(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被保護回路を流れる電流を電圧として検出する第１抵抗と、
基準電圧を発生する基準電圧生成回路と、
前記電圧を前記基準電圧と比較し、前記電圧が基準電圧を超えない場合は出力がハイインピーダンスになり、前記電圧が基準電圧を超えた場合は出力が所定電圧になる過電流検出回路と、
抵抗値が温度に応じて変化する温度検出素子と、前記温度検出素子に直列接続される第２抵抗と、制御電極が前記過電流検出回路の出力と前記温度検出素子及び前記第２抵抗の接続点とに共通に接続され、前記過電流検出回路の出力がハイインピーダンスになる場合は前記過電流検出回路の出力に関わらず前記接続点の電圧に応じて動作し、前記過電流検出回路の出力が前記所定電圧になる場合は前記接続点の電圧に関わらず前記所定電圧に応じて動作するトランジスタと、を含む過温度検出回路と、
前記トランジスタの出力に応じて、前記被保護回路を保護するべく制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とする保護回路。
【請求項２】
前記過電流検出回路は、
前記電圧を前記基準電圧と比較し、前記電圧が基準電圧を超えない場合は出力がハイインピーダンスになり、前記電圧が基準電圧を超えた場合は出力が所定電圧になるコンパレータ、を含むことを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【請求項３】
前記第１抵抗は、シャント抵抗である、
ことを特徴とする請求項１に記載の保護回路。
【請求項４】
表面に導電パターンを有する基板と、
前記導電パターンに電気的に接続され前記基板上に配置される集積回路と、を備え、
前記集積回路は、
被保護回路と、
前記被保護回路を流れる電流を電圧として検出する第１抵抗と、
基準電圧を発生する基準電圧生成回路と、
前記電圧を前記基準電圧と比較し、前記電圧が基準電圧を超えない場合は出力がハイインピーダンスになり、前記電圧が基準電圧を超えた場合は出力が所定電圧になる過電流検出回路と、
抵抗値が温度に応じて変化する温度検出素子と、前記温度検出素子に直列接続される第２抵抗と、制御電極が前記過電流検出回路の出力と前記温度検出素子及び前記第２抵抗の接続点とに共通に接続され、前記過電流検出回路の出力がハイインピーダンスになる場合は前記過電流検出回路の出力に関わらず前記接続点の電圧に応じて動作し、前記過電流検出回路の出力が前記所定電圧になる場合は前記接続点の電圧に関わらず前記所定電圧に応じて動作するトランジスタと、を含む過温度検出回路と、
前記トランジスタの出力に応じて、前記被保護回路を保護するべく制御する制御回路と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
表面に第１導電パターンを有する第１基板と、
表面に第２導電パターンを有する第２基板と、
前記第１導電パターンに電気的に接続され前記第１基板上に配置される第１集積回路と、
前記第２導電パターンに電気的に接続され前記第２基板上に配置される、前記第１集積回路の動作を制御する第２集積回路と、
前記第１基板及び前記第２基板を略平行に並列保持するケースと、を備え、
前記第１集積回路は、
被保護回路と、
前記被保護回路を流れる電流を電圧として検出する第１抵抗と、
基準電圧を発生する基準電圧生成回路と、
前記電圧を前記基準電圧と比較し、前記電圧が基準電圧を超えない場合は出力がハイインピーダンスになり、前記電圧が基準電圧を超えた場合は出力が所定電圧になる過電流検出回路と、
抵抗値が温度に応じて変化する温度検出素子と、前記温度検出素子に直列接続される第２抵抗と、制御電極が前記過電流検出回路の出力と前記温度検出素子及び前記第２抵抗の接続点とに共通に接続され、前記過電流検出回路の出力がハイインピーダンスになる場合は前記過電流検出回路の出力に関わらず前記接続点の電圧に応じて動作し、前記過電流検出回路の出力が前記所定電圧になる場合は前記接続点の電圧に関わらず前記所定電圧に応じて動作するトランジスタと、を含む過温度検出回路と、
前記トランジスタの出力に応じて、前記被保護回路を保護するべく制御する制御回路と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
表面に導電パターンを有する基板と、
前記導電パターンに電気的に接続され前記基板上に配置される集積回路と、
前記基板を保持するケースと、
前記ケースが内部に配置される筐体と、を備え、
前記集積回路は、
被保護回路と、
前記被保護回路を流れる電流を電圧として検出する第１抵抗と、
基準電圧を発生する基準電圧生成回路と、
前記電圧を前記基準電圧と比較し、前記電圧が基準電圧を超えない場合は出力がハイインピーダンスになり、前記電圧が基準電圧を超えた場合は出力が所定電圧になる過電流検出回路と、
抵抗値が温度に応じて変化する温度検出素子と、前記温度検出素子に直列接続される第２抵抗と、制御電極が前記過電流検出回路の出力と前記温度検出素子及び前記第２抵抗の接続点とに共通に接続され、前記過電流検出回路の出力がハイインピーダンスになる場合は前記過電流検出回路の出力に関わらず前記接続点の電圧に応じて動作し、前記過電流検出回路の出力が前記所定電圧になる場合は前記接続点の電圧に関わらず前記所定電圧に応じて動作するトランジスタと、を含む過温度検出回路と、
前記トランジスタの出力に応じて、前記被保護回路を保護するべく制御する制御回路と、
を含むことを特徴とする電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護回路、半導体装置、電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスは、動作することで内部損失により発熱を引き起こし、その結果として、駆動能力の低下や各種特性の悪化、最悪の場合には破壊に至るケースも発生する。このように、発熱は、半導体デバイスの性能、安全性、信頼性の低下を招く要因である為、熱を外部に放出させて、許容動作温度の範囲内で半導体デバイスを動作させる必要がある。そこで、絶縁金属基板技術と呼ばれる実装技術が提案されている（例えば、以下に示す特許文献１を参照）。
