CN106464127A - 半导体装置及温度警报输出方法 - Google Patents

半导体装置及温度警报输出方法 Download PDF

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Abstract

本发明的半导体装置及温度警报输出方法根据过热状态来改变预告警报的输出时间，以实现改善维护操作。半导体装置(1‑1)包括半导体开关(1a)和驱动电路(2)，驱动电路(2)包含过热保护部(2a)和预告警报控制部(2b)。过热保护部(2a)检测半导体开关(1a)的温度，检测温度达到过热保护温度时，进行半导体开关(1a)的过热保护。预告警报控制部(2b)设定了低于过热保护温度的阈值温度，当检测温度达到设定的阈值温度时，使过热保护工作前输出预告警报信号。

Description

半导体装置及温度警报输出方法
技术领域
本技术涉及半导体装置及温度警报输出方法。
背景技术
近年，将绝缘栅型半导体元件(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)及驱动IGBT的驱动电路等内置、称为IPM(Intelligent Power Module)的半导体装置的开发正在进步。
IPM是进行电力变换的模块，被广泛利用在例如AC(Alternating Current)伺服、空调设备、电梯等用途中。
另外，IPM具有这保护功能，当检测出异常状态时，进行异常状态的回避及元件的保护。例如，检测出过热状态时，回避过热状态来进行元件的保护，向外部输出警报。
作为现有技术，提出了一种技术，该技术将温度检测用二极管的正向下降电压输入到调整器，再将调整器输出输出到外部端子，持续监视半导体开关的温度(专利文献1)。
另外，提出了一种技术，该技术在半导体开关元件的芯片温度超过大于正常值的第一预定值时判别为有异常，在芯片温度超过大于正常值而小于第一预定值的第二预定值时输出预告警报(专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特開2013-183595号公報
专利文献2：日本特開2000-341960号公報
发明内容
本发明所要解决的技术问题
IPM所内置的保护功能，保护IPM内的半导体元件不变为异常状态以回避破坏，当IPM检测出异常时，IGBT的驱动也停止了。
因此，IPM检测出异常时，虽然能够回避内部元件的破坏，但由于这样的保护功能起作用而使得IGBT的驱动也被停止，可能引起正从IGBT接受供电的装置突然停止。
因此，现有技术(例如，专利文献2)中，通过当IPM检测出异常时在停止IGBT的驱动前输出预告警报，从而抑制了正接受供电的装置突然停止这样的现象发生。
然而，虽然现有技术中将预告警报信号构成为与警报信号从相同端子输出，并使各个信号对应于信号宽度，但因为不经过信号宽度所对应的时间就不能判别是哪个信号，所以判别花费了时间。
另外，即使当存在异常发生的预兆时输出了预告警报，也未进行根据IPM的工作状态将预告警告尽量早地输出或尽量晚地输出的控制。
虽然期望若IPM的异常状态的紧急度高则也较早地将预告警报输出，但由于以往是不管紧急度而输出预告警报，在控制IPM的一侧存在应对IPM施行的对应延迟的可能性。
本技术是鉴于这样的问题点而作出的，旨在提供能够根据过热状态来迅速发出预告警报的半导体装置及温度警报输出方法。
解决技术问题所采用的技术方案
为了解决上述课题，在一个方案中，将半导体装置构成为具有半导体开关电路和驱动电路的半导体装置，所述半导体开关电路具有：半导体开关；以及在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器，所述驱动电路具有：过热保护部，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，至少设定一个低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及半导体开关的驱动电路，所述过热保护警报信号与所述预告警报信号分别以不同的信号电平从相同端子输出。
在另一方案中，将半导体装置构成为用于驱动具有半导体开关和在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器的半导体开关电路的驱动电路，所述驱动电路具有：过热保护部，接收所述温度传感器的输出，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，为了进行所述半导体开关的过热保护而工作，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，设定低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及半导体开关的驱动电路，所述过热保护警报信号与所述预告警报信号是分别以不同的信号电平从相同端子输出的信号。
在另一方案中，将半导体装置构成为具有半导体开关电路和驱动电路的半导体装置，所述半导体开关电路具有：半导体开关；以及在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器，所述驱动电路具有：过热保护部，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，至少设定一个低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及半导体开关的驱动电路，所述过热保护部，比较所述温度传感器的检测温度所对应的电压与对应于所述过热保护温度的第一基准电压，当所述第一基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，进行所述过热保护，输出表示所述过热保护的工作状态的警报信号，所述预告警报控制部具有产生对应于所述阈值温度的多个相互不同的第二基准电压的基准电压源群，比较所述检测温度所对应的电压与所述第二基准电压，当所述第二基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，输出表示所述过热保护即将工作的所述预告警报信号。
