(57)【要約】【課題】低損失な半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する半導体素子と、第１の電極及び第２の電極のいずれか一方に電気的に接続され、サージ電圧を測定するサージ電圧測定部と、ゲート電極に電気的に接続された可変抵抗と、ゲート電極に印加される第１のパルスによって生じたサージ電圧を、サージ電圧測定部で測定して取得したサージ電圧測定値と、サージ電圧目標値とを比較する比較部と、比較部における比較結果に基づき、可変抵抗の抵抗値の設定値を決定する決定部と、設定値を可変抵抗に指示する指示部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する半導体素子と、
前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方に電気的に接続され、サージ電圧を測定するサージ電圧測定部と、
前記ゲート電極に電気的に接続された可変抵抗と、
前記ゲート電極に印加される第１のパルスによって生じたサージ電圧を前記サージ電圧測定部で測定して取得したサージ電圧測定値と、サージ電圧目標値とを比較する比較部と、
前記比較部における比較結果に基づき、前記可変抵抗の抵抗値の設定値を決定する決定部と、
前記設定値を前記可変抵抗に指示する指示部と、
を備える半導体装置。
【請求項２】
前記指示部は前記設定値を、前記第１のパルスに続く第２のパルスが前記ゲート電極に印加される前に、前記可変抵抗に指示する請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の電極又は前記第２の電極に電気的に接続される配線の電流を測定する電流測定部と、
前記サージ電圧測定部で取得されたサージ電圧基準値と、前記電流測定部で取得された電流基準値とを用いてインダクタンスを算出する算出部と、
前記インダクタンスと前記半導体素子の電流予測値からサージ電圧予測値を算出するサージ電圧予測部と、を更に備え、
前記決定部は、前記サージ電圧予測値に基づき、前記設定値を決定する請求項１又は請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の電極又は前記第２の電極に電気的に接続された配線の電圧を測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部で取得された電圧測定値に基づき、電磁ノイズ予測値を算出する電磁ノイズ予測部と、を更に備え、
前記決定部は、前記電磁ノイズ予測値に基づき、前記設定値を決定する請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体素子はＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉから選択される少なくとも一種の半導体層を備える請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体素子は、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ）である請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の半導体装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の半導体装置を備える電力変換装置。
【請求項８】
請求項７記載の電力変換装置を備える駆動装置。
【請求項９】
請求項７記載の電力変換装置を備える車両。
【請求項１０】
請求項７記載の電力変換装置を備える昇降機。
【請求項１１】
第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する半導体素子の、前記ゲート電極に印加される第１のパルスによって、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方の電極に生ずるサージ電圧を測定してサージ電圧測定値を取得し、
前記サージ電圧測定値とサージ電圧目標値とを比較し、
前記サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果に基づき、前記ゲート電極に電気的に接続された可変抵抗の抵抗値の設定値を決定し、
前記抵抗値を前記設定値に変更する半導体装置の制御方法。
【請求項１２】
前記第１のパルスに続く第２のパルスが前記ゲート電極に印加される前に、前記抵抗値を前記設定値に変更する請求項１１記載の半導体装置の制御方法。
【請求項１３】
前記いずれか一方の電極に生ずるサージ電圧を測定してサージ電圧基準値を取得し、
前記第１の電極又は前記第２の電極に電気的に接続される配線を流れる電流を測定して電流測定値を取得し、
前記サージ電圧基準値と、前記電流測定値とを用いてインダクタンスを算出し、
前記インダクタンスと前記半導体素子の電流予測値からサージ電圧予測値を算出し、
前記サージ電圧予測値に基づき、前記設定値を決定する請求項１１又は請求項１２記載の半導体装置の制御方法。
【請求項１４】
前記第１の電極又は前記第２の電極に電気的に接続された配線の電圧を測定して電圧測定値を取得し、
前記電圧測定値に基づき電磁ノイズ予測値を算出し、
前記電磁ノイズ予測値に基づき前記設定値を決定する請求項１１ないし請求項１３いずれか一項記載の半導体装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置、電力変換装置、駆動装置、車両、昇降機、及び、半導体装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速でスイッチング動作するパワートランジスタでは、例えば、ターンオフの際に、回路のインダクタンスに起因するサージ電圧が生ずる場合がある。サージ電圧が生ずるとゲート絶縁膜の破壊が生じたり、回路のリンギングが生じたりするため問題となる。
【０００３】
パワートランジスタのゲート電極に接続されるゲート抵抗を大きくすることにより、スイッチング時のスイッチング速度が低下する。スイッチング速度を低下させることで、サージ電圧を抑制することが可能である。しかし、スイッチング速度の低下は、スイッチング損失を増大させるため好ましくない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｙ．Ｌｏｂｓｉｇｅｒ  ｅｔ  ａｌ．  “Ｃｌｏｓｅｄ−Ｌｏｏｐ  ＩＧＢＴ  Ｇａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ  Ｆｅａｔｕｒｉｎｇ  Ｈｉｇｈｌｙ  Ｄｙｎａｍｉｃ  ｄｉ／ｄｔ  ａｎｄ  ｄｖ／ｄｔ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”， ＩＥＥＥ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ  Ｃｏｎｇｒｅｓｓ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ（２０１２），ｐｐ．４７５４−４７６１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、低損失な半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の半導体装置は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する半導体素子と、前記第１の電極及び前記第２の電極のいずれか一方に電気的に接続され、サージ電圧を測定するサージ電圧測定部と、前記ゲート電極に電気的に接続された可変抵抗と、前記ゲート電極に印加される第１のパルスによって生じたサージ電圧を前記サージ電圧測定部で測定して取得したサージ電圧測定値と、サージ電圧目標値とを比較する比較部と、前記比較部における比較結果に基づき、前記可変抵抗の抵抗値の設定値を決定する決定部と、前記設定値を前記可変抵抗に指示する指示部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態の半導体装置の模式図。
