JP2014180157A - Power module protection device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power module protection device capable of improving quality.SOLUTION: A power module protection device that protects a switching element 4 incorporated in a power module 2 mounted on a radiation fin, includes an element temperature sensor 6 that is incorporated in the power module 2 and detects a temperature of the switching element 4 incorporated in the power module 2, a fin temperature sensor 5 that detects a temperature of the radiation fin; and a microcomputer 9 (operation limit circuit) that calculates a temperature difference between the element temperature detected by the element temperature sensor 6 and the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5, and when the element temperature is higher than the fin temperature and the temperature difference is equal to or greater than a predetermined threshold value, generates an operation limit command 11a limiting an operation of the switching element 4 to output the command to a drive circuit 12 of the switching element 4.

Description

本発明は、パワーモジュール保護装置に関するものである。   The present invention relates to a power module protection device.

空調室外機などに搭載されるインバータ装置ではパワーモジュールが利用されており、パワーモジュールに内蔵されるＩＧＢＴ等のスイッチング素子はスイッチング動作時の損失で発熱する。従って、従来のインバータ装置では、スイッチング素子の温度（素子温度）上昇を防ぐと共にスイッチング素子の破損を回避するため、放熱フィンにパワーモジュールとフィン温度センサとを取り付け、パワーモジュールの近傍に設けられたフィン温度センサで検出された素子温度が限界温度に達したときに出力電流の制限、キャリア周波数の低減、あるいは完全な停止といった保護動作をするように構成されている（例えば特許文献１参照）。   In an inverter device mounted in an air conditioner outdoor unit or the like, a power module is used, and a switching element such as an IGBT built in the power module generates heat due to a loss during a switching operation. Therefore, in the conventional inverter device, in order to prevent the temperature of the switching element (element temperature) from rising and to prevent the switching element from being damaged, the power module and the fin temperature sensor are attached to the radiating fin, and are provided in the vicinity of the power module. When the element temperature detected by the fin temperature sensor reaches the limit temperature, a protection operation such as limiting the output current, reducing the carrier frequency, or completely stopping is performed (see, for example, Patent Document 1).

特開平０９−１４８５２３号公報（図１など）JP 09-148523 A (FIG. 1 etc.)

しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術では、放熱フィンに組み付けられたフィン温度センサのみで素子温度を検出するように構成されているため、スイッチング素子で発生した熱は放熱フィンを介してフィン温度センサに伝達され、フィン温度センサによる素子温度の検出に時間的遅れが生じる。従って、スイッチング素子の駆動回路等の異常やスイッチング素子の異常などによってスイッチング素子が過熱状態になった場合でも、速やかに保護動作を実行させることができない。特に、パワーモジュールを放熱フィンに組み付ける際の不具合によりパワーモジュールからの素子温度が放熱フィンに対して適切に伝達されない状態となっている場合、パワーモジュールが正常に組み付けられている場合に比べてスイッチング素子が過熱状態になり、保護動作が働く前にスイッチング素子が破損する可能性があるという課題があった。   However, in the conventional technique represented by the above-mentioned Patent Document 1, since the element temperature is detected only by the fin temperature sensor assembled to the radiating fin, the heat generated in the switching element passes through the radiating fin. This is transmitted to the fin temperature sensor, and a time delay occurs in the detection of the element temperature by the fin temperature sensor. Therefore, even when the switching element is overheated due to an abnormality in the drive circuit of the switching element or the abnormality of the switching element, the protection operation cannot be performed promptly. Especially, when the temperature of the element from the power module is not properly transmitted to the radiation fin due to a problem when assembling the power module to the radiation fin, switching is performed compared to when the power module is assembled correctly. There has been a problem that the switching element may be damaged before the element is overheated and the protective operation is activated.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、放熱フィンへのパワーモジュールの取り付け状態に係わらずスイッチング素子の過熱保護動作を適切に実行させて品質の向上を図ることが可能なパワーモジュール保護装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and can improve the quality by appropriately performing the overheat protection operation of the switching element regardless of the mounting state of the power module to the radiating fin. The purpose is to obtain a protective device.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、放熱フィンに取り付けられたパワーモジュールに内蔵されるスイッチング素子を保護するパワーモジュール保護装置であって、前記パワーモジュールに内蔵され、かつ、前記パワーモジュールに内蔵されるスイッチング素子の温度を検出する素子温度センサと、前記放熱フィンの温度を検出するフィン温度センサと、前記素子温度センサで検出された素子温度と前記フィン温度センサで検出されたフィン温度との温度差を求め、素子温度がフィン温度より高く、かつ、前記温度差が所定の閾値以上である場合、前記スイッチング素子の動作を制限させる動作制限指令を生成して前記スイッチング素子の駆動回路に対して出力する動作制限回路と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention is a power module protection device that protects a switching element built in a power module attached to a radiating fin, and is built in the power module, And an element temperature sensor for detecting the temperature of the switching element incorporated in the power module, a fin temperature sensor for detecting the temperature of the radiation fin, an element temperature detected by the element temperature sensor, and the fin temperature sensor. A temperature difference with the detected fin temperature is obtained, and when the element temperature is higher than the fin temperature and the temperature difference is equal to or greater than a predetermined threshold value, an operation restriction command is generated to restrict the operation of the switching element, and And an operation limiting circuit for outputting to the switching element drive circuit.

