DE112013000693B4

DE112013000693B4 - Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem und Halbleitermodul und Halbleitermodul-System

Info

Publication number: DE112013000693B4
Application number: DE112013000693.6T
Authority: DE
Inventors: c/o Mitsubishi Electric Corp. Tanaka Teruaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2013-01-25
Publication date: 2019-06-19
Anticipated expiration: 2033-01-26
Also published as: CN104040312B; JPWO2013111863A1; US20140306749A1; WO2013111863A1; DE112013000693T5; US9121772B2; CN104040312A; JP5710031B2

Abstract

Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem, welches umfasst:eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche die Temperatur von einem Halbleiterelement als digitale Temperaturdaten erfasst; undeine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche die digitalen Temperaturdaten zu kodierten Daten mit einer vorgeschriebenen Länge kodiert, die kodierten Daten eine Kombination aus einer Vorkodierung und einem Daten-Kode umfassen, wobei die Kombination derart bestimmt ist, dass ein Datenbereich abgedeckt ist, welcher einen vorgeschriebenen untersten Grenzwert der Temperaturerfassung umfasst, wobei die Vorkodierung angeordnet wird, indem ein oberer Grenzwert der Erfassung des Bereiches einer hohen Temperatur als ein Referenzwert eingestellt wird, indem eine Temperaturbereich-Domäne für jeden Bereich eines bestimmten Zweierexponenten unter Verwendung einer minimalen Erfassungsauflösung als eine Basiseinheit von dem oberen Grenzwert der Erfassung eingestellt wird, und indem 0-Bits vor einem 1-Bit für jede Temperaturbereich-Domäne platziert werden, beginnend von dem Bereich der hohen Temperatur, während die Anzahl von 0-Bits mit einer Nummer der Temperaturbereich-Domäne erhöht wird, und der Daten-Kode durch ein Halbieren der Erfassungsauflösung ausgebildet wird, indem geringwertige Bits der Temperaturdaten um ein Bit für jede Temperaturbereich-Domäne gelöscht werden, beginnend von dem Bereich der hohen Temperatur.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem, welches hauptsächlich die Temperatur von einer Leistungsvorrichtung (Leistungs-Halbleiterelement) erfasst, und auf ein Halbleitermodul und ein Halbleitermodul-System, welche die Temperaturregelung eines Halbleiterelements unter Verwendung des Temperatur-Erfassungssystems durchführen.
STAND DER TECHNIK
Bezogen auf ein Leistungs-Halbleiterelement wurden, um es gegen einen Ausfall aufgrund von Überhitzung zu schützen, Maßnahmen vorgenommen, um die Temperatur des Halbleiterelements zu erfassen und das Halbleiter-Gate in Ansprechen auf die Erfassung zu steuern (siehe beispielsweise Patentdokument 1). Zusätzlich wird die erfasste Temperatur an eine externe Einrichtung übertragen, um über eine Schnittstelle mit der Außenseite darauf angezeigt zu werden. Da ein Leistungs-Halbleiterelement unter einem Umfeld einer hohen Spannung und eines hohen Stroms arbeitet, wird zur Kommunikation mit der Außenseite für gewöhnlich ein kontaktloses Element verwendet. Obwohl das Patentdokument 1 ein Beispiel einer kontaktlosen Übertragung unter Verwendung einer Antenne zeigt, wird für gewöhnlich ein kontaktloses Übertragungselement, wie beispielsweise ein Optokoppler verwendet. Zusätzlich werden, wenn die erfasste Temperatur hoch ist, für gewöhnlich Maßnahmen ergriffen, um das Gate, welches das Halbleiterelement antreibt, zu stoppen, um einen thermischen Ausfall des Halbleiterelements zu verhindern. Das Patentdokument 1 zeigt ebenso ein Beispiel, welches eine direkte Entscheidung von einem Temperatur-Erfassungsergebnis vornimmt und das Gate-Antriebssignal unterbricht.
Das Patentdokument 2 zeigt ein Beispiel eines Halbleiterspeichergeräts, das eine Gleichspannung nach einer erfassten aktuellen Temperatur einstellt. In Patentdokument 3 wird hingegen ein Analog-Digital-Wandler beschrieben.
STAND DER TECHNIK DOKUMENT
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 2004 - 87 871 A ,
Patentdokument 2: US 2010 / 0 110 815 A1 und
Patentdokument 3: JP H09- 89 588 A .

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, WELCHE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN
Um die Temperatur von einem Leistungs-Halbleiterelement mit hoher Genauigkeit zu erfassen, ist es notwendig, eine Schwankung von einem Temperatursensor zu korrigieren. Um eine sehr zuverlässige Korrektur durchzuführen, unter Vermeidung der Wirkung eines elektromagnetischen Umfeldes, in welchem das Leistungs-Halbleiterelement arbeitet, ist es notwendig, die Korrektur an der Außenseite, vom Leistungs-Halbleiterelement isoliert, durchzuführen. Um dies zu erzielen, ist es notwendig, dass Temperaturdaten über ein Isoliermaterial übertragen werden und ihre Menge reduziert wird, um eine Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation bei niedrigen Kosten und mit hoher Zuverlässigkeit durchzuführen. Der Grund hierfür liegt darin, dass ein Isoliermaterial, welches zur Hochgeschwindigkeits-Kommunikation fähig ist, teuer ist, und die Zuverlässigkeit des Isoliermaterials nicht hoch ist. Jedoch wird bei dem Verfahren, bei welchem lediglich die Datenmenge reduziert wird, die Genauigkeit der Daten verschlechtert. Somit wird bei der herkömmlichen Einrichtung nicht die Reduktion der Datenmenge in Betracht gezogen, während die für die Temperaturdaten erforderliche Genauigkeit beibehalten wird.
Die vorliegende Erfindung wurde implementiert, um die zuvor genannten Probleme zu lösen. Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem und ein Halbleiterelementmodul und ein Halbleitermodul-System bereitzustellen, bei welchen die Kosten reduziert werden und die hohe Zuverlässigkeit beibehalten wird.
MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
Ein Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche die Temperatur von einem Halbleiterelement als digitale Temperaturdaten erfasst; und eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche die digitalen Temperaturdaten zu kodierten Daten mit einer vorgeschriebenen Länge kodiert, wobei die kodierten Daten in einer Niedrigtemperaturbereich-Domäne eine geringere Datenauflösung haben als in einer Hochtemperaturbereich-Domäne, und mit einer Zunahme der digitalen Temperaturdaten zunehmen, wenn die digitalen Temperaturdaten als Zweierkomplementzahlen (engl.: 2's complement numbers) abgeschätzt werden.
Zusätzlich umfasst ein Halbleitermodul gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Halbleiterelement; eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche eine Temperatur des Halbleiterelements als digitale Temperaturdaten erfasst; und eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche umfasst: eine Vorkodierung-Umwandlungseinheit, welche eine Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen gemäß vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt, und eine Vorkodierung aus höherwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt; eine Erlangungseinheit signifikanter Daten (engl.: significant data acquiring unit), welche signifikante Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt; und eine Verknüpfungseinheit (engl.: connecting unit), welche kodierte Daten durch ein Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt.
Ferner umfasst ein Halbleitermodul-System gemäß der vorliegenden Erfindung: ein Halbleiterelement; eine Steuerung, welche ein Anweisungssignal zum Steuern von einem Gate von dem Halbleiterelement ausgibt; eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche die Temperatur von dem Halbleiterelement als digitale Temperaturdaten erfasst; eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche eine Vorkodierung-Umwandlungseinheit, welche eine Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen gemäß vorgeschriebener geringwertiger Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt, und eine Vorkodierung von höherwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt, eine Erlangungseinheit signifikanter Daten, welche signifikante Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt, und eine Verknüpfungseinheit, welche kodierte Daten durch Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt, umfasst; eine Steuereinheit, welche die Gültigkeit des Anweisungssignals von der Steuerung gemäß den digitalen Temperaturdaten entscheidet und ein Steuersignal erzeugt; und eine Antriebssignal-Erzeugungseinheit, welche ein Antriebssignal zum Antreiben des Gates von dem Halbleiterelement in Ansprechen auf das Steuersignal erzeugt.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung können die Temperaturdaten mit hoher Geschwindigkeit übertragen werden und können die Kosten reduziert werden und kann die hohe Zuverlässigkeit aufrecht erhalten werden.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystem von einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Schaltplan, welcher einen Aufbau für eine Überhitzungsschutz-Funktion von einer Gate-Antriebsschaltung von dem Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystem der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist ein Schaubild, welches ein Kodierungsverfahren des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist ein Schaubild, welches eine monotone Zunahme im Kodierungsverfahren des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist ein Schaubild, welches eine Datenübertragung von der Temperaturdaten-Übertragungseinheit an die Temperaturdaten-Empfangseinheit des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist ein Schaubild, welches ein Korrekturverfahren in einer Temperaturdaten-Korrektureinheit des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist ein Schaubild, welches ein Herleitungsverfahren von einem Vorkorrektur-Schwellwert in einem Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau zum Schwellwert-Vergleich im Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
9 ist ein schematisches Schaubild, welches einen Aufbau einer Kodiereinheit des Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystems der Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
10 ist ein schematisches Schaubild, welches einen Aufbau von einem Halbleitermodul von einer Ausführungsform 2 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
11 ist ein schematisches Schaubild, welches einen Aufbau von einem Halbleitermodul und einem Halbleitermodul-System von einer Ausführungsform 3 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

