JP2004040960A - 半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】スイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールにおいて、そのスイッチング半導体装置の電力損失を、外部のシステムが認識することが可能な技術を提供する。
【解決手段】半導体モジュール１０がその内部に備えるスイッチング半導体装置１１には、複数のスイッチング半導体素子が設けられている。ロス演算部１２は、電圧測定部１３で測定された各スイッチング半導体素子の電圧と、電流測定部１４で測定された各スイッチング半導体素子の電流とをもとに、スイッチング半導体装置１１で発生した電力損失を求める。ロス演算部１２は、求めた電力損失を示すロスデータを半導体モジュール１０の外部のモータ制御部８２にデータ信号として出力する。モータ制御部８２は、ロスデータからスイッチング半導体装置１１で発生した電力損失を認識することができる。
【選択図】 図１
【解決手段】半導体モジュール１０がその内部に備えるスイッチング半導体装置１１には、複数のスイッチング半導体素子が設けられている。ロス演算部１２は、電圧測定部１３で測定された各スイッチング半導体素子の電圧と、電流測定部１４で測定された各スイッチング半導体素子の電流とをもとに、スイッチング半導体装置１１で発生した電力損失を求める。ロス演算部１２は、求めた電力損失を示すロスデータを半導体モジュール１０の外部のモータ制御部８２にデータ信号として出力する。モータ制御部８２は、ロスデータからスイッチング半導体装置１１で発生した電力損失を認識することができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング半導体装置を備える半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境問題が深刻化している自動車の世界において、燃費や排気ガス特性を良くするために、エンジンとモータを駆動源として併用するハイブリッドカーの開発が進んでいる。また、エンジンの動作点をより燃費の良い場所に、あるいはより排気ガスの少ない場所に設定するための変速機の無段変速機化が進んでいる。
【０００３】
このようなハイブリッドカーや無段変速機付き車両においては、装備されるサブシステム、例えばエンジンシステムやトランスミッションシステムなどの各動作点を、車両の必要とする駆動力を実現しつつ、その中でもエネルギー消費や排気ガスを低減できる最良の場所に設定するように制御している。
【０００４】
その中でも、ハイブリッドカーにおいては、ＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタなどの電力用スイッチング半導体素子（以後、単に「スイッチング素子」と呼ぶ）が設けられているスイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールを、モータを希望する動作点で動かすために使用している。
【０００５】
一方、今後の厳しい燃費規制に対応するために、例えば特開２０００−０３２６０８号公報に開示されているように、瞬時瞬時のエネルギー効率ばかりでなく、車としての将来の動作を見込み、システムトータルでエネルギー効率の良い動作点にてエンジンを動作させる手法が提案されている。その動作点を判別する手法はエンジン動作点を変化させ、試行錯誤で最良の動作点を記憶する手法である。そのため、そのときの気温、電気負荷状態などのハイブリッドシステム全体に関わる負荷を明確にしないと、その他の条件が同一と考える場合であっても、最良の動作点が選択される補償がない。
【０００６】
例えば、エアコンディショナーや電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）、スライディングルーフ等のサブシステムの駆動による電気負荷の増減や、その各サブシステムが持つ電力損失特性の変化など、外部環境が異なれば、同じような車両操作状態であったとしても最良の動作点が変わることになる。その場合、特開２０００−０３２６０８号公報に開示されている手法のように、システムトータルだけのエネルギー効率を記憶するよりは、刻々と変化する環境に対応して、システムを構成する各サブシステムのエネルギー効率を記憶して、それをもとに、システム全体のエネルギー効率を判断する方が望ましい。言い換えれば、刻々と変化する環境に対応して、システムを構成する各サブシステムの電力損失を記憶して、それをもとに、システム全体の電力損失を判断する手法を採用する方が望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方上述のように、スイッチング半導体装置を備える半導体モジュールは、ハイブリッドカーのモータシステムや、スライディングルーフなどのサブシステムのモータを制御するものとして使用されている。従って、上述のような手法を採用するために、半導体モジュールを備えるサブシステムの電力損失を得るためには、そこで用いられているスイッチング半導体装置の電力損失の値を、半導体モジュールの外部のシステムが認識する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は上述の事情に鑑みて成されたものであり、スイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールにおいて、そのスイッチング半導体装置の電力損失を、外部のシステムが認識することが可能な技術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】
この発明のうち請求項１に記載の半導体モジュールは、スイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置で発生する電力損失を示すロスデータをデータ信号として外部に出力する。
【００１０】
また、この発明のうち請求項２に記載の半導体モジュールは、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記半導体モジュールの外部のシステムと通信を行い、前記ロスデータの外部への出力を制御するデータ出力制御部を内部に備え、前記データ出力制御部は、前記システムからの要求に応じて前記ロスデータを前記システムに出力させる。
【００１１】
また、この発明のうち請求項３に記載の半導体モジュールは、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置の特性値と前記ロスデータとを、互いに対応付けて記憶する記憶部を内部に備え、前記記憶部に記憶されている前記ロスデータを外部に出力する。
【００１２】
また、この発明のうち請求項４に記載の半導体モジュールは、請求項３に記載の半導体モジュールであって、前記半導体モジュールの外部のシステムが要求する前記スイッチング半導体装置の特性値に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１３】
また、この発明のうち請求項５に記載の半導体モジュールは、請求項３に記載の半導体モジュールであって、前記記憶部は、前記スイッチング半導体装置の特性値として、前記スイッチング半導体装置の温度を記憶し、前記スイッチング半導体装置の温度を測定する温度測定部を更に内部に備え、前記温度測定部で測定された前記スイッチング半導体装置の温度に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１４】
また、この発明のうち請求項６に記載の半導体モジュールは、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置の負荷の特性値と前記ロスデータとを、互いに対応付けて記憶する記憶部を内部に備え、前記記憶部で記憶されている前記ロスデータを外部に出力する。
【００１５】
また、この発明のうち請求項７に記載の半導体モジュールは、請求項６に記載の半導体モジュールであって、前記半導体モジュールの外部のシステムが要求する前記負荷の特性値に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１６】
また、この発明のうち請求項８に記載の半導体モジュールは、請求項６に記載の半導体モジュールであって、前記記憶部は、前記スイッチング半導体装置の温度と、前記負荷の特性値と、前記ロスデータとを互いに対応付けて記憶し、前記スイッチング半導体装置の温度を測定する温度測定部を更に内部に備え、前記温度測定部で測定された前記スイッチング半導体装置の温度に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１７】
また、この発明のうち請求項９に記載の半導体モジュールは、請求項４及び請求項７のいずれか一つに記載の半導体モジュールであって、前記記憶部は、前記システムから直接データの読み出しが可能である。
【００１８】
また、この発明のうち請求項１０に記載の半導体モジュールは、請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置には、スイッチング半導体素子が設けられており、前記スイッチング半導体素子に印可される電圧を測定する電圧測定部と、前記スイッチング半導体素子に流れる電流を測定する電流測定部と、前記電圧測定部で測定された前記電圧と、前記電流測定部で測定された前記電流とをもとに、前記ロスデータを求めるロス演算部とを内部に備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体モジュール１０の構成を示すブロック図であって、図２は図１に示す半導体モジュール１０が使用されるシステム９９の一例の構成を示すブロック図である。図２に示すシステム９９は、ハイブリッドカーシステムであって、例えば、システム全体の動作を統括するメイン制御部８０と、エンジンシステム７０と、モータシステム７１と、自動変速機（以後、「ＡＴ」と呼ぶ）システム７２と、エアコンディショナー（以後、「エアコン」と略称する）システム７３と、ブレーキシステム７４とから構成されている。
【００２０】
メイン制御部８０は、図示しないアクセルセンサーの出力など、各種センサー信号が入力され、システム全体の動作点を決定している。
【００２１】
エンジンシステム７０は、エンジン８９とエンジン制御部８１とから成る。エンジン制御部８１は、エンジン８９の動作を制御し、更にエンジン８０での電力損失を求める。
【００２２】
ＡＴシステム７２は、ＡＴ８８とＡＴ制御部８３とから成る。ＡＴ制御部８３は、ＡＴ８８の動作を制御し、更にＡＴ８８での電力損失を求める。
【００２３】
エアコンシステム７３は、エアコン８７とエアコン制御部８４とから成る。エアコン制御部８４は、エアコン８７の動作を制御し、更にエアコン８７での電力損失を求める。
【００２４】
ブレーキシステム７４は、ブレーキ機構８６とブレーキ機構制御部８５とから成る。ブレーキ機構制御部８５は、ブレーキ機構８６の動作を制御し、更にブレーキ機構８６での電力損失を求める。
【００２５】
モータシステム７１は、モータ９０と、モータ９０の動作を制御する半導体モジュール１０と、半導体モジュール１０の動作を制御するモータ制御部８２とから成る。なお以後、「電力損失」を単に「ロス」と呼ぶ場合がある。
【００２６】
駆動軸９２には駆動輪９１が取り付けられており、エンジン８９、モータ９０及びＡＴ８８によって、駆動軸９２にトルクが与えられ、駆動輪９１が回転する。
【００２７】
次に、本発明に係る半導体モジュール１０について説明する。図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０は、モータ９０の動作を制御し、複数のスイッチング素子が設けられているスイッチング半導体装置１１と、スイッチング半導体装置１１でのロスを求めるロス演算部１２と、電圧測定部１３と、電流測定部１４とを備えており、これらの構成要素は、一つのパッケージ内に収められている。
【００２８】
図３は、モータ９０に例えば三相交流モータを採用し、スイッチング素子に例えばＩＧＢＴを採用した場合のスイッチング半導体装置１１の構成の一例を示す回路図である。図３のように、スイッチング半導体装置１１は、例えば三相インバータ回路で構成されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１ａと、ＩＧＢＴ１１ａに逆並列接続されたダイオード１１ｂとで構成される半導体素子１１ｃ同士が、直列接続されている。これをアームと呼ぶ。そして、スイッチング半導体装置１１は、並列接続された３つのアームを備えている。
【００２９】
出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗはモータ９０に接続され、入力端子Ｐ，Ｎには、図２に示すモータ制御部８２が内蔵している電源回路から所定の電圧が与えられる。そして、各制御端子ＧＵＰ，ＧＵＮ，ＧＶＰ，ＧＶＮ，ＧＷＰ，ＧＷＮが、モータ制御部８２によって制御されることによって、各ＩＧＢＴ１１ａがオン／オフし、それによってモータ９０の回転動作が制御される。なお、制御端子ＧＵＰ，ＧＵＮ，ＧＶＰ，ＧＶＮ，ＧＷＰ，ＧＷＮをまとめて「制御端子ＣＯＮＴ」と呼ぶ場合がある。
【００３０】
電圧測定部１３は、図３に示す各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に印可されている電圧を検出する電圧センサー１３ａと、その検出結果をもとに各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧を求める電圧演算部１３ｂとを有している。電圧センサー１３ａは、例えば、入力端子Ｐと、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれとの間に設けられ、更に、入力端子Ｎと、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれとの間に設けられる。電圧演算部１３ｂは、各電圧センサー１３ａの出力をフィルタリング及び増幅して、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧を求め、更にＡ／Ｄ変換を行って、求めた電圧をデジタルデータとしてロス演算部１２に出力する。
【００３１】
また、電流測定部１４は、各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流を検出する電流センサー１４ａと、その検出結果をもとに、各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電流を求める電流演算部１４ｂとを有している。電流センサー１４ａは、例えば、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれと、モータ９０との間に設けられる。電流測定部１４は、各電流センサー１４ａの出力をフィルタリング及び増幅して、各ＩＧＢＴ１１ａの電流を求め、更にＡ／Ｄ変換を行って、求めた電流をデジタルデータとしてロス演算部１２に出力する。
【００３２】
なお、ＩＧＢＴ１１ａの替わりに、ＭＯＳトランジスタを採用した場合には、電圧測定部１３では、ＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間の電圧が測定され、電流測定部１４では、ソース−ドレイン間の電流が測定される。
【００３３】
ロス演算部１２は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、同一タイミングにおいて各ＩＧＢＴ１１ａで発生するロスを計算する。そして、求めた各ＩＧＢＴ１１ａのロスを合計して、そのタイミングにおけるスイッチング半導体装置１１全体でのロスを求める。以下に、スイッチング半導体装置１１のロスの計算方法について詳細に説明する。
【００３４】
まず、測定された電圧及び電流から、図４に示すように、横軸にＩＧＢＴ１１ａの動作時間を採り、縦軸にＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を採った際の、ＩＧＢＴ１１ａの電圧波形と電流波形とを、各ＩＧＢＴ１１ａごとに求める。なお、図４（ａ）〜（ｆ）は、紙面の上から順に、端子ＧＵＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＶＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＷＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＵＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＶＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＷＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形を示している。また、ＩＧＢＴ１１ａの電圧を一点鎖線で、電流を実線で示している。
【００３５】
そして、ＩＧＢＴ１１ａのいずれかがスイッチング動作を行うたびに、そのときの各ＩＧＢＴ１１ａでのスイッチング動作による消費電力を求める。具体的には、図４に示す面積６０はＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作時の消費電力を示しており、求めた電圧波形及び電流波形から、各ＩＧＢＴ１１ａにおいて面積６０を求める。これにより、スイッチング動作時の各ＩＧＢＴ１１ａでのロスが求まる。
【００３６】
例えば図４に示す時間ｔ１の直後のタイミングにおいては、端子ＧＵＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａと、端子ＧＶＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａとがスイッチング動作を行い、その他のＩＧＢＴ１１ａはスイッチング動作を行っていないため、図４（ａ），４（ｂ）に示す面積６０をそれぞれ求める。また、時間ｔ２の直後のタイミングにおいては、端子ＧＵＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａと、端子ＧＷＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａとがスイッチング動作を行い、その他のＩＧＢＴ１１ａはスイッチング動作を行っていないため、図４（ｄ），４（ｆ）に示す面積６０をそれぞれ求める。なお、図４に示す面積６０は、電流波形の立下りを示す線６１と、電圧波形の立上がりを示す線６２と、横軸の時間軸に延びた、電圧及び電流がともに零を示す直線６３とで囲まれた面積、あるいは、電流波形の立上がりを示す線６４と、電圧波形の立下がりを示す線６５と、直線６３とで囲まれた面積である。
【００３７】
そしてロス演算部１２は、求めた各ＩＧＢＴ１１ａのロスを合計して、そのタイミングにおけるスイッチング半導体装置１１の消費電力を求める。これにより、スイッチング半導体装置１１全体のロスがデジタルデータとして求まる。
【００３８】
次にロス演算部１２は、このようにして求めた、スイッチング半導体装置１１で発生したロスを示すデータ（以後、「ロスデータ」と呼ぶ）を、モータ制御部８２が処理可能なデータのＬＳＢが示す値をもとに必要に応じてデータ変換して、ＩＧＢＴ１１ａのいずれかがスイッチング動作を行うたびに、外部のシステム、本実施の形態１では、図２に示すモータ制御部８２にデータ信号として出力する。なお、本明細書でいう「システム」とは、システム全体のみならず、システム全体を構成する、メイン制御部８０やモータ制御部８２などの各構成要素をも意味するものとする。
【００３９】
求めたロスデータのＬＳＢが示す値が、モータ制御部８２が処理可能なデータのＬＳＢが示す値よりも小さい場合、求めたロスデータを、モータ制御部８２が処理可能なデータに変換する必要がある。
【００４０】
例えば、求めたロスデータのＬＳＢが示す値が１／２１２ｋＷであって、そのロスデータが２進数表記で「１１００１１０１０」である場合、そのロスデータが示すロスの値は約０．１ｋＷになる。そして、モータ制御部８２が処理可能なデータのＬＳＢが示す値が１／２１０ｋＷであるときには、ロス演算部１２は、そのＬＳＢが示す値をもとに、ロスデータを、２進数表記で「１１００１１０１０」から「０１１００１１０」に変換する。これにより、ロスデータがモータ制御部８２で処理可能なデータに変換される。
【００４１】
このように、ロス演算部１２は、求めたロスデータを必要に応じてデータ変換し、半導体モジュール１０の外部のモータ制御部８２にデータ信号として出力する。そして、データ信号を受け取ったモータ制御部８２は、そのデータ信号のロスデータを記憶する。
【００４２】
次に、モータ制御部８２の動作について説明する。モータ制御部８２は、後述する方法によってメイン制御部８０が決定した動作点で、モータ９０を動作させるために、半導体モジュール１０内のスイッチング半導体装置１１に印可する電圧及びそれに流す電流を決定する。具体的には、メイン制御部８０が決定した回転数及びトルクでモータ９０を動作させるために、スイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎに印可する電圧と、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流す電流を決定する。なおモータ制御部８２が、このようにして決定した、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流を、それぞれ「設定電圧」及び「設定電流」と呼ぶ。
【００４３】
そして、モータ制御部８２は、決定した設定電圧及び設定電流をもとに、内蔵している電源回路（図示せず）からスイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ．Ｎに所定の電圧を供給し、各ＩＧＢＴ１１ａを所定のタイミングでスイッチング動作させる。これにより、モータ９０に所定のトルク及び回転数が発生する。なお、モータ９０を同一動作点で動作させる場合には、各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗにはほぼ同じ電流が流れる。
【００４４】
モータ制御部８２は、半導体モジュール１０から上述のロスデータを受け取ると、そのときの設定電圧及び設定電流に対応付けてそのロスデータを記憶する。そして、メイン制御部８０がモータ９０の動作点を変更し、それにより設定電圧あるいは設定電流を変更したときには、変更後に受け取ったロスデータを、新たに設定電圧及び設定電流に対応付けて記憶する。このようにして、様々な設定電圧及び設定電流におけるロスデータがモータ制御部８２に記憶される。
【００４５】
次に、上述のように外部にロスデータを出力する半導体モジュール１０を備えた、図２に示すシステム９９におけるシステム全体の動作点の決定方法について説明する。
【００４６】
メイン制御部８０は、図示しないアクセルセンサーからのセンサー信号からアクセル開度を認識し、それをもとに、駆動軸９２に発生させるトルク（以後、「駆動軸トルク」と呼ぶ）を求める。
【００４７】
そして、メイン制御部８０は、求めた駆動軸トルクをもとに、システム全体の動作点の候補を複数決定する。具体的には、例えば、トルクと回転数とで規定されるエンジン８９の動作点と、トルクと回転数とで規定されるモータ９０の動作点と、ＡＴ８８の変速比との組み合わせを複数決定する。このとき、エアコンが使用されている場合には、そのエアコンのコンプレッサーにおける回転数をも考慮に入れて動作点の候補を決定する。
【００４８】
