JP3209004B2 - Power switching device life monitoring device and device using power switching device having same life monitoring device - Google Patents

Power switching device life monitoring device and device using power switching device having same life monitoring device

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JP3209004B2 JP18810194A JP18810194A JP3209004B2 JP 3209004 B2 JP3209004 B2 JP 3209004B2 JP 18810194 A JP18810194 A JP 18810194A JP 18810194 A JP18810194 A JP 18810194A JP 3209004 B2 JP3209004 B2 JP 3209004B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はパワースイッチング素子
を用いた装置に関し、特には、パワーサイクルによって
パワースイッチング素子が破壊する前に、同素子の破壊
を防止したり、あるいは保守の時期を把握するための技
術に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus using a power switching element, and more particularly, to preventing the power switching element from being destroyed or grasping the maintenance time before the power switching element is destroyed by a power cycle. For technology.

【0002】[0002]

【従来の技術】パワースイッチング素子を用いた装置の
一例として、図3により、インバータを説明する。図3
において、インバータ2は整流回路3と平滑回路4とイ
ンバータ回路5から構成され、インバータ回路5にはパ
ワートランジスタやIGBT等のパワースイッチング素
子6が適当数含まれている。
2. Description of the Related Art As an example of an apparatus using a power switching element, an inverter will be described with reference to FIG. FIG.
The inverter 2 includes a rectifier circuit 3, a smoothing circuit 4, and an inverter circuit 5, and the inverter circuit 5 includes an appropriate number of power switching elements 6 such as power transistors and IGBTs.

【0003】インバータ2の動作として、第1には、交
流入力電源1から例えば商用三相交流を入力して整流回
路3と平滑回路4とにより直流電力に変換し、第2に
は、直流電力をインバータ回路5内のパワースイッチン
グ素子6のスイッチングにより例えば3相の所定周波数
の交流に変換し、モータ7に与える。その結果、モータ
7はインバータ回路5から与えられる交流電力の周波数
に応じた回転速度で駆動される。
The operation of the inverter 2 is as follows. First, for example, a commercial three-phase AC is input from an AC input power supply 1 and converted into DC power by a rectifier circuit 3 and a smoothing circuit 4. Is converted into, for example, three-phase alternating current having a predetermined frequency by switching of a power switching element 6 in the inverter circuit 5, and is supplied to the motor 7. As a result, the motor 7 is driven at a rotation speed corresponding to the frequency of the AC power supplied from the inverter circuit 5.

【0004】インバータ2に対する制御回路10はパワ
ースイッチング素子用ドライブ回路11とインバータ制
御回路12から構成され、インバータ制御回路12には
モータ回転速度の指令値8が入力され、また運転指令器
としてのスイッチ9を通して運転指令9aが入力され
る。制御回路10の動作として、スイッチ9がオンの間
は、指令値8に応じた周波数の交流電力をインバータ回
路5が生成するに必要な各パワースイッチング素子6の
オン/オフを行わせるためのタイミング制御信号を、指
令値8に応じてインバータ制御回路12が生成し、この
タイミング制御信号をパワースイッチング素子6がオン
/オフするのに必要なレベルまでドライブ回路11が増
幅して、パワースイッチング素子6をオン/オフさせ
る。即ち、スイッチ9がオンの間、インバータ2が運転
状態になり、モータ7が回転する。スイッチ9がオフの
間は、インバータ制御回路12はインバータ回路5内の
全てのパワースイッチング素子6をオフにさせる制御信
号を生成する。即ち、スイッチ9がオフの間、インバー
タ2が停止状態になり、モータ7が停止する。
A control circuit 10 for the inverter 2 includes a drive circuit 11 for a power switching element and an inverter control circuit 12, to which a command value 8 of the motor rotational speed is input, and a switch as an operation command device. An operation command 9a is input through 9. As an operation of the control circuit 10, while the switch 9 is on, a timing for turning on / off each power switching element 6 necessary for the inverter circuit 5 to generate AC power having a frequency corresponding to the command value 8. The inverter control circuit 12 generates a control signal according to the command value 8, and the drive circuit 11 amplifies the timing control signal to a level necessary for the power switching element 6 to be turned on / off. Is turned on / off. That is, while the switch 9 is on, the inverter 2 is in the operating state, and the motor 7 rotates. While the switch 9 is off, the inverter control circuit 12 generates a control signal for turning off all the power switching elements 6 in the inverter circuit 5. That is, while the switch 9 is off, the inverter 2 is stopped, and the motor 7 stops.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし従来は、インバ
ータ2などパワースイッチング素子を用いた装置では、
パワーサイクルによるパワースイッチング素子の寿命を
考慮していないため、同素子が破壊するまで寿命が尽き
たことが分らないという問題点がある。
However, conventionally, in an apparatus using a power switching element such as an inverter 2,
Since the life of the power switching element due to the power cycle is not considered, there is a problem in that the life cannot be known until the element is destroyed.

