CN109216355B - 半导体装置、电力模块和电力转换装置的控制方法 - Google Patents

半导体装置、电力模块和电力转换装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体装置、电力模块和电力转换装置的控制方法。与以往相比，以更高精度检测场效应晶体管的结温。半导体装置控制构成电力转换装置的多个场效应晶体管，并且包括差分放大器和控制多个场效应晶体管的导通/关断的控制器。在多个场效应晶体管之中，差分放大器检测由控制器控制在关断状态并且引发流过其体二极管的电流的场效应晶体管的源极和漏极之间的电位差。

Description

半导体装置、电力模块和电力转换装置的控制方法
对于相关申请的交叉引用
包括说明书、附图和摘要的在2017年6月30日提交的日本专利申请No.2017-129113的公开内容通过引用整体并入在此。
技术领域
本公开涉及半导体装置、电力模块、以及电力转换装置的控制方法，并且其被适当地应用到半导体装置以控制诸如逆变器装置的电力转换装置。
背景技术
作为构成电力模块的开关半导体元件的温度的实时检测方法，使用了各种方法。通常使用的方法通过具有热敏电阻的温度检测电路来检测电力模块的表面温度上升(参考专利文献1的“背景技术”)。
公知的另一种方法通过利用耦合在半导体元件的栅极电极和电力模块的栅极端子之间的内部栅极电阻器的温度特性，检测半导体元件的温度(参见专利文献1的“发明内容”)。
已知的又一种方法基于设置在半导体芯片的表面上方的温度检测二极管的温度特性来检测半导体芯片的温度(参考专利文献2)。
(专利文献1)日本未审查专利申请公开No.2000-124781
(专利文献2)日本未审查专利申请公开No.2006-114575
发明内容
过去的上述方法的每一种在半导体元件的温度的检测精度方面存在问题。具体而言，在使用热敏电阻来检测电力模块的表面温度的方法的情况下，使用热敏电阻检测到的温度是电力模块的外壳的温度(以下称为外壳温度)。热量从作为热源的半导体元件的结缓慢地传导到电力模块的壳体；因此，可能外壳温度低于结温。因此，需要从检测温度估计半导体元件的结温，并且，必须在检测温度达到作为Si半导体元件的故障温度的150℃之前停止对半导体元件的通电。
在电力模块内部设置电阻元件或二极管的方法的情况下，可以获得比外壳温度更接近结温的温度检测值。但是，检测温度不是结温本身。因此，在这种情况下，也需要基于检测温度来估计结温，所以存在关于测量精度方面的问题。
根据本说明书和附图的描述，本发明的其他问题和新特征将变得清楚。
根据一个实施例的半导体装置控制构成电力转换装置的多个场效应晶体管，并且包括：控制器，用于控制多个场效应晶体管中的每个的导通/关断(ON/OFF)；以及，差分放大器。在多个场效应晶体管之中，差分放大器检测其中电流流经其体二极管的场效应晶体管的源极和漏极之间的电位差，由于该场效应晶体管被控制器设置为关断状态。
根据本实施例，可以以比过去更高的精度来检测场效应晶体管的结温。
附图说明
图1A、1B和1C是示出根据实施例1的半导体元件的温度检测方法的图；
图2是示出水平型MISFET的配置的示例的截面图；
图3是示出垂直型MISFET的配置的示例的截面图；
图4是示出根据实施例1的半导体装置的配置的框图；
图5是示出图4所示的半导体装置的操作的时序图；
图6A、6B和6C是示出根据实施例1的修改示例的半导体元件的温度检测方法的图；
图7是示出根据实施例1的修改示例的半导体装置的配置的框图；
图8是示出图7所示的半导体装置的操作的时序图；
图9是示出根据实施例2的半导体装置的配置的框图；
图10是示出电机电流的通电相的切换的图；
图11A、图11B和图11C是示出根据实施例2的场效应晶体管的温度检测方法的具体示例的图；
图12是示出根据实施例2的场效应晶体管的温度检测程序的时序图；
图13是示出控制器的操作的功能框图；以及
图14是示出图13所示的死区时间附加单元的操作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明每个实施例。相同或对应的部分被赋予相同的附图标号或标记，并且不重复其说明。
<实施例1>
(温度检测方法)
图1A、1B和1C示出了根据实施例1的半导体元件的温度检测方法。在本实施例中，例示了由作为半导体元件的绝缘栅场效应晶体管(FET)Tr1和Tr2构成的半桥电路20。半桥电路20例如构成电力转换装置的至少一部分，并且通过脉冲宽度调制来被控制。
参照图1A、1B、和1C，半桥电路20由下述部分构成：耦合在高电位节点21和耦合节点U之间的场效应晶体管Tr1；以及，耦合在耦合节点U和接地节点22之间的场效应晶体管Tr2。高电位VH被提供给高电位节点21，并且接地电位GND被提供给接地节点22。作为负载的电感器23耦合在耦合节点U和高电位节点21之间。
场效应晶体管Tr1构成半桥电路20的上臂，并且场效应晶体管Tr2构成半桥电路20的下臂。在图1A、1B、和1C的情况下，场效应晶体管Tr1和场效应晶体管Tr2的每个是N型MISFET(金属绝缘体半导体FET)。MISFET包括其绝缘体由氧化物形成的MOSFET(金属氧化物半导体FET)。因此，场效应晶体管Tr1的漏极(D)耦合到高电位节点21，并且场效应晶体管Tr1的源极(S)耦合到耦合节点U。场效应晶体管Tr2的漏极(D)耦合到耦合节点U，并且场效应晶体管Tr2的源极(S)经由分流电阻器RES耦合到接地节点22。
参照图1A，假设场效应晶体管Tr1处于关断状态，并且场效应晶体管Tr2处于导通状态。在这种情况下，通电电流101从高电位节点21流向接地节点22，依次通过电感器23、耦合节点U、和场效应晶体管Tr2。
参照图1B，假设场效应晶体管Tr2从图1A的状态被设置为关断状态。在这种情况下，循环电流102(也称为再生电流)从高电位节点21流动，依次通过电感器23和场效应晶体管Tr1的体二极管，并再次到达高电位节点21。将参照图2和图3详细说明体二极管。
参照图1C，假定场效应晶体管Tr1从图1B的状态被设置为导通状态。在这种情况下，循环电流103从高电位节点21流动，依次通过电感器23和场效应晶体管Tr1的沟道区域，并再次到达高电位节点21。
在执行电感器23的PWM控制的情况下，如图1A所示的状态和如图1C所示的状态交替重复。在这种情况下，需要防止流过电流经由都在导通状态中的场效应晶体管Tr1和Tr2这两者而在高电位节点21和接地节点22之间流动。因此，在图1B中所示的状态插入在图1A所示的状态和图1C中所示的状态之间。图1B所示的状态是被叫做“死区时间”的时段。
在根据本公开的半导体元件的温度检测中，在该死区时间中(即，在循环电流流过体二极管的状态下)检测在场效应晶体管的源极和漏极之间的电压(即，在体二极管的阳极和阴极之间的正向电压)。随着温度升高，体二极管的正向电压降低。因此，通过检测体二极管的正向电压，可以正确地检测半导体元件的结温。具体而言，在从其中在图1A所示的通电电流101流动的状态转移到其中在图1C中所示的循环电流流动的状态的过程中，在死区时间中检测体二极管的正向电压。
(体二极管)
以下，说明场效应晶体管的体二极管。图2解释了关于水平型MISFET，并且图3解释了关于垂直型MISFET。
图2是图示水平型MISFET的配置的示例的截面图。参照图2，水平型MISFET 30由下述部分构成：P型半导体衬底31；形成在P型半导体衬底31的上部的一部分中的P型扩散区域(P阱)32；以及，N型杂质区33和34，其形成在P型扩散区域32的上部的一部分中。由P型扩散区域32和N型杂质区33形成体二极管36。
