(57)【要約】【課題】従来よりも精度良く電界効果トランジスタの接合温度を検出する。【解決手段】半導体装置５０Ｃは、電力変換装置２５を構成する複数の電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６を制御するものであって、複数の電界効果トランジスタの各々のオン・オフを制御するコントローラ５６と、差動増幅器５３とを備える。差動増幅器５３は、複数の電界効果トランジスタのうち、コントローラによってオフ状態に制御されためにボディダイオードを介して電流が流れている電界効果トランジスタについて、そのソース・ドレイン間の電位差を検出する。【選択図】図９
2019013102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置を構成する複数の電界効果トランジスタを制御する半導体装置であって、
各前記電界効果トランジスタはボディダイオードを有し、
前記電力変換装置は、
互いに異なる基準電位を与えるための第１の電源ノードおよび第２の電源ノードと、
負荷に接続するための第１の接続ノードと、
前記第１の電源ノードと前記第１の接続ノードとの間に接続された第１の電界効果トランジスタと、
前記第２の電源ノードと前記第１の接続ノードとの間に接続された第２の電界効果トランジスタとを含み、
前記半導体装置は、
パルス幅制御によって前記電力変換装置を構成する各前記電界効果トランジスタのオン・オフを制御するコントローラと、
前記第１の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出可能に構成された差動増幅器とを備える、半導体装置。
【請求項２】
前記コントローラは、第１の期間において、前記第１の電界効果トランジスタをオフ状態に制御しかつ前記第２の電界効果トランジスタをオン状態に制御し、これにより、前記負荷および前記第２の電界効果トランジスタを通って前記第１の電源ノードと前記第２の電源ノードとの間で電流が流れ、
前記コントローラは、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第１および第２の電界効果トランジスタを共にオフ状態に制御し、
前記コントローラは、前記第２の期間内において、前記差動増幅器によって前記第１の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体装置は、
前記第１の接続ノードと前記差動増幅器の第１の入力ノードとの間に接続された第１のスイッチと、
前記差動増幅器の出力ノードに接続されたサンプル・ホールド回路とをさらに備え、
前記コントローラは、前記第２の期間において、前記第１のスイッチをオン状態に制御するとともに、前記サンプル・ホールド回路に前記差動増幅器の出力をサンプリングさせる、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記電力変換装置は、さらに、
前記負荷に接続するための前記第１の接続ノードと異なる第２の接続ノードと、
前記第１の電源ノードと前記第２の接続ノードとの間に接続された第３の電界効果トランジスタと、
前記第２の電源ノードと前記第２の接続ノードとの間に接続された第４の電界効果トランジスタとを含み、
前記差動増幅器は、さらに、前記第２の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出可能に構成される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記コントローラは、第１の期間において、前記第１および第４の電界効果トランジスタをオン状態に制御しかつ前記第２および第３の電界効果トランジスタをオフ状態に制御し、
前記コントローラは、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第１の電界効果トランジスタをオン状態に制御しかつ前記第２〜第４の電界効果トランジスタをオフ状態に制御し、
前記コントローラは、前記第２の期間内において、前記差動増幅器によって前記第２の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出する、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記半導体装置は、
前記第１の接続ノードと前記差動増幅器の第１の入力ノードとの間に接続された第１のスイッチと、
前記第２の接続ノードと前記差動増幅器の前記第１の入力ノードとの間に接続された第２のスイッチと、
前記差動増幅器の出力ノードに接続されたサンプル・ホールド回路とをさらに備え、
前記コントローラは、前記第２の期間において、前記第１のスイッチをオフ状態に制御し、かつ前記第２のスイッチをオン状態に制御し、かつ前記サンプル・ホールド回路に前記差動増幅器の出力をサンプリングさせる、請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記負荷は、Ｙ結線された第１の固定子巻線、第２の固定子巻線、および第３の固定子巻線を有する三相モータであり、
前記第１の接続ノードは前記第１の固定子巻線と接続され、
前記第２の接続ノードは前記第２の固定子巻線と接続され、
前記電力変換装置は、
前記第３の固定子巻線と接続するための第３の接続ノードと、
前記第１の電源ノードと前記第３の接続ノードとの間に接続された第５の電界効果トランジスタと、
前記第２の電源ノードと前記第３の接続ノードとの間に接続された第６の電界効果トランジスタとを含み、
前記差動増幅器は、さらに、前記第３の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出可能に構成される、請求項４に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記コントローラは、第１の期間において、前記第１および第６の電界効果トランジスタをオン状態に制御しかつ前記第２〜第５の電界効果トランジスタをオフ状態に制御し、
前記コントローラは、前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第１および第４の電界効果トランジスタをオン状態に制御しかつ前記第２、第３、第５および第６の電界効果トランジスタをオフ状態に制御し、
前記コントローラは、前記第２の期間に続く第３の期間において、前記第１の電界効果トランジスタをオン状態に制御し、前記第２〜第６の電界効果トランジスタをオフ状態に制御し、
前記コントローラは、前記第３の期間内において、前記第２の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出する、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体装置は、
前記第１の接続ノードと前記差動増幅器の第１の入力ノードとの間に接続された第１のスイッチと、
前記第２の接続ノードと前記差動増幅器の前記第１の入力ノードとの間に接続された第２のスイッチと、
前記第３の接続ノードと前記差動増幅器の前記第１の入力ノードとの間に接続された第３のスイッチと、
前記差動増幅器の出力ノードに接続されたサンプル・ホールド回路とをさらに備え、
前記コントローラは、前記第３の期間において、前記第１および第３のスイッチをオフ状態に制御し、かつ前記第２のスイッチをオン状態に制御し、かつ前記サンプル・ホールド回路に前記差動増幅器の出力をサンプリングさせる、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記コントローラは、前記第１〜第６の電界効果トランジスタのうち前記第１の電源ノードと前記第２の電源ノードとの間に互いに直列に接続された２個のトランジスタにおいて、一方のトランジスタをオン状態からオフ状態に切り替えかつ他方のトランジスタをオフ状態からオン状態に切り替える場合には、前記一方のトランジスタをオフ状態に切り替えてからデッドタイムの経過後に前記他方のトランジスタをオン状態に切り替え、
前記コントローラは、選択された一部のデッドタイムの期間内に前記差動増幅器によって対応のノード間の電位差を検出する、請求項７に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第１の電源ノードの電位は、前記第２の電源ノードの電位よりも高電位であり、
前記コントローラは、前記第１の固定子巻線から前記第２の固定子巻線の方向への通電から前記第１の固定子巻線から前記第３の固定子巻線の方向への通電に切り替えた後、最初に前記第６の電界効果トランジスタをオン状態からオフ状態に切り替えてから前記第５の電界効果トランジスタをオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムの期間内に、前記差動増幅器を用いて前記第３の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出する、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２の電源ノードの電位は、前記第１の電源ノードの電位よりも高電位であり、
前記コントローラは、前記第１の固定子巻線から前記第２の固定子巻線の方向への通電から前記第３の固定子巻線から前記第２の固定子巻線の方向への通電に切り替えた後、最初に前記第６の電界効果トランジスタをオン状態からオフ状態に切り替えてから前記第５の電界効果トランジスタをオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムの期間内に、前記差動増幅器を用いて前記第３の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出する、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記差動増幅器が対応のノード間の電位差を検出しているときのデッドタイムの長さは、前記差動増幅器が電位差を検出していないときのデッドタイムの長さよりも長い、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１４】
パワーモジュールであって、
互いに異なる基準電位を与えるための第１の電源ノードおよび第２の電源ノードと、
負荷に接続するための第１の接続ノードと、
前記第１の電源ノードと前記第１の接続ノードとの間に接続された第１の電界効果トランジスタと、
前記第２の電源ノードと前記第１の接続ノードとの間に接続された第２の電界効果トランジスタとを備え、
前記第１および第２の電界効果トランジスタの各々はボディダイオードを有し、
前記パワーモジュールは、さらに、
パルス幅制御によって各前記電界効果トランジスタのオン・オフを制御するコントローラと、
前記第１の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出可能に構成された差動増幅器とを備える、パワーモジュール。
【請求項１５】
電力変換装置の制御方法であって、
前記電力変換装置は、
互いに異なる基準電位を与えるための第１の電源ノードおよび第２の電源ノードと、
負荷に接続するための第１の接続ノードと、
前記第１の電源ノードと前記第１の接続ノードとの間に接続された第１の電界効果トランジスタと、
前記第２の電源ノードと前記第１の接続ノードとの間に接続された第２の電界効果トランジスタとを含み、
