WO2016103929A1 - 半導体装置および温度警報出力方法 - Google Patents

半導体装置および温度警報出力方法 Download PDF

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    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Definitions

  • This technology relates to a semiconductor device and a temperature alarm output method.
  • IPM Intelligent Power Module
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the IPM is a module that performs power conversion, and is widely used in applications such as an AC (Alternating Current) servo, an air conditioner, and an elevator.
  • the IPM also has a protection function, and when an abnormal state is detected, the IPM avoids the abnormal state and protects the element. For example, when an overheat state is detected, the device is protected by avoiding the overheat state, and an alarm is output to the outside.
  • Patent Document 1 a technique for constantly monitoring the temperature of a semiconductor switch by inputting a forward voltage drop of a temperature detection diode to a regulator and outputting a regulator output to an external terminal.
  • the protection function built in the IPM protects the semiconductor elements in the IPM from an abnormal state to avoid destruction.
  • the driving of the IGBT is also stopped. For this reason, destruction of internal elements can be avoided when an abnormality is detected in the IPM.
  • driving of the IGBT is also stopped, so that the device receiving power supply from the IGBT suddenly stops. It can happen.
  • Patent Document 2 when an abnormality is detected in the IPM, a warning alarm is output before stopping the driving of the IGBT, so that a device receiving power supply suddenly stops. Is suppressed from occurring.
  • the warning warning signal is output from the same terminal as the warning signal, and each signal corresponds to the signal width. However, if the time corresponding to the signal width has not passed, Because it cannot be determined whether it is, it took time to determine.
  • the urgency level of the abnormal state of the IPM is high, it is desirable to output the warning warning early.
  • the warning warning is output regardless of the urgency level, the IPM control side applies it to the IPM. There is a possibility that the response should be delayed.
  • the present technology has been made in view of such a point, and an object thereof is to provide a semiconductor device and a temperature alarm output method capable of promptly issuing a warning alarm according to an overheat state.
  • a semiconductor device having a semiconductor switch circuit and a drive circuit, the semiconductor switch circuit sets a temperature of the semiconductor switch near the semiconductor switch and the semiconductor switch.
  • a temperature sensor for detecting, and when the detected temperature of the temperature sensor reaches an overheat protection temperature, the drive circuit performs overheat protection of the semiconductor switch and issues an overheat protection alarm signal; and At least one threshold temperature lower than the overheat protection temperature is set, and when the detected temperature reaches the threshold temperature, a warning alarm control unit that outputs a warning warning signal before operating the overheat protection; and
  • a semiconductor switch drive circuit wherein the overheat protection alarm signal and the warning alarm signal are at the same terminal at different signal levels.
  • the semiconductor device is configured to be output.
  • a drive circuit for driving a semiconductor switch circuit having a semiconductor switch and a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor switch in the vicinity of the semiconductor switch, wherein the drive circuit is connected to the temperature sensor.
  • an overheat protection unit that operates to perform overheat protection of the semiconductor switch and issues an overheat protection alarm signal, and is lower than the overheat protection temperature
  • a threshold temperature is set, and when the detected temperature reaches the threshold temperature, a warning warning control unit that outputs a warning warning signal before operating the overheat protection and a drive circuit for the semiconductor switch are provided.
  • the overheat protection alarm signal and the warning alarm signal are output from the same terminal at different signal levels.
  • Device is formed.
  • the semiconductor device includes a semiconductor switch circuit and a drive circuit
  • the semiconductor switch circuit includes a semiconductor switch and a temperature sensor that detects a temperature of the semiconductor switch in the vicinity of the semiconductor switch.
  • the drive circuit includes an overheat protection unit that performs overheat protection of the semiconductor switch and issues an overheat protection alarm signal when a temperature detected by the temperature sensor reaches an overheat protection temperature, and a threshold value lower than the overheat protection temperature.
  • a warning warning control unit that outputs a warning warning signal before operating the overheat protection, a drive circuit for the semiconductor switch,
  • the overheat protection unit includes a voltage corresponding to a temperature detected by the temperature sensor, and a first reference voltage corresponding to the overheat protection temperature.
  • the overheat protection is performed and an alarm signal indicating the operation state of the overheat protection is output
  • the warning alarm control unit Includes a reference voltage source group that generates a plurality of different second reference voltages corresponding to the threshold temperature, and compares the voltage corresponding to the detected temperature with the second reference voltage, When the second reference voltage is equal to or higher than the voltage corresponding to the detected temperature, the semiconductor device is configured to output the warning alarm signal indicating that the overheat protection is not performed.
  • a drive circuit for driving a semiconductor switch circuit having a semiconductor switch and a temperature sensor for detecting the temperature of the semiconductor switch in the vicinity of the semiconductor switch, wherein the drive circuit is connected to the temperature sensor.
  • an overheat protection unit that operates to perform overheat protection of the semiconductor switch and issues an overheat protection alarm signal, and is lower than the overheat protection temperature
  • a threshold temperature is set, and when the detected temperature reaches the threshold temperature, a warning warning control unit that outputs a warning warning signal before operating the overheat protection and a drive circuit for the semiconductor switch are provided.
  • the overheat protection unit compares a voltage corresponding to the temperature detected by the temperature sensor with a first reference voltage corresponding to the overheat protection temperature. When the first reference voltage is equal to or higher than the voltage corresponding to the detected temperature, the overheat protection is performed and an alarm signal indicating an operation state of the overheat protection is output.
  • a reference voltage source group that generates a plurality of different second reference voltages corresponding to a threshold temperature, and compares the voltage corresponding to the detected temperature with the second reference voltage; If the reference voltage is equal to or higher than the voltage corresponding to the detected temperature, the semiconductor device is configured to output the warning alarm signal indicating the pre-operation of the overheat protection.
  • the overheat protection unit compares a forward voltage of a temperature detection diode located in the vicinity of the semiconductor switch with a first reference voltage corresponding to the overheat protection temperature.
  • the overheat protection is performed and an alarm signal indicating the operation state of the overheat protection is output, and the warning alarm control units correspond to the threshold temperature.
  • a reference voltage source group that generates a plurality of different second reference voltages, the forward voltage is compared with the second reference voltage, and the second reference voltage is equal to or greater than the forward voltage
  • the semiconductor device is configured to output the warning alarm signal indicating the operation before the overheat protection.
  • the warning device may be configured to select a reference voltage source having a higher second reference voltage from the reference voltage source group as the amount of current flowing through the semiconductor switch increases. Composed.
  • the apparatus further includes a control device that is connected to the drive circuit, transmits a control signal to the drive circuit, and instructs to drive the semiconductor switch, and the control device includes the overheat protection alarm signal and The semiconductor device is configured to transmit the frequency of the control signal corresponding to the signal level of the terminal from which the warning warning signal is output.
  • the warning device is configured such that the warning signal controller has a Zener diode connected to the output terminal of the warning signal and outputs the breakdown voltage of the Zener diode as the level of the warning signal.
  • a temperature alarm output method for detecting an increase in temperature of a semiconductor switch and outputting an alarm when the temperature of the semiconductor switch is detected and the detected temperature reaches an overheat protection temperature, the semiconductor switch Perform overheat protection and issue an overheat protection alarm signal, set a threshold temperature lower than the overheat protection temperature, and if the detected temperature reaches the threshold temperature, a warning alarm signal before operating the overheat protection Is output from the same terminal as the overheat protection alarm signal at a signal level corresponding to each of the warning alarm signal and the overheat alarm signal.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the structural example of a semiconductor device, and its operation state.
  • (A) shows a configuration example, and (b) shows the operating state.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor device.
  • the semiconductor device 1-1 according to the first embodiment includes a semiconductor switch 1a including a temperature sensor 1b and a drive circuit 2.
  • the drive circuit 2 includes an overheat protection unit 2a, a warning warning control unit 2b, and a drive. Circuit 2d is included.
  • the overheat protection part 2a detects the temperature of the semiconductor switch 1a, and when the detected temperature reaches the overheat protection temperature, the overheat protection of the semiconductor switch 1a is performed.
  • the advance warning control unit 2b sets a threshold temperature lower than the overheat protection temperature. When the detected temperature reaches the selected threshold temperature, the warning warning control unit 2b outputs a warning warning signal before operating the overheat protection.
  • the notice warning signal is a signal for notifying the outside of the state in which the semiconductor switch 1a is overheated before the semiconductor switch 1a enters the overheat protection state (a signal for notifying the precursor of the overheat protection operation). ).
  • the drive circuit 2d drives and controls the semiconductor switch 1a based on the control signal.
  • the signal synthesizer 2c synthesizes and outputs a signal for external output.
  • the graph shown in FIG. 1 (b) is the temperature Th of the semiconductor switch 1a, and shows how the temperature rises with time. At this time, when the temperature Th of the semiconductor switch 1a reaches the overheat protection temperature Tr, the overheat protection unit 2a drives the overheat protection function to enter the overheat protection operation state, and the semiconductor switch 1a is protected from overheating.
  • the amount of current I flowing through the semiconductor switch 1a is I1, I2, and I3, and I1 ⁇ I2 ⁇ I3. Further, the temperature of the semiconductor switch 1a at the current amount I1 is T1 (threshold temperature T1), the temperature of the semiconductor switch 1a at the current amount I2 is T2 (threshold temperature T2), and the semiconductor switch is at the current amount I3. Let the temperature of 1a be T3 (threshold temperature T3).
  • the warning alarm control unit 2b selects a threshold temperature based on the amount of current I flowing through the semiconductor switch 1a, and outputs a warning warning signal.
  • the threshold temperature T1 is selected, and the temperature Th of the semiconductor switch 1a becomes the overheat protection temperature Tr. Before reaching, the warning alarm signal A1 is output at the time of the threshold temperature T1.
  • the threshold temperature T2 is selected, and the temperature Th of the semiconductor switch 1a becomes the overheat protection temperature Tr. Before reaching the threshold temperature T2, the warning alarm signal A2 is output.
  • the threshold temperature T3 is selected, and the temperature Th of the semiconductor switch 1a becomes the overheat protection temperature Tr. Before reaching, the warning alarm signal A3 is output at the time of the threshold temperature T3.
  • warning alarm signals A1 to A3 are signals of the same level, but as described above, the output time varies depending on the amount of current flowing through the semiconductor switch 1a, that is, the temperature of the semiconductor switch 1a. is there.
  • a plurality of threshold temperatures that are lower than the overheat protection temperature and have different values are set, and the threshold temperature is selected according to the amount of current flowing through the semiconductor switch 1a.
  • a warning warning signal is output before the overheat protection is activated.
  • At least two threshold temperatures are set. Although the case where three threshold temperatures are set has been described above, two or four or more threshold temperatures may be set. Furthermore, although the case where at least two threshold temperatures are set has been described in the above description, only one threshold temperature may be set and a warning warning corresponding to the threshold temperature may be issued. If only one threshold temperature is set, an alarm is issued and a warning warning is obtained before the operation of the semiconductor switch stops, so the operation speed of the semiconductor switch is slowed down, and preparations are made for the stop of the semiconductor switch. Etc. can be handled.
  • the warning alarm can be output using the same terminal as the alarm output terminal.
  • the signal level of the warning warning and the signal level of the warning can be different from each other.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the overall configuration of the IPM.
  • the IPM 1-2 includes an IGBT circuit 10 and drive circuits 20-1 to 20-6.
  • IPM1-2 shows an example of a three-phase inverter that performs DC / AC (Direct Current / Alternating Current) conversion and supplies power to a load.
  • the IGBT circuit 10 has the configuration of the semiconductor switch 1a of FIG.
  • Each of the drive circuits 20-1 to 20-6 has the function of the drive circuit 2 in FIG.
