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特開2024-141665パワートランジスタの電流推定回路及びパワートランジスタの電流推定方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024141665
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】パワートランジスタの電流推定回路及びパワートランジスタの電流推定方法
(51)【国際特許分類】
H02M 1/00 20070101AFI20241003BHJP
G01R 19/32 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H02M1/00 H
G01R19/32
【審査請求】未請求
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023053445
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(71)【出願人】
【識別番号】000003207
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】520124752
【氏名又は名称】株式会社ミライズテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】110000567
【氏名又は名称】弁理士法人サトー
(72)【発明者】
【氏名】秋山 博則
【テーマコード（参考）】
2G035
5H740
【Ｆターム（参考）】
2G035AA03
2G035AB01
2G035AC02
2G035AD03
2G035AD20
2G035AD28
2G035AD54
5H740BA11
5H740BA12
5H740BC01
5H740BC02
5H740JA01
5H740JB01
5H740KK01
5H740MM02
5H740MM08
5H740MM11
(57)【要約】 （修正有）
【課題】閾値電圧Ｖｔｈが変動しても導通端子間電流を正しく推定するパワートランジスタの電流推定回路及び方法を提供する。
【解決手段】電流推定回路７において、電圧検出部３は、ＦＥＴ１がオンしている期間中にドレイン、ソース間にかかる端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎを検出し、温度検出部４は、ＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを検出する。記憶部６には、複数のゲート駆動電圧に対する端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ、電流Ｉｄ、ＦＥＴの接合温度Ｔｊ及びＦＥＴの閾値電圧の変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔの関係を示すデータを記憶する。電流推定部５は、ゲート駆動部が複数のゲート駆動電圧でＦＥＴのゲートを駆動した際に検出される端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎと接合温度Ｔｊとに応じて、記憶部に記憶されている各ゲート駆動電圧に対応する変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔに依存したドレイン電流を推定し、それらに統計的処理を行うことで得られる最適値を最終的に推定した電流とする。
【選択図】図１
【解決手段】電流推定回路７において、電圧検出部３は、ＦＥＴ１がオンしている期間中にドレイン、ソース間にかかる端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎを検出し、温度検出部４は、ＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを検出する。記憶部６には、複数のゲート駆動電圧に対する端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ、電流Ｉｄ、ＦＥＴの接合温度Ｔｊ及びＦＥＴの閾値電圧の変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔの関係を示すデータを記憶する。電流推定部５は、ゲート駆動部が複数のゲート駆動電圧でＦＥＴのゲートを駆動した際に検出される端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎと接合温度Ｔｊとに応じて、記憶部に記憶されている各ゲート駆動電圧に対応する変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔに依存したドレイン電流を推定し、それらに統計的処理を行うことで得られる最適値を最終的に推定した電流とする。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パワートランジスタ（１）のゲートを駆動する電圧が変更可能であるゲート駆動部（２）と、
