JPH0851768A - Service life monitor for power switching element and apparatus employing power switching element having the monitor - Google Patents
Service life monitor for power switching element and apparatus employing power switching element having the monitorInfo
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- JPH0851768A JPH0851768A JP6188101A JP18810194A JPH0851768A JP H0851768 A JPH0851768 A JP H0851768A JP 6188101 A JP6188101 A JP 6188101A JP 18810194 A JP18810194 A JP 18810194A JP H0851768 A JPH0851768 A JP H0851768A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はパワースイッチング素子
を用いた装置に関し、特には、パワーサイクルによって
パワースイッチング素子が破壊する前に、同素子の破壊
を防止したり、あるいは保守の時期を把握するための技
術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a device using a power switching element, and more particularly, before the power switching element is destroyed by a power cycle, the destruction of the element can be prevented or the maintenance time can be grasped. For technology.
【０００２】[0002]
【従来の技術】パワースイッチング素子を用いた装置の
一例として、図３により、インバータを説明する。図３
において、インバータ２は整流回路３と平滑回路４とイ
ンバータ回路５から構成され、インバータ回路５にはパ
ワートランジスタやＩＧＢＴ等のパワースイッチング素
子６が適当数含まれている。2. Description of the Related Art An inverter will be described with reference to FIG. 3 as an example of an apparatus using a power switching element. FIG.
In, the inverter 2 is composed of a rectifying circuit 3, a smoothing circuit 4, and an inverter circuit 5, and the inverter circuit 5 includes an appropriate number of power switching elements 6 such as power transistors and IGBTs.
【０００３】インバータ２の動作として、第１には、交
流入力電源１から例えば商用三相交流を入力して整流回
路３と平滑回路４とにより直流電力に変換し、第２に
は、直流電力をインバータ回路５内のパワースイッチン
グ素子６のスイッチングにより例えば３相の所定周波数
の交流に変換し、モータ７に与える。その結果、モータ
７はインバータ回路５から与えられる交流電力の周波数
に応じた回転速度で駆動される。As the operation of the inverter 2, firstly, for example, commercial three-phase alternating current is input from the alternating current input power source 1 and converted into direct current power by the rectifying circuit 3 and the smoothing circuit 4, and secondly, direct current power. Is converted into alternating current with a predetermined frequency of, for example, three phases by switching of the power switching element 6 in the inverter circuit 5, and is given to the motor 7. As a result, the motor 7 is driven at a rotation speed corresponding to the frequency of the AC power supplied from the inverter circuit 5.
【０００４】インバータ２に対する制御回路１０はパワ
ースイッチング素子用ドライブ回路１１とインバータ制
御回路１２から構成され、インバータ制御回路１２には
モータ回転速度の指令値８が入力され、また運転指令器
としてのスイッチ９を通して運転指令９ａが入力され
る。制御回路１０の動作として、スイッチ９がオンの間
は、指令値８に応じた周波数の交流電力をインバータ回
路５が生成するに必要な各パワースイッチング素子６の
オン／オフを行わせるためのタイミング制御信号を、指
令値８に応じてインバータ制御回路１２が生成し、この
タイミング制御信号をパワースイッチング素子６がオン
／オフするのに必要なレベルまでドライブ回路１１が増
幅して、パワースイッチング素子６をオン／オフさせ
る。即ち、スイッチ９がオンの間、インバータ２が運転
状態になり、モータ７が回転する。スイッチ９がオフの
間は、インバータ制御回路１２はインバータ回路５内の
全てのパワースイッチング素子６をオフにさせる制御信
号を生成する。即ち、スイッチ９がオフの間、インバー
タ２が停止状態になり、モータ７が停止する。A control circuit 10 for the inverter 2 is composed of a power switching element drive circuit 11 and an inverter control circuit 12. The inverter control circuit 12 receives a command value 8 of a motor rotation speed and a switch as an operation command device. An operation command 9a is input through 9. As an operation of the control circuit 10, a timing for turning on / off each power switching element 6 necessary for the inverter circuit 5 to generate alternating-current power having a frequency according to the command value 8 while the switch 9 is on. The control signal is generated by the inverter control circuit 12 according to the command value 8, and the drive circuit 11 amplifies the timing control signal to a level required for turning on / off the power switching element 6, and the power switching element 6 Turn on / off. That is, while the switch 9 is on, the inverter 2 is in the operating state and the motor 7 rotates. While the switch 9 is off, the inverter control circuit 12 generates a control signal for turning off all the power switching elements 6 in the inverter circuit 5. That is, while the switch 9 is off, the inverter 2 is stopped and the motor 7 is stopped.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし従来は、インバ
ータ２などパワースイッチング素子を用いた装置では、
パワーサイクルによるパワースイッチング素子の寿命を
考慮していないため、同素子が破壊するまで寿命が尽き
たことが分らないという問題点がある。However, conventionally, in the device using the power switching element such as the inverter 2,
Since the life of the power switching element due to the power cycle is not taken into consideration, there is a problem that it is not known that the life of the power switching element is exhausted until the element is destroyed.
