JP2010199490A - Temperature measurement device of power semiconductor device, and power semiconductor module using the same - Google Patents

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Hiroyuki Yoshimura
弘幸 吉村
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Fuji Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature measurement circuit of a power semiconductor device preventing degradation of temperature detection accuracy even when a power element is in any condition while suppressing manufacturing cost, and to provide a power semiconductor module using the same. <P>SOLUTION: The temperature measurement circuit of the power semiconductor device includes power elements 5, 6 and diodes DD2, DU2 for temperature detection on a silicon chip, and detects a temperature of the power semiconductor device. The temperature measurement circuit includes temperature measurement parts 9, 10 for detecting a temperature of the silicon chip by detecting a forward current flowing between an anode and cathode with potentials of the anode and cathode of the diodes DD2, DU2 for temperature detection maintained to be negative than an emitter or source potential of the power element. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明はパワー半導体装置の温度測定装置およびこれを使用したパワー半導体モジュールに関し、特に、シリコンチップの温度を高精度で検出するようにしたものである。   The present invention relates to a temperature measuring device for a power semiconductor device and a power semiconductor module using the same, and in particular, detects the temperature of a silicon chip with high accuracy.

近年の車両機器では、高効率化および省エネ対策を図るために、駆動力を生む電動機の駆動システムに、昇降圧コンバータおよびインバータの搭載が行われている。
図5は、従来の昇降圧コンバータを用いた車両駆動システムの概略構成を示すブロック図である。
図5において、車両駆動システムには、昇降圧コンバータ1102に電力を供給する電源1101、電圧の昇降圧を行う昇降圧コンバータ1102、昇降圧コンバータ1102から出力された電圧を3相電圧に変換するインバータ1103および車両を駆動する電動機1104が設けられている。なお、電源1101は、架線からの給電電圧または直列接続されたバッテリーから構成することができる。
In recent vehicle equipment, in order to achieve high efficiency and energy saving measures, a step-up / down converter and an inverter are mounted on a drive system of an electric motor that generates drive force.
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a vehicle drive system using a conventional buck-boost converter.
In FIG. 5, the vehicle drive system includes a power source 1101 that supplies power to the buck-boost converter 1102, a buck-boost converter 1102 that performs voltage boost and buck, and an inverter that converts the voltage output from the buck-boost converter 1102 into a three-phase voltage. 1103 and an electric motor 1104 for driving the vehicle are provided. Note that the power source 1101 can be configured by a power supply voltage from an overhead wire or a battery connected in series.

そして、車両駆動時には、昇降圧コンバータ1102は、電源1101の電圧(例:280V)を電動機1104の駆動に適した電圧(例:750V)に昇圧し、インバータ1103に供給する。そして、スイッチング素子をオン/オフ制御することにより、昇降圧コンバータ1102にて昇圧された電圧を3相電圧に変換して、電動機1104の各相に電流を流し、スイッチング周波数を制御することで車両の速度を変化させることができる。   When the vehicle is driven, the step-up / down converter 1102 boosts the voltage of the power source 1101 (eg, 280 V) to a voltage suitable for driving the electric motor 1104 (eg, 750 V) and supplies the boosted voltage to the inverter 1103. Then, by turning on / off the switching element, the voltage boosted by the buck-boost converter 1102 is converted into a three-phase voltage, current is passed through each phase of the electric motor 1104, and the switching frequency is controlled to control the vehicle. The speed of the can be changed.

一方、車両の制動時には、インバータ1103は、電動機1104の各相に生じる電圧に同期してスイッチング素子をオン/オフ制御することにより、整流動作を行い、直流電圧に変換してから、昇降圧コンバータ1102に供給する。そして、昇降圧コンバータ1102は、電動機1104から生じる電圧(例:750V)を電源1101の電圧(例:280V)に降圧して電力の回生動作を行うことができる。   On the other hand, at the time of braking of the vehicle, the inverter 1103 performs a rectifying operation by performing on / off control of the switching element in synchronization with the voltage generated in each phase of the electric motor 1104 to convert it into a DC voltage, and then the buck-boost converter. 1102. The step-up / down converter 1102 can perform a power regeneration operation by reducing the voltage (eg, 750 V) generated from the electric motor 1104 to the voltage (eg, 280 V) of the power source 1101.

図6は、図5の昇降圧コンバータの概略構成を示すブロック図である。
図6において、昇降圧コンバータ1102には、エネルギーの蓄積を行うリアクトルL、電荷の蓄積を行うコンデンサC、インバータ1103に流入する電流を通電および遮断するスイッチング素子SW1、SW2、スイッチング素子SW1、SW2の導通および非導通を指示する制御信号をそれぞれ生成する制御回路1111、1112が設けられている。
FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of the step-up / down converter of FIG.
In FIG. 6, the buck-boost converter 1102 includes a reactor L for storing energy, a capacitor C for storing charge, switching elements SW1 and SW2, and switching elements SW1 and SW2 for energizing and interrupting current flowing into the inverter 1103. Control circuits 1111 and 1112 are provided for generating control signals instructing conduction and non-conduction, respectively.

そして、スイッチング素子SW1、SW2は直列に接続されるとともに、スイッチング素子SW1、SW2の接続点には、リアクトルLを介して電源1101が接続されている。ここで、スイッチング素子SW1には、制御回路1111からの制御信号に従ってスイッチング動作を行うIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)1105が設けられ、IGBT1105に流れる電流と逆方向に電流を流すフライホイールダイオードD1がIGBT1105に並列に接続されている。   The switching elements SW1 and SW2 are connected in series, and a power source 1101 is connected to a connection point of the switching elements SW1 and SW2 via a reactor L. Here, the switching element SW1 is provided with an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 1105 that performs a switching operation in accordance with a control signal from the control circuit 1111. The flywheel diode D1 that flows a current in a direction opposite to the current flowing in the IGBT 1105 is the IGBT 1105. Connected in parallel.

また、スイッチング素子SW2には、制御回路1112からの制御信号に従ってスイッチング動作を行うIGBT1106が設けられ、IGBT1106に流れる電流と逆方向に電流を流すフライホイールダイオードD2がIGBT1106に並列に接続されている。そして、IGBT1106のコレクタは、コンデンサCおよびインバータ1103の双方に接続されている。   Further, the switching element SW2 is provided with an IGBT 1106 that performs a switching operation in accordance with a control signal from the control circuit 1112, and a flywheel diode D2 that flows a current in a direction opposite to the current flowing in the IGBT 1106 is connected in parallel to the IGBT 1106. The collector of the IGBT 1106 is connected to both the capacitor C and the inverter 1103.

図7は、昇圧動作時に図6のリアクトルLに流れる電流の波形を示す図である。
図7において、昇圧動作では、スイッチング素子SW1のIGBT1105がオン(導通)すると、IGBT1105を介してリアクトルLに電流Iが流れ、LI2/2のエネルギーがリアクトルLに蓄積される。
次に、スイッチング素子SW1のIGBT1105がオフ(非導通)すると、スイッチング素子SW2のフライホイールダイオードD2に電流が流れ、リアクトルLに蓄えられたエネルギーがコンデンサCに送られる。
FIG. 7 is a diagram showing a waveform of a current flowing through the reactor L in FIG. 6 during the boosting operation.
7, the step-up operation, IGBT1105 switching element SW1 Then on (conductive), a current I flows through the reactor L through the IGBT1105, energy LI 2/2 is stored in the reactor L.
Next, when the IGBT 1105 of the switching element SW1 is turned off (non-conducting), a current flows through the flywheel diode D2 of the switching element SW2, and the energy stored in the reactor L is sent to the capacitor C.

一方、降圧動作では、スイッチング素子SW2のIGBT1106がオン(導通)すると、IGBT1106を介してリアクトルLに電流Iが流れ、LI2/2のエネルギーがリアクトルLに蓄積される。 On the other hand, in the step-down operation, IGBT1106 switching element SW2 is a result on (conductive), a current I flows through the reactor L through the IGBT1106, energy LI 2/2 is stored in the reactor L.

次に、スイッチング素子SW2のIGBT1106がオフ(非導通)すると、スイッチング素子SW1のフライホイールダイオードD1に電流が流れ、リアクトルLに蓄えられたエネルギーが電源1101へ回生される。   Next, when the IGBT 1106 of the switching element SW2 is turned off (non-conducting), a current flows through the flywheel diode D1 of the switching element SW1, and the energy stored in the reactor L is regenerated to the power source 1101.

ここで、フライホイールダイオードD2(昇圧動作の場合)またはスイッチング素子2のIGBT1106(降圧動作の場合)のオン時比率(ON Duty)を変更することで、昇降圧の電圧を調整することが可能であり、概略の電圧値は以下の(1)式にて求めることができる。
L/VH=ON Duty(%) (1)
ただし、VLは電源1101の電圧、VHはコンデンサCの電圧、ON DutyはフライホイールダイオードD2(昇圧動作の場合)またはスイッチング素子SW2(降圧動作の場合)のスイッチング周期に対する導通期間の割合である。
Here, by changing the on-duty ratio (ON Duty) of the flywheel diode D2 (in the case of step-up operation) or the IGBT 1106 (in the case of step-down operation) of the switching element 2, it is possible to adjust the voltage of the step-up / step-down voltage. Yes, the approximate voltage value can be obtained by the following equation (1).
V L / V H = ON Duty (%) (1)
However, V L is the voltage of the power supply 1101, V H is the voltage of the capacitor C, ON Duty is the ratio of the conduction period to the switching period of the flywheel diode D2 (in the case of step-up operation) or the switching element SW2 (in the case of step-down operation). is there.

ここで、実際には負荷の変動、電源電圧VLの変動などがあるので、電圧VH,VLを監視し、昇降圧された電圧が目標値となるように、オン時比率(ON Duty)の制御が行われている。 Here, since there are actually fluctuations in the load, fluctuations in the power supply voltage V L , etc., the voltages V H and V L are monitored, and the on-duty ratio (ON Duty) is set so that the boosted / lowered voltage becomes the target value. ) Is being controlled.

