(57)【要約】  本発明のスイッチング素子制御回路１００は、スイッチング素子２００の閾値電圧を測定する測定モードと、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御する制御モードとを切り替えて実施するスイッチング素子制御回路であって、閾値電圧測定用電源１０と、第３電極電圧制御部２０と、オン／オフ状態判定部３０と、第３電極に印加した第３電極電圧をスイッチング素子の閾値電圧として記憶する記憶部４０とを備え、第３電極電圧制御部２０は、制御モードにおいて、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、記憶部４０に記憶された閾値電圧を含む情報に基づいて第３電極電圧を制御することを特徴とする。  本発明のスイッチング素子制御回路１００によれば、スイッチング素子のスイッチング損失を小さくすることが可能で、かつ、スイッチング素子のオン／オフ動作を確実に制御することが可能で、かつ、生産性を高くすることが可能となる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、第２電極と、第３電極とを備えるスイッチング素子の閾値電圧を測定する測定モードと、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードとを切り替えて実施するスイッチング素子制御回路であって、
前記測定モードにおいて、前記スイッチング素子の前記第１電極に電流を供給する閾値電圧測定用電源と、
前記測定モードにおいては、第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記制御モードにおいては、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために前記第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部と、
前記測定モードにおいて、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部と、
前記測定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の閾値電圧として記憶する記憶部とを備え、
前記第３電極電圧制御部は、前記制御モードにおいて、前記スイッチング素子をオン状態とするときに、前記記憶部に記憶された前記閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とするスイッチング素子制御回路。
【請求項２】
前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部をさらに備え、
前記測定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部による前記第１電極電流の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定することを特徴とする請求項１に記載のスイッチング素子制御回路。
【請求項３】
前記第３電極電圧制御部は、前記測定モードにおいては、前記第３電極電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるように前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング素子制御回路。
【請求項４】
前記第３電極電圧制御部は、前記測定モードにおいては、前記第３電極電圧が、時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるように、前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチング素子制御回路。
【請求項５】
前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はＨＥＭＴであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスイッチング素子制御回路。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、ＧａＮ、ＳｉＣ又はＧａ２Ｏ３を含む材料により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のスイッチング素子制御回路。
【請求項７】
第１電極と、第２電極と、第３電極とを備えるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する、請求項１〜６のいずれかに記載のスイッチング素子制御回路とを備えることを特徴とするパワーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチング素子制御回路及びパワーモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するスイッチング素子制御回路が知られている（例えば、特許文献１参照。）。【０００３】
従来のスイッチング素子制御回路９００は、図７に示すように、スイッチング素子８００のオン／オフ動作を制御するためにゲート電圧を制御するゲート電圧制御部９２０を備える。【０００４】
従来のスイッチング素子制御回路９００によれば、ゲート電圧を制御することによってスイッチング素子８００のオン／オフ動作を制御することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１２／１５３４５９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、近年、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることによりスイッチング素子のスイッチング損失を小さくすることが可能なスイッチング素子制御回路が求められている。これを実現するための方法の一つとして、閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることにより、スイッチング素子のスイッチング速度を速くし、スイッチング素子のスイッチング損失を小さくすることが考えられる（図４参照。）。【０００７】