前記パワートランジスタがオンしている期間中に、導通端子間にかかる端子間電圧を検出する電圧検出部（３）と、
この電圧検出部が電圧を検出するタイミングと同じタイミングで、前記パワートランジスタの温度を検出する温度検出部（４）と、
予め取得された、複数のゲート駆動電圧に対する前記端子間電圧、前記導通端子間に流れる電流、及び前記パワートランジスタの閾値電圧の変動量の関係を示すデータが記憶されている記憶部（６、２３）と、
前記電圧検出部により検出される端子間電圧と、前記温度検出部により検出される温度と、前記記憶部に記憶されているデータとを用いて、前記導通端子間に流れる電流を推定する電流推定部（５、２２）と、を備え、
前記電流推定部は、前記ゲート駆動部が前記複数のゲート駆動電圧で前記ゲートを駆動した際に、前記電圧検出部により検出される端子間電圧と、前記温度検出部により検出される温度とに応じて、各ゲート駆動電圧に対応する前記変動量に依存した前記電流を推定し、
複数のゲート駆動電圧毎に推定した各電流に対し、統計的処理を行うことで得られる最適値を、最終的に推定した電流とするパワートランジスタの電流推定回路。
前記パワートランジスタがオンしている期間中に、導通端子間にかかる端子間電圧を検出する電圧検出部（３）と、
この電圧検出部が電圧を検出するタイミングと同じタイミングで、前記パワートランジスタの温度を検出する温度検出部（４）と、
予め取得された、複数のゲート駆動電圧に対する前記端子間電圧、前記導通端子間に流れる電流、及び前記パワートランジスタの閾値電圧の変動量の関係を示すデータが記憶されている記憶部（６、２３）と、
前記電圧検出部により検出される端子間電圧と、前記温度検出部により検出される温度と、前記記憶部に記憶されているデータとを用いて、前記導通端子間に流れる電流を推定する電流推定部（５、２２）と、を備え、
前記電流推定部は、前記ゲート駆動部が前記複数のゲート駆動電圧で前記ゲートを駆動した際に、前記電圧検出部により検出される端子間電圧と、前記温度検出部により検出される温度とに応じて、各ゲート駆動電圧に対応する前記変動量に依存した前記電流を推定し、
複数のゲート駆動電圧毎に推定した各電流に対し、統計的処理を行うことで得られる最適値を、最終的に推定した電流とするパワートランジスタの電流推定回路。
【請求項2】
前記記憶部に記憶されるデータは、前記複数のゲート駆動電圧に応じたオン抵抗、前記パワートランジスタの接合温度、及び前記変動量についての特性であり、
前記電流推定部は、前記電圧検出部により検出される端子間電圧と、前記温度検出部により検出される温度と、前記記憶部に記憶されたデータとを用いて前記電流を推定する請求項１記載のパワートランジスタの電流推定回路。
前記電流推定部は、前記電圧検出部により検出される端子間電圧と、前記温度検出部により検出される温度と、前記記憶部に記憶されたデータとを用いて前記電流を推定する請求項１記載のパワートランジスタの電流推定回路。
【請求項3】
前記記憶部に記憶されるデータは、各接合温度毎に、基準とする複数のゲート駆動電圧のそれぞれから、前記変動量を含む値を加算又は減算したゲート駆動電圧によって、前記パワートランジスタを動作させた際に取得されたデータである請求項２記載のパワートランジスタの電流推定回路。
【請求項4】
前記電流推定部（２２）は、所定の推定タイミングで推定した変動量を前記記憶部（２３）に記憶させ、
次回の推定タイミングで推定した変動量を前記記憶部に記憶させるまでは、前記ゲート駆動部に一定の電圧で前記ゲートを駆動させ、
前記記憶部より、前記一定の電圧についての変動量に対応するオン抵抗、接合温度データを読み出し、読み出したデータより前記電流を推定する請求項２記載のパワートランジスタの電流推定回路。
次回の推定タイミングで推定した変動量を前記記憶部に記憶させるまでは、前記ゲート駆動部に一定の電圧で前記ゲートを駆動させ、
前記記憶部より、前記一定の電圧についての変動量に対応するオン抵抗、接合温度データを読み出し、読み出したデータより前記電流を推定する請求項２記載のパワートランジスタの電流推定回路。
【請求項5】
前記複数のゲート駆動電圧は、オン抵抗の温度依存性が、前記パワートランジスタの定格温度、定格電流内において常に正となる範囲内で決定する請求項１から４の何れか一項に記載のパワートランジスタの電流推定回路。
【請求項6】
複数のゲート駆動電圧に対するパワートランジスタの端子間電圧、前記パワートランジスタの導通端子間に流れる電流、及び前記パワートランジスタの閾値電圧の変動量の関係を示すデータを予め取得して記憶しておき、
前記複数のゲート駆動電圧で前記パワートランジスを駆動した際に、導通端子間にかかる端子間電圧と、前記パワートランジスタの温度とを検出し、
検出した端子間電圧と、検出した温度と、予め記憶したデータとを用いて、前記電流を推定する際に、複数のゲート駆動電圧毎に推定した各電流に対し、統計的処理を行うことで得られる最適値を、最終的に推定した電流とするパワートランジスタの電流推定方法。
