(57)【要約】【課題】過電流保護が行われるタイミングのずれを防止する。【解決手段】被保護回路を流れる複数の電流を複数の電圧として検出する複数の検出抵抗と、複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記複数の基準電圧を個別に調整するための複数の調整抵抗を接続可能である複数の端子と、前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたか否かを検出する過電流検出回路と、前記過電流検出回路の検出結果が、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたことを示す場合、前記検出結果に基づいて、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集積回路である。【選択図】  図３
2009229133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被保護回路を流れる複数の電流を複数の電圧として検出する複数の検出抵抗と、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記複数の基準電圧を個別に調整するための複数の調整抵抗を接続可能である複数の端子と、
前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたか否かを検出する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路の検出結果が、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたことを示す場合、前記検出結果に基づいて、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集積回路。
【請求項２】
前記基準電圧生成回路は、前記複数の基準電圧を所定の接続点に生成する複数の直列抵抗回路を有し、
前記複数の直列抵抗回路の前記接続点は、前記複数の端子とそれぞれ接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記過電流検出回路は、
前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧が前記複数の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、前記複数の電圧が前記基準電圧を超えた場合は出力が所定の電圧になる複数のコンパレータを有し、
前記複数のコンパレータの出力は、前記過電流検出回路の検出結果を得るべく共通に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
前記複数のコンパレータの出力と共通に接続されるモニター端子、
を備えたことを特徴とする請求項３に記載の集積回路。
【請求項５】
前記複数の検出抵抗は、シャント抵抗である、
ことを特徴とする請求項１に記載の集積回路。
【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及び複数の調整抵抗と、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複数の電流を複数の電圧として検出する複数の検出抵抗と、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記複数の基準電圧を個別に調整するための前記複数の調整抵抗が接続される複数の端子と、
前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたか否かを検出する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路の検出結果が、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたことを示す場合、前記検出結果に基づいて、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７】
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集積回路及び複数の調整抵抗と、
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複数の電流を複数の電圧として検出する複数の検出抵抗と、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記複数の基準電圧を個別に調整するための前記複数の調整抵抗が接続される複数の端子と、
前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたか否かを検出する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路の検出結果が、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたことを示す場合、前記検出結果に基づいて、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８】
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及び複数の調整抵抗と、
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、
被保護回路を流れる複数の電流を複数の電圧として検出する複数の検出抵抗と、
複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、
前記複数の基準電圧を個別に調整するための前記複数の調整抵抗が接続される複数の端子と、
前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたか否かを検出する過電流検出回路と、
前記過電流検出回路の検出結果が、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたことを示す場合、前記検出結果に基づいて、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、集積回路、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、冷蔵庫等の電気機器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。
【０００５】
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（Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect -Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated-Gate-Bipolar-Transistor）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。また、過電流保護機能を用いて過電流検出を行う場合には、過電流検出抵抗として例えばシャント抵抗が用いられる。
【０００７】
例えば、図９（ａ）に示されるように、３相モータのＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルに印加させる３相交流電圧を生成するためのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６（パワー半導体デバイス）に対して、電流吸込側のスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の接地ＧＮＤ側の検出ノードに共通に設けた１つのシャント抵抗Ｒｓを用いる方式（以下、「１シャント方式」と呼ぶ。）や、図９（ｂ）に示されるように、電流吸込側のスイッチング素子Ｑ４、Ｑ５、Ｑ６の接地ＧＮＤ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を用いる方式（以下、「３シャント方式」と呼ぶ。）がある。
