JP2017118807A - Power conversion system, power module, and semiconductor device - Google Patents

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芳彦 横井
Yoshihiko Yokoi
芳彦 横井
勇介 小嶋
Yusuke Kojima
勇介 小嶋
山崎 幸一
Koichi Yamazaki
幸一 山崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power conversion system, a power module, and a semiconductor device capable of achieving reduction in cost.SOLUTION: A power conversion system comprises: first coupling circuits (HCC1 and HCC2) each of which includes wiring between a controller CTLU and a high-side circuit HSU; and a second coupling circuit (LCC) that includes wiring between the controller CTLU and a low-side circuit LSU. Each first coupling circuit (HCC1, HCC2) comprises a diode DD1, DD2 whose anode is coupled with wiring from the controller CTLU and whose cathode is coupled with wiring from the high-side circuit HSU.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、電力変換システム、パワーモジュールおよび半導体装置に関し、例えば、インバータ等におけるハイサイド回路の通信技術に関する。   The present invention relates to a power conversion system, a power module, and a semiconductor device.

特許文献1には、パワーモジュール内の異なる2箇所にそれぞれダイオードを設け、各ダイオードの温度特性に基づき2箇所の温度勾配を検出することで、パワー半導体素子の寿命を推定する方式が示される。特許文献2には、IGBTチップのゲート電極と、当該チップを含むIGBTモジュールのゲート端子との間に内部ゲート抵抗を接続し、当該内部ゲート抵抗の温度特性を利用してIGBTモジュールの温度を検出する方式が示される。   Patent Document 1 discloses a method for estimating the lifetime of a power semiconductor element by providing diodes at two different locations in a power module and detecting temperature gradients at two locations based on the temperature characteristics of each diode. In Patent Document 2, an internal gate resistance is connected between a gate electrode of an IGBT chip and a gate terminal of an IGBT module including the chip, and the temperature characteristic of the internal gate resistance is used to detect the temperature of the IGBT module. The method to do is shown.

特開2006−114575号公報JP 2006-114575 A 特開2000−124781号公報JP 2000-124781 A

例えば、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ等では、ハイサイドトランジスタとロウサイドトランジスタの接続端子から負荷に電力が供給される。ハイサイドトランジスタを含むハイサイド回路は、当該接続端子の電圧を基準として動作するが、当該接続端子の電圧は、ハイサイドトランジスタとロウサイドトランジスタのオン・オフに応じて変動する。このため、例えば、固定電圧を基準に動作するコントローラと、変動電圧を基準に動作するハイサイド回路との間の通信は、通常、フォトカプラやデジタルアイソレータ等の絶縁素子を介して行われる。しかし、このような絶縁素子は高価であるため、コストの増大を招く恐れがある。   For example, in an inverter that converts a DC voltage into an AC voltage, power is supplied to a load from a connection terminal of a high-side transistor and a low-side transistor. A high-side circuit including a high-side transistor operates on the basis of the voltage at the connection terminal, but the voltage at the connection terminal varies depending on on / off of the high-side transistor and the low-side transistor. For this reason, for example, communication between a controller that operates on the basis of a fixed voltage and a high-side circuit that operates on the basis of a variable voltage is usually performed via an insulating element such as a photocoupler or a digital isolator. However, since such an insulating element is expensive, there is a risk of increasing the cost.

後述する実施の形態は、このようなことを鑑みてなされたものであり、その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。   Embodiments to be described later have been made in view of the above, and other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

一実施の形態による電力変換システムは、ハイサイド回路およびロウサイド回路と通信するコントローラと、コントローラとハイサイド回路との間の配線を含む第1の結合回路と、コントローラとロウサイド回路との間の配線を含む第2の結合回路とを有する。ハイサイド回路は、第1の電源端子と負荷駆動端子との間に結合され、負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給するハイサイドスイッチと、ハイサイドスイッチを駆動するハイサイドドライバとを備える。ロウサイド回路は、基準電源端子と負荷駆動端子との間に結合され、負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給するロウサイドスイッチと、ロウサイドスイッチを駆動するロウサイドドライバとを備える。第1の結合回路は、コントローラからの配線にアノードが結合され、ハイサイド回路からの配線にカソードが結合されるダイオードを備える。   A power conversion system according to an embodiment includes a controller that communicates with a high-side circuit and a low-side circuit, a first coupling circuit that includes wiring between the controller and the high-side circuit, and a wiring between the controller and the low-side circuit. Including a second coupling circuit. The high-side circuit includes a high-side switch that is coupled between the first power supply terminal and the load drive terminal and supplies power to the load via the load drive terminal, and a high-side driver that drives the high-side switch. . The low-side circuit includes a low-side switch that is coupled between the reference power supply terminal and the load drive terminal and supplies power to the load via the load drive terminal, and a low-side driver that drives the low-side switch. The first coupling circuit includes a diode having an anode coupled to the wiring from the controller and a cathode coupled to the wiring from the high side circuit.

前記一実施の形態によれば、電力変換システムにおいて、コストの低減が実現可能になる。   According to the embodiment, it is possible to realize cost reduction in the power conversion system.

本発明の実施の形態1による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system by Embodiment 1 of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. 図1の電力変換システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 2 is a waveform diagram illustrating a schematic operation example of a main part in the power conversion system of FIG. 1. (a)および(b)は、図2の補足図であり、(a)は、コントローラからハイサイド制御回路への通信経路を抽出した回路図であり、(b)は、ハイサイド制御回路からコントローラへの通信経路を抽出した回路図である。(A) And (b) is a supplementary figure of FIG. 2, (a) is a circuit diagram which extracted the communication path | route from a controller to a high side control circuit, (b) is from a high side control circuit. It is the circuit diagram which extracted the communication path | route to a controller. 本発明の実施の形態2による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system by Embodiment 2 of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. 図4におけるハイサイドスイッチおよびロウサイドスイッチのそれぞれの概略的な配置構成例を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing a schematic arrangement configuration example of each of a high-side switch and a low-side switch in FIG. 4. 図4の電力変換システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a schematic operation example of a main part in the power conversion system of FIG. 4. (a)は、図4における温度検出回路内のダイオードの構造例を示す断面図および平面図であり、(b)は、(a)のダイオードにおける耐圧特性の一例を示す図である。(A) is sectional drawing and a top view which show the structural example of the diode in the temperature detection circuit in FIG. 4, (b) is a figure which shows an example of the proof pressure characteristic in the diode of (a). 本発明の実施の形態3による半導体装置において、その概略構成例を示す回路ブロック図である。FIG. 10 is a circuit block diagram showing a schematic configuration example of a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention. 図8の半導体装置における概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。FIG. 9 is a plan view illustrating a schematic layout configuration example in the semiconductor device of FIG. 8. 図9を拡張したレイアウト構成例を示す平面図である。FIG. 10 is a plan view illustrating a layout configuration example obtained by extending FIG. 9. 本発明の実施の形態3によるパワーモジュールにおいて、概略的なパッケージ構成例を示す平面図である。In the power module by Embodiment 3 of this invention, it is a top view which shows the schematic package structural example. 図11のパワーモジュールの実装形態の一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the mounting form of the power module of FIG. 本発明の実施の形態4による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system by Embodiment 4 of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. 図13の電力変換システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す波形図である。FIG. 14 is a waveform diagram showing a schematic operation example of a main part in the power conversion system of FIG. 13. 本発明の比較例となる電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system used as the comparative example of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. 本発明の比較例となる電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system used as the comparative example of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. 本発明の比較例となる電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system used as the comparative example of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. (a)および(b)は、本発明の実施の形態4による電力変換システムにおいて、前提となる結合回路の問題点の一例を示す波形図である。(A) And (b) is a wave form diagram which shows an example of the problem of the coupling circuit used as a premise in the power conversion system by Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。In the power conversion system by Embodiment 5 of this invention, it is a circuit diagram which shows the schematic structural example of the principal part. 図19の温度検出回路の動作タイミングの一例を示す概略図である。It is the schematic which shows an example of the operation timing of the temperature detection circuit of FIG. 図19のスイッチ制御回路の構成例を示す概略図である。FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a switch control circuit in FIG. 19.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。   In the following embodiment, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant, and one is the other. Some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like are related. Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態では、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)の一例としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)(MOSトランジスタと略す)を用いるが、ゲート絶縁膜として非酸化膜を除外するものではない。   In the embodiment, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) (abbreviated as MOS transistor) is used as an example of a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor), but a non-oxide film is not excluded as a gate insulating film. Absent.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiment, and the repetitive description thereof will be omitted.

(実施の形態1)
《電力変換システムの概略構成》
図1は、本発明の実施の形態1による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。図1に示す電力変換システムは、コントローラCTLUと、ハイサイド回路HSUと、ロウサイド回路LSUと、結合回路HCC1,HCC2,LCCとを有する。結合回路HCC1,HCC2は、コントローラCTLUとハイサイド回路HSUとの間の配線を含み、結合回路LCCは、コントローラCTLUとロウサイド回路LSUとの間の配線を含む。
(Embodiment 1)
<< Schematic configuration of power conversion system >>
FIG. 1 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of main parts in a power conversion system according to Embodiment 1 of the present invention. The power conversion system shown in FIG. 1 includes a controller CTLU, a high side circuit HSU, a low side circuit LSU, and coupling circuits HCC1, HCC2, and LCC. The coupling circuits HCC1 and HCC2 include a wiring between the controller CTLU and the high side circuit HSU, and the coupling circuit LCC includes a wiring between the controller CTLU and the low side circuit LSU.

ハイサイド回路HSUは、ハイサイドスイッチHSWと、ハイサイド制御回路HCTとを備える。ハイサイドスイッチHSWは、基準電源電圧GNDを基準として入力電源電圧VINが供給される入力電源端子PN_VINと、負荷駆動端子PN_OUTとの間に結合され、負荷駆動端子PN_OUTを介して負荷LDに電力を供給する。   The high side circuit HSU includes a high side switch HSW and a high side control circuit HCT. The high side switch HSW is coupled between the input power supply terminal PN_VIN to which the input power supply voltage VIN is supplied with the reference power supply voltage GND as a reference and the load drive terminal PN_OUT, and supplies power to the load LD through the load drive terminal PN_OUT. Supply.

ハイサイドスイッチHSWは、詳細には、ハイサイドトランジスタTRhと、ハイサイドトランジスタTRhに並列接続される還流ダイオードFDhとを備える。ハイサイドトランジスタTRhは、特に限定はされないが、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等である。ハイサイド制御回路HCTは、ハイサイドスイッチ信号HOを介してハイサイドスイッチHSW(具体的にはハイサイドトランジスタTRh)をオン状態またはオフ状態に駆動するハイサイドドライバHDVを備え、ハイサイドドライバHDVを介してハイサイドスイッチHSWの制御や保護等を行う。   Specifically, the high side switch HSW includes a high side transistor TRh and a free-wheeling diode FDh connected in parallel to the high side transistor TRh. The high side transistor TRh is not particularly limited, but is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or the like. The high side control circuit HCT includes a high side driver HDV that drives the high side switch HSW (specifically, the high side transistor TRh) to an on state or an off state via a high side switch signal HO. The high-side switch HSW is controlled and protected via this.

ロウサイド回路LSUは、ロウサイドスイッチLSWと、ロウサイド制御回路LCTとを備える。ロウサイドスイッチLSWは、基準電源電圧GNDが供給される基準電源端子PN_GNDと、負荷駆動端子PN_OUTとの間に結合され、負荷駆動端子PN_OUTを介して負荷LDに電力を供給する。ロウサイドスイッチLSWは、詳細には、ロウサイドトランジスタTRlと、ロウサイドトランジスタTRlに並列接続される還流ダイオードFDlとを備える。ロウサイドトランジスタTRlは、特に限定はされないが、IGBT等である。   The low side circuit LSU includes a low side switch LSW and a low side control circuit LCT. The low side switch LSW is coupled between the reference power supply terminal PN_GND to which the reference power supply voltage GND is supplied and the load drive terminal PN_OUT, and supplies power to the load LD through the load drive terminal PN_OUT. Specifically, the low-side switch LSW includes a low-side transistor TRl and a free-wheeling diode FDl connected in parallel to the low-side transistor TRl. The low side transistor TRl is not particularly limited but is an IGBT or the like.

ロウサイド制御回路LCTは、ロウサイドスイッチ信号LOを介してロウサイドスイッチLSW(具体的にはロウサイドトランジスタTRl)をオン状態またはオフ状態に駆動するロウサイドドライバLDVを備え、ロウサイドドライバLDVを介してロウサイドスイッチLSWの制御や保護等を行う。ここで、図1に示すように、場合によっては、負荷駆動端子PN_OUTと、ロウサイド制御回路LCTとの間にダイオードDdesが設けられる場合がある。ロウサイド制御回路LCTは、ロウサイドトランジスタTRlのエミッタ−コレクタ間電圧を当該ダイオードDdesを介して監視し、その監視結果に基づき負荷LDの短絡等を検出した場合、ロウサイドスイッチLSWのターンオフ等を行う。   The low-side control circuit LCT includes a low-side driver LDV that drives the low-side switch LSW (specifically, the low-side transistor TRl) to an on state or an off state via a low-side switch signal LO, and via the low-side driver LDV. The low side switch LSW is controlled and protected. Here, as shown in FIG. 1, in some cases, a diode Ddes may be provided between the load drive terminal PN_OUT and the low-side control circuit LCT. The low-side control circuit LCT monitors the emitter-collector voltage of the low-side transistor TRl via the diode Ddes, and when the short-circuit of the load LD is detected based on the monitoring result, the low-side switch LSW is turned off. .

コントローラCTLUは、結合回路HCC1,HCC2を介してハイサイド回路HSUと通信することで、ハイサイド回路HSUを制御する。図1の例では、結合回路HCC1は、ハイサイド制御回路HCTの送信回路TXhからの信号DOhをコントローラCTLUの受信回路RXcへ伝送する。その反対に、結合回路HCC2は、コントローラCTLUの送信回路TXcらの信号DOcをハイサイド制御回路HCTの受信回路RXhへ伝送する。また、コントローラCTLUは、結合回路LCCを介してロウサイド回路LSUと通信することで、ロウサイド回路LSUを制御する。   The controller CTLU controls the high side circuit HSU by communicating with the high side circuit HSU via the coupling circuits HCC1 and HCC2. In the example of FIG. 1, the coupling circuit HCC1 transmits the signal DOh from the transmission circuit TXh of the high side control circuit HCT to the reception circuit RXc of the controller CTLU. On the contrary, the coupling circuit HCC2 transmits the signal DOc from the transmission circuit TXc of the controller CTLU to the reception circuit RXh of the high side control circuit HCT. The controller CTLU controls the low side circuit LSU by communicating with the low side circuit LSU via the coupling circuit LCC.

このような構成において、ロウサイド回路LSUは、基準電源電圧GNDを基準として電源電圧(例えば15V等)VCCで動作する。また、この例では、コントローラCTLUも、基準電源電圧GNDを基準として電源電圧VCCで動作する。一方、ハイサイド回路HSUは、負荷駆動端子PN_OUTに結合されるフローティング電圧VSを基準としてブート電源電圧VBで動作する。ブート電源電圧VBは、例えば、電源電圧VCCから負荷駆動端子PN_OUTに向けて順に接続されるブートストラップダイオードDbと、ブートストラップコンデンサCbとによって生成される。   In such a configuration, the low side circuit LSU operates with a power supply voltage (for example, 15 V) VCC with reference to the reference power supply voltage GND. In this example, the controller CTLU also operates at the power supply voltage VCC with reference to the reference power supply voltage GND. On the other hand, the high side circuit HSU operates with the boot power supply voltage VB with reference to the floating voltage VS coupled to the load drive terminal PN_OUT. The boot power supply voltage VB is generated by, for example, a bootstrap diode Db and a bootstrap capacitor Cb that are sequentially connected from the power supply voltage VCC toward the load drive terminal PN_OUT.

例えば、ハイサイドスイッチHSWがオフ、ロウサイドスイッチLSWがオンとなる期間[1]では、フローティング電圧VSは基準電源電圧GNDとなり、ブートストラップダイオードDbは順バイアスとなる。その結果、ブートストラップコンデンサCbは電源電圧VCCで充電され、ブート電源電圧VBは電源電圧VCCに等しくなる。なお、厳密には、ダイオードの順方向の電圧降下が生じるが、本明細書では、特に明示する場合を除いてこのような電圧降下は無視する。また、各トランジスタのオン抵抗に伴う電圧降下に関しても無視する。   For example, in the period [1] when the high side switch HSW is off and the low side switch LSW is on, the floating voltage VS is the reference power supply voltage GND, and the bootstrap diode Db is forward biased. As a result, the bootstrap capacitor Cb is charged with the power supply voltage VCC, and the boot power supply voltage VB becomes equal to the power supply voltage VCC. Strictly speaking, a voltage drop in the forward direction of the diode occurs, but in the present specification, such a voltage drop is ignored unless otherwise specified. Further, the voltage drop due to the on-resistance of each transistor is also ignored.

一方、ハイサイドスイッチHSWがオン、ロウサイドスイッチLSWがオフとなる期間[2]では、フローティング電圧VSは入力電源電圧VIN(例えば1200V等)となり、ブート電源電圧VBは、期間[1]におけるブートストラップコンデンサCbの充電電圧により“VIN+VCC”となり、ブートストラップダイオードDbは逆バイアスとなる。ハイサイド回路HSUは、期間[1]では、ブートストラップダイオードDbを介して供給される電源電圧VCCで動作し、期間[2]では、ブートストラップコンデンサCbの充電電圧(すなわち電源電圧VCC)で動作する。   On the other hand, in the period [2] in which the high-side switch HSW is on and the low-side switch LSW is off, the floating voltage VS is the input power supply voltage VIN (for example, 1200 V), and the boot power supply voltage VB is the boot in the period [1]. It becomes “VIN + VCC” by the charging voltage of the strap capacitor Cb, and the bootstrap diode Db is reverse-biased. The high side circuit HSU operates at the power supply voltage VCC supplied via the bootstrap diode Db in the period [1], and operates at the charging voltage of the bootstrap capacitor Cb (that is, the power supply voltage VCC) in the period [2]. To do.

《比較例の通信方式》
図15は、本発明の比較例となる電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。前述したように、コントローラCTLUは、基準電源電圧GNDを基準として電源電圧VCCで動作するのに対して、ハイサイド回路HSUは、期間[2]において、入力電源電圧VINを基準として“VIN+VCC”で動作する。このため、コントローラCTLUとハイサイド回路HSUとで間で通信を行う場合、信号レベルの整合や素子破壊の防止等のため、例えば、図15に示すような絶縁素子が必要となる。
《Comparative communication method》
FIG. 15 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration example of a main part in a power conversion system as a comparative example of the present invention. As described above, the controller CTLU operates at the power supply voltage VCC with reference to the reference power supply voltage GND, while the high side circuit HSU is “VIN + VCC” with the input power supply voltage VIN as the reference in the period [2]. Operate. For this reason, when communication is performed between the controller CTLU and the high-side circuit HSU, for example, an insulating element as shown in FIG. 15 is required for signal level matching and prevention of element destruction.

図15に示す電力変換システムは、絶縁素子として、例えば、フォトダイオードを発光させ、フォトトランジスタに電流を流すことで信号を伝送するフォトカプラCPL1’,CPL2’を備える。フォトカプラCPL1’は、ハイサイド制御回路HCTの送信回路TXh’から送信される、ブート電源電圧VBとフローティング電圧VSとの間で推移する信号を、電源電圧VCCと基準電源電圧GNDとの間で推移する信号に変換してコントローラCTLUの受信回路RXc’へ伝送する。その反対に、フォトカプラCPL2’は、コントローラCTLUの送信回路TXc’から送信される、電源電圧VCCと基準電源電圧GNDとの間で推移する信号を、ブート電源電圧VBとフローティング電圧VSとの間で推移する信号に変換してハイサイド制御回路HCTの受信回路RXh’へ伝送する。   The power conversion system shown in FIG. 15 includes photocouplers CPL1 'and CPL2' that transmit signals by causing a photodiode to emit light and causing a current to flow through the phototransistor, for example, as an insulating element. The photocoupler CPL1 ′ transmits a signal, which is transmitted from the transmission circuit TXh ′ of the high side control circuit HCT, between the boot power supply voltage VB and the floating voltage VS, between the power supply voltage VCC and the reference power supply voltage GND. The signal is converted to a transition signal and transmitted to the receiving circuit RXc ′ of the controller CTLU. On the other hand, the photocoupler CPL2 ′ transmits a signal, which is transmitted from the transmission circuit TXc ′ of the controller CTLU, between the power supply voltage VCC and the reference power supply voltage GND, between the boot power supply voltage VB and the floating voltage VS. The signal is converted to a signal that changes in step (1) and transmitted to the receiving circuit RXh ′ of the high-side control circuit HCT.

この例では、絶縁素子として、フォトカプラを用いたが、2個のコイルの磁気結合によって信号を伝送するデジタルアイソレータ等を用いてもよい。しかし、フォトカプラやデジタルアイソレータといった絶縁素子は、通常、高価であるため、電力変換システムのコストの増大を招く恐れがある。また、このように高価な部品が必要になると、例えば、コントローラCTLUとハイサイド回路HSUとの間の通信経路を増加させることが困難となり得る。   In this example, a photocoupler is used as the insulating element, but a digital isolator or the like that transmits a signal by magnetic coupling of two coils may be used. However, insulating elements such as photocouplers and digital isolators are usually expensive and may increase the cost of the power conversion system. Further, when such expensive parts are required, it may be difficult to increase the communication path between the controller CTLU and the high side circuit HSU, for example.