図8は、昇降圧コンバータ用のインテリジェントパワーモジュール(IPM:Intelligent Power Module)を示すブロック図である。
図8において、IPM2100は、下アームのスイッチング部2101と、上アームのスイッチング部2102と、両スイッチング部2101、2102を制御する制御回路2103とで構成されている。なお、両スイッチング部2101、2102は制御回路2103から電気的に分離されている。
FIG. 8 is a block diagram showing an intelligent power module (IPM) for a buck-boost converter.
In FIG. 8, the IPM 2100 includes a lower arm switching unit 2101, an upper arm switching unit 2102, and a control circuit 2103 that controls both switching units 2101 and 2102. Note that the switching units 2101 and 2102 are electrically separated from the control circuit 2103.

スイッチング部2101および2102の夫々は、スイッチング素子SW11およびSW12を有する。これらスイッチング素子SW11およびSW12の夫々は、IGBT2111および2112と、これらIGBT2111および2112と逆並列に接続されたフライホイールダイオードD11およびD12とを有する。   Each of switching units 2101 and 2102 has switching elements SW11 and SW12. Each of these switching elements SW11 and SW12 has IGBTs 2111 and 2112 and flywheel diodes D11 and D12 connected in reverse parallel to IGBTs 2111 and 2112.

各IGBT2111および2112のゲートには、ゲートドライバ2113および2114が接続されている。これらゲートドライバ2113および2114には、制御回路2103からフォトカプラ2115および2116を介してゲート制御信号が入力されていると共に、IGBT2111および2112の過電流および過熱を抑制するIGBT保護回路2117および2118からの保護信号が入力されている。   Gate drivers 2113 and 2114 are connected to the gates of the IGBTs 2111 and 2112. The gate drivers 2113 and 2114 receive gate control signals from the control circuit 2103 via the photocouplers 2115 and 2116, and also from the IGBT protection circuits 2117 and 2118 that suppress overcurrent and overheating of the IGBTs 2111 and 2112. A protection signal is input.

また、上アームのスイッチング部2102のIGBT2112から出力されるコンバータ出力電圧VHが出力電圧検出回路2119に供給される。この出力電圧検出回路2119では、分圧回路2120で検出した出力電圧をレベル調整回路2121でレベル調整し、このレベル調整回路2121の出力と三角波生成器2122で生成された三角波信号とが比較器2123に供給されてPWM信号に変換される。比較器2123から出力されるPWM信号はフォトカプラ2124を介して制御回路2103に供給される。 Further, the converter output voltage V H output from the IGBT 2112 of the switching unit 2102 of the upper arm is supplied to the output voltage detection circuit 2119. In the output voltage detection circuit 2119, the level of the output voltage detected by the voltage dividing circuit 2120 is adjusted by the level adjustment circuit 2121, and the output of the level adjustment circuit 2121 and the triangular wave signal generated by the triangular wave generator 2122 are compared with the comparator 2123. To be converted into a PWM signal. The PWM signal output from the comparator 2123 is supplied to the control circuit 2103 via the photocoupler 2124.

制御回路2103では、外部の演算処理部から入力される昇降圧指令値が入力されると共に、下アームのスイッチング部2101の出力電圧検出回路2119から出力されるPWM信号がこれを平滑化するローパスフィルタ2131を介して入力される電圧比較器2132と、この電圧比較器2132から出力される昇降圧指令値と出力電圧VHとの偏差が入力されるゲート信号発生器2133とを有する。 The control circuit 2103 receives a step-up / step-down command value input from an external arithmetic processing unit, and a low-pass filter that smoothes the PWM signal output from the output voltage detection circuit 2119 of the switching unit 2101 of the lower arm. A voltage comparator 2132 input via 2131; and a gate signal generator 2133 into which a deviation between the step-up / step-down command value output from the voltage comparator 2132 and the output voltage V H is input.

そして、ゲート信号発生器2133から出力されるゲート制御信号がフォトカプラ2115および2116を介してスイッチング部2101および2102のゲートドライバ2113および2114に出力される。
エミッタ電流を分流してエミッタ電流値を検出するためにIGBT2111および2112にそれぞれ設けられた第2のエミッタ端子2126と接地との間に、分圧抵抗R11およびR12がそれぞれ接続されている。そして、それぞれの分圧抵抗R11およびR12の接続点から出力される過電流検知信号がIGBT保護回路2117および2118に入力され、この過電流検知信号が予め設定した過電流閾値以上であるときにゲートドライバ2113および2114に対してIGBT2111および2112へのゲート電流供給を停止させるゲート電流停止信号を出力する。
The gate control signal output from the gate signal generator 2133 is output to the gate drivers 2113 and 2114 of the switching units 2101 and 2102 via the photocouplers 2115 and 2116.
Voltage dividing resistors R11 and R12 are respectively connected between the second emitter terminal 2126 provided in the IGBTs 2111 and 2112 and the ground in order to shunt the emitter current and detect the emitter current value. The overcurrent detection signals output from the connection points of the respective voltage dividing resistors R11 and R12 are input to the IGBT protection circuits 2117 and 2118, and are gated when the overcurrent detection signals are equal to or greater than a preset overcurrent threshold. A gate current stop signal for stopping the gate current supply to the IGBTs 2111 and 2112 is output to the drivers 2113 and 2114.

また、IGBT保護回路2117および2118は、各スイッチング素子SW11およびSW12と同一チップ内に埋め込まれた温度検出用ダイオード2141および2142の端子間電圧VFを検出してチップ温度を測定する温度測定回路2143をそれぞれ備えている。
この温度測定回路2143は、図9および図10に示すように、温度検出用ダイオード2141および2142に対して例えば200μAの定電流IFを供給する定電流回路2144を有する。このように、温度検出用ダイオード2141および2142に定電流回路2144からの定電流IFを供給すると、温度検出用ダイオード2141および2142の両端電圧VFは、温度に比例した(比例定数は負)電圧値(チップ温度が150℃ではVF=1.5V、15℃ではVF=2.1V)として得られる。実際には、電圧VFの変化量600mVが温度信号のフルスパンとなる。
Further, the IGBT protection circuits 2117 and 2118 include a temperature measurement circuit 2143 for measuring the chip temperature by detecting the voltage VF between the terminals of the temperature detection diodes 2141 and 2142 embedded in the same chip as the switching elements SW11 and SW12. Each has.
As shown in FIGS. 9 and 10, the temperature measurement circuit 2143 has a constant current circuit 2144 that supplies a constant current IF of, for example, 200 μA to the temperature detection diodes 2141 and 2142. Thus, when the constant current IF from the constant current circuit 2144 is supplied to the temperature detection diodes 2141 and 2142, the voltage VF across the temperature detection diodes 2141 and 2142 is a voltage value proportional to the temperature (proportional constant is negative). (VF = 1.5V when the chip temperature is 150 ° C., and VF = 2.1V when the chip temperature is 15 ° C.). Actually, the change amount 600 mV of the voltage VF is the full span of the temperature signal.

また、温度測定回路2143は、パルス幅変調(PWM)信号を生成するための発振器となる三角波発生器2145を有し、この三角波発生器2145から出力される三角波信号は、予め設定された下限値と上限値との間を交互に上昇および下降を繰り返すように生成される。   The temperature measurement circuit 2143 has a triangular wave generator 2145 that serves as an oscillator for generating a pulse width modulation (PWM) signal, and the triangular wave signal output from the triangular wave generator 2145 has a preset lower limit value. And the upper limit value are alternately generated so as to repeatedly rise and fall.

そして、温度測定回路2143は、前述した温度検出用ダイオード2141および2142の両端電圧VFを、図10に示すように、バッファ回路2146でインピーダンス変換した後、レベル変換回路2147に供給し、レベル変換回路2147からレベル調整された電圧Vlevを出力する。レベル変換回路2147において、三角波発生器2145から出力される三角波信号の上限値と高温側(例えば155℃)の電圧VFHに対する電圧Vlevとを合致させ、且つ三角波信号の下限値と低温側(例えば25℃)の電圧VFLに対する電圧Vlevとを合致させるように、電圧VFのレベル変換を行なう。なお、この変換は線形変換である。 Then, the temperature measurement circuit 2143 converts the voltage VF across the temperature detection diodes 2141 and 2142 described above into impedance by the buffer circuit 2146 as shown in FIG. 10, and then supplies the converted voltage to the level conversion circuit 2147. From 2147, the level-adjusted voltage Vlev is output. In the level converting circuit 2147, to coincide with the voltage Vlev for the voltage VF H of the upper limit value and the high-temperature side of the triangular wave signal output from the triangular wave generator 2145 (e.g., 155 ° C.), and the lower limit value of the triangular wave signal and the low temperature side (e.g. so as to coincide with the voltage Vlev for the voltage VF L of 25 ° C.), convert the level of the voltage VF. This conversion is a linear conversion.

また、レベル変換回路2147でレベル調整された出力電圧Vlevおよび三角波発生器2145から出力される三角波信号Vtriがコンパレータ2148に入力されている。このコンパレータ2148は、出力電圧Vlevおよび三角波信号Vtriを比較して、Vlev<Vtriであるときには高レベルとなり、Vlev≧Vtriであるときに低レベルとなるパルス幅変調(PWM)信号を出力する。このコンパレータ2148のパルス幅変調信号のデューティ比は電圧Vlevに比例する。前述のように電圧Vlevは端子電圧VFを線形変換して得ているので、デューティ比は前述した温度検出用ダイオード2141および2142の両端電圧VFにも比例する。例えばデューティ比0%は低温(例えば25℃)側両端電圧VFLとし、デューティ比100%は高温(例えば165℃)側両端電圧VFHとして、次段のフォトカプラ2149によるパルス幅変調(PWM)信号の絶縁伝送回路を介して上アームおよび下アームのスイッチング部2101および2102から、制御回路2103側に設けられているPWM−アナログ変換器2151に温度検出用のパルス幅変調(PWM)信号として伝送される。 Further, the output voltage Vlev whose level is adjusted by the level conversion circuit 2147 and the triangular wave signal Vtri output from the triangular wave generator 2145 are input to the comparator 2148. The comparator 2148 compares the output voltage Vlev and the triangular wave signal Vtri, and outputs a pulse width modulation (PWM) signal that is at a high level when Vlev <Vtri and is at a low level when Vlev ≧ Vtri. The duty ratio of the pulse width modulation signal of the comparator 2148 is proportional to the voltage Vlev. Since the voltage Vlev is obtained by linearly converting the terminal voltage VF as described above, the duty ratio is also proportional to the voltage VF across the temperature detection diodes 2141 and 2142 described above. For example a duty ratio of 0% is a low temperature (e.g. 25 ° C.) side end voltage VF L, the duty ratio of 100% high temperature (e.g. 165 ° C.) side across a voltage VF H, pulse width modulation by the next stage of the photocoupler 2149 (PWM) Transmission as a pulse width modulation (PWM) signal for temperature detection from the switching units 2101 and 2102 of the upper arm and the lower arm to the PWM-analog converter 2151 provided on the control circuit 2103 side through the signal isolation transmission circuit Is done.

