JP6137138B2 - 半田劣化情報生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、半田劣化情報生成装置に関する。

１０μ秒程度の寿命計測パルスを上下のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）に同時に印加して短絡電流を発生させて、半田接合部の劣化を検出する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開2009-19953号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載の構成では、上下のＩＧＢＴが同時にオンしたときに形成される回路が非常に低インビーダンスであることから、上下のＩＧＢＴが同時にオンしたときに非常に大きな短絡電流が瞬間的に発生してしまう虞がある。

そこで、本発明は、短絡電流を発生させずに半田の劣化状態を表す情報を生成できる半田劣化情報生成装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一態様によれば、電源、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
前記コンバータの上アームを形成し、冷媒により冷却される基板に半田を介して接合する半導体素子と、
前記半導体素子の温度を測定する測定手段と、
前記平滑コンデンサの充電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含み、
前記処理装置は、前記モータ駆動回路に係るシステム起動時に前記平滑コンデンサを充電し、該充電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記情報を生成する、半田劣化情報生成装置が提供される。

本発明によれば、短絡電流を発生させずに半田の劣化状態を表す情報を生成できる半田劣化情報生成装置が得られる。

本発明の第１実施例による半田劣化情報生成装置に関連するモータ駆動回路の一例を示す図である。 半田劣化情報生成装置に関連する情報処理系の構成を示す図である。 第２実施例による半田劣化情報生成装置に関連する情報処理系の構成を示す図である。 処理装置１００により実行される半田劣化状態判定処理の一例を示すフローチャートである。 プリチャージ時の電流の流れを模式的に示す図である。 発熱・放熱曲線を示す図である。 処理装置１００により実行される半田劣化状態判定処理の他の一例を示すフローチャートである。 平滑コンデンサ２０の放電時の電流の流れを模式的に示す図である。 処理装置１００により実行される半田劣化状態判定処理の他の一例を示すフローチャートである。 フィルタコンデンサ２２の放電時の電流の流れを模式的に示す図である。 第２実施例による半田劣化情報生成装置に関連する情報処理系の構成を示す図である。 処理装置１００Ａにより実行される半田劣化状態判定処理の一例を示すフローチャートである。 平滑コンデンサ２０の放電時の電流の流れを模式的に示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、本発明の第１実施例による半田劣化情報生成装置に関連するモータ駆動回路の一例を示す図である。図２は、フリーホイールダイオード１１の実装状態の一例を示す図である。尚、図２において、括弧内の参照符号は、フリーホイールダイオード１１以外の第１スイッチング素子１０、第２スイッチング素子１２に関する構成要素を表す。

モータ駆動回路２は、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動用の回路である。

モータ駆動回路２は、直流電源ＶＬ、インバータ３、コンバータ４、平滑コンデンサ２０、フィルタコンデンサ２２、及び、電気モータ５を含む。

第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子１２は、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子１２間の中点Ｐ０に接続されるインダクタンスＩｄと協動して、コンバータ４を形成し、昇降圧動作を行う。インバータ３には、電気モータ５が接続される。

第１スイッチング素子１０は、本例ではＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。第１スイッチング素子１０は、ＩＧＢＴに代えて、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)のような他のスイッチング素子であってもよい。第１スイッチング素子１０は、図１に示すように、フリーホイールダイオード（Free Wheeling Diode）１１が並列に接続される。

フリーホイールダイオード（第１半導体素子の一例）１１は、図２に示すように、半田５３を介して第１基板６０に実装される。第１基板６０は、ヒートシンク７０に接合される。ヒートシンク７０は、下面側（第１基板６０とは逆側）が第１冷媒と接する。ヒートシンク７０の下面には、フィン７０ａが形成されてもよい。尚、図２に示す例では、第１基板６０は、窒化アルミニウム等のようなセラミック基板の両面にアルミ板を備えた３層基板である。その他、第１基板６０は、セラミック基板の両面に銅板を備えた構成であってもよいし、銅板（ヒートスプレッダ）のみであってもよい。第１基板６０が銅板のみである場合は、第１基板６０は、絶縁フィルム等のような絶縁層を介してヒートシンク７０に接合される。

尚、図２には、模式的に、ヒートシンク７０の下面側に形成される第１冷媒流路に、第１冷媒を供給するポンプ８０が図示されている。ポンプ８０は、供給流路８２を介してヒートシンク７０のフィン７０ａ間を通る冷媒流れ（循環）を形成する。第１冷媒は、任意であり、空気であってもよいし、ＬＬＣ（ロングライフクーラント）のような水であってもよい。

第１スイッチング素子１０は、図示を省略するが、フリーホイールダイオード１１と同様の態様で、第１半田５１（図２参照）を介して第１基板６０に実装される。第１スイッチング素子１０及びフリーホイールダイオード１１は、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Reverse Conducting‐Insulated Gate Bipolar Transistor）として同一のチップで形成されてもよい。この場合、ＲＣ−ＩＧＢＴ（第１半導体素子の他の一例）は、半田５３を介して第１基板６０に接合される。