【0006】<パワーサイクルの説明>ここで、パワー
サイクルについて述べる。 (1)まず、インバータ2など、パワースイッチング素
子を用いた装置では、同装置の運転時にはパワースイッ
チング素子が発熱してチップのジャンクション温度が上
昇し、同装置の停止時には発熱が止ってジャンクション
温度が低下する。そのため、運転と停止の繰り返しによ
りパワースイッチング素子のチップ部分が熱膨脹と熱収
縮を繰り返す。 (2)一方、パワースイッチング素子は一般に熱膨脹係
数の異なる種々の材料を使って組み立てられているた
め、特にボンディングワイヤ部がパワースイッチング素
子の発熱により温度上昇すると、チップのコート剤であ
るエンキャップの熱膨脹応力により徐々にボンディング
ワイヤがチップから剥離させられはじめ、装置の運転と
停止の繰り返しにより最終的には、ボンディングワイヤ
が完全に剥離してオープン状態になる。即ち、パワース
イッチング素子の不良あるいは破壊に至る。 (3)このボンディングワイヤが熱膨脹応力により完全
に剥離して不良あるいは破壊に至るまでの熱膨脹と熱収
縮のサイクルがパワーサイクルと呼ばれる。
<Explanation of Power Cycle> Here, the power cycle will be described. (1) First, in a device using a power switching element such as the inverter 2, when the device is operated, the power switching element generates heat and the junction temperature of the chip rises. When the device is stopped, the heat stops and the junction temperature decreases. descend. Therefore, the chip portion of the power switching element repeats thermal expansion and thermal contraction due to repetition of operation and stop. (2) On the other hand, since the power switching element is generally assembled using various materials having different coefficients of thermal expansion, especially when the temperature of the bonding wire rises due to the heat generated by the power switching element, the encapsulation, which is the coating agent for the chip, is reduced. The bonding wire starts to be gradually separated from the chip due to the thermal expansion stress, and finally the bonding wire is completely separated and becomes an open state by repeating the operation and stop of the device. That is, the power switching element is defective or destroyed. (3) A cycle of thermal expansion and thermal contraction until the bonding wire is completely peeled off by thermal expansion stress and leads to failure or destruction is called a power cycle.

【0007】従って、インバータ2をACサーボ装置あ
るいはエレベータのモータ駆動に用いた場合など、運転
と停止の繰り返し頻度が高い装置では、特にパワーサイ
クルによりパワースイッチング素子の寿命が短かくなる
ので、何らかの対策が必要である。
[0007] Therefore, in a device having a high repetition frequency of operation and stop such as when the inverter 2 is used for driving an AC servo device or an elevator motor, the life of the power switching element is shortened by the power cycle. is necessary.

【0008】本発明は上述した事情に鑑み、パワーサイ
クルによるパワースイッチング素子の寿命を監視し、寿
命が尽きる前にパワースイッチング素子の保守の時期を
把握したり、同素子の破壊を防止することを可能とする
装置を提供することを目的とする。
In view of the above circumstances, the present invention monitors the life of a power switching element due to a power cycle, grasps the maintenance time of the power switching element before the life is over, and prevents the element from being destroyed. It is an object to provide a device that enables it.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第1
の発明に係るパワースイッチング素子の寿命監視装置
は、パワースイッチング素子のパワーサイクルによる寿
命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命に至る前に
パワースイッチング素子の保護を指示する信号を出力す
る保護指示手段とを具備するパワースイッチング素子の
寿命監視装置において、前記寿命推定手段は、前記パワ
ースイッチング素子のチップのジャンクション温度の温
度差即ちジャンクション温度差と同パワースイッチング
素子のパワーサイクルとの関係を予めパワーサイクル特
性として格納した記憶手段と、同パワースイッチング素
子が用いられている装置の運転時と停止時との間での同
パワースイッチング素子のジャンクション温度差として
設定値を入力し、この設定値に対応するパワーサイクル
を前記記憶手段のパワーサイクル特性から求め同パワー
スイッチング素子の寿命とする演算手段を含むこと、前
記保護指示手段は、前記パワースイッチング素子が用い
られている装置の運転回数を計数し、その計数値が基準
値を越えた時に保護指示信号を出力する計数手段と、前
記記憶手段のパワーサイクル特性から求めたパワーサイ
クルに1未満の計数を乗じて前記基準値とする演算手段
を含むことを特徴とするものである。
A first aspect of the present invention for achieving the above object is as follows.
The life monitoring device for a power switching element according to the invention comprises a life estimation means for estimating the life of the power switching element by a power cycle, and a protection instruction for outputting a signal for instructing protection of the power switching element before reaching the estimated life. Means for a power switching element comprising
In the life monitoring device, the life estimating means may include the power
ー The junction temperature of the switching element chip
Power difference and the same power switching as junction temperature difference
The relationship between the power cycle of the element and the power cycle
Storage means stored as the
Between operation and shutdown of equipment using
As the junction temperature difference of the power switching element
Enter the setting value and the power cycle corresponding to this setting value
From the power cycle characteristics of the storage means.
Including computing means for the life of the switching element,
The protection instruction means is used by the power switching element.
Counts the number of times the equipment has been
Counting means for outputting a protection instruction signal when the value is exceeded;
The power cycle obtained from the power cycle characteristics of the storage means
Calculation means for multiplying a vehicle by a count less than 1 to obtain the reference value
It is characterized by including .