前記複数のゲート駆動電圧で前記パワートランジスを駆動した際に、導通端子間にかかる端子間電圧と、前記パワートランジスタの温度とを検出し、
検出した端子間電圧と、検出した温度と、予め記憶したデータとを用いて、前記電流を推定する際に、複数のゲート駆動電圧毎に推定した各電流に対し、統計的処理を行うことで得られる最適値を、最終的に推定した電流とするパワートランジスタの電流推定方法。
【請求項7】
予め記憶するデータは、前記複数のゲート駆動電圧に応じたオン抵抗、前記パワートランジスタの接合温度、及び前記変動量についての特性であり、
検出した端子間電圧及び温度と、予め記憶したデータとを用いて前記電流を推定する請求項６記載のパワートランジスタの電流推定方法。
検出した端子間電圧及び温度と、予め記憶したデータとを用いて前記電流を推定する請求項６記載のパワートランジスタの電流推定方法。
【請求項8】
前記記憶するデータは、各接合温度毎に、基準とする複数のゲート駆動電圧のそれぞれから、前記変動量を含む値を加算又は減算したゲート駆動電圧によって、前記パワートランジスタを動作させた際に取得されたデータである請求項７記載のパワートランジスタの電流推定方法。
【請求項9】
所定の推定タイミングで推定した変動量を記憶し、
次回の推定タイミングで推定した変動量を新たに記憶するまでは、一定の電圧で前記パワートランジスタを駆動させ、
前記一定の電圧について記憶した変動量に対応するオン抵抗、接合温度データを読み出し、読み出したデータより前記電流を推定する請求項７記載のパワートランジスタの電流推定方法。
次回の推定タイミングで推定した変動量を新たに記憶するまでは、一定の電圧で前記パワートランジスタを駆動させ、
前記一定の電圧について記憶した変動量に対応するオン抵抗、接合温度データを読み出し、読み出したデータより前記電流を推定する請求項７記載のパワートランジスタの電流推定方法。
【請求項10】
前記複数のゲート駆動電圧は、オン抵抗の温度依存性が、前記パワートランジスタの定格温度、定格電流内において常に正となる範囲内で決定する請求項６から９の何れか一項に記載のパワートランジスタの電流推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、パワートランジスタの導通端子間に流れる電流を推定する回路及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
インバータ等で用いられるパワートランジスタについては、許容電流を超える過電流が流れたこと検知するため、通電電流を監視する過電流検出回路が設けられる。検出する電流が所定の値に達した場合は、インバータの出力に制限をかけることでパワートランジスタを含むシステムの保護が図れる。この電流検出の精度を高めれば、パワートランジスタの電流容量設計に対する要求マージンを小さくできるため、コストの低減等が図れる。
また、近年では通電電流を検知し、検出値に合わせてパワートランジスタの駆動速度を変更する制御することで、パワートランジスタのスイッチング損失や発生するノイズを低減する技術も数多く報告されている。そのような用途においても、電流検出を高精度化するほど、損失やノイズの低減が可能になる。
また、近年では通電電流を検知し、検出値に合わせてパワートランジスタの駆動速度を変更する制御することで、パワートランジスタのスイッチング損失や発生するノイズを低減する技術も数多く報告されている。そのような用途においても、電流検出を高精度化するほど、損失やノイズの低減が可能になる。
【0003】
パワーデバイスに流れるドレイン電流Ｉｄを検出する技術として、予め計測したパワーデバイスのオン抵抗Ｒｏｎの温度依存性データを相関情報としてメモリに保持し、動作中に温度とパワーデバイスのオン期間中のオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎを検出し、相関情報と２つの検出値を用いてＩｄを推定する方法が提案されている。
【0004】
ここで、高耐圧縦型パワーデバイスのオン抵抗Ｒｏｎは（１）式に示す４つの抵抗要素からなり、このうち、チャネル抵抗Ｒｃｈとドリフト抵抗Ｒｄとが大部分を占めている。
Ｒｏｎ≒Ｒｃｈ＋Ｒｄ＋Ｒｓｕｂ＋ Ｒｐａｃｋａｇｅ …（１）
Ｒｓｕｂ：サブストレート抵抗、Ｒｐａｃｋａｇｅ：実装部品の抵抗
チャネル抵抗Ｒｃｈ、ドリフト抵抗Ｒｄは、それぞれ式（２）、式（３）で表現される。
Ｒｏｎ≒Ｒｃｈ＋Ｒｄ＋Ｒｓｕｂ＋ Ｒｐａｃｋａｇｅ …（１）
Ｒｓｕｂ：サブストレート抵抗、Ｒｐａｃｋａｇｅ：実装部品の抵抗
チャネル抵抗Ｒｃｈ、ドリフト抵抗Ｒｄは、それぞれ式（２）、式（３）で表現される。
【0005】
【数1】
【0006】
ここで、デバイスの構造にもよるが、一般的には閾値電圧Ｖｔｈとチャンネルでの電子移動度μｎ＿ｃｈは共に負の温度特性を有し、実用範囲として例えば２０Ｖのゲート駆動電圧Ｖｇｓでは、閾値電圧Ｖｔｈよりも電子移動度μｎ＿ｃｈの温度特性の方が影響が大きくなる。したがって、チャネル抵抗Ｒｃｈは正の温度特性を持つ。一方、ドリフト層での電子移動度μｎ＿ｄも負の温度特性を持つため、ドリフト抵抗Ｒｄも正の温度特性を持つ。以上から、従来技術では、オン抵抗Ｒｏｎが温度依存性を持つことに着目し、オン抵抗Ｒｏｎのデータとオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ及び接合温度Ｔｊの検出値とを用いてドレイン電流Ｉｄを推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特許第５４４８７０６号公報
