特許 6952641 制御回路及びパワーモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6952641

(24)【登録日】2021年9月30日

(45)【発行日】2021年10月20日

(54)【発明の名称】制御回路及びパワーモジュール

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/08 20060101AFI20211011BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20211011BHJP

   H03K 17/00 20060101ALI20211011BHJP

   H03K 17/08 20060101ALI20211011BHJP

【ＦＩ】

   H02M1/08 A

   H02M1/00 R

   H02M1/00 H

   H03K17/00 B

   H03K17/08 C

【請求項の数】8

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2018-82780(P2018-82780)

(22)【出願日】2018年4月24日

(65)【公開番号】特開2019-193410(P2019-193410A)

(43)【公開日】2019年10月31日

【審査請求日】2020年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100157901

【弁理士】

【氏名又は名称】白井 達哲

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】田口 量寛

【審査官】 白井 孝治

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３６３５９８８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００７−２５１５０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１６０２８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１６９９１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１６／０５２０１１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ １／００〜 １／４４

Ｈ０３Ｋ１７／００〜１７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

パワー半導体素子を制御する制御回路であって、
前記パワー半導体素子の状態が、
前記パワー半導体素子の温度が第１温度値未満であり、且つ、前記パワー半導体素子に流れる電流が第１電流値未満である正常状態、
前記温度が前記第１温度値以上であり前記第１温度値よりも高い第２温度値未満であるか、前記電流が前記第１電流値以上であり前記第１電流値よりも高い第２電流値未満である予報状態、
前記温度が前記第２温度値以上である異常温度状態、又は、
前記電流が前記第２電流値以上である異常電流状態
のうち、いずれの状態であるかを表す信号を出力する制御回路。

【請求項2】

前記パワー半導体素子の状態が、前記異常温度状態、又は、前記異常電流状態であるときに、前記パワー半導体素子の駆動を停止し、
外部からイネーブル信号が入力され、且つ、前記温度が所定の温度未満となったときに、前記パワー半導体素子の駆動を再開させる請求項１記載の制御回路。

【請求項3】

外部から入力された駆動信号に基づいて前記パワー半導体素子を駆動するゲート駆動回路と、
前記パワー半導体素子の温度を表す信号が入力され、前記温度が前記第１温度値以上であるか否かを表す第１温度信号、及び、前記温度が前記第２温度値以上であるか否かを表す第２温度信号を出力する温度検出回路と、
前記パワー半導体素子に流れる電流を表す信号が入力され、前記電流が前記第１電流値以上であるか否かを表す第１電流信号、及び、前記電流が前記第２電流値以上であるか否かを表す第２電流信号を出力する電流検出回路と、
前記第１温度信号、前記第２温度信号、前記第１電流信号、及び、前記第２電流信号に基づいて、前記正常状態、前記予報状態、前記異常温度状態、及び、前記異常電流状態を区別する２値の第１信号及び２値の第２信号を出力すると共に、前記パワー半導体素子の状態が前記異常温度状態又は前記異常電流状態であるときに、前記ゲート駆動回路を停止させる状態判別回路と、
を備えた請求項１または２に記載の制御回路。

【請求項4】

前記第１信号の値は、前記パワー半導体素子の状態が前記正常状態又は前記予報状態であるときと、前記パワー半導体素子の状態が前記異常温度状態又は前記異常電流状態であるときとで異なり、
前記第２信号の値は、前記パワー半導体素子の状態が前記正常状態又は前記異常温度状態であるときと、前記パワー半導体素子の状態が前記予報状態又は前記異常電流状態であるときとで異なる
請求項３記載の制御回路。

【請求項5】

イネーブル信号に基づいて、前記状態判別回路に対してリセット信号を出力するイネーブル制御回路をさらに備え、
前記状態判別回路は、前記パワー半導体素子の状態が前記異常温度状態であるときは前記第２信号の値をラッチせず、前記パワー半導体素子の状態が前記異常電流状態であるときは前記第２信号の値をラッチし、前記リセット信号が入力されたときに前記ラッチを解除する請求項４記載の制御回路。

【請求項6】

請求項５記載の制御回路と、
前記駆動信号及び前記第２信号の論理積を前記ゲート駆動回路に対して出力するＡＮＤゲート回路と、
前記第１信号に基づいて前記イネーブル信号としてパルス信号を出力するパルス発生手段と、
を備えたパワーモジュール。

【請求項7】

請求項５記載の制御回路と、
前記パワー半導体素子と、
前記駆動信号及び前記第２信号の論理積を前記ゲート駆動回路に対して出力するＡＮＤゲート回路と、
前記第１信号に基づいて前記イネーブル信号としてパルス信号を出力するパルス発生手段と、
を備えたパワーモジュール。

【請求項8】

請求項１〜５のいずれか１つに記載の制御回路と、
前記パワー半導体素子と、
を備えたパワーモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、制御回路及びパワーモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、モータ等の比較的大電力を必要とする負荷を駆動するために、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor：金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）等のパワー半導体素子が用いられることが多い。このようなパワー半導体素子を制御する制御回路には、パワー半導体素子に何らかの異常が発生したときに、パワー半導体素子を停止させる手段が設けられていることが多い。しかしながら、異常の内容によって、その後の対処方法が異なる場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３６３５９８８号公報

【特許文献2】国際公開ＷＯ２０１６／０５２０１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

実施形態の目的は、異常の内容を判別可能な制御回路及びパワーモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態に係る制御回路は、パワー半導体素子を制御する制御回路である。前記制御回路は、前記パワー半導体素子の状態が、正常状態、予報状態、異常温度状態、又は、異常電流状態のうち、いずれの状態であるかを表す信号を出力する。
前記正常状態は、前記パワー半導体素子の温度が第１温度値未満であり、且つ、前記パワー半導体素子に流れる電流が第１電流値未満である状態である。
前記予報状態は、前記温度が前記第１温度値以上であり前記第１温度値よりも高い第２温度値未満であるか、前記電流が前記第１電流値以上であり前記第１電流値よりも高い第２電流値未満である状態である。
前記異常温度状態は、前記温度が前記第２温度値以上である状態である。
前記異常電流状態は、前記電流が前記第２電流値以上である状態である。

【0006】

実施形態に係るパワーモジュールは、前記制御回路と、前記パワー半導体素子と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係るパワーモジュールを示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。

【図3】第１の実施形態に係るパワーモジュールの過熱時の動作を示すタイミングチャートである。

【図4】第１の実施形態に係るパワーモジュールの過電流時の動作を示すタイミングチャートである。

【図5】第１の実施形態における状態判別回路及びイネーブル制御回路の動作を示すフローチャートである。

【図6】第１の実施形態の変形例に係るパワーモジュールを示すブロック図である。

【図7】第１の実施形態の変形例におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。

【図8】第２の実施形態に係るパワーモジュールを示すブロック図である。

【図9】第２の実施形態におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。

【図10】第２の実施形態に係るパワーモジュールの動作を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0008】

（第１の実施形態）
以下、第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るパワーモジュールを示すブロック図である。
図２は、本実施形態におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。

【0009】

図１に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール１は、外部制御機構としてのマイクロコンピュータ１０１と、駆動させる負荷としてのモータ１０２との間に接続されている。例えば、マイクロコンピュータ１０１、パワーモジュール１及びモータ１０２は、１つのアクチュエータを構成している。このアクチュエータは、例えば、自動車のワイパーを駆動するアクチュエータである。