【０００３】
絶縁金属基板技術は、表面を絶縁樹脂等で被覆した熱伝導率の高い金属基板（例えば、アルミ板）上に半導体デバイス等の回路部品を実装することで、回路部品の発する熱を金属基板を介して放熱させるという実装技術のことである。尚、金属基板の表面上には導電パターンが形成されており、所望の機能を実現する上で必要となる回路部品が上記の導電パターンに則して電気的に接続される。即ち、絶縁金属基板技術によって、金属基板上に回路部品を高密度に実装して所望の機能を実現した回路モジュール（半導体装置）を実現できる。
【０００４】
絶縁金属基板技術は、上記のとおり高放熱性と高密度実装等の特徴があり、金属基板上に高密度に回路部品を実装したことにより集中した熱を、金属基板を介して効率良く放熱することができる。このため、絶縁金属基板技術は、例えば、空気調和機（エアコン）、洗濯機、冷蔵庫等で用いられるインバータ回路のように、大電流・大電力を扱うパワーエレクトロニクス機器向けの実装技術として好適である。
【特許文献１】特開２００３−３１９５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、インバータ回路では、３相モータのインバータ負荷を駆動するためのスイッチング素子として、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のパワー半導体デバイスが一般的に用いられる。パワー半導体デバイスは、バイポーラトランジスタ等といった通常の半導体デバイスに比して、高耐圧化、大電流化、高速スイッチング化といった優れた特徴がある一方で許容短絡時間が短いという欠点がある。
【０００６】
このため、３相モータのロック等といった異常が発生した場合、パワー半導体デバイスは極めて短時間で破壊に至る恐れがある。そこで、パワー半導体デバイスを流れる電流が所定電流を超える過電流となる場合には、インバータ回路の動作を停止させる過電流保護機能を適切に設ける必要がある。
【０００７】
また、インバータ回路の温度が所定温度を超えて過熱されたとき、パワー半導体デバイス等のインバータ回路を構成する回路部品が破壊される恐れがある。このため、インバータ回路の温度が所定温度を超える過温度となる場合に、インバータ回路の動作を停止させる過温度保護機能を適切に設ける必要がある。
【０００８】
尚、絶縁金属基板技術を用いた回路モジュールの場合には、限られた基板スペースを有効活用したところで、主要な機能回路の実装密度が元々高い場合には、金属基板のサイズを変更する必要がありコストアップとなってしまう。また、限界設計をしている場合、主要な機能回路のオプション機能向けの回路部品の追加が困難である。従って、回路モジュールの場合、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を設けることが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するための主たる発明は、被保護回路を流れる電流を電圧として検出する第１抵抗と、基準電圧を発生する基準電圧生成回路と、前記電圧を前記基準電圧と比較し、前記電圧が基準電圧を超えない場合は出力がハイインピーダンスになり、前記電圧が基準電圧を超えた場合は出力が所定電圧になる過電流検出回路と、抵抗値が温度に応じて変化する温度検出素子と、前記温度検出素子に直列接続される第２抵抗と、制御電極が前記過電流検出回路の出力と前記温度検出素子及び前記第２抵抗の接続点とに共通に接続され、前記過電流検出回路の出力がハイインピーダンスになる場合は前記過電流検出回路の出力に関わらず前記接続点の電圧に応じて動作し、前記過電流検出回路の出力が前記所定電圧になる場合は前記接続点の電圧に関わらず前記所定電圧に応じて動作するトランジスタと、を含む過温度検出回路と、前記トランジスタの出力に応じて、前記被保護回路を保護するべく制御する制御回路と、を備える保護回路である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を適切に設けた保護回路、半導体装置、電気機器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
＜＜＜過電流・過温度保護機能を持つ回路を用いた装置＞＞＞
＝＝＝インバータ回路＝＝＝
図１では、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を併せ持つインバータ回路１２０を用いたインバータ装置１００の場合を示している。  
本実施形態の過電流保護機能とは、３相モータ１３０のロック等によって検出対象の電流が所定電流を超える過電流が流れる場合に、３相モータ１３０を停止させて、スイッチング回路１２１の過電流破壊や３相モータ１３０の故障を防止する機能である。  
本実施形態の過温度保護機能とは、検出対象の温度が所定温度を超える過温度となる場合に、過電流保護機能と同様に、３相モータ１３０を停止させて、スイッチング回路１２１の破壊や３相モータ１３０の故障を防止する機能である。
【００１２】
本実施形態のインバータ装置１００とは、空気調和機、洗濯機、冷蔵庫等のパワーエレクトロニクス機器に用いられ、交流電力をインバータ負荷に応じて別の大きさ、周波数、位相の交流電力に変換するための装置のことである。具体的には、インバータ装置１００は、Ｒ相コイル、Ｓ相コイル、Ｔ相コイルを具備した３相交流電源１０５の交流電圧をコンバータ回路１１０によって直流電圧に一旦変換した後、インバータ回路１２０によって、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを具備した３相モータ１３０（インバータ負荷）をインバータ駆動するための交流電圧を、当該直流電圧に基づいて作るものである。
【００１３】
インバータ回路１２０は、Ｖ＋端子、Ｖ−端子、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子を少なくとも具備した集積回路（第１集積回路）として提供される。  