水平型MISFET 30还由下述部分构成：形成在N型杂质区域33的表面上方的漏极电极D；形成在N型杂质区域34的表面上方的源极电极S；形成在漏极电极D和源极电极S之间的栅极电极G；以及，形成在P型扩散区域32的表面上方的背栅极电极BG。通过介于其之间的栅极绝缘膜35，栅极电极G耦合到P型扩散区域32的表面和N型杂质区域33和34的表面。源极电极S和背栅极电极BG通过配线相互耦合。
在图2所示的水平型MISFET 30的配置中，当对栅极电极G施加大于阈值电压的栅极电压时，通电电流101从漏极电极D流向源极电极S，依次通过N型杂质区域33、形成在P型扩散区域32的上部的N型沟道区域、以及N型杂质区域34。替代地，循环电流103从源极电极S流到漏极电极D，依次通过N型杂质区域34、N型沟道区域和N型杂质区域33。
另一方面，在图2所示的水平型MISFET 30的配置中，当大于阈值电压的栅极电压未施加到栅极电极G并且水平型MISFET 30处于关断状态时，循环电流102可以沿着从背栅极电极BG到漏极电极D的方向流动，依次通过P型扩散区域32和N型杂质区33。因此，通过在其中该循环电流102正在流动的状态下检测水平型MISFET 30的源极-漏极电压(即，体二极管36的正向电压)，可以检测水平型MISFET 30的结温。
图3是示出垂直型MISFET的配置的示例的截面图。参照图3，垂直型MISFET 40由下述部分构成：高浓度N(+)型漏极层44；形成在N(+)型漏极层44的上部的低浓度N(-)型漂移层43；形成在N(-)型漂移层43的上部的一部分中的P型基极层42；以及，形成在P型基极层42的上部的一部分中的高浓度N(+)型源极层41。体二极管46由P型基极层42和N(-)型漂移层43形成。
此外，在垂直型MISFET 40中，通过介于其之间的栅极绝缘膜45，在N(+)型源极层41的表面的一部分、P型基极层42的表面的一部分、以及在N(-)型漂移层43的表面的一部分的上方，形成栅极电极G。同时，在N(+)型源极层41的表面的一部分和P型基极层42的表面的一部分上方形成源极电极S。此外，在垂直型MISFET 40中，在源极电极S的相对侧，在N(+)型漏极层44的表面上方形成漏极电极D。
在如图3所示构造的垂直型MISFET 40中，当大于阈值电压的栅极电压被施加到栅极电极G时，通电电流101从漏极电极D流到源极电极，依次通过N(+)型漏极层44、N(-)型漂移层43、P型基极层42的上部的N型沟道区、和N(+)型源极层41。替代地，循环电流103从源极电极S流向漏极电极D，依次通过N(+)型源极层41、P型基极层42的上部的N型沟道区域、N(-)型漂移层43、和N(+)型漏极层44。
另一方面，在图3所示的垂直型MISFET 40的配置中，当大于阈值电压的栅极电压未施加到栅极电极G并且垂直型MISFET 40处于关断状态时，循环电流102可以在从源极电极S到漏极电极D的方向上流动，通过P型基极层42、N(-)型漂移层43、和N(+)型漏极层44。因此，可以通过下述方式检测垂直型MISFET 40的结温：在该环流102流动的状态下检测垂直型MISFET 40的源极-漏极电压(即，体二极管46的正向电压)
(半导体装置的配置)
接下来，下面说明控制MISFET的栅极电压并检测体二极管的阳极-阴极电压的半导体装置的配置的示例。
图4是示出根据实施例1的半导体装置的配置的框图。在图4中示出的半导体装置50A控制构成半桥电路20的场效应晶体管Tr1和Tr2的导通/关断，并且检测场效应晶体管Tr1的体二极管的阳极-阴极电压。半桥电路20构成电力转换装置的至少一部分。半桥电路20和半导体装置50A可以构成电力模块的一部分。
在从半桥电路20的耦合节点U到负载23的方向上流动的负载电流IU被定义为正。因此，在图1A中所示的通电电流101的符号(即，在从负载23向半桥电路20的耦合节点U的方向流动的电流)为负。
参照图4，半导体装置50A由下述部分构成：高电位侧的栅极驱动电路51、低电位侧的栅极驱动电路52、差分放大器53、采样保持电路54、A/D(模数)转换器55、控制器56、和开关57。
栅极驱动电路51从控制器56接收栅极控制信号VT。栅极驱动电路51将栅极控制信号VT的基准电位从接地电位GND转换为耦合节点U的电位VU，并将该栅极控制信号VT的信号电平放大以生成要提供给高电位侧场效应晶体管Tr1的栅极电极G1的驱动电压。由从栅极驱动电路51提供给栅极电极G1的驱动电压控制场效应晶体管Tr1的导通/关断。
栅极驱动电路52对从控制器56接收的栅极控制信号VB进行放大，以生成要提供到低电位侧场效应晶体管Tr2的栅极电极G2的驱动电压。由从栅极驱动电路52提供给栅极电极G2的驱动电压控制场效应晶体管Tr2的导通/关断。
差分放大器53具有输入节点IN1和IN2以及输出节点OT。输入节点IN1经由切换接通/关断的开关57与耦合节点U连接。因此，耦合节点U的电位VU被取入输入节点IN1。输入节点IN2耦合到高电位节点21并取得高电位节点21的电位VH。输出节点OT耦合到采样保持电路54。差分放大器53从输出节点OT输出电压信号，该电压信号与输入节点IN1和输入节点IN2之间的电位差成比例。
图4示出了由运算放大器构成的差分放大器53的示例。如图4所示，差分放大器53由运算放大器65和电阻元件61、62、63、和64构成。
具体而言，电阻元件61耦合在输入节点IN2和运算放大器65的(-)端子之间。电阻元件62耦合在该(-)端子和运算放大器65的输出端子之间(该输出端子直接耦合到输出节点OT)。电阻元件63耦合在输入节点IN1和运算放大器65的(+)端子之间。电阻元件64的一端耦合到运算放大器65的(+)端子，并且基于接地电位GND向电阻元件64的另一端提供参考电压Vref。
在半导体装置50A中设置用于获取接地电位GND的端子58。端子58耦合到场效应晶体管Tr2和分流电阻器RES的耦合节点(在下文中，该耦合节点被称为低电位节点24)。
在差分放大器53的配置中，规定电阻元件61和63的电阻值为R1，电阻元件62和64的电阻值为R2。因此，由下式给出从差分放大器53输出的电压Vtemp
Vtemp＝(VU-VH)×R2/R1+Vref···(1)
采样保持电路54由切换接通/关断的开关70和电容器71构成。开关70的一端耦合到差分放大器53的输出节点OT，并且开关70的另一端耦合到电容器71的一端。电容器71的另一端被提供接地电位GND。开关70的另一端进一步耦合到A/D转换器55。
A/D转换器55对由采样保持电路54的电容器71保持的电压Vtemp进行数字转换，并将A/D转换后的电压Vtemp输出到控制器56。
控制器56生成栅极控制信号VT和VB、用于控制采样保持电路54的开关70的接通/关断的控制信号CTL1、和用于控制开关57的接通/关断的控制信号CTL2。当电压Vtemp达到上限时，控制器56执行保护操作，诸如将所有场效应晶体管Tr1和Tr2设置为关断。
在本实施例中，假定当控制信号CTL1从低电平(L电平)变为高电平(H电平)时，开关70从关断状态变为接通状态。还假设，当控制信号CTL2从L电平变为H电平时，开关57从关断状态变为接通状态。控制信号CTL1和CTL2的逻辑电平与开关70和57的对应接通/关断之间的关系可以与上述关系相反。
控制器56可以由包括CPU(中央处理单元)和存储器的微型计算机构成，或者可以由FPGA(现场可编程门阵列)构成，或者可以由专用电路构成。或者，可以通过任意组合这些电路来配置控制器56。
(半导体装置的操作)
图5是示出在图4中所示的半导体装置的操作的时序图。图5从顶部示意性地示出了栅极控制信号VT和VB、控制信号CTL1和CTL2、以及在耦合节点U处的电位VU的波形。以下，主要参照图4和图5解释在图4中示出的半导体装置50A的操作。
