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JP5900082B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description

本発明は、半導体装置に係り、特に、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど小さくなる第1の動作電圧領域と、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど大きくなる第2の動作電圧領域と、を有する半導体素子を備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, and in particular, a first operating voltage region in which an operating current flowing for the same operating voltage decreases as the temperature increases, and an operating current flowing for the same operating voltage increases as the temperature increases. The present invention relates to a semiconductor device including a semiconductor element having a second operating voltage region.

従来、電力損失を低減させた半導体装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。この半導体装置は、電源と負荷との間に並列接続されるバイポーラ型トランジスタ(IGBT)及びユニポーラ型トランジスタ(MOS)を備えている。この半導体装置においては、負荷状態に応じて駆動素子が選択され、バイポーラ型トランジスタ及びユニポーラ型トランジスタのうち飽和電圧が低い方のトランジスタが駆動素子として用いられるので、電力損失の低減を図ることができる。   Conventionally, a semiconductor device with reduced power loss is known (see, for example, Patent Document 1). This semiconductor device includes a bipolar transistor (IGBT) and a unipolar transistor (MOS) connected in parallel between a power supply and a load. In this semiconductor device, a driving element is selected according to a load state, and a transistor having a lower saturation voltage among bipolar transistors and unipolar transistors is used as a driving element, so that power loss can be reduced. .

特開2010−279193号公報JP 2010-279193 A

しかし、上記した特許文献1記載の装置では、電力損失の低減を図るうえで、並列接続される種類の異なるバイポーラ型トランジスタとユニポーラ型トランジスタとを用意することが必要であるので、部品点数が多く回路規模が大きくなり、その結果として、コスト的メリットを見出すことが極めて困難である。   However, in the device described in Patent Document 1, it is necessary to prepare different types of bipolar transistors and unipolar transistors that are connected in parallel in order to reduce power loss. As a result, the circuit scale becomes large and it is extremely difficult to find a cost advantage.

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で電力損失を改善させることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described points, and an object thereof is to provide a semiconductor device capable of improving power loss with a simple configuration.

上記の目的は、負荷を備える車両に搭載される半導体装置であって、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど小さくなる第1の動作電圧領域と、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど大きくなる第2の動作電圧領域と、を含む温度特性を有し、前記車両における高負荷運転動作時に前記第1の動作電圧領域で動作され、一方、前記車両における低負荷運転動作時に前記第2の動作電圧領域で動作される半導体素子と、前記第2の動作電圧領域での動作時に、前記第1の動作電圧領域での動作時に比べて、前記半導体素子を高温状態に制御する温度制御手段と、を備える半導体装置により達成される。 The above object is a semiconductor device mounted on a vehicle equipped with a load, and the first operating voltage region where the operating current flowing with respect to the same operating voltage decreases as the temperature increases, and the same operating voltage flows. possess a second operating voltage region where the operating current is increased as the temperature becomes higher, the temperature characteristics including, the operated at the first operating voltage region during high-load running operation of the vehicle, while low in the vehicle A semiconductor element that operates in the second operating voltage region during a load operation operation and a temperature higher than that during the operation in the first operating voltage region during operation in the second operating voltage region. And a temperature control means for controlling the state.

本発明によれば、簡易な構成で電力損失を改善させることができる。   According to the present invention, power loss can be improved with a simple configuration.

本発明の一実施例である半導体装置の構成図である。It is a block diagram of the semiconductor device which is one Example of this invention. 本実施例の半導体装置が備える半導体素子の順方向電圧と順電流との関係についての温度特性を表した図である。It is a figure showing the temperature characteristic about the relationship between the forward voltage and forward current of the semiconductor element with which the semiconductor device of a present Example is provided. 本実施例の半導体装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the control routine performed in the semiconductor device of the present embodiment. 本発明の変形例である半導体装置において実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。It is a flowchart of an example of the control routine performed in the semiconductor device which is the modification of this invention. 本変形例の半導体装置において温度と損失との関係を表した図である。It is a figure showing the relationship between temperature and loss in the semiconductor device of this modification.

以下、図面を用いて、本発明に係る半導体装置の具体的な実施の形態について説明する。   Hereinafter, specific embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施例である半導体装置10の構成図を示す。   FIG. 1 shows a configuration diagram of a semiconductor device 10 according to an embodiment of the present invention.

