JP3534082B2 - On-chip temperature detector - Google Patents
On-chip temperature detectorInfo
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- JP3534082B2 JP3534082B2 JP2001090282A JP2001090282A JP3534082B2 JP 3534082 B2 JP3534082 B2 JP 3534082B2 JP 2001090282 A JP2001090282 A JP 2001090282A JP 2001090282 A JP2001090282 A JP 2001090282A JP 3534082 B2 JP3534082 B2 JP 3534082B2
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、誘導性負荷等を駆
動するための電流制御型素子において、該電流制御型素
子の温度を精度良く迅速に検出し、システム全体が安全
に動作できるようにする技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a current control type element for driving an inductive load or the like so that the temperature of the current control type element can be detected accurately and promptly so that the entire system can operate safely. Technology.
【0002】[0002]
【従来の技術】半導体素子等の温度をより正確にかつ迅
速に検出する目的で、温度検出手段をパワー半導体素子
とオンチップで形成する必要性が高まっている。図11
(a)は上記の従来例として、特開平7−66402号
公報に記載の構造を示す図である。図11(a)におい
て、電力が印加されて動作する素子(パワー素子)12
1と、前記電力印加により発熱した素子121の温度を
検出する温度検出手段(ダイオードや温度センサ)12
3とが半導体基板120に形成され、同じ半導体基板1
20に素子121を駆動する制御回路122も搭載され
ており、全体としてパワーICデバイスを形成してい
る。この例の場合、温度検出手段123をポリシリコン
等の表面上の薄膜等によって形成することで、電力が印
加されて動作する素子121と電気的に完全に分離する
ことが可能であり、オンチップでの正確な温度検出を迅
速に行えるものである。また、別の従来技術としては、
特開平9−36356号公報に記載されたものがある。
これはバイポーラ半導体素子(IGBT)の半導体基板
に温度検知手段(ダイオード)を別領域として形成し、
その順電圧の温度依存性を利用して、温度を検知する方
法である。つまり、バイポーラ半導体素子のゲートオフ
またはゲートオンの状態で、順電圧を測定して温度検知
するようにしたものである。この方法ではバイポーラ半
導体素子との干渉が“一定の状態”で測定することによ
り、安定した温度検出を実現するというものである。2. Description of the Related Art For the purpose of more accurately and quickly detecting the temperature of a semiconductor device or the like, it is increasingly necessary to form a temperature detecting means on a power semiconductor device and on-chip. Figure 11
(A) is a diagram showing a structure described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-66402 as the above conventional example. In FIG. 11A, an element (power element) 12 that operates by being applied with power
1 and a temperature detecting means (diode or temperature sensor) 12 for detecting the temperature of the element 121 which has generated heat by applying the electric power.
3 are formed on the semiconductor substrate 120, and the same semiconductor substrate 1
A control circuit 122 for driving the element 121 is also mounted on the device 20, and forms a power IC device as a whole. In the case of this example, by forming the temperature detecting means 123 with a thin film on the surface of polysilicon or the like, it is possible to electrically completely separate it from the element 121 to which power is applied and to operate, and the on-chip Accurate temperature detection can be performed quickly. As another conventional technique,
There is one described in JP-A-9-36356.
This is a semiconductor substrate of a bipolar semiconductor element (IGBT) with temperature detection means (diode) formed as a separate region,
This is a method of detecting the temperature by utilizing the temperature dependence of the forward voltage. That is, the forward voltage is measured to detect the temperature when the gate of the bipolar semiconductor element is off or on. In this method, stable temperature detection is realized by measuring the interference with the bipolar semiconductor element in a "constant state".
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来技術
においては、電力が印加されて動作するパワー素子とは
別に、温度検出用専用領域および分離用領域を設ける必
要があり、半導体素子全体の面積が増大してしまうとい
う問題点があった。さらに、特開平6−252408号
公報にあるような、本来プレーナ型のポリシリコンを用
いない電流制御型素子をパワー素子として用いる場合に
は、上記のようなポリシリコンのpn接合によるダイオ
ード等の温度検出手段を設けるため、本来の半導体素子
形成プロセス上は必要のなかったプロセスの増加をもた
らし、製品コストが上昇するするとともに、温度検出素
子の上部のアルミ配線に段差が生じたり、素子本来の特
性に悪影響を及ぼすという問題点があった。また、温度
検出素子に対する配線用のワイヤのために他のワイヤを
密に張れなくなるという問題点もあった。例えば、図1
1(b)に示す縦型の電流制御型パワー素子を例に説明
すると、半導体基板6上にパワー素子7が形成され、パ
ワー素子7の表面にはエミッタ電極と接続されるボンデ
ィングパッド8が複数、ベース電極と接続されるボンデ
ィングパッド9が複数形成されている。コレクタ電極は
半導体基板6の裏面側に相当する。また、温度検出用素
子130には専用のボンディングパッド131が2つ形
成されている。大電流を扱う電流制御型素子であれば、
エミッタワイヤ12、ベースワイヤ13をそれぞれ多数
本、非常に密にボンディングパッドに張る必要がある。
しかし、図11(b)の例のように、温度検出用の専用
領域130が存在すると、専用のボンディングパッド1
31から温度検出専用のワイヤ134を張る必要があ
り、その周囲においては、エミッタワイヤ12、ベース
ワイヤ13を密に張れなくなるという問題点があった。
同様に、温度検出用専用領域が存在することで本来の素
子配置の対称性が悪くなり、素子特性への影響が避けら
れないというレイアウト上の問題も生じる。In the prior art as described above, it is necessary to provide a temperature detection exclusive area and a separation area in addition to the power element which is operated by the application of electric power. There is a problem that the area increases. Further, when using a current control type element which originally does not use planar type polysilicon as a power element as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-252408, the temperature of a diode or the like formed by a pn junction of polysilicon as described above. Since the detection means is provided, the number of processes not required in the original semiconductor element formation process is increased, the product cost is increased, and the aluminum wiring above the temperature detection element has a step, or the characteristic of the element is not proper. There was a problem in that Further, there is also a problem that other wires cannot be tightly laid due to the wiring wires for the temperature detecting element. For example, in FIG.
The vertical current control type power element shown in FIG. 1B will be described as an example. A power element 7 is formed on a semiconductor substrate 6, and a plurality of bonding pads 8 connected to an emitter electrode are formed on the surface of the power element 7. A plurality of bonding pads 9 connected to the base electrode are formed. The collector electrode corresponds to the back surface side of the semiconductor substrate 6. Further, the temperature detecting element 130 is formed with two dedicated bonding pads 131. If it is a current control element that handles a large current,
It is necessary to extend a large number of emitter wires 12 and base wires 13 to the bonding pad very densely.
However, if the dedicated area 130 for temperature detection exists as in the example of FIG. 11B, the dedicated bonding pad 1
It is necessary to stretch the wire 134 dedicated to temperature detection from 31 and there is a problem that the emitter wire 12 and the base wire 13 cannot be tightly stretched around the wire.
Similarly, the existence of the temperature detection dedicated area deteriorates the original symmetry of the element arrangement, which causes a layout problem that the influence on the element characteristics cannot be avoided.
【0004】本発明は上記のごとき従来技術の問題を解
決するためになされたものであり、温度検出手段を別個
に備える必要がなく、素子製造工程の増加やチップ面積
の増大を抑えながら、オンチップによる高精度で迅速な
温度検出が可能なオンチップ温度検出装置を提供するこ
とを目的とする。The present invention has been made in order to solve the problems of the prior art as described above, and it is not necessary to separately provide a temperature detecting means, and the on-state can be achieved while suppressing the increase of the element manufacturing process and the increase of the chip area. It is an object of the present invention to provide an on-chip temperature detection device capable of highly accurate and quick temperature detection by a chip.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明においては特許請求の範囲に記載するように
構成している。すなわち、請求項1に記載の発明におい
ては、電流制御型素子がオフしているときに、電流制御
型素子がオンしない程度の微少な一定電流をベースに流
し、ベース・エミッタ間ダイオードの順方向電圧の温度
特性を利用して温度を検出するように構成している。In order to achieve the above object, the present invention is constructed as described in the claims. That is, in the invention described in claim 1, when the current control type element is off, a minute constant current to the extent that the current control type element does not turn on is made to flow to the base, and the forward direction of the base-emitter diode is increased. The temperature is detected by utilizing the temperature characteristic of the voltage.
