パワー半導体システム
【課題】パワー半導体素子とドライバＩＣが同一パッケージ内に組み込まれたパワー半導体装置を備えるパワー半導体システムの信頼性を向上させる。
【解決手段】本発明の実施形態の半導体システムは、第１のパワー半導体素子１と、ドライバＩＣ２０と、第１の温度検知素子１１と、制御回路９と、過熱保護制御部４０を備える。ドライバＩＣ２０は、第１のパワー半導体素子１を制御する。第１の温度検知素子１１は、ドライバＩＣ２０の表面上の温度を検知する。制御回路９は、ドライバＩＣ２０に制御信号を供給する。過熱保護制御部４０は、第１の温度検知素子１１の出力に基づいて、定常モードの場合には第１の温度検知素子１１の測定温度が定常モード温度検知レベルになると、過渡モードの場合には第１の温度検知素子１１の測定温度が過渡モード温度検知レベルになると、制御回路９を制御し、第１のパワー半導体素子１を保護する過熱保護動作を行う。
【解決手段】本発明の実施形態の半導体システムは、第１のパワー半導体素子１と、ドライバＩＣ２０と、第１の温度検知素子１１と、制御回路９と、過熱保護制御部４０を備える。ドライバＩＣ２０は、第１のパワー半導体素子１を制御する。第１の温度検知素子１１は、ドライバＩＣ２０の表面上の温度を検知する。制御回路９は、ドライバＩＣ２０に制御信号を供給する。過熱保護制御部４０は、第１の温度検知素子１１の出力に基づいて、定常モードの場合には第１の温度検知素子１１の測定温度が定常モード温度検知レベルになると、過渡モードの場合には第１の温度検知素子１１の測定温度が過渡モード温度検知レベルになると、制御回路９を制御し、第１のパワー半導体素子１を保護する過熱保護動作を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パワー半導体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンや家庭電気機器などの電源に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータや、モータ制御などに用いられるインバータなどでは、スイッチング制御するために、制御回路、ドライバＩＣ、パワー半導体素子などを含むパワー半導体システムが構成される。パワー半導体素子としては、例えば、高耐圧のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。そして、ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、ローサイドＭＯＳＦＥＴと、これらのゲート電極をＯＮ／ＯＦＦするドライバＩＣと、が同一の樹脂パッケージ内に同梱されたＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ばれるパワー半導体装置が形成されることがある。このＭＣＭと、ＭＣＭ内のドライバＩＣを制御する制御回路及びその他制御部から構成されるパワー半導体システムの一例として、ＤＣ−ＤＣコンバータを挙げることができる。制御回路やその他制御部は、ＭＣＭ内に組み込まれることもある。
【０００３】
ＭＣＭでは、樹脂パッケージ内にパワー半導体素子とドライバＩＣとが別のチップとして隣接するように配置され、それらの間に樹脂を介して離間配置されている。また、両者は、同一チップ内にモノリシックに配置され、ＭＣＭではなく単一のチップを樹脂でパッケージしたパワー半導体装置とすることもある。ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端には、負荷としてＣＰＵなどの演算処理装置が接続される。ＣＰＵの負荷が急激に変化すると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力として急激に電流が必要となる。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータのハイサイドＭＯＳＦＥＴには急激な温度上昇がおこり、この温度上昇によりハイサイドＭＯＳＦＥＴが破壊温度を超えないように、パワー半導体システム内で過熱保護制御を行うことが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２７７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、適切な過熱保護制御を行うことのできるパワー半導体システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の半導体システムは、第１のパワー半導体素子と、ドライバＩＣと、第１の温度検知素子と、制御回路と、過熱保護制御部を備える。第１のパワー半導体素子は、第１の電極、第２の電極及び制御電極を有し、制御電極が第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を制御する。ドライバＩＣは、第１のパワー半導体素子のオン状態とオフ状態を制御する。第１の温度検知素子は、ドライバＩＣの温度を検知する。制御回路は、ドライバＩＣに制御信号を供給する。過熱保護制御部は、第１の温度検知素子の出力に基づいて制御回路を制御し第１のパワー半導体素子を保護する。過熱保護制御部は、第１のパワー半導体素子が負荷急変状態になると、ドライバＩＣの温度検知モードが、定常モードまたは過渡モードの判定をする。定常モードの場合には、第１の温度検知素子の測定温度が定常モード温度検知レベルになると、過渡モードの場合には、第１の温度検知素子の測定温度が過渡モード温度検知レベルになると、過熱保護動作を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１のパワー半導体システムの主要な構成を表すブロック図。
【図２】本発明の実施例１のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図３】本発明の実施例１のパワー半導体システムの過熱保護制御を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例１のパワー半導体システムのパワー半導体装置内の動作時の温度分布を説明するためのグラフ。
【図５】本発明の実施例１のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルを説明するためのグラフ。
【図６】本発明の実施例１のパワー半導体システムの過渡モード温度検知レベルの決定を説明するためのグラフ。
【図７】本発明の実施例２のパワー半導体システムの主要な構成を表すブロック図。
【図８】本発明の実施例２のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図９】本発明の実施例２のパワー半導体システムの過熱保護制御を示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施例２のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルを説明するためのグラフ。
【図１１】本発明の実施例２の変形例のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルの決定を説明するためのグラフ。
【図１２】本発明の実施例２の変形例２のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図１３】本発明の実施例２の変形例２のパワー半導体システムの過熱保護制御を示すフローチャート。
【図１４】本発明の実施例３のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図１５】本発明の実施例３のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルを説明するためのグラフ。
【図１６】本発明の実施例３の変形例のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。実施例中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、適宜変更可能である。なお、実施形態のパワー半導体システムは、その一例としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いて説明するが、これに限られることなく、インバータなど、パワー半導体素子とドライバＩＣが一体にパッケージされたパワー半導体装置を用いて構成されるシステム全般を含めて適用することができる。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の実施例１のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の主要な構成を表すブロック図である。
【００１０】
図２は、本発明の実施例１のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図である。
【００１１】
図３は、本発明の実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００の過熱保護制御を示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、第１のパワー半導体素子１、第２のパワー半導体素子２、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子３、インダクタ４、キャパシタ５、接地端子ＧＮＤ、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７、ドライバＩＣ２０、制御回路９及び過熱保護制御部４０、を有する。なお、パワー半導体素子の一例として、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例に説明するが、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やその他の電力用半導体装置を用いることも可能である。これは、これ以後の全ての実施例においても同様である。
【００１３】
ｎチャネルのハイサイドＭＯＳＦＥＴ１（第１のパワー半導体素子）と、ｎチャネルのローサイドＭＯＳＦＥＴ２（第２のパワー半導体素子）とは、入力端子３と接地端子ＧＮＤとの間に直列接続されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極（図示しない）は接地端子ＧＮＤに接続され、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電極（図示しない）はハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極（図示しない）に接続されている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電極（図示しない）は入力端子３に接続している。
【００１４】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極（図示しない）は、インダクタ４の一端に接続されている。インダクタ４の他端は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７に接続されている。インダクタ４の他端は、キャパシタ５の一端に接続されており、キャパシタ５の他端は、接地端子ＧＮＤに接続されている。
【００１５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴとローサイドＭＯＳＦＥＴでは、ドレイン電極（図示しない）を第１の電極とし、ソース電極（図示しない）を第２の電極として、ドレイン電極からソース電極に流れる電流を、制御電極であるゲート電極（図示しない）が制御する。ドライバＩＣ２０がゲート信号を供給し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極（図示しない）とローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極（図示しない）とを同期してＯＮ／ＯＦＦ制御する。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１がＯＮの期間は、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２がＯＦＦとなり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１がＯＦＦの期間は、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２はＯＮとなり、また、両者が同時にＯＮすることが無いように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極とローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極に対してそれぞれ、ドライバＩＣ２０がゲート信号を供給する。
【００１６】
制御回路９は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力信号としてドライバＩＣ２０に供給し、ドライバＩＣから各ＭＯＳＦＥＴに供給されるゲート信号を制御する。制御回路９は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７の出力電圧ＶＯＵＴを図示しない比較回路で検出し、ＶＯＵＴが低下したときは、ＰＷＭ信号のデューティ比を大きくし、ＶＯＵＴが上昇したときは、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくするように制御する。
【００１７】
過熱保護制御部４０は、制御回路９に出力信号を供給する。後述するようにドライバＩＣ２０は、その表面上に第１の温度検知素子であるＩＣ部温度検知素子１１を備える。ＩＣ部温度検知素子１１がドライバＩＣ２０の温度を検知し、ドライバＩＣ２０がＩＣ部温度検知素子１１の検知信号を過熱保護制御部４０に供給する。ＩＣ部温度検知素子１１が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１またはローサイドＭＯＳＦＥＴ２の電流の急激な増加によるドライバＩＣ２０部の温度を検知することで、過熱保護制御部４０が、両ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を検知する。ＩＣ部温度検知素子１１で検知した温度が規定値以上になった時に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１、またはローサイドＭＯＳＦＥＴ２の電流が遮断されるように、過熱保護制御部４０は制御回路９に出力信号を供給する。一例としては、制御回路９からのＰＷＭ信号のデューティ比がゼロになるように、過熱保護制御部４０は制御回路９に出力信号を供給する。
【００１８】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００を一例とするパワー半導体システムが動作中に、ＩＣ部温度検知素子がパワー半導体素子の異常な温度上昇を検知した時に、過熱保護制御部４０は、パワー半導体素子に流れる電流を遮断するように制御回路９を制御する。このように制御することを過熱保護制御と定義し、パワー半導体素子１に流れる電流を遮断する動作を過熱保護動作と定義する。制御回路９がＰＷＭ信号を過熱保護制御部４０に供給することで、過熱保護制御部４０がハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とともにローサイドＭＯＳＦＥＴ２の駆動状況を監視できる。
【００１９】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２及びドライバＩＣが、同一の樹脂パッケージ内に同梱され、パワー半導体装置５０がＭＣＭとして形成されている。図２は、パワー半導体装置５０の平面図を示す。図２は、ドライバＩＣ２０、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２の表面上を覆っている樹脂を省略した平面図を示す。
【００２０】
ドライバＩＣ２０が、ドライバＩＣ用のダイパッド６２ｃの上に配置されている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１が形成されたチップが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ用のダイパッド６２ａ上に配置されている。また、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のチップが、ドライバＩＣ２０とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とが配置された方向に平行な方向に延伸して、これらに隣接して、ローサイドＭＯＳＦＥＴ用のダイパッド６２ｂの上に配置されている。
【００２１】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１は、ドレイン電極（図示しない）を介してハイサイドＭＯＳＦＥＴ用のダイパッド６２ａと電気的に接続され、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のダイパッド６２ａと反対側の表面にソース電極パッド６１ａとゲート電極パッド１８ａとを備えている。詳細は省略するが、ソース電極パッド６１ａは、ソース電極（図示しない）と電気的に接続されており、ゲート電極パッド１８ａはゲート電極（図示しない）と電気的に接続されている。
【００２２】
ローサイドＭＯＳＦＥＴ２は、ドレイン電極（図示しない）を介してローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のダイパッド６２ｂと電気的に接続され、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２のダイパッド６２ｂと反対側の表面にソース電極パッド６１ｂとゲート電極パッド１８ｂとを備えている。ソース電極パッド６１ｂは、ソース電極（図示しない）と電気的に接続されており、ゲート電極パッド１８ｂはゲート電極（図示しない）と電気的に接続されている。
【００２３】
入出力信号用の入出力電極パッド１５が、ドライバＩＣ２０のチップ表面に設けられている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極（図示しない）へゲート出力を供給するためのハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用のゲート出力電極パッド１７ａと、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のゲート出力電極パッド１７ｂとが、さらにその表面に設けられている。
【００２４】
樹脂パッケージ６３が、上記３つの互いに離間分離したダイパッドの間と、ドライバＩＣ２０、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２の間を埋め込むように、また、ドライバＩＣ２０、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２をそれぞれ覆うように形成されている。
【００２５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用のダイパッド６２ａと一体化したリード１６ａが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電極を樹脂パッケージ６３の外部に引き出すために、樹脂パッケージ６３から突出して設けられる。リード１６ａは、入力端子３に電気的に接続される。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極パッド６１ａとローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のダイパッド６２ｂとが、ボンディングワイヤ１９により電気的に接合されることで、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極（図示しない）とローサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電極（図示しない）とが、電気的に接続されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のダイパッド６２ｂと一体化されたリード１６ｂ１が、樹脂パッケージ６３の外部にローサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電極（図示しない）を引き出すために、樹脂パッケージ６３から突出するように形成されている。リード１６ｂ１は、インダクタ４を介して出力端子７に電気的にて接続される。樹脂パッケージ６３の外部にローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極（図示しない）を引き出すためのリード１６ｂ２が、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用ダイパッド６２ｂと分離して、樹脂パッケージ６３から突出するように形成されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極パッド６１ｂとリード１６ｂ２とが、ボンディングワイヤ１９により電気的に接続されることで、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極が、樹脂パッケージの外部に引き出される。リード１６ｂ２は、接地端子ＧＮＤに電気的に接続される。
【００２６】