本実施例の半導体装置10は、ハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車などの車両に搭載される車載パワーコントロールユニット12に用いられるものである。本実施例において、車両は、図1に示す如く、エンジン14と、2つのモータ・ジェネレータ(MG)16,18と、減速機20と、を用いて、タイヤ22が駆動されると共に、タイヤ22の減速時に回生が行われる車両である。すなわち、タイヤ22は、燃料供給に伴うエンジン14の回転トルクと車載バッテリ24からの電力供給に伴うMG16,18の回転トルクとで回転駆動されると共に、タイヤ減速時の回生トルクは、MG16,18の発電により電気エネルギに変換されて車載バッテリ24を充電する。   The semiconductor device 10 of this embodiment is used for an in-vehicle power control unit 12 mounted on a vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the vehicle is driven by a tire 22 using an engine 14, two motor generators (MG) 16 and 18, and a speed reducer 20, and the tire 22 It is a vehicle that is regenerated when the vehicle is decelerated. That is, the tire 22 is rotationally driven by the rotational torque of the engine 14 associated with the fuel supply and the rotational torque of the MGs 16 and 18 associated with the power supply from the in-vehicle battery 24, and the regenerative torque at the time of tire deceleration is MG16, 18 The in-vehicle battery 24 is charged by being converted into electric energy by the power generation.

車載パワーコントロールユニット12は、車載バッテリ24と、昇圧コンバータ26と、2つのインバータ28,30と、を備えている。車載バッテリ24は、例えば244ボルト程度の直流電圧を出力する充放電可能な二次バッテリである。昇圧コンバータ26は、車載バッテリ24の出力直流電圧を最大、所定の直流電圧(例えば650ボルト)まで昇圧すると共に、また、MG16,18による発電により得られた直流電圧を車載バッテリ24を充電可能な直流電圧まで降圧するコンバータである。   The in-vehicle power control unit 12 includes an in-vehicle battery 24, a boost converter 26, and two inverters 28 and 30. The in-vehicle battery 24 is a chargeable / dischargeable secondary battery that outputs a DC voltage of about 244 volts, for example. Boost converter 26 boosts the output DC voltage of in-vehicle battery 24 up to a predetermined DC voltage (for example, 650 volts) and can charge in-vehicle battery 24 with the DC voltage obtained by power generation by MGs 16 and 18. It is a converter that steps down to a DC voltage.

インバータ28は、MG16を制御する駆動回路であり、車載バッテリ24とMG16との間において電圧を直流から交流へ変換しかつ交流から直流へ変換する電力変換機である。また、インバータ30は、MG18を制御する駆動回路であり、車載バッテリ24とMG18との間において電圧を直流から交流へ変換しかつ交流から直流へ変換する電力変換機である。   The inverter 28 is a drive circuit that controls the MG 16, and is a power converter that converts a voltage from direct current to alternating current and converts from alternating current to direct current between the in-vehicle battery 24 and the MG 16. The inverter 30 is a drive circuit that controls the MG 18 and is a power converter that converts a voltage from direct current to alternating current and converts from alternating current to direct current between the in-vehicle battery 24 and the MG 18.

上記の構成において、エンジン14は、燃料供給によりタイヤ22を回転させる回転トルクを発生する。また、車載パワーコントロールユニット12は、タイヤ22を回転駆動させる際、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30を駆動させることで車載バッテリ24の出力直流電圧を昇圧させてMG16,18へ電力供給を行う。この場合、MG16,18は、かかる電力供給によりタイヤ22を回転させる回転トルクを発生する。エンジン14及び/又はMG16,18に回転トルクが発生すると、タイヤ22が回転駆動される。   In the above configuration, the engine 14 generates rotational torque that rotates the tire 22 by supplying fuel. In addition, when the tire 22 is rotationally driven, the in-vehicle power control unit 12 drives the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 to boost the output DC voltage of the in-vehicle battery 24 and supply power to the MGs 16 and 18. In this case, the MGs 16 and 18 generate rotational torque that rotates the tire 22 by such power supply. When rotational torque is generated in the engine 14 and / or the MGs 16 and 18, the tire 22 is rotationally driven.

また、車載パワーコントロールユニット12は、タイヤ22の減速時、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30を駆動させることでMG16,18を発電させてタイヤ22の回転トルクを電気エネルギに変換しかつ降圧させる。この場合には、タイヤ22の回転トルクを変換した電気エネルギが降圧変換されて車載バッテリ24に供給されることで、車載バッテリ24の充電が行われる。   Further, when the tire 22 is decelerated, the in-vehicle power control unit 12 drives the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 to generate electric power of the MGs 16 and 18 to convert the rotational torque of the tire 22 into electric energy and to reduce the pressure. In this case, the electric energy obtained by converting the rotational torque of the tire 22 is stepped down and supplied to the in-vehicle battery 24, whereby the in-vehicle battery 24 is charged.

本実施例において、半導体装置10は、バイポーラ型の半導体素子40を備えている。半導体素子40は、昇圧コンバータ26を構成するパワー半導体又はインバータ28,30を構成するパワー半導体であって、半導体スイッチング素子42と半導体ダイオード44とからなる。半導体スイッチング素子42は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。また、半導体ダイオード44は、PINダイオードなどである。   In the present embodiment, the semiconductor device 10 includes a bipolar semiconductor element 40. The semiconductor element 40 is a power semiconductor that constitutes the boost converter 26 or a power semiconductor that constitutes the inverters 28 and 30, and includes a semiconductor switching element 42 and a semiconductor diode 44. The semiconductor switching element 42 is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The semiconductor diode 44 is a PIN diode or the like.

