WO2022209544A1 - 半導体装置、温度検出システム及び車両 - Google Patents

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尚弘 小谷
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type

Definitions

  • the invention disclosed in this specification relates to a semiconductor device, a temperature detection system, and a vehicle.
  • the IPM disclosed in Patent Document 1 includes a temperature measurement circuit that measures the chip temperature.
  • the temperature measurement circuit is configured so that it can only measure temperatures between 15° C. and 150° C. inclusive. Therefore, the IPM disclosed in Patent Literature 1 has a problem that it cannot detect the chip temperature at startup when used in cold regions, for example.
  • a semiconductor device disclosed in this specification includes a power element, a drive circuit configured to drive the power element, and a temperature detection circuit configured to detect a temperature of 0° C. or less. Prepare.
  • the temperature detection circuit is configured to generate and output a detection signal having a temperature change rate smaller than that of the voltage signal, based on the temperature-dependent voltage signal.
  • a temperature detection system disclosed herein includes the semiconductor device described above and a computer including an analog input port configured to input an analog voltage signal.
  • the vehicle disclosed in this specification includes the above semiconductor device.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a motor control system according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a temperature detection circuit.
  • FIG. 3 is a graph showing temperature characteristics of a voltage signal and an output signal.
  • FIG. 4 is an external view of a vehicle according to one embodiment.
  • the motor control system SYS1 includes a temperature detection system SYS2.
  • the temperature detection system SYS2 includes an MCU1 and an IPM2.
  • the first terminal T1 is configured to receive the first power supply voltage VCC1.
  • the second to fourth terminals T2 to T4 are configured to receive the above-described first to third control signals, respectively.
  • the fifth terminal T5 is configured to be connected to ground potential.
  • the eleventh terminal T11 is configured to output an output signal (detection signal) VOT of the temperature detection circuit 27, which will be described later.
  • the eleventh terminal T11 of IPM2 and the seventh port P7 of MCU1 are connected only by a connection line. In other words, there is no conversion circuit between the eleventh terminal T11 of the IPM2 and the seventh port P7 of the MCU1 for converting the output signal VOT of the temperature detection circuit 27, which will be described later. Since the temperature detection system SYS2 does not need to have a plurality of conversion circuits for converting the output signal VOT of the temperature detection circuit 27, the number of parts can be reduced, and the size and cost can be reduced.
  • the IPM 2 further includes a first drive circuit 21, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) 22u, 22v and 22w, and diodes 23u, 23v and 23w.
  • IGBTs Insulated Gate Bipolar Transistors
  • the power elements provided in the semiconductor device are IGBTs, but power elements other than IGBTs may be provided in the semiconductor device.
  • the second drive circuit 24 is connected to the sixth to tenth terminals T6 to T10 inside the IPM2.
  • the second drive circuit 24 operates with a voltage between the second power supply voltage VCC2 and the ground potential.
  • the second drive circuit 24 generates a fourth drive signal based on the fourth control signal input to the seventh terminal T7, and supplies the fourth drive signal to the gate of the IGBT 25u.
  • the second drive circuit 24 generates a fifth drive signal based on the fifth control signal input to the eighth terminal T8, and supplies the fifth drive signal to the gate of the IGBT 25v.
  • the second drive circuit 24 generates a sixth drive signal based on the sixth control signal input to the ninth terminal T9, and supplies the sixth drive signal to the gate of the IGBT 25w.
  • the collector of the IGBT 25u and the cathode of the diode 26u are connected to the thirteenth terminal T13 inside the IPM2.
  • the emitter of the IGBT 25u and the anode of the diode 26u are connected to the sixteenth terminal T16 inside the IPM2.
  • the collector of the IGBT 25v and the cathode of the diode 26v are connected to the fourteenth terminal T14 inside the IPM2.
  • the emitter of the IGBT 25v and the anode of the diode 26v are connected to the seventeenth terminal T17 inside the IPM2.
  • the collector of the IGBT 25w and the cathode of the diode 26w are connected to the fifteenth terminal T15 inside the IPM2.
  • the emitter of the IGBT 25w and the anode of the diode 26w are connected to the eighteenth terminal T18 inside the IPM2.
