JP2009036656A - パワーモジュールの故障検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】パワーモジュールを分解することなくボンディングワイヤの部分断線を診断することができるパワーモジュールの故障検出装置を提供することである。
【解決手段】
パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を光ファイバ24で検出し、光ファイバで検出された光信号を光電変換器18で電気信号に変換する。一方、半導体素子12のコレクタ電極に流れるコレクタ電流をコレクタ電流検出回路20で検出し、制御信号発生回路21はコレクタ電流検出回路20で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する。そして、演算回路19は、制御信号発生回路21からの制御信号が出力されているとき光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光信号を検出したか否かを判定し、光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは警報回路22に警報を出力する。
【選択図】 図1
【解決手段】
パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を光ファイバ24で検出し、光ファイバで検出された光信号を光電変換器18で電気信号に変換する。一方、半導体素子12のコレクタ電極に流れるコレクタ電流をコレクタ電流検出回路20で検出し、制御信号発生回路21はコレクタ電流検出回路20で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する。そして、演算回路19は、制御信号発生回路21からの制御信号が出力されているとき光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光信号を検出したか否かを判定し、光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは警報回路22に警報を出力する。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体素子を内蔵したパワーモジュールの故障検出装置に関する。
電力変換器として、IGBTやMOSFET等を内蔵したパワーモジュールを用いて構成されたものがある。パワーモジュールには短絡故障や断線故障があり、例えば、短絡故障を検出するしきい値を主回路直流電圧をフィードバックして主回路直流電圧により決定し、IGBTのゲート電圧を絞ることにより短絡電流を減じ、主回路直流電圧が変化しているときも短絡を正しく検出できるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。
一方、パワーモジュールの断線故障に対しては、断線故障の兆候を事前に検出することが強く望まれている。すなわち、IGBTやMOSFET等のパワーモジュールは、外部端子とIGBTやMOSFET等のシリコン電極との接続にボンディングワイヤが用いられており、このボンディングワイヤは1チップ当たり数本で接続されているので、1、2本が切断される状態、すなわち部分断線においてもパワーモジュールはスイッチング動作を継続させることができる。しかし、この状態を維持すると、一部のボンディングワイヤに電流が集中し末期にはすべてのボンディングワイヤが切断され断線故障になる可能性がある。
通常、パワーモジュールのボンディングワイヤの断線故障が発生すると、パワーモジュールで形成している電力変換器システム(例えば、インバータシステム)全体の停止に波及するため、事前に断線故障の兆候を検出することが強く望まれている。
特開平7−250482号公報
しかし、パワーモジュールは密閉構造となっているため外部からボンディングワイヤの部分断線を診断することが難しい。このため、従来はパワーモジュールを分解して内部を確認していたが、一度分解してしまうと、そのパワーモジュールは使用することができなくなる。さらに、パワーモジュールの劣化を調べるために、数個のパワーモジュールを正常なパワーモジュールと取り替えてサンプルとして取り出し、工場にて分解調査を行っている。その結果、サンプルに劣化の傾向があれば、電力変換器システムに組込まれているすべてのパワーモジュールを取り替えるなどして対応している。従って、パワーモジュールの寿命があるにもかかわらず、すべてのパワーモジュールの取り替えを行うことになるので不経済である。
本発明の目的は、パワーモジュールを分解することなくボンディングワイヤの部分断線を診断することができるパワーモジュールの故障検出装置を提供することである。
請求項1の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項2の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項3の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項4の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき、または前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項5の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき、または前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項6の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき、または前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項7の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき、または前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき、または前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とする。
請求項8の発明に係わるパワーモジュールの故障検出装置は、請求項1ないし7のいずれか1項の発明において、前記演算回路は、前記光センサが光信号を検出したと判定した回数を計数し、その計数値が所定値を越えたときに警報を出力するようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、パワーモジュールの半導体素子のスイッチング動作のときに、シリコン電極に接続されているボンディングワイヤの部分断線時に発生する部分放電による発光を検出して部分断線を検出するので、密閉型のパワーモジュールを分解することなく、運転中においてもボンディングワイヤの部分断線を診断することができる。これにより、劣化したパワーモジュールを断線故障前に検出できるので、事故範囲の拡大を防止できる。