しかしながら、スイッチング素子の閾値電圧は、スイッチング素子の製造バラツキによって変動するため（図４（ｂ）参照。）、閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をスイッチング素子のゲート電極に印加することが難しい。従って、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることが難しいため、スイッチング素子のスイッチング損失を小さくすることが難しくなる、という問題がある。
また、スイッチング素子の閾値電圧がスイッチング素子の製造バラツキによって設計上の閾値電圧よりも高くなる方向に変動していた場合には、設計上の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子がオン状態にならない場合があるため、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御することができないおそれがある、という問題もある。特に、ＧａＮを含む材料により形成されたスイッチング素子等の場合のように絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さい場合には、この問題がより顕著となる。【０００８】
なお、スイッチング素子制御回路に組み込む前にスイッチング素子の閾値電圧を測定し、測定された閾値電圧に基づいてゲート電圧を決定することも理論上可能である。しかしながら、スイッチング素子は大量生産することが一般的であるため、製造されたスイッチング素子それぞれの閾値電圧を測定しようとすると作業が非常に煩雑になり、生産性を高くすることが難しい、という問題もある。【０００９】
そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、スイッチング素子のスイッチング損失を小さくすることが可能で、かつ、スイッチング素子のオン／オフ動作を確実に制御することが可能で、かつ、生産性を高くすることが可能なスイッチング素子制御回路を提供することを目的とする。また、このようなスイッチング素子制御回路を備えるパワーモジュール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】
【００１０】
［１］本発明のスイッチング素子制御回路は、第１電極と、第２電極と、第３電極とを備えるスイッチング素子の閾値電圧を測定する測定モードと、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードとを切り替えて実施するスイッチング素子制御回路であって、前記測定モードにおいて、前記スイッチング素子の前記第１電極に電流を供給する閾値電圧測定用電源と、前記測定モードにおいては、第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記制御モードにおいては、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために前記第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部と、前記測定モードにおいて、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部と、前記測定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の閾値電圧として記憶する記憶部とを備え、前記第３電極電圧制御部は、前記制御モードにおいて、前記スイッチング素子をオン状態とするときに、前記記憶部に記憶された前記閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする。【００１１】
［２］本発明のスイッチング素子制御回路においては、前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部をさらに備え、前記測定モードにおいて、前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部による前記第１電極電流の検出結果に基づいて前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定することが好ましい。【００１２】
［３］本発明のスイッチング素子制御回路において、前記第３電極電圧制御部は、前記測定モードにおいては、前記第３電極電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるように前記第３電極電圧を制御することが好ましい。【００１３】
［４］本発明のスイッチング素子制御回路において、前記第３電極電圧制御部は、前記測定モードにおいては、前記第３電極電圧が、時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるように、前記第３電極電圧を制御することが好ましい。【００１４】
［５］本発明のスイッチング素子制御回路において、前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はＨＥＭＴであることが好ましい。【００１５】
［６］本発明のスイッチング素子制御回路において、前記スイッチング素子は、ＧａＮ、ＳｉＣ又はＧａ２Ｏ３を含む材料により形成されたものであることが好ましい。【００１６】
［７］本発明のパワーモジュールは、第１電極と、第２電極と、第３電極とを備えるスイッチング素子と、［１］〜［６］のいずれかに記載のスイッチング素子制御回路とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のスイッチング素子制御回路によれば、測定モードにおいて、スイッチング素子制御回路に実際に接続されたスイッチング素子の閾値電圧（以下、実際の閾値電圧という）を測定することができ、制御モードにおいては、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて第３電極に印加する第３電極電圧を制御することができる。このため、実際の閾値電圧がスイッチング素子の製造バラツキによって設計上の閾値電圧から変動していた場合でも、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超える第３電極電圧をスイッチング素子の第３電極に印加することができる。従って、あらかじめ設計された閾値電圧を大きく超える第３電極電圧を第３電極に印加する場合（比較例。図４（ａ）参照。）と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができるため、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることができ、その結果、スイッチング素子のエネルギー損失を小さくすることができる。【００１８】