在另一方案中，将半导体装置构成为具有半导体开关电路和驱动电路的半导体装置，所述半导体开关电路具有：半导体开关；以及在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器，所述驱动电路具有：过热保护部，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，至少设定一个低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，使所述过热保护工作之前输出预告警报信号；以及半导体开关的驱动电路，所述过热保护部，比较所述温度传感器的检测温度所对应的电压与对应于所述过热保护温度的第一基准电压，当所述第一基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，进行所述过热保护，输出表示所述过热保护的工作状态的警报信号，所述预告警报控制部具有产生对应于所述阈值温度的多个相互不同的第二基准电压的基准电压源群，比较所述检测温度所对应的电压与所述第二基准电压，当所述第二基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，输出表示所述过热保护即将工作的所述预告警报信号。
在另一方案中，构成半导体装置使得，所述过热保护部，比较位于所述半导体开关的附近的温度检测用二极管的正向电压与对应于所述过热保护温度的第一基准电压，当所述第一基准电压为所述正向电压以上时，进行所述过热保护，输出表示所述过热保护的工作状态的警报信号；所述预告警报控制部具有产生对应于所述阈值温度的多个相互不同的第二基准电压的基准电压源群，比较所述正向电压与所述第二基准电压，当所述第二基准电压为所述正向电压以上时，输出表示所述过热保护即将工作的所述预告警报信号。
在另一方案中，构成半导体装置使得，所述预告警报控制部从所述基准电压源群中选择流至所述半导体开关的电流量越大、所述第二基准电压越高的基准电压源。
在另一方案中，构成半导体装置使其还具有与所述驱动电路连接并向所述驱动电路发送控制信号来进行所述半导体开关的驱动指示的控制装置，所述控制装置，对应于输出所述过热保护警报信号和所述预告警报信号的端子的信号电平，发送所述控制信号的频率。
在另一方案中，构成半导体装置使得，所述预告警报控制部中齐纳二极管连接至所述预告警报信号的输出端，所述预告警报控制部将所述齐纳二极管的击穿电压作为所述预告警报信号的电平来输出。
在另一方案中，构成半导体装置使得，在检测半导体开关的温度上升以输出警报的温度警报输出方法中，检测所述半导体开关的温度；当检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；设定低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前，将预告警报信号与所述过热保护温度从相同端子以所述预告警报信号及所述过热保护警报信号各自所对应的信号电平输出。
发明效果
根据过热状态来改变预告警报的输出时间，从而实现改善维护运用性变得可能。
本发明的上述以及其他目的、特征以及优点通过表示作为本发明的例子而优选的实施方式的附图以及相关联的以下的说明进行阐述。
附图说明
图1是表示半导体装置的构成例及其工作状态的图。(a)表示构成例，(b)表示其工作状态。
图2是表示IPM的整体构成例的图。
图3是表示驱动电路的构成例的图。
图4是表示成为用于进行过热保护的阈值的温度设定的图。
图5是表示IGBT温度上升时的警报信号的电平与控制信号的电平的关系的图。
图6是表示积分电路的构成例的图。
图7是表示阈值温度设定电路的构成例的图。
图8是表示阈值温度设定电路的工作状态的图。
图9是表示阈值温度的设定的图。
图10是表示IGBT温度上升时的预告警报信号的电平与控制信号的电平的关系的图。
具体实施方式
下文，参照附图，说明实施方式。此外，在本说明书及附图中，对于具有实质相同功能的构成要素，有时通过标以相同标记而省略重复说明。
(第一实施方式)
图1(a)是表示半导体装置的构成例的图。第一实施方式的半导体装置1-1包括包含温度传感器1b的半导体开关1a以及驱动电路2，驱动电路2包含过热保护部2a、预告警报控制部2b以及驱动电路2d。
过热保护部2a检测半导体开关1a的温度，检测温度达到过热保护温度时，进行半导体开关1a的过热保护。
预告警报控制部2b设定低于过热保护温度的阈值温度。然后，当检测温度达到选择的阈值温度时，预告警报控制部2b在使过热保护工作前输出预告警报信号。
预告警报信号是，用于在半导体开关1a变为过热保护状态前将半导体开关1a处于过热的状态提前通知给外部的信号(通知过热保护工作的前兆的信号)。驱动电路2d基于控制信号来驱动控制半导体开关1a。信号合成部2c合成输出用于外部输出的信号。
图1(b)所示的图表是半导体开关1a的温度Th，示出了温度随时间经过而上升的情况。此时，半导体开关1a的温度Th达到过热保护温度Tr时，过热保护部2a驱动过热保护功能变为过热保护工作状态，保护半导体开关1a不过热。
