JP6302760B2 - Power conversion device having degradation diagnosis function - Google Patents

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本発明は劣化診断機能を有する電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device having a deterioration diagnosis function.

近年、電力変換装置ではスイッチング損失を低減するため、電圧駆動型スイッチング素子であるIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)が適用されている。   In recent years, in order to reduce switching loss in power conversion devices, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors), which are voltage-driven switching elements, are applied.

これらのスイッチング素子は長期的に使用されることで経年劣化し、オン抵抗やオン電圧などの特性の劣化が報告されている。劣化が進行すると短絡や開放故障による電力変換装置の破壊原因となる。電力変換装置の破壊を未然に防ぐためにスイッチング素子の劣化を検出する技術が注目されている。   It has been reported that these switching elements deteriorate over time due to long-term use, and characteristics such as on-resistance and on-voltage are deteriorated. As the deterioration progresses, the power conversion device may be damaged due to a short circuit or an open failure. In order to prevent destruction of a power converter, attention has been paid to a technique for detecting deterioration of a switching element.

スイッチング素子のオン抵抗やオン電圧には温度依存性が存在するため、劣化を検出するためにはオン抵抗やオン電圧を検出するとともに、スイッチング素子のジャンクション温度を高精度に検出し、劣化を診断する必要がある。しかし、ジャンクション温度はスイッチング素子の状態に応じて時々刻々と変化し、温度の正確な検出は困難であるため、温度センサを用いずにスイッチング素子の劣化を診断する技術が求められている。   Since the on-resistance and on-voltage of the switching element have temperature dependency, the on-resistance and on-voltage are detected to detect the deterioration, and the junction temperature of the switching element is detected with high accuracy to diagnose the deterioration. There is a need to. However, since the junction temperature changes from moment to moment according to the state of the switching element, and it is difficult to accurately detect the temperature, a technique for diagnosing the deterioration of the switching element without using a temperature sensor is required.

本技術分野の背景技術として特開2009−159671号公報(特許文献1)がある。この公報には、「故障検出装置は電力用素子としてのIGBTの主電極間の電圧をダイオードを介して検出する。そして、故障検出装置はダイオードのアノード電圧が予め定める基準電圧より低電圧であるとき、IGBTは短絡故障であると判定する。好ましくは、ダイオードのアノード電圧が予め定める基準電圧より高電圧であることを併せて判定すれば、フライホイールダイオードがオン状態である正常動作の場合を除外できる。」と記載されている(要約参照)。   There exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2009-159671 (patent document 1) as background art of this technical field. This publication states that “the failure detection device detects the voltage between the main electrodes of the IGBT as a power element through a diode. In the failure detection device, the anode voltage of the diode is lower than a predetermined reference voltage. The IGBT is determined to be a short-circuit failure, and preferably, when it is determined that the anode voltage of the diode is higher than a predetermined reference voltage, the flywheel diode is in the on state. Can be excluded "(see summary).

また、他の背景技術として特開2010−220470号公報(特許文献2)がある。この公報には「故障診断装置はカソードがIGBTのコレクタに接続される整流素子と、一端が整流素子のアノードに接続され、他端にエミッタに対して正の電圧が印加される抵抗素子とIGBTの劣化を判定するための劣化判定部とを備える。劣化判定部は主電流の大きさが予め定める基準電流と一致するときに検出された、整流素子のアノードとIGBTのエミッタとの間の監視電圧が、基準電圧を超えるか否かを判定する。基準電流は主電流の大きさが第1の領域と第2の領域との境界である大きさに設定される。第1の領域はコレクタ・エミッタ間の電圧が負の温度依存性を有する領域であり、第2の領域はコレクタ・エミッタ間の電圧が正の温度依存性を有する領域である。」と記載されている(要約参照)。   Moreover, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2010-220470 (patent document 2) as another background art. In this publication, “a fault diagnosing device has a rectifying element whose cathode is connected to the collector of the IGBT, a resistance element whose one end is connected to the anode of the rectifying element, and a positive voltage is applied to the emitter at the other end. A deterioration determining unit for determining deterioration of the battery, wherein the deterioration determining unit detects between the anode of the rectifying element and the emitter of the IGBT, which is detected when the magnitude of the main current matches a predetermined reference current. It is determined whether or not the voltage exceeds the reference voltage, and the reference current is set such that the magnitude of the main current is a boundary between the first region and the second region. The region where the voltage between the emitters has a negative temperature dependency, and the second region is the region where the voltage between the collector and the emitter has a positive temperature dependency ”(see the summary). .

特開2009−159671JP2009-159671 特開2010−220470JP 2010-220470

上記の2つの先行技術文献はIGBTのコレクタ・エミッタ間電圧の主電流依存性において、温度特性のないクロスポイントを使用して故障もしくは劣化を診断する装置である。しかし、MOSFETのドレイン・ソース間電圧の主電流依存性にはクロスポイントが存在しないため、先行技術文献に記載の技術では、スイッチング素子のジャンクション温度を正確に検出しなければMOSFETの劣化を診断できないという課題があった。   The above two prior art documents are devices for diagnosing a failure or deterioration using a cross point having no temperature characteristic in the main current dependence of the collector-emitter voltage of the IGBT. However, since there is no cross point in the main current dependency of the drain-source voltage of the MOSFET, the technique described in the prior art document cannot diagnose the deterioration of the MOSFET unless the junction temperature of the switching element is accurately detected. There was a problem.

前記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、ゲート端子に入力される制御信号に応じて主電流が変化するスイッチング素子を含むスイッチング装置において、予め定められた基準電流と前記主電流が一致するときに前記スイッチング素子のゲート電圧を予め定められた診断電圧に切り替えるゲート電圧切替手段と、を有し、前記ゲート電圧切替手段が動作したときの主電流が前記基準電流と異なるとき、前記スイッチング素子のゲート端子にゲート停止の制御信号を入力する、またはアラームを出力する診断手段を有することを特徴とするスイッチング装置である。
In order to solve the problem, for example, the configuration described in the claims is adopted. The present application includes a plurality of means for solving the above-described problems. To give an example, a switching device including a switching element whose main current changes according to a control signal input to a gate terminal is predetermined. Gate voltage switching means for switching the gate voltage of the switching element to a predetermined diagnosis voltage when a reference current and the main current match, and the main current when the gate voltage switching means is operated is A switching device comprising diagnostic means for inputting a gate stop control signal to the gate terminal of the switching element or outputting an alarm when different from a reference current.

本発明によれば、スイッチング素子のジャンクション温度によらずスイッチング素子の劣化の有無を検出することができる。   According to the present invention, it is possible to detect the presence or absence of deterioration of a switching element regardless of the junction temperature of the switching element.