《本実施の形態1の通信方式》
そこで、本実施の形態1の電力変換システムでは、図1に示すように、結合回路HCC1,HCC2は、それぞれ、コントローラCTLUからの配線にアノードが結合され、ハイサイド回路HSUからの配線にカソードが結合されるダイオードDD1,DD2を備える。ダイオードDD1,DD2のそれぞれは、例えば、入力電源電圧VIN(例えば1200V等)に応じた耐圧を備える高耐圧ダイオードである。
<< Communication method of the first embodiment >>
Therefore, in the power conversion system according to the first embodiment, as shown in FIG. 1, the coupling circuits HCC1 and HCC2 have their anodes coupled to the wiring from the controller CTLU and the cathodes to the wiring from the high side circuit HSU. Diodes DD1 and DD2 are coupled. Each of the diodes DD1 and DD2 is, for example, a high breakdown voltage diode having a breakdown voltage according to the input power supply voltage VIN (for example, 1200 V).

さらに、図1の例では、結合回路HCC1は、ダイオードDD1に加えて、電源電圧VCCとダイオードDD1のアノードとの間に結合される電流源IS1を備える。電流源IS1は、ダイオードDD1に順方向の微小な電流を流す。なお、電流源IS1は、高抵抗の抵抗素子等に置き換えてもよい。また、結合回路HCC2は、ダイオードDD2に加えて、ダイオードDD2のカソードと負荷駆動端子PN_OUTとの間に結合されるプルダウンスイッチDSを備える。プルダウンスイッチDSは、例えば、ハイサイド制御回路HCTのドライバSDVからのスイッチ信号Sdsによってオン・オフが制御される。   Further, in the example of FIG. 1, the coupling circuit HCC1 includes a current source IS1 coupled between the power supply voltage VCC and the anode of the diode DD1 in addition to the diode DD1. The current source IS1 allows a small forward current to flow through the diode DD1. Note that the current source IS1 may be replaced with a high-resistance resistance element or the like. In addition to the diode DD2, the coupling circuit HCC2 includes a pull-down switch DS coupled between the cathode of the diode DD2 and the load drive terminal PN_OUT. The pull-down switch DS is controlled to be turned on / off by, for example, a switch signal Sds from the driver SDV of the high side control circuit HCT.

図2は、図1の電力変換システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す波形図である。図3(a)および図3(b)は、図2の補足図であり、図3(a)は、コントローラからハイサイド制御回路への通信経路を抽出した回路図であり、図3(b)は、ハイサイド制御回路からコントローラへの通信経路を抽出した回路図である。   FIG. 2 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the main part in the power conversion system of FIG. 1. 3A and 3B are supplementary diagrams of FIG. 2, and FIG. 3A is a circuit diagram in which a communication path from the controller to the high-side control circuit is extracted, and FIG. ) Is a circuit diagram in which a communication path from the high-side control circuit to the controller is extracted.

図2において、ハイサイドスイッチ信号HOおよびロウサイドスイッチ信号LOは、‘H’レベルと‘L’レベルが相補的に推移する信号となっている。ハイサイドスイッチ信号HOの‘L’レベルの電圧は、フローティング電圧VSであり、‘H’レベルの電圧は、フローティング電圧VSに電源電圧VCCを加えた電圧“VS+VCC”である。ロウサイドスイッチ信号LOの‘L’レベルの電圧は、基準電源電圧GNDであり、‘H’レベルの電圧は、電源電圧VCCである。また、ハイサイドスイッチ信号HOおよびロウサイドスイッチ信号LOには、共にオンとなる期間が生じないように、デッドタイム期間が設けられる。   In FIG. 2, a high side switch signal HO and a low side switch signal LO are signals in which the ‘H’ level and the ‘L’ level transition in a complementary manner. The “L” level voltage of the high side switch signal HO is the floating voltage VS, and the “H” level voltage is a voltage “VS + VCC” obtained by adding the power supply voltage VCC to the floating voltage VS. The 'L' level voltage of the low side switch signal LO is the reference power supply voltage GND, and the 'H' level voltage is the power supply voltage VCC. The high side switch signal HO and the low side switch signal LO are provided with a dead time period so that a period during which both are turned on does not occur.

時刻t1では、ハイサイドスイッチ信号HOの‘L’レベル(ハイサイドトランジスタTRhのオフ)への遷移に伴い、フローティング電圧VSは低下する。フローティング電圧VSが基準電源電圧GNDよりも低下すると、モータ等の負荷LDの電流経路がロウサイドスイッチLSWの還流ダイオードFDlに切り替わる。その後、デッドタイム期間を経て、時刻t2において、ロウサイドスイッチ信号LOが‘H’レベル(ロウサイドトランジスタTRlがオン)に遷移すると、フローティング電圧VSは、基準電源電圧GNDとなる。   At time t1, the floating voltage VS decreases with the transition of the high side switch signal HO to the ‘L’ level (the high side transistor TRh is off). When the floating voltage VS is lower than the reference power supply voltage GND, the current path of the load LD such as a motor is switched to the free wheel diode FDl of the low side switch LSW. After that, when the low side switch signal LO transits to the “H” level (low side transistor TRl is turned on) at time t2 through a dead time period, the floating voltage VS becomes the reference power supply voltage GND.

その後、時刻t3では、ロウサイドスイッチ信号LOの‘L’レベル(ロウサイドトランジスタTRlのオフ)への遷移に伴い、フローティング電圧VSは上昇する。フローティング電圧VSが入力電源電圧VINよりも上昇すると、負荷LDの電流経路がハイサイドスイッチHSWの還流ダイオードFDhに切り替わる。その後、デッドタイム期間を経て、時刻t4において、ハイサイドスイッチ信号HOが‘H’レベル(ハイサイドトランジスタTRhがオン)に遷移すると、フローティング電圧VSは、入力電源電圧VINとなる。以降、時刻t5〜t8では、時刻t1〜t4と同様の動作が行われる。   Thereafter, at time t3, the floating voltage VS rises with the transition of the low-side switch signal LO to the ‘L’ level (the low-side transistor TRl is turned off). When the floating voltage VS rises above the input power supply voltage VIN, the current path of the load LD is switched to the free wheel diode FDh of the high side switch HSW. After that, when the high side switch signal HO transitions to the ‘H’ level (high side transistor TRh is on) at time t4 after a dead time period, the floating voltage VS becomes the input power supply voltage VIN. Thereafter, at times t5 to t8, operations similar to those at times t1 to t4 are performed.

このようなフローティング電圧VSの遷移に伴い、図3(a)および図3(b)に示すように、ハイサイド制御回路HCTの受信回路RXhおよび送信回路TXhでは、基準電源電圧GNDを基準として動作する期間(図2の時刻t2〜t3)と、入力電源電圧VINを基準として動作する期間(図2の時刻t4〜t5)とが交互に発生する。本明細書では、前者の期間(時刻t2〜t3)をロウサイド期間と呼び、後者の期間(時刻t4〜t5)をハイサイド期間と呼ぶ。ここで、コントローラCTLUの送信回路TXcからハイサイド制御回路HCTの受信回路RXhへ信号伝送を行う場合を想定する。   With such a transition of the floating voltage VS, as shown in FIGS. 3A and 3B, the reception circuit RXh and the transmission circuit TXh of the high side control circuit HCT operate with reference to the reference power supply voltage GND. The period (time t2 to t3 in FIG. 2) and the period operating from the input power supply voltage VIN (time t4 to t5 in FIG. 2) alternately occur. In the present specification, the former period (time t2 to t3) is referred to as a low side period, and the latter period (time t4 to t5) is referred to as a high side period. Here, it is assumed that signal transmission is performed from the transmission circuit TXc of the controller CTLU to the reception circuit RXh of the high side control circuit HCT.

まず、ロウサイド期間(時刻t2〜t3)の初期状態として、受信回路RXhの受信ノードNihの電圧は、フローティング電圧VS(ここでは基準電源電圧GND)に等しいものとする。この場合、コントローラCTLUの送信回路TXcからの‘H’レベル(電源電圧VCCのレベル)の信号DOcは、順バイアスのダイオードDD2を介して伝送され、受信回路RXhで‘H’レベル(電源電圧VCCのレベル)の信号DIhとして受信される。一方、送信回路TXcからの‘L’レベル(基準電源電圧GNDのレベル)の信号DOcも、受信回路RXhで‘L’レベル(基準電源電圧GNDのレベル)の信号DIhとして受信される。   First, as an initial state of the low side period (time t2 to t3), the voltage of the reception node Nih of the reception circuit RXh is assumed to be equal to the floating voltage VS (here, the reference power supply voltage GND). In this case, the signal DOc of the “H” level (the level of the power supply voltage VCC) from the transmission circuit TXc of the controller CTLU is transmitted via the forward-biased diode DD2, and the “H” level (the power supply voltage VCC) is received by the reception circuit RXh. ) Level signal DIh. On the other hand, the ‘L’ level (reference power supply voltage GND level) signal DOc from the transmission circuit TXc is also received as the ‘L’ level (reference power supply voltage GND level) signal DIh by the reception circuit RXh.

その後、ハイサイド期間(時刻t4〜t5)に遷移すると、受信回路RXhの受信ノードNihの電圧は、フローティング電圧VSとの間の寄生容量Cp等に伴い、フローティング電圧VSの推移に追従して推移する。この際に、受信ノードNihの電圧が、送信回路TXcの送信ノードNocの電圧を越えると、ダイオードDD2は逆バイアスとなり、受信ノードNihと送信ノードNocは絶縁される。送信ノードNocの電圧は、電源電圧VCCを超えないため、送信回路TXcにおける素子破壊は生じない。   Thereafter, when the transition is made to the high side period (time t4 to t5), the voltage of the reception node Nih of the reception circuit RXh follows the transition of the floating voltage VS along with the parasitic capacitance Cp with the floating voltage VS. To do. At this time, when the voltage of the reception node Nih exceeds the voltage of the transmission node Noc of the transmission circuit TXc, the diode DD2 is reverse-biased, and the reception node Nih and the transmission node Noc are insulated. Since the voltage of the transmission node Noc does not exceed the power supply voltage VCC, element destruction in the transmission circuit TXc does not occur.

このように、本実施の形態1では、送信回路TXcから受信回路RXhへのダイオードDD2を介する信号伝送は、ロウサイド期間(時刻t2〜t3)で行われ、ハイサイド期間(時刻t4〜t5)では行われない。その後、再びロウサイド期間(時刻t6〜t7)に遷移する。ここで、仮に、その一つ前のロウサイド期間(時刻t2〜t3)で受信ノードNihの信号DIhが‘H’レベル(電源電圧VCCのレベル)であった場合、当該ロウサイド期間(時刻t6〜t7)で、受信ノードNihは、依然として‘H’レベルを維持するような事態が生じ得る。この場合、ダイオードDD2は、逆バイアスとなるため、送信回路TXcからの‘L’レベル(基準電源電圧GNDのレベル)の信号DOcを伝送できない。   As described above, in the first embodiment, signal transmission from the transmission circuit TXc to the reception circuit RXh via the diode DD2 is performed in the low side period (time t2 to t3), and in the high side period (time t4 to t5). Not done. After that, the transition is made again to the low side period (time t6 to t7). Here, if the signal DIh of the reception node Nih is at the “H” level (the level of the power supply voltage VCC) in the immediately preceding low side period (time t2 to t3), the low side period (time t6 to t7). ), The receiving node Nih may still maintain the “H” level. In this case, since the diode DD2 is reverse-biased, it cannot transmit the signal DOc of the “L” level (level of the reference power supply voltage GND) from the transmission circuit TXc.

そこで、図2に示すように、ロウサイド期間(時刻t2〜t3,t6〜t7)で送信回路TXcから受信回路RXhへ信号伝送を行う際の前処理として、スイッチ信号Sdsを用いてプルダウンスイッチDSがオンに制御される。図2の例では、ハイサイド制御回路HCTは、時刻t1〜t2の期間と時刻t5〜t6の期間とでプルダウンスイッチDSをオンに制御する。その結果、前述したように、ロウサイド期間(時刻t2〜t3,t6〜t7)の初期状態として、受信回路RXhの受信ノードNihの電圧をフローティング電圧VS(基準電源電圧GND)に等しくすることができ、信号伝送を問題無く行うことが可能になる。なお、プルダウンスイッチDSをオンに制御する期間は、特に、図2の例に限定されるものではなく、例えば、時刻t3〜t6の中の任意の期間であってもよく、または、時刻t6からの短い期間を含んでもよい。   Therefore, as shown in FIG. 2, as a pre-processing when signal transmission from the transmission circuit TXc to the reception circuit RXh in the low-side period (time t2 to t3, t6 to t7), the pull-down switch DS is set using the switch signal Sds. Controlled on. In the example of FIG. 2, the high-side control circuit HCT controls the pull-down switch DS to be on during the period from time t1 to t2 and the period from time t5 to t6. As a result, as described above, as the initial state of the low side period (time t2 to t3, t6 to t7), the voltage of the reception node Nih of the reception circuit RXh can be made equal to the floating voltage VS (reference power supply voltage GND). Signal transmission can be performed without any problem. Note that the period during which the pull-down switch DS is controlled to be on is not particularly limited to the example in FIG. 2, and may be any period from time t3 to t6, or from time t6. Short periods of time may be included.

次に、ハイサイド制御回路HCTの送信回路TXhからコントローラCTLUの受信回路RXcへ信号伝送を行う場合を想定する。図3(b)において、送信回路TXhは、ロウサイド期間(時刻t2〜t3)で、‘H’レベル(電源電圧VCCのレベル)または‘L’レベル(基準電源電圧GNDのレベル)の信号DOhを送信する。この際に、仮に、受信回路RXcの受信ノードNicの電圧が基準電源電圧GNDであり、かつ信号DOhが‘H’レベルの場合、ダイオードDD1は、逆バイアスとなるため信号DOhを伝送することができない。   Next, it is assumed that signal transmission is performed from the transmission circuit TXh of the high side control circuit HCT to the reception circuit RXc of the controller CTLU. In FIG. 3B, the transmission circuit TXh outputs the signal DOh of the “H” level (the level of the power supply voltage VCC) or the “L” level (the level of the reference power supply voltage GND) in the low side period (time t2 to t3). Send. At this time, if the voltage of the reception node Nic of the reception circuit RXc is the reference power supply voltage GND and the signal DOh is at the “H” level, the diode DD1 is reverse-biased so that the signal DOh can be transmitted. Can not.

そこで、図3(b)では、受信ノードNicは、微小な電流を流す電流源IS1を介して電源電圧VCCに結合される。電流源IS1は、送信回路TXhの出力抵抗よりも十分に高い抵抗値を持つ。その結果、受信回路RXcは、信号DOhが‘H’レベルの場合、それを‘H’レベルの信号DIcとして受信することができる。また、‘L’レベルの信号DOhは、順バイアスのダイオードDD1を介して受信ノードNicに伝送され、受信回路RXcは、当該信号を‘L’レベルの信号DIcとして受信することができる。なお、前述したように、電流源IS1は、高抵抗の抵抗素子等であってもよい。   Therefore, in FIG. 3B, the reception node Nic is coupled to the power supply voltage VCC via the current source IS1 that flows a minute current. The current source IS1 has a resistance value sufficiently higher than the output resistance of the transmission circuit TXh. As a result, when the signal DOh is at the “H” level, the receiving circuit RXc can receive it as the signal DIc at the “H” level. The 'L' level signal DOh is transmitted to the reception node Nic via the forward biased diode DD1, and the reception circuit RXc can receive the signal as the 'L' level signal DIc. As described above, the current source IS1 may be a high-resistance resistive element or the like.

その後、ハイサイド期間(時刻t4〜t5)に遷移する。これに伴い、送信ノードNohの電圧は、図3(a)の場合と同様の寄生容量Cp、または出力動作中の送信回路TXhによって、フローティング電圧VSの推移に追従して推移する。この際に、送信ノードNohの電圧が受信ノードNicの電圧(電源電圧VCC)を越えると、ダイオードDD1は逆バイアスとなり、送信ノードNohと受信ノードNicは絶縁される。受信ノードNicの電圧は、電源電圧VCCに定められるため、受信回路RXcにおける素子破壊は生じない。   Then, the transition is made to the high side period (time t4 to t5). Accordingly, the voltage of the transmission node Noh changes following the change of the floating voltage VS by the same parasitic capacitance Cp as in FIG. 3A or the transmission circuit TXh during the output operation. At this time, when the voltage of the transmission node Noh exceeds the voltage of the reception node Nic (power supply voltage VCC), the diode DD1 is reverse-biased, and the transmission node Noh and the reception node Nic are insulated. Since the voltage of the reception node Nic is set to the power supply voltage VCC, no element destruction occurs in the reception circuit RXc.

その後、再びロウサイド期間(時刻t6〜t7)に遷移し、ロウサイド期間(時刻t2〜t3)と同様の動作が行われる。このように、本実施の形態1では、送信回路TXhから受信回路RXcへのダイオードDD1を介する信号伝送も、ロウサイド期間で行われ、ハイサイド期間では行われない。   Thereafter, the transition is made again to the low side period (time t6 to t7), and the same operation as in the low side period (time t2 to t3) is performed. Thus, in the first embodiment, signal transmission via the diode DD1 from the transmission circuit TXh to the reception circuit RXc is also performed in the low side period and not in the high side period.

以上のように、本実施の形態1の電力変換システムでは、ダイオードDD1,DD2を用いてコントローラCTLUとハイサイド回路HSUとの間の通信を行う。このため、図15に示したような高価な絶縁素子を用いずに当該ハイサイド回路HSUの通信を行うことが可能になり、代表的には、コストの低減等が実現可能になる。また、その結果、コントローラCTLUとハイサイド回路HSUとの間の通信経路を容易に増加させることも可能になる。   As described above, in the power conversion system according to the first embodiment, communication between the controller CTLU and the high side circuit HSU is performed using the diodes DD1 and DD2. For this reason, communication of the high side circuit HSU can be performed without using an expensive insulating element as shown in FIG. 15, and a reduction in cost can be realized typically. As a result, the communication path between the controller CTLU and the high side circuit HSU can be easily increased.

なお、ここでは、説明の簡素化のため、‘H’レベルと‘L’レベルの間で遷移するディジタル信号の通信を例とした。ただし、実施の形態1の通信方式は、前述した構成および動作から明らかなように、‘H’レベルと‘L’レベルの間の任意の値を持つアナログ信号の通信に対しても同様に適用することが可能である。アナログ信号の通信に関する具体例については、実施の形態2等で後述する。   Here, for simplification of explanation, communication of a digital signal that transitions between the “H” level and the “L” level is taken as an example. However, as is apparent from the configuration and operation described above, the communication system of the first embodiment is similarly applied to communication of an analog signal having an arbitrary value between the “H” level and the “L” level. Is possible. Specific examples of analog signal communication will be described later in the second embodiment.

(実施の形態2)
《電力変換システムの概略構成(応用例[1])》
図4は、本発明の実施の形態2による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。図4に示す電力変換システムは、三相(u相、v相、w相)のハイサイドスイッチHSWu,HSWv,HSWwおよびロウサイドスイッチLSWu,LSWv,LSWwを含むインバータIVUと、当該インバータIVUに対する各種制御回路とを備える。インバータIVUは、基準電源電圧GNDを基準として入力電源電圧VIN(例えば600V等)が供給される。インバータIVUは、例えばPWM(Pulse Width Modulation)制御によって、3相の負荷駆動端子PN_OUTu,PN_OUTv,PN_OUTwに三相の交流電圧(フローティング電圧)VSu,VSv,VSwを生成することでモータ等の負荷LDに電力を供給する。
(Embodiment 2)
<< Schematic configuration of power conversion system (application example [1]) >>
FIG. 4 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the main part in the power conversion system according to the second embodiment of the present invention. 4 includes an inverter IVU including three-phase (u-phase, v-phase, w-phase) high-side switches HSWu, HSWv, HSWw and low-side switches LSWu, LSWv, LSWw, and various types of inverters IVU. And a control circuit. The inverter IVU is supplied with an input power supply voltage VIN (for example, 600 V) with reference to the reference power supply voltage GND. The inverter IVU generates a load LD such as a motor by generating three-phase AC voltages (floating voltages) VSu, VSv, VSw at three-phase load drive terminals PN_OUTu, PN_OUTv, PN_OUTw by, for example, PWM (Pulse Width Modulation) control. To supply power.

各種制御回路の中には、三相のハイサイドスイッチHSWu,HSWv,HSWwの制御・保護等を行うハイサイド制御回路HCTu,HCTv,HCTwと、三相のロウサイドスイッチLSWu,LSWv,LSWwの制御・保護等を行うロウサイド制御回路LCTu,LCTv,LCTwとが含まれる。さらに、各種制御回路の中には、コントローラCTLUと、絶縁素子となるフォトカプラCPL10と、三相のハイサイドの温度検出回路TChu,TChv,TChwと、三相のロウサイドの温度検出回路TClu,TClv,TClwとが含まれる。   Among the various control circuits, there are high-side control circuits HCTu, HCTv, HCTw for controlling and protecting the three-phase high-side switches HSWu, HSWv, HSWw, and three-phase low-side switches LSWu, LSWv, LSWw. -Low side control circuits LCTu, LCTv, LCTw for protection and the like are included. Further, among the various control circuits, there are a controller CTLU, a photocoupler CPL10 serving as an insulating element, a three-phase high-side temperature detection circuit TChu, TChv, TChw, and a three-phase low-side temperature detection circuit TClu, TClv. , TClw.

