JP2004117260A

JP2004117260A - Temperature detector of semiconductor module

Info

Publication number: JP2004117260A
Application number: JP2002283001A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Abe; 阿部　哲郎; Tetsuya Kinoshita; 木下　哲也
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature detector capable of detecting an open failure etc., generated in a temperature detector. <P>SOLUTION: Diodes 3a-3c are connected with series switches 11a-11c respectively so as to detect the temperatures of IGBT 2a-2c. The diodes 3a-3c are failure diagnosed individually by turning on the switches 11a-11c one by one. A comparator 8 compares a terminal voltage VF of the diode and a reference voltage Vref of reference voltage source 7, and sends the result of comparison to a CPU 10. The CPU 10 determines the diode being NG (open failer) if the terminal voltage VF corresponding to ON switch is higher than the Vref (max). and determines the diode NG (short circuit failure), if the terminal voltage VF is lower than the Vref (min). <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体モジュールの温度検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気自動車などのモータを駆動する電力を発生するために、半導体スイッチング素子などによってインバータ回路を構成した電力変換器が使用されている。このような電力変換器では、半導体スイッチング素子に過電流が流れて当該スイッチング素子が故障することを防止するために、半導体スイッチング素子の温度が検出される。検出温度が所定値以上になると、スイッチング素子に流れる電流を抑制したり停止したりすることにより、半導体スイッチング素子が保護される（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−３８９６４号公報
【０００４】
特許文献１によれば、複数の半導体スイッチング素子に温度検出用素子としてダイオードをそれぞれ設け、これら複数のダイオードの端子を並列に接続して当該端子電圧を検出することにより、半導体スイッチング素子の過熱判定が行われる。複数の半導体スイッチング素子のうちいずれかの温度が上昇すると、このスイッチング素子に対応するダイオードの端子電圧が小さくなる。並列に接続されたダイオードの端子電圧は、少なくとも１つのダイオードに温度上昇が発生すると低下するので、端子電圧が所定値以下になった場合に半導体スイッチング素子の過熱が判定される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１による装置では、たとえば、複数のダイオードのうちいずれかに断線などが生じてオープン故障状態になったとき、その故障を検出できない。すなわち、オープンになったダイオード以外のダイオードの端子電圧が低下しなければ、ダイオードに故障が生じていても正常とみなしてしまう。
【０００６】
本発明の目的は、温度検出用素子の断線などの故障を検出するようにした半導体モジュールの温度検出装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の半導体を有する半導体モジュールの温度検出装置に関し、複数の半導体素子のそれぞれに対応して配設される複数の温度検出素子のうちいずれか１つから出力される検出信号、および複数の温度検出素子の全てから出力される検出信号を合成した信号のいずれか一方の信号を選択するようにし、半導体素子の温度検出時には上記合成信号に基づいて温度検出の判定を行い、温度検出素子の故障診断時には上記１つの検出信号に基づいて当該温度検出素子の故障診断の判定を行うようにしたものである。
【０００８】
【発明の効果】
本発明による半導体モジュールの温度検出装置によれば、たとえば、断線などによって生じる温度検出用素子の故障が検出できるので、装置の信頼性が高まる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
（第一の実施の形態）
図１は、本発明の第一の実施の形態による半導体モジュールの温度検出装置の概略構成を示す図である。図１において、半導体スイッチング素子であるＩＧＢＴ２ａ、ＩＧＢＴ２ｂ、およびＩＧＢＴ２ｃは、たとえば、それぞれ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタによって構成される。ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃは、不図示の車両のモータに駆動用電力を供給するためのインバータを構成し、不図示のバッテリによる直流電源を３相交流電源に変換する。なお、２ａ〜２ｃの各ＩＧＢＴは、それぞれ放熱構造（放熱効率）が同一となるように設定されていることが望ましい。
【００１０】
ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃの温度をそれぞれ検出する温度検出用素子として、ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃが設けられている。ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃは、温度上昇に対する入出力端子間の電位差（アノード側とカソード側の電位差）の変化量が、たとえば、−２ｍＶ／℃の特性を有する。ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃには、スイッチ１１ａ〜スイッチ１１ｃがそれぞれ直列に接続されている。ＩＧＢＴ２ａ、ダイオード３ａおよびスイッチ１１ａは、半導体チップ１ａに構成されている。ＩＧＢＴ２ｂ、ダイオード３ｂおよびスイッチ１１ｂは、半導体チップ１ｂに構成されている。ＩＧＢＴ２ｃ、ダイオード３ｃおよびスイッチ１１ｃは、半導体チップ１ｃに構成されている。スイッチ１１ａ〜スイッチ１１ｃに対する開閉制御は、後述するＣＰＵ１０が行う。
【００１１】
ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃの端子電圧は、これらのダイオードを並列に接続して検出する。具体的には、各ダイオードのアノード端子を接続して共通の電位ＶＦにし、各ダイオードのカソード端子に接続している各スイッチの端子のうち、ダイオードと反対側の端子（カソード端子と接続されていない側の端子）を接続して共通の電位（接地）にする。
【００１２】
過温度検知回路４は、定電流源５と、比較器８と、基準電圧源７とを含む。定電流源５は所定の電流を発生し、ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃの各アノード端子にそれぞれ電流を供給する。基準電圧源７は、所定の基準電圧信号を発生する。基準電圧源７が発生する基準電圧値は、ＣＰＵ１０からの制御信号によって可変に構成されている。比較器８の非反転入力端子（＋）は、共通電位にされたダイオード３ａ〜３ｃのアノード端子と接続される。比較器８の反転入力端子（−）は、基準電圧源７と接続される。比較器８は、ダイオード３ａ〜３ｃのアノード端子の電位ＶＦが基準電圧信号の電位（以降、基準電位とする）Ｖｒｅｆより高いとき、Ｈレベルの信号をＣＰＵ１０へ出力し、電位ＶＦが基準電位Ｖｒｅｆより低いとき、Ｌレベルの信号をＣＰＵ１０へ出力する。上述したように、各ダイオードのカソード側はスイッチを介して接地されているので、電位ＶＦがダイオードによる端子電圧に相当する。
【００１３】
ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルに応じてＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃの温度上昇を判定する。ＣＰＵ１０は、温度上昇を判定した場合に不図示のＩＧＢＴコントローラに温度異常（過温度）を示す情報を送る。これにより、ＩＧＢＴコントローラ（不図示）が各ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を制限するなどの所定の措置を行う。
【００１４】
本発明は、上記温度検出装置でダイオード３ａ〜ダイオード３ｃについて故障診断を行うようにしたものである。
【００１５】
温度検出装置のＣＰＵ１０によって行われるダイオードの個別診断処理の流れについて、図２のフローチャートを参照して説明する。図２による処理は、ＣＰＵ１０によって個別診断が指示されると起動する。図２のステップＳ１１において、ＣＰＵ１０は、フラグｉに初期値１をセットしてステップＳ１２へ進む。フラグｉは、診断するダイオードを示すもので、本実施の形態では３つのダイオードを診断するために１〜３が順にセットされる。
【００１６】
ステップＳ１２において、ＣＰＵ１０は、ｉ番目のスイッチをＯＮ、ｉ番目以外のスイッチをＯＦＦさせる制御信号をそれぞれ出力してステップＳ１３へ進む。ここで、１番目のスイッチはスイッチ１１ａが、２番目のスイッチはスイッチ１１ｂが、３番目のスイッチはスイッチ１１ｃが、それぞれ対応する。３つのスイッチ１１ａ〜１１ｃのうち１つがオンされるので、比較器８は、オンされたスイッチに直列接続されているダイオードのアノード端子の電位ＶＦと、基準電位Ｖｒｅｆとを比較する。
【００１７】