この発明によれば、スイッチング素子の過熱保護動作を適切に実行させて品質の向上を図ることができるという効果を奏する。   According to the present invention, there is an effect that the overheat protection operation of the switching element can be appropriately executed to improve the quality.

図１は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュール保護装置を構成する放熱フィン、パワーモジュール、およびフィン温度センサを模式的に示す図である。FIG. 1 is a diagram schematically showing a heat dissipating fin, a power module, and a fin temperature sensor that constitute the power module protection device according to Embodiment 1 of the present invention. 図２は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュール保護装置の機能ブロックを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the power module protection device according to Embodiment 1 of the present invention. 図３は、図２に示されるパワーモジュール保護装置の動作を説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the power module protection device shown in FIG. 図４は、素子温度センサを有するパワーモジュールと素子温度センサを有さないパワーモジュールとが取り付けられた放熱フィンを示す図である。FIG. 4 is a view showing a heat radiation fin to which a power module having an element temperature sensor and a power module not having an element temperature sensor are attached. 図５は、パワーモジュール保護装置の他の構成例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the power module protection device. 図６は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュール保護装置の動作を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the power module protection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention.

以下に、本発明に係るパワーモジュール保護装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a power module protection device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュール保護装置を構成する放熱フィン、パワーモジュール、およびフィン温度センサを模式的に示す図である。図２は、本発明の実施の形態１に係るパワーモジュール保護装置の機能ブロックを示す図である。図３は、図２に示されるパワーモジュール保護装置の動作を説明するための図である。 Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram schematically showing a heat dissipating fin, a power module, and a fin temperature sensor that constitute the power module protection device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a diagram showing functional blocks of the power module protection device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 3 is a diagram for explaining the operation of the power module protection device shown in FIG.

図１に示される放熱フィン１は、放熱フィン１の温度（フィン温度）を検出するフィン温度センサ５（例えばサーミスタ）と、図２に示されるスイッチング素子４および素子温度センサ６（例えばサーミスタ）を内蔵するパワーモジュール２とが取り付けられている。   1 includes a fin temperature sensor 5 (for example, a thermistor) that detects the temperature (fin temperature) of the radiation fin 1, and a switching element 4 and an element temperature sensor 6 (for example, thermistor) illustrated in FIG. A built-in power module 2 is attached.

図示例ではパワーモジュール２とフィン温度センサ５とが放熱フィン１の底面に配設されている。なお、放熱フィン１の形状や、パワーモジュール２およびフィン温度センサ５の取り付け位置は、図示例に限定されるものではないが、パワーモジュール２の素子温度を精度よく検出することができるようにパワーモジュール２の近傍にフィン温度センサ５を設けることが望ましい。   In the illustrated example, the power module 2 and the fin temperature sensor 5 are disposed on the bottom surface of the radiation fin 1. The shape of the heat radiation fin 1 and the mounting positions of the power module 2 and the fin temperature sensor 5 are not limited to the illustrated examples, but the power is supplied so that the element temperature of the power module 2 can be accurately detected. It is desirable to provide the fin temperature sensor 5 in the vicinity of the module 2.

また、図示例では１つのパワーモジュール２が放熱フィン１に取り付けられているが、パワーモジュールの数は図示例に限定されるものではなく、本実施の形態に係る放熱フィン１には、素子温度センサ６およびスイッチング素子４を内蔵したパワーモジュール２が少なくとも１つ用いられているものとする。   In the illustrated example, one power module 2 is attached to the radiating fin 1, but the number of power modules is not limited to the illustrated example, and the radiating fin 1 according to the present embodiment includes an element temperature. It is assumed that at least one power module 2 including the sensor 6 and the switching element 4 is used.

