WO2019123643A1 - パワーモジュール - Google Patents

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WO2019123643A1
WO2019123643A1 PCT/JP2017/046185 JP2017046185W WO2019123643A1 WO 2019123643 A1 WO2019123643 A1 WO 2019123643A1 JP 2017046185 W JP2017046185 W JP 2017046185W WO 2019123643 A1 WO2019123643 A1 WO 2019123643A1
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switching element
threshold voltage
electrode
power module
initial
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鈴木　健一
亘 宮澤
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新電元工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power module.
  • Patent Document 1 a power module that controls on / off operation of a switching element is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the conventional power module 900 includes a switching element 800 having a first electrode, a second electrode, and a gate electrode, and a gate for controlling a gate voltage to control the on / off operation of the switching element 800. And a voltage control unit 910.
  • the on / off operation of the switching element 800 can be controlled by controlling the gate voltage by the gate voltage control unit 910.
  • deterioration a power module capable of determining deterioration of a device (hereinafter, simply referred to as “deterioration”) at the time of actual use of the device.
  • deterioration it is actually difficult to determine deterioration at the time of actual use (operation), and there is a problem that there is a possibility that the device may be damaged by continuing use in the deteriorated state.
  • the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and by determining deterioration at the time of actual use, it is possible to prevent the device from being damaged and to increase the operation rate. And, it is an object of the present invention to provide a power module that can keep the cost low.
  • a power module detects a control mode for controlling the on / off operation of a switching element having a first electrode, a second electrode and a third electrode, and a stress current before supplying the current to the switching element .DELTA.Vgs is calculated based on the information including the determined threshold voltage and the threshold voltage detected after supplying the current for stress to the switching element, and the deterioration determination to determine the deterioration of the device based on the information including .DELTA.Vgs It is characterized in that it is configured to perform switching with the mode.
  • ⁇ Vgs is obtained by measuring the threshold voltage before supplying the stress current to the switching element, supplying the stress current to the switching element for a predetermined period, and then measuring the threshold voltage again. Values calculated based on the two threshold voltages (basically, the threshold voltage detected before supplying the stress current to the switching element, and the threshold detected after supplying the stress current to the switching element Voltage difference).
  • the third electrode voltage when the threshold voltage is measured in the switching element and the deterioration determination mode, the third electrode voltage is controlled so that the third electrode voltage increases stepwise.
  • a third electrode voltage control unit that controls the third electrode voltage to control the on / off operation of the switching element; and in the deterioration determination mode, the on / off state of the switching element
  • the ⁇ Vgs is calculated based on information including a threshold voltage detected before supplying the current for stress to the switching element and a threshold voltage detected after supplying the current for stress to the switching element.
  • the power module is configured to perform an initial measurement mode for detecting the initial ⁇ Vgs of the switching element before the control mode is implemented, and in the initial measurement mode,
  • the third electrode voltage control unit controls the third electrode voltage so that the third electrode voltage increases stepwise, and the on / off state determination unit
  • the third electrode applied to the third electrode when the on / off state of the switching element is determined, and the storage unit determines that the switching element is turned on by the on / off state determination unit.
  • the voltage is stored as a threshold voltage, and the deterioration determination unit is the threshold voltage detected before supplying the stress current to the switching element.
  • a period threshold voltage it is preferable to calculate the initial ⁇ Vgs based on information including the detected threshold voltage after supplying the stress current to the switching element.
  • the third electrode voltage control unit includes the initial threshold voltage measured in the initial measurement mode when the switching element is turned on in the control mode.
  • the third electrode voltage is controlled based on information.
  • the power module of the present invention further includes a temperature detection unit that detects the operating temperature of the switching element, and the storage unit stores information about the temperature characteristics of the threshold voltage of the switching element and the initial operating temperature.
  • the deterioration determination unit further includes information on temperature characteristics of threshold voltage in the switching element, the initial .DELTA.Vgs, the .DELTA.Vgs detected in the deterioration determination mode, the initial operating temperature, and It is preferable to determine the deterioration of the device based on information including the operating temperature of the switching element detected by the temperature detection unit in the deterioration determination mode.
  • the control method further includes a threshold voltage calculation unit that calculates a threshold voltage at the time of operation of the switching element based on information on temperature characteristics of the threshold voltage in the switching element, and the third electrode voltage control unit performs the switching in the control mode.
  • a threshold voltage calculation unit that calculates a threshold voltage at the time of operation of the switching element based on information on temperature characteristics of the threshold voltage in the switching element
  • the third electrode voltage control unit performs the switching in the control mode.
  • the power module is a power module that further implements a temperature characteristic measurement mode for measuring a temperature characteristic of threshold voltage in the switching element, wherein the temperature characteristic of threshold voltage in the switching element
  • the third electrode voltage control unit controls the third electrode voltage so that the third electrode voltage increases stepwise in the temperature characteristic measurement mode, and the temperature characteristic measurement unit calculates the temperature characteristic measurement unit.
  • the on / off state determination unit determines whether the switching element is turned on, and the storage unit determines that the switching element is turned on by the on / off state determination unit.
  • the third electrode voltage applied to the third electrode is stored while storing the operating temperature of the switching element.
  • the temperature characteristic calculation unit stores the initial threshold voltage, the initial operating temperature of the switching element when the initial threshold voltage is measured, and the temperature characteristic measurement mode in the temperature characteristic measurement mode. It is preferable to calculate the temperature characteristic of the threshold voltage of the switching element based on information including the operating temperature of the switching element detected by the temperature detection unit and the threshold voltage at the time of measuring the temperature characteristic.
  • the power module according to the present invention further includes a first electrode current detection unit that detects a first electrode current flowing through the switching element, and in the deterioration determination mode, the on / off state determination unit It is preferable to determine the on / off state of the switching element based on the detection result of the first electrode current by the one-electrode current detection unit.
  • the power module according to the present invention preferably further comprises an alarm unit for displaying the detection result of the deterioration of the device by the deterioration judging unit to the outside.
  • the power module according to the present invention preferably further comprises a stress current supply unit for supplying the stress current to the switching element in the deterioration determination mode.
  • the power supplied is constant in the power circuit, and that the stress current is supplied from the current flowing from the drive power supply in the deterioration determination mode. .
  • the third electrode voltage control unit when the third electrode voltage control unit detects a threshold voltage of the switching element, the third electrode voltage increases stepwise as time passes.
  • the third electrode voltage is controlled.
  • the third electrode voltage control unit when the third electrode voltage control unit detects a threshold voltage of the switching element, the third electrode voltage has a pulse with a large amplitude as time passes. It is preferable to control the third electrode voltage so as to obtain the following pulse-like voltage.
  • the switching element is preferably formed of a material containing GaN, SiC or Ga 2 O 3 .
  • ⁇ Vgs is calculated based on information including the threshold voltage detected before supplying the stress current to the switching element and the threshold voltage detected after supplying the stress current to the switching element. Since the degradation determination mode is calculated to determine the degradation based on the information including the ⁇ Vgs, it is possible to determine the degradation during actual use (during operation), and use in a degraded state Can prevent the device from being damaged due to continuing.
  • ⁇ Vgs is calculated based on information including the threshold voltage detected before supplying the stress current to the switching element and the threshold voltage detected after supplying the stress current to the switching element. Since the degradation determination mode is calculated to determine the degradation based on the information including the ⁇ Vgs, a person who uses the device can know the degradation timing, and the timing (the degradation stage The device can be replaced at the timing a) so that the device does not need to be replaced periodically before the device degrades. Therefore, since the frequency of replacement is reduced, the operation rate can be increased and the cost can be reduced.
  • FIG. 1 is a circuit diagram of a power module 1 according to a first embodiment. It is a schematic diagram of the graph which shows the relationship between the threshold voltage Vth and the operating temperature T of a switching element.
  • FIG. 6 is a block diagram when measuring a threshold voltage (initial threshold voltage Vth 0 ) before supplying a stress current Is to a switching element in an initial measurement mode.
  • FIG. 7 is a schematic view of a graph of gate voltage, which is shown to explain the initial threshold voltage measurement mode and / or the deterioration determination mode in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic waveform diagram of a gate voltage in a deterioration determination mode.
  • FIG. 8A is a schematic view of a graph showing a time change of a gate-source voltage Vgs in the case of applying a gate voltage to a gate electrode in a power module according to a comparative example, and FIG.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a power module 2 according to a third embodiment.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a power module 3 according to a first modification.
  • FIG. 10 is a circuit diagram of a power module 4 according to a modification 2; It is a schematic diagram of the graph shown in order to demonstrate the initial stage threshold voltage measurement mode and / or degradation determination measurement mode of the power module which concerns on the modification 3.
  • FIG. It is a figure shown in order to demonstrate the conventional power module 900.
  • Embodiment 1 Configuration of Power Module 1 According to Embodiment 1
  • the power module 1 according to Embodiment 1 is, as shown in FIG. 1, a switching element 200, a gate voltage control unit 10 (third electrode voltage control unit), and switching current detection Unit (first electrode current detection unit) 20, on / off state determination unit 30, storage unit 40, temperature detection unit 50, deterioration determination unit 60, threshold voltage calculation unit 70, alarm unit 80, A measurement current supply unit 100, a stress current supply unit 102, and a power circuit 400 are provided.
  • the power module 1 according to the first embodiment is covered with a package formed of a high heat resistance and high insulation resin, ceramic or the like.
  • the (+) side input terminal T1 to which the DC power supply voltage V DD is input, the ( ⁇ ) side input terminal T2 on the ground side, the (+) side output terminal T3, the ground side A (-) side output terminal T4, a control terminal T5 for inputting a drive signal (for example, gate pulse) Pg, and an alarm signal terminal T6 for transmitting an alarm signal to an external alarm unit (not shown) are provided.
  • a switch SW3 is provided between the power circuit 400 and the switching element 200.
  • a gate drive power supply 300 for applying a power supply voltage V DD is connected between the (+) side input terminal T1 and the ( ⁇ ) side input terminal T2.
  • the gate drive power supply 300 is connected to the gate electrode of the switching element 200 via the gate voltage control unit 10, and supplies a voltage to the gate electrode.
  • a power circuit 400 is connected to the (+) side output terminal T3 and the ( ⁇ ) side output terminal T4.
  • the power circuit 400 is connected in series to the switching element 200.
  • the power circuit 400 has a load resistor 410 and a DC drive power supply 420.
  • the load resistor 410 and the DC drive power supply 420 are connected in series between the (+) side output terminal T3 and the ( ⁇ ) side output terminal T4. It is done.
  • the ( ⁇ ) side output terminal T4 is grounded.