ドライバＩＣ２０の入出力信号を樹脂パッケージ６３の外部に引き出すためのリード１６ｃが、ドライバＩＣ２０用ダイパッド６２ｃと離間分離し、樹脂パッケージから突出するように形成されている。このリード１６ｃとドライバＩＣ２０の表面に形成された入出力電極パッド１５とをそれぞれボンディングワイヤが電気的に接続することで、樹脂パッケージの外部に入出力電極が引き出されている。リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４０に電気的に接続される。後述するＩＣ部温度検知素子１１の出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４０に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。後述の他の実施例や変形例においても、温度検知素子の出力は、上記のように過熱保護制御部に供給することができる。ドライバＩＣ２０のゲート出力電極パッド１７ａ及び１７ｂが、それぞれハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極パッド１８ａ及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極パッド１８ｂとボンディングワイヤ１９で電気的に接続されることで、ドライバＩＣ２０がそれぞれのＭＯＳＦＥＴにゲート信号を供給する。
【００２７】
また、ＩＣ部温度検知素子１１（第１の温度検知素子）が、ドライバＩＣ部の温度を検知するためにドライバＩＣ２０の表面上にさらに設けられている。ここで用いられる温度検知素子は、例えば、ポリシリコンからなるダイオードを、ドライバＩＣ２０のチップ表面上に形成された層間絶縁膜の上に形成しておき、ダイオードの温度と電流の関係から温度を検知する方法を備えてもよい。また他の一例としては、温度検知素子は、ポリシリコンからなる抵抗をドライバＩＣ２０のチップ表面上に層間絶縁膜を介して形成しておき、抵抗値と温度の関係から温度を検知する方法を備えてもよい。その他、温度とデバイス特性の関係から温度を検知できるデバイスであれば、温度検知素子として用いることが可能である。なお、本実施例では、温度検知素子がドライバＩＣ２０のチップ表面上に形成されている。これは温度検知素子がハイサイドＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子の表面上に形成されると、追加工程が増すことでコスト上昇をもたらすためである。
【００２８】
本実施例では、図２に示したように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用ダイパッド６２ａとドライバＩＣ２０用ダイパッド６２ｃとは、離間分離して設けられているが、両者は一体型となるように設けられてもよい。すなわち、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０が、同一のダイパッド上に、互いに離間分離して形成されてもよい。または、さらにハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０とが、同一チップにモノリシックに形成されていてもよい。
【００２９】
次に本実施例のパワー半導体システムであるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作を図３から図５を用いて説明する。図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータの過熱保護制御部が実行する過熱保護制御の内容をフローチャートにして示す。図１に示したように、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子に接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの負荷が、過負荷状態となって電流を消費すると、制御回路９は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を維持するために、ドライバＩＣ２０に供給するＰＷＭ信号のデューティ比を大きくする。これにより、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のＯＦＦ状態に対するＯＮ状態の比率が上がり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１を流れる電流Ｉｄｓ１が増大する。この結果、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース・ドレイン間電圧をＶｄｓ１とすれば、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１での消費電力Ｉｄｓ１×Ｖｄｓ１が大きくなる。これが熱源となってハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が急激に上昇する。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の素子が破壊する温度を超えないように、過熱保護制御が実行される必要がある。すなわち、本実施例の過熱保護制御部４０は、ドライバＩＣ部２０の温度をＩＣ部温度検知素子１１を用いて検知し、ＩＣ部の温度が既定値以上になったときに、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流を遮断するように保護機能を持つ。
【００３０】
図４は、図２の一点鎖線Ａ−Ａ方向での、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びドライバＩＣ２０のチップ表面上での温度分布を示したグラフである。負荷が急激に変動することがない定常状態では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１が過負荷により発熱しても、この熱が伝搬し、隣接するドライバＩＣ２０の温度上昇を引き起こす。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度上昇が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０との間の熱抵抗に対して急激でなければ、図４中の実線で示したように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０との温度差は、ほぼ同じである。この状態を定常状態の温度分布として以後説明する。
【００３１】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、破壊する温度に対して十分余裕を持たせて設定された上限管理温度以下になるように温度管理されなければならない。負荷が急激に変化（負荷急変）しない定常状態では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度とドライバＩＣ部２０の温度はほぼ同じなので、ＩＣ部温度検知素子１１が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の上記上限管理温度と同じ温度を検知したら、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行する。このときのＩＣ部温度検知素子が検知する温度を定常モード温度検知レベルＴＴＳＤとする。また、過熱保護制御部４０がＩＣ部温度検知素子により定常モード温度検知レベルを用いてドライバＩＣ２０の温度を測定することを定常モードの温度検知と定義する。
【００３２】
ここで、負荷が急激に変化（負荷急変）した場合を考えると、図中一点鎖線で示したように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の部分で温度が急上昇し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度とドライバＩＣ２０のＩＣ部温度測定点の温度との差は大きくなる。この状態を過渡状態と称する。過渡状態では、ＩＣ部温度測定点からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に向かうに従って、ドライバＩＣ２０の表面温度は徐々に上昇し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の周辺で急激に温度が上昇する。定常モードでの温度検知を行い、ＩＣ部温度検知素子１１が定常モード温度検知レベルを超えたときに、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を開始したのでは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１は破壊されてしまう。また、定常モードでの温度検知レベルを十分に低い値とすると、定常状態で過熱保護動作の必要がないときでも、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を行い、半導体装置５０の運転率が悪くなる。パワー半導体システムとしては、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御を実行することが望まれる。
【００３３】
本実施例では、この不具合に対処するために、過熱保護制御部４０は、定常状態で温度を検知する定常モードの他に、負荷急変状態での温度を検知する過渡モードを備えている。この過渡モードでの温度検知及び過熱保護動作の実行の仕方を以下に説明する。
【００３４】
図５は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が上限管理温度になったときに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作が定常状態のときと過渡状態の時で、図２中の一点鎖線Ａ−Ａ方向での温度分布を比較したグラフである。定常状態では、前述のようにＩＣ部温度測定点の温度がほぼハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度と同じなので、ＩＣ部温度検知素子１１の測定温度が定常モード温度検知レベルに達したときに、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行すればよい。それに対して、過渡状態では、図５中に示したようにＩＣ部測定点の温度は、定常モード温度検知レベルＴＴＳＤよりも低い温度ＴＡＬＭとなっている。過渡モードの温度検知では、ＩＣ部温度検知素子１１の温度がＴＡＬＭとなったときに過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行する必要がある。このときの温度ＴＡＬＭを過渡モード温度検知レベルと称する。
【００３５】
本発明では、まずＩＣ部温度測定点でのＩＣ部温度検知素子の温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をし、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに、ＩＣ部温度検知素子の測定温度が達したら、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定の際には、負荷急変パラメータと称するものを用いる。このパラメータは、ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されている負荷が急変したときに、ＤＣ−ＤＣコンバータ内で変化するパラメータとする。例えば、負荷が急変したときには、制御回路９はＰＷＭ信号のデューティ比の変化率を大きくする。また、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース・ドレイン電圧とソース・ドレイン電流から算出した電力値の変化率が急増する。または、負荷急変時には、図４に示したように、ドライバＩＣ２０のチップ表面では、ＩＣ部温度測定点からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に向かって温度が上昇する。この温度上昇も負荷急変パラメータとすることができる。その他、負荷急変に対応してＤＣ−ＤＣコンバータ内で変化するパラメータであれば、負荷急変パラメータとして用いることができる。本実施例では、負荷急変パラメータがＰＷＭ信号のデューティ比の変化率である場合について説明する。
【００３６】
負荷急変状態の程度により、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度とＩＣ部温度測定点での温度差が違う。負荷急変パラメータが負荷急変状態の程度を反映する。負荷急変パラメータの値が大きいほど、負荷急変状態の程度は大きくなる。すなわち本実施例の場合は、急激に負荷がかかり消費電流が高い時は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を維持するために、制御回路９はＰＷＭ信号のデューティ比を定常状態のときに比べて急激に増大しその変化率を大きくし、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が急上昇する。したがって、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行する過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭは、低い値でなければならない。負荷急変の程度が大きいほど、負荷急変パラメータであるＰＷＭ信号のデューティ比の変化率が増大し、過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭは低く設定されなくてはならない。デューティ比の変化率と過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとの関係を図６に示した。例えば、予めＭＣＭのパワー半導体装置５０を用いて実験をして図６のデータを入手しておけば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の過熱保護制御実行中に、過熱保護制御部４０は、ＰＷＭのデューティ比の変化率から適宜過渡モード温度検知レベルを決定することができる。このように、過熱保護制御部４０が、過渡モード温度検知レベルの値を、温度分布の状態に対応させて設定することで、不要な過熱保護動作の発生を防ぎ、効率よい過熱保護制御を可能にする。
【００３７】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、過熱保護制御部４０が上述の動作を制御する。過熱保護制御部４０の制御する内容を図３のフローチャートを用いて説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が定常状態のときをスタート地点として説明する。
【００３８】
まずはじめに、過熱保護制御部４０は、負荷急変パラメータである、制御回路９のＰＷＭ信号のデューティ比の変化率を算出する（Ｓ１０）。
【００３９】
過熱保護制御部は、次に、上記デューティ比の変化率が予め決めておいた規定値以上かどうかを判断する（Ｓ２０）。これは、例えば比較回路などで制御回路９の出力信号を参照電圧と比較することで可能である。ここで、デューティ比の変化率が規定値以上のときは、過熱保護制御部４０は、過熱保護制御部がＩＣ部温度測定点でＩＣ温度検知素子１１を用いて温度を検知するモードを過渡モードと判断する。そうでないときは、定常モードと判断する。
【００４０】
温度検知モードが過渡モードと判断された場合は、過熱保護制御部４０は、負荷急変パラメータである、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化率に応じた過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭを決定する（Ｓ３０）。この際、前述のように予めＰＷＭ信号のデューティ比の変化率と過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データを取得しておき、両者の関係式を用意することで、過渡モード温度検知レベルを決定することができる。または、過熱保護制御部４０は、上記関係式の代わりに、記憶手段に予め記憶されたＰＷＭ信号のデューティ比の変化量と過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、過渡モード温度検知レベルを決定してもよい。上記過渡モード温度検知レベルの決定（Ｓ３０）により、温度分布にあわせた最適な過渡モード温度検知レベルが設定され、効率のよい過熱保護制御が可能になる。適宜上記決定（Ｓ３０）を実行することで、温度検知レベルが最適に見直されるので、さらに効率のよい過熱保護制御が可能になる。
【００４１】
続いて、過熱保護制御部４０は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭを比較する（Ｓ４０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭより高い時は、過熱保護制御部４０は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流が遮断されるように過熱保護動作を行い（Ｓ５０）、そうでないときは、過熱保護動作は不要と判断して、スタートの状態に戻る。
【００４２】
ＰＷＭ信号のデューティ比が既定値以上かどうかの判断（Ｓ２０）において温度検知モードが定常モードと判断された場合は、過熱保護制御部４０は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと定常モード温度検知レベルＴＴＳＤを比較する（Ｓ６０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが定常モード温度検知レベルＴＴＳＤより高い場合は、過熱保護制御部４０は、過熱保護動作を実行する（Ｓ５０）。そうでないときは、スタートの状態に戻る。
【００４３】
以上説明した一連のステップ（Ｓ１０〜Ｓ６０）の制御内容を、過熱保護制御部４０が実施する。過熱保護制御部４０は、Ｓ１０〜Ｓ６０の各ステップの制御内容を実施する手段を備え、これら各手段から信号を送受信し、各手段の制御内容を規定の順に実施させる演算処理部を備えていてもよい。または、過熱保護制御部４０は、上記各ステップの制御内容を、それぞれの機能として備えていてもよい。
【００４４】
本実施例では、以上説明したように、まず、過熱保護制御部は、ＩＣ部温度検知素子を用いた温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をする。ＩＣ部温度検知素子の測定温度が、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに達したら、過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定には、負荷急変パラメータが用いられる。また、負荷急変パラメータの値の変化にあわせ適宜、負荷急変パラメータの値が大きいほど、過渡モード温度検知レベルは低く設定される。これにより過渡状態での温度分布の変化にあわせて、その都度過熱制御動作を行う温度検知レベルが見直されるので、過熱保護動作をしすぎることによる運転率の低下が低減される。以上のように、温度検知モードを定常モードだけで実行する場合に比べて、負荷急変パラメータにより定常モードと過渡モードを切り替えて実行すること、及び過渡モード温度検知レベルを負荷急変パラメータの値に応じて変化させることで、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現される。
【００４５】
本実施例では、負荷急変パラメータは、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化率である。本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、上記制御内容を過熱保護制御部４０が実行することで、急激に負荷が急変するような場合でも、パワー半導体装置５０を急過熱による破壊から防止することができる。
【００４６】
なお、本実施例では、負荷急変パラメータとして制御回路９のＰＷＭ信号のデューティ比の変化率を用いて過熱保護制御を行っているが、例えば、過熱保護制御部４０は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース・ドレイン電圧とソース・ドレイン電流から電力値を算出し、この電力値の変化率を、負荷急変パラメータとして用いることも可能である。過熱保護制御部４０は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の実際の駆動状況を示しているパラメータを負荷急変パラメータとして用いることにより、急激に負荷が急変したときに速やかに過熱保護動作を実行することが可能となる。以上は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１対して負荷急変による過熱保護制御に関して説明したが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に考えることができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２を、図７から図１１を用いて説明する。図７は、本発明の実施例２のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの主要な構成を表すブロック図である。図８は、本発明の実施例２のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの主要な構成の一部分をパッケージしたパワー半導体装置５１の平面図である。図９は、本発明の実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００の過熱保護制御を示すフローチャートである。なお、実施例１で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号を用いその説明は省略する。
【００４８】