図２にはパワーモジュール保護装置の主たる機能が示され、パワーモジュール保護装置は、フィン温度センサ５と、フィン温度検出回路７と、マイコン（動作制限回路）９と、素子温度検出回路８と、駆動回路１２と、パワーモジュール２に内蔵された素子温度センサ６とを有して構成されている。   FIG. 2 shows the main functions of the power module protection device. The power module protection device includes a fin temperature sensor 5, a fin temperature detection circuit 7, a microcomputer (operation limiting circuit) 9, an element temperature detection circuit 8, A drive circuit 12 and an element temperature sensor 6 built in the power module 2 are included.

パワーモジュール２に内蔵されるスイッチング素子４は、例えばＩＧＢＴであり、駆動回路１２からの駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ動作をする。素子温度検出回路８は、パワーモジュール２に内蔵された素子温度センサ６からの温度情報によりパワーモジュール２内のスイッチング素子４の素子温度を検出する。フィン温度検出回路７は、フィン温度センサ５からの温度情報により放熱フィン１のフィン温度を検出する。   The switching element 4 built in the power module 2 is, for example, an IGBT, and performs an ON / OFF operation according to a drive signal from the drive circuit 12. The element temperature detection circuit 8 detects the element temperature of the switching element 4 in the power module 2 based on temperature information from the element temperature sensor 6 built in the power module 2. The fin temperature detection circuit 7 detects the fin temperature of the radiating fin 1 based on the temperature information from the fin temperature sensor 5.

マイコン９は異常判定部１０および動作制限部１１を有する。異常判定部１０は、フィン温度検出回路７で検出されたフィン温度と素子温度検出回路８で検出された素子温度との温度差を求め、素子温度がフィン温度より高く、かつ、温度差が所定の閾値以上である場合、パワーモジュール２の取り付け不良等が生じていると判定し、その判定結果１０ａを動作制限部１１に出力する。パワーモジュール２の取り付け不良等とは、例えばパワーモジュール２を放熱フィン１に組み付ける際の不具合（パワーモジュール２の取り付け不良）によってパワーモジュール２からの熱が放熱フィンに対して適切に伝達されない状態となった場合や、ノイズ等などでマイコン９が異常動作をしたことに起因してスイッチング素子４の異常発熱した場合である。なお、所定の値は、異常判定部１０に予め設定され、あるいはマイコン９内のメモリ（図示せず）に記録されている。   The microcomputer 9 includes an abnormality determination unit 10 and an operation restriction unit 11. The abnormality determination unit 10 obtains a temperature difference between the fin temperature detected by the fin temperature detection circuit 7 and the element temperature detected by the element temperature detection circuit 8, the element temperature is higher than the fin temperature, and the temperature difference is predetermined. If it is equal to or greater than the threshold value, it is determined that a mounting failure of the power module 2 has occurred, and the determination result 10 a is output to the operation limiting unit 11. The poor mounting of the power module 2 is a state in which the heat from the power module 2 is not properly transmitted to the heat radiating fin due to, for example, a problem when the power module 2 is assembled to the heat radiating fin 1 (a poor mounting of the power module 2). Or when the switching element 4 generates abnormal heat due to abnormal operation of the microcomputer 9 due to noise or the like. The predetermined value is set in advance in the abnormality determination unit 10 or is recorded in a memory (not shown) in the microcomputer 9.

動作制限部１１は、異常判定部１０からの判定結果１０ａを受信したとき、スイッチング素子４の動作を制限するために、例えばキャリア周波数の低減あるいは完全な停止といった動作を駆動回路１２に実行させる動作制限指令１１ａを生成して出力する。   The operation limiting unit 11 is an operation that causes the drive circuit 12 to perform an operation such as a reduction or complete stop of the carrier frequency, for example, in order to limit the operation of the switching element 4 when receiving the determination result 10a from the abnormality determination unit 10. A restriction command 11a is generated and output.

以下、図３を用いて動作を説明する。図３には、フィン温度センサ５で検出されたフィン温度の経時的変化を示す実線の曲線と、素子温度センサ６で検出された素子温度の経時的変化を示す点線の曲線とが示されている。図示例の曲線は、前述したパワーモジュール２の取り付け不良等が生じているときにおけるフィン温度および素子温度の経時的な推移を示すものである。   The operation will be described below with reference to FIG. FIG. 3 shows a solid curve showing the change over time of the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5 and a dotted line curve showing the change over time of the element temperature detected by the element temperature sensor 6. Yes. The curve in the illustrated example shows the temporal transition of the fin temperature and the element temperature when the above-described mounting failure of the power module 2 occurs.