BESTER MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun der beste Modus zur Durchführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, um die vorliegende Erfindung detaillierter zu erläutern.
AUSFÜHRUNGSFORM 1
1 ist ein Blockdiagramm, welches einen Aufbau von einem Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystem von einer Ausführungsform 1 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das in 1 gezeigte Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystem umfasst eine Temperaturdaten-Kodiereinheit 100, eine Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110, eine Temperaturdaten-Empfangseinheit 120, eine Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130, einen Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140, eine Temperaturdaten-Korrektureinheit 150, eine Korrekturdaten-Speichereinheit 160, eine Steuerschaltung 170, eine elektrische Isoliereinheit 180, eine Gate-Antriebsschaltung 190, eine Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200, eine Temperaturdaten-Abtasteinheit 210, eine Temperaturdaten-Messeinheit 220 und ein Leistungs-Halbleiterelement 230.
Die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 ist eine Kodiereinheit, welche Temperaturdaten (Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430) kodiert, welche durch die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200 quantisiert sind, wobei die Details hierzu später beschrieben werden. Die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 ist eine Übertragungseinheit, welche kodierte Temperaturdaten (Nachkodierung-Temperaturdaten 440), welche durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 kodiert sind, vom Leistungs-Halbleiterelement 230 an eine elektrisch isolierte Außenseite überträgt. Die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 ist eine Empfangseinheit, welche die kodierten Temperaturdaten (Nachkodierung-Temperatur-Übertragungsdaten 450), welche über die elektrische Isoliereinheit 180 von der Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 übertragen sind, als Isoliereinheit-Überführung-Temperaturdaten 500 empfängt. Die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130 ist eine arithmetische Einheit, welche die kodierten Temperaturdaten (Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510), welche durch die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 empfangen sind, dekodiert und als rückwärts kodierte Temperaturdaten 520 ausgibt.
Der Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140 ist eine arithmetische Einheit, welche die Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510, welche durch die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 empfangen sind, mit den Korrekturdaten (Temperatur-Korrekturdaten 530) der Temperaturdaten, welche in der Korrekturdaten-Speichereinheit 160 gespeichert sind, vergleicht, und das Vergleichsergebnis als ein Überhitzungsschutz-Anweisungssignal 340 ausgibt. Die Temperaturdaten-Korrektureinheit 150 ist eine arithmetische Einheit, welche die Temperaturdaten (rückwärts kodierte Temperaturdaten 520), welche durch die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130 dekodiert sind, mit den Korrekturdaten (Temperatur-Korrekturdaten 530), welche in der Korrekturdaten-Speichereinheit 160 gespeichert sind, korrigiert, und die Nachkorrektur-Daten als Nachkorrektur-Temperaturdaten 540 ausgibt. Die Korrekturdaten-Speichereinheit 160 ist ein Speicher, welcher die Korrekturdaten der Temperaturdaten gespeichert hält. Die Steuerschaltung 170 ist eine Steuerschaltung, welche die Nachkorrektur-Temperaturdaten 540 als eine der Eingaben verwendet, die erforderlichen Gate-Antriebsdaten berechnet, und diese als ein Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300 ausgibt. Die elektrische Isoliereinheit 180, welche beispielsweise einen Optokoppler umfasst, ist eine Einheit, welche den Hochspannung-Leistungsvorrichtungs-Abschnitt von einem Niedrigspannung-Abschnitt, welcher die Steuerdaten erzeugt, elektrisch isoliert.
Die Gate-Antriebsschaltung 190 ist eine Steuereinheit, welche als Eingabe ein Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310, nämlich ein Signal entsprechend einem Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300, welches von der Steuerschaltung 170 ausgegeben wird und über die elektrische Isoliereinheit 180 empfangen wird, empfängt, und ein Überhitzungsschutz-Steuersignal 330, nämlich ein Signal entsprechend einem Überhitzungsschutz-Anweisungssignal 340, welches vom Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140 ausgegeben wird und über die elektrische Isoliereinheit 180 empfangen wird, empfängt, und welche ein Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 zum Steuern des Gate-Antriebsstroms des Leistungs-Halbleiterelements 230 in Ansprechen auf die Signale ausgibt.
Die Temperaturdaten Quantisierungseinheit 200 ist eine arithmetische Einheit, welche die Temperaturdaten quantisiert, welche von der Temperaturdaten-Abtasteinheit 210 ausgegeben werden (Nachabtastung-Temperaturdaten 420), und als die Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430 an die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 überträgt. Die Temperaturdaten-Abtasteinheit 210 ist eine Verarbeitungseinheit, welche die Temperaturdaten (Leistungsvorrichtung-Temperatur-Erfassungsdaten 410) abtastet und als Nachabtastung-Temperaturdaten 420 an die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200 überträgt. Die Temperaturdaten-Messeinheit 220 ist eine Abtasteinheit, welche eine Wärmediode oder dergleichen verwendet, welche die Temperatur der vom Leistungs-Halbleiterelement 230 erzeugten Wärme (Wärme 400, welche durch die Leistungsvorrichtung erzeugt ist) misst, und sie als die Leistungsvorrichtung-Temperatur-Erfassungsdaten 410 an die Temperaturdaten-Abtasteinheit 210 überträgt. Im Übrigen ist durch die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200 bis zur Temperaturdaten-Messeinheit 220 eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit gebildet, welche die Temperatur des Halbleiterelements, welches ein zu messendes Ziel ist, als digitale Temperaturdaten erfasst. Als Leistungs-Halbleiterelement (Leistungsvorrichtung) 230, welches eine Halbleitervorrichtung zur Durchführung einer effizienten Leistungssteuerung ist, wird für gewöhnlich eine Vorrichtung, wie beispielsweise ein Leistungs-MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistor) oder ein IGBT (Isolier-Gate-Bipolar-Transistor), verwendet.
Als Nächstes werden der Aufbau und dessen Betrieb weitergehend beschrieben.
Es wird ein Beispiel beschrieben, bei welchem IGBTs als das Leistungs-Halbleiterelement 230 verwendet werden. Ein IGBT hat eine Spannungsfestigkeit von einigen Hundert bis einigen Tausend Volt, und kann durch die EIN/AUS-Umschaltsteuerung der Gate (G) Spannung einen hohen Strom überführen. Um die Stromrichtung zu steuern, wird oftmals eine Brückenschaltung, welche eine Mehrzahl von Elementen umfasst, ausgebildet. Das Leistungs-Halbleiterelement 230 in 1 umfasst zwei Gate-Antriebssignale (Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320), welche hieran eingegeben werden, um das Element der oberen Seite und das Element der unteren Seite in 1 anzutreiben.
Die Umschaltung des Gate-Signals des IGBT wird durch die Steuerschaltung 170 durchgeführt. Die Steuerschaltung 170 ist eine Funktionseinheit, welche im Allgemeinen durch einen IC, wie beispielsweise ein Mikrocomputer oder ein Gate-Array, implementiert ist, und arbeitet mit einer Niedrigspannung von 5 V oder 3,3 V. Im Gegensatz hierzu, arbeitet der Leistungsvorrichtung-Abschnitt mit einer Hochspannung von einigen Hundert bis einigen Tausend Volt. Somit wird das Gate-Umschaltsignal (Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300), welches von der Steuerschaltung 170 ausgegeben wird, über die elektrische Isoliereinheit 180 an die Gate-Antriebsschaltung 190 zugeführt, so dass die Gate-Antriebsschaltung 190 das Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 ausgibt. Hier werden das Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300, das Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310 und das Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 als Signale verknüpft, und werden diese als Gate-Umschaltsignal übertragen. Im Übrigen, was eine derartige Antriebssteuerung von der Leistungsvorrichtung betrifft, da sie im Stand der Technik bekannt ist, wie beispielsweise beschrieben in „Power Electronics Handbook“ (Ohmsha, Ltd. ISBN 978-4-274-20790-7), „Book 5, Chapter 7, Gate Driving Circuit“ und „Book 5, Chapter 10 Control Circuit“, wird ihre detaillierte Beschreibung ausgelassen.
Im Leistungs-Halbleiterelement 230, wie beispielsweise der IGBT, treten verschiedene Verluste auf, wie beispielsweise der stationäre Verlust und Umschaltverlust der Transistoren selber, und der stationäre Verlust und Umschaltverlust der gegenparallelen Dioden (FWD: Freilaufdioden), und es wird durch sie Wärme erzeugt, woraus eine Zunahme der Temperatur des Halbleiterelements resultiert. Im Allgemeinen, obwohl eine geeignete Kühlung durch einen geeigneten thermischen Entwurf seitens der Einrichtung, welche die Leistungsvorrichtung verwendet, vorgenommen wird, besteht eine Möglichkeit, dass ein Wärmewert aufgrund eines Umgebungsfaktors und eines Steuersignalfaktors zunimmt, welches zu einem thermischen Zusammenbruch des Halbleiterelements führt. Um dies zu verhindern, wird die Temperatur der Leistungsvorrichtung durch den Sensor erfasst (in 1 wird die Wärme 400, welche durch die Leistungsvorrichtung erzeugt ist, verursacht durch das Leistungs-Halbleiterelement 230, durch die Temperaturdaten-Messeinheit 220 erfasst), und wird sie mit dem Temperatur-Schwellwert verglichen. Wenn die Temperatur nicht unterhalb des Schwellwerts ist, beendet die Antriebsschaltung den Antrieb der Leistungsvorrichtung in Ansprechen auf die Überhitzungsschutz-Anweisung, um somit den thermischen Zusammenbruch zu verhindern.
2 zeigt einen Aufbau um den Antrieb der Leistungsvorrichtung zu beenden. Genauer gesagt, umfasst die Gate-Antriebsschaltung 190 UND-Schaltungen 191 und 192, welche das Steuersignal der oberen Seite und das Steuersignal der unteren Seite von der Leistungsvorrichtung Gate-Steuerschaltung 310 als ihre ersten Eingaben empfangen, und einen Inverter 193, welcher das Überhitzungsschutz-Steuersignal 330 als seine Eingabe empfängt und die invertierte Ausgabe an die zweiten Eingabe-Anschlüsse der UND-Schaltungen 191 und 192 zuführt, und wobei die Ausgaben der UND-Schaltungen 191 und 192 das Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 bilden. Das Beispiel von 2 ist auf eine derartige Weise aufgebaut, dass, wenn das Überhitzungsschutz-Steuersignal 330 auftritt (Wert 1), hierdurch die Steuerung auf eine solche Art und Weise durchgeführt wird, dass das Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310 ausgeschaltet wird, und der Antrieb des Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignals 320 beendet wird.
Der Sensor, welcher die Temperaturerfassung durchführt (eine Wärmediode oder dergleichen, welche durch die Temperaturdaten-Messeinheit 220 verwendet wird), besitzt eine beträchtliche Erfassungsschwankung in Abhängigkeit von jedem einzelnen Sensor, und um die Erfassungsgenauigkeit zu erhöhen, ist es notwendig, die Daten gemäß den Eigenschaften der Erfassungsschwankung der erfassten Sensorwerte zu korrigieren. Die Korrektur wird im Allgemeinen über einen Wert-Umwandlungsbetrieb durchgeführt, welcher Korrekturdaten verwendet, welche durch ein bestimmtes Verfahren erlangt und beibehalten sind. Da jedoch die Peripherie der Leistungsvorrichtung sowohl eine hohe Temperatur als auch Spannung einschließt, wie zuvor beschrieben, ist es schwierig, die Korrekturdaten mit einer hohen Zuverlässigkeit beizubehalten, und ist es schwierig, die Korrekturberechnung durchzuführen, da diese eine hochwertige Technologie und hohe Kosten erfordert.
Daher, obwohl es denkbar ist, dass der Niedrigspannung-Abschnitt über die elektrische Isoliereinheit 180 die Korrektur beibehält und berechnet, wird es hinsichtlich der elektrischen Isoliereinheit 180 notwendig, die Datenkommunikation durchzuführen. Da ein elektrisches Isoliermaterial mit einer Datenkommunikationsrate mit hoher Geschwindigkeit teuer ist, tritt durch Verwendung des Materials ein Problem hinsichtlich erhöhter Kosten auf. Zusätzlich, sogar wenn eine parallele Kommunikation von Daten über eine Kommunikation, welche eine Mehrzahl von elektrischen Isoliermaterialien umfasst, mit einer Datenkommunikationsrate mit niedriger Geschwindigkeit durchgeführt wird, da die elektrischen Isoliermaterialien, verglichen mit den weiteren Bauteilen der Erstgenannten, eine niedrige Zuverlässigkeit besitzen, führt das Vorhandensein einer Großzahl solcher Materialien zu einer Verschlechterung der Zuverlässigkeit des Produkts. Zusätzlich kann die Kommunikations-Zeitverzögerung aufgrund des Durchlaufens durch die elektrische Isoliereinheit 180 (Kommunikationsverzögerung) zu einer Beschädigung der Leistungsvorrichtung aufgrund der Verzögerung der zuvor beschriebenen Temperatur-Schwellwert-Vergleichsverarbeitung führen.
Da die Kommunikationszeit gleich der Menge an Kommunikationsdaten geteilt durch die Kommunikationsgeschwindigkeit ist, besteht, um die Kommunikationszeit zu reduzieren, ein Verfahren zum Erhöhen der Kommunikationsgeschwindigkeit oder zum Reduzieren der Menge an Kommunikationsdaten. Hier ist, unter der Annahme, dass die Kommunikationsdaten gleich den Temperaturdaten über das Leistungs-Halbleiterelement 230 entsprechen, dann ein Verfahren zum Reduzieren der Datenauflösung oder zum Verringern des Temperaturerfassungsbereichs als ein Verfahren zum Reduzieren der Datenmenge vorstellbar. Das Verfahren zum Reduzieren der Datenauflösung ruft ein Problem hinsichtlich der Überhitzungsschutz-Genauigkeit hervor, wie zuvor beschrieben, oder hinsichtlich der Genauigkeit hervor, wenn die Steuerschaltungsseite die Verarbeitungsinhalte gemäß der Temperaturinformation umschaltet. Andererseits wohnt dem Verfahren zum Verringern des Temperaturerfassungsbereiches ein Problem inne, dass, wenn beispielsweise der Erfassungsbereich auf lediglich einen Bereich einer hohen Temperatur begrenzt wird, es schwierig wird, den Zustand der Halbleiterelement-Temperatur im normalen Betrieb zu visualisieren. Nichtsdestotrotz, bei Begrenzung auf lediglich einen Bereich mit niedriger Temperatur, wird es schwierig, den zuvor beschriebenen Überhitzungsschutz durchzuführen.
Als ein Verfahren, bei welchem die erfassten Temperaturdaten der Leistungsvorrichtung verwendet werden, obwohl im Bereich mit hoher Temperatur die Daten mit einer hohen Temperaturauflösung notwendig sind, erfordert der Bereich mit niedriger Temperatur keine derart hohe Auflösung oder Genauigkeit. Demgemäß kann die Datenmenge reduziert werden, indem die Werte bei hoher Temperatur als Daten mit hoher Auflösung behandelt werden, und indem die Werte bei niedriger Temperatur als Daten mit niedriger Auflösung behandelt werden, und wenn der gesamte Erfassungs-Temperaturbereich verbreitert werden kann. Somit implementiert die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 gemäß der vorliegenden Erfindung die Funktion zum Kodieren der Temperaturdaten auf eine solche Art und Weise. Die Funktion wird im Folgenden beschrieben.
Die Leistungsvorrichtung-Temperatur-Erfassungsdaten 410, welche durch die Temperaturdaten-Messeinheit 220 erfasst sind, werden einer Abtastung durch die Temperaturdaten-Abtasteinheit 210 und einer Quantisierung durch die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200 unterworfen, wie für gewöhnlich durch eine normale AD-Umwandlung (Analog/Digital-Umwandlung) implementiert. Die Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430 werden als Eingabe der Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 zugeführt. Die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 legt die Datenlänge der Temperaturdaten fest, während die wirksame Datenlänge erhöht wird, indem die Datenauflösung im Bereich mit hoher Temperatur erhöht wird und indem die wirksame Datenlänge reduziert wird, indem die Datenauflösung im Bereich mit niedriger Temperatur reduziert wird. Zusätzlich, indem eine numerische Abschätzung eines Kode-Wertes mit festgelegter Länge hinsichtlich eines Zweierkomplements durchgeführt wird, führt die Kodierung die Datenkodierung durch, bei welcher das Zweierkomplement mit einer Zunahme der Temperaturdaten erhöhen wird.
3 zeigt ein konkretes Beispiel der Kodierung. Es wird hier angenommen, dass die Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430 als 8-Bit Daten eingegeben werden, welches ein numerischer Kode eines Zweierkomplements ist, während eine Allgemeingültigkeit als ein Wert von 0 °C bis 255 °C mit einer Auflösung von 1 °C beibehalten wird. Zusätzlich wird angenommen, dass der obere Grenzwert der Temperaturerfassung, bestimmt anhand allgemeiner physikalischer Eigenschaften von einem Halbleiter, mit 159 °C vorgegeben ist (da die Temperaturdifferenz von nicht weniger als 159 °C eine insignifikante Information ist, reicht die Kenntnis aus, dass die Temperatur nicht unterhalb von 159 °C ist, welches als oberer Grenzwert bezeichnet wird). Die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 empfängt die 8-Bit Daten(hier aus Gründen der Vereinfachung als „Original-Daten“ bezeichnet) als Eingabe, und bestimmt die Temperaturbereich-Domäne, zu welcher die vorliegende Temperatur gehört, in dem Temperaturbereich von einer bestimmten Zweierpotenz. 3 zeigt ein Beispiel, bei welchem ein Temperaturbereich von 32 °C (= die fünfte Potenz von zwei) als eine Domäne in Betracht gezogen wird.