  • the switching element 200 is a MOSFET including a source electrode (second electrode), a drain electrode (first electrode), and a gate electrode (third electrode).
  • the switching element 200 is turned on when a gate voltage (third electrode voltage) exceeding the threshold voltage is applied to the gate electrode, and turned off when the gate voltage is lower than the threshold voltage.
  • the gate voltage is supplied from the power supply voltage V DD and is controlled by the gate voltage control unit 10.
  • the switching element 200 uses a MOSFET in the first embodiment, an appropriate switching element can be used.
  • the switching element 200 is formed of a material containing GaN. In the switching element 200, when GaN is included, the difference between the absolute maximum rated voltage of the gate electrode and the threshold voltage is reduced.
  • the drain electrode of the switching element 200 is connected to the power circuit 400 via the (+) side output terminal T3.
  • the gate electrode of the switching element 200 is connected to the gate voltage control unit 10.
  • the source electrode of the switching element 200 is connected to the ( ⁇ ) side output terminal T4 via a resistor.
  • the gate voltage control unit 10 When measuring the threshold voltage in the initial measurement mode and the deterioration determination mode based on the input drive signal Pg (for example, gate pulse), the gate voltage control unit 10 increases the gate voltage stepwise. The gate voltage is controlled, and in the control mode, the gate voltage is controlled to control the on / off operation of the switching element 200.
  • the gate voltage control unit 10 is connected to the on / off state determination unit 30, the storage unit 40, and the threshold voltage calculation unit 70.
  • the switching current detection unit 20 is connected to the source electrode of the switching element 200, and detects the switching current Id (referred to as a first electrode current, drain current or source current) of the switching element 200 in the initial measurement mode and the deterioration determination mode. Further, the switching current detection unit 20 is connected to the on / off state determination unit 30. In addition, although the switching current detection part 20 is measured by sending an electric current to the resistance connected to the source electrode of the switching element 200, and converting into a voltage, using a suitable detection apparatus (for example, a Rogowski coil etc.) May be
  • the on / off state determination unit 30 determines the on / off state of the switching element 200 based on the detection result of the switching current received from the switching current detection unit 20 in the initial measurement mode and the deterioration determination mode.
  • the on / off state determination unit 30 is connected to the gate voltage control unit 10 and the switching current detection unit 20.
  • the storage unit 40 stores in advance information on the temperature characteristic of the threshold voltage of the switching element 200 and a standard value used for deterioration determination.
  • the storage unit 40 is detected and calculated by the initial measurement mode or degradation determination mode, the initial ⁇ Vgs switching element 200, the initial threshold voltage Vth 0 and the threshold voltage Vth, as well, and the initial operating temperature T 0 of the switching element 200 The operating temperature T is stored. Further, in the initial measurement mode and the deterioration determination mode, when the on / off state determination unit 30 determines that the switching element 200 is turned on, the storage unit 40 uses the gate voltage applied to the gate electrode as the threshold voltage.
  • the storage unit 40 is connected to the gate voltage control unit 10, the temperature detection unit 50, the deterioration determination unit 60 (specifically, the ⁇ Vgs calculation unit 62 and the standard determination unit 64), and the threshold voltage calculation unit 70.
  • the initial operating temperature T 0 refers to the temperature when the initial threshold voltage Vth 0 is measured.
  • the temperature detection unit 50 has a temperature detection element 52.
  • a temperature detection element 52 an appropriate temperature detection element such as a diode or a thermistor can be used.
  • the deterioration determination unit 60 detects the threshold voltage detected before the stress current supply unit 102 supplies the stress current Is to the switching element 200, and the stress current supply unit 102 generates the stress current Is.
  • the ⁇ Vgs is calculated based on information including the threshold voltage detected after being supplied to the switching element 200, and the deterioration is determined based on the information including the ⁇ Vgs and the initial ⁇ Vgs stored in the storage unit 40.
  • the deterioration determination unit 60 includes a ⁇ Vgs calculation unit 62 and a standard determination unit 64.
  • the ⁇ Vgs calculation unit 62 is connected to the storage unit 40 and the temperature detection unit 50, and calculates ⁇ Vgs (or initial ⁇ Vgs) in the deterioration determination mode and the initial measurement mode.
  • ⁇ Vgs calculation unit 62 is based on the information of the operating temperature from temperature detection unit 50 and the information of the threshold voltage stored in storage unit 40 (ie, the temperature change from initial operation temperature T 0 ⁇ Vgs is calculated on the basis of the threshold voltage in consideration of
  • the standard determination unit 64 compares the “difference between the ⁇ Vgs calculated by the ⁇ Vgs calculation unit 62 and the initial ⁇ Vgs stored in the storage unit 40” with the standard value stored in the storage unit 40. When the difference between ⁇ Vgs and the initial ⁇ Vgs is larger than the standard value, it is determined that the vehicle is deteriorated.
  • the alarm unit 80 displays the detection result of the deterioration by the deterioration determination unit 60 to the outside. In particular, when it is determined that the standard determination unit 64 has deteriorated, the alarm unit 80 transmits an alarm signal to an external alarm.
  • the current supply unit 100 for measurement is connected to the drain electrode of the switching element 200 via the switch SW1, and is switched to the drain electrode of the switching element 200 by turning on the switch SW1 in the deterioration determination mode and the initial measurement mode.
  • the stress current supply unit 102 is connected in parallel to the measurement current supply unit 100.
  • the stress current supply unit 102 is connected to the drain electrode of the switching element 200 via the switch SW2, and the switch SW2 is turned on in the deterioration determination mode and the initial measurement mode, whereby a relatively large current is supplied to the switching element 200.
  • Supply current Is for stress is supplied to the drain electrode of the switching element 200 via the switch SW1, and is switched to the drain electrode of the switching element 200 by turning on the switch SW1 in the deterioration determination mode and the initial measurement mode.
  • the power module 1 according to Embodiment 1 has an initial measurement mode for detecting an initial ⁇ Vgs of the switching element 200 before the control mode is implemented, and a drain electrode, a source electrode and a gate electrode.
  • a control mode for controlling the on / off operation of switching element 200, and a threshold voltage detected before supplying stress current Is to switching element 200 and a threshold detected after supplying stress current Is to switching element 200 It is configured to calculate ⁇ Vgs based on information including a voltage, and to switch between a degradation determination mode in which degradation is determined based on information including ⁇ Vgs.
  • the power module 1 detects and calculates an initial threshold voltage Vth 0 , an initial ⁇ Vgs, and an initial operating temperature T 0 by implementing an initial measurement mode.
  • the on / off operation of the switching element 200 is controlled by implementing the control mode.
  • the mode is switched to the deterioration determination mode to perform the deterioration determination.
  • the alarm unit 80 sends an alarm signal to an external alarm.
  • the initial measurement mode is a mode in which the initial operating temperature T 0 of the switching element 200, the initial threshold voltage Vth 0 and the initial ⁇ Vgs are measured. This mode is performed before the control mode is implemented (before the switch SW3 is turned on to supply power from the drive power supply 420 to the switching element 200).
  • Information on the temperature characteristic of the threshold voltage of switching element 200 is stored in advance in storage unit 40. Threshold voltage due to temperature variations for variations from an initial threshold voltage Vth 0 of the switching element 200 (the threshold voltage at higher temperatures is reduced. Referring FIG.), To calculate a threshold voltage in consideration of the temperature variation This is because it is difficult to accurately calculate ⁇ Vgs. Also, in practice, since ⁇ Vgs takes a relatively small value, it is also necessary to calculate ⁇ Vgs using a threshold voltage in consideration of temperature fluctuation.
  • the switch SW1 is turned on to supply the measurement current Im from the measurement current supply unit 100 to the switching element 200 (FIG. 1 and FIG. See Figure 3).
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage to apply a voltage lower than the assumed initial threshold voltage to the gate electrode.
  • the switching current detection unit 20 does not detect the switching current (the value of the switching current is 0)
  • the on / off state determination unit 30 determines that the switching element 200 is in the off state.
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage so that the gate voltage becomes higher by one step (see FIG. 4).
  • the on / off state determination unit 30 determines that the switching element 200 is in the on state (see FIG. 3).
  • the operating temperature of the switching element 200 detected by the temperature detection unit 50 is transmitted to the storage unit 40 as the initial operating temperature T 0 , and the gate voltage control unit 10 sets the gate voltage Vgs applied to the gate electrode to the initial threshold value. transmitted as voltage Vth 0 to the memory unit 40.
  • the storage unit 40 stores the gate voltage Vgs as the initial threshold voltage Vth 0.
  • .DELTA.Vgs calculator 62 of the deterioration determining unit 60 based on the initial threshold voltage Vth 0 and the threshold voltage Vth 1 (by subtracting the threshold voltage Vth 1 from the initial threshold voltage Vth 0) , ⁇ Vgs (initial ⁇ Vgs) are calculated.
  • the ⁇ Vgs calculation unit 62 transmits the calculated ⁇ Vgs (initial ⁇ Vgs) to the storage unit 40, and the storage unit 40 stores the ⁇ Vgs as an initial ⁇ Vgs (see FIG. 6).
  • the gate voltage applied to the gate electrode is determined as follows (see FIG. 7).
  • the temperature detection unit 50 detects the operating temperature T of the switching element 200 via the temperature detection element 52.
  • the gate voltage control unit 10 applies a gate voltage slightly exceeding the threshold voltage Vth to the gate electrode (controls the gate voltage). See Fig. 8 (b)). Thereby, the on / off operation of the switching element 200 is controlled.
  • the gate voltage may be controlled to follow the temperature of the switching element 200 sequentially, or the operating temperature of the switching element 200 is detected at predetermined time intervals to operate.
  • the threshold voltage may be calculated, and the gate voltage may be controlled based on the threshold voltage at the time of the operation.
  • the power module 1 implements the degradation determination mode at a predetermined timing (for example, every time the control mode is performed for a predetermined time).
  • Deterioration determination unit 60 detects information on temperature characteristics of threshold voltage in switching element 200, as well as initial ⁇ Vgs, ⁇ Vgs detected in the deterioration determination mode, initial operating temperature T 0 , and temperature detection unit 50 in the deterioration determination mode The deterioration is determined based on the information including the operating temperature T of the switching element 200.
  • the method from (3-1) first threshold voltage measurement to (3-3) second threshold voltage measurement is the method from (1-1) first threshold voltage measurement in the initial measurement mode ((1-) 3) The method is the same as the method up to the second threshold voltage measurement. That is, in the degradation determination mode, (3-1) by the first threshold voltage measurement, and stores the operating temperature T 1 and the detected threshold voltage Vth 2 of the switching element 200 at this time to the storage unit 40 (see FIG. 9.