在时刻t1之前，控制器56将栅极控制信号VT设置在H电平，并且将栅极控制信号VB设置在L电平。根据该设置，高电位侧场效应晶体管Tr1被控制在导通状态中，并且低电位侧场效应晶体管Tr2被控制在关断状态。结果，耦合节点U的电位VU变为等于高电位节点21的电位VH。假设在时刻点t1处，在图1C中示出的循环电流103已衰减到0。
在时刻t1之前，控制器56将控制信号CTL1和CTL2设置在L电平。相应地，采样保持电路54的开关70和开关57被设置在关断状态。
在从时刻t1到时刻t2的时段T11中，控制器56将栅极控制信号VT设置在L电平并且将栅极控制信号VB设置在H电平。根据该设置，场效应晶体管Tr1被控制在关断状态，并且场效应晶体管Tr2被控制在导通状态。结果，耦合节点U的电位VU下降到接地电位GND。在该时段T11期间，图1A所示的通电电流101流动，并且电流的大小逐渐增加。
在时刻t2，控制器56将栅极控制信号VB从H电平切换到L电平。通过该切换，低电位侧场效应晶体管Tr2从导通状态变为关断状态，并且耦合节点U的电位VU从接地电位GND上升。在从时刻t2到时刻t4的时段T12期间，场效应晶体管Tr1和Tr2两者都被维持在关断状态。在此时段T12期间，在图1B中所示的循环电流102流过场效应晶体管Tr1的体二极管。耦合节点U的电位VU通过体二极管的正向电压Vf而最终达到比高电位节点21的电位VH高的值。
考虑到直到耦合节点U的电位VU达到最大值之前的延迟时刻，在从时刻t2的预定时段之后的时刻t3至时刻t4的时段内，检测场效应晶体管Tr1的体二极管的正向电压Vf。具体而言，控制器56将控制信号CTL1和CTL2设置在H电平，将开关57和采样保持电路54的开关70设置在导通状态。根据该设置，由差分放大器53检测场效应晶体管Tr1的源极-漏极电压(即，体二极管的正向电压Vf)。然后，从差分放大器53输出的电压Vtemp被采样保持电路54采样并由电容器71保持。控制器56基于由电容器71保持的电压Vtemp来检测场效应晶体管Tr1的结温。
这里，检测到的电压对应于流过体二极管的电流而改变。因此，需要将在被切换至时段T12紧前的时刻t2的通电电流101的大小控制为预定值。该值可以通过时段T11的长度(即，与载波频率对应的占空比)进行调整。
在下一个时刻t4，控制器56将栅极控制信号VT从L电平切换到H电平。根据该设置，高电位侧场效应晶体管Tr1的状态从关断状态变为导通状态。因此，如图1C、图2、和图3中所示，循环电流的路径变为通过场效应晶体管Tr1的N型沟道区域的路径(103)。在时刻t4，控制器56将控制信号CTL1和CTL2从H电平切换到L电平，以终止场效应晶体管Tr1的源极-漏极电压的采样。在从时刻t4到时刻t5的时段T13中，场效应晶体管Tr1被保持在导通状态，并且场效应晶体管Tr2被保持在关断状态。
在下一时刻t5，控制器56将栅极控制信号VT从H电平切换到L电平。根据该切换，高电位侧场效应晶体管Tr1的状态从导通状态变为关断状态。因此，如图1B、图2、和图3所示，循环电流的路径变为通过体二极管的路径(102)。在从时刻t5到时刻t6的时段T14期间，场效应晶体管Tr1和Tr2都被维持在关断状态。
与时段T12的情况不同，在时段T14中，不执行场效应晶体管Tr1的源极-漏极电压的采样。循环电流在时段T12、T13和T14逐渐衰减(它根据条件衰减到0)；因此难以在时段T14中进行体二极管的正向电压Vf的精确测量。这是在T14期间不进行采样的原因。因此，在从将电力从电源提供到负载的通电时段改变为再生时段的时刻处执行场效应晶体管的结温的检测。
时段T11至T14对应于PWM信号的一个周期。作为下一个周期的时段T21到T24分别对应于时段T11到T14，并且重复相同的控制。因此，在时段T21至T24中的负载电流IU的变化与在时段T11至T14中的负载电流IU的变化相同。具体而言，在图5中所示的时段T11的开始时刻(时刻t1)为0的负载电流IU在通电时段T11(从时刻t1到t2)增加，并且在再生时段T12、T13、和T14(从时刻t3到时刻t6)逐渐减少。然后，在时段T14结束(时刻t6)时，负载电流IU再次开始增加。负载电流IU在通电时段T21中再次增加，并且在再生时段T22、T23和T24中逐渐减小。
在图5的情况下，在作为下一个周期的时段T21到T24的第一死区时段T22中，控制信号CTL1和CTL2被设置为H电平，以执行对体二极管的正向电压Vf的重新测量。可以多次执行上述重新测量。在这种情况下，可以将通过对多次的测量结果进行求平均而获得的值确定为最终正向电压Vf。
当如图5所示重新测量正向电压Vf时，在时段T12的第一次测量和时段T22的第二次测量中，期望使正向电压Vf的测量条件相同。具体而言，为了在通电时段T11的开始时刻(时刻t1)和在通电时段T21的开始时刻(时刻t6)将负载电流IU的初始值设置为0，期望负载电流IU在再生周期T12、T13和T14中衰减到0。此外，为了在测量开始时刻(即，在每个通电时段T11和T21结束时)使负载电流IU的大小相等，期望使通电时段T11的长度和通电期间T21的长度相等。此外，期望使作为体二极管的正向电压Vf的测量时段的时段T12的长度和时段T22的长度相等。
(效果)
如上所述，按照根据实施例1的半导体装置50A，基于功率MISFET的体二极管的温度特性来测量功率MISFET的结温。因此，可以比过去使用的方法更精确地测量MISFET的结温。没有必要使用诸如热敏电阻或二极管的传感器来用于温度检测；因此，与过去相比，可以减少构成系统的零件的数量。
<实施例1的修改示例>
以下，下面说明代替高电位侧场效应晶体管Tr1而测量低电位侧场效应晶体管Tr2的温度的示例。
(温度检测方法)
图6A、图6B和图6C示出了根据实施例1的修改示例的半导体元件的温度检测方法。在图6A、6B、和6C中所示的说明图对应于在图1A、图1B、和图1C中所示的说明图，并且示出了由场效应晶体管Tr1和Tr2构成的半桥电路20。半桥电路20可以被认为是构成电力转换装置的至少一部分。在图6A、6B和6C的情况下，作为负载的电感器23在耦合节点U和低电位节点24之间与场效应晶体管Tr2并联耦合(低电位节点24是场效应晶体管和分流电阻RES的耦合节点Tr2)。
参照图6A，假设场效应晶体管Tr1处于导通状态并且场效应晶体管Tr2处于关断状态。在这种情况下，通电电流101从高电位节点21流向接地节点22，依次通过场效应晶体管Tr1、耦合节点U、电感器23、和低电位节点24。
参照图6B，假设场效应晶体管Tr1从图6A的状态被设置为关断状态。在这种情况下，循环电流102从耦合节点U流动，依次通过电感器23、低电位节点24、和场效应晶体管Tr2的体二极管，并再次到达耦合节点U。
参照图6C，假定场效应晶体管Tr2从图1B的状态被设置为导通状态。在这种情况下，循环电流103从耦合节点U流动，依次通过电感器23、低电位节点24、场效应晶体管Tr2的N型沟道区域，并再次到达耦合节点U。
在执行电感器23的PWM控制的时候，如图6A所示的状态和如图6C所示的状态交替重复。在这种情况下，有必要防止流过电流经由都在导通状态中的场效应晶体管Tr1和Tr2两者在高电位节点21和接地节点22之间流动。因此，作为所谓的死区时间的时段的图6B中所示的状态被插入图6A中所示的状态和图6C中所示的状态之间。
在本实施例中，在从其中在图6A中所示的通电电流101流动的状态转换到图6C中所示的循环电流103流动的过程中的死区时间中，检测场效应晶体管Tr2的源极-漏极电压(即，在体二极管的阳极和阴极之间的正向电压)。然后，根据体二极管的温度特性，检测场效应晶体管Tr2的结温。
(半导体装置的配置)
接下来，说明根据实施例1的修改示例的半导体装置的配置。
图7是示出根据实施例1的修改示例的半导体装置的配置的框图。在图7中所示的半导体装置50B在差分放大器53的连接上与图4所示的半导体装置50A不同。
