JPWO2018061287A1

JPWO2018061287A1 - 電気機器および電気機器の診断装置

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Publication number: JPWO2018061287A1
Application number: JP2018541886A
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Inventors: 貴史小川; 櫻井　直樹; 直樹櫻井
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Filing date: 2017-05-10
Publication date: 2019-03-14
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Abstract

簡素な構成で半導体の素子温度を推定できるようにする。そのため、一または複数の半導体素子（１０４，１０６）と、半導体素子（１０４，１０６）のオン状態またはオフ状態を指令する制御信号（Ｖa）を受信して、制御信号（Ｖa）に基づいて半導体素子（１０４，１０６）を駆動する駆動回路（１０７，１０８）と、半導体素子（１０４，１０６）に出力電力を与える直流電圧電源（１５０）と、直流電圧電源の出力に重畳された、半導体素子で発生したノイズ成分（Ｉn）を検出する検出器（１１４）と、検出器（１１４）と、制御信号（Ｖa）がオフ状態を指令したタイミングと、ノイズ成分（Ｉn）の発生タイミングとの差である偏差時間を計測する偏差時間計測部（１１１）と、を設けた。

Description

本発明は、電気機器および電気機器の診断装置に関する。

ＩＧＢＴデバイスの接合部温度を計測する技術として、下記特許文献１の要約書には、「ＩＧＢＴデバイスのスイッチオフ段階中のミラープラトー段階によって形成されたエッジと相関するパルスを取得するために、測定されるＩＧＢＴデバイスのゲート−エミッタ電圧の特性を受け取って、ゲート−エミッタ電圧の特性を区別する差動ユニット２１と、ＩＧＢＴデバイスのスイッチオフ段階中のミラープラトー段階の開始と終了とを示す、取得されたパルス間の時間遅延を測定するタイマユニット２３と、測定された時間遅延に基づいて、ＩＧＢＴデバイスの接合部温度を決定する接合部温度計算ユニット２５と、を具備する。」と記載されている。

特開２０１３−１４２７０４号公報

ところで、上記特許文献１の技術によってＩＧＢＴデバイスのミラープラトー段階を検出するためには、高速かつ高周波特性のよい測定回路が必要であった。さらに、特許文献１の技術によれば、ＩＧＢＴ毎に個別にミラープラトー段階を検出する必要があるため、例えばＮ個のＩＧＢＴを有する装置では、Ｎ台の測定回路が必要になり、回路規模が大きくなるという問題もあった。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成で半導体の素子温度を推定できる電気機器および電気機器の診断装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため本発明の電気機器にあっては、一または複数の半導体素子と、前記半導体素子のオン状態またはオフ状態を指令する制御信号を受信すると、前記制御信号に基づいて前記半導体素子を駆動する駆動回路と、前記半導体素子から流れる電流に重畳するノイズ成分を検出する検出器と、前記制御信号が前記オフ状態を指令したタイミングと、前記ノイズ成分の発生タイミングとの差である偏差時間を計測する偏差時間計測部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、簡素な構成で半導体の素子温度を推定できる。

本発明の第１実施形態による電力変換システムのブロック図である。電力用半導体素子の回路図である。電力用半導体素子の断面図である。第１実施形態における（ａ）制御信号の波形図、（ｂ）電流の波形図、（ｃ）スイッチングノイズの波形図、（ｄ）パルス信号の波形図、（ｅ）他のパルス信号の波形図、（ｆ）素子温度の特性図である。パワーサイクル試験の試験結果を示す図である。第４実施形態による電力変換システムのブロック図である。第７実施形態による電力変換監視システムのブロック図である。サーバ機による表示画面を例示する図である。

［第１実施形態］
〈第１実施形態の構成〉
図１は、本発明の第１実施形態による電力変換システムＳ１（電気機器）のブロック図である。
図１において電力変換システムＳ１は、直流電源１５０（直流電圧電源）と、該直流電源１５０の出力電圧を交流電圧に変換する電力変換装置１００と、該電力変換装置１００によって駆動される負荷装置１２０と、制御部１３０と、解析・表示部１４０と、を有している。

