JP3194353B2 - 半導体モジュールの温度検出装置 - Google Patents
半導体モジュールの温度検出装置Info
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の素子からな
る半導体モジュールの温度検出装置の改良に関する。
る半導体モジュールの温度検出装置の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、電気自動車等の専用モータを駆動
するためには、専用の電力変換器によって、バッテリか
ら三相交流を作っている。この種の電力変換器として
は、例えば、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ(以
下、IGBT素子という)を用いた三相のインバータ装
置がある。これは,IGBT素子を三相の出力に対応し
てブリッジ接続してインバータ主回路を構成し、これら
のIGBT素子をスイッチング動作させることにより三
相の交流出力を得るものである。この場合、一般に各I
GBT素子には逆並列にフライホイールダイオードが接
続されており、誘導性負荷に発生する逆起電力からIG
BT素子が過電圧破壊されないように保護するように構
成されている。
するためには、専用の電力変換器によって、バッテリか
ら三相交流を作っている。この種の電力変換器として
は、例えば、絶縁ゲート形バイポーラトランジスタ(以
下、IGBT素子という)を用いた三相のインバータ装
置がある。これは,IGBT素子を三相の出力に対応し
てブリッジ接続してインバータ主回路を構成し、これら
のIGBT素子をスイッチング動作させることにより三
相の交流出力を得るものである。この場合、一般に各I
GBT素子には逆並列にフライホイールダイオードが接
続されており、誘導性負荷に発生する逆起電力からIG
BT素子が過電圧破壊されないように保護するように構
成されている。
【0003】ところで、このようなインバータ主回路に
過電流が流れると、素子の温度が上昇して破壊に至る虞
がある。そこで、前記IGBT素子の温度を温度検出手
段によって検出して素子の破壊が起こる前に保護処理を
行う方法が多数提案されている。一般的に、IGBT素
子の場合、該IGBT素子の温度はサーミスタによって
検出するが、IGBT素子のように表面に多数の配線が
配置されている場合、IGBT素子に直接サーミスタを
配置することができないため、このサーミスタはIGB
T素子の近傍に配置して温度検出を行う。そして、所定
以上の温度に達した時に供給電流を減少させたり停止さ
せたりしてIGBT素子を破壊から保護している。
過電流が流れると、素子の温度が上昇して破壊に至る虞
がある。そこで、前記IGBT素子の温度を温度検出手
段によって検出して素子の破壊が起こる前に保護処理を
行う方法が多数提案されている。一般的に、IGBT素
子の場合、該IGBT素子の温度はサーミスタによって
検出するが、IGBT素子のように表面に多数の配線が
配置されている場合、IGBT素子に直接サーミスタを
配置することができないため、このサーミスタはIGB
T素子の近傍に配置して温度検出を行う。そして、所定
以上の温度に達した時に供給電流を減少させたり停止さ
せたりしてIGBT素子を破壊から保護している。
【0004】また、特開平7−234162号公報に
は、IGBT素子の温度を前記フライホイールダイオー
ドの順方向電流電圧に基づいて、IGBT素子の温度を
推定し、前述と同様に供給電流の制御を行い素子を破壊
から保護する構成が開示されている。
は、IGBT素子の温度を前記フライホイールダイオー
ドの順方向電流電圧に基づいて、IGBT素子の温度を
推定し、前述と同様に供給電流の制御を行い素子を破壊
から保護する構成が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、サーミスタを
使って温度検出を行う場合、IGBT素子を支持してい
るホルダやヒートシンクを介した間接的な温度検出にな
るためサーミスタの温度上昇が遅れる。その結果、検出
誤差が大きく、素子保護処理が行われる前にIGBT素
子が破壊されてしまう場合がある。
使って温度検出を行う場合、IGBT素子を支持してい
るホルダやヒートシンクを介した間接的な温度検出にな
るためサーミスタの温度上昇が遅れる。その結果、検出
誤差が大きく、素子保護処理が行われる前にIGBT素
子が破壊されてしまう場合がある。
【0006】また、複数のIGBT素子から構成されて
いる半導体モジュールは1個でもIGBT素子が破壊さ
れると機能しなくなるので、個々のIGBT素子に温度
検出回路を設けて温度検出を行っているため、回路規模
が大きくなってしまうという問題がある。
いる半導体モジュールは1個でもIGBT素子が破壊さ
れると機能しなくなるので、個々のIGBT素子に温度
検出回路を設けて温度検出を行っているため、回路規模
が大きくなってしまうという問題がある。
【0007】さらに、フライホイールダイオードを使用
する場合、フライホイールダイオードを流れる電流は外
部負荷、すなわちモータに流れる電流であるため、モー
タの駆動状態によって電流量が変化してしまう。その結
果、フライホイールダイオードから出力される電圧が変