このPWM−アナログ変換器2151では、フォトカプラ2149から入力されるパルス幅変調信号を2値信号に変換する2値化回路2152に供給し、この2値化回路2152でデューティ比が0%では電圧V1、デューティ比が100%では電圧V2となる2値信号を生成し、この2値信号をバッファ回路2153でインピーダンス変換した後に、ローパスフィルタ2154で平滑化して直流レベルに変換することにより、IGBTチップ温度に比例したIGBTチップ温度信号を得ることができる。   In this PWM-analog converter 2151, the pulse width modulation signal input from the photocoupler 2149 is supplied to a binarization circuit 2152 that converts it into a binary signal. In this binarization circuit 2152, the voltage is applied when the duty ratio is 0%. An IGBT chip is generated by generating a binary signal having a voltage V2 when V1 and the duty ratio are 100%, converting the impedance of the binary signal by the buffer circuit 2153, smoothing the binary signal by the low-pass filter 2154, and converting it to a DC level. An IGBT chip temperature signal proportional to the temperature can be obtained.

このIGBTチップ温度信号は、IPM2100の上位システムに伝達され、当該上位システムで、常に、IGBTチップの温度を検出しながら、例えばIGBTチップ温度が予め設定された第1の所定温度T1を超えるとスイッチング周波数を通常スイッチング周波数の1/2に制限し、さらにIGBTチップ温度が第1の所定温度T1より高い第2の所定温度T2を超えるとスイッチング素子SW11およびSW12によるスイッチング動作(昇降圧動作)を停止する保護機能を働かせる。   The IGBT chip temperature signal is transmitted to the host system of the IPM 2100, and the host system constantly detects the temperature of the IGBT chip. For example, when the IGBT chip temperature exceeds a preset first predetermined temperature T1, the switching is performed. When the IGBT chip temperature exceeds a second predetermined temperature T2 higher than the first predetermined temperature T1, the switching operation (step-up / step-down operation) by the switching elements SW11 and SW12 is stopped. The protection function that works.

また、端子電圧VFもしくは電圧Vlevが前述したIGBT保護回路2117,2118に入力され、端子電圧VFもしくは電圧Vlevの値が異常値と判断されると、IGBT保護回路2117,2118からゲート電流停止信号が直ちに出力される。
図11は特許文献1に記載されたIGBTおよび温度検出用ダイオードを形成したシリコンチップを示す断面図である。
Further, when the terminal voltage VF or the voltage Vlev is input to the IGBT protection circuits 2117 and 2118 described above and the terminal voltage VF or the voltage Vlev is determined to be an abnormal value, a gate current stop signal is output from the IGBT protection circuits 2117 and 2118. Output immediately.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a silicon chip on which an IGBT and a temperature detection diode described in Patent Document 1 are formed.

このシリコンチップでは、低濃度のn形半導体基板2001の一方の主面の表面層に、pウェル領域2002を形成し、このpウェル領域2002の表面層にn+領域であるエミッタ領域2003を選択的に形成し、このエミッタ領域2003とn形半導体基板2001のn-領域とに挟まれたpウェル領域2002の表面にゲート絶縁膜2004を介してゲート電極2005を形成し、エミッタ領域2003上とpウェル領域2002のコンタクト領域上とに跨がってエミッタ電極2006が形成されている。 In this silicon chip, a p-well region 2002 is formed on the surface layer of one main surface of a low-concentration n-type semiconductor substrate 2001, and an emitter region 2003 which is an n + region is selected on the surface layer of the p-well region 2002. The gate electrode 2005 is formed on the surface of the p well region 2002 sandwiched between the emitter region 2003 and the n region of the n-type semiconductor substrate 2001 via the gate insulating film 2004, An emitter electrode 2006 is formed across the contact region of the p-well region 2002.

また、半導体基板2001の他方の主面の表面層にp+またはn+のコレクタ領域2007が形成され、このコレクタ領域2007の表面にコレクタ電極2008が形成されている。
さらに、半導体基板2001のpウェル領域2002が形成された主面の、pウェル領域2002から離れた領域に、p形であるアノード領域2010が形成され、このアノード領域2010の表面層にn+形であるカソード領域2011が形成され、アノード領域2010の表面にアノード電極2012が形成され、カソード領域2011の表面にカソード電極2013が形成されている。これらアノード領域2010とカソード領域2011とで温度検出用ダイオード2014が構成されている。
A p + or n + collector region 2007 is formed on the surface layer of the other main surface of the semiconductor substrate 2001, and a collector electrode 2008 is formed on the surface of the collector region 2007.
Further, the main surface of p-well region 2002 of the semiconductor substrate 2001 is formed, in a region away from the p-well region 2002, the anode region 2010 is a p-type is formed, n + form on the surface layer of the anode region 2010 The cathode region 2011 is formed, the anode electrode 2012 is formed on the surface of the anode region 2010, and the cathode electrode 2013 is formed on the surface of the cathode region 2011. The anode region 2010 and the cathode region 2011 constitute a temperature detection diode 2014.

ここで、カソード電極2013は、エミッタ電極2006と接続され、エミッタ電極2006からエミッタ端子2021が導出されている。また、ゲート電極2005からはゲート端子2022が導出され、アノード電極2012からアノード端子2023が導出され、コレクタ電極2008からコレクタ端子2024が導出されている。
また、特許文献2には、IGBTを形成する半導体基板上に酸化膜を介して温度検出用のpnダイオードを形成した半導体装置が開示されている。
Here, the cathode electrode 2013 is connected to the emitter electrode 2006, and an emitter terminal 2021 is led out from the emitter electrode 2006. A gate terminal 2022 is led out from the gate electrode 2005, an anode terminal 2023 is led out from the anode electrode 2012, and a collector terminal 2024 is led out from the collector electrode 2008.
Patent Document 2 discloses a semiconductor device in which a temperature detection pn diode is formed on a semiconductor substrate on which an IGBT is formed via an oxide film.

特開平8−316471号公報JP-A-8-316471 特開2001−85629号公報JP 2001-85629 A

上記特許文献1に記載された従来例にあっては、コレクタ領域2007がp+である場合、つまりパワーデバイスがIGBTである場合は、温度検出用ダイオード2014のカソード領域2011、アノード領域2010、半導体基板2001のn-領域、p+のコレクタ領域でnpnpの4層構造の寄生サイリスタが形成されるが、アノード領域2010とカソード領域2011との接合部の不純物濃度が極めて高いため、カソード領域2011からの電子の注入が低く抑えられ、例え、アノード領域2010からカソード領域2011に数mAから数10mAの電流を流しても、この部分でラッチアップすることはない。 In the conventional example described in Patent Document 1, when the collector region 2007 is p +, that is, when the power device is an IGBT, the cathode region 2011, the anode region 2010, the semiconductor of the temperature detection diode 2014, and the semiconductor An npnp four-layer parasitic thyristor is formed in the n region and the p + collector region of the substrate 2001, but the impurity concentration at the junction between the anode region 2010 and the cathode region 2011 is extremely high. For example, even if a current of several mA to several tens of mA flows from the anode region 2010 to the cathode region 2011, latch-up does not occur in this portion.

一方、コレクタ領域2007がn+である場合は、パワーデバイスはMOSFETとなり、上記の寄生サイリスタは構成されていなので、ラッチアップすることはない。
そして、温度検出用ダイオード2014は、通常はダイオードを3個直列に接続して出力電圧を大きくして扱いやすくしている。3個直列の温度検出用ダイオード2014の順方向電圧は、1.5V〜2.1Vと温度によって変化する。これはカソード電極2013を、エミッタ電極2006に接続すると、アノード領域2010がエミッタ領域2003に対して、+1.5V〜+2.1Vの電位差を持つことを意味している。
On the other hand, when the collector region 2007 is n + , the power device is a MOSFET, and the above parasitic thyristor is configured, so that it does not latch up.
The temperature detection diode 2014 is usually made of three diodes connected in series to increase the output voltage for easy handling. The forward voltage of the three temperature detecting diodes 2014 in series varies from 1.5 V to 2.1 V depending on the temperature. This means that when the cathode electrode 2013 is connected to the emitter electrode 2006, the anode region 2010 has a potential difference of + 1.5V to + 2.1V with respect to the emitter region 2003.

一方、IGBTがゲート信号によって導通した場合のエミッタ電極2006に対するコレクタ電極2008の電位差Vceは、IGBTが導通しない場合は数百Vであるが、導通すると200A通電で+2V程度となる。このような状態で、半導体基板2001のn-領域とアノード領域2010との間のpn-接合に着目すると、n-領域の電位がアノード領域2010の電位に対して十分高ければpn-接合に対して十分な逆バイアスとなり、n-領域からアノード領域2010への電流の流れ込みは殆ど無いが、n-領域の電位が、アノード領域2010の電位に対して、十分に高くない状態になると、pn-接合に対して僅かな逆バイアスしかない状態となり、n-領域からアノード領域2010への電流の漏れ込みが生じてしまう。 On the other hand, the potential difference Vce of the collector electrode 2008 with respect to the emitter electrode 2006 when the IGBT is turned on by the gate signal is several hundreds V when the IGBT is not turned on, but when the IGBT is turned on, it becomes about + 2V when the 200A is turned on. When attention is paid to the pn junction between the n region of the semiconductor substrate 2001 and the anode region 2010 in such a state, if the potential of the n region is sufficiently higher than the potential of the anode region 2010, the pn junction is not affected. The reverse bias is sufficiently high, and there is almost no current flowing from the n region to the anode region 2010. However, when the potential of the n region is not sufficiently higher than the potential of the anode region 2010, the pn Only a slight reverse bias is applied to the junction, and current leakage from the n region to the anode region 2010 occurs.