【０００６】＜パワーサイクルの説明＞ここで、パワー
サイクルについて述べる。 （１）まず、インバータ２など、パワースイッチング素
子を用いた装置では、同装置の運転時にはパワースイッ
チング素子が発熱してチップのジャンクション温度が上
昇し、同装置の停止時には発熱が止ってジャンクション
温度が低下する。そのため、運転と停止の繰り返しによ
りパワースイッチング素子のチップ部分が熱膨脹と熱収
縮を繰り返す。 （２）一方、パワースイッチング素子は一般に熱膨脹係
数の異なる種々の材料を使って組み立てられているた
め、特にボンディングワイヤ部がパワースイッチング素
子の発熱により温度上昇すると、チップのコート剤であ
るエンキャップの熱膨脹応力により徐々にボンディング
ワイヤがチップから剥離させられはじめ、装置の運転と
停止の繰り返しにより最終的には、ボンディングワイヤ
が完全に剥離してオープン状態になる。即ち、パワース
イッチング素子の不良あるいは破壊に至る。 （３）このボンディングワイヤが熱膨脹応力により完全
に剥離して不良あるいは破壊に至るまでの熱膨脹と熱収
縮のサイクルがパワーサイクルと呼ばれる。<Explanation of Power Cycle> Here, the power cycle will be described. (1) First, in a device using a power switching element, such as the inverter 2, the power switching element generates heat when the device is operating and the junction temperature of the chip rises, and when the device is stopped, heat generation stops and the junction temperature increases. descend. Therefore, the chip portion of the power switching element repeats thermal expansion and thermal contraction by repeating the operation and the stop. (2) On the other hand, since the power switching element is generally assembled by using various materials having different thermal expansion coefficients, when the temperature of the bonding wire portion rises due to the heat generated by the power switching element, the encapsulation agent, which is the coating agent for the chip, is used. The thermal expansion stress gradually causes the bonding wire to be peeled from the chip, and finally the bonding wire is completely peeled to be in an open state by repeating the operation and stop of the device. That is, the power switching element is defective or destroyed. (3) The cycle of thermal expansion and thermal contraction until the bonding wire is completely peeled off due to thermal expansion stress and becomes defective or broken is called a power cycle.
【０００７】従って、インバータ２をＡＣサーボ装置あ
るいはエレベータのモータ駆動に用いた場合など、運転
と停止の繰り返し頻度が高い装置では、特にパワーサイ
クルによりパワースイッチング素子の寿命が短かくなる
ので、何らかの対策が必要である。Therefore, when the inverter 2 is used for driving an AC servo device or an elevator motor, the life of the power switching element is shortened due to the power cycle, especially in a device having a high repetition frequency of operation and stop. is necessary.
【０００８】本発明は上述した事情に鑑み、パワーサイ
クルによるパワースイッチング素子の寿命を監視し、寿
命が尽きる前にパワースイッチング素子の保守の時期を
把握したり、同素子の破壊を防止することを可能とする
装置を提供することを目的とする。In view of the above-mentioned circumstances, the present invention aims at monitoring the life of a power switching element due to a power cycle, grasping the maintenance time of the power switching element before the life expires, and preventing the destruction of the element. It is an object to provide a device that enables it.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
の発明に係るパワースイッチング素子の寿命監視装置
は、パワースイッチング素子のパワーサイクルによる寿
命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命に至る前に
パワースイッチング素子の保護を指示する信号を出力す
る保護指示手段と、を具備することを特徴とするもので
ある。[Means for Solving the Problems] First to achieve the above object
According to another aspect of the present invention, there is provided a life monitoring device for a power switching element, a life estimation means for estimating a life of a power switching element by a power cycle, and a protection instruction for outputting a signal instructing protection of the power switching element before reaching the estimated life. Means and means are provided.
【００１０】また、第２の発明に係るパワースイッチン
グ素子の寿命監視装置は、前記寿命推定手段が、前記パ
ワースイッチング素子のチップのジャンクション温度の
温度差即ちジャンクション温度差と同パワースイッチン
グ素子のパワーサイクルとの関係を予めパワーサイクル
特性として格納した記憶手段と、同パワースイッチング
素子が用いられている装置の運転時と停止時との間での
同パワースイッチング素子のジャンクション温度差を入
力し、このジャンクション温度差に対応するパワーサイ
クルを前記記憶手段のパワーサイクル特性から求め同パ
ワースイッチング素子の寿命とする演算手段からなるこ
と、を特徴とするものである。Further, in the life monitoring apparatus for a power switching element according to the second aspect of the present invention, the life estimation means is configured such that the life estimation means has a temperature difference of a junction temperature of a chip of the power switching element, that is, a junction temperature difference and a power cycle of the power switching element. And a storage means for storing the relationship between the power switching element and the power switching element in advance as a power cycle characteristic, and a junction temperature difference between the power switching element during operation and when the apparatus using the power switching element is stopped. It is characterized by comprising a calculation means for obtaining a power cycle corresponding to a temperature difference from the power cycle characteristics of the storage means and using it as the life of the same power switching element.
【００１１】更に、第３の発明に係るパワースイッチン
グ素子の寿命監視措置は、前記保護指示手段が、前記パ
ワースイッチング素子が用いられている装置の運転回数
を計数し、その計数値が基準値を越えた時に保護指示信
号として警報信号を出力する計数手段と、前記記憶手段
のパワーサイクル特性から求めたパワーサイクルに１未
満の係数を乗じて前記基準値とする演算手段からなるこ
と、を特徴とするものである。Further, in the life monitoring measure for the power switching element according to the third aspect of the present invention, the protection instructing means counts the number of times of operation of the device in which the power switching element is used, and the counted value is a reference value. And counting means for outputting an alarm signal as a protection instruction signal when exceeding, and a computing means for multiplying the power cycle obtained from the power cycle characteristic of the storage means by a coefficient less than 1 to obtain the reference value. To do.