  • the ⁇ Vgs calculation unit 62 operates the switching element 200 stored in the storage unit 40 by the initial operation temperature T 0 transmitted from the storage unit 40 and the first threshold voltage measurement in the deterioration determination mode. ⁇ Vgs is calculated based on the temperature T 1 and the threshold voltage Vth 2 , and the threshold voltage Vth 3 stored in the storage unit 40 by the second threshold voltage measurement (see FIG. 10). Specifically, first, the deterioration determination unit 60 ( ⁇ Vgs calculation unit 62) measures the initial threshold voltage Vth 0 and the initial threshold voltage Vth 0 of the switching element 200 (detected in the initial measurement mode) from the storage unit 40.
  • Initial operating temperature T 0 of switching element 200, operating temperature T 1 and threshold voltage Vth 2 of switching element 200 stored in storage unit 40 in the first threshold voltage measurement in the deterioration determination mode, in the second threshold voltage measurement information including the threshold voltage Vth 3 in the storage unit 40 is stored, and reads the information concerning the temperature characteristic of the threshold voltage in the switching element 200 (including the temperature coefficient ⁇ ), Vth Vth 0 - ⁇ (T-T 0)
  • the temperature corrected threshold voltages Vth 2 ′ and Vth 3 ′ are calculated by substituting them into the characteristic formula of Next, ⁇ Vgs is calculated by subtracting Vth 3 ′ from the temperature-corrected threshold voltage Vth 2 ′.
  • the calculated ⁇ Vgs is transmitted to the standard determination unit 64.
  • the standard determination unit 64 reads the initial ⁇ Vgs and the standard value from the storage unit 40, and calculates ( ⁇ Vgs ⁇ initial ⁇ Vgs) based on ⁇ Vgs transmitted from the ⁇ Vgs calculation unit 62, and the value and the standard Compare with the value. Then, the alarm unit 80 displays the detection result of deterioration by the deterioration judgment unit 60 (standard judgment unit 64) to the outside.
  • the power module 1 determines that the power module 1 is not deteriorated and returns to the control mode. If ( ⁇ Vgs ⁇ initial ⁇ Vgs) is larger than the standard value, the alarm unit 80 sends an alarm signal to an external alarm (not shown).
  • the threshold voltage and the current Is for stress detected before the current Is for stress is supplied to the switching element 200 Since it is configured to calculate ⁇ Vgs based on the information including the threshold voltage detected after the supply and to determine the deterioration based on the information including the ⁇ Vgs, it is used during actual use ( In operation, deterioration can be determined, and damage to the device due to continued use in a deteriorated state can be prevented.
  • the threshold voltage detected before supplying the stress current Is to the switching element 200 and the threshold voltage detected after supplying the stress current Is to the switching element 200 And the degradation determination mode for determining the degradation based on the information including the .DELTA.Vgs, so that the person using the device knows the timing of the degradation. Because the device can be replaced at that timing (the timing of the degradation stage), it is possible to know the degradation timing and it is not necessary to replace the device periodically before degradation. Therefore, since the frequency of replacement is reduced, the operation rate can be increased and the cost can be reduced.
  • the power module 1 includes a degradation determining unit 60 determines the deterioration based on information including the .DELTA.Vgs and initial .DELTA.Vgs.
  • the degradation determination unit 60 determines the initial threshold voltage Vth 0 which is the threshold voltage detected before the stress current Is is supplied to the switching element 200 in the initial measurement mode. If, in order to calculate the initial ⁇ Vgs based on information including the threshold voltage Vth 1 detected after supplying the stress current is to the switching element 200, the threshold value of the design the actual threshold voltage by manufacturing variation of the switching element Even in the case of fluctuation from the voltage, ⁇ Vgs can be calculated based on the actual threshold voltage (not the design value, but the actual corresponding to the switching element even if there is a fluctuation). Therefore, it is possible to accurately determine the actual deterioration instead of the design value.
  • the gate voltage control unit 10 includes, in the control mode, when the switching element 200 on, the initial threshold voltage Vth 0 measured in the initial measurement mode
  • the initial threshold voltage Vth 0 measured in the initial measurement mode
  • a gate voltage that slightly exceeds the actual threshold voltage can be applied to the gate electrode based on the actual threshold voltage. Therefore, since the turn-on period and the turn-off period can be shortened as compared with the case where a gate voltage largely exceeding the previously designed threshold voltage is applied to the gate electrode (comparative example; see FIG. 8A), The switching speed can be increased, and as a result, the switching loss of the switching element 200 can be reduced.
  • the deterioration determination unit 60 detects information on the temperature characteristics of the threshold voltage in the switching element 200 and the initial ⁇ Vgs and the deterioration determination mode.
  • the threshold voltage in consideration of temperature fluctuations Can be calculated, and the actual .DELTA.Vgs which is a relatively small value can be accurately calculated.
  • the threshold voltage calculation unit 70 determines the threshold at the time of operation of the switching element 200 based on the information including the operating temperature T of the switching element 200 detected by the temperature detection unit 50.
  • the gate voltage control unit 10 calculates the voltage Vth and turns on the switching element 200 in the control mode
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage based on the threshold voltage Vth during operation calculated by the threshold voltage calculation unit 70.
  • the power module 1 of the first embodiment even when the difference between the absolute maximum rated voltage of the gate electrode and the threshold voltage is small as in a switching element formed of a material containing GaN, A voltage slightly exceeding the threshold voltage Vth of V can be applied to the gate electrode. Therefore, the turn-on and turn-off periods can be shortened, and as a result, the switching loss can be reduced.
  • "the phenomenon that the switching element 200 is not turned on even if a gate voltage slightly exceeding the threshold voltage (design threshold voltage) is applied to the gate electrode” occurs due to the temperature fluctuation of the threshold voltage Vth. As a result, the on / off operation of the switching element 200 can be reliably controlled.
  • the on / off state determination unit 30 turns on / off the switching element 200 based on the detection result of the switching current Id by the switching current detection unit 20.
  • the threshold voltage of the switching element 200 can be measured simply and reliably.
  • the alarm unit 80 for displaying the detection result of the deterioration by the deterioration judging unit 60 to the outside since the alarm unit 80 for displaying the detection result of the deterioration by the deterioration judging unit 60 to the outside is provided, the deterioration can be known from the outside even when the device is actually used. .
  • the stress current supply unit 102 for supplying the stress current Is to the switching element 200 in the deterioration determination mode since the stress current supply unit 102 for supplying the stress current Is to the switching element 200 in the deterioration determination mode is provided, the same condition is applied to the initial measurement mode and the deterioration determination mode. Can be supplied to the switching element 200. Therefore, the difference between ⁇ Vgs and the initial ⁇ Vgs can be accurately calculated, and the deterioration can be accurately determined.
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage so that the gate voltage increases stepwise as time passes. Therefore, the threshold voltage of the switching element 200 can be measured efficiently and reliably.
  • the switching element 200 is formed of a material containing GaN, the on-resistance of the switching element 200 is low, and the power module has a small conduction loss. be able to.
  • the power module (not shown) according to the second embodiment basically has the same configuration as the power module 1 according to the first embodiment, but the power module according to the first embodiment in that the temperature characteristic calculation unit is provided. It differs from the case of 1.
  • the power module according to the second embodiment implements the temperature characteristic measurement mode for measuring the temperature characteristic of the threshold voltage of the switching element 200 after implementing the control mode for a predetermined time.
  • the temperature characteristic calculation unit 90 is connected to the temperature detection unit 50 and the storage unit 40, and calculates the temperature characteristic of the threshold voltage in the switching element 200 (see FIG. 11).
  • the following operation is performed.
  • the measurement current Im is supplied from the measurement current supply unit 100 to the drain electrode of the switching element 200 in a state where the drive power supply 420 does not supply the current.
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage such that a voltage lower than the assumed (operational) threshold voltage is applied to the gate electrode.
  • the switching current detection unit 20 does not detect the switching current (the value of the switching current is 0)
  • the on / off state determination unit 30 determines that the switching element 200 is in the off state.
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage so that the gate voltage becomes higher by one step (see FIG. 4). This is repeated so that the gate voltage increases stepwise (specifically, it increases stepwise) and when the switching current is detected by the switching current detection unit 20 (the value of the switching current is (When it is not 0), the on / off state determination unit 30 determines that the switching element 200 is in the on state. At this time, it sends an operating temperature T 2 of the switching element 200 detected by the temperature detecting unit 50 to the storage unit 40, storage unit 40 stores (see Fig. 1.). The gate voltage control unit 10, a gate voltage Vgs applied to the gate electrode is transmitted to the storage unit 40 as the temperature characteristic measurement time threshold voltage Vth 4, storage unit 40, measuring the temperature characteristics when the threshold voltage of the gate voltage Vgs stored as Vth 4.
  • the threshold voltage calculation unit 70 calculates the temperature coefficient ⁇ calculated in the temperature characteristic measurement mode, the operating temperature T of the switching element 200 detected by the temperature detection unit 50, and the initial threshold stored in the storage unit 40. calculates a threshold voltage Vth of the operation based on the initial operating temperature T 0 of the switching element 200 when the measured voltage Vth 0 and the initial threshold voltage Vth 0, controls the gate voltage based on the threshold voltage Vth. Further, in the deterioration determination mode, the temperature-corrected threshold voltages Vth 2 ′ and Vth 3 ′ are calculated using the temperature characteristic measured in the temperature characteristic measurement mode as the value of the second threshold voltage measurement.
  • the power module according to the second embodiment differs from the case of the power module 1 according to the first embodiment in that the power module according to the second embodiment further includes a temperature characteristic calculation unit, but similar to the power module 1 according to the first embodiment.
  • Information based on information including a threshold voltage detected before supplying a stress current to the switching element and a threshold voltage detected after supplying the stress current to the switching element, and information including the ⁇ Vgs Since it is comprised so that degradation determination mode which determines degradation based on may be implemented, it may be comprised so that (DELTA) Vgs may be calculated and degradation determination mode which determines degradation based on the information containing the said (DELTA) Vgs may be implemented. Therefore, it is possible to determine deterioration during actual use (operation), and continue to use the device in the deteriorated state. There can be prevented from being damaged.
  • the power module according to Embodiment 2 includes a temperature characteristic calculation unit 90, the temperature characteristic calculation unit 90, the initial operation of the initial threshold voltage Vth 0, the switching element 200 when measuring the initial threshold voltage Vth 0
  • the temperature of the threshold voltage in switching element 200 based on information including temperature T 0 , operating temperature T 2 of switching element 200 detected by temperature detecting unit 50 in the temperature characteristic measurement mode, and threshold voltage Vth 4 at the time of temperature characteristic measurement.