図５は、メイン制御部８０が決定する、システムの動作点の候補の一例を示すものである。図５には、システムの動作点の候補として、動作点１〜４を示している。なお図５に示す候補は、ブレーキが効いていない状態、つまりブレーキ機構８６が動作していない状態での動作点の候補である。
【００４９】
メイン制御部８０は、決定した動作点の候補から、システム全体として最もロスが少ない動作点を決定する。以下に図５に示す動作点１〜４の中から、最もロスが少ない動作点を決定する際のシステム９９の動作について説明する。
【００５０】
メイン制御部８０は、まず動作点１におけるエンジン回転数（２０００ｒ．ｐ．ｍ）及びエンジントルク（６０Ｎ・ｍ）で、エンジン８９を動作させた場合のエンジン８９でのロスを、エンジン制御部８１に出力するように要求する。エンジン制御部８１は、様々な動作点でのエンジン８９のロスの値を記憶しており、その中から動作点１のエンジン回転数及びエンジントルクに対応するロスの値をメイン制御部８０に出力する。
【００５１】
メイン制御部８０は、受け取ったロスの値を、動作点１のエンジン回転数及びエンジントルクに対応付けて記憶する。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を１０ｋＷとする。
【００５２】
次にメイン制御部８０は、動作点１における変速比（１．８４）で、ＡＴ８８を動作させた場合のＡＴ８８でのロスを、ＡＴ制御部８３に出力するように要求する。ＡＴ制御部８３は、様々な動作点でのＡＴ８８のロスの値を記憶しており、その中から動作点１の変速比に対応するロスの値をメイン制御部８０に出力する。
【００５３】
メイン制御部８０は、受け取ったロスの値を、動作点１のＡＴ８８の変速比に対応付けて記憶する。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を８ｋＷとする。
【００５４】
次にメイン制御部８０は、動作点１におけるモータ回転数（１０００ｒ．ｐ．ｍ）及びモータトルク（１０Ｎ・ｍ）でモータ９０を動作させた場合の、半導体モジュール１０におけるスイッチング半導体装置１１でのロスを、モータ制御部８２に出力するように要求する。なお本実施の形態１では、モータ９０自身でのロスは生じないものとする。
【００５５】
モータ制御部８２は、動作点１におけるモータ回転数及びモータトルクをもとに、半導体モジュール１０におけるスイッチング半導体装置１１の設定電圧及び設定電流を求める。そして、求めた設定電圧及び設定電流に対応するロスデータをメイン制御部８０に出力する。これによりメイン制御部８０は、動作点１における半導体モジュール１０のロスの値を受け取る。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を２ｋＷとする。
【００５６】
次にメイン制御部８０は、エアコン８７のコンプレッサーを、動作点１における回転数（１０００ｒ．ｐ．ｍ）で動作させた場合のエアコン８７でのロスを、エアコン制御部８４に出力するように要求する。そして、エアコン制御部８４は、コンプレッサーの様々な回転数でのエアコン８７のロスの値を記憶しており、その中から動作点１の回転数に対応するロスの値をメイン制御部８０に出力する。
【００５７】
メイン制御部８０は、受け取ったロスの値を、動作点１のコンプレッサーの回転数に対応付けて記憶する。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を１ｋＷとする。
【００５８】
メイン制御部８０は、以上のようにして求めた各サブシステムでのロスの値を合計して、動作点１におけるシステム全体のロスの値を求める。本実施の形態１では、図５に示すように、システム全体のロスの値は２１ｋＷとなる。そして、メイン制御部８０は、同様にして、動作点２，３，４のぞれぞれにおける、システムのロスの値を計算する。本実施の形態１では、図５に示すように、それぞれ１１．２ｋＷ、２２．６ｋｗ、９．５ｋｗ、１５ｋＷとなる。
【００５９】
メイン制御部８０は、各動作点１〜４でのロスの値を求めると、その中で一番値の小さい動作点を、システム９９の動作点として決定する。本実施の形態１では、動作点４でのロスの値が９．５ｋＷであって、候補の中で一番小さい値となるため、動作点４でシステム９９を動作させることに決定する。これにより、システム全体として最もエネルギー効率の良い制御戦略を立てることができる。
【００６０】
メイン制御部８０は動作点を決定すると、それをもとに各サブシステムを動作させる。具体的には、動作点４におけるエンジンの動作点（エンジン回転数及びエンジントルク）をエンジン制御部８１に通知し、エンジン制御部８１はその動作点でエンジン８９を動作させる。また、動作点４におけるモータの動作点（モータ回転数及びモータトルク）をモータ制御部８２に通知し、モータ制御部８２はその動作点でモータ９０を動作させる。また、動作点４におけるＡＴ８８の変速比をＡＴ制御部８３に通知し、ＡＴ制御部８３はその変速比でＡＴ８８を動作させる。そして、動作点４におけるエアコン８７のコンプレッサーの回転数をエアコン制御部８４に通知し、エアコン制御部８４はその回転数でコンプレッサーを動作させる。
【００６１】
上述のように、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０では、そのスイッチング半導体装置１１で発生するロスを示すロスデータを、外部に出力している。そのため、半導体モジュール１０の外部に位置するシステムであるモータ制御部８２が、スイッチング半導体装置１１でのロスを認識することができる。従って、本実施の形態１に係るシステム９９のように、半導体モジュール１０を備えるシステムにおいては、半導体モジュール１０から得られるロスデータと、他のサブシステムから得られるロスの値とをもとに、システム全体で最もエネルギー効率の良い制御戦略を立案することができる。
【００６２】
また、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０では、半導体モジュール１０の内部で、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を測定している。本実施の形態１に係る半導体モジュール１０と異なり、電圧測定部１３及び電流測定部１４が、半導体モジュール１０の外部に存在する場合には、半導体モジュール１０のパッケージに設けられている、外部との接続を行う接続端子のインピーダンス等の影響によって、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流が正確に測定できないことがあった。
【００６３】
しかし、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０では、半導体モジュール１０の内部に電圧測定部１３及び電流測定部１４が設けられているため、上述のような影響は無く、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を正確に測定することができる。その結果、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。更に、半導体モジュール１０はモジュール化されているため、スイッチング半導体装置１１に不良が発生した場合でも交換が容易に行える。
【００６４】
なお本実施の形態１では、ＩＧＢＴ１１ａでのロスを求める具体的方法として、図４に示す面積６０を求めていたが、他の方法でかかるロスを求めても良い。例えば、ロス演算部１２は、求めた電圧波形及び電流波形から、図６に示すような、ＩＧＢＴ１１ａがオンする際の電流の立上がり時間ｔ１及び電圧の立下り時間ｔ２を求める。電流の立上がり時間ｔ１は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流が、その最大値の１０％の値から、９０％の値まで変化するまでの時間である。また、電圧の立下り時間ｔ２は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧が、その最大値の９０％の値から、１０％の値まで変化するまでの時間である。
【００６５】
ＩＧＢＴ１１ａがオンする際のロスは、電流の立上がり時間ｔ１と電圧の立下り時間ｔ２とでほぼ決定される。従って、電流の立上がり時間ｔ１と電圧の立下り時間ｔ２との組を複数考えて、その各組に対応したロスの値を、ロス演算部１２に予め記憶させておくことにより、求めた電流の立上がり時間ｔ１及び電圧の立下り時間ｔから、ＩＧＢＴ１１ａがオフする際のロスを求めることができる。なお図６は、図４に示す部分Ａの拡大図であって、面積６０の記載は省略している。
【００６６】
同様にして、ロス演算部１２は、求めた電圧波形及び電流波形から、ＩＧＢＴ１１ａがオフする際の電流の立下り時間及び電圧の立上がり時間を求める。電流の立下り時間は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流が、その最大値の９０％の値から、１０％の値まで変化するまでの時間である。また、電圧の立上がり時間は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧が、その最大値の１０％の値から、９０％の値まで変化するまでの時間である。
【００６７】
ＩＧＢＴ１１ａがオフする際のロスは、電流の立下り時間と電圧の立上がり時間とでほぼ決定される。従って、電流の立下り時間と電圧の立上がり時間との組を複数考えて、その各組に対応したロスの値を、ロス演算部１２に予め記憶させておくことにより、求めた電流の立下り時間及び電圧の立上がり時間から、ＩＧＢＴ１１ａがオンする際のロスを求めることができる。
【００６８】
このようにして求めた、ＩＧＢＴ１１ａがオンする際のロスと、オフする際のロスをもとに、上述のようにスイッチング半導体装置１１全体のロスを求めても良い。
【００６９】
実施の形態２．
図７は本実施の形態２に係る半導体モジュール１５の構成を示すブロック図である。本実施の形態２に係る半導体モジュール１５は、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０において、データ出力制御部１６を更に内部に備え、ロス演算部１２で求めたロスデータをデータ出力制御部１６を介して外部に出力している。本実施の形態２では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図７に示す半導体モジュール１５を採用する。
【００７０】
データ出力制御部１６は、図示しないバッファをその内部に備えており、ロス演算部１２が出力するロスデータをかかるバッファに書き込む。そして、ロス演算部１２からロスデータを受け取るたびに、バッファ内のロスデータを更新する。また、データ出力制御部１６は、半導体モジュール１５の外部のモータ制御部８２と通信を行い、バッファ内のロスデータの外部への出力を制御している。その他の構成については、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０と同じであるため、その説明は省略する。
【００７１】
図８は半導体モジュール１５のデータ出力方法を示すフローチャートであって、具体的には、ロスデータを外部に出力する際の半導体モジュール１５の動作を示すフローチャートである。以下に、図８を参照して、ロスデータを外部に出力する際の半導体モジュール１５の動作について説明する。
【００７２】
図８に示すように、データ出力制御部１６は、ステップｓ１０において、ロスデータの出力要求を示すデータ要求信号をモータ制御部８２から受け取ると、ステップｓ１１において、その内部のバッファに書き込まれているロスデータをモータ制御部８２に出力する。
【００７３】
このように本実施の形態１に係る半導体モジュール１５では、その外部のシステムであるモータ制御部８２の要求に応じて、ロスデータを出力している。
【００７４】
上述の実施の形態１では、モータ制御部８２の動作状況にかかわらず、半導体モジュール１０側で決定したタイミングでロスデータをモータ制御部８２に出力していた。そのため、モータ制御部８２の動作状況にかかわらずロスデータが出力されることになり、半導体モジュール１０が頻繁にロスデータを出力する場合には、半導体モジュール１０とモータ制御部８２との通信ラインが過負荷になることがあった。
【００７５】
また実施の形態１では、モータの動作点が長時間変化しない場合、モータ制御部８２は、その動作点におけるロスデータを既に記憶しているにもかかわらず、その動作点におけるロスデータを半導体モジュール１０から頻繁に受け取ることになる。そのため、必要でないロスデータを処理する必要があり、無駄な処理に時間を取られることがあった。
【００７６】
本実施の形態２に係る半導体モジュール１５では、モータ制御部８２の要求に応じてロスデータを外部に出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール１５からロスデータを受け取ることができる。そのため、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール１５との通信を行うことができる。更に、必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【００７７】
実施の形態３．
図９は本実施の形態３に係る半導体モジュール２０の構成を示すブロック図である。図９に示すように、本実施の形態３に係る半導体モジュール２０は、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０が備えるスイッチング半導体装置１１と、ロスデータを記憶している記憶部２１と、モータ制御部８２と通信を行い、ロスデータの外部への出力を制御するデータ出力制御部２２とを備え、これらの構成要素は、一つのパッケージ内に収められている。本実施の形態３では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図９に示す半導体モジュール２０を採用する。
【００７８】
記憶部２１は、例えばＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）で構成されており、スイッチング半導体装置１１に印可される電圧やそれに流れる電流などの、スイッチング半導体装置１１の特性値とロスデータとを、互いに対応付けて予め記憶している。このようなデータは、例えば、半導体モジュール２０の製造工程における出荷前検査工程で、記憶部２１に記憶される。なお、ロスデータ及びスイッチング半導体装置１１の特性値のように、記憶部が予め記憶しているデータを以後「初期データ」と呼ぶ場合がある。
【００７９】
図１０は記憶部２１が記憶している初期データの一例を示す図である。図１０に示すように、記憶部２１は、ロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じる、スイッチング半導体装置の電圧及び電流などの特性値とで構成されたテーブルを記憶している。
【００８０】
図中の電圧Ｖ１〜Ｖ３は、記憶部２１が記憶しているスイッチング半導体装置１１の電圧の一部であって、スイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎに印可される電圧を示している。また、電流Ｉ１〜Ｉ３は、記憶部２１が記憶しているスイッチング半導体装置１１の電流の一部であって、スイッチング半導体装置１１の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を示している。電圧Ｖ１及び電流Ｉ１は、ロスデータＤ１が示すロスを生じた際のスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流であって、記憶部２１には、電圧Ｖ１と、電流Ｉ１と、ロスデータＤ１とが互いに対応付けられて記憶されている。同様に、電圧Ｖ２及び電流Ｉ２は、ロスデータＤ２が示すロスを生じた際のスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流であって、電圧Ｖ３及び電流Ｉ３は、ロスデータＤ３が示すロスを生じた際のスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流である。そして、記憶部２１には、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、ロスデータＤ２とが互いに対応付けられて記憶されており、電圧Ｖ３と、電流Ｉ３と、ロスデータＤ３とが互いに対応付けられて記憶されている。
【００８１】
図１１は、記憶部２１に初期データを記憶させるために使用される試験装置９７の構成を示すブロック図である。半導体モジュール２０の出荷前検査工程において、記憶部２１に初期データを書き込むために、図１１に示す試験装置９７を準備する。
【００８２】
試験装置９７は、ロス演算部９５と、電圧センサー９３ａ及び電圧演算部９３ｂを有する電圧測定部９３と、電流センサー９４ａ及び電流演算部９４ｂを有する電流測定部９４と、制御部９６とを備えている。記憶部２１に初期データを記憶させるために、ロス演算部９５を半導体モジュール２０の記憶部２１に接続し、電圧測定部９３、電流測定部９４及び制御部９６をスイッチング半導体装置１１に接続する。そして、モータ９０を電流測定部９４の電流センサー９４ａを介してスイッチング半導体装置１１に接続する。以下に、図１０に示す初期データを例にとって、試験装置９７を用いて初期データを記憶部２１に書き込む手順を説明する。なおロスデータを求める方法は、上述の実施の形態１において説明した方法と同じであるため、既に説明した内容と重複する部分は簡単に説明する。
【００８３】
まず制御部９６が、スイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎ間に電圧Ｖ１を与える。そして、制御部９６が制御端子ＣＯＮＴに所定の電圧を与えて、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作を制御し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電流Ｉ１を流す。そして制御部９６は、このとき設定した電圧Ｖ１及び電流Ｉ１の情報をロス演算部９５に通知する。
【００８４】
次に、電流測定部９４が、電流センサー９４ａ及び電流演算部９４ｂでもって、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流を測定する。同時に電圧測定部９３が、電圧センサー９３ａ及び電圧演算部９３ｂでもって、各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧を測定する。
【００８５】
ロス演算部９５は、電圧測定部９３で測定された電圧と、電流測定部９４で測定された電流とをもとに、各ＩＧＢＴ１１ａで発生するロスを計算する。そして、求めた各ＩＧＢＴ１１ａのロスを合計して、スイッチング半導体装置１１のロスを示すロスデータＤ１を求める。
【００８６】
次にロス演算部９５は、求めたロスデータＤ１と、制御部９６から通知されたスイッチング半導体装置の電圧Ｖ１と、電流Ｉ１とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶する。上述の実施の形態１では、ＩＧＢＴ１１ａのいずれかがスイッチング動作を行うたびに、ロスデータを求めていたが、ここでは、例えば最初に求めたロスデータのみを記憶部２１に記憶する。
【００８７】
次に、制御部９６はスイッチング半導体装置１１に与える電圧を電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化する。そして、制御端子ＣＯＮＴに所定の電圧を印可して、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作を制御し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電流Ｉ２を流す。そして、ロスデータＤ１を求めた場合と同様にして、このときのロスデータＤ２を求める。そして、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、ロスデータＤ２とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶する。
【００８８】
次に、制御部９６はスイッチング半導体装置１１に与える電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に変化して、各ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作を制御し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電流Ｉ３を流す。ロスデータＤ１，Ｄ２を求めた場合と同様にして、このときのロスデータＤ３を求める。そして、電圧Ｖ３と、電流Ｉ３と、ロスデータＤ３とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶する。
【００８９】
このようにして、記憶部２１に予め初期データを記憶する。
【００９０】
次に、外部にロスデータを出力する際の半導体モジュール２０の動作について図１２を参照して説明する。図１２に示すように、ステップｓ２１において、データ出力制御部２２は、モータ制御部８２から、ロスデータの出力要求を示すデータ要求信号を受け取る。このデータ要求信号には、モータ制御部８２が半導体モジュール２０からの出力を望んでいるロスデータに対応したスイッチング半導体装置の特性値の情報も含まれている。上述の実施の形態１では、モータ制御部８２は、それ自身の記憶領域に、設定電圧及び設定電流に対応付けてロスデータを記憶していた。本実施の形態２では、記憶部２１が予めスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流に対応付けてロスデータを記憶しているため、モータ制御部８２は、その代わりに、必要なときに、具体的にはメイン制御部８０の要求があったときに、データ要求信号を出力し、求めた設定電圧及び設定電流に対応したロスデータを出力するように半導体モジュール２０に要求する。
【００９１】
次にステップｓ２２において、データ出力制御部２２は、受け取ったデータ要求信号に含まれているスイッチング半導体装置の特性値を認識する。ここでは、その特性値を、例えば電圧Ｖ１及び電流Ｉ１とする。
【００９２】
そして、データ出力制御部２２は、ステップｓ２３において、記憶部２１から電圧Ｖ１及び電流Ｉ１に対応するロスデータＤ１を読み出して、ステップｓ２４でそのロスデータＤ１をモータ制御部８２に出力する。ロスデータＤ１を受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータＤ１をメイン制御部８０に出力する。
【００９３】
このようにして、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置の特性値に応じたロスデータが、記憶部２１からモータ制御部８２に出力される。
【００９４】
上述のように、本実施の形態３に係る半導体モジュール２０は、スイッチング半導体装置１１とロスデータとを互いに対応付けて記憶する記憶部２１を備えているため、上述の実施の形態１，２に係る半導体モジュール１０，１５とは異なり、スイッチング半導体装置１１の同じ特性値に対応したロスデータを複数回求める必要がない。そのため、半導体モジュール１０，１５よりも、ロスデータに対する処理時間を低減することができる。
【００９５】
また、モータ制御部８２からの要求に応じてロスデータを出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール２０からロスデータを受け取ることができる。そのため、上述の半導体モジュール１５と同様に、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール２０との通信を行うことができる。
