CN101841245B - 功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够以比较简单的结构高精度地检测出半导体模块的老化的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置。该功率变换装置具有：包括半导体开关元件的半导体模块、使所述半导体开关元件进行接通或断开的开关动作的驱动电路以及向驱动电路发出接通或断开指令信号的控制装置，所述功率变换装置还具有温度检测部分和老化判断部分，该温度检测部分用于检测半导体模块的温度，该老化判断部分根据温度检测部分的检测结果判断半导体模块的老化，温度检测部分检测使半导体开关元件的开关次数变化时的温度。

Description

功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置

技术领域

本发明涉及一种包括半导体开关元件的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置。

背景技术

在半导体模块的内部，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等的半导体开关元件通常通过锡焊固定在绝缘基板上。在半导体开关元件反复进行接通和断开的过程中，半导体开关元件的温度不断上升和下降，由于半导体开关元件和绝缘基板之间的线膨胀系数的差异，应力集中在锡焊部分，从而会因为疲劳而产生裂缝。随着裂缝的增大，半导体开关元件的散热受到影响，最终因热阻上升而导致半导体开关元件损坏。作为在半导体开关元件发生损坏前检测出热阻上升的方法，例如在专利文献1中公开了一种使用温度检测元件来检测热阻上升的方法。此外，例如在专利文献2中公开了一种通过安装锡焊和电阻的层叠体来检测裂缝状态的方法。

此外，例如在专利文献3公开中了一种方法，其在控制装置中根据运行指令来计算损失，并根据上述计算的推测值与温度变化率之间的关系来判断正常还是异常，由此来检测因老化而引起的热阻的增大。

在上述现有技术中，专利文献1需要使用温度检测元件，而专利文献2则需要安装锡焊和电阻的层叠体，所以会影响半导体模块的小型化。此外，在专利文献3中，为了对损失进行运算，需要设置昂贵的控制电路。

另一方面，作为检测温度的方法，例如在专利文献4中公开了一种利用由栅极电阻的温度而引起的电阻值的变化来检测温度的方法。此外，在专利文献5中公开了在半导体芯片上安装栅极电阻的方法，根据安装在半导体芯片上的栅极电阻的电阻值的变化，能够推测出半导体芯片的温度。但是，即使知道了半导体芯片的温度，但由于无法检测到芯片和壳体的热阻，所以无法应用在对裂缝进展情况的检测中。

作为检测在驱动电梯用的功率变换装置中使用的半导体模块的热阻变化的方法，例如在专利文献6中公开了一种方法，其检测半导体模块的壳体的温度与散热器温度之间的差值，并根据以特定的运行模式使电梯运行时的温度差来判断异常，此外，例如在专利文献7中公开了一种方法，其在半导体模块的内部设置温度传感器，并且根据以预先设定的运行模式使电梯运行时的温度差与初始值相比增加了多少来检测老化的程度。但在前者的方法中无法检测到半导体模块内部的焊锡裂缝，并且上述二种方法均需要在特定的运行模式下进行温度检测，因此可能会降低电梯的服务质量。

另外，例如在专利文献8中公开了一种方法，其用来检测在电动汽车或者混合动力汽车的驱动用功率变换装置中使用的半导体模块的热阻的变化。在该方法中，利用半导体元件的电压下降时的温度特性，在车辆停止时进行检查以评价剩余的使用寿命。但是，半导体元件的电压下降在接通状态下只有数伏特左右，而在断开状态下却达到数百伏特以上，所以难以进行高精度的测量。此外，在该方法中，例如在测量上臂侧的温度上升时使下臂接通和断开，但由于IGBT的接通电压低，如果不使作为温度测量对象的IGBT本身接通或断开，则无法使温度上升到足够的程度，因而难以进行高精度的评价。

