(57)【要約】      （修正有）【課題】電子電力回路における電流温度測定方法、および、電流温度測定装置を提供する。【解決手段】電流／温度測定方法では、電子電力回路における寄生構成要素Ｒ１、Ｒ２（例えば、３相変換器におけるハーフブリッジ回路（ＨＢ））が用いられる。初めに、該寄生構成要素Ｒ１、Ｒ２から不正確に得られた測定値を、該構成要素の電流／温度依存性または電圧依存性に関して、製造工程（例えば、電子電力回路での電気系最終検査）中に補償する。動作中に行われる評価工程は、互いに線形に独立している２つの測定と、評価ユニットＡＥでの適切な算術演算とを用いて、センサ構成要素Ｒ１、Ｒ２の温度または電流依存性を補償する工程を含んでいる。【選択図】図１２
2007187667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子電力回路における電流／温度測定方法であって、
上記電子電力回路における第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素が、それぞれ、
上記の第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素に極めて依存している第１の電流／温度値または第１の実測変数と、
上記の第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素に極めて依存している少なくとも１つの第２の電流／温度値または第２の実測変数との検出に用いられ、
上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素は、それらの電圧／電流温度特性が互いに線形に独立するように、かつ、上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素のうちの少なくとも１つが電子電力回路の寄生構成要素であるように、選択されており、
上記第１のセンサ構成要素を用いて実測された変数は、電子電力回路の製造工程中に評価ユニットにおいて行われる校正プロセスによって、少なくとも２つの異なる温度および異なる電流値で、上記の少なくとも１つの第２のセンサ構成要素を用いた測定に基づいて校正され、
評価アルゴリズムが、現在の測定値の温度および／または電流依存性を補償するために校正プロセス中に確認されたパラメータを用いて、電子電力回路が動作している間に上記第１のセンサ構成要素によって検出された測定値を評価する、電流／温度測定方法。
【請求項２】
上記第１のセンサ構成要素および単一の第２のセンサ構成要素は、それぞれ寄生センサを構成している、請求項１に記載の電流／温度測定方法。
【請求項３】
上記第１のセンサ構成要素は、寄生電流センサとして構成されており、単一の第２のセンサ構成要素が、正確な他の温度センサとして構成されている、請求項１に記載の電流／温度測定方法。
【請求項４】
上記第１のセンサ構成要素は、正確な電流センサとして構成されており、単一の第２のセンサ構成要素が、寄生電流センサとして構成されている、請求項１に記載の電流／温度測定方法。
【請求項５】
上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素は、測定に用いられる上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素の性質の特性が電子電力回路の耐用年限内に、高温側の特有の閾値を上回る継続的動作温度で変化しないように、耐熱性の高い材料から形成されている、請求項１に記載の電流／温度測定方法。
【請求項６】
上記温度閾値は、少なくとも１５０℃である、請求項５に記載の電流／温度測定方法。
【請求項７】
上記温度閾値は、少なくとも１７５℃である、請求項５に記載の電流／温度測定方法。
【請求項８】
上記温度閾値は、少なくとも２００℃である、請求項５に記載の電流／温度測定方法。
【請求項９】
上記校正ステップは、用いたセンサ構成要素の特性を電子電力回路の製造工程中に記録し、評価ユニットに格納する工程を含んでいる、請求項１に記載の電流／温度測定方法。
【請求項１０】
電圧／電流温度特性が互いに線形に独立している第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素を備えた電子電力回路において電流／温度を測定し、
上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素の中で、少なくとも１つのセンサ構成要素が、電子電力回路の寄生構成要素であり、
上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素は、それぞれ、
それらに極めて依存している第１の電流／温度値または第１の実測変数と、
上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素に極めて依存している少なくとも１つの第２の電流／温度値または第２の実測変数との検出に用いられる、測定装置であって、
上記電子電力回路の製造工程中に行われる校正プロセスを用いて、少なくとも２つの異なる温度および異なる電流値で、少なくとも１つの第２のセンサ構成要素を用いた測定に基づいて、第１のセンサ構成要素を用いて検出された実測変数を校正するために、および、上記電子電力回路が動作している間に第１のセンサ構成要素を用いて検出された測定値の温度および／または電流依存性を補償することに基づいて、校正プロセス中に確認されたパラメータを得るために、評価ユニットも備えている、測定装置。