【００９６】
更に半導体モジュール２０は、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置１１の特性値に対応したロスデータを出力するため、モータ制御部８２は必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【００９７】
また本実施の形態３では、スイッチング半導体装置１１と、そのロスを示すロスデータを記憶している記憶部２１とは、半導体モジュール２０の内部に備えられている。例えば、記憶部２１が半導体モジュール２０の外部のシステム、例えばモータ制御部８２に備えられている場合であって、スイッチング半導体装置１１に不具合が発生し、半導体モジュール２０を交換した場合、モータ制御部８２の記憶部２１には、交換される前のスイッチング半導体装置１１に対応したロスデータが記憶されているため、そのロスデータを、交換後のスイッチング半導体装置１１に対応したロスデータに書き換える必要がある。そのため、このような場合、半導体モジュール２０を交換する際に手間がかかる。
【００９８】
しかし、本実施の形態３に係る半導体モジュール２０では、スイッチング半導体装置１１と記憶部２１とが対となって内部に備えられているため、半導体モジュール２０を交換する際に、上述のような手間が発生しない。そのため、簡単に半導体モジュール２０を交換することができる。
【００９９】
なお本実施の形態３では、記憶部２１は、ロスデータとスイッチング半導体装置１１の特性値とを互いに対応付けて記憶していたが、ロスデータとスイッチング半導体装置の負荷の特性値とを互いに対応付けて記憶していても良い。
【０１００】
図１３は記憶部２１が記憶している初期データの他の一例を示す図である。図中のモータトルクＴ１〜Ｔ３は、記憶部２１が記憶しているモータトルクの一部であって、スイッチング半導体装置１１の負荷であるモータ９０に発生するトルクを示している。記憶部２１は、ロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じた際に発生しているモータトルクとで構成されたテーブルを記憶している。
【０１０１】
図中のモータトルクＴ１は、ロスデータＤ１が示すロスを生じた際のモータ９０に発生しているトルクであって、記憶部２１には、モータトルクＴ１と、ロスデータＤ１とが互いに対応付けられて記憶されている。同様に、モータトルクＴ２は、ロスデータＤ２が示すロスを生じた際のモータ９０に発生しているトルクであって、モータトルクＴ３はロスデータＤ３が示すロスを生じた際のモータ９０に発生しているトルクである。そして、記憶部２１には、トルクＴ２とロスデータＤ２とが互いに対応付けられて記憶されており、トルクＴ３とロスデータＤ３とが互いに対応付けられて記憶されている。
【０１０２】
モータトルクは、スイッチング半導体装置１１に流れる電流、具体的には出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流と比例関係にあり、かかる電流から求めることができる。従って、図１１中の試験装置９７におけるロス演算部９５で、電流測定部９４から受け取った電流からモータトルクを計算し、求めたロスデータとモータトルクとを互いに対応付けて記憶部２１に記憶することによって、図１３に示す初期データを記憶部２１に記憶することができる。
【０１０３】
また、試験装置９７のロス演算部９５で、モータトルクの替わりに、その他のモータ９０の特性値、例えばモータ電流を求めて、ロスデータとモータ電流とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶させても良い。モータ電流は、スイッチング半導体装置１１に流れる電流の実効値で求めることができる。以下にモータ電流を求める式を示す。
【０１０４】
【数１】
【０１０５】
但し、式中の「Ｉｓ」は、スイッチング半導体装置１１に流れる電流の最大値、「ω」はその角周波数、「Ｉｍ」はモータ電流を示している。
【０１０６】
ロス演算部９５は、電流測定部９４で測定されて電流から、上述の式を用いてモータ電流を計算することができる。
【０１０７】
このように、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを互いに対応付けて記憶部２１に記憶させることにより、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値を制御目標するシステムにとって、好適な半導体モジュールとなる。
【０１０８】
例えば、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値を制御目標する場合の例として、システム９９におけるメイン制御部８０が、モータ９０の動作点をモータトルクの値のみで決定する場合を考える。モータトルクとロスデータとが互いに対応付けられて記憶部２１に記憶されていれば、メイン制御部８０が決定したモータトルクの候補の値に対応したロスデータを、モータ制御部８２は瞬時に認識することができる。
【０１０９】
一方、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流とロスデータとが対応付けられて記憶部２１に記憶されている場合には、スイッチング半導体装置１１でのロスを認識するために、メイン制御部８０で決定されたモータトルクの候補の値から、そのモータトルクを発生させるために必要なスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流を求める必要がある。そのため、そのモータトルクに対応するロスデータを認識するのに時間を要する。
【０１１０】
従って、記憶部２１が、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを互いに対応付けて記憶していることによって、上述のような効果が生じる。
【０１１１】
図１２は、上述のような、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを対応付けて記憶している記憶部２１を備える半導体モジュール２０の動作を示すフローチャートであって、かかる半導体モジュール２０の、外部にロスデータを出力する際の動作を示している。
【０１１２】
図１２に示すように、まずステップｓ２１が実行される。ここでは、データ要求信号には、スイッチング半導体装置１１の特性値ではなく、モータ制御部８２が半導体モジュール２０からの出力を望んでいるロスデータに対応した、スイッチング半導体装置の負荷の特性値の情報が含まれているものとする。
【０１１３】
次にステップｓ２２において、データ出力制御部２２は、受け取ったデータ要求信号に含まれている、スイッチング半導体装置の負荷の特性値を認識する。そしてデータ出力制御部２２は、ステップｓ２３において、認識した負荷の特性値に対応するロスデータを読み出して、ステップｓ２４でそのロスデータをモータ制御部８２に出力する。ロスデータを受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータをメイン制御部８０に出力する。
【０１１４】
このようにして、モータ制御部８２が要求する、スイッチング半導体装置の負荷の特性値に応じたロスデータが、記憶部２１からモータ制御部８２に出力される。
【０１１５】
また、本実施の形態３では、データ出力制御部２２を介して記憶部２１からロスデータを出力していたが、記憶部２１から直接ロスデータを出力しても良い。図１４は本実施の形態３に係る半導体モジュール２０の変形例を示すブロック図である。図１４に示す半導体モジュール２０の変形例では、図９に示すデータ出力制御部２２が設けられおらず、記憶部２１はモータ制御部８２から直接データの読み出しが可能である。例えば、記憶部２１がＲＡＭで構成されている場合、アドレス信号及び制御信号が、モータ制御部８２から記憶部２１に直接与えられ、それらの信号に基づいて記憶部２１は内部のデータをモータ制御部８２に直接出力する。
【０１１６】
モータ制御部８２は、記憶部２１内のスイッチング半導体装置１１の特性値や負荷の特性値をもとに、必要とするロスデータを読み出すことができる。
【０１１７】
このように、記憶部２１内のデータが外部のシステムに直接読み出されることによって、ロスデータの出力を制御するデータ出力制御部２２が必要でなくなり、半導体モジュール２０の回路構成を簡単にすることができる。また記憶部２１は、モータ制御部８２の要求（例えばアドレス信号及び制御信号）によって、ロスデータを出力するため、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール２０との通信を行うことができる。
【０１１８】
実施の形態４．
一般的に、スイッチング半導体装置１１で発生するロスの大きさは、図１５に示すように、スイッチング半導体装置１１の温度に依存しており、スイッチング半導体装置１１の温度が高くなるほど、ロスは大きくなる傾向にある。そのため、上述の実施の形態３に係る半導体モジュール２０のように、スイッチング半導体装置１１の温度を考慮せずに予め求めておいたロスデータを外部のシステムに出力する場合には、そのロスデータが示すロスの値と、外部のシステムがロスデータを受け取ったときにおける実際のスイッチング半導体装置１１でのロスの値とが異なる場合があった。そこで、本実施の形態４では、スイッチング半導体装置１１の温度が変化した場合であっても、精度の良いロスデータを外部に出力する半導体モジュールを提案する。
【０１１９】
図１６は、本発明の実施の形態４に係る半導体モジュール２７の構成を示すブロック図である。本実施の形態４に係る半導体モジュール２７は、図９に示す実施の形態３に係る半導体モジュール１５において、基本的には、スイッチング半導体装置１１の温度を測定する温度測定部２９を更に内部に備え、記憶部２１の替わりに記憶部２６を、データ出力制御部２２の替わりにデータ出力制御部２８を備えるものである。本実施の形態４では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図１６に示す半導体モジュール２７を採用する。
【０１２０】
温度測定部２９は、データ出力制御部２８の要求によって、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定した温度をデータ出力制御部２８に出力する。温度測定部２９は、例えばスイッチング半導体装置１１が備える複数のＩＧＢＴ１１ａのうちの一つのＩＧＢＴ１１ａの温度を測定し、それをスイッチング半導体装置１１の温度として出力する。
【０１２１】
記憶部２６は、初期データとして、スイッチング半導体装置１１の特性値と、ロスデータとを互いに対応付けて記憶しており、その特性値には、スイッチング半導体装置１１の温度、電圧及び電流が含まれている。つまり、本実施の形態２に係る記憶部２６は、上述の実施の形態３に係る記憶部２１が記憶している初期データに、スイッチング半導体装置１１の別の特性値として、その温度を更に追加したものを記憶している。このようなデータは、例えば、半導体モジュール２７の製造工程における出荷前検査工程で、記憶部２６に記憶される。
【０１２２】
図１７は記憶部２６が記憶している初期データの一例を示す図である。図１７に示すように、記憶部２６は、スイッチング半導体装置の温度と、その温度でのロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じる、スイッチング半導体装置の電圧及び電流とで構成されたテーブルを記憶している。なお図中の温度Ｔｅｍｐ１，Ｔｅｍｐ２は、記憶部２６が記憶しているスイッチング半導体装置１１の温度の一部を示している。
【０１２３】
図中のロスデータＤ１，Ｄ２は、スイッチング半導体装置１１の温度が温度Ｔｅｍｐ１のときのロスデータであり、ロスデータＤ１１，Ｄ１２は、スイッチング半導体装置１１の温度が温度Ｔｅｍｐ２のときのロスデータである。そして、ロスデータＤ１あるいはロスデータＤ１１が示すロスを生じた際にスイッチング半導体装置１１に印可されていた電圧は電圧Ｖ１であって、そのときにスイッチング半導体装置１１に流れていた電流は電流Ｉ１である。また、ロスデータＤ２あるいはロスデータＤ１２が示すロスを生じた際にスイッチング半導体装置１１に印可されていた電圧は電圧Ｖ２であって、そのときにスイッチング半導体装置１１に流れていた電流は電流Ｉ２である。
【０１２４】
ロスデータＤ１と、電圧Ｖ１と、電流Ｉ１と、温度Ｔｅｍｐ１とは互いに対応付けられて記憶されており、ロスデータＤ２と、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、温度Ｔｅｍｐ１とは互いに対応付けられて記憶されている。また、ロスデータＤ１１と、電圧Ｖ１と、電流Ｉ１と、温度Ｔｅｍｐ２とは互いに対応付けられて記憶されており、ロスデータＤ１２と、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、温度Ｔｅｍｐ２とは互いに対応付けられて記憶されている。
【０１２５】
このような初期データは、以下の方法で記憶部２６に予め記憶することができる。
【０１２６】
上述の図１１に示す試験装置９７に、例えば半導体モジュール２７のスイッチング半導体装置１１が備える複数のＩＧＢＴ１１ａのうちの一つのＩＧＢＴ１１ａの温度を測定し、それをスイッチング半導体装置１１の温度として出力する温度測定部を更に設ける。そして、この温度測定部で測定された温度をロス演算部９５に入力する。そして、ロス演算部９５は、温度測定部から受け取った温度と、求めたロスデータと、制御部９６から受け取った特性値とを互いに対応付けて、記憶部２６に記憶する。半導体モジュール２７を恒温層などに入れることによって、スイッチング半導体装置１１の温度を変化させ、各温度において、試験装置９７が上述の動作を実行することによって、図１７に示すような初期データを記憶部２６に記憶させることができる。
【０１２７】
また記憶部２６には、図１７に示すデータの替わりに、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値と、スイッチング半導体装置１１の温度と、ロスデータとを対応付けて記憶させても良い。例えば、図１８に示すような、スイッチング半導体装置１１の温度と、その温度におけるロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じた際にモータ９０で発生しているモータトルクとを互いに対応付けて記憶させても良い。更に、図１８に示すモータトルクの替わりに、モータ電流であっても良い。
【０１２８】
なお、記憶部２６に記憶させるモータトルク及びモータ電流は上述の実施の形態３で説明した方法で求めることができることは言うまでもない。
【０１２９】
次に、図１７に示す初期データを記憶している記憶部２６を備える半導体モジュール２７の、外部にロスデータを出力する際の動作について図１９を参照して説明する。
【０１３０】
図１９に示すように、上述の図１２に示すステップｓ２１，ｓ２２が実行される。これにより、データ出力制御部２８は、受け取ったデータ要求信号に含まれているスイッチング半導体装置の特性値を認識する。ここでは、その特性値を、例えば電圧Ｖ１及び電流Ｉ１とする。
【０１３１】
そしてデータ出力制御部２８は、ステップｓ２５において、温度測定部２９にスイッチング半導体装置１１の温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部２９は、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、データ出力制御部２８に出力する。ここでは、温度測定部２９で測定された温度を温度Ｔｅｍｐ１とする。
【０１３２】
次にデータ出力制御部２８は、ステップｓ２６において、受け取った温度Ｔｅｍｐ１と、認識した特性値である電圧Ｖ１及び電流Ｉ１とに対応したロスデータＤ１を読み出して、ステップｓ２７でそのロスデータＤ１をモータ制御部８２に出力する。ロスデータＤ１を受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータＤ１をメイン制御部８０に出力する。
【０１３３】
このようにして、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置の特性値（電圧、電流）と、モータ制御部８２から要求があった際に、温度測定部２９で測定された温度とに対応したロスデータが、記憶部２６からモータ制御部８２に出力される。
【０１３４】
次に、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値と、スイッチング半導体装置１１の温度と、ロスデータとを互いに対応付けて記憶している記憶部２６を備える半導体モジュール２７の、外部にロスデータを出力する際の動作について、図１９を参照して間単に説明する。
【０１３５】
まず、上述の図１２に示すのと同様のステップｓ２１が実行される。なお、ここではデータ要求信号には、スイッチング半導体装置１１の特性値ではなく、モータ制御部８２が半導体モジュール２０からの出力を望んでいるロスデータに対応した、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値、例えばモータトルクやモータ電流の情報が含まれているものとする。
【０１３６】
そして、図１２に示すのと同様のステップｓ２２が実行される。これにより、データ出力制御部２８は、受け取ったデータ要求信号に含まれている、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値を認識する。
【０１３７】
そしてデータ出力制御部２８は、ステップｓ２５において、温度測定部２９に、スイッチング半導体装置１１の温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部２９は、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、データ出力制御部２８に出力する。
【０１３８】
次にデータ出力制御部２８は、ステップｓ２６において、受け取った温度と、認識した負荷の特性値とに対応したロスデータを読み出して、ステップｓ２７でそのロスデータをモータ制御部８２に出力する。ロスデータを受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータをメイン制御部８０に出力する。
【０１３９】
このようにして、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置の負荷の特性値と、モータ制御部８２から要求があった際に、温度測定部２９で測定された温度とに対応したロスデータが、記憶部２６からモータ制御部８２に出力される。
【０１４０】
上述のように、本実施の形態４に係る半導体モジュール２７によれば、スイッチング半導体装置１１の温度に応じたロスデータが、外部のシステムに出力される。そのため、スイッチング半導体装置１１の温度が変化した場合であっても、精度の良いロスデータを外部のシステムに出力することができる。
【０１４１】
更に、温度測定部２９は半導体モジュール２７の内部に設けられているため、その測定結果は、半導体モジュール２７のパッケージに設けられている外部との接続端子のインピーダンス等の影響を受けることがない。そのため、半導体モジュール２７の外部に設けられている場合よりも、正確にスイッチング半導体装置１１の温度を測定することができる。
【０１４２】
また、モータ制御部８２からの要求に応じてロスデータを出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール２７からロスデータを受け取ることができる。そのため、上述の半導体モジュール１５，２０と同様に、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール２７との通信を行うことができる。
【０１４３】
更に、モータ制御部８２が要求する特性値に応じたロスデータをモータ制御部８２に出力しているため、モータ制御部８２は必要でないロスデータを処理する必要が無く、無駄な処理が低減される。
【０１４４】
なお、半導体モジュール２７の外部のシステム、例えばモータ制御部８２が、スイッチング半導体装置１１の温度を測定する温度測定部を備えている場合には、半導体モジュール２７は温度測定部２９を備える必要がない。この場合には、モータ制御部８２が備える温度測定部で測定された温度の情報を、データ要求信号が有する、スイッチング半導体装置の特性値の情報に含めることによって、あるいはデータ要求信号が有する、スイッチング半導体装置の負荷の特性値の情報に更に加えることによって、データ出力制御部２８は、スイッチング半導体装置１１の温度をも認識することができ、その温度に対応したロスデータを記憶部２６から読み出して、モータ制御部８２に出力すことができる。
【０１４５】
実施の形態５．
図２０は本発明の実施の形態５に係る半導体モジュール３０の構成を示すブロック図である。本実施の形態５に係る半導体モジュール３０は、上述のスイッチング半導体装置１１、電圧測定部１３及び電流測定部１４と、ロス演算部３１と、記憶部３２と、データ出力制御部３３とを備えており、これらの構成要素は同一のパッケージ内に収められている。本実施の形態５では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図２０に示す半導体モジュール３０を採用する。
【０１４６】
ロス演算部３１は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、ロスデータを求める。なお、ロスデータを求める具体的な方法は、上述の実施の形態１で述べた方法と同じである。またロス演算部３１は、求めたロスデータと、スイッチング半導体装置１１の特性値とを互いに対応付けて記憶部３２に記憶する。具体的には、求めたロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じた際の、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流とを互いに対応付けて記憶部３２に記憶する。なお、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流は、ロスの演算とは独立して、それぞれ電圧測定部１３で測定された電圧及び電流測定部１４で測定された電流から読み取ることができる。
【０１４７】
またロス演算部３１は、ロスを演算する前に、電圧測定部１３で測定された電圧から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電圧と、電流測定部１４で測定された電流から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電流との組が、既に記憶部３２に記憶しているものであれば、そのときのロスの演算は行わず、そのスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流を記憶部３２に書き込まない。これにより、スイッチング半導体装置１１の同じ特性値に対するロスデータを複数回求めることがない。
【０１４８】
なおロス演算部３１は、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを対応付けて記憶部３２に記憶しても良い。具体的には、求めたロスデータと、そのロスデータが示すロスが発生した際のモータ９０でのモータトルクやモータ電流とを対応付けて記憶部３２に記憶しても良い。この場合には、求めた負荷の特性値が、既に記憶部３２に記憶されている場合には、そのときのロスの演算を行わない。