各前記電界効果トランジスタはボディダイオードを有し、
前記制御方法は、
第１の期間において、前記第１の電界効果トランジスタをオフ状態に制御しかつ前記第２の電界効果トランジスタをオン状態に制御し、これにより、前記負荷および前記第２の電界効果トランジスタを通って前記第１の電源ノードと前記第２の電源ノードとの間で電流が流れるステップと、
前記第１の期間に続く第２の期間において、前記第１および第２の電界効果トランジスタを共にオフ状態に制御するステップと、
前記第２の期間内において、差動増幅器によって前記第１の接続ノードと前記第１の電源ノードとの間の電位差を検出するステップとを備える、電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この開示は、半導体装置、パワーモジュール、および電力変換装置の制御方法に関し、たとえば、インバータ装置などの電力変換装置を制御する半導体装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
パワーモジュールを構成するスイッチング用の半導体素子の温度をリアルタイムで検出する方法として従来から種々の方法が用いられている。一般的に用いられる方法は、パワーモジュールの表面温度上昇を、サーミスタを用いた温度検出回路によって検出する方法である（特許文献１の「従来技術」を参照）。
【０００３】
他の方法として、半導体素子のゲート電極とパワーモジュールのゲート端子との間に内部ゲート抵抗を接続し、当該内部ゲート抵抗の温度特性を利用して半導体素子の温度を検出する方法が知られている（特許文献１の「要約」を参照）。
【０００４】
さらに他の方法として、半導体素子のチップ表面に温度を検出するためのダイオードを設け、当該ダイオードの温度特性に基づいて半導体チップの温度を検出する方法が知られている（特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２４７８１号公報
【特許文献２】特開２００６−１１４５７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の従来方法はいずれも半導体素子の温度検出精度の点で問題がある。
具体的に、上記のサーミスタを用いてパワーモジュールの表面温度を検出する方法の場合には、サーミスタによって検出されるのは、パワーモジュールのケースの温度（以下、ケース温度と称する）である。パワーモジュールのケースには、熱源である半導体素子の接合部から熱が遅延して伝わるので、ケース温度は接合温度よりも低くなっている可能性がある。このため、半導体素子の接合温度は検出温度から推定する必要があり、検出温度がＳｉ半導体素子の故障温度である１５０℃に達する前に半導体素子への通電を停止しなければならない。
【０００７】
上記の抵抗素子またはダイオードなどをパワーモジュールの内部に設ける方法の場合には、ケース温度よりも接合温度に近い温度検出値が得られるが、検出温度は接合温度そのものでない。したがって、この場合も、検出温度に基づいて接合温度を推定する必要があり、測定精度の点で問題が残る。
【０００８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態による半導体装置は、電力変換装置を構成する複数の電界効果トランジスタを制御するものであって、複数の電界効果トランジスタの各々のオン・オフを制御するコントローラと、差動増幅器とを備える。差動増幅器は、複数の電界効果トランジスタのうち、コントローラによってオフ状態に制御されためにボディダイオードを介して電流が流れているものについて、そのソース・ドレイン間の電位差を検出する。
【発明の効果】
【００１０】
上記の実施形態によれば、従来よりも精度良く電界効果トランジスタの接合温度を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態の場合において、半導体素子の温度検出方法を説明するための図である。
【図２】横型ＭＩＳＦＥＴの構成の一例を示す断面図である。
【図３】縦型ＭＩＳＦＥＴの構成の一例を示す断面図である。
【図４】第１の実施形態による半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図５】図４の半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図６】第１の実施形態の変形例の場合において、半導体素子の温度検出方法を説明するための図である。
【図７】第１の実施形態の変形例による半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図８】図７の半導体装置の動作を示すタイミング図である。
【図９】第２の実施形態による半導体装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】モータ電流の通電相の切り替えについて説明するための図である。
【図１１】第２の実施形態の場合において、電界効果トランジスタの温度検出の具体例を説明するための図である。
【図１２】第２の実施形態の場合において、電界効果トランジスタの温度検出手順を示すタイミング図である。
【図１３】コントローラの動作を示す機能ブロック図である。
【図１４】図１３のデッドタイム付加部の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、各実施形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１３】
＜第１の実施形態＞
［温度検出方法］
図１は、第１の実施形態の場合において、半導体素子の温度検出方法を説明するための図である。本実施形態では、半導体素子として絶縁ゲート型の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ：Field Effect Transistor）Ｔｒ１，Ｔｒ２を用いて構成されたハーフブリッジ回路２０を例に挙げて説明する。ハーフブリッジ回路２０は、たとえば電力変換装置の少なくとも一部を構成し、パルス幅変調（Pulse Width Modulation）によって制御されるものである。
【００１４】
図１を参照して、ハーフブリッジ回路２０は、高電位ノード２１と接続ノードＵとの間に接続された電界効果トランジスタＴｒ１と、接続ノードＵと接地ノード２２との間に接続された電界効果トランジスタＴｒ２とを含む。高電位ノード２１には高電位ＶＨが与えられ、接地ノード２２には接地電位ＧＮＤが与えられる。接続ノードＵと高電位ノード２１との間に負荷としてのインダクタ２３が接続される。
【００１５】
電界効果トランジスタＴｒ１はハーフブリッジ回路２０の上アームを構成し、電界効果トランジスタＴｒ２はハーフブリッジ回路２０の下アームを構成する。図１の場合、電界効果トランジスタＴｒ１および電界効果トランジスタＴｒ２は、いずれもＮ型のＭＩＳＦＥＴ（Metal Insulator Semiconductor FET）である。ＭＩＳＦＥＴは、絶縁体が酸化物によって構成されたＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor FET）を含む。したがって、電界効果トランジスタＴｒ１のドレイン電極（Ｄ）は高電位ノード２１に接続され、電界効果トランジスタＴｒ１のソース電極（Ｓ）は接続ノードＵに接続される。電界効果トランジスタＴｒ２のドレイン電極（Ｄ）は接続ノードＵに接続され、電界効果トランジスタＴｒ２のソース電極（Ｓ）はシャント抵抗ＲＥＳを介して接地ノード２２に接続される。
【００１６】
図１（Ａ）を参照して、電界効果トランジスタＴｒ１がオフ（Ｏｆｆ）状態であり、電界効果トランジスタＴｒ２がオン（Ｏｎ）状態であるとする。この場合、高電位ノード２１から、インダクタ２３、接続ノードＵ、および電界効果トランジスタＴｒ２を順に介することによって接地ノード２２に到達する通電電流１０１が流れる。
【００１７】
図１（Ｂ）を参照して、図１（Ａ）の状態から電界効果トランジスタＴｒ２がオフ状態になったとする。この場合、高電位ノード２１から、インダクタ２３および電界効果トランジスタＴｒ１のボディダイオードを順に介して高電位ノード２１に到達する循環電流１０２（回生電流とも称する）が流れる。ボディダイオードについては、図２および図３を参照して詳しく説明する。
【００１８】
図１（Ｃ）を参照して、図１（Ｂ）の状態から電界効果トランジスタＴｒ１がオン状態になったとする。この場合、高電位ノード２１から、インダクタ２３および電界効果トランジスタＴｒ１のチャネル領域を順に介して高電位ノード２１に到達する循環電流１０３が流れる。
【００１９】
インダクタ２３をＰＷＭ制御する場合には、図１（Ａ）の状態と図１（Ｃ）の状態とが交互に繰り返される。この場合、オン状態の電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して高電位ノード２１と接地ノード２２との間に貫通電流が流れることを防止する必要があるので、図１（Ａ）の状態と図１の（Ｃ）の状態との間に図１（Ｂ）の状態、いわゆるデッドタイム（Dead Time）と呼ばれる期間が挟まれる。
【００２０】
本開示による半導体素子の温度検出では、このデッドタイムの間に（すなわち、ボディダイオードに還流電流が流れた状態で）、電界効果トランジスタのソース・ドレイン間の電圧（すなわち、ボディダイオードのアノード・カソード間の順方向電圧）が検出される。ボディダイオードの順方向電圧は温度が増加するにつれて減少するので、ボディダイオードの順方向電圧を検出することによって、半導体素子の接合温度を正確に検出することができる。具体的には、図１（Ａ）の通電電流１０１が流れる状態から図１（Ｃ）の循環電流１０３が流れる状態に移行する途中のデッドタイムにおいてボディダイオードの順方向電圧が検出される。
【００２１】
［ボディダイオードについて］
以下、電界効果トランジスタのボディダイオードについて説明する。図２では横型ＭＩＳＦＥＴの場合について説明し、図３では縦型ＭＩＳＦＥＴの場合について説明する。
【００２２】
図２は、横型ＭＩＳＦＥＴの構成の一例を示す断面図である。図２を参照して、横型ＭＩＳＦＥＴ３０は、Ｐ型半導体基板３１と、Ｐ型半導体基板３１の上部の一部に形成されたＰ型拡散領域３２（Ｐ−ｗｅｌｌ）と、Ｐ型拡散領域３２の上部の一部に形成されたＮ型不純物領域３３，３４とを含む。Ｐ型拡散領域３２とＮ型不純物領域３３とによってボディダイオード３６が構成される。
【００２３】
横型ＭＩＳＦＥＴ３０は、さらに、Ｎ型不純物領域３３の表面上に形成されたドレイン電極Ｄと、Ｎ型不純物領域３４の表面上に形成されたソース電極Ｓと、ドレイン電極Ｄとソース電極Ｓとの間に形成されたゲート電極Ｇと、Ｐ型拡散領域３２の表面上に形成されたバックゲート電極ＢＧとを含む。ゲート電極Ｇは、ゲート絶縁膜３５を介在して、Ｐ型拡散領域３２の表面およびＮ型不純物領域３３，３４の表面と接続される。ソース電極Ｓとバックゲート電極ＢＧとは配線を介して相互に接続されている。
【００２４】
図２の横型ＭＩＳＦＥＴ３０の構成では、ゲート電極Ｇに閾値電圧以上のゲート電圧が印加されることによって、ドレイン電極Ｄから、Ｎ型不純物領域３３、Ｐ型拡散領域３２の上部に形成されたＮチャネル領域、Ｎ型不純物領域３４を順に介してソース電極Ｓに至る通電電流１０１が流れる。もしくは、ソース電極Ｓから、Ｎ型不純物領域３４、Ｎチャネル領域、Ｎ型不純物領域３３を順に介してドレイン電極Ｄに至る循環電流１０３が流れる。