【図２】第１の実施形態の電力変換装置の回路図。
【図３】第１の実施形態の半導体装置の制御方法の制御ステップを示す図。
【図４】第１の実施形態の半導体装置及び半導体装置の制御方法の作用の説明図。
【図５】第２の実施形態の半導体装置の模式図。
【図６】第２の実施形態の半導体装置の制御方法の制御ステップを示す図。
【図７】第２の実施形態の半導体装置及び半導体装置の制御方法の作用の説明図。
【図８】第３の実施形態の半導体装置の模式図。
【図９】第３の実施形態の半導体装置の制御方法の制御ステップを示す図。
【図１０】第４の実施形態のサージ電圧測定部の回路図。
【図１１】第５の実施形態のサージ電圧測定部の回路図。
【図１２】第６の実施形態の駆動装置の模式図。
【図１３】第７の実施形態の車両の模式図。
【図１４】第８の実施形態の車両の模式図。
【図１５】第９の実施形態の昇降機の模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【０００９】
また、本明細書中、半導体装置とは、複数の素子がワンチップ化されたＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、複数の電子部品が配置された電子回路基板、又は、ディスクリート半導体等の複数の素子が組み合わされたパワーモジュールを包含する概念である。
【００１０】
本明細書中、「電圧」とは、別段の定義をしないかぎり、グラウンド電位との間の電位差を意味するものとする。
【００１１】
（第１の実施形態）
第１の実施形態の半導体装置は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する半導体素子と、第１の電極及び第２の電極のいずれか一方に電気的に接続され、サージ電圧を測定するサージ電圧測定部と、ゲート電極に電気的に接続された可変抵抗と、ゲート電極に印加される第１のパルスによって生じたサージ電圧をサージ電圧測定部で測定して取得されたサージ電圧測定値と、サージ電圧目標値とを比較する比較部と、比較部における比較結果に基づき、可変抵抗の抵抗値の設定値を決定する決定部と、設定値を可変抵抗に指示する指示部と、を備える。
【００１２】
第１の実施形態の電力変換装置は、上記半導体装置を備える。第１の実施形態の半導体素子はトランジスタである。
【００１３】
図１は、第１の実施形態の半導体装置の模式図である。図２は、第１の実施形態の電力変換装置の回路図である。第１の実施形態の電力変換装置は、インバータ回路２１０である。図１は、図２のインバータ回路２１０の一部の詳細を示す模式図である。
【００１４】
第１の実施形態のインバータ回路２１０は、パワートランジスタのゲート動作を動的に制御する、いわゆる、アクティブゲートコントロールを実現する。
【００１５】
図２に示すインバータ回路２１０は、３組のローサイドトランジスタ１０（半導体素子）とハイサイドトランジスタ２０を備える。図２に示すインバータ回路は、正端子Ｐ、負端子Ｎ、出力端子Ｕ、出力端子Ｖ、出力端子Ｗ、第１の可変抵抗６０、第２の可変抵抗６１を備える。
【００１６】
正端子Ｐは直流電源３０の正極に接続され、負端子Ｎは直流電源３０の負極に接続される。例えば、平滑キャパシタ４０が、正端子Ｐと負端子Ｎとの間に、直流電源３０に並列に設けられる。インバータ回路は、３相インバータである。
【００１７】
直流電源３０の電圧は、例えば、２００Ｖ以上１５００Ｖ以下である。
【００１８】
図１は、図２のインバータ回路のうちの１組のローサイドトランジスタ１０（半導体素子）とハイサイドトランジスタ２０を含む領域の詳細を示す模式図である。図１は、図２の中で、点線で囲まれる領域の模式図である。
【００１９】
第１の実施形態の半導体装置は、ローサイドトランジスタ１０（半導体素子）、ハイサイドトランジスタ２０、サージ電圧測定部１００、比較部１０１、決定部１０２、指示部１０３、第１の可変抵抗６０、第２の可変抵抗６１、配線７０ａ、配線７０ｂを備える。
【００２０】
ローサイドトランジスタ１０と、ハイサイドトランジスタ２０とは直列接続される。ローサイドトランジスタ１０は、エミッタ電極１０ａ（第１の電極）、コレクタ電極１０ｂ（第２の電極）、ゲート電極１０ｃ（ゲート電極）を有する。ハイサイドトランジスタ２０は、エミッタ電極２０ａ、コレクタ電極２０ｂ、ゲート電極２０ｃを有する。
【００２１】
ローサイドトランジスタ１０、及び、ハイサイドトランジスタ２０は、例えば、Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＩＧＢＴ）である。ローサイドトランジスタ１０とハイサイドトランジスタ２０には、例えば、図示しない還流ダイオードが接続される。
【００２２】
第１の可変抵抗６０は、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに接続される。第２の可変抵抗６１は、ハイサイドトランジスタ２０のゲート電極２０ｃに電気的に接続される。
【００２３】
第１の可変抵抗６０により、ローサイドトランジスタ１０のゲート抵抗を変化させることが可能である。第１の可変抵抗６０によりゲート電極１０ｃに接続される電気抵抗の抵抗値を変化させることが可能である。第１の可変抵抗６０によりローサイドトランジスタ１０のゲート充放電電流を変化させることが可能である。
【００２４】
第２の可変抵抗６１によりハイサイドトランジスタ２０のゲート抵抗を変化させることが可能である。第２の可変抵抗６１により、ゲート電極２０ｃに接続される電気抵抗の抵抗値を変化させることが可能である。第２の可変抵抗６１によりハイサイドトランジスタ２０のゲート充放電電流を変化させることが可能である。
【００２５】
第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１は、抵抗が可変であれば、その構成が限定されるものではない。例えば、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１は、アナログ動作するＭＯＳＦＥＴである。また、例えば、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１は、並列に接続される複数のＭＯＳＦＥＴである。オン状態とオフ状態のＭＯＳＦＥＴの個数を切り替えることで、抵抗値が変化する。
【００２６】
サージ電圧測定部１００は、コレクタ電極１０ｂに電気的に接続される。サージ電圧測定部１００は、ローサイドトランジスタ１０とハイサイドトランジスタ２０との間に生ずるサージ電圧を測定する機能を有する。サージ電圧測定部１００は、コレクタ電極１０ｂに生ずるサージ電圧を直接測定する。