【０１４９】
このようにして、記憶部３２には、例えば上述の図１０に示すデータや、図１３に示すデータが記憶される。
【０１５０】
次に、外部にロスデータを出力する際の本実施の形態５に係る半導体モジュール３０の動作について図２１を参照して説明する。図２１に示すように、ステップｓ３０において、データ出力制御部３３は、モータ制御部８２からデータ要求信号を受け取る。このデータ要求信号には、モータ制御部８２が半導体モジュール３０からの出力を望んでいるロスデータに対応したスイッチング半導体装置の特性値の情報や負荷の特性値の情報が含まれている。以後、スイッチング半導体装置１１の特性値と負荷の特性値とのいずれか一方を示す場合には、それらを単に「特性値」と呼ぶ場合がある。
【０１５１】
次にステップｓ３１において、データ出力制御部３３は、受け取ったデータ要求信号に含まれている特性値を認識する。
【０１５２】
そしてデータ出力制御部３３は、ステップｓ３２において、認識した特性値に対応したロスデータが記憶部３２に記憶されているかどうかを判断する。そしてデータ出力制御部３３は、記憶部３２にそのロスデータが記憶されていないと判断すると、ステップｓ３５において、その旨をモータ制御部８２に通知する。その通知を受け取ったモータ制御部８２は、メイン制御部８０が決定した動作点に対応するロスデータが存在しないことをメイン制御部８０に通知する。メイン制御部８０は、例えばロスデータが存在しない動作点については候補から除外する。
【０１５３】
一方データ出力制御部３３は、ステップｓ３２において、ステップｓ３１で認識した特性値に対応したロスデータが記憶部３２に存在すると判断すると、ステップｓ３３でそのロスデータを記憶部３２から読み出す。そして、ステップｓ３４で読み出したロスデータをモータ制御部８２に出力する。
【０１５４】
このようにして、モータ制御部８２が要求する特性値に応じたロスデータが、記憶部３２からモータ制御部８２に出力される。
【０１５５】
上述のように、本実施の形態５に係る半導体モジュール３０によれば、特性値とロスデータとを互いに対応付けて記憶する記憶部３２を備えているため、上述の実施の形態１，２に係る半導体モジュール１０，１５とは異なり、同じ特性値に対応したロスデータを複数回求める必要がない。そのため、半導体モジュール１０，１５よりも、ロスデータの処理時間を低減することができる。
【０１５６】
また、モータ制御部８２からの要求に応じてロスデータを出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール３０からロスデータを受け取ることができる。そのため、上述の半導体モジュール１５，２０と同様に、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール３０との通信を行うことができる。
【０１５７】
更に、モータ制御部８２が要求する特性値に対応したロスデータをモータ制御部８２に出力するため、モータ制御部８２は、必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１５８】
また、本実施の形態５に係る半導体モジュール３０では、半導体モジュール３０の内部で、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を測定しているため、上述の半導体モジュール１０と同様に、かかる電圧及び電流を正確に測定することができる。その結果、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【０１５９】
なお本実施の形態５では、データ出力制御部３３を介して記憶部３２からロスデータを出力していたが、上述の図１４に示す半導体モジュール２０と同様に、記憶部３２から直接ロスデータを出力しても良い。この場合の半導体モジュール３０のブロック図を図２２に示す。
【０１６０】
図２２に示す記憶部３２は、モータ制御部８２から直接データの読み出しが可能である。例えば、記憶部３２がＲＡＭで構成されている場合、アドレス信号及び制御信号が、モータ制御部８２から記憶部３２に直接与えられ、それらの信号に基づいて記憶部３２は内部のデータをモータ制御部８２に直接出力する。
【０１６１】
モータ制御部８２は、記憶部３２内のスイッチング半導体装置１１の特性値や負荷の特性値をもとに、必要とするロスデータを読み出すことができる。
【０１６２】
このように、記憶部３２内のデータが外部のシステムに直接読み出されることによって、ロスデータの出力を制御するデータ出力制御部３３が必要でなくなり、半導体モジュール３０の回路構成を簡単にすることができる。また、記憶部３２は、モータ制御部８２の要求（例えばアドレス信号及び制御信号）によって、ロスデータを出力するため、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール３０との通信を行うことができる。
【０１６３】
実施の形態６．
図２３は本発明の実施の形態６に係る半導体モジュール４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態６に係る半導体モジュール４０は、上述の実施の形態５に係る半導体モジュール３０において、基本的には、スイッチング半導体装置１１の温度を測定する温度測定部４１を更に内部に備え、ロス演算部３１の替わりにロス演算部４４を、記憶部３２の替わりに記憶部４３を、データ出力制御部３３の替わりにデータ出力制御部４２を備えるものである。本実施の形態６では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図２３に示す半導体モジュール４０を採用する。
【０１６４】
温度測定部４１は、ロス演算部４４の要求によって、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定した温度をロス演算部４４に出力する。また、温度測定部４１は、データ出力制御部４２の要求によって、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定した温度をデータ出力制御部４２に出力する。なお、ロス演算部４４とデータ出力制御部４２との要求が競合する場合には、ロス演算部４４の要求が優先され、求めた温度をロス演算部４４に出力した後に、データ出力制御部４２にその温度を出力する。温度測定部４１は、例えばスイッチング半導体装置１１が備える複数のＩＧＢＴ１１ａのうちの一つのＩＧＢＴ１１ａの温度を測定し、それをスイッチング半導体装置１１の温度として出力する。
【０１６５】
ロス演算部４４は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、ロスデータを求める。なお、ロスデータを求める具体的な方法は、上述の実施の形態１で述べた方法と同じである。またロス演算部４４は、電圧測定部１３及び電流測定部１４から測定結果を受け取ると、ロスデータを求める前に、温度測定部４１に対してスイッチング半導体装置１１の温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部４１はスイッチング半導体装置１１の温度を測定し、その結果をロス演算部４４に出力する。
【０１６６】
そしてロス演算部４４は、求めたロスデータと、スイッチング半導体装置１１の特性値とを互いに対応付けて記憶部４３に記憶する。具体的には、求めたロスデータと、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度と、そのロスデータが示すロスを生じた際の、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流とを互いに対応付けて記憶部４３に記憶する。なお、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流は、ロスの演算とは独立して、それぞれ電圧測定部１３で測定された電圧及び電流測定部１４で測定された電流から読み取ることができる。
【０１６７】
またロス演算部４４は、ロスの演算をする前に、電圧測定部１３で測定された電圧から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電圧と、電流測定部１４で測定された電流から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電流と、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度との組が、既に記憶部４３に記憶されてるかどうかを判断する。そして記憶されていれば、そのときのロスの演算は行わず、そのスイッチング半導体装置１１の温度、電圧及び電流を記憶部４３に書き込まない。これにより、スイッチング半導体装置１１の同じ特性値に対するロスデータを複数回求めることがない。
【０１６８】
なおロス演算部４４は、スイッチング半導体装置１１の温度と、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値と、ロスデータとを互いに対応付けて記憶部４３に記憶しても良い。具体的には、求めたロスデータと、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度と、そのロスデータが示すロスが発生した際のモータ９０でのモータトルクやモータ電流とを互いに対応付けて記憶部４３に記憶して良い。この場合には、温度測定部４１から受け取った温度と、求めた負荷の特性値との組が、既に記憶部４３に記憶されている場合には、そのときのロスの演算を行わない。
【０１６９】
このようにして、記憶部４３には、例えば上述の図１７に示すデータや、図１８に示すデータが記憶される。
【０１７０】
次に、外部にロスデータを出力する際の本実施の形態６に係る半導体モジュール４０の動作について図２４を参照して説明する。図２４に示すように、上述の図２１に示すのと同様のステップｓ３０，ｓ３１が実行される。これにより、データ出力制御部４２は、受け取ったデータ要求信号に含まれている特性値を認識する。
【０１７１】
そして、図２１に示すのと同様のステップｓ３２が実行される。ステップｓ３２において、データ出力制御部４２が、ステップｓ３１で認識した特性値に対応したロスデータが記憶部４３に記憶されていないと判断すると、ステップｓ３５が実行される。
【０１７２】
一方データ出力制御部４２は、ステップｓ３２において、ステップｓ３１で認識した特性値に対応したロスデータが記憶部３２に存在すると判断すると、ステップｓ４３において、温度測定部４１に温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部４１は、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定結果をデータ出力制御部４２に出力する。
【０１７３】
データ出力制御部４２は、ステップｓ４４において、ステップｓ３１で認識した特性値と、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度とに対応したロスデータを記憶部４３から読み出し、ステップｓ４５において、そのロスデータをモータ制御部８２に出力する。
【０１７４】
このようにして、スイッチング半導体装置１１の温度と、モータ制御部８２が要求する特性値とに応じたロスデータが、記憶部４３からモータ制御部８２に出力される。
【０１７５】
上述のように、本実施の形態６に係る半導体モジュール４０によれば、上述の実施の形態５に係る半導体モジュール３０が有する機能に加えて、スイッチング半導体装置１１の温度に応じたロスデータが、外部のシステムに出力される。そのため、半導体モジュール３０が有する効果に加えて、スイッチング半導体装置１１の温度が変化した場合であっても、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【０１７６】
更に、温度測定部４１は半導体モジュール４０内部に設けられているため、半導体モジュール４０の外部に設けられている場合よりも、正確にスイッチング半導体装置１１の温度を測定することができる。
【０１７７】
実施の形態７．
上述の実施の形態１〜６では、半導体モジュールが備えるスイッチング半導体装置の負荷としてモータの場合について述べたが、ここでは、他の負荷、例えばコンデンサ及びリアクトルである場合について説明する。
【０１７８】
図２５は本発明の実施の形態７に係る半導体モジュール５０の構成を示すブロック図である。本実施の形態７に係る半導体モジュール５０は、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０において、基本的には、スイッチング半導体装置１１の替わりにスイッチング半導体装置５１を備えるものである。
【０１７９】
スイッチング半導体装置５１には、スイッチング素子として、バイポーラトランジスタ５１ａが一つ設けられており、半導体モジュール５０の外部で、負荷としてコンデンサ５６及びリアクトル５７が接続されている。
【０１８０】
バイポーラトランジスタ５１ａのコレクタには、電流測定部１４の電流センサー１４ａ（図示せず）を介して、リアクトル５７の一端と、半導体モジュール５０の外部のダイオード５５のアノードとが接続されている。バイポーラトランジスタ５１ａのエミッタには、半導体モジュール５０の外部のバッテリー５８のマイナス電源端子とコンデンサ５６の一端とが接続されている。そして、バッテリー５８のプラス電源端子にはリアクトル５７の他端が接続されており、ダイオード５５のカソードにはコンデンサ５６の他端が接続されている。
【０１８１】
図２５に示す半導体モジュール５０、バッテリー５８、リアクトル５７、ダイオード５５及びコンデンサ５６は、例えば上述のモータシステム７１内に設けられており、それらでスイッチング電源回路５９を構成している。そして、例えばモータ制御部８２によってバイポーラトランジスタ５１ａのベース電圧が制御され、バイポーラトランジスタ５１ａのスイッチング動作が制御される。
【０１８２】
コンデンサ５６の両端には、バイポーラトランジスタ５１ａのスイッチング周波数によって、バッテリー５８の出力電圧Ｖｔから、その２倍の電圧までの電圧が発生する。そして、コンデンサ５６の両端に発生した電圧は、例えば上述の実施の形態１に係るスイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎに印可される。これにより、コンデンサ５６の電圧の大きさによって、スイッチング半導体装置１１の電圧の大きさが決定する。なお上述の実施の形態１〜６では、モータ制御部８２がスイッチング半導体装置１１の電圧を供給する例について示したが、かかる例は、図２５に示すスイッチング電源回路５９がモータ制御部８２内に設けられている場合の例である。
【０１８３】
半導体モジュール５０の電流測定部１４は、バイポーラトランジスタ５１ａのコレクタ−エミッタ間の電流を測定し、電圧測定部１３は、バイポーラトランジスタ５１ａのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定する。
【０１８４】
ロス演算部１２は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、スイッチング半導体装置５１で発生したロスを示すロスデータを求めて、モータ制御部８２に出力する。ここでは、一回のスイッチング動作でバイポーラトランジスタ５１ａに発生したロスを示すロスデータを、スイッチング半導体装置５１のロスデータとして出力している。ロスデータを求める具体的な方法は、上述の実施の形態１で述べた方法と同じようにして求めることができる。
【０１８５】
このように、本実施の形態７に係る半導体モジュール５０は、外部のシステムにロスデータを出力しているため、その外部のシステムはスイッチング半導体装置５１のロスを認識することができる。従って、半導体モジュール５０を備えるシステムにおいては、半導体モジュール５０から得られるロスデータと、他のサブシステムから得られるロスの値とをもとに、システム全体で最もエネルギー効率の良い制御戦略を立案することができる。
【０１８６】
なお本実施の形態７では、バイポーラトランジスタ５１ａの一回のスイッチング動作で発生したロスを示すロスデータを外部に出力していたが、バイポーラトランジスタ５１ａの一回のスイッチング動作で発生したロスに、そのスイッチング周波数を乗算して、１秒間で発生したロスを求め、そのロスを示すロスデータを外部に出力しても良い。
【０１８７】
また、実施の形態７に係る半導体モジュール５０と同様に、上述の各半導体モジュール１５，２０，２７，３０，４０において、スイッチング半導体装置１１の替わりにスイッチング半導体装置５１を採用し、図２５に示すようなスイッチング電源回路５９を構成した場合であっても、各半導体モジュールにおいて上述で説明した効果が得られることは言うまでもない。なお、この場合の負荷の特性値としては、例えばコンデンサ５６の両端に発生する電圧が採用される。電圧測定部で測定された結果から、バッテリー５８の出力電圧Ｖｔと、スイッチング半導体装置５１におけるバイポーラトランジスタ５１ａのスイッチング周波数が求めるため、ロス演算部はコンデンサ５６の両端に発生する電圧を求めることができる。
【０１８８】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムがスイッチング半導体装置で発生したロスを認識することができる。従って、請求項１に係る半導体モジュールを備えるシステムにおいては、かかる半導体モジュールから得られるロスデータと、他のサブシステムから得られるロスの値とをもとに、システム全体で最もエネルギー効率の良い制御戦略を立案することができる。
【０１８９】
また、この発明のうち請求項２に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムの要求に応じてロスデータを出力しているため、外部のシステムは自分の動作状況に応じて、ロスデータを受け取ることができる。そのため、外部のシステムは、適切な通信負荷で半導体モジュールとの通信を行うことができる。更に、必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１９０】
また、この発明のうち請求項３に係る半導体モジュールによれば、スイッチング半導体装置の特性値とロスデータとが、互いに対応付けて記憶されるため、スイッチング半導体装置の同じ特性値に対するロスデータを複数回求める必要がなくなる。その結果、ロスデータに対する処理時間を低減することができる。
【０１９１】
また、この発明のうち請求項４に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムが要求するスイッチング半導体装置の特性値に対応したロスデータを出力するため、外部のシステムは、必要でないスイッチング半導体装置の特性値に対応したロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１９２】
また、この発明のうち請求項５及び請求項８に係る半導体モジュールによれば、スイッチング半導体装置の温度に対応したロスデータが出力されるため、スイッチング半導体装置の温度が変化した場合であっても、精度の高いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【０１９３】
また、この発明のうち請求項６に係る半導体モジュールによれば、スイッチング半導体装置の負荷の特性値とロスデータとが、互いに対応付けて記憶されるため、スイッチング半導体装置の負荷の同じ特性値に対するロスデータを複数回求める必要がなくなる。その結果、ロスデータに対する処理時間を低減することができる。
【０１９４】
また、この発明のうち請求項７に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムが要求するスイッチング半導体装置の負荷の特性値に対応したロスデータを出力するため、外部のシステムは、必要でないスイッチング半導体装置の負荷の特性値に対応したロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１９５】
また、外部のシステムが要求するスイッチング半導体装置の負荷の特性値に対応したロスデータを出力するため、請求項７に係る半導体モジュールは、スイッチング半導体装置の負荷を制御目標とするシステムにとって、好適な半導体モジュールとなる。
【０１９６】
また、この発明のうち請求項９に係る半導体モジュールによれば、記憶部が、外部のシステムから直接データの読み出しが可能であるため、外部のシステムとの通信を行ってロスデータの出力を制御する回路を設ける必要がない。そのため、半導体モジュールの回路構成を簡単にできる。
【０１９７】
また、この発明のうち請求項１０に係る半導体モジュールによれば、その内部で、スイッチング半導体素子の電圧及び電流を測定しているため、かかる電圧及び電流を正確に測定することができる。その結果、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２】半導体モジュールが採用されるシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】スイッチング半導体装置の構成を示す回路図である。
【図４】ＩＧＢＴの電圧及び電流と動作時間との関係を示す図である。
【図５】半導体モジュールが採用されるシステムが決定した動作点の候補を示す図である。
【図６】図４に示す部分Ａの拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１０】半導体モジュールの記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。
【図１１】半導体モジュールの記憶部に初期データを記憶させるための試験装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図１３】半導体モジュールの記憶部が記憶する初期データの一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの変形例の構成を示すブロック図である。
【図１５】電力損失と温度との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１７】半導体モジュールの記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。
【図１８】半導体モジュールの記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態５に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態５に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態５に係る半導体モジュールの変形例の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の実施の形態６に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の実施の形態６に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の実施の形態７に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０，１５，２０，２７，３０，４０，５０ 半導体モジュール、１１，５１スイッチング半導体装置、１１ａ ＩＧＢＴ、１２，３１，４４ ロス演算部、１３ 電圧測定部、１４ 電流測定部、１６，２２，２８，３３，４２ データ出力制御部、２１，２６，３２，４３ 記憶部、２９，４１ 温度測定部、５１ａ バイポーラトランジスタ、５６ コンデンサ、５７ リアクトル、８２ モータ制御部、９０ モータ。
