JP7455006B2 - Power supplies and power supplies for medical imaging diagnostic equipment - Google Patents

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本明細書及び図面に開示の実施形態は、医用画像診断装置用電源装置および電源装置に関する。 Embodiments disclosed in this specification and the drawings relate to a power supply device and a power supply device for a medical image diagnostic apparatus.

従来、大電流出力のインバータ回路等を備えた電源装置において、インバータ回路のコア部品であるパワーデバイスとして、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)と呼ぶ)が用いられる。IGBTは、インバータ回路におけるスイッチング動作を行う際に大きなエネルギーを制御する。IGBTにおいて熱疲労に起因する半田クラック等が原因となり熱抵抗が増加した場合、IGBTは、破損に至る事がある。IGBTが破損すれば電源装置のみならず当該電源装置を用いたシステムに対しても大きな影響を及ぼすことがある。このため、IGBTの素子破損を事前に検知することが望まれている。 BACKGROUND ART Conventionally, in a power supply device including an inverter circuit or the like that outputs a large current, an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as an IGBT), for example, is used as a power device that is a core component of the inverter circuit. IGBTs control large amounts of energy when performing switching operations in inverter circuits. If the thermal resistance of the IGBT increases due to solder cracks caused by thermal fatigue, the IGBT may be damaged. If the IGBT is damaged, it may have a major impact not only on the power supply device but also on the system using the power supply device. Therefore, it is desired to detect IGBT element damage in advance.

IGBTの素子破損を予測することは困難であり、例えば、破損予測のための温度監視をはじめとした複雑なモニタリングや、IGBTを含む回路動作に基づく異常判定条件の定義などが必要となる。このため、IGBTの破損予測は、IGBTの異常を検知する回路の複雑化を招き、容易では無かった。 It is difficult to predict element damage in IGBTs, and requires, for example, complicated monitoring such as temperature monitoring to predict damage, and definition of abnormality determination conditions based on circuit operations including IGBTs. For this reason, it is not easy to predict damage to IGBTs because the circuit for detecting abnormalities in IGBTs becomes complicated.

特開2017-195714号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-195714

本明細書及び図面に開示の実施形態が解決しようとする課題の一つは、電源装置におけるIGBTの破損予測を簡便に行うことである。ただし、本明細書及び図面に開示の実施形態により解決しようとする課題は上記課題に限られない。後述する実施形態に示す各構成による各効果に対応する課題を他の課題として位置づけることもできる。 One of the problems to be solved by the embodiments disclosed in this specification and the drawings is to easily predict damage to IGBTs in a power supply device. However, the problems to be solved by the embodiments disclosed in this specification and the drawings are not limited to the above problems. Problems corresponding to the effects of each configuration shown in the embodiments described later can also be positioned as other problems.

本実施形態に係る医用画像診断装置電源装置は、IGBTと、測定部と、判定部と、通知部と、を備える。IGBTは、医用画像診断装置における制御部から出力されたドライブ信号に従って駆動する。測定部は、前記IGBTのコレクタエミッタ間電圧(以下、Vce-sat値と呼ぶ)を測定する。判定部は、前記Vce-sat値が基準値を超えているか否かを判定する。通知部は、前記Vce-sat値が前記基準値を超えた場合、前記IGBTの駆動を制限する制限指令と所定の警告とを前記制御部へ出力する。前記判定部は、前記パワーデバイスの破損に関する上限温度より低い所定の温度における前記パワーデバイスの第1の電気的特性と前記上限温度における前記パワーデバイスの第2の電気的特性との対応関係と、前記所定の温度での測定により得られた前記パワーデバイスの第3の電気的特性と、に基づいて設定された初期値の所定数倍を、前記基準値として用いる。 The medical image diagnostic apparatus power supply device according to the present embodiment includes an IGBT, a measurement section, a determination section, and a notification section. The IGBT is driven according to a drive signal output from a control unit in a medical image diagnostic apparatus. The measurement unit measures the collector-emitter voltage (hereinafter referred to as Vce-sat value) of the IGBT. The determination unit determines whether the Vce-sat value exceeds a reference value. The notification section outputs a restriction command for limiting driving of the IGBT and a predetermined warning to the control section when the Vce-sat value exceeds the reference value. The determination unit determines a correspondence relationship between a first electrical characteristic of the power device at a predetermined temperature lower than an upper limit temperature regarding damage to the power device and a second electrical characteristic of the power device at the upper limit temperature; A predetermined number of times an initial value set based on the third electrical characteristic of the power device obtained by measurement at the predetermined temperature is used as the reference value.

図1は、実施形態に係る医用画像診断装置用電源装置の機能ブロックの構成の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of functional blocks of a power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to an embodiment. 図2は、実施形態に係り、医用画像診断装置用電源装置におけるハードウェア構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of a power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to the embodiment. 図3は、実施形態に係り、コレクタ電流の電流波形に対するサンプリングタイミングの一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of sampling timing for a current waveform of a collector current according to the embodiment. 図4は、実施形態に係り、ジャンクション温度が25℃における代表特性曲線と、第1のコレクタ電流に対応するVce-sat値との一例を示す図。FIG. 4 is a diagram showing an example of a representative characteristic curve at a junction temperature of 25° C. and a Vce-sat value corresponding to the first collector current, according to the embodiment. 図5は、実施形態に係り、ジャンクション温度が25℃における代表特性曲線と、複数のコレクタ電流に対応する複数のVce-sat値との一例を示す図。FIG. 5 is a diagram showing an example of a representative characteristic curve at a junction temperature of 25° C. and a plurality of Vce-sat values corresponding to a plurality of collector currents, according to the embodiment. 図6は、実施形態に係り、第1のコレクタ電流に関して、ジャンクション温度が25℃の代表特性曲線におけるVce-sat値と、ジャンクション温度が150℃の代表特性曲線におけるVce-sat値とによる電圧差異を示す図。FIG. 6 shows a voltage difference between a Vce-sat value in a representative characteristic curve with a junction temperature of 25° C. and a Vce-sat value in a representative characteristic curve with a junction temperature of 150° C. with respect to the first collector current, according to the embodiment. Diagram showing. 図7は、実施形態に係り、第2乃至第nのコレクタ電流にそれぞれ対応するVce-sat値による複数の電圧差異を示す図。FIG. 7 is a diagram showing a plurality of voltage differences depending on the Vce-sat values corresponding to the second to nth collector currents, respectively, according to the embodiment. 図8は、実施形態に係り、複数のコレクタ電流に対応する複数のVce-sat値の初期値を示す曲線である初期校正カーブの一例を示す図。FIG. 8 is a diagram showing an example of an initial calibration curve, which is a curve showing initial values of a plurality of Vce-sat values corresponding to a plurality of collector currents, according to the embodiment. 図9は、実施形態に係り、IGBTの異常の原因の一例を示す図。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a cause of abnormality in an IGBT according to the embodiment. 図10は、実施形態に係り、ジャンクション温度が25℃から150℃に変化した場合において、所定のコレクタ電流に対するVce-sat値の変化の一例を示す図。FIG. 10 is a diagram showing an example of a change in Vce-sat value for a predetermined collector current when the junction temperature changes from 25° C. to 150° C. according to the embodiment. 図11は、実施形態に係り、異常検知処理の手順の一例を示すフローチャート。FIG. 11 is a flowchart showing an example of an abnormality detection process procedure according to the embodiment.

以下、図面を参照しながら、医用画像診断装置に用いられる電源装置(以下、医用画像診断装置用電源装置と呼ぶ)について説明する。医用画像診断装置は、例えば、X線コンピュータ断層撮影装置、磁気共鳴イメージング装置、X線診断装置、核医学診断装置などである。以下の実施形態では、同一の参照符号を付した部分は同様の動作をおこなうものとして、重複する説明を適宜省略する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A power supply device used in a medical image diagnosis apparatus (hereinafter referred to as a power supply apparatus for a medical image diagnosis apparatus) will be described below with reference to the drawings. Examples of the medical image diagnostic apparatus include an X-ray computed tomography apparatus, a magnetic resonance imaging apparatus, an X-ray diagnostic apparatus, and a nuclear medicine diagnostic apparatus. In the following embodiments, parts with the same reference numerals perform similar operations, and redundant explanations will be omitted as appropriate.

(実施形態)
図1は、本実施形態に係る医用画像診断装置用電源装置1の機能ブロックの構成の一例を示す図である。医用画像診断装置用電源装置1は、パワーデバイス11と、制限部13と、生成部15と、測定部17と、記憶部19と、算出部21と、判定部23と、通知部25とを備える。パワーデバイス11と、制限部13と、生成部15と、測定部17と、判定部23と、通知部25とについて、図2を参照して、医用画像診断装置用電源装置1に関するハードウェア構成を説明する。
(Embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of functional blocks of a power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus according to the present embodiment. The power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus includes a power device 11, a restriction section 13, a generation section 15, a measurement section 17, a storage section 19, a calculation section 21, a determination section 23, and a notification section 25. Be prepared. Referring to FIG. 2, the hardware configuration of the power device 1 for a medical image diagnostic apparatus includes the power device 11, the restriction unit 13, the generation unit 15, the measurement unit 17, the determination unit 23, and the notification unit 25. Explain.

図2は、医用画像診断装置用電源装置1におけるハードウェア構成の一例を示す図である。医用画像診断装置用電源装置1におけるハードウェア構成は、Vce-sat監視回路10を有する。Vce-sat監視回路10は、パワーデバイスに相当するIGBT111におけるエミッタ115とコレクタ117との間の電圧を示すVce-sat値を監視する。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the hardware configuration of the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus. The hardware configuration of the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus includes a Vce-sat monitoring circuit 10. The Vce-sat monitoring circuit 10 monitors a Vce-sat value indicating a voltage between an emitter 115 and a collector 117 in an IGBT 111 corresponding to a power device.

パワーデバイス11は、ハードウェア構成として、例えば、IGBT111により実現される。IGBT111は、電力供給先に対する電力制御を用途として用いられる。IGBT111は、医用画像診断装置における制御部から出力されたドライブ信号に従って駆動する。IGBT111におけるゲート113は、ドライブ制限回路131の出力端子に電気的に接続される。 The power device 11 is realized by, for example, an IGBT 111 as a hardware configuration. The IGBT 111 is used to control power to a power supply destination. The IGBT 111 is driven according to a drive signal output from a control unit in the medical image diagnostic apparatus. A gate 113 of the IGBT 111 is electrically connected to an output terminal of a drive limiting circuit 131.