  • the voltage signal generation circuit 271 is configured to generate a temperature dependent voltage signal VT.
  • the voltage signal generation circuit 271 includes an operational amplifier OP1 and resistors R1 and R2.
  • a non-inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1.
  • the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP1 via the resistor R1.
  • the inverting input terminal of the operational amplifier OP1 is connected to the ground potential via the resistor R2.
  • the input stage of the operational amplifier OP1 is composed of a differential pair of transistors having different threshold voltages.
  • the temperature change rate (temperature coefficient) of the voltage signal VT is substantially constant within the temperature detection range of the temperature detection circuit 27 (-40° C. or more and 150° C. or less).
  • the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the output terminal of the operational amplifier OP2 via the resistor R3. Also, the inverting input terminal of the operational amplifier OP2 is connected to the ground potential via the resistor R4. A bias voltage VBIAS that changes little with temperature is output from the output terminal of the operational amplifier OP2.
  • FIG. 3 is a graph showing temperature characteristics of the voltage signal VT and the output signal VOT of the temperature detection circuit 27.
  • FIG. The horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 indicates temperature.
  • the vertical axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the voltage value of the signal.
  • the motor control system SYS1 shown in FIG. 1 can be mounted, for example, on the vehicle X shown in FIG.
  • the three-phase motor 3 can be a motor provided inside a compressor, which is a component of an in-vehicle air conditioner, for example.
  • the MCU 1 can determine, based on the output signal VOT of the temperature detection circuit 27, whether the internal temperature of the IPM 2 is equal to or higher than the minimum temperature at which the compressor can be started.
  • the semiconductor device having the third configuration described above can detect the internal temperature of the semiconductor device at startup even in winter, for example, in most of the cold regions in Japan.
  • the conversion circuit includes a voltage feedback operational amplifier, the voltage signal is input to the voltage feedback operational amplifier, and the detection signal is output from the voltage feedback operational amplifier. (Seventh configuration).
  • the semiconductor device having the seventh configuration can realize conversion from a voltage signal to a detection signal with a simple circuit configuration.
  • the conversion circuit includes a DC bias voltage supply unit configured to supply a DC bias voltage to the voltage feedback operational amplifier (eighth configuration), good too.
  • the conversion circuit may include a voltage follower circuit provided between the voltage feedback operational amplifier and the DC bias voltage supply unit (ninth configuration). good.
  • the semiconductor device having the ninth configuration can improve voltage characteristics in the conversion circuit.
  • the temperature detection system (SYS2) described above includes a computer (1) including a semiconductor device having any one of the first to ninth configurations and an analog input port (P7) configured to input an analog voltage signal. and a configuration (tenth configuration).
  • the temperature detection system having the tenth configuration can detect the internal temperature of the semiconductor device at startup, for example, in a cold region. That is, the temperature detection system having the fifth configuration can detect the internal temperature of the semiconductor device when the semiconductor device is activated under a wide range of usage environments. Moreover, since there is no need to provide a conversion circuit between the terminal of the temperature detection circuit and the analog input port of the computer, miniaturization and cost reduction can be achieved.

