過熱判定回路及び過熱保護回路

【課題】コスト増加を抑えつつ、半導体素子の温度が最大耐熱温度を超える異常を正確に判定することが可能な過熱判定回路及びその過熱判定回路を備える過熱保護回路を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体素子２近傍の雰囲気温度に応じた温度検出値Ｖ２を出力する温度検出部５と、半導体素子２のオフ時に半導体素子２近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度になるときの温度検出値Ｖ２を下限値とし、半導体素子２のオン時に半導体素子２の温度が半導体素子２の最大耐熱温度になるときの温度検出値Ｖ２を上限値とする閾値Ｖ４を、半導体素子２の出力電流に応じて変更する閾値出力部６と、温度検出値Ｖ２が閾値Ｖ４を超えると、異常と判定するコンパレータ７とを備えて過熱判定回路３を構成する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子の温度が最大耐熱温度を超える異常を判定する過熱判定回路及びその過熱判定回路を備える過熱保護回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の過熱判定回路として、例えば、半導体素子近傍の温度センサから出力される温度検出値が閾値を超えると、異常を判定するものがある。
このような過熱判定回路では、半導体素子がオンして半導体素子が発熱する状態になると、図３（ａ）に示すように、温度センサから出力される温度検出値が半導体素子の温度に対して応答遅れになるため、その応答遅れを考慮して閾値が設定される。例えば、温度センサとしてのダイオードから出力される温度検出値の変化率に応じて閾値が設定される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
しかしながら、半導体素子の出力電流が急に高くなったり、図３（ｂ）に示すように、半導体素子近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度（半導体素子のオン時に半導体素子の温度が最大耐熱温度を超えないときの雰囲気温度範囲）よりも高い状態で半導体素子がオンになると、温度センサの応答遅れにより温度検出値が閾値を超える前に半導体素子の温度が最大耐熱温度を超えてしまい半導体素子が破損してしまうおそれがある。
【０００４】
そこで、半導体素子近傍の雰囲気温度の異常を検出するための温度センサを追加することや最大耐熱温度が高い半導体素子を採用することも考えられるが、これらの構成ではコスト増大が懸念される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３７３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、コスト増加を抑えつつ、半導体素子の温度が最大耐熱温度を超える異常を正確に判定することが可能な過熱判定回路及びその過熱判定回路を備える過熱保護回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の過熱判定回路は、半導体素子近傍の雰囲気温度に応じた温度検出値を出力する温度検出手段と、前記半導体素子のオフ時に前記半導体素子近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度になるときの前記温度検出値を下限値とし、前記半導体素子のオン時に前記半導体素子の温度が前記半導体素子の最大耐熱温度になるときの前記温度検出値を上限値とする閾値を、前記半導体素子の出力電流に応じて変更し出力する閾値出力手段と、前記温度検出手段から出力される温度検出値が前記閾値出力手段から出力される閾値を超えると、異常と判定する異常判定手段とを備える。
【０００８】
これにより、閾値が半導体素子の温度変化に応じて変更されるため、温度検出手段の応答遅れの影響を無くすことができる。そのため、半導体素子の出力電流が急に高くなったり、半導体素子近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度を超えると、すぐに温度検出値が閾値を超えるため、半導体素子の温度が最大耐熱温度を超える異常を正確に判定することができる。また、半導体素子近傍の雰囲気温度の異常を検出するための温度センサを追加したり、最大耐熱温度が高い半導体素子を採用したりする必要がないため、コスト増大を抑えることができる。
【０００９】
また、本発明の過熱保護回路は、前記過熱判定回路と、前記異常判定手段により異常と判定されると、前記半導体素子を停止する駆動回路とを備える。
これにより、半導体素子の温度が最大耐熱温度を超える前において、半導体素子を停止させることができるため、過熱による半導体素子の破損を防止することができる。
【００１０】