【特許文献2】特開２０１９－１９２９５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
例えば、パワーデバイスとして近年実用化が進んでいるＳｉＣ（シリコンカーバイド）ＭＯＳＦＥＴは、ゲート酸化膜界面の電荷のトラップ現象によって、使用中に閾値電圧Ｖｔｈが変動するという問題がある。この変動を原因として、式（２）に従いチャネル抵抗Ｒｃｈが変動すると、オン抵抗Ｒｏｎの温度特性も変動する。この変動を考慮すると、従来技術のように単にオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ及び接合温度Ｔｊを検出するだけでは、電流Ｉｄを正しく推定することは困難である。
【0009】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、閾値電圧Ｖｔｈが変動しても、導通端子間電流を正しく推定できるパワートランジスタの電流推定回路及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
請求項１記載のパワートランジスタの電流推定回路によれば、電圧検出部（３）は、パワートランジスタ（１）がオンしている期間中に導通端子間にかかる端子間電圧を検出し、温度検出部（４）は、電圧検出部が電圧を検出するタイミングと同じタイミングで、パワートランジスタの温度を検出する。尚、パワートランジスタとは、比較的大きな電力に対してスイッチングを行うためのトランジスタであり、例えばパワーＭＯＳＦＥＴやＳｉＣ＿ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の総称である。記憶部（６，２３）には、予め取得された、複数のゲート駆動電圧に対する端子間電圧、パワートランジスタの接合温度、及びパワートランジスタの閾値電圧の変動量の関係を示すデータが記憶されている。
【0011】
電流推定部（５，２２）は、ゲート駆動部が複数のゲート駆動電圧でパワートランジスタのゲートを駆動した際に、電圧検出部により検出される端子間電圧と、温度検出部により検出される温度とに応じて、記憶部に記憶されている、各ゲート駆動電圧に対応する変動量に依存した電流を推定し、複数のゲート駆動電圧毎に推定した各電流に対し、統計的処理を行うことで得られる最適値を最終的に推定した電流とする。ここで、単に「電流」と称するものは、パワートランジスタの導通端子間に流れる電流である。
【0012】
このように構成すれば、複数のゲート駆動電圧でパワートランジスタのゲートを駆動した際に、各ゲート駆動電圧について得られる端子電圧及び温度に対応する、パワートランジスタの閾値電圧の変動量を示すデータを記憶部より取得できる。閾値電圧の変動は、導通端子間に流れる電流の変動に影響を与えるので、各ゲート駆動電圧について得られる閾値電圧の変動量に応じた電流のデータ群が得られる。各データ群の内で、互いに最も近い値となるデータを選択することで電流を推定し、それらに対し統計的処理を行うことで得られる最適値を最終的な推定結果の電流とする。したがって、パワートランジスタを使用している間に閾値電圧が変動しても、電流を高い精度で推定できる。
【0013】
請求項２記載のパワートランジスタの電流推定回路によれば、記憶部に記憶されるデータは、複数のゲート駆動電圧に応じたオン抵抗、接合温度、及び前記変動量についての特性であり、電流推定部は、検出された導通端子間電圧及び温度と記憶部に記憶されたデータとを用いて電流を推定する。閾値電圧の変動は、オン抵抗の変動に影響を与えることにより接合温度の変動に影響を与えるので、各ゲート駆動電圧について得られる温度に対して、閾値電圧の変動量に応じた電流を推定できる。そして、記憶部に記憶させるデータのパラメータを１つ減らすことができる。
【0014】
請求項３記載のパワートランジスタの電流推定回路によれば、記憶部に記憶されるオン抵抗のデータは、各接合温度毎に、基準とする複数のゲート駆動電圧のそれぞれから、前記変動量を含む値を加算又は減算したゲート駆動電圧によって、パワートランジスタを動作させた際に取得されたデータとする。これにより、市場で使用される前で特性の劣化がない状態のパワートランジスタについて予め取得したデータに基づいて、電流を高い精度で推定できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】第１実施形態において、電流推定回路の構成を示す機能ブロック図
【図2】電圧検出部の構成を示す回路図
【図3】差動アンプの各入力端子に印加される電圧を示す波形図
【図4】メイン処理を示すフローチャート