【発明の属する技術分野】
この発明は、スイッチング半導体装置を備える半導体モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、環境問題が深刻化している自動車の世界において、燃費や排気ガス特性を良くするために、エンジンとモータを駆動源として併用するハイブリッドカーの開発が進んでいる。また、エンジンの動作点をより燃費の良い場所に、あるいはより排気ガスの少ない場所に設定するための変速機の無段変速機化が進んでいる。
【０００３】
このようなハイブリッドカーや無段変速機付き車両においては、装備されるサブシステム、例えばエンジンシステムやトランスミッションシステムなどの各動作点を、車両の必要とする駆動力を実現しつつ、その中でもエネルギー消費や排気ガスを低減できる最良の場所に設定するように制御している。
【０００４】
その中でも、ハイブリッドカーにおいては、ＩＧＢＴやＭＯＳトランジスタなどの電力用スイッチング半導体素子（以後、単に「スイッチング素子」と呼ぶ）が設けられているスイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールを、モータを希望する動作点で動かすために使用している。
【０００５】
一方、今後の厳しい燃費規制に対応するために、例えば特開２０００−０３２６０８号公報に開示されているように、瞬時瞬時のエネルギー効率ばかりでなく、車としての将来の動作を見込み、システムトータルでエネルギー効率の良い動作点にてエンジンを動作させる手法が提案されている。その動作点を判別する手法はエンジン動作点を変化させ、試行錯誤で最良の動作点を記憶する手法である。そのため、そのときの気温、電気負荷状態などのハイブリッドシステム全体に関わる負荷を明確にしないと、その他の条件が同一と考える場合であっても、最良の動作点が選択される補償がない。
【０００６】
例えば、エアコンディショナーや電動パワーステアリング（ＥＰＳ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔｅｅｒｉｎｇ）、スライディングルーフ等のサブシステムの駆動による電気負荷の増減や、その各サブシステムが持つ電力損失特性の変化など、外部環境が異なれば、同じような車両操作状態であったとしても最良の動作点が変わることになる。その場合、特開２０００−０３２６０８号公報に開示されている手法のように、システムトータルだけのエネルギー効率を記憶するよりは、刻々と変化する環境に対応して、システムを構成する各サブシステムのエネルギー効率を記憶して、それをもとに、システム全体のエネルギー効率を判断する方が望ましい。言い換えれば、刻々と変化する環境に対応して、システムを構成する各サブシステムの電力損失を記憶して、それをもとに、システム全体の電力損失を判断する手法を採用する方が望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方上述のように、スイッチング半導体装置を備える半導体モジュールは、ハイブリッドカーのモータシステムや、スライディングルーフなどのサブシステムのモータを制御するものとして使用されている。従って、上述のような手法を採用するために、半導体モジュールを備えるサブシステムの電力損失を得るためには、そこで用いられているスイッチング半導体装置の電力損失の値を、半導体モジュールの外部のシステムが認識する必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は上述の事情に鑑みて成されたものであり、スイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールにおいて、そのスイッチング半導体装置の電力損失を、外部のシステムが認識することが可能な技術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】
この発明のうち請求項１に記載の半導体モジュールは、スイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置で発生する電力損失を示すロスデータをデータ信号として外部に出力する。
【００１０】
また、この発明のうち請求項２に記載の半導体モジュールは、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記半導体モジュールの外部のシステムと通信を行い、前記ロスデータの外部への出力を制御するデータ出力制御部を内部に備え、前記データ出力制御部は、前記システムからの要求に応じて前記ロスデータを前記システムに出力させる。
【００１１】
また、この発明のうち請求項３に記載の半導体モジュールは、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置の特性値と前記ロスデータとを、互いに対応付けて記憶する記憶部を内部に備え、前記記憶部に記憶されている前記ロスデータを外部に出力する。
【００１２】
また、この発明のうち請求項４に記載の半導体モジュールは、請求項３に記載の半導体モジュールであって、前記半導体モジュールの外部のシステムが要求する前記スイッチング半導体装置の特性値に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１３】
また、この発明のうち請求項５に記載の半導体モジュールは、請求項３に記載の半導体モジュールであって、前記記憶部は、前記スイッチング半導体装置の特性値として、前記スイッチング半導体装置の温度を記憶し、前記スイッチング半導体装置の温度を測定する温度測定部を更に内部に備え、前記温度測定部で測定された前記スイッチング半導体装置の温度に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１４】
また、この発明のうち請求項６に記載の半導体モジュールは、請求項１に記載の半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置の負荷の特性値と前記ロスデータとを、互いに対応付けて記憶する記憶部を内部に備え、前記記憶部で記憶されている前記ロスデータを外部に出力する。
【００１５】
また、この発明のうち請求項７に記載の半導体モジュールは、請求項６に記載の半導体モジュールであって、前記半導体モジュールの外部のシステムが要求する前記負荷の特性値に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１６】
また、この発明のうち請求項８に記載の半導体モジュールは、請求項６に記載の半導体モジュールであって、前記記憶部は、前記スイッチング半導体装置の温度と、前記負荷の特性値と、前記ロスデータとを互いに対応付けて記憶し、前記スイッチング半導体装置の温度を測定する温度測定部を更に内部に備え、前記温度測定部で測定された前記スイッチング半導体装置の温度に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する。
【００１７】
また、この発明のうち請求項９に記載の半導体モジュールは、請求項４及び請求項７のいずれか一つに記載の半導体モジュールであって、前記記憶部は、前記システムから直接データの読み出しが可能である。
【００１８】
また、この発明のうち請求項１０に記載の半導体モジュールは、請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の半導体モジュールであって、前記スイッチング半導体装置には、スイッチング半導体素子が設けられており、前記スイッチング半導体素子に印可される電圧を測定する電圧測定部と、前記スイッチング半導体素子に流れる電流を測定する電流測定部と、前記電圧測定部で測定された前記電圧と、前記電流測定部で測定された前記電流とをもとに、前記ロスデータを求めるロス演算部とを内部に備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体モジュール１０の構成を示すブロック図であって、図２は図１に示す半導体モジュール１０が使用されるシステム９９の一例の構成を示すブロック図である。図２に示すシステム９９は、ハイブリッドカーシステムであって、例えば、システム全体の動作を統括するメイン制御部８０と、エンジンシステム７０と、モータシステム７１と、自動変速機（以後、「ＡＴ」と呼ぶ）システム７２と、エアコンディショナー（以後、「エアコン」と略称する）システム７３と、ブレーキシステム７４とから構成されている。
【００２０】
メイン制御部８０は、図示しないアクセルセンサーの出力など、各種センサー信号が入力され、システム全体の動作点を決定している。
【００２１】
エンジンシステム７０は、エンジン８９とエンジン制御部８１とから成る。エンジン制御部８１は、エンジン８９の動作を制御し、更にエンジン８０での電力損失を求める。
【００２２】
ＡＴシステム７２は、ＡＴ８８とＡＴ制御部８３とから成る。ＡＴ制御部８３は、ＡＴ８８の動作を制御し、更にＡＴ８８での電力損失を求める。
【００２３】
エアコンシステム７３は、エアコン８７とエアコン制御部８４とから成る。エアコン制御部８４は、エアコン８７の動作を制御し、更にエアコン８７での電力損失を求める。
【００２４】
ブレーキシステム７４は、ブレーキ機構８６とブレーキ機構制御部８５とから成る。ブレーキ機構制御部８５は、ブレーキ機構８６の動作を制御し、更にブレーキ機構８６での電力損失を求める。
【００２５】
モータシステム７１は、モータ９０と、モータ９０の動作を制御する半導体モジュール１０と、半導体モジュール１０の動作を制御するモータ制御部８２とから成る。なお以後、「電力損失」を単に「ロス」と呼ぶ場合がある。
【００２６】
駆動軸９２には駆動輪９１が取り付けられており、エンジン８９、モータ９０及びＡＴ８８によって、駆動軸９２にトルクが与えられ、駆動輪９１が回転する。
【００２７】
次に、本発明に係る半導体モジュール１０について説明する。図１に示すように、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０は、モータ９０の動作を制御し、複数のスイッチング素子が設けられているスイッチング半導体装置１１と、スイッチング半導体装置１１でのロスを求めるロス演算部１２と、電圧測定部１３と、電流測定部１４とを備えており、これらの構成要素は、一つのパッケージ内に収められている。
【００２８】
図３は、モータ９０に例えば三相交流モータを採用し、スイッチング素子に例えばＩＧＢＴを採用した場合のスイッチング半導体装置１１の構成の一例を示す回路図である。図３のように、スイッチング半導体装置１１は、例えば三相インバータ回路で構成されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１ａと、ＩＧＢＴ１１ａに逆並列接続されたダイオード１１ｂとで構成される半導体素子１１ｃ同士が、直列接続されている。これをアームと呼ぶ。そして、スイッチング半導体装置１１は、並列接続された３つのアームを備えている。
【００２９】
出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗはモータ９０に接続され、入力端子Ｐ，Ｎには、図２に示すモータ制御部８２が内蔵している電源回路から所定の電圧が与えられる。そして、各制御端子ＧＵＰ，ＧＵＮ，ＧＶＰ，ＧＶＮ，ＧＷＰ，ＧＷＮが、モータ制御部８２によって制御されることによって、各ＩＧＢＴ１１ａがオン／オフし、それによってモータ９０の回転動作が制御される。なお、制御端子ＧＵＰ，ＧＵＮ，ＧＶＰ，ＧＶＮ，ＧＷＰ，ＧＷＮをまとめて「制御端子ＣＯＮＴ」と呼ぶ場合がある。
【００３０】
電圧測定部１３は、図３に示す各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に印可されている電圧を検出する電圧センサー１３ａと、その検出結果をもとに各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧を求める電圧演算部１３ｂとを有している。電圧センサー１３ａは、例えば、入力端子Ｐと、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれとの間に設けられ、更に、入力端子Ｎと、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれとの間に設けられる。電圧演算部１３ｂは、各電圧センサー１３ａの出力をフィルタリング及び増幅して、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧を求め、更にＡ／Ｄ変換を行って、求めた電圧をデジタルデータとしてロス演算部１２に出力する。
【００３１】
また、電流測定部１４は、各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流を検出する電流センサー１４ａと、その検出結果をもとに、各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電流を求める電流演算部１４ｂとを有している。電流センサー１４ａは、例えば、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗのそれぞれと、モータ９０との間に設けられる。電流測定部１４は、各電流センサー１４ａの出力をフィルタリング及び増幅して、各ＩＧＢＴ１１ａの電流を求め、更にＡ／Ｄ変換を行って、求めた電流をデジタルデータとしてロス演算部１２に出力する。
【００３２】
なお、ＩＧＢＴ１１ａの替わりに、ＭＯＳトランジスタを採用した場合には、電圧測定部１３では、ＭＯＳトランジスタのソース−ドレイン間の電圧が測定され、電流測定部１４では、ソース−ドレイン間の電流が測定される。
【００３３】
ロス演算部１２は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、同一タイミングにおいて各ＩＧＢＴ１１ａで発生するロスを計算する。そして、求めた各ＩＧＢＴ１１ａのロスを合計して、そのタイミングにおけるスイッチング半導体装置１１全体でのロスを求める。以下に、スイッチング半導体装置１１のロスの計算方法について詳細に説明する。
【００３４】
まず、測定された電圧及び電流から、図４に示すように、横軸にＩＧＢＴ１１ａの動作時間を採り、縦軸にＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を採った際の、ＩＧＢＴ１１ａの電圧波形と電流波形とを、各ＩＧＢＴ１１ａごとに求める。なお、図４（ａ）〜（ｆ）は、紙面の上から順に、端子ＧＵＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＶＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＷＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＵＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＶＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形、端子ＧＷＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａの波形を示している。また、ＩＧＢＴ１１ａの電圧を一点鎖線で、電流を実線で示している。
【００３５】
そして、ＩＧＢＴ１１ａのいずれかがスイッチング動作を行うたびに、そのときの各ＩＧＢＴ１１ａでのスイッチング動作による消費電力を求める。具体的には、図４に示す面積６０はＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作時の消費電力を示しており、求めた電圧波形及び電流波形から、各ＩＧＢＴ１１ａにおいて面積６０を求める。これにより、スイッチング動作時の各ＩＧＢＴ１１ａでのロスが求まる。
【００３６】
例えば図４に示す時間ｔ１の直後のタイミングにおいては、端子ＧＵＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａと、端子ＧＶＰに接続されたＩＧＢＴ１１ａとがスイッチング動作を行い、その他のＩＧＢＴ１１ａはスイッチング動作を行っていないため、図４（ａ），４（ｂ）に示す面積６０をそれぞれ求める。また、時間ｔ２の直後のタイミングにおいては、端子ＧＵＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａと、端子ＧＷＮに接続されたＩＧＢＴ１１ａとがスイッチング動作を行い、その他のＩＧＢＴ１１ａはスイッチング動作を行っていないため、図４（ｄ），４（ｆ）に示す面積６０をそれぞれ求める。なお、図４に示す面積６０は、電流波形の立下りを示す線６１と、電圧波形の立上がりを示す線６２と、横軸の時間軸に延びた、電圧及び電流がともに零を示す直線６３とで囲まれた面積、あるいは、電流波形の立上がりを示す線６４と、電圧波形の立下がりを示す線６５と、直線６３とで囲まれた面積である。
【００３７】
そしてロス演算部１２は、求めた各ＩＧＢＴ１１ａのロスを合計して、そのタイミングにおけるスイッチング半導体装置１１の消費電力を求める。これにより、スイッチング半導体装置１１全体のロスがデジタルデータとして求まる。
【００３８】
次にロス演算部１２は、このようにして求めた、スイッチング半導体装置１１で発生したロスを示すデータ（以後、「ロスデータ」と呼ぶ）を、モータ制御部８２が処理可能なデータのＬＳＢが示す値をもとに必要に応じてデータ変換して、ＩＧＢＴ１１ａのいずれかがスイッチング動作を行うたびに、外部のシステム、本実施の形態１では、図２に示すモータ制御部８２にデータ信号として出力する。なお、本明細書でいう「システム」とは、システム全体のみならず、システム全体を構成する、メイン制御部８０やモータ制御部８２などの各構成要素をも意味するものとする。
【００３９】
求めたロスデータのＬＳＢが示す値が、モータ制御部８２が処理可能なデータのＬＳＢが示す値よりも小さい場合、求めたロスデータを、モータ制御部８２が処理可能なデータに変換する必要がある。
【００４０】
例えば、求めたロスデータのＬＳＢが示す値が１／２１２ｋＷであって、そのロスデータが２進数表記で「１１００１１０１０」である場合、そのロスデータが示すロスの値は約０．１ｋＷになる。そして、モータ制御部８２が処理可能なデータのＬＳＢが示す値が１／２１０ｋＷであるときには、ロス演算部１２は、そのＬＳＢが示す値をもとに、ロスデータを、２進数表記で「１１００１１０１０」から「０１１００１１０」に変換する。これにより、ロスデータがモータ制御部８２で処理可能なデータに変換される。
【００４１】
このように、ロス演算部１２は、求めたロスデータを必要に応じてデータ変換し、半導体モジュール１０の外部のモータ制御部８２にデータ信号として出力する。そして、データ信号を受け取ったモータ制御部８２は、そのデータ信号のロスデータを記憶する。
【００４２】
次に、モータ制御部８２の動作について説明する。モータ制御部８２は、後述する方法によってメイン制御部８０が決定した動作点で、モータ９０を動作させるために、半導体モジュール１０内のスイッチング半導体装置１１に印可する電圧及びそれに流す電流を決定する。具体的には、メイン制御部８０が決定した回転数及びトルクでモータ９０を動作させるために、スイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎに印可する電圧と、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流す電流を決定する。なおモータ制御部８２が、このようにして決定した、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流を、それぞれ「設定電圧」及び「設定電流」と呼ぶ。
【００４３】
そして、モータ制御部８２は、決定した設定電圧及び設定電流をもとに、内蔵している電源回路（図示せず）からスイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ．Ｎに所定の電圧を供給し、各ＩＧＢＴ１１ａを所定のタイミングでスイッチング動作させる。これにより、モータ９０に所定のトルク及び回転数が発生する。なお、モータ９０を同一動作点で動作させる場合には、各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗにはほぼ同じ電流が流れる。
【００４４】
モータ制御部８２は、半導体モジュール１０から上述のロスデータを受け取ると、そのときの設定電圧及び設定電流に対応付けてそのロスデータを記憶する。そして、メイン制御部８０がモータ９０の動作点を変更し、それにより設定電圧あるいは設定電流を変更したときには、変更後に受け取ったロスデータを、新たに設定電圧及び設定電流に対応付けて記憶する。このようにして、様々な設定電圧及び設定電流におけるロスデータがモータ制御部８２に記憶される。
【００４５】
次に、上述のように外部にロスデータを出力する半導体モジュール１０を備えた、図２に示すシステム９９におけるシステム全体の動作点の決定方法について説明する。
【００４６】
メイン制御部８０は、図示しないアクセルセンサーからのセンサー信号からアクセル開度を認識し、それをもとに、駆動軸９２に発生させるトルク（以後、「駆動軸トルク」と呼ぶ）を求める。
【００４７】
そして、メイン制御部８０は、求めた駆動軸トルクをもとに、システム全体の動作点の候補を複数決定する。具体的には、例えば、トルクと回転数とで規定されるエンジン８９の動作点と、トルクと回転数とで規定されるモータ９０の動作点と、ＡＴ８８の変速比との組み合わせを複数決定する。このとき、エアコンが使用されている場合には、そのエアコンのコンプレッサーにおける回転数をも考慮に入れて動作点の候補を決定する。
【００４８】
図５は、メイン制御部８０が決定する、システムの動作点の候補の一例を示すものである。図５には、システムの動作点の候補として、動作点１〜４を示している。なお図５に示す候補は、ブレーキが効いていない状態、つまりブレーキ機構８６が動作していない状態での動作点の候補である。
【００４９】
メイン制御部８０は、決定した動作点の候補から、システム全体として最もロスが少ない動作点を決定する。以下に図５に示す動作点１〜４の中から、最もロスが少ない動作点を決定する際のシステム９９の動作について説明する。
【００５０】
メイン制御部８０は、まず動作点１におけるエンジン回転数（２０００ｒ．ｐ．ｍ）及びエンジントルク（６０Ｎ・ｍ）で、エンジン８９を動作させた場合のエンジン８９でのロスを、エンジン制御部８１に出力するように要求する。エンジン制御部８１は、様々な動作点でのエンジン８９のロスの値を記憶しており、その中から動作点１のエンジン回転数及びエンジントルクに対応するロスの値をメイン制御部８０に出力する。
【００５１】
メイン制御部８０は、受け取ったロスの値を、動作点１のエンジン回転数及びエンジントルクに対応付けて記憶する。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を１０ｋＷとする。
【００５２】
次にメイン制御部８０は、動作点１における変速比（１．８４）で、ＡＴ８８を動作させた場合のＡＴ８８でのロスを、ＡＴ制御部８３に出力するように要求する。ＡＴ制御部８３は、様々な動作点でのＡＴ８８のロスの値を記憶しており、その中から動作点１の変速比に対応するロスの値をメイン制御部８０に出力する。
【００５３】
