CN111066236B - 功率转换系统和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于使功率转换系统中的装置的寿命增加。为此，功率转换系统包括：多个功率转换装置(100‑1～100‑M)，其对多个负载装置(104‑1～104‑M)分别供给电功率；和控制装置(130)，其具有部件信息数据库(134)、运转信息数据库(136)和模式确定部(144)；多个功率转换装置分别具有输出端子被并联连接的多个功率转换单元(10‑1～10‑N)；多个功率转换单元分别具有至少一个半导体组件和至少一个电容器；模式确定部(144)基于部件信息数据库(134)和运转信息数据库(136)，确定多个功率转换装置所包含的功率转换单元的输出电流的分散模式或运转控制模式。

Description

功率转换系统和控制装置

技术领域

本发明涉及功率转换系统和控制装置。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，在以下专利文献1中记载了：“即使在系统中发生了预料之外的事态的情况下，也能够适当地进行运转台数的控制，进行稳定的运用。”(参考摘要)。

另外，在以下专利文献2中，记载了：“……基于对温度输入部221、222输入的半导体开关的温度的信息和冷却介质的温度的信息运算热阻，判断冷却介质的温度变化是否在规定值以上，在冷却介质的温度变化在规定值以上且热阻在规定值以上时判断冷却性能已劣化……”(参考摘要)。

专利文献1：日本特开2014-53987号公报。

专利文献2：日本特开2015-53774号公报。

发明内容

发明要解决的技术问题

但是，专利文献1中，没有记载当功率转换装置内的器件中发生异常时能够实现寿命增加的具体内容。另外，专利文献2中，虽然能够检测半导体开关的劣化信息，但是没有记载能够实现半导体开关的寿命增加的具体内容。

用于解决问题的技术手段

本发明是鉴于上述情况得出的，目的在于提供一种能够使装置寿命增加的功率转换系统和控制装置。

为了解决上述问题，本发明的功率转换系统的特征在于，包括：对多个负载装置分别供给电功率的多个功率转换装置；以及控制装置，其具有部件信息数据库、运转信息数据库和模式确定部，多个所述功率转换装置分别具有输出端子被并联连接的多个功率转换单元，多个所述功率转换单元分别具有至少一个半导体组件和至少一个电容器，所述部件信息数据库存储有：多个所述功率转换装置所包含的所述半导体组件的热阻历史数据；和多个所述功率转换装置所包含的所述电容器的温度历史数据，所述运转信息数据库存储有多个所述功率转换装置所包含的所述半导体组件的输出电流的历史数据，所述模式确定部基于所述部件信息数据库和所述运转信息数据库，确定多个所述功率转换装置所包含的所述功率转换单元的输出电流的分散模式或运转控制模式。

发明效果

根据本发明的功率转换系统和控制装置，能够使装置寿命增加。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的功率转换系统的框图。

图2是第一实施方式中的功率转换单元和并联单元控制部的框图。

图3是表示功率半导体组件的功率周期试验结果的图。

图4是电容器的经年变化的说明图。

图5A是功率半导体组件的寿命特性图。

图5B是电容器的寿命特性图。

图6是第一实施方式中的控制程序的流程图。

图7A是功率半导体组件劣化时的功率半导体组件的寿命特性图。

图7B是功率半导体组件劣化时的寿命特性图。

图7C是功率半导体组件劣化时的负载电功率特性图。

图7D是功率半导体组件劣化时的功率转换单元的输出电功率特性图。

图8A是电容器劣化时的功率半导体组件的寿命特性图。

图8B是电容器劣化时的电容器的寿命特性图。

图8C是电容器劣化时的负载电功率特性图。

图8D是电容器劣化时的功率转换单元的输出电功率特性图。

图9是第二实施方式中的控制程序的流程图。

图10是表示第二实施方式中的运转控制模式的例子的图。

具体实施方式

[第一实施方式]

＜实施方式的整体结构＞

图1是本发明的第一实施方式的功率转换系统Q的框图。

功率转换系统Q具有多个(M台)功率转换装置100-1～100-M和共用控制装置130(控制装置)。功率转换装置100-1～100-M与分别对应的直流电源102-1～102-M和负载装置104-1～104-M连接。另外，共用控制装置130经由网络150与功率转换装置100-1～100-M之间进行双向通信。

负载装置104-1～104-M中，工作的时段和负载电功率等运转条件分别不同。从而，功率转换装置100-1～100-M以不同的工作条件(例如负载电流、温度条件等)工作。另外，以下说明中，有时将功率转换装置100-1～100-M、直流电源102-1～102-M和负载装置104-1～104-M分别总称地记作“功率转换装置100”、“直流电源102”和“负载装置104”。

功率转换装置100是将从直流电源102输入的直流功率转换为三相交流电功率、将该三相交流电功率输出至负载装置104的三相逆变器。

各个功率转换装置100包括并联连接的多个(N台)功率转换单元10-1～10～N和控制这些功率转换单元10-1～10-N的并联单元控制部20。功率转换单元10-1～10-N中，其输入侧与直流电源102连接，输出侧与负载装置104连接。另外，以下说明中，有时将功率转换单元10-1～10-N总称地记作“功率转换单元10”。