なお、ドライブ制限回路131が省略される場合、ゲート113は、医用画像診断装置における制御部に電気的に接続される。IGBT111におけるエミッタ115は、電力供給先(例えば、磁気共鳴イメージング装置における傾斜磁場電源や、X線コンピュータ断層撮影装置またはX線診断装置における高電圧発生装置など)の電源入力端子に、電気的に接続される。IGBT111におけるコレクタ117は、電力供給元(例えば、商用電源から供給される交流電源や、それを整流した直流電源など)に、電気的に接続される。IGBT111は、既存の半導体素子なため、説明は省略する。なお、パワーデバイス11のハードウェアとしての実現は、IGBT111に限定されず、他のパワートランジスタなどにより実現されてもよい。 Note that when the drive limiting circuit 131 is omitted, the gate 113 is electrically connected to a control section in the medical image diagnostic apparatus. The emitter 115 in the IGBT 111 is electrically connected to a power input terminal of a power supply destination (for example, a gradient magnetic field power supply in a magnetic resonance imaging apparatus, a high voltage generator in an X-ray computed tomography apparatus or an X-ray diagnostic apparatus, etc.). be done. A collector 117 in the IGBT 111 is electrically connected to a power supply source (for example, AC power supplied from a commercial power source, DC power obtained by rectifying the AC power, etc.). Since the IGBT 111 is an existing semiconductor element, a description thereof will be omitted. Note that the power device 11 can be implemented as hardware without being limited to the IGBT 111, and may be implemented using other power transistors or the like.

制限部13は、医用画像診断装置における制御部から出力されたドライブ信号の調整により、パワーデバイス11の駆動を制限する。制限部13は、ハードウェア構成として、ドライブ制限回路131により実現される。ドライブ制限回路131は、例えば、デジタルシグナルプロセッサ(Digital Signal Processor:以下、DSPと呼ぶDSP)などのマイクロプロセッサにより実現される。なお、ドライブ制限回路131は、特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit:ASIC)やフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(Field Programmable Gate Array:FPGA)、他の複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device:CPLD)、単純プログラマブル論理デバイス(Simple Programmable Logic Device:SPLD)などにより実現されてもよい。 The restriction unit 13 restricts the driving of the power device 11 by adjusting the drive signal output from the control unit in the medical image diagnostic apparatus. The restriction unit 13 is realized by a drive restriction circuit 131 as a hardware configuration. The drive limit circuit 131 is realized by, for example, a microprocessor such as a digital signal processor (hereinafter referred to as DSP). Note that the drive limit circuit 131 may be applied to an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), or another complex programmable logic device (Complex). Programmable Logic Device: CPLD), simple programmable logic device (SPLD), or the like.

ドライブ制限回路131は、通知部25から出力された制限指令に基づいて、制御部から出力されたドライブ信号を調整する。ドライブ信号の調整は、パワーデバイス11の駆動の制限であって、具体的には、IGBT111の縮退運転に対応する。IGBT111の縮退運転は、例えば、医用画像診断装置に対するフェイルソフト(fail soft)に関するものであって、IGBT111に対する負荷を軽減させてIGBT111を駆動することに対応する。なお、ドライブ制限回路131は、制限指令の受信を契機として、IGBT111の駆動を停止するように、ドライブ信号を調整してもよい。 The drive restriction circuit 131 adjusts the drive signal output from the control unit based on the restriction command output from the notification unit 25. The adjustment of the drive signal is a restriction on the drive of the power device 11, and specifically corresponds to the degenerate operation of the IGBT 111. The degenerate operation of the IGBT 111 relates to, for example, fail software for a medical image diagnostic apparatus, and corresponds to driving the IGBT 111 while reducing the load on the IGBT 111. Note that the drive restriction circuit 131 may adjust the drive signal so as to stop driving the IGBT 111 upon reception of the restriction command.

具体的には、ドライブ制限回路131は、異常通知回路251から出力された制限指令の受信を契機として、例えば、ドライブ信号のデューティー(Duty)比の低減(すなわちON時間の低減)とドライブ信号の振幅の低減とのうち少なくとも一つを実行する。ドライブ制限回路131は、デューティー比の低減とドライブ信号の振幅の低減とのうち少なくとも一つにより調整されたドライブ信号を、IGBT111のゲート113に出力する。なお、ドライブ制限回路131により実行される機能は、医用画像診断装置における制御部において、IGBT111のドライブ信号を生成する回路により実行されてもよい。このとき、図1に示す制限部13すなわち図2に示すドライブ制限回路131は、省略されてもよい。 Specifically, upon receiving the restriction command output from the abnormality notification circuit 251, the drive restriction circuit 131, for example, reduces the duty ratio of the drive signal (that is, reduces the ON time) and reduces the ON time of the drive signal. and reducing the amplitude. The drive limiting circuit 131 outputs a drive signal adjusted by at least one of reducing the duty ratio and reducing the amplitude of the drive signal to the gate 113 of the IGBT 111. Note that the function executed by the drive restriction circuit 131 may be executed by a circuit that generates a drive signal for the IGBT 111 in a control unit in a medical image diagnostic apparatus. At this time, the limiting section 13 shown in FIG. 1, that is, the drive limiting circuit 131 shown in FIG. 2 may be omitted.

生成部15は、ハードウェア構成として、サンプリングタイミング生成回路151により実現される。例えば、サンプリングタイミング生成回路151は、DSPや、ASIC、FPGA、CPLD、SPLDなどにより実現される。サンプリングタイミング生成回路151は、IGBT111のコレクタ117におけるコレクタ電流Icの出力指令に基づいて、測定部17によるVce-sat値の測定に関するサンプリングタイミングを生成する。 The generation unit 15 is realized by a sampling timing generation circuit 151 as a hardware configuration. For example, the sampling timing generation circuit 151 is realized by a DSP, ASIC, FPGA, CPLD, SPLD, or the like. The sampling timing generation circuit 151 generates a sampling timing related to the measurement of the Vce-sat value by the measurement unit 17 based on the output command of the collector current Ic in the collector 117 of the IGBT 111.

図3は、コレクタ電流Icの電流波形に対するサンプリングタイミングの一例を示す図である。図3に示すように、サンプリングタイミングは、コレクタ電流Icが例えば300Aで一定となる期間(サンプリングウィンドウ)に相当する。図3に示すように、サンプリングウィンドウは、例えば、コレクタ電流Icが数msecから数十msecに亘って一定となる期間に相当する。これにより、コレクタ電流Icが一定となる期間において、Vce-sat値が測定される。 FIG. 3 is a diagram showing an example of sampling timing for the current waveform of collector current Ic. As shown in FIG. 3, the sampling timing corresponds to a period (sampling window) during which the collector current Ic is constant at 300 A, for example. As shown in FIG. 3, the sampling window corresponds to, for example, a period in which the collector current Ic is constant over several milliseconds to several tens of milliseconds. As a result, the Vce-sat value is measured during a period in which the collector current Ic is constant.

測定部17は、ハードウェア構成として、Vce-sat測定回路171により実現される。例えば、Vce-sat測定回路171は、DSPや、ASIC、FPGA、CPLD、SPLDなどにより実現される。Vce-sat測定回路171は、IGBT111における電気的特性を監視する。電気的特性は、例えば、コレクタ電流Icと、コレクタ電圧Vcと、エミッタ電圧Veとの関係であって、IGBT111の温度に依存する。Vce-sat測定回路171は、IGBT111におけるコレクタ117とエミッタ115との間におけるVce-sat値を測定する。 The measurement unit 17 is realized by a Vce-sat measurement circuit 171 as a hardware configuration. For example, the Vce-sat measurement circuit 171 is realized by a DSP, ASIC, FPGA, CPLD, SPLD, or the like. The Vce-sat measurement circuit 171 monitors the electrical characteristics of the IGBT 111. The electrical characteristics are, for example, the relationship among collector current Ic, collector voltage Vc, and emitter voltage Ve, and depend on the temperature of IGBT 111. The Vce-sat measurement circuit 171 measures the Vce-sat value between the collector 117 and emitter 115 in the IGBT 111.

具体的には、Vce-sat測定回路171は、サンプリングタイミング生成回路151から出力されたサンプリング指令、すなわちコレクタ電流Icが一定となるサンプリングタイミングに従って、当該サンプリングタイミングにおけるコレクタ電流Icに対応するVce-sat値を測定する。より詳細には、Vce-sat測定回路171は、サンプリングタイミングにおいて、IGBT111におけるコレクタ電圧Vcを測定する。また、Vce-sat測定回路171は、サンプリングタイミングにおいて、IGBT111におけるエミッタ電圧Veを測定する。Vce-sat測定回路171は、コレクタ電圧Vcとエミッタ電圧Veとの差分を計算することにより、Vce-sat値を測定する。Vce-sat測定回路171は、測定されたVce-sat値を、記憶部19と判定部23とに出力する。 Specifically, the Vce-sat measuring circuit 171 calculates the Vce-sat corresponding to the collector current Ic at the sampling timing according to the sampling command output from the sampling timing generation circuit 151, that is, the sampling timing at which the collector current Ic becomes constant. Measure the value. More specifically, the Vce-sat measurement circuit 171 measures the collector voltage Vc in the IGBT 111 at the sampling timing. Further, the Vce-sat measurement circuit 171 measures the emitter voltage Ve in the IGBT 111 at the sampling timing. The Vce-sat measurement circuit 171 measures the Vce-sat value by calculating the difference between the collector voltage Vc and the emitter voltage Ve. The Vce-sat measurement circuit 171 outputs the measured Vce-sat value to the storage section 19 and the determination section 23.

記憶部19は、ハードウェア構成として、種々の情報を記憶するRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)等のメモリにより実現される。なお、記憶部19のハードウェア構成は、これらのメモリに限定されず、他の記憶装置により実現されてもよい。記憶部19は、少なくとも一つの基準値(すなわち閾値や初期値)を記憶する。なお、基準値は、コレクタ117における複数のコレクタ電流各々に応じて予め設定され、記憶部19に記憶されてもよい。記憶部19は、複数のコレクタ電流に対する複数の基準値を、対応表、例えばルックアップテーブル(Look Up Table)形式で記憶する。また、記憶部19は、IGBT111の使用開始時点から継続的に測定された複数のVce-sat値を、測定日時とともにログとして記憶する。記憶部19は、ユーザにより予め設定された所定の期間を記憶する。 The storage unit 19 is realized as a hardware configuration by a memory such as a RAM (Random Access Memory) or a ROM (Read Only Memory) that stores various information. Note that the hardware configuration of the storage unit 19 is not limited to these memories, and may be realized by other storage devices. The storage unit 19 stores at least one reference value (that is, a threshold value or an initial value). Note that the reference value may be set in advance according to each of the plurality of collector currents in the collector 117 and stored in the storage unit 19. The storage unit 19 stores a plurality of reference values for a plurality of collector currents in a correspondence table, for example, a look-up table format. Furthermore, the storage unit 19 stores a plurality of Vce-sat values that have been continuously measured since the start of use of the IGBT 111, together with the measurement date and time, as a log. The storage unit 19 stores a predetermined period preset by the user.