另一方面，作为在正常的运行时抑制IGBT的温度上升的方法，例如在专利文献9中公开了一种方法，其设置有每隔一定期间使三相逆变器中的各相开关元件停止(例如上臂侧保持接通状态而下臂侧保持断开状态)来降低开关损失的二相调制模式，并且在逆变器上安装有温度检测元件，在判断为温度达到了规定温度以上时切换为二相调制模式。但是，上述方法虽然有助于避免温度超出容许温度，但并不能判断出老化的情况。

现有技术文献

专利文献1：日本国专利特开平9-148523号公报

专利文献2：日本国专利特开2008-34707号公报

专利文献3：日本国专利特开2003-134795号公报

专利文献4：日本国专利特开2000-124781号公报

专利文献5：日本国专利特开2002-83964号公报

专利文献6：日本国专利特开2007-269413号公报

专利文献7：日本国专利特开2007-230728号公报

专利文献8：日本国专利特开2002-119043号公报

专利文献9：日本国专利特开2003-199381号公报

发明内容

本发明是鉴于上述现有技术中所存在的问题而作出的，本发明的目的在于提供一种能够以比较简单的结构高精度地检测出半导体模块的老化的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置。

本发明的功率变换装置，具有：包括半导体开关元件的半导体模块、使半导体开关元件进行接通或断开的开关动作的驱动电路以及向驱动电路发出接通或断开指令信号的控制装置。并且本功率变换装置还具有温度检测部分和老化判断部分，所述温度检测部分用于检测半导体模块的温度，所述老化判断部分根据温度检测部分的检测结果来判断半导体模块的老化，并且温度检测部分检测使半导体开关元件的开关次数变化时的温度。

本发明的电梯装置具有电梯轿厢、悬吊电梯轿厢的吊索以及驱动吊索从而使所述电梯轿厢升降的电动机，并且使用上述本发明的功率变换装置向电动机供电。此外，在使开关次数增大的期间，电梯轿厢的负载量为额定负载质量的大约一半，具体来说是额定负载质量的0.3～0.7倍。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够以比较简单的结构高精度地检测出半导体模块的老化的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置。

附图说明

图1表示本发明的第1实施方式的结构。

图2表示第1实施方式的温度曲线。

图3是第1实施方式的检测方法的说明图。

图4表示第1实施方式的栅极电阻的温度特性。

图5表示本发明的第2实施方式的结构。

图6表示本发明的第3实施方式的检测部分的结构。

图7表示本发明的第4实施方式的温度曲线。

图8表示本发明的第5实施方式的适合检测的范围。

符号说明：

1-逆变器；

2-PWM整流器；

3-栅极驱动电路；

4-老化判断部分；

5-控制装置；

6-电流传感器；

11～16、21～26-半导体模块；

31、32-栅极电阻；

43、46-电压比较部分；

44-检测调整部分；

45-检测值存储部分；

47-判断阈值；

48-电压比率比较部分；

49-热阻增大判断部分；

51-电梯控制部分；

52-电流控制部分；

53-调制方式切换部分；

54-PWM载波产生部分；

55-脉冲产生部分；

56-脉冲发送部分；

57-诊断结果输出部分；

58-诊断结果发送部分；

71-商用电源；

72-平滑电容器；

73-电动机；

74-速度检测器；

81-电梯轿厢；

82-负载传感器；

83-转向滑轮；

84-平衡重物；

85-吊索；

401-延迟电路；

411、421-绝缘部分；

412、422-电压检测部分；

具体实施方式

图1表示本发明的第1实施方式的功率变换装置以及使用该功率变换装置进行驱动控制的电梯装置的大致结构。在所述电梯装置中，通过PWM整流器将来自商用电源71的交流电2变换为直流电，并且通过平滑电容器72将该直流电供应到逆变器1。在逆变器1中将直流电变换为所需频率的交流电，并将其供应给由交流电驱动的电动机73。在电动机73、转向滑轮83的两侧设置通过吊索85悬吊的电梯轿厢81和平衡重物84，通过使电动机73旋转来使电梯轿厢81进行升降。电梯装置的控制由控制装置5根据从电流传感器6和包括编码器的速度检测器74输出的信号来进行。