第２スイッチング素子（第２半導体素子の一例）１２は、図示を省略するが、フリーホイールダイオード１１と同様の態様で、第２半田５２（図２参照）を介して第２基板６２に実装される。第２スイッチング素子１２は、本例ではＩＧＢＴである。第２スイッチング素子１２は、図１に示すように、フリーホイールダイオード１３が並列に接続される。第２スイッチング素子１２が実装される第２基板６２は、第１スイッチング素子１０が実装される第１基板６０とは異なる基板であり、第１基板６０に対して電気的に絶縁される。第２スイッチング素子１２が実装される第２基板６２は、第２冷媒により冷却される。第２冷媒は、第１冷媒と同じ（上下アームで共通の冷媒）であってもよいし、別の冷媒（第１冷媒流路とは別の冷媒流路を通る冷媒）であってもよい。

フリーホイールダイオード１３は、図示を省略するが、フリーホイールダイオード１１と同様の態様で、基板に実装される。フリーホイールダイオード１３が実装される基板は、第２スイッチング素子１２が実装される第２基板６２と同一である。第２スイッチング素子１２及びフリーホイールダイオード１３は、ＲＣ−ＩＧＢＴとして同一のチップで形成されてもよい。

平滑コンデンサ２０は、正極ライン３０と負極ライン３２との間に、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子１２に対して並列に設けられる。

フィルタコンデンサ２２は、直流電源ＶＬの正極と負極との間に第２スイッチング素子１２に対して並列に設けられる。直流電源ＶＬとフィルタコンデンサ２２との間にはメインスイッチＳＷ１が設けられる。メインスイッチＳＷ１は、リレーにより形成される。メインスイッチＳＷ１は、制限抵抗Ｒ１及びプリチャージリレーＲＬ１を並列に備えた構成であってもよい。尚、図１に示す例では、メインスイッチＳＷ１は、直流電源ＶＬの両側にそれぞれ設けられるが、一方が省略されてもよい。

図３は、半田劣化情報生成装置に関連する情報処理系の構成を示す図である。

半田劣化情報生成装置１は、処理装置１００と、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２及び温度センサ４３とを含む。

処理装置１００は、コンピューターにより形成される。

第１温度センサ（第１測定手段の一例）４１は、第１スイッチング素子１０の温度を計測する。第１温度センサ４１は、第１スイッチング素子１０を含むチップに内蔵されてよい。

第２温度センサ（第２測定手段の一例）４２は、第２スイッチング素子１２の温度を計測する。第２温度センサ４２は、第２スイッチング素子１２を含むチップに内蔵されてよい。

温度センサ（測定手段の一例）４３は、フリーホイールダイオード１１の温度を計測する。尚、第１スイッチング素子１０及びフリーホイールダイオード１１が、ＲＣ−ＩＧＢＴとして同一のチップで形成される場合、温度センサ４３は、第１スイッチング素子１０の温度を計測するものであってよい。この場合、第１温度センサ４１又は温度センサ４３は省略できる。

処理装置１００は、制御部１０２と、記憶部１０４と、劣化判定部１０６とを含む。

制御部１０２は、第１スイッチング素子１０及び第２スイッチング素子１２の各ゲートにパルスを印加して、コンバータ４を制御する。また、制御部１０２は、メインスイッチＳＷ１（図１）を制御する。

記憶部１０４は、第１温度センサ４１、第２温度センサ４２及び温度センサ４３（以下、単に「温度センサ４１乃至４３」とも称する）の測定結果を記憶する。

劣化判定部１０６は、温度センサ４１乃至４３の測定値の変化態様に基づいて、第１半田５１、第２半田５２及び半田５３（以下、これらを単に「半田」とも称する）の劣化状態を表す情報を出力する。半田の劣化状態を表す情報は、半田の劣化状態を間接的又は直接的に表す情報である。

図４は、処理装置１００により実行される半田劣化状態判定処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ４００では、制御部１０２は、メインスイッチＳＷ１をオンする。メインスイッチＳＷ１がオンすると、モータ駆動回路２に係るシステムが起動する。メインスイッチＳＷ１がオンすると、図５に模式的に矢印Ｉ１で示すように電流が流れ、平滑コンデンサ２０の両端電圧（Ｐ１とＰ２の間の電位差ＶＨ）が上昇する（平滑コンデンサ２０がプリチャージされる）。これに伴い、フリーホイールダイオード１１で損失が発生し、フリーホイールダイオード１１の温度が上昇する。

