(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換用の少なくとも１つの半導体スイッチング素子と、
外部から当該半導体スイッチング素子に対するオン／オフ指令を入力して、当該半導体スイッチング素子をその制御端子を介してそれぞれオン／オフ駆動するドライブ回路とを同一のパッケージに収容してインテリジェントパワーモジュールを構成してなる半導体装置において、
前記インテリジェントパワーモジュール内部であって前記半導体スイッチング素子に付設され、当該半導体スイッチング素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別したときは当該のドライブ回路に当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を行うとともに外部へ警報を出力する異常保護手段と、
前記インテリジェントパワーモジュール内部であって前記半導体スイッチング素子に付設され、当該の半導体スイッチング素子部分の異常発生の兆しを検出したときは予告警報を外部へ出力する異常予告手段と、を備え、
前記予告警報と警報との外部への出力端子を共通とし、この２つの警報を互いに異なるパルス幅のデジタル信号としたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記異常保護手段が、当該の半導体スイッチング素子の主端子間に流れる電流が、この半導体スイッチング素子の正常値を上回る第１の所定値を越えたときに異常有りと判別し、前記異常予告手段が、当該の半導体スイッチング素子の主端子間に流れる電流が前記正常値より大きく、且つ第１の所定値より小さい第２の所定値を越えたときに前記予告警報を出力するようにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置において、
前記異常保護手段が、当該の半導体スイッチング素子のチップ温度が、この半導体スイッチング素子の正常値を上回る第１の所定値を越えたときに異常有りと判別し、前記異常予告手段が、当該の半導体スイッチング素子のチップ温度が前記正常値より大きく、且つ第１の所定値より小さい第２の所定値を越えたときに前記予告警報を出力するようにしたことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
モータ駆動用インバータ装置主回路の上下アームを構成する複数の半導体スイッチング素子と、
モータの回生エネルギを消費する電流を断続するブレーキ用半導体スイッチング素子と、
前記複数の半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチング素子の個々に付設され、外部から当該半導体スイッチング素子に対するオン／オフ指令を入力して、当該半導体スイッチング素子をその制御端子を介してそれぞれオン／オフ駆動するドライブ回路とからインテリジェント・パワー・モジュールを構成してなる半導体装置において、
前記インテリジェントパワーモジュール内部であって、前記半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチング素子の個々に付設され、当該半導体スイッチング素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別したときは当該のドライブ回路に当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせる異常保護手段と、
前記主回路の下アームを構成する半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチング素子に付設され、当該の半導体スイッチング素子部分の異常時に警報を外部への共通の信号線に出力する警報送信手段と、
前記主回路の下アームを構成する半導体スイッチング素子に付設され、この共通信号線を介し少なくとも他の半導体スイッチング素子が出力する警報を受信して、当該の異常保護手段を介し当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせる警報受信手段とを備え、
警報受信手段がブレーキ用半導体スイッチング素子を除く半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えばモータ可変速制御用インバータ装置等の電力変換装置に組込まれる半導体装置であって、パワー用の半導体スイッチング素子と、そのドライブ回路と、各種の保護回路等を同一のパッケージに内蔵させた、いわゆるインテリジェント・ パワー・モジュール（以下ＩＰＭとも略記する）と呼ばれる半導体装置に関する。
