JP6673118B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、並列駆動するスイッチング素子を制御する半導体装置に関する。

１つのパワースイッチング素子では駆動できない比較的大きな電流を扱う半導体装置では、パワースイッチング素子を並列接続して駆動する手法が採用される。

並列接続されるパワースイッチング素子は素子種の違いや、素子の種類が同一であっても閾値電圧やオン抵抗の違いによって一方のパワースイッチング素子に、他方よりも大きな電流が流れてしまうことがある。これにより、並列接続されたパワースイッチング素子の間で発熱量に差が生じてしまう。このため、半導体装置全体として、発熱量の大きな側のパワースイッチング素子で使用範囲が律速してしまう問題があった。

これに対して、特許文献１には、複数の半導体素子（パワースイッチング素子）の間の温度差を検出した場合には、温度の相対的に高い半導体素子の通電電流を低減し、温度の相対的に低い半導体素子の通電電流を増大する半導体装置が開示されている。

特開２０１６−４６４２４号公報

しかしながら、特許文献１の記載の発明は、複数の素子の間の温度差に応じて、アナログ的に制御信号の電圧が変化するようにされており、わずかな温度差の変化であっても、それに対応して半導体素子への通電電流の増減を行う制御が必要となる。つまり、半導体素子の制御端子に制御信号を出力するための回路は複雑化して大規模化する虞がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、より簡素な構成で複数のパワースイッチング素子間の温度差を軽減することができる半導体装置を提供することを目的とする。

ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。

上記目的を達成するために、本発明は、互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子（１１，１２）と、複数のスイッチング素子の通電電流を制御するための制御信号を出力する制御部（３０）と、複数のスイッチング素子の間の温度差を推定する温度推定部（４０）と、を備え、制御部は、推定された温度差が所定の閾値温度以上になることを以って、温度が相対的に高いスイッチング素子の駆動を停止する停止モードに移行する。

これによれば、複数のスイッチング素子間で所定以上の温度差が生じた場合には高温側のスイッチング素子の駆動を停止するものである。これは、従来のように、アナログ的に、すなわち連続的に、半導体素子への通電電流を調整する構成に較べて、制御部の回路構成を単純にすることができるから、回路の複雑化にともなう大規模化を抑制することができる。

また、この半導体装置は、温度差が所定の閾値以上になることを以って高温側スイッチング素子の停止を行うものであるから、従来のように、わずかな温度差が生じるだけで調整を必要とする構成に較べてフィードバックに係る処理を軽減することができる。

第１実施形態にかかる半導体装置の概略構成を示す回路図である。 半導体装置の詳細構成を示すブロック図である。 半導体装置の実装構成を示す断面図である。 制御部によるスイッチング素子の制御を示すタイミングチャートである。 変形例１にかかる制御部によるスイッチング素子の制御を示すタイミングチャートである。 変形例２にかかる制御部によるスイッチング素子の制御を示すタイミングチャートである。 第２実施形態にかかる制御部によるスイッチング素子の制御を示すタイミングチャートである。 第３実施形態にかかる制御部によるスイッチング素子の制御を示すタイミングチャートである。 第４実施形態にかかる半導体装置の詳細構成を示すブロック図である。 変形例４にかかる半導体装置の詳細構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。

（第１実施形態）
最初に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。

本実施形態における半導体装置１００は、図１に示すように、例えば車両に搭載されるモータ２００を駆動する電力変換装置において、インバータ回路３００を構成するスイッチング素子と該スイッチング素子を制御する制御部を含むものである。

インバータ回路３００は、負荷であるモータ２００と電源４００との間に挿設され、直流電力を交流電力に変換している。インバータ回路３００と電源４００の間には平滑用コンデンサ５００が介在している。

インバータ回路３００は、３相交流インバータを構成する。スイッチング素子１０が電源４００の正極と負極の間に直列に接続され、その中点にモータが接続されることでひとつの相を成し、この構成が３つ並列に接続されて３相を成す。半導体装置１００は、このスイッチング素子１０と、スイッチング素子１０を制御する制御部を含むものである。

図２に示すように、半導体装置１００は、スイッチング素子１０として、電気的に並列に接続された２つの素子１１，１２を備えている。具体的には、第１素子１１と第２素子１２とを備えている。本実施形態におけるスイッチング素子１０はいずれも絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）であり、第１素子１１、第２素子１２ともに、それぞれ還流ダイオード１１ａ，１２ａを有している。なお、第１素子１１および第２素子は仕様上同一の素子である。