  • the threshold voltage is accurately calculated in consideration of the variations in the temperature characteristics of switching element 200. As a result, ⁇ Vgs can be calculated more accurately.
  • the power module according to Embodiment 2 includes a temperature characteristic calculation unit 90, the temperature characteristic calculation unit 90, the initial operation of the initial threshold voltage Vth 0, the switching element 200 when measuring the initial threshold voltage Vth 0
  • Temperature characteristic of threshold voltage in switching element 200 based on information including temperature T 0 , operating temperature T of switching element 200 detected by temperature detecting unit 50 in temperature characteristic measurement mode, and threshold voltage Vth 4 at the time of temperature characteristic measurement Therefore, even when the actual temperature characteristic fluctuates from the designed temperature characteristic due to the manufacturing variation of the switching element 200, the threshold voltage at the time of operation can be accurately calculated.
  • a voltage slightly exceeding the threshold voltage Vth can be accurately applied to the gate electrode. Therefore, the turn-on and turn-off periods can be shortened, and as a result, the switching loss can be reduced.
  • the power module according to the second embodiment has the same configuration as the power module 1 according to the first embodiment except that the power module according to the second embodiment further includes a temperature characteristic calculation unit, and thus the power module 1 according to the first embodiment has It has the corresponding effect among the effects.
  • the power module 2 according to the third embodiment basically has the same configuration as the power module 1 according to the first embodiment, the power module 2 according to the first embodiment does not include the stress current supply unit. It is different from That is, in the power module 3 according to the third embodiment, the power supplied from the power circuit 400 is constant, and in the deterioration determination mode, the stress current Is is supplied from the drive power supply 420 (see FIG. 12). .
  • the supplied power is constant.
  • the drive power supply 420 is turned off and the second threshold voltage is calculated. By measuring, ⁇ Vgs is calculated.
  • the power module 2 according to the third embodiment differs from the power module 1 according to the first embodiment in that the power supply unit for stress is not provided, but with the power module 1 according to the first embodiment.
  • ⁇ Vgs is calculated based on information including the threshold voltage detected before supplying the stress current to the switching element and the threshold voltage detected after supplying the stress current to the switching element, and the ⁇ Vgs is calculated. Since the degradation determination mode for determining the degradation based on the included information is configured to be implemented, the degradation can be determined during actual use (during operation), resulting in continued use in a degraded state. Device can be prevented from being damaged.
  • the layout and the circuit configuration become simpler than the case where the stress current supply unit is provided, and the device can be miniaturized. it can.
  • the power module 2 according to the third embodiment has the same configuration as the power module 1 according to the first embodiment except that the power supply unit for stress is not provided. Therefore, the power module 1 according to the first embodiment is included. Among the effects that the power module 1 according to the first embodiment is included.
  • the measurement current Im is supplied from the measurement current supply unit 100 to the switching element 200 when measuring the threshold voltage used in the control mode, but the present invention is limited thereto is not.
  • a threshold voltage measurement power supply 104 connected to the drain electrode of the switching element 200 is provided, and a current for threshold voltage measurement is supplied to the drain electrode of the switching element 200 to measure the threshold voltage used in the control mode.
  • the power module 3 according to the first modification, see FIG. 13 The threshold voltage can be measured under conditions (such as the amount of current and voltage) different from the current supplied from the measurement current supply unit 100 used to measure ⁇ Vgs. The threshold voltage used in the mode can be accurately measured.
  • the power module performs the initial measurement mode, the control mode, and the deterioration determination mode
  • the present invention is not limited to this.
  • it may be a power module that implements only the control mode and the deterioration determination mode.
  • the initial threshold voltage Vth 0 and the initial ⁇ Vgs are stored in advance in the storage unit.
  • the threshold voltage at the time of operation is calculated, and the gate voltage is controlled based on the threshold voltage at the time of the operation, but the present invention is not limited to this .
  • the gate voltage may be controlled based on the initial threshold voltage (power module 4 according to the second modification, see FIG. 14).
  • the information on the temperature characteristic of the threshold voltage in the switching element may be another characteristic formula, or may be data indicating the temperature-threshold voltage relationship (one to one) stored in advance in the storage unit.
  • the gate voltage control unit 10 controls the gate voltage so that the gate voltage increases stepwise as time passes. Is not limited to this.
  • the gate voltage control unit 10 may control the gate voltage so that the gate voltage becomes a pulse-like voltage which becomes a pulse with large amplitude as time passes (see FIG. 15).
  • the power module includes one switching element, but the present invention is not limited to this.
  • the power module may comprise a plurality of switching elements. In this case, the power module may control the plurality of switching elements.
  • the switching element is formed of a material containing GaN, but the present invention is not limited to this.
  • the switching element may be formed of a material containing a wide gap semiconductor such as SiC or Ga 2 O 3 or a material containing silicon.
  • the MOSFET is used as the switching element in the above embodiment, the present invention is not limited to this.
  • a switching element other than the MOSFET for example, HEMT, IGBT, etc. may be used.
  • control circuit and the power circuit of the power module may be formed on separate semiconductor substrates, or the control circuit and the power circuit of the power module may be formed on the same semiconductor substrate Good.
  • switching element and the circuit portion other than the switching element may be formed on separate semiconductor substrates, or the switching element (for example, a semiconductor element of lateral structure of GaN) and the circuit portion other than the switching element may be the same semiconductor It may be formed on a substrate.

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Abstract

本発明のパワーモジュール１は、第１電極、第２電極及び第３電極を有するスイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御する制御モードと、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流をスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードとを切り替えて実施するように構成されている。　本発明のパワーモジュール１によれば、動作時に劣化を判定することができるため、デバイスが破損することを防ぐができ、かつ、稼働率を高くすることができ、かつ、コストを低くすることができる。

Description

パワーモジュール
　本発明は、パワーモジュールに関する。
　従来、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
