JP6783217B2 - Power semiconductor application system - Google Patents
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Description
この発明は、複数の電力半導体装置が組み込まれた電力半導体応用装置に関する。 The present invention relates to a power semiconductor application device in which a plurality of power semiconductor devices are incorporated.
特許文献1には、温度履歴等の使用履歴を外部に出力する手段を備えた電力半導体装置としての電力半導体モジュールと、複数の電力半導体装置が組み込まれた電力半導体応用装置としての電力変換装置が記載されている。
従来の電力半導体応用装置には、温度履歴を外部に出力する手段を有する電力半導体装置が組み込まれているが、電力半導体応用装置が電力半導体装置の温度履歴を基に制御されるものではないという問題点があった。本発明は上述の問題に鑑み、複数の電力半導体応用装置を含む電力半導体応用システムにおいて、各電力半導体応用装置の動作温度に基づき電力半導体応用装置を制御することにより、システムの効率を向上させることを目的とする。 The conventional power semiconductor application device incorporates a power semiconductor device having a means for outputting the temperature history to the outside, but the power semiconductor application device is not controlled based on the temperature history of the power semiconductor device. There was a problem. In view of the above problems, the present invention improves the efficiency of a power semiconductor application system including a plurality of power semiconductor application devices by controlling the power semiconductor application device based on the operating temperature of each power semiconductor application device. With the goal.
本発明の電力半導体応用システムは、複数の電力半導体応用装置と、複数の電力半導体応用装置を管理するホスト制御装置とを備え、各電力半導体応用装置には、複数の電力半導体装置が組み込まれ、ホスト制御装置は、各電力半導体装置の動作温度に基づき、各電力半導体装置の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度を決定する動作余裕度決定部と、各電力半導体応用装置における複数の電力半導体装置の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置を選択する選択部と、を備える。 The power semiconductor application system of the present invention includes a plurality of power semiconductor application devices and a host control device for managing the plurality of power semiconductor application devices, and each power semiconductor application device incorporates a plurality of power semiconductor devices. The host control device includes an operating margin determining unit that determines the operating margin, which is an index indicating the margin until the limit operating temperature of each power semiconductor device is reached, based on the operating temperature of each power semiconductor device, and each power semiconductor. It includes a selection unit that selects at least one power semiconductor application device based on the minimum value of the operating margin of the plurality of power semiconductor devices in the application device.
本発明の電力半導体応用システムは、複数の電力半導体応用装置と、複数の電力半導体応用装置を管理するホスト制御装置とを備え、各電力半導体応用装置には、複数の電力半導体装置が組み込まれ、ホスト制御装置は、各電力半導体装置の動作温度に基づき、各電力半導体装置の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度を決定する動作余裕度決定部と、各電力半導体応用装置における複数の電力半導体装置の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置を選択する選択部と、を備える。選択部により選択された電力半導体応用装置を次に稼働させることで、使用途中で電力半導体応用装置を交代する可能性を小さくし、電力半導体応用システムの効率を向上させることができる。 The power semiconductor application system of the present invention includes a plurality of power semiconductor application devices and a host control device for managing the plurality of power semiconductor application devices, and each power semiconductor application device incorporates a plurality of power semiconductor devices. The host control device includes an operating margin determining unit that determines the operating margin, which is an index indicating the margin until the limit operating temperature of each power semiconductor device is reached, based on the operating temperature of each power semiconductor device, and each power semiconductor. It includes a selection unit that selects at least one power semiconductor application device based on the minimum value of the operating margin of the plurality of power semiconductor devices in the application device. By operating the power semiconductor application device selected by the selection unit next, the possibility of changing the power semiconductor application device during use can be reduced, and the efficiency of the power semiconductor application system can be improved.
<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
図1は、実施の形態1の電力半導体応用システムの構成図である。
<A.
<A-1. Configuration>
FIG. 1 is a block diagram of the power semiconductor application system of the first embodiment.
