半導体装置
【課題】 半導体パワー素子のみならずそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードの過熱判定も行えるようにする。
【解決手段】 ＩＧＢＴ１１と、このＩＧＢＴ１１に逆並列接続されたフリーホイールダイオード２１とからなるパワー部と、ＩＧＢＴ１１の温度を検出する第１のダイオード１２と、フリーホイールダイオード２１の温度を検出する第２のダイオード２２とを備え、第１、第２のダイオード１２、２２は、並列接続され、それによる検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが温度検出回路４０に入力されるようになっており、この温度検出回路４０にて、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐに基づき過熱判定を行う。
【解決手段】 ＩＧＢＴ１１と、このＩＧＢＴ１１に逆並列接続されたフリーホイールダイオード２１とからなるパワー部と、ＩＧＢＴ１１の温度を検出する第１のダイオード１２と、フリーホイールダイオード２１の温度を検出する第２のダイオード２２とを備え、第１、第２のダイオード１２、２２は、並列接続され、それによる検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが温度検出回路４０に入力されるようになっており、この温度検出回路４０にて、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐに基づき過熱判定を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングを行う半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部を有し、その過熱判定を行うようにした半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチングを行う半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部を有する半導体装置として、例えば、図１０に示す、電気自動車のモータを駆動する装置に適用されたものがある。この装置では、上記したパワー部が、３相のインバータ１０２に用いられるとともに、昇圧コンバータ１０１にも用いられている。
【０００３】
図に示す装置では、バッテリ１００の電圧（例えば２００Ｖ）が昇降圧コンバータ１０１で昇圧されてコンデンサ１０３に昇圧電圧（例えば６５０Ｖ）が生成される。その昇圧電圧が３相のインバータ１０２で３相交流電圧に変換され、それによりモータ１０４が駆動される。また、電力回生時は、昇降圧コンバータ１０１で降圧される。
【０００４】
ここで、昇降圧コンバータ１０１は、コンデンサ１０１ａ、コイル１０１ｂ、半導体パワー素子（例えば、図に示すような絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：以下、ＩＧＢＴという）１０１ｃ、１０１ｄ、フリーホイールダイオード１０１ｅ、１０１ｆから構成されており、モータ駆動時には、ＩＧＢＴ１０１ｃをオフにするとともにＩＧＢＴ１０１ｄをデューティ制御して、コンデンサ１０３に昇圧電圧を生成し、また電力回生時には、ＩＧＢＴ１０１ｄをオフにするとともにＩＧＢＴ１０１ｃをデューティ制御して、コンデンサ１０３の電圧を降圧する。なお、モータ駆動時には、ＩＧＢＴ１０１ｃに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｅに電流が流れ、電力回生時には、ＩＧＢＴ１０１ｄに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｆに電流が流れる。
【０００５】
上記した装置において、インバータ１０２を構成するＩＧＢＴや昇降圧コンバータ１０１を構成するＩＧＢＴに過電流が流れると、ＩＧＢＴの温度が上昇して破壊に至る虞があるため、ＩＧＢＴの温度を温度検出素子によって検出し、ＩＧＢＴの温度が所定温度以上になる過熱判定が行われると、ＩＧＢＴの動作を停止して素子の保護を図るものが多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１等に記載された装置では、ＩＧＢＴの方がそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードよりも発熱が大きかったため、温度検出素子はもっぱらＩＧＢＴに設けられてきた。しかし、図１０に示す構成の場合、昇降圧コンバータ１０１を構成するＩＧＢＴ１０１ｃ、１０１ｄに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｅ、１０１ｆには、インバータを構成するＩＧＢＴに逆並列接続されたフリーホイールダイオードに比べ、通電が集中するため、ＩＧＢＴのみなならずフリーホイールダイオードに対しても発熱に対策を施す必要がある。この場合、フリーホイールダイオードを、熱的にマージンをもったサイズで構成することにより、その対応を図ることができるが、コスト低減の理由等からフリーホイールダイオードのサイズを小さくした場合には、他の対策を施さなくてはならない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みたもので、半導体パワー素子のみならずそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードの過熱判定も行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部と、
前記半導体パワー素子の温度を検出する第１の温度検出素子と、
前記第１の温度検出素子によって検出された温度が第１の閾値を超えたときに過熱判定を行う温度検出回路と、を備えた半導体装置において、
前記フリーホイールダイオードの温度を検出する第２の温度検出素子を備え、
前記温度検出回路は、前記第２の温度検出素子によって検出された温度が前記第１の閾値と異なる第２の閾値を超えたときにも過熱判定を行うことを特徴としている。
【０００９】
このことにより、半導体パワー素子のみならずそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードの過熱判定も行うことができる。
【００１０】
この請求項１に記載の発明は、以下に示す各請求項の発明によって具体的に実現できる。すなわち、請求項２に記載の発明では、前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、並列接続され、この並列された前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記並列接続された第１、第２のダイオードの検出温度電圧を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有する。
【００１１】
