JP6561208B2 - 電力変換装置の診断システム、半導体モジュールの診断方法、および、電力変換装置 - Google Patents
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Description
本発明の一実施例である診断システムを図1、図2、図3を用いて説明する。
図4を用いて本発明における温度検出部20の実施形態の一例を説明する。図4の温度検出部20aは、主電流センサ4aからの信号を受ける部分の回路構成である。主電流センサ4b乃至4fに対する温度検出部も同様の構成でよい。図1の実施例の温度検出部20は、図4に示す構成を6組備え、夫々の半導体モジュール3の温度をモニタすることになる。
本発明の半導体モジュール内の平均接合温度Tj1と局所接合温度Tj2の算出方法の実施例を図5乃至図8を用いて説明する。以下の結果は、発明者らの研究によって、得られた結果である。
2 電動機
3、3a、3b、3c、3d、3e、3f パワー半導体モジュール
4a、4b、4c、4d、4e、4f 主電流センサ
5 平滑コンデンサ
6 直流電圧源
7 制御装置
8a、8b 相電流センサ
9 GUI
10 電流検出器
11 コレクタ端子
12 ゲート端子
13 エミッタ端子
14 ダイオード
15 トランジスタ
16a、16b、16c、16d、16e、16f 半導体チップ
20、20a、20b 温度検出部
21 プリアンプ
22 積分回路
23X、23Y A-D変換装置
24X、24Y トリガ回路
25 クリップ回路
26X、26Y データ取得制御回路
27X、27Y 波形データ蓄積部
28X、28Y 遅延時間算出部
29X Tj1算出部
29Y Tj2算出部
30 パラメータ演算部
31 制御指令信号発生部
32 ゲート駆動部
50a、50b ターンオフ主電流波形
51a、51b ターンオフ主電流波形
52a、52b ターンオフ主電流波形
60a、60b ターンオフでの主電流波形遅延量の温度依存性
60a、60b ターンオフでの主電流波形遅延量の温度依存性
61b 第2のしきい電流での遅延時間の温度依存性
70a、70b ターンオフでの主電流波形遅延量変化の主電流設定値依存性
71a、71b モジュール内全体温度変化
72a、72b モジュール内局所温度変化
Claims (15)
- 半導体装置を備え、主回路へ主電流を導通、遮断するスイッチ動作を行う電力変換装置の診断システムであって、
前記スイッチ動作の基準時間を取得するトリガ回路と
前記主電流の第1の主電流設定値における第1の時間と、第2の主電流設定値における第2の時間とを取得し、前記第1の時間と前記基準時間との差の数値データと、前記第2の時間と前記基準時間の差の数値データを検出する遅延時間算出回路を備える、
電力変換装置の診断システム。 - 前記第1の時間と前記基準時間との差の数値データと、前記第2の時間と前記基準時間の差の数値データから、前記半導体装置の接合温度を算出することを特徴とする、
請求項1に記載の電力変換装置の診断システム。 - 前記接合温度は、前記半導体装置に含まれる複数の半導体チップの平均の接合温度Tj1と、前記複数の半導体チップの一部のみの局所的な接合温度Tj2であることを特徴とする、
請求項2に記載の電力変換装置の診断システム。 - 予め定めたTjmaxを基準値とし、前記接合温度Tj1とTj2との大小関係から、前記電力変換装置を制御することを特徴とする、
請求項3に記載の電力変換装置の診断システム。 - 予め定めたTjmaxを基準値とし、前記接合温度Tj1とTj2との大小関係から、前記半導体装置の異常を警告することを特徴とする、
請求項3に記載の電力変換装置の診断システム。 - 予め定めたTjmaxを基準値とし、前記接合温度Tj1とTj2との大小関係から、前記電力変換装置の冷却系の異常を警告することを特徴とする
請求項3に記載の電力変換装置の診断システム。 - 複数のスイッチング素子を搭載し、駆動指令信号に基づいて、主電流を導通および遮断するスイッチ動作を行う半導体モジュールの診断方法であって、