ステップＳ４０２では、制御部１０２は、平滑コンデンサ２０の充電（プリチャージ）が完了した否かを判定する。制御部１０２は、プリチャージ開始後、所定時間経過時に平滑コンデンサ２０の充電が完了したと判定してもよいし、平滑コンデンサ２０の両端電圧が所定閾値以上となった場合に平滑コンデンサ２０の充電が完了したと判定してもよい。平滑コンデンサ２０の充電（プリチャージ）が完了したと判定した場合は、ステップＳ４０６に進み、それ以外の場合は、ステップＳ４０４に進む。

ステップＳ４０４では、制御部１０２は、現時点の温度センサ４３の測定値を記憶部１０４に記憶する。制御部１０２は、ステップＳ４０４の処理を終了すると、所定時間経過後にステップＳ４０２からの処理を繰り返す。

ステップＳ４０６では、劣化判定部１０６は、記憶部１０４に記憶された温度センサ４３の測定結果（充電中の温度センサ４３の測定結果）に基づいて、フリーホイールダイオード１１直下の半田５３の劣化状態を表す情報を生成する。例えば、劣化判定部１０６は、充電中の温度センサ４３の測定結果に基づいて、半田５３の劣化状態を判定し、判定結果を表す情報を生成する。例えば、劣化判定部１０６は、充電中の温度センサ４３の測定値の増加量（即ちフリーホイールダイオード１１の温度増加量）が所定閾値Ｔｔｈ以上であるか否かを判定し、充電中の温度センサ４３の測定値の増加量が所定閾値Ｔｔｈ以上である場合は、"劣化有り"と判定し、それ以外の場合は、"劣化なし"と判定してもよい。劣化判定部１０６は、"劣化有り"と判定した場合、メータ内の警告灯を点灯する等によりユーザに注意喚起を促してもよい。

図６は、充電中の温度センサ４３の測定結果として得られる発熱・放熱曲線を示す図である。劣化判定部１０６は、ステップＳ４０６において、発熱・放熱曲線に基づいて、半田５３の劣化状態を判定し、判定結果を出力してもよい。

図６において、曲線Ａは、半田５３に劣化が無い状態（良品）の場合を示し、曲線Ｂは、半田５３が劣化している状態（劣化品）の場合を示す。図６に示すように、半田５３が劣化している状態では、半田５３に劣化が無い状態に比べて、ピーク温度Ｔｐが高くなる。これは、半田５３の劣化に起因して第１基板６０への熱の伝達が阻害されるためである。従って、処理装置１００の劣化判定部１０６は、発熱・放熱曲線から得られるピーク温度Ｔｐの値に基づいて、半田５３の劣化状態を判定してよい。

尚、半田５３の劣化状態の判定結果は、単に劣化の有無の２段階で出力されてもよいし、３段階以上の度合いで出力されてもよい。また、処理装置１００の劣化判定部１０６は、半田５３の劣化状態の判定結果として、ピーク温度Ｔｐの差（良品との差）の数値自体を出力してもよいし、発熱・放熱曲線自体を出力してもよい。尚、出力先は、例えば車載ディスプレイ、ディーラーの端末、外部のサーバ等であってもよい。この場合、例えばディーラーの検査者が、かかる数値や発熱・放熱曲線を見て、半田５３の劣化状態を判定してもよい。

図４に示す処理によれば、劣化判定部１０６は、平滑コンデンサ２０の充電中の温度センサ４３の測定結果に基づいて、フリーホイールダイオード１１直下の半田５３の劣化状態を表す情報を生成できる。これにより、劣化判定部１０６は、モータ駆動回路２に係るシステム起動時（プリチャージ時）の動作を利用して、半田５３の劣化状態を表す情報を生成できる。即ち、劣化判定部１０６は、モータ駆動回路２に係るシステムの通常動作を利用して効率的に半田５３の劣化状態を表す情報を生成できる。また、平滑コンデンサ２０の充電中にフリーホイールダイオード１１を流れる電流は、図５に示すように、回路中に制限抵抗Ｒ１が存在するため（低インピーダンスとならず）、瞬間的に大きな値とならない。これにより、劣化判定時の電流に起因してフリーホイールダイオード１１が破損する可能性を低減できる。尚、制限抵抗Ｒ１が存在しない構成においても、平滑コンデンサ２０の充電中にフリーホイールダイオード１１を流れる電流は、回路中にインダクタンスＩｄが存在するため、瞬間的に大きな値とならない。従って、制限抵抗Ｒ１が存在しない構成においても、劣化判定時の電流に起因してフリーホイールダイオード１１が破損する可能性を低減できる。

尚、図４に示す処理では、劣化判定部１０６は、平滑コンデンサ２０の充電期間の全体にわたる温度センサ４３の測定結果に基づいて、半田５３の劣化状態を表す情報を生成しているが、これに限らない。例えば、劣化判定部１０６は、平滑コンデンサ２０の充電期間の一部期間にわたる又は所定時点の温度センサ４３の測定結果（例えば、温度センサ４３の測定値のピーク値）に基づいて、半田５３の劣化状態を表す情報を生成してもよい。