【００２５】
一方、図２の横型ＭＩＳＦＥＴ３０の構成において、ゲート電極Ｇに閾値電圧以上のゲート電圧が印加されずに横型ＭＩＳＦＥＴ３０がオフ状態の場合には、バックゲート電極ＢＧから、Ｐ型拡散領域３２およびＮ型不純物領域３３を順に介してドレイン電極Ｄに至る方向に循環電流１０２が流れることができる。したがって、この循環電流１０２が流れている状態で、横型ＭＩＳＦＥＴ３０のソース・ドレイン間電圧（すなわち、ボディダイオード３６の順方向電圧）を検出することによって、横型ＭＩＳＦＥＴ３０の接合温度を検出することができる。
【００２６】
図３は、縦型ＭＩＳＦＥＴの構成の一例を示す断面図である。図３を参照して、縦型ＭＩＳＦＥＴ４０は、高濃度のＮ＋型ドレイン層４４と、Ｎ＋型ドレイン層４４の上部に形成された低濃度のＮ−型ドリフト層４３と、Ｎ−型ドリフト層４３の上部の一部に形成されたＰ型ベース層４２と、Ｐ型ベース層４２の上部の一部に形成された高濃度のＮ＋型ソース層４１とを含む。Ｐ型ベース層４２とＮ−型ドリフト層４３とによってボディダイオード４６が構成される。
【００２７】
縦型ＭＩＳＦＥＴ４０では、さらに、Ｎ＋型ソース層４１の表面の一部とＰ型ベース層４２の表面の一部とＮ−型ドリフト層４３の表面の一部の上に、ゲート絶縁膜４５を介在してゲート電極Ｇが形成されるとともに、Ｎ＋型ソース層４１の表面の一部とＰ型ベース層４２の表面の一部の上にソース電極Ｓが形成される。縦型ＭＩＳＦＥＴ４０では、さらに、ソース電極Ｓとは反対側のＮ＋型ドレイン層４４の表面上にドレイン電極Ｄが形成される。
【００２８】
図３の構成の縦型ＭＩＳＦＥＴ４０では、ゲート電極Ｇに閾値電圧以上のゲート電圧が印加されることによって、ドレイン電極Ｄから、Ｎ＋型ドレイン層４４、Ｎ−型ドリフト層４３、Ｐ型ベース層４２の上部のＮチャネル領域、Ｎ＋型ソース層４１を順に介してソース電極Ｓに至る通電電流１０１が流れる。もしくは、ソース電極ＳからＮ＋型ソース層４１、Ｐ型ベース層４２上部のＮチャネル領域、Ｎ−型ドリフト層４３、Ｎ＋型ドレイン層４４を順に介してドレイン電極Ｄに至る循環電流１０３が流れる。
【００２９】
一方、図３の縦型ＭＩＳＦＥＴ４０の構成において、ゲート電極Ｇに閾値電圧以上のゲート電圧が印加されずに縦型ＭＩＳＦＥＴ４０がオフ状態の場合には、ソース電極Ｓから、Ｐ型ベース層４２、Ｎ−型ドリフト層４３、Ｎ＋型ドレイン層４４を介してドレイン電極Ｄに至る方向に循環電流１０２が流れることができる。したがって、この循環電流１０２が流れている状態で、縦型ＭＩＳＦＥＴ４０のソース・ドレイン間電圧（すなわち、ボディダイオード４６の順方向電圧）を検出することによって縦型ＭＩＳＦＥＴ４０の接合温度を検出することができる。
【００３０】
［半導体装置の構成］
次に、上記のＭＩＳＦＥＴのゲート電圧を制御するとともに、ボディダイオードのアノード・カソード間電圧を検出するための半導体装置の構成例について説明する。
【００３１】
図４は、第１の実施形態による半導体装置の構成を示すブロック図である。図４の半導体装置５０Ａは、ハーフブリッジ回路２０を構成する電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のオン・オフを制御し、さらに、電界効果トランジスタＴｒ１のボディダイオードのカソード・アノード間電圧を検出するように構成されている。ハーフブリッジ回路２０は、電力変換装置の少なくとも一部を構成する。また、ハーフブリッジ回路２０と半導体装置５０Ａとはパワーモジュールの一部として構成されていてもよい。
【００３２】
なお、ハーフブリッジ回路２０の接続ノードＵから負荷２３の方向に流れる負荷電流ＩＵを正に定義する。したがって、図１の場合の通電電流１０１の符号は負（すなわち、負荷２３からハーフブリッジ回路２０の接続ノードＵへの方向の電流）である。
【００３３】
図４を参照して、半導体装置５０Ａは、高電位側のゲート駆動回路５１と、低電位側のゲート駆動回路５２と、差動増幅器５３と、サンプル・ホールド回路５４と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器５５と、コントローラ５６と、スイッチ５７とを含む。
【００３４】
ゲート駆動回路５１は、コントローラ５６からゲート制御信号ＶＴを受信する。ゲート駆動回路５１は、ゲート制御信号ＶＴの基準電位を接地電位ＧＮＤから接続ノードＵの電位ＶＵに変換すると共に、このゲート制御信号ＶＴの信号レベルを増幅することによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１のゲート電極Ｇ１に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５１からゲート電極Ｇ１に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ１のオン・オフが制御される。
【００３５】
ゲート駆動回路５２は、コントローラ５６から受信したゲート制御信号ＶＢを増幅することによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２のゲート電極Ｇ２に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５２からゲート電極Ｇ２に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ２のオン・オフが制御される。
【００３６】
差動増幅器５３は、入力ノードＩＮ１，ＩＮ２と、出力ノードＯＴとを有する。入力ノードＩＮ１は、オン・オフが切り替えられるスイッチ５７を介して接続ノードＵと接続される。これによって、入力ノードＩＮ１には、接続ノードＵの電位ＶＵを取り込む。入力ノードＩＮ２は、高電位ノード２１と接続されることによって高電位ノード２１の電位ＶＨを取り込む。出力ノードＯＴは、サンプル・ホールド回路５４と接続される。差動増幅器５３は、入力ノードＩＮ１と入力ノードＩＮ２との電位差に比例した電圧信号を出力ノードＯＴから出力する。
【００３７】
図４には、演算増幅器を用いて差動増幅器５３を構成した例が示されている。図４に示すように、差動増幅器５３は、演算増幅器６５と、抵抗素子６１，６２，６３，６４とを含む。
【００３８】
具体的に、抵抗素子６１は、入力ノードＩＮ２と演算増幅器６５の−端子との間に接続される。抵抗素子６２は、演算増幅器６５の−端子と出力端子（出力端子は、出力ノードＯＴに直結されている）との間に接続される。抵抗素子６３は、入力ノードＩＮ１と演算増幅器６５の＋端子との間に接続される。抵抗素子６４の一端は演算増幅器６５の＋端子に接続され、抵抗素子６４の他端には接地電位ＧＮＤを基準とする参照電圧Ｖｒｅｆが与えられる。
【００３９】
なお、半導体装置５０Ａには接地電位ＧＮＤを取り込むための端子５８が設けられている。端子５８は、電界効果トランジスタＴｒ２とシャント抵抗ＲＥＳとの接続ノード（以下、低電位ノード２４と称する）と接続される。
【００４０】
上記の差動増幅器５３の構成において、抵抗素子６１，６３の抵抗値をＲ１とし、抵抗素子６２，６４の抵抗値をＲ２とする。そうすると、差動増幅器５３から出力される電圧Ｖｔｅｍｐは、
Ｖｔｅｍｐ＝（ＶＵ−ＶＨ）×Ｒ２／Ｒ１＋Ｖｒｅｆ    …(1)
で表される。
【００４１】
サンプル・ホールド回路５４は、オン・オフが切り替えられるスイッチ７０とコンデンサ７１とを含む。スイッチ７０の一端は差動増幅器５３の出力ノードＯＴと接続され、スイッチ７０の他端はコンデンサ７１の一端と接続される。コンデンサ７１の他端には、接地電位ＧＮＤが与えられる。スイッチ７０の他端は、さらに、Ａ／Ｄ変換器５５に接続される。
【００４２】
Ａ／Ｄ変換器５５は、サンプル・ホールド回路５４のコンデンサ７１の保持された電圧Ｖｔｅｍｐをデジタル変換し、デジタル変換された電圧Ｖｔｅｍｐをコントローラ５６に出力する。
【００４３】
コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴ，ＶＢと、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０のオン・オフを制御するための制御信号ＣＴＬ１と、スイッチ５７のオン・オフを制御するための制御信号ＣＴＬ２を生成する。さらに、コントローラ５６は、電圧Ｖｔｅｍｐが上限値に達した場合には、全ての電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２をオフにするなどの保護動作を行う。
【００４４】
本実施形態では、制御信号ＣＴＬ１がローレベル（Ｌレベル）からハイレベル（Ｈレベル）に切り替わることによってスイッチ７０はオフ状態からオン状態に切り替わり、制御信号ＣＴＬ２がＬレベルからＨレベルに切り替わることによってスイッチ５７はオフ状態からオン状態に切り替わるものとする。制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２の論理レベルと対応するスイッチ７０，５７のオン・オフとの関係は上記と逆であってもよい。
【００４５】
コントローラ５６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリなどを含むマイクロコンピュータによって構成されていてもよいし、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を利用して構成されていてもよいし、専用の回路によって構成されていてもよい。また、コントローラ５６はこれらの回路を任意に組み合わせたものであってもよい。
【００４６】
［半導体装置の動作］
図５は、図４の半導体装置の動作を示すタイミング図である。図５には、上から順に、ゲート制御信号ＶＴ、ＶＢ、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２、および接続ノードＵの電位ＶＵの各波形が模式的に示されている。以下、主として図４および図５を参照して、図４の半導体装置５０Ａの動作について説明する。
【００４７】
時刻ｔ１より以前は、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＨレベルに設定し、ゲート制御信号ＶＢをＬレベルに設定する。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１はオン状態に制御され、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２はオフ状態に制御される。この結果、接続ノードＵの電位ＶＵは、高電位ノード２１の電位ＶＨに等しくなる。時刻ｔ１の時点で図１の循環電流１０３は０まで減衰しているとする。
【００４８】
なお、時刻ｔ１より以前は、コントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＬレベルに設定する。これにより、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０およびスイッチ５７はいずれもオフ状態である。