  • IGBTs 11 to 16 which are semiconductor switches 1a, and diodes D1 to D6 are arranged between the high voltage bus L1 and the GND bus L2. Further, drive circuits 20-1 to 20-6 for driving the IGBTs 11 to 16 are connected to the IGBTs 11 to 16.
  • a load (not shown) is connected to the output terminals OUT1 to OUT3 of the IGBT circuit 10, and the IGBT circuit 10 converts a DC high voltage (for example, 600V) flowing through the bus L1 into a three-phase AC, and converts the AC lines La and Lb. , Supply alternating current to the load through Lc.
  • a DC high voltage for example, 600V
  • the IGBT circuit 10 drives the load by turning on / off the current of an inductive load such as a motor
  • the FWD Free Wheel Diode
  • the IGBTs 11 to 16 are connected.
  • the diodes D1 to D6 are connected in reverse parallel to the IGBTs 11 to 16, respectively.
  • the load current is recirculated.
  • the IGBTs 11 to 16 are equipped with a temperature detection diode and a current sensor on the same chip. 2 shows a state where the IGBT 11, the temperature detecting diode Dt, and the current sensor 11a are mounted on the same chip, the other IGBTs have the same configuration.
  • the internal configurations of the drive circuits 20-1 to 20-6 are basically the same.
  • the connection relationship of each element of the IGBT circuit 10 will be described.
  • the gate of the IGBT 11 is connected to the terminal g1 of the drive circuit 20-1 and one end of the current sensor 11a, and the gate of the IGBT 12 is connected to the terminal g2 of the drive circuit 20-2.
  • the gate of the IGBT 13 is connected to the terminal g3 of the drive circuit 20-3, and the gate of the IGBT 14 is connected to the terminal g4 of the drive circuit 20-4.
  • the gate of the IGBT 15 is connected to the terminal g5 of the drive circuit 20-5, and the gate of the IGBT 16 is connected to the terminal g6 of the drive circuit 20-6.
  • the collector of IGBT 12 is connected to the cathodes of diodes D2, D4, and D6, the collectors of IGBTs 14 and 16, and bus L1.
  • the emitter of the IGBT 12 includes the terminal c2 of the drive circuit 20-2, the anode of the diode D2, the collector of the IGBT 11, the cathode of the diode D1, the other end of the current sensor 11a, and the output terminal OUT1 through the AC line La. Connecting.
  • the emitter of the IGBT 14 is connected to the anode of the diode D4, the collector of the IGBT 13, the cathode of the diode D3, and the output terminal OUT2 through the AC line Lb.
  • the emitter of the IGBT 16 connects the anode of the diode D6, the collector of the IGBT 15, the cathode of the diode D5, and the output terminal OUT3 through the AC line Lc.
  • the emitter of the IGBT 11 is connected to the terminal c1 of the drive circuit 20-1, the anodes of the diodes D1, D3, and D5, the emitters of the transistors 13 and 15, and the bus L2.
  • the terminal c1 of the drive circuit 20-1 is connected to GND.
  • the output terminal of the current sensor 11a is connected to the terminal b of the drive circuit 20-1, the anode of the diode Dt is connected to the terminal a1 of the drive circuit 20-1, and the cathode of the diode Dt is connected to the terminal of the drive circuit 20-1. Connect to terminal a2.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the drive circuit. Since the drive circuits 20-1 to 20-6 have the same basic circuit configuration, the drive circuit 20-1 connected to the IGBT 11 will be described below.
  • a transistor is used as the current sensor 11a shown in FIG. 2 (referred to as a transistor 11a).
  • the gate of the transistor 11a is connected to the terminal g1 of the drive circuit 20-1 and the gate of the IGBT 11.
  • the collector of the transistor 11a is connected to the anode of the diode D2, the emitter of the IGBT 12, the collector of the IGBT 11, the cathode of the diode D1, and the output terminal OUT1 through the AC line La.
  • the emitter of the transistor 11a is connected to the terminal b of the drive circuit 20-1.
  • the drive circuit 20-1 is connected to an IPM controller 3 (control device) that gives a drive instruction for the IGBT circuit 10 (the IPM controller 3 is connected to the drive circuits 20-2 to 20-6 shown in FIG. 2). Are also connected).
  • the IPM controller 3 is connected to a control room for maintenance and operation by an administrator. For example, the IPM controller 3 is controlled based on an instruction from the control room.
  • the drive circuit 20-1 includes a logic element 21, a pre-driver 22, a current source (constant current source) 23, a comparator 24, a warning warning control circuit 25, a resistor R1, a transistor M1, and a reference voltage source Vr0.
  • the warning warning control circuit 25 includes a signal synthesizer 25d including a Zener diode Dz (hereinafter also simply referred to as a diode Dz) and a transistor M2, a resistor R2, an integration circuit 25a, a threshold temperature setting circuit 25b, and a comparator 25c.
  • a signal synthesizer 25d including a Zener diode Dz (hereinafter also simply referred to as a diode Dz) and a transistor M2, a resistor R2, an integration circuit 25a, a threshold temperature setting circuit 25b, and a comparator 25c.
  • N-channel MOSFETs Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • An alarm signal or a warning signal is output from the alarm terminal AL of the drive circuit 20-1.
  • the alarm signal is a signal that is output when overheat protection or overheat protection is stopped.
  • the alarm signal when the alarm signal is L level (second voltage level), it indicates that the overheat protection is operating, and the alarm signal is H level (first voltage level). In the case, the overheat protection is stopped.
  • the warning warning control circuit 25 outputs a warning warning signal when there is a sign of overheating operation of the IGBT 11. In this case, control for varying the time for outputting the warning signal is performed according to the overheated state of the IGBT 11.
  • One end of the resistor R1 is connected to the power supply voltage VCC (for example, 15V) of the drive circuit 20-1, and the other end of the resistor R1 is the alarm terminal AL of the drive circuit 20-1, the cathode of the diode Dz, and the drain of the transistor M1. Connect to.
  • VCC power supply voltage
  • the source of the transistor M1 is connected to GND, and the gate of the transistor M1 is connected to the negative input terminal of the logic element 21 and the output terminal of the comparator 24.
  • the input terminal IN of the drive circuit 20-1 is connected to the positive input terminal of the logic element 21, and the output terminal of the logic element 21 is connected to the input terminal of the pre-driver 22.
  • the output terminal of the pre-driver 22 is connected to the terminal g1 of the drive circuit 20-1.
  • the input terminal ( ⁇ ) of the comparator 24 is connected to the output terminal of the current source 23, the input terminal ( ⁇ ) of the comparator 25c, and the terminal a1 of the drive circuit 20-1.
  • the input terminal (+) of the comparator 24 is connected to the positive terminal of the reference voltage source Vr0, and the negative terminal of the reference voltage source Vr0 is connected to GND and the terminal a2 of the drive circuit 20-1.
  • the terminal b of the drive circuit 20-1 is connected to one end of the resistor R2 and the input end of the integrating circuit 25a, and the other end of the resistor R2 is connected to GND.
  • the output terminal of the integrating circuit 25a is connected to the input terminal of the threshold temperature setting circuit 25b, and the output terminal of the threshold temperature setting circuit 25b is connected to the input terminal (+) of the comparator 25c.
  • the output terminal of the comparator 25c is connected to the gate of the transistor M2, the drain of the transistor M2 is connected to the anode of the diode Dz, and the source of the transistor M2 is connected to GND.
  • the control signal is a pulse signal (PWM (Pulse Width Modulation) signal) in which H level and L level are alternately repeated.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the control signal transmitted from the IPM controller 3 is input to the drive circuit 20-1 via the input terminal IN.
  • the control signal is at the H level
  • the gate voltage is applied to the IGBT 11 via the terminal g1, so that the IGBT 11 is turned on and the IGBT 11 becomes conductive.
  • the control signal is at the L level
  • the IGBT 11 is turned off and the IGBT 11 is turned off.
  • the current output from the current source 23 flows through the cathode of the temperature detection diode Dt in the same chip as the IGBT 11 through the terminal a1, flows through the cathode, and returns to the drive circuit 20-1 through the terminal a2. Input and flow to GND.
  • the voltage at the terminal a1 is the forward voltage of the temperature detection diode Dt (voltage drop when a current flows in the forward direction).
  • the forward voltage of the temperature detection diode Dt on the same chip as the IGBT 11 gradually decreases.
  • FIG. 4 is a diagram showing a temperature setting serving as a threshold value for overheat protection.
  • the vertical axis is voltage
  • the horizontal axis is temperature.
  • the overheat protection temperature Tr is, for example, 170 ⁇ 20 ° C.
  • the overheat protection function is driven, and when the temperature of the IGBT 11 is lower than the overheat protection temperature Tr, the overheat protection function is not driven.
  • the comparator 24 shown in FIG. 3 compares the forward voltage Vf with the reference voltage Vref0.
  • the comparator 24 When the reference voltage Vref0 is equal to or higher than the forward voltage Vf (Vf ⁇ Vref0), the comparator 24 outputs an H level signal.
  • the comparator 24 When the reference voltage Vref0 is less than the forward voltage Vf (Vref0 ⁇ Vf), the comparator 24 outputs an L level signal. Is output.
  • the comparator 24 when the temperature of the IGBT 11 becomes equal to or higher than the overheat protection temperature Tr, the comparator 24 outputs an H level signal, and when the temperature of the IGBT 11 is lower than the overheat protection temperature Tr, the comparator 24 outputs an L level signal.
  • the overheat protection When the overheat protection is activated when the temperature of the IGBT 11 is equal to or higher than the overheat protection temperature Tr, the output of the comparator 24 is input to the negative side input terminal of the logic element 21, so that an H level signal is output from the comparator 24.
  • the output of the logic element 21 is always L level regardless of the level of the control signal. Therefore, since the output of the pre-driver 22 is also fixed to the L level, the IGBT 11 that has been in an overheated state is turned off.
  • the output of the comparator 24 is connected to the gate of the transistor M1, the transistor M1 is turned on, and an alarm signal of L level (GND) indicating an overheat protection operation is output from the alarm terminal AL.
  • the overheat protection temperature Tr when the temperature of the IGBT 11 is lower than the overheat protection temperature Tr, the overheat protection does not operate. At this time, since the comparator 24 outputs an L level signal, the output of the logic element 21 outputs a level corresponding to the level of the control signal. Therefore, the control signal is applied to the gate of the IGBT 11 through the pre-driver 22 to drive the IGBT 11.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the level of the alarm signal and the level of the control signal when the temperature of the IGBT rises.
  • the graph k1 is the temperature of the IGBT 11.
  • Graph k2 is the level of the alarm signal (level of alarm terminal AL), and graph k3 is the level of the control signal (level of input terminal IN).
  • the transistor 11a in the IGBT circuit 10 shown in FIG. 3 is a current sensor for the current flowing through the IGBT 11, and outputs a current signal proportional to the current flowing through the IGBT 11.
  • the current signal output from the transistor 11a is input to the drive circuit 20-1 via the terminal b, and the voltage drops by the resistance value of the resistor R2, and the voltage signal at that time is input to the integrating circuit 25a.
  • the integrating circuit 25a performs waveform shaping by performing low-pass filtering of the input voltage signal.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of the integration circuit.
  • the integrating circuit 25a includes an operational amplifier 25a-1, a capacitor C11, and a resistor R11. Regarding the connection relationship of each element, the input terminal (+) of the operational amplifier 25a-1 is connected to the input terminal in1.
  • the input terminal in1 is connected to one end of the resistor R2 shown in FIG. 3, the terminal b of the drive circuit 20-1, and the emitter of the transistor 11a in the IGBT circuit 10.