【請求項１１】
上記第１のセンサ構成要素および単一の第２のセンサ構成要素は寄生センサである、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１２】
上記第１のセンサ構成要素は寄生電流センサであり、単一の第２のセンサ構成要素が正確な他の温度センサである、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１３】
上記第１のセンサ構成要素は正確な電流センサであり、単一の第２のセンサ構成要素が寄生電流センサである、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１４】
上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素は、測定に用いられる上記第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素の性質の特性が電子電力回路の耐用年限内に、高温側の特有の閾値を上回る継続的動作温度で変化しないように、耐熱性の高い材料から形成されている、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１５】
上記温度閾値は、少なくとも１５０℃である、請求項１４に記載の測定装置。
【請求項１６】
上記温度閾値は、少なくとも１７５℃である、請求項１４に記載の測定装置。
【請求項１７】
上記温度閾値は、少なくとも２００℃である、請求項１４に記載の測定装置。
【請求項１８】
上記評価ユニットは、校正ステップ中に記録される用いた電子電力回路のセンサ構成要素の特性を格納するための記憶装置を備えている、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項１９】
上記電子電力回路は、ハーフブリッジ構造におけるモジュール設計の３相変換回路である、請求項１０に記載の測定装置。
【請求項２０】
上記評価ユニットは、３相変換器回路のハーフブリッジモジュールに集積されている、請求項１９に記載の測定装置。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、回路の寄生構成要素を用いた、電子電力回路（electronic power circuit）における電流温度測定方法、および、電流温度測定装置に関するものである。
【０００２】
電子電力回路として、主に、ハーフブリッジとして知られている３相変換器回路が挙げられる。該回路の基本構成要素は、位相チップ（phase chip）である。変換器に接続された負荷の電流を制御するには、通常、位相出力部または正または負の中間回路における測定が必要である。個々の電源スイッチ（例えば、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、サイリスタ、など）での測定は、通常、過電流を防ぐためにのみ用いられることが多い。このために、この精度のレベルは、電流を制御するための測定精度よりも著しく悪くてもよい。
【０００３】
近年、電子電力回路の電流を測定するために、正確なシャント抵抗器、ホールセンサ、磁気抵抗センサ、または、同様の電流センサが用いられてきた。これらの場合、他の正確なセンサ構成要素を、回路に組み込む必要があった。このようなセンサは、この精度のゆえに比較的コストがかかり、回路に組み込むためにさらに複雑化する必要がある。さらに、該センサには、評価電子装置が必要であり、シャントに関しては、該電子装置中に電気絶縁装置（potential isolators）も必要である。
【０００４】
言うまでもなく、一例として挙げた３相変換器回路だけではなく、他の型の電子電力回路またはパワー半導体モジュールにおいても、電流または温度を測定する必要がある。
【０００５】
したがって、本発明の目的は、電流温度測定装置を備えた電子電力回路があまり高価にならず、組み込むためにさらに複雑化する必要がないにもかかわらず、電流および温度を正確に測定できるように、電子電力回路またはパワー半導体モジュールにおいて電流温度測定方法および電流温度測定装置を実現することにある。
【０００６】
本発明の電流温度測定方法を実施するために、提案した該装置には、電子電力回路またはパワー半導体モジュールの寄生構成要素が用いられる。該寄生構成要素での精度の欠如は、製造工程（例えば、電気系最終検査（electrical final check））中に校正（calibration）することによって補償される。センサとして用いられる寄生構成要素の温度・電流依存性は、互いに線形に独立している２つの測定、および、校正ステップでの評価中の適切な算術演算によって、得られる。
【０００７】
それにもかかわらず、上記の目的を、本発明の第１の基本的側面に沿って、電子電力回路における電流／温度測定方法によって達成する。
【０００８】
ここで、電子電力回路における第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素が、それぞれ、それらの構成要素に極めて依存している第１の電流／温度値または第１の実測変数と、それらの構成要素に極めて依存している少なくとも１つの第２の電流／温度値または第２の実測変数との検出に用いられる。
【０００９】