実施の形態1の電力半導体応用システムは、3個の電力半導体応用装置1,2,3と、ホスト制御装置4Aとを備えている。電力半導体応用装置1には、電力半導体装置11,12,13が組み込まれており、電力半導体装置11,12,13はそれぞれ、装置を特定できる唯一の特定番号であるID番号と使用履歴を外部に出力することが可能である。電力半導体応用装置2,3の構成は電力半導体応用装置1と同様であり、電力半導体応用装置2には電力半導体装置21,22,23が、電力半導体応用装置3には電力半導体装置31,32,33がそれぞれ組み込まれている。ホスト制御装置4Aは、電力半導体応用装置1,2,3を集中管理する。
The power semiconductor application system of the first embodiment includes three power
電力半導体装置11は、上下アームを備える3相インバータであり、サーボモータ14を駆動する。同様に、他の電力半導体装置12〜13、21〜23、31〜33も上下アームを備える3相インバータであり、それぞれサーボモータ15〜16、24〜26、34〜36を駆動する。
The
なお、図1では3個の電力半導体装置が組み込まれた3個の電力半導体応用装置を示しているが、実施の形態1の電力半導体応用システムにおいて電力半導体応用装置は3個に限らず2個以上の複数個であればよい。また各電力半導体応用装置に組み込まれる電力半導体装置は3個に限らず2個以上の複数個であればよい。また、電力半導体応用装置毎に電力半導体装置の個数が異なっていてもよい。また、複数個の電力半導体装置が一つのサーボモータを駆動しても良い。なお、図1ではサーボモータ14を電力半導体応用装置1の駆動対象として示しているが、駆動対象はサーボモータに限らずいかなるモータであっても良い。
Although FIG. 1 shows three power semiconductor application devices incorporating three power semiconductor devices, the number of power semiconductor application devices is not limited to three in the power semiconductor application system of the first embodiment. Any number of the above may be used. Further, the number of power semiconductor devices incorporated in each power semiconductor application device is not limited to three, and may be two or more. Further, the number of power semiconductor devices may be different for each power semiconductor application device. Further, a plurality of electric power semiconductor devices may drive one servomotor. Although the
図2は、実施の形態1の電力半導体応用システムにおけるホスト制御装置4Aの内部構成を示すブロック図である。ホスト制御装置4Aは、入力データ格納部41、装置情報格納部42、温度格納部43、動作余裕度決定部44、最小動作余裕度更新部45、および順位決定部46を備えて構成される。
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the
入力データ格納部41は、電力半導体応用装置1,2,3に組み込まれた電力半導体装置から入力データを取得し、格納する。図3に示すように、入力データは電力半導体装置の使用履歴を、電力半導体装置の識別情報であるID番号Nnと紐付けたデータである。電力半導体装置の使用履歴には、電力半導体装置が有する電力半導体素子の接合温度Tj(Nn)が含まれる。
The input
装置情報格納部42は、電力半導体応用装置1,2,3に組み込まれた電力半導体装置の特性を示す装置情報を格納する。図4に示すように、装置情報は電力半導体装置が有する電力半導体素子の限界接合温度Tjmax(Nn)を、電力半導体装置の識別情報であるID番号Nnと紐付けたデータである。
The device
<A−2.動作>
図5は、実施の形態1のホスト制御装置4Aの動作を示すフローチャートである。以下、図5のフローチャートに沿って、図2に示すホスト制御装置4Aの各部の構成の動作を説明する。
<A-2. Operation>
FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the
図5のフローは、入力データ格納部41が、電力半導体応用装置1,2,3の各電力半導体装置11−13、21−23、31−33からID番号と使用履歴を入力データとして取り込むことにより、開始する。
In the flow of FIG. 5, the input
まず、動作余裕度決定部44は、電力半導体応用装置1〜3の最小動作余裕度f(1)min〜f(3)minを初期値に設定する(ステップS101)。電力半導体応用装置の最小動作余裕度とは、電力半導体応用装置に組み込まれた複数の電力半導体装置の動作余裕度の最小値のことである。
First, the operation
次に、動作余裕度決定部44は、処理対象のID番号Nnを初期値に設定する(ステップS102)。ここでは、ID番号Nnの初期値を11とする。次に、動作余裕度決定部44は、ID番号Nnに対応する接合温度Tj(Nn)および限界接合温度Tjmax(Nn)を読み込む(ステップS103)。
Next, the operation
具体的には、動作余裕度決定部44は、ID番号Nnに対応する電力半導体装置Nnの接合温度Tj(Nn)を入力データから読込み(ステップS103)、温度格納部43に格納する(ステップS104)。Nn=11の場合、ここでは電力半導体装置11の接合温度Tj(11)が入力データから読み込まれて温度格納部43に格納される。
Specifically, the operation
また、動作余裕度決定部44は、ID番号Nnに対応する電力半導体装置Nnの限界接合温度Tjmax(Nn)を装置情報格納部42から読み込む。Nn=11の場合、ここでは電力半導体装置11の限界接合温度Tjmax(11)が装置情報格納部42から読み込まれる。
Further, the operation
そして、動作余裕度決定部44は、電力半導体装置Nnの限界接合温度Tjmax(Nn)と接合温度Tj(Nn)との温度差ΔTjm(Nn)を算出する(ステップS105)。Nn=11の場合、ここでは電力半導体装置11の限界接合温度Tjmax(11)と接合温度Tj(11)との温度差ΔTjm(11)が算出される。温度差ΔTjm(Nn)を式(1)で定義すると、温度差ΔTjm(11)は式(2)で表される。
Then, the operation
またステップS105において動作余裕度決定部44は、接合温度Tj(Nn)の減少傾き−∂Tj(Nn)/∂tを算出する。Nn=11の場合、ここでは接合温度Tj(11)の減少傾き−∂Tj(11)/∂tが算出される。接合温度Tj(Nn)の減少傾き−∂Tj(Nn)/∂tを、温度格納部43から読み込まれた前回の接合温度Tj(Nn)*と、前回から今回までの時間Δtとを用いて式(3)で定義すると、−∂Tj(11)/∂tは式(4)で表される。
Further, in step S105, the operation
次に動作余裕度決定部44は、電力半導体装置Nnの動作余裕度f(Nn)を算出する(ステップS105)。電力半導体装置Nnの動作余裕度の関数f(Nn)を、温度差ΔTjm(Nn)と接合温度Tj(Nn)の減少傾き−∂Tj(Nn)/∂tとを用いた関数として式(5)で定義すると、電力半導体装置11の動作余裕度f(11)は式(6)で表される。
Next, the operation
例えば、動作開始までの待ち時間をtwとして、f(Nn)を式(7)で定義すると、動作開始時点での接合温度Tj(Nn)と限界接合温度Tjmax(Nn)との温度差を動作余裕度とすることができる。このとき、動作余裕度f(11)は式(8)で表される。以下、式(7)を動作余裕度の関数として説明する。 For example, if f (Nn) is defined by the equation (7) with the waiting time until the start of operation as tw, the temperature difference between the junction temperature Tj (Nn) and the limit junction temperature Tjmax (Nn) at the start of operation is operated. It can be a margin. At this time, the operation margin f (11) is expressed by the equation (8). Hereinafter, equation (7) will be described as a function of the operating margin.