Ｖ＋端子とＶ−端子の間には、コンバータ回路１１０によって変化された直流電圧が印加される。尚、Ｖ＋端子とＶ−端子とコンバータ回路１１０の間には平滑用コンデンサＣＸが接続され、コンバータ回路１１０からＶ＋端子とＶ−端子の間に印加される直流電圧が平滑用コンデンサＣＸによって安定化する。  
Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子は、３相モータ１３０のＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルとそれぞれ接続される。
【００１４】
インバータ回路１２０は、スイッチング回路１２１（被保護回路）と、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ（第１抵抗）と、ＲＣフィルタ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃと、過電流／過温度検出回路１２３と、ドライバ回路１２５（制御回路）と、によって構成される。尚、スイッチング回路１２１以外のインバータ回路１２０の構成が本願請求項に係る保護回路の一実施形態である。
【００１５】
スイッチング回路１２１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６と逆並列に接続される回生ダイオードＤ１〜Ｄ６とにより構成され、Ｖ＋端子とＶ−端子を介して印加された直流電圧を電源電圧として動作する。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、パワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のパワー半導体デバイスが採用される。
【００１６】
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３は、電流吐出側（Ｖ＋端子側）に設けられ、ソーストランジスタと呼ばれる。スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６は、電流吸込側（Ｖ−端子側）に設けられ、シンクトランジスタと呼ばれる。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４は直列接続され、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ４の接続点はＵ端子と接続される。また、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５は直列接続され、スイッチング素子Ｑ２、Ｑ５の接続点はＶ端子と接続される。また、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６は直列接続され、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ６の接続点はＷ端子と接続される。
【００１７】
シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗは、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のエミッタとＶ−端子との間にそれぞれ設けられ、過電流／過温度検出回路１２３において過電流検出に用いられる過電流検出抵抗である。尚、過電流検出抵抗は、大電流が流れた場合にも実負荷に対して正確な電流を検出する必要があるため、電圧降下及び損失の少ないシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを採用している。
【００１８】
本実施形態における過電流検出方式としては、図２（ａ）に示されるように、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のＶ−端子側の検出ノードに共通に設けた１つのシャント抵抗Ｒｓを用いた方式（以下、「１シャント方式」と呼ぶ。）ではなく、図２（ｂ）に示されるように、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６のＶ−端子側の検出ノードにそれぞれ設けた３つのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを用いた方式（以下、「３シャント方式」と呼ぶ。）を採用している。
【００１９】
図３には、１シャント方式と３シャント方式それぞれの場合における検出された電流波形の一例が示されている。１シャント方式の場合、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６それぞれに流れる電流の合成電流を一つのシャント抵抗Ｒｓで検出することになり、当該合成電流が所定電流を超える過電流となる場合に過電流保護が行われる。尚、シャント抵抗Ｒｓで検出される合成電流は、３相モータの各相コイルに流れるモータ電流の正弦波形とは異なる矩形状の波形となる。
【００２０】
一方、３シャント方式の場合、スイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の各電流を３つのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗで個々に検出することになり、検出された各電流のうちいずれかが所定電流量を超える過電流となる場合に、過電流保護が行われる。尚、３つのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗそれぞれで検出される電流は、各相コイルに流れるモータ電流の正弦波形と似た波形となる。従って、３シャント方式の場合、１シャント方式の場合と比して、３相モータ１３０に流れるモータ電流をより正確に検出することができ、過電流保護の精度を向上させることができる。
【００２１】