図７に示すように、実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、第１のパワー半導体素子１、第２のパワー半導体素子２、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子３、インダクタ４、キャパシタ５、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７、接地端子ＧＮＤ、ドライバＩＣ２１、制御回路９、及び過熱保護制御部４１、を有する。以下、実施例１との違いを詳細に説明し、同様な箇所は説明を省略する。
【００４９】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、以下の点で実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００と違う。
【００５０】
実施例１のドライバＩＣ２０は、ＩＣ部温度検知素子１１だけを温度検知素子として具備していたが、本実施例のドライバＩＣ２１は、ＩＣ部温度検知素子１１の他にさらに、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用の参照部温度検知素子（第２の温度検知素子）１２を備えている。参照部温度検知素子１２は、図８に示したように、ドライバＩＣ２１の表面上に配置され、ＩＣ部温度検知素子１１とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１との間に配置され、ドライバＩＣ２１の表面温度を測定する。好ましくは、ドライバＩＣ２１の表面上で、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の近傍に配置される。参照部温度検知素子１２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に近いほど望ましい。参照部温度検知素子１２は、ドライバＩＣ２１表面上でのＩＣ部温度検知素子からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１へ向かった温度上昇ΔＴを検知するためのものである。
【００５１】
ドライバＩＣ２１は、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２の出力をそれぞれ過熱保護制御部４１へ供給する。例えば、実施例１同様に、リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４１に電気的に接続される。ＩＣ部温度検知素子１１及び参照部温度検知素子１２のそれぞれの出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４１に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。過熱保護制御部４１は、ＩＣ部温度検知素子１１で検知した温度ＴＩＣと参照部温度検知素子１２で検知した温度ＴＲとの温度差ΔＴを算出し、これを負荷急変パラメータとして用いる。すなわち本実施例では、ＩＣ部温度検知素子１１で検知した温度ＴＩＣと参照部温度検知素子１２で検知した温度ＴＲとの温度差ΔＴが、負荷急変パラメータとして用いられる点が実施例１とは違う。実施例１で制御回路９は過熱保護制御部４０にＰＷＭ信号をフィードバックしていたが、これは不要である。
【００５２】
本実施例の過熱保護制御の特徴を説明する。図１０に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が上限管理温度となったときの、定常状態と過渡状態における、図８に示したＢ−Ｂ方向でのハイサイドＭＯＳＦＥＴ１からドライバＩＣ２１への温度分布を示したものである。なお、図中過渡状態（大レベル）と示した温度分布は、過渡状態（中レベル）の温度分布より、負荷の急変が大きく、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の部分で急激に温度上昇をもたらしている様子を示す。両過渡状態のＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴをそれぞれ、ΔＴ１及びΔＴ２としている。定常状態では、実施例１同様に定常モード温度検知レベルは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の上限管理温度とほぼ同じ温度ＴＴＳＤである。過熱保護制御部４１は、過渡状態（中レベル）と過渡状態（大レベル）でそれぞれ、Ｔ１及びＴ２を過渡モード温度検知レベルに設定している。
【００５３】
本実施例では、負荷急変パラメータは、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴである。負荷の急変状態に応じて、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴは変化し、実施例１の負荷急変パラメータと同様に、本実施例の負荷急変パラメータは、負荷の急変により変化する。そして、負荷急変パラメータの値が大きいほど、過渡モード温度検知レベルが小さく設定される。すなわち、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴが大きいほど、過渡モード温度検知レベルが小さく設定される。図１１は、過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭと、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴと、の関係をグラフに示す。本実施例も第１の実施例同様に、予めＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データが取得され、両者の関係式を用意することで、過渡モード温度検知レベルが決定されることができる。或いは、上記関係式の代わりに、記憶手段に予め記憶されたＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、過渡モード温度検知レベルが決定されることも可能である。
【００５４】
ここで、上記関係式として、ほぼ以下の関係にあることがわかった。参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤ、係数をＫ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭとしたときに、ＴＡＬＭ＝ＴＴＳＤ−Ｋ・ΔＴに従う。そこで、過熱保護制御部４１は、ドライバＩＣから供給された参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度から、温度差ΔＴを算出し、上記式から、過渡モード温度検知レベルを随時設定する。この過渡モード温度検知レベルを用いて、過熱保護制御部４１は、実施例１同様に過熱保護制御を実行することができる。以下に図９のフローチャートを用いて、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００の過熱保護制御部４１が実行する制御内容を説明する。
【００５５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が定常状態のときをスタート地点として説明する。まずはじめに、過熱保護制御部４１は、負荷急変パラメータである、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差ΔＴを算出する（Ｓ１１）。
【００５６】
次に、過熱保護制御部４１は、上記温度差ΔＴの変化量が予め決めておいた規定値以上かどうかを判断する（Ｓ２１）。ここで、規定値以上のときは、過熱保護制御部４１は、ＩＣ温度検知素子１１で温度を検知するモードを過渡モードとする。そうでないときは、定常モードとする。上記温度差ΔＴが既定値以上かどうかの判断は、例えば、比較記を用いて参照電圧とΔＴ比較することで可能である。
【００５７】
温度検知モードが過渡モードと判断された場合は、負荷急変パラメータである、過熱保護制御部４１は、温度差ΔＴに応じた過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭを決定する（Ｓ３１）。この際、前述のように予め温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データが取得され、両者の関係式が用意されることで、過熱保護制御部４１は、過渡モード温度検知レベルを決定することができる。関係式の一例としては、前述したように、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤ、係数をＫ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭとしたときに、ＴＡＬＭ＝ＴＴＳＤ−Ｋ・ΔＴを用いる。或いは、上記近似式の代わりに、記憶手段に予め記憶された温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとの対応表に基づいて、過熱保護制御部４１は、過渡モード温度検知レベルを決定してもよい。上記過渡モード検知レベルの決定（Ｓ３１）により、温度分布にあわせた最適な過渡モード温度検知レベルが設定され、効率のよい過熱保護制御が可能となる。さらに、適宜上記過渡モード検知レベルの決定（Ｓ３１）を実行することで、適宜過渡モード温度検知レベルが最適に見直されるので、さらに効率のよい過熱保護制御が可能になる。
【００５８】
続いて、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと決定した過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとが比較される（Ｓ４０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度が過渡モード温度検知レベルより高い時は、過熱保護制御部４１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流を遮断するように過熱保護動作を行（Ｓ５０）い、そうでないときは、過熱保護動作は不要と判断して、スタートの状態に戻る。
【００５９】
上記温度差ΔＴが既定値以上かどうかの判断（Ｓ２１）において温度検知モードが定常モードと判断された場合は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと定常モード温度検知レベルＴＴＳＤが比較される（Ｓ６０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが定常モード温度検知レベルＴＴＳＤより高い場合は、過熱保護制御部４１は、過熱保護動作を実行する（Ｓ５０）。そうでないときは、スタートの状態であるステップ０に戻る。
【００６０】
以上説明した一連のステップ（Ｓ１１、２１、３１、４０、５０、及び６０）の制御内容を、過熱保護制御部４１が実行する。過熱保護制御部４１は、Ｓ１１、２１、３１、４０、５０、及び６０の各ステップの制御内容を実行する手段を備え、これら各手段から信号を送受信し、各手段の制御内容を規定の順に実行させる演算処理部を備えていてもよい。或いは、過熱保護制御部４１は、上記各ステップの制御内容を、それぞれの機能として備えていてもよい。
【００６１】
以上説明したように、本実施例においても実施例１同様に、過熱保護制御部は、ＩＣ部温度測定点でのＩＣ部温度検知素子の温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をする。ＩＣ部温度検知素子の測定温度が、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに達したら、過熱保護制御部は、過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定には、負荷急変パラメータを用いる。また、過渡モード温度検知レベルは、負荷急変パラメータの値の変化にあわせ適宜、負荷急変パラメータの値が大きいほど低く設定される。これにより過渡状態での温度分布の変化にあわせて、過熱制御動作を行う温度検知レベルが見直されるので、過熱保護動作をしすぎることによる運転率の低下が低減される。以上のように、温度検知モードを定常モードだけで行う場合に比べて、負荷急変パラメータの値に基づいて定常モードと過渡モードを切り替えて実行すること、及び過渡モード温度検知レベルを負荷急変パラメータの値に応じて変化させることで、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現される。
【００６２】
本実施例では、負荷急変パラメータは、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差ΔＴである。本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００においても、過熱保護制御部４１が上記制御内容を実行することで、急激に負荷が急変するような場合でも、パワー半導体装置５０を急加熱による破壊から防止することができる。また、本実施例では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対して負荷急変による過熱保護制御を実行する例を説明したが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に実行することが可能である。
【００６３】
次に本実施例の変形例を説明する。本実施例の変形例の説明においても、実施例２に対して実施例２と違う点を詳細に説明し、同様な構成部に関しては説明を省略する。図１２は、本発明の実施例２の変形例のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの主要な構成の一部分をパッケージしたパワー半導体装置５２を示す平面図である。図１３は、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１の過熱保護制御のフローチャートである。
【００６４】
本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１は、以下の点で実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２００と違う。図１２に示すように、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１は、ドライバＩＣ２２の表面上に、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２とＩＣ部温度検知素子１１との間に配置されたローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３（第３温度検知素子）をさらに備える。すなわち、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１は、ドライバＩＣ２２の表面上に、ＩＣ部温度検知素子１１（第１の温度検知素子）とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２（第２の温度検知素子）及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３（第３の温度検知素子）を備える。このローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３は、実施例２のハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２同様に、ドライバＩＣ２２の表面上に配置され、ＩＣ部温度検知素子１１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２との間に配置され、ドライバＩＣ２２の表面温度を測定する。好ましくは、参照部温度検知素子１３は、ドライバＩＣ２２の表面上で、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２の近傍に配置され、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に近いほど望ましい。ローサイドＭＯＳＦＥＴ用参照部温度検知素子１３は、ドライバＩＣ２２表面上でのＩＣ部温度検知素子１１から図１２のＣ２−Ｃ２方向に沿ってローサイドＭＯＳＦＥＴ２へ向かった温度上昇ΔＴｂを検知することができる。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２は、実施例２同様に、ドライバＩＣ２２表面上でのＩＣ部温度検知素子１１から図１２のＣ１−Ｃ１方向に沿ってハイサイドＭＯＳＦＥＴ１へ向かった温度上昇ΔＴａを検知することができる。
【００６５】
ドライバＩＣ２２は、ＩＣ温度検知素子１１とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３の出力をそれぞれ過熱保護制御部４２へ供給する。例えば、実施例１同様に、リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４２に電気的に接続される。ＩＣ部温度検知素子１１、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３のそれぞれの出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４２に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。
【００６６】
本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１の過熱保護制御部４２（図示せず）が行う過熱保護制御のフローチャートは、図１３に示すように、以下の点で、図９に示した実施例２のフローチャートと違う。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対して参照部温度検知素子１２の測定温度ＴＲａとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴａを算出していた（Ｓ１１）が、さらにローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても、参照部温度検知素子１３の測定温度ＴＲｂとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴｂを算出する（Ｓ１２）。次に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対してだけ、温度差ΔＴａが既定値以上かどうかを判断（Ｓ２１）していたが、さらにローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても温度差ΔＴｂが規定値以上かどうかを判断する。この両者はそれぞれの規定値をもち、少なくともどちらかがその既定値を超えているかどうかを判断する（Ｓ２２）。その後、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対してだけ過渡モード検知レベルが決定される（Ｓ３１）のではなく、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対する過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対する過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ２とが算出される（Ｓ３２）。その後、さらに、ＴＡＬＭ１とＴＡＬＭ２のうち低い方が過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭと決定される（Ｓ３３）。上記制御内容以外は、実施例２と同じ制御内容が実行される。
【００６７】
以下、図１３に示したフローチャートを参照しつつ、過熱保護制御部４２が実行する過熱保護制御を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０１が定常状態のときをスタート地点として説明する。まずはじめに、過熱保護制御部４２は、負荷急変パラメータである、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２の測定温度ＴＲａとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴａを算出し、さらに、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３の測定温度ＴＲｂとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴｂを算出する（Ｓ１２）。
【００６８】
上記温度差ΔＴａとΔＴｂのうち少なくともどちらかが、予め決めておいたそれぞれの規定値以上かどうかを判断する（Ｓ２２）。ここで、上記温度差ΔＴａとΔＴｂのどちらか規定値以上のときは、過熱保護制御部４２は、ＩＣ温度検知素子で温度を検知するモードを過渡モードとする。そうでないときは、定常モードとする。
【００６９】