并联单元控制部20包括CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)、RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、ROM(Read Only Memory，只读存储器)、各种接口等电路。ROM中保存有由CPU执行的控制程序和各种数据等。CPU读取ROM中存储的程序并部署至RAM，执行各种处理。

另外，共用控制装置130包括CPU、RAM、ROM、HDD(Hard Disk Drive，硬盘驱动器)等作为一般的计算机的硬件，HDD中保存有OS(Operating System，操作系统)、应用程序、各种数据等。OS和应用程序被部署至RAM，由CPU执行。图1中，在共用控制装置130的内部，将通过应用程序等实现的功能作为模块示出。即，共用控制装置130具有寿命数据库132、寿命数据库更新部133、部件信息数据库134、运转信息数据库136、动作指示部138、数据收集部140、寿命推算部142和模式确定部144。另外，关于这些功能在后文中叙述。

并联单元控制部20对于在对应的功率转换装置100内设置的功率转换单元10-1～10-N进行控制。即，并联单元控制部20接收在功率转换单元10-1～10-N中设置的各种传感器等(详情后述)的检测值。另外，并联单元控制部20输出对这些功率转换单元10-1～10-N进行控制的控制信号。

＜功率转换单元10和并联单元控制部20的结构＞

图2是功率转换单元10和并联单元控制部20的框图。

功率转换单元10具有3台功率半导体组件60U、60V、60W(半导体组件)。它们分别构成U相、V相、W相的桥臂，相对于直流电源102并联地连接。

图2中，与U相对应的功率半导体组件60U包括串联连接的开关元件S1、S2，和相对于开关元件S1、S2分别逆并联地连接的整流元件D1、D2。

开关元件S1、S2在图示的例子中是IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，整流元件D1、D2在图示的例子中是二极管。另外，对于功率半导体组件60U，并联地连接了电容器40U。

电容器40U在直流电源102的输出电流中包含了脉动电流成分的情况下，使该脉动电流成分平滑化。开关元件S1的一端与直流电源102的P极一侧连接，开关元件S2的一端与直流电源102的N极一侧连接，开关元件S1、S2各自的另一端相互连接。然后，开关元件S1、S2的连接点成为U相输出点32U，输出对负载装置104施加的U相电压。

功率半导体组件60V、60W与功率半导体组件60U同样地构成。即，功率半导体组件60V具有与电容器40V并联连接的开关元件S3、S4和整流元件D3、D4，从V相输出点32V输出V相电压。另外，功率半导体组件60W具有与电容器40W并联连接的开关元件S5、S6和整流元件D5、D6，从W相输出点32W输出W相电压。

在各相的输出点32U、32V、32W分别设置有计测各相的输出电流的电流传感器34。计测得到的各相的输出电流被作为输出电流检测值IL输出。另外，对于各功率半导体组件60U、60V、60W，分别安装有温度传感器36。另外，图2中，对于各功率半导体组件，仅图示了1个温度传感器36，但温度传感器36具有在开关元件(例如S1、S2)的表面设置的测定开关元件的温度的元件温度传感器和在散热翅片的表面设置的测定散热翅片的温度的翅片温度传感器。

这些温度传感器36的检测结果被作为模块温度TM输出。另外，对于各电容器40U、40V、40W分别安装有温度传感器38(电容器温度传感器)。这些温度传感器38的检测结果被作为电容器温度TC输出。

另外，有时将输出电流检测值IL、模块温度TM和电容器温度TC总称地记作“计测数据IL、TM、TC”。该计测数据IL、TM、TC被供给至并联单元控制部20。另外，各功率转换装置100-1～100-M的并联单元控制部20中收集的计测数据IL、TM、TC经由网络150(参考图1)被供给至共用控制装置130。

另外，在功率转换单元10内设置的单元控制电路50对功率转换单元10内的各部进行控制。单元控制电路50包括CPU、RAM、ROM、各种接口等电路。ROM中保存有由CPU执行的控制程序和各种数据等。CPU读取ROM中存储的程序并部署至RAM，执行各种处理。

单元控制电路50例如具有基于周知的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制，对开关元件S1～S6的栅极输出规定的脉冲信号的功能。由此，从直流电源102输入的直流电功率在功率转换单元10中被变换为交流电功率，该交流电功率被输出至负载装置104。另外，单元控制电路50也具有基于来自并联单元控制部20的控制信号、切换功率转换单元10的运转/停止状态、或者变更功率转换单元10的输出电流的功能。

另外，以下说明中，有时将功率半导体组件60U、60V、60W总称地记作“功率半导体组件60”。另外，有时将电容器40U、40V、40W总称地记作“电容器40”。

另外，图2中，在并联单元控制部20的内部，将通过并联单元控制部20的控制程序等实现的功能作为模块示出。即，并联单元控制部20具有电流损耗数据表22、损耗计算部24和热阻计算部26。此处，电流损耗数据表22是存储了功率半导体组件60的输出电流与损耗的关系的表。另外，损耗计算部24基于电功率损耗数据表22和输出电流检测值IL，计算功率半导体组件60的损耗。另外，热阻计算部26基于计算出的损耗和模块温度TM(元件温度传感器的检测值和翅片温度传感器的检测值)计算功率半导体组件60的热阻。