特にパワーモジュール２の取り付け不具合が生じている場合、この不具合が生じていない場合に比べて、パワーモジュール２で生じた熱は放熱フィン１で吸熱され難くなるため、素子温度センサ６で検出される素子温度はフィン温度よりも高い値を示し、素子温度とフィン温度との温度差ΔＴ１は時間の経過と共に大きくなる傾向がある。従来技術ではフィン温度センサ５で検出されたフィン温度のみでパワーモジュール２の保護動作を行うように構成されているため、パワーモジュール２の取り付け不良等が生じている場合でも、パワーモジュール２に内蔵されたスイッチング素子４の素子温度を適切に検出することができず、スイッチング素子４の破損を招く可能性がある。   In particular, when the mounting failure of the power module 2 occurs, the heat generated in the power module 2 is less likely to be absorbed by the radiating fins 1 than in the case where this failure does not occur, and is thus detected by the element temperature sensor 6. The element temperature has a value higher than the fin temperature, and the temperature difference ΔT1 between the element temperature and the fin temperature tends to increase with time. In the prior art, the power module 2 is protected only by the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5, so that even if the power module 2 is not installed correctly, it is built in the power module 2. There is a possibility that the element temperature of the switching element 4 is not properly detected, and the switching element 4 may be damaged.

本実施の形態にかかるパワーモジュール保護装置は、図示例のようにフィン温度と素子温度との温度差ΔＴ１が所定の閾値を超えたとき、パワーモジュール２の取り付け不良等が生じていると判定し、スイッチング素子４の動作を制限するように構成されている。そして、スイッチング素子４の動作が制限された時点（時刻ｔ１）以降ではスイッチング動作に伴う損失が減るため、図示例のように素子温度が経時的に下がる傾向を示し、その結果、スイッチング素子４の破損を回避することができる。   The power module protection device according to the present embodiment determines that the power module 2 is defectively attached or the like when the temperature difference ΔT1 between the fin temperature and the element temperature exceeds a predetermined threshold as shown in the illustrated example. The operation of the switching element 4 is limited. Since the loss associated with the switching operation is reduced after the time point when the operation of the switching element 4 is restricted (time t1), the element temperature tends to decrease with time as in the illustrated example. Damage can be avoided.

また本実施の形態にかかるパワーモジュール保護装置は、温度差ΔＴ１に基づいてパワーモジュール２の取り付け不良等が生じているか否かを判定する異常判定部１０を有するため、パワーモジュール２を放熱フィン１に組み付けた後にパワーモジュール２の取り付け不良等を点検することができる。従って、市場への不具合品の流出を防ぐことができる。特に、放熱フィン１に取り付けられるパワーモジュールの数が多いほど大きな効果が期待できる。また、破損したパワーモジュール２の交換に伴う作業コストを低減することができる。   In addition, the power module protection device according to the present embodiment includes the abnormality determination unit 10 that determines whether or not the power module 2 is poorly attached or the like based on the temperature difference ΔT1. It is possible to check for a mounting failure of the power module 2 after assembling. Therefore, the outflow of defective products to the market can be prevented. In particular, a greater effect can be expected as the number of power modules attached to the radiating fins 1 increases. Moreover, the work cost accompanying replacement | exchange of the damaged power module 2 can be reduced.

なお、ここまでは素子温度センサ６を内蔵したパワーモジュール２の破損を回避する構成例を説明したが、本実施の形態に係るパワーモジュール保護装置は、異常判定部１０でパワーモジュール２の取り付け不良等が生じていると判定されたとき、素子温度センサ６を有さない１または複数のパワーモジュール内のスイッチング素子の動作も同時に制限するように構成してよい。以下、その構成例を説明する。   In addition, although the example of a structure which avoids the damage of the power module 2 which incorporated the element temperature sensor 6 was demonstrated so far, the power module protection apparatus which concerns on this Embodiment is the attachment determination of the power module 2 in the abnormality determination part 10 When it is determined that the above has occurred, the operation of the switching elements in one or more power modules that do not have the element temperature sensor 6 may be restricted at the same time. Hereinafter, an example of the configuration will be described.

図４は、素子温度センサを有するパワーモジュールと素子温度センサを有さないパワーモジュールとが取り付けられた放熱フィンを示す図である。図５は、パワーモジュール保護装置の他の構成例を示す図である。   FIG. 4 is a view showing a heat radiation fin to which a power module having an element temperature sensor and a power module not having an element temperature sensor are attached. FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the power module protection device.

図４に示される放熱フィン１は、フィン温度センサ５とパワーモジュール２と素子温度センサ６を有さないパワーモジュール（センサレスパワーモジュール）２Ａとが取り付けられている。図示例では１つのパワーモジュール２と１つのパワーモジュール２Ａが放熱フィン１に取り付けられているが、本実施の形態に係るパワーモジュール保護装置で保護されるパワーモジュールの数は図示例に限定されるものではない。   A heat radiation fin 1 shown in FIG. 4 is provided with a fin temperature sensor 5, a power module 2, and a power module (sensorless power module) 2 A that does not have the element temperature sensor 6. In the illustrated example, one power module 2 and one power module 2A are attached to the radiation fin 1, but the number of power modules protected by the power module protection device according to the present embodiment is limited to the illustrated example. It is not a thing.