温度検出用ダイオード2014のアノードには、定電流回路2144により一定の電流が流れており、IGBTが導通してpn-接合に対して、弱い逆バイアス状態になると、定電流回路2144からの一定の電流に半導体基板2001のn-層からの漏れ電流が加算されて、温度検出用ダイオード2014のn+層に流れてしまうという未解決の課題がある。 The anode of the temperature detecting diode 2014, and a constant current flows through the constant current circuit 2144, IGBT becomes conductive pn - the joint, becomes weak reverse bias state, a constant from the constant current circuit 2144 There is an unsolved problem that leakage current from the n layer of the semiconductor substrate 2001 is added to the current and flows to the n + layer of the temperature detection diode 2014.

図12は、温度検出用ダイオード2014の順電圧の順電流依存性を示すグラフであり、IGBTが導通して、アノード領域2010とn-領域の接合の逆バイアス電圧が低くなる場合には、n-層からの電流の漏れ込みにより、順電流が大きくなると、温度検出用ダイオード2014の順電圧が高くなることを示している。このことは、図10によると、実際の温度よりも低い温度と判断してしまうことを示している。 FIG. 12 is a graph showing the forward current dependence of the forward voltage of the temperature detection diode 2014. When the IGBT is turned on and the reverse bias voltage at the junction between the anode region 2010 and the n region becomes low, n This indicates that the forward voltage of the temperature detecting diode 2014 increases when the forward current increases due to leakage of current from the layer. This indicates that the temperature is determined to be lower than the actual temperature according to FIG.

また、特許文献2に記載された従来例のように、IGBTを形成した半導体基板上に酸化膜を介して温度検出用のpnダイオードを形成する場合には、漏れ電流が生じるおそれはないが、半導体基板上に酸化膜を形成してから温度検出用のダイオードを形成するので、製造コストが嵩むという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、製造コストを抑えながら、パワー素子が如何なる状態であっても、温度検出精度の低下を防止することができるパワー半導体装置の温度測定回路およびこれを使用したパワー半導体モジュールを提供することを目的としている。
In addition, as in the conventional example described in Patent Document 2, when a pn diode for temperature detection is formed on a semiconductor substrate on which an IGBT is formed via an oxide film, there is no risk of leakage current. Since the temperature detecting diode is formed after forming the oxide film on the semiconductor substrate, there is an unsolved problem that the manufacturing cost increases.
Therefore, the present invention has been made paying attention to the unsolved problems of the above-described conventional example, and it is possible to prevent a decrease in temperature detection accuracy in any state of the power element while suppressing the manufacturing cost. An object of the present invention is to provide a temperature measurement circuit for a power semiconductor device, and a power semiconductor module using the same.

上述した課題を解決するために、本発明の一形態によるパワー半導体装置の温度測定回路は、シリコンチップにパワー素子と温度検出用ダイオードとを設けたパワー半導体装置の温度を検出するパワー半導体装置の温度測定回路であって、前記パワー素子がnチャネル型であるときは、前記温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位を、前記パワー素子のエミッタ又はソース電位より、負電位に保った状態で、当該アノードおよびカソード間に流した順電流を検出し、前記パワー素子がpチャネル型であるときは、前記温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位を、前記パワー素子のエミッタ又はソース電位より、正電位に保った状態で、当該アノードおよびカソード間に流した順電流を検出して、前記シリコンチップの温度を検出する温度測定部を備えたことを特徴としている。   In order to solve the above-described problem, a temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention is a power semiconductor device that detects a temperature of a power semiconductor device in which a power element and a temperature detection diode are provided on a silicon chip. In the temperature measurement circuit, when the power element is an n-channel type, the potential of the anode and the cathode of the temperature detection diode is maintained at a negative potential from the emitter or source potential of the power element, When a forward current flowing between the anode and the cathode is detected and the power element is a p-channel type, the anode and cathode potentials of the temperature detection diode are set to be positive from the emitter or source potential of the power element. A forward current flowing between the anode and cathode while detecting the potential is detected, and the silicon chip is It is characterized by comprising a temperature measuring unit for detecting the temperature of the flop.

また、本発明の他の形態によるパワー半導体装置の温度測定回路は、前記パワー素子と前記温度検出用ダイオードが前記シリコンチップにおいて接合分離により分離されていることを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態によるパワー半導体装置の温度測定回路は、前記パワー素子がIGBTまたはMOSFETで構成されていることを特徴としている。
A temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to another aspect of the present invention is characterized in that the power element and the temperature detection diode are separated by junction separation in the silicon chip.
Furthermore, a temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to another aspect of the present invention is characterized in that the power element is composed of an IGBT or a MOSFET.

さらにまた、本発明の他の形態によるパワー半導体装置の温度測定回路は、前記温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位と、前記パワー素子のエミッタ又はソース電位との差を、所定値以上に維持するようにしたことを特徴としている。
さらに、本発明の他の形態によるパワー半導体装置の温度測定回路は、前記所定値が5V以上の値であることを特徴としている。
Furthermore, the temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to another aspect of the present invention maintains a difference between the anode and cathode potentials of the temperature detecting diode and the emitter or source potential of the power element at a predetermined value or more. It is characterized by doing so.
Furthermore, a temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention is characterized in that the predetermined value is a value of 5 V or more.

なおさらに、本発明の他の形態によるパワー半導体モジュールは、上記記載のパワー半導体装置の温度測定回路と、前記パワー素子の制御回路から供給される制御信号に基づいて前記パワー素子を駆動するアーム駆動回路とを有し、前記アーム駆動回路に正電位および負電位を生成する電源回路を備え、該電源回路の前記負電位を前記温度検出ダイオードのアノードに印加することを特徴としている。   Still further, a power semiconductor module according to another embodiment of the present invention includes a temperature measurement circuit for the power semiconductor device described above and an arm drive for driving the power element based on a control signal supplied from the control circuit for the power element. A power supply circuit for generating a positive potential and a negative potential in the arm drive circuit, and applying the negative potential of the power supply circuit to an anode of the temperature detection diode.

また、本発明の他の形態による半導体モジュールは、上記記載のパワー半導体装置の温度測定回路と、前記パワー素子の制御回路から供給される制御信号に基づいて前記パワー素子を駆動するアーム駆動回路とを有し、前記アーム駆動回路に正電位を生成する電源回路を備え、該電源回路は、前記正電位からこれより低い電位を生成する定電圧素子を有し、該定電圧素子で生成した電位を前記パワー素子の低電位側の端子に印加し、前記電源回路の低電位側端子の電位を前記温度検出ダイオードのカソード端子に印加することを特徴としている。   A semiconductor module according to another aspect of the present invention includes a temperature measurement circuit for the power semiconductor device described above, and an arm drive circuit for driving the power element based on a control signal supplied from the control circuit for the power element. The arm drive circuit includes a power supply circuit that generates a positive potential, and the power supply circuit includes a constant voltage element that generates a lower potential from the positive potential, and the potential generated by the constant voltage element Is applied to the low potential side terminal of the power element, and the potential of the low potential side terminal of the power supply circuit is applied to the cathode terminal of the temperature detection diode.

本発明によれば、シリコンチップにパワー素子と温度検出用ダイオードとを設けたパワー半導体装置の温度を検出する場合に、温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位を、パワー素子が有する複数の端子のうち低電位側の端子電位より、負電位に保った状態で、アノードおよびカソード間に流した順電流を検出するようにしたので、パワー素子と温度検出用ダイオードの分離を、絶縁膜を介する高コストな構成ではなく、接合分離による低コストの構成でシリコンチップの温度を高精度で検出することができるという効果が得られる。   According to the present invention, when detecting the temperature of a power semiconductor device in which a power element and a temperature detection diode are provided on a silicon chip, a plurality of terminals of the power element have potentials of the anode and cathode of the temperature detection diode. Since the forward current flowing between the anode and the cathode is detected while maintaining the negative potential from the terminal potential on the low potential side, the power element and the temperature detecting diode are separated via the insulating film. There is an effect that the temperature of the silicon chip can be detected with high accuracy by a low-cost configuration based on junction separation, not a high-cost configuration.

また、上記構成のパワー半導体装置の温度測定回路と、パワー素子を駆動するアーム駆動回路とを備え、前記アーム駆動回路に正電位および負電位を生成する電源回路を有し、電源回路の負電位を温度検出用ダイオードのアノードに印加することにより、シリコンチップの温度を高精度で検出することができるパワー半導体モジュールを提供することができるという効果が得られる。   The power semiconductor device having the above-described structure includes a temperature measurement circuit and an arm drive circuit that drives the power element, the arm drive circuit having a power supply circuit that generates a positive potential and a negative potential, Is applied to the anode of the temperature detection diode, an effect is obtained that a power semiconductor module capable of detecting the temperature of the silicon chip with high accuracy can be provided.

また、上記電源回路で、正電位からこれより低い電位を形成する定電圧素子を有し、定電圧素子で生成した電位をパワー素子のエミッタ端子又はソース端子に印加し、電源回路のグランド電位を温度検出用ダイオードカソード端子に印加することによっても、シリコンチップの温度を高精度で検出することができるパワー半導体モジュールを提供することができる。   Further, the power supply circuit has a constant voltage element that forms a potential lower than the positive potential, and the potential generated by the constant voltage element is applied to the emitter terminal or the source terminal of the power element, and the ground potential of the power supply circuit is set. A power semiconductor module that can detect the temperature of the silicon chip with high accuracy can also be provided by applying the temperature detection diode to the cathode terminal of the temperature detection diode.

