(57)【要約】【課題】パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、パワー半導体素子２と、パワー半導体素子２のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路３と、パワー半導体素子２に流れる被制御電流によって生じる誘導磁界を検知して、検知した誘導磁界の大きさに応じて抵抗値が変化する磁気トンネル接合素子４と、磁気トンネル接合素子４に対して、誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させるオフセット付与磁石５と、パワー半導体素子２に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときに生じる磁気トンネル接合素子４の抵抗値変化に伴い、パワー半導体素子２への駆動信号の供給が停止してパワー半導体素子２が遮断状態となるよう構成した保護回路６とを備えている。【選択図】図１
2013172194.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子（２）と、
該パワー半導体素子（２）のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路（３）と、
上記パワー半導体素子（２）に流れる被制御電流によって生じる誘導磁界を検知して、検知した該誘導磁界の大きさに応じて抵抗値が変化する磁気トンネル接合素子（４）と、
該磁気トンネル接合素子（４）に対して、上記誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させるオフセット付与磁石（５）と、
上記パワー半導体素子（２）に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときに生じる上記磁気トンネル接合素子（４）の抵抗値変化に伴い、上記パワー半導体素子（２）への上記駆動信号の供給が停止して上記パワー半導体素子（２）が遮断状態となるよう構成した保護回路（６）とを備えていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置（１）において、上記磁気トンネル接合素子（４）は、上記パワー半導体素子（２）に流れる被制御電流の大きさが閾値を超えたとき、抵抗値が低くなるように配置されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電力変換装置（１）において、上記磁気トンネル接合素子（４）は、感度が最大となる方向が、上記誘導磁界の磁力線の接線方向と平行になるように配置されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記磁気トンネル接合素子（４）は、上記パワー半導体素子（２）と一体化されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記磁気トンネル接合素子（４）は、上記パワー半導体素子（２）の表面に接合されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項６】
請求項４に記載の電力変換装置（１）において、上記オフセット付与磁石（５）は、上記パワー半導体素子（２）と一体化されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電力変換装置（１）において、上記オフセット付与磁石（５）は、上記パワー半導体素子（２）を実装したパワーモジュール基板（１１）上に配設されていることを特徴とする電力変換装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体素子を過電流から保護するための保護回路を備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のパワー半導体素子と該パワー半導体素子を駆動制御する駆動回路とを備え、駆動回路の駆動信号によって複数のパワー半導体素子をスイッチング動作させることにより、電力を変換する電力変換装置がある。