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Abstract

半導体装置は、パワー素子と、前記パワー素子を駆動するように構成される駆動回路と、０℃以下の温度を検出可能に構成される温度検出回路と、を備える。前記温度検出回路は、温度に依存する電圧信号に基づき、前記電圧信号より温度変化率の小さい検出信号を生成して出力するように構成される。

Description

半導体装置、温度検出システム及び車両
　本明細書中に開示されている発明は、半導体装置、温度検出システム及び車両に関する。
　従来、ＩＰＭ（Intelligent  Power　Module）と呼ばれる半導体装置が種々開発されている。ＩＰＭは、パワー素子と、当該パワー素子を駆動する駆動回路と、を備える。パワー素子は駆動時に発熱するため、パワー素子の周辺温度を検出する温度検出回路を内蔵するＩＰＭが存在する。
特開２０１０－１９９４９０号公報（段落００１９、段落００５０、及び段落００５１）
　例えば特許文献１で開示されているＩＰＭは、チップ温度を測定する温度測定回路を備える。しかしながら、当該温度測定回路は、１５℃以上１５０℃以下の温度しか測定できない構成である。したがって、特許文献１で開示されているＩＰＭは、例えば寒冷地において使用した場合に起動時のチップ温度を検出できないという課題を有する。
　本明細書中に開示されている半導体装置は、パワー素子と、前記パワー素子を駆動するように構成される駆動回路と、０℃以下の温度を検出可能に構成される温度検出回路と、を備える。前記温度検出回路は、温度に依存する電圧信号に基づき、前記電圧信号より温度変化率の小さい検出信号を生成して出力するように構成される。
　本明細書中に開示されている温度検出システムは、上記半導体装置と、アナログ電圧信号を入力するように構成されるアナログ入力ポートを含むコンピュータと、を備える。
　本明細書中に開示されている車両は、上記半導体装置を備える。
　本明細書中に開示されている半導体装置、温度検出システム及び車両によれば、広範な使用環境下で半導体装置が起動するときの半導体装置の内部温度を検出することができる。
図１は、一実施形態に係るモータ制御システムの概略構成を示す図である。 図２は、温度検出回路の一構成例を示す図である。 図３は、電圧信号及び出力信号の温度特性を示すグラフである。 図４は、一実施形態に係る車両の外観図である。
　図１は、一実施形態に係るモータ制御システムの概略構成を示す図である。図１に示すモータ制御システムＳＹＳ１は、ＭＣＵ（Micro  Controller  Unit）１と、ＩＰＭ２と、三相モータ３と、を備える。ＭＣＵ１は、コンピュータの一例である。ＩＰＭ２は、半導体装置の一例である。本実施形態では、半導体装置に接続される負荷はモータであるが、半導体装置に接続される負荷はモータに限定されない。
　モータ制御システムＳＹＳ１は、温度検出システムＳＹＳ２を備える。温度検出システムＳＹＳ２は、ＭＣＵ１と、ＩＰＭ２と、を備える。
　ＭＣＵ１は、第１～第７ポートＰ１～Ｐ７を備える。第１～第６ポートＰ１～Ｐ６はそれぞれ、ＰＷＭ(Pulse　Width  Modulation)制御信号等のデジタル電圧信号である第１～第６制御信号をそれぞれ出力するように構成されるデジタル出力ポートである。第７ポートＰ７は、アナログ電圧信号を入力するように構成されるアナログ入力ポートである。
　ＩＰＭ２は、第１端子Ｔ１～第１８端子Ｔ１８を備える。
　第１端子Ｔ１は、第１電源電圧ＶＣＣ１を入力するように構成される。第２～第４端子Ｔ２～Ｔ４はそれぞれ、上述した第１～第３制御信号それぞれを入力するように構成される。第５端子Ｔ５は、グラウンド電位に接続されるように構成される。
　第６端子Ｔ６は、第２電源電圧ＶＣＣ２を入力するように構成される。第７～第９端子Ｔ７～Ｔ９はそれぞれ、上述した第４～第６制御信号それぞれを入力するように構成される。第１０端子Ｔ１０は、グラウンド電位に接続されるように構成される。
　第１１端子Ｔ１１は、後述する温度検出回路２７の出力信号（検出信号）ＶОＴを出力するように構成される。ＩＰＭ２の第１１端子Ｔ１１とＭＣＵ１の第７ポートＰ７とは、接続線のみによって接続される。言い換えると、ＩＰＭ２の第１１端子Ｔ１１とＭＣＵ１の第７ポートＰ７との間に、後述する温度検出回路２７の出力信号ＶОＴを変換する変換回路は存在しない。温度検出システムＳＹＳ２は、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴを変換する変換回路を複数備える必要がないので、部品点数を少なくすることができ、小型化及び低コスト化を図ることができる。
