CN110365192B - 温度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明的课题是提高温度检测精度。温度检测装置(1‑1)具有温度检测用二极管(Dt)、比较器(12)以及正向电流校正电路(10‑1)。比较器(12)对温度检测用二极管(Dt)的正向电压与阈值电压(VOH)进行比较，并输出与温度状态相应的电平信号。正向电流校正电路(10‑1)具有包含PMOS晶体管(11a1)和PMOS晶体管(11a2)的电流镜电路(11a)、NMOS晶体管(16)、运算放大器(15)以及可变抵抗器(Rv1)，并对温度检测用二极管(Dt)的正向电流(IF)进行校正而使正向电压(VF)变化。

Description

温度检测装置

技术领域

本发明涉及温度检测装置。

背景技术

近年来，绝缘栅双极型半导体元件(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)以及内置有驱动IGBT的驱动电路的半导体模块的开发正在发展。作为半导体模块，例如有IPM(Intelligent Power Module：智能功率模块)，广泛用于AC(Alternating Current：交流电)伺服或空调机等用途。

另外，半导体模块具有避免过热状态和保护元件的过热保护功能。作为过热保护功能，有用搭载于IGBT附近的温度检测元件来监测温度而检测IGBT芯片的过热的功能。

另外，根据半导体模块的用途，有电流主要向与IGBT连接的FWD(Free WheelDiode：续流二极管)流通而IGBT的温度几乎不上升的半导体模块，在这样的半导体模块中，对壳体温度进行检测。

图4是表示以往的温度检测电路的结构的一例的图。温度检测电路1具备电流源11、温度检测用二极管Dt、比较器12、警报检测电路13和阈值电压校正电路14。

另外，在温度检测电路1连接有监测用焊盘pd。监测用焊盘pd是用于在温度检测试验时监测施加于温度检测用二极管Dt的正向电压VF和/或在温度检测用二极管Dt中流通的正向电流IF等的焊盘(在操作时不使用)。

在各电路元件的连接关系中，电流源11的一端与电源电压Vcc连接。电流源11的另一端与温度检测用二极管Dt的阳极、比较器12的正侧输入端子(+)和监测用焊盘pd连接。温度检测用二极管Dt的阴极与阈值电压校正电路14的反相电压端子和基准电位(以下记为GND)连接。

比较器12的负侧输入端子(-)与阈值电压校正电路14的同相电压端子连接。比较器12的输出端子与警报检测电路13的输入端子连接。

这里，温度检测用二极管Dt的正向电压VF具有伴随着壳体温度的上升而降低的特性。另外，阈值电压校正电路14输出用于判定壳体温度是否为过热状态的比较器12的阈值电压VOH。

阈值电压校正电路14例如在常温状态下将阈值电压VOH设定为VOH<VF，在过热状态下将阈值电压VOH设定为VF≤VOH。在该情况下，在VOH<VF的常温状态下，从比较器12输出高电位电平(H电平)的信号，在VF≤VOH的过热状态下，从比较器12输出低电位电平(L电平)的信号。

警报检测电路13如果接收到从比较器12输出的L电平的信号，则识别到壳体温度变得过热的情况，并例如以预定的时间输出警报信号。应予说明，阈值电压校正电路14所产生的阈值电压VOH能够被校正(调整)，在以往利用齐纳击穿方法来进行校正。

另一方面，晶片试验中的作为过热保护对象的壳体温度的阈值(阈值温度TcOH)根据以下的式(1)来计算。壳体温度变为阈值TcOH以上的情况是过热状态，壳体温度小于阈值TcOH的情况是非过热状态。

TcOH＝((VF-VOH)/VF温度系数)+Ta···(1)

在式(1)中，VF是常温下的温度检测用二极管Dt的正向电压(mV)，VOH是比较器12的阈值电压(mV)。另外，VF温度系数是在25℃～125℃的范围的VF温度变化量(mV/℃)，Ta是晶片试验的环境温度(℃)。