【図5】Ｉｄ，Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔ検出処理を示すフローチャート
【図6】記憶部に記憶されるＶｇｓ＝２０Ｖにおける３次元データマップのイメージ図
【図7】同Ｖｇｓ＝１８Ｖにおける３次元データマップのイメージ図
【図8】Ｖｇｓ＝２０Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃であった場合のＲｏｎ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータを示す図
【図9】Ｖｇｓ＝１８Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃であった場合のＲｏｎ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータを示す図
【図10】Ｖｇｓ＝２０Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃であった場合のＩｄ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータを示す図
【図11】Ｖｇｓ＝１８Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃であった場合のＩｄ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータを示す図
【図12】ステップＳ１９に対応する処理イメージを示す図
【図15】ステップＳ１３で作成したデータテーブルを示す図
【図16】ステップＳ１７で作成したデータテーブルを示す図
【図17】ステップＳ１４で作成したデータテーブルを示す図
【図18】ステップＳ１８で作成したデータテーブルを示す図
【図19】ステップＳ１９の処理を説明する図
【図20】ゲート駆動電圧Ｖｇｓの基準を５種類に設定した場合のデータテーブルを示す図
【図21】５種類の基準ゲート駆動電圧Ｖｇｓに対するオン抵抗Ｒｏｎを、接合温度Ｔｊ＝－５０℃～２００℃の範囲を１０℃刻みで示す図
【図23】第２実施形態において、電流推定回路の構成を示す機能ブロック図
【図24】メイン処理を示すフローチャート
【図25】Ｉｄ検出処理を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【0016】
（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の電流推定回路は、パワートランジスタである例えばＳｉＣ（シリコンカーバイド）＿ＭＯＳＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを推定する。ＦＥＴ１のゲートを駆動するゲート駆動部２には、図示しないＰＷＭ信号生成部により生成されたＰＷＭ信号と、Ｖｇｓ指令とが入力されている。ゲート駆動部２は、入力されるＶｇｓ指令に応じて、ＦＥＴ１のゲートに印加する電圧を変更可能に構成されている。
図１に示すように、本実施形態の電流推定回路は、パワートランジスタである例えばＳｉＣ（シリコンカーバイド）＿ＭＯＳＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを推定する。ＦＥＴ１のゲートを駆動するゲート駆動部２には、図示しないＰＷＭ信号生成部により生成されたＰＷＭ信号と、Ｖｇｓ指令とが入力されている。ゲート駆動部２は、入力されるＶｇｓ指令に応じて、ＦＥＴ１のゲートに印加する電圧を変更可能に構成されている。
【0017】
ＦＥＴ１の導通端子であるドレイン、ソースは、電圧検出部３の各入力端子に接続されている。温度検出部４は、ＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを検出する。電圧検出部３は、ＦＥＴ１のオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎを検出し、これらのオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ及び接合温度Ｔｊは、電流推定部５に入力されている。
【0018】
図２は、電圧検出部３の具体構成例である。差動アンプ１１の入力端子ＩＮＰ，ＩＮＭは、それぞれダイオード１２Ｐ、１２Ｍを介してＦＥＴ１のドレイン、ソースに接続されている。また、電源ＶＣＣと入力端子ＩＮＰ，ＩＮＭとの間には、それぞれ電流源１３Ｐ、１３Ｍが接続されている。これにより、入力端子ＩＮＰ，ＩＮＭに高い電圧が印加されることを防ぎつつ、図３に示すように、差動アンプ１１によりオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎを検出することができる。
【0019】
電流推定部５は、入力されたオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ及び接合温度Ｔｊと、不揮発性メモリである記憶部６に記憶されたＲｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータとに基づいてＦＥＴ１のドレイン電流Ｉｄを推定する。記憶部６には、以下のようにして予め取得されたＲｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータが記憶されている。
