharging period of the flying capacitor can be balanced and the voltage of the flying capacitor can be kept constant by a simple configuration and control.
図9は、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法の第2の例を示す。第2の例でも、第1の例と同様に、2つの搬送波を用いてスイッチング素子のデューティー比を制御するが、第2の例では、フライングキャパシタの電圧に応じて搬送波のレベルを調整することにより、デューティー比を調整可能とする。第1の例のように、フライングキャパシタの充電期間と放電期間が常に等しくなるようにデューティー制御していても、フライングキャパシタ自体やスイッチング素子等の素子の特性のばらつきや負荷の状況などに起因して、フライングキャパシタの電圧にばらつきが生じ、所定の電圧からずれることがある。第2の例によれば、フライングキャパシタの電圧が所定の値、例えばE/4[V]からずれたとしても、フライングキャパシタの充電期間と放電期間を調整可能とすることにより、フライングキャパシタの電圧を所定の電圧に保つことができる。
FIG. 9 shows a second example of the control method of the
最上段に示すように、第1スイッチング周期においては、位相が反転された2つの搬送波が同じレベルになっているが、第2スイッチング周期においては、実線で示す第1の搬送波のレベルが第1スイッチング周期における第1の搬送波のレベルよりも低くなるように調整されている。これにより、第2スイッチング周期では、第1の搬送波により生成されるゲート信号Gu2がハイレベルになる期間が第1スイッチング周期よりも長くなり、第1の搬送波により生成されるゲート信号Gu3がローレベルになる期間が第1スイッチング周期よりも長くなるので、スイッチングパターン(3)とされる期間がスイッチングパターン(2)とされる期間よりも長くなる。したがって、フライングキャパシタFC4(FC2)が充電される期間が放電される期間よりも長くなるので、結果としてフライングキャパシタFC4(FC2)は充電され、電圧が上昇する。 As shown in the uppermost stage, in the first switching cycle, the two carriers whose phases are inverted are at the same level, but in the second switching cycle, the level of the first carrier wave shown by the solid line is the first. It is adjusted to be lower than the level of the first carrier wave in the switching cycle. As a result, in the second switching cycle, the period during which the gate signal Gu2 generated by the first carrier wave becomes high level becomes longer than that in the first switching cycle, and the gate signal Gu3 generated by the first carrier wave becomes low level. Since the period of becoming is longer than the first switching cycle, the period of the switching pattern (3) is longer than the period of the switching pattern (2). Therefore, the period in which the flying capacitor FC4 (FC2) is charged is longer than the period in which it is discharged, and as a result, the flying capacitor FC4 (FC2) is charged and the voltage rises.
実施の形態に係る半導体装置10の制御方法の第2の例においても、第1の例と同様に、スイッチングパターン(5)及び(6)を用いず、スイッチングパターン(2)及び(3)を用いて、6本の制御線によりスイッチング素子を制御してもよい。スイッチングパターン(5)及び(6)だけを用いるよりも、スイッチングパターン(2)及び(3)も併用する方が、U相側のフライングキャパシタとW相側のフライングキャパシタの電圧とを独立して調整することができるので、フライングキャパシタの電圧のばらつきをより細かく平滑化し、所定の電圧に保つことができる。スイッチングパターン(5)及び(6)に制御するときには、ゲート信号Gu1~Gu4を反転させずに、W相側の第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14を構成するスイッチング素子に供給する。
Also in the second example of the control method of the
この場合、半導体装置10には、第1のフライングキャパシタ回路11を構成するフライングキャパシタFC1または第2のフライングキャパシタ回路12を構成するフライングキャパシタFC2の電圧を所定の電圧と比較する第1の比較回路と、第3のフライングキャパシタ回路13を構成するフライングキャパシタFC3または第4のフライングキャパシタ回路14を構成するフライングキャパシタFC4の電圧を所定の電圧と比較する第2の比較回路とがさらに設けられる。
In this case, the
フライングキャパシタFC1またはFC2の電圧がE/4[V]よりも低い場合は、次回以降のスイッチング周期において、フライングキャパシタFC1またはFC2の充電期間が放電期間よりも長くなるように搬送波のレベルを調整し、レベルが調整された搬送波により生成されたゲート信号を第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12を構成するスイッチング素子に供給する。つまり、第1の比較回路における比較結果に基づいて、フライングキャパシタFC1またはFC2の電圧がE/4[V]よりも低いと制御回路が判定すると、その後のスイッチング周期において、制御回路は、フライングキャパシタFC1またはFC2の充電期間が放電期間よりも長くなるように搬送波のレベルを調整する。フライングキャパシタFC1またはFC2の電圧がE/4[V]よりも高い場合は、次回以降のスイッチング周期において、フライングキャパシタFC1またはFC2の充電期間が放電期間よりも短くなるように搬送波のレベルを調整し、レベルが調整された搬送波により生成されたゲート信号を第1のフライングキャパシタ回路11及び第2のフライングキャパシタ回路12を構成するスイッチング素子に供給する。つまり、第1の比較回路における比較結果に基づいて、フライングキャパシタFC1またはFC2の電圧がE/4[V]よりも高いと制御回路が判定すると、その後のスイッチング周期において、制御回路は、フライングキャパシタFC1またはFC2の充電期間が放電期間よりも短くなるように搬送波のレベルを調整する。
When the voltage of the flying capacitor FC1 or FC2 is lower than E / 4 [V], the carrier level is adjusted so that the charging period of the flying capacitor FC1 or FC2 is longer than the discharging period in the switching cycle from the next time onward. , The gate signal generated by the level-adjusted carrier is supplied to the switching elements constituting the first flying
フライングキャパシタFC3またはFC4の電圧がE/4[V]よりも低い場合は、次回以降のスイッチング周期において、フライングキャパシタFC3またはFC4の充電期間が放電期間よりも長くなるように搬送波のレベルを調整し、レベルが調整された搬送波により生成されたゲート信号を第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14を構成するスイッチング素子に供給する。つまり、第2の比較回路における比較結果に基づいて、フライングキャパシタFC3またはFC4の電圧がE/4[V]よりも低いと制御回路が判定すると、その後のスイッチング周期において、制御回路は、フライングキャパシタFC3またはFC4の充電期間が放電期間よりも長くなるように搬送波のレベルを調整する。フライングキャパシタFC3またはFC4の電圧がE/4[V]よりも高い場合は、次回以降のスイッチング周期において、フライングキャパシタFC3またはFC4の充電期間が放電期間よりも短くなるように搬送波のレベルを調整し、レベルが調整された搬送波により生成されたゲート信号を第3のフライングキャパシタ回路13及び第4のフライングキャパシタ回路14を構成するスイッチング素子に供給する。つまり、第2の比較回路における比較結果に基づいて、フライングキャパシタFC3またはFC4の電圧がE/4[V]よりも高いと制御回路が判定すると、その後のスイッチング周期において、制御回路は、フライングキャパシタFC3またはFC4の充電期間が放電期間よりも短くなるように搬送波のレベルを調整する。
If the voltage of the flying capacitor FC3 or FC4 is lower than E / 4 [V], adjust the carrier level so that the charging period of the flying capacitor FC3 or FC4 is longer than the discharging period in the switching cycle from the next time onward. , The gate signal generated by the level-adjusted carrier is supplied to the switching elements constituting the third
第1の比較回路において、U相の出力段のスイッチング素子S1a、S1b、S2a、及びS2bのうちオンしているスイッチング素子に接続されている方のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が所定の電圧と比較され、第2の比較回路において、W相の出力段のスイッチング素子S3a、S3b、S4a、及びS4bのうちオンしているスイッチング素子に接続されている方のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタの電圧が所定の電圧と比較されてもよい。例えば、スイッチング素子S1a及びS1b、または、S3a及びS3bがオンしている場合には、第1のフライングキャパシタ回路11または第3のフライングキャパシタ回路13を構成するフライングキャパシタFC1またはFC3の電圧が所定の電圧と比較され、スイッチング素子S2a及びS2b、または、S4a及びS4bがオンしている場合には、第2のフライングキャパシタ回路12または第4のフライングキャパシタ回路14を構成するフライングキャパシタFC2またはFC4の電圧が所定の電圧と比較されてもよい。これにより、大電流が流れている側(オンしているスイッチング素子に接続されている方)の、電圧の変化が大きいフライングキャパシタの電圧に基づいて、フライングキャパシタの充放電を制御することができるので、フライングキャパシタの電圧をより精確に均衡させ、一定に保つことができる。
In the first comparison circuit, the voltage of the flying capacitor constituting the flying capacitor circuit of the switching element S1a, S1b, S2a, and S2b of the U-phase output stage connected to the on switching element is predetermined. In the second comparison circuit, the flying capacitor circuit of the switching elements S3a, S3b, S4a, and S4b of the output stage of the W phase, which is connected to the on switching element, is configured. The voltage of the flying capacitor may be compared to a given voltage. For example, when the switching elements S1a and S1b, or S3a and S3b are on, the voltage of the flying capacitors FC1 or FC3 constituting the first flying
フライングキャパシタFC1~FC4のそれぞれの電圧を所定の電圧と比較するための4つの比較回路が設けられ、それぞれのフライングキャパシタの電圧を独立して調整可能としてもよい。また、フライングキャパシタFC1~FC4のうち1つの電圧を所定の電圧と比較するための比較回路のみが設けられ、そのフライングキャパシタの電圧に基づいて全てのフライングキャパシタの電圧が調整されてもよい。 Four comparison circuits for comparing the respective voltages of the flying capacitors FC1 to FC4 with a predetermined voltage may be provided, and the voltage of each flying capacitor may be independently adjustable. Further, only a comparison circuit for comparing the voltage of one of the flying capacitors FC1 to FC4 with a predetermined voltage may be provided, and the voltages of all the flying capacitors may be adjusted based on the voltage of the flying capacitors.
図10は、実施の形態に係る半導体装置10の制御方法の第3の例を示す。第3の例では、第1及び第2の例と異なり、単一の搬送波を用いてスイッチング素子のデューティー比を制御する。
FIG. 10 shows a third example of the control method of the
最上段に示す搬送波とデューティー制御のための参照信号により、第2段に示す制御信号A及び第3段に示す制御信号Bが生成される。制御信号Bは制御信号Aの反転信号である。第3の例でも、第2の例と同様に、フライングキャパシタの電圧と所定の電圧とを比較するための比較回路が設けられ、比較回路の出力が第4段に示す充放電制御信号として使用される。フライングキャパシタの電圧が所定の電圧よりも低い場合は、次回のスイッチング周期において充電を示すハイレベルの信号が出力され、フライングキャパシタの電圧が所定の電圧よりも高い場合は、次回のスイッチング周期において放電を示すローレベルの信号が出力される。 The carrier wave shown in the uppermost stage and the reference signal for duty control generate the control signal A shown in the second stage and the control signal B shown in the third stage. The control signal B is an inverted signal of the control signal A. In the third example, as in the second example, a comparison circuit for comparing the voltage of the flying capacitor with a predetermined voltage is provided, and the output of the comparison circuit is used as the charge / discharge control signal shown in the fourth stage. Will be done. If the voltage of the flying capacitor is lower than the specified voltage, a high level signal indicating charging is output in the next switching cycle, and if the voltage of the flying capacitor is higher than the specified voltage, it is discharged in the next switching cycle. A low level signal indicating is output.
第5~8段に示すゲート信号Gu1~Gu4には、充放電制御信号の状態に応じて、制御信号Aと制御信号Bとのいずれかが振り分けられる。言い換えると、第5~8段に示すゲート信号Gu1~Gu4の各々は、充放電制御信号の状態に応じて、制御信号Aと制御信号Bとのいずれかになる。具体的には、充放電制御信号が充電を示すハイレベルである場合には、フライングキャパシタを充電するためのスイッチングパターンとなるようなゲート信号が生成され、充放電制御信号が放電を示すローレベルである場合には、フライングキャパシタを放電するためのスイッチングパターンとなるようなゲート信号が生成される。ゲート信号Gu1~Gu4により実現されるスイッチングパターンを第9段に示し、フライングキャパシタの充放電の状態を第10段に示す。 Either the control signal A or the control signal B is assigned to the gate signals Gu1 to Gu4 shown in the fifth to eighth stages according to the state of the charge / discharge control signal. In other words, each of the gate signals Gu1 to Gu4 shown in the 5th to 8th stages is either a control signal A or a control signal B depending on the state of the charge / discharge control signal. Specifically, when the charge / discharge control signal is at a high level indicating charging, a gate signal that becomes a switching pattern for charging the flying capacitor is generated, and the charge / discharge control signal is at a low level indicating discharge. If, a gate signal is generated that serves as a switching pattern for discharging the flying capacitor. The switching pattern realized by the gate signals Gu1 to Gu4 is shown in the 9th stage, and the charging / discharging state of the flying capacitor is shown in the 10th stage.