ここで、第１、第２のダイオードの特性がばらついて、例えばオフセット的にずれたり、温度特性が異なっている場合、単にそれらを並列接続すると、電圧が低い側のダイオードに検出電圧が固定されて、半導体パワー素子とフリーホイールダイオードの両者の温度を検出できなくなる虞がある。このことに対処するためには、請求項３に記載の発明のように構成すればよい。すなわち、請求項３に記載の発明では、前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記閾値設定手段が前記第１の閾値を設定しているときに前記第１のダイオードの検出電圧を選択し、前記閾値設定手段が前記第２の閾値を設定しているときに前記第２のダイオードの検出電圧を選択する選択手段と、前記選択手段にて選択された前記第１、第２のダイオードの検出電圧のいずれか一方を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有する。
【００１２】
第２のダイオードは、フリーホイールダイオードと同一ＩＣチップに形成することができる。この場合、第２のダイオードを、フリーホイールダイオードが形成された半導体基板上に酸化膜等の絶縁膜上に形成すれば、フリーホイールダイオードを流れる主電流から第２のダイオードを分離することができる。また、第２のダイオードを、フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散ダイオードとすることもできる。この場合、請求項４に記載の発明のように、拡散ダイオードの接続配線の電位により拡散ダイオードが分離島と逆バイアスされるようにすれば、フリーホイールダイオードを流れる主電流から拡散ダイオードを分離することができる。
【００１３】
また、第２の温度検出素子を、フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散抵抗とすることもできる。この場合、請求項５に記載の発明のように、拡散抵抗の接続配線の電位により拡散抵抗が分離島と逆バイアスされるようにすれば、フリーホイールダイオードを流れる主電流から拡散抵抗を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す。この図１に示す実施形態は、ＩＧＢＴ１１と、このＩＧＢＴ１１に逆並列接続されたフリーホイールダイオード２１とからなるパワー部に対し、その過熱判定および過熱判定に基づく制御が行えるようにしたものである。このパワー部は、図１０に示す昇降圧コンバータ１０１における、ＩＧＢＴ１０１ｃとそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｅからなるパワー部と、ＩＧＢＴ１０１ｄとそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｆからなるパワー部の一方を示している。なお、他方のパワー部についても図１に示すものと同様の構成にて過熱判定およびその過熱判定に基づく制御が行えるようになっている。
【００１５】
パワー部を構成するＩＧＢＴ１１は、駆動回路３０によって駆動される。ＩＧＢＴ１１を構成する半導体回路（ＩＣチップ）１０には、ＩＧＢＴ１１の温度を検出する第１の温度検出素子として第１のダイオード１２が形成され、フリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路（ＩＣチップ）２０には、フリーホイールダイオード２１の温度を検出する第２の温度検出素子として第２のダイオード２２が形成されている。それら第１、第２のダイオード１２、２２は、並列接続されており、第１、第２のダイオード１２、２２による検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが温度検出回路４０に入力される。
【００１６】
また、パワー部を流れる電流Ｉｃを検出するため、ＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子に電流検出用抵抗５０が接続されており、それによる電流検出電圧Ｖｓｅが温度検出回路４０に入力される。
【００１７】
温度検出回路４０は、上記した検出温度電圧Ｖｔｅｍｐ、電流検出電圧Ｖｓｅにより、ＩＧＢＴ１１あるいはフリーホイールダイオード２１の過熱判定を行う。
【００１８】
次に、上記した温度検出回路４０の具体的な構成について説明する。図２に、その構成を示す。温度検出回路４０は、図に示すように、並列接続された第１、第２のダイオード１２、２２に定電流を流す定電流源４１と、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐを閾値Ｖｒｅｆ０と比較する第１の比較器４２と、電流検出電圧Ｖｓｅを第３の閾値Ｖｒｅｆ３と比較する第２の比較器４３と、第２の比較器４３の出力により第１の閾値Ｖｒｅｆ１と第２の閾値Ｖｒｅｆ２（第１の閾値Ｖｒｅｆ１より小さい値）のいずれか一方を第１の比較器４２の閾値Ｖｒｅｆ０とする閾値切替回路４４とから構成されている。
【００１９】
この温度検出回路４０の作動を図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００２０】
ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、ＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子から電流検出用抵抗５０に電流が流れ、電流検出電圧Ｖｓｅが第３の閾値Ｖｒｅｆ３より高くなるため、第２の比較器４３の出力はハイレベル（Ｈｉ）になる。また、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、ＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子から電流検出用抵抗５０に電流が流れないため、電流検出電圧Ｖｓｅは第３の閾値Ｖｒｅｆ３より低くなり、第２の比較器４３の出力はローレベル（Ｌｏ）になる。このように電流検出電圧Ｖｓｅにより、ＩＧＢＴ１１とフリーホイールダイオード２１のいずれに電流が流れているかの通電方向を判別することができる。
【００２１】
そして、ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、第２の比較器４３の出力がハイレベルになるため、閾値切替回路４４は第１の閾値Ｖｒｅｆ１を選択し、第１の比較器４２の閾値Ｖｒｅｆ０を第１の閾値Ｖｒｅｆ１に設定する。また、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、第２の比較器４３の出力がローレベルになるため、閾値切替回路４４は第２の閾値Ｖｒｅｆ２を選択し、第１の比較器４２の閾値Ｖｒｅｆ０を第２の閾値Ｖｒｅｆ２に設定する。
【００２２】
したがって、ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の比較器４２において第１の閾値Ｖｒｅｆ１と比較され、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の比較器４２において第２の閾値Ｖｒｅｆ２と比較される。