【0010】

パワーモジュール１においては、駆動素子部１０と制御回路２０が設けられている。駆動素子部１０及び制御回路２０は、例えば１つのパッケージ内に配置されている。なお、駆動素子部１０及び制御回路２０は、別々のパッケージ内に設けられていてもよい。駆動素子部１０は、モータ１０２に電力を供給するスイッチ手段である。制御回路２０は駆動素子部１０を制御する回路である。

【0011】

駆動素子部１０においては、パワー半導体素子１１及びダイオード１２が設けられている。ダイオード１２はパワー半導体素子１１の近傍に配置されており、例えば、同一チップ内に配置されている。

【0012】

パワー半導体素子１１は、電源電位と接地電位との間で、モータ１０２と直列に接続されている。パワー半導体素子１１は、例えば、ＩＧＢＴ又はＭＯＳＦＥＴ等のゲート電位に基づいて流れる電流の大きさが制御される素子である。パワー半導体素子１１のゲートには、ゲート線１１ａが接続されている。パワー半導体素子１１の例えばソースからは、電流検出線１１ｂが分岐している。電流検出線１１ｂには、パワー半導体素子１１のドレイン電流の一部、例えば、数万分の一程度の電流が流れる。電流検出線１１ｂに流れる電流ＣＳを測定することにより、パワー半導体素子１１に流れる電流量を検出することができる。

【0013】

ダイオード１２のアノードには、制御回路２０から温度検出線１２ａを介して一定電流が供給される。ダイオード１２のカソードは、定電位、例えば接地電位に接続されている。ダイオード１２のアノード−カソード間の電圧は温度依存性を持つため、ダイオード１２の温度が上昇すると、ダイオード１２のアノード−カソード間電圧が低下する。従って、温度検出線１２ａの電位を測定することにより、パワー半導体素子１１の温度ＴＳを検出することができる。

【0014】

制御回路２０においては、ゲート駆動回路２１、温度検出回路２２、電流検出回路２３、状態判別回路２４、及び、イネーブル制御回路２５が設けられている。また、制御回路２０には、オープンドレイントランジスタＮ１及びＮ２が設けられている。

【0015】

更に、制御回路２０には、外部との間で信号を入出力する複数の端子が設けられている。具体的には、ゲート線１１ａが接続され後述する制御信号ＶＯＵＴを出力する駆動用出力端子、電流検出線１１ｂが接続され電流ＣＳが入力される電流測定用端子、温度検出線１２ａが接続され温度ＴＳを示す電位が入力される温度測定用端子、マイクロコンピュータ１０１からドライバ入力信号ＶＩＮが入力される駆動用入力端子、後述する信号ＤＩＡＧ１を出力するＤＩＡＧ１出力端子、信号ＤＩＡＧ２を出力するＤＩＡＧ２出力端子、マイクロコンピュータ１０１からイネーブル信号ＥＮが入力されるイネーブル入力端子が設けられている。

【0016】

ゲート駆動回路２１は、マイクロコンピュータ１０１から入力されるドライバ入力信号ＶＩＮに基づいて制御信号ＶＯＵＴを生成し、ゲート線１１ａを介してパワー半導体素子１１のゲートに印加する。これにより、パワー半導体素子１１のドレイン電流が制御される。

【0017】

温度検出回路２２は、温度検出線１２ａを介してダイオード１２に一定の電流を流すと共に、温度検出線１２ａの電位を測定する。温度検出線１２ａの電位が表す温度ＴＳは、パワー半導体素子１１の温度に相当する。換言すれば、温度検出線１２ａの電位は温度ＴＳを表す信号である。温度検出回路２２は、温度ＴＳを予報温度値Ｔ１及び異常温度値Ｔ２と比較して、予報温度信号ＴＷ及び異常温度信号ＴＥを出力する。

【0018】

異常温度値Ｔ２は、パワー半導体素子１１の状態が異常であると判断される温度であり、温度ＴＳが異常温度値Ｔ２を超えると、パワー半導体素子１１を停止させる。予報温度値Ｔ１は、パワー半導体素子１１を停止させるには及ばないが、注意を必要とする温度である。従って、異常温度値Ｔ２は予報温度値Ｔ１よりも高い。

【0019】

予報温度信号ＴＷは、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１以上であるか否かを表す２値信号であり、異常温度信号ＴＥは、温度ＴＳが異常温度値Ｔ２以上であるか否かを表す２値信号である。温度ＴＳが予報温度値Ｔ１未満であるときは、温度検出回路２２は予報温度信号ＴＷの値を「Ｌ」（ロー）とし、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１以上であるときは、温度検出回路２２は予報温度信号ＴＷの値を「Ｈ」（ハイ）とする。また、温度ＴＳが異常温度値Ｔ２未満であるときは、温度検出回路２２は異常温度信号ＴＥの値を「Ｌ」とし、温度ＴＳが異常温度値Ｔ２以上であるときは、温度検出回路２２は異常温度信号ＴＥの値を「Ｈ」とする。

【0020】

但し、予報温度値Ｔ１及び異常温度値Ｔ２は、温度ＴＳが低温側から近づく場合と高温側から近づく場合とで値が異なり、低温側から近づく場合の値は高温側から近づく場合の値よりも高い。すなわち、予報温度値（検出）Ｔ１＿１は予報温度値（解除）Ｔ１＿２よりも高く、異常温度値（検出）Ｔ２＿１は異常温度値（解除）Ｔ２＿２よりも高い。

【0021】

電流検出回路２３には、パワー半導体素子１１から電流検出線１１ｂを介して電流ＣＳが入力される。電流ＣＳは、パワー半導体素子１１のドレイン電流と相関し、例えば、比例する。換言すれば、電流検出線１１ｂを流れる電流ＣＳは、パワー半導体素子１１のドレイン電流を表す信号である。電流検出回路２３は、電流ＣＳの大きさを予報電流値Ｃ１及び異常電流値Ｃ２と比較して、予報電流信号ＣＷ及び異常電流信号ＣＥを出力する。

【0022】

異常電流値Ｃ２は、パワー半導体素子１１の状態が異常であると判断される電流であり、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２を超えると、パワー半導体素子１１を停止させる。予報電流値Ｃ１は、パワー半導体素子１１を停止させるには及ばないが、注意を必要とする電流である。従って、異常電流値Ｃ２は予報電流値Ｃ１よりも大きい。

【0023】

予報電流信号ＣＷは、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１以上であるか否かを表す信号であり、異常電流信号ＣＥは、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２以上であるか否かを表す信号である。電流ＣＳが予報電流値Ｃ１未満であるときは、電流検出回路２３は予報電流信号ＣＷの値を「Ｌ」とし、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１以上であるときは、電流検出回路２３は予報電流信号ＣＷの値を「Ｈ」とする。また、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２未満であるときは、電流検出回路２３は異常電流信号ＣＥの値を「Ｌ」とし、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２以上であるときは、電流検出回路２３は異常電流信号ＣＥの値を「Ｈ」とする。予報電流値Ｃ１及び異常電流値Ｃ２の値は、それぞれ１水準である。

【0024】

図１及び図２に示すように、状態判別回路２４は、温度検出回路２２から予報温度信号ＴＷ及び異常温度信号ＴＥが入力され、電流検出回路２３から予報電流信号ＣＷ及び異常電流信号ＣＥが入力されることにより、パワー半導体素子１１の状態が、以下の状態１〜４のいずれの状態であるかを判別する。状態を判別する手順については後述するが、判別の結果のみを概略的に説明すると以下のようになる。