  • the output terminal of the operational amplifier 25a-1 is connected to the output terminal out1 and one end of the capacitor C11.
  • the input terminal ( ⁇ ) of the operational amplifier 25a-1 is connected to the other end of the capacitor C11 and one end of the resistor R11, and the other end of the resistor R11 is connected to GND.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the threshold temperature setting circuit.
  • the threshold temperature setting circuit 25b includes comparators 25b-1, 25b-2, N-channel MOS transistors M11 to M13, inverters IC1, IC2, AND element IC3, reference voltage sources Vra, Vrb, and a reference voltage source group.
  • the reference voltage source group includes reference voltage sources Vr1 to Vr3.
  • the input terminal in2 is connected to the output terminal out1 of the integrating circuit 25a, the input terminal (+) of the comparator 25b-1, and the input terminal (+) of the comparator 25b-2.
  • the input terminal ( ⁇ ) of the comparator 25b-1 is connected to the positive terminal of the reference voltage source Vra, and the negative terminal of the reference voltage source Vra is connected to GND.
  • the input terminal ( ⁇ ) of the comparator 25b-2 is connected to the positive terminal of the reference voltage source Vrb, and the negative terminal of the reference voltage source Vrb is connected to GND.
  • the output terminal of the comparator 25b-1 is connected to the input terminal of the inverter IC1 and one input terminal i1 of the AND element IC3, and the output terminal of the inverter IC1 is connected to the gate of the transistor M11.
  • the output terminal of the comparator 25b-2 is connected to the input terminal of the inverter IC2 and the gate of the transistor M13, and the output terminal of the inverter IC2 is connected to the other input terminal i2 of the AND element IC3.
  • the output terminal of the AND element IC3 is connected to the gate of the transistor M12.
  • the source of the transistor M11 is connected to the positive terminal of the reference voltage source Vr1, and the negative terminal of the reference voltage source Vr1 is connected to GND.
  • the source of the transistor M12 is connected to the positive terminal of the reference voltage source Vr2, and the negative terminal of the reference voltage source Vr2 is connected to GND.
  • the source of the transistor M13 is connected to the positive terminal of the reference voltage source Vr3, and the negative terminal of the reference voltage source Vr3 is connected to GND.
  • the output terminal out2 is connected to the drains of the transistors M11, M12, and M13 and the input terminal (+) of the comparator 25c shown in FIG. Note that the reference voltage generated by the reference voltage source Vra is Vmin, the reference voltage generated by the reference voltage source Vrb is Vmax, and Vmin ⁇ Vmax.
  • the reference voltage generated by the reference voltage source Vr1 is Vref1
  • the reference voltage generated by the reference voltage source Vr2 is Vref2
  • the reference voltage generated by the reference voltage source Vr3 is Vref3, among which the reference voltage Vref1 is the lowest and the reference voltage It is assumed that the voltage Vref3 is the highest. That is, Vref3> Vref2> Vref1 (reference voltages Vref1 to Vref3 correspond to the second reference voltage).
  • the reference voltage source may be configured by two or four or more. Good (the number of reference voltage sources corresponding to the number of threshold temperatures to be set will be provided).
  • the comparator 25b-1 compares the voltage V0 of the signal s0 with the reference voltage Vmin of the reference voltage source Vra. When the voltage V0 is equal to or lower than the reference voltage Vmin (V0 ⁇ Vmin), the output signal of the comparator 25b-1 becomes L level.
  • the output signal of the comparator 25b-1 is input to the inverter IC1, the level of the output signal of the comparator 25b-1 is inverted by the inverter IC1. Therefore, the H level is applied to the gate of the transistor M11, and the transistor M11 is turned on.
  • the output signal of the comparator 25b-1 is also input to the input terminal i1 of the AND element IC3. Since the output signal of the comparator 25b-1 is L level, the output of the AND element IC3 becomes L level, and the transistor M12 is turned off.
  • the comparator 25b-2 compares the voltage V0 of the signal s0 with the reference voltage Vmax of the reference voltage source Vrb. Since the voltage V0 is less than the reference voltage Vmax (V0 ⁇ Vmin ⁇ Vmax), the output signal of the comparator 25b-2 becomes L level.
  • the comparator 25b-1 compares the voltage V0 of the signal s0 with the reference voltage Vmin of the reference voltage source Vra. When the voltage V0 exceeds the reference voltage Vmin (Vmin ⁇ V0), the output signal of the comparator 25b-1 becomes H level.
  • the comparator 25b-1 Since the output signal of the comparator 25b-1 is inverted by the inverter IC1, the L level is applied to the gate of the transistor M11, and the transistor M11 is turned off.
  • the comparator 25b-2 compares the voltage V0 of the signal s0 with the reference voltage Vmax of the reference voltage source Vrb. Since the voltage V0 is less than the reference voltage Vmax (V0 ⁇ Vmax), the output signal of the comparator 25b-2 becomes L level.
  • the output signal of the comparator 25b-2 is input to the inverter IC2, the level of the output signal of the comparator 25b-2 is inverted by the inverter IC2. Therefore, the H level is input to the input terminal i2 of the AND element IC3. Further, since the output signal of the comparator 25b-1 is at the H level, the H level is input to the input terminal i1 of the AND element IC3.
  • the output signal of the AND element IC3 becomes H level, and the output signal of the AND element IC3 is input to the gate of the transistor M12, so that the transistor M12 is turned on. Therefore, when Vmin ⁇ V0 ⁇ Vmax, the transistor M12 is turned on and the transistors M11 and M13 are turned off. For this reason, the reference voltage source Vr2 is conducted to the output terminal out2, and the voltage signal of the reference voltage Vref2 is output from the output terminal out2.
  • the comparator 25b-1 compares the voltage V0 of the signal s0 with the reference voltage Vmin of the reference voltage source Vra. When the voltage V0 exceeds the reference voltage Vmin (Vmin ⁇ Vmax ⁇ V0), the output signal of the comparator 25b-1 becomes H level.
  • the output signal of the comparator 25b-1 is input to the inverter IC1, and the level of the output signal of the comparator 25b-1 is inverted by the inverter IC1. Therefore, the L level is applied to the gate of the transistor M11, and the transistor M11 is turned off.
  • the comparator 25b-2 compares the voltage V0 of the signal s0 with the reference voltage Vmax of the reference voltage source Vrb. Since the voltage V0 is equal to or higher than the reference voltage Vmax (Vmax ⁇ V0), the output signal of the comparator 25b-2 becomes H level.
  • the output signal of the comparator 25b-2 is input to the inverter IC2, and the level of the output signal of the comparator 25b-2 is inverted by the inverter IC2, so that the L level is input to the input terminal i2 of the AND element IC3. To do.
  • the output signal of the AND element IC3 is at L level, the L level is applied to the gate of the transistor M12, so that the transistor M12 is turned off. Therefore, when Vmax ⁇ V0, the transistor M13 is turned on and the transistors M11 and M12 are turned off. Therefore, the reference voltage source Vr3 is conducted to the output terminal out2, and the voltage signal of the reference voltage Vref3 is output from the output terminal out2.
  • a reference voltage source having a higher reference voltage is selected from the reference voltage source group. That is, if the amount of current flowing through the IGBT 11 is large, the voltage V0 of the signal s0 also increases. Therefore, if Vmax ⁇ V0, the reference voltage source Vr3 having the highest reference voltage Vref3 is selected from the reference voltage sources Vr1 to Vr3. Yes.
  • FIG. 8 shows the operating state of the threshold temperature setting circuit.
  • Table 4 briefly summarizes the output level of the comparator, the level of the output terminal, and the switching relationship of the transistors described above for easy understanding.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating setting of the threshold temperature.
  • the vertical axis is voltage
  • the horizontal axis is temperature.
  • the intersection of the reference voltage Vref3 and the forward voltage Vf is a threshold temperature T1 when the warning alarm signal A1 is output.
  • intersection of the reference voltage Vref2 and the forward voltage Vf is a threshold temperature T2 when the warning alarm signal A2 is output. Furthermore, the intersection of the reference voltage Vref1 and the forward voltage Vf becomes a threshold temperature T3 when the warning alarm signal A3 is output.
  • the warning alarm signals A1 to A3 are not output (there is no overheating).
  • the warning alarm signal A1 is output to the IPM controller 3.
  • a notice warning signal A2 is output to the IPM controller 3.
  • a threshold temperature T3 > T2
  • a notice warning signal A3 is output to the IPM controller 3.
  • the one with the high reference voltage is selected, and as a result, the temperature of the IGBT 11 is increased. If it rises, you can get a warning early.
  • the output terminal out2 of the threshold temperature setting circuit 25b shown in FIG. 7 is connected to the input terminal (+) of the comparator 25c shown in FIG.
  • the comparator 25c compares one of the reference voltages Vref1 to Vref3 output from the threshold temperature setting circuit 25b with the forward voltage Vf.
  • the comparator 25c When the reference voltages Vref1 to Vref3 are equal to or higher than the forward voltage Vf (Vf ⁇ Vref1, Vref2, Vref3), the comparator 25c outputs an H level signal, and when the reference voltages Vref1 to Vref3 are less than the forward voltage Vf (Vref1, Vref2). , Vref3 ⁇ Vf), the comparator 25c outputs an L level signal.
  • the comparator 25c when the operating temperature of the IGBT 11 becomes equal to or higher than the threshold temperature T1, the comparator 25c outputs an H level signal, and when the temperature of the IGBT 11 is lower than the threshold temperature T1, the comparator 25c outputs an L level signal.
  • the warning alarm signal output control is activated.
  • the comparator 25c outputs an H level signal
  • the transistor M2 is turned on, and the voltage of the alarm terminal AL becomes the breakdown voltage of the Zener diode Dz. That is, the warning terminal AL outputs a warning signal having the breakdown voltage level of the Zener diode Dz.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the level of the warning warning signal and the level of the control signal when the temperature of the IGBT rises.
  • Graph k11 is the temperature of IGBT11.
  • the graph k12 is the level of the alarm terminal AL (the warning alarm signal and the level of the alarm signal), and the graph k13 is the level of the control signal (the level of the input terminal IN).
  • the IPM controller 3 when the IPM controller 3 receives the H level alarm signal, the IPM controller 3 recognizes that the overheat protection is stopped, and repeats the normal H level and L level to drive the IGBT 11 (first frequency). A control signal having a frequency).
  • the temperature of the IGBT 11 is equal to or higher than the threshold temperature T1 and lower than the overheat protection temperature Tr.
  • the level of the alarm terminal AL is a voltage level LV between VCC and GND (specifically, , The breakdown voltage value of the Zener diode Dz described above).
  • the IPM controller 3 When the IPM controller 3 receives the warning warning signal of the voltage level LV, the IPM controller 3 recognizes that it is a precursor stage where the overheat protection operation is performed, and lowers the pulse frequency of the control signal (the first lower than the first frequency) The frequency of the switching operation of the IGBT 11 is reduced. As a result, it is possible to avoid or delay a state where an alarm signal is generated, that is, a state where the operation of the IGBT 11 stops. Various measures can be taken while the operation of the IGBT 11 is delayed. The same effect can be obtained by changing the duty ratio of the control signal pulse so as to reduce the state where the frequency is the same and the IGBT 11 is turned on instead of lowering the pulse frequency of the control signal.
  • the IPM controller 3 when the IPM controller 3 receives an alarm signal of a certain level (L level), it recognizes that it is in the overheat protection operation state, fixes the control signal to L level, and stops the driving of the IGBT 11.
  • L level a certain level
  • the drive circuit 20-1 has a circuit configuration that outputs both an alarm signal and a warning alarm signal from an alarm terminal AL that is one output pin.