また、本発明のスイッチング素子制御回路によれば、上記したようにスイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超える第３電極電圧を第３電極に印加することができるため、実際の閾値電圧がスイッチング素子の製造バラツキによって設計上の閾値電圧よりも高くなる方向に変動していた場合であっても、実際の閾値電圧をわずかに超える第３電極電圧を第３電極に印加することができる。従って、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超える第３電極電圧を第３電極に印加してもスイッチング素子がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子のオン／オフ動作を確実に制御することができる。
特に、スイッチング素子がＧａＮを含む材料により形成されたものである場合のように絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さい場合であっても、実際の閾値電圧をわずかに超える第３電極電圧を第３電極に印加することができるため、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超える第３電極電圧を第３電極に印加してもスイッチング素子がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子のオン／オフ動作を確実に制御することができる。【００１９】
また、本発明のスイッチング素子制御回路によれば、測定モードにおいて、実際の閾値電圧を測定することができ、制御モードにおいては、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて第３電極に印加する第３電極電圧を制御することができるため、スイッチング素子を大量生産したとしても、スイッチング素子制御回路にスイッチング素子を接続する前に、製造されたスイッチング素子それぞれの閾値電圧を測定する必要がない。従って、作業が煩雑にならず、生産性を高くすることが容易となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態に係るパワーモジュール１及びスイッチング素子制御回路１００を示す回路図である。
【図２】実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００の測定モードを説明するために示すブロック図である。
【図３】実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００の制御モードを説明するために示すブロック図である。
【図４】閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合の効果について説明するために示す図である。図４（ａ）は比較例に係るスイッチング素子制御回路においてゲート電極にゲート電圧を印加する場合のゲート・ソース間電圧の時間変化を示すグラフの模式図であり、図４（ｂ）は実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００において閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合のゲート・ソース間電圧の時間変化を示すグラフの模式図である。
【図５】実施形態の測定モードを説明するために示す図である。
【図６】変形例の測定モードを説明するために示す図である。
【図７】従来のスイッチング素子制御回路９００を説明するために示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明のスイッチング素子制御回路及びパワーモジュールについて、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の回路構成やグラフを厳密に反映したものではない。
【００２２】
［実施形態］
１．実施形態に係るパワーモジュール１及びスイッチング素子制御回路１００の構成
実施形態に係るパワーモジュール１は、図１に示すように、スイッチング素子２００と、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御する実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００とを備える。実施形態に係るパワーモジュール１は、高耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成されたパッケージで覆われている。実施形態に係るパワーモジュール１には、直流の電源電圧ＶＤＤを入力する（＋）側入力端子Ｔ１、接地側の（−）側入力端子Ｔ２、（＋）側出力端子Ｔ３、接地側の（−）側出力端子Ｔ４、及び、駆動信号（例えば、ゲートパルス）Ｐｇを入力する制御端子Ｔ５が設けられている。
【００２３】
（＋）側入力端子Ｔ１と（−）側入力端子Ｔ２との間には、電源電圧ＶＤＤを印加するためのゲートドライブ用電源３００が接続されている。ゲートドライブ用電源３００は、ゲート電圧制御部２０を介してスイッチング素子２００のゲート電極と接続されており、ゲート電極に電圧を供給する。（＋）側出力端子Ｔ３及び（−）側出力端子Ｔ４には、負荷回路４００が接続されている。負荷回路４００は、例えば、負荷抵抗４１０及び直流の駆動電源４２０を有し、これらが（＋）側出力端子Ｔ３と（−）側出力端子Ｔ４との間に直列に接続されている。なお、（−）側出力端子Ｔ４は接地されている。
【００２４】