前記主電流の遮断時における、前記スイッチ動作の基準時間を設定する基準時間設定ステップと、
前記主電流の遮断時において、前記主電流が第1の主電流設定値になる第1の時間の、前記基準時間からの遅れを、第1遅延時間として計測する第1遅延時間計測ステップと、
前記主電流の遮断時において、前記主電流が第2の主電流設定値になる第2の時間の、前記基準時間からの遅れを、第2遅延時間として計測する第2遅延時間計測ステップと、
を備え、
前記第1の主電流設定値が、前記第2の主電流設定値よりも大きく設定される、
半導体モジュールの診断方法。 - 前記第1遅延時間に基づいて、前記半導体モジュールの全体の温度を決定し、
前記第2遅延時間に基づいて、前記半導体モジュールの一部の温度を決定する、
請求項7記載の半導体モジュールの診断方法。 - 前記第1遅延時間に基づいて、第1の温度を決定し、当該第1の温度と第1の閾値を比較し、
前記第2遅延時間に基づいて、第2の温度を決定し、当該第2の温度と第2の閾値を比較し、
第1の温度が第1の閾値を超えた場合には、第1の制御を行い、
第1の温度が第1の閾値を超えず、かつ、第2の温度が第2の閾値を超えた場合には、第2の制御を行う、
請求項7記載の半導体モジュールの診断方法。 - 前記第1の制御は、前記半導体モジュールの緩和稼動であり、
前記第2の制御は、前記半導体モジュールの異常を知らせる警報である、
請求項9記載の半導体モジュールの診断方法。 - 前記緩和稼動の結果、
第1の温度が第1の閾値を超えず、かつ、第2の温度が第2の閾値を超えない場合には、
前記半導体モジュールの保守を指示する警告を行う、
請求項10記載の半導体モジュールの診断方法。 - 前記第2遅延時間の計測精度を、前記第1遅延時間の計測精度より高くする、
請求項7記載の半導体モジュールの診断方法。 - 前記第1遅延時間計測ステップにおいて、前記主電流を示す信号をAD変換する第1AD変換器を用い、デジタル信号に基づいて前記第1遅延時間を計測し、
前記第2遅延時間計測ステップにおいて、前記主電流を示す信号をAD変換する第2AD変換器を用い、デジタル信号に基づいて前記第2遅延時間を計測し、
前記第2遅延時間の計測精度を、前記第1遅延時間の計測精度より高くするために、
前記第2AD変換器の前段にクリップ回路を挿入する、
請求項12記載の半導体モジュールの診断方法。 - 前記第1遅延時間計測ステップにおいて、前記主電流を示す信号をAD変換する第1AD変換器を用い、デジタル信号に基づいて前記第1遅延時間を計測し、
前記第2遅延時間計測ステップにおいて、前記第1AD変換器を用い、デジタル信号に基づいて前記第2遅延時間を計測し、
前記第1AD変換器として、12bit以上のAD変換器を用いる、
請求項7記載の半導体モジュールの診断方法。
- 直流電流を入力とし、負荷に対して交流電流を出力する電力変換装置であって、
複数の半導体モジュールと、複数の前記半導体モジュールにスイッチング動作を指示する制御指令信号発生部と、複数の前記半導体モジュールに夫々対応する複数の制御装置と、を備え、
複数の前記半導体モジュールの夫々は、並列接続された複数の半導体スイッチング素子を備え、
前記制御指令信号発生部は、複数の前記半導体スイッチング素子に主電流の遮断を指示する制御指令信号を発生し、
前記制御装置は、前記半導体モジュールについて、2種類の温度を決定する温度検出部を備え、
前記温度検出部は、
前記制御指令信号から基準時間を設定するトリガ回路と、
前記主電流の遮断時において、前記主電流が第1の主電流設定値になる第1の時間の、前記基準時間からの遅れを、第1遅延時間として計測する第1遅延時間計測部と、
前記主電流の遮断時において、前記主電流が第2の主電流設定値になる第2の時間の、前記基準時間からの遅れを、第2遅延時間として計測する第2遅延時間計測部と、
を備え、
前記第1遅延時間から第1の温度を決定し、前記第2遅延時間から第2の温度を決定する電力変換装置。
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