【００２３】
ここで、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐは、検出温度が高くなると、低くなる。したがって、ＩＧＢＴ１１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の閾値Ｖｒｅｆ１より低くなると、第１の比較器４２は過熱判定を行い、またフリーホイールダイオード２１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第２の閾値Ｖｒｅｆ２より低くなると、第１の比較器４２は過熱判定を行う。図３は、ＩＧＢＴ１１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の閾値Ｖｒｅｆ１より高くなっているため、第１の比較器４２は過熱判定を行わないが、フリーホイールダイオード２１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第２の閾値Ｖｒｅｆ２より低くなったため、第１の比較器４２が過熱判定を行うことを示している。
【００２４】
なお、上記した図２に示す構成において、第１、第２のダイオード１２、２２の特性がばらついて、例えばオフセット的にずれたり、温度特性が異なっている場合、単にそれらを並列接続すると、電圧が低い側のダイオードに検出電圧が固定されて、ＩＧＢＴとフリーホイールダイオードの両者の温度を検出できなくなる虞がある。このことに対処するためには、図４のように構成すればよい。
【００２５】
すなわち、図４に示すように、定電流源４１ａから第１のダイオード１２に定電流を流し、定電流源４１ｂから第２のダイオード２２に定電流を流し、第１、第２のダイオード１２、２２の検出温度電圧のいずれか一方を選択回路４５で選択する。選択回路４５は、第２の比較器４３の出力により第２の比較器４３の出力がハイレベルのとき（すなわち閾値切替回路４４が第１の閾値Ｖｒｅｆ１を選択するとき）、第１のダイオード１２の検出温度電圧を選択し、第２の比較器４３の出力がローレベルのとき（すなわち閾値切替回路４４が第２の閾値Ｖｒｅｆ２を選択するとき）、第２のダイオード２２の検出温度電圧を選択する。このことにより、図２に示す構成のものと同様、ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、第１のダイオード１２の検出温度電圧が第１の比較器４２において第１の閾値Ｖｒｅｆ１と比較され、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、第２のダイオード２２の検出温度電圧が第１の比較器４２において第２の閾値Ｖｒｅｆ２と比較される。
【００２６】
図５に、上記したフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す。（ａ）は、平面構成を示し、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ断面構成を示す。但し、（ａ）の平面構成においては、（ｂ）に示す保護膜２１３を形成していない状態となっている。
【００２７】
この半導体回路は、ｎ-型の半導体基板２０１にフリーホイールダイオード２１を形成するためのｐ層２０２が形成され、その表面に主電極２０３が形成されるとともに半導体基板２０１の裏面に他方の電極２０４が形成された構成となっている。また、半導体基板２０１の表面の所定領域に酸化膜２０５を介してポリシリコンによるダイオード（第２のダイオード２２）２０６およびそれに通電するための第１、第２の配線２０７、２０８と電極パッド２０９、２１０が形成されている。このような構成により、ダイオード２０６は、主電極２０３を介して流れる主電流の通電部と分離される。また、フリーホイールダイオード２１の素子形成領域の周囲にはガードリング２１１が形成され、さらにその外周には外周部の電位を固定するためのｎ+層２１２が形成されており、このガードリング２１１上およびダイオード２０６と第１、第２の配線２０７、２０８上に保護膜２１３が形成されている。このような構成において、電極パッド２０９、２１０にワイヤボンドなどで結線することにより、外部にフリーホイールダイオード２１の温度に応じた信号を取り出すことができる。なお、電極パッド２０９、２１０は、素子内のどこにあっても良いが、素子の端や角部が望ましい。また、第１、第２の配線２０７、２０８は、出来る限り近接並行配置が望ましい。
【００２８】
図６に、図５に示す半導体回路の製造方法を示す。まず、ｎ-型の半導体基板２０１を用意し（図６（ａ））、それにフリーホイールダイオード２１およびガードリング２１１を形成するためにｐ層の拡散を行い（図６（ｂ））、続いてｎ+層層２１２を外周部に形成する（図６（ｃ））。次に、半導体基板２０１の表面に酸化膜２０５を形成してパターニングし、半導体基板２０１の中央部の酸化膜２０５上にｐ型、ｎ型のポリシリコンを形成してダイオード２０６を構成する（図６（ｄ））。この後、半導体基板２０１の表面に電極（主電極２０３、第１、第２の配線２０７、２０８、ガードリングの電極など）を形成する（図６（ｅ））。さらに、ガードリング２１１上およびダイオード２０６と第１、第２の配線２０７、２０８上に保護膜２１３を形成し、裏面に電極２０４を形成する（図６（ｆ））。
【００２９】
このような製造方法を用いれば、フリーホイールダイオード２１を製造する従来の製造方法に対し、ポリシリコンによるダイオード２０６およびそれに通電するための第１、第２の配線２０７、２０８を形成するのみで、図５に示す半導体回路２０を製造することができる。
（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、半導体基板２０１の表面に酸化膜２０５を介してポリシリコンによるダイオード２０６およびそれに通電するための第１、第２の配線２０７、２０８を形成するものを示したが、図７に示すように、半導体基板２０１の表層部にｐ型の分離島２１４を形成し、この分離島２１４にｎ型拡散層２０６ａ、ｐ型拡散層２０６ｂを形成してダイオード２０６を構成するようにしてもよい。なお、ダイオード２０６に通電するための第１、第２の配線２０７、２０８および電極パッド２０９、２１０は、図７には図示してないが、第１実施形態と同様、半導体基板２０１の表面に形成された酸化膜２０５上に形成されている。
【００３０】
ここで、図７に示すように、分離島２１４には主電極２０３の一部が接しているため、分離島２１４は主電極２０３の電位、すなわちパワー部における基準電位（例えばＧＮＤ電位）に固定される。また、第１、第２の配線２０７、２０８のうち電位が高い方の配線（ダイオード２０６を構成するｐ型拡散層２０６ｂに接続された配線２０８）の電位により、ダイオード２０６は分離島２１４と逆バイアスされる。したがって、ダイオード２０６（第２のダイオード２２）は、フリーホイールダイオード２１を流れる主電流から分離される。
