(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オンオフ動作する半導体素子（２）を備える電力変換装置（１）であって、
上記半導体素子は、互いに並列接続した複数のセル（４）によって構成され、該複数のセルのうち一部の上記セルは、上記半導体素子を流れる電流の一部を取り出して測定するためのセンサセル（４ｓ）とされており、
該センサセルのオン抵抗（Ｒx）を測定する抵抗測定部（３１）と、
上記オン抵抗の測定値を用いて上記半導体素子の温度（Ｔ）を算出する温度算出部（３２）と、
互いに抵抗値が異なる、第１抵抗器（５ａ）と第２抵抗器（５ｂ）との２つの抵抗器（５）とを備え、
上記センサセルには、上記第１抵抗器に直列接続した第１センサセル（４ｓa）と、上記第２抵抗器に直列接続した第２センサセル（４ｓb）とがあり、上記抵抗測定部は、上記第１抵抗器による電圧降下（ＶO1）と、上記第２抵抗器による電圧降下（ＶO2）とを測定し、これら２つの電圧降下の測定値を用いて上記オン抵抗を算出するよう構成されている、電力変換装置。
【請求項２】
上記第１センサセルと上記第２センサセルとは、上記半導体素子内において互いに隣り合う位置に形成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記第１抵抗器の温度係数と、上記第２抵抗器の温度係数とは互いに等しい、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
オンオフ動作する半導体素子（２）を備える電力変換装置（１）であって、
上記半導体素子は、互いに並列接続した複数のセル（４）によって構成され、該複数のセルのうち一部の上記セルは、上記半導体素子を流れる電流の一部を取り出して測定するためのセンサセル（４ｓ）とされており、
該センサセルのオン抵抗（Ｒx）を測定する抵抗測定部（３１）と、
上記オン抵抗の測定値を用いて上記半導体素子の温度（Ｔ）を算出する温度算出部（３２）とを備え、
第１抵抗値（ＲA）と第２抵抗値（ＲB）との間で抵抗値を切替可能な可変抵抗器（６）が上記センサセルに直列接続しており、上記抵抗測定部は、上記可変抵抗器の抵抗値を上記第１抵抗値にした状態で、上記可変抵抗器による電圧降下を測定すると共に、上記可変抵抗器の抵抗値を上記第２抵抗値にした状態で、上記可変抵抗器による電圧降下を測定し、これら２つの電圧降下の測定値を用いて上記オン抵抗を算出するよう構成されている、電力変換装置。
【請求項５】
上記半導体素子はＭＯＳＦＥＴである、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子を備える電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子と、該半導体素子のオンオフ動作を制御する制御部とを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。上記半導体素子は、互いに並列接続し同時にオンオフ動作する複数のセルによって構成されている。上記複数のセルのうち一部のセルは、半導体素子全体を流れる電流の一部を取り出して測定するためのセンサセルとされている。
【０００３】
電力変換装置を稼働すると、半導体素子に電流が流れて発熱する。そのため上記電力変換装置は、半導体素子の温度を測定し、温度が高くなりすぎた場合等には、電流を制限するよう構成されている。半導体素子の温度を測定するため、半導体素子には、上記セルの他に感温ダイオードを形成してある。上記制御部は、この感温ダイオードの順方向電圧を測定し、その測定値を用いて、半導体素子の温度を算出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６８２６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記電力変換装置は、半導体素子に感温ダイオードを形成してあるため、上記セルを形成できる面積が低減しやすい。そのため、充分な面積のセルを形成して、充分な量の電流を流せるようにしようとすると、半導体素子が大型化しやすい。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、半導体素子を小型化できる電力変換装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、オンオフ動作する半導体素子（２）を備える電力変換装置（１）であって、