本発明の劣化診断手段で使用するMOSFET及びIGBTの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of MOSFET used by the degradation diagnostic means of this invention, and IGBT. 本発明の実施例1による劣化診断手段の処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process of the degradation diagnostic means by Example 1 of this invention. 本発明の実施例1を適用した場合のゲート電圧等を示す図である。It is a figure which shows the gate voltage etc. at the time of applying Example 1 of this invention. 本発明の劣化診断手段を適用した電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device to which the degradation diagnosis means of the present invention is applied. 本発明の劣化診断手段を適用した電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device to which the degradation diagnosis means of the present invention is applied. 本発明の実施例1で使用される劣化診断手段を実現する回路構成である。It is a circuit structure which implement | achieves the deterioration diagnostic means used in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2の劣化診断手段で使用するIGBT、MOSFETの特性を示すグラフである。It is a graph which shows the characteristic of IGBT and MOSFET which are used with the degradation diagnostic means of Example 2 of this invention. 本発明の実施例2を実現する電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device which implements Example 2 of the present invention.

以下、図面を用いて実施例を説明する。なお、図面及び実施例ではスイッチング素子としてMOSFETを取り上げるが、本発明はIGBTなどの電圧駆動型のスイッチング素子にも適用可能である。   Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the drawings and examples, MOSFETs are taken up as switching elements, but the present invention is also applicable to voltage-driven switching elements such as IGBTs.

実施例1ではMOSFETの特性が劣化したことを検出する劣化診断手段について説明する。
(劣化診断で使用するMOSFETの特性)
図1は、実施例1においてMOSFETの劣化を診断するときに使用するMOSFETの特性である。IGBTの特性も図1と同様となる。横軸はMOSFETのゲート端子に入力されるゲート電圧、縦軸はMOSFETのドレイン電極およびソース電極に流れる主電流である。実線と破線はそれぞれスイッチング素子の温度が25℃、125℃である場合のゲート電圧に対する飽和電流の特性を示している。
In the first embodiment, a deterioration diagnosis unit that detects that the characteristics of the MOSFET have deteriorated will be described.
(Characteristics of MOSFET used for deterioration diagnosis)
FIG. 1 shows the characteristics of the MOSFET used when diagnosing the deterioration of the MOSFET in the first embodiment. The characteristics of the IGBT are the same as in FIG. The horizontal axis represents the gate voltage input to the gate terminal of the MOSFET, and the vertical axis represents the main current flowing through the drain electrode and the source electrode of the MOSFET. The solid line and the broken line show the characteristics of the saturation current with respect to the gate voltage when the temperature of the switching element is 25 ° C. and 125 ° C., respectively.

MOSFETはゲート端子にゲート電圧を印加することでオン・オフ状態を切り替える。このゲート電圧がMOSFETのしきい値電圧Vth以上であればオン状態となりゲート電圧に対応した飽和電流がソース・ドレイン間を流れる。一方、ゲート電圧がMOSFETのしきい値電圧未満であればオフ状態となる。ここで、しきい値電圧Vthは温度によって変動し、一般的に25℃に比べて125℃の方がしきい値電圧が低い値となる。例えば、25℃では3.2Vに対して、125℃では2.5Vとなる。   The MOSFET is switched between on and off states by applying a gate voltage to the gate terminal. If this gate voltage is equal to or higher than the threshold voltage Vth of the MOSFET, the transistor is turned on and a saturation current corresponding to the gate voltage flows between the source and drain. On the other hand, if the gate voltage is less than the threshold voltage of the MOSFET, it is turned off. Here, the threshold voltage Vth varies depending on the temperature. Generally, the threshold voltage is lower at 125 ° C. than at 25 ° C. For example, it is 3.2 V at 125 ° C. and 2.5 V at 125 ° C.

ここで、図1に示す通り、異なる温度に対するMOSFETのゲート電圧の飽和電流依存性には温度に依存しないクロスポイント102が存在する。このクロスポイント102よりもゲート電圧が低い領域では、ゲート電圧が一定であっても温度の増加につれて飽和電流が増加する。すなわち、この領域では飽和電流は正の温度依存性を有する。一方、クロスポイント102よりもゲート電圧が高い領域では、温度の増加につれて飽和電流が低下する。すなわち飽和電流は負の温度依存性を有する。   Here, as shown in FIG. 1, there is a temperature-independent cross point 102 in the saturation current dependence of the MOSFET gate voltage for different temperatures. In the region where the gate voltage is lower than the cross point 102, the saturation current increases as the temperature increases even if the gate voltage is constant. That is, in this region, the saturation current has a positive temperature dependency. On the other hand, in the region where the gate voltage is higher than the cross point 102, the saturation current decreases as the temperature increases. That is, the saturation current has a negative temperature dependency.

2つの領域の境界であるクロスポイント102におけるゲート電圧および飽和電流をそれぞれ劣化診断電圧103、基準電流101と設定する。クロスポイント102ではMOSFETは温度による飽和電流の変化が無いため、クロスポイント102におけるゲート電圧と飽和電流の特性を検出することで、温度センサを必要としない劣化診断が可能となる。   The gate voltage and saturation current at the cross point 102, which is the boundary between the two regions, are set as the deterioration diagnosis voltage 103 and the reference current 101, respectively. Since the MOSFET does not change in saturation current due to temperature at the cross point 102, detecting the characteristics of the gate voltage and saturation current at the cross point 102 enables deterioration diagnosis that does not require a temperature sensor.

本実施例では、MOSFETの導通損失を低減するため、通常時にオン状態とする場合、しきい値電圧Vthよりも十分高い電圧をゲート電圧として印加する。この通常時のオン動作するゲート電圧を動作ゲート電圧105とする。一般的に劣化診断電圧103は動作ゲート電圧105より低い値となる。例えば、動作ゲート電圧105は18Vに対して、劣化診断電圧103は9Vである。ただし、必ずしも劣化診断電圧103を動作ゲート電圧105より低い値とする必要はない。   In this embodiment, in order to reduce the conduction loss of the MOSFET, a voltage sufficiently higher than the threshold voltage Vth is applied as the gate voltage when the MOSFET is normally turned on. The gate voltage that normally turns on is referred to as an operating gate voltage 105. In general, the deterioration diagnosis voltage 103 is lower than the operation gate voltage 105. For example, the operating gate voltage 105 is 18V, and the deterioration diagnosis voltage 103 is 9V. However, the deterioration diagnosis voltage 103 does not necessarily have to be lower than the operation gate voltage 105.