【００３１】
このように第２のダイオード２２を分離島２１４と確実に逆バイアスするためには、図２に示す定電流源４１を第１、第２のダイオード１２、２２のアノード側ではなく、カソード側に設け、第２のダイオード２２のアノード（図７のｐ型拡散層）の電位を電源電位に固定するのが好ましい。すなわち、図８に示すように構成するのが好ましい。
（第３実施形態）
上記した第２実施形態では、第２の温度検出素子を拡散ダイオード２０６で構成するものを示したが、図９に示すように拡散抵抗２１５で構成するようにしてもよい。この図９に示す構成は、図７に示すｎ型拡散層２０６ａ、ｐ型拡散層２０６ｂの替わりに拡散抵抗２１５を形成したものであって、その他の構成は図７に示すものと同じである。
【００３２】
この実施形態においても、分離島２１４には主電極２０３の一部が接しているため、分離島２１４は基準電位（例えばＧＮＤ電位）に固定され、拡散抵抗２１５に接続された第１、第２の配線２０７、２０８のうち電位が高い方の配線の電位により、拡散抵抗２１５は分離島２１４と逆バイアスされる。したがって、拡散抵抗２１５は、フリーホイールダイオード２１を流れる主電流から分離される。
【００３３】
なお、この実施形態のように、第２の温度検出素子を拡散抵抗２１５で構成した場合には、ＩＧＢＴ１１の温度を検出するダイオード１２と温度特性が異なるため、それと並列接続した構成とすることはできない。したがって、この実施形態では、図４の構成においてダイオード２２を拡散抵抗２１５に置き換え、ＩＧＢＴ１１の温度を検出するダイオード１２による検出温度電圧を第１の閾値と比較し、フリーホイールダイオード２１の温度を検出する拡散抵抗２１５による検出温度電圧を第２の閾値と比較し、そのいずれかにおいて過熱判定をすると、それを示す信号を駆動回路３０に出力する構成となる。
（その他の実施形態）
なお、上記した第１、第２実施形態において、パワー部を流れる電流ＩｃをＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子に接続された電流検出用抵抗５０によって検出するものを示したが、それ以外の部位からパワー部を流れる電流Ｉｃを検出するようにしてもよい。
【００３４】
また、第１、第２の実施形態では、温度検出回路４０において、第２の比較器４３と閾値切替回路４４により、ＩＧＢＴ１１に電流が流れていることを判別したときには第１の閾値Ｖｒｅｆ１を設定し、フリーホイールダイオード２１に電流が流れていることを判別したときには第２の閾値Ｖｒｅｆ２を設定する閾値設定手段を構成し、また第１の比較器３２にて、並列接続された第１、第２のダイオード１２、２２の検出温度電圧Ｖｔｅｍｐを第１、第２の閾値Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２のいずれか一方と比較して過熱判定を行う判定手段を構成し、また図４に示す選択回路４５にて選択手段を構成するものを示したが、それらの構成は、図２に示すようなものに限らず、他の回路構成のものであってもよい。
【００３５】
また、上記した実施形態では、半導体パワー素子としてＩＧＢＴ１１を用いるものを示したが、ＭＯＳＦＥＴなどの素子であってもよい。また、本発明は、図１０の昇降圧コンバータを構成するパワー部に適用されるものに限らず、図１０の３相のインバータを構成するパワー部に適用してもよく、またその他の回路におけるパワー部に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図２】図１中の温度検出回路４０の具体的な構成を示す図である。
【図３】図３に示す温度検出回路４０の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図４】温度検出回路４０の他の具体的な構成を示す図である。
【図５】図１、２に示すフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す図である。
【図６】図５に示す半導体回路の製造方法を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における温度検出回路４０の具体的な構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態におけるフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す図である。
【図１０】従来の電気自動車のモータを駆動する装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…ＩＧＢＴ、１２…第１のダイオード、２１…フリーホイールダイオード、２２…第２のダイオード、３０…駆動回路、４０…温度検出回路、４１…定電流源、４２…第１の比較器、４３…第２の比較器、４４…閾値切替回路、５０…電流検出用抵抗。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチングを行う半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部を有し、その過熱判定を行うようにした半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチングを行う半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部を有する半導体装置として、例えば、図１０に示す、電気自動車のモータを駆動する装置に適用されたものがある。この装置では、上記したパワー部が、３相のインバータ１０２に用いられるとともに、昇圧コンバータ１０１にも用いられている。
【０００３】
図に示す装置では、バッテリ１００の電圧（例えば２００Ｖ）が昇降圧コンバータ１０１で昇圧されてコンデンサ１０３に昇圧電圧（例えば６５０Ｖ）が生成される。その昇圧電圧が３相のインバータ１０２で３相交流電圧に変換され、それによりモータ１０４が駆動される。また、電力回生時は、昇降圧コンバータ１０１で降圧される。
【０００４】
ここで、昇降圧コンバータ１０１は、コンデンサ１０１ａ、コイル１０１ｂ、半導体パワー素子（例えば、図に示すような絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ：以下、ＩＧＢＴという）１０１ｃ、１０１ｄ、フリーホイールダイオード１０１ｅ、１０１ｆから構成されており、モータ駆動時には、ＩＧＢＴ１０１ｃをオフにするとともにＩＧＢＴ１０１ｄをデューティ制御して、コンデンサ１０３に昇圧電圧を生成し、また電力回生時には、ＩＧＢＴ１０１ｄをオフにするとともにＩＧＢＴ１０１ｃをデューティ制御して、コンデンサ１０３の電圧を降圧する。なお、モータ駆動時には、ＩＧＢＴ１０１ｃに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｅに電流が流れ、電力回生時には、ＩＧＢＴ１０１ｄに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｆに電流が流れる。