在控制装置5中，由电梯控制部分51根据速度检测器74、电梯轿厢的负载传感器82以及未图示的电梯的呼叫信息等来控制速度，并且在电流控制部分52中以达到所需转矩的方式控制电流。根据PWM载波产生部分54和电流控制部分52发出的指令，由脉冲产生部分55产生PWM脉冲，并通过脉冲发送部分56向栅极驱动电路3发送各个开关元件的接通/断开指令SG。栅极驱动电路3将该接通/断开指令信号变换为IGBT驱动信号，并通过栅极电阻31、32施加栅极电压信号，由此来驱动构成逆变器1的各个半导体模块11～16的半导体开关元件(在此为IGBT)。其中，在半导体模块12的内部，栅极电阻31安装在IGBT半导体芯片上，另一个栅极电阻32设置在与安装有IGBT以及环流二极管的半导体芯片的绝缘基板121不同的另外的绝缘基板122上。栅极电阻31、32都具有电阻值随着温度而变化的特性，所以能够使用这些电阻来检测温度。

在如图1所示整流器侧为PWM整流器2时，与逆变器1一样，使用了用于驱动各个半导体模块21～26的半导体开关元件的控制电路以及栅极驱动电路，由于其结构与逆变器相同，所以为了便于说明而省略了图示。

控制装置5具有用于在二相调制与三相调制之间进行切换的调制式切换部分53，脉冲产生部分55能够根据切换部分53的切换指令产生二相调制开关以及三相调制开关的脉冲。

此外，还具有老化判断部分4，从两个栅极电阻31、32通过绝缘部分411以及421由电压检测部分412以及422检测栅极电阻的两端电压V1以及V2，并通过电压比较部分43检测电压比V1/V2。作为对栅极电阻的两端电压进行的检测，检测从栅极驱动电路3供给的栅极电流为最大值时的两端电压。

图3表示检测的时序图。如图所示，从脉冲发送部分56发送到栅极驱动电路3的接通/断开指令SG最初处于断开状态，而在时间点t10处接到接通指令。由于栅极驱动电路3内的例如光耦合器的延迟，栅极电流在时间点t11处开始流过。栅极电压由于栅极电流流过而上升。栅极电流在时间点t12达到峰值，此时，通过向电压检测部分412以及422发送检测指令SD来检测栅极电阻的两端电压。从发出接通指令的时间点t10到栅极电流达到最大值的t12为止的时间大致由栅极电源电压和栅极电阻决定，所以能够通过使时间延迟该时间的延迟电路401施加检测指令SD。

由于栅极电流达到最大值时，栅极电阻的两端电压也达到最大值，所以也可以设置成不使用从脉冲发送部分56发出的信号，而可以构造成通过将逐次检测出的数据与之前的数据进行比较来获取最大值，此时，由于栅极电流的变化速度快，所以优选以高速进行比较运算的处理。

此后，栅极电压Vge进一步提高，并且在时间点t13达到栅极阈值电压，所以集极电流Ic开始流过。由于集极电流Ic的上升，使得集极-射极电压Vce降低与布线电感所具有的电压相应大小的电压。此后，Vce进一步降低至接通恒定状态。如此，由于在检测到栅极电阻的两端电压的时间点t12，集极电流Ic以及集极-射极电压Vce还没有发生变化，所以电位不发生变动，从而不易发生杂波，因此能够高精度地进行检测。此外，在时间点t14接到断开指令后，在稍后的时间点t15，栅极电流Ig开始朝着负的方向流动，在时间点t16，电压Vce开始上升而进行断开动作。此时的栅极电阻的两端电压也能够检测到。

以下参照图2对检测由老化引起的热阻增大的检测方法进行说明，图2表示电梯的运行例的一部分，其表示了在时间点t1进行加速并在时间点t2结束加速，此后以一定速度进行行驶时的速度v、电动机的电流i、半导体模块12的半导体开关元件的损失P以及开关元件的芯片与壳体之间的温度差ΔTj-c的变化。此外，电动机的电流实际上是可变频率的正弦波状的电流，但在此为了表示电流的大小，表示短时间的电流实际值。