　第１２端子Ｔ１２は、第３電源電圧ＶＣＣ３を入力するように構成される。第１３端子Ｔ１３は、三相モータ３のＵ相端子に接続されるように構成される。第１４端子Ｔ１４は、三相モータ３のＶ相端子に接続されるように構成される。第１５端子Ｔ１５は、三相モータ３のＷ相端子に接続されるように構成される。第１６～第１８端子Ｔ１６～Ｔ１８はそれぞれ、例えば図１に示すようにグラウンド電位に接続されるように構成されてもよく、また例えばフィルタ回路を介してグラウンド電位に接続されるように構成されてもよい。
　第１～第３電源電圧ＶＣＣ１～ＶＣＣ３はそれぞれ直流電圧である。第１～第３電源電圧ＶＣＣ１～ＶＣＣ３はそれぞれ異なる値の電圧であってもよく、また少なくとも２つが同じ値の電圧であってもよい。
　ＩＰＭ２は、第１駆動回路２１と、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar　Transistor）２２ｕ、２２ｖ及び２２ｗと、ダイオード２３ｕ、２３ｖ及び２３ｗと、をさらに備える。本実施形態では、半導体装置に設けられるパワー素子はＩＧＢＴであるが、ＩＧＢＴ以外のパワー素子が半導体装置に設けられてもよい。
　第１駆動回路２１は、ＩＰＭ２の内部で第１～第５端子Ｔ１～Ｔ５に接続される。第１駆動回路２１は、第１電源電圧ＶＣＣ１とグラウンド電位との間の電圧によって動作する。第１駆動回路２１は、第２端子Ｔ２に入力される第１制御信号に基づく第１駆動信号を生成し、第１駆動信号をＩＧＢＴ２２ｕのゲートに供給する。第１駆動回路２１は、第３端子Ｔ３に入力される第２制御信号に基づく第２駆動信号を生成し、第２駆動信号をＩＧＢＴ２２ｖのゲートに供給する。第１駆動回路２１は、第４端子Ｔ４に入力される第３制御信号に基づく第３駆動信号を生成し、第３駆動信号をＩＧＢＴ２２ｗのゲートに供給する。
　ＩＧＢＴ２２ｕ、２２ｖ及び２２ｗの各コレクタ並びにダイオード２３ｕ、２３ｖ及び２３ｗの各カソードは、ＩＰＭ２の内部で第１２端子Ｔ１２に接続される。ＩＧＢＴ２２ｕのエミッタ及びダイオード２３ｕのアノードは、ＩＰＭ２の内部で第１３端子Ｔ１３に接続される。ＩＧＢＴ２２ｖのエミッタ及びダイオード２３ｖのアノードは、ＩＰＭ２の内部で第１４端子Ｔ１４に接続される。ＩＧＢＴ２２ｗのエミッタ及びダイオード２３ｗのアノードは、ＩＰＭ２の内部で第１５端子Ｔ１５に接続される。
　ＩＰＭ２は、第２駆動回路２４と、ＩＧＢＴ２５ｕ、２５ｖ及び２５ｗと、ダイオード２６ｕ、２６ｖ及び２６ｗと、をさらに備える。
　第２駆動回路２４は、ＩＰＭ２の内部で第６～第１０端子Ｔ６～Ｔ１０に接続される。第２駆動回路２４は、第２電源電圧ＶＣＣ２とグラウンド電位との間の電圧によって動作する。第２駆動回路２４は、第７端子Ｔ７に入力される第４制御信号に基づく第４駆動信号を生成し、第４駆動信号をＩＧＢＴ２５ｕのゲートに供給する。第２駆動回路２４は、第８端子Ｔ８に入力される第５制御信号に基づく第５駆動信号を生成し、第５駆動信号をＩＧＢＴ２５ｖのゲートに供給する。第２駆動回路２４は、第９端子Ｔ９に入力される第６制御信号に基づく第６駆動信号を生成し、第６駆動信号をＩＧＢＴ２５ｗのゲートに供給する。
　ＩＧＢＴ２５ｕのコレクタ並びにダイオード２６ｕのカソードは、ＩＰＭ２の内部で第１３端子Ｔ１３に接続される。ＩＧＢＴ２５ｕのエミッタ及びダイオード２６ｕのアノードは、ＩＰＭ２の内部で第１６端子Ｔ１６に接続される。ＩＧＢＴ２５ｖのコレクタ並びにダイオード２６ｖのカソードは、ＩＰＭ２の内部で第１４端子Ｔ１４に接続される。ＩＧＢＴ２５ｖのエミッタ及びダイオード２６ｖのアノードは、ＩＰＭ２の内部で第１７端子Ｔ１７に接続される。ＩＧＢＴ２５ｗのコレクタ並びにダイオード２６ｗのカソードは、ＩＰＭ２の内部で第１５端子Ｔ１５に接続される。ＩＧＢＴ２５ｗのエミッタ及びダイオード２６ｗのアノードは、ＩＰＭ２の内部で第１８端子Ｔ１８に接続される。
　ＩＰＭ２は、温度検出回路２７をさらに備える。
　温度検出回路２７は、０℃以下の温度を検出可能に構成される。したがって、温度検出回路２７は、例えば寒冷地において起動時のＩＰＭ２の内部温度を検出することができる。すなわち、ＩＰＭ２は、広範な使用環境下でＩＰＭ２が起動するときのＩＰＭ２の内部温度を検出することができる。本実施形態では、温度検出回路２７は、０℃の温度を検出しているときに、正の値である出力信号ＶОＴを出力するように構成される。これにより、温度検出回路から出力される検出信号を処理する外部装置として汎用装置（例えば汎用コンピュータ）を利用することができ、当該汎用装置によって０℃の温度を検出したときの検出信号が処理可能となる。
