(57)【要約】【課題】半導体デバイスの放射ノイズを簡便に評価し、半導体デバイスが搭載された装置の放射ノイズを推定する。【解決手段】半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、スイッチング動作中の半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、電圧変化に基づき、半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する段階とを備える、評価方法および評価装置を提供する。評価指標を出力する段階は、評価指標として、半導体デバイスの電圧変化を周波数成分ごとに算出してよい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、
前記スイッチング動作中の前記半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、
前記電圧変化に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する段階と
を備える評価方法。
【請求項２】
前記評価指標を出力する段階は、前記評価指標として、前記半導体デバイスの前記電圧変化を周波数成分ごとに算出する、請求項１に記載の評価方法。
【請求項３】
前記スイッチング動作は、前記半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を含む、請求項１または２に記載の評価方法。
【請求項４】
前記スイッチング動作は、少なくとも前記半導体デバイスの逆回復動作を含む、請求項３に記載の評価方法。
【請求項５】
前記半導体デバイスは、直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含み、
前記測定する段階は、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの間の電圧変化を測定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項６】
前記半導体デバイスは、直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含み、
前記測定する段階は、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの電圧変化を測定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項７】
前記測定する段階は、前記半導体デバイスが絶縁材を介して取り付けられた導電性部材の電位を基準電位として、前記半導体デバイスとの間の電圧変化を測定する、請求項５または６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記半導体デバイスに対して出力した前記評価指標と、前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対して出力した前記評価指標と、を比較する段階と、
前記比較結果に応じて、前記基準デバイスに対する前記半導体デバイスの前記放射ノイズの強度を評価する段階と、
を更に備える請求項１から７のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項９】
前記半導体デバイスを備える装置の放射ノイズを推定する推定方法であって、
請求項１から８のいずれか一項に記載の評価方法によって、複数の条件における前記スイッチング動作に対応して出力された前記半導体デバイスの複数の評価指標を取得する段階と、
前記複数の評価指標を組み合わせて前記装置の放射ノイズを推定する段階と
を備える推定方法。
【請求項１０】
前記評価指標の組み合わせは、前記半導体デバイスの前記複数の評価指標の最大値または和である、請求項９に記載の推定方法。
【請求項１１】
前記評価指標の組み合わせは、前記半導体デバイスの前記複数の評価指標の平均値である、請求項９に記載の推定方法。
【請求項１２】
前記評価指標の組み合わせは、前記複数の条件に対するそれぞれの重みを、前記半導体デバイスの前記複数の評価指標のうち対応する評価指標にそれぞれ乗じてから算出する平均値である、請求項９に記載の推定方法。
【請求項１３】
評価対象の半導体デバイスに予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、
前記半導体デバイスの電圧変化を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する評価指標出力部と、
を備える評価装置。
【請求項１４】
前記評価指標出力部は、前記電圧変化の周波数成分に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズに対応する電界強度を算出する、請求項１３に記載の評価装置。
【請求項１５】
前記信号供給部は、前記半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を実行させるスイッチング信号を供給する、請求項１３または１４に記載の評価装置。
【請求項１６】
前記半導体デバイスは、直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含み、
前記検出部は、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの間の電圧変化を測定する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１７】
前記半導体デバイスは、直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含み、
前記検出部は、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１８】
前記評価指標出力部が出力する前記評価指標を記憶する記憶部と、
前記評価指標出力部が出力した前記評価指標と、前記記憶部に記憶された前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対する前記評価指標と、を比較する比較部と、
前記比較結果に応じて、前記半導体デバイスの前記放射ノイズの評価指標の相対的な強度変化を評価する評価部と、
を更に備える請求項１３から１７のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１９】
請求項１３から１８のいずれか一項に記載の評価装置によって、複数の条件における前記スイッチング信号に対応して出力された前記半導体デバイスの複数の評価指標を取得する取得部と、
前記複数の評価指標を組み合わせて前記装置の放射ノイズを推定する複合評価部と、
を備える複合評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、評価方法、推定方法、評価装置、および複合評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、インバータおよびＰＷＭ整流器等の電力変換装置をはじめとする電気電子機器が発生する電磁ノイズ（伝導・放射）には、ＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）規格によって限度値が定められており、十分に電磁ノイズを低減することが求められている。このような電力変換装置の動作時に発生する電磁ノイズを、シミュレーションまたは簡易的な測定によって評価する方法が提案されていた（例えば、特許文献１から３参照）。
特許文献１  特開平６−３０９４２０号
特許文献２  特開２０１４−１３５０９５号
特許文献３  特開２００５−２３３８３３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このようなシミュレーションは、解析モデルを用いる。しかしながら、当該解析モデルは、電力変換装置の回路基板や筐体構造の詳細が決まった後でなければ作成できない。また、簡易な測定による電磁ノイズ評価も、電力変換装置が完成した後でなければ評価することができない。したがって、電力変換装置が完成した後に電磁ノイズの評価結果が「規格不適合」となることもあり、この場合、ＥＭＣフィルタ設計、部品選定、基板アートワーク、および構造検討等を再度実施しなければならなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、スイッチング動作中の半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、電圧変化に基づき、半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する段階とを備える、評価方法および評価装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、半導体デバイスを備える装置の放射ノイズを推定する推定方法であって、第１の態様の評価方法によって、複数の条件におけるスイッチング動作に対応して出力された半導体デバイスの複数の評価指標を取得する段階と、複数の評価指標を組み合わせて装置の放射ノイズを推定する、推定方法および複合評価装置を提供する。