クロスポイント102における基準電流101および劣化診断電圧103は個々のMOSFETによって異なるが、一般的に基準電流101は電流定格の0.8倍程度であり、劣化診断電圧103はゲート電圧の耐圧以内である。すなわち、MOSFETをその定格以内で動作させていれば、劣化を診断することができる。 MOSFETが劣化している場合には、MOSFETのしきい値電圧Vthやトランスコンダクタンス等の特性は、初期状態から変化する。そのため、素子の劣化により初期状態に比べて変化している場合に、クロスポイント102の劣化診断電圧103で動作させると、主電流は基準電流101と異なる電流値となる。例えば、基準電流101よりも低い主電流(動作ポイント104の飽和電流)が流れる。すなわち、劣化診断電圧103で動作させた場合の主電流を検出し、基準電流101と一致しているかどうかを確認することによって、スイッチング素子の温度に寄らず、スイッチング素子の劣化を診断することができる。
(劣化診断のフローチャート)
次に図2及び図3を用いて劣化診断手段100のフローチャートを説明する。図2は、劣化診断のフローチャートを示している。
Although the reference current 101 and the deterioration diagnosis voltage 103 at the cross point 102 differ depending on individual MOSFETs, the reference current 101 is generally about 0.8 times the current rating, and the deterioration diagnosis voltage 103 is within the breakdown voltage of the gate voltage. . That is, deterioration can be diagnosed if the MOSFET is operated within the rated range. When the MOSFET has deteriorated, characteristics such as the threshold voltage Vth and transconductance of the MOSFET change from the initial state. For this reason, when operating with the deterioration diagnosis voltage 103 of the cross point 102 when the element has changed compared to the initial state due to deterioration of the element, the main current has a current value different from that of the reference current 101. For example, a main current (saturation current at the operating point 104) lower than the reference current 101 flows. That is, it is possible to diagnose the deterioration of the switching element regardless of the temperature of the switching element by detecting the main current when operated with the deterioration diagnosis voltage 103 and confirming whether or not it matches the reference current 101. it can.
(Deterioration diagnosis flowchart)
Next, a flowchart of the deterioration diagnosis unit 100 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a flowchart of deterioration diagnosis.

図2を参照して、ステップ1でMOSFETのゲート端子にゲート信号および動作ゲート電圧105が入力され、MOSFETがオン状態となる。この動作を正常に完了するとステップ2に移行する。   Referring to FIG. 2, in step 1, a gate signal and an operating gate voltage 105 are input to the gate terminal of the MOSFET, and the MOSFET is turned on. When this operation is completed normally, the process proceeds to step 2.

ステップ2ではMOSFETにゲート信号および動作ゲート電圧105が入力されている期間中にMOSFETに流れる主電流を検出し、ステップ3に移行する。   In step 2, the main current flowing in the MOSFET is detected during the period when the gate signal and the operating gate voltage 105 are input to the MOSFET, and the process proceeds to step 3.

ステップ3では図1に示すクロスポイント102で動作させるか否かを判定するため、MOSFETの主電流と基準電流101が一致するか否かを判定する。ここで、主電流と基準電流101が一致しなければステップ1に戻り、MOSFETには所定のゲート信号と動作ゲート電圧105が入力され続け、主電流と基準電流101が一致したときに初めてステップ4に移行する。   In step 3, in order to determine whether or not to operate at the cross point 102 shown in FIG. 1, it is determined whether or not the main current of the MOSFET and the reference current 101 match. If the main current and the reference current 101 do not coincide with each other, the process returns to step 1 and a predetermined gate signal and the operating gate voltage 105 are continuously input to the MOSFET. Migrate to

ステップ4ではゲート電圧切替手段の動作が開始することで、MOSFETのゲート端子には劣化診断電圧103が印加され、ステップ5に移行する。   In step 4, the operation of the gate voltage switching means is started, so that the deterioration diagnosis voltage 103 is applied to the gate terminal of the MOSFET, and the process proceeds to step 5.

ステップ5ではゲート電圧切替手段が動作している期間中のMOSFETの飽和電流を検出し、ステップ6に移行する。   In step 5, the saturation current of the MOSFET during the period in which the gate voltage switching means is operating is detected, and the process proceeds to step 6.

ステップ6ではMOSFETの飽和電流と基準電流101を比較することでMOSFETの劣化を診断する。前述のようにMOSFETが劣化していなければ飽和電流は基準電流101と一致することになる。飽和電流と基準電流101とが一致する場合は、ステップ1へ戻る。   In step 6, the deterioration of the MOSFET is diagnosed by comparing the saturation current of the MOSFET with the reference current 101. As described above, the saturation current matches the reference current 101 if the MOSFET is not deteriorated. If the saturation current matches the reference current 101, the process returns to step 1.

一方、MOSFETが劣化している場合には、劣化診断電圧103で動作時の飽和電流が基準電流とは異なる値となるため、主電流と基準電流101が異なり、初期状態のクロスポイント102ではなく動作ポイント104で動作する。このような場合にはステップ7へ移行する。劣化したMOSFETを使用し続けると電力変換装置の破壊につながるため、ステップ7ではMOSFETのゲート信号およびゲート電圧を速やかに停止する。または、ゲート信号停止の代わりに、劣化を知らせるアラームを出力しても良い。
図3は、上記したフローチャートに従って劣化診断を行った場合のゲート電圧、ドレイン電圧及び主電流の時間変化を示す図である。まず、ステップ1からステップ3の処理が繰り返されるt1からt5の期間について説明する。ゲート信号に基づいてオン信号が入力された場合は、動作ゲート電圧105(例えば、18V)がゲートに印加され、オフ信号が入力された場合は低電圧(例えば、0V)がゲートに印加される。オン状態(t1〜t2、t3〜t4)の期間は、ドレイン電圧が0Vとなり、主電流が徐々に増加する。オフ状態(t2〜t3、t4〜t5)の期間は、ドレイン電圧が入力電圧(例えば、600V)となり、主電流が0Aとなる。
On the other hand, when the MOSFET is deteriorated, the saturation current at the time of operation at the deterioration diagnosis voltage 103 is different from the reference current, so the main current and the reference current 101 are different, not the cross point 102 in the initial state. Operates at the operating point 104. In such a case, the process proceeds to step 7. If the deteriorated MOSFET continues to be used, the power conversion device is destroyed. Therefore, in step 7, the MOSFET gate signal and gate voltage are quickly stopped. Alternatively, an alarm notifying deterioration may be output instead of stopping the gate signal.
FIG. 3 is a diagram showing temporal changes in the gate voltage, the drain voltage, and the main current when the deterioration diagnosis is performed according to the flowchart described above. First, the period from t1 to t5 in which the processing from step 1 to step 3 is repeated will be described. When the ON signal is input based on the gate signal, the operating gate voltage 105 (for example, 18V) is applied to the gate, and when the OFF signal is input, the low voltage (for example, 0V) is applied to the gate. . During the ON state (t1 to t2, t3 to t4), the drain voltage becomes 0 V, and the main current gradually increases. During the off state (t2 to t3, t4 to t5), the drain voltage becomes the input voltage (for example, 600V), and the main current becomes 0A.

時刻t1において、ステップ1でオンのゲート信号が入力されると、ステップ2で主電流Idが検出される。時刻t1では電流がまだ立ち上がっていないため、ここでは主電流はゼロAとなる。そのため、ステップ3で主電流(ゼロA)と基準電流101を比較しても両者は一致しないため、処理がステップ1に戻る。この処理は、主電流と基準電流が一致するまで繰り返される。   At time t1, when an ON gate signal is input in step 1, the main current Id is detected in step 2. Since the current has not yet risen at time t1, the main current is zero A here. Therefore, even if the main current (zero A) and the reference current 101 are compared in step 3, they do not match, so the process returns to step 1. This process is repeated until the main current and the reference current match.