次に最小動作余裕度更新部45は、電力半導体装置Nnの動作余裕度f(Nn)を、電力半導体応用装置Nに組み込まれた電力半導体装置の動作余裕度の最小値、すなわち最小動作余裕度f(N)minと比較する(ステップS107)。最小動作余裕度更新部45は、f(Nn)<f(N)minであればステップS108でf(N)minの値をf(Nn)の値に入れ替えてステップS109に進み、そうでなければそのままステップS109に進む。Nn=11の場合、ステップS107では電力半導体装置11の動作余裕度f(11)が、電力半導体装置11,12,13の動作余裕度の最小値f(1)minと比較される。
Next, the minimum operating
ステップS109において動作余裕度決定部44は、全てのID番号について処理が終了しているかどうかを判定する。全てのID番号について処理が終了していない場合、動作余裕度決定部44は処理対象のID番号を次の番号に更新して(ステップS110)、ステップS103に戻る。ここでは、次のID番号を12とする。
In step S109, the operation
動作余裕度決定部44は、電力半導体装置11に対すると同様に電力半導体装置12についても動作余裕度f(12)を算出する(ステップS106)。そして、最小動作余裕度更新部45は動作余裕度f(12)をf(1)minと比較し(ステップS107)、f(12)<f(1)minの時はステップS108でf(1)minの値をf(12)の値に入れ替えてステップS109に進み、そうでない時はそのままステップS109に進む。最後のID番号(Nn=33)についてステップS107またはステップS108が終わると、動作余裕度決定部44はステップS109で全てのID番号について処理が終了したと判定する。
The operation
そして、順位決定部46は、最小動作余裕度f(N)minが大きい値の順に電力半導体応用装置1,2,3の順位を付ける(ステップS111)。すなわち、電力半導体応用装置1,2,3に組み込まれた電力半導体装置11−13,21−23,31−33の中で、動作開始時点での接合温度Tj(Nn)と限界接合温度Tjmax(Nn)との温度差の最小値が各電力半導体応用装置の代表値として比較され、代表値が大きい順に電力半導体応用装置に順位が付けられる。なお、ここで順位決定部46は電力半導体応用装置に順位づけを行ったが、最小動作余裕度f(N)minが最も大きい一つの電力半導体応用装置を選択しても良いし、最小動作余裕度f(N)minが閾値を超える1又は複数の電力半導体応用装置を選択しても良い。すなわち、順位決定部46は、最小動作余裕度f(N)minに基づき少なくとも1つの電力半導体応用装置を選択する選択部として機能する。
Then, the
以上で、ホスト制御装置4Aの処理が終了する。
This completes the processing of the
<A−3.効果>
実施の形態1の電力半導体応用システムは、複数の電力半導体応用装置1,2,3と、複数の電力半導体応用装置1,2,3を管理するホスト制御装置4Aとを備え、各電力半導体応用装置1,2,3には、複数の電力半導体装置11−13,21−23,31−33が組み込まれ、ホスト制御装置4Aは、各電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作温度に基づき、各電力半導体装置11−13,21−23,31−33の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度fを決定する動作余裕度決定部44と、各電力半導体応用装置1,2,3における複数の電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置1,2,3を選択する選択部である順位決定部46と、を備える。従って、電力半導体応用システム内で休止中の電力半導体応用装置の中で、順位決定部46が選択した電力半導体応用装置、例えば最上位の順位の電力半導体応用装置を次に稼働すべき装置とすることにより、最も動作余裕度のある電力半導体応用装置を投入することができる。従って、使用途中で電力半導体応用装置を交代する可能性を小さくし、電力半導体応用システム内の効率を向上させることができる。
<A-3. Effect>
The power semiconductor application system of the first embodiment includes a plurality of power
また、動作余裕度決定部44は、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作温度および限界動作温度の温度差と、動作温度の減少傾きとに基づき、動作余裕度fを決定することにより、電力半導体装置11−13,21−23,31−33が限界動作温度に達するまでどの程度の余裕があるかを表す指標として動作余裕度fを決定することができる。
Further, the operation
また、実施の形態1では、動作温度が接合温度であり、限界動作温度が限界接合温度である。接合温度は、ケース温度等に比べて応答速度が速いため、動作余裕度f(Nn)を高精度に決定することができる。 Further, in the first embodiment, the operating temperature is the joining temperature, and the limit operating temperature is the limit joining temperature. Since the response speed of the joining temperature is faster than that of the case temperature and the like, the operating margin f (Nn) can be determined with high accuracy.