動し、温度推定が複雑になり正確な温度検出を行うこと
ができないという問題がある。また、フライホイールダ
イオードは電気的に出力端(モータ)に接続されている
ため、温度検出回路が素子毎に必要になり配線が複雑に
なると共に回路規模が大きくなり過ぎるという問題があ
る。
する場合、フライホイールダイオードを流れる電流は外
部負荷、すなわちモータに流れる電流であるため、モー
タの駆動状態によって電流量が変化してしまう。その結
果、フライホイールダイオードから出力される電圧が変
動し、温度推定が複雑になり正確な温度検出を行うこと
ができないという問題がある。また、フライホイールダ
イオードは電気的に出力端(モータ)に接続されている
ため、温度検出回路が素子毎に必要になり配線が複雑に
なると共に回路規模が大きくなり過ぎるという問題があ
る。
【0008】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、コンパクトな構成でより検出誤差の
少ない半導体モジュールの温度検出を行うことのできる
温度検出装置を提供することを目的とする。
されたものであり、コンパクトな構成でより検出誤差の
少ない半導体モジュールの温度検出を行うことのできる
温度検出装置を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明の構成は、複数の素子からなる半導
体モジュールの温度検出を行う温度検出装置において、
各素子に設けられたダイオードであって、互いに並列に
接続された温度検出用ダイオードと、並列接続された前
記温度検出用ダイオードが接続され、該温度検出用ダイ
オードの並列接続状態の出力電圧に基づいて前記半導体
モジュールの温度検出を行う温度検出回路と、を有する
ことを特徴とする。
するために、本発明の構成は、複数の素子からなる半導
体モジュールの温度検出を行う温度検出装置において、
各素子に設けられたダイオードであって、互いに並列に
接続された温度検出用ダイオードと、並列接続された前
記温度検出用ダイオードが接続され、該温度検出用ダイ
オードの並列接続状態の出力電圧に基づいて前記半導体
モジュールの温度検出を行う温度検出回路と、を有する
ことを特徴とする。
【0010】この構成によれば、素子毎の温度に直接応
答するダイオードを並列接続し、単一の温度検出回路に
接続しているため、迅速に素子の温度変化に反応し少な
い誤差で温度検出を行うことができると共に、温度検出
回路の共有化が可能になり、装置の小型化を行うことが
できる。
答するダイオードを並列接続し、単一の温度検出回路に
接続しているため、迅速に素子の温度変化に反応し少な
い誤差で温度検出を行うことができると共に、温度検出
回路の共有化が可能になり、装置の小型化を行うことが
できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態を
図面に基づき説明する。図1には本実施形態の半導体モ
ジュールの温度検出装置の概略構成が示されている。図
示しない電気自動車の専用モータを駆動するため三相交
流を図示しないバッテリから作る半導体モジュールとし
て、本実施形態の場合、3個のIGBT素子12a〜1
2cが使用されている。例えば、600A用の半導体モ
ジュールを作る場合、200AのIGBT素子が並列に
接続される。
図面に基づき説明する。図1には本実施形態の半導体モ
ジュールの温度検出装置の概略構成が示されている。図
示しない電気自動車の専用モータを駆動するため三相交
流を図示しないバッテリから作る半導体モジュールとし
て、本実施形態の場合、3個のIGBT素子12a〜1
2cが使用されている。例えば、600A用の半導体モ
ジュールを作る場合、200AのIGBT素子が並列に
接続される。
【0012】各IGBT素子12a,12b,12c上
には該IGBT素子の温度を検出するための温度検出用
のダイオード14a,14b,14cがそれぞれ配置さ
れ、例えば、シリコン接着剤等の固定手段によって固定
されている。また、各温度検出用のダイオード14a,
14b,14cはそれぞれ並列に接続され、温度検出回
路16に接続されている。この温度検出回路16内部に
は前記温度検出用ダイオード14a〜14cに順方向電
流(例えば、0.2mA)を供給するための電流源18
(例えば、トランジスタ等で構成され所定電流を共用電
源から流し込む)と、後述する例えば、0.42Vの基
準電圧発生源20と、前記温度検出用のダイオード14
a〜14cが発生する電圧値と前記基準電圧発生源20
の基準電圧とを比較するコンパレータ22等を含んでい
る。また、前記温度検出回路16のコンパレータ22の
比較結果は、過熱制御回路24に入力され、IGBT素
子12a〜12cに対する供給電流の抑制や停止をIG
BT制御回路26に促すことになる。
には該IGBT素子の温度を検出するための温度検出用
のダイオード14a,14b,14cがそれぞれ配置さ
れ、例えば、シリコン接着剤等の固定手段によって固定
されている。また、各温度検出用のダイオード14a,
14b,14cはそれぞれ並列に接続され、温度検出回
路16に接続されている。この温度検出回路16内部に
は前記温度検出用ダイオード14a〜14cに順方向電