なお、以下各図において同一の符号は同一もしくは相当部分を示す。
【０００２】
【従来の技術】
図６はインテリジェント・ パワー・モジュール（ＩＰＭ）を含むモータ可変速制御用インバータ装置の要部の構成例を示す。同図において、０１はＩＰＭ、０２はこのインバータ装置の本体側０５の図外の整流回路によって作られる主直流電源、０３はこのインバータ装置によって可変速駆動される外部のモータ、０４はインバータ装置本体側０５に設けられた後述の回生電力消費抵抗である。
なお、インバータ装置本体側０５は、前記した主直流電源０２を作る整流回路や、ＩＰＭ０１に対する各種制御信号を生成する制御回路等を備えている。
【０００３】
次にＩＰＭ０１内において、１（１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢ）は自身のエミッタ電流の一部を分流して、負荷短絡等のエミッタ電流の異常を検出するセンス端子ＳＥを持つ半導体スイッチング素子としてのセンスＩＧＢＴで、ここでは便宜上、６つのＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚをインバータ部素子と呼び、ＩＧＢＴ１ＤＢをブレーキ部素子と呼ぶ。
【０００４】
２（２Ｕ〜２Ｚ，２ＤＢ）は転流ダイオードで、転流ダイオード２Ｕ〜２Ｚは、それぞれインバータ部素子としてのＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚのコレクタ・エミッタ間に逆極性に接続され、転流ダイオード２ＤＢは回生電力消費抵抗０４と並列に、且つカソードが主直流電源の正極Ｐ側となるように接続されている。
【０００５】
また、３（３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢ）は各ＩＧＢＴ１（１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢ）に１対１に対応して設けられたプリドライバである。この例ではプリドライバ３とＩＧＢＴ１とが１対１となっているが、この他にインバータ部素子に対するプリドライバ３をまとめて１つにしたものや、上アーム用と下アーム用のプリドライバを各１つにまとめたものや、ブレーキ部素子のプリドライバを含めて１つのプリドライバとしたもの等、１つのプリドライバ３が複数のＩＧＢＴ１に対応するように設けられたものもある。
【０００６】
ここで、ＩＧＢＴ１Ｕと１Ｘは主直流電源０２の正極Ｐと負極Ｎの間に１Ｕが上アーム、１Ｘが下アームとなるように直列、且つ順方向に接続されており、同様にＩＧＢＴ１Ｖと１Ｙ，１Ｗと１Ｚも、それぞれ主直流電源の極Ｐ，Ｎの間に１Ｖ，１Ｗが上アーム、１Ｙ，１Ｚが下アームとなるように直列、且つ順方向に接続されている。
【０００７】
そして、インバータ部素子としての６つのＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚで３相のインバータ・ブリッジ回路を構成しており、ＩＧＢＴ１Ｕと１Ｘの接続点が３相交流のＵ相出力端子、ＩＧＢＴ１Ｖと１Ｙの接続点が３相交流のＶ相出力端子、ＩＧＢＴ１Ｗと１Ｚの接続点が３相交流のＷ相出力端子となって、各出力端子Ｕ〜Ｗが外部のモータ（この例では３相誘導電動機）０３に接続されている。
また、ブレーキ部素子としてのＩＧＢＴ１ＤＢは、回生電力消費抵抗０４と直列に接続され、主直流電源の極Ｐ，Ｎの間に順方向に設けられている。
【０００８】
プリドライバ３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢは、それぞれ対応するＩＧＢＴのゲートを駆動するための回路及び保護回路等を内蔵すると共に、ドライブ電源（この例では直流１５Ｖ）を入力しており、基本的な機能として、インバータ装置本体側０５の制御回路（図外）からオン／オフ指令（ドライバ入力ともいう）を端子ＶinＵ〜ＶinＺ，ＶinＤＢに入力し、対応するＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢのゲート・エミッタ間にオン／オフのゲート信号を与えて、このＩＧＢＴをオン／オフさせるドライブ回路の機能を持っている。
このようにして、常時はＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚを介し、主直流電源０２から可変周波数，可変電圧の３相交流電圧が変換生成され、モータ０３が可変速制御される。
【０００９】