<B.実施の形態2>
<B−1.構成、動作>
実施の形態2の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図1,2に示した通りであり、実施の形態1と同様である。図6は、実施の形態2のホスト制御装置4Aの動作を示すフローチャートである。以下、図6のフローチャートに沿ってホスト制御装置4Aの動作を説明する。
<
<B-1. Configuration, operation>
The configurations of the power semiconductor application system and the host control device of the second embodiment are as shown in FIGS. 1 and 2, respectively, and are the same as those of the first embodiment. FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the
図6のフローは、図5のフローにステップS112を追加したものであるため、図5のフローとの相違点のみ説明する。動作余裕度決定部44は、ステップS102またはステップS110で処理対象のID番号Nnを初期値に設定または更新した後、ID番号Nnが指定の番号であるか否かを判断する(ステップS112)。ID番号Nnが指定の番号であれば、動作余裕度決定部44はステップS103以降の処理を行って動作余裕度を算出する。しかし、ID番号Nnが指定の番号でなければ、動作余裕度決定部44は処理対象のID番号Nnを更新し(ステップS110)、再びステップS112に戻る。
Since the flow of FIG. 6 is obtained by adding step S112 to the flow of FIG. 5, only the differences from the flow of FIG. 5 will be described. After setting or updating the ID number Nn to be processed to the initial value in step S102 or step S110, the operation
すなわち、動作余裕度決定部44は、予め定められたID番号を持つ電力半導体装置についてのみ、その動作余裕度を算出する。例えば、指定のID番号が「下一桁が2のID番号」である場合、動作余裕度決定部44は電力半導体装置12,22,32の動作余裕度を算出する。この場合、電力半導体装置12,22,32の動作余裕度が電力半導体応用装置1,2,3の代表値となる。そして、順位決定部46は、動作余裕度が高い順に電力半導体応用装置1,2,3を順位づけする。
That is, the operation
実施の形態2は、実施の形態1において、指定のID番号を有する電力半導体装置に限り動作余裕度を算出するという修正を加えた実施の形態である。この修正は、実施の形態1に限らず、後述する実施の形態3−6にも適用可能である。 The second embodiment is the first embodiment in which the operation margin is calculated only for the electric power semiconductor device having the designated ID number. This modification is applicable not only to the first embodiment but also to the third to sixth embodiments described later.
<B−2.効果>
実施の形態2において、動作余裕度決定部44は、予め定められた識別情報を有する電力半導体装置の動作余裕度を決定する。従って、ホスト制御装置4Aは、次に稼働すべき電力半導体応用装置を、次の稼働で必要とされる部位(ID番号)の電力半導体装置の動作余裕度のみに基づき選択することが出来るため、電力半導体応用システムの効率を高めることができる。
<B-2. Effect>
In the second embodiment, the operation
<C.実施の形態3>
<C−1.構成、動作>
実施の形態3の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図1,2に示した通りであり、実施の形態1と同様である。
<C. Embodiment 3>
<C-1. Configuration, operation>
The configurations of the power semiconductor application system and the host control device of the third embodiment are as shown in FIGS. 1 and 2, respectively, and are the same as those of the first embodiment.
図7は、実施の形態3において、入力データ格納部41が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図8は、実施の形態3において、装置情報格納部42に格納される装置情報を示している。図7,8に示すように、実施の形態3では、実施の形態1の接合温度Tj(Nn)に代えてチップ温度Tch(Nn)が入力データに含まれ、限界接合温度Tjmax(Nn)に代えて限界チップ温度Tchmax(Nn)が入力データに含まれる。
FIG. 7 shows the input data acquired and stored by the input
すなわち、実施の形態3の電力半導体応用システムは、実施の形態1又は実施の形態2において、接合温度Tj(Nn)をチップ温度Tch(Nn)に、限界接合温度Tjmax(Nn)を限界チップ温度Tchmax(Nn)に、限界接合温度Tjmax(Nn)と接合温度Tj(Nn)との温度差ΔTjm(Nn)を限界チップ温度Tchmax(Nn)とチップ温度Tch(Nn)との温度差ΔTchm(Nn)に、接合温度Tj(Nn)の減少傾き−∂Tj(Nn)/∂tをチップ温度Tch(Nn)の減少傾き−∂Tch(Nn)/∂tに、それぞれ置き換えたものである。温度差ΔTchm(Nn)は式(9)で定義され、温度差ΔTchm(11)は式(10)で表される。 That is, in the power semiconductor application system of the third embodiment, in the first embodiment or the second embodiment, the junction temperature Tj (Nn) is set to the chip temperature Tch (Nn) and the limit junction temperature Tjmax (Nn) is set to the limit chip temperature. For Tchmax (Nn), the temperature difference ΔTjm (Nn) between the limit junction temperature Tjmax (Nn) and the junction temperature Tj (Nn) is set to the temperature difference ΔTchm (Nn) between the limit chip temperature Tchmax (Nn) and the chip temperature Tch (Nn). ), The decreasing slope of the junction temperature Tj (Nn) −∂Tj (Nn) / ∂t is replaced with the decreasing inclination −∂Tch (Nn) / ∂t of the chip temperature Tch (Nn). The temperature difference ΔTchm (Nn) is defined by the formula (9), and the temperature difference ΔTchm (11) is represented by the formula (10).