算出部21は、ハードウェア構成として、例えば、DSPや、ASIC、FPGA、CPLD、SPLDなどにより実現される。算出部21は、測定日時とともに記憶された複数のVce-sat値を用いて、Vce-sat値の経時変化を算出する。算出部21は、算出された経時変化に基づいて、IGBT111の破損予測を算出する。例えば、算出部21は、Vce-sat値の増加傾向とIGBT111のパワーサイクルデータとを組み合わせることで、より長い期間でのIGBT111の破損予測を算出する。算出部21は、算出された破損予測や経時変化を通知部25へ出力する。なお、算出された破損予測は、破損予測の算出日時とともに、記憶部19に記憶されてもよい。算出された破損予測は、本医用画像診断装置用電源装置1のメンテナンス時に予防保全の為の情報として利用される。なお、本医用画像診断装置用電源装置1において、算出されたIGBT111の破損予測による予防保全が必要とされない場合、本算出部21やIGBT111の破損予測に関する各種処理等は省略可能となる。 The calculation unit 21 is realized by, for example, a DSP, ASIC, FPGA, CPLD, SPLD, etc. as a hardware configuration. The calculation unit 21 calculates the change over time in the Vce-sat value using the plurality of Vce-sat values stored together with the measurement date and time. The calculation unit 21 calculates a prediction of damage to the IGBT 111 based on the calculated change over time. For example, the calculation unit 21 calculates a prediction of damage to the IGBT 111 over a longer period by combining the increasing trend of the Vce-sat value and the power cycle data of the IGBT 111. The calculation unit 21 outputs the calculated damage prediction and changes over time to the notification unit 25. Note that the calculated damage prediction may be stored in the storage unit 19 together with the calculation date and time of the damage prediction. The calculated damage prediction is used as information for preventive maintenance during maintenance of the power supply device 1 for the medical image diagnostic apparatus. Note that in the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, if preventive maintenance based on the calculated damage prediction of the IGBT 111 is not required, the main calculation unit 21 and various processes related to the damage prediction of the IGBT 111 can be omitted.

判定部23は、ハードウェア構成として、異常判定回路231により実現される。例えば、異常判定回路231は、DSPや、ASIC、FPGA、CPLD、SPLDなどにより実現される。異常判定回路231は、自身の不図示のメモリに記憶された基準値と、測定部17により測定されたVce-sat値とを用いて、IGBT111の異常を判定する。例えば、異常判定回路231は、測定されたVce-sat値が基準値を超えているか否かを判定する。なお、基準値は、記憶部19に記憶されてもよい。基準値は、コレクタ電流Icに対するVce-sat値に関する基準を示す値である。基準値は、閾値と初期値とのうち少なくとも一つに対応する。 The determination unit 23 is realized by an abnormality determination circuit 231 as a hardware configuration. For example, the abnormality determination circuit 231 is realized by a DSP, ASIC, FPGA, CPLD, SPLD, or the like. The abnormality determination circuit 231 determines whether the IGBT 111 is abnormal using a reference value stored in its own memory (not shown) and the Vce-sat value measured by the measurement unit 17. For example, the abnormality determination circuit 231 determines whether the measured Vce-sat value exceeds a reference value. Note that the reference value may be stored in the storage unit 19. The reference value is a value indicating a reference value regarding the Vce-sat value for the collector current Ic. The reference value corresponds to at least one of a threshold value and an initial value.

閾値(異常判定閾値)は、IGBT111の破損に関する限界を示す限界値であって、例えば、IGBT111における定格上限温度条件(例えば、ジャンクション温度Tj=150℃)における電流定格(コレクタ電流)に対応するVce-sat値に相当する。すなわち、閾値は、パワーデバイス11の破損に関する上限温度における電流定格に対応するコレクタ117とエミッタ115との間の電圧に相当する。以下、まず初期値について説明し、次いで、異常判定回路231によるIGBT111の異常の判定について説明する。 The threshold value (abnormality determination threshold value) is a limit value indicating a limit regarding damage to the IGBT 111, and is, for example, Vce corresponding to the current rating (collector current) under the rated upper limit temperature condition (for example, junction temperature Tj = 150°C) in the IGBT 111. -corresponds to the sat value. That is, the threshold value corresponds to the voltage between the collector 117 and the emitter 115 that corresponds to the current rating at the upper limit temperature for damage of the power device 11. Hereinafter, the initial value will be explained first, and then the determination of abnormality of the IGBT 111 by the abnormality determination circuit 231 will be described.

(初期値)
IGBTの電気的特性は、温度に依存し、電圧と電流との相関を示すVce-sat特性等の曲線(素子特性カーブ)で表される。IGBTの電気的特性(データシート)は、IGBTを製造するメーカーから提供される。メーカーから提供される当該電気的特性は、メーカーにより製造された複数のIGBTの代表値を示すものである。すなわち、IGBTの電気的特性は、個体ごとにばらつく。このため、初期値は、代表値を示す電気的特性(以下、代表特性曲線と呼ぶ)を、医用画像診断装置用電源装置1に搭載されたIGBT111に合わせて校正(キャリブレーション)したもの(以下、初期校正カーブと呼ぶ)に対応する。初期値は、IGBT111の経年劣化の基準を示す値に対応する。初期値は、医用画像診断装置用電源装置1の製造の段階において実装されるIGBT111における電圧、電流、温度の相関を測定することにより、導出される。以下、初期値の導出の手順について説明する。
(initial value)
The electrical characteristics of an IGBT depend on temperature and are represented by a curve (device characteristic curve) such as a Vce-sat characteristic that shows the correlation between voltage and current. The electrical characteristics (data sheet) of the IGBT are provided by the manufacturer that manufactures the IGBT. The electrical characteristics provided by the manufacturer indicate representative values of a plurality of IGBTs manufactured by the manufacturer. That is, the electrical characteristics of IGBTs vary from one individual to another. Therefore, the initial value is the one obtained by calibrating the electrical characteristics (hereinafter referred to as the representative characteristic curve) indicating the representative value in accordance with the IGBT 111 installed in the power supply device 1 for medical image diagnostic equipment (hereinafter referred to as the “representative characteristic curve”). , the initial calibration curve). The initial value corresponds to a value indicating a standard for aging deterioration of the IGBT 111. The initial value is derived by measuring the correlation between the voltage, current, and temperature in the IGBT 111 mounted in the manufacturing stage of the power supply device 1 for the medical image diagnostic apparatus. The procedure for deriving the initial value will be described below.

代表特性曲線に関する温度(ジャンクション温度)に関して、一定の電流出力条件で、Vce-sat値が測定される。電流出力条件とは、例えば、IGBT111におえるコレクタ電流Icの値に対応する。Vce-sat値の測定において、IGBT111のケース温度Tcも合わせて測定される。測定されたケース温度Tcと、電流出力条件と、測定されたVce-sat値(または、コレクタ電圧Vcおよびエミッタ電圧Ve)とに基づいて、所定の計算式によりジャンクション温度Tjが算出される。ケース温度Tcからジャンクション温度Tjを算出する当該計算式としては、既存の計算式が適宜利用可能である。以下、説明を具体的にするために、初期値の導出においてVce-sat値の測定に関するジャンクション温度Tjは、25℃であるものとして説明するが、これに限定されない。 With respect to the temperature (junction temperature) related to the representative characteristic curve, the Vce-sat value is measured under constant current output conditions. The current output condition corresponds to, for example, the value of the collector current Ic in the IGBT 111. In measuring the Vce-sat value, the case temperature Tc of the IGBT 111 is also measured. Based on the measured case temperature Tc, the current output condition, and the measured Vce-sat value (or the collector voltage Vc and emitter voltage Ve), the junction temperature Tj is calculated using a predetermined calculation formula. As the calculation formula for calculating the junction temperature Tj from the case temperature Tc, an existing calculation formula can be used as appropriate. Hereinafter, in order to make the explanation more concrete, the junction temperature Tj related to the measurement of the Vce-sat value will be explained as 25° C. in deriving the initial value, but it is not limited to this.

計算されたジャンクション温度と代表特性曲線に関する温度とが解離していた場合、電流出力条件を維持して、別途外部の熱源によりIGBT111の温度を操作して、Vce-sat値を再度測定してもよい。 If the calculated junction temperature and the temperature related to the representative characteristic curve are dissociated, the current output condition may be maintained, the temperature of the IGBT 111 may be controlled separately using an external heat source, and the Vce-sat value may be measured again. good.

図4は、ジャンクション温度Tjが25℃における代表特性曲線25CCと、第1のコレクタ電流Ic1に対応するVce-sat値Vce-sat1との一例を示す図である。図4に示すように、第1のコレクタ電流Ic1は、例えば100Aであって、ジャンクション温度Tjが25℃となる条件の時に、サンプリングタイミングに基づきVce-sat値が測定される。図4におけるVce-sat(代表値)は、代表特性曲線25CCにおいて、第1のコレクタ電流Ic1が100Aの時のVce-sat値を示している。ジャンクション温度Tjが25℃における代表特性曲線25CCは、IGBT111の破損に関する上限温度より低い所定の温度におけるIGBT111の第1の電気的特性に相当する。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a representative characteristic curve 25CC at a junction temperature Tj of 25° C. and a Vce-sat value Vce-sat1 corresponding to the first collector current Ic1. As shown in FIG. 4, the first collector current Ic1 is, for example, 100 A, and when the junction temperature Tj is 25° C., the Vce-sat value is measured based on the sampling timing. Vce-sat (representative value) in FIG. 4 indicates the Vce-sat value when the first collector current Ic1 is 100A in the representative characteristic curve 25CC. The representative characteristic curve 25CC when the junction temperature Tj is 25° C. corresponds to the first electrical characteristic of the IGBT 111 at a predetermined temperature lower than the upper limit temperature for damage of the IGBT 111.

電流出力条件すなわちIGBT111におけるコレクタ電流Icを変化させて、ジャンクション温度Tjが25℃におけるn個(nは2以上の自然数)のVce-sat値が測定される。図5は、ジャンクション温度Tjが25℃における代表特性曲線25CCと、複数のコレクタ電流Ic1~Icnに対応する複数のVce-sat値Vce-sat1~Vce-satnとの一例を示す図である。図5に示すように、第1乃至第nのコレクタ電流Ic1~Icnに対応する複数のVce-sat値Vce-sat1~Vce-satnのプロットから、ジャンクション温度が25℃に関するIGBT111特有の電気的特性を示す曲線(以下、固有曲線と呼ぶ)25UCが得られる。 By changing the current output condition, that is, the collector current Ic in the IGBT 111, n Vce-sat values (n is a natural number of 2 or more) at a junction temperature Tj of 25° C. are measured. FIG. 5 is a diagram showing an example of a representative characteristic curve 25CC at a junction temperature Tj of 25° C. and a plurality of Vce-sat values Vce-sat1 to Vce-satn corresponding to a plurality of collector currents Ic1 to Icn. As shown in FIG. 5, from the plot of the plurality of Vce-sat values Vce-sat1 to Vce-satn corresponding to the first to n-th collector currents Ic1 to Icn, the electrical characteristics peculiar to the IGBT 111 with respect to the junction temperature of 25° C. A curve (hereinafter referred to as a unique curve) 25UC is obtained.