図７は、処理装置１００により実行される半田劣化状態判定処理の他の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ７００では、制御部１０２は、メインスイッチＳＷ１をオフする。メインスイッチＳＷ１がオフすると、モータ駆動回路２に係るシステムが停止する。

ステップＳ７０１では、制御部１０２は、第１スイッチング素子１０をオンし、第２スイッチング素子１２をオフする。この結果、図８に模式的に矢印Ｉ２で示すように電流が流れ、平滑コンデンサ２０に溜まっていた電荷が、フィルタコンデンサ２２へと移動する。即ち、フィルタコンデンサ２２の両端電圧が上昇する（即ち平滑コンデンサ２０が放電される）。これに伴い、第１スイッチング素子１０で損失が発生し、第１スイッチング素子１０の温度が上昇する。

ステップＳ７０２では、制御部１０２は、平滑コンデンサ２０の放電が完了した否かを判定する。制御部１０２は、平滑コンデンサ２０の放電開始後、所定時間経過時に平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定してもよいし、フィルタコンデンサ２２の両端電圧が所定閾値以上となった場合に平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定してもよいし、平滑コンデンサ２０の両端電圧が所定閾値以下となった場合に平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定してもよい。平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定した場合は、ステップＳ７０６に進み、それ以外の場合は、ステップＳ７０４に進む。尚、平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定した場合は、制御部１０２は、第１スイッチング素子１０をオフしてよい。

ステップＳ７０４では、制御部１０２は、現時点の第１温度センサ４１の測定値を記憶部１０４に記憶する。制御部１０２は、ステップＳ７０４の処理を終了すると、所定時間経過後にステップＳ７０２からの処理を繰り返す。

ステップＳ７０６では、劣化判定部１０６は、記憶部１０４に記憶された第１温度センサ４１の測定結果（放電中の第１温度センサ４１の測定結果）に基づいて、第１スイッチング素子１０直下の第１半田５１の劣化状態を表す情報を生成する。この処理自体は、第１温度センサ４１の測定結果に基づく点、及び、第１半田５１の劣化状態である点を除いて、上述したステップＳ４０６の処理と同様であってよい。

図７に示す処理によれば、劣化判定部１０６は、平滑コンデンサ２０の放電中の第１温度センサ４１の測定結果に基づいて、第１スイッチング素子１０直下の第１半田５１の劣化状態を表す情報を生成できる。これにより、劣化判定部１０６は、モータ駆動回路２に係るシステム停止時に必要となりうる放電動作を利用して、第１半田５１の劣化状態を表す情報を効率的に生成できる。また、平滑コンデンサ２０の放電中に第１スイッチング素子１０を流れる電流は、図８に示すように、回路中にインダクタンスＩｄが存在するため（低インピーダンスとならず）、瞬間的に大きな値とならない。これにより、劣化判定時の電流に起因して第１スイッチング素子１０が破損する可能性を低減できる。

尚、図７に示す処理では、劣化判定部１０６は、平滑コンデンサ２０の放電期間の全体にわたる第１温度センサ４１の測定結果に基づいて、第１半田５１の劣化状態を表す情報を生成しているが、これに限らない。例えば、劣化判定部１０６は、平滑コンデンサ２０の放電期間の一部期間にわたる又は所定時点の第１温度センサ４１の測定結果に基づいて、第１半田５１の劣化状態を表す情報を生成してもよい。

図９は、処理装置１００により実行される半田劣化状態判定処理の他の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ９００では、制御部１０２は、メインスイッチＳＷ１をオフする。メインスイッチＳＷ１がオフすると、モータ駆動回路２に係るシステムが停止する。

ステップＳ９０１では、制御部１０２は、第１スイッチング素子１０をオフし、第２スイッチング素子１２をオンする。この結果、図１０に模式的に矢印Ｉ３で示すように電流が流れ、フィルタコンデンサ２２に溜まっていた電荷がグランドへと移動する。即ち、フィルタコンデンサ２２が放電される。これに伴い、第２スイッチング素子１２で損失が発生し、第２スイッチング素子１２の温度が上昇する。

ステップＳ９０２では、制御部１０２は、フィルタコンデンサ２２の放電が完了した否かを判定する。制御部１０２は、フィルタコンデンサ２２の放電開始後、所定時間経過時にフィルタコンデンサ２２の放電が完了したと判定してもよいし、フィルタコンデンサ２２の両端電圧が所定閾値以下となった場合にフィルタコンデンサ２２の放電が完了したと判定してもよい。フィルタコンデンサ２２の放電が完了したと判定した場合は、ステップＳ９０６に進み、それ以外の場合は、ステップＳ９０４に進む。尚、フィルタコンデンサ２２の放電が完了したと判定した場合は、制御部１０２は、第２スイッチング素子１２をオフしてよい。