  • the alarm terminal AL is connected to the other end of the pull-up resistor R1, the drain of the transistor M1, and the cathode of the Zener diode Dz.
  • the drain of the transistor M2 is connected to the anode of the Zener diode Dz.
  • the transistor M1 is turned off (the transistor M2 is turned off), so that the alarm terminal AL becomes H level (VCC) (the alarm signal becomes H level). ).
  • the transistor M1 In the overheat protection operation state, the transistor M1 is turned on (the transistor M2 is turned off), so that the alarm terminal AL becomes L level (GND) (the alarm signal becomes L level). Further, in the precursor state of the overheat protection operation, since the transistor M2 is turned on (the transistor M1 is turned off), a voltage drop corresponding to the breakdown voltage of the Zener diode Dz occurs, and the alarm terminal AL becomes the breakdown voltage level of the Zener diode Dz ( The warning signal is the breakdown voltage level of the Zener diode Dz).
  • signals of three different levels are output from a single output pin, and the three states of the overheat protection stop state, the overheat protection operation state, and the overheat protection precursor state are output to the IPM controller 3 as the states of the IGBT circuit 10. It is configured to notify. Thereby, a plurality of state notifications can be performed from a single pin, and the circuit scale can be reduced.
  • the present technology it is possible to improve maintenance operability by outputting a warning signal that differs in time. For example, if the IPM control side receives the warning warning signal early, drive control corresponding to the current overheat state can be performed in a short time before the overheat protection operation occurs.
  • threshold temperatures only one threshold temperature may be set and a notice alarm corresponding to the threshold temperature may be issued. If only one threshold temperature is set, an alarm is issued and a warning warning is obtained before the operation of the semiconductor switch stops, so the operation speed of the semiconductor switch is slowed down, and preparations are made for the stop of the semiconductor switch. Etc. can be handled.
  • the warning alarm can be output using the same terminal as the alarm output terminal.
  • the signal level of the warning warning and the signal level of the warning can be different from each other.

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Abstract

　過熱状態に応じて予告警報の出力時間を変えて保守運用の向上を図る。　半導体装置（１－１）は、半導体スイッチ（１ａ）と、ドライブ回路（２）とを備え、ドライブ回路（２）は、過熱保護部（２ａ）と、予告警報制御部（２ｂ）とを含む。過熱保護部（２ａ）は、半導体スイッチ（１ａ）の温度を検出し、検出温度が過熱保護温度に達すると、半導体スイッチ（１ａ）の過熱保護を行う。予告警報制御部（２ｂ）は、過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定しており、設定した閾値温度に検出温度が達した場合には、過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する。

Description

半導体装置および温度警報出力方法
　本技術は、半導体装置および温度警報出力方法に関する。
　近年、絶縁ゲート型半導体素子（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）およびＩＧＢＴを駆動するドライブ回路等を内蔵したＩＰＭ（Intelligent Power Module）と呼ばれる半導体装置の開発が進んでいる。
　ＩＰＭは、電力変換を行うモジュールであり、例えば、ＡＣ（Alternating Current）サーボ、空調機器、エレベータなどの用途に広く利用されている。
　また、ＩＰＭは、保護機能を有しており、異常状態を検出した場合には、異常状態の回避および素子の保護を行う。例えば、過熱状態を検出すると、過熱状態を回避して素子の保護を行い、外部へ警報を出力する。
　従来技術としては、温度検出用ダイオードの順方向降下電圧をレギュレータに入力し、レギュレータ出力を外部端子に出力して、半導体スイッチの温度を常時監視する技術が提案されている（特許文献１）。
　また、半導体スイッチング素子のチップ温度が、正常値を上回る第１の所定値を超えたときは異常有りと判別し、チップ温度が正常値より大きく第１の所定値よりも小さい第２の所定値を超えたときに、予告警報を出力する技術が提案されている（特許文献２）。
特開２０１３－１８３５９５号公報 特開２０００－３４１９６０号公報
　ＩＰＭが内蔵する保護機能は、ＩＰＭ内の半導体素子を異常状態から保護して破壊を回避するものであり、ＩＰＭが異常を検出した場合には、ＩＧＢＴの駆動も停止している。
　このため、ＩＰＭの異常検出時には、内部素子の破壊は回避できるが、このような保護機能が働くことによって、ＩＧＢＴの駆動も停止されるので、ＩＧＢＴから電力供給を受けている装置が突然停止してしまうことが起こりうる。
　このため、従来技術（例えば、特許文献２）では、ＩＰＭの異常検出時には、ＩＧＢＴの駆動を停止する前に予告警報を出力することで、電力供給を受けている装置が突然停止するような現象が発生することを抑制している。
　しかし、従来技術では、予告警報信号を警報信号と同一の端子から出力するように構成してそれぞれの信号を信号幅に対応させているが、信号幅に対応する時間を経過しないといずれの信号であるか判別できないため判別に時間を要していた。
　また、異常発生の兆しがある場合に予告警報を出力していても、ＩＰＭの動作状態に応じて、予告警報を早めに出力したり、遅めに出力したりするという制御は行われていない。
　ＩＰＭの異常状態の緊急度が高ければ、予告警報も早く出力することが望まれるが、従来では、緊急度に関係なく予告警報を出力しているので、ＩＰＭをコントロールする側では、ＩＰＭに施すべき対応が遅れてしまう可能性がある。
　本技術はこのような点に鑑みてなされたものであり、過熱状態に応じて予告警報を迅速に発することができる半導体装置および温度警報出力方法を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、１つの案では、半導体スイッチ回路と、ドライブ回路とを有する半導体装置であって、前記半導体スイッチ回路は、半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有し、前記ドライブ回路は、前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を少なくとも１つ設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、前記過熱保護警報信号と前記予告警報信号はそれぞれ異なる信号レベルで同一の端子から出力されるよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有する半導体スイッチ回路を駆動するためのドライブ回路であって、前記ドライブ回路は、前記温度センサの出力を受けて前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うよう動作するとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、前記過熱保護警報信号と前記予告警報信号はそれぞれ異なる信号レベルで同一の端子から出力されるものであるよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、半導体スイッチ回路と、ドライブ回路とを有する半導体装置であって、前記半導体スイッチ回路は、半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有し、前記ドライブ回路は、前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を少なくとも１つ設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、前記過熱保護部は、前記温度センサの検出温度に対応する電圧と、前記過熱保護温度に対応させた第１の基準電圧とを比較し、前記第１の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護を行って前記過熱保護の動作状態を示す警報信号を出力し、前記予告警報制御部は、前記閾値温度に対応させた互いに異なる複数の第２の基準電圧を発生する基準電圧源群を有し、前記検出温度に対応する電圧と、前記第２の基準電圧とを比較し、前記第２の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護の動作前を示す前記予告警報信号を出力するよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有する半導体スイッチ回路を駆動するためのドライブ回路であって、前記ドライブ回路は、前記温度センサの出力を受けて