JP2009158540A - 温度検出システム - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、パワー半導体デバイスの温度測定を精度良く行う温度検出システムを提供する事を目的とする。
【解決手段】パワー半導体デバイスと、該パワー半導体デバイスの温度を検出するチップ温度検出素子と、該パワー半導体デバイスのロスを決める特性であるロス関連特性値を取得するロス関連特性値取得手段と、該ロス関連特性値から該パワー半導体デバイスの温度と該チップ温度検出素子の検出した温度との差分値を演算する差分値演算手段と、該チップ温度検出素子の検出した温度と該差分値とを足し合わせ補正後温度信号を生成する補正後温度信号生成部と、該補正後温度信号を外部へ出力する出力部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、パワー半導体デバイスの温度測定を精度良く行う温度検出システムに関するものである。

パワー半導体モジュールなど、発熱量が大きなパワー半導体素子を内蔵する装置は、その装置の一部に温度検出システムを備えることが一般的である。温度検出システムが検出・出力する温度信号の使途としては以下のようなものが例示できる。まず、パワー半導体デバイスの過熱保護のために用いる場合が挙げられる。前述の温度信号を用いれば、パワー半導体デバイスが所定温度以上に到達することを防止もしくは検出する制御が可能となる。別の例としては、前述のパワー半導体デバイスを内蔵した装置を使ったフィードバック制御を行う場合に前述の温度信号の利用が挙げられる。この場合、パワー半導体デバイスなどへの制御信号を前述の温度信号に基づいて定めることができるから、損失を低減した制御信号を生成することなどが可能となる。

前述したように温度検出システムが検出・出力する温度信号は過熱保護や、フィードバック制御などにおける損失の低減に役立つものである。そして、この温度信号が高精度、すなわちパワー半導体デバイスにおける最高温度値に近ければ近いほど好ましく、適切な過熱保護や、損失を低減した制御信号の生成が可能となる。

特許文献１にはパワー半導体デバイスから離隔した場所に配置されるサーミスタと前述のサーミスタよりはパワー半導体デバイスにおける最高温度発生部に近接するオンチップ温度センサーとを備える温度検出システムが開示されている。この温度検出システムはパワー半導体デバイスが低温で過熱保護の必要が無い場合にはサーミスタでＳ／Ｎ比の高い温度検出を行う。一方パワー半導体デバイスが高温で過熱保護が必要とされる温度に近いときはオンチップ温度センサーでよりパワー半導体デバイスの温度に近い温度を検出する。このように特許文献１に開示の温度検出システムはパワー半導体デバイスの温度に応じて温度検出の方法を変える。

特開平０７−１３５７３１号公報 特開平０７−１５３９２０号公報 特開平０７−０７５３４９号公報 特開平０７−１０７７８４号公報 特開平０８−３２２２４０号公報 特開平１０−３３７０８４号公報

特許文献１に記載のサーミスタ又はオンチップ温度センサーの出力する温度と、パワー半導体デバイスにおける最高温度との間には、温度センサーが設けられた位置とパワー半導体デバイスにおいてその通常動作時に最高温度を示す位置（最高温度ポイント）とが異なる場合においては温度差がある。そしてその温度差はパワー半導体デバイスの負荷等（例えば電流、電圧など）の値によって変動するものである。しかしながら特許文献１又は他の特許文献に記載の温度検出システムから出力される温度信号は、前述の温度差が変動することが考慮されていない。よって、特許文献１などに記載の温度検出システムで生成される温度信号はパワー半導体デバイスの温度を正確に捉えていない場合があると考えられる。その結果、適切な過熱保護や、損失を低減した制御信号の生成ができないという問題があった。また、オンチップ温度センサーをパワー半導体デバイスの最高温度ポイントに形成することで、温度差は無くすことはできなくはないが、そうした場合、パワー半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼしたり、アセンブリにおけるワイヤボンドが難しくなったりと課題を生じる場合が少なくなかった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、パワー半導体デバイスの温度測定を精度良く行う温度検出システムを提供することを目的とする。

本願の発明にかかる温度検出システムは、
パワー半導体デバイスと、該パワー半導体デバイスの温度を検出するチップ温度検出素子と、該パワー半導体デバイスのロスを決める特性であるロス関連特性値を取得するロス関連特性値取得手段と、該ロス関連特性値から該パワー半導体デバイスの温度と該チップ温度検出素子の検出した温度との差分値を演算する差分値演算手段と、該チップ温度検出素子の検出した温度と該差分値とを足し合わせ補正後温度信号を生成する補正後温度信号生成部と、 該補正後温度信号を外部へ出力する出力部と、
を備えることを特徴とする。