また、電力変換装置１００は、インバータ１０１と、平滑コンデンサ１０９とを有している。ここで、平滑コンデンサ１０９は、インバータ１０１のスイッチング時における直流電源１５０の電圧変動を抑制する。そして、電力変換装置１００と直流電源１５０との間には、電流センサ１１４（検出器）が設けられており、電流センサ１１４と制御部１３０との間には、パルス変換部１１２と、エッジ間隔検出部１１１（偏差時間計測部）と、が設けられている。

また、インバータ１０１は、電力用半導体素子１０４，１０６と、これらをドライブする絶縁・駆動回路１０７，１０８（駆動回路）と、を有している。なお、絶縁・駆動回路１０７，１０８は、電力用半導体素子１０４，１０６と、制御部１３０とを絶縁しつつ、電力用半導体素子１０４，１０６をドライブする機能を有する。これにより、インバータ１０１は、直流電源１５０から出力された直流電圧をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調して交流電圧を生成し、負荷装置１２０に供給する。

図２は、電力用半導体素子１０４の回路図である。
図２に示すように、電力用半導体素子１０４は、ＩＧＢＴ６０１と、逆方向に接続されたダイオード６０２とを有している。なお、ＩＧＢＴ６０１はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）に置き換えてもよい。そして、ダイオード６０２に代えてＭＯＳＦＥＴの寄生ダイオードを適用できる場合には、ダイオード６０２は省略してもよい。以上、電力用半導体素子１０４の構成について説明したが、電力用半導体素子１０６も同様に構成されている。

図３は、電力用半導体素子１０４の断面図である。
電力用半導体素子１０４は、ベース板８０３と、はんだ層８０８と、絶縁基板８０７と、はんだ層８１０と、半導体素子部８０９とを有している。また、絶縁基板８０７は、メタル層８０４と、絶縁層８０５と、メタル層８０６とを有している。ベース板８０３は、冷却器８０１に衝合され、衝合面にはグリス８０２が塗布されている。なお、電力用半導体素子１０６も電力用半導体素子１０４と同様に構成されている。

図３においては、半導体素子部８０９は一個のみ図示するが、出力電力がメガワット級の大電力用途に適用される半導体モジュールでは、半導体素子部８０９は多並列実装されていることが多い。電力変換システムＳ１の稼働時において、半導体素子部８０９で発生した熱は、はんだ層８１０を介して絶縁基板８０７、ベース板８０３、グリス８０２、および冷却器８０１に伝わる。

ここで、グリス８０２の枯渇、冷却器８０１の故障、制御部１３０（図１参照）の異常動作や故障等により、電力用半導体素子８０９の温度が異常に高くなることがある。電力用半導体素子８０９の温度が異常に高くなると、温度サイクルによる熱疲労により、はんだ層８０８，８１０に亀裂Ｃや剥離等が発生する。すると、はんだ層８０８，８１０における熱抵抗が高くなり、亀裂Ｃや剥離等が成長することにより、蓄積劣化が生じる。この結果、最終的には電力用半導体素子８０９のチャネル抵抗が焼損し、電力用半導体素子１０４または１０６が故障する。

従って、電力用半導体素子１０４，１０６の温度を監視することにより、異常を故障前に検出することが望ましい。そして、温度検出を高精度化するには、半導体素子部８０９の表面温度を計測することが望ましい。仮に、電力用半導体素子８０９の裏面やベース板８０３の温度を計測したとしても、それぞれの熱時定数が加わるため、正確な温度変化を計測することは困難である。

図１に戻り、インバータ１０１は、ハーフブリッジ型のものであり、電力用半導体素子１０４，１０６は直列に接続され、これらの直列回路の両端には直流電源１５０から直流電圧が印加される。また、電力用半導体素子１０４，１０６は、配線１０５を介して接続され、配線１０５は、負荷装置１２０に接続されている。