コントローラCTLUは、特に限定はされないが、マイクロコントローラ(MCU:Micro Control Unit)等で構成される。コントローラCTLUは、電源電圧VDD(例えば5V等)および基準電源電圧GNDが供給され、アナログディジタル変換器ADC1,ADC2と、プロセッサのプログラム処理等によって実装される保護回路PRCcとを備える。コントローラCTLUは、IO端子IO1からハイサイドスイッチHSWu(ハイサイドトランジスタTRhu)のオン・オフ信号(例えばPWM信号)を送信し、IO端子IO2からロウサイドスイッチLSWu(ロウサイドトランジスタTRlu)のオン・オフ信号(例えばPWM信号)を送信する。   The controller CTLU is not particularly limited, but includes a microcontroller (MCU: Micro Control Unit) or the like. The controller CTLU is supplied with a power supply voltage VDD (for example, 5 V) and a reference power supply voltage GND, and includes analog-digital converters ADC1 and ADC2, and a protection circuit PRCc that is mounted by processor program processing or the like. The controller CTLU transmits an on / off signal (for example, a PWM signal) of the high-side switch HSWu (high-side transistor TRhu) from the IO terminal IO1, and on / off of the low-side switch LSWu (low-side transistor TRlu) from the IO terminal IO2. A signal (for example, a PWM signal) is transmitted.

ロウサイド制御回路LCTuは、コントローラCTLUからのロウサイドスイッチLSWuのオン・オフ信号に応じて、内部のロウサイドドライバ(図示せず)を介してロウサイドトランジスタTRluを駆動する。ここで、ロウサイド制御回路LCTuは、例えば、15V等の電源電圧VCCで動作する。したがって、より詳細には、例えば、ロウサイド制御回路LCTuは、電源電圧VDD(例えば5V)の信号を電源電源VCC(例えば15V)の信号に変換するレベルシフト回路を備える。このような電圧レベルの変換は、例えば、電源電圧VCCに応じた耐圧を持つ素子で構成される、一般的なレベルシフト回路で実現できる。   The low side control circuit LCTu drives the low side transistor TRlu via an internal low side driver (not shown) in response to an on / off signal of the low side switch LSWu from the controller CTLU. Here, the low side control circuit LCTu operates with a power supply voltage VCC of, for example, 15V. Therefore, more specifically, for example, the low-side control circuit LCTu includes a level shift circuit that converts a signal of a power supply voltage VDD (for example, 5V) into a signal of a power supply power supply VCC (for example, 15V). Such voltage level conversion can be realized by, for example, a general level shift circuit including elements having a withstand voltage corresponding to the power supply voltage VCC.

一方、コントローラCTLUからハイサイド制御回路HCTuへオン・オフ信号を伝送するためには、絶縁素子が必要となる。すなわち、実施の形態1で述べた通信方式を用いる場合、通信期間が限られるため、オン・オフ信号の伝送には不向きとなる。そこで、フォトカプラCPL10は、コントローラCTLUの出力信号の電圧レベル(電源電圧VDD−基準電源電圧GNDのレベル)を、ハイサイド制御回路HCTuの入力信号の電圧レベル(ブート電源電圧VB−フローティング電圧VSuのレベル)に変換する。図示は省略するが、コントローラCTLUから、v相の各制御回路(HCTv,LCTv)およびw相の各制御回路(HCTw,LCTw)へのオン・オフ信号の伝送に関しても、u相の場合と同様して行われる。   On the other hand, an insulating element is required to transmit an on / off signal from the controller CTLU to the high-side control circuit HCTi. That is, when the communication method described in Embodiment 1 is used, the communication period is limited, and thus it is not suitable for transmission of on / off signals. Therefore, the photocoupler CPL10 sets the voltage level of the output signal of the controller CTLU (power supply voltage VDD−reference power supply voltage GND level) to the voltage level of the input signal of the high side control circuit HCtu (boot power supply voltage VB−floating voltage VSu). Level). Although illustration is omitted, transmission of on / off signals from the controller CTLU to the v-phase control circuits (HCTv, LCTv) and the w-phase control circuits (HCTw, LCTw) is the same as in the u-phase. Done.

ハイサイドスイッチHSWuは、ハイサイドスイッチHSWu(具体的には例えばハイサイドトランジスタTRhu)と同一の半導体チップに形成され、ハイサイドスイッチHSWuの温度を検出する温度検出ダイオードTDhuを備える。同様に、ハイサイドスイッチHSWv,HSWwも、それぞれ、温度検出ダイオードTDhv,TDhwを備える。また、ロウサイドスイッチLSWuは、ロウサイドスイッチLSWu(具体的には例えばロウサイドトランジスタTRlu)と同一の半導体チップに形成され、ロウサイドスイッチLSWuの温度を検出する温度検出ダイオードTDluを備える。同様に、ロウサイドスイッチLSWv,LSWwも、それぞれ、温度検出ダイオードTDlv,TDlwを備える。   The high side switch HSWu is formed on the same semiconductor chip as the high side switch HSWu (specifically, for example, the high side transistor TRhu), and includes a temperature detection diode TDhu that detects the temperature of the high side switch HSWu. Similarly, the high side switches HSWv and HSWw also include temperature detection diodes TDhv and TDhw, respectively. The low side switch LSWu is formed on the same semiconductor chip as the low side switch LSWu (specifically, for example, the low side transistor TRlu), and includes a temperature detection diode TDlu that detects the temperature of the low side switch LSWu. Similarly, the low side switches LSWv and LSWw also include temperature detection diodes TDlv and TDlw, respectively.

図5は、図4におけるハイサイドスイッチおよびロウサイドスイッチのそれぞれの概略的な配置構成例を示す平面図である。図5において、ハイサイドスイッチHSWは、2個の半導体チップCHP1,CHP2で構成される。半導体チップCHP1には、ハイサイドトランジスタTRhと、温度検出ダイオードTDhとが形成される。半導体チップCHP2には、例えば、FRD(Fast Recovery Diode)等の還流ダイオードFDhが形成される。   FIG. 5 is a plan view showing a schematic arrangement configuration example of each of the high-side switch and the low-side switch in FIG. In FIG. 5, the high side switch HSW is composed of two semiconductor chips CHP1 and CHP2. In the semiconductor chip CHP1, a high side transistor TRh and a temperature detection diode TDh are formed. In the semiconductor chip CHP2, for example, a reflux diode FDh such as FRD (Fast Recovery Diode) is formed.

ハイサイドトランジスタTRhは、図5の例では、IGBTで構成され、半導体チップCHP1の主面に、エミッタ電極EPとゲート電極GPとが形成され、半導体チップCHP1の裏面(図示せず)にコレクタ電極CPが形成される。温度検出ダイオードTDhは、半導体チップCHP1の主面側のIGBTと近接する領域に、例えば、pn接合の拡散層等を形成すること等で構成される。半導体チップCHP1の主面には、当該p型の拡散層に結合されるアノード電極APと、当該n型の拡散層に結合されるカソード電極KPとが形成される。ここでは、ハイサイドスイッチHSWを例に説明を行ったが、ロウサイドスイッチLSWに関しても同様である。   In the example of FIG. 5, the high-side transistor TRh is composed of an IGBT, and an emitter electrode EP and a gate electrode GP are formed on the main surface of the semiconductor chip CHP1, and a collector electrode is formed on the back surface (not shown) of the semiconductor chip CHP1. CP is formed. The temperature detection diode TDh is configured by, for example, forming a pn junction diffusion layer or the like in a region close to the IGBT on the main surface side of the semiconductor chip CHP1. On the main surface of the semiconductor chip CHP1, an anode electrode AP coupled to the p-type diffusion layer and a cathode electrode KP coupled to the n-type diffusion layer are formed. Here, the high side switch HSW has been described as an example, but the same applies to the low side switch LSW.

図4において、温度検出回路TChuは、図1の結合回路HCC1に対応する回路である。温度検出回路TChuは、2個のダイオードDD1a,DD1bと、2個の電流源IS1a,IS1bと、差動増幅回路AMP1とを備える。ダイオードDD1aは、温度検出ダイオードTDhuのアノードにカソードが結合され、ダイオードDD1bは、温度検出ダイオードTDhuのカソードにカソードが結合される。また、温度検出ダイオードTDhuのカソードは、負荷駆動端子PN_OUTu(フローティング電圧VSu)にも結合される。   In FIG. 4, the temperature detection circuit TChu is a circuit corresponding to the coupling circuit HCC1 of FIG. The temperature detection circuit TChu includes two diodes DD1a and DD1b, two current sources IS1a and IS1b, and a differential amplifier circuit AMP1. Diode DD1a has a cathode coupled to the anode of temperature detection diode TDhu, and diode DD1b has a cathode coupled to the cathode of temperature detection diode TDhu. The cathode of the temperature detection diode TDhu is also coupled to the load drive terminal PN_OUTu (floating voltage VSu).

電流源IS1aは、電源電圧VDDとダイオードDD1aのアノードとの間に結合され、ダイオードDD1aを介して温度検出ダイオードTDhuに順方向の電流を流す。電流源IS1bは、電源電圧VDDとダイオードDD1bのアノードとの間に結合され、ダイオードDD1bに順方向の電流を流す。差動増幅回路AMP1は、ダイオードDD1aのアノードとダイオードDD1bのアノードとの差電圧を検出し、当該検出結果をコントローラCTLUのアナログディジタル変換器ADC1へ送信する。図示は省略するが、温度検出回路TChv,TChwの詳細に関しては、温度検出回路TChuと同様である。   Current source IS1a is coupled between power supply voltage VDD and the anode of diode DD1a, and allows a forward current to flow through temperature detection diode TDhu via diode DD1a. Current source IS1b is coupled between power supply voltage VDD and the anode of diode DD1b, and allows a forward current to flow through diode DD1b. The differential amplifier circuit AMP1 detects a differential voltage between the anode of the diode DD1a and the anode of the diode DD1b, and transmits the detection result to the analog-digital converter ADC1 of the controller CTLU. Although illustration is omitted, details of the temperature detection circuits TChv and TChw are the same as those of the temperature detection circuit TChu.

一方、温度検出回路TCluは、図1の結合回路LCCに対応する回路である。温度検出回路TCluは、電流源IS2と、差動増幅回路AMP2とを備える。電流源IS2は、電源電圧VDDと温度検出ダイオードTDluのアノードとの間に結合され、温度検出ダイオードTDluに順方向の電流を流す。温度検出ダイオードTDluのカソードは、基準電源端子PN_GND(基準電源電圧GND)に結合される。差動回路AMP2は、温度検出ダイオードTDluのアノードとカソードの差電圧を検出し、当該検出結果をコントローラCTLUのアナログディジタル変換器ADC2へ送信する。図示は省略するが、温度検出回路TClv,TClwの詳細に関しては、温度検出回路TCluと同様である。   On the other hand, the temperature detection circuit TClu is a circuit corresponding to the coupling circuit LCC of FIG. The temperature detection circuit TClu includes a current source IS2 and a differential amplifier circuit AMP2. Current source IS2 is coupled between power supply voltage VDD and the anode of temperature detection diode TDlu, and allows a forward current to flow through temperature detection diode TDlu. The cathode of temperature detection diode TDlu is coupled to reference power supply terminal PN_GND (reference power supply voltage GND). The differential circuit AMP2 detects the difference voltage between the anode and the cathode of the temperature detection diode TDlu, and transmits the detection result to the analog-digital converter ADC2 of the controller CTLU. Although illustration is omitted, the details of the temperature detection circuits TClv and TClw are the same as those of the temperature detection circuit TClu.

《電力変換システムの概略動作(応用例[1])》
図6は、図4の電力変換システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す波形図である。ここでは、図4におけるu相の動作を例に説明するが、v相およびw相に関しても同様である。図6の期間T1では、ロウサイドトランジスタTRluのゲート入力となるロウサイドスイッチ信号LOuは、‘H’レベルであり、ハイサイドトランジスタTRhuのゲート入力となるハイサイドスイッチ信号HOuは、‘L’レベルである。この期間T1は、実施の形態1で述べたロウサイド期間となる。期間T1では、電流源IS1aからの電流が順バイアスのダイオードDD1aを介して温度検出ダイオードTDhuに流れ、電流源IS1bからの電流が順バイアスのダイオードDD1bを流れる。
<< Schematic operation of power conversion system (application example [1]) >>
FIG. 6 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the main part in the power conversion system of FIG. 4. Here, the operation of the u phase in FIG. 4 will be described as an example, but the same applies to the v phase and the w phase. In the period T1 in FIG. 6, the low-side switch signal LOu serving as the gate input of the low-side transistor TRlu is at the “H” level, and the high-side switch signal HOu serving as the gate input to the high-side transistor TRhu is at the “L” level. It is. This period T1 is the low side period described in the first embodiment. In the period T1, the current from the current source IS1a flows to the temperature detection diode TDhu via the forward biased diode DD1a, and the current from the current source IS1b flows to the forward biased diode DD1b.

この際に、温度検出ダイオードTDhuでは、温度に依存する(具体的には、負の温度特性を持つ)順方向電圧が生じ、温度検出ダイオードTDhuのアノードには、フローティング電圧VSuを基準として当該順方向電圧に応じた温度電圧信号TOHuが生成される。電流源IS1a,IS1bからの電流値は、同じ値であり、特に限定はされないが、例えば、1mAよりも小さい値である。差動増幅回路AMP1は、当該ロウサイド期間で、ダイオードDD1a,DD1bを介して温度検出ダイオードTDhuの順方向電圧を検出する。   At this time, the temperature detection diode TDhu generates a forward voltage that depends on temperature (specifically, has a negative temperature characteristic), and the anode of the temperature detection diode TDhu has the forward voltage as a reference with respect to the floating voltage VSu. A temperature voltage signal TOHu corresponding to the direction voltage is generated. The current values from the current sources IS1a and IS1b are the same value and are not particularly limited, but are, for example, values smaller than 1 mA. The differential amplifier circuit AMP1 detects the forward voltage of the temperature detection diode TDhu through the diodes DD1a and DD1b during the low side period.

具体的には、差動増幅回路AMP1には、温度電圧信号TOHuにダイオードDD1aの順方向電圧を加えた電圧値と、フローティング電圧VSuにダイオードDD2aの順方向電圧(ダイオードDD1aと同じ値)を加えた電圧値とが入力される。差動増幅回路AMP1は、当該入力電圧を差動増幅し、増幅結果となる温度電圧信号TIHuをコントローラCTLUに送信する。コントローラCTLUは、当該温度電圧信号TIHuをアナログディジタル変換器ADC1でディジタル値に変換し、保護回路PRCcを用いて、予め定めた判定電圧Vjdgと比較する。期間T1では、温度電圧信号TIHuの電圧レベルは判定電圧Vjdgよりも高いため、保護回路PRCcは、正常温度と判断する。   Specifically, a voltage value obtained by adding the forward voltage of the diode DD1a to the temperature voltage signal TOHu and a forward voltage of the diode DD2a (the same value as the diode DD1a) are added to the floating voltage VSu to the differential amplifier circuit AMP1. Voltage value is input. The differential amplifier circuit AMP1 differentially amplifies the input voltage and transmits a temperature voltage signal TIHu that is an amplification result to the controller CTLU. The controller CTLU converts the temperature voltage signal TIHu into a digital value by the analog-digital converter ADC1, and compares it with a predetermined determination voltage Vjdg using the protection circuit PRCc. In the period T1, since the voltage level of the temperature voltage signal TIHu is higher than the determination voltage Vjdg, the protection circuit PRCc determines that the temperature is normal.

期間T2では、ロウサイドスイッチ信号LOuは、‘L’レベルであり、ハイサイドスイッチ信号HOuは、‘H’レベルである。この期間T2は、実施の形態1で述べたハイサイド期間となる。期間T2では、ダイオードDD1a,DD1bは逆バイアスとなるため、温度検出ダイオードTDhuによる温度検出は行われない。   In the period T2, the low side switch signal LOu is at the ‘L’ level, and the high side switch signal HOu is at the ‘H’ level. This period T2 is the high side period described in the first embodiment. In the period T2, since the diodes DD1a and DD1b are reverse-biased, the temperature detection by the temperature detection diode TDhu is not performed.

次いで、期間T3では、再びロウサイド期間となる。図6の例では、期間T3において、温度検出ダイオードTDhuは、異常な高温状態となっており、これに伴い、温度電圧信号TIHuの電圧レベルは判定電圧Vjdgよりも低くなっている。その結果、保護回路PRCcは、異常温度と判断し、期間T4において、例えば、IO端子IO1を介して、本来‘H’レベルとなるハイサイドスイッチ信号HOuを‘L’レベルに定める保護動作を実行する。   Next, in the period T3, the low side period starts again. In the example of FIG. 6, in the period T3, the temperature detection diode TDhu is in an abnormally high temperature state, and accordingly, the voltage level of the temperature voltage signal TIHu is lower than the determination voltage Vjdg. As a result, the protection circuit PRCc determines that the temperature is abnormal, and performs a protection operation that sets the high-side switch signal HOu that is originally set to the “H” level to the “L” level, for example, via the IO terminal IO1 in the period T4. To do.

その結果、ハイサイドトランジスタTRhuには電流が流れなくなるため、温度検出ダイオードTDhuは正常温度に近づいていく。期間T5において、コントローラCTLUは、再びロウサイド期間の動作を実行し、温度検出ダイオードTDhuが正常温度に戻ったことを確認する。これを受けて、コントローラCTLUは、通常動作に復帰する。なお、特に限定はされないが、ロウサイドスイッチ信号LOuおよびハイサイドスイッチ信号HOuのスイッチング周波数fswは、10kHz等である。   As a result, no current flows through the high side transistor TRhu, and the temperature detection diode TDhu approaches the normal temperature. In the period T5, the controller CTLU performs the operation in the low side period again, and confirms that the temperature detection diode TDhu has returned to the normal temperature. In response to this, the controller CTLU returns to normal operation. Although not particularly limited, the switching frequency fsw of the low side switch signal LOu and the high side switch signal HOu is 10 kHz or the like.

《高耐圧ダイオードの構造》
図7(a)は、図4における温度検出回路内のダイオードの構造例を示す断面図および平面図であり、図7(b)は、図7(a)のダイオードにおける耐圧特性の一例を示す図である。図7(a)には、ダイオードの平面図と、当該平面図におけるA−A’間の断面図が示される。図7(a)に示すダイオードDDは、MOSトランジスタの寄生ダイオードで構成される。
<Structure of high voltage diode>
7A is a cross-sectional view and a plan view showing an example of the structure of the diode in the temperature detection circuit in FIG. 4, and FIG. 7B shows an example of the withstand voltage characteristic of the diode in FIG. 7A. FIG. FIG. 7A shows a plan view of the diode and a cross-sectional view between AA ′ in the plan view. A diode DD shown in FIG. 7A is formed of a parasitic diode of a MOS transistor.

具体的には、図7(a)において、p型の半導体基板SUB上には、n型のエピタキシャル層となるドリフト層LDRが形成される。当該ドリフト層LDRは、主面(言い換えれば素子形成面)側から半導体基板SUBに連結するように延伸するp型の拡散層DF2と、p型の分離層IDFとによって分離される。p型の拡散層DF2の主面側には、p型よりも不純物濃度が高いp型の拡散層DF1が配置される。また、拡散層DF2の主面側で、拡散層DF1とドリフト層LDRの間の領域には、n型よりも不純物濃度が高いn型のソース拡散層SOが配置される。拡散層DF1およびソース拡散層SOは、コンタクト層やメタル層からなるアノード電極AEに結合される。 Specifically, in FIG. 7A, a drift layer LDR serving as an n type epitaxial layer is formed on a p type semiconductor substrate SUB. The drift layer LDR is separated by a p-type diffusion layer DF2 extending from the main surface (in other words, an element formation surface) side so as to be connected to the semiconductor substrate SUB, and a p-type separation layer IDF. On the main surface side of the p-type diffusion layer DF2, a p + -type diffusion layer DF1 having an impurity concentration higher than that of the p-type is disposed. Further, on the main surface side of the diffusion layer DF2, an n + type source diffusion layer SO having an impurity concentration higher than that of the n type is disposed in a region between the diffusion layer DF1 and the drift layer LDR. Diffusion layer DF1 and source diffusion layer SO are coupled to anode electrode AE made of a contact layer or a metal layer.

ソース拡散層SOとドリフト層LDRの間で、拡散層DF2の上には、ゲート絶縁膜GOXを介して、ポリシリコン等で構成されるゲート層GTが配置される。当該ソース拡散層SOとドリフト層LDRの間におけるゲート絶縁膜GOXの直下の領域は、チャネル領域となる。ゲート層GTは、コンタクト層やメタル層からなるゲート電極GEに結合される。また、ゲート電極GEは、アノード電極AEに結合される。   Between the source diffusion layer SO and the drift layer LDR, a gate layer GT made of polysilicon or the like is disposed on the diffusion layer DF2 via a gate insulating film GOX. A region immediately below the gate insulating film GOX between the source diffusion layer SO and the drift layer LDR becomes a channel region. Gate layer GT is coupled to a gate electrode GE made of a contact layer or a metal layer. The gate electrode GE is coupled to the anode electrode AE.