チップ温度Tch(Nn)の減少傾き−∂Tch(Nn)/∂tを、温度格納部43から読み込まれた前回のチップ温度Tch(Nn)*と、前回から今回までの時間Δtとを用いて式(11)で定義すると、チップ温度Tch(11)の減少傾き−∂Tch(11)/∂tは式(12)で表される。
The decrease slope −∂Tch (Nn) / ∂t of the chip temperature Tch (Nn) is set by using the previous chip temperature Tch (Nn) * read from the
動作余裕度決定部44は、電力半導体装置Nnの動作余裕度g(Nn)を算出する。電力半導体装置Nnの動作余裕度g(Nn)を、温度差ΔTchm(Nn)とチップ温度Tch(Nn)の減少傾き−∂Tch(Nn)/∂tとを用いた関数として式(13)で定義すると、電力半導体装置11の動作余裕度g(11)は式(14)で表される。
The operation
例えば、動作開始までの待ち時間をtwとして、g(Nn)を式(15)で定義すると、動作開始時点でのチップ温度Tch(Nn)と限界チップ温度Tchmax(Nn)との温度差を動作余裕度とすることができる。このとき、動作余裕度g(11)は式(16)で表される。 For example, if g (Nn) is defined by the equation (15) with the waiting time until the start of operation as tw, the temperature difference between the chip temperature Tch (Nn) and the limit chip temperature Tchmax (Nn) at the start of operation is operated. It can be a margin. At this time, the operation margin g (11) is represented by the equation (16).
<C−2.効果>
実施の形態3において、動作余裕度決定部44は、各電力半導体装置のチップ温度に関する使用履歴に基づき、各電力半導体装置の限界チップ温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度g(Nn)を決定する。電力半導体装置内の電力半導体素子のチップ温度は、電力半導体素子の表面に温度センサを搭載することで測定できる。従って、電力半導体装置の構成を簡単にすることができる。
<C-2. Effect>
In the third embodiment, the operation
<D.実施の形態4>
<D−1.構成、動作>
実施の形態4の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図1,2に示した通りであり、実施の形態1と同様である。
<D. Embodiment 4>
<D-1. Configuration, operation>
The configurations of the power semiconductor application system and the host control device of the fourth embodiment are as shown in FIGS. 1 and 2, respectively, and are the same as those of the first embodiment.
図9は、実施の形態4において、入力データ格納部41が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図10は、実施の形態4において、装置情報格納部42に格納される装置情報を示している。図9,10に示すように、実施の形態4では、実施の形態1の接合温度Tj(Nn)に代えてケース温度Tc(Nn)が入力データに含まれ、限界接合温度Tjmax(Nn)に代えて限界ケース温度Tcmax(Nn)が入力データに含まれる。
FIG. 9 shows the input data acquired and stored by the input
すなわち、実施の形態4の電力半導体応用システムは、実施の形態1又は実施の形態2において、接合温度Tj(Nn)を電力半導体装置のケース温度Tc(Nn)に、限界接合温度Tjmax(Nn)を電力半導体装置の限界ケース温度Tcmax(Nn)に、限界接合温度Tjmax(Nn)と接合温度Tj(Nn)との温度差ΔTjm(Nn)を限界ケース温度Tcmax(Nn)とケース温度Tc(Nn)との温度差ΔTcm(Nn)に、接合温度Tj(Nn)の減少傾き−∂Tj(Nn)/∂tをケース温度Tc(Nn)の減少傾き−∂Tc(Nn)/∂tに、それぞれ置き換えたものである。温度差ΔTcm(Nn)は式(17)で定義され、温度差ΔTcm(11)は式(18)で表される。 That is, in the power semiconductor application system of the fourth embodiment, in the first embodiment or the second embodiment, the junction temperature Tj (Nn) is set to the case temperature Tc (Nn) of the power semiconductor device, and the limit junction temperature Tjmax (Nn). The temperature difference between the limit junction temperature Tjmax (Nn) and the junction temperature Tj (Nn) is set to the limit case temperature Tcmax (Nn) of the electric power semiconductor device, and the temperature difference ΔTjm (Nn) is set to the limit case temperature Tcmax (Nn) and the case temperature Tc (Nn). ), The decrease gradient of the junction temperature Tj (Nn) −∂Tj (Nn) / ∂t is set to the decrease gradient of the case temperature Tc (Nn) −∂Tc (Nn) / ∂t. Each is replaced. The temperature difference ΔTcm (Nn) is defined by the formula (17), and the temperature difference ΔTcm (11) is represented by the formula (18).
また、電力半導体装置のケース温度Tc(Nn)の減少傾き−∂Tc(Nn)/∂tを、前回の電力半導体装置のケース温度Tc(Nn)*と、前回から今回までの時間Δtとを用いて式(19)で定義すると、ケース温度Tc(11)の減少傾き−∂Tc(11)/∂tは式(20)で表される。 Further, the decreasing slope −∂Tc (Nn) / ∂t of the case temperature Tc (Nn) of the power semiconductor device is set to the case temperature Tc (Nn) * of the previous power semiconductor device and the time Δt from the previous time to the present time. When defined by the equation (19), the decreasing slope −∂Tc (11) / ∂t of the case temperature Tc (11) is expressed by the equation (20).