ＲＣフィルタ１２２ａは、シャント抵抗Ｒｕに電流が流れることで生じた電圧が印加され、この電圧を平滑化した電圧Ｖｕを過電流／過温度検出回路１２３に出力するフィルタであり、ＲＣフィルタ１２２ｂは、シャント抵抗Ｒｖに電流が流れることで生じた電圧が印加され、この電圧を平滑化した電圧Ｖｖを過電流／過温度検出回路１２３に出力するフィルタであり、ＲＣフィルタ１２２ｃは、シャント抵抗Ｒｗに電流が流れることで生じた電圧が印加され、この電圧を平滑化した電圧Ｖｗを平滑化して過電流／過温度検出回路１２３に出力するフィルタである。
【００２２】
過電流／過温度検出回路１２３は、ＲＣフィルタ１２２ａ〜１２２ｃを通過した電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに基づいて、過電流保護機能向けの過電流検出と、過温度保護機能向けの過温度検出と、を一体的に実施する回路である。過電流／過温度検出回路１２３は、インバータ回路１２０内の過電流又は過温度を検出した場合、Ｈｉｇｈレベルの検出信号ＤＥＴを出力する。言い換えると、検出信号ＤＥＴがＬｏｗレベルの場合、過電流と過温度のいずれも検出されなかった場合を表す。尚、過電流／過温度検出回路１２３の詳細構成例については後述する。
【００２３】
ドライバ回路１２５は、スイッチング回路１２１に対し、インバータ回路１２０外部のマイクロコンピュータ等からの指示に応じて、３相モータ１３０の回転速度を制御するための制御信号を出力する。ドライバ回路１２５が過電流検出回路１２３からＬｏｗレベルの検出信号ＤＥＴを受信したとき、ドライバ回路１２５は、例えば、それぞれ１２０度の位相差を有しておりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ３のオン・オフを制御する３つのパルス幅変調された第１の矩形波と、第１の矩形波に対して一般的に１８０度位相が遅れておりスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６のオン・オフを制御する３つのパルス幅変調された第２の矩形波と、からなる制御信号（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ベース信号）を出力する。
【００２４】
また、ドライバ回路１２５は、過電流／過温度検出回路１２３からＨｉｇｈレベルの検出信号ＤＥＴを受信したとき、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６全てをオフさせるための制御信号を出力する。これにより、スイッチング回路１２１に対する過電流保護機能が実行される。尚、過電流／過温度検出回路１２３からＨｉｇｈレベルの検出信号ＤＥＴが出力されるときの制御信号としては、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６全てをオフさせることに限らず、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を過電流による破壊から保護できる程度の制御を指示する信号であればよい。
【００２５】
尚、図４には、３相１２０度通電方式の場合におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲート信号の波形を示している。
【００２６】
＝＝＝過電流／過温度検出回路＝＝＝
過電流／過温度検出回路１２３の詳細構成例が図５に示されている。過電流／過温度検出回路１２３は、基準電圧生成回路１２３１と、過電流検出回路１２３２と、過温度検出回路１２３４と、を備える。
【００２７】
基準電圧生成回路１２３１は、ＲＣフィルタ１２２ａ〜１２２ｃから供給された電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗそれぞれの比較対象となる基準電圧Ｖｒｅｆを生成して、過電流検出回路１２３２に供給するものである。基準電圧生成回路１２３１は、電源電圧ＶＣＣとＧＮＤとの間に直列接続した抵抗Ｒ０、Ｒ１と、抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点に接続されるコンデンサＣ０と、により構成される。尚、抵抗Ｒ０の電源電圧ＶＣＣ側の端子と接続された第１の電源ライン１２３５より電源電圧ＶＣＣが取り出される。また、抵抗Ｒ０の抵抗Ｒ１側の端子と接続された第２の電源ライン１２３６より基準電圧Ｖｒｅｆが取り出される。コンデンサＣ０は、抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点の基準電圧Ｖｒｅｆのレベルを維持するものである。電源電圧ＶＣＣは、第１の電源ライン１２３５を介して過電流検出回路１２３２と過温度検出回路１２３４の両方に供給される。基準電圧Ｖｒｅｆは、第２の電源ライン１２３６を介して過電流検出回路１２３２に供給される。
【００２８】
過電流検出回路１２３２は、電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、基準電圧生成回路１２３１から供給される基準電圧Ｖｒｅｆとそれぞれ比較することにより、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗのいずれかに過電流が流れたか否かを検出する回路である。スイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６それぞれの過電流を論理和として検出するものである。過電流検出回路１２３２は、３つのオープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａ、１２３３ｂ、１２３３ｃと、第１の電源ライン１２３５に接続されたコンデンサＣ１と、により構成される。
【００２９】
オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａは、＋端子に基準電圧生成回路１２３１から第２の電源ライン１２３６を介して基準電圧Ｖｒｅｆが印加され、−端子にＲＣフィルタ１２２ａより出力される電圧Ｖｕが印加される。オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａは、基準電圧生成回路１２３１から供給された電源電圧ＶＣＣによって動作する。電圧Ｖｕが基準電圧Ｖｒｅｆよりも低い場合、オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａの出力ＵＯはハイインピーダンスとなり、電圧Ｖｕが基準電圧Ｖｒｅｆよりも高い場合にはオープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａの出力ＵＯはＬｏｗレベルとなる。
【００３０】
オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ｂ、１２３３ｃについても、−端子に電圧Ｖｖ、電圧Ｖｗが印加される点以外は、オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａと同様の構成である。尚、オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａ、１２３３ｂ、１２３３ｃの各比較信号ＵＯ、ＶＯ、ＷＯは、ワイヤードＯＲによって接続点Ｘに接続される。接続点Ｘから各比較信号ＵＯ、ＶＯ、ＷＯを合成して得られる合成出力ＳＯが取り出されて、過温度検出回路１２３４におけるＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０のベースに供給される。
【００３１】
オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３（１２３３ａ、１２３３ｂ、１２３３ｃ）の回路構成例を図６に示す。オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３は、電流源Ｉ０〜Ｉ２と、バイポーラトランジスタＢ０〜Ｂ５で構成された差動増幅回路１２３８と、電流源Ｉ３と、バイポーラトランジスタＢ６、Ｂ７で構成された出力回路１２３９と、から成る。
【００３２】
差動増幅回路１２３８の入力＋ＩＮ、入力−ＩＮは基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗ、電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗがそれぞれ印加される端子である。差動増幅回路１２３８では、入力＋ＩＮと入力−ＩＮそれぞれの電圧の大きさに応じて電流源Ｉ１がバイポーラトランジスタＢ１、Ｂ２に分配される。入力＋ＩＮの電圧が入力−ＩＮの電圧よりも大きい場合にはバイポーラトランジスＢ２に分配される電流が大きくなり、入力＋ＩＮの電圧が入力−ＩＮの電圧よりも小さい場合にはバイポーラトランジスタＢ２に分配される電流が小さくなる。
【００３３】
出力回路１２３９では、バイポーラトランジスタＢ２、Ｂ４の接続点Ｏと接続されたバイポーラトランジスタＢ６のベースに入力される電圧は、入力＋ＩＮの電圧が入力−ＩＮの電圧よりも大きい場合には大きくなり、入力＋ＩＮの電圧が入力−ＩＮの電圧よりも小さい場合には小さくなる。従って、出力バイポーラトランジスタＢ６のベースに入力される電圧が大きい場合（「入力＋ＩＮの電圧＞入力−ＩＮの電圧」の場合）には、バイポーラトランジスタＢ７はオフする方向に駆動されて出力ＯＵＴはハイインピーダンスとなる。一方、バイポーラトランジスタＢ６のベースに入力される電圧が小さい場合（「入力＋ＩＮの電圧＜入力−ＩＮの電圧」の場合）には、バイポーラトランジスタＢ７はオンする方向に駆動されて出力ＯＵＴは略電圧ＶＥＥのレベルになる。
【００３４】
コンデンサＣ１は、基準電圧生成回路１２３１から供給された電源電圧ＶＣＣのレベルを維持して過温度検出回路１２３４に供給するものである。
【００３５】
過温度検出回路１２３４は、インバータ回路１２０の過温度を検出するものである。過温度検出回路１２３４は、第１の電源ライン１２３５から供給される電源電圧ＶＣＣとＧＮＤとの間に直列接続した温度検出素子Ｒ２並びに抵抗Ｒ３と、温度検出素子Ｒ２と抵抗Ｒ３の接続点Ｙに対してベースが接続されるＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０（トランジスタ）と、温度検出素子Ｒ２と並列に設けられた温度検出素子Ｒ２の発振防止用のコンデンサＣ２と、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０のコレクタと接続されたコンデンサＣ３と、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０とコンデンサＣ３の接続点Ｚに接続された抵抗Ｒ４と、により構成される。
【００３６】
尚、温度検出素子Ｒ２は、例えば、温度が上昇するに従って抵抗値が大きくなる正の温度特性を具備したポジスタ又はサーミスタ等である。また、抵抗Ｒ４の接続点Ｚとは反対側の端子より検出信号ＤＥＴが取り出される。さらに、コンデンサＣ３と抵抗Ｒ４は、検出信号ＤＥＴを出力する出力端子側から見て積分回路を構成しており、当該出力端子から混入するスパイク状のノイズ等を抑制する役割を果たしている。
【００３７】
過温度検出回路１２３４では、検出対象の温度が過温度の指標となる所定温度以下の場合、温度検出素子Ｒ２と抵抗Ｒ３の抵抗比（＝Ｒ３／（Ｒ２＋Ｒ３））で求まる接続点Ｙの電圧は、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０をオンさせない電圧レベルに設定されている。即ち、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０は、過温度のときの温度検出素子Ｒ２の第１の抵抗値と抵抗Ｒ３の第２の抵抗値の抵抗比によって定まる接続点Ｙの電圧レベルに従ってオフからオンに切り替わる。
【００３８】
従って、温度が所定温度以下の場合には、接続点Ｚから抵抗Ｒ４を介して取り出される検出信号ＤＥＴは、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０がオフしているため、ＧＮＤレベルに応じたＬｏｗレベルである。
