JP4249956B2 - パワーモジュールの検査方法および検査装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーモジュールを検査する方法に関し、特に、パワーモジュールの正確な絶縁状態を点検するための検査方法に関する。本発明は、特に、鉄道車両における車上パワーコンバータのパワーモジュールの検査に適用される。また、本発明は、本発明に係る検査方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
国際電気技術委員会（ＩＥＣ）規格１２８７−１は、鉄道車両における車上パワーコンバータの検査方法を開示しており、その目的は、完全に組み立てられたコンバータの正確な絶縁状態を点検することである。この方法では、コンバータおよびコレクタの主端子と、エミッタと、半導体部品の全てを制御するゲートとが互いに接続される。その後、互いに接続された端子と、パワーモジュールの構成部品を支持する絶縁基板を支持する金属ベースプレートとの間に交流電圧または直流電圧が印加されると、部分放電のレベルが測定される。
【０００３】
この種の検査方法は、パワーモジュールで使用される絶縁スタックの単なる一部でしかない基板に関連する絶縁しか検査できず、例えば構成部品の封入に関連する絶縁を検査できないという欠点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、電力端子間または様々な絶縁材料同士の界面で構成部品を覆う絶縁ゲル中の部分放電を検出することができる簡単且つ経済的なパワーモジュール検査方法を提案することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この目的のため、本発明は、コントロールゲートと、エミッタと、コレクタと、絶縁基板上の少なくとも１つの電力部品と、前記電力部品とアンチパラレルに接続されたダイオードとを有するパワーモジュールの検査方法において、直流電源に重畳された交流電源がパワーモジュールのコレクタとエミッタとの間に接続されたときに、エミッタとコレクタとの間で生じる部分放電を測定し、ダイオードが通電しないように、コレクタとエミッタとの間でモジュールによって受けられる電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たし、コントロールゲートとエミッタとの間に接続された直流電源によって検査中に電力部品がＯＦＦ状態に維持されることを特徴とするパワーモジュールの検査方法を提供する。
【０００６】
本発明の他の特徴によれば、パワーモジュールは、複数のエミッタと、複数のコレクタと、共通のコントロールゲートと、並列に接続された複数の電力部品と、各電力部品とアンチパラレルに接続された１つのダイオードとを有し、検査方法は、直流電源に重畳された交流電源がパワーモジュールのコレクタとエミッタとの間に接続されたときに、互いに電気的に接続されたエミッタと互いに電気的に接続されたコレクタとの間で生じる部分放電を測定し、ダイオードが通電しないように、コレクタとエミッタとの間でモジュールによって受けられる電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たし、共通のコントロールゲートとエミッタとの間に接続された直流電源によって検査中に電力部品がＯＦＦ状態に維持されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の特徴によれば、電力部品がＩＧＢＴである。
【０００８】
また、本発明は、前述した方法を実施するためのパワーモジュールの検査装置において、直流電源に重畳された交流電源に接続されるようになっている２つの端子と、２つの端子間の部分放電を測定するための手段とを有し、端子間の電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たすことを特徴とする検査装置を提供する。
【０００９】
本発明の他の特徴によれば、２つの端子は、交流電圧ジェネレータに直列な直流電圧ジェネレータに接続されるようになっている。
【００１０】
本発明の他の特徴によれば、２つの端子は、交流電圧ジェネレータに並列な直流電圧ジェネレータに接続されるようになっている。
【００１１】
本発明の他の特徴によれば、電源端子は、パワーモジュールの様々なコレクタ同士を接続する第１の回路と、パワーモジュールの様々なエミッタ同士を接続する第２の回路とにそれぞれ接続される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の目的、形態、利点は、本発明の特定の一実施形態に関する以下の説明によって更に明らかとなる。以下の説明は、非限定的な単なる一例として与えられており、添付図面と関連している。
【００１３】