【0006】また、請求項2に記載の発明においては、
オフしている電流制御型素子のベースに微少な一定電流
を流したときに、ベース・エミッタ間ダイオードの順方
向電圧が電流制御型素子がオンする電圧(通常、0.6
〜0.7V)以下になるように設定したものである。According to the invention of claim 2,
When a small constant current is applied to the base of a current-controlled device that is off, the forward voltage of the base-emitter diode is the voltage at which the current-controlled device turns on (usually 0.6
.About.0.7V) or less.
【0007】また、請求項3に記載の発明においては、
電流制御型素子のベース・エミッタ間の順方向電圧Vb
eがベース電流と温度Tの関数であり、さらに一定電流
Ibがexp(q・Vbe/nkT)に比例し、nが1
以上の実数の範囲で使用するように構成している。Further, in the invention described in claim 3,
Forward voltage Vb between the base and emitter of the current control element
e is a function of the base current and the temperature T, and the constant current Ib is proportional to exp (q · Vbe / nkT), and n is 1.
It is configured to be used within the above range of real numbers.
【0008】また、請求項4に記載の発明においては、
電流制御型素子がオフしている期間にパルス状に一定の
ベース電流を印加して温度検出をするように構成してい
る。Further, in the invention described in claim 4,
It is configured to detect a temperature by applying a constant base current in a pulse shape while the current control element is off.
【0009】また、請求項5に記載の発明においては、
インバータ等の駆動素子に用いる電流制御型素子におい
て、一方の電流制御型素子がオンしている期間で、か
つ、他方の電流制御型素子がオフしている期間に、パル
ス状に一定のベース電流を印加して温度検出をするよう
に構成している。In the invention described in claim 5,
In a current control element used for a drive element such as an inverter, a constant base current in a pulse shape during a period in which one current control element is on and the other current control element is off. Is applied to detect the temperature.
【0010】また、請求項6に記載の発明においては、
インバータ等の駆動素子に用いる電流制御型素子におい
て、一方の電流制御型素子がオンしている期間で、か
つ、他方の電流制御型素子がオフしている期間の後に、
前者の電流制御型素子がオフした期間(還流電流が後者
の電流制御型素子もしくは並列に接続された還流用ダイ
オードに流れる期間)に、パルス状に一定のベース電流
を前者の電流制御型素子に流して温度検出をするように
構成している。According to the invention of claim 6,
In a current control element used for a drive element such as an inverter, in a period in which one current control element is on, and after a period in which the other current control element is off,
While the former current control element is off (while the return current flows in the latter current control element or the return diode connected in parallel), a constant base current is applied to the former current control element in a pulsed manner. It is configured to flow and detect temperature.
【0011】また、請求項7に記載の発明においては、
インバータ等の駆動タイミングにおいて電流制御型素子
がオフしている期間に、パルス状に一定のベース電流を
印加して検出した温度データを連続的に複数サンプリン
グし、検出した温度の平均値を算出するように構成して
いる。In the invention described in claim 7,
While the current-controlled element is off at the drive timing of the inverter, etc., a plurality of temperature data detected by applying a constant base current in a pulse form are continuously sampled, and the average value of the detected temperatures is calculated. Is configured as follows.
【0012】また、請求項8に記載の発明においては、
インバータ等の駆動タイミングにおいて、オフしている
電流制御型素子に、パルス状に流す一定のベース電流
を、1回のオフごとに複数回流し、検出した温度データ
の平均値をオフごとに算出するように構成している。Further, in the invention described in claim 8,
At the drive timing of an inverter or the like, a constant base current flowing in a pulse shape is made to flow to a current-controlled element that is turned off a plurality of times for each off, and the average value of the detected temperature data is calculated for each off. Is configured as follows.
【0013】[0013]
【発明の効果】請求項1に記載の発明においては、別個
の温度検出手段を用意する必要がなく、素子製造工程の
増加やチップ面積の増大を抑えながら、オンチップによ
る精度が良く迅速な温度検出が可能になる、という効果
が得られる。According to the first aspect of the present invention, it is not necessary to prepare a separate temperature detecting means, and the on-chip precision and rapid temperature control can be performed while suppressing an increase in the element manufacturing process and an increase in the chip area. The effect that detection is possible is obtained.
【0014】また、請求項2に記載の発明においては、
オフしている電流制御型素子のベースに微少な一定電流
を流したときに、ベース・エミッタ間ダイオードの順方
向電圧が電流制御型素子がオンする電圧(通常、0.6
〜0.7V)以下になるように設定することで、十分に
オフ状態を維持してスイッチとしての基本機能を満たし
ながら請求項1の効果が得られる。Further, in the invention described in claim 2,
When a small constant current is applied to the base of a current-controlled device that is off, the forward voltage of the base-emitter diode is the voltage at which the current-controlled device turns on (usually 0.6
.About.0.7 V) or less, the effect of claim 1 can be obtained while maintaining the OFF state sufficiently and satisfying the basic function as a switch.
【0015】また、請求項3に記載の発明においては、
電流制御型素子の電流増幅率が比較的小さな領域で動作
させることができるため、コレクタ電流を定格値の3〜
4桁下の低い電流値に抑え易い、という効果が得られ
る。Further, in the invention described in claim 3,
Since the current control type element can be operated in a region where the current amplification factor is relatively small, the collector current should be 3 to the rated value.
It is possible to obtain an effect that it is easy to suppress the current value to a low value of 4 digits or less.
【0016】また、請求項4に記載の発明においては、
温度検出時の余計な消費電力を抑えることができる、と
いう効果が得られる。Further, in the invention described in claim 4,
An effect that it is possible to suppress unnecessary power consumption at the time of temperature detection is obtained.
【0017】また、請求項5に記載の発明においては、
インバータ等に応用したときにも安定的に温度検出が可
能になる、という効果が得られる。In the invention described in claim 5,
The effect that the temperature can be stably detected even when applied to an inverter or the like is obtained.
【0018】また、請求項6に記載の発明においては、
インバータ等に応用したときに還流電流が流れているい
る期間でも還流電流等による擾乱を防ぎながら温度検出
が可能になる、という効果が得られる。Further, in the invention described in claim 6,
When applied to an inverter or the like, it is possible to obtain an effect that temperature can be detected while preventing disturbance due to the return current even during the period when the return current is flowing.
【0019】また、請求項7に記載の発明においては、
測定時のノイズの影響を除去した温度検出が可能にな
る、という効果が得られる。According to the invention of claim 7,
It is possible to obtain the effect that the temperature can be detected without the influence of noise during measurement.
【0020】また、請求項8に記載の発明においては、
一定時間内でのサンプリングの数を増加させることがで
き、より耐ノイズ性能の高い温度検出が可能になる、と
いう効果が得られる。In the invention described in claim 8,
It is possible to increase the number of samplings within a certain period of time, and it is possible to obtain the effect of enabling temperature detection with higher noise resistance performance.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】(第1の実施例)図1は、本発明
における第1の実施例の要部を示す回路図である。図1
に示す回路は抵抗性負荷3を駆動するスイッチとして電
流制御型素子(例えばパワー・バイポーラ・パワー・ト
ランジスタ)4を用いたものである。ここで、電流制御
型素子4のコレクタ端子は抵抗性負荷2を介して電源1
に接続され、エミッタ端子が接地電位2に接続されてい
る。電流制御型素子4のベース端子にはベース駆動回路
が接続されるが、図1では省略している。なお、ベース
駆動回路の詳細については後記図5で説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS (First Embodiment) FIG. 1 is a circuit diagram showing an essential part of the first embodiment of the present invention. Figure 1
The circuit shown in (1) uses a current control type element (for example, a power bipolar power transistor) 4 as a switch for driving the resistive load 3. Here, the collector terminal of the current control type element 4 is connected to the power source 1 via the resistive load 2.