【０００６】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価する評価回路１００の構成例を示す。
【図２】評価回路１００を用いて半導体デバイス１０のスイッチング特性を測定した結果の一例を示す。
【図３】本実施形態における評価装置２００の構成例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。
【図４】本実施形態に係る評価装置２００の動作フローを示す。
【図５】本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する評価指標の一例を示す
【図６】本実施形態に係る半導体デバイス１０を搭載したモータ駆動装置６００の、放射ノイズを測定する構成例を示す。
【図７】図６に示す測定系によって測定された放射ノイズの一例を示す。
【図８】本実施形態に係る半導体デバイス１０を搭載したモータ駆動装置６００の、モータを駆動する電気信号を測定する測定系の構成例を示す。
【図９】図８に示す測定系によって測定された電圧波形の一例を示す。
【図１０】本実施形態に係る評価装置２００の変形例を示す。
【図１１】本実施形態に係る評価指標出力部２３０が半導体デバイス１０のターンオン特性を評価指標として出力した例を示す。
【図１２】本実施形態における複合評価装置３００の構成例を、データベース４１０と共に示す。
【図１３】本実施形態に係る複合評価装置３００の動作フローを示す。
【図１４】本実施形態に係る複合評価装置３００が、図１１に示す複数の評価指標を組み合わせて放射ノイズを複合評価した結果の一例を示す。
【図１５】本実施形態に係る評価対象の半導体デバイス１０が出力する電流波形の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００９】
図１は、半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価する評価回路１００の構成例を示す。評価対象の半導体デバイス１０は、直列に接続された第１デバイス１２および第２デバイス１４を含む例を示す。図１は、第１デバイス１２がダイオードであり、第２デバイス１４がＩＧＢＴと逆並列接続されたダイオードの組み合わせである例を示す。図１に示す評価回路１００を用いて、第２デバイス１４のターンオン動作およびターンオフ動作等を実行することにより、半導体デバイス１０のスイッチング損失およびサージ電圧等を評価することができる。評価回路１００は、電源１１０と、第１容量部１２０と、第２容量部１３０と、負荷リアクトル１４０と、信号供給部１５０と、を備える。
【００１０】
電源１１０は、直流電圧ＶＤＣを出力する直流電源である。電源１１０は、半導体デバイス１０の両端に接続される。電源１１０は、例えば、第１デバイス１２の一端（カソード端子）と第２デバイス１４の他端（エミッタ端子）に接続され、第１デバイス１２および第２デバイス１４に直流電圧を供給する。この場合、第１デバイス１２の他端（アノード端子）が第２デバイス１４の一端（コレクタ端子）に接続される。
【００１１】
第１容量部１２０は、半導体デバイス１０と並列に接続され、電源１１０から出力される直流電圧ＶＤＣを平滑化する。第１容量部１２０は、例えば、容量ＣＤＣのコンデンサである。第１容量部１２０は、一例として、電解コンデンサである。第２容量部１３０は、半導体デバイス１０と並列に接続され、サージ電圧を抑制する。第２容量部１３０は、例えば、容量ＣＳのコンデンサである。第１容量部１２０および第２容量部１３０は、異なる容量のコンデンサであることが望ましく、例えば、容量ＣＤＣは、容量ＣＳよりも大きい容量である。
【００１２】
負荷リアクトル１４０は、第１デバイス１２の両端に接続される。負荷リアクトル１４０は、一例として、インダクタンスＬを有している。
【００１３】
信号供給部１５０は、半導体デバイス１０に予め定められたスイッチング信号を供給する。信号供給部１５０は、例えば、パルス発生装置および増幅回路等を有し、第２デバイス１４のゲート端子にパルス状のスイッチング信号ＶＳを供給する。第２デバイス１４は、当該スイッチング信号ＶＳがゲート端子に供給されることにより、コレクタ端子およびエミッタ端子間の電気的な接続状態（オン状態）および切断状態（オフ状態）を切り換える。
【００１４】
以上の評価回路１００は、スイッチング信号を第２デバイス１４に供給して、半導体デバイス１０をスイッチング動作させることができる。したがって、例えば、スイッチング動作中のコレクタ端子に流れるコレクタ電流ｉｃを外部の測定装置等で測定することで、第２デバイス１４のスイッチング特性を取得することができる。
【００１５】
また、スイッチング動作中において、第１デバイス１２に流れる順方向電流ｉｆを外部の測定装置等で測定することで、第１デバイス１２のスイッチング特性を評価することができる。なお、第２デバイス１４のコレクタおよびエミッタの端子間電圧をＶｃｅ２とし、第１デバイス１２の両端電圧をＶｒとする。評価回路１００を用いたスイッチング特性の測定について次に説明する。
【００１６】
図２は、評価回路１００を用いて半導体デバイス１０のスイッチング特性を測定した結果の一例を示す。図２は、横軸を時間、縦軸を電圧値または電流値とする。図２は、評価回路１００がスイッチング信号ＶＳにより、第２デバイス１４のオン状態およびオフ状態を切り換えて、第２デバイス１４にターンオン動作およびターンオフ動作させた例を示す。
【００１７】
スイッチング信号ＶＳは、時刻ｔ１においてハイ電圧となり、第２デバイス１４をオン状態にする。第２デバイス１４のコレクタ端子およびエミッタ端子の間が導通になることにより、電源１１０から負荷リアクトル１４０を介して第２デバイス１４へと電流が流れる。第２デバイス１４へと流れる電流は、コレクタ電流ｉｃとして観測され、時刻ｔ１から略一定の変化率ｄｉ／ｄｔで上昇する。ここで、変化率ｄｉ／ｄｔは、次式で示される。
（数１）
ｄｉ／ｄｔ＝ＶＤＣ／Ｌ
【００１８】
また、スイッチング信号ＶＳは、時刻ｔ２においてロー電圧となり、第２デバイス１４をオフ状態にする。ここで、評価回路１００は、予め定められたコレクタ電流ｉｃが流れた時点で、第２デバイス１４をオフ状態に切り換えるように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間を設定してよい。これにより、評価回路１００は、予め定められたコレクタ電流ｉｃの条件における、第２デバイス１４のターンオフ動作を実行することができる。即ち、予め定められたコレクタ電流ｉｃの条件で第２デバイス１４をターンオフ動作させた場合の、過渡応答を測定することができる。
【００１９】
なお、コレクタおよびエミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２は、第２デバイス１４がオフ状態の時刻ｔ１までの時間において、直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となる。そして、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、第２デバイス１４がオン状態となるので、端子間電圧Ｖｃｅ２は略０Ｖとなる。また、第１デバイス１２は、時刻ｔ２までの時間は電流を流さないので、順方向電流ｉｆは略０Ａとなる。また、第１デバイス１２の両端電圧Ｖｒは、時刻ｔ１までは略０Ｖであり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間において、直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となる。
【００２０】
時刻ｔ２において、第２デバイス１４がオフ状態になると、負荷リアクトル１４０は、流れていた電流を継続させて流すように働くので、当該負荷リアクトル１４０から第１デバイス１２の経路に電流が環流する。したがって、第１デバイス１２の順方向電流ｉｆは、時刻ｔ２において立ち上がり、時間と共に電流値が徐々に減少する。なお、第１デバイス１２の時刻ｔ２における順方向電流ｉｆの立ち上がりを、順回復動作とする。そして、第１デバイス１２に順方向電流ｉｆが流れているうちに、第２デバイス１４をオン状態とすることで、当該第１デバイス１２の逆回復動作と、第２デバイス１４のターンオン動作を実行することができる。
【００２１】