また、モータ０３の運転中、モータの減速または停止のためにインバータ装置の出力周波数を下げると、モータ０３のエネルギが主直流電源０２側へ回生され、主直流電源０２の極Ｐ，Ｎ間の電圧が上昇し、ＩＧＢＴや主直流電源０２を構成する平滑コンデンサ等の耐圧が脅かされる恐れがある。
【００１０】
このため、インバータ装置本体側０５の制御回路は、主直流電源０２の極Ｐ，Ｎ間電圧を監視し、この電圧が所定値を越えると、ブレーキ部素子であるＩＧＢＴ１ＤＢに対するプリドライバ３ＤＢの入力端子ＶinＤＢにオン／オフ指令を与えてＩＧＢＴ１ＤＢを断続導通させ、モータ０３から電源０２側へ送られる回生電流を回生電力消費抵抗０４を介しバイパスして消費させ、主直流電源０２の極間電圧が過大になることを防ぐ。
【００１１】
プリドライバ３は上述した、▲１▼ＩＧＢＴのドライブ機能、の他に次のような各種の保護機能を持っている。
▲２▼短絡保護機能、
▲３▼低電圧保護機能、
▲４▼過電流保護機能、
▲５▼ＩＧＢＴチップ過熱保護機能。
【００１２】
ここで、▲２▼短絡保護機能は、対応するＩＧＢＴのセンス端子ＳＥからＩＧＢＴの出力電流が所定値（例えば定格電流の４〜５倍）以上の過大な値になったことを高速に検出して極めて短時間に対応するＩＧＢＴをオフ（一旦ゲート電圧を絞ってからオフさせるソフト遮断）し、ＩＧＢＴを保護する機能である。
【００１３】
▲３▼低電圧保護機能は、ＩＧＢＴのオン時のゲート電圧を最適値に保つために、自身が入力しているドライブ電源の電圧を監視し、この電圧が所定値を下回ったとき対応するＩＧＢＴをオフする機能である。
【００１４】
▲４▼過電流保護機能は、対応するＩＧＢＴのセンス端子ＳＥからＩＧＢＴの出力電流が所定値（例えば定格電流の１．５〜２倍）以上の過大な値になったことを検出して対応するＩＧＢＴをオフする機能である。前記▲２▼短絡保護機能との違いは検出のスピードとトリップレベルである。
【００１５】
また、▲５▼ＩＧＢＴチップ過熱保護機能は、対応するＩＧＢＴのチップに埋め込まれたダイオードの順方向電圧からチップ温度を検出し、このチップ温度が所定値以上となったとき、対応するＩＧＢＴをオフする機能である。
【００１６】
次に、図６の下端に示される過熱保護回路４は、各ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢのチップを金属の放熱基板から絶縁する金属あるいはセラミックの絶縁基板の温度が所定値以上になったとき、常時はＨｉであるアラームイネーブルライン５をＬｏとし、外部へＬｏの警報ＡＬＭを出力する回路である。
【００１７】
インバータ・ブリッジ回路の下アームとなるＩＧＢＴ１Ｘ〜１Ｚを駆動するプリドライバ３Ｘ〜３Ｚと、ブレーキ部ＩＧＢＴ１ＤＢを駆動するプリドライバ３ＤＢとの何れかが、上記▲２▼〜▲４▼の何れかの保護動作を行ったときも、当該のプリドライバ３は過熱保護回路４と同様にアラームイネーブルライン５をＬｏとし、外部へＬｏの警報ＡＬＭを出力する。
【００１８】
この警報ＡＬＭの出力時、アラームイネーブルライン５が接続されているプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ，３ＤＢのうち、警報ＡＬＭを出力しなかったプリドライバは、アラームイネーブルライン５がＬｏ（アクティブ）になったことを検知して自身に対応するＩＧＢＴをオフする。
【００１９】
また、インバータ装置本体側０５の図外の保護回路は、Ｌｏの警報ＡＬＭを検知すると、インバータ・ブリッジ回路の上アームのＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｗを駆動するプリドライバ３Ｕ〜３Ｗにもオフ指令を出力するので、上アームのＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｗもオフされる。
このようにして、プリドライバ３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢと過熱保護回路４の何れかが保護動作を行うと全てのＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢが遮断されることになる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来のＩＰＭが内蔵する保護機能の主目的はＩＰＭ内の半導体素子を異常状態から保護し、その破壊を回避する事であり、ＩＰＭが異常を検出すると即座に、全てのＩＧＢＴが遮断されインバータ装置の停止が行われていた。
【００２１】