And the emitter terminal is connected to the ground potential 2. A base driving circuit is connected to the base terminal of the current control element 4, but it is omitted in FIG. The details of the base drive circuit will be described later with reference to FIG.
【0022】スイッチとしての基本的な動作を説明する
と、電流制御型素子4をオンさせるときにはベース端子
に実線矢印で示した電流Ib1として所望の大きな電流
を流す。電流制御型素子4がオンすると、所望の電流I
c1が電源1から抵抗性負荷3に供給される。電流制御
型素子4がオフしている期間には電流Ic1は流れな
い。本発明においては、このオフ状態において意図的に
一定の微少なベース電流Ib2を電流制御型素子4のベ
ース端子に流す。なお、後述するように、上記の微少な
ベース電流Ib2は、通常のオン状態時のベース電流I
b1に比べて小さな値とし、このときのコレクタ電流
(リーク電流)Ic2が通常のオン状態時のコレクタ電
流Ic1に比べて3〜4桁程度小さくなるように設定す
る。The basic operation of the switch will be described. When the current control element 4 is turned on, a desired large current is supplied to the base terminal as the current Ib1 indicated by the solid arrow. When the current control type element 4 is turned on, a desired current I
c1 is supplied from the power supply 1 to the resistive load 3. The current Ic1 does not flow while the current control element 4 is off. In the present invention, a small base current Ib2 which is constant in this off state is intentionally supplied to the base terminal of the current control element 4. As will be described later, the minute base current Ib2 is the base current Ib during the normal ON state.
The value is set to be smaller than b1 and the collector current (leakage current) Ic2 at this time is set to be about 3 to 4 digits smaller than the collector current Ic1 in the normal ON state.
【0023】電流制御型素子4のベース・エミッタ間電
圧Vbe(ベース・エミッタ間のpn接合の順方向電
圧)は、ベース電流Ibと温度Tの関数である。したが
ってベース電流Ibを一定の値にしておけば、このベー
ス・エミッタ間電圧Vbeの温度に対する変化率が一定
であることを利用して温度を推定することが可能とな
る。ここで、本発明の特徴とする構成は、オフ状態の電
流制御型素子4に一定の微小なベース電流Ib2を流す
ことと、このときのベース・エミッタ間電圧Vbe2の
大きさを電流制御型素子4がオンする電圧(通常0.6
〜0.7V)に対して低い値としておくことである。The base-emitter voltage Vbe (forward-direction voltage of the pn junction between the base-emitter) of the current control element 4 is a function of the base current Ib and the temperature T. Therefore, if the base current Ib is kept constant, the temperature can be estimated by utilizing the fact that the rate of change of the base-emitter voltage Vbe with respect to temperature is constant. Here, the characteristic configuration of the present invention is that a constant minute base current Ib2 is passed through the current control element 4 in the off state and the magnitude of the base-emitter voltage Vbe2 at this time is set to the current control element. The voltage at which 4 turns on (usually 0.6
It is a low value with respect to ~ 0.7V).
【0024】上記の構成によれば、電流制御型素子4は
完全にオンすることはなく、コレクタ・エミッタ間には
微少なリーク電流Ic2が流れる程度になる。ここで、
抵抗性負荷3を駆動している際の主たる電流Ic1の大
きさに対して、このリーク電流Ic2のレベルは3桁〜
4桁程度の低いものとする。抵抗性負荷3の駆動電流I
c1にとって制御上の影響を受ける誤差レベルを1%程
度以上と見なすと、上記のリーク電流Ic2はそれより
も1桁以上小さいので、影響は無視できる。According to the above structure, the current control element 4 is not completely turned on, and a minute leak current Ic2 flows between the collector and the emitter. here,
The level of the leak current Ic2 is 3 digits to the magnitude of the main current Ic1 when the resistive load 3 is driven.
It should be as low as 4 digits. Drive current I of resistive load 3
If the error level affected by c1 for control is considered to be about 1% or more, the above-mentioned leak current Ic2 is smaller by one digit or more, so the effect can be ignored.
【0025】上記のように、第1の実施例によれば、オ
フ状態の電流制御型素子4のベースに一定の微少電流を
印加し、そのときのベース・エミッタ間電圧を検出する
ことで、特別な温度検出手段を設けることなしに、オン
チップでの温度検出が可能となる。As described above, according to the first embodiment, a constant minute current is applied to the base of the current control element 4 in the off state, and the base-emitter voltage at that time is detected, On-chip temperature detection is possible without providing special temperature detection means.
【0026】図2は、電流制御型素子におけるベース・
エミッタ間電圧Vbeとベース電流Ib、コレクタ電流
Icの関係を示す図である。図2においては、一般的な
電流制御型素子について、横軸にベース・エミッタ間電
圧Vbe、縦軸にベース電流Ib、コレクタ電流Icを
それぞれlogスケールで表記したものである。FIG. 2 shows the base of the current control element.
It is a figure which shows the relationship between emitter-to-emitter voltage Vbe, base current Ib, and collector current Ic. In FIG. 2, for a general current control type element, the horizontal axis represents the base-emitter voltage Vbe, and the vertical axis represents the base current Ib and the collector current Ic on a log scale.
【0027】温度は一定値T(例えば室温)であるとす
る。IcおよびIbの特性において、中間の広い範囲で
は、Vbeの変化に対してIn(Ib)、In(Ic)
はそれぞれ直線的に変化しており、Ib、Icはそれぞ
れexp(q・Vbe/kT)に比例する。また、Vb
eが非常に小さい領域5ではIbはexp(q・Vbe
/nkT)に比例する。なお、nは1以上の実数であ
り、qは電子の電荷量、kはボルツマン定数、Tは温度
である。It is assumed that the temperature has a constant value T (for example, room temperature). In the characteristics of Ic and Ib, In (Ib), In (Ic) and In (Ic) with respect to changes in Vbe in a wide range in the middle.
Respectively change linearly, and Ib and Ic are respectively proportional to exp (q · Vbe / kT). Also, Vb
In the region 5 where e is very small, Ib becomes exp (q · Vbe
/ NkT). Note that n is a real number of 1 or more, q is the amount of electron charge, k is the Boltzmann constant, and T is temperature.
【0028】ここで、本発明においてオフ状態の電流制
御型素子4のベースに印加する一定の微少電流は、結果
として得られるVbeが、電流制御型素子4がオンする
電圧よりも十分低ければよい。例えばオン電圧が0.6
〜0.7Vの場合には0.5V以下になるようにすればよ
い。温度を検知するという目的のみからすれば、図2上
で、VbeはIb、Icがそれぞれexp(q・Vbe
/kT)に比例する領域であっても、Ibがexp(q
・Vbe/nkT)に比例する領域であってもどちらで
も構わない。しかし、結果的に或る一定電流Ibが流れ
ると、それよりも大きなコレクタIcが流れることにな
るので、ここではコレクタ電流Icが負荷を駆動してい
る主電流に対して3桁〜4桁以下の大きさに留まる範囲
に限られる。その点を考慮すると、Ib、Icがそれぞ
れexp(q・Vbe/kT)に比例する領域での電流
制御型素子の電流増幅率よりも、Ibがexp(q・V
be/nkT)に比例する領域での電流増幅率の方が小
さくなるので、この領域に測定点を設定するとコレクタ
電流Icを小さな値に抑えやすくなるという効果があ
る。Here, in the present invention, the constant minute current applied to the base of the current control type element 4 in the off state is such that the resulting Vbe is sufficiently lower than the voltage at which the current control type element 4 is turned on. . For example, the on-voltage is 0.6
In the case of ~ 0.7V, it may be set to 0.5V or less. For the purpose of only detecting the temperature, in FIG. 2, Vbe is Ib and Ic is exp (q.Vbe
Ib is exp (q
The area may be proportional to (Vbe / nkT). However, as a result, when a certain constant current Ib flows, a collector Ic larger than that flows, so that the collector current Ic is 3 to 4 digits or less with respect to the main current driving the load. Limited to the range of Considering this point, Ib is more exp (q · V) than the current amplification factor of the current control element in the region where Ib and Ic are proportional to exp (q · Vbe / kT).