Unter der Annahme, dass der obere Grenzwert gleich 159 °C beträgt, ist es möglich, zu bestimmen, zu welcher Domäne von dem Temperaturbereich der fünften Potenz von zwei die vorliegende Temperatur gehört, indem die höherwertigen drei Bits der 8-Bit Eingabedaten überprüft werden (in 3 umfassen die höherwertigen drei Bits {b7, b6, b5}). Wenn der Wert der drei Bits gleich {1, 0, 1}, {1, 1, 0} und/oder {1, 1, 1} beträgt, wird, da eine Entscheidung getroffen ist, dass die Temperatur nicht unterhalb von 159 °C ist, die Information, dass die vorliegende Temperatur nicht unterhalb der Temperatur-Obergrenze (159 °C) ist, temporär gespeichert (sie wird als die Temperaturbereich-Domäne 0 definiert). Wenn die Temperatur unterhalb davon ist, wird angenommen, dass die drei Bit Daten zu einer der Temperaturbereich-Domänen in absteigender Reihenfolge der Temperatur gehören: {1, 0, 0} (Temperaturbereich-Domäne 1: 159 °C bis 128 °C), {0, 1, 1} (Temperaturbereich-Domäne 2: 127 °C bis 96 °C), {0, 1, 0} (Temperaturbereich-Domäne 3: 95 °C bis 64 °C), {0, 0, 1} (Temperaturbereich-Domäne 4: 63 °C bis 32 °C), und {0, 0, 0} (Temperaturbereich-Domäne 5: 31 °C bis 0 °C), und werden die folgenden Vorkodierungen mit variabler Länge den entsprechenden Werten zugewiesen.

3-Bit Wert	Vorkodierung
{1, 0, 0}	{1}	Temperaturbereich-Domäne 1
{0, 1, 1}	{0, 1}	Temperaturbereich-Domäne 2
{0, 1, 0}	{0, 0, 1}	Temperaturbereich-Domäne 3
{0, 0, 1}	{0, 0, 0, 1}	Temperaturbereich-Domäne 4
{0, 0, 0}	{0, 0, 0, 0, 1}	Temperaturbereich-Domäne 5

Durch die Vorkodierung {1} wird dargestellt, dass die Temperatur in der Temperaturbereich-Domäne 1 ist, und jedes Mal, wenn der Temperaturbereich von der Temperaturbereich-Domäne abfällt, wird der Wert {0} einmalig den Daten vorangehend hinzugefügt. Zusätzlich, zusammen mit der Identifikation von der Temperaturbereich-Domäne und der Bestimmung der Vorkodierung, hinsichtlich der Datenwerte (5-Bit Wert von {b4, b3, b2, b1, b0}) in der Temperaturbereich-Domäne, werden jedes Mal, wenn die Temperatur-Domäne abfällt, die Daten entsprechend der Auflösung der geringwertigen Bits der Daten schrittweise reduziert. Genauer gesagt, wird der signifikante Datenwert von jeder Temperaturbereich-Domäne wie folgt definiert.