在此，假定流至半导体开关1a的电流量I为I1、I2、I3，且I1＜I2＜I3。另外，假定电流量为I1时的半导体开关1a的温度为T1(阈值温度T1)，电流量为I2时的半导体开关1a的温度为T2(阈值温度T2),电流量为I3时的半导体开关1a的温度为T3(阈值温度T3)。
由于流至半导体开关1a的电流量越大、半导体开关1a的工作温度也变得越高，温度Tr、T1、T2、T3呈T1＜T2＜T3＜Tr。
在这样的状态下，预告警报控制部2b基于流至半导体开关1a的电流量I来选择阈值温度，输出预告警报信号。
例如，当通过流至半导体开关1a的电流量I的监视器识别出电流量I达到了电流量I1时，选择阈值温度T1，在半导体开关1a的温度Th达到过热保护温度Tr前为阈值温度T1的时候输出预告警报信号A1。
另外，当通过流至半导体开关1a的电流量I的监视器识别出电流量I达到了电流量I2时，选择阈值温度T2，在半导体开关1a的温度Th达到过热保护温度Tr前为阈值温度T2的时候输出预告警报信号A2。
再者，当通过流至半导体开关1a的电流量I的监视器识别出电流量I达到了电流量I3时，选择阈值温度T3，在半导体开关1a的温度Th达到过热保护温度Tr前为阈值温度T3的时候输出预告警报信号A3。
此外，预告警报信号A1～A3虽然是相同电平的信号，但如上述那样被输出的时间根据流至半导体开关1a的电流量、即半导体开关1a的温度而不同。
这样，半导体装置1-1中采用以下构成：设定低于过热保护温度的、值相互不同的多个阈值温度，根据流至半导体开关1a的电流量来选择阈值温度，检测温度达到选择的阈值温度时，在使过热保护工作前输出预告警报信号。
由此，能够根据半导体开关1a的过热状态来输出时间上不同的预告警报信号。从而，由于能够根据半导体开关1a的过热状态来将预告警报信号尽量早地输出或者尽量晚地输出，实现改善维护运用性变得可能。
此外，本技术中使阈值温度至少设定两个。虽然上文对设定三个阈值温度的情况进行了说明，但也可以设定两个或四个以上。
再者，虽然上述的说明中说明了阈值温度设定至少两个的情况，但也可以构成为只设定一个阈值温度并发出该阈值温度所对应的预告警报。只设定了一个阈值温度的情况下，由于能在警报被发出且半导体开关的工作停止前获得预告警报，能够进行使半导体开关的工作速度变慢的、为半导体开关的停止做准备等的应对。
另外，也可以用与输出警报的端子相同的端子来输出预告警报。这种情况下，可以使预告警报的信号电平与警报的信号电平为不同的信号电平。这样通过将预告警报与警报从相同的端子以不同的信号电平输出，从而能够防止端子数的增加，另外，与将预告警报与警报用信号宽度来区分并从相同端子输出的情况相比，能够较快地判别是哪个信号。
再者，以上所述内容也可以实施为除去半导体开关而包括温度传感器的、应用于半导体开关的单独的驱动电路具有同样的效果。
(第二实施方式)
接着，下文对将本技术的半导体装置应用于IPM的情况进行详细说明。图2是表示IPM的整体构成例的图。IPM1-2包括IGBT电路10以及驱动电路20-1～20-6。
IPM1-2示出了进行DC/AC(Direct Current/Alternating Current)变换、向负荷提供电力的三相逆变器的例子。
此外，IGBT电路10具有图1的半导体开关1a的构成。另外，每个驱动电路20-1～20-6具有图1的驱动电路2的功能。
IGBT电路10中，在高电压的母线L1与GND的母线L2之间配置了作为半导体开关1a的IGBT11～16以及二极管D1～D6。另外，IGBT11～16上连接有IGBT11～16驱动用的驱动电路20-1～20-6。
IGBT电路10的输出端子OUT1～OUT3上连接有未图示的负荷，IGBT电路10将流经母线L1的直流高电压(例如，600V)变换为三相交流，通过交流线La、Lb、Lc向负荷提供交流。
另外，IGBT电路10中，由于通过使电动机等的诱导性负荷的电流导通/截止来驱动负荷，为了使负荷电流回流，对于IGBT11～16连接了作为FWD(Free Wheel Diode)的二极管D1～D6。
即，由于在IGBT11～16变为截止的瞬间从电动机等的诱导性负荷产生反电动势，对于IGBT11～16分别反并联连接二极管D1～D6，使此时的负荷电流回流。
另一方面，IGBT11～16中，在相同芯片上搭载了温度检测用二极管和电流传感器。在图2所示的虚线框中示出了IGBT11、温度检测用二极管Dt以及电流传感器11a搭载在相同芯片上的状态，其他IGBT也是同样的构成。此外，驱动电路20-1～20-6的内部构成也基本为相同的构成。
对IGBT电路10的各元件的连接关系进行说明。IGBT11的栅极与驱动电路20-1的端子g1以及电流传感器11a的一端连接，IGBT12的栅极与驱动电路20-2的端子g2连接。
同样地，IGBT13的栅极与驱动电路20-3的端子g3连接，IGBT14的栅极与驱动电路20-4的端子g4连接。另外，IGBT15的栅极与驱动电路20-5的端子g5连接，IGBT16的栅极与驱动电路20-6的端子g6连接。
IGBT12的集电极与二极管D2、D4、D6的负极、IGBT14、16的集电极以及母线L1连接。
IGBT12的发射极与驱动电路20-2的端子c2、二极管D2的正极、IGBT11的集电极、二极管D1的负极、电流传感器11a的另一端以及输出端子OUT1通过交流线La连接。
IGBT14的发射极与二极管D4的正极、IGBT13的集电极、二极管D3的负极以及输出端子OUT2通过交流线Lb连接。
IGBT16的发射极与二极管D6的正极、IGBT15的集电极、二极管D5的负极以及输出端子OUT3通过交流线Lc连接。
IGBT11的发射极与驱动电路20-1的端子c1、二极管D1、D3、D5的正极、晶体管13、15的发射极以及母线L2连接。另外，驱动电路20-1的端子c1与GND连接。