ステップＳ９０４では、制御部１０２は、現時点の第２温度センサ４２の測定値を記憶部１０４に記憶する。制御部１０２は、ステップＳ９０４の処理を終了すると、所定時間経過後にステップＳ９０２からの処理を繰り返す。

ステップＳ９０６では、劣化判定部１０６は、記憶部１０４に記憶された第２温度センサ４２の測定結果（放電中の第２温度センサ４２の測定結果）に基づいて、第２スイッチング素子１２直下の第２半田５２の劣化状態を表す情報を生成する。この処理自体は、第２温度センサ４２の測定結果に基づく点、及び、第２半田５２の劣化状態である点を除いて、上述したステップＳ４０６の処理と同様であってよい。

図９に示す処理によれば、劣化判定部１０６は、フィルタコンデンサ２２の放電中の第２温度センサ４２の測定結果に基づいて、第２スイッチング素子１２直下の第２半田５２の劣化状態を表す情報を生成できる。これにより、劣化判定部１０６は、モータ駆動回路２に係るシステム停止時に必要となりうる放電動作を利用して、第２半田５２の劣化状態を表す情報を効率的に生成できる。また、フィルタコンデンサ２２の放電中に第２スイッチング素子１２を流れる電流は、図１０に示すように、回路中にインダクタンスＩｄが存在するため（低インピーダンスとならず）、瞬間的に大きな値とならない。これにより、劣化判定時の電流に起因して第２スイッチング素子１２が破損する可能性を低減できる。

尚、図９に示す処理では、劣化判定部１０６は、フィルタコンデンサ２２の放電期間の全体にわたる第２温度センサ４２の測定結果に基づいて、第２半田５２の劣化状態を表す情報を生成しているが、これに限らない。例えば、劣化判定部１０６は、フィルタコンデンサ２２の放電期間の一部期間にわたる又は所定時点の第２温度センサ４２の測定結果に基づいて、第２半田５２の劣化状態を表す情報を生成してもよい。

尚、図９に示す処理は、図７に示す処理とは無関係に実行されてもよいが、好ましくは、図７に示す処理後に実行される。この場合、例えば、図７に示すステップＳ７０２で"ＹＥＳ"となった場合に、図９のステップＳ９０１からの処理が開始される。かかる組合せによれば、劣化判定部１０６は、モータ駆動回路２に係るシステム停止時に必要となる一連の放電動作を利用して、第１半田５１及び第２半田５２の双方の劣化状態を表す情報を生成できる。

次に、図１１以降を参照して、本発明の第２実施例による半田劣化情報生成装置について説明する。第２実施例による半田劣化情報生成装置が適用されるモータ駆動回路は、図１に示したモータ駆動回路２であってよい。但し、第２実施例による半田劣化情報生成装置が適用されるモータ駆動回路は、図１に示したモータ駆動回路２におけるコンバータ４を省略した構成であってもよい。

第２実施例による半田劣化情報生成装置は、インバータ３に係るスイッチング素子直下の半田の劣化状態を表す情報を生成する点が、第１実施例による半田劣化情報生成装置１と主に異なる。

ここでは、インバータ３の上アームのＵ相に係るスイッチング素子を、「第３スイッチング素子１５」と称し、インバータ３の下アームのＷ相に係るスイッチング素子を、「第４スイッチング素子１６」と称する。

第３スイッチング素子１５は、図２に示したフリーホイールダイオード１１と同様の態様で、第３半田（図示せず）を介して第３基板（図示せず）に実装される。第３基板は、図２に示した第１基板６０と同様の態様で、第３冷媒により冷却される。

第４スイッチング素子１６は、図２に示したフリーホイールダイオード１１と同様の態様で、第４半田（図示せず）を介して第４基板（図示せず）に実装される。第４基板は、第３基板とは異なる基板であり、第３基板に対して電気的に絶縁される。第４基板は、図２に示した第１基板６０と同様の態様で、第４冷媒により冷却される。第４冷媒は、第３冷媒と同じ（共通の冷媒）であってもよいし、別の冷媒（別の冷媒流路を通る冷媒）であってもよい。

図１１は、第２実施例による半田劣化情報生成装置に関連する情報処理系の構成を示す図である。

半田劣化情報生成装置１Ａは、処理装置１００Ａと、第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５とを含む。

処理装置１００Ａは、コンピューターにより形成される。

第３温度センサ（第３測定手段の一例）４４は、第３スイッチング素子１５の温度を計測する。第３温度センサ４４は、第３スイッチング素子１５を含むチップに内蔵されてよい。

