JP5829986B2

JP5829986B2 - パワーサイクル試験装置

Info

Publication number: JP5829986B2
Application number: JP2012159273A
Authority: JP
Inventors: 美智哉日下
Original assignee: Espec Corp
Current assignee: Espec Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2032-07-18
Also published as: US20140021973A1; KR20140011471A; US9453872B2; KR101601363B1; JP2014020892A

Description

本発明は、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｅｒ）のパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置に関するものである。

ＩＧＢＴは、一般に、インバータやモータ駆動回路等の大電流を流す用途に用いられ、動作に伴う発熱量が多い。そのため、放熱板上に半田付けで搭載されたＩＧＢＴでは、その発熱による熱ストレスが放熱板との接合部である半田に繰り返し印加されると、接合部に亀裂が発生し、その進展により、熱抵抗が増加して、接合部の発熱が放熱されにくくなり、最終的には故障に至ってしまう。パワーサイクル試験は、こうしたＩＧＢＴの信頼性試験のため、行われるものであり、ＩＧＢＴに電気的負荷であるストレス電流を印加、印加停止を繰返し行うことにより、接合部温度を繰返し、上昇、下降させ、ＩＧＢＴに熱ストレスを与える試験である（特許文献１参照）。

特開２０１２−０８８１５４号公報

ＩＧＢＴの信頼性試験においては、その接合部温度を計測し、その温度変化を測定するとよいが、接合部温度を直接、測定することはできない。そのため、従来では、ＩＧＢＴのパワーサイクル試験の終了後、専用の熱抵抗計測器により熱抵抗を計測し、該熱抵抗が、初期値からどの程度変化したかにより、ＩＧＢＴの劣化を判断して、ＩＧＢＴの信頼性を評価している。しかし、従来では、熱抵抗の計測作業が必要なため、ＩＧＢＴの信頼性評価のコスト増となり、かつ、評価時間も長く要する。

また、従来、パワーサイクル試験では、ＩＧＢＴの接合部温度差に管理点を設定し、この管理点に対応してストレス電流を、所定サイクル数、断続印加してパワーサイクル試験を行い、その後で、ＩＧＢＴの前記管理点からの接合部温度の変化からＩＧＢＴの信頼性を評価している。しかし、パワーサイクル試験を実施するごとに、ＩＧＢＴの熱抵抗が経時変化するので、パワーサイクル試験の実施ごとに、接合部温度差が管理点となるようストレス電流を手動で調整して熱ストレスを印加する必要があった。そのため、従来では、熱ストレスを高精度に印加できず、また、信頼性評価の省力化を図ることができなかった。

本発明は、ＩＧＢＴの信頼性評価において、パワーサイクル試験後のＩＧＢＴの信頼性評価に、熱抵抗の測定作業を不要にし、また、パワーサイクル試験ごとに、ストレス電流を自動調整可能にして高精度にＩＧＢＴに熱ストレスを印加可能として、ＩＧＢＴの信頼性の評価作業の省力化を図れるパワーサイクル試験装置を提供することを目的としている。

本発明第１は、試験用ＩＧＢＴにストレス電流を断続印加して熱ストレスを付与することで、当該試験用ＩＧＢＴのパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置であって、前記試験用ＩＧＢＴに電流を印加する電流源と、前記試験用ＩＧＢＴに並列に接続される第２の電流源と、前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタにコレクタ−エミッタが直列に接続される別の試験用ＩＧＢＴと、前記別の試験用ＩＧＢＴに並列に接続される制御用ＩＧＢＴと、当該試験装置を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記別の試験用ＩＧＢＴをオンすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオフして、前記電流源を制御して前記試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流を印加し、その後、前記別の試験用ＩＧＢＴをオフして前記第２の電流源から前記試験用ＩＧＢＴに測定用電流を印加して、前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、前記別の試験用ＩＧＢＴをオフすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオンして前記試験用ＩＧＢＴに、前記電流源から第２測定用電流を印加し、前記第２測定用電流の印加終了直後の前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、前記測定した前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧と、前記試験用ＩＧＢＴの温度係数とから、前記試験用ＩＧＢＴの接合部温度を演算するようになっている。