前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うよう動作するとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、前記過熱保護部は、前記温度センサの検出温度に対応する電圧と、前記過熱保護温度に対応させた第１の基準電圧とを比較し、前記第１の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護を行って前記過熱保護の動作状態を示す警報信号を出力し、前記予告警報制御部は、前記閾値温度に対応させた互いに異なる複数の第２の基準電圧を発生する基準電圧源群を有し、前記検出温度に対応する電圧と、前記第２の基準電圧とを比較し、前記第２の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護の動作前を示す前記予告警報信号を出力するよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、前記過熱保護部は、前記半導体スイッチの近傍に位置する温度検出用ダイオードの順方向電圧と、前記過熱保護温度に対応させた第１の基準電圧とを比較し、前記第１の基準電圧が前記順方向電圧以上の場合には、前記過熱保護を行って前記過熱保護の動作状態を示す警報信号を出力し、前記予告警報制御部は、前記閾値温度に対応させた互いに異なる複数の第２の基準電圧を発生する基準電圧源群を有し、前記順方向電圧と、前記第２の基準電圧とを比較し、前記第２の基準電圧が前記順方向電圧以上の場合には、前記過熱保護の動作前を示す前記予告警報信号を出力するよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、前記予告警報制御部は、前記半導体スイッチに流れる電流量が大きいほど、前記第２の基準電圧が高い基準電圧源を前記基準電圧源群の中から選択するよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、前記ドライブ回路に接続し、前記ドライブ回路に制御信号を送信して、前記半導体スイッチの駆動指示を行う制御装置をさらに有し、前記制御装置は、前記過熱保護警報信号と前記予告警報信号が出力される端子の信号レベルに対応して前記制御信号の周波数を送信するよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、前記予告警報制御部は、前記予告警報信号の出力端にツェナーダイオードが接続され、前記ツェナーダイオードの降伏電圧を、前記予告警報信号のレベルとして出力するよう半導体装置が構成される。
　また１つの案では、半導体スイッチの温度上昇を検出して警報を出力する温度警報出力方法において、前記半導体スイッチの温度を検出し、検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うとともに過熱保護警報信号を発し、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を前記過熱保護警報信号と同一の端子から前記予告警報信号及び前記過熱警報信号それぞれに対応する信号レベルで出力するよう半導体装置が構成される。
　過熱状態に応じて予告警報の出力時間を変えて保守運用性の向上を図ることが可能になる。
　本発明の上記および他の目的、特徴および利点は本発明の例として好ましい実施の形態を表す添付の図面と関連した以下の説明により明らかになるであろう。
半導体装置の構成例及びその動作状態を示す図である。（ａ）は構成例を示し、（ｂ）はその動作状態を示す。 ＩＰＭの全体構成例を示す図である。 ドライブ回路の構成例を示す図である。 過熱保護を行うための閾値となる温度設定を示す図である。 ＩＧＢＴの温度上昇時における警報信号のレベルおよび制御信号のレベルの関係を示す図である。 積分回路の構成例を示す図である。 閾値温度設定回路の構成例を示す図である。 閾値温度設定回路の動作状態を示す図である。 閾値温度の設定を示す図である。 ＩＧＢＴの温度上昇時における予告警報信号のレベルおよび制御信号のレベルの関係を示す図である。
　以下、実施の形態を図面を参照して説明する。なお、本明細書および図面において実質的に同一の機能を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する場合がある。
　（第１の実施の形態）
　図１（ａ）は半導体装置の構成例を示す図である。第１の実施の形態の半導体装置１－１は、温度センサ１ｂを含む半導体スイッチ１ａと、ドライブ回路２とを備え、ドライブ回路２は、過熱保護部２ａと、予告警報制御部２ｂと、駆動回路２ｄを含む。
　過熱保護部２ａは、半導体スイッチ１ａの温度を検出し、検出温度が過熱保護温度に達すると、半導体スイッチ１ａの過熱保護を行う。
　予告警報制御部２ｂは、過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定する。そして、予告警報制御部２ｂは、選択した閾値温度に検出温度が達した場合には、過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する。
　予告警報信号とは、半導体スイッチ１ａが過熱保護状態になる前に、半導体スイッチ１ａが過熱している状態を前もって外部に通知するための信号である（過熱保護動作の前兆を通知する信号である）。駆動回路２ｄは、制御信号にもとづき半導体スイッチ１ａを駆動制御する。信号合成部２ｃは、外部出力するための信号を合成出力する。
　図１（ｂ）に示すグラフは、半導体スイッチ１ａの温度Ｔｈであり、時間経過に伴って温度が上昇している様子を示している。このとき、半導体スイッチ１ａの温度Ｔｈが過熱保護温度Ｔｒに達すると、過熱保護部２ａは、過熱保護機能を駆動して過熱保護動作状態となり、半導体スイッチ１ａは過熱から保護される。
　ここで、半導体スイッチ１ａに流れる電流量ＩをＩ１、Ｉ２、Ｉ３とし、Ｉ１＜Ｉ２＜Ｉ３とする。また、電流量Ｉ１のときの半導体スイッチ１ａの温度をＴ１とし（閾値温度Ｔ１）、電流量Ｉ２のときの半導体スイッチ１ａの温度をＴ２とし（閾値温度Ｔ２）、電流量Ｉ３のときの半導体スイッチ１ａの温度をＴ３とする（閾値温度Ｔ３）。
　半導体スイッチ１ａに流れる電流量が大きい程、半導体スイッチ１ａの動作温度も高くなるので、温度Ｔｒ、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３＜Ｔｒとなる。
　このような状態で、予告警報制御部２ｂは、半導体スイッチ１ａに流れる電流量Ｉにもとづいて閾値温度を選択し、予告警報信号を出力する。
　例えば、半導体スイッチ１ａに流れる電流量Ｉのモニタにより、電流量Ｉが電流量Ｉ１に達したことを認識した場合は、閾値温度Ｔ１を選択し、半導体スイッチ１ａの温度Ｔｈが過熱保護温度Ｔｒに達する前に、閾値温度Ｔ１の時点で予告警報信号Ａ１を出力する。
　また、半導体スイッチ１ａに流れる電流量Ｉのモニタにより、電流量Ｉが電流量Ｉ２に達したことを認識した場合は、閾値温度Ｔ２を選択し、半導体スイッチ１ａの温度Ｔｈが過熱保護温度Ｔｒに達する前に、閾値温度Ｔ２の時点で予告警報信号Ａ２を出力する。
　さらに、半導体スイッチ１ａに流れる電流量Ｉのモニタにより、電流量Ｉが電流量Ｉ３に達したことを認識した場合は、閾値温度Ｔ３を選択し、半導体スイッチ１ａの温度Ｔｈが過熱保護温度Ｔｒに達する前に、閾値温度Ｔ３の時点で予告警報信号Ａ３を出力する。
　なお、予告警報信号Ａ１～Ａ３は、同一レベルの信号であるが、上記のように、半導体スイッチ１ａに流れる電流量、すなわち、半導体スイッチ１ａの温度に応じて、出力される時間が異なるものである。
　このように、半導体装置１－１では、過熱保護温度よりも低く、互いに値が異なる複数の閾値温度を設定し、半導体スイッチ１ａに流れる電流量に応じて閾値温度を選択して、選択した閾値温度に検出温度が達すると、過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する構成とした。
　これにより、半導体スイッチ１ａの過熱状態に応じて、時間的に異なる予告警報信号を出力することができる。したがって、半導体スイッチ１ａの過熱状態に応じて、予告警報信号を早めに出力したり、遅めに出力したりすることができるので、保守運用性の向上を図ることが可能になる。
　なお、本技術では、閾値温度は少なくとも２つ設定することになる。上記では閾値温度を３つ設定する場合について説明したが、２つまたは４つ以上設定してしてもよい。
　さらに、上述の説明では、閾値温度は少なくとも２つ設定する場合を説明したが、閾値温度を１つだけ設定しその閾値温度に対応する予告警報を発するよう構成しても良い。閾値温度を１つだけ設定した場合は、警報が発せられて半導体スイッチの動作が停止する前に予告警報を得られるので半導体スイッチの動作速度を遅くする、半導体スイッチの停止に備えて準備をするなどの対応をすることができる。
　また、予告警報は警報を出力する端子と同一の端子を用いて出力することもできる。この場合、予告警報の信号レベルと警報の信号レベルを異なる信号レベルとすることができる。このように予告警報と警報を同一の端子から異なる信号レベルで出力することで、端子数の増加を防ぐことができ、また予告警報と警報を信号幅で区分して同じ端子から出力する場合に比べどちらの信号であるかの判別を早く行うことができる。
　さらに、以上述べた内容は、半導体スイッチを除いた温度センサを備えた半導体スイッチに適用するドライブ回路単体としても実施することができ、同様の効果を持つ。
　（第２の実施の形態）
　次に本技術の半導体装置をＩＰＭに適用した場合について以降詳しく説明する。図２はＩＰＭの全体構成例を示す図である。ＩＰＭ１－２は、ＩＧＢＴ回路１０と、ドライブ回路２０－１～２０－６とを備える。
　ＩＰＭ１－２は、ＤＣ／ＡＣ（Direct Current／Alternating Current）変換を行って、負荷に電力を供給する３相インバータの例を示している。
　なお、ＩＧＢＴ回路１０は、図１の半導体スイッチ１ａの構成を有する。また、ドライブ回路２０－１～２０－６のそれぞれは、図１のドライブ回路２の機能を有する。
　ＩＧＢＴ回路１０には、高電圧の母線Ｌ１と、ＧＮＤの母線Ｌ２との間に、半導体スイッチ１ａであるＩＧＢＴ１１～１６と、ダイオードＤ１～Ｄ６とが配置されている。また、ＩＧＢＴ１１～１６には、ＩＧＢＴ１１～１６の駆動用のドライブ回路２０－１～２０－６が接続されている。
　ＩＧＢＴ回路１０の出力端子ＯＵＴ１～ＯＵＴ３には、図示しない負荷が接続され、ＩＧＢＴ回路１０は、母線Ｌ１を流れる直流高電圧（例えば、６００Ｖ）を３相交流に変換して、交流線Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃを通じて負荷に交流を供給する。
　また、ＩＧＢＴ回路１０では、モータ等の誘導性負荷の電流をオン／オフすることで負荷を駆動するので、負荷電流を還流させるために、ＩＧＢＴ１１～１６に対して、ＦＷＤ（Free Wheel Diode）であるダイオードＤ１～Ｄ６が接続されている。
　すなわち、ＩＧＢＴ１１～１６がオフになる瞬間、モータ等の誘導性負荷からは逆起電力が発生するので、ＩＧＢＴ１１～１６それぞれに対して、ダイオードＤ１～Ｄ６を逆並列に接続して、このときの負荷電流を還流させている。
　一方、ＩＧＢＴ１１～１６には、同一チップ上に温度検出用ダイオードと電流センサが搭載されている。図２に示す点線枠では、ＩＧＢＴ１１、温度検出用ダイオードＤｔおよび電流センサ１１ａが、同一チップ上に搭載されている状態を示しているが、他のＩＧＢＴも同様の構成である。なお、ドライブ回路２０－１～２０－６の内部構成についても、基本的に同じ構成になっている。
　ＩＧＢＴ回路１０の各素子の接続関係について説明する。ＩＧＢＴ１１のゲートは、ドライブ回路２０－１の端子ｇ１と、電流センサ１１ａの一端と接続し、ＩＧＢＴ１２のゲートは、ドライブ回路２０－２の端子ｇ２に接続する。
　同様にして、ＩＧＢＴ１３のゲートは、ドライブ回路２０－３の端子ｇ３に接続し、ＩＧＢＴ１４のゲートは、ドライブ回路２０－４の端子ｇ４に接続する。また、ＩＧＢＴ１５のゲートは、ドライブ回路２０－５の端子ｇ５に接続し、ＩＧＢＴ１６のゲートは、ドライブ回路２０－６の端子ｇ６に接続する。