かかる電力変換装置において、過負荷や電源短絡等の原因により、パワー半導体素子に過電流が流れると、パワー半導体素子の過熱や、破損等の問題が生じるおそれがある。そこで、パワー半導体素子に流れる電流に応じて変化するセンス電圧を検出し、このセンス電圧が閾値を超えたとき、パワー半導体素子に過電流が流れたと判定し、パワー半導体素子を遮断状態とするよう構成した電力変換装置がある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４５９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載の電力変換装置においては、過電流の検出にセンスエミッタ等のカレントミラー出力によるセンス電圧を用いているため、その検出精度を高くすることが困難である。すなわち、パワー半導体素子に流れる電流に対するカレントミラー出力は微小であるので、パワー半導体素子に流れる電流の大きさの変化に対するセンス電圧の変化は小さい。また、カレントミラー出力を電圧に変換するための抵抗の挿入によりセンスエミッタの電位が変動するため、パワー半導体素子に流れる電流の大きさとセンス電圧の大きさとの関係を正確に設定することは困難である。それゆえ、センス電圧によってパワー半導体素子に流れる過電流を精度よく検出することは困難である。その結果、正常時にパワー半導体素子を遮断しないようにするためには、センス電圧の閾値を高めに設定せざるを得ない。これにより、過電流が流れたときに即座にパワー半導体素子を遮断することが困難となり、パワー半導体素子を過電流から保護し難くなるおそれがある。
【０００５】
さらには、パワー半導体素子のスイッチングのオンオフの切り替わりの際には、センス電圧にノイズが加わるため、この切り替わりの時期を除いたタイミングでセンス電圧の検出を行う必要がある。このことも、過電流が流れたときにパワー半導体素子を遮断するまでの応答時間が長くなる要因となる。
【０００６】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたもので、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することが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、供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子と、
該パワー半導体素子のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路と、
上記パワー半導体素子に流れる被制御電流によって生じる誘導磁界を検知して、検知した該誘導磁界の大きさに応じて抵抗値が変化する磁気トンネル接合素子と、
該磁気トンネル接合素子に対して、上記誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させるオフセット付与磁石と、
上記パワー半導体素子に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときに生じる上記磁気トンネル接合素子の抵抗値変化に伴い、上記パワー半導体素子への上記駆動信号の供給が停止して上記パワー半導体素子が遮断状態となるよう構成した保護回路とを備えていることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。
【発明の効果】
【０００８】
上記電力変換装置は、上記磁気トンネル接合素子の抵抗値変化を利用して、上記パワー半導体素子を遮断状態とするよう構成した保護回路を備える。これによって、パワー半導体素子に所定の閾値以上の被制御電流（以下において、これを適宜「過電流」という。）が流れたことを正確に検知して、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することができる。
【０００９】
すなわち、磁気トンネル接合素子は、作用した磁界の向きによって、その抵抗値が急峻に変化する性質を有する（参照：久保田均、鈴木義茂、湯浅新治、「高密度スピントルクＭＲＡＭの実現に向けて」、応用物理  第７８巻  第３号〔２００９〕）。そこで、上記保護回路は、この磁気トンネル接合素子の抵抗値の急峻な変化を利用して、上記パワー半導体素子への上記駆動信号の供給を停止させるようにしている。これにより、過電流がパワー半導体素子に流れたときに即座にパワー半導体素子を遮断状態にすることを可能としている。
【００１０】
ただし、上記磁気トンネル接合素子をそのまま利用するだけでは、パワー半導体素子に過電流が流れたか否かを検出することはできない。つまり、パワー半導体素子には、正常時においても被制御電流が流れており、この正常な被制御電流に起因する誘導磁界が上記磁気トンネル接合素子に作用するたびにその抵抗値が変化したのでは、過電流を検出することはできない。
【００１１】
そこで、上記電力変換装置は、上記オフセット付与磁石を配設し、上記磁気トンネル接合素子に対して、上記誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させている。これにより、上記パワー半導体素子に所定の閾値を超えるような大きな被制御電流、すなわち過電流が流れたときに初めて、これに基づく誘導磁界がオフセット磁界を上回り、磁気トンネル接合素子の抵抗値を変化せしめるようになる。その結果、過電流が流れたときに、保護回路が働き、パワー半導体素子を遮断状態にすることができる。