ΔＴａとΔＴｂのどちらかが既定値以上かどうかの判断（Ｓ２２）で温度検知モードが過渡モードと判断された場合は、過熱保護制御部４２は、負荷急変パラメータである、それぞれの温度差ΔＴａとΔＴｂとに応じた過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ１とＴＡＬＭ２とを決定する（Ｓ３２）。この際、実施例２の図１０及び図１１に示したようにハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２とのそれぞれに対して、予め温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データが取得され、両者の関係式が用意されることで、過渡モード温度検知レベルが決定されることができる。関係式の一例としては、実施例２同様に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対しては、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴａ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤａ、係数をＫａ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭ１としたときに、ＴＡＬＭ１＝ＴＴＳＤａ−Ｋａ・ΔＴａを用いる。また、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に、参照部温度検知素子１３の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴｂ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤｂ、係数をＫｂ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭ２としたときに、ＴＡＬＭ２＝ＴＴＳＤｂ−Ｋｂ・ΔＴｂを用いる。或いは、上記関係式の代わりに、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対して、記憶手段に予め記憶されたそれぞれの温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、過渡モード温度検知レベルが決定されることも可能である。上記過渡モード温度検知レベルの決定（Ｓ３２）により、過渡モード温度検知レベルが、温度分布にあわせて最適設定され、効率のよい過熱保護制御が可能になる。さらに、過熱保護制御部４２が、適宜この過渡モード温度検知レベルを決定（Ｓ３２）することで、適宜温度検知レベルが最適に見直されるので、さらに効率のよい過熱保護制御が可能になる。
【００７０】
続いて、過熱保護制御部４２は、上記決定されたハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用の過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２用の過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ２とのうち、低いほうの値を最終的に過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭと決定する（Ｓ３３）。
【００７１】
続いて、過熱保護制御部４２は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣとステップ３３で決定した過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとを比較する（Ｓ４０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭより高い時は、過熱保護制御部４２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流が遮断されるように過熱保護動作を行う（Ｓ５０）を実行し、そうでないときは、過熱保護動作は不要と判断して、スタートの状態に戻る。
【００７２】
温度検知モードが定常モードと判断した場合は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣは定常モード温度検知レベルＴＴＳＤと比較される（Ｓ６０）。ただし、定常モード温度検知レベルＴＴＳＤ値は、予め、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用の定常モード温度検知レベルＴＴＳＤａとローサイドＭＯＳＦＥＴ２用の定常モード温度検知レベルＴＴＳＤｂとのうち値の小さい方である。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが定常モード温度検知レベルＴＴＳＤより高い場合は、過熱保護制御部４２は、過熱保護動作を実行する（Ｓ５０）を実行する。そうでないときは、スタートの状態に戻る。
【００７３】
過熱保護制御部４２は、以上説明した一連のステップ（Ｓ１２、２２、３２、３３、４０、５０、及び６０）の制御内容を実行する。過熱保護制御部４２は、Ｓ１２、２２、３２、３３、４０、５０、及び６０の各ステップの制御内容を実行する手段を備え、これら各手段から信号を送受信し、各手段の制御内容を規定の順に実施させる演算処理部を備えていてもよい。或いは、過熱保護制御部４２は、上記各ステップの制御内容を、それぞれの機能として備えていてもよい。
【００７４】
以上説明したように、本変形例においても実施例１同様に、ＩＣ部温度測定点でのＩＣ部温度検知素子の温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をする。ＩＣ部温度検知素子の測定温度が、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに達したら、過熱保護制御部は過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定には、負荷急変パラメータ用いられる。また、過渡モード温度検知レベルは、負荷急変パラメータの値の変化にあわせ適宜、負荷急変パラメータの値が大きいほど低く設定される。これにより過渡状態での温度分布の変化にあわせて、その都度過熱制御動作を行う温度検知レベルが見直されるので、過熱保護動作をしすぎることによる運転率の低下が低減される。以上のように、温度検知モードを定常モードだけで行う場合に比べて、負荷急変パラメータにより定常モードと過渡モードを切り替えて実行すること、及び過渡モード温度検知レベルを負荷急変パラメータの値に応じて変化させることで、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現される。
【００７５】
本変形例では、負荷急変パラメータは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２のそれぞれに対して、参照部温度検知素子の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差ΔＴとしている。本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１においても、上記制御内容を過熱保護制御部４２が実行することで、急激に負荷が急変するような場合でも、パワー半導体装置５２を急加熱による破壊から防止することができる。
【実施例３】
【００７６】
本発明の実施例３のＤＣ−ＤＣコンバータ３００を説明する。なお、実施例１で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号を用いその説明は省略する。本発明の実施例３のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、樹脂パッケージ内に阻止が同一梱包されたＭＣＭのパワー半導体装置５３において実施例１と違う。ＤＣ−ＤＣコンバータの構成は実施例１の図１と同じであり、過熱保護制御の流れも実施例１の図３に示したフローチャートと同じである。図１４は、本実施例のパワー半導体装置５３の平面図を示したものである。
【００７７】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、以下の点で実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００と違う。本実施例では、ＩＣ部温度検知素子１１が、ドライバＩＣ２３の表面上で、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極パッド１８ａと電気的に接続されたゲート出力電極パッド１７ａに隣接して配置されている点で実施例１と異なる。図１５は、図１４中のＤ−Ｄ方向に沿ったドライバＩＣ２３からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１までの温度分布を示す。ドライバＩＣ２３は、ＩＣ温度検知素子１１の出力を過熱保護制御部４０へ供給する。例えば、実施例１同様に、リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４０に電気的に接続される。ＩＣ部温度検知素子１１の出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４０に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。後述の本実施例の変形例においても同様である。
【００７８】
実施例１の図５の場合に比べて、本実施例では、ＩＣ部温度検知素子１１が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１側に配置されている。さらに、ＩＣ部温度検知素子１１がゲート出力電極パッド１７ａに隣接して配置されている。急激に負荷が急変して過渡状態になっても、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１で急激に発生した熱は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極パッド１８ａ、ボンディングワイヤ１９、及びドライバＩＣ２３上のゲート出力電極パッド１７ａを通じて、ドライバＩＣ２３に伝えられる。このため、ＩＣ部温度検知素子１１が測定するドライバＩＣ２３部の温度とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１部との温度差を、実施例１に比べて小さくすることができる。この結果、過渡状態か定常状態かに関わらず、過熱保護制御部４０が定常モードの温度検知モードしか備えていなくても、ハイサイドＭＯＳＦＥＴの上限管理温度以下でＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることができる。効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現できる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータは、図３に示した実施例１のＳ６０での温度検知及びＳ５０での過熱保護動作だけを実行するだけでよい。しかしながら、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータは、ＩＣ部温度検知素子以外は実施例１と同様な構成を備えることで、実施例１よりさらに過渡モード温度検知レベルを高く設定することができる。この結果、実施例１よりもさらに運転効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現できる。
【００７９】
なお、本実施例のパワー半導体装置５３を実施例１の過熱保護制御を有するＤＣ−ＤＣコンバータ１００に用いた例を説明したが、実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２００やその変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１に用いることも可能である。
【００８０】
また、本実施例のＩＣ部温度検知素子１１は、ゲート出力電極パッド１７ａに隣接して設けられているが、後述の本実施例の変形例に示すように、ゲート出力電極パッド１７ａとドライバＩＣ２４の表面の間に挟まれるように設けられてもよい。
【００８１】
次に本実施例の変形例について説明する。図１６は、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１のパワー半導体装置５４の平面図を示す。本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、以下の点で実施例３のＤＣ−ＤＣコンバータ３００と違う。本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の表面上にゲートパッド１８ａの他に、さらに金属からなる放熱パッド６５（第１の金属パッド）を備えており、ドライバＩＣ２４の表面上にゲート出力パッド１７ａの他に、受熱パッド６４（第２の金属パッド）を備えている。この放熱パッド６５と受熱パッド６４は、ボンディングワイヤ１９により互いに電気的に接続している。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１から、ゲート電極パッド１８ａ、ボンディングワイヤ１９及びゲート出力電極パッド１７ａを経て、ドライバＩＣ２４に熱が伝達されるのと同じように、放熱パッド６５、ボンディングワイヤ１９及び受熱パッド６４を経て、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１からドライバＩＣ２４へ熱が伝達される。この放熱パッド６５と受熱パッド６４は、それぞれ電気が流れる必要がないので、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２４の他の電極から絶縁されていてもよい。ＩＣ部温度検知素子１１は、ドライバＩＣ２４の表面と、受熱パッド６４の間に挟まれて配置されている。
【００８２】
上記以外は、実施例３のＤＣ−ＤＣコンバータと同じ構成である。すなわち、実施例３同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、ＩＣ部温度検知素子１１以外は実施例１と同様な構成を備えることで、実施例１よりさらに高い過渡モード温度検知レベルを有することができる。この結果、実施例１よりもさらに効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現できる。実施例１の過熱保護制御を有するＤＣ−ＤＣコンバータ１００が本変形例のパワー半導体装置５４を有した例で説明したが、実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２００やその変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１が本変形例のパワー半導体装置５４を有することも可能である。本変形例では、放熱パッド６５、ボンディングワイヤ１９及び受熱パッド６４を経て、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１からドライバＩＣ２４へ熱が伝達されるので、ＩＣ部温度検知素子１１が測定するドライバＩＣ２３部の温度と、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１部との温度差を、実施例３に比べてさらに小さくすることができる。本変形例においても実施例３同様に、過渡状態か定常状態かに関わらず、過熱保護制御部４０が定常モードだけの温度検知モードしか備えていなくても、ハイサイドＭＯＳＦＥＴの上限管理温度以下でＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることができる。
【００８３】
本実施例及び変形例では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対して負荷急変による過熱保護制御を実行する例を説明したが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に実行することが可能である。
【００８４】
本発明のパワー半導体システムをＤＣ−ＤＣコンバータを例に実施例及び変形例を用いて説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種種変形することは可能である。説明に用いたそれぞれの実施例や変形例を組み合わせることも可能である。また、前述の各実施例や各変形例において、半導体システムにおける本発明の態様の説明を容易にするために、制御回路９と過熱保護制御部４０、４１、及び４２は、一例として、ＭＣＭである半導体装置５０、５１、５２、５３及び５４の外部に設けられているとして説明した。しかしながら、設計に対応して、制御回路及び過熱保護制御部は、それぞれが、半導体装置内に同一パッケージされることも勿論可能である。或いは、制御回路及び過熱保護制御部は、それぞれ、ドライバＩＣとモノリシックに同一チップ内に形成されることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ
２ ローサイドＭＯＳＦＥＴ
３ 入力端子
４ インダクタ
５ キャパシタ
７ 出力端子
８ 負荷
９ 制御回路
１１ ＩＣ部温度検知素子
１２ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子
１３ ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子
１５ ドライバＩＣ部入出力電極パッド
１６ａ、１６ｂ１、１６ｂ２、１６ｃ リード
１７ａ、１７ｂ ゲート出力電極パッド
１８ａ、１８ｂ ゲート電極パッド
１９ ボンディングワイヤ
２０、２１、２２、２３、２４ ドライバＩＣ
４０、４１、４２ 過熱保護制御部
５０、５１、５２、５３、５４ 半導体装置
６１ａ、６１ｂ ソース電極パッド
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ ダイパッド
６３ 樹脂
１００、２００ ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＧＮＤ 接地端子
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、パワー半導体システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
パソコンや家庭電気機器などの電源に用いられるＤＣ−ＤＣコンバータや、モータ制御などに用いられるインバータなどでは、スイッチング制御するために、制御回路、ドライバＩＣ、パワー半導体素子などを含むパワー半導体システムが構成される。パワー半導体素子としては、例えば、高耐圧のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が用いられる。そして、ハイサイドＭＯＳＦＥＴと、ローサイドＭＯＳＦＥＴと、これらのゲート電極をＯＮ／ＯＦＦするドライバＩＣと、が同一の樹脂パッケージ内に同梱されたＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ）と呼ばれるパワー半導体装置が形成されることがある。このＭＣＭと、ＭＣＭ内のドライバＩＣを制御する制御回路及びその他制御部から構成されるパワー半導体システムの一例として、ＤＣ−ＤＣコンバータを挙げることができる。制御回路やその他制御部は、ＭＣＭ内に組み込まれることもある。
【０００３】
ＭＣＭでは、樹脂パッケージ内にパワー半導体素子とドライバＩＣとが別のチップとして隣接するように配置され、それらの間に樹脂を介して離間配置されている。また、両者は、同一チップ内にモノリシックに配置され、ＭＣＭではなく単一のチップを樹脂でパッケージしたパワー半導体装置とすることもある。ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端には、負荷としてＣＰＵなどの演算処理装置が接続される。ＣＰＵの負荷が急激に変化すると、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力として急激に電流が必要となる。この結果、ＤＣ−ＤＣコンバータのハイサイドＭＯＳＦＥＴには急激な温度上昇がおこり、この温度上昇によりハイサイドＭＯＳＦＥＴが破壊温度を超えないように、パワー半導体システム内で過熱保護制御を行うことが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２７７６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の実施形態は、適切な過熱保護制御を行うことのできるパワー半導体システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態の半導体システムは、第１のパワー半導体素子と、ドライバＩＣと、第１の温度検知素子と、制御回路と、過熱保護制御部を備える。第１のパワー半導体素子は、第１の電極、第２の電極及び制御電極を有し、制御電極が第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を制御する。ドライバＩＣは、第１のパワー半導体素子のオン状態とオフ状態を制御する。第１の温度検知素子は、ドライバＩＣの温度を検知する。制御回路は、ドライバＩＣに制御信号を供給する。過熱保護制御部は、第１の温度検知素子の出力に基づいて制御回路を制御し第１のパワー半導体素子を保護する。過熱保護制御部は、第１のパワー半導体素子が負荷急変状態になると、ドライバＩＣの温度検知モードが、定常モードまたは過渡モードの判定をする。定常モードの場合には、第１の温度検知素子の測定温度が定常モード温度検知レベルになると、過渡モードの場合には、第１の温度検知素子の測定温度が過渡モード温度検知レベルになると、過熱保護動作を行う。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施例１のパワー半導体システムの主要な構成を表すブロック図。
【図２】本発明の実施例１のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図３】本発明の実施例１のパワー半導体システムの過熱保護制御を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例１のパワー半導体システムのパワー半導体装置内の動作時の温度分布を説明するためのグラフ。
【図５】本発明の実施例１のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルを説明するためのグラフ。
【図６】本発明の実施例１のパワー半導体システムの過渡モード温度検知レベルの決定を説明するためのグラフ。
【図７】本発明の実施例２のパワー半導体システムの主要な構成を表すブロック図。
【図８】本発明の実施例２のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図９】本発明の実施例２のパワー半導体システムの過熱保護制御を示すフローチャート。
【図１０】本発明の実施例２のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルを説明するためのグラフ。