具体来说，参考图7，差分放大器53的输入节点IN1经由端子58与低电位节点24耦合。差分放大器53的输入节点IN2经由开关57与耦合节点U耦合。图7中所示的其他配置与图4中所示的那些相同。因此，向相同或对应的部分赋予相同的附图标号或标记，并且不重复其说明。
(半导体装置的操作)
图8是示出在图7所示的半导体装置的操作的时序。在图8中所示的时序图对应于图5中所示的时序图。图8从顶部示意性地示出了栅极控制信号VT和VB、控制信号CTL1和CTL2、以及耦合节点U处的电位VU的波形。以下，主要参考图7和图8，说明在图7中示出的半导体装置50B的操作。
在时刻t1之前，控制器56将栅极控制信号VT设置在L电平，并且将栅极控制信号VB设置在H电平。根据该设置，高电位侧场效应晶体管Tr1被控制在关断状态，并且低电位侧场效应晶体管Tr2被控制在导通状态。结果，耦合节点U的电位VU变为等于低电位节点24的电位(几乎为接地电位GND)。假设在时刻点t1，图6C所示的循环电流103已衰减到0。
在时刻t1之前，控制器56将控制信号CTL1和CTL2设置在L电平。因此，采样保持电路54的开关70和开关57被设置在关断状态。
在从时刻t1到时刻t2的时段T11中，控制器56将栅极控制信号VT设置在H电平，并且将栅极控制信号VB设置在L电平。根据该设置，场效应晶体管Tr1被控制在导通状态，并且场效应晶体管Tr2被控制在关断状态。其结果是，耦合节点U的电位VU上升到高电位节点21的电位VH。在该时段T11期间，在图6A中所示的通电电流101流动，并且电流的大小逐渐增加。
在时刻t2，控制器56将栅极控制信号VT从H电平切换到L电平。根据该切换，高电位侧场效应晶体管Tr1从导通状态变化为关断状态，并且耦合节点U的电位VU从高电位节点21的电位VH下降。在从时刻t2至时刻t4的时段T12中，场效应晶体管Tr1和Tr2两者均维持在关断状态。在此时段T12期间，在图6B中所示的循环电流102流过场效应晶体管Tr2的体二极管。因此，在经过延迟时刻后，通过体二极管的正向电压Vf，耦合节点U的电位VU最终达到低于低电位节点24的电位(即，地电位GND)的值。
在从时刻t2的预定时段之后的时刻t3至时刻t4，控制器56将控制信号CTL1和CTL2设置在H电平，以将采样保持电路54的开关70和开关57设置在导通状态。根据该设置，由差分放大器53检测场效应晶体管Tr2的源极-漏极电压(即，体二极管的正向电压Vf)。然后，从差分放大器53输出的电压Vtemp被采样保持电路54采样并由电容器71保持。控制器56基于由电容器71保持的电压Vtemp来检测场效应晶体管Tr2的结温。
在下一时刻t4，控制器56将栅极控制信号VB从L电平切换到H电平。根据该切换，低电位侧场效应晶体管Tr2从关断状态变化为导通状态。因此，如图6C、图2、和图3所示，循环电流的路径变为通过场效应晶体管Tr2的N型沟道区域的路径(103)。在时刻t4，控制器56将控制信号CTL1和CTL2从H电平切换到L电平，以终止对场效应晶体管Tr2的源极-漏极电压的采样。在从时刻t4到时刻t5的时段T13期间，场效应晶体管Tr1保持在关断状态，并且场效应晶体管Tr2保持在导通状态。
在下一时刻t5，控制器56将栅极控制信号VB从H电平切换到L电平。根据该切换，低电位侧场效应晶体管Tr2从导通状态变为关断状态。因此，如图6B、图2、和图3所示，循环电流的路径变为通过体二极管的路径(102)。在从时刻t5到时刻t6的时段T14期间，场效应晶体管Tr1和Tr2两者都被维持在关断状态。与时段T12的情况不同，在时段T14中，不执行场效应晶体管Tr1的源极-漏极电压的采样。
时段T11至T14对应于PWM信号的一个周期。时段T21至T24分别对应于时段T11至T14，并且重复相同的控制。
(效果)
通过根据实施例1的修改示例的半导体装置50B，可以产生与根据实施例1的半导体装置50A所产生的效果相同的效果。
<实施例2>
在实施例2中，对其中由半导体装置50C控制作为电力转换装置的电机控制逆变器装置25的示例进行说明。
(半导体装置的配置)
图9是示出根据实施例2的半导体装置的配置的框图。在图9中所示的半导体装置50C控制构成作为电力转换装置的逆变器装置25(也称为三相桥电路)的场效应晶体管Tr1至Tr6的导通/关断，并且检测上臂的场效应晶体管Tr1、Tr3、和Tr5的体二极管的阴极-阳极电压。半导体装置50C和逆变器装置25可以被配置为电力模块的一部分。
参照图9，三相电机M是三相同步电机或无刷直流电机。三相电机M包括星形连接的定子绕组L1、L2和L3。
逆变器装置25由下述部分构成：用于生成U相电机电流IU的场效应晶体管Tr1和Tr2；用于生成V相电机电流IV的场效应晶体管Tr3和Tr4；以及，用于生成W相电机电流IW的场效应晶体管Tr5和Tr6。在图9所示的情况下，场效应晶体管Tr1至Tr6全部是N型MISFET。
更具体地说，场效应晶体管Tr1耦合在高电位节点21和耦合节点U之间，并且场效应晶体管Tr2耦合在耦合节点U和低电位节点24之间。耦合节点U耦合到定子绕组L1的一端，并且定子绕组L1的另一端耦合到中性点26。低电位节点24经由分流电阻器RES耦合到接地节点22。
以相同的方式，场效应晶体管Tr3耦合在高电位节点21和耦合节点V之间，并且场效应晶体管Tr4耦合在耦合节点V和低电位节点24之间。耦合节点V耦合到定子绕组L2的一端，并且定子绕组L2的另一端耦合到中性点26。
以相同的方式，场效应晶体管Tr5耦合在高电位节点21和耦合节点W之间，并且场效应晶体管Tr6耦合在耦合节点W和低电位节点24之间。耦合节点W耦合到定子绕组L3的一端，并且定子绕组L3的另一端耦合到中性点26。
当电机电流IU、IV和IW沿从逆变器装置25到三相电机M的方向流动时，电机电流IU、IV和IW的符号被定义为正。
半导体装置50C由下述部分构成：高电位侧的栅极驱动电路51U、51V和51W；低电位侧的栅极驱动电路52U、52V和52W；差分放大器53；采样保持电路54；A/D(模数)转换器55；控制器56；以及，开关SWa、SWb和SWc。
栅极驱动电路51U从控制器56接收栅极控制信号VTu。栅极驱动电路51U将栅极控制信号VTu的基准电位从接地电位GND转换为耦合节点U的电位VU，并放大栅极控制信号VTu的信号电平以生成要提供给高电位侧场效应晶体管Tr1的栅极电极G1的驱动电压。由从栅极驱动电路51U提供给栅极电极G1的驱动电压控制场效应晶体管Tr1的导通/关断。
以相同的方式，栅极驱动电路51V从控制器56接收栅极控制信号VTv。栅极驱动电路51V将栅极控制信号VTv的基准电位从接地电位GND转换为耦合节点V的电位VV，并且放大栅极控制信号VTv的信号电平以生成要提供给高电位侧场效应晶体管Tr3的栅极电极G3的驱动电压。由从栅极驱动电路51V提供给栅极电极G3的驱动电压控制场效应晶体管Tr3的导通/关断。
以相同的方式，栅极驱动电路51W从控制器56接收栅极控制信号VTw。栅极驱动电路51W将栅极控制信号VTw的基准电位从接地电位GND转换为耦合节点W的电位VW，并且放大栅极控制信号VTw的信号电平以生成要提供给高电位侧场效应晶体管Tr5的栅极电极G5的驱动电压。由从栅极驱动电路51W提供给栅极电极G5的驱动电压控制场效应晶体管Tr5的导通/关断。
栅极驱动电路52U放大从控制器56接收到的栅极控制信号VBu，以生成要提供给低电位侧场效应晶体管Tr2的栅极电极G2的驱动电压。由从栅极驱动电路52U提供给栅极电极G2的驱动电压控制场效应晶体管Tr2的导通/关断。
以相同的方式，栅极驱动电路52V放大从控制器56接收的栅极控制信号VBv，以生成要提供给低电位侧场效应晶体管Tr4的栅极电极G4的驱动电压。由从栅极驱动电路52V提供给栅极电极G4的驱动电压控制场效应晶体管Tr4的导通/关断。
