JP3541460B2

JP3541460B2 - Inverter device

Info

Publication number: JP3541460B2
Application number: JP26048994A
Authority: JP
Inventors: 太郎安藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-10-25
Filing date: 1994-10-25
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-07-14
Also published as: JPH08126337A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、インバータ装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
インバータ装置の主回路部を構成するコンバータ部のダイオード、インバータ部のトランジスタ及び帰還ダイオードなどの電力用半導体素子の寿命判定については、従来は定期点検時に電力用半導体素子の各端子間抵抗チェック等で行っていた。しかし、電力用半導体素子の寿命は周囲温度や使用条件により大きく左右され、劣化はある時期より急激に進むことが多いため、異常を発見できず使用中にインバータ装置の故障となる場合があった。
【０００３】
図８および図９は、例えば特開平３−２６１８７７号公報に示された従来のインバータ装置の構成図および電力用半導体素子の寿命を判定するインバータ装置内の制御部の構成図であり、電力用半導体素子内のジャンクション温度の上昇、下降による熱疲労により電力用半導体素子の寿命を推定し、寿命に達した部品を表示することにより、作業者が容易に判断できるようになり、故障を未然に防ぐというもので、以下説明する。
【０００４】
図８において、１００はインバータ装置、２００は交流電源、３００はインバータ装置１００の負荷としての誘導電動機、１０１は交流電源２００からの交流電力を直流電力に変換するコンバータ部、１０２は直流電力を交流電力に変換するインバータ部、１０３はコンバータ部１０１またはインバータ部１０２で生ずる電圧リプルを吸収する平滑回路部、１０４はコンバータ部１０１、インバータ部１０２及び平滑回路部１０３とから構成される主回路部である。主回路部１０４内において、１０５は整流ダイオード、１０６は平滑コンデンサ、１０７はトランジスタ、１０８はトランジスタ１０７と逆並列に接続される帰還ダイオードであり、整流ダイオード１０５、トランジスタ１０７及び帰還ダイオード１０８を以下電力用半導体素子と記す。
【０００５】
また、１１０はインバータ装置１００の出力電流を検出する電流検出部、１２０はインバータ装置の放熱フィン（図示せず）に取付けられた温度検出部、１３０は主回路部１０４を駆動するための制御信号を与える制御部、１３１は制御部１３０の指令によりトランジスタ１０７を駆動するトランジスタ駆動部、１４０は制御部１３０での演算結果や設定データ等を表示する表示部である。なお、主回路部１０４を構成する電力用半導体素子は、図示しない放熱フィンに取付けられている。
【０００６】
図９において１１０は電力用半導体素子に流れる電流に応じた電流を検出する電流検出部、１２０は放熱フィンの温度を検出する放熱フィン温度検出部、２０は電流検出部１１０より得られる検出電流と放熱フィン温度検出部１２０より得られる検出温度よりトランジスタのジャンクション温度を推定するトランジスタ温度推定部、２１はトランジスタのジャンクション温度の変化幅を検出し、トランジスタの疲労程度を示す熱ストレス回数を求めるトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部、２２は熱ストレス回数が疲労限界に達したことを判定するトランジスタ寿命判定部、１４０は熱ストレス回数が疲労限界に達したときアラームを表示する表示部である。図においてダイオード温度推定部３０、ダイオード温度変化幅熱ストレス演算部３１、ダイオード寿命判定部３２は対象をトランジスタからダイオードに置き換えたもので、トランジスタ温度推定部２０、トランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１、トランジスタ寿命判定部２２と同様の処理を行うものである。
【０００７】
図１０はインバータ装置の運転、停止に伴う電力用半導体素子内部のジャンクション温度Ｔ_j の変化の一例を示すグラフである。図において、曲線１５０はトランジスタ温度推定部２０又はダイオード温度推定部３０で求めたトランジスタ又はダイオードのジャンクション温度の変化を示すもので、Ｔ_jL0 ，Ｔ_jL2 は極小値、Ｔ_jU1 ，Ｔ_jU2 は極大値、Ｔ_jW1 ，Ｔ_jW2 ，Ｔ_jW3 はジャンクション温度の変化の振幅（以下、温度変化幅と記す）である。
【０００８】
また、図１１はトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１及びダイオード温度変化幅熱ストレス演算部３１の演算のフローチャートである。以下、図１１を中心に図８ないし図１０のトランジスタ１０７を例として動作の説明をする。図９のトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１では、トランジスタ温度推定部２０で推定した図８のトランジスタ１０７のジャンクション温度Ｔ_j の変化が図１０の曲線１５０に示すように上昇から下降、または下降から上昇との極値となったかを確認し、温度変化値の最大値、または最小値と判断し、温度変化幅を求め、この温度変化幅より熱ストレスを演算している。以下具体的な動作を図１１のフローによって説明する。図１１のステップ４１１は、トランジスタ１０７のジャンクション温度Ｔ_j が最大または最小かをチェックするもので、最大または最小でない場合は、ＮＯに進み無処理でエンドへ抜ける。
【０００９】
また、トランジスタジャンクション温度Ｔ_j が最大または最小の場合はＹＥＳに進み、ステップ４１２に於て最小値と次の最大値の差または最大値と次の最小値の差ΔＴ_jWを求め、即ち、図１０の、ΔＴ_jW1 ，ΔＴ_jW2 ，ΔＴ_jW3 を求め、次のステップ４１３で図８のトランジスタ１０７の寿命を、温度変化に起因する熱ストレスと置換え、１回の温度変化幅に対する熱ストレスを次式により算出し、熱ストレス回数とする。
ΔＳｔ₁ ＝（ΔＴ_jW／ΔＴ_js）² ・１／２
ここで、ΔＳｔ₁ は１回の温度変化幅に対する熱ストレス回数、ΔＴ_jWは温度変化幅、ΔＴ_jsは主回路部１０４のトランジスタ１０７の寿命を許容する熱ストレス回数と置き換える際の基準となる基準温度差である。
【００１０】
次にステップ４１４により累積値であるトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ に、１回の温度変化幅による熱ストレス回数ΔＳｔ₁ を加算し、
Ｓｔ₁←Ｓｔ₁＋ΔＳｔ₁
Ｓｔ₁ を演算し、エンドとなる。
上記の様に、トランジスタのジャンクション温度Ｔ_j が極値となる毎に、トランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ が更新されることになる。
【００１１】
次いで、図９のトランジスタ寿命判定部２２において、上記トランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１で演算したトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ とあらかじめ設定したトランジスタ１０７の固有の寿命から求められたトランジスタ許容熱ストレス回数Ｓｔ_max と比較することにより、トランジスタ１０７が疲労に達したか否かを判定し、トランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ が許容熱ストレス回数を越えた場合には、図９の表示部１４０にてトランジスタ１０７が寿命となった旨アラーム表示をする。
【００１２】
又、上記では電力用半導体素子のうちトランジスタ１０７について説明したが、ダイオード１０５及び１０８についても同様であり、説明を省略する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上、説明した様に従来のインバータ装置１００の主回路部１０４に使用されている電力用半導体素子の寿命については、電力用半導体素子で発生する熱の温度変化による疲労を、温度変化幅による熱ストレスとしてとらえ、判定を行っていた。
又、電力用半導体素子の実装においても、配線板上にダイボンディングされることが多くなってきている。即ち、図１２は図８のインバータ装置１００の主回路部１０４を構成するインバータ部１０２のトランジスタ１０７の実装における要部拡大図であって、トランジスタ１０７は図示するごとく、トランジスタ１０７の発熱を放出するためのヒートスプレッダ１６０上に接合部材１６１を介して保持され、ボンディングワイヤ１６２により配線板１６３上のリード１６４と接続されており、１６５は放熱フィンである。
又、図１２は電力用半導体素子としてトランジスタ１０７の例を示したがダイオード１０５及び１０８の場合も同様である。
【００１４】
従来のものは、熱ストレスにおいて図１２のトランジスタ１０７とヒートスプレッダ１６０とを同程度の温度として一緒に扱っていたが、急峻な立上り、立下りが要求される工作機械用、又は正転、逆転などの繰返し頻度の高い荷役搬送用などの用途においては、電力用半導体素子に流れる電流の急激な変化によるトランジスタ１０７などの電力用半導体素子とヒートスプレッダ１６０間に発生する温度差を考慮しなくては、電力用半導体素子とヒートスプレッダ間の接合部材１６１の疲労を十分に判断することができないという問題点があった。
【００１５】
また、電力用半導体素子の寿命となる疲労破壊のレベルに達した時点でアラームとする処理を行っていたため、寿命になる以前にインバータ装置の使用方法を改善するなどの延命処置ができないという問題点があった。
【００１６】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、電力用半導体素子とヒートスプレッダ間に発生する温度差を考慮した接合部材の疲労を判断することができるとともに、電力用半導体素子の寿命になる以前に使用方法を改善するなどの延命処置ができるインバータ装置を得ることを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明におけるインバータ装置は、電力用半導体素子に流れる電流に応じた電流を検出する電流検出手段からの検出電流と電力用半導体素子に発生する熱に応じた温度を検出する温度検出手段からの検出温度とに応じて温度推定手段で推定した電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算し、積算する温度変化幅熱ストレス演算手段、及び推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算し、積算する温度変化率熱ストレス演算手段の出力と電力用半導体素子の固有の許容熱ストレスとを使用して、電力用半導体素子の寿命を演算する寿命演算手段とを備えたものである。
【００１８】
また、この発明のインバータ装置は、電力用半導体素子に流れる電流に応じた電流を検出する電流検出手段からの検出電流と電力用半導体素子に発生する熱に応じた温度を検出する温度検出手段からの検出温度とに応じて温度推定手段で電力用半導体素子の温度を推定し、運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段、及び、運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて算出した設定時間当りの熱ストレスと期待寿命時間設定手段で設定された電力用半導体素子の期待寿命時間から求められた設定時間当りの許容熱ストレスとを比較し、算出された電力用半導体素子の寿命が期待寿命時間を越えていないかを判定する設定時間当り寿命判定手段とを備えたものである。
【００１９】
また、この発明のインバータ装置は、電力用半導体素子に流れる電流に応じた電流を検出する電流検出手段からの検出電流と電力用半導体素子に発生する熱に応じた温度を検出する温度検出手段からの検出温度とに応じて温度推定手段で電力用半導体素子の温度を推定し、運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段、及び運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて電力用半導体素子の運転可能寿命を推定する寿命推定手段とを備えたものである。
【００２０】
さらに、この発明によるインバータ装置は、電力用半導体素子に流れる電流に応じた電流を検出する電流検出手段からの検出電流と電力用半導体素子に発生する熱に応じた温度を検出する温度検出手段からの検出温度とに応じて温度推定手段で電力用半導体素子の温度を推定し、電力用半導体素子の期待される寿命時間を設定する期待寿命時間設定手段と、運転時間を設定する運転時間設定手段と、運転時間設定手段で設定された運転時間における電力用半導体素子の寿命の判定または寿命の推定の少くとも１つを実効するか否かの選択をする運転時間チェック選択手段とで設定された設定データを記憶する設定データ記憶手段と、運転時間チェック選択が無効の場合には電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算・積算し、有効の場合には更に設定時間毎に電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段と、運転時間チェック選択が無効の場合には、電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算・積算し、有効の場合には更に設定時間毎に電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段と、運転時間チェック選択が無効の場合には設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段及び設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力と電力用半導体素子の固有の熱ストレスとを比較し電力用半導体素子が寿命になったか否かを判定し、有効の場合には設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段及び設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて算出した設定時間当りの熱ストレスと期待寿命時間設定手段で設定された期待寿命時間から求められた設定時間当り許容熱ストレスとを比較し、電力用半導体素子の寿命が期待寿命時間を越えていないかを判定する設定時間当り寿命判定手段と、運転時間チェック選択が有効の場合、電力用半導体素子の運転可能寿命を推定する寿命推定手段とを備えたものである。
【００２１】
さらにまた、この発明によるインバータ装置は、寿命判定手段、設定時間当り寿命判定手段または寿命推定手段の出力を表示する表示手段を備えたものである。
【００２２】
【作用】