ドリフト層LDRの主面側で、分離層IDFに近い側には、n型のドレイン拡散層DRが配置される。ドレイン拡散層DRは、コンタクト層やメタル層からなるカソード電極KEに結合される。ドリフト層LDRの上には、絶縁膜ISLが形成され、絶縁膜ISLの上には、ポリシリコン等で構成されるフィールドプレートFPが配置される。半導体基板SUB上で、ドレイン拡散層DRの下に位置する部分には、n型の埋め込み層BDF1が配置され、分離層IDFを挟んで埋め込み層BDF1と対向する側にも、n型の埋め込み層BDF2が配置される。 On the main surface side of the drift layer LDR and closer to the isolation layer IDF, an n + -type drain diffusion layer DR is disposed. The drain diffusion layer DR is coupled to the cathode electrode KE made of a contact layer or a metal layer. An insulating film ISL is formed on the drift layer LDR, and a field plate FP made of polysilicon or the like is disposed on the insulating film ISL. On a semiconductor substrate SUB, the portion located under the drain diffusion layer DR, n + -type buried layer BDF1 is disposed on the side facing the buried layer BDF1 across the separation layer IDF also, n + -type A buried layer BDF2 is disposed.

このように、図7(a)には、ソース拡散層SOをソースとし、ドリフト層LDRおよびドレイン拡散層DRをドレインとするMOSトランジスタにおいて、ゲート−ソース間を短絡したような構造が示される。その結果、当該MOSトランジスタは、常にオフ状態となり、p型の拡散層DF1およびp型の拡散層DF2をアノードとし、n型のドリフト層LDRおよびn型のドレイン拡散層DRをカソードとする寄生ダイオード(またはボディーダイオード)として機能する。 7A shows a structure in which the gate and the source are short-circuited in the MOS transistor having the source diffusion layer SO as the source and the drift layer LDR and the drain diffusion layer DR as the drain. As a result, the MOS transistor is always in an off state, the p + type diffusion layer DF1 and the p type diffusion layer DF2 are used as anodes, the n type drift layer LDR and the n + type drain diffusion layer DR are used as cathodes. Function as a parasitic diode (or body diode).

また、当該MOSトランジスタ(寄生ダイオード)は、ドリフト層LDRを備えることで、高耐圧を有する。フィールドプレートFPは、図示は省略されているが、アノード電極AEに近い側の一端がアノード電極AEに結合され、カソード電極KEに近い側の一端がカソード電極KEに結合され、当該カソード電極KEとアノード電極AEの間を折り返しながら繋ぐ1本のラインとなっている。その結果、フィールドプレートFPの電圧は、カソード電極KEに近い側からアノード電極AEに近い側に向けて段階的に低下する。このような電圧勾配を持たせることによって、ドリフト層LDRに形成される空乏層の広がりを均一化すること等が可能になる。   Further, the MOS transistor (parasitic diode) has a high breakdown voltage by including the drift layer LDR. Although not shown, the field plate FP has one end near the anode electrode AE coupled to the anode electrode AE and one end near the cathode electrode KE coupled to the cathode electrode KE. It is one line that connects the anode electrodes AE while being folded back. As a result, the voltage of the field plate FP gradually decreases from the side close to the cathode electrode KE toward the side close to the anode electrode AE. By providing such a voltage gradient, the spread of the depletion layer formed in the drift layer LDR can be made uniform.

図7(a)に示したダイオードDDは、図7(b)に示されるように、インバータIVUの動作保証電圧(例えば、600V等の入力電源電圧VIN)を超えるブレイクダウン電圧を有する。ダイオードDDは、図7(b)のように、インバータIVUの動作保証電圧を超えるブレイクダウン電圧を有する構造であれば、特に、図7(a)に示したような構造例に限定されるものではなく、汎用的なディスクリート部品等を用いることも可能である。   The diode DD shown in FIG. 7A has a breakdown voltage that exceeds the operation guarantee voltage of the inverter IVU (for example, the input power supply voltage VIN such as 600V), as shown in FIG. 7B. As shown in FIG. 7B, the diode DD is particularly limited to the structure example shown in FIG. 7A as long as it has a breakdown voltage exceeding the operation guarantee voltage of the inverter IVU. Instead, general-purpose discrete components can be used.

《本実施の形態2の主要な効果》
図16および図17は、本発明の比較例となる電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。図16に示す電力変換システムは、図4の構成例と比較して、ハイサイドの温度検出回路TChu’,TChv’,TChw’の回路方式が異なっている。例えば、温度検出回路TChu’は、フォトカプラCPL1’を備え、温度検出ダイオードTDhuからの温度電圧信号TOHuをフォトカプラCPL1’を介してコントローラCTLUに送信する。このような方式を用いる場合、温度検出回路TChu’,TChv’,TChw’のそれぞれにフォトカプラ等の高価な絶縁素子を設ける必要があるため、実施の形態1で述べたように、コストの増大を招く恐れがある。
<< Main effects of the second embodiment >>
16 and 17 are circuit diagrams showing schematic configuration examples of main parts in a power conversion system as a comparative example of the present invention. The power conversion system shown in FIG. 16 differs from the configuration example of FIG. 4 in the circuit system of the high-side temperature detection circuits TChu ′, TChv ′, and TChw ′. For example, the temperature detection circuit TChu ′ includes a photocoupler CPL1 ′, and transmits the temperature voltage signal TOHu from the temperature detection diode TDhu to the controller CTLU via the photocoupler CPL1 ′. When such a method is used, it is necessary to provide an expensive insulating element such as a photocoupler in each of the temperature detection circuits TChu ′, TChv ′, and TChw ′. Therefore, as described in the first embodiment, the cost increases. There is a risk of inviting.

一方、図17に示す電力変換システムは、図4の構成例と比較して、ハイサイドスイッチHSWu’,HSWv’,HSWw’およびロウサイドスイッチLSWu’,LSWv’,LSWw’と、温度検出回路TChu”,TChv”,TChw”,TClu”,TClv”,TClw”の構成が異なっている。各ハイサイドスイッチおよび各ロウサイドスイッチの温度検出回路は、温度検出ダイオードを備えず、その代わりに、各温度検出回路は、サーミスタを備える。   On the other hand, in the power conversion system shown in FIG. 17, the high side switches HSWu ′, HSWv ′, HSWw ′, the low side switches LSWu ′, LSWv ′, LSWw ′, and the temperature detection circuit TChu are compared with the configuration example of FIG. ", TChv", TChw ", TClu", TClv ", TClw" have different configurations. The temperature detection circuit of each high-side switch and each low-side switch does not include a temperature detection diode, and instead, each temperature detection circuit includes a thermistor.

例えば、u相のハイサイドの温度検出回路TChu”は、サーミスタTHhuを備え、サーミスタTHhuによる温度検出信号をコントローラCTLUに送信する。同様に、u相のロウサイドの温度検出回路TClu”は、サーミスタTHluを備え、サーミスタTHluによる温度検出信号をコントローラCTLUに送信する。サーミスタTHhuは、ハイサイドトランジスタTRhuの半導体チップ(図5のCHP1)とは異なる部品で構成され、例えば、当該半導体チップに近接して配置される。同様に、サーミスタTHluは、ロウサイドトランジスタTRluの半導体チップとは異なる部品で構成され、例えば、当該半導体チップに近接して配置される。   For example, the u-phase high-side temperature detection circuit TChu ″ includes the thermistor THhu and transmits a temperature detection signal from the thermistor THhu to the controller CTLU. Similarly, the u-phase low-side temperature detection circuit TClu ″ includes the thermistor THlu. And a temperature detection signal from the thermistor THlu is transmitted to the controller CTLU. The thermistor THhu is composed of parts different from the semiconductor chip (CHP1 in FIG. 5) of the high-side transistor TRhu, and is disposed in the vicinity of the semiconductor chip, for example. Similarly, the thermistor THlu is composed of parts different from the semiconductor chip of the low-side transistor TRlu, and is disposed, for example, close to the semiconductor chip.

このような方式を用いる場合、サーミスタTHhuは、ハイサイドトランジスタTRhuの外部に設けられるため、ハイサイドトランジスタTRhuとは異なる電源電圧(例えば、電源電圧VDDおよび基準電源電圧GND)で動作することが可能となる。その結果、図16の場合のような絶縁素子が不要となり、コストの低減が図れる。しかし、サーミスタTHhuとハイサイドトランジスタTRhは別の部品であるため、サーミスタTHhuによる温度検出結果は、ハイサイドトランジスタTRhの実際の温度とは差があり、また過渡的な温度変化に対する応答性も低くなる。このような場合、例えば、放熱設計等に過剰なマージンを確保する必要がある。   When such a method is used, the thermistor THhu is provided outside the high-side transistor TRhu, and thus can operate with a power supply voltage (for example, the power supply voltage VDD and the reference power supply voltage GND) different from that of the high-side transistor TRhu. It becomes. As a result, an insulating element as in the case of FIG. 16 becomes unnecessary, and the cost can be reduced. However, since the thermistor THhu and the high-side transistor TRh are separate components, the temperature detection result by the thermistor THhu is different from the actual temperature of the high-side transistor TRh, and the responsiveness to a transient temperature change is also low. Become. In such a case, for example, it is necessary to ensure an excessive margin for heat radiation design or the like.

そこで、本実施の形態2の方式を用いると、図16および図17で述べた問題を解消でき、温度検出を、低コストかつ十分な精度で実現することが可能になる。具体的には、低コスト化は、例えば、高価な絶縁素子の代わりに安価なダイオードを介して温度検出結果を伝送できることや、放熱設計等における過剰なマージンを排除できることなどから得られる。   Therefore, when the method of the second embodiment is used, the problems described with reference to FIGS. 16 and 17 can be solved, and temperature detection can be realized at low cost and with sufficient accuracy. Specifically, the cost reduction can be obtained, for example, because the temperature detection result can be transmitted via an inexpensive diode instead of an expensive insulating element, and an excessive margin in heat dissipation design can be eliminated.

(実施の形態3)
《ドライバIC(Integrated Circuit)の概略構成および概略動作》
図8は、本発明の実施の形態3による半導体装置において、その概略構成例を示す回路ブロック図である。図8に示すドライバIC(半導体装置)DVIC1は、例えば、図4における一相分(例えばu相)のハイサイド制御回路(HCTu)、ロウサイド制御回路(LCTu)および温度検出回路(TChu,TClu)を、1個の半導体チップに搭載したような構成となっている。
(Embodiment 3)
<< Schematic Configuration and Operation of Driver IC (Integrated Circuit) >>
FIG. 8 is a circuit block diagram showing a schematic configuration example of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. A driver IC (semiconductor device) DVIC1 shown in FIG. 8 includes, for example, a high-side control circuit (HCtu), a low-side control circuit (LCtu), and a temperature detection circuit (TChu, TClu) for one phase (for example, u phase) in FIG. Is configured to be mounted on one semiconductor chip.

当該ドライバIC(DVIC1)は、1個の半導体チップで構成され、複数のパッド(端子)PDと、信号処理回路LGCと、ブートストラップ回路BSCと、レベルシフト回路LSCと、ハイサイド制御回路HCTと、ロウサイド制御回路LCTと、温度検出回路TCh,TClとを備える。また、ここでは、ドライバIC(DVIC1)に加え、その外部に設けられるハイサイドスイッチHSW、ロウサイドスイッチLSW、ブートストラップコンデンサCbおよび負荷LDを含めた構成例が示される。   The driver IC (DVIC1) is composed of one semiconductor chip, and includes a plurality of pads (terminals) PD, a signal processing circuit LGC, a bootstrap circuit BSC, a level shift circuit LSC, and a high side control circuit HCT. The low side control circuit LCT and the temperature detection circuits TCh and TCl are provided. Here, a configuration example including a high-side switch HSW, a low-side switch LSW, a bootstrap capacitor Cb, and a load LD provided outside the driver IC (DVIC1) is shown.

ハイサイドスイッチHSWは、入力電源端子PN_VINと負荷駆動端子PN_OUTの間に結合され、ロウサイドスイッチLSWは、負荷駆動端子PN_OUTと基準電源端子PN_GNDの間に結合される。入力電源端子PN_VINには、基準電源端子PN_GNDの基準電源電圧GNDを基準(0V)として、例えば、600V等の入力電源電圧VINが供給される。また、負荷駆動端子PN_OUTは、フローティング電圧VSに結合され、フローティング電圧VSは、前述したように、基準電源電圧GNDと入力電源電圧VINの間で推移する。   The high side switch HSW is coupled between the input power supply terminal PN_VIN and the load drive terminal PN_OUT, and the low side switch LSW is coupled between the load drive terminal PN_OUT and the reference power supply terminal PN_GND. The input power supply terminal PN_VIN is supplied with an input power supply voltage VIN of 600 V, for example, using the reference power supply voltage GND of the reference power supply terminal PN_GND as a reference (0 V). The load drive terminal PN_OUT is coupled to the floating voltage VS, and the floating voltage VS changes between the reference power supply voltage GND and the input power supply voltage VIN as described above.

ドライバIC(DVIC1)において、パッドPD(VCC)は、電源電圧VCCが供給される電源端子である。電源電圧VCCは、基準電源電圧GNDを基準として、例えば、15V等である。パッドPD(HIN)は、図示しないコントローラCTLUからのハイサイドのオン・オフ信号HINを受信する端子である。パッドPD(TIH)は、温度検出回路TChからの温度電圧信号TIHをコントローラCTLUへ送信する端子である。パッドPD(LIN)は、コントローラCTLUからのロウサイドのオン・オフ信号LINを受信する端子である。パッドPD(TIL)は、温度検出回路TClからの温度電圧信号TILをコントローラCTLUへ送信する端子である。   In the driver IC (DVIC1), the pad PD (VCC) is a power supply terminal to which the power supply voltage VCC is supplied. The power supply voltage VCC is 15 V, for example, with reference to the reference power supply voltage GND. The pad PD (HIN) is a terminal that receives a high-side on / off signal HIN from a controller CTLU (not shown). The pad PD (TIH) is a terminal that transmits the temperature voltage signal TIH from the temperature detection circuit TCh to the controller CTLU. The pad PD (LIN) is a terminal that receives a low-side on / off signal LIN from the controller CTLU. The pad PD (TIL) is a terminal that transmits the temperature voltage signal TIL from the temperature detection circuit TCl to the controller CTLU.

パッドPD(VB)は、ブート電源電圧VBが供給される電源端子である。ブート電源電圧VBは、図1で述べたように、フローティング電圧VSに電源電圧VCCを加えた電圧となる。パッドPD(HO)は、ハイサイドスイッチHSWへハイサイドスイッチ信号HOを送信する端子である。パッドPD(VS)は、フローティング電圧VSに結合される負荷駆動端子である。ブートストラップコンデンサCBは、パッドPD(VB)とパッドPD(VS)の間に結合される。   The pad PD (VB) is a power supply terminal to which the boot power supply voltage VB is supplied. As described in FIG. 1, the boot power supply voltage VB is a voltage obtained by adding the power supply voltage VCC to the floating voltage VS. The pad PD (HO) is a terminal that transmits a high-side switch signal HO to the high-side switch HSW. Pad PD (VS) is a load drive terminal coupled to floating voltage VS. Bootstrap capacitor CB is coupled between pad PD (VB) and pad PD (VS).

パッドPD(TOH)は、ハイサイドスイッチHSWの温度検出ダイオードTDhからの温度電圧信号TOHを受信する端子である。パッドPD(LO)は、ロウサイドスイッチLSWへロウサイドスイッチ信号LOを送信する端子である。パッドPD(GND)は、基準電源電圧GNDが供給される基準電源端子である。パッドPD(TOL)は、ロウサイドスイッチLSWの温度検出ダイオードTDlからの温度電圧信号TOLを受信する端子である。   The pad PD (TOH) is a terminal that receives the temperature voltage signal TOH from the temperature detection diode TDh of the high side switch HSW. The pad PD (LO) is a terminal that transmits a low side switch signal LO to the low side switch LSW. The pad PD (GND) is a reference power supply terminal to which a reference power supply voltage GND is supplied. The pad PD (TOL) is a terminal that receives the temperature voltage signal TOL from the temperature detection diode TDl of the low-side switch LSW.

信号処理回路LGCは、ハイサイド入力バッファIBFhと、ロウサイド入力バッファIBFlと、パルス発生回路PGENと、遅延回路DLYとを備える。ハイサイド入力バッファIBFhは、パッドPD(HIN)で受信したハイサイドのオン・オフ信号HINを電源電圧VCCレベルの信号に変換し、パルス発生回路PGENに出力する。ロウサイド入力バッファIBFlは、パッドPD(LIN)で受信したロウサイドのオン・オフ信号LINを電源電圧VCCレベルの信号に変換し、遅延回路DLYに出力する。入力バッファIBFh,IBFlのそれぞれは、例えば、入力ノイズを除去するためシュミットトリガ回路等で構成される。   The signal processing circuit LGC includes a high side input buffer IBFh, a low side input buffer IBF1, a pulse generation circuit PGEN, and a delay circuit DLY. The high side input buffer IBFh converts the high side on / off signal HIN received by the pad PD (HIN) into a signal of the power supply voltage VCC level, and outputs the signal to the pulse generation circuit PGEN. The low-side input buffer IBF1 converts the low-side on / off signal LIN received by the pad PD (LIN) into a signal at the power supply voltage VCC level, and outputs the signal to the delay circuit DLY. Each of the input buffers IBFh and IBFl includes, for example, a Schmitt trigger circuit or the like for removing input noise.

パルス発生回路PGENおよび遅延回路DLYは、基準電源電圧GNDを基準として電源電圧VCCで動作する。パルス発生回路PGENは、ハイサイド入力バッファIBFhの出力信号を受け、その立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジの一方でセット信号STを生成し、他方でリセット信号RTを生成する。セット信号STおよびリセット信号RTのそれぞれは、例えばワンショットパルス信号である。遅延回路DLYは、ロウサイド入力バッファIBFlの出力信号に対し、デッドタイム期間となる遅延を加え、遅延後のロウサイドのオン・オフ信号LINdを出力する。   The pulse generation circuit PGEN and the delay circuit DLY operate at the power supply voltage VCC with reference to the reference power supply voltage GND. The pulse generation circuit PGEN receives the output signal of the high side input buffer IBFh, generates the set signal ST on one of the rising edge and the falling edge, and generates the reset signal RT on the other side. Each of the set signal ST and the reset signal RT is, for example, a one-shot pulse signal. The delay circuit DLY adds a delay corresponding to a dead time period to the output signal of the low-side input buffer IBF1, and outputs a delayed low-side on / off signal LINd.

ハイサイド制御回路HCTは、ハイサイドドライバHDVと、SRラッチ回路SRLTと、ハイサイド低電圧検出回路UVLOhとを備え、これらは、フローティング電圧VSを基準としてブート電源電圧VBで動作する。ハイサイドドライバHDVは、SRラッチ回路SRLTの出力信号(Q)を入力とするCMOSインバータ等で構成され、パッドPD(HO)にハイサイドスイッチ信号HOを送信することで、ハイサイドトランジスタTRhを駆動する。   The high side control circuit HCT includes a high side driver HDV, an SR latch circuit SRLT, and a high side low voltage detection circuit UVLOh, which operate at the boot power supply voltage VB with reference to the floating voltage VS. The high side driver HDV is composed of a CMOS inverter or the like that receives the output signal (Q) of the SR latch circuit SRLT, and drives the high side transistor TRh by transmitting the high side switch signal HO to the pad PD (HO). To do.

SRラッチ回路SRLTは、セット入力(S)およびリセット入力(R)に応じて、ハイサイドドライバHDVを介してハイサイドスイッチ信号HOを制御する。具体的には、SRラッチ回路SRLTは、セット入力(S)に応じてハイサイドスイッチ信号HOをブート電源電圧VBレベルに制御し、リセット入力(R)に応じてハイサイドスイッチ信号HOをフローティング電圧VSレベルに制御する。ハイサイド低電圧検出回路UVLOhは、フローティング電圧VSを基準としたブート電源電圧VBの値が所定の電圧値に達しない場合に、SRラッチ回路SRLTにリセット入力(R)を行う。その結果、ハイサイドトランジスタTRhは、ブート電源電圧VBの値が所定の電圧値に達するまでオフに固定される。   The SR latch circuit SRLT controls the high side switch signal HO via the high side driver HDV according to the set input (S) and the reset input (R). Specifically, the SR latch circuit SRLT controls the high side switch signal HO to the boot power supply voltage VB level according to the set input (S), and sets the high side switch signal HO to the floating voltage according to the reset input (R). Control to VS level. The high side low voltage detection circuit UVLOh performs a reset input (R) to the SR latch circuit SRLT when the value of the boot power supply voltage VB with respect to the floating voltage VS does not reach a predetermined voltage value. As a result, the high side transistor TRh is fixed off until the value of the boot power supply voltage VB reaches a predetermined voltage value.