メイン制御部８０は、受け取ったロスの値を、動作点１のＡＴ８８の変速比に対応付けて記憶する。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を８ｋＷとする。
【００５４】
次にメイン制御部８０は、動作点１におけるモータ回転数（１０００ｒ．ｐ．ｍ）及びモータトルク（１０Ｎ・ｍ）でモータ９０を動作させた場合の、半導体モジュール１０におけるスイッチング半導体装置１１でのロスを、モータ制御部８２に出力するように要求する。なお本実施の形態１では、モータ９０自身でのロスは生じないものとする。
【００５５】
モータ制御部８２は、動作点１におけるモータ回転数及びモータトルクをもとに、半導体モジュール１０におけるスイッチング半導体装置１１の設定電圧及び設定電流を求める。そして、求めた設定電圧及び設定電流に対応するロスデータをメイン制御部８０に出力する。これによりメイン制御部８０は、動作点１における半導体モジュール１０のロスの値を受け取る。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を２ｋＷとする。
【００５６】
次にメイン制御部８０は、エアコン８７のコンプレッサーを、動作点１における回転数（１０００ｒ．ｐ．ｍ）で動作させた場合のエアコン８７でのロスを、エアコン制御部８４に出力するように要求する。そして、エアコン制御部８４は、コンプレッサーの様々な回転数でのエアコン８７のロスの値を記憶しており、その中から動作点１の回転数に対応するロスの値をメイン制御部８０に出力する。
【００５７】
メイン制御部８０は、受け取ったロスの値を、動作点１のコンプレッサーの回転数に対応付けて記憶する。本実施の形態１では、図５に示すように例えばこのロスの値を１ｋＷとする。
【００５８】
メイン制御部８０は、以上のようにして求めた各サブシステムでのロスの値を合計して、動作点１におけるシステム全体のロスの値を求める。本実施の形態１では、図５に示すように、システム全体のロスの値は２１ｋＷとなる。そして、メイン制御部８０は、同様にして、動作点２，３，４のぞれぞれにおける、システムのロスの値を計算する。本実施の形態１では、図５に示すように、それぞれ１１．２ｋＷ、２２．６ｋｗ、９．５ｋｗ、１５ｋＷとなる。
【００５９】
メイン制御部８０は、各動作点１〜４でのロスの値を求めると、その中で一番値の小さい動作点を、システム９９の動作点として決定する。本実施の形態１では、動作点４でのロスの値が９．５ｋＷであって、候補の中で一番小さい値となるため、動作点４でシステム９９を動作させることに決定する。これにより、システム全体として最もエネルギー効率の良い制御戦略を立てることができる。
【００６０】
メイン制御部８０は動作点を決定すると、それをもとに各サブシステムを動作させる。具体的には、動作点４におけるエンジンの動作点（エンジン回転数及びエンジントルク）をエンジン制御部８１に通知し、エンジン制御部８１はその動作点でエンジン８９を動作させる。また、動作点４におけるモータの動作点（モータ回転数及びモータトルク）をモータ制御部８２に通知し、モータ制御部８２はその動作点でモータ９０を動作させる。また、動作点４におけるＡＴ８８の変速比をＡＴ制御部８３に通知し、ＡＴ制御部８３はその変速比でＡＴ８８を動作させる。そして、動作点４におけるエアコン８７のコンプレッサーの回転数をエアコン制御部８４に通知し、エアコン制御部８４はその回転数でコンプレッサーを動作させる。
【００６１】
上述のように、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０では、そのスイッチング半導体装置１１で発生するロスを示すロスデータを、外部に出力している。そのため、半導体モジュール１０の外部に位置するシステムであるモータ制御部８２が、スイッチング半導体装置１１でのロスを認識することができる。従って、本実施の形態１に係るシステム９９のように、半導体モジュール１０を備えるシステムにおいては、半導体モジュール１０から得られるロスデータと、他のサブシステムから得られるロスの値とをもとに、システム全体で最もエネルギー効率の良い制御戦略を立案することができる。
【００６２】
また、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０では、半導体モジュール１０の内部で、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を測定している。本実施の形態１に係る半導体モジュール１０と異なり、電圧測定部１３及び電流測定部１４が、半導体モジュール１０の外部に存在する場合には、半導体モジュール１０のパッケージに設けられている、外部との接続を行う接続端子のインピーダンス等の影響によって、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流が正確に測定できないことがあった。
【００６３】
しかし、本実施の形態１に係る半導体モジュール１０では、半導体モジュール１０の内部に電圧測定部１３及び電流測定部１４が設けられているため、上述のような影響は無く、各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を正確に測定することができる。その結果、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。更に、半導体モジュール１０はモジュール化されているため、スイッチング半導体装置１１に不良が発生した場合でも交換が容易に行える。
【００６４】
なお本実施の形態１では、ＩＧＢＴ１１ａでのロスを求める具体的方法として、図４に示す面積６０を求めていたが、他の方法でかかるロスを求めても良い。例えば、ロス演算部１２は、求めた電圧波形及び電流波形から、図６に示すような、ＩＧＢＴ１１ａがオンする際の電流の立上がり時間ｔ１及び電圧の立下り時間ｔ２を求める。電流の立上がり時間ｔ１は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流が、その最大値の１０％の値から、９０％の値まで変化するまでの時間である。また、電圧の立下り時間ｔ２は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧が、その最大値の９０％の値から、１０％の値まで変化するまでの時間である。
【００６５】
ＩＧＢＴ１１ａがオンする際のロスは、電流の立上がり時間ｔ１と電圧の立下り時間ｔ２とでほぼ決定される。従って、電流の立上がり時間ｔ１と電圧の立下り時間ｔ２との組を複数考えて、その各組に対応したロスの値を、ロス演算部１２に予め記憶させておくことにより、求めた電流の立上がり時間ｔ１及び電圧の立下り時間ｔから、ＩＧＢＴ１１ａがオフする際のロスを求めることができる。なお図６は、図４に示す部分Ａの拡大図であって、面積６０の記載は省略している。
【００６６】
同様にして、ロス演算部１２は、求めた電圧波形及び電流波形から、ＩＧＢＴ１１ａがオフする際の電流の立下り時間及び電圧の立上がり時間を求める。電流の立下り時間は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流が、その最大値の９０％の値から、１０％の値まで変化するまでの時間である。また、電圧の立上がり時間は、例えば、ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧が、その最大値の１０％の値から、９０％の値まで変化するまでの時間である。
【００６７】
ＩＧＢＴ１１ａがオフする際のロスは、電流の立下り時間と電圧の立上がり時間とでほぼ決定される。従って、電流の立下り時間と電圧の立上がり時間との組を複数考えて、その各組に対応したロスの値を、ロス演算部１２に予め記憶させておくことにより、求めた電流の立下り時間及び電圧の立上がり時間から、ＩＧＢＴ１１ａがオンする際のロスを求めることができる。
【００６８】
このようにして求めた、ＩＧＢＴ１１ａがオンする際のロスと、オフする際のロスをもとに、上述のようにスイッチング半導体装置１１全体のロスを求めても良い。
【００６９】
実施の形態２．
図７は本実施の形態２に係る半導体モジュール１５の構成を示すブロック図である。本実施の形態２に係る半導体モジュール１５は、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０において、データ出力制御部１６を更に内部に備え、ロス演算部１２で求めたロスデータをデータ出力制御部１６を介して外部に出力している。本実施の形態２では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図７に示す半導体モジュール１５を採用する。
【００７０】
データ出力制御部１６は、図示しないバッファをその内部に備えており、ロス演算部１２が出力するロスデータをかかるバッファに書き込む。そして、ロス演算部１２からロスデータを受け取るたびに、バッファ内のロスデータを更新する。また、データ出力制御部１６は、半導体モジュール１５の外部のモータ制御部８２と通信を行い、バッファ内のロスデータの外部への出力を制御している。その他の構成については、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０と同じであるため、その説明は省略する。
【００７１】
図８は半導体モジュール１５のデータ出力方法を示すフローチャートであって、具体的には、ロスデータを外部に出力する際の半導体モジュール１５の動作を示すフローチャートである。以下に、図８を参照して、ロスデータを外部に出力する際の半導体モジュール１５の動作について説明する。
【００７２】
図８に示すように、データ出力制御部１６は、ステップｓ１０において、ロスデータの出力要求を示すデータ要求信号をモータ制御部８２から受け取ると、ステップｓ１１において、その内部のバッファに書き込まれているロスデータをモータ制御部８２に出力する。
【００７３】
このように本実施の形態１に係る半導体モジュール１５では、その外部のシステムであるモータ制御部８２の要求に応じて、ロスデータを出力している。
【００７４】
上述の実施の形態１では、モータ制御部８２の動作状況にかかわらず、半導体モジュール１０側で決定したタイミングでロスデータをモータ制御部８２に出力していた。そのため、モータ制御部８２の動作状況にかかわらずロスデータが出力されることになり、半導体モジュール１０が頻繁にロスデータを出力する場合には、半導体モジュール１０とモータ制御部８２との通信ラインが過負荷になることがあった。
【００７５】
また実施の形態１では、モータの動作点が長時間変化しない場合、モータ制御部８２は、その動作点におけるロスデータを既に記憶しているにもかかわらず、その動作点におけるロスデータを半導体モジュール１０から頻繁に受け取ることになる。そのため、必要でないロスデータを処理する必要があり、無駄な処理に時間を取られることがあった。
【００７６】
本実施の形態２に係る半導体モジュール１５では、モータ制御部８２の要求に応じてロスデータを外部に出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール１５からロスデータを受け取ることができる。そのため、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール１５との通信を行うことができる。更に、必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【００７７】
実施の形態３．
図９は本実施の形態３に係る半導体モジュール２０の構成を示すブロック図である。図９に示すように、本実施の形態３に係る半導体モジュール２０は、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０が備えるスイッチング半導体装置１１と、ロスデータを記憶している記憶部２１と、モータ制御部８２と通信を行い、ロスデータの外部への出力を制御するデータ出力制御部２２とを備え、これらの構成要素は、一つのパッケージ内に収められている。本実施の形態３では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図９に示す半導体モジュール２０を採用する。
【００７８】
記憶部２１は、例えばＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）で構成されており、スイッチング半導体装置１１に印可される電圧やそれに流れる電流などの、スイッチング半導体装置１１の特性値とロスデータとを、互いに対応付けて予め記憶している。このようなデータは、例えば、半導体モジュール２０の製造工程における出荷前検査工程で、記憶部２１に記憶される。なお、ロスデータ及びスイッチング半導体装置１１の特性値のように、記憶部が予め記憶しているデータを以後「初期データ」と呼ぶ場合がある。
【００７９】
図１０は記憶部２１が記憶している初期データの一例を示す図である。図１０に示すように、記憶部２１は、ロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じる、スイッチング半導体装置の電圧及び電流などの特性値とで構成されたテーブルを記憶している。
【００８０】
図中の電圧Ｖ１〜Ｖ３は、記憶部２１が記憶しているスイッチング半導体装置１１の電圧の一部であって、スイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎに印可される電圧を示している。また、電流Ｉ１〜Ｉ３は、記憶部２１が記憶しているスイッチング半導体装置１１の電流の一部であって、スイッチング半導体装置１１の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流を示している。電圧Ｖ１及び電流Ｉ１は、ロスデータＤ１が示すロスを生じた際のスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流であって、記憶部２１には、電圧Ｖ１と、電流Ｉ１と、ロスデータＤ１とが互いに対応付けられて記憶されている。同様に、電圧Ｖ２及び電流Ｉ２は、ロスデータＤ２が示すロスを生じた際のスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流であって、電圧Ｖ３及び電流Ｉ３は、ロスデータＤ３が示すロスを生じた際のスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流である。そして、記憶部２１には、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、ロスデータＤ２とが互いに対応付けられて記憶されており、電圧Ｖ３と、電流Ｉ３と、ロスデータＤ３とが互いに対応付けられて記憶されている。
【００８１】
図１１は、記憶部２１に初期データを記憶させるために使用される試験装置９７の構成を示すブロック図である。半導体モジュール２０の出荷前検査工程において、記憶部２１に初期データを書き込むために、図１１に示す試験装置９７を準備する。
【００８２】
試験装置９７は、ロス演算部９５と、電圧センサー９３ａ及び電圧演算部９３ｂを有する電圧測定部９３と、電流センサー９４ａ及び電流演算部９４ｂを有する電流測定部９４と、制御部９６とを備えている。記憶部２１に初期データを記憶させるために、ロス演算部９５を半導体モジュール２０の記憶部２１に接続し、電圧測定部９３、電流測定部９４及び制御部９６をスイッチング半導体装置１１に接続する。そして、モータ９０を電流測定部９４の電流センサー９４ａを介してスイッチング半導体装置１１に接続する。以下に、図１０に示す初期データを例にとって、試験装置９７を用いて初期データを記憶部２１に書き込む手順を説明する。なおロスデータを求める方法は、上述の実施の形態１において説明した方法と同じであるため、既に説明した内容と重複する部分は簡単に説明する。
【００８３】
まず制御部９６が、スイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎ間に電圧Ｖ１を与える。そして、制御部９６が制御端子ＣＯＮＴに所定の電圧を与えて、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作を制御し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電流Ｉ１を流す。そして制御部９６は、このとき設定した電圧Ｖ１及び電流Ｉ１の情報をロス演算部９５に通知する。
【００８４】
次に、電流測定部９４が、電流センサー９４ａ及び電流演算部９４ｂでもって、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間に流れる電流を測定する。同時に電圧測定部９３が、電圧センサー９３ａ及び電圧演算部９３ｂでもって、各ＩＧＢＴ１１ａのエミッタ−コレクタ間の電圧を測定する。
【００８５】
ロス演算部９５は、電圧測定部９３で測定された電圧と、電流測定部９４で測定された電流とをもとに、各ＩＧＢＴ１１ａで発生するロスを計算する。そして、求めた各ＩＧＢＴ１１ａのロスを合計して、スイッチング半導体装置１１のロスを示すロスデータＤ１を求める。
【００８６】
次にロス演算部９５は、求めたロスデータＤ１と、制御部９６から通知されたスイッチング半導体装置の電圧Ｖ１と、電流Ｉ１とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶する。上述の実施の形態１では、ＩＧＢＴ１１ａのいずれかがスイッチング動作を行うたびに、ロスデータを求めていたが、ここでは、例えば最初に求めたロスデータのみを記憶部２１に記憶する。
【００８７】
次に、制御部９６はスイッチング半導体装置１１に与える電圧を電圧Ｖ１から電圧Ｖ２に変化する。そして、制御端子ＣＯＮＴに所定の電圧を印可して、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作を制御し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電流Ｉ２を流す。そして、ロスデータＤ１を求めた場合と同様にして、このときのロスデータＤ２を求める。そして、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、ロスデータＤ２とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶する。
【００８８】
次に、制御部９６はスイッチング半導体装置１１に与える電圧を電圧Ｖ２から電圧Ｖ３に変化して、各ＩＧＢＴ１１ａのスイッチング動作を制御し、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに電流Ｉ３を流す。ロスデータＤ１，Ｄ２を求めた場合と同様にして、このときのロスデータＤ３を求める。そして、電圧Ｖ３と、電流Ｉ３と、ロスデータＤ３とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶する。
【００８９】
このようにして、記憶部２１に予め初期データを記憶する。
【００９０】
次に、外部にロスデータを出力する際の半導体モジュール２０の動作について図１２を参照して説明する。図１２に示すように、ステップｓ２１において、データ出力制御部２２は、モータ制御部８２から、ロスデータの出力要求を示すデータ要求信号を受け取る。このデータ要求信号には、モータ制御部８２が半導体モジュール２０からの出力を望んでいるロスデータに対応したスイッチング半導体装置の特性値の情報も含まれている。上述の実施の形態１では、モータ制御部８２は、それ自身の記憶領域に、設定電圧及び設定電流に対応付けてロスデータを記憶していた。本実施の形態２では、記憶部２１が予めスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流に対応付けてロスデータを記憶しているため、モータ制御部８２は、その代わりに、必要なときに、具体的にはメイン制御部８０の要求があったときに、データ要求信号を出力し、求めた設定電圧及び設定電流に対応したロスデータを出力するように半導体モジュール２０に要求する。
【００９１】
次にステップｓ２２において、データ出力制御部２２は、受け取ったデータ要求信号に含まれているスイッチング半導体装置の特性値を認識する。ここでは、その特性値を、例えば電圧Ｖ１及び電流Ｉ１とする。
【００９２】
そして、データ出力制御部２２は、ステップｓ２３において、記憶部２１から電圧Ｖ１及び電流Ｉ１に対応するロスデータＤ１を読み出して、ステップｓ２４でそのロスデータＤ１をモータ制御部８２に出力する。ロスデータＤ１を受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータＤ１をメイン制御部８０に出力する。
【００９３】
このようにして、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置の特性値に応じたロスデータが、記憶部２１からモータ制御部８２に出力される。
【００９４】
上述のように、本実施の形態３に係る半導体モジュール２０は、スイッチング半導体装置１１とロスデータとを互いに対応付けて記憶する記憶部２１を備えているため、上述の実施の形態１，２に係る半導体モジュール１０，１５とは異なり、スイッチング半導体装置１１の同じ特性値に対応したロスデータを複数回求める必要がない。そのため、半導体モジュール１０，１５よりも、ロスデータに対する処理時間を低減することができる。
【００９５】
また、モータ制御部８２からの要求に応じてロスデータを出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール２０からロスデータを受け取ることができる。そのため、上述の半導体モジュール１５と同様に、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール２０との通信を行うことができる。
【００９６】
更に半導体モジュール２０は、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置１１の特性値に対応したロスデータを出力するため、モータ制御部８２は必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【００９７】
また本実施の形態３では、スイッチング半導体装置１１と、そのロスを示すロスデータを記憶している記憶部２１とは、半導体モジュール２０の内部に備えられている。例えば、記憶部２１が半導体モジュール２０の外部のシステム、例えばモータ制御部８２に備えられている場合であって、スイッチング半導体装置１１に不具合が発生し、半導体モジュール２０を交換した場合、モータ制御部８２の記憶部２１には、交換される前のスイッチング半導体装置１１に対応したロスデータが記憶されているため、そのロスデータを、交換後のスイッチング半導体装置１１に対応したロスデータに書き換える必要がある。そのため、このような場合、半導体モジュール２０を交換する際に手間がかかる。
【００９８】
しかし、本実施の形態３に係る半導体モジュール２０では、スイッチング半導体装置１１と記憶部２１とが対となって内部に備えられているため、半導体モジュール２０を交換する際に、上述のような手間が発生しない。そのため、簡単に半導体モジュール２０を交換することができる。
【００９９】
なお本実施の形態３では、記憶部２１は、ロスデータとスイッチング半導体装置１１の特性値とを互いに対応付けて記憶していたが、ロスデータとスイッチング半導体装置の負荷の特性値とを互いに対応付けて記憶していても良い。
【０１００】
図１３は記憶部２１が記憶している初期データの他の一例を示す図である。図中のモータトルクＴ１〜Ｔ３は、記憶部２１が記憶しているモータトルクの一部であって、スイッチング半導体装置１１の負荷であるモータ９０に発生するトルクを示している。記憶部２１は、ロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じた際に発生しているモータトルクとで構成されたテーブルを記憶している。