Since the current amplification factor in the region proportional to (be / nkT) is smaller, setting the measurement point in this region has the effect of making it easier to suppress the collector current Ic to a small value.
【0029】図3は、図1における電流制御型素子4の
オン・オフ動作と合わせて、温度検出のタイミングを示
す図である。図3の横軸は時間を示す。また、縦軸にお
いて、(a)は電流制御型素子4のオン・オフの状態を
表したものであり、図において低いレベルをオフ、高い
レベルをオンとする。(b)および(c)は温度検出の
タイミングを表すものであり、(b)は電流制御型素子
4がオフしている期間に1回の温度検出を行なう場合、
(c)は複数回の温度検出を行う場合を示す。FIG. 3 is a diagram showing the timing of temperature detection together with the on / off operation of the current control type element 4 in FIG. The horizontal axis of FIG. 3 represents time. Further, on the vertical axis, (a) represents the on / off state of the current control type element 4, in which the low level is turned off and the high level is turned on. (B) and (c) show the timing of temperature detection, and (b) shows the case where temperature detection is performed once during the period when the current control type element 4 is off.
(C) shows the case where temperature detection is performed multiple times.
【0030】本実施例では、図3に示すようにパルス状
に温度検出を行なうようにした。オフ状態の電流制御型
素子4のコレクタ・エミッタ間には電源電圧がかかって
いるため、微少電流とは言っても定常的に印加すると、
消費電力が大きくなり、自己発熱が無視できなくなる。
また損失も増大してしまう。そのため本実施例では、パ
ルス状に温度検出を行なうようにし、上記の問題を解決
している。また、1度の温度検出では検出電圧にノイズ
が乗っている可能性があるが、複数回の温度検出を行な
い、検出温度の平均値をとるような演算を行なえば、検
出温度からノイズを除去することが可能になる。この場
合、電流制御型素子4のオン・オフの周期毎に温度検出
が行なわれるため、或る程度の検出回数を演算しても、
温度の変化には十分に対応できる。In this embodiment, as shown in FIG. 3, the temperature is detected in a pulsed manner. Since a power supply voltage is applied between the collector and the emitter of the current control element 4 in the off state, even if it is a minute current, if it is constantly applied,
Power consumption increases, and self-heating cannot be ignored.
Also, the loss will increase. Therefore, in this embodiment, the temperature is detected in a pulsed manner to solve the above problem. Although there is a possibility that noise is added to the detected voltage in one-time temperature detection, noise can be removed from the detected temperature by performing temperature detection multiple times and calculating the average value of the detected temperature. It becomes possible to do. In this case, since temperature detection is performed every ON / OFF cycle of the current control type element 4, even if a certain number of detection times is calculated,
It can sufficiently cope with changes in temperature.
【0031】図4は、本実施例におけるレイアウト上の
利点を説明するための平面レイアウト図である。図4で
は、前記図11(b)に示した従来例と同様、縦型の電
流制御型素子を例に説明する。図4において、半導体基
板6上に電流制御型素子(パワー素子)7が形成され、
電流制御型素子7の表面にはエミッタ電極と接続される
ボンディングパッド8が複数、ベース電極と接続される
ボンディングパッド9が複数形成されている。コレクタ
電極は半導体基板6の裏面側に相当する。なお、従来例
における温度検出用素子およびそれ専用のボンディング
パッドは形成しない。FIG. 4 is a plan layout diagram for explaining the layout advantage in this embodiment. In FIG. 4, as in the conventional example shown in FIG. 11B, a vertical current control element will be described as an example. In FIG. 4, a current control type element (power element) 7 is formed on a semiconductor substrate 6,
A plurality of bonding pads 8 connected to the emitter electrodes and a plurality of bonding pads 9 connected to the base electrodes are formed on the surface of the current control element 7. The collector electrode corresponds to the back surface side of the semiconductor substrate 6. The temperature detecting element and the dedicated bonding pad for the temperature detecting element in the conventional example are not formed.
【0032】図4を見ると一目瞭然であるが、本実施例
ではオンチップでの温度検出を実現させながら、特別な
温度検出手段用の領域やそれに伴う専用のワイヤ等の必
要がないので、大電流を駆動する素子として使用する場
合には、非常に密にワイヤが打てると共に、対称なレイ
アウトが得られるという効果がある。It is obvious from FIG. 4 that the present embodiment realizes on-chip temperature detection, but there is no need for a special temperature detecting means area or a dedicated wire associated therewith. When it is used as an element for driving a current, there is an effect that wires can be struck very densely and a symmetrical layout can be obtained.
【0033】以下、本実施例のより具体的な回路構成に
ついて説明する。図5は、本実施例におけるベース駆動
回路の一例を示した回路図である。図5において、電流
制御型素子4のベース端子には、オン・オフを切り替え
るためのスイッチ(MOSトランジスタで構成)16、
17が接続される。スイッチ16の一端はベース電流供
給用の電源23に接続されている。また、スイッチ17
の一端は電流制御型素子4のエミッタ端子に接続されて
いる。スイッチ16、17と直列に挿入された抵抗1
9、20はそれぞれ、電流制御型素子4のオン・オフ時
の電流値を決めるための抵抗である。コントローラとな
るCPU14からはオン・オフの指令信号が制御回路1
5に入力される。電流制御型素子4を通常オンをさせる
場合には、制御回路15によりスイッチ16をオン、ス
イッチ17をオフする信号がそれぞれ出力される。この
例ではスイッチ16がpMOS、スイッチ17がnMO
Sなので、スイッチ16、17のゲートにはローレベル
の信号が印加さる。逆に電流制御型素子4をオフする場
合には、制御回路15によりスイッチ16をオフ、スイ
ッチ17をオンする信号がそれぞれ出力される。この例
ではスイッチ16、17のゲートにはハイレベルの信号
が印加さる。なお、電源23と電源24は分けて記述し
てあるが、同じでも差し支えない。A more specific circuit structure of this embodiment will be described below. FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of the base drive circuit in this embodiment. In FIG. 5, a switch (made up of a MOS transistor) 16 for switching on / off is provided at the base terminal of the current control type element 4.
17 is connected. One end of the switch 16 is connected to a power supply 23 for supplying a base current. Also, switch 17
Is connected to the emitter terminal of the current control type element 4. Resistor 1 inserted in series with switches 16 and 17
Reference numerals 9 and 20 are resistors for determining the current value when the current control element 4 is turned on and off. An ON / OFF command signal is sent from the CPU 14 serving as a controller to the control circuit 1.
Input to 5. When the current control element 4 is normally turned on, the control circuit 15 outputs signals for turning on the switch 16 and turning off the switch 17, respectively. In this example, the switch 16 is a pMOS and the switch 17 is an nMO.
Since it is S, a low level signal is applied to the gates of the switches 16 and 17. On the contrary, when the current control type element 4 is turned off, the control circuit 15 outputs signals for turning off the switch 16 and turning on the switch 17, respectively. In this example, a high level signal is applied to the gates of the switches 16 and 17. The power supply 23 and the power supply 24 are described separately, but they may be the same.
【0034】上記の状態で温度検出を行うために、制御
回路15によりスイッチ17をオフにして、スイッチ1
8をオンする。すると、電源24と抵抗21で決まる微
少な一定電流が電流制御型素子4のベースに印加され
る。この状態で、電流制御型素子4のベース・エミッタ
間電圧Vbeは電位検出手段22により検出され、電位
の情報は制御回路15へと伝達される。ここで、電位検
出手段22は、具体的には、所定の参照電圧と検出電圧
とを比較して出力を反転するようなアンプ回路、コンパ
レータ回路等で構成することができる。その他、様々な
方式が有り得る。In order to detect the temperature in the above state, the switch 17 is turned off by the control circuit 15 and the switch 1
Turn on 8. Then, a minute constant current determined by the power supply 24 and the resistor 21 is applied to the base of the current control element 4. In this state, the base-emitter voltage Vbe of the current control type element 4 is detected by the potential detecting means 22 and the potential information is transmitted to the control circuit 15. Here, the potential detecting means 22 can be specifically configured by an amplifier circuit, a comparator circuit, or the like that compares a predetermined reference voltage with the detected voltage and inverts the output. In addition, various methods are possible.