レベルシフト回路LSCは、2個のNMOSトランジスタ(レベルシフトMOSと呼ぶ)MN1,MN2と、2個の抵抗R1,R2を備える。レベルシフトMOS(MN1,MN2)は、ソースが共に基準電源電圧GNDに結合され、ドレインがそれぞれ抵抗R1,R2を介してブート電源電圧VBに結合される。このように、レベルシフトMOS(MN1,MN2)のソース・ドレイン間には、基準電源電圧GNDを基準としてブート電源電圧VBが印加されるため、レベルシフトMOS(MN1,MN2)は、高耐圧素子である必要がある。   The level shift circuit LSC includes two NMOS transistors (referred to as level shift MOSs) MN1 and MN2 and two resistors R1 and R2. In the level shift MOSs (MN1, MN2), the sources are coupled to the reference power supply voltage GND, and the drains are coupled to the boot power supply voltage VB via resistors R1 and R2, respectively. Thus, since the boot power supply voltage VB is applied between the source and drain of the level shift MOSs (MN1, MN2) with reference to the reference power supply voltage GND, the level shift MOS (MN1, MN2) is a high voltage element. Need to be.

レベルシフトMOS(MN2)は、セット信号STに応じて抵抗R2に所定のパルス電流を流すことで、セット信号STの電圧レベルを、SRラッチ回路SRLTのセット入力(S)に適合する電圧レベルに変換する。同様に、レベルシフトMOS(MN1)は、リセット信号RTに応じて抵抗R1に所定のパルス電流を流すことで、リセット信号RTの電圧レベルを、SRラッチ回路SRLTのリセット入力(R)に適合する電圧レベルに変換する。このように、レベルシフト回路LSCは、図4で述べた絶縁素子(図4の例ではフォトカプラCPL10)と同様の機能を担う回路であり、基準電源電圧GNDを基準とする信号を、フローティング電圧VSを基準とする信号に変換する。   The level shift MOS (MN2) causes a predetermined pulse current to flow through the resistor R2 in accordance with the set signal ST, thereby changing the voltage level of the set signal ST to a voltage level suitable for the set input (S) of the SR latch circuit SRLT. Convert. Similarly, the level shift MOS (MN1) causes the voltage level of the reset signal RT to match the reset input (R) of the SR latch circuit SRLT by flowing a predetermined pulse current through the resistor R1 according to the reset signal RT. Convert to voltage level. As described above, the level shift circuit LSC is a circuit having a function similar to that of the insulating element described in FIG. 4 (the photocoupler CPL10 in the example of FIG. 4), and a signal based on the reference power supply voltage GND is supplied as a floating voltage. The signal is converted into a signal based on VS.

ロウサイド制御回路LCTは、ロウサイドドライバLDVと、ロウサイド低電圧検出回路UVLOlを含む保護回路PRCdとを備え、これらは、基準電源電圧GNDを基準として電源電圧VCCで動作する。ロウサイドドライバLDVは、保護回路PRCdの出力信号を入力とするCMOSインバータ等で構成され、パッドPD(LO)にロウサイドスイッチ信号LOを送信することで、ロウサイドトランジスタTRlを駆動する。   The low-side control circuit LCT includes a low-side driver LDV and a protection circuit PRCd including a low-side low voltage detection circuit UVLO1, which operate at the power supply voltage VCC with reference to the reference power supply voltage GND. The low side driver LDV is configured by a CMOS inverter or the like that receives the output signal of the protection circuit PRCd, and drives the low side transistor TRl by transmitting a low side switch signal LO to the pad PD (LO).

ロウサイド低電圧検出回路UVLOlは、電源電圧VCCの値が所定の電圧値に達しない場合に、ロウサイドドライバLDVを介してロウサイドスイッチ信号LOを基準電源電圧GNDレベルに制御する。その結果、ロウサイドトランジスタTRlは、電源電圧VCCの値が所定の電圧値に達するまでオフに固定される。また、ロウサイド低電圧検出回路UVLOlは、電源電圧VCCの値が所定の電圧値に達しない場合に、パルス発生回路PGENに向けて通知を行う。パルス発生回路PGENは、当該通知を受けて少なくともセット信号STの生成を停止し、その結果、ハイサイドトランジスタTRhも、電源電圧VCCの値が所定の電圧値に達するまでオフに固定される。   The low side low voltage detection circuit UVLOl controls the low side switch signal LO to the reference power supply voltage GND level via the low side driver LDV when the value of the power supply voltage VCC does not reach a predetermined voltage value. As a result, the low side transistor TRl is fixed off until the value of the power supply voltage VCC reaches a predetermined voltage value. In addition, the low-side low voltage detection circuit UVLOl notifies the pulse generation circuit PGEN when the value of the power supply voltage VCC does not reach a predetermined voltage value. In response to the notification, the pulse generation circuit PGEN stops generating at least the set signal ST. As a result, the high-side transistor TRh is also fixed off until the value of the power supply voltage VCC reaches a predetermined voltage value.

なお、保護回路PRCdは、このようなロウサイド低電圧検出回路UVLOlによる保護や、図1で述べたようなダイオードDdesを介して検出した負荷短絡時の保護等を代表に、ロウサイドトランジスタTRlの各種保護を行う。保護回路PRCdは、このような異常に伴う保護が不要な期間で、遅延回路DLYの出力信号を、ロウサイドドライバLDVに向けて出力する。   Note that the protection circuit PRCd represents various types of low-side transistors TRl such as protection by the low-side low-voltage detection circuit UVLOl and protection at the time of load short-circuiting detected through the diode Ddes as described in FIG. Provide protection. The protection circuit PRCd outputs the output signal of the delay circuit DLY to the low side driver LDV in a period in which protection due to such an abnormality is not necessary.

ブートストラップ回路BSCは、図1で述べたブートストラップダイオードDbと等価な構成を備え、ブートストラップコンデンサCbの充電電圧が電源電圧VCCを維持できるように、ブートストラップコンデンサCbに対して適宜充電を行う。温度検出回路TClは、図4の場合と同様に、電流源IS2および差動増幅回路AMP2を備える。電流源IS2および差動増幅回路AMP2には、電源電圧VCCが供給される。差動増幅回路AMP2の入力ノードは、パッドPD(TOL)とパッドPD(GND)にそれぞれ結合され、出力ノードは、パッドPD(TIL)に結合される。   The bootstrap circuit BSC has a configuration equivalent to the bootstrap diode Db described in FIG. 1, and appropriately charges the bootstrap capacitor Cb so that the charging voltage of the bootstrap capacitor Cb can maintain the power supply voltage VCC. . The temperature detection circuit TCl includes a current source IS2 and a differential amplifier circuit AMP2 as in the case of FIG. The power source voltage VCC is supplied to the current source IS2 and the differential amplifier circuit AMP2. The input node of differential amplifier circuit AMP2 is coupled to pad PD (TOL) and pad PD (GND), respectively, and the output node is coupled to pad PD (TIL).

温度検出回路TChも、図4の場合と同様に、ダイオードDD1a,DD1b、電流源IS1a,IS1bおよび差動増幅回路AMP1を備える。電流源IS1a,IS1bおよび差動増幅回路AMP1には、電源電圧VCCが供給される。ダイオードDD1aのカソードはパッドPD(TOH)に結合され、ダイオードDD1bのカソードはパッドPD(VS)に結合される。また、差動増幅回路AMP1の出力ノードは、パッドPD(TIH)に結合される。なお、図示は省略されているが、例えば、パッドPD(TIH)およびパッドPD(TIL)の前段に、電源電圧VCC(例えば15V)レベルの信号を電源電圧VDD(例えば5V)レベルの信号に変換するレベルシフト回路を設けてもよい。   Similarly to the case of FIG. 4, the temperature detection circuit TCh also includes diodes DD1a and DD1b, current sources IS1a and IS1b, and a differential amplifier circuit AMP1. The power supply voltage VCC is supplied to the current sources IS1a and IS1b and the differential amplifier circuit AMP1. The cathode of diode DD1a is coupled to pad PD (TOH), and the cathode of diode DD1b is coupled to pad PD (VS). The output node of differential amplifier circuit AMP1 is coupled to pad PD (TIH). Although not shown, for example, a signal at the level of the power supply voltage VCC (for example, 15 V) is converted into a signal at the level of the power supply voltage VDD (for example, 5 V) before the pad PD (TIH) and the pad PD (TIL). A level shift circuit may be provided.

《ドライバIC(半導体装置)の概略レイアウト構成》
図9は、図8の半導体装置における概略的なレイアウト構成例を示す平面図である。図8に示す半導体装置(ドライバIC)DVIC1は、1個の半導体チップで構成され、当該半導体チップには、ターミネーション領域AR_TRMBKと、低電圧領域AR_LVBKと、高電圧領域AR_HVBKとが形成される。ターミネーション領域AR_TRMBKは、リング状の形状を持ち、電源電圧VCCで動作する回路と、ブート電源電圧VBで動作する回路と、を分離および結合する領域である。
<< Schematic Layout Configuration of Driver IC (Semiconductor Device) >>
FIG. 9 is a plan view showing a schematic layout configuration example in the semiconductor device of FIG. A semiconductor device (driver IC) DVIC1 shown in FIG. 8 is configured by one semiconductor chip, and a termination region AR_TRMBK, a low voltage region AR_LVBK, and a high voltage region AR_HVBK are formed on the semiconductor chip. Termination region AR_TRMBK is a region that has a ring shape and separates and combines a circuit that operates with power supply voltage VCC and a circuit that operates with boot power supply voltage VB.

ターミネーション領域AR_TRMBKには、図8のターミネーション部TRMBKに示す各回路が形成される。具体的には、ターミネーション領域AR_TRMBKには、レベルシフトMOS(MN1)の領域AR_MN1と、レベルシフトMOS(MN2)の領域AR_MN2と、ダイオードDD1aの領域AR_DD1aと、ダイオードDD1bの領域AR_DD1bとが設けられる。ターミネーション領域AR_TRMBKには、例えば、ソース・ドレイン間(またはアノード・カソード間)が300V以上の耐圧を持ち、望ましくは、600V以上の耐圧を持つトランジスタ(またはダイオード)が形成される。   In the termination region AR_TRMBK, each circuit shown in the termination unit TRMBK in FIG. 8 is formed. Specifically, in the termination region AR_TRMBK, a region AR_MN1 of the level shift MOS (MN1), a region AR_MN2 of the level shift MOS (MN2), a region AR_DD1a of the diode DD1a, and a region AR_DD1b of the diode DD1b are provided. In the termination region AR_TRMBK, for example, a transistor (or a diode) having a withstand voltage of 300 V or more between the source and drain (or between the anode and the cathode), preferably 600 V or more is formed.

低電圧領域AR_LVBKは、ターミネーション領域AR_TRMBKの外側に設けられ、基準電源電圧GNDを基準として電源電圧VCCで動作する回路が形成される。具体的には、低電圧領域AR_LVBKには、図8の信号処理回路LGC、ロウサイド制御回路LCT、ロウサイドの温度検出回路TCl、およびハイサイドの温度検出回路TCh内の電流源IS1a,IS1bおよび差動増幅回路AMP1が形成される。高電圧領域AR_HVBKは、ターミネーション領域AR_TRMBKの内側に設けられ、フローティング電圧VSを基準としてブート電源電圧VBで動作する回路が形成される。具体的には、高電圧領域AR_HVBKには、図1の高電圧回路部HVBKに示すように、ハイサイド制御回路HCTと、レベルシフト回路LSC内の抵抗R1,R2とが形成される。   The low voltage region AR_LVBK is provided outside the termination region AR_TRMBK, and a circuit that operates at the power supply voltage VCC with respect to the reference power supply voltage GND is formed. Specifically, in the low voltage region AR_LVBK, the current sources IS1a and IS1b in the signal processing circuit LGC, the low-side control circuit LCT, the low-side temperature detection circuit TCl, and the high-side temperature detection circuit TCh in FIG. An amplifier circuit AMP1 is formed. The high voltage region AR_HVBK is provided inside the termination region AR_TRMBK, and a circuit that operates with the boot power supply voltage VB with respect to the floating voltage VS is formed. Specifically, in the high voltage region AR_HVBK, as shown in the high voltage circuit unit HVBK in FIG. 1, a high side control circuit HCT and resistors R1 and R2 in the level shift circuit LSC are formed.

領域AR_DD1a,AR_DD1bにそれぞれ形成されるダイオードDD1a,DD1bは、例えば、前述した図7(a)の構造を用いることができる。この場合、例えば図9の領域AR_DD1aの平面構造およびA−A’間の断面構造は、図7(a)に示したような構造となる。図7(a)の平面図に示したp型の分離層IDFは、図9の領域AR_DD1aの境界部分となる。また、図7(a)に示したn型の埋め込み層BDF2は、図9の高電圧領域AR_HVBKの全面に延伸し、ブート電源電圧VBが供給される層となる。 As the diodes DD1a and DD1b formed in the regions AR_DD1a and AR_DD1b, respectively, for example, the structure shown in FIG. 7A can be used. In this case, for example, the planar structure of the area AR_DD1a in FIG. 9 and the cross-sectional structure between AA ′ are as shown in FIG. The p-type separation layer IDF shown in the plan view of FIG. 7A is a boundary portion of the area AR_DD1a of FIG. Also, the n + -type buried layer BDF2 shown in FIG. 7A extends to the entire surface of the high voltage region AR_HVBK in FIG. 9 and serves as a layer to which the boot power supply voltage VB is supplied.

領域AR_MN1,AR_MN2にそれぞれ形成されるレベルシフトMOS(MN1,MN2)も、図7(a)の場合とほぼ同様の構造を用いることができる。すなわち、図7(a)のダイオードDDでは、前述したように、MOSトランジスタのゲート・ソース間を短絡することで当該MOSトランジスタの寄生ダイオードを使用したが、レベルシフトMOS(MN1,MN2)では、当該MOSトランジスタをMOSトランジスタとして使用すればよい。   The level shift MOSs (MN1, MN2) formed in the regions AR_MN1 and AR_MN2, respectively, can use a structure substantially similar to that in the case of FIG. That is, in the diode DD of FIG. 7A, as described above, the parasitic diode of the MOS transistor is used by short-circuiting the gate and source of the MOS transistor, but in the level shift MOS (MN1, MN2), The MOS transistor may be used as a MOS transistor.

図10は、図9を拡張したレイアウト構成例を示す平面図である。図9に示したドライバIC(DVIC1)は、図4における一相分(例えばu相)の各回路を1個の半導体チップに搭載した構成であったが、図10に示すように、同様にして残りの二相分(v相およびw相)の各回路も、同一の半導体チップに搭載することも可能である。図10に示す半導体装置(ドライバIC)DVIC2は、1個の半導体チップで構成され、当該半導体チップには、三相分のターミネーション領域AR_TRMBK(u,v,w)、低電圧領域AR_LVBK(u,v,w)、および高電圧領域AR_HVBK(u,v,w)が形成される。   FIG. 10 is a plan view showing an example of a layout configuration obtained by extending FIG. The driver IC (DVIC1) shown in FIG. 9 has a configuration in which each circuit for one phase (for example, u phase) in FIG. 4 is mounted on one semiconductor chip. However, as shown in FIG. The remaining two-phase (v-phase and w-phase) circuits can also be mounted on the same semiconductor chip. The semiconductor device (driver IC) DVIC2 shown in FIG. 10 is composed of one semiconductor chip, and the semiconductor chip includes a termination region AR_TRMBK (u, v, w) for three phases and a low voltage region AR_LVBK (u, v, w) and a high voltage region AR_HVBK (u, v, w) are formed.

《パワーモジュールの構成》
図11は、本発明の実施の形態3によるパワーモジュールにおいて、概略的なパッケージ構成例を示す平面図である。図11に示すパワーモジュールPMDは、1個のパッケージで構成され、例えば、ガラスエポキシ基板等の配線基板PCBと、リードフレームLF1〜LF4と、外部端子となる複数の外部リードLFとがエポキシ樹脂等の封止材PKGによって封止された構成となっている。
<Configuration of power module>
FIG. 11 is a plan view showing a schematic package configuration example in the power module according to the third embodiment of the present invention. The power module PMD shown in FIG. 11 is composed of a single package. For example, a wiring board PCB such as a glass epoxy board, lead frames LF1 to LF4, and a plurality of external leads LF serving as external terminals are epoxy resin or the like. It is the structure sealed with the sealing material PKG.

配線基板PCBには、図10に示したようなドライバIC(半導体装置)DVIC2が搭載される。複数の外部リードLFの中には、入力電源端子PN_VINと、三相の負荷駆動端子PN_OUT(u,v,w)と、基準電源端子PN_GNDとが含まれる。これに加えて、複数の外部リードLFの中には、電源端子PN_VCCと、三相のハイサイド信号端子PN_HIN(u,v,w)およびロウサイド信号端子PN_LIN(u,v,w)と、三相のハイサイド温度端子PN_TIH(u,v,w)およびロウサイド温度端子PN_TIL(u,v,w)とが含まれる。   A driver IC (semiconductor device) DVIC2 as shown in FIG. 10 is mounted on the wiring board PCB. The plurality of external leads LF include an input power supply terminal PN_VIN, a three-phase load drive terminal PN_OUT (u, v, w), and a reference power supply terminal PN_GND. In addition, the plurality of external leads LF include a power supply terminal PN_VCC, a three-phase high side signal terminal PN_HIN (u, v, w), a low side signal terminal PN_LIN (u, v, w), and three A phase high-side temperature terminal PN_TIH (u, v, w) and a low-side temperature terminal PN_TIL (u, v, w) are included.

電源端子PN_VCCは、図8のパッドPD(VCC)に結合される。ハイサイド信号端子PN_HIN(u,v,w)は、図8のパッドPD(HIN)を三相分設けた際のそれぞれのパッドに結合され、ロウサイド信号端子PN_LIN(u,v,w)は、パッドPD(LIN)を三相分設けた際のそれぞれのパッドに結合される。ハイサイド温度端子PN_TIH(u,v,w)は、図8のパッドPD(TIH)を三相分設けた際のそれぞれのパッドに結合され、温度検出回路(結合回路)TChを介してハイサイドスイッチHSWとの間で通信を行う端子となる。同様に、ロウサイド温度端子PN_TIL(u,v,w)は、パッドPD(TIL)を三相分設けた際のそれぞれのパッドに結合され、温度検出回路(結合回路)TClを介してロウサイドスイッチLSWとの間で通信を行う端子となる。   Power supply terminal PN_VCC is coupled to pad PD (VCC) in FIG. The high side signal terminal PN_HIN (u, v, w) is coupled to each pad when the pad PD (HIN) of FIG. 8 is provided for three phases, and the low side signal terminal PN_LIN (u, v, w) is The pad PD (LIN) is coupled to each pad when three phases are provided. The high side temperature terminal PN_TIH (u, v, w) is coupled to each pad when the pad PD (TIH) of FIG. 8 is provided for three phases, and is connected to the high side via the temperature detection circuit (coupling circuit) TCh. This is a terminal for communicating with the switch HSW. Similarly, the low-side temperature terminal PN_TIL (u, v, w) is coupled to each pad when the pad PD (TIL) is provided for three phases, and the low-side switch via the temperature detection circuit (coupling circuit) TCl. It becomes a terminal which communicates with LSW.

リードフレームLF1は、入力電源端子PN_VINと一体化され、3個のハイサイドトランジスタTRhu,TRhv,TRhwと、3個の還流ダイオードFDhu,FDhv,FDhwとを搭載する。リードフレームLF2は、負荷駆動端子PN_OUTuと一体化され、ロウサイドトランジスタTRluと、還流ダイオードFDluとを搭載する。リードフレームLF3は、負荷駆動端子PN_OUTvと一体化され、ロウサイドトランジスタTRlvと、還流ダイオードFDlvとを搭載する。リードフレームLF4は、負荷駆動端子PN_OUTwと一体化され、ロウサイドトランジスタTRlwと、還流ダイオードFDlwとを搭載する。   The lead frame LF1 is integrated with the input power supply terminal PN_VIN, and includes three high-side transistors TRhu, TRhv, TRhw and three free-wheeling diodes FDhu, FDhv, FDhw. The lead frame LF2 is integrated with the load drive terminal PN_OUTu, and includes a low side transistor TRlu and a free wheel diode FDlu. The lead frame LF3 is integrated with the load drive terminal PN_OUTv, and includes a low-side transistor TRlv and a free-wheeling diode FDlv. The lead frame LF4 is integrated with the load drive terminal PN_OUTw, and includes a low side transistor TRlw and a free wheel diode FDlw.

3個のハイサイドトランジスタTRhu,TRhv,TRhwおよび3個のロウサイドトランジスタTRlu,TRlv,TRlwのそれぞれは、図5に示したように、リードフレームへの搭載面(すなわち裏面)をコレクタ電極CPとし、表面にエミッタ電極EPおよびゲート電極GPが配置された縦型のデバイス構造を持つ。さらに、当該表面には、温度検出ダイオードTDのアノード電極APおよびカソード電極KPも配置される。また、6個の還流ダイオードFDhu,FDhv,FDhw,FDlu,FDlv,FDlwのそれぞれは、リードフレームへの搭載面(すなわち裏面)をカソード電極とし、表面にアノード電極が配置された縦型のデバイス構造を持つ。   As shown in FIG. 5, each of the three high-side transistors TRhu, TRhv, TRhw and the three low-side transistors TRlu, TRlv, TRlw has a mounting surface (that is, the back surface) on the lead frame as a collector electrode CP. The device has a vertical device structure in which the emitter electrode EP and the gate electrode GP are arranged on the surface. Further, the anode electrode AP and the cathode electrode KP of the temperature detection diode TD are also arranged on the surface. Each of the six free-wheeling diodes FDhu, FDhv, FDhw, FDlu, FDlv, and FDlw has a vertical device structure in which the mounting surface (that is, the back surface) to the lead frame is a cathode electrode and the anode electrode is disposed on the surface. have.

