JP6486805B2 - 半導体パワーモジュール及び電動機用駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、半導体パワーモジュール及び電動機用駆動システムに関し、例えば電動機を駆動するための半導体パワーモジュールに関する。

半導体装置の１つとして、パワーモジュールが存在する（例えば、特許文献１及び特許文献２）。パワーモジュールとして、ＩＰＭ（Intelligent Power Module）が知られている。ＩＰＭは、外部装置からの駆動信号に基づいて電動機を駆動する駆動回路や、自己を保護する保護回路が組み込まれている。

ここで、パワーモジュールは、パッケージ化されており、複数種類のパッケージが製造されている。例えば、種類の異なるパッケージは、定格電流が異なる。しかしながら、パワーモジュールのパッケージは、種類が異なっていても、パッケージ形状が同一であるものが多数存在する。そのため、生産ラインにおいて、パワーモジュールのパッケージをプリント基板に実装するときに、本来実装すべきパッケージとは異なるパッケージを誤実装してしまうおそれがあるという問題がある。

例えば、定格電流が１５Ａであるパッケージを実装すべき製品に対して、定格電流が１５Ａであるパッケージを実装してしまった場合には、製品に対して必要とする電流を供給することができるため、一見正常なパッケージを実装しているように動作する。しかしながら、実際には過電流の状態で動作することになるため、製品の故障を引き起こす可能性がでてしまう。そのため、パワーモジュールのパッケージの誤実装を容易に検出可能とする仕組みが必要とされている。

誤実装を検出する方法として、パッケージにその種類を識別するラベルを付し、生産ラインの作業者がそのラベルを目視で確認する方法も考え得る。しかしながら、この方法では、ラベルが非常に小さく、また、放熱板等の他の実装モジュールによってラベルが隠れてしまうこともある。そのため、作業者に大きな手間が発生してしまうという問題がある。

特開２０１５−６８８１０号公報 特表２００８−５３５２５５号公報

上述したように、半導体パワーモジュールは誤実装されてしまうおそれがあるという問題がある。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、半導体パワーモジュールは、半導体パワーモジュール内の状態を示す状態信号、及び、半導体パワーモジュールを識別するための識別信号のうち、いずれか一方を選択して前記半導体パワーモジュールの外部に出力する切替部を備えたものである。

前記一実施の形態によれば、半導体パワーモジュールの誤実装をより容易に検出することができる。

実施の形態１に係る電動機駆動システムの構成図である。 実施の形態１に係る電動機駆動システムの動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態２に係る電動機駆動システムの構成図である。 実施の形態に係るパワーモジュールの概略構成図である。

以下、図面を参照しながら、好適な実施の形態について説明する。以下の実施の形態に示す具体的な数値などは、実施の形態の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、それに限定されるものではない。また、以下の記載及び図面では、説明の明確化のため、当業者にとって自明な事項などについては、適宜、省略及び簡略化がなされている。

＜実施の形態１＞
まず、図１を参照して、実施の形態１に係る電動機駆動システム１の構成について説明する。図１に示すように、電動機駆動システム１は、ＭＣＵ（Micro Control Unit）２と、パワーモジュール３と、電動機４とを有する。

ＭＣＵ２（パワーモジュール制御部）は、パワーモジュール３を制御することで、電動機４を駆動する半導体装置である。より具体的には、ＭＣＵ２は、電動機４の駆動を指示する駆動信号をパワーモジュール３に出力することで、電動機４を駆動する。駆動信号は、例えば、電動機４に対する電流の供給又はその停止を指示するＰＷＭ（Pulse Width Modulation、パルス幅変調）信号である。ＰＷＭ信号において、パルスがＨｉｇｈの区間は、電動機４に対する電流の供給を指示する区間となり、パルスがＬｏｗの区間は、電動機４に対する電流の供給の停止を指示する区間となる。

パワーモジュール３は、ＭＣＵ２からの制御に応じて、電動機４を駆動する半導体装置である。図１に示すように、パワーモジュール３は、電力素子駆動手段１０と、電力素子１１とを有する。パワーモジュール３は、例えば、電力素子駆動手段１０を含む半導体チップと、電力素子１１を含む半導体チップとがパッケージ化された半導体パッケージである。

電力素子駆動手段１０（制御部）は、ＭＣＵ２から出力された駆動信号で指示されるように電力素子１１を制御することで、電動機４を駆動する回路である。電力素子駆動手段１０は、例えば、ＨＶＩＣ（High Voltage IC）である。電力素子１１は、電力素子駆動手段１０からの制御に応じて、電動機４に電流を供給することで電動機４を駆動する。電力素子１１は、例えば、パワートランジスタ等のスイッチング素子である。パワートランジスタは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。