スイッチング素子２００は、ソース電極（第２電極）、ドレイン電極（第１電極）及びゲート電極（第３電極）を備えるＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２００は、ゲート電極に閾値電圧（実際の閾値電圧Ｖｔｈ）を超えるゲート電圧（第３電極電圧）を印加するとオン状態となり、ゲート電圧が閾値電圧を下回るとオフ状態となる。ゲート電圧は、電源電圧ＶＤＤから供給され、後述するゲート電圧制御部２０（第３電極電圧制御部）によって制御される。スイッチング素子２００は、適宜のスイッチング素子を用いることができる。なお、実施形態においては、スイッチング素子２００は、ＭＯＳＦＥＴである。また、スイッチング素子２００は、ＧａＮを含む材料により形成されたものである。
【００２５】
スイッチング素子２００のドレイン電極は、（＋）側出力端子Ｔ３を介して負荷回路４００と接続され、かつ、後述する閾値電圧測定用スイッチ１２を介して後述する閾値電圧測定用電源１０と接続されている。スイッチング素子２００のゲート電極は、ゲート電圧制御部２０と接続されている。スイッチング素子２００のソース電極はドレイン電流検出部５０と接続され、かつ、抵抗を介して（−）側出力端子Ｔ４と接続されている。
【００２６】
実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００は、閾値電圧測定用電源１０と、閾値電圧測定用スイッチ１２と、ゲート電圧制御部２０（第３電極電圧制御部）と、オン／オフ状態判定部３０と、記憶部４０と、ドレイン電流検出部５０（第１電極電流検出部）とを備える。
【００２７】
閾値電圧測定用電源１０は、測定モードにおいては、閾値電圧測定用スイッチ１２をオンすることにより、スイッチング素子２００のドレイン電極（第１電極）に閾値電圧測定用の電流を供給する。制御モードにおいては、閾値電圧測定用スイッチ１２をオフすることにより、閾値電圧測定用電源１０からスイッチング素子２００への閾値電圧測定用の電流の供給を停止する。
閾値電圧測定用スイッチ１２としては、適宜のスイッチを用いることができ、例えば、フォトカプラを用いることができる。
ゲート電圧制御部２０は、測定モードにおいては、ゲート電圧が段階的に高くなるようにゲート電圧を制御し、制御モードにおいて、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御するためにゲート電極に印加するゲート電圧を制御する。ゲート電圧制御部２０は、制御モードにおいては、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、記憶部４０に記憶された閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電圧を制御する。
ゲート電圧制御部２０は、後述するオン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオフ状態であることを判定したときは、ゲート電圧が一段階高くなるようにゲート電圧を制御する(図５参照。)。また、ゲート電圧制御部２０は、後述するオン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオン状態であることを判定したときは、ゲート電極に印加したゲート電圧Ｖｇｓを閾値電圧として記憶部４０へ送信する。
ドレイン電流検出部５０は、測定モードにおいて、スイッチング素子２００のドレイン電流Ｉｄ（ソース電流）を検出し、検出結果をオン／オフ状態判定部３０に送信する。ドレイン電流検出部５０は、スイッチング素子２００のソース電極に接続した抵抗に電流を流して電圧に返還することによって計測しているが、適宜の検出装置を用いてもよい。
オン／オフ状態判定部３０は、測定モードにおいて、ドレイン電流検出部５０から受信した検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオン／オフ状態を判定する。
記憶部４０は、測定モードにおいて、オン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオン状態になったことを判定したときにゲート電極に印加したゲート電圧をスイッチング素子２００の閾値電圧として記憶する。
【００２８】
ゲート電圧制御部２０は、（＋）側入力端子Ｔ１を介してゲートドライブ用電源３００と接続され、かつ、制御端子Ｔ５と接続されている。また、ゲート電圧制御部２０は、記憶部４０と接続されている。オン／オフ状態判定部３０は、ゲート電圧制御部２０、記憶部４０及びドレイン電流検出部５０とそれぞれ接続されている。
【００２９】
２．実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００の動作について
実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００は、スイッチング素子の閾値電圧を測定する測定モードと、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードとを切り替えて実施する。
【００３０】
（１）測定モード
測定モードは、スイッチング素子制御回路１００に接続されたスイッチング素子２００の閾値電圧を測定するモードである。このモードは、スイッチング素子制御回路１００及びスイッチング素子２００を駆動させる前、又は、スイッチング素子制御回路１００及びスイッチング素子２００の駆動を一旦停止して行う。
【００３１】
測定モードにおいては、駆動電源４２０から電流供給をしない状態でスイッチング素子２００の閾値電圧を測定する。そして、閾値電圧測定用電源１０からスイッチング素子２００のドレイン電極に閾値電圧測定用の電流を供給する（図２参照。）。
【００３２】
次に、ゲート電圧制御部２０によって、ゲート電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるようにゲート電圧を制御する（図５参照。）。具体的には、以下のようにゲート電圧を制御する。
まず、ゲート電圧制御部２０は、想定されている閾値電圧よりも低い電圧をゲート電極に印加するようにゲート電圧を制御する。このとき、ドレイン電流検出部５０によってドレイン電流は検出されない（ドレイン電流の値が０である）ため、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング素子２００がオフ状態であると判定する。オン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオフ状態であると判定すると、ゲート電圧制御部２０は、ゲート電圧が一段階高くなるようにゲート電圧を制御する(図５参照。)。これを繰り返してゲート電圧を徐々に高くしていき、ドレイン電流検出部５０によってドレイン電流が検出されたとき（ドレイン電流の値が０でなくなったとき）、オン／オフ状態判定部３０は、スイッチング素子２００がオン状態であると判定する。オン／オフ状態判定部３０によってスイッチング素子２００がオン状態であることを判定すると、ゲート電圧制御部２０は、ゲート電極に印加したゲート電圧Ｖｇｓを閾値電圧として記憶部４０へ送信する。そして、記憶部４０では、ドレイン電流を検出したときにゲート電極に印加したゲート電圧Ｖｇｓを閾値電圧として記憶する。