図５において、パワーモジュール２Ａに内蔵されるスイッチング素子４Ａは、例えばＩＧＢＴであり、駆動回路１２Ａからの駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ動作をする。マイコン９Ａには、異常判定部１０および動作制限部１１に加えて、動作制限部１１Ａが設けられている。   In FIG. 5, a switching element 4A built in the power module 2A is, for example, an IGBT, and performs an ON / OFF operation by a drive signal from the drive circuit 12A. The microcomputer 9A is provided with an operation restriction unit 11A in addition to the abnormality determination unit 10 and the operation restriction unit 11.

動作制限部１１Ａは、異常判定部１０からの判定結果１０ａを受信したとき、スイッチング素子４Ａの動作を制限するために、キャリア周波数の低減あるいは完全な停止といった動作を駆動回路１２Ａに実行させる動作制限指令１１ａを生成して出力する。   When the operation restriction unit 11A receives the determination result 10a from the abnormality determination unit 10, the operation restriction unit 11A causes the drive circuit 12A to perform an operation such as reduction of the carrier frequency or complete stop in order to restrict the operation of the switching element 4A. A command 11a is generated and output.

この構成により、異常判定部１０においてパワーモジュール２の取り付け不良等が生じていると判定された場合、動作制限部１１から駆動回路１２に対して動作制限指令１１ａが出力され、また動作制限部１１Ａから駆動回路１２Ａに対して動作制限指令１１ａが出力される。従って、パワーモジュール２の取り付け不良等が生じている場合でも、パワーモジュール２およびパワーモジュール２Ａの破損を回避することができ、全てのパワーモジュールに素子温度センサ６を内蔵する場合に比べて安価な構成で保護動作を行うことができる。   With this configuration, when it is determined in the abnormality determining unit 10 that a mounting failure of the power module 2 or the like has occurred, the operation limiting command 11a is output from the operation limiting unit 11 to the drive circuit 12, and the operation limiting unit 11A The operation restriction command 11a is output to the drive circuit 12A. Therefore, even when the mounting failure of the power module 2 or the like occurs, the power module 2 and the power module 2A can be prevented from being damaged, and is less expensive than the case where the element temperature sensor 6 is built in all the power modules. Protection operation can be performed by the configuration.

以上に説明したように本実施の形態に係るパワーモジュール保護装置は、放熱フィン１に取り付けられたパワーモジュール２に内蔵されるスイッチング素子４を保護するパワーモジュール保護装置であって、パワーモジュール２に内蔵され、かつ、パワーモジュール２に内蔵されるスイッチング素子４の温度を検出する素子温度センサ６と、放熱フィン１の温度を検出するフィン温度センサ５と、素子温度センサ６で検出された素子温度とフィン温度センサ５で検出されたフィン温度との温度差ΔＴ１を求め、素子温度がフィン温度より高く、かつ、温度差ΔＴ１が所定の閾値以上である場合、スイッチング素子４の動作を制限させる動作制限指令１１ａを生成してスイッチング素子４の駆動回路１２に対して出力するマイコン９（動作制限回路）と、を備える。この構成により、フィン温度と素子温度との温度差ΔＴ１が所定の閾値を超えたとき、スイッチング素子４の動作が制限され、スイッチング素子４の破損を回避することができる。   As described above, the power module protection device according to the present embodiment is a power module protection device that protects the switching element 4 built in the power module 2 attached to the radiating fin 1. An element temperature sensor 6 that detects the temperature of the switching element 4 that is embedded in the power module 2, a fin temperature sensor 5 that detects the temperature of the radiation fin 1, and an element temperature detected by the element temperature sensor 6 Difference ΔT1 between the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5 and the element temperature is higher than the fin temperature, and the temperature difference ΔT1 is equal to or greater than a predetermined threshold value, the operation for restricting the operation of the switching element 4 A microcomputer 9 (operation limit circuit) that generates a limit command 11a and outputs it to the drive circuit 12 of the switching element 4 Road). With this configuration, when the temperature difference ΔT1 between the fin temperature and the element temperature exceeds a predetermined threshold, the operation of the switching element 4 is limited, and damage to the switching element 4 can be avoided.

