JP2023111741A - Power conversion device, overheat determination device, and overheat determination method - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電力変換装置、過熱判定装置及び過熱判定方法に関する。 The present disclosure relates to a power conversion device, an overheat determination device, and an overheat determination method.
従来、半導体素子に一定のコレクタ電流が流れているときのコレクタ-エミッタ間の電圧Vceを測定し、電圧Vceの測定値と初期値との差が判定値を超えた場合、半導体素子の寿命が近いと判定する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, the collector-emitter voltage Vce is measured when a constant collector current is flowing through the semiconductor element. A technique for determining closeness is known (see
しかしながら、上述の従来技術は、半導体素子の寿命を判定するものの、半導体素子の温度を推定しないので、半導体素子の過熱を精度良く判定することが難しい。 However, although the above-described conventional technique determines the life of the semiconductor element, it does not estimate the temperature of the semiconductor element, so it is difficult to accurately determine overheating of the semiconductor element.
本開示は、半導体素子の過熱を精度良く判定可能な電力変換装置、過熱判定装置及び過熱判定方法を提供する。 The present disclosure provides a power conversion device, an overheat determination device, and an overheat determination method capable of accurately determining overheating of a semiconductor element.
本開示の一態様では、
第1主電極及び第2主電極を有する半導体素子と、前記第1主電極に電気的に接続された第1端子と、前記第2主電極に電気的に接続された第2端子とを有する半導体装置と、
前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記半導体装置のスイッチングを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記両端子間の通電状態での電圧と前記両端子間に前記通電状態で流れる電流と前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記通電状態で検出された前記電流とに対応する前記温度を推定し、前記温度の推定値が所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する、電力変換装置が提供される。
In one aspect of the present disclosure,
A semiconductor element having a first main electrode and a second main electrode, a first terminal electrically connected to the first main electrode, and a second terminal electrically connected to the second main electrode. a semiconductor device;
a voltage detection unit that detects a voltage between both terminals of the first terminal and the second terminal;
a current detection unit that detects a current flowing between the terminals;
A control unit that controls switching of the semiconductor device,
The control unit detects the voltage between the terminals in the energized state, the current flowing between the terminals in the energized state, and the temperature of the semiconductor element by the voltage detection unit in the energized state. estimating the temperature corresponding to the detected voltage and the current detected in the energized state by the current detection unit, and determining that the semiconductor element is overheated when the estimated value of the temperature exceeds a predetermined threshold value. , a power converter is provided.
本開示の他の一態様では、
第1主電極及び第2主電極を有する半導体素子と、前記第1主電極に電気的に接続された第1端子と、前記第2主電極に電気的に接続された第2端子とを有する半導体装置と、
前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記両端子間の通電状態での電圧と前記両端子間に前記通電状態で流れる電流と前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記通電状態で検出された前記電流とに対応する前記温度を推定する推定部と、
前記温度の推定値が所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する判定部とを備える、過熱判定装置が提供される。
In another aspect of the present disclosure,
A semiconductor element having a first main electrode and a second main electrode, a first terminal electrically connected to the first main electrode, and a second terminal electrically connected to the second main electrode. a semiconductor device;
a voltage detection unit that detects a voltage between both terminals of the first terminal and the second terminal;
a current detection unit that detects a current flowing between the terminals;
the voltage detected by the voltage detection unit in the energized state based on the relationship between the voltage between the terminals in the energized state, the current flowing between the terminals in the energized state, and the temperature of the semiconductor element; an estimation unit for estimating the temperature corresponding to the current detected by the current detection unit in the energized state;
An overheat determination device is provided, comprising a determination unit that determines that the semiconductor element is overheated when the estimated value of the temperature exceeds a predetermined threshold.
本開示の他の一態様では、
第1主電極及び第2主電極を有する半導体素子と、前記第1主電極に電気的に接続された第1端子と、前記第2主電極に電気的に接続された第2端子とを有する半導体装置の過熱を判定する方法であって、
電圧検出部は、前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出し、
電流検出部は、前記両端子間に流れる電流を検出し、
推定部は、前記両端子間の通電状態での電圧と前記両端子間に前記通電状態で流れる電流と前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記通電状態で検出された前記電流とに対応する前記温度を推定し、
判定部は、前記温度の推定値が所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する、過熱判定方法が提供される。
In another aspect of the present disclosure,
A semiconductor element having a first main electrode and a second main electrode, a first terminal electrically connected to the first main electrode, and a second terminal electrically connected to the second main electrode. A method for determining overheating of a semiconductor device, comprising:
The voltage detection unit detects a voltage between both terminals of the first terminal and the second terminal,
The current detection unit detects a current flowing between the terminals,
The estimating unit detects the voltage detected by the voltage detecting unit in the energized state based on the relationship between the voltage between the terminals in the energized state, the current flowing between the terminals in the energized state, and the temperature of the semiconductor element. estimating the temperature corresponding to the voltage detected by the current detecting unit and the current detected in the energized state;
An overheat determination method is provided in which the determination unit determines that the semiconductor element is overheated when the estimated value of the temperature exceeds a predetermined threshold.
本開示によれば、半導体素子の過熱を精度良く判定できる。 According to the present disclosure, it is possible to accurately determine overheating of a semiconductor element.
以下、本実施形態に係る電力変換装置及び過熱判定装置、並びに過熱判定方法について説明する。 A power conversion device, an overheating determination device, and an overheating determination method according to the present embodiment will be described below.
電力変換装置は、信頼性が要求される用途(送配電設備、または、電車もしくは自動車等の移動体など)への導入が加速している。電力変換装置の主な故障要因の一つとして、パワー半導体モジュール等の半導体装置が挙げられる。半導体装置には、パワー半導体チップ等の半導体素子が含まれている。半導体素子は、過負荷やモジュールの劣化により絶対最大定格温度を超過すると故障してしまうため、半導体素子の温度を推定し監視することで、電力変換装置の高信頼化につながる。 Introduction of power converters to applications requiring reliability (such as power transmission and distribution facilities, or moving bodies such as trains and automobiles) is accelerating. Semiconductor devices such as power semiconductor modules are cited as one of the main failure factors of power converters. Semiconductor devices include semiconductor elements such as power semiconductor chips. Semiconductor devices fail when the absolute maximum rated temperature is exceeded due to overload or module deterioration. Therefore, estimating and monitoring the temperature of semiconductor devices leads to high reliability of the power converter.