本発明によりパワー半導体デバイスの高精度での温度測定が可能である。

実施の形態1
本実施形態は、パワー半導体デバイスの温度測定を高精度で行う温度検出システムに関する。パワー半導体デバイスの最高温度と温度センサーが位置する部分の温度との温度差、すなわち補正すべき値は、最高温度ポイントと温度センサーの位置関係にて決定される熱抵抗値Ｒｔｈ（ｊ−ｓ）と、パワー半導体デバイスの負荷との関数として計算することができる。そして、Ｒｔｈ（ｊ−ｓ）は、パワー半導体デバイス（チップ）の物理的な関係に固定値となるため、補正すべき値（温度差）はパワー半導体デバイスの負荷の関数として演算することが可能となる。そこで、図１は本実施形態の構成を説明する概念図である。本実施形態はパワー半導体デバイス（チップ）４０を備える。そしてパワー半導体デバイス４０の周辺部表面にダイオード温度センサーであるチップ温度検出素子（以後温度センサー４１と称する）が配置されている。さらに本実施形態の温度検出システムは、図１において破線で示す温度算出処理部１００を備える。温度算出処理部１００は温度センサー４１で検出された温度（以後、センサー検出温度と称する）を、パワー半導体デバイス４０における最高温度（以後、実温度とも称する）と一致するように補正を行う。

温度算出処理部１００は、温度センサー補正処理部４２と半導体負荷補正値設定部４３とを備える。温度センサー補正処理部４２は、センサー検出温度を続く半導体負荷補正値設定部４３から得られる値に基づいて補正して、補正後温度を温度センサー出力２０として出力する。一方半導体負荷補正値設定部４３は後述の負荷特性などを取得して、上述した補正後温度を得るため、温度センサー補正処理部４２での処理に用いる後述する各種の値を定める。

さらに、本実施形態の温度検出システムはパワー半導体デバイス４０の電流値を測定する、例えば電流トランス（ＣＴ）などの電流センサー４４を備える。また、パワー半導体デバイス４０の電圧値を測定する電圧センサー４５を備える。さらにパワー半導体デバイス４０の電力値を測定するパワーメータ（不図示）を備える。前述した電流センサー４４、電圧センサー４５、パワーメータで測定された、電流値、電圧値、電力値はそれぞれ、電流伝達経路３６、電圧伝達経路３７、電力伝達経路によって温度算出処理部１００へ伝達される。なお、温度算出処理部１００内或いは前段には、場合により伝送された各々の信号を、半導体負荷補正値設定部４３において、その取り扱いに適した信号に変換等の処理を行う機能部を備えるようにしてもよい（不図示）。

本実施形態の温度検出システムはさらに駆動信号伝達経路３５を備える。駆動信号伝達経路３５はパワー半導体デバイス４０の駆動信号を温度算出処理部１００へ伝達する経路（配線）である。この駆動信号は駆動周波数の情報を含むものである。なお、駆動信号は上位システム４９によって生成される。

前述の駆動信号、電流値、電圧値、電力値は、温度算出処理部１００においてセンサー検出温度をどのように補正するかを決めるパラメータとなるものである。すなわち、温度算出処理部１００は駆動信号、電流値、電圧値、電力値から、パワー半導体デバイス４０の温度（最高温度）とセンサー検出温度との差分値の演算や、信号の増幅時の温度分解能、フィルター時定数を定めるために用いられる。そして、温度センサー出力２０として、センサー検出温度に差分値を加えたり、更に増幅時の温度分解能、フィルター時定数などを使って処理された値を出力する。

以上が本実施形態の概念的な構成の説明である。本実施形態の主な特徴部分は図１における温度算出処理部１００である。以後、本実施形態の温度算出処理部１００の具体的構成について図２を用いて説明していく。

図２は本実施形態の温度算出処理部１００などの構成を説明するブロック図である。図２において温度算出処理部１００は破線で示されている。また、温度算出処理部１００が備える温度センサー補正処理部４２および半導体負荷補正値設定部４３もそれぞれ破線で示されている。

温度センサー補正処理部４２は、加算部１９と勾配調整ブロック２８、そしてフィルター２９を備える。そして、この温度センサー補正処理部４２にはセンサー検出温度の信号と、続く説明の半導体負荷補正値設定部４３において補正値として生成される各種信号とが入力される。次に半導体負荷補正値設定部４３は、実補正差分値生成部と、調整値・時定数生成部とを有し、実補正差分値生成部には電圧信号、電流信号、駆動信号、電力信号が入力される。ここで、電圧信号、電流信号、駆動信号、電力信号はパワー半導体デバイスに関するものである。電圧信号、電流信号、駆動信号、電力信号はパワー半導体デバイスの負荷特性とも言い換えることができる。ここで、負荷特性とはパワー半導体デバイスのロスに関連する特性の事をいう。電圧信号、電流信号、駆動信号、電力信号は、前述の各伝達経路（３５〜３７）からそれぞれ電圧信号変換部１０、電流信号変換部１１、駆動信号変換部１２、電力信号変換部１３を介して入力される。

以後、前述した入力を受ける実補正差分値生成部の構成について説明する。実補正差分値生成部は、第一補正マップ部１４を備える。第一補正マップ部１４には、センサー検出温度と実温度との差分値（以後、単に「差分値」と称する）と、パワー半導体デバイスの電圧値との間の相関が記憶されている。そして第一補正マップ部１４は、パワー半導体デバイスの電圧値の入力があると前述の相関に基づき前述の差分値を出力する。なお、第一補正マップ部１４が出力する差分値を、第一差分値と称する。