【００２７】
サージ電圧測定部１００は、例えば、電子回路である。サージ電圧測定部１００は、例えば、複数の素子がワンチップ化されたＩＣ、又は、複数の電子部品が配置された電子回路基板である。サージ電圧測定部１００は、サージ電圧を測定することが可能であれば、その構成が限定されるものではない。例えば、サージ電圧測定部１００にオシロスコープを適用することも可能である。
【００２８】
比較部１０１は、ゲート電極１０ｃに印加される第１のパルスによって生じたサージ電圧をサージ電圧測定部１００で取得されたサージ電圧測定値と、サージ電圧目標値とを比較する機能を備える。第１のパルスは、ゲート信号のパルスである。
【００２９】
サージ電圧目標値は、例えば、サージ電圧によって生じる問題を抑制する観点から上限値が決められる。また、スイッチング速度を低下させない観点から下限値が決められる。サージ電圧目標値は、半導体装置のスペックとして、あらかじめ定められる値である。
【００３０】
決定部１０２は、比較部１０１における比較結果に基づき、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１の抵抗値の設定値を決定する機能を備える。サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との誤差に基づき、第１のパルスに続く第２のパルス以降に適用される設定値を決定する。
【００３１】
設定値の決定は、サージ電圧がサージ電圧目標値に近づくように決定される。決定に用いられるアルゴリズムは、特に、限定されるものではない。例えば、比例制御（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、ＰＩ制御（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）、又は、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｔｅｇｒａｌ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）が適用される。
【００３２】
指示部１０３は、決定された設定値を第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１に指示する機能を有する。指示部１０３は設定値を、例えば、第１のパルスに続く第２のパルスがゲート電極に印加される前に、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１に指示する。
【００３３】
比較部１０１、決定部１０２、及び、指示部１０３は、例えば、電子回路である。比較部１０１、決定部１０２、及び、指示部１０３は、例えば、ロジック回路、又は、アナログ回路である。比較部１０１、決定部１０２、及び、指示部１０３は、例えば、それぞれが個別のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。比較部１０１、決定部１０２、及び、指示部１０３は、例えば、１個のマイクロコンピュータに含まれる。
【００３４】
次に、第１の実施形態の半導体装置の制御方法について説明する。第１の実施形態の半導体装置の制御方法は、第１の電極、第２の電極、及び、ゲート電極を有する半導体素子の、ゲート電極に印加される第１のパルスによって、第１の電極及び第２の電極のいずれか一方の電極に生ずるサージ電圧を測定してサージ電圧測定値を取得し、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値とを比較し、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果に基づき、ゲート電極に電気的に接続された可変抵抗の抵抗値の設定値を決定し、抵抗値を設定値に変更する。
【００３５】
図３は、第１の実施形態の半導体装置の制御方法の制御ステップを示す図である。第１の実施形態の半導体装置の制御方法は、第１のパルス印加ステップ（Ｓ１１）、サージ電圧測定値取得ステップ（Ｓ１２）、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値比較ステップ（Ｓ１３）、可変抵抗の設定値決定ステップ（Ｓ１４）、可変抵抗の抵抗値変更ステップ（Ｓ１５）、第２のパルス印加ステップ（Ｓ１６）を備える。
【００３６】
以下、説明を簡易にするために、第１の可変抵抗６０の制御を例に説明する。
【００３７】
まず、第１のパルス印加ステップ（Ｓ１１）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに第１のパルスが印加される。ローサイドトランジスタ１０はオン動作をした後、オフ動作に移行する。オフ動作の際にコレクタ電極１０ｂにサージ電圧が生じる。
【００３８】
次に、サージ電圧測定値取得ステップ（Ｓ１２）で、第１のパルスの印加によってコレクタ電極１０ｂに生じたサージ電圧をサージ電圧測定部１００で測定する。第１のパルスの印加後のローサイドトランジスタ１０のターンオフで生ずるサージ電圧を、サージ電圧測定部１００で測定する。
【００３９】
次に、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値比較ステップ（Ｓ１３）で、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値とを比較する。サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較は、比較部１０１で行われる。
【００４０】
比較部１０１は、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との大小関係を判断する。例えば、比較部１０１は、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との誤差（Ｖｅｒｒ）を算出する。
【００４１】
次に、可変抵抗の設定値決定ステップ（Ｓ１４）で、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果に基づき、ゲート電極１０ｃに電気的に接続された第１の可変抵抗６０の抵抗値の設定値の決定を行う。設定値の決定は、決定部１０２で行われる。
【００４２】
設定値の決定は、例えば、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との誤差に基づき、サージ電圧がサージ電圧目標値に近づくように決定される。
【００４３】
例えば、サージ電圧測定部１００で測定されたサージ電圧が目標値を超えた場合、第１の可変抵抗６０の抵抗値を大きくするように設定値を決定する。第１の可変抵抗６０の抵抗値を大きくすることで、ローサイドトランジスタ１０のゲート抵抗が高くなり、スイッチング速度が低下し、サージ電圧の発生が抑制される。言い換えれば、ローサイドトランジスタ１０のゲートの充放電電流が小さくなり、サージ電圧の発生が抑制される。
【００４４】
次に、可変抵抗の抵抗値変更ステップ（Ｓ１５）で、第１の可変抵抗６０の抵抗値を決定された設定値に変更する。設定値の変更は、指示部１０３から第１の可変抵抗６０に伝達される指示により実行される。
【００４５】