【0025】

「状態１」は、温度検出線１２ａの電位が表す温度ＴＳが予報温度値Ｔ１未満であり、且つ、電流検出線１１ｂに流れる電流ＣＳが予報電流値Ｃ１未満である状態である。状態１においては、パワー半導体素子１１の駆動を継続する。以下、状態１を「正常状態」ともいう。

【0026】

「状態２」は、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１以上異常温度値Ｔ２未満である「予報温度状態」か、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１未満であり、且つ、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１以上異常電流値Ｃ２未満である「予報電流状態」である。なお、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１以上異常温度値Ｔ２未満であり、且つ、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１以上異常電流値Ｃ２未満である状態は、上記「予報温度状態」に含まれる。状態２においてもパワー半導体素子１１の駆動を継続するが、マイクロコンピュータ１０１に状態２であることを通知し、マイクロコンピュータ１０１に判断材料を提供することができる。以下、状態２を「予報状態」ともいう。

【0027】

「状態３」は、温度ＴＳが異常温度値Ｔ２以上である状態である。状態３のときは、パワー半導体素子１１の駆動を停止する。以下、状態３を「異常温度状態」ともいう。

【0028】

「状態４」は、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２以上である状態である。状態４のときも、パワー半導体素子１１の駆動を停止する。以下、状態４を「異常電流状態」ともいう。

【0029】

なお、後述するように、本実施形態においては、温度ＴＳが異常温度値Ｔ２以上であり、且つ、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２以上である場合は、状態３に分類される。また、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１以上異常温度値Ｔ２未満であり、且つ、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２以上である場合は、状態２に分類される。但し、パワー半導体素子１１に大電流が流れると、必然的に温度が上昇するため、いずれ、状態３となり、パワー半導体素子１１は駆動を停止する。

【0030】

状態判別回路２４は、判別した状態を、オープンドレイントランジスタＮ１及びＮ２を介して、信号ＤＩＡＧ１及び信号ＤＩＡＧ２として出力する。信号ＤＩＡＧ１及び信号ＤＩＡＧ２は、それぞれ、値が「Ｌ」又は「Ｈ」をとる２値信号である。オープンドレイントランジスタＮ１のソースは接地電位に接続されており、ゲートは入力端子であって状態判別回路２４に接続されており、ドレインが出力端子となる。ドレインは抵抗Ｒ１を介して電源電位にプルアップされている。

【0031】

このため、状態判別回路２４からオープンドレイントランジスタＮ１のゲートに対して出力される信号が「Ｌ」であると、オープンドレイントランジスタＮ１はオフ状態となり、ドレインが抵抗Ｒ１を介して電源電位にプルアップされて、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」となる。一方、状態判別回路２４から出力される信号が「Ｈ」であると、オープンドレイントランジスタＮ１はオン状態となり、ドレインが接地電位にプルダウンされて、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｌ」となる。オープンドレイントランジスタＮ２、抵抗Ｒ２及び信号ＤＩＡＧ２の関係も同様である。

【0032】

信号ＤＩＡＧ１は正常／異常を区別する信号であり、正常状態及び予報状態のときは値を「Ｈ」とし、異常状態のときは値「Ｌ」を保持（ラッチ）する。信号ＤＩＡＧ２は異常の内容を区別する信号であり、正常状態及び異常温度状態のときは値を「Ｈ」とし、予報状態及び異常電流状態のときは値を「Ｌ」とする。異常電流状態のときは、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｌ」でラッチするが、異常温度状態のときは、信号ＤＩＡＧ２の値はラッチせず、温度の検出結果をリアルタイムに出力する。このように、信号ＤＩＡＧ１及び信号ＤＩＡＧ２は、それぞれ、「Ｈ」又は「Ｌ」の値をとる１ビットの信号である。従って、状態判別回路２４は、２つの端子を介して、判別した状態を合計２ビットの信号で出力する。

【0033】

具体的には、図２に示すように、状態判別回路２４は、「状態１」（正常状態）のときは、信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｈ」とし、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」とする。「状態２」（予報状態）のときは、信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｈ」とし、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｌ」とする。「状態３」（異常温度状態）のときは、信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｌ」とし、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」とする。このとき、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｌ」でラッチする。「状態４」（異常電流状態）のときは、信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｌ」でラッチし、信号ＤＩＡＧ２の値も「Ｌ」でラッチする。

【0034】

更に、状態判別回路２４は、パワー半導体素子１１の状態が「状態３」又は「状態４」のときは、ゲート駆動回路２１に対して出力する出力停止信号ＳＤの値を「Ｈ」とし、パワー半導体素子１１を停止させる。状態判別回路２４は、リセット信号ＲＥＳＥＴが入力されると、出力停止信号ＳＤの値を「Ｌ」とする。更にまた、状態判別回路２４は、イネーブル制御回路２５に対して温度モニタ信号ＴＭを出力し、イネーブル制御回路２５からリセット信号ＲＥＳＥＴが入力される。温度モニタ信号ＴＭの値は、例えば、予報温度信号ＴＷの値と同じとする。

【0035】

イネーブル制御回路２５は、マイクロコンピュータ１０１からイネーブル信号ＥＮが入力され、状態判別回路２４から温度モニタ信号ＴＭが入力されると共に、状態判別回路２４に対してリセット信号ＲＥＳＥＴを出力する。イネーブル制御回路２５は、温度モニタ信号ＴＭの値が「Ｌ」であるとき、すなわち、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１未満のときは、イネーブル信号ＥＮが入力されるとリセット信号ＲＥＳＥＴを出力する。リセット信号ＲＥＳＥＴは、状態判別回路２４にラッチを解除させ、出力停止信号ＳＤの値を「Ｌ」に戻させる信号である。ゲート駆動回路２１は、出力停止信号ＳＤの値が「Ｌ」であると制御信号ＶＯＵＴを出力し、出力停止信号ＳＤの値が「Ｈ」であると制御信号ＶＯＵＴを出力しない。一方、イネーブル制御回路２５は、温度モニタ信号ＴＭの値が「Ｈ」であるとき、すなわち、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１以上のときは、イネーブル信号ＥＮが入力されても、リセット信号ＲＥＳＥＴを出力しない。

【0036】

マイクロコンピュータ１０１は、ドライバ入力信号ＶＩＮを制御回路２０のゲート駆動回路２１に対して出力することにより、パワー半導体素子１１を制御する。また、制御回路２０の状態判別回路２４から信号ＤＩＡＧ１及び信号ＤＩＡＧ２が入力されることにより、パワー半導体素子１１の状態を判断し、所定のプログラム又はマスターコンピュータからの指令に従って、イネーブル信号ＥＮを出力する。また、マイクロコンピュータ１０１は、パワー半導体素子１１の状態を記憶し、ある状態となった回数を計測し、積算する。そして、必要に応じて、ユーザーにメッセージを発信する。

【0037】

次に、本実施形態に係るパワーモジュール１の動作について説明する。
図３は、本実施形態に係るパワーモジュールの過熱時の動作を示すタイミングチャートである。
図４は、本実施形態に係るパワーモジュールの過電流時の動作を示すタイミングチャートである。
図５は、本実施形態における状態判別回路及びイネーブル制御回路の動作を示すフローチャートである。