また、パワーモジュール内部状態のサンプル調査をする必要がなくなり、部分放電を検出した特定のパワーモジュールのみを交換するだけでよいため、パワーモジュールの点検や交換に要する電力変換器システムの停止期間が短縮され信頼度の向上につながる。また、例えば、IGBT素子の寿命は10〜20年と言われているため、パワーモジュールの取り替え時期を最大で10年遅らせることができ長寿命化が図れる。
図1は本発明の第1の実施の形態に係わるパワーモジュールの故障検出装置の構成図である。パワーモジュール11はIGBTやMOSFET等の半導体素子12や環流ダイオード13等の素子が内蔵されており、外部端子14a、14bは半導体素子12のシリコン電極にボンディングワイヤ15a、15bに接続されている。また、半導体素子12のゲート端子Gとエミッタ端子Eとの間にはゲート駆動回路16によりゲート電圧Vgeが印加され、これにより半導体素子12は導通する。
また、パワーモジュール11には光ファイバ24が差し込まれており、この光ファイバ24の先端部17が光センサとなりボンディングワイヤ15a、15bの部分断線時に発生する部分放電による光を検出する。光ファイバ24の先端部17は、例えば、石英を溶かすことで視野を広げている。また、パワーモジュール11の内部は、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線時の部分放電による光が光ファイバ24に到達し易くするために、鏡や反射板が配置されている。
光ファイバ24で検出された光信号は光電変換器18に導かれ、光電変換器18で電気信号に変換されて演算回路19に入力される。一方、半導体素子12のコレクタ電極に流れるコレクタ電流Icを検出するコレクタ電流検出回路20が設けられ、コレクタ電流検出回路20で検出されたコレクタ電流Icは制御信号発生回路21に入力される。
制御信号発生回路21は、コレクタ電流検出回路20で検出されたコレクタ電流Icが閾値を越えた状態のとき制御信号を発生し演算回路19に出力する。演算回路19は、制御信号発生回路21からの制御信号が出力されているとき、光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光信号を検出したか否かを判定する。そして、光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは警報回路22に警報を出力する。
図2は、制御信号発生回路21が制御信号を発生するタイミングの説明図である。図2に示すように、コレクタ電流Icが閾値|Ic1|を越えた状態のとき(時点t1〜t2の期間T1や時点t3〜t4の期間T2)に、制御信号発生回路21は制御信号を発生する。演算回路19は、この期間T1、T2の間に光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光を検出しているか否かを判定する。つまり、期間T1、T2がボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の監視期間となる。
コレクタ電流Icが閾値|Ic1|を越えた状態のときに、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を監視するのは、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の検出精度を高めるためである。ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線が発生していると、コレクタ電流Icの値が大きいほど部分放電し易く、そのときの部分放電による発光量が大きくなるからである。
以上の説明では、演算回路19は光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは、即座に警報回路22に警報を出力するようにしたが、光ファイバ24が光信号を検出した監視期間Tの回数を計数し、その計数値が所定値を越えたときに警報を出力するようにしてもよい。例えば、3回の監視期間Tにおいて、光ファイバ24が光信号を検出したときに警報を出力する。これにより、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の検出の精度が向上する。また、コレクタ電流検出回路20はパワーモジュール11の外部に設けたが、パワーモジュール11の内部に設けるようにしてもよい。
また、図3に示すように、光ファイバ24及び光ファイバ先端部17に代えて、電線26及び受光素子27を設け、パワーモジュール11内部の発光現象を光センサとしての受光素子27で検出するようにしてもよい。受光素子27で検出された光信号は受光素子27で光電変換されて電線26に電気信号として出力される。受光素子17は半導体素子12のチップと同一の基板上やモジュール内壁に設置することができる。
第1の実施の形態によれば、コレクタ電流Icが閾値|Ic1|を越えた状態のときに、ボンディングワイヤ11の部分断線による部分放電を光で検出するので、パワーモジュール11を分解することなく、運転中においてもボンディングワイヤ11の部分断線を検出できる。また、光信号を検出した回数が所定値を越えたときに警報を出力するので、より精度よくボンディングワイヤ11の部分断線を検出できる。
図4は本発明の第2の実施の形態に係わるパワーモジュールの故障検出装置の構成図である。この第2の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、コレクタ電流検出回路20に代えて、ゲート・エミッタ間電圧検出回路23を設け、制御信号発生回路21は、ゲート・エミッタ間電圧検出器23で検出されたゲート・エミッタ間電圧Vgeが半導体素子12をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるときに演算回路19に制御信号を発生するようにしたものである。図1と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
演算回路19は、制御信号発生回路21からの制御信号が出力されているとき光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光信号を検出したか否かを判定する。そして、光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは警報回路22に警報を出力する。
図5は、制御信号発生回路21が制御信号を発生するタイミングの説明図である。図5に示すように、ゲート・エミッタ電圧Vgeが半導体素子12をONからOFFにするOFF制御電圧であるとき(時点t11〜t12の期間T)に、制御信号発生回路21は制御信号を発生する。演算回路19は、この期間Tの間に光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光を検出しているか否かを判定する。つまり、期間Tがボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の監視期間となる。