【0010】[0010]

【0011】更に、第の発明に係るパワースイッチン
グ素子の寿命監視置は、前記計数手段が、前記保護
示信号として報信号を出力することを特徴とするもの
である。
Furthermore, life monitoring equipment of the power switching device according to the second invention, the counting means is characterized in that for outputting alarm signal as the protective finger <br/> No.示信.

【0012】また更に、第の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置は、前記計数手段が、前記保
指示信号として前記パワースイッチング素子を用いた
装置を停止させるトリップ信号を出力することを特徴と
するものである。
Still further, in the power switching element life monitoring apparatus according to a third aspect of the present invention, the counting means includes the storage means.
It is characterized in that for outputting a trip signal for stopping <br/> device using the power switching element as a protection indication signal.

【0013】一方、上記目的を達成する第の発明に係
るパワースイッチング素子を用いた装置は、第1の発明
または第2の発明に係るパワースイッチング素子の寿命
監視装置を具備したことを特徴とするものである。
On the other hand, a device using a power switching element according to a fourth invention for achieving the above object is a device according to the first invention.
Alternatively, a life monitoring device for a power switching element according to the second invention is provided.

【0014】また、第の発明に係るパワースイッチン
グ素子を用いた装置は、第の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリッ
プ信号により運転を停止する制御手段と、を具備したこ
とを特徴とするものである。
An apparatus using a power switching element according to a fifth aspect of the present invention includes a power switching element life monitoring apparatus according to a third aspect of the present invention, and a control means for stopping operation by a trip signal of the life switching apparatus. , Are provided.

【0015】[0015]

【作用】第1の発明では、基本的に、パワースイッチン
グ素子の寿命をパワーサイクルにより推定し、寿命に至
る前に保護指示信号を出力する。この保護指示信号を利
用することにより、パワースイッチング素子の破壊前
に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断した
り、同素子を用いている装置の運転を停止して同素子の
破壊を防止することが可能となる。
According to the first aspect, basically, the life of the power switching element is estimated by a power cycle, and a protection instruction signal is output before reaching the life. By using this protection instruction signal, before the power switching element is destroyed, it can be determined that maintenance is necessary to replace the element with a new one, or the operation of the device using the element is stopped and Destruction can be prevented.

【0016】特に、の発明では、パワースイッチン
グ素子のパワーサイクル特性を利用して寿命を推定す
る。即ち、パワースイッチング素子を用いた装置の運転
と停止を行った場合、前述の如くパワースイッチング素
子のチップのジャンクション温度に温度差が生じる。パ
ワーサイクルはこのジャンクション温度差と深い相関関
係があり、図2に例示するように、ジャンクション温度
差ΔTj が高い程パワーサイクルCp が短く(短寿
命)、ジャンクション温度差ΔTj が低い程パワーサイ
クルCp が長い(長寿命)というパワーサイクル特性が
ある。そこで、使用するパワースイッチング素子の技術
資料により、あるいは実験等により、図2に示すような
パワーサイクル特性を予め用意しておき、ジャンクショ
ン温度差ΔTj を設定すれば、パワーサイクル特性から
簡単にパワースイッチング素子の寿命を推定することが
できる。そして、パワースイッチング素子の寿命と推定
したパワーサイクルに1未満の係数を乗じて基準値に
し、同パワースイッチング素子を用いた装置の運転回数
が基準値を越えた時に、保護指示信号を出力する。ジャ
ンクション温度差ΔTj はパワースイッチング素子を用
いた装置の運転と停止を実験的に行って求めることもで
き、あるいは、同装置におけるパワースイッチング素子
の電力損失の計算と放熱特性等から計算によって求める
こともできる。但し、ジャンクション温度差ΔTj の値
は装置の運転と停止における代表的な一点を選び固定値
とするのが好ましい。これはジャンクション温度差ΔT
j の値は通常変化するが、ΔTj の値が変化すると図2
のようなパワーサイクル特性から寿命を計算するのが非
常に難しくなること、及び代表的な値を用いても大きな
誤差が生じないことによる。
In particular, in the first invention, the life is estimated using the power cycle characteristics of the power switching element. That is, when the apparatus using the power switching element is operated and stopped, a temperature difference occurs in the junction temperature of the chip of the power switching element as described above. The power cycle has a deep correlation with this junction temperature difference. As illustrated in FIG. 2, as the junction temperature difference ΔT j is higher, the power cycle C p is shorter (short life), and as the junction temperature difference ΔT j is lower, the power cycle is lower. cycle C p is a power cycle characteristics of long (long life). Therefore, the power cycle characteristics as shown in FIG. 2 are prepared in advance based on the technical data of the power switching element to be used, or through experiments, and the junction temperature difference ΔT j is set. The life of the switching element can be estimated. And estimate the life of the power switching element
Multiplied by a factor less than 1 to the reference value
And the number of operation of the device using the power switching element
Outputs a protection instruction signal when exceeds the reference value. The junction temperature difference ΔT j can be obtained by experimentally operating and stopping the device using the power switching element, or by calculating from the power loss of the power switching element and the heat radiation characteristics in the same device. Can also. However, it is preferable that the value of the junction temperature difference ΔT j be a fixed value by selecting a representative point in operation and stop of the device. This is the junction temperature difference ΔT
The value of j usually changes, but when the value of ΔT j changes, FIG.
It is extremely difficult to calculate the life from the power cycle characteristics as described above, and a large error does not occur even if a representative value is used.