【0020】
式（１）に式（２）及び式（３）を代入すると、式（４）となる。
【0021】
【数2】
【0022】
Ａ＝Ｌｃｈ／（Ｗｃｈ×Ｃｏｘ），Ｂ＝Ｌｄ／（ｑ×Ｎｄ×Ａｄ），
Ｃ＝Ｒｓｕｂ＋Ｒｐａｃｋａｇｅ，であり、これらの係数Ａ～Ｃは接合温度Ｔｊに依存しない。
Ｃ＝Ｒｓｕｂ＋Ｒｐａｃｋａｇｅ，であり、これらの係数Ａ～Ｃは接合温度Ｔｊに依存しない。
【0023】
閾値電圧Ｖｔｈが変動した場合のオン抵抗Ｒｏｎ’は、式（４）に
変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔを考量した式（５）となる。
変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔを考量した式（５）となる。
【0024】
【数3】
【0025】
式（５）に示すように、ある変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔが発生したときにあるゲート駆動電圧Ｖｇｓを印加した際のオン抵抗Ｒｏｎ’と、実際の変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔ＝０Ｖの状態で、あるゲート駆動電圧Ｖｇｓよりある変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔを減じて印加した際のオン抵抗Ｒｏｎ’とは等しくなる。
【0026】
ここで、ゲート駆動電圧の基準として、例えば２種類の電圧２０Ｖ、１８Ｖを選択する。また、シフト電圧であるＶｔｈ＿ｓｈｉｆｔの刻みを０．１Ｖとする。そして、基準電圧に対して±１Ｖの範囲でＦＥＴ１のゲート駆動電圧Ｖｇｓを変化させると共に、ＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを例えば０℃～２００℃の間において２０℃刻みで変化させて、各測定パラメータにおけるＦＥＴ１のオン抵抗Ｒｏｎを測定する。各測定パラメータに対するオン抵抗Ｒｏｎの測定結果を、Ｒｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータとして記憶部６に記憶させる。記憶させたデータは、ゲート駆動電圧Ｖｇｓとして２０Ｖ、１８Ｖを印加した場合の、Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔ＝１Ｖ～－１Ｖについて、オン抵抗Ｒｏｎの接合温度Ｔｊへの依存性を示すデータとなる。以上が電流推定回路７を構成している。
【0027】
図６及び図７は、それぞれゲート駆動電圧Ｖｇｓ＝２０Ｖ、１８Ｖに対応する
Ｒｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータの３次元データマップのイメージであり、図１３及び図１４は、各データ値を示すテーブルである。
Ｒｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータの３次元データマップのイメージであり、図１３及び図１４は、各データ値を示すテーブルである。
【0028】
次に、本実施形態の作用に対いて説明する。図４に示すように、システムに電源が投入され、電流推定部７に対してドレイン電流Ｉｄの検出開始指令が入力されると（Ｓ１；ＹＥＳ）、図５に示すＩｄ，Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔ検出処理が実行される（Ｓ２）。ドレイン電流Ｉｄの検出終了指令が入力されると（Ｓ３；ＹＥＳ）処理を終了する。
【0029】
図５に示すように、ゲート駆動部２は、ＰＷＭ信号に従い、ゲート駆動電圧Ｖｇｓ＝２０Ｖに設定する（Ｓ１１）。電圧検出部３、温度検出部４は、ＦＥＴ１がオンしている期間中に、それぞれオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ、接合温度Ｔｊを検出する（Ｓ１２）。温度推定部５は、記憶部６より取得した、Ｖｇｓ＝２０Ｖ時のＲｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータより、検出した接合温度Ｔｊに対応するＴｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータを抽出し、「Ｖｇｓ＝２０Ｖ時のＲｏｎ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータ」を作成する（Ｓ１３）。そして、作成した上記のデータと検出したオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎとを用いて、
Ｉｄ＝Ｖｄｓ＿ｏｎ／Ｒｏｎを計算し、「Ｖｇｓ＝２０Ｖ時のＩｄ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータ」を作成する（Ｓ１４）。
