JP2002107232A - 半導体素子モジュールの温度検出装置 - Google Patents

半導体素子モジュールの温度検出装置

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JP2002107232A
JP2002107232A JP2000302234A JP2000302234A JP2002107232A JP 2002107232 A JP2002107232 A JP 2002107232A JP 2000302234 A JP2000302234 A JP 2000302234A JP 2000302234 A JP2000302234 A JP 2000302234A JP 2002107232 A JP2002107232 A JP 2002107232A
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temperature
semiconductor
circuit
constant current
semiconductor element
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JP2000302234A
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Yoshinori Sato
義則 佐藤
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数個の半導体モジュールから構成される電
気回路において、半導体素子ごとの温度を検出する小形
の温度検出装置を提供する。 【解決手段】 半導体素子3T〜8Tとその温度を検出
するためのダイオード3D〜8Dを内蔵した半導体モジ
ュール3〜8を複数個用いて構成される電気回路におい
て、複数個の温度検出用ダイオード4D、6D、8Dを
直列に接続して1個の定電流回路2jから一定電流を供
給するとともに、基準電圧を発生する基準電圧源2g〜
2iと、温度検出用ダイオード4D、6D、8Dの両端
の電圧を基準電圧と比較する比較回路2d〜2jとを直
列に接続した回路を、各温度検出用ダイオード4D、6
D、8Dと並列に接続する。これにより、半導体素子ご
とに定電流回路を設けなくてよいから装置を小型化する
ことができる上に、半導体素子の過温度を半導体素子ご
とにモニターすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体モジュールの
温度を検出する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体素子とその温度を検出するための
ダイオードとを集積した半導体基板を複数個収納した半
導体モジュールにおいて、各温度検出用ダイオードにそ
れぞれ別個の定電流回路から電源を供給するようにした
半導体モジュールの温度検出装置が知られている(例え
ば、特開平11−142254号公報参照)。
【0003】また、半導体素子とその半導体素子の温度
検出用ダイオードとを集積した半導体基板を複数個収納
した半導体モジュールにおいて、各温度検出用ダイオー
ドを並列に接続し、1個の定電流回路から電源を供給す
るようにした半導体モジュールの温度検出装置が知られ
ている(例えば、特開平10−038964号公報参
照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、複数の半導
体素子の温度検出回路とその電源を集積して小型化を図
る場合に、上述した前者の温度検出装置では、半導体素
子の数だけ定電流回路を用意しなければならず、半導体
基板の面積が大きくなるという問題がある。また、後者
の温度検出装置によれば、いずれかの半導体素子が過温
度になっていることは検出できるが、どの半導体素子な
のかを判別することができないという問題がある。
【0005】本発明の目的は、複数個の半導体モジュー
ルから構成される電気回路において、半導体素子ごとの
温度を検出する小形の温度検出装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】発明の一実施の形態の構
成を示す図1に対応づけて請求項1および2の発明を説
明すると、 (1) 請求項1の発明は、半導体素子3T〜8Tとそ
の温度を検出するためのダイオード3D〜8Dを内蔵し
た半導体モジュール3〜8を複数個用いて構成される電
気回路において、複数個の温度検出用ダイオード4D、
6D、8Dを直列に接続して1個の定電流回路2jから
一定電流を供給するとともに、基準電圧を発生する基準
電圧源2g〜2iと、温度検出用ダイオード4D、6
D、8Dの両端の電圧を基準電圧と比較する比較回路2
d〜2jとを直列に接続した回路を、各温度検出用ダイ
オード4D、6D、8Dと並列に接続することにより、
上記目的を達成する。 (2) 請求項2の半導体モジュールの温度検出装置
は、定電流回路2j、基準電圧源2g〜2iおよび比較
回路2d〜2fを同一の半導体基板上に形成するように
したものである。
【0007】上述した課題を解決するための手段の項で
は、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を