【0038】

（初期状態）
初期状態において、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」であり、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｈ」であり、出力停止信号ＳＤの値は「Ｌ」である。一方、マイクロコンピュータ１０１はイネーブル信号ＥＮの値を「Ｌ」とする。

【0039】

（正常動作時）
先ず、正常動作時について説明する。
図１及び図３に示すように、マイクロコンピュータ１０１がドライバ入力信号ＶＩＮを出力すると、ゲート駆動回路２１がパワー半導体素子１１のゲートに対して制御信号ＶＯＵＴを出力する。これにより、パワー半導体素子１１のドレイン電流が制御され、モータ１０２の動作が制御される。

【0040】

このとき、パワー半導体素子１１から電流検出線１１ｂを介して、電流ＣＳが電流検出回路２３に入力される。また、温度検出回路２２が、温度検出線１２ａを介してダイオード１２に一定の電流を流すと共に、温度検出線１２ａの電位を測定する。パワー半導体素子１１の動作に伴って温度が変動すると、ダイオード１２の電圧が変動し、温度検出線１２ａの電位が変動する。例えば、パワー半導体素子１１の温度が上昇し、ダイオード１２の温度が上昇すると、ダイオード１２の電圧が減少し、温度検出線１２ａの電位が低下する。

【0041】

正常動作時には、温度ＴＳは予報温度値Ｔ１未満であるため、温度検出回路２２から状態判別回路２４に対して出力される予報温度信号ＴＷ及び異常温度信号ＴＥの値はいずれも「Ｌ」である。状態判別回路２４からイネーブル制御回路２５に出力される温度モニタ信号ＴＭの値も「Ｌ」である。また、電流ＣＳは予報電流値Ｃ１未満であるため、電流検出回路２３から状態判別回路２４に対して出力される予報電流信号ＣＷ及び異常電流信号ＣＥの値はいずれも「Ｌ」である。

【0042】

このため、図５のステップＳ１からステップＳ２に進み、更に、ステップＳ５に進む。ステップＳ５に示すように、イネーブル制御回路２５はイネーブル信号ＥＮの入力を有効とし、ステップＳ８に進む。

【0043】

この段階では、イネーブル信号ＥＮは入力されていないため、すなわち、値が「Ｌ」であるため、ステップＳ８からステップＳ９に進む。また、異常電流信号ＣＥの値は「Ｌ」であるため、ステップＳ９からステップＳ１０に進む。予報電流信号ＣＷの値も「Ｌ」であるため、ステップＳ１０からステップＳ１３に進む。

【0044】

この結果、ステップＳ１３に示すように、状態判別回路２４はパワー半導体素子１１の状態を「状態１」（正常状態）と判定する。そして、ステップＳ２１に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」のまま維持し、ステップＳ１に戻る。従って、図２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」、信号ＤＩＡＧ２の値も「Ｈ」となる。正常動作時においては、上述のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１３→Ｓ２１→Ｓ１の動作を繰り返す。これにより、パワー半導体素子１１の動作は継続される。

【0045】

（温度が予報温度値を超えた場合）
次に、温度ＴＳが予報温度値（検出）Ｔ１＿１を超えた場合の動作について説明する。
図３に示すように、時刻ｔ１１において、温度ＴＳが予報温度値（検出）Ｔ１＿１を超えたとする。この場合、予報温度信号ＴＷの値は「Ｈ」となるため、図５のステップＳ２からステップＳ４に進み、イネーブル制御回路２５はイネーブル信号ＥＮの入力を無効とする。これにより、マイクロコンピュータ１０１からイネーブル信号ＥＮが入力されても、イネーブル制御回路２５が状態判別回路２４に対してリセット信号ＲＥＳＥＴを出力することはない。

【0046】

次に、ステップＳ７に示すように、状態判別回路２４はパワー半導体素子１１の温度状態を「予報温度状態」と判定し、従って、パワー半導体素子１１の状態を「状態２」（予報状態）と判定する。これにより、図３及び図５のステップＳ１７に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」から「Ｌ」に変化させる。この結果、図２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｌ」となる。その後、ステップＳ１に戻る。このように、予報温度状態においては、上述のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ７→Ｓ１７→Ｓ１の動作を繰り返す。パワー半導体素子１１の動作は継続される。

【0047】

（温度が異常温度値を超えた場合）
次に、温度ＴＳが異常温度値（検出）Ｔ２＿１を超えた場合の動作について説明する。
図３に示すように、時刻ｔ１２において、温度ＴＳが異常温度値（検出）Ｔ２＿１を超えたとする。この場合、異常温度信号ＴＥの値は「Ｈ」となるため、図５のステップＳ１からステップＳ３に進み、イネーブル制御回路２５はイネーブル信号ＥＮの入力を無効とする。また、ステップＳ６に示すように、状態判別回路２４はパワー半導体素子１１の状態を「状態３」（異常温度状態）と判定する。

【0048】

そして、ステップＳ１６に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」のまま維持し、ステップＳ２２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｈ」から「Ｌ」に変化させる。このとき、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｌ」にラッチ（保持）され、ラッチがリセット信号ＲＥＳＥＴにより解除されるまでは、「Ｌ」のままである。この結果、図２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｌ」にラッチされ、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｈ」となる。次に、ステップＳ２４に示すように、状態判別回路２４は出力停止信号ＳＤの値を「Ｈ」とし、ゲート駆動回路２１を停止させる。この状態もラッチされる。

【0049】

これにより、ドライバ入力信号ＶＩＮが入力されても、制御信号ＶＯＵＴの値は「Ｌ」に維持され、パワー半導体素子１１の駆動が停止する。この結果、モータ１０２に電力が供給されなくなり、モータ１０２も停止する。その後、ステップＳ１に戻る。このように、「状態３」（異常温度状態）においては、上述のステップＳ１→Ｓ３→Ｓ６→Ｓ１６→Ｓ２２→Ｓ２４→Ｓ１の動作を繰り返す。パワー半導体素子１１の動作は停止した状態で固定される。

【0050】

（温度が異常温度値未満まで低下した場合）
パワー半導体素子１１が停止すると、パワー半導体素子１１がそれ以上加熱されなくなり、温度ＴＳが低下する。時刻ｔ１３において温度ＴＳが異常温度値（解除）Ｔ２＿２未満になると、異常温度信号ＴＥの値が「Ｈ」から「Ｌ」に変化するため、ステップＳ１からステップＳ２に進む。この時点では、温度ＴＳは未だ予報温度値（解除）Ｔ１＿２以上であるため、予報温度信号ＴＷの値は「Ｈ」のままであり、ステップＳ２からステップＳ４に進む。そして、上述の「予報温度状態」の動作、すなわち、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ７→Ｓ１７→Ｓ１の動作を繰り返す。これにより、ステップＳ１７において、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｈ」から「Ｌ」に切り替わるが、信号ＤＩＡＧ１の値はラッチされているため、「Ｌ」のままである。

【0051】

（温度が予報温度値未満まで低下した場合）
パワー半導体素子１１の温度が更に低下し、時刻ｔ１４において温度ＴＳが予報温度値（解除）Ｔ１＿２未満になると、予報温度信号ＴＷの値が「Ｌ」に切り替わる。これにより、図５のステップＳ２からステップＳ５に進み、イネーブル制御回路２５がイネーブル信号ＥＮの入力を有効にする。