ここで、評価回路１００は、予め定められた順方向電流ｉｆが流れた時点で、第２デバイス１４をオン状態に切り換えるように、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間を設定してよい。これにより、評価回路１００は、予め定められた順方向電流ｉｆの条件における、第１デバイス１２の逆回復動作および第２デバイス１４のターンオン動作を実行することができる。即ち、予め定められた順方向電流ｉｆの条件で第２デバイス１４をターンオン動作させた場合の、第２デバイス１４および第１デバイス１２の過渡応答を測定することができる。
【００２２】
このように、スイッチング信号ＶＳは、時刻ｔ３において再びハイ電圧となり、第２デバイス１４をオン状態にする。第２デバイス１４の端子間電圧Ｖｃｅ２は、第２デバイス１４がオフ状態の時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間において、直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となり、時刻ｔ３から再び略０Ｖとなる。また、第１デバイス１２の両端電圧Ｖｒは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間において、略０Ｖとなり、時刻ｔ３から再び直流電圧ＶＤＣと略同一の電圧となる。
【００２３】
なお、第１デバイス１２の順回復動作および第２デバイス１４のターンオフ動作は、同一のスイッチング信号ＶＳで、少なくとも一部が同一の時間領域で観測できる。同様に、第１デバイス１２の逆回復動作および第２デバイス１４のターンオン動作も、同一のスイッチング信号ＶＳで、少なくとも一部が同一の時間領域で観測できる。
【００２４】
例えば、信号供給部１５０が、第２デバイス１４をターンオン動作させるスイッチング信号ＶＳを第２デバイス１４のゲート端子に供給した場合を考える。この場合において、第２デバイス１４のコレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２の過渡応答を検出すると、第２デバイス１４のターンオン特性を観測することができる。また、第１デバイス１２に流れる電流ｉｆを検出すると、第１デバイス１２の順回復特性を観測することができる。
【００２５】
同様に、信号供給部１５０が、第２デバイス１４をターンオフ動作させるスイッチング信号ＶＳを第２デバイス１４のゲート端子に供給した場合を考える。この場合において、第２デバイス１４のコレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２を検出すると、第２デバイス１４のターンオフ特性を観測することができる。また、第１デバイス１２に流れる電流ｉｆを検出すると、第１デバイス１２の逆回復特性を観測することができる。
【００２６】
このように、評価回路１００を用いて半導体デバイス１０のスイッチング特性を測定し、例えば、予め定められた基準を満たす良品と評価された半導体デバイス１０が、市場等に出荷される。しかしながら、スイッチング特性が良好な半導体デバイス１０を用いて電力変換装置等を製造しても、当該電力変換装置が発生する電磁ノイズがＥＭＣ規格で定められた基準値を超えてしまうことがある。この場合、電力変換装置が完成した後に、ＥＭＣフィルタ設計、半導体デバイス１０を含む部品の再選定、基板アートワーク、および構造検討等を再度実施しなければならず、膨大な手間とコストが発生してしまう。
【００２７】
そこで、本実施形態に係る評価装置２００は、半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価すると共に、当該半導体デバイス１０の放射ノイズを評価して評価指標を出力する。これにより、当該半導体デバイス１０を搭載した電力変換装置等が発生する放射ノイズを、当該電力変換装置が完成する前に推定することができ、製造過程における手間とコストを低減させる。このような評価装置２００について、次に説明する。
【００２８】
図３は、本実施形態における評価装置２００の構成例を、評価対象の半導体デバイス１０と共に示す。評価装置２００は、一部が図１に示す評価回路１００と同様の構成である。したがって、評価装置２００を用いることで、図１および図２で説明した半導体デバイス１０のスイッチング特性を評価することができる。評価装置２００は、電源１１０と、第１容量部１２０と、第２容量部１３０と、負荷リアクトル１４０と、信号供給部１５０と、検出部２２０と、評価指標出力部２３０と、記憶部２４０と、比較部２５０と、評価部２６０と、を備える。
【００２９】
図３に示す電源１１０、第１容量部１２０、第２容量部１３０、負荷リアクトル１４０、および信号供給部１５０は、図１で説明した電源１１０、第１容量部１２０、第２容量部１３０、負荷リアクトル１４０、および信号供給部１５０の動作と略同一なので、同一の符号を付している。したがって、ここではこれらの説明を省略する。
【００３０】
なお、図３において、評価対象の半導体デバイス１０は、直列に接続された第１デバイス１２および第２デバイス１４を含む例を示す。ここで、第１デバイス１２および第２デバイス１４は、例としてＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴ等の半導体スイッチである。図３は、第１デバイス１２および第２デバイス１４がＩＧＢＴで、それぞれにダイオードが逆並列に接続されている例を示す。即ち、負荷リアクトル１４０は、第１デバイス１２の一端および他端の間に接続され、第１デバイス１２の一端はコレクタ端子であり、他端はエミッタ端子である。
【００３１】
検出部２２０は、半導体デバイス１０の電圧変化を検出する。検出部２２０は、例えば、スイッチング動作に応じて変化する半導体デバイス１０の電圧変動を検出する。検出部２２０は、例えば、第１デバイス１２および第２デバイス１４の間の電圧変化を観測する。または、検出部２２０は、第１デバイス１２の一端および他端の間の、コレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ１、第２デバイス１４の一端および他端の間の、コレクタ・エミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２のいずれか一方の端子間電圧を検出することとしてもよい。検出部２２０は、電圧プローブを有し、当該電圧プローブを第１デバイス１２および第２デバイス１４の一端および他端に、電気的に接続する。
【００３２】
評価指標出力部２３０は、検出部２２０の検出結果に基づき、半導体デバイス１０の放射ノイズの評価指標を出力する。評価指標出力部２３０は、検出部２２０が検出した電圧変化の周波数成分を放射ノイズの評価指標として出力する。一例として、評価指標出力部２３０は、スペクトラムアナライザ等の周波数ドメインの測定を実行する測定器を有し、周波数ドメインの測定結果を評価指標として出力する。また、評価指標出力部２３０は、オシロスコープ等の時間ドメインの測定器を有し、時間ドメインの測定結果をフーリエ変換して、周波数ドメインのデータに変換し、評価指標として出力する。評価指標出力部２３０は、評価指標を記憶部２４０および比較部２５０に供給する。
【００３３】
記憶部２４０は、評価指標出力部２３０が出力する評価指標を記憶する。記憶部２４０は、例えば、当該評価装置２００が評価した評価対象の半導体デバイス１０と対応付けて、評価指標を記憶する。記憶部２４０は、一例として、当該評価装置２００が評価して出力した過去の評価指標を記憶して、評価指標のデータベースとして機能してよい。なお、記憶部２４０は、当該評価装置２００の内部および外部のいずれかに設けてよい。また、記憶部２４０は、ネットワーク等を介して評価装置２００の本体と接続されるデータベースとすることもできる。
【００３４】
比較部２５０は、評価指標出力部２３０が今回出力した評価指標と、記憶部２４０に記憶された半導体デバイス１０とは異なる基準デバイスに対する過去の評価指標と、を比較する。ここで、半導体デバイス１０が、基準デバイスを改良したデバイスである場合、比較部２５０は、改良前の基準デバイスの評価指標と、改良後の半導体デバイス１０の評価指標とを比較する。
【００３５】
評価部２６０は、比較部２５０の比較結果に応じて、半導体デバイス１０の放射ノイズの相対的な強度変化を評価する。評価部２６０は、評価結果を出力する。評価部２６０は、表示装置等に出力し、さらに外部のデータベース等に評価結果を出力することとしてもよい。また、評価部２６０は、評価結果をデータシート等の予め定められた形式の出力としてもよい。
【００３６】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、図１および図２で説明した半導体デバイス１０のスイッチング動作を実行して、当該半導体デバイス１０の放射ノイズを評価する。評価装置２００による半導体デバイス１０の評価動作について、次に説明する。
【００３７】
図４は、本実施形態に係る評価装置２００の動作フローを示す。評価装置２００は、図４に示すＳ４１０からＳ４６０の動作を実行して、評価対象の半導体デバイス１０の放射ノイズを評価する。
【００３８】