ステップＳ１３において、ＣＰＵ１０は、基準電圧源７に制御信号を送り、基準電位ＶｒｅｆをＶｒｅｆ（ｍａｘ）に変化させてステップＳ１４へ進む。Ｖｒｅｆ（ｍａｘ）は、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃによって構成されるインバータが正常作動中にダイオード３ａ〜３ｃによって生じる端子電圧の最大値に、回路のばらつきを考慮した余裕代を加えたものである。
【００１８】
ステップＳ１４において、ＣＰＵ１０は、端子電圧ＶＦ＜Ｖｒｅｆ（ｍａｘ）が成立するか否かを判定する。ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルによってＶＦ＜Ｖｒｅｆ（ｍａｘ）が成立するとき、ステップＳ１４を肯定判定してステップＳ１５へ進み、ＶＦ＜Ｖｒｅｆ（ｍａｘ）が成立しないとき、ステップＳ１４を否定判定してステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０へ進む場合は、オンされたスイッチに直列接続されているダイオードに電流が流れない場合、すなわち、断線などによるオープン故障が生じている場合である。この状態では、定電流源５が所定の電流を流し続けようとするために比較器８の非反転入力端子（＋）に印加される電圧が上昇し、ＶＦ＜Ｖｒｅｆ（ｍａｘ）が成立しなくなる。
【００１９】
ステップＳ１４へ進む場合は、オンされたスイッチに直列接続されているダイオードにオープン故障が生じていない場合である。ステップＳ１４において、ＣＰＵ１０は、基準電圧源７に制御信号を送り、基準電位ＶｒｅｆをＶｒｅｆ（ｍｉｎ）に変化させてステップＳ１６へ進む。Ｖｒｅｆ（ｍｉｎ）は、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃによって構成されるインバータが正常作動中にダイオード３ａ〜３ｃによって生じる端子電圧の最小値に、回路のばらつきを考慮した余裕代を減じたものである。
【００２０】
ステップＳ１６において、ＣＰＵ１０は、端子電圧ＶＦ＞Ｖｒｅｆ（ｍｉｎ）が成立するか否かを判定する。ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルによってＶＦ＞Ｖｒｅｆ（ｍｉｎ）が成立するとき、ステップＳ１６を肯定判定してステップＳ１７へ進み、ＶＦ＞Ｖｒｅｆ（ｍｉｎ）が成立しないとき、ステップＳ１６を否定判定してステップＳ２０へ進む。ステップＳ２０へ進む場合は、オンされたスイッチに直列接続されているダイオードによる電圧降下が生じない場合、すなわち、ダイオードがショート故障している場合である。この状態では、比較器８の非反転入力端子（＋）に印加される電圧が低下し、ＶＦ＞Ｖｒｅｆ（ｍｉｎ）が成立しなくなる。
【００２１】
ステップＳ１７へ進む場合は、オンされたスイッチに直列接続されているダイオードにショート故障が生じていない場合である。ステップＳ１７において、ＣＰＵ１０は、ｉ≧全チップ数（この場合は３）か否かを判定する。ＣＰＵ１０は、ｉ≧３が成立する（全ての半導体チップ１ａ〜１ｃに対応するダイオード３ａ〜３ｃの診断を終了した）場合にステップＳ１７を肯定判定してステップＳ１８へ進み、ｉ≧３が成立しない場合にステップＳ１７を否定判定し、ステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９において、ＣＰＵ１０は、ｉに１を加えてステップＳ１２へ戻る。ステップＳ１２へ戻ると、ＣＰＵ１０は次の半導体チップに設けられているスイッチをオンさせ、このスイッチに直列接続されているダイオードの個別診断を行う。
【００２２】
ステップＳ１８において、ＣＰＵ１０は、スイッチ１１ａ〜１１ｃに対応して個別に行ったダイオード３ａ〜３ｃの診断結果がＯＫと判断して図２による処理を終了する。診断結果は、ＣＰＵ１０内のメモリに記憶し、必要に応じて不図示の表示装置に表示する。
【００２３】
ステップＳ２０において、ＣＰＵ１０は、個別に行ったダイオードの診断結果がＮＧと判断して図２による処理を終了する。診断結果は、ＣＰＵ１０内のメモリに記憶し、必要に応じて不図示の表示装置に表示する。
【００２４】
図３は、実際の車両走行時に温度検出装置のＣＰＵ１０によって行われる温度検出処理の流れを説明するフローチャートである。図３の処理を行うプログラムは、イグニション（ＩＧＮ）スイッチがオンされると起動し、ＩＧＮスイッチがオフされると終了する。
【００２５】
図３のステップＳ１０１およびステップＳ１０２は、初期診断処理（車両の起動時のみに行われる診断処理）を示す。ステップＳ１０１において、ＣＰＵ１０は、基準電圧源７に制御信号を送り、基準電位ＶｒｅｆをＶｒｅｆ（ｗｒｎ）に変化させる。Ｖｒｅｆ（ｗｒｎ）は、ダイオード３ａ〜３ｃのいずれかの温度が５０％制限温度に達した場合に、当該ダイオードに生じる端子電圧ＶＦに対応するものである。５０％制限温度は、許容上限温度までに余裕があるが、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を制限しないと許容上限温度に達するおそれがある温度である。第一の実施の形態では、ダイオード３ａ〜３ｃのいずれかの温度が５０％制限温度に達すると、不図示のＩＧＢＴコントローラが各ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流をその時点の１／２に制限する。なお、基準電圧源７によって実際に設定されるＶｒｅｆ（ｗｒｎ）は、回路のばらつきを考慮した余裕代を減じたものである。ＣＰＵ１０は、スイッチ１１ａ〜１１ｃを全てオンさせた状態で過温度診断を行い、診断結果がＯＫか否かの判定を行う。
【００２６】
初期診断における過温度診断について説明する。ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルによってＶＦ＞Ｖｒｅｆ（ｗｒｎ）が成立する、すなわち、過温度診断の結果がＯＫの場合に、ステップＳ１０１を肯定判定してステップＳ１０２へ進む。一方、ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルによってＶＦ＜Ｖｒｅｆ（ｗｒｎ）が成立する、すなわち、過温度診断の結果がＮＧの場合に、ステップＳ１０１を否定判定してステップＳ１１２へ進む。並列に接続されたダイオードの端子電圧は、端子電圧が最も小さいダイオードの端子電圧（アノード側の電圧）である。
【００２７】
ステップＳ１０２において、ＣＰＵ１０は、上述したダイオードの個別診断処理（図２）を行う。ＣＰＵ１０は、個別診断処理結果がＯＫの場合にステップＳ１０２を肯定判定してステップＳ１０３へ進み、個別診断処理結果がＮＧの場合にステップＳ１０２を否定判定してステップＳ１１２へ進む。
【００２８】
ステップＳ１１２において、ＣＰＵ１０は、不図示のＩＧＢＴコントローラにＮＧ判定を示す情報を送るとともに、不図示の警告灯に対して点灯指令を出力してステップＳ１０３へ進む。これにより、ＩＧＢＴコントローラが各ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を１／２に制限する。また、警告灯が点灯することによってＮＧ判定が運転者に報知される。
【００２９】
ステップＳ１０３において、ＣＰＵ１０は、不図示のＩＧＢＴコントローラからインバータの通常制御が開始されたことを示す情報を受信してステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４〜ステップＳ１１１は、常時診断処理を示す。ステップＳ１０４において、ＣＰＵ１０は、基準電圧源７に制御信号を送り、基準電位ＶｒｅｆをＶｒｅｆ（ｏｖｒ）に変化させる。Ｖｒｅｆ（ｏｖｒ）は、ダイオード３ａ〜３ｃのいずれかの温度が許容上限温度に達した場合に、当該ダイオードに生じる端子電圧ＶＦに対応するものである。許容上限温度は、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を遮断しないとＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃが発熱により故障するおそれがある温度である。したがって、Ｖｒｅｆ（ｏｖｒ）はＶｒｅｆ（ｍｉｎ）よりも小さい値となる。第一の実施の形態では、ダイオード３ａ〜３ｃのいずれかの温度が許容上限温度に達すると、不図示のＩＧＢＴコントローラが各ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を遮断する。なお、基準電圧源７によって実際に設定されるＶｒｅｆ（ｏｖｒ）は、回路のばらつきを考慮した余裕代を加えたものである。ＣＰＵ１０は、スイッチ１１ａ〜１１ｃを全てオンさせた状態で過温度診断を行い、診断結果がＯＫか否かの判定を行う。
【００３０】
常時診断における過温度診断について説明する。ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルによってＶＦ＞Ｖｒｅｆ（ｏｖｒ）が成立する、すなわち、過温度診断の結果がＯＫの場合に、ステップＳ１０４を肯定判定してステップＳ１０５へ進む。一方、ＣＰＵ１０は、比較器８から入力される信号レベルによってＶＦ＜Ｖｒｅｆ（ｏｖｒ）が成立する、すなわち、過温度診断の結果がＮＧの場合に、ステップＳ１０４を否定判定してステップＳ１１３へ進む。
【００３１】
ステップＳ１１３において、ＣＰＵ１０は、不図示のＩＧＢＴコントローラにＮＧ判定を示す情報を送るとともに、不図示の警告灯に対して点灯指令を出力してステップＳ１０４へ戻る。これにより、ＩＧＢＴコントローラが各ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を遮断してインバータの出力を停止させる。また、警告灯が点灯することによってＮＧ判定が運転者に報知される。
【００３２】
ステップＳ１０５において、ＣＰＵ１０は、車両が加速中または減速中か否かを判定する。ＣＰＵ１０は、モータ（不図示）の回転数を検出するためのエンコーダ（不図示）によって検出されるモータの回転数に基づいて、加速中および減速中のいずれかを判定するとステップＳ１０５を肯定判定し、ステップＳ１０４へ戻る。この場合は、インバータの負荷が所定値を超えるとみなして常時診断（車両の走行中に行われる診断）におけるダイオードの個別診断処理を省略する。
【００３３】
一方、ＣＰＵ１０は、加速中および減速中のいずれでもないと判定するとステップＳ１０５を否定判定し、ステップＳ１０６へ進む。この場合は、インバータの負荷が所定範囲内とみなして常時診断におけるダイオードの個別診断処理を行う。ステップＳ１０６において、ＣＰＵ１０は、フラグｉに初期値１をセットしてステップＳ１０７へ進む。ステップＳ１０７において、ＣＰＵ１０は、時間計測カウンタＪをリセットするとともに、計時を開始してステップＳ１０８へ進む。
【００３４】