第3の例でも、第2の例と同様、スイッチングパターン(5)及び(6)を用いずに、フライングキャパシタFC1~FC4のいずれかの電圧を基準として第1~第4のフライングキャパシタ回路を構成する全てのスイッチング素子を連動して制御してもよいし、スイッチングパターン(5)及び(6)を併用して、U相側の第1または第2のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタFC1またはFC2の電圧を基準として第1及び第2のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子を連動して制御しつつ、W相側の第3または第4のフライングキャパシタ回路を構成するフライングキャパシタFC3またはFC4の電圧を基準として第3及び第4のフライングキャパシタ回路を構成するスイッチング素子を連動して制御してもよい。また、フライングキャパシタFC1~FC4のそれぞれの電圧を所定の電圧と比較するための4つの比較回路が半導体装置10に設けられ、それぞれのフライングキャパシタの電圧を独立して調整可能としてもよいし、フライングキャパシタFC1~FC4のうち1つの電圧を所定の電圧と比較するための比較回路のみが半導体装置10に設けられ、そのフライングキャパシタの電圧に基づいて全てのフライングキャパシタの電圧が調整されてもよい。
Also in the third example, as in the second example, the first to fourth flying capacitor circuits are formed with reference to the voltage of any of the flying capacitors FC1 to FC4 without using the switching patterns (5) and (6). All the switching elements constituting it may be controlled in conjunction with each other, or the switching patterns (5) and (6) may be used in combination to form the first or second flying capacitor circuit on the U-phase side. Alternatively, the flying capacitors FC3 or FC4 constituting the third or fourth flying capacitor circuit on the W phase side are controlled in conjunction with the switching elements constituting the first and second flying capacitor circuits with reference to the voltage of FC2. The switching elements constituting the third and fourth flying capacitor circuits may be interlocked and controlled based on the voltage of. Further, four comparison circuits for comparing the respective voltages of the flying capacitors FC1 to FC4 with a predetermined voltage may be provided in the
図11は、実施の形態に係る半導体装置10のフライングキャパシタ回路の別の例を示す。上記では、3レベルのフライングキャパシタ回路を使用した半導体装置10について説明したが、半導体装置10の第1~第4のフライングキャパシタ回路11~14として、3よりも多いレベル数の出力電圧を出力可能なフライングキャパシタ回路が使用されてもよい。例えば、2段のフライングキャパシタ回路を使用する場合、1段のフライングキャパシタ回路を構成する4個のスイッチング素子の高電位側と低電位側にそれぞれ1個ずつのスイッチング素子が更に直列接続され、追加した2個のスイッチング素子と、1段のフライングキャパシタ回路を構成する4個のスイッチング素子の直列回路とのそれぞれの接続点の間に、第2のフライングキャパシタFC(2)が更に接続される。以降同様にして、N(Nは自然数)段のフライングキャパシタ回路は、(2N+4)個のスイッチングスイッチング素子と、N個のフライングキャパシタとにより構成される。
FIG. 11 shows another example of the flying capacitor circuit of the
1番目のキャパシタFC(1)の電圧は、直流電源電圧Eの{1/(2N+2)}倍の電圧になるように制御され、2番目のキャパシタFC(2)の電圧は、直流電源電圧Eの{2/(2N+2)}倍の電圧になるように制御され、N番目のキャパシタFC(N)の電圧は、直流電源電圧Eの{N/(2N+2)}倍の電圧になるように制御される。これにより、N段のフライングキャパシタ回路は、(2N+1)レベルの出力電圧を出力可能となるので、N段のフライングキャパシタ回路4個により構成された半導体装置10は、第1出力端OUT1と第2出力端OUT2から(2N+3)レベルの電圧を出力可能となる。
The voltage of the first capacitor FC (1) is controlled to be {1 / (2N + 2)} times the DC power supply voltage E, and the voltage of the second capacitor FC (2) is the DC power supply voltage E. It is controlled to be {2 / (2N + 2)} times the voltage of, and the voltage of the Nth capacitor FC (N) is controlled to be {N / (2N + 2)} times the DC power supply voltage E. Will be done. As a result, the N-stage flying capacitor circuit can output an output voltage of (2N + 1) level. Therefore, the
以上説明した実施の形態から、以下の態様が開示されている。なお、以下の各態様において、スイッチング素子S1~S4の各々は、複数のスイッチング素子の直列回路により代替されてもよい。 From the embodiments described above, the following aspects are disclosed. In each of the following embodiments, each of the switching elements S1 to S4 may be replaced by a series circuit of a plurality of switching elements.
本実施の形態のある態様の半導体装置は、直流電源と並列に直列接続された第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路と、直流電源及び直列接続された第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路と並列に直列接続された第3のフライングキャパシタ回路及び第4のフライングキャパシタ回路と、第1のフライングキャパシタ回路及び第2のフライングキャパシタ回路の出力端子間に直列接続されたスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2と、第3のフライングキャパシタ回路及び第4のフライングキャパシタ回路の出力端子間に直列接続されたスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4と、直列接続されたスイッチング素子S1及びスイッチング素子S2の中点に設けられた第1の出力端子と、直列接続されたスイッチング素子S3及びスイッチング素子S4の中点に設けられた第2の出力端子と、を備え、第1のフライングキャパシタ回路と第2のフライングキャパシタ回路の接続点、及び第3のフライングキャパシタ回路と第4のフライングキャパシタ回路の接続点は、直流電源電圧の中点に接続され、第1の出力端子と第2の出力端子から交流電力を出力する。 The semiconductor device according to an embodiment of the present embodiment includes a first flying capacitor circuit and a second flying capacitor circuit connected in series in parallel with a DC power supply, a first flying capacitor circuit connected in series with a DC power supply, and a first flying capacitor circuit. A third flying capacitor circuit and a fourth flying capacitor circuit connected in series with the second flying capacitor circuit, and a series connection between the output terminals of the first flying capacitor circuit and the second flying capacitor circuit. Switching element S1 and switching element S2, switching element S3 and switching element S4 connected in series between the output terminals of the third flying capacitor circuit and the fourth flying capacitor circuit, switching element S1 and switching element connected in series. A first output terminal provided at the midpoint of S2 and a second output terminal provided at the midpoint of the switching element S3 and the switching element S4 connected in series are provided with the first flying capacitor circuit. The connection point of the second flying capacitor circuit and the connection point of the third flying capacitor circuit and the fourth flying capacitor circuit are connected to the midpoint of the DC power supply voltage, and the first output terminal and the second output terminal are connected. Outputs AC power from.
この態様によると、出力段のスイッチング素子S1~S4の耐圧を下げることができる。 According to this aspect, the withstand voltage of the switching elements S1 to S4 in the output stage can be reduced.
この半導体装置は、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S4がオン状態、並びにスイッチング素子S2及びスイッチング素子S3がオフ状態で交流電力の半波を生成し、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S4がオフ状態、並びにスイッチング素子S2及びスイッチング素子S3がオン状態で交流電力の逆極性の半波を生成してもよい。 In this semiconductor device, a half wave of AC power is generated when the switching element S1 and the switching element S4 are in the on state, and the switching element S2 and the switching element S3 are in the off state, and the switching element S1 and the switching element S4 are in the off state, and switching. When the element S2 and the switching element S3 are on, a half wave of opposite polarity of AC power may be generated.
この態様によると、より正弦波に近い出力電圧を出力することができるので、LCフィルタを小型化することができる。 According to this aspect, since the output voltage closer to the sine wave can be output, the LC filter can be miniaturized.
この半導体装置において、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S4がオン状態、並びにスイッチング素子S2及びスイッチング素子S3がオフ状態である状態と、スイッチング素子S1及びスイッチング素子S4がオフ状態、並びにスイッチング素子S2及びスイッチング素子S3がオン状態である状態との切替は、第1の出力端子及び第2の出力端子から出力される交流電力の極性が切り替わる時に動作するように制御されてもよい。 In this semiconductor device, the switching element S1 and the switching element S4 are in the on state, the switching element S2 and the switching element S3 are in the off state, the switching element S1 and the switching element S4 are in the off state, and the switching element S2 and the switching element are in the off state. Switching from the state in which S3 is on may be controlled so as to operate when the polarity of the AC power output from the first output terminal and the second output terminal is switched.
この態様によると、スイッチング素子S1~S4をゼロクロスの時のみに動作するように制御することができるので、スイッチング素子S1~S4を、直接接続された複数のスイッチング素子により構成することができる。 According to this aspect, since the switching elements S1 to S4 can be controlled to operate only at the time of zero cross, the switching elements S1 to S4 can be configured by a plurality of directly connected switching elements.
この半導体装置は、スイッチング素子S1、スイッチング素子S2、スイッチング素子S3、またはスイッチング素子S4に代えて、より耐圧の低い複数のスイッチング素子を直列に接続した構成を有してもよい。 This semiconductor device may have a configuration in which a plurality of switching elements having a lower withstand voltage are connected in series instead of the switching element S1, the switching element S2, the switching element S3, or the switching element S4.
この態様によると、出力段のスイッチング素子S1~S4の耐圧をさらに下げることができる。 According to this aspect, the withstand voltage of the switching elements S1 to S4 in the output stage can be further reduced.
この半導体装置において、第1のフライングキャパシタ回路の出力電圧と第2のフライングキャパシタ回路の出力電圧との差、及び、第3のフライングキャパシタ回路の出力電圧と第4のフライングキャパシタ回路の出力電圧との差が、直流電源電圧の半分の電圧以下となるように制御されてもよい。 In this semiconductor device, the difference between the output voltage of the first flying capacitor circuit and the output voltage of the second flying capacitor circuit, and the output voltage of the third flying capacitor circuit and the output voltage of the fourth flying capacitor circuit. The difference between the two may be controlled to be less than or equal to half the voltage of the DC power supply voltage.
この態様によると、出力段のスイッチング素子S1~S4の耐圧を下げることができる。 According to this aspect, the withstand voltage of the switching elements S1 to S4 in the output stage can be reduced.
この半導体装置において、第1のフライングキャパシタ回路は、直列接続された第S5aスイッチング素子、第S5bスイッチング素子、第S5cスイッチング素子、及び第S5dスイッチング素子と、第S5aスイッチング素子と第S5bスイッチング素子との接続点と、第S5cスイッチング素子と第S5dスイッチング素子との接続点との間に接続された第1キャパシタFC1と、を含み、第2のフライングキャパシタ回路は、直列接続された第S6aスイッチング素子、第S6bスイッチング素子、第S6cスイッチング素子、及び第S6dスイッチング素子と、第S6aスイッチング素子と第S6bスイッチング素子との接続点と、第S6cスイッチング素子と第S6dスイッチング素子との接続点との間に接続された第2キャパシタFC2と、を含み、第3のフライングキャパシタ回路は、直列接続された第S7aスイッチング素子、第S7bスイッチング素子、第S7cスイッチング素子、及び第S7dスイッチング素子と、第S7aスイッチング素子と第S7bスイッチング素子との接続点と、第S7cスイッチング素子と第S7dスイッチング素子との接続点との間に接続された第3キャパシタFC3と、を含み、第4のフライングキャパシタ回路は、直列接続された第S8aスイッチング素子、第S8bスイッチング素子、第S8cスイッチング素子、及び第S8dスイッチング素子と、第S8aスイッチング素子と第S8bスイッチング素子との接続点と、第S8cスイッチング素子と第S8dスイッチング素子との接続点との間に接続された第4キャパシタFC4とを含んでもよい。 In this semiconductor device, the first flying capacitor circuit comprises a S5a switching element, a S5b switching element, a S5c switching element, and an S5d switching element connected in series, and an S5a switching element and an S5b switching element. The second flying capacitor circuit includes the first capacitor FC1 connected between the connection point and the connection point between the S5c switching element and the S5d switching element, and the second flying capacitor circuit is a series-connected S6a switching element. Connection between the S6b switching element, the S6c switching element, and the S6d switching element, the connection point between the S6a switching element and the S6b switching element, and the connection point between the S6c switching element and the S6d switching element. The third flying capacitor circuit includes the second capacitor FC2, and the third flying capacitor circuit includes the S7a switching element, the S7b switching element, the S7c switching element, the S7d switching element, and the S7a switching element connected in series. The fourth flying capacitor circuit is connected in series, including a third capacitor FC3 connected between a connection point with the S7b switching element and a connection point between the S7c switching element and the S7d switching element. The connection point between the S8a switching element, the S8b switching element, the S8c switching element, and the S8d switching element, the connection point between the S8a switching element and the S8b switching element, and the connection between the S8c switching element and the S8d switching element. It may include a fourth capacitor FC4 connected between the points.