好ましくは、前記制御部は、前記温度係数を、前記試験用ＩＧＢＴの温度変化と、該温度変化に対応した前記ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧変化とから求める。

好ましくは、前記測定用電流は、前記試験用ＩＧＢＴの発熱を無視できる程度の定電流である。

好ましくは、前記試験用ＩＧＢＴに前記温度変化を与えるため、前記試験用ＩＧＢＴを加熱冷却する加熱冷却部を有する。

好ましくは、前記制御部は、前記試験用ＩＧＢＴにおけるパワーサイクル試験による温度上昇時と温度下降時の接合部温度の差である接合部温度差を管理点として当該試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流が流れるよう制御し、前記接合部温度差が前記管理点となるよう前記演算した接合部温度を利用して算出した接合部温度差に基づいて前記ストレス電流を自動調整する。

好ましくは、前記制御部は、前記試験用ＩＧＢＴに対する印加電流と印加電圧とから求めた印加電力と、前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧の電圧変化と、前記温度係数とから、前記試験用ＩＧＢＴの接合部温度の温度差を、時間の経過に伴い複数求め、前記求めた複数の前記接合部温度の温度差に対応して、当該試験用ＩＧＢＴの熱抵抗を測定する。

本発明第２は、試験用ＩＧＢＴにストレス電流を断続印加して熱ストレスを付与することで、当該ＩＧＢＴのパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置であって、前記試験用ＩＧＢＴに電流を印加する電流源と、前記試験用ＩＧＢＴに並列に接続される第２の電流源と、前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタにコレクタ−エミッタが直列に接続された別の試験用ＩＧＢＴと、前記別の試験用ＩＧＢＴに並列に接続される制御用ＩＧＢＴと、前記試験装置を制御する制御部と、を具備し、前記制御部は、前記別の試験用ＩＧＢＴをオンすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオフして、前記電流源から前記試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流を印加した後に、前記別の試験用ＩＧＢＴをオフして前記第２の電流源から前記試験用ＩＧＢＴに測定用電流を印加して当該試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、前記別の試験用ＩＧＢＴをオフすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオンして前記試験用ＩＧＢＴに、前記電流源から第２測定用電流を印加し、前記第２測定用電流の印加終了直後の前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、前記測定したコレクタ−エミッタ間の電圧と、事前に演算した前記試験用ＩＧＢＴの温度係数とから、当該試験用ＩＧＢＴの接合部温度を演算し、前記別の試験用ＩＧＢＴを、オンして前記試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流を印加する電流通路を形成し、オフして前記電流通路を遮断する。

本発明によれば、ＩＧＢＴの信頼性評価のために、パワーサイクル試験後に、外部の熱抵抗計測器により熱抵抗を計測する作業が不要となる。

また、本発明によれば、パワーサイクル試験において、ストレス電流を自動調整してＩＧＢＴに高精度に熱ストレスを付与でき、パワーサイクル試験の省力化が可能となる。

図１は、本発明の実施の形態に係るパワーサイクル試験装置の構成図である。図２は、パワーサイクル試験が行われるＵＶＷ３相の試験用ＩＧＢＴと、制御用ＩＧＢＴと、定電流源の回路結線図である。図３は、試験用ＩＧＢＴの温度係数の演算のために、横軸に温度、縦軸にコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅをとったグラフである。図４は、図２と同様の回路結線図であって、Ｕ相のハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴにストレス電流が印加されている状態を示す図である。図５（ａ）（ｂ）は、パワーサイクル試験において、横軸に時間を共通にとり、（ａ）縦軸にＵＶＷ３相の試験用ＩＧＢＴの接合部温度を示す図、（ｂ）は、ＵＶＷ３相の試験用ＩＧＢＴのオンオフタイミングを示す図である。図６は、図２と同様の回路結線図であって、Ｕ相のハイサイド試験用ＩＧＢＴとローサイド制御用ＩＧＢＴに当該試験用ＩＧＢＴのコレクターエミッタ間電圧の差ΔＶｃｅを計測するための電流が印加されている状態を示す図である。図７は、横軸を電力供給の時間領域、縦軸を熱抵抗Ｒｔｈ（℃／Ｗ）とするグラフである。