このため、インバータ装置の異常時、半導体素子の破壊は回避できるものの、例えば、製造ライン等に使用されているインバータ装置が、その過負荷状態に気づかず運転している最中に突然停止し、工場システム全体の操業が低下するということが発生し得る。
【００２２】
このことは、特に大きな製造ラインにおいては多大な損失につながるので、装置を異常停止させる以前に、装置の異常停止になりそうな兆しを検出して予告警報を出力し、インバータ装置の操作者等に異常停止を招く要因を早期に排除することを促し、工場システムの操業低下を回避することが望まれている。
【００２３】
また、前述のようにインバータ部素子用のプリドライバ３Ｘ〜３Ｚの何れかが異常を検出したときは、アラームイネーブルライン５をＬｏとすることによってブレーキ部素子のＩＧＢＴ１ＤＢまで停止状態となる。
【００２４】
ところで、インバータ部素子に異常状態が発生して、インバータ回路が運転状態から急に停止状態になった場合、負荷である回転中のモータ０３等より回生エネルギが主直流電源０２側に戻り主直流電源０２の電圧が上昇する。
【００２５】
前述のように、通常時はインバータ装置本体側０５の制御回路が主直流電源０２の電圧上昇を検出したときは、ブレーキ部ＩＧＢＴ１ＤＢを動作させ電圧上昇を抑えるが、プリドライバ３ＤＢがイネーブルライン５のＬｏを検出してブレーキ部ＩＧＢＴ１ＤＢを遮断したときは、プリドライバ３ＤＢの入力端子ＶinＤＢにオン指令を与えても動作せず、このため主直流電源０２の電圧上昇を抑制できず、最悪時には素子破壊を招く可能性があった。
【００２６】
この発明の目的は上記問題点を除去し、ＩＰＭ側の異常発生の兆しを検出して、インバータ装置を停止せずに予告警報を出力し、インバータ装置の異常停止を招く要因の排除を促して、工場システムの突然の操業低下を防ぐことができるＩＰＭとしての半導体装置、およびインバータ部素子のＩＧＢＴが異常によって遮断され、インバータ装置が停止しても、ブレーキ部素子のＩＧＢＴのオン／オフ動作を可能として主直流電源の電圧上昇を抑制できるＩＰＭとしての半導体装置を提供することにある。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１の半導体装置は、電力変換用の少なくとも１つの半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢなど）と、外部から当該半導体スイッチング素子に対するオン／オフ指令（ＶinＵ〜ＶinＺ，ＶinＤＢなど）を入力して、当該半導体スイッチング素子をその制御端子（ゲートなど）を介してそれぞれオン／オフ駆動するドライブ回路（プリドライバ３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢの内蔵回路など）とを同一のパッケージに収容してインテリジェントパワーモジュールを構成してなる半導体装置において、前記インテリジェントパワーモジュール内部であって前記半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢなど）に付設され、当該半導体スイッチング素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別したと（時点ｔ１に）きは当該のドライブ回路に当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を行うとともに外部へ警報を出力する異常保護手段（プリドライバ３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢの内蔵回路など）と、前記インテリジェントパワーモジュール内部であって前記半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢなど）に付設され、当該の半導体スイッチング素子部分の異常発生の兆しを検出したとき（時点ｔ２に）は予告警報を外部へ出力する異常予告手段（プリドライバ３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢの内蔵回路など）と、を備え、前記予告警報と警報との外部への出力端子を共通とし、この２つの警報を互いに異なるパルス幅（予告警報出力幅Ｔ２と警報出力幅Ｔ１）のデジタル信号とするものとする。
【００２８】
また請求項２の半導体装置は、請求項１に記載の半導体装置において、前記異常保護手段が、当該の半導体スイッチング素子の主端子間に流れる電流（コレクタ電流など）が、この半導体スイッチング素子の正常値を上回る第１の所定値（警報レベルＩｍ１）を越えたときに異常有りと判別し、前記異常予告手段が、当該の半導体スイッチング素子の主端子間に流れる電流が前記正常値より大きく、且つ第１の所定値より小さい第２の所定値（予告警報レベルＩｍ２）を越えたときに前記予告警報を出力するようにする。