【図１１】本発明の実施例２の変形例のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルの決定を説明するためのグラフ。
【図１２】本発明の実施例２の変形例２のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図１３】本発明の実施例２の変形例２のパワー半導体システムの過熱保護制御を示すフローチャート。
【図１４】本発明の実施例３のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【図１５】本発明の実施例３のパワー半導体システムの定常状態と過渡状態での温度検知レベルを説明するためのグラフ。
【図１６】本発明の実施例３の変形例のパワー半導体システムの主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施例について図を参照しながら説明する。実施例中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、適宜変更可能である。なお、実施形態のパワー半導体システムは、その一例としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いて説明するが、これに限られることなく、インバータなど、パワー半導体素子とドライバＩＣが一体にパッケージされたパワー半導体装置を用いて構成されるシステム全般を含めて適用することができる。
【実施例１】
【０００９】
図１は、本発明の実施例１のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の主要な構成を表すブロック図である。
【００１０】
図２は、本発明の実施例１のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の主要な構成の一部分をパッケージした一例を示す平面図である。
【００１１】
図３は、本発明の実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００の過熱保護制御を示すフローチャートである。
【００１２】
図１に示すように、実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００は、第１のパワー半導体素子１、第２のパワー半導体素子２、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子３、インダクタ４、キャパシタ５、接地端子ＧＮＤ、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７、ドライバＩＣ２０、制御回路９及び過熱保護制御部４０、を有する。なお、パワー半導体素子の一例として、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴを用いた場合を例に説明するが、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やその他の電力用半導体装置を用いることも可能である。これは、これ以後の全ての実施例においても同様である。
【００１３】
ｎチャネルのハイサイドＭＯＳＦＥＴ１（第１のパワー半導体素子）と、ｎチャネルのローサイドＭＯＳＦＥＴ２（第２のパワー半導体素子）とは、入力端子３と接地端子ＧＮＤとの間に直列接続されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極（図示しない）は接地端子ＧＮＤに接続され、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電極（図示しない）はハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極（図示しない）に接続されている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電極（図示しない）は入力端子３に接続している。
【００１４】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極（図示しない）は、インダクタ４の一端に接続されている。インダクタ４の他端は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７に接続されている。インダクタ４の他端は、キャパシタ５の一端に接続されており、キャパシタ５の他端は、接地端子ＧＮＤに接続されている。
【００１５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴとローサイドＭＯＳＦＥＴでは、ドレイン電極（図示しない）を第１の電極とし、ソース電極（図示しない）を第２の電極として、ドレイン電極からソース電極に流れる電流を、制御電極であるゲート電極（図示しない）が制御する。ドライバＩＣ２０がゲート信号を供給し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極（図示しない）とローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極（図示しない）とを同期してＯＮ／ＯＦＦ制御する。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１がＯＮの期間は、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２がＯＦＦとなり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１がＯＦＦの期間は、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２はＯＮとなり、また、両者が同時にＯＮすることが無いように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極とローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極に対してそれぞれ、ドライバＩＣ２０がゲート信号を供給する。
【００１６】
制御回路９は、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）信号を出力信号としてドライバＩＣ２０に供給し、ドライバＩＣから各ＭＯＳＦＥＴに供給されるゲート信号を制御する。制御回路９は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７の出力電圧ＶＯＵＴを図示しない比較回路で検出し、ＶＯＵＴが低下したときは、ＰＷＭ信号のデューティ比を大きくし、ＶＯＵＴが上昇したときは、ＰＷＭ信号のデューティ比を小さくするように制御する。
【００１７】
過熱保護制御部４０は、制御回路９に出力信号を供給する。後述するようにドライバＩＣ２０は、その表面上に第１の温度検知素子であるＩＣ部温度検知素子１１を備える。ＩＣ部温度検知素子１１がドライバＩＣ２０の温度を検知し、ドライバＩＣ２０がＩＣ部温度検知素子１１の検知信号を過熱保護制御部４０に供給する。ＩＣ部温度検知素子１１が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１またはローサイドＭＯＳＦＥＴ２の電流の急激な増加によるドライバＩＣ２０部の温度を検知することで、過熱保護制御部４０が、両ＭＯＳＦＥＴの温度上昇を検知する。ＩＣ部温度検知素子１１で検知した温度が規定値以上になった時に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１、またはローサイドＭＯＳＦＥＴ２の電流が遮断されるように、過熱保護制御部４０は制御回路９に出力信号を供給する。一例としては、制御回路９からのＰＷＭ信号のデューティ比がゼロになるように、過熱保護制御部４０は制御回路９に出力信号を供給する。
【００１８】
このように、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００を一例とするパワー半導体システムが動作中に、ＩＣ部温度検知素子がパワー半導体素子の異常な温度上昇を検知した時に、過熱保護制御部４０は、パワー半導体素子に流れる電流を遮断するように制御回路９を制御する。このように制御することを過熱保護制御と定義し、パワー半導体素子１に流れる電流を遮断する動作を過熱保護動作と定義する。制御回路９がＰＷＭ信号を過熱保護制御部４０に供給することで、過熱保護制御部４０がハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とともにローサイドＭＯＳＦＥＴ２の駆動状況を監視できる。
【００１９】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２及びドライバＩＣが、同一の樹脂パッケージ内に同梱され、パワー半導体装置５０がＭＣＭとして形成されている。図２は、パワー半導体装置５０の平面図を示す。図２は、ドライバＩＣ２０、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２の表面上を覆っている樹脂を省略した平面図を示す。
【００２０】
ドライバＩＣ２０が、ドライバＩＣ用のダイパッド６２ｃの上に配置されている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１が形成されたチップが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ用のダイパッド６２ａ上に配置されている。また、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のチップが、ドライバＩＣ２０とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とが配置された方向に平行な方向に延伸して、これらに隣接して、ローサイドＭＯＳＦＥＴ用のダイパッド６２ｂの上に配置されている。
【００２１】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１は、ドレイン電極（図示しない）を介してハイサイドＭＯＳＦＥＴ用のダイパッド６２ａと電気的に接続され、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のダイパッド６２ａと反対側の表面にソース電極パッド６１ａとゲート電極パッド１８ａとを備えている。詳細は省略するが、ソース電極パッド６１ａは、ソース電極（図示しない）と電気的に接続されており、ゲート電極パッド１８ａはゲート電極（図示しない）と電気的に接続されている。
【００２２】
ローサイドＭＯＳＦＥＴ２は、ドレイン電極（図示しない）を介してローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のダイパッド６２ｂと電気的に接続され、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ２のダイパッド６２ｂと反対側の表面にソース電極パッド６１ｂとゲート電極パッド１８ｂとを備えている。ソース電極パッド６１ｂは、ソース電極（図示しない）と電気的に接続されており、ゲート電極パッド１８ｂはゲート電極（図示しない）と電気的に接続されている。
【００２３】
入出力信号用の入出力電極パッド１５が、ドライバＩＣ２０のチップ表面に設けられている。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極（図示しない）へゲート出力を供給するためのハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用のゲート出力電極パッド１７ａと、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のゲート出力電極パッド１７ｂとが、さらにその表面に設けられている。
【００２４】
樹脂パッケージ６３が、上記３つの互いに離間分離したダイパッドの間と、ドライバＩＣ２０、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２の間を埋め込むように、また、ドライバＩＣ２０、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２をそれぞれ覆うように形成されている。
【００２５】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用のダイパッド６２ａと一体化したリード１６ａが、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のドレイン電極を樹脂パッケージ６３の外部に引き出すために、樹脂パッケージ６３から突出して設けられる。リード１６ａは、入力端子３に電気的に接続される。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極パッド６１ａとローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のダイパッド６２ｂとが、ボンディングワイヤ１９により電気的に接合されることで、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース電極（図示しない）とローサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電極（図示しない）とが、電気的に接続されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用のダイパッド６２ｂと一体化されたリード１６ｂ１が、樹脂パッケージ６３の外部にローサイドＭＯＳＦＥＴ２のドレイン電極（図示しない）を引き出すために、樹脂パッケージ６３から突出するように形成されている。リード１６ｂ１は、インダクタ４を介して出力端子７に電気的にて接続される。樹脂パッケージ６３の外部にローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極（図示しない）を引き出すためのリード１６ｂ２が、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用ダイパッド６２ｂと分離して、樹脂パッケージ６３から突出するように形成されている。ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極パッド６１ｂとリード１６ｂ２とが、ボンディングワイヤ１９により電気的に接続されることで、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２のソース電極が、樹脂パッケージの外部に引き出される。リード１６ｂ２は、接地端子ＧＮＤに電気的に接続される。
【００２６】
ドライバＩＣ２０の入出力信号を樹脂パッケージ６３の外部に引き出すためのリード１６ｃが、ドライバＩＣ２０用ダイパッド６２ｃと離間分離し、樹脂パッケージから突出するように形成されている。このリード１６ｃとドライバＩＣ２０の表面に形成された入出力電極パッド１５とをそれぞれボンディングワイヤが電気的に接続することで、樹脂パッケージの外部に入出力電極が引き出されている。リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４０に電気的に接続される。後述するＩＣ部温度検知素子１１の出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４０に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。後述の他の実施例や変形例においても、温度検知素子の出力は、上記のように過熱保護制御部に供給することができる。ドライバＩＣ２０のゲート出力電極パッド１７ａ及び１７ｂが、それぞれハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極パッド１８ａ及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２のゲート電極パッド１８ｂとボンディングワイヤ１９で電気的に接続されることで、ドライバＩＣ２０がそれぞれのＭＯＳＦＥＴにゲート信号を供給する。
【００２７】
また、ＩＣ部温度検知素子１１（第１の温度検知素子）が、ドライバＩＣ部の温度を検知するためにドライバＩＣ２０の表面上にさらに設けられている。ここで用いられる温度検知素子は、例えば、ポリシリコンからなるダイオードを、ドライバＩＣ２０のチップ表面上に形成された層間絶縁膜の上に形成しておき、ダイオードの温度と電流の関係から温度を検知する方法を備えてもよい。また他の一例としては、温度検知素子は、ポリシリコンからなる抵抗をドライバＩＣ２０のチップ表面上に層間絶縁膜を介して形成しておき、抵抗値と温度の関係から温度を検知する方法を備えてもよい。その他、温度とデバイス特性の関係から温度を検知できるデバイスであれば、温度検知素子として用いることが可能である。なお、本実施例では、温度検知素子がドライバＩＣ２０のチップ表面上に形成されている。これは温度検知素子がハイサイドＭＯＳＦＥＴなどのパワー半導体素子の表面上に形成されると、追加工程が増すことでコスト上昇をもたらすためである。
【００２８】
本実施例では、図２に示したように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用ダイパッド６２ａとドライバＩＣ２０用ダイパッド６２ｃとは、離間分離して設けられているが、両者は一体型となるように設けられてもよい。すなわち、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０が、同一のダイパッド上に、互いに離間分離して形成されてもよい。または、さらにハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０とが、同一チップにモノリシックに形成されていてもよい。
【００２９】
次に本実施例のパワー半導体システムであるＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作を図３から図５を用いて説明する。図３は、ＤＣ−ＤＣコンバータの過熱保護制御部が実行する過熱保護制御の内容をフローチャートにして示す。図１に示したように、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子に接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの負荷が、過負荷状態となって電流を消費すると、制御回路９は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を維持するために、ドライバＩＣ２０に供給するＰＷＭ信号のデューティ比を大きくする。これにより、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のＯＦＦ状態に対するＯＮ状態の比率が上がり、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１を流れる電流Ｉｄｓ１が増大する。この結果、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース・ドレイン間電圧をＶｄｓ１とすれば、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１での消費電力Ｉｄｓ１×Ｖｄｓ１が大きくなる。これが熱源となってハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が急激に上昇する。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の素子が破壊する温度を超えないように、過熱保護制御が実行される必要がある。すなわち、本実施例の過熱保護制御部４０は、ドライバＩＣ部２０の温度をＩＣ部温度検知素子１１を用いて検知し、ＩＣ部の温度が既定値以上になったときに、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流を遮断するように保護機能を持つ。
【００３０】
図４は、図２の一点鎖線Ａ−Ａ方向での、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びドライバＩＣ２０のチップ表面上での温度分布を示したグラフである。負荷が急激に変動することがない定常状態では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１が過負荷により発熱しても、この熱が伝搬し、隣接するドライバＩＣ２０の温度上昇を引き起こす。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度上昇が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０との間の熱抵抗に対して急激でなければ、図４中の実線で示したように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２０との温度差は、ほぼ同じである。この状態を定常状態の温度分布として以後説明する。
【００３１】
ハイサイドＭＯＳＦＥＴは、破壊する温度に対して十分余裕を持たせて設定された上限管理温度以下になるように温度管理されなければならない。負荷が急激に変化（負荷急変）しない定常状態では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度とドライバＩＣ部２０の温度はほぼ同じなので、ＩＣ部温度検知素子１１が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の上記上限管理温度と同じ温度を検知したら、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行する。このときのＩＣ部温度検知素子が検知する温度を定常モード温度検知レベルＴＴＳＤとする。また、過熱保護制御部４０がＩＣ部温度検知素子により定常モード温度検知レベルを用いてドライバＩＣ２０の温度を測定することを定常モードの温度検知と定義する。