以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係るパワーサイクル試験装置を説明する。

図１および図２を参照して、本発明の実施の形態に係るパワーサイクル試験装置の構成を説明する。実施形態のパワーサイクル試験装置１は、チラー２と、試験ユニット３と、制御ラック４とを有する。チラー２は、水温管理部５と循環水パイプ６とを具備し、水温管理部５により循環水パイプ６内の水を水温−１０〜１００℃に制御して試験ユニット３に供給する。

試験ユニット３は、試験用ＩＧＢＴ２１−２６にストレス電流を印加する電流源７と、試験用ＩＧＢＴ２１−２６へのストレス電流の印加・遮断を制御する制御用パワーデバイス８と、試験用ＩＧＢＴを加熱・冷却するための水冷プレート９とを有する。水冷プレート９上に図２の回路結線で構成される試験用パワーデバイス１０が搭載される。なお、水冷プレート９は、本発明における加熱冷却部に相当する。

試験用パワーデバイス１０は図２で示すＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１−２６により構成され、水冷プレート９で加熱・冷却され、ストレス電流源７からストレス電流Ｉ１、後述の第２測定用電流Ｉ３が印加される。

制御ラック４は、コンピュータからなる制御装置１１と、試験用ＩＧＢＴ２１−２６と制御用ＩＧＢＴ３１−３６（図２参照）のオンオフのゲート電圧の印加タイミングを決めるゲートタイミング部１２と、ＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１−２６のコレクターエミッタ電圧を測定する電圧測定部１３とを有する。

制御装置１１は、ゲートタイミング部１２を制御して前記ゲート電圧の印加タイミングを制御し、電圧測定部１３で測定された電圧値を入力する。

また、制御装置１１は、制御プログラムに従い、図示略の熱電対等の温度センサからの試験用ＩＧＢＴ２１−２６のケース表面温度の測定値を入力したり、チラー２の水温管理部５を制御したり、各種のデータテーブルを参照して後述する演算、計測等を制御したりする。

制御装置１１は、チラー２の水温管理部５を制御して循環水パイプ６内の水温を制御して水冷プレート９内に水温が制御された水を供給制御する。制御装置１１は、ゲートタイミング部１２を制御してパワーデバイス１０内のＵＶＷ各相の試験用ＩＧＢＴ２１−２６と制御デバイス８内の制御用ＩＧＢＴ３１−３６のオンオフのタイミングを制御し、また、電圧測定部１３を制御して試験用ＩＧＢＴ２１−２６のコレクターエミッタ電圧を測定する。制御装置１１は、後述する温度係数の演算、電圧測定部１３が測定したコレクターエミッタ電圧から後述する演算を行う。

図２に記載されたＩＧＢＴ２１−２６は、コレクターエミッタが互いに直列に接続されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴである。これらは、全体で水冷プレート９上に搭載された、例えば３相インバータ等の試験用パワーデバイス１０を構成する。

図面上の電気結線において、試験用パワーデバイス１０は、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴ２１，２２を有するＵ相試験用パワーデバイス部１０ａ、ハイサイドとローサイド試験用ＩＧＢＴ２３，２４を有するＶ相試験用パワーデバイス部１０ｂ、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴ２５，２６を有するＷ相試験用パワーデバイス部１０ｃからなる。

Ｕ相試験用パワーデバイス部１０ａの試験用ＩＧＢＴ２１，２２それぞれのコレクターエミッタ間に制御用ＩＧＢＴ３１，３２のコレクタ−エミッタが並列に接続され、Ｖ相試験用パワーデバイス部１０ｂの試験用ＩＧＢＴ２３，２４それぞれのコレクターエミッタ間に制御用ＩＧＢＴ３３，３４のコレクタ−エミッタが並列に接続され、Ｗ相試験用パワーデバイス部１０ｃの試験用ＩＧＢＴ２５，２６それぞれのコレクターエミッタ間に制御用ＩＧＢＴ３５，３６のコレクタ−エミッタが並列に接続されている。

