(57)【要約】【課題】温度センサで検出する半導体スイッチ素子の温度データを素子内部で利用したり非接触で外部へ取り出すと共に、そのための動作電力を当該素子の内部で調達できるようにすることにある。【解決手段】ＩＧＢＴ２に内蔵の温度検出器４からの温度データを離れた場所へ非接触で伝達する外部インターフェイス５と、ＩＧＢＴ２へのゲート信号からこれらへ動作電力を供給する電源回路３を備える。または、ＩＧＢＴ２に内蔵の温度検出器４からの温度データ等を記憶してＩＧＢＴ２の停止時にこれを外部へ取り出す記憶回路２６と、ＩＧＢＴ２へのゲート信号からこれらへ動作電力を供給する電源回路３を備える。または、ＩＧＢＴ２に内蔵の温度検出器４からの温度データで当該ＩＧＢＴ２の運転・停止を判断する判断・判定処理回路２４と、ゲート信号を開閉するゲート遮断回路２５と、ＩＧＢＴ２へのゲート信号からこれらへ動作電力を供給する電源回路３を備える。これら電源回路３はパルス幅変調されて入力する前記ゲート信号を全波整流する全波整流器で構成する。【選択図】　　　　図１
2004087871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体スイッチ素子の所望の場所の温度を検出する温度検出器と、
これが検出する温度検出値を、当該半導体スイッチ素子から離れた場所へ非接触で伝達する非接触温度伝達装置と、
当該半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号を電源にして、前記温度検出器と前記非接触温度伝達装置へ動作電力を供給する電源回路と、
を備えることを特徴とする半導体スイッチ素子の温度検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発明において、
前記非接触温度伝達装置は、前記温度検出値を変調する変調回路と、
この変調された信号を増幅する増幅回路と、
この増幅された信号を放射するアンテナと、
を備えることを特徴とする半導体スイッチ素子の温度検出装置。
【請求項３】
半導体スイッチ素子の所望の場所の温度を検出する温度検出器と、
これが検出する温度検出値と関連データとを記憶する記憶回路と、
該記憶回路に記憶されたデータを外部へ取り出すための端末装置と、
当該半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号を電源にして、前記温度検出器と前記記憶回路へ動作電力を供給する電源回路と、
を備えることを特徴とする半導体スイッチ素子の温度検出装置。
【請求項４】
半導体スイッチ素子の所望の場所の温度を検出する温度検出器と、
これが検出する温度検出値から当該半導体スイッチ素子の運転または停止を判断する動作判定処理回路と、
当該半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号をこの動作判定処理回路の出力信号に対応して開閉するゲート信号開閉器と、
当該半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号を電源にして、前記温度検出器と前記動作判定処理回路と前記ゲート信号開閉器へ動作電力を供給する電源回路と、
を備えることを特徴とする半導体スイッチ素子の温度検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４に記載の半導体スイッチ素子の温度検出装置において、
前記電源回路は、パルス幅変調されて入力する前記ゲート信号を全波整流する全波整流器で構成することを特徴とする半導体スイッチ素子の温度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、温度検出装置とこれを動作させる電源回路とを半導体スイッチ素子に設けてその温度を検出する半導体スイッチ素子の温度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体スイッチ素子として、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下ではＩＧＢＴと略記する）があり、電力変換装置などに使用されている。そこでこのＩＧＢＴを組み合わせてインバータを形成し、パルス幅変調制御により電力変換を行う場合を例にして、本発明の内容を以下に記述する。
【０００３】
ＩＧＢＴなどの半導体スイッチ素子は、周知のようにその接合部の温度が所定値を超えると破壊されてその機能を失う。そこでＩＧＢＴが熱的に破壊されるのを防ぐために、当該ＩＧＢＴの通流電流を所定値以下に制限する方法が従来から採用されているが、これは間接的な温度抑制方法であって、正確性に欠ける欠点がある。
【０００４】