ステップＳ１０８において、ＣＰＵ１０は、上述した図２によるダイオードの個別診断処理のうち、ステップＳ１２〜ステップＳ１６までの処理を行う。ＣＰＵ１０は、ｉ番目のダイオードの個別診断処理結果がＯＫの場合にステップＳ１０８を肯定判定してステップＳ１０９へ進み、個別診断処理結果がＮＧの場合にステップＳ１０８を否定判定してステップＳ１１４へ進む。
【００３５】
ステップＳ１１４において、ＣＰＵ１０は、不図示のＩＧＢＴコントローラにＮＧ判定を示す情報を送るとともに、不図示の警告灯に対して点灯指令を出力してステップＳ１０４へ戻る。これにより、ＩＧＢＴコントローラが各ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を１／２に制限する。また、警告灯が点灯することによってＮＧ判定が運転者に報知される。
【００３６】
ステップＳ１０９において、ＣＰＵ１０は、計時時間ｊがｊ＜１００ｍｓｅｃ　か否かを判定する。ＣＰＵ１０は、ｊ＜１００ｍｓｅｃ　が成立する場合にステップＳ１０９を肯定判定してステップＳ１１０へ進み、ｊ＜１００ｍｓｅｃ　が成立しない場合にステップＳ１０９を否定判定し、ステップＳ１０４へ戻る。ステップＳ１１０へ進む場合は、他のダイオードについて個別診断処理を行う場合であり、ステップＳ１０４へ戻る場合は、他のダイオードの個別診断処理を省略する場合である。
【００３７】
ステップＳ１１０において、ＣＰＵ１０は、ｉ≧全チップ数（この場合は３）か否かを判定する。ＣＰＵ１０は、ｉ≧３が成立する（全ての半導体チップ１ａ〜１ｃに対応するダイオード３ａ〜３ｃの診断を終了した）場合にステップＳ１１０を肯定判定してステップＳ１０４へ戻り、ｉ≧３が成立しない場合にステップＳ１１０を否定判定し、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１において、ＣＰＵ１０は、ｉに１を加えてステップＳ１０８へ戻る。ステップＳ１０８に戻る場合は、次の半導体チップに設けられているスイッチをオンさせ、このスイッチに直列接続されているダイオードの個別診断を行う。ステップＳ１０４に戻る場合は、以上説明した常時診断処理を繰り返し行う。
【００３８】
以上説明した第一の実施の形態についてまとめる。
（１）ＩＧＢＴ２ａ〜２ｃの温度を検出するためのダイオード３ａ〜３ｃに直列にスイッチ１１ａ〜１１ｃをそれぞれ設け、スイッチ１１ａ〜１１ｃを１つずつオンさせてダイオード３ａ〜３ｃを個別に故障診断するようにした。オンされたスイッチに対応するダイオードによる端子電圧ＶＦがＶｒｅｆ（ｍａｘ）より大きいとき（ステップＳ１４を否定判定）、そのダイオードをＮＧと判定する（ステップＳ２０）。Ｖｒｅｆ（ｍａｘ）は、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃによって構成されるインバータが正常作動中にダイオードに生じる端子電圧の最大値に、回路のばらつきを考慮した余裕代を加えたものである。これにより、ダイオードのオープン故障を検出することができる。
【００３９】
（２）オンされたスイッチに対応するダイオードによる端子電圧ＶＦがＶｒｅｆ（ｍｉｎ）より小さいとき（ステップＳ１６を否定判定）、そのダイオードをＮＧと判定する（ステップＳ２０）。Ｖｒｅｆ（ｍｉｎ）は、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃによって構成されるインバータが正常作動中にダイオードに生じる端子電圧の最小値から、回路のばらつきを考慮した余裕代を減じたものである。これにより、ダイオードのショート故障を検出することができる。
【００４０】
（３）ＩＧＮスイッチがオン状態で行う診断を初期診断と常時診断とに分け、インバータが通常制御される前に初期診断を行い、インバータが通常制御された以降に常時診断を行う。初期診断では、スイッチ１１ａ〜１１ｃを全てオンさせてダイオード３ａ〜３ｃの中に５０％制限温度に達したものがあるか否かをチェックする。５０％制限温度は、許容上限温度までに余裕があるが、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を制限しないと許容上限温度に達するおそれがある温度である。５０％制限温度に達したダイオードが存在するとき（ステップＳ１０１を否定判定）、不図示のＩＧＢＴコントローラにＮＧ判定を示す情報を送り、不図示の警告灯に対して点灯指令を出力するようにした（ステップＳ１１２）。ＩＧＢＴコントローラがＮＧ判定を受けてＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに流れる電流を１／２に制限するので、温度上昇が検出された場合に即モータ（不図示）を停止することなく、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃを保護しながら動作を継続させることができる。
【００４１】
（４）初期診断において、上記（３）に加え上記（１）および（２）のダイオード３ａ〜３ｃに対する個別故障診断を行うので、インバータを通常制御する前に温度検出装置のチェックを行うことができる。
【００４２】
（５）常時診断では、スイッチ１１ａ〜１１ｃを全てオンさせてダイオード３ａ〜３ｃの中に許容上限温度に達したものがあるか否かをチェックする過温度診断を行う。許容上限温度は、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに対する電流を遮断しないとＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃが発熱により故障するおそれがある温度である。許容上限温度に達したダイオードが存在するとき（ステップＳ１０４を否定判定）、不図示のＩＧＢＴコントローラにＮＧ判定を示す情報を送り、不図示の警告灯に対して点灯指令を出力するようにした（ステップＳ１１３）。ＩＧＢＴコントローラがＮＧ判定を受けてＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃに流れる電流を遮断するので、許容上限温度が検出された場合に即インバータの出力を停止させて、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃを保護することができる。
【００４３】
（６）常時診断において、上記（５）の過温度診断に続けてダイオード３ａ〜３ｃに対する個別故障診断を行い、過温度診断と個別故障診断とを繰り返す。ただし、不図示のモータの回転が加速中または減速中のとき、個別故障診断を省略（ステップＳ１０５を肯定判定）して過温度診断を再び行うようにしたので、インバータ出力が増加してＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃの急激な温度上昇が見込まれる状況では、個別故障診断を実施する場合に比べて常時診断の繰り返しサイクルを短縮することができる。この結果、温度上昇が見込まれる状況で常に最新の温度の状態をチェックし、温度上昇が見込まれない状況ではダイオードの個別診断処理を行うので、過温度診断を短時間で行うこと、ならびに信頼性の向上を両立した温度検出装置が得られる。
【００４４】
（７）常時診断においてダイオード３ａ〜３ｃに対する個別故障診断を行うとき、ダイオード１つ当たりの診断時間が１００ｍｓｅｃを超える場合に、他のダイオードの個別故障診断を省略して（ステップＳ１０９を否定判定）過温度診断を再び行うようにしたので、ＣＰＵ１０の負荷が高い状況では、他のダイオードに対する個別故障診断を実施する場合に比べて常時診断の繰り返しサイクルを短縮することができる。この結果、ＣＰＵ１０の負荷が高い状況では常に最新の温度の状態をチェックし、ＣＰＵ１０の負荷が高くない状況ではダイオードの個別診断処理を行うので、過温度診断を短時間で行うこと、ならびに信頼性の向上を両立した温度検出装置が得られる。
【００４５】
上述した説明では、インバータを構成するＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃの負荷が増大して急激な温度上昇が見込まれる状況を、車両が加速中または減速中であるか否かによって判定するようにした。この代わりに、インバータを制御する上で要求されるモータトルク値、要求される電流値、ならびに実測した電流値のうちいずれかの値が所定値を超えるか否かにより、ＩＧＢＴ２ａ〜ＩＧＢＴ２ｃの熱的な負荷が増大する状況を判定してもよい。
【００４６】
（第二の実施の形態）
図４は、本発明の第二の実施の形態による半導体モジュールの温度検出装置の概略構成を示す図である。図１の構成と同一のものは、同一の符号を記して個々の説明を省略する。第二の実施の形態では、ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃを直列に接続する。ダイオード３ａのアノード端子を比較器８の非反転入力端子（＋）に接続し、ダイオード３ｃのカソード端子を接地する。スイッチ１１ａ〜スイッチ１１ｃは、それぞれダイオード３ａ〜ダイオード３ｃに対して並列に接続する。
【００４７】
図４による温度検出装置でダイオードの個別診断処理を行うとき、図２による処理を行う。ただし、ステップＳ１２に代えてスイッチ１１ａ〜スイッチ１１ｃの切り換えを以下のように行う。ＣＰＵ１０は、ｉ番目のスイッチをＯＦＦ、ｉ番目以外のスイッチをＯＮさせる制御信号をそれぞれ出力してステップＳ１３へ進む。ここで、１番目のスイッチはスイッチ１１ａが、２番目のスイッチはスイッチ１１ｂが、３番目のスイッチはスイッチ１１ｃが、それぞれ対応する。３つのスイッチ１１ａ〜１１ｃのうち１つがオフされるので、比較器８は、オフされたスイッチに並列接続されているダイオードのアノード端子の電位ＶＦと、基準電位Ｖｒｅｆとを比較する。
【００４８】
図４の温度検出装置でＩＧＮスイッチオン時の診断を行うとき、図３による処理を行う。ただし、ステップＳ１０１の過温度診断は、スイッチ１１ａ〜１１ｃを全てオフさせてダイオード３ａ〜３ｃの中に５０％制限温度に達したものがあるか否かをチェックする。比較器８が基準電位Ｖｒｅｆ（ｗｒｎ）と比較する電位ＶＦは、３ａ〜３ｃの各ダイオードのアノード側端子とカソード側端子の電圧差の総和に対応する。この場合のＶｒｅｆ（ｗｒｎ）は次の通りとする。すなわち、ダイオードの温度が５０％制限温度に達した場合に各ダイオードに生じるアノード側端子とカソード側端子の電圧差Ａと、回路のばらつきを考慮した余裕代Ｂとを用いて次式（１）により算出する。
【数１】
Ｖｒｅｆ（ｗｒｎ）＝３×Ａ−Ｂ　　　　　　　　　（１）
【００４９】
ステップＳ１０４の過温度診断は、スイッチ１１ａ〜１１ｃを全てオフさせてダイオード３ａ〜３ｃの中に許容上限温度に達したものがあるか否かをチェックする。比較器８が基準電位Ｖｒｅｆ（ｏｖｒ）と比較する電位ＶＦは、３ａ〜３ｃの各ダイオードのアノード側端子とカソード側端子の電圧差の総和に対応する。この場合のＶｒｅｆ（ｏｖｒ）は次の通りとする。すなわち、ダイオードの温度が許容上限温度に達した場合に各ダイオードに生じるアノード側端子とカソード側端子の電圧差Ｃと、回路のばらつきを考慮した値Ｂとを用いて次式（２）により算出する。