【0017】第の発明では、保護指示信号として警報
信号を出力する。この警報信号を利用することにより、
パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交
換すべき保守の時期と判断したり、同素子を用いている
装置の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可
能となる。
In the second invention, an alarm signal is output as a protection instruction signal . By using this alarm signal,
Before destruction of the power switching element, it is possible to judge that it is time for maintenance to replace the element with a new one, or to stop the operation of the device using the element to prevent destruction of the element.

【0018】第の発明では、保護指示信号としてトリ
ップ信号を出力する。このトリップ信号を利用すること
により、パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を
用いている装置の運転を停止して同素子の破壊を防止す
ることが可能となり、また停止中に新品と交換すること
も可能となる。
In the third invention, a trip signal is output as a protection instruction signal . By using this trip signal, it is possible to stop the operation of the device using the power switching element and prevent the destruction of the element before the power switching element is destroyed. It is also possible.

【0019】第の発明では、パワースイッチング素子
の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワース
イッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換すべき
保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置の運
転を停止して同素子の破壊を防止することが可能とな
る。
According to the fourth aspect of the present invention, since the life monitoring device for the power switching element is provided, before the power switching element in use is destroyed, it is determined that the maintenance time is required to replace the element with a new one. It is possible to prevent the destruction of the device by stopping the operation of the device using the device.

【0020】第の発明によれば、トリップ信号を出力
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the life monitoring device for outputting the trip signal and the control means for stopping the operation by the trip signal are provided, the power switching element in use is destroyed before the element is destroyed. The operation of the device using the device is automatically stopped to prevent the device from being destroyed.
At this time, the power switching element can be replaced with a new one.

【0021】[0021]

【実施例】以下、図面を参照して本発明とその一実施例
を説明する。図1にはパワースイッチング素子を用いた
装置の一例としてインバータ2が、その制御回路10及
び寿命監視装置20と共に示されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention and an embodiment thereof will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows an inverter 2 together with a control circuit 10 and a life monitoring device 20 as an example of a device using a power switching element.

【0022】図1において、インバータ2は従来例と同
じく、整流回路3と平滑回路4とインバータ回路5から
構成され、インバータ回路5にはパワートランジスタや
IGBT等のパワースイッチング素子6が適当数含まれ
ている。また、インバータ2の動作も従来例と同じであ
り、第1には、交流入力電源1から例えば商用三相交流
を入力して電流回路3と平滑回路4とにより直流電力に
変換し、第2には、直流電力をインバータ回路5内のパ
ワースイッチング素子6のスイッチングにより例えば3
相の所定周波数の交流に変換し、モータ7に与える。そ
の結果、モータ7はインバータ回路5から与えられる交
流電力の周波数に応じた回転速度で駆動される。
In FIG. 1, the inverter 2 comprises a rectifier circuit 3, a smoothing circuit 4, and an inverter circuit 5 as in the conventional example. The inverter circuit 5 includes an appropriate number of power switching elements 6 such as power transistors and IGBTs. ing. The operation of the inverter 2 is the same as that of the conventional example. First, for example, a commercial three-phase AC is input from the AC input power supply 1 and converted into DC power by the current circuit 3 and the smoothing circuit 4. The DC power is supplied to, for example, 3 by the switching of the power switching element 6 in the inverter circuit 5.
The phase is converted into an alternating current having a predetermined frequency, and is supplied to the motor 7. As a result, the motor 7 is driven at a rotation speed corresponding to the frequency of the AC power supplied from the inverter circuit 5.

【0023】インバータ2に対する制御回路10は従来
例と同じくパワースイッチング素子用ドライブ回路11
とインバータ制御回路12から構成されるが、インバー
タ制御回路12にはモータ回転速度の指令値8が入力さ
れ、また運転指令器としてのスイッチ9を通して運転指
令9aが入力されるだけでなく、後述する如く寿命監視
装置20から警報信号13a及びトリップ信号14aが
入力される。また、インバータ制御回路12から寿命監
視装置20に対し、後述する如く制御信号としてリセッ
ト信号12a,12bが出力される。
The control circuit 10 for the inverter 2 has a drive circuit 11 for the power switching element as in the prior art.
And an inverter control circuit 12. The inverter control circuit 12 not only receives a motor rotation speed command value 8 and also receives an operation command 9a through a switch 9 as an operation command device. As described above, the alarm signal 13a and the trip signal 14a are input from the life monitoring device 20. Further, reset signals 12a and 12b are output from the inverter control circuit 12 to the life monitoring device 20 as control signals as described later.