作为以往技术，提出了具有设置于第一电压电源、第二电压电源之间的恒定电压电源电路、温度检测用二极管、恒定电流源和变频器，将构成变频器的晶体管的栅极-源极间电压设为恒定电流源的两端电压，来提高温度检测灵敏度的技术(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2007-312529号公报

发明内容

技术问题

在上述的图4所示的温度检测电路1那样的构成中，由于只能校正阈值电压VOH，所以如果受到温度检测用二极管Dt的正向电压VF的偏差的影响，则壳体温度检测产生了误差。

图5是用于说明壳体温度检测产生误差的状态的图。曲线图g1表示正向电压VF与壳体温度T的关系(VF-T特性)，纵轴是正向电压VF，横轴是壳体温度T(℃)。

波形w1表示温度检测用二极管Dt的正向电压VF的代表值(Typ)。如上所述，温度越上升，正向电压VF越降低。另一方面，波形w2、w3表示正向电压VF的偏差。由于温度检测用二极管Dt的制造偏差，正向电压VF也产生偏差，相对于波形w1上下变动。

以往，假设正向电压VF的代表值的线(波形w1)，进行阈值电压VOH的校正并检测成为过热状态的壳体温度。但是，在成为如波形w2、w3那样从代表值偏离的VF-T特性的情况下，壳体温度TcL、TcH分别被检测到，且从阈值电压VOH设定后的理想的壳体温度Tc偏离，壳体温度检测产生误差。

这样，在以往，由于壳体温度检测产生误差，所以壳体温度的标准是包含了误差量的标准。因此，将标准宽度设定得较宽，而引起温度检测的精度下降。

本发明是鉴于这样的问题而做出的，目的在于提供一种实现温度检测精度的提高的温度检测装置。

技术方案

为了解决上述课题，在一个方案中，提供温度检测装置。温度检测装置具备：温度检测用二极管；比较器，其对温度检测用二极管的正向电压与阈值电压进行比较，并输出与温度状态相应的电平信号；以及正向电流校正电路，其具有包含第一晶体管和第二晶体管的电流镜电路、第三晶体管、运算放大器以及可变电阻器，对温度检测用二极管的正向电流进行校正，使正向电压变化。另外，第一晶体管的第一端子与电源电压和第二晶体管的第一端子连接，第一晶体管的第二端子与第一晶体管的第三端子、第二晶体管的第二端子以及第三晶体管的第三端子连接，第二晶体管的第三端子与比较器的正侧输入端子以及温度检测用二极管的阳极连接，阈值电压被输入到比较器的负侧输入端子，基准电压被输入到运算放大器的正侧输入端子，运算放大器的输出端子与第三晶体管的第二端子连接，运算放大器的负侧输入端子与第三晶体管的第一端子和可变电阻器的一端连接，可变电阻器的另一端与温度检测用二极管的阴极以及基准电位连接。

另外，在一个方案中，提供温度检测装置。温度检测装置具备：温度检测用二极管；比较器，其对温度检测用二极管的正向电压与阈值电压进行比较，并输出与温度状态相应的电平信号；以及正向电流校正电路，其具有包含第一晶体管和第二晶体管的电流镜电路、第三晶体管、运算放大器、第一电阻元件、第二电阻元件以及可变电阻器，对温度检测用二极管的正向电流进行校正，使正向电压变化。另外，第一晶体管的第一端子与电源电压和第二晶体管的第一端子连接，第一晶体管的第二端子与第一晶体管的第三端子、第二晶体管的第二端子以及第三晶体管的第三端子连接，第二晶体管的第三端子与比较器的正侧输入端子以及温度检测用二极管的阳极连接，阈值电压被输入到比较器的负侧输入端子，基准电压被输入到第二电阻元件的一端，第二电阻元件的另一端与可变电阻器的一端和运算放大器的正侧输入端子连接，可变电阻器的另一端与基准电位连接，运算放大器的输出端子与第三晶体管的第二端子连接，运算放大器的负侧输入端子与第三晶体管的第一端子和第一电阻元件的一端连接，第一电阻元件的另一端与温度检测用二极管的阴极以及基准电位连接。