次に、第２のパルス印加ステップ（Ｓ１６）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに第２のパルスが印加される。ローサイドトランジスタ１０はオン動作をした後、オフ動作に移行する。
【００４６】
次に、第１の実施形態の半導体装置及び半導体装置の制御方法の作用及び効果について説明する。
【００４７】
高速でスイッチング動作するパワートランジスタでは、例えば、ターンオフの際に、回路のインダクタンスに起因するサージ電圧が生ずる場合がある。サージ電圧が生ずるとゲート絶縁膜の破壊が生じたり、回路のリンギングが生じたりするため問題となる。
【００４８】
パワートランジスタのゲート電極に接続されるゲート抵抗を大きくすることにより、スイッチング時のスイッチング速度を低下させ、サージ電圧を抑制することが可能である。しかし、スイッチング速度を低下させることは、パワートランジスタのスイッチング損失を増大させるため好ましくない。
【００４９】
パワートランジスタのゲート電極に接続されるゲート抵抗を大きくすることにより、スイッチング時のスイッチング速度を低下させ、電磁ノイズを抑制することが可能である。しかし、スイッチング速度の低下は、パワートランジスタのスイッチング損失を増大させるため好ましくない。
【００５０】
また、サージ電圧は、半導体装置や電力変換装置の回路構成及び動作条件、半導体装置や電力変換装置に接続される負荷の構成や動作条件等、さまざまなパラメータに依存する。このため、半導体装置や電力変換装置の設計段階で適切なゲート抵抗値を決定するには多大な工程数を要する。また、多大な工程数を費やしたとしても、最適なゲート抵抗値を決定することは極めて困難である。
【００５１】
したがって、ゲート抵抗値は不可避的に大きなマージンを有するように設定される。よって、不必要にパワートランジスタのスイッチング速度が低下し、パワートランジスタのスイッチング損失が増大するおそれがある。
【００５２】
第１の実施形態のインバータ回路２１０は、サージ電圧測定部１００を備える。サージ電圧測定部１００により、インバータ回路２１０の動作中に、ローサイドトランジスタ１０とハイサイドトランジスタ２０との間に生ずるサージ電圧を直接測定する。
【００５３】
サージ電圧測定部１００で測定された測定結果に基づき、インバータ回路２１０は、第１の可変抵抗６０を制御する。インバータ回路２１０は第１の可変抵抗６０の抵抗値を変化させ、インバータ回路の動作中に適切な抵抗値にする。いわゆる、アクティブゲートコントロールを実行する。
【００５４】
図４は、第１の実施形態の半導体装置及び半導体装置の制御方法の作用の説明図である。図４は、ローサイドトランジスタ１０に印加されるゲート信号の各パルスに対応する、コレクタ電流及びコレクタ電圧を示す。図４（ａ）はゲート信号の各パルスに対応するコレクタ電流、図４（ｂ）はゲート信号の各パルスに対応するコレクタ電圧を示す。
【００５５】
図４では、ゲート電極１０ｃに印加される第１のパルスをＰ（１）、第２のパルスをＰ（２）、第（ｎ−１）のパルスをＰ（ｎ−１）、第ｎのパルスをＰ（ｎ）と表している。なお、ｎは３以上の整数である。
【００５６】
各パルスに対応してローサイドトランジスタ１０は、オン動作とオフ動作を繰り返す。図４（ａ）に示すように、オン動作の際にはコレクタ電流が流れ、オフ動作の際にはコレクタ電流が遮断される。図４（ａ）では、パルス毎にコレクタ電流が一定であると仮定している。
【００５７】
図４（ｂ）に示すように、ローサイドトランジスタ１０がオン動作からオフ動作に移行する際に、コレクタ電圧がオーバーシュートしサージ電圧が生じる。例えば、第１のパルスＰ１によって生じるサージ電圧とサージ電圧目標値との間には誤差Ｖｅｒｒ（１）が存在する。
【００５８】
第１の実施形態では、第２のパルスＰ（２）がゲート電極１０ｃに印加される前に第１の可変抵抗６０の抵抗値を決定された設定値に変更する。第１のパルスＰ１が印加された時の第１の可変抵抗６０の抵抗値よりも、第１の可変抵抗６０の抵抗値が大きくなるように変更する。
【００５９】
したがって、第２のパルスＰ（２）が印加された際のサージ電圧は抑制され、誤差Ｖｅｒｒ（２）はＶｅｒｒ（１）よりも小さくなる。第２のパルスＰ（２）以降も同様の制御を繰り返す。
【００６０】
例えば、第１のパルスによって生じるコレクタ電流やコレクタ電圧の測定結果を、リアルタイムで第１のパルスにフィードバックする方法も考えられる。しかし、この方法の場合、極めて速いゲート抵抗の制御が要求される。例えば、フィードバックを数ナノ秒から数十ナノ秒で実行することが要求され、ゲート抵抗の制御が困難である。
【００６１】
第１の実施形態の場合、第１のパルスによって生じるサージ電圧の測定結果を、第２のパルス以降にフィードバックする。したがって、例えば、フィードバックを数マイクロ秒から数十マイクロ秒で実行すれば足りる。よって、ゲート抵抗の制御が容易となる。また、制御のために必要となる比較部１０１、決定部１０２、指示部１０３についても簡易な構成で実現できる。
【００６２】
第１の実施形態の場合、例えば、フィードバックの時間に余裕を持たせる観点から、第１のパルスのサージ電圧の測定結果を第３のパルス以降にフィードバックしても構わない。
【００６３】
第１の実施形態によれば、サージ電圧測定部１００の測定結果を第１の可変抵抗６０の抵抗値にフィードバックする。このフィードバックにより、サージ電圧の発生の抑制が実現できる。
【００６４】
さらに、常に、サージ電圧をサージ電圧目標値に近づける制御が行われる。このため、サージ電圧を抑制する上で必要十分な抵抗値に第１の可変抵抗６０の抵抗値を設定できる。したがって、不必要にローサイドトランジスタ１０のスイッチング速度が低下することがなく、スイッチング損失の増大を抑制できる。
【００６５】
また、第１の実施形態によれば、サージ電圧測定部１００を設け、第１の可変抵抗６０の抵抗値に測定結果をフィードバックできるため、半導体装置や電力変換装置の設計段階での精密な合わせこみが不要となる。したがって、回路設計の工程数が削減可能となる。
【００６６】
以上、第１の実施形態によれば、スイッチング損失の増大を抑制でき低損失な半導体装置、電力変換装置、及び、半導体装置の制御方法が実現できる。また、サージ電圧の測定結果を簡易な構成でゲート抵抗にフィードバックできる。また、半導体装置及び電力変換装置の回路設計の工程数が削減可能となる。
【００６７】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の半導体装置は、第１の電極又は第２の電極に電気的に接続される配線の電流を測定する電流測定部と、サージ電圧測定部で取得されたサージ電圧基準値と、電流測定部で取得された電流基準値とを用いてインダクタンスを算出する算出部と、インダクタンスと半導体素子の電流予測値からサージ電圧予測値を算出するサージ電圧予測部と、を更に備え、決定部は、サージ電圧予測値に基づき、設定値を決定する点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【００６８】
図５は、第２の実施形態の半導体装置の模式図である。第２の実施形態の電力変換装置は、図５の半導体装置を用いたインバータ回路である。
【００６９】
第２の実施形態の半導体装置は、ローサイドトランジスタ１０（半導体素子）、ハイサイドトランジスタ２０、サージ電圧測定部１００、比較部１０１、決定部１０２、指示部１０３、算出部１０４、サージ電圧予測部１０５、電流測定部１１０、第１の可変抵抗６０、第２の可変抵抗６１、配線７０ａ、配線７０ｂを備える。