この発明におけるインバータ装置はその寿命演算手段が、電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて前記電力用半導体素子の熱ストレスを演算し、積算する温度変化幅熱ストレス演算手段及び電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて前記電力用半導体素子の熱ストレスを演算し、積算する温度変化率熱ストレス演算手段の出力と電力用半導体素子の固有の許容熱ストレスとを使用して、電力用半導体素子の寿命を演算するので、電力用半導体素子に流れる電流の急激な変化による電力半導体素子とヒートスプレッダ間に発生する温度差にも考慮されたものとなる。
【００２３】
また、この発明のインバータ装置は、その設定時間当り寿命判定手段が、寿命時間を比較する運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段、及び運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて算出した設定時間当りの熱ストレスと期待寿命時間設定手段で設定された電力用半導体素子の期待寿命時間から求められた設定時間当りの許容熱ストレスとを比較し、算出された電力用半導体素子の寿命が前記期待寿命時間を越えていないかを判定したので、設定時間の運転で期待寿命時間だけ運転可能か否かの判定が可能となる。
【００２４】
また、この発明によるインバータ装置は、その寿命判定手段が、寿命時間を比較する運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段、及び運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて電力用半導体素子の運転可能寿命を推定するので、その運転可能寿命がわかる。
【００２５】
また、この発明のインバータ装置によれば、その運転時間チェック選択手段が、寿命時間を比較する運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された運転時間における電力用半導体素子の寿命の判定または寿命の推定の少くとも１つを実効するか否かの選択をする。
また、この発明の設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段は、運転時間チェック選択が無効の場合には電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算・積算し、有効の場合には更に設定時間毎に電力用半導体素子の熱ストレスを演算する。
また、この発明の設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段は、運転時間チェック選択が無効の場合には、電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算・積算し、有効の場合には更に設定時間毎に前記電力用半導体素子の熱ストレスを演算する。また、この発明の設定時間当り寿命判定手段は、運転時間チェック選択が無効の場合には設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段及び設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力と電力用半導体素子の固有の熱ストレスとを比較し電力用半導体素子が寿命になったか否かを判定し、有効の場合には設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段及び設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて算出した設定時間当りの熱ストレスと期待寿命時間設定手段で設定された期待寿命時間から求められた設定時間当り許容熱ストレスとを比較し、電力用半導体素子の寿命が期待寿命時間を越えていないかを判定する。また、この発明の寿命推定手段は、運転時間チェック選択が有効の場合、電力用半導体素子の運転可能寿命を推定する。
【００２６】
さらにまた、この発明のインバータ装置によれば、表示手段は寿命判定手段、設定時間当り寿命判定手段、または寿命推定手段の出力を表示するので、電力用半導体素子の寿命、また設定時間の運転で期待寿命だけ運転可能か否か、また設定時間の運転における運転可能寿命が容易に判別できる。
【００２７】
【実施例】
実施例１．
図１は、この発明の一実施例による電力用半導体素子の寿命を判定する制御部の構成図である。図において、図８〜図１２と同一符号は同一又は相当部分を示すもので、２３は電力用半導体素子としての図８のトランジスタ１０７の温度変化の割合に基いてトランジスタ１０７の熱ストレス回数を演算・積算するトランジスタ温度変化率熱ストレス演算部、２２ａはトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１とトランジスタ温度変化率熱ストレス演算部２３の出力に基いてトランジスタ１０７の寿命を演算するトランジスタ寿命演算部、３３は図８のダイオード１０５及び１０８の温度変化の割合に基いてダイオード１０５及び１０８の熱ストレス回数を演算・積算するダイオード温度変化率熱ストレス演算部、３２ａはダイオード温度変化幅熱ストレス演算部３１とダイオード温度変化率熱ストレス演算部３３の出力に基いてダイオード１０５及び１０９の寿命を演算するダイオード寿命演算部である。また、３８はトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１、トランジスタ温度変化率熱ストレス演算部２３、トランジスタ寿命判定部２２ａ、ダイオード温度変化幅熱ストレス演算部３１、ダイオード温度変化率熱ストレス演算部３３、ダイオード寿命判定部３２ａの出力データを記憶する記憶部、３９はトランジスタおよびダイオードの固有の寿命を設定する設定部である。
【００２８】
図２はインバータ装置の運転、停止に伴う電力用半導体素子内部のジャンクション温度Ｔ_j 及び温度変化率｜ｄＴ_j ／ｄｔ｜の変化の一例を示すグラフである。図において、曲線１５１は電力用半導体素子のジャンクション温度Ｔ_j の時間変化の例、曲線１５２はジャンクション温度Ｔ_j の変化に対応したジャンクション温度Ｔ_j の変化の割合（温度変化率｜ｄＴ_j ／ｄｔ｜）を示しており、電力用半導体素子を流れる急激な電流の変化により発生する熱により、図１２のトランジスタ１０７とヒートスプレッダ１６０間に生ずる温度差を考慮した熱ストレス回数を算出するために使用する。
【００２９】
また、図３は図１のトランジスタ温度変化率熱ストレス演算部２３及びダイオード温度変化率熱ストレス演算部３３の演算のフローチャートである。以下、この発明の実施例１について図３のフローチャートを中心に図８のトランジスタ１０７を例として図１及び図２により動作の説明をする。まずステップ５０１に於て、図１のトランジスタ温度変化率熱ストレス演算部２３では、トランジスタ温度推定部２０の出力である図２（ａ）のトランジスタジャンクション温度Ｔ_j の時間変化曲線１５１から、温度の変化の割合（以後、温度変化率と記す）ΔＴ_jaを、例えばあらかじめ設定したごく短い一定時間Δｔ内のトランジスタジャンクション温度Ｔ_j の温度変化幅として次式
ΔＴ_ja＝｜ΔＴ_j ／Δｔ｜
として算出する。
次に、ステップ５０２で温度変化率ΔＴ_jaを電力用半導体素子の固有な式として、例えばΔＳｔ₂ ＝ｍ（ｎ・｜ΔＴ_ja｜）^k を用い、Δｔ時間当りの温度変化率熱ストレス回数ΔＳｔ₂ を算出する。ここで、ｍ，ｎ，ｋは電力用半導体素子の形状、部材の材質によって決まる定数である。
【００３０】
次にステップ５０３によりΔｔ時間当りの温度変化率熱ストレス回数ΔＳｔ₂ と、所定値ΔＳｔ_2Sと大小比較を行い、ΔＳｔ₂ ＜ΔＳｔ_2Sの場合にはＮＯへ進み無処理でエンドへ抜ける。
また、ΔＳｔ₂ ≧ΔＳｔ_2Sの場合は、ＹＥＳに進みステップ５０４により積算値であるトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ にΔｔ時間当りの温度変化率熱ストレス回数ΔＳｔ₂ を加算し、
Ｓｔ₂ ←Ｓｔ₂ ＋ΔＳｔ₂
Ｓｔ₂ を演算し、エンドとなる。
【００３１】
上記図３のフローチャートではΔｔ時間当りの温度変化率熱ストレス回数ΔＳｔ₂ が、所定値ΔＳｔ_2S以上の場合のみ、トランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ に加算したが、大小判別せずに加算してもよい。
【００３２】
次に、図１のトランジスタ寿命演算部２２ａでは、熱ストレス回数Ｓｔをトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部２１で演算し、積算したトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ とトランジスタ温度変化率熱ストレス演算部２３で演算し、積算したトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ とを加算し、
Ｓｔ＝Ｓｔ₁ ＋Ｓｔ₂
あらかじめ設定されたトランジスタ１０７固有の寿命から求められた許容熱ストレス回数Ｓｔ_max と比較することにより、トランジスタ１０７が疲労に達したか否かを判定し、熱ストレス回数Ｓｔが許容熱ストレス回数を越えた場合には、図１の表示部１４０に対してトランジスタ１０７が寿命となった旨のアラーム表示指令などのアラーム処理を行う。
又、許容熱ストレス回数Ｓｔ_max から熱ストレス回数Ｓｔを減算し、あらかじめ設定されたトランジスタ１０７固有の寿命をｔ_max として下式により、残りの寿命時間ｔ_rem を求め、
ｔ_rem ＝ｔ_max ×｛（Ｓｔ_max −Ｓｔ）／Ｓｔ_max ｝
図１の表示部１４０に残りの寿命時間として表示指令を行う。
【００３３】
又、上記図３及び図１１の熱ストレス回数Ｓｔ₁ 、Ｓｔ₂ の演算のフローチャートはインバータ装置の電源投入後は繰り返し起動され、常時熱ストレス回数Ｓｔ₁ 、Ｓｔ₂ を積算するものである。
又、上記説明では１回の温度変化幅によるトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数ΔＳｔ₁ の算出において、インバータ装置１００の運転中についてトランジスタ１０７のジャンクション温度Ｔ_j の最大値、最小値の判定を極値であるか否かで判定している例を示したが、電源投入後の初回のΔＳｔ₁ 算出については、電源投入時に電流検出部１１０の検出した検出電流及び放熱フィン温度検出部１２０の検出した検出温度に応じてトランジスタ温度推定部２０で推定した温度を初回の最小値または最大値として使用する。
又、電源ＯＦＦを含む１回の温度変化幅によるトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数ΔＳｔ₁ の算出については、電源ＯＦＦ時に最後に判定したトランジスタ１０７のジャンクション温度Ｔ_j の極値及び電源ＯＦＦ時の検出電流、検出温度を記憶部（図示せず）にセーブしておき、次回電源投入時に行うようにすることで対応可能である。
上記のようにトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数とトランジスタ温度変化率熱ストレス回数とから求めた熱ストレス回数をトランジスタの許容熱ストレス回数と比較して、トランジスタの疲労を判定するようにしたので、トランジスタに流れる電流の急激な変化によりトランジスタとヒートスプレッダ間に発生する温度差をも考慮したトランジスタの寿命判定ができるようになる。
又、上記では電力用半導体素子のうち図８のトランジスタ１０７について説明したが、ダイオード１０５及び１０８についても同様であり、説明を省略する。
【００３４】
実施例２．
図４はこの発明の他の実施例による電力用半導体素子の寿命を判定又は推測する制御部の構成図である。図において、図１と同一符号は同一又は相当部分を示し、その説明を省略する。３８ａはトランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４、トランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５、トランジスタサイクル時間寿命判定部２６、ダイオードサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部３４、ダイオードサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部３５、ダイオードサイクル時間寿命判定部３６の出力データを記憶する記憶部、３９ａはトランジスタおよびダイオードの固有の寿命を設定する設定部である。４０は接合部材をも考慮した電力用半導体素子の期待寿命ｔ₁ を設定する期待寿命時間設定部、４１は設定期間当りの平均熱ストレス回数を求めるためのサイクル時間ｔ_c を設定する運転時間設定手段としてのサイクル時間設定部、４２はサイクル時間設定部４１で設定されたサイクル時間ｔ_c により電力用半導体素子の寿命の判定または寿命の推定の少くとも１つを実効するか否かの選択を行うサイクル時間チェック選択部、４３は期待寿命時間設定部４０、サイクル時間設定部４１及びサイクル時間チェック選択部４２で設定された設定データを記憶する設定データ記憶部である。
【００３５】
又、図において２４はサイクル時間チェック選択部４２の選択が無効の場合にはトランジスタ温度推定部２０の出力である推定温度の変化における振幅に基いてトランジスタ１０７の熱ストレスを演算・積算し、有効の場合には更にサイクル時間設定部４１で設定されたサイクル時間ｔ_c （一般にはサイクル運転の運転時間、又は電源が投入されてから遮断されるまでの運転時間として設定される）毎に熱ストレスを演算するトランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部である。２５はサイクル時間チェック選択部４２の選択が無効の場合には、トランジスタ温度推定部２０の出力である推定温度の変化における割合に基いてトランジスタ１０７の熱ストレスを演算・積算し、有効の場合には更にサイクル時間設定部４１で設定されたサイクル時間ｔ_c 毎に熱ストレスを演算するトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部であり、通算の運転時間を積算するタイマー機能を有する。２６はサイクル時間チェック選択部４２の選択が無効の場合には、トランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４及びトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５の出力とあらかじめ設定されたトランジスタ１０７固有の寿命から求められた許容熱ストレス回数と比較してトランジスタ１０７が疲労に達したか否かを判定し、有効の場合にはトランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４及びトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５の出力に基いて算出したサイクル時間当りの熱ストレス回数と期待寿命時間設定手段４０で設定された期待寿命時間から求められたサイクル時間当り許容熱ストレス回数とを比較し、トランジスタ１０７の寿命が期待寿命時間を越えていないかを判定するトランジスタサイクル時間寿命判定部である。２７はサイクル時間チェック選択部４２の選択が有効の場合、トランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４及びトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５の出力に基いて算出したサイクル時間当りの熱ストレス回数よりトランジスタ１０７の運転可能寿命を推定するトランジスタ寿命推定部である。また、３４はダイオードサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部、３５はダイオードサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部、３６はダイオードサイクル時間寿命判定部、３７はダイオード寿命推定部であり、これら３４〜３７については、上記トランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４、トランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５、トランジスタサイクル時間寿命判定部２６、トランジスタ寿命判定部２７のトランジスタをダイオードに置き換えたものであり、同様の働きであるので説明は省略する。