同様に、Ｕ相試験用パワーデバイス部１０ａの試験用ＩＧＢＴ２１，２２それぞれのコレクターエミッタ間に定電流源４１，４２が並列に接続され、Ｖ相試験用パワーデバイス部１０ｂの試験用ＩＧＢＴ２３，２４それぞれのコレクターエミッタ間に定電流源４３，４４が並列に接続され、Ｗ相試験用パワーデバイス部１０ｃの試験用ＩＧＢＴ２５，２６それぞれのコレクターエミッタに定電流源４５，４６が並列に接続されている。

制御用ＩＧＢＴ３１−３６と定電流源４１−４６は、制御用パワーデバイス８を構成し、制御用ＩＧＢＴ３１，３２と定電流源４１，４２はＵ相制御用パワーデバイス部８ａ、制御用ＩＧＢＴ３３，３４と定電流源４３，４４はＶ相制御用パワーデバイス部８ｂ、制御用ＩＧＢＴ３５，３６と定電流源４５，４６はＷ相制御用パワーデバイス部８ｃを構成する。

定電流源４１−４６は、例えば１ｍＡ程度の定電流をそれぞれ、試験用ＩＧＢＴ２１−２６に後述するように第１測定用電流Ｉ２として供給するものであり、試験用ＩＧＢＴ２１−２６はこの定電流で駆動されても、発熱は無視できる程度となり、水冷プレート９の加熱冷却で温度変化するケース表面温度に対して接合部温度も略同様に温度変化する。

以下、図３〜図６に基づいてパワーサイクル試験装置１によるパワーサイクル試験を説明する。この説明では、Ｕ相ハイサイド試験用ＩＧＢＴ２１のパワーサイクル試験を代表して説明する。本実施形態では、２つの試験モードＡ，Ｂを有し、制御ラック４の制御装置１１は、各試験モードにおいて、演算、計測、制御を行う。試験モードＡ，Ｂのいずれも、その前提として、試験用ＩＧＢＴ２１の温度係数を演算する。

以下、試験用ＩＧＢＴ２１の温度係数の演算を図３を参照して説明する。

制御装置１１は、ゲートタイミング部１２を制御し、試験用ＩＧＢＴ２１を一定のゲート電圧Ｖｇでオンして、定電流源４１により、試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間に１ｍＡの第１測定用電流Ｉ２を流す。そして、チラー２を制御して水冷プレート９により、試験用ＩＧＢＴ２１を加熱・冷却し、図３で示すように、そのときの温度変化ΔＴｊ（＝ｔ１−ｔ２）と、コレクターエミッタ間の電圧変化ΔＶｃｅ（＝Ｖｃｅ１−Ｖｃｅ２）とから温度係数Ｋ（＝ΔＴｊ／ΔＶｃｅ）を演算する。

定電流源４１の第１測定用電流Ｉ２は微小であり、試験用ＩＧＢＴ２１のケース表面温度Ｔｃはほぼ接合部温度Ｔｊであることから、水冷プレート９による加熱冷却に伴うケース表面温度Ｔｃの変化は、接合部温度Ｔｊの変化としてその計測値ｔ１，ｔ２がこの演算において入力される。また、電圧測定部１３から試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧の計測値Ｖｃｅ１，Ｖｃｅ２が入力される。

（試験モードＡ）
まず、試験モードＡでは、試験用ＩＧＢＴ２１のゲートに図５（ｂ）のゲート電圧Ｖｇのオンオフ印加タイミングで、ストレス電流Ｉ１の印加、印加停止を行うパワーサイクル試験を行う。