より具体的には、電力素子駆動手段１０は、駆動信号としてＭＣＵ２から出力されるＰＷＭ信号がＨｉｇｈの間、電力素子１１をＯＮにして、電動機４に電流を供給する。一方、電力素子駆動手段１０は、駆動信号としてＭＣＵ２から出力されるＰＷＭ信号がＬｏｗの間、電力素子１１をＯＦＦにして、電動機４への電流の供給を停止する。

電動機４は、いわゆるモーターである。電動機４は、パワーモジュール３から供給される電流に基づいて回転する。上述したように、ＭＣＵ２からのＰＷＭ信号がＨｉｇｈである間、パワーモジュール３は、電動機４に電流を供給する。よって、電動機４は、ＰＷＭ信号において、パルス周期に対するパルスのＨｉｇｈの時間（いわゆるデューティ比）が増加するに従って、電動機４の回転数がより上昇する。

電力素子駆動手段１０は、温度信号生成部２０と、識別情報記憶部２１と、ＵＶＬＯ（Under Voltage Lock Out、定電圧ロックアウト）検出部２２と、過電流検出部２３と、ＦＯ信号生成部２４と、立上り検出部２５と、切替部２６と、クロック信号生成部２７とを有する。

温度信号生成部２０は、パワーモジュール３の内部の温度を計測し、計測した温度を示す温度信号を生成する回路である。温度信号生成部２０は、生成した温度信号を切替部２６に出力する。

識別情報記憶部２１は、パワーモジュール３の種類を一意に示す識別情報が格納される回路である。識別情報は、例えば、パワーモジュール３の製品型番、及び、パワーモジュール３のバージョン等を示す情報である。識別情報記憶部２１は、自身に格納された識別情報を、識別信号として切替部２６に出力する。

ＵＶＬＯ検出部２２は、パワーモジュール３に供給される電圧が、所定の電圧閾値以上であるか否かを判定し、その判定結果を示すＵＶＬＯ信号を生成して、電力素子駆動手段１０の内部に出力する。このＵＶＬＯ信号は、ＦＯ信号生成部２４に入力される。

なお、電圧閾値は、パワーモジュール３の正常動作に最低限必要な電圧として予め定められた値である。すなわち、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値以上である場合、パワーモジュール３の正常動作が保証される。一方、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値未満である場合、パワーモジュール３の正常動作が保証されない。

以下、本実施の形態１では、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値以上であることを示すＵＶＬＯ信号はＬｏｗであり、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値未満であることを示すＵＶＬＯ信号はＨｉｇｈである例について説明する。

過電流検出部２３は、パワーモジュール３の過電流を検出する回路である。過電流検出部２３は、パワーモジュール３に供給される電流が、所定の電流閾値以上であるか否かを判定し、その判定結果を示す過電流検出信号を生成して、ＦＯ信号生成部に出力する。

なお、電流閾値は、それ以上の電流は過電流になるとして予め定められた値である。すなわち、パワーモジュール３に供給される電流が電流閾値未満である場合、パワーモジュール３の正常動作が保証される。一方、パワーモジュール３に供給される電流が電流閾値以上である場合、パワーモジュール３の正常動作が保証されない。

ＦＯ（Fault Output、異常出力）信号生成部２４は、パワーモジュール３が異常であるか否かを示すＦＯ信号を生成し、生成したＦＯ信号を、電力素子駆動手段１０が有する検出端子を介して、立上り検出部２５及びＭＣＵ２に出力する回路である。

ＦＯ信号生成部２４は、ＵＶＬＯ検出部２２から出力されるＵＶＬＯ信号が、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値未満であることを示している場合、又は、過電流検出部２３から出力される過電流検出信号が、パワーモジュール３に供給される電流が電流閾値以上であることを示している場合、パワーモジュール３が異常であることを示すＦＯ信号を生成する。一方、ＵＶＬＯ検出部２２から出力されるＵＶＬＯ信号が、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値以上であることを示しており、かつ、過電流検出部２３から出力される過電流検出信号が、パワーモジュール３に供給される電流が電流閾値未満であることを示している場合、パワーモジュール３が正常であることを示すＦＯ信号を生成する。

以下、本実施の形態１では、パワーモジュール３が正常であることを示すＦＯ信号はＨｉｇｈであり、パワーモジュール３が異常であることを示すＦＯ信号はＬｏｗである例について説明する。

立上り検出部２５は、ＦＯ信号生成部２４から出力されるＦＯ信号のＬｏｗからＨｉｇｈへの立ち上がりを検出するとともに、切替部２６が選択する信号を切り替える制御を行う回路である。より具体的には、立上り検出部２５は、ＦＯ信号の立ち上がりを検出したときから、所定時間の間、識別情報記憶部２１からの識別信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。そして、立上り検出部２５は、その所定時間の経過後は、温度信号生成部２０からの温度信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。