図2は、本実施例の半導体装置10が備える半導体素子40の順方向電圧と順電流との関係(例えば、半導体スイッチング素子42のゲート−エミッタ間電圧を一定とした場合におけるコレクタ−エミッタ間電圧VCEとコレクタ電流ICとの関係、すなわち、半導体スイッチング素子42のオン電圧特性)についての温度特性を表した図を示す。   FIG. 2 shows the relationship between the forward voltage and forward current of the semiconductor element 40 included in the semiconductor device 10 of this embodiment (for example, the collector-emitter voltage when the gate-emitter voltage of the semiconductor switching element 42 is constant). The figure showing the temperature characteristic about the relationship between VCE and collector current IC, ie, the on-voltage characteristic of the semiconductor switching element 42, is shown.

半導体素子40は、順方向電圧と順電流との間に図2に示す如き関係を有している。半導体素子40は、この順方向電圧と順電流との関係に関し、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど小さくなる第1の動作電圧領域と、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど大きくなる第2の動作電圧領域と、を有し、温度特性が逆特性に切り替わるポイント(以下、適宜、クロスポイントと称す。)を有している。第1の動作電圧領域は、第2の動作電圧領域に対して高電圧側及び高電流側に設定されている。   The semiconductor element 40 has a relationship as shown in FIG. 2 between the forward voltage and the forward current. Regarding the relationship between the forward voltage and the forward current, the semiconductor element 40 has a first operating voltage region in which the operating current flowing for the same operating voltage decreases as the temperature increases, and the operating current flowing for the same operating voltage. Has a second operating voltage region that increases as the temperature increases, and has a point at which the temperature characteristic is switched to the reverse characteristic (hereinafter, referred to as a cross point as appropriate). The first operating voltage region is set on the high voltage side and the high current side with respect to the second operating voltage region.

例えば、IGBTである半導体スイッチング素子42において、第1の動作電圧領域は、同じコレクタ−エミッタ間電圧Vceに対して流れるコレクタ電流Icが温度が高いほど小さくなるものであり、また、第2の動作電圧領域は、同じコレクタ−エミッタ間電圧Vceに対して流れるコレクタ電流Icが温度が高いほど大きくなるものである。尚、上記した半導体素子40は、熱的安定性の確保のため、第1の動作電圧領域で動作されることが一般的である。   For example, in the semiconductor switching element 42 which is an IGBT, the first operating voltage region is smaller as the collector current Ic flowing with respect to the same collector-emitter voltage Vce is higher, and the second operation voltage region is the second operation voltage region. The voltage region increases as the collector current Ic flowing for the same collector-emitter voltage Vce increases. The semiconductor element 40 is generally operated in the first operating voltage region in order to ensure thermal stability.

車載パワーコントロールユニット12は、また、冷却器50を備えている。冷却器50は、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の近傍(特に、半導体スイッチング素子42の近傍)に配置されており、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30を冷却する水冷式の冷却機器である。尚、冷却器50は、空冷式のものであってもよい。昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の発した熱は、冷却器50において媒体(水)に伝達される。   The in-vehicle power control unit 12 also includes a cooler 50. The cooler 50 is disposed in the vicinity of the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 (particularly in the vicinity of the semiconductor switching element 42), and is a water-cooled cooling device that cools the boost converter 26 and the inverters 28 and 30. The cooler 50 may be an air cooling type. Heat generated by the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 is transmitted to the medium (water) in the cooler 50.

冷却器50には、冷却通路52を介してウォータポンプ54及びラジエータ56が接続されている。ウォータポンプ54は、冷却器50とラジエータ56との間で冷却通路52を介して媒体(水)を循環させる電動ポンプである。ウォータポンプ54には、電子制御ユニット(以下、ECUと称す)60が接続されている。ECU60は、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の作動時にウォータポンプ54を作動させて媒体(水)を循環させる。冷却器50において熱が伝達された媒体(水)は、ウォータポンプ54の作動により冷却通路52を流通してラジエータ56に送られる。ラジエータ56は、媒体(水)に伝達された熱を放熱する。   A water pump 54 and a radiator 56 are connected to the cooler 50 via a cooling passage 52. The water pump 54 is an electric pump that circulates a medium (water) between the cooler 50 and the radiator 56 via the cooling passage 52. An electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) 60 is connected to the water pump 54. The ECU 60 circulates the medium (water) by operating the water pump 54 when the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 are operated. The medium (water) to which heat has been transmitted in the cooler 50 is sent to the radiator 56 through the cooling passage 52 by the operation of the water pump 54. The radiator 56 radiates heat transferred to the medium (water).

ECU60には、また、半導体素子40の温度を検出するための温度センサ62が接続されている。温度センサ62は、半導体素子40の温度に応じた信号を出力する。ECU60は、温度センサ62の出力信号に基づいて半導体素子40の温度を検出する。   The ECU 60 is also connected with a temperature sensor 62 for detecting the temperature of the semiconductor element 40. The temperature sensor 62 outputs a signal corresponding to the temperature of the semiconductor element 40. The ECU 60 detects the temperature of the semiconductor element 40 based on the output signal of the temperature sensor 62.