温度保護の最も確実な方法は、ＩＧＢＴの温度を直接検出することである。そこでＩＧＢＴに熱電対などの温度センサを埋め込むことで、当該ＩＧＢＴの温度を検出することが、特開平１１−１４８９６１号公報あるいは特開平７−１４９４８号公報などに記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した公報に記載のように、半導体スイッチ素子に温度センサを埋め込めば当該素子の温度を正確に知ることができる効果が得られるが、この温度センサの検出信号を外部へ取り出すためには信号線が必要があって、配線が増える不都合がある。また、大電力の電力変換装置は高電圧で運転することが多いから、温度センサの信号線を絶縁するのに手間がかかる不都合もある。更に、大容量の半導体スイッチ素子では、温度検出が複数箇所必要であるから、信号線の本数が増えてその処理に手間がかかる欠点もある。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、温度センサで検出する半導体スイッチ素子の温度データを素子内部で利用したり非接触で外部へ取り出すと共に、そのための動作電力を当該素子の内部で調達できるようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、この発明の半導体スイッチ素子の温度検出装置は、半導体スイッチ素子に装着した温度検出器で得られる温度検出値を、当該半導体スイッチ素子から離れた場所へ非接触で伝達する非接触温度伝達装置と、この半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号を電源にして、前記温度検出器と前記非接触温度伝達装置へ動作電力を供給する電源回路とを備える。
【０００８】
または、半導体スイッチ素子に装着した温度検出器で得られる温度検出値とこれに関連するデータを記憶する記憶回路と、該記憶回路に記憶されたデータを外部へ取り出すための端末装置と、この半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号を電源にして、前記温度検出器と前記記憶回路へ動作電力を供給する電源回路とを備える。
【０００９】
または、半導体スイッチ素子に装着した温度検出器で得られる温度検出値から当該半導体スイッチ素子の運転または停止を判断する動作判定処理回路と、この半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号をこの動作判定処理回路の出力信号に対応して開閉するゲート信号開閉器と、この半導体スイッチ素子へ入力するゲート信号を電源にして、前記温度検出器と前記動作判定処理回路と前記ゲート信号開閉器へ動作電力を供給する電源回路とを備える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１実施例を表した回路構成図である。この図１において、半導体スイッチ素子としてのＩＧＢＴ２とダイオード２Ｄとの逆並列接続回路の複数組（１組の場合もある）を並列に接続してセラミックのパッケージに封入することでスイッチング回路３０を構成するが、スイッチング回路３０に設けたゲート端子３０Ｇとエミッタ端子３０Ｅへは、ゲート駆動回路１からのゲート駆動信号を与えることでＩＧＢＴ２をオン・オフさせ、電力の変換を行う。なお、符号３０Ｃはコレクタ端子である。
【００１１】
本発明では、スイッチング回路３０の内部に温度測定器１７を設けるのであるが、この温度測定器１７は電源回路３と温度検出器４と外部インターフェイス５で構成されており、電源回路３はスイッチング回路３０へ入力するゲート信号を電力源とし、温度検出器４と外部インターフェイス５が作動するのに必要な電力を供給する。また外部インターフェイス５は温度検出器４で検出した温度データを、スイッチング回路３０から離れた場所の外部装置６へ非接触で伝送する。
【００１２】
図２は図１に図示の外部インターフェイスの構成の例を表した回路図，図３は図１に図示の外部装置の構成の例を表した回路図であって、図２と図３で本発明の第２実施例（非接触温度伝達装置）を表している。
図２に図示の外部インターフェイス５は、変調回路７と高周波発振器８と増幅器９とで構成しており、温度検出器４が検出する温度データは、高周波発振器８からの高周波と共に変調回路７で変調され、更に増幅器９で増幅された電波は、アンテナ１０から放射される。
【００１３】
スイッチング回路３０からは離れた場所にある図３に図示の外部装置６は、受信器１４（増幅器１２と復調回路１３で構成）とメモリ１５Ａと表示部１５Ｂとでなる。スイッチング回路３０に内蔵している外部インターフェイス５が放射する温度データの電波をアンテナ１１と受信器１４で受信し、このデータをメモリ１５Ａで記録すると共に表示部１５Ｂで表示する。
【００１４】
図４は温度測定器を内蔵した半導体スイッチ素子の蓋側部分の外観図であって、多数の素子が１つのパッケージに収納されている場合であって、蓋部分のエミッタ極１８に複数の温度測定器１７が埋め込まれている。
図５は温度測定器を内蔵した半導体スイッチ素子の本体部分の外観図であって、多数のチップがパッケージとしてのセラミックケース２２に収納されている。個々のチップは絶縁環２１に囲まれて、モリブデン１９に挟まれている。
【００１５】
図６は温度測定器を内蔵した半導体スイッチ素子の断面を表した断面図であって、この図６では４個のチップ２０が並んでいる。各チップ２０はその上下をモリブデン１９で挟まれて絶縁環２１に囲まれ、これらが更にエミッタ極１８（上側）とコレクタ極２３（下側）に挟まれており、全体をセラミックケース２２に収納している。エミッタ極１８には適宜の場所に温度測定器１７が埋め込まれている。
【００１６】
図７は本発明の第３実施例を表した回路構成図である。この図７の第３実施例は、前述した図１に図示の外部インターフェイス５の代わりに記憶回路２６を備えるのが異なる点であり、これ以外は図１と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