电流传感器11a的输出端与驱动电路20-1的端子b连接，二极管Dt的正极与驱动电路20-1的端子a1连接，二极管Dt的负极与驱动电路20-1的端子a2连接。
图3是表示驱动电路的构成例的图。由于驱动电路20-1～20～6是相同的基本电路构成，在下文中对与IGBT11连接的驱动电路20-1进行说明。
此外，作为图2中所示的电流传感器11a，使用了晶体管(作为晶体管11a)。晶体管11a的栅极与驱动电路20-1的端子g1以及IGBT11的栅极连接。
晶体管11a的集电极与二极管D2的正极、IGBT12的发射极、IGBT11的集电极、二极管D1的负极以及输出端子OUT1通过交流线La连接。晶体管11a的发射极与驱动电路20-1的端子b连接。
驱动电路20-1上连接供给IGBT电路10的驱动指示的IPM控制器3(控制装置)(对于图2所示的驱动电路20-2～20-6也连接IMP控制器3)。此外，IPM控制器3与管理者用于进行维护运用的控制室相连，例如，基于来自控制室的指示而进行IPM的控制。
驱动电路20-1包括，逻辑元件21、预激励器22、电流源(定电流源)23、逆变器24、预告警报控制电路25、电阻R1、晶体管M1以及基准电压源Vr0。
预告警报控制电路25包含，由齐纳二极管Dz(以下，也单称为二极管Dz)及晶体管M2构成的信号合成部25d、电阻R2、积分电路25a、阈值温度设定电路25b以及比较器25c。示出了使用N沟道MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)来作为晶体管M1、M2的例子。
从驱动电路20-1的警报端子AL输出警报信号或预告警报信号。此外，警报信号是过热保护时或过热保护停止时输出的信号。驱动电路20-1的电路构成中，当警报信号为L电平(第二电压电平)时，表示过热保护正在工作的状态，当警报信号为H电平(第一电压电平)时，表示过热保护处于停止的状态。
当有IGBT11的过热工作的预兆时，预告警报控制电路25使预告警报信号输出。这种情况下，根据IGBT的过热状态，来进行使输出预告警报信号的时间可变的控制。
接着，对驱动电路20-1内的各元件的连接关系进行说明。电阻R1的一端与驱动电路20-1的电源电压VCC(例如，15V)连接，电阻R1的另一端驱动电路20-1的警报端子AL、二极管Dz的负极以及晶体管M1的漏极连接。
晶体管M1的源极与GND连接，晶体管M1的栅极与逻辑元件21的负侧输入端子以及比较器24的输出端子连接。
驱动电路20-1的输入端子IN与逻辑元件21的正侧输入端子连接，逻辑元件21的输出端子与预激励器22的输入端子连接。预激励器22的输出端子与驱动电路20-1的端子g1连接。
比较器24的输入端子(-)与电流源23的输出端、比较器25c的输入端子(-)以及驱动电路20-1的端子a1连接。比较器24的输入端子(+)与基准电压源Vr0的正极端子连接，基准电压源Vr0的负极端子与GND以及驱动电路20-1的端子a2连接。
驱动电路20-1的端子b与电阻R2的一端及积分电路25a的输入端连接，电阻R2的另一端与GND连接。
积分电路25a的输出端与阈值温度设定电路25b的输入端连接，阈值温度设定电路25b的输出端与比较器25c的输入端子(+)连接。比较器25c的输出端子与晶体管M2的栅极连接，晶体管M2的漏极与二极管Dz的正极连接，晶体管M2的源极与GND连接。
接着，对驱动电路20-1的工作进行说明。在通常运用时，从上级的IPM控制器3发送控制信号。控制信号是H电平与L电平交替反复的脉冲信号(PWM(Pulse Width Modulation)信号)。
从IPM控制器3发送的控制信号通过输入端子IN输入到驱动电路20-1。当控制信号为H电平时，由于通过端子g1、栅极电压被施加至IGBT11，IGBT11导通，IGBT11变为导通状态。另外，当控制信号为L电平时，IGBT11截止，IGBT11变为非导通状态。
接着，对过热保护功能进行说明。从电流源23输出的电流，通过端子a1，穿过与IGBT11在相同芯片内的温度检测用二极管Dt的正极又流经负极，通过端子a2再度输入到驱动电路20-1，流至GND。
端子a1的电压变为温度检测用二极管Dt的正向电压(使电流正向流过时的电压下降)。IGBT11的温度上升时，与IGBT11处于相同芯片上的温度检测用二极管Dt的正向电压逐渐降低。
图4是表示成为用于进行过热保护的阈值的温度设定的图。纵轴是电压，横轴是温度。IGBT11的温度上升时，位于IGBT11附近的温度检测用二极管Dt的正向电压Vf具有随着IGBT11的温度上升而逐渐降低的特性。
另外，假设图3的基准电压源Vr0产生的电压为基准电压Vref0(第一基准电压)时，位于基准电压Vref0与正向电压Vf的交点的温度Tr(过热保护温度Tr)成为实行过热保护时的阈值。过热保护温度Tr例如是170±20℃。
从而，IGBT11的温度变为过热保护温度Tr以上时，过热保护功能驱动，当IGBT11的温度低于过热保护温度Tr时，过热保护功能为非驱动。
另一方面，图3所示的比较器24进行正向电压Vf与基准电压Vref0的比较。当基准电压Vref0为正向电压Vf以上(Vf≦Vref0)时，比较器24输出H电平信号，当基准电压Vref0低于正向电压Vf(Vref0＜Vf)时，比较器24输出L电平信号。
从而使得，IGBT11的温度变为过热保护温度Tr以上时，比较器24输出H电平信号，当IGBT11的温度低于过热保护温度Tr时，比较器24输出L电平信号。
当IGBT11的温度为过热保护温度Tr以上、过热保护工作时，由于比较器24的输出是输入到逻辑元件21的负侧输入端子，通过从比较器24输出H电平信号，从而逻辑元件21的输出不论控制信号的电平如何总为L电平。从而，由于预激励器22的输出也固定为L电平，过热状态的IGBT11被截止。