Ｉｄ＝Ｖｄｓ＿ｏｎ／Ｒｏｎを計算し、「Ｖｇｓ＝２０Ｖ時のＩｄ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータ」を作成する（Ｓ１４）。
【0030】
次に、ゲート駆動電圧Ｖｇｓ＝１８Ｖに設定して（Ｓ１５）、そのゲート駆動電圧ＶｇｓについてステップＳ１２～Ｓ１４と同様の処理を行う（Ｓ１６～Ｓ１８）。図８及び図９は、Ｖｇｓ＝２０Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃、Ｖｇｓ＝１８Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃であった場合のＲｏｎ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータであり、図１５及び図１６は、ステップＳ１３，Ｓ１７で作成したデータのテーブルを示す。また、図１０及び図１１は、Ｖｇｓ＝２０Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃、Ｖｇｓ＝１８Ｖ印加時の接合温度Ｔｊ＝２５℃であった場合のＩｄ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータであり、図１７及び図１８は、ステップＳ１４，Ｓ１８で作成したデータのテーブルを示す。
【0031】
そして、ステップＳ１４，Ｓ１８で抽出したデータより、両者の電流Ｉｄが最も近くなる値を２つ選択して、統計的処理を行う（Ｓ１９）。「統計的処理」とは、例えば両者の平均値であり、ゲート駆動電圧Ｖｇｓの基準を３種類以上設定した場合には、３つ以上の値の中央値や最頻値でも良い。ここでは平均値を用いている。図１９では、図１７及び図１８のデータを上下に並べて配列し、電流Ｉｄの最大／最小の差分が最も小さくなるＶｔｈ＿ｓｈｉｆｔ＝０．６Ｖの場合のＩｄ＝９９．１Ａとして、一致する値を選択することになる。図１２は、対応する処理イメージである。
【0032】
別の例として、図２０では、ゲート駆動電圧Ｖｇｓの基準を５種類に設定して、１２Ｖ、１４Ｖ、１６Ｖのデータを加えた場合を示す。この時、電流Ｉｄの差分が最も小さくなるものは、やはりＶｔｈ＿ｓｈｉｆｔ＝０．６Ｖの場合であるが、Ｖｇｓ＝１６ＶではＩｄ＝９８．７Ａ、Ｖｇｓ＝１４ＶではＩｄ＝９９．５Ａ、Ｖｇｓ＝１２ＶではＩｄ＝９９．７Ａと異なる値になる。この場合は
平均値：９９．２Ａ
中央値：９９．１Ａ
最頻値：９９．１Ａ
となる。中央値、最頻値では演算負荷は軽くなるが、最適値としては平均値：９９．２Ａを選択するのが望ましい。
平均値：９９．２Ａ
中央値：９９．１Ａ
最頻値：９９．１Ａ
となる。中央値、最頻値では演算負荷は軽くなるが、最適値としては平均値：９９．２Ａを選択するのが望ましい。
【0033】
尚、ステップＳ１９では、シフト電圧Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔについても、最も近い２つの値を統計的に処理して求めているが、本実施形態では使用せず、シフト電圧Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔについては第２実施形態で使用する。
【0034】
また、図２１及び図２２は、図２０に示すようにゲート駆動電圧Ｖｇｓの基準を５種類に設定した際に、各ゲート駆動電圧Ｖｇｓに対するオン抵抗Ｒｏｎを、接合温度Ｔｊ＝－５０℃～２００℃の範囲を１０℃刻みで示している。例えば定格温度が０℃～１５０℃であれば、この温度範囲においてオン抵抗Ｒｏｎの温度特性が正を示すもの、すなわち１６Ｖより高い電圧をゲート駆動電圧Ｖｇｓの基準として選択することが望ましい。定格電流の範囲についても同様である。これにより、基準とするゲート駆動電圧Ｖｇｓの数をオン抵抗Ｒｏｎの値がより近似するものに限定でき、記憶部６の容量を削減できる。
【0035】
以上のように本実施形態によれば、電流推定回路７において、電圧検出部３は、ＦＥＴ１がオンしている期間中にドレイン、ソース間にかかる端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎを検出し、温度検出部４は、電圧検出部３が電圧を検出するタイミングと同じタイミングで、ＦＥＴ１の接合温度Ｔｊを検出する。記憶部６には、予め取得された、複数のゲート駆動電圧に対する端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ、電流Ｉｄ、ＦＥＴ１の接合温度Ｔｊ、及びＦＥＴ１の閾値電圧Ｖｔｈの変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔの関係を示すデータを記憶する。
【0036】