【００２９】
また請求項３の半導体装置は、請求項１または２に記載の半導体装置において、前記異常保護手段が、当該の半導体スイッチング素子のチップ温度が、この半導体スイッチング素子の正常値を上回る第１の所定値（θｍ１）を越えたときに異常有りと判別し、前記異常予告手段が、当該の半導体スイッチング素子のチップ温度が前記正常値より大きく、且つ第１の所定値より小さい第２の所定値（θｍ２）を越えたときに前記予告警報を出力するようにする。
【００３０】
即ち、請求項１に関わる発明（以下第１発明という）では、半導体スイッチング素子部分の異常時に素子を遮断するＩＰＭ保護回路動作の前段階の動作として、半導体スイッチング素子部分の異常発生の兆しを検出し、ＩＰＭの動作は継続しながら、予告警報ＡＬＭ２をＩＰＭより出力する。
このとき、異常時に警報をＩＰＭの外部に出力するための端子と、予告警報をＩＰＭの外部に出力するための端子とを共通にするときは、警報と予告警報とのパルス幅が異なるようにする。
【００３１】
なお、ＩＧＢＴのコレクタ電流又はチップ温度が、正常値より高く、異常値より低い所定値を越えた時点に異常発生の兆しがあると判別する。
これにより、インバータ装置が異常停止する以前に、異常停止となる要因を排除できるようにし、異常停止を未然に回避する。
【００３２】
また請求項４の半導体装置（ＩＰＭ０１）は、モータ駆動用インバータ装置主回路の上下アームを構成する複数の半導体スイッチング素子と、モータの回生エネルギを消費する電流を断続するブレーキ用半導体スイッチング素子（ブレーキ部素子としてのＩＧＢＴ１ＤＢ）と、前記複数の半導体スイッチング素子及びブレーキ用半導体スイッチング素子の個々に付設され、外部から当該半導体スイッチング素子に対するオン／オフ指令（ＶinＵ〜ＶinＺなど及びＶinＤＢ）を入力して、当該半導体スイッチング素子をその制御端子（ゲートなど）を介してそれぞれオン／オフ駆動するドライブ回路（プリドライバ３Ｕ〜３Ｚなど及び３ＤＢの内蔵回路）とからインテリジェントパワーモジュールを構成してなる半導体装置において、前記インテリジェントパワーモジュール内部であって、前記半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚなど）及びブレーキ用半導体スイッチング素子の個々に付設され、当該半導体スイッチング素子部分の異常の有無を監視し、異常有りと判別したときは当該のドライブ回路に当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせる異常保護手段（プリドライバ３Ｕ〜３Ｚなど及び３ＤＢの内蔵回路）と、前記主回路の下アームを構成する半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｚなど）及びブレーキ用半導体スイッチング素子に付設され、当該の半導体スイッチング素子部分の異常時に警報を外部への共通の信号線に出力する警報送信手段と、前記主回路の下アームを構成する半導体スイッチング素子に付設され、この共通信号線を介し少なくとも他の半導体スイッチング素子が出力する警報を受信して、当該の異常保護手段を介し当該半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせる警報受信手段（プリドライバ３Ｘ〜３Ｚなどの内蔵回路）とを備え、警報受信手段がブレーキ用半導体スイッチング素子を除く半導体スイッチング素子のオフ駆動を行わせるようにする。
【００３３】
即ち、請求項４に関わる発明（以下第２発明という）では、インバータ部素子やブレーキ部素子の素子部での異常時には当該素子のプリドライバが当該素子を遮断し、共通の信号線を使って外部へ警報出力を行い、更にこの共通信号線から他のプリドライバの出力警報を受信したインバータ部素子のプリドライバは当該素子を遮断する。
【００３４】
しかし、ブレーキ部素子のプリドライバはインバータ部素子のプリドライバから警報が出力されてもブレーキ部素子の遮断は行わないようにする。
これにより、インバータ装置が異常停止し、モータのエネルギ回生により、電源電圧が上昇しても、インバータ部素子のオン／オフ動作で回生エネルギを消費し、電源電圧の上昇を抑制できるようにする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
〔実施の形態１〕