この態様によると、半導体装置を構成する全てのスイッチング素子の耐圧を直流電源電圧の1/4に下げることができる。 According to this aspect, the withstand voltage of all the switching elements constituting the semiconductor device can be reduced to 1/4 of the DC power supply voltage.
この半導体装置において、第1のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、第2のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、第3のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、第4のフライングキャパシタ回路は、1個のキャパシタを含み、キャパシタの電圧は、直流電源電圧の1/4倍の電圧になるように制御され、第1の出力端子と第2の出力端子から、5レベルの電圧が出力されてもよい。 In this semiconductor device, the first flying capacitor circuit comprises one capacitor, the second flying capacitor circuit comprises one capacitor, and the third flying capacitor circuit comprises one capacitor. The fourth flying capacitor circuit includes one capacitor, and the voltage of the capacitor is controlled to be 1/4 times the voltage of the DC power supply, and the voltage is controlled from the first output terminal and the second output terminal. Five levels of voltage may be output.
この態様によると、5レベルの出力電圧を出力可能な半導体装置を、低耐圧のスイッチング素子により構成することができる。 According to this aspect, a semiconductor device capable of outputting 5 levels of output voltage can be configured by a switching element having a low withstand voltage.
この半導体装置において、第1のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、第2のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、第3のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、第4のフライングキャパシタ回路は、N(Nは自然数)個のキャパシタを含み、1番目のキャパシタの電圧は、直流電源電圧の(1/(2N+2))倍の電圧になるように制御され、2番目のキャパシタの電圧は、直流電源電圧の(2/(2N+2))倍の電圧になるように制御され、N番目のキャパシタの電圧は、直流電源電圧の(N/(2N+2))倍の電圧になるように制御され、第1の出力端子との第2出力端子から、(2N+3)レベルの電圧が出力されてもよい。 In this semiconductor device, the first flying capacitor circuit contains N (N is a natural number) capacitors, the second flying capacitor circuit contains N (N is a natural number) capacitors, and a third flying capacitor. The circuit contains N (N is a natural number) capacitors, the fourth flying capacitor circuit contains N (N is a natural number) capacitors, and the voltage of the first capacitor is (1 /) of the DC power supply voltage. The voltage of the second capacitor is controlled to be (2N + 2)) times the voltage of the DC power supply voltage, and the voltage of the Nth capacitor is controlled to be (2 / (2N + 2)) times the voltage of the DC power supply voltage. , The voltage is controlled to be (N / (2N + 2)) times the DC power supply voltage, and a voltage of (2N + 3) level may be output from the second output terminal with the first output terminal.
この態様によると、(2N+3)レベルの出力電圧を出力可能な半導体装置を、低耐圧のスイッチング素子により構成することができる。 According to this aspect, a semiconductor device capable of outputting a (2N + 3) level output voltage can be configured by a low withstand voltage switching element.
この半導体装置において、第1のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子、第2のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子、第3のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子、及び第4のフライングキャパシタ回路のスイッチング素子には、直流電源電圧より低い耐圧の素子が使用されてもよい。 In this semiconductor device, the switching element of the first flying capacitor circuit, the switching element of the second flying capacitor circuit, the switching element of the third flying capacitor circuit, and the switching element of the fourth flying capacitor circuit are DC power supplies. An element having a withstand voltage lower than the voltage may be used.
この態様によると、安価で高性能な半導体装置を実現することができる。 According to this aspect, an inexpensive and high-performance semiconductor device can be realized.
この半導体装置において、スイッチング素子S1、スイッチング素子S2、スイッチング素子S3、又はスイッチング素子S4には、直流電源の電圧より低い耐圧の素子が使用されてもよい。 In this semiconductor device, a device having a withstand voltage lower than the voltage of the DC power supply may be used for the switching element S1, the switching element S2, the switching element S3, or the switching element S4.
この態様によると、安価で高性能な半導体装置を実現することができる。 According to this aspect, an inexpensive and high-performance semiconductor device can be realized.
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that any combination of the above components and the conversion of the expression of the present invention between methods, devices, systems, recording media, computer programs and the like are also effective as aspects of the present invention.
次に、図12以降を参照して、半導体装置10の構成についてより詳細に説明する。
Next, the configuration of the
以下では、スイッチング素子S5a~S5d(第1のスイッチング素子)の直列回路を、第1の直列回路21と称し、スイッチング素子S6a~S6d(第2のスイッチング素子)の直列回路を、第2の直列回路22と称し、スイッチング素子S7a~S7d(第3のスイッチング素子)の直列回路を、第3の直列回路23と称し、スイッチング素子S8a~S8d(第4のスイッチング素子)の直列回路を、第4の直列回路24と称し、スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2b(第5のスイッチング素子)の直列回路を、第5の直列回路25と称し、スイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4b(第6のスイッチング素子)の直列回路を、第6の直列回路26と称する。つまり、半導体装置10は、第1~第6の直列回路21~26を備えている。
In the following, the series circuit of the switching elements S5a to S5d (first switching element) will be referred to as the
スイッチング素子S5a~S5d、S6a~S6d、S7a~S7d、S8a~S8d、S1a、S1b、S2a、S2b、S3a、S3b、S4a、S4bの各々は、半導体スイッチング素子からなる。 Each of the switching elements S5a to S5d, S6a to S6d, S7a to S7d, S8a to S8d, S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, and S4b is composed of semiconductor switching elements.
第1の直列回路21は、スイッチング素子S5a~S5dを含みスイッチング素子S5a~S5dを直列接続して構成されている。第2の直列回路22は、スイッチング素子S6a~S6dを含みスイッチング素子S6a~S6dを直列接続して構成されている。第3の直列回路23は、スイッチング素子S7a~S7dを含みスイッチング素子S7a~S7dを直列接続して構成されている。第4の直列回路24は、スイッチング素子S8a~S8dを含みスイッチング素子S8a~S8dを直列接続して構成されている。第5の直列回路25は、スイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bを含みスイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bを直列接続して構成されている。第6の直列回路26は、スイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4bを含みスイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4bを直列接続して構成されている。
The
第2の直列回路22は、第1の直列回路21に直列に接続されている。第4の直列回路24は、第3の直列回路23に直列に接続されている。
The
第5の直列回路25の第1端45は、第1の接続点31に接続されている。第1の接続点31は、スイッチング素子S5a~S5d(第1のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S5b、S5cの接続点である。第5の直列回路25の第2端46は、第2の接続点32に接続されている。第2の接続点32は、スイッチング素子S6a~S6d(第2のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S6b、S6cの接続点である。つまり、第5の直列回路25は、第1の接続点31と第2の接続点32との間に接続されている。
The
第6の直列回路26の第1端47は、第3の接続点33に接続されている。第3の接続点33は、スイッチング素子S7a~S7d(第3のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S7b、S7cの接続点である。第6の直列回路26の第2端48は、第4の接続点34に接続されている。第4の接続点34は、スイッチング素子S8a~S8d(第4のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S8b、S8cの接続点である。つまり、第6の直列回路26は、第3の接続点33と第4の接続点34との間に接続されている。
The
第1の直列回路21における第2の直列回路22側とは反対側の端41は、第3の直列回路23における第4の直列回路24側とは反対側の端43に接続されている。第2の直列回路22における第1の直列回路21側とは反対側の端42は、第4の直列回路24における第3の直列回路23側とは反対側の端44に接続されている。第1の直列回路21と第2の直列回路22との接続点51は、第3の直列回路23と第4の直列回路24との接続点52に接続されている。
The
半導体装置10は、複数(図12では2つ)のモジュールM1、M2(デバイス)を備えている。各モジュールM1、M2は、スイッチング素子S5a~S5d、S6a~S6d、S7a~S7d、S8a~S8d、S1a、S1b、S2a、S2b、S3a、S3b、S4a、S4bのうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子であるスイッチング素子群と、スイッチング素子群を収容するパッケージP1(図13参照)と、を含む。複数のモジュールM1、M2の各々におけるスイッチング素子の数は複数のモジュールM1、M2間で同じである。具体的には、複数のモジュールM1、M2の各々は、12個のスイッチング素子を含む。複数のモジュールM1、M2の各々におけるスイッチング素子群の接続関係は複数のモジュールM1、M2間で同じである。
The
具体的には、モジュールM1は、スイッチング素子群として、スイッチング素子S5a~S5d、S6a~S6d、S1a、S1b、S2a、S2bを含む。モジュールM2は、スイッチング素子群として、スイッチング素子S7a~S7d、S8a~S8d、S3a、S3b、S4a、S4bを含む。すなわち、モジュールM1は、第1の直列回路21と、第2の直列回路22と、第5の直列回路25と、を含み、モジュールM2は、第3の直列回路23と、第4の直列回路24と、第6の直列回路26と、を含む。
Specifically, the module M1 includes switching elements S5a to S5d, S6a to S6d, S1a, S1b, S2a, and S2b as the switching element group. The module M2 includes switching elements S7a to S7d, S8a to S8d, S3a, S3b, S4a, and S4b as the switching element group. That is, the module M1 includes the
このように、半導体装置10に備えられる複数のスイッチング素子が、モジュールM1とモジュールM2とに分散して設けられている。そのため、半導体装置10の全てのスイッチング素子を含む1つのモジュールと比較して、各モジュールM1、M2は、汎用性が高い。つまり、半導体装置10の全てのスイッチング素子を含む1つのモジュールと比較して、各モジュールM1、M2は、半導体装置10を構成する回路以外の回路にも用いられやすい。
As described above, the plurality of switching elements provided in the
各モジュールM1、M2は、電気的に同じ回路を構成している。各モジュールM1、M2は、共通の工程により製造される。 The modules M1 and M2 electrically form the same circuit. The modules M1 and M2 are manufactured by a common process.
なお、第1、第2の接続点31、32及び接続点51を含む電路は、モジュールM1の構成であり、第3、第4の接続点33、34及び接続点52を含む電路は、モジュールM2の構成である。
The electric circuit including the first and second connection points 31, 32 and the
図13に示すように、モジュールM1は、複数の端子9を含む。複数の端子9は、第1入力端IN1、第2入力端IN2及び第2出力端OUT2のいずれかと接続される3つの端子と、半導体装置10を構成する各スイッチング素子にゲート信号を入力するための複数のゲート端子と、半導体装置10を構成する各スイッチング素子のソース電極に接続するための複数のソース端子と、を含む。モジュールM2も同様に、複数の端子を含む。モジュールM2の複数の端子は、第1入力端IN1、第2入力端IN2及び第1出力端OUT1のいずれかと接続される3つの端子と、複数のゲート端子と、複数のソース端子と、を含む。
As shown in FIG. 13, the module M1 includes a plurality of
半導体装置10のフライングキャパシタFC1(第1のキャパシタ)は、スイッチング素子S5a~S5d(第1のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S5b、S5cの直列回路と並列に接続されている。半導体装置10のフライングキャパシタFC2(第2のキャパシタ)は、スイッチング素子S6a~S6d(第2のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S6b、S6cの直列回路と並列に接続されている。半導体装置10のフライングキャパシタFC3(第3のキャパシタ)は、スイッチング素子S7a~S7d(第3のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S7b、S7cの直列回路と並列に接続されている。半導体装置10のフライングキャパシタFC4(第4のキャパシタ)は、スイッチング素子S8a~S8d(第4のスイッチング素子)のうち2つのスイッチング素子S8b、S8cの直列回路と並列に接続されている。
The flying capacitor FC1 (first capacitor) of the
つまり、フライングキャパシタFC1の第1端は、直列に接続された4つのスイッチング素子S5a~S5dのうち一端側から1番目のスイッチング素子S5aと2番目のスイッチング素子S5bとの接続点61に接続されている。フライングキャパシタFC1の第2端は、3番目のスイッチング素子S5cと4番目のスイッチング素子S5dとの接続点62に接続されている。
That is, the first end of the flying capacitor FC1 is connected to the
また、フライングキャパシタFC2の第1端は、直列に接続された4つのスイッチング素子S6a~S6dのうち一端側から1番目のスイッチング素子S6aと2番目のスイッチング素子S6bとの接続点63に接続されている。フライングキャパシタFC2の第2端は、3番目のスイッチング素子S6cと4番目のスイッチング素子S6dとの接続点64に接続されている。
Further, the first end of the flying capacitor FC2 is connected to a
また、フライングキャパシタFC3の第1端は、直列に接続された4つのスイッチング素子S7a~S7dのうち一端側から1番目のスイッチング素子S7aと2番目のスイッチング素子S7bとの接続点65に接続されている。フライングキャパシタFC3の第2端は、3番目のスイッチング素子S7cと4番目のスイッチング素子S7dとの接続点66に接続されている。
Further, the first end of the flying capacitor FC3 is connected to a
また、フライングキャパシタFC4の第1端は、直列に接続された4つのスイッチング素子S8a~S8dのうち一端側から1番目のスイッチング素子S8aと2番目のスイッチング素子S8bとの接続点67に接続されている。フライングキャパシタFC4の第2端は、3番目のスイッチング素子S8cと4番目のスイッチング素子S8dとの接続点68に接続されている。
Further, the first end of the flying capacitor FC4 is connected to a
第1の接続点31は、直列に接続された4つのスイッチング素子S5a~S5dのうち一端側から2番目のスイッチング素子S5bと3番目のスイッチング素子S5cとの接続点である。
The
第2の接続点32は、直列に接続された4つのスイッチング素子S6a~S6dのうち一端側から2番目のスイッチング素子S6bと3番目のスイッチング素子S6cとの接続点である。
The
第3の接続点33は、直列に接続された4つのスイッチング素子S7a~S7dのうち一端側から2番目のスイッチング素子S7bと3番目のスイッチング素子S7cとの接続点である。
The
第4の接続点34は、直列に接続された4つのスイッチング素子S8a~S8dのうち一端側から2番目のスイッチング素子S8bと3番目のスイッチング素子S8cとの接続点である。
The
なお、接続点61~64を含む電路は、モジュールM1の構成であり、接続点65~68を含む電路は、モジュールM2の構成である。 The electric circuit including the connection points 61 to 64 has the configuration of the module M1, and the electric circuit including the connection points 65 to 68 has the configuration of the module M2.