【００３９】
一方、検出対象の温度が所定温度を超える過温度となる場合には、温度検出素子Ｒ２の抵抗値が上がり、温度検出素子Ｒ２と抵抗Ｒ３の抵抗比で求まる接続点Ｙの電圧は下がる。この結果、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０のベース入力は低下し、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０はオンする方向に駆動され、コンデンサＣ３が電源電圧ＶＣＣによって充電される。この場合、検出信号ＤＥＴは、電源電圧ＶＣＣに応じたＨｉｇｈレベルとなる。
【００４０】
ところで、過電流検出回路１２３２の接続点Ｘと過温度検出回路１２３４の接続点Ｙの間が、信号ライン１２３７によって接続される。この結果、検出信号ＤＥＴは、過電流検出回路１２３２の検出結果（合成出力ＳＯ）と、過温度検出回路１２３４の検出結果（接続点Ｙの電圧）の論理和（ワイヤードＯＲ）となる。以下では、この論理和について説明する。
【００４１】
過電流検出回路１２３２では、過電流を検出しない場合、合成出力ＳＯはハイインピーダンスとなる。このとき、過温度検出回路１２３４では、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０は、信号ライン１２３７を介して供給される合成出力Ｓ０を受けてオン・オフすることはない。従って、検出信号ＤＥＴは、過電流検出回路１２３２からの合成出力ＳＯに関わらず、温度検出素子Ｒ２によって検出される温度に基づいて、過温度が検出されたか否かのみを示す。
【００４２】
一方、過電流検出回路１２３２において過電流が検出された場合、合成出力ＳＯはＬｏｗレベルとなる。このとき、過温度検出回路１２３４では、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０は、接続点Ｙの電圧に関わらず、信号ライン１２３７を介して供給される合成出力ＳＯによってオンする方向に駆動する。従って、検出信号ＤＥＴは、温度検出素子Ｒ２によって検出される温度に基づいて過温度が検出されたか否かを示すとともに、過電流検出回路１２３２からの合成出力ＳＯに基づいて過電流が検出されたか否かを示すことにもなる。
【００４３】
以上のように、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を搭載するにあたって、過電流検出回路１２３２の出力と過温度検出回路１２３４の出力の論理和を生成する回路を追加するのではなく、過電流検出回路１２３２の接続点Ｘと過温度検出回路１２３４の接続点Ｙを信号ライン１２３７を介してワイヤードＯＲ接続した。この結果、インバータ回路１２０の回路規模を抑えつつ、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を搭載することが可能となった。
【００４４】
また、制御回路１２４は、過電流／過温度検出回路１２３からの検出信号ＤＥＴに対応した入力ポート（入力端子）を設けるだけで、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を行うことが可能となる。このため、制御回路１２４のポート数を節約することができ、制御回路１２４の回路規模を抑えることができる。
【００４５】
また、３シャント方式を採用するにあたり、ハイインピーダンス出力に好適なオープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａ〜１２３３ｃの各比較信号ＵＯ、ＶＯ、ＷＯを接続点ＸにワイヤードＯＲ接続することで、インバータ回路１２０の回路規模を抑えつつ、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗそれぞれの過電流を１つの合成出力ＳＯに基づいて容易に検出することが可能となる。
【００４６】
＜＜＜絶縁金属基板技術を用いた半導体装置＞＞＞
＝＝＝半導体装置＝＝＝
図７は、絶縁金属基板技術を用いた半導体装置１０の構造を示した図である。尚、図７（ａ）は半導体装置１０の断面図であり、図７（ｂ）は半導体装置１０の表面図である。また、図８は、図７に示した半導体装置１０の斜視図である。
【００４７】
ケース材３は、４枚の側壁３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄで取り囲まれた四角い筒が形成され、下側（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣ’に向かう方向）の開口部２０と上側（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣに向かう方向）の開口部２１が設けられる。  
ケース材３の側壁３Ｃ、３Ｄの内側において、開口部２０から若干上がった位置に、ケース材３の内側に向かった凸部２２が設けられる。また、ケース材３の側壁３Ｃ、３Ｄの内側において、開口部２１から若干下がった位置に、第２の基板２の側面側の裏面（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣ’に向かう方向の面）と当接する当接部２３が設けられる。  
一方、ケース材３の側壁３Ａ、３Ｂの内側において、ねじ止め孔２４を確保するため、第２の基板２の裏面（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣ’に向かう方向の面）と当接させる当接部２５と、第２の基板２と紙面Ｂ−Ｂ’軸の方向に向けて離間させる離間部２６が設けられる。離間部２６を介して、第２の基板２と第１の基板１Ａの間の空間に発生する熱が外部に放出される。尚、循環作用を得るために、離間部２６は少なくとも２つ形成されることが好ましい。
【００４８】
ベース基板１Ｂ、第１の基板１Ａは、導電材料、例えばＣｕ、ＡｌまたはＦｅを主材料とするもの、またはそれらの合金により構成される。また、熱伝導性の優れた材料より成り、窒化アルミニウム、窒化ボロン等の絶縁材料でも良い。一般にはコストの観点によりＣｕ、Ａｌが採用され、両者ともに、導電性があるため、絶縁処理が必要になる。尚、以下では、ベース基板１Ｂ、第１の基板１Ａは、Ａｌを採用したものとして説明する。