＜功率半导体组件的寿命特性＞

图3是表示对于功率半导体组件60进行了功率周期试验的结果的图。

此处，功率周期试验指的是反复进行功率转换单元10的运转/停止(功率周期)、计测直到功率半导体组件60的寿命耗尽的功率周期数的试验。反复进行功率周期时，功率半导体组件60的温度反复上升和下降。图3的横轴所示的温度变化量ΔT表示该情况下的功率半导体组件60的温度的上升幅度/下降幅度的绝对值。

另外，图3的纵轴所示的功率周期寿命次数CNT是直到功率半导体组件60的寿命耗尽的功率周期数。功率半导体组件60中，虽然省略了图示，但包括铜配线、焊锡、硅芯片和树脂等的绝缘部件、以及含铝的金属制的箱体等热膨胀系数不同的多种材料。

从而，功率半导体组件60的温度的上升/下降频繁地反复进行时，易于因热膨胀/热收缩引起的热应力而产生焊锡的裂纹和绝缘部件剥离。结果，功率半导体组件60的绝缘性和散热性(热阻)劣化。然后，功率半导体组件60的温度的变化量越大，则劣化越易于进展，所以如图3的特性Q1所示，存在其功率周期寿命次数减少的倾向。

另外，特性Q1是设功率半导体组件60的最高工作温度Tmax为规定值的情况下的特性。使该最高工作温度Tmax降低时，特征Q1变化为如图示的特性Q2所示。另外，使最高工作温度Tmax升高时，特性Q1变化为如特性Q3所示。如特性Q1～Q3所示，存在功率半导体组件60的最高工作温度越高、则功率周期寿命次数越减少的倾向。

图5A是功率半导体组件60的寿命特性图。

图5A的横轴与图3同样是温度变化量ΔT，纵轴是功率半导体组件60的期待寿命。图5A中的特性Q1A～Q3A分别是与图3中的特性Q1～Q3相同的最高工作温度Tmax下的特性。这样，功率半导体组件60的寿命特性与功率周期试验结果中的特性(图3)成为大致相似形。

＜电容器的寿命特性＞

图4是电容器40的经年变化的说明图。

图4的横轴是功率转换单元10的累计运转时间t。另外，图4的纵轴是电容器40的静电电容C和内部电阻R(即介电损耗角正切)。

使功率转换单元10持续地运转时，电容器40的周围温度和内部温度上升。结果，如图4所示，电容器40的静电电容C逐渐减少，另一方面，内部电阻R逐渐增加。这样，内部电阻增加时，与电容器40中流过的电流对应的电容器40的内部温度和箱体温度易于上升。

作为一例，对应用电解电容器作为电容器40的情况下的劣化原因进行说明。对电容器40通电时，电容器40的周围温度和内部温度升高，电容器40的封口橡胶(未图示)劣化，电解液易于经由该封口橡胶向外部扩散。结果，发生电容器40的静电电容降低和内部电阻R增加，电容器40劣化。

图5B是作为电解电容器的电容器40的寿命特性图。

图5B的横轴是平均工作温度Tave、即电容器40的平均温度。另外，图5B的纵轴表示电容器40的期待寿命。特性Q11是与某一温度变化量ΔT对应的特性，特性Q12是温度变化量ΔT较小的情况下的特性，特性Q13是温度变化量ΔT较大的情况下的特性。

电容器40的周围温度和内部温度越高则封口橡胶等的劣化越进展，所以如图5B所示，电容器40的寿命也缩短。另外，电容器40也包括热膨胀系数不同的多种材料，所以存在温度变化越大，则电容器的寿命越缩短的倾向。

＜共用控制装置130的结构＞

返回图1，对于共用控制装置130的详细结构进行说明。

首先，部件信息数据库134对于功率转换装置100-1～100-M所包含的功率转换单元10-1～10-N，分别蓄积以下部件信息。

(1)功率半导体组件60U、60V、60W各自的热阻历史数据。

(2)功率半导体组件60U、60V、60W各自的温度历史数据。

(3)电容器40U、40V、40W的温度历史数据。

另外，运转信息数据库136对于功率转换装置100-1～100-M所包含的功率转换单元10-1～10-N，分别蓄积以下运转信息。

(1)输出电流检测值IL的历史数据。

(2)运转时间的历史数据。

(3)ON/OFF次数。

另外，数据收集部140从各并联单元控制部20收集上述部件信息和运转信息，供给至部件信息数据库134和运转信息数据库136。

另外，寿命数据库132是将上述部件信息和运转信息作为参数、推算各器件(功率半导体组件60U、60V、60W和电容器40U、40V、40W)的剩余期待寿命(剩余寿命的期待值)用的数据库。寿命数据库132也确定图3～图5B所示的寿命特性。寿命数据库132例如也可以是机器学习的学习数据。寿命数据库更新部133根据需要对寿命数据库132进行更新。

如上所述，功率半导体组件60(即开关元件S1～S6)中，温度的上升/下降越频繁地反复，则其劣化进展的倾向越强。换言之，功率转换单元10的运转/停止越频繁地反复，功率半导体组件60的劣化进展的倾向越强。另一方面，电容器40中，高温状态越长地持续，则其劣化越进展。换言之，功率转换单元10的持续运转时间越长，则电容器40的劣化进展的倾向越强。

