JP2013214914A

JP2013214914A - スイッチ素子の温度検出回路

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Publication number: JP2013214914A
Application number: JP2012085145A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fujie; 賢一藤江; Shogo Matsuoka; 尚吾松岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2013-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-04
Also published as: JP5295405B1

Abstract

【課題】ノイズに起因する温度検出ダイオードの温度誤検出を防ぐとともに、半導体スイッチと温度検出ダイオードが短絡故障しても電源からGNDへの貫通電流発生を防ぐ。
【解決手段】スイッチ素子９の外部に配置された温度検出回路１は、温度検出ダイオード２の順方向に定電流を流す定電流手段３と、定電流手段３と温度検出ダイオード２のアノード端子４の間および温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間に配置されたノイズ侵入防止用の２つの抵抗６、７と、この２つの抵抗の両端電圧および温度検出ダイオード２の順方向電圧の総和を検出する電圧検出手段８を備え、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間に配置された抵抗７の定格電力は、スイッチ素子９に供給する電源電圧の最大値の２乗を抵抗値で除して得られる値以上に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、多相モータを通電制御するスイッチ素子の温度検出回路に係わり、特に、外来ノイズ除去とスイッチ素子の故障による貫通電流を防止する温度検出回路に関するものである。

従来、スイッチ素子の温度を検出する方法を記載したものとしては、例えば特許文献１（特開２０００−３０７４０３号公報）がある。
特許文献１では、スイッチ素子を形成する半導体スイッチと同一チップ上に温度検出用のダイオード（以下、温度検出ダイオードと記す）を設け、ダイオードの「順方向電圧−温度特性」を利用してスイッチ素子の温度を検出している。
そして、温度が高いときにはスイッチ素子の通電を遮断することで、スイッチ素子の熱破壊を防止する方法が提案されている。

なお、インバータ用途では、スイッチ素子に供給する電源電圧および電流と比較して、温度検出ダイオードに流す電流およびダイオードの順方向電圧は小さいので、外来ノイズの影響を受けやすいという課題がある。
この課題に関しても、特許文献１では、外来ノイズ除去を目的としたローパスフィルタを半導体スイッチと同一チップ上に構成する方法が提案されている。

特開２０００−３０７４０３号公報

しかし、特許文献１では、スイッチ素子内部において、半導体スイッチと温度検出ダイオードとが短絡故障した場合については対策案がなく、スイッチ素子の故障による電源からGND（GROUND：EARTH LEVEL）への貫通電流が危惧される。
仮に特許文献１において前記貫通電流対策を試みる場合、例えば、外来ノイズ対策用の抵抗の抵抗値を高く設定することで電流を制限する方法が考えられる。
しかし、外来ノイズ対策用の抵抗の抵抗値を大きくすると、温度検出ダイオードに流す電流の誤差が抵抗で増幅されて温度検出精度が低下する問題がある。

一方、外来ノイズ対策用の抵抗の抵抗値は変えず、抵抗の電力定格を貫通電流に耐えうるものに設計した場合、スイッチ素子のサイズが大きくなるという課題がある。
さらに、スイッチ素子を使用するシステムの電源電圧ごとに外来ノイズ対策用の抵抗の抵抗値あるいは定格電力を設計する必要があり、スイッチ素子の汎用性に欠けることも課題である。

本発明はこのような問題を解決するためになされたものであり、温度検出ダイオードを備えたスイッチ素子において、外来ノイズの侵入による温度検出ダイオードの温度誤検出を防ぐことができるとともに、スイッチ素子内部において、半導体スイッチと温度検出ダイオードとが短絡故障しても、電源からGNDへの貫通電流を防ぐことができる「スイッチ素子の温度検出回路」を提供することを目的とする。

本発明に係るスイッチ素子の温度検出回路は、電源から供給される電流を導通／非導通とする半導体スイッチおよび温度検出ダイオードを設けたスイッチ素子の内部温度を検出する温度検出回路であって、前記スイッチ素子の外部に配置された前記温度検出回路は、前記温度検出ダイオードの順方向に定電流を流す定電流手段と、前記定電流手段と前記温度検出ダイオードのアノード端子との間および前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDとの間にそれぞれ配置された外来ノイズ侵入防止のための２つの抵抗と、前記２つの抵抗の両端電圧と前記温度検出ダイオードの順方向電圧の総和を検出する電圧検出手段を備え、前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDとの間に配置された抵抗の定格電力は、前記スイッチ素子に供給する電源電圧の最大値の２乗を抵抗値で除して得られる値以上に設定するものである。

本発明によると、温度検出ダイオードへの外来ノイズの侵入を防ぎ、外来ノイズによるスイッチ素子内部の温度誤検出を防止できる。
また、スイッチ素子の外部に外来ノイズ対策用の抵抗を配置すればよく、スイッチ素子のサイズを大きくすることなく抵抗の定格電力を上げることができ、スイッチ素子の内部で半導体スイッチと温度検出ダイオードが短絡故障しても外来ノイズ対策用の抵抗で電源からGNDへの貫通電流を防止できる。

実施の形態１による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態２による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態２における制御手段の動作を説明するフローチャートである。実施の形態２による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成の変形例を示すブロック図である。実施の形態３による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態３における制御手段の動作を説明するフローチャートである。実施の形態４による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態４における制御手段の動作を説明するフローチャートである。実施の形態５による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態６による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。