【００１２】また更に、第４の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置は、前記保護指示手段が、前
記パワースイッチング素子が用いられている装置の運転
回数を計数し、その計数値が基準値を越えた時に保護指
示信号として同装置を停止させるトリップ信号を出力す
る計数手段と、前記記憶手段のパワーサイクル特性から
求めたパワーサイクルに１未満の係数を乗じて前記基準
値とする演算手段からなること、を特徴とするものであ
る。Furthermore, in the life monitoring apparatus for a power switching element according to a fourth aspect of the present invention, the protection instructing means counts the number of times of operation of the apparatus using the power switching element, and the counted value is a reference value. Counting means for outputting a trip signal for stopping the device as a protection instruction signal when the value exceeds the limit, and a calculating means for multiplying the power cycle obtained from the power cycle characteristic of the storage means by a coefficient less than 1 to obtain the reference value. It is characterized by
【００１３】一方、上記目的を達成する第５の発明に係
るパワースイッチング素子を用いた装置は、第１の発明
から第３の発明のうちいずれか一つの発明に係るパワー
スイッチング素子の寿命監視装置を具備したことを特徴
とするものである。On the other hand, an apparatus using a power switching element according to a fifth aspect of the invention for achieving the above object is a life monitoring apparatus for a power switching element according to any one of the first to third aspects of the invention. It is characterized by having.
【００１４】また、第６の発明に係るパワースイッチン
グ素子を用いた装置は、第４の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリッ
プ信号により運転を停止する制御手段と、を具備したこ
とを特徴とするものである。An apparatus using the power switching element according to the sixth aspect of the present invention comprises a life monitoring apparatus for the power switching element according to the fourth aspect of the invention, and a control means for stopping the operation by a trip signal of the life monitoring apparatus. , Are provided.
【００１５】[0015]
【作用】第１の発明では、パワースイッチング素子の寿
命をパワーサイクルにより推定し、寿命に至る前に保護
指示信号を出力する。この保護指示信号を利用すること
により、パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を
新品に交換すべき保守の時期と判断したり、同素子を用
いている装置の運転を停止して同素子の破壊を防止する
ことが可能となる。In the first aspect of the invention, the life of the power switching element is estimated by the power cycle, and the protection instruction signal is output before the life is reached. By using this protection instruction signal, it is judged that it is time to replace the power switching element with a new one before the destruction of the power switching element, or the operation of the device using the element is stopped to stop the operation of the element. It becomes possible to prevent destruction.
【００１６】第２の発明では、パワースイッチング素子
のパワーサイクル特性を利用して寿命を推定する。即
ち、パワースイッチング素子を用いた装置の運転と停止
を行った場合、前述の如くパワースイッチング素子のチ
ップのジャンクション温度に温度差が生じる。パワーサ
イクルはこのジャンクション温度差と深い相関関係があ
り、図２に例示するように、ジャンクション温度差ΔＴ
j が高い程パワーサイクルＣP が短く（短寿命）、ジャ
ンクション温度差ΔＴj が低い程パワーサイクルＣP が
長い（長寿命）というパワーサイクル特性がある。そこ
で、使用するパワースイッチング素子の技術資料によ
り、あるいは実験等により、図２に示すようなパワーサ
イクル特性を予め用意しておき、ジャンクション温度差
ΔＴj を設定すれば、パワーサイクル特性から簡単にパ
ワースイッチング素子の寿命を推定することができる。
ジャンクション温度差ΔＴj はパワースイッチング素子
を用いた装置の運転と停止を実験的に行って求めること
もでき、あるいは、同装置におけるパワースイッチング
素子の電力損失の計算と放熱特性等から計算によって求
めることもできる。但し、ジャンクション温度差ΔＴj
の値は装置の運転と停止における代表的な一点を選び固
定値とするのが好ましい。これはジャンクション温度差
ΔＴj の値は通常変化するが、ΔＴj の値が変化すると
図２のようなパワーサイクル特性から寿命を計算するの
が非常に難しくなること、及び代表的な値を用いても大
きな誤差が生じないことによる。In the second invention, the life is estimated by utilizing the power cycle characteristics of the power switching element. That is, when the device using the power switching element is operated and stopped, a temperature difference occurs in the junction temperature of the chip of the power switching element as described above. The power cycle has a deep correlation with this junction temperature difference, and as illustrated in FIG. 2, the junction temperature difference ΔT
There is a power cycle characteristic that the higher the j, the shorter the power cycle C P (shorter life), and the lower the junction temperature difference ΔT j, the longer the power cycle C P (long life). Therefore, if the power cycle characteristics shown in FIG. 2 are prepared in advance according to the technical data of the power switching element to be used, or through experiments, etc., and the junction temperature difference ΔT j is set, the power cycle characteristics can be easily changed. The life of the switching element can be estimated.