また、第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素は、それらのセンサ構成要素の電圧／電流温度特性が互いに線形に独立しており、かつ、該センサ構成要素のうちの少なくとも１つが電子電力回路の寄生構成要素であるように、選択されている。
【００１０】
ここで、第１のセンサ構成要素を用いて実測された変数は、電子電力回路の製造工程中に評価ユニットにおいて行われる校正プロセスによって、少なくとも２つの異なる温度および異なる電流値で、少なくとも１つの第２のセンサ構成要素を用いた測定に基づいて、校正される。また、評価アルゴリズムが、現在の測定値の温度および／または電流依存性を補償するために校正プロセス中に確認されたパラメータを用いて、電子電力回路が動作している間に第１のセンサ構成要素によって検出された測定値を評価する。
【００１１】
本発明の電流温度測定方法の第１の好ましい形態では、第１のセンサ構成要素および単一の第２のセンサ構成要素は、それぞれ、互いに独立した寄生センサであってもよい。
【００１２】
本発明の電流温度測定方法の第２の好ましい形態では、第１のセンサ構成要素は、寄生電流センサであってもよく、単一の第２のセンサ構成要素が、正確な他の温度センサであってもよい。
【００１３】
本発明の電流温度測定方法の第３の実施形態では、第１のセンサ構成要素は、正確な電流センサであってもよく、単一の第２のセンサ構成要素が、寄生電流センサであってもよい。
【００１４】
該校正ステップは、用いたセンサ構成要素の特性を電子電力回路の製造工程中に記録し（recorded）、評価ユニットに格納する工程を含んでいることが好ましい。
【００１５】
さらに、上記の目的を、本発明の第２の基本的側面に基づいて、電圧／電流温度特性が互いに線形に独立している第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素を備えた電子電力回路において電流／温度を測定するための測定装置によって達成する。該第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素の中で、少なくとも１つのセンサ構成要素が、電子電力回路の寄生構成要素であり、該第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素は、それぞれ、それらの構成要素に極めて依存している第１の電流／温度値または第１の実測変数と、該構成要素に極めて依存している少なくとも１つの第２の電流／温度値または第２の実測変数との検出に用いられる。
【００１６】
ここで、電子電力回路の製造工程中に行われる校正プロセスを用いて、少なくとも２つの異なる温度および異なる電流値で、少なくとも１つの第２のセンサ構成要素を用いた測定に基づいて、第１のセンサ構成要素を用いて検出された実測変数を校正するために、および、電子電力回路が動作している間に第１のセンサ構成要素を用いて検出された測定値の温度および／または電流依存性を補償することに基づいて、校正プロセス中に確認されたパラメータを得るために、評価ユニットも備えられる。
【００１７】
第１のセンサ構成要素および少なくとも１つの第２のセンサ構成要素が、耐熱性の高い材料から形成されていることが、好ましく、有効である。これは、測定に用いられる該センサ構成要素の性質（properties）の特性が電子電力回路の寿命中の特に高い温度閾値を上回る継続的動作温度で変化しないためである。
【００１８】
この温度閾値は、少なくとも１５０℃であり、好ましくは１７５℃であり、より好ましくは２００℃である。
【００１９】
好ましい一形態では、本発明の電流温度測定装置は、ハーフブリッジ構造におけるモジュール設計の３相変換器回路において用いられる。
【００２０】
評価ユニットが３相変換器回路のハーフブリッジモジュールに集積されていることも、好ましく、有効である。
【００２１】
本発明の電流温度測定方法および本発明の電流温度測定装置の基本原理に基づいて、パワー半導体モジュールまたは電子電力回路における寄生回路構成要素（例えば、寄生抵抗器（モジュール中または母線上の、導体トラック（conductor track）、ボンディングワイヤ、接続クリップ（contact clip）、接ぎ（connecting pieces）など））、寄生温度センサ（例えば、ＭＯＳＦＥＴスイッチ、ＩＧＢＴスイッチなどに用いられる制御電極への供給線（supply line）における集積ゲート抵抗器（integrated gate resistors））、または、電子電力回路における他の温度依存変数（例えば、ＭＯＳスイッチのミラープラトー（Miller plateau）、パワー半導体、導体トラック、ボンディングワイヤなどの順電圧）が用いられる。公知のセンサに用いられる評価電子装置とは異なる特定の評価ユニットが、パワー半導体モジュールまたは電子電力回路の製造工程中にセンサ構成要素として本発明に用いられる不正確な寄生回路構成素子を校正する。この評価ユニットがパワー半導体モジュールに集積されていることが好ましい。正確な電流および電圧は、評価ユニット、または、電子電力回路の制御ユニット、または、パワー半導体モジュールにおける、方程式システム（アルゴリズム）を解くことによって確認される。この場合、少なくとも２つのセンサ構成要素を用いて測定を行う必要があり、これらのセンサ構成要素のうちの少なくとも１つは、本発明の基礎を成す原理に基づいて、寄生性を有している。該センサ構成要素は、互いに線形に独立している電圧／電流／温度特性を有している必要がある。このことは、例えば、アルミニウム、ニッケル、または、シリコンの場合にいえる。