另外，因为比较器24的输出与晶体管M1的栅极连接着，所以晶体管M1导通，从警报端子AL输出表明过热保护工作的L电平(GND)的警报信号。
另一方面，当IGBT11的温度低于过热保护温度Tr时，过热保护不工作。此时，由于比较器24输出L电平信号，逻辑元件21的输出将控制信号的电平相应的电平输出。从而使得，通过预激励器22，控制信号被施加至IGBT11的栅极，IGBT驱动。
另外，由于来自比较器24的L电平信号输入到晶体管M1的栅极，晶体管M1截止，从警报端子AL输出表明过热保护停止的H电平(VCC)的警报信号。
接着，对IGBT11温度上升时的警报信号的电平与控制信号的电平的关系进行说明。
图5是表示IGBT温度上升时的警报信号的电平与控制信号的电平的关系的图。图表k1是IGBT11的温度。图表k2是警报信号的电平(警报端子AL的电平)，图表k3是控制信号的电平(输入端子IN的电平)。
〔时间带t1〕是IGBT11的温度低于过热保护温度Tr的情况。此时，因为是过热保护停止状态，所以警报信号的电平为H电平(VCC)。
另外，图3所示的IPM控制器3接收到H电平的警报信号时，识别出是过热保护停止状态而输出用于驱动IGBT11的通常的控制信号(脉冲波形)。
〔时间带t2〕是IGBT11的温度为过热保护温度Tr以上的情况。此时，因为是过热保护工作状态，所以警报信号的电平为L电平(GND)。
另外，IPM控制器3接收到L电平的警报信号时，识别出是过热保护工作状态而将控制信号固定为L电平并，使IGBT11的驱动停止。
接着，对预告警报控制电路25进行说明。首先，图3所示的IGBT电路10内的晶体管11a是流经IGBT11的电流的电流传感器，将与流至IGBT11的电流成比例的电流信号输出。
从晶体管11a输出的电流信号通过端子b输入驱动电路20-1，电压下降了电阻R2的电阻值相当的量，此时的电压信号输入到积分电路25a。积分电路25a进行所输入的电压信号的低通滤波以进行波形整形。
图6是表示积分电路的构成例的图。积分电路25a包含，运算放大器25a-1、电容器C11以及电阻R11。
就各元件的连接关系而言，运算放大器25-1的输入端子(+)与输入端子in1连接。输入端子in1与图3所示的电阻R2的一端、驱动电路20-1的端子b以及IGBT电流10内的晶体管11a的发射极连接。
运算放大器25a-1的输出端子与输出端子out1以及电容器C11的一端连接。运算放大器25a-1的输入端子(-)与电容器C11的另一端以及电阻R11的另一端连接，电阻R11的另一端与GND连接。
从积分电路25a的输出端子out1输出与IGBT11的电流量成比例的波形整形后的电压信号，并发送到阈值温度设定电路25b。
图7是表示阈值温度设定电路的构成例的图。阈值温度设定电路25b包括，比较器25b-1、25b-2、N沟道MOS的晶体管M11～M13、逆变器IC1、IC2、AND元件IC3、基准电压源Vra、Vrb以及基准电压源群。基准电压源群包含基准电压源Vr1～Vr3。
就各元件的连接关系而言，输入端子in2与积分电路25a的输出端子out1、比较器25b-1的输入端子(+)以及比较器25b-2的输入端子(+)连接。比较器25b-1的输入端子(-)与基准电压源Vra的正极端子连接，基准电压源Vra的负极端子与GND连接。
比较器25b-2的输入端子(-)与基准电压源Vrb的正极端子连接，基准电压源Vrb的负极端子与GND连接。
比较器25b-1的输出端子与逆变器IC1的输入端子以及AND元件IC3的一输入端子i1连接，逆变器IC1的输出端子与晶体管M11的栅极连接。
比较器25b-2的输出端子与逆变器IC2的输入端子以及晶体管M13的栅极连接，逆变器IC2的输出端子与AND元件IC3的另一输入端子i2连接。另外，AND元件IC3的输出端子与晶体管M12的栅极连接。
晶体管M11的源极与基准电压源Vr1的正极端子连接，基准电压源Vr1的负极端子与GND连接。晶体管M12的源极与基准电压源Vr2的正极端子连接，基准电压源Vr2的负极端子与GND连接。晶体管M13的源极与基准电压源Vr3的正极端子连接，基准电压源Vr3的负极端子与GND连接。
输出端子out2与晶体管M11、M12、M13的漏极以及图3所示的比较器25c的输入端子(+)连接。
此外，假定基准电压源Vra产生的基准电压为Vmin，基准电压源Vrb产生的基准电压为Vmax，且Vmin＜Vmax。
另外，假定基准电压Vr1产生的基准电压为Vref1，基准电压Vr2产生的基准电压为Vref2，基准电压Vr3产生的基准电压为Vref3，其中基准电压Vref1最低，基准电压Vref3最高。即，Vref3＞Vref2＞Vref1(基准电压Vref1～Vref3相当于第二基准电压)。
此外，虽然图7的构成中示出了作为基准电压源群包含三个基准电压源Vr1、Vr2、Vr3的构成例，但也可以构成两个或四个以上基准电压源(应设定的阈值温度的个数所对应个数的基准电压源被设置)。
在此，假定从积分电路25a输出的电压信号为信号s0，信号s0的电压电平为V0，以下对阈值温度设定电路25b的工作进行说明。
〔V0≦Vmin的情况〕
比较器25b-1比较信号s0的电压V0与基准电压源Vra的基准电压Vmin。当电压V0为Vim以下(V0≦Vmin)时，比较器25b-1的输出信号为L电平。
由于比较器25b-1的输出信号输入到逆变器IC1，比较器25b-1的输出信号的电平被逆变器IC1反转。从而，晶体管M11的栅极上H电平被施加，晶体管M11导通。