　ＩＧＢＴ１２のコレクタは、ダイオードＤ２、Ｄ４、Ｄ６のカソードと、ＩＧＢＴ１４、１６のコレクタと、母線Ｌ１と接続する。
　ＩＧＢＴ１２のエミッタは、ドライブ回路２０－２の端子ｃ２と、ダイオードＤ２のアノードと、ＩＧＢＴ１１のコレクタと、ダイオードＤ１のカソードと、電流センサ１１ａの他端と、出力端子ＯＵＴ１とが、交流線Ｌａを通じて接続する。
　ＩＧＢＴ１４のエミッタは、ダイオードＤ４のアノードと、ＩＧＢＴ１３のコレクタと、ダイオードＤ３のカソードと、出力端子ＯＵＴ２とが、交流線Ｌｂを通じて接続する。
　ＩＧＢＴ１６のエミッタは、ダイオードＤ６のアノードと、ＩＧＢＴ１５のコレクタと、ダイオードＤ５のカソードと、出力端子ＯＵＴ３とが、交流線Ｌｃを通じて接続する。
　ＩＧＢＴ１１のエミッタは、ドライブ回路２０－１の端子ｃ１と、ダイオードＤ１、Ｄ３、Ｄ５のアノードと、トランジスタ１３、１５のエミッタと、母線Ｌ２と接続する。また、ドライブ回路２０－１の端子ｃ１は、ＧＮＤに接続する。
　電流センサ１１ａの出力端は、ドライブ回路２０－１の端子ｂに接続し、ダイオードＤｔのアノードは、ドライブ回路２０－１の端子ａ１に接続し、ダイオードＤｔのカソードは、ドライブ回路２０－１の端子ａ２に接続する。
　図３はドライブ回路の構成例を示す図である。ドライブ回路２０－１～２０－６は同じ基本回路構成なので、以降では、ＩＧＢＴ１１に接続するドライブ回路２０－１について説明する。
　なお、図２で示した電流センサ１１ａとして、トランジスタを使用している（トランジスタ１１ａとする）。トランジスタ１１ａのゲートは、ドライブ回路２０－１の端子ｇ１と、ＩＧＢＴ１１のゲートと接続する。
　トランジスタ１１ａのコレクタは、ダイオードＤ２のアノードと、ＩＧＢＴ１２のエミッタと、ＩＧＢＴ１１のコレクタと、ダイオードＤ１のカソードと、出力端子ＯＵＴ１とが、交流線Ｌａを通じて接続する。トランジスタ１１ａのエミッタは、ドライブ回路２０－１の端子ｂに接続する。
　ドライブ回路２０－１には、ＩＧＢＴ回路１０の駆動指示を与えるＩＰＭコントローラ３（制御装置）が接続される（ＩＰＭコントローラ３は、図２に示したドライブ回路２０－２～２０－６に対しても接続される）。なお、ＩＰＭコントローラ３は、管理者が保守運用するための制御室につながれており、例えば、制御室からの指示にもとづきＩＰＭの制御が行われる。
　ドライブ回路２０－１は、論理素子２１、プリドライバ２２、電流源（定電流源）２３、コンパレータ２４、予告警報制御回路２５、抵抗Ｒ１、トランジスタＭ１および基準電圧源Ｖｒ０を備える。
　予告警報制御回路２５は、ツェナーダイオードＤｚ（以下、単にダイオードＤｚとも呼ぶ）及びトランジスタＭ２から構成される信号合成部２５ｄ、抵抗Ｒ２、積分回路２５ａ、閾値温度設定回路２５ｂおよびコンパレータ２５ｃを含む。トランジスタＭ１、Ｍ２には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）を使用している例を示している。
　ドライブ回路２０－１の警報端子ＡＬからは、警報信号または予告警報信号が出力される。なお、警報信号は、過熱保護時または過熱保護停止時に出力される信号である。ドライブ回路２０－１の回路構成では、警報信号がＬレベル（第２の電圧レベル）の場合は、過熱保護が動作している状態を示し、警報信号がＨレベル（第１の電圧レベル）の場合は、過熱保護が停止している状態を示す。
　予告警報制御回路２５は、ＩＧＢＴ１１の過熱動作の兆しがある場合に、予告警報信号を出力させる。この場合、ＩＧＢＴ１１の過熱状態に応じて、予告警報信号を出力する時間を可変させる制御を行う。
　次にドライブ回路２０－１内の各素子の接続関係について説明する。抵抗Ｒ１の一端は、ドライブ回路２０－１の電源電圧ＶＣＣ（例えば、１５Ｖ）に接続し、抵抗Ｒ１の他端は、ドライブ回路２０－１の警報端子ＡＬ、ダイオードＤｚのカソードおよびトランジスタＭ１のドレインに接続する。
　トランジスタＭ１のソースは、ＧＮＤに接続し、トランジスタＭ１のゲートは、論理素子２１の負側入力端子と、コンパレータ２４の出力端子と接続する。
　ドライブ回路２０－１の入力端子ＩＮは、論理素子２１の正側入力端子と接続し、論理素子２１の出力端子は、プリドライバ２２の入力端子に接続する。プリドライバ２２の出力端子は、ドライブ回路２０－１の端子ｇ１に接続する。
　コンパレータ２４の入力端子（－）は、電流源２３の出力端、コンパレータ２５ｃの入力端子（－）およびドライブ回路２０－１の端子ａ１に接続する。コンパレータ２４の入力端子（＋）は、基準電圧源Ｖｒ０の正極端子に接続し、基準電圧源Ｖｒ０の負極端子は、ＧＮＤと、ドライブ回路２０－１の端子ａ２と接続する。
　ドライブ回路２０－１の端子ｂは、抵抗Ｒ２の一端および積分回路２５ａの入力端に接続し、抵抗Ｒ２の他端はＧＮＤに接続する。
　積分回路２５ａの出力端は、閾値温度設定回路２５ｂの入力端に接続し、閾値温度設定回路２５ｂの出力端は、コンパレータ２５ｃの入力端子（＋）に接続する。コンパレータ２５ｃの出力端子は、トランジスタＭ２のゲートに接続し、トランジスタＭ２のドレインは、ダイオードＤｚのアノードに接続し、トランジスタＭ２のソースはＧＮＤに接続する。
　次にドライブ回路２０－１の動作について説明する。通常運用時において、上位のＩＰＭコントローラ３から制御信号が送信される。制御信号は、ＨレベルとＬレベルとが交互に繰り返すパルス信号（ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号）である。
　ＩＰＭコントローラ３から送信された制御信号は、入力端子ＩＮを介して、ドライブ回路２０－１に入力される。制御信号がＨレベルの場合、端子ｇ１を介して、ゲート電圧がＩＧＢＴ１１に印加されるので、ＩＧＢＴ１１がオンし、ＩＧＢＴ１１は導通状態になる。また、制御信号がＬレベルの場合は、ＩＧＢＴ１１はオフし、ＩＧＢＴ１１は非導通状態になる。
　次に過熱保護機能について説明する。電流源２３から出力される電流は、端子ａ１を介して、ＩＧＢＴ１１と同一チップ内にある温度検出用ダイオードＤｔのアノードを通ってカソードを流れ、端子ａ２を介して、ドライブ回路２０－１に再度入力してＧＮＤに流れる。
　端子ａ１の電圧は、温度検出用ダイオードＤｔの順方向電圧（順方向に電流を流したときの電圧降下）となる。ＩＧＢＴ１１の温度が上昇すると、ＩＧＢＴ１１と同一チップ上にある温度検出用ダイオードＤｔの順方向電圧は、徐々に低下する。
　図４は過熱保護を行うための閾値となる温度設定を示す図である。縦軸は電圧、横軸は温度である。ＩＧＢＴ１１の温度が上昇すると、ＩＧＢＴ１１の近傍に位置する温度検出用ダイオードＤｔの順方向電圧Ｖｆは、ＩＧＢＴ１１の温度上昇に伴い、徐々に低下する特性を有している。
　また、図３の基準電圧源Ｖｒ０が発生する電圧を基準電圧Ｖｒｅｆ０（第１の基準電圧）とすると、基準電圧Ｖｒｅｆ０と、順方向電圧Ｖｆとの交点に位置する温度Ｔｒ（過熱保護温度Ｔｒ）は、過熱保護を実行する際の閾値となる。過熱保護温度Ｔｒは、例えば、１７０±２０℃である。
　したがって、ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ以上になると、過熱保護機能が駆動し、ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ未満の場合は、過熱保護機能は非駆動となる。
　一方、図３に示すコンパレータ２４は、順方向電圧Ｖｆと、基準電圧Ｖｒｅｆ０との比較を行う。基準電圧Ｖｒｅｆ０が順方向電圧Ｖｆ以上の場合（Ｖｆ≦Ｖｒｅｆ０）、コンパレータ２４はＨレベル信号を出力し、基準電圧Ｖｒｅｆ０が順方向電圧Ｖｆ未満の場合（Ｖｒｅｆ０＜Ｖｆ）、コンパレータ２４はＬレベル信号を出力する。
　したがって、ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ以上になると、コンパレータ２４はＨレベル信号を出力し、ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ未満の場合は、コンパレータ２４はＬレベル信号を出力することになる。
　ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ以上で過熱保護が動作する場合、コンパレータ２４の出力は、論理素子２１の負側入力端子に入力しているので、コンパレータ２４からＨレベル信号が出力されることにより、論理素子２１の出力は、制御信号のレベルにかかわらず常にＬレベルとなる。したがって、プリドライバ２２の出力もＬレベルに固定されるので、過熱状態であったＩＧＢＴ１１はオフされる。
　また、コンパレータ２４の出力は、トランジスタＭ１のゲートに接続しているため、トランジスタＭ１はオンし、警報端子ＡＬからは、過熱保護動作を意味するＬレベル（ＧＮＤ）の警報信号が出力される。
　一方、ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ未満の場合、過熱保護は動作しない。このとき、コンパレータ２４は、Ｌレベル信号を出力するので、論理素子２１の出力は、制御信号のレベルに応じたレベルを出力する。したがって、プリドライバ２２を通じて、制御信号がＩＧＢＴ１１のゲートに印加されて、ＩＧＢＴ１１が駆動することになる。
　また、コンパレータ２４からのＬレベル信号が、トランジスタＭ１のゲートに入力するので、トランジスタＭ１はオフし、警報端子ＡＬからは、過熱保護停止を意味するＨレベル（ＶＣＣ）の警報信号が出力される。
　次にＩＧＢＴ１１の温度上昇時における、警報信号のレベルと、制御信号のレベルの関係について説明する。
　図５はＩＧＢＴの温度上昇時における警報信号のレベルおよび制御信号のレベルの関係を示す図である。グラフｋ１は、ＩＧＢＴ１１の温度である。グラフｋ２は、警報信号のレベル（警報端子ＡＬのレベル）であり、グラフｋ３は、制御信号のレベル（入力端子ＩＮのレベル）である。
　〔時間帯ｔ１〕ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ未満の場合である。このとき、過熱保護停止状態であるから、警報信号のレベルは、Ｈレベル（ＶＣＣ）となる。
　また、図３に示すＩＰＭコントローラ３は、Ｈレベルの警報信号を受信すると、過熱保護停止状態であることを認識して、ＩＧＢＴ１１を駆動するための通常の制御信号（パルス波形）を出力する。
　〔時間帯ｔ２〕ＩＧＢＴ１１の温度が過熱保護温度Ｔｒ以上の場合である。このとき、過熱保護動作状態であるから、警報信号のレベルは、Ｌレベル（ＧＮＤ）となる。
　また、ＩＰＭコントローラ３は、Ｌレベルの警報信号を受信すると、過熱保護動作状態であることを認識して、制御信号をＬレベルに固定し、ＩＧＢＴ１１の駆動を停止させる。
　次に予告警報制御回路２５について説明する。まず、図３に示すＩＧＢＴ回路１０内のトランジスタ１１ａは、ＩＧＢＴ１１を流れる電流の電流センサであり、ＩＧＢＴ１１に流れる電流に比例した電流信号を出力する。
　トランジスタ１１ａから出力される電流信号は、端子ｂを介してドライブ回路２０－１に入力し、抵抗Ｒ２の抵抗値分だけ電圧降下し、そのときの電圧信号が積分回路２５ａに入力する。積分回路２５ａは、入力した電圧信号のローパスフィルタリングを行って波形整形を行う。
　図６は積分回路の構成例を示す図である。積分回路２５ａは、演算増幅器２５ａ－１、コンデンサＣ１１、抵抗Ｒ１１を含む。
　各素子の接続関係について、演算増幅器２５ａ－１の入力端子（＋）は、入力端子ｉｎ１に接続する。入力端子ｉｎ１は、図３に示す抵抗Ｒ２の一端、ドライブ回路２０－１の端子ｂおよびＩＧＢＴ回路１０内のトランジスタ１１ａのエミッタに接続する。
　演算増幅器２５ａ－１の出力端子は、出力端子ｏｕｔ１と、コンデンサＣ１１の一端と接続する。演算増幅器２５ａ－１の入力端子（－）は、コンデンサＣ１１の他端と、抵抗Ｒ１１の一端と接続し、抵抗Ｒ１１の他端はＧＮＤに接続する。
　積分回路２５ａの出力端子ｏｕｔ１からは、ＩＧＢＴ１１の電流量に比例した波形整形後の電圧信号が出力され、閾値温度設定回路２５ｂに送信される。
　図７は閾値温度設定回路の構成例を示す図である。閾値温度設定回路２５ｂは、コンパレータ２５ｂ－１、２５ｂ－２、ＮチャネルＭＯＳのトランジスタＭ１１～Ｍ１３、インバータＩＣ１、ＩＣ２、ＡＮＤ素子ＩＣ３、基準電圧源Ｖｒａ、Ｖｒｂおよび基準電圧源群を備える。基準電圧源群は、基準電圧源Ｖｒ１～Ｖｒ３を含む。