The junction temperature difference ΔT j can also be obtained by experimentally operating and stopping the device using the power switching element, or by calculating from the power loss of the power switching element in the device and the heat dissipation characteristics. You can also However, the junction temperature difference ΔT j
The value of is preferably a fixed value by selecting a typical point during the operation and stop of the device. This is because the value of the junction temperature difference ΔT j normally changes, but when the value of ΔT j changes, it becomes very difficult to calculate the life from the power cycle characteristics as shown in FIG. 2, and a typical value is used. However, it does not cause a large error.
【００１７】第３の発明では、パワースイッチング素子
の寿命と推定したパワーサイクルに１未満の係数を乗じ
て基準値にし、同パワースイッチング素子を用いた装置
の運転回数が基準値を越えた時に警報信号を出力する。
この警報信号を利用することにより、パワースイッチン
グ素子の破壊前に、同素子を新品に交換すべき保守の時
期と判断したり、同素子を用いている装置の運転を停止
して同素子の破壊を防止することが可能となる。In the third aspect of the present invention, the power cycle estimated as the life of the power switching element is multiplied by a coefficient of less than 1 to obtain a reference value, and an alarm is issued when the number of operating times of the device using the power switching element exceeds the reference value. Output a signal.
By using this alarm signal, it is judged that it is time to replace the power switching element with a new one before the destruction of the power switching element, or the operation of the device using the element is stopped and the element is destroyed. Can be prevented.
【００１８】第４の発明では、パワースイッチング素子
の寿命と推定したパワーサイクルに１未満の係数を乗じ
て基準値とし、同パワースイッチング素子を用いた装置
の運転回数が基準値を越えた時にトリップ信号を出力す
る。このトリップ信号を利用することにより、パワース
イッチング素子の破壊前に、同素子を用いている装置の
運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能とな
り、また停止中に新品と交換することも可能となる。In the fourth aspect of the present invention, the power cycle estimated as the life of the power switching element is multiplied by a coefficient of less than 1 to obtain a reference value, and a trip occurs when the number of times of operation of an apparatus using the power switching element exceeds the reference value. Output a signal. By using this trip signal, it is possible to stop the operation of the device using the power switching element before the destruction of the power switching element and prevent the destruction of the element, and replace it with a new one while it is stopped. It is also possible.
【００１９】第５の発明では、パワースイッチング素子
の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワース
イッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換すべき
保守の時期と判断したり、同素子を用いてなる装置の運
転を停止して同素子の破壊を防止することが可能とな
る。According to the fifth aspect of the invention, since the life switching device for the power switching element is provided, it is judged that it is time to perform maintenance before the power switching element in use should be replaced with a new one before the power switching element is destroyed. It is possible to prevent the destruction of the device by stopping the operation of the device using the device.
【００２０】第６の発明によれば、トリップ信号を出力
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。According to the sixth aspect of the invention, since the life monitoring device for outputting the trip signal and the control means for stopping the operation by the trip signal are provided, the power switching device before use is destroyed before being destroyed. The operation of the device using is automatically stopped to prevent damage to the device.
Also, at this time, the power switching element can be replaced with a new one.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、図面を参照して本発明とその一実施例
を説明する。図１にはパワースイッチング素子を用いた
装置の一例としてインバータ２が、その制御回路１０及
び寿命監視装置２０と共に示されている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention and one embodiment thereof will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, an inverter 2 is shown as an example of a device using a power switching element together with its control circuit 10 and life monitoring device 20.
【００２２】図１において、インバータ２は従来例と同
じく、整流回路３と平滑回路４とインバータ回路５から
構成され、インバータ回路５にはパワートランジスタや
ＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子６が適当数含まれ
ている。また、インバータ２の動作も従来例と同じであ
り、第１には、交流入力電源１から例えば商用三相交流
を入力して電流回路３と平滑回路４とにより直流電力に
変換し、第２には、直流電力をインバータ回路５内のパ
ワースイッチング素子６のスイッチングにより例えば３
相の所定周波数の交流に変換し、モータ７に与える。そ
の結果、モータ７はインバータ回路５から与えられる交
流電力の周波数に応じた回転速度で駆動される。In FIG. 1, the inverter 2 is composed of a rectifying circuit 3, a smoothing circuit 4 and an inverter circuit 5 as in the conventional example, and the inverter circuit 5 includes an appropriate number of power switching elements 6 such as power transistors and IGBTs. ing. The operation of the inverter 2 is also the same as that of the conventional example. First, for example, commercial three-phase AC is input from the AC input power source 1 and converted into DC power by the current circuit 3 and the smoothing circuit 4, The DC power is, for example, 3 by switching the power switching element 6 in the inverter circuit 5.
It is converted into alternating current of a predetermined frequency of the phase and given to the motor 7. As a result, the motor 7 is driven at a rotation speed corresponding to the frequency of the AC power supplied from the inverter circuit 5.
【００２３】インバータ２に対する制御回路１０は従来
例と同じくパワースイッチング素子用ドライブ回路１１
とインバータ制御回路１２から構成されるが、インバー
タ制御回路１２にはモータ回転速度の指令値８が入力さ
れ、また運転指令器としてのスイッチ９を通して運転指
令９ａが入力されるだけでなく、後述する如く寿命監視
装置２０から警報信号１３ａ及びトリップ信号１４ａが
入力される。また、インバータ制御回路１２から寿命監
視装置２０に対し、後述する如く制御信号としてリセッ
ト信号１２ａ，１２ｂが出力される。The control circuit 10 for the inverter 2 is a power switching element drive circuit 11 as in the conventional example.