以下、図面に基づいて、本発明の一実施の形態例について説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。
スイッチ素子９（スイッチ素子モジュールとも称す）は、例えば、ＭＯＳＦＥＴである半導体スイッチ３０と、スイッチ素子９の内部温度（すなわち、半導体スイッチ３０の周辺温度）を検出するための温度検出ダイオード２で構成されている。（半導体スイッチ３０には、例えば多相モータの駆動電流が流れる。）そして、スイッチ素子９の半導体スイッチ３０をオン（導通）／オフ（非導通）することにより、例えば多相モータの通電制御を行う。なお、「／」は、「または（あるいは）」を意味する。

温度検出回路１は、スイッチ素子９の外部に配置しており、スイッチ素子９の温度検出ダイオード２の順方向に定電流を流す定電流手段３を備える。
さらに、温度検出ダイオード２への外来ノイズの侵入を防ぐため、温度検出回路１は、定電流手段３と温度検出ダイオード２のアノード端子４との間に抵抗６を、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に抵抗７を備えている。
また、温度検出回路１は、抵抗６の両端電圧および抵抗７の両端電圧ならびに温度検出ダイオード２の順方向電圧の総和を検出する電圧検出手段８を備える。

なお、図１において、半導体スイッチ３０は、ＭＯＳＦＥＴだけでなく、ＩＧＢＴであってもよい。
また、定電流手段３としては、例えば定電流ダイオードやカレントミラー回路のようなトランジスタを使った定電流回路が考えられる。
電圧検出手段８としては、例えばトランジスタやオペアンプなどを使った作動増幅回路が考えられる。
電圧検出手段８で得られる電圧には、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧が含まれるが、抵抗値および抵抗を流れる電流値が一定なので、抵抗による電圧降下も一定となり、温度検出ダイオード２の「温度−電圧特性」に応じた電圧変化が検出できる。
そして、電圧検出手段８で検出される電圧変化に基づいて、温度検出ダイオード２の温度を求めることができる。

しかし、本実施の形態は、これに限られるものではなく、電圧検出手段８は、温度検出ダイオード２のアノード端子４およびカソード端子５間の電位差を検出する構成であっても良い。温度検出ダイオード２のアノード端子４とカソード端子５との電位差を直接検出することにより、抵抗の誤差成分を排除できる効果がある。
ただし、この場合は、電圧検出手段８は温度検出ダイオード２のアノード端子４およびカソード端子５の直近に配置し、温度検出ダイオード２への外来ノイズの侵入を防止する必要がある。

また、ノイズ対策の観点から、抵抗６および抵抗７は温度検出ダイオード２のアノード端子４およびカソード端子５の直近に配置することが望ましい。
そして、抵抗６および抵抗７の抵抗値の選定については、例えば、温度検出ダイオード２をコイルやコンデンサなどの受動素子を用いて表現し、基板の配線インダクタンスや配線容量と組み合わせた電流ループを考えて、外来ノイズ対策用の抵抗をダンピング抵抗のように電流ループに組み込むことによって、共振周波数の移動やノイズの減衰不足を回避するように定数（すなわち、抵抗６、抵抗７の抵抗値）を選定する方法が考えられる。

一方、抵抗７の定格電力Ｐ７については、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、電源からGNDに貫通電流が流れないようにするため、抵抗７の抵抗値Ｒ７と電源電圧の最大値ＶＭＡＸを用いて、以下の式１ように設定する。
Ｐ７ ≧ ＶＭＡＸ^２／Ｒ７・・・（式１）

なお、素子並列数を増やすことで１素子あたりの電力が低減できるので、抵抗値が小さくても、電源電圧に耐えられる電力定格の回路を構成できる。
さらに、抵抗７は純粋に抵抗素子のみならず、抵抗素子とフェライトビーズを直列接続して組み合わせても使っても良い。
そして、抵抗素子とフェライトビーズを直列接続して組み合わせ使う場合、例えば、抵抗７と直列に組み合わせるフェライトビーズの定格電力ＰＦ７は、抵抗値Ｒ７と電源電圧の最大値ＶＭＡＸおよびフェライトビーズのＤＣ抵抗ＲＦ７を用いて、以下の式２に示すように設定できる。
ＰＦ７ ≧ ＲＦ７ × ｛ＶＭＡＸ／（Ｒ７＋ＲＦ７）｝^２・・・（式２）

また、抵抗６の定格電力Ｐ６についても、抵抗７と同様に、抵抗６の抵抗値Ｒ６と電源電圧の最大値ＶＭＡＸを用いて、以下の式３に示すように設定すれば、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２のアノード端子４が短絡故障し、かつ定電流手段３が地絡しても貫通電流が流れず安心である。
Ｐ６ ≧ ＶＭＡＸ^２／Ｒ６・・・（式３）

さらに、抵抗７と同様に、抵抗６は抵抗素子とフェライトビーズを直列接続して組み合わせても使っても良い。そして、組み合わせ使う場合は、例えば、抵抗６と直列に組み合わせるフェライトビーズの定格電力ＰＦ６は、式２と同様に抵抗値Ｒ６と電源電圧の最大値ＶＭＡＸおよびフェライトビーズのＤＣ抵抗ＲＦ６を用いて以下の式４に示すように設定できる。
ＰＦ６ ≧ ＲＦ６ × ｛ＶＭＡＸ／（Ｒ６＋ＲＦ６）｝^２・・・（式４）