半導体素子の温度を推定する手法の一つとして、半導体素子の導通抵抗(電圧降下)の温度依存性に着目して、半導体装置の主端子間の通電状態での電圧を測定し、その電圧測定値に基づいて半導体素子の温度を推定する手法がある。 As one method for estimating the temperature of a semiconductor device, we focus on the temperature dependence of the conduction resistance (voltage drop) of the semiconductor device, measure the voltage when the main terminals of the semiconductor device are energized, and measure the voltage. There is a method of estimating the temperature of the semiconductor element based on the value.
しかしながら、コレクタ-エミッタ間のような半導体装置の主端子間の電圧は、一般的に、主端子間に流れる負荷電流などの負荷条件によって変化する。そのため、一定の電流が流れているときの主端子間の電圧測定値に基づいて半導体素子の温度を推定する手法では、半導体素子に流れる電流が変化すると、半導体素子の温度を推定する精度が低下し、半導体素子の過熱を精度良く判定することが難しい。 However, the voltage across the main terminals of a semiconductor device, such as between the collector and emitter, generally varies according to load conditions such as the load current flowing between the main terminals. Therefore, in the method of estimating the temperature of the semiconductor element based on the voltage measurement between the main terminals when a constant current is flowing, the accuracy of estimating the temperature of the semiconductor element decreases when the current flowing through the semiconductor element changes. However, it is difficult to accurately determine the overheating of the semiconductor element.
本実施形態に係る電力変換装置又は過熱判定装置は、半導体素子の過熱を精度良く判定可能な機能を有する。また、本開示は、半導体素子の過熱を精度良く判定可能な過熱判定方法を提供する。 The power conversion device or the overheat determination device according to the present embodiment has a function capable of accurately determining overheating of a semiconductor element. In addition, the present disclosure provides an overheating determination method capable of accurately determining overheating of a semiconductor element.
<第1実施形態>
図1は、本実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図1に示す電力変換装置200は、直流の電源33から供給される直流電力を、負荷14に供給する交流電力に変換する主回路部10と、主回路部10の電力変換動作を制御する制御部20とを備える。図1は、主回路部10が直流電力を三相の交流電力に変換する形態を例示する。
<First embodiment>
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a power converter according to this embodiment. The
主回路部10は、複数のパワー半導体モジュール111~116、複数の電圧検出部VD1~VD6、複数のゲート駆動部PD1~PD6及び電流検出部30を備える。パワー半導体モジュール111~116は、電力変換用の半導体装置の一例である。
The
図1には、パワー半導体モジュールとして、インバータの1アーム分のIGBTチップ及びそれと逆並列に接続されたダイオードチップ(FWDチップ)が組み込まれた1in1パッケージのIGBTモジュールが例示されている。IGBTは、Insulated Gate Bipolar Transistorの略語であり、IGBTチップは、パワー半導体素子の一例であり、FWDチップは、整流素子の一例である。しかしながら、パワー半導体モジュールのパッケージ構成は、6in1などの他の種類のパッケージ構成でもよいし、パワー半導体モジュールに構成されるパワー半導体素子は、MOSFETなどの他の種類のパワー半導体素子でもよい。MOSFETは、Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略語である。 FIG. 1 illustrates, as a power semiconductor module, a 1-in-1 package IGBT module incorporating an IGBT chip for one arm of an inverter and a diode chip (FWD chip) connected in anti-parallel thereto. IGBT is an abbreviation for Insulated Gate Bipolar Transistor, an IGBT chip is an example of a power semiconductor device, and an FWD chip is an example of a rectifying device. However, the package configuration of the power semiconductor module may be another type of package configuration such as 6in1, and the power semiconductor element configured in the power semiconductor module may be another type of power semiconductor element such as MOSFET. MOSFET is an abbreviation for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor.
複数のパワー半導体モジュール111~116は、それぞれ同じ構成でよく、複数の電圧検出部VD1~VD6は、それぞれ同じ構成でよく、複数のゲート駆動部PD1~PD6は、それぞれ同じ構成でよい。
The plurality of
u相の上アームのパワー半導体モジュール111は、IGBTチップQ1及びFWDチップD1を有する。また、パワー半導体モジュール111は、コレクタ端子C、エミッタ端子E、ゲート端子G及び補助エミッタ端子Esを有する。コレクタ端子Cは、第1端子の一例であり、エミッタ端子Eは、第2端子の一例であり、ゲート端子Gは、制御端子の一例であり、補助エミッタ端子Esは、補助端子の一例である。
The u-phase upper arm
IGBTチップQ1は、コレクタ電極11c、エミッタ電極11e及びゲート電極11gを有するスイッチング素子(半導体素子)の一例である。コレクタ電極11cは、第1主電極の一例であり、エミッタ電極11eは、第2主電極の一例であり、ゲート電極11gは、制御電極の一例である。
The IGBT chip Q1 is an example of a switching element (semiconductor element) having a
FWDチップD1は、アノード電極11a及びカソード電極11kを有する整流素子(半導体素子)の一例である。
The FWD chip D1 is an example of a rectifying device (semiconductor device) having an
コレクタ端子Cは、コレクタ電極11c及びカソード電極11kに電気的に接続されている。エミッタ端子Eは、エミッタ電極11e及びアノード電極11aに電気的に接続される。ゲート端子Gは、ゲート電極11gに電気的に接続されている。補助エミッタ端子Esは、エミッタ電極11e及びアノード電極11aに電気的に接続されている。
The collector terminal C is electrically connected to the
u相の下アームのパワー半導体モジュール112は、IGBTチップQ2及びFWDチップD2を有する。v相の上アームのパワー半導体モジュール113は、IGBTチップQ3及びFWDチップD3を有する。v相の下アームのパワー半導体モジュール114は、IGBTチップQ4及びFWDチップD4を有する。w相の上アームのパワー半導体モジュール115は、IGBTチップQ5及びFWDチップD5を有する。w相の下アームのパワー半導体モジュール116は、IGBTチップQ6及びFWDチップD6を有する。パワー半導体モジュール112~116は、パワー半導体モジュール111の上述の構成と同じである。
The u-phase lower arm