【数２】
Ｖｒｅｆ（ｏｖｒ）＝３×Ｃ＋Ｂ　　　　　　　　　（２）
【００５０】
以上説明した第二の実施の形態によれば、第一の実施の形態と同様に、ダイオード３ａ〜ダイオード３ｃの個別の故障診断を行うことができる上に、常時診断において、▲１▼過温度診断を短時間で行うこと、▲２▼信頼性の向上を両立した温度検出装置が得られる。
【００５１】
以上の説明では、過温度検知回路４がダイオードの端子電圧に対応する電位ＶＦが基準電位Ｖｒｅｆより高いか否かによってＨレベルもしくはＬレベルの信号をＣＰＵ１０へ出力するようにした。この代わりに、アイソレーションアンプなどを用いて端子電圧を示すアナログ信号を直接ＣＰＵ１０へ伝達するように構成してもよい。この場合には、ＣＰＵ１０が入力されたアナログ信号からダイオードの温度を求める換算処理を行う。スイッチを切り換えてアナログ信号を選択的に１つのアイソレーションアンプに入力できるので、アイソレーションアンプを複数備える場合に比べて、部品点数やコストの低減に効果が得られる。
【００５２】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。半導体素子は、たとえば、ＩＧＢＴ２ａ〜２ｃによって構成される。温度検出素子は、たとえば、ダイオード３ａ〜３ｃによって構成される。第１の選択手段および第２の選択手段は、たとえば、スイッチ１１ａ〜１１ｃによって構成される。制御手段および判定手段は、たとえば、ＣＰＵ１０によって構成される。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態による半導体モジュールの温度検出装置の概略構成を示す図である。
【図２】ダイオードの個別診断処理の流れを説明するフローチャートである。
【図３】車両走行時の温度検出処理の流れを説明するフローチャートである。
【図４】本発明の第二の実施の形態による半導体モジュールの温度検出装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
１ａ〜１ｃ…半導体チップ、　　　　　２ａ〜２ｃ…ＩＧＢＴ、
３ａ〜３ｃ…ダイオード、　　　　　　４…過温度検知回路、
５…定電流源、　　　　　　　　　　　７…基準電圧源、
８…比較器、　　　　　　　　　　　１０…ＣＰＵ、
１１ａ〜１１ｃ…スイッチ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a temperature detection device for a semiconductor module.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In order to generate electric power for driving a motor of an electric vehicle or the like, a power converter including an inverter circuit including semiconductor switching elements is used. In such a power converter, the temperature of the semiconductor switching element is detected in order to prevent an overcurrent from flowing through the semiconductor switching element and causing the switching element to fail. When the detected temperature is equal to or higher than a predetermined value, the semiconductor switching element is protected by suppressing or stopping the current flowing through the switching element (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-10-38964
[0004]
According to Patent Literature 1, overheating of a semiconductor switching element is determined by providing diodes as temperature detecting elements in a plurality of semiconductor switching elements and connecting the terminals of the plurality of diodes in parallel to detect the terminal voltage. Is performed. When the temperature of any of the plurality of semiconductor switching elements rises, the terminal voltage of the diode corresponding to this switching element decreases. Since the terminal voltage of the diodes connected in parallel decreases when the temperature of at least one diode rises, overheating of the semiconductor switching element is determined when the terminal voltage falls below a predetermined value.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
In the device according to Patent Document 1, for example, when a disconnection or the like occurs in any of the plurality of diodes and an open failure state occurs, the failure cannot be detected. That is, if the terminal voltages of the diodes other than the open diode do not decrease, the diode is regarded as normal even if a failure occurs in the diode.
[0006]
An object of the present invention is to provide a temperature detecting device for a semiconductor module which detects a failure such as a disconnection of a temperature detecting element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a temperature detection device for a semiconductor module having a plurality of semiconductors, a detection signal output from any one of a plurality of temperature detection elements provided corresponding to each of a plurality of semiconductor elements, and One of the signals obtained by synthesizing the detection signals output from all of the plurality of temperature detection elements is selected. When the temperature of the semiconductor element is detected, the temperature detection is determined based on the synthesized signal, and the temperature detection is performed. At the time of the failure diagnosis of the element, the failure diagnosis of the temperature detection element is determined based on the one detection signal.
[0008]
【The invention's effect】
According to the temperature detecting device for a semiconductor module according to the present invention, for example, a failure of the temperature detecting element caused by disconnection or the like can be detected, so that the reliability of the device is improved.
[0009]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor module temperature detecting device according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, semiconductor switching elements IGBT 2a, IGBT 2b, and IGBT 2c are each configured by, for example, an insulated gate bipolar transistor. The IGBTs 2a to 2c constitute an inverter for supplying driving power to a motor of a vehicle (not shown), and convert DC power from a battery (not shown) into three-phase AC power. It is desirable that each of the IGBTs 2a to 2c be set to have the same heat dissipation structure (heat dissipation efficiency).