此外，在一个方案中，提供温度检测装置。温度检测装置具有：温度检测元件；比较器，其对温度检测用二极管的正向电压与阈值电压进行比较，并输出与温度状态相应的电平信号；以及正向电流校正电路，其对温度检测元件的正向电流进行校正而使正向电压变化。

发明效果

能够提高温度检测精度。

附图说明

图1是表示温度检测装置的构成的一例的图(第一实施方式)。

图2是用于说明温度检测装置的校正动作的图。

图3是表示温度检测装置的构成的一例的图(第二实施方式)。

图4是表示以往的温度检测电路的构成的一例的图。

图5是用于说明壳体温度检测产生误差的状态的图。

符号说明

1-1 温度检测装置

10-1 正向电流校正电路

11a 电流镜电路

11a1 第一晶体管(PMOS晶体管)、11a2 第二晶体管(PMOS晶体管)

12 比较器

13 警报检测电路

14 阈值电压校正电路

15 运算放大器

16 第三晶体管(NMOS晶体管)

Dt 温度检测用二极管

pd 监测用焊盘

Rv1 可变电阻器

VREF 基准电压

IF 正向电流

VF 正向电压

VOH 阈值电压

Vout 输出电压

Vcc 电源电压

V1 电压

I1 电流

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。应予说明，在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能的要素，存在通过标记相同的符号来省略重复说明的情况。

[第一实施方式]

图1是表示温度检测装置的构成的一例的图。第一实施方式的温度检测装置1-1具备作为温度检测元件的温度检测用二极管Dt、比较器12、警报检测电路13、阈值电压校正电路14和正向电流校正电路10-1。另外，正向电流校正电路10-1具备电流镜电路11a、运算放大器15、晶体管16和可变电阻器Rv1。

电流镜电路11a包含晶体管11a1、11a2(第一晶体管、第二晶体管)。在图1的例子中，使用P沟道MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管(以下称为PMOS晶体管11a1、11a2)。

另外，在图1的例子中，晶体管16(第三晶体管)使用N沟道MOSFET(以下称为NMOS晶体管16)。应予说明，对于PMOS晶体管11a1、11a2和NMOS晶体管16，第一端子对应于源极，第二端子对应于栅极，第三端子对应于漏极。

在各电路元件的连接关系中，PMOS晶体管11a1的源极与电源电压Vcc和PMOS晶体管11a2的源极连接。PMOS晶体管11a1的栅极与PMOS晶体管11a1的漏极、PMOS晶体管11a2的栅极和NMOS晶体管16的漏极连接。

PMOS晶体管11a2的漏极与监测用焊盘pd、比较器12的正侧输入端子(+)和温度检测用二极管Dt的阳极连接。

基准电压VREF被输入到运算放大器15的正侧输入端子(+)，运算放大器15的输出端子与NMOS晶体管16的栅极连接。运算放大器15的负侧输入端子(-)与NMOS晶体管16的源极和可变电阻器Rv1的一端连接。

可变电阻器Rv1的另一端与温度检测用二极管Dt的阴极、阈值电压校正电路14的反相电压端子和GND连接。阈值电压校正电路14的正侧输入端子与比较器12的负侧输入端子(-)连接。比较器12的输出端子与警报检测电路13的输入端子连接。

这里，利用正向电流校正电路10-1，能够对温度检测用二极管Dt的正向电流IF进行校正。在该情况下，根据运算放大器15的功能，在NMOS晶体管16的漏极中流通的电流I1以NMOS晶体管16的源极侧的电位即电压V1变为与基准电压VREF相等(V1＝VREF)的方式变化。由此，正向电流IF被校正。另外，基准电压VREF是例如在装入有温度检测装置1-1的封装内的主芯片内使用MOS(调节器等)而生成。