这样，功率转换单元10包括功率半导体组件60和电容器40，作为“与温度变化对应的劣化特性不同的多种器件”。寿命数据库132蓄积基于这样的各器件的劣化特性、推算剩余期待寿命用的数据。具体而言，蓄积确认图5A、图5B所示的曲线图的各种数据。寿命推算部142基于寿命数据库132、部件信息数据库134和运转信息数据库136的内容，推算各器件的剩余期待寿命。

模式确定部144基于推算得到的剩余期待寿命，计算各功率转换单元10的电流分散模式。此处，“电流分散模式”指的是：将对负载装置104的输出电流即功率转换单元10-1～10-N的输出电流的总和作为参数，指定各功率转换单元10-1～10-N的输出电流的比率和运转/停止状态等的数据。动作指示部138对并联单元控制部20输出计算出的电流分散模式。并联单元控制部20基于供给的电流分散模式，对功率转换单元10-1～10-N中分别流过的电流的大小和运转/停止状态进行控制。

＜实施方式的动作＞

接着，对于本实施方式的动作进行说明。图6是由共用控制装置130执行的控制程序的流程图。

共用控制装置130起动与功率转换装置100-1～100-M分别对应的M个进程。然后，在各进程中，执行对应的功率转换装置100的控制程序(图6)。

图6中处理前进至步骤S10时，共用控制装置130的动作指示部138执行规定的初始设定。即，动作指示部138将并联单元控制部20的工作模式设定为“电流均等化模式”。在该电流均等化模式下，并联单元控制部20对于功率转换单元10-1～10-N，以使它们的输出电流均等化的方式进行控制。

接着，处理前进至步骤S12时，数据收集部140从并联单元控制部20收集部件信息和运转信息，将其结果蓄积在部件信息数据库134和运转信息数据库136中。接着，处理前进至步骤S14时，寿命推算部142基于寿命数据库132、部件信息数据库134和运转信息数据库136的内容，推算各器件的剩余期待寿命。另外，寿命推算部142也推算各功率转换单元10的剩余期待寿命。某一功率转换单元10的剩余期待寿命设定为该功率转换单元10所包含的器件的剩余期待寿命中最短的即可。

进而，在步骤S14中，寿命数据库更新部133根据需要更新寿命数据库132。此处，对于更新寿命数据库132的意义进行说明。功率半导体组件60和电容器40的寿命特性如图3～图5B所示，但尚未实际运用功率转换单元10时的期待寿命，是基于预测的估算值。于是，实际运用功率转换单元10并同时蓄积数据，基于它逐渐更新寿命数据库132时，能够逐渐提高期待寿命的精度和可靠性。

另外，本实施方式中，功率转换装置100-1～100-M分别驱动不同的负载装置104-1～104-M，所以内部的功率半导体组件60和电容器40的工作条件也分别不同。本实施方式中，从这样各种不同的工作条件的器件收集数据并逐渐更新寿命数据库132，所以能够进一步逐渐提高期待寿命的精度和可靠性。

接着，处理前进至步骤S16时，寿命推算部142判断是否有某一功率转换单元10的剩余期待寿命在规定的规定值以下。此处，判断为“否”时，处理返回步骤S12，维持电流均等化模式，同时反复上述步骤S12、S14的处理。另一方面，步骤S16中判断为“是”时，处理前进至步骤S18。另外，以下说明中，将剩余期待寿命在规定值以下的功率转换单元10称为“劣化单元”，将劣化单元以外的功率转换单元10称为“正常单元”。另外，将劣化单元所包含的器件中、剩余期待寿命在规定值以下的器件称为“劣化器件”。

在步骤S18中，模式确定部144计算功率转换单元10-1～10-N的电流分散模式。计算出的电流分散模式，是可以实现劣化器件的寿命延长的模式，关于其详情在后文中叙述。接着，处理前进至步骤S20时，动作指示部138将并联单元控制部20的工作模式设定为电流分散模式。在电流分散模式下，并联单元控制部20以实现指定的电流分散模式的方式，对功率转换单元10-1～10-N进行控制。

步骤S20的处理结束时，处理返回步骤S12。由此，维持电流分散模式，同时反复上述步骤S12～S20的处理。这样，逐渐反复步骤S12～S20的处理时，最终会产生新的劣化单元和劣化器件，劣化单元和劣化器件的数量成为复数。该情况下，在步骤S18中，模式确定部144设定电流分散模式，以实现多个劣化单元和劣化器件的寿命延长。

＜电流分散模式的具体例1＞

图7A～图7D是功率半导体组件60劣化的情况下的电流分散模式的说明图。

即，图7A是功率半导体组件60的寿命特性图，图7B是电容器40的寿命特性图，图7C是负载装置104的负载电功率特性图，图7D是功率转换单元10的输出电功率特性图。

图7A所示的特性Q21～Q23对应于图5A所示的特性Q1A～Q3A。特性Q21上的工作点P1，是电流均等化模式下的功率半导体组件60的工作点。该功率半导体组件60的剩余期待寿命与当初预测的相比更短，在图6的步骤S16中，被判断为“是”(剩余期待寿命在规定值以下)。该情况下，例如减小温度变化量ΔT而使功率半导体组件60的工作点移动至P2时，能够延长功率半导体组件60的期待寿命，结果也能够延长剩余期待寿命。