このパワーサイクル試験では、図５（ａ）で示すように、試験用ＩＧＢＴ２１の接合部温度Ｔｊは上昇、下降する。その接合部温度Ｔｊ上昇、下降の温度差はΔＴｊである。

このパワーサイクル試験終了後にストレス電流Ｉ１の印加を停止して試験用ＩＧＢＴ２１を十分に冷却する。

この冷却後の試験用ＩＧＢＴ２１に定電流源４１から第１測定用電流Ｉ２を印加する。

この第１測定用電流Ｉ２の印加時は、試験用ＩＧＢＴ２１が十分に冷却されているので、試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅは、低温時の接合部温度Ｔｊに対応する。

そのときのコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅは試験用ＩＧＢＴ２１の接合部の温度が低温時の接合部温度Ｔｊであると推定できる。

また、この接合部温度Ｔｊは、試験用ＩＧＢＴ２１のケース表面温度Ｔｃにほぼ相当する。

次いで、試験用ＩＧＢＴ２１に第１測定用電流Ｉ２よりも大きい第２測定用電流Ｉ３を印加して接合部温度Ｔｊを一定の高温に上昇させる。

この第２測定用電流Ｉ３は、ストレス電流Ｉ１とは異なるものであり、試験用ＩＧＢＴ２１に第２測定用電流Ｉ３を印加してその接合部温度Ｔｊを一定の高温に上昇させる。

次いで、第２測定用電流Ｉ３の印加を停止した直後で、接合部温度Ｔｊが前記高温状態に維持されている間に、試験用ＩＧＢＴ２１に対する印加電流を、前記定電流源４１による第１測定用電流Ｉ２に切り替えて、高温時の接合部温度Ｔｊに対応する試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。

第２測定用電流Ｉ３の印加を停止した直後にコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定するのは、試験用ＩＧＢＴ２１に対する第２測定用電流Ｉ３の印加を停止すると、試験用ＩＧＢＴ２１の冷却により接合部温度Ｔｊが急速に低下するので、接合部温度Ｔｊが低下する前にコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する必要があるからである。

なお、試験モードＡでは、試験用ＩＧＢＴの接合部温度Ｔｊが変化しても、ストレス電流Ｉ１の値と、その印加と印加停止の時間（図５（ｂ）のオンオフ時間に対応）は変更しない。

制御装置１１は、試験モードＡにおける試験動作を制御する。

以下、試験モードＡの測定手順を以下にまとめて説明する。

（１ａ）試験用ＩＧＢＴにストレス電流を印加し、また、その印加を停止するパワーサイクル試験（図４、図５参照）を実施する。

図４において矢印Ｉ１で示すように、制御装置１１は、ゲートタイミング部１２を制御してＵ相試験用パワーデバイス部１０ａの試験用ＩＧＢＴ２１と試験用ＩＧＢＴ２２にストレス電流Ｉ１を印加する。図５（ａ）には、ＵＶＷ各相ごとのストレス電流Ｉ１の断続印加による試験用ＩＧＢＴ２１−２６それぞれの接合部温度の変化が、また、図５（ｂ）には、ＵＶＷ各相のパワーデバイス部１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内の試験用ＩＧＢＴ２１−２６のゲート電圧のオンオフ波形が示されている。

（２ａ）試験用ＩＧＢＴ２１に対するストレス電流Ｉ１の印加停止後、該試験用ＩＧＢＴ２１の接合部が十分に冷却されるまで待機する。

（３ａ）次に、図６において矢印Ｉ２で示すように、ゲートタイミング部１２を制御して、試験用ＩＧＢＴ２１をオンして、定電流源４１から第１測定用電流Ｉ２を印加し、この第１測定用電流Ｉ２の印加時の試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを計測し、試験用ＩＧＢＴ２１の低温時の接合部温度Ｔｊを推定する。

（４ａ）次に、図６において矢印Ｉ３で示すように、試験用ＩＧＢＴ２１に第２測定用電流Ｉ３を印加する。制御装置１１は、ゲートタイミング部１２を制御して、試験用ＩＧＢＴ２１と制御用ＩＧＢＴ３２とをオンにして、試験用ＩＧＢＴ２１に、第２測定用電流Ｉ２を印加する。