And the inverter control circuit 12, the motor control speed command value 8 is input to the inverter control circuit 12, and the operation command 9a is input through the switch 9 serving as an operation commander. As described above, the warning signal 13a and the trip signal 14a are input from the life monitoring device 20. Further, reset signals 12a and 12b are output from the inverter control circuit 12 to the life monitoring device 20 as control signals as described later.
【００２４】制御回路１０の動作として、基本的には従
来例と同じく、スイッチ９がオンの間は、指令値８に応
じた周波数の交流電力をインバータ回路５が生成するに
必要な各パワースイッチング素子６のオン／オフを行わ
せるためのタイミング制御信号を、指令値８に応じてイ
ンバータ制御回路１２が生成し、このタイミング制御信
号をパワースイッチング素子６がオン／オフするのに必
要なレベルまでドライブ回路１１が増幅して、パワース
イッチング素子６をオン／オフさせる。即ち、スイッチ
９がオンの間、インバータ２が運転状態になり、モータ
７が回転する。但し、スイッチ９がオンの間でも、トリ
ップ信号１４ａを入力した場合には、インバータ制御回
路１２は全てのパワースイッチ素子６をオフにさせる制
御信号を生成し、インバータ２を強制的に停止させる。
また、警報信号１３ａを入力した場合には、インバータ
制御回路１２は図示省略の警報器を作動させ、音や発光
によりパワースイッチング素子６を保守すべき時期が来
たことを係員に知らせて、新品との交換を促す。パワー
スイッチング素子６を新品と交換した場合は、その旨を
図示省略したリセットスイッチ等により係員が入力する
ことにより、インバータ制御回路１２から寿命監視装置
２０に対してリセット信号１２ａ，１２ｂを出力する。As the operation of the control circuit 10, basically, as in the conventional example, while the switch 9 is on, each power switching necessary for the inverter circuit 5 to generate the AC power of the frequency corresponding to the command value 8. The inverter control circuit 12 generates a timing control signal for turning on / off the element 6 according to the command value 8, and outputs the timing control signal to a level required for turning on / off the power switching element 6. The drive circuit 11 amplifies and turns on / off the power switching element 6. That is, while the switch 9 is on, the inverter 2 is in the operating state and the motor 7 rotates. However, even when the switch 9 is on, when the trip signal 14a is input, the inverter control circuit 12 generates a control signal for turning off all the power switch elements 6 and forcibly stops the inverter 2.
Further, when the alarm signal 13a is input, the inverter control circuit 12 activates an alarm device (not shown) to notify the staff that it is time to maintain the power switching element 6 by sound or light emission, and a new product is sent. Encourage exchange with. When the power switching element 6 is replaced with a new one, an operator inputs it to the effect by a reset switch or the like (not shown), and the inverter control circuit 12 outputs the reset signals 12a and 12b to the life monitoring device 20.
【００２５】スイッチ９がオフの間は、従来例と同じく
インバータ制御回路１２はインバータ回路５内の全ての
パワースイッチング素子６をオフにさせる制御信号を生
成する。即ち、スイッチ９がオフの時、インバータ２が
停止状態になり、モータ７が停止する。While the switch 9 is off, the inverter control circuit 12 generates a control signal for turning off all the power switching elements 6 in the inverter circuit 5, as in the conventional example. That is, when the switch 9 is off, the inverter 2 is stopped and the motor 7 is stopped.
【００２６】＜パワースイッチング素子の寿命監視装置
＞寿命監視装置２０はカウンタ１３及びカウンタ１４
と、基準値演算回路１５と、メモリ（テーブル）１６か
ら構成され、各カウンタ１３，１４には運転指令器９の
オン毎に運転指令９ａが入力され、基準値演算回路１５
から基準値Ｋ1 ＣP，Ｋ2 ＣP が入力され、またインバ
ータ制御回路１２からリセット信号１２ａ，１２ｂが入
力される。また基準値演算回路１５には、ジャンクショ
ン温度差ΔＴ j 設定用の入力回路１９と、基準値算出用
係数Ｋ1 ，Ｋ2 設定用の入力回路１７，１８が接続され
ている。<Life switching device life monitoring device
> Life monitoring device 20 includes counter 13 and counter 14.
And the reference value calculation circuit 15 and the memory (table) 16
And each of the counters 13 and 14 has a driving commander 9
The operation command 9a is input every time it is turned on, and the reference value calculation circuit 15
To reference value K1CP, K2CPIs entered, and the
The reset signals 12a and 12b are input from the data control circuit 12.
I will be forced. Further, the reference value calculation circuit 15 has a junction
Temperature difference ΔT jInput circuit 19 for setting and reference value calculation
Coefficient K1, K2The setting input circuits 17 and 18 are connected
ing.
【００２７】まず、メモリ１６には、インバータ２に用
いられているパワースイッチング素子６のパワーサイク
ル特性、即ち図２に示すようなジャンクション温度ΔＴ
j とパワーサイクルＣP との相関関係が予めテーブルの
形で格納されている。First, in the memory 16, the power cycle characteristics of the power switching element 6 used in the inverter 2, that is, the junction temperature ΔT as shown in FIG.
The correlation between j and the power cycle C P is stored in the form of a table in advance.