　温度検出回路２７は、－２５℃の温度を検出可能に構成されることが好ましい。温度検出回路２７が－２５℃の温度を検出可能であれば、温度検出回路２７は、例えば日本国内の大半の寒冷地において冬場であっても起動時のＩＰＭ２の内部温度を検出することができるからである。この場合、温度検出回路２７は、－２５℃の温度を検出しているときに、正の値である出力信号ＶОＴを出力するように構成されるとよい。
　温度検出回路２７は、－４０℃の温度を検出可能に構成されることがさらに好ましい。温度検出回路２７が－４０℃の温度を検出可能であれば、温度検出回路２７は、例えば世界中の大半の寒冷地において冬場であっても起動時のＩＰＭ２の内部温度を検出することができるからである。この場合、温度検出回路２７は、－４０℃の温度を検出しているときに、正の値である出力信号ＶОＴを出力するように構成されるとよい。
　温度検出回路２７は、１５０℃の温度を検出可能に構成される。したがって、温度検出回路２７は、ＩＧＢＴ２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ、２５ｕ、２５ｖ及び２２ｗの発熱によってＩＰＭ２の内部温度が上昇した場合でもＩＰＭ２の内部温度を検出することができる。
　温度検出回路２７はサーミスタを含まない構成である。そのため、ＩＰＭ２は、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴを出力するように構成される端子を１つのみ備える。ＩＰＭ２は、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴを出力するように構成される端子を複数備える必要がないので、小型化及び低コスト化を図ることができる。
　温度検出回路２７は、全て集積回路で構成されることが好ましい。温度検出回路２７の全てを集積回路で構成することによって、温度検出回路２７の小型化及び低コスト化を図ることができる。
　図２は、温度検出回路２７の一構成例を示す図である。図２に示す温度検出回路２７は、電圧信号生成回路２７１と、変換回路２７２と、を備える。
　電圧信号生成回路２７１は、温度に依存する電圧信号ＶＴを生成するように構成される。電圧信号生成回路２７１は、オペアンプＯＰ１と、抵抗Ｒ１及びＲ２と、を備える。オペアンプＯＰ１の非反転入力端子は、オペアンプＯＰ１の出力端子に接続される。オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、抵抗Ｒ１を介してオペアンプＯＰ１の出力端子に接続される。また、オペアンプＯＰ１の反転入力端子は、抵抗Ｒ２を介してグラウンド電位に接続される。オペアンプＯＰ１の入力段は、互いに閾値電圧が異なる差動対トランジスタによって構成される。電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）は、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）において略一定である。
　変換回路２７２は、電圧信号ＶＴを出力信号ＶОＴに変換するように構成される。変換回路２７２は、バンドギャップ型基準電圧生成回路ＢＧ１と、オペアンプＯＰ２～ＯＰ４と、抵抗Ｒ３～Ｒ８と、を備える。
　バンドギャップ型基準電圧生成回路ＢＧ１は、バンドギャップ電圧を利用して、温度による変化が少ない基準電圧を生成し、当該基準電圧を出力する直流電圧源である。バンドギャップ型基準電圧生成回路ＢＧ１の負極は、グラウンド電位に接続される。
　バンドギャップ型基準電圧生成回路ＢＧ１の正極は、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子に接続される。つまり、バンドギャップ型基準電圧生成回路ＢＧ１からオペアンプＯＰ２の非反転入力端子に基準電圧が供給される。
　オペアンプＯＰ２の反転入力端子は、抵抗Ｒ３を介してオペアンプＯＰ２の出力端子に接続される。また、オペアンプＯＰ２の反転入力端子は、抵抗Ｒ４を介してグラウンド電位に接続される。温度による変化が少ないバイアス電圧ＶＢＩＡＳがオペアンプＯＰ２の出力端子から出力される。
　バイアス電圧ＶＢＩＡＳは、抵抗Ｒ５及びＲ６によって分圧される。バイアス電圧ＶＢＩＡＳの分圧は、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に供給される。オペアンプＯＰ３の反転入力端子は、オペアンプＯＰ３の出力端子に接続される。バンドギャップ型基準電圧生成回路ＢＧ１、オペアンプＯＰ２、及び抵抗Ｒ３～Ｒ５によって、直流バイアス電圧供給部が構成される。オペアンプＯＰ３によってボルテージフォロワ回路が構成される。直流バイアス電圧供給部から供給される直流バイアス電圧ＶＲＥＦは、ボルテージフォロワ回路を介して、後述する電圧帰還型オペアンプに供給される。
