WO2015076014A1 - パワー半導体モジュールのドライブ制御方式およびパワー半導体モジュールの制御回路 - Google Patents

パワー半導体モジュールのドライブ制御方式およびパワー半導体モジュールの制御回路 Download PDF

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alarm signal
unit
semiconductor module
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徳保 寺沢
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Fuji Electric Co Ltd
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    • H03K2017/0806—Modifications for protecting switching circuit against overcurrent or overvoltage against excessive temperature

Definitions

  • the present invention combines the temperature information acquired from the power semiconductor module on the high voltage side and the alarm signal, and transmits the signal to the control unit on the low voltage side through one insulating element such as a photocoupler to
  • the present invention relates to a drive control system and a control circuit for a power semiconductor module that reduces the number of insulating elements provided on the side interface.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor with sense function
  • FWD wheeling diode
  • temperature detection diode for detecting the temperature in the module
  • the output current (specifically, the current flowing in the sense region of the IGBT) is detected to detect the presence or absence of a short circuit and prevent the power semiconductor module from being destroyed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a drive control system of a conventional power semiconductor module.
  • a gate drive unit 51 provided on the high voltage side applies a predetermined drive voltage to the gate of the IGBT 61 to operate the IGBT and to short-circuit protection unit 52 as a protection unit for coping with an abnormality of a semiconductor module described later.
  • the gate drive unit 51 receives a signal output from the undervoltage protection unit 53 to protect the IGBT 61.
  • the undervoltage protection unit 53 detects a drop in a DC voltage (not shown) applied to the gate drive unit 51 to compensate for the voltage shortage and protect the gate drive unit 51.
  • the short-circuit protection unit 52 operates as described below to protect the gate drive unit 51 and thus protect the power semiconductor module 60.
  • the IGBT 61 provided on the high voltage side detects the main current flowing through the IGBT using the sensing function of the IGBT, and continuously detects the overcurrent protection level set for the detected main current for a predetermined period.
  • the overcurrent is determined by detecting whether or not the overcurrent has been exceeded, and if it is overcurrent, the switch control of the IGBT 61 by the gate drive unit 51 is interrupted to prevent the IGBT from being destroyed by the overcurrent.
  • the short-circuit protection unit 52 when the overcurrent is detected, the short-circuit protection unit 52 generates an alarm signal from the alarm signal output terminal provided on the low voltage side via the photocoupler 72 (PC2) provided between the high voltage side and the low voltage side. (Not shown).
  • a latch period is set for the alarm signal, the alarm state is maintained during the latch period, and an action is taken for the alarm before the end of the alarm latch period (for example, release if the alarm can be canceled). Is implemented.
  • a temperature detecting element eg, temperature detecting diode
  • a substrate semiconductor substrate (chip), printed circuit board, etc.
  • the converted temperature information is converted into a digital signal (described later) by the temperature information creation unit 54, and the digitized temperature information is provided on the low pressure side via a photocoupler 73 (PC3) provided between the high pressure side and the low pressure side.
  • the temperature information is output from a temperature information output terminal to a control unit (not shown).
  • the gate drive control block 50 is comprised by the gate drive part 51, the short circuit protection part 52, the undervoltage protection part 53, and the temperature information preparation part 54, Usually, this gate drive control block 50 is integrated into IC. Has been.
  • the control unit (not shown) provided on the low voltage side is constituted by, for example, a central control unit (CPU) or a logic IC, or a system LSI on which the logic IC and the CPU are mounted. (PC2), the alarm signal and the temperature information sent via the photocoupler 73 (PC3) are received, the contents are analyzed, and the drive signal input terminal and photocoupler 71 ( The gate drive unit 51 is instructed via PC1). For example, when the control unit (not shown) determines that the power semiconductor module 60 should be protected from overcurrent by analyzing the alarm state, the IGBT 61 is connected to the gate drive unit 51 via the drive signal input terminal and the photocoupler 71 (PC1). Is instructed to stop the on-off operation of and to fix it off.
  • the control unit (not shown) has, for example, described the instruction to reduce the overload in order to reduce the temperature of the power semiconductor module 60.
  • the signal is sent to the gate drive unit 51 via the drive signal input terminal and the photocoupler 71 (PC1), and is operated so as to reduce the overload.
  • PC1 photocoupler 71
  • FIG. 2 is a view showing signal waveforms related to temperature information and an alarm signal in a drive control system of a conventional power semiconductor module.
  • the temperature information in the figure is a PWM signal in which the duty ratio of the pulse ON width is determined by the temperature detected by the temperature detection element 63, and is a low voltage from the temperature information creation unit 54 via the photocoupler 73 (PC 3).
  • PC 3 photocoupler 73
  • the alarm signal in the figure shows a waveform composed of binary states so that it shows a high level state during normal operation without alarm output and a low level state during protection operation with alarm output. 52 to the low-voltage side control unit (not shown) via the photocoupler 72 (PC2).
  • FIG. 3 is a diagram showing the setting of the duty ratio of the pulse ON width with respect to temperature information in the drive control method of the conventional power semiconductor module.
  • the frequency of the PWM signal used for the output of temperature information in Fig. 2 is normally set to several kHz, and the duty ratio of the PWM signal used for the output of temperature information is accurate to express the temperature information. However, since the figure becomes too complicated, the detailed pulse ON width representing the PWM signal is not shown.
  • Patent Document 1 is divided into an upper arm and a lower arm, and both arms are provided with switching elements SWU and SWD composed of IGBTs with a sense function.
  • Each of the switching elements SWU and SWD is a gate driver with a protection function.
  • the alarm output (alarm signal) of SU2 and SD2 and the temperature information output of SU3 and SD3 are passed through the isolation transformers TU2, TD2; TU3, TD3, respectively.
  • a signal transmission circuit using an air-core type insulated transformer that is separately transmitted to the control circuit side is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses an intelligent power module in which insulating elements and terminals are provided as many as the number of signals.
  • the alarm signal propagation means 11 is constituted by a photocoupler (insulating element), and the temperature information propagation means 12 is similarly constituted by a photocoupler. Furthermore, it is disclosed that an alarm signal and temperature information are output in parallel from the intelligent power module 1 to the alarm signal propagation means 11 and the temperature information propagation means 12.
  • IPM Intelligent Power Module
  • Patent Document 1 has a configuration in which the alarm signal and the temperature information are separately insulated and output by two insulating transformers (insulating elements), so the number of insulating elements increases. In addition, there is a problem that the number of terminals at the input / output terminals for enabling reception by the insulating element increases.
  • Patent Document 2 uses a photocoupler as an insulating element, and separately outputs an alarm signal and temperature information separately from each other by a separate photocoupler. Therefore, there is a problem that the number of insulating elements increases as in Patent Document 1 and the number of terminals at the input / output terminals for transmitting and receiving signals via the insulating elements also increases.
  • the first problem of the present invention is that the temperature information acquired from the power semiconductor module on the high-voltage side and the alarm signal are combined and transmitted to the control unit on the low-voltage side through one insulating element.
  • the object is to reduce the number of insulating elements for completely insulating electrically.
  • the second problem of the present invention is that the temperature information acquired from the power semiconductor module on the high voltage side and the alarm signal are combined and transmitted to the control unit on the low voltage side through one insulating element.
  • the purpose is to reduce the number of terminals for signal transmission to the low voltage side.