【００７０】
電流測定部１１０は、エミッタ電極１０ａに電気的に接続される配線７０ａに流れる電流を測定する機能を有する。電流測定部１１０は、例えば、電流計である。電流測定部１１０は、配線７０ａに生ずる電流を測定することが可能であれば、その構成が限定されるものではない。
【００７１】
算出部１０４は、サージ電圧測定部１００で取得されたサージ電圧基準値と、電流測定部１１０で取得された電流基準値とを用いて回路のインダクタンスを算出する機能を有する。
【００７２】
サージ電圧は、インダクタンスと電流変化の積である。例えば、サージ電圧測定部１００で測定されるサージ電圧と電流測定部１１０で測定された電流変化（ｄｉ／ｄｔ）から、回路のインダクタンスが算出できる。電流基準値は、例えば、電流変化又は電流値である。電流変化が一定時間で生ずると仮定すると、電流基準値を電流値とした場合でも、回路のインダクタンス、厳密にはインダクタンスに比例する値、を算出することが可能である。
【００７３】
サージ電圧予測部１０５は、回路のインダクタンスとトランジスタの電流予測値からサージ電圧予測値を算出する機能を有する。回路のインダクタンスの大きさが既知であると、トランジスタの電流予測値から、発生するサージ電圧の予測が可能となる。
【００７４】
決定部１０２は、第１の実施形態同様、比較部における比較結果に基づき、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１の抵抗値の設定値を決定する機能を備える。サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との誤差に基づき、第１のパルスに続く第２のパルス以降に適用される設定値を決定する。
【００７５】
さらに、決定部１０２は、サージ電圧予測部１０５で算出されたサージ電圧予測値に基づき、設定値を決定する機能を備える。設定値を決定する際に、例えば、サージ電圧予測部１０５で算出されたサージ電圧予測値を基に、設定値を補正する機能を備える。  
【００７６】
算出部１０４、及び、サージ電圧予測部１０５は、例えば、電子回路である。算出部１０４、及び、サージ電圧予測部１０５は、例えば、ロジック回路、又は、アナログ回路である。算出部１０４、及び、サージ電圧予測部１０５は、例えば、それぞれが個別のＩＣである。算出部１０４、及び、サージ電圧予測部１０５は、例えば、比較部１０１、決定部１０２、及び、指示部１０３と同じ１個のマイクロコンピュータに含まれる。
【００７７】
次に、第２の実施形態の半導体装置の制御方法について説明する。第２の実施形態の半導体装置の制御方法は、サージ電圧を測定してサージ電圧基準値を取得し、第１の電極又は第２の電極に電気的に接続される配線を流れる電流を測定して電流測定値を取得し、サージ電圧基準値と、電流測定値とを用いてインダクタンスを算出し、インダクタンスと半導体素子の電流予測値からサージ電圧予測値を算出し、サージ電圧予測値に基づき、設定値を決定する点で、第１の実施形態の半導体装置の制御方法と異なる。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【００７８】
図６は、第２の実施形態の半導体装置の制御方法の制御ステップを示す図である。第２の実施形態の半導体装置の制御方法は、初期パルス印加ステップ（Ｓ０１）、サージ電圧基準値取得ステップ（Ｓ０２）、電流測定値取得ステップ（Ｓ０３）、インダクタンス算出ステップ（Ｓ０４）、第１のパルス印加ステップ（Ｓ１１）、サージ電圧測定値取得ステップ（Ｓ１２）、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値比較ステップ（Ｓ１３）、サージ電圧予測値算出ステップ（Ｓ０５）、可変抵抗の設定値決定ステップ（Ｓ１４）、可変抵抗の抵抗値変更ステップ（Ｓ１５）、第２のパルス印加ステップ（Ｓ１６）を備える。
【００７９】
以下、説明を簡易にするために、第１の可変抵抗６０の制御を例に説明する。
【００８０】
まず、初期パルス印加ステップ（Ｓ０１）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに初期パルスが印加される。ローサイドトランジスタ１０はオン動作をした後、オフ動作に移行する。オフ動作の際にコレクタ電極１０ｂにサージ電圧が生じる。
【００８１】
次に、サージ電圧基準値取得ステップ（Ｓ０２）で、初期パルスの印加によってコレクタ電極１０ｂに生じたサージ電圧をサージ電圧測定部１００で測定する。初期パルスの印加後のローサイドトランジスタ１０のターンオフで生ずるサージ電圧を、サージ電圧測定部１００で測定する。サージ電圧測定部１００による測定でサージ電圧基準値が取得される。
【００８２】
次に、電流測定値取得ステップ（Ｓ０３）で、エミッタ電極１０ａに電気的に接続される配線７０ａに流れる電流を、電流測定部１１０で測定する。電流測定部１１０による測定で、電流測定値が取得される。
【００８３】
次に、インダクタンス算出ステップ（Ｓ０４）で、サージ電圧基準値と、電流測定値とを用いて回路のインダクタンスを算出する。インダクタンスの算出は、算出部１０４で行われる。
【００８４】
次に、第１のパルス印加ステップ（Ｓ１１）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに第１のパルスが印加される。
【００８５】
次に、サージ電圧測定値取得ステップ（Ｓ１２）で、第１のパルスの印加によってコレクタ電極１０ｂに生じたサージ電圧をサージ電圧測定部１００で測定する。
【００８６】
次に、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値比較ステップ（Ｓ１３）で、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値とを比較する。サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較は、比較部１０１で行われる。
【００８７】
比較部１０１は、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との大小関係を判断する。例えば、比較部１０１は、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との誤差（Ｖｅｒｒ）を算出する。
【００８８】
次に、サージ電圧予測値算出ステップ（Ｓ０５）で、インダクタンスとトランジスタの電流予測値からサージ電圧予測値を算出する。サージ電圧予測値の算出は、サージ電圧予測部１０５で行われる。例えば、サージ電圧予測部１０５はゲート電極１０ｃに印加される第２のパルスに伴うトランジスタの電流予測値を、図示しないゲート信号制御部から取得する。
【００８９】
次に、可変抵抗の設定値決定ステップ（Ｓ１４）で、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果、及び、サージ電圧予測値に基づき、ゲート電極１０ｃに電気的に接続された第１の可変抵抗６０の抵抗値の設定値の決定を行う。サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果から得られる設定値を、サージ電圧予測値に基づき補正し、設定値を決定する。設定値の決定は、決定部１０２で行われる。
【００９０】