第４温度センサ（第４測定手段の一例）４５は、第４スイッチング素子１６の温度を計測する。第４温度センサ４５は、第４スイッチング素子１６を含むチップに内蔵されてよい。

処理装置１００Ａは、制御部１０２Ａと、記憶部１０４Ａと、劣化判定部１０６Ａとを含む。

制御部１０２Ａは、インバータ３の各スイッチング素子（第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６を含む）の各ゲートにパルスを印加して、インバータ３を制御する。制御部１０２Ａは、メインスイッチＳＷ１（図１）を制御する。

記憶部１０４Ａは、第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果を記憶する。

劣化判定部１０６Ａは、第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定値の変化態様に基づいて、第３半田及び第４半田の劣化状態を表す情報を出力する。第３半田及び第４半田の劣化状態を表す情報は、上述の第１実施例で説明した情報と同様であってよい。第３半田及び第４半田の劣化判定方法についても上述の第１実施例で説明した劣化判定方法と同様であってよい。

図１２は、処理装置１００Ａにより実行される半田劣化状態判定処理の一例を示すフローチャートである。

ステップＳ１２００では、制御部１０２Ａは、メインスイッチＳＷ１をオフする。メインスイッチＳＷ１がオフすると、モータ駆動回路２に係るシステムが停止する。

ステップＳ１２０１では、制御部１０２Ａは、第３スイッチング素子１５をオンし、第４スイッチング素子１６をオンする。即ち、制御部１０２Ａは、第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６を同時にオンする。尚、この際、制御部１０２Ａは、インバータ３の他のスイッチング素子をオフし、コンバータ４を備えるときはコンバータ４の第１スイッチング素子１０をオフする。この結果、図１３に模式的に矢印Ｉ４で示すように電流が流れ、平滑コンデンサ２０に溜まっていた電荷が、第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６を通ってグランドに移動する。即ち、平滑コンデンサ２０が放電される。これに伴い、第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６で損失が発生し、第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６の温度が上昇する。

ステップＳ１２０２では、制御部１０２Ａは、平滑コンデンサ２０の放電が完了した否かを判定する。制御部１０２Ａは、平滑コンデンサ２０の放電開始後、所定時間経過時に平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定してもよいし、平滑コンデンサ２０の両端電圧が所定閾値以下となった場合に平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定してもよい。平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定した場合は、ステップＳ１２０６に進み、それ以外の場合は、ステップＳ１２０４に進む。尚、平滑コンデンサ２０の放電が完了したと判定した場合は、制御部１０２Ａは、第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６をオフしてよい。

ステップＳ１２０４では、制御部１０２Ａは、現時点の第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定値を記憶部１０４Ａに記憶する。制御部１０２Ａは、ステップＳ１２０４の処理を終了すると、所定時間経過後にステップＳ１２０２からの処理を繰り返す。

ステップＳ１２０６では、劣化判定部１０６Ａは、記憶部１０４Ａに記憶された第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果（放電中の第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果）に基づいて、第３スイッチング素子１５直下の第３半田及び第４スイッチング素子１６直下の第４半田の劣化状態を表す情報を生成する。この処理自体は、第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果に基づく点、及び、第３半田及び第４半田の劣化状態である点を除いて、上述したステップＳ４０６の処理と同様であってよい。

図１２に示す処理によれば、劣化判定部１０６Ａは、平滑コンデンサ２０の放電中の第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果に基づいて、第３スイッチング素子１５直下の第３半田及び第４スイッチング素子１６直下の第４半田の劣化状態を表す情報を生成できる。これにより、劣化判定部１０６Ａは、モータ駆動回路２に係るシステム停止時に必要となりうる放電動作を利用して、第３半田及び第４半田の劣化状態を表す情報を生成できる。また、平滑コンデンサ２０の放電中に第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６を流れる電流は、図１３に示すように、回路中に電気モータ５のインダクタンス及び抵抗が存在するため（低インピーダンスとならず）、瞬間的に大きな値とならない。これにより、劣化判定時の電流に起因して第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６が破損する可能性を低減できる。

尚、図１２に示す処理では、劣化判定部１０６Ａは、平滑コンデンサ２０の放電中の第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果に基づいて、第３半田及び第４半田の劣化状態を表す情報を生成しているが、これに限られない。例えば、劣化判定部１０６Ａは、平滑コンデンサ２０の放電中の第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の一方のみの測定結果に基づいて、第３半田及び第４半田の一方のみの劣化状態を表す情報を生成してもよい。