【００２２】
別の方法として、電流および電圧用の独立している２つの寄生センサ構成要素を用いるために、正確な他の温度センサおよび寄生電流センサが用いられるか、または、正確な電流センサおよび寄生電流センサが用いられる。前者を用いた場合、正確に測定された温度は、寄生抵抗器（例えば、導体トラック、ボンディングワイヤなど）を介して電圧降下の電流を測定するために用いられる。後者の温度依存性は、評価ユニットによって評価中に温度を正確に測定することにより、修正される。
【００２３】
逆に、他の正確な電流センサを用いて正確に電流を測定する場合、温度測定は、寄生素子を用いて行われ、一例として、導体トラック、ボンディングワイヤなどを介した電圧降下は、電流が知られている場合の温度の決定に用いられる。この場合、寄生素子の電流／温度／電圧特性における電流依存性は、評価ユニットによる評価中に修正される。
【００２４】
用いたセンサ構成要素の特性は、各モジュールまたは各電子電力回路の製造工程中に記録され、評価ユニットに存在しているプロセッサに格納される。該特性は、次に、時間中に解決された（resolved）電流および温度の測定に用いられる。これらの特性は変化する必要がないので、センサ構成要素には耐熱性の高い材料が用いられる。これらの材料は、特に、金属、半導体、シリコン抵抗、ＳｉＣである。この設計は、用いたセンサ構成要素の周囲に位置する該材料が、モジュールまたは電子電力回路の寿命中に該材料の化学組成のゆえに、少なくとも１５０℃、好ましくは少なくとも１７５℃、さらに好ましくは少なくとも２００℃の継続的動作温度に対して耐性があるように、選択される。この場合、センサ構成要素に用いられる性質は、維持される。
【００２５】
本発明にとって基本的な上記特徴とともに、以下に、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態の詳細および特徴について記載する。
【００２６】
図１は、例えば３相変換器回路に見られるようなハーフブリッジの等価回路を概略的に示す図である。ここでは、本発明の電流温度測定方法に用いる寄生抵抗器を示している。
【００２７】
図２は、誘電負荷に接続されたＩＧＢＴのターンオフ動作用の電流と電圧とのグラフを示している。
【００２８】
図３は、本発明の方法の校正ステップで用いる評価ユニットと、電子電力回路との接続を概略的に示す図である。
【００２９】
図４は、本発明の方法に用いる異なる２つのセンサ構成要素に関して、互いに線形に独立している電圧／電流／温度特性の一例を示すグラフである。
【００３０】
図５は、絶縁支持体の挿入物（interposition）を備えた導体トラックの上に配置された、正確な温度センサの断面を概略的に示す図である。
【００３１】
図６Ａおよび図６Ｂは、シャントである正確な電流センサを概略的に示す図である。ここで、該正確な電流センサを介して流れる電流と同じ電流が、さらに、パワー半導体チップを接続している接触導体（contact conductor）を介して流れている。
【００３２】
図７Ａは、正確な温度センサを概略的に示す投射図である。該温度センサは、パワー半導体チップ上に配置されているか、または、該チップに集積されている。該温度センサは、さらに、寄生センサ構成要素をなしている接続クリップでの電流測定を修正するために用いられる。
【００３３】
図７Ｂは、パワー半導体チップに備えられた温度測定用の集積ゲート抵抗器を概略的に示す平面図である。該集積ゲート抵抗器は、寄生パッドによって評価される。
【００３４】
図８は、パワー半導体の中の２つの寄生センサ構成要素（初めに、温度測定に用いられるＩＧＢＴの電流／電圧特性、および、寄生エミッタ抵抗器である電流／電圧センサ）を示す図である。
【００３５】
図９Ａは、導体トラック／母線に備えられ、同じ電流経路において異なる温度係数を有する、２つの金属を概略的に示す図である。該２つの金属は、互いに独立している第１のセンサ構成要素および第２のセンサ構成要素として用いられる。
【００３６】
図９Ｂは、図９Ａと同様に、本発明の方法における温度および電流の測定に用いられる、同じ電流経路において異なる温度係数を有する、異なる材料を示す図である。
【００３７】
図１０は、ＩＧＢＴのエミッタ線に位置する寄生抵抗器を用いて電流および温度を測定する一実施形態を概略的に示す図である。
【００３８】
図１１は、ハーフブリッジ、および、空芯変圧器を含んだ駆動回路を組み込んだ、本発明の電流／温度測定方法を実施する、３相変換器回路のモジュールを示す回路図である。
【００３９】
図１２は、３相変換器回路の単一のモジュールにおいて本発明の電流／温度測定方法を実施する第２の実施形態を示す図である。上記モジュールは、ハーフブリッジ、および、空芯変圧器を含んだ駆動回路を組み込んでいる。
【００４０】
図１では、星印（＊）が寄生抵抗器Ｒ（Ｉ、Ｔ）を示している。該寄生抵抗器は、電子電力回路の３相変換器回路の部分を構成しているハーフブリッジにおいて、本発明の電流／温度測定に用いられる。このハーフブリッジ回路は、上部パワー半導体スイッチＩＧＢＴｏと、上部ゲート抵抗器Ｒｇｏ（Ｔ）と、上部フリーホイーリングダイオードＤｏとを有する上部分枝Ｉ、さらに、下部パワー半導体スイッチＩＧＢＴｕと、下部ゲート抵抗器Ｒｇｕ（Ｔ）と、下部フリーホイーリングダイオードＤｕとを有する下部ハーフブリッジ分枝ＩＩを備えている。上部制御接続部をＳＴｏで示し、下部制御接続部をＳＴｕで示し、正の接続部をＤＣ＋で示し、負の接続部をＤＣ−で示し、位相出力部をＰｈで示す。星印で示した全ての寄生抵抗器は、本発明の電流／温度測定方法に用いられる。温度依存性の集積ゲート抵抗器Ｒｇｏ（Ｔ）、Ｒｇｕ（Ｔ）が、寄生温度センサとして用いられる。