図3は、本実施例の半導体装置10においてECU60が実行する制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。   FIG. 3 shows a flowchart of an example of a control routine executed by the ECU 60 in the semiconductor device 10 of the present embodiment.

本実施例において、ECU60には、車両において低負荷運転動作が要求されているか否かを示す情報が供給される。この情報は、車両運転者によるエコモード運転のスイッチオン動作の有無や,車両が出力アップされず低負荷運転を継続しているか否か、或いは、ナビゲーションシステムとの協調で車両の低負荷運転が予想されるか否かを示す情報などである。また、「低負荷運転動作」とは、半導体装置10の半導体素子40が、熱的余裕のある上記のクロスポイント未満の領域すなわち第2の動作電圧領域で動作すること、例えば、半導体スイッチング素子42が比較的低いコレクタ−エミッタ間電圧Vceと比較的低いコレクタ電流Icとでオン動作することである。   In this embodiment, the ECU 60 is supplied with information indicating whether or not a low load driving operation is requested in the vehicle. This information includes whether or not the vehicle driver has switched on for eco-mode driving, whether the vehicle continues to operate at low load without increasing its output, or whether the vehicle is operating at low load in cooperation with the navigation system. Information indicating whether or not expected. In addition, the “low load operation operation” means that the semiconductor element 40 of the semiconductor device 10 operates in a region below the cross point having a thermal margin, that is, the second operating voltage region, for example, the semiconductor switching element 42. Is turned on with a relatively low collector-emitter voltage Vce and a relatively low collector current Ic.

ECU60は、車両において低負荷運転動作が要求されているか否かを判別する(ステップ100)。車両において低負荷運転動作が実行されている場合、半導体装置10の半導体素子40は、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど大きくなる第2の動作電圧領域で動作する。ECU60は、上記の判別の結果、低負荷運転動作が要求されていない場合は、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の作動時にウォータポンプ54を通常どおりの出力が生じるように作動させて冷却器50を所望の冷却性能が発揮されるように作動させる(ステップ102)。この場合は、半導体装置10の昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の各半導体素子40は、所望の状態に冷却されることとなる。   The ECU 60 determines whether or not a low load driving operation is required in the vehicle (step 100). When the low load operation is performed in the vehicle, the semiconductor element 40 of the semiconductor device 10 operates in the second operating voltage region where the operating current flowing for the same operating voltage increases as the temperature increases. If the low load operation is not requested as a result of the above determination, the ECU 60 operates the water pump 54 so that a normal output is generated when the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 are operated, and the cooler 50 Are operated so that the desired cooling performance is exhibited (step 102). In this case, the boost converter 26 of the semiconductor device 10 and the semiconductor elements 40 of the inverters 28 and 30 are cooled to a desired state.

一方、ECU60は、上記の判別の結果、低負荷運転動作が要求されている場合は、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の作動時にウォータポンプ54の出力を通常の出力よりも低下させることで、冷却器50の冷却性能を所望の冷却性能よりも低下させる(ステップ104)。尚、この場合におけるウォータポンプ54の出力の通常時からの低下度合い又は冷却器50の冷却性能の通常時からの低下度合いは、予め定められたものであってよく、例えば、ウォータポンプ54の作動停止又は冷却器50の冷却停止などであってよい。   On the other hand, as a result of the above determination, the ECU 60 reduces the output of the water pump 54 from the normal output when the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 are operated when the low load operation is required. The cooling performance of the cooler 50 is lowered below the desired cooling performance (step 104). In this case, the degree of decrease in the output of the water pump 54 from the normal time or the degree of decrease in the cooling performance of the cooler 50 from the normal time may be determined in advance, for example, the operation of the water pump 54 It may be a stop or a cooling stop of the cooler 50.

この場合、すなわち、冷却器50の冷却性能が低下される場合は、各半導体素子40が冷却器50により冷却され難くなるので、それらの各半導体素子40が所望の冷却による温度よりも高温状態になる。半導体素子40が第2の動作電圧領域において高温状態になると、低温状態の場合に比べて、その半導体素子40において同じ動作電圧に対して流れる動作電流が大きくなり、その半導体素子40のオン時に電流が流れ易くなる。   In this case, that is, when the cooling performance of the cooler 50 is deteriorated, each semiconductor element 40 becomes difficult to be cooled by the cooler 50, so that each of the semiconductor elements 40 is in a higher temperature than the temperature due to the desired cooling. Become. When the semiconductor element 40 is in a high temperature state in the second operating voltage region, the operating current flowing in the semiconductor element 40 with respect to the same operating voltage is larger than that in the low temperature state. Becomes easier to flow.