【００３２】
ここで、負荷が急激に変化（負荷急変）した場合を考えると、図中一点鎖線で示したように、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の部分で温度が急上昇し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度とドライバＩＣ２０のＩＣ部温度測定点の温度との差は大きくなる。この状態を過渡状態と称する。過渡状態では、ＩＣ部温度測定点からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に向かうに従って、ドライバＩＣ２０の表面温度は徐々に上昇し、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の周辺で急激に温度が上昇する。定常モードでの温度検知を行い、ＩＣ部温度検知素子１１が定常モード温度検知レベルを超えたときに、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を開始したのでは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１は破壊されてしまう。また、定常モードでの温度検知レベルを十分に低い値とすると、定常状態で過熱保護動作の必要がないときでも、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を行い、半導体装置５０の運転率が悪くなる。パワー半導体システムとしては、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御を実行することが望まれる。
【００３３】
本実施例では、この不具合に対処するために、過熱保護制御部４０は、定常状態で温度を検知する定常モードの他に、負荷急変状態での温度を検知する過渡モードを備えている。この過渡モードでの温度検知及び過熱保護動作の実行の仕方を以下に説明する。
【００３４】
図５は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が上限管理温度になったときに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の動作が定常状態のときと過渡状態の時で、図２中の一点鎖線Ａ−Ａ方向での温度分布を比較したグラフである。定常状態では、前述のようにＩＣ部温度測定点の温度がほぼハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度と同じなので、ＩＣ部温度検知素子１１の測定温度が定常モード温度検知レベルに達したときに、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行すればよい。それに対して、過渡状態では、図５中に示したようにＩＣ部測定点の温度は、定常モード温度検知レベルＴＴＳＤよりも低い温度ＴＡＬＭとなっている。過渡モードの温度検知では、ＩＣ部温度検知素子１１の温度がＴＡＬＭとなったときに過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行する必要がある。このときの温度ＴＡＬＭを過渡モード温度検知レベルと称する。
【００３５】
本発明では、まずＩＣ部温度測定点でのＩＣ部温度検知素子の温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をし、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに、ＩＣ部温度検知素子の測定温度が達したら、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定の際には、負荷急変パラメータと称するものを用いる。このパラメータは、ＤＣ−ＤＣコンバータに接続されている負荷が急変したときに、ＤＣ−ＤＣコンバータ内で変化するパラメータとする。例えば、負荷が急変したときには、制御回路９はＰＷＭ信号のデューティ比の変化率を大きくする。また、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース・ドレイン電圧とソース・ドレイン電流から算出した電力値の変化率が急増する。または、負荷急変時には、図４に示したように、ドライバＩＣ２０のチップ表面では、ＩＣ部温度測定点からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に向かって温度が上昇する。この温度上昇も負荷急変パラメータとすることができる。その他、負荷急変に対応してＤＣ−ＤＣコンバータ内で変化するパラメータであれば、負荷急変パラメータとして用いることができる。本実施例では、負荷急変パラメータがＰＷＭ信号のデューティ比の変化率である場合について説明する。
【００３６】
負荷急変状態の程度により、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度とＩＣ部温度測定点での温度差が違う。負荷急変パラメータが負荷急変状態の程度を反映する。負荷急変パラメータの値が大きいほど、負荷急変状態の程度は大きくなる。すなわち本実施例の場合は、急激に負荷がかかり消費電流が高い時は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力電圧を維持するために、制御回路９はＰＷＭ信号のデューティ比を定常状態のときに比べて急激に増大しその変化率を大きくし、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が急上昇する。したがって、過熱保護制御部４０が過熱保護動作を実行する過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭは、低い値でなければならない。負荷急変の程度が大きいほど、負荷急変パラメータであるＰＷＭ信号のデューティ比の変化率が増大し、過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭは低く設定されなくてはならない。デューティ比の変化率と過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとの関係を図６に示した。例えば、予めＭＣＭのパワー半導体装置５０を用いて実験をして図６のデータを入手しておけば、ＤＣ−ＤＣコンバータ１００の過熱保護制御実行中に、過熱保護制御部４０は、ＰＷＭのデューティ比の変化率から適宜過渡モード温度検知レベルを決定することができる。このように、過熱保護制御部４０が、過渡モード温度検知レベルの値を、温度分布の状態に対応させて設定することで、不要な過熱保護動作の発生を防ぎ、効率よい過熱保護制御を可能にする。
【００３７】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、過熱保護制御部４０が上述の動作を制御する。過熱保護制御部４０の制御する内容を図３のフローチャートを用いて説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が定常状態のときをスタート地点として説明する。
【００３８】
まずはじめに、過熱保護制御部４０は、負荷急変パラメータである、制御回路９のＰＷＭ信号のデューティ比の変化率を算出する（Ｓ１０）。
【００３９】
過熱保護制御部は、次に、上記デューティ比の変化率が予め決めておいた規定値以上かどうかを判断する（Ｓ２０）。これは、例えば比較回路などで制御回路９の出力信号を参照電圧と比較することで可能である。ここで、デューティ比の変化率が規定値以上のときは、過熱保護制御部４０は、過熱保護制御部がＩＣ部温度測定点でＩＣ温度検知素子１１を用いて温度を検知するモードを過渡モードと判断する。そうでないときは、定常モードと判断する。
【００４０】
温度検知モードが過渡モードと判断された場合は、過熱保護制御部４０は、負荷急変パラメータである、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化率に応じた過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭを決定する（Ｓ３０）。この際、前述のように予めＰＷＭ信号のデューティ比の変化率と過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データを取得しておき、両者の関係式を用意することで、過渡モード温度検知レベルを決定することができる。または、過熱保護制御部４０は、上記関係式の代わりに、記憶手段に予め記憶されたＰＷＭ信号のデューティ比の変化量と過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、過渡モード温度検知レベルを決定してもよい。上記過渡モード温度検知レベルの決定（Ｓ３０）により、温度分布にあわせた最適な過渡モード温度検知レベルが設定され、効率のよい過熱保護制御が可能になる。適宜上記決定（Ｓ３０）を実行することで、温度検知レベルが最適に見直されるので、さらに効率のよい過熱保護制御が可能になる。
【００４１】
続いて、過熱保護制御部４０は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭを比較する（Ｓ４０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭより高い時は、過熱保護制御部４０は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流が遮断されるように過熱保護動作を行い（Ｓ５０）、そうでないときは、過熱保護動作は不要と判断して、スタートの状態に戻る。
【００４２】
ＰＷＭ信号のデューティ比が既定値以上かどうかの判断（Ｓ２０）において温度検知モードが定常モードと判断された場合は、過熱保護制御部４０は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと定常モード温度検知レベルＴＴＳＤを比較する（Ｓ６０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが定常モード温度検知レベルＴＴＳＤより高い場合は、過熱保護制御部４０は、過熱保護動作を実行する（Ｓ５０）。そうでないときは、スタートの状態に戻る。
【００４３】
以上説明した一連のステップ（Ｓ１０〜Ｓ６０）の制御内容を、過熱保護制御部４０が実施する。過熱保護制御部４０は、Ｓ１０〜Ｓ６０の各ステップの制御内容を実施する手段を備え、これら各手段から信号を送受信し、各手段の制御内容を規定の順に実施させる演算処理部を備えていてもよい。または、過熱保護制御部４０は、上記各ステップの制御内容を、それぞれの機能として備えていてもよい。
【００４４】
本実施例では、以上説明したように、まず、過熱保護制御部は、ＩＣ部温度検知素子を用いた温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をする。ＩＣ部温度検知素子の測定温度が、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに達したら、過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定には、負荷急変パラメータが用いられる。また、負荷急変パラメータの値の変化にあわせ適宜、負荷急変パラメータの値が大きいほど、過渡モード温度検知レベルは低く設定される。これにより過渡状態での温度分布の変化にあわせて、その都度過熱制御動作を行う温度検知レベルが見直されるので、過熱保護動作をしすぎることによる運転率の低下が低減される。以上のように、温度検知モードを定常モードだけで実行する場合に比べて、負荷急変パラメータにより定常モードと過渡モードを切り替えて実行すること、及び過渡モード温度検知レベルを負荷急変パラメータの値に応じて変化させることで、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現される。
【００４５】
本実施例では、負荷急変パラメータは、ＰＷＭ信号のデューティ比の変化率である。本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ１００では、上記制御内容を過熱保護制御部４０が実行することで、急激に負荷が急変するような場合でも、パワー半導体装置５０を急過熱による破壊から防止することができる。
【００４６】
なお、本実施例では、負荷急変パラメータとして制御回路９のＰＷＭ信号のデューティ比の変化率を用いて過熱保護制御を行っているが、例えば、過熱保護制御部４０は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のソース・ドレイン電圧とソース・ドレイン電流から電力値を算出し、この電力値の変化率を、負荷急変パラメータとして用いることも可能である。過熱保護制御部４０は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の実際の駆動状況を示しているパラメータを負荷急変パラメータとして用いることにより、急激に負荷が急変したときに速やかに過熱保護動作を実行することが可能となる。以上は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１対して負荷急変による過熱保護制御に関して説明したが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に考えることができる。
【実施例２】
【００４７】
本発明の実施例２を、図７から図１１を用いて説明する。図７は、本発明の実施例２のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの主要な構成を表すブロック図である。図８は、本発明の実施例２のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの主要な構成の一部分をパッケージしたパワー半導体装置５１の平面図である。図９は、本発明の実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００の過熱保護制御を示すフローチャートである。なお、実施例１で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号を用いその説明は省略する。
【００４８】
図７に示すように、実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、第１のパワー半導体素子１、第２のパワー半導体素子２、ＤＣ−ＤＣコンバータの入力端子３、インダクタ４、キャパシタ５、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力端子７、接地端子ＧＮＤ、ドライバＩＣ２１、制御回路９、及び過熱保護制御部４１、を有する。以下、実施例１との違いを詳細に説明し、同様な箇所は説明を省略する。
【００４９】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００は、以下の点で実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００と違う。
【００５０】
実施例１のドライバＩＣ２０は、ＩＣ部温度検知素子１１だけを温度検知素子として具備していたが、本実施例のドライバＩＣ２１は、ＩＣ部温度検知素子１１の他にさらに、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用の参照部温度検知素子（第２の温度検知素子）１２を備えている。参照部温度検知素子１２は、図８に示したように、ドライバＩＣ２１の表面上に配置され、ＩＣ部温度検知素子１１とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１との間に配置され、ドライバＩＣ２１の表面温度を測定する。好ましくは、ドライバＩＣ２１の表面上で、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の近傍に配置される。参照部温度検知素子１２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に近いほど望ましい。参照部温度検知素子１２は、ドライバＩＣ２１表面上でのＩＣ部温度検知素子からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１へ向かった温度上昇ΔＴを検知するためのものである。
【００５１】
ドライバＩＣ２１は、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２の出力をそれぞれ過熱保護制御部４１へ供給する。例えば、実施例１同様に、リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４１に電気的に接続される。ＩＣ部温度検知素子１１及び参照部温度検知素子１２のそれぞれの出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４１に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。過熱保護制御部４１は、ＩＣ部温度検知素子１１で検知した温度ＴＩＣと参照部温度検知素子１２で検知した温度ＴＲとの温度差ΔＴを算出し、これを負荷急変パラメータとして用いる。すなわち本実施例では、ＩＣ部温度検知素子１１で検知した温度ＴＩＣと参照部温度検知素子１２で検知した温度ＴＲとの温度差ΔＴが、負荷急変パラメータとして用いられる点が実施例１とは違う。実施例１で制御回路９は過熱保護制御部４０にＰＷＭ信号をフィードバックしていたが、これは不要である。
【００５２】
本実施例の過熱保護制御の特徴を説明する。図１０に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の温度が上限管理温度となったときの、定常状態と過渡状態における、図８に示したＢ−Ｂ方向でのハイサイドＭＯＳＦＥＴ１からドライバＩＣ２１への温度分布を示したものである。なお、図中過渡状態（大レベル）と示した温度分布は、過渡状態（中レベル）の温度分布より、負荷の急変が大きく、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の部分で急激に温度上昇をもたらしている様子を示す。両過渡状態のＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴをそれぞれ、ΔＴ１及びΔＴ２としている。定常状態では、実施例１同様に定常モード温度検知レベルは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の上限管理温度とほぼ同じ温度ＴＴＳＤである。過熱保護制御部４１は、過渡状態（中レベル）と過渡状態（大レベル）でそれぞれ、Ｔ１及びＴ２を過渡モード温度検知レベルに設定している。
【００５３】
本実施例では、負荷急変パラメータは、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴである。負荷の急変状態に応じて、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴは変化し、実施例１の負荷急変パラメータと同様に、本実施例の負荷急変パラメータは、負荷の急変により変化する。そして、負荷急変パラメータの値が大きいほど、過渡モード温度検知レベルが小さく設定される。すなわち、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴが大きいほど、過渡モード温度検知レベルが小さく設定される。図１１は、過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭと、ＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴと、の関係をグラフに示す。本実施例も第１の実施例同様に、予めＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データが取得され、両者の関係式を用意することで、過渡モード温度検知レベルが決定されることができる。或いは、上記関係式の代わりに、記憶手段に予め記憶されたＩＣ温度検知素子１１と参照部温度検知素子１２との温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、過渡モード温度検知レベルが決定されることも可能である。
【００５４】
ここで、上記関係式として、ほぼ以下の関係にあることがわかった。参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤ、係数をＫ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭとしたときに、ＴＡＬＭ＝ＴＴＳＤ−Ｋ・ΔＴに従う。そこで、過熱保護制御部４１は、ドライバＩＣから供給された参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度から、温度差ΔＴを算出し、上記式から、過渡モード温度検知レベルを随時設定する。この過渡モード温度検知レベルを用いて、過熱保護制御部４１は、実施例１同様に過熱保護制御を実行することができる。以下に図９のフローチャートを用いて、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００の過熱保護制御部４１が実行する制御内容を説明する。
【００５５】
ＤＣ−ＤＣコンバータ１００が定常状態のときをスタート地点として説明する。まずはじめに、過熱保護制御部４１は、負荷急変パラメータである、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差ΔＴを算出する（Ｓ１１）。
【００５６】
次に、過熱保護制御部４１は、上記温度差ΔＴの変化量が予め決めておいた規定値以上かどうかを判断する（Ｓ２１）。ここで、規定値以上のときは、過熱保護制御部４１は、ＩＣ温度検知素子１１で温度を検知するモードを過渡モードとする。そうでないときは、定常モードとする。上記温度差ΔＴが既定値以上かどうかの判断は、例えば、比較記を用いて参照電圧とΔＴ比較することで可能である。