【００４９】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の期間Ｔ１１において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＬレベルに設定し、ゲート制御信号ＶＢをＨレベルに設定する。これによって、電界効果トランジスタＴｒ１はオフ状態に制御され、電界効果トランジスタＴｒ２はオン状態に制御される。この結果、接続ノードＵの電位ＶＵは接地電位ＧＮＤまで低下する。この期間Ｔ１１の間、図１（Ａ）に示す通電電流１０１が流れ、その大きさは次第に増加する。
【００５０】
時刻ｔ２に、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＢをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２はオン状態からオフ状態に切り替わり、接続ノードＵの電位ＶＵは接地電位ＧＮＤから上昇する。時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｔ１２の間、電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は共にオフ状態のまま維持される。この期間Ｔ１２の間、図１（Ｂ）に示す循環電流１０２が、電界効果トランジスタＴｒ１のボディダイオードに流れる。最終的に到達する接続ノードＵの電位ＶＵは、高電位ノード２１の電位ＶＨよりもボディダイオードの順方向電圧Ｖｆだけ高くなる。
【００５１】
接続ノードＵの電位ＶＵが最大値に達する遅延時間を考慮して、時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、電界効果トランジスタＴｒ１のボディダイオードの順方向電圧Ｖｆが検出される。具体的にコントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＨレベルに設定することによって、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０とスイッチ５７とをオン状態にする。これによって、電界効果トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間の電圧（すなわち、ボディダイオードの順方向電圧Ｖｆ）が差動増幅器５３によって検出される。そして、差動増幅器５３から出力された電圧Ｖｔｅｍｐは、サンプル・ホールド回路５４によってサンプリングされ、コンデンサ７１に保持される。コントローラ５６は、このコンデンサ７１に保持された電圧Ｖｔｅｍｐに基づいて電界効果トランジスタＴｒ１の接合温度を検知する。
【００５２】
ここで、ボディダイオードに流れる電流に応じて検出される電圧が変化するので、期間Ｔ１２に切り替えられる直前の時刻ｔ２における通電電流１０１の大きさを所定の値に制御する必要がある。この値は、期間Ｔ１１の長さ（すなわち、キャリア周波数に応じた通電率）によって調整することができる。
【００５３】
次の時刻ｔ４において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＬレベルからＨレベルに切り替える。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１はオフ状態からオン状態に切り替わるので、図１（Ｃ）、図２、図３に示すように循環電流の経路が電界効果トランジスタＴｒ１のＮチャネル領域を通る経路（１０３）に切り替わる。さらに、時刻ｔ４においてコントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＨレベルからＬレベルに切り替えることによって電界効果トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間電圧のサンプリングを終了する。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ｔ１３の間、電界効果トランジスタＴｒ１はオン状態で維持され、電界効果トランジスタＴｒ２はオフ状態で維持される。
【００５４】
次の時刻ｔ５において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１はオン状態からオフ状態に切り替わるので、図１（Ｂ）、図２、図３に示すように循環電流の経路がボディダイオードを通る経路（１０２）に切り替わる。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間Ｔ１４の間、電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は共にオフ状態に維持される。
【００５５】
この期間Ｔ１４の間では、期間Ｔ１２の場合と異なり、電界効果トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間電圧のサンプリングは行われない。期間Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４の間に循環電流は次第に減衰する（場合によっては０まで戻る）ので、期間Ｔ１４ではボディダイオードの順方向電圧Ｖｆの正確な測定ができないからである。したがって、電界効果トランジスタの接合温度の検出が行われるのは、電源から負荷に電力を供給する通電期間から回生期間に切り替わったときである。
【００５６】
上記の期間Ｔ１１〜Ｔ１４がＰＷＭ信号の１周期に相当する。次の１周期である期間Ｔ２１〜Ｔ２４は、上記の期間Ｔ１１〜Ｔ１４にそれぞれ対応し、同様の制御が繰り返される。したがって、期間Ｔ２１〜Ｔ２４での負荷電流ＩＵの変化は、期間Ｔ１１〜Ｔ１４での負荷電流ＩＵの変化と同様である。具体的に、図５の期間Ｔ１１の開始時点（時刻ｔ１）で０であった負荷電流ＩＵは、通電期間Ｔ１１の間に（時刻ｔ１からｔ２まで）増加し、回生期間Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４の間で（時刻ｔ３からｔ６まで）次第に減少する。そして、期間Ｔ１４の終了時点（時刻ｔ６）において負荷電流ＩＵは再び増加に転じる。負荷電流ＩＵは、通電期間Ｔ２１の間に再び増加し、回生期間Ｔ２２，Ｔ２３，Ｔ２４の間で次第に減少する。
【００５７】
図５の場合には、次の１周期である期間Ｔ２１〜Ｔ２４のうちの最初のデッドタイム期間Ｔ２２において制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＨレベルにすることによって、ボディダイオードの順方向電圧Ｖｆの再測定を行っている。上記のような再測定は数回程度行ってもよく、この場合、複数回の測定結果を平均化した値を最終的な順方向電圧Ｖｆに決定してもよい。
【００５８】
図５のように順方向電圧Ｖｆの再測定を行う場合には、期間Ｔ１２における第１回目の測定と期間Ｔ２２における第２回目の測定とで、順方向電圧Ｖｆの測定条件を同じにするのが望ましい。具体的には、通電期間Ｔ１１の開始時点（時刻ｔ１）と通電期間Ｔ２１の開始時点（時刻ｔ６）とで負荷電流ＩＵの初期値を０にするために、回生期間Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４の間に負荷電流ＩＵが０まで減衰しているのが望ましい。さらに、測定開始時点（すなわち、各通電期間Ｔ１１，Ｔ２１の終了時点）において負荷電流ＩＵの大きさを等しくするために、通電期間Ｔ１１の長さと通電期間Ｔ２１の長さとを等しくするのが望ましい。さらに、ボディダイオードの順方向電圧Ｖｆの測定期間である期間Ｔ１２の長さと期間Ｔ２２の長さとを等しくするのが望ましい。
【００５９】
［効果］
上記のとおり第１の実施形態の半導体装置５０Ａによれば、パワーＭＩＳＦＥＴのボディダイオードの温度特性に基づいてパワーＭＩＳＦＥＴの接合温度を測定するので、従来方法に比べてより正確にＭＩＳＦＥＴの接合温度を測定することができる。さらに、サーミスタ、ダイオードなどの温度検出のためのセンサを設ける必要がないので、システムを構成するパーツを従来よりも削減することができる。
【００６０】
＜第１の実施形態の変形例＞
以下、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１に代えて、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２の温度を測定する例について説明する。
【００６１】
［温度検出方法］
図６は、第１の実施形態の変形例の場合において、半導体素子の温度検出方法を説明するための図である。図６の説明図は図１の説明図に対応するものであり、電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を用いて構成されたハーフブリッジ回路２０が示されている。このハーフブリッジ回路２０は電力変換装置の少なくとも一部を構成するものと考えてよい。図６の場合には、接続ノードＵと低電位ノード２４（低電位ノード２４は、電界効果トランジスタＴｒ２とシャント抵抗ＲＥＳとの接続ノードである）との間に、電界効果トランジスタＴｒ２の並列に負荷としてのインダクタ２３が接続される。
【００６２】
図６（Ａ）を参照して、電界効果トランジスタＴｒ１がオン（Ｏｎ）状態であり、電界効果トランジスタＴｒ２がオフ（Ｏｆｆ）状態であるとする。この場合、高電位ノード２１から、電界効果トランジスタＴｒ１、接続ノードＵ、インダクタ２３、低電位ノード２４を順に介することによって接地ノード２２に到達する通電電流１０１が流れる。
【００６３】
図６（Ｂ）を参照して、図６（Ａ）の状態から電界効果トランジスタＴｒ１がオフ状態になったとする。この場合、接続ノードＵから、インダクタ２３、低電位ノード２４、および電界効果トランジスタＴｒ２のボディダイオードを順に介して接続ノードＵに到達する循環電流１０２が流れる。
【００６４】
図６（Ｃ）を参照して、図６（Ｂ）の状態から電界効果トランジスタＴｒ２がオン状態になったとする。この場合、接続ノードＵから、インダクタ２３、低電位ノード２４、電界効果トランジスタＴｒ２のＮチャネル領域を順に介して接続ノードＵに到達する循環電流１０３が流れる。
【００６５】
インダクタ２３をＰＷＭ制御する場合には、図６（Ａ）の状態と図６（Ｃ）の状態とが交互に繰り返される。この場合、共にオン状態の電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２を介して高電位ノード２１と接地ノード２２との間に貫通電流が流れることを防止する必要があるので、図６（Ａ）の状態と図６の（Ｃ）の状態との間に図６（Ｂ）の状態、いわゆるデッドタイムの期間が挟まれる。
【００６６】
本実施形態では、図６（Ａ）の通電電流１０１が流れる状態から図６（Ｃ）の循環電流１０３が流れる状態に移行する途中のデッドタイムにおいて電界効果トランジスタＴｒ２のソース・ドレイン間の電圧（すなわち、ボディダイオードのアノード・カソード間の順方向電圧）が検出される。そして、ボディダイオードの温度特性に基づいて電界効果トランジスタＴｒ２の接合温度が検出される。
【００６７】
［半導体装置の構成］
次に、実施の形態１の変形例における半導体装置の構成について説明する。
【００６８】
図７は、第１の実施形態の変形例による半導体装置の構成を示すブロック図である。図７の半導体装置５０Ｂは、差動増幅器５３の接続が図４の半導体装置５０Ａの場合と異なる。
【００６９】
具体的に図７を参照して、差動増幅器５３の入力ノードＩＮ１は端子５８を介して低電位ノード２４と接続される。差動増幅器５３の入力ノードＩＮ２はスイッチ５７を介して接続ノードＵと接続される。図７のその他の点は図４の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【００７０】