さらに、実補正差分値生成部は、第二補正マップ部１５を備える。第二補正マップ部１５には、差分値と、パワー半導体デバイスの電流値との間の相関が記憶されている。そして第二補正マップ部１５は、パワー半導体デバイスの電流値の入力があると前述の相関に基づき差分値を演算する。なお、第二補正マップ１５が出力する差分値を、第二差分値と称する。

さらに、実補正差分値生成部は、第三補正マップ部１６を備える。第三補正マップ部１６には、差分値と、パワー半導体デバイスの駆動信号（駆動周波数）との間の相関が記憶されている。そして第三補正マップ部１６は、パワー半導体デバイスの駆動信号の入力があると前述の相関に基づき差分値を演算する。なお、第三補正マップ１６が出力する差分値を第三差分値と称する。

さらに、実補正差分値生成部は、第四補正マップ部１７を備える。第四補正マップ部１７には、差分値と、パワー半導体デバイスの電力値との間の相関が記憶されている。そして第四補正マップ部１７は、パワー半導体デバイスの電力値の入力があると前述の相関に基づき差分値を演算する。なお、第四補正マップ１７が出力する差分値を第四差分値と称する。

さらに、実補正差分値生成部は、重み付け演算部１８を備え、前述の第一補正マップ部１４、第二補正マップ部１５、第三補正マップ部１６、第四補正マップ部１７の後段に配置されている。重み付け演算部１８は第一差分値、第二差分値、第三差分値、第四差分値を後述する方法で重み付けして実際にセンサー検出温度を補正すべき差分値（以後、実補正差分値と称する。）を演算する。

重み付け演算部１８の出力、すなわち実補正差分値は、温度センサー補正処理部４２の加算部１９に送られ、そこでセンサー検出温度との加算処理が行われる。そして加算結果は、後段の勾配調整ブロック２８へと送られる。

次いで図２に示す半導体負荷補正値設定部４３における調整値・時定数生成部の構成について説明する。調整値・時定数生成部は第一勾配・フィルター時定数マップ部２３を備える。第一勾配・フィルター時定数マップ部２３は、パワー半導体デバイスの電圧値と、その電圧値に対して信号増幅時に用いるべき温度分解能との相関が記憶されている。また、パワー半導体デバイスの電圧値と、その電圧値に対して用いるべきフィルター時定数の値も記憶されている。第一勾配・フィルター時定数マップ部２３は、入力されたパワー半導体デバイスの電圧値から、その電圧値に適した温度分解能と、フィルター時定数を出力できる。

ここで、第一勾配・フィルター時定数マップ部２３は入力された電圧値が所定値より高いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに低い値を選択すべき内容の出力を行う。一方、入力された電流値が所定値より低いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに高い値を選択すべき内容の出力を行う。

さらに、調整値・時定数生成部は第二勾配・フィルター時定数マップ部２４を備える。第二勾配・フィルター時定数マップ部２４は、パワー半導体デバイスの電流値と、その電流値に対して信号増幅時に用いるべき温度分解能との相関が記憶されている。また、パワー半導体デバイスの電流値と、その電流値に対して用いるべきフィルター時定数の値も記憶されている。第二勾配・フィルター時定数マップ部２４は、入力されたパワー半導体デバイスの電流値から、その電流値に適した温度分解能と、フィルター時定数を出力できる。

ここで、第二勾配・フィルター時定数マップ部２４は入力された電流値が所定値より高いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに低い値を選択すべき内容の出力を行う。一方、入力された電圧値が所定値より低いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに高い値を選択すべき内容の出力を行う。

さらに、調整値・時定数生成部は第三勾配・フィルター時定数マップ部２５を備える。第三勾配・フィルター時定数マップ部２５は、パワー半導体デバイスの駆動信号と、その駆動信号に対して信号増幅時に用いるべき温度分解能との相関が記憶されている。また、パワー半導体デバイスの駆動信号と、その駆動信号に対して用いるべきフィルター時定数の値も記憶されている。第三勾配・フィルター時定数マップ部２５は、入力されたパワー半導体デバイスの駆動信号から、その駆動信号に適した温度分解能と、フィルター時定数を出力できる。

ここで、第三勾配・フィルター時定数マップ部２５は入力された駆動信号の駆動周波数が所定値より高いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに低い値を選択すべき内容の出力を行う。一方、入力された駆動信号の駆動周波数が所定値より低いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに高い値を選択すべき内容の出力を行う。

さらに、調整値・時定数生成部は第四勾配・フィルター時定数マップ部２６を備える。第四勾配・フィルター時定数マップ部２６は、温度センサー出力２０と、その温度センサー出力２０に対して信号増幅時に用いるべき温度分解能との相関が記憶されている。ここで、温度センサー出力２０とは温度算出処理部１００で出力される温度の信号である。また、温度センサー出力２０と、その温度センサー出力２０に対して用いるべきフィルター時定数の値も記憶されている。第四勾配・フィルター時定数マップ部２６は、入力された温度センサー出力２０から、その温度センサー出力２０に適した温度分解能と、フィルター時定数を出力できる。