【００３６】
図５は、図４のトランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４及びダイオードサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部３４における演算のフローチャートである。以下、この発明の実施例２の演算部２４、３４のうち、トランジスタ１０７を例として説明をする。
先ず、ステップ４２０より図４のサイクル時間チェック選択部４２の選択が有効か無効かをチェックする。ここで、ＹＥＳの有効の場合にはステップ４２１で引き続き、サイクル時間チェック処理中１フラグＯＮかをチェックし、ＮＯ（ＯＦＦ）の場合にはステップ４２２に於てサイクル時間確認のため、タイマの時間ｔを初期化してカウントを開始するとともに、トランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ をサイクル時間当りのトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数の初期値Ｓｔ₁₀としてセットし、サイクル時間チェック処理中１フラグをＯＮとする。またステップ４２０でＮＯの無効の場合及びステップ４２１でＹＥＳ（ＯＮ）の場合には無処理でステップ４２３に進む。
【００３７】
次いで、図５のステップ４２３によりトランジスタ温度推定部２０で推定したトランジスタ１０７のジャンクション温度Ｔ_j が最大または最小かをチェックし、最大または最小でないＮＯの場合は無処理でエンドに抜ける。
ここで、ステップ４２３がＹＥＳとなると、ステップ４２４により図１１のステップ４１２ないしステップ４１４と同様に１回の温度変化幅ΔＴ_jwを算出し、１回の温度変化幅に対する熱ストレス回数ΔＳｔ₁ を算出するとともに、積算値であるトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ を演算する（Ｓｔ₁ ←Ｓｔ₁ ＋ΔＳｔ₁ ）。
【００３８】
次いで、ステップ４２５でサイクル時間チェック選択部４２の選択が有効か無効かをチェックし、無効のＮＯの場合は無処理でエンドに抜ける。ここで、有効のＹＥＳの場合は、ステップ４２６によりカウントしているｔが図４のサイクル時間設定部４１で設定されたサイクル時間ｔ_c に達したかどうかチェックし、ｔ＜ｔ_c の場合には無処理でエンドに抜ける。又、ｔ≧ｔ_c の場合には、次のステップ４２７に進みトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ をサイクル時間ｔ_c 運転後のトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁₁としてセットするとともに、サイクル時間当りのトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ_1cとして、上記Ｓｔ₁₁とＳｔ₁₀との差を求め、Ｓｔ_1c、Ｓｔ₁₁とを図４のトランジスタサイクル時間寿命判定部２６に送信するとともに、サイクル時間チェック処理中１フラグをＯＦＦとする。
【００３９】
図６は、図４のトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５及びダイオードサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部３５における演算のフローチャートである。以下、この発明の実施例２の演算部２５、３５の動作のうち、図８のトランジスタ１０７を例として説明する。
先ず、ステップ５２０により図４のサイクル時間チェック選択部４２の選択が有効か無効かをチェックする。ここで、有効のＹＥＳの場合にはステップ５２１により引き続き、サイクル時間チェック処理中２フラグＯＮかをチェックし、ＮＯ（ＯＦＦ）の場合にはステップ５２２によりサイクル時間確認のため、時間ｔを初期化してカウントを開始するとともに、トランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ をサイクル時間当りのトランジスタ温度変化率熱ストレス回数の初期値Ｓｔ₂₀としてセットし、サイクル時間チェック処理中２フラグをＯＮとする。またステップ５２０で無効のＮＯの場合およびステップ５２１でＹＥＳ（ＯＮ）の場合には無処理でステップ５２３に進む。
【００４０】
次いで、ステップ５２３により図３のステップ５０１ないしステップ５０４と同様に、温度変化率ΔＴ_jaを算出し、温度変化率ΔＴ_jaに対する熱ストレス回数ΔＳｔ₂ を算出するとともに、積算値であるトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ を演算する（Ｓｔ₂ ←Ｓｔ₂ ＋ΔＳｔ₂ ）。
【００４１】
次いで、ステップ５２４でサイクル時間チェック選択部４２の選択が有効か無効かをチェックし、無効のＮＯの場合は無処理でエンドに抜ける。ここで、有効のＹＥＳの場合は、ステップ５２５によりカウントしているｔがサイクル時間ｔ_c に達したかどうかチェックし、ｔ＜ｔ_c の場合には無処理でエンドに抜ける。又、ｔ≧ｔ_c の場合には、ステップ５２６へと進みトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ をサイクル時間ｔ_c 運転後のトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂₁としてセットするとともに、サイクル時間当りのトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ_2cとして、上記Ｓｔ₂₁とＳｔ₂₀との差を求め、Ｓｔ_2c、Ｓｔ₂₁とを図４のトランジスタサイクル時間寿命判定部２６に送信するとともに、サイクル時間チェック処理中２フラグをＯＦＦとする。
【００４２】
図７は、図４のトランジスタサイクル時間寿命判定部２６及びダイオードサイクル時間寿命判定部３６の寿命判定のフローチャートである。以下、この発明の実施例２の判定部２６、３６のうち、トランジスタ１０７を例として説明する。先ず、ステップ６００により図４のサイクル時間チェック選択部４２の選択が有効か無効かをチェックする。ここで、有効のＹＥＳの場合には引き続きステップ６０１によりサイクル時間チェック処理中３フラグＯＮかをチェックし、ＮＯ（ＯＦＦ）の場合にはステップ６０２によりサイクル時間確認のためタイマの時間ｔを初期化してカウントを開始するとともに、サイクル時間チェック処理中３フラグをＯＮする。
次いで、ステップ６０３でカウントしているｔがサイクル時間ｔ_c に達したかどうかチェックし、ｔ＜ｔ_c の場合は無処理でエンドに抜ける。
ここで、ｔ≧ｔ_c となった場合に次のステップ６０４が実行される。即ちこのステップは、トランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４及びトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５から出力されたトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁₁、サイクル時間当りのトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ_1c、トランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂₁及びサイクル時間当りのトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ_2cを取込み、サイクル時間当りのトランジスタ熱ストレス回数Ｓｔ_c を、Ｓｔ_c ＝Ｓｔ_1c＋Ｓｔ_2cとして算出する。
次に、図４の期待寿命時間設定部４０で設定された期待寿命時間ｔ₁ とサイクル時間設定部４１で設定されたサイクル時間ｔ_c とあらかじめ設定されたトランジスタ１０７の固有の寿命から求められたトランジスタ許容熱ストレス回数Ｓｔ_max とトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁₁及びトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂₁と、通算の運転時間ｔ₂ から、下式によりトランジスタのサイクル時間当り許容熱ストレス回数Ｓｔ_cmaxを求め、
Ｓｔ_cmax＝｛Ｓｔ_max −（ｓｔ₁₁＋Ｓｔ₂₁）｝×（ｔ_c ／ｔ₁ −ｔ₂ ）
サイクル時間チェック処理中３フラグをＯＦＦすることになる。
【００４３】
次にステップ６０５にて、サイクル時間当りのトランジスタ熱ストレス回数Ｓｔ_c が、トランジスタのサイクル時間当り許容熱ストレス回数Ｓｔ_cmaxを越えていないかをチェックし、Ｓｔ_c ＜Ｓｔ_cmaxの場合には、無処理でエンドに抜け、Ｓｔ_c ≧Ｓｔ_cmaxの場合にはステップ６０６によりサイクル時間ｔ_c として設定した運転を継続した場合のトランジスタ１０７の寿命が期待寿命時間ｔ₁ だけの使用が出来ないことになるので、図４の表示部１４０に対してのアラーム表示指令などアラーム処理を行う。
【００４４】
上記ステップ６００のサイクル時間チェック選択部４２の選択がＮＯの無効となっている場合には、ステップ６１０により図４のトランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４及びトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５で算出したトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁ 及びトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂ よりトランジスタの熱ストレス回数Ｓｔを求める（Ｓｔ＝Ｓｔ₁ ＋Ｓｔ₂ ）。
【００４５】
次に、ステップ６１１によりトランジスタの熱ストレス回数Ｓｔとあらかじめ設定されたトランジスタ１０７の固有の寿命から求められたトランジスタ許容熱ストレス回数Ｓｔ_max とを比較し、Ｓｔ＜Ｓｔ_max の場合には、無処理でエンドに抜け、Ｓｔ≧Ｓｔ_max の場合にはステップ６１２により図４の表示部１４０に対してのアラーム表示指令などアラーム処理を行う。
【００４６】
図４のトランジスタ寿命推定部２７の処理について以下説明する。あらかじめ設定されたトランジスタ１０７の固有の寿命から求められたトランジスタ許容熱ストレス回数Ｓｔ_max と、トランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ₁₁、サイクル時間当りのトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数Ｓｔ_1cとトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ₂₁、サイクル時間当りのトランジスタ温度変化率熱ストレス回数Ｓｔ_2c、サイクル時間設定部４１で設定されたサイクル時間ｔ_c とを使用して、下式により運転可能寿命ｔ_r を推定し、
ｔ_r ＝［｛Ｓｔ_max −（Ｓｔ₁₁＋Ｓｔ₂₁）｝／（Ｓｔ_1c＋Ｓｔ_2c）］×ｔ_c
表示部１４０に対して出力する。
上記のように、サイクル時間当りのトランジスタ温度変化幅熱ストレス回数とサイクル時間当りトランジスタ温度変化率熱ストレス回数をもとにトランジスタのサイクル時間当りの許容熱ストレス回数と比較し、トランジスタの寿命が期待寿命だけの使用が出来るか否かの判定及びまたトランジスタの運転可能寿命を推定するようにしたので、トランジスタに流れる電流の急激な変化によりトランジスタとヒートスプレッダ間に発生する温度差をも考慮した正確なトランジスタの期待寿命までの使用の可否判定及びトランジスタの運転可能寿命の推定ができるようになる。
【００４７】
上記では、電力用半導体素子のトランジスタ１０７について説明したがダイオード１０５及び１０８についても同様であり、説明を省略する。
【００４８】
又、上記実施例ではトランジスタサイクル時間寿命判定部２６とトランジスタ寿命推定部２７とを独立したものとして、直列に接続した例を示したが、単独でもよく、又並列に接続してもよく、又トランジスタサイクル時間寿命判定部２６の寿命判定とトランジスタ寿命推定部２７の寿命推定とを合せて行い、結果を同時に表示するようにしてもよい、又、この場合トランジスタサイクル時間寿命判定部２６とトランジスタ寿命推定部２７とを合せて一つの処理部としても同等の効果が得られる。
【００４９】
又、上記実施例では期待寿命時間設定部４０、サイクル時間設定部４１及びサイクル時間チェック選択部４２の設定データを一旦設定データ記憶部４３に記憶する例を示したが、期待寿命時間設定部４０、サイクル時間設定部４１及びサイクル時間チェック選択部４２を例えばカウンタ、ボリュームなどを利用し、トランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部２４、トランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部２５、トランジスタサイクル時間寿命判定部２６及びトランジスタ寿命推定部２７等を処理時に直接設定データを見にいくようにしてもよい。
【００５０】
又、上記実施例ではトランジスタ許容熱ストレス回数Ｓｔ_max をあらかじめ設定されたトランジスタ１０７の固有の寿命から求めるものとしたが、トランジスタ許容熱ストレス回数Ｓｔ_max としてあらかじめ設定しておいてもよく、入力手段を利用して設定してもよい。
【００５１】
又、上記実施例では電流検出部１１０としてインバータ部の出力電流３相分を検出した例を示したが、２相分の出力電流を検出し、他の１相分を算出して求めても同等の効果が得られる。更に、簡便な方法としては各相等価であるとして、１相分の出力電流を検出することも可能である。
【００５２】
更に、上記実施例ではインバータ部の出力電流を検出した例を示したが、電力用半導体素子に流れる電流に応じた電流を検出出来ればよく、電流検出部はインバータ部の入力側の直流母線に設けてもよく、又直接電力半導体素子に流れる電流を検出するようにしてもよい。
【００５３】