以相同的方式，栅极驱动电路52W放大从控制器56接收的栅极控制信号VBw，以生成要提供给低电位侧场效应晶体管Tr6的栅极电极G6的驱动电压。由从栅极驱动电路52W提供给栅极电极G6的驱动电压控制场效应晶体管Tr6的导通/关断。
差分放大器53具有与图4中说明的差分放大器53相同的配置。差分放大器53从输出节点OT输出与输入节点IN1和输入节点IN2之间的电位差成比例的电压信号。
更具体地说，差分放大器53的输入节点IN1经由切换接通/关断的开关SWa耦合到耦合节点U，并能取得耦合节点U的电位VU。以相同的方式，差分放大器53的输入节点IN1经由切换接通/关断的开关SWb耦合到耦合节点V，并且可以取得耦合节点V的电位VV。以相同的方式，差分放大器53的输入节点IN1经由切换接通/关断的开关SWc耦合到耦合节点W，并且可以取得耦合节点W的电位VW。输入节点IN2耦合到高电位节点21，并且取得高电位节点21的电位VH。输出节点OT耦合到采样保持电路54。差分放大器53从输出节点OT输出与输入节点IN1和输入节点IN2之间的电位差成比例的电压信号。
采样保持电路54的配置与图4中相同；因此，不重复其解释。A/D转换器55对由采样保持电路54的电容器71保持的电压Vtemp执行数字转换，并将A/D转换后的电压Vtemp输出到控制器56。
控制器56生成：栅极控制信号VTu、VTv、VTw、VBu、VBv和VBw；用于控制采样保持电路54的开关70的接通/关断的控制信号CTL1；以及，用于控制开关SWa、SWb和SWc的接通/关断的控制信号CTL2。此外，当电压Vtemp达到上限时，控制器56执行保护操作，诸如关断所有场效应晶体管Tr1至Tr6。
(电机控制方法)
在本实施例中，通过其中仅使电流流动通过两相的2相激励方法来驱动三相电机M。在这种情况下，通过逆变器装置25以每60度的电角切换电机电流流过的两个相。
图10示出了电机电流的通电相的切换。图10的横轴表示电气角度，并且纵轴示意性地表示电机电流IU、IV和IW的大小。如上所述，当电机电流IU、IV和IW沿着从逆变器装置25到三相电机M的方向流动时，电机电流IU、IV和IW的符号被定义为正。
参照图10，在从0到60度的电气角度中对逆变器装置25进行PWM控制，以使电机电流在从定子绕组L3到定子绕组L1的方向上流动。因此，电机电流IU的值为负，电机电流IV的值为0，并且电机电流IW的值为正。
在从60至120度的电气角度中，对逆变器装置25进行PWM控制以使电机电流在从定子绕组L2到定子绕组L1的方向上流动。因此，电机电流IU的值为负，电机电流IV的值为正，并且电机电流IW的值为0。
在从120到180度的电气角度中，对逆变器装置25进行PWM控制，以使电机电流在从定子绕组L2到定子绕组L3的方向上流动。因此，电机电流IU的值为0，电机电流IV的值为正，并且电机电流IW的值为负。
在从180到240度的电气角度中，对逆变器装置25进行PWM控制，以使电机电流在从定子绕组L1到定子绕组L3的方向上流动。因此，电机电流IU的值为正，电机电流IV的值为0，并且电机电流IW的值为负。
在从240到300度的电气角度中，对逆变器装置25进行PWM控制，以使电机电流在从定子绕组L1到定子绕组L2的方向上流动。因此，电机电流IU的值为正，电机电流IV的值为负，并且电机电流IW的值为0。
在从300到360度的电气角度中，对逆变器装置25进行PWM控制，以使得电机电流在从定子绕组L3到定子绕组L2的方向上流动。因此，电机电流IU的值为0，电机电流IV的值为负，并且电机电流IW的值为正。
(结温的检测定时)
根据图10所示的电机控制方法，当在切换通电相后的第一死区时间的时段内检测到场效应晶体管Tr1至Tr6的体二极管的正向电压时，可以检测结温，而不会实际影响三相电机M的驱动控制。这是因为，在紧接着开始对直到现在未通电的定子绕组通电之后的状态下，可以将流过相关定子绕组的电流的大小控制为小于稳定状态下的电流值的电流值(例如，约1至2A)。这种情况下的小电流值被调整为适合于测量体二极管的正向电压Vf的值。
还优选的是，在切换通电相后的起始的多个死区时间的时段内检测场效应晶体管的体二极管的正向电压，并对检测到的正向电压求平均。但是，如实施例1中说明的那样，应注意的是，在从将电力从电源供给到负载的通电时段改变到再生时段的时刻执行场效应晶体管的结温的检测。
以下具体说明检测与定子绕组L1直接耦合的U相的上臂的场效应晶体管Tr1的结温的情况。在当前情况下，在从定子绕组L3到定子绕组L2的方向上的通电切换到在从定子绕组L3到定子绕组L1的方向上的通电切换(在图10中的定时111P、0度的电气角度)之后，在首先将场效应晶体管Tr2从导通状态切换到关断状态之后直到将场效应晶体管Tr1从关断状态切换到导通状态为止的死区时间用于结温的检测。
以下说明检测直接耦合到定子绕组L1的U相的下臂的场效应晶体管Tr2的结温的情况。在当前情况下，在从定子绕组L2到定子绕组L3的方向的通电切换到在从定子绕组L1到定子绕组L3的方向的通电(在图10中的定时111N、180度的电气角度)之后，在首先将场效应晶体管Tr1从导通状态切换到关断状态直到将场效应晶体管Tr2从关断状态切换到导通状态的死区时间用于结温的检测。
以相同的方式，以下说明检测直接耦合到定子绕组L2的V相的上臂的场效应晶体管Tr3的结温的情况。在当前情况下，在从定子绕组L1到定子绕组L3的方向的通电切换到在从定子绕组L1到定子绕组L2的方向的通电(在图10中的定时112P、240度的电气角度)之后，在首先将场效应晶体管Tr4从导通状态切换到关断状态之后直到将场效应晶体管Tr3从关断状态切换到导通状态为止的死区时间用于结温的检测。
以下说明检测直接耦合到定子绕组L2的V相的下臂的场效应晶体管Tr4的结温的情况。在当前情况下，在从定子绕组L3到定子绕组L1的方向的通电切换到在从定子绕组L2到定子绕组L1的方向的通电(在图10中的定时112N、60度的电气角度)之后，在首先将场效应晶体管Tr3从导通状态切换到关断状态之后直到将场效应晶体管Tr4从关断状态切换到导通状态为止的死区时间用于结温的检测。
以相同的方式，以下说明检测直接耦合到定子绕组L3的W相的上臂的场效应晶体管Tr5的结温的情况。在当前情况下，在从定子绕组L2到定子绕组L1的方向的通电切换到在从定子绕组L2到定子绕组L3的方向的通电(在图10中的定时113P、120度的电气角度)之后，在首先将场效应晶体管Tr6从导通状态切换到关断状态之后直到将场效应晶体管Tr5从关断状态切换到导通状态为止的死区时间用于结温的检测。
以下说明检测直接耦合到定子绕组L3的W相的下臂的场效应晶体管Tr6的结温的情况。在当前情况下，在从定子绕组L1到定子绕组L2的方向的通电切换到在从定子绕组L3到定子绕组L2的方向的通电(在图10中的定时113N、300度的电气角度)之后，在首先将场效应晶体管Tr5从导通状态切换到关断状态之后直到将场效应晶体管Tr6从关断状态切换到导通状态之后的死区时间用于结温的检测。
应该注意的是，根据图9所示的装置的配置，仅能够检测上臂的晶体管Tr1、Tr3、和Tr5的结温。然而，当使得差分放大器53能够检测在耦合节点U、V和W与如图7所示的低电位节点24之间的电位差时，可以检测下臂的场效应晶体管Tr2、Tr4、和Tr6的结温。
(温度检测的具体示例)
在下文中，进一步解释在定时112P(在图10中的240度的电气角度)之后的第一死区时间内检测V相上臂的场效应晶体管Tr3的结温的情况。
图11A、图11B和图11C示出了根据实施例2的场效应晶体管的温度检测方法的具体示例。
图11A示出了场效应晶体管Tr1和Tr4处于导通状态并且场效应晶体管Tr2、Tr3、Tr5和Tr6处于关断状态的情况。在当前情况下，电机电流依次流经高电位侧场效应晶体管Tr1、定子绕组L1、定子绕组L2、和低电位侧场效应晶体管Tr4。