用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定され
るものではない。
【0008】
【発明の効果】(1) 請求項1の発明によれば、半導
体素子ごとに定電流回路を設けなくてよいから装置を小
型化することができる上に、半導体素子の過温度を半導
体素子ごとにモニターすることができる。 (2) 請求項2の発明によれば、請求項1の上記効果
に加え、インバーター制御部と半導体モジュールとの間
のインタフェース回路をまとめて集積することができ、
合理的な装置レイアウトと組立のし易さを達成すること
ができる。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明を三相インバーターの電力
変換用半導体モジュールに適用した一実施の形態を説明
する。なお、本発明の半導体モジュールの温度検出装置
は三相インバーターに限定されず、半導体モジュールを
用いるすべての電気回路および装置に適用することがで
きる。
【0010】図1は一実施の形態の電気回路図である。
この回路は三相インバーターであり、直流電源P、Nか
ら供給される直流電力を半導体モジュール3〜8により
三相交流電力に変換し、交流電源U、V、Wから三相交
流モーター9へ供給する。半導体モジュール3〜8には
それぞれ、半導体素子であるIGBT(3T〜8T)と
そのIGBTの温度を検出するためのダイオード(3D
〜8D)がそれぞれ1個ずつ、同一の半導体基板上に形
成されている。例えば半導体モジュール3には、IGB
T3Tと温度検出用ダイオード3Dとが同一の半導体基
板上に形成され、内蔵されている。他の半導体モジュー
ル4〜8についても同様である。
【0011】なお、半導体素子と温度検出用ダイオード
とを必ずしも同一基板上に形成する必要はなく、半導体
素子の近くに温度検出用ダイオードを配置して半導体モ
ジュールに内蔵してもよい。
【0012】図1では、図面を見やすくするために直流
電源P側の半導体モジュール3,5,7の接続を省略す
るが、これらの接続は直流電源N側の半導体モジュール
4,6,8の接続と同様である。
【0013】IGBT3T〜8Tは電流が流れると温度
が上昇する。モーター9の過負荷や装置の故障などによ
りIGBT3T〜8Tに過電流が流れると、IGBT3
T〜8Tの温度はさらに上昇し、温度許容値を超えると
IGBT3T〜8Tが破損する。そこで、温度上昇にと
もなって順方向電圧が低下するダイオード3D〜8Dの
性質を利用し、順方向電圧が所定値以下になったらIG
BT3T〜8Tへの通電を停止することによって、IG
BT3T〜8Tの破損を防止する。
【0014】インバーター制御部1はインバーター電力
変換部(半導体モジュール3〜8)を制御する回路であ
り、マイクロコンピューターとメモリやA/Dコンバー
ターなどの周辺部品から構成され、直流電力P、Nを三
相交流電力U、V、Wに変換するためのIGBT3T〜
8Tのスイッチング制御や、IGBT3T〜8Tが過温
度になったときの電力変換停止制御もしくは電流制限な
どを行う。
【0015】インタフェース部2はインバーター電力変
換部(半導体モジュール3〜8)とインバーター制御部
1との間に介在し、IGBT4T、6T、8Tの駆動回
路2a〜2cと温度検出回路2d〜2jとを1枚の半導
体基板上に形成したものである。なお、図1では、図面
を見やすくするために直流電源P側の半導体モジュール
3,5,7に対するインタフェース部の図示を省略する
が、このインタフェース部は直流電源N側の半導体モジ
ュール4,6,8のインタフェース部2と同様である。
【0016】駆動回路2a〜2cは、インバーター制御
部1からのスイッチング信号を増幅し、IGBT4T、
6T、8Tのベースへ供給する。
【0017】温度検出回路2d〜2jは、比較回路2d
〜2fと、基準電源2g〜2iと、定電流回路2jを備
えている。この実施の形態では、直流電源N側の半導体
モジュール4,6,8の温度検出用ダイオード4D、6
D、8Dを直列に接続し、制御電源Sから1個の定電流
回路2jを介してダイオード4D、6D、8Dの直列回
路へ一定電流を供給する。したがって、各ダイオード4
D、6D、8Dには常に同一の一定電流が流れる。
【0018】ダイオード4Dの両端には比較回路2dと
基準電源2gの直列回路を接続し、またダイオード6D
の両端には比較回路2eと基準電源2hの直列回路を接
続し、さらにダイオード8Dの両端には比較回路2fと
基準電源2iの直列回路を接続する。
【0019】ダイオード4D、6D、8Dは、順方向電
流を一定にした場合に、温度が高くなるほど両端に発生
する電圧(以下、端子電圧と呼ぶ)が小さくなるという
特性を有している。したがって、予めダイオード4D、
6D、8Dの温度に対する端子電圧の特性を測定し、I
GBTの破損を防止するために通電を停止すべき温度に
対応する端子電圧(以下、基準電圧と呼ぶ)を決定す
る。そして、その基準電圧を基準電源2g〜2iから発
生させ、各比較回路2d〜2fにおいて各ダイオード4
D、6D、8Dの端子電圧と各基準電源2g〜2iの基
準電圧とを比較する。ダイオード4D、6D、8Dの端
子電圧が基準電圧を下回ると、比較回路2d〜2iから
過温度を示す信号が出力される。
【0020】ダイオード4D、6D、8Dのカソードは
それぞれ、信号線X、Y、Zを介して対応する各基準電
源2g〜2iの負極に接続されているから、各比較回路