  • the drive control system for the power semiconductor module includes a drive control unit and a power semiconductor module arranged on the high voltage side, and a control unit for controlling the drive control unit arranged on the high voltage side on the low voltage side.
  • the drive control unit applies a predetermined voltage to the gate of the power semiconductor device to control on / off of the power semiconductor device; and
  • a temperature information is created by converting a temperature detected by a temperature detecting element arranged on a substrate of the power semiconductor module and a protection unit that copes with the abnormal state and outputs an alarm signal when the abnormal state is detected. Created by the temperature information generator and the alarm signal and temperature information generator.
  • a synthesizing unit that synthesizes the inputted alarm signal and temperature information, and the synthesizing unit synthesizes the temperature information acquired from the power semiconductor module and the alarm signal, and The combined output is output to one insulating element provided between the high voltage side and the low voltage side.
  • the protection unit includes a short-circuit protection unit that interrupts on / off control of the power semiconductor device by the gate drive unit and outputs an overcurrent alarm signal when an overcurrent of the power semiconductor device is detected, and the alarm The signal is based on the overcurrent alarm signal.
  • the protection unit includes an overheat protection unit that performs overheat protection of the power semiconductor device semiconductor module and outputs an overheat alarm signal, and the alarm signal is based on the overheat alarm signal.
  • the synthesis unit is configured by an AND circuit that takes a logical product of the temperature information and the alarm signal.
  • the synthesis unit synthesizes and outputs the temperature information input by being inserted into the temperature information input / output path, and outputs the temperature information in response to the alarm signal. It consists of a switch that shuts off / passes.
  • the switch is connected between the temperature information input / output terminal and the reference potential, and the on / off of the switch is controlled by the alarm signal.
  • the switch is composed of an NPN transistor, the collector of the NPN transistor is connected to the temperature information input / output terminal, the emitter is connected to the reference potential, and the base is connected to the output side of the inverting circuit.
  • the input side of the inverting circuit is connected to the alarm signal input terminal.
  • the switch is composed of a PNP transistor, the emitter of the PNP transistor is connected to the temperature information input / output terminal, the collector is connected to the reference potential, and the base is connected to the alarm signal input terminal. I have to.
  • the insulating element is a photocoupler.
  • the power semiconductor module control circuit of the present invention is a control circuit that is provided on the high voltage side and controls the power semiconductor module provided on the high voltage side, and applies a predetermined voltage to the gate of the power semiconductor device.
  • a gate drive unit that controls on / off of the power semiconductor device; and a short-circuit protection unit that shuts off the on / off control of the power semiconductor device by the gate drive unit and outputs an alarm signal when an overcurrent of the power semiconductor device is detected;
  • a temperature information creation unit that creates temperature information by converting a temperature detected by a temperature detection element disposed on the substrate of the power semiconductor module into a digital signal, and a temperature created by the alarm signal and the temperature information creation unit Combining information and synthesizing the input alarm signal and temperature information
  • the combining unit combines the temperature information acquired from the power semiconductor module and the alarm signal, and outputs the combined output to one insulating element provided between the high voltage side and the low voltage side. I have to.
  • the present invention since the number of insulating elements such as photocouplers necessary for each one-phase IGBT can be reduced by one as compared with the conventional one, the present invention can be applied to a large system such as a three-phase inverter having a six-phase IPM. When applied, the number of insulating elements such as photocouplers can be greatly reduced (six reductions can be achieved with a 6-phase IPM), thereby ensuring advantages in terms of mounting space and cost.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the drive control system of the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention.
  • the power semiconductor module 20 shown in FIG. 4 includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) (hereinafter simply referred to as IGBT) 21 that is a kind of power semiconductor device, A free wheeling diode (Free Wheeling Diode (hereinafter simply referred to as FWD)) 22 that is connected in parallel to the IGBT and flows a current in the opposite direction to the current flowing in the IGBT, and a temperature detection diode 23 that detects the temperature in the module.
  • IGBT, FWD, and temperature detection diode which are components of the power semiconductor module, are formed in one or a plurality of semiconductor chips.
  • the temperature detecting diode may be replaced with another temperature detecting element such as a thermistor.
  • a gate drive unit 11 provided on the high voltage side applies a predetermined drive voltage to the gate of the IGBT 21 to operate the IGBT 21 and, at the same time, a short-circuit protection unit 12 as a protection unit for coping with an abnormality in a semiconductor module described later.
  • the IGBT 21 is protected by receiving a signal output from the undervoltage protection unit 13.
  • the undervoltage protection unit 13 protects the gate drive unit 11 by detecting a drop in a DC voltage (not shown) applied to the gate drive unit 11 to compensate for the voltage shortage.
  • the short-circuit protection unit 12 operates as described below to protect the gate drive unit 11 and thus protect the power semiconductor module 20.
  • the IGBT 21 provided on the high voltage side detects the main current flowing through the IGBT using the sensing function of the IGBT, and whether the detected main current has continuously exceeded the preset overcurrent protection level for a predetermined period.
  • the short circuit protection unit 12 detects whether or not the overcurrent is determined. If the overcurrent is detected, the switch control of the IGBT 21 by the gate drive unit 11 is interrupted to prevent the IGBT from being destroyed by the overcurrent. On the other hand, when the short circuit protection unit 12 detects an overcurrent, the short circuit protection unit 12 outputs an alarm signal to the synthesis unit 15.
  • a latch period is set for the alarm signal, the alarm state is maintained during the latch period, and an action for the alarm is performed until the end of the alarm latch period (for example, if the alarm can be released, the alarm is released, etc.) ) Is implemented.
  • the temperature of the substrate including the power semiconductor module 20 is detected using a temperature detection element (eg, temperature detection diode) 23 provided on a substrate (semiconductor substrate (chip), printed circuit board, or the like) on which the power semiconductor module 20 is mounted,
  • the detected temperature is converted into a digital signal (described later) by the temperature information creation unit 14, and the digitized temperature information is output to the synthesis unit 15.
  • the synthesizing unit 15 outputs only temperature information during normal operation without alarm output, and synthesizes the output of temperature information and an alarm signal during protection operation with alarm output.
  • the low level signal is transmitted to the control unit (not shown) from the temperature information and alarm signal output terminal provided on the low voltage side via the photocoupler 3 (PC3) provided between the high voltage side and the low voltage side. .
  • the gate drive control block (control circuit) 10 is comprised by the gate drive part 11, the short circuit protection part 12, the undervoltage protection part 13, the temperature information preparation part 14, and the synthetic
  • the control unit (not shown) provided on the low voltage side is constituted by, for example, a central control unit (CPU) or a logic IC, or a system LSI on which the logic IC and the CPU are mounted. Instruct the gate drive unit 11 via the drive signal input terminal and the photocoupler 1 (PC1) to analyze the temperature information and the contents of the alarm signal output obtained via the (PC3) and perform predetermined processing. .
  • CPU central control unit
  • PC1 photocoupler 1
  • control unit determines that the power semiconductor module 20 should be protected from overcurrent by analyzing the alarm signal obtained by the photocoupler 3 (PC3) via the synthesis unit 15, the drive signal input terminal, The gate drive unit 11 is instructed to stop the on / off operation of the IGBT 21 and fix it off via the photocoupler 1 (PC1).
  • control unit analyzes the contents of the temperature information output obtained by the photocoupler 3 (PC3) via the synthesis unit 15 and performs a drive signal to perform a process of lowering the temperature of the power semiconductor module 20.