図14に、モジュールM2のパッケージP1の内部を図示する。モジュールM1のパッケージの内部もモジュールM2のパッケージP1の内部と同様の構造である。各スイッチング素子は、基板7に実装されている。基板7は、例えばセラミック基板又はリードフレームである。基板7は、パッケージP1に収容されている。
FIG. 14 illustrates the inside of the package P1 of the module M2. The inside of the package of the module M1 has the same structure as the inside of the package P1 of the module M2. Each switching element is mounted on the
基板7には、導体からなる複数のランド71a~71k、71mが形成されている。各スイッチング素子は、これらのランド上に実装されており、ランドに電気的に接続されている。各スイッチング素子のドレインは、ランドに接触している。各スイッチング素子のソースと、スイッチング素子に隣り合うランドとの間は、ボンディングワイヤを介して接続されている。これにより、各スイッチング素子間が接続されている。図14及び後述の図16、18、20では、ボンディングワイヤを太線で図示している。
A plurality of
スイッチング素子S7aを実装したランド71aには、第1入力端IN1と接続するための端子9(図13参照)が接続されている。ボンディングワイヤを介してスイッチング素子S8dと接続されたランド71iには、第2入力端IN2と接続するための端子9が接続されている。スイッチング素子S8aが実装されたランド71eには、第1の直列回路21と第2の直列回路22との接続点51と接続するための端子9が接続されている。スイッチング素子S4aが実装されたランド71kには、第2出力端OUT2と接続するための端子9が接続されている。
A terminal 9 (see FIG. 13) for connecting to the first input terminal IN1 is connected to the
フライングキャパシタFC3、FC4は、モジュールM1のパッケージP1(図13参照)の外部に設けられている。スイッチング素子S7bを実装したランド71bと、スイッチング素子S7dを実装したランド71dとには、フライングキャパシタFC3が接続されている。スイッチング素子S8bを実装したランド71fと、スイッチング素子S8dを実装したランド71hとには、フライングキャパシタFC4が接続されている。
The flying capacitors FC3 and FC4 are provided outside the package P1 (see FIG. 13) of the module M1. A flying capacitor FC3 is connected to the
また、基板7には、複数の電極72が形成されている。各電極72は、例えば、導体を基板7に印刷して形成されている。複数の電極72は、2つ1組を単位として複数組設けられている。1組の電極は、複数のスイッチング素子のいずれかと対応する。1組の電極72の一方は、対応するスイッチング素子のゲート端子(複数の端子9のうちの1つ)に接続されており、他方は、対応するスイッチング素子のソース端子(複数の端子9のうちの1つ)に接続されている。各電極72には、外部と接続するための端子9(図13参照)が接続されている。複数の端子9と複数の電極72とを介して、各スイッチング素子のゲート・ソース間に電圧が印加される。
Further, a plurality of
(実施形態1の変形例)
次に、実施形態1の変形例を列挙する。以下の変形例は、適宜組み合わせて実現されてもよい。
(Variation example of Embodiment 1)
Next, modifications of the first embodiment are listed. The following modifications may be realized by combining them as appropriate.
第1~第6の直列回路21~26の各々において、スイッチング素子の個数は、4つに限定されず、2つ、3つ、又は5つ以上であってもよい。
In each of the first to
また、モジュールM1は、フライングキャパシタFC1、FC2のうち少なくとも一方を含んでいてもよい。モジュールM2は、フライングキャパシタFC3、FC4のうち少なくとも一方を含んでいてもよい。 Further, the module M1 may include at least one of the flying capacitors FC1 and FC2. The module M2 may include at least one of the flying capacitors FC3 and FC4.
また、各スイッチング素子のソース・ドレイン間には、複数のダイオードの並列回路が接続されていてもよい。この場合、各ダイオードのアノード同士が接続され、各ダイオードのカソード同士が接続される。ソース・ドレイン間において複数のダイオードの並列回路に電流を流す場合、1つのダイオードに電流を流す場合と比較して、より大きい電流を流せる。複数のダイオードは、MOSFETのボディダイオードを含んでいてもよい。 Further, a parallel circuit of a plurality of diodes may be connected between the source and drain of each switching element. In this case, the anodes of each diode are connected to each other, and the cathodes of each diode are connected to each other. When a current is passed through a parallel circuit of a plurality of diodes between the source and drain, a larger current can be passed as compared with the case where a current is passed through one diode. The plurality of diodes may include the body diode of the MOSFET.
また、半導体装置10は、直流電力を交流電力に変換する動作と交流電力を直流電力に変換する動作とのうち少なくとも一方を行えばよい。
Further, the
また、実施形態1の半導体装置10は、単相交流電力を入力又は出力する構成であるが、半導体装置10は、三相交流電力を入力又は出力する構成であってもよい。半導体装置10にモジュールM1と同じモジュールをもう1つ設け、新しく設けたモジュールを第1入力端IN1及び第2入力端IN2の間に接続することで、3つのモジュールの3つの出力端から、三相交流電力を出力できる。また、半導体装置10の入力と出力との関係を入れ替えることで、半導体装置10に三相交流電力を入力し直流電力を出力させることができる。
Further, the
また、第1入力端IN1、第2入力端IN2、第1出力端OUT1及び第2出力端OUT2の各々は、端子9であってもよいし、リード線であってもよい。 Further, each of the first input end IN1, the second input end IN2, the first output end OUT1 and the second output end OUT2 may be a terminal 9 or a lead wire.
(実施形態1及び実施形態1の変形例のまとめ)
以上説明した実施形態1及び実施形態1の変形例から、以下の態様が開示されている。
(Summary of
The following aspects are disclosed from the above-described first embodiment and modified examples of the first embodiment.
半導体装置10は、直流電力を交流電力に変換する動作と交流電力を直流電力に変換する動作とのうち少なくとも一方を行う。半導体装置10は、複数のスイッチング素子S5a~S5dの第1の直列回路21と、複数の第2のスイッチング素子S6a~S6dの第2の直列回路22と、複数の第3のスイッチング素子S7a~S7dの第3の直列回路23と、複数の第4のスイッチング素子S8a~S8dの第4の直列回路24と、複数の第5のスイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bの第5の直列回路25と、複数の第6のスイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4bの第6の直列回路26と、を備える。第2の直列回路22は、第1の直列回路21に直列に接続されている。第4の直列回路24は、第3の直列回路23に直列に接続されている。第5の直列回路25は、第1の接続点31と第2の接続点32との間に接続されている。第1の接続点31は、複数の第1のスイッチング素子S5a~S5dのうち2つの第1のスイッチング素子S5b、S5cの接続点である。第2の接続点32は、複数の第2のスイッチング素子S6a~S6dのうち2つの第2のスイッチング素子S6b、S6cの接続点である。第6の直列回路26は、第3の接続点33と第4の接続点との間に接続されている。第3の接続点33は、複数の第3のスイッチング素子S7a~S7dのうち2つの第3のスイッチング素子S7b、S7cの接続点である。第4の接続点34は、複数の第4のスイッチング素子S8a~S8dのうち2つの第4のスイッチング素子S8b、S8cの接続点である。第1の直列回路21における第2の直列回路22側とは反対側の端41は、第3の直列回路23における第4の直列回路24側とは反対側の端43に接続されている。第2の直列回路22における第1の直列回路21側とは反対側の端42は、第4の直列回路24における第3の直列回路23側とは反対側の端44に接続されている。第1の直列回路21と第2の直列回路22との接続点51は、第3の直列回路23と第4の直列回路24との接続点52に接続されている。半導体装置10は、モジュールを複数備える。複数のモジュールM1、M2は、スイッチング素子群と、パッケージP1と、を含む。スイッチング素子群は、複数の第1のスイッチング素子S5a~S5d、複数の第2のスイッチング素子S6a~S6d、複数の第3のスイッチング素子S7a~S7d、複数の第4のスイッチング素子S8a~S8d、複数の第5のスイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2b、複数の第6のスイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4bのうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子である。パッケージP1は、スイッチング素子群を収容する。複数のモジュールM1、M2の各々におけるスイッチング素子の数は同じである。複数のモジュールM1、M2の各々におけるスイッチング素子群の接続関係は同じである。
The
上記の構成によれば、半導体装置10では、スイッチング素子群の接続関係が同じとなるように、複数の第1ないし第6のスイッチング素子S5a~S5d、S6a~S6d、S7a~S7d、S8a~S8d、S1a、S1b、S2a、S2b、S3a、S3b、S4a、S4bが複数のモジュールM1、M2に分散されているので、これらの複数の第1ないし第6のスイッチング素子が1つのモジュールに集約されている場合と比較して、半導体装置10の汎用性が高い。つまり、モジュール同士の接続関係及び各モジュールと別の回路との接続関係を変更することで、半導体装置10の少なくとも一部を含み半導体装置10とは異なる回路を形成することが可能である。
According to the above configuration, in the
また、半導体装置10は、第1のキャパシタ(フライングキャパシタFC1)と、第2のキャパシタ(フライングキャパシタFC2)と、第3のキャパシタ(フライングキャパシタFC3)と、第4のキャパシタ(フライングキャパシタFC4)と、を更に備える。第1のキャパシタは、複数の第1のスイッチング素子S5a~S5dのうち少なくとも2つの第1のスイッチング素子S5b、S5cの直列回路と並列に接続されている。第2のキャパシタは、複数の第2のスイッチング素子S6a~S6dのうち少なくとも2つの第2のスイッチング素子S6b、S6cの直列回路と並列に接続されている。第3のキャパシタは、複数の第3のスイッチング素子S7a~S7dのうち少なくとも2つの第3のスイッチング素子S7b、S7cの直列回路と並列に接続されている。第4のキャパシタは、複数の第4のスイッチング素子S8a~S8dのうち少なくとも2つの第4のスイッチング素子S8b、S8cの直列回路と並列に接続されている。
Further, the
上記の構成によれば、各スイッチング素子をオンオフして第1ないし第4のキャパシタを充放電させることで、第1ないし第4のキャパシタの各々の両端間の電圧を維持できる。半導体装置10には、入力用の接続端及び出力用の接続端を設けられる。各スイッチング素子をオンオフして、半導体装置10の入力端と出力端との間の電流が第1ないし第4のキャパシタを通るか否か、及び、電流の通る向きを切り替えることで、半導体装置10の出力電圧を切り替えられる。
According to the above configuration, the voltage between both ends of the first to fourth capacitors can be maintained by turning on and off each switching element to charge and discharge the first to fourth capacitors. The
また、半導体装置10では、第1の直列回路21は、複数の第1のスイッチング素子としての4つの第1のスイッチング素子S5a~S5dの直列回路を含む。第2の直列回路22は、複数の第2のスイッチング素子としての4つの第2のスイッチング素子S6a~S6dの直列回路を含む。第3の直列回路23は、複数の第3のスイッチング素子としての4つの第3のスイッチング素子S7a~S7dの直列回路を含む。第4の直列回路24は、複数の第4のスイッチング素子としての4つの第4のスイッチング素子S8a~S8dの直列回路を含む。第1のキャパシタ(フライングキャパシタFC1)の第1端は、直列に接続された4つの第1のスイッチング素子S5a~S5dのうち一端側から1番目の第1のスイッチング素子S5aと2番目の第1のスイッチング素子S5bとの接続点61に接続されている。第1のキャパシタの第2端は、3番目の第1のスイッチング素子S5cと4番目の第1のスイッチング素子S5dとの接続点62に接続されている。第2のキャパシタ(フライングキャパシタFC2)の第1端は、直列に接続された4つの第2のスイッチング素子S6a~S6dのうち一端側から1番目の第2のスイッチング素子S6aと2番目の第2のスイッチング素子S6bとの接続点63に接続されている。第2のキャパシタの第2端は、3番目の第2のスイッチング素子S6cと4番目の第2のスイッチング素子S6dとの接続点64に接続されている。第3のキャパシタ(フライングキャパシタFC3)の第1端は、直列に接続された4つの第3のスイッチング素子S7a~S7dのうち一端側から1番目の第3のスイッチング素子S7aと2番目の第3のスイッチング素子S7bとの接続点65に接続されている。第3のキャパシタの第2端は、3番目の第3のスイッチング素子S7cと4番目の第3のスイッチング素子S7dとの接続点66に接続されている。第4のキャパシタ(フライングキャパシタFC4)の第1端は、直列に接続された4つの第4のスイッチング素子S8a~S8dのうち一端側から1番目の第4のスイッチング素子S8aと2番目の第4のスイッチング素子S8bとの接続点67に接続されている。第4のキャパシタの第2端は、3番目の第4のスイッチング素子S8cと4番目の第4のスイッチング素子S8dとの接続点68に接続されている。第1の接続点31は、直列に接続された4つの第1のスイッチング素子S5a~S5dのうち一端側から2番目の第1のスイッチング素子S5bと3番目の第1のスイッチング素子S5cとの接続点である。第2の接続点32は、直列に接続された4つの第2のスイッチング素子S6a~S6dのうち一端側から2番目の第2のスイッチング素子S6bと3番目の第2のスイッチング素子S6cとの接続点である。第3の接続点33は、直列に接続された4つの第3のスイッチング素子S7a~S7dのうち一端側から2番目の第3のスイッチング素子S7bと3番目の第3のスイッチング素子S7cとの接続点である。第4の接続点34は、直列に接続された4つの第4のスイッチング素子S8a~S8dのうち一端側から2番目の第4のスイッチング素子S8bと3番目の第4のスイッチング素子S8cとの接続点である。
Further, in the
上記の構成によれば、各スイッチング素子に印加される最大電圧を、各スイッチング素子間で等しくできる。ここで、「等しい」とは、厳密に等しいことに限定されず、許容される誤差の範囲内で異なっていてもよい。「等しい」とは、例えば、5%又は10%の誤差がある場合を含む。 According to the above configuration, the maximum voltage applied to each switching element can be made equal among the switching elements. Here, "equal" is not limited to exactly equality and may differ within the permissible margin of error. "Equal" includes, for example, a case where there is an error of 5% or 10%.