【0035】以上の動作によって温度検出が可能であ
る。実際のシステムにおいては温度検出した後に保護動
作が行なわれる。例えば、温度が所定値を越えた場合に
は、制御回路15からCPU14へ異常信号を送り、そ
の状態を判断したCPU14から制御回路15へ停止信
号を送り、それに応じてスイッチ16、17を制御して
電流制御型素子4をオフにするような保護動作を行な
う。なお、保護動作の詳細については「“トランジスタ
技術スペシャル〜実践パワーエレクトロニクス入門”、
pp99〜102 CQ出版社」に詳細に記載されてい
る。The temperature can be detected by the above operation. In an actual system, the protection operation is performed after the temperature is detected. For example, when the temperature exceeds a predetermined value, an abnormal signal is sent from the control circuit 15 to the CPU 14, a stop signal is sent from the CPU 14 that has judged the state to the control circuit 15, and the switches 16 and 17 are controlled accordingly. The protection operation is performed so that the current control type element 4 is turned off. For details on the protection operation, refer to "" Transistor Technology Special-Introduction to Practical Power Electronics ",
pp 99-102 CQ Publishers ".
【0036】次に、図5において発熱しているパワーチ
ップとその他の部分の切り分けについて説明する。本発
明においては、発熱しているパワーチップ(電流制御型
素子4)と温度検出部は同一構成物であり、図5におい
て破線の四角で囲まれた部分に相当する。それに対し、
その他の駆動回路部分は上記破線の四角で囲まれた部分
とは別体であり、パワーモジュール等の内部構成上は、
熱的に分離された部分(例えば二階や上段)に形成する
ことが可能である。そのため、パワーチップおよび温度
検出部の温度とは独立した温度で駆動回路、検出回路
(制御回路15や各スイッチの部分)を動作させること
が可能である。Next, the division of the heat generating power chip and other parts in FIG. 5 will be described. In the present invention, the heat generating power chip (current control type element 4) and the temperature detecting portion are the same components, and correspond to the portion surrounded by the broken line rectangle in FIG. For it,
Other drive circuit parts are separate from the part surrounded by the broken line rectangle, and in terms of the internal configuration of the power module,
It can be formed in a thermally separated portion (for example, a second floor or an upper stage). Therefore, it is possible to operate the drive circuit and the detection circuit (the control circuit 15 and each switch portion) at a temperature independent of the temperatures of the power chip and the temperature detection unit.
【0037】また、パワーチップ自体は高耐圧動作を必
要とするため、半導体基板には高価なエピタキシャル基
板を使う必要があり、全体の構成からすると、このパワ
ーチップの単位面積あたりの製造コストが相対的に高く
なっている。そのため、従来例のようにパワーチップと
同じ基板に温度検出のための専用領域を設けることはコ
スト高の要因となる。本実施例においては、このパワー
チップ自体の構成は、オンチップ温度検出機能を付加す
る前となんら変わっていないため、コストアップが抑え
られるという効果がある。Further, since the power chip itself needs a high breakdown voltage operation, it is necessary to use an expensive epitaxial substrate for the semiconductor substrate. From the overall configuration, the manufacturing cost per unit area of this power chip is relatively large. Is getting higher. Therefore, providing a dedicated area for temperature detection on the same substrate as the power chip as in the conventional example causes a high cost. In this embodiment, the structure of the power chip itself is the same as that before the addition of the on-chip temperature detecting function, so that the cost increase can be suppressed.
【0038】図5の駆動回路部分については、温度検出
のための回路が新たに付加されるものの、低耐圧で動作
する回路であるため、その半導体チップの単位面積あた
りの製造コストは相対的に安く済むので、コストアップ
への影響は少ない。全体の回路規模が大きい場合には、
本実施例における回路増によるコストアップの影響はさ
らに少ないと言える。Regarding the drive circuit portion of FIG. 5, although a circuit for temperature detection is newly added, since it is a circuit that operates with a low breakdown voltage, the manufacturing cost per unit area of the semiconductor chip is relatively large. Since it is cheaper, there is little impact on cost increase. If the overall circuit scale is large,
It can be said that the effect of cost increase due to the increase in the number of circuits in this embodiment is even smaller.
【0039】図6は、温度検出に使われるベース・エミ
ッタ間の電圧について具体的構成例を示す図である。電
流制御型素子としては、いわゆるパワー・バイポーラ・
トランジスタで構わないが、ここでは同じ電流制御型素
子であって電流増幅率が大きい利点を持つ特願平5−3
3419号公報に開示されている半導体装置を例として
説明する。該デバイス各部位の構造と動作の詳細な説明
は省略するとして、デバイスの基本セルについて図6の
断面斜視図に基づいて説明する。FIG. 6 is a diagram showing a concrete configuration example of the voltage between the base and the emitter used for temperature detection. The current control type element is a so-called power bipolar
Although it may be a transistor, here, Japanese Patent Application No. 5-3 is the same current control type device and has an advantage of a large current amplification factor.
The semiconductor device disclosed in Japanese Patent No. 3419 will be described as an example. A detailed description of the structure and operation of each part of the device will be omitted, and a basic cell of the device will be described based on the cross-sectional perspective view of FIG.
【0040】図6において、ベースに相当するのがゲー
ト領域28であり、エミッタがソース領域29である。
ベース・エミッタ間のpn接合に相当するのがp型のゲ
ート領域28とn型のエピタキシャル領域27とが接す
る界面である。実際のデバイスでは全体にわたり均等に
このゲート領域が存在する。そのため、温度検出に使わ
れるpn接合は広くパワーチップの全面に分布すること
となり、局所的な温度上昇をも十分迅速に検出可能であ
る。In FIG. 6, the gate region 28 corresponds to the base, and the source region 29 corresponds to the emitter.
The interface between the p-type gate region 28 and the n-type epitaxial region 27 corresponds to the pn junction between the base and the emitter. In an actual device, this gate region exists evenly throughout. Therefore, the pn junctions used for temperature detection are widely distributed over the entire surface of the power chip, and local temperature rise can be detected sufficiently quickly.
【0041】(第2の実施例)図7は、本発明における
第2の実施例を示す回路図である。図7の回路は、電源
電圧1と接地電位2の間には2つの電流制御型素子34
と4が直列に接続され、これら2つの電流制御型素子3
4と4の間には並列に誘導性負荷37が接続された、い
わゆるインバータにおける1レグ分のスイッチング素子
と負荷の関係を示した回路である。電流制御型素子34
には並列に還流用ダイオード35、電流制御型素子4に
は並列に還流用ダイオード36が接続されている。(Second Embodiment) FIG. 7 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. The circuit of FIG. 7 has two current control type elements 34 between the power supply voltage 1 and the ground potential 2.
And 4 are connected in series, and these two current-controlled elements 3
This is a circuit in which an inductive load 37 is connected in parallel between 4 and 4, and a relationship between a switching element and a load for one leg in a so-called inverter is shown. Current control element 34
A free wheeling diode 35 is connected in parallel with the current control element 4 and a free wheeling diode 36 is connected in parallel with the current control element 4.
【0042】インバータとしての基本的な動作を説明す
ると、電流制御型素子34、4のどちらかがオフしてい
る間に、他の電流制御型素子がオン・オフを繰り返し、
所望の電流を誘導性負荷37に供給する。両方の素子が
オフしている期間には還流電流が還流用ダイオードを流
れる。The basic operation of the inverter will be described. While one of the current control type elements 34 and 4 is off, another current control type element repeatedly turns on and off,
The desired current is supplied to the inductive load 37. The freewheeling current flows through the freewheeling diode while both elements are off.