【0024】制御回路10の動作として、基本的には従
来例と同じく、スイッチ9がオンの間は、指令値8に応
じた周波数の交流電力をインバータ回路5が生成するに
必要な各パワースイッチング素子6のオン/オフを行わ
せるためのタイミング制御信号を、指令値8に応じてイ
ンバータ制御回路12が生成し、このタイミング制御信
号をパワースイッチング素子6がオン/オフするのに必
要なレベルまでドライブ回路11が増幅して、パワース
イッチング素子6をオン/オフさせる。即ち、スイッチ
9がオンの間、インバータ2が運転状態になり、モータ
7が回転する。但し、スイッチ9がオンの間でも、トリ
ップ信号14aを入力した場合には、インバータ制御回
路12は全てのパワースイッチ素子6をオフにさせる制
御信号を生成し、インバータ2を強制的に停止させる。
また、警報信号13aを入力した場合には、インバータ
制御回路12は図示省略の警報器を作動させ、音や発光
によりパワースイッチング素子6を保守すべき時期が来
たことを係員に知らせて、新品との交換を促す。パワー
スイッチング素子6を新品と交換した場合は、その旨を
図示省略したリセットスイッチ等により係員が入力する
ことにより、インバータ制御回路12から寿命監視装置
20に対してリセット信号12a,12bを出力する。
The operation of the control circuit 10 is basically the same as that of the conventional example, and while the switch 9 is on, each power switching required for the inverter circuit 5 to generate AC power of a frequency corresponding to the command value 8 is performed. The inverter control circuit 12 generates a timing control signal for turning on / off the element 6 according to the command value 8, and converts the timing control signal to a level required for the power switching element 6 to turn on / off. The drive circuit 11 amplifies and turns on / off the power switching element 6. That is, while the switch 9 is on, the inverter 2 is in the operating state, and the motor 7 rotates. However, when the trip signal 14a is input even while the switch 9 is on, the inverter control circuit 12 generates a control signal for turning off all the power switch elements 6, and forcibly stops the inverter 2.
When the alarm signal 13a is input, the inverter control circuit 12 activates an alarm (not shown) to notify the staff that the time to maintain the power switching element 6 has come by sound or light emission, Prompt for replacement. When the power switching element 6 is replaced with a new one, a person in charge of the replacement is input by a reset switch or the like (not shown), so that the inverter control circuit 12 outputs the reset signals 12a and 12b to the life monitoring device 20.

【0025】スイッチ9がオフの間は、従来例と同じく
インバータ制御回路12はインバータ回路5内の全ての
パワースイッチング素子6をオフにさせる制御信号を生
成する。即ち、スイッチ9がオフの時、インバータ2が
停止状態になり、モータ7が停止する。
While the switch 9 is off, the inverter control circuit 12 generates a control signal for turning off all the power switching elements 6 in the inverter circuit 5 as in the prior art. That is, when the switch 9 is off, the inverter 2 is stopped, and the motor 7 stops.

【0026】<パワースイッチング素子の寿命監視装置
>寿命監視装置20はカウンタ13及びカウンタ14
と、基準値演算回路15と、メモリ(テーブル)16か
ら構成され、各カウンタ13,14には運転指令器9の
オン毎に運転指令9aが入力され、基準値演算回路15
から基準値K1 P,K2 P が入力され、またインバ
ータ制御回路12からリセット信号12a,12bが入
力される。また基準値演算回路15には、ジャンクショ
ン温度差ΔT j 設定用の入力回路19と、基準値算出用
係数K1 ,K2 設定用の入力回路17,18が接続され
ている。
<Life monitoring device for power switching element>
> The life monitoring device 20 includes the counter 13 and the counter 14
The reference value calculation circuit 15 and the memory (table) 16
Each of the counters 13 and 14 has an operation command device 9.
The operation command 9a is inputted every time the switch is turned on, and the reference value calculation circuit 15
From the reference value K1CP, KTwoCPIs entered and
Reset signals 12a and 12b are input from the data control circuit 12.
Is forced. The reference value calculation circuit 15 has a junction.
Temperature difference ΔT jInput circuit 19 for setting and calculation of reference value
Coefficient K1, KTwoInput circuits 17 and 18 for setting are connected
ing.

【0027】まず、メモリ16には、インバータ2に用
いられているパワースイッチング素子6のパワーサイク
ル特性、即ち図2に示すようなジャンクション温度ΔT
j とパワーサイクルCP との相関関係が予めテーブルの
形で格納されている。
First, in the memory 16, the power cycle characteristics of the power switching element 6 used in the inverter 2, that is, the junction temperature ΔT as shown in FIG.
correlation between the j and the power cycle C P are stored in the form of a table in advance.

