JP2004096318A - 電力用半導体装置 - Google Patents
電力用半導体装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2004096318A JP2004096318A JP2002253316A JP2002253316A JP2004096318A JP 2004096318 A JP2004096318 A JP 2004096318A JP 2002253316 A JP2002253316 A JP 2002253316A JP 2002253316 A JP2002253316 A JP 2002253316A JP 2004096318 A JP2004096318 A JP 2004096318A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- temperature
- signal
- switching element
- switching
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
【課題】スイッチング素子の温度が上昇しても、スイッチング素子を含む回路の動作を停止させることなくその回路を安定に動作させる過温度保護機能を備えた電力用半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明による電力用半導体装置は、１以上の半導体スイッチング素子と、そのスイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路（２２）と、スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器（２４）と、スイッチング速度可変回路（２６）とを備える。スイッチング速度可変回路（２６）は、スイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、スイッチング素子のスイッチング速度を第１の速度に保持し、前記スイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記スイッチング速度を、前記第１の速度よりも速い第２の速度に変化させる。
【選択図】 図２
【解決手段】本発明による電力用半導体装置は、１以上の半導体スイッチング素子と、そのスイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路（２２）と、スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器（２４）と、スイッチング速度可変回路（２６）とを備える。スイッチング速度可変回路（２６）は、スイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、スイッチング素子のスイッチング速度を第１の速度に保持し、前記スイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記スイッチング速度を、前記第１の速度よりも速い第２の速度に変化させる。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体装置に関し、より詳細には、電力用半導体装置の過温度保護機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機制御等に用いられるインバータ回路は、その動作を安定に保つために、種々の保護回路を組み込んでいる。過温度保護回路もその１つであり、インバータ回路の出力デバイス（ＩＧＢＴ等のスイッチング素子）の温度を検知して、その温度に異常が生じた場合には、出力デバイスの駆動制御回路にその異常を伝える。以下に、従来の過温度保護回路について説明する。一般的なインバータ回路は、６つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と、それらスイッチング素子を駆動させる１つの駆動制御回路と備える三相インバータ回路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ある１つのＩＧＢＴの熱破壊を防止する過温度保護回路について、その構成を図７および図８を用いて説明する。図７は、ＩＧＢＴの過温度保護回路と駆動制御回路との関係を示すブロック図であり、図８は、過温度保護回路と駆動制御回路の内部構成を示す図である。図７を参照すると、ＩＧＢＴの温度を検知する温度検知器１０４が、その温度に対応する電圧Ｖｔを過温度保護回路１０６に出力する。また、過温度保護回路１０６は、駆動制御回路１０２に電圧Ｖｔに応じた信号Ｐ１を出力する。駆動制御回路１０２は、信号入力端子１０８から入力される信号と信号Ｐ１とに応じて、ＩＧＢＴ２のゲートに駆動信号を出力する。
【０００４】
図８を参照すると、過温度保護回路１０６は、比較器１１０を備える。また、駆動制御回路１０２は、論理回路１１２と駆動回路１１４を備える。比較器１１０は、温度検知器１０４から出力された電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｏとを比較し、その比較結果に応じた信号Ｐ１を駆動制御回路１０２の論理回路１１２に出力する。論理回路１１２は、信号入力端子１０８（図７）から入力された入力信号と過温度保護回路１０６から入力された信号Ｐ１を処理して、その結果得られる信号を駆動回路１１４に出力する。駆動回路１１４は、論理回路１１２から出力された信号を反転してＩＧＢＴのゲートに駆動信号（電圧信号）を出力する。
【０００５】
図９に、駆動制御回路１０２の入力信号（信号入力端子１０８から入力される信号）と出力信号（駆動信号）の関係を示すタイムチャートを示す。図９によれば、温度検知器２４によって検知される温度が設定温度を超える、つまり、電圧Ｖｔの値が過電流保護回路１０６のトリップレベル（電圧Ｖｏの値）を超えると、駆動制御回路１０２の信号出力が停止する。この構成によれば、ＩＧＢＴの温度がある一定レベルを超えると、ＩＧＢＴのスイッチング動作が停止し、ＩＧＢＴのさらなる温度上昇を防止することができる。
【０００６】
しかし、上述の構成においては、ＩＧＢＴの温度が設定温度を超える度にインバータ運転が停止し、インバータ回路の動作が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、スイッチング素子の温度が上昇しても、スイッチング素子を含む回路の動作を停止させることなくその回路を安定に動作させる過温度保護機能を備えた電力用半導体装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の更なる目的は、上記の回路の過温度保護機能をより簡単な構造で実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力用半導体装置は、１以上の半導体スイッチング素子と、前記のスイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路とを備える。さらに、その電力用半導体装置は、前記のスイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、前記のスイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、前記のスイッチング素子のスイッチング速度を第１の速度に保持し、前記のスイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記のスイッチング速度を、前記の第１の速度よりも速い第２の速度に変化させるスイッチング速度可変回路とを備える。
【００１０】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記のスイッチング速度可変回路は、前記のスイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、前記の入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第１の信号を出力する比較回路を備える。また、前記の駆動制御回路は、対応する前記のスイッチング素子の制御端子に、前記の第１の信号に応じて、異なる大きさの電流を供給する。
【００１１】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記の駆動制御回路は、前記のスイッチング素子に駆動信号を出力する２つの駆動回路と、前記の第１の信号に応じて、前記の駆動信号を出力する駆動回路を切り換える切り換え回路とを備える。また、２つの前記の駆動回路は、各々の出力端子から前記のスイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給する。
【００１２】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記の駆動制御回路は、前記のスイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、前記の第１の信号に応じて、前記の電流源の動作を開始または停止させる駆動手段とを備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、一般的なインバータ回路の構成を示す。このインバータ回路１０の出力は、電動機（モータ）２０に供給される。図１のインバータ回路１０は、６つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）とそれらのスイッチング素子を駆動させる１つの駆動制御回路２２と備える。駆動制御回路２２は、ＵＰｉｎ、ＶＰｉｎ、ＷＰｉｎ、ＵＮｉｎ、ＶＮｉｎ、ＷＮｉｎを入力信号とし、各々のＩＧＢＴに、それぞれ、駆動信号ＵＰｏｕｔ、ＶＰｏｕｔ、ＷＰｏｕｔ、ＵＮｏｕｔ、ＶＮｏｕｔ、ＷＮｏｕｔを出力する。図２は、実施の形態１による電力用半導体装置において実現されるインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図である。以下では、例として、ＩＧＢＴ２の熱破壊を防止する温度保護機能について説明する。なお、以下で説明するＩＧＢＴ２の過温度保護機能は、他のＩＧＢＴに適用可能である。また、ＩＧＢＴ１乃至ＩＧＢＴ６の過温度保護機能を同時に作用させることが可能である。
【００１４】
本発明による電力用半導体装置の特徴は、温度検知器が出力する信号に応じてＩＧＢＴのスイッチング速度を変化させるスイッチング速度可変回路を備えることである。