［半導体装置の動作］
図８は、図７の半導体装置の動作を示すタイミング図である。図８のタイミング図は、図５のタイミング図に対応するものであり、上から順に、ゲート制御信号ＶＴ、ＶＢ、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２、および接続ノードＵの電位ＶＵの各波形が模式的に示されている。以下、主として図７および図８を参照して、図７の半導体装置５０Ｂの動作について説明する。
【００７１】
時刻ｔ１より以前は、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＬレベルに設定し、ゲート制御信号ＶＢをＨレベルに設定する。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１はオフ状態に制御され、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２はオン状態に制御される。この結果、接続ノードＵの電位ＶＵは、低電位ノード２４の電位（ほぼ接地電位ＧＮＤ）に等しくなる。時刻ｔ１の時点で図６の循環電流１０３は０まで減衰しているとする。
【００７２】
なお、時刻ｔ１より以前は、コントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＬレベルに設定する。これにより、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０およびスイッチ５７はいずれもオフ状態である。
【００７３】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間の期間Ｔ１１において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＨレベルに設定し、ゲート制御信号ＶＢをＬレベルに設定する。これによって、電界効果トランジスタＴｒ１はオン状態に制御され、電界効果トランジスタＴｒ２はオフ状態に制御される。この結果、接続ノードＵの電位ＶＵは高電位ノード２１の電位ＶＨまで上昇する。この期間Ｔ１１の間、図６（Ａ）に示す通電電流１０１が流れ、その大きさは次第に増加する。
【００７４】
時刻ｔ２に、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１はオン状態からオフ状態に切り替わり、接続ノードＵの電位ＶＵは高電位ノード２１の電位ＶＨから下降する。時刻ｔ２から時刻ｔ４までの期間Ｔ１２の間、電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は共にオフ状態のまま維持される。この期間Ｔ１２の間、図６（Ｂ）に示す循環電流１０２が、電界効果トランジスタＴｒ２のボディダイオードに流れる。このため、遅延時間の経過後に最終的に到達する接続ノードＵの電位ＶＵは、低電位ノード２４の電位（すなわち、接地電位ＧＮＤ）よりもボディダイオードの順方向電圧Ｖｆだけ低くなる。
【００７５】
コントローラ５６は、時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＨレベルに設定することによって、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０とスイッチ５７とをオン状態にする。これによって、電界効果トランジスタＴｒ２のソース・ドレイン間の電圧（すなわち、ボディダイオードの順方向電圧Ｖｆ）が差動増幅器５３によって検出される。そして、差動増幅器５３から出力された電圧Ｖｔｅｍｐは、サンプル・ホールド回路５４によってサンプリングされ、コンデンサ７１に保持される。コントローラ５６は、このコンデンサ７１に保持された電圧Ｖｔｅｍｐに基づいて電界効果トランジスタＴｒ２の接合温度を検知する。
【００７６】
次の時刻ｔ４において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＢをＬレベルからＨレベルに切り替える。これによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２はオフ状態からオン状態に切り替わるので、図６（Ｃ）、図２、図３に示すように循環電流の経路が電界効果トランジスタＴｒ２のＮチャネル領域を通る経路（１０３）に切り替わる。さらに、時刻ｔ４に、コントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をＨレベルからＬレベルに切り替えることによって電界効果トランジスタＴｒ２のソース・ドレイン間電圧のサンプリングを終了させる。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ｔ１３の間、電界効果トランジスタＴｒ１はオフ状態で維持され、電界効果トランジスタＴｒ２はオン状態で維持される。
【００７７】
次の時刻ｔ５において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＢをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２はオン状態からオフ状態に切り替わるので、図６（Ｂ）、図２、図３に示すように循環電流の経路がボディダイオードを通る経路（１０２）に切り替わる。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間Ｔ１４の間、電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２は共にオフ状態に維持される。この期間Ｔ１４の間では、期間Ｔ１２の場合と異なり、電界効果トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間電圧のサンプリングは行われない。
【００７８】
上記の期間Ｔ１１〜Ｔ１４がＰＷＭ信号の１周期に相当する。次の期間Ｔ２１〜Ｔ２４は、上記の期間Ｔ１１〜Ｔ１４にそれぞれ対応し、同様の制御が繰り返される。
【００７９】
［効果］
以上の第１の実施形態の変形例の半導体装置５０Ｂによっても、第１の実施形態の半導体装置５０Ａと同様の効果を奏することができる。
【００８０】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態では、半導体装置５０Ｃによって電力変換装置としてのモータ制御用のインバータ装置２５を制御する例について説明する。
【００８１】
［半導体装置の構成］
図９は、第２の実施形態による半導体装置の構成を示すブロック図である。図９の半導体装置５０Ｃは、電力変換装置としてのインバータ装置２５（三相ブリッジ回路とも称する）を構成する電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のオン・オフを制御し、また、上アームの電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５のボディダイオードのカソード・アノード間電圧を検出するように構成されている。半導体装置５０Ｃとインバータ装置２５とはパワーモジュールの一部として構成されていてもよい。
【００８２】
図９を参照して、三相モータＭは、三相同期モータまたはブラシレスＤＣモータなどである。三相モータＭは、Ｙ結線された固定子巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３を有する。
【００８３】
インバータ装置２５は、Ｕ相モータ電流ＩＵを生成するための電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２と、Ｖ相モータ電流ＩＶを生成するための電界効果トランジスタＴｒ３，Ｔｒ４と、Ｗ相モータ電流ＩＷを生成するための電界効果トランジスタＴｒ５，電界効果トランジスタＴｒ６とを含む。図９の場合、電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６はいずれもＮ型のＭＩＳＦＥＴである。
【００８４】
より詳細には、電界効果トランジスタＴｒ１は高電位ノード２１と接続ノードＵとの間に接続され、電界効果トランジスタＴｒ２は接続ノードＵと低電位ノード２４との間に接続される。接続ノードＵは固定子巻線Ｌ１の一端と接続され、固定子巻線Ｌ１の他端は中性点２６と接続される。低電位ノード２４は、シャント抵抗ＲＥＳを介して接地ノード２２と接続される。
【００８５】
同様に、電界効果トランジスタＴｒ３は高電位ノード２１と接続ノードＶとの間に接続され、電界効果トランジスタＴｒ４は接続ノードＶと低電位ノード２４との間に接続される。接続ノードＶは固定子巻線Ｌ２の一端と接続され、固定子巻線Ｌ２の他端は中性点２６と接続される。
【００８６】
同様に、電界効果トランジスタＴｒ５は高電位ノード２１と接続ノードＷとの間に接続され、電界効果トランジスタＴｒ６は接続ノードＷと低電位ノード２４との間に接続される。接続ノードＷは固定子巻線Ｌ３の一端と接続され、固定子巻線Ｌ３の他端は中性点２６と接続される。
【００８７】
なお、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷがインバータ装置２５から三相モータＭの方向に流れる場合、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの符号を正に定義するものとする。
【００８８】
半導体装置５０Ｃは、高電位側のゲート駆動回路５１Ｕ，５１Ｖ，５１Ｗと、低電位側のゲート駆動回路５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗと、差動増幅器５３と、サンプル・ホールド回路５４と、Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換器５５と、コントローラ５６と、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃとを含む。
【００８９】
ゲート駆動回路５１Ｕは、コントローラ５６からゲート制御信号ＶＴｕを受信する。ゲート駆動回路５１Ｕは、ゲート制御信号ＶＴｕの基準電位を接地電位ＧＮＤから接続ノードＵの電位ＶＵに変換すると共に、そのゲート制御信号ＶＴｕの信号レベルを増幅することによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１のゲート電極Ｇ１に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５１Ｕからゲート電極Ｇ１に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ１のオン・オフが制御される。
【００９０】
同様に、ゲート駆動回路５１Ｖは、コントローラ５６からゲート制御信号ＶＴｖを受信する。ゲート駆動回路５１Ｖは、ゲート制御信号ＶＴｖの基準電位を接地電位ＧＮＤから接続ノードＶの電位ＶＶに変換すると共に、そのゲート制御信号ＶＴｖの信号レベルを増幅することによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ３のゲート電極Ｇ３に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５１Ｖからゲート電極Ｇ３に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ３のオン・オフが制御される。