以上説明したように、実施の形態１によるスイッチ素子の温度検出回路は、電源から供給される電流を導通／非導通とする半導体スイッチ３０および温度検出ダイオード２を設けたスイッチ素子９の内部温度を検出する温度検出回路１であって、
前記スイッチ素子９の外部に配置された前記温度検出回路１は、前記温度検出ダイオード２の順方向に定電流を流す定電流手段３と、前記定電流手段３と前記温度検出ダイオード２のアノード端子４との間および前記温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間にそれぞれ配置された外来ノイズ侵入防止のための２つの抵抗６、７と、前記２つの抵抗６、７の両端電圧および前記温度検出ダイオード２の順方向電圧の総和を検出する電圧検出手段８を備え、前記温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置された抵抗７の定格電力は、前記スイッチ素子９に供給する電源電圧の最大値の２乗を抵抗値で除して得られる値以上に設定する。

実施の形態１によるスイッチ素子の温度検出回路の効果について、以下に述べる。
実施の形態１の構成によれば、温度検出回路１において、スイッチ素子９の温度検出ダイオード２のアノード端子４およびカソード端子５に、それぞれ直列に抵抗６、抵抗７を配置している。
そして、温度検出ダイオード２の周波数特性および配線パターンに応じて抵抗６および抵抗７の抵抗値を選定することによって、温度検出ダイオード２への外来ノイズの侵入を防ぎ、外来ノイズによる温度誤検出を防止できる。

また、スイッチ素子９の外部に外来ノイズ対策用の抵抗（すなわち、抵抗６および抵抗７）を配置するので、スイッチ素子９のサイズを大きくすることなく、外来ノイズ対策用の抵抗の定格電力を上げることができる。
従って、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、外来ノイズ対策用の抵抗によって電源からGNDへの貫通電流を防止できる。

さらに、外来ノイズ対策を目的とした抵抗値の設定と貫通電流対策を目的とした抵抗の定格電力の設定を分けて考えることができるので、貫通電流対策のために抵抗値を大きくすることが無く、従って温度検出精度の低下も招かず、温度検出回路１の設計が容易にできる。

加えて、温度検出回路側で外来ノイズ対策や貫通電流対策を実施するので、スイッチ素子９を使用するシステムの電源電圧や基板の配線パターンが変わっても、スイッチ素子９自体は設計を変更する必要がなく、スイッチ素子９の汎用性を確保できる。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。
実施の形態１の構成と比較して、カソード端子５の電圧を検出する第２の電圧検出手段１１が追加されている。
また、カソード端子５とＧＮＤの間にスイッチ手段１０が追加され、第２の電圧検出手段１１で検出した電圧に基づいてスイッチ手段１０の導通／非導通を切替える制御手段１２が新たに設けられている。

第２の電圧検出手段１１は、電圧検出手段８と同じく、例えば、トランジスタやオペアンプを使った作動増幅回路が考えられる。
また、スイッチ手段１０は、例えば、トランジスタやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチが考えられる。
そして、制御手段１２としては、例えば、マイコンやＡＳＩＣのようなロジック回路あるいはコンパレータのような比較器などが考えられる。

制御手段１２の動作について、図３に示すフローチャートを用いて以下に説明する。
まず、フローチャートのステップＳ１００において、第２の電圧検出手段１１で検出した電圧値を取得する。
そしてステップＳ１０１では、ステップＳ１００において取得した電圧値が所定の電圧しきい値以上であれば、ステップＳ１０２へ移行し、ステップＳ１０２ではスイッチ手段１０を非導通に設定して処理を終了する。
一方、ステップＳ１０１において、ステップＳ１００において取得した電圧値が所定の電圧しきい値未満であれば、ステップＳ１０３へ移行し、ステップＳ１０３においてスイッチ手段１０を導通に設定して、ステップＳ１００へと戻り、処理を続ける。

なお、ステップＳ１０１における所定の電圧しきい値としては、例えば、スイッチ素子９に供給する電源電圧に基づいて設定する方法が考えられる。すなわち、電圧しきい値を電源電圧の最小値とすることでスイッチ素子９の内部において半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２のカソード側が短絡したことが確実に検出できる。
また、電源電圧の最小値から温度検出ダイオードの順方向電圧降下分を差し引いて電圧しきい値を設定すれば、スイッチ素子９の内部において半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２のアノード側が短絡したことも検出できる。

あるいは、ステップＳ１０１における所定の電圧しきい値として、抵抗７の定格電圧に基づき設定する方法が考えられる。
すなわち、抵抗７の定格電圧に抵抗７の温度ディレーティングおよび設計安全係数（例えば、０．７とか、０．８）を乗じて、所定の電圧しきい値として設定すれば、スイッチ素子９の内部において、半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２のアノード側が短絡した場合でも、抵抗７が耐圧超過で故障する前に電源からの電流を遮断できる。