【００４１】
図２は、ターンオフ時間ｔoffにおいて、ＩＧＢＴの時間とともに変化する電流および電圧のグラフを示している。具体的には、実線は、ターンオフ時間ｔoffで急に下降するコレクタ電流Ｉｃを示している。単純な破線は、ターンオフ時間ｔoffで急に上昇するコレクタ電圧Ｖｃを示している。点破線は、ゲート電圧Ｖｇを示している。このゲート電圧のミラープラトーＭは、両向矢印で示したような、温度依存性の、さらに通常は電流依存性の閾値電圧ＶｇＭ（Ｔ、Ｉ）を有している。本発明の電流／温度測定方法の場合、図２に示した閾値電圧ＶｇＭ（Ｔ、Ｉ）は、温度依存性の電圧であるので、寄生センサ構成要素として用いられる。電流および温度の測定に用いられる寄生センサ構成要素として、図１に示した寄生抵抗器（例えば、モジュールおよび母線における、導体トラック、ボンディングワイヤ、接続クリップ、接ぎなど）、寄生温度センサ（例えば、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴの制御電極への供給線に位置する、集積ゲート抵抗器）、または上記したように、図２に示したＩＧＢＴのミラープラトーの温度依存性の閾値電圧ＶｇＭ（Ｔ）が挙げられる。さらに、パワー半導体、導体トラック、ボンディングワイヤなどの電流・温度依存性の順電圧が、寄生センサ構成要素として用いられる。
【００４２】
閾値電圧ＶｇＭ（Ｔ、Ｉ）が電流に依存しているということは、この電流依存性の校正を行う必要がある場合があるということである。
【００４３】
図３は、評価ユニットＡＥを示している。該評価ユニットは、算術（arithmetic）記憶手段Ｍを含み、電子電力回路ＬＥに接続されているか、接続されることができる。電子電力回路（ここでは、ＬＥ）における寄生センサ構成要素および／または正確なセンサ構成要素（例えば、寄生エミッタ抵抗器、および、集積ゲート抵抗器）からの派生物（Derivations）は、評価ユニットＡＥに送られる。評価ユニットＡＥは、電子電力回路のモジュールに集積されていることが好ましい。電子電力回路ＬＥの製造工程中、該電子電力回路または校正されるセンサ構成要素を、加熱室の加熱板などの上で、少なくとも２つの異なる温度Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎにし、次に、該回路または構成要素に、各温度Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎでパルス状の様々な電流Ｉａ、Ｉｂ、…、Ｉｘを供給する。この場合、電流を負荷することによって、校正される部分（本実施形態では、ＩＧＢＴのエミッタ供給線に位置する寄生抵抗器）にいかなる著しい温度変化も生じないように、電流のパルス幅を調整する。各温度ステップおよび電流ステップでは、該センサ構成要素の電圧降下を測定する。該電圧降下は、評価ユニットＡＥの方程式を確認するために用いられる。通常、方程式Ｖ（Ｉ）、Ｖ（Ｔ）の形式は、すでに規定されており、校正ステップにおいて該方程式のパラメータを決定することのみが必要である。
【００４４】
次に、完全に決定された２つの方程式を、該記憶手段Ｍに格納し、さらに、電子電力回路ＬＥをＯＦＦ状態にしたときでも保持する。
【００４５】
好ましくは、概略を説明した該校正動作も、電子電力回路ＬＥのモジュールに集積された評価ユニットＡＥ（例えば、コントローラ）を用いて行う。このために、特定のモードが該電子電力回路に組み込まれている。
【００４６】
電子電力回路ＬＥの動作中に、センサ構成要素から得られた測定値（例えば、通常０〜５ボルトの２つの電圧）を、評価ユニットＡＥまたはコントローラに読み込み、アルゴリズムを用いて温度値および電流値に変換する。次に、これらの結果を通常の方法でさらに処理する。電流を確認するための通常の計算時間は、５０ｍｓ〜３ｍｓである。
【００４７】
図４は、本発明の測定方法における２つのセンサ構成要素に必要な、互いに線形に独立している電圧／電流／温度特性Ｖ１（Ｉ、Ｔ）、Ｖ２（Ｉ、Ｔ）の２例を示すグラフである。
【００４８】
図５は、本発明の電流測定方法の第１の実施形態を概略的に示している。該方法では、電流は、電子電力回路（例えば、セラミック基板上の銅トラック（copper track））のモジュールにおいて、導体トラックＬによって測定される。この場合、温度依存性の抵抗器Ｒ（Ｔ）を備えた導体トラックＬは、その下に位置するセラミック基板と同じ温度Ｔであるとし、導体トラックＬは、該導体トラックを介して流れる電流Ｉと温度Ｔとに依存している電圧Ｖ２（Ｉ、Ｔ）を引き出すために用いられる。この温度は、とにかく、モジュールに位置する温度センサによって測定されるか、または、この場合のように、正確な温度センサＴＳが、絶縁支持体ＩＳＴの挿入物<U>（interposition）</U>を備えた導体トラックＬに直接接して配置されている。導体トラックＬの電圧降下Ｖ２（Ｉ、Ｔ）の電流／温度特性は、該導体トラック上の温度センサＴＳによって校正され、評価ユニットＡＥ（参照：図３）のプロセッサに格納され、特に、バーンイン（burn in）される。電子電力回路の動作中に温度センサＴＳによって正確に測定された温度Ｔは、以下のように、電流測定の修正に用いられる。
Ｖ１（Ｔ）→Ｔ＝Ｔ（Ｖ１）
Ｖ２（Ｉ、Ｔ）→Ｖ２（Ｉ、Ｔ（Ｖ１））
Ｖ２＝ｆ（Ｉ、Ｖ１）→Ｉ＝ｆ（Ｖ２、Ｖ１）