図１は第１発明を適用するＩＰＭ０１を含むモータ可変速制御用インバータ装置の要部の構成を示す回路図である。同図と従来の図６との相違は、図１ではＩＰＭ０１のプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ及び３ＤＢが、インバータ装置本体側０５へ従来通り、警報ＡＬＭ（ここではＡＬＭ１として区別する）をアラームイネーブルライン５を介して出力する他に、新たに接続された予告警報ライン６を介して予告警報ＡＬＭ２をも出力するようにした点と、上アームのプリドライバ３Ｕ〜３Ｗからも個々に警報ＡＬＭ（ＡＬＭ１Ｕ〜ＡＬＭ１Ｗ）と予告警報ＡＬＭ（ＡＬＭ２Ｕ〜ＡＬＭ２Ｗ）を出力するようにした点である。
【００３６】
なお、このように上アームのプリドライバ３Ｕ〜３Ｗからも個々に警報ＡＬＭ１Ｕ〜ＡＬＭ１Ｗと予告警報ＡＬＭ２Ｕ〜ＡＬＭ２Ｗを出力するようにすると、より正確な制御を行うことができる。また、従来例と同じプリドライバは１つまたはいくつかにまとめてもよい。
図１において、警報を出力するためのラインは、警報ＡＬＭ１を出力するためのアラームイネーブルライン５と、予告警報ＡＬＭ２を出力するための予告警報ライン６との２本であるが、警報ＡＬＭ１，ＡＬＭ２の出力ライン（従ってＩＰＭ外部への警報の出力端子）を共通にすることもできる。
図４はこの時の共通の警報出力ライン（従ってＩＰＭ外部への警報の共通の出力端子）上の警報の波形の例を示す。即ち、Ｌｏの予告警報ＡＬＭ２の出力幅Ｔ２と、同じくＬｏの警報ＡＬＭ１の出力幅Ｔ１とが異なるようにして、２つの警報を区別することができる。
【００３７】
（実施例１）
図３は第１発明の第１の実施例としての過電流保護機能の動作説明用のタイミングチャートである。ここで、同図ａ）はインバータ装置本体側０５の制御回路からプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢに入力されるオン／オフ指令（ドライバ入力）ＶinＸ〜ＶinＺ又はＶinＤＢの波形を一般的に示し、同図ｂ）はこのオン／オフ指令によって流れる当該のＩＧＢＴ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢのコレクタ電流の過電流異常発生時の波形を一般的に示す。
【００３８】
また、同図ｃ）は同図ｂ）のコレクタ電流によって当該のプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢから出力される予告警報ＡＬＭ２の発生のタイミングを示し、同図ｄ）は同じく警報ＡＬＭ１の発生のタイミングを示す。
【００３９】
〔なお上アームにアラーム出力を付けない場合には、図３のａ），ｂ）の波形が、上アームのインバータ部素子ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｗに対しても同様に当てはまり、また同図ｂ）におけるコレクタ電流の警報レベルＩｍ１での保護動作（但し警報ＡＬＭ１は出力しない）が、上アームのインバータ部素子用のプリドライバ３Ｕ〜３Ｗに対しても同様にあてはまる。〕  図３に示すように、本実施例ではプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢが、自身に対応するＩＧＢＴのコレクタ電流が異常に増大し、時点ｔ１に警報レベルＩｍ１に達したことを検出すると、従来通り対応するＩＧＢＴの動作を停止し、アラームイネーブルライン５をＬｏとして警報ＡＬＭ１を出力するが、その前の段階で、コレクタ電流が正常値より増加して予告警報レベルＩｍ２に達すると、その時点ｔ２に予告警報ライン６をＬｏとして、インバータ装置本体側０５へＬｏの予告警報ＡＬＭ２を出力する。
【００４０】
但し、この場合は当該のプリドライバは当該のＩＧＢＴの遮断は行わず、また予告警報ライン６をＬｏとした情報が予告警報ライン６に接続されている他のプリドライバに影響を与えることも無い。
【００４１】
（実施例２）
図２は第１発明の第２の実施例としてのＩＧＢＴチップ過熱保護機能の動作説明用のタイミングチャートである。ここで、同図ａ）は図３と同様にインバータ装置本体側０５からプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢに入力されるドライバ入力ＶinＸ〜ＶinＺ又はＶinＤＢの波形、同図ｃ）はこのオン／オフ指令によって流れる当該のＩＧＢＴ１Ｘ〜１Ｚ又は１ＤＢのコレクタ電流の波形、同図ｂ）はこのコレクタ電流によって生ずるＩＧＢＴチップ温度の異常上昇時の波形をそれぞれ一般的に示す。
【００４２】