ここで、第四勾配・フィルター時定数マップ部２６は入力された温度センサー出力２０の値が所定値より高いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに低い値を選択すべき内容の出力を行う。一方、入力された温度センサー出力２０の値が所定値より低いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに高い値を選択すべき内容の出力を行う。

さらに、調整値・時定数生成部は第五勾配・フィルター時定数マップ部２７を備える。第五勾配・フィルター時定数マップ部２７は、パワー半導体デバイスのセンサー検出温度と、そのセンサー検出温度に対して信号増幅時に用いるべき温度分解能との相関が記憶されている。また、パワー半導体デバイスのセンサー検出温度と、そのセンサー検出温度に対して用いるべきフィルター時定数の値も記憶されている。第五勾配・フィルター時定数マップ部２７は、入力されたパワー半導体デバイスのセンサー検出温度から、そのセンサー検出温度に適した温度分解能と、フィルター時定数を出力できる。

ここで、第五勾配・フィルター時定数マップ部２７は入力されたセンサー検出温度が所定値より高いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに低い値を選択すべき内容の出力を行う。一方、入力されたセンサー検出温度が所定値より低いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに高い値を選択すべき内容の出力を行う。

さらに、調整値・時定数生成部は第六勾配・フィルター時定数マップ部３４を備える。第六勾配・フィルター時定数マップ部３４は、パワー半導体デバイスの電力値と、その電力値に対して信号増幅時に用いるべき温度分解能との相関が記憶されている。また、パワー半導体デバイスの電力値と、その電力値に対して用いるべきフィルター時定数の値も記憶されている。第六勾配・フィルター時定数マップ部３４は、入力されたパワー半導体デバイスの電力値から、その電力値に適した温度分解能と、フィルター時定数を出力できる。

ここで、第六勾配・フィルター時定数マップ部３４は入力された電力値が所定値より高いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに低い値を選択すべき内容の出力を行う。一方、入力された電力値が所定値より低いときは、温度分解能、フィルター時定数ともに高い値を選択すべき内容の出力を行う。

このようにして第一〜第六勾配・フィルター時定数マップ部では、それぞれの入力に応じて、増幅時の温度分解能とフィルター時定数の値に関する出力を行う。

さらに、本実施形態の調整値・時定数生成部はスイッチ３２を備える。スイッチ３２には、前述した第一〜第六勾配フィルター時定数マップ部の出力が入力される。本実施形態のスイッチ３２は第一〜第六勾配フィルター時定数マップ部の出力のうち、後述する方法でいずれか1つの出力を選択し、出力する。この出力は温度センサー補正処理部４２の勾配調整ブロック２８とフィルター２９（後述）へ送信される。

温度センサー補正処理部４２の勾配調整ブロック２８は加算部１９からの出力を、半導体負荷補正値設定部４３における調整値・時定数生成部のスイッチ３２で定めた勾配（温度分解能）に基づき増幅する。よって勾配調整ブロック２８は加算部１９およびスイッチ３２と接続されている。勾配調整ブロック２８で行われる増幅についてより詳細に説明するために、図３を用いる。図３は本実施形態の勾配調整ブロック２８が信号の増幅を行う方法について説明する図である。図３において、横軸は加算部１９から送信された温度であり、縦軸は勾配調整ブロック２８の出力電圧である。本実施形態では勾配７０と勾配７２を用いて増幅が行われる。すなわち、パワー半導体デバイスの温度がＴ_Ａ〜Ｔ_Ｂの範囲内であるときは勾配７０に従って増幅を行う。一方パワー半導体デバイスの温度がＴ_Ｂ〜Ｔ_Ｃの範囲内であるときは勾配７２に従って増幅を行う。勾配７０、勾配７２のいずれを用いるかの選択はスイッチ３２から受信した信号の示す内容に従う。

このように温度分解能をパワー半導体デバイスの温度に依存して変更する。図３から明らかなように、勾配７０で増幅を行うと、勾配７２で増幅を行う場合に比べて相対的に温度分解能が高い増幅が行われたということができる。

前述した温度センサー補正処理部４２の勾配調整ブロック２８の後段にはフィルター２９が配置されている。フィルター２９は、勾配調整ブロック２８から出力された信号を、半導体負荷補正値設定部４３における調整値・時定数生成部のスイッチ３２で定めた時定数に従ってフィルタリングする部分である。よってフィルター２９は勾配調整ブロック２８およびスイッチ３２と接続されている。フィルター２９は図４に示すＲＣ回路で構成されている。図４はフィルター２９の構成を示す回路図である。フィルター２９は抵抗５６、５８、６０を備える。抵抗５６、５８、６０各々の両端にはトランジスター５０、５２、５４が配置されている。さらにコンデンサー５１も備える。前述したようにフィルター２９はＲＣ回路を構成しており、その時定数はトランジスター５０、５２、５４のオン、オフにより可変である。

フィルター２９でフィルタリングされた信号は、温度センサー出力２０として温度算出処理部１００の外部へ出力される。本実施形態の温度検出システムは上述してきた構成を備える。

以後、本実施形態の温度検出システムの温度算出方法について説明する。まず、温度センサー補正処理部４２にセンサー検出温度が入力され、半導体負荷補正値設定部４３にパワー半導体デバイスの電圧値、電流値、駆動信号、電力値の情報が入力される。これらの値はそれぞれ電圧信号変換部１０、電流信号変換部１１、駆動信号変換部１２、電力信号変換部１３、センサー温度送信部３０から伝送されるものである。