参照图11B，假定场效应晶体管Tr4从图11A的状态被设置为关断状态。在当前情况下，循环电流(也称为再生电流)依次流过高电位侧场效应晶体管Tr1、定子绕组L1、定子绕组L2、和高电位侧场效应晶体管Tr3的体二极管。因此，可以基于体二极管的温度特性来检测场效应晶体管Tr3的结温。
参照图11C，假定场效应晶体管Tr3从图11B的状态被设置为导通状态。在当前情况下，循环电流(再生电流)依次流过高电位侧场效应晶体管Tr1、定子绕组L1、定子绕组L2、和高电位侧场效应晶体管Tr3的沟道区域。
然后，状态经由图11B所示的死区时间的状态返回到图11A所示的通电状态。但是，在图11C所示的状态之后的死区时间内，不执行对场效应晶体管Tr3的结温的检测。这一点与实施例1中相同。
图12是示出根据实施例2的场效应晶体管的温度检测程序的时序图。图12示意性地示出了在图10所示的定时112P(240度的电气角度)附近的控制信号的波形和耦合节点V的电位VV的波形。以下，主要参照图9和图12，说明在检测场效应晶体管Tr3的结温的情况下的半导体装置50C的操作。
在紧接着时刻t1之前的时段(对应于图10中的240度的电气角度)中，控制器56控制逆变器装置25以使得通电电流在从定子绕组L1到定子绕组L3的方向上流动。在该状态下，控制器56将栅极控制信号VTu、和VBw设置在H电平，并且将栅极控制信号VBu、VTv、VBv、和VTw设置在L电平。根据该设置，电机电流依次流过场效应晶体管Tr1、定子绕组L1、定子绕组L3、和场效应晶体管Tr6。
在时刻t1，控制器56将栅极控制信号VBv从L电平切换到H电平，并且将栅极控制信号VBw从H电平切换到L电平。根据该切换，V相的低电位侧场效应晶体管Tr4从关断状态变化为导通状态，并且W相的低电位侧场效应晶体管Tr6从导通状态变化为关断状态。结果，耦合节点V的电位VV下降到接地电位GND。
在从时刻t1到时刻t2的时段T11期间保持上述控制信号的状态。因此，在时段T11期间，电机电流(即，通电电流)在从定子绕组L1到定子绕组L2的方向上流动，如图11A所示，并且流过定子绕组L2的电流的值从0逐渐增大。尽管在图11A中未示出，但是在紧接着时刻t1之前的时段中已经流过定子绕组L3的电流作为循环电流流过场效应晶体管Tr5的体二极管，并且其电流值逐渐减小。
在时刻t2，控制器56将栅极控制信号VBv从H电平切换为L电平。通过该切换，V相的低电位侧场效应晶体管Tr4从导通状态变化为关断状态，并且耦合节点V的电位VV从接地电位GND上升。在从时刻t2到时刻t4的时段T12期间保持上述控制信号的状态。因此，图11B中所示的循环电流在时段T12期间流动。该循环电流流过场效应晶体管Tr3的体二极管。因此，通过体二极管的正向电压Vf，耦合节点V的电位VV最终达到高于高电位节点21的电位VH的值。
考虑到耦合节点V的电位VV达到最大值之前的延迟时间，在从时刻t2的预定时段之后的时刻t3到时刻t4的时段中检测场效应晶体管Tr3的体二极管的正向电压Vf。具体而言，控制器56控制控制信号CTL1和CTL2以将采样保持电路54的开关70和开关SWb设置在导通状态。根据该设置，由差分放大器53检测场效应晶体管Tr3的源极-漏极电压(即，体二极管的正向电压Vf)。然后，从差分放大器53输出的电压Vtemp被采样保持电路54采样并由电容器71保持。控制器56基于由电容器71保持的电压Vtemp来检测场效应晶体管Tr3的结温。
这里，检测到的电压对应于流过体二极管的电流而改变。因此，需要在即将切换到时段T12之前的时刻t2将流过定子绕组L2的电机电流IV的大小控制为预定值。该值可以通过时段T11的长度(即与载波频率对应的占空比)进行调整。
在下一时刻t4，控制器56将栅极控制信号VTv从L电平切换到H电平。根据该切换，高电位侧场效应晶体管Tr3的状态从关断状态变为导通状态。因此，如图11C所示，循环电流的路径变为通过场效应晶体管Tr3的N型沟道区域的路径(图2和图3中的103)。在时刻t4，控制器56控制控制信号CTL1和CTL2，以终止场效应晶体管Tr3的源极-漏极电压的采样。在从时刻t4到时刻t5的时段T13期间维持从控制器56输出的控制信号的状态。
在下一时刻t5，控制器56将栅极控制信号VTv从H电平切换到L电平。根据该切换，高电位侧场效应晶体管Tr3从导通状态变为关断状态。因此，如图11B所示，循环电流的路径变为通过体二极管的路径(图2和图3所示的102)。在从时刻t5到时刻t6的时段T14期间维持从控制器56输出的控制信号的状态。
与时段T12的情况不同，在时段T14中，不执行场效应晶体管Tr1的源极-漏极电压的采样。流过定子绕组L2的循环电流在时段T12、T13和T14逐渐衰减(其根据条件衰减到0)；因此难以在时段T14中精确测量体二极管的正向电压Vf。这是在T14时段不进行采样的原因。
时段T11至T14对应于PWM信号的一个周期。时段T21到T24分别对应于时段T11到T14，并且重复相同的控制。
在图12的情况下，仅在时段T12中执行场效应晶体管Tr3的结温的测量。在这种情况下，在死区时段T12、T14、T22、和T24之中，执行结温测量时的时段T12的长度需要延长采样电压Vtemp所需的时间。另一方面，为了减少损失并抑制各场效应晶体管Tr的发热，期望尽可能地缩短其他时段T14、T22、和T24的长度。因此，时段T12的长度比时段T14、T22、和T24的长度长。
当差分放大器53的延迟时间足够短并且采样保持电路54的采样率和A/D转换器55的A/D转换速度足够快时，或者当通过体二极管的电流路径上的损失不会引起问题时，可以彼此相等地设置时段T12、T14、T22、和T24的长度。
(控制器的操作)
在下文中，总结了迄今所作的解释，并且解释了图9中所示的控制器56的操作。
图13是图示控制器的操作的功能框图。参照图13，控制器56由下述部分构成：PWM信号发生器80、温度检测定时确定单元81、死区时间附加单元82、和控制信号发生器83。
PWM信号发生器80周期性地获取关于电机电流IU、IV、和IW的检测值以及转子位置的检测值的信息。例如，为了检测电机电流，可以在逆变器装置25与三相电机M之间的各相的电线中插入电流检测电阻，或者替代地，也可以在低电位节点24和逆变器装置25的下臂的场效应晶体管Tr2、Tr4、和Tr6中的每一个之间设置电流检测电阻。为了检测转子的位置，可以在三相电机M中设置霍尔元件或分解器，或者替代地，可以基于电机电流IU、IV、和IW来估计转子的位置(称为无传感器系统)。
当控制转速时，PWM信号发生器80基于电机电流IU、IV、和IW的检测值以及转子位置的检测值，生成PWM形式的栅极控制信号VTu*、VBu*、VTv*、VBv*、VTw*和VBw*，使得测量值变得等于从外部供应的转速的指令值。在这个时刻点不附加死区时间。
温度检测定时确定单元81基于转子的位置的检测值来确定检测各相的场效应晶体管的结温的定时。具体而言，如图10所示，温度检测定时确定单元81针对从到定子绕组L1、L2、和L3的电极电流供应被切换的定时起的预定时段(或预定PWM周期数)，输出表示正在进行温度检测的信号。
死区时间附加单元82将死区时间附加到从PWM信号发生器80输出的栅极控制信号VTu*、VBu*、VTv*、VBv*、VTw*、和VBw*，并生成栅极控制信号VTu、VBu、VTv、VBv、VTw、和VBw以分别输出到栅极驱动电路51U、52U、51V、52V、51W、和52W。具体而言，当在高电位节点21和低电位节点24之间相互串联耦合的两个场效应晶体管(Tr1，Tr2；Tr3，Tr4；Tr5，Tr6)中的一个晶体管从导通状态切换到关断状态时和当另一个晶体管从关断状态切换到导通状态时，附加死区时间。在这种情况下，在一个晶体管被切换到关断状态之后经过了死区时间之后，另一个晶体管被切换到导通状态。