从时间点t1到时间点t2的期间为加速期间，此时速度v增加。在加速中，由于惯性的作用，时间点t2以后的恒定速度期间相比电流增大，所以损失也增大。此外，在实际的电梯中，为了在加速期间中也能保持良好的乘坐舒适感而进行加速度的变化等，所以速度并不总是以线性方式增加，但在此为了便于说明，将加速度图示为保持一定的加速度。

在时间点t3为止的之前，以二相调制开关方式，也就是使三相中的一相按其大小关系顺序逐一停止开关的方式来降低开关损失，而在时间点t3到时间点t4的期间，切换为使三相中的全部的相进行开关动作的三相调制开关方式。由此，即使电流相同，损失也会增大。在图2的ΔTj-c中，以虚线表示半导体模块的初始状态，以实线表示因锡焊裂缝而出现了老化时的状态。在出现了老化的状态下，由于热阻增加，与初始状态相比温度上升。此外，采用二相调制开关方式的时间点t5和切换为三相调制开关方式后的时间点t6之间的温度差在劣化状态下会增大(也就是ΔT＞ΔT0)。通常，为了对初始状态和老化状态进行直接比较，优选在其他环境相一致的条件对两者进行比较，并且优选将初始状态存储起来，而在本实施方式中，能够通过比较简单的电路或者方法来检测时间点t5与时间点t6的温度差。

在一般的半导体模块中，半导体芯片与壳体之间的热阻以及壳体与散热器之间的热阻成为恒定值大约需要1秒左右，另一方面，散热器的热时间常数的形成需要一分钟到数分钟。所以，通过将时间点t3到时间点t4之间的时间设定为数秒，能够使ΔTj-c产生可以进行检测的充分的变化，并且散热器的温度几乎不会上升。也就是说，通过将从二相调制方式切换为三相调制方式后的增加开关次数的期间t3～t4设定为大于半导体芯片与壳体之间的热阻达到恒定值所需的时间，并且比半导体模块的散热器的热时间常数短的时间，能够在不会降低散热性能的情况下高精度地检测到温度Tc、Tj。此外，在楼层较高的建筑物中，从入口楼层(例如1楼)直达观光楼层的电梯中匀速保持时间在数十秒以上，所以能够充分确保在该期间内进行从t3到t4的检测所需的时间。

以下对如何检测因老化而引起的热阻增大的方法进行说明。

图4表示栅极电阻31以及32的温度特性。在本实施方式所使用的栅极电阻中，125℃时的电阻值是25℃时的电阻值的2倍。

在此，将栅极电阻31和32设定为相同的电阻值时，温度为T时的电阻值R(T)由式(1)表示。

R(T)＝R0·{1+(2R0-R0)/(125-25)·(T-25)}

     ＝R0·{1+R0·(T-25)/100}     …(1)

将安装在半导体芯片上的栅极电阻31的电阻值设定为R1，将两端电压设定为V1，将安装在与安装有半导体芯片的绝缘基板不同的其他绝缘基板上的栅极电阻32的电阻值设定为R2，并且将两端电压设定为V2。其中，栅极电阻31的温度为半导体芯片的温度Tj，栅极电阻32的温度为壳体温度Tc。在本实施方式中，两个电阻在25℃时的电阻值RO均为1Ω。

在图2的时间点t5中，设壳体温度Tc(t5)＝70℃，损失P(t5)＝P0＝1000w，并且芯片与壳体之间的热阻的标准值Rth(j-c)＝0.02[K/W]时，Tj(t5)由式(2)表示。

Tj(t5)＝Tc(t5)+Rth(j-c)·P(t5)    …(2)