上記半導体素子は、互いに並列接続した複数のセル（４）によって構成され、該複数のセルのうち一部の上記セルは、上記半導体素子を流れる電流の一部を取り出して測定するためのセンサセル（４ｓ）とされており、
該センサセルのオン抵抗（Ｒx）を測定する抵抗測定部（３１）と、
上記オン抵抗の測定値を用いて上記半導体素子の温度（Ｔ）を算出する温度算出部（３２）と、
互いに抵抗値が異なる、第１抵抗器（５ａ）と第２抵抗器（５ｂ）との２つの抵抗器（５）とを備え、
上記センサセルには、上記第１抵抗器に直列接続した第１センサセル（４ｓa）と、上記第２抵抗器に直列接続した第２センサセル（４ｓb）とがあり、上記抵抗測定部は、上記第１抵抗器による電圧降下（ＶO1）と、上記第２抵抗器による電圧降下（ＶO2）とを測定し、これら２つの電圧降下の測定値を用いて上記オン抵抗を算出するよう構成されている、電力変換装置にある。
本発明の他の態様は、オンオフ動作する半導体素子（２）を備える電力変換装置（１）であって、
上記半導体素子は、互いに並列接続した複数のセル（４）によって構成され、該複数のセルのうち一部の上記セルは、上記半導体素子を流れる電流の一部を取り出して測定するためのセンサセル（４ｓ）とされており、
該センサセルのオン抵抗（Ｒx）を測定する抵抗測定部（３１）と、
上記オン抵抗の測定値を用いて上記半導体素子の温度（Ｔ）を算出する温度算出部（３２）とを備え、
第１抵抗値（ＲA）と第２抵抗値（ＲB）との間で抵抗値を切替可能な可変抵抗器（６）が上記センサセルに直列接続しており、上記抵抗測定部は、上記可変抵抗器の抵抗値を上記第１抵抗値にした状態で、上記可変抵抗器による電圧降下を測定すると共に、上記可変抵抗器の抵抗値を上記第２抵抗値にした状態で、上記可変抵抗器による電圧降下を測定し、これら２つの電圧降下の測定値を用いて上記オン抵抗を算出するよう構成されている、電力変換装置にある。
【発明の効果】
【０００８】
上記電力変換装置は、センサセルのオン抵抗を測定する抵抗測定部と、その測定値を用いて半導体素子の温度を算出する温度算出部とを備える。
そのため、半導体素子を小型化することができる。すなわち、センサセルのオン抵抗と、半導体素子の温度との間には一定の関係がある。したがって、オン抵抗を測定すれば、この関係を利用して、半導体素子の温度を算出することができる。そのため、従来のように半導体素子に感温ダイオードを形成する必要がなくなり、半導体素子を小型化することが可能になる。
【０００９】
以上のごとく、本態様によれば、半導体素子を小型化できる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１における、電力変換装置の回路の一部。
【図２】半導体素子がオンしたときの、図１の等価回路図。
【図３】実施形態１における、センサセルの温度とオン抵抗との関係を表したグラフ。
【図４】実施形態１における、半導体素子の概念図。
【図５】実施形態１における、互いに並列接続された複数のセルの回路図。
【図６】実施形態１における、セルに加わる電圧と電流との関係を表したグラフ。
【図７】実施形態１における、半導体モジュールの概念図。
【図８】実施形態１における、電力変換装置の全体回路図。
【図９】実施形態１における、制御部に設けられたマイコンの概念図。
【図１０】実施形態２における、電力変換装置の回路の一部。
【図１１】半導体素子がオンしたときにおける、図１０の等価回路図。
【図１２】実施形態３における、電力変換装置の回路の一部。
【図１３】半導体素子がオンしたときにおける、図１２の等価回路図。
【図１４】実施形態４における、電力変換装置の回路の一部。
【図１５】半導体素子がオンしたときにおける、図１４の等価回路図。
【図１６】実施形態４における、半導体素子とスイッチとのタイミング図。
【図１７】実施形態５における、電力変換装置の回路の一部。
【図１８】半導体素子がオンしたときにおける、図１７の等価回路図。
【図１９】実施形態６における、電力変換装置の回路の一部。
【図２０】半導体素子がオンしたときにおける、図１９の等価回路図。
【図２１】実施形態７における、半導体モジュールの平面図であって、図２２のXXI矢視図。
【図２２】図２１のXXII-XXII断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置とすることができる。
【００１２】
（実施形態１）