【００１２】
このように、上記オフセット付与磁石を備えることにより、上記磁気トンネル接合素子の抵抗値変化が、過電流が流れたときに初めて生じるように設定することが可能となる。そして、上記磁気トンネル接合素子の抵抗値が、過電流が流れたときに急峻に変化することで、上記保護回路は、過電流の検出を精度よく行うことができると共に、ノイズの影響を受けにくくすることができる。その結果、閾値を高めに設定する必要もないため、過電流が流れたときに即座にパワー半導体素子を遮断状態にすることができる。それゆえ、パワー半導体素子を効果的に過電流から保護することができる。
【００１３】
以上のごとく、本発明によれば、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することができる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１における、保護回路を中心とした電力変換装置の回路の一部の図。
【図２】実施例１における、パワー半導体素子、磁気トンネル接合素子、オフセット付与磁石の位置関係を示す平面説明図。
【図３】実施例１における、磁気トンネル接合素子を一体化したパワー半導体素子の断面説明図。
【図４】実施例１における、電力変換装置の回路図。
【図５】実施例１における、磁気トンネル接合素子の抵抗値特性を示す線図。
【図６】実施例２における、磁気トンネル接合素子を接合したパワー半導体素子の断面説明図。
【図７】実施例３における、磁気トンネル接合素子及びオフセット付与磁石を一体化したパワー半導体素子の断面説明図。
【図８】実施例４における、オフセット付与磁石をパワーモジュール基板に搭載した状態の断面説明図。
【図９】実施例５における、保護回路を中心とした電力変換装置の回路の一部の図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
上記パワー半導体素子としては、例えば、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタ）等を用いることができる。
【００１６】
また、上記磁気トンネル接合素子は、上記パワー半導体素子に流れる被制御電流の大きさが閾値を超えたとき、抵抗値が低くなるように配置されていることが好ましい（請求項２）。この場合には、過電流が流れたときに、上記磁気トンネル接合素子を信号電流が通過するように回路構成することができ、上記保護回路を簡素化しやすい。
【００１７】
また、上記磁気トンネル接合素子は、感度が最大となる方向が、上記誘導磁界の磁力線の接線方向と平行になるように配置されていることが好ましい（請求項３）。この場合には、過電流をより精度よく検出することができ、より効果的にパワー半導体素子を保護することができる。
【００１８】
また、上記磁気トンネル接合素子は、上記パワー半導体素子と一体化されていてもよい（請求項４）。この場合には、上記電力変換装置の部品点数を低減することができる。
【００１９】
また、上記磁気トンネル接合素子は、上記パワー半導体素子の表面に接合されていてもよい（請求項５）。この場合には、上記パワー半導体素子の製造を容易にすることができる。
【００２０】
また、上記オフセット付与磁石は、上記パワー半導体素子と一体化されていてもよい（請求項６）。この場合には、上記電力変換装置の部品点数を低減することができる。
【００２１】
また、上記オフセット付与磁石は、上記パワー半導体素子を実装したパワーモジュール基板上に配設されていてもよい（請求項７）。この場合には、上記パワー半導体素子の製造が容易となる。また、上記オフセット付与磁石を変更しやすく、上記パワー半導体素子を遮断状態とするときの上記被制御電流の閾値を、仕様によって容易かつ安価に変更することができる。
【実施例】
【００２２】
（実施例１）
上記電力変換装置の実施例につき、図１〜図５を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、図４に示すごとく、供給される電力を変換するためのスイッチング動作を行うパワー半導体素子２と、パワー半導体素子２のスイッチング動作を制御する駆動信号を出力する駆動回路３とを備える。そして、さらに、電力変換装置１は、図１に示すごとく、以下の磁気トンネル接合素子４と、オフセット付与磁石５と、保護回路６とを備えている。
【００２３】
磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２に流れる被制御電流によって生じる誘導磁界を検知して、検知した誘導磁界の大きさに応じて抵抗値が変化するよう構成されている。