ゲート・エミッタ電圧Vgeが半導体素子12をONからOFFにするOFF制御電圧のときに、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の監視するのは、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の検出精度を高めるためである。
ゲート・エミッタ電圧Vgeが半導体素子12をONからOFFにするOFF制御電圧のときには、ゲート・エミッタ電圧Vgeは絞られて低下し半導体素子12はOFF状態に変化するので、半導体素子12のコレクタ・エミッタ電圧Vceは逆にほぼ零から上昇する。ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線が発生していると、半導体素子12のコレクタ・エミッタ電圧Vceの変化に伴い、部分断線しているボンディングワイヤ15a、15b部分で部分放電し易く、そのときの部分放電による発光量が大きくなるからである。
以上の説明では、演算回路19は光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは、即座に警報回路22に警報を出力するようにしたが、第1の実施の形態と同様に、光ファイバ24が光信号を検出した監視期間Tの回数を計数し、その計数値が所定値を越えたときに警報を出力するようにしてもよい。例えば、3回の監視期間Tにおいて、光ファイバ24が光信号を検出したときに警報を出力する。これにより、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の検出の精度が向上する。また、ゲート・エミッタ間電圧検出回路23はパワーモジュール11の外部に設けたが、パワーモジュール11の内部に設けるようにしてもよい。
また、図6に示すように、光ファイバ24及び光ファイバ先端部17に代えて、電線26及び受光素子27を設け、パワーモジュール11内部の発光現象を光センサとしての受光素子27で検出するようにしてもよい。受光素子27で検出された光信号は受光素子27で光電変換されて電線26に電気信号として出力される。受光素子17は半導体素子12のチップと同一の基板上やモジュール内壁に設置することができる。 第2の実施の形態によれば、ゲート・エミッタ間電圧Vgeが半導体素子12をONからOFFにするOFF制御電圧のときに、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線による部分放電を光で検出するので、パワーモジュール11を分解することなく、運転中においてもボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を検出できる。また、光信号を検出した回数が所定値を越えたときに警報を出力するので、より精度よくボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を検出できる。
図7は本発明の第3の実施の形態に係わるパワーモジュールの故障検出装置の構成図である。この第3の実施の形態は、図1に示した第1の実施の形態に対し、コレクタ電流検出回路20に代えて、コレクタ・エミッタ間電圧検出回路25を設け、制御信号発生回路21は、コレクタ・エミッタ間電圧検出器25で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧Vceが閾値を越えた状態のときに演算回路19に制御信号を発生するようにしたものである。図1と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
演算回路19は、制御信号発生回路21からの制御信号が出力されているとき光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光信号を検出したか否かを判定する。そして、光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは警報回路22に警報を出力する。
図8は、制御信号発生回路21が制御信号を発生するタイミングの説明図である。図8に示すように、コレクタ・エミッタ間電圧Vceが閾値Vce1を越えた状態のとき(時点t1〜t2の期間T1や時点t3〜t4の期間T2)に、制御信号発生回路21は制御信号を発生する。演算回路19は、この期間T1、T2の間に光電変換器18からの電気信号を取り込み、光ファイバ24が光を検出しているか否かを判定する。つまり、期間T1、T2がボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の監視期間となる。
コレクタ・エミッタ間電圧Vceが閾値Vce1を越えた状態のときに、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を監視するのは、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の検出精度を高めるためである。
コレクタ・エミッタ間電圧Vceが閾値Vce1を越えた状態のときには、コレクタ電流Icが減少し、半導体素子12がONからOFFに移行する状態と同じ状態であり、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線が発生していると、半導体素子12のコレクタ・エミッタ間電圧Vceの変化に伴い、部分断線しているボンディングワイヤ15a、15b部分で部分放電し易く、そのときの部分放電による発光量が大きくなるからである。
以上の説明では、演算回路19は光ファイバ24が光信号を検出したと判定したときは、即座に警報回路22に警報を出力するようにしたが、第1の実施の形態と同様に、光ファイバ24が光信号を検出した監視期間Tの回数を計数し、その計数値が所定値を越えたときに警報を出力するようにしてもよい。例えば、3回の監視期間Tにおいて、光ファイバ24が光信号を検出したときに警報を出力する。これにより、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線の検出の精度が向上する。また、コレクタ・エミッタ間電圧検出回路25はパワーモジュール11の外部に設けたが、パワーモジュール11の内部に設けるようにしてもよい。