       ＝70+0.02×1000＝90℃

由此，电阻值为，

R1(t5)＝R1(T＝90℃)＝1×{1+1×(90-25)/100}＝1.65Ω

R2(t5)＝R2(T＝70℃)＝1×{1+1×(70-25)/100}＝1.45Ω

设栅极电流的最大值为Ig(t5)时，各个栅极电阻的两端电压V1、V2如下所述。

V1(t5)＝Ig(t5)·R1(t5)＝1.65·Ig(t5)

V2(t5)＝Ig(t5)·R2(t5)＝1.45·Ig(t5)

通过图1的电压检测部分412以及422来检测出该电压V1(t5)以及V2(t5)，电压比较部分43的输出满足式(3)。

(V1/V2)|t5＝V1(t5)/V2(t5)＝1.65/1.45

           ＝1.138       …(3)

在检测调整部分44中，在接收到由调制方式切换部分53在时间点t5发送的信号后，将时间点t5时的V1/V2的值暂时存储在检测值容纳部分45中。

以下说明在图2的时间点t6处芯片与壳体之间的热阻Rth(j-c)没有增加的情况。假设相对于时间点t5处的损失P0，时间点t6处的损失为k倍。假设在时间点t6的Tc中，半导体模块的壳体与散热器之间的热阻为Rth(c-f)＝0.01[K/W]，并由式(4)表示。其中，将散热器的温度设定为Tfin。

Tc(t6)＝Tc(t5)+Rth(c-f)·(k-1)·P0+(Tfin(t6)-Tfin(t5))…(4)

在此，由于从时间点t5到时间点t6的时间大致为数秒，所以散热器的温度变化可以忽略。

在损失方面，当假设开关频率为10kHz左右时，开关损失的比率大于恒定损失，在从二相调制变换为三相调制后，开关次数成为3/2＝1.5倍，在功率因数比较高(0.9以上)的情况下，在进行二相调制时，在大电流值下进行的开关动作有时会停止，包括恒定损失在内的损失可能达到1.5倍左右。在此，将损失的增大比率设定为k＝1.5。

Tc(t6)＝70+0.01×(1.5-1)×1000＝75℃

Tj(t6)＝Tc(t6)+Rth(j-c)·P(t6)

        ＝75+0.02×1.5×1000＝105℃

由此，各个电阻值分别为：

R1(t6)＝1×{1+1×(105-25)/100}＝1.8Ω

R2(t6)＝1×{1+1×(75-25)/100}＝1.5Ω

因此，电压比较部分43的输出满足式(5)。

(V1/V2)|t6＝V1(t6)/V2(t6)＝1.8/1.5＝1.2…(5)

根据时间点t5处和时间点t6处的电压比率，电压比较部分46的式(3)和式(5)之间的差通过以下的式(6)导出。

(V1/V2)|t6-(V1/V2)|t5＝1.2-1.138＝0.062  …(6)

以下对因老化而引起了热阻增大时的情况进行说明。在此，假设热阻达到了γ倍时，老化后的热阻Rth(j-c)’如式(7)所述。

Rth(j-c)’＝γ·Rth(j-c)   …(7)

在此，假设γ＝1.2、也就是芯片与壳体之间的热阻为初期值的1.2倍。

首先，在假设损失为P，Rth(c-f)没有发生老化的情况下，在时间点t5处的温度与没有老化时相同，所以可以看作是Tc(t5)’＝70℃。由于热阻为γ倍，所以芯片温度Tj可由下式表示。

Tj(t5)’＝Tc(t5)’+Rth(j-c)·γ·P0

        ＝70+0.02×1.2×1000＝70+24＝94℃

为此，各个电阻值分别为：

R1(t5)’＝R1(T＝94℃)＝1×{1+1×(94-25)/100}

         ＝1.69Ω

R2(t5)’＝R2(T＝70℃)＝1×{1+1×(70-25)/100}

        ＝1.45Ω

假设栅极电流的最大值为Ig(t5)’时，各个栅极电阻的两端电压V1、V2分别由下式表示。

V1(t5)’＝Ig(t5)’·R1(t5)’＝1.65·Ig(t5)’