ここで、Ｖ１、Ｖ２は実測変数であり、電流Ｉは、上記関係から該電流を計算することにより、２つの実測変数Ｖ１、Ｖ２に基づいて確認される。
【００４９】
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の電流／温度測定方法の第２の実施形態を示している。電流を正確に測定するために、電子電力回路またはモジュールは、他のシャントを含んでいる。他のシャントは、該シャントにおいて降下する電圧Ｖ１（Ｉ）を用いて温度とは無関係に電流Ｉを測定するために用いられる。この測定された電流Ｉは、さらに、パワー半導体チップＣｈに熱によって接続されたチップコンタクト（chip contact）Ｋ（例えば、ボンディングワイヤ、クリップなど）を介して流れている。すなわち、以下のことが言える。ＴK≒Ｔchip。したがって、Ｖ２（Ｉ（Ｖ１）Ｔ）も、温度・電流依存性の電圧降下Ｖ２（Ｉ、Ｔ）に印加される。この、校正され、格納された電流／温度／電圧特性は、正確に測定された電流値に用いられる。これにより、Ｔ＝ｆ（Ｖ１、Ｖ２）という関係に基づいた計算によってチップＣｈの温度が確認される。この計算は、評価ユニットＡＥ（参照：図３）において行われる。
【００５０】
図７Ａに示した本発明の電流／温度測定方法の第３の実施形態では、チップＣｈに集積されているか、または、チップに配置されている正確な温度センサＴＳを用いて、温度測定を行う。電流を測定するために、本実施形態では、パワー半導体チップＣｈの上端に接続された（routed）クリップＣｌを使用する。クリップＣｌの代わりに、ボンディングワイヤ、導体トラック、または、チップの金属層（metallization on chip）を用いてもよい。クリップＣｌにおいて降下する電流および／または温度依存性の電圧Ｖ（Ｔ、Ｉ）は、温度に関しては、温度センサＴＳによって測定された温度依存性の電圧Ｖ１（Ｔ）を用いて補償される。
【００５１】
図７Ｂに示した本発明の電流／温度測定方法の第４実施形態に沿って、チップに備えられ、寄生パッドを用いて評価される、集積ゲート抵抗器ＲGを用いて、温度を測定する。該ゲート抵抗器ＲGは、測定された電流を継続的に送信するために用いられる。電流源は、浮遊している土台（floating basis）上で、パワー半導体スイッチのゲート電極に接続されている。電圧降下Ｖは、切り替え（「スイッチング」）用のゲート充電放電電流（ＩG＝０）の休止（quiescent）位相中に測定され、評価ユニットの温度評価段に供給される。このために、温度測定は、そのためのアイドル時間を有する切り替え動作中に遮断される（masked out）（例えば、１〜１０ｍｓ）。この電流／温度測定方法の場合、集積ゲート抵抗器ＲGに以下のことが当てはまる。
ＲG（Ｔ）→Ｔ（ＲG）
Ｖ（Ｉ、Ｔ）→Ｖ（Ｉ、Ｔ（Ｒ））
Ｉ＝ｆ（ＲG、Ｖ）
ＲGおよびＶが、センサ構成要素の測定によって確認され、Ｉが、計算によって評価される。
【００５２】
本発明の電流／温度測定方法の第５の実施形態を、図８に概略的に示す。この場合、ＩＧＢＴにおいて降下し、さらには温度依存的である電圧Ｖ１（Ｉ、Ｔ）のチップの電流／電圧特性を用いて、温度測定が行われる。しかし、この電圧は、電流センサの温度依存性とは著しく異なる極度の非線形特性を有している。したがって、ＩＧＢＴの電流／電圧特性に非線形に依存している第２の関係Ｖ２（Ｉ、Ｔ）が、ＩＧＢＴのエミッタ線において電流センサとして用いられている寄生抵抗器に対して存在する。ＩＧＢＴのエミッタ供給線における寄生抵抗器の温度Ｔは、ＩＧＢＴのチップ温度ＴChとほぼ同じであると考えられる。これら２つの関係Ｖ１（Ｉ、Ｔ）、Ｖ２（Ｉ、Ｔ）を、アルゴリズムを用いて解くことができる。ここで、Ｔ１＝Ｔ２であり、Ｉ１＝Ｉ２である。したがって、該２つのセンサ構成要素においては電流は互いに等しい。なぜなら、ＩＧＢＴに対するエミッタ供給線（センサ構成要素）と、ＩＧＢＴとでは、同じ電流が流れているからである。
【００５３】
図９Ａに概略的に示した本発明の電流／温度測定方法の第６の実施形態では、異なる温度係数を有する異なる２つの金属（つまり、金属ａおよび金属ｂ）が、単一の電流経路において用いられる。この電流経路は、電子電力回路のモジュールにおける導体トラックであってもよいし、３相変換器回路の母線における導体トラックであってもよい。これら２つの金属（金属ａおよび金属ｂ）の動作中の温度は、同じである（Ｔはほぼ一定である）。金属ａおよび金属ｂにおいてそれぞれ降下する電圧Ｖ１（Ｉ、Ｔ）、Ｖ２（Ｉ、Ｔ）が、測定される。校正ステップにおいて個々の特性を校正した場合、電流Ｉおよび温度Ｔは、動作中に２つの測定電圧を評価することによって得られる。
【００５４】
図９Ｂに示した本発明の方法の第７の実施形態では、図９Ａと同様に、異なる温度係数を有する異なる材料が単一の電流経路において用いられる。これら２つの材料の動作中の温度は、同じである。１つの材料は、他の材料（例えばＡｌまたはＣｕ）とは温度係数が著しく異なるＳｉシャントである。電圧Ｖ１またはＶ４を、電圧Ｖ３およびＶ２とは別に検出するか、または、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４全てを測定する。個々の特性を校正し、動作中に、測定電圧を評価することによって電流および温度を得る。
【００５５】