【0043】図7において、電流制御型素子34がオン
・オフを繰り返し、電流制御型素子4がオフしているこ
ととする。電流制御型素子34のベース端子に実線矢印
で示した電流Ib3を流すと、電流制御型素子34がオ
ンし、図中太い矢印で示した駆動電流Ic3が誘導性負
荷3に流れる。電流制御型素子34がオフすると還流電
流が還流用ダイオード35を通って流れる。そして電流
制御型素子34のオン・オフの比率を変える(PWM制
御)ことにより、全体として所望の大きさの電流を流す
ことが可能である。この状態では、電流制御型素子4の
ベース端子には通常ベース電流は供給されず、電流制御
型素子4はオフしている。本発明においては、この状態
で意図的に一定の微少なベース電流Ib2を電流制御型
素子4のベース端子に流す。このとき、電流制御型素子
4のベース・エミッタ間電圧Vbe2は、ベース電流I
b2と温度Tの関数である。ベース電流Ib2を一定の
値にしておけば、このVbe2の温度に対する変化率が
一定であることを利用して温度を推定することが可能と
なる。この動作原理は基本的には第1の実施例の場合と
同等である。第1の実施例と同様に、オフしている電流
制御型素子4にベース電流Ib2を流し、Vbe2の大
きさは電流制御型素子4がオンする電圧(通常0.6〜
0.7V)に対して十分低い値としておく。このような
手法をとることで、電流制御型素子4は完全にオンする
ことはなく、コレクタ・エミッタ間には微少なリーク電
流Ic2が流れる程度になる。In FIG. 7, it is assumed that the current control element 34 is repeatedly turned on and off and the current control element 4 is turned off. When the current Ib3 indicated by the solid arrow flows through the base terminal of the current control element 34, the current control element 34 turns on, and the drive current Ic3 indicated by the thick arrow in the drawing flows to the inductive load 3. When the current control type element 34 is turned off, the return current flows through the return diode 35. By changing the ON / OFF ratio of the current control type element 34 (PWM control), it is possible to flow a current of a desired magnitude as a whole. In this state, the base terminal of the current control element 4 is normally not supplied with the base current, and the current control element 4 is off. In the present invention, in this state, a small constant base current Ib2 is intentionally supplied to the base terminal of the current control element 4. At this time, the base-emitter voltage Vbe2 of the current control type element 4 is equal to the base current I
It is a function of b2 and temperature T. If the base current Ib2 is set to a constant value, it is possible to estimate the temperature by utilizing the fact that the rate of change of Vbe2 with respect to the temperature is constant. This operation principle is basically the same as that of the first embodiment. Similar to the first embodiment, the base current Ib2 is supplied to the current-controlled element 4 which is off, and the magnitude of Vbe2 is the voltage at which the current-controlled element 4 is turned on (usually 0.6 to
The value is sufficiently low with respect to 0.7V). By using such a method, the current control element 4 is not completely turned on, and a minute leak current Ic2 flows between the collector and the emitter.
【0044】ここで、誘導性負荷37を駆動している主
たる電流Ic3の大きさに対して、このリーク電流Ic
2のレベルは3桁〜4桁程度低いものとする。誘導性負
荷37の駆動電流Ic3にとって制御上の影響を受ける
誤差レベルが1%程度以上と見なすと、リーク電流Ic
2は十分に小さいと見なすことができる。Here, with respect to the magnitude of the main current Ic3 driving the inductive load 37, the leakage current Ic
The level of 2 is 3 to 4 digits lower. If the error level of the drive current Ic3 of the inductive load 37, which is affected by control, is considered to be about 1% or more, the leak current Ic
2 can be considered small enough.
【0045】第2の実施例における動作上の特徴として
は、誘導性負荷37を駆動する構成としているために、
上下の電流制御型素子34と4が同時にオフしているタ
イミングが存在し、そのタイミングでは還流電流が還流
用ダイオードを流れることにある。そのため、温度検出
のタイミングに特徴を持たせてある。その様子を図8に
示す。The operation characteristic of the second embodiment is that the inductive load 37 is driven,
There is a timing when the upper and lower current control type elements 34 and 4 are turned off at the same time, and at that timing, the return current flows through the return diode. Therefore, the timing of temperature detection is characterized. The situation is shown in FIG.
【0046】図8は、図3と同様なタイミングチャート
を示したもので、横軸が時間、縦軸にはそれぞれの信号
の様子を示している。まず(a)の波形は電流制御型素
子4のオン、オフの状態を示したもので、ハイレベルを
オン、ローレベルをオフとする。(e)の波形は電流制
御型素子34のオン、オフの状態を表したもので同様に
ハイレベルをオン、ローレベルをオフとする。このタイ
ミングチャートは図7におけるIc3の向きに誘導性負
荷37を駆動する場合の例であり、逆向きの電流で駆動
するときには、電流制御型素子34、4の波形が入れ替
わる。(a)の波形において、電流制御型素子4がオフ
している期間に電流制御型素子34はオン、オフを複数
回繰り返している。図8では便宜上5回のオン、オフと
しているが実際には数100〜数10000回のスイッ
チングが行われることもある。(f)、(g)は温度検
出のタイミングを示したもので、(f)は1回の電流制
御型素子4がオフしている期間内で、かつ電流制御型素
子34がオンしている状態で1回の温度検出が行われる
場合を示す。(g)は電流制御型素子4がオフで、かつ
複数回ある電流制御型素子34がオンしている状態ごと
に温度検出が行われる場合を示す。FIG. 8 is a timing chart similar to that of FIG. 3, in which the horizontal axis shows time and the vertical axis shows the state of each signal. First, the waveform of (a) shows the on / off state of the current control element 4, and the high level is on and the low level is off. The waveform (e) shows the on / off state of the current control type element 34. Similarly, the high level is turned on and the low level is turned off. This timing chart is an example of the case where the inductive load 37 is driven in the direction of Ic3 in FIG. 7, and the waveforms of the current control type elements 34 and 4 are exchanged when the current is driven in the opposite direction. In the waveform of (a), the current control element 34 is repeatedly turned on and off a plurality of times while the current control element 4 is off. In FIG. 8, it is turned on and off five times for the sake of convenience, but in practice, several hundred to several 10,000 times may be switched. (F) and (g) show the timing of temperature detection, and (f) is the period during which the current control type element 4 is turned off once, and the current control type element 34 is turned on. The case where the temperature detection is performed once in the state is shown. (G) shows the case where the temperature detection is performed for each state in which the current control element 4 is off and the current control element 34 is turned on a plurality of times.
【0047】図8においては、電流制御型素子4がオフ
している期間であっても電流制御型素子34がオフして
いる期間や過渡状態にある期間(パルスの立上りや立下
がり部分)は温度推定を行わないようにした。このよう
なタイミングをとることで誘導性負荷を駆動するインバ
ータ等に応用した場合にも安定的に温度検出が可能にな
るという特別な効果がある。In FIG. 8, even when the current-controlled element 4 is off, the current-controlled element 34 is off or in a transient state (pulse rising or falling portion). The temperature is not estimated. By taking such a timing, there is a special effect that the temperature can be stably detected even when applied to an inverter or the like that drives an inductive load.
【0048】また、温度検出のタイミングとしては図9
に示すような例も考えられる。図9において、(h)は
温度検出のタイミングであり、電流制御型素子4がオフ
していて電流制御型素子34がオンしている1回の期間
に多数回の温度検出を行うというものである。このよう
な温度検出を行うことで短時間により多くのサンプリン
グを行うことができ、温度データの平均値を算出するこ
とで耐ノイズ性の高い温度検出が可能になる。FIG. 9 shows the temperature detection timing.
An example such as shown in can be considered. In FIG. 9, (h) is the temperature detection timing, and the temperature detection is performed many times in one period in which the current control element 4 is off and the current control element 34 is on. is there. By performing such temperature detection, more sampling can be performed in a short time, and by calculating the average value of the temperature data, it is possible to perform temperature detection with high noise resistance.