又、上記実施例では放熱フィンの温度を検出した例を示したが、電力用半導体素子に発生した熱に応じた温度を検出することが出来ればよく、温度検出部を例えば配線板上とか電力用半導体素子の近傍などに設けてもよい。
【００５４】
又、上記実施例では電力用半導体素子として、トランジスタ及びダイオードの例を示したが、サイリスタ、ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌｏｘｉｄｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｆｉｅｌｄｅｆｆｅｃｔｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等においても同様である。
【００５５】
又、上記実施例では３相インバータ装置について説明したが、単相インバータ装置や多相インバータ装置にも同様に実施することが出来、インバータ装置以外の例えば直流電源装置等にも実施することが出来る。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、この発明のインバータ装置によれば、寿命判定手段は、電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算・積算する温度変化幅熱ストレス演算手段及び電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算・積算する温度変化率熱ストレス演算手段の出力を電力用半導体素子の固有の許容熱ストレスと使用して、電力用半導体素子の寿命を演算するので、電力用半導体素子に流れる電流の急激な変化による電力用半導体素子とヒートスプレッダ間に発生する温度差にも考慮したより正確な電力用半導体素子の寿命の演算が可能となる。
【００５７】
また、この発明のインバータ装置によれば、設定時間当り寿命判定手段は、寿命時間を比較する運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段及び運転時間設定手段で設定された設定時間毎に温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて算出した設定時間当りの熱ストレスと期待寿命時間設定手段で設定された電力用半導体素子の期待寿命時間から求められた設定時間当りの許容熱ストレスとを比較するようにしたので、設定時間の運転で期待寿命時間だけ運転可能か否かの判定が可能となり、インバータ装置の負荷状況及び使用頻度など使用方法を改善するなどの延命処置が可能となる。
【００５８】
更に、この発明のインバータ装置によれば、寿命推定手段は、寿命時間を比較する運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における振幅に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段及び運転時間設定手段で設定された設定時間毎に電力用半導体素子の推定温度の変化における割合に基いて電力用半導体素子の熱ストレスを演算する設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段の出力に基いて電力用半導体素子の運転可能寿命を推定するようにしたので、電力用半導体素子またはインバータ装置の交換時期の予測が可能となる。
【００５９】
更に、この発明のインバータ装置によれば、運転時間チェック選択手段は、寿命時間を比較する運転時間を設定する運転時間設定手段で設定された設定時間における電力用半導体素子の寿命の判定または寿命の推定の少くとも１つを実効するか電力用半導体素子の積算した熱ストレスにより電力用半導体素子の寿命の判定をするか選択できるようにし、更に設定時間当り温度変化幅熱ストレス演算手段、設定時間当り温度変化率熱ストレス演算手段及び設定時間当り寿命判定手段は運転時間チェック選択手段の選択により設定時間当りの熱ストレスと積算した熱ストレスとの両者を扱えるようにしたので、例えばインバータ装置の使用方法を決定した時とか変更した時に設定時間当りの熱ストレスを使用して期待寿命時間設定手段で設定された電力用半導体素子の期待寿命時間から求められた設定時間当りの許容熱ストレスとの比較により設定時間の運転で期待寿命時間だけ運転可能か否かの判定または電力用半導体素子の運転可能寿命の推定を行い、インバータ装置の使用方法を変更せずに運転する場合に積算した熱ストレスを使用して電力用半導体素子が寿命となったか否かの判定を行うなど適宜使い分けが可能となり、インバータ装置の使用方法を決定した時とか変更した時に、インバータ装置の負荷状況及び使用頻度など使用方法を改善するなどの延命処置ができるとともに、電力用半導体素子またはインバータ装置の交換時期ができ、一旦決められた使用方法で運転する場合に電力用半導体素子の寿命の判定ができるという、経過に対応した電力用半導体素子の寿命管理が可能となる。
【００６０】
更に、この発明のインバータ装置によれば、寿命判定手段、設定時間当り寿命判定手段または寿命推定手段の出力を表示する表示手段を備え、電力用半導体素子の寿命、また設定時間の運転で期待寿命だけ運転可能か否か、また設定時間の運転における運転可能寿命が容易に判断できるようにしたので、寿命の判定が可能となると共に、インバータ装置の使用方法の改善などの延命処理及びインバータ装置の交換時期の予測が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１による電力用半導体素子の寿命を判定する制御部の構成図である。
【図２】この発明の実施例１によるインバータ装置の運転、停止に伴う電力用半導体素子のジャンクション温度Ｔ_j 及び温度変化率｜ｄＴ_j ／ｄｔ｜の変化の一例を示すグラフである。
【図３】この発明の実施例１によるトランジスタ温度変化率熱ストレス演算部及びダイオード温度変化率熱ストレス演算部の演算のフローチャートである。
【図４】この発明の実施例２による電力用半導体素子の寿命を判定又は推測する制御部の構成図である。
【図５】この発明の実施例２によるトランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部及びダイオードサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部の演算のフローチャートである。
【図６】この発明の実施例２によるトランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部及びダイオードサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部の演算のフローチャートである。
【図７】この発明の実施例２によるトランジスタサイクル時間寿命判定部及びダイオードサイクル時間寿命判定部の寿命判定のフローチャートである。
【図８】従来並びにこの発明に共通なインバータ装置の構成図である。
【図９】従来のインバータ装置において、電力用半導体素子の寿命を判定する制御部の構成図である。
【図１０】インバータ装置の運転、停止に伴う電力用半導体素子のジャンクション温度Ｔ_j の変化の一例を示す図である。
【図１１】従来のトランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部及びダイオード温度変化幅熱ストレス演算部の演算のフローチャートである。
【図１２】従来並びにこの発明に共通なインバータ装置の主回路部を構成するトランジスタの実装における要部拡大図である。
【符号の説明】
２０トランジスタ温度推定部、２１トランジスタ温度変化幅熱ストレス演算部、２２トランジスタ寿命判定部、２２ａトランジスタ寿命演算部、２３トランジスタ温度変化率熱ストレス演算部、２４トランジスタサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部、２５トランジスタサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部、２６トランジスタサイクル時間寿命判定部、２７トランジスタ寿命推定部、３０ダイオード温度推定部、３１ダイオード温度変化幅熱ストレス演算部、３２ダイオード寿命判定部、３２ａダイオード寿命演算部、３３ダイオード温度変化率熱ストレス演算部、３４ダイオードサイクル時間温度変化幅熱ストレス演算部、３５ダイオードサイクル時間温度変化率熱ストレス演算部、３６ダイオードサイクル時間寿命判定部、３７ダイオード寿命推定部、３８，３８ａ記憶部、３９，３９ａ寿命設定部、４０期待寿命時間設定部、４１サイクル時間設定部、４２サイクル時間チェック選択部、４３設定データ記憶部、１００インバータ装置、１０１コンバータ装置、１０２インバータ部、１０３平滑回路部、１０４主回路部、１０５ダイオード、１０６平滑コンデンサ、１０７トランジスタ、１０８帰還ダイオード、１１０電流検出部、１２０温度検出部、１３０，１３０ａ，１３０ｂ制御部、１３１トランジスタ駆動部、１４０表示部、１６０ヒートスプレッダ、１６１接合部材、１６２ボンディングワイヤ、１６３配線板、１６４リード、１６５放熱フィン、２００交流電源、３００誘導電動機。[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to an inverter device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the life of power semiconductor elements such as the diode in the converter, the transistor in the inverter, and the feedback diode that constitute the main circuit of the inverter device is determined by checking the resistance between the terminals of the power semiconductor element during periodic inspections. I was going. However, the life of the power semiconductor element is greatly affected by the ambient temperature and operating conditions, and the deterioration often progresses more rapidly than at a certain time, so that no abnormality can be found and the inverter device may fail during use. .
[0003]
8 and 9 are a configuration diagram of a conventional inverter device and a configuration diagram of a control unit in the inverter device that determines the life of a power semiconductor element, for example, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-261877. By estimating the life of the power semiconductor element due to the thermal fatigue caused by the rise and fall of the junction temperature in the semiconductor element and displaying the parts that have reached the end of their life, the operator can easily judge and prevent failures. This will be described below.
[0004]
8, 100 denotes an inverter device, 200 denotes an AC power supply, 300 denotes an induction motor as a load of the inverter device 100, 101 denotes a converter for converting AC power from the AC power supply 200 to DC power, and 102 denotes DC power. An inverter unit for converting to electric power, 103 is a smoothing circuit unit for absorbing voltage ripple generated in the converter unit 101 or the inverter unit 102, and 104 is a main circuit unit including the converter unit 101, the inverter unit 102, and the smoothing circuit unit 103. is there. In the main circuit unit 104, 105 is a rectifier diode, 106 is a smoothing capacitor, 107 is a transistor, and 108 is a feedback diode connected in anti-parallel to the transistor 107. The rectifier diode 105, the transistor 107 and the feedback diode 108 Semiconductor device.
[0005]
Reference numeral 110 denotes a current detection unit for detecting an output current of the inverter device 100; 120, a temperature detection unit attached to a radiating fin (not shown) of the inverter device; 130, a control signal for driving the main circuit unit 104; 131 is a transistor driving unit that drives the transistor 107 in accordance with a command from the control unit 130, and 140 is a display unit that displays the calculation result, setting data, and the like in the control unit 130. The power semiconductor elements constituting the main circuit section 104 are mounted on radiation fins (not shown).