Temperaturbereich-Domäne Bits Auflösung

1 {b4, b3, b2, b1, b0} 1 °C

2 {b4, b3, b2, b1} 2 °C

3 {b4, b3, b2} 4 °C

4 {b4, b3} 8 °C

5 {b4} 16 °C
Dann wird die vorhergehende Vorkodierung, den Daten vorangehend, verknüpft, um den kodierten Wert der letztendlichen Temperatur durch sechs Bits mit festgelegter Datenlänge wie folgt zu bestimmen. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die vorhergehende Information über die „Temperaturbereich-Domäne 0“ (nicht weniger als die Temperatur-Obergrenze) erlangt wird, wird der gleiche kodierte Wert über die Temperatur wie jener der höchsten Temperatur in der Temperaturbereich-Domäne 1 (alle Bits sind gleich 1) als der Wert der Temperaturbereich-Domäne 0 ausgegeben.
Temperaturbereich-Domäne 0 {1, 1, 1, 1, 1, 1}
Temperaturbereich-Domäne 1 {1, b4, b3, b2, b1, b0}
Temperaturbereich-Domäne 2 {0, 1, b4, b3, b2, b1}
Temperaturbereich-Domäne 3 {0, 0,1, b4, b3, b2}
Temperaturbereich-Domäne 4 {0, 0, 0, 1, b4, b3}
Temperaturbereich-Domäne 5 {0, 0, 0, 0, 1, b4}
Unterdessen, was die Kodierung betrifft, wenn sie als numerische Darstellung von einem „Zweierkomplement“ betrachtet wird, wie in einem allgemeinen Computersystem verwendet, das heißt, wenn sie als Dezimalwert von $1 \times 2^{5} + b 4 \times 2^{4} + b 3 \times 2^{3} + b 2 \times 2^{2} + b 1 \times 2 + b 0$
in der Temperaturbereich-Domäne 1 betrachtet wird, ist es, obwohl sie keine proportionale Beziehung zu den Original-Daten (die vorhergehenden Original-Daten) hat, offensichtlich, dass sie eine „monotone Zunahme“ hinsichtlich der Sequenz der Original-Daten einschließt (4 stellt die Beziehungen dar).
Die durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 kodierten Temperaturdaten (Nachkodierung-Temperaturdaten 440) werden an die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 übertragen, um die Kommunikation über die elektrische Isoliereinheit 180 durchzuführen.
Was die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 zur Durchführung der Kommunikation mit der Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 über die elektrische Isoliereinheit 180 betrifft, ist es notwendig, zuvor ein bestimmtes Protokoll zu entscheiden. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Kode-Länge der Nachkodierung-Temperaturdaten 440 nicht festgelegt ist, wird es notwendig, beispielsweise einen weiteren Anschluss für ein Daten-Gültigkeitssignal (im Allgemeinen als Daten-GÜLTIG-Signal bezeichnet), zusätzlich zu dem Anschluss für die Datenkommunikation, bereitzustellen, wodurch sich ein Problem hinsichtlich erhöhter Kosten und der Reduktion in der Zuverlässigkeit aufgrund der Hinzufügung der elektrischen Isoliereinheit 180 einstellt. Zusätzlich, sogar wenn die Datenübertragung beispielsweise unter Verwendung von lediglich einem einzelnen Anschluss zur Datenkommunikation vorgenommen wird, wird es notwendig, ein Datenübertragungs-Startsignal und ein Datenübertragungs-Stoppsignal mit der Empfangsseite auszutauschen, wodurch sich ein Problem hinsichtlich erhöhter Kosten und der Reduktion der Zuverlässigkeit aufgrund von einem komplizierten Kommunikationsmechanismus (Datenübertragungs-Mechanismus und Datenempfangs-Mechanismus) einstellt. Da jedoch die Temperaturkodierung, welche von der Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 vorgenommen wird, eine Kodierung mit festgelegter Länge ist, ist eine Datenübertragung basierend auf einer Datenübertragungs-Steuerung unter Verwendung von lediglich einem simplen Start-Bit und Stopp-Bits möglich, das heißt, dass eine Datenübertragung unter Verwendung von einem sogenannten asynchronen Kommunikationssystem möglich ist, wodurch eine Kostenreduktion und eine Beibehaltung der Zuverlässigkeit ermöglicht werden.
5 zeigt einen Betrieb auf einer Signalleitung beim Übertragen der zuvor genannten 6-Bit Daten unter Verwendung des asynchronen Kommunikationssystems. Zwischen der Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 und der Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 ermöglicht ein einzelner Kommunikations-Anschluss, welcher das in Figur gezeigte Übertragungsdaten-Signal (das von der Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 betrachtete empfangene Datensignal) überführt, die Kommunikation (obwohl das Referenztaktsignal in 5 in der Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 und der Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 notwendig ist, ist es nicht notwendig, das Taktsignal über die elektrische Isoliereinheit 180 zu übertragen).
Die durch die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 empfangenen Temperaturdaten (Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510) werden durch die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130 als die gleichen digitalen Daten wie die Nachkodierung-Temperaturdaten 440 dekodiert. Mit anderen Worten, sind die empfangenen Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510 identisch mit den Nachkodierung-Temperaturdaten 440.
Was die empfangenen Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510 betrifft, wandelt die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130 diese in die Zweierkomplement-Darstellung um, welche der allgemeine numerische Kode in einem Computersystem ist, so dass die Steuerschaltung 170 eine verschiedenartige Steuerverarbeitung basierend auf der Leistungsvorrichtung-Temperatur ausführen kann. Da die Umwandlung die Rückwärts-Umwandlung von dem Kodierungsschema in der in 3 gezeigten Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 ist, werden die Details hierzu ausgelassen. Unterdessen, da die Kodierung von der Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 einen Abschnitt der ursprünglichen Nachquantisierungs-Information löscht, tritt die folgende Beschränkung auf.
Es gibt keine Temperaturwerte jenseits von 159 °C, und der Maximalwert beträgt 159 °C (das Bit-Format entspricht 10011111).
Die geringwertigsten Bits der Domänen entsprechend den Temperaturbereich-Domänen 2 bis 5 fehlen.
Demgemäß, was die fehlenden geringwertigsten Bits betrifft, wird eine Rückwärts-Kodierung wie folgt vorgenommen.
„Die Bits in dem fehlenden Abschnitt (reduzierte Auflösung) werden alle bei 1 platziert (das heißt, dass sie in dem Bereich der Auflösung bei dem maximalen Temperaturwert platziert werden)“.
Die rückwärts kodierten Temperaturdaten 520, welche auf diese Art und Weise erzeugt sind, haben aufgrund der Schwankung des Temperatursensors einen Fehlerwert, wie zuvor beschrieben. Demgemäß wird durch die Durchführung einer Korrekturberechnung auf die Temperatursensor-Werte, welche durch ein bekanntes Verfahren definiert ist, die Genauigkeit der Temperatursensor-Werte erhöht. Die Temperaturdaten-Korrektureinheit 150 ist ein Abschnitt, welcher die Korrekturverarbeitung ausführt. Sie führt die Korrekturberechnung anhand der Temperatur-Korrekturdaten 530 aus, welche in der Temperaturdaten-Korrekturdaten-Speichereinheit 160 gespeichert sind, und überträgt Nachkorrektur-Temperaturdaten 540, welche die resultierenden Temperaturdaten-Werte sind, an die Steuereinheit 170.
Unterdessen ist die Korrekturberechnung der Temperaturdaten-Korrektureinheit 150 in 6 gezeigt. Bei mehreren Temperatursensoren kann eine lineare Korrektur eine hohe Genauigkeit implementieren, und die Berechnung ist in 6 gezeigt. Genauer gesagt, können die Nachkorrektur-Temperaturdaten t' berechnet werden durch: $t' = a * t + b$
für die Vorkorrektur-Temperaturdaten t unter Verwendung der Korrekturdaten (Korrekturdaten 1 = a, und Korrekturdaten 2 = b), welche von der Korrekturdaten-Speichereinheit 160 erlangt sind.
Auf diese Art und Weise werden die Nachkorrektur-Temperaturdaten 540, welche durch die Steuerschaltung 170 zu verwenden sind, hergeleitet. Wenn jedoch die Leistungsvorrichtung einen bestimmten Temperatur-Schwellwert übersteigt, ist es notwendig, das Überhitzungsschutz-Signal zu erzeugen. Was den Schwellwert-Vergleich betrifft, so sind die Nachkorrektur-Temperaturdaten 540 dazu in der Lage, eine genauere Entscheidung vorzunehmen, indem der Vergleich durch sie selber vorgenommen wird. In diesem Fall, da jedoch die Schwellwert-Vergleich-Berechnung durchgeführt wird, nachdem die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120 die Temperaturdaten empfangen hat, und die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130 die Rückwärts-Kodierung durchführt, gefolgt durch die Korrekturberechnung durch die Temperaturdaten-Korrektureinheit 150, tritt eine beträchtliche Zeitverzögerung auf. Da die Überhitzungsschutz-Verarbeitung dazu dient, um das Halbleiterelement gegen einen thermischen Zusammenbruch oder ein thermisches Durchbrennen zu schützen, und das Halbleiterelement in einem Zustand arbeitet, bei welchem es aufgrund seiner temperaturabhängigen Eigenschaften schnell Schäden erleidet, ist es bevorzugt, das Überhitzungsschutz-Signal so schnell wie möglich zu erzeugen und es an die Gate-Antriebsschaltung 190 zu übertragen, wenn die Temperatur derart hoch wird, dass sie den Temperatur-Schwellwert übersteigt. Der Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140 dient zur Implementierung dessen. Die Funktion des Temperaturdaten-Schwellwert-Komparators 140 wird im Folgenden beschrieben.
Die in 6 gezeigte Korrekturberechnung ermöglicht es, dass der Nachkorrektur-Temperatur-Schwellwert s' in den Nachkorrektur-Temperaturdaten einfach in den Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert s in den Vorkorrektur-Temperaturdaten umgewandelt wird. 7 zeigt ein konkretes Beispiel der Umwandlung.
Wie in 7 gezeigt, ermöglicht die folgende Berechnung die Umwandlung in den Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert s. $s = (s' - b) / a$
Zusätzlich, wie eindeutig anhand von 7 zu erkennen, da die Temperatur-Korrekturberechnung eine lineare Umwandlung ist, ist das Abschätz- (Vergleichs-) Ergebnis hinsichtlich dessen, ob die Nachkorrektur-Temperaturdaten t' den Nachkorrektur-Temperatur-Schwellwert s' übersteigen, gleich dem Abschätz- (Vergleichs-) Ergebnis hinsichtlich dessen, ob die Vorkorrektur-Temperaturdaten t den Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert s übersteigen. Somit kann der Wert s zuvor anhand der Werte s', a und b hergeleitet werden, und somit kann der hochgenaue Temperatur-Schwellwert-Vergleich vorgenommen werden, ohne dass die Verarbeitung der Temperaturdaten-Korrektureinheit 150 ausgeführt wird.
Zusätzlich, wie zuvor beschrieben, da die Kodierung, welche durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 durchgeführt wird, jene Kodierung ist, welche eine Beziehung einer „monotonen Zunahme“ in Relation mit den ursprünglichen Daten hat, ist das Abschätz-Ergebnis des Vergleichs im Einklang mit dem Vergleichsergebnis vor und nach der Kodierung. Demgemäß ist es einfach, die gleiche Kodierung des Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwerts s gleich der Kodierung durchzuführen, welche durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 (siehe 3) durchgeführt wird, und den Nachkodierung-Vorkorrektur-Schwellwert s mit den Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510 zu vergleichen, während sie als zweierkomplementäre numerische Kodes betrachtet werden, welche in einem allgemeinen Computersystem verwendet werden. 8 dient zur Darstellung dessen.