詳細には、センサー検出温度は加算部１９と第五勾配・フィルター時定数マップ２７へも入力される。一方電圧値、電流値、駆動信号、電力値はそれぞれ第一補正マップ部１４、第二補正マップ部１５、第三補正マップ部１６、第四補正マップ部１７へも入力される。また、電圧値、電流値、駆動信号、電力値は第一勾配・フィルター時定数マップ部２３、第二勾配・フィルター時定数マップ部２４、第三勾配・フィルター時定数マップ部２５、第六勾配・フィルター時定数マップ部３４へも入力される。さらに、温度センサー出力２０が第四勾配・フィルター時定数マップ部２６へ入力される。

前述の入力を受けた第一補正マップ部１４、第二補正マップ部１５、第三補正マップ部１６、第四補正マップ部１７はそれぞれ差分値を演算する。そして、演算された差分値は第一〜第四差分値として重み付け演算部１８へ入力される。

重み付け演算部１８では上述した実補正差分値を演算する。実補正差分値の演算は以下のように行われる。まず、重み付け演算部１８は電圧値、電流値、駆動信号、電力値について現在値の前回値からの変化量を求める。それぞれの変化量は、例えば変化量に応じて等級付けされるなどの方法で、電圧値、電流値、駆動信号、電力値の変化量について相対比較可能なように変換される。それぞれの変化量が相対比較可能となると、変化量の大きい順に、電圧値、電流値、駆動信号、電力値をランク付けする。

例えば、前述の相対比較の結果、変化量の大きい順に電圧値、電流値、駆動信号、電力値とランク付けできた場合を考える。このようにランク付けされると、第一差分値、第二差分値、第三差分値、第四差分値に、重み関数が掛けられる。重み関数とは前述のランク付けが上位であり変化量の大きいものほど大きい値（係数）を返す関数である。このような重み関数の一例を図５に示す。図５はガウス関数である。図５は、前述のランク付けが1位であったものの差分値（ここでは、第一差分値）に高い係数を掛け、前述のランク付けが下位なものの差分値には低い係数を掛けることを示す。

このようにして得られた積の総和が実補正差分値として加算部１９へ出力される。なお、本実施形態では図５に示すガウス関数は規格化されており、１位から４位の差分値に掛けるべき係数の和は１になるように調整されているものである。ただし、このように重み付け演算部を設ける意義は複数負荷特性から演算された差分値を有効に活用して実補正差分値を定める点にあるから、この調整の有無又は方法は任意である。

次いで、重み付け演算部１８で演算された実補正差分値とセンサー検出温度とが加算部１９へ入力される。ここでは実補正差分値とセンサー検出温度とが足し合わされる。

一方、前述の入力を受けた第一〜第六勾配・フィルター時定数マップ部が、それぞれの入力値に基づき個別に勾配（温度分解能）とフィルター時定数を演算する。この演算は第一〜第六勾配・フィルター時定数マップ部にあらかじめ設定されているマップに基づき行われる。第一〜第六勾配・フィルター時定数マップ部からの出力はスイッチ３２へ入力される。

スイッチ３２では第一〜第六勾配・フィルター時定数マップがそれぞれ演算した勾配（温度分解能）、フィルター時定数のうちから１の値を選択する。この選択は以下のように行われる。まず、重み付け演算部と同様に、電圧値、電流値、駆動信号、電力値、センサー検出温度、温度センサー出力について現在値の前回値からの変化量を求め、相対比較可能な値へ変換する。次いで、相対比較の結果、最大変化量を示す特性を選択する。このように選ばれた、電圧値、電流値、駆動信号、電力値、センサー検出温度、温度センサー出力のいづれか一の特性を選択する。前述の選択された特性が入力された勾配・フィルター時定数マップ部が出力した勾配（温度分解能）およびフィルター時定数が、スイッチ３２で選択される勾配（温度分解能）およびフィルター時定数である。

スイッチ３２で選択された勾配（温度分解能）は勾配調整ブロック２８へ出力される。一方スイッチ３２で選択されたフィルター時定数はフィルター２９へ出力される。

上述の処理を終えると、温度センサー補正処理部４２の勾配調整ブロック２８において、加算部１９の出力がスイッチ３２の選択した勾配により増幅される。勾配調整ブロック２８で増幅された信号はフィルター２９へ入力される。フィルター２９では、勾配調整ブロック２８で増幅された信号がスイッチ３２の選択した時定数を持つフィルターでフィルタリングされる。時定数の変更方法の一例は図４に示されているとおり、トランジスターを用いる方法がある。

フィルタリングされた信号は温度センサー出力２０として外部機器などへ出力される。以上が本実施形態の温度検出システムが行う処理である。なお、上述の処理は、マイコン上のソフトウェアでも、ＩＣによるアナログ回路などの構成を備えても実施可能である。