另外，比较器25b-1的输出信号也输入到AND元件IC3的输入端子i1。由于比较器25b-1的输出信号为L电平，AND元件IC3的输出为L电平，晶体管M12截止。
另一方面，比较器25b-2比较信号s0的电压V0与基准电压源Vrb的基准电压Vmax。因为电压V0低于基准电压Vmax(V0≦Vmin＜Vmax)，所以比较器25b-2的输出信号为L电平。
由于比较器25b-2的输出信号是输入到晶体管M13的栅极的，晶体管M13的栅极上L电平被施加，晶体管M13截止。
从而，当V0≦Vmin时，晶体管M11导通，晶体管M12、M13截止。因此，输出端子out2上基准电压源Vr1导通，从输出端子out2输出基准电压Vref1的电压信号。
〔Vmin＜V0＜Vmax的情况〕
比较器25b-1比较信号s0的电压V0与基准电压源Vra的基准电压Vmin。当电压V0超过Vim(Vmin＜V0)时，比较器25b-1的输出信号为H电平。
由于比较器25b-1的输出信号被逆变器IC1反转，晶体管M11的栅极上L电平被施加，晶体管M11截止。
另外，比较器25b-2比较信号s0的电压V0与基准电压源Vrb的基准电压Vmax。因为电压V0低于基准电压Vmax(V0＜Vmax)时，所以比较器25b-2的输出信号为L电平。
由于比较器25b-2的输出信号是输入到晶体管M13的栅极的，晶体管M13的栅极上L电平被施加，晶体管M13截止。
另一方面，由于比较器25b-2的输出信号输入到逆变器IC2，比较器25b-2的输出信号的电平被逆变器IC2反转。由此，AND元件IC3的输入端子i2上H电平被输入。另外，由于比较器25b-1的输出信号为H电平，AND元件IC3的输入端子i1上H电平被输入。
由此，AND元件IC3的输出信号为H电平，由于AND元件IC3的输出信号是输入到晶体管M12的栅极，晶体管M12导通。
从而，当Vmin＜V0＜Vmax时，晶体管M12导通，晶体管M11、M13截止。因此，输出端子out2上基准电压源Vr2导通，从输出端子out2输出基准电压Vref2的电压信号。
〔Vmax≦V0的情况〕
比较器25b-1比较信号s0的电压V0与基准电压源Vra的基准电压Vmin。当电压V0超过Vim(Vmin＜Vmax≦V0)时，比较器25b-1的输出信号为H电平。
比较器25b-1的输出信号输入到逆变器IC1，比较器25b-1的输出信号的电平被逆变器IC1反转。从而，晶体管M11的栅极上L电平被施加，晶体管M11截止。
另外，比较器25b-2比较信号s0的电压V0与基准电压源Vrb的基准电压Vmax。因为电压V0为基准电压Vmax以上(Vmax≦V0)，所以比较器25b-2的输出信号为H电平。
由于比较器25b-2的输出信号是输入到晶体管M13的栅极，晶体管M13的栅极上H电平被施加，晶体管M13导通。
另一方面，比较器25b-2的输出信号输入到逆变器IC1，由于比较器25b-2的输出信号的电平被逆变器IC1反转，AND元件IC3的输入端子i2上L电平被输入。
由此，AND元件IC3的输出信号变为L电平，因为晶体管M12的栅极上L电平被施加，所以晶体管M12截止。
从而，当Vmax≦V0时，晶体管M13导通，晶体管M11、M12截止。因此，输出端子out2上基准电压源Vr3导通，从输出端子out2输出基准电压Vref3的电压信号。
这样使得，流至IGBT11的电流量越大(检测温度越高)、基准电压越高的电压源从基准电压源群中被选择。即，由于流至IGBT11的电流量越大、信号s0的电压V0也变得越高，若Vmax≦V0，则从基准电压源Vr1～Vr3中选择了最高的基准电压Vref3的基准电压源Vr3。
另外，若V0≦Vmin，则从基准电压源Vr1～Vr3中选择了最低的基准电压Vref1的基准电压源Vr1。
此外，图8中表示阈值温度设定电路的工作状态。表4是为了使上文说明的比较器的输出电平、输出端子的电平以及晶体管的开关关系易于明白而进行了简洁的总结的表。
接着，对用于进行预告警报的阈值温度的设定进行说明。图9是表示阈值温度的设定的图。纵轴是电压，横轴是温度。基准电压Vref3与正向电压Vf的交点为输出预告警报信号A1时的阈值温度T1。
另外，基准电压Vref2与正向电压Vf的交点为输出预告警报信号A2时的阈值温度T2。再者，基准电压Vref1与正向电压Vf的交点为输出预告警报信号A3时的阈值温度T3。
在此，当IGBT11的温度低于温度T1时，不输出预告警报信号A1～A3(是未过热的状态)。
当IGBT11的温度上升达到阈值温度T1时，向IPM控制器3输出预告警报信号A1。
另外，当IGBT11的温度上升达到阈值温度T2(＞T1)时，向IPM控制器3输出预告警报信号A2。
再者，当IGBT11的温度上升达到阈值温度T3(＞T2)时，向IPM控制器3输出预告警报信号A3。
这样在流至IGBT的电流大时，即当在IGBT11的温度较高的状态下进行工作并希望尽早获得预告警报时，前述基准电压较高的被选择，其结果是，当IGBT11的温度上升了时能够尽早获得预告警报。
在此，图7所示的阈值温度设定电路25b的输出端子out2与图3所示的比较器25c的输入端子(+)连接着。比较器25c比较从阈值温度设定电路25b输出的基准电压Vref1～Vref3的任一个与正向电压Vf。
当基准电压Vref1～Vref3为正向电压Vf以上(Vf≦Vref1、Vref2、Vref3)时，比较器25c输出H电平信号，当基准电压Vref1～Vref3低于正向电压Vf(Vref1、Vref2、Vref3＜Vf)时，比较器25c输出L电平信号。
从而使得，IGBT11的工作温度变为阈值温度T1以上时，比较器25c输出H电平信号，当IGBT11的温度低于阈值温度T1时，比较器25c输出L电平信号。