図面の読み取りを容易にするため、本発明の理解に必要な構成部品のみが図示されている。各図面においては、同じ構成部品に同一の参照符号が付されている。
【００１４】
図１は、ＩＥＣ規格１２８７−１に準拠する従来技術の方法にしたがって検査される、鉄道車両における車上パワーコンバータのパワーモジュール１を示している。
【００１５】
検査されるパワーモジュ−ル１は、電気的に並列に接続され且つ金属ベースプレート８上に支持された３つの電力部品２を有している。図２に単独で詳細に示される各電力部品２は、ＩＧＢＴ３とアンチパラレル（逆平行）に接続された対応するダイオード４とを支持する絶縁基板５を有している。ダイオード４は、モジュール１内に電流を反転可能に形成する。ＩＧＢＴ３およびダイオード４は、従来通り、絶縁ゲルで覆われている。
【００１６】
各ＩＧＢＴ３は、コレクタ１０と、エミッタ１１と、ＯＮ／ＯＦＦ用の従来のコントロールゲート１２とを有している。３つのＩＧＢＴ３のコントロールゲート１２は、互いに接続されて、１つの共通の端子を形成している。この共通の端子は、図１に示されるパワーモジュール１の側方に配置されており、３つのＩＧＢＴ３の状態（ＯＮ／ＯＦＦ状態）を制御する。
【００１７】
ＩＥＣ規格１２８７−１に従う検査方法では、パワーモジュールの全ての接続子、すなわち、コレクタ１０とエミッタ１１とコントロールゲート１２とが第１の回路６によって互いに接続される。その後、検査装置２０により、第１の回路６と、金属ベースプレート８に接触する第２の回路７との間に、電圧が印加される。図示の例では、装置２０が交流電圧を供給する。また、これと同時に、測定機器２１により、第１の回路６と第２の回路７との間で、放電レベルが測定される。この種の検査方法は、絶縁基板５に関連する絶縁体しか検査できないという欠点を有している。
【００１８】
図３は、本発明の特定の一実施形態に係る検査方法によって検査される、図１に示されるパワーモジュール１を示している。この図において、パワーモジュールのコレクタ１０同士は、検査装置３０の第１の端子３１に接続された第１の回路１３によって、互いに電気的に接続されている。パワーモジュール１のエミッタ１１同士は、検査装置３０の第２の端子３２に接続された第２の回路１４によって、互いに電気的に接続されている。検査装置３０は、２つの端子３１、３２間に、直流電圧ジェネレータ３４に直列に接続された交流電圧ジェネレータ３３を有している。交流電圧ジェネレータ３３および直流電圧ジェネレータ３４の電圧値は、端子３１、３２間の電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たし、パワーモジュール１がマイナスではない可変電圧で検査されるように設定される。これは、ダイオード４の通電によって部分放電の測定ができなくなることを防止するためである。モジュール１の３つの電力部品２のＩＧＢＴ３をＯＦＦにするため、ジェネレータ（発電機）１５により、コントロールゲート端子１２と、第２の回路１４によって互いに接続されたエミッタ１１との間に、直流電圧が印加される。これら全ての給電状態が確認されると、従来の測定機器２１により、第１の回路１３と第２の回路１４との間で部分放電が測定される。
【００１９】
図４は、図３に示される装置と異なる検査装置３０の異なる実施形態を示している。図３に示される装置と異なる点は、端子３１、３２間で、直流電圧ジェネレータ３４が交流電圧ジェネレータ３３と並列に接続されるとともに、端子３１、３２間の電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たすようにジェネレータ３３、３４が設定されている点である。この実施形態において、部分放電を測定する測定機器２１は、検査装置３０の端子３２と、パワーモジュールのエミッタ１１に接続される第２の回路１４との間にある。端子３１は依然として第１の回路に直接に接続されており、検査方法は、図３に関して説明した検査方法と比較して変わりはない。
【００２０】
この種の検査方法は、電力部品の封入に起因する部分放電を検出できるという利点を有している。したがって、本発明に係る検査方法は、絶縁ゲル内、エミッタのリード線とコレクタの金属部との間、電力端子間、あるいは、様々な絶縁材料同士の接合部、例えばゲルとエポキシ樹脂との間の接着部で、部分放電を検出する。
【００２１】
また、この検査方法は、パワーモジュールの実際の使用中に生じる状態に近い状態下で、部分放電を測定できるという利点を有している。
【００２２】
この種の検査方法は、非常に簡単に実施でき、また、予知保全の目的で、パワーモジュールの特性パラメータの経時的な変化を監視するために使用できるため、有益である。
【００２３】