V2(t5)’＝Ig(t5)’·R2(t5)’＝1.45·Ig(t5)’

通过图1的电压检测部分412以及422来检测出该电压V1(t5)’以及V2(t5)’，电压比较部分43的输出由式(8)表示。

(V1/V2)|t5’＝V1(t5)’/V2(t5)’＝1.69/1.45

            ＝1.166           …(8)

检测调整部分44接收到调制方式切换部分53在时间点t5发送的信号后，将时间点t5处的V1/V2的值暂时容纳在检测值容纳部分45中。

以下对时间点t6的情况进行说明。相对于时间点t5处的损失P0，时间点t6处的损失为k倍。半导体模块的壳体与散热器之间的热阻不发生变换而保持在Rth(c-f)＝0.01[K/W]，其由(9)表示。

Tc(t6)’＝Tc(t5)’+Rth(c-f)·(k-1)·P0+(Tfin(t6)’-Tfin(t5)’)  …(9)

在此，由于从时间点t5到时间点t6的时间大致为数秒，所以散热器的温度变化可以忽略。

损失的增大比率与没有发生老化时的情况相同，假设k＝1.5时，

Tc(t6)’＝70+0.01·(1.5-1)·1000＝75℃

Tj(t6)’＝Tc(t6)’+Rth(j-c)·γ·P(t6)

        ＝75+0.02×1.2×1.5×1000＝111℃

由此，各个电阻值分别为：

R1(t6)’＝1×{1+1×(111-25)/100}＝1.86Ω

R2(t6)’＝1×{1+1×(75-25)/100}＝1.5Ω

因此，电压比较部分43的输出满足式(10)。

(V1/V2)|t6’＝V1(t6)’/V2(t6)’＝1.86/1.5＝1.24…(10)

根据时间点t5处和时间点t6处的电压比率，电压比较部分46的式(8)和式(10)之间的差通过下式(11)导出。

(V1/V2)|t6’-(V1/V2)|t5’＝1.24-1.166＝0.074…(11)

在电压比率比较部分48中，将老化前通过式(6)计算出的0.062以及老化时通过式(11)计算出的0.074与判断阈值47进行比较。在此，通过将判断阈值设定为0.070，能够检测出热阻的老化。在检测出热阻的老化时，从热阻增大判断部分49向控制装置5内的电梯控制部分51传送老化信息。老化信息49由诊断结果输出部分57显示，并且通过诊断结果发送部分58发送到设置有未图示的电梯的建筑物的管理室和电梯维修公司的远程监视室。

由此，能够使用图2所示的损失增大时的温度变化ΔT和ΔT0之间的差来检测由老化引起的热阻的增大。在上述实施方式中，将热阻的增大率γ设定为1.2，但也可以通过改变判断阈值47而设定为其他数值。

此外，也可以在半导体模块内部设置老化判断部分4，但为了实现功率变换装置的小型化，优选使半导体模块小型化。因此，优选在半导体模块中设置用于检测栅极电阻31以及32的两端电压的端子。

上述实施方式适用于使功率变换装置小型化，并且不需要使用昂贵的控制电路，能够在不降低电梯装置的服务质量的情况下检测出半导体模块的老化。

图5表示本发明的第2实施方式的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置。以下主要针对与图1的实施方式不同的结构进行说明。

在本实施方式中，在图2的时间点t5处改变开关频率而使损失发生变化。在控制装置5中设置有与两种开关频率相对应的PWM载波产生部分541和542，将其根据调制方式切换部分53的指令由脉冲产生部分55进行切换以决定使用哪个载波。

由载波产生部分542产生的开关频率被设定为比由载波产生部分541产生的开关频率更高。为此，通过在图2的时间点t3～t4之间从载波产生部分541切换为载波产生部分542，能够与图2的时间点t3～t4的状态一样地增大开关损失。