【０００５】
上記した装置において、インバータ１０２を構成するＩＧＢＴや昇降圧コンバータ１０１を構成するＩＧＢＴに過電流が流れると、ＩＧＢＴの温度が上昇して破壊に至る虞があるため、ＩＧＢＴの温度を温度検出素子によって検出し、ＩＧＢＴの温度が所定温度以上になる過熱判定が行われると、ＩＧＢＴの動作を停止して素子の保護を図るものが多数提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３８９６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した特許文献１等に記載された装置では、ＩＧＢＴの方がそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードよりも発熱が大きかったため、温度検出素子はもっぱらＩＧＢＴに設けられてきた。しかし、図１０に示す構成の場合、昇降圧コンバータ１０１を構成するＩＧＢＴ１０１ｃ、１０１ｄに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｅ、１０１ｆには、インバータを構成するＩＧＢＴに逆並列接続されたフリーホイールダイオードに比べ、通電が集中するため、ＩＧＢＴのみなならずフリーホイールダイオードに対しても発熱に対策を施す必要がある。この場合、フリーホイールダイオードを、熱的にマージンをもったサイズで構成することにより、その対応を図ることができるが、コスト低減の理由等からフリーホイールダイオードのサイズを小さくした場合には、他の対策を施さなくてはならない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みたもので、半導体パワー素子のみならずそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードの過熱判定も行えるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部と、
前記半導体パワー素子の温度を検出する第１の温度検出素子と、
前記第１の温度検出素子によって検出された温度が第１の閾値を超えたときに過熱判定を行う温度検出回路と、を備えた半導体装置において、
前記フリーホイールダイオードの温度を検出する第２の温度検出素子を備え、
前記温度検出回路は、前記第２の温度検出素子によって検出された温度が前記第１の閾値と異なる第２の閾値を超えたときにも過熱判定を行うことを特徴としている。
【０００９】
このことにより、半導体パワー素子のみならずそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードの過熱判定も行うことができる。
【００１０】
この請求項１に記載の発明は、以下に示す各請求項の発明によって具体的に実現できる。すなわち、請求項２に記載の発明では、前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、並列接続され、この並列された前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記並列接続された第１、第２のダイオードの検出温度電圧を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有する。
【００１１】
ここで、第１、第２のダイオードの特性がばらついて、例えばオフセット的にずれたり、温度特性が異なっている場合、単にそれらを並列接続すると、電圧が低い側のダイオードに検出電圧が固定されて、半導体パワー素子とフリーホイールダイオードの両者の温度を検出できなくなる虞がある。このことに対処するためには、請求項３に記載の発明のように構成すればよい。すなわち、請求項３に記載の発明では、前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記閾値設定手段が前記第１の閾値を設定しているときに前記第１のダイオードの検出電圧を選択し、前記閾値設定手段が前記第２の閾値を設定しているときに前記第２のダイオードの検出電圧を選択する選択手段と、前記選択手段にて選択された前記第１、第２のダイオードの検出電圧のいずれか一方を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有する。
【００１２】
第２のダイオードは、フリーホイールダイオードと同一ＩＣチップに形成することができる。この場合、第２のダイオードを、フリーホイールダイオードが形成された半導体基板上に酸化膜等の絶縁膜上に形成すれば、フリーホイールダイオードを流れる主電流から第２のダイオードを分離することができる。また、第２のダイオードを、フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散ダイオードとすることもできる。この場合、請求項４に記載の発明のように、拡散ダイオードの接続配線の電位により拡散ダイオードが分離島と逆バイアスされるようにすれば、フリーホイールダイオードを流れる主電流から拡散ダイオードを分離することができる。
【００１３】
また、第２の温度検出素子を、フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散抵抗とすることもできる。この場合、請求項５に記載の発明のように、拡散抵抗の接続配線の電位により拡散抵抗が分離島と逆バイアスされるようにすれば、フリーホイールダイオードを流れる主電流から拡散抵抗を分離することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す。この図１に示す実施形態は、ＩＧＢＴ１１と、このＩＧＢＴ１１に逆並列接続されたフリーホイールダイオード２１とからなるパワー部に対し、その過熱判定および過熱判定に基づく制御が行えるようにしたものである。このパワー部は、図１０に示す昇降圧コンバータ１０１における、ＩＧＢＴ１０１ｃとそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｅからなるパワー部と、ＩＧＢＴ１０１ｄとそれに逆並列接続されたフリーホイールダイオード１０１ｆからなるパワー部の一方を示している。なお、他方のパワー部についても図１に示すものと同様の構成にて過熱判定およびその過熱判定に基づく制御が行えるようになっている。
【００１５】
パワー部を構成するＩＧＢＴ１１は、駆動回路３０によって駆動される。ＩＧＢＴ１１を構成する半導体回路（ＩＣチップ）１０には、ＩＧＢＴ１１の温度を検出する第１の温度検出素子として第１のダイオード１２が形成され、フリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路（ＩＣチップ）２０には、フリーホイールダイオード２１の温度を検出する第２の温度検出素子として第２のダイオード２２が形成されている。それら第１、第２のダイオード１２、２２は、並列接続されており、第１、第２のダイオード１２、２２による検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが温度検出回路４０に入力される。