本発明の第1の実施形態に係る昇降圧コンバータ用インテリジェントパワーモジュールの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the intelligent power module for buck-boost converters concerning the 1st Embodiment of this invention. 図1のIGBT保護回路で実行する温度測定処理手順の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the temperature measurement process sequence performed with the IGBT protection circuit of FIG. 温度検出用ダイオードの両端電圧とシリコンチップ温度との関係を示すシリコンチップ温度算出マップの内容を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the content of the silicon chip temperature calculation map which shows the relationship between the both-ends voltage of the diode for temperature detection, and silicon chip temperature. 本発明の第2の実施形態に係る昇降圧コンバータ用インテリジェントパワーモジュールの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the intelligent power module for buck-boost converters concerning the 2nd Embodiment of this invention. 従来の昇降圧コンバータを用いた車両駆動システムの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the vehicle drive system using the conventional buck-boost converter. 図3の昇降圧コンバータの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the buck-boost converter of FIG. 昇圧動作時に図4のリアクトルに流れる電流の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the electric current which flows into the reactor of FIG. 4 at the time of pressure | voltage rise operation. 従来の昇降圧コンバータ用インテリジェントパワーモジュールを示す概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure which shows the intelligent power module for the conventional buck-boost converter. 従来の温度検出用ダイオードを示す図であって、(a)は温度検出用ダイオードの回路図、(b)は温度検出用ダイオードの温度と順方向降下電圧との関係を示す特性図である。It is a figure which shows the conventional diode for temperature detection, Comprising: (a) is a circuit diagram of a diode for temperature detection, (b) is a characteristic view which shows the relationship between the temperature of a diode for temperature detection, and a forward drop voltage. 温度測定回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows a temperature measurement circuit. 温度検出ダイオードを内蔵したパワー半導体装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the power semiconductor device which incorporated the temperature detection diode. 温度検出用ダイオードの順方向電流と順方向電圧との関係を示す特性線図である。It is a characteristic diagram which shows the relationship between the forward current and forward voltage of a temperature detection diode.

以下、本発明の実施形態に係る信号伝送回路について図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る信号伝送回路が適用される昇降圧コンバータ用インテリジェントパワーモジュール(IPM:Inteligent Power Module)の概略構成を示すブロック図である。
図1において、昇降圧コンバータ用インテリジェントパワーモジュールは、負荷へ流入する電流を制御する上アーム1および下アーム2を備えている。これら上アーム1および下アーム2には、負荷へ流入する電流を通電および遮断するパワースイッチング素子SWU、SWDを有する。これらパワースイッチング素子SWU、SWDの導通および非導通を指示する制御信号がそれぞれ制御回路3で生成される。ここで、制御回路3は、CPUまたは論理IC、あるいは論理ICとCPUが搭載されたシステムLSIなどで構成することができる。
Hereinafter, a signal transmission circuit according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an intelligent power module (IPM: Intelligent Power Module) to which a signal transmission circuit according to an embodiment of the present invention is applied.
In FIG. 1, the intelligent power module for a buck-boost converter includes an upper arm 1 and a lower arm 2 that control a current flowing into a load. The upper arm 1 and the lower arm 2 have power switching elements SWU and SWD for energizing and interrupting the current flowing into the load. Control signals instructing conduction and non-conduction of these power switching elements SWU and SWD are generated by the control circuit 3 respectively. Here, the control circuit 3 can be configured by a CPU or a logic IC, or a system LSI on which the logic IC and the CPU are mounted.

また、上アーム1、下アーム2のパワースイッチング素子SWU、SWDは直列に接続されている。そして、パワースイッチング素子SWUには、ゲート信号SU4に基づいてスイッチング動作を行うIGBT6が設けられ、IGBT6に流れる電流と逆方向に電流を流すフライホイールダイオードDU1がIGBT6に並列に接続されている。また、IGBT6が形成されたシリコンチップには、チップの温度変化に対応する両端電圧となる温度検出用ダイオードDU2が設けられているとともに、エミッタ電流を一部分流してエミッタ電流値を検出するためにIGBT6に設けられた第2のエミッタ端子に接続された抵抗RU1、RU2により過電流を検出する過電流検出部11が設けられている。   The power switching elements SWU and SWD of the upper arm 1 and the lower arm 2 are connected in series. The power switching element SWU is provided with an IGBT 6 that performs a switching operation based on the gate signal SU4, and a flywheel diode DU1 that allows a current to flow in a direction opposite to the current that flows in the IGBT 6 is connected in parallel to the IGBT 6. Further, the silicon chip on which the IGBT 6 is formed is provided with a temperature detection diode DU2 having a voltage at both ends corresponding to the temperature change of the chip, and the IGBT 6 is used to detect the emitter current value by flowing a part of the emitter current. An overcurrent detection unit 11 is provided for detecting an overcurrent by means of resistors RU1 and RU2 connected to a second emitter terminal provided at.

また、パワースイッチング素子SWDには、ゲート信号SD4に従ってスイッチング動作を行うIGBT5が設けられ、IGBT5に流れる電流と逆方向に電流を流すフライホイールダイオードDD1がIGBT5に並列に接続されている。また、IGBT5が形成されたシリコンチップには、チップの温度変化に対応する両端電圧となる温度検出用ダイオードDU2が設けられているとともに、エミッタ電流を分流してエミッタ電流値を検出するためにIGBT6に設けられた第2のエミッタ端子に接続された抵抗RU1、RU2により過電流を検出する過電流検出部12が設けられている。   Further, the power switching element SWD is provided with an IGBT 5 that performs a switching operation in accordance with the gate signal SD4, and a flywheel diode DD1 that allows a current to flow in a direction opposite to the current that flows in the IGBT 5 is connected in parallel to the IGBT 5. Further, the silicon chip on which the IGBT 5 is formed is provided with a temperature detection diode DU2 having a voltage across the chip corresponding to the temperature change of the chip, and an IGBT 6 for detecting the emitter current value by dividing the emitter current. An overcurrent detection unit 12 is provided for detecting an overcurrent by means of resistors RU1 and RU2 connected to a second emitter terminal provided at.

ここで、IGBT5および6と温度検出用ダイオードDD2およびDU2を形成したシリコンチップは、前述した従来例と同様に図11に示す構成を有し、温度検出用ダイオードDD2およびDU2が間に絶縁膜を介することなく半導体基板2001の一方の主面側に直接形成され、互いに接合分離で分離されている。
そして、上アーム1側には、IGBT6の制御端子を駆動するためのゲート信号SU4を生成するゲートドライバIC8が設けられるとともに、内蔵する定電流回路から温度検出用ダイオードDU2に例えば200μAの定電流を供給し、このときの温度検出用ダイオードDU2の両端電圧VFでなる過熱検知信号SU6を監視し、且つ過電流検出部11からの過電流検知信号SU5を監視してIGBT保護信号を生成し、IGBT保護信号をゲートドライバIC8に供給するIGBT保護回路10が設けられている。
Here, the silicon chip on which the IGBTs 5 and 6 and the temperature detection diodes DD2 and DU2 are formed has the configuration shown in FIG. 11 as in the conventional example described above, and the temperature detection diodes DD2 and DU2 have an insulating film therebetween. They are formed directly on one main surface side of the semiconductor substrate 2001 without being interposed, and are separated from each other by junction separation.
On the upper arm 1 side, a gate driver IC 8 that generates a gate signal SU4 for driving the control terminal of the IGBT 6 is provided, and a constant current of 200 μA, for example, is supplied from the built-in constant current circuit to the temperature detection diode DU2. The overheat detection signal SU6 consisting of the voltage VF across the temperature detection diode DU2 at this time is monitored, and the overcurrent detection signal SU5 from the overcurrent detection unit 11 is monitored to generate an IGBT protection signal. An IGBT protection circuit 10 for supplying a protection signal to the gate driver IC 8 is provided.

また、下アーム2側には、IGBT5の制御端子を駆動するためのゲート信号SD4を生成するゲートドライバIC7が設けられるとともに、内蔵する定電流回路から温度検出用ダイオードDD2に例えば200μAの定電流を供給し、このときの温度検出用ダイオードDD2の両端電圧VFでなる過熱検知信号SD6を監視し、且つ過電流検出部11からの過電流検知信号SD5を監視してIGBT保護信号を生成し、IGBT保護信号をゲートドライバIC7に供給する温度測定部を含むIGBT保護回路9が設けられている。   On the lower arm 2 side, a gate driver IC 7 for generating a gate signal SD4 for driving the control terminal of the IGBT 5 is provided, and a constant current of 200 μA, for example, is applied from the built-in constant current circuit to the temperature detection diode DD2. The overheat detection signal SD6 composed of the voltage VF across the temperature detection diode DD2 at this time is monitored, and the overcurrent detection signal SD5 from the overcurrent detection unit 11 is monitored to generate an IGBT protection signal. An IGBT protection circuit 9 including a temperature measurement unit that supplies a protection signal to the gate driver IC 7 is provided.

そして、IGBT保護回路9および10は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置を含んで構成され、入力される過熱検知信号SU6,SD6から、例えば予め求められた図9(b)の特性に対応して過熱検知信号SU6,SD6の値とシリコンチップ温度Tcとの関係を記述したシリコンチップ温度算出マップを参照して、シリコンチップ温度Tcを演算し、当該シリコンチップ温度Tcに基づき各種保護動作を行う。本実施の形態では、背景技術の説明においてIPMの上位システムが行うとした保護動作を、IGBT保護回路9および10が行う。すなわち、演算したシリコンチップ温度Tcが予め設定した第1の所定温度T1を超えている場合には、IGBT5および6のゲートに対するゲート信号のスイッチング周波数を通常スイッチング周波数の1/2に制限するIGBT保護信号をゲートドライバIC7および8に出力し、シリコンチップ温度Tcが予め設定した第1の所定温度T1より高い第2の所定温度T2を超えるとゲート信号の出力を停止するIGBT保護信号をゲートドライバIC7および8に出力する。さらに、過電流検知信号SU5,SD5の電流値が予め設定した所定電流値Iovを超えた場合も、ゲート信号の出力を停止するIGBT保護信号をゲートドライバIC7,8に出力する。   The IGBT protection circuits 9 and 10 include an arithmetic processing unit such as a microcomputer, for example, and correspond to, for example, the characteristics shown in FIG. 9B obtained in advance from the input overheat detection signals SU6 and SD6. The silicon chip temperature Tc is calculated with reference to the silicon chip temperature calculation map describing the relationship between the values of the overheat detection signals SU6 and SD6 and the silicon chip temperature Tc, and various protection operations are performed based on the silicon chip temperature Tc. . In the present embodiment, the IGBT protection circuits 9 and 10 perform the protection operation that the IPM host system performs in the description of the background art. That is, when the calculated silicon chip temperature Tc exceeds the preset first predetermined temperature T1, the IGBT protection that limits the switching frequency of the gate signal to the gates of the IGBTs 5 and 6 to 1/2 of the normal switching frequency. A signal is output to the gate driver ICs 7 and 8, and when the silicon chip temperature Tc exceeds a second predetermined temperature T2 higher than a preset first predetermined temperature T1, an IGBT protection signal for stopping the output of the gate signal is output to the gate driver IC7. And 8 are output. Further, when the current values of the overcurrent detection signals SU5 and SD5 exceed a predetermined current value Iov set in advance, an IGBT protection signal for stopping the output of the gate signal is output to the gate driver ICs 7 and 8.