また、前記閾値出力手段は、一定電圧を分圧する複数の抵抗と、前記複数の抵抗により分圧された電圧を前記下限値として前記異常判定手段に出力する第１のダイオードと、前記半導体素子の出力電流により充電されるコンデンサと、前記コンデンサにかかる電圧を前記閾値として前記異常判定手段に出力する第２のダイオードと、前記コンデンサにかかる電圧を前記上限値にクランプするツェナーダイオードとを備えるように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、コスト増加を抑えつつ、半導体素子の温度が最大耐熱温度を超える異常を正確に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の過熱保護回路を示す図である。
【図２】本実施形態の過熱判定回路における温度検出値と閾値とを示す図である。
【図３】従来の過熱判定回路における温度検出値と閾値とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態の過熱保護回路を示す図である。
図１に示す過熱保護回路１は、半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超える異常を判定する過熱判定回路３と、半導体素子２の駆動を制御する駆動回路４とを備えて構成される。なお、図１に示す半導体素子２はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であるが、半導体素子２の種類は特に限定されない。
【００１４】
過熱判定回路３は、温度検出部５（温度検出手段）と、閾値出力部６（閾値出力手段）と、コンパレータ７（異常判定手段）とを備えて構成される。
駆動回路４は、半導体素子２のオン、オフを制御する。
【００１５】
温度検出部５は、互いに直列接続されるサーミスタ８及び抵抗９により構成される。サーミスタ８と抵抗９は一定電圧Ｖ１を分圧し半導体素子２近傍の温度に対応した温度検出値Ｖ２をコンパレータ７のプラスの入力端子に入力する。なお、温度センサはサーミスタ８に限定されない。
【００１６】
閾値出力部６は、抵抗１０〜１４と、ダイオード１５（第１のダイオード）と、ダイオード１６（第２のダイオード）と、ツェナーダイオード１７と、コンデンサ１８とを備えて構成される。抵抗１０と抵抗１１は互いに直列接続され、一定電圧Ｖ３を分圧する。抵抗１２とコンデンサ１８は互いに直列接続され、抵抗１２には半導体素子２の出力電流が流れる。ツェナーダイオード１７のカソードは抵抗１３を介して抵抗１２とコンデンサ１８の接続点に接続され、ツェナーダイオード１７のアノードはグランドに接続されている。ダイオード１５のアノードは抵抗１０、１１の接続点に接続され、ダイオード１５のカソードはダイオード１６のカソードに接続されている。ダイオード１６のアノードは抵抗１２とコンデンサ１８の接続点に接続されている。ダイオード１５、１６の接続点はコンパレータ７のマイナスの入力端子に接続されているとともに、抵抗１４を介してグランドに接続されている。ダイオード１５、１６の接続点にかかる電圧は閾値Ｖ４としてコンパレータ７のマイナスの入力端子に入力される。また、半導体素子２の出力電流によりコンデンサ１８が充電されるが、コンデンサ１８にかかる電圧はツェナーダイオード１７の降伏電圧にクランプされる。
【００１７】
コンパレータ７は、プラスの入力端子に入力される温度検出値Ｖ２がマイナスの入力端子に入力される閾値Ｖ４よりも大きくなると、ハイレベルの保護停止信号を出力する。
駆動回路４は、コンパレータ７からハイレベルの保護停止信号が出力されると、すなわち、半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超える異常を過熱判定回路３が判定すると、半導体素子２を停止する。
【００１８】
半導体素子２のオフ時では、コンデンサ１８は充電されないため、抵抗１０、１１により分圧される電圧に基づく閾値Ｖ４がコンパレータ７のマイナスの入力端子に入力される。
【００１９】
一方、半導体素子２のオン時では、コンデンサ１８が半導体素子２の出力電流により充電されてコンデンサ１８にかかる電圧が半導体素子２の温度上昇と共に高くなり、そのコンデンサ１８にかかる電圧に基づく閾値Ｖ４がコンパレータ７のマイナスの入力端子に入力される。
【００２０】
例えば、半導体素子２のオフ時において半導体素子２近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度（半導体素子２のオン時に半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超えないときの雰囲気温度範囲）になるときの温度検出値Ｖ２と、閾値Ｖ４とが互いに同じになるように抵抗１０、１１のそれぞれの抵抗値を設定する。これにより、図２（ａ）に示すように、閾値Ｖ４の下限値が設定され、半導体素子２のオフ時において温度検出値Ｖ２が閾値Ｖ４を超えると、半導体素子２がオンになる前に半導体素子２近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度よりも高くなったことを判定することができる。そのため、半導体素子２のオン時に半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超える異常を事前に判定することができる。