【００９１】
同様に、ゲート駆動回路５１Ｗは、コントローラ５６からゲート制御信号ＶＴｗを受信する。ゲート駆動回路５１Ｗは、ゲート制御信号ＶＴｗの基準電位を接地電位ＧＮＤから接続ノードＷの電位ＶＷに変換すると共に、そのゲート制御信号ＶＴｗの信号レベルを増幅することによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ５のゲート電極Ｇ５に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５１Ｗからゲート電極Ｇ５に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ５のオン・オフが制御される。
【００９２】
ゲート駆動回路５２Ｕは、コントローラ５６から受信したゲート制御信号ＶＢｕを増幅することによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ２のゲート電極Ｇ２に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５２Ｕからゲート電極Ｇ２に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ２のオン・オフが制御される。
【００９３】
同様に、ゲート駆動回路５２Ｖは、コントローラ５６から受信したゲート制御信号ＶＢｖを増幅することによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ４のゲート電極Ｇ４に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５２Ｖからゲート電極Ｇ４に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ４のオン・オフが制御される。
【００９４】
同様に、ゲート駆動回路５２Ｗは、コントローラ５６から受信したゲート制御信号ＶＢｗを増幅することによって、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ６のゲート電極Ｇ６に供給する駆動電圧を生成する。ゲート駆動回路５２Ｗからゲート電極Ｇ６に供給される駆動電圧によって、電界効果トランジスタＴｒ６のオン・オフが制御される。
【００９５】
差動増幅器５３は、図４で説明したものと同様の構成を有する。差動増幅器５３は、入力ノードＩＮ１と入力ノードＩＮ２との電位差に比例した電圧信号を出力ノードＯＴから出力する。
【００９６】
より詳細には、差動増幅器５３の入力ノードＩＮ１は、オン・オフが切り替えられるスイッチＳＷａを介して接続ノードＵと接続されることによって接続ノードＵの電位ＶＵを取り込み可能である。同様に、差動増幅器５３の入力ノードＩＮ１は、オン・オフが切り替えられるスイッチＳＷｂを介して接続ノードＶと接続されることによって接続ノードＶの電位ＶＶを取り込み可能である。同様に、差動増幅器５３の入力ノードＩＮ１は、オン・オフが切り替えられるスイッチＳＷｃを介して接続ノードＷと接続されることによって接続ノードＷの電位ＶＷを取り込み可能である。入力ノードＩＮ２は、高電位ノード２１と接続されることによって高電位ノード２１の電位ＶＨを取り込む。出力ノードＯＴは、サンプル・ホールド回路５４と接続される。差動増幅器５３は、入力ノードＩＮ１と入力ノードＩＮ２との電位差に比例した電圧信号を出力ノードＯＴから出力する。
【００９７】
サンプル・ホールド回路５４の構成は図４の場合と同じであるので説明を繰り返さない。Ａ／Ｄ変換器５５は、サンプル・ホールド回路５４のコンデンサ７１の保持された電圧Ｖｔｅｍｐをデジタル変換し、デジタル変換された電圧Ｖｔｅｍｐをコントローラ５６に出力する。
【００９８】
コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴｕ，ＶＴｖ，ＶＴｗ，ＶＢｕ，ＶＢｖ，ＶＢｗと、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０のオン・オフを制御するための制御信号ＣＴＬ１と、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃのオン・オフを制御するための制御信号ＣＴＬ２を生成する。さらに、コントローラ５６は、電圧Ｖｔｅｍｐが上限値に達した場合には、全ての電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６をオフにするなどの保護動作を行う。
【００９９】
［モータ制御方法］
本実施形態では、いずれか２相のみに電流を流す２相励磁方式によって三相モータＭが駆動される。この場合、モータ電流が流れる２相は、インバータ装置２５によって６０度の電気角ごとに切り替えられる。
【０１００】
図１０は、モータ電流の通電相の切り替えについて説明するための図である。図１０の横軸は電気角を表し、縦軸はモータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの大きさを模式的に示したものである。前述のように、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷがインバータ装置２５から三相モータＭの方向に流れる場合、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの符号は正に定義される。
【０１０１】
図１０を参照して、電気角が０度から６０度の間では、固定子巻線Ｌ３から固定子巻線Ｌ１の方向にモータ電流が流れるようにインバータ装置２５がＰＷＭ制御される。したがって、モータ電流ＩＵの値は負であり、モータ電流ＩＶの値は０であり、モータ電流ＩＷの値は正である。
【０１０２】
電気角が６０度から１２０度の間では、固定子巻線Ｌ２から固定子巻線Ｌ１の方向にモータ電流が流れるようにインバータ装置２５がＰＷＭ制御される。したがって、モータ電流ＩＵの値は負であり、モータ電流ＩＶの値は正であり、モータ電流ＩＷの値は０である。
【０１０３】
電気角が１２０度から１８０度の間では、固定子巻線Ｌ２から固定子巻線Ｌ３の方向にモータ電流が流れるようにインバータ装置２５がＰＷＭ制御される。したがって、モータ電流ＩＵの値は０であり、モータ電流ＩＶの値は正であり、モータ電流ＩＷの値は負である。
【０１０４】
電気角が１８０度から２４０度の間では、固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ３の方向にモータ電流が流れるようにインバータ装置２５がＰＷＭ制御される。したがって、モータ電流ＩＵの値は正であり、モータ電流ＩＶの値は０であり、モータ電流ＩＷの値は負である。
【０１０５】
電気角が２４０度から３００度の間では、固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ２の方向にモータ電流が流れるようにインバータ装置２５がＰＷＭ制御される。したがって、モータ電流ＩＵの値は正であり、モータ電流ＩＶの値は負であり、モータ電流ＩＷの値は０である。
【０１０６】
電気角が３００度から３６０度の間では、固定子巻線Ｌ３から固定子巻線Ｌ２の方向にモータ電流が流れるようにインバータ装置２５がＰＷＭ制御される。したがって、モータ電流ＩＵの値は０であり、モータ電流ＩＶの値は負であり、モータ電流ＩＷの値は正である。
【０１０７】
［接合温度の検出タイミング］
図１０のモータ制御法によれば、通電相を切り替えた後の最初のデッドタイムの期間内において、電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６のボディダイオードの順方向電圧を検出するようにすれば、三相モータＭの駆動制御にほとんど影響を与えずに接合温度を検出することができる。なぜなら、今まで通電していなかった固定子巻線に通電を開始した直後の状態では、当該固定子巻線に流す電流の大きさは、定常状態の電流値よりも小さな電流値（たとえば、１〜２Ａ程度）に制御することができるからである。この場合の小さな電流値は、ボディダイオードの順方向電圧Ｖｆの測定に適した値になるように調整される。
【０１０８】
なお、通電相を切り替えた後の最初の数回のデッドタイムの期間内に電界効果トランジスタのボディダイオードの順方向電圧を検出し、検出した順方向電圧を平均化するようにしてもよい。ただし、第１の実施形態でも説明したように、電界効果トランジスタの接合温度の検出が行われる期間は、電源から負荷に電力を供給する通電期間から回生期間に切り替わったときである点に注意する必要がある。
【０１０９】
具体的に、固定子巻線Ｌ１に直接接続されたＵ相の上アームの電界効果トランジスタＴｒ１の接合温度を検出する場合について説明する。この場合、固定子巻線Ｌ３から固定子巻線Ｌ２の方向への通電から固定子巻線Ｌ３から固定子巻線Ｌ１の方向への通電に切り替えた（図１０の１１１Ｐ、電気角０度）後、最初に電界効果トランジスタＴｒ２をオン状態からオフ状態に切り替えてから電界効果トランジスタＴｒ１をオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムが、接合温度の検出に用いられる。
【０１１０】
固定子巻線Ｌ１に直接接続されたＵ相の下アームの電界効果トランジスタＴｒ２の接合温度を検出する場合について説明する。この場合、固定子巻線Ｌ２から固定子巻線Ｌ３の方向への通電から固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ３の方向への通電に切替えた（図１０の１１１Ｎ、電気角１８０度）後、最初に電界効果トランジスタＴｒ１をオン状態からオフ状態に切り替えてから電界効果トランジスタＴｒ２をオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムが、接合温度の検出に用いられる。
【０１１１】
同様に、固定子巻線Ｌ２に直接接続されたＶ相の上アームの電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度を検出する場合について説明する。この場合、固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ３の方向への通電から固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ２の方向への通電に切替えた（図１０の１１２Ｐ、電気角２４０度）後、最初に電界効果トランジスタＴｒ４をオン状態からオフ状態に切り替えてから電界効果トランジスタＴｒ３をオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムが、接合温度の検出に用いられる。
【０１１２】
固定子巻線Ｌ２に直接接続されたＶ相の下アームの電界効果トランジスタＴｒ４の接合温度を検出する場合について説明する。この場合、固定子巻線Ｌ３から固定子巻線Ｌ１の方向への通電から固定子巻線Ｌ２から固定子巻線Ｌ１の方向への通電に切り替えた（図１０の１１２Ｎ、電気角６０度）後、最初に電界効果トランジスタＴｒ３をオン状態からオフ状態に切り替えてから電界効果トランジスタＴｒ４をオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムが、接合温度の検出に用いられる。