[0006]
In FIG. 9, reference numeral 110 denotes a current detector that detects a current corresponding to a current flowing through the power semiconductor element, 120 denotes a radiator fin temperature detector that detects the temperature of the radiator fin, 20 denotes a detected current obtained from the current detector 110 and A transistor temperature estimating unit for estimating the junction temperature of the transistor from the detected temperature obtained by the radiating fin temperature detecting unit 120. A transistor temperature 21 for detecting a variation width of the junction temperature of the transistor and obtaining the number of thermal stresses indicating the degree of fatigue of the transistor. The change width thermal stress calculation unit 22 is a transistor life determining unit that determines that the number of thermal stresses has reached the fatigue limit, and 140 is a display unit that displays an alarm when the number of thermal stresses reaches the fatigue limit. In the drawing, a diode temperature estimating unit 30, a diode temperature change width thermal stress calculating unit 31, and a diode life determining unit 32 are obtained by replacing a target with a diode instead of a transistor. The transistor temperature estimating unit 20, the transistor temperature change width thermal stress calculating unit 21 , And performs the same processing as that of the transistor life determining unit 22.
[0007]
FIG. 10 shows a junction temperature T inside the power semiconductor element accompanying the operation and stop of the inverter device._j 6 is a graph showing an example of a change in the graph. In the drawing, a curve 150 indicates a change in the junction temperature of the transistor or the diode obtained by the transistor temperature estimating unit 20 or the diode temperature estimating unit 30._jL0 , T_jL2 Is the minimum value, T_jU1 , T_jU2 Is the maximum value, T_jW1 , T_jW2 , T_jW3 Is the amplitude of the change in junction temperature (hereinafter referred to as the temperature change width).
[0008]
FIG. 11 is a flowchart of the operation of the transistor temperature change width thermal stress calculation unit 21 and the diode temperature change width thermal stress calculation unit 31. Hereinafter, the operation will be described mainly with reference to FIG. 11 and using the transistor 107 in FIGS. 8 to 10 as an example. In the transistor temperature change width thermal stress calculation unit 21 in FIG. 9, the junction temperature T of the transistor 107 in FIG._j It is determined whether or not the change in temperature has reached an extreme value from rising to falling or from falling to rising as shown by a curve 150 in FIG. 10, it is determined that the temperature change value is the maximum value or the minimum value, and the temperature change width is obtained. The thermal stress is calculated from this temperature change width. Hereinafter, a specific operation will be described with reference to the flowchart of FIG. Step 411 in FIG. 11 corresponds to the junction temperature T of the transistor 107._j Is the maximum or minimum, and if it is not the maximum or minimum, the process proceeds to NO and exits without processing.
[0009]
Also, the transistor junction temperature T_j If the value is maximum or minimum, the process proceeds to YES, and in step 412, the difference between the minimum value and the next maximum value or the difference ΔT between the maximum value and the next minimum value_jW, Ie, ΔT in FIG._jW1 , ΔT_jW2 , ΔT_jW3 Then, in the next step 413, the lifetime of the transistor 107 in FIG. 8 is replaced with the thermal stress caused by the temperature change, and the thermal stress for one temperature change width is calculated by the following equation, and is set as the number of thermal stresses.
ΔSt₁ = (ΔT_jW/ ΔT_js)^Two ・ 1/2
Here, ΔSt₁ Is the number of thermal stresses for one temperature change width, ΔT_jWIs the temperature change width, ΔT_jsIs a reference temperature difference used as a reference when replacing the lifetime of the transistor 107 of the main circuit portion 104 with the allowable number of thermal stresses.
[0010]
Next, at step 414, the transistor temperature change width thermal stress frequency St which is the accumulated value₁ In addition, the number of thermal stresses ΔSt due to one temperature change width₁ And add
St₁← St₁+ ΔSt₁
St₁ , And becomes the end.
As described above, the junction temperature T of the transistor_j Is an extreme value, the transistor temperature change width thermal stress frequency St₁ Will be updated.
[0011]
Next, in the transistor life determining unit 22 of FIG. 9, the transistor temperature change width thermal stress count St calculated by the transistor temperature change width thermal stress calculation unit 21 is described.₁ And the allowable number of thermal stresses St of the transistor obtained from the preset unique life of the transistor 107_max To determine whether the transistor 107 has reached fatigue and determine the transistor temperature change width thermal stress frequency St₁ Exceeds the allowable number of times of thermal stress, an alarm is displayed on the display unit 140 in FIG.
[0012]
Although the transistor 107 among the power semiconductor elements has been described above, the same applies to the diodes 105 and 108, and a description thereof will be omitted.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, regarding the life of the power semiconductor element used in the main circuit section 104 of the conventional inverter device 100, the fatigue caused by the temperature change of the heat generated in the power semiconductor element is reduced by the heat change caused by the temperature change width. They considered it as stress and made a judgment.
Also, in mounting a power semiconductor element, die bonding on a wiring board is increasing. That is, FIG. 12 is an enlarged view of a main part of the mounting of the transistor 107 of the inverter unit 102 constituting the main circuit unit 104 of the inverter device 100 of FIG. 8, and the transistor 107 emits heat from the transistor 107 as illustrated. Is held on a heat spreader 160 via a joining member 161 and is connected to a lead 164 on a wiring board 163 by a bonding wire 162, and 165 is a radiation fin.
FIG. 12 shows an example of the transistor 107 as the power semiconductor element, but the same applies to the case of the diodes 105 and 108.
[0014]
The conventional device treats the transistor 107 and the heat spreader 160 in FIG. 12 together at the same temperature in heat stress, but for a machine tool that requires a sharp rise and fall, or for normal rotation and reverse rotation. In applications such as cargo handling with a high repetition frequency, it is necessary to consider the temperature difference generated between the power semiconductor element such as the transistor 107 and the heat spreader 160 due to a rapid change in the current flowing through the power semiconductor element. There is a problem that the fatigue of the joining member 161 between the power semiconductor element and the heat spreader cannot be sufficiently determined.
[0015]
In addition, since alarm processing is performed when the level of fatigue destruction that reaches the end of the life of the power semiconductor element is reached, life extension measures such as improving the use of the inverter device cannot be performed before the end of the life. was there.
[0016]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and can determine the fatigue of a joining member in consideration of a temperature difference generated between a power semiconductor element and a heat spreader. It is an object of the present invention to provide an inverter device capable of extending the life of an inverter, such as improving its use, before the end of its life.
[0017]
[Means for Solving the Problems]
The inverter device according to the present invention includes a detection current from a current detection means for detecting a current corresponding to a current flowing through the power semiconductor element and a detection from a temperature detection means for detecting a temperature corresponding to heat generated in the power semiconductor element. A temperature change width heat stress calculating means for calculating and integrating the thermal stress of the power semiconductor element based on the amplitude in the change of the estimated temperature of the power semiconductor element estimated by the temperature estimating means in accordance with the temperature, and The thermal stress of the power semiconductor element is calculated based on the rate of change, and the output of the temperature change rate thermal stress calculating means to be integrated and the inherent allowable thermal stress of the power semiconductor element are used to calculate the thermal stress of the power semiconductor element. And a life calculating means for calculating the life.
[0018]
In addition, the inverter device of the present invention is characterized in that the detected current from the current detecting means for detecting the current corresponding to the current flowing through the power semiconductor element and the temperature detecting means for detecting the temperature corresponding to the heat generated in the power semiconductor element The temperature of the power semiconductor element is estimated by the temperature estimating means in accordance with the detected temperature of the power semiconductor element, and the amplitude in the change of the estimated temperature of the power semiconductor element is changed for each set time set by the operation time setting means for setting the operation time. A temperature change width per set time for calculating the thermal stress of the power semiconductor element based on the thermal stress calculating means, and a rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the operation time setting means. And thermal stress per set time calculated based on the output of the heat stress calculating means and the expected life span The allowable thermal stress per set time obtained from the expected life time of the power semiconductor element set by the interval setting means, and determine whether the calculated life of the power semiconductor element exceeds the expected life time. And means for determining the life per set time.
[0019]
In addition, the inverter device of the present invention is characterized in that the detected current from the current detecting means for detecting the current corresponding to the current flowing through the power semiconductor element and the temperature detecting means for detecting the temperature corresponding to the heat generated in the power semiconductor element The temperature of the power semiconductor element is estimated by the temperature estimating means in accordance with the detected temperature of the power semiconductor element, and the amplitude in the change of the estimated temperature of the power semiconductor element is changed for each set time set by the operation time setting means for setting the operation time. Based on the rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the temperature change width per set time and the operating time setting means for calculating the thermal stress of the power semiconductor element based on the calculated heat stress. Temperature change rate per set time for calculating the thermal stress of the power semiconductor element Lifetime for estimating the operable life of the power semiconductor element based on the output of the thermal stress calculating means Those having a constant section.
[0020]
Further, the inverter device according to the present invention is characterized in that the temperature detection means detects a current corresponding to the current flowing through the power semiconductor element and a temperature corresponding to the heat generated in the power semiconductor element. Expected life time setting means for estimating the temperature of the power semiconductor element by the temperature estimating means according to the detected temperature of the power semiconductor element and setting the expected life time of the power semiconductor element, and operating time setting means for setting the operation time And an operating time check selecting means for determining whether or not at least one of the life of the power semiconductor element and the estimating of the life of the power semiconductor element in the operating time set by the operating time setting means is effective. Setting data storage means for storing setting data; and a power semiconductor based on an amplitude of a change in estimated temperature of the power semiconductor element when the operation time check selection is invalid. Calculates and accumulates the thermal stress of the element, and if effective, furthermore, calculates the thermal stress of the power semiconductor element at every set time. Calculates and integrates the thermal stress of the power semiconductor element based on the rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor element, and further calculates the thermal stress of the power semiconductor element at set time intervals if effective. Temperature change rate per set time heat stress calculating means, output of temperature change rate per set time heat stress calculating means and temperature change rate per set time heat stress calculating means when operation time check selection is disabled, and power semiconductor element It is determined whether the power semiconductor element has reached the end of its life by comparing the thermal stress with the specific thermal stress of the power semiconductor element. The rate of temperature change per set time The heat stress per set time calculated based on the output of the heat stress calculating means is compared with the allowable heat stress per set time obtained from the expected life time set by the expected life time setting means. Means for determining whether the life of the power semiconductor element does not exceed the expected life time, and means for estimating the operable life of the power semiconductor element when the operation time check selection is valid. It is provided with.
[0021]
Furthermore, the inverter device according to the present invention is provided with display means for displaying the output of the life determining means, the life determining means per set time, or the life estimating means.
[0022]
[Action]
In the inverter device according to the present invention, the life calculation means calculates and integrates the thermal stress of the power semiconductor element based on the amplitude of the change in the estimated temperature of the power semiconductor element. The thermal stress of the power semiconductor element is calculated based on the rate of change in the estimated temperature of the semiconductor element, and the output of the temperature change rate thermal stress calculating means to be integrated and the inherent allowable thermal stress of the power semiconductor element are used. Since the life of the power semiconductor element is calculated, the temperature difference generated between the power semiconductor element and the heat spreader due to a sudden change in the current flowing through the power semiconductor element is also taken into account.
[0023]
Further, in the inverter device according to the present invention, the life determining unit for the set time has the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the operating time setting unit for setting the operating time for comparing the life times. The temperature change width per set time for calculating the thermal stress of the power semiconductor element based on the amplitude, and the rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the thermal stress calculating means and the operating time setting means. The thermal stress per set time is calculated based on the output of the thermal stress calculating means and the thermal stress per set time calculated based on the output of the thermal stress calculating means based on the thermal stress of the power semiconductor element based on the calculated thermal stress of the power semiconductor element. By comparing with the allowable thermal stress per set time obtained from the expected life time, the calculated life of the power semiconductor element exceeds the expected life time. Since whether or not is determined, it is possible to determine whether only operable expected life time operating set time.