  • An instruction is given to the gate drive unit 11 via the input terminal and the photocoupler 1 (PC1).
  • an instruction for reducing the overload is sent to the gate drive unit 11 via the drive signal input terminal and the photocoupler 1 (PC1) to reduce the overload.
  • the combined output of the temperature information and the alarm signal obtained on the high voltage side is passed through one photocoupler 3 (PC3). Since it is configured to transmit to a control unit (not shown) provided on the low voltage side, the number of photocouplers can be reduced as compared with the conventional configuration (specifically, one for each one-phase IGBT).
  • the combined output of the temperature information obtained on the high voltage side and the alarm signal is sent to the low voltage via one photocoupler 3 (PC3). Since the signal is transmitted to a control unit (not shown) provided on the side, the number of terminals for signal transmission between the input and output can be reduced as compared with the conventional configuration. That is, if the number of terminals is reduced, it is possible to reduce the number of terminals with which the other party exchanging signals. Therefore, in general, the apparatus scale can be reduced, and the cost can be reduced accordingly.
  • FIG. 5 is a diagram showing a signal waveform after the combined output of the temperature information and the alarm signal in the drive control method of the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention.
  • the signal waveform after combined output during normal operation is only the temperature information output
  • the signal waveform after combined output during protective operation is output
  • an alarm output is output.
  • the combined output waveform of temperature information and alarm signal during protection operation is fixed at a low level (a specific example will be described later)
  • a PWM (pulse width modulation) signal indicating temperature information output is output.
  • the latch period is set for the alarm signal and the low level alarm signal is set to be maintained for a predetermined period
  • the low level of the PWM signal indicating the temperature information output, the low level of the alarm signal May be identified by the duration. Therefore, there is no need for a separate signal indicating which the low level is.
  • the temperature (analog signal) detected by the temperature detection element 23 in the temperature information creation unit 14 is converted into digital information by pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • FIG. 6 is a diagram showing a first example of the synthesis unit according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the synthesizer 30 includes an AND circuit 31 that takes a logical product of temperature information and an alarm signal. Since the alarm signal is set to a high level during normal operation (no alarm output), the PWM signal indicating the output of temperature information passes through the AND circuit 31 and is output to the output side. That is, since the PWM signal that has passed through the AND circuit 31 is applied to the anode of the light emitting diode of the photocoupler 3 (PC3), this can be detected by a control unit (not shown) on the low voltage side.
  • PC3 photocoupler 3
  • the PWM signal indicating the output of temperature information is prevented from passing through the AND circuit 31 and the PWM indicating the output of temperature information on the output side. No signal is output.
  • the output side of the AND circuit 31 is set to a low level only during the low level period of the alarm signal, and this low level signal is input to the light emitting section of the photocoupler 3 (PC3). Thereby, it can be detected by the low pressure side control unit (not shown) that the presence of alarm is output from the combining unit 30 as a combined output of the temperature information and the alarm signal.
  • the alarm signal is set to the high level again after the output side of the AND circuit 31 outputs the low level for the low level period with the alarm.
  • the PWM signal indicating the output of the signal passes through the AND circuit 31 and is applied to the anode of the light emitting diode of the photocoupler 3 (PC3).
  • PC3 light emitting diode of the photocoupler 3
  • FIG. 7 is a diagram showing a second example of the synthesis unit according to the embodiment of the present invention shown in FIG.
  • the synthesis unit 40 synthesizes and outputs the temperature information inserted into the temperature information input / output path and the alarm signal, and cuts off the input of the temperature information according to the presence or absence of the alarm.
  • It is composed of a switch 41 that passes through. When there is an alarm output, the switch 41 is turned ON, and the combined output of the temperature information and the alarm signal at that time is the temperature information during the period when the alarm output is present (the latch period or the period during which the alarm is generated).
  • the PWM signal at the temperature information input terminal is not output from the output terminal of the synthesizer 40, and a reference potential (ground, ie, low level) is output.
  • a reference potential ground, ie, low level
  • (A) shown in the right part of FIG. 7 shows that when the switch 41 is OFF with no alarm output in the above, the PWM signal input from the combining unit 40 to the temperature information input terminal is continued. It shows how it is output to the light emitting section of (PC3).
  • (b) shown in the right part of FIG. 7 shows that when the switch 41 is turned on with the alarm output, the combined output of the temperature information and the alarm signal is the temperature information input / output path during the period when the alarm output is present. Since the PWM signal at the temperature information input terminal is not output to the output side (the light emitting unit of the photocoupler 3 (PC3)) because it is fixed at the low level.
  • FIG. 7 is a diagram showing a specific example 1 and a specific example 2 of the switches in the synthesis unit 40 described above.
  • the collector of the NPN transistor 411 is connected to the temperature information input / output terminal of the synthesis unit 40, the emitter is connected to the reference potential (ground), and the base is connected to the output side of the inverter (inverting circuit) 412.
  • the input side of the inverter (inverting circuit) 412 is connected to the alarm input terminal.
  • the combined output of the temperature information and the alarm signal in the combining unit 40 is such that the temperature information input / output path is fixed at a low level during the period when the alarm output is present. It is fixed to the reference potential (ground) without being transmitted to (the light emitting portion of the photocoupler 3 (PC3)).
  • the output side of the inverter 412 becomes low level, and this low level signal is applied to the base of the NPN transistor 411 and the NPN transistor 411. Becomes non-conductive.
  • the combined output of the temperature information and the alarm signal in the combining unit 40 is equal to the PWM signal input to the temperature information input terminal because the temperature information input / output path is not connected to the reference potential, and the PWM signal continues. Then, it is output to the output side (light emitting part of the photocoupler 3 (PC3)).
  • the emitter of the PNP transistor 413 is connected to the temperature information input / output terminal of the synthesis unit 40, the collector is connected to the reference potential (ground), and the base is connected to the alarm input terminal.
  • the PNP transistor 413 When the alarm output is present (the alarm signal is at low level) and the alarm input terminal is at low level, the PNP transistor 413 is turned on. As a result, the combined output of the temperature information and the alarm signal in the combining unit 40 is such that the temperature information input / output path is fixed at a low level during the period when the alarm output is present. It is fixed to the reference potential (ground) without being transmitted to (the emitting portion of the photocoupler 3 (PC3)). On the other hand, when there is no alarm output (the alarm signal is high level) and the alarm input terminal becomes high level, the PNP transistor 413 becomes non-conductive.
  • the combined output of the temperature information and the alarm signal in the combining unit 40 is equal to the PWM signal input to the temperature information input terminal because the temperature information input / output path is not connected to the reference potential, and the PWM signal continues. Then, it is output to the output side (light emitting part of the photocoupler 3 (PC3)).
  • the temperature information and the pulse ON width (duty ratio) setting in the drive control method of the power semiconductor module according to the embodiment of the present invention are the temperatures in the drive control method of the power semiconductor module shown in FIG. Since it is the same as the setting of information and pulse ON width (duty ratio), it is not reexplained here.
  • a method for digitizing temperature information other methods such as frequency modulation and coding of temperature information can be used in addition to the above. In any case, it is sufficient that the longest period of the low level is shorter than the latch period of the alarm signal.
