JP2007028741A - Power converter and its management system - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To indicate estimation results by estimating the deterioration state of the power semiconductor switching element of a semiconductor power converter, without having to use a heat sensor. <P>SOLUTION: This power converter has a temperature fluctuation band estimator which estimates the amount of temperature fluctuations of a power semiconductor switching element from the input current or the output current of itself, a number-of-times-of-thermal-fatigue-cycle converter which converts the output value of the temperature fluctuation band estimator into the number of times of thermal fatigue cycles of a reference temperature difference, and a notification system which computes the extent of deterioration of the power semiconductor switching element from the number of times of the thermal cycles and notifies it to the maintenance manager or the owner of the power converter. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は電力半導体スイッチング素子を含む電力変換器に関するものであり、特に電力半導体スイッチング素子の寿命予測機能を有する電力変換器に関する。   The present invention relates to a power converter including a power semiconductor switching element, and more particularly to a power converter having a life prediction function of a power semiconductor switching element.

インバータに代表される半導体電力変換器はIGBTやダイオードなどの電力半導体スイッチング素子を含む。電力変換器運転時は電力半導体スイッチング素子にスイッチング損失と通電損失が発生するため、電力半導体スイッチング素子の温度は上昇し、電力変換器が停止すると電力半導体スイッチング素子の温度が低下する。温度変化があると、接続物質の熱膨張係数の差があるため、電力半導体スイッチング素子の半田接合部には熱応力がかかる。   A semiconductor power converter represented by an inverter includes a power semiconductor switching element such as an IGBT or a diode. Since switching loss and energization loss occur in the power semiconductor switching element during operation of the power converter, the temperature of the power semiconductor switching element rises, and when the power converter stops, the temperature of the power semiconductor switching element falls. When there is a temperature change, there is a difference in the thermal expansion coefficient of the connecting material, so that thermal stress is applied to the solder joint portion of the power semiconductor switching element.

電力半導体スイッチング素子の劣化は半田接合部にかかる熱応力の繰り返しが主な原因である。図7にはIGBTの概略構成図を示す。シリコンチップ1000はボンディングワイヤ1001を介して主電極1002に接続される。ボンディングワイヤ1001とシリコンチップ1000は半田で接合されている。また、主電極1002は絶縁基板1003に接合しており、絶縁基板1003は半田で放熱用の銅ベース板1004に接続されている。   The deterioration of the power semiconductor switching element is mainly caused by repeated thermal stress applied to the solder joint. FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of the IGBT. The silicon chip 1000 is connected to the main electrode 1002 via a bonding wire 1001. The bonding wire 1001 and the silicon chip 1000 are joined with solder. The main electrode 1002 is bonded to an insulating substrate 1003, and the insulating substrate 1003 is connected to a heat-radiating copper base plate 1004 by solder.

熱応力を受ける半田接合部には、シリコンチップ1000とボンディングワイヤ1001を接続する部分と、絶縁基板1003と銅ベース板1004を接続する部分の2箇所がある。シリコンチップ1000とボンディングワイヤ1001の熱応力はジャンクション温度、絶縁基板と銅板の接続部の熱応力はケース温度の変動により発生する。   There are two solder joints that receive thermal stress, a part that connects the silicon chip 1000 and the bonding wire 1001 and a part that connects the insulating substrate 1003 and the copper base plate 1004. The thermal stress between the silicon chip 1000 and the bonding wire 1001 is generated due to the junction temperature, and the thermal stress at the connection between the insulating substrate and the copper plate is generated due to the variation in the case temperature.

これら電力半導体スイッチング素子は定期点検時に抵抗値を測定することで異常の有無が判断され、異常と判断された場合は部品交換などの適切な処置が施されてきた。   These power semiconductor switching elements are judged to be abnormal by measuring their resistance values during regular inspections, and when they are judged abnormal, appropriate measures such as replacement of parts have been taken.

また、インバータ素子のスイッチング回数により素子の寿命を推定する方法が特許文献1に、冷却フィン温度と電力変換器の出力電流より電力半導体スイッチング素子のジャンクション温度を推定して推定温度とパワーサイクルから寿命を推定する方法が特許文献2に、電力半導体スイッチング素子のケース温度から熱疲労サイクル回数を換算して劣化診断をする方法が特許文献3に開示されている。   In addition, Patent Document 1 discloses a method for estimating the lifetime of an element based on the number of times the inverter element is switched. Patent Document 1 estimates the junction temperature of the power semiconductor switching element from the cooling fin temperature and the output current of the power converter, and determines the lifetime from the estimated temperature and the power cycle. Patent Document 2 discloses a method for estimating deterioration, and Patent Document 3 discloses a method for performing deterioration diagnosis by converting the number of thermal fatigue cycles from the case temperature of a power semiconductor switching element.

特開平8−275586号公報(図5と、(0029)段落、(0030)段落の記載。)JP-A-8-275586 (Description of FIG. 5, paragraph (0029), paragraph (0030))

特許第2767965号公報(第2図と3ページ左欄43行から3ページ右欄25行の記載。)Japanese Patent No. 2767965 (described in FIG. 2 and page 3, left column, line 43 to page 3, right column, line 25) 特開2002−101668号公報(図1と、(0022)段落から(0036)段落にかけての記載。)JP 2002-101668 A (Description from FIG. 1 and paragraphs (0022) to (0036))

しかし、銅ベース板1004と絶縁基板1003の半田部の熱劣化は抵抗値を測定しても異常を見つけることはできない。   However, no abnormality can be found in the thermal deterioration of the solder portion of the copper base plate 1004 and the insulating substrate 1003 even if the resistance value is measured.

一方、熱センサを用いて電力半導体スイッチング素子の温度から劣化診断を実施する方法では半田接合部にかかる熱応力を推定し、熱応力とその回数から半田接合部の劣化度合いを予測できるので電力半導体スイッチング素子の劣化をより高精度に判定できるが、電力半導体スイッチング素子ごとに熱センサが必要となり、装置が複雑になる。   On the other hand, in the method of performing deterioration diagnosis from the temperature of the power semiconductor switching element using the thermal sensor, the thermal stress applied to the solder joint can be estimated, and the degree of deterioration of the solder joint can be predicted from the thermal stress and the number of times. Although the deterioration of the switching element can be determined with higher accuracy, a thermal sensor is required for each power semiconductor switching element, which complicates the apparatus.

本発明の目的は、電力半導体スイッチング素子ごとの熱センサを用いずに電力半導体スイッチング素子の寿命を推定することにある。   The objective of this invention is estimating the lifetime of a power semiconductor switching element, without using the heat sensor for every power semiconductor switching element.

上記課題を解決するため、本発明の電力変換器では、電力変換器の入力電流もしくは出力電流から電力半導体スイッチング素子の温度変動分を推定する温度変動幅推定器と、該温度変動幅推定器により推定される温度変化幅により電力半導体スイッチング素子にかかる熱疲労を基準温度差のときの熱疲労サイクル回数に換算する熱サイクル回数算出器と、熱サイクル回数から電力半導体スイッチング素子の寿命を数値で示す表示器と、熱疲労サイクル回数の積算値が所定回数を超えると電力変換器の所有者もしくは保守管理者に警告を出力する警告表示器を有する。   In order to solve the above problems, in the power converter of the present invention, a temperature fluctuation width estimator that estimates the temperature fluctuation amount of the power semiconductor switching element from the input current or output current of the power converter, and the temperature fluctuation width estimator Thermal cycle number calculator that converts thermal fatigue applied to power semiconductor switching elements to the number of thermal fatigue cycles at the reference temperature difference based on the estimated temperature change range, and shows the life of the power semiconductor switching elements numerically from the number of thermal cycles And a warning indicator that outputs a warning to the owner or maintenance manager of the power converter when the integrated value of the number of thermal fatigue cycles exceeds a predetermined number.