[0024]
In addition, in the inverter device according to the present invention, the life determining means is configured to determine an operating time based on the amplitude of the change in the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the operating time setting means for setting the operating time for comparing the life times. The temperature change width per set time for calculating the thermal stress of the power semiconductor device, and the power based on the rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor device for each set time set by the operating time setting device. The operable life of the power semiconductor element is estimated based on the output of the thermal stress calculating means for calculating the thermal stress of the power semiconductor element per set time, so that the operable life can be known.
[0025]
Further, according to the inverter device of the present invention, the operation time check selection means determines the life or the life of the power semiconductor element during the operation time set by the operation time setting means for setting the operation time for comparing the life times. A choice is made as to whether at least one of the estimations is to be performed.
Further, the temperature change width thermal stress calculating means of the present invention calculates the thermal stress of the power semiconductor element based on the amplitude in the change of the estimated temperature of the power semiconductor element when the operation time check selection is invalid. Integrate, and if effective, further calculate the thermal stress of the power semiconductor element at set time intervals.
Further, when the operation time check selection is invalid, the temperature change rate per set time thermal stress calculating means of the present invention calculates the thermal stress of the power semiconductor element based on the rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor element. Calculation and integration are performed, and if effective, the thermal stress of the power semiconductor element is further calculated every set time. In addition, when the operation time check selection is invalid, the output of the temperature change width heat stress calculating means and the temperature change rate heat stress calculating means per set time is determined by the power semiconductor. The power semiconductor element is compared with the intrinsic thermal stress of the element to determine whether the power semiconductor element has reached the end of its life. If the power semiconductor element is valid, the temperature change width per set time heat stress calculating means and the temperature change rate per set time heat stress calculation The thermal stress per set time calculated based on the output of the means is compared with the allowable thermal stress per set time obtained from the expected life time set by the expected life time setting means, and the life of the power semiconductor element is expected. Determine whether the life time has been exceeded. Further, the life estimation means of the present invention estimates the operable life of the power semiconductor element when the operation time check selection is valid.
[0026]
Still further, according to the inverter device of the present invention, the display means displays the output of the life determining means, the life determining means per set time, or the life estimating means. It is possible to easily determine whether or not the operation can be performed only for the expected life and the operable life in the operation for the set time.
[0027]
【Example】
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram of a control unit that determines the life of a power semiconductor device according to an embodiment of the present invention. In the drawings, the same reference numerals as those in FIGS. 8 to 12 indicate the same or corresponding parts. Reference numeral 23 denotes the number of times of thermal stress of the transistor 107 as a power semiconductor element, based on the rate of temperature change of the transistor 107 in FIG. A transistor temperature change rate thermal stress calculation section for integrating, a transistor life calculation section for calculating the life of the transistor based on the outputs of the transistor temperature change width heat stress calculation section and the transistor temperature change rate heat stress calculation section; Reference numeral 33 denotes a diode temperature change rate thermal stress calculator for calculating and integrating the number of thermal stresses of the diodes 105 and 108 based on the ratio of temperature change of the diodes 105 and 108 in FIG. Based on the output of the thermal stress calculator 33 and the diode temperature change rate. A diode lifetime calculator for calculating the life of over de 105 and 109. Reference numeral 38 denotes a transistor temperature change width thermal stress calculation unit 21, a transistor temperature change rate thermal stress calculation unit 23, a transistor life determination unit 22a, a diode temperature change width heat stress calculation unit 31, a diode temperature change rate heat stress calculation unit 33, A storage unit 39 for storing output data of the diode life determining unit 32a is a setting unit for setting a unique life of the transistor and the diode.
[0028]
FIG. 2 shows the junction temperature T inside the power semiconductor element when the inverter device starts and stops._j And temperature change rate | dT_j 6 is a graph showing an example of a change in / dt |. In the figure, a curve 151 represents a junction temperature T of the power semiconductor element._j Curve 152 shows the junction temperature T_j Junction temperature T corresponding to the change of_j Change rate (temperature change rate | dT_j / Dt |) to calculate the number of thermal stresses in consideration of the temperature difference generated between the transistor 107 and the heat spreader 160 in FIG. 12 due to the heat generated by the rapid change in the current flowing through the power semiconductor element. use.
[0029]
FIG. 3 is a flowchart of the operation of the transistor temperature change rate thermal stress calculator 23 and the diode temperature change rate thermal stress calculator 33 of FIG. Hereinafter, the operation of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 with reference to the flowchart of FIG. 3 and the transistor 107 of FIG. 8 as an example. First, in step 501, the transistor temperature change rate thermal stress calculator 23 in FIG. 1 outputs the transistor junction temperature T in FIG._j From the time change curve 151, the rate of temperature change (hereinafter referred to as the temperature change rate) ΔT_jaFor example, the transistor junction temperature T within a very short fixed time Δt set in advance._j Of the temperature change width of
ΔT_ja= | ΔT_j / Δt |
Is calculated as
Next, at step 502, the temperature change rate ΔT_jaIs a specific expression of the power semiconductor element, for example, ΔSt_Two = M (n · | ΔT_ja｜)^k , The temperature change rate per Δt time, the number of thermal stresses ΔSt_Two Is calculated. Here, m, n, and k are constants determined by the shape of the power semiconductor element and the material of the member.
[0030]
Next, at step 503, the temperature change rate per Δt time the number of heat stress times ΔSt_Two And a predetermined value ΔSt_2SIs compared with ΔSt_Two <ΔSt_2SIn this case, the process proceeds to NO and exits without processing.
Also, ΔSt_Two ≧ ΔSt_2SIn the case of, the process proceeds to YES, and in step 504, the transistor temperature change rate thermal stress frequency St, which is the integrated value,_Two The temperature change rate per Δt time The number of thermal stresses ΔSt_Two And add
St_Two ← St_Two + ΔSt_Two
St_Two , And becomes the end.
[0031]
In the flowchart of FIG. 3, the temperature change rate per Δt time the number of heat stress times ΔSt_Two Is a predetermined value ΔSt_2SOnly in the above case, the transistor temperature change rate thermal stress frequency St_Two , But may be added without determining the magnitude.
[0032]
Next, in the transistor life calculator 22a of FIG. 1, the number of thermal stresses St is calculated by the transistor temperature change width thermal stress calculator 21 and the integrated transistor temperature change width thermal stress number St is calculated.₁ And the transistor temperature change rate thermal stress number St calculated and integrated by the transistor temperature change rate thermal stress calculation unit 23_Two And
St = St₁ + St_Two
Allowable number of times of thermal stress St obtained from a preset lifetime unique to transistor 107_max It is determined whether or not the transistor 107 has reached fatigue. If the number of thermal stresses St exceeds the allowable number of thermal stresses, the life of the transistor 107 with respect to the display unit 140 in FIG. Performs alarm processing such as an alarm display command to indicate that the alarm has become invalid.
Also, the allowable thermal stress frequency St_max Is subtracted from the number of times of thermal stress St, and the predetermined life of the transistor 107 is set to t._max And the remaining life time t_rem ,
t_rem = T_max × ｛(St_max −St) / St_max ｝
A display command is issued to the display unit 140 of FIG. 1 as the remaining life time.
[0033]
Further, the number of thermal stresses St shown in FIGS.₁ , St_Two Is repeatedly started after the power supply of the inverter device is turned on, and the number of times of the thermal stress St is constant.₁ , St_Two Is integrated.
In the above description, the transistor temperature change width due to one temperature change width The number of thermal stress times ΔSt₁ Is calculated, the junction temperature T of the transistor 107 during the operation of the inverter device 100 is calculated._j In the above example, the maximum value and the minimum value are determined based on whether or not the values are extreme values.₁ For the calculation, the temperature estimated by the transistor temperature estimating unit 20 according to the detected current detected by the current detecting unit 110 and the detected temperature detected by the radiating fin temperature detecting unit 120 when the power is turned on is used as the initial minimum value or maximum value. I do.
Also, the transistor temperature change width due to one temperature change width including power-off The number of thermal stress times ΔSt₁ Is calculated by determining the junction temperature T of the transistor 107 determined last when the power is turned off._j It is possible to cope with this by saving the extreme value of the above, the detected current and the detected temperature when the power is turned off in a storage unit (not shown), and performing the next operation when the power is turned on.
Since the number of thermal stresses obtained from the transistor temperature change width thermal stress frequency and the transistor temperature change rate thermal stress frequency as described above is compared with the allowable thermal stress frequency of the transistor, the transistor fatigue is determined. The transistor life can be determined in consideration of a temperature difference generated between the transistor and the heat spreader due to a rapid change in current flowing through the transistor.
Although the transistor 107 of FIG. 8 among the power semiconductor elements has been described above, the same applies to the diodes 105 and 108, and a description thereof will be omitted.
[0034]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a block diagram of a control unit for determining or estimating the life of a power semiconductor device according to another embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 1 indicate the same or corresponding parts, and a description thereof will be omitted. 38a denotes a transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit 24, a transistor cycle time temperature change rate heat stress calculation unit 25, a transistor cycle time life determination unit 26, a diode cycle time temperature change width heat stress calculation unit 34, a diode cycle time temperature. A storage unit for storing output data of the rate-of-change thermal stress calculating unit 35 and the diode cycle time life determining unit 36, and a setting unit 39a for setting a unique life of the transistor and the diode. 40 is the expected life t of the power semiconductor element in consideration of the joining members.₁ Expected life time setting unit 41 for setting the cycle time t for obtaining the average number of thermal stresses per set period_c The cycle time setting unit as the operation time setting means for setting the cycle time, the cycle time t set by the cycle time setting unit 41_c A cycle time check selection unit 43 for determining whether or not at least one of the life of the power semiconductor element or the estimation of the life of the power semiconductor element is to be performed, 43 is an expected life time setting unit 40, a cycle time setting unit 41, and a cycle The setting data storage unit stores the setting data set by the time check selection unit 42.
[0035]
In FIG. 24, when the selection of the cycle time check selection unit 42 is invalid, the thermal stress of the transistor 107 is calculated and integrated based on the amplitude in the change of the estimated temperature which is the output of the transistor temperature estimation unit 20 and is effective. , The cycle time t set by the cycle time setting unit 41_c This is a transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit that calculates thermal stress every time (generally set as the operation time of the cycle operation or the operation time from when the power is turned on to when the power is turned off). 25 is to calculate and accumulate the thermal stress of the transistor 107 based on the rate of change of the estimated temperature which is the output of the transistor temperature estimating section 20 when the selection of the cycle time check selecting section 42 is invalid. Is the cycle time t set by the cycle time setting unit 41_c A transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculating unit that calculates a thermal stress every time, and has a timer function for integrating the total operating time. Reference numeral 26 denotes an output of the transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit 24 and the output of the transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit 25 when the selection of the cycle time check selection unit 42 is invalid and a preset transistor 107 specific. It is determined whether or not the transistor 107 has reached fatigue by comparing with the allowable number of times of thermal stress obtained from the life of the transistor. Comparing the number of thermal stresses per cycle time calculated based on the output of the thermal stress calculating unit 25 with the allowable number of thermal stresses per cycle time obtained from the expected life time set by the expected life time setting means 40; It is determined whether the lifetime of the transistor 107 has exceeded the expected lifetime. A transistor cycle time life determination part for. Reference numeral 27 denotes the heat per cycle time calculated based on the outputs of the transistor cycle time temperature change width thermal stress calculator 24 and the transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculator 25 when the selection of the cycle time check selector 42 is valid. This is a transistor life estimation unit that estimates the operable life of the transistor 107 from the number of times of stress. Reference numeral 34 denotes a diode cycle time temperature change width thermal stress calculation unit, 35 denotes a diode cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit, 36 denotes a diode cycle time life determination unit, and 37 denotes a diode life estimation unit. The transistor of the transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit 24, the transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit 25, the transistor cycle time life determination unit 26, and the transistor life determination unit 27 are replaced with diodes. Since they have the same function, the description is omitted.