また、図１２に示す処理では、一例として、第３スイッチング素子１５は、インバータ３の上アームのＵ相に係るスイッチング素子であり、第４スイッチング素子１６は、インバータ３の下アームのＷ相に係るスイッチング素子であるが、これに限られない。例えば、第３スイッチング素子１５は、インバータ３の上アームのＵ相に係るスイッチング素子であり、第４スイッチング素子１６は、インバータ３の下アームのＶ相に係るスイッチング素子であってもよい。同様に、第３スイッチング素子１５は、インバータ３の上アームのＶ相に係るスイッチング素子であり、第４スイッチング素子１６は、インバータ３の下アームのＷ相又はＵ相に係るスイッチング素子であってもよい。同様に、第３スイッチング素子１５は、インバータ３の上アームのＷ相に係るスイッチング素子であり、第４スイッチング素子１６は、インバータ３の下アームのＶ相又はＵ相に係るスイッチング素子であってもよい。また、図１２に示す処理は、これらの各組合わせに係る対向アーム毎に順次実行されてもよい。この場合、劣化判定部１０６Ａは、平滑コンデンサ２０の全放電期間を時分割的に利用して、複数の組合わせに係る対向アームに係る半田の劣化状態を表す情報を生成してもよい。

また、図１２に示す処理では、劣化判定部１０６Ａは、平滑コンデンサ２０の放電期間の全体にわたる第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果に基づいて、第３半田及び第４半田の劣化状態を表す情報を生成しているが、これに限らない。例えば、劣化判定部１０６Ａは、平滑コンデンサ２０の放電期間の一部期間にわたる又は所定時点の第３温度センサ４４及び第４温度センサ４５の測定結果に基づいて、第３半田及び第４半田の劣化状態を表す情報を生成してもよい。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、図２に示したモータ駆動回路２は、平滑コンデンサ２０に並列に放熱抵抗を備えていないが、平滑コンデンサ２０に並列に放熱抵抗を備えてもよい。放熱抵抗を備える場合、図１２に示す処理において、平滑コンデンサ２０の放電中に第３スイッチング素子１５及び第４スイッチング素子１６を流れる電流が小さくなりうるが、上述した効果を得ることはできる。

また、上述した実施例は、ハイブリッド車又は電気自動車で使用されるモータ駆動回路２に関するが、上述の各実施例は、パワーステアリング装置で使用されるモータ駆動回路にも適用可能である。

また、上述した実施例では、モータ駆動回路２に係るシステム起動時やシステム停止時を利用して劣化状態を表す情報を生成しているが、他のタイミングで同様の充電や放電が行われる場合は、当該他のタイミングで劣化状態を表す情報を生成してもよい。

また、上述した実施例では、図２に示すような半導体素子のチップの片面のみが冷却される構造が想定されているが、両面が冷却される構造であってもよい。この種の両面冷却構造は、例えば、特開2012-235081号公報に開示されるような構造であってよい。例えば、半導体素子のチップ(例えば、図2に示す例では、フリーホイールダイオード１１のチップ)は、上下面で半田を介してそれぞれ上下の基板(例えば銅板)に接合される。この場合、フリーホイールダイオード１１のチップの上下面のそれぞれの半田に関して、１つの半田として(いずれかを特定できないものの)劣化状態を表す情報を同様に生成できる。

１，１Ａ 半田劣化情報生成装置
２ モータ駆動回路
３ インバータ
４ コンバータ
５ 電気モータ
１０ 第１スイッチング素子
１１ フリーホイールダイオード
１２ 第２スイッチング素子
１３ フリーホイールダイオード
１５ 第３スイッチング素子
１６ 第４スイッチング素子
２０ 平滑コンデンサ
２２ フィルタコンデンサ
４１ 第１温度センサ
４２ 第２温度センサ
４３ 温度センサ
４４ 第３温度センサ
４５ 第４温度センサ
５１ 第１半田
５２ 第２半田
６０ 第１基板
６２ 第２基板
１００，１００Ａ 処理装置

Claims (10)