图7C是表示负载装置104中的负载电功率的模式的图。图示的例子中，负载电功率与时段相应地变化。该情况下，劣化单元和正常单元的电功率被并联单元控制部20设定为如图7D所示。即，功率半导体组件60已劣化的劣化单元被设定为输出电功率尽可能不变化(优选恒定)，所以功率半导体组件60的温度变化量ΔT减小。这样，如图7A的工作点P2所示，能够延长该功率半导体组件60和该劣化单元的剩余期待寿命。

另一方面，正常单元中，与电流均等化模式的情况相比，电功率分散模式下输出电功率的变化更大。由此，正常单元所包含的功率半导体组件60的剩余期待寿命缩短。这样，正常单元与劣化单元的剩余期待寿命接近。优选使两者的剩余期待寿命一致即可。由此，理想情况下，属于该功率转换装置100的全部功率转换单元10-1～10-N能够大致在同一时期达到寿命，能够使功率转换装置100整体寿命增加。

换言之，并联单元控制部20具有在劣化器件是功率半导体组件60的情况下，在多个功率转换单元10-1～10-N的输出电流的总和在规定阈值以下时，使作为正常单元的至少一个功率转换单元10的输出电流减少的功能。

然而，使功率半导体组件60已劣化的劣化单元的输出电功率恒定时，该劣化单元所包含的电容器40中，总是持续流过电流，所以电容器40中，高温下的工作时间逐渐蓄积。结果，与电流均等化模式相比较，电容器40的剩余期待寿命缩短。在图7B中示出该情况下的电容器40的动作的一例。

图7B所示的特性Q31～Q33对应于图5B所示的特性Q11～Q13。特性Q31上的工作点P11是电流均等化模式下的电容器40的工作点。然后，工作点P12是使劣化单元的输出电功率恒定的情况下的电容器40的工作点。

使劣化单元的输出电功率恒定时，温度变化量ΔT减小，但平均工作温度Tave升高，工作点P12处的电容器40的期待寿命与工作点P11相比缩短。结果，电容器40的剩余期待寿命也缩短。为了应对该消长关系，模式确定部144(参考图1)以使劣化单元所包含的功率半导体组件60的剩余期待寿命、与电容器40的剩余期待寿命均等化的方式，设定电流分散模式。

即，模式确定部144以工作点P2处的功率半导体组件60的剩余期待寿命、与工作点P12处的电容器40的剩余期待寿命接近的方式(更优选使其一致的方式)，设定电流分散模式。由此，能够延长该劣化单元的剩余期待寿命。

＜电流分散模式的具体例2＞

图8A～图8D是电容器40劣化的情况下的电流分散模式的说明图。即，图8A是功率半导体组件60的寿命特性图，图8B是电容器40的寿命特性图，图8C是负载装置104的负载电功率特性图，图8D是功率转换单元10的输出电功率特性图。

图8B所示的特性Q51～Q53对应于图7B所示的特性Q31～Q33。特性Q51上的工作点P51是电流均等化模式下的电容器40的工作点。该电容器40的剩余期待寿命与当初预测的相比更短，在图6的步骤S16中，被判断为“是”(剩余期待寿命在规定值以下)。该情况下，例如降低平均工作温度Tave，使电容器50的工作点移动至P52时，能够延长电容器40的期待寿命和剩余期待寿命。

图8C是表示负载装置104中的消耗电功率的模式的图，该模式与图7C所示的同样。该情况下，劣化单元和正常单元的电功率被并联单元控制部20设定为如图8D所示。如图8D所示，电容器40已劣化的劣化单元中，为了尽可能降低输出电功率平均值(输出电流平均值)而断续地运转，电容器40的平均工作温度Tave降低。这样，如图8B的工作点P52所示，能够延长该电容器40和该劣化单元的期待寿命。

另一方面，正常单元中，与电流均等化模式相比，电流分散模式下输出电功率平均值更大。由此，正常单元所包含的电容器40的期待寿命缩短。这样，正常单元与劣化单元的剩余期待寿命接近。更优选使两者的剩余期待寿命一致即可。由此，理想情况下，属于该功率转换装置100的全部功率转换单元10-1～10-N能够大致在同一时期达到寿命，能够使功率转换装置100整体寿命增加。

换言之，并联单元控制部20具有在劣化器件是电容器40的情况下、多个功率转换单元10-1～10-N的输出电流的总和在阈值以下时、使作为劣化单元的至少一个功率转换单元10的输出电流减少的功能。

然而，使电容器40已劣化的劣化单元的输出电功率平均值降低时，该劣化单元的输出电功率的变化增大。由此，该劣化单元所包含的功率半导体组件60的温度变化量ΔT增大。结果，与电流均等化模式相比较，功率半导体组件60的剩余期待寿命缩短。在图8A中示出该情况下的功率半导体组件60的动作的一例。

图8A所示的特性Q41～Q43对应于图7A所示的特性Q21～Q23。特性Q41上的工作点P41是电流均等化模式下的功率半导体组件60的工作点。然后，工作点P42是使劣化单元的输出电功率平均值降低的情况下的功率半导体组件60的工作点。

使劣化单元断续运转而使输出电功率平均值降低时，功率半导体组件60的温度变化量ΔT增大，所以工作点P42处的功率半导体组件60的期待寿命与工作点P41相比缩短。为了对应该消长关系，模式确定部144(参考图1)以使功率半导体组件60的剩余期待寿命、与电容器40的剩余期待寿命均等化的方式，设定电流分散模式。