[0036]
FIG. 5 is a flowchart of the calculation in the transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit 24 and the diode cycle time temperature change width heat stress calculation unit 34 in FIG. Hereinafter, the transistor 107 of the arithmetic units 24 and 34 according to the second embodiment of the present invention will be described as an example.
First, it is checked from step 420 whether the selection of the cycle time check selection unit 42 in FIG. 4 is valid or invalid. Here, if YES is valid, it is checked in step 421 whether the flag 1 is ON during the cycle time check processing. If NO (OFF), the timer time is checked in step 422 to confirm the cycle time. t is initialized to start counting, and the transistor temperature change width thermal stress frequency St₁ Is the initial value St of the number of thermal stresses of the transistor temperature change width per cycle time._TenAnd the flag 1 is turned ON during the cycle time check processing. When NO is determined to be invalid in step 420 and YES (ON) is determined in step 421, the process proceeds to step 423 without any processing.
[0037]
Next, the junction temperature T of the transistor 107 estimated by the transistor temperature estimating unit 20 in step 423 of FIG._j Is maximum or minimum, and if NO is not maximum or minimum, the process ends without any processing.
Here, if the step 423 becomes YES, the step 424 executes a single temperature change width ΔT similarly to the steps 412 to 414 in FIG._jwIs calculated, and the number of thermal stresses ΔSt for one temperature change width is calculated.₁ And the transistor temperature change width thermal stress frequency St which is an integrated value₁ (St)₁ ← St₁ + ΔSt₁ ).
[0038]
Next, in step 425, it is checked whether the selection of the cycle time check selection unit 42 is valid or invalid. If NO is invalid, the process ends without any processing. Here, in the case of valid YES, t counted in step 426 is the cycle time t set by the cycle time setting unit 41 in FIG._c Check if t <t_c In the case of, exit to the end without processing. Also, t ≧ t_c , The process proceeds to the next step 427, where the transistor temperature change width thermal stress frequency St₁ Is the cycle time t_c Transistor temperature change width after operation Thermal stress frequency St₁₁And the number of times the transistor temperature change width thermal stress per cycle time St_1cAs the above St₁₁And St_TenAnd St, St_1c, St₁₁Is transmitted to the transistor cycle time life determination unit 26 in FIG. 4, and the flag 1 during the cycle time check processing is turned off.
[0039]
FIG. 6 is a flowchart of the calculation in the transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit 25 and the diode cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit 35 in FIG. Hereinafter, among the operations of the calculation units 25 and 35 according to the second embodiment of the present invention, the transistor 107 in FIG. 8 will be described as an example.
First, at step 520, it is checked whether the selection of the cycle time check selector 42 in FIG. 4 is valid or invalid. Here, if the validity is YES, it is checked in step 521 whether or not the flag 2 during the cycle time check processing is ON, and if NO (OFF), the time t is initialized in step 522 to confirm the cycle time. And the transistor temperature change rate thermal stress frequency St_Two Is the initial value St of the number of thermal stresses of the transistor temperature change rate per cycle time.₂₀And the flag 2 is turned ON during the cycle time check process. If NO in step 520 and NO (YES) in step 521, the process proceeds to step 523 without any processing.
[0040]
Next, at step 523, as in steps 501 to 504 of FIG._jaAnd the temperature change rate ΔT_jaStress times ΔSt_Two And the transistor temperature change rate thermal stress frequency St, which is an integrated value._Two (St)_Two ← St_Two + ΔSt_Two ).
[0041]
Next, at step 524, it is checked whether the selection of the cycle time check selection section 42 is valid or invalid. If NO is invalid, the process goes to the end without any processing. Here, in the case of valid YES, t counted in step 525 is the cycle time t._c Check if t <t_c In the case of, exit to the end without processing. Also, t ≧ t_c , The process proceeds to step 526, where the transistor temperature change rate thermal stress frequency St_Two Is the cycle time t_c Transistor temperature change rate after operation Thermal stress frequency St_{twenty one}And the number of thermal stresses of the transistor temperature change rate per cycle time St_2cAs the above St_{twenty one}And St₂₀And St, St_2c, St_{twenty one}Is transmitted to the transistor cycle time life determination unit 26 in FIG. 4, and the flag 2 during the cycle time check processing is turned off.
[0042]
FIG. 7 is a flowchart of the life judgment of the transistor cycle time life judgment unit 26 and the diode cycle time life judgment unit 36 of FIG. Hereinafter, the transistor 107 of the determination units 26 and 36 according to the second embodiment of the present invention will be described as an example. First, at step 600, it is checked whether the selection of the cycle time check selector 42 in FIG. 4 is valid or invalid. Here, if the validity is YES, it is continuously checked in step 601 whether the flag 3 during the cycle time check process is ON, and if NO (OFF), the timer time t is initialized in step 602 to confirm the cycle time. To start counting and turn on the 3 flag during the cycle time check process.
Next, t counted in step 603 is the cycle time t_c Check if t <t_c In the case of, exit to the end without processing.
Here, t ≧ t_c If, the next step 604 is executed. That is, in this step, the transistor temperature change width thermal stress number St output from the transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit 24 and the transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit 25₁₁, The transistor temperature change width per cycle time, the number of thermal stresses St_1c, Transistor temperature change rate thermal stress frequency St_{twenty one}And the transistor temperature change rate per cycle time Thermal stress frequency St_2cAnd the number of transistor thermal stresses St per cycle time_c To St_c = St_1c+ St_2cIs calculated as
Next, the expected life time t set by the expected life time setting unit 40 in FIG.₁ And the cycle time t set by the cycle time setting unit 41_c And the allowable number of times of transistor thermal stress St obtained from the preset unique life of transistor 107_max And transistor temperature change width thermal stress frequency St₁₁And transistor temperature change rate Thermal stress frequency St_{twenty one}And the total operation time t_Two From the following equation, the allowable number of thermal stresses per cycle time St of the transistor St_cmax,
St_cmax= ｛St_max − (St₁₁+ St_{twenty one})｝ × (t_c / T₁ -T_Two )
During the cycle time check processing, the 3 flag is turned off.
[0043]
Next, at step 605, the number of transistor thermal stresses St per cycle time St_c Is the allowable number of thermal stresses St per cycle time of the transistor_cmaxCheck whether or not St_c <St_cmaxIn the case of, exit to the end without processing, St_c ≧ St_cmaxIn step 606, the cycle time t_c The life of the transistor 107 in the case where the operation set as₁ Therefore, an alarm process such as an alarm display command for the display unit 140 in FIG. 4 is performed.
[0044]
If the selection of the cycle time check selection unit 42 in the above step 600 is NO, the transistor cycle time temperature change width heat stress calculation unit 24 and the transistor cycle time temperature change rate heat stress shown in FIG. Transistor temperature change width thermal stress frequency St calculated by arithmetic unit 25₁ And transistor temperature change rate Thermal stress frequency St_Two The number of thermal stresses St of the transistor is obtained from₁ + St_Two ).
[0045]
Next, in step 611, the transistor allowable thermal stress number St obtained from the transistor thermal stress number St and the preset unique life of the transistor 107_max And St <St_max In the case of, exit to the end without processing, St ≧ St_max In the case of, an alarm process such as an alarm display command to the display unit 140 in FIG.
[0046]
The process of the transistor life estimation unit 27 in FIG. 4 will be described below. Transistor allowable thermal stress frequency St obtained from a preset unique life of transistor 107_max And transistor temperature change width thermal stress frequency St₁₁, The transistor temperature change width per cycle time, the number of thermal stresses St_1cAnd transistor temperature change rate Thermal stress frequency St_{twenty one}, Transistor temperature change rate per cycle time Thermal stress frequency St_2cThe cycle time t set by the cycle time setting unit 41_c And the operable life t by the following equation_r And estimate
t_r = [｛St_max − (St₁₁+ St_{twenty one})｝ / (St_1c+ St_2c)] × t_c
Output to the display unit 140.
As described above, based on the number of thermal stresses of the transistor temperature change per cycle time and the number of thermal stresses of the transistor temperature change per cycle time, the expected life of the transistor is compared with the allowable number of thermal stresses per cycle time of the transistor. Judgment as to whether the battery can be used only for its lifetime and estimation of the operable lifetime of the transistor have been made.Accurately considering the temperature difference generated between the transistor and the heat spreader due to a sudden change in the current flowing through the transistor, It becomes possible to judge whether the transistor can be used up to the expected life and to estimate the operable life of the transistor.
[0047]
In the above, the transistor 107 of the power semiconductor element has been described, but the same applies to the diodes 105 and 108, and the description is omitted.
[0048]
In the above embodiment, the transistor cycle time life judging unit 26 and the transistor life estimating unit 27 are shown as being independent and connected in series. However, they may be used alone or in parallel. The life determination of the transistor cycle time life determination unit 26 and the life estimation of the transistor life estimation unit 27 may be performed together, and the results may be displayed simultaneously. In this case, the transistor cycle time life determination unit 26 and the transistor life The same effect can be obtained by combining the estimation unit 27 and one processing unit.
[0049]
In the above-described embodiment, an example has been described in which the setting data of the expected life time setting unit 40, the cycle time setting unit 41, and the cycle time check selection unit 42 are temporarily stored in the setting data storage unit 43. The cycle time setting unit 41 and the cycle time check selection unit 42 are, for example, using a counter, a volume, or the like, and the transistor cycle time temperature change width heat stress calculation unit 24, the transistor cycle time temperature change rate heat stress calculation unit 25, the transistor cycle time The life determination unit 26 and the transistor life estimation unit 27 and the like may directly go to the setting data at the time of processing.
[0050]
In the above embodiment, the transistor allowable thermal stress frequency St_max Is determined from the preset unique life of the transistor 107. However, the transistor allowable thermal stress frequency St_max May be set in advance, or may be set using input means.
[0051]
Further, in the above-described embodiment, an example in which three phases of the output current of the inverter unit are detected as the current detection unit 110 has been described. However, the output currents of the two phases may be detected and the other one phase may be calculated and obtained. An equivalent effect can be obtained. Further, as a simple method, it is possible to detect the output current for one phase, assuming that the respective phases are equivalent.
[0052]
Further, in the above embodiment, an example in which the output current of the inverter unit is detected has been described. However, it is sufficient if a current corresponding to the current flowing through the power semiconductor element can be detected. It may be provided, or a current flowing directly to the power semiconductor element may be detected.
[0053]
Further, in the above embodiment, the example in which the temperature of the radiation fin is detected is shown. However, it is sufficient that the temperature corresponding to the heat generated in the power semiconductor element can be detected. May be provided in the vicinity of the semiconductor element for use.
[0054]
Further, in the above embodiment, the example of the transistor and the diode has been described as the power semiconductor element. However, the same applies to a thyristor, a GTO (gate turn-off thyristor), a MOS FET (Metal oxide semiconductor field effect transistor) and the like.
[0055]
In the above embodiment, a three-phase inverter device has been described. However, the present invention can be similarly applied to a single-phase inverter device or a multi-phase inverter device, and can be applied to a DC power supply device other than the inverter device. .