主電流が徐々に増加して、時刻t6で主電流が基準電流の値まで増加すると、処理がステップ4に進み、ゲート電圧切替手段の動作が開始する。つまり、時刻t6では、ゲート電圧を動作ゲート電圧105の18Vから劣化診断電圧103は9Vまで減少させる。劣化診断電圧103は、クロスポイント102のゲート電圧と同じ値に設定されているため、スイッチング素子が劣化していない場合には、図3に示すように、スイッチング素子の温度に関わらず、クロスポイント102における飽和電流(基準電流)が主電流としてMOSFETに流れる。もし、スイッチング素子が劣化している場合には、図1に示すように、動作ポイントが104に変化しているため、飽和電流が基準電流101よりも低い値となる。   When the main current gradually increases and the main current increases to the value of the reference current at time t6, the process proceeds to step 4 and the operation of the gate voltage switching means starts. That is, at time t6, the gate voltage is decreased from 18V of the operating gate voltage 105 to 9V of the deterioration diagnosis voltage 103. Since the deterioration diagnosis voltage 103 is set to the same value as the gate voltage of the cross point 102, when the switching element is not deteriorated, as shown in FIG. 3, regardless of the temperature of the switching element, the cross point The saturation current (reference current) in 102 flows through the MOSFET as the main current. If the switching element is deteriorated, the operating point is changed to 104 as shown in FIG. 1, so that the saturation current is lower than the reference current 101.

そのため、図3で示す例では、t6からt7の期間において、ステップ5で検出した主電流は基準電流と一致し、ステップ6で主電流と基準電流が一致することが確認できるため、処理がステップ1に戻る。一方、ステップ5で検出した主電流が基準電流と一致しない場合には、スイッチング素子が劣化していると判断できるため、処理がステップ7に進みゲート信号が停止される。   Therefore, in the example shown in FIG. 3, the main current detected in step 5 matches the reference current in the period from t6 to t7, and it can be confirmed in step 6 that the main current and the reference current match. Return to 1. On the other hand, if the main current detected in step 5 does not match the reference current, it can be determined that the switching element has deteriorated, so the process proceeds to step 7 and the gate signal is stopped.

(劣化診断機能を有する電力変換装置)
図4は実施例1の劣化診断手段が適用されたモータ駆動用電力変換装置の回路図である。電力変換装置3は三相インバータを示しており、コンデンサ2とMOSFETQ1〜Q6とMOSFETQ1〜Q6を駆動するためのゲート信号およびゲート電圧を印加するゲート駆動回路6a〜6fとダイオードD1〜D6で構成される。直流電力1の安定化を目的として直流電力1には並列にコンデンサ2が接続されている。
(Power converter with degradation diagnosis function)
FIG. 4 is a circuit diagram of a motor drive power converter to which the deterioration diagnosis unit of the first embodiment is applied. The power conversion device 3 shows a three-phase inverter, and includes a capacitor 2, MOSFETs Q1 to Q6, gate drive circuits 6a to 6f for applying gate signals and gate voltages for driving the MOSFETs Q1 to Q6, and diodes D1 to D6. The A capacitor 2 is connected to the DC power 1 in parallel for the purpose of stabilizing the DC power 1.

MOSFETQ1〜Q6のうちQ1とQ2が直列接続されることでU相を形成し、V相はQ3とQ4、W相はQ5とQ6がそれぞれ直列に接続されることでU相、V相、W相の三相インバータを構築している。ここでは三相インバータを例としてあげるが、単相インバータやコンバータなどの電力用スイッチング素子を用いた電力変換装置であれば他の回路方式でも良い。   Of MOSFETs Q1 to Q6, Q1 and Q2 are connected in series to form a U phase, V phase is connected to Q3 and Q4, W phase is connected to Q5 and Q6 in series, and U phase, V phase, W A three-phase inverter is constructed. Here, a three-phase inverter is taken as an example, but other circuit systems may be used as long as it is a power conversion device using a power switching element such as a single-phase inverter or a converter.

各相に直列接続された2つのMOSFETの間の接続点からは電力線が引き出されており、モータ5に接続されている。モータ5はリアクトル5a〜5cを用いた等価回路で記述している。ここで、モータはスター結線で記載しているが、他の結線方法でもよい。また、電力変換装置3の出力はモータ5が接続されているが、商用電源等の系統でも良い。   A power line is drawn from a connection point between two MOSFETs connected in series to each phase and is connected to the motor 5. The motor 5 is described as an equivalent circuit using reactors 5a to 5c. Here, although the motor is described by the star connection, other connection methods may be used. Moreover, although the motor 5 is connected to the output of the power converter 3, a system such as a commercial power source may be used.

電力変換装置3はMOSFETQ1〜Q6のオン状態とオフ状態を切り替えることによって直流電力1を交流電力に変換して出力する。変換された交流電力はU相、V相、W相の三相それぞれに流れることでモータ5を駆動する。   The power conversion device 3 converts the DC power 1 into AC power and outputs it by switching the MOSFETs Q1 to Q6 between the on state and the off state. The converted AC power flows in each of the three phases of U phase, V phase, and W phase to drive the motor 5.

MOSFETQ1〜Q6のオン状態とオフ状態の切り替えはそれぞれゲート駆動回路6a〜6fを用いて駆動される。直流電力1を交流電力へ変換するときには、ゲート信号として例えばパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)が用いられる。PWMを用いることでモータ5へ流れる電流の周波数およびピーク値を制御することができる。   Switching between the on-state and off-state of MOSFETs Q1-Q6 is driven using gate drive circuits 6a-6f, respectively. When the DC power 1 is converted into AC power, for example, pulse width modulation (PWM) is used as a gate signal. By using PWM, the frequency and peak value of the current flowing to the motor 5 can be controlled.

電力変換装置3を構成するMOSFETQ1〜Q6には並列にダイオードD1〜D6が接続される。このダイオードD1〜D6はMOSFETQ1〜Q6がオフしている状態においてモータ5に流れている電流を還流させるために接続されている。ダイオードD1〜D6はMOSFETの構造上生成されるボディダイオードあるいは外付けダイオードのどちらでも良い。外付けの場合はMOSFETQ1〜Q6のドレイン電極にダイオードD1〜D6のカソード、MOSFETQ1〜Q6のソース電極にダイオードD1〜D6のアノードを接続する。また、Q1〜Q6がMOSFETではなくIGBTのときはダイオードD1〜D6を接続する必要がある。   Diodes D1 to D6 are connected in parallel to MOSFETs Q1 to Q6 constituting the power conversion device 3. The diodes D1 to D6 are connected to circulate the current flowing through the motor 5 when the MOSFETs Q1 to Q6 are turned off. The diodes D1 to D6 may be body diodes or external diodes generated due to the structure of the MOSFET. In the case of external connection, the cathodes of the diodes D1 to D6 are connected to the drain electrodes of the MOSFETs Q1 to Q6, and the anodes of the diodes D1 to D6 are connected to the source electrodes of the MOSFETs Q1 to Q6. Further, when Q1 to Q6 are not MOSFETs but IGBTs, it is necessary to connect diodes D1 to D6.