　各素子の接続関係について、入力端子ｉｎ２は、積分回路２５ａの出力端子ｏｕｔ１、コンパレータ２５ｂ－１の入力端子（＋）およびコンパレータ２５ｂ－２の入力端子（＋）に接続する。コンパレータ２５ｂ－１の入力端子（－）は、基準電圧源Ｖｒａの正極端子に接続し、基準電圧源Ｖｒａの負極端子はＧＮＤに接続する。
　コンパレータ２５ｂ－２の入力端子（－）は、基準電圧源Ｖｒｂの正極端子に接続し、基準電圧源Ｖｒｂの負極端子はＧＮＤに接続する。
　コンパレータ２５ｂ－１の出力端子は、インバータＩＣ１の入力端子と、ＡＮＤ素子ＩＣ３の一方の入力端子ｉ１と接続し、インバータＩＣ１の出力端子は、トランジスタＭ１１のゲートに接続する。
　コンパレータ２５ｂ－２の出力端子は、インバータＩＣ２の入力端子と、トランジスタＭ１３のゲートと接続し、インバータＩＣ２の出力端子は、ＡＮＤ素子ＩＣ３の他方の入力端子ｉ２に接続する。また、ＡＮＤ素子ＩＣ３の出力端子は、トランジスタＭ１２のゲートに接続する。
　トランジスタＭ１１のソースは、基準電圧源Ｖｒ１の正極端子に接続し、基準電圧源Ｖｒ１の負極端子はＧＮＤに接続する。トランジスタＭ１２のソースは、基準電圧源Ｖｒ２の正極端子に接続し、基準電圧源Ｖｒ２の負極端子はＧＮＤに接続する。トランジスタＭ１３のソースは、基準電圧源Ｖｒ３の正極端子に接続し、基準電圧源Ｖｒ３の負極端子はＧＮＤに接続する。
　出力端子ｏｕｔ２は、トランジスタＭ１１、Ｍ１２、Ｍ１３のドレインと、図３に示すコンパレータ２５ｃの入力端子（＋）と接続する。
　なお、基準電圧源Ｖｒａが発生する基準電圧をＶｍｉｎ、基準電圧源Ｖｒｂが発生する基準電圧をＶｍａｘとし、Ｖｍｉｎ＜Ｖｍａｘとする。
　また、基準電圧源Ｖｒ１が発生する基準電圧をＶｒｅｆ１、基準電圧源Ｖｒ２が発生する基準電圧をＶｒｅｆ２、基準電圧源Ｖｒ３が発生する基準電圧をＶｒｅｆ３とし、この中で基準電圧Ｖｒｅｆ１が最も低く、基準電圧Ｖｒｅｆ３が最も高いものとする。すなわち、Ｖｒｅｆ３＞Ｖｒｅｆ２＞Ｖｒｅｆ１とする（基準電圧Ｖｒｅｆ１～Ｖｒｅｆ３は、第２の基準電圧に相当する）。
　なお、図７の構成では、基準電圧源群として、３つの基準電圧源Ｖｒ１、Ｖｒ２、Ｖｒ３を含む構成例を示しているが、基準電圧源を２つ、または４つ以上で構成してもよい（設定すべき閾値温度の数に対応した数の基準電圧源が設けられることになる）。
　ここで、積分回路２５ａから出力された電圧信号を信号ｓ０とし、信号ｓ０の電圧レベルをＶ０として、閾値温度設定回路２５ｂの動作について以下説明する。
　〔Ｖ０≦Ｖｍｉｎの場合〕
　コンパレータ２５ｂ－１は、信号ｓ０の電圧Ｖ０と、基準電圧源Ｖｒａの基準電圧Ｖｍｉｎとを比較する。電圧Ｖ０が基準電圧Ｖｍｉｎ以下の場合（Ｖ０≦Ｖｍｉｎ）、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号はＬレベルとなる。
　コンパレータ２５ｂ－１の出力信号は、インバータＩＣ１に入力するので、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号のレベルは、インバータＩＣ１によって反転される。したがって、トランジスタＭ１１のゲートにはＨレベルが印加し、トランジスタＭ１１はオンする。
　また、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号は、ＡＮＤ素子ＩＣ３の入力端子ｉ１にも入力している。コンパレータ２５ｂ－１の出力信号はＬレベルなので、ＡＮＤ素子ＩＣ３の出力はＬレベルとなり、トランジスタＭ１２はオフする。
　一方、コンパレータ２５ｂ－２は、信号ｓ０の電圧Ｖ０と、基準電圧源Ｖｒｂの基準電圧Ｖｍａｘとを比較する。電圧Ｖ０は、基準電圧Ｖｍａｘ未満であるから（Ｖ０≦Ｖｍｉｎ＜Ｖｍａｘ）、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号はＬレベルとなる。
　コンパレータ２５ｂ－２の出力信号は、トランジスタＭ１３のゲートに入力しているので、トランジスタＭ１３のゲートにはＬレベルが印加し、トランジスタＭ１３はオフする。
　したがって、Ｖ０≦Ｖｍｉｎの場合は、トランジスタＭ１１はオンし、トランジスタＭ１２、Ｍ１３はオフする。このため、出力端子ｏｕｔ２には、基準電圧源Ｖｒ１が導通し、出力端子ｏｕｔ２からは基準電圧Ｖｒｅｆ１の電圧信号が出力される。
　〔Ｖｍｉｎ＜Ｖ０＜Ｖｍａｘの場合〕
　コンパレータ２５ｂ－１は、信号ｓ０の電圧Ｖ０と、基準電圧源Ｖｒａの基準電圧Ｖｍｉｎとを比較する。電圧Ｖ０が基準電圧Ｖｍｉｎを超える場合（Ｖｍｉｎ＜Ｖ０）、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号はＨレベルとなる。
　コンパレータ２５ｂ－１の出力信号は、インバータＩＣ１によって反転されるので、トランジスタＭ１１のゲートにはＬレベルが印加し、トランジスタＭ１１はオフする。
　また、コンパレータ２５ｂ－２は、信号ｓ０の電圧Ｖ０と、基準電圧源Ｖｒｂの基準電圧Ｖｍａｘとを比較する。電圧Ｖ０は、基準電圧Ｖｍａｘ未満であるから（Ｖ０＜Ｖｍａｘ）、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号はＬレベルとなる。
　コンパレータ２５ｂ－２の出力信号は、トランジスタＭ１３のゲートに入力しているので、トランジスタＭ１３のゲートにはＬレベルが印加し、トランジスタＭ１３はオフする。
　一方、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号は、インバータＩＣ２に入力するので、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号のレベルは、インバータＩＣ２によって反転される。よって、ＡＮＤ素子ＩＣ３の入力端子ｉ２には、Ｈレベルが入力する。また、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号は、Ｈレベルなので、ＡＮＤ素子ＩＣ３の入力端子ｉ１には、Ｈレベルが入力する。
　よって、ＡＮＤ素子ＩＣ３の出力信号はＨレベルとなり、ＡＮＤ素子ＩＣ３の出力信号は、トランジスタＭ１２のゲートに入力しているので、トランジスタＭ１２はオンする。
　したがって、Ｖｍｉｎ＜Ｖ０＜Ｖｍａｘの場合は、トランジスタＭ１２はオンし、トランジスタＭ１１、Ｍ１３はオフする。このため、出力端子ｏｕｔ２には、基準電圧源Ｖｒ２が導通し、出力端子ｏｕｔ２からは基準電圧Ｖｒｅｆ２の電圧信号が出力される。
　〔Ｖｍａｘ≦Ｖ０の場合〕
　コンパレータ２５ｂ－１は、信号ｓ０の電圧Ｖ０と、基準電圧源Ｖｒａの基準電圧Ｖｍｉｎとを比較する。電圧Ｖ０が基準電圧Ｖｍｉｎを超える場合（Ｖｍｉｎ＜Ｖｍａｘ≦Ｖ０）、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号はＨレベルとなる。
　コンパレータ２５ｂ－１の出力信号は、インバータＩＣ１に入力し、コンパレータ２５ｂ－１の出力信号のレベルは、インバータＩＣ１によって反転される。したがって、トランジスタＭ１１のゲートにはＬレベルが印加し、トランジスタＭ１１はオフする。
　また、コンパレータ２５ｂ－２は、信号ｓ０の電圧Ｖ０と、基準電圧源Ｖｒｂの基準電圧Ｖｍａｘとを比較する。電圧Ｖ０は、基準電圧Ｖｍａｘ以上であるから（Ｖｍａｘ≦Ｖ０）、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号はＨレベルとなる。
　コンパレータ２５ｂ－２の出力信号は、トランジスタＭ１３のゲートに入力しているので、トランジスタＭ１３のゲートにはＨレベルが印加し、トランジスタＭ１３はオンする。
　一方、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号は、インバータＩＣ２に入力し、コンパレータ２５ｂ－２の出力信号のレベルは、インバータＩＣ２によって反転されるので、ＡＮＤ素子ＩＣ３の入力端子ｉ２には、Ｌレベルが入力する。
　よって、ＡＮＤ素子ＩＣ３の出力信号は、Ｌレベルとなるので、トランジスタＭ１２のゲートにはＬレベルが印加するため、トランジスタＭ１２はオフする。
　したがって、Ｖｍａｘ≦Ｖ０の場合は、トランジスタＭ１３はオンし、トランジスタＭ１１、Ｍ１２はオフする。このため、出力端子ｏｕｔ２には、基準電圧源Ｖｒ３が導通し、出力端子ｏｕｔ２からは基準電圧Ｖｒｅｆ３の電圧信号が出力される。
　このように、ＩＧＢＴ１１に流れる電流量が大きいほど（検出温度が高いほど）、基準電圧が高い基準電圧源が基準電圧源群の中から選択されることになる。すなわち、ＩＧＢＴ１１に流れる電流量が大きければ信号ｓ０の電圧Ｖ０も高くなるので、Ｖｍａｘ≦Ｖ０ならば、基準電圧源Ｖｒ１～Ｖｒ３の中から、最も高い基準電圧Ｖｒｅｆ３の基準電圧源Ｖｒ３が選択されている。
　また、Ｖ０≦Ｖｍｉｎならば、基準電圧源Ｖｒ１～Ｖｒ３の中から、最も低い基準電圧Ｖｒｅｆ１の基準電圧源Ｖｒ１が選択されている。
　なお、図８に閾値温度設定回路の動作状態を示す。テーブル４は、上記で説明した、コンパレータの出力レベル、出力端子のレベルおよびトランジスタのスイッチング関係をわかりやすいように簡潔にまとめたものである。
　次に予告警報を行うための閾値温度の設定について説明する。図９は閾値温度の設定を示す図である。縦軸は電圧、横軸は温度である。基準電圧Ｖｒｅｆ３と、順方向電圧Ｖｆとの交点は、予告警報信号Ａ１を出力する際の閾値温度Ｔ１となる。
　また、基準電圧Ｖｒｅｆ２と、順方向電圧Ｖｆとの交点は、予告警報信号Ａ２を出力する際の閾値温度Ｔ２となる。さらに、基準電圧Ｖｒｅｆ１と、順方向電圧Ｖｆとの交点は、予告警報信号Ａ３を出力する際の閾値温度Ｔ３となる。
　ここで、ＩＧＢＴ１１の温度が温度Ｔ１未満の場合は、予告警報信号Ａ１～Ａ３は出力されない（過熱のない状態である）。
　ＩＧＢＴ１１の温度が上昇して閾値温度Ｔ１に達した場合は、ＩＰＭコントローラ３に向けて予告警報信号Ａ１が出力される。
　また、ＩＧＢＴ１１の温度が上昇して閾値温度Ｔ２（＞Ｔ１）に達した場合は、ＩＰＭコントローラ３に向けて予告警報信号Ａ２が出力される。
　さらに、ＩＧＢＴ１１の温度が上昇して閾値温度Ｔ３（＞Ｔ２）に達した場合は、ＩＰＭコントローラ３に向けて予告警報信号Ａ３が出力される。
　このようにＩＧＢＴ１１に流れる電流が大きい時、すなわちＩＧＢＴ１１の温度が高い状態で動作していて早めに予告警報を得たい場合は前述の基準電圧が高いものが選択されて、その結果ＩＧＢＴ１１の温度が上昇した場合に早めに予告警報を得ることができる。
　ここで、図７に示す閾値温度設定回路２５ｂの出力端子ｏｕｔ２は、図３に示すコンパレータ２５ｃの入力端子（＋）に接続している。コンパレータ２５ｃは、閾値温度設定回路２５ｂから出力される基準電圧Ｖｒｅｆ１～Ｖｒｅｆ３のいずれかと、順方向電圧Ｖｆとを比較する。
　基準電圧Ｖｒｅｆ１～Ｖｒｅｆ３が順方向電圧Ｖｆ以上の場合（Ｖｆ≦Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３）、コンパレータ２５ｃはＨレベル信号を出力し、基準電圧Ｖｒｅｆ１～Ｖｒｅｆ３が順方向電圧Ｖｆ未満の場合（Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３＜Ｖｆ）、コンパレータ２５ｃはＬレベル信号を出力する。
　したがって、ＩＧＢＴ１１の動作温度が閾値温度Ｔ１以上になると、コンパレータ２５ｃはＨレベル信号を出力し、ＩＧＢＴ１１の温度が閾値温度Ｔ１未満の場合は、コンパレータ２５ｃはＬレベル信号を出力することになる。
　ＩＧＢＴ１１の温度が閾値温度Ｔ１以上の場合、予告警報信号の出力制御が動作する。このとき、コンパレータ２５ｃは、Ｈレベル信号を出力するので、トランジスタＭ２をオンし、警報端子ＡＬの電圧は、ツェナーダイオードＤｚの降伏電圧となる。すなわち、警報端子ＡＬからは、ツェナーダイオードＤｚの降伏電圧のレベルを有する予告警報信号が出力されることになる。
　次にＩＧＢＴ１１の温度上昇時における、予告警報信号のレベルと、制御信号のレベルの関係について説明する。
　図１０はＩＧＢＴの温度上昇時における予告警報信号のレベルおよび制御信号のレベルの関係を示す図である。グラフｋ１１は、ＩＧＢＴ１１の温度である。グラフｋ１２は、警報端子ＡＬのレベル（予告警報信号および警報信号のレベル）であり、グラフｋ１３は、制御信号のレベル（入力端子ＩＮのレベル）である。