【００４９】
ベース基板１Ｂの表面（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣに向かう方向の面）には、ベース基板１Ｂよりもサイズの小さい第１の基板１Ａが絶縁性接着剤２７により固定される。尚、ベース基板１Ｂ、第１の基板１Ａの表裏両面は、傷防止のために陽極酸化膜が施されている。
【００５０】
第１の基板１Ａは、表面の陽極酸化膜の上に絶縁被膜２８が被覆され、この上にＣｕから成る第１の導電パターン７が形成される。第１の導電パターン７は、アイランド、配線、電極パッド等から成る。例えば、第１の導電パターン７のアイランドには、パワー半導体デバイス４としてのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６を含むインバータ回路１２０が電気的に接続される。他には、ダイオード、抵抗、コンデンサ等が、第１の基板１Ａに実装される。
【００５１】
第１の基板１Ａの（紙面Ａ−Ａ’軸のＡ、Ａ’側にある面）の側にはリード固着用のパッドが設けられ、外部リード２９をロウ材によって固着させる。外部リード２９は、ケース材３の頭部から飛び出すような長さで、不図示の実装基板のスルーホールに挿入される。
【００５２】
ベース基板１Ｂの表面に固定された第１の基板１Ａは、ケース材３の下側（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣ’に向かう方向）の開口部２０に嵌合される。ケース材３の側壁３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの内壁にはＬ字型の段差が設けられ、ベース基板１Ｂの側面（紙面Ａ−Ａ’軸のＡ、Ａ’側にある面と、紙面Ｂ−Ｂ’軸のＢ、Ｂ’側にある面）並びに表面（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣに向かう方向の面）が当接して固着される。よって、ケース材３と嵌合された第１の基板１Ａによって、開口部２０は封止される。上記のとおり、第２の基板２は、ケース材３の側壁３Ｃ、３Ｄに保持されるので、第１の基板１Ａと第２の基板２は平行に並列配置される。
【００５３】
第２の基板２は、樹脂性の基板より成り、例えばプリント基板と呼ばれるガラスエポキシ基板が好ましい。第２の基板２の表面（紙面Ｃ−Ｃ’軸のＣに向かう方向の面）には、少なくとも一層以上の第２の導電パターン３０が形成されている。第２の導電パターン３０は、第１の導電パターン７と同様に、アイランド、配線、電極パッド等から成る。例えば、第２の導電パターン３０の一つのアイランドには、インバータ回路１２０の動作を制御するためのマイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）等の集積回路（第２集積回路）３１が電気的に接続される。マイクロコンピュータやＤＳＰ等の集積回路３１は、熱の影響を避けることが望ましいため、インバータ回路１２０を配置する基板とは異なる基板に配置することにより、正確な動作を行うことが可能となる。他には、トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサが第２の基板２に実装される。
【００５４】
尚、第２の基板２がケース材３に設けられる前に、第１の基板１Ａに実装された回路部品を完全に封止する樹脂がポッティング等で設けられる。また、必要に応じて、第２の基板２に実装された回路部品を完全に封止する樹脂が設けられる。第２の基板２の側辺近傍には、外部リード２９を挿入するスルーホール３２が設けられる。スルーホール３２によって、第１の基板１Ａに実装された回路と、第２の基板２に実装された回路が電気的に接続される。
【００５５】
図１に示したインバータ回路１２０は、図７、図８に示した絶縁金属基板技術を用いた半導体装置１０として実現できる。図９は、半導体装置１０の主要な回路部品の実装例を示した図である。尚、図９（ａ）は、第１の基板１Ａの実装例を示した図であり、図９（ｂ）は、第２の基板２の実装例を示した図である。尚、本実装例では、第１の基板１Ａが金属基板であり、第２の基板２がプリント基板の場合とする。
【００５６】
図９（ａ）に示すように、第１の基板１Ａ上では、インバータ回路１２０が少なくとも実装されている。尚、第１の基板１Ａは熱伝導性の良い金属基板であるため、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗの温度特性のばらつきを考慮する必要性が少なくなり、過電流保護を適切に行えることになる。また、温度検出素子Ｒ２は、動作時に温度上昇することになるスイッチング回路１２１及びドライバ回路１２５に出来るだけ近接して配置することが望ましいが、第１の基板１Ａは熱伝導性の良い金属基板であるため、その実装位置にあまり影響することなく、半導体装置１０の温度を正確に検出できる。
【００５７】
また、図９（ｂ）に示すように、第２の基板２上では、図７、図８に示されるマイコンやＤＳＰ等の集積回路３１としての制御回路１２４が実装される。このように、制御回路１２４に関しては、半導体装置１０の全体的な制御を司る一番重要な回路部品であるため、第１の基板１Ａに実装された回路部品とは別の第２の基板２の方に実装することが好ましい。この結果、制御回路１２４は、第１の基板１Ａに実装されたスイッチング回路１２１及びドライバ回路１２５の温度上昇の影響を受けずに済む。尚、ケース材３は必ずしも制御回路１２４を配置した第２の基板２を第１の基板１Ａとともに保持しなくてもよい。制御回路１２４をケース材３とは異なるケース材（不図示）で保持しても良い。
【００５８】
また、第１の基板１Ａの熱膨張によるケース材３の変形や、第１の基板１Ａに実装された回路部品より発する熱による第２の基板２の変形を考量して、第１の基板１Ａ、第２の基板２において一番湾曲する中心位置からずらして回路部品を実装することが好ましい。