  • the composite output waveform is fixed at a low level during protection operation with alarm output, but the signal is generated by performing frequency modulation, etc., different from the modulation method for transmitting temperature information output to the output side when alarm output is present. Information on the presence of alarm output can be obtained on the receiving side (low pressure side).
  • the modulation method is not limited to frequency modulation as long as the modulation method can be received on the low-pressure side.
  • two photocouplers that are conventionally required for three one-phase IGBTs can be made two, so a three-phase having a six-phase IPM.
  • the short-circuit protection unit that outputs an alarm signal related to a short circuit has been described as an example of the protection unit, the present invention is not limited to this.
  • the present invention has an overheat protection unit, and when the overheat protection unit detects overheating of the semiconductor module based on the temperature information, the overheat protection of the semiconductor module is performed on the high pressure side and an alarm signal related to overheating is output.
  • the alarm signal according to the present invention may be a single alarm signal combined with an alarm signal caused by other factors such as a short circuit.
  • the present invention is not limited to this, and for example, an insulating transformer may be used as the insulating element.
  • a multiplexer that selects and outputs either temperature information or a reference potential based on an alarm signal may be applied as the synthesis unit.
  • the pulse ON width has been described as a period in which the pulse is at a low level, it may be a period in which the pulse is at a high level.
  • the present invention has been described by taking a photocoupler as an example of an insulating element for signal transmission from the high voltage side to the low voltage side, the present invention can also be realized by using another insulating element for signal transmission, such as an isolator IC. Is possible.

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Abstract

　高圧側に設けられたIGBTは、当該IGBTのセンス機能を利用して電流検出を行い、短絡保護部が検出した電流が過電流であると判断するとゲートドライブ部を通じて過電流によるIGBTの破壊を防止する。短絡保護部は、過電流を検出するとアラーム信号を合成部に出力する。また温度検出素子によりパワー半導体モジュール内の温度を検出し、検出した温度を温度情報作成部でデジタル信号に変換し、デジタル化した温度情報を合成部に出力する。合成部では、温度情報とアラーム信号を合成して一つの合成出力としたものを低圧側の制御部に伝達する。

Description

パワー半導体モジュールのドライブ制御方式およびパワー半導体モジュールの制御回路
　本発明は、高圧側のパワー半導体モジュールから取得された温度情報とアラーム信号とを合成してフォトカプラなどの一つの絶縁素子を介して低圧側の制御部に信号を伝達して高圧側と低圧側の界面に設けられる絶縁素子の数を低減するパワー半導体モジュールのドライブ制御方式および制御回路に関する。
　パワー半導体デバイスの一種であるセンス機能付きIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(以下、単にIGBTと称する)と、IGBTに並列に接続されIGBTに流れる電流と逆方向に電流を流すフリーホイーリングダイオード（Free Wheeling Diode(以下、単にFWDと称する)）と、モジュール内の温度を検出する温度検出用ダイオードとを備えたパワー半導体モジュールは、インバータやチョッパ回路等の電力変換装置に広く採用されている。なお、このパワー半導体モジュールの構成要素となるIGBT、FWDおよび温度検出用ダイオードは、一つまたは複数の半導体チップに形成されている。
　上記のようなパワー半導体モジュールを制御するために、一般には、出力電流(具体的にはIGBTのセンス領域に流れる電流)の検出を行って短絡の有無を検出してパワー半導体モジュールの破壊を防止すると共にモジュール内の温度を検出してパワー半導体モジュールの温度上昇を抑制する手法を採ることが知られている(下記特許文献２参照)。
　図１は、従来のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式の構成を示す図である。図１において、高圧側に設けられたゲートドライブ部５１は、IGBT６１のゲートに所定の駆動電圧を印加してIGBTを動作させるとともに後述する半導体モジュールの異常に対処する保護部としての短絡保護部５２および不足電圧保護部５３から出力される信号をゲートドライブ部５１で受け取ってIGBT６１を保護する。不足電圧保護部５３は、ゲートドライブ部５１に印加される直流電圧(図示せず)の低下を検知して電圧不足を補填してゲートドライブ部５１を保護する。また短絡保護部５２は以下に示すように動作してゲートドライブ部５１を保護しひいてはパワー半導体モジュール６０を保護する。
　すなわち、高圧側に設けられたIGBT６１は、当該IGBTのセンス機能を利用してIGBTに流れる主電流の検出を行い、検出した主電流があらかじめ設定してある過電流保護レベルを所定期間連続して超えたか否かを短絡保護部５２で検出して過電流を判定し、過電流であればゲートドライブ部５１によるIGBT６１のスイッチ制御を遮断することで過電流によるIGBTの破壊を防止する。その一方、短絡保護部５２は、過電流を検出するとアラーム信号を高圧側と低圧側の間に設けられたフォトカプラ７２(ＰＣ２)を介して低圧側に設けたアラーム信号出力端より制御部（図示せず）に伝えられる。通常、アラーム信号にはラッチ期間が設定されていて、ラッチ期間の間はアラーム状態が維持され、アラームラッチ期間終了までの間にアラームに対する処置（例えばアラーム解除が可能であれば解除を行う等）が実施される。