まず、検出部２２０の電圧プローブが電気的に接続された半導体デバイス１０に、スイッチング動作を実行させる（Ｓ４１０）。例えば、信号供給部１５０は、図２に示すスイッチング信号ＶＳを第２デバイス１４のゲート端子に供給して、第１デバイス１２の順回復動作と逆回復動作、および第２デバイス１４のターンオン動作とターンオフ動作といったスイッチング動作を実行させる。
【００３９】
そして、半導体デバイス１０のスイッチング動作中に、当該半導体デバイス１０の電圧変化を検出部２２０が観測する（Ｓ４２０）。検出部２２０は、第１デバイス１２および第２デバイス１４のコレクタ端子とエミッタ端子間の電圧変化、または、第１デバイス１２もしくは第２デバイス１４のいずれか一方の電圧変化を検出する。
【００４０】
次に，電圧変化の周波数成分を算出する（Ｓ４３０）。評価指標出力部２３０は、例えば、検出部２２０が検出した半導体デバイス１０の電圧変化、即ち電圧波形を周波数変換して、周波数成分を算出する。また、評価指標出力部２３０は、スペクトラムアナライザ等の周波数ドメインの計測装置を有し、電圧変化の周波数成分を観測してもよい。
【００４１】
次に、電圧変化に基づき、放射ノイズの評価指標を出力する（Ｓ４４０）。評価指標出力部２３０は、例えば、算出した電圧変化の周波数特性を、放射ノイズの評価指標として出力する。ここで、評価指標は、一例として、３０ＭＨｚから１ＧＨｚといった、予め定められた周波数帯域における周波数特性の算出結果である。評価指標出力部２３０は、記憶部２４０に評価指標を出力して記憶させる。また、評価指標出力部２３０は、比較部２５０に当該評価指標を供給する。また、評価指標出力部２３０は、当該評価指標を半導体デバイス１０のデータシートの一部として出力してもよい。
【００４２】
次に、半導体デバイス１０に対して出力した評価指標と、半導体デバイス１０とは異なる基準デバイスに対して過去に出力した評価指標と、を比較する（Ｓ４５０）。例えば、比較部２５０は、記憶部２４０から過去の評価指標を読み出し、評価指標出力部２３０が出力した評価指標と、過去の評価指標とを比較する。比較部２５０は、一例として、予め定められた周波数帯域における評価指標の差分スペクトルを算出する。
【００４３】
次に、比較結果に応じて、半導体デバイス１０の放射ノイズの相対的な強度変化を評価する（Ｓ４６０）。評価部２６０は、例えば、差分スペクトルを相対的な強度変化としてよい。また、評価部２６０は、差分スペクトルにおける予め定められた周波数に対応する値を、相対的な強度変化としてよい。また、評価部２６０は、差分スペクトルにおいて、予め定められた複数の周波数に対応する値の平均値を、相対的な強度変化としてよい。
【００４４】
評価部２６０は、相対的な強度変化を、評価結果として出力する。評価部２６０は、半導体デバイス１０のスイッチング動作の種類毎に、評価結果を出力してよい。一例として、基準デバイスが過去に装置等に搭載したデバイスの場合、相対的な強度変化は、半導体デバイス１０を当該装置等に搭載することによって変化する相対的な放射電界強度の指標となる。また、基準デバイスが半導体デバイス１０と略同一のデバイスの場合、相対的な強度変化は、デバイスの製造ばらつきまたは継時変化、デバイスが実装される構造の相違等の指標となる。
【００４５】
本実施形態に係る評価装置２００は、以上の動作フローにより、半導体デバイス１０の放射ノイズを評価して出力することができる。なお、以上の評価装置２００は、過去の評価指標との差分である、相対的な強度変化を評価結果として出力する例を説明したが、これに限定されることはない。評価装置２００は、評価指標出力部２３０が算出する、絶対的な周波数スペクトルを示す評価指標を出力してもよい。また、評価装置２００が評価指標を出力する装置の場合、比較部２５０および評価部２６０は無くてもよい。
【００４６】
図５は、本実施形態に係る評価指標出力部２３０が出力する評価指標の一例を示す。図５は、１０ＭＨｚから５００ＭＨｚの周波数帯域において、評価指標出力部２３０が半導体デバイス１０の評価指標を出力した例を示す。ここで、評価指標出力部２３０は、予め定められたスイッチング信号ＶＳに応じて観測された第１デバイス１２の「順回復電圧」、「逆回復電圧」、第２デバイス１４の「ターンオン電圧」、および「ターンオフ電圧」の周波数特性である。
【００４７】
ＩＧＢＴ等の半導体デバイスは、ターンオン時に発生する放射電界強度が、図５に示すようなターンオン特性および逆回復特性の電圧の最大値または和と相関があることが測定により判明した。また、当該デバイスは、ターンオフ時に発生する放射電界強度が、図５に示すようなターンオフ特性および順回復特性の電圧の最大値または和と相関があることが測定により判明した。
【００４８】
したがって、ターンオン特性および逆回復特性の電圧の最大値または和と、ターンオフ特性および順回復特性の電圧の最大値または和とを比較することで、どちらのタイミングがより大きな放射ノイズを発生させるのかを把握することができる。また、放射ノイズの相対的な大きさに応じて、ゲート抵抗値を変更する等の対策を施すことができる。また、ターンオンとターンオフに発生する各特性の電圧をバランスさせてもよい。なお、評価指標および放射電界強度の相関について、次に述べる。
【００４９】
図６は、本実施形態に係る半導体デバイス１０を搭載したモータ駆動装置６００の、放射ノイズを測定する測定系の構成例を示す。モータ駆動装置６００は、半導体デバイス１０を搭載した装置の一例である。モータ駆動装置６００は、電源部６１０と、入力ケーブル６２０と、駆動回路６３０と、出力ケーブル６４０と、モータ６５０とを備える。
【００５０】
電源部６１０は、交流電源である。電源部６１０は、電源インピーダンス安定回路（ＬＩＳＮ）を有してよい。入力ケーブル６２０は、電源部６１０が出力する交流電圧を駆動回路６３０に伝達する。駆動回路６３０は、モータ６５０を駆動させる電気信号を生成する。駆動回路６３０は、例えば、電源部６１０の交流電圧を整流回路により整流し、整流した信号をインバータ回路に供給して当該電気信号を生成する。出力ケーブル６４０は、駆動回路６３０が出力する電気信号をモータ６５０に伝達する。モータ６５０は、当該電気信号に応じて回転する。
【００５１】
このようなモータ駆動装置６００の駆動回路６３０に、本実施形態に係る半導体デバイス１０が搭載される。例えば、図６のデバイスＳ１が第１デバイス１２であり、デバイスＳ４が第２デバイス１４である。また、デバイスＳ２が第１デバイス１２であり、デバイスＳ５が第２デバイス１４であってもよい。また、デバイスＳ３が第１デバイス１２であり、デバイスＳ６が第２デバイス１４であってもよい。半導体デバイス１０は、駆動回路６３０のインバータ回路の一部として搭載されてよい。このような半導体デバイス１０は、電気信号に応じてスイッチング動作するので、当該動作に応じて放射ノイズを発生させる。
【００５２】
アンテナ６６０および測定装置６７０は、このような放射ノイズを測定する。アンテナ６６０は、空間を伝搬した放射ノイズを受信する。アンテナ６６０は、モータ駆動装置６００から予め定められた距離だけ離間した位置に配置される。測定装置６７０は、アンテナ６６０が受信した受信信号を受け取り、当該受信信号を周波数ドメインに変換して出力する。測定装置６７０は、モータ６５０の回転周波数よりも高い周波数領域を測定してよい。測定装置６７０は、スペクトラムアナライザ等でよい。
【００５３】
図７は、図６に示す測定系によって測定された放射ノイズの一例を示す。図７は、半導体デバイス１０に対して異なる２つの条件で駆動した場合に観測された放射ノイズを示す。例えば、半導体デバイス１０を駆動条件Ａから駆動条件Ｂに変更すると、３０ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数領域の放射電界強度は、２ｄＢから６ｄＢ程度低減することがわかる。
【００５４】
図８は、本実施形態に係る半導体デバイス１０を搭載したモータ駆動装置６００の、モータを駆動する電気信号を測定する測定系の構成例を示す。図８に示す測定系において、図６に示された測定系の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。モータ駆動装置６００は、図６に示す半導体デバイス１０を搭載した装置と略同一の装置である。
【００５５】
図８において、測定装置６７０は、駆動回路６３０が出力するモータ６５０を駆動する電気信号を測定する。測定装置６７０は、モータ駆動装置６００によるモータ６５０の駆動中の、半導体デバイス１０のスイッチング電圧波形を測定する。
【００５６】
図９は、図８に示す測定系によって測定された電圧波形の一例を示す。図９は、図７の放射ノイズ測定時の電圧波形を周波数解析した結果を示す。例えば、半導体デバイス１０を駆動条件Ａから駆動条件Ｂに変更すると、３０ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数領域の放射電界強度は、２ｄＢから６ｄＢ程度低減する傾向があることがわかる。
