(57)【要約】  温度データ符号化部１００は、高温部のデータ分解能を細かく、かつ、低温部のデータ分解能を粗くすると共に、温度データのデータ長を固定長とする。また、固定長の符号値を２の補数の数値符号値として数値評価した場合、符号化前の温度データの増加と共に、２の補数の数値評価値とした値上で単調増加する符号化データを生成する。
2013111863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データを、高い温度範囲領域よりも低い温度範囲領域のデータ分解能が低く、かつ２の補数の数値として評価した場合に、前記デジタル温度データの増加と共に単調増加する、所定の長さの符号化データに符号化する温度データ符号化部とを備えたことを特徴とする半導体素子の温度検出システム。
【請求項２】
半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び
前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部
を具備する温度データ符号化部と
を備えることを特徴とする半導体素子の温度検出システム。
【請求項３】
前記前置符号変換部は、
所定の温度範囲領域を基準としてＮ番目（Ｎは正の整数）に高い温度範囲領域に対して、Ｎ−１個のビット０に続く１個のビット１からなる前置符号を生成する
ことを特徴とする、請求項２に記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項４】
前記有意データ取得部は、
所定の温度範囲領域を基準としてＮ番目（Ｎは正の整数）に高い温度範囲領域に対して、最下位のＮ−１個ビットを削除して有意データを取得する
ことを特徴とする、請求項２に記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項５】
符号化データは、
高温部の検出上限値を基準値とし、当該検出上限値から検出最小分解能を基本単位とした２のべき乗の値範囲毎に温度範囲領域を設定し、前記高温部からの温度範囲領域毎に、ビット１の前にビット０を温度範囲領域数毎に増やしながら並べていく前置符号と、前記高温部からの温度範囲領域毎に、その検出分解能を半分とし、１ビットずつ温度データの下位ビットを削除するデータ符号とを連接し、これを、予め定められた温度検出下限値を含むデータ範囲までを含むように規定することを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項６】
温度データ符号化部が符号化した温度データと、予め定められた温度閾値を符号化した符号化後閾値とを比較して、前記温度データと前記閾値との比較結果を得る温度データ閾値比較部を備えたことを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項７】
温度データ符号化部が生成した符号化データを受信する温度データ受信部との通信方法を調歩同期方式とすることを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項８】
半導体素子と、
前記半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び
前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部
とを具備する温度データ符号化部と
を備えたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項９】
半導体素子と、
前記半導体素子のゲートを制御するための指令信号を出力するコントローラと、
前記半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び
前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部
とを具備する温度データ符号化部と、
前記デジタル温度データに基づき、前記コントローラの指令信号の有効または無効の判断をして制御信号を生成する制御部と、前記制御信号に基づき前記半導体素子のゲートを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備えたことを特徴とする半導体モジュールシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主としてパワーデバイス（電力用半導体素子）の温度検出を行う半導体素子の温度検出システム及びこのシステムを用いて半導体素子の温度制御を行う半導体モジュール並びに半導体モジュールシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電力用半導体素子においては、その過熱破壊から素子を保護するために、半導体素子の温度を検出し、それにより半導体ゲートの制御を行う手段が取られている（例えば、特許文献１参照）。また検出された温度値は、外部装置に提示するために、外部とのインタフェースにより転送される。電力用半導体素子は高電圧・高電流の環境下で動作するため、外部との通信は非接触の手段が採られることが多い。特許文献１においてはアンテナを用いた非接触伝送の例が示されているが、一般的にはフォトカプラのような非接触伝送手段が用いられる。また、検出した温度が高温の場合、半導体素子の熱破壊を防止するため、半導体素子のゲート駆動を停止する手段が一般的に取られている。特許文献１においても、温度検出結果を直接判定し、ゲート駆動信号の遮断が行う例が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−８７８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力用半導体素子の温度値を高精度に検出するためには、温度センサに備わるばらつきの補正を行う必要があるが、電力用半導体素子が動作している電磁環境の影響を避け、信頼性の高い補正を行うためには、電力用半導体素子部とは絶縁されている外部で補正を行う必要がある。その実現のためには、絶縁部材を挟んでの温度データの通信を行う必要があるが、高速通信が可能な絶縁部材は高価であること、また絶縁部材の信頼性は高くないため、低コスト、高信頼性で高速データ通信を行うためには、温度データのデータ量を減らす必要がある。しかしながら、単純にデータ量を減らす方法を採った場合にはデータの精度が低下するため、従来の装置では、温度データの必要となる精度を確保しながらデータ量を減らすことは考慮されていなかった。【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、低コスト化と高信頼性を確保することのできる半導体素子の温度検出システム及び半導体素子のモジュール並びに半導体モジュールシステムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る半導体素子の温度検出システムは、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、デジタル温度データを、高い温度範囲領域よりも低い温度範囲領域のデータ分解能が低く、かつ２の補数の数値として評価した場合に、デジタル温度データの増加と共に単調増加する、所定の長さの符号化データに符号化する温度データ符号化部とを備えたものである。【０００７】
また、この発明に係る半導体モジュールは、半導体素子と、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、デジタル温度データの所定の下位ビットから、温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び前置符号と有意データとを連接して符号化データを生成する連接部を具備する温度データ符号化部とを備えたものである。【０００８】