この第３実施例では、温度検出器４で検出した温度データとそれに関連するデータ（例えば時刻など）を記憶回路２６に記憶させておき、当該スイッチング回路３０が停止しているときに、図示を省略している入出力端子を介してこの記憶回路２６のデータを外部へ読み出す。
【００１７】
図８は本発明の第４実施例を表した回路構成図である。この図８の第４実施例は、前述した図１に図示の外部インターフェイス５の代わりに判断・判定処理回路２４を備えることと、ゲート遮断回路２５を備えることが異なる点であり、これ以外は図１と同じであるから、同じ部分の説明は省略する。
この第４実施例では、温度検出器４で検出した温度データとそれに関連するデータを判断・判定処理回路２４へ導き、当該スイッチング回路３０が危険な温度に到達したとき、あるいは到達しそうになると判断すれば、ゲート遮断回路２５へ信号を送ってゲート信号を遮断するから、当該スイッチング回路３０はその動作を中断し、熱破壊の危険を回避できる。
【００１８】
図９は本発明の第５実施例の動作を表した動作波形図であって、図９▲１▼は電圧指令とキャリア波の変化、図９▲２▼は電圧指令とキャリア波からパルス幅変調して得られるゲート電圧の変化、図９▲３▼はゲート電圧波形を全波整流して得られる整流波形であって、スイッチング回路３０に内蔵している電源回路３を全波整流器で構成することにより、パルス幅変調信号は一定電圧に変換されるから、これを各回路の動作電源に使用することができる。
【００１９】
従来の半導体スイッチ素子は、これに通流する電流からその温度を間接的に推定していたから、正確性に欠けていた。そこで温度センサを半導体スイッチ素子に内蔵させてその温度を直接測定するのであるが、このとき温度センサから得られる温度データを外部へ取り出す電線が必要になる。ところが大容量の半導体スイッチ素子では複数の温度センサが必要で、その電線の処理が厄介であるし、電力変換装置のように高電圧で動作する場合には、温度センサの電線の絶縁が厄介になる不都合がある。ところが本発明では、無線を使用するなどの非接触の方法で温度データを外部へ取り出すから、高い絶縁を施した電線や多数の電線が不要になるから、正確度の高い温度データを電線無しで得ることができる効果がある。更にこのようにして得られた温度データを基にして、当該半導体スイッチ素子を保護することもできる。
【００２０】
更に、このような装置に必要な電源を当該半導体スイッチ素子へ入力するゲート駆動信号の全波整流で得ることができるから、非接触の効果をより一層高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を表した回路構成図
【図２】図１に図示の外部インターフェイスの構成の例を表した回路図
【図３】図１に図示の外部装置の構成の例を表した回路図
【図４】温度測定器を内蔵した半導体スイッチ素子の蓋側部分の外観図
【図５】温度測定器を内蔵した半導体スイッチ素子の本体部分の外観図
【図６】温度測定器を内蔵した半導体スイッチ素子の断面を表した断面図
【図７】本発明の第３実施例を表した回路構成図
【図８】本発明の第４実施例を表した回路構成図
【図９】本発明の第５実施例の動作を表した動作波形図
【符号の説明】
１　　　　ゲート駆動回路
２　　　　半導体スイッチ素子としてのＩＧＢＴ
３　　　　電源回路
４　　　　温度検出器
５　　　　外部インターフェイス
６　　　　外部装置
７　　　　変調回路
９　　　　増幅器
１０，１１　アンテナ
１４　　　　受信器
１７　　　　温度測定器
１８　　　　エミッタ極
１９　　　　モリブデン
２０　　　　チップ
２１　　　　絶縁環
２２　　　　セラミックケース
２３　　　　コレクタ極
２４　　　　判断・判定処理回路
２５　　　　ゲート遮断回路
２６　　　　記憶回路
【図１】
2004087871.tif 000003
【図２】
2004087871.tif 000004
【図３】
2004087871.tif 000005
【図４】
2004087871.tif 000006
【図５】
2004087871.tif 000007
【図６】
2004087871.tif 000008
【図７】
2004087871.tif 000009
【図８】
2004087871.tif 000010
【図９】
2004087871.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成14年9月5日(2002.9.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
従来の半導体スイッチ素子は、これに通流する電流からその温度を間接的に推定していたから、正確性に欠けていた。そこで温度センサを半導体スイッチ素子に内蔵させてその温度を直接測定するのであるが、このとき温度センサから得られる温度データを外部へ取り出す電線が必要になる。ところが大容量の半導体スイッチ素子では複数の温度センサが必要で、その電線の処理が厄介であるし、電力変換装置のように高電圧で動作する場合には、温度センサの電線の絶縁が厄介になる不都合がある。ところが本発明では、無線を使用するなどの非接触の方法で温度データを外部へ取り出すから、高い絶縁を施した電線や多数の電線が不要になるから、正確度の高い温度データを電線無しで得ることができる効果がある。更にこのようにして得られた温度データを基にして、当該半導体スイッチ素子を保護することもできる。