【0052】

その後、時刻ｔ１５にマイクロコンピュータ１０１からイネーブル信号ＥＮがイネーブル制御回路２５に入力されるものとする。これにより、ステップＳ８からステップＳ１４に進み、初期化する。すなわち、ステップＳ１８に示すように、イネーブル制御回路２５がリセット信号ＲＥＳＥＴを状態判別回路２４に対して出力し、ラッチを解除する。これにより、ステップＳ２３に示すように、状態判別回路２４が信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｈ」に戻し、ステップＳ２５に示すように、出力停止信号ＳＤの値を「Ｌ」にして、ゲート駆動回路２１の出力停止を解除する。

【0053】

その後、マイクロコンピュータ１０１がイネーブル信号ＥＮの出力を停止すると、ステップＳ８からステップＳ９→Ｓ１０→Ｓ１３に進み、「状態１」（正常状態）と判定し、ステップＳ２１において、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」に戻す。そして、上述のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１３→Ｓ２１→Ｓ１の動作を繰り返す。

【0054】

信号ＤＩＡＧ１の値及び信号ＤＩＡＧ２の値がいずれも「Ｈ」になることにより、マイクロコンピュータ１０１が「状態１」（正常状態）となったことを認識する。そして、時刻ｔ１６において、ドライバ入力信号ＶＩＮの出力を開始する。この結果、パワー半導体素子１１が動作を再開する。

【0055】

なお、一旦「状態３」（異常温度状態）となった後、どのようなタイミングでイネーブル信号ＥＮ及びドライバ入力信号ＶＩＮを出力するかは、マイクロコンピュータ１０１が判断する。図３に示す例では、温度ＴＳが予報温度値（解除）Ｔ１＿２まで低下した時刻ｔ１４よりも後に、イネーブル信号ＥＮを出力したが、温度ＴＳが予報温度値（解除）Ｔ１＿２よりも高い時期、すなわち、時刻ｔ１４よりも前にイネーブル信号ＥＮを出力してもよい。但し、この場合も、温度ＴＳが予報温度値（解除）Ｔ１＿２未満まで下がり、イネーブル制御回路２５がイネーブル信号ＥＮの入力を有効にした後でないと、初期化は実行されず、ゲート駆動回路２１は出力を再開しない。

【0056】

（電流が予報電流値を超えた場合）
次に、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１を超えた場合の動作について説明する。
図４及び図２に示すように、初期状態においては、パワー半導体素子１１は「状態１」（正常状態）であるとする。

【0057】

時刻ｔ２１において、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１を超えたとする。この場合、予報電流信号ＣＷの値が「Ｈ」となる。これにより、図５のステップＳ１０からステップＳ１２に進み、状態判別回路２４は、パワー半導体素子１１が「予報電流状態」、すなわち、「状態２」（予報状態）であると判定し、ステップＳ１５に示すように、ワンパルスを発生させた上で、ステップＳ２０に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｌ」とする。信号ＤＩＡＧ２の値はワンパルスの間、「Ｌ」に固定される。この結果、図２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｌ」となる。

【0058】

なお、マイクロコンピュータ１０１がドライバ入力信号ＶＩＮの値を「Ｌ」とすると、電流ＣＳがゼロになり、予報電流信号ＣＷの値は「Ｌ」に戻る。このため、ドライバ入力信号ＶＩＮによっては、予報電流信号ＣＷの値が「Ｈ」である期間が極めて短くなる場合がある。一方、信号ＤＩＡＧ２の値はワンパルス期間を通じて「Ｌ」を維持し、時刻ｔ２２において「Ｈ」に戻る。これにより、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１を超えている時間が短かったとしても、信号ＤＩＡＧ２の値は少なくともワンパルス期間を通じて「Ｌ」に維持されるため、マイクロコンピュータ１０１が「状態２」となったことを確実に読み取ることができる。この目的のためには、ワンパルスは例えば１００μｓｅｃ以上であることが好ましい。そして、電流ＣＳが再び予報電流値Ｃ１を超えると、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｌ」なる。このように、ドライバ入力信号ＶＩＮが断続的に変化すると、状態判別回路２４の判定は「状態１」と「状態２」を往復するが、パワー半導体素子１１の動作は継続される。

【0059】

（電流が異常電流値を超えた場合）
次に、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２を超えた場合の動作について説明する。
時刻ｔ２３において、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１を超えており、信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｌ」であるとする。その後、時刻ｔ２４において、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２を超えたとする。これにより、異常電流信号ＣＥの値は「Ｈ」となる。この場合、図５のステップＳ９からステップＳ１１に進み、状態判別回路２４は、パワー半導体素子１１が「状態４」（異常電流状態）であると判定する。

【0060】

そして、ステップＳ１９に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｌ」にラッチする。次に、ステップＳ２２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｌ」にラッチする。この結果、図２に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｌ」にラッチされ、信号ＤＩＡＧ２の値も「Ｌ」にラッチされる。次に、ステップＳ２４に示すように、状態判別回路２４が出力停止信号ＳＤの値を「Ｈ」でラッチし、ゲート駆動回路２１を停止させる。これにより、パワー半導体素子１１が停止し、モータ１０２も停止する。その後、ステップＳ１に戻る。

【0061】

このとき、パワー半導体素子１１が停止するため、電流ＣＳはゼロとなる。従って、異常電流信号ＣＥの値は「Ｌ」に戻るが、信号ＤＩＡＧ１の値及び信号ＤＩＡＧ２の値はラッチされているため、「Ｌ」のままである。従って、マイクロコンピュータ１０１からイネーブル信号ＥＮが入力されるまで、状態判別回路２４は「状態４」（異常電流温度状態）を維持し、パワー半導体素子１１を停止状態とする。

【0062】

（異常電流状態からの回復）
その後、マイクロコンピュータ１０１が所定の判断を行い、時刻ｔ２５において、イネーブル信号ＥＮを「Ｈ」とする。これにより、ステップＳ８からステップＳ１４に進み、「初期化」を行うと判断し、ステップＳ１８に示すように、イネーブル制御回路２５がリセット信号ＲＥＳＥＴの値を「Ｈ」としてラッチを解除し、ステップＳ２３に示すように、状態判別回路２４が信号ＤＩＡＧ１の値を「Ｈ」とし、ステップＳ２５に示すように、状態判別回路２４が出力停止信号ＳＤの値を「Ｌ」とする。これにより、出力停止が解除され、ゲート駆動回路２１が制御信号ＶＯＵＴを出力可能な状態となる。

【0063】

このとき、電流ＣＳが正常、すなわち、予報電流値Ｃ１未満であれば、ステップＳ１０からステップＳ１２に進み、「状態１」（正常状態）と判定する。そして、時刻ｔ２６において、ドライバ入力信号ＶＩＮが入力されると、ゲート駆動回路２１が制御信号ＶＯＵＴを出力し、パワー半導体素子１１の動作を再開する。

【0064】

一方、例えば、モータ１０２が短絡して固着してしまった場合等においては、パワー半導体素子１１を再起動した途端に電流ＣＳは異常電流値Ｃ２を超える。この場合は、再び、上述のステップＳ９→Ｓ１１→Ｓ１９→Ｓ２２→Ｓ２４の動作を行い、「状態４」（異常電流温度状態）と判定してパワー半導体素子１１を停止させる。マイクロコンピュータ１０１は、例えば、「状態４」と判定された回数をカウントし、所定の回数を超えた場合は、短絡等の不具合が発生しているものと判断して、以後、パワー半導体素子１１を動作させない。