【００１５】
図２を参照すると、本発明によるインバータ回路は、ＩＧＢＴ２の温度を検出する温度検知器２４を組み込んでいる。温度検知器２４は、ＩＧＢＴ２の温度を検知して、その温度に対応する電圧Ｖｔを出力する。その電圧Ｖｔは、スイッチング速度可変回路２６に入力される。スイッチング速度可変回路２６は、電圧Ｖｔに応じた信号Ｐ２を駆動制御回路２２に出力する。駆動制御回路２２は、信号入力端子２８から入力される信号と信号Ｐ２とに応じて、ＩＧＢＴ２のゲートに駆動信号を出力する。
【００１６】
図３は、図２の駆動制御回路２２およびスイッチング速度可変回路２６の内部回路を示す回路図である。図３において、駆動制御回路２２は、論理回路３２、反転回路３６、２つのスイッチＳ１，Ｓ２、および、駆動回路３８を備える。駆動回路３８は、第１の駆動回路と第２の駆動回路とから成る。第１の駆動回路は、ｐチャネルＭＯＳ（金属酸化膜半導体）トランジスタＴｒ１とｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３とを備える。第２の駆動回路は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２とｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３とを備える。
【００１７】
第１の駆動回路において、トランジスタＴｒ１のドレイン（Ｄ）およびＴｒ３のドレイン（Ｄ）は、相互に接続される。トランジスタＴｒ１のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ３のソース（Ｓ）は、低電位電源ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ１のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）は、相互に接続される。さらに、トランジスタＴｒ１のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）との接続点は、第１の駆動回路の入力端子として、スイッチＳ１に接続される。トランジスタＴｒ１のドレイン（Ｄ）とＴｒ３のドレイン（Ｄ）との接続点は、第１の駆動回路の出力端子として、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。
【００１８】
第２の駆動回路において、トランジスタＴｒ２のドレイン（Ｄ）およびトランジスタＴｒ３のドレイン（Ｄ）は、相互に接続される。トランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ３のソース（Ｓ）は、低電位電源ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）は、相互に接続される。さらに、トランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）との接続点は、第２の駆動回路の入力端子として、スイッチＳ２に接続される。トランジスタＴｒ２のドレインとＴｒ３のドレインとの接続点は、第２の駆動回路の出力端子として、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。ここで、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２は、並列に接続され、トランジスタＴｒ３は、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２に、それぞれ、直列に接続される。
【００１９】
論理回路３２の入力端子は、信号入力端子２８（図２）の出力端子に接続される。論理回路３２は、信号入力端子２８（図２）から駆動制御回路２２に入力された信号を処理して、その入力信号に対応する信号を出力する。論理回路３２の出力端子は、スイッチＳ１およびスイッチＳ２に接続される。論理回路３２から出力された信号（電圧信号）は、スイッチＳ１がオンして、スイッチＳ２がオフするとき、第１の駆動回路に入力され、スイッチＳ１がオフして、スイッチＳ２がオンするとき、第２の駆動回路に入力される。
【００２０】
例えば、スイッチＳ１がオンして、スイッチＳ２がオフするとき、論理回路３２から出力された信号は、トランジスタＴｒ１のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）に入力される。論理回路３２から出力された信号が、高レベル（「Ｈ」レベル）から低レベル（「Ｌ」レベル）に変化すると、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１がオンし、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３がオフする。このとき、第１の駆動回路の出力信号（電圧信号）は、高電位電源Ｖｄｄの電位に等しくなる。一方、論理回路３２から出力された信号が、低レベル（「Ｌ」レベル）から高レベル（「Ｈ」レベル）に変化すると、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１ がオフし、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３がオンする。このとき、第１の駆動回路の出力信号（電圧信号）は、低電位電源ＧＮＤの電位に等しくなる。以上の動作は、スイッチＳ１がオフして、スイッチＳ２がオンしたとき、つまり、論理回路３２から出力された信号が、トランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）に入力された場合の、第２の駆動回路にも適用できる。
【００２１】
ここで、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２は、サイズ（厳密には、ゲート電極の大きさ）が異なる。よって、ゲートに同じ大きさの電圧が入力されても、それぞれのトランジスタを流れる電流の大きさが異なる。図３の回路において、トランジスタＴｒ１は、トランジスタＴｒ２よりも、そのサイズが大きい。つまり、トランジスタＴｒ１は電流供給能力が高く、トランジスタＴｒ２は電流供給能力が低い。
【００２２】
スイッチング速度可変回路２６は、比較器３４を備える。また、スイッチング速度可変回路２６は、その駆動のために、駆動制御回路２２を構成するスイッチＳ１，Ｓ２および反転回路３６を必要とし、それらも構成要素の一部として含む。比較器３４は、温度検知器２４から出力された電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｏとを比較し、その比較結果に応じた信号Ｐ２を出力する。この信号Ｐ２は、スイッチＳ１に、そのままの状態で伝えられ、スイッチＳ２に、反転回路３６により反転されて伝えられる。ここで、図４に、検知温度とスイッチＳ１，Ｓ２に伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートを示す。スイッチＳ１，Ｓ２は、それぞれ、高レベルの信号が伝えられるとオンし、低レベルの信号が伝えられるとオフする。もし、温度検知器２４によって検知される温度が設定温度を超えるなら、電圧Ｖｔの値が基準電圧Ｖｏの値よりも大きくなり、比較器３４の出力信号Ｐ２が高レベルになる。そして、スイッチＳ１には高レベルの信号が伝えられ、スイッチＳ２には低レベルの信号が伝えられる。結果として、スイッチＳ１はオンし、スイッチＳ２はオフする。一方、検知される温度が設定された温度を超えなければ、比較器３４の出力信号Ｐ２が低レベルになるので、スイッチＳ１およびスイッチＳ２には、それぞれ、低レベルおよび高レベルの信号が伝えられ、スイッチＳ１はオフし、スイッチＳ２はオンする。
【００２３】
スイッチＳ１がオンし、かつ、スイッチＳ２がオフするとき、論理回路３２の出力信号は、第１の駆動回路に入力される。第１の駆動回路は、電流供給能力の高いｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１を有するので、第１の駆動回路が駆動するとき、その駆動回路の出力端子（トランジスタＴｒ１のドレインとＴｒ３のドレインとの接続点）からＩＧＢＴ２のゲート端子に流れ込む電流が大きくなる。ここで、ＩＧＢＴ２は、電圧駆動型素子であるが、インバータ回路において電力用素子として用いる場合はゲート−ソース間の寄生容量が無視できず、ＩＧＢＴ２をオンする前に、寄生容量に電荷をチャージする必要がある。よって、この場合、ＩＧＢＴ２に流れ込むゲート電流が大きいと、ゲート−ソース間の容量に電荷をチャージする時間が短くなり、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなる。上述の構成を用いれば、ＩＧＢＴ２の温度が一定レベルを超えて上昇したとき、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなり、結果として、ＩＧＢＴ２の温度が更に上昇することを防ぐことができる。
【００２４】
一方、ＩＧＢＴ２の温度が一定レベルよりも低くなれば、スイッチＳ１がオフし、スイッチＳ２がオンするので、論理回路３２の出力信号は、第２の駆動回路に入力される。第２の駆動回路は、電流供給能力が低いｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２を有するので、第１の駆動回路を駆動させたときと比較して、ＩＧＢＴ２に流れ込むゲート電流が小さくなる。結果として、ＩＧＢＴの寄生容量に電荷をチャージする時間が長くなり、第１の駆動回路を駆動させたときと比較して、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度は遅くなる。
【００２５】
本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２は、その温度がある一定レベル以下のときは、通常のスイッチング速度で動作するが、温度がある一定レベルを超えると、より速いスイッチング速度で動作する。従って、ＩＧＢＴ２の温度が設定温度を超えた場合に更なる温度上昇が防止でき、結果として、ＩＧＢＴ２の熱破壊を防止することができる。