具体的には、IGBT保護回路9および10で、図2に示す温度測定処理を実行する。
この温度測定処理は、先ず、ステップS1で、温度検出用ダイオードDD2(又はDU2)のアノード端子の電圧を検出し、これと後述の電源電圧−Vnとの差を計算することにより両端電圧VFを得る。次いで、ステップS2に移行して、検出した両端電圧VFをもとに図3に示すシリコンチップ温度算出マップを参照してシリコンチップ温度Tcを算出する。ここで、シリコンチップ温度算出マップは、前述した図9(b)の特性図に対応するもので、横軸に両端電圧VFをとり、縦軸にシリコンチップ温度Tcをとった構成を有し、両端電圧VFが1.5Vから2.1Vに増加するに応じてシリコンチップ温度Tcが150℃から25℃まで減少するように特性線L1が設定されている。
Specifically, the temperature measurement process shown in FIG. 2 is executed by the IGBT protection circuits 9 and 10.
In this temperature measurement process, first, in step S1, the voltage at the anode terminal of the temperature detection diode DD2 (or DU2) is detected, and the difference between this voltage and the power supply voltage -Vn, which will be described later, is calculated. obtain. Next, the process proceeds to step S2, and the silicon chip temperature Tc is calculated with reference to the silicon chip temperature calculation map shown in FIG. 3 based on the detected both-end voltage VF. Here, the silicon chip temperature calculation map corresponds to the characteristic diagram of FIG. 9B described above, and has a configuration in which the horizontal axis represents the both-end voltage VF and the vertical axis represents the silicon chip temperature Tc. The characteristic line L1 is set so that the silicon chip temperature Tc decreases from 150 ° C. to 25 ° C. as the both-end voltage VF increases from 1.5V to 2.1V.

次いで、ステップS3に移行して、算出したシリコンチップ温度Tcが第1の所定温度T1を超えているか否かを判定し、Tc≦T1であるときには正常状態であると判定して、そのままタイマ割込処理を終了する。Tc<T1であるときにはステップS4に移行して、算出したシリコンチップ温度Tcが第2の所定温度T2を超えているか否かを判定し、Tc≦T2であるときにはステップS5に移行する。ステップS5では、現在のIGBT5又は6のゲートに供給しているゲート信号のスイッチング周波数を1/2に制限する保護信号Sp1をゲートドライバIC7又は8に出力してからタイマ割込処理を終了し、所定のメインプログラムに復帰する。ステップS4でTc>T2であるときにはステップS6に移行して、IGBT5又は6に供給しているゲート信号を停止させる保護信号Sp2をゲートドライバIC7又は8に出力してからタイマ割込処理を終了し、所定のメインプログラムに復帰する。この図2の温度測定処理が温度測定部の動作に対応している。   Next, the process proceeds to step S3, where it is determined whether or not the calculated silicon chip temperature Tc exceeds the first predetermined temperature T1, and if Tc ≦ T1, it is determined that the normal state is present, and the timer allocation is performed as it is. Finish the process. When Tc <T1, the routine proceeds to step S4, where it is determined whether or not the calculated silicon chip temperature Tc exceeds the second predetermined temperature T2, and when Tc ≦ T2, the routine proceeds to step S5. In step S5, the protection signal Sp1 for limiting the switching frequency of the gate signal supplied to the gate of the current IGBT 5 or 6 to 1/2 is output to the gate driver IC 7 or 8, and then the timer interrupt process is terminated. Return to the predetermined main program. When Tc> T2 in step S4, the process proceeds to step S6, the protection signal Sp2 for stopping the gate signal supplied to the IGBT 5 or 6 is output to the gate driver IC 7 or 8, and the timer interrupt process is terminated. Return to the predetermined main program. The temperature measurement process in FIG. 2 corresponds to the operation of the temperature measurement unit.

また、制御回路3は、外部の上位システムから入力される制御信号に基づいてパワースイッチング素子SWUおよびSWDを駆動制御する、パルス信号でなるゲート信号を生成するゲート信号発生器21を有する。このゲート信号発生器21から出力されるゲート信号がフォトカプラ23および22を介して上アーム1および下アーム2のゲートドライバIC8および7にそれぞれ供給される。   Further, the control circuit 3 includes a gate signal generator 21 that generates a gate signal that is a pulse signal that controls driving of the power switching elements SWU and SWD based on a control signal input from an external host system. The gate signal output from the gate signal generator 21 is supplied to the gate driver ICs 8 and 7 of the upper arm 1 and the lower arm 2 via the photocouplers 23 and 22, respectively.

さらに、前述した上アーム1および下アーム2には、ゲートドライバIC8および7用の正電源電圧+Vpを発生する正電源31と、温度検出用ダイオードDU2およびDD2用の負電源電圧−Vnを発生する負電源32とが直列に接続された電源回路33,34が設けられている。この電源回路33,34の正電源31および負電源32との接続点がグランド電位に接地されている。   Further, the upper arm 1 and the lower arm 2 described above generate a positive power supply 31 for generating the positive power supply voltage + Vp for the gate driver ICs 8 and 7 and a negative power supply voltage -Vn for the temperature detection diodes DU2 and DD2. Power supply circuits 33 and 34 connected in series with a negative power supply 32 are provided. A connection point between the positive power supply 31 and the negative power supply 32 of the power supply circuits 33 and 34 is grounded to the ground potential.

ここで、正電源31の正電位+Vpは、IGBT5および6のエミッタ電位に対して、ゲート駆動電圧が15V付近となるように、15.5V〜16.5Vの範囲に設定されるのが通常である。この正電源31の正電位+Vpは、IGBT5および6のゲートを駆動するゲートドライバIC7,8およびIGBT保護回路9,10の電源端子に接続されている。   Here, the positive potential + Vp of the positive power supply 31 is normally set in the range of 15.5 V to 16.5 V so that the gate drive voltage is about 15 V with respect to the emitter potential of the IGBTs 5 and 6. is there. The positive potential + Vp of the positive power supply 31 is connected to the power supply terminals of the gate driver ICs 7 and 8 and the IGBT protection circuits 9 and 10 that drive the gates of the IGBTs 5 and 6.

また、グランド電位は、IGBT5および6のゲートを駆動するゲートドライバIC7,8のグランド端子、IGBT保護回路9,10のグランド端子、およびIGBT5,6のエミッタに接続されている。
さらに、負電源32の負電位−Vnは、温度検出用ダイオードDU2およびDD2における前述した図11の構成における半導体基板2001のn-領域とアノード領域2010とのpn-接合に対して、逆バイアスが十分に働く電圧でなければならず、アノード電極2012の電位とIGBT5,6のエミッタ電位の差が逆バイアスに関する条件を満たす所定値以上となるよう負電位−Vnの値を設定する必要がある。所定値としては、5V以上の値が好ましい。
The ground potential is connected to the ground terminals of the gate driver ICs 7 and 8 that drive the gates of the IGBTs 5 and 6, the ground terminals of the IGBT protection circuits 9 and 10, and the emitters of the IGBTs 5 and 6.
Further, the negative potential −Vn of the negative power supply 32 has a reverse bias with respect to the pn junction between the n region of the semiconductor substrate 2001 and the anode region 2010 in the configuration of FIG. 11 in the temperature detection diodes DU2 and DD2. The voltage must be sufficiently working, and the negative potential −Vn must be set so that the difference between the potential of the anode electrode 2012 and the emitter potential of the IGBTs 5 and 6 is equal to or greater than a predetermined value that satisfies the condition regarding the reverse bias. As the predetermined value, a value of 5 V or more is preferable.

なお、上記はIGBT5,6がnチャネル型であり、エミッタ端子の電位がコレクタ端子の電位より低い場合の説明である。IGBT5,6がpチャネル型である場合は、カソード電極2012の電位がIGBT5,6のエミッタ電位に対して上記所定値以上高くなるよう、負電位−Vnの替わりに正電位+Vnを設定する必要がある。なお、pチャネル型の場合は、コレクタ端子の電位はエミッタ端子の電位より低くなる。   The above description is for the case where the IGBTs 5 and 6 are n-channel type and the potential of the emitter terminal is lower than the potential of the collector terminal. When the IGBTs 5 and 6 are of the p-channel type, it is necessary to set the positive potential + Vn instead of the negative potential −Vn so that the potential of the cathode electrode 2012 is higher than the predetermined value with respect to the emitter potential of the IGBTs 5 and 6. is there. In the case of the p-channel type, the potential of the collector terminal is lower than the potential of the emitter terminal.

温度検出用ダイオードDU2およびDD2は、図9で前述したように、ダイオード1個では温度変化による順方向電圧がおおよそ0.5V〜0.7Vと低くて取り扱いにくいため、3個のダイオードを直列接続する構成を採用して温度変化による順方向電圧を1.5V〜2.0Vとする。このため、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の負電源電圧は、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の最大順方向電圧に相当する負電位にアノード電極2012の負電位(上記所定値に相当するものであり、この場合は−5.0Vとする。)を加えた−7.0V以下に設定されている。   As described above with reference to FIG. 9, the temperature detection diodes DU2 and DD2 are difficult to handle because one diode has a low forward voltage of about 0.5V to 0.7V due to temperature change, and three diodes are connected in series. A forward voltage due to a temperature change is set to 1.5V to 2.0V by adopting the configuration. For this reason, the negative power supply voltage of the temperature detection diodes DU2 and DD2 is set to a negative potential corresponding to the maximum forward voltage of the temperature detection diodes DU2 and DD2, and the negative potential of the anode electrode 2012 (corresponding to the predetermined value). In this case, it is set to -5.0 V).