図１０に示した本発明の電流／温度測定方法の第８の実施形態では、パワー半導体スイッチＩＧＢＴへのエミッタ供給線の電流を、エミッタ供給線の寄生抵抗器の電流・温度依存性の電圧降下Ｖ（Ｉ、Ｔ）によって評価する。初めに、電流を不正確に直接（つまり、温度を補償せずに）測定することによって、パワー半導体スイッチＩＧＢＴを短時間で保護する。このために、第１の増幅器Ａ１において引き出される電圧降下を、第２の増幅器Ａ２において基準電圧Ｖｒｅｆと直接比較し、その結果生じた信号Ｓａｂを、ＯＦＦ状態にするための保護機能を有する駆動回路Ｄに供給する。これと共に、温度が補償された電流を正確に測定するために、電流・温度依存性の電圧降下Ｖ（Ｉ、Ｔ）を評価ユニットに印加する。本発明の温度を補償するために備えられた他のセンサ構成要素が、集積ゲート抵抗器ＲGであってもよいことに、留意すべきである。評価ユニットにおいて電流を正確に測定するための本発明の評価動作（evaluation operation）の速度は、信号Ｓａｂによる間接的なＯＦＦ状態よりも遅い。図１０の上記の直接ＯＦＦ状態にする動作と同様に、修正しない寄生温度センサを、過熱（over temperature）測定およびＯＦＦ状態に直接用いてもよい。
【００５６】
図１１に示した第９の実施形態では、ハーフブリッジ回路ＨＢが、例えば図１に示したものと同様に設計されている。この場合、ハーフブリッジ回路ＨＢにおける、上部ＩＧＢＴであるＩＧＢＴｏ用のエミッタ供給線における第１の寄生抵抗器ＲE、および、下部ＩＧＢＴであるＩＧＢＴｕ用のエミッタ供給線における第２の寄生抵抗器ＲEを、第１の寄生センサ構成要素として用いる。該寄生センサ構成要素は、それぞれ、本発明の電流を測定するための電流・温度依存性の電圧降下Ｖ（Ｉ、Ｔ）を引き出し、該電圧降下を評価ユニットＡＥに印加するために用いられる。また、温度を補償するために、上部ハーフブリッジ分枝Ｉおよび下部ハーフブリッジ分枝ＩＩにおける集積ゲート抵抗器Ｒｇｏ、Ｒｇｕの各電圧降下は、評価ユニットＡＥに印加される。この評価ユニットＡＥは、ハーフブリッジ回路ＨＢの駆動回路に集積されており、外部のまたは集積された、制御ユニットＳＴＥとのインターフェースを有している。同様に、図１１は、評価ユニットＡＥを備えた駆動回路が、それぞれ、チップに集積された空芯変圧器を備えた集積回路ＣＬＴｏ‐ＩＣまたはＣＬＴｕ‐ＩＣ（電位を絶縁するための空芯変圧器を備えたシグマデルタ変換器）であるということを示している。
【００５７】
必要に応じて、これらの正確な評価は、１００ｍｓまでかかってもよい。ハーフブリッジ回路ＨＢのような回路を３つ含んだ該変換器は、この場合、位相出力部Ｐｈの出力電流の正弦波周期（sinusoidal periods）全体を平均化する。このようにしても差し支えない。これは、変換器の調整（regulation）が、少なくとも１つの半周期（half‐cycle）において平均化された電流と関係があり、チップ温度の著しい変化に対して変換器または変換器モジュールの時定数が１００ｍｓを超える範囲で変化するからである。
【００５８】
本発明の電流／温度測定方法に用いられるセンサ構成要素がそのパワー半導体の電位である限り、測定電圧は、電位絶縁点（potential isolation points）を介して、装置用の制御ユニットＳＴＥに修正されずに伝送される。そこでは、製造工程での校正動作中に測定された特性が格納され、該特性に関して測定値が評価される。そこでは、該測定された温度は、例えば、初期警告（early warning）、該装置の電力制限、および、ＯＦＦ状態の保護に用いられる。該測定された電流値は、該装置の制御および過負荷の制限にも用いられる。
【００５９】
あるいは、浮遊しない（nonfloating）測定値を、ＣＬＴｏ‐ＩＣおよびＣＬＴｕ‐ＩＣからそれぞれ構成された駆動回路（actuation circuit）中の評価ユニットＡＥによって処理でき、駆動回路（actuation circuit）の電位インターフェース（potential interface）を介して、その一次側（primary side）に伝送でき、そこから制御ユニットＳＴＥに送ることができる。このために、適宜、簡単な書き替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）が用いられる。
【００６０】
図１２に示した、ハーフブリッジ回路ＨＢの第１０の実施形態に関して、該ハーフブリッジ回路は、本発明の電流／温度測定装置を備え、集積された上部および下部の駆動回路ＣＬＴ‐ＩＣを備えた回路である。該駆動回路は、チップに集積された空芯変圧器を使用するものである。本実施形態では、互いに（例えば、図９Ａに示したような異なる２つの金属部（金属ａおよび金属ｂ））線形に独立している電圧／電流／温度特性を有する、位相出力部Ｐｈに接続された（routed）該導体の２つの寄生抵抗器Ｒ1、Ｒ2が、シグマデルタ変換器を介して、本発明に必要な評価ユニットを含む制御ユニットＳＴＥに、得られた実測変数を伝送する。回路細部の残り部分については、図１２に示した実施形態は、図１１に示した実施形態と類似しているので、ここでは該回路細部について記載しない。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】例えば３相変換器回路に見られるようなハーフブリッジの等価回路を概略的に示す図である。ここでは、本発明の電流温度測定方法に用いる寄生抵抗器を示している。
【図２】誘電負荷に接続されたＩＧＢＴのターンオフ動作用の電流と電圧とのグラフである。
【図３】本発明の方法の校正ステップで用いる評価ユニットと、電子電力回路との接続を概略的に示す図である。