上記電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図９を参照して説明する。図８に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、オンオフ動作する半導体素子２を備える。
図４に示すごとく、半導体素子２は、互いに並列接続した複数のセル４によって構成されている。複数のセル４のうち一部のセル４は、半導体素子２を流れる電流の一部を取り出して測定するためのセンサセル４ｓとされている。
【００１３】
図１に示すごとく、電力変換装置１は、抵抗測定部３１と、温度算出部３２とを備える。抵抗測定部３１は、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxを測定する。温度算出部３２は、オン抵抗Ｒxの測定値を用いて、半導体素子２の温度を算出するよう構成されている。
【００１４】
本形態の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。図８に示すごとく、本形態の電力変換装置は、複数の半導体素子２を備える。これら複数の半導体素子２を用いて、インバータ回路１００を構成してある。個々の半導体素子２は、半導体モジュール２０（図７参照）内に封止されている。本形態の半導体素子２は、ＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。個々の半導体素子２は制御部３に電気接続している。電力変換装置１は、制御部３によって半導体素子２をオンオフ動作させ、これにより、直流電源８１から供給される直流電力を交流電力に変換するよう構成されている。これによって、三相交流モータ８２を駆動させ、上記車両を走行させている。
【００１５】
また、上述したように、半導体素子２は複数のセル４によって構成されている（図４、図５参照）。これら複数のセル４のうち一部のセル４を、上記センサセル４ｓとしてある。センサセル４ｓには、後述する第１抵抗器５ａに接続した第１センサセル４ｓaと、第２抵抗器５ｂに接続した第２センサセル４ｓbとがある。
【００１６】
図２に示すごとく、半導体素子２がオンした状態では、個々のセル４は抵抗とみなすことができる。個々のセル４に電流が流れると、セル４が発熱し、半導体素子２の温度が上昇する。
【００１７】
図３に示すごとく、オン抵抗Ｒxと温度Ｔとの間には、一定の関係がある。上記温度算出部３２は、この関係を記憶しており、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxの測定値を用いて、半導体素子２の温度を算出する。
【００１８】
図２に示すごとく、上記抵抗測定部３１と温度算出部３２とは、制御部３に形成されている。制御部３は、温度算出部３２によって算出した半導体素子２の温度が、予め定められた上限値を超えた場合には、例えば半導体素子２のデューティー比を低下させる等して、半導体素子２に流れる電流を制限するよう構成されている。
【００１９】
制御部３には、第１抵抗器５ａと第２抵抗器５ｂとの２つの抵抗器５が設けられている。これら２つの抵抗器５ａ，５ｂは、互いに抵抗値が異なる。第１抵抗器５ａは第１センサセル４ｓaに直列接続され、第１分圧回路７ａを構成している。また、第２抵抗器５ｂは第２センサセル４ｓbに直列接続され、第２分圧回路７ｂを構成している。第１抵抗器５ａの温度係数と、第２抵抗器５ｂの温度係数とは、互いに等しい。
【００２０】
抵抗測定部３１は、第１分圧回路７ａの分圧、すなわち第１抵抗器５ａによる電圧降下ＶO1を測定する。また、第２分圧回路７ｂの分圧、すなわち第２抵抗器５ｂによる電圧降下ＶO2を測定する。そして、これら測定した２つの電圧降下ＶO1,ＶO2の測定値を用いて、オン抵抗Ｒxを算出している。
【００２１】
オン抵抗Ｒxの具体的な算出方法について説明する。第１センサセル４ｓaの素子数をＮ1（本形態では２個）、第２センサセル４ｓbの素子数をＮ2（本形態では２個）とする。また、１個のセンサセル４ｓのオン抵抗をＲxとする。このようにすると、並列接続された複数の第１センサセル４ｓa全体の抵抗値はＲx／Ｎ1となり、並列接続された複数の第２センサセル４ｓｂ全体の抵抗値はＲx／Ｎ2となる。また、半導体素子２に加わる電圧をＶds、第１抵抗器５ａの抵抗値をＲ1とする。電圧降下ＶO1は、第１抵抗器５ａによる分圧なので、
ＶO1＝Ｒ1／（Ｒx／Ｎ1＋Ｒ1）Ｖds          ・・・（１）