此外，在本实施方式中，在温度的检测中没有使用栅极电阻，而是根据设置在安装有开关元件的芯片的绝缘基板121上的温度传感器91以及测量壳体温度的温度传感器92，通过温度检测部分41以及42检测出芯片温度Tj和壳体温度Tc，并通过温度比较部分430来检测芯片温度Tj和壳体温度Tc之间的温度差即温度差ΔTj-c。比较图2中的时间点t5和时间点t6处的ΔTj-c，在两者的差大于规定的阈值时，判断热阻在增大。在此，使用热敏电阻等作为温度传感器。

在本实施方式中，由于通过温度传感器直接检测温度，所以能够使温度差检测部分40的结构变得更为简单。

图6表示本发明的第3实施方式的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置的一部分。此外，本图中示出了图1的逆变器1中的一个相。在一个半导体模块1U中包括上臂(11)和下臂(12)，在各个臂中并联连接有多个(图6中为3个)半导体开关元件。通过使上述半导体开关元件并联连接来实现半导体模块的大容量化。此外，为了便于说明，省略了上侧臂(11)的图示，但实际上上侧臂中也并联连接有相同数量的开关元件。此外，在此对下侧臂(12)的半导体开关元件的温度进行检测的理由是，由于上侧臂(11)的半导体开关元件的射极是连接在负载上的部分，其电位会因开关动作而发生变动，与此相比，下侧臂(12)的半导体开关元件的射极连接在负极上，其电位不会因开关动作而发生变化，因此杂波较少，能够进行高精度的检测。

针对与位于模块中央部分的半导体开关元件1212连接的栅极电阻312检测栅极电压。在半导体模块中，电流在内部的并联元件之间被均匀分担，各个元件的温度大致相同，但设置在半导体模块的中央部分的元件的温度容易上升，所以，为了提高老化检测的可靠性，在半导体模块的中央部分进行检测。

假设Tc＝70℃、Tj＝90℃时，R1＝R(90℃)＝1.65Ω，R2＝R(70℃)＝1.45Ω。在此，假设流过栅极电阻32的栅极电流为Ig时，流过电阻312的电流中的栅极电流大致被三等分而为Ig/3。因此，电阻的两端电压可由式(12)以及式(13)得到。

V1＝R1·Ig/3＝1.65/3·Ig    …(12)

V2＝R2·Ig＝1.45·Ig        …(13)

为了与图1的实施方式一样地求出电压比，对式(12)和式(13)中的电流值的差值进行修正。也就是说，通过并联数修正部分414将电阻312的电压检测部分412的检测值乘以并联数修正值413(在此为3倍)，由此，在电压比较部分43以后的部分能够使用与实施例1相同的电路以及计算方法。

此外，在本实施方式中，将内置在半导体芯片中的栅极电阻311～313的电阻值设定成与设置在和上述栅极电阻不同的位置上的栅极电阻32的电阻值相同，但如果电阻值不同，则只需根据电阻值以及并联数量来变更并联数修正值413的数值便可。

图7表示本发明的第4实施方式的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置中的热阻增大的检测方法。此外，图7与第1实施方式的图2相当。在图2中，通过增加时间点t3到时间点t4之间的开关次数使损失增大，并根据损失增大时的温度上升的变化来检测热阻的增大，而在本实施方式中，则相反使时间点t3到时间点t4之间的开关次数减少，并根据开关次数减少时的温度差的变化来检测热阻的增大。温度差ΔT表示损失的变化量ΔP与热阻的积，所以，在因老化而引起的热阻增大时，变化量也会增大。由此，与图2的使损失增大时的场合相同，能够检测到热阻的增大。

