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公開番号2024096322
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-07-12
出願番号2024074743,2022569765
出願日2024-05-02,2021-11-08
発明の名称電圧制御型半導体素子の駆動装置
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人扶桑国際特許事務所
主分類H02M 1/08 20060101AFI20240705BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電圧制御型半導体素子の半導体チップの温度監視を高精度で行う。
【解決手段】ドライブ回路24は、IGBT10のゲートを駆動する。ゲート抵抗26は、ドライブ回路24とIGBT10のゲートとの間に設置される。遅延回路28は、ドライブ回路24が出力する駆動信号をゲート電圧が過渡的に変化する期間の中で生じるミラー効果期間内に達するまでの所定の時間だけ遅延する。ワンショット回路30は、遅延回路28が出力した遅延信号の立ち上がり前縁または立ち下がり後縁からミラー効果期間より短いパルス幅を有するパルス信号を出力する。サンプルホールド回路40は、IGBT10のチップ温度と温度依存性があるゲート電圧をパルス信号が入力されている期間に取り込み、パルス信号の入力がなくなったときのゲート電圧を保持して出力する。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
電圧制御型半導体素子を駆動する駆動装置であって、
前記電圧制御型半導体素子のゲートを駆動するドライブ回路と、
前記ドライブ回路と前記電圧制御型半導体素子のゲートとの間に設置されたゲート抵抗と、
前記ドライブ回路が出力する駆動信号をゲート電圧が過渡的に変化する期間の中で生じるミラー効果期間内に達するまでの所定の時間だけ遅延する遅延回路と、
前記遅延回路が出力した遅延信号の立ち上がり前縁または立ち下がり後縁から前記ミラー効果期間より短いパルス幅を有するパルス信号を出力するワンショット回路と、
前記電圧制御型半導体素子のチップ温度と温度依存性がある前記ゲート電圧を前記パルス信号が入力されている期間に取り込み、前記パルス信号の入力がなくなったときの前記ゲート電圧を保持して出力するサンプルホールド回路と、
を備えた、電圧制御型半導体素子の駆動装置。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記サンプルホールド回路が出力する信号をチップ温度検出信号として外部に通知するチップ温度出力端子を備えている、請求項１記載の電圧制御型半導体素子の駆動装置。
【請求項３】
電圧制御型半導体素子を駆動する駆動装置であって、
前記電圧制御型半導体素子のゲートを駆動するドライブ回路と、
前記ドライブ回路と前記電圧制御型半導体素子のゲートとの間に設置されたゲート抵抗と、
前記ドライブ回路が出力する駆動信号をゲート電圧が過渡的に変化する期間の中で生じるミラー効果期間内に達するまでの所定の時間だけ遅延する遅延回路と、
前記遅延回路が出力した遅延信号の立ち上がり前縁または立ち下がり後縁から前記ミラー効果期間より短いパルス幅を有するパルス信号を出力するワンショット回路と、
前記電圧制御型半導体素子のチップ温度と温度依存性がある前記ゲート電圧を過熱検出閾値電圧に相当する基準電圧と比較する比較器と、
前記ワンショット回路が出力する前記パルス信号と前記比較器の出力信号とを入力し、前記ゲート電圧が前記基準電圧を超えると過熱検出信号を出力するアンド回路と、
前記電圧制御型半導体素子のチップ温度と温度依存性がある前記ゲート電圧を前記パルス信号が入力されている期間に取り込み、前記パルス信号の入力がなくなったときの前記ゲート電圧を保持して出力するサンプルホールド回路と、
を備えた、電圧制御型半導体素子の駆動装置。
【請求項４】
前記アンド回路が出力する前記過熱検出信号を外部に通知するアラーム出力端子と、前記サンプルホールド回路が出力する信号をチップ温度検出信号として外部に通知するチップ温度出力端子とを備えている、請求項３記載の電圧制御型半導体素子の駆動装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御型半導体素子のチップ温度を外部に出力する機能を備えた電圧制御型半導体素子の駆動装置に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
誘導負荷をスイッチング制御したり電力変換を行ったりする半導体装置がある。このような半導体装置は、半導体スイッチング素子およびこの半導体スイッチング素子を駆動する駆動装置を備えているものがある。半導体スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）のような電圧制御型半導体素子が用いられる。
【０００３】
電圧制御型半導体素子には、絶対最大定格によって許容温度が定義されている。電圧制御型半導体素子は、最大許容温度を超えて動作すると、半導体チップが熱破壊を起こすことがある。この半導体チップの熱破壊を予防または防止するには、チップ温度をモニタし、チップ温度が高温になっていると想定される場合には、電圧制御型半導体素子を定格値以下で動作させたり停止させたりしている。
【０００４】
電圧制御型半導体素子のチップ温度を検出する方法として、半導体装置の中にサーミスタを備え、ケース内温度を検出して、動作条件からチップ温度を予測することが知られている。また、電圧制御型半導体素子のチップ上に温度検出用ダイオードを一体に形成し、その温度検出用ダイオードの温度特性からチップ温度を直接的に測定することも行われている。
【０００５】
サーミスタによるチップ温度の予測方法は、サーミスタが半導体チップから離れた位置に搭載されているため、負荷変動で過電流が流れることによる急激な温度上昇に追従することができないという特性がある。一方、温度検出用ダイオードによるチップ温度の測定方法では、温度検出用ダイオードを半導体チップ上に作り込むため、活性面積が減少し、さらに、ダイオード専用電極を半導体チップ上に設けるため、活性面積がさらに減少する。このため、電流定格の小さい半導体スイッチング素子のチップ上に温度検出用ダイオードを搭載する場合、チップサイズが肥大化することになる。
【０００６】
そこで、サーミスタまたは温度検出用ダイオードを用いることなしに電圧制御型半導体素子のチップの温度を検出する方法が提案されている（たとえば、特許文献１および特許文献２参照）。
【０００７】
特許文献１に記載の技術によれば、ＩＧＢＴをターンオフするときにミラープラトーの持続時間を検出し、このミラープラトーの持続時間の長さを温度に換算することで、温度を検出している。すなわち、特許文献１の技術では、ミラープラトーの時間遅延がＩＧＢＴの接合部温度と相互依存性があることを利用し、ミラープラトーの時間遅延からＩＧＢＴの接合部温度を決定している。
【０００８】
特許文献２の技術では、半導体デバイスのスイッチング動作時におけるゲート電圧の時間変化を測定し、ゲート電圧の時間変化が半導体デバイスの温度と温度依存性があることを利用し、測定したゲート電圧の時間変化から半導体デバイスの温度を推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１３－１４２７０４号公報
特開２０２０－０７２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の技術は、ミラープラトーの時間遅延であるミラー効果期間を正確に検出することが困難という問題がある。また、特許文献２の技術は、ゲート電圧上昇時間を測定し、温度依存性情報を参照してゲート電圧上昇時間に対応する半導体デバイスの温度をマイコンで算出する構成を有しているので、駆動装置が大型化してしまうという問題点がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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