【０１０１】
図中のモータトルクＴ１は、ロスデータＤ１が示すロスを生じた際のモータ９０に発生しているトルクであって、記憶部２１には、モータトルクＴ１と、ロスデータＤ１とが互いに対応付けられて記憶されている。同様に、モータトルクＴ２は、ロスデータＤ２が示すロスを生じた際のモータ９０に発生しているトルクであって、モータトルクＴ３はロスデータＤ３が示すロスを生じた際のモータ９０に発生しているトルクである。そして、記憶部２１には、トルクＴ２とロスデータＤ２とが互いに対応付けられて記憶されており、トルクＴ３とロスデータＤ３とが互いに対応付けられて記憶されている。
【０１０２】
モータトルクは、スイッチング半導体装置１１に流れる電流、具体的には出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに流れる電流と比例関係にあり、かかる電流から求めることができる。従って、図１１中の試験装置９７におけるロス演算部９５で、電流測定部９４から受け取った電流からモータトルクを計算し、求めたロスデータとモータトルクとを互いに対応付けて記憶部２１に記憶することによって、図１３に示す初期データを記憶部２１に記憶することができる。
【０１０３】
また、試験装置９７のロス演算部９５で、モータトルクの替わりに、その他のモータ９０の特性値、例えばモータ電流を求めて、ロスデータとモータ電流とを互いに対応付けて記憶部２１に記憶させても良い。モータ電流は、スイッチング半導体装置１１に流れる電流の実効値で求めることができる。以下にモータ電流を求める式を示す。
【０１０４】
【数１】
但し、式中の「Ｉｓ」は、スイッチング半導体装置１１に流れる電流の最大値、「ω」はその角周波数、「Ｉｍ」はモータ電流を示している。
【０１０６】
ロス演算部９５は、電流測定部９４で測定されて電流から、上述の式を用いてモータ電流を計算することができる。
【０１０７】
このように、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを互いに対応付けて記憶部２１に記憶させることにより、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値を制御目標するシステムにとって、好適な半導体モジュールとなる。
【０１０８】
例えば、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値を制御目標する場合の例として、システム９９におけるメイン制御部８０が、モータ９０の動作点をモータトルクの値のみで決定する場合を考える。モータトルクとロスデータとが互いに対応付けられて記憶部２１に記憶されていれば、メイン制御部８０が決定したモータトルクの候補の値に対応したロスデータを、モータ制御部８２は瞬時に認識することができる。
【０１０９】
一方、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流とロスデータとが対応付けられて記憶部２１に記憶されている場合には、スイッチング半導体装置１１でのロスを認識するために、メイン制御部８０で決定されたモータトルクの候補の値から、そのモータトルクを発生させるために必要なスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流を求める必要がある。そのため、そのモータトルクに対応するロスデータを認識するのに時間を要する。
【０１１０】
従って、記憶部２１が、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを互いに対応付けて記憶していることによって、上述のような効果が生じる。
【０１１１】
図１２は、上述のような、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを対応付けて記憶している記憶部２１を備える半導体モジュール２０の動作を示すフローチャートであって、かかる半導体モジュール２０の、外部にロスデータを出力する際の動作を示している。
【０１１２】
図１２に示すように、まずステップｓ２１が実行される。ここでは、データ要求信号には、スイッチング半導体装置１１の特性値ではなく、モータ制御部８２が半導体モジュール２０からの出力を望んでいるロスデータに対応した、スイッチング半導体装置の負荷の特性値の情報が含まれているものとする。
【０１１３】
次にステップｓ２２において、データ出力制御部２２は、受け取ったデータ要求信号に含まれている、スイッチング半導体装置の負荷の特性値を認識する。そしてデータ出力制御部２２は、ステップｓ２３において、認識した負荷の特性値に対応するロスデータを読み出して、ステップｓ２４でそのロスデータをモータ制御部８２に出力する。ロスデータを受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータをメイン制御部８０に出力する。
【０１１４】
このようにして、モータ制御部８２が要求する、スイッチング半導体装置の負荷の特性値に応じたロスデータが、記憶部２１からモータ制御部８２に出力される。
【０１１５】
また、本実施の形態３では、データ出力制御部２２を介して記憶部２１からロスデータを出力していたが、記憶部２１から直接ロスデータを出力しても良い。図１４は本実施の形態３に係る半導体モジュール２０の変形例を示すブロック図である。図１４に示す半導体モジュール２０の変形例では、図９に示すデータ出力制御部２２が設けられおらず、記憶部２１はモータ制御部８２から直接データの読み出しが可能である。例えば、記憶部２１がＲＡＭで構成されている場合、アドレス信号及び制御信号が、モータ制御部８２から記憶部２１に直接与えられ、それらの信号に基づいて記憶部２１は内部のデータをモータ制御部８２に直接出力する。
【０１１６】
モータ制御部８２は、記憶部２１内のスイッチング半導体装置１１の特性値や負荷の特性値をもとに、必要とするロスデータを読み出すことができる。
【０１１７】
このように、記憶部２１内のデータが外部のシステムに直接読み出されることによって、ロスデータの出力を制御するデータ出力制御部２２が必要でなくなり、半導体モジュール２０の回路構成を簡単にすることができる。また記憶部２１は、モータ制御部８２の要求（例えばアドレス信号及び制御信号）によって、ロスデータを出力するため、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール２０との通信を行うことができる。
【０１１８】
実施の形態４．
一般的に、スイッチング半導体装置１１で発生するロスの大きさは、図１５に示すように、スイッチング半導体装置１１の温度に依存しており、スイッチング半導体装置１１の温度が高くなるほど、ロスは大きくなる傾向にある。そのため、上述の実施の形態３に係る半導体モジュール２０のように、スイッチング半導体装置１１の温度を考慮せずに予め求めておいたロスデータを外部のシステムに出力する場合には、そのロスデータが示すロスの値と、外部のシステムがロスデータを受け取ったときにおける実際のスイッチング半導体装置１１でのロスの値とが異なる場合があった。そこで、本実施の形態４では、スイッチング半導体装置１１の温度が変化した場合であっても、精度の良いロスデータを外部に出力する半導体モジュールを提案する。
【０１１９】
図１６は、本発明の実施の形態４に係る半導体モジュール２７の構成を示すブロック図である。本実施の形態４に係る半導体モジュール２７は、図９に示す実施の形態３に係る半導体モジュール１５において、基本的には、スイッチング半導体装置１１の温度を測定する温度測定部２９を更に内部に備え、記憶部２１の替わりに記憶部２６を、データ出力制御部２２の替わりにデータ出力制御部２８を備えるものである。本実施の形態４では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図１６に示す半導体モジュール２７を採用する。
【０１２０】
温度測定部２９は、データ出力制御部２８の要求によって、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定した温度をデータ出力制御部２８に出力する。温度測定部２９は、例えばスイッチング半導体装置１１が備える複数のＩＧＢＴ１１ａのうちの一つのＩＧＢＴ１１ａの温度を測定し、それをスイッチング半導体装置１１の温度として出力する。
【０１２１】
記憶部２６は、初期データとして、スイッチング半導体装置１１の特性値と、ロスデータとを互いに対応付けて記憶しており、その特性値には、スイッチング半導体装置１１の温度、電圧及び電流が含まれている。つまり、本実施の形態２に係る記憶部２６は、上述の実施の形態３に係る記憶部２１が記憶している初期データに、スイッチング半導体装置１１の別の特性値として、その温度を更に追加したものを記憶している。このようなデータは、例えば、半導体モジュール２７の製造工程における出荷前検査工程で、記憶部２６に記憶される。
【０１２２】
図１７は記憶部２６が記憶している初期データの一例を示す図である。図１７に示すように、記憶部２６は、スイッチング半導体装置の温度と、その温度でのロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じる、スイッチング半導体装置の電圧及び電流とで構成されたテーブルを記憶している。なお図中の温度Ｔｅｍｐ１，Ｔｅｍｐ２は、記憶部２６が記憶しているスイッチング半導体装置１１の温度の一部を示している。
【０１２３】
図中のロスデータＤ１，Ｄ２は、スイッチング半導体装置１１の温度が温度Ｔｅｍｐ１のときのロスデータであり、ロスデータＤ１１，Ｄ１２は、スイッチング半導体装置１１の温度が温度Ｔｅｍｐ２のときのロスデータである。そして、ロスデータＤ１あるいはロスデータＤ１１が示すロスを生じた際にスイッチング半導体装置１１に印可されていた電圧は電圧Ｖ１であって、そのときにスイッチング半導体装置１１に流れていた電流は電流Ｉ１である。また、ロスデータＤ２あるいはロスデータＤ１２が示すロスを生じた際にスイッチング半導体装置１１に印可されていた電圧は電圧Ｖ２であって、そのときにスイッチング半導体装置１１に流れていた電流は電流Ｉ２である。
【０１２４】
ロスデータＤ１と、電圧Ｖ１と、電流Ｉ１と、温度Ｔｅｍｐ１とは互いに対応付けられて記憶されており、ロスデータＤ２と、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、温度Ｔｅｍｐ１とは互いに対応付けられて記憶されている。また、ロスデータＤ１１と、電圧Ｖ１と、電流Ｉ１と、温度Ｔｅｍｐ２とは互いに対応付けられて記憶されており、ロスデータＤ１２と、電圧Ｖ２と、電流Ｉ２と、温度Ｔｅｍｐ２とは互いに対応付けられて記憶されている。
【０１２５】
このような初期データは、以下の方法で記憶部２６に予め記憶することができる。
【０１２６】
上述の図１１に示す試験装置９７に、例えば半導体モジュール２７のスイッチング半導体装置１１が備える複数のＩＧＢＴ１１ａのうちの一つのＩＧＢＴ１１ａの温度を測定し、それをスイッチング半導体装置１１の温度として出力する温度測定部を更に設ける。そして、この温度測定部で測定された温度をロス演算部９５に入力する。そして、ロス演算部９５は、温度測定部から受け取った温度と、求めたロスデータと、制御部９６から受け取った特性値とを互いに対応付けて、記憶部２６に記憶する。半導体モジュール２７を恒温層などに入れることによって、スイッチング半導体装置１１の温度を変化させ、各温度において、試験装置９７が上述の動作を実行することによって、図１７に示すような初期データを記憶部２６に記憶させることができる。
【０１２７】
また記憶部２６には、図１７に示すデータの替わりに、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値と、スイッチング半導体装置１１の温度と、ロスデータとを対応付けて記憶させても良い。例えば、図１８に示すような、スイッチング半導体装置１１の温度と、その温度におけるロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じた際にモータ９０で発生しているモータトルクとを互いに対応付けて記憶させても良い。更に、図１８に示すモータトルクの替わりに、モータ電流であっても良い。
【０１２８】
なお、記憶部２６に記憶させるモータトルク及びモータ電流は上述の実施の形態３で説明した方法で求めることができることは言うまでもない。
【０１２９】
次に、図１７に示す初期データを記憶している記憶部２６を備える半導体モジュール２７の、外部にロスデータを出力する際の動作について図１９を参照して説明する。
【０１３０】
図１９に示すように、上述の図１２に示すステップｓ２１，ｓ２２が実行される。これにより、データ出力制御部２８は、受け取ったデータ要求信号に含まれているスイッチング半導体装置の特性値を認識する。ここでは、その特性値を、例えば電圧Ｖ１及び電流Ｉ１とする。
【０１３１】
そしてデータ出力制御部２８は、ステップｓ２５において、温度測定部２９にスイッチング半導体装置１１の温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部２９は、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、データ出力制御部２８に出力する。ここでは、温度測定部２９で測定された温度を温度Ｔｅｍｐ１とする。
【０１３２】
次にデータ出力制御部２８は、ステップｓ２６において、受け取った温度Ｔｅｍｐ１と、認識した特性値である電圧Ｖ１及び電流Ｉ１とに対応したロスデータＤ１を読み出して、ステップｓ２７でそのロスデータＤ１をモータ制御部８２に出力する。ロスデータＤ１を受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータＤ１をメイン制御部８０に出力する。
【０１３３】
このようにして、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置の特性値（電圧、電流）と、モータ制御部８２から要求があった際に、温度測定部２９で測定された温度とに対応したロスデータが、記憶部２６からモータ制御部８２に出力される。
【０１３４】
次に、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値と、スイッチング半導体装置１１の温度と、ロスデータとを互いに対応付けて記憶している記憶部２６を備える半導体モジュール２７の、外部にロスデータを出力する際の動作について、図１９を参照して間単に説明する。
【０１３５】
まず、上述の図１２に示すのと同様のステップｓ２１が実行される。なお、ここではデータ要求信号には、スイッチング半導体装置１１の特性値ではなく、モータ制御部８２が半導体モジュール２０からの出力を望んでいるロスデータに対応した、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値、例えばモータトルクやモータ電流の情報が含まれているものとする。
【０１３６】
そして、図１２に示すのと同様のステップｓ２２が実行される。これにより、データ出力制御部２８は、受け取ったデータ要求信号に含まれている、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値を認識する。
【０１３７】
そしてデータ出力制御部２８は、ステップｓ２５において、温度測定部２９に、スイッチング半導体装置１１の温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部２９は、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、データ出力制御部２８に出力する。
【０１３８】
次にデータ出力制御部２８は、ステップｓ２６において、受け取った温度と、認識した負荷の特性値とに対応したロスデータを読み出して、ステップｓ２７でそのロスデータをモータ制御部８２に出力する。ロスデータを受け取ったモータ制御部８２は、そのロスデータをメイン制御部８０に出力する。
【０１３９】
このようにして、モータ制御部８２が要求するスイッチング半導体装置の負荷の特性値と、モータ制御部８２から要求があった際に、温度測定部２９で測定された温度とに対応したロスデータが、記憶部２６からモータ制御部８２に出力される。
【０１４０】
上述のように、本実施の形態４に係る半導体モジュール２７によれば、スイッチング半導体装置１１の温度に応じたロスデータが、外部のシステムに出力される。そのため、スイッチング半導体装置１１の温度が変化した場合であっても、精度の良いロスデータを外部のシステムに出力することができる。
【０１４１】
更に、温度測定部２９は半導体モジュール２７の内部に設けられているため、その測定結果は、半導体モジュール２７のパッケージに設けられている外部との接続端子のインピーダンス等の影響を受けることがない。そのため、半導体モジュール２７の外部に設けられている場合よりも、正確にスイッチング半導体装置１１の温度を測定することができる。
【０１４２】
また、モータ制御部８２からの要求に応じてロスデータを出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール２７からロスデータを受け取ることができる。そのため、上述の半導体モジュール１５，２０と同様に、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール２７との通信を行うことができる。
【０１４３】
更に、モータ制御部８２が要求する特性値に応じたロスデータをモータ制御部８２に出力しているため、モータ制御部８２は必要でないロスデータを処理する必要が無く、無駄な処理が低減される。
【０１４４】
なお、半導体モジュール２７の外部のシステム、例えばモータ制御部８２が、スイッチング半導体装置１１の温度を測定する温度測定部を備えている場合には、半導体モジュール２７は温度測定部２９を備える必要がない。この場合には、モータ制御部８２が備える温度測定部で測定された温度の情報を、データ要求信号が有する、スイッチング半導体装置の特性値の情報に含めることによって、あるいはデータ要求信号が有する、スイッチング半導体装置の負荷の特性値の情報に更に加えることによって、データ出力制御部２８は、スイッチング半導体装置１１の温度をも認識することができ、その温度に対応したロスデータを記憶部２６から読み出して、モータ制御部８２に出力すことができる。
【０１４５】
実施の形態５．
図２０は本発明の実施の形態５に係る半導体モジュール３０の構成を示すブロック図である。本実施の形態５に係る半導体モジュール３０は、上述のスイッチング半導体装置１１、電圧測定部１３及び電流測定部１４と、ロス演算部３１と、記憶部３２と、データ出力制御部３３とを備えており、これらの構成要素は同一のパッケージ内に収められている。本実施の形態５では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図２０に示す半導体モジュール３０を採用する。
【０１４６】
ロス演算部３１は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、ロスデータを求める。なお、ロスデータを求める具体的な方法は、上述の実施の形態１で述べた方法と同じである。またロス演算部３１は、求めたロスデータと、スイッチング半導体装置１１の特性値とを互いに対応付けて記憶部３２に記憶する。具体的には、求めたロスデータと、そのロスデータが示すロスを生じた際の、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流とを互いに対応付けて記憶部３２に記憶する。なお、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流は、ロスの演算とは独立して、それぞれ電圧測定部１３で測定された電圧及び電流測定部１４で測定された電流から読み取ることができる。
【０１４７】
またロス演算部３１は、ロスを演算する前に、電圧測定部１３で測定された電圧から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電圧と、電流測定部１４で測定された電流から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電流との組が、既に記憶部３２に記憶しているものであれば、そのときのロスの演算は行わず、そのスイッチング半導体装置１１の電圧及び電流を記憶部３２に書き込まない。これにより、スイッチング半導体装置１１の同じ特性値に対するロスデータを複数回求めることがない。
【０１４８】
なおロス演算部３１は、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値とロスデータとを対応付けて記憶部３２に記憶しても良い。具体的には、求めたロスデータと、そのロスデータが示すロスが発生した際のモータ９０でのモータトルクやモータ電流とを対応付けて記憶部３２に記憶しても良い。この場合には、求めた負荷の特性値が、既に記憶部３２に記憶されている場合には、そのときのロスの演算を行わない。
【０１４９】
このようにして、記憶部３２には、例えば上述の図１０に示すデータや、図１３に示すデータが記憶される。
【０１５０】
次に、外部にロスデータを出力する際の本実施の形態５に係る半導体モジュール３０の動作について図２１を参照して説明する。図２１に示すように、ステップｓ３０において、データ出力制御部３３は、モータ制御部８２からデータ要求信号を受け取る。このデータ要求信号には、モータ制御部８２が半導体モジュール３０からの出力を望んでいるロスデータに対応したスイッチング半導体装置の特性値の情報や負荷の特性値の情報が含まれている。以後、スイッチング半導体装置１１の特性値と負荷の特性値とのいずれか一方を示す場合には、それらを単に「特性値」と呼ぶ場合がある。
【０１５１】
次にステップｓ３１において、データ出力制御部３３は、受け取ったデータ要求信号に含まれている特性値を認識する。
【０１５２】
そしてデータ出力制御部３３は、ステップｓ３２において、認識した特性値に対応したロスデータが記憶部３２に記憶されているかどうかを判断する。そしてデータ出力制御部３３は、記憶部３２にそのロスデータが記憶されていないと判断すると、ステップｓ３５において、その旨をモータ制御部８２に通知する。その通知を受け取ったモータ制御部８２は、メイン制御部８０が決定した動作点に対応するロスデータが存在しないことをメイン制御部８０に通知する。メイン制御部８０は、例えばロスデータが存在しない動作点については候補から除外する。
【０１５３】
一方データ出力制御部３３は、ステップｓ３２において、ステップｓ３１で認識した特性値に対応したロスデータが記憶部３２に存在すると判断すると、ステップｓ３３でそのロスデータを記憶部３２から読み出す。そして、ステップｓ３４で読み出したロスデータをモータ制御部８２に出力する。
【０１５４】
このようにして、モータ制御部８２が要求する特性値に応じたロスデータが、記憶部３２からモータ制御部８２に出力される。
【０１５５】
上述のように、本実施の形態５に係る半導体モジュール３０によれば、特性値とロスデータとを互いに対応付けて記憶する記憶部３２を備えているため、上述の実施の形態１，２に係る半導体モジュール１０，１５とは異なり、同じ特性値に対応したロスデータを複数回求める必要がない。そのため、半導体モジュール１０，１５よりも、ロスデータの処理時間を低減することができる。
【０１５６】