【0065】

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態においては、状態判別回路２４が、パワー半導体素子１１の状態が４つの状態のうちのいずれの状態であるかを、マイクロコンピュータ１０１等の外部制御機構に対して出力することができる。これにより、マイクロコンピュータ１０１は、パワー半導体素子１１が「正常状態」（状態１）であるか、異常状態（状態３及び状態４）であるかを識別するだけでなく、「予報状態」（状態２）であることを識別することができる。

【0066】

これにより、パワー半導体素子１１が異常状態となり停止を余儀なくされる前に、マイクロコンピュータ１０１が適切な予防処置をとることができる。例えば、パワー半導体素子１１が「予報状態」（状態２）である場合は、パワー半導体素子１１の出力を調節することにより、パワー半導体素子１１の温度又は電流が増大することを抑制することができる。この結果、異常状態になることを回避又は遅延させたり、パワー半導体素子１１が突然停止することによる影響を軽減することができる。

【0067】

また、本実施形態においては、異常状態が「異常温度状態」（状態３）であるか「異常電流状態」（状態４）であるかを識別することができる。これにより、マイクロコンピュータ１０１は、パワー半導体素子１１の再起動が必要か否か、及び、再起動の繰り返しが許容されるか否かを判断し、異常の内容に合わせた再起動処置をとることができる。

【0068】

例えば、パワー半導体素子１１が「異常温度状態」（状態３）である場合は、パワー半導体素子１１の温度が予報温度値（解除）Ｔ１＿２未満に低下するまで温度ＴＳを監視し続け、その間、パワー半導体素子１１を停止させておく。パワー半導体素子１１が「異常電流状態」（状態４）である場合は、一旦パワー半導体素子１１を停止させた後、直ちに再起動させる。そして、正常に動作するようであれば、そのまま駆動させ、繰り返し「異常電流状態」（状態４）になる場合には、パワー半導体素子１１の動作を停止させる。

【0069】

例えば、モータ１０２が自動車のワイパーを動かすモータである場合に、積雪や凍結によりワイパーが物理的に拘束されると、パワー半導体素子１１に負荷がかかり、異常温度状態となる場合がある。この場合、上述の如く、制御回路２０はパワー半導体素子１１を一旦停止させるが、停止させたままであると、フロントウインドウの透明度が低下し、自動車の運転が困難になる。このため、適当なタイミングでモータ１０２を駆動させ、ワイパーの作動を試みることが好ましい。

【0070】

一方、パワー半導体素子１１及びモータ１０２を含む回路が短絡している場合には、パワー半導体素子１１を再起動させても、その都度、大電流が流れるだけである。このような場合に、パワー半導体素子１１を何度も再起動させると、モータ電流が増加し、パワー半導体素子１１の寿命を縮めるだけでなく、発煙又は発火といった重大な状況を引き起こす可能性がある。このため、再起動は少ない回数に留め、ユーザーに修理の必要性を通知することが好ましい。

【0071】

このように、本実施形態によれば、状況に応じた処置が可能となり、パワーモジュール１を含むシステム全体に及ぼす影響を抑制しつつ、パワー半導体素子１１を保護することができる。このように、本実施形態によれば、異常の内容を判別可能な制御回路２０及びパワーモジュール１を実現することができる。

【0072】

更に、本実施形態においては、「状態３」（異常温度状態）においては、信号ＤＩＡＧ２の値をラッチせず、リアルタイムに温度を測定する。これにより、実際の状況を正確に検出することが可能となる。一方、「状態４」（異常電流状態）においては、信号ＤＩＡＧ２の値をラッチして、停止直前における電流ＣＳの情報を保持する。これは、パワー半導体素子１１を停止させると、電流ＣＳはゼロとなるため、リアルタイムに電流を測定すると「状態４」の判定を維持できないからである。

【0073】

更にまた、本実施形態においては、制御回路２０からマイクロコンピュータ１０１に対して、２ビットの信号により４つの状態が伝達される。このため、マイクロコンピュータ１０１が状態を認識するための所要時間を短くすることができ、高速な応答が可能となる。仮に、パルス幅を異ならせることにより情報を伝達するデジタル信号により、パワー半導体素子１１の状態を伝達しようとすると、マイクロコンピュータ１０１は所定の期間、このデジタル信号をサンプリングする必要があるため、複雑な受信手段を設ける必要があると共に、情報の読み取りに時間がかかる。これに対して、本実施形態によれば、値が「Ｈ」又は「Ｌ」の２値信号が２本の配線を介して伝達されるだけであるため、単純な手段で瞬時に情報を読み取ることができる。

【0074】

（第１の実施形態の変形例）
次に、第１の実施形態の変形例について説明する。
図６は、本変形例に係るパワーモジュールを示すブロック図である。

【0075】

図６に示すように、本変形例においては、１つのマイクロコンピュータ１０１に２つのパワーモジュール１ａ及び１ｂが接続されている。パワーモジュール１ａ及び１ｂの構成は、それぞれ、前述の第１の実施形態に係るパワーモジュール１の構成と同様である。すなわち、パワーモジュール１ａには、駆動素子部１０ａ及び制御回路２０ａが設けられており、パワーモジュール１ｂには、駆動素子部１０ｂ及び制御回路２０ｂが設けられている。駆動素子部１０ａ及び１０ｂは、例えば、１つのモータ１０２を駆動する。例えば、駆動素子部１０ａがモータ１０２を正回転させ、駆動素子部１０ｂがモータ１０２を逆回転させる。

【0076】

マイクロコンピュータ１０１には、２つの出力端子ＯＵＴ１及びＯＵＴ３と、３つの入力端子ＩＮ１、ＩＮ２、ＩＮ３が設けられている。出力端子ＯＵＴ１は制御回路２０ａに対してドライバ入力信号ＶＩＮを出力する。出力端子ＯＵＴ３は制御回路２０ｂに対してドライバ入力信号ＶＩＮを出力する。一方、制御回路２０ａの信号ＤＩＡＧ１、及び、制御回路２０ｂの信号ＤＩＡＧ１は、入力端子ＩＮ１に入力される。すなわち、各制御回路の信号ＤＩＡＧ１はマイクロコンピュータ１０１の共通の入力端子に入力される。制御回路２０ａの信号ＤＩＡＧ２は、入力端子ＩＮ２に入力される。制御回路２０ｂの信号ＤＩＡＧ２は、入力端子ＩＮ３に入力される。すなわち、各制御回路の信号ＤＩＡＧ２はマイクロコンピュータ１０１の相互に異なる入力端子に入力される。入力端子ＩＮ１〜ＩＮ３に接続される各配線と、マイクロコンピュータ１０１の電源電位との間には、それぞれ、抵抗Ｒ１〜Ｒ３が接続されている。

【0077】

次に、本変形例に係るパワーモジュールの動作について説明する。
図７は、本変形例におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。
図１に示すように、信号ＤＩＡＧ１はオープンドレイントランジスタＮ１のドレインに接続されているため、オープンドレイントランジスタＮ１がオン状態になると、信号ＤＩＡＧ１は接地電位となる。このため、図６に示すように、制御回路２０ａ及び２０ｂのうち、いずれか一方の信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｌ」になると、入力端子ＩＮ１の電位は「Ｌ」となる。図７に示すように、本変形例においては、マイクロコンピュータ１０１は、以下の規則に従って、パワー半導体素子１１の状態を判断する。