当IGBT11的我温度为阈值温度T1以上时，预告警报信号的输出控制工作。此时，由于比较器25c输出H电平信号，使晶体管M2导通，警报端子AL的电压变为齐纳二极管Dz的击穿电压。即使得，从警报端子AL输出具有齐纳二极管Dz的击穿电压的电平的预告警报信号。
接着，对IGBT11温度上升时的预告警报信号的电平与控制信号的电平的关系进行说明。
图10是表示IGBT温度上升时的预告警报信号的电平与控制信号的电平的关系的图。图表k11是IGBT11的温度。图表k12是警报端子AL的电平(预告警报信号及警报信号的电平)，图表k13是控制信号的电平(输入端子IN的电平)。
〔时间带t11〕是IGBT11的温度低于阈值温度T1的情况。此时，因为是过热保护停止状态，所以警报端子AL的电平(警报信号的电平)为H电平(VCC)。
另外，IPM控制器3接收到H电平的警报信号时，识别出是过热保护停止状态，为了驱动IGBT11而输出具有使通常的H电平和L电平反复的周波数(第一周波数)的控制信号。
〔时间带t2〕是IGBT11的温度为阈值温度T1以上且低于过热保护温度Tr的情况。此时，因为虽然过热保护为停止状态但是是预告警报输出状态，所以警报端子AL的电平(预告警报信号的电平)为VCC与GND之间的电压电平LV(具体而言，为上述齐纳二极管Dz的击穿电压的值)。
IPM控制器3接收到电压电平LV的预告警报信号时，识别出是要进行过热保护工作的前兆阶段，使控制信号的脉冲频率变低(变为比第一频率低的第二频率)，使IGBT11的开关工作的速度变缓。由此，能够回避或延迟警报信号被发出的状态、即IGBT11的工作停止了的状态。从而，在将IGBT11的工作停止延迟的期间能够采取多种应对。此外，不使控制信号的脉冲频率变低，而是频率相同，通过改变控制信号脉冲的占空比使得IGBT11变为导通的状态减少，也能获得同样的效果。
〔时间带t3〕是IGBT11的温度为阈值温度Tr以上的情况。此时，因为是过热保护工作状态，所以警报端子AL的电平(警报信号的电平)为L电平(GND)。
另外，IPM控制器3接收到固定电平(L电平)的警报信号时，识别出是过热保护工作状态而将控制信号固定为L电平并使IGBT11的驱动停止。
接着，对来自驱动电路20-1的单一引脚的警报信号和预告警报信号的输出进行说明。如图3所示，驱动电路20-1为，从作为一个输出引脚的警报端子AL将警报信号与预告警报信号这两者都输出的电路构成。
具体而言，警报端子AL与上拉电阻R1的另一端、晶体管M1的漏极以及齐纳二极管Dz的负极连接着。另外，齐纳二极管Dz的正极上连接着晶体管M2的漏极。
如上所述，这样的电路构成在过热保护停止状态下，由于晶体管M1截止，警报端子AL为H电平(VCC)(警报信号为H电平)。
另外，在过热保护工作状态下，由于晶体管M1导通(晶体管M2截止)，警报端子AL为L电平(GND)(警报信号为L电平)。
再者，在过热保护工作的前兆状态下，由于晶体管M2导通(晶体管M1截止)，齐纳二极管Dz的击穿电压发生电压下降，警报端子AL为齐纳二极管Dz的击穿电压电平(预告警报信号为齐纳二极管Dz的击穿电压电平)。
这样，采用了以下构成，即，从单一的输出引脚输出三个不同电平的信号，将过热保护停止状态、过热保护工作状态以及过热保护前兆状态这三个状态作为IGBT电路10的状态通知给IPM控制器3。由此，能够从单一引脚进行多个状态通知，使电路规模的减小化变得可能。
如以上所说明，根据本技术，通过输出时间上不同的预告警报信号，从而实现改善维护运用性变得可能。例如，在控制IPM的一侧，若尽早接收预告警报信号，则在过热保护工作发生前短时间地施行现在的过热状态所对应的驱动控制变得可能。
上述的说明中说明了阈值温度设定至少两个的情况，但也可以构成为只设定一个阈值温度并发出该阈值温度所对应的预告警报。只设定了一个阈值温度的情况下，由于能在警报被发出且半导体开关的工作停止前获得预告警报，能够进行使半导体开关的工作速度变慢的、为半导体开关的停止做准备等应对。
另外，也可以用与输出警报的端子相同的端子来输出预告警报。这种情况下，可以使预告警报的信号电平与警报的信号电平为不同的信号电平。这样通过将预告警报与警报从相同的端子以不同的信号电平输出，从而能够防止端子数的增加，另外，与将预告警报与警报用信号宽度来区分并从相同端子输出的情况相比，能够较快地判别是哪个信号。
再者，以上所述内容也可以实施为除去半导体开关而包括温度传感器的、应用于半导体开关的单独的驱动电路，且具有同样的效果。
以上例示了实施方式，但实施方式所表示的各个部的构成可以置换为具有同样功能的其他构成。另外，也可以附加其他的任意的构成物和工序。
上述仅是表示本发明的原理的内容。再者，本领域技术人员能够进行很多的变形、更改，本发明并不限于以上所示、所说明的正确的构成及应用例，根据附带的权利要求及其等同物，与之对应的所有变形例及等同物被视为本发明的范围。
标号说明
1-1 半导体装置
1a 半导体开关
1b 温度传感器
2 驱动电路
2a 过热保护部
2b 预告警报控制部
2c 信号合成部
2d 驱动电路
A1～A3 预告警报信号
Th 半导体开关的温度
Tr 过热保护温度
T1～T3 阈值温度
I1～I3 电流量

Claims (9)

1.一种半导体装置具有半导体开关电路和驱动电路，该半导体装置的特征在于，
所述半导体开关电路具有：半导体开关；以及在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器，
所述驱动电路具有：过热保护部，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，至少设定一个低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及半导体开关的驱动电路，所述过热保护警报信号与所述预告警报信号分别以不同的信号电平从相同端子输出。