本発明の中で劣化の有無を診断するためには、電力変換装置3の主電流を検出する必要がある。図4に示すように、電力変換装置3とモータ5を接続する電力線に電流センサ4a〜4cを挿入することで主電流を検出することが可能である。ここで、電流センサはモータ5のU相、V相、W相にそれぞれ1つずつ接続されていればよい。もしくは図5に示すようにMOSFETQ1〜Q6のドレイン電極に電流センサ7a〜7fを挿入してもよい。また、電流センサではなく電流を検出できる手段であればよい。   In order to diagnose the presence or absence of deterioration in the present invention, it is necessary to detect the main current of the power converter 3. As shown in FIG. 4, the main current can be detected by inserting current sensors 4 a to 4 c into a power line connecting the power converter 3 and the motor 5. Here, it is only necessary that one current sensor is connected to each of the U phase, V phase, and W phase of the motor 5. Alternatively, current sensors 7a to 7f may be inserted into the drain electrodes of MOSFETs Q1 to Q6 as shown in FIG. Further, any means capable of detecting current rather than a current sensor may be used.

(劣化診断手段の回路構成)
図6は図2の劣化診断手段100のフローチャートを実現する回路構成の一例である。以下では例として図4のMOSFETQ1を対象とした劣化診断手段の動作を説明する。MOSFETQ2〜Q6も同様の回路構成で劣化診断することが可能である。
(Circuit configuration of deterioration diagnosis means)
FIG. 6 is an example of a circuit configuration for realizing the flowchart of the degradation diagnosis unit 100 of FIG. Hereinafter, as an example, the operation of the deterioration diagnosis means for the MOSFET Q1 in FIG. 4 will be described. The MOSFETs Q2 to Q6 can be diagnosed for deterioration with the same circuit configuration.

MOSFETQ1にはゲート駆動回路203が接続されている。ゲート駆動回路203はゲート信号202に応じてMOSFETQ1のオン・オフ状態を切り替える。ここで、ゲート信号202がオン信号を出力したときはトランジスタ201aが動作し、ゲート端子にはゲート電圧として動作ゲート電圧105の電圧が印加される。MOSFETQ1をオンするにはMOSFETQ1のしきい値電圧以上のゲート電圧を印加する必要がある。例えばしきい値電圧が3.2Vであれば、動作ゲート電圧105は18V程度である。   A gate drive circuit 203 is connected to the MOSFET Q1. The gate drive circuit 203 switches the on / off state of the MOSFET Q1 according to the gate signal 202. Here, when the gate signal 202 outputs an ON signal, the transistor 201a operates, and a voltage of the operation gate voltage 105 is applied to the gate terminal as a gate voltage. In order to turn on the MOSFET Q1, it is necessary to apply a gate voltage higher than the threshold voltage of the MOSFET Q1. For example, if the threshold voltage is 3.2V, the operating gate voltage 105 is about 18V.

一方、ゲート信号202がオフ信号を出力したときはトランジスタ201bが動作し、ゲート端子にはゲート電圧として直流電源211の電圧が印加される。MOSFETQ1をオフするにはMOSFETQ1のしきい値電圧未満のゲート電圧を印加する必要がある。これらの直流電源211、動作ゲート電圧105はMOSFETQ1の最大定格以内の値でなければならない。また、オン・オフ状態を切り替えるゲート信号は例えば上記のPWMである。   On the other hand, when the gate signal 202 outputs an off signal, the transistor 201b operates, and the voltage of the DC power supply 211 is applied to the gate terminal as the gate voltage. In order to turn off the MOSFET Q1, it is necessary to apply a gate voltage lower than the threshold voltage of the MOSFET Q1. These DC power supply 211 and operating gate voltage 105 must be values within the maximum rating of MOSFET Q1. The gate signal for switching the on / off state is, for example, the above PWM.

以下ではゲート電圧切替手段213の動作を説明する。論理回路209は直流電源217から電力を供給されることで常に動作しており、MOSFETQ1に流れる主電流210と基準電流101が一致するか否かを判定する。ここで、主電流210は電流センサ4aを用いて測定され、モータへの電力線に電流センサ4aを挿入しているが、MOSFETQ1のドレイン電極またはMOSFETのソース電極に挿入しても良い。   Hereinafter, the operation of the gate voltage switching means 213 will be described. The logic circuit 209 always operates by being supplied with power from the DC power supply 217, and determines whether or not the main current 210 flowing through the MOSFET Q1 matches the reference current 101. Here, the main current 210 is measured using the current sensor 4a, and the current sensor 4a is inserted in the power line to the motor, but may be inserted in the drain electrode of the MOSFET Q1 or the source electrode of the MOSFET.

論理回路209の出力には半導体スイッチ208a、208bが接続されている。主電流210と基準電流101が一致しないときにはローレベルを出力することで半導体スイッチ208aがオン状態となり、一致したときにはハイレベルを出力することで半導体スイッチ208bがオン状態となる。   Semiconductor switches 208 a and 208 b are connected to the output of the logic circuit 209. When the main current 210 and the reference current 101 do not match, the semiconductor switch 208a is turned on by outputting a low level, and when it matches, the semiconductor switch 208b is turned on by outputting a high level.

論理回路209がローレベルを出力し、半導体スイッチ208aがオンしているときMOSFETQ1に印加されるゲート電圧を説明する。ゲート信号202がオン信号を出力するとトランジスタ201aがオンすることでゲート端子にはゲート電圧として動作ゲート電圧105が印加される。一方、ゲート信号202がオフ信号を出力するとトランジスタ201bがオンすることでゲート端子にはゲート電圧として直流電源211が印加される。すなわち、論理回路209がローレベルを出力したときは、MOSFETQ1の劣化診断をしないため、動作ゲート電圧105が印加される。   The gate voltage applied to the MOSFET Q1 when the logic circuit 209 outputs a low level and the semiconductor switch 208a is on will be described. When the gate signal 202 outputs an ON signal, the transistor 201a is turned ON, so that the operation gate voltage 105 is applied as a gate voltage to the gate terminal. On the other hand, when the gate signal 202 outputs an off signal, the transistor 201b is turned on, so that the DC power supply 211 is applied as a gate voltage to the gate terminal. That is, when the logic circuit 209 outputs a low level, the operation gate voltage 105 is applied because the deterioration diagnosis of the MOSFET Q1 is not performed.

次に論理回路209がハイレベルを出力し、半導体スイッチ208bがオンしているときMOSFETQ1に印加されるゲート電圧を説明する。ゲート信号202がオフ信号を出力したときにはトランジスタ201bがオン状態となり、MOSFETQ1のゲート端子にはゲート電圧として直流電源211が印加される。一方、ゲート信号202がオン信号を出力したときは半導体スイッチ208bがオン状態となっているため、MOSFETQ1のゲート端子にはゲート電圧として、ツェナーダイオード207を介して動作ゲート電圧105が印加されるため、動作ゲート電圧105からツェナー電圧分だけ低下した電圧がゲート端子に印加される。このツェナーダイオードのツェナー電圧を調整して、劣化診断電圧103を生成し、MOSFETQ1のゲート端子に劣化診断電圧103が印加される。   Next, the gate voltage applied to the MOSFET Q1 when the logic circuit 209 outputs a high level and the semiconductor switch 208b is on will be described. When the gate signal 202 outputs an off signal, the transistor 201b is turned on, and the DC power supply 211 is applied as a gate voltage to the gate terminal of the MOSFET Q1. On the other hand, since the semiconductor switch 208b is in an on state when the gate signal 202 outputs an on signal, the operating gate voltage 105 is applied to the gate terminal of the MOSFET Q1 through the Zener diode 207 as the gate voltage. A voltage that is lower than the operating gate voltage 105 by the Zener voltage is applied to the gate terminal. The deterioration diagnosis voltage 103 is generated by adjusting the Zener voltage of the Zener diode, and the deterioration diagnosis voltage 103 is applied to the gate terminal of the MOSFET Q1.