さらに、この発明に係る半導体モジュールシステムは、半導体素子と、半導体素子のゲートを制御するための指令信号を出力するコントローラと、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、デジタル温度データの所定の下位ビットから、温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び前置符号と有意データとを連接して符号化データを生成する連接部とを具備する温度データ符号化部と、デジタル温度データに基づき、コントローラの指令信号の有効または無効の判断をして制御信号を生成する制御部と、制御信号に基づき半導体素子のゲートを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、温度データを高速に送信することができ、低コスト化と高信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムを示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムのゲート駆動回路部における過熱保護機能を説明するための構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの符号化方法の説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの符号化方法における単調増加を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの温度データ送信部から温度データ受信部へのデータ転送の説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの温度データ補正部における補正方法を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの温度データ閾値比較部における補正前閾値の導出方法を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの温度データ閾値比較部における閾値比較を説明するための構成図である。
【図９】この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムの符号化部の概略構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による半導体モジュールの概略構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による半導体モジュール及び半導体モジュールシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による半導体素子の温度制御システムを示す構成図である。
図示の半導体素子の温度制御システムは、温度データ符号化部１００、温度データ送信部１１０、温度データ受信部１２０、温度データ逆符号化部１３０、温度データ閾値比較部１４０、温度データ補正部１５０、補正用データ保持部１６０、制御回路部１７０、電気絶縁部１８０、ゲート駆動回路部１９０、温度データ量子化部２００、温度データ標本化部２１０、温度データ計測部２２０、電力用半導体素子２３０を備えている。
【００１２】
温度データ符号化部１００は、温度データ量子化部２００で量子化された温度データ（量子化後温度データ４３０）を符号化する符号化部であり、その詳細については後述する。温度データ送信部１１０は、温度データ符号化部１００で符号化された符号化温度データ（符号化後温度データ４４０）を電力用半導体素子２３０とは電気絶縁されている外部に送信するための送信部である。温度データ受信部１２０は、温度データ送信部１１０から送信された符号化温度データ（符号化後温度送信データ４５０）を電気絶縁部１８０を介して絶縁部通過後温度データ５００として受信する受信部である。温度データ逆符号化部１３０は、温度データ受信部１２０で受信された符号化温度データ（符号化後温度受信データ５１０）を復号し、逆符号化温度データ５２０として出力する演算部である。
【００１３】
温度データ閾値比較部１４０は、温度データ受信部１２０で受信された符号化後温度受信データ５１０と補正用データ保持部１６０で保持されている温度データの補正用データ（温度補正用データ５３０）との比較を行い、その結果を過熱保護指令信号３４０として出力する演算部である。温度データ補正部１５０は、温度データ逆符号化部１３０で復号された温度データ（逆符号化温度データ５２０）を補正用データ保持部１６０で保持されている補正用データ（温度補正用データ５３０）で補正し、補正後のデータを補正後温度データ５４０として出力する演算部である。補正用データ保持部１６０は、温度データの補正用データを保持する記憶部である。制御回路部１７０は、補正後温度データ５４０を入力の１つとして使用し、必要となるゲート駆動用データを演算し、これをパワーデバイスゲート指令信号３００として出力する制御回路である。電気絶縁部１８０は、例えばフォトカプラからなり、高電圧のパワーデバイス部と、制御データを生成する低電圧部とを電気的に絶縁するものである。
【００１４】
ゲート駆動回路部１９０は、制御回路部１７０から出力されるパワーデバイスゲート指令信号３００を電気絶縁部１８０を介して受信した信号であるパワーデバイスゲート制御信号３１０と、温度データ閾値比較部１４０から出力される過熱保護指令信号３４０を電気絶縁部１８０を介して受信した信号である過熱保護制御信号３３０を入力し、これらの信号に基づいて電力用半導体素子２３０のゲート駆動電流の制御を行うためのパワーデバイスゲート駆動信号３２０を出力する制御部である。
【００１５】
温度データ量子化部２００は、温度データ標本化部２１０から出力される温度データ（標本化後温度データ４２０）を量子化し、温度データ符号化部１００に量子化後温度データ４３０として送出する演算部である。温度データ標本化部２１０は、温度データ（パワーデバイス検出温度データ４１０）を標本化し、標本化後温度データ４２０として温度データ量子化部２００に送出する処理部である。温度データ計測部２２０は、電力用半導体素子２３０から発生する熱（パワーデバイス発生熱４００）の温度を計測し、パワーデバイス検出温度データ４１０として温度データ標本化部２１０に送出する、例えばサーマルダイオード等を用いたセンシング部である。なお、温度データ量子化部２００〜温度データ計測部２２０によって、測定対象となる半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測手段が構成されている。電力用半導体素子（パワーデバイス）２３０は、効率的な電力制御を行うための半導体デバイスであり、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが一般的に使用されている。
【００１６】
以下、構成及びその動作を更に説明する。
電力用半導体素子２３０としてＩＧＢＴを元に説明すると、ＩＧＢＴは数１００Ｖから数１０００Ｖの耐圧を持ち、ゲート（Ｇ）電圧のＯＮ／ＯＦＦのスイッチング制御により、大容量の電流を流すことが出来る。電流方向の制御のため複数個の素子によりブリッジ回路が構成されることが多く、図１中の電力用半導体素子２３０では、図面上側の素子と下側の素子の駆動のため、２つのゲート駆動信号（パワーデバイスゲート駆動信号３２０）を入力としている。
【００１７】