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the inverter device of the present invention, the life determining means calculates and integrates the thermal stress of the power semiconductor element based on the amplitude of the change in the estimated temperature of the power semiconductor element. The output of the temperature change rate thermal stress calculating means for calculating and integrating the thermal stress of the power semiconductor element based on the rate of change in the estimated temperature of the power semiconductor element with the calculating means and the inherent allowable thermal stress of the power semiconductor element Use to calculate the life of the power semiconductor element, so more accurate power semiconductor element taking into account the temperature difference between the power semiconductor element and the heat spreader caused by the sudden change in the current flowing through the power semiconductor element Calculation of the life of the camera.
[0057]
Further, according to the inverter device of the present invention, the life determining unit per set time determines the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the operating time setting unit that sets the operating time for comparing the life time. Temperature change width per set time for calculating the thermal stress of the power semiconductor element based on the amplitude in the power semiconductor element based on the rate of temperature change for each set time set by the heat stress calculation means and the operation time setting means The rate of change in temperature per set time for calculating the thermal stress of the heat stress is calculated from the heat stress per set time calculated based on the output of the heat stress calculating means and the expected life time of the power semiconductor device set by the expected life time setting means. Compared with the allowable heat stress per set time, it is possible to judge whether it is possible to operate for the expected life time at the set time operation. Ri, life treatment, such as better use such as load conditions and frequency of use of the inverter device becomes possible.
[0058]
Further, according to the inverter device of the present invention, the life estimating means sets the amplitude in the change of the estimated temperature of the power semiconductor element for each set time set by the operation time setting means for setting the operation time for comparing the life times. Temperature change width per set time for calculating the thermal stress of the power semiconductor device based on the ratio of the estimated temperature change of the power semiconductor device for each set time set by the heat stress calculating means and the operation time setting means. The operating life of the power semiconductor device is estimated based on the output of the temperature change rate thermal stress calculating means for calculating the thermal stress of the power semiconductor device. The timing can be predicted.
[0059]
Furthermore, according to the inverter device of the present invention, the operation time check selection means determines the life of the power semiconductor element or determines the life of the power semiconductor element at the set time set by the operation time setting means for setting the operation time for comparing the life times. It is possible to select whether to perform at least one of the estimations or to judge the life of the power semiconductor element based on the integrated thermal stress of the power semiconductor element. Since the temperature change rate per unit heat stress calculating means and the life determining means per set time can handle both the heat stress per set time and the integrated heat stress by selecting the operation time check selecting means, for example, use of an inverter device When the method is decided or changed, it is set by the expected life time setting means using the heat stress per set time. Judgment as to whether or not it is possible to operate for the expected life time at the set time operation by comparing with the allowable thermal stress per set time obtained from the expected life time of the power semiconductor element, or estimation of the operable life of the power semiconductor element When the inverter device is operated without changing the usage method, it is possible to appropriately use the inverter device by judging whether or not the power semiconductor element has reached the end of its life by using the integrated thermal stress. When the usage method is determined or changed, life extension measures such as improving the usage method such as the load condition and frequency of use of the inverter device can be performed, and the time for replacing the power semiconductor element or the inverter device can be determined. Lifetime management of power semiconductor elements in accordance with the progress, which enables the life of power semiconductor elements to be determined when operating in use. It can become.
[0060]
Further, according to the inverter device of the present invention, there is provided a display means for displaying the output of the life determining means, the life determining means per set time or the life estimating means, the life of the power semiconductor element, and the expected life in the operation for the set time. Only if it is operable or not, and the operable life in the set time of operation can be easily determined, so that it is possible to determine the life and extend the life of the inverter device by improving the method of using the inverter device and the like. The replacement time can be predicted.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a control unit that determines the life of a power semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a junction temperature T of a power semiconductor element when the inverter device according to the first embodiment of the present invention is operated and stopped._j And temperature change rate | dT_j 6 is a graph showing an example of a change in / dt |.
FIG. 3 is a flowchart of a calculation performed by a transistor temperature change rate thermal stress calculator and a diode temperature change rate thermal stress calculator according to the first embodiment of the present invention;
FIG. 4 is a configuration diagram of a control unit that determines or estimates the life of a power semiconductor device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of a calculation performed by a transistor cycle time temperature change width thermal stress calculation unit and a diode cycle time temperature change width thermal stress calculation unit according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 6 is a flowchart of a calculation performed by a transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit and a diode cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 7 is a flowchart of a life determination of a transistor cycle time life determination unit and a diode cycle time life determination unit according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a configuration diagram of an inverter device common to the related art and the present invention.
FIG. 9 is a configuration diagram of a control unit that determines the life of a power semiconductor element in a conventional inverter device.
FIG. 10 shows a junction temperature T of a power semiconductor element during operation and stop of the inverter device._j FIG. 6 is a diagram showing an example of a change in the data.
FIG. 11 is a flowchart of a calculation performed by a conventional transistor temperature change width thermal stress calculation unit and a diode temperature change width thermal stress calculation unit.
FIG. 12 is an enlarged view of a main part in mounting a transistor constituting a main circuit part of a conventional inverter device and an inverter device common to the present invention.
[Explanation of symbols]
Reference Signs List 20 transistor temperature estimator, 21 transistor temperature change width thermal stress calculator, 22 transistor life determiner, 22a transistor life calculator, 23 transistor temperature change rate thermal stress calculator, 24 transistor cycle time temperature change width thermal stress calculator, 25 transistor cycle time temperature change rate thermal stress calculation unit, 26 transistor cycle time life determination unit, 27 transistor life estimation unit, 30 diode temperature estimation unit, 31 diode temperature change width thermal stress calculation unit, 32 diode life determination unit, 32a diode Life calculation section, 33 diode temperature change rate thermal stress calculation section, 34 diode cycle time temperature change width heat stress calculation section, 35 diode cycle time temperature change rate thermal stress calculation section, 36 diode size Time life judgment section, 37 diode life estimation section, 38, 38a storage section, 39, 39a life setting section, 40 expected life time setting section, 41 cycle time setting section, 42 cycle time check selection section, 43 setting data storage section , 100 inverter device, 101 converter device, 102 inverter unit, 103 smoothing circuit unit, 104 main circuit unit, 105 diode, 106 smoothing capacitor, 107 transistor, 108 feedback diode, 110 current detecting unit, 120 temperature detecting unit, 130, 130a , 130b control unit, 131 transistor drive unit, 140 display unit, 160 heat spreader, 161 bonding member, 162 bonding wire, 163 wiring board, 164 lead, 165 radiating fin, 200 AC power supply, 300 induction motor.

Claims

In an inverter device having a plurality of power semiconductor elements mounted on a heat spreader, a current detecting means for detecting a current flowing in the power semiconductor element or a current corresponding to the current, and detecting heat generated in the power semiconductor element. Temperature detecting means for detecting a temperature corresponding to the temperature, temperature estimating means for estimating the temperature of the power semiconductor element according to the detected current from the current detecting means and the temperature detected from the temperature detecting means, and the temperature estimating means. The thermal stress of the power semiconductor element is calculated based on the amplitude of the change in the estimated temperature estimated by the means, and the temperature change width heat stress calculating means for integrating and the ratio in the change of the estimated temperature estimated by the temperature estimating means are calculated. Temperature change rate thermal stress calculating means for calculating and integrating thermal stress of the power semiconductor element based on the temperature change width thermal stress; A life calculating means for calculating the life of the power semiconductor element by using the output of the calculating means and the temperature change rate thermal stress calculating means and the inherent allowable thermal stress of the power semiconductor element. An inverter device characterized by the above-mentioned.

In an inverter device having a plurality of power semiconductor elements mounted on a heat spreader, a current detecting means for detecting a current flowing in the power semiconductor element or a current corresponding to the current, and detecting heat generated in the power semiconductor element. Temperature detecting means for detecting a temperature corresponding to the temperature, temperature estimating means for estimating the temperature of the power semiconductor element according to the detected current from the current detecting means and the temperature detected from the temperature detecting means, Expected life time setting means for setting the expected life time of the semiconductor element, operation time setting means for setting the operation time, and estimation performed by the temperature estimating means for each set time set by the operation time setting means A temperature change width thermal stress calculating means for calculating a thermal stress of the power semiconductor element based on an amplitude in a temperature change per set time; A temperature change rate per set time heat stress calculating means for calculating a thermal stress of the power semiconductor element based on a rate of change in the estimated temperature estimated by the temperature estimating means for each set time set by the turning time setting means; The thermal stress per set time calculated based on the outputs of the temperature change width per set time heat stress calculating means and the temperature change rate per set time heat stress calculating means, and the expected life set by the expected life time setting means. A permissible thermal stress per set time obtained from the time, and a life per set time determining means for determining whether the life of the power semiconductor element does not exceed the expected life time. Features inverter device.

In an inverter device having a plurality of power semiconductor elements mounted on a heat spreader, a current detecting means for detecting a current flowing in the power semiconductor element or a current corresponding to the current, and detecting heat generated in the power semiconductor element. Temperature detecting means for detecting a temperature corresponding to the temperature, temperature estimating means for estimating the temperature of the power semiconductor element according to the detected current from the current detecting means and the detected temperature from the temperature detecting means, Operating time setting means for setting, and a set time for calculating a thermal stress of the power semiconductor element based on an amplitude of a change in the estimated temperature estimated by the temperature estimating means for each set time set by the operating time setting means. A permissible temperature change width heat stress calculating means, and an estimated temperature estimated by the temperature estimating means for each set time set by the operation time setting means. Temperature change rate per set time heat stress calculating means for calculating the thermal stress of the power semiconductor element based on the rate of change, the temperature change width heat stress calculating means per set time, and the temperature change rate heat stress per set time. An inverter device comprising: a life estimating means for estimating an operable life of the power semiconductor element based on an output of a calculating means.

In an inverter device having a plurality of power semiconductor elements mounted on a heat spreader, a current detecting means for detecting a current flowing in the power semiconductor element or a current corresponding to the current, and detecting heat generated in the power semiconductor element. Temperature detecting means for detecting a temperature corresponding to the temperature, temperature estimating means for estimating the temperature of the power semiconductor element according to the detected current from the current detecting means and the temperature detected from the temperature detecting means, Expected life time setting means for setting the expected life time of the semiconductor element, operation time setting means for setting the operation time, and determination of the life of the power semiconductor element at the operation time set by the operation time setting means Operating time check selecting means for selecting whether or not to perform at least one of the estimations of the life; and the expected life time setting means, Setting data storage means for storing setting data set by the operating time setting means and the operating time check selecting means; and, when selection of the operating time check selecting means is invalid, the estimated temperature estimated by the temperature estimating means. The thermal stress of the power semiconductor element is calculated and integrated based on the amplitude of the change, and when effective, the thermal stress of the power semiconductor element is further calculated for each set time set by the operation time setting means. When the selection of the temperature change width per set time heat stress calculation means and the operation time check selection means is invalid, the heat of the power semiconductor element is determined based on the rate of change in the estimated temperature estimated in the temperature estimation time. The stress is calculated and integrated, and if effective, the thermal stress of the power semiconductor device is further set for each set time set by the operation time setting means. The temperature change rate per set time heat stress calculating means to be calculated and the temperature change width per set time heat stress calculating means and the temperature change rate per set time heat stress calculation when the selection of the operation time check selecting means is invalid. Comparing the output of the power semiconductor device with the inherent thermal stress of the power semiconductor device to determine whether the power semiconductor device has reached the end of its life; And the thermal stress per set time calculated based on the output of the temperature change rate thermal stress calculating means per set time and the allowable heat stress per set time obtained from the expected life time set by the expected life time setting means. And a life determining means for determining whether the life of the power semiconductor element has exceeded the expected life time. An inverter device for estimating the operable life of the power semiconductor element when the selection of the check selection unit is valid.

5. The inverter device according to claim 1, further comprising display means for displaying an output of the life determining means, the life determining means or the life estimating means per set time.