と表すことができる。同様に、第２抵抗器５ｂの抵抗値をＲ2とすると、第２抵抗器５ｂによる電圧降下ＶO2は、
ＶO2＝Ｒ2／（Ｒx／Ｎ2＋Ｒ2）Ｖds          ・・・（２）
と表すことができる。
【００２２】
上記数式（１）（２）から、
Ｖds＝（Ｒx／Ｎ1＋Ｒ1）ＶO1／Ｒ1          ・・・（１）’
Ｖds＝（Ｒx／Ｎ2＋Ｒ2）ＶO2／Ｒ2          ・・・（２）’
これらの式の右辺は互いに等しいので、
（Ｒx／Ｎ1＋Ｒ1）ＶO1／Ｒ1＝（Ｒx／Ｎ2＋Ｒ2）ＶO2／Ｒ2
となる。この式を解くと、
Ｒx＝（ＶO2-ＶO1）｛Ｒ1Ｒ2Ｎ1Ｎ2/(Ｒ2Ｎ2ＶO1-Ｒ1Ｎ1ＶO2）｝  ・・・（３）
を導くことができる。この式を用いて、オン抵抗Ｒxを算出することができる。
【００２３】
一方、図２に示すごとく、本形態では、マイコン３０を用いて抵抗測定部３１及び温度算出部３２を構成している。マイコン３０は、図９に示すごとく、ＣＰＵ３３と、ＲＯＭ３４と、ＲＡＭ３５と、Ａ／Ｄコンバータ３６とを備える。Ａ／Ｄコンバータ３６は、電圧降下ＶO1，ＶO2を測定するために設けられている。ＲＯＭ３４は、プログラム３４ｐを記憶している。ＣＰＵ３３がプログラム３４ｐを読み出して実行することにより、本形態の抵抗測定部３１及び温度算出部３２が実現される。
【００２４】
次に、図７を用いて、上記半導体モジュール２０の構造について説明する。本形態の半導体モジュール２０は、半導体素子２を内蔵する本体部２２と、該本体部２２から突出したパワー端子２１と、制御部３に接続する制御端子２３とを備える。パワー端子２１には、半導体素子２のソース電極に接続したソース端子２１ｓと、ドレイン電極に接続したドレイン端子２１ｄとがある。ドレイン端子２１ｄは、全てのセル４のドレイン電極に電気接続している。ソース端子２１ｓは、センサセル４ｓ以外のセル４のソース電極に接続している。
【００２５】
また、制御端子２３の一部は、センサセル４ｓに接続したセンサ用端子２３ｓとなっている。センサ用端子２３ｓは、センサセル４ｓのソース電極に接続している。このセンサ用端子２３ｓを介して、センサセル４ｓと抵抗器５ａ，５ｂとを接続してある。
【００２６】
次に、本形態の作用効果について説明する。図１、図２に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxを測定する抵抗測定部３１と、その測定値を用いて半導体素子２の温度を算出する温度算出部３２とを備える。
そのため、半導体素子２を小型化することができる。すなわち、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxと、半導体素子２の温度Ｔとの間には一定の関係（図３参照）がある。したがって、オン抵抗Ｒxを測定すれば、この関係を利用して、半導体素子２の温度を算出することができる。そのため、従来のように半導体素子２に感温ダイオードを形成する必要がなくなり、半導体素子２を小型化することが可能になる。
また、本形態では、半導体素子２に感温ダイオードを形成するための工程を行わなくてすむため、半導体素子２の製造工程数を低減でき、歩留まりを高めることが可能になる。そのため、半導体素子２の製造コストを低減することができる。
【００２７】
また、半導体素子２内には温度分布があるが、本形態ではセンサセル４ｓを用いて温度Ｔを求めているため、半導体素子２内の平均的な温度ではなく、半導体素子２内における、センサセル４ｓが形成された部位の温度Ｔを測定することができる。
【００２８】
また、本形態の電力変換装置１は、図２に示すごとく、互いに抵抗値が異なる、第１抵抗器５ａと第２抵抗器５ｂとの２つの抵抗器５を備える。抵抗測定部３１は、第１抵抗器５ａによる電圧降下ＶO1と、第２抵抗器５ｂによる電圧降下ＶO2とを測定する。そして、これら２つの電圧降下ＶO1，ＶO2の測定値を用いて、オン抵抗Ｒxを算出するよう構成されている。
センサセル４ｓに加わる電圧と、センサセル４ｓを流れる電流と、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxとは、オームの法則を満たす。そのため、センサセル４ｓに加わる電圧と電流とを求めることができれば、オン抵抗Ｒxを算出することができる。つまり、オン抵抗Ｒxを算出する際に必要となる未知数は２つである。本形態では、上記２つの電圧降下ＶO1，ＶO2を測定しているため、回路方程式を２つ立てることができる。そのため、未知数が２つあっても、オン抵抗Ｒxを算出することができる。