【０１１３】
同様に、固定子巻線Ｌ３に直接接続されたＷ相の上アームの電界効果トランジスタＴｒ５の接合温度を検出する場合について説明する。この場合、固定子巻線Ｌ２から固定子巻線Ｌ１の方向への通電から固定子巻線Ｌ２から固定子巻線Ｌ３の方向への通電に切り替えた（図１０の１１３Ｐ、電気角１２０度）後、最初に電界効果トランジスタＴｒ６をオン状態からオフ状態に切り替えてから電界効果トランジスタＴｒ５をオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムが、接合温度の検出に用いられる。
【０１１４】
固定子巻線Ｌ３に直接接続されたＷ相の下アームの電界効果トランジスタＴｒ６の接合温度を検出する場合について説明する。この場合、固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ２の方向への通電から固定子巻線Ｌ３から固定子巻線Ｌ２の方向への通電に切り替えた（図１０の１１３Ｎ、電気角３００度）後、最初に電界効果トランジスタＴｒ５をオン状態からオフ状態に切り替えてから電界効果トランジスタＴｒ６をオフ状態からオン状態に切り替えるまでのデッドタイムが、接合温度の検出に用いられる。
【０１１５】
なお、図９の装置構成では上アームのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ３，Ｔｒ５の接合温度しか検出できない。しかし、図７で説明したように差動増幅器５３によって接続ノードＵ，Ｖ，Ｗと低電位ノード２４との間の電位差を検出できるようにすれば、下アームの電界効果トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６の接合温度の検出が可能になる。
【０１１６】
［温度検出の具体例］
以下、上記のタイミング１１２Ｐ（図１０の場合、電気角２４０）後の最初のデッドタイムにおいて、Ｖ相上アームの電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度を検出する場合についてさらに説明する。
【０１１７】
図１１は、第２の実施形態の場合において、電界効果トランジスタの温度検出の具体例を説明するための図である。
【０１１８】
図１１（Ａ）を参照して、電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ４がオン状態であり、電界効果トランジスタＴｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ５，Ｔｒ６がオフ状態の場合が示されている。この場合、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１、固定子巻線Ｌ１、固定子巻線Ｌ２、低電位側の電界効果トランジスタＴｒ４の順番でモータ電流が流れる。
【０１１９】
図１１（Ｂ）を参照して、図１１（Ａ）の状態から電界効果トランジスタＴｒ４がオフ状態（すなわち、デッドタイム）になったとする。この場合、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１、固定子巻線Ｌ１、固定子巻線Ｌ２、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ３のボディダイオードの順番で循環電流（回生電流とも称する）が流れる。したがって、ボディダイオードの温度特性に基づいて電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度を検知することが可能である。
【０１２０】
図１１（Ｃ）を参照して、図１１（Ｂ）の状態から電界効果トランジスタＴｒ３がオン状態になったとする。この場合、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ１、固定子巻線Ｌ１、固定子巻線Ｌ２、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ３のチャネル領域の順番で循環電流（回生電流）が流れる。
【０１２１】
この後、図１１（Ｂ）のデッドタイムの状態を経て、図１１（Ａ）の通電状態に戻るが、図１１（Ｃ）の状態の後のデッドタイムでは、電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度の検出は行われない。この点は、第１の実施形態の場合と同様である。
【０１２２】
図１２は、第２の実施形態の場合において、電界効果トランジスタの温度検出手順を示すタイミング図である。図１２では、図１０のタイミング１１２Ｐ（電気角２４０度）付近の各制御信号の波形と接続ノードＶの電位ＶＶの波形とが模式的に示されている。以下、主として図９および図１２を参照して、電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度を検出する場合の半導体装置５０Ｃの動作について説明する。
【０１２３】
時刻ｔ１（図１０の電気角２４０度に対応する）の直前の期間では、コントローラ５６は、固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ３の方向に通電電流を流すようにインバータ装置２５を制御している。この状態では、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴｕ，ＶＢｗをＨレベルに設定し、ゲート制御信号ＶＢｕ，ＶＴｖ，ＶＢｖ，ＶＴｗをＬレベルに設定する。これによって、電界効果トランジスタＴｒ１、固定子巻線Ｌ１、固定子巻線Ｌ３、電界効果トランジスタＴｒ６の順番にモータ電流が流れる。
【０１２４】
時刻ｔ１において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＢｖをＬレベルからＨレベルに切り替え、ゲート制御信号ＶＢｗをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、Ｖ相の低電位側の電界効果トランジスタＴｒ４はオフ状態からオン状態に切り替わり、Ｗ相の低電位側の電界効果トランジスタＴｒ６はオン状態からオフ状態に切り替わる。この結果、接続ノードＶの電位ＶＶは接地電位ＧＮＤまで低下する。
【０１２５】
時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｔ１１の間、上記の制御信号の状態が維持される。したがって、期間Ｔ１１の間、図１１（Ａ）に示すように固定子巻線Ｌ１から固定子巻線Ｌ２の方向にモータ電流（すなわち、通電電流）が流れ、固定子巻線Ｌ２に流れる電流の値は０から次第に増加する。なお、図１１（Ａ）に図示していないが、時刻ｔ１の直前の期間で固定子巻線Ｌ３を流れていた電流は循環電流として電界効果トランジスタＴｒ５のボディダイオードを流れ、その電流値は次第に減少する。
【０１２６】
時刻ｔ２に、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＢｖをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、Ｖ相の低電位側の電界効果トランジスタＴｒ４はオン状態からオフ状態に切り替わり、接続ノードＶの電位ＶＶは接地電位ＧＮＤから上昇する。時刻ｔ２から時刻ｔ４の期間Ｔ１２の間、この制御信号の状態が維持される。したがって、期間Ｔ１２の間、図１１（Ｂ）に示す循環電流が流れる。この循環電流は電界効果トランジスタＴｒ３のボディダイオードを流れるので、最終的に到達する接続ノードＶの電位ＶＶは、高電位ノード２１の電位ＶＨよりもボディダイオードの順方向電圧Ｖｆだけ高くなる。
【０１２７】
接続ノードＶの電位ＶＶが最大値に達する遅延時間を考慮して、時刻ｔ２から所定時間経過した時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、電界効果トランジスタＴｒ３のボディダイオードの順方向電圧Ｖｆが検出される。具体的にコントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２を制御することによって、サンプル・ホールド回路５４のスイッチ７０とスイッチＳＷｂとをオン状態にする。これによって、電界効果トランジスタＴｒ３のソース・ドレイン間の電圧（すなわち、ボディダイオードの順方向電圧Ｖｆ）が差動増幅器５３によって検出される。そして、差動増幅器５３から出力された電圧Ｖｔｅｍｐは、サンプル・ホールド回路５４によってサンプリングされ、コンデンサ７１に保持される。コントローラ５６は、このコンデンサ７１に保持された電圧Ｖｔｅｍｐに基づいて電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度を検知する。
【０１２８】
ここで、ボディダイオードに流れる電流に応じて検出される電圧が変化するので、期間Ｔ１２に切り替えられる直前の時刻ｔ２における固定子巻線Ｌ２に流れるモータ電流ＩＶの大きさを所定の値に制御する必要がある。この値は、期間Ｔ１１の長さ（すなわち、キャリア周波数に応じた通電率）によって調整することができる。
【０１２９】
次に時刻ｔ４において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴｖをＬレベルからＨレベルに切り替える。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ３はオフ状態からオン状態に切り替わるので、図１１（Ｃ）に示すように循環電流の経路が電界効果トランジスタＴｒ３のＮチャネル領域を通る経路（図２、図３の１０３）に切り替わる。さらに、時刻ｔ４においてコントローラ５６は、制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２を制御することによって電界効果トランジスタＴｒ３のソース・ドレイン間電圧のサンプリングを終了する。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間Ｔ１３の間、コントローラ５６から出力される制御信号の状態が維持される。
【０１３０】
次の時刻ｔ５において、コントローラ５６は、ゲート制御信号ＶＴｖをＨレベルからＬレベルに切り替える。これによって、高電位側の電界効果トランジスタＴｒ３はオン状態からオフ状態に切り替わるので、図１１（Ｂ）に示すように循環電流の経路がボディダイオードを通る経路（図２および図３の１０２）に切り替わる。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの期間Ｔ１４の間、コントローラ５６から出力される制御信号の状態が維持される。
【０１３１】
この期間Ｔ１４の間では、期間Ｔ１２の場合と異なり、電界効果トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン間電圧のサンプリングは行われない。期間Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４の間に固定子巻線Ｌ２を流れる循環電流は次第に減衰する（場合によっては０まで戻る）ので、期間Ｔ１４ではボディダイオードの順方向電圧Ｖｆの正確な測定ができないからである。
【０１３２】