また、図9に示すように、光ファイバ24及び光ファイバ先端部17に代えて、電線26及び受光素子27を設け、パワーモジュール11内部の発光現象を光センサとしての受光素子27で検出するようにしてもよい。受光素子27で検出された光信号は受光素子27で光電変換されて電線26に電気信号として出力される。受光素子17は半導体素子12のチップと同一の基板上やモジュール内壁に設置することができる。 第3の実施の形態によれば、コレクタ・エミッタ間電圧Vceが閾値Vce1を越えた状態のときに、ボンディングワイヤ15a、15bの部分断線による部分放電を光で検出するので、パワーモジュール11を分解することなく、運転中においてもボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を検出できる。また、光信号を検出した回数が所定値を越えたときに警報を出力するので、より精度よくボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を検出できる。
以上述べた各実施の形態では、コレクタ電流検出回路20、ゲート・エミッタ間電圧検出回路23、コレクタ・エミッタ間電圧検出回路25を個別に設けた場合について説明したが、これらを組み合わせて設けるようにしてもよい。すなわち、コレクタ電流検出回路20とゲート・エミッタ間電圧検出回路23との組み合せ、コレクタ電流検出回路20とコレクタ・エミッタ間電圧検出回路25との組み合せ、ゲート・エミッタ間電圧検出回路23とコレクタ・エミッタ間電圧検出回路25との組み合せ、さらには、これらすべてのコレクタ電流検出回路20とゲート・エミッタ間電圧検出回路23とコレクタ・エミッタ間電圧検出回路25との組み合せとしてもよい。いずれの組合せの場合にも、制御信号発生回路21が制御信号を発生したタイミングで、演算回路19はその期間に光電変換器18からの電気信号を取り込むことになる。
このように、本発明の実施の形態によれば、パワーモジュール11に光ファイバ24を組み込んで、電力変換器システムの運転中にボンディングワイヤ15a、15bの部分断線を部分放電による光で検出するので、パワーモジュール11の非破壊検査が可能となる。
11…パワーモジュール、12…半導体素子、13…環流ダイオード、14…外部端子、15…ボンディングワイヤ、16…ゲート駆動回路、17…光ファイバの先端部、18…光電変換器、19…演算回路、20…コレクタ電流検出回路、21…制御信号発生回路、22…警報回路、23…ゲート・エミッタ間電圧検出回路、24…光ファイバ、25…コレクタ・エミッタ間電圧検出回路、26…電線、27…光電素子
Claims (8)
- パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、
前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、
前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、
前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、
前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、
前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき、または前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、
前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、
前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき、または前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、
前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、
前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき、または前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - パワーモジュール内部の半導体素子の電極と外部端子とを接続するボンディングワイヤの部分放電による発光を検出する光センサと、
前記光センサで検出された光信号を電気信号に変換する光電変換器と、
前記半導体素子のコレクタ電極に流れるコレクタ電流を検出するコレクタ電流検出回路と、
前記半導体素子のゲート電極とエミッタ電極との間のゲート・エミッタ間電圧を検出するゲート・エミッタ間電圧検出器と、
前記半導体素子のコレクタ電極とエミッタ電極との間のコレクタ・エミッタ間電圧を検出するコレクタ・エミッタ間電圧検出器と、
前記コレクタ電流検出回路で検出されたコレクタ電流が閾値を越えた状態のとき、または前記ゲート・エミッタ間電圧検出器で検出されたゲート・エミッタ間電圧が前記半導体素子をONからOFFにするOFF制御電圧、または、OFFからONにするON制御電圧であるとき、または前記コレクタ・エミッタ間電圧検出器で検出されたコレクタ・エミッタ間電圧が閾値を越えた状態のとき制御信号を発生する制御信号発生回路と、
前記制御信号発生回路からの制御信号が出力されているとき前記光電変換器からの電気信号を取り込み、前記光センサが光信号を検出したか否かを判定し、前記光センサが光信号を検出したと判定したときは警報を出力する演算回路とを備えたことを特徴とするパワーモジュールの故障検出装置。 - 前記演算回路は、前記光センサが光信号を検出したと判定した回数を計数し、その計数値が所定値を越えたときに警報を出力するようにしたことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載のパワーモジュールの故障検出装置。
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JP2012242239A (ja) * | 2011-05-19 | 2012-12-10 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | 放電光検出回路、電子部品の検査システム、電子部品の検査方法、及び、その検査方法により検査された電子部品 |
CN110261752A (zh) * | 2018-03-09 | 2019-09-20 | 深圳市禾望电气股份有限公司 | 半导体器件故障检测方法及装置、变换器 |
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CN117388623A (zh) * | 2023-12-12 | 2024-01-12 | 国网江西省电力有限公司电力科学研究院 | 一种不拆引线的电力变压器综合诊断分析仪及方法 |
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2007
- 2007-08-02 JP JP2007201824A patent/JP2009036656A/ja active Pending
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