【０００８】
図１０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いて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。
【０００９】
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波形と似たような波形となる。
【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】
【００１０】
ところで、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ため、電圧降下及び損失の少ないシャント抵抗等の素子が用いられる。このため、過電流検出抵抗により検出される電流は、パターン抵抗や寄生容量等の影響を受けやすい。かかる影響によって、上記の３シャント方式等の複数のシャント抵抗を用いる場合、複数のシャント抵抗それぞれで検出される電流に誤差が生じてしまう。
【００１１】
例えば、一律３０Ａの電流で過電流保護を行うといった設計であった場合に、上記のパターン抵抗等がシャント抵抗に上乗せされる形で抵抗値が大きくなり、検出電圧が上昇してしまう。このため、あるシャント抵抗によれば２７Ａの電流で過電流保護が行われ、またある別のシャント抵抗によれば２８Ａの電流で過電流保護が行われる、という具合に、複数のシャント抵抗間それぞれで本来一律に過電流保護が行われるタイミングにズレが生じてくるという問題があった。
【００１２】
そこで、複数のシャント抵抗それぞれのパターン抵抗が全て揃うようにレイアウトを工夫する必要があるが、各パターン抵抗が全て揃うような集積回路上のレイアウトは現実的には困難である。特に、絶縁金属基板技術を用いた集積回路の場合には、高度な技術が要求されるベアチップ実装を採用しているため、レイアウト制約が多く、レイアウトによって各パターン抵抗を揃えることには限界がある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
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複数の電流を複数の電圧として検出する複数の検出抵抗と、複数の基準電圧を生成する基準電圧生成回路と、前記複数の基準電圧を個別に調整するための複数の調整抵抗を接続可能である複数の端子と、前記複数の電圧と前記複数の基準電圧をそれぞれ比較し、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたか否かを検出する過電流検出回路と、前記過電流検出回路の検出結果が、前記複数の電圧の中の１以上の電圧が前記複数の基準電圧の中の対応する１以上の基準電圧を超えたことを示す場合、前記検出結果に基づいて、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集積回路である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、過電流保護が行われるタイミングのずれを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜＜＜過電流保護機能を持つ集積回路を用いた装置＞＞＞
＝＝＝インバータ回路＝＝＝
図１では、過電流保護機能を具備したインバータ回路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。
【００１６】
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。
【００１７】
インバータ回路１２０は、Ｖ＋端子、Ｖ−端子、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子、電圧調整用端子Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗ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。
【００１８】
電圧調整用端子Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗは、基準電圧生成回路１２６から過電流検出回路１２３に向けて供給される基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗそれぞれの電圧レベルを個別に調整するための電圧調整用抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ（複数の調整抵抗）を接続するための端子である。尚、電圧調整用抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃは可変抵抗であっても固定抵抗であってもよい。
【００１９】
モニター端子ＳＯは、過電流検出回路１２３における検出結果を示す後述の合成出力信号ＳＯをモニターするための端子である。合成出力信号ＳＯをモニターすることで、基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗの各電圧レベル調整に適した電圧調整用抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの各抵抗値を決めることができる。尚、モニター端子ＳＯは、合成出力信号ＳＯ以外に、後述の検出信号ＤＥＴをモニターするための端子としてもよい。
【００２０】
インバータ回路１２０は、スイッチング回路１２１（非保護回路）と、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗ（検出抵抗）と、ＲＣフィルタ１２２ａ、１２２ｂ、１２２ｃと、過電流検出回路１２３と、ドライバ回路１２５（制御回路）と、基準電圧生成回路１２６と、によって構成される。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、過電流検出回路１２３における過電流検出に用いられる抵抗である。即ち、過電流検出方式としては、３つのシャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗを用いた３シャント方式を採用している。
【００２４】
ＲＣフィルタ１２２ａは、スイッチング素子Ｑ４とシャント抵抗Ｒｕの接続点ｎａに発生する電圧が第１の信号ライン１２７ａを介して印加され、この電圧を平滑化した電圧Ｖｕを過電流検出回路１２３に出力するフィルタである。ＲＣフィルタ１２２ｂは、スイッチング素子Ｑ５とシャント抵抗Ｒｖの接続点ｎｂに発生する電圧が第２の信号ライン１２７ｂを介して印加され、この電圧を平滑化した電圧Ｖｖを過電流検出回路１２３に出力するフィルタである。ＲＣフィルタ１２２ｃは、スイッチング素子Ｑ６とシャント抵抗Ｒｗの接続点ｎｃに発生する電圧が第３の信号ライン１２７ｃを介して印加され、この電圧を平滑化した電圧Ｖｗを過電流検出回路１２３に出力するフィルタである。
【００２５】
過電流検出回路１２３は、第１乃至第３の信号ライン１２７ａ〜１２７ｃを介して供給される電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを、基準電圧生成回路１２６から供給される基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗ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。過電流検出回路１２３は、インバータ回路１２０内の過電流を検出した場合、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、過電流が検出されなかった場合を表す。尚、過電流検出回路１２３の詳細構成例については後述する。