ゲート駆動部PD1は、制御部20から供給されるオン又はオフのスイッチング指令S1に従って、IGBTチップQ1のゲート電極11gを駆動する回路である。同様に、ゲート駆動部PD2~PD6は、それぞれ、制御部20から供給されるオン又はオフのスイッチング指令S2~S6に従って、IGBTチップQ2~Q6のゲート電極11gを駆動する回路である。ゲート駆動部PD1~PD6は、制御部20からのスイッチング指令S1~S6に従って、ゲート端子Gと補助エミッタ端子Esとの間にパワー半導体モジュール111~116のIGBTチップQ1~Q6をスイッチングさせる駆動電圧を印加する駆動部である。
The gate drive section PD1 is a circuit that drives the
電圧検出回路VD1は、パワー半導体モジュール111のコレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間の電圧Vce1を検出し、Vce1の検出値を制御部20へ送信する。同様に、電圧検出回路VD2~VD6は、パワー半導体モジュール112~116のコレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間の電圧Vce2~Vce6を検出し、Vce2~Vce6の検出値を制御部20へ送信する。
Voltage detection circuit VD1 detects voltage Vce1 between collector terminal C and emitter terminal E of
電流検出部30は、パワー半導体モジュール111~116と負荷14との間に流れる三相の交流電流iu,iv,iwを検出し、交流電流iu,iv,iwの検出値を制御部20へ送信する電流センサである。
The
制御部20は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ及びメモリを備える制御装置である。制御部20の機能は、メモリに記憶されたプログラムによって、プロセッサが動作することにより実現される。制御部20の機能は、FPGA(Field Programmable Gate Array)又はASIC(Application Specific Integrated Circuit)によって実現されてもよい。
The
主回路部10は、ヒートシンク温度検出部80を備えてもよい。ヒートシンク温度検出部80は、パワー半導体モジュール111~116を冷却するためのヒートシンク(例えば、フィンなど)の温度を検出し、ヒートシンクの温度検出値Thを制御部20に送信する温度センサである。
The
図2は、第1実施形態に係る過熱判定装置の構成例を示す図である。図2に示す過熱判定装置301は、半導体装置101の過熱を判定する。図2は、例えば、インバータの1アーム分の回路構成を示す。u相の上アームの回路構成の場合、半導体装置101は、例えば、上述のパワー半導体モジュール111に相当する。各アームの回路構成は互いに同一であるため、以下では、特に断りのない限り、u相の上アームを例に挙げて説明する。
FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the overheating determination device according to the first embodiment. The
過熱判定装置301は、半導体装置101、ゲート駆動部40、電圧検出部51、電流検出部30(図1参照)及び制御部21を備える。
The
ゲート駆動部40は、制御部21からのスイッチング指令Sに従って、半導体装置101のゲート端子Gと補助エミッタ端子Esとの間に半導体装置101のIGBTチップQ1をスイッチングさせる駆動電圧を印加する駆動部である。ゲート駆動部40は、例えば、上述のゲート駆動部PD1に相当する。
The
電圧検出部51は、半導体装置101のコレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間の電圧Vceを検出し、Vceの検出値を制御部21へ送信する。電圧検出部51は、例えば、上述の電圧検出回路VD1に相当する。
制御部21は、電流検出部30(図1)から取得した交流電流iu,iv,iwの検出値等に基づいて、スイッチング指令Sを生成する。制御部21は、IGBTチップQ1又はFWDチップD1の温度を推定し、その推定値に基づいて過熱判定を行う。制御部21は、例えば、上述の制御部20(図1)に相当するが、制御部20とは異なる制御部でもよい。
The
半導体装置101には、電流Icが流れる。電流Icの符号は、例えば、コレクタ端子CからIGBTチップQ1を経由してエミッタ端子Eへ流れる方向を正とし、エミッタ端子EからFWDチップD1を経由してコレクタ端子Cへ流れる方向を負とする。インバータの場合、制御部21は、電流検出部30(図1)から取得した交流電流iu,iv,iwとスイッチング指令のオン指令又はオフ指令の状態とによって、電流Icがどちらの方向に流れているか判定できる。
A current Ic flows through the
図3は、半導体装置の両端子間の通電状態での電圧Vce1の検出動作に伴う各部の波形を例示するタイミングチャートである。図の例では、iuは正弦波電流であり、U相電圧指令は正弦波電圧である。U相の上下アームのオン状態とオフ状態は、U相電圧指令とキャリア波の大小関係によって決まる。図の例では、制御部20は、U相電圧指令がキャリア波よりも大きい期間では、Q1をオン且つQ2をオフとするスイッチング指令S1を出力する。一方、制御部20は、U相電圧指令がキャリア波よりも小さい期間では、Q1をオフ且つQ2をオンとするスイッチング指令S1を出力する。
FIG. 3 is a timing chart exemplifying waveforms of respective parts accompanying the operation of detecting the voltage Vce1 in a state where both terminals of the semiconductor device are energized. In the illustrated example, iu is a sinusoidal current and the U-phase voltage command is a sinusoidal voltage. The ON state and OFF state of the U-phase upper and lower arms are determined by the magnitude relationship between the U-phase voltage command and the carrier wave. In the illustrated example, the
Q1がオン且つiuが正のときに、iuと同じ電流がQ1に流れる。Q2がオフ且つiuが負のときに、iuと同じ電流がD1に流れる。例えば、電圧Vce1の検出値は、離散値として、電圧検出回路VD1から制御部20へ送信され、電流iuの検出値は、離散値として、電流検出部30から制御部20へ送信される。図の例では、電圧Vce1及び電流iuのサンプリングタイミングは、キャリア波の各ボトムである。
When Q1 is on and iu is positive, the same current as iu flows through Q1. When Q2 is off and iu is negative, the same current as iu flows through D1. For example, the detected value of the voltage Vce1 is transmitted from the voltage detection circuit VD1 to the
制御部20は、例えば、電圧検出回路VD1により検出されたVce1の検出値をキャリア波の各ボトムでサンプリングする。これにより、制御部20は、コレクタ端子Cからエミッタ端子Eへの電流IcがIGBTチップQ1に流れる第1通電状態での電圧Vce1の検出値を電圧検出回路VD1から取得できる。また、制御部20は、エミッタ端子Eからコレクタ端子Cへの電流IcがFWDチップD1に流れる第2通電状態での電圧Vce1の検出値を電圧検出回路VD1から取得できる。
The
制御部20は、例えば、電流検出部30により検出された電流iuの検出値をキャリア波の各ボトムでサンプリングする。これにより、制御部20は、コレクタ端子Cからエミッタ端子Eへの電流IcがIGBTチップQ1に流れる状態(通電状態A)での電流Icの検出値を電流検出部30から取得できる。また、制御部20は、エミッタ端子Eからコレクタ端子Cへの電流IcがFWDチップD1に流れる状態(通電状態B)での電流Icの検出値を電流検出部30から取得できる。
The
通電状態A及び通電状態Bは、半導体装置の第1主端子と第2主端子との間に主電流(この例では、電流Ic)が流れる導通状態である。通電状態Aは、半導体装置の第1主端子から第2主端子への電流がスイッチング素子に流れる第1通電状態の一例である。通電状態Bは、半導体装置の第2主端子から第1主端子への電流がダイオードに流れる第2通電状態の一例である。 The conducting state A and the conducting state B are conduction states in which a main current (current Ic in this example) flows between the first main terminal and the second main terminal of the semiconductor device. An energized state A is an example of a first energized state in which a current flows through the switching element from the first main terminal to the second main terminal of the semiconductor device. An energization state B is an example of a second energization state in which a current flows through the diode from the second main terminal of the semiconductor device to the first main terminal.