IGBT111に関してメーカーから提供された複数のジャンクション温度に対応する複数の代表特性曲線のうち、代表特性曲線25CCと、IGBT111の使用限界のジャンクション温度(以下、上限温度と呼ぶ)の代表特性曲線とに基づいて、複数のコレクタ電流各々におけるVce-sat値の差(以下、電圧差異と呼ぶ)が計算される。上限温度の代表特性曲線は、上限温度におけるIGBT111の第2の電気的特性に相当する。以下、説明を具体的にするために、上限温度は、150℃であるものとする。すなわち、上限温度150℃と所定の温度25℃とに関するIGBT111の電気的特性を示す2つの代表特性曲線において同一のコレクタ電流Icに対するVce-sat値の差が、複数のコレクタ電流各々に応じて計算される。 Based on the representative characteristic curve 25CC among the multiple representative characteristic curves corresponding to multiple junction temperatures provided by the manufacturer regarding IGBT111 and the representative characteristic curve of the IGBT111's service limit junction temperature (hereinafter referred to as upper limit temperature). Then, the difference in Vce-sat values for each of the plurality of collector currents (hereinafter referred to as voltage difference) is calculated. The representative characteristic curve of the upper limit temperature corresponds to the second electrical characteristic of the IGBT 111 at the upper limit temperature. Hereinafter, in order to make the explanation concrete, it is assumed that the upper limit temperature is 150°C. That is, the difference in Vce-sat value for the same collector current Ic in two representative characteristic curves showing the electrical characteristics of the IGBT 111 at an upper limit temperature of 150° C. and a predetermined temperature of 25° C. is calculated according to each of a plurality of collector currents. be done.

図6は、第1のコレクタ電流Ic1に関して、代表特性曲線25CCにおけるVce-sat値@25CCと、代表特性曲線150CCにおけるVce-sat値@150CCとによる電圧差異ΔVce-sat1を示す図である。図7は、第2~第nのコレクタ電流Ic2~Icnにそれぞれ対応する電圧差異ΔVce-sat2~ΔVce-satnを示す図である。図6および図7に示すように、複数のコレクタ電流各々に関して電圧差異ΔVce-satが計算される。 FIG. 6 is a diagram showing the voltage difference ΔVce-sat1 between the Vce-sat value @25CC in the representative characteristic curve 25CC and the Vce-sat value @150CC in the representative characteristic curve 150CC with respect to the first collector current Ic1. FIG. 7 is a diagram showing voltage differences ΔVce-sat2 to ΔVce-satn corresponding to the second to nth collector currents Ic2 to Icn, respectively. As shown in FIGS. 6 and 7, the voltage difference ΔVce-sat is calculated for each of the plurality of collector currents.

次いで、第1の電気的特性25CCと第2の電気的特性150CCとの対応関係と、IGBT111の使用前において所定の温度での測定により得られたIGBT111の第3の電気的特性(固有曲線25UC)と、に基づいて初期値が設定される。具体的には、固有曲線25UCにおける複数のコレクタ電流(第1~第nのコレクタ電流Ic1~Icn)に対応する複数のVce-sat値(Vce-sat1~Vce-satn)に、当該複数のコレクタ電流に対応する複数の電圧差異ΔVce-sat1~ΔVce-satnをそれぞれ加算することにより、上限温度における各電流出力条件すなわち各コレクタ電流に応じたVce-sat値が得られる。第1の電気的特性25CCと第2の電気的特性150CCとの対応関係は、電圧差異ΔVce-sat1~ΔVce-satnに相当する。上記により得られたコレクタエミッタ間電圧が、初期値に相当する。換言すれば、得られた複数の初期値は、医用画像診断装置用電源装置1に実装されたIGBT111に関して、上限温度における複数のコレクタ電流各々に対応するVce-sat値である。 Next, we will examine the correspondence between the first electrical characteristic 25CC and the second electrical characteristic 150CC, and the third electrical characteristic (specific curve 25UC) of the IGBT 111 obtained by measurement at a predetermined temperature before using the IGBT 111. ), and the initial value is set based on. Specifically, the plurality of collector currents (Vce-sat1 to Vce-satn) corresponding to the plurality of collector currents (first to nth collector currents Ic1 to Icn) in the characteristic curve 25UC are By respectively adding a plurality of voltage differences ΔVce-sat1 to ΔVce-satn corresponding to the current, a Vce-sat value corresponding to each current output condition at the upper limit temperature, that is, each collector current is obtained. The correspondence between the first electrical characteristic 25CC and the second electrical characteristic 150CC corresponds to voltage differences ΔVce-sat1 to ΔVce-satn. The collector-emitter voltage obtained above corresponds to the initial value. In other words, the obtained plurality of initial values are Vce-sat values corresponding to each of the plurality of collector currents at the upper limit temperature with respect to the IGBT 111 mounted in the power supply device 1 for medical image diagnostic apparatus.

図8は、複数のコレクタ電流に対応する複数の初期値を示す曲線である初期校正カーブ150UCの一例を示す図である。図8に示すように、第1のコレクタ電流Ic1に対応する第1の初期値IVce-sat1は、固有曲線25UCにおける第1のコレクタ電流Ic1に対応するコレクタエミッタ間電圧Vce-sat1に電圧差異ΔVce-sat1を加えることで得られる。また、第2のコレクタ電流Ic2に対応する第2の初期値IVce-sat2は、固有曲線25UCにおける第2のコレクタ電流Ic2に対応するコレクタエミッタ間電圧Vce-sat2に電圧差異ΔVce-sat2を加えることで得られる。第3のコレクタ電流Ic3に対応する第3の初期値IVce-sat3は、固有曲線25UCにおける第3のコレクタ電流Ic3に対応するコレクタエミッタ間電圧Vce-sat3に電圧差異ΔVce-sat3を加えることで得られる。以下同様にして、第nのコレクタ電流Icnに対応する第nの初期値IVce-satnは、固有曲線25UCにおける第nのコレクタ電流Icnに対応するコレクタエミッタ間電圧Vce-satnに電圧差異ΔVce-satnを加えることで得られる。 FIG. 8 is a diagram showing an example of an initial calibration curve 150UC, which is a curve showing a plurality of initial values corresponding to a plurality of collector currents. As shown in FIG. 8, the first initial value IVce-sat1 corresponding to the first collector current Ic1 is different from the collector-emitter voltage Vce-sat1 corresponding to the first collector current Ic1 in the characteristic curve 25UC by a voltage difference ΔVce. -obtained by adding sat1. Further, the second initial value IVce-sat2 corresponding to the second collector current Ic2 is obtained by adding the voltage difference ΔVce-sat2 to the collector-emitter voltage Vce-sat2 corresponding to the second collector current Ic2 in the characteristic curve 25UC. It can be obtained with The third initial value IVce-sat3 corresponding to the third collector current Ic3 can be obtained by adding the voltage difference ΔVce-sat3 to the collector-emitter voltage Vce-sat3 corresponding to the third collector current Ic3 in the characteristic curve 25UC. It will be done. Similarly, the n-th initial value IVce-satn corresponding to the n-th collector current Icn is determined by the voltage difference ΔVce-satn from the collector-emitter voltage Vce-satn corresponding to the n-th collector current Icn in the characteristic curve 25UC. It can be obtained by adding

図8に示す初期校正カーブ150UCは、それぞれのIGBTの個体差を、医用画像診断装置用電源装置1に実装されたIGBT111に関して、代表特性曲線150CCに反映させた曲線に相当する。換言すれば、初期校正カーブ150UCは、医用画像診断装置用電源装置1に実装されたIGBT111の実測に基づいて、代表特性曲線150CCを校正した曲線に対応する。なお、上記説明では、異なる電流出力条件(コレクタ電流)でプロットされた固有曲線を用いて、初期校正カーブ150UCが生成されたが、一つの電流出力条件に限定して初期値を算出する場合、電流出力条件(コレクタ電流)を変更して測定およびプロットを行う処理は省略することが可能である。以下、IGBT111の異常の判定について説明する。 The initial calibration curve 150UC shown in FIG. 8 corresponds to a curve in which the individual differences of each IGBT are reflected in the representative characteristic curve 150CC for the IGBT 111 installed in the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus. In other words, the initial calibration curve 150UC corresponds to a curve obtained by calibrating the representative characteristic curve 150CC based on actual measurements of the IGBT 111 installed in the power supply device 1 for medical image diagnostic apparatus. In the above explanation, the initial calibration curve 150UC was generated using characteristic curves plotted under different current output conditions (collector current), but when calculating the initial value limited to one current output condition, It is possible to omit the process of changing the current output condition (collector current) and performing measurement and plotting. Hereinafter, determination of abnormality of the IGBT 111 will be explained.

異常判定回路231は、Vce-sat測定回路171により測定されたVce-sat値が基準値を超えているか否かを判定する。異常判定回路231は、Vce-sat値が基準値を超えている場合、測定に関するIGBT111に異常が発生していると判定する。このとき、異常判定回路231は、IGBT111に対する異常の検知(以下、異常検知と呼ぶ)を、通知部25に出力する。 The abnormality determination circuit 231 determines whether the Vce-sat value measured by the Vce-sat measurement circuit 171 exceeds a reference value. If the Vce-sat value exceeds the reference value, the abnormality determination circuit 231 determines that an abnormality has occurred in the IGBT 111 related to measurement. At this time, the abnormality determination circuit 231 outputs the detection of abnormality to the IGBT 111 (hereinafter referred to as abnormality detection) to the notification unit 25.

例えば、異常判定回路231は、閾値を基準値として用いて、Vce-sat値が閾値を超えている場合、測定に関するIGBT111に異常が発生していると判定する。また、異常判定回路231は、初期値の所定数倍を基準値として用いて、Vce-sat値が初期値の所定数倍を超えている場合、測定に関するIGBT111に異常が発生していると判定する。所定数倍は、例えば、2乃至3倍から10倍程度である。以下、IGBT111に関する異常について説明する。 For example, the abnormality determination circuit 231 uses the threshold value as a reference value, and determines that an abnormality has occurred in the IGBT 111 related to measurement when the Vce-sat value exceeds the threshold value. Further, the abnormality determination circuit 231 uses a predetermined number of times the initial value as a reference value, and determines that an abnormality has occurred in the IGBT 111 related to measurement when the Vce-sat value exceeds a predetermined number of times the initial value. do. The predetermined number of times is, for example, about 2 to 3 times to 10 times. An abnormality related to the IGBT 111 will be explained below.

図9は、IGBT111の異常の原因の一例を示す図である。ここでは説明を簡単にするため、ベースプレート上の絶縁基板等は省略している。図9に示すように、IGBT111への入出力各々は、例えば、図9に示すボンディングワイヤ119を介して外部の金属層120などと、電気的に接続される。IGBT111は、例えば、半田122を介してベースプレート124に設置される。ベースプレート124には、IGBT111において発生した熱が、半田122を介して伝達される。ベースプレート124は、IGBT111で発生した熱を放熱する放熱板としての機能を有する。 FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a cause of abnormality in the IGBT 111. Here, in order to simplify the explanation, the insulating substrate and the like on the base plate are omitted. As shown in FIG. 9, each input/output to the IGBT 111 is electrically connected to an external metal layer 120 or the like via a bonding wire 119 shown in FIG. 9, for example. IGBT 111 is installed on base plate 124 via solder 122, for example. Heat generated in the IGBT 111 is transferred to the base plate 124 via the solder 122. The base plate 124 has a function as a heat sink that radiates heat generated by the IGBT 111.