[0010]
Diodes 3a to 3c are provided as temperature detecting elements for detecting the temperatures of the IGBTs 2a to 2c, respectively. Diodes 3a to 3c have a characteristic that the amount of change in the potential difference between the input and output terminals (potential difference between the anode side and the cathode side) with respect to temperature rise is, for example, −2 mV / ° C. Switches 11a to 11c are connected in series to the diodes 3a to 3c, respectively. The IGBT 2a, the diode 3a and the switch 11a are configured on the semiconductor chip 1a. The IGBT 2b, the diode 3b, and the switch 11b are configured on the semiconductor chip 1b. The IGBT 2c, the diode 3c and the switch 11c are formed on the semiconductor chip 1c. Opening / closing control for the switches 11a to 11c is performed by a CPU 10 described later.
[0011]
The terminal voltages of the diodes 3a to 3c are detected by connecting these diodes in parallel. More specifically, the anode terminal of each diode is connected to have a common potential VF, and among the terminals of each switch connected to the cathode terminal of each diode, the terminal on the opposite side to the diode (connected to the cathode terminal). Terminals on the other side) to a common potential (ground).
[0012]
The over-temperature detection circuit 4 includes a constant current source 5, a comparator 8, and a reference voltage source 7. The constant current source 5 generates a predetermined current and supplies the current to each anode terminal of the diodes 3a to 3c. The reference voltage source 7 generates a predetermined reference voltage signal. The reference voltage value generated by the reference voltage source 7 is variably configured by a control signal from the CPU 10. The non-inverting input terminal (+) of the comparator 8 is connected to the anode terminals of the diodes 3a to 3c set to the common potential. The inverting input terminal (−) of the comparator 8 is connected to the reference voltage source 7. Comparator 8 outputs an H level signal to CPU 10 when potential VF of the anode terminals of diodes 3a to 3c is higher than the potential of the reference voltage signal (hereinafter referred to as reference potential) Vref, and potential VF is set to reference potential Vref. If it is lower, an L-level signal is output to the CPU 10. As described above, since the cathode side of each diode is grounded via the switch, the potential VF corresponds to the terminal voltage of the diode.
[0013]
CPU 10 determines a temperature rise of IGBTs 2a to 2c according to the signal level input from comparator 8. When determining that the temperature has risen, the CPU 10 sends information indicating an abnormal temperature (overtemperature) to an IGBT controller (not shown). As a result, the IGBT controller (not shown) performs predetermined measures such as limiting the current to each of the IGBTs 2a to 2c.
[0014]
In the present invention, the temperature detection device performs a failure diagnosis on the diodes 3a to 3c.
[0015]
The flow of individual diode diagnosis processing performed by the CPU 10 of the temperature detection device will be described with reference to the flowchart of FIG. The process according to FIG. 2 is started when an individual diagnosis is instructed by the CPU 10. In step S11 of FIG. 2, the CPU 10 sets an initial value 1 to a flag i and proceeds to step S12. The flag i indicates a diode to be diagnosed. In the present embodiment, 1 to 3 are set in order to diagnose three diodes.
[0016]
In step S12, the CPU 10 outputs control signals for turning on the i-th switch and turning off switches other than the i-th switch, and proceeds to step S13. Here, the first switch corresponds to the switch 11a, the second switch corresponds to the switch 11b, and the third switch corresponds to the switch 11c. Since one of the three switches 11a to 11c is turned on, the comparator 8 compares the potential VF of the anode terminal of the diode connected in series with the turned on switch with the reference potential Vref.
[0017]
In step S13, the CPU 10 sends a control signal to the reference voltage source 7, changes the reference potential Vref to Vref (max), and proceeds to step S14. Vref (max) is the maximum value of the terminal voltages generated by the diodes 3a to 3c during normal operation of the inverter constituted by the IGBTs 2a to 2c, plus a margin in consideration of circuit variations.