【００２６】
ドライバ回路１２５（制御回路）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。
【００２７】
また、ドライバ回路１２５は、過電流検出回路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。
【００２８】
尚、図２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。
【００２９】
基準電圧生成回路１２６は、過電流検出回路１２３に電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗそれぞれの比較対象となる基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗを供給するものである。また、基準電圧生成回路１２６は、基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗそれぞれの電圧レベルを調整することができる。尚、基準電圧生成回路１２６の詳細な構成例については後述する。
【００３０】
＝＝＝基準電圧生成回路＝＝＝
基準電圧生成回路１２６の詳細構成例は、図３に示されている。基準電圧生成回路１２６は、第１の基準電圧生成回路１２６０ａ、第２の基準電圧生成回路１２６０ｂ、第３の基準電圧生成回路１２６０ｃを有する。
【００３１】
第１の基準電圧生成回路１２６０ａは、電圧Ｖｕの比較対象とする基準電圧Ｖｒｕを生成するものである。第１の基準電圧生成回路１２６０ａは、電源電圧ＶＣＣと接地ＧＮＤとの間に直列接続した抵抗Ｒ０、Ｒ１と、抵抗Ｒ１に並列接続されるコンデンサＣ０と、により構成される。抵抗Ｒ０の電源電圧ＶＣＣ側の端子と接続された電源ライン１２３５より電源電圧ＶＣＣが取り出される。抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点Ｘと接続されたライン１２６５ａより基準電圧Ｖｒｕが取り出される。コンデンサＣ０は、抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点Ｘの基準電圧Ｖｒｅｆのレベルを維持するものである。
【００３２】
抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点Ｘは、電圧調整用抵抗Ｒａを接続可能な電圧調整用端子Ｍｕと接続される。電圧調整用端子Ｍｕに電圧調整用抵抗Ｒａを接続しない場合、抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点Ｘより取り出される基準電圧Ｖｒｕは、コンデンサＣ０の容量を無視すると、つぎの式（１）のように、抵抗Ｒ０、Ｒ１の抵抗比によって電源電圧ＶＣＣを分圧した電圧レベルとなる。  
Ｖｒｕ＝｛Ｒ１÷（Ｒ０＋Ｒ１）｝×ＶＣＣ  ・・・（１）
一方、電圧調整用端子Ｍｕに電圧調整用抵抗Ｒａを接続した場合、抵抗Ｒ０、Ｒ１の接続点Ｘより取り出される基準電圧Ｖｒｕは、コンデンサＣ０の容量を無視すると、つぎの式（２）のように、抵抗Ｒ０と抵抗Ｒ１及び電圧調整用抵抗Ｒａの並列接続による合成抵抗との抵抗比によって電源電圧ＶＣＣを分圧した電圧レベルとなる。
【００３３】
Ｖｒｕ＝｛（Ｒａ×Ｒ１）÷（Ｒａ＋Ｒ１）｝÷｛Ｒ０＋（Ｒａ×Ｒ１）÷（Ｒａ＋Ｒ１）｝  ・・・（２）
【００３４】
従って、第１の基準電圧生成回路１２６０ａは、電圧調整用端子Ｍｕに接続する電圧調整用抵抗Ｒａの抵抗値を変更することによって、基準電圧Ｖｒｕの電圧レベルを調整することが可能となる。第２の基準電圧生成回路１２６０ｂ、第３の基準電圧生成回路１２６０ｃは、第１の基準電圧生成回路１２６０ａと同じ構成である。第２の基準電圧生成回路１２６０ｂは、電圧調整用端子Ｍｖに接続する電圧調整用抵抗Ｒｂの抵抗値を変更することによって、基準電圧Ｖｒｖの電圧レベルを調整することが可能となり、第３の基準電圧生成回路１２６０ｃは、電圧調整用端子Ｍｗに接続する電圧調整用抵抗Ｒｃの抵抗値を変更することによって、基準電圧Ｖｒｗの電圧レベルを調整することが可能となる。
【００３５】
この結果、図１中に示されるスイッチング素子Ｑ４〜Ｑ６とＶ−端子間の各パターン抵抗の相違等によって、第１のシャント抵抗Ｒａ、第２のシャント抵抗Ｒｂ、第３のシャント抵抗Ｒｃの各過電流として予め定めておいた一律な所定電流量に誤差が生じる場合があっても、適切な抵抗値の電圧調整用抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃを電圧調整用端子Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗに接続することによって、上記のような誤差を補正することができる。即ち、第１のシャント抵抗Ｒａ、第２のシャント抵抗Ｒｂ、第３のシャント抵抗Ｒｃそれぞれで本来一律に過電流保護が行われるべきタイミングのズレを補正することができる。
【００３６】
＝＝＝過電流検出回路＝＝＝
過電流検出回路１２３の詳細構成例が図３に示されている。過電流検出回路１２３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、３つの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の出力ラインを共通に接続した接続点Ｐに対しベースが接続されるＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０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Ｃ２と、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０とコンデンサＣ２の接続点Ｑに接続された抵抗Ｒ２と、により構成される。
【００３７】
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からライン１２６５ａを介して基準電圧Ｖｒｕ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１２６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Ｖｒｕよりも低い場合、オープンコレクタ出力コンパレータ１２３３ａの比較信号ＵＯはハイインピーダンスとなり、電圧Ｖｕが基準電圧Ｖｒｕ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の比較信号ＵＯはＬｏｗレベルとなる。
【００３８】
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、＋端子に基準電圧Ｖｒｖ、Ｖｒｗ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Ｐに接続される。接続点Ｐから各比較信号ＵＯ、ＶＯ、ＷＯを合成して得られる合成出力信号ＳＯが取り出されて、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０のベースに入力される。
【００３９】
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４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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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のレベルを維持するものである。
【００４３】
ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０は、ベースに入力される合成出力信号ＳＯに基づいてオン／オフする。シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗのいずれにおいても過電流が検出されない場合、ベースに入力される合成出力信号ＳＯがハイインピーダンスとなるので、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０はオフする。この場合、接続点Ｑから抵抗Ｒ２を介して取り出される検出信号ＤＥＴは、ＧＮＤレベルに応じたＬｏｗレベルとなる。