【００２９】
また、本形態では、第１センサセル４ｓaと第２センサセル４ｓbとを、半導体素子２内において互いに隣り合う位置に形成してある。
半導体素子２内には温度分布があるが、２種類のセンサセル４ｓa，４ｓbを互いに隣り合う位置に形成することにより、これらのセンサセル４ｓa，４ｓbの温度を、互いに殆ど等しくすることができる。そのため、センサセル４ｓa，４ｓbの温度を正確に測定することが可能になる。
【００３０】
また、本形態では、第１抵抗器５ａの温度係数と、第２抵抗器５ｂの温度係数とを、互いに等しくしてある。
そのため、抵抗器５ａ，５ｂの周囲に設けられた他の電子部品や、半導体素子２等から伝わる熱によって、抵抗器５ａ，５ｂの温度が変化した場合でも、これらの抵抗器５ａ，５ｂの、温度による抵抗値の変化の影響を小さくすることができる。
【００３１】
また、本形態では、半導体素子２としてＭＯＳＦＥＴを用いている。ＭＯＳＦＥＴは、図６に示すごとく、半導体素子２に加わる電圧Ｖdsと、電流Ｉとが略比例関係になる特性がある。つまり、電圧Ｖdsが変化しても、オン抵抗Ｒxは略一定である。そのため、オン抵抗Ｒxを測定しやすい。
【００３２】
以上のごとく、本形態によれば、半導体素子を小型化できる電力変換装置を提供することができる。
【００３３】
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
【００３４】
（実施形態２）
本形態は、第１抵抗器５ａの抵抗値Ｒ1を変更すると共に、オン抵抗Ｒxを算出するための数式を変更した例である。図１０、図１１に示すごとく、本形態では、第１抵抗器５ａの抵抗値Ｒ1を、オン抵抗Ｒxよりも充分大きくしてある。このようにすると、第１抵抗器５ａによる電圧降下ＶO1は、半導体素子２に加わる電圧Ｖdsと殆ど等しくなる。
ＶO1≒Ｖds          ・・・（４）
【００３５】
第２抵抗器５ｂの電圧降下ＶO2は、実施形態１と同様に、
ＶO2＝Ｒ2／（Ｒx／Ｎ2＋Ｒ2）Ｖds          ・・・（２）
と表すことができる。上記数式（２）、（４）から、
ＶO2＝Ｒ2／（Ｒx／Ｎ2＋Ｒ2）ＶO1
となる。この数式を変形することにより、下記数式を得ることができる。
Ｒx＝Ｎ2Ｒ2（ＶO1-ＶO2）／ＶO2      ・・・（５）
この数式を用いてオン抵抗Ｒxを算出し、半導体素子２の温度Ｔを求めることができる。
【００３６】
本形態の作用効果について説明する。本形態では、上記数式（５）を用いてオン抵抗Ｒxを算出することができる。この数式（５）は、実施形態１の数式（３）よりも簡素である。そのため、オン抵抗Ｒxをより短時間で算出することができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００３７】
（実施形態３）
本形態は、電力変換装置１の回路構成を変更した例である。図１２、図１３に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、第１抵抗器５ａと第２抵抗器５ｂとの２つの抵抗器５と、オペアンプ１０とを備える。また、図１３に示すごとく、２つの抵抗器５ａ，５ｂは、それぞれセンサセル４ｓに直列に接続している。第１抵抗器５ａとオペアンプ１０とによって電流測定回路７０が構成されている。第１抵抗器５ａは、オペアンプ１０の反転入力端子１１と出力端子１３との間に接続している。オペアンプ１０の非反転入力端子１２は接地されている。
【００３８】
本形態における、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxの算出方法について説明する。センサセル４ｓ以外のセル４の数をＮ、第１センサセル４ｓaの数をＮ1（本形態では２個）、半導体素子２のドレイン-ソース間を流れる電流（センサセル４ｓは除く）をＩd、第１センサセル４ｓa及び抵抗器５ａを流れる電流をＩOとすると、
ＩO＝ＩdＮ1／Ｎ
となる。また、反転入力端子１１の電位は、オペアンプ１０の特性であるバーチャルショートにより、０Ｖに保持される。そのため、抵抗測定部３１によって測定されるオペアンプ１０の出力は、第１抵抗器５ａによる電圧降下ＶO1となる。
−ＶO1＝ＩOＲ1＝Ｉd（Ｎ1／Ｎ）Ｒ1
これから、半導体素子２の電流Ｉdは、
Ｉd＝−ＶO1Ｎ／（Ｒ1Ｎ1）      ・・・（６）
となる。
【００３９】
一方、半導体素子２全体の抵抗値は、Ｒx／Ｎとなる。そのため、半導体素子２に加わる電圧Ｖdsは、