第１素子１１のゲート端子および第２素子１２のゲート端子には、ゲート駆動信号としての制御信号を出力する制御部３０が接続されている。制御部３０は、ゲート電圧をゲート端子に印加することでスイッチング素子１０をオンするが、本実施形態における制御部３０は、所定の周期で電圧印加のオン期間とオフ期間とを繰り返すようにゲート電圧を印加するものである。同一周期でスイッチング素子１０が駆動されている状態が通常通り駆動されている状態である。電圧印加のオン期間が無くなり、オフ期間のみの場合にはスイッチング素子１０の駆動は停止されることになる。

第１素子１１の近傍には第１素子１１の温度を検出するための第１温度センサ２１が備えられ、第２素子１２の近傍には第２素子１２の温度を検出するための第２温度センサ２２が備えている。第１温度センサ２１および第２温度センサ２２は直接的にスイッチング素子１０の温度を検出するものであり、それぞれ特許請求の範囲に記載の直接的温度検出部に相当する。以降、２つの温度センサをまとめて温度センサ２０と記載することがある。

温度センサ２０は、温度推定部４０に接続されている。温度推定部４０は、第１温度センサ２１と第２温度センサ２２により検出される第１素子１１の温度Ｔ１と、第２素子１２の温度Ｔ２に基づいて、その温度差ΔＴ＝｜Ｔ２−Ｔ１｜を算出する算出部４１を有している。ΔＴは温度推定部４０により推定されるものであり、本実施形態における制御部３０は、温度差ΔＴに基づいてスイッチング素子１０の動作モードを切り替えるようになっている。

次に、半導体装置１００の実装について、図３を参照して説明する。

第1素子１１および第２素子１２は、いずれもが一対の金属体５１，５２に挟まれるようにして配置されている。例えば第１素子１１および第２素子１２は、そのコレクタ電極が金属体５１に電気的に接続されるように金属体５１に載置される。そして、金属体５２は、第１素子１１および第２素子１２のエミッタ電極に電気的に接続されるように、第１素子１１および第２素子１２を挟持する。これにより、金属体５１は２つの素子１１，１２に共通のコレクタ電極板となり、同様に金属体５２は２つの素子１１，１２に共通のエミッタ電極板となる。

なお、第１素子１１はスペーサ５３を介して金属体５２に電気的に接続され、第２素子１２はスペーサ５４を介して金属体５２に電気的に接続されている。第１素子１１とスペーサ５３、第２素子１２とスペーサ５４、素子１１，１２と金属体５１、スペーサ５３，５４と金属体５２の間はそれぞれハンダ等の導電性接着剤５５により接着されている。

そして、素子１１，１２、スペーサ５３，５４、金属体５１，５２は樹脂５６により封止されて保護されている。金属体５１のうち素子１１，１２が接触していない側の一面は封止樹脂から外部に露出している。同様に、金属体５２のうちスペーサ５３，５４が接触していない側の一面は封止樹脂から外部に露出している。外部に露出した金属体５１，５２の面は外部との電気的接触に用いられるとともに、放熱面として機能する。

上記した、制御部３０による動作モードに切り替えについて、図４を参照して以下に説明する。

上記したように、制御部３０は、第１素子１１、第２素子１２のいずれに対しても、所定の周期でオン期間とオフ期間とを繰り返す制御信号を出力して通電電流を流している。この状態を、通常モードと称する。図４は、通常モードにおけるある時点を時刻ｔ＝０として示したタイミングチャートである。なお、図４に示す温度差はＴ２−Ｔ１を示すものであり絶対値としての温度差ΔＴではない。

時刻ｔ＝０では通常モードが継続中である。時刻ｔ＝０から時間が経過するにともない、第１素子１１はほぼ一定の温度に維持された状態であるが、第２素子１２は素子温度が上昇していく。第２素子１２の温度上昇の原因は種々想定されるが、例えば第２素子１２のオン抵抗が第１素子１１よりも大きい等が考えられる。