無論、本発明は、単なる一例として与えられて図示された前述の実施形態に限定されない。本発明は、特に様々な構成部品の種類という観点から、あるいは、技術的に等価な物と置き換えることによって、本発明の保護範囲から逸脱することなく改良を加えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＩＥＣ規格１２８７−１に従う検査方法によって検査されるパワーモジュールの概略図である。
【図２】ＩＧＢＴの形態を成す図１に示されるパワーモジュールの電力部品を単独で概略的に示している。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る検査装置によって検査される、図１に示されるパワーモジュールの概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る検査装置によって検査される、図１に示されるパワーモジュールの概略図である。
【符号の説明】
１ パワーモジュール
２ 電力部品
３ ＩＧＢＴ
４ ダイオード
５ 絶縁基板
６、１３ 第１の回路
７、１４ 第２の回路
８ 金属ベースプレート
１０ コレクタ
１１ エミッタ
１２ コントロールゲート
１５ ジェネレータ
２０、３０ 検査装置
２１ 測定機器
３１ 第１の端子
３２ 第２の端子
３３ 交流電圧ジェネレータ
３４ 直流電圧ジェネレータ

Claims (7)

1. コントロールゲート（１２）と、エミッタ（１１）と、コレクタ（１０）と、絶縁基板（５）上の少なくとも１つの電力部品（３）と、前記電力部品（３）とアンチパラレルに接続されたダイオード（４）とを有するパワーモジュール（１）の検査方法において、直流電源に重畳された交流電源が前記パワーモジュール（１）の前記コレクタ（１０）と前記エミッタ（１１）との間に接続されたときに、前記エミッタ（１１）と前記コレクタ（１０）との間で生じる部分放電を測定し、前記ダイオード（４）が通電しないように、前記コレクタ（１０）と前記エミッタ（１１）との間で前記モジュール（１）によって受けられる電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たし、前記コントロールゲート（１２）と前記エミッタ（１１）との間に接続された直流電源によって検査中に前記電力部品（３）がＯＦＦ状態に維持されることを特徴とするパワーモジュール（１）の検査方法。
2. 複数のエミッタ（１１）と、複数のコレクタ（１０）と、共通のコントロールゲート（１２）と、並列に接続された複数の電力部品（３）と、各電力部品（３）とアンチパラレルに接続された１つのダイオード（４）とを有するパワーモジュール（１）の検査方法であって、直流電源に重畳された交流電源が前記パワーモジュール（１）の前記コレクタ（１０）と前記エミッタ（１１）との間に接続されたときに、互いに電気的に接続された前記エミッタ（１１）と互いに電気的に接続された前記コレクタ（１０）との間で生じる部分放電を測定し、前記ダイオード（４）が通電しないように、前記コレクタ（１０）と前記エミッタ（１１）との間で前記モジュール（１）によって受けられる電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たし、前記共通のコントロールゲート（１２）と前記エミッタ（１１）との間に接続された直流電源によって検査中に前記電力部品（３）がＯＦＦ状態に維持されることを特徴とする請求項１に記載のパワーモジュール（１）の検査方法。
3. 前記電力部品（３）がＩＧＢＴであることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の方法を実施するためのパワーモジュール（１）の検査装置において、直流電源に重畳された交流電源に接続されるようになっている２つの端子（３１、３２）と、前記２つの端子（３１、３２）間の部分放電を測定するための手段（２１）とを有し、前記２つの端子（３１、３２）間の電圧Ｖ_ｔｅｓｔがＶ_ｔｅｓｔ＞０という条件を常に満たすことを特徴とする検査装置。
5. 前記２つの端子（３１、３２）は、交流電圧ジェネレータ（３３）に直列な直流電圧ジェネレータ（３４）に接続されるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
6. 前記２つの端子（３１、３２）は、交流電圧ジェネレータ（３３）に並列な直流電圧ジェネレータ（３４）に接続されるようになっていることを特徴とする請求項４に記載の検査装置。
7. 前記電源端子（３１、３２）は、前記パワーモジュール（１）の様々な前記コレクタ（１０）同士を接続する第１の回路（１３）と、前記パワーモジュール（１）の様々な前記エミッタ（１１）同士を接続する第２の回路（１４）とにそれぞれ接続されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の検査装置。

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