【００５７】
このように、図６および図８の測定結果を比較すると、例えば、３０ＭＨｚから５００ＭＨｚの周波数領域において、駆動条件Ａおよび駆動条件Ｂの変更前後における相対変化値は、同様な傾向を示していることが確認できる。即ち、半導体デバイス１０のスイッチング波形から変換される周波数成分と、放射ノイズとは相関があり、当該半導体デバイス１０のスイッチング波形に基づいて、放射ノイズの相対値を把握できることがわかる。また、このような相関を予め測定しておくことにより、半導体デバイス１０のスイッチング波形に基づいて、放射ノイズの放射電界強度を把握できることがわかる。
【００５８】
また、図８の測定結果と、図５に示す評価指標とを比較すると、両者の特性も同様の傾向を示していることがわかる。即ち、評価装置２００が半導体デバイス１０を評価して出力する評価指標は、当該半導体デバイス１０を搭載した装置が発生する放射ノイズの放射電界強度と相関があることがわかった。したがって、当該評価指標の特定の周波数における電圧を解析することにより、スイッチング特性ごとのノイズ発生量を評価することができる。
【００５９】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、半導体デバイス１０のターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作を実行して、得られたスイッチング電圧波形の周波数特性により、放射ノイズを評価することを説明した。なお、ターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作に対応して得られるスイッチング電圧波形の周波数特性を、それぞれ、ターンオン特性、ターンオフ特性、逆回復特性、および順回復特性とする。
【００６０】
ここで、評価装置２００によるスイッチング電圧波形の周波数特性は、図５に示すように、スイッチング動作に応じて電圧が異なる結果が得られる。特に、放射ノイズの規制対象となる３０ＭＨｚ以上の周波数において、逆回復特性は、他と比較してより大きい電圧となることがある。そこで、評価装置２００は、少なくとも半導体デバイス１０の逆回復動作を含むスイッチング動作を実行して、評価指標を出力することが望ましい。
【００６１】
また、４つの特性のうち、少なくとも２つの特性がわかれば、他の特性について類推できる場合がある。したがって、評価装置２００は、半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を含むスイッチング動作を実行して、評価指標を出力することが望ましい。なお、この場合、少なくとも２つの動作のうちの１つの動作が、逆回復動作であることがより望ましい。
【００６２】
また、４つの特性のうち、ターンオン特性が、他と比較して逆回復特性の次に大きい電圧となることがある。そこで、評価装置２００は、少なくとも半導体デバイス１０の逆回復動作およびターンオン動作を含むスイッチング動作を実行して、評価指標を出力することがより望ましい。以上のように、信号供給部１５０は、半導体デバイス１０のターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、１または少なくとも２つの動作を実行させるスイッチング信号を供給してよい。これらにより、評価装置２００は、評価時間を短縮することができ、また、評価の手間等を省くことができる。
【００６３】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、直列に接続された第１デバイス１２および第２デバイス１４の間の電圧変化を観測する例を説明した。これに加えて、または、これに代えて、評価装置２００は、第１デバイス１２および第２デバイス１４の電圧変化を観測してもよい。即ち、検出部２２０は、第１デバイス１２の一端と、第２デバイス１４の他端とに、電気的に接続され、第１デバイス１２および第２デバイス１４の両端電圧の電圧変化を検出する。
【００６４】
このような、第１デバイス１２および第２デバイス１４の両端電圧は、電源１１０が供給する直流電圧ＶＤＣに、スイッチング動作に応じた高周波変動成分ΔＶＤＣが重畳された波形となる。評価装置２００は、当該高周波変動成分ΔＶＤＣを観測して、半導体デバイス１０の放射ノイズを評価してもよい。
【００６５】
なお、半導体デバイス１０をターンオン動作させて高周波変動成分ΔＶＤＣを観測した場合、第１デバイス１２の逆回復特性および第２デバイス１４のターンオン特性が重畳された電圧変化が観測される。即ち、この場合、高周波変動成分ΔＶＤＣは、第１デバイス１２の逆回復特性および第２デバイス１４のターンオン特性のうち、より電圧が大きい方の特性と相関があることになる。
【００６６】
同様に、半導体デバイス１０をターンオフ動作させて高周波変動成分ΔＶＤＣを観測した場合、第１デバイス１２の順回復特性および第２デバイス１４のターンオフ特性が重畳された電圧変化が観測される。即ち、この場合、高周波変動成分ΔＶＤＣは、第１デバイス１２の順回復特性および第２デバイス１４のターンオフ特性のうち、より電圧が大きい方の特性と相関があることになる。
【００６７】
したがって、評価装置２００は、例えば、半導体デバイス１０をターンオン動作およびターンオフ動作させて高周波変動成分ΔＶＤＣを１回ずつ観測することで、４つのスイッチング特性のうち、より電圧が大きい２つのスイッチング特性を観測することができる。また、当該高周波変動成分ΔＶＤＣの測定は、ＤＣ成分を除く周波数特性の観測なので、ＡＣカップリングによる計測または、検出部２２０および評価指標出力部２３０の間にハイパスフィルタを挿入することで、容易にΔＶＤＣの成分を抽出できる。したがって、評価装置２００は、Ｓ／Ｎおよびダイナミックレンジを大きくして、高周波変動成分ΔＶＤＣを測定できる。
【００６８】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、スイッチング動作中の半導体デバイス１０の電圧変化を観測することを説明した。ここで、半導体デバイス１０の浮遊容量に流れる電流が放射ノイズ源となることがある。例えば、半導体デバイス１０に冷却フィンが取り付けられた場合、当該冷却フィンの一部の導電性部材と、半導体デバイス１０との間に浮遊容量が形成され、この浮遊容量を流れる電流が放射ノイズを発生させる。
【００６９】
このような場合、評価装置２００は、浮遊容量によって発生するノイズを加味した観測結果を取得することで、より正確に相対的な放射ノイズの評価を実行できる。このような評価装置２００について、次に説明する。
【００７０】
図１０は、本実施形態に係る評価装置２００の変形例を示す。本変形例の評価装置２００において、図３に示された本実施形態に係る評価装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。本変形例の評価装置２００は、導電性部材３２０と、第３容量部３３０と、を更に備える。
【００７１】
導電性部材３２０は、半導体デバイス１０の温度を調節する温度調節部の一部である。例えば、導電性部材３２０は、ヒータ、冷却装置、および放熱フィンのうちの少なくとも１つの一部である。
【００７２】
また、導電性部材３２０は、半導体デバイス１０の環境温度を安定に保つ機能を有する。したがって、導電性部材３２０は、直接的に半導体デバイス１０に固定されることが望ましい。これにより、半導体デバイス１０および導電性部材３２０の間の浮遊容量および接触抵抗を略一定の安定な値に保つことができる。
【００７３】
そして、評価装置２００は、半導体デバイス１０が配置される基板に固定された導電性部材３２０の電位を基準電位として、半導体デバイス１０との間の電圧変化を観測する。例えば、検出部２２０の電圧プローブは、一方が導電性部材３２０に、他方が第１デバイス１２および第２デバイス１４の間に、それぞれ電気的に接続され、第２デバイス１４のコレクタおよびエミッタの端子間電圧Ｖｃｅ２の変化を検出する。また、検出部２２０の電圧プローブは、一方が導電性部材３２０に、他方が第１デバイス１２のコレクタ端子側の一端に、それぞれ電気的に接続され、第１デバイス１２および第２デバイス１４の両端電圧の電圧変化を検出してもよい。
【００７４】
以上のように、本変形例の評価装置２００は、半導体デバイス１０および導電性部材３２０の間の浮遊容量を安定化させる。また、導電性部材３２０は、温度の安定化に用いるので、表面積を大きくすることが望ましく、他の経路の浮遊容量よりも大きくすることができる。また、このような浮遊容量は、放射ノイズの原因となるコモンモード電流が流れる経路となる。したがって、評価装置２００は、浮遊容量によって発生するノイズと、コモンモード電流とを安定化させて、より再現性の高い評価指標を出力することができる。
【００７５】
また、本変形例の評価装置２００は、半導体デバイスにそれぞれ並列に接続される複数の容量部を備え、複数の容量部のうち、少なくとも１つの容量部は、直列に接続された複数の容量素子を有してよい。図６に示す評価装置２００は、第３容量部３３０が第１容量素子３３２および第２容量素子３３４を有する例を示す。ここで、第１容量素子３３２および第２容量素子３３４の間は、基準電位３４０に接続される。