【0028】基準値演算回路15は、入力回路19によ
りジャンクション温度差ΔTj を設定されると、このジ
ャンクション温度差ΔTj に対応するパワーサイクルC
P をメモリ16から読み出し、パワースイッチング素子
6の寿命として推定する。更に、基準値演算回路15
は、入力回路17により係数K1 (0<K1 <1)が設
定されると、パワーサイクルCP に係数K1 を乗じ、そ
の値K1 P を警報用基準値としてカウンタ13に与え
る。同様に、入力回路18により係数K2 (K1<K2
<1)が設定されると、パワーサイクルCP に係数K2
を乗じ、その値K 2 P をトリップ用基準値としてカウ
ンタ14に与える。
The reference value calculation circuit 15 is operated by the input circuit 19.
Junction temperature difference ΔTjIs set,
Junction temperature difference ΔTjPower cycle C corresponding to
PIs read from the memory 16 and the power switching element
Estimated as 6 life. Further, the reference value calculation circuit 15
Is calculated by the input circuit 17 using the coefficient K1(0 <K1<1) is set
Power cycle CPTo the coefficient K1Multiplied by
The value of K1CPTo the counter 13 as the alarm reference value.
You. Similarly, the coefficient KTwo(K1<KTwo
When <1) is set, the power cycle CPTo the coefficient KTwo
, And the value K TwoCPThe trip reference value
To the printer 14.

【0029】カウンタ13はカウントアップ形のもので
あり、基準値演算回路15から与えられた基準値K1
P を設定値とし、スイッチ9のオン毎に入力される運転
指令9aの入力回数を運転回数としてカウントし、カウ
ント値CC が増大して設定値(基準値)K1 P を越え
た時に、警報信号13aをインバータ制御回路12及び
外部に出力する。なお、インバータ制御回路12からリ
セット信号12aを入力すると、カウンタ13は警報信
号を停止し、同時にカウント値をゼロに戻す。
The counter 13 is of a count-up type, and has a reference value K 1 C supplied from a reference value calculation circuit 15.
P is set as a set value, and the number of times the operation command 9a input each time the switch 9 is turned on is counted as the number of operations. When the count value C C increases and exceeds the set value (reference value) K 1 C P , , And outputs the alarm signal 13a to the inverter control circuit 12 and the outside. When the reset signal 12a is input from the inverter control circuit 12, the counter 13 stops the alarm signal and simultaneously returns the count value to zero.

【0030】カウンタ14は同じくカウントアップ形の
ものであり、基準値演算回路15から与えられた基準値
2 P を設定値とし、スイッチ9のオン毎に入力され
る運転指令9aの入力回数を運転回数としてカウント
し、カウント値CC が増大して設定値(基準値)K2
P を越えた時に、トリップ信号14aをインバータ制御
回路12及び外部に出力する。なお、インバータ制御回
路12からリセット信号12bを入力すると、カウンタ
14はトリップ信号を停止し、同時にカウント値をゼロ
に戻す。
The counter 14 is a same as the count-up type, the reference value K 2 C P supplied from the reference value calculation circuit 15 as the set value, the number of inputs of the operation command 9a inputted to each on of the switch 9 Is counted as the number of operations, the count value C C increases, and the set value (reference value) K 2 C
When it exceeds P , a trip signal 14a is output to the inverter control circuit 12 and the outside. When the reset signal 12b is input from the inverter control circuit 12, the counter 14 stops the trip signal and simultaneously returns the count value to zero.

【0031】<寿命監視装置の使い方>次に寿命監視装
置20の使い方の一例を説明する。 (1)まず、メモリ16にパワーサイクル特性を格納す
る。 (2)次に、ジャンクション温度差ΔTj の代表的な値
(固定値)を電力損失計算に基づいて決定し、入力回路
19により基準値演算回路15に設定する。 (3)次に、係数K1 を例えば0.7≦K1 ≦0.8の
範囲で、また係数K2を0.9≦K2 <1.0の範囲
で、それぞれ入力回路17,18により基準値演算回路
15に設定する。 (4)その後は、インバータ2の運転回数CC をカウン
タ13,14がカウントし、K1 P <CC の時にカウ
ンタ13が警報信号13aを出力するので、係員が警報
に応じてインバータ2の運転を停止し、早目にパワース
イッチング素子6を新品に交換する。この時、リセット
スイッチ等を操作して、カウンタ13及び14をリセッ
トさせる。これにより、運転再開から運転回数をカウン
トし直す。 (5)警報信号13aが出力されたまま放置しておく
と、警報が続き、そのうちにカウンタ14がK2 P
C の時にトリップ信号14aを出力し、これによりイ
ンバータ2の運転が自動的に停止するので、係員がパワ
ースイッチング素子6を新品と交換する。この時も、リ
セットスイッチ等を操作して、カウンタ13及び14を
リセットさせる。これにより、交換後の運転再開から運
転回数をカウントし直す。
<How to Use the Life Monitoring Device> Next, an example of how to use the life monitoring device 20 will be described. (1) First, the power cycle characteristics are stored in the memory 16. (2) Next, a representative value (fixed value) of the junction temperature difference ΔT j is determined based on the power loss calculation, and is set in the reference value calculation circuit 15 by the input circuit 19. (3) Next, the coefficient K 1 is set in a range of 0.7 ≦ K 1 ≦ 0.8, and the coefficient K 2 is set in a range of 0.9 ≦ K 2 <1.0, for example. Is set in the reference value calculation circuit 15 by (4) After that, the operating frequency C C of the inverter 2 counter 13 counts, since the counter 13 when the K 1 C P <C C outputs an alarm signal 13a, the inverter according to the clerk alarm 2 Is stopped, and the power switching element 6 is replaced with a new one as soon as possible. At this time, the counters 13 and 14 are reset by operating a reset switch or the like. As a result, the number of times of operation is restarted from the restart of operation. (5) If the alarm signal 13a is output and left as it is, the alarm continues, and in the meantime, the counter 14 sets the K 2 C P <
At the time of CC , the trip signal 14a is output, and the operation of the inverter 2 is automatically stopped by this. Therefore, the attendant replaces the power switching element 6 with a new one. At this time, the counters 13 and 14 are reset by operating the reset switch and the like. As a result, the number of operations is counted again from the restart of operation after replacement.