IGBT111とベースプレート124間の熱伝達経路上の素材は、一般的に線膨張係数が異なる。このため、IGBT111とベースプレート124との接合部に相当する半田122には、IGBT111の動作に伴う熱疲労(金属疲労)により、図9に示すようなクラック126が生じることがある。クラック126は、IGBT111とベースプレート124との間における熱抵抗を増加させる。クラック126の発生による熱抵抗の増加に伴って、ジャンクション温度TjなどのIGBT111の温度は上昇する。 The materials on the heat transfer path between the IGBT 111 and the base plate 124 generally have different coefficients of linear expansion. Therefore, cracks 126 as shown in FIG. 9 may occur in the solder 122 corresponding to the joint between the IGBT 111 and the base plate 124 due to thermal fatigue (metal fatigue) accompanying the operation of the IGBT 111. The crack 126 increases the thermal resistance between the IGBT 111 and the base plate 124. As the thermal resistance increases due to the occurrence of the crack 126, the temperature of the IGBT 111, such as the junction temperature Tj, increases.

図10は、ジャンクション温度Tjが25℃から150℃に変化した場合において、所定のコレクタ電流Icpに対するVce-sat値の変化の一例を示す図である。すなわち、図10は、IGBT111に関する熱抵抗増加によるVce-sat値の特性の変化を示している。図10などに示すように、IGBT111の電気的特性(代表特性曲線25CCおよび代表特性曲線150CC)は、IGBT111の温度、例えばジャンクション温度Tjに依存する。すなわち、電流出力(コレクタ電流Ic)に対するVce-sat値の関係はIGBT111の温度条件により異なる。このため、同一の電流出力条件すなわち同一のコレクタ電流IcでIGBT111が動作するとき、IGBT111の経時変化により電流出力であるコレクタ電流IcとVce-sat値との関係が変化した(崩れた)場合、IGBT111の温度条件に変化が生じたことになる。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a change in the Vce-sat value with respect to a predetermined collector current Icp when the junction temperature Tj changes from 25°C to 150°C. That is, FIG. 10 shows a change in the characteristics of the Vce-sat value due to an increase in thermal resistance regarding the IGBT 111. As shown in FIG. 10 and the like, the electrical characteristics of the IGBT 111 (representative characteristic curve 25CC and representative characteristic curve 150CC) depend on the temperature of the IGBT 111, for example, the junction temperature Tj. That is, the relationship between the Vce-sat value and the current output (collector current Ic) differs depending on the temperature conditions of the IGBT 111. Therefore, when the IGBT 111 operates under the same current output condition, that is, the same collector current Ic, if the relationship between the collector current Ic, which is the current output, and the Vce-sat value changes (collapses) due to changes in the IGBT 111 over time, This means that a change has occurred in the temperature conditions of the IGBT 111.

測定部17により測定されたVce-sat値をメーカーから提供された代表特性曲線に照らし合わせた場合、例としてコレクタ電流IcとVce-sat値との関係がIGBT111の動作条件における設計上想定されるジャンクション温度Tj=80℃相当の代表特性曲線と整合していれば、IGBT111の使用に問題は無い。しかしながら、IGBT111の経時変化により設計の想定と乖離したジャンクション温度Tj=150℃相当の代表特性曲線にVce-sat値が位置する場合、異常判定回路231は、IGBT111に何かしらの温度上昇の増加が発生したと判断することができる。換言すれば、上述のように代表特性曲線には電圧、電流、温度の相関が有ることから、半田122におけるクラック126の発生等による熱抵抗増加に起因するIGBT111の温度上昇が、電気的特性に性能劣化方向として現れる。このため、IGBT111の電気的特性の監視により、電圧、電流、ジャンクション温度の関係が変化したことを契機として、IGBT111の異常の兆候やIGBT111の特性の劣化を捉える事が可能となる。 When comparing the Vce-sat value measured by the measurement unit 17 with the representative characteristic curve provided by the manufacturer, for example, the relationship between the collector current Ic and the Vce-sat value is assumed in the design of the operating conditions of the IGBT 111. There is no problem in using the IGBT 111 as long as it matches the representative characteristic curve corresponding to the junction temperature Tj=80°C. However, if the Vce-sat value is located on the representative characteristic curve corresponding to a junction temperature Tj = 150°C that deviates from the design assumption due to changes in the IGBT 111 over time, the abnormality determination circuit 231 determines that some kind of temperature increase has occurred in the IGBT 111. It can be determined that it did. In other words, since there is a correlation between voltage, current, and temperature in the representative characteristic curve as described above, the temperature rise of IGBT 111 due to an increase in thermal resistance due to the occurrence of cracks 126 in solder 122, etc. will affect the electrical characteristics. This appears as a direction of performance deterioration. Therefore, by monitoring the electrical characteristics of the IGBT 111, it is possible to detect signs of abnormality in the IGBT 111 or deterioration of the characteristics of the IGBT 111, triggered by a change in the relationship between voltage, current, and junction temperature.

これらのことから、IGBT111の温度が25℃から150℃に上昇した場合、図10に示すように、Vce-sat値は、Vce-sat p1からVce-sat p2に増加する。このため、異常判定回路231は、一定のコレクタ電流Icに対して、Vce-sat値と基準値(閾値及び初期値)とを比較することにより、IGBT111の異常を検知することができる。なお、図2における異常判定回路231内の判断等については、後程詳述する。 For these reasons, when the temperature of the IGBT 111 increases from 25° C. to 150° C., the Vce-sat value increases from Vce-sat p1 to Vce-sat p2, as shown in FIG. Therefore, the abnormality determination circuit 231 can detect an abnormality in the IGBT 111 by comparing the Vce-sat value and the reference value (threshold value and initial value) for a constant collector current Ic. Note that the determination in the abnormality determination circuit 231 in FIG. 2 will be described in detail later.

なお、IGBT111の異常は、クラック126に起因する熱破損に関するものに限定されず、例えば、ベースプレート124などの放熱板に接続された放熱回路の不具合に起因するものなどであってもよい。放熱回路は、例えば、空冷機器や水冷機器などの冷却機に搭載される。空冷機器の不具合は、例えば、冷却ファンに関するベアリングの損傷などである。また、水冷機器の不具合は、例えば、冷媒液の循環に関する配管の詰まりなどである。また、放熱板と放熱回路の接続に用いられるTIM(Thermal Interface Material)の不具合として、例えば、放熱グリスの分離による劣化なども含まれる。本実施形態によれば、冷却機器の不具合を、IGBT111の異常として検知することも可能である。 Note that the abnormality of the IGBT 111 is not limited to one related to thermal damage caused by the crack 126, but may also be caused by, for example, a malfunction in a heat dissipation circuit connected to a heat dissipation plate such as the base plate 124. The heat dissipation circuit is installed, for example, in a cooler such as an air-cooled device or a water-cooled device. An example of a malfunction in an air cooling device is damage to a bearing related to a cooling fan. Furthermore, problems with water cooling equipment include, for example, clogging of piping related to the circulation of refrigerant liquid. Furthermore, defects in TIM (Thermal Interface Material) used to connect a heat sink and a heat sink circuit include, for example, deterioration due to separation of heat sink grease. According to this embodiment, it is also possible to detect a malfunction in the cooling device as an abnormality in the IGBT 111.

異常判定回路231は、記憶部19に記憶されたVce-sat値が所定の期間に亘って増加するか否かを判定する。同一のコレクタ電流Icにおいて、Vce-sat値の増加が所定の期間に亘って継続的に増加することは、少なくとも所定の期間に亘ってIGBT111の劣化が継続していることを示している。このため、異常判定回路231は、所定の期間に亘ってVce-sat値が継続して増加していることを契機として、IGBT111の異常を検知する。 The abnormality determination circuit 231 determines whether the Vce-sat value stored in the storage unit 19 increases over a predetermined period. For the same collector current Ic, the fact that the Vce-sat value continues to increase over a predetermined period indicates that the IGBT 111 continues to deteriorate at least over a predetermined period. Therefore, the abnormality determination circuit 231 detects an abnormality in the IGBT 111 when the Vce-sat value continues to increase over a predetermined period.

通知部25は、測定されたVce-sat値が基準値を超えた場合、すなわち判定部23からの異常検知の受信を契機として、パワーデバイス11の駆動を制限する制限指令と所定の警告とを制御部へ出力する。通知部25は、ハードウェア構成として、異常通知回路251により実現される。異常通知回路251は、例えば、例えば、DSPや、ASIC、FPGA、CPLD、SPLDなどにより実現される。異常通知回路251は、測定されたVce-sat値が基準値を超えた場合、制限指令をドライブ制限回路131に出力する。 When the measured Vce-sat value exceeds the reference value, that is, when an abnormality detection is received from the determination unit 23, the notification unit 25 issues a restriction command to limit the drive of the power device 11 and a predetermined warning. Output to control unit. The notification unit 25 is realized by an abnormality notification circuit 251 as a hardware configuration. The abnormality notification circuit 251 is realized by, for example, a DSP, ASIC, FPGA, CPLD, SPLD, or the like. The abnormality notification circuit 251 outputs a restriction command to the drive restriction circuit 131 when the measured Vce-sat value exceeds the reference value.

また、異常通知回路251は、記憶部19に記憶されたVce-sat値が所定の期間に亘って増加する場合、制限指令と警告とを制御部へ出力してもよい。異常通知回路251は、算出部21により算出された破損予測を制御部に出力してもよい。なお、異常通知回路251は、警告および破損予測などを、本医用画像診断装置用電源装置1が搭載された医用画像診断装置におけるディスプレイに標示させてもよいし、当該医用画像診断装置のメンテナンスを行うサービスセンターに送信してもよい。 Further, the abnormality notification circuit 251 may output a restriction command and a warning to the control unit when the Vce-sat value stored in the storage unit 19 increases over a predetermined period. The abnormality notification circuit 251 may output the damage prediction calculated by the calculation unit 21 to the control unit. The abnormality notification circuit 251 may display warnings, damage predictions, etc. on the display of the medical image diagnostic apparatus in which the present medical image diagnostic apparatus power supply device 1 is installed, or may indicate maintenance of the medical image diagnostic apparatus. You may also send it to a service center that will perform the repair.

以上が、本実施形態に係る医用画像診断装置用電源装置1に関する概要説明である。以下、医用画像診断装置用電源装置1において実行されるIGBT111の異常を検知する処理の手順(以下、異常検知処理と呼ぶ)について説明する。図11は、異常検知処理の手順の一例を示すフローチャートである。図11に示す異常検知処理の実行に先立って、IGBT111に関する代表特性曲線の校正、すなわち初期値や初期校正カーブ150UCの導出は、予め実行されているものとする。異常検知処理は、医用画像診断装置用電源装置1が搭載された医用画像診断装置の起動時や、当該医用画像診断装置の動作中におけるIGBT111の状態を監視するときに、実行される。 The above is a general description of the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus according to the present embodiment. Hereinafter, a procedure for detecting an abnormality in the IGBT 111 (hereinafter referred to as an abnormality detection process) executed in the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus will be described. FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of the procedure of abnormality detection processing. It is assumed that prior to execution of the abnormality detection process shown in FIG. 11, calibration of the representative characteristic curve regarding the IGBT 111, that is, derivation of the initial value and the initial calibration curve 150UC, has been executed in advance. The abnormality detection process is executed when a medical image diagnostic apparatus equipped with the medical image diagnostic apparatus power supply device 1 is started up or when the state of the IGBT 111 is monitored while the medical image diagnostic apparatus is in operation.