また、同図ｄ）は同図ｂ）のチップ温度の検出によって当該のプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢから出力される予告警報ＡＬＭ２の発生のタイミングを示し、同図ｅ）は同じく警報ＡＬＭ１の発生のタイミングを示す。
【００４３】
〔なお、図２のａ），ｃ）の波形は、上アームのインバータ部素子ＩＧＢＴ１Ｕ〜１Ｗに対しても同様に当てはまり、また同図ｂ）におけるチップ温度の警報レベルθｍ１での保護動作（但し警報ＡＬＭ１は出力しない）は、上アームのインバータ部素子用のプリドライバ３Ｕ〜３Ｗに対しても同様にあてはまる。〕
図２に示すように、本実施例ではプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢが、自身に対応するＩＧＢＴのチップ温度が異常に上昇し、時点ｔ１に警報レベルθｍ１（約１６０〜１７０°Ｃ）に達したことを検出すると、従来通り対応するＩＧＢＴの動作を停止し、アラームイネーブルライン５をＬｏとして警報ＡＬＭ１を出力するが、その前の段階で、チップ温度が正常値より上昇して予告警報レベルθｍ２（例えば１３０°Ｃ）に達すると、その時点ｔ２に予告警報ライン６をＬｏとして、インバータ装置本体側０５へＬｏの予告警報ＡＬＭ２を出力する。
【００４４】
但し、この場合は当該のプリドライバは当該のＩＧＢＴの遮断は行わず、また予告警報ライン６をＬｏとした情報が予告警報ライン６に接続されている他のプリドライバに影響を与えることも無い。
【００４５】
〔実施の形態２〕
次に第２発明の実施例を説明する。
例えば図３又は図２において予告警報ＡＬＭ２が出力された後、なおもコレクタ電流又はチップ温度が増加を続けて警報ＡＬＭ１の発生レベルＩｍ１又はθｍ１に達したときは、当該のプリドライバ３Ｘ〜３Ｚ又は３ＤＢは、当該のＩＧＢＴを遮断すると共に、アラームイネーブルライン５をＬｏとして、インバータ装置本体側０５へＬｏの警報ＡＬＭ１を出力する。
【００４６】
またこの時、プリドライバ３Ｘ〜３Ｚのうち、警報ＡＬＭ１を出力しなかったプリドライバはアラームイネーブルライン５がＬｏとなったことを検知して対応するＩＧＢＴを遮断する。
しかし本第２発明では、ブレーキ部素子用のプリドライバ３ＤＢは、アラームイネーブルライン５がＬｏになっても対応するＩＧＢＴ１ＤＢを遮断しない。
【００４７】
このように第２発明では、アラームイネーブルライン５が接続されたプリドライバ３Ｘ〜３Ｚのいずれかの何らかの保護動作と警報ＡＬＭ１の出力に伴って、アラームイネーブルライン５がＬｏになっても、ブレーキ部素子のＩＧＢＴ１ＤＢのプリドライバ３ＤＢは（自身が警報ＡＬＭ１を出力した場合でない限り）、ＩＧＢＴ１ＤＢの遮断は行わず、ＩＧＢＴ１ＤＢのオン／オフ動作が可能な状態を保つようにする。
【００４８】
図５は第２発明におけるブレーキ部素子ＩＧＢＴ１ＤＢの動作説明用のタイミングチャートである。
同図ａ）はインバータ装置本体側０５の制御回路から下アームのインバータ部素子のプリドライバ３Ｘ〜３Ｚに入力されるオン／オフ指令（ドライバ入力）ＶinＸ〜ＶinＺの波形を一般的に示し、同図ｂ）はこのオン／オフ指令によって流れる当該のＩＧＢＴ３Ｘ〜３Ｚのコレクタ電流の過電流異常発生時の波形を一般的に示す。
【００４９】
また、同図ｃ）は、同図ｂ）におけるＩＧＢＴ１Ｘ〜１Ｚのいずれかの過大なコレクタ電流によって当該ＩＧＢＴに対応するプリドライバが当該ＩＧＢＴを遮断して、警報ＡＬＭ１を出力するタイミングを示し、同図ｄ）は主直流電源０２の極Ｐ，Ｎ間電圧の推移を示す。
【００５０】
また、同図ｅ）は同図ｄ）の直流電源０２の電圧を監視しているインバータ装置本体側０５の制御回路が、ブレーキ部素子のＩＧＢＴ１ＤＢのプリドライバ３ＤＢにオン／オフ指令（ドライバ入力）ＶinＤＢを出力するタイミングを示し、同図ｆ）は同図ｅ）のドライバ入力ＶinＤＢに基づいてブレーキ部素子ＩＧＢＴ１ＤＢがオン／オフ駆動され、この素子に電流が流れるタイミングを示す。
【００５１】
（但し図５のｅ），ｆ）はマクロ的な時間的推移を示すもので、実際には同図ｅ）のドライバ入力ＶinＤＢのオン信号（Ｌｏ）は、短い周期のオン／オフの断続信号であり、同図ｆ）のブレーキ部素子電流もドライバ入力ＶinＤＢに対応した断続波形となる。）
図５のｂ）のようにＩＧＢＴ（１Ｘ〜１Ｚ）のいずれかの電流が異常に増加して、時点ｔ１に警報レベルＩｍ１に達すると、前述のように当該ＩＧＢＴのプリドライバは当該ＩＧＢＴを遮断し、アラームイネーブルライン５をＬｏにして警報ＡＬＭ１を出力し、同時に、アラームイネーブルライン５のＬｏを検知した他の下アームのインバータ素子のプリドライバもそれぞれ対応するＩＧＢＴを遮断する。
【００５２】