　〔時間帯ｔ１１〕ＩＧＢＴ１１の温度が、閾値温度Ｔ１未満の場合である。このとき、過熱保護停止状態であるから、警報端子ＡＬのレベル（警報信号のレベル）は、Ｈレベル（ＶＣＣ）となる。
　また、ＩＰＭコントローラ３は、Ｈレベルの警報信号を受信すると、過熱保護停止状態であることを認識して、ＩＧＢＴ１１を駆動するために、通常のＨレベルとＬレベルとを繰り返す周波数（第１の周波数）を持つ制御信号を出力する。
　〔時間帯ｔ１２〕ＩＧＢＴ１１の温度が、閾値温度Ｔ１以上で過熱保護温度Ｔｒ未満の場合である。このとき、過熱保護は停止状態であるが予告警報出力状態であるから、警報端子ＡＬのレベル（予告警報信号のレベル）は、ＶＣＣとＧＮＤとの間の電圧レベルＬＶとなる（具体的には、上述のツェナーダイオードＤｚの降伏電圧の値）。
　ＩＰＭコントローラ３は、電圧レベルＬＶの予告警報信号を受信すると、過熱保護動作が行われる前兆段階であることを認識して、制御信号のパルス周波数を低くして（第１の周波数よりも低い第２の周波数に変えて）、ＩＧＢＴ１１のスイッチング動作のスピードを緩和させる。これによって警報信号が発せられる状態すなわちＩＧＢＴ１１の動作が停止してしまう状態を回避ないし遅らせることができる。ＩＧＢＴ１１の動作が停止するのを遅らせている間に種々の対応をとることもできるようになる。なお、制御信号のパルス周波数を低くすることに代え、周波数は同一でＩＧＢＴ１１がオンになる状態が低減されるよう制御信号パルスのデューティー比を変えることでも同様の効果を得られる。
　〔時間帯ｔ１３〕ＩＧＢＴ１１の温度が閾値温度Ｔｒ以上の場合である。このとき、過熱保護動作状態であるから、警報端子ＡＬのレベル（警報信号のレベル）は、Ｌレベル（ＧＮＤ）となる。
　また、ＩＰＭコントローラ３は、一定レベル（Ｌレベル）の警報信号を受信すると、過熱保護動作状態であることを認識して、制御信号をＬレベルに固定し、ＩＧＢＴ１１の駆動を停止させる。
　次にドライブ回路２０－１の単一ピンからの警報信号と予告警報信号との出力について説明する。図３に示すように、ドライブ回路２０－１では、１つの出力ピンである警報端子ＡＬから、警報信号と予告警報信号の両方を出力している回路構成になっている。
　具体的には、警報端子ＡＬは、プルアップ抵抗Ｒ１の他端と、トランジスタＭ１のドレインと、ツェナーダイオードＤｚのカソードと接続している。また、ツェナーダイオードＤｚのアノードには、トランジスタＭ２のドレインが接続している。
　上述したように、このような回路構成では、過熱保護停止状態では、トランジスタＭ１がオフするので（トランジスタＭ２はオフ）、警報端子ＡＬはＨレベル（ＶＣＣ）となる（警報信号はＨレベルとなる）。
　また、過熱保護動作状態では、トランジスタＭ１はオンするので（トランジスタＭ２はオフ）、警報端子ＡＬはＬレベル（ＧＮＤ）となる（警報信号はＬレベルとなる）。
　さらに、過熱保護動作の前兆状態では、トランジスタＭ２がオンするので（トランジスタＭ１はオフ）、ツェナーダイオードＤｚの降伏電圧分の電圧降下が生じ、警報端子ＡＬはツェナーダイオードＤｚの降伏電圧レベルとなる（予告警報信号はツェナーダイオードＤｚの降伏電圧レベルとなる）。
　このように、単一の出力ピンから３つの異なるレベルの信号を出力して、ＩＧＢＴ回路１０の状態として、過熱保護停止状態、過熱保護動作状態および過熱保護前兆状態の３つをＩＰＭコントローラ３に通知する構成としている。これにより、単一ピンから複数の状態通知を行うことができ、回路規模の低減化を可能にしている。
　以上説明したように、本技術によれば、時間的に異なる予告警報信号を出力することで、保守運用性の向上を図ることが可能になる。例えば、ＩＰＭをコントロールする側では、予告警報信号を早めに受信すれば、現在の過熱状態に対応した駆動制御を、過熱保護動作発生前から短時間で施すことが可能になる。
　上述の説明では、閾値温度は少なくとも２つ設定する場合を説明したが、閾値温度を１つだけ設定しその閾値温度に対応する予告警報を発するよう構成しても良い。閾値温度を１つだけ設定した場合は、警報が発せられて半導体スイッチの動作が停止する前に予告警報を得られるので半導体スイッチの動作速度を遅くする、半導体スイッチの停止に備えて準備をするなどの対応をすることができる。
　また、予告警報は警報を出力する端子と同一の端子を用いて出力することもできる。この場合、予告警報の信号レベルと警報の信号レベルを異なる信号レベルとすることができる。このように予告警報と警報を同一の端子から異なる信号レベルで出力することで、端子数の増加を防ぐことができ、また予告警報と警報を信号幅で区分して同じ端子から出力する場合に比べどちらの信号であるかの判別を早く行うことができる。
　さらに、以上述べた内容は、半導体スイッチを除いた温度センサを備えた半導体スイッチに適用するドライブ回路単体としても実施することができ、同様の効果を持つ。
　以上、実施の形態を例示したが、実施の形態で示した各部の構成は同様の機能を有する他のものに置換することができる。また、他の任意の構成物や工程が付加されてもよい。
　上記については単に本発明の原理を示すものである。さらに、多数の変形、変更が当業者にとって可能であり、本発明は上記に示し、説明した正確な構成および応用例に限定されるものではなく、対応するすべての変形例および均等物は、添付の請求項およびその均等物による本発明の範囲とみなされる。
　１－１　半導体装置
　１ａ　半導体スイッチ
　１ｂ　温度センサ
　２　ドライブ回路
　２ａ　過熱保護部
　２ｂ　予告警報制御部
　２ｃ　信号合成部
　２ｄ　駆動回路
　Ａ１～Ａ３　予告警報信号
　Ｔｈ　半導体スイッチの温度
　Ｔｒ　過熱保護温度
　Ｔ１～Ｔ３　閾値温度
　Ｉ、Ｉ１～Ｉ３　電流量

Claims (9)

  1. 　半導体スイッチ回路と、ドライブ回路とを有する半導体装置であって、
    　前記半導体スイッチ回路は、半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有し、
    　前記ドライブ回路は、前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を少なくとも１つ設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、前記過熱保護警報信号と前記予告警報信号はそれぞれ異なる信号レベルで同一の端子から出力されるものである、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  2. 　半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有する半導体スイッチ回路を駆動するためのドライブ回路であって、
    　前記ドライブ回路は、前記温度センサの出力を受けて前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うよう動作するとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、前記過熱保護警報信号と前記予告警報信号はそれぞれ異なる信号レベルで同一の端子から出力されるものである、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  3. 　半導体スイッチ回路と、ドライブ回路とを有する半導体装置であって、
    　前記半導体スイッチ回路は、半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有し、
    　前記ドライブ回路は、前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を少なくとも１つ設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、
    　前記過熱保護部は、前記温度センサの検出温度に対応する電圧と、前記過熱保護温度に対応させた第１の基準電圧とを比較し、前記第１の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護を行って前記過熱保護の動作状態を示す警報信号を出力し、
    　前記予告警報制御部は、前記閾値温度に対応させた互いに異なる複数の第２の基準電圧を発生する基準電圧源群を有し、前記検出温度に対応する電圧と、前記第２の基準電圧とを比較し、前記第２の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護の動作前を示す前記予告警報信号を出力する、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  4. 　半導体スイッチと該半導体スイッチの近傍に前記半導体スイッチの温度を検出する温度センサを有する半導体スイッチ回路を駆動するためのドライブ回路であって、
    　前記ドライブ回路は、前記温度センサの出力を受けて前記温度センサの検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うよう動作するとともに過熱保護警報信号を発する過熱保護部と、前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を出力する予告警報制御部と、前記半導体スイッチの駆動回路と、を有し、
    　前記過熱保護部は、前記温度センサの検出温度に対応する電圧と、前記過熱保護温度に対応させた第１の基準電圧とを比較し、前記第１の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護を行って前記過熱保護の動作状態を示す警報信号を出力し、
    　前記予告警報制御部は、前記閾値温度に対応させた互いに異なる複数の第２の基準電圧を発生する基準電圧源群を有し、前記検出温度に対応する電圧と、前記第２の基準電圧とを比較し、前記第２の基準電圧が前記検出温度に対応する電圧以上の場合には、前記過熱保護の動作前を示す前記予告警報信号を出力する、
    　ことを特徴とする半導体装置。
  5. 　前記過熱保護部は、前記半導体スイッチの近傍に位置する温度検出用ダイオードの順方向電圧と、前記過熱保護温度に対応させた第１の基準電圧とを比較し、前記第１の基準電圧が前記順方向電圧以上の場合には、前記過熱保護を行って前記過熱保護の動作状態を示す警報信号を出力し、
    　前記予告警報制御部は、前記閾値温度に対応させた互いに異なる複数の第２の基準電圧を発生する基準電圧源群を有し、前記順方向電圧と、前記第２の基準電圧とを比較し、前記第２の基準電圧が前記順方向電圧以上の場合には、前記過熱保護の動作前を示す前記予告警報信号を出力する、
    　ことを特徴とする請求項１乃至２記載の半導体装置。
  6. 　前記予告警報制御部は、前記半導体スイッチに流れる電流量が大きいほど、前記第２の基準電圧が高い基準電圧源を前記基準電圧源群の中から選択することを特徴とする請求項３乃至５記載の半導体装置。
  7. 　前記ドライブ回路に接続し、前記ドライブ回路に制御信号を送信して、前記半導体スイッチの駆動指示を行う制御装置をさらに有し、
    　前記制御装置は、
    　前記過熱保護警報信号と前記予告警報信号が出力される端子の信号レベルに対応して前記制御信号の周波数を送信する、
    　ことを特徴とする請求項１乃至６記載の半導体装置。
  8. 　前記予告警報制御部は、前記予告警報信号の出力端にツェナーダイオードが接続され、前記ツェナーダイオードの降伏電圧を、前記予告警報信号のレベルとして出力する請求項５記載の半導体装置。
  9. 　半導体スイッチの温度上昇を検出して警報を出力する温度警報出力方法において、
    　前記半導体スイッチの温度を検出し、
    　検出温度が過熱保護温度に達した場合に、前記半導体スイッチの過熱保護を行うとともに過熱保護警報信号を発し、
    　前記過熱保護温度よりも低い閾値温度を設定し、前記閾値温度に前記検出温度が達した場合には、前記過熱保護を動作させる前に予告警報信号を前記過熱保護警報信号と同一の端子から前記予告警報信号及び前記過熱警報信号それぞれに対応する信号レベルで出力する、
    　ことを特徴とする温度警報出力方法。
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