本発明の電力変換器は、熱センサを設置せずに電力半導体スイッチング素子の寿命を推定し、電力変換器の所有者もしくは保守管理者に電力半導体スイッチング素子の寿命を事前に通知できる。   The power converter of the present invention can estimate the lifetime of the power semiconductor switching element without installing a thermal sensor, and can notify the owner or maintenance manager of the power converter in advance of the lifetime of the power semiconductor switching element.

以下、本発明の詳細を図面を用いて説明する。   Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例について図1を用いて説明する。図1は本実施例の電力変換器1、交流電源2、モータ6を示す。まず、電力変換器1の主回路について説明する。電力変換器1の主回路は、交流電力を整流するダイオード整流器3と、平滑コンデンサ4と、電力半導体スイッチング素子であるIGBTと、該IGBTに逆並列に接続する還流ダイオードとを有するインバータ5により構成される。   This embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows a power converter 1, an AC power source 2, and a motor 6 of this embodiment. First, the main circuit of the power converter 1 will be described. The main circuit of the power converter 1 includes an inverter 5 having a diode rectifier 3 that rectifies AC power, a smoothing capacitor 4, an IGBT that is a power semiconductor switching element, and a free-wheeling diode that is connected in antiparallel to the IGBT. Is done.

インバータ5は波形制御器500によって制御される。具体的には、波形制御器500は電流検出器10で検出した直流電流検出値、電圧検出器11で検出した直流電圧検出値、位置センサ12で検出した軸検出位置を入力とし、モータ6の回転数が指令値に追従するよう、インバータ5のゲート信号を算出する。波形制御器500で算出されたゲート信号はゲートドライバ600で増幅され、ゲート電圧としてIGBTに入力される。   The inverter 5 is controlled by the waveform controller 500. Specifically, the waveform controller 500 receives as input the DC current detection value detected by the current detector 10, the DC voltage detection value detected by the voltage detector 11, and the axis detection position detected by the position sensor 12. The gate signal of the inverter 5 is calculated so that the rotational speed follows the command value. The gate signal calculated by the waveform controller 500 is amplified by the gate driver 600 and input to the IGBT as a gate voltage.

以降、本発明の特徴である寿命推定器100、表示器21、および電力変換器1の保守サービス支援システム50について説明する。本実施例の電力変換器はインバータ5のIGBTの寿命を推定する寿命推定器100を有する。この寿命推定器100は温度変動幅推定器101を備えている。温度変動幅推定器101は電力変換器1の運転中の最大IGBTケース温度上昇分と停止時のIGBTケース温度低下分を推定し、1回の運転によるIGBTケース温度を推定する。具体的には、電流検出器10の出力値をフィルタ200に入力してスイッチングによるリプルを除去し、1度の運転中における電流検出器10出力値の最大値を最大値検出器201で検出し、その出力である電流検出値最大値Imax を熱テーブル202に入力する。出力電流が既知のとき、IGBTで発生する損失やIGBTジャンクション温度、ケース温度はオフラインで計算できる。   Hereinafter, the service life support system 50 for the life estimator 100, the display device 21, and the power converter 1, which is a feature of the present invention, will be described. The power converter according to the present embodiment includes a lifetime estimator 100 that estimates the lifetime of the IGBT of the inverter 5. The lifetime estimator 100 includes a temperature fluctuation width estimator 101. The temperature fluctuation estimator 101 estimates the maximum IGBT case temperature increase during operation of the power converter 1 and the IGBT case temperature decrease during stoppage, and estimates the IGBT case temperature by one operation. Specifically, the output value of the current detector 10 is input to the filter 200 to remove ripple caused by switching, and the maximum value detector 201 detects the maximum value of the current detector 10 output value during one operation. The detected current maximum value Imax, which is the output, is input to the heat table 202. When the output current is known, the loss generated in the IGBT, the IGBT junction temperature, and the case temperature can be calculated offline.

熱テーブル202は図9に示される電流検出値最大値Imax とIGBTケース温度の対応表を備える。ここで、Irは定格出力時の電流値、T1からT5はそれぞれの領域の電流値が流れたときにIGBTケース温度が上昇すると予想される温度幅の最大値であり、あらかじめ測定しておいた温度である。熱テーブル202はIGBTケース温度対応表の温度上昇幅T_maxを冷却演算器205と減算器206に出力する。   The thermal table 202 includes a correspondence table between the current detection value maximum value Imax and the IGBT case temperature shown in FIG. Here, Ir is the current value at the rated output, and T1 to T5 are the maximum values of the temperature range in which the IGBT case temperature is expected to rise when the current values in the respective regions flow, and are measured in advance. Temperature. The thermal table 202 outputs the temperature increase width T_max in the IGBT case temperature correspondence table to the cooling calculator 205 and the subtracter 206.

一方、電力変換器1への指令が停止指令となったとき、運転指令を入力とする反転器203の出力値はタイマ204の起動信号となり、タイマ204は停止時間tstop を計測する。冷却演算器205は熱テーブル202の出力値T_maxとタイマ204の出力値より温度低下分を算出する。   On the other hand, when the command to the power converter 1 becomes a stop command, the output value of the inverter 203 that receives the operation command becomes the start signal of the timer 204, and the timer 204 measures the stop time tstop. The cooling computing unit 205 calculates the temperature drop from the output value T_max of the heat table 202 and the output value of the timer 204.

ケース温度は図2に示されるように冷却フィンの熱容量と熱抵抗で決まる時定数τで冷却されるため、冷却演算器205内部では(数1)式で示される演算を実施する。   Since the case temperature is cooled by a time constant τ determined by the heat capacity and the heat resistance of the cooling fin as shown in FIG. 2, the calculation represented by the equation (1) is performed inside the cooling calculator 205.

T_min=T_max×exp(−tstop/τ) …(数1)
熱テーブル202と冷却演算器205により算出されたT_maxとT_minは減算器206に入力され、温度変化幅ΔTが算出される。
T_min = T_max × exp (−tstop / τ) (Equation 1)
T_max and T_min calculated by the heat table 202 and the cooling calculator 205 are input to the subtractor 206, and a temperature change width ΔT is calculated.

以上の方法により温度変動幅推定器101は電力変換器1の運転中の最大IGBTケース温度上昇分と停止時のIGBTケース温度低下分を推定し、1回の運転によるIGBTケース温度変動幅を推定する。   By the above method, the temperature fluctuation estimator 101 estimates the maximum IGBT case temperature rise during operation of the power converter 1 and the IGBT case temperature drop during stoppage, and estimates the IGBT case temperature fluctuation width by one operation. To do.

温度変動幅推定器101の出力値ΔTは熱疲労サイクル回数算出器103に入力される。熱疲労サイクル回数算出器103は運転指令が来るたびに前回の運転で発生した温度変動幅ΔTを基準温度変動幅の熱疲労サイクル回数に換算する。   The output value ΔT of the temperature fluctuation estimator 101 is input to the thermal fatigue cycle number calculator 103. The thermal fatigue cycle number calculator 103 converts the temperature fluctuation width ΔT generated in the previous operation into the thermal fatigue cycle number of the reference temperature fluctuation width every time an operation command is received.