(異常検知処理)
(ステップS111)
初期値や初期校正カーブ150UCに関するコレクタ電流の出力指令が医用画像診断装置の制御部から出力されると、サンプリングタイミング生成回路151は、コレクタ電流Icの出力指令に基づいて、サンプリングウィンドウ、すなわちサンプリングタイミングを設定する。サンプリングタイミング生成回路151は、設定されたサンプリングタイミングを、Vce-sat測定回路171に出力する。
(Anomaly detection processing)
(Step S111)
When a collector current output command regarding the initial value and initial calibration curve 150UC is output from the control unit of the medical image diagnostic apparatus, the sampling timing generation circuit 151 generates a sampling window, that is, a sampling timing, based on the collector current Ic output command. Set. The sampling timing generation circuit 151 outputs the set sampling timing to the Vce-sat measurement circuit 171.

(ステップS112)
Vce-sat測定回路171は、設定されたサンプリングタイミングで、Vce-sat値を測定する。Vce-sat測定回路171は、測定されたVce-sat値を、記憶部19および異常判定回路231に出力する。このとき、異常判定回路231は、基準値(閾値及び初期値)を、記憶部19から読み出す。なお、基準値の読み出しは、以下のステップS113以前であれば、どのタイミングで実行されてもよい。なお、本ステップにおいて、Vce-sat値の増加傾向から、算出部21によりIGBT111の破損予測が算出され、算出された破損予測が異常通知回路251により制御部等に出力されてもよい。
(Step S112)
The Vce-sat measurement circuit 171 measures the Vce-sat value at the set sampling timing. The Vce-sat measurement circuit 171 outputs the measured Vce-sat value to the storage section 19 and the abnormality determination circuit 231. At this time, the abnormality determination circuit 231 reads the reference value (threshold value and initial value) from the storage unit 19. Note that reading of the reference value may be executed at any timing before step S113 below. Note that in this step, the calculation unit 21 may calculate a damage prediction of the IGBT 111 from the increasing tendency of the Vce-sat value, and the calculated failure prediction may be outputted to the control unit etc. by the abnormality notification circuit 251.

(ステップS113)
異常判定回路231は、測定されたVce-sat値と、出力指令におけるコレクタ電流の値に対応する閾値とを比較する。測定されたVce-sat値が閾値以上であれば(ステップS113のYES)、異常判定回路231は、異常検知を、図2に示すように異常通知回路251に出力する。測定されたVce-sat値が閾値未満であれば、(ステップS113のNO)、ステップS114の処理が実行される。
(Step S113)
The abnormality determination circuit 231 compares the measured Vce-sat value with a threshold value corresponding to the collector current value in the output command. If the measured Vce-sat value is equal to or greater than the threshold (YES in step S113), the abnormality determination circuit 231 outputs abnormality detection to the abnormality notification circuit 251 as shown in FIG. If the measured Vce-sat value is less than the threshold (NO in step S113), the process in step S114 is executed.

(ステップS114)
異常判定回路231は、測定されたVce-sat値と、出力指令におけるコレクタ電流の値に対応する初期値の所定数倍とを比較する。測定されたVce-sat値が初期値より十分大きい場合、すなわち測定されたVce-sat値が初期値の所定数倍より大きければ(ステップS114のYES)、異常判定回路231は、異常検知を、図2に示すように異常通知回路251に出力する。測定されたVce-sat値が初期値より十分大きくない場合、すなわち測定されたVce-sat値が初期値の所定数倍より小さければ(ステップS114のNO)、ステップS115の処理が実行される。
(Step S114)
The abnormality determination circuit 231 compares the measured Vce-sat value with a predetermined number times the initial value corresponding to the collector current value in the output command. If the measured Vce-sat value is sufficiently larger than the initial value, that is, if the measured Vce-sat value is larger than the predetermined number of times the initial value (YES in step S114), the abnormality determination circuit 231 detects the abnormality. It is output to the abnormality notification circuit 251 as shown in FIG. If the measured Vce-sat value is not sufficiently larger than the initial value, that is, if the measured Vce-sat value is smaller than a predetermined number of times the initial value (NO in step S114), the process of step S115 is executed.

(ステップS115)
異常判定回路231は、Vce-sat値が所定の期間に亘って増加するか否かを判定する。換言すれば、異常判定回路231は、Vce-sat値のログを用いて、IGBT111の自己診断を行う。異常判定回路231による自己診断は、Vce-sat値の変化(増加)が継続するようならIGBT111の異常の兆候として検知することに相当する。本ステップにおける判定処理は、IGBT111の経年劣化を判定することに相当する。Vce-sat値が所定の期間に亘って増加する場合(ステップS115のYES)、ステップS116の処理が実行される。
(Step S115)
The abnormality determination circuit 231 determines whether the Vce-sat value increases over a predetermined period. In other words, the abnormality determination circuit 231 performs self-diagnosis of the IGBT 111 using the log of the Vce-sat value. The self-diagnosis by the abnormality determination circuit 231 corresponds to detecting a continued change (increase) in the Vce-sat value as a sign of an abnormality in the IGBT 111. The determination process in this step corresponds to determining whether the IGBT 111 has deteriorated over time. If the Vce-sat value increases over a predetermined period (YES in step S115), the process in step S116 is executed.

Vce-sat値が所定の期間に亘って増加してない場合(ステップS115のNO)、ステップS111の処理が実行される。すなわち、ステップS113乃至S115の判定結果がいずれもNOである場合、ステップS111の処理が繰り返される。これにより、IGBT111の状態(異常または正常)は、常時監視されることとなる。なお、本ステップの処理は、ステップS113やステップS114の処理の前段に実行されてもよい。 If the Vce-sat value has not increased over the predetermined period (NO in step S115), the process in step S111 is executed. That is, if the determination results in steps S113 to S115 are all NO, the process in step S111 is repeated. Thereby, the state (abnormal or normal) of the IGBT 111 is constantly monitored. Note that the process of this step may be executed before the process of step S113 or step S114.

(ステップS116)
ステップS113乃至S115においてYESである場合、すなわち異常検知が異常判定回路231から出力されると、異常通知回路251は、制限指令をドライブ制限回路131と制御部とに出力する。加えて、異常通知回路251は、所定の警告を制御部へ出力する。
(Step S116)
If YES in steps S113 to S115, that is, if abnormality detection is output from the abnormality determination circuit 231, the abnormality notification circuit 251 outputs a restriction command to the drive restriction circuit 131 and the control section. In addition, the abnormality notification circuit 251 outputs a predetermined warning to the control unit.

(ステップS117)
ドライブ制限回路131は、縮退運転でIGBT111を駆動する。なお、縮退運転は、本医用画像診断装置用電源装置1が搭載された医用画像診断装置の制御部により実行されてもよい。また、本ステップS117において、IGBT111の駆動を停止することも可能である。
(Step S117)
The drive restriction circuit 131 drives the IGBT 111 in degenerate operation. Note that the degenerate operation may be executed by the control unit of the medical image diagnostic apparatus in which the present medical image diagnostic apparatus power supply device 1 is mounted. Further, in this step S117, it is also possible to stop driving the IGBT 111.

本実施形態における技術的思想の変形例として、本医用画像診断装置用電源装置1が搭載された医用画像診断装置の動作中において、サンプリングウィンドウの条件が成立せずサンプリングタイミングが設定できない場合、ステップS112において、常時Vce-sat値を測定してもよい。このとき、本変形例によれば、電流出力条件に関わらず、ステップS113からステップS115のうち少なくとも一つの処理を常時実行することができる。また、本実施形態における技術的思想の他の変形例として、IGBT111の異常を判定するステップS113からステップS115の処理のうち少なくとも一つが実行されてもよい。 As a modification of the technical concept of the present embodiment, when the sampling window condition is not satisfied and the sampling timing cannot be set during operation of the medical image diagnostic apparatus equipped with the power supply device 1 for the medical image diagnostic apparatus, the step In S112, the Vce-sat value may be constantly measured. At this time, according to this modification, at least one process from step S113 to step S115 can be executed at all times regardless of the current output condition. Furthermore, as another modification of the technical idea of the present embodiment, at least one of the processes from step S113 to step S115 for determining whether the IGBT 111 is abnormal may be executed.

以上に述べた実施形態に係る医用画像診断装置用電源装置1によれば、医用画像診断装置における制御部から出力されたドライブ信号に従ってパワーデバイス11を駆動し、パワーデバイス11のコレクタ117とエミッタ115との間のVce-sat値を測定し、コレクタ117におけるコレクタ電流Icに対するVce-sat値に関する基準値をVce-sat値が超えているか否かを判定し、Vce-sat値が基準値を超えた場合、パワーデバイス11の駆動を制限する制限指令と所定の警告とを医用画像診断装置の制御部へ出力する。また、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、パワーデバイス11の破損に関する上限温度における電流定格に対応する電圧値(閾値)を、複数のコレクタ電流各々に応じて、基準値として用いる。 According to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus according to the embodiment described above, the power device 11 is driven according to the drive signal output from the control unit in the medical image diagnostic apparatus, and the collector 117 and emitter 115 of the power device 11 are , and determines whether the Vce-sat value exceeds a reference value regarding the Vce-sat value for the collector current Ic in the collector 117, and determines whether the Vce-sat value exceeds the reference value. In this case, a restriction command for restricting the drive of the power device 11 and a predetermined warning are output to the control unit of the medical image diagnostic apparatus. Further, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, a voltage value (threshold value) corresponding to the current rating at the upper limit temperature regarding damage to the power device 11 is used as a reference value in accordance with each of the plurality of collector currents.

これにより、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、インバータ回路で使用しているパワーデバイスであるIGBT111の電気的特性の熱依存性と基準値とを利用して、熱によるIGBT111の異常の有無を、IGBT111の電気的特性の変化の観点から判定する。すなわち、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111の熱疲労に起因する半田122のクラック126等による熱抵抗増加と、当該熱抵抗の増加に伴うIGBT111の温度上昇によるIGBT111の電気的特性の変化を検知する事で、IGBT111の破損予測を行うことができる。 As a result, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the thermal dependence and reference value of the electrical characteristics of the IGBT 111, which is a power device used in the inverter circuit, are used to detect abnormalities in the IGBT 111 due to heat. The presence or absence of the IGBT 111 is determined from the viewpoint of a change in the electrical characteristics of the IGBT 111. That is, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the thermal resistance increases due to cracks 126 of the solder 122 due to thermal fatigue of the IGBT 111, and the electrical resistance of the IGBT 111 due to the temperature rise of the IGBT 111 due to the increase in thermal resistance. By detecting changes in characteristics, it is possible to predict damage to the IGBT 111.