对正向电流IF的校正动作的流程进行说明。首先，在使可变电阻器Rv1的电阻值向减小的方向变化的情况下，电压V1降低。如果电压V1降低，则电压V1与基准电压VREF之间的电位差变大，因此运算放大器15的输出电压Vout增加，以提高电压V1。

如果运算放大器15的输出电压Vout增加，则在NMOS晶体管16中流通的电流I1增加。如果电流I1增加，则与电流镜电路11a的镜像比相应地增加的正向电流IF向温度检测用二极管Dt流通。这样，如果减小可变电阻器Rv1的电阻值，则正向电流IF向增加的方向被校正。

另一方面，在可变电阻器Rv1的电阻值向增加的方向变化的情况下，电压V1增加。如果电压V1增加，则电压V1与基准电压VREF之间的电位差变小，因此运算放大器15的输出电压Vout减小，以降低电压V1。

如果运算放大器15的输出电压Vout减小，则在NMOS晶体管16中流通的电流I1减小。如果电流I1减小，则与电流镜电路11a的镜像比相应地减小的正向电流IF向温度检测用二极管Dt流通。这样，如果增加可变电阻器Rv1的电阻值，则正向电流IF向减小的方向被校正。

应予说明，正向电压VF的检测以及阈值电压VOH的校正和/或可变电阻器Rv1的电阻值的可变控制能够由未图示的上位处理器实施。在该情况下，就阈值电压VOH和/或可变电阻器Rv1的电阻值而言，多个设定值被保存在存储器(例如，EPROM(ErasableProgrammable Read Only Memory：可擦可编程只读存储器))中。上位处理器在检测到正向电压VF后，将保存在存储器中的所期望的值设定于阈值电压校正电路14和/或可变电阻器Rv1。

图2是用于说明由温度检测装置进行的校正动作的图。曲线图g2表示正向电流IF与正向电压VF的关系，纵轴是正向电流IF，横轴是正向电压VF。

波形w11表示温度检测用二极管Dt的正向电压VF为代表值(Typ)时的正向电流IF。另外，由于如上所述正向电压VF存在偏差，所以正向电流IF与正向电压VF的偏差相应地相对于波形w11左右变动。

波形w12表示正向电压VF从代表值向减小方向偏差时的正向电流IF。波形w13表示正向电压VF从代表值向增加方向偏差时的正向电流IF。

另一方面，阈值电压VOH通过上述的阈值电压校正而被设定。将阈值电压VOH设为成为是否处于过热状态的基准的理想正向电压VF(以下记为理想VF值)。

应予说明，虽然理想VF值＝阈值电压VOH，但这是壳体温度检测时的高温状态下的VF值。另外，由于晶片试验在常温下进行，所以事先在图4中获取上述那样的VF-T特性，在常温下估计高温时的VF值。

在曲线图g2中，就波形w12而言，正向电压VF成为相对于理想VF值低的VF值(正向电压VF1)。因此，对正向电流IF进行校正来使正向电压VF变化。即，对正向电流IF向增加的方向进行校正(箭头a1)，以使正向电压VF1成为理想VF值。

在该情况下，可变电阻器Rv1的电阻值向减小方向被控制。通过这样的控制，正向电压VF1时的壳体温度TcL接近于阈值电压VOH时的理想壳体温度Tc。

另外，就波形w13而言，正向电压VF成为相对于理想VF值大的VF值(正向电压VF2)。因此，对正向电流IF进行校正来使正向电压VF变化。即，对正向电流IF向减小的方向进行校正(箭头a2)，以使正向电压VF2成为理想VF值。

在该情况下，可变电阻器Rv1的电阻值以增加的方式被控制。通过这样的控制，正向电压VF2时的壳体温度TcH接近于阈值电压VOH时的理想壳体温度Tc。

如上所述，在仅阈值电压VOH的校正中，则壳体温度检测由于正向电压VF偏差的影响而产生了误差，在本发明中，为了消除该误差量，构成为能够可变地控制正向电流IF的结构。