なお、IGBTチップ側またはそれに逆並列のFWDチップ側がオン状態(通電状態)のときの主端子間の電圧Vce1の検出方法は、これに限られない。 Note that the method of detecting the voltage Vce1 between the main terminals when the IGBT chip side or the FWD chip side anti-parallel thereto is in the ON state (conducting state) is not limited to this.
図4は、制御部により実行される過熱判定方法の第1例を示す機能ブロック図である。図4に示す機能は、回路等のハードウェア資源のみによって実現されてもよいし、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働によって実現されてもよい。制御部21は、推定部61と判定部62を有する。
FIG. 4 is a functional block diagram showing a first example of an overheating determination method executed by the control unit. The functions shown in FIG. 4 may be realized only by hardware resources such as circuits, or may be realized by cooperation between hardware resources and software. The
推定部61は、通電状態Aでの電圧Vceと通電状態Aでの電流IcとIGBTチップQ1の温度Tjとの関係(関係X1)を有する。関係X1は、マップ又は演算式により定義されてもよい。関係X1を定義するためのデータは、予めメモリに格納されている。
The
推定部61は、関係X1に基づいて、電圧検出部51により通電状態Aで検出された電圧(Vceの検出値Vce,det)と電流検出部30により通電状態Aで検出された電流(Icの検出値)とに対応する温度Tjを推定する。これにより、電圧Vce及び電流Icの一方又は両方が変動する半導体装置101の動作中でも、推定部61は、任意の電圧Vce及び任意の電流Icに対応する、IGBTチップQ1の温度Tjを精度良く推定できる。推定部61は、IGBTチップQ1の温度Tjの推定値Tj,estを出力する。
Based on the relationship X1, the estimating
判定部62は、IGBTチップQ1の温度Tjの推定値Tj,estが所定の第1過熱判定閾値を超えると、IGBTチップQ1の過熱と判定し、IGBTチップQ1の過熱を知らせるアラームを発報する。第1過熱判定閾値は、例えば、IGBTチップQ1の絶対最大定格温度に設定される。判定部62は、推定部61により関係X1に基づいて高精度に導出された推定値Tj,estをIGBTチップQ1の過熱判定に使用するので、IGBTチップQ1の過熱を精度良く判定できる。
When the estimated value Tj,est of the temperature Tj of the IGBT chip Q1 exceeds a predetermined first overheat determination threshold value, the
推定部61は、通電状態Bでの電圧Vceと通電状態Bでの電流IcとFWDチップD1の温度Tjとの関係(関係Y1)を有する。関係Y1は、マップ又は演算式により定義されてもよい。関係Y1を定義するためのデータは、予めメモリに格納されている。
The
推定部61は、関係Y1に基づいて、電圧検出部51により通電状態Bで検出された電圧(Vceの検出値Vce,det)と電流検出部30により通電状態Bで検出された電流(Icの検出値)とに対応する温度Tjを推定する。これにより、電圧Vce及び電流Icの一方又は両方が変動する半導体装置101の動作中でも、推定部61は、任意の電圧Vce及び任意の電流Icに対応する、FWDチップD1の温度Tjを精度良く推定できる。推定部61は、FWDチップD1の温度Tjの推定値Tj,estを出力する。
Based on the relationship Y1, the estimating
判定部62は、FWDチップD1の温度Tjの推定値Tj,estが所定の第2過熱判定閾値を超えると、FWDチップD1の過熱と判定し、FWDチップD1の過熱を知らせるアラームを発報する。第2過熱判定閾値は、例えば、FWDチップD1の絶対最大定格温度に設定される。判定部62は、推定部61により関係Y1に基づいて高精度に導出された推定値Tj,estをFWDチップD1の過熱判定に使用するので、FWDチップD1の過熱を精度良く判定できる。
When the estimated value Tj,est of the temperature Tj of the FWD chip D1 exceeds a predetermined second overheating determination threshold value, the
制御部21は、IGBTチップQ1又はFWDチップD1の過熱アラームの発報により、電力変換装置200の出力を低下又は停止させる処理を行うことで、半導体装置101の故障を未然に防止できる。
The
<第2実施形態>
図5は、第2実施形態に係る半導体装置の断面構造例を示す図である。なお、第2実施形態において、上述の実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。また、図5に例示する構造は、第1実施形態にも適用可能である。
<Second embodiment>
FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional structure example of a semiconductor device according to the second embodiment. In addition, in the second embodiment, descriptions of the same configurations, actions, and effects as those of the above-described embodiments will be omitted or simplified by citing the above-described descriptions. Moreover, the structure illustrated in FIG. 5 is also applicable to the first embodiment.