これらのことから、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、メーカーの提供による素子特性カーブを利用することで、監視するのは電圧、電流等の電気的特性のみとし、IGBT111の温度監視等は不要となる。これにより、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111の温度を計測する温度センサー、およびIGBT111の温度監視や回路動作に基づく異常判定条件の定義等が不要であり、簡便な回路構成で、IGBT111の電気的特性を監視するので、主眼であるIGBT111の破損の兆候を検知することができる。加えて、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、異常警告を受けた上位ホストからの新たな指令により、受動的にIGBT111の縮退、停止制御を行うことができる。 For these reasons, according to the present power supply device 1 for medical image diagnostic equipment, by using the element characteristic curve provided by the manufacturer, only the electrical characteristics such as voltage and current are monitored, and the temperature of the IGBT 111 is monitored. etc. are no longer necessary. As a result, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, a temperature sensor for measuring the temperature of the IGBT 111, temperature monitoring of the IGBT 111, definition of abnormality judgment conditions based on circuit operation, etc. are not required, and the circuit configuration is simple. Since the electrical characteristics of the IGBT 111 are monitored, signs of damage to the IGBT 111, which is the main focus, can be detected. In addition, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the IGBT 111 can be passively degenerated and stopped in response to a new command from a host that has received an abnormality warning.

以上のことから、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111の破損予測により突発的な破損による本医用画像診断装置用電源装置1のダメージが回避可能となることで、医用画像診断装置に関するシステムへのインパクトが低減・回避可能となり、全体的な信頼性を向上させることができる。さらに、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、回路構成を複雑化することなく、部品点数が少ない簡単な回路構成で、異常検知処理を実現できるため、コストを低減すること、および平均子故障間隔(Mean Time Between Failure:MTBF)の増大による信頼性を向上することができる。 From the above, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, damage to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus 1 due to sudden breakage can be avoided by predicting damage to the IGBT 111. The impact on the system related to equipment can be reduced or avoided, and overall reliability can be improved. Furthermore, according to the present power supply device 1 for medical image diagnostic equipment, abnormality detection processing can be realized with a simple circuit configuration with a small number of parts without complicating the circuit configuration. Reliability can be improved by increasing the mean time between failures (MTBF).

また、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、所定の温度におけるパワーデバイス11の第1の電気的特性と上限温度におけるパワーデバイス11の第2の電気的特性との対応関係(電圧差異)と、パワーデバイス11の使用前において所定の温度での測定により得られたパワーデバイス11の第3の電気的特性と、に基づいて設定された初期値の所定数倍を基準値として用いる。 Further, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the correspondence relationship (voltage difference ) and the third electrical characteristic of the power device 11 obtained by measurement at a predetermined temperature before use of the power device 11, and a predetermined number times the initial value set based on this is used as the reference value.

異常判定に使用するメーカー提供の素子特性カーブ(第1の電気的特性および第2の電気特性)はIGBTの代表値を示すものであり、IGBTの特性には個体ごとにバラツキがあることが知られているので、本医用画像診断装置用電源装置1の製作段階において当該IGBT111個体の電圧、電流、温度の相関を測定することで、素子特性カーブと異常判定閾値の初期校正を行う。これらにより、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111の異常検知の精度を高めることができる。加えて、医用画像診断装置用電源装置1の出荷後の通常使用においては初期校正のための温度測定回路等は不要となるため、異常検知回路を複雑化することなく、パワーデバイス11の破損予測を簡便に行うことができる。 The device characteristic curves (first electrical characteristics and second electrical characteristics) provided by the manufacturer used for abnormality determination indicate representative values of IGBTs, and it is known that the characteristics of IGBTs vary from individual to individual. Therefore, the initial calibration of the element characteristic curve and abnormality determination threshold is performed by measuring the correlation between the voltage, current, and temperature of the individual IGBT 111 at the manufacturing stage of the power supply device 1 for the medical image diagnostic apparatus. As a result, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the accuracy of abnormality detection of the IGBT 111 can be improved. In addition, during normal use after shipment of the power supply device 1 for medical image diagnostic equipment, a temperature measurement circuit etc. for initial calibration is not required, so it is possible to predict damage to the power device 11 without complicating the abnormality detection circuit. can be done easily.

また、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111のコレクタ117におけるコレクタ電流Icの出力指令に基づいて、測定部17によるVce-sat値の測定に関するサンプリングタイミングを生成し、生成されたサンプリングタイミングに従ってVce-sat値を測定する。これにより、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、常にコレクタ電流Icが同一で出力される条件のときにVce-sat値を測定することができ、IGBT111の異常検出の精度をさらに向上させることができる。 Further, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the sampling timing regarding the measurement of the Vce-sat value by the measurement unit 17 is generated based on the output command of the collector current Ic in the collector 117 of the IGBT 111. Measure the Vce-sat value according to the sampling timing. As a result, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the Vce-sat value can be measured under the condition that the same collector current Ic is always output, further improving the accuracy of abnormality detection of the IGBT 111. can be done.

また、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、測定されたVce-sat値が基準値を超えた場合、ドライブ信号の調整によりパワーデバイス11の駆動を制限可能な制限部13に制限指令を出力し、制限指令に基づいてドライブ信号を調整する。このとき、パワーデバイス11の駆動の制限は、パワーデバイス11の縮退運転であって、ドライブ信号のデューティー比の低減とドライブ信号の振幅の低減とのうち少なくとも一つである。 Further, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, when the measured Vce-sat value exceeds the reference value, a restriction command is issued to the restriction unit 13 that can restrict the drive of the power device 11 by adjusting the drive signal. output and adjust the drive signal based on the limit command. At this time, the restriction on the drive of the power device 11 is a degenerate operation of the power device 11, and is at least one of a reduction in the duty ratio of the drive signal and a reduction in the amplitude of the drive signal.

これらのことから、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111において監視されている電気的特性(電圧・電流)が、代表特性曲線に照らし合わせて予め設定された閾値を超えたとき、IGBT111の破損の兆候として上位ホスト側(例えば医用画像診断装置における制御部)へ異常警告を通知し、更に医用画像診断装置用電源装置1の動作(出力)を縮退、又は停止する等安全側に動作する制御を行うことができる。加えて、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、異常警告を受けた上位ホストからの新たな指令を待つこと無く、制限部13により能動的に縮退、停止制御を行い、より迅速に異常に対処することもできる。 For these reasons, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, when the electrical characteristics (voltage/current) monitored in the IGBT 111 exceed a preset threshold value in comparison with the representative characteristic curve, , as a sign of damage to the IGBT 111, an abnormality warning is notified to the upper host side (for example, a control unit in a medical image diagnostic apparatus), and further, the operation (output) of the power supply device 1 for the medical image diagnostic apparatus is reduced or stopped, etc. on the safety side. It is possible to perform control that operates on In addition, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, the restriction unit 13 actively performs degeneration and stop control without waiting for a new command from a host that has received an abnormality warning, and the operation can be performed more quickly. You can also deal with abnormalities.

また、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、記憶された複数のVce-sat値が所定の期間に亘って増加するか否かを判定し、複数のVce-sat値が所定の期間に亘って増加する場合、制限指令と警告とを制御部へ出力する。これにより、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、IGBT111の異常の兆候を自己診断として利用でき、かつIGBT111の縮退運転等を実行することができる。 Further, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, it is determined whether or not a plurality of stored Vce-sat values increase over a predetermined period, and a plurality of Vce-sat values increase over a predetermined period. If the number increases over , a limit command and a warning are output to the control unit. As a result, according to the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, signs of abnormality in the IGBT 111 can be used for self-diagnosis, and degenerate operation of the IGBT 111 can be performed.

また、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、Vce-sat値の経時変化に基づいてパワーデバイス11の使用に関する破損予測を算出し、算出された破損予測を制御部へ出力する。これにより、本医用画像診断装置用電源装置1によれば、Vce-sat値の増加傾向からIGBT111の破損予測を、予防保全としてメンテナンスに利用することができる。 Further, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, a damage prediction regarding use of the power device 11 is calculated based on the change in the Vce-sat value over time, and the calculated damage prediction is output to the control unit. As a result, according to the power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus, prediction of damage to the IGBT 111 based on the increasing trend of the Vce-sat value can be used for maintenance as preventive maintenance.

IGBT111の熱疲労に起因する半田122のクラック126等による熱抵抗増加が発生した場合、IGBT111の異常は自己復帰しない。このため、当該異常が進行したときに他の電源装置の出力が自動停止するようなこと、もしくはIGBT111の駆動を縮退運転に遷移させるようなことに関して、例えば、他の電源装置からのエラー(所定の警告)通知やメンテナンスログ等を確認することで、本実施形態に係る異常検知処理に関する破損予測機能が他の電源装置に実装されているか否かを判断すること、すなわち本医用画像診断装置用電源装置1における技術的特徴が実施されているか否かを判断することができる。 If an increase in thermal resistance occurs due to cracks 126 or the like in the solder 122 due to thermal fatigue of the IGBT 111, the abnormality in the IGBT 111 will not self-recover. Therefore, when the abnormality progresses, the output of other power supplies automatically stops, or the drive of IGBT 111 shifts to degenerate operation. By checking notifications (warning), maintenance logs, etc., it is possible to determine whether or not the damage prediction function related to the abnormality detection processing according to this embodiment is implemented in another power supply device, that is, whether or not the damage prediction function related to the abnormality detection processing according to this embodiment is implemented in another power supply device. It can be determined whether the technical features in the power supply device 1 are implemented.

また、本実施形態においてIGBT111の異常を検知する機能は、他の電源装置における自己診断機能の一部として、エラー通知やメンテナンスログ等の読み方等と併せて、他の電源装置のマニュアルに記載されるケースもあると考えられる。このため、例えば、もしエラー通知が、“破損予測”により自動停止、もしくは縮退運転へ遷移との内容であれば、他の電源装置においてIGBT111の異常の検知アルゴリズムを確認すれば、本医用画像診断装置用電源装置1における技術的特徴が実施されているか否かを判断することができる。 In addition, in this embodiment, the function to detect an abnormality in the IGBT 111 is described in the manual of the other power supply device as part of the self-diagnosis function of the other power supply device, along with information on how to read error notifications, maintenance logs, etc. There may be cases where this is the case. For this reason, for example, if an error notification indicates that the system will automatically stop or transition to degraded operation due to "damage prediction," if you check the abnormality detection algorithm of IGBT 111 in other power supplies, you can use this medical image diagnosis. It can be determined whether the technical features of the device power supply device 1 are implemented.