　従来のパワーモジュール９００は、図１６に示すように、第１電極、第２電極及びゲート電極を有するスイッチング素子８００と、スイッチング素子８００のオン／オフ動作を制御するためにゲート電圧を制御するゲート電圧制御部９１０とを備える。
　従来のパワーモジュール９００によれば、ゲート電圧制御部９１０によってゲート電圧を制御することによりスイッチング素子８００のオン／オフ動作を制御することができる。
国際公開第２０１２／１５３４５９号
　ところで、近年、デバイスの実使用時にデバイスの劣化（以下、単に「劣化」という。）を判定することができるパワーモジュールが求められている。しかしながら、実使用時（動作時）に劣化を判定することは現実には困難であり、劣化した状態で使用を続けてデバイスが破損してしまうおそれがある、という問題があった。これを回避するためには劣化する前に定期的にデバイスを交換することが考えられるが、この場合には、交換頻度が高くなり稼働率が低下するだけでなく、コストも高くなる、という問題がある。
　そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、実使用時に劣化を判定することによりデバイスが破損することを防ぐことができ、かつ、稼働率を高くすることができ、かつ、コストを低く抑えることができるパワーモジュールを提供することを目的とする。
［１］本発明のパワーモジュールは、第１電極、第２電極及び第３電極を有するスイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードと、ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧と前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、前記ΔＶｇｓを含む情報に基づいてデバイスの劣化を判定する劣化判定モードとを切り替えて実施するように構成されていることを特徴とする。
　なお、本明細書中、ΔＶｇｓは、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に閾値電圧を測定し、ストレス用電流をスイッチング素子に所定期間供給した後、再び閾値電圧を測定することによって得られた２つの閾値電圧に基づいて算出された値（基本的には、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧と、ストレス用電流をスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧の差）のことをいう。
［２］本発明のパワーモジュールにおいては、前記スイッチング素子と、前記劣化判定モードにおいて閾値電圧を測定する際には、第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記制御モードにおいては、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために前記第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部と、前記劣化判定モードにおいて、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部と、前記スイッチング素子の初期ΔＶｇｓを記憶し、かつ、前記劣化判定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったと判定されたときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を閾値電圧として記憶する記憶部と、前記劣化判定モードにおいて、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧と、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいて前記ΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓ及び前記初期ΔＶｇｓを含む情報に基づいて前記デバイスの劣化を判定する劣化判定部と、前記スイッチング素子と直列に接続され、負荷抵抗及び駆動電源を有するパワー回路とを備えることが好ましい。
［３］本発明のパワーモジュールにおいて、前記パワーモジュールは、前記制御モード実施前に前記スイッチング素子の前記初期ΔＶｇｓを検出する初期測定モードを実施するように構成されており、前記初期測定モードにおいて、前記第３電極電圧制御部は、閾値電圧を測定する際には、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記オン／オフ状態判定部は、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定し、前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったと判定されたときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を閾値電圧として記憶し、前記劣化判定部は、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給する前に検出された前記閾値電圧である初期閾値電圧と、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいて前記初期ΔＶｇｓを算出することが好ましい。
［４］本発明のパワーモジュールにおいては、前記第３電極電圧制御部は、前記制御モードにおいて、前記スイッチング素子をオン状態とするときに、前記初期測定モードで測定された前記初期閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することが好ましい。
［５］本発明のパワーモジュールにおいては、前記スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出部をさらに備え、前記記憶部は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報、及び、初期動作温度を含む情報をさらに記憶し、前記劣化判定部は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報、並びに、前記初期ΔＶｇｓ、前記劣化判定モードにおいて検出された前記ΔＶｇｓ、前記初期動作温度、及び、前記劣化判定モードにおいて前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の動作温度を含む情報に基づいて前記デバイスの劣化を判定することが好ましい。
［６］本発明のパワーモジュールにおいては、前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度と、前記初期閾値電圧、及び、前記スイッチング素子の前記初期動作温度とを含む情報、並びに、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報に基づいて前記スイッチング素子の動作時の閾値電圧を算出する閾値電圧算出部をさらに備え、前記第３電極電圧制御部は、前記制御モードにおいて、前記スイッチング素子をオン状態とするときに、前記閾値電圧算出部によって算出された前記動作時の閾値電圧に基づいて前記第３電極電圧を制御することが好ましい。
［７］本発明のパワーモジュールにおいて、前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードをさらに実施するパワーモジュールであって、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する温度特性算出部をさらに備え、前記温度特性測定モードにおいて、前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記オン／オフ状態判定部は、前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記スイッチング素子の前記動作温度を記憶するとともに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の温度特性測定時閾値電圧として記憶し、前記温度特性算出部は、前記初期閾値電圧、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の前記初期動作温度、前記温度特性測定モードにおいて前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、及び、前記温度特性測定時閾値電圧を含む情報に基づいて前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出することが好ましい。
［８］本発明のパワーモジュールにおいては、前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部をさらに備え、記劣化判定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部による前記第１電極電流の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定することが好ましい。
［９］本発明のパワーモジュールにおいては、前記劣化判定部による前記デバイスの劣化の検出結果を外部に表示するアラーム部をさらに備えることが好ましい。
［１０］本発明のパワーモジュールにおいては、前記劣化判定モードにおいて前記スイッチング素子に前記ストレス用電流を供給するストレス用電流供給部をさらに備えることが好ましい。
［１１］本発明のパワーモジュールにおいては、前記パワー回路においては、供給する電力が一定であり、前記劣化判定モードにおいて、前記ストレス用電流は、前記駆動電源から流れる電流から供給されることが好ましい。
［１２］本発明のパワーモジュールにおいては、前記第３電極電圧制御部は、前記スイッチング素子の閾値電圧を検出する場合には、前記第３電極電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるように前記第３電極電圧を制御することが好ましい。
［１３］本発明のパワーモジュールにおいては、前記第３電極電圧制御部は、前記スイッチング素子の閾値電圧を検出する場合には、前記第３電極電圧が、時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるように、前記第３電極電圧を制御することが好ましい。
［１４］本発明のパワーモジュールにおいて、前記スイッチング素子は、ＧａＮ、ＳｉＣ又はＧａ２Ｏ３を含む材料により形成されたものであることが好ましい。
　本発明のパワーモジュールによれば、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流をスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、実使用時（動作時）に劣化を判定することができ、劣化した状態で使用を続けることに起因してデバイスが破損することを防ぐことができる。
　本発明のパワーモジュールによれば、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流をスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、デバイスを使用する者が劣化するタイミングを知ることができ、そのタイミング（劣化する段階のタイミング）でデバイスを交換することができるため、デバイスが劣化する前に定期的にデバイスを交換する必要がなくなる。従って、交換頻度が低くなるため、稼働率を高くすることができ、かつ、コストを低く抑えることができる。
実施形態１に係るパワーモジュール１の回路図である。 スイッチング素子の閾値電圧Ｖｔｈ・動作温度Ｔの関係を示すグラフの模式図である。 初期測定モードにおいてストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子に供給する前に閾値電圧（初期閾値電圧Ｖｔｈ０）を測定するときのブロック図である。 実施形態１における初期閾値電圧測定モード及び（又は）劣化判定モードを説明するために示す、ゲート電圧のグラフの模式図である。 劣化判定モードにおけるゲート電圧の模式的な波形図である。 初期測定モードにおいてストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子に供給した後に閾値電圧を測定するときのブロック図である。 制御モードのブロック図である。 制御モードにおいて、閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合の効果について説明するために示すゲート電圧（ゲート・ソース間電圧）Ｖｇｓの時間変化のグラフの模式図である。図８（ａ）は比較例に係るパワーモジュールにおいてゲート電極にゲート電圧を印加する場合のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの時間変化を示すグラフの模式図であり、図８（ｂ）は実施形態１に係るパワーモジュール１において閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの時間変化を示すグラフの模式図である。 劣化判定モードにおいてストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子に供給する前に閾値電圧を測定するときのブロック図である。 劣化判定モードにおいてストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子に供給した後に閾値電圧を測定するときのブロック図である。 実施形態２における温度特性測定モードを説明するために示すブロック図である。 実施形態３に係るパワーモジュール２の回路図である。 変形例１に係るパワーモジュール３の回路図である。 変形例２に係るパワーモジュール４の回路図である。 変形例３に係るパワーモジュールの初期閾値電圧測定モード及び（又は）劣化判定測定モードを説明するために示すグラフの模式図である。 従来のパワーモジュール９００を説明するために示す図である。
　以下、本発明のパワーモジュールについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の回路構成やグラフを厳密に反映したものではない。
［実施形態１］
１．実施形態１に係るパワーモジュール１の構成
　実施形態１に係るパワーモジュール１は、図１に示すように、スイッチング素子２００と、ゲート電圧制御部１０（第３電極電圧制御部）と、スイッチング電流検出部（第１電極電流検出部）２０と、オン／オフ状態判定部３０と、記憶部４０と、温度検出部５０と、劣化判定部６０と、閾値電圧算出部７０と、アラーム部８０と、計測用電流供給部１００と、ストレス用電流供給部１０２と、パワー回路４００とを備える。実施形態１に係るパワーモジュール１は、高耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成されたパッケージで覆われている。実施形態１に係るパワーモジュール１には、直流の電源電圧ＶＤＤを入力する（＋）側入力端子Ｔ１、接地側の（－）側入力端子Ｔ２、（＋）側出力端子Ｔ３、接地側の（－）側出力端子Ｔ４、駆動信号（例えば、ゲートパルス）Ｐｇを入力する制御端子Ｔ５、及び、外部のアラーム部（図示せず）に警報信号を送信するためのアラーム信号端子Ｔ６が設けられている。パワー回路４００とスイッチング素子２００との間にはスイッチＳＷ３が設けられている。
　（＋）側入力端子Ｔ１と（－）側入力端子Ｔ２との間には、電源電圧ＶＤＤを印加するためのゲートドライブ用電源３００が接続されている。ゲートドライブ用電源３００は、ゲート電圧制御部１０を介してスイッチング素子２００のゲート電極と接続されており、ゲート電極に電圧を供給する。（＋）側出力端子Ｔ３及び（－）側出力端子Ｔ４には、パワー回路４００が接続されている。
　パワー回路４００は、スイッチング素子２００と直列に接続されている。パワー回路４００は、負荷抵抗４１０及び直流の駆動電源４２０を有し、負荷抵抗４１０及び直流の駆動電源４２０が（＋）側出力端子Ｔ３と（－）側出力端子Ｔ４との間に直列に接続されている。なお、（－）側出力端子Ｔ４は接地されている。
　スイッチング素子２００は、ソース電極（第２電極）、ドレイン電極（第１電極）及びゲート電極（第３電極）を備えるＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２００は、ゲート電極に閾値電圧を超えるゲート電圧（第３電極電圧）を印加するとオン状態となり、ゲート電圧が閾値電圧を下回るとオフ状態となる。ゲート電圧は、電源電圧ＶＤＤから供給され、ゲート電圧制御部１０によって制御される。なお、スイッチング素子２００は、実施形態１においてはＭＯＳＦＥＴを用いるが、適宜のスイッチング素子を用いることができる。また、スイッチング素子２００は、ＧａＮを含む材料により形成されたものである。スイッチング素子２００においては、ＧａＮを含む場合、ゲート電極の絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さくなる。
　スイッチング素子２００のドレイン電極は、（＋）側出力端子Ｔ３を介してパワー回路４００と接続されている。スイッチング素子２００のゲート電極は、ゲート電圧制御部１０と接続されている。スイッチング素子２００のソース電極は抵抗を介して（－）側出力端子Ｔ４と接続されている。