以上説明したように、実施の形態２によるスイッチ素子の温度検出回路は、前述した実施の形態１の構成に対して、さらに、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間に配置されたスイッチ手段１０と、温度検出ダイオード２のカソード端子５の電圧を検出する第２の電圧検出手段１１と、第２の電圧検出手段１１が検出した電圧値に基づいてスイッチ手段１０の導通／非導通を切替える制御手段１２を備え、制御手段１２は、第２の電圧検出手段１１が検出した電圧値が所定の電圧しきい値以上ならば、スイッチ手段１０を非導通にする。
なお、所定の電圧しきい値は、スイッチ素子９に供給する電源電圧に基づいて設定してもよいし、あるいはダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置した抵抗７の定格電圧に基づいて設定してもよい。

実施の形態２によれば、前述した実施の形態１によるスイッチ素子の温度検出回路の効果に加えて、さらに、以下の効果がある。
実施の形態２の構成によれば、スイッチ素子の温度検出回路において、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間にスイッチ手段１０を設け、GNDに対する温度検出ダイオード２のカソード端子電圧が電源電圧になった場合は、スイッチ手段１０を非導通にすることにより、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流を遮断できるので、抵抗の発熱も抑えられる。

また、GNDに対する温度検出ダイオード２のカソード端子電圧が、抵抗の定格電圧になる前にスイッチ手段１０を非導通にすることにより、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流を遮断できる。したがって、抵抗の定格電力を下げても貫通電流が防止できる。

さらに、温度検出ダイオード２のカソード端子５の電圧値に応じてスイッチ手段１０を非導通にするので、スイッチ素子９の内部で温度検出ダイオード２のアノード端子４と半導体スイッチ３０が短絡故障しても、温度検出ダイオード２を通じてカソード端子電圧に異常電圧を検出できるので、温度検出ダイオード２のアノード端子４側の電圧検出回路が削減できる。

あるいは、温度検出ダイオード２のカソード端子５の電圧値に応じてスイッチ手段１０を非導通にするので、異常電圧を検出し、スイッチ手段１０を非導通にした後もGNDに対するカソード端子電圧は変わらず、スイッチ手段１０のラッチ回路を不要にできる。

ここで、実施の形態２の変形例について、図４を用いて以下に説明しておく。
前述した実施の形態２の説明では、スイッチ手段１０を温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に設けた場合について説明したが、これに限らず、図４に示すように、スイッチ手段１０は温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間だけでなく、定電流手段３と抵抗６の間にも設けても良い。
そして、制御手段１２が出力する切替え信号に応じて、温度検出ダイオード２のアノード側とカソード側の両方のスイッチ手段１０の導通／非導通を切替えることで、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流を遮断でき、安心である。

また、定電流手段３が温度検出ダイオード２のアノード端子４の上流側にある回路構成について説明したが、これに限らず、図４のように定電流手段３が温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間にあってもよい。
そして、図４の場合については、例えば、前述したように第２の電圧検出手段１１で検出する温度検出ダイオード２のカソード電圧が、スイッチ素子９に供給する電源電圧になった場合は、温度検出ダイオード２のアノード側とカソード側の両方のスイッチ手段１０を非導通に切替えることで、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流が遮断でき、安心である。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。
実施の形態２の構成と比較して、カソード端子５の電圧を検出する第２の電圧検出手段１１がなくなり、代わりに抵抗７を流れる電流を検出する電流検出手段１３が新たに追加されている。
電流検出手段１３としては、例えば、トランジスタやオペアンプを使った作動増幅回路に抵抗７の両端電圧を入力し、その出力電圧（すなわち、作動増幅回路の出力電圧）を抵抗７の電流値に比例した値として得る方法が考えられる。
そして、制御手段１２は、電流検出手段１３が検出した電流値に基づいて、スイッチ手段１０の導通／非導通を切替える。

以下、実施の形態３における制御手段１２の動作について、図６に示すフローチャートを用いて説明する。
まず、図６に示すフローチャートのステップＳ２００において、電流検出手段１３で検出した電流値を取得する。そしてステップＳ２０１では、取得した電流値が所定の電流しきい値以上であれば、ステップＳ２０２へ移行し、取得した電流値が所定の電流しきい値未満であれば、ステップＳ２０３へ移行する。

なお、ステップＳ２０１における所定の電流しきい値としては、例えば、定電流手段３の定電流値に基づいて設定する方法が考えられる。
すなわち、電流検出手段１３が検出する電流値が、定電流手段３が供給する電流の出力誤差を含めた上限値を超えたとき、スイッチ手段１０を非導通にすれば、定電流手段３以外からの電流の侵入を検知して、その電流を遮断できる。

また、ステップＳ２０１における所定の電流しきい値として、例えば、温度検出ダイオード２の定格電流に基づいて設定する方法も考えられる。すなわち、温度検出ダイオード２の定格電流値にスイッチ素子９の使用温度範囲の最大値に応じた温度検出ダイオード２の温度ディレーティングおよび設計安全係数（例えば、０．７とか、０．８）を乗じた値を所定の電流しきい値として設定すれば、スイッチ素子９の内部において半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２のアノード側が短絡した場合でも、温度検出ダイオード２を破壊することなく、電源からの電流を遮断できる。