図5に示す半導体装置102は、フィン等のヒートシンク1にサーマルグリース2を介して接触した状態で固定されている。サーマルグリース2は、半導体装置102からヒートシンク1への放熱を安定化させる。半導体装置102は、ケース7、絶縁基板5、コレクタ端子E、エミッタ端子E、補助エミッタ端子Es、ゲート端子G、IGBTチップQ1、FWDチップD1及びワイヤ15,16,17,18を備える。
A
ケース7は、半導体装置102の各構成部を収容する筐体であり、その底部にベース基板3を有する。ベース基板3は、その上に半導体装置102の各構成部を支持する。ベース基板3は、放熱性の高い銅(Cu)基板、アルミ炭化ケイ素複合材(Al-SiC)基板等を採用することができる。なお、ケース7の底部を構成するベース基板3と側部を構成する枠体とを個別に形成し、ベース基板3の周縁上に枠体を立設することでケース7を形成することとしてもよい。
The
ケース7は、平板状の蓋体を有する。蓋体は、ケース7の側部上に載置されて半導体装置102の各構成部をケース7内に封入する。
The
絶縁基板5は、IGBTチップQ1及びFWDチップD1が実装される基板であり、例えばDCB(Direct Copper Bonding)基板、AMB(Active Metal Blazing)基板等を採用することができる。絶縁基板5は、はんだ等の接合材4を介してベース基板3上に固定される。
The insulating substrate 5 is a substrate on which the IGBT chip Q1 and the FWD chip D1 are mounted, and can employ, for example, a DCB (Direct Copper Bonding) substrate, an AMB (Active Metal Blazing) substrate, or the like. The insulating substrate 5 is fixed onto the
絶縁基板5は、絶縁層5a、導体層5b、配線層5cを含む。絶縁層5aは、例えば、セラミック板である。導体層5bは、絶縁層5aの下面に設けられ、例えば、銅等の導電性金属により形成された金属箔である。導体層5bは、はんだ等の接合材4を介してベース基板3に接触する。配線層5cは、絶縁層5aの上面に設けられ、例えば、銅等の導電性金属により形成された導体層である。配線層5cは、導体パターン5c1,5c2,5c3,5c4を含む。
The insulating substrate 5 includes an insulating layer 5a, a
IGBTチップQ1は、半導体装置102に組み込まれる半導体素子であり、表面12及び裏面13のそれぞれに電極を有する半導体スイッチング素子である。IGBTチップQ1は、Si半導体素子でもSiC半導体素子でもよい。
The IGBT chip Q1 is a semiconductor element incorporated in the
IGBTチップQ1は、エミッタ電極11e及びゲート電極11gが形成された表面12と、コレクタ電極11cが形成された裏面13とを有する。コレクタ電極11cは、IGBTチップQ1が有する第1主電極の一例である。エミッタ電極11eは、IGBTチップQ1が有する第2主電極の一例である。ゲート電極11gは、IGBTチップQ1が有する制御電極の一例である。IGBTチップQ1は、コレクタ電極11cがはんだ等の接合材6により導体パターン5c4と接合することで、裏面13にて絶縁基板5上に固定される。
The IGBT chip Q1 has a
FWDチップD1は、半導体装置102に組み込まれる半導体素子であり、表面8及び裏面9のそれぞれに電極を有する半導体ダイオード素子である。FWDチップD1は、Si半導体素子でもSiC半導体素子でもよい。
The FWD chip D1 is a semiconductor element incorporated in the
FWDチップD1は、アノード電極11aが形成された表面8と、カソード電極11kが形成された裏面9とを有する。FWDチップD1は、カソード電極11kがはんだ等の接合材6により導体パターン5c4に接合することで、裏面9にて絶縁基板5上に固定される。カソード電極11kは、導体パターン5c4により、コレクタ電極11cに電気的に接続される。
The FWD chip D1 has a front surface 8 on which an
コレクタ端子C、エミッタ端子E、ゲート端子G及び補助エミッタ端子Esは、半導体装置102の外部と接続するための外部端子である。これらの各外部端子は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性金属を用いて円柱状又は平板状に成形されている。
A collector terminal C, an emitter terminal E, a gate terminal G, and an auxiliary emitter terminal Es are external terminals for connecting the
コレクタ端子Cは、導体パターン5c4に立設された主端子である。コレクタ端子Cは、導体パターン5c4を介して、コレクタ電極11c及びカソード電極11kに電気的に接続されている。
The collector terminal C is a main terminal erected on the conductor pattern 5c4. The collector terminal C is electrically connected to the
エミッタ端子Eは、導体パターン5c1上に立設された主端子である。エミッタ端子Eは、導体パターン5c1及びワイヤ15を介してエミッタ電極11eに電気的に接続され、ワイヤ18を介してアノード電極11aに電気的に接続されている。
The emitter terminal E is a main terminal erected on the conductor pattern 5c1. The emitter terminal E is electrically connected to the
ゲート端子Gは、導体パターン5c3上に立設された制御端子である。ゲート端子Gは、導体パターン5c3及びワイヤ17を介して、ゲート電極11gに電気的に接続されている。
The gate terminal G is a control terminal erected on the conductor pattern 5c3. The gate terminal G is electrically connected to the
補助エミッタ端子Esは、導体パターン5c2上に立設されたゲート駆動用補助端子である。補助エミッタ端子Esは、導体パターン5c2及びワイヤ16を介して、エミッタ電極11eに電気的に接続されている。
The auxiliary emitter terminal Es is a gate drive auxiliary terminal erected on the conductor pattern 5c2. The auxiliary emitter terminal Es is electrically connected to the
ワイヤ15~18は、例えば、銅、アルミニウム等の導電性金属又は鉄アルミ合金等の導電性合金を用いて、直径300~500μmで形成されたボンディングワイヤである。ワイヤ15は、IGBTチップQ1の表面電極であるエミッタ電極11eを導体パターン5c1に接続する一又は複数(例えば、4本)の線状部材である。ワイヤ16は、IGBTチップQ1の表面電極であるエミッタ電極11eを導体パターン5c2に接続する一又は複数(例えば、1本)の線状部材である。ワイヤ17は、IGBTチップQ1の表面電極であるゲート電極11gを導体パターン5c3に接続する一又は複数(例えば、1本)の線状部材である。ワイヤ18は、IGBTチップQ1の表面電極であるエミッタ電極11eとFWDチップD1の表面電極であるアノード電極11aとの間を接続する一又は複数(例えば、4本)の線状部材である。ワイヤ15は、第1ワイヤ又は主ワイヤの一例である。ワイヤ16は、第2ワイヤ又は補助ワイヤの一例である。
The
電流Icは、ワイヤ15,18に流れるが、ワイヤ16,17には流れない。コレクタ端子Cから半導体装置102に流入する電流Icは、導体パターン5c4及び接合材6を介してコレクタ電極11cに流れ、IGBTチップQ1を通過する。そして、エミッタ電極eから出力された電流Icは、ワイヤ15及び導体パターン5c1を介して、エミッタ端子Eへ流れる。逆に、エミッタ端子Eから半導体装置102に流入する電流Icは、導体パターン5c1及びワイヤ15,18を介してアノード電極11aに流れ、FWDチップD1を通過する。そして、カソード電極11kから出力された電流Icは、接合材6及び導体パターン5c4を介して、コレクタ電極Cへ流れる。
Current Ic flows through
IGBTチップQ1及びFWDチップD1は、それぞれ、接合材6、絶縁基板5、接合材4、ベース基板3、サーマルグリース2及びヒートシンク1の順路で熱的に接続される。ヒートシンク1から外気中に放熱されることで、各チップは冷却される。
The IGBT chip Q1 and the FWD chip D1 are thermally connected in the order of the
半導体装置102は、各チップに流れる電流やスイッチングにより発生する繰り返し発熱により、劣化することが知られている。主な劣化部位として、ワイヤとチップ又は配線パターンとのワイヤ接合部、チップ下のはんだ等の接合材4,6などが挙げられる。ワイヤ接合部が劣化すると主に電気抵抗が増加し、チップ下のはんだ等の接合材が劣化すると主に熱抵抗が増加する。サーマルグリース2は、半導体装置102又はヒートシンク1の温度変化に伴い劣化する。サーマルグリース2が劣化すると、熱抵抗が増加する。ヒートシンク1は、フィンの目詰まりや送風ファンの故障などにより、熱抵抗が増加する。
It is known that the