具体的には、図3に示すテーブルを用い、温度変動幅ΔTに対して対応する熱疲労サイクル回数Nを出力する。ここで、Tref は基準温度変化幅である。履歴演算器104は熱疲労サイクル回数を積算し、比較器105、規格化演算器106、推定余命演算器107に出力する。比較器105は履歴演算器104の出力である熱疲労サイクル回数積算値と所定回数を比較し、比較結果を警告灯20とネットワーク接続器22に出力する。   Specifically, the number of thermal fatigue cycles N corresponding to the temperature fluctuation range ΔT is output using the table shown in FIG. Here, Tref is a reference temperature change width. The history calculator 104 accumulates the number of thermal fatigue cycles and outputs it to the comparator 105, normalization calculator 106, and estimated life expectancy calculator 107. The comparator 105 compares the thermal fatigue cycle number integrated value, which is the output of the history calculator 104, with a predetermined number of times, and outputs the comparison result to the warning lamp 20 and the network connector 22.

ここで、所定回数とはIGBTのパワーサイクル寿命回数より少ない値とする。たとえば、本実施例では、パワーサイクル寿命回数に0.9を乗算した値とする。   Here, the predetermined number of times is a value smaller than the number of power cycle lifespan of the IGBT. For example, in this embodiment, the value is obtained by multiplying the number of power cycle lives by 0.9.

警告灯20は該積算値が所定回数以上であれば点灯する。警告灯20の点灯により電力変換器1の保守管理者および所有者はIGBTの寿命が近いことを知ることができるため、IGBTが破損する前にIGBTを交換することにより電力変換器の故障を防ぐことができる。   The warning lamp 20 is turned on when the integrated value is equal to or greater than a predetermined number. Since the maintenance manager and the owner of the power converter 1 can know that the IGBT is near the end of life by turning on the warning lamp 20, the failure of the power converter is prevented by replacing the IGBT before the IGBT is damaged. be able to.

次に劣化表示について説明する。図1の規格化演算器106は熱疲労サイクル回数積算値を前記所定回数で規格化し、表示器21とネットワーク接続器22に規格化した劣化度を出力する。推定余命演算器107は一日ごとの熱疲労サイクル回数積算値を蓄積して線形近似し、熱疲労サイクル回数積算値が前記所定回数を超えるまでの期間である推定余命期間を算出し、その出力を表示器21とネットワーク接続器22に出力する。表示器21は電力変換器1の表面に設置され、規格化演算器106と推定余命演算器107の出力値を数値表示する。   Next, deterioration display will be described. The normalization computing unit 106 in FIG. 1 normalizes the integrated value of the thermal fatigue cycle number by the predetermined number of times, and outputs the standardized deterioration degree to the display unit 21 and the network connector 22. The estimated life expectancy calculator 107 accumulates the thermal fatigue cycle number integrated value for each day and linearly approximates it, calculates an estimated life expectancy period that is a period until the thermal fatigue cycle number integrated value exceeds the predetermined number, and outputs Is output to the display 21 and the network connector 22. The display 21 is installed on the surface of the power converter 1 and numerically displays the output values of the normalization calculator 106 and the estimated life expectancy calculator 107.

表示器21に規格化された熱疲労サイクル回数積算値と、推定余命期間を、例えば劣化度60%、推定寿命10年などと表示することにより、電力変換器1の所有者もしくは保守管理者は電力半導体スイッチング素子の劣化度合いを数値で認識でき、推定余命期間がわかるため、電力変換器1の保守計画作成が容易になる。   By displaying the normalized thermal fatigue cycle count integrated value and the estimated life expectancy period on the display device 21 as, for example, 60% degradation and 10 years estimated life, the owner or maintenance manager of the power converter 1 can Since the degree of deterioration of the power semiconductor switching element can be numerically recognized and the estimated life span can be known, it is easy to create a maintenance plan for the power converter 1.

次に本実施例の電力変換器保守サービス支援システムについて説明する。保守サービス支援システム50はネットワーク接続器22、インターネット23、保守管理者情報端末24により構成される。   Next, the power converter maintenance service support system of the present embodiment will be described. The maintenance service support system 50 includes a network connector 22, the Internet 23, and a maintenance manager information terminal 24.

ネットワーク接続器22は比較器105、規格化演算器106、推定余命演算器107の出力値を熱疲労サイクル回数積算値が前記所定回数以上となればインターネット23を介して電力変換器1の保守管理者情報端末24に電力変換器1を識別するための製品番号、劣化度、推定余命を示す電子メールを送る。ここで、ネットワーク接続器22とインターネット23とを接続する通信回線は、有線回線であっても無線回線であっても良い。   The network connector 22 performs maintenance management of the power converter 1 via the Internet 23 if the integrated value of the thermal fatigue cycle number exceeds the predetermined number of outputs from the comparator 105, the normalization calculator 106, and the estimated life expectancy calculator 107. An e-mail indicating the product number, the degree of deterioration, and the estimated life expectancy for identifying the power converter 1 is sent to the person information terminal 24. Here, the communication line connecting the network connector 22 and the Internet 23 may be a wired line or a wireless line.

以上により、本実施例の電力変換器は電力変換器の所有者もしくは保守管理者に警告灯の点灯と電力半導体スイッチング素子の寿命を通知する電子メールの送信により電力半導体スイッチング素子の寿命を事前に通知できるため、電力変換器1の保守管理者が遠隔地にいても電力半導体スイッチング素子の寿命を知ることができる。この通知により、電力変換器1の保守管理者はIGBT破損前にIGBTの交換をすることで電力変換器1の故障を予防できる。   As described above, the power converter according to the present embodiment can advance the life of the power semiconductor switching element in advance by sending a warning light to the owner or maintenance manager of the power converter and sending an e-mail notifying the life of the power semiconductor switching element. Since the notification can be made, the maintenance manager of the power converter 1 can know the life of the power semiconductor switching element even in a remote place. By this notification, the maintenance manager of the power converter 1 can prevent a failure of the power converter 1 by exchanging the IGBT before the IGBT is damaged.

本実施例ではモータドライブ用インバータを例に説明をしたが、図8に示すような直流電源30の電圧を昇圧リアクトル31とチョッパ32で電圧調整し、フィルタコンデンサ33とフィルタリアクトル34でスイッチングリプルを低減して負荷35に電力を供給もしくは電力を回生する双方向チョッパでも同様である。   In this embodiment, the motor drive inverter has been described as an example. However, the voltage of the DC power supply 30 as shown in FIG. 8 is adjusted by the boost reactor 31 and the chopper 32, and the switching ripple is generated by the filter capacitor 33 and the filter reactor 34. The same applies to a bidirectional chopper that reduces power to supply power to the load 35 or regenerates power.

本実施例によれば、熱センサを用いずに電力半導体スイッチング素子の寿命を推定し、電力変換器の所有者もしくは保守管理者に電力半導体スイッチング素子の寿命を事前に通知できる。また、劣化度合いと、推定余命期間を表示することにより電力変換器の保守計画立案が容易になる。さらに保守管理者へ電力半導体スイッチング素子の寿命が電子メールで事前に通知されるため、電力変換器の保守管理者が遠隔地にいても電力半導体スイッチング素子の寿命を知ることができる。   According to the present embodiment, the life of the power semiconductor switching element can be estimated without using the thermal sensor, and the life of the power semiconductor switching element can be notified in advance to the owner or maintenance manager of the power converter. Moreover, the maintenance plan of a power converter becomes easy by displaying the deterioration degree and the estimated lifetime. Furthermore, since the life of the power semiconductor switching element is notified in advance to the maintenance manager by e-mail, the maintenance manager of the power converter can know the life of the power semiconductor switching element even in a remote place.

なお、本実施例ではIGBTの寿命推定について説明してきたが、パワーMOSFETであっても同様である。   In the present embodiment, the lifetime estimation of the IGBT has been described, but the same applies to a power MOSFET.