例えば、動作ゲート電圧105を18V、劣化診断電圧を9Vとするとツェナーダイオード207のツェナー電圧は9Vとなる。ここでツェナーダイオード207の電流定格を超過しないよう抵抗206で抑制し、コンデンサ205はツェナーダイオード207のノイズ除去および抵抗206の電圧を安定させるために追加している。ここで、ゲート電圧を切り替え手段としてツェナーダイオード207、抵抗206、コンデンサ205を用いたが、他の手段を用いても良い。   For example, if the operating gate voltage 105 is 18V and the deterioration diagnosis voltage is 9V, the Zener voltage of the Zener diode 207 is 9V. Here, the resistor 206 is suppressed so as not to exceed the current rating of the Zener diode 207, and the capacitor 205 is added to eliminate noise of the Zener diode 207 and stabilize the voltage of the resistor 206. Here, although the Zener diode 207, the resistor 206, and the capacitor 205 are used as the switching means for the gate voltage, other means may be used.

次に劣化診断部219の動作を説明する。前述の論理回路209からハイレベルが出力されると半導体スイッチ215がオン状態となり、直流電源216から論理回路217へ電力が供給されることで論理回路217の動作が開始する。すなわち、MOSFETQ1の飽和電流と基準電流101が一致したときに論理回路209が動作し、MOSFETQ1の劣化診断部219が動作を開始する。   Next, the operation of the deterioration diagnosis unit 219 will be described. When the logic circuit 209 outputs a high level, the semiconductor switch 215 is turned on, and power is supplied from the DC power supply 216 to the logic circuit 217, whereby the operation of the logic circuit 217 is started. That is, the logic circuit 209 operates when the saturation current of the MOSFET Q1 matches the reference current 101, and the degradation diagnosis unit 219 of the MOSFET Q1 starts operating.

この論理回路217はMOSFETQ1の飽和電流と基準電流101を比較することでMOSFETQ1の劣化を診断する。具体的には飽和電流と基準電流101が一致しているときはローレベルを出力し、MOSFETQ1が劣化していないと判定する。一方、飽和電流と基準電流101が異なるときMOSFETQ1は初期状態から特性が変動している、すなわち劣化していると判定するため論理回路217はハイレベルを出力する。   The logic circuit 217 diagnoses the deterioration of the MOSFET Q1 by comparing the saturation current of the MOSFET Q1 with the reference current 101. Specifically, when the saturation current and the reference current 101 match, a low level is output, and it is determined that the MOSFET Q1 has not deteriorated. On the other hand, when the saturation current and the reference current 101 are different, the logic circuit 217 outputs a high level to determine that the characteristic of the MOSFET Q1 has changed from the initial state, that is, has deteriorated.

劣化しているMOSFETを使用し続けると劣化が進行し、短絡や開放故障が発生し、電力変換装置の破壊につながる。MOSFETQ1が劣化していると判定し、論理回路217がハイレベルを出力したときは電力変換装置3の動作を速やかに停止する必要があるため、ゲート停止信号218を出力しMOSFETQ1のゲート信号202の出力を停止する。または、ゲートを停止する代わりに、MOSFETQ1が劣化していることを知らせるアラームを出すようにしても良い。または、ゲート停止信号及びアラームの双方を出力するようにしても良い。   If the deteriorated MOSFET is continuously used, the deterioration proceeds, a short circuit or an open failure occurs, and the power conversion device is destroyed. When it is determined that the MOSFET Q1 has deteriorated and the logic circuit 217 outputs a high level, it is necessary to stop the operation of the power conversion device 3 quickly. Therefore, the gate stop signal 218 is output to Stop output. Alternatively, instead of stopping the gate, an alarm notifying that the MOSFET Q1 has deteriorated may be issued. Alternatively, both a gate stop signal and an alarm may be output.

また、図4における電力変換装置のMOSFETQ1〜Q6の何れか1つの劣化が明らかとなったとき、該当のMOSFETだけでなくMOSFETQ1〜Q6すべてのゲート停止信号を出力する。MOSFETQ1のゲート信号202のみを停止しても他の相のMOSFETが動作することで交流電力がモータへ供給され続けるため、これを防ぐためである。   When the deterioration of any one of the MOSFETs Q1 to Q6 of the power conversion device in FIG. 4 becomes clear, the gate stop signals of all the MOSFETs Q1 to Q6 are output in addition to the corresponding MOSFET. Even if only the gate signal 202 of the MOSFET Q1 is stopped, the AC power continues to be supplied to the motor due to the operation of the MOSFET of the other phase, so that this is prevented.

図7は本発明の実施例2を実現するMOSFETの特性である。本発明の劣化診断手段では、実施例1に記述の通り、MOSFETのドレイン電極若しくはソース電極に流れる電流のゲート電圧依存性を用いる。本発明はこの特性の中で、温度依存性の無いクロスポイントを用いて劣化診断することは実施例1と同様であるので説明を省略する。   FIG. 7 shows the characteristics of the MOSFET realizing the second embodiment of the present invention. As described in the first embodiment, the degradation diagnosis unit of the present invention uses the gate voltage dependence of the current flowing through the drain electrode or the source electrode of the MOSFET. In the present invention, the deterioration diagnosis using the cross point having no temperature dependence is the same as that in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

MOSFETの特性には同じ型式の製品を用いても、製造上の理由によりその特性に若干の個体差が生じる。しきい値電圧に関して例を挙げるならば、代表値は3.2Vに対してその最大値は4.8Vである。この結果、図7に示すようにしきい値電圧が異なるMOSFET1とMOSFET2の特性を比較すると、主電流のゲート電圧依存性において温度依存性のないクロスポイントが異なる。これらの特性の個体差は予め特性を測定することで取得することができる。   Even if the same type of product is used for the characteristics of the MOSFET, there are some individual differences in the characteristics due to manufacturing reasons. If an example is given regarding the threshold voltage, the representative value is 3.2V and the maximum value is 4.8V. As a result, as shown in FIG. 7, when the characteristics of MOSFET 1 and MOSFET 2 having different threshold voltages are compared, the cross points having no temperature dependence differ in the gate voltage dependence of the main current. Individual differences in these characteristics can be obtained by measuring the characteristics in advance.