流(例えば、0.2mA)を供給するための電流源18
(例えば、トランジスタ等で構成され所定電流を共用電
源から流し込む)と、後述する例えば、0.42Vの基
準電圧発生源20と、前記温度検出用のダイオード14
a〜14cが発生する電圧値と前記基準電圧発生源20
の基準電圧とを比較するコンパレータ22等を含んでい
る。また、前記温度検出回路16のコンパレータ22の
比較結果は、過熱制御回路24に入力され、IGBT素
子12a〜12cに対する供給電流の抑制や停止をIG
BT制御回路26に促すことになる。
【0013】以下、IGBT素子上に配置された温度検
出用のダイオードの特性を図2を用いて説明する。
出用のダイオードの特性を図2を用いて説明する。
【0014】一般に、一定温度下におけるダイオードに
流れる電流IF とダイオードの端子間に発生する電圧V
F は、次の式で表される。
流れる電流IF とダイオードの端子間に発生する電圧V
F は、次の式で表される。
【0015】
【数1】 ここで、k=1.38×10-23 (J/K)、q=1.
6×10-19 (C)、IS =定数、T=絶対温度(室温
25℃の時、約300K)である。図2は室温25℃の
時と150℃の時のダイオードの特性を示している。こ
のように、一定の電流をダイオードに流し、ダイオード
の周囲の温度を変化させた場合、約−2mV/℃の電圧
変化が起こることが知られている。例えば、周囲温度が
25℃の時と150℃の時とでは発生する電圧は150
℃の方が約250mV少なくなる。従って、素子の設定
限界温度を150℃とする場合、図2に基づいて、温度
検出用のダイオードを流れる電流値から、温度検出ダイ
オードの両端に発生する電圧値を算出し、その電圧値を
基準電圧とすることによって、該基準電圧と実際のIG
BT素子の温度に応じて発生する端子間電圧との比較を
行い、IGBT素子の設定限界温度を越えたか否かの判
断を行うことができる。
6×10-19 (C)、IS =定数、T=絶対温度(室温
25℃の時、約300K)である。図2は室温25℃の
時と150℃の時のダイオードの特性を示している。こ
のように、一定の電流をダイオードに流し、ダイオード
の周囲の温度を変化させた場合、約−2mV/℃の電圧
変化が起こることが知られている。例えば、周囲温度が
25℃の時と150℃の時とでは発生する電圧は150
℃の方が約250mV少なくなる。従って、素子の設定
限界温度を150℃とする場合、図2に基づいて、温度
検出用のダイオードを流れる電流値から、温度検出ダイ
オードの両端に発生する電圧値を算出し、その電圧値を
基準電圧とすることによって、該基準電圧と実際のIG
BT素子の温度に応じて発生する端子間電圧との比較を
行い、IGBT素子の設定限界温度を越えたか否かの判
断を行うことができる。
【0016】次に、ダイオードの接続状態と発生する端
子間電圧の関係を順に説明する。温度検出用のダイオー
ドが図1のように並列に接続されず、1個だけであった
場合、温度検出回路16から所定量の電流を温度検出用
ダイオード14aに流し込むと、前記温度検出用ダイオ
ード14aの両端に発生する電圧はIGBT素子12a
の温度を反映し、温度上昇と共に低くなる。この電圧変
化をコンパレータ22で基準電圧発生源20の基準電圧
と比較し、温度検出用のダイオード14aの両端に発生
する電圧が基準電圧より低くなった場合に、IGBT素
子の温度が設定限界温度を越えたと判断し、前記過熱制
御回路24はIGBT制御回路26に対してIGBT素
子の駆動抑制や停止を促す。
子間電圧の関係を順に説明する。温度検出用のダイオー
ドが図1のように並列に接続されず、1個だけであった
場合、温度検出回路16から所定量の電流を温度検出用
ダイオード14aに流し込むと、前記温度検出用ダイオ
ード14aの両端に発生する電圧はIGBT素子12a
の温度を反映し、温度上昇と共に低くなる。この電圧変
化をコンパレータ22で基準電圧発生源20の基準電圧
と比較し、温度検出用のダイオード14aの両端に発生
する電圧が基準電圧より低くなった場合に、IGBT素
子の温度が設定限界温度を越えたと判断し、前記過熱制
御回路24はIGBT制御回路26に対してIGBT素
子の駆動抑制や停止を促す。
【0017】また、図1に示すように複数個のダイオー
ドを並列した場合、例えば、2個のダイオードを並列接
続した場合、電流源18から一定の電流が供給される
と、各ダイオードに流れる電流IF は1/2になる。
ドを並列した場合、例えば、2個のダイオードを並列接
続した場合、電流源18から一定の電流が供給される
と、各ダイオードに流れる電流IF は1/2になる。
【0018】一方、前記(式1)を変形すると、以下の
ようになる。
ようになる。
【0019】
【数2】 この時のIF が1/2になり、その時のダイオードの端
子間に発生する電圧VFの減少分をαとすると、以下の
ようになる。
子間に発生する電圧VFの減少分をαとすると、以下の
ようになる。
【0020】
【数3】 そして、上記(式2)にq,k,Tの値を代入し、αを
算出すると、αは約18mVとなる。すなわちダイオー
ド1個の場合と比べると、2個並列接続した場合は、そ
の端子間電圧が約18mV低下する。従って、ダイオー