　ゲート電圧制御部１０は、入力された駆動信号Ｐｇ(例えば、ゲートパルス）に基づいて、初期測定モード及び劣化判定モードにおいて閾値電圧を測定する際には、ゲート電圧が段階的に高くなるようにゲート電圧を制御し、制御モードにおいては、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御するためにゲ―ト電圧を制御する。ゲート電圧制御部１０は、オン／オフ状態判定部３０、記憶部４０及び閾値電圧算出部７０と接続されている。
　スイッチング電流検出部２０は、スイッチング素子２００のソース電極と接続され、初期測定モード及び劣化判定モードにおいて、スイッチング素子２００のスイッチング電流Ｉｄ（第１電極電流、ドレイン電流あるいはソース電流という）を検出する。また、スイッチング電流検出部２０は、オン／オフ状態判定部３０と接続されている。なお、スイッチング電流検出部２０は、スイッチング素子２００のソース電極に接続した抵抗に電流を流して電圧に変換することによって計測しているが、適宜の検出装置（例えば、ロゴスキーコイル等）を用いてもよい。
　オン／オフ状態判定部３０は、初期測定モード及び劣化判定モードにおいて、スイッチング電流検出部２０から受信したスイッチング電流の検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオン／オフ状態を判定する。オン／オフ状態判定部３０は、ゲート電圧制御部１０及びスイッチング電流検出部２０と接続されている。
　記憶部４０には、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報及び劣化判定に用いる規格値があらかじめ記憶されている。また、記憶部４０は、初期測定モード又は劣化判定モードで検出・算出される、スイッチング素子２００の初期ΔＶｇｓ、初期閾値電圧Ｖｔｈ０及び閾値電圧Ｖｔｈ、並びに、スイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０及び動作温度Ｔを記憶する。また、記憶部４０は、初期測定モード及び劣化判定モードにおいて、オン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオン状態になったと判定されたときに、ゲート電極に印加したゲート電圧を閾値電圧として記憶する。記憶部４０は、ゲート電圧制御部１０、温度検出部５０、劣化判定部６０（具体的にはΔＶｇｓ算出部６２及び規格判定部６４）及び閾値電圧算出部７０と接続されている。
　なお、初期動作温度Ｔ０とは、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときの温度のことを言う。
　温度検出部５０は、温度検出素子５２を有する。温度検出素子５２としては、ダイオードやサーミスタ等適宜の温度検出素子を用いることができる。
　劣化判定部６０は、劣化判定モードにおいて、ストレス用電流供給部１０２がストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給する前に検出された閾値電圧と、ストレス用電流供給部１０２がストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓ及び記憶部４０に記憶された初期ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する。劣化判定部６０は、ΔＶｇｓ算出部６２と、規格判定部６４とを有する。
　ΔＶｇｓ算出部６２は、記憶部４０及び温度検出部５０と接続されており、劣化判定モード及び初期測定モードにおいて、ΔＶｇｓ（又は初期ΔＶｇｓ）を算出する。ΔＶｇｓ算出部６２は、劣化判定モードにおいては、温度検出部５０からの動作温度の情報と、記憶部４０に記憶された閾値電圧の情報に基づいて（すなわち、初期動作温度Ｔ０からの温度変化を考慮した閾値電圧に基づいて）ΔＶｇｓを算出する。
　規格判定部６４は、「ΔＶｇｓ算出部６２で算出されたΔＶｇｓと記憶部４０に記憶された初期ΔＶｇｓとの差」と、記憶部４０に記憶された規格値とを比較する。ΔＶｇｓと初期ΔＶｇｓとの差が規格値よりも大きい場合には劣化していると判定する。
　閾値電圧算出部７０は、記憶部４０から、スイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ０、スイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０を含む情報、並びに、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報を読み取るとともに、温度検出部５０からスイッチング素子２００の動作温度Ｔを読み取り、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０－α（Ｔ－Ｔ０）の特性式に代入し、動作時の閾値電圧Ｖｔｈを算出する。
　アラーム部８０は、劣化判定部６０による劣化の検出結果を外部に表示する。特に、規格判定部６４において劣化していると判定された場合、アラーム部８０は、外部のアラームへ向かって警報信号を送信する。
　計測用電流供給部１００は、スイッチング素子２００のドレイン電極とスイッチＳＷ１を介して接続されており、劣化判定モード及び初期測定モードにおいてはスイッチＳＷ１をオンすることにより、スイッチング素子２００のドレイン電極に比較的小電流の計測用電流Ｉｍを供給する。
　ストレス用電流供給部１０２は、計測用電流供給部１００と並列に接続されている。ストレス用電流供給部１０２は、スイッチング素子２００のドレイン電極とスイッチＳＷ２を介して接続されており、劣化判定モード及び初期測定モードにおいてはスイッチＳＷ２をオンすることにより、スイッチング素子２００に比較的大電流のストレス用電流Ｉｓを供給する。
　なお、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報は、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度係数をαとし、動作時の閾値電圧をＶｔｈとし、初期閾値電圧をＶｔｈ０とし、温度検出部５０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度をＴとし、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度をＴ０としたときに、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０－α（Ｔ－Ｔ０）の関係を満たす特性式である（図２参照。）。すなわち、閾値電圧Ｖｔｈとスイッチング素子２００の動作温度Ｔとの関係は、傾きが負の１次関数となっている。
２．実施形態１に係るパワーモジュール１の動作について
　実施形態１に係るパワーモジュール１は、制御モード実施前にスイッチング素子２００の初期ΔＶｇｓを検出する初期測定モードと、ドレイン電極、ソース電極及びゲート電極を有するスイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御する制御モードと、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードとを切り替えて実施するように構成されている。実施形態１に係るパワーモジュール１は、まず、初期測定モードを実施することにより、初期閾値電圧Ｖｔｈ０、初期ΔＶｇｓ及び初期動作温度Ｔ０を検出・算出する。次に、制御モードを実施することにより、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御する。そして、所定のタイミング（例えば、制御モードを所定時間実施した後）で、劣化判定モードに切り替えて劣化判定を行う。劣化判定の結果問題がなければ再び制御モードに戻り、問題がある場合には、アラーム部８０から外部のアラームに向けて警報信号を送出する。
（１）初期測定モード
　初期測定モードは、スイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０、初期閾値電圧Ｖｔｈ０及び初期ΔＶｇｓを測定するモードである。このモードは、制御モード実施前（スイッチＳＷ３をオンして駆動電源４２０からスイッチング素子２００に電力を供給する前）に行う。
　なお、事前に記憶部４０にスイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報を記憶させておく。スイッチング素子２００の温度変動に起因して閾値電圧が初期閾値電圧Ｖｔｈ０から変動するため（温度が高くなると閾値電圧が小さくなる。図２参照。）、温度変動を考慮して閾値電圧を算出しなければΔＶｇｓを正確に算出することが難しいからである。また、実際上、ΔＶｇｓは比較的小さい値になるため、温度変動を考慮した閾値電圧を用いてΔＶｇｓを算出する必要があるからでもある。
（１－１）１回目の閾値電圧の測定
　スイッチＳＷ２、ＳＷ３をＯＦＦにした状態でスイッチＳＷ１をＯＮにし、計測用電流供給部１００からスイッチング素子２００に計測用電流Ｉｍを供給する（図１及び図３参照。）。次に、ゲート電圧制御部１０は、想定されている初期閾値電圧よりも低い電圧をゲート電極に印加するようにゲート電圧を制御する。このとき、スイッチング電流検出部２０によってスイッチング電流は検出されない（スイッチング電流の値が０である）ため、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング素子２００がオフ状態であると判定する。オン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオフ状態であると判定すると、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電圧が一段階高くなるようにゲート電圧を制御する(図４参照。)。
　これを繰り返してゲート電圧を段階的に高くしていき（具体的には階段状に高くしていき）、スイッチング電流検出部２０によってスイッチング電流が検出されたとき（スイッチング電流の値が０でなくなったとき）、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング素子２００がオン状態であると判定する（図３参照。）。このとき、温度検出部５０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度を初期動作温度Ｔ０として記憶部４０へ送信するとともに、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電極に印加したゲート電圧Ｖｇｓを初期閾値電圧Ｖｔｈ０として記憶部４０へ送信する。そして、記憶部４０では、当該ゲート電圧Ｖｇｓを初期閾値電圧Ｖｔｈ０として記憶する。
（１－２）ストレス用電流Ｉｓ供給
　次に、スイッチＳＷ１、ＳＷ３をＯＦＦにした状態でスイッチＳＷ２をＯＮにし、ストレス用電流供給部１０２から所定の電流量でスイッチング素子２００にストレス用電流Ｉｓを供給する（図１及び図５参照。）。ゲート電圧制御部１０は、スイッチング素子２００が所定時間オンした状態となるようにゲート電圧を制御する（図５参照。）。これによりスイッチング素子２００に所定の電力を印加することとなるため、スイッチング素子２００が発熱する。
（１－３）２回目の閾値電圧の測定
　次に、スイッチＳＷ２、ＳＷ３をＯＦＦにした状態でスイッチＳＷ１をＯＮにし、計測用電流供給部１００からスイッチング素子２００に計測用電流Ｉｍを供給する（図１参照。）。
　そして、上記（１－１）と同様の方法で閾値電圧を測定し、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電極に印加したゲート電圧Ｖｇｓを「ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧」（閾値電圧Ｖｔｈ１）として記憶部４０へ送信する（図６参照。）。そして、記憶部４０では、当該ゲート電圧Ｖｇｓを閾値電圧Ｖｔｈ１として記憶する。
（１－４）ΔＶｇｓ算出
　次に、劣化判定部６０のΔＶｇｓ算出部６２において、初期閾値電圧Ｖｔｈ０と閾値電圧Ｖｔｈ１に基づいて（初期閾値電圧Ｖｔｈ０から閾値電圧Ｖｔｈ１を引き算して）、ΔＶｇｓ（初期ΔＶｇｓ）を算出する。ΔＶｇｓ算出部６２は、算出されたΔＶｇｓ（初期ΔＶｇｓ）を記憶部４０へ送信し、記憶部４０は、当該ΔＶｇｓを初期ΔＶｇｓとして記憶する（図６参照。）。
（２）制御モード
　初期測定モードが終了したら、スイッチＳＷ１、ＳＷ２をＯＦＦにした状態でスイッチＳＷ３をＯＮにし、パワー回路４００とスイッチング素子２００とを導通し、駆動電源４２０からスイッチング素子２００に電流を供給する（図１参照。）。
　スイッチング素子２００をオン状態とするとき、ゲート電極に印加するゲート電圧を以下のようにして決定する（図７参照。）。
　まず、温度検出部５０が温度検出素子５２を介してスイッチング素子２００の動作温度Ｔを検出する。
　閾値電圧算出部７０は、記憶部４０から、初期測定モードで検出したスイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ０、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０を含む情報、並びに、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報αを読み取るとともに、温度検出部５０からスイッチング素子２００の動作温度Ｔを読み取り、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０－α（Ｔ－Ｔ０）の特性式に代入し、動作時の閾値電圧Ｖｔｈを算出する。
　次に、ゲート電圧制御部１０は、閾値電圧算出部７０で算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈに基づいて、当該閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する（ゲート電圧を制御する。図８（ｂ）参照。）。これにより、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御する。
　なお、実施形態１に係るパワーモジュール１においては、逐次スイッチング素子２００の温度に追従してゲート電圧を制御してもよいし、所定時間ごとにスイッチング素子２００の動作温度を検出して動作時の閾値電圧を算出し、当該動作時の閾値電圧に基づいてゲート電圧を制御してもよい。
（３）劣化判定モード
　実施形態１に係るパワーモジュール１は、所定のタイミングで（例えば、制御モードを所定時間実施する毎に）、劣化判定モードを実施する。劣化判定部６０は、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報、並びに、初期ΔＶｇｓ、劣化判定モードにおいて検出されたΔＶｇｓ、初期動作温度Ｔ０、及び、劣化判定モードにおいて温度検出部５０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔを含む情報に基づいて劣化を判定する。
　劣化判定モードにおいては、（３－１）１回目の閾値電圧測定、（３－２）ストレス用電流供給、（３－３）２回目の閾値電圧測定、（３－４）ΔＶｇｓ算出、（３－５）規格判定（劣化判定）の順に工程を実施する。このうち、（３－１）１回目の閾値電圧測定から（３－３）２回目の閾値電圧測定までの方法は、初期測定モードにおける（１－１）１回目の閾値電圧測定から（１－３）２回目の閾値電圧測定までの方法と同様の方法である。すなわち、劣化判定モードにおいて、（３－１）１回目の閾値電圧測定により、このときのスイッチング素子２００の動作温度Ｔ１及び検出した閾値電圧Ｖｔｈ２を記憶部４０へ記憶し（図９参照。）、（３－２）初期測定モードにおけるストレス用電流供給の場合と同様の条件でストレス用電流Ｉｓを供給し、その後、（３－３）２回目の閾値電圧測定によって、閾値電圧Ｖｔｈ３を検出し、検出した閾値電圧Ｖｔｈ３を記憶部４０へ記憶する（図１０参照。）。
（３－４）ΔＶｇｓ算出
　ΔＶｇｓ算出部６２は、記憶部４０から送信された、初期動作温度Ｔ０、劣化判定モードにおける１回目の閾値電圧測定により記憶部４０に記憶されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ１及び閾値電圧Ｖｔｈ２、２回目の閾値電圧測定により記憶部４０に記憶された閾値電圧Ｖｔｈ３に基づいてΔＶｇｓを算出する（図１０参照。）。
　具体的には、まず劣化判定部６０（ΔＶｇｓ算出部６２）は、記憶部４０から、（初期測定モードで検出した）スイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ０、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０、劣化判定モードにおける１回目の閾値電圧測定において記憶部４０に記憶されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ１及び閾値電圧Ｖｔｈ２、２回目の閾値電圧測定において記憶部４０に記憶された閾値電圧Ｖｔｈ３を含む情報、並びに、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報（温度係数αを含む）を読み取り、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０－α（Ｔ－Ｔ０）の特性式に代入して、温度補正された閾値電圧Ｖｔｈ２’及びＶｔｈ３’を算出する。