（５ａ）次に、制御用ＩＧＢＴ３２をオフにして、試験用ＩＧＢＴ２１に対する第２測定用電流Ｉ３の印加を停止した直後に、定電流源４１から試験用ＩＧＢＴ２１に第１測定用電流Ｉ２を印加する。制御装置１１は、そのときの試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを計測する。このコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅは、試験用ＩＧＢＴ２１の高温時の接合部温度Ｔｊに対応する。

（６ａ）次に、試験用ＩＧＢＴ２１の接合部温度Ｔｊを推定する。この推定では、温度係数Ｋと、前記（５ａ）の高温時の接合部温度Ｔｊに対応する試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅとから、高温時の接合部温度Ｔｊを推定することができる。

また、前記（３ａ）の低温時の接合部温度Ｔｊと、前記（５ａ）の高温時の接合部温度Ｔｊとから接合部温度差ΔＴｊを演算することができる。

（試験モードＢ）
試験モードＢでは、ストレス電流の印加、印加停止中に、試験モードＡと同様、試験用ＩＧＢＴ２１の高温時の接合部温度Ｔｊを求め、試験用ＩＧＢＴ２１の接合部温度Ｔｊが高温時の接合部温度Ｔｊに一定に保持されるように、ストレス電流Ｉ１の印加時間または大きさを制御する。

試験モードＢの場合、第２測定用電流Ｉ３はなく、ストレス電流Ｉ１の印加を停止した直後に、図６において矢印Ｉ２で示すように試験用ＩＧＢＴ２１に第１測定用電流Ｉ２を印加し、そのときの試験用ＩＧＢＴのコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを計測し、この計測値と、温度係数Ｋとから、高温時の接合部温度Ｔｊを推定する試験モードである。制御装置１１は、試験モードＢにおける試験動作を制御する。

測定手順を、以下にまとめる。

（１ｂ）試験用ＩＧＢＴ２１にストレス電流Ｉ１を印加する。

（２ｂ）試験用ＩＧＢＴ２１にストレス電流Ｉ１の印加停止直後に定電流源４１から図６において矢印Ｉ２で示すように第１測定用電流Ｉ２を印加し、そのときのコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定する。この測定電圧はストレス電流Ｉ１の印加停止直後の電圧であるので、接合部温度Ｔｊが高温時の電圧である。

（３ｂ）温度係数Ｋと、接合部温度Ｔｊが高温時のコレクタ−エミッタ間の電圧Ｖｃｅとから高温時の接合部温度Ｔｊを推定する。

（４ｂ）そして、前記推定した高温時の接合部温度Ｔｊが一定となるように、試験用ＩＧＢＴにストレス電流Ｉ１の印加時間あるいはストレス電流Ｉ１の値を制御する。

なお、低温時の接合部温度Ｔｊは、試験用ＩＧＢＴの接合部が十分に冷却されるＯＦＦ時間を採用しているので、プレート温度と同じとみなす。

試験モードＢでは、パワーサイクル試験において、試験用ＩＧＢＴ２１に対する低温時の接合部温度を例えば２５度とし、高温時の接合部温度を例えば７５度とすると、管理点の接合部温度差ΔＴｊは５０度である。

パワーサイクル試験を例えば１サイクル行って、高温時の接合部温度Ｔｊを推定し、低温時の接合部温度Ｔｊと高温時の推定接合部温度Ｔｊとから接合部温度差ΔＴｊを演算し、この演算した接合部温度差ΔＴｊが管理点の５０度から変化していると、制御装置１１は、ストレス電流Ｉ１を自動調整して、試験用ＩＧＢＴ２１に管理点に対応した所要の熱ストレスを印加することができるようにする。