【００２８】基準値演算回路１５は、入力回路１９によ
りジャンクション温度差ΔＴj を設定されると、このジ
ャンクション温度差ΔＴj に対応するパワーサイクルＣ
P をメモリ１６から読み出し、パワースイッチング素子
６の寿命として推定する。更に、基準値演算回路１５
は、入力回路１７により係数Ｋ1 （０＜Ｋ1 ＜１）が設
定されると、パワーサイクルＣP に係数Ｋ1 を乗じ、そ
の値Ｋ1 ＣP を警報用基準値としてカウンタ１３に与え
る。同様に、入力回路１８により係数Ｋ2 （Ｋ1＜Ｋ2
＜１）が設定されると、パワーサイクルＣP に係数Ｋ2
を乗じ、その値Ｋ 2 ＣP をトリップ用基準値としてカウ
ンタ１４に与える。The reference value calculation circuit 15 uses the input circuit 19.
Rejunction temperature difference ΔTjIs set,
Temperature difference ΔTjPower cycle C corresponding to
PIs read from the memory 16 and the power switching element
Estimated as 6 lifespan. Further, the reference value calculation circuit 15
Is a coefficient K by the input circuit 17.1(0 <K1<1) is installed
Power cycle CPCoefficient K1Multiply by
Value of K1CPIs given to the counter 13 as a reference value for alarm
It Similarly, the input circuit 18 causes a coefficient K2(K1<K2
When <1) is set, the power cycle CPCoefficient K2
Multiply by the value K 2CPAs a reference value for trip
To the computer 14.
【００２９】カウンタ１３はカウントアップ形のもので
あり、基準値演算回路１５から与えられた基準値Ｋ1 Ｃ
P を設定値とし、スイッチ９のオン毎に入力される運転
指令９ａの入力回数を運転回数としてカウントし、カウ
ント値ＣC が増大して設定値（基準値）Ｋ1 ＣP を越え
た時に、警報信号１３ａをインバータ制御回路１２及び
外部に出力する。なお、インバータ制御回路１２からリ
セット信号１２ａを入力すると、カウンタ１３は警報信
号を停止し、同時にカウント値をゼロに戻す。The counter 13 is of a count-up type and has a reference value K 1 C given from the reference value calculation circuit 15.
When P is the set value, the number of times the operation command 9a is input each time the switch 9 is turned on is counted as the number of times of operation, and when the count value C C increases and exceeds the set value (reference value) K 1 C P , And outputs the alarm signal 13a to the inverter control circuit 12 and the outside. When the reset signal 12a is input from the inverter control circuit 12, the counter 13 stops the alarm signal and simultaneously returns the count value to zero.
【００３０】カウンタ１４は同じくカウントアップ形の
ものであり、基準値演算回路１５から与えられた基準値
Ｋ2 ＣP を設定値とし、スイッチ９のオン毎に入力され
る運転指令９ａの入力回数を運転回数としてカウント
し、カウント値ＣC が増大して設定値（基準値）Ｋ2 Ｃ
P を越えた時に、トリップ信号１４ａをインバータ制御
回路１２及び外部に出力する。なお、インバータ制御回
路１２からリセット信号１２ｂを入力すると、カウンタ
１４はトリップ信号を停止し、同時にカウント値をゼロ
に戻す。The counter 14 is also of a count-up type, and uses the reference value K 2 C P given from the reference value calculation circuit 15 as a set value, and the number of times the operation command 9a is input every time the switch 9 is turned on. Is counted as the number of operations, the count value C C is increased, and the set value (reference value) K 2 C
When P is exceeded, the trip signal 14a is output to the inverter control circuit 12 and the outside. When the reset signal 12b is input from the inverter control circuit 12, the counter 14 stops the trip signal and at the same time returns the count value to zero.
【００３１】＜寿命監視装置の使い方＞次に寿命監視装
置２０の使い方の一例を説明する。 （１）まず、メモリ１６にパワーサイクル特性を格納す
る。 （２）次に、ジャンクション温度差ΔＴj の代表的な値
（固定値）を電力損失計算に基づいて決定し、入力回路
１９により基準値演算回路１５に設定する。 （３）次に、係数Ｋ1 を例えば０．７≦Ｋ1 ≦０．８の
範囲で、また係数Ｋ2を０．９≦Ｋ2 ＜１．０の範囲
で、それぞれ入力回路１７，１８により基準値演算回路
１５に設定する。 （４）その後は、インバータ２の運転回数ＣC をカウン
タ１３，１４がカウントし、Ｋ1 ＣP ＜ＣC の時にカウ
ンタ１３が警報信号１３ａを出力するので、係員が警報
に応じてインバータ２の運転を停止し、早目にパワース
イッチング素子６を新品に交換する。この時、リセット
スイッチ等を操作して、カウンタ１３及び１４をリセッ
トさせる。これにより、運転再開から運転回数をカウン
トし直す。 （５）警報信号１３ａが出力されたまま放置しておく
と、警報が続き、そのうちにカウンタ１４がＫ2 ＣP ＜
ＣC の時にトリップ信号１４ａを出力し、これによりイ
ンバータ２の運転が自動的に停止するので、係員がパワ
ースイッチング素子６を新品と交換する。この時も、リ
セットスイッチ等を操作して、カウンタ１３及び１４を
リセットさせる。これにより、交換後の運転再開から運
転回数をカウントし直す。<How to Use Life Monitoring Device> Next, an example of how to use the life monitoring device 20 will be described. (1) First, the power cycle characteristics are stored in the memory 16. (2) Next, a typical value (fixed value) of the junction temperature difference ΔT j is determined based on the power loss calculation, and is set in the reference value calculation circuit 15 by the input circuit 19. (3) Next, the coefficient K 1 is set in the range of 0.7 ≦ K 1 ≦ 0.8, and the coefficient K 2 is set in the range of 0.9 ≦ K 2 <1.0, respectively. Is set in the reference value calculation circuit 15. (4) After that, the counters 13 and 14 count the number of operations C C of the inverter 2, and when K 1 C P <C C , the counter 13 outputs an alarm signal 13a. The operation of is stopped and the power switching element 6 is replaced with a new one as soon as possible. At this time, the reset switch or the like is operated to reset the counters 13 and 14. As a result, the number of times of operation is counted again after restarting the operation. (5) If the alarm signal 13a is left as it is, the alarm continues, and the counter 14 displays K 2 C P <
The trip signal 14a is output at the time of C C , and the operation of the inverter 2 is automatically stopped by this, so that the clerk replaces the power switching element 6 with a new one. Also at this time, the reset switch or the like is operated to reset the counters 13 and 14. As a result, the number of times of operation is counted again from the restart of the operation after the replacement.
