JP2005348517A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性を向上でき、しかも、低コスト化を実現できる温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置を得ることができる。
【解決手段】３相ブリッジ型インバータを構成する半導体スイッチング素子１と、半導体スイッチング素子１の温度を検出し出力電圧として送出する温度センサ２と、温度センサ２の出力電圧Ｖ_ｆに応じた電流を送出する電圧電流変換手段と、前記電圧電流変換手段から送出される電流をその電流値に応じた電圧値を有する電圧に変換する抵抗８と、抵抗８により変換された電圧を演算増幅器６を介して読み取るマイコン１０とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、半導体装置、特に、車載用インバータにおいて半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置に関するものである。

半導体スイッチング素子の温度を検出する従来の技術では、絶縁アンプを用いるものであった（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１３４０７４号公報

特許文献１において、半導体スイッチング素子１の温度を検出する温度センサ２による温度検出信号を受けて信号処理する温度検出回路３からの信号を検出温度を読み取る外部に設けられたマイコンに伝達する絶縁アンプ４が接続されている。半導体スイッチング素子１および温度検出回路３には第１の基準電位が設定され、マイコンには第２の基準電位が設定されている。

特許文献１で絶縁アンプを必要としていたのは、次のような理由による。
半導体スイッチング素子のスイッチングにより、上アーム側においては、マイコン基準電位から見た温度検出回路３の第１の基準電位のレベルが切り替わる。また、下アーム側においてはサージ電圧の発生の影響により温度検出回路３の第１の基準電位が変動する。このように、第１の基準電位と第２の基準電位の間に常に電位差が生じるため、第１の基準電位と第２の基準電位を分離する必要があり、両回路間のアナログ信号伝送手段として、絶縁アンプが必要であった。

上記構成の場合、３相ブリッジ型インバータにおいて上アーム側および下アーム側のすべての半導体スイッチング素子の温度を検出する場合、マイコンの入力回路は、６系統必要となる。

以上のように、従来の回路では、高価となる絶縁アンプ（例えば、フォトカプラ等）を多数使用しているので、回路部品の価格が高くなるという問題があり、また、一般的に、フォトカプラにおいては他の電子部品と比較して信頼性の面でやや劣る面があり、回路全体の信頼性を損ねていた。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、信頼性を向上でき、しかも、低コスト化を実現できる温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置を得ようとするものである。

この発明に係わる半導体装置は、多相ブリッジ型インバータを構成する半導体スイッチング素子の温度を検出し出力電圧として導出する温度センサと、前記温度センサの出力電圧に応じた電流を送出する電圧電流変換手段と、前記電圧電流変換手段から送出される電流をその電流値に応じた電圧値を有する電圧に変換する抵抗と、前記抵抗により変換された電圧を読み取る電圧読み取り手段とを備えたものである。

この発明によれば、信頼性を向上でき、しかも、低コスト化を実現できる温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置を得ることができる。

実施の形態１．
この発明による実施の形態を図１および図２について説明する。図１は、この発明による実施の形態における温度センサ信号出力読取回路を含む車載用インバータの構成を示す系統図である。図２は、この発明による実施の形態における温度センサ信号出力読取回路の構成を示す接続図である。

図１および図２において、車載用３相ブリッジ型インバータを構成しインバータの各アームに設けられた半導体スイッチング素子１には、ダイオードからなるオンチップ温度センサ２がぞれぞれ設けられている。オンチップ温度センサ２の検出信号は温度検出回路３に送られ、温度検出回路３で所定の処理が行われた後、マイコン１０に送られる。
オンチップ温度センサ２には、定電流回路４により、直流電源１１から一定の電流が流される。
ダイオードからなるオンチップ温度センサ２のアノードは抵抗７を介して演算増幅器５の−端子に接続され、ダイオードからなるオンチップ温度センサ２のカソードは演算増幅器５の＋端子に接続されている。演算増幅器５の出力を受けるトランジスタ９は前記ダイオードからなるオンチップ温度センサ２のアノードカソード間の電圧に応じた電流を送出する。トランジスタ９の出力としての、前記ダイオードからなるオンチップ温度センサ２のアノードカソード間の電圧に応じた電流を電圧に変換する抵抗８が設けられ、電圧バッファとして用いる演算増幅器６が設けられている。
マイコン１０には、温度検出回路３の出力信号として、前記ダイオードからなるオンチップ温度センサ２のアノードカソード間の電圧に応じた電流を変換した出力電圧が電圧バッファとしての演算増幅器６を介して供給される。
半導体スイッチング素子１には基準電位１２が設定され、マイコン１０には基準電位１３が設定されている。