MOSFET1はクロスポイント102aで動作させて劣化診断するため、主電流が基準電流101aとなったときにゲート端子に劣化診断電圧103aを印加する必要があり、MOSFET2の劣化を診断するときにはクロスポイント102bで動作するために、主電流が基準電流101bとなったときにゲート端子に劣化診断電圧103bを印加する必要がある。すなわち、劣化診断手段が動作すべきクロスポイントが各々のMOSFETによって異なる。   Since the MOSFET 1 is operated at the cross point 102a for deterioration diagnosis, it is necessary to apply the deterioration diagnosis voltage 103a to the gate terminal when the main current becomes the reference current 101a. When diagnosing deterioration of the MOSFET 2, the cross point 102b In order to operate, it is necessary to apply the deterioration diagnosis voltage 103b to the gate terminal when the main current becomes the reference current 101b. That is, the cross point at which the degradation diagnosis means should operate differs depending on each MOSFET.

図8は特性の異なる6つのMOSFETを用いて構成した電力変換装置の回路図である。この電力変換装置はMOSFETQ1〜Q6を有し、それぞれゲート駆動回路6a〜6fによってオン・オフ状態が切り替えられる。ゲート駆動回路および劣化診断手段の構成は実施例1の図6と同様の構成であるため、説明を省略する。ここでは、各MOSFETが異なるクロスポイントで動作する方法のみを記述するため、ゲート駆動回路6a〜6fは論理回路301a〜301fの動作に着目する。   FIG. 8 is a circuit diagram of a power converter configured using six MOSFETs having different characteristics. This power conversion device includes MOSFETs Q1 to Q6, and the on / off states are switched by gate drive circuits 6a to 6f, respectively. The configuration of the gate drive circuit and the deterioration diagnosis means is the same as that of FIG. Here, since only the method in which each MOSFET operates at a different cross point is described, the gate drive circuits 6a to 6f pay attention to the operation of the logic circuits 301a to 301f.

MOSFETQ1において劣化診断を開始するのは主電流が基準電流101aとなったときである。すなわち、MOSFETQ1の論理回路301aは主電流と基準電流101aを比較し、劣化診断電圧103aを出力する。劣化診断電圧103を出力した後の劣化診断部の動作は実施例1と同様であるため説明を省略する。一方、MOSFETQ2の劣化診断時には、論理回路310bは主電流と基準電流101bを比較することで劣化診断電圧103bを出力する。   The deterioration diagnosis is started in the MOSFET Q1 when the main current becomes the reference current 101a. That is, the logic circuit 301a of the MOSFET Q1 compares the main current with the reference current 101a and outputs the deterioration diagnosis voltage 103a. Since the operation of the deterioration diagnosis unit after outputting the deterioration diagnosis voltage 103 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. On the other hand, at the time of deterioration diagnosis of MOSFET Q2, logic circuit 310b outputs deterioration diagnosis voltage 103b by comparing main current and reference current 101b.

このように特性の異なる複数のMOSFETを用いた電力変換装置では劣化診断のための基準電流および劣化診断用ゲート電圧を各々のMOSFETが有するクロスポイントに設定することで、各々のMOSFETの劣化を正確に検出できる。そのため、劣化が生じた場合にのみゲート信号の停止や劣化アラーム出力を行うことができ、電力変換装置の稼働率を向上さえることができる。
In such a power conversion device using a plurality of MOSFETs having different characteristics, the deterioration of each MOSFET can be accurately determined by setting the reference current for deterioration diagnosis and the gate voltage for deterioration diagnosis at the cross points of each MOSFET. Can be detected. Therefore, the gate signal can be stopped and the deterioration alarm can be output only when deterioration occurs, and the operating rate of the power converter can be improved.

同様にMOSFETQ3〜Q6に対しても予めクロスポイントを測定し、基準電流および劣化診断電圧を論理回路に入力することで、MOSFETQ1〜Q6の個体差の影響を排除して劣化のみを検出することが可能となる。   Similarly, by measuring cross points in advance for MOSFETs Q3 to Q6 and inputting a reference current and a deterioration diagnosis voltage to the logic circuit, it is possible to detect only deterioration by eliminating the influence of individual differences in MOSFETs Q1 to Q6. It becomes possible.

上述した各実施例におけるMOSFET又はIGBTを用いたスイッチング素子は、例えば、シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材として構成される。
The switching element using the MOSFET or IGBT in each of the embodiments described above is configured using, for example, silicon or a semiconductor material having a larger band gap than silicon as a base material.

Q1〜Q6 スイッチング素子(MOSFET)
D1〜D6 ダイオード
1 直流電力
2 コンデンサ
3 電力変換装置
4a〜4c 電流センサ
5 モータ
5a〜5c リアクトル
6a〜6f ゲート駆動回路
7a〜7f 電流センサ
100 劣化診断手段
101 基準電流
101a〜101f MOSFETQ1〜Q6の基準電流
102 クロスポイント
102a、102b MOSFET1、MOSFET2のクロスポイント
103 劣化診断電圧
103a〜103b MOSFETQ1〜Q6の劣化診断電圧
104 劣化時の動作ポイント
200 スイッチング装置
201a、201b トランジスタ
202 ゲート信号(PWM)
203 ゲート駆動回路
205 コンデンサ
206 抵抗
207 ツェナーダイオード
208a、208b 半導体スイッチ
209 論理回路(第1の論理回路)
210 主電流
211 直流電源(第1の直流電源)
213 ゲート電圧切替装置
215 半導体スイッチ
216 直流電源(第3の直流電源)
217 論理回路(第2の論理回路)
218 ゲート停止信号
219 劣化診断部
301a〜301f MOSFETQ1〜Q6の論理回路
Q1-Q6 Switching element (MOSFET)
D1 to D6 Diode 1 DC power 2 Capacitor 3 Power converters 4a to 4c Current sensor 5 Motors 5a to 5c Reactors 6a to 6f Gate drive circuits 7a to 7f Current sensor 100 Degradation diagnosis means 101 Reference currents 101a to 101f References of MOSFETs Q1 to Q6 Current 102 Crosspoint 102a, 102b Crosspoint 103 of MOSFET1, MOSFET2 Deterioration diagnosis voltage 103a-103b Degradation diagnosis voltage 104 of MOSFETQ1-Q6 Operation point 200 at the time of deterioration 200 Switching device 201a, 201b Transistor 202 Gate signal (PWM)
203 Gate drive circuit 205 Capacitor 206 Resistor 207 Zener diode 208a, 208b Semiconductor switch 209 Logic circuit (first logic circuit)
210 Main current 211 DC power supply (first DC power supply)
213 Gate voltage switching device 215 Semiconductor switch 216 DC power supply (third DC power supply)
217 logic circuit (second logic circuit)
218 Gate stop signal 219 Degradation diagnosis units 301a to 301f Logic circuits of MOSFETs Q1 to Q6

Claims (10)