図４に示すように、時刻ｔ１の直前において温度差ΔＴ（＝｜Ｔ２−Ｔ１｜）が所定の閾値温度以上になる。本実施形態における閾値温度は、半導体装置１００における素子間の許容温度差であり、制御部３０は、ΔＴが閾値温度以上になることを以って動作モードを通常モードから停止モードに移行させる。具体的には、制御部３０は、温度差ΔＴが閾値温度以上となった後であって、制御信号がＨｉｇｈからＬｏｗに立ち下がるタイミングである時刻ｔ１において、動作モードを停止モードに移行する。このとき、温度の低い側である第１素子１１はそのまま動作を継続する。図４に示すように、停止モードにおいては第２素子１２の通電が停止するから第２素子１２の温度は除々に低下していく。第１素子１１と第２素子１２を流れる総電流は電源４００の電圧に依存し略一定であるから、第２素子１２が停止にともなって第１素子１１の通電電流が増加する。このため、第１素子１１の温度は除々に増加する。

これにより、図４に示すように、停止モードの期間中は、第１素子１１と第２素子１２との温度差ΔＴは除々にゼロに近づいていく。時刻ｔ２の直前においてΔＴがゼロになると、制御部３０は動作モードを停止モードから通常モードに復帰させる。具体的には、制御部３０は、温度差ΔＴがゼロとなった後であって、制御信号がＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がるタイミングである時刻ｔ２において、動作モードを通常モードに移行する。これにより、通電が停止されていた第２素子１２に再び通電が開始される。

本実施形態では、上記したように、ΔＴ＝０を以って動作モードが停止モードから通常モードに復帰する。本実施形態におけるゼロ度が特許請求の範囲に記載の復帰閾値である。なお、後述するが、復帰閾値は必ずしもゼロ度である必要はない。

次に、本実施形態における半導体装置１００を採用することによる作用効果について説明する。

半導体装置１００は、複数のスイッチング素子間で所定以上の温度差が生じた場合には高温側のスイッチング素子の駆動を停止するものである。このため、複数のスイッチング素子のうちいずれかの素子の温度のみが突出して高温となり、上限に達してしまうといった現象を回避することができる。そして、複数のスイッチング素子のすべてについて、それらの最大限まで出力電流を上げることが期待できる。

また、半導体装置１００における温度制御は、通電とその停止といった離散的な電流制御によって実現されるから、従来のように、アナログ的に、すなわち連続的に、半導体素子への通電電流を調整する構成に較べて、制御部の回路構成を単純にすることができる。つまり、回路の複雑化にともなう大規模化を抑制することができる。

また、この半導体装置１００は、温度差が所定の閾値以上になることを以って高温側スイッチング素子の停止を行うものであるから、従来のように、わずかな温度差が生じるだけで調整を必要とする構成に較べてフィードバックに係る処理を軽減することができる。

（変形例１）
上記した実施形態では停止モードから通常モードへの復帰に際して、その復帰閾値温度をゼロ度とする例について説明したが、復帰閾値はゼロ度である必要はなく、許容温度差である閾値温度よりも低く設定されていれば良い。

例えば、図５に示すように、復帰閾値がＴ２−Ｔ１＞０の条件であっても良い。具体的に説明する。時刻ｔ１において停止モードに移行後、第２素子１２の温度が低下するとともに第１素子１１の温度が上昇する。制御部３０は、第１素子１１と第２素子１２との温度差Ｔ２−Ｔ１が所定の正値まで低下した後であって、制御信号がＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がるタイミングである時刻ｔ３において、動作モードを通常モードに移行する。これにより、通電が停止されていた第２素子１２に再び通電が開始される。この例では、復帰閾値はΔＴ≠０であり、停止モードへ移行する閾値温度よりも小さい値として設定されている。具体的には、温度の高い側のスイッチング素子の温度から温度が低い側のスイッチング素子の温度を減算した値が正値になるように復帰閾値が設定されている。つまりこの例は、温度の高い側のスイッチング素子の温度と、温度の低い側のスイッチング素子の温度がある程度まで近づいたら停止モードから通常モードへ復帰する例である。

（変形例２）
また、別の例では、図６に示すように、復帰閾値がＴ２−Ｔ１＜０の条件であっても良い。具体的に説明する。第１実施形態および変形例１と同様、時刻ｔ１において停止モードに移行後、第２素子１２の温度が低下するとともに第１素子１１の温度が上昇する。制御部３０は、第１素子１１と第２素子１２との温度差Ｔ２−Ｔ１が所定の負値まで低下した後であって、制御信号がＬｏｗからＨｉｇｈに立ち上がるタイミングである時刻ｔ４において、動作モードを通常モードに移行する。これにより、通電が停止されていた第２素子１２に再び通電が開始される。この例では、復帰閾値はΔＴ≠０であり、停止モードへ移行する閾値温度よりも小さい値として設定されている。具体的には、温度の高い側のスイッチング素子の温度から温度が低い側のスイッチング素子の温度を減算した値が負値になるように復帰閾値が設定されている。つまりこの例は、温度の低い側のスイッチング素子の温度がある程度まで上昇したことを以って停止モードから通常モードへ復帰する例である。