ＩＧＢＴのゲート信号のスイッチングは、制御回路部１７０により行われるが、制御回路部１７０は一般的にマイクロコンピュータやゲートアレイのようなＩＣで実現され、動作電圧は５Ｖや３．３Ｖの低電圧で動作する機能部であり、パワーデバイス部は数１００Ｖから数１０００Ｖの高電圧で動作するため、制御回路部１７０からの出力であるゲートスイッチング信号（パワーデバイスゲート指令信号３００）は、電気絶縁部１８０を介して、ゲート駆動回路部１９０に伝えられ、ゲート駆動回路部１９０が、パワーデバイスゲート駆動信号３２０を駆動する形態が取られている。ここで、パワーデバイスゲート指令信号３００、パワーデバイスゲート制御信号３１０、及びパワーデバイスゲート駆動信号３２０は信号的に接続されており、同じゲートスイッチング信号を伝達している。なお、このようなパワーデバイスの駆動制御については、例えば、「パワーエレクトロニクスハンドブック」（（株）オーム社、ＩＳＢＮ９７８−４−２７４−２０７９０−７）記載の「５編７章  ゲート駆動回路」「５編１０章  制御回路」等に示されるように公知であるため、詳細な説明については省略する。
【００１８】
ＩＧＢＴなどの電力用半導体素子２３０では、トランジスタそのものの定常損失やスイッチング損失や、接続されている逆並列ダイオード（ＦＷＤ：Free Wheeling Diode）の定常損失やスイッチング損失等の多くの損失が発生しており、それは熱となって半導体素子の温度を上昇させる結果となる。通常は、パワーデバイスを使用する機器側で適切な熱設計を行い、適切な冷却が行われているが、環境要因や制御信号要因により、発熱量が増大し、半導体素子を熱破壊させる可能性が存在している。そのため、パワーデバイスの温度をセンサにより検出（図１では、電力用半導体素子２３０から発生するパワーデバイス発生熱４００を温度データ計測部２２０にて検出）し、ある閾値温度と比較し、閾値以上となっている場合には、熱破壊を防ぐために過熱保護指令により駆動回路によるパワーデバイスの駆動が停止させる動作が取られる。
【００１９】
図２は、パワーデバイスの駆動を停止させるための構成を示している。すなわち、ゲート駆動回路部１９０は、パワーデバイスゲート制御信号３１０における上側制御信号と下側制御信号をそれぞれ一方の入力とする論理積回路（ＡＮＤ回路）１９１，１９２と、過熱保護制御信号３３０を入力し、その論理反転出力を論理積回路１９１，１９２の他方の入力端子に送出する論理反転回路（インバータ）とを有しており、論理積回路１９１，１９２それぞれの出力がパワーデバイスゲート駆動信号３２０となる。図示例では、過熱保護制御信号３３０が有意（値が１）の場合に、パワーデバイスゲート制御信号３１０を無視し、パワーデバイスゲート駆動信号３２０の駆動を停止する制御を行うよう構成されている。
【００２０】
温度検出を行うセンサ（温度データ計測部２２０で使用されるサーマルダイオード等）は、個々のセンサにより検出ばらつきが大きく、その検出精度を上げるためには、検出したセンサ値に対し、検出ばらつきの特性に応じたデータの補正が必要である。その補正は、一般的に、何かしらの手段で取得、保持している補正用データを用いた値変換演算により行われるが、先述の通り、パワーデバイス周辺は高温、高電圧であるため、信頼性を持って補正用データを保持すること、また、補正演算を行うことは、その技術的の高度さからコスト的に困難である。
【００２１】
そのため、電気絶縁部１８０を挟んだ低電圧部で保持及び演算させる事が考えられるが、電気絶縁部１８０をデータ通信させる必要性が発生する。高速データ通信レートを有する電気絶縁部材は高価であるため、それを採用した場合には製品コストが増加するという問題が発生する。また、低速データ通信レートとなる電気絶縁部材を複数個並列に持ち、データのパラレル通信により通信を行うとしても、元々、電気絶縁部材は他の部品に比べて信頼性が低いため、それを複数個持つことは製品の信頼性を低下させる結果となる。また、電気絶縁部１８０を通過する際の通信時間遅れ（通信遅延）は、先述の閾値温度比較処理の遅れとなるため、パワーデバイスに損傷を与える結果となりかねない。
【００２２】
通信時間は通信データ量を通信速度で割ったものであるため、通信時間を短くするためには、通信速度を上げるという手段の他に、通信データ量を削減するという手段がある。ここで、通信するデータを、電力用半導体素子２３０の温度データだとすると、データ量を削減する方法としては、データ分解能を落とす手段や温度検出範囲を狭める手段が考えられる。データ分解能を落とす手段は、先述の過熱保護精度や、温度情報を元に制御回路側が処理内容切替を行う場合の精度に問題が発生する。一方、温度検出範囲を狭める手段の場合、例えば検出範囲を高温部だけに限定したとすると、通常動作時の半導体素子温度の状況の可視化が困難になるという問題がある。もちろん、低温部だけに限定すると、先述の過熱保護が実現困難となる。
【００２３】
パワーデバイスの検出温度データの使われ方として、高温度部では温度分解能が高いデータが必要であるが、低温部はさほど分解能や精度が必要ないため、高温度時の値を高分解能のデータとして扱い、低温度時の値は低分解能のデータとして扱い、全体の検出温度範囲を広く取ることが出来れば、先のデータ量削減が可能となる。そこで、本発明の温度データ符号化部１００は、そのような温度データの符号化を行う機能を実現している。以下、その機能について説明する。
【００２４】
温度データ計測部２２０により検出されたパワーデバイス検出温度データ４１０は、通常のＡＤ変換（アナログ／デジタル変換）で実現されている手段の通り、温度データ標本化部２１０による標本化、及び温度データ量子化部２００による量子化が行われる。量子化後温度データ４３０は、温度データ符号化部１００の入力として与えられる。温度データ符号化部１００の内部では、高温部のデータ分解能を細かくすることで有効データ長を長く、また低温部のデータ分解能を粗くすることで有効データ長を短くしながら、温度データのデータ長を固定長とし、また、その固定長の符号値を２の補数値として数値評価した場合にも、当該符号化で温度データの増加と共に、２の補数値とした値でも単調増加している特徴を持つデータ符号化が行われる。
【００２５】
その符号化の具体例を示したのが図３である。ここでは、量子化後温度データ４３０が、０℃〜２５５℃の分解能１℃の値として、一般性を保ったまま、２の補数の数値符号である８ビットデータとして入力されるとする。また、半導体の一般的な物性から規定しうる、温度検出の上限値が１５９℃として与えられているとする（１５９℃以上の値の温度差異は無意な情報となるため、１５９℃以上であることが分かれば良い、の意味での上限値とする）。その８ビットのデータ（ここでは便宜上、生データと呼ぶ）を入力として受け、２のべき乗の温度範囲で、現在の温度がどの温度範囲領域にあるかを識別する。図３では、３２℃（＝２の５乗）温度範囲を１領域として認識する例を示している。
【００２６】
上限値を１５９℃とし、２の５乗の温度範囲のどの領域に存在するかは、８ビットの入力データの上位３ビット（図３では｛ｂ７、ｂ６、ｂ５｝の上位３ビット）を見れば検出可能である。この３ビットの値が｛１、０、１｝、｛１、１、０｝、｛１，１，１｝のどれかである場合には、この温度は１５９℃以上であることが判断できるため、上限温度（１５９℃）以上（これを温度範囲領域０とする）という情報を一旦保持する。それ以下の場合、本３ビットデータを、温度の高い方から順番に、｛１，０，０｝（温度範囲領域１：１５９℃〜１２８℃）、｛０、１、１｝（温度範囲領域２：１２７℃〜９６℃）、｛０、１、０｝（温度範囲領域３：９５℃〜６４℃）、｛０、０、１｝（温度範囲領域４：６３℃〜３２℃）、｛０、０、０｝｛温度範囲領域５：３１℃〜０℃｝として見て、該当する値に対して、以下のような可変長の前置符号と呼称するものをあてがう。