[0018]
In step S14, the CPU 10 determines whether or not the terminal voltage VF <Vref (max) holds. When VF <Vref (max) is satisfied according to the signal level input from the comparator 8, the CPU 10 makes an affirmative determination in step S14 and proceeds to step S15. When VF <Vref (max) is not satisfied, the CPU 10 proceeds to step S14. A negative determination is made and the process proceeds to step S20. The process proceeds to step S20 when no current flows through the diode connected in series with the switch that has been turned on, that is, when an open failure has occurred due to disconnection or the like. In this state, the voltage applied to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 8 increases because the constant current source 5 keeps flowing a predetermined current, and VF <Vref (max) does not hold. .
[0019]
The process proceeds to step S14 when no open failure has occurred in the diode connected in series with the switch that has been turned on. In step S14, the CPU 10 sends a control signal to the reference voltage source 7, changes the reference potential Vref to Vref (min), and proceeds to step S16. Vref (min) is a value obtained by reducing the allowance in consideration of circuit variations to the minimum value of the terminal voltage generated by the diodes 3a to 3c during normal operation of the inverter constituted by the IGBTs 2a to 2c.
[0020]
In step S16, the CPU 10 determines whether or not the terminal voltage VF> Vref (min) holds. When VF> Vref (min) is satisfied by the signal level input from the comparator 8, the CPU 10 makes an affirmative determination in step S16 and proceeds to step S17. When VF> Vref (min) is not satisfied, the CPU 10 executes step S16. A negative determination is made and the process proceeds to step S20. The process proceeds to step S20 when no voltage drop occurs due to the diode connected in series with the switch that has been turned on, that is, when the diode has a short-circuit failure. In this state, the voltage applied to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 8 decreases, and VF> Vref (min) does not hold.
[0021]
The process proceeds to step S17 when no short-circuit fault has occurred in the diode connected in series with the switch that has been turned on. In step S17, the CPU 10 determines whether or not i ≧ the total number of chips (3 in this case). If i ≧ 3 is satisfied (diagnosis of the diodes 3a to 3c corresponding to all the semiconductor chips 1a to 1c is completed), the CPU 10 makes an affirmative determination in step S17 and proceeds to step S18, where i ≧ 3 is not satisfied. In this case, a negative determination is made in step S17, and the process proceeds to step S19. In step S19, the CPU 10 adds 1 to i and returns to step S12. Returning to step S12, the CPU 10 turns on the switch provided on the next semiconductor chip, and performs individual diagnosis of the diode connected in series to this switch.
[0022]
In step S18, the CPU 10 determines that the results of the diagnosis of the diodes 3a to 3c individually performed in accordance with the switches 11a to 11c are OK, and ends the processing in FIG. The diagnosis result is stored in a memory in the CPU 10 and displayed on a display device (not shown) as necessary.
[0023]
In step S20, the CPU 10 determines that the individually diagnosed diode diagnosis result is NG, and ends the processing in FIG. The diagnosis result is stored in a memory in the CPU 10 and displayed on a display device (not shown) as necessary.
[0024]
FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of a temperature detection process performed by the CPU 10 of the temperature detection device when the vehicle actually travels. 3 starts when an ignition (IGN) switch is turned on, and ends when the IGN switch is turned off.
[0025]
Steps S101 and S102 in FIG. 3 show initial diagnosis processing (diagnosis processing performed only when the vehicle is started). In step S101, the CPU 10 sends a control signal to the reference voltage source 7 to change the reference potential Vref to Vref (wrn). Vref (wrn) corresponds to the terminal voltage VF generated in the diode 3a to 3c when the temperature of the diode reaches the 50% limit temperature. The 50% limit temperature is a temperature at which there is a margin before the allowable upper limit temperature, but the temperature may reach the allowable upper limit temperature unless the current to the IGBTs 2a to 2c is limited. In the first embodiment, when the temperature of any of the diodes 3a to 3c reaches the 50% limit temperature, an IGBT controller (not shown) limits the current to each of the IGBTs 2a to 2c to half the current time. It should be noted that Vref (wrn) actually set by the reference voltage source 7 is obtained by reducing a margin in consideration of circuit variations. The CPU 10 performs overtemperature diagnosis in a state where all the switches 11a to 11c are turned on, and determines whether the diagnosis result is OK.
[0026]
The overtemperature diagnosis in the initial diagnosis will be described. The CPU 10 makes an affirmative determination in step S101 and proceeds to step S102 when VF> Vref (wrn) is satisfied according to the signal level input from the comparator 8, that is, when the overtemperature diagnosis result is OK. On the other hand, when VF <Vref (wrn) is satisfied according to the signal level input from the comparator 8, that is, when the overtemperature diagnosis result is NG, the CPU 10 makes a negative determination in step S101 and proceeds to step S112. The terminal voltage of the diode connected in parallel is the terminal voltage (voltage on the anode side) of the diode having the smallest terminal voltage.
[0027]
In step S102, the CPU 10 performs the above-described individual diode diagnosis processing (FIG. 2). When the individual diagnosis processing result is OK, the CPU 10 makes an affirmative determination in step S102 and proceeds to step S103. When the individual diagnosis processing result is NG, the CPU 10 makes a negative determination in step S102 and proceeds to step S112.
[0028]
In step S112, the CPU 10 sends information indicating NG determination to an IGBT controller (not shown), outputs a lighting instruction to a warning lamp (not shown), and proceeds to step S103. Thereby, the IGBT controller limits the current to each of the IGBTs 2a to 2c to １／. Further, the NG determination is notified to the driver by turning on the warning light.
[0029]
In step S103, the CPU 10 receives information indicating that the normal control of the inverter has been started from an IGBT controller (not shown), and proceeds to step S104. Steps S104 to S111 show a constant diagnosis process. In step S104, the CPU 10 sends a control signal to the reference voltage source 7 to change the reference potential Vref to Vref (ovr). Vref (ovr) corresponds to the terminal voltage VF generated in the diode 3a to 3c when the temperature of the diode reaches the allowable upper limit temperature. The allowable upper limit temperature is a temperature at which the IGBTs 2a to 2c may fail due to heat generation unless the current to the IGBTs 2a to 2c is cut off. Therefore, Vref (ovr) is a smaller value than Vref (min). In the first embodiment, when any one of the diodes 3a to 3c reaches the allowable upper limit temperature, an IGBT controller (not shown) cuts off the current to each of the IGBTs 2a to 2c. Note that Vref (ovr) actually set by the reference voltage source 7 is a value obtained by adding a margin in consideration of circuit variations. The CPU 10 performs overtemperature diagnosis in a state where all the switches 11a to 11c are turned on, and determines whether the diagnosis result is OK.
[0030]
The overtemperature diagnosis in the constant diagnosis will be described. When VF> Vref (ovr) is satisfied according to the signal level input from the comparator 8, that is, when the overtemperature diagnosis result is OK, the CPU 10 makes an affirmative decision in step S104 and proceeds to step S105. On the other hand, when VF <Vref (ovr) is satisfied according to the signal level input from the comparator 8, that is, when the overtemperature diagnosis result is NG, the CPU 10 makes a negative determination in step S104 and proceeds to step S113.
[0031]
In step S113, the CPU 10 sends information indicating NG determination to an IGBT controller (not shown), outputs a lighting instruction to a warning lamp (not shown), and returns to step S104. Thereby, the IGBT controller cuts off the current to each of the IGBTs 2a to 2c and stops the output of the inverter. Further, the NG determination is notified to the driver by turning on the warning light.