【００３３】
（２）制御モード
制御モードは、閾値電圧測定用スイッチ１２をオフにし負荷抵抗４１０及び駆動電源４２０を接続させた状態で制御端子Ｔ５からの駆動信号（例えば、ゲートパルス）Ｐｇによりスイッチング素子２００のオン／オフ動作を制御するモードである。制御モードにおいて、スイッチング素子２００をオン状態とするときには、記憶部４０に記憶された閾値電圧を含む情報に基づいて、閾値電圧よりもわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する（図３参照。）。スイッチング素子２００をオフ状態とするときには、ゲート電極に印加するゲート電圧が、閾値電圧Ｖｔｈを下回るようにする。
【００３４】
３．実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００及びパワーモジュール１の効果
実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００及びパワーモジュール１によれば、測定モードにおいて、スイッチング素子制御回路１００に実際に接続されたスイッチング素子２００の実際の閾値電圧を測定することができ、制御モードにおいては、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、実際の閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電極に印加するゲート電圧を制御することができる。このため、実際の閾値電圧がスイッチング素子２００の製造バラツキによって設計上の閾値電圧から変動していた場合でも、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をスイッチング素子のゲート電極に印加することができる。従って、スイッチング素子のオン／オフ動作を確実に制御するために閾値電圧を大きく超えるゲート電圧をスイッチング素子のゲート電極に印加する場合（比較例。図４（ａ）参照。）と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができるため、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることができ、その結果、スイッチング素子のエネルギー損失を小さくすることができる。
【００３５】
また、実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００及びパワーモジュール１によれば、上記したようにスイッチング素子２００をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができるため、実際の閾値電圧がスイッチング素子２００の製造バラツキによって設計上の閾値電圧よりも高くなる方向に変動していた場合であっても、実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができる。従って、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を確実に制御することができる。
特に、スイッチング素子２００がＧａＮを含む材料により形成されたものである場合のように絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さい場合であっても、実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができるため、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子２００がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を確実に制御することができる。
【００３６】
また、実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００及びパワーモジュール１によれば、測定モードにおいて、実際の閾値電圧を測定することができ、制御モードにおいては、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電極に印加するゲート電圧を制御することができるため、スイッチング素子２００を大量生産したとしても、スイッチング素子制御回路１００にスイッチング素子２００を接続する前に、製造されたスイッチング素子それぞれの閾値電圧を測定する必要がない。従って、作業が煩雑にならず、生産性を高くすることが容易となる。
【００３７】
実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００によれば、スイッチング素子２００を流れるドレイン電流を検出するドレイン電流検出部５０を備え、測定モードにおいて、オン／オフ状態判定部３０は、ドレイン電流検出部５０によるドレイン電流の検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオン／オフ状態を判定するため、スイッチング素子２００の閾値電圧を簡便に、かつ、確実に測定することができる。
【００３８】
実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００によれば、ゲート電圧制御部２０は、測定モードにおいては、時間経過に伴って階段状に高くなるようにゲート電圧を制御するため、スイッチング素子２００の閾値電圧を効率的に、かつ、確実に測定することができる。
【００３９】
実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００によれば、スイッチング素子２００は、ＭＯＳＦＥＴであるため、高速スイッチングが可能なスイッチング素子制御回路となる。
【００４０】