ハイサイドトランジスタTRhuに配置されるエミッタ電極EPおよびカソード電極KPと、還流ダイオードFDhuのアノード電極は、ボンディングワイヤBWを介して負荷駆動端子PN_OUTuに結合される。同様に、ハイサイドトランジスタTRhvに配置される各電極(EP,KP)と、還流ダイオードFDhvのアノード電極は、負荷駆動端子PN_OUTvに結合され、ハイサイドトランジスタTRhwに配置される各電極(EP,KP)と、還流ダイオードFDhwのアノード電極は、負荷駆動端子PN_OUTwに結合される。   The emitter electrode EP and the cathode electrode KP arranged in the high side transistor TRhu and the anode electrode of the freewheeling diode FDhu are coupled to the load drive terminal PN_OUTu via the bonding wire BW. Similarly, each electrode (EP, KP) disposed in the high side transistor TRhv and an anode electrode of the free wheel diode FDhv are coupled to the load drive terminal PN_OUTv, and each electrode (EP, KP) disposed in the high side transistor TRhw. ) And the anode electrode of the freewheeling diode FDhw are coupled to the load driving terminal PN_OUTw.

ロウサイドトランジスタTRluに配置されるエミッタ電極EPおよびカソード電極KPと、還流ダイオードFDluのアノード電極は、ボンディングワイヤBWを介して基準電源端子PN_GNDに結合される。同様に、ロウサイドトランジスタTRlvに形成される各電極(EP,KP)と、還流ダイオードFDlvのアノード電極は、基準電源端子PN_GNDに結合され、ロウサイドトランジスタTRlwに形成される各電極(EP,KP)と、還流ダイオードFDlwのアノード電極は、基準電源端子PN_GNDに結合される。   The emitter electrode EP and the cathode electrode KP arranged in the low side transistor TRlu and the anode electrode of the freewheeling diode FDlu are coupled to the reference power supply terminal PN_GND via the bonding wire BW. Similarly, each electrode (EP, KP) formed in the low side transistor TRlv and an anode electrode of the freewheeling diode FDlv are coupled to the reference power supply terminal PN_GND, and each electrode (EP, KP formed in the low side transistor TRlw). ) And the anode electrode of the freewheeling diode FDlw are coupled to the reference power supply terminal PN_GND.

負荷駆動端子PN_OUTu,PN_OUTv,PN_OUTwにそれぞれ結合される3本のボンディングワイヤBWは、配線基板PCBに結合され、配線基板PCB上の3本の配線LNを介してドライバIC(DVIC2)にそれぞれ結合される。当該3本の配線LNは、それぞれ、フローティング電圧VSu,VSv,VSwを伝送する配線となる。基準電源端子PN_GNDに結合されるボンディングワイヤBWは、配線基板PCBに結合され、配線基板PCB上の配線LNを介してドライバIC(DVIC2)に結合される。当該配線LNは、基準電圧GNDを伝送する配線となる。   Three bonding wires BW respectively coupled to the load drive terminals PN_OUTu, PN_OUTv, and PN_OUTw are coupled to the wiring board PCB, and are coupled to the driver IC (DVIC2) via the three wirings LN on the wiring board PCB. The The three wirings LN are wirings that transmit the floating voltages VSu, VSv, and VSw, respectively. The bonding wire BW coupled to the reference power supply terminal PN_GND is coupled to the wiring board PCB, and is coupled to the driver IC (DVIC2) via the wiring LN on the wiring board PCB. The wiring LN is a wiring that transmits the reference voltage GND.

ハイサイドトランジスタTRhu,TRhv,TRhwにそれぞれ配置される3個のゲート電極GPは、3本のボンディングワイヤBWを介して配線基板PCBに結合され、配線基板PCB上の3本の配線LNを介してドライバIC(DVIC2)にそれぞれ結合される。当該3本の配線LNは、それぞれ、ハイサイドスイッチ信号HOu,HOv,HOwを伝送する配線となる。ロウサイドトランジスタTRlu,TRlv,TRlwにそれぞれ配置される3個のゲート電極GPは、3本のボンディングワイヤBWを介して配線基板PCBに結合され、配線基板PCB上の3本の配線LNを介してドライバIC(DVIC2)にそれぞれ結合される。当該3本の配線LNは、それぞれ、ロウサイドスイッチ信号LOu,LOv,LOwを伝送する配線となる。   The three gate electrodes GP respectively disposed in the high-side transistors TRhu, TRhv, TRhw are coupled to the wiring board PCB via three bonding wires BW, and via three wirings LN on the wiring board PCB. Each is coupled to a driver IC (DVIC2). The three wirings LN are wirings that transmit the high-side switch signals HOu, HOv, and HOw, respectively. The three gate electrodes GP respectively disposed in the low side transistors TRlu, TRlv, TRlw are coupled to the wiring board PCB via three bonding wires BW, and via three wirings LN on the wiring board PCB. Each is coupled to a driver IC (DVIC2). The three wirings LN are wirings that transmit the low-side switch signals LOu, LOv, and LOw, respectively.

ハイサイドトランジスタTRhu,TRhv,TRhwにそれぞれ配置される3個のアノード電極APは、3本のボンディングワイヤBWを介して配線基板PCBに結合され、配線基板PCB上の3本の配線LNを介してドライバIC(DVIC2)にそれぞれ結合される。当該3本の配線LNは、それぞれ、温度電圧信号TOHu,TOHv,TOHwを伝送する配線となる。ロウサイドトランジスタTRlu,TRlv,TRlwにそれぞれ配置される3個のアノード電極APは、3本のボンディングワイヤBWを介して配線基板PCBに結合され、配線基板PCB上の3本の配線LNを介してドライバIC(DVIC2)にそれぞれ結合される。当該3本の配線LNは、それぞれ、温度電圧信号TOLu,TOLv,TOLwを伝送する配線となる。   Three anode electrodes AP respectively disposed on the high side transistors TRhu, TRhv, TRhw are coupled to the wiring board PCB via three bonding wires BW, and via three wirings LN on the wiring board PCB. Each is coupled to a driver IC (DVIC2). The three wirings LN are wirings that transmit the temperature voltage signals TOHu, TOHv, and TOHw, respectively. The three anode electrodes AP respectively disposed in the low-side transistors TRlu, TRlv, TRlw are coupled to the wiring board PCB via three bonding wires BW and via three wirings LN on the wiring board PCB. Each is coupled to a driver IC (DVIC2). The three wirings LN are wirings that transmit the temperature voltage signals TOLu, TOLv, and TOLw, respectively.

《本実施の形態3の主要な効果》
図12は、図11のパワーモジュールの実装形態の一例を示す概略図である。図12に示すように、パワーモジュールPMDは、例えば、電力変換システムの構成部品となる配線基板BDに実装される。当該基板実装面と対向する面には、樹脂ペーストRPを介してヒートシンクHSK等の放熱部品が装着される。このような実装は、例えば、セットメーカ等によって行われる。
<< Main effects of the third embodiment >>
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating an example of a mounting form of the power module of FIG. As shown in FIG. 12, the power module PMD is mounted on a wiring board BD that is a component of the power conversion system, for example. A heat dissipating component such as a heat sink HSK is mounted on the surface facing the substrate mounting surface via a resin paste RP. Such mounting is performed by, for example, a set manufacturer.

この際に、例えば、図16に示したような方式を用いた場合、フォトカプラCPL1’等の絶縁素子をパワーモジュールPMDに実装するのは困難であるため、セットメーカは、このような絶縁素子を含んだ温度検出回路TChu’,TChv’,TChw’を配線基板BDに別途実装する必要がある。また、図17に示したような方式を用いた場合、前述したように、温度検出回路(TChu”,TChv”,TChw”)の精度は低くなる。そうすると、セットメーカは、放熱設計に際し、この精度の低さを補うために過剰なマージン(ディレーティング)を確保する必要がある。具体的には、例えば、図12のヒートシンクHSK等の特性を過剰に設計する必要がある。   At this time, for example, when the system as shown in FIG. 16 is used, it is difficult to mount an insulating element such as the photocoupler CPL1 ′ on the power module PMD. It is necessary to separately mount temperature detection circuits TChu ′, TChv ′, and TChw ′ including the circuit board BD. In addition, when the method as shown in FIG. 17 is used, as described above, the accuracy of the temperature detection circuits (TChu ″, TChv ″, TChw ″) is lowered. In order to compensate for the low accuracy, it is necessary to secure an excessive margin (derating), specifically, for example, it is necessary to excessively design characteristics such as the heat sink HSK of FIG.

一方、本実施の形態3の方式を用いると、図11等に示したように、インバータおよびその各制御回路を1個のパワーモジュールPMDに搭載することで、各トランジスタや回路等を個別の部品として配線基板BDに実装する場合と比べて、配線基板BDの実装部品数を削減できる。特に、配線基板BDの実装部品から、図16のような絶縁素子を含む温度検出回路TChu’,TChv’,TChw’を削除でき、加えて、図8のレベルシフト回路LSCによってフォトカプラCPL10に該当する絶縁素子も削除できる。その結果、コストの低減や、電力変換システムの小型化等が実現可能になる。さらに、ヒートシンクHSK等の特性を適正化でき、この点からも、コストの低減や電力変換システムの小型化等が可能になる。   On the other hand, when the system of the third embodiment is used, as shown in FIG. 11 and the like, the inverter and each control circuit thereof are mounted on one power module PMD, so that each transistor, circuit, and the like are separated from each other. As compared with the case of mounting on the wiring board BD, the number of components mounted on the wiring board BD can be reduced. In particular, the temperature detection circuits TChu ′, TChv ′, and TChw ′ including the insulating elements as shown in FIG. 16 can be deleted from the mounted components of the wiring board BD. In addition, the level shift circuit LSC in FIG. 8 corresponds to the photocoupler CPL10. Insulating elements can also be eliminated. As a result, it is possible to reduce costs and reduce the size of the power conversion system. Furthermore, the characteristics of the heat sink HSK and the like can be optimized, and from this point, the cost can be reduced and the power conversion system can be downsized.

(実施の形態4)
《電力変換システムの概略構成(応用例[2])》
図13は、本発明の実施の形態4による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。図13に示す電力変換システムは、図4の構成例に対して、さらに、結合回路HCC2u,HCC2v,HCC2wが加わった構成となっている。結合回路HCC2u,HCC2v,HCC2wは、図1に示した結合回路HCC2に対応するものである。
(Embodiment 4)
<< Schematic configuration of power conversion system (application example [2]) >>
FIG. 13 is a circuit diagram showing a schematic configuration example of the main part in the power conversion system according to the fourth embodiment of the present invention. The power conversion system shown in FIG. 13 has a configuration in which coupling circuits HCC2u, HCC2v, and HCC2w are further added to the configuration example of FIG. The coupling circuits HCC2u, HCC2v, and HCC2w correspond to the coupling circuit HCC2 shown in FIG.

例えば、結合回路HCC2uは、図1の場合と同様のダイオードDD2およびプルダウンスイッチDSに加えて、コンデンサC2およびバッファ回路BFを備える。プルダウンスイッチDSは、例えば、NMOSトランジスタ等で構成され、図示は省略されているが、図1の場合と同様にハイサイド制御回路HCTuによってオン・オフが制御される。コンデンサC2は、ダイオードDD2のカソードと負荷駆動端子PN_OUTu(フローティング電圧VSu)との間で、プルダウンスイッチDSと並列に結合される。バッファ回路BFは、例えば、ブート電源電圧VBおよびフローティング電圧VSuで動作するボルテージフォロワ回路等であり、入力がダイオードDD2のカソードに結合され、出力がハイサイド制御回路HCTuに結合される。   For example, the coupling circuit HCC2u includes a capacitor C2 and a buffer circuit BF in addition to the same diode DD2 and pull-down switch DS as in FIG. The pull-down switch DS is composed of, for example, an NMOS transistor and is not shown in the figure, but is turned on / off by the high-side control circuit HCTi as in the case of FIG. Capacitor C2 is coupled in parallel with pull-down switch DS between the cathode of diode DD2 and load drive terminal PN_OUTu (floating voltage VSu). The buffer circuit BF is, for example, a voltage follower circuit that operates with the boot power supply voltage VB and the floating voltage VSu, and the input is coupled to the cathode of the diode DD2, and the output is coupled to the high-side control circuit HCTU.

コントローラCTLUは、例えば、ディジタルアナログ変換器DACを備え、ディジタルアナログ変換器DACからの信号VDACをダイオードDD2のアノードに送信する。結合回路HCC2v,HCC2wは、結合回路HCC2uと同様の構成を備える。なお、実施の形態3で述べたようなドライバICを用いる場合、ダイオードDD2は、図9のターミネーション領域AR_TRMBKに形成され、プルダウンスイッチDS、コンデンサC2およびバッファ回路BFは、図9の高電圧領域AR_HVBKに形成される。   For example, the controller CTLU includes a digital / analog converter DAC, and transmits the signal VDAC from the digital / analog converter DAC to the anode of the diode DD2. The coupling circuits HCC2v and HCC2w have the same configuration as the coupling circuit HCC2u. When the driver IC as described in the third embodiment is used, the diode DD2 is formed in the termination region AR_TRMBK in FIG. 9, and the pull-down switch DS, the capacitor C2, and the buffer circuit BF are in the high voltage region AR_HVBK in FIG. Formed.

例えば、ハイサイド制御回路HCTuは、ハイサイドスイッチ信号HOuの‘H’レベルの電圧を可変制御する回路を備える場合がある。当該回路を用いると、例えば、ハイサイドスイッチTRhuのスルーレートを調整することで、ノイズの低減等が図れる。あるいは、温度異常を検出した場合の保護動作として、図6のようにハイサイドスイッチTRhuをオフにする(言うなれば、システムを止める)のではなく、駆動能力を下げた状態での動作をハイサイドスイッチTRhuに行わせることで、温度を安全領域に戻すこと等が可能になる。結合回路HCC2uは、例えば、このような回路に向けたコントローラCTLUからの任意の電圧信号を伝送する。   For example, the high side control circuit HCTu may include a circuit that variably controls the 'H' level voltage of the high side switch signal HOu. When this circuit is used, for example, noise can be reduced by adjusting the slew rate of the high-side switch TRhu. Alternatively, as a protection operation when a temperature abnormality is detected, the high-side switch TRhu is not turned off (ie, the system is stopped) as shown in FIG. By causing the side switch TRhu to perform the operation, the temperature can be returned to the safe region. The coupling circuit HCC2u transmits, for example, an arbitrary voltage signal from the controller CTLU directed to such a circuit.

《電力変換システムの概略動作(応用例[2])》
図14は、図13の電力変換システムにおいて、主要部の概略的な動作例を示す波形図である。ここでは、図13におけるu相の動作を例に説明するが、v相およびw相に関しても同様である。図14において、期間T1,T3,T5は、前述したロウサイド期間であり、期間T2,T4,T6は、前述したハイサイド期間である。期間T1,T2のPWMサイクルでは、ハイサイドスイッチ信号HOuの‘H’レベルの電圧はブート電源電圧VBである。
<< Schematic operation of power conversion system (application example [2]) >>
FIG. 14 is a waveform diagram showing a schematic operation example of the main part in the power conversion system of FIG. 13. Here, the operation of the u phase in FIG. 13 will be described as an example, but the same applies to the v phase and the w phase. In FIG. 14, periods T1, T3, and T5 are the low-side periods described above, and periods T2, T4, and T6 are the high-side periods described above. In the PWM cycle of the periods T1 and T2, the high-side switch signal HOu has a “H” level voltage that is the boot power supply voltage VB.

期間T3の時刻t3aにおいて、コントローラCTLUは、所定の電圧レベルを持つ信号VDACを送信する。一方、ハイサイド制御回路HCTuは、時刻t3a〜t3bの期間で、プルダウンスイッチDSをオンに制御する。これに伴い、バッファ回路BFの入力電圧(および出力電圧)は、フローティング電圧VSuとなる。時刻t3bでプルダウンスイッチDSがターンオフすると、コンデンサC2は、信号VDACの電圧で充電され、バッファ回路BFの入力電圧(および出力電圧)も信号VDACの電圧となる。   At time t3a in the period T3, the controller CTLU transmits a signal VDAC having a predetermined voltage level. On the other hand, the high-side control circuit HCTu controls the pull-down switch DS to be on during the period from time t3a to t3b. Accordingly, the input voltage (and output voltage) of the buffer circuit BF becomes the floating voltage VSu. When the pull-down switch DS is turned off at time t3b, the capacitor C2 is charged with the voltage of the signal VDAC, and the input voltage (and output voltage) of the buffer circuit BF also becomes the voltage of the signal VDAC.

期間T3から期間T4に遷移すると、バッファ回路BFの入力電圧(および出力電圧)は、フローティング電圧VSu(すなわち入力電源電圧VIN)に信号VDACの電圧を加えた電圧となり、ダイオードDD2は逆バイアスとなる。期間T4では、コントローラCTLUからの信号VDACはバッファ回路BFに伝送されないが、信号VDACの電圧は、コンデンサC2によって維持され、バッファ回路BFから出力される。ハイサイド制御回路HCTuは、当該バッファ回路BFの出力電圧に基づいて、ハイサイドスイッチ信号HOuの‘H’レベルの電圧を、フローティング電圧VSuとブート電源電圧VBの間で可変制御する。   When the period T3 transitions to the period T4, the input voltage (and output voltage) of the buffer circuit BF becomes a voltage obtained by adding the voltage of the signal VDAC to the floating voltage VSu (that is, the input power supply voltage VIN), and the diode DD2 is reverse-biased. . In the period T4, the signal VDAC from the controller CTLU is not transmitted to the buffer circuit BF, but the voltage of the signal VDAC is maintained by the capacitor C2 and output from the buffer circuit BF. Based on the output voltage of the buffer circuit BF, the high-side control circuit HCTU variably controls the “H” level voltage of the high-side switch signal HOu between the floating voltage VSu and the boot power supply voltage VB.

次いで、期間T4から期間T5に遷移する。時刻t3a〜t3bの期間と同様に、ハイサイド制御回路HCTuは、期間T5の時刻t5a〜t5bの期間で、プルダウンスイッチDSをオンに制御する。これに伴い、コンデンサC2は放電され、バッファ回路BFの入力電圧(および出力電圧)は、フローティング電圧VSuとなる。時刻t5bでプルダウンスイッチDSがターンオフすると、コンデンサC2は、信号VDACの電圧で充電され、以降、同様の動作が繰り返される。   Next, the period T4 transitions to the period T5. Similar to the period from time t3a to t3b, the high-side control circuit HCTi controls the pull-down switch DS to be turned on in the period from time t5a to t5b in period T5. Along with this, the capacitor C2 is discharged, and the input voltage (and output voltage) of the buffer circuit BF becomes the floating voltage VSu. When the pull-down switch DS is turned off at time t5b, the capacitor C2 is charged with the voltage of the signal VDAC, and thereafter the same operation is repeated.

《本実施の形態4の主要な効果》
以上、本実施の形態4の電力変換システムを用いると、実施の形態1の場合と同様に、コントローラCTLUとハイサイド制御回路HCTu,HCTv,HCTwとの通信を低コストで行うことができる。その結果、電力変換システムの高機能化を容易に図ることが可能となる。具体的には、前述したハイサイドスイッチ信号の電圧レベルの調整を代表に、コントローラCTLUからハイサイドに向けたきめ細かな制御が可能となる。この際には、主に、コントローラCTLUのソフトウェアによって各種制御を行うことも可能であるため、低コストで柔軟な制御が実現できる。
<< Main effects of the fourth embodiment >>
As described above, when the power conversion system according to the fourth embodiment is used, communication between the controller CTLU and the high-side control circuits HCTu, HCTv, and HCTw can be performed at a low cost, as in the first embodiment. As a result, it is possible to easily increase the functionality of the power conversion system. Specifically, fine control from the controller CTLU toward the high side can be performed, with the adjustment of the voltage level of the high-side switch signal described above as a representative. At this time, since various controls can be performed mainly by software of the controller CTLU, flexible control can be realized at low cost.

(実施の形態5)
《結合回路の問題点》
図18(a)および図18(b)は、本発明の実施の形態4による電力変換システムにおいて、前提となる結合回路の問題点の一例を示す波形図である。図18(a)には、図1の結合回路HCC1に図4の温度検出回路TChuを適用した場合を例として、当該温度検出回路TChuの実際の動作波形が示される。図18(b)には、図1の結合回路LCCに図4の温度検出回路TCluを適用した場合を例として、当該温度検出回路TCluの実際の動作波形が示される。
(Embodiment 5)
<Problem of coupling circuit>
18 (a) and 18 (b) are waveform diagrams showing an example of a problem of a coupling circuit that is a precondition in the power conversion system according to the fourth embodiment of the present invention. FIG. 18A shows an actual operation waveform of the temperature detection circuit TChu, taking as an example the case where the temperature detection circuit TChu of FIG. 4 is applied to the coupling circuit HCC1 of FIG. FIG. 18B shows an actual operation waveform of the temperature detection circuit TClu, taking as an example the case where the temperature detection circuit TClu of FIG. 4 is applied to the coupling circuit LCC of FIG.