　オペアンプＯＰ３の出力端子は、抵抗Ｒ８を介してオペアンプＯＰ４の反転入力端子に接続される。また、オペアンプＯＰ４の反転入力端子は、抵抗Ｒ７を介してオペアンプＯＰ４の出力端子に接続される。オペアンプＯＰ４の出力端子から温度検出回路２７の出力信号ＶОＴが出力される。オペアンプＯＰ４、抵抗Ｒ７、及び抵抗Ｒ８によって電圧帰還型オペアンプが構成される。
　図３は、電圧信号ＶＴ及び温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度特性を示すグラフである。図３に示すグラフの横軸は温度を示している。図３に示すグラフの縦軸は信号の電圧値を示している。
　図３に示す通り、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）は電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）より小さい。より詳細には、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）において、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）は電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）より小さい。
　なお、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）において、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）は略一定値であり、電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）も略一定値である。このため、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）内の代表的な温度（例えば２５℃）において、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）が電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）より小さければ、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）において、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）は電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）より小さいとみなすことができる。
　変換回路２７２の回路定数を調整することによって、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）が調整可能であり、図３に示すグラフにおける温度検出回路２７の出力信号ＶОＴと電圧信号ＶＴとの交点の位置も調整可能である。
　図２に示す温度検出回路２７は、上述した電圧信号生成回路２７１及び変換回路２７２を備える構成であるため、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）における温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの電圧値範囲を容易に調整することができる。
　また、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの温度変化率（温度係数）が電圧信号ＶＴの温度変化率（温度係数）より小さいので、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）における温度検出回路２７の出力信号ＶОＴの電圧値範囲を狭くすることができる。これにより、温度検出回路２７の温度検出範囲（－４０℃以上１５０℃以下）が広くても、例えば本実施形態のように温度検出回路２７の出力信号ＶОＴを直接コンピュータのアナログ入力ポートに供給することができる。
　ＩＰＭ２が搭載される装置又は機器は限定されないが、使用環境での温度が大きく変化する装置又は機器にＩＰＭ２を搭載することが特に有用である。