【００７６】
第３容量部３３０は、放射ノイズを低減させるＥＭＣフィルタとして用いられる既知の回路である。評価装置２００は、このような回路を設けることにより、半導体デバイス１０が実際に搭載される回路構成に近づけ、より精度の高い評価結果を出力することができる。評価装置２００は、第３容量部３３０に加えて、同種および／または異なる種類のＥＭＣフィルタ等を更に設けてもよい。
【００７７】
以上の本実施形態に係る評価装置２００は、半導体デバイス１０をスイッチング動作させて、半導体デバイス１０の放射ノイズを評価できることを説明した。しかしながら、半導体デバイス１０を実際に装置等に搭載した場合、当該半導体デバイス１０をスイッチング電流は時々刻々と変化することがある。放射ノイズは、このようなスイッチング電流に応じて変化するので、評価装置２００が出力する評価指標と比較して異なる結果となることがある。
【００７８】
図１１は、本実施形態に係る評価指標出力部２３０が半導体デバイス１０のターンオン特性を評価指標として出力した例を示す。ここで、評価指標は、複数のスイッチング信号ＶＳに応じて半導体デバイス１０に流れるスイッチング電流を変化させた場合の、ターンオン特性である。図１１は、スイッチング電流が０Ａの場合の比較対象のターンオン特性と、予め定められた電流値Ｉ１、２Ｉ１、および３Ｉ１の場合の３通りの電流スイッチング電流に対応する、３つのターンオン特性と、を示す。
【００７９】
４つの波形を比較すると、スイッチング電流値によって電圧が非線形に変化することがわかる。例えば、異なる周波数において、最大値となる電流条件が異なる場合が生じる。一例として、１０ＭＨｚにおいては、スイッチング電流が３Ｉ１の電流条件が最大値となる一方で、２０ＭＨｚにおいては、スイッチング電流がＩ１の電流条件が最大値となる。したがって、半導体デバイス１０のスイッチング電流が変化する場合、当該駆動電流の変化に応じて、複数の評価対象を組み合わせることで、当該スイッチング電流に応じて発生する放射ノイズを推定することができる。このような複合評価装置３００について、次に説明する。
【００８０】
図１２は、本実施形態における複合評価装置３００の構成例を、データベース４１０と共に示す。データベース４１０は、評価装置２００が出力する評価指標を記憶する。データベース４１０は、半導体デバイス１０の複数の異なるスイッチング動作において、それぞれ異なる複数のスイッチング信号の条件において出力された評価指標を記憶することが望ましい。なお、データベース４１０は、評価装置２００の記憶部２４０であってもよい。
【００８１】
複合評価装置３００は、このような評価指標を用いて半導体デバイス１０を備える装置が放出する放射ノイズを複合評価する。ここで、図６に示したような半導体デバイス１０が搭載された装置を、搭載装置と呼ぶ。複合評価装置３００は、取得部４２０と、複合評価部４３０と、を備える。
【００８２】
取得部４２０は、評価装置２００によって、異なる複数の条件におけるスイッチング信号に対応して出力された半導体デバイス１０の複数の評価指標を取得する。取得部４２０は、例えば、ネットワーク等を介して、データベース４１０から評価指標を取得する。また、取得部４２０は、データベース４１０に直接接続され、評価指標を取得してよい。また、取得部４２０は、半導体デバイス１０を駆動する駆動信号の情報も取得してよい。
【００８３】
複合評価部４３０は、半導体デバイス１０を駆動する駆動信号に応じて、複数の評価指標を組み合わせて搭載装置の放射ノイズを複合評価する。複合評価部４３０は、例えば、予め定められた周波数毎に、複数の評価指標の当該周波数に対応する電圧を加算して、放射ノイズの評価結果を算出する。また、複合評価部４３０は、予め定められた周波数毎に、複数の評価指標の当該周波数に対応する電圧の平均値または最大値を算出して、放射ノイズの評価結果を算出してもよい。複合評価部４３０は、算出した評価結果を出力する。
【００８４】
図１３は、本実施形態に係る複合評価装置３００の動作フローを示す。複合評価装置３００は、図１３に示すＳ５１０からＳ５３０の動作を実行して、搭載装置において半導体デバイス１０が放出する放射ノイズを複合評価する。
【００８５】
まず、半導体デバイス１０を駆動する駆動信号を取得する（Ｓ５１０）。取得部４２０は、データベース４１０等から、搭載装置が半導体デバイス１０を駆動する駆動信号の情報を取得する。これに代えて、取得部４２０は、搭載装置に接続され、搭載装置から駆動信号の情報を取得してもよい。これに代えて、取得部４２０は、搭載装置の設計者または使用者等の複合評価装置３００のユーザにより、駆動信号の情報が入力されてもよい。
【００８６】
次に、評価装置２００によって、異なる複数の条件におけるスイッチング動作に対応して出力された半導体デバイス１０の複数の評価指標を取得する（Ｓ５２０）。取得部４２０は、半導体デバイス１０の駆動信号に対応して、複数の評価指標の組み合わせを取得する。取得部４２０は、例えば、駆動信号の極性および大きさ等に応じて、対応する評価指標を取得する。また、取得部４２０は、駆動信号の時間的な変化に応じて、対応する評価指標を取得してよい。また、取得部４２０は、駆動信号の時間的な変化に対応する重みを評価指標に乗じて、複数の評価指標を算出してよい。
【００８７】
次に、複合評価部４３０は、半導体デバイス１０を駆動する駆動信号に応じて、取得部４２０が取得した複数の評価指標を組み合わせて搭載装置の放射ノイズを複合評価する（Ｓ５３０）。複合評価部４３０が用いる評価指標の組み合わせは、例えば、半導体デバイス１０の複数の評価指標の最大値または和である。また、複合評価部４３０が用いる評価指標の組み合わせは、半導体デバイス１０の複数の評価指標の平均値であってもよい。複合評価部４３０が用いる評価指標の組み合わせは、複数の評価指標の最大値または和と、平均値であってもよい。
【００８８】
例えば、国際無線障害特別委員会（ＣＩＳＰＲ）等による電子機器の放射ノイズの規格は、準尖頭値および平均値等で定義されている。したがって、このような規格値に対応すべく、複合評価部４３０は、複数の評価指標の最大値および平均値を用いて放射ノイズを複合評価し、出力してよい。この場合、例えば、出力された当該最大値および平均値の差分の大小関係等から、準尖頭値をある程度予測することができる。
【００８９】
また、複合評価部４３０が用いる評価指標の組み合わせは、半導体デバイス１０が出力する電流に対応する複数の重みを、半導体デバイス１０の複数の評価指標のうち対応する評価指標にそれぞれ乗じてから算出する平均値でもよい。
【００９０】
以上のように、複合評価装置３００は、半導体デバイス１０を駆動する駆動信号に応じて、予め精度良く評価された評価指標を組み合わせて放射ノイズの推定値を算出するので、放射ノイズを複合評価することができる。本実施形態に係る複合評価装置３００は、種々の条件のスイッチング動作による半導体デバイス１０の電圧変化を観測して評価した複数の評価指標のうち、半導体デバイス１０が装置に組み込まれた際の出力電流やスイッチング電流に対応する評価指標を取得して組み合わせる。このように、半導体デバイス１０の電圧変化に対応する放射ノイズをそれぞれ評価した評価指標を用いることができるので、複合評価装置３００は、より正確な放射ノイズを推定することができる。
【００９１】
図１４は、本実施形態に係る複合評価装置３００が、図１１に示す複数の評価指標を組み合わせて放射ノイズを複合評価した結果の一例を示す。図１４は、複合評価部４３０が、複数の評価指標の最大値と、平均値とを、組み合わせとして採用し、出力した結果の例である。即ち、図１４において、「最大値」と示す波形は、図１１に示す４つのターンオン特性の周波数毎の最大値を示す。また、「平均値」と示す波形は、図１１に示す４つのターンオン特性の周波数毎の平均値を示す。
【００９２】
放射ノイズのこのような推定結果に基づき、更に準尖頭値の傾向を予測することができる。例えば、３０ＭＨｚから６０ＭＨｚまでの周波数領域において、平均値および最大値で示される２つの波形の周波数毎の電圧の差分は、６ｄＢ以下であることがわかる。このように、当該周波数領域における放射ノイズのピーク値と平均値がほぼ同程度の強度レベルであることから、当該周波数領域の準尖頭値は、ピーク値と同等程度の高い強度レベルになることが予想できる。
【００９３】
また、１００ＭＨｚから１４０ＭＨｚまでの周波数領域において、平均値および最大値で示される２つの波形の周波数毎の電圧の差分は、６ｄＢから１０ｄＢ程度となることがわかる。このように、当該周波数領域における放射ノイズのピーク値と平均値の差が大きいことから、当該周波数領域の準尖頭値は、平均値と同等程度の低い強度レベルになることが予想できる。
【００９４】