Ｖds＝Ｒx／ＮＩd
として表すことができる。
また、第２センサセル４ｓbのセル数をＮ2（本形態では２個）とする。第２抵抗器５ｂによる電圧降下ＶO2は、Ｖdsを第２抵抗器５ｂによって分圧した値なので、
ＶO2＝ＶdsＲ2／（Ｒx／Ｎ2＋Ｒ2）
＝Ｒx／ＮＩdＲ2／（ＲX／Ｎ2＋Ｒ2）
として、電圧降下ＶO2を表すことができる。
【００４０】
したがって、Ｒxは、
Ｒx＝ＮＲ2ＶO2/｛Ｒ2Ｉd―（Ｎ／Ｎ2）ＶO2｝
と表すことができる。この数式に上記数式（６）を代入すると、
Ｒx＝-ＶO2Ｒ1Ｒ2Ｎ1Ｎ2／（ＶO1Ｒ2Ｎ2＋ＶO2Ｒ1Ｎ1）
となる。この数式を用いてＲxを算出し、半導体素子２の温度Ｔを求めることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４１】
（実施形態４）
本形態は、電力変換装置１の回路構成を変更した例である。本形態では図１４、図１５に示すごとく、センサセル４ｓに可変抵抗器６を直列接続してある。可変抵抗器６は、第１抵抗器５ａと第２抵抗器５ｂとの２個の抵抗器５を備える。これら２個の抵抗器５は、互いに直列に接続されている。第２抵抗器５ｂには、スイッチ６０が並列接続している。
【００４２】
可変抵抗器６は、第１抵抗値ＲAと第２抵抗値ＲBとの間で抵抗値を切替可能に構成されている。第１抵抗値ＲAは、スイッチ６０をオンしたときにおける抵抗値であり、第２抵抗値ＲBは、スイッチ６０をオフしたときにおける抵抗値である。図１６に示すごとく、本形態では、半導体素子２をオンしているときにスイッチ６０を少なくとも１回、オンオフ動作させる。
【００４３】
図１５に示すごとく、２個の抵抗器５ａ，５ｂは直列に接続しているため、スイッチ６０をオンしたときの抵抗値、すなわち第１抵抗値ＲAは、Ｒ1となる。また、スイッチをオフしたときの抵抗値、すなわち第２抵抗値ＲBは、Ｒ1＋Ｒ2となる。
【００４４】
次に、本形態における、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxの算出方法について説明する。本形態では、まず、半導体素子２をオンしているときに、スイッチ６０をオンし、可変抵抗器６の抵抗値を第１抵抗値ＲAにする。そして、この状態で、可変抵抗器６による電圧降下ＶO1を測定する。ここで、センサセル４ｓの素子数をＮ1（本形態では２個）、半導体素子２に加わる電圧をＶdsとすると、電圧降下ＶO1は、可変抵抗器６による分圧なので、
ＶO1＝ＲA／（Ｒx／Ｎ1＋ＲA）Ｖds
＝Ｒ1／（ＲX／Ｎ1＋Ｒ1）Ｖds      ・・・（７）
として表すことができる。
【００４５】
その後、スイッチ６０をオフし、可変抵抗器６の抵抗値を第２抵抗値ＲBにする。そして、この状態で、可変抵抗器６による電圧降下ＶO2を測定する。
ＶO2＝ＲB／（Ｒx／Ｎ1＋ＲB）Ｖds
＝（Ｒ1＋Ｒ2）／（Ｒx／Ｎ1＋Ｒ1＋Ｒ2）Ｖds      ・・・（８）
【００４６】
上記数式（７）、（８）から、オン抵抗Ｒxは、
Ｒx＝Ｒ1（Ｒ1＋Ｒ2）（ＶO2−ＶO1）Ｎ1／｛ＶO1（Ｒ1＋Ｒ2）−ＶO2Ｒ1｝
として表すことができる。このオン抵抗Ｒxを用いて、半導体素子２の温度Ｔを求めることができる。
【００４７】
本形態の作用効果について説明する。実施形態１〜３のように、２個の抵抗器５ａ，５ｂを設け、各抵抗器５ａ，５ｂを別々のセンサセル４ｓa，４ｓbに接続する場合は、半導体モジュール２０に、これらを接続するためのセンサ用端子２３ｓを２本形成する必要がある。これに対して、本形態のようにセンサセル４ｓを可変抵抗器６に接続すれば、センサ用端子２３ｓの数を一本にすることが可能になる。そのため、半導体モジュール２０の製造コストを低減できる。
【００４８】
また、実施形態１〜３では、少なくとも２個のセンサセル４ｓが必要になるが、本形態では、センサセル４ｓの数を１個にすることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００４９】
（実施形態５）
本形態は、可変抵抗器６の構成を変更した例である。図１７、図１８に示すごとく、本形態では実施形態４と同様に、センサセル４ｓに可変抵抗器６を直列に接続してある。
【００５０】
可変抵抗器６は、第１抵抗器５ａと第２抵抗器５ｂとの２個の抵抗器５を備える。これら２個の抵抗器５ａ，５ｂは、互いに並列に接続している。第２抵抗器５ｂに、スイッチ６０が直列接続している。可変抵抗器６は、抵抗値を、第１抵抗値ＲAと第２抵抗値ＲBとの間で切り替え可能に構成されている。第１抵抗値ＲAは、スイッチ６０をオンしたときにおける抵抗値であり、第２抵抗値ＲBは、スイッチ６０をオフしたときにおける抵抗値である。