次に、可変抵抗の抵抗値変更ステップ（Ｓ１５）で、第１の可変抵抗６０の抵抗値を決定された設定値に変更する。
【００９１】
次に、第２のパルス印加ステップ（Ｓ１６）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに第２のパルスが印加される。ローサイドトランジスタ１０はオン動作をした後、オフ動作に移行する。
【００９２】
次に、第２の実施形態の半導体装置及び半導体装置の制御方法の作用及び効果について説明する。
【００９３】
図７は、第２の実施形態の半導体装置及び半導体装置の制御方法の作用の説明図である。図７は、ローサイドトランジスタ１０に印加されるゲート信号の各パルスに対応する、コレクタ電流及びコレクタ電圧を示す。図７（ａ）はゲート信号の各パルスに対応するコレクタ電流、図７（ｂ）はゲート信号の各パルスに対応するコレクタ電圧を示す。
【００９４】
図７では、ゲート電極１０ｃに印加される第１のパルスをＰ（１）、第２のパルスをＰ（２）、第（ｎ−１）のパルスをＰ（ｎ−１）、第ｎのパルスをＰ（ｎ）と表している。なお、ｎは３以上の整数である。
【００９５】
各パルスに対応してローサイドトランジスタ１０は、オン動作とオフ動作を繰り返す。図７（ａ）に示すように、オン動作の際にはコレクタ電流が流れ、オフ動作の際にはコレクタ電流が遮断される。
【００９６】
図７（ａ）では、パルス毎にコレクタ電流が変化する場合を想定している。インバータ回路２１０の動作の場合、図７（ａ）のようにパルス毎にコレクタ電流は変化する。
【００９７】
図７（ｂ）に示すように、ローサイドトランジスタ１０がオン動作からオフ動作に移行する際に、コレクタ電圧がオーバーシュートしサージ電圧が生じる。例えば、第１のパルスＰ１によって生じるサージ電圧とサージ電圧目標値との間には誤差Ｖｅｒｒ（１）が存在する。
【００９８】
パルス毎にコレクタ電流が変化すると、サージ電圧の大きさもコレクタ電流に比例して変化する。第２の実施形態では、コレクタ電流の変化に伴うサージ電圧の変化を予測する。予測で得られた第２のパルスに伴うサージ電圧予測値を用いて、第１の可変抵抗６０の抵抗値を決定する。
【００９９】
サージ電圧予測値は、例えば、コレクタ電流の増加に伴うサージ電圧の増分である。設定値は、例えば、誤差Ｖｅｒｒ（１）にサージ電圧予測値を加えて算出する。仮に、サージ電圧予測値を加えない場合、誤差Ｖｅｒｒ（２）がＶｅｒｒ（１）を上回るおそれがある。また、誤差Ｖｅｒｒ（２）がＶｅｒｒ（１）に対して十分小さくならないおそれがある。
【０１００】
サージ電圧予測値を用いることで、第２のパルスＰ（２）が印加された際のサージ電圧は精度よく抑制され、誤差Ｖｅｒｒ（２）はＶｅｒｒ（１）よりも十分小さくなる。第２のパルスＰ（２）以降も同様の制御を繰り返す。
【０１０１】
第２の実施形態によれば、特にコレクタ電流の変化に伴うサージ電圧の増減も考量して、ゲート抵抗が設定される。したがって、精度の高いゲート抵抗の制御が可能である。よって、第１の実施形態よりも、更に精度よくサージ電圧の抑制、スイッチング損失の抑制が可能となり、低損失な半導体装置が実現できる。
【０１０２】
また、第２の実施形態の半導体装置によれば、回路のインダクタンスを算出することが可能である。したがって、仮に、インバータ回路２１０の動作中に回路のインダクタンスが変化する事象が生じたとしても、精度の高いゲート抵抗の制御を継続することが可能である。よって、信頼性の高い半導体装置が実現できる。
【０１０３】
インバータ回路２１０の動作中に回路のインダクタンスが変化する事象とは、例えば、インバータ回路２１０の動作中に、インバータ回路２１０に接続されるデバイスの一部が故障により切り離されるような事象である。
【０１０４】
以上、第２の実施形態によれば、スイッチング損失の増大を抑制でき低損失な半導体装置、電力変換装置、及び、半導体装置の制御方法が実現できる。また、サージ電圧の測定結果を簡易な構成でゲート抵抗にフィードバックできる。また、半導体装置及び電力変換装置の回路設計の工程数が削減可能となる。また、信頼性の高い半導体装置が実現できる。
【０１０５】
（第３の実施形態）
第３の実施形態の半導体装置は、第１の電極又は第２の電極に電気的に接続された配線の電圧を測定する電圧測定部と、電圧測定部で取得された電圧測定値に基づき、電磁ノイズ予測値を算出する電磁ノイズ予測部と、を更に備え、決定部は、電磁ノイズ予測値に基づき、設定値を決定する点で、第１の実施形態と異なっている。以下、第１の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【０１０６】
図８は、第３の実施形態の半導体装置の模式図である。第３の実施形態の電力変換装置は、図８の半導体装置を用いたインバータ回路である。
【０１０７】
第３の実施形態の半導体装置は、ローサイドトランジスタ１０（半導体素子）、ハイサイドトランジスタ２０、サージ電圧測定部１００、比較部１０１、決定部１０２、指示部１０３、電磁ノイズ予測部１０６、電圧測定部１２０、第１の可変抵抗６０、第２の可変抵抗６１、配線７０ａ、配線７０ｂを備える。
【０１０８】
電圧測定部１２０は、コレクタ電極１０ｂに電気的に接続される配線７０ｂの電圧を測定する機能を備える。電圧測定部１２０は、例えば、電圧計である。電圧測定部１２０は、配線７０ｂに生ずる電圧を測定することが可能であれば、その構成が限定されるものではない。
【０１０９】
電磁ノイズ予測部１０６は、電圧測定部１２０の電圧測定で得られる電圧測定値に基づき、回路に発生する電磁ノイズを予測する機能を備える。電磁ノイズ予測部１０６は、電磁ノイズ予測値を算出する。
【０１１０】
例えば、電磁ノイズ予測部１０６は、配線７０ｂに生ずる電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）から、配線７０ｂに生ずる電磁ノイズの大きさを予測する機能を有する。電圧変化が大きい場合、発生する電磁ノイズも大きくなる。この例の場合、電圧変化（ｄＶ／ｄｔ）が、電圧測定値である。
【０１１１】
決定部１０２は、第１の実施形態同様、比較部における比較結果に基づき、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１の抵抗値の設定値を決定する機能を備える。例えば、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との誤差に基づき、第１のパルスに続く第２のパルス以降に適用される第１の設定値を求める。
【０１１２】
さらに、決定部１０２は、電磁ノイズ予測値に基づき、第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１の抵抗値の設定値を決定する機能を備える。例えば、電磁ノイズ予測値と、電磁ノイズの目標値との誤差に基づき、第１のパルスに続く第２のパルス以降に適用される第２の設定値を求める。
【０１１３】
決定部１０２は、例えば、第１の設定値と第２の設定値のうち、大きい方を第１のパルスに続く第２のパルス以降に適用される設定値として決定する。
【０１１４】
図９は、第３の実施形態の半導体装置の制御方法の制御ステップを示す図である。第３の実施形態の半導体装置の制御方法は、第１のパルス印加ステップ（Ｓ１１）、サージ電圧測定値取得ステップ（Ｓ１２）、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値比較ステップ（Ｓ１３）、可変抵抗の設定値決定ステップ（Ｓ１４）、可変抵抗の抵抗値変更ステップ（Ｓ１５）、第２のパルス印加ステップ（Ｓ１６）、コレクタ電圧測定値取得ステップ（Ｓ２１）、電磁ノイズ予測ステップ（Ｓ２２）を備える。