図4で述べたように、温度検出回路TChuは、ロウサイド期間(ロウサイドスイッチ信号LOuの‘H’レベル期間)で、温度検出ダイオードTDhuの順方向電圧に応じた温度電圧信号TOHuとフローティング電圧VSuの差電圧を検出し、それを増幅することで温度電圧信号TIHuを出力する。しかし、実際の動作では、図18(a)に示されように、温度電圧信号TIHuに歪みが生じる場合がある。この歪みは、ハイサイドスイッチHSWおよびロウサイドスイッチLSWのスイッチングに伴うノイズ(すなわちスイッチングノイズ)によって、温度検出ダイオードTDhuの順方向電圧が揺らされることが要因となっている。   As described with reference to FIG. 4, the temperature detection circuit TChu has the temperature voltage signal TOHu and the floating voltage VSu according to the forward voltage of the temperature detection diode TDhu in the low side period (the “H” level period of the low side switch signal LOu). Is detected and amplified to output a temperature voltage signal TIHu. However, in actual operation, as shown in FIG. 18A, the temperature voltage signal TIHu may be distorted. This distortion is caused by fluctuation of the forward voltage of the temperature detection diode TDhu due to noise (that is, switching noise) accompanying switching of the high side switch HSW and the low side switch LSW.

図18(a)の例では、ロウサイドスイッチ信号LOuの立ち上がり/立ち下がり箇所に、他の2箇所を加えた4箇所で歪みが生じている。このように、検出対象の相(ここではu相)の歪みは、検出対象の相(u相)に対応する各スイッチ(HSWu,LSWu)のスイッチングノイズに限らず、他の相(v相およびw相)に対応する各スイッチ(HSWv,LSWv,HSWw,LSWw)のスイッチングノイズにも起因する。また、図18(b)に示されるように、ロウサイドの温度電圧信号TILuに関しても同様に、歪みが生じる場合がある。   In the example of FIG. 18 (a), distortion occurs in four places, in which the other two places are added to the rising / falling places of the low-side switch signal LOu. Thus, the distortion of the phase to be detected (here, the u phase) is not limited to the switching noise of each switch (HSWu, LSWu) corresponding to the phase to be detected (u phase), and other phases (v phase and This is also caused by the switching noise of each switch (HSWv, LSWv, HSWw, LSWw) corresponding to w phase. Further, as shown in FIG. 18B, distortion may occur in the same manner with respect to the low-side temperature voltage signal TILu.

図18(a)のような歪みが生じると、コントローラCTLUは、高精度に温度を検出することが困難となる恐れがある。また、温度を検出できる期間が大きく制限され、場合によっては、その期間が十分に得られなくなる恐れもある。すなわち、前述したように、ハイサイドの温度を検出できる期間は、ロウサイド期間に制限されるが、このロウサイド期間の中で、正しく温度を検出できる期間が歪みによって更に制限されるため、PWM信号のデューティによってはその期間自体が十分に得られなくなる恐れがある。   When the distortion as shown in FIG. 18A occurs, it may be difficult for the controller CTLU to detect the temperature with high accuracy. Further, the period during which the temperature can be detected is greatly limited, and in some cases, the period may not be sufficiently obtained. That is, as described above, the period during which the high-side temperature can be detected is limited to the low-side period, but during this low-side period, the period during which the temperature can be correctly detected is further limited by distortion. Depending on the duty, the period itself may not be sufficiently obtained.

《電力変換システムの概略構成(応用例[3])》
図19は、本発明の実施の形態5による電力変換システムにおいて、主要部の概略構成例を示す回路図である。図19に示す電力変換システムは、図4に示した電力変換システムと比較して、ハイサイドの温度検出回路TChu2の構成と、コントローラCTLU2の構成とが異なっている。図19では、便宜上、インバータIVUには、u相のみの構成が示されるが、実際には、図4の場合と同様に、v相およびw相の各構成も備えている。また、図19には、u相のハイサイドの温度検出回路TChu2が示されるが、図4の場合と同様に、当該温度検出回路と同様の構成の温度検出回路がv相およびw相のハイサイドにも設けられる。
<< Schematic configuration of power conversion system (application example [3]) >>
FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a schematic configuration example of a main part in the power conversion system according to the fifth embodiment of the present invention. The power conversion system shown in FIG. 19 differs from the power conversion system shown in FIG. 4 in the configuration of the high-side temperature detection circuit TChu2 and the configuration of the controller CTLU2. In FIG. 19, for convenience, the inverter IVU shows the configuration of only the u phase, but actually, it also includes the configurations of the v phase and the w phase as in the case of FIG. 4. Also, FIG. 19 shows the u-phase high-side temperature detection circuit TChu2, but, similarly to the case of FIG. 4, the temperature detection circuit having the same configuration as that of the temperature detection circuit includes the v-phase and w-phase high detection circuits. Also provided on the side.

温度検出回路TChu2は、図4の温度検出回路TChuに対して、スイッチSW1a,SW1bおよびロウパスフィルタLPF1a,LPF1bが追加された構成となっている。スイッチSW1aおよびロウパスフィルタLPF1aは、ダイオードDD1aと差動増幅回路AMP1との間の配線に、ダイオードDD1a側から順に直列に挿入される。スイッチSW1bおよびロウパスフィルタLPF1bは、ダイオードDD1bと差動増幅回路AMP1との間の配線に、ダイオードDD1b側から順に直列に挿入される。   The temperature detection circuit TChu2 has a configuration in which switches SW1a and SW1b and low-pass filters LPF1a and LPF1b are added to the temperature detection circuit TChu of FIG. The switch SW1a and the low pass filter LPF1a are serially inserted in series from the diode DD1a side into the wiring between the diode DD1a and the differential amplifier circuit AMP1. The switch SW1b and the low pass filter LPF1b are inserted in series in order from the diode DD1b side into the wiring between the diode DD1b and the differential amplifier circuit AMP1.

コントローラCTLU2は、図4の場合と同様に、IO端子IO1uからハイサイドスイッチHSWuのオン・オフ信号となるハイサイドスイッチ制御信号HINuを送信し、IO端子IO2uからロウサイドスイッチLSWuのオン・オフ信号となるロウサイドスイッチ制御信号LINuを送信する。また、図19では便宜上省略されているが、コントローラCTLU2は、v相およびw相に対しても同様に、IO端子IO1v,IO1wからハイサイドスイッチ制御信号HINv,HINwを送信し、IO端子IO2v,IO2wからロウサイドスイッチ制御信号LINv,LINwを送信する。   As in the case of FIG. 4, the controller CTLU2 transmits a high-side switch control signal HINu that is an on / off signal for the high-side switch HSWu from the IO terminal IO1u, and an on / off signal for the low-side switch LSWu from the IO terminal IO2u. The low side switch control signal LINu is transmitted. Although omitted in FIG. 19 for the sake of convenience, the controller CTLU2 similarly transmits high-side switch control signals HINv and HINw from the IO terminals IO1v and IO1w for the v phase and the w phase, and the IO terminals IO2v, Low-side switch control signals LINv and LINw are transmitted from IO2w.

さらに、コントローラCTLU2は、図4の場合と異なり、スイッチ制御回路SWCTLを備える。スイッチ制御回路SWCTLは、各スイッチ制御信号(HINu,HINv,HINw,LINu,LINv,LINw)に基づいてスイッチ制御信号Sswを生成し、それをIO端子IO3からスイッチSW1a,SW1bへ送信する。スイッチSW1a,SW1bは、当該スイッチ制御信号Sswに応じてオン・オフが制御される。   Further, unlike the case of FIG. 4, the controller CTLU2 includes a switch control circuit SWCTL. The switch control circuit SWCTL generates a switch control signal Ssw based on each switch control signal (HINu, HINv, HINw, LINu, LINv, LINw) and transmits it to the switches SW1a and SW1b from the IO terminal IO3. The switches SW1a and SW1b are turned on / off according to the switch control signal Ssw.

スイッチSW1a,SW1bは、ハイサイドスイッチHSWu,HSWv,HSWwおよびロウサイドスイッチLSWu,LSWv,LSWwのオン・オフが切り替わるタイミングを包含する所定の期間(例えば、数μs等)でオフに制御され、当該所定の期間を除く期間でオンに制御される。すなわち、スイッチSW1a,SW1bは、図18に示したような、スイッチングノイズに起因する歪みが生じ得る期間でオフに制御される。スイッチ制御回路SWCTLは、この期間の開始タイミングを、各スイッチ制御信号(HINu,HINv,HINw,LINu,LINv,LINw)に基づき得ることができる。   The switches SW1a and SW1b are controlled to be turned off in a predetermined period (for example, several μs) including the timing at which the high-side switches HSWu, HSWv, and HSWw and the low-side switches LSWu, LSWv, and LSWw are turned on / off. It is controlled to turn on in a period excluding a predetermined period. That is, the switches SW1a and SW1b are controlled to be off in a period during which distortion due to switching noise can occur as shown in FIG. The switch control circuit SWCTL can obtain the start timing of this period based on each switch control signal (HINu, HINv, HINw, LINu, LINv, LINw).

ここで、スイッチSW1a,SW1bがオフに制御されると、差動増幅回路AMP1の入力がオープンとなるため、その入力が不定となることが懸念される。そこで、ここでは、スイッチSW1a,SW1bと差動増幅回路AMP1との間の配線にロウパスフィルタLPF1a,LPF1bが挿入される。ロウパスフィルタLPF1a,LPF1bは、当該配線と基準電源電圧GNDの間に結合されるコンデンサを備えるため、スイッチがオフとなる直前の電位(言い換えれば温度)をある程度の期間保持できる。また、数μsという短い期間での温度の変化は、極僅か(例えば0.1℃以下)のため、この期間後の温度とホールド時の温度との差は無視できる。   Here, if the switches SW1a and SW1b are controlled to be off, the input of the differential amplifier circuit AMP1 is open, and there is a concern that the input becomes indefinite. Therefore, here, low-pass filters LPF1a and LPF1b are inserted in the wiring between the switches SW1a and SW1b and the differential amplifier circuit AMP1. Since the low-pass filters LPF1a and LPF1b include a capacitor coupled between the wiring and the reference power supply voltage GND, the potential immediately before the switch is turned off (in other words, temperature) can be held for a certain period. Further, since the temperature change in a short period of several μs is extremely small (for example, 0.1 ° C. or less), the difference between the temperature after this period and the temperature at the time of holding can be ignored.

なお、ロウパスフィルタLPF1a,LPF1bは、このようにスイッチSW1a,SW1bのオフ期間で温度情報を保持する役割に加えて、スイッチSW1a,SW1bのオン期間で温度電圧信号TOHuに生じるノイズを低減する役割や、スイッチSW1a,SW1bのオン・オフに伴うノイズを低減する役割も担う。また、図19の方式は、勿論、温度検出回路TChu2に限らず、図1の結合回路HCC1に適用することができる。この場合、同様にして、ダイオードDD1とコントローラCTLUとの間の配線にスイッチ(SW1とする)を挿入することが有益となる。さらに、スイッチ(SW1)とコントローラCTLUとの間の配線にロウパスフィルタ(LPF1とする)を挿入することも有益となる。   The low-pass filters LPF1a and LPF1b reduce the noise generated in the temperature voltage signal TOHu during the on-period of the switches SW1a and SW1b in addition to the role of holding the temperature information during the off-period of the switches SW1a and SW1b. In addition, it plays a role of reducing noise caused by turning on and off the switches SW1a and SW1b. Further, the system of FIG. 19 can be applied not only to the temperature detection circuit TChu2 but also to the coupling circuit HCC1 of FIG. In this case, similarly, it is beneficial to insert a switch (referred to as SW1) in the wiring between the diode DD1 and the controller CTLU. It is also beneficial to insert a low-pass filter (referred to as LPF1) in the wiring between the switch (SW1) and the controller CTLU.

《温度検出回路の動作(応用例[3])》
図20は、図19の温度検出回路の動作タイミングの一例を示す概略図である。ここでは一例として、u相およびv相のロウサイドスイッチ制御信号LINu,LINvが示されるが、他のスイッチ制御信号(LINw,HINu,HINv,HINw)に対しても同様の動作が行われる。図20の例では、ロウサイドスイッチ制御信号LINu,LINvの立ち上がり/立ち下がりエッジが計4回発生し、これに応じて、スイッチ制御信号Sswの‘L’期間も4回発生している。この4回の期間は、スイッチSW1a,SW1bのオフ期間Toff1〜Toff4となる。
<< Operation of temperature detection circuit (application example [3]) >>
FIG. 20 is a schematic diagram showing an example of operation timing of the temperature detection circuit of FIG. Here, u-phase and v-phase low-side switch control signals LINu and LINv are shown as an example, but the same operation is performed for other switch control signals (LINw, HINu, HINv, and HINw). In the example of FIG. 20, the rising / falling edges of the low-side switch control signals LINu and LINv are generated four times in total, and accordingly, the 'L' period of the switch control signal Ssw is generated four times. The four periods are the off periods Toff1 to Toff4 of the switches SW1a and SW1b.

このオフ期間Toff1〜Toff4で、ロウサイドスイッチLSWu,LSWvのスイッチングが行われ、u相およびv相のフローティング電圧VSu,VSvが遷移する。この遷移に応じて、温度電圧信号TOHuにスイッチングノイズが重畳するが、スイッチSW1a,SW1bは、オフであるため、温度電圧信号TIHuは影響されない。なお、オフ期間Toff1〜Toff4は、u相、v相、w相のフローティング電圧VSu,VSv,VSwが遷移する期間を包含する長さであればよく、通常は、同じ長さ(例えば3μs等)に定めることができる。   In the off periods Toff1 to Toff4, the low-side switches LSWu and LSWv are switched, and the u-phase and v-phase floating voltages VSu and VSv transition. In response to this transition, switching noise is superimposed on the temperature voltage signal TOHu, but the switches SW1a and SW1b are off, so the temperature voltage signal TIHu is not affected. Note that the off periods Toff1 to Toff4 may have a length that includes a period in which the u-phase, v-phase, and w-phase floating voltages VSu, VSv, and VSw transition, and are usually the same length (for example, 3 μs). Can be determined.

《スイッチ制御回路の構成》
図21は、図19のスイッチ制御回路の構成例を示す概略図である。例えば、コントローラCTLU2がマイクロコントローラ(MCU)等の場合、CPU(Central Processing Unit)によるプログラム処理によって例えば図21と等価なスイッチ制御回路SWCTLが構築される。図21のスイッチ制御回路SWCTLは、6対(ここでは、その内の3対のみを例示)の立ち上がり検出回路RDETおよび立ち下がり検出回路FDETと、オア演算回路ORと、タイマ回路TMRと、SRラッチ回路SRLT2とを備える。
<Configuration of switch control circuit>
FIG. 21 is a schematic diagram illustrating a configuration example of the switch control circuit of FIG. For example, when the controller CTLU2 is a microcontroller (MCU) or the like, a switch control circuit SWCTL equivalent to, for example, FIG. 21 is constructed by a program process by a CPU (Central Processing Unit). The switch control circuit SWCTL in FIG. 21 includes six pairs (here, only three of them are exemplified) of a rising detection circuit RDET and a falling detection circuit FDET, an OR operation circuit OR, a timer circuit TMR, and an SR latch. Circuit SRLT2.

立ち上がり検出回路RDETおよび立ち下がり検出回路FDETは、u相、v相、w相の各スイッチ制御信号(LINu,HINu,LINv,HINv,LINw,HINw)のそれぞれに対して設けられる。例えば、ロウサイドスイッチ制御信号LINuに対応する立ち上がり検出回路RDETは、ロウサイドスイッチ制御信号LINuの‘H’遷移が生じた時点で立ち上がり検出信号RDluを生成する。また、ロウサイドスイッチ制御信号LINuに対応する立ち下がり検出回路FDETは、ロウサイドスイッチ制御信号LINuの‘L’遷移が生じた時点で立ち下がり検出信号FDluを生成する。   The rise detection circuit RDET and the fall detection circuit FDET are provided for each of the u-phase, v-phase, and w-phase switch control signals (LINu, HINu, LINv, HINv, LINw, HINw). For example, the rising edge detection circuit RDET corresponding to the low side switch control signal LINu generates the rising edge detection signal RDlu when the “H” transition of the low side switch control signal LINu occurs. Further, the falling detection circuit FDET corresponding to the low side switch control signal LINu generates the falling detection signal FDlu when the “L” transition of the low side switch control signal LINu occurs.

同様に、その他のスイッチ制御信号(HINu,LINv,HINv,LINw,HINw)に対応する立ち上がり検出回路RDETは、それぞれ、対応するスイッチ制御信号の‘H’遷移に応じて立ち上がり検出信号RDhu,RDlv,RDhv,RDlw,RDhwを生成する。その他のスイッチ制御信号(HINu,LINv,HINv,LINw,HINw)に対応する立ち下がり検出回路FDETは、それぞれ、対応するスイッチ制御信号の‘L’遷移に応じて立ち下がり検出信号FDhu,FDlv,FDhv,FDlw,FDhwを生成する。   Similarly, the rise detection circuits RDET corresponding to the other switch control signals (HINu, LINv, HINv, LINw, HINw) respectively detect the rise detection signals RDhu, RDlv, RDhv, RDlw, and RDhw are generated. The fall detection circuits FDET corresponding to the other switch control signals (HINu, LINv, HINv, LINw, HINw) respectively fall according to the 'L' transition of the corresponding switch control signal FDhu, FDlv, FDhv. , FDlw, FDhw are generated.

オア演算回路ORは、各検出信号(RDlu,FDlu,RDhu,FDhu,…,RDhw,FDhw)のオア演算結果によって、タイマスタート信号TSTを出力する。タイマ回路TMRは、タイマスタート信号TSTに応じて図20の各オフ期間Toff1〜Toff4に対応する所定の期間(例えば数μs)のカウントを開始し、カウントが満了した時点でタイムアップ信号TUPを出力する。この際に、タイマ回路TMRは、カウント中にタイマスタート信号TSTを受けた場合には、再度、カウントを開始する。SRラッチ回路SRLT2は、スイッチ制御信号Sswを、タイマスタート信号TSTに応じて ‘L’レベルへ遷移させ、タイムアップ信号TUPに応じて‘H’レベルへ遷移させる。   The OR operation circuit OR outputs a timer start signal TST according to the OR operation result of each detection signal (RDlu, FDlu, RDhu, FDhu,..., RDhw, FDhw). The timer circuit TMR starts counting for a predetermined period (for example, several μs) corresponding to each of the off periods Toff1 to Toff4 of FIG. 20 according to the timer start signal TST, and outputs a time-up signal TUP when the count expires To do. At this time, if the timer circuit TMR receives the timer start signal TST during counting, the timer circuit TMR starts counting again. The SR latch circuit SRLT2 changes the switch control signal Ssw to the 'L' level according to the timer start signal TST, and changes to the 'H' level according to the time-up signal TUP.

以上、本実施の形態5の電力変換システムを用いることで、実施の形態2で述べた各種効果に加えて、さらに、少ない回路オーバヘッドで効果的にスイッチングノイズの影響を排除することができる。その結果、温度検出の高精度化が実現可能になる。また、ロウパスフィルタのコンデンサによって、温度検出を行える期間を十分に確保することが可能になる。   As described above, by using the power conversion system of the fifth embodiment, in addition to the various effects described in the second embodiment, the influence of switching noise can be effectively eliminated with a small circuit overhead. As a result, high accuracy in temperature detection can be realized. In addition, the low-pass filter capacitor can ensure a sufficient period for temperature detection.

なお、前述したスイッチSW1a,SW1bおよびロウパスフィルタLPF1a,LPF1bの構成は、ロウサイドの通信に対しても有効である。ロウサイドは、フローティングではないため高耐圧ダイオードによる絶縁は不要だが、図18(b)に示したように、ノイズの観点ではハイサイドと同様にスイッチング素子に起因するノイズが重畳される。したがって、図19に示すように、ロウサイドにも、スイッチおよびロウパスフィルタを含むノイズフィルタNFLTを設けることで、効果的にスイッチングノイズの影響を排除することができる。   The configurations of the switches SW1a and SW1b and the low-pass filters LPF1a and LPF1b described above are also effective for low-side communication. Since the low side is not floating, insulation with a high voltage diode is unnecessary, but as shown in FIG. 18B, noise due to the switching element is superimposed in the same way as the high side in terms of noise. Therefore, as shown in FIG. 19, the influence of switching noise can be effectively eliminated by providing a noise filter NFLT including a switch and a low-pass filter on the low side.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前述した実施の形態は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

例えば、実施の形態2や実施の形態4では、図1の方式の適用例として、ハイサイドの温度検出や、ハイサイドスイッチ信号の電圧レベルの調整を行ったが、勿論、これらに限定されるものではなく、同様にして、例えば、ハイサイドの過電圧検出や過電流検出、ならびにそれに応じたハイサイドの各種制御等を行うことも可能である。また、実施の形態2や実施の形態4では、三相ブリッジ構成のインバータを例としたが、勿論、フルブリッジやハーフブリッジ構成のインバータに対しても同様に適用可能である。ただし、スイッチの数が多いほど、より有益な効果が得られる。   For example, in the second and fourth embodiments, as an application example of the method of FIG. 1, high-side temperature detection and adjustment of the voltage level of the high-side switch signal are performed. Similarly, for example, high-side overvoltage detection and overcurrent detection, and various high-side controls corresponding thereto can be performed. In the second embodiment and the fourth embodiment, an inverter having a three-phase bridge configuration is taken as an example. However, as the number of switches increases, a more beneficial effect can be obtained.