【００５１】
図１８に示すごとく、第１抵抗器５ａと第２抵抗器５ｂとは並列に接続しているため、スイッチ６０をオンしたときの抵抗値、すなわち第１抵抗値ＲAは、
ＲA＝Ｒ1Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）
となる。また、スイッチ６０をオフしたときの抵抗値、すなわち第２抵抗値ＲBは、
ＲB＝Ｒ1
となる。
【００５２】
次に、本形態における、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxの測定方法について説明する。本形態では、半導体素子２をオンしているときに、スイッチ６０をオンオフ動作させ、可変抵抗器６の抵抗値を切り替える。そして、可変抵抗器６による電圧降下ＶO1，ＶO2を測定する。
【００５３】
センサセル４ｓのセル数をＮ1とする。電圧降下ＶOは、可変抵抗器６による分圧である。そのため、スイッチ６０をオンしたときにおける、可変抵抗器６の電圧降下ＶO1は、
ＶO1＝ＲA｛ＲX／Ｎ1＋ＲA｝Ｖds
＝Ｒ1Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）／｛ＲX／Ｎ1＋Ｒ1Ｒ2／（Ｒ1＋Ｒ2）｝Ｖds
と表すことができる。同様に、スイッチ６０をオフしたときにおける、可変抵抗器６の電圧降下ＶO2は、
ＶO2＝Ｒ1／（Ｒx／Ｎ1＋Ｒ1）Ｖds
として表すことができる。これらの式から、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxは、
Ｒx＝Ｒ1Ｒ2（ＶO1−ＶO2）Ｎ1／｛Ｒ2ＶO2−（Ｒ1＋Ｒ2）ＶO1｝
となる。この式を用いてオン抵抗Ｒxを算出し、半導体素子２の温度を測定することができる。
その他、実施形態４と同様の構成および作用効果を備える。
【００５４】
（実施形態６）
本形態は、電力変換装置１の回路構成を変更した例である。本形態では図１９、図２０に示すごとく、実施形態４と同様に、センサセル４ｓに可変抵抗器６を直列に接続してある。
【００５５】
可変抵抗器６は、抵抗器５とスイッチ６０とを備える。抵抗器５とスイッチ６０とは直列に接続されている。可変抵抗器６は、抵抗値を第１抵抗値ＲAと第２抵抗値ＲBとの間で切替可能に構成されている。第１抵抗値ＲAは、スイッチ６０をオンしたときにおける抵抗値であり、第２抵抗値ＲBは、スイッチ６０をオフしたときにおける抵抗値である。
【００５６】
スイッチ６０をオンしたときの抵抗値、すなわち第１抵抗値ＲAは、
ＲA＝Ｒ1
となる。また、スイッチ６０をオフしたときの抵抗値、すなわち第２抵抗値ＲBは、
ＲB＝∞
となる。
【００５７】
次に、本形態における、センサセル４ｓのオン抵抗Ｒxの算出方法について説明する。本形態では、半導体素子２をオンしているときにスイッチ６０をオンオフし、可変抵抗器６の抵抗値を切り替えて、可変抵抗器６による電圧降下ＶO1、ＶO2を測定する。ここで、センサセル４ｓの素子数をＮ1（本形態では２個）とする。電圧降下ＶOは、可変抵抗器６の分圧であるため、スイッチ６０をオンしたときの電圧降下ＶO1は、
ＶO1＝ＲA／（Ｒx／Ｎ1＋ＲA）Ｖds
＝Ｒ1／（Ｒx／Ｎ1＋Ｒ1）Ｖds
となる。同様に、スイッチ６０をオフしたときの電圧降下ＶO2は、
ＶO2＝Ｖds
となる。これらの式から、オン抵抗Ｒxは、
Ｒx＝Ｎ1Ｒ1（ＶO2／ＶO1）
として表すことができる。この式を用いてオン抵抗Ｒxを算出し、半導体素子２の温度Ｔを求めることができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【００５８】
（実施形態７）
本形態は、半導体素子２の構成を変更した例である。図２１、図２２に示すごとく、本形態の半導体素子２は、実施形態１と同様に、半導体モジュール２０に内蔵されている。半導体モジュール２０は、半導体素子２を内蔵する本体部２２と、該本体部２２から突出するパワー端子２１とを備える。パワー端子２１には、半導体素子２のドレイン電極Ｄに電気接続したドレイン端子２１ｄと、ソース電極Ｓに電気接続したソース端子２１ｓとがある。
【００５９】