オフセット付与磁石５は、磁気トンネル接合素子４に対して、上記誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させるよう構成されている。
保護回路６は、パワー半導体素子２に流れる被制御電流の大きさが所定の閾値を超えたときに生じる磁気トンネル接合素子４の抵抗値変化に伴い、パワー半導体素子２への駆動信号の供給が停止してパワー半導体素子２が遮断状態となるよう構成してある。
【００２４】
電力変換装置１は、図４に示すごとく、直流電源部７１と三相交流回転電機７２との間において、両者間の電力変換を行うよう構成されている。電力変換装置１においては、高電位側に配された上アームのパワー半導体素子２と低電位側に配された下アームのパワー半導体素子２とを直列接続してなる直列回路が、３本形成されている。そして、各直列回路における上アームのパワー半導体素子２と下アームのパワー半導体素子２との間に、それぞれ、三相交流回転電機７２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電極に接続される出力ラインが接続されている。
また、直流電源部７１と電力変換装置１との間には、平滑コンデンサ７３が配線されている。なお、直流電源部７１は、直流バッテリーのみによって構成してもよいし、直流バッテリーとその電圧を昇圧もしくは降圧するコンバータとを備えるものであってもよい。
【００２５】
また、各パワー半導体素子２には、ダイオード２０が逆並列接続されている。また、複数のパワー半導体素子２のゲートには、駆動回路３からの駆動信号が入力されるよう構成されている。
なお、本例において、パワー半導体素子２は、ＩＧＢＴからなる。
【００２６】
そして、各パワー半導体素子２に対して、磁気トンネル接合素子４と、オフセット付与磁石５と、保護回路６とが設けられている。すなわち、図２、図３に示すごとく、パワー半導体素子２には、磁気トンネル接合素子４が搭載されており、磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２に流れる被制御電流に起因して発生する誘導磁界が作用するよう配置されている。
【００２７】
磁気トンネル接合素子４は、感度が最大となる方向が、誘導磁界の磁力線Ｈ１の接線方向と平行になるように配置されている。パワー半導体素子２に流れる被制御電流、すなわち、パワー半導体素子２のコレクタ−エミッタ間に流れる電流は、図２における符号Ｉ１に示すように、パワー半導体素子２の厚み方向に流れる。それゆえ、この被制御電流によって形成される誘導磁界の磁力線Ｈ１は、パワー半導体素子２の主面に平行であり、かつエミッタ２ｅの中央部分を中心とした円形状に形成される。この円形状の誘導磁界の磁力線Ｈ１の接線方向に、感度が最大となる方向を向けて、磁気トンネル接合素子４を配置している。
【００２８】
なお、磁気トンネル接合素子４は、絶縁層の両側に強磁性金属層を積層した積層構造となっており、感度が最大となる方向は、この積層方向に直交する。この積層方向については、誘導磁界の方向に対する関係において特に限定されるものではない。
【００２９】
図３に示すごとく、磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２と一体化されている。磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２におけるエミッタ２ｅ側の表面から埋め込まれた状態で形成されている。なお、パワー半導体素子２におけるエミッタ２ｅ側の表面には、その外周部付近の全周に、エミッタ２ｅとコレクタ２ｃとを絶縁するためのガードリング２１が形成されている。磁気トンネル接合素子４は、このガードリング２１の内側に配設されている。つまり、磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２のチャネル部２２とガードリング２１との間に配設されている。
【００３０】
また、図２に示すごとく、磁気トンネル接合素子４の近傍に、オフセット付与磁石５が配置されている。オフセット付与磁石５は、磁気トンネル接合素子４に対して、上記誘導磁界が作用する向きと反対向きのオフセット磁界が作用するように配置されている。図２における符号Ｈ２にて示す曲線が、オフセット磁界の磁力線を表す。
【００３１】
すなわち、磁気トンネル接合素子４は、作用する磁界の向きによって、抵抗値が急峻に変化する。それゆえ、パワー半導体素子２に流れる被制御電流が所定の閾値を超えているか否かを、磁気トンネル接合素子４の抵抗値変化を利用して判定するには、被制御電流が所定の閾値を超えるときに、磁気トンネル接合素子４に作用する磁界の向きが反転するようにする必要がある。
【００３２】