また警報ＡＬＭ１を検知したインバータ装置本体側０５の制御回路からのオフ指令によって上アームのインバータ部素子のＩＧＢＴも全て遮断され、これにより、モータ０３からの電力回生によって主直流電源０２の極Ｐ−Ｎ間電圧は上昇する。
【００５３】
インバータ装置本体側０５の制御回路は、時点ｔ３に極Ｐ−Ｎ間電圧が所定値を越えたことを検出すると、ブレーキ部素子ＩＧＢＴ１ＤＢのプリドライバ３ＤＢに対しオン指令（厳密には短周期のオン／オフ指令）としてのドライブ入力ＶinＤＢを与えてＩＧＢＴ１ＤＢを断続導通させ、回生電力消費抵抗０４によりモータエネルギを消費させ、主直流電源０２の電圧上昇を抑え、半導体素子等の耐圧破壊を防止する。
【００５４】
【発明の効果】
第１発明（請求項１〜３）によれば、半導体スイッチング素子と、そのドライブ回路及び保護回路とを同一のパッケージに収納した半導体装置であるインテリジェント・パワーモジュール（ＩＰＭ）において、半導体スイッチング素子部分の異常時に素子を遮断する保護回路動作の前段階の動作として、素子のコレクタ電流又はチップ温度が、正常値より高く、異常値より低い所定値を越えた時点に異常発生の兆しがあると判別して、ＩＰＭの動作は継続しながら、予告警報ＡＬＭ２をＩＰＭより出力するようにしたので、半導体スイッチング素子部分が異常となりＩＰＭを組み込んだインバータ装置等が停止する以前に、異常停止を招きそうな要因を排除することが可能となり、従来のように異常時に突然、装置が停止して、工場の操業に重大な影響を与えるといったことを無くすことができる。
【００５５】
また、第２発明（請求項４）によれば、インバータ装置の電力変換用ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子（インバータ部素子）と、モータの回生電力を消費する電流を断続する半導体スイッチング素子（ブレーキ部素子）と、これらの素子の各々のドライブ回路及び保護回路とを同一のパッケージに収納した半導体装置であるインテリジェント・パワーモジュール（ＩＰＭ）において、保護回路が、インバータ部素子やブレーキ部素子の素子部での異常時には当該素子を遮断し、共通の信号線を使って外部へ警報出力を行い、更にこの共通信号線から他の素子部の警報を受信してインバータ部素子は遮断するが、ブレーキ部素子の保護回路は、インバータ部素子側の警報を受けてのブレーキ部素子の遮断を行わないようにしたので、インバータ部素子の異常によってインバータ装置が停止し、モータのエネルギが電源側に回生されて、電源電圧が上昇しても、この上昇の途中のレベルを検出してブレーキ部素子の断続導通を行うことが可能となり、電源電圧の異常な上昇による半導体素子等の耐圧破壊を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１発明を適用するＩＰＭを含むモータ可変速制御用インバータ装置の要部の構成を示す回路図
【図２】第１発明の第２の実施例としてのＩＧＢＴチップ過熱保護機能説明用のタイミングチャート
【図３】第１発明の第１の実施例としての過電流保護機能説明用のタイミングチャート
【図４】共通警報出力ライン上の警報の波形図
【図５】第２発明の一実施例としてブレーキ部素子の動作説明用のタイミングチャート
【図６】図１に対応する従来の回路図
【符号の説明】
０１        インテリジェント・バワーモジュール（ＩＰＭ）
０２        主直流電源
０３        モータ
０４        回生電力消費抵抗
０５        インバータ装置本体側
１（１Ｕ〜１Ｚ，１ＤＢ）    ＩＧＢＴ
１Ｕ〜１Ｚ                  インバータ部素子
１ＤＢ                      ブレーキ部素子
２（２Ｕ〜２Ｚ，２ＤＢ）    転流ダイオード
３（３Ｕ〜３Ｚ，３ＤＢ）    プリドライバ
４          過熱保護回路
５          アラームイネーブルライン
６          予告警報ライン
ＡＬＭ１    警報
ＡＬＭ２    予告警報
Ｉｍ１      コレクタ電流の警報レベル
Ｉｍ２      コレクタ電流の予告警報レベル
θｍ１      チップ温度の警報レベル
θｍ２      チップ温度の予告警報レベル
ｔ１        警報出力時点
ｔ２        予告警報出力時点
ｔ３        ブレーキ部素子の動作開始時点
Ｔ１        警報出力幅
Ｔ２        予告警報出力幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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