これにより、ストレス電流Ｉ１は制御装置１１により自動調整され、試験用ＩＧＢＴ２１に高精度に熱ストレスを印加してパワーサイクル試験を行うことができる。

なお、試験用ＩＧＢＴ２１に対する印加電流と印加電圧とから求めた印加電力Ｐと、試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧の電圧変化ΔＶｃｅと、前記温度係数Ｋとから、試験用ＩＧＢＴ２１の接合部温度Ｔｊの温度差ΔＴｊを、時間領域で複数求め、図７に示すように、横軸を電力供給の時間領域、縦軸に前記時間領域で求めた接合部温度差ΔＴｊに対応した熱抵抗Ｒｔｈ（℃／Ｗ）をプロットしたグラフを用いて、当該試験用ＩＧＢＴ２１の熱抵抗を測定してもよい。これにより、当該試験用ＩＧＢＴ２１の故障部位を推定することができる。

なお、本実施形態のパワーサイクル試験装置では、試験用ＩＧＢＴ２１の温度係数Ｋを求める機能を有しているが、温度係数Ｋを求める機能を持たないパワーサイクル試験装置にも適用してよい。すなわち、試験用ＩＧＢＴ２１にストレス電流Ｉ１を印加した後に、試験用ＩＧＢＴ２１のコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを測定し、この測定したコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅと、事前に演算した試験用ＩＧＢＴ２１の温度係数Ｋとから、試験用ＩＧＢＴ２１の接合部温度Ｔｊを演算してもよい。

上記実施形態では被試験物の一例としてＵＶＷ３相を有する６素子のＩＧＢＴ（６ｉｎ１）を用いたが、１素子（２ｉｎ１）のＩＧＢＴなど、他の構成のＩＧＢＴにも同様に使用できる。

上記実施形態では、試験用パワーデバイス部は、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴそれぞれのコレクタ−エミッタが直列に接続され、これら各試験用ＩＧＢＴそれぞれのコレクタ−エミッタに並列に制御用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタが接続されているが、本発明は、これに限定されず、試験用パワーデバイス部を単一の試験用ＩＧＢＴで構成し、この試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタに直列に制御用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタを接続して、上記計測を行うものとしてもよい。

上記実施形態の試験用パワーデバイス部は、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴそれぞれのコレクタ−エミッタが直列に接続され、これら各試験用ＩＧＢＴそれぞれのコレクタ−エミッタに並列に制御用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタが接続されているが、本発明は、これに限定されず、制御用ＩＧＢＴを設けずに、あるいは、制御用ＩＧＢＴを使用せずに、ハイサイドとローサイドの試験用ＩＧＢＴのうちのいずれか一方を試験用ＩＧＢＴとし、いずれか他方の試験用ＩＧＢＴを制御用ＩＧＢＴとして用い、上記計測を行うものとしてもよい。

上記実施形態では、試験モードＡでは試験用ＩＧＢＴに第２測定用電流Ｉ３を印加して、当該試験用ＩＧＢＴのコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを計測し、また、試験モードＢでは試験用ＩＧＢＴに第２測定用電流Ｉ３を印加しないで試験用ＩＧＢＴのコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅを計測したが、本発明は、このような試験モードと測定手順との組み合わせに限定されず、適宜、実施してよい。

上記実施形態では、冷却プレート９で加熱・冷却したが、冷却プレート以外の熱源・冷却源を用いてもよい。また、加熱と冷却とを別々の熱源、冷却源を用いて実施するものであってもよい。

１パワーサイクル試験装置
２チラー
５水温管理部
６循環水パイプ
３試験ユニット
７ストレス電流源
８制御用パワーデバイス
９加熱冷却プレート
１０試験用パワーデバイス
４制御ラック
１１装置制御用パソコン
１２ゲートタイミング部
１３電圧測定部
２１−２６試験用ＩＧＢＴ
３１−３６制御用ＩＧＢＴ
４１−４６定電流源