【００５９】
上記のとおり、インバータ回路１２０の回路規模を抑えて過電流保護機能と過温度保護機能の両方を併せ持つようにしたため、絶縁金属基板技術を適用することが容易となる。さらに、絶縁金属基板技術のその他の特徴である高放熱性を利用して、過温度保護機能の稼働率を抑え、インバータ回路１２０の信頼性をより向上できる。
【００６０】
＝＝＝半導体装置の適用例＝＝＝
半導体装置（以下、インバータ回路モジュール６０と呼ぶ。）は、例えば、図１０に示すエアコン室外機５０に取り付けられる。尚、図１０は、インバータ回路モジュール６０を用いたエアコン室外機５０の内部構造を示した図である。  
エアコン室外機５０は、ファン５１、フレーム５２、コンプレッサ５３、放熱フィン５５、そしてインバータ回路モジュール６０を備えている。
【００６１】
ファン５１は、空気循環を行うものであり、裏側（紙面Ｙ軸の負方向）には熱交換器がある。フレーム５２は、ファン５１と隣接して紙面Ｘ軸の正方向に並列に配置される。フレーム５２の中敷板５２Ａの下側（紙面Ｚ軸の負方向）にはコンプレッサ５３が設けられ、フレーム５２の中敷板５２Ａの上側（紙面Ｚ軸の正方向）には、回路部品が実装されたプリント基板等が取り付けられる。
【００６２】
さらに、フレーム５２の紙面Ｘ軸の負方向側の側壁板５４には、インバータ回路モジュール６０が実装される。尚、インバータ回路モジュール６０は、第２の基板２側がフレーム５２の側壁板５４と向かい合うように取り付けられる。また、インバータ回路モジュール６０のベース基板１Ｂ側には、放熱フィン５５が取り付けられる。
【００６３】
図１０に示す符号５６は、空気が暖められて上昇するために発生する気流路Ａ〜Ｂを示している。放熱フィン５５の溝は、気流路Ａ〜Ｂに沿った方向（紙面Ｚ軸の方向）に設けられる。従って、インバータ回路モジュール６０の方にも、図１０に示す気流路Ａ〜Ｂに沿った切欠部が設けられていれば、更に放熱性が向上することになる。尚、図８に示される符号７０〜７３は、図１０に示す気流路Ａ〜Ｂに沿った切欠部の一例を示している。
【００６４】
エアコン室外機５０は、コンプレッサ５３、ファン５１のモータ、そして回路部品が熱源となって、しかも本体自体が屋外に設置される。よって、エアコン室外機５０の内部は高温になりやすい。よって、インバータ回路モジュール６０自体も高温にさらされるため、本実施形態のように過電流保護機能のみならず過温度保護機能を適切に設けることが重要となる。
【００６５】
以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、前述の実施形態の説明は、本発明の理解を容易とする為のものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることは勿論である。
【００６６】
例えば、上記実施形態では、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を併せ持つ回路として、インバータ回路１２０の場合を例に挙げたが、その他に、モータドライバ、オーディオ機器向けの信号処理回路、プラズマディスプレイ向けの表示駆動回路等、過電流保護機能と過温度保護機能の両方を併せ持つ必要がある回路であればよい。
【００６７】
また、インバータ回路モジュール６０の適用例として、エアコン室外機５０を例に挙げたが、洗濯機、冷蔵庫、自動車、ロボット、ＦＡ(Factory Automation)、ＮＣ（Numerical Control）工作機等、各産業界においてインバータ制御が必要な機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】過電流保護機能と過温度保護機能の両方を併せ持つインバータ回路を用いたインバータ装置の構成を示した図である。
【図２】（ａ）は１シャント方式を説明する回路図であり、（ｂ）は３シャント方式を説明する回路図である。
【図３】１シャント方式と３シャント方式それぞれの場合における検出電流波形の一例を示した波形図である。
【図４】３相１２０度通電方式の場合のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各ゲート信号の波形を示した図である。
【図５】過電流／過温度検出回路の詳細構成例を示した図である。
【図６】オープンコレクタ出力コンパレータの回路構成例を示した図である。
【図７】（ａ）は半導体装置の断面図であり、（ｂ）は半導体装置の表面図である。
【図８】半導体装置の斜視図である。
【図９】（ａ）は半導体装置の第１の基板の実装例を示した図であり、（ｂ）は、半導体装置の第２の基板の実装例を示した図である。
【図１０】インバータ回路モジュールを用いたエアコン室外機の内部構造を示した図である。
【符号の説明】
【００６９】
１２０  インバータ回路
１２１  スイッチング回路
Ｑ１〜Ｑ６  スイッチング素子
Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ  シャント抵抗
１２３  過電流／過温度検出回路
１２４  制御回路
１２５  ドライバ回路
１２３２  過電流検出回路
１２３４  過温度検出回路
１２３３ａ〜１２３３ｃ  オープンコレクタ出力コンパレータ
Ｒ２  温度検出素子
Ｒ３  抵抗
Ｂ１０  ＰＮＰバイポーラトランジスタ
１２３７  信号ライン
１Ａ  第１の基板
２  第２の基板
３  ケース材
１０  半導体装置
３１  集積回路
６０  インバータ回路モジュール
５０  エアコン室外機
【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】
0005349817.tif 000006
【図６】
0005349817.tif 000007
【図７】
0005349817.tif 000008
【図８】
0005349817.tif 000009
【図９】
0005349817.tif 000010
【図１０】
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