8 zeigt einen Innenaufbau des Temperaturdaten-Schwellwert-Komparators 140. Wie in 8 gezeigt, umfasst der Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140 eine Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert-Berechnungseinheit 141, eine Kodiereinheit 142, eine Nachkodierung-Schwellwert-Daten-Speichereinheit 143, und einen Nachkodierung-Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 144. Die Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert-Berechnungseinheit 141 ist hier eine arithmetische Einheit, welche den Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert s unter Verwendung der zuvor genannten Berechnung s = (s' - b) / a berechnet. Die Kodiereinheit 142 ist eine arithmetische Einheit, welche die gleiche Kodierung gleich der Kodierung der Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 für den Vorkorrektur-Temperatur-Schwellwert s durchführt, und erzeugt den Nachkodierung-Vorkorrektur-Schwellwert s. Die Nachkodierung-Schwellwert-Daten-Speichereinheit 143 ist ein Speicher, welcher den Nachkodierung-Vorkorrektur-Schwellwert s speichert. Zusätzlich ist der Nachkodierung-Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 144 ein Komparator, welcher den Nachkodierung-Vorkorrektur-Schwellwert s mit den Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510 vergleicht, und das Überhitzungsschutz-Anweisungssignal 340 aufruft, wenn die Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten 510 größer sind.
Wie in 8 gezeigt, was den Nachkodierung-Vorkorrektur-Schwellwert s betrifft, ist es zur Vergleichsberechnung nicht notwendig, diesen jedes Mal zu berechnen, diesen jedoch zuvor zu berechnen und zu speichern (die Nachkodierung-Schwellwert-Daten-Speichereinheit 143 dient zu dessen Speicherung). Zusätzlich, da die Vergleichsberechnung hinsichtlich des zweierkomplementären numerischen Kodes durchgeführt werden kann, kann eine Berechnungsschaltung für den Vergleich verwendet werden, welche in einem allgemeinen Computersystem verwendet wird. Diese kann als eine eingerichtete Schaltung optimiert werden, und es kann eine Schaltung, welche einer ausreichenden Fehlfunktionsbehandlung unterzogen wird, verwendet werden. Demgemäß kann sie eine hohe Geschwindigkeit und eine hohe Zuverlässigkeit beibehalten.
Wie zuvor beschrieben, bezogen auf das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem der Ausführungsform 1, umfasst dieses die digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche die Temperatur des Halbleiterelements als digitale Temperaturdaten erfasst, und die Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche die digitalen Temperaturdaten auf die kodierten Daten mit vorgeschriebener Länge kodiert, welche die geringere Datenauflösung in der Domäne des niedrigeren Temperaturbereichs als in der Domäne des höheren Temperaturbereichs haben, und welche mit einer Zunahme der digitalen Temperaturdaten, wenn als Zweierkomplementzahlen abgeschätzt, zunehmen. Demgemäß kann sie die Temperaturdaten-Auflösung bei der höheren Temperatur erhöhen, welches eine spezielle Verarbeitung erfordert, basierend auf den Temperaturdaten-Werten, während der weite Erfassungsbereich der Temperaturdaten beibehalten wird. Zusätzlich, da die Temperaturdaten die Daten mit festgelegter Länge sind, ist der Mechanismus, welcher zur Temperaturdaten-Kommunikation erforderlich ist, einfach, und da die Datenbit-Länge komprimiert ist, wird eine Temperaturdaten-Kommunikation mit hoher Geschwindigkeit möglich. Zusätzlich, wenn die zugewiesene Berechnung der kodierten Temperaturdaten durchgeführt wird, da sie diese durchführen kann, ohne dass die Werte über die Verarbeitung zum Umwandeln in den numerischen Kode (Zweierkomplement), welcher durch einen allgemeinen Computer behandelt wird, umgewandelt werden, kann sie die Verarbeitung der Temperaturdaten beschleunigen.
Zusätzlich, bezogen auf das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem der Ausführungsform 1, sind die kodierten Daten zusammengesetzt aus der Kombination der Vorkodierung und dem Daten-Kode, wobei die Kombination derart bestimmt ist, dass der Datenbereich einschließlich des vorbestimmten untersten Grenzwerts der Temperaturerfassung abgedeckt ist, wobei die Vorkodierung derart angeordnet wird, indem der obere Grenzwert der Erfassung im Bereich hoher Temperatur als der Referenzwert eingestellt wird, indem die Temperaturbereich-Domäne für jeden Bereich einer bestimmten Zweierpotenz unter Verwendung der Minimum-Erfassungsauflösung als eine Basiseinheit von dem oberen Grenzwert der Erfassung eingestellt wird, und indem für jede Temperaturbereich-Domäne 0-Bits vor einem 1-Bit platziert werden, beginnend von dem Bereich mit hoher Temperatur, während die Anzahl von 0-Bits mit der Nummer der Temperaturbereich-Domäne erhöht wird, und indem der Daten-Kode ausgebildet wird, indem die Erfassungsauflösung halbiert wird, indem die geringwertigsten Bits der Temperaturdaten um ein Bit für jede Temperaturbereich-Domäne gelöscht wird, und zwar beginnend von dem Bereich mit hoher Temperatur. Demgemäß kann der Kode-Wert mit festgelegter Länge konkret implementiert werden, und können die Kosten reduziert werden, und kann die hohe Zuverlässigkeit beibehalten werden.
Zusätzlich, was das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem der Ausführungsform 1 betrifft, umfasst es den Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator, welcher die Temperaturdaten, welche durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit kodiert sind, mit dem Nachkodierung-Schwellwert, welcher durch Kodierung des vorbestimmten Temperatur-Schwellwerts erlangt ist, vergleicht, wodurch das Vergleichsergebnis der Temperaturdaten und der Schwellwert erlangt werden. Demgemäß kann es einen Schwellwert-Vergleich der hochgenauen Temperaturdaten mit hoher Geschwindigkeit durchführen.
Zusätzlich, bezogen auf das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem der Ausführungsform 1, verwendet es das asynchrone System als das Kommunikationssystem zwischen der Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche die kodierten Daten erzeugt, und der Temperaturdaten-Empfangseinheit, welche diese empfängt. Demgemäß kann es die Anzahl von Isoliermaterialien reduzieren, wenn die Kommunikation über die Isoliermaterialien durchgeführt wird, wodurch die Möglichkeit besteht, Kosten zu reduzieren.
Zusätzlich, was das Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystem der Ausführungsform 1 betrifft, umfasst es die Antriebsschaltung, welche die Antriebssteuerung für den Überhitzungsschutz des Halbleiterelements gemäß dem Vergleichsergebnis, welches durch das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem erfasst ist, durchführt. Demgemäß, wenn die charakteristische Schwankung des analogen Temperatursensors, welche in den Temperaturdaten umfasst ist, korrigiert wird, und wenn der korrigierte Wert mit dem Temperatur-Schwellwert verglichen wird, welcher für den Überhitzungsschutz erforderlich ist, kann die Notwendigkeit nach der Korrekturverarbeitung der erfassten Temperaturdaten ausgeschlossen werden, und kann somit ein Überhitzungsschutz-Signal mit hohem Ansprechverhalten erzeugen.
Zusätzlich, was das Halbleiterelement-Temperatur-Steuersystem der Ausführungsform 1 betrifft, ist es auf eine solche Art und Weise aufgebaut, dass es die Temperatursteuerung des Halbleiterelements unter Verwendung der kodierten Daten, welche durch das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem erfasst sind, durchführt. Demgemäß, wenn die Steuerinhalte unter Verwendung der erlangten Temperaturdaten geändert werden, kann es die Daten direkt durch die Steuereinrichtung handhaben, welche als ein allgemeines Computersystem implementiert ist.
Beispielsweise, obwohl die vorliegende Ausführungsform ein Beispiel zeigt, bei welchem die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 die 8-Bit Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430, welche durch die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200 quantisiert sind, kodiert, und die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 die Nachkodierung-Temperaturdaten 440 an den Niedrigspannung-Abschnitt überträgt, welcher elektrisch von dem Leistungsvorrichtung-Abschnitt isoliert ist, ist dies nicht wesentlich. Beispielsweise, wie in 9 gezeigt, kann die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 auf eine solche Art und Weise konfiguriert sein, dass sie eine Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101, eine Erlangungseinheit 102 für signifikante Daten, und eine Verknüpfungseinheit 103 umfasst. Der Betrieb von 9 wird im Folgenden beschrieben. Die Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430 mit A-Bits, welche durch die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200 quantisiert sind, werden an die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101 übertragen. Die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101 wandelt die B-Bits höherer Ordnung der A-Bits durch das in 3 gezeigte Verfahren in die Vorkodierung um.
Genauer gesagt, erzeugt die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101 die Vorkodierung, welche (N - 1) 0-Bits, gefolgt durch ein 1-Bit für die Nte (N ist eine positive Grenzzahl) höchste Temperaturbereich-Domäne in Bezug auf die vorgegebene Temperaturbereich-Domäne umfasst (3).
Andererseits werden die geringwertigeren (A - B) Bits von dem A-Bit der Nachquantisierungs-Temperaturdaten 430 an die Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten zugeführt. Die Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten reduziert die Auflösung der geringwertigen (A - B) Bits schrittweise, und speichert sie in der Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten. Genauer gesagt, was die Nte höchste Temperaturbereich-Domäne in Bezug auf die vorgegebene Temperaturbereich-Domäne betrifft, erlangt die Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten jene signifikanten Daten, bei welchen die geringwertigsten N - 1 Bits gelöscht sind und rechtsbündig sind (3).
Ferner fasst die Verknüpfungseinheit 103 die Vorkodierung, welche durch die Umwandlung durch die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101 durchlaufen sind, mit den signifikanten Daten, welche durch die Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten erlangt sind, zusammen, um die Nachkodierung-Temperaturdaten 440 mit festgelegter Länge zu erzeugen. Die Nachkodierung-Temperaturdaten 440, welche derart durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 kodiert sind, werden zur Übertragung an die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110 gesendet.