　次に、温度補正された閾値電圧Ｖｔｈ２’からＶｔｈ３’を引き算してΔＶｇｓを算出する。算出されたΔＶｇｓは規格判定部６４に送信される。
（３－５）規格判定（劣化判定）
　次に、規格判定部６４は、記憶部４０から初期ΔＶｇｓ及び規格値を読み取り、そして、ΔＶｇｓ算出部６２から送信されたΔＶｇｓに基づいて、（ΔＶｇｓ－初期ΔＶｇｓ）を算出し、その値と規格値とを比較する。そして、アラーム部８０は、劣化判定部６０（規格判定部６４）による劣化の検出結果を外部に表示する。実施形態１に係るパワーモジュール１は、（ΔＶｇｓ－初期ΔＶｇｓ）が規格値よりも小さい場合には、劣化していないと判断し、制御モードに戻る。（ΔＶｇｓ－初期ΔＶｇｓ）が規格値よりも大きい場合には、アラーム部８０から外部のアラーム（図示せず。）に向かって警報信号を送出する。
３．実施形態１に係るパワーモジュール１の効果
　実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、実使用時（動作時）に劣化を判定することができ、劣化した状態で使用を続けることに起因してデバイスが破損することを防ぐことができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、デバイスを使用する者が、劣化するタイミングを知ることができ、そのタイミング（劣化する段階のタイミング）でデバイスを交換することができるため、劣化するタイミングを知ることができ劣化する前に定期的にデバイスを交換する必要がなくなる。従って、交換頻度が低くなるため、稼働率を高くすることができ、かつ、コストを低く抑えることができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１は、劣化判定モードにおいて、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給する前に検出された閾値電圧Ｖｔｈ２と、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給した後に検出された閾値電圧Ｖｔｈ３とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓ及び初期ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定部６０を備える。このような構成とすることによって、製造バラツキに起因してスイッチング素子２００の閾値電圧にバラツキがあったとしても、パワーモジュールに実際に備えたスイッチング素子２００の実際の閾値電圧を測定することができるため、ΔＶｇｓを正確に算出することができる。その結果、実使用時に劣化を正確に判定することができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、劣化判定部６０は、初期測定モードにおいて、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給する前に検出された閾値電圧である初期閾値電圧Ｖｔｈ０と、ストレス用電流Ｉｓをスイッチング素子２００に供給した後に検出された閾値電圧Ｖｔｈ１とを含む情報に基づいて初期ΔＶｇｓを算出するため、スイッチング素子の製造バラツキによって実際の閾値電圧が設計上の閾値電圧から変動していた場合でも、実際の閾値電圧に基づいて（設計値ではなく、バラツキがあった場合でもそのスイッチング素子に対応した現実の）ΔＶｇｓを算出することができる。従って、設計値ではなく、実際の劣化を正確に判定することができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、ゲート電圧制御部１０は、制御モードにおいて、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、初期測定モードで測定された初期閾値電圧Ｖｔｈ０を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、実際の閾値電圧がスイッチング素子２００の製造バラツキによって設計上の閾値電圧から変動していた場合でも、制御モードにおいて、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができる。従って、あらかじめ設計された閾値電圧を大きく超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合（比較例。図８（ａ）参照。）と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができるため、スイッチング速度を速くすることができ、その結果、スイッチング素子２００のスイッチング損失を小さくすることができる。
　ところで、一般的に、スイッチング素子２００の実際の閾値電圧は、スイッチング素子２００の温度変動に起因して初期閾値電圧Ｖｔｈ０から変動すること、及び、ΔＶｇｓが比較的小さいことから、実際のΔＶｇｓを正確に算出することは難しいが、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、劣化判定部６０は、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報、並びに、初期ΔＶｇｓ、劣化判定モードにおいて検出されたΔＶｇｓ、初期動作温度Ｔ０、及び、劣化判定モードにおいて温度検出部５０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔを含む情報に基づいて劣化を判定するため、温度変動を考慮して閾値電圧を算出することができ、比較的小さい値になる実際のΔＶｇｓを正確に算出することができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、閾値電圧算出部７０は、温度検出部５０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔを含む情報に基づいてスイッチング素子２００の動作時の閾値電圧Ｖｔｈを算出し、ゲート電圧制御部１０は、制御モードにおいて、スイッチング素子２００をオンするときに、閾値電圧算出部７０によって算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈに基づいてゲート電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子２００の動作温度Ｔがスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈが初期閾値電圧Ｖｔｈ０から変動する場合でも、動作時の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、その結果、スイッチング損失を小さくすることができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、ＧａＮを含む材料により形成されたスイッチング素子のようにゲート電極の絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さい場合であっても、動作時の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、その結果、スイッチング損失を小さくすることができる。また、閾値電圧Ｖｔｈが温度変動することに起因して「閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子２００がオン状態にならない現象」が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を確実に制御することができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、劣化判定モードにおいて、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング電流検出部２０によるスイッチング電流Ｉｄの検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオン／オフ状態を判定するため、スイッチング素子２００の閾値電圧を簡便に、かつ、確実に測定することができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、劣化判定部６０による劣化の検出結果を外部に表示するアラーム部８０を備えるため、デバイスの実使用時においても外部から劣化を知ることができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、劣化判定モードにおいてスイッチング素子２００にストレス用電流Ｉｓを供給するストレス用電流供給部１０２を備えるため、初期測定モードと劣化判定モードとで同じ条件の電力をスイッチング素子２００に供給することができる。このため、ΔＶｇｓと初期ΔＶｇｓとの差を正確に算出することができ、正確に劣化を判定することができる。
　また、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、ゲート電圧制御部１０は、劣化判定モード及び初期測定モードにおいては、ゲート電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるようにゲート電圧を制御するため、スイッチング素子２００の閾値電圧を効率的に、かつ、確実に測定することができる。
　さらにまた、実施形態１に係るパワーモジュール１によれば、スイッチング素子２００がＧａＮを含む材料により形成されたものであるため、スイッチング素子２００のオン抵抗が低くなり、導通損失が小さいパワーモジュールとすることができる。
［実施形態２］
　実施形態２に係るパワーモジュール（図示せず。）は、基本的には実施形態１に係るパワーモジュール１と同様の構成を有するが、温度特性算出部を備える点で実施形態１に係るパワーモジュール１の場合とは異なる。実施形態２に係るパワーモジュールは、制御モードを所定時間実施した後に、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードを実施する。
　温度特性算出部９０は、温度検出部５０及び記憶部４０と接続されており、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性を算出する（図１１参照。）。
　温度特性測定モードにおいては、以下のような動作を行う。
　制御モードを所定時間実施した後に、駆動電源４２０から電流供給をしない状態で計測用電流供給部１００からスイッチング素子２００のドレイン電極に計測用電流Ｉｍを供給する。
　次に、ゲート電圧制御部１０は、想定されている（動作時の）閾値電圧よりも低い電圧をゲート電極に印加するようにゲート電圧を制御する。このとき、スイッチング電流検出部２０によってスイッチング電流は検出されない（スイッチング電流の値が０である）ため、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング素子２００がオフ状態であると判定する。オン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオフ状態であると判定すると、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電圧が一段階高くなるようにゲート電圧を制御する(図４参照。)。
　これを繰り返してゲート電圧が段階的に高くなるように（具体的には階段状に高くなるように）していき、スイッチング電流検出部２０によってスイッチング電流が検出されたとき（スイッチング電流の値が０でなくなったとき）、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング素子２００がオン状態であると判定する。このとき、温度検出部５０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ２を記憶部４０へ送信し、記憶部４０が記憶する（図１参照。）。また、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電極に印加したゲート電圧Ｖｇｓを温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ４として記憶部４０へ送信し、記憶部４０は、当該ゲート電圧Ｖｇｓを温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ４として記憶する。
　次に、温度特性算出部９０は、記憶部４０から、初期閾値電圧Ｖｔｈ０、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０及び温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ４を含む情報を読み取るとともに、温度特性測定モードにおいて温度検出部５０から検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ２を読み取り、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０－α（Ｔ－Ｔ０）の特性式にＶｔｈ＝Ｖｔｈ４、及び、Ｔ＝Ｔ２をそれぞれ代入して、温度特性（具体的には温度係数α）を算出する。算出された温度係数αは記憶部４０に記憶される。
　制御モードにおいては、閾値電圧算出部７０は、温度特性測定モードで算出された温度係数α、温度検出部５０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ、記憶部４０に記憶されている初期閾値電圧Ｖｔｈ０及び初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０に基づいて動作時の閾値電圧Ｖｔｈを算出し、当該閾値電圧Ｖｔｈに基づいてゲート電圧を制御する。また、劣化判定モードにおいては、２回目の閾値電圧測定をした値に温度特性測定モードで測定された温度特性を用いて、温度補正された閾値電圧Ｖｔｈ２’及びＶｔｈ３’を算出する。
　このように、実施形態２に係るパワーモジュールは、温度特性算出部をさらに備える点で実施形態１に係るパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係るパワーモジュール１の場合と同様に、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流をスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、ΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、実使用時（動作時）に劣化を判定することができ、劣化した状態でデバイスの使用を続けることに起因してデバイスが破損することを防ぐことができる。
　また、実施形態２に係るパワーモジュールによれば、温度特性算出部９０を備え、温度特性算出部９０は、初期閾値電圧Ｖｔｈ０、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０、温度特性測定モードにおいて温度検出部５０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ２、及び、温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ４を含む情報に基づいてスイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性を算出するため、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性にバラツキがあった場合であっても、劣化判定モードにおいて、スイッチング素子２００の温度特性のバラツキを考慮して正確に閾値電圧を算出することができ、その結果、ΔＶｇｓをより一層正確に算出することができる。
　また、実施形態２に係るパワーモジュールによれば、温度特性算出部９０を備え、温度特性算出部９０は、初期閾値電圧Ｖｔｈ０、初期閾値電圧Ｖｔｈ０を測定したときのスイッチング素子２００の初期動作温度Ｔ０、温度特性測定モードにおいて温度検出部５０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ、及び、温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ４を含む情報に基づいてスイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性を算出するため、実際の温度特性がスイッチング素子２００の製造バラツキによって設計上の温度特性から変動していた場合であっても、動作時の閾値電圧を正確に算出することができ、動作時の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超える電圧を正確にゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、その結果、スイッチング損失を小さくすることができる。