【0032】なお、図1ではインバータ2と、制御回路
10と、寿命監視装置20とが別々のもののように見え
るが、制御回路10及び寿命監視装置20をインバータ
2内部に設けても良く、あるいはインバータ2外部に設
けても良い。
In FIG. 1, although the inverter 2, the control circuit 10, and the life monitoring device 20 appear to be separate, the control circuit 10 and the life monitoring device 20 may be provided inside the inverter 2, or It may be provided outside the inverter 2.

【0033】[0033]

【発明の効果】第1の発明によれば、基本的に、パワー
スイッチング素子の寿命をパワーサイクルにより推定
し、寿命に至る前に保護指示信号を出力するので、この
保護指示信号を利用してパワースイッチング素子の破壊
前に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断した
り、同素子を用いている装置の運転を停止して同素子の
破壊を防止することが可能となる。
Effect of the Invention According to the first invention, basically, the life of the power <br/> switching element estimated by the power cycle, since outputs a protection instruction signal before reaching the life, the protection instruction Before the destruction of the power switching element using the signal, judge that it is time to replace the element with a new one, or stop the operation of the device using the element to prevent the destruction of the element. Becomes possible.

【0034】特に、の発明によれば、パワースイッ
チング素子のパワーサイクル特性からジャンクション温
度差として入力した設定値に対応するパワーサイクルを
求めることにより、寿命を推定するので、寿命の推定が
簡単且つ容易である。また、パワースイッチング素子の
寿命と推定したパワーサイクルに1未満の係数を乗じて
基準値とすることにより、同パワースイッチング素子を
用いた装置の運転回数が基準値を越えた時に、保護指示
信号を出力することができる。
In particular, according to the first invention, the life cycle is estimated by obtaining the power cycle corresponding to the set value input as the junction temperature difference from the power cycle characteristic of the power switching element, so that the life estimation is easy. And easy. In addition, the power switching element
Multiply the estimated power cycle by a factor less than 1
By setting it to the reference value, the power switching element
When the number of operation of the used equipment exceeds the reference value, the protection instruction
A signal can be output.

【0035】第の発明によれば、保護指示信号として
警報信号を出力するので、この警報信号を利用してパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。
[0035] According to the second invention, since the output <br/> alarm signal as protection instruction signal, before the destruction of the power switching device by using the warning signal, to be replaced by the same device with a new maintenance It is possible to prevent the destruction of the element by judging the timing of the element and stopping the operation of the device using the element.

【0036】第の発明によれば、保護指示信号として
トリップ信号を出力するので、このトリップ信号を利用
してパワースイッチング素子の破壊前に、同素子を用い
ている装置の運転を強制的に停止して同素子の破壊を防
止することが可能となる。
According to the third aspect of the present invention, the trip signal is output as the protection instruction signal. Therefore, before the power switching element is destroyed by using the trip signal, the operation of the apparatus using the element is performed. Can be forcibly stopped to prevent the destruction of the element.

【0037】第の発明によれば、パワースイッチング
素子の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いてる装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。
According to the fourth aspect of the present invention, since the life monitoring device for the power switching element is provided, before the power switching element in use is destroyed, it is determined that it is time for maintenance to replace the element with a new one. or, it is possible to prevent the destruction of the device to stop the operation of the apparatus that have used the same elements.

【0038】第の発明によれば、トリップ信号を出力
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, since the life monitoring device for outputting the trip signal and the control means for stopping the operation by the trip signal are provided, the power switching element in use is destroyed before the element is destroyed. The operation of the device using the device is automatically stopped to prevent the device from being destroyed.
At this time, the power switching element can be replaced with a new one.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention.

【図2】パワーサイクル特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing power cycle characteristics.