さらに、ステップＳ２０１における所定の電流しきい値として、例えば、スイッチ手段１０の定格電流に基づいて設定する方法が考えられる。すなわち、スイッチ手段１０の定格電流値にスイッチ手段１０の温度ディレーティングおよび設計安全係数（例えば、０．７とか、０．８）を乗じた値を所定の電流しきい値として設定すれば、スイッチ素子９の内部において半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２とが短絡故障しても、スイッチ手段１０が壊れる前に、電源からの電流を遮断できる。

あるいは、ステップＳ２０１における所定の電流しきい値として、例えば、温度検出回路１を形成する基板の信号配線の定格電流に基づいて設定する方法が考えられる。
すなわち、基板の信号配線の定格電流値に基板の温度ディレーティングおよび設計安全係数（例えば、０．７とか、０．８）を乗じた値を所定の電流しきい値として設定すれば、スイッチ素子９の内部において半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２とが短絡故障しても、基板の信号配線が過電流で焼き切れる前に、電源からの電流を遮断できる。

以上説明したように、実施の形態３によるスイッチ素子の温度検出回路は、前述した実施の形態１の構成に対して、さらに、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間に配置されたスイッチ手段１０と、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置された抵抗７を流れる電流を検出する電流検出手段１３と、電流検出手段１３が検出した電流値に基づいてスイッチ手段１０の導通／非導通を切替える制御手段１２を備え、制御手段１２は、電流検出手段１３が検出した電流値が所定の電流しきい値以上ならば、スイッチ手段１０を非導通にする。

実施の形態３の構成によれば、スイッチ素子の温度検出回路において、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に抵抗７を流れる電流を検出する電流検出手段１３を設け、抵抗７を流れる電流が定電流値を超えた場合は、スイッチ手段１０を非導通にする。従って、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流を遮断でき、抵抗の発熱も抑えられる。あるいは、温度検出回路などの小信号を扱うGNDに対して、電源からの比較的大きな電流を流し続けることがなく、電源からの電流によるGNDの電位浮きも防止できる。

また、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間の抵抗７を流れる電流が温度検出ダイオード２の定格電流になる前にスイッチ手段１０を非導通にすることにより、スイッチ素子９の内部で温度検出ダイオード２のアノード端子４と半導体スイッチ３０が短絡故障しても、温度検出ダイオード２の過電流破壊を防止できる。

さらに、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間の抵抗７を流れる電流が、スイッチ手段１０の定格電流になる前にスイッチ手段１０を非導通にすることによって、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ手段１０の過電流破壊を防止できる。したがって、スイッチ手段１０のサイズも小さくできる。

加えて、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間の抵抗７を流れる電流が、基板パターンの電流容量を超える前にスイッチ手段１０を非導通にすることにより、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、電源からの電流による基板パターンの焼損が防止できる。

以上では、スイッチ手段１０が温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置する方法について説明したが、本実施の形態はこれに限らず、スイッチ手段１０は温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間だけでなく、定電流手段３と抵抗６の間にも設けても良い。
そして、制御手段１２が出力する切替え信号に応じて、温度検出ダイオード２のアノード側、カソード側、両方のスイッチ手段１０の導通、非導通を切替えることで、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流が遮断でき、安心である。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態３の構成と比較して、抵抗６を流れる電流を検出する第２の電流検出手段１４が新たに追加されている。
第２の電流検出手段１４としては、電流検出手段１３と同じく、例えば、トランジスタやオペアンプを使った作動増幅回路に抵抗６の両端電圧を入力し、その出力電圧（すなわち、作動増幅回路の出力電圧）を抵抗６の電流値に比例した値として得る方法が考えられる。そして、制御手段１２は、電流検出手段１３が検出した電流値および第２の電流検出手段１４が検出した電流値に基づいて、スイッチ手段１０の導通／非導通を切替える。

以下、制御手段１２の動作につき、図８に示すフローチャートをもとに説明する。
まず、図８に示すフローチャートのステップＳ３００において、電流検出手段１３で検出した抵抗７の電流値ｉ７を取得する。
次にステップＳ３０１では、第２の電流検出手段１４で検出した抵抗６の電流値ｉ６を取得する。
そして、ステップＳ３０２では、電流値ｉ６と電流値ｉ７が実質的に等しくなければ、ステップＳ３０３へ移行し、それ以外であれば、ステップＳ３０４へ移行する。
なお、ここでいう実質的とは、電流検出手段１３および第２の電流検出手段１４の検出誤差を差し引いても、電流値ｉ６と電流値ｉ７が異なることを意味する。

図７および図８に示すように、実施の形態４によるスイッチ素子の温度検出回路は、前述した実施の形態３の構成に対して、さらに、定電流手段３と前記温度検出ダイオード２のアノード端子４との間に配置された抵抗６を流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、電流検出手段１３および第２の電流検出手段１４が検出した電流値に基づいてスイッチ手段１０の導通／非導通を切替える制御手段１２を備え、制御手段１２は、電流検出手段１３において検出された電流値が、第２の電流検出手段１４において検出された電流値と実質的に等しくないとき、スイッチ手段１０を非導通にする。

実施の形態４の構成によれば、スイッチ素子の温度検出回路において、温度検出ダイオード２のカソード端子５およびアノード端子４に、それぞれ、直列に外来ノイズ対策用の抵抗６、７を配置し、それぞれの抵抗を流れる電流を検出し、電流のアンバランスが生じている場合は、制御手段１２はスイッチ手段１０を非導通にするので、カソード端子５側の抵抗７が短絡して電流が検出できなくても、貫通電流を遮断できる。