Somit kann das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung konfiguriert werden, indem es die digitale Temperaturdaten-Messeinheit 220, welche die Temperatur des Halbleiterelements als digitale Temperaturdaten erfasst, und die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100, welche die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101 umfasst, welche die Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen anhand der vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt, und die Vorkodierung anhand der höherwertigen Bits, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt, die Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten, welche die signifikanten Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorbeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt, und die Verknüpfungseinheit 103, welche die kodierten Daten erzeugt, indem die Vorkodierung mit den signifikanten Daten verknüpft wird, umfasst.
Bezogen auf ein Halbleitermodul, kann es implementiert werden, indem es das Leistungs-Halbleiterelement 230; die digitale Temperaturdaten-Messeinheit 220, welche die Temperatur des Halbleiterelements als digitale Temperaturdaten erfasst; und die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100, welche die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101 umfasst, welche die Mehrzahl der Temperaturbereich-Domänen von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten definiert und die Vorkodierung anhand der höherwertigen Bits, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt, die Erlangungseinheit 102 der signifikanten Daten, welche die signifikanten Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt, und die Verknüpfungseinheit 103, welche die kodierten Daten erzeugt, indem die Vorkodierung mit den signifikanten Daten verknüpft wird, umfasst.
AUSFÜHRUNGSFORM 2
10 ist ein schematisches Schaubild, welches einen Aufbau von einem Halbleitermodul von einer Ausführungsform 2 zeigt, welches insbesondere einen IGBT (Isolier-Gate-Bipolar-Transistor), eine FWDi (Freilaufdiode), einen Steuer IC zum Betreiben des IGBT, die Temperatur-Messeinheit 220, die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 und eine Schnittstelle umfasst, welche Vcc, GND, IN, Fo, C und E zum Verbinden derer mit einer Last (Motor oder dergleichen) oder einer Schaltplatine, oder mit einer Steuerung, welche durch das Halbleitermodul angetrieben wird. Hier kennzeichnet Vcc eine Leistungsversorgung, kennzeichnet GND die Masse, kennzeichnet IN eine Eingabe zum Antreiben des Gate-Signals von dem IGBT, und kennzeichnet Fo einen Fehler, welcher an die Steuerseite zuzuführen ist, wenn ein Fehler auftritt. Zusätzlich kennzeichnet C den Kollektor von dem IGBT, und kennzeichnet E die Emitter-Seite von dem IGBT, welcher mit der anzutreibenden Lastseite verbunden ist.
Die Temperaturdaten-Messeinheit 220 erfasst die Temperatur des Halbleiterelements als digitale Temperaturdaten auf die gleiche Art und Weise wie beim Gegenstück von der Ausführungsform 1. Die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 kodiert die digitalen Temperaturdaten auf die kodierten Daten der vorgeschriebenen Länge, welche mit einer Zunahme der digitalen Temperaturdaten auf die gleiche Art und Weise zunimmt, wie bei ihrem Gegenstück von der Ausführungsform 1, wenn die Datenauflösung in den Domänen des Bereiches niedrigerer Temperatur geringer ist als jene in den Domänen des Bereiches höherer Temperatur, und wenn die digitalen Temperaturdaten hinsichtlich der Zweierkomplementzahl abgeschätzt werden.
Das Halbleitermodul kann die Temperaturdaten mit einer höheren Geschwindigkeit übertragen, wenn der IGBT in Ansprechen auf die Information von der Schnittstelle betrieben wird, wodurch die Möglichkeit besteht, die Kosten zu reduzieren und die hohe Zuverlässigkeit beizubehalten.
AUSFÜHRUNGSFORM 3
11 ist ein schematisches Schaubild, welches einen Aufbau von einem Halbleitermodul und einem Halbleitermodul-System von einer Ausführungsform 3 zeigt. In 11 ist durch das Bezugszeichen IPM ein Halbleitermodul (ein intelligentes Leistungsmodul) gekennzeichnet, und umfasst das IPM 700 die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100, die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110, die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120, die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130, den Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140, die Temperaturdaten-Korrektureinheit 150, die Korrekturdaten-Speichereinheit 160, die elektrische Isoliereinheit 180, die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200, die Temperaturdaten-Abtasteinheit 210, die Temperaturdaten-Messeinheit 220, das Leistungs-Halbleiterelement 230, einen Steuer-IC 701, eine Vorisolierung-Steuerschaltung 702 und eine Steuerung-Kommunikationsschaltung 704. Genauer gesagt, umfasst das IPM 700 der vorliegenden Ausführungsform die Vorisolierung-Steuerschaltung 702 anstelle der Steuerschaltung 170 in der Ausführungsform 1, wobei es den Steuer-IC 701 anstelle von der Gate-Antriebsschaltung 190 enthält, und umfasst die Steuerung-Kommunikationsschaltung 704.
Hier wird, da der Aufbau, abgesehen von dem Steuer-IC 701, der Vorisolierung-Steuerschaltung 702 und der Steuerung-Kommunikationsschaltung 704 gleich dem Aufbau der Ausführungsform 1 wie in 1 gezeigt ist, die Beschreibung hiervon ausgelassen.
Der Steuer-IC 701 empfängt das Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310 als Eingabe und erzeugt das Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320. Der Steuer-IC 701 umfasst nicht die Überhitzungsschutz-Funktion, welche in der Gate-Antriebsschaltung 190 umfasst ist, welche unter Bezugnahme auf 2 der Ausführungsform 1 beschrieben ist (die Funktion zum Erlangen des Überhitzungsschutz-Steuersignals 330 als Eingabe und zum Invertieren des Signals, zum Durchführen von UND-Betrieben des Steuersignals der oberen Seite und des Steuersignals der unteren Seite, und, hieraus resultierend, zum Unterbrechen (Umsetzen auf Low (0)) des Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignals 320, wenn das Überhitzungsschutz-Steuersignal 330 auf High (1) ist). Anstelle dessen hat er eine Funktion zum Einstellen des Spannungspegels von dem Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310 (beispielsweise 5 V) und des Spannungspegels von dem Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 (beispielsweise 15 V), und des Zuführens des Steuersignals der oberen Seite und des Steuersignals der unteren Seite, direkt über die Spannungspegel-Einstellung durchlaufend, als das Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 (somit ist es gleichbedeutend, da das Überhitzungsschutz-Steuersignal 330 in der Beschreibung von 2 stets L(0) ist).
Auf die gleiche Art und Weise wie bei der Ausführungsform 1, überträgt das Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310 das Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300 über die elektrische Isoliereinheit 180. Zusätzlich wird das Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300 von der Vorisolierung-Steuerschaltung 702 anstelle von der Steuerschaltung 170 der Ausführungsform 1 ausgegeben.
Beim Empfangen des Steuerung-Gate-Anweisungssignals 703, welches das Steuersignal von der Steuerung 706 ist, in einem System, welches das IPM 700 verwendet, und des Überhitzungsschutz-Anweisungssignals 340 vom Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140, erzeugt die Vorisolierung-Steuerschaltung 702 das Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300 als das Antriebs-Steuersignal vom Leistungs-Halbleiterelement 230 durch die Funktion ähnlich der Funktion von der in 2 gezeigten Gate-Antriebsschaltung 190 (sie entspricht einem funktionalen Aufbau, bei welchem das Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal 310 in 2 das Steuerung-Gate-Anweisungssignal 703 annimmt, und das Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal 320 das Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300 annimmt). Zusätzlich umfasst die Steuerung 706, welche eine Steuerung ist, welche das IPM 700 steuert, einen Mikrocomputer oder einen ASIC.
Zusätzlich umfasst die vorliegende Ausführungsform eine Funktion zum Übertragen des Überhitzungsschutz-Anweisungssignals 340, welches vom Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140 erzeugt ist, an die Steuerung 706 als die Temperaturschutz-Ausführungszustand-Information von dem Leistungs-Halbleiterelement 230.
Genauer gesagt, ist sie auf eine solche Art und Weise konfiguriert, dass, wenn eine Bedingung zum Durchführen von dem Überhitzungsschutz, resultierend aus der Vergleichsentscheidung im Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140, auftritt, die Vorisolierung-Steuerschaltung 702 das Steuerung-Gate-Anweisungssignal 703 von der Steuerung 706 in Ansprechen auf das Überhitzungsschutz-Anweisungssignal 340 ausschaltet, das Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal 300 darüber informiert, und die Information, dass der ausgeschaltete Zustand aufgetreten ist, direkt an die Steuerung 706 unter Verwendung des Überhitzungsschutz-Anweisungssignals 340 sendet.
Zusätzlich umfasst die vorliegende Ausführungsform die Steuerung-Kommunikationsschaltung 704. Die Steuerung-Kommunikationsschaltung 704 speichert die Nachkorrektur-Temperaturdaten 540, welche von der Temperaturdaten-Korrektureinheit 150 erzeugt sind, und ermöglicht es der Steuerung 706 die Werte der Nachkorrektur-Temperaturdaten 540 als die Temperaturdaten von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 in Ansprechen auf eine Temperaturdaten-Ausleseanforderung von dem Steuerung-Kommunikationssignal 705 zu erlangen.
Was das Steuerung-Kommunikationssignal 705 betrifft, ist es vorstellbar, dass beispielsweise eine I2C (Inter-Integrierte-Schaltung: der von Philips entwickelte Bus-Standard) und SPI (Serielle-Peripherie-Schnittstelle: der von Motorola, Inc. entwickelte Bus-Standard) verwendet werden, welche Kommunikation-Spezifikationen sind, welche für gewöhnlich zwischen einer Mikro-Steuerung (ein IC, der sogenannte Mikrocomputer) und einem weiteren IC verwendet werden.
In dem durch die vorliegende Ausführungsform implementierten IPM 700 ermöglicht die elektrische Isoliereinheit 180 eine Verbindung zwischen der Leistungsversorgung-Domäne (Hochspannung-Domäne), welche das Leistungs-Halbleiterelement 230 und den Steuer-IC 701 umfasst, und der Leistungsversorgung-Domäne (Niedrigspannung-Domäne), welche die Vorisolierung-Steuerschaltung 702 und die Steuerung-Kommunikationsschaltung 704 in Relation zu einer Information enthält, wobei sie diese jedoch elektrisch isoliert.
Im Allgemeinen wird das Leistungs-Halbleiterelement 230 durch die Leistungsversorgung mit einigen Hundert Volt betrieben, und wird der Steuer-IC 701 durch die Leistungsversorgung von einigen zehnfachen Volt betrieben, und wird die Steuerung 706, welche das Steuerung-Gate-Anweisungssignal 703 an das IPM 700 zuführt, durch die Leistungsversorgung von 3,3 V oder 5 V betrieben.