本実施例について図4を用いて説明する。本実施例と実施例1の差は温度変動幅推定器101に出力電力から電力半導体スイッチング素子で発生する損失を算出する損失算出器300と、損失を入力とし、電力半導体スイッチング素子の温度を出力とした熱モデルを演算する熱モデル演算器301を有する点が異なる。これにより、運転時の出力電力変動が熱時定数より早く変動しても正確に温度変動を推定できる。   This embodiment will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the temperature fluctuation width estimator 101 receives the loss calculator 300 for calculating the loss generated in the power semiconductor switching element from the output power, and outputs the temperature of the power semiconductor switching element. The difference is that it has a thermal model calculator 301 that calculates the thermal model. As a result, even if the output power fluctuation during operation fluctuates earlier than the thermal time constant, the temperature fluctuation can be accurately estimated.

以下、実施例1と異なる点のみ説明する。また、図4において、図1と同一機能部は同一符号をつけ、重複する説明を省く。電流検出器10で検出した電流検出値はフィルタ200でスイッチングによるリプルを除去する。フィルタ200の出力値は損失算出器300に入力される。損失算出器300はフィルタ200の出力からIGBTで発生する損失の関係式を内部に有し、その演算結果Plossを熱モデル演算器301に出力する。損失の関係式は事前に測定したフィルタ200の出力値とIGBTの損失の関係を近似したものである。   Only differences from the first embodiment will be described below. In FIG. 4, the same functional parts as those in FIG. The current detection value detected by the current detector 10 is filtered to remove ripples caused by switching. The output value of the filter 200 is input to the loss calculator 300. The loss calculator 300 has a relational expression of loss generated in the IGBT from the output of the filter 200, and outputs the calculation result Ploss to the thermal model calculator 301. The relational expression of the loss approximates the relation between the output value of the filter 200 measured in advance and the loss of the IGBT.

熱モデル演算器301は図5に示す等価回路によりIGBTの温度変動幅を演算する。ここで、図5の電流源700はIGBTでの発生損失、抵抗701はジャンクション−ケース間熱抵抗、抵抗702はケース−フィン間熱抵抗、抵抗703はフィン熱抵抗、コンデンサ704はフィン熱容量である。図5で、電流源700の電流値を損失Ploss[W]としたときの電位差Tj[K]はジャンクション温度変動幅、電位差Tc[K]はケース温度変動幅である。熱モデル演算器301により計算されたケース温度Tcは最大値算出器302と最小値算出器303に入力される。   The thermal model calculator 301 calculates the temperature fluctuation range of the IGBT using the equivalent circuit shown in FIG. Here, the current source 700 in FIG. 5 is a loss generated in the IGBT, the resistance 701 is a junction-case thermal resistance, the resistance 702 is a case-fin thermal resistance, the resistance 703 is a fin thermal resistance, and the capacitor 704 is a fin thermal capacity. . In FIG. 5, when the current value of the current source 700 is loss Ploss [W], the potential difference Tj [K] is the junction temperature fluctuation range, and the potential difference Tc [K] is the case temperature fluctuation range. The case temperature Tc calculated by the thermal model calculator 301 is input to the maximum value calculator 302 and the minimum value calculator 303.

最大値算出器302は運転指令が入力されるたびにクリアされ、一度の運転中のケース温度変動幅Tcの最大値T_maxを出力する。最小値算出器303は運転指令がネガティブになり停止指令になるたびにクリアされ、一度の停止中のケース温度変動幅Tcの最小値T_minを出力する。減算器304はT_maxとT_minの差であるΔTを算出し、熱疲労サイクル回数算出器103に出力する。   The maximum value calculator 302 is cleared each time an operation command is input, and outputs the maximum value T_max of the case temperature fluctuation range Tc during one operation. The minimum value calculator 303 is cleared each time the operation command becomes negative and becomes a stop command, and outputs the minimum value T_min of the case temperature fluctuation range Tc during one stop. The subtractor 304 calculates ΔT, which is the difference between T_max and T_min, and outputs it to the thermal fatigue cycle number calculator 103.

本実施例ではIGBTのケース温度を用いて絶縁基板と銅板の半田接合部の劣化度を推定するが、熱モデルで算出されるジャンクション温度変動幅Tjを用いてチップと内部配線の半田接合部の劣化度も同時に推定しても良い。   In this embodiment, the deterioration degree of the solder joint between the insulating substrate and the copper plate is estimated using the IGBT case temperature, but the junction temperature fluctuation width Tj calculated by the thermal model is used to estimate the solder joint between the chip and the internal wiring. The degree of deterioration may be estimated at the same time.

本実施例でのT_maxの推定値を図6に示す。上のグラフは電力変換器1の入力電流I、下のグラフはそのときの最大温度T_maxである。図6で、実線で示すT_maxが本実施例で推定したT_maxである。本実施例では温度上昇時の熱時定数も用いているため、出力電力が冷却フィンの熱時定数より短い時間で変動する場合にも推定誤差が小さい。なお、熱時定数を無視すると図6の破線で示すような最大温度T_maxになる。   FIG. 6 shows an estimated value of T_max in this example. The upper graph shows the input current I of the power converter 1, and the lower graph shows the maximum temperature T_max at that time. In FIG. 6, T_max indicated by a solid line is T_max estimated in the present embodiment. In this embodiment, since the thermal time constant at the time of temperature rise is also used, the estimation error is small even when the output power fluctuates in a shorter time than the thermal time constant of the cooling fin. If the thermal time constant is ignored, the maximum temperature T_max is as shown by the broken line in FIG.

このように、本実施例では温度演算ブロックによりリアルタイムで温度推定を実施するため、推定誤差を低減することができるので、より正確な寿命推定が実現できる。   As described above, in this embodiment, since the temperature estimation is performed in real time by the temperature calculation block, the estimation error can be reduced, so that more accurate life estimation can be realized.

本実施例によれば、熱センサを用いずに電力半導体スイッチング素子の寿命を推定し、電力変換器の所有者もしくは保守管理者に電力半導体スイッチング素子の寿命を事前に通知できる。また、劣化度合いと、推定余命期間を表示することにより電力変換器の保守計画立案が容易になる。   According to the present embodiment, the life of the power semiconductor switching element can be estimated without using the thermal sensor, and the life of the power semiconductor switching element can be notified in advance to the owner or maintenance manager of the power converter. Moreover, the maintenance plan of a power converter becomes easy by displaying the deterioration degree and the estimated lifetime.

さらに保守管理者へ電力半導体スイッチング素子の寿命が電子メールで事前に通知されるため、電力変換器の保守管理者が遠隔地にいても電力半導体スイッチング素子の寿命を知ることができる。加えて本実施例では電力半導体スイッチング素子の熱モデルを演算するため、より正確に電力半導体スイッチング素子の寿命推定が実現できる。   Furthermore, since the life of the power semiconductor switching element is notified in advance to the maintenance manager by e-mail, the maintenance manager of the power converter can know the life of the power semiconductor switching element even in a remote place. In addition, since the thermal model of the power semiconductor switching element is calculated in this embodiment, the life estimation of the power semiconductor switching element can be realized more accurately.

本実施例について図10を用いて説明する。本実施例と実施例2の差は温度変動幅推定器101の最大値算出器302と最小値算出器303のクリア条件を運転・停止指令ではなく、入力電流値と所定値の大小比較結果を用いる点のみが異なる。   This embodiment will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the second embodiment is that the clear condition of the maximum value calculator 302 and the minimum value calculator 303 of the temperature fluctuation estimator 101 is not the operation / stop command, but the magnitude comparison result between the input current value and the predetermined value. Only the point of use is different.

以下、実施例2と異なる点のみを説明する。また、図10において、図4と同一機能部は同じ符号をつけ、重複する説明を省く。電流検出器10の出力値はフィルタ400に入力される。フィルタ400はスイッチングによる電流リプルを除去する。フィルタ400の出力値と固定値である運転判定値は比較器401に入力され、その大小比較結果が最大値算出器302と最小値算出器303のクリア条件となる。   Only differences from the second embodiment will be described below. In FIG. 10, the same functional parts as those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The output value of the current detector 10 is input to the filter 400. The filter 400 removes current ripple due to switching. The output value of the filter 400 and the operation determination value, which is a fixed value, are input to the comparator 401, and the magnitude comparison result is a clear condition for the maximum value calculator 302 and the minimum value calculator 303.