【0049】(第3の実施例)本発明の第3の実施例に
ついて説明する。電流制御型素子等の構成については図
7に示す第2の実施例と同様である。本実施例の特徴は
温度検出のタイミングと温度検出に用いる電流制御型素
子の選択にある。以下、図10に基づいて説明する。(Third Embodiment) A third embodiment of the present invention will be described. The configuration of the current control element and the like is the same as that of the second embodiment shown in FIG. The feature of this embodiment lies in the temperature detection timing and the selection of the current control type element used for temperature detection. Hereinafter, description will be given with reference to FIG.
【0050】図10は、図8と同様なタイミングチャー
トである。同図中(a)は電流制御型素子4のオン・オ
フの状態、(e)は電流制御型素子34のオン・オフの
状態を表す。(i)は電流制御型素子34における温度
検出のタイミングを示したものである。電流制御型素子
4がオフし続けている期間で、電流制御型素子34がオ
ンからオフ状態に移ると、電流制御型素子34、4が両
方ともオフしているため、誘導性負荷37に流れていた
主電流Ic3を補うがごとく還流電流が還流用ダイオー
ド36を流れるようになる。この状態では、電流制御型
素子4のコレクタ電位38が接地電位2より低くなるた
め、電流制御型素子4のコレクタ・エミッタ間には逆バ
イアスがかかり、本発明の原理に基づいた温度検出には
適さない。そこで本実施例においては、この期間に、逆
側でオフしている電流制御型素子34を使って温度検出
をする。つまり、図10の(i)にあるようなタイミン
グで電流制御型素子34のベース端子にパルス状の微少
な電流として破線矢印で示した電流Ib2を流し、温度
検出を行う。温度検出の基本的な原理については第1の
実施例と同等である。FIG. 10 is a timing chart similar to that of FIG. In the figure, (a) shows the on / off state of the current control type element 4, and (e) shows the on / off state of the current control type element 34. (I) shows the timing of temperature detection in the current control type element 34. When the current control element 34 shifts from the on state to the off state during the period in which the current control element 4 continues to be turned off, both current control elements 34 and 4 are turned off, so that the current flows to the inductive load 37. The free-wheeling current flows through the free-wheeling diode 36 as if it were supplementing the main current Ic3. In this state, the collector potential 38 of the current control type element 4 becomes lower than the ground potential 2, so that a reverse bias is applied between the collector and the emitter of the current control type element 4 and temperature detection based on the principle of the present invention is not performed. Not suitable. Therefore, in this embodiment, the temperature is detected during this period by using the current control type element 34 which is turned off on the opposite side. That is, the current Ib2 indicated by the broken line arrow is supplied to the base terminal of the current control element 34 as a pulsed minute current at the timing as shown in (i) of FIG. 10 to detect the temperature. The basic principle of temperature detection is the same as in the first embodiment.
【0051】このような温度検出を行うことで、インバ
ータ等で誘導性負荷を駆動する場合に還流電流が流れる
期間においても温度検出が可能になる。この場合、上下
アームを構成する2つの半導体チップのいずれかは、ど
のタイミングでも温度検出が可能となり、前記2つの半
導体チップが比較的近くに配置されることを勘案する
と、十分に高精度での温度検出が可能である。By performing such temperature detection, it becomes possible to detect the temperature even during the period when the reflux current flows when the inductive load is driven by the inverter or the like. In this case, it is possible to detect the temperature of any one of the two semiconductor chips forming the upper and lower arms at any timing, and considering that the two semiconductor chips are arranged relatively close to each other, the accuracy is sufficiently high. It is possible to detect temperature.
【0052】また、図10(j)に示したのは同様に電
流制御型素子34における温度検出のタイミングを示し
たものである。(j)においては電流制御型素子4が1
回オフしている期間に電流制御型素子34を用いて複数
回温度検出するようにしたもので、他の実施例同様に一
定時間の間に温度検出の回数を増やすことで、より耐ノ
イズ性の高い温度推定が可能になる。Further, FIG. 10 (j) similarly shows the timing of temperature detection in the current control type element 34. In (j), the current control element 4 is 1
The current control element 34 is used to detect the temperature a plurality of times during the period of turning off, and the noise resistance can be further improved by increasing the number of temperature detections within a certain time as in the other embodiments. It enables high temperature estimation.
【0053】以上説明したとおり、本発明においては、
オフしている電流制御型素子に一定の微少なベース電流
を印加し、オフ状態におけるVbeを検出して温度を検
出するという構成としたため、特別な温度検出領域、温
度検出デバイスをつくらなくても良くなり、チップ面積
の増大、コストアップを防ぎ、素子本来の特性に影響を
与えずに、精度が高く迅速なオンチップ温度検出が実現
できる。As described above, in the present invention,
Since a certain minute base current is applied to the current-controlled element that is off and the temperature is detected by detecting Vbe in the off state, there is no need to create a special temperature detection area or temperature detection device. It is possible to realize the on-chip temperature detection with high accuracy and speed, without increasing the chip area, preventing the cost from increasing, and not affecting the original characteristics of the element.
【図1】本発明の第1の実施例を示す基本回路構成図。FIG. 1 is a basic circuit configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第1の実施例における電流制御型素子
の電気的特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing electrical characteristics of the current control element according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第1の実施例におけるタイミングチャ
ート。FIG. 3 is a timing chart in the first embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第1の実施例におけるパワーチップ周
辺の平面レイアウト図。FIG. 4 is a plan layout view around a power chip according to the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第1の実施例におけるベース駆動回路
図。FIG. 5 is a base drive circuit diagram in the first embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第1の実施例における電流制御型素子
のデバイス断面斜視図。FIG. 6 is a device cross-sectional perspective view of the current control element according to the first embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第2の実施例を示す基本回路構成図。FIG. 7 is a basic circuit configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第2の実施例におけるタイミングチャ
ート。FIG. 8 is a timing chart in the second embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第2の実施例における他のタイミング
チャート。FIG. 9 is another timing chart according to the second embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第3の実施例におけるタイミングチ
ャート。FIG. 10 is a timing chart in the third embodiment of the present invention.
【図11】従来例を示す図であり、(a)は従来例にお
ける平面レイアウト図、(b)は従来例におけるパワー
チップ周辺の平面レイアウト図。11A and 11B are diagrams showing a conventional example, in which FIG. 11A is a plan layout diagram in the conventional example, and FIG. 11B is a plan layout diagram around a power chip in the conventional example.