次に、動作について説明する。
オンチップ温度センサとして用いるダイオードのアノードカソード間の電圧（以下、Ｖ_ｆとする）は、定電流回路４により前記ダイオードに流れる電流を一定とすることで、温度に反比例した電圧Ｖ_ｆが得られる。直流電源電圧Ｖ_ｃｃとＶ_ｆの電位差（Ｖ_ｃｃ−Ｖ_ｆ）が、演算増幅器５およびトランジスタ９より構成される回路に入力された後トランジスタ９のエミッタ端子に現れるため、抵抗７の両端に印加される電圧は、Ｖ_ｆとなる。つまり、前記ダイオードのアノードカソード間の電圧Ｖｆは、抵抗７の両端に現れる。
よって、抵抗７に流れる電流ｉは、抵抗７の抵抗値をＲ_１とすると、次の式１の通りとなる。これは、電圧Ｖ_ｆが抵抗７により上記ｉの電流値に変換されたことを意味する。
ｉ＝Ｖ_ｆ／Ｒ_１…（式１）
次いで、抵抗８において、前記電流ｉ＝Ｖ_ｆ／Ｒ_１が流れることにより、抵抗８の両端に現われる電圧Ｖ_ｏは、抵抗８の抵抗値をＲ_２とすると、次の式２の通りとなる。
Ｖ_ｏ＝ｉ×Ｒ_２…（式２）
ここで、抵抗８の抵抗値を抵抗７と等しく選んでやれば、Ｒ_１＝Ｒ_２より、電圧Ｖ_ｏは次の式３の通りとなる。
Ｖ_ｏ＝ｉ×Ｒ_２
＝ｉ×Ｒ_１
＝Ｖ_ｆ …（式３）
となる。
すなわち、抵抗８の両端に、前記ダイオードのアノードカソード間の電圧Ｖ_ｆを取り出すことができる。これは、前記電流ｉが電圧Ｖ_ｆに変換されたことを意味する。
次いで、この温度に比例した電圧Ｖ_ｆが演算増幅器６を介してマイコン１０に入力されることにより、検出温度を得ることができる。

上記回路構成では、温度センサ２の出力である電圧を一旦電流に変換し、電流として信号伝送しているため、サージ電圧の影響による基準電位の変動およびスイッチングによる上アームの基準電位の変動が起っても、電流値はこれらの影響を受けることがなく、回路間の信号伝送が可能である。

抵抗８の抵抗値は、前記電流ｉによって所望の電圧値が得られるように値を選ぶことが可能である。すなわち、抵抗８により、任意にゲイン設定可能である。

オンチップ温度センサ２および温度検出回路３を全相に配置あるいは特定の相に配置することが可能であり、マイコン１０に直接入力またはスイッチ等を介してマイコン１０に選択入力することも可能である。

上記実施の形態において、回路の基準電位を、半導体スイッチング素子１の基準電位およびマイコン１０の基準電位としているが、他系の基準電位とすることも可能であることは言うまでもない。

さらに、別の実施の形態として、温度センサとしてダイオードからなるオンチップ温度センサの代わりにサーミスタを使用しての回路構成とすることも可能である。

以上のような回路構成とすることにより、高価な部品を使用せず汎用部品で構成しているので、回路全体のコストダウンが見込め、また、信頼性を向上することができる。

以上のように、この発明による実施の形態では、安価かつ簡潔な回路で構成したので、コストダウンおよび信頼性が向上するという効果がある。

この発明による実施の形態によれば、車載用３相ブリッジ型インバータ等の多相ブリッジ型インバータを構成する半導体スイッチング素子１と、前記半導体スイッチング素子１の温度を検出し出力電圧として送出する温度センサ２と、前記温度センサ２の出力電圧に応じた電流を送出する定電流回路４および演算増幅器５ならびに抵抗７およびトランジスタ９からなる電圧電流変換手段と、前記定電流回路４および演算増幅器５ならびに抵抗７およびトランジスタ９からなる電圧電流変換手段から送出される電流をその電流値に応じた電圧値を有する電圧に変換する抵抗８と、前記抵抗８により変換された電圧を読み取る演算増幅器６およびマイコン１０からなる電圧読み取り手段とを備えたので、信頼性を向上でき、しかも、低コスト化を実現できる温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置を得ることができる。

また、この発明による実施の形態によれば、前項の構成において、前記温度センサ２として、半導体スイッチング素子１上に配置されるダイオードからなるオンチップ温度センサを用いたので、温度センサとしてオンチップ温度センサを用いるとともに、信頼性を向上でき、しかも、低コスト化を実現できる温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置を得ることができる。

さらに、この発明による実施の形態によれば、前々項の構成において、前記温度センサ２として、半導体スイッチング素子１の温度に応じて抵抗値を変化するサーミスタを用いたので、温度センサとしてサーミスタを用いるとともに、信頼性を向上でき、しかも、低コスト化を実現できる温度センサ信号出力読取回路を備えた半導体装置を得ることができる。

この発明による実施の形態における温度センサ信号出力読取回路を含む車載用インバータの構成を示す系統図である。 この発明による実施の形態における温度センサ信号出力読取回路の構成を示す接続図である。

符号の説明

１ 半導体スイッチング素子、２ 温度センサ、３ 温度検出回路、４ 定電流回路、５，６ 演算増幅器、７，８ 抵抗、９ トランジスタ、１０ マイコン、１１ 直流電源、１２，１３ 基準電位。

Claims (3)

1. 多相ブリッジ型インバータを構成する半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子の温度を検出し出力電圧として送出する温度センサと、前記温度センサの出力電圧に応じた電流を送出する電圧電流変換手段と、前記電圧電流変換手段から送出される電流をその電流値に応じた電圧値を有する電圧に変換する抵抗と、前記抵抗により変換された電圧を読み取る電圧読み取り手段とを備えた半導体装置。
2. 前記温度センサとして、前記半導体スイッチング素子上に配置されるダイオードからなるオンチップ温度センサを用いたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記温度センサとして、前記半導体スイッチング素子の温度に応じて抵抗値を変化するサーミスタを用いたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
   

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