（第２実施形態）
第1実施形態およびその変形例１，２では、１つの閾値温度を用いて動作モードを通常モードから停止モードに移行される例について説明した。これに対して、本実施形態の半導体装置１００は、段階的に動作モードを遷移する例について説明する。なお、ハードウェア構成は第１実施形態と同様であり、制御部３０の内部に設定された閾値温度と、それに伴うスイッチング素子１０の制御が第１実施形態とは相違する。以下、図７を参照して該相違点を中心に説明する。

図７に示すように、制御部３０は、閾値温度として第１の閾値温度と第２の閾値温度とが設定されている。ここで、第２の閾値温度は、動作モードを停止モードに移行させるための温度であり、第１実施形態や変形例１，２における閾値温度と同義である。

第１の閾値温度は第２の閾値温度よりも低い値として設定されている。第１素子１１と第２素子１２との温度差ΔＴが第２の閾値温度より小さい間は、制御部３０は第１素子１１および第２素子１２を通常モードで動作させて両方に通電する。

第１実施形態と同様に第２素子１２の温度が上昇して、時刻ｔ５において温度差ΔＴが第１の閾値温度以上になると、制御部３０は動作モードを通常モードから間引きモードに移行する。間引きモードは、スイッチング素子のオン期間を規定するパルスの数を、通常モードに対して間引く動作モードである。間引き率は任意で設定可能であるが、本実施形態における制御部３０は、図７に示すように、間引きモードにおいて、通常モードに較べてオン期間を規定するパルスの数を１／２に間引いている。

図７は、間引きモードにおいても第２素子１２の温度が上昇を続け、温度差ΔＴが大きくなってゆく例を示している。時刻ｔ６において温度差ΔＴが第２の閾値温度以上になると、制御部３０は動作モードを間引きモードから停止モードに移行する。以降の制御は第１実施形態と同様であるから詳しく説明しないが、第２素子１２への通電が停止されることによって温度差ΔＴがゼロ（あるいは任意の復帰閾値）になる時刻ｔ７において停止モードは解除されて通常モードに復帰する。

なお、間引きモードにおいて第２素子１２の通電電流が減少することで温度が低下し、第１素子１１との温度差ΔＴが減少する場合、間引きモードの期間中に温度差ΔＴが復帰閾値に到達することがある。この場合、制御部３０は、温度差ΔＴが復帰閾値に到達した時点で動作モードを間引きモードから通常モードに移行させて第１素子１１と第２素子１２を通常通り通電する。

本実施形態では、停止モードへ移行する閾値温度である第２の閾値温度よりも小さい設定温度として、間引きモードへ移行する閾値温度である第１の閾値温度をひとつ設定する例を説明したが、複数の閾値温度を設定しても良い。すなわち、停止モードに至るまでに多段で間引き率を変更するようにしても良い。温度差ΔＴが比較的小さいうちは間引き率を小さくし、ΔＴが大きくなるほど間引き率を増加させるようにする。これにより、温度の高い側、本実施形態では第２素子１２の通電電流を、離散的でありながらよりシームレスに低減させることができる。すなわち、より詳細に温度差ΔＴを制御することができる。

（第３実施形態）
第１実施形態および第２実施形態では、動作モードを停止モードから通常モードへ復帰させるトリガとして、温度を指標とした復帰閾値を設定する例について説明した。これに対して、本実施形態では、停止モードの継続時間をトリガとして停止モードから通常モードに復帰する例について説明する。なお、ハードウェア構成は第１実施形態と同様であり、停止モードから通常モードへの復帰に伴うスイッチング素子１０の制御が第１実施形態とは相違する。以下、図８を参照して該相違点を中心に説明する。