図6は、第2実施形態に係る過熱判定装置の構成例を示す図である。図6に示す過熱判定装置302は、半導体装置102の過熱を判定する。図6は、例えば、インバータの1アーム分の回路構成を示す。第2実施形態において、上述の実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。図6には、コレクタ端子Cとコレクタ電極11cとの間の接合材6(図5参照)の電気抵抗成分Rsと、エミッタ端子Eとエミッタ電極11eとの間のワイヤ15(図5参照)を含む電気抵抗成分Rwとが図示されている。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of an overheating determination device according to the second embodiment. The
熱応力に伴う劣化によりワイヤ15の接合部の電気抵抗成分Rwが増加すると、コレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間の電圧Vceの検出値Vce,detが増加してしまう。その結果、Vce,detからチップの温度Tjを直接推定すると、温度Tjの推定精度が低下する。第2実施形態に係る過熱判定装置302は、ワイヤ接合部の劣化(電気抵抗成分Rwの増加)に伴う温度Tjの推定精度の低下を抑制し、半導体素子の過熱を精度良く判定するものである。
When the electrical resistance component Rw of the junction of the
図6に示す過熱判定装置302は、半導体装置102、ゲート駆動部40、電圧検出部52、電流検出部30(図1参照)及び制御部22を備える。
An
電圧検出部52は、コレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間の電圧Vce及び補助エミッタ端子Esとエミッタ端子Eとの間の電圧Veeを検出し、Vceの検出値及びVeeの検出値を制御部22へ送信する。電圧Vceは、第1主端子と第2主端子との間の第1電圧の一例である。電圧Veeは、補助端子と第2主端子との間の第2電圧の一例である。
The
図7は、制御部により実行される過熱判定方法の第2例を示す機能ブロック図である。図7に示す機能は、回路等のハードウェア資源のみによって実現されてもよいし、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働によって実現されてもよい。制御部22は、推定部63と判定部62を有する。
FIG. 7 is a functional block diagram showing a second example of the overheating determination method executed by the controller. The functions shown in FIG. 7 may be realized only by hardware resources such as circuits, or may be realized by cooperation between hardware resources and software. The
推定部63は、通電状態Aでの差電圧(Vce-Vee)と通電状態Aでの電流IcとIGBTチップQ1の温度Tjとの関係(関係X2)を有する。通電状態Aでの差電圧(Vce-Vee)とは、通電状態Aでの電圧Vceから通電状態Aでの電圧Veeを減じた値を表す。関係X2は、マップ又は演算式により定義されてもよい。関係X2を定義するためのデータは、予めメモリに格納されている。
The
推定部63は、電圧検出部52により通電状態Aで検出された電圧(Vceの検出値Vce,det)から電圧検出部52により通電状態Aで検出された電圧(Veeの検出値Vee,det)を減じることで、通電状態Aでの差電圧の検出値(Vce,det-Vee,det)を算出する。推定部63は、関係X2に基づいて、通電状態Aでの差電圧の検出値(Vce,det-Vee,det)と電流検出部30により通電状態Aで検出された電流(Icの検出値)とに対応する温度Tjを推定する。これにより、電圧Vce及び電流Icの一方又は両方が変動する半導体装置101の動作中でも、推定部63は、任意の電圧Vce及び任意の電流Icに対応する、IGBTチップQ1の温度Tjを精度良く推定できる。また、推定部63は、通電状態Aでの差電圧(Vce-Vee)及びその検出値(Vce,det-Vee,det)を利用することで、電気抵抗成分Rwの変化による温度Tjの精度低下を抑制できる。推定部63は、IGBTチップQ1の温度Tjの推定値Tj,estを出力する。
The estimating
判定部62は、推定部63により関係X2に基づいて高精度に導出された推定値Tj,estをIGBTチップQ1の過熱判定に使用するので、IGBTチップQ1の過熱を精度良く判定できる。
Since the
推定部63は、通電状態Bでの差電圧(Vce-Vee)と通電状態Bでの電流IcとFWDチップD1の温度Tjとの関係(関係Y2)を有する。通電状態Bでの差電圧(Vce-Vee)とは、通電状態Bでの電圧Vceから通電状態Bでの電圧Veeを減じた値を表す。関係Y2は、マップ又は演算式により定義されてもよい。関係Y2を定義するためのデータは、予めメモリに格納されている。
The
推定部63は、電圧検出部52により通電状態Bで検出された電圧(Vceの検出値Vce,det)から電圧検出部52により通電状態Bで検出された電圧(Veeの検出値Vee,det)を減じることで、通電状態Bでの差電圧の検出値(Vce,det-Vee,det)を算出する。推定部63は、関係Y2に基づいて、通電状態Bでの差電圧の検出値(Vce,det-Vee,det)と電流検出部30により通電状態Bで検出された電流(Icの検出値)とに対応する温度Tjを推定する。これにより、電圧Vce及び電流Icの一方又は両方が変動する半導体装置102の動作中でも、推定部63は、任意の電圧Vce及び任意の電流Icに対応する、FWDチップD1の温度Tjを精度良く推定できる。また、推定部63は、通電状態Bでの差電圧(Vce-Vee)及びその検出値(Vce,det-Vee,det)を利用することで、電気抵抗成分Rwの変化による温度Tjの精度低下を抑制できる。推定部63は、FWDチップD1の温度Tjの推定値Tj,estを出力する。
The estimating
判定部62は、推定部63により関係Y2に基づいて高精度に導出された推定値Tj,estをFWDチップD1の過熱判定に使用するので、FWDチップD1の過熱を精度良く判定できる。
Since the
<第3実施形態>
図8は、第3実施形態に係る過熱判定装置の構成例を示す図である。図8に示す過熱判定装置303は、半導体装置102の過熱を判定する。図8は、例えば、インバータの1アーム分の回路構成を示す。第3実施形態において、上述の実施形態と同様の構成、作用及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a diagram showing a configuration example of an overheating determination device according to the third embodiment. An
第2実施形態では、電圧検出部52は、半導体装置102のオン状態でのコレクタ端子Cとエミッタ端子Eとの間の電圧Vce、及び、半導体装置102のオン状態での補助エミッタ端子Esとエミッタ端子Eとの間の電圧Veeを検出する。そして、制御部22は、電圧Vceの検出値と電圧Veeの検出値との差に基づいて、チップ温度を推定する。一方、第3実施形態では、電圧検出部53は、半導体装置102のオン状態でのコレクタ端子Cと補助エミッタ端子Esとの間の電圧Vcesを直接検出する。そして、制御部23は、電圧Vcesの検出値に基づいて、第2実施形態と同様のアルゴリズムで、チップ温度を推定する。
In the second embodiment, the
図8に示す過熱判定装置303は、半導体装置102、ゲート駆動部40、電圧検出部53、電流検出部30(図1参照)及び制御部23を備える。
An
電圧検出部53は、コレクタ端子Cと補助エミッタ端子Esとの間の電圧Vcesを検出し、Vcesの検出値を制御部23へ送信する。電圧Vcesは、第1主端子と補助端子との間の第3電圧の一例である。
The
図9は、制御部により実行される過熱判定方法の第3例を示す機能ブロック図である。図9に示す機能は、回路等のハードウェア資源のみによって実現されてもよいし、ハードウェア資源とソフトウェアとの協働によって実現されてもよい。制御部23は、推定部64と判定部62を有する。
FIG. 9 is a functional block diagram showing a third example of the overheating determination method executed by the controller. The functions shown in FIG. 9 may be realized only by hardware resources such as circuits, or may be realized by cooperation between hardware resources and software. The
推定部64は、通電状態Aでの電圧Vcesと通電状態Aでの電流IcとIGBTチップQ1の温度Tjとの関係(関係X3)を有する。関係X3は、マップ又は演算式により定義されてもよい。関係X3を定義するためのデータは、予めメモリに格納されている。
The
推定部64は、関係X3に基づいて、電圧検出部53により通電状態Aで検出された電圧(Vcesの検出値Vces,det)と電流検出部30により通電状態Aで検出された電流(Icの検出値)とに対応する温度Tjを推定する。これにより、電圧Vce及び電流Icの一方又は両方が変動する半導体装置102の動作中でも、推定部64は、任意の電圧Vce及び任意の電流Icに対応する、IGBTチップQ1の温度Tjを精度良く推定できる。また、推定部64は、通電状態Aでの電圧Vces及びその検出値(Vces,det)を利用することで、電気抵抗成分Rwの変化による温度Tjの精度低下を抑制できる。推定部64は、IGBTチップQ1の温度Tjの推定値Tj,estを出力する。
Based on the relationship X3, the estimating