切替部２６は、立上り検出部２５からの制御に応じて、温度信号生成部２０から出力される温度信号と、識別情報記憶部２１から出力される識別信号のうち、いずれか一方を選択して、電力素子駆動手段１０が有する検出端子を介して、ＭＣＵ２に出力する。より具体的には、切替部２６は、温度信号生成部２０からの温度信号の選択を指示する指示信号が、立上り検出部２５から出力されている間、温度信号生成部２０からの温度信号を選択し、ＭＣＵ２に出力する。一方で、識別情報記憶部２１からの識別信号の選択を指示する指示信号が、立上り検出部２５から出力されている間、識別情報記憶部２１からの識別信号を選択し、ＭＣＵ２に出力する。なお、識別信号又は温度信号が出力される検出端子（第１の検出端子）は、ＦＯ信号が出力される検出端子（第２の検出端子）とは異なる検出端子である。

クロック信号生成部２７は、クロック信号を生成し、電力素子駆動手段１０内の各回路２０〜２６に供給する回路である。電力素子駆動手段１０内の各回路２０、２１、２５は、クロック信号生成部２７から供給されるクロック信号に基づいて動作する。

上述したような構成により、パワーモジュール３は、ＦＯ信号が立ち上がり、パワーモジュール３が正常動作可能となったときから所定時間の間で識別信号をＭＣＵ２に出力し、その所定時間の経過後は温度信号をＭＣＵ２に出力する。

よって、ＭＣＵ２は、ＦＯ信号が立ち上がりを検出したときから所定時間の間にパワーモジュール３から出力される信号を、識別信号として取得することができる。ＭＣＵ２は、取得した識別信号に基づいて、パワーモジュール３の誤実装の検出を容易化するための処理を実行することができる。

例えば、ＭＣＵ２は、ＭＣＵ２と接続されたＰＣ（Personal Computer、図示せず）の表示装置に、識別信号が示す内容を表示することができる。ＭＣＵ２とＰＣとは有線によって接続することができる。ＭＣＵ２は、例えば、その有線を介して、パワーモジュール３から取得した識別信号を、シリアル通信によってＰＣに送信する。このシリアル通信は、例えば、ＵＡＲＴ（Universal Asynchronous Receiver Transmitter）を利用した通信である。ＰＣは、ＭＣＵ２から送信された識別信号が示す内容を、ＰＣに接続された表示装置に表示する。この上述の識別信号が示す内容の表示をする動作を実行する機能は、生産ラインにおける検査工程で実行する動作モードとして、ＭＣＵ２に実装しておけばよい。なお、表示装置は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、又は、プラズマディスプレイ等である。

これによれば、作業者が表示装置に表示された内容を見ることで、パワーモジュール３の種類を容易に確認することができる。すなわち、パワーモジュールの誤実装を容易に確認することができる。そのため、製品の組み立て後においても、パワーモジュールの誤実装を容易に確認することができる。

また、ＭＣＵ２は、ＦＯ信号が立ち上がりを検出したときから所定時間の間にパワーモジュール３から出力された信号が、識別信号でない場合には、パワーモジュール３の制御又は自身の動作を抑止するようにしてもよい。例えば、パワーモジュール３から取得した信号が、識別信号が取り得る値ではない場合、パワーモジュール３の制御又は自身の動作を抑止する。

これによれば、製品の出荷後における模造品対策が可能となる。例えば、製品の出荷後に、パワーモジュール３が模造品に載せ替えられた場合に、その製品の使用を防止することができる。

また、ＭＣＵ２は、ＦＯ信号が立ち上がりを検出したときから所定時間後は、パワーモジュール３から出力される信号を、温度信号として取得する。そして、ＭＣＵ２は、取得した温度信号が示す温度に応じて、駆動信号で指示する内容を変更する。例えば、パワーモジュール３の温度が高い場合には、電力素子１１から電動機４に供給する電流量を低下させて、温度上昇を抑制する必要がある。したがって、ＭＣＵ２は、温度信号が示す温度が高くなるに従って、駆動信号として出力するＰＷＭ信号のデューティー比をより小さくし、電力素子１１から電動機４に供給する電流量をより低下させるようにフィードバック制御を行う。

ここで、ＭＣＵ２は、パワーモジュール３から出力されるＦＯ信号が、パワーモジュール３が異常であることを示している場合、電動機４を駆動する制御を停止する。一方、パワーモジュール３から出力されるＦＯ信号が、パワーモジュール３が正常であることを示している場合、電動機４を駆動する制御を行う。

より具体的には、ＭＣＵ２は、パワーモジュール３から出力されるＦＯ信号が、パワーモジュール３が異常であることを示している場合には、電動機４の駆動を停止するように、駆動信号で指示する内容を変更する。すなわち、ＭＣＵ２は、駆動信号として出力するＰＷＭ信号をＬｏｗに維持し続ける。

続いて、図２を参照して、実施の形態１に係る電動機駆動システム１の動作について説明する。

期間Ｔ１：
電動機駆動システム１の電源が投入され、ＭＣＵ２及びパワーモジュール３のそれぞれに電圧が供給され始める。ＭＣＵ２及びパワーモジュール３のそれぞれに供給される電圧は、徐々に上昇し、ＭＣＵ２及びパワーモジュール３のそれぞれが起動する。