【００２７】
３ビット値        前置符号
｛１，０，０｝    ｛１｝                ・・・温度範囲領域１
｛０、１、１｝    ｛０、１｝            ・・・温度範囲領域２
｛０、１、０｝    ｛０、０、１｝        ・・・温度範囲領域３
｛０、０、１｝    ｛０、０、０、１｝    ・・・温度範囲領域４
｛０、０、０｝    ｛０、０、０、０、１｝・・・温度範囲領域５
【００２８】
前置符号は、その温度範囲領域にいることを｛１｝で示し、また、温度範囲領域の温度範囲が下がる毎に、１つずつ｛０｝をデータの先頭に追加していくものである。また、その温度範囲領域の識別及び前置符号の確定と共に、その温度範囲領域内でのデータ値（｛ｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１、ｂ０｝の５ビット値）において、温度が低い領域毎に、データ下位のビットとなる分解能のデータ分を段階的に落としていく。すなわち、温度範囲領域毎の有意なデータ値を以下で識別する。
温度範囲領域１    ｛ｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１、ｂ０｝・・分解能１℃
温度範囲領域２    ｛ｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１｝      ・・分解能２℃
温度範囲領域３    ｛ｂ４、ｂ３、ｂ２｝            ・・分解能４℃
温度範囲領域４    ｛ｂ４、ｂ３｝                  ・・分解能８℃
温度範囲領域５    ｛ｂ４｝                        ・・分解能１６℃
【００２９】
そして、このデータの先頭に、先述の前置符号を連接させ、最終的な温度符号化値を、６ビットの固定長のデータとして以下で決定する。また、この時、先述した「温度範囲領域０」（上限温度以上）の情報が保持されている場合には、温度範囲領域１の最高温度と同じ温度符号化値（全ビットが１）を温度範囲領域０の値として出力する。
温度範囲領域０    ｛１、  １、  １、  １、  １、  １｝
温度範囲領域１    ｛１、ｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１、ｂ０｝
温度範囲領域２    ｛０、  １、ｂ４、ｂ３、ｂ２、ｂ１｝
温度範囲領域３    ｛０、  ０、  １、ｂ４、ｂ３、ｂ２｝
温度範囲領域４    ｛０、  ０、  ０、  １、ｂ４、ｂ３｝
温度範囲領域５    ｛０、  ０、  ０、  ０、  １、ｂ４｝
【００３０】
なお、この符号化では、一般的なコンピュータシステムで使用される“２の補数”の数値表現として見た場合、すなわち、温度範囲領域１では、
１×２５＋ｂ４×２４＋ｂ３×２３＋ｂ２×２２＋ｂ１×２＋ｂ０
の１０進数として見た場合、元データ（先述の生データ）と比例関係にはなっていないが、元データの数値列に対して「単調増加」となっていることは明白である（それを説明したものが図４である）。
このように温度データ符号化部１００にて符号化された温度データ（符号化後温度データ４４０）は、電気絶縁部１８０を挟んで通信するために、温度データ送信部１１０に送られる。
【００３１】
温度データ送信部１１０が、電気絶縁部１８０を挟んで、温度データ受信部１２０と通信するためには、何かしらの通信規約の取り決めが事前に必要である。この時、もし、符号化後温度データ４４０の符号長が固定長でなかった場合には、例えば、データ通信用ポート以外に別途データ有効信号（一般的にデータＶＡＬＩＤ信号と呼ばれる）用のポートを必要とし、電気絶縁部１８０が増えることによるコスト増加や信頼性低下が問題となる。また例えば、データ通信用ポート単体でデータ送信するとした場合にも、データ転送開始信号やデータ転送終了信号を受信側とやりとりする必要が発生し、通信機構（データ送信機構やデータ受信機構）の複雑さによるコスト増加や信頼性低下の問題がある。しかしながら、温度データ符号化部１００が行う温度符号化は固定長の符号化であるため、単純なスタートビットとストップビットによるデータ転送制御のみでデータ転送が可能な、いわゆる調歩同期通信方式でデータ転送が可能であり、コスト低減や信頼性確保が可能となる。
【００３２】
なお、図５には、調歩同期通信方式にて上記の６ビットデータを転送する際の、信号線の動作を示している。温度データ送信部１１０と温度データ受信部１２０の間では、図５中の送信データ信号（温度データ受信部１２０から見れば受信データ信号）を通すだけの１つの通信ポートさえあれば、通信が可能である（図５中の基準クロックは、温度データ送信部１１０、及び温度データ受信部１２０の各々の内部では必要となるが、このクロック信号を、電気絶縁部１８０を介して通信する必要はない）。
【００３３】
温度データ受信部１２０により受信された温度データ（符号化後温度受信データ５１０）は、温度データ逆符号化部１３０により、符号化後温度データ４４０と同じデジタルデータとして復号化される。すなわち、受信された符号化後温度受信データ５１０は、符号化後温度データ４４０と同じものである。
【００３４】
受信した符号化後温度受信データ５１０は、制御回路部１７０が、パワーデバイス温度を元にした各種制御処理を行うために、温度データ逆符号化部１３０にて、コンピュータシステムにおける通常の数値符号である２の補数表現に変換される。その変換は、図３に示した温度データ符号化部１００における符号化方式の逆変換であるため、その詳細は割愛する。なお、温度データ符号化部１００の符号化では、元々の量子化後の情報を一部削除してあるため、以下の制約が発生する。
・１５９℃を超える温度値は存在せず最大で１５９℃（ビットフォーマットで、１００１１１１１）である。
・温度範囲領域２〜５に相当する領域の下位ビットが欠落している。
このため、欠落した下位ビットに関しては、以下のように逆符号化する。
「欠落した（分解能を落とした）部分のビットはすべて１とする（要するに、その分解能の範囲の中で最大の温度値とする」
【００３５】
このように生成した逆符号化温度データ５２０は、先述の通り、温度センサのばらつきにより誤差を含んだ値となっている。そのため、既知の手段により規定している温度センサ値に対する補正演算を行うことにより、温度センサ値の精度を上げることが可能となる。温度データ補正部１５０が、その補正処理を行っている部分であり、予め温度データ補正用データ保持部１６０に保持している温度補正用データ５３０を元に、補正演算を行い、その結果の温度データ値である補正後温度データ５４０を、制御回路部１７０に出力する。
【００３６】
なお、温度データ補正部１５０の補正演算内容は、図６に示すような内容となっている。多くの温度センサにおいて、線形補正により高精度化は可能であり、その演算内容を示している。具体的には、
補正前温度データｔに対し、補正用データ保持部１６０から取得した補正用データ（補正用データ１：ａと補正用データ２：ｂ）により、
補正後温度データｔ’は、
ｔ’＝ａ×ｔ＋ｂ
として演算される。
【００３７】
このようにして、制御回路部１７０が使用する補正後温度データ５４０は導出されるが、パワーデバイスがある温度閾値を超えている状態において、過熱保護信号を生成する必要がある。この閾値比較も、上記の通り、補正後温度データ５４０により比較を行った方が高精度な判定が行える。しかし、温度データ受信部１２０が温度データを受信後、温度データ逆符号化部１３０による逆符号化及び温度データ補正部１５０による補正演算後のデータに対する閾値比較演算となるため、多くの時間遅れが発生する。半導体素子の熱破壊や熱暴走から保護するための過熱保護処理であり、半導体素子も、温度依存特性上の損傷を受け易い状態で動作しているため、温度閾値を超える程の高温状態であれば、高速に過熱保護信号を生成し、ゲート駆動回路部１９０に伝えるのが望ましい。それを実現しているのが、温度データ閾値比較部１４０である。以下、温度データ閾値比較部１４０の機能について説明する。