根据场效应晶体管的结温是否在检测下，要附加的死区时间长度变化。具体而言，当差分放大器53正在检测在对应节点之间的电位差时的死区时间的长度比当差分放大器53未检测到电位差时的死区时间的长度长。
控制信号发生器83基于已经由死区时间附加单元82附加了死区时间的栅极控制信号VTu、VBu、VTv、VBv、VTw、和VBw，并且基于温度检测时刻确定单元81的输出，生成将被输出到采样保持电路54的控制信号CTL1以及将被输出到开关SWa、SWb、和SWc的控制信号CTL2。
上述PWM信号发生器80、温度检测定时确定单元81、死区时间附加单元82、和控制信号发生器83的每个功能可以由包括CPU、存储器等的微型计算机实现，可以由FPGA实现，或者可以由专用电路来实现。上述功能中的每个可以通过任意组合这些电路来实现。
图14是说明图13所示的死区时间附加单元的操作的流程图。参考图13和图14，在步骤S100，死区时间附加单元82确定是否是切换关于从PWM信号发生器80接收到的各相的PWM信号(VTu*、VBu*、VTv*、VBv*、VTw*、VBw*)的逻辑电平的定时。
当是切换关于某一相的PWM信号(以下，假定为X相；X＝U，V，W)的逻辑电平的定时(步骤S100中为是)时，死区时间附加单元82在步骤S110进一步确定是否从温度检测定时确定单元81接收到指示正在进行温度检测的信号。
作为上述确定的结果，当从温度检测定时确定单元81接收到表示正在进行温度检测的信号时(步骤S110中的“是”)，死区时间附加单元82通过X相的PWM信号的逻辑电平的改变进一步确定向三相电机M的电流的流动是否从通电电流变为再生电流。
具体而言，基于任意一相的上臂的场效应晶体管被控制为导通状态并且另一相的下臂的场效应晶体管被控制在导通状态的事实，可以确定通电电流流动。基于在上述通电电流已经流动时已经被控制在导通状态的场效应晶体管中的任何一个被设置为关断状态的事实，可以确定再生电流流动。
当通过上述确定而确定电流已经从通电电流变为再生电流时(在步骤S130的是)，在步骤S140，对于比正常死区时间TD1长的死区时间TD2，死区时间附加单元82将X相的两个PWM信号VTx和VBx设置为L电平。另一方面，在没有进行温度检测时(在步骤S110的否)，或者在电流未从通电电流改变到再生电流的时候(在步骤S130的否)，在步骤S120，对于正常死区时间TD1，死区时间附加单元82将X相的两个PWM信号VTx和VBx设置为L电平。
在经过了死区时间(TD1或TD2)之后，死区时间附加单元82切换X相的PWM信号VTx和VBx的H电平和L电平(步骤S150)。
(效果)
按照根据实施例2的半导体装置，可以以比过去更高的精度检测构成用于控制三相电机的逆变器装置的MISFET的至少一个的结温。没有必要使用诸如热敏电阻或二极管的传感器来进行温度检测；因此，与过去相比，可以减少构成系统的零件的数量。
通过在切换三相电机的通电相后的第一死区时间的时段中测量结温，可以实时检测MISFET的结温，而实际上不影响三相电机的操作。
<修改示例>
构成电力转换装置的电桥电路的配置没有特别限定。例如，可以将上述的结温检测方法应用于H桥(全桥)的情况。具体而言，在H桥的情况下，当假定在如上所述的图11A、11B和11C中不存在场效应晶体管Tr5和Tr6以及定子绕组L3的时候，参考图11A、11B和11C的操作的上述说明可以照原样适用。
假设构成根据实施例1的半桥电路20的场效应晶体管Tr1和Tr2以及构成根据实施例2的逆变器装置25的场效应晶体管Tr1到Tr6都是N型晶体管。但是，所有这些晶体管都可以是P型晶体管。在这种情况下，栅极控制信号VT和VB的逻辑电平将与N型晶体管的情况相反。但是，关于温度检测的电路与N型晶体管的情况几乎类似。对于上述场效应晶体管Tr1至Tr6，N型和P型可以混合。
如上所述，基于实施例已经具体地解释了由本发明人完成的本发明。但是，不言而喻，本发明不限于上述实施例，并且其在不脱离主旨的范围内能够不同地改变。

Claims (13)

1.一种用于控制构成电力转换装置的多个场效应晶体管的半导体装置，
其中，所述场效应晶体管中的每个场效应晶体管包括体二极管，
其中，所述电力转换装置包括：
第一电源节点和第二电源节点，所述第一电源节点和第二电源节点提供相互不同的基准电位；
用以耦合到负载的第一耦合节点；
被耦合在所述第一电源节点和所述第一耦合节点之间的第一场效应晶体管；以及
被耦合在所述第二电源节点和所述第一耦合节点之间的第二场效应晶体管，
其中，所述半导体装置包括：
控制器，所述控制器通过脉冲宽度控制来控制构成所述电力转换装置的每个所述场效应晶体管的导通/关断；
差分放大器，所述差分放大器检测在所述第一耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差；
第一开关，所述第一开关被耦合在所述第一耦合节点和所述差分放大器的第一输入节点之间；以及
采样保持电路，所述采样保持电路被耦合到所述差分放大器的输出节点，
其中，在第一时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管设置为关断状态，并且将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，以使得电流经过所述负载和所述第二场效应晶体管而在所述第一电源节点和所述第二电源节点之间流动，
其中，在所述第一时段之后的第二时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管两者都设置为关断状态，
其中，在所述第二时段内，所述控制器借助于所述差分放大器来检测在所述第一耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差，并且
其中，在所述第二时段中，所述控制器将所述第一开关设置为导通状态，以使所述采样保持电路能够对所述差分放大器的输出进行采样。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，
其中，所述电力转换装置还包括：
不同于所述第一耦合节点的第二耦合节点，所述第二耦合节点用以耦合到所述负载；
被耦合在所述第一电源节点和所述第二耦合节点之间的第三场效应晶体管；以及
被耦合在所述第二电源节点和所述第二耦合节点之间的第四场效应晶体管，以及
其中，所述差分放大器检测在所述第二耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，
其中，在第一时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管和所述第四场效应晶体管设置为导通状态，并且将所述第二场效应晶体管和所述第三场效应晶体管设置为关断状态，
其中，在所述第一时段之后的第二时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管设置为导通状态，并且将所述第二场效应晶体管、所述第三场效应晶体管、以及所述第四场效应晶体管设置为关断状态，以及
其中，在所述第二时段内，所述控制器借助于所述差分放大器来检测在所述第二耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，
其中，所述半导体装置还包括：
被耦合在所述第一耦合节点与所述差分放大器的第一输入节点之间的第一开关；
被耦合在所述第二耦合节点与所述差分放大器的所述第一输入节点之间的第二开关；以及
采样保持电路，所述采样保持电路被耦合到所述差分放大器的输出节点，以及