即，在本发明中，除了对阈值电压VOH进行校正以外，还对正向电流IF进行校正。在正向电流IF的校正中，基于检测到的正向电压VF，来使正向电流IF增加而使正向电压VF增加，或者使正向电流IF减小而使正向电压VF降低。由此，能够降低壳体温度检测的误差，能够实现温度检测精度的提高。

应予说明，在以往的构成中，通过齐纳击穿来进行阈值电压VOH的校正，因此进行1位校正需要1个焊盘，而在本发明的校正中，用预先保存在EPROM中的设定值进行校正。

由此，即使增加位数，焊盘数也不变，另外由于EPROM的设备安装面积比齐纳击穿的安装面积小，所以还具有减少安装面积的增加的效果。

[第二实施方式]

图3是表示温度检测装置的构成的一例的图。第二实施方式的温度检测装置1-2具备温度检测用二极管Dt、比较器12、警报检测电路13、阈值电压校正电路14和正向电流校正电路10-2。

另外，正向电流校正电路10-2具备电流镜电路11a、运算放大器15、晶体管16、电阻R1(第一电阻元件)、电阻R2(第二电阻元件)和可变电阻器Rv2。

在各电路元件的连接关系中，PMOS晶体管11a1的源极与电源电压Vcc以及PMOS晶体管11a2的源极连接。PMOS晶体管11a1的栅极与PMOS晶体管11a1的漏极、PMOS晶体管11a2的栅极和NMOS晶体管16的漏极连接。

PMOS晶体管11a2的漏极与监测用焊盘pd、比较器12的正侧输入端子(+)和温度检测用二极管Dt的阳极连接。

基准电压VREF被输入到电阻R2的一端，电阻R2的另一端与可变电阻器Rv2的一端以及运算放大器15的正侧输入端子(+)连接。可变电阻器Rv2的另一端与GND连接。

运算放大器15的输出端子与NMOS晶体管16的栅极连接。运算放大器15的负侧输入端子(-)与NMOS晶体管16的源极以及电阻R1的一端连接。

电阻R1的另一端与温度检测用二极管Dt的阴极、阈值电压校正电路14的反相电压端子和GND连接。阈值电压校正电路14的正侧输入端子与比较器12的负侧输入端子(-)连接。比较器12的输出端子与警报检测电路13的输入端子连接。

这里，利用正向电流校正电路10-2，能够对温度检测用二极管Dt的正向电流IF进行校正。在该情况下，在NMOS晶体管16的漏极中流通的电流I1基于由电阻R2和可变电阻器Rv2对基准电压VREF进行分压而得到的电压Vin而变化。由此，正向电流IF被校正。

对正向电流IF的校正动作的流程进行说明。运算放大器15的输入电压Vin成为Vin＝VREF×(Rv2/(R2+Rv2))。首先，在使可变电阻器Rv2的电阻值向增加的方向变化的情况下，运算放大器15的输入电压Vin增加。

如果运算放大器15的输入电压Vin增加，则运算放大器15的输出电压Vout增加，在NMOS晶体管16中流通的电流I1增加。如果电流I1增加，则与电流镜电路11a的镜像比相应地增加的正向电流IF向温度检测用二极管Dt流通。这样，如果增加可变电阻器Rv2的电阻值，则正向电流IF向增加的方向被校正。

另一方面，在使可变电阻器Rv2的电阻值向减小的方向变化的情况下，运算放大器15的输入电压Vin降低。如果运算放大器15的输入电压Vin降低，则运算放大器15的输出电压Vout降低，在NMOS晶体管16中流通的电流I1减小。

如果电流I1减小，则与电流镜电路11a的镜像比相应地减小的正向电流IF向温度检测用二极管Dt流通。这样，如果减小可变电阻器Rv2的电阻值，则正向电流IF向减小的方向被校正。