具体的には、フィルタ400の出力値が運転判定値より大きくなったとき、最大値算出器302はクリアされ、フィルタ400の出力値が運転判定値より小さくなったとき、最小値算出器303はクリアされる。   Specifically, when the output value of the filter 400 becomes larger than the operation determination value, the maximum value calculator 302 is cleared, and when the output value of the filter 400 becomes smaller than the operation determination value, the minimum value calculator 303 Cleared.

以上のように、インバータ5の入力電流が所定値を超えると電力変換器運転とみなしてIGBT温度最大値の算出を開始し、入力電流が所定値を下回ると電力変換器停止とみなしてIGBT温度最小値の算出を開始する。   As described above, when the input current of the inverter 5 exceeds a predetermined value, it is regarded as the power converter operation, and the calculation of the IGBT temperature maximum value is started. When the input current falls below the predetermined value, the power converter is regarded as being stopped. Start calculating the minimum value.

ここで、本実施例の運転判定値は負荷がある状態を推定するための定数であるため、定格運転時の10%〜50%程度が良い。また、比較器401はフィルタ400の出力値と運転判定値の大小比較値を出力するが、この出力値のばたつきを防ぐため、ヒステリシス特性を持たせても良い。比較器401の出力値は熱疲労サイクル回数算出器103にも入力される。熱疲労サイクル回数算出器103では比較器401の出力が変化する度に温度変動幅推定器101の出力から熱疲労サイクル回数を算出する。   Here, since the operation determination value of the present embodiment is a constant for estimating a state where there is a load, it is preferably about 10% to 50% during rated operation. The comparator 401 outputs a magnitude comparison value between the output value of the filter 400 and the operation determination value, but may have a hysteresis characteristic to prevent the output value from fluttering. The output value of the comparator 401 is also input to the thermal fatigue cycle number calculator 103. The thermal fatigue cycle number calculator 103 calculates the number of thermal fatigue cycles from the output of the temperature fluctuation estimator 101 every time the output of the comparator 401 changes.

以上より、本実施例の電力変換器は図11に記載のような不規則な電流出力を伴う負荷変動に対してもIGBT温度変動回数を適切に検出することができるため、より正確な寿命推定ができる。   As described above, the power converter according to the present embodiment can appropriately detect the number of IGBT temperature fluctuations even with respect to a load fluctuation with an irregular current output as shown in FIG. Can do.

本実施例によれば、熱センサを用いずに電力半導体スイッチング素子の寿命を推定し、電力変換器の所有者もしくは保守管理者に電力半導体スイッチング素子の寿命を事前に通知できる。また、劣化度合いと、推定余命期間を表示することにより電力変換器の保守計画立案が容易となる。   According to the present embodiment, the life of the power semiconductor switching element can be estimated without using the thermal sensor, and the life of the power semiconductor switching element can be notified in advance to the owner or maintenance manager of the power converter. Moreover, the maintenance plan of the power converter can be easily made by displaying the degree of deterioration and the estimated life span.

さらに保守管理者へ電力半導体スイッチング素子の寿命が電子メールで事前に通知されるため、電力変換器の保守管理者が遠隔地にいても電力半導体スイッチング素子の寿命を知ることができる。加えて本実施例では電力半導体スイッチング素子の熱モデルを計算し、さらに最大温度算出と最小温度算出の開始タイミングを、出力電流を用いて判定できるため、負荷変動が繰り返される電力変換器の電力半導体スイッチング素子の寿命推定がより正確にできる。   Furthermore, since the life of the power semiconductor switching element is notified in advance to the maintenance manager by e-mail, the maintenance manager of the power converter can know the life of the power semiconductor switching element even in a remote place. In addition, in this embodiment, the thermal model of the power semiconductor switching element is calculated, and the start timing of the maximum temperature calculation and the minimum temperature calculation can be determined using the output current, so that the power semiconductor of the power converter in which the load fluctuation is repeated The life of the switching element can be estimated more accurately.

本実施例を、図12を用いて説明する。本実施例と実施例3の差は、保守サービス支援システム50が電力半導体スイッチング素子の推奨交換時期算出器25を有する点である。これにより、電力変換器の保守者と所有者に電力半導体スイッチング素子の推奨交換時期を通知できるため、電力変換器の保守がより容易になる。   This embodiment will be described with reference to FIG. The difference between the present embodiment and the third embodiment is that the maintenance service support system 50 has a recommended replacement time calculator 25 for the power semiconductor switching element. This makes it possible to notify the maintenance and owner of the power converter of the recommended replacement time of the power semiconductor switching element, thereby facilitating maintenance of the power converter.

以下、先の実施例と異なる点のみ説明する。また、図12において、図10と同一機能部は同一符号をつけ、重複する説明を省く。電力変換器1のネットワーク接続器22はインターネット23を介して保守管理者情報端末に規格化演算器106と推定余命演算器107の出力値を電子メールで保守管理者情報端末24に送信する。   Only differences from the previous embodiment will be described below. Also, in FIG. 12, the same functional parts as those in FIG. 10 are given the same reference numerals, and redundant description is omitted. The network connector 22 of the power converter 1 transmits the output values of the standardization computing unit 106 and the estimated life expectancy computing unit 107 to the maintenance manager information terminal 24 via the Internet 23 by e-mail.

保守管理者情報端末24により受信された推定余命演算器107の情報は推奨交換時期算出器25に出力される。推奨交換時期算出器25は熱疲労サイクル回数積算値が警告出力判定定数を超えると想定される時期より所定期間だけ前の時期を算出し、保守管理者情報端末24に出力する。ここで、所定期間とは例えば1ヶ月程度である。   Information of the estimated life expectancy calculator 107 received by the maintenance manager information terminal 24 is output to the recommended replacement time calculator 25. The recommended replacement time calculator 25 calculates a time that is a predetermined time before the time when the thermal fatigue cycle count integrated value exceeds the warning output determination constant, and outputs the calculated time to the maintenance manager information terminal 24. Here, the predetermined period is, for example, about one month.

保守管理者情報端末24は推奨交換時期算出器25の出力値と規格化演算器106の出力値と推定余命演算器107の出力値と電力変換器1の製品番号が記載された電子メールを保守管理者情報端末24と電力変換器1の所有者情報端末26に送信する。   The maintenance manager information terminal 24 maintains an e-mail in which the output value of the recommended replacement time calculator 25, the output value of the normalization calculator 106, the output value of the estimated life expectancy calculator 107, and the product number of the power converter 1 are described. It transmits to the manager information terminal 24 and the owner information terminal 26 of the power converter 1.

以上により、本実施例の保守システムでは電力半導体スイッチング素子の寿命を通知するのみでなく、電力半導体スイッチング素子の適切な交換時期を電力変換器の保守管理者もしくは所有者に自動通知できるため、電力変換器の保守計画立案をより容易にすることができる。   As described above, the maintenance system of the present embodiment not only notifies the life of the power semiconductor switching element, but also automatically notifies the maintenance manager or owner of the power converter of the appropriate replacement time of the power semiconductor switching element. The maintenance plan of the converter can be made easier.