【００３８】
図６で示したような補正演算を行う場合、補正後温度データにおける補正後温度閾値ｓ’は、簡単に補正前温度データにおける補正前温度閾値ｓに変換可能である。その具体的な変換内容を示したものが図７である。
図７に示す通り、
ｓ＝（ｓ’―ｂ）／ａ
の演算にて、補正前温度閾値ｓに変換可能である。また、図７から明らかなように、温度補正演算が線形変換であるため、補正後温度データｔ’が補正後温度閾値ｓ’を超えているかどうかの評価（比較）結果は、補正前温度データｔが補正前温度閾値ｓを超えているかの評価（比較）結果と同一である。そのことから、ｓ’とａとｂの値があれば、ｓの事前導出が可能で、温度データ補正部１５０の処理内容を行わなくても高精度な温度閾値比較を行うことが出来る。
【００３９】
また、上述したように、温度データ符号化部１００で行う符号化は、元のデータに対し「単調増加」となる符号化であるため、その大小比較の評価結果は、符号化前と符号化後のどちらの値同士で比較しても同一である。そのため、補正前温度閾値ｓに対し、温度データ符号化部１００で実施する符号化（図３参照）と同じ符号化を実施し、その符号化後補正前閾値ｓと符号化後温度受信データ５１０とを、通常のコンピュータシステムで使用される２の補数数値符号と見なして比較を行えばよい。それを説明したものが図８である。
【００４０】
図８は、温度データ閾値比較部１４０の内部構成を示しており、図示のように、温度データ閾値比較部１４０は、補正前温度閾値算出部１４１、符号化部１４２、符号化後閾値データ保持部１４３、符号化後温度データ閾値比較部１４４を備えている。ここで、補正前温度閾値算出部１４１は、上述したｓ＝（ｓ’―ｂ）／ａの演算にて、補正前温度閾値ｓを算出する演算部であり、符号化部１４２は、この補正前温度閾値ｓに対して温度データ符号化部１００と同様の符号化を行い、符号化後補正前閾値ｓを生成する演算部、符号化後閾値データ保持部１４３は、この符号化後補正前閾値ｓを保持するための記憶部である。また、符号化後温度データ閾値比較部１４４は、符号化後補正前閾値ｓと符号化後温度受信データ５１０とを比較し、符号化後温度受信データ５１０が上回っていた場合に過熱保護指令信号３４０を有意とする比較部である。
【００４１】
図８中に示した通り、符号化後補正前閾値ｓは、比較演算の際、毎回導出する必要はなく、事前に導出して、内部保持しておけばよい（これを保持するのが、符号化後閾値データ保持部１４３である）。また、比較演算を２の補数数値符号として行えるため、通常のコンピュータシステムで使用されている比較演算用の演算回路が使用可能であり、それらは十分に回路実装として最適化され、不具合対応も十分行われているものが使用可能であるため、高速性及び高信頼性を確保することが可能となる。
【００４２】
以上説明したように、実施の形態１の半導体素子の温度検出システムによれば、
半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、デジタル温度データを、高い温度範囲領域よりも低い温度範囲領域のデータ分解能が低く、かつ２の補数の数値として評価した場合に、デジタル温度データの増加と共に単調増加する、所定の長さの符号化データに符号化する温度データ符号化部とを備えたので、温度データの検出範囲を広く持ちながら、その温度データの値を元に特殊処理を行うことが必要となる高温時における温度データ分解能を細かく持つことが可能となり、また固定長データであるため、本温度データを通信するのに必要となる機構が簡単となると共に、データビット長が圧縮されているため、高速な温度データ通信が可能となる。また、符号化した温度データに対し特定の演算を行う際に、一般的なコンピュータが扱う数値符号（２の補数）に変換する処理を行わなくても、そのままの値で演算が可能となるため、温度データに関連する処理の高速化が可能となる。
【００４３】
また、実施の形態１の半導体素子の温度検出システムによれば、符号化データは、高温部の検出上限値を基準値とし、検出上限値から検出最小分解能を基本単位とした２のべき乗の値範囲毎に温度範囲領域を設定し、高温部からの温度範囲領域毎に、ビット１の前にビット０を温度範囲領域数毎に増やしながら並べていく前置符号と、高温部からの温度範囲領域毎に、その検出分解能を半分とし、１ビットずつ温度データの下位ビットを削除するデータ符号とを連接し、これを、予め定められた温度検出下限値を含むデータ範囲までを含むように規定するようにしたので、固定長の符号値を具体的に実現することができ、低コスト化と高信頼性を確保することができる。
【００４４】
また、実施の形態１の半導体素子の温度検出システムによれば、温度データ符号化部が符号化した温度データと、予め定められた温度閾値を符号化した符号化後閾値とを比較して、温度データと閾値との比較結果を得る温度データ閾値比較部を備えたので、高精度な温度データの閾値比較を高速に行うことができる。
【００４５】
また、実施の形態１の半導体素子の温度検出システムによれば、温度データ符号化部が生成した符号化データを受信する温度データ受信部との通信方法を調歩同期方式とするようにしたので、絶縁材を通した通信を行う際に、絶縁材の個数を減らすことができ、低コスト化が可能となる。
【００４６】
また、実施の形態１の半導体素子の温度制御システムによれば、半導体素子の温度検出システムで検出した比較結果に基づいて半導体素子における過熱保護のための駆動制御を行う駆動回路部を備えたので、温度データに含まれるアナログ温度センサの特性ばらつきを補正し、その補正値と、過熱保護に必要となる温度閾値を比較する場合に、検出した温度データに関する補正処理が必要なくなるため、高応答な過熱保護信号生成が可能となる。
【００４７】
また、実施の形態１の半導体素子の温度制御システムによれば、半導体素子の温度検出システムで検出した符号化データを用いて半導体素子の温度制御を行うようにしたので、取得した温度データを用いて制御内容を変更したい場合に、通常のコンピュータシステムとして実現されている制御装置で、直接データを扱うことが可能となる。
【００４８】
例えば本実施の形態において、温度データ量子化部２００で量子化された８ビットの量子化後温度データ４３０を温度データ符号部１００で符号化し、符号化後温度データ４４０を温度データ送信部１１０によりパワーデバイス部と電気的に絶縁されている低電圧部に送信する例を示したが、必ずしもこの限りではない。例えば温度データ符号化部１００は、図９に示すように、前置符号変換部１０１、有意データ取得部１０２、及び連接部１０３を具備する構成としてもよい。以下、図９の動作を説明する。温度データ量子化部２００で量子化されたＡビットの量子化後温度データ４３０が前置符号変換部１０１に入力される。前置符号変換部１０１はＡビットのうち上位Ｂビットを、図３で示した方法で前置符号に変換する。
【００４９】
すなわち、前置符号変換部１０１は、所定の温度範囲領域を基準としてＮ番目（Ｎは正の整数）に高い温度範囲領域に対して、Ｎ−１個のビット０に続く１個のビット１からなる前置符号を生成する（図３）。
【００５０】
一方、Ａビットの量子化後温度データ４３０のうち下位（Ａ−Ｂ）ビットが有意データ取得部１０２に入力される。有意データ取得部１０２は、下位の（Ａ−Ｂ）ビットの分解能を段階的に落として有意データ取得部１０２に格納する。すなわち、有意データ取得部１０２は、所定の温度範囲領域を基準としてＮ番目に高い温度範囲領域に対して、最下位のＮ−１個ビットを削除して右詰めした有意データを取得する（図３）。