動作余裕度決定部44は、電力半導体装置Nnの動作余裕度h(Nn)を算出する。動作余裕度h(Nn)を、温度差ΔTcm(Nn)とケース温度Tc(Nn)の減少傾き−∂Tc(Nn)/∂tとを用いた関数として式(21)で定義すると、電力半導体装置11の動作余裕度h(11)は式(22)で表される。
The operation
例えば、動作開始までの待ち時間をtwとして、h(Nn)を式(23)で定義すると、動作開始時点でのケース温度Tc(Nn)と限界ケース温度Tcmax(Nn)との温度差を動作余裕度とすることができる。このとき、動作余裕度h(11)は式(24)で表される。 For example, if h (Nn) is defined by the equation (23) with the waiting time until the start of operation as tw, the temperature difference between the case temperature Tc (Nn) and the limit case temperature Tcmax (Nn) at the start of operation is operated. It can be a margin. At this time, the operation margin h (11) is expressed by the equation (24).
<D−2.効果>
実施の形態4において、動作余裕度決定部44は、各電力半導体装置のケース温度に関する使用履歴に基づき、各電力半導体装置の限界ケース温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度h(Nn)を決定する。電力半導体装置のケース温度は、一定の休止時間後には電力半導体装置内の電力半導体素子の接合温度とほぼ同じになる。従って、一定の休止時間がある場合はケース温度を接合温度の代用とすることができ、この場合は限界ケース温度を限界接合温度の代用とすることができる。また、電力半導体装置のケース温度は、電力半導体装置のベース板又はそれに相当する部位に温度センサを搭載することで測定できるため、電力半導体装置の構成を実施の形態3より簡単にすることができる。
<D-2. Effect>
In the fourth embodiment, the operation
<E.実施の形態5>
<E−1.構成、動作>
実施の形態5の電力半導体応用システムの構成は図1に示した通りであり、実施の形態1の電力半導体応用システムと同様である。図11は、実施の形態5のホスト制御装置4Bの構成図である。実施の形態5のホスト制御装置4Bでは、動作余裕度決定部44が温度算出部441を備えており、それ以外の点では図2に示した実施の形態1のホスト制御装置4Aと同様である。
<E. Embodiment 5>
<E-1. Configuration, operation>
The configuration of the power semiconductor application system of the fifth embodiment is as shown in FIG. 1, and is the same as that of the power semiconductor application system of the first embodiment. FIG. 11 is a configuration diagram of the
図12は、実施の形態5において、入力データ格納部41が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図13は、実施の形態5において、装置情報格納部42に格納される装置情報を示している。図12に示すように、実施の形態5の入力データにおいて、使用履歴はコレクタ電流Ic(Nn)、スイッチング周波数fsw(Nn)、ケース温度Tc(Nn)を含んでいる。また、図13に示すように、装置情報は、電力半導体装置が有する電力半導体素子の限界接合温度Tjmax(Nn)、コレクタ−エミッタ間飽和電圧VCEsat(Ic)(Nn)、スイッチング損失エネルギーEsw(Ic)(Nn)、および接合−ケース間熱抵抗Rth(j−c)(Nn)を、電力半導体装置の識別情報であるID番号Nnと紐付けたデータである。
FIG. 12 shows the input data acquired and stored by the input
図14は、実施の形態5のホスト制御装置4Bの動作を示すフローチャートである。以下、図14のフローチャートに沿って実施の形態5のホスト制御装置4Bの動作を説明する。図14のフローは、図5のフローのステップS103をステップS113、S114,S115に置き換えたものであるため、図5のフローとの相違点のみ説明する。
FIG. 14 is a flowchart showing the operation of the
動作余裕度決定部44はステップS102またはステップS110で処理対象のID番号Nnを初期値に設定または更新した後、入力データからID番号Nnに対応する電力半導体装置の使用履歴としてコレクタ電流Ic(Nn)、スイッチング周波数fsw(Nn)、ケース温度Tc(Nn)を読み込む(ステップS113)。
After setting or updating the ID number Nn to be processed to the initial value in step S102 or step S110, the operation
さらに動作余裕度決定部44は、装置情報格納部42からID番号Nnに対応する電力半導体装置の装置情報として、限界接合温度Tjmax(Nn)、コレクタ−エミッタ間飽和電圧VCEsat(Ic)(Nn)、スイッチング損失エネルギーEsw(Ic)(Nn)、および接合−ケース間熱抵抗Rth(j−c)(Nn)を読み込む(ステップS114)。
Further, the operation
次に、温度算出部441は、ステップS113およびステップS114で読み込まれた情報に基づき、以下の式で接合温度Tj(Nn)を算出する(ステップS115)。
Next, the
<E−2.効果>
実施の形態5において、動作余裕度決定部44は、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の接合温度Tj(Nn)を除く使用履歴に基づき電力半導体装置11−13,21−23,31−33の接合温度Tj(Nn)を算出し、算出した接合温度Tj(Nn)に基づき動作余裕度f(Nn)を決定する。従って、電力半導体装置の接合温度が使用履歴になくても、電力半導体応用装置に組み込まれた各電力半導体装置の動作余裕度を決定することができる。そのため、電力半導体応用システム内で休止中の電力半導体応用装置の中で、順位決定部46が選択した電力半導体応用装置、例えば最上位の順位の電力半導体応用装置を次に稼働すべき装置とすることにより、最も動作余裕度のある電力半導体応用装置を投入することができる。従って、使用途中で電力半導体応用装置を交代する可能性を小さくし、電力半導体応用システム内の効率を向上させることができる。
<E-2. Effect>
In the fifth embodiment, the operation
また、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の接合温度Tj(Nn)を除く使用履歴は、電力半導体装置11−13,21−23,31−33のコレクタ電流Ic(Nn)、スイッチング周波数fsw(Nn)およびケース温度Tc(Nn)である。すなわち、動作余裕度決定部44は、電力半導体装置11−13,21−23,31−33のコレクタ電流Ic(Nn)、スイッチング周波数fsw(Nn)およびケース温度Tc(Nn)に基づき電力半導体装置の接合温度Tj(Nn)を算出し、算出した接合温度Tj(Nn)に基づき動作余裕度f(Nn)を決定する。従って、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の接合温度Tj(Nn)が使用履歴になくても、電力半導体応用装置1,2,3に組み込まれた各電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作余裕度f(Nn)を決定することができる。
Further, the usage history of the power semiconductor device 11-13, 23, 23, 31-33 excluding the junction temperature Tj (Nn) is the collector current Ic (Nn) of the power semiconductor device 11-13, 23, 23, 31-33. , Switching frequency fsw (Nn) and case temperature Tc (Nn). That is, the operation
<F.実施の形態6>
<F−1.構成、動作>
実施の形態6の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図1,11に示した通りであり、実施の形態5と同様である。
<F. Embodiment 6>
<F-1. Configuration, operation>
The configurations of the power semiconductor application system and the host control device of the sixth embodiment are as shown in FIGS. 1 and 11, respectively, and are the same as those of the fifth embodiment.