【００５７】
温度検知モードが過渡モードと判断された場合は、負荷急変パラメータである、過熱保護制御部４１は、温度差ΔＴに応じた過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭを決定する（Ｓ３１）。この際、前述のように予め温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データが取得され、両者の関係式が用意されることで、過熱保護制御部４１は、過渡モード温度検知レベルを決定することができる。関係式の一例としては、前述したように、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤ、係数をＫ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭとしたときに、ＴＡＬＭ＝ＴＴＳＤ−Ｋ・ΔＴを用いる。或いは、上記近似式の代わりに、記憶手段に予め記憶された温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとの対応表に基づいて、過熱保護制御部４１は、過渡モード温度検知レベルを決定してもよい。上記過渡モード検知レベルの決定（Ｓ３１）により、温度分布にあわせた最適な過渡モード温度検知レベルが設定され、効率のよい過熱保護制御が可能となる。さらに、適宜上記過渡モード検知レベルの決定（Ｓ３１）を実行することで、適宜過渡モード温度検知レベルが最適に見直されるので、さらに効率のよい過熱保護制御が可能になる。
【００５８】
続いて、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと決定した過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとが比較される（Ｓ４０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度が過渡モード温度検知レベルより高い時は、過熱保護制御部４１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流を遮断するように過熱保護動作を行（Ｓ５０）い、そうでないときは、過熱保護動作は不要と判断して、スタートの状態に戻る。
【００５９】
上記温度差ΔＴが既定値以上かどうかの判断（Ｓ２１）において温度検知モードが定常モードと判断された場合は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣと定常モード温度検知レベルＴＴＳＤが比較される（Ｓ６０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが定常モード温度検知レベルＴＴＳＤより高い場合は、過熱保護制御部４１は、過熱保護動作を実行する（Ｓ５０）。そうでないときは、スタートの状態であるステップ０に戻る。
【００６０】
以上説明した一連のステップ（Ｓ１１、２１、３１、４０、５０、及び６０）の制御内容を、過熱保護制御部４１が実行する。過熱保護制御部４１は、Ｓ１１、２１、３１、４０、５０、及び６０の各ステップの制御内容を実行する手段を備え、これら各手段から信号を送受信し、各手段の制御内容を規定の順に実行させる演算処理部を備えていてもよい。或いは、過熱保護制御部４１は、上記各ステップの制御内容を、それぞれの機能として備えていてもよい。
【００６１】
以上説明したように、本実施例においても実施例１同様に、過熱保護制御部は、ＩＣ部温度測定点でのＩＣ部温度検知素子の温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をする。ＩＣ部温度検知素子の測定温度が、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに達したら、過熱保護制御部は、過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定には、負荷急変パラメータを用いる。また、過渡モード温度検知レベルは、負荷急変パラメータの値の変化にあわせ適宜、負荷急変パラメータの値が大きいほど低く設定される。これにより過渡状態での温度分布の変化にあわせて、過熱制御動作を行う温度検知レベルが見直されるので、過熱保護動作をしすぎることによる運転率の低下が低減される。以上のように、温度検知モードを定常モードだけで行う場合に比べて、負荷急変パラメータの値に基づいて定常モードと過渡モードを切り替えて実行すること、及び過渡モード温度検知レベルを負荷急変パラメータの値に応じて変化させることで、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現される。
【００６２】
本実施例では、負荷急変パラメータは、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差ΔＴである。本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２００においても、過熱保護制御部４１が上記制御内容を実行することで、急激に負荷が急変するような場合でも、パワー半導体装置５０を急加熱による破壊から防止することができる。また、本実施例では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対して負荷急変による過熱保護制御を実行する例を説明したが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に実行することが可能である。
【００６３】
次に本実施例の変形例を説明する。本実施例の変形例の説明においても、実施例２に対して実施例２と違う点を詳細に説明し、同様な構成部に関しては説明を省略する。図１２は、本発明の実施例２の変形例のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータの主要な構成の一部分をパッケージしたパワー半導体装置５２を示す平面図である。図１３は、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１の過熱保護制御のフローチャートである。
【００６４】
本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１は、以下の点で実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２００と違う。図１２に示すように、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１は、ドライバＩＣ２２の表面上に、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２とＩＣ部温度検知素子１１との間に配置されたローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３（第３温度検知素子）をさらに備える。すなわち、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１は、ドライバＩＣ２２の表面上に、ＩＣ部温度検知素子１１（第１の温度検知素子）とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２（第２の温度検知素子）及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３（第３の温度検知素子）を備える。このローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３は、実施例２のハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２同様に、ドライバＩＣ２２の表面上に配置され、ＩＣ部温度検知素子１１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２との間に配置され、ドライバＩＣ２２の表面温度を測定する。好ましくは、参照部温度検知素子１３は、ドライバＩＣ２２の表面上で、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２の近傍に配置され、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に近いほど望ましい。ローサイドＭＯＳＦＥＴ用参照部温度検知素子１３は、ドライバＩＣ２２表面上でのＩＣ部温度検知素子１１から図１２のＣ２−Ｃ２方向に沿ってローサイドＭＯＳＦＥＴ２へ向かった温度上昇ΔＴｂを検知することができる。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２は、実施例２同様に、ドライバＩＣ２２表面上でのＩＣ部温度検知素子１１から図１２のＣ１−Ｃ１方向に沿ってハイサイドＭＯＳＦＥＴ１へ向かった温度上昇ΔＴａを検知することができる。
【００６５】
ドライバＩＣ２２は、ＩＣ温度検知素子１１とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３の出力をそれぞれ過熱保護制御部４２へ供給する。例えば、実施例１同様に、リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４２に電気的に接続される。ＩＣ部温度検知素子１１、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３のそれぞれの出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４２に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。
【００６６】
本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１の過熱保護制御部４２（図示せず）が行う過熱保護制御のフローチャートは、図１３に示すように、以下の点で、図９に示した実施例２のフローチャートと違う。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対して参照部温度検知素子１２の測定温度ＴＲａとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴａを算出していた（Ｓ１１）が、さらにローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても、参照部温度検知素子１３の測定温度ＴＲｂとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴｂを算出する（Ｓ１２）。次に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対してだけ、温度差ΔＴａが既定値以上かどうかを判断（Ｓ２１）していたが、さらにローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても温度差ΔＴｂが規定値以上かどうかを判断する。この両者はそれぞれの規定値をもち、少なくともどちらかがその既定値を超えているかどうかを判断する（Ｓ２２）。その後、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対してだけ過渡モード検知レベルが決定される（Ｓ３１）のではなく、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対する過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対する過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ２とが算出される（Ｓ３２）。その後、さらに、ＴＡＬＭ１とＴＡＬＭ２のうち低い方が過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭと決定される（Ｓ３３）。上記制御内容以外は、実施例２と同じ制御内容が実行される。
【００６７】
以下、図１３に示したフローチャートを参照しつつ、過熱保護制御部４２が実行する過熱保護制御を説明する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２０１が定常状態のときをスタート地点として説明する。まずはじめに、過熱保護制御部４２は、負荷急変パラメータである、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子１２の測定温度ＴＲａとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴａを算出し、さらに、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子１３の測定温度ＴＲｂとＩＣ部温度検知素子１１の測定温度ＴＩＣとの温度差ΔＴｂを算出する（Ｓ１２）。
【００６８】
上記温度差ΔＴａとΔＴｂのうち少なくともどちらかが、予め決めておいたそれぞれの規定値以上かどうかを判断する（Ｓ２２）。ここで、上記温度差ΔＴａとΔＴｂのどちらか規定値以上のときは、過熱保護制御部４２は、ＩＣ温度検知素子で温度を検知するモードを過渡モードとする。そうでないときは、定常モードとする。
【００６９】
ΔＴａとΔＴｂのどちらかが既定値以上かどうかの判断（Ｓ２２）で温度検知モードが過渡モードと判断された場合は、過熱保護制御部４２は、負荷急変パラメータである、それぞれの温度差ΔＴａとΔＴｂとに応じた過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ１とＴＡＬＭ２とを決定する（Ｓ３２）。この際、実施例２の図１０及び図１１に示したようにハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２とのそれぞれに対して、予め温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルを対応づける実験データが取得され、両者の関係式が用意されることで、過渡モード温度検知レベルが決定されることができる。関係式の一例としては、実施例２同様に、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対しては、参照部温度検知素子１２の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴａ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤａ、係数をＫａ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭ１としたときに、ＴＡＬＭ１＝ＴＴＳＤａ−Ｋａ・ΔＴａを用いる。また、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に、参照部温度検知素子１３の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差をΔＴｂ、定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤｂ、係数をＫｂ、過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭ２としたときに、ＴＡＬＭ２＝ＴＴＳＤｂ−Ｋｂ・ΔＴｂを用いる。或いは、上記関係式の代わりに、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対して、記憶手段に予め記憶されたそれぞれの温度差ΔＴと過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、過渡モード温度検知レベルが決定されることも可能である。上記過渡モード温度検知レベルの決定（Ｓ３２）により、過渡モード温度検知レベルが、温度分布にあわせて最適設定され、効率のよい過熱保護制御が可能になる。さらに、過熱保護制御部４２が、適宜この過渡モード温度検知レベルを決定（Ｓ３２）することで、適宜温度検知レベルが最適に見直されるので、さらに効率のよい過熱保護制御が可能になる。
【００７０】
続いて、過熱保護制御部４２は、上記決定されたハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用の過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ１とローサイドＭＯＳＦＥＴ２用の過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭ２とのうち、低いほうの値を最終的に過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭと決定する（Ｓ３３）。
【００７１】
続いて、過熱保護制御部４２は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣとステップ３３で決定した過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭとを比較する（Ｓ４０）。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが過渡モード温度検知レベルＴＡＬＭより高い時は、過熱保護制御部４２は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の電流が遮断されるように過熱保護動作を行う（Ｓ５０）を実行し、そうでないときは、過熱保護動作は不要と判断して、スタートの状態に戻る。
【００７２】
温度検知モードが定常モードと判断した場合は、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣは定常モード温度検知レベルＴＴＳＤと比較される（Ｓ６０）。ただし、定常モード温度検知レベルＴＴＳＤ値は、予め、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用の定常モード温度検知レベルＴＴＳＤａとローサイドＭＯＳＦＥＴ２用の定常モード温度検知レベルＴＴＳＤｂとのうち値の小さい方である。ここで、ＩＣ温度検知素子１１で測定した温度ＴＩＣが定常モード温度検知レベルＴＴＳＤより高い場合は、過熱保護制御部４２は、過熱保護動作を実行する（Ｓ５０）を実行する。そうでないときは、スタートの状態に戻る。
【００７３】
過熱保護制御部４２は、以上説明した一連のステップ（Ｓ１２、２２、３２、３３、４０、５０、及び６０）の制御内容を実行する。過熱保護制御部４２は、Ｓ１２、２２、３２、３３、４０、５０、及び６０の各ステップの制御内容を実行する手段を備え、これら各手段から信号を送受信し、各手段の制御内容を規定の順に実施させる演算処理部を備えていてもよい。或いは、過熱保護制御部４２は、上記各ステップの制御内容を、それぞれの機能として備えていてもよい。
【００７４】
以上説明したように、本変形例においても実施例１同様に、ＩＣ部温度測定点でのＩＣ部温度検知素子の温度検知モードが、定常モードか過渡モードかの判定をする。ＩＣ部温度検知素子の測定温度が、定常モードのときは定常モード温度検知レベルに、過渡モードのときは過渡モード温度検知レベルに達したら、過熱保護制御部は過熱保護動作を行う。温度検知モードが定常モードか過渡モードかの判定には、負荷急変パラメータ用いられる。また、過渡モード温度検知レベルは、負荷急変パラメータの値の変化にあわせ適宜、負荷急変パラメータの値が大きいほど低く設定される。これにより過渡状態での温度分布の変化にあわせて、その都度過熱制御動作を行う温度検知レベルが見直されるので、過熱保護動作をしすぎることによる運転率の低下が低減される。以上のように、温度検知モードを定常モードだけで行う場合に比べて、負荷急変パラメータにより定常モードと過渡モードを切り替えて実行すること、及び過渡モード温度検知レベルを負荷急変パラメータの値に応じて変化させることで、効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現される。
【００７５】
本変形例では、負荷急変パラメータは、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１及びローサイドＭＯＳＦＥＴ２のそれぞれに対して、参照部温度検知素子の測定温度とＩＣ部温度検知素子１１の測定温度との温度差ΔＴとしている。本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１においても、上記制御内容を過熱保護制御部４２が実行することで、急激に負荷が急変するような場合でも、パワー半導体装置５２を急加熱による破壊から防止することができる。
【実施例３】
【００７６】
本発明の実施例３のＤＣ−ＤＣコンバータ３００を説明する。なお、実施例１で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号を用いその説明は省略する。本発明の実施例３のパワー半導体システムの一例であるＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、樹脂パッケージ内に阻止が同一梱包されたＭＣＭのパワー半導体装置５３において実施例１と違う。ＤＣ−ＤＣコンバータの構成は実施例１の図１と同じであり、過熱保護制御の流れも実施例１の図３に示したフローチャートと同じである。図１４は、本実施例のパワー半導体装置５３の平面図を示したものである。
【００７７】
本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータ３００は、以下の点で実施例１のＤＣ−ＤＣコンバータ１００と違う。本実施例では、ＩＣ部温度検知素子１１が、ドライバＩＣ２３の表面上で、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極パッド１８ａと電気的に接続されたゲート出力電極パッド１７ａに隣接して配置されている点で実施例１と異なる。図１５は、図１４中のＤ−Ｄ方向に沿ったドライバＩＣ２３からハイサイドＭＯＳＦＥＴ１までの温度分布を示す。ドライバＩＣ２３は、ＩＣ温度検知素子１１の出力を過熱保護制御部４０へ供給する。例えば、実施例１同様に、リード１６ｃの一部は、制御回路９に電気的に接続され、他の一部は過熱保護制御部４０に電気的に接続される。ＩＣ部温度検知素子１１の出力は、図示しない配線を介して入出力電極パッド１５の一部に引き出され、リード１６ｃの他の一部を介して過熱保護制御部４０に供給される。または、入出力電極パッド１５を介さずに、直接ボンディングワイヤでリード１６ｃの他の一部に引き出してもよい。後述の本実施例の変形例においても同様である。