また、半導体装置10では、複数のモジュールM1、M2のうち1つのモジュールM1は、第1の直列回路21と、第2の直列回路22と、第5の直列回路25とを含む。複数のモジュールM1、M2のうち別の1つのモジュールM2は、第3の直列回路23と、第4の直列回路24と、第6の直列回路26とを含む。
Further, in the
上記の構成によれば、第1ないし第6の直列回路21~26が1つのモジュールに集約されている場合と比較して、半導体装置10の汎用性が高まる。
According to the above configuration, the versatility of the
また、デバイスは、半導体装置10に、複数のモジュールM1、M2のうちの1つとして用いられる。
Further, the device is used in the
上記の構成によれば、複数の第1ないし第6のスイッチング素子S5a~S5d、S6a~S6d、S7a~S7d、S8a~S8d、S1a、S1b、S2a、S2b、S3a、S3b、S4a、S4bが1つのモジュールに集約されている場合と比較して、汎用性が高いモジュールM1、M2を提供できる。 According to the above configuration, a plurality of first to sixth switching elements S5a to S5d, S6a to S6d, S7a to S7d, S8a to S8d, S1a, S1b, S2a, S2b, S3a, S3b, S4a, and S4b are 1. It is possible to provide modules M1 and M2 having higher versatility as compared with the case where they are integrated into one module.
(実施形態2)
以下、実施形態2に係る半導体装置10Aについて、図15、16を用いて説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the
半導体装置10Aは、実施形態1のモジュールM1、M2に代えて、モジュールM3、M4を備えている。モジュールM3は、実施形態1のモジュールM1の構成に、フライングキャパシタFC1、FC2が追加された構成を有している。つまり、モジュールM3のパッケージP1(図13参照)には、フライングキャパシタFC1、FC2が更に収容されている。モジュールM4は、実施形態1のモジュールM2の構成に、フライングキャパシタFC3、FC4が追加された構成を有している。つまり、モジュールM4のパッケージP1には、フライングキャパシタFC3、FC4が更に収容されている。
The
図16に、モジュールM4のパッケージP1の内部を図示する。 FIG. 16 illustrates the inside of the package P1 of the module M4.
第3の直列回路23において、スイッチング素子S7a~S7dは、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されている。第3の直列回路23において、互いに対角に位置する2つのスイッチング素子S7b、S7dの間には、フライングキャパシタFC3が配置されている。したがって、図14のように、スイッチング素子S7a~S7dが直線状に並んでいる場合と比較して、フライングキャパシタFC3とスイッチング素子S7b、S7dとの間の配線長を短くできる。
In the
第4の直列回路24において、スイッチング素子S8a~S8dは、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されている。すなわち、4つのスイッチング素子S8a~S8dは、2行2列のマトリックス状に並んで配置されている。第4の直列回路24において、2つのスイッチング素子S8b、S8dは互いに対角に位置する。つまり、2つのスイッチング素子S8b、S8dは、2行2列のマトリックス状の配置における行の方向と列の方向とに対して斜め方向に並んでいる。第4の直列回路24において、互いに対角に位置する2つのスイッチング素子S8b、S8dの間には、フライングキャパシタFC4が配置されている。したがって、図14のように、スイッチング素子S8a~S8dが直線状に並んでいる場合と比較して、フライングキャパシタFC4とスイッチング素子S8b、S8dとの間の配線長を短くできる。
In the
モジュールM3もモジュールM4と同様の構造である。すなわち、第1の直列回路21において、スイッチング素子S5a~S5dは、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されている。第1の直列回路21において、互いに対角に位置する2つのスイッチング素子S5b、S5dの間には、フライングキャパシタFC1が配置されている。第2の直列回路22において、スイッチング素子S6a~S6dは、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されている。第2の直列回路22において、互いに対角に位置する2つのスイッチング素子S6b、S6dの間には、フライングキャパシタFC2が配置されている。
The module M3 has the same structure as the module M4. That is, in the
モジュールM1~M4の各々では、当該モジュールに含まれる全てのスイッチング素子が、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されている。より詳細には、各モジュールでは、スイッチング素子が4行3列に並んでいる。図16では、スイッチング素子S7a、S7b、S7c、S7d、S8a、S8b、S8c、S8dは、スイッチング素子S7aから紙面左、下、右、下、左、下、右の向きに順次つながっている。つまり、基板7において、スイッチング素子S7aからスイッチング素子S7b~S7d、S8a~S8cを介してスイッチング素子S8dまでを結ぶ電路の形状は、クランク状である。スイッチング素子S7aとスイッチング素子S8dとの間には、スイッチング素子2つ分の間隔が空いている。したがって、図14のようにスイッチング素子S7aとスイッチング素子S8dとの間にスイッチング素子6つ分の間隔が空いている場合と比較して、スイッチング素子S7aとスイッチング素子S8dとの間の配線長を短くできる。
In each of the modules M1 to M4, all the switching elements included in the module are arranged so as to be arranged vertically and horizontally when the
半導体装置10Aにおいて配線長を短くすることで、抵抗成分による損失の低減及び、インダクタンス成分によるノイズの低減を図ることができる。
By shortening the wiring length in the
フライングキャパシタFC1~FC4のうち少なくとも1つが、モジュールM3、M4の外に設けられていてもよい。 At least one of the flying capacitors FC1 to FC4 may be provided outside the modules M3 and M4.
また、第1~第4の直列回路21~24の各々において、少なくとも3つのスイッチング素子が、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されていればよい。ここで、3つのスイッチング素子が縦横に並んでいるとは、2行2列のマトリックス状に並んだ4つのスイッチング素子のうち1つを欠いた状態での残りの3つのスイッチング素子の配置を言う。
Further, in each of the first to
(実施形態2及び実施形態2の変形例のまとめ)
以上説明した実施形態2及び実施形態2の変形例から、以下の態様が開示されている。
(Summary of
The following aspects are disclosed from the above-described second embodiment and modified examples of the second embodiment.
半導体装置10Aでは、第1ないし第4の直列回路21~24のうち少なくとも1つにおいて、複数の第1、第2、第3又は第4のスイッチング素子S5a~S8dのうち3つ以上のスイッチング素子(例えば、第3のスイッチング素子S7a~S7d)は、基板7に実装され、基板7を平面視したときに縦横に並ぶように配置されており、基板7を平面視したときに互いに対角に位置する2つの第1、第2、第3又は第4のスイッチング素子(例えば、第3のスイッチング素子S7b、S7d)の間には、第1、第2、第3又は第4のキャパシタ(例えば、フライングキャパシタFC3、あるいは、フライングキャパシタFC1、FC2又はFC4)が配置されている。
In the
上記の構成によれば、第1ないし第4のキャパシタ(フライングキャパシタFC1~FC4)の少なくとも1つにおいて、スイッチング素子との間の配線長を短くできる。 According to the above configuration, in at least one of the first to fourth capacitors (flying capacitors FC1 to FC4), the wiring length between the first to fourth capacitors (flying capacitors FC1 to FC4) can be shortened.
また、半導体装置10Aでは、複数のモジュールM3、M4のうち1つのモジュールM3は、第1の直列回路21と、第2の直列回路22と、第5の直列回路25と、第1のキャパシタ(フライングキャパシタFC1)と、第2のキャパシタ(フライングキャパシタFC2)と、を含む。複数のモジュールM3、M4のうち別の1つのモジュールM4は、第3の直列回路23と、第4の直列回路24と、第6の直列回路26と、第3のキャパシタ(フライングキャパシタFC3)と、第4のキャパシタ(フライングキャパシタFC4)と、を含む。
Further, in the
上記の構成によれば、第1ないし第6の直列回路21~26が1つのモジュールに集約されている場合と比較して、半導体装置10の汎用性が高まる。
According to the above configuration, the versatility of the
(実施形態3)
以下、実施形態3に係る半導体装置10Bについて、図17、18を用いて説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 3)
Hereinafter, the
半導体装置10Bは、実施形態1のモジュールM1、M2に代えて、複数(図17では6つ)のモジュールM5~M10を備えている。半導体装置10Bにおけるモジュールの数は、第1~第6の直列回路21~26の数と同数である。複数のモジュールM5~M10は、第1ないし第6の直列回路21~26(図12参照)と一対一で対応する。複数のモジュールM5~M10の各々は、第1ないし第6の直列回路21~26のうち対応する直列回路を含む。要するに、モジュールM5は第1の直列回路21を、モジュールM6は第2の直列回路22を、モジュールM7は第3の直列回路23を、モジュールM8は第4の直列回路24を、モジュールM9は第5の直列回路25を、モジュールM10は第6の直列回路26を含む。
The
図18に、モジュールM7のパッケージP1(図13参照)の内部を図示する。モジュールM5、M6、M8~M10もモジュールM5と同様の構造である。 FIG. 18 illustrates the inside of the package P1 (see FIG. 13) of the module M7. Modules M5, M6, and M8 to M10 have the same structure as the module M5.