また、モータ制御部８２からの要求に応じてロスデータを出力しているため、モータ制御部８２は自分の動作状況に応じて、半導体モジュール３０からロスデータを受け取ることができる。そのため、上述の半導体モジュール１５，２０と同様に、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール３０との通信を行うことができる。
【０１５７】
更に、モータ制御部８２が要求する特性値に対応したロスデータをモータ制御部８２に出力するため、モータ制御部８２は、必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１５８】
また、本実施の形態５に係る半導体モジュール３０では、半導体モジュール３０の内部で、スイッチング半導体装置１１の各ＩＧＢＴ１１ａの電圧及び電流を測定しているため、上述の半導体モジュール１０と同様に、かかる電圧及び電流を正確に測定することができる。その結果、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【０１５９】
なお本実施の形態５では、データ出力制御部３３を介して記憶部３２からロスデータを出力していたが、上述の図１４に示す半導体モジュール２０と同様に、記憶部３２から直接ロスデータを出力しても良い。この場合の半導体モジュール３０のブロック図を図２２に示す。
【０１６０】
図２２に示す記憶部３２は、モータ制御部８２から直接データの読み出しが可能である。例えば、記憶部３２がＲＡＭで構成されている場合、アドレス信号及び制御信号が、モータ制御部８２から記憶部３２に直接与えられ、それらの信号に基づいて記憶部３２は内部のデータをモータ制御部８２に直接出力する。
【０１６１】
モータ制御部８２は、記憶部３２内のスイッチング半導体装置１１の特性値や負荷の特性値をもとに、必要とするロスデータを読み出すことができる。
【０１６２】
このように、記憶部３２内のデータが外部のシステムに直接読み出されることによって、ロスデータの出力を制御するデータ出力制御部３３が必要でなくなり、半導体モジュール３０の回路構成を簡単にすることができる。また、記憶部３２は、モータ制御部８２の要求（例えばアドレス信号及び制御信号）によって、ロスデータを出力するため、モータ制御部８２は、適切な通信負荷で半導体モジュール３０との通信を行うことができる。
【０１６３】
実施の形態６．
図２３は本発明の実施の形態６に係る半導体モジュール４０の構成を示すブロック図である。本実施の形態６に係る半導体モジュール４０は、上述の実施の形態５に係る半導体モジュール３０において、基本的には、スイッチング半導体装置１１の温度を測定する温度測定部４１を更に内部に備え、ロス演算部３１の替わりにロス演算部４４を、記憶部３２の替わりに記憶部４３を、データ出力制御部３３の替わりにデータ出力制御部４２を備えるものである。本実施の形態６では、上述のシステム９９において、半導体モジュール１０の替わりに、図２３に示す半導体モジュール４０を採用する。
【０１６４】
温度測定部４１は、ロス演算部４４の要求によって、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定した温度をロス演算部４４に出力する。また、温度測定部４１は、データ出力制御部４２の要求によって、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定した温度をデータ出力制御部４２に出力する。なお、ロス演算部４４とデータ出力制御部４２との要求が競合する場合には、ロス演算部４４の要求が優先され、求めた温度をロス演算部４４に出力した後に、データ出力制御部４２にその温度を出力する。温度測定部４１は、例えばスイッチング半導体装置１１が備える複数のＩＧＢＴ１１ａのうちの一つのＩＧＢＴ１１ａの温度を測定し、それをスイッチング半導体装置１１の温度として出力する。
【０１６５】
ロス演算部４４は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、ロスデータを求める。なお、ロスデータを求める具体的な方法は、上述の実施の形態１で述べた方法と同じである。またロス演算部４４は、電圧測定部１３及び電流測定部１４から測定結果を受け取ると、ロスデータを求める前に、温度測定部４１に対してスイッチング半導体装置１１の温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部４１はスイッチング半導体装置１１の温度を測定し、その結果をロス演算部４４に出力する。
【０１６６】
そしてロス演算部４４は、求めたロスデータと、スイッチング半導体装置１１の特性値とを互いに対応付けて記憶部４３に記憶する。具体的には、求めたロスデータと、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度と、そのロスデータが示すロスを生じた際の、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流とを互いに対応付けて記憶部４３に記憶する。なお、スイッチング半導体装置１１の電圧及び電流は、ロスの演算とは独立して、それぞれ電圧測定部１３で測定された電圧及び電流測定部１４で測定された電流から読み取ることができる。
【０１６７】
またロス演算部４４は、ロスの演算をする前に、電圧測定部１３で測定された電圧から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電圧と、電流測定部１４で測定された電流から読み取ったスイッチング半導体装置１１の電流と、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度との組が、既に記憶部４３に記憶されてるかどうかを判断する。そして記憶されていれば、そのときのロスの演算は行わず、そのスイッチング半導体装置１１の温度、電圧及び電流を記憶部４３に書き込まない。これにより、スイッチング半導体装置１１の同じ特性値に対するロスデータを複数回求めることがない。
【０１６８】
なおロス演算部４４は、スイッチング半導体装置１１の温度と、スイッチング半導体装置１１の負荷の特性値と、ロスデータとを互いに対応付けて記憶部４３に記憶しても良い。具体的には、求めたロスデータと、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度と、そのロスデータが示すロスが発生した際のモータ９０でのモータトルクやモータ電流とを互いに対応付けて記憶部４３に記憶して良い。この場合には、温度測定部４１から受け取った温度と、求めた負荷の特性値との組が、既に記憶部４３に記憶されている場合には、そのときのロスの演算を行わない。
【０１６９】
このようにして、記憶部４３には、例えば上述の図１７に示すデータや、図１８に示すデータが記憶される。
【０１７０】
次に、外部にロスデータを出力する際の本実施の形態６に係る半導体モジュール４０の動作について図２４を参照して説明する。図２４に示すように、上述の図２１に示すのと同様のステップｓ３０，ｓ３１が実行される。これにより、データ出力制御部４２は、受け取ったデータ要求信号に含まれている特性値を認識する。
【０１７１】
そして、図２１に示すのと同様のステップｓ３２が実行される。ステップｓ３２において、データ出力制御部４２が、ステップｓ３１で認識した特性値に対応したロスデータが記憶部４３に記憶されていないと判断すると、ステップｓ３５が実行される。
【０１７２】
一方データ出力制御部４２は、ステップｓ３２において、ステップｓ３１で認識した特性値に対応したロスデータが記憶部３２に存在すると判断すると、ステップｓ４３において、温度測定部４１に温度測定を要求する。その要求を受け取った温度測定部４１は、スイッチング半導体装置１１の温度を測定し、測定結果をデータ出力制御部４２に出力する。
【０１７３】
データ出力制御部４２は、ステップｓ４４において、ステップｓ３１で認識した特性値と、温度測定部４１から受け取ったスイッチング半導体装置１１の温度とに対応したロスデータを記憶部４３から読み出し、ステップｓ４５において、そのロスデータをモータ制御部８２に出力する。
【０１７４】
このようにして、スイッチング半導体装置１１の温度と、モータ制御部８２が要求する特性値とに応じたロスデータが、記憶部４３からモータ制御部８２に出力される。
【０１７５】
上述のように、本実施の形態６に係る半導体モジュール４０によれば、上述の実施の形態５に係る半導体モジュール３０が有する機能に加えて、スイッチング半導体装置１１の温度に応じたロスデータが、外部のシステムに出力される。そのため、半導体モジュール３０が有する効果に加えて、スイッチング半導体装置１１の温度が変化した場合であっても、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【０１７６】
更に、温度測定部４１は半導体モジュール４０内部に設けられているため、半導体モジュール４０の外部に設けられている場合よりも、正確にスイッチング半導体装置１１の温度を測定することができる。
【０１７７】
実施の形態７．
上述の実施の形態１〜６では、半導体モジュールが備えるスイッチング半導体装置の負荷としてモータの場合について述べたが、ここでは、他の負荷、例えばコンデンサ及びリアクトルである場合について説明する。
【０１７８】
図２５は本発明の実施の形態７に係る半導体モジュール５０の構成を示すブロック図である。本実施の形態７に係る半導体モジュール５０は、上述の実施の形態１に係る半導体モジュール１０において、基本的には、スイッチング半導体装置１１の替わりにスイッチング半導体装置５１を備えるものである。
【０１７９】
スイッチング半導体装置５１には、スイッチング素子として、バイポーラトランジスタ５１ａが一つ設けられており、半導体モジュール５０の外部で、負荷としてコンデンサ５６及びリアクトル５７が接続されている。
【０１８０】
バイポーラトランジスタ５１ａのコレクタには、電流測定部１４の電流センサー１４ａ（図示せず）を介して、リアクトル５７の一端と、半導体モジュール５０の外部のダイオード５５のアノードとが接続されている。バイポーラトランジスタ５１ａのエミッタには、半導体モジュール５０の外部のバッテリー５８のマイナス電源端子とコンデンサ５６の一端とが接続されている。そして、バッテリー５８のプラス電源端子にはリアクトル５７の他端が接続されており、ダイオード５５のカソードにはコンデンサ５６の他端が接続されている。
【０１８１】
図２５に示す半導体モジュール５０、バッテリー５８、リアクトル５７、ダイオード５５及びコンデンサ５６は、例えば上述のモータシステム７１内に設けられており、それらでスイッチング電源回路５９を構成している。そして、例えばモータ制御部８２によってバイポーラトランジスタ５１ａのベース電圧が制御され、バイポーラトランジスタ５１ａのスイッチング動作が制御される。
【０１８２】
コンデンサ５６の両端には、バイポーラトランジスタ５１ａのスイッチング周波数によって、バッテリー５８の出力電圧Ｖｔから、その２倍の電圧までの電圧が発生する。そして、コンデンサ５６の両端に発生した電圧は、例えば上述の実施の形態１に係るスイッチング半導体装置１１の入力端子Ｐ，Ｎに印可される。これにより、コンデンサ５６の電圧の大きさによって、スイッチング半導体装置１１の電圧の大きさが決定する。なお上述の実施の形態１〜６では、モータ制御部８２がスイッチング半導体装置１１の電圧を供給する例について示したが、かかる例は、図２５に示すスイッチング電源回路５９がモータ制御部８２内に設けられている場合の例である。
【０１８３】
半導体モジュール５０の電流測定部１４は、バイポーラトランジスタ５１ａのコレクタ−エミッタ間の電流を測定し、電圧測定部１３は、バイポーラトランジスタ５１ａのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定する。
【０１８４】
ロス演算部１２は、電圧測定部１３で測定された電圧と、電流測定部１４で測定された電流とをもとに、スイッチング半導体装置５１で発生したロスを示すロスデータを求めて、モータ制御部８２に出力する。ここでは、一回のスイッチング動作でバイポーラトランジスタ５１ａに発生したロスを示すロスデータを、スイッチング半導体装置５１のロスデータとして出力している。ロスデータを求める具体的な方法は、上述の実施の形態１で述べた方法と同じようにして求めることができる。
【０１８５】
このように、本実施の形態７に係る半導体モジュール５０は、外部のシステムにロスデータを出力しているため、その外部のシステムはスイッチング半導体装置５１のロスを認識することができる。従って、半導体モジュール５０を備えるシステムにおいては、半導体モジュール５０から得られるロスデータと、他のサブシステムから得られるロスの値とをもとに、システム全体で最もエネルギー効率の良い制御戦略を立案することができる。
【０１８６】
なお本実施の形態７では、バイポーラトランジスタ５１ａの一回のスイッチング動作で発生したロスを示すロスデータを外部に出力していたが、バイポーラトランジスタ５１ａの一回のスイッチング動作で発生したロスに、そのスイッチング周波数を乗算して、１秒間で発生したロスを求め、そのロスを示すロスデータを外部に出力しても良い。
【０１８７】
また、実施の形態７に係る半導体モジュール５０と同様に、上述の各半導体モジュール１５，２０，２７，３０，４０において、スイッチング半導体装置１１の替わりにスイッチング半導体装置５１を採用し、図２５に示すようなスイッチング電源回路５９を構成した場合であっても、各半導体モジュールにおいて上述で説明した効果が得られることは言うまでもない。なお、この場合の負荷の特性値としては、例えばコンデンサ５６の両端に発生する電圧が採用される。電圧測定部で測定された結果から、バッテリー５８の出力電圧Ｖｔと、スイッチング半導体装置５１におけるバイポーラトランジスタ５１ａのスイッチング周波数が求めるため、ロス演算部はコンデンサ５６の両端に発生する電圧を求めることができる。
【０１８８】
【発明の効果】
この発明のうち請求項１に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムがスイッチング半導体装置で発生したロスを認識することができる。従って、請求項１に係る半導体モジュールを備えるシステムにおいては、かかる半導体モジュールから得られるロスデータと、他のサブシステムから得られるロスの値とをもとに、システム全体で最もエネルギー効率の良い制御戦略を立案することができる。
【０１８９】
また、この発明のうち請求項２に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムの要求に応じてロスデータを出力しているため、外部のシステムは自分の動作状況に応じて、ロスデータを受け取ることができる。そのため、外部のシステムは、適切な通信負荷で半導体モジュールとの通信を行うことができる。更に、必要でないロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１９０】
また、この発明のうち請求項３に係る半導体モジュールによれば、スイッチング半導体装置の特性値とロスデータとが、互いに対応付けて記憶されるため、スイッチング半導体装置の同じ特性値に対するロスデータを複数回求める必要がなくなる。その結果、ロスデータに対する処理時間を低減することができる。
【０１９１】
また、この発明のうち請求項４に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムが要求するスイッチング半導体装置の特性値に対応したロスデータを出力するため、外部のシステムは、必要でないスイッチング半導体装置の特性値に対応したロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１９２】
また、この発明のうち請求項５及び請求項８に係る半導体モジュールによれば、スイッチング半導体装置の温度に対応したロスデータが出力されるため、スイッチング半導体装置の温度が変化した場合であっても、精度の高いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【０１９３】
また、この発明のうち請求項６に係る半導体モジュールによれば、スイッチング半導体装置の負荷の特性値とロスデータとが、互いに対応付けて記憶されるため、スイッチング半導体装置の負荷の同じ特性値に対するロスデータを複数回求める必要がなくなる。その結果、ロスデータに対する処理時間を低減することができる。
【０１９４】
また、この発明のうち請求項７に係る半導体モジュールによれば、外部のシステムが要求するスイッチング半導体装置の負荷の特性値に対応したロスデータを出力するため、外部のシステムは、必要でないスイッチング半導体装置の負荷の特性値に対応したロスデータを処理する必要が無くなり、無駄な処理が低減される。
【０１９５】
また、外部のシステムが要求するスイッチング半導体装置の負荷の特性値に対応したロスデータを出力するため、請求項７に係る半導体モジュールは、スイッチング半導体装置の負荷を制御目標とするシステムにとって、好適な半導体モジュールとなる。
【０１９６】
また、この発明のうち請求項９に係る半導体モジュールによれば、記憶部が、外部のシステムから直接データの読み出しが可能であるため、外部のシステムとの通信を行ってロスデータの出力を制御する回路を設ける必要がない。そのため、半導体モジュールの回路構成を簡単にできる。
【０１９７】
また、この発明のうち請求項１０に係る半導体モジュールによれば、その内部で、スイッチング半導体素子の電圧及び電流を測定しているため、かかる電圧及び電流を正確に測定することができる。その結果、精度の良いロスデータを外部のシステムに提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２】半導体モジュールが採用されるシステムの構成を示すブロック図である。
【図３】スイッチング半導体装置の構成を示す回路図である。
【図４】ＩＧＢＴの電圧及び電流と動作時間との関係を示す図である。
【図５】半導体モジュールが採用されるシステムが決定した動作点の候補を示す図である。
【図６】図４に示す部分Ａの拡大図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１０】半導体モジュールの記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。
【図１１】半導体モジュールの記憶部に初期データを記憶させるための試験装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図１３】半導体モジュールの記憶部が記憶する初期データの一例を示す図である。
【図１４】本発明の実施の形態３に係る半導体モジュールの変形例の構成を示すブロック図である。
【図１５】電力損失と温度との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図１７】半導体モジュールの記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。
【図１８】半導体モジュールの記憶部が記憶するデータの一例を示す図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の実施の形態５に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態５に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の実施の形態５に係る半導体モジュールの変形例の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の実施の形態６に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【図２４】本発明の実施の形態６に係る半導体モジュールのデータ出力方法を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の実施の形態７に係る半導体モジュールの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０，１５，２０，２７，３０，４０，５０ 半導体モジュール、１１，５１スイッチング半導体装置、１１ａ ＩＧＢＴ、１２，３１，４４ ロス演算部、１３ 電圧測定部、１４ 電流測定部、１６，２２，２８，３３，４２ データ出力制御部、２１，２６，３２，４３ 記憶部、２９，４１ 温度測定部、５１ａ バイポーラトランジスタ、５６ コンデンサ、５７ リアクトル、８２ モータ制御部、９０ モータ。
Claims (10)
- スイッチング半導体装置を内部に備える半導体モジュールであって、
前記スイッチング半導体装置で発生する電力損失を示すロスデータをデータ信号として外部に出力する、半導体モジュール。 - 前記半導体モジュールの外部のシステムと通信を行い、前記ロスデータの外部への出力を制御するデータ出力制御部を内部に備え、
前記データ出力制御部は、前記システムからの要求に応じて前記ロスデータを前記システムに出力させる、請求項１に記載の半導体モジュール。 - 前記スイッチング半導体装置の特性値と前記ロスデータとを、互いに対応付けて記憶する記憶部を内部に備え、
前記記憶部に記憶されている前記ロスデータを外部に出力する、請求項１に記載の半導体モジュール。 - 前記半導体モジュールの外部のシステムが要求する前記スイッチング半導体装置の特性値に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する、請求項３に記載の半導体モジュール。
- 前記記憶部は、前記スイッチング半導体装置の特性値として、前記スイッチング半導体装置の温度を記憶し、
前記スイッチング半導体装置の温度を測定する温度測定部を更に内部に備え、
前記温度測定部で測定された前記スイッチング半導体装置の温度に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する、請求項３に記載の半導体モジュール。 - 前記スイッチング半導体装置の負荷の特性値と前記ロスデータとを、互いに対応付けて記憶する記憶部を内部に備え、
前記記憶部で記憶されている前記ロスデータを外部に出力する、請求項１に記載の半導体モジュール。 - 前記半導体モジュールの外部のシステムが要求する前記負荷の特性値に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する、請求項６に記載の半導体モジュール。
- 前記記憶部は、前記スイッチング半導体装置の温度と、前記負荷の特性値と、前記ロスデータとを互いに対応付けて記憶し、
前記スイッチング半導体装置の温度を測定する温度測定部を更に内部に備え、
前記温度測定部で測定された前記スイッチング半導体装置の温度に対応した前記ロスデータを、前記記憶部から前記システムに出力する、請求項６に記載の半導体モジュール。 - 前記記憶部は、前記システムから直接データの読み出しが可能である、請求項４及び請求項７のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
- 前記スイッチング半導体装置には、スイッチング半導体素子が設けられており、
前記スイッチング半導体素子に印可される電圧を測定する電圧測定部と、
前記スイッチング半導体素子に流れる電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部で測定された前記電圧と、前記電流測定部で測定された前記電流とをもとに、前記ロスデータを求めるロス演算部と
を内部に備える、請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の半導体モジュール。
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