[0032]
In step S105, the CPU 10 determines whether the vehicle is accelerating or decelerating. The CPU 10 makes an affirmative determination in step S105 when determining whether the vehicle is accelerating or decelerating based on the rotational speed of the motor detected by an encoder (not shown) for detecting the rotational speed of the motor (not shown). Then, the process returns to step S104. In this case, it is considered that the load of the inverter exceeds the predetermined value, and the individual diagnosis process of the diode in the constant diagnosis (diagnosis performed while the vehicle is running) is omitted.
[0033]
On the other hand, if the CPU 10 determines that it is neither during acceleration nor during deceleration, it makes a negative determination in step S105 and proceeds to step S106. In this case, the individual diagnosis process of the diode in the constant diagnosis is performed assuming that the load of the inverter is within the predetermined range. In step S106, the CPU 10 sets the initial value 1 to the flag i, and proceeds to step S107. In step S107, the CPU 10 resets the time measurement counter J, starts time measurement, and proceeds to step S108.
[0034]
In step S108, the CPU 10 performs the processing of steps S12 to S16 in the individual diagnosis processing of the diode shown in FIG. When the individual diagnosis processing result of the i-th diode is OK, the CPU 10 makes an affirmative determination in step S108 and proceeds to step S109. When the individual diagnosis processing result is NG, the CPU 10 makes a negative determination in step S108 and proceeds to step S114.
[0035]
In step S114, the CPU 10 sends information indicating NG determination to an IGBT controller (not shown), outputs a lighting command to a warning lamp (not shown), and returns to step S104. Thereby, the IGBT controller limits the current to each of the IGBTs 2a to 2c to １／. Further, the NG determination is notified to the driver by turning on the warning light.
[0036]
In step S109, the CPU 10 determines whether or not the counted time j is j <100 msec. The CPU 10 makes an affirmative decision in step S109 when j <100 msec holds, and proceeds to step S110, and makes a negative decision in step S109 when j <100 msec does not hold, and returns to step S104. The process proceeds to step S110 when the individual diagnosis process is performed for another diode, and when the process returns to step S104, the individual diagnosis process for the other diode is omitted.
[0037]
In step S110, the CPU 10 determines whether or not i ≧ the total number of chips (3 in this case). When i ≧ 3 is satisfied (the diagnosis of the diodes 3a to 3c corresponding to all the semiconductor chips 1a to 1c has been completed), the CPU 10 makes an affirmative determination in step S110 and returns to step S104, where i ≧ 3 is not satisfied. In this case, a negative determination is made in step S110, and the process proceeds to step S111. In step S111, the CPU 10 adds 1 to i and returns to step S108. When returning to step S108, the switch provided on the next semiconductor chip is turned on, and individual diagnosis of the diode connected in series to this switch is performed. When returning to step S104, the above-described constant diagnosis processing is repeated.
[0038]
The first embodiment described above will be summarized.
(1) Switches 11a to 11c are provided in series with diodes 3a to 3c for detecting the temperatures of the IGBTs 2a to 2c, respectively, and the switches 11a to 11c are turned on one by one to diagnose the diodes 3a to 3c individually. I made it. When the terminal voltage VF of the diode corresponding to the turned on switch is higher than Vref (max) (No in step S14), the diode is determined to be NG (step S20). Vref (max) is the maximum value of the terminal voltage generated at the diode during normal operation of the inverter constituted by the IGBTs 2a to 2c, plus a margin in consideration of circuit variations. As a result, an open failure of the diode can be detected.
[0039]
(2) When the terminal voltage VF of the diode corresponding to the turned on switch is smaller than Vref (min) (No in step S16), the diode is determined to be NG (step S20). Vref (min) is obtained by subtracting a margin in consideration of circuit variation from the minimum value of the terminal voltage generated in the diode during normal operation of the inverter constituted by the IGBTs 2a to 2c. As a result, a short-circuit failure of the diode can be detected.
[0040]
(3) The diagnosis performed when the IGN switch is ON is divided into an initial diagnosis and a constant diagnosis. The initial diagnosis is performed before the inverter is normally controlled, and the constant diagnosis is performed after the inverter is normally controlled. In the initial diagnosis, all the switches 11a to 11c are turned on to check whether or not any of the diodes 3a to 3c has reached the 50% limit temperature. The 50% limit temperature is a temperature at which there is a margin before the allowable upper limit temperature, but the temperature may reach the allowable upper limit temperature unless the current to the IGBTs 2a to 2c is limited. When there is a diode that has reached the 50% limit temperature (No in step S101), information indicating NG determination is sent to an IGBT controller (not shown), and a lighting command is output to a warning light (not shown). (Step S112). Since the IGBT controller receives the NG determination and limits the current flowing through the IGBTs 2a to 2c to １／, the IGBT controller protects the IGBTs 2a to 2c without stopping the motor (not shown) immediately when the temperature rise is detected. Operation can be continued.
[0041]
(4) In the initial diagnosis, in addition to the above (3), since the individual failure diagnosis for the diodes 3a to 3c in the above (1) and (2) is performed, it is possible to check the temperature detecting device before the inverter is normally controlled. it can.
[0042]
(5) In the constant diagnosis, an overtemperature diagnosis is performed in which all the switches 11a to 11c are turned on to check whether or not any of the diodes 3a to 3c has reached the allowable upper limit temperature. The allowable upper limit temperature is a temperature at which the IGBTs 2a to 2c may fail due to heat generation unless the current to the IGBTs 2a to 2c is cut off. When there is a diode that has reached the allowable upper limit temperature (negative determination in step S104), information indicating an NG determination is sent to an IGBT controller (not shown), and a lighting instruction is output to a warning light (not shown) ( Step S113). Since the IGBT controller receives the NG determination and cuts off the current flowing through the IGBTs 2a to 2c, the output of the inverter is stopped immediately when the allowable upper limit temperature is detected, thereby protecting the IGBTs 2a to 2c.
[0043]
(6) In the constant diagnosis, individual failure diagnosis is performed on the diodes 3a to 3c following the overtemperature diagnosis of (5), and the overtemperature diagnosis and the individual failure diagnosis are repeated. However, when the rotation of the motor (not shown) is accelerating or decelerating, the individual failure diagnosis is omitted (the step S105 is affirmatively determined) and the overtemperature diagnosis is performed again. Therefore, the inverter output increases and the IGBTs 2a to In a situation in which a rapid rise in the temperature of the IGBT 2c is expected, the repetition cycle of the continuous diagnosis can be shortened as compared with the case where the individual failure diagnosis is performed. As a result, the latest temperature state is always checked when the temperature is expected to increase, and when the temperature is not expected to be increased, individual diode diagnosis processing is performed. A temperature detection device that achieves both improvement of the temperature can be obtained.
[0044]
(7) When performing the individual fault diagnosis for the diodes 3a to 3c in the constant diagnosis, if the diagnosis time per diode exceeds 100 msec, the individual fault diagnosis for the other diodes is omitted (No in step S109). Since the over-temperature diagnosis is performed again, it is possible to reduce the cycle of repeated diagnosis in a situation where the load on the CPU 10 is high, as compared with the case where the individual failure diagnosis is performed on other diodes. As a result, when the load on the CPU 10 is high, the state of the latest temperature is always checked, and when the load on the CPU 10 is not high, the diode individual diagnosis process is performed. A temperature detection device that achieves both improvement of the temperature can be obtained.
[0045]
In the above description, a situation in which the load on the IGBTs 2a to 2c constituting the inverter is expected to increase and a rapid temperature increase is expected is determined based on whether the vehicle is accelerating or decelerating. Instead, the thermal torque of the IGBTs 2a to 2c depends on whether any one of the motor torque value required for controlling the inverter, the required current value, and the actually measured current value exceeds a predetermined value. A situation in which a heavy load increases may be determined.