Da der Aufbau verhindern kann, dass elektrisches Rauschen, welches für gewöhnlich in der Hochspannung-Domäne erzeugt wird, an die Niedrigspannung-Domäne ausgestrahlt wird, kann er die Vorisolierung-Steuerschaltung 702 und die Steuerung-Kommunikationsschaltung 704 durch die gleiche Leistungsversorgung wie die Steuerung 706 betreiben, wodurch die Möglichkeit besteht, die Entwurfsarbeit für Rauschen-Steuermaßnahmen zu vereinfachen, welche bei der Entwicklung von einer Platine, auf welcher die Steuerung 706 und das IPM 700 eingerichtet sind, eine mühsame Arbeit ist, und die Temperatur-Information und die Information über den Temperatur-Schutzzustand von dem Leistungs-Halbleiterelement 230, gespeichert vom IPM 700, einfach zu erlangen.
Im Übrigen, was die Temperaturdaten-Quantisierungseinheit 200, die Temperaturdaten-Abtasteinheit 210, die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100, die Temperaturdaten-Übertragungseinheit 110, die Temperaturdaten-Empfangseinheit 120, die Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit 130, den Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator 140, die Temperaturdaten-Korrektureinheit 150, die Korrekturdaten-Speichereinheit 160, die Vorisolierung-Steuerschaltung 702 und die Steuerung-Kommunikationsschaltung 704 betrifft, obwohl es vorstellbar ist, sie auf verschiedene Arten zu implementieren, beispielsweise unter Verwendung von diskreten Bauteilen, zugewiesenen ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), FPGAs (feldprogrammierbare Gate-Arrays), Mikrocomputer oder DSPs (digitaler Signalprozessor), ist die Art und Weise der Implementierung nicht auf eine bestimmte beschränkt.
Zusätzlich, was die Implementierung der Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 betrifft, obwohl die Ausführungsform 1 ein Beispiel zum Reduzieren der 8-Bit-Daten auf 6-Bit-Daten zeigt, können die Daten auf 7-Bit-Daten oder 5-Bit-Daten reduziert werden (jegliche Bits werden ausreichen, solange die Anzahl der Bits niedriger ist).
Zusätzlich, obwohl das Steuerung-Kommunikationssignal 705, welches zur Datenkommunikation zwischen der Steuerung-Kommunikationsschaltung 704 und der Steuerung 706 verwendet wird, basierend auf den seriellen Bus-Spezifikationen, wie beispielsweise I2C und SPI, beschrieben ist, können problemlos weitere serielle Bus-Spezifikationen und parallele Bus-Spezifikationen verwendet werden.
Wie zuvor beschrieben, was das Halbleitermodul der Ausführungsform 3 betrifft, umfasst dieses die Steuerschaltung, welche das Antriebs-Steuersignal von dem Halbleiterelement gemäß dem Vergleichsergebnis von dem Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator und das Steuersignal von der Steuerung zum Steuern des Systems ausgibt, und die Kommunikationsschaltung, welche die kodierten Daten an die Steuerung zuführt, welche durch das Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem von der Ausführungsform 1 als die Temperaturdaten von dem Halbleiterelement erfasst sind, wobei der Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator sein Vergleichsergebnis an die Steuerung als die Temperaturschutz-Ausführungszustand-Information von dem Halbleiterelement zuführt. Demgemäß kann es die Steuerung mit der Schnittstelle zum Steuern des Temperatur-Steuersystems bereitstellen.
Ferner kann ein Halbleitermodul-System implementiert werden, indem die Steuerung 706 im IPM 700 der vorliegenden Ausführungsform einbezogen wird. Sobald hervorgerufen wird, dass die Steuerung 706 komplizierte Anweisungen durchzuführen hat, steigt die Temperatur von dem IGBT in Hinblick auf das Anweisungssignal von der Steuerung 706 an. Somit, wenn das IPM 700 den IGBT stoppt, indem die Gültigkeit der Anweisungen von der Steuerung 706 entschieden wird, indem die Temperaturdaten mit einem vorbestimmten Temperaturdaten-Schwellwert verglichen werden, und die vorliegenden Temperaturdaten der Steuerung 706 bereitgestellt werden, kann die Steuerung 706 die komplizierte Steuerung gemäß den Temperaturdaten implementieren.
Somit umfasst das in 11 gezeigte Halbleitermodul-System das Leistungs-Halbleiterelement 230; die Steuerung 706, welche das Anweisungssignal zum Steuern des Gates von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 ausgibt; die Vorisolierung-Steuerschaltung 702, welche das Steuersignal erzeugt, welches das Anweisungssignal ist, indem die Gültigkeit von dem Anweisungssignal von der Steuerung 706 als ein Ergebnis von einem Vergleich der Temperaturdaten mit dem Temperaturdaten-Schwellwert oder dergleichen entschieden wird; den Steuer-IC 701, welcher die Antriebssignal-Erzeugungseinheit ist, welche das Antriebssignal zum Antreiben des Gates von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 in Ansprechen auf das Steuersignal erzeugt; die digitale Temperaturdaten-Messeinheit 220, welche die Temperatur von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 als digitale Temperaturdaten erfasst; und die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100, welche die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101, welche die Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt und die Vorkodierung von den höherwertigen Bits, welche sich von den vorbeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt, die Erlangungseinheit 102 von signifikanten Daten, welche die signifikanten Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorbeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt, und die Verknüpfungseinheit 103, welche die kodierten Daten durch ein Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt, umfasst.
Genauer gesagt, was die Vorisolierung-Steuerschaltung 702, welche die Gültigkeit des Anweisungssignals von der Steuerung 706 aus dem Vergleichsergebnis der Temperaturdaten mit dem Temperaturdaten-Schwellwert oder dergleichen entscheidet und das Steuersignal erzeugt, welches das Anweisungssignal ist, und was den Steuer-IC 701 betrifft, welcher die Antriebssignal-Erzeugungseinheit ist, welche das Antriebssignal zum Antreiben des Gates von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 in Ansprechen auf das Steuersignal erzeugt, ist es ausreichend, dass sie die Steuereinheit 702, welche das Anweisungssignal erzeugt, indem die Gültigkeit von dem Anweisungssignal von der Steuerung 706 gemäß den Temperaturdaten von dem Halbleiterelement entschieden wird, und die Antriebssignal-Erzeugungseinheit, welche das Antriebssignal zum Antreiben des Gates von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 in Ansprechen auf das Steuersignal erzeugt, umfassen.
Gemäß dem Halbleitermodul-System, kann es schnell das Steuersignal zum Steuern des IGBT in Ansprechen auf die Temperaturdaten, welche im Betrieb bei hoher Temperatur um den IGBT herum erfasst sind, stoppen, und kann die Steuerung 706 hervorrufen, dass das Halbleitermodul komplizierte Anweisungen in Ansprechen auf die Temperaturdaten durchführt, indem die vorliegenden Temperaturdaten von dem IGBT der Steuerung 706 bereitgestellt werden.
Ferner wird es möglich, das Halbleitermodul-System, welches dazu in der Lage ist, die Temperatur sogar dann zu erfassen, wenn das Anweisungssignal von der Steuerung kompliziert ist, und welches dazu in der Lage ist, unmittelbar die Antriebs-Anweisungssteuerung von der Temperaturerfassung, indem das Leistungs-Halbleiterelement 230 umfasst ist, durchzuführen; die Steuerung, welche das Anweisungssignal zum Steuern des Gates von dem Halbleiterelement ausgibt; die Antriebssignal-Erzeugungseinheit, welche das Antriebssignal von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 aus dem Anweisungssignal erzeugt; die digitale Temperaturdaten-Messeinheit 220, welche die Temperatur von dem Leistungs-Halbleiterelement 230 als die digitalen Temperaturdaten erfasst; und die Temperaturdaten-Kodiereinheit 100 zu implementieren, welche die Vorkodierung-Umwandlungseinheit 101, welche die Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen aus den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt und die Vorkodierung anhand der höherwertigen Bits, welche sich von den vorgeschrieben geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt, die Erlangungseinheit 102 von signifikanten Daten, welche die signifikanten Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt, und die Verknüpfungseinheit 103, welche die kodierten Daten durch ein Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt, umfasst.
Im Übrigen ist es zu verstehen, dass eine freie Kombination der einzelnen Ausführungsformen, Variationen von jeglichen Bauteilen der einzelnen Ausführungsformen oder eine Entnahme von jeglichen Bauteilen der einzelnen Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung möglich sind.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie zuvor beschrieben, sind ein Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem und ein Halbleitermodul und ein Halbleitermodul-System gemäß der vorliegenden Erfindung auf eine solche Art und Weise konfiguriert, dass sie die kodierten Daten der Temperaturdaten von dem Halbleiterelement mit einer unterschiedlichen Datenauflösung im Bereich einer hohen Temperatur und im Bereich einer niedrigen Temperatur verwenden, und wobei die Temperaturdaten eine festgelegte Datenlänge haben. Demgemäß werden sie auf geeignete Weise bei einem System angewendet, welches die Temperaturerfassung und Temperatursteuerung von einer Leistungsvorrichtung (Leistungs-Halbleiterelement) durchführt.
Bezugszeichenliste
100 Temperaturdaten-Kodiereinheit; 101 Vorkodierung-Umwandlungseinheit; 102 Erlangungseinheit von signifikanten Daten; 103 Verknüpfungseinheit; 110 Temperaturdaten-Übertragungseinheit; 120 Temperaturdaten-Empfangseinheit; 130 Temperaturdaten-Rückwärts-Kodiereinheit; 140 Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator; 150 Temperaturdaten-Korrektureinheit; 160 Korrekturdaten-Speichereinheit; 170 Steuerschaltung; 180 elektrische Isoliereinheit; 190 Gate-Antriebsschaltung; 200 Temperaturdaten-Quantisierungseinheit; 210 Temperaturdaten-Abtasteinheit; 220 Temperaturdaten-Messeinheit; 230 Leistungs-Halbleiterelement; 300 Leistungsvorrichtung-Gate-Anweisungssignal; 310 Leistungsvorrichtung-Gate-Steuersignal; 320 Leistungsvorrichtung-Gate-Antriebssignal; 330 Überhitzungsschutz-Steuersignal; 340 Überhitzungsschutz-Anweisungssignal; 400 erzeugte Wärme von der Leistungsvorrichtung; 410 Leistungsvorrichtung-Temperatur-Erfassungsdaten; 420 Nachabtastung-Temperaturdaten; 430 Nachquantisierungs-Temperaturdaten; 440 Nachkodierung-Temperaturdaten; 450 Nachkodierung-Temperatur-Übertragungsdaten; 500 Temperaturdaten, welche über die Isoliereinheit überführt sind; 510 Nachkodierung-Temperatur-Empfangsdaten; 520 rückwärts kodierte Temperaturdaten; 530 Temperatur-Korrekturdaten; 540 Nachkorrektur-Temperaturdaten; 700 IPM (Intelligentes Leistungsmodul); 701 Steuer-IC; 702 Vorisolierung-Steuerschaltung; 703 Steuerung-Gate-Anweisungssignal; 704 Steuerung-Kommunikationsschaltung; 705 Steuerung-Kommunikationssignal; 706 Steuerung.