そこで、オフセット付与磁石５を配設し、磁気トンネル接合素子４に対して、誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させている。これにより、パワー半導体素子２に所定の閾値を超えるような大きな被制御電流、すなわち過電流が流れたときに初めて、これに基づく誘導磁界がオフセット磁界を上回り、磁気トンネル接合素子４の抵抗値を変化せしめるようになる。
【００３３】
このことにつき、図５を用いて説明する。
磁気トンネル接合素子４は、作用する磁界の向きによって抵抗値が急峻に変化する。図５は、感度が最大となる所定の向きを基準にして磁気トンネル接合素子４に作用する磁界Ｈを横軸にとり、それに伴う磁気トンネル接合素子４の抵抗値Ｒを縦軸にとったグラフにおいて、磁界Ｈと抵抗値Ｒとの関係を示したものである。同図における折れ線Ｌが、磁界による抵抗値変化を表す。
【００３４】
同図から分かるように、多少のヒステリシスはあるが、磁界Ｈ＝０を境にして、磁気トンネル接合素子４の抵抗値Ｒが急峻に変化している。つまり、作用する磁界の向きが反転すると、抵抗値が急峻に変化する。具体的には、Ｈ＜０の間の抵抗値ｒ１、及び、Ｈ＞０の間の抵抗値ｒ２は、いずれもそれぞれ略一定であるが、抵抗値ｒ１と抵抗値ｒ２とは、互いに大きく異なる。
【００３５】
ここで、仮にオフセット付与磁石５がなく、磁気トンネル接合素子４に作用する磁界が、実質的に、パワー半導体素子２に流れる被制御電流によって生じる誘導磁界のみであるとすると、被制御電流が小さい場合、磁気トンネル接合素子４に作用する磁界は０付近にあり、磁気トンネル接合素子４の抵抗値は不安定な状態となる。つまり、被制御電流が小さくても、すなわち、正常な状態でも、磁気トンネル接合素子４に磁界が作用すると、その抵抗値が低くなり、保護回路６が作動してしまう。
【００３６】
そこで、本例の電力変換装置１は、オフセット付与磁石５を備えることにより、磁気トンネル接合素子４に作用する磁界は、パワー半導体素子２に流れる被制御電流によって生じる誘導磁界と、オフセット付与磁石５によるオフセット磁界とを合成した磁界となる。それゆえ、被制御電流が流れていない状況においては、−ｈのオフセット磁界が作用することとなる。このオフセット磁界の大きさは、正常時における誘導磁界の大きさに比べて充分に大きい。そして、オフセット磁界の大きさは、パワー半導体素子２に流れる被制御電流の閾値に応じて設定する。具体的には、オフセット磁界は、パワー半導体素子２に流れる被制御電流が閾値に達したときの誘導磁界と同じ大きさとなるようにする。
【００３７】
これにより、正常な被制御電流が流れても、磁気トンネル接合素子４の抵抗値Ｒは安定してｒ１を示す。そして、パワー半導体素子２に、閾値を超える被制御電流（過電流）が流れたとき、初めて、磁気トンネル接合素子４の抵抗値Ｒがｒ２に急峻に低下する。
【００３８】
このようにして、オフセット付与磁石５を適切に配置することにより、所定の閾値を超える過電流が流れたときに、磁気トンネル接合素子４の急峻な抵抗値変化が現れるようにすることができる。つまり、本例において、磁気トンネル接合素子４は、過電流が流れたときに、抵抗値が急峻に低下するように配置してある。
【００３９】
次に、保護回路６の具体的構成につき、図１を用いて説明する。
保護回路６は、駆動回路３とパワー半導体素子２のエミッタとの間に、保護トランジスタ６１を設けている。すなわち、駆動回路３とパワー半導体素子２のゲートとの間の配線に、保護トランジスタ６１のドレインが抵抗６２１を介して接続され、パワー半導体素子２のエミッタに保護トランジスタ６１のソースが接続されている。そして、磁気トンネル接合素子４の一方の端子が、保護トランジスタ６１のゲートに、抵抗６２２を介して接続されている。磁気トンネル接合素子４の他方の端子は、制御用電源に接続されている。また、磁気トンネル接合素子４と、保護トランジスタ６１のソースとの間に、抵抗６２３が配線されている。
【００４０】
保護回路６は、上記のような回路構成を採ることにより、磁気トンネル接合素子４の抵抗値が低下したとき、磁気トンネル接合素子４を介して制御信号が保護トランジスタ６１のゲートに入力され、保護トランジスタ６１がオンの状態となる。これにより、パワー半導体素子２のゲート電圧が低下し、パワー半導体素子２への駆動信号の供給が遮断され、パワー半導体素子２が遮断状態となる。
【００４１】
つまり、パワー半導体素子２のコレクタ−エミッタ間に流れる被制御電流が、所定の閾値以上の過電流となったとき、過電流によって形成される誘導磁界がオフセット磁界を上回り、磁気トンネル接合素子４の抵抗値が急峻に低下する。これに伴い、保護トランジスタ６１のゲートに制御信号が入力され、保護トランジスタ６１が導通状態となる。その結果、パワー半導体素子２のゲート電圧が低下し、パワー半導体素子２が遮断状態となる。これにより、パワー半導体素子２の過電流を収束させて、パワー半導体素子２を保護する。