期間Ｔ２：
ＵＶＬＯ検出部２２は、パワーモジュール３に供給される電圧が第１の電圧閾値以上となった場合、パワーモジュール３に供給される電圧閾値以上であることを示すＵＶＬＯ信号をＦＯ信号生成部２４に出力する。すなわち、ＵＶＬＯ検出部２２は、ＵＶＬＯ信号をＬｏｗにしてＦＯ信号生成部２４に出力する。ＦＯ信号生成部２４は、ＵＶＬＯ検出部２２からのＬｏｗにされたＦＯ信号の出力に応じて、ＦＯ信号をＨｉｇｈにして立上り検出部２５及びＭＣＵ２に出力する。

これにより、立上り検出部２５は、ＦＯ信号生成部２４から出力されるＦＯ信号の立ち上がりを検出する。そのため、立上り検出部２５は、そのＦＯ信号の立ち上がりを検出したときから所定時間の間、識別情報記憶部２１からの識別信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。これにより、切替部２６は、上記所定時間の間、温度信号生成部２０からの温度信号と、識別情報記憶部２１からの識別信号のうち、識別信号を選択してＭＣＵ２に出力する。

また、ＭＣＵ２は、ＦＯ信号生成部２４から出力されるＦＯ信号の立ち上がりを、割込み信号として検出する。ＭＣＵ２は、ＦＯ信号の立ち上がりによる割込み信号を検出したときから、上記所定時間の間に切替部２６から出力される信号を、パワーモジュール３の識別情報を示す信号として取得する。

また、ＭＣＵ２は、ＦＯ信号の立ち上がりによる割込み信号を検出した場合、電動機４の駆動を開始する。すなわち、ＭＣＵ２は、駆動信号として出力するＰＷＭ信号を、Ｌｏｗを維持した状態から、パルスを形成した状態に変更する。

期間Ｔ３：
立上り検出部２５は、ＦＯ信号の立ち上がりを検出したときから上記所定時間が経過した後は、温度信号生成部２０からの温度信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。これにより、切替部２６は、上記所定時間の経過後は、温度信号生成部２０からの温度信号と、識別情報記憶部２１からの識別信号のうち、温度信号を選択してＭＣＵ２に出力する。

ＭＣＵ２は、ＦＯ信号の立ち上がりによる割込み信号を検出したときから上記所定時間が経過した後は、切替部２６から出力される信号を、パワーモジュール３の温度を示す温度信号として取得する。すなわち、ＭＣＵ２は、温度信号が示す温度に基づいて、電動機４のフィードバック制御を行う。

期間Ｔ４：
ここで、電動機駆動システム１の電源系統において何らかの異常が発生し、パワーモジュール３に供給される電圧の低下が発生したものとする。ＵＶＬＯ検出部２２は、パワーモジュール３に供給される電圧が第２の電圧閾値未満となった場合、パワーモジュール３が電圧閾値未満であることを示すＵＶＬＯ信号をＦＯ信号生成部２４に出力する。すなわち、ＵＶＬＯ検出部２２は、ＵＶＬＯ信号をＨｉｇｈにしてＦＯ信号生成部２４に出力する。ＦＯ信号生成部２４は、ＵＶＬＯ検出部２２からのＨｉｇｈにされたＦＯ信号の出力に応じて、ＦＯ信号をＬｏｗにして立上り検出部２５及びＭＣＵ２に出力する。

ここで、電圧閾値として、ここまでに説明したように、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値未満の電圧から電圧閾値以上の電圧となったか否かを判定する値と、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値以上の電圧から電圧閾値未満の電圧となったか否かを判定する値とが別々に設けられていてもよい。なお、図２では、第１の電圧閾値が第２の電圧閾値よりも低い例について示している。当然に、電圧閾値として、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値未満の電圧から電圧閾値以上の電圧となったか否かを判定する値と、パワーモジュール３に供給される電圧が電圧閾値以上の電圧から電圧閾値未満の電圧となったか否かを判定する値とで、共通の値が設けられていてもよい。

ＭＣＵ２は、ＦＯ信号生成部２４から出力されるＦＯ信号の立ち下がりを、割込み信号として検出する。ＭＣＵ２は、ＦＯ信号の立下りによる割込み信号を検出した場合、電動機４の駆動を停止する。すなわち、ＭＣＵ２は、駆動信号として出力するＰＷＭ信号を、パルスを形成した状態から、Ｌｏｗを維持した状態に変更する。