従って、本実施例によれば、低負荷運転動作時に高負荷運転動作時に比べて冷却器50の冷却性能を下げて半導体素子40を高温で動作させることで、半導体素子40の定常損を低減することができる。このため、低負荷運転動作時に、電力損失を低減することができ、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の作動効率を向上させることができ、その結果として、車両の燃費損失を改善することが可能である。特に、昇圧コンバータ26の上アームの半導体素子40は、車載バッテリ24とMG16,18との間の電力経路上にあるので、多大な電力損失が発生するおそれがあるが、上記の構成によれば、その電力損失を低減させることができるので、電力損失低減を効果的に行うことが可能である。   Therefore, according to the present embodiment, the steady loss of the semiconductor element 40 is reduced by operating the semiconductor element 40 at a high temperature by lowering the cooling performance of the cooler 50 in the low load operation operation as compared with the high load operation operation. be able to. For this reason, it is possible to reduce the power loss during the low load operation, and to improve the operation efficiency of the boost converter 26 and the inverters 28 and 30. As a result, the fuel consumption loss of the vehicle can be improved. It is. In particular, since the semiconductor element 40 of the upper arm of the boost converter 26 is on the power path between the in-vehicle battery 24 and the MGs 16 and 18, there is a possibility that a great power loss may occur. Since the power loss can be reduced, the power loss can be effectively reduced.

また、上記の構成においては、低負荷運転動作時に電力損失を低減するうえで、ウォータポンプ54の出力が通常の出力よりも低下される。このため、本実施例によれば、低負荷運転動作時にウォータポンプ54で消費される電力自体を低減することができ、そのウォータポンプ54での補機損失を低減することができるので、電力損失低減効果を向上させることが可能である。   Moreover, in said structure, when reducing a power loss at the time of low load driving | running operation | movement, the output of the water pump 54 is reduced rather than a normal output. For this reason, according to the present embodiment, the power itself consumed by the water pump 54 during the low load operation can be reduced, and the auxiliary machine loss in the water pump 54 can be reduced. It is possible to improve the reduction effect.

また、上記した構成においては、低負荷運転動作時に電力損失を低減するうえで、並列接続される種類の異なる複数の半導体素子を用意することは不要であるので、部品点数を最小限とし回路規模を小さくすることができ、低コスト化を図ることが可能である。このように、本実施例の半導体装置10によれば、簡易な構成で電力損失を改善させることが可能である。   In the above configuration, it is not necessary to prepare a plurality of different types of semiconductor elements connected in parallel in order to reduce power loss during low-load operation, so the number of parts is minimized and the circuit scale is reduced. The cost can be reduced and the cost can be reduced. Thus, according to the semiconductor device 10 of the present embodiment, it is possible to improve the power loss with a simple configuration.

更に、本実施例において、ECU60は、上記ステップ104において冷却器50の冷却性能を低下させた以後、半導体素子40の温度が規格超過に至っているか否かを判別する(ステップ106)。尚、この規格は、半導体素子40が正常に動作する範囲として予め定められている上限の温度のことである。ECU60は、上記の判別の結果、半導体素子40の温度が規格超過に至っていない場合は、上記ステップ100以降の処理を繰り返し実行する。   Further, in the present embodiment, the ECU 60 determines whether or not the temperature of the semiconductor element 40 has exceeded the standard after the cooling performance of the cooler 50 is lowered in the above step 104 (step 106). This standard is an upper limit temperature that is predetermined as a range in which the semiconductor element 40 operates normally. When the temperature of the semiconductor element 40 has not exceeded the standard as a result of the above determination, the ECU 60 repeatedly executes the processing from step 100 onward.

一方、ECU60は、上記ステップ106において半導体素子40の温度が規格超過に至っていると判別した場合は、以後、半導体素子40が正常に動作しなくなる可能性があるので、次に上記ステップ102の処理を実行する。すなわち、ウォータポンプ54の出力低下を解除して冷却器50の冷却性能の低下を解除することで、昇圧コンバータ26及びインバータ28,30の作動時にウォータポンプ54を通常どおりの出力が生じるように作動させて冷却器50を所望の冷却性能が発揮されるように作動させる。   On the other hand, if the ECU 60 determines in step 106 that the temperature of the semiconductor element 40 has exceeded the standard, the semiconductor element 40 may not operate normally thereafter. Execute. That is, by canceling the decrease in the output of the water pump 54 and canceling the decrease in the cooling performance of the cooler 50, the water pump 54 is operated so that a normal output is generated when the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 are operated. Then, the cooler 50 is operated so that a desired cooling performance is exhibited.

かかる冷却器50の冷却性能が所望のものに戻れば、半導体素子40の冷却が通常どおりに行われ、半導体素子40の正常動作が確保されることとなる。従って、本実施例によれば、冷却器50の冷却性能を強制的に下げて半導体素子40の温度上昇を促すことでできるだけ電力損失を改善させつつ、その半導体素子40が温度上昇に伴って正常動作が確保されなくなる事態を回避することができる。   If the cooling performance of the cooler 50 returns to a desired one, the semiconductor element 40 is cooled as usual, and normal operation of the semiconductor element 40 is ensured. Therefore, according to the present embodiment, the cooling performance of the cooler 50 is forcibly lowered to promote the temperature rise of the semiconductor element 40, thereby improving the power loss as much as possible, and the semiconductor element 40 is normal as the temperature rises. A situation in which the operation is not ensured can be avoided.