電力用半導体素子１０４，１０６によるスイッチング電流は配線１０５を介して負荷装置１２０に供給される。ここで、配線１０５には寄生インダクタンスが存在し、配線１０５と接地点Ｅとの間には寄生容量１０３が存在するため、配線１０５に流れる電流には、スイッチングノイズ（ノイズ成分）が重畳する。このスイッチングノイズは電力用半導体素子１０４，１０６のターンオフ、ターンオンのタイミングで発生し、特にターンオフ時の発生タイミングは、温度依存性を有する。

電流センサ１１４は、インバータ１０１から直流電源１５０に流れる電流Ｉswから、該スイッチングノイズＩnを検出する。パルス変換部１１２は、スイッチングノイズＩnに基づいて、パルス信号Ｖp（矩形波パルス）を出力し、エッジ間隔検出部１１１は、パルス信号Ｖpに基づいてパルス信号Ｖqを出力する。なお、パルス信号Ｖp，Ｖqの詳細は、後述する。

制御部１３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラムや、各種データ等が格納されている。図１において、制御部１３０の内部は、制御プログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。

すなわち、制御部１３０は、モータ制御部１３５と、時間計測部１３６（偏差時間計測部）と、を有している。モータ制御部１３５は、電力用半導体素子１０４，１０６のスイッチングタイミングを制御することにより、負荷装置１２０に含まれるモータ（図示せず）を制御する。なお、図１において破線で示した関係記憶部１３２、温度推定部１３８、および残存寿命推定部１３９は、後述する他の実施形態に適用されるものである。

解析・表示部１４０は、例えばパーソナルコンピュータであり、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）等、のハードウエアを備えている。解析・表示部１４０は、時間計測部１３６等の出力結果を解析し、解析結果を表示する。

〈第１実施形態の動作〉
次に、図４（ａ）〜（ｆ）を参照し、本実施形態の動作を説明する。ここで、図４（ａ）〜（ｅ）は、各々制御信号Ｖa、電流Ｉsw、スイッチングノイズＩn、パルス信号Ｖpおよびパルス信号Ｖqの波形図であり、図４（ｆ）は、半導体素子部８０９（図２参照）の温度（以下、素子温度Ｔという）の特性図である。

制御信号Ｖaは、モータ制御部１３５から絶縁・駆動回路１０７，１０８に供給される信号である。制御信号Ｖaの波形は、図４（ａ）に示すような矩形波状であり、時刻ｔ10に立ち上がり、時刻ｔ11に立ち下がっている。この制御信号Ｖaによって絶縁・駆動回路１０７または１０８が電力用半導体素子１０４または１０６を駆動すると、電力用半導体素子１０４または１０６には、図４（ｂ）に示す電流Ｉswが流れる。電流Ｉswの波形は、図４（ａ）の制御信号Ｖaの波形に対して、立下りタイミングが遅れ、かつ、リンギングが生じたような波形になっている。

図４（ｂ）では、電流Ｉswとして、素子温度Ｔ1，Ｔ2（但しＴ1＜Ｔ2）における電流Ｉsw1，Ｉsw2の波形を、実線および破線によって示す。電流Ｉswの立下り時の遅れ時間を「偏差時間ｔn」と呼ぶ。また、電流Ｉsw1の偏差時間をｔn1と呼び、電流Ｉsw2の偏差時間をｔn2と呼ぶ。このように、偏差時間ｔnは、素子温度Ｔが高くなるほど長くなる。これは、電力用半導体素子１０４または１０６の接合部における電荷の放電時間は、素子温度Ｔが高くなるほど長くなることに起因する。

次に、図４（ｃ）に示すように、スイッチングノイズＩnは、電流Ｉswのリンギングの波形すなわち高周波成分に近似した波形になる。時刻ｔ11からリンギングが開始されるまでの時間は、上述した偏差時間ｔn1，ｔn2になる。
次に、図４（ｄ）におけるパルス信号Ｖp1，Ｖp2は、素子温度Ｔ1，Ｔ2におけるパルス信号Ｖpである。パルス信号Ｖpは、スイッチングノイズＩnのエンベロープレベルが所定値以上になると立ち上がり、該所定値未満になると立ち下がる波形を有している。