期間Ｔ５：
ここで、電動機駆動システム１の電源系統において発生していた異常が解消し、パワーモジュール３に供給される電圧が正常な電圧に復旧したものとする。ＵＶＬＯ検出部２２は、パワーモジュール３に供給される電圧が第１の電圧閾値以上となった場合、パワーモジュール３に供給される電圧閾値以上であることを示すＵＶＬＯ信号をＦＯ信号生成部２４に出力する。すなわち、ＵＶＬＯ検出部２２は、ＵＶＬＯ信号をＬｏｗにしてＦＯ信号生成部２４に出力する。ＦＯ信号生成部２４は、ＵＶＬＯ検出部２２からのＬｏｗにされたＦＯ信号の出力に応じて、ＦＯ信号をＨｉｇｈにして立上り検出部２５及びＭＣＵ２に出力する。

これにより、立上り検出部２５は、期間Ｔ２の説明と同様に、ＦＯ信号の立ち上がりを検出したときから所定時間の間、識別情報記憶部２１からの識別信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。切替部２６も、期間Ｔ２の説明と同様に、上記所定時間の間、温識別信号を選択してＭＣＵ２に出力する。

また、ＭＣＵ２も、期間Ｔ２の説明と同様に、ＦＯ信号の立ち上がりによる割込み信号を検出したときから、上記所定時間の間に切替部２６から出力される信号を、パワーモジュール３の識別情報を示す信号として取得する。また、ＭＣＵ２は、ＦＯ信号の立ち上がりによる割込み信号を検出した場合、電動機４の駆動を駆動するように、駆動信号で指示する内容を変更する。

期間Ｔ６：
立上り検出部２５は、期間Ｔ３の説明と同様に、ＦＯ信号の立ち上がりを検出したときから、上記所定時間が経過した後は、温度信号生成部２０からの温度信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。切替部２６も、期間Ｔ３の説明と同様に、上記所定時間の経過後は、温度信号を選択してＭＣＵ２に出力する。

ＭＣＵ２も、期間Ｔ３の説明と同様に、割込み信号を検出したときから上記所定時間が経過した後は、切替部２６から出力される信号を、パワーモジュール３の温度を示す温度信号として取得する。すなわち、ＭＣＵ２は、温度信号が示す温度に基づいて、電動機４のフィードバック制御を行う。

以上に説明したように、本実施の形態１では、パワーモジュール３は、状態信号生成部（温度信号生成部２０に対応）と、識別情報記憶部２１と、切替部２６とを有している。状態信号生成部は、パワーモジュール３内の状態（例えば温度）を検出し、検出した状態を示す状態信号（温度信号）を生成して出力する。識別情報記憶部２１は、パワーモジュール３を識別するための識別情報が予め格納されており、識別情報を示す識別信号を出力する。状態信号生成部が出力した状態信号、及び、識別情報記憶部２１が出力した識別信号のうち、いずれか一方を選択してパワーモジュール３の外部に出力する。

これによれば、所望のタイミングで、状態信号に変えて、パワーモジュール３を識別するための識別情報を示す識別信号を、パワーモジュール３から取得することができる。よって、この識別信号に基づいて、パワーモジュール３が、所望のパワーモジュールであるか否かを容易に把握することができる。例えば、識別信号が示す識別情報を表示装置に表示することで、作業者が、パワーモジュール３が所望のパワーモジュールであるか否かを容易に把握することができる。よって、パワーモジュールの誤実装をより容易に検出することができる。

また、以上に説明したように、本実施の形態１では、パワーモジュール３は、パワーモジュール３が異常であるか否かを示す異常出力信号を生成して、パワーモジュール３の外部に出力するＦＯ信号生成部２４と、ＦＯ信号生成部２４が出力するＦＯ信号（異常出力信号）が異常を示す状態から正常を示す状態へ切り替わったことを検出する立上り検出部２５を有している。立上り検出部２５は、ＦＯ信号が異常を示す状態から正常を示す状態へ切り替わったことを検出したときから所定時間の間、識別信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。切替部２６は、半導体パワーモジュールが正常動作可能となったときから所定時間の間として、立上り検出部２５から上記指示信号が出力されている間、識別信号を選択する。

これによれば、状態信号（例えば温度信号）を生成・出力する機能と、ＦＯ信号を生成・出力する機能とを有しているパワーモジュールに対して、その構成を変更することなく、識別情報記憶部２１、立上り検出部２５、及び、切替部２６を追加的に実装するのみで、上記誤実装の検出を容易にする機能を追加することができる。

＜実施の形態２＞
続いて、実施の形態２について説明する。図３を参照して、実施の形態２に係る電動機駆動システム１の構成について説明する。図３に示すように、実施の形態２に係る電動機駆動システム１では、図１に示した実施の形態１に係る電動機駆動システム１と比較して、ＵＶＬＯ検出部２２、過電流検出部２３、及び、ＦＯ信号生成部２４を有さない。また、立上り検出部２５は、ＦＯ信号生成部２４からのＦＯ信号に代えて、ＭＣＵ２からの要求信号が入力される。