应予说明，正向电压VF的检测以及阈值电压VOH的校正和/或可变电阻器Rv2的电阻值的可变控制能够与第一实施方式同样地由上位处理器实施。另外，上位处理器在检测正向电压VF之后，将保存在存储器中的所期望的值设定于阈值电压校正电路14和/或可变电阻器Rv2。

这样，在第二实施方式中，与第一实施方式同样地，除了进行阈值电压VOH的校正，还进行正向电流IF的校正。在正向电流IF的校正中，基于检测到的正向电压VF，来使正向电流IF增加而使正向电压VF增加，或者使正向电流IF减小而使正向电压VF降低。由此，能够降低壳体温度检测的误差，能够实现温度检测精度的提高。

以上，虽然例示了实施方式，但实施方式中所示的各部分的构成能够替换为具有同样功能的其他结构。另外，也可以附加其他的任意的构成物和/或工序。

Claims (4)

1.一种温度检测装置，其特征在于，具备：

温度检测用二极管；

比较器，其对所述温度检测用二极管的正向电压与阈值电压进行比较，并输出与温度状态相应的电平信号；以及

正向电流校正电路，其具有包含第一晶体管和第二晶体管的电流镜电路、第三晶体管、运算放大器以及可变电阻器，并对所述温度检测用二极管的正向电流进行校正而改变所述正向电压，

所述第一晶体管的第一端子与电源电压和所述第二晶体管的第一端子连接，所述第一晶体管的第二端子与所述第一晶体管的第三端子、所述第二晶体管的第二端子以及所述第三晶体管的第三端子连接，

所述第二晶体管的第三端子与所述比较器的正侧输入端子以及所述温度检测用二极管的阳极连接，所述阈值电压被输入到所述比较器的负侧输入端子，

基准电压被输入到所述运算放大器的正侧输入端子，所述运算放大器的输出端子与所述第三晶体管的第二端子连接，所述运算放大器的负侧输入端子与所述第三晶体管的第一端子和所述可变电阻器的一端连接，

所述可变电阻器的另一端与所述温度检测用二极管的阴极以及基准电位连接，所述可变电阻器的电阻值由上位处理器设定。

2.根据权利要求1所述的温度检测装置，其特征在于，

通过减小所述可变电阻器的电阻值，从而增大所述正向电流而增加所述正向电压，通过增加所述可变电阻器的电阻值，从而减小所述正向电流而降低所述正向电压。

3.一种温度检测装置，其特征在于，具备：

温度检测用二极管；

比较器，其对所述温度检测用二极管的正向电压与阈值电压进行比较，并输出与温度状态相应的电平信号；以及

正向电流校正电路，其具有包含第一晶体管和第二晶体管的电流镜电路、第三晶体管、运算放大器、第一电阻元件、第二电阻元件以及可变电阻器，并对所述温度检测用二极管的正向电流进行校正而改变所述正向电压，

所述第一晶体管的第一端子与电源电压和所述第二晶体管的第一端子连接，所述第一晶体管的第二端子与所述第一晶体管的第三端子、所述第二晶体管的第二端子以及所述第三晶体管的第三端子连接，

所述第二晶体管的第三端子与所述比较器的正侧输入端子以及所述温度检测用二极管的阳极连接，所述阈值电压被输入到所述比较器的负侧输入端子，

基准电压被输入到所述第二电阻元件的一端，所述第二电阻元件的另一端与所述可变电阻器的一端和所述运算放大器的正侧输入端子连接，所述可变电阻器的另一端与基准电位连接，

所述运算放大器的输出端子与所述第三晶体管的第二端子连接，所述运算放大器的负侧输入端子与所述第三晶体管的第一端子和所述第一电阻元件的一端连接，

所述第一电阻元件的另一端与所述温度检测用二极管的阴极以及所述基准电位连接。

4.根据权利要求3所述的温度检测装置，其特征在于，

通过减小所述可变电阻器的电阻值，从而减小所述正向电流而降低所述正向电压，通过增加所述可变电阻器的电阻值，从而增大所述正向电流而增加所述正向电压。