次に、上記第1の実施形態の動作を説明する。
全体的な動作としては、外部の上位システムから制御指令値が制御回路3のゲート信号発生器21に入力されると、このゲート信号発生器21で、入力された制御指令値と上アーム1および下アーム2のIGBT5および6を制御したときの出力電圧VHとを比較し、制御指令値に出力電圧VHが一致するようにIGBT5および6に対するゲート制御信号を生成し、生成したゲート制御信号をそれぞれフォトカプラ22および23を介して上アーム1および下アーム2のゲートドライバIC8および7に出力する。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
As an overall operation, when a control command value is input from an external host system to the gate signal generator 21 of the control circuit 3, the input control command value and the upper arm 1 and compares the output voltage V H when the control IGBT5 and 6 of the lower arm 2, and generates a gate control signal for IGBT5 and 6 so that the output voltage V H to the control command value matches the generated gate control signal Are output to the gate driver ICs 8 and 7 of the upper arm 1 and the lower arm 2 through the photocouplers 22 and 23, respectively.

これにより、ゲートドライバIC8および7からゲート信号SU4,SD5がIGBT6,5のゲートに出力されて、IGBT6,5のゲートが駆動されることにより、出力電圧VHが制御指令値に一致するようにスイッチング動作される。
このとき、上アーム1および下アーム2の電源回路33および34において、正電源31で、ゲートドライバIC8,7とIGBT保護回路10,9の電源端子に供給する、例えば15.5〜16.5Vの、正電位+Vpを発生し、負電源32で、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の最大順方向電圧に相当する負電位にアノード電極2012の負電位を加えた−7.0V以下の負電位−Vnを発生し、この負電位−Vnを温度検出用ダイオードDU2およびDD2のカソードに印加する。
Thus, the gate driver IC8 and 7 gate signal from SU4, SD5 is outputted to the gate of IGBT6,5, by the gate of IGBT6,5 is driven, so that the output voltage V H matches the control command value Switching operation is performed.
At this time, in the power supply circuits 33 and 34 of the upper arm 1 and the lower arm 2, the positive power supply 31 supplies the power supply terminals of the gate driver ICs 8 and 7 and the IGBT protection circuits 10 and 9, for example 15.5 to 16.5 V The negative potential of −7.0 V or less is generated by adding the negative potential of the anode electrode 2012 to the negative potential corresponding to the maximum forward voltage of the temperature detection diodes DU2 and DD2 by the negative power source 32. Vn is generated, and this negative potential -Vn is applied to the cathodes of the temperature detection diodes DU2 and DD2.

このため、負電源32で発生する負電位−Vnを−7.0Vと設定した場合には、温度検出用ダイオードDU2およびDD2にIF=200μAの定電流を流した場合におけるシリコンチップ温度が25℃と低い場合に、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の順方向降下電圧が2.0Vと高い場合でも、温度検出用ダイオードDU2およびDD2のアノード電極(最上部のダイオードのアノード)の電位は−5Vとなる。   Therefore, when the negative potential −Vn generated by the negative power supply 32 is set to −7.0 V, the silicon chip temperature when the constant current of IF = 200 μA is supplied to the temperature detection diodes DU2 and DD2 is 25 ° C. Even when the forward voltage drop of the temperature detection diodes DU2 and DD2 is as high as 2.0V, the potential of the anode electrode of the temperature detection diodes DU2 and DD2 (the anode of the uppermost diode) is −5V. Become.

したがって、前述したように、IGBT5および6のコレクタ電極2008の電位Vceが非導通時の数百Vから導通時の+2V程度に低下した場合でも、図11に示す半導体基板2001のn-領域とアノード領域2010との間のpn-接合に着目したときに、このpn-接合に対して十分な逆バイアスを与えることができ、半導体基板2001のn-領域からアノード領域2010への電流の漏れ込みを確実に抑制することができる。 Therefore, as described above, even when the potential Vce of the collector electrode 2008 of the IGBTs 5 and 6 drops from several hundreds V when non-conductive to about +2 V when conductive, the n region and the anode of the semiconductor substrate 2001 shown in FIG. When attention is paid to the pn junction with the region 2010, a sufficient reverse bias can be applied to the pn junction, and current leakage from the n region of the semiconductor substrate 2001 to the anode region 2010 can be prevented. It can be surely suppressed.

このため、温度検出用ダイオードDD2およびDU2の順方向電流は、IGBT保護回路9および10に内蔵された定電流回路から出力される定電流IFのみとなって、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の両端電圧VFが温度変化のみに依存することになり、IGBT保護回路9および10で図2の温度測定処理を実行することにより、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の両端電圧VFに基づいてシリコンチップ温度Tcを高精度で検出することができる。   Therefore, the forward currents of the temperature detection diodes DD2 and DU2 are only the constant current IF output from the constant current circuits built in the IGBT protection circuits 9 and 10, and both ends of the temperature detection diodes DU2 and DD2 Since the voltage VF depends only on the temperature change, the temperature measurement processing of FIG. 2 is executed by the IGBT protection circuits 9 and 10, so that the silicon chip temperature Tc is based on the voltage VF across the temperature detection diodes DU2 and DD2. Can be detected with high accuracy.

したがって、シリコンチップ温度Tcが第1の所定温度T1を超えると、IGBT保護回路9および10からスイッチング周波数を通常スイッチング周波数の1/2に制限するIGBT保護信号をゲートドライバIC7および8に出力し、IGBT5および6のスイッチング周波数を制限する。シリコンチップ温度Tcが第2の所定温度T2を超えるとIGBT保護回路9および10からゲート信号SD4およびSU4の出力を停止させるIGBT保護信号をゲートドライバIC7および8に出力して、IGBT5および6のゲートに対するゲート信号の出力を停止させる。このIGBT保護回路9および10の保護機能を、シリコンチップ温度Tcを高精度で検出することができることにより、誤動作を伴うことなく正確に発揮させることができる。   Therefore, when the silicon chip temperature Tc exceeds the first predetermined temperature T1, the IGBT protection circuits 9 and 10 output an IGBT protection signal that limits the switching frequency to 1/2 of the normal switching frequency to the gate driver ICs 7 and 8. Limit the switching frequency of IGBTs 5 and 6. When the silicon chip temperature Tc exceeds the second predetermined temperature T2, an IGBT protection signal for stopping the output of the gate signals SD4 and SU4 from the IGBT protection circuits 9 and 10 is output to the gate driver ICs 7 and 8, and the gates of the IGBTs 5 and 6 Stops the output of the gate signal. Since the silicon chip temperature Tc can be detected with high accuracy, the protection function of the IGBT protection circuits 9 and 10 can be accurately exhibited without causing malfunction.

次に、本発明の第2の実施形態を図4について説明する。
この第2の実施形態は、電源回路の構成を前述した第1の実施形態の電源回路33,34とは異なる構成としたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図4に示すように、上アーム1および下アーム2に設けた電源回路33,34の構成を前述した第1の実施形態と異なる構成としたことを除いては前述した図1と同様の構成を有し、図1との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, the configuration of the power supply circuit is different from that of the power supply circuits 33 and 34 of the first embodiment described above.
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 4, except that the configuration of the power supply circuits 33 and 34 provided in the upper arm 1 and the lower arm 2 is different from that of the first embodiment described above. 1 has the same configuration as that of FIG. 1 described above, and the same reference numerals are given to corresponding parts to FIG. 1, and the detailed description thereof will be omitted.

ここで、電源回路33,34は、図4に示すように、両端電圧がV55で、ゲートドライバIC7,8およびIGBT保護回路9,10の電源端子に供給する正電位+Vpを発生する直流電源55を有し、この直流電源55の高電位側端子が正電源端子56に接続されているとともに、低電位側端子から負電位−Vnを供給するよう構成されている。直流電源55には抵抗R21と例えばツェナーダイオードで構成される定電圧素子57とが直列に接続され、この定電圧素子57と並列に平滑用コンデンサC21が接続され、さらに抵抗R21および定電圧素子57との接続点が接地電位に接続されて、この接続点の電位が基準の接地電位となるようにされている。   Here, as shown in FIG. 4, the power supply circuits 33 and 34 have a voltage at both ends of V55 and a DC power supply 55 that generates a positive potential + Vp to be supplied to the power supply terminals of the gate driver ICs 7 and 8 and the IGBT protection circuits 9 and 10. The high potential side terminal of the DC power supply 55 is connected to the positive power supply terminal 56, and the negative potential −Vn is supplied from the low potential side terminal. A resistor R21 and a constant voltage element 57 formed of, for example, a Zener diode are connected in series to the DC power supply 55, and a smoothing capacitor C21 is connected in parallel with the constant voltage element 57. Furthermore, the resistor R21 and the constant voltage element 57 are connected. Is connected to the ground potential, and the potential at this connection point becomes the reference ground potential.

そして、定電圧素子57により規定される定電圧を+Vnとすると、直流電源55の低電位側端子の電位は−Vnとなる。正電源端子56の電位+Vpは直流電源55の両端電圧V55から定電圧+Vnを減算した値(V55−Vn)となる。正電源端子56の電位+Vpの値は、ゲートドライバIC7,8およびIGBT保護回路9,10の電源端子で必要とする電圧15.5〜16.5Vに設定されている。これは、IGBT5,6のゲートに対するゲート駆動電圧Vgが15V付近となるようにするための値である。ここで、Vn≧7.0Vとなるよう定電圧素子57のツェナー電圧を設定するとともに、(V55−Vn)が15.5〜16.5の範囲になるよう直流電源55の構成を決定する。。   When the constant voltage defined by the constant voltage element 57 is + Vn, the potential of the low potential side terminal of the DC power supply 55 is −Vn. The potential + Vp of the positive power supply terminal 56 is a value (V55−Vn) obtained by subtracting the constant voltage + Vn from the both-ends voltage V55 of the DC power supply 55. The value of the potential + Vp of the positive power supply terminal 56 is set to a voltage of 15.5 to 16.5 V required at the power supply terminals of the gate driver ICs 7 and 8 and the IGBT protection circuits 9 and 10. This is a value for making the gate drive voltage Vg for the gates of the IGBTs 5 and 6 be in the vicinity of 15V. Here, the Zener voltage of the constant voltage element 57 is set so that Vn ≧ 7.0V, and the configuration of the DC power supply 55 is determined so that (V55−Vn) is in the range of 15.5 to 16.5. .