即，模式确定部144以工作点P42处的功率半导体组件60的剩余期待寿命、与工作点P52处的电容器40的剩余期待寿命接近的方式(更优选使其一致的方式)，设定电流分散模式。由此，能够延长该劣化单元的剩余期待寿命。

＜实施方式的效果＞

如上所述，根据本实施方式，部件信息数据库134存储多个功率转换装置100-1～100-M所包含的功率半导体组件60的热阻历史数据和电容器40的温度历史数据，模式确定部144基于部件信息数据库134等确定功率转换单元10的输出电流的分散模式，所以能够使功率转换装置100整体寿命增加。

另外，寿命数据库132使部件信息数据库134、运转信息数据库136、功率半导体组件60的剩余期待寿命和电容器40的剩余期待寿命相关联，寿命数据库更新部133基于部件信息数据库134和运转信息数据库136更新寿命数据库132，所以能够逐渐提高寿命数据库132的精度和可靠性。

另外，寿命推算部142基于寿命数据库132和功率半导体组件60的热阻历史数据，求取功率半导体组件60的剩余期待寿命，基于寿命数据库132和电容器40的温度历史数据求取电容器40的剩余期待寿命，所以能够得到更高精度的剩余期待寿命。

另外，并联单元控制部20在多个功率转换单元10-1～10-N的输出电流的总和成为规定阈值以下时，使至少一个功率转换单元10的输出电流减少，所以能够适当地保护需要保护的功率转换单元10。

另外，并联单元控制部20具有在某一个功率半导体组件60的剩余期待寿命成为规定的规定值以下时，抑制对应的功率转换单元10的输出电流的变动幅度或变动频度的功能，所以能够使该功率转换单元10寿命增加。

另外，并联单元控制部20具有在某一个电容器40的期待寿命成为规定的规定值以下时，抑制对应的功率转换单元10的输出电流的功能，所以能够使该功率转换单元10寿命增加。

另外，半导体组件60具有半导体元件和散热翅片，并且功率转换单元10具有检测电容器40的温度的温度传感器38和测定半导体元件的温度的元件温度传感器和测定散热翅片的温度的翅片温度传感器，并联单元控制部20具有电流损耗数据表22、损耗计算部24和热阻计算部26。由此，并联单元控制部20能够正确地得知功率转换单元10的状态。

另外，劣化器件是功率半导体组件60的情况下，并联单元控制部20在多个功率转换单元10-1～10-N的输出电流的总和成为规定阈值以下时，使作为正常单元的至少一个功率转换单元10的输出电流减少。另外，劣化器件是电容器40的情况下，并联单元控制部20在多个功率转换单元10-1～10-N的输出电流的总和在阈值以下时，使作为劣化单元的至少一个功率转换单元10的输出电流减少。

由此，能够与劣化器件的种类相应地，使劣化单元适当地寿命增加。

[第二实施方式]

＜实施方式的结构＞

接着，对于本发明的第二实施方式进行说明。另外，以下说明中，对于与图1～图8D的各部对应的部分附加同一符号，有时省略其说明。

第二实施方式的硬件结构与第一实施方式的(参考图1、图2)相同。但是，本实施方式中，图1所示的模式确定部144代替第一实施方式中的“电流分散模式”而确定“运转控制模式”这一点不同。另外，运转控制模式指的是对于对负载装置104供给的负载电功率、确定设定为运转状态的功率转换单元10的单元数的模式。

本实施方式中的共用控制装置130对于各并联单元控制部20，指定“损耗减少模式”或“劣化单元保护模式”中的某一个工作模式。此处，损耗减少模式指的是要尽可能减少功率转换装置100内的损耗的工作模式。具体而言，在功率转换装置100所包含的多个功率转换单元10-1～10-N中，尽可能减少运转状态的单元数。功率转换单元10如果处于运转状态则即使输出电流是0也会产生一定的无负载损耗，所以尽可能减少运转状态的单元数时，能够减少功率转换装置100的损耗。另外，劣化单元保护模式指的是减少具有劣化器件(剩余期待寿命在规定值以下的器件)的劣化单元的热负荷的工作模式。

＜实施方式的动作＞

接着，对于本实施方式的动作进行说明。图9是由共用控制装置130执行的控制程序的流程图。

与第一实施方式同样，在共用控制装置130中，起动与功率转换装置100-1～100-M分别对应的M个进程。然后，在各进程中，执行对应的功率转换装置100的控制程序(图9)。

图9中处理前进至步骤S30时，共用控制装置130的动作指示部138执行规定的初始设定。即，动作指示部138将并联单元控制部20的工作模式设定为“损耗减少模式”。由此，并联单元控制部20以在功率转换单元10-1～10-N中、尽可能减少运转状态的单元数的方式控制这些单元。

接着，处理前进至步骤S32时，数据收集部140从并联单元控制部20收集部件信息和运转信息，将其结果蓄积在部件信息数据库134和运转信息数据库136中。另外，该步骤S32的内容，与第一实施方式的步骤S12(参考图6)的相同。接着，处理前进至步骤S34时，模式确定部144将运转控制模式、即负载电功率作为参数，确定规定设定为运转状态的功率转换单元10的单元数的模式，对于并联单元控制部20，指示确定的运转控制模式的设定。此处确定的运转控制模式，是对于负载电功率可以得到最高的效率(例如使运转的单元数最小)的模式。