2.一种半导体装置，是用于驱动具有半导体开关和在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器的半导体开关电路的驱动电路，该半导体装置的特征在于，
所述驱动电路具有：过热保护部，接收所述温度传感器的输出，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，为了进行所述半导体开关的过热保护而工作，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，设定低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及所述半导体开关的驱动电路，所述过热保护警报信号与所述预告警报信号分别以不同的信号电平从相同端子输出。
3.一种半导体装置具有半导体开关电路和驱动电路，该半导体装置的特征在于，
所述半导体开关电路具有：半导体开关；以及在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器，
所述驱动电路具有：过热保护部，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，至少设定一个低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及半导体开关的驱动电路，
所述过热保护部比较所述温度传感器的检测温度所对应的电压与对应于所述过热保护温度的第一基准电压，当所述第一基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，进行所述过热保护，输出表示所述过热保护的工作状态的警报信号，
所述预告警报控制部具有产生对应于所述阈值温度的多个相互不同的第二基准电压的基准电压源群，比较所述检测温度所对应的电压与所述第二基准电压，当所述第二基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，输出表示所述过热保护即将进行的所述预告警报信号。
4.一种半导体装置，是用于驱动具有半导体开关和在该半导体开关的附近检测所述半导体开关的温度的温度传感器的半导体开关电路的驱动电路，该半导体装置的特征在于，
所述驱动电路具有：过热保护部，接收所述温度传感器的输出，当所述温度传感器的检测温度达到过热保护温度时，为了进行所述半导体开关的过热保护而工作，并且发出过热保护警报信号；预告警报控制部，设定低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前输出预告警报信号；以及所述半导体开关的驱动电路，
所述过热保护部比较所述温度传感器的检测温度所对应的电压与对应于所述过热保护温度的第一基准电压，当所述第一基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，进行所述过热保护，输出表示所述过热保护的工作状态的警报信号，
所述预告警报控制部具有产生对应于所述阈值温度的多个相互不同的第二基准电压的基准电压源群，比较所述检测温度所对应的电压与所述第二基准电压，当所述第二基准电压为所述检测温度所对应的电压以上时，输出表示所述过热保护处于即将进行的所述预告警报信号。
5.如权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，
所述过热保护部比较位于所述半导体开关的附近的温度检测用二极管的正向电压与对应于所述过热保护温度的第一基准电压，当所述第一基准电压为所述正向电压以上时，进行所述过热保护，输出表示所述过热保护的工作状态的警报信号，
所述预告警报控制部具有产生对应于所述阈值温度的多个相互不同的第二基准电压的基准电压源群，比较所述正向电压与所述第二基准电压，当所述第二基准电压为所述正向电压以上时，输出表示所述过热保护工作前的所述预告警报信号。
6.如权利要求3至5的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
流至所述半导体开关的电流量越大，所述预告警报控制部从所述基准电压源群中选择所述第二基准电压越高的基准电压源。
7.如权利要求1至6的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
还具有与所述驱动电路连接并向所述驱动电路发送控制信号来进行所述半导体开关的驱动指示的控制装置，
所述控制装置对应于输出所述过热保护警报信号和所述预告警报信号的端子的信号电平，发送所述控制信号的频率。
8.如权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
所述预告警报控制部中，齐纳二极管连接至所述预告警报信号的输出端，所述预告警报控制部将所述齐纳二极管的击穿电压作为所述预告警报信号的电平来输出。
9.一种温度警报输出方法，检测半导体开关的温度上升以输出警报，该温度警报输出方法的特征在于，
检测所述半导体开关的温度；
当检测温度达到过热保护温度时，进行所述半导体开关的过热保护，并且发出过热保护警报信号；
设定低于所述过热保护温度的阈值温度，当所述检测温度达到所述阈值温度时，在使所述过热保护工作前，将预告警报信号从与所述过热保护温度相同的端子以所述预告警报信号及所述过热保护警报信号各自所对应的信号电平输出。
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