実施例1の電力変換器の説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a power converter according to the first embodiment. ケース温度の熱時定数の説明図。Explanatory drawing of the thermal time constant of case temperature. 実施例1で温度変動幅に対応する熱疲労サイクル回数を換算するテーブルの説明図。Explanatory drawing of the table which converts the thermal fatigue cycle frequency | count corresponding to a temperature fluctuation range in Example 1. FIG. 実施例2の電力変換器の説明図。Explanatory drawing of the power converter of Example 2. FIG. 実施例2の熱モデル演算器が用いる等価回路の説明図。FIG. 6 is an explanatory diagram of an equivalent circuit used by the thermal model calculator of the second embodiment. 実施例2で推定したT_maxの説明図。Explanatory drawing of T_max estimated in Example 2. FIG. IGBTの概略説明図。Schematic explanatory drawing of IGBT. 実施例1の別の電力変換器の説明図。Explanatory drawing of another power converter of Example 1. FIG. 実施例1の熱テーブルの説明図。Explanatory drawing of the thermal table of Example 1. FIG. 実施例3の電力変換器の説明図。Explanatory drawing of the power converter of Example 3. FIG. 負荷変動の説明図。Explanatory drawing of a load fluctuation. 実施例4の電力変換器の説明図。Explanatory drawing of the power converter of Example 4. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…電力変換器、2…交流電源、3…ダイオード整流器、4…平滑コンデンサ、5…インバータ、6…モータ、10…電流検出器、11…電圧検出器、12…位置センサ、20…警告灯、21…表示器、22…ネットワーク接続器、23…インターネット、24…保守管理者情報端末、25…推奨交換時期算出器、26…所有者情報端末、30…直流電源、31…昇圧リアクトル、32…チョッパ、33…フィルタコンデンサ、34…フィルタリアクトル、35…負荷、50…保守サービス支援システム、100…寿命推定器、101…温度変動幅推定器、103…熱疲労サイクル回数算出器、104…履歴演算器、105、401…比較器、106…規格化演算器、107…推定余命演算器、200、400…フィルタ、201…最大値検出器、202…熱テーブル、203…反転器、204…タイマ、205…冷却演算器、206、304…減算器、300…損失算出器、301…熱モデル演算器、302…最大値算出器、303…最小値算出器、500…波形制御器、600…ゲートドライバ、700…電流源、701〜703…抵抗、704…コンデンサ、1000…シリコンチップ、1001…ボンディングワイヤ、1002…主電極、1003…絶縁基板、1004…銅ベース板。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power converter, 2 ... AC power supply, 3 ... Diode rectifier, 4 ... Smoothing capacitor, 5 ... Inverter, 6 ... Motor, 10 ... Current detector, 11 ... Voltage detector, 12 ... Position sensor, 20 ... Warning light , 21 ... Display, 22 ... Network connector, 23 ... Internet, 24 ... Maintenance manager information terminal, 25 ... Recommended replacement time calculator, 26 ... Owner information terminal, 30 ... DC power supply, 31 ... Boosting reactor, 32 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Chopper, 33 ... Filter capacitor, 34 ... Filter reactor, 35 ... Load, 50 ... Maintenance service support system, 100 ... Life estimator, 101 ... Temperature fluctuation estimator, 103 ... Thermal fatigue cycle number calculator, 104 ... History Operation unit 105, 401 ... Comparator 106 ... Standardization operation unit 107 ... Estimated life expectancy operation unit 200,400 ... Filter 201 ... Maximum value detection 202 ... thermal table, 203 ... inverter, 204 ... timer, 205 ... cooling calculator, 206, 304 ... subtractor, 300 ... loss calculator, 301 ... thermal model calculator, 302 ... maximum value calculator, 303 ... Minimum value calculator, 500 ... Waveform controller, 600 ... Gate driver, 700 ... Current source, 701 to 703 ... Resistance, 704 ... Capacitor, 1000 ... Silicon chip, 1001 ... Bonding wire, 1002 ... Main electrode, 1003 ... Insulation Substrate, 1004 ... Copper base plate.

Claims (16)