ゲート端子に入力される制御信号に応じて主電流が変化するスイッチング素子を含むスイッチング装置において、
予め定められた基準電流と前記主電流が一致するときに前記スイッチング素子のゲート電圧を予め定められた診断電圧に切り替えるゲート電圧切替手段と、を有し、
前記ゲート電圧切替手段が動作したときの主電流が前記基準電流と異なるとき、前記スイッチング素子のゲートを停止させる、またはアラームを出力する診断手段を有することを特徴とするスイッチング装置。
In a switching device including a switching element in which a main current changes according to a control signal input to a gate terminal,
Gate voltage switching means for switching the gate voltage of the switching element to a predetermined diagnostic voltage when the main current matches a predetermined reference current,
A switching device comprising diagnostic means for stopping a gate of the switching element or outputting an alarm when a main current when the gate voltage switching means is operated is different from the reference current.
請求項1に記載のスイッチング装置において、
ゲート電圧に対する飽和電流がスイッチング素子の温度に依存しないクロスポイントにおけるゲート電圧を前記診断電圧とし、
前記クロスポイントにおける飽和電流を前記基準電流とすることを特徴とするスイッチング装置。
The switching device according to claim 1,
The gate voltage at the cross point where the saturation current with respect to the gate voltage does not depend on the temperature of the switching element is the diagnostic voltage,
A switching device characterized in that a saturation current at the cross point is used as the reference current.
請求項1乃至請求項2の何れか一項に記載のスイッチング装置において、
前記ゲート電圧切替手段は、前記基準電流と前記主電流が一致するか否かを判定する第1の論理回路と、第1のツェナーダイオードと第1の抵抗から構成され前記第1の論理回路が前記基準電流と前記主電流が一致すると判断した場合に第1の直流電源から前記診断電圧を生成する診断電圧生成回路と、を備えることを特徴とするスイッチング装置。
In the switching device according to any one of claims 1 to 2,
The gate voltage switching means includes a first logic circuit that determines whether or not the reference current and the main current coincide with each other, a first Zener diode, and a first resistor. A switching device comprising: a diagnostic voltage generation circuit configured to generate the diagnostic voltage from a first DC power supply when it is determined that the reference current and the main current match.
請求項1に記載のスイッチング装置において、
前記診断手段は、前記基準電流と飽和電流が一致するか否かを判定する第2の論理回路と、前記ゲート電圧切替手段が動作したときの主電流が前記基準電流と異なるとき、前記スイッチング素子のゲート端子にゲート停止の制御信号を入力する、またはアラームを出力する装置と、を備えることを特徴とするスイッチング装置。
The switching device according to claim 1 ,
The diagnostic means includes a second logic circuit for determining whether or not the reference current and the saturation current matches, when the main current when the gate voltage switching means is operated is different from the reference current, the switching And a device for inputting a gate stop control signal or outputting an alarm to a gate terminal of the element.
請求項1乃至請求項4の何れか一項に記載のスイッチング装置において、
前記スイッチング素子は、シリコン又はシリコンより大きいバンドギャップを有する半導体材料を母材とすることを特徴とするスイッチング装置。
In the switching device according to any one of claims 1 to 4,
The switching device is characterized in that silicon or a semiconductor material having a larger band gap than silicon is used as a base material.
請求項1乃至請求項5の何れか一項に記載のスイッチング装置において、
前記スイッチング素子は、MOSFETの電圧駆動型素子であることを特徴とするスイッチング装置。
In the switching device according to any one of claims 1 to 5,
The switching device is a MOSFET voltage-driven device.
請求項1乃至請求項6の何れか一項に記載のスイッチング装置において、前記ゲート電圧切替手段が動作したときの主電流が前記基準電流と異なるとき、前記スイッチング素子の前記ゲート端子に入力される前記制御信号を停止することを特徴とするスイッチング装置。   7. The switching device according to claim 1, wherein when the main current when the gate voltage switching unit operates is different from the reference current, the switching device is input to the gate terminal of the switching element. A switching device that stops the control signal. 請求項1乃至請求項7の何れか一項に記載のスイッチング装置を複数用いて、直流電力を交流電力に変換して当該交流電力をモータへ供給する電力変換装置において、前記主電流は、前記電力変換装置とモータを接続する電力線に挿入された電流センサ、または、前記スイッチング素子のドレイン電極に挿入された電流センサにより計測されることを特徴とする電力変換装置。   A power converter using a plurality of the switching devices according to any one of claims 1 to 7 to convert DC power into AC power and supplying the AC power to a motor, wherein the main current is the The power conversion device is measured by a current sensor inserted in a power line connecting the power conversion device and the motor or a current sensor inserted in a drain electrode of the switching element. 請求項1乃至請求項8の何れか一項に記載のスイッチング装置を複数用いた電力変換装置において、前記診断手段が何れか一つのスイッチング素子の主電流が前記基準電流と異なるとき、前記複数のスイッチング素子の前記ゲート端子に入力される前記制御信号をすべて停止することを特徴とする電力変換装置。 The power conversion apparatus using a plurality of switching devices according to any one of claims 1 to 8, when the main current before you cross means any one of the switching elements differs from the reference current, wherein All the control signals inputted to the gate terminals of a plurality of switching elements are stopped. A power converter characterized by things. 請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載のスイッチング装置を複数用いた電力変換装置において、
前記複数のスイッチング装置は、各々異なる前記基準電流と前記診断電圧に基づいてゲート停止、またはアラームの出力の可否を判断することを特徴とする電力変換装置。

In the power converter device using a plurality of switching devices according to any one of claims 1 to 9,
The plurality of switching devices, each said different reference current and previous you gate stopped based on the cross-sectional voltage, or power conversion apparatus characterized by determining whether the output of the alarm.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6650277B2 (en) * 2016-01-22 2020-02-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 Load drive
JP6616699B2 (en) * 2016-01-28 2019-12-04 株式会社日立製作所 Power converter and thermal resistance measurement method for power module
JP6332496B2 (en) * 2016-03-15 2018-05-30 オムロン株式会社 Motor control device
EP3220539B1 (en) * 2016-03-15 2021-04-21 Omron Corporation Motor controller
JP6683510B2 (en) * 2016-03-17 2020-04-22 東京エレクトロンデバイス株式会社 Semiconductor device, maintenance device, and maintenance method
JP6753837B2 (en) 2017-12-18 2020-09-09 株式会社東芝 Inverter device and method for detecting heat dissipation characteristics of the inverter device
WO2019123643A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 新電元工業株式会社 Power module
JP7043903B2 (en) * 2018-03-13 2022-03-30 株式会社デンソー Switch drive circuit
EP3849072B1 (en) * 2018-09-04 2024-03-20 Hitachi, Ltd. Power conversion device and power conversion method
JP7287290B2 (en) 2020-01-15 2023-06-06 株式会社明電舎 Semiconductor device diagnostic device and semiconductor device diagnostic method

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0590928A (en) * 1991-09-30 1993-04-09 Toshiba Corp Gate controller for switching element
JP2000022453A (en) * 1998-06-30 2000-01-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device
JP4320347B2 (en) * 2007-01-30 2009-08-26 Tdk株式会社 Radar equipment
JP5115440B2 (en) * 2008-10-10 2013-01-09 株式会社デンソー Power converter
JP2011071174A (en) * 2009-09-24 2011-04-07 Renesas Electronics Corp Semiconductor device and method of detecting characteristic degradation of semiconductor device
JP4930866B2 (en) * 2010-04-21 2012-05-16 三菱電機株式会社 Failure detection device for power element
JP5787704B2 (en) * 2011-10-11 2015-09-30 日立オートモティブシステムズ株式会社 Motor drive control device

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