【００２６】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、２つの駆動回路（第１の駆動回路および第２の駆動回路）を、２つの並列接続されたｐチャネルＭＯＳトランジスタと、それらのトランジスタに直列接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタとで構成しているので、それら２つの駆動回路を、それぞれ別個の構成要素によって構成する場合と比較して、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００２７】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、比較器の出力信号に応じて２つの駆動回路（第１の駆動回路および第２の駆動回路）を切り換える構造を、２つのスイッチと１つのＮＯＴ回路（反転回路）で実現しているので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００２８】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、比較器３４から伝えられる信号に応じて開閉するスイッチＳ１，Ｓ２は、半導体スイッチング素子であってよい。その場合には、比較器３４から出力される信号は、その半導体スイッチング素子の制御端子に入力される。
【００２９】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、駆動制御回路２２における２つの駆動回路（第１の駆動回路および第２の駆動回路）は、説明した構成に限られず、ＭＯＳトランジスタを用いた他の構成であってもよい。また、２つの駆動回路は、同一の構成であっても、異なる構成であってもよい。それらの場合であっても、２つの駆動回路がＩＧＢＴ２に異なる大きさのゲート電流を供給できれば、同様の効果が得られる。また、上記２つの駆動回路をバイポーラトランジスタを用いて実現することもできる。
【００３０】
実施の形態２．
図５は、インバータ回路における駆動制御回路４２およびスイッチング速度可変回路４６の内部回路を示す回路図である。本実施の形態による電力用半導体装置が、実施の形態１による電力用半導体装置と異なる点は、駆動制御回路４２内の駆動回路３８およびスイッチの構成である。図５において、駆動制御回路４２は、論理回路３２、単一のスイッチＳ３、および、駆動回路３８を備える。駆動回路３８は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ４とｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ６とから成る第３の駆動回路、および、トランジスタＴｒ４に並列に接続されたｐチャネルトランジスタＴｒ５を備える。スイッチング速度可変回路４６は、比較器３４を備える。また、スイッチング速度可変回路４６は、その駆動のために、駆動制御回路４２を構成するスイッチＳ３を必要とし、そのスイッチＳ３も構成要素の一部として含む。
【００３１】
第３の駆動回路において、トランジスタＴｒ４のドレイン（Ｄ）およびＴｒ６のドレイン（Ｄ）は、相互に接続される。トランジスタＴｒ４のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ６のソース（Ｓ）は、低電位電源ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ４のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ６のゲート（Ｇ）は、相互に接続される。さらに、トランジスタＴｒ４のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ６のゲート（Ｇ）の接続点は、第３の駆動回路の入力端子として、論理回路３２の出力端子に接続される。トランジスタＴｒ４のドレイン（Ｄ）とＴｒ６のドレイン（Ｄ）との接続点は、第３の駆動回路の出力端子として、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。この第３の駆動回路の動作は、実施の形態１で説明した第１の駆動回路の動作と同様であるので、説明を省略する。
【００３２】
トランジスタＴｒ５は、トランジスタＴｒ４に並列に接続され、トランジスタＴｒ６に直列に接続される。トランジスタＴｒ５のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ５のドレイン（Ｄ）は、Ｔｒ６のドレイン（Ｄ）に接続される。また、トランジスタＴｒ５のゲート（Ｇ）には、スイッチＳ３が接続される。さらに、トランジスタＴｒ５のドレイン（Ｄ）とＴｒ６のドレイン（Ｄ）との接続点は、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。
【００３３】
駆動制御回路４２において、論理回路３２から出力された信号（電圧信号）は、常に、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６から成る第３の駆動回路に入力される。つまり、論理回路３２から出力された信号（電圧信号）は、トランジスタＴｒ４のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ６のゲート（Ｇ）に入力される。さらに、、スイッチＳ３がオンした場合は、論理回路３２から出力された信号がｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートにも入力される。このスイッチＳ３は、比較器３４が出力する信号に応じてオンまたはオフする。具体的には、スイッチＳ３は、比較器３４から出力された信号が高レベルのときにオンし、低レベルのときにオフする。第３の駆動回路が出力する駆動信号は、ＩＧＢＴ２のゲートに入力される。
【００３４】
ＩＧＢＴ２の温度がある一定レベルを超えると、温度検知器２４から出力される電圧Ｖｔの値が基準電圧Ｖｏの値よりも大きくなり、比較器３４が、高レベルの出力信号Ｐ２を出力する。信号Ｐ２は、スイッチＳ３に伝えられて、スイッチＳ３がオンする。図６は、検知温度とスイッチＳ３に伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートである。スイッチＳ３は、高レベルの信号が伝えられるとオンし、低レベルの信号が伝えられるとオフする。スイッチＳ３がオンすると、論理回路３２の出力信号が、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートにも入力される。このとき、トランジスタＴｒ５にドレイン電流が流れ、第３の駆動回路の出力電流と合流するので、ＩＧＢＴ２のゲート電流が大きくなる。結果として、ＩＧＢＴ２の温度が設定温度を超えるとき、実施の形態１で述べたようにＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなる。一方、ＩＧＢＴ２の温度が一定レベルよりも低くなれば、電圧Ｖｔの値が基準電圧Ｖｏの値よりも小さくなるので、比較器３４の出力信号Ｐ２が低レベルとなり、スイッチＳ３がオフする。スイッチＳ３がオフすると、トランジスタＴｒ５がオフする。結果として、ＩＧＢＴ２のゲート電流が、第３の駆動回路の出力電流のみとなり、スイッチング速度が遅くなる。
【００３５】
本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２の温度がある一定レベルを超えると、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなる。これにより、ＩＧＢＴ２の更なる温度上昇が防止でき、結果として、ＩＧＢＴ２の熱破壊を防止することができる。
【００３６】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２の寄生容量に電荷をチャージするための電流源をｐチャネルＭＯＳトランジスタとし、電流源を駆動させたい場合には、その制御端子に論理回路からの出力信号を入力するようにしたので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００３７】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、比較器の出力信号に応じて電流源を駆動させる構造を、単一のスイッチで実現しているので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００３８】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、比較器３４から伝えられる信号に応じて開閉するスイッチＳ３は、半導体スイッチング素子であってよい。その場合には、比較器３４から出力される信号は、その半導体スイッチング素子の制御端子に入力される。
【００３９】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、駆動制御回路４２における第３の駆動回路は、説明した構成に限られず、ＭＯＳトランジスタを用いた他の構成であってもよい。また、第３の駆動回路を、バイポーラトランジスタを用いて実現することも可能である。
【００４０】
なお、本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２の寄生容量に電荷をチャージするための電流源を、ｐチャネルＭＯＳトランジスタを用いて実現したが、他の構成要素を用いることも可能である。その場合であっても、ＩＧＢＴ２のゲートに付加的な電流を供給できれば、同様の効果が得られる。
【００４１】
なお、これまでＩＧＢＴ２の過温度保護機能について説明したが、これらの過温度保護機能は、他のＩＧＢＴに適用可能である。また、ＩＧＢＴ１乃至ＩＧＢＴ６の過温度保護機能を同時に作用させることが可能である。
【００４２】
なお、上述の実施の形態では、スイッチング素子をＩＧＢＴとしたが、他の電圧駆動型半導体スイッチング素子であってよい。
【００４３】
なお、上述の実施の形態では、インバータ回路について述べたが、本発明の過温度保護機能は、スイッチング素子とそのスイッチング素子を駆動する駆動制御回路を有する他の回路においても適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明による第１の電力用半導体装置によれば、１以上の半導体スイッチング素子から成るパワーモジュールと、パワーモジュールを駆動制御する駆動制御回路とを備え、さらに、スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、スイッチング素子の各々に対し、その温度に応じてスイッチング速度を変化させるスイッチング速度可変回路とを備えるので、スイッチング素子は、その温度がある一定レベル以下のときは、通常のスイッチング速度で動作し、温度がある一定レベルを超えると、より速いスイッチング速度で動作することが可能である。従って、スイッチング素子の温度が設定温度を超えた場合に更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【００４５】