【００１６】
また、パワー部を流れる電流Ｉｃを検出するため、ＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子に電流検出用抵抗５０が接続されており、それによる電流検出電圧Ｖｓｅが温度検出回路４０に入力される。
【００１７】
温度検出回路４０は、上記した検出温度電圧Ｖｔｅｍｐ、電流検出電圧Ｖｓｅにより、ＩＧＢＴ１１あるいはフリーホイールダイオード２１の過熱判定を行う。
【００１８】
次に、上記した温度検出回路４０の具体的な構成について説明する。図２に、その構成を示す。温度検出回路４０は、図に示すように、並列接続された第１、第２のダイオード１２、２２に定電流を流す定電流源４１と、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐを閾値Ｖｒｅｆ０と比較する第１の比較器４２と、電流検出電圧Ｖｓｅを第３の閾値Ｖｒｅｆ３と比較する第２の比較器４３と、第２の比較器４３の出力により第１の閾値Ｖｒｅｆ１と第２の閾値Ｖｒｅｆ２（第１の閾値Ｖｒｅｆ１より小さい値）のいずれか一方を第１の比較器４２の閾値Ｖｒｅｆ０とする閾値切替回路４４とから構成されている。
【００１９】
この温度検出回路４０の作動を図３に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００２０】
ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、ＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子から電流検出用抵抗５０に電流が流れ、電流検出電圧Ｖｓｅが第３の閾値Ｖｒｅｆ３より高くなるため、第２の比較器４３の出力はハイレベル（Ｈｉ）になる。また、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、ＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子から電流検出用抵抗５０に電流が流れないため、電流検出電圧Ｖｓｅは第３の閾値Ｖｒｅｆ３より低くなり、第２の比較器４３の出力はローレベル（Ｌｏ）になる。このように電流検出電圧Ｖｓｅにより、ＩＧＢＴ１１とフリーホイールダイオード２１のいずれに電流が流れているかの通電方向を判別することができる。
【００２１】
そして、ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、第２の比較器４３の出力がハイレベルになるため、閾値切替回路４４は第１の閾値Ｖｒｅｆ１を選択し、第１の比較器４２の閾値Ｖｒｅｆ０を第１の閾値Ｖｒｅｆ１に設定する。また、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、第２の比較器４３の出力がローレベルになるため、閾値切替回路４４は第２の閾値Ｖｒｅｆ２を選択し、第１の比較器４２の閾値Ｖｒｅｆ０を第２の閾値Ｖｒｅｆ２に設定する。
【００２２】
したがって、ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の比較器４２において第１の閾値Ｖｒｅｆ１と比較され、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の比較器４２において第２の閾値Ｖｒｅｆ２と比較される。
【００２３】
ここで、検出温度電圧Ｖｔｅｍｐは、検出温度が高くなると、低くなる。したがって、ＩＧＢＴ１１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の閾値Ｖｒｅｆ１より低くなると、第１の比較器４２は過熱判定を行い、またフリーホイールダイオード２１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第２の閾値Ｖｒｅｆ２より低くなると、第１の比較器４２は過熱判定を行う。図３は、ＩＧＢＴ１１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第１の閾値Ｖｒｅｆ１より高くなっているため、第１の比較器４２は過熱判定を行わないが、フリーホイールダイオード２１に電流が流れている状態で検出温度電圧Ｖｔｅｍｐが第２の閾値Ｖｒｅｆ２より低くなったため、第１の比較器４２が過熱判定を行うことを示している。
【００２４】
なお、上記した図２に示す構成において、第１、第２のダイオード１２、２２の特性がばらついて、例えばオフセット的にずれたり、温度特性が異なっている場合、単にそれらを並列接続すると、電圧が低い側のダイオードに検出電圧が固定されて、ＩＧＢＴとフリーホイールダイオードの両者の温度を検出できなくなる虞がある。このことに対処するためには、図４のように構成すればよい。
【００２５】
すなわち、図４に示すように、定電流源４１ａから第１のダイオード１２に定電流を流し、定電流源４１ｂから第２のダイオード２２に定電流を流し、第１、第２のダイオード１２、２２の検出温度電圧のいずれか一方を選択回路４５で選択する。選択回路４５は、第２の比較器４３の出力により第２の比較器４３の出力がハイレベルのとき（すなわち閾値切替回路４４が第１の閾値Ｖｒｅｆ１を選択するとき）、第１のダイオード１２の検出温度電圧を選択し、第２の比較器４３の出力がローレベルのとき（すなわち閾値切替回路４４が第２の閾値Ｖｒｅｆ２を選択するとき）、第２のダイオード２２の検出温度電圧を選択する。このことにより、図２に示す構成のものと同様、ＩＧＢＴ１１に電流が流れているときには、第１のダイオード１２の検出温度電圧が第１の比較器４２において第１の閾値Ｖｒｅｆ１と比較され、フリーホイールダイオード２１に電流が流れているときには、第２のダイオード２２の検出温度電圧が第１の比較器４２において第２の閾値Ｖｒｅｆ２と比較される。
【００２６】
図５に、上記したフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す。（ａ）は、平面構成を示し、（ｂ）は、（ａ）中のＡ−Ａ断面構成を示す。但し、（ａ）の平面構成においては、（ｂ）に示す保護膜２１３を形成していない状態となっている。
【００２７】
この半導体回路は、ｎ-型の半導体基板２０１にフリーホイールダイオード２１を形成するためのｐ層２０２が形成され、その表面に主電極２０３が形成されるとともに半導体基板２０１の裏面に他方の電極２０４が形成された構成となっている。また、半導体基板２０１の表面の所定領域に酸化膜２０５を介してポリシリコンによるダイオード（第２のダイオード２２）２０６およびそれに通電するための第１、第２の配線２０７、２０８と電極パッド２０９、２１０が形成されている。このような構成により、ダイオード２０６は、主電極２０３を介して流れる主電流の通電部と分離される。また、フリーホイールダイオード２１の素子形成領域の周囲にはガードリング２１１が形成され、さらにその外周には外周部の電位を固定するためのｎ+層２１２が形成されており、このガードリング２１１上およびダイオード２０６と第１、第２の配線２０７、２０８上に保護膜２１３が形成されている。このような構成において、電極パッド２０９、２１０にワイヤボンドなどで結線することにより、外部にフリーホイールダイオード２１の温度に応じた信号を取り出すことができる。なお、電極パッド２０９、２１０は、素子内のどこにあっても良いが、素子の端や角部が望ましい。また、第１、第２の配線２０７、２０８は、出来る限り近接並行配置が望ましい。