【００３２】なお、図１ではインバータ２と、制御回路
１０と、寿命監視装置２０とが別々のもののように見え
るが、制御回路１０及び寿命監視装置２０をインバータ
２内部に設けても良く、あるいはインバータ２外部に設
けても良い。Although the inverter 2, the control circuit 10 and the life monitoring device 20 appear to be separate in FIG. 1, the control circuit 10 and the life monitoring device 20 may be provided inside the inverter 2, or It may be provided outside the inverter 2.
【００３３】[0033]
【発明の効果】第１の発明によれは、パワースイッチ素
子の寿命をパワーサイクルにより推定し、寿命に至る前
に保護指示信号を出力するので、この保護指示信号を利
用してパワースイッチング素子の破壊前に、同素子を新
品に交換すべき保守の時期と判断したり、同素子を用い
ている装置の運転を停止して同素子の破壊を防止するこ
とが可能となる。According to the first aspect of the present invention, the life of the power switch element is estimated by the power cycle, and the protection instruction signal is output before the end of the life. Therefore, the protection instruction signal is used to output the power switching element. Before the destruction, it is possible to judge that it is time to perform maintenance to replace the element with a new one, or to stop the operation of the device using the element to prevent the element from being destroyed.
【００３４】第２の発明によれば、パワースイッチング
素子のパワーサイクル特性からジャンクション温度差に
対応するパワーサイクルを求めることにより寿命を推定
するので、寿命の推定が簡単且つ容易である。According to the second aspect of the invention, the life is estimated by obtaining the power cycle corresponding to the junction temperature difference from the power cycle characteristics of the power switching element, so that the life can be estimated easily and easily.
【００３５】第３の発明によれば、パワースイッチング
素子の寿命と推定したパワーサイクルに１未満の係数を
乗じて基準値にし、同パワースイッチング素子を用いた
装置の運転回数が基準値を越えた時に警報信号を出力の
で、この警報信号を利用してパワースイッチング素子の
破壊前に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断
したり、同素子を用いている装置の運転を停止して同素
子の破壊を防止することが可能となる。According to the third aspect of the invention, the power cycle estimated to be the life of the power switching element is multiplied by a coefficient of less than 1 to obtain a reference value, and the number of operating times of the device using the power switching element exceeds the reference value. At the same time, an alarm signal is output.By using this alarm signal, it is possible to judge that it is time to replace the power switching element with a new one before the destruction of the power switching element, or to stop the operation of the device using the element. It is possible to prevent the element from being destroyed.
【００３６】第４の発明によれば、パワースイッチング
素子の寿命と推定したパワーサイクルに１未満の係数を
乗じて基準値とし、同パワースイッチング素子を用いた
装置の運転回数が基準値を越えた時にトリップ信号を出
力するので、このトリップ信号を利用してパワースイッ
チング素子の破壊前に、同素子を用いている装置の運転
を強制的に停止して同素子の破壊を防止することが可能
となる。According to the fourth aspect of the present invention, the power cycle estimated as the life of the power switching element is multiplied by a coefficient of less than 1 to obtain a reference value, and the number of times of operation of the apparatus using the power switching element exceeds the reference value. Since a trip signal is sometimes output, it is possible to use this trip signal to prevent the destruction of the power switching element by forcibly stopping the operation of the device using the element before the element is destroyed. Become.
【００３７】第５の発明によれば、パワースイッチング
素子の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いてなる装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。According to the fifth aspect of the invention, since the life switching device for the power switching element is provided, it is judged that it is time to replace the power switching element with a new one before the power switching element in use is destroyed. Alternatively, it is possible to prevent the destruction of the device by stopping the operation of the device using the device.
【００３８】第６の発明によれば、トリップ信号を出力
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。According to the sixth aspect of the invention, since the life monitoring device for outputting the trip signal and the control means for stopping the operation by the trip signal are provided, the power switching device before use is destroyed before the device is destroyed. The operation of the device using is automatically stopped to prevent damage to the device.
Also, at this time, the power switching element can be replaced with a new one.
【図１】本発明の一実施例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention.