図８に示すように、通常モードにおいて第２素子１２の素子温度が次第に上昇していく例を説明する。第1実施形態と同様、第１素子１１と第２素子１２の温度差ΔＴが閾値温度以上になると、時刻ｔ１において停止モードに移行する。これにより、高温側である第２素子１２への通電が停止して第２素子１２の温度が低下するとともに第１素子１１の通電電流量が増加して温度が上昇する。制御部３０は、停止モードに移行後、図示しないカウンタにより停止モードの継続時間を計測する。そして、所定の時間経過後に動作モードを停止モードから通常モードに移行する。これにより、第１素子１１および第２素子１２のそれぞれに通常通り通電が行われる。

とくに、本実施形態においては、時間の計測に、オン期間を規定するパルスの数を利用している。具体的には、図８に示すように、第２素子１２に入力される制御信号は、時刻ｔ１からパルスが９回分停止された後である時刻ｔ８に通常モードに復帰している。第１素子１１および第２素子１２に入力される制御信号は、図示しないマスタクロック発生器（水晶振動子など）のクロックを基準に生成されるため、パルスの発生回数は時間に相関している。停止モードの継続時間はパルス９回分に限定されることはなく、任意に設定可能であることは言うまでもない。

このように、時間を指標として停止モードから通常モードへ復帰させる形態においては、第１実施形態や第２実施形態のように復帰閾値を設ける必要がなく、復帰に係る温度の監視が不要になるので、復帰閾値を設けて動作モードの移行を行う形態に較べて、さらに回路規模を小さくすることができる。あるいは、復帰に係る処理を軽減することができる。

（第４実施形態）
第１〜第３実施形態においては、第１素子１１の近傍に配置された第１温度センサ２１、および第２素子１２の近傍に配置された第２温度センサ２２が直接的にそれぞれ対応する素子の温度を検出する例について説明した。しかしながら、実装スペースに余裕がない等の事情により直接的温度検出部たる第１温度センサ２１、第２温度センサ２２を素子近傍に配置できない場合がある。このような場合には、間接的にスイッチング素子１０の温度を検出する手法を採用しても良い。

本実施形態における半導体装置１１０は、図９に示すように、第３温度センサ２３および第４温度センサ２４を備えている。また、第３温度センサ２３および第４温度センサ２４は、温度推定部４０に含まれる推定部４２に接続されている。半導体装置１１０は、第１実施形態における第１温度センサ２１に替えて第３温度センサ２３を備え、第２温度センサ２２に替えて第４温度センサ２４を備え、算出部４１に替えて推定部４２を備えるものであり、これらを除く要素は第１実施形態と同様である。

第３温度センサ２３は、第１素子１１に繋がる第１リードフレーム（図示なし）に設置されている。第１リードフレームは第１素子１１の発生する熱が伝熱して温度が変化するような部分であり、第１リードフレームの温度は第１素子１１の温度を反映する。同様に、第４温度センサ２４は、第２素子１２に繋がる第２リードフレーム（図示なし）に設置されている。第２リードフレームは第２素子１２の発生する熱が伝熱して温度が変化するような部分であり、第２リードフレームの温度は第２素子１２の温度を反映する。このように、第３温度センサ２３と第４温度センサ２４とで検出されるリードフレームの温度は、それぞれ第１素子１１と第２素子１２の温度に依存するのであり、第３温度センサ２３および第４温度センサ２４は、それぞれ第１素子１１と第２素子１２の温度を間接的に検出している。第３温度センサ２３および第４温度センサ２４は、特許請求の範囲に記載の間接的温度検出部に相当する。

推定部４２は第１実施形態における算出部４１に相当する部分である。算出部４１と異なる点は、入力される温度情報がスイッチング素子１０の直接の温度ではないため、入力される温度情報からスイッチング素子１０の温度を推定する制御ステップが存在することである。推定部４２は、例えば周辺環境ごとに第１素子１１の温度と第１リードフレームの温度との相関情報を予め有している。推定部４２は、検出された第１リードフレームの温度と、置かれている周辺環境の条件から、該相関情報を参照して第１素子１１の温度を推定する。第２素子１２についても同様に、検出された第２リードフレームの温度と、置かれている周辺環境の条件から、第２素子１２に関する相関情報を参照して第２素子１２の温度を推定する。

制御部３０は、推定部４２によって推定された第１素子１１および第２素子１２の温度をそれぞれ用いて温度差ΔＴを演算し、第１〜第３実施形態と同様の制御によって動作モードを切り替える。