また、放熱フィン１には、パワーモジュール２と、素子温度センサ６を内蔵しないセンサレスパワーモジュール（パワーモジュール２Ａ）とが取り付けられ、マイコン９は、温度差ΔＴ１を求め、素子温度がフィン温度より高く、かつ、温度差ΔＴ１が所定の閾値以上である場合、放熱フィン１へのパワーモジュール２の取り付け異常が生じている、または、スイッチング素子４の異常発熱が生じていると判定する異常判定部１０と、異常判定部１０からの判定結果１０ａを受信したとき、動作制限指令１１ａを生成してスイッチング素子４の駆動回路１２に対して出力する第１の動作制限部（動作制限部１１）と、異常判定部１０からの判定結果１０ａを受信したとき、パワーモジュール２Ａに内蔵されたスイッチング素子４Ａの動作を制限させる動作制限指令１１ａを生成してこのスイッチング素子４Ａの駆動回路１２Ａに対して出力する第２の動作制限部（動作制限部１１Ａ）と、を備える。この構成により、パワーモジュール２の取り付け不良等が生じている場合でも、パワーモジュール２およびパワーモジュール２Ａの破損を回避することができる。   In addition, a power module 2 and a sensorless power module (power module 2A) that does not incorporate the element temperature sensor 6 are attached to the radiating fin 1, and the microcomputer 9 obtains the temperature difference ΔT1 and the element temperature is higher than the fin temperature. In addition, when the temperature difference ΔT1 is equal to or greater than a predetermined threshold value, an abnormality determination unit 10 that determines that there is an abnormality in the attachment of the power module 2 to the radiating fin 1 or an abnormal heat generation in the switching element 4 occurs. And a first operation restriction unit (operation restriction unit 11) that generates an operation restriction command 11a and outputs the operation restriction command 11a to the drive circuit 12 of the switching element 4 when the determination result 10a from the abnormality determination unit 10 is received. When the determination result 10a is received from the abnormality determination unit 10, the operation of the switching element 4A built in the power module 2A is limited. A second operation restriction unit (operation restriction unit 11A) that generates an operation restriction command 11a to be output and outputs the operation restriction command 11a to the drive circuit 12A of the switching element 4A. With this configuration, it is possible to avoid damage to the power module 2 and the power module 2 </ b> A even when a mounting failure or the like of the power module 2 occurs.

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係るパワーモジュール保護装置の動作を説明するための図である。実施の形態２との相違点は異常判定部１０における判定動作であり、以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。 Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the power module protection apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The difference from the second embodiment is the determination operation in the abnormality determination unit 10, and hereinafter, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted, and only different parts are described here.

図６には、フィン温度センサ５で検出されたフィン温度の経時的変化を示す実線の曲線と、素子温度センサ６で検出された素子温度の経時的変化を示す点線の曲線とが示されているが、図示例の曲線は、例えばパワーモジュール２Ａが異常発熱した場合においてフィン温度が素子温度よりも高いときにおけるフィン温度および素子温度の経時的な推移を示すものである。   FIG. 6 shows a solid curve showing the change over time of the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5 and a dotted line curve showing the change over time of the element temperature detected by the element temperature sensor 6. However, the curve in the illustrated example shows the temporal transition of the fin temperature and the element temperature when the fin temperature is higher than the element temperature when the power module 2A generates abnormal heat, for example.

パワーモジュール２Ａが異常発熱した場合、パワーモジュール２Ａが異常発熱していない場合に比べて、フィン温度センサ５で検出されるフィン温度は素子温度よりも高い値を示し、素子温度とフィン温度との温度差ΔＴ２は時間の経過と共に大きくなる傾向がある。   When the power module 2A is abnormally heated, the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5 is higher than the element temperature compared to the case where the power module 2A is not abnormally heated. The temperature difference ΔT2 tends to increase with time.

本実施の形態にかかる異常判定部１０は、図示例のように温度差ΔＴ２が所定の閾値を超えたとき、パワーモジュール２Ａが異常発熱していると判定し、スイッチング素子４Ａの動作を制限するように構成されている。そして、スイッチング素子４Ａの動作が制限された時点（時刻ｔ２）以降ではスイッチング動作に伴う損失が減るため、図示例のように素子温度が経時的に下がる傾向を示し、その結果、スイッチング素子４Ａの破損を回避することができる。   The abnormality determination unit 10 according to the present embodiment determines that the power module 2A is abnormally heated when the temperature difference ΔT2 exceeds a predetermined threshold as illustrated, and restricts the operation of the switching element 4A. It is configured as follows. Since the loss associated with the switching operation is reduced after the time when the operation of the switching element 4A is limited (time t2), the element temperature tends to decrease with time as in the illustrated example. Damage can be avoided.