　図１に示すモータ制御システムＳＹＳ１は、例えば図４に示す車両Ｘに搭載することができる。図１に示すモータ制御システムＳＹＳ１を車両Ｘに搭載する場合、三相モータ３は、例えば車内用エアーコンディショナーの構成部品である圧縮機の内部に設けられるモータとすることができる。例えば、ＭＣＵ１は、温度検出回路２７の出力信号ＶОＴに基づき、ＩＰＭ２の内部温度が圧縮機を起動させても問題無い下限温度以上であるか否かを判定することができる。
　なお、本発明の構成は、上記実施形態のほか、発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。上記実施形態は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであり、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。
　以上説明した半導体装置（２）は、パワー素子（２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ、２５ｕ、２５ｖ、２５ｗ）と、前記パワー素子を駆動するように構成される駆動回路（２１、２４）と、０℃以下の温度を検出可能に構成される温度検出回路（２７）と、を備え、前記温度検出回路は、温度に依存する電圧信号に基づき、前記電圧信号より温度変化率の小さい検出信号を生成して出力するように構成される構成（第１の構成）である。
　上記第１の構成である半導体装置は、例えば寒冷地において起動時の半導体装置の内部温度を検出することができる。すなわち、上記第１の構成である半導体装置は、広範な使用環境下で半導体装置が起動するときの半導体装置の内部温度を検出することができる。
　上記第１の構成である半導体装置において、前記温度検出回路は、０℃の温度を検出しているときに、正の値である前記検出信号を出力するように構成される構成（第２の構成）であってもよい。
　上記第２の構成である半導体装置を用いると、温度検出回路から出力される検出信号を処理する外部装置として汎用装置（例えば汎用コンピュータ）を利用することができ、当該汎用装置によって０℃の温度を検出したときの検出信号が処理可能となる。
　上記第２の構成である半導体装置において、前記温度検出回路は、－２５℃の温度を検出しているときに、正の値である前記検出信号を出力するするように構成される構成（第３の構成）であってもよい。
　上記第３の構成である半導体装置は、例えば日本国内の大半の寒冷地において冬場であっても起動時の半導体装置の内部温度を検出することができる。
　上記第３の構成である半導体装置において、前記温度検出回路は、－４０℃の温度を検出しているときに、正の値である前記検出信号を出力するするように構成される構成（第４の構成）であってもよい。
　上記第４の構成である半導体装置は、例えば世界中の大半の寒冷地において冬場であっても起動時の半導体装置の内部温度を検出することができる。
　上記第１～第４いずれかの構成である半導体装置において、前記検出信号を出力するように構成される端子を１つのみ備える構成（第５の構成）であってもよい。
　上記第５の構成である半導体装置は、端子数を抑制できるので、小型化及び低コスト化を図ることができる。
　上記第１～第５いずれかの構成である半導体装置において、前記温度検出回路は、前記電圧信号を生成するように構成される電圧信号生成回路（２７１）と、前記電圧信号を前記検出信号に変換するように構成される変換回路（２７２）と、を備える構成（第６の構成）であってもよい。
　上記第６の構成である半導体装置は、温度検出回路の温度検出範囲における検出信号の電圧値範囲を容易に調整することができる。また、上記第６の構成である半導体装置は、温度検出回路の温度検出範囲における検出信号の電圧値範囲を狭くすることができる。
　上記第６の構成である半導体装置において、前記変換回路は、電圧帰還型オペアンプを含み、前記電圧信号は前記電圧帰還型オペアンプに入力され、前記検出信号は前記電圧帰還型オペアンプから出力される構成（第７の構成）であってもよい。
　上記第７の構成である半導体装置は、簡易な回路構成で電圧信号から検出信号への変換を実現することができる。
　上記第７の構成である半導体装置において、前記変換回路は、前記電圧帰還型オペアンプに直流バイアス電圧を供給するように構成される直流バイアス電圧供給部を含む構成（第８の構成）であってもよい。
　上記第８の構成である半導体装置は、簡易な回路構成で検出信号の値を調整することができる。
　上記第８の構成である半導体装置において、前記変換回路は、前記電圧帰還型オペアンプと前記直流バイアス電圧供給部との間に設けられるボルテージフォロワ回路を含む構成（第９の構成）であってもよい。