尚、上記の実施例においては、ECU60が図3に示すルーチン中ステップ100〜106の処理を実行することが特許請求の範囲に記載した「温度制御手段」に、ECU60が温度センサ62の出力信号に基づいて半導体素子40の温度を検出することが特許請求の範囲に記載した「温度検出手段」に、それぞれ相当している。
In the above embodiment, the ECU 60 executes the processing of steps 100 to 106 in the routine shown in FIG. 3 in the “ temperature control means” described in the claims, and the ECU 60 outputs the output signal of the temperature sensor 62. Detecting the temperature of the semiconductor element 40 based on the above corresponds to “temperature detection means” recited in the claims.

ところで、上記の実施例においては、低負荷運転動作時に全体的な電力損失を低減するうえで、ウォータポンプ54の出力を低下させ或いは冷却器50の冷却性能を低下させることとしているが、そのウォータポンプ54の出力の通常時からの低下度合い或いは冷却器50の冷却性能の通常時からの低下度合いを、半導体素子40が最適な温度に調整されるように設定することとしてもよい。   In the above embodiment, the output of the water pump 54 is reduced or the cooling performance of the cooler 50 is lowered in order to reduce the overall power loss during the low load operation. The degree of decrease in the output of the pump 54 from the normal time or the degree of decrease in the cooling performance of the cooler 50 from the normal time may be set so that the semiconductor element 40 is adjusted to an optimum temperature.

半導体素子40は、第2の動作電圧領域では高温状態の方が低温状態に比べて定常損が低減する一方で、スイッチング損失が増加する傾向にあるため、半導体素子40を温度上昇させて定常損を下げたとしても、全体として電力損失の低減を図ることができないおそれがある。そこで、半導体素子40の温度と損失との特性関係を規定したマップを予め用意したうえで、半導体素子40の定常損とスイッチング損との双方を考慮して、ウォータポンプ54の出力の通常時からの低下度合い或いは冷却器50の冷却性能の通常時からの低下度合いを適切に設定することとしてもよい。かかる変形例によれば、低負荷運転動作時に全体的な電力損失効果が最も発揮されるように半導体素子40の温度が最適温度に調整されるので、全体的な電力損失を低減することが可能となる。   In the second operating voltage region, the semiconductor element 40 has a higher steady-state loss in the high-temperature state than the low-temperature state, but tends to increase the switching loss. Even if the value is lowered, there is a possibility that the power loss cannot be reduced as a whole. Therefore, a map that defines the characteristic relationship between the temperature and loss of the semiconductor element 40 is prepared in advance, and both the steady loss and switching loss of the semiconductor element 40 are taken into consideration, and the normal output of the water pump 54 is normal. It is good also as setting appropriately the fall degree from the normal time or the fall degree of the cooling performance of the cooler 50. According to such a modification, the temperature of the semiconductor element 40 is adjusted to the optimum temperature so that the overall power loss effect is most exhibited during the low load operation, so that the overall power loss can be reduced. It becomes.

また、低負荷運転動作時にウォータポンプ54の出力を所定出力に低下させ或いは冷却器50の冷却性能を所定冷却性能に低下させたうえで、その出力低下或いは冷却性能低下を、全体的な電力損失低減効果が得られる時点まで継続し、その電力損失低減効果が得られなくなった場合に解除することとしてもよい。   Further, when the output of the water pump 54 is lowered to a predetermined output or the cooling performance of the cooler 50 is lowered to a predetermined cooling performance during the low load operation, the output reduction or the cooling performance is reduced as a whole power loss. It is good also as canceling | releasing when it continues until the time when a reduction effect is acquired, and the power loss reduction effect is no longer acquired.

すなわち、かかる変形例において、ECU60は、まず、図3に示すルーチンに代えて図4に示すルーチンを実行することとし、昇圧コンバータ26やインバータ28,30の動作状態(例えば、温度や電圧,電流、キャリア)と、定常損、補機損、及びスイッチング損の各損失及び全体的な損失との関係を規定したマップを予め用意することとするのがよい。   That is, in such a modification, the ECU 60 first executes the routine shown in FIG. 4 instead of the routine shown in FIG. 3, and the operating states (for example, temperature, voltage, current) of the boost converter 26 and the inverters 28, 30. , Carrier), and a map that defines the relationship between each loss of steady loss, auxiliary machinery loss, switching loss, and overall loss.