【0078】

「状態１」は、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｈ」であり、パワーモジュール１ａ及び１ｂのどちらについても、信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｈ」である場合である。この場合は、パワーモジュール１ａ及び１ｂはどちらも「正常状態」である。

【0079】

「状態２」は、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｈ」であり、パワーモジュール１ａ及び１ｂのうち少なくとも一方について、信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｌ」である場合である。この場合は、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｌ」としたパワーモジュールが、「予報状態」である。

【0080】

「状態３」は、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｌ」であり、パワーモジュール１ａ及び１ｂのどちらについても、信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｈ」である場合である。この場合は、パワーモジュール１ａ及び１ｂのうち、少なくとも一方について、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｌ」である。すなわち、少なくとも一方のパワーモジュールが「異常温度状態」であり、動作を停止している。

【0081】

「状態４」は、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｌ」であり、パワーモジュール１ａ及び１ｂのうち少なくとも一方について、信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｌ」である場合である。この場合は、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｌ」としたパワーモジュールが、「異常電流状態」であり、動作を停止している。

【0082】

次に、本変形例の効果について説明する。
本変形例によれば、信号ＤＩＡＧ１の入力端子を共通化することにより、信号ＤＩＡＧ１の入力端子をパワーモジュール毎に設ける場合と比較して、配線数を低減することができる。これにより、ポート数が少ないマイクロコンピュータを選択することが可能となり、コストを低減できると共に、配線が単純化されるため、メンテナンス性が向上する。
本変形例における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

【0083】

なお、本変形例においては、１つのマイクロコンピュータ１０１に２つのパワーモジュール１ａ及び１ｂを接続する例を示したが、これには限定されず、３つ以上のパワーモジュールを接続してもよい。この場合、例えば、信号ＤＩＡＧ１は共通の入力端子に入力させ、信号ＤＩＡＧ２は相互に異なる入力端子に入力させる。これにより、１つのマイクロコンピュータ１０１に接続するパワーモジュールの数をＮ個（Ｎは１以上の整数）とすると、信号ＤＩＡＧ１用の配線は１本、信号ＤＩＡＧ２用の配線はＮ本となり、状態伝達用の配線は、合計（Ｎ＋１）本とすることができる。但し、構成によっては、信号ＤＩＡＧ２も共通化が可能であり、その場合は、配線数はより少なくなる。

【0084】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。
図８は、本実施形態に係るパワーモジュールを示すブロック図である。

【0085】

図８に示すように、本実施形態に係るパワーモジュール２は、マイクロコンピュータ等の外部制御機器に接続されていない。また、パワーモジュール２には、前述の第１の実施形態に係るパワーモジュール１の構成に加えて、ＡＮＤゲート回路３１及びパルス発生手段３２が設けられている。パルス発生手段３２は、例えば、マルチバイブレータである。

【0086】

ＡＮＤゲート回路３１は、外部から入力信号ＶＳＷが入力されると共に、状態判別回路２４から信号ＤＩＡＧ２が入力され、入力信号ＶＳＷ及び信号ＤＩＡＧ２の論理積をドライバ入力信号ＶＩＮとして出力する。すなわち、ドライバ入力信号ＶＩＮの値は、入力信号ＶＳＷの値と信号ＤＩＡＧ２の値の双方が「Ｈ」であれば「Ｈ」であり、それ以外の場合は「Ｌ」である。

【0087】

パルス発生手段３２は、信号ＤＩＡＧ１が入力され、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｌ」であるときに、イネーブル制御回路２５に対して、イネーブル信号ＥＮとしてパルス信号を出力する。信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｈ」であるときは、パルス信号を出力せず、イネーブル信号ＥＮの値を「Ｌ」に維持する。

【0088】

次に、本実施形態に係るパワーモジュールの動作について説明する。
図９は、本実施形態におけるパワー半導体素子の状態を示す図である。
図１０は、本実施形態に係るパワーモジュールの動作を示すタイミングチャートである。
本実施形態における状態判別回路及びイネーブル制御回路の動作を示すフローチャートは、図５と同様である。

【0089】

（初期状態）
本実施形態において、初期状態は第１の実施形態と同様であり、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」であり、信号ＤＩＡＧ２の値は「Ｈ」であり、出力停止信号ＳＤの値は「Ｌ」であり、イネーブル信号ＥＮの値は「Ｌ」である。以下、図８〜図１０、図５を参照して説明する。

【0090】

（正常動作時）
ＡＮＤゲート回路３１には、値が「Ｈ」である信号ＤＩＡＧ２が入力される。また、ＡＮＤゲート回路３１には外部から入力信号ＶＳＷが入力される。このため、ＡＮＤゲート回路３１は、入力信号ＶＳＷと同じ値のドライバ入力信号ＶＩＮをゲート駆動回路２１に対して出力する。これにより、パワー半導体素子１１が駆動され、モータ１０２が駆動される。このとき、信号ＤＩＡＧ１の値は「Ｈ」であるため、パルス発生手段３２はイネーブル信号ＥＮを出力しない。但し、イネーブル制御回路２５はイネーブル信号ＥＮの入力を有効としている。

【0091】

正常動作時における上記以外の動作は、第１の実施形態と同様である。すなわち、状態判別回路２４及びイネーブル制御回路２５は、図５のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１３→Ｓ２１→Ｓ１の動作を繰り返し、パワー半導体素子１１の状態を「状態１」と判定し、パワー半導体素子１１を継続して動作させる。

【0092】

（温度が予報温度値を超えた場合）
時刻ｔ３１において、温度ＴＳが予報温度値（検出）Ｔ１＿１を超えたとする。この場合、温度検出回路２２が予報温度信号ＴＷの値を「Ｈ」とし、状態判別回路２４が温度モニタ信号ＴＭの値を「Ｈ」とする。これにより、図５のステップＳ２からステップＳ４に進み、イネーブル制御回路２５はイネーブル信号ＥＮの入力を無効とする。

【0093】

また、ステップＳ７に示すように、状態判別回路２４はパワー半導体素子１１の状態を「予報温度状態」と判定し、従って、「状態２」（予報状態）と判定する。これにより、図９及び図５のステップＳ１７に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｌ」に変化させる。この結果、入力信号ＶＳＷの値に拘わらず、ドライバ入力信号ＶＩＮの値は「Ｌ」となり、パワー半導体素子１１が停止する。その後、ステップＳ１に戻る。このように、予報状態においては、前述の第１の実施形態と同様に、上述のステップＳ１→Ｓ２→Ｓ４→Ｓ７→Ｓ１７→Ｓ１の動作を繰り返すが、第１の実施形態とは異なり、パワー半導体素子１１は停止させる。本実施形態においては、温度ＴＳが予報温度値以上である期間は、パワー半導体素子１１を駆動しない。

【0094】

このように、温度ＴＳが予報温度値（検出）Ｔ１＿１に到達すると、パワー半導体素子１１が停止するため、温度ＴＳは低下し、通常は異常温度状態に至ることはない。なお、何らかの理由で温度ＴＳが異常温度値以上まで上昇した場合、及び、異常温度値未満まで低下した場合の動作は、第１の実施形態と同様である。