【図3】従来例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 交流入力電源 2 インバータ 3 整流回路 4 平滑回路 5 インバータ回路 6 パワースイッチング素子 7 モータ 8 回転速度の指令値 9 運転指令器(スイッチ) 9a 運転指令 10 制御回路 11 ドライブ回路 12 インバータ制御回路 12a,12b リセット信号 13 カウンタ(計数手段) 13a 警報信号 14 カウンタ(計数手段) 14a トリップ信号 15 基準値演算回路(演算手段) 16 メモリ(記憶手段) 17,18 係数設定用入力回路 19 ジャンクション温度差設定用入力回路 20 寿命監視装置 CP パワーサイクル ΔTj ジャンクション温度差 K1 ,K2 係数 K1 P ,K2 P 基準値DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 AC input power supply 2 Inverter 3 Rectifier circuit 4 Smoothing circuit 5 Inverter circuit 6 Power switching element 7 Motor 8 Command value of rotation speed 9 Operation commander (switch) 9a Operation command 10 Control circuit 11 Drive circuit 12 Inverter control circuit 12a, 12b Reset signal 13 Counter (counting means) 13a Alarm signal 14 Counter (counting means) 14a Trip signal 15 Reference value calculation circuit (calculation means) 16 Memory (storage means) 17, 18 Coefficient setting input circuit 19 Junction temperature difference setting input circuit 20 life monitoring device C P power cycle [Delta] T j junction temperature difference K 1, K 2 coefficients K 1 C P, K 2 C P reference value

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 パワースイッチング素子のパワーサイク
ルによる寿命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命
に至る前にパワースイッチング素子の保護を指示する信
号を出力する保護指示手段とを具備するパワースイッチ
ング素子の寿命監視装置において、 前記寿命推定手段は、前記パワースイッチング素子のチ
ップのジャンクション温度の温度差即ちジャンクション
温度差と同パワースイッチング素子のパワーサイクルと
の関係を予めパワーサイクル特性として格納した記憶手
段と、同パワースイッチング素子が用いられている装置
の運転時と停止時との間での同パワースイッチング素子
のジャンクション温度差として設定値を入力し、この設
定値に対応するパワーサイクルを前記記憶手段のパワー
サイクル特性から求め同パワースイッチング素子の寿命
とする演算手段を含むこと、 前記保護指示手段は、前記パワースイッチング素子が用
いられている装置の運転回数を計数し、その計数値が基
準値を越えた時に保護指示信号を出力する計数手段と、
前記記憶手段のパワーサイクル特性から求めたパワーサ
イクルに1未満の計数を乗じて前記基準値とする演算手
段を含むこと を特徴とするパワースイッチング素子の寿
命監視装置。
1. A and lifetime estimation means for estimating the life due to the power cycle of the power switching elements, power over switching to and a protection instruction means for outputting a signal indicative of protection of the power switching element before reaching the estimated lifetime In the device life monitoring device , the life estimating means includes a power switching device chip.
Temperature difference of the junction temperature of the
Temperature difference and power cycle of power switching element
Memory that previously stores the relationship of
And the device in which the power switching element is used
Power switching element during operation and shutdown
Enter the set value as the junction temperature difference for
The power cycle corresponding to the fixed value is determined by the power of the storage means.
Life of power switching element obtained from cycle characteristics
The protection instruction means is used by the power switching element.
The number of operation of the installed equipment is counted, and the counted
Counting means for outputting a protection instruction signal when the threshold value is exceeded,
The power sensor determined from the power cycle characteristics of the storage means
A calculation operator who multiplies the cycle by a count less than 1 and sets the reference value.
An apparatus for monitoring the life of a power switching element , comprising a step .
【請求項2】 前記計数手段が、前記保護指示信号とし
報信号を出力することを特徴とする請求項記載の
パワースイッチング素子の寿命監視装置。
Wherein said counting means, life monitoring apparatus of the power switching device of claim 1, wherein the outputting the alarm signal as the protection instruction signal.
【請求項3】 前記計数手段が、前記保護指示信号とし
前記パワースイッチング素子を用いた装置を停止させ
るトリップ信号を出力することを特徴とする請求項
載のパワースイッチング素子の寿命監視装置。
Wherein said counting means, life monitoring apparatus of the power switching device according to claim 1, characterized in that for outputting a trip signal for stopping the apparatus using the power switching element as the protection instruction signal.
【請求項4】 請求項1または2に記載したパワースイ
ッチング素子の寿命監視装置を具備したことを特徴とす
るパワースイッチング素子を用いた装置。
4. A device using the power switching element characterized by comprising a life monitoring system of the power switching device according to claim 1 or 2.
【請求項5】 請求項に記載したパワースイッチング
素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリップ信号
により運転を停止する制御手段と、を具備したことを特
徴とするパワースイッチング素子を用いた装置。
5. A power switching element, comprising: a life monitoring device for a power switching element according to claim 3; and control means for stopping operation by a trip signal of the life monitoring apparatus. apparatus.
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