[0046]
(Second embodiment)
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor module temperature detecting device according to a second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted. In the second embodiment, diodes 3a to 3c are connected in series. The anode terminal of the diode 3a is connected to the non-inverting input terminal (+) of the comparator 8, and the cathode terminal of the diode 3c is grounded. The switches 11a to 11c are connected in parallel to the diodes 3a to 3c, respectively.
[0047]
When performing the individual diagnosis processing of the diode with the temperature detecting device according to FIG. 4, the processing according to FIG. 2 is performed. However, switching of the switches 11a to 11c is performed as follows instead of step S12. The CPU 10 outputs control signals for turning off the i-th switch and turning on the switches other than the i-th switch, and proceeds to step S13. Here, the first switch corresponds to the switch 11a, the second switch corresponds to the switch 11b, and the third switch corresponds to the switch 11c. Since one of the three switches 11a to 11c is turned off, the comparator 8 compares the potential VF of the anode terminal of the diode connected in parallel to the turned off switch with the reference potential Vref.
[0048]
When performing the diagnosis at the time of turning on the IGN switch with the temperature detecting device of FIG. 4, the process shown in FIG. 3 is performed. However, in the over-temperature diagnosis in step S101, the switches 11a to 11c are all turned off to check whether or not any of the diodes 3a to 3c has reached the 50% limit temperature. The potential VF that the comparator 8 compares with the reference potential Vref (wrn) corresponds to the sum of the voltage differences between the anode terminal and the cathode terminal of each of the diodes 3a to 3c. In this case, Vref (wrn) is as follows. That is, the following equation (1) is obtained by using the voltage difference A between the anode terminal and the cathode terminal generated in each diode when the temperature of the diode reaches the 50% limit temperature, and the allowance B in consideration of circuit variation. It is calculated by:
(Equation 1)
Vref (wrn) = 3 × AB (1)
[0049]
In the overtemperature diagnosis in step S104, the switches 11a to 11c are all turned off to check whether or not any of the diodes 3a to 3c has reached the allowable upper limit temperature. The potential VF that the comparator 8 compares with the reference potential Vref (ovr) corresponds to the sum of the voltage differences between the anode terminal and the cathode terminal of each of the diodes 3a to 3c. Vref (ovr) in this case is as follows. That is, the voltage is calculated by the following equation (2) using a voltage difference C between the anode terminal and the cathode terminal generated in each diode when the temperature of the diode reaches the allowable upper limit temperature, and a value B in consideration of circuit variation. I do.
(Equation 2)
Vref (ovr) = 3 × C + B (2)
[0050]
According to the above-described second embodiment, similar to the first embodiment, individual failure diagnosis of the diodes 3a to 3c can be performed. It is possible to obtain a temperature detection device that can perform both diagnosis in a short time and (2) improvement in reliability.
[0051]
In the above description, the over-temperature detection circuit 4 outputs an H level or L level signal to the CPU 10 depending on whether the potential VF corresponding to the terminal voltage of the diode is higher than the reference potential Vref. Instead, an analog signal indicating the terminal voltage may be directly transmitted to the CPU 10 using an isolation amplifier or the like. In this case, the CPU 10 performs a conversion process for obtaining the temperature of the diode from the input analog signal. Since an analog signal can be selectively input to one isolation amplifier by switching a switch, the number of parts and cost can be reduced as compared with the case where a plurality of isolation amplifiers are provided.
[0052]
Correspondence between each component in the claims and each component in the embodiment of the invention will be described. The semiconductor element is composed of, for example, IGBTs 2a to 2c. The temperature detecting element includes, for example, diodes 3a to 3c. The first selection means and the second selection means are constituted by, for example, switches 11a to 11c. The control unit and the determination unit are configured by, for example, the CPU 10. Note that each component is not limited to the above configuration as long as the characteristic functions of the present invention are not impaired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor module temperature detecting device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a flow of a diode individual diagnosis process.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a flow of a temperature detection process when the vehicle is traveling.
FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a semiconductor module temperature detecting device according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1a-1c ... semiconductor chip, 2a-2c ... IGBT,
3a to 3c: diode, 4: over-temperature detection circuit,
5: constant current source, 7: reference voltage source,
8 ... Comparator, 10 ... CPU,
11a to 11c ... Switch

Claims

A plurality of temperature detection elements provided corresponding to each of the plurality of semiconductor elements;
First selection means for selecting a detection signal output from any one of the plurality of temperature detection elements;
A second selection unit that selects one of a synthesized signal obtained by synthesizing detection signals output from all of the plurality of temperature detection elements and a detection signal selected by the first selection unit;
The first selection means and the second selection means so as to select the synthesized signal when detecting the temperature of the semiconductor element and to sequentially select detection signals from the temperature detection elements to be diagnosed when diagnosing a failure in the temperature detection element. Control means for respectively controlling
A semiconductor module comprising: a determination unit configured to perform the temperature detection and the failure diagnosis based on the combined signal or the detection signal selected by the first selection unit and the second selection unit. Temperature detector.

The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 1,
Each of the plurality of temperature detection elements is configured by a diode,
The determination means includes: (1) determining whether any one of the semiconductor elements is over-temperature according to a terminal voltage of the plurality of diodes indicated by the composite signal at the time of detecting the temperature; A temperature detecting device for a semiconductor module, wherein a determination is made as to whether or not the diode has failed according to a terminal voltage of the diode indicated by the detection signal of the diagnosis target.

The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 2,
The first selection means and the second selection means are constituted by a plurality of switch means connected in series to each of the plurality of diodes,
Each of the series-connected diode and switch means is further connected in parallel,
The plurality of switch means are (1) all turned on when the temperature is detected, and (2) only the switch means connected to the diode to be diagnosed is turned on while the other switch means is turned off during the fault diagnosis. A temperature detecting device for a semiconductor module.

The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 2,
The first selection unit and the second selection unit are configured by a plurality of switch units connected in parallel to each of the plurality of diodes,
Each of the diode and switch means connected in parallel are further connected in series with each other,
The plurality of switch means are (1) all turned off when the temperature is detected, and (2) only the switch means connected to the diode to be diagnosed is turned off while the other switch means is turned on during the fault diagnosis. A temperature detecting device for a semiconductor module.

The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 1,
The plurality of semiconductor elements are provided in an inverter device that controls a motor,
The control means selects the composite signal for the temperature detection when the load of the inverter device is equal to or greater than a predetermined value, and selects the diagnostic signal for the failure diagnosis when the load of the inverter device is less than a predetermined value. A temperature detecting device for a semiconductor module, wherein each of the first selecting means and the second selecting means is controlled so as to select a target detection signal.

The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 5,
The controller controls the first selector and the second selector so as to alternately select the composite signal and the detection signal of the diagnosis target when the load of the inverter device is less than a predetermined value. A temperature detecting device for a semiconductor module.

The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 5,
The control means is configured to perform the temperature detection when the time from when the second selection means selects the selection signal by the first selection means to when the determination means makes the determination is equal to or longer than a predetermined time. A temperature detecting device for a semiconductor module, wherein each of the first selecting means and the second selecting means is controlled so as to select the synthesized signal.

8. The temperature detecting device for a semiconductor module according to claim 5, wherein said judging means further outputs a signal necessary for notifying a driver when judging a failure of said diode. Temperature detecting device for a semiconductor module.

9. The semiconductor module temperature detecting device according to claim 5, wherein said judging means further outputs a signal necessary for limiting an output of said inverter device when judging a failure of said diode. A temperature detecting device for a semiconductor module, comprising: