JPH0217462A - 故障予防保全装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は故障予防保全装置に係り、特に、半導体素子、
受動素子など各種電気部品の寿命または交換時期予測す
るに好適な故障予防保全装置に関する。

〔従来の技術〕

各種電子機器は半導体素子、受動素子など各種の電気部
品で構成されており、これらの電子機器を長期間安定し
た状態に保つためには、電気部品の品質管理はもとより
電子機器に対する保守点検が必要とされている。

保守点検時には、電子機器に搭載されている半導体素子
の順方向特性、逆方向特性など電気部品の寿命に関係す
る各種パラメータが測定されている。この種の保守に関
連するものとしては、ＪＲの車輌取扱説明書、例えば４
１５系通勤電車用取扱説明書第２８頁に記載されている
ものが知られている。また、半導体素子についての経年
劣化の傾向を把握し、保守点検によって得られたデータ
を基に各種電気部品の寿命を予測する研究がおこなわれ
ている。この研究結果として、車輌電気協会発行の車輌
用電子機器の検修方式の研究報告書（昭和５０年）が知
られている。この報告書によれば、車輌用半導体素子の
逆もれ電流値は経年変化とともに増加する傾向にあり、
原因は半数以上が表面劣化で製造時の欠陥に起因するが
、格別の欠陥がなくても経年変化により劣化現象が生ず
ることも考えられるとしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、電気部品側々の保守点検作業
を不要とする点については配慮されておらず、予防保全
の立場から、電子機器を定期的に解体して半導体素子の
逆もれ電流などを測定し、この測定値が基準値を超えた
ときには、この半導体素子を交換する作業が余儀なくさ
れている。

本発明の目的は、電気部品を実装した状態で電気部品の
寿命を予測することができる故障予防保全装置を提供す
ることにある。

また、本発明の他の目的は、電気部品を実装した状態で
電気部品の交換時期を把握することができる故障予防保
全装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本発明は、回路中の電気部
品の作動時間を計測してその累積時間を出力する計時手
段と、計時手段の計測による累積時間と電気部品の予想
寿命とを比較して、計測時点から電気部品の寿命が尽き
る時点までの時間を算出する寿命算出手段とを有する故
障予防保全装置を構成したものである。

もれ電流を基に寿命を予想するために、回路中の電気部
品の作動時間を計測してその累積時間を出力する計時手
段と、回路中の電気部品のもれ電流の値を計測するもれ
電流計測手段と、もれ電流計測手段の計測によるもれ電
流値の時間的変化から電気部品の予想寿命を算出する予
想寿命算出手段と、計時手段の計測による累積時間と予
想寿命算出手段の算出による予想寿命とを比較して計測
時点から電気部品の寿命が尽きる時点までの時間を算出
する寿命算出手段とを有する故障予防保全装置を構成し
たものである。

熱抵抗を基に電気部品の寿命を予測するために、回路中
の電気部品の作動時間を計測してその累積時間を出力す
る計時手段と、回路中の電気部品の熱抵抗の値を計測す
る熱抵抗計測手段と、熱抵抗計測手段の計測による熱抵
抗値の時間的変化から電気部品の予想寿命を算出する予
想寿命算出手段と、計時手段の計測による累計時間と予
想寿命算出手段の算出による予想寿命とを比較して、計
測時点から電気部品の寿命が尽きる時点までの時間を算
出する寿命算出手段とを有する故障予防保全装置を構成
したものである。

電気部品群で構成される回路の不良数を基に寿命を予測
するために、回路を構成する電気部品群のうち不良とな
った電気部品を検出する故障検出手段と、故障検出手段
の出力を基に不良となった電気部品の個数を計測してそ
の、累積不良数を出力する不良数計測手段と、不良数計
測手段の出力から電気部品群の累積不良率を算出する累
積不良率算出手段と、回路中の電気部品の作動時間を計
測してその累積時間を出力する計時手段と、計時手段と
累積不良率算出手段の出力を受け、電気部品群の累積時
間に対する累積不良率に基づいて、電気部品群で構成さ
れる回路全体の予想寿命を算出する予想寿命算出手段と
、計時手段の計測による累積時間と予想寿命算出手段の
算出による予想寿命とを比較して、計測時点から回路全
体の寿命が尽きる時点までの時間を算出する寿命算出手
段とを有する故障予防保全装置を構成したものである。

また本発明の他の目的を達成するために、前記いずれか
の装置に、寿命算出手段の算出手段が交換時期としての
設定時間を超えたときに、交換指令情報を出力する交換
指令情報出力手段を付加したものを構成したものである
。

熱サイクル数から交換時期を把握するために、回路中の
電気部品の実運転熱サイクル数を計測する熱サイクル数
計測手段と、熱サイクル数計測手段の計測による熱サイ
クル数が、交換時期に対応して設定された寿命熱サイク
ル数を超えたときに、交換指令情報を出力する交換指令
情報出力手段を有する故障予防保全装置を構成したもの
である。

もれ電流の値を求めて交換時期を把握するために、回路
中の電気部品のもれ電流の値を計測するもれ電流計測手
段と、もれ電流計測手段の計測によるもれ電流値が、交
換時期に対応して設定された設定値を超えたときに、交
換指令情報を出力する交換指令情報出力手段とを有する
故障予防保全装置を構成したものである。

電気部品の熱抵抗値を基に交換時期を把握するために、
回路中の電気部品の熱抵抗の値を計測する熱抵抗計測手
段と、熱抵抗計測手段の計測による熱抵抗値が、交換時
期に対応して設定された設定値を超えたときに、交換指
令情報を出力する交換指令情報出力手段とを有する故障
予防保全装置を構成したものである。

〔作用〕

電気部品が回路に実装され、作動状態となると回路中の
電気部品の作動時間が順次計測され、その累積時間を基
に電気部品の寿命が算出される。

これにより電気部品を回路に実装した状態で電気部品の
寿命を予測することができる。また電気部品の寿命に関
するパラメータとして電気部品のもれ電流または電気部
品の熱抵抗が計測され、これらの計測値を基に電気部品
の寿命が算出される。

また電気部品群で構成される回路全体の寿命を予測する
場合には、回路を構成する電気部品群のうち不良となっ
た電気部品の個数からその累積不良数を計測するととも
に電気部品群の累積不良率を算出する。そして累積不良
率を基に、電気部品群で構成する回路全体の寿命を算出
する。これにより電気部品を実装した状態で電気部品の
寿命を予測することができる。

また、寿命算出手段の算出時間が設定時間を超えたとき
には交換指令情報が出力されるため、電気部品を実装し
た状態で電気部品の交換時期を把握することが可能とな
る。また、この交換時期を把握するための情報として、
電気部品の実運転熱サイクル数、電気部品のもれ電流の
値、電気部品の熱抵抗の値が用いられ、これらの値が設
定値を超えたときには交換指令情報が出力されるため、
電気部品が性能限界を超える前に電気部品を交換するこ
とが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。

第１図において、回路基板に実装された電気部品として
の半導体素子１には、もれ電流センサ２、温度センサ３
、導通電流センサ４、電圧降下センサ５が設けられてお
り、各センサの出力信号がコントローラ１３のＡ／Ｄ変
換器６に供給されている。コントローラ１３はＡ／Ｄ変
換器６、タイマ７、ＣＰＵ９．ＲＡＭｌ０．ＲＯＭＩＩ
、Ｉ１０インターフェイス１２を有し、各部がパスライ
ン８で接続され、■／○インターフェイス１２が普報器
１４、プリンタ１５に接続されている。

半導体素子１は、例えば耐圧１３００Ｖ、定格電流２５
０Ａ、もれ電流１ｍＡ、熱抵抗０．１°Ｃ／Ｗの特性を
有するパワーダイオードで構成される電気部品であり、
半導体素子１のもれ電流がもれ電流センサ２により検出
され、単導体素子ｌの熱抵抗の値が温度センサ３、導通
センサ４、電気降下センサ５により検出されるようにな
っている。

パワーダイオードのもれ電流を計」１する場合には。

パワーダイオードと並列に高抵抗の抵抗を接続し、並列
接続された抵抗を流れる電流を測定することによっても
れ電流を計測することができる。なお、もれ電流とは、
半導体素子の場合、絶縁すべき動作モードでのもれ電流
であり、受動素子、例えばキャパシタやインダクタの場
合には絶縁部に流れるもれ電流である。

また半導体素子１の熱抵抗ＲｈはＴ（上昇温度）／（Ｖ
ＸＩ）で表わされるため、温度センサ３、導通電流セン
サ４、電圧降下センサ５の検出出力により熱抵抗の値を
計測することができる。そして各センサの出力信号はＡ
／Ｄ変換器６でディジタル信号に変換され、計測情報と
してＲＡＭｌ０に格納される。すなわち、もれ電流計測
手段を構成するもれ電流センサ２の出力信号はもれ電流
値の情報として、熱抵抗計測手段を構成する温度センサ
３、導通電流センサ４、電圧降下センサ５の出力信号は
熱抵抗値の情報としてそれぞれＲＡＭ１０に格納される
。

ＣＰＵ９は半導体素子１が実装された回路が作動状態に
なるとタイマ７を起動し、各センサからの信号を入力し
、入力した信号に基づいた各種の演算をおこなうように
なっている。そして回路の作動状態が停止されたときに
はタイマ７の鹿動を停止するようになっている。そして
タイマ７の出力信号から半導体素子１の作動時間に関す
る情報を入力するようになっている。すなわち５タイマ
７はＣＰＵ９からの起動指令により半導体１の作動時間
を計測してその累積時間を出力する計時手段として構成
されている。モしてＣＰＵ９はタイマ７の出力による累
積時間とＲＯＭＩＩに格納されている半導体素子１の予
想寿命に関する時ｒＪ＋データとを比較して、計測時点
から半導体素子１の寿命が尽きる時点までの時間を算出
する寿命算出手段として構成されている。そして算出し
た時間をＩ１０インターフェイス１２を介してプリンタ
１５へ出力するようになっている。

また、ＣＰＵ９は、もれ電流センサ２の出力信号を監視
して、もれ電流値の時間的変化から半導体素子１の予想
寿命を算出する予想寿命算出手段と、タイマ７の計測に
よる累積時間と予想寿命算出手段の算出による予想寿命
とを比較して、計測時点から半導体素子１の寿命がつき
る時点までの時間を算出する寿命算出手段としても構成
されている。またさらにＣＰＵ９は、温度センサ３、導
通電流センサ４、電圧降下センサ５の出力信号を監視し
、熱抵抗値の時間的変化から半導体素子１の予想寿命を
算出する予想寿命算出手段と、タイマ７の計測による累
積時間と予想寿命算出手段の算出による予想寿命とを比
較して、計測時点から半導体素子１の寿命がつきる時点
までの時間を算出する寿命算出手段を構成するようにな
っている。

そして算出した時間をそれぞれＩ１０インターフェイス
１２を介してプリンタ１７へ出力するようになっている
。またさらにＣＰＵ９は寿命算出手段によって算出され
た算出手段とＲＯＭＩ　１に格納された交換時期として
の設定時間とを比較し。

算出時間が設定時間を超えたときに交換指令を工／○イ
ンターフェイス１２を介して警報器１４へ出力し、警報
器１４の作動によって交換指令情報としての警報を発す
るように構成されている。すなわち、ＣＰＵ９はＩ１０
インターフェイス１２、警報器１４とともに交換指令情
報出力手段を構成している。また、この交換指令情報は
、もれ電流値、あるいは熱抵抗値がそれぞれＲＯＭＩＩ
に格納されている設定値を超えたときにも出力されるよ
うになっている。

またＣＰＵ９は温度センサ３とともに、半導体素子１の
実運転熱サイクル数を計測する熱サイクル数計測手段と
して構成されており、熱サイクル数が、交換時期に対応
して設定された寿命熱サイクル数を超えたときに警報器
１４へ交換指令を出力するようになっている。

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を第２図
のフローチャートに基づいて説明する。

半導体素子１が実装された回路が作動状態になるとＣＰ
Ｕ９からの指令によりタイマ７が起動し。

タイマ７の出力が累積時間のデータとして順次ＣＰＵへ
入力される（ステップ１００）。ＣＰＵ９は累積時間の
時間データとＲＯＭＩＩに格納されている半導体素子１
の予想寿命に関する時間データとを比較して、計測時点
から半導体素子１の寿命がつきる時点までの時間を算出
する（ステップ１ｏ１）。さらにＣＰＵ９はもれ電流セ
ンサ２の出力信号を基に半導体素子］のもれ電流の値を
測定しくステップ１０２）、温度センサ３、導通電流セ
ンサ４、電圧降下センサ５の出力信号を取り込み、半導
体素子１の熱抵抗を算出する処理をおこなう（ステップ
１．０３，１０４）。

次に、半導体素子１の寿命がつきるまでの算出時間ＹＲ
が交換時期としての設定時間Ｙ＾を超えたか否かの判定
をおこなう（ステップ１０５）。また、もれ電流値およ
び熱抵抗値がそれぞれ交換時期に対応して設定された設
定値（例えば定格の１０倍）を超えたか否かの判定をお
こなう（ステップ１０６，１０７）。そして算出時間Ｙ
Ｒが設定時間Ｙ＾を超えたとき、もれ電流または熱抵抗
の値がそれぞれ設定値を超えたときには、ＣＰＵ９から
の交換指令により警報器１４から警報を発する（ステッ
プ１０８）。そしてこのときには、警告の発生の要因と
そのデータをプリンタ１５に出力する。またステップ１
０５，１０６，１０７でそれぞれＮｏと判定されたとき
には、ステップ１０１．１０２，１０４で算出された各
種のデータをプリンタ１５へ出力しくステップ１０９）
、このルーチンでの処理を終了する。

このように本実施例においては、半導体素子１が回路基
板に実装された状態で、半導体素子１単体の寿命を予測
することができるとともに交換時期を把握することがで
きる。このため、半導体素子１の保守点検をおこなう場
合でも、半導体素子１を回１８基板から取り外す必要は
なく、警報器１４、プリンタ１５の出力を基に半導体素
子１の寿命を予測することができるとと・もに半導体素
子】。

の交換時期を把握することができ、保守点検作業を容易
におこなうことができる。さらに半導体素子１を性能限
界近くまで使用することが可能となり、部品コスト、保
守コストを含むコストパフォーマンスを高くすることが
できる。

次に、半導体素子群により電源回路などの回路を構成し
た場合の実施例を第３図に基づいて説明する。

第３図において、複数の半導体素子１には各半導体素子
の故障を検出する故障検出手段としての故障センサ１６
が設けられている。故障センサ１６は、例えば半導体素
子１の熱疲労に基づくオープン状態や絶縁破壊に基づく
ショート状態を検出するセンサで構成されており、各セ
ンサ１６の出力信号がＩ１０インターフェイス１２を介
してＣＰＵへ供給されている。

ＣＰＵ９は各故障センサ１６からの信号を入力し、半導
体素子１群のうち不良となった半導体素子の個数を計測
してその累積不良数を出力する不良数計測手段と、不良
数計測手段の出力から半導体素子群の累積不良率を算出
する累積不良率算出手段と、タイマ７の出力による累積
時間データと累積不良率算出手段の出力を受け、半導体
素子群の累積時間に対する不良率に基づいて、半導体素
子群で構成される回路全体の予想寿命を算出する予想寿
命算出手段と、タイマ７の出力による累積時間データと
予想寿命算出手段の算出による予想寿命の時間データと
を比較して、計測時点から回路全体の寿命が尽きる時点
までの時間を算出する寿命算出手段を構成するようにな
っている。なお、第５図に示されるように、累積時間と
累積不良率に基づいて設定される予想寿命のデータがワ
イブルチャートテーブルとしてＥ”ＦＲＯＭ１７に格納
されており、他の構成は第１図のものと同様であるので
、同一のものには同一符号を付してそれらの説明は省略
する。

本実施例は以上の構成からなり、次にその作用を第４図
のフローチャートに基づいて説明する。

半導体素子１群が実装された回路が作動状態になるとＣ
ＰＵ９からの指令によりタイマ７が起動するとともに、
故障センサ１６からの信号がＩ１０インターフェイス１
２を介してＣＰＵ９に入力される。そしてＣＰＵ９は故
障センサ１６がらの信号に基づいて、不良となった半導
体素子の個数を計測してその累積不良数を出力する（ス
テップ２００）。そして半導体素子１の全体の個数と累
積不良数から累積不良率を算出する（ステップ２０１、
）。この後は累積不良率とタイマ７の出力による累積時
間を基にワイブルチャートテーブルの内容を照合し、半
導体素子群で構成さ九る回路全体の予想寿命を算出する
（ステップ２０２）。この場合、累積不良率が初期不良
に属するときには初期不良に適合するワイブルチャート
テーブルを照合し、通常不良に属するときには通常不良
に適合するワイブルチャートテーブルを照合する。そし
て累積不良率が初期不良から通常不良に移ったときには
ワイブルチャートテーブルの更新をおこなう（ステップ
２０３）。この後は、累積不良率が初期不良あるいは通
常不良に属するか否かにより累積時間と予想寿命とを比
較して、計測時点から回路全体の寿命がつきる時点まで
の時間ＹＲを算出する（ステップ２０４）、そして算出
した時間ＹＲが交換時期としての設定時間ＹＡＬにを超
えたか否かの判定をおこない（ステップ２０５）−算出
時間が設定時間を超えたときには警報器１４に警報指令
を出力し、警報器１４から警報を発生させる（ステップ
２０６）。また算出時間が設定時間を超えたか否かによ
らず算出時間のデータをプリンタ１５に出力しくステッ
プ２０７）、このルーチンでの処理を終了する。

本実施例においては、半導体素子群の不良を検出し、半
導体素子の不良数から回路全体の寿命を算出するととも
に交換時期を報知するようにしたため、半導体素子群が
回路基板に実装された状態で回路素子群の寿命を予測す
ることができるとともに交換時期を把握することができ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、電気部品を実装
した状態で電気部品の寿命を予測することができるため
、保守点検作業に要するコストを低減できる。またさら
に、電気部品を実装した状態で電気部品の交換時期を把
握することができるため、電気部品を性能限界まで使用
することが可能となり、部品コストおよび保守点検コス
トを含むコストパーフォーマンスを高くすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は第１
図に示す装置の作用を説明するためのフローチャート、
第３図は本発明の他の実施例を示す構成図、第４図は第
３図に示す装置の作用を説明するためのフローチャート
、第５図は累積時間と累積不良率との関係を示す線図で
ある。 １・・・半導体素子、２・・・もれ電流センサ。 ３・・・温度センサ、４・・・導通電流センサ、５・・
・電圧降下センサ、６・・・Ａ／Ｄ変換器、７・・・タ
イマ、８・・・パスライン、９・・・ＣＰＵ、１０・・
・ＲＡＭ、１１・・・ＲＯｆｆｉ１２・・・Ｉ１０イン
ターフェイス、 １３・・・コントローラ、１４・・・警報器、１５・・
・プリンタ、１６・・・故障センサ、１７・・・Ｅ２Ｐ
ＲＯＭ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回路中の電気部品の作動時間を計測してその累積時
   間を出力する計時手段と、計時手段の計測による累積時
   間と電気部品の予想寿命とを比較して、計測時点から電
   気部品の寿命が尽きる時点までの時間を算出する寿命算
   出手段とを有する故障予防保全装置。 ２、回路中の電気部品の作動時間を計測してその累積時
   間を出力する計時手段と、回路中の電気部品のもれ電流
   の値を計測するもれ電流計測手段と、もれ電流計測手段
   の計測によるもれ電流値の時間的変化から電気部品の予
   想寿命を算出する予想寿命算出手段と、計時手段の計測
   による累積時間と予想寿命算出手段の算出による予想寿
   命とを比較して、計測時点から電気部品の寿命が尽きる
   時点までの時間を算出する寿命算出手段とを有する故障
   予防保全装置。 ３、回路中の電気部品の作動時間を計測してその累積時
   間を出力する計時手段と、回路中の電気部品の熱抵抗の
   値を計測する熱抵抗計測手段と、熱抵抗計測手段の計測
   による熱抵抗値の時間的変化から電気部品の予想寿命を
   算出する予想寿命算出手段と、計時手段の計測による累
   積時間と予想寿命算出手段の算出による予想寿命とを比
   較して、計測時点から電気部品の寿命が尽きる時点まで
   の時間を算出する寿命算出手段とを有する故障予防保全
   装置。 ４、回路を構成する電気部品群のうち不良となった電気
   部品を検出する故障検出手段と、故障検出手段の出力を
   基に不良となった電気部品の個数を計測してその累積不
   良数を出力する不良数計測手段と、不良数計測手段の出
   力から電気部品群の累積不良率を算出する累積不良率算
   出手段と、回路中の電気部品の作動時間を計測してその
   累積時間を出力する計時手段と、計時手段と累積不良率
   算出手段の出力を受け、電気部品群の累積時間に対する
   累積不良率に基づいて、電気部品群で構成される回路全
   体の予想寿命を算出する予想寿命算出手段と、計時手段
   の計測による累積時間と予想寿命算出手段の算出による
   予想寿命とを比較して、計測時点から回路全体の寿命が
   尽きる時点までの時間を算出する寿命算出手段と、を有
   する故障予防保全装置。 ５、寿命算出手段の算出時間が交換時期としての設定時
   間を超えたときに、交換指令情報を出力する交換指令情
   報出力手段を有する請求項１、２、３または４記載の故
   障予防保全装置。 ６、回路中の電気部品の実運転熱サイクル数を計測する
   熱サイクル数計測手段と、熱サイクル数計測手段の計測
   による熱サイクル数が、交換時期に対応して設定された
   寿命熱サイクル数を超えたときに、交換指令情報を出力
   する交換指令情報出力手段を有する故障予防保全装置。 ７、回路中の電気部品のもれ電流の値を計測するもれ電
   流計測手段と、もれ電流計測手段の計測によるもれ電流
   値が、交換時期に対応して設定された設定値を超えたと
   きに、交換指令情報を出力する交換指令情報出力手段と
   を有する故障予防保全装置。 ８、回路中の電気部品の熱抵抗の値を計測する熱抵抗計
   測手段と、熱抵抗計測手段の計測による熱抵抗値が、交
   換時期に対応して設定された設定値を超えたときに、交
   換指令情報を出力する交換指令情報出力手段とを有する
   故障予防保全装置。