【００７８】
実施例１の図５の場合に比べて、本実施例では、ＩＣ部温度検知素子１１が、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１側に配置されている。さらに、ＩＣ部温度検知素子１１がゲート出力電極パッド１７ａに隣接して配置されている。急激に負荷が急変して過渡状態になっても、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１で急激に発生した熱は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１のゲート電極パッド１８ａ、ボンディングワイヤ１９、及びドライバＩＣ２３上のゲート出力電極パッド１７ａを通じて、ドライバＩＣ２３に伝えられる。このため、ＩＣ部温度検知素子１１が測定するドライバＩＣ２３部の温度とハイサイドＭＯＳＦＥＴ１部との温度差を、実施例１に比べて小さくすることができる。この結果、過渡状態か定常状態かに関わらず、過熱保護制御部４０が定常モードの温度検知モードしか備えていなくても、ハイサイドＭＯＳＦＥＴの上限管理温度以下でＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることができる。効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現できる。すなわち、ＤＣ−ＤＣコンバータは、図３に示した実施例１のＳ６０での温度検知及びＳ５０での過熱保護動作だけを実行するだけでよい。しかしながら、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータは、ＩＣ部温度検知素子以外は実施例１と同様な構成を備えることで、実施例１よりさらに過渡モード温度検知レベルを高く設定することができる。この結果、実施例１よりもさらに運転効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現できる。
【００７９】
なお、本実施例のパワー半導体装置５３を実施例１の過熱保護制御を有するＤＣ−ＤＣコンバータ１００に用いた例を説明したが、実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２００やその変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１に用いることも可能である。
【００８０】
また、本実施例のＩＣ部温度検知素子１１は、ゲート出力電極パッド１７ａに隣接して設けられているが、後述の本実施例の変形例に示すように、ゲート出力電極パッド１７ａとドライバＩＣ２４の表面の間に挟まれるように設けられてもよい。
【００８１】
次に本実施例の変形例について説明する。図１６は、本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１のパワー半導体装置５４の平面図を示す。本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、以下の点で実施例３のＤＣ−ＤＣコンバータ３００と違う。本変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１の表面上にゲートパッド１８ａの他に、さらに金属からなる放熱パッド６５（第１の金属パッド）を備えており、ドライバＩＣ２４の表面上にゲート出力パッド１７ａの他に、受熱パッド６４（第２の金属パッド）を備えている。この放熱パッド６５と受熱パッド６４は、ボンディングワイヤ１９により互いに電気的に接続している。ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１から、ゲート電極パッド１８ａ、ボンディングワイヤ１９及びゲート出力電極パッド１７ａを経て、ドライバＩＣ２４に熱が伝達されるのと同じように、放熱パッド６５、ボンディングワイヤ１９及び受熱パッド６４を経て、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１からドライバＩＣ２４へ熱が伝達される。この放熱パッド６５と受熱パッド６４は、それぞれ電気が流れる必要がないので、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１とドライバＩＣ２４の他の電極から絶縁されていてもよい。ＩＣ部温度検知素子１１は、ドライバＩＣ２４の表面と、受熱パッド６４の間に挟まれて配置されている。
【００８２】
上記以外は、実施例３のＤＣ−ＤＣコンバータと同じ構成である。すなわち、実施例３同様に、ＤＣ−ＤＣコンバータ３０１は、ＩＣ部温度検知素子１１以外は実施例１と同様な構成を備えることで、実施例１よりさらに高い過渡モード温度検知レベルを有することができる。この結果、実施例１よりもさらに効率がよく信頼性の高い過熱保護制御が実現できる。実施例１の過熱保護制御を有するＤＣ−ＤＣコンバータ１００が本変形例のパワー半導体装置５４を有した例で説明したが、実施例２のＤＣ−ＤＣコンバータ２００やその変形例のＤＣ−ＤＣコンバータ２０１が本変形例のパワー半導体装置５４を有することも可能である。本変形例では、放熱パッド６５、ボンディングワイヤ１９及び受熱パッド６４を経て、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１からドライバＩＣ２４へ熱が伝達されるので、ＩＣ部温度検知素子１１が測定するドライバＩＣ２３部の温度と、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１部との温度差を、実施例３に比べてさらに小さくすることができる。本変形例においても実施例３同様に、過渡状態か定常状態かに関わらず、過熱保護制御部４０が定常モードだけの温度検知モードしか備えていなくても、ハイサイドＭＯＳＦＥＴの上限管理温度以下でＤＣ−ＤＣコンバータを動作させることができる。
【００８３】
本実施例及び変形例では、ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１に対して負荷急変による過熱保護制御を実行する例を説明したが、ローサイドＭＯＳＦＥＴ２に対しても同様に実行することが可能である。
【００８４】
本発明のパワー半導体システムをＤＣ−ＤＣコンバータを例に実施例及び変形例を用いて説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種種変形することは可能である。説明に用いたそれぞれの実施例や変形例を組み合わせることも可能である。また、前述の各実施例や各変形例において、半導体システムにおける本発明の態様の説明を容易にするために、制御回路９と過熱保護制御部４０、４１、及び４２は、一例として、ＭＣＭである半導体装置５０、５１、５２、５３及び５４の外部に設けられているとして説明した。しかしながら、設計に対応して、制御回路及び過熱保護制御部は、それぞれが、半導体装置内に同一パッケージされることも勿論可能である。或いは、制御回路及び過熱保護制御部は、それぞれ、ドライバＩＣとモノリシックに同一チップ内に形成されることも可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ
２ ローサイドＭＯＳＦＥＴ
３ 入力端子
４ インダクタ
５ キャパシタ
７ 出力端子
８ 負荷
９ 制御回路
１１ ＩＣ部温度検知素子
１２ ハイサイドＭＯＳＦＥＴ１用参照部温度検知素子
１３ ローサイドＭＯＳＦＥＴ２用参照部温度検知素子
１５ ドライバＩＣ部入出力電極パッド
１６ａ、１６ｂ１、１６ｂ２、１６ｃ リード
１７ａ、１７ｂ ゲート出力電極パッド
１８ａ、１８ｂ ゲート電極パッド
１９ ボンディングワイヤ
２０、２１、２２、２３、２４ ドライバＩＣ
４０、４１、４２ 過熱保護制御部
５０、５１、５２、５３、５４ 半導体装置
６１ａ、６１ｂ ソース電極パッド
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ ダイパッド
６３ 樹脂
１００、２００ ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＧＮＤ 接地端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を制御電極により制御する第１のパワー半導体素子と、前記第１のパワー半導体素子のオン状態とオフ状態を制御するドライバＩＣと、前記ドライバＩＣの温度を検知する第１の温度検知素子と、
前記ドライバＩＣに制御信号を供給する制御回路と、
前記第１の温度検知素子の出力に基づいて前記制御回路を制御し前記第１のパワー半導体素子を保護する過熱保護制御部と、
を備え、
前記過熱保護制御部は、
前記パワー半導体素子が負荷急変状態になると、前記ドライバＩＣの温度検知モードが、定常モードまたは過渡モードの判定をし、
前記定常モードの場合には前記第１の温度検知素子の測定温度が定常モード温度検知レベルになると、前記過渡モードの場合には前記第１の温度検知素子の測定温度が過渡モード温度検知レベルになると、過熱保護動作を行うことを特徴とするパワー半導体システム。
【請求項２】
前記過熱保護制御部は、
前記パワー半導体素子が負荷急変状態であることを表す負荷急変パラメータを測定し、
前記負荷急変パラメータが規定値以上であるときに前記温度検知モードを前記過渡モードとし、それ以外のときは前記定常モードとし、
前記過渡モードと判断した場合には、
前記負荷急変パラメータの値に対応して変化する前記過渡モード温度検知レベルを決定し、
前記第１の温度検知素子の測定温度と、前記過渡モード温度検知レベルとを比較して、
前記測定温度が前記過渡モード温度検知レベルより高いと判断したときは、前記第１のパワー半導体素子の電流が遮断されるように過熱保護動作を行い、
前記定常モードと判断した場合は、
前記過渡モード温度検知レベルより値が大きくて前記負荷急変パラメータの値に値が依存しない前記定常モード温度検知レベルと、前記第１の温度検知素子で測定した前記測定温度とを比較し、前記測定温度が前記定常モード温度検知レベルよりも高いときは、前記過熱保護動作を行うことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体システム。
【請求項３】
前記ドライバＩＣは、さらに第２の温度検知素子を備え、前記第２の温度検知素子は、前記第１の温度検知素子と前記第１のパワー半導体素子との間に配置され、前記第２の温度検知素子の測定温度と前記第１の温度検知素子の測定温度との温度差を、前記負荷急変パラメータとすることを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体システム。
【請求項４】
前記温度差と前記過渡モード温度検知レベルと、の関係を表す関係式に従って前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項３に記載のパワー半導体システム。
【請求項５】
前記温度差をΔＴ、前記定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤ、係数をＫ、前記過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭとしたときの関係式
ＴＡＬＭ＝ＴＴＳＤ−Ｋ・ΔＴ
に従って前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項４に記載のパワー半導体システム。
【請求項６】
記憶手段に記憶された前記第２の温度検知素子の測定温度と前記第１の温度検知素子の測定温度との前記温度差と、前記過渡モード温度検知レベルと、の対応表に基づいて、前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項３に記載のパワー半導体システム。
【請求項７】
第２のパワー半導体素子と、前記第１の温度検知素子と前記第２のパワー半導体素子との間に配置された第３の温度検知素子をさらに備え、
前記第３の温度検知素子の測定温度と前記第１の温度検知素子の測定温度との第２の温度差を第２の負荷急変パラメータとし、
前記温度差と前記第２の温度差の、いずれかが規定値以上であるときに過渡モードとし、それ以外のときは定常モードと判断し、
前記第２の温度差をΔＴ２、係数をＫ２、第２の過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭ２としたときの関係式
ＴＡＬＭ２＝ＴＴＳＤ−Ｋ２・ΔＴ２
に従う前記第２の過渡モード温度検知レベルを決定し、
前記過渡モード温度検知レベルと前記第２の過渡モード温度検知レベルのうちの値の小さい方を、前記過渡モード温度検知レベルと決定することを特徴とする請求項５に記載のパワー半導体システム。
【請求項８】
前記負荷急変パラメータは、前記制御回路から前記ドライバＩＣに供給される制御信号であるパルス信号のデューティ比の変化率であり、前記デューティ比の変化率と前記過渡モード温度検知レベルとの関係を表す関係式に従って前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体システム。
【請求項９】
前記負荷急変パラメータは、前記制御回路から前記ドライバＩＣに供給される制御信号であるパルス信号のデューティ比の変化率であり、記憶手段に記憶された前記デューティ比の変化率と前記過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体システム。
【請求項１０】
前記第１のパワー半導体素子はゲート電極に接続するゲートパッドをさらに備え、前記ドライバＩＣは前記半導体素子にゲート信号を出力するゲート出力パッドをさらに備え、前記ゲートパッドと前記ゲート出力パッドとはボンディングワイヤで互いに接続され、前記ゲート出力パッドに隣接した前記ドライバＩＣの表面上に、または前記ゲート出力パッドと前記ドライバＩＣの表面との間に挟まれて、前記第１の温度検知素子が配置されていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載のパワー半導体システム。
【請求項１１】
前記第１のパワー半導体素子は、第１の金属パッドと、ゲート電極に接続するゲートパッドとをさらに備え、前記ドライバＩＣは、第２の金属パッドと、前記半導体素子にゲート信号を出力するゲート出力パッドとをさらに備え、前記ゲートパッドと前記ゲート出力パッドとは第１のボンディングワイヤで互いに接続され、前記第１の金属パッドと前記第２の金属パッドとは第２のボンディングワイヤで互いに接続され、前記第２の金属パッドに隣接した前記ドライバＩＣの表面上に、または前記第２の金属パッドと前記ドライバＩＣの表面との間に挟まれて、前記第１の温度検知素子が配置されていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載のパワー半導体システム。
【請求項１】
第１の電極と第２の電極との間を流れる電流を制御電極により制御する第１のパワー半導体素子と、前記第１のパワー半導体素子のオン状態とオフ状態を制御するドライバＩＣと、前記ドライバＩＣの温度を検知する第１の温度検知素子と、
前記ドライバＩＣに制御信号を供給する制御回路と、
前記第１の温度検知素子の出力に基づいて前記制御回路を制御し前記第１のパワー半導体素子を保護する過熱保護制御部と、
を備え、
前記過熱保護制御部は、
前記パワー半導体素子が負荷急変状態になると、前記ドライバＩＣの温度検知モードが、定常モードまたは過渡モードの判定をし、
前記定常モードの場合には前記第１の温度検知素子の測定温度が定常モード温度検知レベルになると、前記過渡モードの場合には前記第１の温度検知素子の測定温度が過渡モード温度検知レベルになると、過熱保護動作を行うことを特徴とするパワー半導体システム。
【請求項２】
前記過熱保護制御部は、
前記パワー半導体素子が負荷急変状態であることを表す負荷急変パラメータを測定し、
前記負荷急変パラメータが規定値以上であるときに前記温度検知モードを前記過渡モードとし、それ以外のときは前記定常モードとし、
前記過渡モードと判断した場合には、
前記負荷急変パラメータの値に対応して変化する前記過渡モード温度検知レベルを決定し、
前記第１の温度検知素子の測定温度と、前記過渡モード温度検知レベルとを比較して、
前記測定温度が前記過渡モード温度検知レベルより高いと判断したときは、前記第１のパワー半導体素子の電流が遮断されるように過熱保護動作を行い、
前記定常モードと判断した場合は、
前記過渡モード温度検知レベルより値が大きくて前記負荷急変パラメータの値に値が依存しない前記定常モード温度検知レベルと、前記第１の温度検知素子で測定した前記測定温度とを比較し、前記測定温度が前記定常モード温度検知レベルよりも高いときは、前記過熱保護動作を行うことを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体システム。
【請求項３】
前記ドライバＩＣは、さらに第２の温度検知素子を備え、前記第２の温度検知素子は、前記第１の温度検知素子と前記第１のパワー半導体素子との間に配置され、前記第２の温度検知素子の測定温度と前記第１の温度検知素子の測定温度との温度差を、前記負荷急変パラメータとすることを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体システム。
【請求項４】
前記温度差と前記過渡モード温度検知レベルと、の関係を表す関係式に従って前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項３に記載のパワー半導体システム。
【請求項５】
前記温度差をΔＴ、前記定常モード温度検知レベルをＴＴＳＤ、係数をＫ、前記過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭとしたときの関係式
ＴＡＬＭ＝ＴＴＳＤ−Ｋ・ΔＴ
に従って前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項４に記載のパワー半導体システム。
【請求項６】
記憶手段に記憶された前記第２の温度検知素子の測定温度と前記第１の温度検知素子の測定温度との前記温度差と、前記過渡モード温度検知レベルと、の対応表に基づいて、前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項３に記載のパワー半導体システム。
【請求項７】
第２のパワー半導体素子と、前記第１の温度検知素子と前記第２のパワー半導体素子との間に配置された第３の温度検知素子をさらに備え、
前記第３の温度検知素子の測定温度と前記第１の温度検知素子の測定温度との第２の温度差を第２の負荷急変パラメータとし、
前記温度差と前記第２の温度差の、いずれかが規定値以上であるときに過渡モードとし、それ以外のときは定常モードと判断し、
前記第２の温度差をΔＴ２、係数をＫ２、第２の過渡モード温度検知レベルをＴＡＬＭ２としたときの関係式
ＴＡＬＭ２＝ＴＴＳＤ−Ｋ２・ΔＴ２
に従う前記第２の過渡モード温度検知レベルを決定し、
前記過渡モード温度検知レベルと前記第２の過渡モード温度検知レベルのうちの値の小さい方を、前記過渡モード温度検知レベルと決定することを特徴とする請求項５に記載のパワー半導体システム。
【請求項８】
前記負荷急変パラメータは、前記制御回路から前記ドライバＩＣに供給される制御信号であるパルス信号のデューティ比の変化率であり、前記デューティ比の変化率と前記過渡モード温度検知レベルとの関係を表す関係式に従って前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体システム。
【請求項９】
前記負荷急変パラメータは、前記制御回路から前記ドライバＩＣに供給される制御信号であるパルス信号のデューティ比の変化率であり、記憶手段に記憶された前記デューティ比の変化率と前記過渡モード温度検知レベルとの対応表に基づいて、前記過渡モード温度検知レベルを決定することを特徴とする請求項２に記載のパワー半導体システム。
【請求項１０】
前記第１のパワー半導体素子はゲート電極に接続するゲートパッドをさらに備え、前記ドライバＩＣは前記半導体素子にゲート信号を出力するゲート出力パッドをさらに備え、前記ゲートパッドと前記ゲート出力パッドとはボンディングワイヤで互いに接続され、前記ゲート出力パッドに隣接した前記ドライバＩＣの表面上に、または前記ゲート出力パッドと前記ドライバＩＣの表面との間に挟まれて、前記第１の温度検知素子が配置されていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載のパワー半導体システム。
【請求項１１】
前記第１のパワー半導体素子は、第１の金属パッドと、ゲート電極に接続するゲートパッドとをさらに備え、前記ドライバＩＣは、第２の金属パッドと、前記半導体素子にゲート信号を出力するゲート出力パッドとをさらに備え、前記ゲートパッドと前記ゲート出力パッドとは第１のボンディングワイヤで互いに接続され、前記第１の金属パッドと前記第２の金属パッドとは第２のボンディングワイヤで互いに接続され、前記第２の金属パッドに隣接した前記ドライバＩＣの表面上に、または前記第２の金属パッドと前記ドライバＩＣの表面との間に挟まれて、前記第１の温度検知素子が配置されていることを特徴とする請求項２乃至９のいずれかに記載のパワー半導体システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２０１１−２５８６２３（Ｐ２０１１−２５８６２３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２９６６３（Ｐ２０１０−１２９６６３）
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月７日（２０１０．６．７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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