少なくともひとつの電力半導体スイッチング素子を有し、運転中は電力半導体スイッチング素子の温度が上昇し、停止中は温度が低下する電力変換器であって、
電力変換器の入力電流もしくは出力電流を用いて電力変換器の運転、停止により発生する電力半導体スイッチング素子の温度変化幅を推定する手段と、
該温度変動幅が予め定めた温度変動幅を超えた回数をカウントするカウント手段と、
該カウント値もしくはカウント値を規格化した値を劣化度として表示する手段とを有することを特徴とする電力変換器。
A power converter having at least one power semiconductor switching element, wherein the temperature of the power semiconductor switching element increases during operation and decreases during stoppage.
Means for estimating the temperature change width of the power semiconductor switching element generated by the operation and stop of the power converter using the input current or the output current of the power converter;
Counting means for counting the number of times the temperature fluctuation range exceeds a predetermined temperature fluctuation range;
And a means for displaying the count value or a value obtained by standardizing the count value as a degree of deterioration.
請求項1記載の電力変換器において、前記カウント手段が、電力変換器の運転による電力半導体スイッチング素子の熱疲労を前記温度変化幅により補正する補正手段を有し、該補正手段の出力値を前記カウント手段の出力値とすることを特徴とする電力変換器。   2. The power converter according to claim 1, wherein the counting unit includes a correcting unit that corrects thermal fatigue of the power semiconductor switching element due to operation of the power converter based on the temperature change width, and outputs an output value of the correcting unit. A power converter characterized in that the output value of the counting means is used. 少なくともひとつの電力半導体スイッチング素子を有し、運転中は電力半導体スイッチング素子の温度が上昇し、停止中は温度が低下する電力変換器であって、
該電力変換器の入力電流もしくは出力電流と所定値とを比較する比較手段と、
前記入力電流もしくは出力電流が前記所定値より大きい場合の温度上昇幅を推定する温度上昇幅推定手段と、
前記入力電流もしくは出力電流が前記所定値より小さい場合の温度低下を推定する温度低下幅推定手段と、
前記温度上昇推定幅手段の出力値と温度低下推定幅手段の出力値とから温度変化幅を推定する手段と、
該温度変化幅から前記電力半導体スイッチング素子の熱疲労を算出する手段と、該算出した熱疲労を積算する手段と、
該積算値もしくは積算値を規格化した値を劣化度として表示する表示手段とを有することを特徴とする電力変換器。
A power converter having at least one power semiconductor switching element, wherein the temperature of the power semiconductor switching element increases during operation and decreases during stoppage.
Comparison means for comparing the input current or output current of the power converter with a predetermined value;
Temperature rise estimation means for estimating a temperature rise when the input current or output current is greater than the predetermined value;
A temperature decrease width estimating means for estimating a temperature decrease when the input current or the output current is smaller than the predetermined value;
Means for estimating the temperature change width from the output value of the temperature rise estimation width means and the output value of the temperature decrease estimation width means;
Means for calculating thermal fatigue of the power semiconductor switching element from the temperature change width; means for integrating the calculated thermal fatigue;
And a display means for displaying the integrated value or a value obtained by standardizing the integrated value as a degree of deterioration.
請求項3に記載の電力変換器において、前記表示手段が、前記電力半導体スイッチング素子の劣化度を数値表示することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein the display means numerically displays a degree of deterioration of the power semiconductor switching element. 請求項3に記載の電力変換器において、前記表示手段が、前記電力半導体スイッチング素子の前記劣化度の経時変化を用いて、劣化度が所定値を超えるまでの推定余命を算出する余命演算手段を備え、該算出した推定余命を表示することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein the display means uses a change with time of the deterioration degree of the power semiconductor switching element to calculate an estimated life expectancy until the deterioration degree exceeds a predetermined value. And a power converter for displaying the calculated estimated life expectancy. 請求項5に記載の電力変換器において、前記電力半導体スイッチング素子の劣化度もしくは推定余命を、該電力変換器の保守管理者もしくは所有者に通信回線を介して送信する送信手段を有することを特徴とする電力変換器。   6. The power converter according to claim 5, further comprising a transmitting means for transmitting the deterioration degree or estimated life expectancy of the power semiconductor switching element to a maintenance manager or owner of the power converter via a communication line. And power converter. 請求項3に記載の電力変換器において、前記電力半導体スイッチング素子としてIGBTを備えていることを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein an IGBT is provided as the power semiconductor switching element. 請求項7に記載の電力変換器において、前記電力半導体スイッチング素子としてさらにダイオードを備えていることを特徴とする電力変換器。   The power converter according to claim 7, further comprising a diode as the power semiconductor switching element. 請求項3に記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、前記電力半導体スイッチング素子のケース温度の温度変化幅を推定することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein the temperature change width estimating unit estimates a temperature change width of a case temperature of the power semiconductor switching element. 5. 請求項3に記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、前記電力半導体スイッチング素子のジャンクション温度の温度変化幅を推定することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein the means for estimating the temperature change width estimates a temperature change width of a junction temperature of the power semiconductor switching element. 請求項3に記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、電力変換器の入力電流もしくは出力電流に対応する電力半導体スイッチング素子の温度上昇幅を出力する温度テーブルと、電力変換器の停止時間を計測する停止時間計測手段と、前記温度テーブルと停止時間計測手段の出力から電力半導体スイッチング素子の温度低下幅を推定する冷却換算手段とを有することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein said means for estimating the temperature change width outputs a temperature rise width of a power semiconductor switching element corresponding to an input current or an output current of the power converter, and a power conversion. A power converter comprising: a stop time measuring means for measuring a stop time of the device; and a cooling conversion means for estimating a temperature drop width of the power semiconductor switching element from the temperature table and the output of the stop time measuring means. 請求項3記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、入力電流もしくは出力電流が所定値より大きいときに、入力電流もしくは出力電流に対応する電力半導体スイッチング素子の温度上昇幅を出力する温度テーブルと、入力電流もしくは出力電流が所定値より小さい期間の時間を計測する時間計測手段と、前記温度テーブルと時間計測手段との出力から、電力半導体スイッチング素子の温度低下幅を推定する冷却換算手段を有することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein when the input current or the output current is larger than a predetermined value, the means for estimating the temperature change width is a temperature increase width of the power semiconductor switching element corresponding to the input current or the output current. Based on the output temperature table, the time measurement means for measuring the time during which the input current or the output current is smaller than the predetermined value, and the output of the temperature table and the time measurement means, the temperature drop width of the power semiconductor switching element is estimated. A power converter comprising cooling conversion means. 請求項3に記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、電力変換器の入力電流もしくは出力電流から電力半導体スイッチング素子の損失を換算する損失換算手段と、算出した損失を入力して電力半導体スイッチング素子の温度を推定する熱モデルとを有することを特徴とする電力変換器。   4. The power converter according to claim 3, wherein the means for estimating the temperature change width includes a loss conversion means for converting a loss of the power semiconductor switching element from an input current or an output current of the power converter, and an input of the calculated loss. And a thermal model for estimating the temperature of the power semiconductor switching element. 請求項13に記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、運転時の推定温度最高値と、停止時の推定温度最小値の差を出力することを特徴とする電力変換器。   14. The power converter according to claim 13, wherein the means for estimating the temperature change width outputs a difference between an estimated temperature maximum value during operation and an estimated temperature minimum value during stoppage. . 請求項13記載の電力変換器において、前記温度変化幅を推定する手段が、入力電流もしくは出力電流が所定値を超えたときの推定温度の最高値と、入力電流もしくは出力電流が諸定値を下回るときの推定温度最小値との差を出力することを特徴とする電力変換器。   14. The power converter according to claim 13, wherein the means for estimating the temperature change width is a maximum value of the estimated temperature when the input current or the output current exceeds a predetermined value, and the input current or the output current is less than various values. A power converter that outputs a difference from the estimated minimum temperature value. 電力半導体スイッチング素子を有する電力変換器の管理システムであって、
該電力変換器の管理システムが、電力変換器に備えた寿命推定手段と、保守通知手段とを備え、
前記寿命推定手段が、前記電力変換器の入力電流もしくは出力電流と所定値とを比較する比較手段と、
前記入力電流もしくは出力電流が前記所定値より大きい場合の温度上昇幅を推定する温度上昇幅推定手段と、
前記入力電流もしくは出力電流が前記所定値より小さい場合の温度低下を推定する温度低下幅推定手段と、
前記温度上昇推定幅手段の出力値と温度低下推定幅手段の出力値とから温度変化幅を推定する手段と、
該温度変化幅から前記電力半導体スイッチング素子の熱疲労を算出する手段と、該算出した熱疲労を積算する手段と、
該積算値もしくは積算値を規格化した値を出力する手段とを有し、
前記寿命推定手段が出力する保守情報を前記保守通知手段を介して前記電力変換器の保守管理者あるいは所有者に送信することを特徴とする電力変換器の管理システム。

A power converter management system having a power semiconductor switching element,
The power converter management system comprises life estimation means provided in the power converter, and maintenance notification means,
The life estimation means is a comparison means for comparing the input current or output current of the power converter with a predetermined value;
Temperature rise estimation means for estimating a temperature rise when the input current or output current is greater than the predetermined value;
A temperature decrease width estimating means for estimating a temperature decrease when the input current or the output current is smaller than the predetermined value;
Means for estimating the temperature change width from the output value of the temperature rise estimation width means and the output value of the temperature decrease estimation width means;
Means for calculating thermal fatigue of the power semiconductor switching element from the temperature change width; means for integrating the calculated thermal fatigue;
Means for outputting the integrated value or a value obtained by standardizing the integrated value,
Maintenance information output by the life estimation means is transmitted to a maintenance manager or owner of the power converter via the maintenance notification means.

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Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008271703A (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Power conversion apparatus and power cycle life prediction method
JP2009236594A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Mitsubishi Electric Corp Connection abnormality detection device and domestic electric instrument
JP2010208709A (en) * 2009-03-06 2010-09-24 Toshiba Elevator Co Ltd Elevator control device
KR101062963B1 (en) 2009-05-07 2011-09-07 한국철도기술연구원 Preventive diagnosis device and method for power device of rolling stock
CN102190218A (en) * 2010-03-19 2011-09-21 东芝电梯株式会社 Elevator control device
JP2012005190A (en) * 2010-06-15 2012-01-05 Nissan Motor Co Ltd Control device of power converter
JP2012016259A (en) * 2010-06-03 2012-01-19 Nissan Motor Co Ltd Power converter control system
JP2012070478A (en) * 2010-09-21 2012-04-05 Toshiba Elevator Co Ltd Elevator control device
JP2012165569A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Hitachi Automotive Systems Ltd Load drive device
DE102011088728A1 (en) 2011-03-25 2012-09-27 Mitsubishi Electric Corporation Lifetime estimating method for semiconductor device, involves preparing reference life curve using connecting junction temperature load amount, which is temperature load value for connection point section
WO2012161028A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Light source device
DE102011087764A1 (en) 2011-12-05 2013-06-06 Converteam Gmbh Method for determining service life consumption of e.g. insulated gate bipolar transistor in wind energy plant, involves determining characteristics of temperature cycles, and determining service life consumption based on cycles
JP2014187804A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Toyota Motor Corp Power conversion system
JP2015158081A (en) * 2014-02-24 2015-09-03 日立建機株式会社 Construction machine
CN106291299A (en) * 2015-05-12 2017-01-04 富士电机(中国)有限公司 The thermal fatigue life determination methods of power semiconductor modular and power semiconductor modular
JP2019075891A (en) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社日立製作所 Power conversion device
EP3373019A4 (en) * 2015-11-05 2019-07-03 CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd. Device and method for online health management of insulated gate bipolar transistor
JP2019158732A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 三菱電機株式会社 Device and method for diagnosing residual life of power device
CN111537856A (en) * 2019-02-05 2020-08-14 三菱电机株式会社 Semiconductor module and life prediction system for semiconductor module
WO2020230350A1 (en) * 2019-05-14 2020-11-19 トヨタ自動車株式会社 Device for monitoring degradation of power conversion device
US10958157B2 (en) 2018-03-19 2021-03-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Inspection apparatus, inspection method, and inverter apparatus
CN113721122A (en) * 2020-05-25 2021-11-30 中车永济电机有限公司 Test method for service life failure of welding layer
JP7008770B1 (en) 2020-09-10 2022-01-25 三菱電機株式会社 Motor drive system
EP3979480A1 (en) * 2020-10-01 2022-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Assembly and method for determining temperatures of electronic components
JP7463835B2 (en) 2020-05-13 2024-04-09 マツダ株式会社 Mobile computing device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022025408A (en) * 2020-07-29 2022-02-10 株式会社日立産機システム Power converter and remote monitoring system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0315768A (en) * 1989-03-17 1991-01-24 Hitachi Ltd Method and device for diagnosing remaining life, information displaying method for remaining life and device therefor, and expert system
JPH03261877A (en) * 1990-03-12 1991-11-21 Mitsubishi Electric Corp Inverter apparatus
JPH0851768A (en) * 1994-08-10 1996-02-20 Meidensha Corp Service life monitor for power switching element and apparatus employing power switching element having the monitor
JPH08126337A (en) * 1994-10-25 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp Inverter device
JPH1038960A (en) * 1996-07-24 1998-02-13 Fanuc Ltd Estimation method for failure of power semiconductor element due to thermal stress
WO2004082114A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Motor controller