1. 電源、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの上アームを形成し、冷媒により冷却される基板に半田を介して接合する半導体素子と、
   前記半導体素子の温度を測定する測定手段と、
   前記平滑コンデンサの充電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含み、
   前記処理装置は、前記モータ駆動回路に係るシステム起動時に前記平滑コンデンサを充電し、該充電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記情報を生成する、半田劣化情報生成装置。
2. 電源、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの上アームを形成し、冷媒により冷却される基板に半田を介して接合する半導体素子と、
   前記半導体素子の温度を測定する測定手段と、
   前記電気モータに対するトルク指令値の時間積算値及び電流指令値の時間積算値に基づくことなく、前記平滑コンデンサの充電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含む、半田劣化情報生成装置。
3. 電源、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの上アームを形成し、冷媒により冷却される基板に半田を介して接合する半導体素子と、
   前記半導体素子の温度を測定する測定手段と、
   前記平滑コンデンサの充電中の期間であって、該充電の開始前及び該充電の終了後を含まない一の所定の期間内の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含む、半田劣化情報生成装置。
4. 電源、フィルタコンデンサ、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの上アームを形成し、第１冷媒により冷却される第１基板に第１半田を介して接合する第１スイッチング素子と、
   前記コンバータの下アームを形成し、第２冷媒により冷却される第２基板に、前記第１半田とは異なる第２半田を介して接合する第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子の温度を測定する第１測定手段と、
   前記第１スイッチング素子をオンし且つ前記第２スイッチング素子をオフして前記平滑コンデンサを放電させ、該放電中の前記第１測定手段の測定結果に基づいて、前記第１半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含み、
   前記処理装置は、前記モータ駆動回路に係るシステム停止時に前記第１スイッチング素子をオンし且つ前記第２スイッチング素子をオフして前記平滑コンデンサを放電させ、該放電中の前記第１測定手段の測定結果に基づいて、前記情報を生成する、半田劣化情報生成装置。
5. 電源、フィルタコンデンサ、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの上アームを形成し、第１冷媒により冷却される第１基板に第１半田を介して接合する第１スイッチング素子と、
   前記コンバータの下アームを形成し、第２冷媒により冷却される第２基板に、前記第１半田とは異なる第２半田を介して接合する第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子の温度を測定する第１測定手段と、
   前記第１スイッチング素子をオンし且つ前記第２スイッチング素子をオフして前記平滑コンデンサを放電させ、前記電気モータに対するトルク指令値の時間積算値及び電流指令値の時間積算値に基づくことなく、該放電中の前記第１測定手段の測定結果に基づいて、前記第１半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含む、半田劣化情報生成装置。
6. 電源、フィルタコンデンサ、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの上アームを形成し、第１冷媒により冷却される第１基板に第１半田を介して接合する第１スイッチング素子と、
   前記コンバータの下アームを形成し、第２冷媒により冷却される第２基板に、前記第１半田とは異なる第２半田を介して接合する第２スイッチング素子と、
   前記第１スイッチング素子の温度を測定する第１測定手段と、
   前記第１スイッチング素子をオンし且つ前記第２スイッチング素子をオフして前記平滑コンデンサを放電させ、該放電中の期間であって、該放電の開始前及び該放電の終了後を含まない一の所定の期間内の前記第１測定手段の測定結果に基づいて、前記第１半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含む、半田劣化情報生成装置。
7. 電源、フィルタコンデンサ、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの下アームを形成し、冷媒により冷却される基板に半田を介して接合するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の温度を測定する測定手段と、
   前記スイッチング素子をオンして前記フィルタコンデンサを放電させ、該放電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含み、
   前記処理装置は、前記モータ駆動回路に係るシステム停止時に前記スイッチング素子をオンして前記フィルタコンデンサを放電させ、該放電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記情報を生成する、半田劣化情報生成装置。
8. 電源、フィルタコンデンサ、コンバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記コンバータの下アームを形成し、冷媒により冷却される基板に半田を介して接合するスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の温度を測定する測定手段と、
   前記スイッチング素子をオンして前記フィルタコンデンサを放電させ、前記電気モータに対するトルク指令値の時間積算値及び電流指令値の時間積算値に基づくことなく、該放電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含む、半田劣化情報生成装置。
9. インバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
   前記インバータの第１相に係る上アームを形成し、第３冷媒により冷却される第３基板に第３半田を介して接合する第３スイッチング素子と、
   前記インバータの前記第１相とは異なる第２相に係る下アームを形成し、第４冷媒により冷却される第４基板に、前記第３半田とは異なる第４半田を介して接合する第４スイッチング素子と、
   前記第３スイッチング素子又は前記第４スイッチング素子の温度を測定する測定手段と、
   前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を同時にオンして前記平滑コンデンサを放電させ、該放電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第３半田又は前記第４半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含み、
   前記処理装置は、前記モータ駆動回路に係るシステム停止時に前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を同時にオンして前記平滑コンデンサを放電させ、該放電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記情報を生成する、半田劣化情報生成装置。
10. インバータ、平滑コンデンサ及び電気モータを備えるモータ駆動回路に係る半田劣化情報生成装置であって、
    前記インバータの第１相に係る上アームを形成し、第３冷媒により冷却される第３基板に第３半田を介して接合する第３スイッチング素子と、
    前記インバータの前記第１相とは異なる第２相に係る下アームを形成し、第４冷媒により冷却される第４基板に、前記第３半田とは異なる第４半田を介して接合する第４スイッチング素子と、
    前記第３スイッチング素子又は前記第４スイッチング素子の温度を測定する測定手段と、
    前記第３スイッチング素子及び前記第４スイッチング素子を同時にオンして前記平滑コンデンサを放電させ、前記電気モータに対するトルク指令値の時間積算値及び電流指令値の時間積算値に基づくことなく、該放電中の前記測定手段の測定結果に基づいて、前記第３半田又は前記第４半田の劣化状態を表す情報を生成する処理装置とを含む、半田劣化情報生成装置。

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