【０１１５】
以下、説明を簡易にするために、第１の可変抵抗６０の制御を例に説明する。
【０１１６】
まず、第１のパルス印加ステップ（Ｓ１１）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに第１のパルスが印加される。
【０１１７】
次に、サージ電圧測定値取得ステップ（Ｓ１２）で、第１のパルスの印加によってコレクタ電極１０ｂに生じたサージ電圧をサージ電圧測定部１００で測定する。
【０１１８】
次に、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値比較ステップ（Ｓ１３）で、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値とを比較する。サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較は、比較部１０１で行われる。
【０１１９】
コレクタ電圧測定値取得ステップ（Ｓ２１）では、コレクタ電極１０ｂに電気的に接続される配線７０ｂの電圧を測定する。電圧の測定は、電圧測定部１２０を用いて行われる。電圧の測定により、コレクタ電圧測定値が取得される。
【０１２０】
次に、電磁ノイズ予測ステップ（Ｓ２２）で、コレクタ電圧測定値から電磁ノイズ予測値を算出する。電磁ノイズ予測値の算出は、電磁ノイズ予測部１０６で行われる。
【０１２１】
次に、可変抵抗の設定値決定ステップ（Ｓ１４）で、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果、及び、電磁ノイズ予測値に基づき、ゲート電極１０ｃに電気的に接続された第１の可変抵抗６０の抵抗値の設定値の決定を行う。
【０１２２】
例えば、サージ電圧測定値とサージ電圧目標値との比較結果に基づき、第１の設定値を求める。また、例えば、電磁ノイズ予測値に基づき、第２の設定値を求める。そして、例えば、第１の設定値と第２の設定値のうち、大きい方を第１のパルスに続く第２のパルス以降に適用される設定値として決定する。設定値の決定は、決定部１０２で行われる。
【０１２３】
次に、可変抵抗の抵抗値変更ステップ（Ｓ１５）で、第１の可変抵抗６０の抵抗値を決定された設定値に変更する。
【０１２４】
次に、第２のパルス印加ステップ（Ｓ１６）で、ローサイドトランジスタ１０のゲート電極１０ｃに第２のパルスが印加される。ローサイドトランジスタ１０はオン動作をした後、オフ動作に移行する。
【０１２５】
高速でスイッチング動作するパワートランジスタでは、高速な回路動作に起因する電磁ノイズが発生する。電磁ノイズが発生すると、例えば、パワートランジスタ周辺の電子機器に誤動作が生じる場合があり問題がある。電磁ノイズは、いわゆるＥｌｅｃｔｒｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ（ＥＭＩ）を生じさせるため問題となる。
【０１２６】
第３の実施形態によれば、サージ電圧測定部１００の測定結果と電圧測定部１２０の測定結果を第１の可変抵抗６０の抵抗値にフィードバックする。このフィードバックにより、サージ電圧の発生の抑制と、電磁ノイズの発生の抑制が両立できる。
【０１２７】
以上、第３の実施形態によれば、スイッチング損失の増大を抑制でき低損失な半導体装置、電力変換装置、及び、半導体装置の制御方法が実現できる。また、サージ電圧の測定結果を簡易な構成でゲート抵抗にフィードバックできる。また、半導体装置及び電力変換装置の回路設計の工程数が削減可能となる。また、サージ電圧の発生の抑制と、電磁ノイズの発生の抑制が両立できる。
【０１２８】
（第４の実施形態）
第４の実施形態の半導体装置及び電力変換装置は、サージ電圧測定部１００の具体的な回路構成を示す点で、第１ないし第３の実施形態と異なっている。以下、第１ないし第３の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【０１２９】
図１０は、第４の実施形態のサージ電圧測定部１００の回路図である。
【０１３０】
サージ電圧測定部１００は、ダイオード１１１、電気抵抗１１２、キャパシタ１１３、キャパシタ１１４、スイッチング素子１１５、サンプルホールド回路１１６、スイッチング素子１１７、入力端子Ａ、入力端子Ｂ、入力端子Ｉ、検出端子Ｄを備える。
【０１３１】
サンプルホールド回路１１６は、オペアンプ１１６ａ、ダイオード１１６ｂ、キャパシタ１１６ｃで構成される。
【０１３２】
サージ電圧測定部１００の入力端子Ａは、直流電源の正極に電気的に接続される。サージ電圧測定部１００の入力端子Ｂは、直流電源の負極に電気的に接続される。
【０１３３】
サージ電圧測定部１００の入力端子Ｉは、ローサイドトランジスタ１０のコレクタ電極１０ｂ、及び、ハイサイドトランジスタ２０のエミッタ電極２０ａに電気的に接続される。
【０１３４】
サージ電圧測定部１００の検出端子Ｄから、サージ電圧の検出結果が出力される。
【０１３５】
なお、スイッチング素子１１５及びスイッチング素子１１７のオン・オフ動作は、例えば、スイッチング制御部５０で制御される。
【０１３６】
第４の実施形態のサージ電圧測定部１００によれば、ダイオード１１１の整流作用により、サージ電圧のピーク値を一定の時間維持し、かつ、キャパシタ１１３とキャパシタ１１４の容量分割により、サージ電圧のピーク値を低減させて検出できる。したがって、パワートランジスタに生ずる高電圧かつ短時間のサージ電圧の、ピーク値を直接検出するサージ電圧検出回路を実現することが可能となる。
【０１３７】
以上、第４の実施形態の半導体装置及び電力変換装置によれば、スイッチング損失の増大を抑制でき低損失な半導体装置及び電力変換装置が実現できる。また、第１の実施形態同様、半導体装置及び電力変換装置の回路設計の工程数が削減可能となる。
【０１３８】
（第５の実施形態）
第５の実施形態の半導体装置及び電力変換装置は、サージ電圧測定部１００の具体的な回路構成を示す点で、第１ないし第３の実施形態と異なっている。以下、第１ないし第３の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
【０１３９】
図１１は、第５の実施形態のサージ電圧測定部１００の回路図である。
【０１４０】
サージ電圧測定部１００は、第１のキャパシタ２１２、第１のダイオード２１４、第２のダイオード２１６、第２のキャパシタ２１８、サンプルホールド回路２２１、スイッチ２２２、入力端子Ａ、入力端子Ｂ、検出端子Ｄを備える。
【０１４１】
サージ電圧測定部１００の入力端子Ａは、ローサイドトランジスタ１０のコレクタ電極１０ｂ、及び、ハイサイドトランジスタ２０のエミッタ電極２０ａに電気的に接続される。サージ電圧測定部１００の入力端子Ｂは、直流電源の負極に電気的に接続される。
【０１４２】
サージ電圧測定部１００の検出端子Ｄから、サージ電圧の検出結果が出力される。
【０１４３】
なお、スイッチ２２２のオン・オフ動作は、例えば、スイッチング制御部５０で制御される。
【０１４４】