ドを2個並列接続することによって、約9℃(温度によ
る電圧変化−2mV/℃)の誤差が発生することにな
る。
算出すると、αは約18mVとなる。すなわちダイオー
ド1個の場合と比べると、2個並列接続した場合は、そ
の端子間電圧が約18mV低下する。従って、ダイオー
ドを2個並列接続することによって、約9℃(温度によ
る電圧変化−2mV/℃)の誤差が発生することにな
る。
【0021】すなわち、9℃の誤差を許容すれば、単一
の温度検出回路を2個のダイオードに対して共用し、過
熱判定を行うことができる。
の温度検出回路を2個のダイオードに対して共用し、過
熱判定を行うことができる。
【0022】同様に、3個のダイオードを並列接続した
場合、各ダイオードを流れる電流は1/3になる。つま
り、IF を1/3として、ダイオードの端子間に発生す
る電圧VF の減少分をβとすると、以下のようになる。
場合、各ダイオードを流れる電流は1/3になる。つま
り、IF を1/3として、ダイオードの端子間に発生す
る電圧VF の減少分をβとすると、以下のようになる。
【0023】
【数4】 この場合、βは約28mVになり、温度換算すると約1
4℃となる。すなわち、14℃の誤差を許容すれば、単
一の温度検出回路を3個のダイオードに対しても共用
し、過熱判定を行うことができる。
4℃となる。すなわち、14℃の誤差を許容すれば、単
一の温度検出回路を3個のダイオードに対しても共用
し、過熱判定を行うことができる。
【0024】つまり、異常温度上昇時のIGBT素子の
破壊を防止するための温度保護は保護の目的から許せる
範囲(一般にIGBT素子等の半導体素子の場合、15
0℃の耐熱温度が設定される場合、+10〜20℃の許
容誤差が存在する)であれば、複数のIGBT素子の温
度が均一に上昇した場合でも任意の1素子の温度が上昇
した場合でも、単一の温度検出回路によって所定誤差範
囲内で過熱温度判定を行うことができる。また、温度検
出回路を共用することによって、装置全体の回路規模を
縮小することができる。
破壊を防止するための温度保護は保護の目的から許せる
範囲(一般にIGBT素子等の半導体素子の場合、15
0℃の耐熱温度が設定される場合、+10〜20℃の許
容誤差が存在する)であれば、複数のIGBT素子の温
度が均一に上昇した場合でも任意の1素子の温度が上昇
した場合でも、単一の温度検出回路によって所定誤差範
囲内で過熱温度判定を行うことができる。また、温度検
出回路を共用することによって、装置全体の回路規模を
縮小することができる。
【0025】なお、IGBT素子の上に配置するダイオ
ードで発生する電圧は、比較的小さいため、図3に示す
ように複数(例えば、2〜3個)のダイオードを直列に
接続して、発生する電圧を増幅してもよい。このように
発生電圧を増幅することによって、周囲の電気的ノイズ
による影響を低減し、より正確な過熱温度判定を行うこ
とができる。
ードで発生する電圧は、比較的小さいため、図3に示す
ように複数(例えば、2〜3個)のダイオードを直列に
接続して、発生する電圧を増幅してもよい。このように
発生電圧を増幅することによって、周囲の電気的ノイズ
による影響を低減し、より正確な過熱温度判定を行うこ
とができる。
【0026】なお、本実施形態の場合、IGBT素子を
3個使用し、ダイオードを3個並列接続した場合を説明
したが、誤差を許容できる範囲内であれば、ダイオード
の並列接続数は適宜選択可能で、同様の効果を得ること
ができる。
3個使用し、ダイオードを3個並列接続した場合を説明
したが、誤差を許容できる範囲内であれば、ダイオード
の並列接続数は適宜選択可能で、同様の効果を得ること
ができる。
【0027】また、本実施形態ではIGBT素子を例に
とって説明したが、他の半導体素子から成る半導体モジ
ュールでも同様の効果を得ることができる。
とって説明したが、他の半導体素子から成る半導体モジ
ュールでも同様の効果を得ることができる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、素子毎の温度に直接応
答するダイオードを並列接続し、単一の温度検出回路に
接続しているため、全ての素子の温度が上昇した場合で
も、特定の1素子の温度が上昇した場合でも所定誤差範
囲内で素子の温度変化を迅速に検出できる。また、温度
検出回路の共有化が可能になり、装置の小型化を行うこ
とができる。
答するダイオードを並列接続し、単一の温度検出回路に
接続しているため、全ての素子の温度が上昇した場合で
も、特定の1素子の温度が上昇した場合でも所定誤差範
囲内で素子の温度変化を迅速に検出できる。また、温度
検出回路の共有化が可能になり、装置の小型化を行うこ
とができる。
【図1】 本発明の実施形態の半導体モジュールの温度
検出装置の概略構成を説明する説明図である。
検出装置の概略構成を説明する説明図である。
【図2】 ダイオードの特性を説明する説明図である。
【図3】 本発明の実施形態の半導体素子の温度検出装
置のダイオードの接続例を説明する説明図である。
置のダイオードの接続例を説明する説明図である。
12a,12b,12c IGBT素子、14a,14
b,14c ダイオード、16 温度検出回路、18
電流源、20 基準電圧発生源、22 コンパレータ、