次に、図４（ｅ）におけるパルス信号Ｖq1，Ｖq2は、素子温度Ｔ1，Ｔ2におけるパルス信号Ｖqである。パルス信号Ｖqは、制御信号Ｖaが立ち下がったタイミングすなわち時刻ｔ11に零に立ち下がり、パルス信号Ｖpが立ち上がったタイミングに立ち上がる信号である。従って、図示のように、パルス信号Ｖqが零である期間の長さは、偏差時間ｔn（すなわちｔn1，ｔn2）に等しい。

制御部１３０内の時間計測部１３６（図１参照）は、このパルス信号Ｖqが零である時間を計測することにより、偏差時間ｔnを計測する。図１における解析・表示部１４０は、図４（ｆ）に示すような偏差時間ｔnと素子温度Ｔとの関係を、テーブルまたは関数の形式で記憶している。これにより、解析・表示部１４０は、時間計測部１３６から偏差時間ｔnが供給されると、素子温度Ｔの推定値を算出する。

ここで、モータ制御部１３５の環境温度は、電力用半導体素子１０４，１０６の環境温度の影響を受けないため、ほぼ一定である。そのため、スイッチングノイズＩnの発生タイミングを測定すると、制御信号Ｖaを基準としたターンオフに要する時間を上述した偏差時間ｔn1，ｔn2として計測することが可能になる。スイッチングノイズＩnは、電力用半導体素子１０４，１０６の何れに起因しても発生する。但し、電力用半導体素子１０４，１０６に供給される制御信号Ｖaは、立下りタイミング（図４における時刻ｔ11）が異なるため、制御部１３０は、発生したスイッチングノイズＩnが電力用半導体素子１０４，１０６の何れに起因するものであるかをこれらの制御信号Ｖaに基づいて判別する。

〈第１実施形態の効果〉
以上のように、本実施形態によれば、簡易な構成で、電力用半導体素子１０４，１０６の素子温度Ｔを計測できる。さらに、電流センサ１１４、パルス変換部１１２、エッジ間隔検出部１１１等の回路は、電力用半導体素子１０４，１０６の双方に対して共用することができ、一層小規模な回路で、電力用半導体素子１０４，１０６の素子温度Ｔを計測できる。

［第２実施形態］
次に、再び図１を参照し、本発明の第２実施形態による電力変換システムの構成を説明する。
本実施形態において、制御部１３０は、図１において破線で示した関係記憶部１３２と、温度推定部１３８とを有している。関係記憶部１３２は、図４（ｆ）に示した偏差時間ｔnと素子温度Ｔとの関係を、テーブルまたは関数の形式で記憶している。

そして、温度推定部１３８は、関係記憶部１３２に記憶された内容と、時間計測部１３６から供給された偏差時間ｔnとに基づいて、素子温度Ｔの推定値を特定し、該推定値を解析・表示部１４０に供給する。
上述した以外の本実施形態の構成、動作は第１実施形態のものと同様である。これにより、本実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態によれば、制御部１３０は、リアルタイムに素子温度Ｔの推定値を求めることができる。

［第３実施形態］
次に、再び図１を参照し、本発明の第３実施形態による電力変換システムの構成を説明する。本実施形態において、制御部１３０は、図１において破線で示した関係記憶部１３２と、温度推定部１３８とに加えて、残存寿命推定部１３９を有している。残存寿命推定部１３９は、電力用半導体素子１０４，１０６の残存寿命を推定する機能を有している。上記以外の構成は、第２実施形態のものと同様である。