【図４】本発明の方法に用いる異なる２つのセンサ構成要素に関して、互いに線形に独立している電圧／電流／温度特性の一例を示すグラフである。
【図５】絶縁支持体の挿入物を備えた導体トラックの上に配置された、正確な温度センサの断面を概略的に示す図である。
【図６Ａ】シャントである正確な電流センサを概略的に示す図である。ここで、該正確な電流センサを介して流れる電流と同じ電流が、さらに、パワー半導体チップを接続している接触導体を介して流れている。
【図６Ｂ】シャントである正確な電流センサを概略的に示す図である。ここで、該正確な電流センサを介して流れる電流と同じ電流が、さらに、パワー半導体チップを接続している接触導体を介して流れている。
【図７Ａ】正確な温度センサを概略的に示す投射図である。該温度センサは、パワー半導体チップ上に配置されているか、または、該チップに集積されている。該温度センサは、さらに、寄生センサ構成要素をなしている接続クリップでの電流測定を修正するために用いられる。
【図７Ｂ】パワー半導体チップに備えられた温度測定用の集積ゲート抵抗器を概略的に示す平面図である。該集積ゲート抵抗器は、寄生パッドによって評価される。
【図８】パワー半導体の中の２つの寄生センサ構成要素（初めに、温度測定に用いられるＩＧＢＴの電流／電圧特性、および、寄生エミッタ抵抗器である電流／電圧センサ）を示す図である。
【図９Ａ】導体トラック／母線に備えられ、同じ電流経路において異なる温度係数を有する、２つの金属を概略的に示す図である。該２つの金属は、互いに独立している第１のセンサ構成要素および第２のセンサ構成要素として用いられる。
【図９Ｂ】図９Ａと同様に、本発明の方法における温度および電流の測定に用いられる、同じ電流経路において異なる温度係数を有する、異なる材料を示す図である。
【図１０】ＩＧＢＴのエミッタ線に位置する寄生抵抗器を用いて電流および温度を測定する一実施形態を概略的に示す図である。
【図１１】ハーフブリッジ、および、空芯変圧器を含んだ駆動回路を組み込んだ、本発明の電流／温度測定方法を実施する、３相変換器回路のモジュールを示す回路図である。
【図１２】３相変換器回路の単一のモジュールにおいて本発明の電流／温度測定方法を実施する第２の実施形態を示す図である。上記モジュールは、ハーフブリッジ、および、空芯変圧器を含んだ駆動回路を組み込んでいる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｉ、ＩＩ          ハーフブリッジ回路の上部分枝、下部分枝
ＨＢ              ハーフブリッジ回路
ＤＣ＋            正電位
ＤＣ−            負電位
Ｄｏ              上部フリーホイーリングダイオード
Ｄｕ              下部フリーホイーリングダイオード
Ｒｇｏ（Ｔ）、Ｒｇｕ（Ｔ）          上部および下部のゲート供給抵抗器
ＩＧＢＴｏ、ＩＧＢＴｕ              上部および下部のパワー半導体スイッチ
Ｖｃ、Ｉｃ        コレクタ電圧、コレクタ電流
Ｖｇ              ゲート電圧
Ｍ              ミラープラトー
ＶｇＭ（Ｔ、Ｉ）          ミラープラトーＭの温度依存性の電位
ｔoff            ターンオフ時間
ＡＥ              評価ユニット
Ｍ                算術記憶手段
ＬＥ              電子電力回路
Ｔ１、Ｔ２、…、Ｔｎ          温度ステップ
Ｉａ、Ｉｂ、…、Ｉｘ            電流ステップ
Ｖ１（Ｉ、Ｔ）、Ｖ２（Ｉ、Ｔ）          ２つのセンサ構成要素の線形性に依存した電圧／電流／温度特性
Ｌ                導体トラック
ＴＳ              温度センサ
ＩＳＴ            絶縁支持体
Ｒ（Ｔ）          温度依存性の抵抗器
Ｃｈ              チップ
Ｃｌ              チップ
Ｔch              チップ温度
Ｉ                電流
Ｖ                電圧
Ｇ                ゲート
Ｅ                エミッタ
ＲG、Ｒｇ          集積ゲート抵抗器
ＩＧＢＴ          絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
Ａｌ              アルミニウム
Ｓｉ              シリコン
Ｃｕ              銅
Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４          電圧
Ａ１、Ａ２        増幅器
Ｖref              基準電圧
Ｓａｂ            ターンオフ信号
Ｄ                駆動回路
ＳＴＥ            制御ユニット
ＲE              エミッタ線における寄生抵抗器
ＣＬＴｏ‐ＩＣ、ＣＬＴｕ‐ＩＣ        空芯変圧器を備えた上部および下部の集積回路
Ｒ１、Ｒ２        位相出力線における寄生抵抗器
Ｐｈ              位相出力部
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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