判定部62は、推定部64により関係X3に基づいて高精度に導出された推定値Tj,estをIGBTチップQ1の過熱判定に使用するので、IGBTチップQ1の過熱を精度良く判定できる。
Since the
推定部64は、通電状態Bでの電圧Vcesと通電状態Bでの電流IcとFWDチップD1の温度Tjとの関係(関係Y3)を有する。関係Y3は、マップ又は演算式により定義されてもよい。関係Y3を定義するためのデータは、予めメモリに格納されている。
The
推定部64は、関係Y3に基づいて、電圧検出部53により通電状態Bで検出された電圧(Vcesの検出値Vces,det)と電流検出部30により通電状態Bで検出された電流(Icの検出値)とに対応する温度Tjを推定する。これにより、電圧Vce及び電流Icの一方又は両方が変動する半導体装置102の動作中でも、推定部64は、任意の電圧Vce及び任意の電流Icに対応する、FWDチップD1の温度Tjを精度良く推定できる。また、推定部64は、通電状態Bでの電圧Vces及びその検出値Vces,detを利用することで、電気抵抗成分Rwの変化による温度Tjの精度低下を抑制できる。推定部64は、FWDチップD1の温度Tjの推定値Tj,estを出力する。
Based on the relationship Y3, the estimating
判定部62は、推定部64により関係Y3に基づいて高精度に導出された推定値Tj,estをFWDチップD1の過熱判定に使用するので、FWDチップD1の過熱を精度良く判定できる。
Since the
以上、実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。 Although the embodiments have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements such as combination or replacement with part or all of other embodiments are possible.
例えば、半導体素子は、IGBT等のパワートランジスタに限られず、ダイオード、サイリスタ、ゲートターンオフサイリスタ、トライアックなどでもよい。 For example, semiconductor elements are not limited to power transistors such as IGBTs, but may be diodes, thyristors, gate turn-off thyristors, triacs, and the like.
1 ヒートシンク
2 サーマルグリース
3 ベース基板
4,6 接合材
5 絶縁基板
7 ケース
8 表面
9 裏面
10 主回路部
11a アノード電極
11c コレクタ電極
11e エミッタ電極
11g ゲート電極
11k カソード電極
12 表面
13 裏面
14 負荷
15~18 ワイヤ
20,21,22,23 制御部
30 電流検出部
33 電源
40 ゲート駆動部
51,52,53 電圧検出部
61,63,64 推定部
62 判定部
101,102 半導体装置
111~116 パワー半導体モジュール
200 電力変換装置
301,302,303 過熱判定装置
C コレクタ端子
E エミッタ端子
Es 補助エミッタ端子
G ゲート端子
Claims (7)
前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記半導体装置のスイッチングを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記両端子間の通電状態での電圧と前記両端子間に前記通電状態で流れる電流と前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記通電状態で検出された前記電流とに対応する前記温度を推定し、前記温度の推定値が所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する、電力変換装置。 A semiconductor element having a first main electrode and a second main electrode, a first terminal electrically connected to the first main electrode, and a second terminal electrically connected to the second main electrode. a semiconductor device;
a voltage detection unit that detects a voltage between both terminals of the first terminal and the second terminal;
a current detection unit that detects a current flowing between the terminals;
A control unit that controls switching of the semiconductor device,
The control unit detects the voltage between the terminals in the energized state, the current flowing between the terminals in the energized state, and the temperature of the semiconductor element by the voltage detection unit in the energized state. estimating the temperature corresponding to the detected voltage and the current detected in the energized state by the current detection unit, and determining that the semiconductor element is overheated when the estimated value of the temperature exceeds a predetermined threshold value. , power converter.
前記電圧検出部は、前記第1端子と前記主端子との間の第1電圧、及び、前記補助端子と前記主端子との間の第2電圧を検出し、
前記電流検出部は、前記第1端子と前記主端子との間に流れる主電流を検出し、
前記制御部は、前記主電流が流れる導通状態での前記第1電圧と前記導通状態での前記第2電圧との差電圧と、前記導通状態での前記主電流と、前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記導通状態で検出された前記第1電圧と前記電圧検出部により前記導通状態で検出された前記第2電圧との差電圧と、前記電流検出部により前記導通状態で検出された前記主電流とに対応する前記温度を推定し、前記温度の推定値が前記所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The second terminal includes a main terminal electrically connected to the second main electrode via a first wire and an auxiliary terminal electrically connected to the second main electrode via a second wire. including
The voltage detection unit detects a first voltage between the first terminal and the main terminal and a second voltage between the auxiliary terminal and the main terminal,
The current detection unit detects a main current flowing between the first terminal and the main terminal,
The control unit controls a difference voltage between the first voltage in the conducting state through which the main current flows and the second voltage in the conducting state, the main current in the conducting state, and the temperature of the semiconductor element. Based on the relationship, the difference voltage between the first voltage detected by the voltage detection unit in the conductive state and the second voltage detected by the voltage detection unit in the conductive state, and the current detection unit The power according to claim 1, wherein the temperature corresponding to the main current detected in the conductive state is estimated, and overheating of the semiconductor element is determined when the estimated value of the temperature exceeds the predetermined threshold. conversion device.