以上のように、本実施形態における半導体装置１１０は、直接的にスイッチング素子１０の温度が検出できない場合においても、間接的温度検出部を用いてスイッチング素子１０の温度を推定し、その推定値に基づいて、例えば第１素子１１と第２素子１２の温度差ΔＴを演算することができる。つまり、直接的にスイッチング素子１０の温度が検出できない場合においても、複数のスイッチング素子１０間の温度差を是正するように各スイッチング素子１０への通電を制御することができる。

（変形例３）
上記した第４実施形態においては、スイッチング素子１０の温度を反映する要素としてリードフレームを例に示したが、この要素はリードフレームに限定されない。

例えば、図３に示した金属体５１，５２にヒートシンクが形成されているような形態を想定する。具体的には、金属体５１の樹脂５６から露出した一面のうち、第１素子１１の近傍に第１ヒートシンクが形成され、第２素子１２の近傍に第２ヒートシンクが形成されていると想定する。このような形態では、第１ヒートシンクは第１素子１１の温度は反映し、第２ヒートシンクは第２素子１２の温度を反映する。第３温度センサ２３を第１ヒートシンクに配置すれば第３温度センサ２３によって第１素子１１の温度を間接的に検出でき、第４温度センサ２４を第２ヒートシンクに配置すれば第４温度センサ２４によって第２素子１２の温度を間接的に検出できる。

このような形態でも、推定部４２は、例えば周辺環境ごとに第１素子１１の温度と第１ヒートシンクの温度との相関情報を予め有している。推定部４２は、検出された第１ヒートシンクの温度と、置かれている周辺環境の条件から、該相関情報を参照して第１素子１１の温度を推定する。第２素子１２についても同様に、検出された第２ヒートシンクの温度と、置かれている周辺環境の条件から、第２素子１２に関する相関情報を参照して第２素子１２の温度を推定する。

また別の例では、水冷によりスイッチング素子１０の冷却を行う形態を想定する。具体的には、第１素子１１の近傍に第１素子１１の冷却を担う第１水冷路が形成され、第２素子１２の近傍に第２素子１２の冷却を担う第２水冷路が形成されていると想定する。このような形態では、第１冷却路を流れる冷媒（例えば水）は第１素子１１の温度は反映し、第２冷却路を流れる冷媒は第２素子１２の温度を反映する。第３温度センサ２３を第１冷却路に配置すれば第３温度センサ２３によって第１素子１１の温度を間接的に検出でき、第４温度センサ２４を第２冷却路に配置すれば第４温度センサ２４によって第２素子１２の温度を間接的に検出できる。

このような形態でも、推定部４２は、例えば周辺環境ごとに第１素子１１の温度と第１冷却路を流れる冷媒の温度との相関情報を予め有している。推定部４２は、検出された第１冷却路を流れる冷媒の温度と、置かれている周辺環境の条件から、該相関情報を参照して第１素子１１の温度を推定する。第２素子１２についても同様に、検出された第２冷却路を流れる冷媒の温度と、置かれている周辺環境の条件から、第２素子１２に関する相関情報を参照して第２素子１２の温度を推定する。

（変形例４）
第４実施形態および変形例３では、間接的温度検出部として温度センサを利用する例について説明したが、温度以外の物理量に基づいて第１素子１１および第２素子１２の温度を推定しても良い。

具体的に説明する。図１０に示すように、本変形例に係る半導体装置１２０は、第１電流センサ２５および第２電流センサ２６を備えている。第１電流センサ２５および第２電流センサ２６は推定部４２に接続されている。

第１電流センサ２５は第１素子１１を流れる通電電流、すなわち出力電流を検出する。第２電流センサ２６は第２素子１２を流れる通電電流、すなわち出力電流を検出する。第１素子１１の出力電流と第２素子１２の出力電流の合計値は電源４００の出力電圧と、各素子１１，１２のオン抵抗により規定される一定値であるが、第１素子１１を流れる電流と第２素子１２を流れる電流の内訳は、通常モードにあってはオン抵抗に依存する。オン抵抗はスイッチング素子１０の製造ばらつきと温度に依存するため、オン抵抗の製造ばらつきが既知であれば、第１素子１１の温度、第２素子１２の温度、あるいは第１素子１１と第２素子１２の温度差ΔＴを推定することができる。

推定部４２は、対応するスイッチング素子１０、すなわち、第１素子１１および第２素子１２の製造ばらつきの情報と、オン抵抗の温度依存性の情報を予め有している。そして、入力される第１素子１１の出力電流および第２素子１２の出力電流に基づいて、温度差ΔＴを推定する。