実施の形態２に係る電動機駆動システム１では、ＭＣＵ２は、識別情報の出力を要求するか否かを示す要求信号を立上り検出部２５に出力する。より具体的には、ＭＣＵ２は、識別情報の出力を要求する要求信号として、Ｈｉｇｈの信号を出力する。一方、ＭＣＵ２は、識別情報の出力を要求しない要求信号として、Ｌｏｗの信号を出力する。

ＭＣＵ２は、電動機駆動システム１（ＭＣＵ２及びパワーモジュール３）の電源が投入されて、ＭＣＵ２の起動が完了して動作を開始してから、所定時間の経過後に、識別情報の出力を要求する要求信号を立上り検出部２５に出力する。この所定時間は、上記の識別情報の出力を要求する要求信号を立上り検出部２５に出力するタイミングが、電動機駆動システム１（ＭＣＵ２及びパワーモジュール３）の電源が投入されてから、パワーモジュール３に供給される電圧が安定してパワーモジュール３が正常動作可能となるまでに必要な時間として予め定められた時間が経過したタイミングとなるように定められる。

これにより、立上り検出部２５は、ＭＣＵ２から出力される要求信号の立ち上がりを検出する。そのため、立上り検出部２５は、その要求信号の立ち上がりを検出したときから所定時間の間、識別情報記憶部２１からの識別信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。これにより、切替部２６は、上記所定時間の間、温度信号生成部２０からの温度信号と、識別情報記憶部２１からの識別信号のうち、識別信号を選択してＭＣＵ２に出力する。

ＭＣＵ２は、識別情報の出力を要求する要求信号の出力を開始したときから上記所定時間の間に切替部２６から出力される信号を、パワーモジュール３の識別情報を示す信号として取得する。

立上り検出部２５は、要求信号の立ち上がりを検出したときから上記所定時間が経過した後は、温度信号生成部２０からの温度信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。これにより、切替部２６は、上記所定時間の経過後は、温度信号生成部２０からの温度信号と、識別情報記憶部２１からの識別信号のうち、温度信号を選択してＭＣＵ２に出力する。

ＭＣＵ２は、識別情報の出力を要求する要求信号の出力を開始したときから、上記所定時間が経過した後は、切替部２６から出力される信号を、パワーモジュール３の温度を示す温度信号として取得する。

以上に説明したように、本実施の形態２では、パワーモジュール３は、パワーモジュール３の電源が投入されてから、パワーモジュール３の電圧が安定するまでに必要な時間として予め定められた時間の経過後に、外部回路（ＭＣＵ２）から入力される要求信号を検出する立上り検出部２５を有している。立上り検出部２５は、外部回路からの要求信号を検出したときから所定時間の間、識別信号の選択を指示する指示信号を切替部２６に出力する。切替部２６は、パワーモジュール３が正常動作可能となったときから所定時間の間として、立上り検出部２５から指示信号が出力されている間、識別信号を選択する。

これによれば、ＦＯ信号を生成・出力する機能を有していないパワーモジュールであっても、上記誤実装の検出を容易にする機能を追加することができる。また、ＭＣＵ２は、任意の識別信号を取得したいタイミングで要求信号を出力し、そのタイミングで一度だけ識別信号を取得すればよい。そのため、ＭＣＵ２の処理負荷も低減することができる。

＜実施の形態の概要＞
ここで、図４を参照して、上述した実施の形態１、２に係るパワーモジュール３の概略構成となる半導体パワーモジュール９の構成について説明する。図４に示すように、半導体パワーモジュール９は、状態信号生成部９０と、識別情報記憶部９１と、切替部９２とを有する。

状態信号生成部９０は、半導体パワーモジュール９内の状態を検出し、検出した状態を示す状態信号を生成して出力する。状態信号生成部９０は、温度信号生成部２０に対応する。

識別情報記憶部９１は、半導体パワーモジュールを識別するための識別情報が予め格納されている。識別情報記憶部９１は、識別情報を示す識別信号を出力する。識別情報記憶部９１は、識別情報記憶部２１に対応する。

切替部９２は、状態信号生成部９０が出力した状態信号、及び、識別情報記憶部９１が出力した識別信号のうち、いずれか一方を選択して半導体パワーモジュール９の外部に出力する。切替部９２は、切替部２６に対応する。

これによれば、所望のタイミングで、状態信号に変えて、半導体パワーモジュール９を識別するための識別情報を示す識別信号を、半導体パワーモジュール９から取得することができる。よって、この識別信号に基づいて、半導体パワーモジュール９が、所望のパワーモジュールであるか否かを容易に把握することができる。例えば、識別信号が示す識別情報を表示装置に表示することで、作業者が、半導体パワーモジュール９が所望のパワーモジュールであるか否かを容易に把握することができる。よって、パワーモジュールの誤実装をより容易に検出することができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は既に述べた実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることはいうまでもない。