ところで、スイッチング素子２００は、ＧａＮを含む材料により形成されたものであるため、絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さくなるが、このような場合であっても、実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００によれば、実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができる。従って、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子２００がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を確実に制御することができる。
また、実施形態に係るパワーモジュール１によれば、スイッチング素子２００がＧａＮを含む材料により形成されたものであるため、スイッチング素子２００は、オン抵抗が低いスイッチング素子となるため、導通損失が小さいパワーモジュールとすることができる。
【００４１】
［変形例］
変形例に係るスイッチング素子制御回路（図示せず。）は、基本的には実施形態に係るスイッチング素子制御回路と同様の構成を有するが、測定モードにおけるゲート電圧の態様が実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００の場合とは異なる。すなわち、変形例に係るスイッチング素子制御回路において、ゲート電圧制御部２０は、測定モードにおいては、ゲート電圧が、時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるように、ゲート電圧を制御する（図６参照。）。
【００４２】
このように、変形例に係るスイッチング素子制御回路は、測定モードにおけるゲート電圧の態様が実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００の場合とは異なるが、実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００の場合と同様に、測定モードにおいて、スイッチング素子制御回路に実際に接続されたスイッチング素子の実際の閾値電圧を測定することができ、制御モードにおいては、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電極に印加するゲート電圧を制御することができる。このため、実際の閾値電圧がスイッチング素子の製造バラツキによって設計上の閾値電圧から変動していた場合でも、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をスイッチング素子のゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができるため、スイッチング素子のスイッチング速度を速くすることができ、その結果、スイッチング素子のエネルギー損失を小さくすることができる。
【００４３】
なお、変形例に係るスイッチング素子制御回路は、測定モードにおけるゲート電圧の態様以外の点においては実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００と同様の構成を有するため、実施形態に係るスイッチング素子制御回路１００が有する効果のうち該当する効果を有する。
【００４４】
以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００４５】
（１）上記実施形態において記載した構成要素の数等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。
【００４６】
（２）上記実施形態において、ゲート電圧制御部２０は、制御モードにおいて、スイッチング素子をオン状態とするときに、記憶部に記憶された閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電圧を制御したが、本発明はこれに限定するものではない。スイッチング素子２００の近傍に温度検出素子を設け、測定モードにおいて、オン／オフ状態判定部によってスイッチング素子がオン状態になったことを判定したときにゲート電極に印加したゲート電圧をスイッチング素子の閾値電圧として記憶し、制御モードにおいて、当該閾値電圧と温度検出素子による温度の検出結果を含む情報に基づいてゲート電圧を制御してもよい。
【００４７】
（３）上記実施形態において、スイッチング素子制御回路が１つのスイッチング素子を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子制御回路が、複数のスイッチング素子を制御してもよい。
【００４８】
（４）上記実施形態において、スイッチング素子は、ＧａＮを含む材料により形成されたものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子は、ＳｉＣやＧａ２Ｏ３等のワイドギャップ半導体を含む材料や、シリコンを含む材料により形成されたものであってもよい。
【００４９】
（５）上記実施形態においては、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子(例えば、ＨＥＭＴ、ＩＧＢＴ等)を用いてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１…パワーモジュール、１０…閾値電圧測定用電源、１２…閾値電圧測定用スイッチ、２０，９２０…ゲート電圧制御部、３０…オン／オフ状態判定部、４０…記憶部、５０…ドレイン電流検出部、１００，９００…スイッチング素子制御回路、２００，８００…スイッチング素子、３００…ゲートドライブ用電源、４００…負荷回路、４１０…負荷抵抗、４２０…駆動電源、Ｔ１…（＋）側入力端子、Ｔ２…（−）側入力端子、Ｔ３…（＋）側出力端子、Ｔ４…（−）側出力端子、Ｔ５…制御端子、ＶＤＤ…電源電圧、Ｖｔｈ…閾値電圧
【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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【図７】
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【国際調査報告】
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