1…電源 2…接地電位
3…抵抗性負荷 4…電流制御型
素子
5…Ibがexp(q・Vbe/nkT)に比例する領
域
6…半導体基板 7…縦型の電流
制御型素子
8…エミッタ用ボンディングパッド 9…ベース用ボ
ンディングパッド
10…エミッタ配線 11…ベース配
線
12…エミッタ用ボンディングワイヤ 13…ベース用
ボンディングワイヤ
14…CPU 15…制御回路
16、17、18…スイッチ 19、20、2
1…抵抗
22…電圧検出部 23…電源
24…電源 25…ドレイン
電極
26…ドレインn+領域 27…n型エピ
タキシャル領域
28…P型ゲート領域 29…n+型ソ
ース領域
30…p+型ポリシリコン 31…ゲート絶
縁膜
32…トレンチゲート領域 33…チャネル
領域
34…電流制御型素子 35…還流用ダ
イオード
36…還流用ダイオード 37…誘導性負
荷
38…電流制御型素子4のコレクタ電位
120…半導体基板 121…パワー
素子領域
123…温度検出専用領域 122…制御回
路部
130…温度検出専用素子
131…温度検出素子用専用ボンディングパッド
132…アノード電極 133…カソー
ド電極
134…温度検出用ボンディングワイヤ
Ib1…通常動作時のベース電流 Ib2…温度検
出用の微小なベース電流
Ic1…通常動作時のコレクタ電流 Ic2…温度検
出時のリーク電流
Ic3…駆動電流
Vbe2…温度検出時のベース・エミッタ間電圧DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power supply 2 ... Ground potential 3 ... Resistive load 4 ... Current control type element 5 ... Region where Ib is proportional to exp (q.Vbe / nkT) 6 ... Semiconductor substrate 7 ... Vertical current control type element 8 ... Emitter Bonding pad 9 ... Base bonding pad 10 ... Emitter wiring 11 ... Base wiring 12 ... Emitter bonding wire 13 ... Base bonding wire 14 ... CPU 15 ... Control circuit 16, 17, 18 ... Switch 19, 20, 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Resistor 22 ... Voltage detection part 23 ... Power supply 24 ... Power supply 25 ... Drain electrode 26 ... Drain n + region 27 ... N-type epitaxial region 28 ... P-type gate region 29 ... N + -type source region 30 ... P + -type polysilicon 31 ... Gate Insulating film 32 ... Trench gate region 33 ... Channel region 34 ... Current control type element 35 ... Reflux diode 36 ... Reflux diode 37 ... Inductive load 38 ... Collector potential 120 of current control element 4 ... Semiconductor substrate 121 ... Power element Area 123 ... Temperature detection dedicated area 122 ... Control circuit section 130 ... Temperature detection dedicated element 131 ... Temperature detection element dedicated bonding pad 132 ... Anode electrode 133 ... Cathode electrode 134 ... Temperature detection bonding wire Ib1 ... Base current during normal operation Ib2 ... Micro base current Ic1 for temperature detection ... Normal The collector current Ic2 ... temperature at the time of detecting the leakage current Ic3 ... drive current Vbe2 ... temperature detection at the time of the base-emitter voltage at the time of work
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−36356(JP,A) 特開 平10−41510(JP,A) 特開 平8−111524(JP,A) 特開 平6−291323(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 657 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-36356 (JP, A) JP-A-10-41510 (JP, A) JP-A-8-111524 (JP, A) JP-A-6- 291323 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 657
Claims (8)
を有し、前記ベース端子とエミッタ端子の間にはpn接
合によるダイオードを有する電流制御型半導体素子と、 前記ベース端子に印加される制御信号がオフのときに、
前記ベース端子に前記電流制御型素子が通常のオン状態
となるベース電流よりも小さな一定のベース電流を流す
第1の手段と、 前記通常のオン状態となるベース電流よりも小さな一定
のベース電流を流している状態における前記電流制御型
素子のベース・エミッタ間順方向電圧に基づいて前記電
流制御型素子の温度を検出する第2の手段と、 を備え、電流制御型素子のオフ状態時における前記pn
接合によるダイオードの順方向電圧の温度依存性を用い
て温度検出を行なうことを特徴とするオンチップ温度検
出装置。1. A current control type semiconductor device having a base terminal, a collector terminal and an emitter terminal, and a diode having a pn junction between the base terminal and the emitter terminal, and a control signal applied to the base terminal. When off,
A first means for flowing a constant base current smaller than the base current in which the current control element is normally turned on to the base terminal, and a constant base current smaller than the base current in the normal on state. Second means for detecting the temperature of the current-controlled element based on the forward voltage between the base and emitter of the current-controlled element in the flowing state; pn
An on-chip temperature detection device characterized by performing temperature detection by using temperature dependence of a forward voltage of a diode due to a junction.
なるベース電流よりも小さな一定のベース電流を流して
いる状態における前記電流制御型素子のベース・エミッ
タ間順方向電圧が、前記電流制御型素子がオンする電圧
以下になるように設定したことを特徴とする請求項1に
記載の温度検出装置。2. The first means is characterized in that a forward voltage between a base and an emitter of the current control type element in a state where a constant base current smaller than a base current which is in the normal ON state is flowing, The temperature detection device according to claim 1, wherein the temperature control device is set to be equal to or lower than a voltage at which the current control type element is turned on.
電流をIb、ベース端子とエミッタ端子間の順方向電圧
をVbeとしたときに、前記Vbeは前記Ibと温度T
の関数であり、qは電子の電荷量、kはボルツマン定数
としたときに、前記Ibはexp(q・Vbe/nk
T)に比例している範囲にある微少電流であり、nは1
以上の実数であることを特徴とする請求項1または請求
項2に記載のオンチップ温度検出装置。3. When the constant base current flowing when the control signal is off is Ib and the forward voltage between the base terminal and the emitter terminal is Vbe, the Vbe is the Ib and the temperature T.
Where q is an electron charge amount and k is a Boltzmann constant, Ib is exp (q · Vbe / nk
It is a small current in the range proportional to T), and n is 1
The on-chip temperature detection device according to claim 1 or 2, wherein the on-chip temperature detection device is a real number as described above.
に流す一定のベース電流を、パルス状に流し、間歇的に
温度検出を行なうことを特徴とする請求項1乃至請求項
3の何れかに記載のオンチップ温度検出装置。4. The first means is characterized in that a constant base current flowing when the control signal is off is made to flow in a pulsed manner to intermittently detect the temperature. The on-chip temperature detection device according to any one of 1.
電流制御型素子のエミッタ端子と他方の電流制御型素子
のコレクタ端子とが直列に接続され、該接続点に誘導性
負荷等が並列に接続され、前記2つの電流制御型素子の
オン・オフにより前記誘導性負荷等を駆動する構成にお
いて、 どちらか一方の電流制御型素子がオンを続けている期間
であって、かつ、他方の電流制御型素子がオフしている
期間に、前記オフしている電流制御型素子のベース端子
に、前記電流制御型素子が通常のオン状態となるベース
電流よりも小さな一定のベース電流を、パルス状に流す
ことにより、間歇的に温度検出を行なうことを特徴とす
る請求項4に記載のオンチップ温度検出装置。5. There are two said current control type elements, the emitter terminal of one current control type element and the collector terminal of the other current control type element are connected in series, and an inductive load or the like is connected to said connection point. Is connected in parallel and drives the inductive load or the like by turning on / off the two current control type elements, in a period in which one of the current control type elements continues to turn on, and While the other current-controlled element is off, a constant base current smaller than the base current at which the current-controlled element is normally turned on is applied to the base terminal of the off-current-controlled element. The on-chip temperature detection device according to claim 4, wherein the temperature detection is performed intermittently by flowing in a pulsed manner.
いる期間であって、かつ、他方の電流制御型素子がオフ
している期間の後に引き続き、前者の電流制御型素子が
オフすることにより、後者の電流制御型素子に並列に接
続されたダイオード、もしくは後者の電流制御型素子自
身に還流電流が流れている期間に、オフしている前者の
電流制御型素子のベース端子に、前記電流制御型素子が
通常のオン状態となるベース電流よりも小さな一定のベ
ース電流を、パルス状に流すことにより、間歇的に温度
検出を行なうことを特徴とする請求項5に記載のオンチ
ップ温度検出装置。6. The former current control type element is turned off continuously after a period in which the one current control type element is on and the other current control type element is off. Thereby, the diode connected in parallel to the latter current-controlled element, or the base terminal of the former current-controlled element that is turned off during the period when the return current flows in the latter current-controlled element itself, The on-chip according to claim 5, wherein the temperature control device intermittently detects the temperature by causing a constant base current smaller than a base current in which the current control type element is normally turned on to flow in a pulse shape. Temperature detection device.
ス状に流す一定のベース電流を所定時間内に複数回流
し、それぞれについて温度検出を行ない、前記所定時間
内の平均値を求めることを特徴とする請求項5または請
求項6に記載のオンチップ温度検出装置。7. A constant base current flowing in a pulse shape is made to flow a plurality of times in a current control type element which is turned off within a predetermined time, temperature is detected for each of the base currents, and an average value within the predetermined time is obtained. The on-chip temperature detecting device according to claim 5 or 6, characterized in that.
ス状に流す一定のベース電流を、1回のオフごとに複数
回流し、それぞれについて温度検出を行ない、1回のオ
フごとに平均値を求めることを特徴とする請求項5また
は請求項6に記載のオンチップ温度検出装置。8. A constant base current flowing in a pulsed manner is made to flow a plurality of times in each of the off-state current control type elements for each off, and temperature detection is performed for each of the off times, and an average is obtained for each off. The on-chip temperature detecting device according to claim 5, wherein the value is obtained.
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