【００２８】
図６に、図５に示す半導体回路の製造方法を示す。まず、ｎ-型の半導体基板２０１を用意し（図６（ａ））、それにフリーホイールダイオード２１およびガードリング２１１を形成するためにｐ層の拡散を行い（図６（ｂ））、続いてｎ+層層２１２を外周部に形成する（図６（ｃ））。次に、半導体基板２０１の表面に酸化膜２０５を形成してパターニングし、半導体基板２０１の中央部の酸化膜２０５上にｐ型、ｎ型のポリシリコンを形成してダイオード２０６を構成する（図６（ｄ））。この後、半導体基板２０１の表面に電極（主電極２０３、第１、第２の配線２０７、２０８、ガードリングの電極など）を形成する（図６（ｅ））。さらに、ガードリング２１１上およびダイオード２０６と第１、第２の配線２０７、２０８上に保護膜２１３を形成し、裏面に電極２０４を形成する（図６（ｆ））。
【００２９】
このような製造方法を用いれば、フリーホイールダイオード２１を製造する従来の製造方法に対し、ポリシリコンによるダイオード２０６およびそれに通電するための第１、第２の配線２０７、２０８を形成するのみで、図５に示す半導体回路２０を製造することができる。
（第２実施形態）
上記した第１実施形態では、半導体基板２０１の表面に酸化膜２０５を介してポリシリコンによるダイオード２０６およびそれに通電するための第１、第２の配線２０７、２０８を形成するものを示したが、図７に示すように、半導体基板２０１の表層部にｐ型の分離島２１４を形成し、この分離島２１４にｎ型拡散層２０６ａ、ｐ型拡散層２０６ｂを形成してダイオード２０６を構成するようにしてもよい。なお、ダイオード２０６に通電するための第１、第２の配線２０７、２０８および電極パッド２０９、２１０は、図７には図示してないが、第１実施形態と同様、半導体基板２０１の表面に形成された酸化膜２０５上に形成されている。
【００３０】
ここで、図７に示すように、分離島２１４には主電極２０３の一部が接しているため、分離島２１４は主電極２０３の電位、すなわちパワー部における基準電位（例えばＧＮＤ電位）に固定される。また、第１、第２の配線２０７、２０８のうち電位が高い方の配線（ダイオード２０６を構成するｐ型拡散層２０６ｂに接続された配線２０８）の電位により、ダイオード２０６は分離島２１４と逆バイアスされる。したがって、ダイオード２０６（第２のダイオード２２）は、フリーホイールダイオード２１を流れる主電流から分離される。
【００３１】
このように第２のダイオード２２を分離島２１４と確実に逆バイアスするためには、図２に示す定電流源４１を第１、第２のダイオード１２、２２のアノード側ではなく、カソード側に設け、第２のダイオード２２のアノード（図７のｐ型拡散層）の電位を電源電位に固定するのが好ましい。すなわち、図８に示すように構成するのが好ましい。
（第３実施形態）
上記した第２実施形態では、第２の温度検出素子を拡散ダイオード２０６で構成するものを示したが、図９に示すように拡散抵抗２１５で構成するようにしてもよい。この図９に示す構成は、図７に示すｎ型拡散層２０６ａ、ｐ型拡散層２０６ｂの替わりに拡散抵抗２１５を形成したものであって、その他の構成は図７に示すものと同じである。
【００３２】
この実施形態においても、分離島２１４には主電極２０３の一部が接しているため、分離島２１４は基準電位（例えばＧＮＤ電位）に固定され、拡散抵抗２１５に接続された第１、第２の配線２０７、２０８のうち電位が高い方の配線の電位により、拡散抵抗２１５は分離島２１４と逆バイアスされる。したがって、拡散抵抗２１５は、フリーホイールダイオード２１を流れる主電流から分離される。
【００３３】
なお、この実施形態のように、第２の温度検出素子を拡散抵抗２１５で構成した場合には、ＩＧＢＴ１１の温度を検出するダイオード１２と温度特性が異なるため、それと並列接続した構成とすることはできない。したがって、この実施形態では、図４の構成においてダイオード２２を拡散抵抗２１５に置き換え、ＩＧＢＴ１１の温度を検出するダイオード１２による検出温度電圧を第１の閾値と比較し、フリーホイールダイオード２１の温度を検出する拡散抵抗２１５による検出温度電圧を第２の閾値と比較し、そのいずれかにおいて過熱判定をすると、それを示す信号を駆動回路３０に出力する構成となる。
（その他の実施形態）
なお、上記した第１、第２実施形態において、パワー部を流れる電流ＩｃをＩＧＢＴ１１の電流センサ出力端子に接続された電流検出用抵抗５０によって検出するものを示したが、それ以外の部位からパワー部を流れる電流Ｉｃを検出するようにしてもよい。
【００３４】
また、第１、第２の実施形態では、温度検出回路４０において、第２の比較器４３と閾値切替回路４４により、ＩＧＢＴ１１に電流が流れていることを判別したときには第１の閾値Ｖｒｅｆ１を設定し、フリーホイールダイオード２１に電流が流れていることを判別したときには第２の閾値Ｖｒｅｆ２を設定する閾値設定手段を構成し、また第１の比較器３２にて、並列接続された第１、第２のダイオード１２、２２の検出温度電圧Ｖｔｅｍｐを第１、第２の閾値Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２のいずれか一方と比較して過熱判定を行う判定手段を構成し、また図４に示す選択回路４５にて選択手段を構成するものを示したが、それらの構成は、図２に示すようなものに限らず、他の回路構成のものであってもよい。
【００３５】
また、上記した実施形態では、半導体パワー素子としてＩＧＢＴ１１を用いるものを示したが、ＭＯＳＦＥＴなどの素子であってもよい。また、本発明は、図１０の昇降圧コンバータを構成するパワー部に適用されるものに限らず、図１０の３相のインバータを構成するパワー部に適用してもよく、またその他の回路におけるパワー部に適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の構成を示す図である。
【図２】図１中の温度検出回路４０の具体的な構成を示す図である。
【図３】図３に示す温度検出回路４０の作動説明に供するタイミングチャートである。
【図４】温度検出回路４０の他の具体的な構成を示す図である。
【図５】図１、２に示すフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す図である。
【図６】図５に示す半導体回路の製造方法を示す図である。
【図７】本発明の第２実施形態におけるフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す図である。