第５の実施形態のサージ電圧測定部１００によれば、第１のキャパシタ２１２により変位電流を流し、第２のキャパシタ２１８で電荷を蓄積させる。そして、電荷の蓄積により増加した電圧をサンプルホールド回路２２１で検出する。第２のキャパシタ２１８に蓄積された電荷の放電は、第１のダイオード２１４により抑制される。サージが消失する際には、第１のキャパシタ２１２から入力端子Ａの方への電流が流れる。この電流の流れは、第２のダイオード２１６により保証される。したがって、パワートランジスタに生ずる高電圧かつ短時間のサージ電圧の、ピーク値を直接検出するサージ電圧検出回路を実現することが可能となる。
【０１４５】
以上、第５の実施形態の半導体装置及び電力変換装置によれば、スイッチング損失の増大を抑制でき低損失な半導体装置及び電力変換装置が実現できる。また、第１の実施形態同様、半導体装置及び電力変換装置の回路設計の工程数が削減可能となる。
【０１４６】
（第６の実施形態）
第６の実施形態の駆動装置は、第１の実施形態の電力変換装置を備える駆動装置である。
【０１４７】
図１２は、第６の実施形態の駆動装置の模式図である。駆動装置１０００は、モーター３４０と、インバータ回路２１０を備える。インバータ回路２１０から出力される交流電圧により、モーター３４０が駆動する。
【０１４８】
第６の実施形態によれば、低損失なインバータ回路２１０を備えることで、駆動装置１０００の特性が向上する。
【０１４９】
（第７の実施形態）
第７の実施形態の車両は、第１の実施形態の電力変換装置を備える車両である。
【０１５０】
図１３は、第７の実施形態の車両の模式図である。第７の実施形態の車両１１００は、鉄道車両である。車両１１００は、モーター３４０と、インバータ回路２１０を備える。
【０１５１】
インバータ回路２１０から出力される交流電圧により、モーター３４０が駆動する。モーター３４０により車両１１００の車輪９０が回転する。
【０１５２】
第７の実施形態によれば、低損失なインバータ回路２１０を備えることで、車両１１００の特性が向上する。
【０１５３】
（第８の実施形態）
第８の実施形態の車両は、第１の実施形態の電力変換装置を備える車両である。
【０１５４】
図１４は、第８の実施形態の車両の模式図である。第８の実施形態の車両１２００は、自動車である。車両１２００は、モーター３４０と、インバータ回路２１０を備える。
【０１５５】
インバータ回路２１０から出力される交流電圧により、モーター３４０が駆動する。モーター３４０により車両１２００の車輪９０が回転する。
【０１５６】
第８の実施形態によれば、低損失なインバータ回路２１０を備えることで、車両１２００の特性が向上する。
【０１５７】
（第９の実施形態）
第９の実施形態の昇降機は、第１の実施形態の電力変換装置を備える昇降機である。
【０１５８】
図１５は、第９の実施形態の昇降機（エレベータ）の模式図である。第９の実施形態の昇降機１３００は、かご６１０、カウンターウエイト６１２、ワイヤロープ６１４、巻上機６１６、モーター３４０と、インバータ回路２１０を備える。
【０１５９】
インバータ回路２１０から出力される交流電圧により、モーター３４０が駆動する。モーター３４０により巻上機６１６が回転し、かご６１０が昇降する。
【０１６０】
第９の実施形態によれば、低損失なインバータ回路２１０を備えることで、昇降機１３００の特性が向上する。
【０１６１】
第１ないし第５の実施形態では、制御部３００が第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１の両方、又は、第１のゲート信号発生回路４００及び第２のゲート信号発生回路４０１の両方を制御する場合を例に説明した。しかし、制御部３００が第１の可変抵抗６０及び第２の可変抵抗６１のいずれか一方、又は、第１のゲート信号発生回路４００及び第２のゲート信号発生回路４０１のいずれか一方を制御する構成とすることも可能である。
【０１６２】
第１ないし第５の実施形態では、電力変換装置としてインバータ回路を例に説明したが、電力変換装置としてＤＣ−ＤＣコンバータを適用することも可能である。また、電力変換装置の半導体素子を制御する場合を例に説明したが、電力変換装置以外に使用される半導体素子を制御する場合にも本発明を適用することも可能である。
【０１６３】
第１ないし第５の実施形態では、半導体素子の一例としてＩＧＢＴを例に説明したが、半導体素子は必ずしもＩＧＢＴに限定されることはない。例えば、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＭＯＳＦＥＴ）等、その他の半導体素子を適用することが可能である。
【０１６４】
第１ないし第５の実施形態の半導体素子の材料は、例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉから選択される少なくとも一種の半導体層を備える。第１ないし第５の実施形態の半導体素子は、例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ、又は、Ｓｉを用いて形成されている。
【０１６５】
第６ないし第９の実施形態では、第１の実施形態の電力変換装置を適用する場合を例に説明したが、第２ないし第５の実施形態の電力変換装置を適用することも可能である。
【０１６６】
第６ないし第９の実施形態において、本発明の半導体装置及び電力変換装置を駆動装置、車両、又は、エレベータに適用する場合を例に説明したが、本発明の半導体装置及び電力変換装置を例えば、太陽光発電システムのパワーコンディショナー等に適用することも可能である。
【０１６７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１６８】
１０      ローサイドトランジスタ（半導体素子）
１０ａ    エミッタ電極（第１の電極）
１０ｂ    コレクタ電極（第２の電極）
１０ｃ    ゲート電極（ゲート電極）
２０      ハイサイドトランジスタ
２０ａ    エミッタ電極
２０ｂ    コレクタ電極
２０ｃ    ゲート電極
３０      直流電源
４０      平滑キャパシタ
５０      スイッチング制御部
６０      第１の可変抵抗（可変抵抗）
６１      第２の可変抵抗かご
７０ａ    配線
７０ｂ    配線
９０      車輪
１００    サージ電圧測定部
１０１    比較部
１０２    決定部
１０３    指示部
１０４    算出部
１０５    サージ電圧予測部
１０６    電磁ノイズ予測部
１１０    電流測定部
１１１    ダイオード
１１２    電気抵抗
１１３    キャパシタ
１１４    キャパシタ
１１５    スイッチング素子
１１６    サンプルホールド回路
１１６ａ  オペアンプ
１１６ｂ  ダイオード
１１６ｃ  キャパシタ
１２０    電圧測定部
２１０    インバータ回路（電力変換装置）
２１２    第１のキャパシタ
２１４    第１のダイオード
２１６    第２のダイオード
２２１    サンプルホールド回路
２２２    スイッチ
３４０    モーター
６１０    かご
６１２    カウンターウエイト
６１４    ワイヤロープ
６１６    巻上機
１０００  駆動装置
１１００  車両
１２００  車両
１３００  昇降機
【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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