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0315768A (en) * 1989-03-17 1991-01-24 Hitachi Ltd Method and device for diagnosing remaining life, information displaying method for remaining life and device therefor, and expert system
JPH03261877A (en) * 1990-03-12 1991-11-21 Mitsubishi Electric Corp Inverter apparatus
JPH0851768A (en) * 1994-08-10 1996-02-20 Meidensha Corp Service life monitor for power switching element and apparatus employing power switching element having the monitor
JPH08126337A (en) * 1994-10-25 1996-05-17 Mitsubishi Electric Corp Inverter device
JPH1038960A (en) * 1996-07-24 1998-02-13 Fanuc Ltd Estimation method for failure of power semiconductor element due to thermal stress
WO2004082114A1 (en) * 2003-03-12 2004-09-23 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Motor controller

Cited By (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008271703A (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd Power conversion apparatus and power cycle life prediction method
KR100937806B1 (en) 2007-04-20 2010-01-20 가부시키가이샤 히다치 산키시스템 Power conversion equipment and power cycle life prediction method
JP2009236594A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Mitsubishi Electric Corp Connection abnormality detection device and domestic electric instrument
JP2010208709A (en) * 2009-03-06 2010-09-24 Toshiba Elevator Co Ltd Elevator control device
KR101062963B1 (en) 2009-05-07 2011-09-07 한국철도기술연구원 Preventive diagnosis device and method for power device of rolling stock
CN102190218A (en) * 2010-03-19 2011-09-21 东芝电梯株式会社 Elevator control device
JP2011200033A (en) * 2010-03-19 2011-10-06 Toshiba Elevator Co Ltd Controller of elevator
JP2012016259A (en) * 2010-06-03 2012-01-19 Nissan Motor Co Ltd Power converter control system
JP2012005190A (en) * 2010-06-15 2012-01-05 Nissan Motor Co Ltd Control device of power converter
JP2012070478A (en) * 2010-09-21 2012-04-05 Toshiba Elevator Co Ltd Elevator control device
JP2012165569A (en) * 2011-02-07 2012-08-30 Hitachi Automotive Systems Ltd Load drive device
DE102011088728A1 (en) 2011-03-25 2012-09-27 Mitsubishi Electric Corporation Lifetime estimating method for semiconductor device, involves preparing reference life curve using connecting junction temperature load amount, which is temperature load value for connection point section
WO2012161028A1 (en) * 2011-05-26 2012-11-29 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Light source device
JP5198693B2 (en) * 2011-05-26 2013-05-15 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Light source device
CN103153165A (en) * 2011-05-26 2013-06-12 奥林巴斯医疗株式会社 Light source device
US8659242B2 (en) 2011-05-26 2014-02-25 Olympus Medical Systems Corp. Light source apparatus
DE102011087764A1 (en) 2011-12-05 2013-06-06 Converteam Gmbh Method for determining service life consumption of e.g. insulated gate bipolar transistor in wind energy plant, involves determining characteristics of temperature cycles, and determining service life consumption based on cycles
JP2014187804A (en) * 2013-03-22 2014-10-02 Toyota Motor Corp Power conversion system
US9321369B2 (en) 2013-03-22 2016-04-26 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Power conversion system
JP2015158081A (en) * 2014-02-24 2015-09-03 日立建機株式会社 Construction machine
CN106291299A (en) * 2015-05-12 2017-01-04 富士电机(中国)有限公司 The thermal fatigue life determination methods of power semiconductor modular and power semiconductor modular
CN106291299B (en) * 2015-05-12 2023-09-19 富士电机(中国)有限公司 Power semiconductor module and thermal fatigue life judging method of power semiconductor module
EP3373019A4 (en) * 2015-11-05 2019-07-03 CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd. Device and method for online health management of insulated gate bipolar transistor
JP2019075891A (en) * 2017-10-16 2019-05-16 株式会社日立製作所 Power conversion device
JP2019158732A (en) * 2018-03-15 2019-09-19 三菱電機株式会社 Device and method for diagnosing residual life of power device
JP7018790B2 (en) 2018-03-15 2022-02-14 三菱電機株式会社 Power device remaining life diagnostic device and remaining life diagnosis method
US10958157B2 (en) 2018-03-19 2021-03-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Inspection apparatus, inspection method, and inverter apparatus
CN111537856A (en) * 2019-02-05 2020-08-14 三菱电机株式会社 Semiconductor module and life prediction system for semiconductor module
CN111537856B (en) * 2019-02-05 2024-03-08 三菱电机株式会社 Semiconductor module and life prediction system for semiconductor module
JP2020188568A (en) * 2019-05-14 2020-11-19 株式会社デンソー Device for monitoring deterioration of power conversion device
WO2020230350A1 (en) * 2019-05-14 2020-11-19 トヨタ自動車株式会社 Device for monitoring degradation of power conversion device
JP7463835B2 (en) 2020-05-13 2024-04-09 マツダ株式会社 Mobile computing device
CN113721122A (en) * 2020-05-25 2021-11-30 中车永济电机有限公司 Test method for service life failure of welding layer
CN113721122B (en) * 2020-05-25 2024-04-05 中车永济电机有限公司 Method for testing life failure of welding layer
JP7008770B1 (en) 2020-09-10 2022-01-25 三菱電機株式会社 Motor drive system
US11855496B2 (en) 2020-09-10 2023-12-26 Mitsubishi Electric Corporation Life span prediction of a motor or motor device in a motor drive system
CN114257136A (en) * 2020-09-10 2022-03-29 三菱电机株式会社 Motor drive system
JP2022045959A (en) * 2020-09-10 2022-03-23 三菱電機株式会社 Motor drive system
WO2022069252A1 (en) * 2020-10-01 2022-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement and method for determining temperatures of electronic components
EP3979480A1 (en) * 2020-10-01 2022-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Assembly and method for determining temperatures of electronic components

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JP4591246B2 (en) 2010-12-01

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