そして、ECU60は、ステップ104において冷却器50の冷却性能を低下させた後、昇圧コンバータ26やインバータ28,30の動作状態(例えば、温度や電圧,電流、キャリア)をモニタし(ステップ200)、そのモニタした動作状態に基づいて、半導体素子40を動作させるうえで生じる電力損失の低減効果が得られるか否かを判別する(ステップ202)。そして、その電力損失低減効果が得られると判別した場合は次にステップ106において半導体素子40の温度が規格超過に至ったか否かを判別し、一方、その電力損失低減効果が得られないと判別した場合は次にステップ102において冷却器50の冷却性能を通常どおりの所望のものに戻す。   Then, after reducing the cooling performance of the cooler 50 in step 104, the ECU 60 monitors the operating state (for example, temperature, voltage, current, carrier) of the boost converter 26 and the inverters 28, 30 (step 200). Based on the monitored operation state, it is determined whether or not the effect of reducing the power loss generated when the semiconductor element 40 is operated can be obtained (step 202). If it is determined that the power loss reduction effect is obtained, it is next determined in step 106 whether or not the temperature of the semiconductor element 40 has exceeded the standard, and on the other hand, the power loss reduction effect is not obtained. If so, then in step 102, the cooling performance of the cooler 50 is returned to the desired one as usual.

尚、上記ステップ200におけるモニタ及び上記ステップ202における判別は、ステップ106において半導体素子40の温度が規格超過に至ったか否かを判別する前に行われるものとしたが、ステップ106において半導体素子40の温度が規格超過に至っていないと判別された場合に行われるものとしてもよい。   The monitoring in step 200 and the determination in step 202 are performed before determining in step 106 whether or not the temperature of the semiconductor element 40 has exceeded the standard. It may be performed when it is determined that the temperature does not exceed the standard.

かかる変形例によれば、図5に示す如き温度−損失特性に従って、半導体素子40の温度を電力損失が最大限低減される最適な温度に調整することができるので、定常損と補機損とスイッチング損とを考慮した全体的な電力損失を低減することが可能となる。尚、ECU60が図4に示すルーチン中ステップ202の処理を実行することが特許請求の範囲に記載した「損失低減効果判別手段」に相当している。   According to such a modification, the temperature of the semiconductor element 40 can be adjusted to an optimum temperature at which the power loss is reduced to the maximum according to the temperature-loss characteristics as shown in FIG. It becomes possible to reduce the overall power loss considering the switching loss. Note that the execution of step 202 in the routine shown in FIG. 4 by the ECU 60 corresponds to the “loss reduction effect determining means” recited in the claims.

また、上記の実施例においては、ウォータポンプ54を用いて媒体を冷却通路52内で循環させて昇圧コンバータ26やインバータ28,30の熱をラジエータ56で放熱することで、昇圧コンバータ26やインバータ28,30を冷却することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、空冷ファンを用いて昇圧コンバータ26やインバータ28,30を冷却することとしてもよい。   Further, in the above embodiment, the medium is circulated in the cooling passage 52 using the water pump 54 and the heat of the boost converter 26 and the inverters 28 and 30 is radiated by the radiator 56, thereby the boost converter 26 and the inverter 28. , 30 is cooled, but the present invention is not limited to this, and the boost converter 26 and the inverters 28, 30 may be cooled using an air cooling fan.

また、上記の実施例においては、低負荷運転動作時にウォータポンプ54の出力を低下させて冷却器50による冷却量を小さくすることで、半導体素子40を高温動作させることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、低負荷運転動作時に、半導体素子40を加熱する加熱装置を用いて半導体素子40を加熱することですなわち半導体素子40の加熱量を大きくすることで、半導体素子40を高温動作させることとしてもよい。更に、この場合は、冷却器50による冷却量を小さくしつつ同時に半導体素子40を加熱する加熱量を大きくすることとしてもよい。   In the above embodiment, the semiconductor element 40 is operated at a high temperature by reducing the output of the water pump 54 and reducing the cooling amount by the cooler 50 during the low load operation. However, the present invention is not limited to this, and the semiconductor element 40 is heated by heating the semiconductor element 40 using a heating device that heats the semiconductor element 40 during a low load operation, that is, by increasing the heating amount of the semiconductor element 40. May be operated at a high temperature. Furthermore, in this case, the amount of heating for heating the semiconductor element 40 may be increased while the amount of cooling by the cooler 50 is reduced.

また、上記の実施例は、半導体素子40として、IGBTである半導体スイッチング素子42、及び、半導体PINダイオードなどの半導体ダイオード44を用いた例であるが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記の如く、少なくとも、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど小さくなる第1の動作電圧領域と、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど大きくなる第2の動作電圧領域と、を有する半導体素子であれば十分である。   Further, the above embodiment is an example in which the semiconductor switching element 42 which is an IGBT and the semiconductor diode 44 such as a semiconductor PIN diode are used as the semiconductor element 40, but the present invention is not limited to this. As described above, at least the first operating voltage region where the operating current flowing for the same operating voltage decreases as the temperature increases, and the operating current flowing for the same operating voltage increases as the temperature increases. A semiconductor element having an operating voltage region is sufficient.