　なお、実施形態２に係るパワーモジュールは、温度特性算出部をさらに備える点以外の点においては実施形態１に係るパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係るパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。
［実施形態３］
　実施形態３に係るパワーモジュール２は、基本的には実施形態１に係るパワーモジュール１と同様の構成を有するが、ストレス用電流供給部を備えない点で実施形態１に係るパワーモジュール１の場合とは異なる。すなわち、実施形態３に係るパワーモジュール３においては、パワー回路４００は、供給する電力が一定であり、劣化判定モードにおいて、ストレス用電流Ｉｓは、駆動電源４２０から供給される（図１２参照。）。
　パワー回路４００は、負荷抵抗４１０の抵抗値及び駆動電源４２０の電圧値が一定であるため、供給する電力が一定である。劣化判定モードにおいては、１回目の閾値電圧を測定した後、駆動電源４２０により一定期間、電力を供給した後（ストレス用電流Ｉｓに対応）、駆動電源４２０をオフにして２回目の閾値電圧を測定することによりΔＶｇｓを算出する。
　このように、実施形態３に係るパワーモジュール２は、ストレス用電流供給部を備えない点で実施形態１に係るパワーモジュール１の場合とは異なるが、実施形態１に係るパワーモジュール１の場合と同様に、ストレス用電流をスイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧とストレス用電流をスイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓを含む情報に基づいて劣化を判定する劣化判定モードを実施するように構成されているため、実使用時（動作時）に劣化を判定することができ、劣化した状態で使用を続けることに起因してデバイスが破損することを防ぐことができる。
　また、実施形態３に係るパワーモジュール２によれば、ストレス用電流供給部を備えないため、ストレス用電流供給部を備える場合よりもレイアウト及び回路構成が簡便となり、小型化したデバイスとすることができる。
　なお、実施形態３に係るパワーモジュール２は、ストレス用電流供給部を備えない点以外の点においては実施形態１に係るパワーモジュール１と同様の構成を有するため、実施形態１に係るパワーモジュール１が有する効果のうち該当する効果を有する。
　以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
（１）上記実施形態において記載した構成要素の数等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
（２）上記各実施形態においては、制御モードで用いる閾値電圧を測定する際に計測用電流供給部１００からスイッチング素子２００に計測用電流Ｉｍを供給したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スイッチング素子２００のドレイン電極と接続された閾値電圧測定用電源１０４を設け、スイッチング素子２００のドレイン電極に閾値電圧測定用の電流を供給することにより、制御モードで用いる閾値電圧を測定してもよい（変形例１に係るパワーモジュール３、図１３参照。）。このような構成とすることにより、ΔＶｇｓを測定する際に用いる計測用電流供給部１００から供給される電流とは異なる条件（電流量、電圧等）で閾値電圧を測定することができるため、制御モードで用いる閾値電圧を正確に測定することができる。
（３）上記各実施形態においては、初期測定モード、制御モード及び劣化判定モードを実施するパワーモジュールとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、制御モード及び劣化判定モードのみを実施するパワーモジュールとしてもよい。このとき、初期閾値電圧Ｖｔｈ０及び初期ΔＶｇｓはあらかじめ記憶部に記憶されている。
（４）上記各実施形態においては、制御モードでは、動作時の閾値電圧を算出し、当該動作時の閾値電圧に基づいてゲート電圧を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、制御モードでは、初期閾値電圧に基づいてゲート電圧を制御してもよい（変形例２に係るパワーモジュール４、図１４参照。）。
（５）上記各実施形態においては、スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報を、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ０－α（Ｔ－Ｔ０）の関係を満たす特性式としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報を、別の特性式としてもよいし、あらかじめ記憶部に記憶された温度－閾値電圧の関係（１対１）を示すデータであるとしてもよい。
（６）上記各実施形態においては、初期測定モード及び劣化判定モードにおいて、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるようにゲート電圧を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電圧が時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるようにゲート電圧を制御してもよい（図１５参照。）。
（７）上記各実施形態において、パワーモジュールが１つのスイッチング素子を備えることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。パワーモジュールが複数のスイッチング素子を備えてもよい。この場合、パワーモジュールは当該複数のスイッチング素子を制御してもよい。
（８）上記各実施形態において、スイッチング素子は、ＧａＮを含む材料により形成されたものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子は、ＳｉＣやＧａ２Ｏ３等のワイドギャップ半導体を含む材料や、シリコンを含む材料により形成されたものであってもよい。
（９）上記実施形態においては、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子(例えば、ＨＥＭＴ、ＩＧＢＴ等)を用いてもよい。
（１０）上記各実施形態において、パワーモジュールの制御回路とパワー回路とを別々の半導体基体に形成してもよいし、パワーモジュールの制御回路とパワー回路とを同一の半導体基体に形成してもよい。また、スイッチング素子とスイッチング素子以外の回路部とを別々の半導体基体に形成してもよいし、スイッチング素子（例えば、ＧａＮの横型構造の半導体素子）とスイッチング素子以外の回路部とを同一の半導体基体に形成してもよい。
　１，２，３，４，９００…パワーモジュール、１０，９１０…ゲート電圧制御部、２０…スイッチング電流検出部、３０…オフ状態判定部、４０…記憶部、５０…温度検出部、５２…温度検出素子、６０…劣化判定部、６２…ΔＶｇｓ算出部、６４…規格判定部、７０…閾値電圧算出部、８０…アラーム部、９０…温度特性算出部、１００…計測用電流供給部、１０２…ストレス用電流供給部、２００，８００…スイッチング素子、３００…ゲートドライブ用電源、４００…パワー回路、４１０…負荷抵抗４１０…駆動電源、Ｔ１…（＋）側入力端子、Ｔ２…（－）側入力端子、Ｔ３…（＋）側出力端子、Ｔ４…（－）側出力端子、Ｔ５…制御端子、ＶＤＤ…電源電圧、Ｉｄ…スイッチング電流、Ｖｔｈ，Ｖｔｈ１，Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３…閾値電圧、Ｖｔｈ０…初期閾値電圧、Ｖｔｈ４…温度特性測定時閾値電圧、Ｔ，Ｔ１，Ｔ２…スイッチング素子の動作温度、Ｔ０…初期動作温度、ＳＷ１、ＳＷ２，ＳＷ３…スイッチ

Claims (14)

  1. 　第１電極、第２電極及び第３電極を有するスイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードと、ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧と前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいてΔＶｇｓを算出し、前記ΔＶｇｓを含む情報に基づいてデバイスの劣化を判定する劣化判定モードとを切り替えて実施するように構成されていることを特徴とするパワーモジュール。
  2. 　前記スイッチング素子と、
    　前記劣化判定モードにおいて閾値電圧を測定する際には、第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記制御モードにおいては、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために前記第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部と、
    　前記劣化判定モードにおいて、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部と、
    　前記スイッチング素子の初期ΔＶｇｓを記憶し、かつ、前記劣化判定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったと判定されたときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を閾値電圧として記憶する記憶部と、
    　前記劣化判定モードにおいて、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給する前に検出された閾値電圧と、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいて前記ΔＶｇｓを算出し、当該ΔＶｇｓ及び前記初期ΔＶｇｓを含む情報に基づいて前記デバイスの劣化を判定する劣化判定部と、
    　前記スイッチング素子と直列に接続され、負荷抵抗及び駆動電源を有するパワー回路とを備えることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール。
  3. 　前記パワーモジュールは、前記制御モード実施前に前記スイッチング素子の前記初期ΔＶｇｓを検出する初期測定モードを実施するように構成されており、
    　前記初期測定モードにおいて、
    　前記第３電極電圧制御部は、閾値電圧を測定する際には、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、
    　前記オン／オフ状態判定部は、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定し、
    　前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったと判定されたときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を閾値電圧として記憶し、
    　前記劣化判定部は、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給する前に検出された前記閾値電圧である初期閾値電圧と、前記ストレス用電流を前記スイッチング素子に供給した後に検出された閾値電圧とを含む情報に基づいて前記初期ΔＶｇｓを算出することを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール。
  4. 　前記第３電極電圧制御部は、前記制御モードにおいて、前記スイッチング素子をオン状態とするときに、前記初期測定モードで測定された前記初期閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項３に記載のパワーモジュール。
  5. 　前記スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出部をさらに備え、
    　前記記憶部は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報、及び、前記スイッチング素子の初期動作温度を含む情報をさらに記憶し、
    　前記劣化判定部は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報、並びに、前記初期ΔＶｇｓ、前記劣化判定モードにおいて検出された前記ΔＶｇｓ、前記初期動作温度、及び、前記劣化判定モードにおいて前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の動作温度を含む情報に基づいて前記デバイスの劣化を判定することを特徴とする請求項２～４のいずれかに記載のパワーモジュール。
  6. 　前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度と、前記初期閾値電圧、及び、前記スイッチング素子の前記初期動作温度とを含む情報、並びに、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報に基づいて前記スイッチング素子の動作時の閾値電圧を算出する閾値電圧算出部をさらに備え、
    　前記第３電極電圧制御部は、前記制御モードにおいて、前記スイッチング素子をオン状態とするときに、前記閾値電圧算出部によって算出された前記動作時の閾値電圧に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項５に記載のパワーモジュール。
  7. 　前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードをさらに実施するパワーモジュールであって、
    　前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する温度特性算出部をさらに備え、
    　前記温度特性測定モードにおいて、
    　前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、
    　前記オン／オフ状態判定部は、前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、
    　前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記スイッチング素子の前記動作温度を記憶するとともに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の温度特性測定時閾値電圧として記憶し、
    　前記温度特性算出部は、前記初期閾値電圧、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の前記初期動作温度、前記温度特性測定モードにおいて前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、及び、前記温度特性測定時閾値電圧を含む情報に基づいて前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載のパワーモジュール。
  8. 　前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部をさらに備え、
    　前記劣化判定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部による前記第１電極電流の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定することを特徴とする請求項２～７のいずれかに記載のパワーモジュール。
  9. 　前記劣化判定部による前記デバイスの劣化の検出結果を外部に表示するアラーム部をさらに備えることを特徴とする請求項２～８のいずれかに記載のパワーモジュール。
  10. 　前記劣化判定モードにおいて前記スイッチング素子に前記ストレス用電流を供給するストレス用電流供給部をさらに備えることを特徴とする請求項２～９のいずれかに記載のパワーモジュール。
  11. 　前記パワー回路においては、供給する電力が一定であり、
    　前記劣化判定モードにおいて、前記ストレス用電流は、前記駆動電源から流れる電流から供給されることを特徴とする請求項２～９のいずれかに記載のパワーモジュール。
  12. 　前記第３電極電圧制御部は、前記スイッチング素子の閾値電圧を検出する場合には、前記第３電極電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるように前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項２～１１のいずれかに記載のパワーモジュール。
  13. 　前記第３電極電圧制御部は、前記スイッチング素子の閾値電圧を検出する場合には、前記第３電極電圧が、時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるように、前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項２～１１のいずれかに記載のパワーモジュール。
  14. 　前記スイッチング素子は、ＧａＮ、ＳｉＣ又はＧａ２Ｏ３を含む材料により形成されたものであることを特徴とする請求項１～１３のいずれかに記載のパワーモジュール。
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