AMP1,AMP2 差動増幅回路
AR_HVBK 高電圧領域
AR_LVBK 低電圧領域
AR_TRMBK ターミネーション領域
BW ボンディングワイヤ
CPL10 フォトカプラ
CTLU コントローラ
DD1,DD1a,DD1b,DD2 ダイオード
DS プルダウンスイッチ
DVIC1,DVIC2 ドライバIC(半導体装置)
HCC1,HCC2,LCC 結合回路
HCT ハイサイド制御回路
HDV ハイサイドドライバ
HSU ハイサイド回路
HSW ハイサイドスイッチ
IS1,IS1a,IS1b,IS2 電流源
LCT ロウサイド制御回路
LD 負荷
LDV ロウサイドドライバ
LF リード(外部端子)
LSC レベルシフト回路
LSU ロウサイド回路
LSW ロウサイドスイッチ
PCB 配線基板
PD パッド(端子)
PKG 封止材
PMD パワーモジュール
PN_GND 基準電源端子
PN_OUT 負荷駆動端子
PN_VIN 入力電源端子
TChu,TChv,TChw,TClu,TClv,TClw 温度検出回路
TDhu,TDhv,TDhw,TDlu,TDlv,TDlw 温度検出ダイオード
TRh ハイサイドトランジスタ
TRl ロウサイドトランジスタ
VB ブート電源電圧
VCC 電源電圧
VIN 入力電源電圧
VS フローティング電圧
AMP1, AMP2 Differential amplifier circuit AR_HVBK High voltage region AR_LVBK Low voltage region AR_TRMBK Termination region BW Bonding wire CPL10 Photocoupler CTLU controller DD1, DD1a, DD1b, DD2 Diode DS Pull-down switch DVIC1, DVIC2 Driver IC (semiconductor device)
HCC1, HCC2, LCC coupling circuit HCT High side control circuit HDV High side driver HSU High side circuit HSW High side switch IS1, IS1a, IS1b, IS2 Current source LCT Low side control circuit LD Load LDV Low side driver LF Lead (External terminal)
LSC Level shift circuit LSU Low side circuit LSW Low side switch PCB PCB Wiring board PD Pad (terminal)
PKG Sealing material PMD Power module PN_GND Reference power supply terminal PN_OUT Load drive terminal PN_VIN Input power supply terminal TChu, TChv, TChw, TClu, TClv, TClw Temperature detection circuit TDhu, TDhv, TDhw, TDluh, TDlv, TDlvh Transistor TRl Low side transistor VB Boot power supply voltage VCC Power supply voltage VIN Input power supply voltage VS Floating voltage

Claims (20)

ハイサイド回路およびロウサイド回路と、
前記ハイサイド回路および前記ロウサイド回路と通信するコントローラと、
前記コントローラと前記ハイサイド回路との間の配線を含む第1の結合回路と、
前記コントローラと前記ロウサイド回路との間の配線を含む第2の結合回路と、
を有する電力変換システムであって、
前記ハイサイド回路は、
基準電源電圧を基準として第1の電源電圧が供給される第1の電源端子と負荷駆動端子との間に結合され、前記負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給するハイサイドスイッチと、
前記ハイサイドスイッチを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ロウサイド回路は、
前記基準電源電圧が供給される基準電源端子と前記負荷駆動端子との間に結合され、前記負荷駆動端子を介して前記負荷に電力を供給するロウサイドスイッチと、
前記ロウサイドスイッチを駆動するロウサイドドライバと、
を備え、
前記第1の結合回路は、前記コントローラからの前記配線にアノードが結合され、前記ハイサイド回路からの前記配線にカソードが結合されるダイオードを備える、
電力変換システム。
A high-side circuit and a low-side circuit;
A controller in communication with the high side circuit and the low side circuit;
A first coupling circuit including wiring between the controller and the high side circuit;
A second coupling circuit including wiring between the controller and the low side circuit;
A power conversion system comprising:
The high side circuit is:
A high-side switch coupled between a first power supply terminal to which a first power supply voltage is supplied with reference to a reference power supply voltage and a load drive terminal and supplying power to the load via the load drive terminal;
A high side driver for driving the high side switch;
With
The low side circuit is:
A low-side switch coupled between a reference power supply terminal to which the reference power supply voltage is supplied and the load drive terminal, and supplies power to the load via the load drive terminal;
A low side driver for driving the low side switch;
With
The first coupling circuit includes a diode having an anode coupled to the wiring from the controller and a cathode coupled to the wiring from the high side circuit.
Power conversion system.
請求項1記載の電力変換システムにおいて、
前記ハイサイド回路は、前記ハイサイドスイッチと同一の半導体チップに形成され、前記ハイサイドスイッチの温度を検出し、カソードが前記負荷駆動端子に結合される第1の温度検出ダイオードを備え、
前記第1の結合回路は、
前記第1の温度検出ダイオードのアノードにカソードが結合される第1のダイオードと、
前記第1の温度検出ダイオードのカソードにカソードが結合される第2のダイオードと、
前記第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧が供給され、前記第1のダイオードを介して前記第1の温度検出ダイオードに順方向の電流を流す第1の電流源と、
前記第2の電源電圧が供給され、前記第2のダイオードに順方向の電流を流す第2の電流源と、
前記第1のダイオードのアノードと前記第2のダイオードのアノードとの差電圧を検出し、当該検出結果を前記コントローラへ送信する第1の差動増幅回路と、
を有する、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 1, wherein
The high side circuit includes a first temperature detection diode formed on the same semiconductor chip as the high side switch, detecting a temperature of the high side switch, and having a cathode coupled to the load driving terminal.
The first coupling circuit includes:
A first diode having a cathode coupled to an anode of the first temperature sensing diode;
A second diode having a cathode coupled to the cathode of the first temperature sensing diode;
A first current source that is supplied with a second power supply voltage lower than the first power supply voltage and flows a forward current to the first temperature detection diode via the first diode;
A second current source that is supplied with the second power supply voltage and causes a forward current to flow through the second diode;
A first differential amplifier circuit that detects a differential voltage between the anode of the first diode and the anode of the second diode and transmits the detection result to the controller;
Having
Power conversion system.
請求項2記載の電力変換システムにおいて、
前記第1の差動増幅回路は、前記ハイサイドスイッチがオフ、前記ロウサイドスイッチがオンの期間で、前記第1のダイオードおよび前記第2のダイオードを介して前記第1の温度検出ダイオードの順方向電圧を検出する、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 2, wherein
In the first differential amplifier circuit, the first temperature detection diode is connected in the order of the first diode and the second diode in a period in which the high-side switch is off and the low-side switch is on. Detect direction voltage,
Power conversion system.
請求項3記載の電力変換システムにおいて、
前記ロウサイド回路は、前記ロウサイドスイッチと同一の半導体チップに形成され、前記ロウサイドスイッチの温度を検出し、カソードが前記基準電源端子に結合される第2の温度検出ダイオードを備え、
前記第2の結合回路は、
前記第2の温度検出ダイオードに順方向の電流を流す第3の電流源と、
前記第2の温度検出ダイオードのアノードとカソードの差電圧を検出し、当該検出結果を前記コントローラへ送信する第2の差動増幅回路と、
を有する、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 3, wherein
The low side circuit includes a second temperature detection diode formed on the same semiconductor chip as the low side switch, detecting a temperature of the low side switch, and having a cathode coupled to the reference power supply terminal,
The second coupling circuit is:
A third current source for passing a forward current through the second temperature detection diode;
A second differential amplifier circuit for detecting a difference voltage between an anode and a cathode of the second temperature detection diode and transmitting the detection result to the controller;
Having
Power conversion system.
請求項1記載の電力変換システムにおいて、
前記ダイオードは、前記ハイサイドスイッチがオフ、前記ロウサイドスイッチがオンの期間で、前記コントローラからの信号を前記ハイサイド回路へ伝送する、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 1, wherein
The diode transmits a signal from the controller to the high-side circuit in a period in which the high-side switch is off and the low-side switch is on.
Power conversion system.
請求項5記載の電力変換システムにおいて、
前記第1の結合回路は、前記ダイオードのカソードと前記負荷駆動端子との間に結合されるプルダウンスイッチを備える、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 5, wherein
The first coupling circuit includes a pull-down switch coupled between a cathode of the diode and the load driving terminal.
Power conversion system.
請求項5記載の電力変換システムにおいて、
前記電力変換システムは、さらに、前記コントローラの出力信号の電圧レベルを前記ハイサイド回路の入力信号の電圧レベルに変換する絶縁素子を有し、
前記絶縁素子は、前記コントローラから送信された前記ハイサイドスイッチのオン・オフ信号を前記ハイサイド回路へ伝送する、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 5, wherein
The power conversion system further includes an insulating element that converts the voltage level of the output signal of the controller into the voltage level of the input signal of the high-side circuit,
The insulating element transmits an on / off signal of the high-side switch transmitted from the controller to the high-side circuit.
Power conversion system.
請求項1記載の電力変換システムにおいて、
前記ダイオードは、前記ハイサイドスイッチがオフ、前記ロウサイドスイッチがオンの期間で、前記ハイサイド回路からの信号を前記コントローラへ伝送する、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 1, wherein
The diode transmits a signal from the high-side circuit to the controller in a period in which the high-side switch is off and the low-side switch is on.
Power conversion system.
請求項8記載の電力変換システムにおいて、
前記第1の結合回路は、前記第1の電源電圧よりも低い第2の電源電圧が供給され、前記ダイオードに順方向の電流を流す電流源を備える、
電力変換システム。
The power conversion system according to claim 8, wherein
The first coupling circuit includes a current source that is supplied with a second power supply voltage lower than the first power supply voltage and flows a forward current to the diode.
Power conversion system.
基準電源電圧を基準として第1の電源電圧が供給される第1の電源端子と、
前記基準電源電圧が供給される基準電源端子と、
負荷駆動端子と、
ハイサイド回路およびロウサイド回路と、
前記ハイサイド回路との間で信号を送信または受信する第1の端子と、
前記ロウサイド回路との間で信号を送信または受信する第2の端子と、
前記第1の端子と前記ハイサイド回路との間の配線を含む第1の結合回路と、
前記第2の端子と前記ロウサイド回路との間の配線を含む第2の結合回路と、
を有し、1個のパッケージで構成されるパワーモジュールであって、
前記ハイサイド回路は、
前記第1の電源端子と前記負荷駆動端子との間に結合され、前記負荷駆動端子を介して負荷に電力を供給するハイサイドトランジスタと、
前記ハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
を備え、
前記ロウサイド回路は、
前記基準電源端子と前記負荷駆動端子との間に結合され、前記負荷駆動端子を介して前記負荷に電力を供給するロウサイドトランジスタと、
前記ロウサイドトランジスタを駆動するロウサイドドライバと、
を備え、
前記第1の結合回路は、前記第1の端子からの前記配線にアノードが結合され、前記ハイサイド回路からの前記配線にカソードが結合されるダイオードを備える、
パワーモジュール。
A first power supply terminal to which the first power supply voltage is supplied with reference to the reference power supply voltage;
A reference power supply terminal to which the reference power supply voltage is supplied;
A load drive terminal;
A high-side circuit and a low-side circuit;
A first terminal for transmitting or receiving a signal to or from the high side circuit;
A second terminal for transmitting or receiving a signal to or from the low side circuit;
A first coupling circuit including a wiring between the first terminal and the high side circuit;
A second coupling circuit including wiring between the second terminal and the low side circuit;
A power module composed of one package,
The high side circuit is:
A high side transistor coupled between the first power supply terminal and the load drive terminal and supplying power to the load via the load drive terminal;
A high side driver for driving the high side transistor;
With
The low side circuit is:
A low-side transistor coupled between the reference power supply terminal and the load drive terminal and supplying power to the load via the load drive terminal;
A low side driver for driving the low side transistor;
With
The first coupling circuit includes a diode having an anode coupled to the wiring from the first terminal and a cathode coupled to the wiring from the high-side circuit.
Power module.
請求項10記載のパワーモジュールにおいて、
前記ハイサイドトランジスタは、第1の半導体チップに形成され、
前記ロウサイドトランジスタは、第2の半導体チップに形成され、
前記ハイサイドドライバ、前記ロウサイドドライバおよび前記ダイオードは、第3の半導体チップに形成される、
パワーモジュール。
The power module according to claim 10, wherein
The high side transistor is formed in a first semiconductor chip,
The low side transistor is formed in a second semiconductor chip,
The high side driver, the low side driver and the diode are formed in a third semiconductor chip.
Power module.
請求項11記載のパワーモジュールにおいて、
前記第1の半導体チップには、前記ハイサイドトランジスタの温度を検出し、カソードが前記負荷駆動端子に結合される第1の温度検出ダイオードが形成され、
前記第3の半導体チップには、
前記第1の温度検出ダイオードのアノードにカソードが結合される第1のダイオードと、
前記第1の温度検出ダイオードのカソードにカソードが結合される第2のダイオードと、
前記第1のダイオードを介して前記第1の温度検出ダイオードに順方向の電流を流す第1の電流源と、
前記第2のダイオードに順方向の電流を流す第2の電流源と、
前記第1のダイオードのアノードと前記第2のダイオードのアノードとの差電圧を検出し、当該検出結果を前記第1の端子へ送信する第1の差動増幅回路と、
が形成される、
パワーモジュール。
The power module according to claim 11, wherein
The first semiconductor chip is formed with a first temperature detection diode that detects a temperature of the high-side transistor and has a cathode coupled to the load drive terminal.
The third semiconductor chip includes
A first diode having a cathode coupled to an anode of the first temperature sensing diode;
A second diode having a cathode coupled to the cathode of the first temperature sensing diode;
A first current source for causing a forward current to flow to the first temperature detection diode via the first diode;
A second current source for passing a forward current through the second diode;
A first differential amplifier for detecting a differential voltage between the anode of the first diode and the anode of the second diode and transmitting the detection result to the first terminal;
Is formed,
Power module.
請求項12記載のパワーモジュールにおいて、
前記第2の半導体チップには、前記ロウサイドトランジスタの温度を検出し、カソードが前記基準電源端子に結合される第2の温度検出ダイオードが形成され、
前記第3の半導体チップには、
前記第2の温度検出ダイオードに順方向の電流を流す第3の電流源と、
前記第2の温度検出ダイオードのアノードとカソードの差電圧を検出し、当該検出結果を前記第2の端子へ送信する第2の差動増幅回路と、
が形成される、
パワーモジュール。
The power module according to claim 12, wherein
The second semiconductor chip is formed with a second temperature detection diode that detects the temperature of the low-side transistor and has a cathode coupled to the reference power supply terminal.
The third semiconductor chip includes
A third current source for passing a forward current through the second temperature detection diode;
A second differential amplifier circuit that detects a difference voltage between an anode and a cathode of the second temperature detection diode and transmits the detection result to the second terminal;
Is formed,
Power module.
請求項11記載のパワーモジュールにおいて、
前記ダイオードは、前記第1の端子で受信した信号を、前記ハイサイドトランジスタがオフ、前記ロウサイドトランジスタがオンの期間で前記ハイサイド回路へ伝送する、
パワーモジュール。
The power module according to claim 11, wherein
The diode transmits a signal received at the first terminal to the high side circuit in a period in which the high side transistor is off and the low side transistor is on.
Power module.
請求項14記載のパワーモジュールにおいて、
前記第3の半導体チップには、前記ダイオードのカソードと前記負荷駆動端子との間に結合されるプルダウントランジスタが形成される、
パワーモジュール。
The power module according to claim 14, wherein
A pull-down transistor coupled between the cathode of the diode and the load drive terminal is formed in the third semiconductor chip.
Power module.
1個の半導体チップで構成される半導体装置であって、
フローティング電圧に結合される負荷駆動端子と、
基準電源電圧が供給される基準電源端子と、
前記半導体装置の外部に設けられる第1の温度検出ダイオードに結合される第1の温度検出端子と、
リング状の形状を持つターミネーション領域と、
前記ターミネーション領域の内側に設けられ、前記フローティング電圧を基準として第1の電源電圧で動作する回路が形成される第1の領域と、
前記ターミネーション領域の外側に設けられ、前記基準電源電圧を基準として第2の電源電圧で動作する回路が形成される第2の領域と、
前記第1の領域に形成され、前記半導体装置の外部に設けられるハイサイドトランジスタを駆動するハイサイドドライバと、
前記第2の領域に形成され、前記半導体装置の外部に設けられるロウサイドトランジスタを駆動するロウサイドドライバと、
前記ターミネーション領域に形成され、カソードが前記第1の温度検出端子に結合される第1のダイオードと、
前記第2の領域に形成され、前記第1のダイオードのアノードに結合される第1の電流源と、
を有する、
半導体装置。
A semiconductor device composed of one semiconductor chip,
A load drive terminal coupled to the floating voltage;
A reference power supply terminal to which a reference power supply voltage is supplied;
A first temperature detection terminal coupled to a first temperature detection diode provided outside the semiconductor device;
A termination area with a ring shape;
A first region provided inside the termination region and formed with a circuit that operates with a first power supply voltage with reference to the floating voltage;
A second region provided outside the termination region and formed with a circuit that operates at a second power supply voltage with reference to the reference power supply voltage;
A high-side driver for driving a high-side transistor formed in the first region and provided outside the semiconductor device;
A low-side driver for driving a low-side transistor formed in the second region and provided outside the semiconductor device;
A first diode formed in the termination region and having a cathode coupled to the first temperature detection terminal;
A first current source formed in the second region and coupled to an anode of the first diode;
Having
Semiconductor device.
請求項16記載の半導体装置において、さらに、
前記ターミネーション領域に形成され、カソードが前記負荷駆動端子に結合される第2のダイオードと、
前記第2の領域に形成され、前記第2のダイオードのアノードに結合される第2の電流源と、
前記第2の領域に形成され、前記第1のダイオードのアノードと前記第2のダイオードのアノードとの差電圧を検出する第1の差動増幅回路と、
を有する、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 16, further comprising:
A second diode formed in the termination region and having a cathode coupled to the load drive terminal;
A second current source formed in the second region and coupled to an anode of the second diode;
A first differential amplifier circuit formed in the second region for detecting a differential voltage between an anode of the first diode and an anode of the second diode;
Having
Semiconductor device.
請求項17記載の半導体装置において、さらに、
前記半導体装置の外部に設けられる第2の温度検出ダイオードに結合される第2の温度検出端子と、
前記第2の領域に形成され、前記第2の温度検出端子に結合される第2の電流源と、
前記第2の温度検出端子と前記基準電源端子の差電圧を検出する第2の差動増幅回路と、
を有する、
半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 17, further comprising:
A second temperature detection terminal coupled to a second temperature detection diode provided outside the semiconductor device;
A second current source formed in the second region and coupled to the second temperature sensing terminal;
A second differential amplifier circuit for detecting a differential voltage between the second temperature detection terminal and the reference power supply terminal;
Having
Semiconductor device.
請求項16記載の半導体装置において、さらに、
前記ターミネーション領域に形成されるトランジスタを含み、前記基準電源電圧を基準とする信号を、前記フローティング電圧を基準とする信号に変換して前記ハイサイドドライバへ出力するレベルシフト回路を有する、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 16, further comprising:
A level shift circuit including a transistor formed in the termination region, converting a signal based on the reference power supply voltage into a signal based on the floating voltage and outputting the signal to the high-side driver;
Semiconductor device.
請求項19記載の半導体装置において、
前記第1のダイオードは、トランジスタの寄生ダイオードで構成される、
半導体装置。
The semiconductor device according to claim 19, wherein
The first diode is composed of a parasitic diode of a transistor.
Semiconductor device.
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CN110971176A (en) * 2018-10-01 2020-04-07 罗姆股份有限公司 Driver device
KR20220163649A (en) * 2021-06-03 2022-12-12 주식회사 현대케피코 Apparatus and method for diagnosing driving circuit for vehicle

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110095647A (en) * 2018-01-29 2019-08-06 瑞萨电子株式会社 The method of the current sense of semiconductor devices, load driving system and inductor current
CN110095647B (en) * 2018-01-29 2024-05-24 瑞萨电子株式会社 Semiconductor device, load driving system and method of current sensing of inductor current
CN110971176A (en) * 2018-10-01 2020-04-07 罗姆股份有限公司 Driver device
JP2020057903A (en) * 2018-10-01 2020-04-09 ローム株式会社 Driver device
JP7198028B2 (en) 2018-10-01 2022-12-28 ローム株式会社 Driver device
CN110971176B (en) * 2018-10-01 2023-03-28 罗姆股份有限公司 Driver device
KR20220163649A (en) * 2021-06-03 2022-12-12 주식회사 현대케피코 Apparatus and method for diagnosing driving circuit for vehicle
KR102541070B1 (en) * 2021-06-03 2023-06-07 주식회사 현대케피코 Apparatus and method for diagnosing driving circuit for vehicle

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