【図８】本発明の第２実施形態における温度検出回路４０の具体的な構成を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態におけるフリーホイールダイオード２１を構成する半導体回路の模式的な構成を示す図である。
【図１０】従来の電気自動車のモータを駆動する装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１１…ＩＧＢＴ、１２…第１のダイオード、２１…フリーホイールダイオード、２２…第２のダイオード、３０…駆動回路、４０…温度検出回路、４１…定電流源、４２…第１の比較器、４３…第２の比較器、４４…閾値切替回路、５０…電流検出用抵抗。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部と、
前記半導体パワー素子の温度を検出する第１の温度検出素子と、
前記第１の温度検出素子によって検出された温度が第１の閾値を超えたときに過熱判定を行う温度検出回路と、を備えた半導体装置において、
前記フリーホイールダイオードの温度を検出する第２の温度検出素子を備え、
前記温度検出回路は、前記第２の温度検出素子によって検出された温度が前記第１の閾値と異なる第２の閾値を超えたときにも過熱判定を行うことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、並列接続され、この並列された前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記並列接続された第１、第２のダイオードの検出温度電圧を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記閾値設定手段が前記第１の閾値を設定しているときに前記第１のダイオードの検出電圧を選択し、前記閾値設定手段が前記第２の閾値を設定しているときに前記第２のダイオードの検出電圧を選択する選択手段と、前記選択手段にて選択された前記第１、第２のダイオードの検出電圧のいずれか一方を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記フリーホイールダイオードと前記第２のダイオードは、同一ＩＣチップに形成され、前記第２のダイオードは、前記フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散ダイオードであり、前記拡散ダイオードの接続配線の電位により前記拡散ダイオードが前記分離島と逆バイアスされていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記フリーホイールダイオードと前記第２の温度検出素子は、同一ＩＣチップに形成され、前記第２の温度検出素子は、前記フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散抵抗であり、前記拡散抵抗の接続配線の電位により前記拡散抵抗が前記分離島と逆バイアスされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項１】
半導体パワー素子と、この半導体パワー素子に逆並列接続されたフリーホイールダイオードとからなるパワー部と、
前記半導体パワー素子の温度を検出する第１の温度検出素子と、
前記第１の温度検出素子によって検出された温度が第１の閾値を超えたときに過熱判定を行う温度検出回路と、を備えた半導体装置において、
前記フリーホイールダイオードの温度を検出する第２の温度検出素子を備え、
前記温度検出回路は、前記第２の温度検出素子によって検出された温度が前記第１の閾値と異なる第２の閾値を超えたときにも過熱判定を行うことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、並列接続され、この並列された前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記並列接続された第１、第２のダイオードの検出温度電圧を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記パワー部に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、
前記第１、第２の温度検出素子は、第１、第２のダイオードであって、前記第１、第２のダイオードの検出温度電圧が前記温度検出回路に入力されるようになっており、
前記温度検出回路は、前記電流検出手段にて検出されたパワー部に流れる電流により、前記半導体パワー素子に電流が流れていることを判別したときには前記第１の閾値を設定し、前記フリーホイールダイオードに電流が流れていることを判別したときには前記第２の閾値を設定する閾値設定手段と、前記閾値設定手段が前記第１の閾値を設定しているときに前記第１のダイオードの検出電圧を選択し、前記閾値設定手段が前記第２の閾値を設定しているときに前記第２のダイオードの検出電圧を選択する選択手段と、前記選択手段にて選択された前記第１、第２のダイオードの検出電圧のいずれか一方を前記閾値設定手段にて設定された前記第１、第２の閾値のいずれか一方と比較して前記過熱判定を行う判定手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記フリーホイールダイオードと前記第２のダイオードは、同一ＩＣチップに形成され、前記第２のダイオードは、前記フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散ダイオードであり、前記拡散ダイオードの接続配線の電位により前記拡散ダイオードが前記分離島と逆バイアスされていることを特徴とする請求項２または３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記フリーホイールダイオードと前記第２の温度検出素子は、同一ＩＣチップに形成され、前記第２の温度検出素子は、前記フリーホイールダイオードの素子形成領域と分離された分離島に形成された拡散抵抗であり、前記拡散抵抗の接続配線の電位により前記拡散抵抗が前記分離島と逆バイアスされていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−８７１９１（Ｐ２００６−８７１９１Ａ）
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２６８１０３（Ｐ２００４−２６８１０３）
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月３０日（２００６．３．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月１５日（２００４．９．１５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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