モジュールM7に含まれるスイッチング素子S7a~S7dは、一列に並んで配置されている。各スイッチング素子S7a~S7dを実装したランド71a~71dには、別のモジュール等と接続するための端子9(図13参照)が、1つのランドにつき1つ接続されている。ボンディングワイヤを介してスイッチング素子S7dと接続されたランド71nには、別のモジュール等と接続するための端子9が接続されている。
The switching elements S7a to S7d included in the module M7 are arranged side by side in a row. One terminal 9 (see FIG. 13) for connecting to another module or the like is connected to each
本実施形態のモジュールM5~M10では、実施形態1のモジュールM1、M2と比較して、半導体装置10Bの構成がより細分化されているので、半導体装置10Bの汎用性を更に向上できる。
In the modules M5 to M10 of the present embodiment, the configuration of the
なお、実施形態1の半導体装置10では、第1、第2、第5の直列回路21、22、25が1つのモジュールM1に集約されているため、本実施形態の半導体装置10Bと比較して、第1、第2、第5の直列回路21、22、25間の配線長を短くできる。実施形態1の半導体装置10では、第3、第4、第6の直列回路23、24、26が1つのモジュールM2に集約されているため、本実施形態の半導体装置10Bと比較して、第3、第4、第6の直列回路23、24、26間の配線長を短くできる。
In the
(実施形態3のまとめ)
以上説明した実施形態3から、以下の態様が開示されている。
(Summary of Embodiment 3)
From the third embodiment described above, the following aspects are disclosed.
半導体装置10Bでは、複数のモジュールとしての6つのモジュールM5~M10は、第1ないし第6の直列回路21~26と一対一で対応する。6つのモジュールM5~M10の各々は、第1ないし第6の直列回路21~26のうち対応する直列回路を含む。
In the
上記の構成によれば、第1ないし第6の直列回路21~26が1つのモジュールに集約されている場合と比較して、半導体装置10Bの汎用性が高まる。
According to the above configuration, the versatility of the
(実施形態4)
以下、実施形態4に係る半導体装置10Cについて、図19、20を用いて説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the
半導体装置10Cは、実施形態1のモジュールM1、M2に代えて、第1~第6のモジュールM11~M16を備えている。第1~第6のモジュールM11~M16の各々は、第1~第6の直列回路21~26(図12参照)のうち1つの直列回路の2つのスイッチング素子と、第1~第6の直列回路21~26のうち別の1つの直列回路の2つのスイッチング素子と、をそれぞれ含む。
The
複数のスイッチング素子S5a~S5d(第1のスイッチング素子)は、第1のモジュールM11に含まれるスイッチング素子S5a、S5bと第2のモジュールM12に含まれるスイッチング素子S5c、S5dとを有している。 The plurality of switching elements S5a to S5d (first switching element) have switching elements S5a and S5b included in the first module M11 and switching elements S5c and S5d included in the second module M12.
複数のスイッチング素子S7a~S7d(第3のスイッチング素子)は、第1のモジュールM11に含まれるスイッチング素子S7a、S7bと第3のモジュールM13に含まれるスイッチング素子S7c、S7dとを有している。 The plurality of switching elements S7a to S7d (third switching element) have switching elements S7a and S7b included in the first module M11 and switching elements S7c and S7d included in the third module M13.
複数のスイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2b(第5のスイッチング素子)は、第2のモジュールM12に含まれるスイッチング素子S1a、S1bと第4のモジュールM14に含まれるスイッチング素子S2a、S2bとを有している。 The plurality of switching elements S1a, S1b, S2a, S2b (fifth switching element) include switching elements S1a, S1b included in the second module M12 and switching elements S2a, S2b included in the fourth module M14. are doing.
複数のスイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4b(第6のスイッチング素子)は、第3のモジュールM13に含まれるスイッチング素子S3a、S3bと第5のモジュールM15に含まれるスイッチング素子S4a、S4bとを有している。 The plurality of switching elements S3a, S3b, S4a, S4b (sixth switching element) include switching elements S3a, S3b included in the third module M13 and switching elements S4a, S4b included in the fifth module M15. are doing.
複数のスイッチング素子S6a~S6d(第2のスイッチング素子)は、第4のモジュールM14に含まれるスイッチング素子S6a、S6bと第6のモジュールM16に含まれるスイッチング素子S6c、S6dとを有している。 The plurality of switching elements S6a to S6d (second switching elements) include switching elements S6a and S6b included in the fourth module M14 and switching elements S6c and S6d included in the sixth module M16.
複数のスイッチング素子S8a~S8d(第4のスイッチング素子)は、第5のモジュールM15に含まれるスイッチング素子S8a、S8bと第6のモジュールM16に含まれるスイッチング素子S8c、S8dとを有している。 The plurality of switching elements S8a to S8d (fourth switching element) have switching elements S8a and S8b included in the fifth module M15 and switching elements S8c and S8d included in the sixth module M16.
図20に、第1のモジュールM11のパッケージP1(図13参照)の内部を図示する。第2~第6のモジュールM12~M16も第1のモジュールM11と同様の構造である。 FIG. 20 illustrates the inside of the package P1 (see FIG. 13) of the first module M11. The second to sixth modules M12 to M16 have the same structure as the first module M11.
第1のモジュールM11に含まれる4つのスイッチング素子S5a、S5b、S7a、S7bは、2行2列のマトリックス状に並んで配置されている。スイッチング素子S5aを実装したランド71qと、スイッチング素子S7aを実装したランド71aとには、第1入力端IN1と接続するための端子9(図13参照)が、1つのランドにつき1つ接続されている。スイッチング素子S5bを実装したランド71rと、スイッチング素子S7bを実装したランド71bとには、フライングキャパシタFC1又はFC3と接続するための端子9が、1つのランドにつき1つ接続されている。ボンディングワイヤを介してスイッチング素子S5bと接続されたランド71sと、ボンディングワイヤを介してスイッチング素子S7bと接続されたランド71pとには、別のモジュールと接続するための端子9が、1つのランドにつき1つ接続されている。
The four switching elements S5a, S5b, S7a, and S7b included in the first module M11 are arranged side by side in a two-row, two-column matrix. One terminal 9 (see FIG. 13) for connecting to the first input terminal IN1 is connected to the
本実施形態の第1~第6のモジュールM11~M16では、実施形態1のモジュールM1、M2と比較して、半導体装置10Cの構成がより細分化されているので、半導体装置10Cの汎用性を更に向上できる。
In the first to sixth modules M11 to M16 of the present embodiment, the configuration of the
(実施形態4のまとめ)
以上説明した実施形態4から、以下の態様が開示されている。
(Summary of Embodiment 4)
From the fourth embodiment described above, the following aspects are disclosed.
半導体装置10Cでは、複数の第1のスイッチング素子S5a~S5dは、複数のモジュールのうち第1のモジュールM11に含まれるスイッチング素子S5a、S5bと第2のモジュールM12に含まれるスイッチング素子S5c、S5dとを有する。複数の第3のスイッチング素子S7a~S7dは、複数のモジュールのうち第1のモジュールM11に含まれるスイッチング素子S7a、S7bと第3のモジュールM13に含まれるスイッチング素子S7c、S7dとを有する。複数の第5のスイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2bは、複数のモジュールのうち第2のモジュールM12に含まれるスイッチング素子S1a、S1bと第4のモジュールM14に含まれるスイッチング素子S2a、S2bとを有する。複数の第6のスイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4bは、複数のモジュールのうち第3のモジュールM13に含まれるスイッチング素子S3a、S3bと第5のモジュールM15に含まれるスイッチング素子S4a、S4bとを有する。複数の第2のスイッチング素子S6a~S6dは、複数のモジュールのうち第4のモジュールM14に含まれるスイッチング素子S6a、S6bと第6のモジュールM16に含まれるスイッチング素子S6c、S6dとを有する。複数の第4のスイッチング素子S8a~S8dは、複数のモジュールのうち第5のモジュールM15に含まれるスイッチング素子S8a、S8bと第6のモジュールM16に含まれるスイッチング素子S8c、S8dとを有する。
In the
上記の構成によれば、第1ないし第6の直列回路21~26が1つのモジュールに集約されている場合と比較して、半導体装置10Cの汎用性が高まる。
According to the above configuration, the versatility of the
(実施形態5)
以下、実施形態5に係る半導体装置10Dについて、図21を用いて説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 5)
Hereinafter, the
半導体装置10Dは、実施形態1のモジュールM1、M2に代えて、複数(図21では2つ)のモジュールM17、M18を備えている。モジュールM17は、モジュールM1に温度検出素子T1を追加した構成である。温度検出素子T1は、モジュールM17のパッケージP1(図13参照)に収容されている。モジュールM18は、モジュールM2に温度検出素子T2を追加した構成である。温度検出素子T2は、モジュールM18のパッケージP1(図13参照)に収容されている。
The
各温度検出素子T1、T2は、例えば、サーミスタである。各温度検出素子T1、T2には、パッケージP1の外部に設けられた制御回路から電流が流される。制御回路は、温度検出素子T1により、モジュールM17のパッケージP1内の温度を検出する。制御回路は、温度検出素子T2により、モジュールM18のパッケージP1内の温度を検出する。 Each temperature detecting element T1 and T2 is, for example, a thermistor. A current flows through each of the temperature detection elements T1 and T2 from a control circuit provided outside the package P1. The control circuit detects the temperature in the package P1 of the module M17 by the temperature detecting element T1. The control circuit detects the temperature in the package P1 of the module M18 by the temperature detecting element T2.
各温度検出素子T1、T2は、パッケージP1内の温度が大きいほど抵抗値が小さくなる。そのため、各温度検出素子T1、T2に流れる電流は、パッケージP1内の温度が大きいほど大きくなる。制御回路は、各温度検出素子T1、T2に流れる電流を測定することで、各温度検出素子T1、T2が収容されたパッケージP1内の温度を検出する。 The resistance value of each of the temperature detection elements T1 and T2 decreases as the temperature inside the package P1 increases. Therefore, the current flowing through each of the temperature detection elements T1 and T2 increases as the temperature in the package P1 increases. The control circuit detects the temperature in the package P1 in which the temperature detection elements T1 and T2 are housed by measuring the current flowing through the temperature detection elements T1 and T2.
温度検出素子T1、T2として、温度が大きいほど抵抗値が大きくなるサーミスタを用いてもよい。 As the temperature detecting elements T1 and T2, a thermistor whose resistance value increases as the temperature increases may be used.
また、温度検出素子T1、T2として、サーミスタに代えて、例えば、サーモスイッチを用いてもよい。サーモスイッチを用いることで、パッケージP1内の温度が閾値以上であるか否かを検知できる。 Further, as the temperature detecting elements T1 and T2, for example, a thermo switch may be used instead of the thermistor. By using the thermo switch, it is possible to detect whether or not the temperature in the package P1 is equal to or higher than the threshold value.
また、モジュールM17、M18のうち一方のみが温度検出素子を備えていてもよい、
また、実施形態2~4における各モジュールも、温度検出素子を備えていてもよい。
Further, only one of the modules M17 and M18 may be provided with a temperature detecting element.
Further, each module in the second to fourth embodiments may also include a temperature detecting element.
(実施形態5のまとめ)
以上説明した実施形態5から、以下の態様が開示されている。
(Summary of Embodiment 5)
The following aspects are disclosed from the fifth embodiment described above.
半導体装置10Dでは、複数のモジュールM17、M18のうち少なくとも1つは、温度検出素子T1(又はT2)を含む。温度検出素子T1(又はT2)は、パッケージP1に収容されている。
In the
上記の構成によれば、温度検出素子T1(又はT2)を用いてパッケージP1内の温度を検出できる。 According to the above configuration, the temperature in the package P1 can be detected by using the temperature detecting element T1 (or T2).
(実施形態6)
以下、実施形態6に係る半導体装置10Eについて、図22を用いて説明する。実施形態1と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 6)
Hereinafter, the
半導体装置10Eは、実施形態1のモジュールM1、M2に代えて、複数(図22では2つ)のモジュールM19、M20を備えている。モジュールM19は、モジュールM1に複数の抵抗器R1を追加した構成である。複数の抵抗器R1は、モジュールM19のパッケージP1(図13参照)に収容されている。モジュールM20は、モジュールM2に複数の抵抗器R1を追加した構成である。複数の抵抗器R1は、モジュールM20のパッケージP1に収容されている。各抵抗器R1は、ディスクリート部品であり、例えば、チップ抵抗である。
The
各モジュールM19、M20は、抵抗器R1を12個ずつ備えている。つまり、各モジュールM19、M20において、抵抗器R1は、各モジュールM19、M20に含まれるスイッチング素子と同数備えられている。 Each module M19 and M20 includes 12 resistors R1. That is, in each of the modules M19 and M20, the same number of resistors R1 are provided as the number of switching elements included in each of the modules M19 and M20.