其中，在所述第二时段中，所述控制器将所述第一开关设置为关断状态，并且将所述第二开关设置为接通状态，以使得所述采样保持电路能够对所述差分放大器的输出进行采样。
5.根据权利要求2所述的半导体装置，
其中，所述负载是包括第一定子绕组、第二定子绕组、以及第三定子绕组的星形连接的三相电机，并且所述第一耦合节点被耦合到所述第一定子绕组，而所述第二耦合节点被耦合到所述第二定子绕组，
其中，所述电力转换装置包括：
被耦合到所述第三定子绕组的第三耦合节点；
被耦合在所述第一电源节点和所述第三耦合节点之间的第五场效应晶体管；以及
被耦合在所述第二电源节点和所述第三耦合节点之间的第六场效应晶体管，以及
其中，所述差分放大器检测在所述第三耦合节点和所述第一电源节点之间的电位差。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，
其中，在第一时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管和所述第六场效应晶体管设置为导通状态，并将所述第二场效应晶体管、所述第三场效应晶体管、所述第四场效应晶体管、以及所述第五场效应晶体管设置为关断状态，
其中，在所述第一时段之后的第二时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管和所述第四场效应晶体管设置为导通状态，并将所述第二场效应晶体管、所述第三场效应晶体管、所述第五场效应晶体管、以及第六场效应晶体管设置为关断状态，
其中，在所述第二时段之后的第三时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管设置为导通状态，并将所述第二场效应晶体管、所述第三场效应晶体管、所述第四场效应晶体管、所述第五场效应晶体管、以及所述第六场效应晶体管设置为关断状态，以及
其中，在所述第三时段内，所述控制器检测在所述第二耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差。
7.根据权利要求6所述的半导体装置，
其中，所述半导体装置还包括：
被耦合在所述第一耦合节点与所述差分放大器的第一输入节点之间的第一开关；
被耦合在所述第二耦合节点与所述差分放大器的所述第一输入节点之间的第二开关；
被耦合在所述第三耦合节点和所述差分放大器的所述第一输入节点之间的第三开关；以及
采样保持电路，所述采样保持电路被耦合到所述差分放大器的输出节点，以及
其中，在所述第三时段中，所述控制器将所述第一开关和所述第三开关设置为关断状态，并且将所述第二开关设置为接通状态，以使得所述采样保持电路能够对所述差分放大器的输出进行采样。
8.根据权利要求5所述的半导体装置，
其中，在所述第一至所述第六场效应晶体管之中的、在所述第一电源节点和所述第二电源节点之间以串联方式相互耦合的两个晶体管中，当所述控制器将一个晶体管从导通状态切换至关断状态并且将另一个晶体管从关断状态切换至导通状态时，所述控制器在经过了死区时间之后将所述一个晶体管切换到关断状态并且将所述另一个晶体管切换到导通状态，以及
其中，所述控制器在所选择的死区时间的时段内借助于所述差分放大器来检测对应节点之间的电位差。
9.根据权利要求8所述的半导体装置，
其中，所述第一电源节点的电位高于所述第二电源节点的电位，以及
其中，在所述控制器从在从所述第一定子绕组到所述第二定子绕组的方向上的通电切换到在从所述第一定子绕组到所述第三定子绕组的方向上的通电之后，在将所述第六场效应晶体管从导通状态切换到关断状态之后直到将所述第五场效应晶体管从关断状态切换到导通状态为止的死区时间的时段内，所述控制器借助于所述差分放大器来检测在所述第三耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差。
10.根据权利要求8所述的半导体装置，
其中，所述第二电源节点的电位高于所述第一电源节点的电位，以及
其中，在所述控制器从在从所述第一定子绕组到所述第二定子绕组的方向上的通电切换到在从所述第三定子绕组到所述第二定子绕组的方向上的通电之后，在将所述第六场效应晶体管从导通状态切换到关断状态之后直到将所述第五场效应晶体管从关断状态切换到导通状态为止的死区时间的时段内，所述控制器借助于所述差分放大器来检测在所述第三耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差。
11.根据权利要求8所述的半导体装置，
其中，当所述差分放大器检测到在对应节点之间的电位差时的死区时间的长度比当所述差分放大器未检测到所述电位差时的死区时间的长度长。
12.一种电力模块，包括：
第一电源节点和第二电源节点，所述第一电源节点和第二电源节点提供相互不同的基准电位；
用以耦合到负载的第一耦合节点；
被耦合在所述第一电源节点和所述第一耦合节点之间的第一场效应晶体管；以及
被耦合在所述第二电源节点和所述第一耦合节点之间的第二场效应晶体管，
其中，所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管中的每个场效应晶体管包括体二极管，
其中，所述电力模块还包括：
控制器，所述控制器通过脉冲宽度控制来控制每个所述场效应晶体管的导通/关断；
差分放大器，所述差分放大器检测在所述第一耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差；
第一开关，所述第一开关被耦合在所述第一耦合节点和所述差分放大器的第一输入节点之间；以及
采样保持电路，所述采样保持电路被耦合到所述差分放大器的输出节点，
其中，在第一时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管设置为关断状态，并且将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，以使得电流经过所述负载和所述第二场效应晶体管而在所述第一电源节点和所述第二电源节点之间流动，
其中，在所述第一时段之后的第二时段中，所述控制器将所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管两者都设置为关断状态，
其中，在所述第二时段内，所述控制器借助于所述差分放大器来检测在所述第一耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差，并且
其中，在所述第二时段中，所述控制器将所述第一开关设置为导通状态，以使所述采样保持电路能够对所述差分放大器的输出进行采样。
13.一种电力转换装置的控制方法，
其中，所述电力转换装置包括：
第一电源节点和第二电源节点，所述第一电源节点和第二电源节点提供相互不同的基准电位；
用以耦合到负载的第一耦合节点；
被耦合在所述第一电源节点和所述第一耦合节点之间的第一场效应晶体管；以及
被耦合在所述第二电源节点和所述第一耦合节点之间的第二场效应晶体管，
其中，每个所述场效应晶体管包括体二极管，
其中，所述控制方法包括下述步骤：
在第一时段中，将所述第一场效应晶体管设置为关断状态，并且将所述第二场效应晶体管设置为导通状态，以使得电流经由所述负载和所述第二场效应晶体管而在所述第一电源节点和所述第二电源节点之间流动；
在所述第一时段之后的第二时段中，将所述第一场效应晶体管和所述第二场效应晶体管两者都设置为关断状态；以及
在所述第二时段内，通过差分放大器来检测在所述第一耦合节点与所述第一电源节点之间的电位差；以及
在所述第二时段中，将第一开关设置为导通状态，以对所述差分放大器的输出进行采样。
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