なお、実施の形態２ではパワーモジュール２Ａの破損を回避する構成例を説明したが、本実施の形態に係るパワーモジュール保護装置は、異常判定部１０でパワーモジュール２Ａが異常発熱していると判定されたとき、実施の形態１のパワーモジュール２内のスイッチング素子４も同時に制限するように構成してよい。この構成により、異常判定部１０においてパワーモジュール２Ａが異常発熱していると判定されたとき、動作制限部１１から駆動回路１２に対して動作制限指令１１ａが出力され、また動作制限部１１Ａから駆動回路１２Ａに対して動作制限指令１１ａが出力される。従って、本実施の形態に係るパワーモジュール保護装置によれば、実施の形態１の効果に加えて、パワーモジュール２Ａが過熱状態となった場合にはパワーモジュール２の破損も回避することができる、という効果を得ることができる。   Although the configuration example for avoiding damage to the power module 2A has been described in the second embodiment, the power module protection device according to the present embodiment determines that the power module 2A is abnormally heated by the abnormality determination unit 10. When this is done, the switching element 4 in the power module 2 of the first embodiment may be configured to be restricted at the same time. With this configuration, when the abnormality determination unit 10 determines that the power module 2A is abnormally heated, the operation restriction command 11a is output from the operation restriction unit 11 to the drive circuit 12, and the operation restriction unit 11A is driven. An operation restriction command 11a is output to the circuit 12A. Therefore, according to the power module protection device according to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, when the power module 2A is overheated, the power module 2 can be prevented from being damaged. The effect that can be obtained.

以上に説明したように本実施の形態に係る異常判定部１０は、素子温度センサ６で検出された素子温度とフィン温度センサ５で検出されたフィン温度との温度差ΔＴ２を求め、フィン温度が素子温度より高く、かつ、温度差ΔＴ２が所定の閾値以上である場合、パワーモジュール２Ａに内蔵されたスイッチング素子４の異常発熱が生じていると判定し、前記動作制限部１１Ａは、異常判定部１０からの判定結果１０ａを受信したとき、スイッチング素子４Ａの動作を制限させる動作制限指令１１ａを生成するように構成されている。この構成により、センサレスのパワーモジュール２Ａが異常発熱している場合でも、パワーモジュール２Ａの破損を回避することができる。   As described above, the abnormality determination unit 10 according to the present embodiment obtains the temperature difference ΔT2 between the element temperature detected by the element temperature sensor 6 and the fin temperature detected by the fin temperature sensor 5, and the fin temperature is When the temperature is higher than the element temperature and the temperature difference ΔT2 is equal to or larger than a predetermined threshold, it is determined that the switching element 4 built in the power module 2A is abnormally heated, and the operation limiting unit 11A When the determination result 10a from 10 is received, an operation restriction command 11a for restricting the operation of the switching element 4A is generated. With this configuration, even when the sensorless power module 2A is abnormally heated, damage to the power module 2A can be avoided.

なお、本発明の実施の形態は、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは無論である。   Note that the embodiment of the present invention shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and a part thereof is not deviated from the gist of the present invention. Of course, it is possible to change the configuration such as omission.

以上のように、本発明は、パワーモジュール保護装置に適用可能であり、特に、品質の向上を図ることができる発明として有用である。   As described above, the present invention can be applied to a power module protection device, and is particularly useful as an invention capable of improving quality.

１ 放熱フィン、２，２Ａ パワーモジュール、４，４Ａ スイッチング素子、５ フィン温度センサ、６ 素子温度センサ、７ フィン温度検出回路、８ 素子温度検出回路、９，９Ａ マイコン（動作制限回路）、１０ 異常判定部、１０ａ 判定結果、１１，１１Ａ 動作制限部、１１ａ 動作制限指令、１２，１２Ａ 駆動回路。
1 Heat radiation fin, 2, 2A power module, 4, 4A switching element, 5 fin temperature sensor, 6 element temperature sensor, 7 fin temperature detection circuit, 8 element temperature detection circuit, 9, 9A microcomputer (operation restriction circuit), 10 abnormality Determination unit, 10a determination result, 11, 11A operation restriction unit, 11a operation restriction command, 12, 12A drive circuit.