为了检测热阻的增大而增大损失时，需要注意不得让Tj超过半导体开关元件的容许温度，但在本实施方式中可以不考虑容许温度。

图8表示在本发明的第5实施方式的功率变换装置以及使用该功率变换装置的电梯装置中电梯进行力行运行时的电流和实际负载量相对于电梯额定负载质量的负载率之间的关系。在一般的电梯中，平衡重物的重量被设定为在负载量为额定负载质量的大约一半时保持平衡。所以，在负载率约为0.5时电流变得最小，在负载率为1.0的情况下进行上升时以及在没有负载的状态下进行下降时的电流增大。即使相对于负载率为1.0时的电流值I0在2/3以下的范围内如图2所示将二相调制方式变更为三相调制方式(开关次数达到3/2倍)，由于损失不会超过电流值为I0时的损失，所以温度Tj不会超过容许温度。

如图8所示，例如负载率为0.3～0.7，则即使将二相调制方式变更为三相调制方式，电流也不会超出额定负载时的电流，所以，即使为了检测热阻而增大损失，半导体开关元件的半导体芯片温度也不会超出容许温度。并且也可以设置成根据来自图1或者图5中的负载传感器82的信号，检测负载率是否在能够通过电梯控制部分51使损失增大的值的范围内即0.3～0.7的范围内，并向调制方式切换部分53传递该信息来切换调制方式

不言而喻，本发明并不仅限于以上的实施方式，在本发明的技术思想的范围内可以采用各种实施方式。例如，作为半导体开关元件，除了IGBT以外，还可以使用功率MOSFET等其他的半导体开关元件。此外，本发明并不仅限于逆变器，还可以运用在使用半导体模块的转换器和各种开关电源等中。进而，本发明的功率变换装置不仅可以应用在电梯中，而且还可以应用在需要维持恒定电流状态的其他装置中，并且能够得到相同的效果。

Claims (6)

1.一种功率变换装置，其具有：包括半导体开关元件的半导体模块、使所述半导体开关元件进行接通或断开的开关动作的驱动电路以及向所述驱动电路发出接通或断开指令信号的控制装置，所述功率变换装置的特征在于，

具有温度检测部分和老化判断部分，所述温度检测部分用于检测所述半导体模块的温度，所述老化判断部分根据所述温度检测部分的检测结果来判断所述半导体模块的老化，

所述温度检测部分检测使所述半导体开关元件的开关次数变化时的温度，

使所述开关次数发生变化的期间比所述半导体模块的所述半导体开关元件与壳体之间的热阻达到恒定值所需的时间长，但比所述半导体模块的散热器的热时间常数小。

2.如权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制装置通过在二相调制和三相调制之间切换开关调制模式来使所述开关次数变化。

3.如权利要求1所述的功率变换装置，其特征在于，所述控制装置通过改变开关频率来使所述开关次数变化。

4.如权利要求1至3中的任意一项所述的功率变换装置，其特征在于，所述温度检测部分包括连接在所述半导体开关元件和所述驱动电路之间的栅极电阻。

5.如权利要求4所述的功率变换装置，其特征在于，所述温度检测部分具有电阻检测单元，在进行开关动作时，该电阻检测单元根据栅极电流高峰时的所述栅极电阻的两端电压来检测电阻值。

6.一种电梯装置，其具有：电梯轿厢、悬吊所述电梯轿厢的吊索、驱动所述吊索以使所述电梯轿厢进行升降的电动机以及向所述电动机供电的功率变换装置，所述电梯装置的特征在于，

所述功率变换装置具有：包括半导体开关元件的半导体模块、使所述半导体开关元件进行接通或断开的开关动作的驱动电路以及向所述驱动电路发出接通或断开指令信号的控制装置，并且还具有用于检测所述半导体模块的温度的温度检测部分以及根据所述温度检测部分的检测结果来判断所述半导体模块的老化的老化判断部分，

此外，所述温度检测部分检测使所述半导体开关元件的开关次数变化时的温度，

在使所述开关次数增加的期间，所述电梯轿厢的负载量为额定负载质量的0.3～0.7倍，

使所述开关次数发生变化的期间比所述半导体模块的所述半导体开关元件与壳体之间的热阻达到恒定值所需的时间长，但比所述半导体模块的散热器的热时间常数小。

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