図15は、実施の形態6において、入力データ格納部41が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図16は、実施の形態6において、装置情報格納部42に格納される装置情報を示している。図15に示すように、実施の形態6の入力データにおいて、使用履歴は発生損失P(Nn)およびケース温度Tc(Nn)を含んでいる。また、図16に示すように、装置情報は、電力半導体装置が有する電力半導体素子の限界接合温度Tjmax(Nn)および接合−ケース間熱抵抗Rth(j−c)(Nn)を、電力半導体装置の識別情報であるID番号Nnと紐付けたデータである。
FIG. 15 shows the input data acquired and stored by the input
図17は、実施の形態6のホスト制御装置4Bの動作を示すフローチャートである。以下、図17のフローチャートに沿って実施の形態5のホスト制御装置4Bの動作を説明する。図17のフローは、図5のフローのステップS103をステップS116、S117,S118に置き換えたものであるため、図5のフローとの相違点のみ説明する。
FIG. 17 is a flowchart showing the operation of the
動作余裕度決定部44はステップS102またはステップS110で処理対象のID番号Nnを初期値に設定または更新した後、入力データからID番号Nnに対応する電力半導体装置の使用履歴として発生損失P(Nn)およびケース温度Tc(Nn)を読み込む(ステップS116)。
After setting or updating the ID number Nn to be processed to the initial value in step S102 or step S110, the operation
さらに動作余裕度決定部44は、装置情報格納部42からID番号Nnに対応する電力半導体装置の装置情報として、限界接合温度Tjmax(Nn)および接合−ケース間熱抵抗Rth(j−c)(Nn)を読み込む(ステップS117)。
Further, the operation
次に、温度算出部441は、ステップS116およびステップS117で読み込まれた情報に基づき、以下の式で接合温度Tj(Nn)を算出する(ステップS118)。
Next, the
<F−2.効果>
実施の形態6において、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の接合温度Tj(Nn)を除く使用履歴は、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の発生損失P(Nn)およびケース温度Tc(Nn)である。すなわち、動作余裕度決定部44は、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の発生損失P(Nn)およびケース温度Tc(Nn)に基づき電力半導体装置の接合温度Tj(Nn)を算出し、算出した接合温度Tj(Nn)に基づき動作余裕度f(Nn)を決定する。従って、電力半導体装置11−13,21−23,31−33の接合温度Tj(Nn)が使用履歴になくても、電力半導体応用装置1,2,3に組み込まれた各電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作余裕度f(Nn)を決定することができる。
<F-2. Effect>
In the sixth embodiment, the usage history excluding the junction temperature Tj (Nn) of the power semiconductor device 11-13, 23, 23, 31-33 is the occurrence loss of the power semiconductor device 11-13, 23, 23, 31-33. P (Nn) and case temperature Tc (Nn). That is, the operation
<G.ハードウェア構成>
上述したホスト制御装置4A,4Bにおける、入力データ格納部41、装置情報格納部42、温度格納部43、動作余裕度決定部44、最小動作余裕度更新部45および順位決定部46は、図18に示す処理回路81により実現される。すなわち、処理回路81は入力データ格納部41、装置情報格納部42、温度格納部43、動作余裕度決定部44、最小動作余裕度更新部45および順位決定部46(以下、「動作余裕度決定部44等」と称する)を備える。処理回路81には、専用のハードウェアが適用されても良いし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサが適用されても良い。プロセッサは、例えば中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、DSP(Digital Signal Processor)等である。
<G. Hardware configuration>
In the
処理回路81が専用のハードウェアである場合、処理回路81は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、またはこれらを組み合わせたものが該当する。動作余裕度決定部44等の各部の機能それぞれは、複数の処理回路81で実現されてもよいし、各部の機能をまとめて一つの処理回路で実現されてもよい。
When the
処理回路81がプロセッサである場合、動作余裕度決定部44等の機能は、ソフトウェア等(ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェア)との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリに格納される。図19に示すように、処理回路81に適用されるプロセッサ82は、メモリ83に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、ホスト制御装置4A,4Bは、処理回路81により実行されるときに、各電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作温度に基づき、各電力半導体装置11−13,21−23,31−33の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度f(Nn)を決定するステップと、各電力半導体応用装置1,2,3における複数の電力半導体装置11−13,21−23,31−33の動作余裕度f(Nn)の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置1,2,3を選択するステップと、が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ83を備える。換言すれば、このプログラムは、動作余裕度決定部44等の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ83には、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory)などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、HDD(Hard Disk Drive)、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVD(Digital Versatile Disk)及びそのドライブ装置等、または、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。
When the
以上、動作余裕度決定部44等の各機能が、ハードウェア及びソフトウェア等のいずれか一方で実現される構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、動作余裕度決定部44等の一部を専用のハードウェアで実現し、別の一部をソフトウェア等で実現する構成であってもよい。例えば、動作余裕度決定部44については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、それ以外についてはプロセッサ82としての処理回路81がメモリ83に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
The configuration in which each function of the operation
以上のように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア等、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。なお、入力データ格納部41の構成の一部、装置情報格納部42、および温度格納部43は、メモリ83から構成されるが、それらは単一のメモリ83から構成されてもよいし、それぞれが個別のメモリから構成されてもよい。
As described above, the processing circuit can realize each of the above-mentioned functions by hardware, software, or a combination thereof. A part of the configuration of the input