Claims

試験用ＩＧＢＴにストレス電流を断続印加して熱ストレスを付与することで、当該試験用ＩＧＢＴのパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置であって、
前記試験用ＩＧＢＴに電流を印加する電流源と、
前記試験用ＩＧＢＴに並列に接続される第２の電流源と、
前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタにコレクタ−エミッタが直列に接続される別の試験用ＩＧＢＴと、
前記別の試験用ＩＧＢＴに並列に接続される制御用ＩＧＢＴと、
当該試験装置を制御する制御部と、を具備し、
前記制御部は、
前記別の試験用ＩＧＢＴをオンすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオフして、前記電流源を制御して前記試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流を印加し、その後、前記別の試験用ＩＧＢＴをオフして前記第２の電流源から前記試験用ＩＧＢＴに測定用電流を印加して、前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、
前記別の試験用ＩＧＢＴをオフすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオンして前記試験用ＩＧＢＴに、前記電流源から第２測定用電流を印加し、前記第２測定用電流の印加終了直後の前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、
前記測定した前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧と、前記試験用ＩＧＢＴの温度係数とから、前記試験用ＩＧＢＴの接合部温度を演算するようになっている、
ことを特徴とするパワーサイクル試験装置。
前記制御部は、
前記温度係数を、前記試験用ＩＧＢＴの温度変化と、該温度変化に対応した前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧変化とから求める、請求項１に記載のパワーサイクル試験装置。
前記測定用電流は、前記試験用ＩＧＢＴの発熱を無視できる程度の定電流である、請求項１または２に記載のパワーサイクル試験装置。
前記試験用ＩＧＢＴに前記温度変化を与えるため、前記試験用ＩＧＢＴを加熱冷却する加熱冷却部を有する、請求項１ないし３のいずれかに記載のパワーサイクル試験装置。
前記制御部は、
前記試験用ＩＧＢＴにおけるパワーサイクル試験による温度上昇時と温度下降時の接合部温度の差である接合部温度差を管理点として当該試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流が流れるよう制御し、
前記接合部温度差が前記管理点となるよう前記演算した接合部温度を利用して算出した接合部温度差に基づいて前記ストレス電流を自動調整する、請求項１ないし４のいずれかに記載のパワーサイクル試験装置。
前記制御部は、
前記試験用ＩＧＢＴに対する印加電流と印加電圧とから求めた印加電力と、前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧の電圧変化と、前記温度係数とから、前記試験用ＩＧＢＴの接合部温度の温度差を、時間の経過に伴い複数求め、前記求めた複数の前記接合部温度の温度差に対応して、当該試験用ＩＧＢＴの熱抵抗を測定する、請求項１ないし５のいずれかに記載のパワーサイクル試験装置。
試験用ＩＧＢＴにストレス電流を断続印加して熱ストレスを付与することで、当該ＩＧＢＴのパワーサイクル試験を行うパワーサイクル試験装置であって、
前記試験用ＩＧＢＴに電流を印加する電流源と、
前記試験用ＩＧＢＴに並列に接続される第２の電流源と、
前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタにコレクタ−エミッタが直列に接続された別の試験用ＩＧＢＴと、
前記別の試験用ＩＧＢＴに並列に接続される制御用ＩＧＢＴと、
前記試験装置を制御する制御部と、
を具備し、
前記制御部は、
前記別の試験用ＩＧＢＴをオンすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオフして、前記電流源から前記試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流を印加した後に、前記別の試験用ＩＧＢＴをオフして前記第２の電流源から前記試験用ＩＧＢＴに測定用電流を印加して当該試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、
前記別の試験用ＩＧＢＴをオフすると共に前記制御用ＩＧＢＴをオンして前記試験用ＩＧＢＴに、前記電流源から第２測定用電流を印加し、前記第２測定用電流の印加終了直後の前記試験用ＩＧＢＴのコレクタ−エミッタ間の電圧を測定し、
前記測定したコレクタ−エミッタ間の電圧と、事前に演算した前記試験用ＩＧＢＴの温度係数とから、当該試験用ＩＧＢＴの接合部温度を演算し、
前記別の試験用ＩＧＢＴを、オンして前記試験用ＩＧＢＴに前記ストレス電流を印加する電流通路を形成し、オフして前記電流通路を遮断する、ことを特徴とするパワーサイクル試験装置。