ここで、残存寿命推定部１３９が電力用半導体素子１０４，１０６の残存寿命を推定する原理を説明する。
図５は、パワーサイクル試験の試験結果を示す図である。
電力用半導体素子１０４または１０６に対して、「ある温度上昇ΔＴを与えて元の温度に戻す」という操作を「１サイクル」とし、これをＮ１サイクル実行したときに当該電力用半導体素子１０４または１０６が故障したとする。なお、温度上昇が起こる前の素子温度をＴ01とし、温度上昇が起こった後の素子温度をＴ02とすると、温度上昇ΔＴは、「Ｔ02−Ｔ01」に等しい。種々の温度上昇ΔＴに対して、サイクル数Ｎ１を実測することを「パワーサイクル試験」と呼び、図５はに示す特性Ｆはその結果である。なお、図５は、縦横軸ともにログスケールのグラフであり、縦軸はサイクル数Ｎ１、横軸は温度上昇ΔＴである。

ここで、ある温度上昇ΔＴが１回生じた場合における電力用半導体素子１０４または１０６のストレスＳを、「Ｓ＝１／Ｎ１」とする。素子温度Ｔ02を保持する時間をｔh秒とすると、電力用半導体素子１０４または１０６の寿命ＬＦは「ＬＦ＝ｔh／Ｓ」秒後であると予測できる。そして、電力用半導体素子１０４または１０６の新品時の予測残存寿命から、既に消費した寿命を減算すると、残存寿命を予測することができる。

図１における残存寿命推定部１３９は、図５に示した特性Ｆを記憶しており、特性Ｆに基づいて、ストレスＳと寿命ＬＦとを予測し、かかる予測結果に基づいて、電力用半導体素子１０４，１０６の残存寿命を予測する。本実施形態によれば、第１，第２実施形態と同様に、素子温度Ｔを高精度に求めることができるため、電力用半導体素子１０４，１０６の残存寿命も高精度に予測できる。

［第４実施形態］
次に、図６を参照し、本発明の第４実施形態による電力変換システムＳ４（電気機器）の構成を説明する。なお、図６において、図１〜図５の各部に対応する部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図６において電力変換システムＳ４は、電力変換装置５００と、診断回路５０１と、３相交流電源５０２と、３相モータ５０６とを有している。

電力変換装置５００の内部において、整流部５０３は、３相交流電源５０２の出力電圧を整流する。平滑コンデンサ５０４は整流された電圧を平滑化し、直流電圧を出力する。すなわち、３相交流電源５０２と、整流部５０３と、平滑コンデンサ５０４とは直流電圧電源を構成する。インバータ５０７は、６個のＩＧＢＴ５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄ，５０５ｅ，５０５ｆ（半導体素子）を有している。相電流センサ５０９は、３相モータ５０６に供給される相電流を検出し、その検出結果は制御部５０８に供給される。

制御部５０８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＲＯＭには、ＣＰＵによって実行される制御プログラムや、各種データ等が格納されている。制御部５０８は、相電流の検出結果に基づいて、各ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆのオン／オフタイミングを決定し、これらＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆのオン／オフを指令する制御信号を絶縁・駆動回路５１１（駆動回路）に供給する。これにより、絶縁・駆動回路５１１は、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆのスイッチング動作をオン／オフ制御する。

インバータ５０７と３相モータ５０６とを結ぶ線路には、配線インダクタンス５１０および寄生容量５１２等が存在する。平滑コンデンサ５０４とインバータ５０７との間の線路には電流センサ５１３（検出器）が装着されている。電流センサ５１３は、インバータ５０７から整流部５０３に流れる電流から、スイッチングノイズＩnを検出する。

診断回路５０１内のパルス変換部５１４は、電流センサ５１３が検出したスイッチングノイズＩnのノイズ幅に応じたパルス信号Ｖpを出力する。パルス変換部５１４が出力したパルス信号Ｖpと、制御部５０８が出力した制御信号Ｖaとは、エッジ検出部５１５（偏差時間計測部）に供給される。エッジ検出部５１５は、制御部５０８による制御信号Ｖaの出力タイミングと、パルス信号Ｖpの発生タイミングとに基づいて、該パルス信号Ｖpが何れのＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆにて発生したものであるかを判別する。