【００２１】
また、例えば、半導体素子２のオン時においてコンデンサ１８にかかる電圧の上昇の傾きが温度検出部５で検出される温度上昇傾きと同じになるように抵抗１２の抵抗値及びコンデンサ１８の容量値を設定するものとする。これにより、図２（ａ）に示すように、半導体素子２のオン時において、閾値Ｖ４を半導体素子２の温度変化に応じて変更することができる。
【００２２】
また、例えば、半導体素子２のオン時において半導体素子２の温度が半導体素子２の最大耐熱温度になるときの温度検出値Ｖ２と、閾値Ｖ４とが互いに同じ値になるようにツェナーダイオード１７の降伏電圧を設定するものとする。これにより、図２（ａ）に示すように、閾値Ｖ４の上限値が設定され、半導体素子２のオン時において温度検出値Ｖ２が閾値Ｖ４を超えると、半導体素子２のオン時に半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超える異常を判定することができる。
【００２３】
このように、本実施形態の過熱判定回路３では、閾値出力部６により閾値Ｖ４が半導体素子２の温度変化に応じて変更されるため、サーミスタ８の応答遅れの影響を無くすことができる。これにより、図２（ｂ）に示すように、半導体素子２の出力電流が急に高くなったり、図２（ｃ）に示すように、半導体素子２近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度を超えると、すぐに温度検出値Ｖ２が閾値Ｖ４を超え、半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超える異常を正確に判定することができる。また、半導体素子２近傍の雰囲気温度の異常を検出するための温度センサを追加したり、最大耐熱温度が高い半導体素子２を採用したりする必要がないため、コスト増大を抑えることができる。
【００２４】
また、本実施形態の過熱保護回路１は、雰囲気温度異常時又は半導体素子２の出力異常時において、半導体素子２の温度が最大耐熱温度を超える前において、半導体素子２を停止させることができるため、過熱による半導体素子２の破損を防止することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１過熱保護回路
２半導体素子
３過熱判定回路
４駆動回路
５温度検出部
６閾値出力部
７コンパレータ
８サーミスタ
９〜１４抵抗
１５、１６ダイオード
１７ツェナーダイオード
１８コンデンサ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子近傍の雰囲気温度に応じた温度検出値を出力する温度検出手段と、
前記半導体素子のオフ時に前記半導体素子近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度になるときの前記温度検出値を下限値とし、前記半導体素子のオン時に前記半導体素子の温度が前記半導体素子の最大耐熱温度になるときの前記温度検出値を上限値とする閾値を、前記半導体素子の出力電流に応じて変更し出力する閾値出力手段と、
前記温度検出手段から出力される温度検出値が前記閾値出力手段から出力される閾値を超えると、異常と判定する異常判定手段と、
を備える過熱判定回路。
【請求項２】
請求項１に記載の過熱判定回路であって、
前記閾値出力手段は、
一定電圧を分圧する複数の抵抗と、
前記複数の抵抗により分圧された電圧を前記下限値として前記異常判定手段に出力する第１のダイオードと、
前記半導体素子の出力電流により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサにかかる電圧を前記閾値として前記異常判定手段に出力する第２のダイオードと、
前記コンデンサにかかる電圧を前記上限値にクランプするツェナーダイオードと、
を備える過熱判定回路。
【請求項３】
半導体素子近傍の雰囲気温度に応じた温度検出値を出力する温度検出手段と、前記半導体素子のオフ時に前記半導体素子近傍の雰囲気温度が正常時の雰囲気温度になるときの前記温度検出値を下限値とし、前記半導体素子のオン時に前記半導体素子の温度が前記半導体素子の最大耐熱温度になるときの前記温度検出値を上限値とする閾値を、前記半導体素子の出力電流に応じて変更し出力する閾値出力手段と、前記温度検出手段から出力される温度検出値が前記閾値出力手段から出力される閾値を超えると、異常と判定する異常判定手段とを備える過熱判定回路と、
前記異常判定手段により異常と判定されると、前記半導体素子を停止する駆動回路と、
を備える過熱保護回路。
【請求項４】
請求項３に記載の過熱保護回路であって、
前記閾値出力手段は、
一定電圧を分圧する複数の抵抗と、
前記複数の抵抗により分圧された電圧を前記下限値として前記異常判定手段に出力する第１のダイオードと、
前記半導体素子の出力電流により充電されるコンデンサと、
前記コンデンサにかかる電圧を前記閾値として前記異常判定手段に出力する第２のダイオードと、
前記コンデンサにかかる電圧を前記上限値にクランプするツェナーダイオードと、
を備える過熱保護回路。

【図１】