本発明による第２の電力用半導体装置によれば、上記のスイッチング速度可変回路が、スイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第１の信号を出力する比較回路を備え、駆動制御回路が、第１の信号に応じて、スイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給するので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【００４６】
本発明による第３の電力用半導体装置によれば、上記の駆動制御回路は、スイッチング素子に制御信号を反転して出力する２つの信号反転回路と、第１の信号に応じて、制御信号を入力する信号反転回路を切り換える切り換え回路とを備え、２つの信号反転回路は、各々の出力端子からスイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給するので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【００４７】
本発明による第４の電力用半導体装置によれば、駆動制御回路は、スイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、第１の信号に応じて、電流源の動作を開始または停止させる駆動手段とを備えるので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なインバータ回路用パワーモジュールの構成を示す図。
【図２】実施の形態１のインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図。
【図３】図２の駆動制御回路およびスイッチング速度可変回路の内部回路を示す回路図。
【図４】ＩＧＢＴの検知温度と駆動制御回路内のスイッチに伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートの図。
【図５】実施の形態２による駆動制御回路およびスイッチング速度可変回路の内部回路を示す回路図。
【図６】ＩＧＢＴの検知温度と駆動制御回路内のスイッチに伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートの図。
【図７】従来のインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図。
【図８】図７の駆動制御回路および過温度保護回路の内部構成を示す図。
【図９】駆動制御回路の入力信号と出力信号の関係を示すタイムチャートの図。
【符号の説明】
２２ 駆動制御回路、 ２４ 温度検知器、 ２６ スイッチング速度可変回路、 ２８ 信号入力端子
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力用半導体装置に関し、より詳細には、電力用半導体装置の過温度保護機能に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電動機制御等に用いられるインバータ回路は、その動作を安定に保つために、種々の保護回路を組み込んでいる。過温度保護回路もその１つであり、インバータ回路の出力デバイス（ＩＧＢＴ等のスイッチング素子）の温度を検知して、その温度に異常が生じた場合には、出力デバイスの駆動制御回路にその異常を伝える。以下に、従来の過温度保護回路について説明する。一般的なインバータ回路は、６つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）と、それらスイッチング素子を駆動させる１つの駆動制御回路と備える三相インバータ回路である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、ある１つのＩＧＢＴの熱破壊を防止する過温度保護回路について、その構成を図７および図８を用いて説明する。図７は、ＩＧＢＴの過温度保護回路と駆動制御回路との関係を示すブロック図であり、図８は、過温度保護回路と駆動制御回路の内部構成を示す図である。図７を参照すると、ＩＧＢＴの温度を検知する温度検知器１０４が、その温度に対応する電圧Ｖｔを過温度保護回路１０６に出力する。また、過温度保護回路１０６は、駆動制御回路１０２に電圧Ｖｔに応じた信号Ｐ１を出力する。駆動制御回路１０２は、信号入力端子１０８から入力される信号と信号Ｐ１とに応じて、ＩＧＢＴ２のゲートに駆動信号を出力する。
【０００４】
図８を参照すると、過温度保護回路１０６は、比較器１１０を備える。また、駆動制御回路１０２は、論理回路１１２と駆動回路１１４を備える。比較器１１０は、温度検知器１０４から出力された電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｏとを比較し、その比較結果に応じた信号Ｐ１を駆動制御回路１０２の論理回路１１２に出力する。論理回路１１２は、信号入力端子１０８（図７）から入力された入力信号と過温度保護回路１０６から入力された信号Ｐ１を処理して、その結果得られる信号を駆動回路１１４に出力する。駆動回路１１４は、論理回路１１２から出力された信号を反転してＩＧＢＴのゲートに駆動信号（電圧信号）を出力する。
【０００５】
図９に、駆動制御回路１０２の入力信号（信号入力端子１０８から入力される信号）と出力信号（駆動信号）の関係を示すタイムチャートを示す。図９によれば、温度検知器２４によって検知される温度が設定温度を超える、つまり、電圧Ｖｔの値が過電流保護回路１０６のトリップレベル（電圧Ｖｏの値）を超えると、駆動制御回路１０２の信号出力が停止する。この構成によれば、ＩＧＢＴの温度がある一定レベルを超えると、ＩＧＢＴのスイッチング動作が停止し、ＩＧＢＴのさらなる温度上昇を防止することができる。
【０００６】
しかし、上述の構成においては、ＩＧＢＴの温度が設定温度を超える度にインバータ運転が停止し、インバータ回路の動作が不安定になるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、スイッチング素子の温度が上昇しても、スイッチング素子を含む回路の動作を停止させることなくその回路を安定に動作させる過温度保護機能を備えた電力用半導体装置を提供することである。
【０００８】
また、本発明の更なる目的は、上記の回路の過温度保護機能をより簡単な構造で実現することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電力用半導体装置は、１以上の半導体スイッチング素子と、前記のスイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路とを備える。さらに、その電力用半導体装置は、前記のスイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、前記のスイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、前記のスイッチング素子のスイッチング速度を第１の速度に保持し、前記のスイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記のスイッチング速度を、前記の第１の速度よりも速い第２の速度に変化させるスイッチング速度可変回路とを備える。
【００１０】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記のスイッチング速度可変回路は、前記のスイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、前記の入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第１の信号を出力する比較回路を備える。また、前記の駆動制御回路は、対応する前記のスイッチング素子の制御端子に、前記の第１の信号に応じて、異なる大きさの電流を供給する。
【００１１】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記の駆動制御回路は、前記のスイッチング素子に駆動信号を出力する２つの駆動回路と、前記の第１の信号に応じて、前記の駆動信号を出力する駆動回路を切り換える切り換え回路とを備える。また、２つの前記の駆動回路は、各々の出力端子から前記のスイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給する。
【００１２】
好ましくは、前記の電力用半導体装置において、前記の駆動制御回路は、前記のスイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、前記の第１の信号に応じて、前記の電流源の動作を開始または停止させる駆動手段とを備える。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、一般的なインバータ回路の構成を示す。このインバータ回路１０の出力は、電動機（モータ）２０に供給される。図１のインバータ回路１０は、６つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）とそれらのスイッチング素子を駆動させる１つの駆動制御回路２２と備える。駆動制御回路２２は、ＵＰｉｎ、ＶＰｉｎ、ＷＰｉｎ、ＵＮｉｎ、ＶＮｉｎ、ＷＮｉｎを入力信号とし、各々のＩＧＢＴに、それぞれ、駆動信号ＵＰｏｕｔ、ＶＰｏｕｔ、ＷＰｏｕｔ、ＵＮｏｕｔ、ＶＮｏｕｔ、ＷＮｏｕｔを出力する。図２は、実施の形態１による電力用半導体装置において実現されるインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図である。以下では、例として、ＩＧＢＴ２の熱破壊を防止する温度保護機能について説明する。なお、以下で説明するＩＧＢＴ２の過温度保護機能は、他のＩＧＢＴに適用可能である。また、ＩＧＢＴ１乃至ＩＧＢＴ６の過温度保護機能を同時に作用させることが可能である。
【００１４】