　上記第９の構成である半導体装置は、変換回路における電圧特性を高めることができる。
　以上説明した温度検出システム（ＳＹＳ２）は、上記第１～第９いずれかの構成である半導体装置と、アナログ電圧信号を入力するように構成されるアナログ入力ポート（Ｐ７）を含むコンピュータ（１）と、を備える構成（第１０の構成）である。
　上記第１０の構成である温度検出システムは、例えば寒冷地において起動時の半導体装置の内部温度を検出することができる。すなわち、上記第５の構成である温度検出システムは、広範な使用環境下で半導体装置が起動するときの半導体装置の内部温度を検出することができる。また、温度検出回路の端子とコンピュータのアナログ入力ポートとの間に変換回路を設ける必要がないので、小型化及び低コスト化を図ることができる。
　以上説明した車両（Ｘ）は、上記第１～第９いずれかの構成である半導体装置を備える構成（第１１の構成）である。
　上記第１１の構成である車両は、例えば寒冷地において起動時の半導体装置の内部温度を検出することができる。すなわち、上記第５の構成である温度検出システムは、広範な使用環境下で半導体装置が起動するときの半導体装置の内部温度を検出することができる。
　　　１　ＭＣＵ
　　　２　ＩＰＭ
　　　３　三相モータ
　　　２１　第１駆動回路
　　　２２ｕ、２２ｖ、２２ｗ、２５ｕ、２５ｖ、２５ｗ　ＩＧＢＴ
　　　２３ｕ、２３ｖ、２３ｗ、２６ｕ、２６ｖ、２６ｗ　ダイオード
　　　２４　第２駆動回路
　　　２７　温度検出回路
　　　２７１　電圧信号生成回路
　　　２７２　変換回路
　　　ＢＧ１　バンドギャップ型基準電圧生成回路
　　　ＯＰ１～ＯＰ４　オペアンプ
　　　Ｒ１～Ｒ８　抵抗
　　　Ｐ１～Ｐ７　第１ポート～第７ポート
　　　ＳＹＳ１　モータ制御システム
　　　ＳＹＳ２　温度検出システム
　　　Ｔ１～Ｔ１８　第１端子～第１８端子
　　　Ｘ　車両

Claims (11)

  1. 　パワー素子と、
    　前記パワー素子を駆動するように構成される駆動回路と、
    　０℃以下の温度を検出可能に構成される温度検出回路と、を備え、
    　前記温度検出回路は、温度に依存する電圧信号に基づき、前記電圧信号より温度変化率の小さい検出信号を生成して出力するように構成される、半導体装置。
  2. 　前記温度検出回路は、０℃の温度を検出しているときに、正の値である前記検出信号を出力するように構成される、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 　前記温度検出回路は、－２５℃の温度を検出しているときに、正の値である前記検出信号を出力するするように構成される、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 　前記温度検出回路は、－４０℃の温度を検出しているときに、正の値である前記検出信号を出力するするように構成される、請求項３に記載の半導体装置。
  5. 　前記検出信号を出力するように構成される端子を１つのみ備える、請求項１～４のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 　前記温度検出回路は、
    　前記電圧信号を生成するように構成される電圧信号生成回路と、
    　前記電圧信号を前記検出信号に変換するように構成される変換回路と、を備える、請求項１～５のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 　前記変換回路は、電圧帰還型オペアンプを含み、
    　前記電圧信号は前記電圧帰還型オペアンプに入力され、
    　前記検出信号は前記電圧帰還型オペアンプから出力される、請求項６に記載の半導体装置。
  8. 　前記変換回路は、前記電圧帰還型オペアンプに直流バイアス電圧を供給するように構成される直流バイアス電圧供給部を含む、請求項７に記載の半導体装置。
  9. 　前記変換回路は、前記電圧帰還型オペアンプと前記直流バイアス電圧供給部との間に設けられるボルテージフォロワ回路を含む、請求項８に記載の半導体装置。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の半導体装置と、
    　アナログ電圧信号を入力するように構成されるアナログ入力ポートを含むコンピュータと、を備える、温度検出システム。
  11. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の半導体装置を備える、車両。
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