【００５１】
さらに、前置符号変換部１０１で変換された前置符号と、有意データ取得部１０２で取得された有意データとを連接部１０３で連接させて、固定長の符号化後温度データ４４０を形成する。温度データ符号化部１００にて符号化された符号化後温度データ４４０は、通信するために温度データ送信部１１０に送られる。
【００５２】
すなわち、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部２２０と、デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部１０１と、デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部１０２と、前置符号と有意データとを連接して符号化データを生成する連接部１０３を具備する温度データ符号化部１００を備えることにより、本発明に係る半導体素子の温度検出システムを構成することができる。
【００５３】
半導体モジュールとしては、電力用半導体素子２３０と、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部２２０と、デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部１０１、デジタル温度データの所定の下位ビットから、温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部１０２、及び前置符号と有意データとを連接して符号化データを生成する連接部１０３を具備する温度データ符号化部１００とを備えることにより実現できる。
【００５４】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２による半導体モジュールの概略構成図であり、特にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とＦＷＤi（フリーホイールダイオード）とＩＧＢＴを動作させる制御ＩＣと温度計測部２２０と温度データ符号化部１００と、これらを半導体モジュールにより駆動される負荷（モータなど）または基板、コントローラに接続するためのインタフェースＶｃｃ、ＧＮＤ、ＩＮ、Ｆｏ、Ｃ、Ｅとを備える。ここで、Ｖｃｃは電源、ＧＮＤはグランド、ＩＮはＩＧＢＴのゲート信号を駆動するための入力、Ｆｏはエラー発生時にコントローラ側に出力するエラーを示している。ＣはＩＧＢＴのコレクタ、ＥはＩＧＢＴのエミッタ側となり、駆動する負荷側へ接続される。
【００５５】
温度データ計測部２２０は、実施の形態１と同様の、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するものであり、温度データ符号化部１００は、実施の形態１と同様の、デジタル温度データを、高い温度範囲領域よりも低い温度範囲領域のデータ分解能が低く、かつ２の補数の数値として評価した場合に、前記デジタル温度データの増加と共に単調増加する、所定の長さの符号化データに符号化するものである。
【００５６】
この半導体モジュールは、インタフェースからの情報に基づきＩＧＢＴを動作させた時の温度データを高速に送信することができ、低コスト化と高信頼性を確保することができる。
【００５７】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態３による半導体モジュール及び半導体モジュールシステムの概略構成図であり、図において、ＩＰＭは半導体モジュール（インテリジェントパワーモジュール）を示し、ＩＰＭ７００は、温度データ符号化部１００、温度データ送信部１１０、温度データ受信部１２０、温度データ逆符号化部１３０、温度データ閾値比較部１４０、温度データ補正部１５０、補正用データ保持部１６０、電気絶縁部１８０、温度データ量子化部２００、温度データ標本化部２１０、温度データ計測部２２０、電力用半導体素子２３０、制御ＩＣ７０１、絶縁前制御回路部７０２、コントローラ通信回路部７０４を備えている。すなわち、本実施の形態のＩＰＭ７００は、実施の形態１における制御回路部１７０に代えて絶縁前制御回路部７０２を設けると共に、ゲート駆動回路部１９０を制御ＩＣ７０１とし、かつ、コントローラ通信回路部７０４を設けたものである。
【００５８】
ここで、制御ＩＣ７０１、絶縁前制御回路部７０２、コントローラ通信回路部７０４以外の構成は図１に示した実施の形態１と同様であるため、それらの構成の説明は省略する。
【００５９】
制御ＩＣ７０１は、パワーデバイスゲート制御信号３１０を入力とし、パワーデバイスゲート駆動信号３２０を生成する。この制御ＩＣ７０１は、実施の形態１の図２で説明しているゲート駆動回路部１９０が保有する、過熱保護機能（過熱保護制御信号３３０を入力として取り、またそれを信号反転させ、上側制御信号及び下側制御信号に対し論理積を行い、結果、過熱保護制御信号３３０がＨｉｇｈ（１）の場合に、出力となるパワーデバイスゲート駆動信号３２０を遮断（Ｌｏｗ（０））する）は有しておらず、パワーデバイスゲート制御信号３１０の電圧レベル（例として５Ｖ）と、パワーデバイスゲート駆動信号３２０（例として１５Ｖ）の電圧レベル合わせをするような機能を有しており、その電圧レベルを合わせた上側制御信号と下側制御信号を、直接、パワーデバイスゲート駆動信号３２０として伝える機能を有している（すなわち、図２での説明を元にすると過熱保護制御信号３３０が常時Ｌ（０）であることと同じである）。
【００６０】
パワーデバイスゲート制御信号３１０は、実施の形態１と同様に電気絶縁部１８０を介してパワーデバイスゲート指令信号３００を伝達している。また、パワーデバイスゲート指令信号３００は、実施の形態１の制御回路部１７０とは異なり、絶縁前制御回路部７０２から出力されている。
【００６１】
絶縁前制御回路部７０２は、ＩＰＭ７００を使用するシステムにおけるコントローラ７０６からの制御信号であるコントローラゲート指令信号７０３と、温度データ閾値比較部１４０からの過熱保護指令信号３４０とを受け、図２に示すゲート駆動回路部１９０と同様の機能により、電力用半導体素子２３０の駆動制御信号としてのパワーデバイスゲート指令信号３００を生成している（図２におけるパワーデバイスゲート制御信号３１０がコントローラゲート指令信号７０３となり、パワーデバイスゲート駆動信号３２０がパワーデバイスゲート指令信号３００となった機能構成となっている）。また、コントローラ７０６は、ＩＰＭ７００を制御するコントローラであり、マイコンやＡＳＩＣによって構成されている。
【００６２】
また、本実施の形態では、温度データ閾値比較部１４０で生成した過熱保護指令信号３４０を、電力用半導体素子２３０の温度保護実施状態情報としてコントローラ７０６に通知する機能も有している。
すなわち、温度データ閾値比較部１４０での比較判定により過熱保護を行う状況が発生した場合、過熱保護指令信号３４０により絶縁前制御回路部７０２の中でコントローラ７０６からのコントローラゲート指令信号７０３を無効化し、パワーデバイスゲート指令信号３００に伝えると共に、その無効化の状態が発生していることを、直接、過熱保護指令信号３４０によりコントローラ７０６に伝えるよう構成されている。
【００６３】
また、本実施の形態では、コントローラ通信回路部７０４が存在している。コントローラ通信回路部７０４は、温度データ補正部１５０が生成する補正後温度データ５４０を内部で保持し、コントローラ通信信号７０５から温度データ読出し要求により、補正後温度データ５４０の値を、電力用半導体素子２３０の温度データとしてコントローラ７０６で取得することを可能にするものである。