24 過熱制御回路、26 IGBT制御回路。
b,14c ダイオード、16 温度検出回路、18
電流源、20 基準電圧発生源、22 コンパレータ、
24 過熱制御回路、26 IGBT制御回路。
Claims (1)
- 【請求項1】 複数の素子からなる半導体モジュールの
温度検出を行う温度検出装置において、 各素子に設けられたダイオードであって、互いに並列に
接続された温度検出用ダイオードと、 並列接続された前記温度検出用ダイオードが接続され、
該温度検出用ダイオードの並列接続状態の出力電圧に基
づいて前記半導体モジュールの温度検出を行う温度検出
回路と、 を有することを特徴とする半導体モジュールの温度検出
装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19819996A JP3194353B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 半導体モジュールの温度検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19819996A JP3194353B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 半導体モジュールの温度検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1038964A JPH1038964A (ja) | 1998-02-13 |
JP3194353B2 true JP3194353B2 (ja) | 2001-07-30 |
Family
ID=16387132
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19819996A Expired - Fee Related JP3194353B2 (ja) | 1996-07-26 | 1996-07-26 | 半導体モジュールの温度検出装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3194353B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018220721A1 (ja) | 2017-05-30 | 2018-12-06 | 三菱電機株式会社 | 半導体パワーモジュール |
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---|---|---|---|---|
JP3482948B2 (ja) | 2000-07-25 | 2004-01-06 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
JP4323299B2 (ja) * | 2003-12-03 | 2009-09-02 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置 |
JP4816182B2 (ja) | 2006-03-23 | 2011-11-16 | 株式会社日立製作所 | スイッチング素子の駆動回路 |
JP4177392B2 (ja) | 2006-06-08 | 2008-11-05 | 三菱電機株式会社 | 半導体電力変換装置 |
JP4844292B2 (ja) * | 2006-08-28 | 2011-12-28 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体モジュールの温度検出装置 |
JP5578197B2 (ja) | 2012-06-01 | 2014-08-27 | 株式会社デンソー | 温度検出装置 |
JP6252585B2 (ja) * | 2013-06-04 | 2017-12-27 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
JP5880493B2 (ja) | 2013-07-04 | 2016-03-09 | 株式会社デンソー | 温度検出装置 |
KR102469942B1 (ko) * | 2016-04-19 | 2022-11-22 | 엘에스일렉트릭(주) | 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치 |
-
1996
- 1996-07-26 JP JP19819996A patent/JP3194353B2/ja not_active Expired - Fee Related
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018220721A1 (ja) | 2017-05-30 | 2018-12-06 | 三菱電機株式会社 | 半導体パワーモジュール |
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JPH1038964A (ja) | 1998-02-13 |
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