以上のように、複合評価装置３００は、複数の評価指標を組み合わせて、放射ノイズを複合評価することができるので、複合評価結果に基づき、規制対象機器の放射ノイズレベルを予想することができる。また、複合評価装置３００は、より複雑な駆動信号に対応する放射ノイズを複合評価することもできる。
【００９５】
図１５は、装置として、例えば、三相インバータ装置とした場合、一相分の半周期における出力電流波形を規格化した例を示す。図１５は、横軸が規格化した時間軸であり、縦軸が駆動信号の規格化した振幅値を示す。出力電流が正弦波信号の一部なので、図１５の時間軸である横軸は、位相が１８０°の時刻を１００％とした規格化した位相で示す。
【００９６】
図１５に示すように、出力電流の極性がプラスの場合、取得部４２０は、一例として、半導体デバイス１０のターンオン動作に応じて出力された評価指標を取得する。また、取得部４２０は、正弦波の振幅のピーク値に対応する条件において、評価装置２００が出力した評価指標を取得してよい。また、取得部４２０は、正弦波の振幅値のピーク値に最も近い条件において、評価装置２００が出力した評価指標を取得してよい。取得部４２０は、例えば、出力電流に応じた重みを取得した評価指標に乗じて、複数の評価指標を取得する。
【００９７】
取得部４２０は、一例として、出力電流を振幅値に応じて複数の領域に分割する。図１５は、出力電流の振幅を、ピーク値を１とした場合の０から０．２５、０，２５から０．５、０，５から０．７５、０．７５から１の、４つの領域に等分割した例を示す。そして、取得部４２０は、各領域における駆動信号の時間軸の占有率を算出する。例えば、振幅強度が０から０．２５の領域は、出力電流が時間軸の最初の立ち上がりと最後の立ち下がりにおいて占有する。即ち、振幅強度が０から０．２５の領域は、出力電流が１００％の全体の位相領域に対して１６％の位相領域を占有するので、占有率を１６％とする。
【００９８】
同様に、取得部４２０は、振幅強度が０．２５から０．５の領域の占有率を１７％、振幅強度が０．５から０．７５の領域の占有率を２１％、振幅強度が０．７５から１の領域の占有率を４６％とする。このような占有率の分布は、三相インバータ動作におけるスイッチング電流の発生頻度にそのまま置き換えることができるので、取得部４２０は、占有率に応じた複数の評価指標を算出できる。
【００９９】
即ち、取得部４２０は、出力電流の振幅値のピーク値に応じて取得した、基準となる評価指標の周波数毎の電圧に０．１６を乗じることで、振幅強度が０から０．２５の領域の第１評価指標を算出する。また、取得部４２０は、当該基準となる評価指標に０．１７を乗じることで、振幅強度が０．２５から０．５の領域の第２評価指標を算出する。同様に、取得部４２０は、当該基準となる評価指標に０．２１および０．４６をそれぞれ乗じることで、振幅強度が０．５から０．７５の領域の第３評価指標および振幅強度が０．７５から１の領域の第４評価指標を算出する。複合評価部４３０は、第１評価指標から第４評価指標の４つの評価指標の周波数毎の平均値を、放射ノイズの複合評価値として算出する。複合評価部４３０は、算出した複合評価値を出力する。
【０１００】
以上のように、本実施形態に係る複合評価装置３００は、出力電流に応じて、スイッチング電流の発生頻度を考慮した複数の評価指標を用いるので、様々な出力電流に対応してより正確に放射ノイズを複合評価することができる。なお、本実施形態において、出力電流の振幅を４つの領域に等分割した例を説明したが、これに限定されることはない。駆動信号の振幅の分割数は、種々の分割数に設定可能でよい。また、評価指標に乗じる重み等も、駆動信号に応じて調整可能でよい。
【０１０１】
以上のように、本実施形態に係る評価装置２００および複合評価装置３００は、半導体デバイス１０が装置等に搭載される前の段階において、当該装置に搭載された場合の放射ノイズを評価することができる。また、半導体デバイス１０を駆動する駆動信号が複雑であっても、複合評価装置３００は、評価装置２００が出力する評価指標を組み合わせることで、放射ノイズを複合評価することができる。
【０１０２】
また、評価装置２００が出力する評価指標を当該半導体デバイス１０のデータシートとして出力することにより、装置設計を容易にする有意義な情報を提供できる。なお、この場合、評価装置２００は、過去のデバイスに対する評価結果と共に評価指標を出力することが望ましい。これにより、例えば、過去に用いたデバイスからどの程度放射ノイズが低減または増加するかの指標を容易に把握することができ、装置設計をスムーズに実行することができる。
【０１０３】
装置設計の例としては、予め国際標準規格を満足するように半導体デバイスの駆動条件を決定し、または駆動回路定数の決定を行う。具体的には、駆動条件としては、半導体デバイスのゲート端子に入力するゲート電圧値と時間の関係等である。また、駆動回路定数としては、ゲート抵抗値、ゲート配線のインダクタンス値、容量、使用される電源の仕様等である。さらに、例えばハーフブリッジ回路の下アームにおける半導体デバイスのターンオン時に発生する放射ノイズが支配的であるときは、下アームにおける半導体デバイスの駆動条件または駆動回路定数等を調整する。装置の構造としては、放射ノイズが支配的な半導体デバイスとプリント基板との間にシールド板を設ける、放射ノイズの強弱に応じて装置内の配置を決定する、装置筐体へのシールド板の設置や、グランドへの接地等が上げられる。
【０１０４】
半導体デバイスの設計においては、デバイスの内部抵抗値等を調整してもよい。また、半導体デバイスが搭載されるモジュール設計においては、絶縁基板、樹脂絶縁基板等の枚数、形成されている回路パターン形状・厚み・電流経路等の調整、さらに絶縁基板等に使用される絶縁板の厚み・材料の調整、半導体デバイスに形成される表面電極上に接合される配線（ワイヤー、リードフレーム等）の形状・寸法・材料の調整等、モジュールに使用される筐体（ケース）の形状・材料の調整等を行ってもよい。
【０１０５】
なお、本実施形態において、評価装置２００および複合評価装置３００を別個独立の装置として説明したが、このような構成に限定されることはない。評価装置２００および複合評価装置３００は、例えば、一つの装置として構成されてもよい。また、評価装置２００および／または複合評価装置３００は、少なくとも一部が計算機等で構成されてよい。
【０１０６】
以上の本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよい。フローチャートおよびブロック図におけるブロックは、（１）オペレーションが実行されるプロセスの段階または（２）オペレーションを実行する役割を持つ装置の「部」として表現されてよい。特定の段階および「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、および／またはコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。
【０１０７】
なお、専用回路は、デジタルおよび／またはアナログハードウェア回路を含んでよく、また、集積回路（ＩＣ）および／またはディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、およびプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のような、論理和、排他的論理和、否定論理積、否定論理和、および他の論理演算、フリップフロップ、レジスタ、並びにメモリエレメントを含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
【０１０８】
コンピュータ可読記憶媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよい。これにより、当該有形なデバイスに格納される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。
【０１０９】
コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭまたはフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ-ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
【０１１０】
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ等を含んでよい。また、コンピュータ可読命令は、Ｓｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「Ｃ」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコードまたはオブジェクトコードを含んでよい。
【０１１１】