電流推定部５は、ゲート駆動部２が複数のゲート駆動電圧でＦＥＴ１のゲートを駆動した際に検出される端子間電圧Ｖｄｓ＿ｏｎと接合温度Ｔｊとに応じて、記憶部６に記憶されている、各ゲート駆動電圧に対応する変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔに依存したドレイン電流Ｉｄを推定し、各ゲート駆動電圧Ｖｇｓ毎に推定した電流Ｉｄに対し、統計的処理を行うことで得られる最適値を最終的に推定した電流Ｉｄとする。これにより、ＦＥＴ１を使用している間に閾値電圧Ｖｔｈが変動しても、電流Ｉｄを高い精度で推定できる。
【0037】
また、記憶部６に記憶されるデータは、複数のゲート駆動電圧に応じたオン抵抗Ｒｏｎ、接合温度Ｔｊ、及び変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔについての特性であり、電流推定部５は、検出したオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎと記憶部６に記憶されたデータとを用いて電流Ｉｄを推定する。これにより、記憶部６に記憶させるデータのパラメータを１つ減らすことができる。
【0038】
更に、記憶部６に記憶されるオン抵抗Ｒｏｎのデータを、各接合温度毎Ｔｊに、基準とする複数のゲート駆動電圧Ｖｇｓのそれぞれから、変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔを含む値を加算又は減算したゲート駆動電圧によって、ＦＥＴ１を動作させた際に取得されたデータとする。これにより、市場で使用される前で特性の劣化がない状態のＦＥＴ１について予め取得したデータに基づいて、電流Ｉｄを高い精度で推定できる。加えて、複数のゲート駆動電圧を、オン抵抗Ｒｏｎの温度依存性が、ＦＥＴ１の定格温度、定格電流内において常に正となる範囲内で決定するので、基準とするゲート駆動電圧Ｖｇｓの数をオン抵抗Ｒｏｎの値がより近似するものに限定でき、記憶部６の容量を削減できる。
【0039】
（第２実施形態）
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図２３に示すように、第２実施形態の電流推定回路２１は、電流推定部５及び記憶部６に替わる電流推定部２２及び記憶部２３を備えている。
以下、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。図２３に示すように、第２実施形態の電流推定回路２１は、電流推定部５及び記憶部６に替わる電流推定部２２及び記憶部２３を備えている。
【0040】
次に、第２実施形態の作用について説明する。図２４に示すように、ステップＳ１及びＳ２を実行すると、電流推定部２２は、ステップＳ２で得られたシフト電圧Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔのデータを記憶部２３に記憶させる（Ｓ２１）。また、記憶部２３より取得した、Ｖｇｓ＝２０Ｖ時のＲｏｎ－Ｔｊ－Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔデータより、ステップＳ２１で記憶させたシフト電圧Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔに対応するＲｏｎ―Ｔｊデータを作成し、これも記憶部２３に記憶させる（Ｓ２２）。それから、Ｉｄ検出処理を行うと（Ｓ２３）ステップＳ３に移行する。
【0041】
図２５に示すＩｄ検出処理では、ステップＳ１１～Ｓ１２と同様の処理を実行すると（Ｓ３１～Ｓ３２）、ステップＳ２２で記憶させたＲｏｎ―ＴｊデータとステップＳ３２で検出したオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ及び接合温度Ｔｊから、電流Ｉｄを算出する（Ｓ３３）。
【0042】
以上のように第２実施形態によれば、電流推定部２２は、所定の推定タイミングで推定した変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔを記憶部２３に記憶させ、次回の推定タイミングで推定した変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔを記憶部６に記憶させるまでは、ゲート駆動部２に一定の電圧で前記ゲートを駆動させる。そして、記憶部６より、一定の電圧についての変動量Ｖｔｈ＿ｓｈｉｆｔに対応するオン抵抗Ｒｏｎ、接合温度Ｔｊのデータを読み出し、検出したオン電圧Ｖｄｓ＿ｏｎ及び接合温度Ｔｊと読み出したデータより電流Ｉｄを推定する。これにより、ＦＥＴ１で発生する損失を増加させることなく電流Ｉｄを推定できる。
【0043】
（その他の実施形態）
電圧検出部の構成は、図２に示したものに限らない。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
電圧検出部の構成は、図２に示したものに限らない。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【0044】
図面中、１はＳｉＣ＿ＭＯＳＦＥＴ、２はゲート駆動部、３は電圧検出部、４は温度検出部、５は電流推定部、６は記憶部、７は電流推定回路を示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】