半導体素子２は、互いに並列に接続した複数のセル４によって構成されている。これら複数のセル４の一部を、センサセル４ｓとしてある。センサセル４ｓには、上記第１抵抗器５ａに接続される第１センサセル４ｓaと、上記第２抵抗器５ｂに接続される第２センサセル４ｓbとがある。
【００６０】
図２１に示すごとく、本形態では、第１センサセル４ｓaと第２センサセル４ｓbとによってセンサセル群４０を構成してある。また、本形態では、第１センサセル群４０ａと第２センサセル群４０ｂとの、２個のセンサセル群４０を形成してある。１つのセンサセル群４０を構成する２種類のセンサセル４ｓa，４ｓbは、互いに隣り合っている。これら２種類のセンサセル４ｓa，４ｓbを用いて、半導体素子２内における、上記センサセル４ｓa，４ｓbを設けた部位の温度Ｔを測定するよう構成されている。
【００６１】
２つのパワー端子２１ｄ，２１ｓのいずれに対しても、第１センサセル群４０ａは相対的に近い位置に形成され、第２センサセル群４０ｂは相対的に遠い位置に形成されている。また、第１センサセル群４０ａは、半導体素子２の周縁部に形成され、第２センサセル群４０ｂは、半導体素子２の中央に形成されている。
【００６２】
図２２に示すごとく、ドレイン端子２１ｄは、ドレイン側放熱板２１１に接続している。ドレイン側放熱板２１１は、セル４のドレイン電極Ｄに接続している。センサセル４ｓのソース電極Ｓは、センサ用端子２３ｓに接続している。センサセル４ｓ以外のセル４のソース電極Ｓは、上記ソース端子２１ｓに電気接続している。
【００６３】
本発明の作用効果について説明する。電力変換装置１の使用条件によっては、パワー端子２１近傍のセル４が発熱しやすくなったり、半導体素子２の中央に設けられたセル４が発熱しやすくなったりする。そのため、上記２種類のセンサセル群４０ａ，４０ｂを形成することにより、より高温になりやすいセンサセル４ｓの温度を測定することが可能になる。
【００６４】
すなわち、電力変換装置１を使用すると、半導体素子２の中心部に熱がこもりやすく、温度が上がりやすい。温度が上昇した中心部のセル４はオン抵抗が高くなるため、電流は温度の低い周囲のセル４に流れやすくなる。さらに、パワー端子２１からの距離が短い方が、放熱板等の電気抵抗が小さいため、より電流が流れやすくなる。また、電流の高周波成分は、複数のセル４のうち、パワー端子２１との間に寄生するインダクタンスが小さいセル４に流れやすい。そのため、動作条件によってはパワー端子２１近傍のセル４に電流が流れやすくなり、このセル４が発熱しやすくなる。
【００６５】
また、高周波成分が少ない場合は、電流は、第１センサセル群４０ａと第２センサセル群４０ｂとを均等に流れる。しかし、第２センサセル群４０ｂは半導体素子２の中央に形成されているため、第２センサセル群４０ｂの方が、第１センサセル群４０ａよりも熱がこもりやすくなる。
【００６６】
このように、電力変換装置１の使用条件によっては、パワー端子２１近傍のセル４が発熱しやすくなったり、半導体素子２の中央に形成されたセル４が発熱しやすくなったりする。したがって、上記２種類のセンサセル群４０ａ，４０ｂを形成することにより、より高温になりやすいセンサセル４ｓの温度を測定することが可能になる。そのため、半導体素子２を高温から保護しやすくなる。
【００６７】
なお、本形態では第１センサセル群４０ａを、ソース端子２１ｓよりもドレイン端子２１ｄに近い位置に形成したが、ソース端子２１ｓに近い位置に形成してもよい。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
【符号の説明】
【００６８】
１  電力変換装置
２  半導体素子
３  制御部
３１  抵抗測定部
３２  算出部
４  セル
４ｓ  センサセル
Ｒx  （センサセルの）オン抵抗
Ｔ  （センサセルの）温度
【図１】
0006544260.tif 000002
【図２】
0006544260.tif 000003
【図３】
0006544260.tif 000004
【図４】
0006544260.tif 000005
【図５】
0006544260.tif 000006
【図６】
0006544260.tif 000007
【図７】
0006544260.tif 000008
【図８】
0006544260.tif 000009
【図９】
0006544260.tif 000010
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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