本発明による電力用半導体装置の特徴は、温度検知器が出力する信号に応じてＩＧＢＴのスイッチング速度を変化させるスイッチング速度可変回路を備えることである。
【００１５】
図２を参照すると、本発明によるインバータ回路は、ＩＧＢＴ２の温度を検出する温度検知器２４を組み込んでいる。温度検知器２４は、ＩＧＢＴ２の温度を検知して、その温度に対応する電圧Ｖｔを出力する。その電圧Ｖｔは、スイッチング速度可変回路２６に入力される。スイッチング速度可変回路２６は、電圧Ｖｔに応じた信号Ｐ２を駆動制御回路２２に出力する。駆動制御回路２２は、信号入力端子２８から入力される信号と信号Ｐ２とに応じて、ＩＧＢＴ２のゲートに駆動信号を出力する。
【００１６】
図３は、図２の駆動制御回路２２およびスイッチング速度可変回路２６の内部回路を示す回路図である。図３において、駆動制御回路２２は、論理回路３２、反転回路３６、２つのスイッチＳ１，Ｓ２、および、駆動回路３８を備える。駆動回路３８は、第１の駆動回路と第２の駆動回路とから成る。第１の駆動回路は、ｐチャネルＭＯＳ（金属酸化膜半導体）トランジスタＴｒ１とｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３とを備える。第２の駆動回路は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２とｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３とを備える。
【００１７】
第１の駆動回路において、トランジスタＴｒ１のドレイン（Ｄ）およびＴｒ３のドレイン（Ｄ）は、相互に接続される。トランジスタＴｒ１のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ３のソース（Ｓ）は、低電位電源ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ１のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）は、相互に接続される。さらに、トランジスタＴｒ１のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）との接続点は、第１の駆動回路の入力端子として、スイッチＳ１に接続される。トランジスタＴｒ１のドレイン（Ｄ）とＴｒ３のドレイン（Ｄ）との接続点は、第１の駆動回路の出力端子として、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。
【００１８】
第２の駆動回路において、トランジスタＴｒ２のドレイン（Ｄ）およびトランジスタＴｒ３のドレイン（Ｄ）は、相互に接続される。トランジスタＴｒ２のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ３のソース（Ｓ）は、低電位電源ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）は、相互に接続される。さらに、トランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）との接続点は、第２の駆動回路の入力端子として、スイッチＳ２に接続される。トランジスタＴｒ２のドレインとＴｒ３のドレインとの接続点は、第２の駆動回路の出力端子として、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。ここで、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２は、並列に接続され、トランジスタＴｒ３は、トランジスタＴｒ１およびＴｒ２に、それぞれ、直列に接続される。
【００１９】
論理回路３２の入力端子は、信号入力端子２８（図２）の出力端子に接続される。論理回路３２は、信号入力端子２８（図２）から駆動制御回路２２に入力された信号を処理して、その入力信号に対応する信号を出力する。論理回路３２の出力端子は、スイッチＳ１およびスイッチＳ２に接続される。論理回路３２から出力された信号（電圧信号）は、スイッチＳ１がオンして、スイッチＳ２がオフするとき、第１の駆動回路に入力され、スイッチＳ１がオフして、スイッチＳ２がオンするとき、第２の駆動回路に入力される。
【００２０】
例えば、スイッチＳ１がオンして、スイッチＳ２がオフするとき、論理回路３２から出力された信号は、トランジスタＴｒ１のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）に入力される。論理回路３２から出力された信号が、高レベル（「Ｈ」レベル）から低レベル（「Ｌ」レベル）に変化すると、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１がオンし、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３がオフする。このとき、第１の駆動回路の出力信号（電圧信号）は、高電位電源Ｖｄｄの電位に等しくなる。一方、論理回路３２から出力された信号が、低レベル（「Ｌ」レベル）から高レベル（「Ｈ」レベル）に変化すると、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１ がオフし、ｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ３がオンする。このとき、第１の駆動回路の出力信号（電圧信号）は、低電位電源ＧＮＤの電位に等しくなる。以上の動作は、スイッチＳ１がオフして、スイッチＳ２がオンしたとき、つまり、論理回路３２から出力された信号が、トランジスタＴｒ２のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ３のゲート（Ｇ）に入力された場合の、第２の駆動回路にも適用できる。
【００２１】
ここで、トランジスタＴｒ１とトランジスタＴｒ２は、サイズ（厳密には、ゲート電極の大きさ）が異なる。よって、ゲートに同じ大きさの電圧が入力されても、それぞれのトランジスタを流れる電流の大きさが異なる。図３の回路において、トランジスタＴｒ１は、トランジスタＴｒ２よりも、そのサイズが大きい。つまり、トランジスタＴｒ１は電流供給能力が高く、トランジスタＴｒ２は電流供給能力が低い。
【００２２】
スイッチング速度可変回路２６は、比較器３４を備える。また、スイッチング速度可変回路２６は、その駆動のために、駆動制御回路２２を構成するスイッチＳ１，Ｓ２および反転回路３６を必要とし、それらも構成要素の一部として含む。比較器３４は、温度検知器２４から出力された電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｏとを比較し、その比較結果に応じた信号Ｐ２を出力する。この信号Ｐ２は、スイッチＳ１に、そのままの状態で伝えられ、スイッチＳ２に、反転回路３６により反転されて伝えられる。ここで、図４に、検知温度とスイッチＳ１，Ｓ２に伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートを示す。スイッチＳ１，Ｓ２は、それぞれ、高レベルの信号が伝えられるとオンし、低レベルの信号が伝えられるとオフする。もし、温度検知器２４によって検知される温度が設定温度を超えるなら、電圧Ｖｔの値が基準電圧Ｖｏの値よりも大きくなり、比較器３４の出力信号Ｐ２が高レベルになる。そして、スイッチＳ１には高レベルの信号が伝えられ、スイッチＳ２には低レベルの信号が伝えられる。結果として、スイッチＳ１はオンし、スイッチＳ２はオフする。一方、検知される温度が設定された温度を超えなければ、比較器３４の出力信号Ｐ２が低レベルになるので、スイッチＳ１およびスイッチＳ２には、それぞれ、低レベルおよび高レベルの信号が伝えられ、スイッチＳ１はオフし、スイッチＳ２はオンする。
【００２３】
スイッチＳ１がオンし、かつ、スイッチＳ２がオフするとき、論理回路３２の出力信号は、第１の駆動回路に入力される。第１の駆動回路は、電流供給能力の高いｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ１を有するので、第１の駆動回路が駆動するとき、その駆動回路の出力端子（トランジスタＴｒ１のドレインとＴｒ３のドレインとの接続点）からＩＧＢＴ２のゲート端子に流れ込む電流が大きくなる。ここで、ＩＧＢＴ２は、電圧駆動型素子であるが、インバータ回路において電力用素子として用いる場合はゲート−ソース間の寄生容量が無視できず、ＩＧＢＴ２をオンする前に、寄生容量に電荷をチャージする必要がある。よって、この場合、ＩＧＢＴ２に流れ込むゲート電流が大きいと、ゲート−ソース間の容量に電荷をチャージする時間が短くなり、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなる。上述の構成を用いれば、ＩＧＢＴ２の温度が一定レベルを超えて上昇したとき、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなり、結果として、ＩＧＢＴ２の温度が更に上昇することを防ぐことができる。
【００２４】
一方、ＩＧＢＴ２の温度が一定レベルよりも低くなれば、スイッチＳ１がオフし、スイッチＳ２がオンするので、論理回路３２の出力信号は、第２の駆動回路に入力される。第２の駆動回路は、電流供給能力が低いｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ２を有するので、第１の駆動回路を駆動させたときと比較して、ＩＧＢＴ２に流れ込むゲート電流が小さくなる。結果として、ＩＧＢＴの寄生容量に電荷をチャージする時間が長くなり、第１の駆動回路を駆動させたときと比較して、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度は遅くなる。
【００２５】
本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２は、その温度がある一定レベル以下のときは、通常のスイッチング速度で動作するが、温度がある一定レベルを超えると、より速いスイッチング速度で動作する。従って、ＩＧＢＴ２の温度が設定温度を超えた場合に更なる温度上昇が防止でき、結果として、ＩＧＢＴ２の熱破壊を防止することができる。