【００６４】
コントローラ通信信号７０５としては、例えば、マイクロコントローラ（いわゆるマイコンと呼ばれるＩＣ）と他のＩＣとの間で一般的に使われている通信仕様であるＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ：フィリップス社が開発したシリアルバス規格）やＳＰＩ（Ｓｅｒｉａｌ  Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ：モトローラ社が開発したシリアルバス規格）などが考えられる。
【００６５】
本実施の形態で実現するＩＰＭ７００は、電気絶縁部１８０により、電力用半導体素子２３０や制御ＩＣ７０１が存在する電源領域（高電圧領域）と、絶縁前制御回路部７０２やコントローラ通信回路部７０４が存在する電源領域（低電圧領域）とを、情報的には接続しながら電気的には絶縁することが可能となっている。
通常、電力用半導体素子２３０は数１００Ｖ、制御ＩＣ７０１は数１０Ｖの電源により動作しており、またＩＰＭ７００に対しコントローラゲート指令信号７０３を与えるコントローラ７０６は、３．３Ｖや５Ｖの電源で動作している。
【００６６】
本構成により、一般に発生する高電圧領域からの電気ノイズを低電圧領域に伝播させずに済むため、絶縁前制御回路部７０２やコントローラ通信回路部７０４は、コントローラ７０６と同一の電源にて動作させることが可能となり、コントローラ７０６とＩＰＭ７００とを搭載する基板開発において煩雑な作業となるノイズ対策の設計作業を簡単化し、ＩＰＭ７００が保持する電力用半導体素子２３０の温度情報と温度保護状態に関する情報を簡単に取得することが可能となっている。
【００６７】
なお、ここで、温度データ量子化部２００、温度データ標本化部２１０、温度データ符号化部１００、温度データ送信部１１０、温度データ受信部１２０、温度データ逆符号化部１３０、温度データ閾値比較部１４０、温度データ補正部１５０、補正用データ保持部１６０、絶縁前制御回路部７０２、コントローラ通信回路部７０４は、ディスクリート部品で実現する形態、専用のＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）により実現する形態、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）を用いて実現する形態、マイコンやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）により実現する形態など、様々な形態が考えられるが、特定の実現形態に限定するものではない。
【００６８】
また、温度データ符号化部１００の実現機能に関し、実施の形態１において、８ビットのデータを６ビットに削減する方式を例示したが、７ビットや５ビットに削減してもよい（ビット数が少なければ何ビットでも差し支えない）。
【００６９】
また、コントローラ通信回路部７０４がコントローラ７０６との間でデータ通信を行うコントローラ通信信号７０５を、Ｉ２ＣやＳＰＩのシリアルバス仕様にて説明を行ったが、別のシリアルバス仕様でも問題はなく、パラレルバス仕様でも問題ない。
【００７０】
以上説明したように、実施の形態３の半導体モジュールによれば、温度データ閾値比較部の比較結果と、自システムを制御するためのコントローラからの制御信号とに基づいて、半導体素子の駆動制御信号を出力する制御回路部と、実施の形態１の半導体素子の温度検出システムで検出した符号化データを半導体素子の温度データとしてコントローラに出力する通信回路部とを備え、温度データ閾値比較部の比較結果を半導体素子の温度保護実施状態情報としてコントローラに出力するようにしたので、コントローラに対して、温度制御システムを制御するためのインタフェースを提供することができる。
【００７１】
さらに、本実施の形態においてＩＰＭ７００にコントローラ７０６を備えた半導体モジュールシステムとすることができる。コントローラ７０６に複雑な指令をさせる場合には、コントローラ７０６からの指令信号に対しＩＧＢＴの温度が高くなる。そこで温度データを予め決めた温度データ閾値等と比較させてコントローラ７０６からの指令を有効または無効と判断してＩＧＢＴを停止させ、さらに現在の温度データをコントローラ７０６に提示しておけば、コントローラ７０６はその温度データに基づき複雑な制御を実現することができる。
【００７２】
そこで、図１１に示す半導体モジュールシステムにおいては、電力用半導体素子２３０と、電力用半導体素子２３０のゲートを制御するための指令信号を出力するコントローラ７０６と、コントローラ７０６からの指令信号に対し、温度データ閾値等と比較させた結果から、指令信号を有効または無効と判断して指令信号である制御信号を生成する絶縁前制御回路部７０２と、制御信号に基づき電力用半導体素子２３０のゲートを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段である制御ＩＣ７０１と、電力用半導体素子２３０の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部２２０と、デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部１０１、デジタル温度データの所定の下位ビットから、温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部１０２、及び前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部１０３を具備する温度データ符号化部とを備える。
【００７３】
特に、コントローラ７０６からの指令信号に対し、温度データ閾値等と比較させた結果から、指令信号を有効または無効と判断して指令信号である制御信号を生成する絶縁前制御回路部７０２と、制御信号に基づき電力用半導体素子２３０のゲートを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成手段である制御ＩＣ７０１は、半導体素子の温度データに基づき、コントローラ７０６の指令信号の有効または無効の判断をして指令信号を生成する制御部７０２と、制御信号に基づき電力用半導体素子２３０のゲートを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部であればよい。
【００７４】
この半導体モジュールシステムにより、高温動作時のＩＧＢＴから検出した温度データから、ＩＧＢＴを制御する制御信号を高速に停止することができると共に、現在のＩＧＢＴの温度データをコントローラ７０６に提示することにより、コントローラ７０６はその温度データに基づき半導体モジュールの複雑な指令をさせることができる。
【００７５】
さらに、電力用半導体素子２３０と、半導体素子のゲートを制御するための指令信号を出力するコントローラと、指令信号に基づき電力用半導体素子２３０の駆動信号を生成する駆動信号生成部と、電力用半導体素子２３０の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部２２０と、デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部１０１、デジタル温度データの所定の下位ビットから、温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部１０２、及び前置符号と有意データとを連接して符号化データを生成する連接部１０３を具備する温度データ符号化部１００とを備えることにより、コントローラの指令信号が複雑であっても温度検出が可能で温度検出から駆動指令制御が即座にできる半導体モジュールシステムを実現できる。