複数(24個)の抵抗器R1は、半導体装置10Eの複数(24個)のスイッチング素子と一対一で対応する。互いに対応する抵抗器R1とスイッチング素子とは、複数のモジュールM19、M20のうち同じモジュールに含まれる。各抵抗器R1は、対応するスイッチング素子と並列に接続されている。
The plurality of (24) resistors R1 correspond one-to-one with the plurality (24) switching elements of the
第1入力端IN1と第2入力端IN2との間に直流電圧が印加された場合に、抵抗器R1があることで、抵抗器R1と並列に接続されたスイッチング素子の電圧を安定化できる。また、半導体装置10Eにサージ電圧が入力された場合に、抵抗器R1により、抵抗器R1と並列に接続されたスイッチング素子に印加される電圧が制限される。また、複数のスイッチング素子のうち一部のスイッチング素子が正常に動作しなくなった場合に、スイッチング素子と並列に接続された抵抗器R1により電流をバイパスできる。
When a DC voltage is applied between the first input end IN1 and the second input end IN2, the presence of the resistor R1 can stabilize the voltage of the switching element connected in parallel with the resistor R1. Further, when a surge voltage is input to the
抵抗器R1の数は、1つ以上であればよい。少なくとも1つの抵抗器R1が、抵抗器R1と同じモジュールに含まれるスイッチング素子と並列に接続されていればよい。 The number of resistors R1 may be one or more. At least one resistor R1 may be connected in parallel with a switching element included in the same module as the resistor R1.
また、各スイッチング素子には、複数の抵抗器R1の直列回路、並列回路又は直並列回路が接続されていてもよい。 Further, a series circuit, a parallel circuit or a series-parallel circuit of a plurality of resistors R1 may be connected to each switching element.
また、抵抗器R1は、ディスクリート部品に限定されない。例えば、抵抗器R1として、半導体における不純物の拡散層を用いてもよい。拡散層は抵抗値を有するので、抵抗器R1として用いることが可能である。抵抗器R1としての拡散層は、スイッチング素子を構成する半導体に備えられていてもよいし、スイッチング素子とは別の半導体に備えられていてもよい、
また、実施形態2~5における各モジュールも、抵抗器R1を備えていて、その抵抗器R1が抵抗器R1と同じモジュールに含まれるスイッチング素子と並列に接続されていてもよい。
Further, the resistor R1 is not limited to the discrete component. For example, as the resistor R1, a diffusion layer of impurities in a semiconductor may be used. Since the diffusion layer has a resistance value, it can be used as a resistor R1. The diffusion layer as the resistor R1 may be provided in the semiconductor constituting the switching element, or may be provided in a semiconductor different from the switching element.
Further, each module in the second to fifth embodiments may also include a resistor R1, and the resistor R1 may be connected in parallel with a switching element included in the same module as the resistor R1.
(実施形態6のまとめ)
以上説明した実施形態6から、以下の態様が開示されている。
(Summary of Embodiment 6)
From the sixth embodiment described above, the following aspects are disclosed.
半導体装置10Eでは、複数のモジュールのうち少なくとも1つは、少なくとも1つの抵抗器R1を含む。少なくとも1つの抵抗器R1は、パッケージP1に収容されている。複数の第1のスイッチング素子S5a~S5d、複数の第2のスイッチング素子S6a~S6d、複数の第3のスイッチング素子S7a~S7d、複数の第4のスイッチング素子S8a~S8d、複数の第5のスイッチング素子S1a、S1b、S2a、S2b及び複数の第6のスイッチング素子S3a、S3b、S4a、S4bのうち少なくとも1つには、少なくとも1つの抵抗器R1が並列に接続されている。
In the
上記の構成によれば、スイッチング素子に電圧が印加される場合に、抵抗器R1と並列に接続されたスイッチング素子の電圧を安定化できる。 According to the above configuration, when a voltage is applied to the switching element, the voltage of the switching element connected in parallel with the resistor R1 can be stabilized.
上述した各実施形態は、変形例も含めて、適宜組み合わせて実現されてもよい。 Each of the above-described embodiments may be realized by appropriately combining them, including modifications.
10、10A、10B、10C、10D、10E 半導体装置
21 第1の直列回路
22 第2の直列回路
23 第3の直列回路
24 第4の直列回路
25 第5の直列回路
26 第6の直列回路
31 第1の接続点
32 第2の接続点
33 第3の接続点
34 第4の接続点
41、42、43、44 端
51、52、53、54、61、62、63、64、65、66、67、68 接続点
7 基板
FC1 フライングキャパシタ(第1のキャパシタ)
FC2 フライングキャパシタ(第2のキャパシタ)
FC3 フライングキャパシタ(第3のキャパシタ)
FC4 フライングキャパシタ(第4のキャパシタ)
M1、M2、……、M16 モジュール
P1 パッケージ
R1 抵抗器
S5a、S5b、S5c、S5d 第1のスイッチング素子
S6a、S6b、S6c、S6d 第2のスイッチング素子
S7a、S7b、S7c、S7d 第3のスイッチング素子
S8a、S8b、S8c、S8d 第4のスイッチング素子
S1a、S1b、S2a、S2b 第5のスイッチング素子
S3a、S3b,S4a、S4b 第6のスイッチング素子
T1、T2 温度検出素子
10, 10A, 10B, 10C, 10D,
FC2 Flying Capacitor (2nd Capacitor)
FC3 Flying Capacitor (3rd Capacitor)
FC4 Flying Capacitor (4th Capacitor)
M1, M2, ..., M16 Module P1 Package R1 Resistors S5a, S5b, S5c, S5d First switching element S6a, S6b, S6c, S6d Second switching element S7a, S7b, S7c, S7d Third switching element S8a, S8b, S8c, S8d Fourth switching element S1a, S1b, S2a, S2b Fifth switching element S3a, S3b, S4a, S4b Sixth switching element T1, T2 Temperature detection element
Claims (11)
複数の第1のスイッチング素子の第1の直列回路と、
前記第1の直列回路に直列に接続された、複数の第2のスイッチング素子の第2の直列回路と、
複数の第3のスイッチング素子の第3の直列回路と、
前記第3の直列回路に直列に接続された、複数の第4のスイッチング素子の第4の直列回路と、
複数の第5のスイッチング素子の第5の直列回路と、
複数の第6のスイッチング素子の第6の直列回路と、を備え、
前記第5の直列回路は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち2つの第1のスイッチング素子の第1の接続点と前記複数の第2のスイッチング素子のうち2つの第2のスイッチング素子の第2の接続点との間に接続されており、
前記第6の直列回路は、前記複数の第3のスイッチング素子のうち2つの第3のスイッチング素子の第3の接続点と前記複数の第4のスイッチング素子のうち2つの第4のスイッチング素子の第4の接続点との間に接続されており、
前記第1の直列回路における前記第2の直列回路側とは反対側の端は、前記第3の直列回路における前記第4の直列回路側とは反対側の端に接続されており、
前記第2の直列回路における前記第1の直列回路側とは反対側の端は、前記第4の直列回路における前記第3の直列回路側とは反対側の端に接続されており、
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路との接続点は、前記第3の直列回路と前記第4の直列回路との接続点に接続されており、
前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子であるスイッチング素子群と、前記スイッチング素子群を収容するパッケージと、を含むモジュールを複数備え、
前記複数のモジュールの各々におけるスイッチング素子の数は前記複数のモジュール間で同じであり、
前記複数のモジュールの各々における前記スイッチング素子群の接続関係は前記複数のモジュール間で同じであり、
前記複数の第1のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第1のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第1のキャパシタと、
前記複数の第2のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第2のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第2のキャパシタと、
前記複数の第3のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第3のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第3のキャパシタと、
前記複数の第4のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第4のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第4のキャパシタと、を更に備え、
前記複数のモジュールのうち第1のモジュールは、前記第1の直列回路と、前記第2の直列回路と、前記第5の直列回路と、前記第1のキャパシタと、前記第2のキャパシタと、を含み、
前記複数のモジュールのうち前記第1のモジュールとは別の第2のモジュールは、前記第3の直列回路と、前記第4の直列回路と、前記第6の直列回路と、前記第3のキャパシタと、前記第4のキャパシタと、を含む、
半導体装置。 A semiconductor device that performs at least one of an operation of converting DC power into AC power and an operation of converting AC power into DC power.
A first series circuit of a plurality of first switching elements,
A second series circuit of a plurality of second switching elements connected in series to the first series circuit, and a second series circuit.
A third series circuit of a plurality of third switching elements,
A fourth series circuit of a plurality of fourth switching elements connected in series to the third series circuit, and a fourth series circuit.
A fifth series circuit of a plurality of fifth switching elements,
A sixth series circuit of a plurality of sixth switching elements, and
The fifth series circuit includes a first connection point of two first switching elements of the plurality of first switching elements and two second switching elements of the plurality of second switching elements. It is connected to the second connection point and
The sixth series circuit includes a third connection point of two third switching elements of the plurality of third switching elements and two fourth switching elements of the plurality of fourth switching elements. It is connected to the fourth connection point and
The end of the first series circuit opposite to the second series circuit side is connected to the end of the third series circuit opposite to the fourth series circuit side.
The end of the second series circuit opposite to the first series circuit side is connected to the end of the fourth series circuit opposite to the third series circuit side.
The connection point between the first series circuit and the second series circuit is connected to the connection point between the third series circuit and the fourth series circuit.
The plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, the plurality of fifth switching elements and the plurality of sixth. A plurality of modules including a switching element group which is less than half of the switching elements and at least two switching elements, and a package accommodating the switching element group are provided.
The number of switching elements in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules.
The connection relationship of the switching element group in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules .
A first capacitor connected in parallel with a series circuit of at least two first switching elements among the plurality of first switching elements,
A second capacitor connected in parallel with the series circuit of at least two second switching elements among the plurality of second switching elements,
A third capacitor connected in parallel with the series circuit of at least two third switching elements among the plurality of third switching elements.
A fourth capacitor connected in parallel with a series circuit of at least two fourth switching elements among the plurality of fourth switching elements is further provided.
The first module among the plurality of modules includes the first series circuit, the second series circuit, the fifth series circuit, the first capacitor, and the second capacitor. Including
The second module other than the first module among the plurality of modules includes the third series circuit, the fourth series circuit, the sixth series circuit, and the third capacitor. And the fourth capacitor.
Semiconductor device.
複数の第1のスイッチング素子の第1の直列回路と、 A first series circuit of a plurality of first switching elements,
前記第1の直列回路に直列に接続された、複数の第2のスイッチング素子の第2の直列回路と、 A second series circuit of a plurality of second switching elements connected in series to the first series circuit, and a second series circuit.
複数の第3のスイッチング素子の第3の直列回路と、 A third series circuit of a plurality of third switching elements,
前記第3の直列回路に直列に接続された、複数の第4のスイッチング素子の第4の直列回路と、 A fourth series circuit of a plurality of fourth switching elements connected in series to the third series circuit, and a fourth series circuit.
複数の第5のスイッチング素子の第5の直列回路と、 A fifth series circuit of a plurality of fifth switching elements,
複数の第6のスイッチング素子の第6の直列回路と、を備え、 A sixth series circuit of a plurality of sixth switching elements, and
前記第5の直列回路は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち2つの第1のスイッチング素子の第1の接続点と前記複数の第2のスイッチング素子のうち2つの第2のスイッチング素子の第2の接続点との間に接続されており、 The fifth series circuit includes a first connection point of two first switching elements of the plurality of first switching elements and two second switching elements of the plurality of second switching elements. It is connected to the second connection point and
前記第6の直列回路は、前記複数の第3のスイッチング素子のうち2つの第3のスイッチング素子の第3の接続点と前記複数の第4のスイッチング素子のうち2つの第4のスイッチング素子の第4の接続点との間に接続されており、 The sixth series circuit includes a third connection point of two third switching elements of the plurality of third switching elements and two fourth switching elements of the plurality of fourth switching elements. It is connected to the fourth connection point and
前記第1の直列回路における前記第2の直列回路側とは反対側の端は、前記第3の直列回路における前記第4の直列回路側とは反対側の端に接続されており、 The end of the first series circuit opposite to the second series circuit side is connected to the end of the third series circuit opposite to the fourth series circuit side.