なお、上記実施の形態では、切替部２６によって識別信号との間でＭＣＵ２への出力が切り替えられる信号が、パワーモジュール３の温度を示す温度信号である例について説明したが、パワーモジュール３の状態を示す状態信号であれば、温度信号に限られず、他の状態を示す信号であってもよい。例えば、切替部２６によって識別信号との間でＭＣＵ２への出力が切り替えられる信号は、パワーモジュール３に供給される電圧又は電流を示す信号であってもよい。

また、上記実施の形態では、電力素子駆動手段１０を含む半導体チップの内部で、パワーモジュール３の温度を検出する例について説明したが、これに限られない。電力素子１１を含む半導体チップの内部で、パワーモジュール３の温度を検出するようにしてもよい。例えば、電力素子１１（例えばＩＧＢＴ）又はその電力素子１１に付されたＦＲＤ（Fast Recovery Diode）のアクティブエリア内に温度検出ダイオードを内蔵し、温度検出ダイオードのＶＦ（順方向電圧）のモニター出力を、温度信号として切替部２６に入力するようにしてもよい。これによれば、ＭＣＵ２は、温度信号に基づいて、ジャンクション温度Ｔｊをリアルタイムにモニターすることができる。よって、電動機駆動システム１を、より高精度な温度監視が必要な機器（例えば産業用機器）に適用する場合に有効である。

また、上記実施の形態では、温度信号として、クロック信号生成部２７が生成したクロック信号に基づいて、図２に示すように、アナログ値を、パワーモジュール３からＭＣＵ２に出力する例について説明したが、これに限られない。例えば、温度信号として、デジタル値を、パワーモジュール３からＭＣＵ２に出力してもよい。よって、より厳密には、上記実施の形態に係るＭＣＵ２は、Ａ／Ｄ変換回路を有しており、そのＡ／Ｄ変換回路によって温度信号を、アナログ値からデジタル値に変換して取得している。

また、上記実施の形態では、識別信号として、クロック信号生成部２７が生成したクロック信号に基づいて、図２に示すように、Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗを組み合わせた信号（デジタル値）を、パワーモジュール３からＭＣＵ２に出力する例について説明したが、これに限られない。例えば、識別信号として、アナログ値を、パワーモジュール３からＭＣＵ２に出力してもよい。よって、この場合には、上記実施の形態に係るＭＣＵ２は、ＭＣＵ２が有するＡ／Ｄ変換回路によって識別信号を、アナログ値からデジタル値に変換して取得するようにすればよい。

また、上記実施の形態では、ＵＶＬＯ検出部２２によってパワーモジュール３に供給される電圧の電圧低下を検出した場合、又は、過電流検出部２３によってパワーモジュール３に供給される電流の過電流が検出された場合に、ＦＯ信号生成部２４は、パワーモジュール３が異常であることを示すＦＯ信号を生成するようにしていたが、他の異常を検出するようにしてもよい。例えば、電力素子駆動手段１０は、ＭＣＵ２に供給される電圧の電圧低下を異常として検出する回路を有していてもよい。この回路は、ＭＣＵ２に供給される電圧が所定の電圧閾値以上であるか否かを判定し、その判定結果を示す信号をＦＯ信号生成部２４に出力する。そして、ＦＯ信号生成部２４は、この回路から、ＭＣＵ２に供給される電圧が所定の電圧閾値未満であることを示す信号が出力された場合、パワーモジュール３が異常であることを示すＦＯ信号を生成するようにすればよい。

１ 電動機駆動システム
２ ＭＣＵ
３ パワーモジュール
４ 電動機
９ 半導体パワーモジュール
１０ 電力素子駆動手段
１１ 電力素子
２０ 温度信号生成部
２１、９１ 識別情報記憶部
２２ ＵＶＬＯ検出部
２３ 過電流検出部
２４ ＦＯ信号生成部
２５ 立上り検出部
２６、９２ 切替部
２７ クロック信号生成部
９０ 状態信号生成部

Claims (13)