以上では、スイッチ手段１０が温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置する方法について説明したが、本実施の形態はこれに限らず、スイッチ手段１０は温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間だけでなく、定電流手段３と抵抗６の間にも設けても良い。
そして、制御手段１２が出力する切替え信号に応じて、温度検出ダイオード２のアノード側とカソード側の両方のスイッチ手段の導通／非導通を切替えることで、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子９に供給する電源からの電流が遮断でき、安心である。

実施の形態５．
図９は、実施の形態５における「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。
以下、実施の形態５では、実施の形態２による「スイッチ素子の温度検出回路」をインバータに適用した場合について述べる。
実施の形態２の構成と比較すると、スイッチ素子９はインバータの下アームを構成しており、上アームを構成するスイッチ素子１５は、インバータの制御に応じたゲート駆動信号と制御手段１２が出力する信号とのアンド論理に基づいて導通／非導通を切替える。
また、スイッチ手段１０が削減されている。

第２の電圧検出手段１１は、温度検出ダイオード２のカソード電圧を検出し、制御手段１２に出力する。
そして、制御手段１２では、図３に示すフローチャートと同様の手順により、上アームを構成するスイッチ素子１５に導通／非導通を切替える信号を出力する。
上アームを構成するスイッチ素子１５の駆動回路には、ロジックＩＣやトランジスタやダイオードで構成されるアンド回路４０が備えられており、制御手段１２が非導通信号を出力すると、上アームを構成するスイッチ素子１５は非導通に切替える。
したがって、下アームを構成するスイッチ素子９の内部において、半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２とが短絡故障しても、上アームを構成するスイッチ素子１５を非導通にすることによって、電源からの貫通電流を防止できる。

以上説明したように、実施の形態５によるスイッチ素子の温度検出回路は、実施の形態２の構成において、さらに、電源とスイッチ素子９の間にインバータの上アームを構成する第２のスイッチ素子１５が配置されており、温度検出ダイオード２のカソード端子の電圧を検出する第２の電圧検出手段１１と、第２の電圧検出手段１１が検出した電圧値に基づいて第２のスイッチ素子１５に非導通信号を出力する制御手段１２を備え、
制御手段１２は、第２の電圧検出手段１１が検出した電圧値が所定の電圧しきい値以上ならば、第２のスイッチ素子１５に非導通信号を出力する。

実施の形態５の構成によれば、インバータの下アームを構成する温度検出ダイオード２を備えたスイッチ素子９の温度検出回路において、GNDに対する温度検出ダイオードのカソード端子電圧が所定の電圧しきい値以上であれば、インバータの上アームを構成するスイッチ素子１５を非導通にするので、電源からの貫通電流を遮断できるとともに、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間のスイッチ手段１０を削減できる。

なお、本実施の形態では、温度検出ダイオード２のカソード電圧値に基づいて上アームを構成するスイッチ素子１５の導通／非導通を切替える方法を説明したが、本実施の形態は、これに限られるものではなく、例えば、実施の形態３あるいは実施の形態４のように抵抗を流れる電流に基づいて上アームを構成するスイッチ素子１５の導通／非導通を切替える方法であってもよい。
本実施の形態と同じく、実施の形態３あるいは実施の形態４のスイッチ手段１０を、上アームを構成するスイッチ素子１５に置き換えることで、同じ効果が期待できる。

実施の形態６．
図１０は、実施の形態６による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。
図１０において、スイッチ素子は、複数（少なくとも２つ以上）存在し、温度検出回路１は、各スイッチ素子９、９１に対応して、定電流手段３、外来ノイズ対策用の抵抗６、抵抗７、電圧検出手段８およびスイッチ手段１０を備えている。
また、各スイッチ素子９、９１の「温度検出ダイオード２のカソード端子５の電圧」を検出し、その最大値を取り出す最大電圧検出手段５０が新たに追加されている。
そして、制御手段１２は、最大電圧検出手段５０が出力する温度検出ダイオード２のカソード電圧の最大値をもとに、すべてのスイッチ手段１０の導通／非導通を切替える。

最大電圧検出手段５０としては、例えば、各温度検出ダイオード２のカソード電圧値をワイヤードオア回路で接続する方法が考えられる。
そして、制御手段１２は、図３に示したフローチャートと同じように、図３のステップＳ１００において、最大電圧検出手段５０で検出した温度検出ダイオード２のカソード電圧の最大値を取得し、ステップＳ１０１で所定の電圧しきい値以上であれば、ステップＳ１０２に移行し、すべてのスイッチ手段１０を非導通に設定する。
ここで、所定の電圧しきい値としては、実施の形態２で説明したように、電源電圧とする方法や、抵抗７の定格電圧とする方法が考えられ、いずれの方法を用いても、電源からの貫通電流を遮断できる。