Claims

Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem, welches umfasst: eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche die Temperatur von einem Halbleiterelement als digitale Temperaturdaten erfasst; und eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche die digitalen Temperaturdaten zu kodierten Daten mit einer vorgeschriebenen Länge kodiert, die kodierten Daten eine Kombination aus einer Vorkodierung und einem Daten-Kode umfassen, wobei die Kombination derart bestimmt ist, dass ein Datenbereich abgedeckt ist, welcher einen vorgeschriebenen untersten Grenzwert der Temperaturerfassung umfasst, wobei die Vorkodierung angeordnet wird, indem ein oberer Grenzwert der Erfassung des Bereiches einer hohen Temperatur als ein Referenzwert eingestellt wird, indem eine Temperaturbereich-Domäne für jeden Bereich eines bestimmten Zweierexponenten unter Verwendung einer minimalen Erfassungsauflösung als eine Basiseinheit von dem oberen Grenzwert der Erfassung eingestellt wird, und indem 0-Bits vor einem 1-Bit für jede Temperaturbereich-Domäne platziert werden, beginnend von dem Bereich der hohen Temperatur, während die Anzahl von 0-Bits mit einer Nummer der Temperaturbereich-Domäne erhöht wird, und der Daten-Kode durch ein Halbieren der Erfassungsauflösung ausgebildet wird, indem geringwertige Bits der Temperaturdaten um ein Bit für jede Temperaturbereich-Domäne gelöscht werden, beginnend von dem Bereich der hohen Temperatur.
Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem, welches umfasst: eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche die Temperatur von einem Halbleiterelement als digitale Temperaturdaten erfasst; und eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche umfasst: eine Vorkodierung-Umwandlungseinheit, welche eine Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen gemäß vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt und eine Vorkodierung anhand von höherwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt; eine Erlangungseinheit von signifikanten Daten, welche signifikante Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt; und eine Verknüpfungseinheit, welche kodierte Daten durch ein Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt.
Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem nach Anspruch 2, bei welchem die Vorkodierung-Umwandlungseinheit die Vorkodierung erzeugt, welche N-10-Bits, gefolgt von einem 1-Bit für eine Nte höchste Temperaturbereich-Domäne in Relation zu einer vorgeschriebenen Temperaturbereich-Domäne, welche als eine Referenz verwendet wird, umfasst, wobei N ist eine positive Ganzzahl ist.
Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem nach Anspruch 2, bei welchem die Erlangungseinheit von signifikanten Daten die signifikanten Daten erlangt, indem geringwertigste N-1 Bits für die Nte höchste Temperaturbereich-Domäne in Relation zu einer vorgeschrieben Temperaturbereich-Domäne, welche als eine Referenz verwendet wird, gelöscht werden, wobei N eine positive Ganzzahl ist.
Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Temperaturdaten-Schwellwert-Komparator, welcher die Temperaturdaten, welche durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit kodiert sind, mit einem Nachkodierung-Schwellwert, welcher durch ein Kodieren eines vorbestimmten Temperatur-Schwellwertes erlangt ist, vergleicht, und welcher ein Vergleichsergebnis der Temperaturdaten mit dem Schwellwert erlangt.
Halbleiterelement-Temperatur-Erfassungssystem nach Anspruch 1, bei welchem die Temperaturdaten-Kodiereinheit eine asynchrone Übertragung als ein Kommunikationsverfahren mit einer Temperaturdaten-Empfangseinheit, welche die kodierten Daten empfängt, welche durch die Temperaturdaten-Kodiereinheit erzeugt sind, verwendet.
Halbleitermodul, welches umfasst: ein Halbleiterelement; eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche eine Temperatur des Halbleiterelements als digitale Temperaturdaten erfasst; und eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche umfasst: eine Vorkodierung-Umwandlungseinheit, welche eine Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen in Übereinstimmung mit vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt und eine Vorkodierung aus höherwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt; eine Erlangungseinheit von signifikanten Daten, welche signifikante Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt; und eine Verknüpfungseinheit, welche kodierte Daten durch ein Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt.
Halbleitermodul-System, welches umfasst: ein Halbleiterelement; eine Steuerung, welche ein Anweisungssignal zum Steuern von einem Gate von dem Halbleiterelement ausgibt; eine digitale Temperaturdaten-Messeinheit, welche eine Temperatur von dem Halbleiterelement als digitale Temperaturdaten erfasst; eine Temperaturdaten-Kodiereinheit, welche umfasst: eine Vorkodierung-Umwandlungseinheit, welche eine Mehrzahl von Temperaturbereich-Domänen in Übereinstimmung mit vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten bestimmt und eine Vorkodierung aus höherwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten, welche sich von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits unterscheiden, erzeugt; eine Erlangungseinheit von signifikanten Daten, welche signifikante Daten entsprechend der Temperaturbereich-Domäne von den vorgeschriebenen geringwertigen Bits der digitalen Temperaturdaten erlangt; und eine Verknüpfungseinheit, welche kodierte Daten durch Zusammenfassen der Vorkodierung mit den signifikanten Daten erzeugt; eine Steuereinheit, welche eine Gültigkeit des Anweisungssignals von der Steuerung gemäß den digitalen Temperaturdaten entscheidet und ein Steuersignal erzeugt; und eine Antriebssignal-Erzeugungseinheit, welche ein Antriebssignal zum Antreiben des Gates von dem Halbleiterelement in Ansprechen auf das Steuersignal erzeugt.