【００２６】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、２つの駆動回路（第１の駆動回路および第２の駆動回路）を、２つの並列接続されたｐチャネルＭＯＳトランジスタと、それらのトランジスタに直列接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタとで構成しているので、それら２つの駆動回路を、それぞれ別個の構成要素によって構成する場合と比較して、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００２７】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、比較器の出力信号に応じて２つの駆動回路（第１の駆動回路および第２の駆動回路）を切り換える構造を、２つのスイッチと１つのＮＯＴ回路（反転回路）で実現しているので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００２８】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、比較器３４から伝えられる信号に応じて開閉するスイッチＳ１，Ｓ２は、半導体スイッチング素子であってよい。その場合には、比較器３４から出力される信号は、その半導体スイッチング素子の制御端子に入力される。
【００２９】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、駆動制御回路２２における２つの駆動回路（第１の駆動回路および第２の駆動回路）は、説明した構成に限られず、ＭＯＳトランジスタを用いた他の構成であってもよい。また、２つの駆動回路は、同一の構成であっても、異なる構成であってもよい。それらの場合であっても、２つの駆動回路がＩＧＢＴ２に異なる大きさのゲート電流を供給できれば、同様の効果が得られる。また、上記２つの駆動回路をバイポーラトランジスタを用いて実現することもできる。
【００３０】
実施の形態２．
図５は、インバータ回路における駆動制御回路４２およびスイッチング速度可変回路４６の内部回路を示す回路図である。本実施の形態による電力用半導体装置が、実施の形態１による電力用半導体装置と異なる点は、駆動制御回路４２内の駆動回路３８およびスイッチの構成である。図５において、駆動制御回路４２は、論理回路３２、単一のスイッチＳ３、および、駆動回路３８を備える。駆動回路３８は、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ４とｎチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ６とから成る第３の駆動回路、および、トランジスタＴｒ４に並列に接続されたｐチャネルトランジスタＴｒ５を備える。スイッチング速度可変回路４６は、比較器３４を備える。また、スイッチング速度可変回路４６は、その駆動のために、駆動制御回路４２を構成するスイッチＳ３を必要とし、そのスイッチＳ３も構成要素の一部として含む。
【００３１】
第３の駆動回路において、トランジスタＴｒ４のドレイン（Ｄ）およびＴｒ６のドレイン（Ｄ）は、相互に接続される。トランジスタＴｒ４のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ６のソース（Ｓ）は、低電位電源ＧＮＤに接続される。また、トランジスタＴｒ４のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ６のゲート（Ｇ）は、相互に接続される。さらに、トランジスタＴｒ４のゲート（Ｇ）とトランジスタＴｒ６のゲート（Ｇ）の接続点は、第３の駆動回路の入力端子として、論理回路３２の出力端子に接続される。トランジスタＴｒ４のドレイン（Ｄ）とＴｒ６のドレイン（Ｄ）との接続点は、第３の駆動回路の出力端子として、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。この第３の駆動回路の動作は、実施の形態１で説明した第１の駆動回路の動作と同様であるので、説明を省略する。
【００３２】
トランジスタＴｒ５は、トランジスタＴｒ４に並列に接続され、トランジスタＴｒ６に直列に接続される。トランジスタＴｒ５のソース（Ｓ）は、高電位電源Ｖｄｄに接続され、トランジスタＴｒ５のドレイン（Ｄ）は、Ｔｒ６のドレイン（Ｄ）に接続される。また、トランジスタＴｒ５のゲート（Ｇ）には、スイッチＳ３が接続される。さらに、トランジスタＴｒ５のドレイン（Ｄ）とＴｒ６のドレイン（Ｄ）との接続点は、ＩＧＢＴ２のゲートに接続される。
【００３３】
駆動制御回路４２において、論理回路３２から出力された信号（電圧信号）は、常に、トランジスタＴｒ４，Ｔｒ６から成る第３の駆動回路に入力される。つまり、論理回路３２から出力された信号（電圧信号）は、トランジスタＴｒ４のゲート（Ｇ）およびトランジスタＴｒ６のゲート（Ｇ）に入力される。さらに、、スイッチＳ３がオンした場合は、論理回路３２から出力された信号がｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートにも入力される。このスイッチＳ３は、比較器３４が出力する信号に応じてオンまたはオフする。具体的には、スイッチＳ３は、比較器３４から出力された信号が高レベルのときにオンし、低レベルのときにオフする。第３の駆動回路が出力する駆動信号は、ＩＧＢＴ２のゲートに入力される。
【００３４】
ＩＧＢＴ２の温度がある一定レベルを超えると、温度検知器２４から出力される電圧Ｖｔの値が基準電圧Ｖｏの値よりも大きくなり、比較器３４が、高レベルの出力信号Ｐ２を出力する。信号Ｐ２は、スイッチＳ３に伝えられて、スイッチＳ３がオンする。図６は、検知温度とスイッチＳ３に伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートである。スイッチＳ３は、高レベルの信号が伝えられるとオンし、低レベルの信号が伝えられるとオフする。スイッチＳ３がオンすると、論理回路３２の出力信号が、ｐチャネルＭＯＳトランジスタＴｒ５のゲートにも入力される。このとき、トランジスタＴｒ５にドレイン電流が流れ、第３の駆動回路の出力電流と合流するので、ＩＧＢＴ２のゲート電流が大きくなる。結果として、ＩＧＢＴ２の温度が設定温度を超えるとき、実施の形態１で述べたようにＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなる。一方、ＩＧＢＴ２の温度が一定レベルよりも低くなれば、電圧Ｖｔの値が基準電圧Ｖｏの値よりも小さくなるので、比較器３４の出力信号Ｐ２が低レベルとなり、スイッチＳ３がオフする。スイッチＳ３がオフすると、トランジスタＴｒ５がオフする。結果として、ＩＧＢＴ２のゲート電流が、第３の駆動回路の出力電流のみとなり、スイッチング速度が遅くなる。
【００３５】
本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２の温度がある一定レベルを超えると、ＩＧＢＴ２のスイッチング速度が速くなる。これにより、ＩＧＢＴ２の更なる温度上昇が防止でき、結果として、ＩＧＢＴ２の熱破壊を防止することができる。
【００３６】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２の寄生容量に電荷をチャージするための電流源をｐチャネルＭＯＳトランジスタとし、電流源を駆動させたい場合には、その制御端子に論理回路からの出力信号を入力するようにしたので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００３７】
また、本実施の形態によるインバータ回路においては、比較器の出力信号に応じて電流源を駆動させる構造を、単一のスイッチで実現しているので、インバータ回路の過温度保護機能をより簡単に実現できる。
【００３８】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、比較器３４から伝えられる信号に応じて開閉するスイッチＳ３は、半導体スイッチング素子であってよい。その場合には、比較器３４から出力される信号は、その半導体スイッチング素子の制御端子に入力される。
【００３９】
なお、本実施の形態によるインバータ回路において、駆動制御回路４２における第３の駆動回路は、説明した構成に限られず、ＭＯＳトランジスタを用いた他の構成であってもよい。また、第３の駆動回路を、バイポーラトランジスタを用いて実現することも可能である。
【００４０】
なお、本実施の形態によるインバータ回路においては、ＩＧＢＴ２の寄生容量に電荷をチャージするための電流源を、ｐチャネルＭＯＳトランジスタを用いて実現したが、他の構成要素を用いることも可能である。その場合であっても、ＩＧＢＴ２のゲートに付加的な電流を供給できれば、同様の効果が得られる。
【００４１】
なお、これまでＩＧＢＴ２の過温度保護機能について説明したが、これらの過温度保護機能は、他のＩＧＢＴに適用可能である。また、ＩＧＢＴ１乃至ＩＧＢＴ６の過温度保護機能を同時に作用させることが可能である。
【００４２】
なお、上述の実施の形態では、スイッチング素子をＩＧＢＴとしたが、他の電圧駆動型半導体スイッチング素子であってよい。
【００４３】
なお、上述の実施の形態では、インバータ回路について述べたが、本発明の過温度保護機能は、スイッチング素子とそのスイッチング素子を駆動する駆動制御回路を有する他の回路においても適用できる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明による第１の電力用半導体装置によれば、１以上の半導体スイッチング素子から成るパワーモジュールと、パワーモジュールを駆動制御する駆動制御回路とを備え、さらに、スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、スイッチング素子の各々に対し、その温度に応じてスイッチング速度を変化させるスイッチング速度可変回路とを備えるので、スイッチング素子は、その温度がある一定レベル以下のときは、通常のスイッチング速度で動作し、温度がある一定レベルを超えると、より速いスイッチング速度で動作することが可能である。従って、スイッチング素子の温度が設定温度を超えた場合に更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【００４５】
本発明による第２の電力用半導体装置によれば、上記のスイッチング速度可変回路が、スイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第１の信号を出力する比較回路を備え、駆動制御回路が、第１の信号に応じて、スイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給するので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【００４６】