【0095】

（温度が予報温度値未満まで低下した場合）
時刻ｔ３２において温度ＴＳが予報温度値（解除）Ｔ１＿２未満になると、予報温度信号ＴＷの値及び温度モニタ信号ＴＭの値が「Ｌ」に戻る。これにより、ステップＳ２からステップＳ５に進み、イネーブル制御回路２５がイネーブル信号ＥＮの入力を有効にする。また、ステップＳ１３に示すように、状態判別回路２４が「状態１」（正常状態）と判定し、ステップＳ２１に示すように、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」とする。これにより、ＡＮＤゲート回路３１は、入力信号ＶＳＷと同じ値のドライバ入力信号ＶＩＮを、ゲート駆動回路２１に対して出力し、パワー半導体素子１１の駆動を再開させる。

【0096】

その後、パワー半導体素子１１の駆動に伴い、温度ＴＳが再び予報温度値（検出）Ｔ１＿１に到達すると、再び、「状態２」となる。図１０に示すように、時刻ｔ３２の後、温度ＴＳは予報温度値（解除）Ｔ１＿２と予報温度値（検出）Ｔ１＿１の間で往復し、「状態１」と「状態２」を繰り返す。このようにして、温度ＴＳを予報温度値（検出）Ｔ１＿１未満に抑えることができる。

【0097】

（電流が異常電流値を超えた場合）
次に、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２を超えた場合の動作について説明する。
例えば、短絡等の突発的な不具合により、時刻ｔ３３において、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２を超えたとする。この場合は、ステップＳ９からステップＳ１１を経てステップＳ１９に進み、信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｌ」にラッチされる。これにより、ドライバ入力信号ＶＩＮの値が「Ｌ」に固定され、パワー半導体素子１１は停止する。

【0098】

通常、パワー半導体素子１１に大電流が流れると、温度ＴＳは予報温度値Ｔ１＿１を超える。又は、温度ＴＳが予報温度値Ｔ１＿１未満であっても、ステップＳ２１において信号ＤＩＡＧ２の値が「Ｈ」になると、パワー半導体素子１１が動作を再開して大電流が流れ、動作を停止する。このようにして、パワー半導体素子１１に断続的に大電流が流れることにより、温度ＴＳが上昇して、予報温度値Ｔ１＿１を超える。従って、結局、温度モニタ信号ＴＭの値は「Ｈ」となる。

【0099】

その後、ステップＳ１９からステップＳ２２に進み、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｌ」にラッチされる。これにより、パルス発生手段３２がイネーブル信号ＥＮとしてパルス信号を出力する。しかしながら、温度モニタ信号ＴＭの値は「Ｈ」であるため、イネーブル制御回路２５はリセット信号ＲＥＳＥＴを出力しない。従って、パワー半導体素子１１は動作を再開しない。

【0100】

（回復動作）
その後、パワー半導体素子１１が冷却され、時刻ｔ３４において温度ＴＳが予報温度値（解除）Ｔ１＿２未満になると、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ１４と進み、初期化を行う。すなわち、ステップＳ１８に示すように、イネーブル制御回路２５がリセット信号ＲＥＳＥＴを出力することによりラッチが解除され、ステップＳ２３に示すように、信号ＤＩＡＧ１の値が「Ｈ」となり、パルス発生手段３２はイネーブル信号ＥＮを停止する。また、ステップＳ２５に示すように、状態判別回路２４が出力停止信号ＳＤを「Ｌ」とする。

【0101】

その後、ステップＳ１に戻り、ステップＳ２→Ｓ５→Ｓ８→Ｓ９に進み、電流ＣＳが異常電流値Ｃ２未満であると、ステップＳ１０に進み、電流ＣＳが予報電流値Ｃ１未満であると、ステップＳ１３に進み、「状態１」（正常状態）と判定した上で、ステップＳ２１に進み、信号ＤＩＡＧ２の値を「Ｈ」とする。これにより、ＡＮＤゲート回路３１がドライバ入力信号ＶＩＮの出力を再開し、パワー半導体素子１１の動作を再開させる。

【0102】

次に、本実施形態の効果について説明する。
本実施形態によれば、マイクロコンピュータ１０１等の外部制御機構がなくても、パワーモジュール２が「状態１」と「状態２」を繰り返すことにより、「状態３」（異常温度状態）を回避することができる。また、パワーモジュール２は「状態４」（異常電流状態）から自律的に再起動し、「状態１」（正常状態）に復帰することができる。これにより、マイクロコンピュータが設けられていない単純なアクチュエータ、例えば、自動車のパワーシートのように、運転者の操作をそのままモータに伝えるだけのアクチュエータにも、本実施形態を適用し、パワー半導体素子１１の状態を適切に管理することができる。
本実施形態における上記以外の構成、動作及び効果は、前述の第１の実施形態と同様である。

【0103】

なお、本実施形態においては、温度モニタ信号ＴＭの値を予報温度信号ＴＷの値と一致させたが、これには限定されない。本実施形態においては、信号ＤＩＡＧ２とＡＮＤゲート回路３１によりドライバ入力信号ＶＩＮを制御しているため、温度モニタ信号ＴＭの替わりに、予報電流信号ＣＷ、又は、異常電流信号ＣＥを用いてもよく、実用上の要求に応じて適宜選択することができる。

【0104】

また、本実施形態においては、ＡＮＤゲート回路３１及びパルス発生手段３２を制御回路２０の外部に設けているが、制御回路２０内に設けてもよい。この場合も、同様な効果を得ることができる。更に、図１及び図９に示す例では、モータ１０２が駆動素子部１０と接地電位（ＧＮＤ）との間に接続されている例を示したが、モータ１０２は駆動素子部１０と電源電位との間に接続されていてもよい。また、駆動対象となる負荷はモータ１０２には限定されず、例えば、ソレノイドであってもよい。更に、駆動素子部１０とモータ１０２との間に、チャージポンプ回路を設けてもよい。

【0105】

以上説明した実施形態によれば、異常の内容を判別可能な制御回路及びパワーモジュールを実現することができる。

【0106】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0107】

１、１ａ、１ｂ、２：パワーモジュール
１０、１０ａ、１０ｂ：駆動素子部
１１：パワー半導体素子
１１ａ：ゲート線
１１ｂ：電流検出線
１２：ダイオード
１２ａ：温度検出線
２０、２０ａ、２０ｂ：制御回路
２１：ゲート駆動回路
２２：温度検出回路
２３：電流検出回路
２４：状態判別回路
２５：イネーブル制御回路
３１：ＡＮＤゲート回路
３２：パルス発生手段
１０１：マイクロコンピュータ
１０２：モータ
Ｃ１：予報電流値
Ｃ２：異常電流値
ＣＥ：異常電流信号
ＣＳ：電流
ＣＷ：予報電流信号
ＤＩＡＧ１、ＤＩＡＧ２：信号
ＥＮ：イネーブル信号
ＩＮ１〜ＩＮ３：入力端子
Ｎ１、Ｎ２：オープンドレイントランジスタ
ＯＵＴ１、ＯＵＴ２、ＯＵＴ３：出力端子
Ｒ１〜Ｒ３：抵抗
ＲＥＳＥＴ：リセット信号
ＳＤ：出力停止信号
Ｔ１：予報温度値
Ｔ１＿１：予報温度値（検出）
Ｔ１＿２：予報温度値（解除）
Ｔ２：異常温度値
Ｔ２＿１：異常温度値（検出）
Ｔ２＿２：異常温度値（解除）
ＴＥ：異常温度信号
ＴＭ：温度モニタ信号
ＴＳ：温度
ＴＷ：予報温度信号
ＶＩＮ：ドライバ入力信号
ＶＯＵＴ：制御信号
ＶＳＷ：入力信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】