上記の期間Ｔ１１〜Ｔ１４がＰＷＭ信号の１周期に相当する。次の期間Ｔ２１〜Ｔ２４は、上記の期間Ｔ１１〜Ｔ１４にそれぞれ対応し、同様の制御が繰り返される。
【０１３３】
図１２の場合には、電界効果トランジスタＴｒ３の接合温度の測定は、期間Ｔ１２のみで行われる。この場合、デッドタイム期間Ｔ１２，Ｔ１４，Ｔ２２，Ｔ２４のうち、接合温度の測定が行われる期間Ｔ１２の長さは、電圧Ｖｔｅｍｐのサンプリングに必要な時間だけ長くする必要がある。これに対して、他の期間Ｔ１４，Ｔ２２，Ｔ２４の長さについては、損失を減らして各電界効果トランジスタＴｒの発熱を抑制するために、できるだけ短くするのが望ましい。したがって、期間Ｔ１２の長さは、期間Ｔ１４，Ｔ２２，Ｔ２４の長さよりも長い。
【０１３４】
差動増幅器５３の遅延時間が十分に短く、サンプル・ホールド回路５４のサンプリング速度およびＡ／Ｄ変換器５５のＡＤ変換速度が十分に高速な場合には、もしくは、ボディダイオードを介した電流経路での損失が問題にならない場合には、期間Ｔ１２，Ｔ１４，Ｔ２２，Ｔ２４の長さを互いに等しく設定しても構わない。
【０１３５】
［コントローラの動作］
以下、これまでの説明を総括して、図９のコントローラ５６の動作について説明する。
【０１３６】
図１３は、コントローラの動作を示す機能ブロック図である。図１３を参照して、コントローラ５６は、ＰＷＭ信号生成部８０と、温度検出タイミング判定部８１と、デッドタイム付加部８２と、制御信号生成部８３とを含む。
【０１３７】
ＰＷＭ信号生成部８０は、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの検出値およびロータ（回転子とも称する）の位置の検出値の情報を定期的に取得する。モータ電流を検出するために、たとえば、インバータ装置２５と三相モータＭとの間の各相の電線路に電流検出抵抗を設けてもよいし、インバータ装置２５の下アームの電界効果トランジスタＴｒ２，Ｔｒ４，Ｔｒ６の各々と低電位ノード２４との間に電流検出抵抗を設けてもよい。ロータの位置を検出するためにホール素子、レゾルバを三相モータＭに設けてもよい。もしくは、モータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷに基づいてロータの位置を推定するようにしてもよい（センサレス方式と称する）。
【０１３８】
ＰＷＭ信号生成部８０は、回転速度を制御する場合には、これらのモータ電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの検出値およびロータ（回転子とも称する）の位置の検出値に基づいて、外部から与えられた回転速度の指令値に実測値が等しくなるように、ＰＷＭ信号であるゲート制御信号ＶＴｕ＊，ＶＢｕ＊，ＶＴｖ＊，ＶＢｖ＊，ＶＴｗ＊，ＶＢｗ＊を生成する。この時点ではデッドタイムは付加されていない。
【０１３９】
温度検出タイミング判定部８１は、ロータの位置の検出値に基づいて各相の電界効果トランジスタの接合温度を検出するタイミングを判定する。具体的には図１０で説明したように、温度検出タイミング判定部８１は、各相の固定子巻線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３へのモータ電流の供給を切り替えたタイミングから所定時間（または所定数のＰＷＭ周期）の間、温度検出中を表す信号を出力する。
【０１４０】
デッドタイム付加部８２は、ＰＷＭ信号生成部８０から出力されたゲート制御信号ＶＴｕ＊，ＶＢｕ＊，ＶＴｖ＊，ＶＢｖ＊，ＶＴｗ＊，ＶＢｗ＊にデッドタイムを付加することによって、ゲート駆動回路５１Ｕ，５２Ｕ，５１Ｖ，５２Ｖ，５１Ｗ，５２Ｗにそれぞれ出力するゲート制御信号ＶＴｕ，ＶＢｕ，ＶＴｖ，ＶＢｖ，ＶＴｗ，ＶＢｗを生成する。具体的に、高電位ノード２１と低電位ノード２４との間に互いに直列に接続された２個の電界効果トランジスタ（Ｔｒ１，Ｔｒ２；Ｔｒ３，Ｔｒ４；Ｔｒ５，Ｔｒ６）のうち一方のトランジスタをオン状態からオフ状態に切り替えかつ他方のトランジスタをオフ状態からオン状態に切り替える場合にデッドタイムが付加される。この場合、一方のトランジスタがオフ状態に切り替えられてからデッドタイムの経過後に他方のトランジスタがオン状態に切り替えられる。
【０１４１】
付加されるデッドタイムの長さは、電界効果トランジスタの接合温度を検出中であるか否かによって異なる。具体的に、差動増幅器５３によって対応のノード間の電位差を検出しているときのデッドタイムの長さは、差動増幅器５３によって電位差を検出していないときのデッドタイムの長さよりも長い。
【０１４２】
制御信号生成部８３は、デッドタイム付加部８２によってデッドタイムが付加されたゲート制御信号ＶＴｕ，ＶＢｕ，ＶＴｖ，ＶＢｖ，ＶＴｗ，ＶＢｗと温度検出タイミング判定部８１の出力とに基づいて、サンプル・ホールド回路５４に出力する制御信号ＣＴＬ１と、スイッチＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃに出力する制御信号ＣＴＬ２とを生成する。
【０１４３】
上記のＰＷＭ信号生成部８０、温度検出タイミング判定部８１、デッドタイム付加部８２、および制御信号生成部８３の各機能は、ＣＰＵおよびメモリなどを含むマイクロコンピュータによって実現してもよいし、ＦＰＧＡを利用して実現してもよいし、専用の回路によって実現してもよい。また、上記の各機能は、これらの回路を任意に組み合わせることによって実現してもよい。
【０１４４】
図１４は、図１３のデッドタイム付加部の動作を示すフローチャートである。図１３および図１４を参照して、ステップＳ１００において、デッドタイム付加部８２は、ＰＷＭ信号生成部８０から受信した各相のＰＷＭ信号（ＶＴｕ＊，ＶＢｕ＊；ＶＴｖ＊，ＶＢｖ＊；ＶＴｗ＊，ＶＢｗ＊）について論理レベルを切り替えるタイミングであるか否かを判定する。
【０１４５】
ある相（以下、Ｘ相とする、Ｘ＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）のＰＷＭ信号について論理レベルを切り替えるタイミングである場合には（ステップＳ１００でＹＥＳ）、デッドタイム付加部８２は、さらにステップＳ１１０において、温度検出タイミング判定部８１から温度検出中を示す信号を受信しているか否かを判定する。
【０１４６】
上記の判定の結果、温度検出タイミング判定部８１から温度検出中を示す信号を受信している場合には（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、デッドタイム付加部８２は、さらに、Ｘ相のＰＷＭ信号の論理レベルの変化によって三相モータＭへの電流の流れが通電電流から回生電流に変化するか否かを判定する。
【０１４７】
具体的に、通電電流が流れていることは、いずれか１つの相の上アームの電界効果トランジスタがオン状態に制御されていると共に他の１つの相の下アームの電界効果トランジスタがオン状態に制御されていることによって判定できる。回生電流が流れていることは、上記の通電電流が流れている場合においてオン状態に制御されている電界効果トランジスタのうちいずれか１つがオフ状態になったことによって判定できる。
【０１４８】
上記の判定によって電流の流れが通電から回生に変化したと判定された場合には（ステップＳ１３０でＹＥＳ）、ステップＳ１４０において、デッドタイム付加部８２は、通常のデッドタイムＴＤ１よりも長いデッドタイムＴＤ２の間、Ｘ相のＰＷＭ信号ＶＴｘ，ＶＢｘを共にＬレベルにする。一方、温度検出中でない場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、または、電流の流れが通電から回生に変化していない場合には（ステップＳ１３０でＮＯ）、ステップＳ１２０において、デッドタイム付加部８２は、通常のデッドタイムＴＤ１の間、Ｘ相のＰＷＭ信号ＶＴｘ，ＶＢｘを共にＬレベルにする。
【０１４９】
デッドタイム（ＴＤ１またはＴＤ２）の経過後に、デッドタイム付加部８２は、Ｘ相のＰＷＭ信号ＶＴｘ，ＶＢｘのＨレベルとＬレベルとを切り替える（ステップＳ１５０）。
【０１５０】
［効果］
第２の実施形態の半導体装置によれば、三相モータを制御するインバータ装置を構成する少なくとも１つのＭＩＳＦＥＴの接合温度を従来よりも精度良く検出することができる。さらに、サーミスタ、ダイオードなどの温度検出のためのセンサを設ける必要がないので、システムを構成するパーツを従来よりも削減することができる。
【０１５１】
また、三相モータの通電相を切り替えた後の最初のデッドタイムの期間内に接合温度を測定することによって、三相モータの動作にほとんど影響を与えることなくリアルタイムでＭＩＳＦＥＴの接合温度を検出することができる。
【０１５２】
＜変形例＞
電力変換装置を構成するブリッジ回路の構成は特に限定されない。たとえば、Ｈブリッジ（フルブリッジ）の場合にも上述した接合温度の検出方法を適用することができる。具体的にＨブリッジの場合は、前述した図１１において、電界効果トランジスタＴｒ５，Ｔｒ６と固定子巻線Ｌ３とが存在しないものと考えれば、図１１を参照した前述の動作説明がそのまま成立する。
【０１５３】
また、第１の実施形態のハーフブリッジ回路２０を構成する電界効果トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２および第２の実施形態のインバータ装置２５を構成する電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６はいずれもＮ型であるとしたが、これらのトランジスタはいずれもＰ型であっても構わない。この場合、ゲート制御信号ＶＴ，ＶＢの論理レベルがＮ型の場合と反転するが、温度検出に関する回路はＮ型の場合とほぼ同様に動作する。また、上記の電界効果トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ６は、Ｎ型とＰ型とが混在していてもよい。
【０１５４】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【０１５５】
２０  ハーフブリッジ回路、２１  高電位ノード、２２  接地ノード、２３  インダクタ、２４  低電位ノード、２５  インバータ装置、３６，４６  ボディダイオード、５０Ａ，５０Ｂ，５０Ｃ  半導体装置、５１，５２  ゲート駆動回路、５３  差動増幅器、５４  サンプル・ホールド回路、５５  Ａ／Ｄ変換器、５６  コントローラ、５７，ＳＷａ，ＳＷｂ，ＳＷｃ  スイッチ、６５  演算増幅器、ＢＧ  バックゲート電極、ＣＴＬ１，ＣＴＬ２  制御信号、Ｄ  ドレイン電極、Ｇ，Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５，Ｇ６  ゲート電極、ＧＮＤ  接地電位、ＩＮ１，ＩＮ２  入力ノード、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３  固定子巻線、Ｍ  三相モータ、ＯＴ  出力ノード、Ｓ  ソース電極、Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４，Ｔｒ５，Ｔｒ６  電界効果トランジスタ、Ｕ，Ｖ，Ｗ  接続ノード、ＶＢ，ＶＴ  ゲート制御信号。
【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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