1. 電動機を駆動する半導体パワーモジュールであって、
   前記半導体パワーモジュール内の状態を検出し、検出した状態を示す状態信号を生成して出力する状態信号生成部と、
   前記半導体パワーモジュールを識別するための識別情報が予め格納されており、前記識別情報を示す識別信号を出力する識別情報記憶部と、
   前記状態信号生成部が出力した状態信号、及び、前記識別情報記憶部が出力した識別信号のうち、いずれか一方を選択して前記半導体パワーモジュールの外部に出力する切替部と、
   を備えた半導体パワーモジュール。
2. 前記切替部は、前記半導体パワーモジュールが正常動作可能となったときから所定時間の間、前記識別信号を選択する、
   請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
3. 前記半導体パワーモジュールは、さらに、
   前記半導体パワーモジュールが異常であるか否かを示す異常出力信号を生成して、前記半導体パワーモジュールの外部に出力する異常出力信号生成部と、
   前記異常出力信号生成部が出力する異常出力信号が異常を示す状態から正常を示す状態へ切り替わったことを検出する検出部と、を備え、
   前記検出部は、前記異常出力信号が異常を示す状態から正常を示す状態へ切り替わったことを検出したときから前記所定時間の間、前記識別信号の選択を指示する指示信号を前記切替部に出力し、
   前記切替部は、前記半導体パワーモジュールが正常動作可能となったときから前記所定時間の間として、前記検出部から前記指示信号が出力されている間、前記識別信号を選択する、
   請求項２に記載の半導体パワーモジュール。
4. 前記半導体パワーモジュールは、さらに、前記半導体パワーモジュールの電源が投入されてから、前記半導体パワーモジュールの電圧が安定するまでに必要な時間として予め定められた時間の経過後に、外部回路から入力される要求信号を検出する検出部を備え、
   前記検出部は、前記外部回路からの要求信号を検出したときから前記所定時間の間、前記識別信号の選択を指示する指示信号を前記切替部に出力し、
   前記切替部は、前記半導体パワーモジュールが正常動作可能となったときから前記所定時間の間として、前記検出部から前記指示信号が出力されている間、前記識別信号を選択する、
   請求項２に記載の半導体パワーモジュール。
5. 前記状態は、前記半導体パワーモジュール内の温度である、
   請求項１に記載の半導体パワーモジュール。
6. 前記半導体パワーモジュールは、さらに、前記半導体パワーモジュールに供給される電圧が、前記半導体パワーモジュールの正常動作に最低限必要な電圧として予め定められた電圧閾値未満であるか否かを判定する低電圧ロックアウト部を備え、
   前記異常出力信号生成部は、前記低電圧ロックアウト部によって、前記半導体パワーモジュールに供給される電圧が前記電圧閾値以上であると判定された場合、前記異常出力信号を正常を示す状態に切り替える、
   請求項３に記載の半導体パワーモジュール。
7. 前記半導体パワーモジュールは、さらに、前記半導体パワーモジュールに供給される電流が、それ以上の電流は過電流になるとして予め定められた電流閾値以上であるか否かを判定する過電流検出部を備え、
   前記異常出力信号生成部は、前記過電流検出部によって、前記半導体パワーモジュールに供給される電流が前記電流閾値未満であると判定された場合、前記異常出力信号を正常を示す状態に切り替える、
   請求項３に記載の半導体パワーモジュール。
8. 電力素子と、
   前記電力素子の動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   検出端子と、
   モジュールの状態を検出し、検出した状態を示す状態信号を出力する状態信号生成部と、
   識別情報を格納しており、前記識別情報を示す識別信号を出力する識別情報記憶部と、
   前記状態信号と前記識別信号のいずれか一方を選択して前記検出端子を介して外部に出力する切替部と、
   を有する半導体パワーモジュール。
9. 前記検出端子は第１の検出端子であり、
   前記制御部は、さらに、
   第２の検出端子と、
   前記半導体パワーモジュールの異常状態を示す異常検出信号を前記第２の検出端子を介して外部に出力する異常検出部と、を備え、
   前記切替部は、前記異常検出信号の変化に応じて前記識別信号を選択し前記第１の検出端子を介して外部に出力した後、前記状態信号を選択して前記第１の検出端子を介して外部に出力する、
   請求項８に記載の半導体パワーモジュール。
10. 前記切替部は、前記異常検出信号が異常状態から正常状態に変化したことを示してから所定の期間、前記識別信号を選択し前記第１の検出端子から出力する、
    請求項９に記載の半導体パワーモジュール。
11. 前記切替部は、前記半導体パワーモジュールに電源電圧が供給されてから前記半導体パワーモジュールの動作が安定するまでに必要として予め定められた期間が経過した後、所定の期間に前記識別信号を選択して前記検出端子より出力する、
    請求項８に記載の半導体パワーモジュール。
12. 前記状態信号生成部は、前記制御部内の温度を検出する温度検出回路であって、前記状態信号は温度検出信号である、
    請求項８に記載の半導体パワーモジュール。
13. 電力素子と、
    電力素子を制御する制御部と、を備えた半導体パワーモジュールと、
    前記半導体パワーモジュールを制御するパワーモジュール制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    第１および第２の検出端子と、
    前記半導体パワーモジュールの異常状態を示す異常検出信号を前記第１の検出端子を介して前記パワーモジュール制御部に出力する異常検出部と、
    前記半導体パワーモジュールの状態を検出し、検出した状態を示す状態信号を前記第２の検出端子を介して出力する状態信号生成部と、
    識別情報を格納しており、前記識別情報を示す識別信号を出力する識別情報記憶部と、
    前記異常検出信号に応じて前記状態信号と前記識別信号のいずれか一方を選択し、第２の検出端子を介して前記パワーモジュール制御部に供給する切替部と、を備え、
    前記パワーモジュール制御部は、前記異常検出信号が前記半導体パワーモジュールが正常状態であることを検知してから所定の期間は前記第２の検出端子から出力される信号を識別信号として取得し、前記所定の期間後は前記状態信号として取得する
    電動機用駆動システム。

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