本実施形態の構成によれば、センサー検出温度とパワー半導体デバイスの最高温度との乖離を低減もしくは排除することができる。まず、電圧値、電流値、駆動信号、電力値などの負荷特性に対応した差分値を演算する第一〜第四補正マップ部を備えているため、それぞれの負荷特性に応じた差分値が演算できる。そして、重み付け演算部では、負荷特性の変化量に応じて重み付けして第一〜第四差分値を演算することにより実補正差分値を演算する。これにより実補正差分値は、実温度とセンサー検出温度との差を精度良く反映する値となる。よって、実温度を直接測定できなくても、実補正差分値とセンサー検出温度を足し合わせることで精度良く実温度を出力できる。

ここで、重み付け演算部が前述したように電流値、電圧値などの負荷特性の変化量に依存してランク付けを行うことは次のような意義を有する。すなわち、昇圧回路を制御するシステムに本実施形態の温度検出システムを用いた場合を想定すると、昇圧動作時に、昇圧回路の電圧は駆動信号のデューティにより制御され、電流値は昇圧回路の負荷により決定される。従って昇圧回路においては電圧変化はデューティで決まるが、電流変化は電圧値や駆動信号を検知しても変化をつかむことが困難である。ゆえに、本実施形態のように電流、電圧などのそれぞれの変化量を把握し、その変化量に応じて重み付けして実補正差分値を演算することは、負荷の制御状態が変化する過渡状態であっても正確な温度補正（実補正差分値の演算）を可能とするものである。

さらに、本実施形態が備える勾配調整ブロックが、図３のように勾配７０と勾配７２を切り替えて増幅を行う意義は次の通りである。すなわち、図３においてＴ_Ｂ〜Ｔ_Ｃの温度帯においては、高温のため、実温度の正確な把握よりも早期の保護制御が求められる。一方で、図３においてＴ_Ａ〜Ｔ_Ｂの温度帯ではパワー半導体デバイスの過熱の心配はないため、実温度をより正確に把握し損失の少ない制御指令の生成に役立てることが求められる。このような状況で、図３の勾配７４のように温度によらずに均一な温度分解能で増幅を行うことは必ずしも実情に合うものではない。しかしながら本実施形態のようにＴ_Ａ〜Ｔ_Ｂの温度帯で割り当てる電圧値を多くして温度分解能を高め、Ｔ_Ｂ〜Ｔ_Ｃの温度帯ではＴ_Ａ〜Ｔ_Ｂの温度帯と比較して温度分解能を低減させることは、出力電圧の幅（本実施形態では図３に示す通り５Ｖ）が限られたシステムにおいては、低温側（Ｔ_Ａ〜Ｔ_Ｂ）で精度の高いフィードバック制御を行うために役立つものである。

また、本実施形態が備えるフィルターは、スイッチからの指令にもとづき時定数を変化させることができる。そして本実施形態では、電流値、電圧値などの負荷特性が所定値以上の場合は低減したフィルター時定数が用いられる。負荷特性が所定位置以上の場合はパワー半導体デバイスの過熱が懸念されるから、上述のように低い時定数を用いて応答を早める。これにより迅速な制御更新が可能であるから前述の過熱を回避できる。一方、電流値、電圧値などの負荷特性が、過熱の心配のない所定値以下の場合には、時定数を上げて所望のフィルタリングを行うことができる。

本実施形態で用いた電流値、電圧値などの負荷特性は本実施形態で挙げたものに限定されない、すなわち、本実施形態の負荷特性とは、負荷のロスを与えるものであれば特に限定されるものではない。ここで、負荷のロスとは駆動信号の例を挙げて説明すると以下の通りである。駆動信号は図６に示すようにスイッチングの情報を含む。
図６には、電圧波形１０４、電流波形１０６が表されている。

そして駆動信号から把握される負荷のロスとは、具体的には、図６のスイッチングロス１０１とＤＣロス１０２である。このようなロスはパワー半導体デバイスの発熱原因であり、過熱保護の観点から監視を要するものである。そしてロスの値は負荷特性から把握可能だから、負荷特性−差分値の相関をマップなどの形態であらかじめ備える。本実施形態ではこれを第三補正マップ部１６とした。そして駆動信号の駆動周波数から（又は直接に負荷のロスを用いてもよい）スイッチングロス１０１とＤＣロス１０２との和に対応する差分値（ここでは第三差分値）を演算する。

なお、駆動信号の例では、例えば駆動周波数が所定値より小さい場合はスイッチングロスに加えてＤＣロスを考慮する必要があるが、駆動周波数が所定値より大きい場合はスイッチングロスが支配的になるからＤＣロスを考慮しないことが考えられる。

駆動信号の例を用いて説明したとおり、負荷特性とはロスを与える特性である。ロスを与える特性とは電流、電圧、駆動信号、電力に加えて、パワー半導体デバイスの温度などの情報も含まれる。

本実施形態において、重み付け回路１８は第一〜第四差分値を重み関数と掛け合わせ、実補正差分値を演算したが本発明はこれに限定されない。すなわち、重み付け演算部１８は入力してきた第一〜第四差分値から一の差分値を選択してその差分値を実補正差分値としても本発明の効果を得ることはできる。ここで、上述の「選択」は例えば、スイッチ３２が行うように負荷特性の前回値との変化量に基づいて行うことが考えられる。