接着，处理前进至步骤S36时，与第一实施方式的步骤S14同样，寿命推算部142推算各器件和各功率转换单元10的剩余期待寿命。另外，寿命数据库更新部133根据需要更新寿命数据库132。本实施方式中，也与第一实施方式同样，寿命数据库更新部133从各种不同的工作条件的器件收集数据并逐渐更新寿命数据库132，所以能够进一步逐渐提高期待寿命的精度和可靠性。

接着，处理前进至步骤S38时，寿命推算部142与第一实施方式的步骤S16同样地，判断是否有某一个功率转换单元10的剩余期待寿命在规定的规定值以下。此处，判断为“否”时，处理返回步骤S32，维持损耗减少模式，同时反复上述步骤S32～S36的处理。另一方面，步骤S38中判断为“是”时，处理前进至步骤S40。

在步骤S40中，动作指示部138根据需要变更并联单元控制部20的工作模式。“根据需要”指的是例如在劣化单元数较少的情况(例如仅有1台)下，维持损耗减少模式，在劣化单元数较多的情况(例如多台)下，指定“劣化单元保护模式”。进而，在步骤S40中，模式确定部144为了减少具有劣化器件(剩余期待寿命在规定值以下的器件)的劣化单元的热负荷，而变更功率转换单元10-1～10-N的运转控制模式，对并联单元控制部20指示变更后的运转控制模式。

例如，功率转换单元10-1～10-N中仅1台单元成为劣化单元的情况下，动作指示部138维持损耗减少模式。另外，模式确定部144对于劣化单元，与劣化器件的种类相应地设定输出电流。具体而言，与对于第一实施方式参考图7A～图7D、图8A～图8D说明的动作同样地，设定各单元的输出电流即可。

另一方面，产生多个劣化单元时，动作指示部138指定劣化单元保护模式，模式确定部144确定运转单元数，以减少多个劣化单元的温度变化(输出电流变化)和/或平均温度(平均输出电流)。

图10是表示本实施方式中的运转控制模式的例子的图。图10的横轴是对负载装置104供给的负载电功率，纵轴是功率转换单元10-1～10-N的运转单元数。另外，功率转换单元10的台数(N)是“3”。图中的实线的模式PA是损耗减少模式下的运转控制模式，对于要实现的负载电功率，以运转单元数最小的方式进行了设定。另外，虚线的模式PB是损耗减少模式下的运转控制模式，在负载电功率较小的情况下，与模式PA相比较，运转单元数增多。通过使运转单元数增多，能够减少每1台的温度变化量ΔT和平均工作温度Tave。

＜实施方式的动作＞

如上所述，根据本实施方式，也可以发挥与第一实施方式同样的效果。进而，根据本实施方式，能够与负载率相应地设定运转单元数，所以能够减少轻负载时的无负载损耗、提高效率。进而，通过基于根据寿命数据库132得到的剩余期待寿命对运转控制模式进行控制，能够兼顾高效率和长寿命。

[变形例]

本发明不限定于上述实施方式，能够进行各种变形。上述实施方式是为了易于理解地说明本发明而举例示出的，并不限定于必须包括说明的全部结构。另外，能够将某个实施方式的结构的一部分置换为其他实施方式的结构，也能够在某个实施方式的结构上添加其他实施方式的结构。另外，对于各实施方式的结构的一部分，能够删除，或者追加、置换其他结构。另外，图中所示的控制线和信息线示出了认为说明上必要的，并不一定示出了产品上必要的全部控制线和信息线。实际上也可以认为几乎全部结构都相互连接。对于上述实施方式能够进行的变形，例如如下所述。

(1)上述实施方式中的共用控制装置130的硬件能够用一般的计算机实现，所以可以将与图6、图9所示的流程图相关的程序等保存在存储介质中，或者经由传输通路发布。

(2)关于图6、图9所示的处理，在上述实施方式中按使用程序的软件处理进行了说明，但也可以将其一部分或全部置换为使用ASIC(Application Specific IntegratedCircuit；面向特定用途的IC)、或FPGA(field-programmable gate array，现场可编程门阵列)等的硬件处理。

(3)上述各实施方式中，说明了应用三相逆变器作为功率转换装置100的例子，但功率转换装置100也能够应用单相逆变器、AC/DC变换器、DC/DC变换器等各种变换装置。

(4)上述各实施方式中，可以使共用控制装置130执行并联单元控制部20的功能的全部或一部分。另外，反之，也可以使并联单元控制部20执行共用控制装置130的任意的功能。

符号说明

Q 功率转换系统

S1～S6 开关元件

10、10-1～10-N 功率转换单元

20 并联单元控制部

22 电流损耗数据表

24 损耗计算部

26 热阻计算部

38 温度传感器(电容器温度传感器)

40U、40V、40W 电容器

60U、60V、60W 功率半导体组件(半导体组件)

100、100-1～100-M 功率转换装置

102-1～102-M 直流电源

104-1～104-M 负载装置

130 共用控制装置(控制装置)