この電源回路33および34の正電源端子56の電位+VpはゲートドライバIC7,8、およびIGBT保護回路9,10の電源端子に印加され、抵抗R21および定電圧素子57との接続点はIGBTのゲートを駆動するゲートドライバIC7,8およびIGBT保護回路のグランド端子とに接続され、電源回路33および34の低電位側端子の電位−Vnは温度検出用ダイオードDD2およびDU2のカソードに印加されている。   The potential + Vp of the positive power supply terminal 56 of the power supply circuits 33 and 34 is applied to the power supply terminals of the gate driver ICs 7 and 8 and the IGBT protection circuits 9 and 10, and the connection point between the resistor R21 and the constant voltage element 57 is the gate of the IGBT. Are connected to the ground terminals of the gate protection ICs 7 and 8 and the IGBT protection circuit, and the potential -Vn of the low potential side terminals of the power supply circuits 33 and 34 is applied to the cathodes of the temperature detection diodes DD2 and DU2.

この第2の実施形態によると、温度検出用ダイオードDD2およびDU2のアノード領域2010とIGBT5および6のエミッタ領域2003は常に高い電圧での逆バイアス状態となり、上記第1の実施形態と同様に、半導体基板2001のn-領域から温度検出用ダイオードDD2およびDU2のアノード領域2010への漏れ込みを確実に抑制することができる。このため、温度検出用ダイオードDD2およびDU2の順方向電流は、IGBT保護回路9および10に内蔵された定電流回路から出力される定電流IFのみとなって、温度検出用ダイオードDU2およびDD2の両端電圧VFが温度変化のみに依存することになり、IGBT保護回路9および10で過熱温度信号SU6,SD6に基づいてシリコンチップ温度Tcを高精度で検出することができる。 According to the second embodiment, the anode region 2010 of the temperature detection diodes DD2 and DU2 and the emitter region 2003 of the IGBTs 5 and 6 are always in a reverse bias state at a high voltage, and as in the first embodiment, the semiconductor Leakage from the n region of the substrate 2001 to the anode region 2010 of the temperature detection diodes DD2 and DU2 can be reliably suppressed. Therefore, the forward currents of the temperature detection diodes DD2 and DU2 are only the constant current IF output from the constant current circuits built in the IGBT protection circuits 9 and 10, and both ends of the temperature detection diodes DU2 and DD2 Since the voltage VF depends only on the temperature change, the IGBT protection circuits 9 and 10 can detect the silicon chip temperature Tc with high accuracy based on the overheat temperature signals SU6 and SD6.

なお、上記第1および第2の実施形態においては、上アーム1および下アーム2のパワー素子としてIGBT5および6を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、IGBT5および6に代えてMOSFETを適用することもできる。この場合には、温度検出用ダイオードDD2およびDU2のアノード領域とMOSFETのソース領域もしくはドレイン領域のうち低電位側の領域を、常に高い電圧での逆バイアス状態とすることができ、MOSFET側からの温度検出用ダイオードDD2およびDU2のアノード領域への漏れ込みを確実に抑制して、シリコンチップ温度Tcを高精度で検出することができる。   In the first and second embodiments, the case where the IGBTs 5 and 6 are applied as the power elements of the upper arm 1 and the lower arm 2 has been described. However, the present invention is not limited to this. Alternatively, a MOSFET can be applied. In this case, the low potential side region of the anode region of the temperature detection diodes DD2 and DU2 and the source region or drain region of the MOSFET can be always in a reverse bias state at a high voltage, Leakage of the temperature detection diodes DD2 and DU2 into the anode region can be reliably suppressed, and the silicon chip temperature Tc can be detected with high accuracy.

また、上記第1および第2の実施形態においては、上アーム1および下アーム2と制御回路3との間の絶縁をフォトカプラで行なう場合について説明したが、これに限定されるものではなく、空芯型絶縁トランス等の絶縁機器を適用することができる。
さらに、上記第1および第2の実施形態においては、IGBT保護回路9および10を上アーム1および下アーム2に設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、前述した従来例で説明した図10に示すように、上アーム1および下アーム2に温度測定回路2143を設け、制御回路3側にPWM−アナログ変換器2151を設け、PWM−アナログ変換器2151でシリコンチップ温度Tcを出力するようにしてもよい。
In the first and second embodiments, the case where the insulation between the upper arm 1 and the lower arm 2 and the control circuit 3 is performed by a photocoupler has been described. However, the present invention is not limited to this. An insulating device such as an air-core type insulating transformer can be applied.
Further, in the first and second embodiments, the case where the IGBT protection circuits 9 and 10 are provided in the upper arm 1 and the lower arm 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and the conventional example described above. As described in FIG. 10, the temperature measurement circuit 2143 is provided on the upper arm 1 and the lower arm 2, the PWM-analog converter 2151 is provided on the control circuit 3 side, and the silicon-chip temperature Tc is detected by the PWM-analog converter 2151. May be output.

1…上アーム、2…下アーム、3…制御回路、5,6…IGBT、7,8…ゲートドライバIC、9,10…IGBT保護回路、11,12…過電流検出部、31…正電源、32…負電源、55…直流電源、57…定電圧素子、SWU,SWD…パワースイッチング素子、DD2,DU2…温度検出用ダイオード   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Upper arm, 2 ... Lower arm, 3 ... Control circuit, 5, 6 ... IGBT, 7, 8 ... Gate driver IC, 9, 10 ... IGBT protection circuit, 11, 12 ... Overcurrent detection part, 31 ... Positive power supply 32 ... Negative power supply, 55 ... DC power supply, 57 ... Constant voltage element, SWU, SWD ... Power switching element, DD2, DU2 ... Temperature detection diode

Claims (7)

シリコンチップにパワー素子と温度検出用ダイオードとを設けたパワー半導体装置の温度を検出するパワー半導体装置の温度測定回路であって、
前記パワー素子がnチャネル型であるときは、前記温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位を、前記パワー素子のエミッタ又はソース電位より、負電位に保った状態で、当該アノードおよびカソード間に流した順電流を検出し、
前記パワー素子がpチャネル型であるときは、前記温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位を、前記パワー素子のエミッタ又はソース電位より、正電位に保った状態で、当該アノードおよびカソード間に流した順電流を検出して、
前記シリコンチップの温度を検出する温度測定部を備えたことを特徴とするパワー半導体装置の温度測定回路。
A temperature measurement circuit for a power semiconductor device that detects the temperature of a power semiconductor device provided with a power element and a temperature detection diode on a silicon chip,
When the power element is an n-channel type, the anode and cathode potentials of the temperature detecting diode are kept between the anode and cathode in a state where the potential is maintained at a negative potential from the emitter or source potential of the power element. Detected forward current,
When the power element is a p-channel type, the anode and cathode potential of the temperature detection diode is kept between the anode and cathode in a state where the potential is maintained at a positive potential from the emitter or source potential of the power element. Detected forward current,
A temperature measurement circuit for a power semiconductor device, comprising a temperature measurement unit for detecting the temperature of the silicon chip.
前記パワー素子と前記温度検出用ダイオードが前記シリコンチップにおいて接合分離により分離されていることを特徴とする請求項1に記載のパワー半導体装置の温度測定回路。   2. The temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to claim 1, wherein the power element and the temperature detection diode are separated from each other by junction separation in the silicon chip. 前記パワー素子がIGBTまたはMOSFETで構成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のパワー半導体装置の温度測定回路。   The temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to claim 1, wherein the power element is composed of an IGBT or a MOSFET. 前記温度検出用ダイオードのアノードおよびカソードの電位と、前記パワー素子のエミッタ又はソース電位との差を、所定値以上に維持するようにしたことを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載のパワー半導体装置の温度測定回路。   4. The difference between the anode and cathode potential of the temperature detecting diode and the emitter or source potential of the power element is maintained at a predetermined value or more. A temperature measurement circuit for the power semiconductor device according to 1. 前記所定値が5V以上の値であることを特徴とする請求項4に記載のパワー半導体装置の温度測定回路。   5. The temperature measuring circuit for a power semiconductor device according to claim 4, wherein the predetermined value is a value of 5 V or more. 請求項1乃至5の何れか1項に記載のパワー半導体装置の温度測定回路と、前記パワー素子の制御回路から供給される制御信号に基づいて前記パワー素子を駆動するアーム駆動回路とを有し、前記アーム駆動回路に正電位および負電位を生成する電源回路を備え、該電源回路の前記負電位を前記温度検出ダイオードのアノードに印加することを特徴とするパワー半導体モジュール。   A temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, and an arm drive circuit for driving the power element based on a control signal supplied from a control circuit for the power element. A power semiconductor module comprising a power supply circuit for generating a positive potential and a negative potential in the arm drive circuit, and applying the negative potential of the power supply circuit to an anode of the temperature detection diode. 請求項1乃至5の何れか1項に記載のパワー半導体装置の温度測定回路と、前記パワー素子の制御回路から供給される制御信号に基づいて前記パワー素子を駆動するアーム駆動回路とを有し、前記アーム駆動回路に正電位を生成する電源回路を備え、該電源回路は、前記正電位からこれより低い電位を生成する定電圧素子を有し、該定電圧素子で生成した電位を前記パワー素子の低電位側の端子に印加し、前記電源回路の低電位側端子の電位を前記温度検出ダイオードのカソード端子に印加することを特徴とするパワー半導体モジュール。   A temperature measurement circuit for a power semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, and an arm drive circuit for driving the power element based on a control signal supplied from a control circuit for the power element. The arm drive circuit includes a power supply circuit that generates a positive potential, the power supply circuit includes a constant voltage element that generates a potential lower than the positive potential, and the potential generated by the constant voltage element is the power A power semiconductor module, wherein the power semiconductor module is applied to a low potential side terminal of the element, and a potential of the low potential side terminal of the power supply circuit is applied to a cathode terminal of the temperature detection diode.
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