本発明による第３の電力用半導体装置によれば、上記の駆動制御回路は、スイッチング素子に制御信号を反転して出力する２つの信号反転回路と、第１の信号に応じて、制御信号を入力する信号反転回路を切り換える切り換え回路とを備え、２つの信号反転回路は、各々の出力端子からスイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給するので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【００４７】
本発明による第４の電力用半導体装置によれば、駆動制御回路は、スイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、第１の信号に応じて、電流源の動作を開始または停止させる駆動手段とを備えるので、スイッチング素子の温度がある一定レベルを超えると、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが可能である。これにより、スイッチング素子の更なる温度上昇が防止でき、結果として、スイッチング素子の熱破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的なインバータ回路用パワーモジュールの構成を示す図。
【図２】実施の形態１のインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図。
【図３】図２の駆動制御回路およびスイッチング速度可変回路の内部回路を示す回路図。
【図４】ＩＧＢＴの検知温度と駆動制御回路内のスイッチに伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートの図。
【図５】実施の形態２による駆動制御回路およびスイッチング速度可変回路の内部回路を示す回路図。
【図６】ＩＧＢＴの検知温度と駆動制御回路内のスイッチに伝えられる信号との関係を示すタイミングチャートの図。
【図７】従来のインバータ回路の過温度保護機能を説明するブロック図。
【図８】図７の駆動制御回路および過温度保護回路の内部構成を示す図。
【図９】駆動制御回路の入力信号と出力信号の関係を示すタイムチャートの図。
【符号の説明】
２２ 駆動制御回路、 ２４ 温度検知器、 ２６ スイッチング速度可変回路、 ２８ 信号入力端子
Claims (4)
- １以上の半導体スイッチング素子と、
前記スイッチング素子を駆動制御する駆動制御回路と
を備える電力用半導体装置であって、
さらに、
前記スイッチング素子の各々の近傍に設置された温度検知器と、
前記スイッチング素子の温度が所定温度以下の場合、前記スイッチング素子のスイッチング速度を第１の速度に保持し、前記スイッチング素子の温度が所定温度より大きい場合、前記スイッチング速度を、前記第１の速度よりも速い第２の速度に変化させるスイッチング速度可変回路と
を備えることを特徴とする装置。 - 前記スイッチング速度可変回路が、前記スイッチング素子の温度に対応する入力電圧と一定の基準電圧とを比較して、前記入力電圧が基準電圧よりも大きいか否かを示す第１の信号を出力する比較回路を備え、
前記駆動制御回路は、対応する前記スイッチング素子の制御端子に、前記第１の信号に応じて、異なる大きさの電流を供給することを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。 - 前記駆動制御回路が、
前記スイッチング素子に駆動信号を出力する２つの駆動回路と、
前記第１の信号に応じて、前記駆動信号を出力する駆動回路を切り換える切り換え回路と
を備え、
２つの前記駆動回路は、各々の出力端子から前記スイッチング素子の制御端子に異なる大きさの電流を供給することを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。 - 前記駆動制御回路が、
前記スイッチング素子の制御端子に電流を供給する電流源と、
前記第１の信号に応じて、前記電流源の動作を開始または停止させる駆動手段と
を備えることを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002253316A JP2004096318A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 電力用半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002253316A JP2004096318A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 電力用半導体装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004096318A true JP2004096318A (ja) | 2004-03-25 |
Family
ID=32059355
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002253316A Pending JP2004096318A (ja) | 2002-08-30 | 2002-08-30 | 電力用半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004096318A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007089325A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Hitachi Ltd | 電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法及び装置 |
| JP2008135682A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-06-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体装置 |
| US7791300B2 (en) | 2005-09-21 | 2010-09-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Excessive temperature detecting system of electric motor controller |
| US8284575B2 (en) | 2009-07-20 | 2012-10-09 | Denso Corporation | Drive system for power switching elements |
| JP2013179310A (ja) * | 2008-02-25 | 2013-09-09 | Korea Electronics Telecommun | 電力トランジスタ発熱制御回路およびダイオード電力制御回路 |
| JP2014057006A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| US9143079B2 (en) | 2012-06-27 | 2015-09-22 | Denso Corporation | Power converter |
| WO2017043297A1 (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 制御装置 |
| JP2019029763A (ja) * | 2017-07-27 | 2019-02-21 | 国立大学法人 大分大学 | スイッチング回路 |
| CN112511074A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 郑州嘉晨电器有限公司 | 一种电机控制器温度控制方法及系统 |
| WO2021161755A1 (ja) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | 株式会社デンソー | 電駆動システムの制御装置 |
| WO2022044298A1 (ja) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | 日産自動車株式会社 | スイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05336732A (ja) * | 1992-06-02 | 1993-12-17 | Toshiba Corp | Ｉｇｂｔゲート回路 |
| JPH06291631A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-18 | Hitachi Ltd | 電圧駆動形素子の駆動方法及びその回路 |
| JPH0946201A (ja) * | 1995-07-25 | 1997-02-14 | Hitachi Ltd | 絶縁ゲート型半導体装置の駆動方法及び装置 |
| JPH10150764A (ja) * | 1996-09-20 | 1998-06-02 | Fuji Electric Co Ltd | 電力変換器におけるゲート駆動回路 |
| JPH1197994A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Fuji Electric Co Ltd | Ｍｏｓゲート形素子の駆動回路 |
| JP2000022513A (ja) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体スイッチ素子のゲート駆動回路 |
| JP2000232347A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-08-22 | Toshiba Corp | ゲート回路及びゲート回路制御方法 |
| JP2001094406A (ja) * | 1999-09-20 | 2001-04-06 | Fuji Electric Co Ltd | ドライブ回路 |
| JP2002119044A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Fuji Electric Co Ltd | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