　一方、パワー半導体モジュール６０を搭載する基板（半導体基板（チップ）やプリント基板など）に設けた温度検出素子（例．温度検出ダイオード）６３を用いてパワー半導体モジュールを含む基板温度を検出し、検出した温度を温度情報作成部５４でデジタル信号(後述する)に変換し、デジタル化された温度情報を高圧側と低圧側の間に設けられたフォトカプラ７３(ＰＣ３)を介して低圧側に設けた温度情報出力端より制御部（図示せず）に伝えられる。
　以上において、ゲートドライブ部５１と、短絡保護部５２と、不足電圧保護部５３と、温度情報作成部５４とでゲートドライブ制御ブロック５０を構成し、通常、このゲートドライブ制御ブロック５０は、ＩＣ化されている。
　低圧側に設けられている制御部（図示せず）は、例えば、中央制御ユニット（ＣＰＵ）又は論理ＩＣ、或いは論理ＩＣとＣＰＵが搭載されたシステムＬＳＩなどで構成され、高圧側からフォトカプラ７２（ＰＣ２）、フォトカプラ７３（ＰＣ３）を介して送られてきたアラーム信号、温度情報をそれぞれ受信し、それらの内容を解析して所定の処理を行わせるべくドライブ信号入力端、フォトカプラ７１（ＰＣ１）を介してゲートドライブ部５１に指示する。例えば制御部（図示せず）は、アラーム状態の解析によりパワー半導体モジュール６０を過電流から保護すべきと判断したら、ドライブ信号入力端、フォトカプラ７１（ＰＣ１）を介してゲートドライブ部５１にIGBT６１のオンオフ動作を停止させてオフに固定させるよう指示する。
　また制御部（図示せず）は、取得した温度情報が所定のしきい値を超えていたならば、パワー半導体モジュール６０の温度を下げるために、例えば、過負荷を軽減する指示を上記したと同様にドライブ信号入力端、フォトカプラ７１（ＰＣ１）を介してゲートドライブ部５１に送り、過負荷を軽減するように動作させる。このような制御を行うシステムの概要は、例えば下記特許文献２に開示されている。
　図２は、従来のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報とアラーム信号に係る信号波形を示す図である。図中の温度情報は、温度検出素子６３が検出した温度によりそのパルスＯＮ幅のデューティ(Duty)比が定まるＰＷＭ信号であり、温度情報作成部５４からフォトカプラ７３（ＰＣ３）を経由して低圧側の制御部（図示せず）に送られる。また図中のアラーム信号は、アラーム出力無しの正常動作時にはハイレベル状態を示し、アラーム出力有りの保護動作時にはローレベル状態を示すように二値状態で構成される波形を示すもので短絡保護部５２からフォトカプラ７２（ＰＣ２）を経由して低圧側の制御部（図示せず）に送られる。
　図３は、従来のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報に対する上記パルスＯＮ幅のデューティ(Duty)比の設定を示す図である。
　図３は、-50℃～200℃におけるIGBTの接合部温度（Tj℃=ジャンクション温度）を横軸に、またそれに対応するパルスＯＮ幅の所定周期に対するデューティ(Duty)比（範囲は5%～95%）を縦軸にとって、温度情報に対するパルスＯＮ幅のデューティ比の設定を示すものである。図２の温度情報の出力に利用されるPWM信号の周波数は通常数kHzに設定されており、温度情報を正確に表現するには温度情報の出力に利用されるPWM信号のデューティ(Duty)比の変移を精密に図示する必要があるが、図があまりにも煩雑になるためPWM信号を表す細かなパルスＯＮ幅については図示を省略している。
　下記特許文献１には、上アームと下アームに分けられ、双方のアームにセンス機能付きIGBT等で構成されるスイッチング素子ＳＷＵ，ＳＷＤが設けられ、スイッチング素子ＳＷＵ，ＳＷＤは各々保護機能付きゲートドライバＩＣ８，７によって駆動されるとともに保護機能付きゲートドライバＩＣ側から、ＳＵ２，ＳＤ２のアラーム出力（アラーム信号）とＳＵ３，ＳＤ３の温度情報出力とがそれぞれ絶縁トランスＴＵ２，ＴＤ２；ＴＵ３，ＴＤ３を介して別々に制御回路側に伝達される、空芯型絶縁トランスを用いた信号伝送回路が開示されている。
　下記特許文献２には、信号の数だけ絶縁素子と端子を設けるインテリジェントパワーモジュールが開示されている。具体的には、警報信号伝播手段１１がフォトカプラ(絶縁素子)で構成され、また温度情報伝播手段１２も同様にフォトカプラで構成されている。さらにインテリジェントパワーモジュール１から、警報信号伝播手段１１と温度情報伝播手段１２に、警報信号と温度情報とがパラレルに出力されることが開示されている。
　図１に示すように、フォトカプラは１相のIGBTに対して３個必要であり、大規模なIPM（インテリジェントパワーモジュール（Intelligent Power Module））になるとフォトカプラの数が多くなり、その送受端の端子数も増加するので、それらの搭載スペースが大きくなり、コストも増加する。例えば、３相インバータを備える６相のIPMでは、フォトカプラ数が、３（個／相）×６相＝１８個も必要となり、これらのフォトカプラへの接続端子も増大するため装置構成が大きくなり、コストも増大するという課題がある。
　上記特許文献１に記載された従来技術は、アラーム信号と温度情報とがそれぞれ別個に２つの絶縁トランス（絶縁素子）で絶縁されて出力される構成になっているため、絶縁素子の個数が増大し、また絶縁素子で受信可能とするための入出力端における端子数が増大してしまうという問題があった。
　また上記特許文献２に記載された従来技術は、絶縁素子にフォトカプラを使用し、警報信号と温度情報とをそれぞれ別にして別個のフォトカプラで電気的に絶縁して出力する構成になっているため、上記特許文献１と同様に絶縁素子の個数が増大し、また絶縁素子を介して信号を送受信するための入出力端における端子数も増大してしまうという問題があった。
　このように上記従来構成のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式では、温度情報とアラーム信号とが別々の回路で作られて別々のフォトカプラ等の絶縁素子経由で温度情報およびアラーム信号が送られる構成になっているため、絶縁素子の個数が増大し、また絶縁素子を介して信号を送受信するための入出力端における端子数も増大してしまうという問題があった。
特開２００８－２７７４８４号公報（図１） 特開平０７－１１５３５４号公報（図１、図３）
　本発明の第１の課題は、高圧側のパワー半導体モジュールから取得された温度情報とアラーム信号を合成して一つの絶縁素子を介して低圧側の制御部に伝達することで、入出力間を電気的に完全に絶縁するための絶縁素子の数を低減することにある。
　また本発明の第２の課題は、高圧側のパワー半導体モジュールから取得された温度情報とアラーム信号を合成して一つの絶縁素子を介して低圧側の制御部に伝達することで、高圧側から低圧側への信号伝達のための端子数を低減することにある。
　そのため、本発明のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式は、高圧側にドライブ制御部とパワー半導体モジュールとが配置され、低圧側に上記高圧側に配置された上記ドライブ制御部を制御する制御部とを備えてなるパワー半導体モジュールのドライブ制御方式において、上記ドライブ制御部は、パワー半導体デバイスのゲートに所定の電圧を印加して該パワー半導体デバイスのオンオフを制御するゲートドライブ部と、上記パワー半導体デバイスの異常状態に対処するととともに異常状態を検出するとアラーム信号を出力する保護部と、上記パワー半導体モジュールの基板に配置された温度検出素子で検出された温度をデジタル信号に変換して温度情報を作成する温度情報作成部と、上記アラーム信号及び上記温度情報作成部で作成された温度情報が入力されて、該入力されたアラーム信号及び温度情報を合成する合成部とを含み、該合成部は、上記パワー半導体モジュールから取得した温度情報とアラーム信号とを合成し、その合成出力を上記高圧側と上記低圧側の間に設けられる一つの絶縁素子に出力するようにしている。