前記電圧検出部は、前記第1端子と前記補助端子との間の第3電圧を検出し、
前記電流検出部は、前記第1端子と前記主端子との間に流れる主電流を検出し、
前記制御部は、前記主電流が流れる導通状態での前記第3電圧と、前記導通状態での前記主電流と、前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記導通状態で検出された前記第3電圧と前記電流検出部により前記導通状態で検出された前記主電流とに対応する前記温度を推定し、前記温度の推定値が前記所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する、請求項1に記載の電力変換装置。 The second terminal includes a main terminal electrically connected to the second main electrode via a first wire and an auxiliary terminal electrically connected to the second main electrode via a second wire. including
The voltage detection unit detects a third voltage between the first terminal and the auxiliary terminal,
The current detection unit detects a main current flowing between the first terminal and the main terminal,
The control unit controls the voltage detecting unit to detect the conductive state based on the relationship between the third voltage in the conductive state through which the main current flows, the main current in the conductive state, and the temperature of the semiconductor element. estimating the temperature corresponding to the third voltage detected by the current detection unit and the main current detected in the conducting state by the current detection unit, and if the estimated value of the temperature exceeds the predetermined threshold, the semiconductor 2. The power converter according to claim 1, wherein overheating of the element is determined.
前記制御部からの指令に従って、前記制御端子と前記補助端子との間に前記半導体装置をスイッチングさせる駆動電圧を印加する駆動部を備える、請求項2又は3に記載の電力変換装置。 The semiconductor device has a control terminal electrically connected to a control electrode of the semiconductor element,
4. The power converter according to claim 2, further comprising a driving section that applies a driving voltage for switching said semiconductor device between said control terminal and said auxiliary terminal in accordance with a command from said control section.
前記第1端子から前記第2端子への前記電流が前記スイッチング素子に流れる状態を第1通電状態とし、前記第2端子から前記第1端子への前記電流が前記ダイオードに流れる状態を第2通電状態とするとき、
前記制御部は、
前記第1通電状態での前記電圧と前記第1通電状態での前記電流と前記スイッチング素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記第1通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記第1通電状態で検出された前記電流とに対応する前記スイッチング素子の温度を推定し、前記スイッチング素子の温度の推定値が所定の第1閾値を超えると、前記スイッチング素子の過熱と判定し、
前記第2通電状態での前記電圧と前記第2通電状態での前記電流と前記ダイオードの温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記第2通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記第2通電状態で検出された前記電流とに対応する前記ダイオードの温度を推定し、前記ダイオードの温度の推定値が所定の第2閾値を超えると、前記ダイオードの過熱と判定する、請求項1から4のいずれか一項に記載の電力変換装置。 The semiconductor element includes a switching element and a diode connected in anti-parallel to the switching element,
A state in which the current from the first terminal to the second terminal flows through the switching element is defined as a first conduction state, and a state in which the current from the second terminal to the first terminal flows through the diode is defined as a second conduction state. When the state is
The control unit
Based on the relationship between the voltage in the first energized state, the current in the first energized state, and the temperature of the switching element, the voltage and A current detection unit estimates the temperature of the switching element corresponding to the current detected in the first energized state, and when the estimated value of the temperature of the switching element exceeds a predetermined first threshold, the switching element judged to be overheated,
The voltage and the current detected by the voltage detector in the second energized state based on the relationship between the voltage in the second energized state, the current in the second energized state, and the temperature of the diode. estimating the temperature of the diode corresponding to the current detected by the detection unit in the second energized state, and determining that the diode is overheated when the estimated value of the temperature of the diode exceeds a predetermined second threshold; The power converter according to any one of claims 1 to 4.
前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、
前記両端子間の通電状態での電圧と前記両端子間に前記通電状態で流れる電流と前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記通電状態で検出された前記電流とに対応する前記温度を推定する推定部と、
前記温度の推定値が所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する判定部とを備える、過熱判定装置。 A semiconductor element having a first main electrode and a second main electrode, a first terminal electrically connected to the first main electrode, and a second terminal electrically connected to the second main electrode. a semiconductor device;
a voltage detection unit that detects a voltage between both terminals of the first terminal and the second terminal;
a current detection unit that detects a current flowing between the terminals;
the voltage detected by the voltage detection unit in the energized state based on the relationship between the voltage between the terminals in the energized state, the current flowing between the terminals in the energized state, and the temperature of the semiconductor element; an estimation unit for estimating the temperature corresponding to the current detected by the current detection unit in the energized state;
and a determination unit that determines that the semiconductor element is overheated when the estimated value of the temperature exceeds a predetermined threshold value.
電圧検出部は、前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出し、
電流検出部は、前記両端子間に流れる電流を検出し、
推定部は、前記両端子間の通電状態での電圧と前記両端子間に前記通電状態で流れる電流と前記半導体素子の温度との関係に基づいて、前記電圧検出部により前記通電状態で検出された前記電圧と前記電流検出部により前記通電状態で検出された前記電流とに対応する前記温度を推定し、
判定部は、前記温度の推定値が所定の閾値を超えると、前記半導体素子の過熱と判定する、過熱判定方法。 A semiconductor element having a first main electrode and a second main electrode, a first terminal electrically connected to the first main electrode, and a second terminal electrically connected to the second main electrode. A method for determining overheating of a semiconductor device, comprising:
The voltage detection unit detects a voltage between both terminals of the first terminal and the second terminal,
The current detection unit detects a current flowing between the terminals,
The estimating unit detects the voltage detected by the voltage detecting unit in the energized state based on the relationship between the voltage between the terminals in the energized state, the current flowing between the terminals in the energized state, and the temperature of the semiconductor element. estimating the temperature corresponding to the voltage detected by the current detection unit and the current detected in the energized state by the current detection unit;
The overheat determination method, wherein the determination unit determines that the semiconductor element is overheated when the estimated value of the temperature exceeds a predetermined threshold.
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