更に、上記の実施例においては、半導体装置10が車両に搭載されるものとしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、車両以外のものに適用することは可能である。   Furthermore, in the above embodiment, the semiconductor device 10 is mounted on a vehicle. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other than the vehicle.

10 半導体装置
26 昇圧コンバータ
28,30 インバータ
40 半導体素子
42 半導体スイッチング素子
44 半導体ダイオード
50 冷却器
54 ウォータポンプ
60 電子制御ユニット(ECU)
62 温度センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor device 26 Boost converter 28,30 Inverter 40 Semiconductor element 42 Semiconductor switching element 44 Semiconductor diode 50 Cooler 54 Water pump 60 Electronic control unit (ECU)
62 Temperature sensor

Claims (6)

負荷を備える車両に搭載される半導体装置であって、
同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど小さくなる第1の動作電圧領域と、同じ動作電圧に対して流れる動作電流が温度が高いほど大きくなる第2の動作電圧領域と、を含む温度特性を有し、前記車両における高負荷運転動作時に前記第1の動作電圧領域で動作され、一方、前記車両における低負荷運転動作時に前記第2の動作電圧領域で動作される半導体素子と、
前記第2の動作電圧領域での動作時に、前記第1の動作電圧領域での動作時に比べて、前記半導体素子を高温状態に制御する温度制御手段と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device mounted on a vehicle having a load,
A first operating voltage region in which the operating current flowing for the same operating voltage decreases as the temperature increases; and a second operating voltage region in which the operating current flowing for the same operating voltage increases as the temperature increases. have a temperature characteristic, said being operated in the first operating voltage region during high-load running operation of the vehicle, whereas, a semiconductor element is operated at the second operating voltage range at low load running operation in the vehicle,
Temperature control means for controlling the semiconductor element to a higher temperature state when operating in the second operating voltage region than when operating in the first operating voltage region;
A semiconductor device comprising:
前記温度制御手段は、前記第2の動作電圧領域での動作時に、前記第1の動作電圧領域での動作時に比べて、前記半導体素子を冷却する冷却器による冷却量を小さくすることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The temperature control means reduces the amount of cooling by a cooler that cools the semiconductor element when operating in the second operating voltage region as compared to when operating in the first operating voltage region. The semiconductor device according to claim 1. 前記温度制御手段は、前記第2の動作電圧領域での動作時に、前記第1の動作電圧領域での動作時に比べて、前記半導体素子を加熱する加熱器による加熱量を大きくすることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。   The temperature control means increases a heating amount by a heater that heats the semiconductor element when operating in the second operating voltage region as compared to when operating in the first operating voltage region. The semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記半導体素子の温度を検出する温度検出手段を備え、
前記温度制御手段は、前記半導体素子を高温状態に制御した後、前記温度検出手段により検出される前記半導体素子の温度が規格超過に至った場合に、該半導体素子の高温状態の制御を解除することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項記載の半導体装置。
Temperature detecting means for detecting the temperature of the semiconductor element;
The temperature control unit cancels the control of the high temperature state of the semiconductor element when the temperature of the semiconductor element detected by the temperature detection unit exceeds a standard after controlling the semiconductor element to a high temperature state. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
前記温度制御手段により前記半導体素子が高温状態に制御された後、該半導体素子を動作させるうえで生じる電力損失の低減効果があるか否かを判別する損失低減効果判別手段を備え、
前記温度制御手段は、前記半導体素子を高温状態に制御した後、前記電力損失の損失低減効果が無いと判別される場合に、該半導体素子の高温状態の制御を解除することを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項記載の半導体装置。
Loss reduction effect determining means for determining whether or not there is an effect of reducing power loss generated when operating the semiconductor element after the semiconductor element is controlled to a high temperature state by the temperature control means,
The temperature control means releases control of the high temperature state of the semiconductor element when it is determined that there is no loss reduction effect of the power loss after controlling the semiconductor element to a high temperature state. Item 5. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 4.
前記半導体素子は、昇圧コンバータに用いられる素子であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor element is an element used in a boost converter.
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JPH0767389A (en) * 1993-08-20 1995-03-10 Seiko Epson Corp Motor drive
JPH10210790A (en) * 1997-01-27 1998-08-07 Toyota Motor Corp Overheat protection device for power converter, inverter control device and inverter cooling device for electric vehicle having the function
JP2001078435A (en) * 1999-07-08 2001-03-23 Tdk Corp Switching element driver in power converter utilizing current control type semiconductor switching element
JP2004328914A (en) * 2003-04-25 2004-11-18 Nissan Motor Co Ltd Electronic component cooling system for vehicles equipped with fuel cells
JP2010154726A (en) * 2008-12-26 2010-07-08 Fuji Electric Systems Co Ltd Method of controlling power converter
JP5109989B2 (en) * 2009-01-26 2012-12-26 株式会社デンソー Power conversion circuit driving device and power conversion system

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