　上記において、上記保護部は、上記パワー半導体デバイスの過電流を検出すると上記ゲートドライブ部による上記パワー半導体デバイスのオンオフ制御を遮断するとともに過電流アラーム信号を出力する短絡保護部を有し、上記アラーム信号が上記過電流アラーム信号によるものであるようにしている。
　また上記において、上記保護部は、上記パワー半導体デバイス半導体モジュールの過熱保護を行うとともに過熱アラーム信号を出力する過熱保護部を有し、上記アラーム信号が上記過熱アラーム信号によるものであるようにしている。
　また上記において、上記合成部は、上記温度情報と上記アラーム信号との論理積をとるアンド回路で構成される。
　また上記において、上記合成部は、上記温度情報の入出力経路に挿入されて入力された上記温度情報と上記アラーム信号とを合成し出力するもので、上記アラーム信号に応じて上記温度情報の入力を遮断／通過させるスイッチで構成される。
　さらに上記において、上記スイッチは、温度情報入出力端と基準電位との間に接続され、そのオンオフが上記アラーム信号により制御されるようにしている。
　また上記において、上記スイッチは、ＮＰＮトランジスタで構成され、該ＮＰＮトランジスタのコレクタが上記温度情報入出力端に接続され、エミッタが上記基準電位に接続され、ベースが反転回路の出力側に接続され、該反転回路の入力側が上記アラーム信号入力端に接続されるようにしている。
　また上記において、上記スイッチは、ＰＮＰトランジスタで構成され、該ＰＮＰトランジスタのエミッタが上記温度情報入出力端に接続され、コレクタが上記基準電位に接続され、ベースが上記アラーム信号入力端に接続されようにしている。
　さらに上記において、上記絶縁素子がフォトカプラであることが望ましい。
　また本発明のパワー半導体モジュールの制御回路は、高圧側に設けられて、高圧側に設けられたパワー半導体モジュールを制御する制御回路であって、パワー半導体デバイスのゲートに所定の電圧を印加して該パワー半導体デバイスのオンオフを制御するゲートドライブ部と、上記パワー半導体デバイスの過電流を検出すると上記ゲートドライブ部による上記パワー半導体デバイスのオンオフ制御を遮断するとともにアラーム信号を出力する短絡保護部と、上記パワー半導体モジュールの基板に配置された温度検出素子で検出された温度をデジタル信号に変換して温度情報を作成する温度情報作成部と、上記アラーム信号及び上記温度情報作成部で作成された温度情報が入力されて、該入力されたアラーム信号及び温度情報を合成する合成部とを有し、該合成部は、上記パワー半導体モジュールから取得した温度情報とアラーム信号とを合成し、その合成出力を上記高圧側と低圧側の間に設けられる一つの絶縁素子に出力するようにしている。
　本発明によれば、従来に比べ、１相のIGBT毎に必要なフォトカプラなどの絶縁素子の数を一つ減ずることができるため、６相のIPMを備える３相インバータのような大きなシステムに適用した場合のフォトカプラなどの絶縁素子の数を大幅に削減する（６相のIPMで６個削減可能となる）ことで搭載スペースおよびコスト面での有利性を確保することができる。
　また本発明によれば、フォトカプラに要する入出力間の信号伝達のための端子数を削減することが可能となるため、搭載スペースおよびコスト面での有利性を確保することができる。
従来のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式の構成を示す図である。 従来のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報とアラーム信号の信号波形を示す図である。 従来のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報に対するパルスＯＮ幅のデューティ(Duty)比の設定を示す図である。 本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールのドライブ制御方式の構成を示す図である。 本発明の実施形態にかかる温度情報とアラーム信号との合成出力後の信号波形を示す図である。 本発明の実施形態にかかる合成部の第１の実施例を示す図である。 本発明の実施形態にかかる合成部の第２の実施例を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
　図４は、本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールのドライブ制御方式の構成を示す図である。
　図４に示されるパワー半導体モジュール２０は、図１に示した従来例と同様に、パワー半導体デバイスの一種であるセンス機能付きIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(以下、単にIGBTと称する)２１と、IGBTに並列に接続されIGBTに流れる電流と逆方向に電流を流すフリーホイーリングダイオード（Free Wheeling Diode(以下、単にFWDと称する)）２２と、モジュール内の温度を検出する温度検出ダイオード２３とを備えている。なお、このパワー半導体モジュールの構成要素となるIGBT、FWDおよび温度検出用ダイオードは、一つまたは複数の半導体チップに形成されている。また、温度検出用ダイオードはサーミスタなどの他の温度検出素子に置き換えてもよい。
　図４において、高圧側に設けられたゲートドライブ部１１は、IGBT２１のゲートに所定の駆動電圧を印加してIGBT２１を動作させるとともに後述する半導体モジュールの異常に対処する保護部としての短絡保護部１２および不足電圧保護部１３から出力される信号を受け取ってIGBT２１を保護する。不足電圧保護部１３は、ゲートドライブ部１１に印加される直流電圧(図示せず)の低下を検知して電圧不足を補填してゲートドライブ部１１を保護する。また短絡保護部１２は以下に示すように動作してゲートドライブ部１１を保護しひいてはパワー半導体モジュール２０を保護する。すなわち、
　高圧側に設けられたIGBT２１は、当該IGBTのセンス機能を利用してIGBTに流れる主電流の検出を行い、検出した主電流があらかじめ設定してある過電流保護レベルを所定期間連続して超えたか否かを短絡保護部１２で検出して過電流を判定し、過電流であればゲートドライブ部１１によるIGBT２１のスイッチ制御を遮断することで過電流によるIGBTの破壊を防止する。その一方、短絡保護部１２は、過電流を検出すると、アラーム信号を合成部１５に出力する。通常、アラーム信号にはラッチ期間が設定されていて、ラッチ期間の間はアラーム状態が維持され、アラームラッチ期間の終了までの間にアラームに対する処置（例えばアラーム解除が可能であれば解除を行う等）が実施される。
　一方、パワー半導体モジュール２０を搭載する基板（半導体基板（チップ）やプリント基板など）に設けた温度検出素子（例．温度検出ダイオード）２３を用いてパワー半導体モジュール２０を含む基板温度を検出し、検出した温度を温度情報作成部１４でデジタル信号(後述する)に変換し、デジタル化された温度情報を合成部１５に出力する。合成部１５では、図５に示されるように、アラーム出力無しの正常動作時には温度情報のみが出力され、またアラーム出力有りの保護動作時には温度情報とアラーム信号との出力が合成され、その合成出力であるローレベルの信号が高圧側と低圧側の間に設けられたフォトカプラ３(ＰＣ３)を介して低圧側に設けた温度情報及びアラーム信号出力端より制御部（図示せず）に伝えられる。
　以上において、ゲートドライブ部１１と、短絡保護部１２と、不足電圧保護部１３と、温度情報作成部１４と、合成部１５とでゲートドライブ制御ブロック（制御回路）１０を構成し、通常、このゲートドライブ制御ブロック１０は、ＩＣ化されている。
　低圧側に設けられている制御部（図示せず）は、例えば、中央制御ユニット（ＣＰＵ）又は論理ＩＣ、或いは論理ＩＣとＣＰＵが搭載されたシステムＬＳＩなどで構成され、高圧側からフォトカプラ３(ＰＣ３)を介して得られた温度情報及びアラーム信号出力の内容を解析して所定の処理を行わせるべく、ドライブ信号入力端、フォトカプラ１(ＰＣ１)を介してゲートドライブ部１１に指示する。例えば制御部（図示せず）は、合成部１５を介してフォトカプラ３(ＰＣ３)で得られたアラーム信号の解析によりパワー半導体モジュール２０を過電流から保護すべきと判断したらドライブ信号入力端、フォトカプラ１(ＰＣ１)を介してゲートドライブ部１１にIGBT２１のオンオフ動作を停止させてオフに固定させるよう指示する。