以上説明したように、実施の形態６によるスイッチ素子の温度検出回路は、電源から供給される電流を導通／非導通とする半導体スイッチ３０および温度検出ダイオード２を設けた複数のスイッチ素子９、９１に対する温度検出回路１であって、
温度検出回路１は、複数のスイッチ素子９、９１のそれぞれに対応して、２つの抵抗６、７の両端電圧と温度検出ダイオード２の順方向電圧の総和を検出する複数の電圧検出手段８と、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDの間に配置された複数のスイッチ手段１０と、複数のスイッチ素子９、９１の温度検出ダイオード２のカソード電圧を検出し、その最大値を取り出す最大電圧検出手段５０と、最大電圧検出手段５０が検出する最大値に基づいて、前記スイッチ手段の導通／非導通を切替える制御手段を備え、
制御手段１２は、温度検出ダイオード２のカソード端子５の電圧の最大値が所定の電圧しきい値以上であれば、全てのスイッチ手段１０を非導通にする。
なお、所定の電圧しきい値は、スイッチ素子９に供給する電源電圧に基づいて設定してもよいし、あるいはダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置した抵抗７の定格電圧に基づいて設定してもよい。

実施の形態６の構成によれば、温度検出用のダイオードを備えた少なくとも２つ以上のスイッチ素子９に対する温度検出回路において、各スイッチ素子の温度検出ダイオード２のカソード電圧をワイヤードオア接続し、複数の電圧検出手段８が検出する温度検出ダイオード２のカソード電圧の最大値を検出する。そして、接続点の電圧が所定の電圧しきい値以上であれば、すべてのスイッチ手段を非導通にするので、多数のスイッチ素子を要するインバータにおいて制御手段の数が低減できる。

以上では、スイッチ手段１０が温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間に配置する方法について説明したが、本実施の形態はこれに限らず、スイッチ手段１０は、温度検出ダイオード２のカソード端子５とGNDとの間だけでなく、定電流手段３と抵抗６の間にも設けても良い。そして、制御手段１２が出力する切替え信号に応じて、温度検出ダイオード２のアノード側およびカソード側の両方のスイッチ手段１０の導通／非導通を切替えることで、スイッチ素子９の内部で半導体スイッチ３０と温度検出ダイオード２が短絡故障しても、スイッチ素子に供給する電源からの電流が遮断でき、安心である。

外来ノイズの侵入によるスイッチ素子内部の温度検出ダイオードの温度誤検出を防げるとともに、スイッチ素子内部において半導体スイッチと温度検出ダイオードとが短絡故障しても、電源からGNDへの貫通電流を防ぐことができる「スイッチ素子の温度検出回路」の実現に有用である。

１温度検出回路２温度検出ダイオード
３定電流手段４アノード端子
５カソード端子６、７抵抗
８電圧検出手段９、９１スイッチ素子
１０スイッチ手段１１第２の電圧検出手段
１２制御手段１３電流検出手段
１４第２の電流検出手段１５上アームを構成するスイッチ素子
２０電源端子３０半導体スイッチ
４０アンド回路５０最大電圧検出手段

本発明に係るスイッチ素子の温度検出回路は、電源から供給される電流を導通／非導通とする半導体スイッチおよび温度検出ダイオードを設けたスイッチ素子の内部温度を検出する温度検出回路であって、前記スイッチ素子の外部に配置された前記温度検出回路は、前記温度検出ダイオードの順方向に定電流を流す定電流手段と、前記定電流手段と前記温度検出ダイオードのアノード端子との間および前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDとの間にそれぞれ配置された外来ノイズ侵入防止のための２つの抵抗と、前記２つの抵抗の両端電圧と前記温度検出ダイオードの順方向電圧の総和を検出する第１の電圧検出手段と、前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDの間に配置されたスイッチ手段と、前記温度検出ダイオードのカソード端子の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記スイッチ手段の導通／非導通を切替える制御手段を備え、前記制御手段は、前記第２の電圧検出手段が検出した電圧値が所定の電圧しきい値以上ならば、前記スイッチ手段を非導通にするものである。

なお、図１において、半導体スイッチ３０は、ＭＯＳＦＥＴだけでなく、ＩＧＢＴであってもよい。
また、定電流手段３としては、例えば定電流ダイオードやカレントミラー回路のようなトランジスタを使った定電流回路が考えられる。
電圧検出手段８としては、例えばトランジスタやオペアンプなどを使った差動増幅回路が考えられる。
電圧検出手段８で得られる電圧には、抵抗６の両端電圧と抵抗７の両端電圧が含まれるが、抵抗値および抵抗を流れる電流値が一定なので、抵抗による電圧降下も一定となり、温度検出ダイオード２の「温度−電圧特性」に応じた電圧変化が検出できる。
そして、電圧検出手段８で検出される電圧変化に基づいて、温度検出ダイオード２の温度を求めることができる。

第２の電圧検出手段１１は、電圧検出手段８と同じく、例えば、トランジスタやオペアンプを使った差動増幅回路が考えられる。
また、スイッチ手段１０は、例えば、トランジスタやＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチが考えられる。
そして、制御手段１２としては、例えば、マイコンやＡＳＩＣのようなロジック回路あるいはコンパレータのような比較器などが考えられる。