2d〜2fによってダイオード4D、6D、8Dの端子
電圧を別々にモニターすることができる。これにより、
各ダイオード4D、6D、8Dに対応するIGBT4
T、6T、8Tの温度を別々にモニターでき、どのIG
BTが温度異常なのかを判別することができる。
【0021】また、ダイオード4D、6D、8Dは直列
に接続されているから、各ダイオード4D、6D、8D
には同一の一定電流が流れ、電流の変動に起因する端子
電圧のバラツキはないものと考えることができ、各IG
BT4T、6T、8Tの温度を正確にモニターすること
ができる。
【0022】比較回路2d〜2fから過温度信号を受信
したインバーター制御部1は、IGBT3T〜8Tをオ
フして電力変換を停止するか、あるいは出力電流を制限
してIGBT3T〜8Tの破損を防止する。
【0023】なお、直流電源N側のIGBT4T、6
T、8Tの温度検出用ダイオード4D、6D、8Dと、
それらの温度検出回路2d〜2jの動作を説明したが、
直流電源P側のIGBT3T、5T、7Tの温度検出用
ダイオード3D、5D、7Dと、それらの温度検出回路
(不図示)の動作も同様である。
【0024】このように、半導体素子3T〜8Tとその
温度を検出するためのダイオード3D〜8Dを内蔵した
半導体モジュール3〜8を複数個用いて構成される電気
回路において、複数個の温度検出用ダイオード4D、6
D、8Dを直列に接続して1個の定電流回路2jから一
定電流を供給するとともに、基準電圧を発生する基準電
圧源2g〜2iと、温度検出用ダイオード4D、6D、
8Dの両端の電圧を基準電圧と比較する比較回路2d〜
2jとを直列に接続した回路を、各温度検出用ダイオー
ド4D、6D、8Dと並列に接続するようにしたので、
IGBT4T、6T、8Tごとに定電流回路を設けなく
てよいから装置を小型化することができる上に、IGB
T4T、6T、8Tの過温度をIGBTごとにモニター
することができる。
【0025】また、定電流回路2j、基準電圧源2g〜
2iおよび比較回路2d〜2fを同一の半導体基板上に
形成するようにしたので、インバーター制御部1と半導
体モジュール3〜8との間のインタフェース回路2をま
とめて集積することができ、合理的な装置レイアウトと
組立のし易さを達成することができる。
【0026】上述した一実施の形態では、直流電源N側
の3個の温度検出用ダイオード4D、6D、8Dを直列
に接続し、それらに1個の定電流回路2jから一定電流
を供給し、同様に、直流電源P側の3個の温度検出用ダ
イオード3D、5D、7Dを直列に接続し、それらに1
個の定電流回路(不図示)から一定電流を供給する例を
示したが、6個のダイオード3D〜8Dをすべて直列に
接続し、それらに1個の定電流回路から一定電流を供給
するようにしてもよい。
【0027】また、上述した一実施の形態では、半導体
素子としてIGBTを例に上げて説明したが、半導体素
子はIGBTに限定されず、例えばトランジスター、S
CR、ダイオードなどであってもよい。さらに、上述し
た一実施の形態とその変形例では、1個の半導体素子
(IGBT)を内蔵する半導体モジュールを例に上げて
説明したが、2個以上の半導体素子を内蔵する半導体モ
ジュールに対しても本願発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 一実施の形態の電気回路図である。
【符号の説明】
1 インバーター制御部 2 インタフェース部 2a〜2c 駆動回路 2d〜2f 比較回路 2g〜2i 基準電源 2j 定電流回路 3〜8 半導体モジュール 3D〜8D 温度検出用ダイオード 3T〜8T IGBT 9 三相交流モーター

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】半導体素子とその温度を検出するためのダ
    イオードを内蔵した半導体モジュールを複数個用いて構
    成される電気回路において、 複数個の前記温度検出用ダイオードを直列に接続して1
    個の定電流回路から一定電流を供給するとともに、基準
    電圧を発生する基準電圧源と、前記温度検出用ダイオー
    ドの両端の電圧を前記基準電圧と比較する比較回路とを
    直列に接続した回路を、前記各温度検出用ダイオードと
    並列に接続することを特徴とする半導体モジュールの温
    度検出装置。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の半導体モジュールの温度
    検出装置において、 前記定電流回路、前記基準電圧源および前記比較回路を
    同一の半導体基板上に形成することを特徴とする半導体
    モジュールの温度検出装置。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008206321A (ja) * 2007-02-21 2008-09-04 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電力変換装置
JP2011133420A (ja) * 2009-12-25 2011-07-07 Mitsubishi Electric Corp スイッチ素子の温度検出方法

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