132 寿命数据库

133 寿命数据库更新部

134 部件信息数据库

136 运转信息数据库

140 数据收集部

142 寿命推算部

144 模式确定部。

Claims (11)

1.一种功率转换系统，其特征在于，包括：

对多个负载装置分别供给电功率的多个功率转换装置；以及

控制装置，其具有部件信息数据库、运转信息数据库、寿命数据库和模式确定部，

多个所述功率转换装置分别具有输出端子被并联连接的多个功率转换单元，

多个所述功率转换单元分别具有至少一个半导体组件和至少一个电容器，

所述部件信息数据库存储有：多个所述功率转换装置所包含的所述半导体组件的热阻历史数据；和多个所述功率转换装置所包含的所述电容器的温度历史数据，

所述运转信息数据库存储有多个所述功率转换装置所包含的所述半导体组件的输出电流的历史数据，

所述寿命数据库将所述部件信息数据库、所述运转信息数据库、半导体组件剩余期待寿命和电容器剩余期待寿命相关联，其中，所述半导体组件剩余期待寿命为所述半导体组件的剩余寿命的期待值，所述电容器剩余期待寿命为所述电容器的剩余寿命的期待值，

所述模式确定部基于所述部件信息数据库、所述运转信息数据库和所述寿命数据库，确定多个所述功率转换装置所包含的所述功率转换单元的输出电流的分散模式或运转控制模式。

2.如权利要求1所述的功率转换系统，其特征在于，

所述控制装置还具有寿命数据库更新部，其基于所述部件信息数据库和所述运转信息数据库，对所述寿命数据库进行更新。

3.如权利要求2所述的功率转换系统，其特征在于：

所述控制装置还具有寿命推算部，其基于所述寿命数据库和所述热阻历史数据，求取所述半导体组件剩余期待寿命，并且基于所述寿命数据库和所述温度历史数据，求取所述电容器剩余期待寿命。

4.如权利要求3所述的功率转换系统，其特征在于：

多个所述功率转换装置分别具有并联单元控制部，其控制对应的所述功率转换装置中所设置的多个所述功率转换单元，

所述并联单元控制部在多个所述功率转换单元的输出电流的总和成为规定阈值以下时，减少多个所述功率转换单元中的至少一个所述功率转换单元的输出电流。

5.如权利要求4所述的功率转换系统，其特征在于：

所述并联单元控制部具有在任意的所述半导体组件剩余期待寿命成为规定的寿命规定值以下时，抑制对应的所述功率转换单元的所述输出电流的变动幅度或变动频度的功能。

6.如权利要求5所述的功率转换系统，其特征在于：

所述并联单元控制部具有在任意的所述电容器剩余期待寿命成为规定的寿命规定值以下时，抑制对应的所述功率转换单元的所述输出电流的功能。

7.如权利要求6所述的功率转换系统，其特征在于：

所述半导体组件具有半导体元件和散热翅片，

所述功率转换单元具有测定所述半导体元件的温度的元件温度传感器和测定所述散热翅片的温度的翅片温度传感器，

所述并联单元控制部具有：

电流损耗数据表，其存储所述半导体组件的输出电流与损耗的关系；

损耗计算部，其基于所述电流损耗数据表计算所述损耗；和

热阻计算部，其基于所述损耗、所述元件温度传感器的检测值和所述翅片温度传感器的检测值，求取所述半导体组件的热阻。

8.如权利要求7所述的功率转换系统，其特征在于：

所述功率转换单元具有检测所述电容器的温度的电容器温度传感器。

9.如权利要求8所述的功率转换系统，其特征在于：

所述并联单元控制部在多个所述功率转换单元的输出电流的总和成为所述阈值以下时，将具有热阻比规定的热阻阈值大的半导体组件的一个或多个所述功率转换单元设定为运转状态，将其他所述功率转换单元设定为停止状态。

10.如权利要求9所述的功率转换系统，其特征在于：

所述并联单元控制部在多个所述功率转换单元的输出电流的总和成为所述阈值以下时，将具有温度比规定的电容器温度阈值大的电容器的一个或多个所述功率转换单元设定为停止状态，将其他所述功率转换单元设定为运转状态。

11.一种控制装置，其特征在于，包括：

数据收集部，其从对多个负载装置分别供给电功率的多个功率转换装置收集数据；

部件信息数据库；

运转信息数据库；

寿命数据库；和

模式确定部，

多个所述功率转换装置分别具有输出端子被并联连接的多个功率转换单元，

多个所述功率转换单元分别具有至少一个半导体组件和至少一个电容器，

所述部件信息数据库存储有：多个所述功率转换装置所包含的所述半导体组件的热阻历史数据；和多个所述功率转换装置所包含的所述电容器的温度历史数据，

所述运转信息数据库存储有多个所述功率转换装置所包含的所述半导体组件的输出电流的历史数据，

所述寿命数据库将所述部件信息数据库、所述运转信息数据库、半导体组件剩余期待寿命和电容器剩余期待寿命相关联，其中，所述半导体组件剩余期待寿命为所述半导体组件的剩余寿命的期待值，所述电容器剩余期待寿命为所述电容器的剩余寿命的期待值，

所述模式确定部基于所述部件信息数据库、所述运转信息数据库和所述寿命数据库，确定多个所述功率转换装置所包含的所述功率转换单元的输出电流的分散模式或运转控制模式。

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