本実施形態においては、第一補正マップ部１４、第二補正マップ部１５、第三補正マップ部１６、第四補正マップ部１７とを備える構成としたが本発明はこれに限定されない。すなわち、適切な過熱保護及びロスの少ない制御が可能な限りにおいて、補正マップ部は四より多くても少なくても本発明の効果を失わない。例えば、パワー半導体デバイス（負荷）の電圧のみから実補正差分値を定めても、弊害の無い場合には第一補正マップ部のみを備えれば良いから温度算出処理部１００が簡素化できる。同様の理由で第一勾配・フィルター時定数マップ部２３、第二勾配・フィルター時定数マップ部２４、第三勾配・フィルター時定数マップ部２５、第四勾配・フィルター時定数マップ部２６、第五勾配・フィルター時定数マップ部２７、第六勾配・フィルター時定数マップ部３４と六の勾配・フィルター時定数マップ備えることは本発明の効果を得るための必須構成要件ではない。

本実施形態において、第一補正マップ部１４はセンサー検出温度と電圧値の信号を取得し、その両者からセンサー検出温度と実温度との差分を定める演算を行っても良い。これにより、より正確な第一差分値の演算が可能である。第二、第三、第四補正マップ部も同様である。

実施の形態２
本実施形態は、正確な実温度の測定結果に基づきパワー半導体デバイスなどの過熱保護を行う温度検出システムに関する。本発明の構成は実施の形態１と以下の点を除き同様である。すなわち、本実施形態は実施形態１の構成に加えて、図７に示す過熱保護部２００を備える。

以下過熱保護部２００について図７を参照して説明する。過熱保護部２００は予測ブロック２０４を備える。予測ブロック２０４には、実施形態１で説明した温度検出システムの出力である温度センサー出力（本実施形態では説明の便宜上「Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}」と称する）が入力値として入力される。そして予測ブロック２０４は前述のＴ_{ＳＥＮＣＥ}と所定時間後の予測温度との差分△Ｔを演算する。過熱保護部２００は予測ブロック２０４の後段に加算部２０６を備える。加算部２０６は、予測ブロック２０４で演算された差分△ＴとＴ_{ＳＥＮＣＥ}とを加算する。加算された信号は予測Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}として過熱保護ブロック２０８へ出力される。また、Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}の値も入力される。過熱保護ブロック２０８は入力である予測Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}が予め過熱保護ブロック２０８に設定されている過熱保護温度以上であるときはパワー半導体デバイス（発熱体）を停止させる。また、Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}が前述の過熱保護温度以上であるときにもパワー半導体デバイスの停止を行う。

予測ブロック２０４が行う演算としては様々な演算方法が考えられるがその一例を以下に示す。予測ブロック２０４は取得したＴ_{ＳＥＮＣＥ}に対して微分演算として△Ｔ＝ｄＴ_{ＳＥＮＣＥ}／ｄｔを実施し、マイコンのサンプリングタイム△ＴＩＭＥを掛け算することにより△Ｔを求める。

過熱保護部２００の処理をグラフで説明したものが図８である。図８ではパワー半導体デバイスの温度（Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}） が現時点８４においては過熱保護温度以下であるが、所定時間後８６に予想される到達温度（予測Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}）が過熱保護温度を上回ると予測される場合のグラフである。本実施形態の構成によれば、現時点８４の段階で所定時間後８６の予測Ｔ_{ＳＥＮＣＥ}が把握できるから、過熱保護をかけることができる。本実施形態の過熱保護は、前述したように本実施形態のＴ_{ＳＥＮＣＥ}が実温度と同等又は十分近いために、精度良く行うことができる。

実施の形態１の構成を概念的に説明するための図。 実施の形態の温度算出処理部についての具体的構成を説明する図。 勾配調整ブロックで行われる増幅について詳細に説明する図。 フィルターの構成を説明する図。 重み関数の一例を説明する図。 スイッチングロスとＤＣロスについて説明する図。 実施の形態２の過熱保護部を説明する図。 過熱保護部の処理を説明するためにグラフ化した図。

符号の説明

１４ 第一補正マップ部
１８ 重み付け演算部
１９ 加算部
２０ 温度センサー出力
２３ 第一勾配・フィルター時定数マップ部
２８ 勾配調整ブロック
２９ フィルター
３２ スイッチ
１００ 温度算出処理部
２０４ 予測ブロック
２０８ 過熱保護ブロック

Claims (14)