　また制御部（図示せず）は、合成部１５を介してフォトカプラ３(ＰＣ３)で得られた温度情報出力の内容を解析してパワー半導体モジュール２０の温度を下げる処理を行わせるべくドライブ信号入力端、フォトカプラ１(ＰＣ１)を介してゲートドライブ部１１に指示する。パワー半導体モジュール２０の温度を下げる処理としては、例えば、過負荷を軽減するための指示をドライブ信号入力端、フォトカプラ１(ＰＣ１)を介してゲートドライブ部１１に送り、過負荷を軽減するように動作させる。
　このように図４に示す本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールのドライブ制御方式では、高圧側で得られた温度情報とアラーム信号との合成出力を一つのフォトカプラ３(ＰＣ３)を介して低圧側に設けた制御部（図示せず）に伝えるように構成したため、従来構成に比してフォトカプラの数を減らす（具体的には１相のＩＧＢＴにつき１個減らす）ことができる。
　また、図４に示す本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールのドライブ制御方式では、高圧側で得られた温度情報とアラーム信号との合成出力を一つのフォトカプラ３(ＰＣ３)を介して低圧側に設けた制御部（図示せず）に伝えるように構成したため、従来構成に比して入出力間における信号伝達のための端子数を減らすことができる。つまり、端子を減らせば、信号をやりとりする相手も対応する端子を減らすことが可能になるため、一般的には、装置規模を小さくすることができ、その分、コストも減らすことができる。
　図５は、本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報とアラーム信号との合成出力後の信号波形を示す図である。
　図５に示されるように、正常動作（アラーム出力無し）時における合成出力後の信号波形は、温度情報出力のみが出力され、一方、保護動作（アラーム出力有り）時における合成出力後の信号波形は、温度情報出力は出力されず、アラーム出力（アラーム信号）のみが出力される。つまり、保護動作（アラーム出力有り）時における温度情報とアラーム信号との合成出力波形はローレベルに固定され(具体例については後述する)、温度情報出力を示すPWM（パルス幅変調）信号は出力されない。そして、アラーム信号にはラッチ期間が設定されていてローレベルのアラーム信号を所定期間に亘り維持するように設定されているので、温度情報出力を示すPWM信号のローレベルとアラーム信号のローレベルとをその継続時間で識別すればよい。したがい、当該ローレベルがどちらのものであるかを示す別の信号は必要ない。
　この点をさらに説明すると、上述したように、温度情報作成部１４において温度検出素子２３が検出した温度(アナログ信号)をパルス幅変調（PWM）してデジタル情報に変換する。この場合、通常では当該温度情報の出力を示すPWM信号の被変調周波数としては、数kHzが採用されている。そこで上記したアラーム出力有りを示すローレベル期間が被変調周波数１kHzのPWM信号におけるものとしたとしても、ローレベル期間＝１／１kHz×95％＝950μs（但し、95％は図３に示したパルスＯＮ幅（ローレベルとなっている期間）のデューティ(Duty)比の最大値）となり、アラーム信号のローレベルをラッチする期間（＝ラッチ期間）が通常で約10ms以上あるので、アラーム信号を受ける低圧側でこのローレベル期間（=アラーム出力期間）を識別（例えば、温度情報出力を示すPWM信号のデューティ比が最大の95％であったとしたときのローレベル期間との識別）することが可能となる。
　図６は、図４に示した本発明の実施形態にかかる合成部の第１の実施例を示す図である。図６において、合成部３０は、温度情報とアラーム信号との論理積をとるアンド回路３１によって構成される。正常動作（アラーム出力無し）時にはアラーム信号はハイレベルに設定されているため、温度情報の出力を示すPWM信号がアンド回路３１を通過して出力側に出力される。つまり、アンド回路３１を通過したPWM信号がフォトカプラ３(ＰＣ３)の発光ダイオードのアノードに印加されるのでこれを低圧側の制御部（図示せず）で検出することができる。
　一方、保護動作（アラーム出力有り）時にはアラーム信号はローレベルに設定されるため、温度情報の出力を示すPWM信号のアンド回路３１の通過を阻止して出力側には温度情報の出力を示すPWM信号は出力されない。そしてアンド回路３１の出力側はアラーム信号のローレベル期間だけローレベルに設定され、このローレベルの信号がフォトカプラ３(ＰＣ３)の発光部ドに入力される。これにより合成部３０から温度情報とアラーム信号との合成出力としてアラーム有りが出力されたことを低圧側の制御部（図示せず）で検出することができる。
　ラッチ期間中にアラームを起こした原因が解決されていると、アンド回路３１の出力側がアラーム有りのローレベル期間だけローレベルが出力された後にアラーム信号は再びハイレベルに設定されるため、温度情報の出力を示すPWM信号がアンド回路３１を通過してフォトカプラ３(ＰＣ３)の発光ダイオードのアノードに印加される。これにより再び温度情報の出力を示すＰＷＭ信号を低圧側の制御部（図示せず）で検出することができる。
　図７は、図４に示した本発明の実施形態にかかる合成部の第２の実施例を示す図である。図７の左上において、合成部４０は、温度情報の入出力経路に挿入されて入力された温度情報とアラーム信号とを合成し出力するもので、アラームの有無に応じて温度情報の入力を遮断／通過させるスイッチ４１で構成される。アラーム出力があるとスイッチ４１がＯＮし、そのときの温度情報とアラーム信号との合成出力は、アラーム出力有りを呈する期間（ラッチ期間またはアラームを発生させる原因が継続している期間）で温度情報の入出力経路がローレベルに固定されるため、合成部４０の出力端からは、温度情報入力端のPWM信号が出力されずに基準電位（グランド、すなわちローレベル）が出力される。一方、アラーム出力がないとスイッチ４１はＯＦＦし、温度情報の入出力経路が基準電位に接続されないため、合成部４０の出力端からは温度情報のPWM信号が出力される。
　図７の右部に示す（ａ）は、上記においてアラーム出力無しでスイッチ４１がＯＦＦしているとき、合成部４０から、その温度情報入力端に入力されるPWM信号が継続してフォトカプラ３(ＰＣ３)の発光部に出力される様子を示している。一方、図７の右部に示す（ｂ）は、アラーム出力有りでスイッチ４１がＯＮしたとき、温度情報とアラーム信号との合成出力は、アラーム出力有りを呈する期間で温度情報の入出力経路がローレベルに固定されるため、温度情報入力端のPWM信号が出力側（フォトカプラ３(ＰＣ３)の発光部）に出力されない様子を示している。
　図７の左下に示される回路は上述した合成部４０におけるスイッチの具体例１及び具体例２を示す図である。スイッチの具体例１は、ＮＰＮトランジスタ４１１のコレクタが合成部４０の温度情報入出力端に接続され、エミッタが基準電位（グランド）に接続され、ベースがインバータ（反転回路）４１２の出力側に接続され、インバータ（反転回路）４１２の入力側がアラーム入力端に接続されている。
　アラーム出力有り（アラーム信号がローレベル）でインバータ４１２の入力側がローレベルになると、インバータ４１２の出力側がハイレベルになり、このハイレベル信号がＮＰＮトランジスタ４１１のベースに印加されてＮＰＮトランジスタ４１１が導通する。これにより、合成部４０における温度情報とアラーム信号との合成出力は、アラーム出力有りを呈する期間で温度情報の入出力経路がローレベルに固定されるため、温度情報入力端のPWM信号が出力側（フォトカプラ３(ＰＣ３)の発光部）に伝達されることなく、基準電位（グランド）に固定される。
　一方、アラーム出力無し（アラーム信号がハイレベル）でインバータ４１２の入力側がハイレベルになると、インバータ４１２の出力側がローレベルになり、このローレベル信号がＮＰＮトランジスタ４１１のベースに印加されてＮＰＮトランジスタ４１１が非導通となる。これにより、合成部４０における温度情報とアラーム信号との合成出力は、温度情報の入出力経路が基準電位に接続されないため、温度情報入力端に入力されるPWM信号と等しくなり、PWM信号が継続して出力側（フォトカプラ３(ＰＣ３)の発光部）に出力される。
　スイッチの具体例２は、ＰＮＰトランジスタ４１３のエミッタが合成部４０の温度情報入出力端に接続され、コレクタが基準電位（グランド）に接続され、ベースがアラーム入力端に接続されている。