そして、エッジ検出部５１５は、制御信号Ｖaと、対応するパルス信号Ｖpとに基づいて、偏差時間に対応するパルス信号Ｖqを出力する。パルス信号Ｖqは、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの各々に対応して、６系統出力される。なお、上述した制御信号Ｖa、スイッチングノイズＩn、パルス信号Ｖp，Ｖqの波形は、第１実施形態のもの（図４（ａ），（ｃ）〜（ｅ））と同様である。

基準信号発生部５１７は、基準となるクロックパルスを出力する。時間計測部５１６（偏差時間計測部）は、６系統のパルス信号Ｖqの各々に対応して、パルス信号Ｖqが零である時間内に、クロックパルスを出力し続ける。制御部５０８は、該クロックパルスをカウントすることにより、偏差時間ｔnを計測する。これにより、各ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの６系統の偏差時間ｔnを取得することができる。また、取得した各偏差時間ｔnは、出力端子５１８を介して外部に出力される。

以上のように、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、簡易な構成で、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの素子温度Ｔを計測できる。さらに、電流センサ５１３、パルス変換部５１４等の回路は、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの全てに対して共用することができ、一層小規模な回路で、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの素子温度Ｔを計測できる。

［第５実施形態］
次に、本発明の第５実施形態による電力変換システムの構成を説明する。本実施形態のハードウエア構成および動作は、第４実施形態のものと同様である。但し、本実施形態において、制御部５０８は、偏差時間ｔnと素子温度Ｔとの関係を表す図４（ｆ）に示した偏差時間ｔnと素子温度Ｔとの関係を、テーブルまたは関数の形式で記憶している。これにより、制御部５０８（図６参照）は、電力変換装置５００の稼働時におけるＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの各素子温度Ｔを求めることができる。また、本実施形態の制御部５０８は、出力端子５１８を介して、求めた素子温度Ｔを外部に出力する。

以上のように、本実施形態によれば、第４実施形態と同様の効果を奏する。さらに、出力端子５１８を通信インターフェース（図示せず）と接続することにより、通信網を介して素子温度Ｔを出力することが可能になり、電力変換装置のモニタリング等のIoT（Internet Of Thing）化を実現することができる。

［第６実施形態］
次に、本発明の第６実施形態による電力変換システムの構成を説明する。
本実施形態のハードウエア構成および動作は、第５実施形態のものと同様である。但し、本実施形態において、制御部５０８は、第３実施形態における残存寿命推定部１３９（図１参照）と同様の機能を有している。これにより、制御部５０８は、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの各々について、残存寿命を予測し、出力端子５１８を介して、予測した残存寿命を出力する。以上のように、本実施形態によれば、第５実施形態と同様の効果を奏するとともに、第３実施形態と同様に、ＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆの各々の残存寿命も高精度に予測できる。

［第７実施形態］
次に、図７を参照し、本発明の第７実施形態による電力変換監視システムＳ７の構成を説明する。なお、図７において、図１〜図６の各部に対応する部分には、同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図７において、電力変換監視システムＳ７は、電力変換システム７１０ａ，７１０ｂ，７１０ｃ，７１０ｄと、サーバ機７２０（電気機器の診断装置）と、を有している。これらは通信ネットワーク網７００を介して相互に通信可能になっている。

サーバ機７２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＨＤＤには、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されている。ＯＳおよびアプリケーションプログラムは、ＲＡＭに展開され、ＣＰＵによって実行される。図７において、サーバ機７２０の内部は、制御プログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。

電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄ（電気機器）は、第４〜第６実施形態の電力変換システムのうち何れかである。上述したように、第４〜第６実施形態の電力変換システムは、出力端子５１８（図６参照）を有している。図７においては、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄの出力端子５１８を５１８ａ〜５１８ｄとして表記する。図示のように、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄは、出力端子５１８ａ〜５１８ｄを介して通信ネットワーク網７００に接続されている。