実施の形態３．
図５は、実施の形態３による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。
実施の形態２の構成と比較して、カソード端子５の電圧を検出する第２の電圧検出手段１１がなくなり、代わりに抵抗７を流れる電流を検出する電流検出手段１３が新たに追加されている。
電流検出手段１３としては、例えば、トランジスタやオペアンプを使った差動増幅回路に抵抗７の両端電圧を入力し、その出力電圧（すなわち、差動増幅回路の出力電圧）を抵抗７の電流値に比例した値として得る方法が考えられる。
そして、制御手段１２は、電流検出手段１３が検出した電流値に基づいて、スイッチ手段１０の導通／非導通を切替える。

実施の形態４．
図７は、実施の形態４による「スイッチ素子の温度検出回路」の構成を示すブロック図である。実施の形態３の構成と比較して、抵抗６を流れる電流を検出する第２の電流検出手段１４が新たに追加されている。
第２の電流検出手段１４としては、電流検出手段１３と同じく、例えば、トランジスタやオペアンプを使った差動増幅回路に抵抗６の両端電圧を入力し、その出力電圧（すなわち、差動増幅回路の出力電圧）を抵抗６の電流値に比例した値として得る方法が考えられる。そして、制御手段１２は、電流検出手段１３が検出した電流値および第２の電流検出手段１４が検出した電流値に基づいて、スイッチ手段１０の導通／非導通を切替える。

Claims

電源から供給される電流を導通／非導通とする半導体スイッチおよび温度検出ダイオードを設けたスイッチ素子の内部温度を検出する温度検出回路であって、
前記スイッチ素子の外部に配置された前記温度検出回路は、前記温度検出ダイオードの順方向に定電流を流す定電流手段と、前記定電流手段と前記温度検出ダイオードのアノード端子との間および前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDとの間にそれぞれ配置された外来ノイズ侵入防止のための２つの抵抗と、前記２つの抵抗の両端電圧と前記温度検出ダイオードの順方向電圧の総和を検出する電圧検出手段を備え、
前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDとの間に配置された抵抗の定格電力は、前記スイッチ素子に供給する電源電圧の最大値の２乗を抵抗値で除して得られる値以上に設定することを特徴とするスイッチ素子の温度検出回路。
前記温度検出ダイオード２のカソード端子とGNDの間に配置されたスイッチ手段と、前記温度検出ダイオードのカソード端子の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記スイッチ手段の導通／非導通を切替える制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第２の電圧検出手段が検出した電圧値が所定の電圧しきい値以上ならば、前記スイッチ手段を非導通にすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDの間に配置されたスイッチ手段と、前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDとの間に配置された抵抗を流れる電流を検出する電流検出手段と、前記電流検出手段が検出した電流値に基づいて前記スイッチ手段の導通／非導通を切替える制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段が検出した電流値が所定の電流しきい値以上ならば、前記スイッチ手段を非導通にすることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記所定の電流しきい値は、前記定電流手段の電流値に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記所定の電流しきい値は、前記ダイオードの定格電流に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記所定の電流しきい値は、前記スイッチ手段の定格電流に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記所定の電流しきい値は、前記スイッチ素子の温度検出回路を形成する基板の信号配線の電流定格に基づいて設定することを特徴とする請求項３に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記定電流手段と前記温度検出ダイオードのアノード端子との間に配置された抵抗を流れる電流を検出する第２の電流検出手段と、前記電流検出手段および前記第２の電流検出手段が検出した電流値に基づいて前記スイッチ手段の導通／非導通を切替える制御手段を備え、
前記制御手段は、前記電流検出手段において検出された電流値が、前記第２の電流検出手段において検出された電流値と実質的に等しくないとき、前記スイッチ手段を非導通にすることを特徴とする請求項３に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
電源と前記スイッチ素子の間にインバータの上アームを構成する第２のスイッチ素子が配置されており、
前記温度検出ダイオードのカソード端子の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、前記第２の電圧検出手段が検出した電圧値に基づいて前記第２のスイッチ素子に非導通信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記第２の電圧検出手段が検出した電圧値が所定の電圧しきい値以上ならば、第２のスイッチ素子に非導通信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
電源から供給される電流を導通／非導通とする半導体スイッチおよび温度検出ダイオード２を設けた複数のスイッチ素子に対する温度検出回路であって、
前記温度検出回路は、複数のスイッチ素子のそれぞれに対応して、前記２つの抵抗の両端電圧と前記温度検出ダイオードの順方向電圧の総和を検出する複数の電圧検出手段と、前記温度検出ダイオードのカソード端子とGNDの間に配置された複数のスイッチ手段と、前記各スイッチ素子の前記温度検出ダイオードのカソード端子電圧を検出し、その最大値を取り出す最大電圧検出手段と、前記最大電圧検出手段が検出する最大値に基づいて、前記スイッチ手段の導通／非導通を切替える制御手段を備え、
前記制御手段は、前記温度検出ダイオードのカソード端子の電圧の最大値が所定の電圧しきい値以上であれば、全ての前記スイッチ手段を非導通にすることを特徴とする請求項２に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記所定の電圧しきい値は、スイッチ素子に供給する電源電圧に基づいて設定することを特徴とする請求項２、９、１０のいずれか１項に記載のスイッチ素子の温度検出回路。
前記所定の電圧しきい値は、前記ダイオードのカソード端子とGNDとの間に配置した抵抗７の定格電圧に基づいて設定することを特徴とする請求項２、９、１０のいずれか１項に記載のスイッチ素子の温度検出回路。