以上、第４実施形態および変形例３，４に示したように、スイッチング素子１０の温度を反映する要素を利用して各スイッチング素子１０の温度、あるいは温度差を推定し、制御部３０がその推定値に基づいてスイッチング素子１０の通電制御を行うことができる。スイッチング素子１０の温度を反映する要素は、上記した例に限らず採用することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

上記した各実施形態および変形例においては、スイッチング素子１０の種類をＩＧＢＴとして説明したが、スイッチング素子１０の種類はＩＧＢＴに限定されることはないし、電気的に並列に接続される素子が互いに異なった種類であっても良い。例えば第１素子１１がＩＧＢＴであり、第２素子１２がＭＯＳトランジスタであって良い。言うまでもないがその逆でも良い。

１１…第１素子，１２…第２素子，２１…第１温度センサ，２２…第２温度センサ，３０…制御部，４０…温度推定部，４１…算出部

Claims (13)

1. 互いに電気的に並列に接続された複数のスイッチング素子（１１，１２）と、
   前記複数のスイッチング素子の通電電流を制御するための制御信号を出力する制御部（３０）と、
   前記複数のスイッチング素子の間の温度差を推定する温度推定部（４０）と、を備え、
   前記制御部は、推定された前記温度差が所定の閾値温度以上になることを以って、温度が相対的に高い前記スイッチング素子の駆動を停止する停止モードに移行する半導体装置。
2. 前記制御信号は、所定の周期で電圧印加のオン期間とオフ期間が繰り返されるものであり、
   前記制御部は、
   推定された前記温度差が第１の閾値温度以上になることを以って、温度が相対的に高い前記スイッチング素子に前記オン期間を間引いた前記制御信号を出力して間引きモードに移行し、
   推定された前記温度差が前記第１の閾値温度よりも高い前記所定の閾値温度以上になることを以って、温度が相対的に高い前記スイッチング素子にオフ期間のみの制御信号を出力することにより駆動を停止する前記停止モードに移行する請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記制御部は、前記温度差が所定の復帰閾値以下になることを以って前記停止モードを解除して、前記複数のスイッチング素子を通常通り駆動する請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
4. 前記制御部は、前記停止モードに移行してから所定時間が経過したことを以って前記停止モードを解除して、前記複数のスイッチング素子を通常通り駆動する請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
5. 前記温度推定部は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応する温度を直接的に検出する直接的温度検出部（２１，２２）と、検出された温度に基づいて、前記複数のスイッチング素子の間の温度差を算出する算出部（４１）とを有し、前記算出部により算出される前記温度差が、前記複数のスイッチング素子の間の推定される前記温度差とされる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
6. 前記温度推定部は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応する温度を間接的に検出する間接的温度検出部（２３，２４，２５，２６）と、検出された温度に基づいて前記温度差を推定する推定部（４２）とを有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
7. 前記間接的温度検出部（２３，２４）は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応して温度を反映するリードフレームの温度を検出し、前記推定部は、前記リードフレームの温度に基づいて前記温度差を推定する請求項６に記載の半導体装置。
8. 前記間接的温度検出部（２３，２４）は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応して温度を反映するヒートシンクの温度を検出し、前記推定部は、前記ヒートシンクの温度に基づいて前記温度差を推定する請求項６に記載の半導体装置。
9. 前記間接的温度検出部（２３，２４）は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれに対応して温度を反映する冷媒の温度を検出し、前記推定部は、前記冷媒の温度に基づいて前記温度差を推定する請求項６に記載の半導体装置。
10. 前記間接的温度検出部（２５，２６）は、前記複数のスイッチング素子のそれぞれ通電電流を検出し、前記推定部は、前記通電電流に基づいて前記温度差を推定する請求項６に記載の半導体装置。
11. 並列接続された前記複数のスイッチング素子は、それぞれ異種の素子である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置。
12. 並列接続された前記複数のスイッチング素子は、それぞれ絶縁ゲートバイポーラトランジスタとＭＯＳトランジスタである請求項１１に記載の半導体装置。
13. 並列接続された前記複数のスイッチング素子は、一対の金属体（５１，５２）で挟持されつつ、前記複数のスイッチング素子と前記金属体とが前記金属体の一面を外部に露出させつつ一体的に樹脂封止される請求項１〜１２のいずれか１項に記載の半導体装置。

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