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。 In the present invention, each embodiment can be freely combined, and each embodiment can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.
1,2,3 電力半導体応用装置、4A,4B ホスト制御装置、11,12,13,21,22,23,31,32,33 電力半導体装置、14,15,16,24,25,26,34,35,36 サーボモータ、41 入力データ格納部、42 装置情報格納部、43 温度格納部、44 動作余裕度決定部、45 最小動作余裕度更新部、46 順位決定部、81 処理回路、82 CPU、83 メモリ、441 温度算出部。 1,2,3 Power semiconductor application device, 4A, 4B host control device, 11,12,13,21,22,23,31,32,33 Power semiconductor device, 14,15,16,24,25,26, 34, 35, 36 Servo motor, 41 Input data storage unit, 42 Device information storage unit, 43 Temperature storage unit, 44 Operation margin determination unit, 45 Minimum operation margin update unit, 46 Ranking determination unit, 81 Processing circuit, 82 CPU, 83 memory, 441 temperature calculation unit.
Claims (9)
前記複数の電力半導体応用装置を管理するホスト制御装置とを備え、
各前記電力半導体応用装置には、複数の電力半導体装置が組み込まれ、
前記ホスト制御装置は、
各前記電力半導体装置の動作温度に基づき、各前記電力半導体装置の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度を決定する動作余裕度決定部と、
各前記電力半導体応用装置における前記複数の電力半導体装置の前記動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの前記電力半導体応用装置を選択する選択部と、を備える、
電力半導体応用システム。 With multiple power semiconductor application devices,
A host control device for managing the plurality of power semiconductor application devices is provided.
A plurality of power semiconductor devices are incorporated in each of the power semiconductor application devices.
The host control device is
Based on the operating temperature of each power semiconductor device, an operating margin determining unit that determines the operating margin, which is an index indicating the margin until reaching the limit operating temperature of each power semiconductor device,
Each power semiconductor application device includes a selection unit that selects at least one power semiconductor application device based on the minimum value of the operation margin of the plurality of power semiconductor devices.
Power semiconductor application system.
請求項1に記載の電力半導体応用システム。 The operating margin determining unit determines only the operating margin of the power semiconductor device having predetermined identification information.
The power semiconductor application system according to claim 1.
請求項1又は2に記載の電力半導体応用システム。 The operating margin determining unit determines the operating margin based on the temperature difference between the operating temperature and the limit operating temperature of the power semiconductor device and the decrease slope of the operating temperature.
The power semiconductor application system according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力半導体応用システム。 The operating temperature is the junction temperature, and the limit operating temperature is the marginal junction temperature.
The power semiconductor application system according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力半導体応用システム。 The operating temperature is the chip temperature, and the limit operating temperature is the limit chip temperature.
The power semiconductor application system according to any one of claims 1 to 3.
請求項1から3のいずれか1項に記載の電力半導体応用システム。 The operating temperature is the case temperature, and the limit operating temperature is the limit case temperature.
The power semiconductor application system according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の電力半導体応用システム。 The operation margin determining unit calculates the junction temperature of the power semiconductor device based on the usage history excluding the junction temperature of the power semiconductor device, and determines the operation margin based on the calculated junction temperature.
The power semiconductor application system according to claim 4.
請求項7に記載の電力半導体応用システム。 The usage history excluding the junction temperature of the power semiconductor device is the collector current, switching frequency, and case temperature of the power semiconductor device.
The power semiconductor application system according to claim 7.
請求項7に記載の電力半導体応用システム。 The usage history excluding the junction temperature of the power semiconductor device is the generation loss and the case temperature of the power semiconductor device.
The power semiconductor application system according to claim 7.
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