　アラーム出力有り（アラーム信号がローレベル）でアラーム入力端がローレベルになると、ＰＮＰトランジスタ４１３が導通する。これにより、合成部４０における温度情報とアラーム信号との合成出力は、アラーム出力有りを呈する期間で温度情報の入出力経路がローレベルに固定されるため、温度情報入力端のPWM信号が出力側（フォトカプラ３(ＰＣ３)の発部）に伝達されることなく、基準電位（グランド）に固定される。一方、アラーム出力無し（アラーム信号がハイレベル）でアラーム入力端がハイレベルになると、ＰＮＰトランジスタ４１３が非導通となる。これにより、合成部４０における温度情報とアラーム信号との合成出力は、温度情報の入出力経路が基準電位に接続されないため、温度情報入力端に入力されるPWM信号と等しくなり、PWM信号が継続して出力側（フォトカプラ３(ＰＣ３)の発光部）に出力される。
　なお本発明の実施形態に係るパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報とパルスＯＮ幅（デューティ(Duty)比）の設定については、上述した図３に示したパワー半導体モジュールのドライブ制御方式における温度情報とパルスＯＮ幅（デューティ(Duty)比）の設定と同じなのでここでは再説しない。
　また、温度情報をデジタル化する手法については、上記以外にも周波数変調や温度情報をコード化して伝達するなどの手法を用いることができる。いずれも、ローレベルの最長期間がアラーム信号のラッチ期間より短ければよい。
　また、アラーム出力有りの保護動作時に合成出力波形をローレベルに固定すると記述したが、アラーム出力有りの時に温度情報出力を出力側に伝えるための変調方式とは異なる周波数変調などを行うことによって信号受け側（低圧側）でアラーム出力有りの情報を得ることができる。低圧側で受取り可能な変調方式であれば変調方式が周波数変調のみに限定されないことは言うまでもない。
　以上に説明したことから明らかなように本発明によれば、従来、１相のIGBTに対して３個必要としていたフォトカプラを２個とすることができるため、６相のIPMを備える３相インバータのような大きなシステムに適用した場合のフォトカプラの個数を削減する（６相のIPMでは６個削減可能となる）ことで搭載スペースおよびコスト面での有利性を確保することができる。
　また本発明によれば、フォトカプラに要する入出力間の信号伝達のための端子数を削減することが可能となるため、搭載スペースおよびコスト面での有利性を確保することができる。
　また、保護部の例として短絡に関するアラーム信号を出力する短絡保護部について説明してきたが、これに限るものではない。例えば、過熱保護部を有し、当該過熱保護部は温度情報を基に半導体モジュールの過熱を検出すると、高圧側で半導体モジュールの過熱保護を行うとともに過熱に関するアラーム信号を出力するようにし、この過熱に関するアラーム信号単独または短絡などの他の要因によるアラーム信号と組み合わせて一つのアラーム信号としたものを、本発明に係るアラーム信号としてもよい。
　また、今まで絶縁素子としてフォトカプラを用いた実施の形態について説明してきたが、これに限定するものではなく、たとえば絶縁素子として絶縁トランスを用いてもよい。
　また、合成部として、アラーム信号により温度情報と基準電位のいずれかを選択して出力するマルチプレクサを適用してもよい。
　また、パルスＯＮ幅をパルスがローレベルとなっている期間として説明したが、ハイレベルとなっている期間としてもよい。
　本発明は、高圧側から低圧側への信号伝送の絶縁素子としてフォトカプラを例にして説明したが、他の信号伝送の絶縁素子、例えば、アイソレータＩＣなどの絶縁素子を用いることでも実現することが可能である。

Claims (10)

  1. 　高圧側にドライブ制御部とパワー半導体モジュールとが配置され、低圧側に前記高圧側に配置された前記ドライブ制御部を制御する制御部とを備えてなるパワー半導体モジュールのドライブ制御方式において、前記ドライブ制御部は、
    　パワー半導体デバイスのゲートに所定の電圧を印加して該パワー半導体デバイスのオンオフを制御するゲートドライブ部と、
    　前記パワー半導体デバイスの異常状態に対処するととともに異常状態を検出するとアラーム信号を出力する保護部と、
    　前記パワー半導体モジュールの基板に配置された温度検出素子で検出された温度をデジタル信号に変換して温度情報を作成する温度情報作成部と、
    　前記アラーム信号及び前記温度情報作成部で作成された温度情報が入力されて、該入力されたアラーム信号及び温度情報を合成する合成部とを含み、
    　該合成部は、前記パワー半導体モジュールから取得した温度情報とアラーム信号とを合成し、その合成出力を前記高圧側と前記低圧側の間に設けられる一つの絶縁素子に出力することを特徴とするパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  2. 　前記保護部は、前記パワー半導体デバイスの過電流を検出すると前記ゲートドライブ部による前記パワー半導体デバイスのオンオフ制御を遮断するとともに過電流アラーム信号を出力する短絡保護部を有し、前記アラーム信号が前記過電流アラーム信号によるものであることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  3. 　前記保護部は、前記パワー半導体デバイス半導体モジュールの過熱保護を行うとともに過熱アラーム信号を出力する過熱保護部を有し、前記アラーム信号が前記過熱アラーム信号によるものであることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  4. 　前記合成部は、前記温度情報と前記アラーム信号との論理積をとるアンド回路で構成されることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  5. 　前記合成部は、前記温度情報の入出力経路に挿入されて入力された前記温度情報と前記アラーム信号とを合成し出力するもので、前記アラーム信号に応じて前記温度情報の入力を遮断／通過させるスイッチで構成されることを特徴とする請求項１に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  6. 　前記スイッチは、温度情報入出力端と基準電位との間に接続され、そのオンオフが前記アラーム信号により制御されることを特徴とする請求項５に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  7. 　前記スイッチは、ＮＰＮトランジスタで構成され、該ＮＰＮトランジスタのコレクタが前記温度情報入出力端に接続され、エミッタが前記基準電位に接続され、ベースが反転回路の出力側に接続され、該反転回路の入力側が前記アラーム信号入力端に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  8. 　前記スイッチは、ＰＮＰトランジスタで構成され、該ＰＮＰトランジスタのエミッタが前記温度情報入出力端に接続され、コレクタが前記基準電位に接続され、ベースが前記アラーム信号入力端に接続されていることを特徴とする請求６に記載のパワー半導体モジュールのドライブ制御方式。
  9. 　前記絶縁素子がフォトカプラであることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載のドライブ制御方式。
  10. 　高圧側に設けられて、高圧側に設けられたパワー半導体モジュールを制御する制御回路であって、
    　パワー半導体デバイスのゲートに所定の電圧を印加して該パワー半導体デバイスのオンオフを制御するゲートドライブ部と、
    　前記パワー半導体デバイスの過電流を検出すると前記ゲートドライブ部による前記パワー半導体デバイスのオンオフ制御を遮断するとともにアラーム信号を出力する短絡保護部と、
    　前記パワー半導体モジュールの基板に配置された温度検出素子で検出された温度をデジタル信号に変換して温度情報を作成する温度情報作成部と、
    　前記アラーム信号及び前記温度情報作成部で作成された温度情報が入力されて、該入力されたアラーム信号及び温度情報を合成する合成部とを有し、
    　該合成部は、前記パワー半導体モジュールから取得した温度情報とアラーム信号とを合成し、その合成出力を前記高圧側と低圧側の間に設けられる一つの絶縁素子に出力することを特徴とするパワー半導体モジュールの制御回路。
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