コンピュータ可読命令は、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、もしくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、またはプログラマブル回路に提供されてよい。これにより、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、もしくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、またはプログラマブル回路は、フローチャートまたはブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成するために、当該コンピュータ可読命令を実行できる。なお、プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
【０１１２】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１３】
１０  半導体デバイス、１２  第１デバイス、１４  第２デバイス、１００  評価回路、１１０  電源、１２０  第１容量部、１３０  第２容量部、１４０  負荷リアクトル、１５０  信号供給部、２００  評価装置、２２０  検出部、２３０  評価指標出力部、２４０  記憶部、２５０  比較部、２６０  評価部、３００  複合評価装置、３２０  導電性部材、３３０  第３容量部、３３２  第１容量素子、３３４  第２容量素子、３４０  基準電位、４１０  データベース、４２０  取得部、４３０  複合評価部、６００  モータ駆動装置、６１０  電源部、６２０  入力ケーブル、６３０  駆動回路、６４０  出力ケーブル、６５０  モータ、６６０  アンテナ、６７０  測定装置
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年6月6日(2017.6.6)
【手続補正１】
【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】
直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含む半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、
前記スイッチング動作中の前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの間に生じる電圧変化を測定する段階と、
前記電圧変化に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する段階と
を備える評価方法。
【請求項２】
直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含む半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、
前記スイッチング動作中の前記第１デバイスおよび前記第２デバイスに生じる電圧変化を測定する段階と、
前記電圧変化に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する段階と
を備える評価方法。
【請求項３】
前記半導体デバイスに対して出力した前記評価指標と、前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対して出力した前記評価指標と、を比較する段階と、
前記比較結果に応じて、前記基準デバイスに対する前記半導体デバイスの前記放射ノイズの強度を評価する段階と、
を更に備える請求項１または２に記載の評価方法。
【請求項４】
半導体デバイスにスイッチング動作させる段階と、
前記スイッチング動作中の前記半導体デバイスの主端子間に生じる電圧変化を測定する段階と、
前記電圧変化に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する段階と
前記半導体デバイスに対して出力した前記評価指標と、前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対して出力した前記評価指標と、を比較する段階と、
前記比較結果に応じて、前記基準デバイスに対する前記半導体デバイスの前記放射ノイズの強度を評価する段階と、
を備える評価方法。
【請求項５】
前記評価指標を出力する段階は、前記評価指標として、前記半導体デバイスの前記電圧変化を周波数成分ごとに算出する、請求項１から４のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項６】
前記スイッチング動作は、前記半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項７】
前記スイッチング動作は、少なくとも前記半導体デバイスの逆回復動作を含む、請求項６に記載の評価方法。
【請求項８】
前記測定する段階は、前記半導体デバイスが絶縁材を介して取り付けられた導電性部材の電位を基準電位として、前記半導体デバイスとの間の電圧変化を測定する、請求項１から７のいずれか一項に記載の評価方法。
【請求項９】
前記半導体デバイスを備える装置の放射ノイズを推定する推定方法であって、
請求項１から８のいずれか一項に記載の評価方法によって、複数の条件における前記スイッチング動作に対応して出力された前記半導体デバイスの複数の評価指標を取得する段階と、
前記複数の評価指標を組み合わせて前記装置の放射ノイズを推定する段階と
を備える推定方法。
【請求項１０】
前記評価指標の組み合わせは、前記半導体デバイスの前記複数の評価指標の最大値または和である、請求項９に記載の推定方法。
【請求項１１】
前記評価指標の組み合わせは、前記半導体デバイスの前記複数の評価指標の平均値である、請求項９に記載の推定方法。
【請求項１２】
前記評価指標の組み合わせは、前記複数の条件に対するそれぞれの重みを、前記半導体デバイスの前記複数の評価指標のうち対応する評価指標にそれぞれ乗じてから算出する平均値である、請求項９に記載の推定方法。
【請求項１３】
評価対象の直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含む半導体デバイスに、予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、
前記第１デバイスおよび前記第２デバイスの間に生じる電圧変化を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する評価指標出力部と、
を備える評価装置。
【請求項１４】
評価対象の直列に接続された第１デバイスおよび第２デバイスを含む半導体デバイスに、予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、
前記第１デバイスおよび前記第２デバイスに生じる電圧変化を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する評価指標出力部と、
を備える評価装置。
【請求項１５】
前記評価指標出力部が出力する前記評価指標を記憶する記憶部と、
前記評価指標出力部が出力した前記評価指標と、前記記憶部に記憶された前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対する前記評価指標と、を比較する比較部と、
前記比較結果に応じて、前記半導体デバイスの前記放射ノイズの評価指標の相対的な強度変化を評価する評価部と、
を更に備える請求項１３または１４に記載の評価装置。
【請求項１６】
評価対象の半導体デバイスに予め定められたスイッチング信号を供給する信号供給部と、
前記半導体デバイスの電圧変化を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズの評価指標を出力する評価指標出力部と、
前記評価指標出力部が出力する前記評価指標を記憶する記憶部と、
前記評価指標出力部が出力した前記評価指標と、前記記憶部に記憶された前記半導体デバイスとは異なる基準デバイスに対する前記評価指標と、を比較する比較部と、
前記比較結果に応じて、前記半導体デバイスの前記放射ノイズの評価指標の相対的な強度変化を評価する評価部と
を備える評価装置。
【請求項１７】
前記評価指標出力部は、前記電圧変化の周波数成分に基づき、前記半導体デバイスの放射ノイズに対応する電界強度を算出する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１８】
前記信号供給部は、前記半導体デバイスのターンオン動作、ターンオフ動作、逆回復動作、および順回復動作のうち、少なくとも２つの動作を実行させるスイッチング信号を供給する、請求項１３から１６のいずれか一項に記載の評価装置。
【請求項１９】
請求項１３から１８のいずれか一項に記載の評価装置によって、複数の条件における前記スイッチング信号に対応して出力された前記半導体デバイスの複数の評価指標を取得する取得部と、
前記複数の評価指標を組み合わせて前記半導体デバイスを備える装置の放射ノイズを推定する複合評価部と、
を備える複合評価装置。