【００４２】
次に、本例の作用効果につき説明する。
電力変換装置１は、磁気トンネル接合素子４の抵抗値変化を利用して、パワー半導体素子２を遮断状態とするよう構成した保護回路６を備える。これによって、パワー半導体素子２に所定の閾値以上の被制御電流（過電流）が流れたことを正確に検知して、パワー半導体素子２を過電流から効果的に保護することができる。
【００４３】
すなわち、磁気トンネル接合素子４は、作用した磁界の向きによって、その抵抗値が急峻に変化する性質を有する。そこで、保護回路６は、この磁気トンネル接合素子４の抵抗値の急峻な変化を利用して、パワー半導体素子２への駆動信号の供給を停止させるようにしている。これにより、過電流がパワー半導体素子２に流れたときに即座にパワー半導体素子２を遮断状態にすることを可能としている。
【００４４】
また、電力変換装置１は、オフセット付与磁石５を配設し、磁気トンネル接合素子４に対して、誘導磁界と逆向きのオフセット磁界を作用させている。これにより、パワー半導体素子２に所定の閾値を超えるような大きな被制御電流、すなわち過電流が流れたときに初めて、これに基づく誘導磁界がオフセット磁界を上回り、磁気トンネル接合素子４の抵抗値を変化せしめるようになる。その結果、過電流が流れたときに、保護回路６が働き、パワー半導体素子２を遮断状態にすることができる。
【００４５】
このように、オフセット付与磁石５を備えることにより、磁気トンネル接合素子４の抵抗値変化が、過電流が流れたときに初めて生じるように設定することが可能となる。そして、磁気トンネル接合素子４の抵抗値が、過電流が流れたときに急峻に変化することで、保護回路６は、過電流の検出を精度よく行うことができると共に、ノイズの影響を受けにくくすることができる。その結果、閾値を高めに設定する必要もないため、過電流が流れたときに即座にパワー半導体素子２を遮断状態にすることができる。それゆえ、パワー半導体素子２を効果的に過電流から保護することができる。
【００４６】
また、磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２に流れる被制御電流の大きさが閾値を超えたとき、抵抗値が低くなるように配置されている。これにより、過電流が流れたときに、磁気トンネル接合素子４を信号電流が通過するように回路構成することができ、保護回路６を簡素化しやすい。
【００４７】
また、磁気トンネル接合素子４は、感度が最大となる方向が、誘導磁界の磁力線Ｈ１の接線方向と平行になるように配置されている。これにより、過電流をより精度よく検出することができ、より効果的にパワー半導体素子２を保護することができる。
また、磁気トンネル接合素子４は、パワー半導体素子２と一体化されているため、電力変換装置１の部品点数を低減することができる。
【００４８】
以上のごとく、本例によれば、パワー半導体素子を過電流から効果的に保護することができる電力変換装置を提供することができる。
【００４９】
（実施例２）
本例は、図６に示すごとく、磁気トンネル接合素子４を、パワー半導体素子２の表面に接合した例である。
すなわち、本例においては、実施例１とは異なり、磁気トンネル接合素子４を、パワー半導体素子２と一体的に形成するのではなく、パワー半導体素子２とは別個に作成した磁気トンネル接合素子４を、パワー半導体素子２におけるエミッタ２ｅ側の表面に接合している。
その他は、実施例１と同様である。また、図６に用いた符号のうち、実施例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、実施例１と同様の構成要素を表す。
【００５０】
本例の場合には、パワー半導体素子２の製造を容易にすることができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５１】
（実施例３）
本例は、図７に示すごとく、オフセット付与磁石５をも、パワー半導体素子２と一体化させた例である。
すなわち、本例においては、実施例１と同様に、磁気トンネル接合素子４をパワー半導体素子２と一体的に形成すると共に、オフセット付与磁石５をもパワー半導体素子２と一体的に形成している。
【００５２】
オフセット付与磁石５は、磁気トンネル接合素子４に対して、パワー半導体素子２のチャネル部２２側と反対側に隣接する位置において、パワー半導体素子２と一体的に形成されている。
また、磁気トンネル接合素子４およびオフセット付与磁石５は、パワー半導体素子２におけるエミッタ２ｅ側の表面から埋め込まれた状態で形成されている。また、磁気トンネル接合素子４およびオフセット付与磁石５は、ガードリング２１の内側に配設されている。