【００４４】
一方、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗのいずれかにおいて過電流が検出された場合、ベース入力の合成出力信号ＳＯがＬｏｗレベルとなるので、ＰＮＰバイポーラトランジスタＢ１０はオンする。この場合、接続点Ｑから抵抗Ｒ２を介して取り出される検出信号ＤＥＴは、電源電圧ＶＣＣに応じたＨｉｇｈレベルとなる。
【００４５】
コンデンサＣ２と抵抗Ｒ２は、検出信号ＤＥＴを出力する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。
【００４６】
以上のように、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接続することによって、シャント抵抗Ｒｕ、Ｒｖ、Ｒｗそれぞれに流れる電流が過電流であるか否かを、１つの合成出力信号ＳＯに基づいて検出できる。
【００４７】
また、合成出力信号ＳＯは、図１中に示した一つのモニター端子ＳＯによってモニターすることができる。このように、合成出力信号ＳＯをモニター端子ＳＯによってモニターできるようにしたことで、基準電圧Ｖｒｕ、Ｖｒｖ、Ｖｒｗそれぞれの電圧レベルを調整する必要が生じた際に、電圧調整用端子Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗに接続する電圧調整用抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃの適切な抵抗値を求めることができる。
【００４８】
＜＜＜絶縁金属基板技術を用いた半導体装置＞＞＞
＝＝＝半導体装置＝＝＝
図５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５（ａ）は半導体装置１０の断面図であり、図５（ｂ）は半導体装置１０の正面図である。また、図６は、図５に示した半導体装置１０の斜視図である。
【００４９】
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。
【００５０】
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は、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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
第１の基板１Ａの側面（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、実装基板のスルーホール３２に挿入される。
【００５５】
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。尚、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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
図１に示したインバータ回路１２０は、図５、図６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７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７（ａ）は、第１の基板１Ａの実装例を示した図であり、図７（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がプリント基板であることとする。
【００５９】
図７（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。そして、電圧調整用端子Ｍｕ、Ｍｖ、Ｍｗや観測用端子ＳＯ等が、図５に示された外部リード２９として実現される。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。
【００６０】
また、図７（ｂ）に示すように、第２の基板２上では、図５、図６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。
【００６１】
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。
【００６２】
＝＝＝半導体装置の適用例＝＝＝
半導体装置１０（以下、インバータ回路モジュール６０と呼ぶ。）は、例えば、図８に示すエアコン室外機５０（筐体）に取り付けられる。尚、図８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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
図９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９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６に示される符号７０〜７３は、図８に示す気流路Ａ〜Ｂに沿った切欠部の一例を示している。
【００６６】
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。
【００６７】
例えば、上記実施形態では、過電流保護機能を持つ回路として、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、過電流保護機能を持つ必要がある回路であればよい。
【００６８】
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電気機器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本実施形態の集積回路としてのインバータ回路を用いたインバータ装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】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３】基準電圧生成回路と過電流検出回路を含む具体回路例を示す回路図である。
【図４】オープンコレクタ出力コンパレータの具体回路例を示す回路図である。
【図５】（ａ）は半導体装置の断面図であり、（ｂ）は半導体装置の正面図である。
【図６】本実施形態の半導体装置を示す斜視図である。
【図７】（ａ）は本実施形態の半導体装置の第１の基板の実装例を示す図であり、（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８】本実施形態の半導体装置を用いたエアコン室外機の内部構造例を示す図である。
【図９】（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１０】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。
【符号の説明】
【００７０】
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  過電流検出回路
１２４  制御回路
１２５  ドライバ回路
１２６  基準電圧生成回路
１２３３ａ〜１２３３ｃ  オープンコレクタ出力コンパレータ
Ｂ１０  ＰＮＰバイポーラトランジスタ
１Ａ  第１の基板
２  第２の基板
３  ケース材
１０  半導体装置
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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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