また、本実施形態における技術的思想の応用例として、本医用画像診断装置用電源装置1は、医用画像診断装置に用いられることに限定されず、他の装置に利用されてもよい。例えば、本医用画像診断装置用電源装置1は、電源装置として、電気自動車やパワーデバイスを有する電気機器などに用いられてもよい。このとき、パワーデバイス11は、電気自動車や電気機器におけるホストコンピュータから出力されたドライブ信号に従って駆動する。また、通知部25は、測定されたVce-sat値が基準値を超えた場合、パワーデバイス11の駆動を制限する制限指令と所定の警告とをホストコンピュータへ出力する。本応用例における作用および効果は、本実施形態における医用画像診断装置用電源装置1と同様なため、説明は省略する。 Moreover, as an application example of the technical idea in this embodiment, the present power supply device 1 for medical image diagnosis apparatus is not limited to being used in a medical image diagnosis apparatus, but may be used in other apparatuses. For example, the present power supply device 1 for a medical image diagnostic apparatus may be used as a power supply device in an electric vehicle, an electric device having a power device, or the like. At this time, the power device 11 is driven in accordance with a drive signal output from a host computer in an electric vehicle or electric device. Furthermore, when the measured Vce-sat value exceeds the reference value, the notification unit 25 outputs a restriction command for restricting the drive of the power device 11 and a predetermined warning to the host computer. The operations and effects in this application example are the same as those in the power supply device 1 for medical image diagnostic apparatus in this embodiment, so the explanation will be omitted.

以上説明した少なくとも実施形態、変形例および応用例等によれば、電源装置におけるパワーデバイス11の破損予測を簡便に行うことができる。これにより、回路を複雑化させることなく、低コストであって信頼性を向上させた電源装置を提供することができる。 According to at least the embodiments, modifications, applications, etc. described above, it is possible to easily predict damage to the power device 11 in the power supply device. This makes it possible to provide a low-cost power supply device with improved reliability without complicating the circuit.

いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、実施形態同士の組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, changes, and combinations of embodiments can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included within the scope and gist of the invention as well as within the scope of the invention described in the claims and its equivalents.

1 医用画像診断装置用電源装置
10 Vce-sat監視回路
11 パワーデバイス
13 制限部
15 生成部
17 測定部
19 記憶部
21 算出部
23 判定部
25 通知部
111 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)
113 ゲート
115 エミッタ
117 コレクタ
131 ドライブ制限回路
151 サンプリングタイミング生成回路
171 Vce-sat測定回路
231 異常判定回路
251 異常通知回路
1 Power supply device for medical image diagnostic equipment 10 Vce-sat monitoring circuit 11 Power device 13 Restriction unit 15 Generation unit 17 Measurement unit 19 Storage unit 21 Calculation unit 23 Judgment unit 25 Notification unit 111 Insulated gate bipolar transistor (IGBT)
113 Gate 115 Emitter 117 Collector 131 Drive restriction circuit 151 Sampling timing generation circuit 171 Vce-sat measurement circuit 231 Abnormality determination circuit 251 Abnormality notification circuit

Claims (10)

医用画像診断装置における制御部から出力されたドライブ信号に従って駆動するパワーデバイスと、
前記パワーデバイスのコレクタエミッタ間電圧に相当するVce-sat値を測定する測定部と、
前記Vce-sat値が基準値を超えているか否かを判定する判定部と、
前記Vce-sat値が前記基準値を超えた場合、前記パワーデバイスの駆動を制限する制限指令と所定の警告とを前記制御部へ出力する通知部と、
を備え
前記判定部は、前記パワーデバイスの破損に関する上限温度より低い所定の温度における前記パワーデバイスの第1の電気的特性と前記上限温度における前記パワーデバイスの第2の電気的特性との対応関係と、前記所定の温度での測定により得られた前記パワーデバイスの第3の電気的特性と、に基づいて設定された初期値の所定数倍を、前記基準値として用いる、
医用画像診断装置用電源装置。
A power device that is driven according to a drive signal output from a control unit in a medical image diagnostic apparatus;
a measurement unit that measures a Vce-sat value corresponding to the collector-emitter voltage of the power device;
a determination unit that determines whether the Vce-sat value exceeds a reference value;
a notification unit that outputs a restriction command to limit driving of the power device and a predetermined warning to the control unit when the Vce-sat value exceeds the reference value;
Equipped with
The determination unit determines a correspondence relationship between a first electrical characteristic of the power device at a predetermined temperature lower than an upper limit temperature regarding damage to the power device and a second electrical characteristic of the power device at the upper limit temperature; and a third electrical characteristic of the power device obtained by measurement at the predetermined temperature, and using a predetermined number of times the initial value set based on the reference value.
Power supply device for medical image diagnostic equipment.
前記判定部は、前記パワーデバイスの破損に関する上限温度における電流定格に対応する電圧値を、前記基準値として用いる、
請求項1に記載の医用画像診断装置用電源装置。
The determination unit uses, as the reference value, a voltage value corresponding to a current rating at an upper limit temperature regarding damage to the power device.
The power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to claim 1.
前記パワーデバイスにおけるコレクタ電流の出力指令に基づいて、前記Vce-sat値の測定に関するサンプリングタイミングを生成する生成部をさらに備え、
前記測定部は、前記サンプリングタイミングに従って前記Vce-sat値を測定する、
請求項1または2に記載の医用画像診断装置用電源装置。
further comprising a generation unit that generates sampling timing regarding measurement of the Vce-sat value based on a collector current output command in the power device,
The measurement unit measures the Vce-sat value according to the sampling timing.
The power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to claim 1 or 2 .
前記ドライブ信号の調整により前記パワーデバイスの駆動を制限可能な制限部をさらに備え、
前記通知部は、前記Vce-sat値が前記基準値を超えた場合、前記制限指令を前記制限部に出力し、
前記制限部は、前記制限指令に基づいて前記ドライブ信号を調整する、
請求項1乃至のうちいずれか一項に記載の医用画像診断装置用電源装置。
further comprising a limiting section capable of limiting driving of the power device by adjusting the drive signal,
The notification unit outputs the restriction command to the restriction unit when the Vce-sat value exceeds the reference value,
the limiting unit adjusts the drive signal based on the limiting command;
A power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
前記駆動の制限は、前記パワーデバイスの縮退運転であって、前記ドライブ信号のデューティー比の低減と前記ドライブ信号の振幅の低減とのうち少なくとも一つである、
請求項1乃至のうちいずれか一項に記載の医用画像診断装置用電源装置。
The drive limitation is a degenerate operation of the power device, and is at least one of a reduction in the duty ratio of the drive signal and a reduction in the amplitude of the drive signal.
A power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4 .
前記基準値は、前記パワーデバイスにおける複数のコレクタ電流各々に応じて設定される、
請求項1乃至のうちいずれか一項に記載の医用画像診断装置用電源装置。
The reference value is set according to each of a plurality of collector currents in the power device,
A power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 5 .
前記Vce-sat値を記憶する記憶部をさらに備え、
前記判定部は、前記記憶されたVce-sat値が所定の期間に亘って増加するか否かを判定し、
前記通知部は、前記記憶されたVce-sat値が所定の期間に亘って増加する場合、前記制限指令と前記警告とを前記制御部へ出力する、
請求項1乃至のうちいずれか一項に記載の医用画像診断装置用電源装置。
further comprising a storage unit that stores the Vce-sat value,
The determination unit determines whether the stored Vce-sat value increases over a predetermined period,
The notification unit outputs the restriction command and the warning to the control unit when the stored Vce-sat value increases over a predetermined period.
A power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 6 .
前記Vce-sat値の経時変化に基づいて前記パワーデバイスの使用に関する破損予測を算出する算出部をさらに備え、
前記通知部は、前記破損予測を前記制御部へ出力する、
請求項に記載の医用画像診断装置用電源装置。
further comprising a calculation unit that calculates a damage prediction regarding use of the power device based on a change in the Vce-sat value over time,
The notification unit outputs the damage prediction to the control unit.
The power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to claim 7 .
前記パワーデバイスは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタにより実現される、
請求項1乃至のうちいずれか一項に記載の医用画像診断装置用電源装置。
The power device is realized by an insulated gate bipolar transistor,
A power supply device for a medical image diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 8 .
ホストコンピュータから出力されたドライブ信号に従って駆動するパワーデバイスと、
前記パワーデバイスのコレクタエミッタ間電圧に相当するVce-sat値を測定する測定部と、
前記Vce-sat値が基準値を超えているか否かを判定する判定部と、
前記Vce-sat値が前記基準値を超えた場合、前記パワーデバイスの駆動を制限する制限指令と所定の警告とを前記ホストコンピュータへ出力する通知部と、
を備え
前記判定部は、前記パワーデバイスの破損に関する上限温度より低い所定の温度における前記パワーデバイスの第1の電気的特性と前記上限温度における前記パワーデバイスの第2の電気的特性との対応関係と、前記所定の温度での測定により得られた前記パワーデバイスの第3の電気的特性と、に基づいて設定された初期値の所定数倍を、前記基準値として用いる、
電源装置。
A power device that drives according to a drive signal output from a host computer;
a measurement unit that measures a Vce-sat value corresponding to the collector-emitter voltage of the power device;
a determination unit that determines whether the Vce-sat value exceeds a reference value;
a notification unit that outputs a restriction command to limit driving of the power device and a predetermined warning to the host computer when the Vce-sat value exceeds the reference value;
Equipped with
The determination unit determines a correspondence relationship between a first electrical characteristic of the power device at a predetermined temperature lower than an upper limit temperature regarding damage to the power device and a second electrical characteristic of the power device at the upper limit temperature; and a third electrical characteristic of the power device obtained by measurement at the predetermined temperature, and using a predetermined number of times the initial value set based on the reference value.
power supply.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005989A (en) 2000-06-20 2002-01-09 Meidensha Corp Deterioration determining method for electric power semiconductor element
JP2007060866A (en) 2005-08-26 2007-03-08 Mitsubishi Electric Corp On-vehicle motor controller
JP2013258778A (en) 2013-09-17 2013-12-26 Mitsubishi Electric Corp Power device control circuit and ipm using the same
JP2016192854A (en) 2015-03-31 2016-11-10 東芝エレベータ株式会社 Elevator control device
JP2016197951A (en) 2015-04-03 2016-11-24 ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー(ホンコン)リミテッド Inverter device
JP2019122107A (en) 2017-12-28 2019-07-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Power conversion equipment and semiconductor device
JP2019208732A (en) 2018-06-01 2019-12-12 キヤノンメディカルシステムズ株式会社 Inverter device, gradient magnetic field power supply and magnetic resonance imaging device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002005989A (en) 2000-06-20 2002-01-09 Meidensha Corp Deterioration determining method for electric power semiconductor element
JP2007060866A (en) 2005-08-26 2007-03-08 Mitsubishi Electric Corp On-vehicle motor controller
JP2013258778A (en) 2013-09-17 2013-12-26 Mitsubishi Electric Corp Power device control circuit and ipm using the same
JP2016192854A (en) 2015-03-31 2016-11-10 東芝エレベータ株式会社 Elevator control device
JP2016197951A (en) 2015-04-03 2016-11-24 ジョンソンコントロールズ ヒタチ エア コンディショニング テクノロジー(ホンコン)リミテッド Inverter device
JP2019122107A (en) 2017-12-28 2019-07-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Power conversion equipment and semiconductor device
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