サーバ機７２０は、受信部７２２と、表示制御部７２４と、関係記憶部１３２と、温度推定部１３８と、残存寿命推定部１３９と、を有している。ここで、関係記憶部１３２、温度推定部１３８および残存寿命推定部１３９の内容は、第３実施形態（図１参照）のものと同様である。受信部７２２は、通信ネットワーク網７００を介して、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄから、偏差時間ｔn、素子温度Ｔ、および／または予測残存寿命を収集する。

電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄが第４実施形態の電力変換システムＳ４であった場合、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄから偏差時間ｔnは供給されるが、素子温度Ｔおよび予測残存寿命は供給されない。そこで、かかる場合、サーバ機７２０は、温度推定部１３８、関係記憶部１３２および残存寿命推定部１３９によって、素子温度Ｔおよび予測残存寿命を推定する。

また、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄが第５実施形態のものであった場合、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄから偏差時間ｔnおよび素子温度Ｔは供給されるが、予測残存寿命は供給されない。そこで、かかる場合、残存寿命推定部１３９は予測残存寿命を推定する。また、電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄが第６実施形態のものであった場合、素子温度Ｔおよび予測残存寿命の双方が電力変換システム７１０ａ〜７１０ｄから供給される。表示制御部７２４は、これら素子温度Ｔおよび予測残存寿命等をディスプレイ７３０に表示する。

図８は、表示制御部７２４がディスプレイ７３０に表示させる表示画面７４０の例を示す図である。
図８において、表示画面７４０は、システム欄７４２と、デバイス欄７４４（デバイス情報）と、温度欄７４６と、予測残存寿命欄７４８とを有している。システム欄７４２は、対象となる電力変換システム（７１０ａ〜７１０ｄ）のうち何れかを特定する情報を表示する。また、デバイス欄７４４は、対応する電力変換システムに含まれる何れかのデバイス（例えばＩＧＢＴ５０５ａ〜５０５ｆ）のうち何れかを特定する情報を表示する。

また、温度欄７４６は、当該デバイスの素子温度Ｔを表示する。また、予測残存寿命欄７４８は、当該デバイスの予測残存寿命を年単位で表示する。また、表示制御部７２４は、表示する素子温度Ｔが所定値以上（例えば１５０℃以上）である場合、該当する温度欄７４６の表示態様を所定の警告表示態様に設定する。図８においては、警告表示態様に設定された欄をハッチングによって表示する。実際には、例えば、通常の表示態様の場合は背景色を「白」にし、警告表示態様の場合は背景色を「赤」にするとよい。

また、表示制御部７２４は、予測残存寿命が所定値以下（例えば１年以下）である場合、該当する予測残存寿命欄７４８の表示態様を警告表示態様に設定する。さらに、表示制御部７２４は、あるデバイスに係る温度欄７４６または予測残存寿命欄７４８の少なくとも一方を警告表示態様に設定した場合は、当該デバイスのデバイス欄７４４の表示態様も、警告表示態様に設定する。

図示の例においては、電力変換システム７１０ａのＩＧＢＴ５０５ｄ，５０５ｅに係る温度欄７４６と、ＩＧＢＴ５０５ｄの予測残存寿命欄７４８とが警告表示態様に設定されており、これに伴って電力変換システム７１０ａのＩＧＢＴ５０５ｄ，５０５ｅのデバイス欄７４４が警告表示態様に設定されている。これにより、サーバ機７２０のユーザは、表示画面７４０を目視することにより、電力変換システム７１０ａのＩＧＢＴ５０５ｄ，５０５ｅを早期に交換すべきことを直ちに認識できる。

以上のように、本実施形態によれば、第４〜第６実施形態と同様の効果を奏するとともに、多くのデバイスのうち早期に交換すべきデバイスをユーザに対して解りやすく報知することができるという効果を奏する。

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、若しくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