【００７６】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
以上のように、この発明に係る半導体素子の温度検出システム及び半導体素子モジュール並びに半導体モジュールシステムは、半導体素子の温度データの符号化データとして高温部と低温部でデータ分解能を異なるものとし、かつ、温度データのデータ長は固定長としたものであり、パワーデバイス（電力用半導体素子）の温度検出や温度制御を行うシステムに用いるのに適している。
【符号の説明】
【００７８】
１００  温度データ符号化部、１０１  前置符号変換部、１０２  有意データ取得部、１０３  連接部、１１０  温度データ送信部、１２０  温度データ受信部、１３０  温度データ逆符号化部、１４０  温度データ閾値比較部、１５０  温度データ補正部、１６０  補正用データ保持部、１７０  制御回路部、１８０  電気絶縁部、１９０  ゲート駆動回路部、２００  温度データ量子化部、２１０  温度データ標本化部、２２０  温度データ計測部、２３０  電力用半導体素子、３００  パワーデバイスゲート指令信号、３１０  パワーデバイスゲート制御信号、３２０  パワーデバイスゲート駆動信号、３３０  過熱保護制御信号、３４０  過熱保護指令信号、４００  パワーデバイス発生熱、４１０  パワーデバイス検出温度データ、４２０  標本化後温度データ、４３０  量子化後温度データ、４４０  符号化後温度データ、４５０  符号化後温度送信データ、５００  絶縁部通過後温度データ、５１０  符号化後温度受信データ、５２０  逆符号化温度データ、５３０  温度補正用データ、５４０  補正後温度データ、７００  ＩＰＭ（インテリジェントパワーモジュール）、７０１  制御ＩＣ、７０２  絶縁前制御回路部、７０３  コントローラゲート指令信号、７０４  コントローラ通信回路部、７０５  コントローラ通信信号、７０６  コントローラ。
【図１】
2013111863.tif 000003
【図２】
2013111863.tif 000004
【図３】
2013111863.tif 000005
【図４】
2013111863.tif 000006
【図５】
2013111863.tif 000007
【図６】
2013111863.tif 000008
【図７】
2013111863.tif 000009
【図８】
2013111863.tif 000010
【図９】
2013111863.tif 000011
【図１０】
2013111863.tif 000012
【図１１】
2013111863.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成26年10月29日(2014.10.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明に係る半導体素子の温度検出システムは、半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、デジタル温度データを、高温部の検出上限値を基準値とし、当該検出上限値から検出最小分解能を基本単位とした２のべき乗の値範囲毎に温度範囲領域を設定し、高温部からの温度範囲領域毎に、ビット１の前にビット０を温度範囲領域数毎に増やしながら並べていく前置符号と、高温部からの温度範囲領域毎に、その検出分解能を半分とし、１ビットずつ温度データの下位ビットを削除するデータ符号とを連接し、これを、予め定められた温度検出下限値を含むデータ範囲までを含むように規定する、所定の長さの符号化データに符号化する温度データ符号化部とを備えたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データを、高温部の検出上限値を基準値とし、当該検出上限値から検出最小分解能を基本単位とした２のべき乗の値範囲毎に温度範囲領域を設定し、前記高温部からの温度範囲領域毎に、ビット１の前にビット０を温度範囲領域数毎に増やしながら並べていく前置符号と、前記高温部からの温度範囲領域毎に、その検出分解能を半分とし、１ビットずつ温度データの下位ビットを削除するデータ符号とを連接し、これを、予め定められた温度検出下限値を含むデータ範囲までを含むように規定する、所定の長さの符号化データに符号化する温度データ符号化部とを備えたことを特徴とする半導体素子の温度検出システム。
【請求項２】
半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び
前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部
を具備する温度データ符号化部と
を備えることを特徴とする半導体素子の温度検出システム。
【請求項３】
前記前置符号変換部は、
所定の温度範囲領域を基準としてＮ番目（Ｎは正の整数）に高い温度範囲領域に対して、Ｎ−１個のビット０に続く１個のビット１からなる前置符号を生成する
ことを特徴とする、請求項２に記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項４】
前記有意データ取得部は、
所定の温度範囲領域を基準としてＮ番目（Ｎは正の整数）に高い温度範囲領域に対して、最下位のＮ−１個ビットを削除して有意データを取得する
ことを特徴とする、請求項２に記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項５】
前記温度データ符号化部が符号化した温度データと、予め定められた温度閾値を符号化した符号化後閾値とを比較して、前記温度データと前記閾値との比較結果を得る温度データ閾値比較部を備えたことを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項６】
前記温度データ符号化部が生成した符号化データを受信する温度データ受信部との通信方法を調歩同期方式とすることを特徴とする、請求項１記載の半導体素子の温度検出システム。
【請求項７】
半導体素子と、
前記半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び
前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部
とを具備する温度データ符号化部と
を備えたことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項８】
半導体素子と、
前記半導体素子のゲートを制御するための指令信号を出力するコントローラと、
前記半導体素子の温度をデジタル温度データとして検出するデジタル温度データ計測部と、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットに基づき複数の温度範囲領域を決定し、前記所定の下位ビットを除く上位ビットから前置符号を生成する前置符号変換部、
前記デジタル温度データの所定の下位ビットから、前記温度範囲領域に応じた有意データを取得する有意データ取得部、及び
前記前置符号と前記有意データとを連接して符号化データを生成する連接部
とを具備する温度データ符号化部と、
前記デジタル温度データに基づき、前記コントローラの指令信号の有効または無効の判断をして制御信号を生成する制御部と、前記制御信号に基づき前記半導体素子のゲートを駆動するための駆動信号を生成する駆動信号生成部と、
を備えたことを特徴とする半導体モジュールシステム。
【国際調査報告】
2013111863.tif 000014
2013111863.tif 000015