【図２】パワーサイクル特性を示す図。FIG. 2 is a diagram showing power cycle characteristics.
【図３】従来例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a conventional example.
１ 交流入力電源 ２ インバータ ３ 整流回路 ４ 平滑回路 ５ インバータ回路 ６ パワースイッチング素子 ７ モータ ８ 回転速度の指令値 ９ 運転指令器（スイッチ） ９ａ 運転指令 １０ 制御回路 １１ ドライブ回路 １２ インバータ制御回路 １２ａ，１２ｂ リセット信号 １３ カウンタ（計数手段） １３ａ 警報信号 １４ カウンタ（計数手段） １４ａ トリップ信号 １５ 基準値演算回路（演算手段） １６ メモリ（記憶手段） １７，１８ 係数設定用入力回路 １９ ジャンクション温度差設定用入力回路 ２０ 寿命監視装置 ＣP パワーサイクル ΔＴj ジャンクション温度差 Ｋ1 ，Ｋ2 係数 Ｋ1 ＣP ，Ｋ2 ＣP 基準値1 AC input power supply 2 Inverter 3 Rectifier circuit 4 Smoothing circuit 5 Inverter circuit 6 Power switching element 7 Motor 8 Command value of rotation speed 9 Operation command device (switch) 9a Operation command 10 Control circuit 11 Drive circuit 12 Inverter control circuit 12a, 12b Reset signal 13 Counter (counting means) 13a Warning signal 14 Counter (counting means) 14a Trip signal 15 Reference value calculation circuit (calculation means) 16 Memory (storage means) 17, 18 Coefficient setting input circuit 19 Junction temperature difference setting input Circuit 20 Life monitoring device C P Power cycle ΔT j Junction temperature difference K 1 , K 2 coefficient K 1 C P , K 2 C P reference value
Claims (6)
ルによる寿命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命
に至る前にパワースイッチング素子の保護を指示する信
号を出力する保護指示手段と、を具備することを特徴と
するパワースイッチング素子の寿命監視装置。1. A life estimation means for estimating a life of the power switching element due to a power cycle, and a protection instruction means for outputting a signal instructing protection of the power switching element before the estimated life is reached. Characteristic power switching element life monitoring device.
チング素子のチップのジャンクション温度の温度差即ち
ジャンクション温度差と同パワースイッチング素子のパ
ワーサイクルとの関係を予めパワーサイクル特性として
格納した記憶手段と、同パワースイッチング素子が用い
られている装置の運転時と停止時との間での同パワース
イッチング素子のジャンクション温度差を入力し、この
ジャンクション温度差に対応するパワーサイクルを前記
記憶手段のパワーサイクル特性から求め同パワースイッ
チング素子の寿命とする演算手段からなること、を特徴
とする請求項１記載のパワースイッチング素子の寿命監
視装置。2. The life estimation means stores a temperature difference in junction temperature of a chip of the power switching element, that is, a relationship between a junction temperature difference and a power cycle of the power switching element, which is stored in advance as power cycle characteristics. The junction temperature difference of the power switching element between the time when the device using the same power switching element is in operation and the time when it is stopped is input, and the power cycle corresponding to this junction temperature difference is input to the power cycle characteristic of the storage means. 2. The life monitoring device for a power switching element according to claim 1, further comprising a computing means which is obtained from the above and which is the life of the same power switching element.
チング素子が用いられている装置の運転回数を計数し、
その計数値が基準値を越えた時に保護指示信号として警
報信号を出力する計数手段と、前記記憶手段のパワーサ
イクル特性から求めたパワーサイクルに１未満の係数を
乗じて前記基準値とする演算手段からなること、を特徴
とする請求項２記載のパワースイッチング素子の寿命監
視装置。3. The protection instructing means counts the number of times of operation of a device using the power switching element,
Counting means for outputting an alarm signal as a protection instruction signal when the count value exceeds a reference value, and computing means for multiplying the power cycle obtained from the power cycle characteristic of the storage means by a coefficient less than 1 to obtain the reference value. The life monitoring device for a power switching element according to claim 2, wherein
チング素子が用いられている装置の運転回数を計数し、
その計数値が基準値を越えた時に保護指示信号として同
装置を停止させるトリップ信号を出力する計数手段と、
前記記憶手段のパワーサイクル特性から求めたパワーサ
イクルに１未満の係数を乗じて前記基準値とする演算手
段からなること、を特徴とする請求項２記載のパワース
イッチング素子の寿命監視装置。4. The protection instructing means counts the number of times of operation of an apparatus in which the power switching element is used,
Counting means for outputting a trip signal for stopping the device as a protection instruction signal when the count value exceeds a reference value,
3. The life monitoring device for a power switching element according to claim 2, further comprising a computing unit that multiplies a power cycle obtained from the power cycle characteristic of the storage unit by a coefficient less than 1 to obtain the reference value.
載したパワースイッチング素子の寿命監視装置を具備し
たことを特徴とするパワースイッチング素子を用いた装
置。5. A device using a power switching element, comprising the life monitoring device for the power switching element according to claim 1. Description:
素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリップ信号
により運転を停止する制御手段と、を具備したことを特
徴とするパワースイッチング素子を用いた装置。6. A power switching element, comprising: the life monitoring apparatus for a power switching element according to claim 4; and a control means for stopping operation according to a trip signal of the life monitoring apparatus. apparatus.
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