-
2002
- 2002-08-30 JP JP2002253316A patent/JP2004096318A/ja active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05336732A (ja) * | 1992-06-02 | 1993-12-17 | Toshiba Corp | Ｉｇｂｔゲート回路 |
| JPH06291631A (ja) * | 1993-03-31 | 1994-10-18 | Hitachi Ltd | 電圧駆動形素子の駆動方法及びその回路 |
| JPH0946201A (ja) * | 1995-07-25 | 1997-02-14 | Hitachi Ltd | 絶縁ゲート型半導体装置の駆動方法及び装置 |
| JPH10150764A (ja) * | 1996-09-20 | 1998-06-02 | Fuji Electric Co Ltd | 電力変換器におけるゲート駆動回路 |
| JPH1197994A (ja) * | 1997-09-19 | 1999-04-09 | Fuji Electric Co Ltd | Ｍｏｓゲート形素子の駆動回路 |
| JP2000022513A (ja) * | 1998-07-01 | 2000-01-21 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体スイッチ素子のゲート駆動回路 |
| JP2000232347A (ja) * | 1999-02-08 | 2000-08-22 | Toshiba Corp | ゲート回路及びゲート回路制御方法 |
| JP2001094406A (ja) * | 1999-09-20 | 2001-04-06 | Fuji Electric Co Ltd | ドライブ回路 |
| JP2002119044A (ja) * | 2000-10-12 | 2002-04-19 | Fuji Electric Co Ltd | 電力用半導体素子のゲート駆動回路 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7791300B2 (en) | 2005-09-21 | 2010-09-07 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Excessive temperature detecting system of electric motor controller |
| JP2007089325A (ja) * | 2005-09-22 | 2007-04-05 | Hitachi Ltd | 電圧駆動型半導体スイッチング素子の駆動方法及び装置 |
| JP2008135682A (ja) * | 2006-10-30 | 2008-06-12 | Mitsubishi Electric Corp | 電力半導体装置 |
| US7910949B2 (en) | 2006-10-30 | 2011-03-22 | Mitsubishi Electric Corporation | Power semiconductor device |
| DE102007050868B4 (de) * | 2006-10-30 | 2014-07-03 | Mitsubishi Electric Corp. | Leistungshalbleitervorrichtung |
| JP2013179310A (ja) * | 2008-02-25 | 2013-09-09 | Korea Electronics Telecommun | 電力トランジスタ発熱制御回路およびダイオード電力制御回路 |
| US8890574B2 (en) | 2008-02-25 | 2014-11-18 | Electronics And Telecommunications Research Institute | Circuit for preventing self-heating of metal-insulator-transition (MIT) device and method of fabricating integrated-device for the same circuit |
| US8284575B2 (en) | 2009-07-20 | 2012-10-09 | Denso Corporation | Drive system for power switching elements |
| US9143079B2 (en) | 2012-06-27 | 2015-09-22 | Denso Corporation | Power converter |
| JP2014057006A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体装置 |
| WO2017043297A1 (ja) * | 2015-09-11 | 2017-03-16 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 制御装置 |
| JP2019029763A (ja) * | 2017-07-27 | 2019-02-21 | 国立大学法人 大分大学 | スイッチング回路 |
| WO2021161755A1 (ja) * | 2020-02-14 | 2021-08-19 | 株式会社デンソー | 電駆動システムの制御装置 |
| JP2021129436A (ja) * | 2020-02-14 | 2021-09-02 | 株式会社デンソー | 電駆動システムの制御装置 |
| JP7230848B2 (ja) | 2020-02-14 | 2023-03-01 | 株式会社デンソー | 電駆動システムの制御装置 |
| US12068706B2 (en) | 2020-02-14 | 2024-08-20 | Denso Corporation | Control device for electric drive system |
| WO2022044298A1 (ja) * | 2020-08-28 | 2022-03-03 | 日産自動車株式会社 | スイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置 |
| JP7544129B2 (ja) | 2020-08-28 | 2024-09-03 | 日産自動車株式会社 | スイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置 |
| CN112511074A (zh) * | 2020-11-25 | 2021-03-16 | 郑州嘉晨电器有限公司 | 一种电机控制器温度控制方法及系统 |
| CN112511074B (zh) * | 2020-11-25 | 2022-07-19 | 河南嘉晨智能控制股份有限公司 | 一种电机控制器温度控制方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4002893B2 (ja) | 単一リードフレームのｈブリッジ | |
| JP5516825B2 (ja) | 絶縁ゲート型スイッチング素子の駆動回路 | |
| US7535283B2 (en) | Gate drive circuit, semiconductor module and method for driving switching element | |
| JP2005045590A (ja) | 半導体装置 | |
| JP2011160598A (ja) | 異常検知回路、負荷駆動装置、電気機器 | |
| JP3780898B2 (ja) | パワーデバイスの駆動回路 | |
| JP2004096318A (ja) | 電力用半導体装置 | |
| JPH09205727A (ja) | 短絡保護を有するパワートランジスタ | |
| JP6634329B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JP2002290221A (ja) | 半導体出力回路の消費電力低減回路 | |
| JP2002208849A (ja) | 誘導性負荷駆動回路 | |
| JP2005065029A (ja) | 半導体装置 | |
| CN110581654B (zh) | 电力用半导体装置 | |
| US20080136466A1 (en) | Semiconductor Integrated Circuit Driving External FET and Power Supply Incorporating the Same | |
| JP2007159296A (ja) | モータ駆動回路、方法およびそれを用いた冷却装置 | |
| JP4479570B2 (ja) | 保護機能付きスイッチング回路および保護回路 | |
| WO2005067136A1 (ja) | 電流制限回路およびモータドライブ回路 | |
| US20040017168A1 (en) | Motor driving device for supplying driving current to a three-phase motor through output transistors | |
| JP3235337B2 (ja) | Ｐｗｍインバータ用出力回路 | |
| JP4133563B2 (ja) | 電圧駆動素子の駆動回路 | |
| JP2004180241A (ja) | アナログスイッチ回路 | |
| JP3119034B2 (ja) | Ｐｗｍインバータ用出力回路 | |
| JP2024010787A (ja) | ゲート駆動回路及び半導体装置 | |
| JP3235338B2 (ja) | Ｐｗｍインバータ用出力回路 | |
| JP4640680B2 (ja) | トランジスタブリッジの駆動方法及びその回路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20041130 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060417 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060425 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060822 |