Claims (4)

放熱フィンに取り付けられたパワーモジュールに内蔵されるスイッチング素子を保護するパワーモジュール保護装置であって、
前記パワーモジュールに内蔵され、かつ、前記パワーモジュールに内蔵されるスイッチング素子の温度を検出する素子温度センサと、
前記放熱フィンの温度を検出するフィン温度センサと、
前記素子温度センサで検出された素子温度と前記フィン温度センサで検出されたフィン温度との温度差を求め、素子温度がフィン温度より高く、かつ、前記温度差が所定の閾値以上である場合、前記スイッチング素子の動作を制限させる動作制限指令を生成して前記スイッチング素子の駆動回路に対して出力する動作制限回路と、
を備えたことを特徴とするパワーモジュール保護装置。 A power module protection device for protecting a switching element built in a power module attached to a heat radiation fin,
An element temperature sensor that is built in the power module and detects the temperature of a switching element built in the power module;
A fin temperature sensor for detecting the temperature of the heat dissipating fins;
When the temperature difference between the element temperature detected by the element temperature sensor and the fin temperature detected by the fin temperature sensor is obtained, the element temperature is higher than the fin temperature, and the temperature difference is not less than a predetermined threshold value, An operation restriction circuit that generates an operation restriction command for restricting the operation of the switching element and outputs the operation restriction command to the drive circuit of the switching element;
A power module protection device comprising: 前記放熱フィンには、前記パワーモジュールと、前記素子温度センサを内蔵しないセンサレスパワーモジュールとが取り付けられ、
前記動作制限回路は、
前記温度差を求め、素子温度がフィン温度より高く、かつ、前記温度差が所定の閾値以上である場合、前記放熱フィンへのパワーモジュールの取り付け異常が生じている、または、前記スイッチング素子の異常発熱が生じていると判定する異常判定部と、
前記異常判定部からの判定結果を受信したとき、前記動作制限指令を生成して前記スイッチング素子の駆動回路に対して出力する第１の動作制限部と、
前記異常判定部からの判定結果を受信したとき、前記センサレスパワーモジュールに内蔵されたスイッチング素子の動作を制限させる動作制限指令を生成してこのスイッチング素子の駆動回路に対して出力する第２の動作制限部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール保護装置。 The heat radiation fin is attached with the power module and a sensorless power module that does not incorporate the element temperature sensor,
The operation limiting circuit is
When the temperature difference is obtained and the element temperature is higher than the fin temperature and the temperature difference is equal to or greater than a predetermined threshold, an abnormality in the installation of the power module to the heat radiating fin occurs or the switching element is abnormal An abnormality determination unit that determines that heat is generated;
A first operation restriction unit that generates the operation restriction command and outputs the operation restriction command to the drive circuit of the switching element when receiving a determination result from the abnormality determination unit;
A second operation of generating an operation restriction command for restricting the operation of the switching element incorporated in the sensorless power module and outputting the operation restriction command to the drive circuit of the switching element when the determination result from the abnormality determination unit is received A restriction section;
The power module protection device according to claim 1, further comprising: 前記異常判定部は、前記温度差を求め、フィン温度が素子温度より高く、かつ、前記温度差が所定の閾値以上である場合、前記センサレスパワーモジュールに内蔵されたスイッチング素子の異常発熱が生じていると判定し、
前記第２の動作制限部は、この異常判定部からの判定結果を受信したとき、このスイッチング素子の動作を制限させる動作制限指令を生成することを特徴とする請求項２に記載のパワーモジュール保護装置。 The abnormality determination unit obtains the temperature difference, and when the fin temperature is higher than the element temperature and the temperature difference is equal to or higher than a predetermined threshold, abnormal heat generation of the switching element built in the sensorless power module occurs. It is determined that
3. The power module protection according to claim 2, wherein the second operation restriction unit generates an operation restriction command for restricting the operation of the switching element when receiving the determination result from the abnormality determination unit. apparatus. 放熱フィンに取り付けられたパワーモジュールに内蔵されるスイッチング素子を保護するパワーモジュール保護装置であって、
前記パワーモジュールに内蔵され、かつ、前記パワーモジュールに内蔵されるスイッチング素子の温度を検出する素子温度センサと、
前記放熱フィンの温度を検出するフィン温度センサと、
前記素子温度センサで検出された素子温度と前記フィン温度センサで検出されたフィン温度との温度差を求め、この温度差が所定の閾値以上である場合、前記スイッチング素子の動作を制限させる動作制限指令を生成して前記スイッチング素子の駆動回路に対して出力する動作制限回路と、
を備えたことを特徴とするパワーモジュール保護装置。

A power module protection device for protecting a switching element built in a power module attached to a heat radiation fin,
An element temperature sensor that is built in the power module and detects the temperature of a switching element built in the power module;
A fin temperature sensor for detecting the temperature of the heat dissipating fins;
An operation restriction that obtains a temperature difference between the element temperature detected by the element temperature sensor and the fin temperature detected by the fin temperature sensor, and restricts the operation of the switching element when the temperature difference is equal to or greater than a predetermined threshold. An operation limiting circuit that generates a command and outputs the command to the driving circuit of the switching element;
A power module protection device comprising:

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