前記第2の直列回路における前記第1の直列回路側とは反対側の端は、前記第4の直列回路における前記第3の直列回路側とは反対側の端に接続されており、 The end of the second series circuit opposite to the first series circuit side is connected to the end of the fourth series circuit opposite to the third series circuit side.
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路との接続点は、前記第3の直列回路と前記第4の直列回路との接続点に接続されており、 The connection point between the first series circuit and the second series circuit is connected to the connection point between the third series circuit and the fourth series circuit.
前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子であるスイッチング素子群と、前記スイッチング素子群を収容するパッケージと、を含むモジュールを複数備え、 The plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, the plurality of fifth switching elements and the plurality of sixth. A plurality of modules including a switching element group which is less than half of the switching elements and at least two switching elements, and a package accommodating the switching element group are provided.
前記複数のモジュールの各々におけるスイッチング素子の数は前記複数のモジュール間で同じであり、 The number of switching elements in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules.
前記複数のモジュールの各々における前記スイッチング素子群の接続関係は前記複数のモジュール間で同じであり、 The connection relationship of the switching element group in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules.
前記複数のモジュールとしての6つのモジュールは、前記第1ないし第6の直列回路と一対一で対応し、 The six modules as the plurality of modules correspond one-to-one with the first to sixth series circuits.
前記6つのモジュールの各々は、前記第1ないし第6の直列回路のうち対応する直列回路を含む、 Each of the six modules includes the corresponding series circuit of the first to sixth series circuits.
半導体装置。 Semiconductor device.
複数の第1のスイッチング素子の第1の直列回路と、 A first series circuit of a plurality of first switching elements,
前記第1の直列回路に直列に接続された、複数の第2のスイッチング素子の第2の直列回路と、 A second series circuit of a plurality of second switching elements connected in series to the first series circuit, and a second series circuit.
複数の第3のスイッチング素子の第3の直列回路と、 A third series circuit of a plurality of third switching elements,
前記第3の直列回路に直列に接続された、複数の第4のスイッチング素子の第4の直列回路と、 A fourth series circuit of a plurality of fourth switching elements connected in series to the third series circuit, and a fourth series circuit.
複数の第5のスイッチング素子の第5の直列回路と、 A fifth series circuit of a plurality of fifth switching elements,
複数の第6のスイッチング素子の第6の直列回路と、を備え、 A sixth series circuit of a plurality of sixth switching elements, and
前記第5の直列回路は、前記複数の第1のスイッチング素子のうち2つの第1のスイッチング素子の第1の接続点と前記複数の第2のスイッチング素子のうち2つの第2のスイッチング素子の第2の接続点との間に接続されており、 The fifth series circuit includes a first connection point of two first switching elements of the plurality of first switching elements and two second switching elements of the plurality of second switching elements. It is connected to the second connection point and
前記第6の直列回路は、前記複数の第3のスイッチング素子のうち2つの第3のスイッチング素子の第3の接続点と前記複数の第4のスイッチング素子のうち2つの第4のスイッチング素子の第4の接続点との間に接続されており、 The sixth series circuit includes a third connection point of two third switching elements of the plurality of third switching elements and two fourth switching elements of the plurality of fourth switching elements. It is connected to the fourth connection point and
前記第1の直列回路における前記第2の直列回路側とは反対側の端は、前記第3の直列回路における前記第4の直列回路側とは反対側の端に接続されており、 The end of the first series circuit opposite to the second series circuit side is connected to the end of the third series circuit opposite to the fourth series circuit side.
前記第2の直列回路における前記第1の直列回路側とは反対側の端は、前記第4の直列回路における前記第3の直列回路側とは反対側の端に接続されており、 The end of the second series circuit opposite to the first series circuit side is connected to the end of the fourth series circuit opposite to the third series circuit side.
前記第1の直列回路と前記第2の直列回路との接続点は、前記第3の直列回路と前記第4の直列回路との接続点に接続されており、 The connection point between the first series circuit and the second series circuit is connected to the connection point between the third series circuit and the fourth series circuit.
前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち半数以下であって少なくとも2つのスイッチング素子であるスイッチング素子群と、前記スイッチング素子群を収容するパッケージと、を含むモジュールを複数備え、 The plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, the plurality of fifth switching elements and the plurality of sixth. A plurality of modules including a switching element group which is less than half of the switching elements and at least two switching elements, and a package accommodating the switching element group are provided.
前記複数のモジュールの各々におけるスイッチング素子の数は前記複数のモジュール間で同じであり、 The number of switching elements in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules.
前記複数のモジュールの各々における前記スイッチング素子群の接続関係は前記複数のモジュール間で同じであり、 The connection relationship of the switching element group in each of the plurality of modules is the same among the plurality of modules.
前記複数の第1のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち第1のモジュールに含まれるスイッチング素子と第2のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有し、 The plurality of first switching elements include a switching element included in the first module and a switching element included in the second module among the plurality of modules.
前記複数の第3のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第1のモジュールに含まれるスイッチング素子と第3のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有し、 The plurality of third switching elements include a switching element included in the first module and a switching element included in the third module among the plurality of modules.
前記複数の第5のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第2のモジュールに含まれるスイッチング素子と第4のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有し、 The plurality of fifth switching elements include a switching element included in the second module and a switching element included in the fourth module among the plurality of modules.
前記複数の第6のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第3のモジュールに含まれるスイッチング素子と第5のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有し、 The plurality of sixth switching elements include a switching element included in the third module and a switching element included in the fifth module among the plurality of modules.
前記複数の第2のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第4のモジュールに含まれるスイッチング素子と第6のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有し、 The plurality of second switching elements include a switching element included in the fourth module and a switching element included in the sixth module among the plurality of modules.
前記複数の第4のスイッチング素子は、前記複数のモジュールのうち前記第5のモジュールに含まれるスイッチング素子と前記第6のモジュールに含まれるスイッチング素子とを有する、 The plurality of fourth switching elements include a switching element included in the fifth module and a switching element included in the sixth module among the plurality of modules.
半導体装置。 Semiconductor device.
前記複数の第2のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第2のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第2のキャパシタと、 A second capacitor connected in parallel with the series circuit of at least two second switching elements among the plurality of second switching elements,
前記複数の第3のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第3のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第3のキャパシタと、 A third capacitor connected in parallel with the series circuit of at least two third switching elements among the plurality of third switching elements.
前記複数の第4のスイッチング素子のうち少なくとも2つの第4のスイッチング素子の直列回路と並列に接続された第4のキャパシタと、を更に備える、 A fourth capacitor connected in parallel with a series circuit of at least two fourth switching elements among the plurality of fourth switching elements is further provided.
請求項2又は3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 or 3.
前記第2の直列回路は、前記複数の第2のスイッチング素子としての4つの第2のスイッチング素子の直列回路を含み、 The second series circuit includes a series circuit of four second switching elements as the plurality of second switching elements.
前記第3の直列回路は、前記複数の第3のスイッチング素子としての4つの第3のスイ The third series circuit has four third switches as the plurality of third switching elements.
ッチング素子の直列回路を含み、Including the series circuit of the hatching element,
前記第4の直列回路は、前記複数の第4のスイッチング素子としての4つの第4のスイッチング素子の直列回路を含み、 The fourth series circuit includes a series circuit of four fourth switching elements as the plurality of fourth switching elements.
前記第1のキャパシタの第1端は、直列に接続された前記4つの第1のスイッチング素子のうち一端側から1番目の第1のスイッチング素子と2番目の第1のスイッチング素子との接続点に接続されており、前記第1のキャパシタの第2端は、3番目の第1のスイッチング素子と4番目の第1のスイッチング素子との接続点に接続されており、 The first end of the first capacitor is a connection point between the first switching element and the second first switching element from one end side of the four first switching elements connected in series. The second end of the first capacitor is connected to the connection point between the third first switching element and the fourth first switching element.
前記第2のキャパシタの第1端は、直列に接続された前記4つの第2のスイッチング素子のうち一端側から1番目の第2のスイッチング素子と2番目の第2のスイッチング素子との接続点に接続されており、前記第2のキャパシタの第2端は、3番目の第2のスイッチング素子と4番目の第2のスイッチング素子との接続点に接続されており、 The first end of the second capacitor is a connection point between the second switching element first from one end side and the second second switching element of the four second switching elements connected in series. The second end of the second capacitor is connected to the connection point between the third second switching element and the fourth second switching element.
前記第3のキャパシタの第1端は、直列に接続された前記4つの第3のスイッチング素子のうち一端側から1番目の第3のスイッチング素子と2番目の第3のスイッチング素子との接続点に接続されており、前記第3のキャパシタの第2端は、3番目の第3のスイッチング素子と4番目の第3のスイッチング素子との接続点に接続されており、 The first end of the third capacitor is a connection point between the first third switching element and the second third switching element from one end side of the four third switching elements connected in series. The second end of the third capacitor is connected to the connection point between the third third switching element and the fourth third switching element.
前記第4のキャパシタの第1端は、直列に接続された前記4つの第4のスイッチング素子のうち一端側から1番目の第4のスイッチング素子と2番目の第4のスイッチング素子との接続点に接続されており、前記第4のキャパシタの第2端は、3番目の第4のスイッチング素子と4番目の第4のスイッチング素子との接続点に接続されており、 The first end of the fourth capacitor is a connection point between the first fourth switching element and the second fourth switching element from one end side of the four fourth switching elements connected in series. The second end of the fourth capacitor is connected to the connection point between the third fourth switching element and the fourth fourth switching element.
前記第1の接続点は、直列に接続された前記4つの第1のスイッチング素子のうち前記一端側から2番目の第1のスイッチング素子と3番目の第1のスイッチング素子との接続点であり、 The first connection point is a connection point between the first switching element second from one end side and the third first switching element among the four first switching elements connected in series. ,
前記第2の接続点は、直列に接続された前記4つの第2のスイッチング素子のうち前記一端側から2番目の第2のスイッチング素子と3番目の第2のスイッチング素子との接続点であり、 The second connection point is a connection point between the second switching element second from the one end side and the third second switching element among the four second switching elements connected in series. ,
前記第3の接続点は、直列に接続された前記4つの第3のスイッチング素子のうち前記一端側から2番目の第3のスイッチング素子と3番目の第3のスイッチング素子との接続点であり、 The third connection point is a connection point between the third switching element second from one end side and the third third switching element among the four third switching elements connected in series. ,
前記第4の接続点は、直列に接続された前記4つの第4のスイッチング素子のうち前記一端側から2番目の第4のスイッチング素子と3番目の第4のスイッチング素子との接続点である、 The fourth connection point is a connection point between the second fourth switching element and the third fourth switching element from the one end side of the four fourth switching elements connected in series. ,
請求項1又は4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 4.
前記複数の第1、第2、第3又は第4のスイッチング素子のうち3つ以上のスイッチング素子は、基板に実装され、前記基板を平面視したときに縦横に並ぶように配置されており、 Three or more of the plurality of first, second, third, or fourth switching elements are mounted on a substrate and arranged so as to be arranged vertically and horizontally when the substrate is viewed in a plan view.
前記基板を平面視したときに互いに対角に位置する2つの第1のスイッチング素子、2つの第2のスイッチング素子、2つの第3のスイッチング素子又は2つの第4のスイッチング素子の間には、前記第1、第2、第3又は第4のキャパシタが配置されている、 Between the two first switching elements, the two second switching elements, the two third switching elements, or the two fourth switching elements, which are located diagonally to each other when the substrate is viewed in a plan view, The first, second, third or fourth capacitors are arranged,
請求項1、4又は5に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, 4 or 5.
請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
前記複数の第1のスイッチング素子、前記複数の第2のスイッチング素子、前記複数の第3のスイッチング素子、前記複数の第4のスイッチング素子、前記複数の第5のスイッチング素子及び前記複数の第6のスイッチング素子のうち少なくとも1つには、前記少なくとも1つの抵抗器が並列に接続されている、 The plurality of first switching elements, the plurality of second switching elements, the plurality of third switching elements, the plurality of fourth switching elements, the plurality of fifth switching elements and the plurality of sixth. The at least one resistor is connected in parallel to at least one of the switching elements of the above.
請求項1~7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7.
デバイス。 device.
デバイス。 device.
デバイス。 The semiconductor device according to claim 3 is used as one of the first to sixth modules.
device.
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