1. パワー半導体デバイスと、
   前記パワー半導体デバイスの温度を検出するチップ温度検出素子と、
   前記パワー半導体デバイスのロスを決める特性であるロス関連特性値を取得するロス関連特性値取得手段と、
   前記ロス関連特性値から前記パワー半導体デバイスの温度と前記チップ温度検出素子の検出した温度との差分値を演算する差分値演算手段と、
   前記チップ温度検出素子の検出した温度と前記差分値とを足し合わせ補正後温度信号を生成する補正後温度信号生成部と、
   前記補正後温度信号を外部へ出力する出力部と、
   を備えることを特徴とする温度検出システム。
2. 前記ロス関連特性値は前記パワー半導体デバイスの駆動周波数、電流値、電圧値、電力値のうちいずれか２以上の複数ロス関連特性値であり、
   前記差分値演算手段は、
   前記複数ロス関連特性値を構成する個々の前記ロス関連特性値である個別ロス関連特性値について前回値からの変化量を演算する変化量演算手段と、前記変化量を相対比較可能とし大きい順にランク付けを行うランク付け手段と、前記個別ロス関連特性値毎に前記パワー半導体デバイスの温度と前記チップ温度検出素子の検出した温度との差である個別差分値を演算する個別差分値演算手段と、
   前記ランク付けの順位が高いほど大きい値を返す重み関数と前記個別差分値との積を演算する個別差分値重み付け手段とを備え、
   前記差分値とは各前記個別ロス関連特性値について前記個別差分値重み付け手段で演算された積の総和であることを特徴とする請求項１に記載の温度検出システム。
3. 前記ロス関連特性値は前記パワー半導体デバイスの駆動周波数、電流値、電圧値、電力値のうちいずれか２以上の複数ロス関連特性値であり、
   前記差分値演算手段は、
   前記複数ロス関連特性値を構成する個々の前記ロス関連特性値である個別ロス関連特性値について前回値からの変化量を演算する変化量演算手段と、前記変化量を相対比較可能とし変化量最大の前記個別ロス関連特性値を特定する変化量最大特性特定手段と、
   前記差分値を前記変化量最大特性特定手段により特定された前記個別ロス関連特性値から演算する特定差分値演算手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度検出システム。
4. 前記補正後温度信号の伝達経路に配置され可変抵抗とキャパシターを備えるフィルターと、
   前記フィルターの時定数を第一時定数とする第一時定数設定手段と、
   前記フィルターの時定数を前記第一時定数より大きい値である第二時定数とする第二時定数設定手段と、
   前記ロス関連特性値が所定値以上のときは前記第一時定数設定手段を用い、前記ロス関連特性値が前記所定値未満のときは前記第二時定数設定手段を用いるように切り替えを行う切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度検出システム。
5. 前記補正後温度信号の伝達経路に配置され前記補正後温度信号を所定の電圧に増幅する増幅部を備え、
   前記増幅部は、
   第一温度分解能で前記増幅を行う第一増幅手段と、
   前記第一温度分解能よりも分解能の高い第二温度分解能で前記増幅を行う第二増幅手段と、
   前記ロス関連特性値が所定値以上のときに前記第一増幅手段を用い、前記ロス関連特性値が前記所定値未満のときに前記第二増幅手段を用いるように切り替えを行う切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度検出システム。
6. 前記ロス関連特性値は前記補正後温度信号であることを特徴とする請求項４又は５に記載の温度検出システム。
7. 前記ロス関連特性値は前記補正後温度信号の前回値からの変化量であることを特徴とする請求項４又は５に記載の温度検出システム。
8. 前記ロス関連特性値は前記パワー半導体デバイスの駆動周波数であることを特徴とする請求項１、４、５のいずれかに記載の温度検出システム。
9. 前記ロス関連特性値は前記パワー半導体デバイスの電流値であり、
   前記ロス関連特性値取得手段は前記パワー半導体デバイスの電流値を測定する電流センサーを備えることを特徴とする請求項１、４、５のいずれかに記載の温度検出システム。
10. 前記ロス関連特性値は前記パワー半導体デバイスの電圧値であり、
    前記ロス関連特性値取得手段は前記パワー半導体デバイスの電圧値を測定する電圧センサーを備えることを特徴とする請求項１、４、５のいずれかに記載の温度検出システム。
11. 前記ロス関連特性値は前記パワー半導体デバイスの電力値であり、
    前記ロス関連特性値取得手段は前記パワー半導体デバイスの電力値を測定する電力値センサーを備えることを特徴とする請求項１、４、５のいずれかに記載の温度検出システム。
12. 前記補正後温度信号が所定値を上回るときは、外部装置に警告を発する過熱保護部を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度検出システム。
13. 前記補正後温度信号と前記ロス関連特性値から前記パワー半導体デバイスの所定時間後温度の予測値を演算する予測値演算部と、
    前記予測値が所定値を上回るときは外部装置に警告を発する過熱保護部と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度検出システム。
14. 前記切り替え手段は、
    前記パワー半導体デバイスの駆動周波数、電流値、電圧値、電力値のうちいずれか２以上の複数ロス関連特性値を取得する複数ロス関連特性値取得部と、
    前記複数ロス関連特性値を構成する個々の前記ロス関連特性値である個別ロス関連特性値それぞれについての前回値からの変化量を演算する変化量演算部と、
    前記変化量を相対比較し前記個別ロス関連特性値をランク付けするランク付け部と、
    前記ランク付けの順位が高いほど大きい値を返す重み関数と前記個別ロス関連特性値との積を演算する重み付け演算部と、
    前記重み付け演算部で演算された積の総和である総和ロス関連特性値を演算する総和演算部とを備え、
    前記ロス関連特性値は前記総和ロス関連特性値であることを特徴とする請求項４又は５に記載の温度検出システム。

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