その他は、実施例１と同様である。また、図７に用いた符号のうち、実施例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、実施例１と同様の構成要素を表す。
【００５３】
本例の場合には、電力変換装置１の部品点数を低減することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５４】
（実施例４）
本例は、図８に示すごとく、オフセット付与磁石５を、パワー半導体素子２を実装したパワーモジュール基板１１上に配設した例である。
本例において、パワー半導体素子２は、パワーモジュール基板１１に、コレクタ２ｃ側の主面をはんだ１２によって接合し、実装している。このパワーモジュール基板１１における、パワー半導体素子２を実装した実装面に、オフセット付与磁石５を配設してある。オフセット付与磁石５は、磁気トンネル接合素子４に対して、パワー半導体素子２のチャネル部２２側と反対側に隣接する位置において、パワーモジュール基板１１に搭載されている。
その他は、実施例１と同様である。また、図８に用いた符号のうち、実施例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、実施例１と同様の構成要素を表す。
【００５５】
本例の場合には、実施例３の場合に比べて、パワー半導体素子２の製造が容易となる。また、オフセット付与磁石５を変更しやすく、パワー半導体素子２を遮断状態とするときの被制御電流の閾値を、仕様によって容易かつ安価に変更することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。
【００５６】
（実施例５）
本例は、図９に示すごとく、パワー半導体素子２に流れる被制御電流の大きさが閾値を超えたとき、抵抗値が高くなるように磁気トンネル接合素子４を配置した例である。
具体的には、感度が最大となる向きが、実施例１に示した磁気トンネル接合素子４の配設方向に対して逆向きになるように変更することで、上述の配置を実現することができる。
【００５７】
この場合、磁気トンネル接合素子４の抵抗値が高くなったときに、パワー半導体素子２を遮断状態とする必要がある。そのための保護回路６として、図９に示す回路構成が考えられる。
この保護回路６は、２つの保護トランジスタ６１１、６１２を用いる。そして、パワー半導体素子２に過電流が流れておらず、磁気トンネル接合素子４の抵抗値が低い状態のとき、磁気トンネル接合素子４を介して制御信号が、第１の保護トランジスタ６１１のゲートに入力され、保護トランジスタ６１１がオンの状態にある。これにより、第２の保護トランジスタ６１２のゲートには制御信号が入力されず、第２の保護トランジスタ６１２はオフの状態にある。その結果、駆動回路３からのパワー半導体素子２のゲートへの駆動信号は遮断されず、駆動信号によってパワー半導体素子２は通常のスイッチング動作を行う。
【００５８】
一方、パワー半導体素子２に過電流が流れ、磁気トンネル接合素子４の抵抗値が高くなると、第１の保護トランジスタ６１１のゲートへの制御信号の入力が遮断され、第１の保護トランジスタ６１１がオフの状態となる。これにより、第２の保護トランジスタ６１２のゲートに制御信号が入力され、第２の保護トランジスタ６１２はオンの状態となる。その結果、パワー半導体素子２のゲート電圧が低下し、パワー半導体素子２への駆動信号の供給が遮断され、パワー半導体素子２が遮断状態となる。
その他は、実施例１と同様である。また、図８に用いた符号のうち、実施例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、実施例１と同様の構成要素を表す。
【００５９】
なお、パワー半導体素子２と磁気トンネル接合素子４とオフセット付与磁石５との位置関係や配設状態は、実施例１〜４に開示した構成に限らず、種々の構成を採り得る。例えば、実施例２と実施例４とを組み合わせた構成とすることもできる。
また、保護回路６についても、実施例１、５に示した構成以外にも、種々の構成を採り得る。
【符号の説明】
【００６０】
１  電力変換装置
２  パワー半導体素子
３  駆動回路
４  磁気トンネル接合素子
５  オフセット付与磁石
６  保護回路
【図１】
2013172194.tif 000003
【図２】
2013172194.tif 000004
【図３】
2013172194.tif 000005
【図４】
2013172194.tif 000006
【図５】
2013172194.tif 000007
【図６】
2013172194.tif 000008
【図７】
2013172194.tif 000009
【図８】
2013172194.tif 000010
【図９】
2013172194.tif 000011