（１）上記各実施形態においては、「電気機器」として電力変換システムを適用した例を説明したが、電気機器はこれに限定されるものでない。すなわち、各種電源装置、冷凍機、洗濯機、掃除機、工業機械、電気自動車、鉄道車両、船舶、エレベータ、エスカレータ等、半導体素子を含む機器は、全て「電気機器」の範疇に含まれる。

（２）上記各実施形態における制御部１３０、解析・表示部１４０、制御部５０８、サーバ機７２０のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、これらの処理を実行するプログラム等を記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。

（３）上記各実施形態における制御部１３０、解析・表示部１４０、制御部５０８、サーバ機７２０の処理は、上記各実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(field-programmable gate array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。

（４）上記各実施形態においては、偏差時間ｔnに基づいて素子温度Ｔを求める構成要素（例えば、図１における関係記憶部１３２、温度推定部１３８、解析・表示部１４０）が設けられていたが、かかる構成要素は必ずしも設けなくてもよい。すなわち、測定された偏差時間ｔnに基づいて、人間であるユーザが、素子温度Ｔを計算してもよい。かかる構成においても、ユーザは、簡素な構成で半導体の素子温度を推定できる。

１０４，１０６電力用半導体素子（半導体素子）
１０７，１０８絶縁・駆動回路（駆動回路）
１１１エッジ間隔検出部（偏差時間計測部）
１１２パルス変換部
１１４電流センサ（検出器）
１３２関係記憶部
１３６時間計測部（偏差時間計測部）
１３８温度推定部
１３９残存寿命推定部
１５０直流電源（直流電圧電源）
５０２３相交流電源（直流電圧電源）
５０３整流部（直流電圧電源）
５０４平滑コンデンサ（直流電圧電源）
５０５ａ〜５０５ｆＩＧＢＴ（半導体素子）
５１１絶縁・駆動回路（駆動回路）
５１３電流センサ（検出器）
５１５エッジ検出部（偏差時間計測部）
５１６時間計測部（偏差時間計測部）
７００通信ネットワーク網
７１０ａ〜７１０ｄ電力変換システム（電気機器）
７２０サーバ機（電気機器の診断装置）
７２２受信部
７２４表示制御部
７３０ディスプレイ
７４４デバイス欄（デバイス情報）
Ｓ１，Ｓ４電力変換システム（電気機器）
Ｓ７電力変換監視システム（電気機器）
Ｔ素子温度
Ｉn スイッチングノイズ（ノイズ成分）
Ｖa 制御信号
Ｖp1，Ｖp2，Ｖp パルス信号（矩形波パルス）
ｔn1，ｔn2 偏差時間

Claims

一または複数の半導体素子と、
前記半導体素子のオン状態またはオフ状態を指令する制御信号を受信して、前記制御信号に基づいて前記半導体素子を駆動する駆動回路と、
前記半導体素子に出力電力を与える直流電圧電源と、
前記直流電圧電源の出力に重畳された、前記半導体素子で発生したノイズ成分を検出する検出器と、
前記制御信号が前記オフ状態を指令したタイミングと、前記ノイズ成分の発生タイミングとの差である偏差時間を計測する偏差時間計測部と、
を有することを特徴とする電気機器。
前記偏差時間と、前記半導体素子の温度である素子温度との関係を記憶する関係記憶部と、
前記偏差時間と、前記関係記憶部の記憶内容とに基づいて前記素子温度を推定する温度推定部と、
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
前記素子温度に基づいて、前記半導体素子の予測残存寿命を推定する残存寿命推定部
をさらに有することを特徴とする請求項２に記載の電気機器。
前記ノイズ成分を矩形波パルスに変換するパルス変換部
をさらに有し、
前記偏差時間計測部は、前記制御信号の変化タイミングと、前記矩形波パルスの変化タイミングとに基づいて、前記偏差時間を計測するものである
ことを特徴とする請求項３に記載の電気機器。
前記半導体素子は複数設けられ、
複数の前記半導体素子を識別する情報であるデバイス情報と、各々の前記半導体素子に係る前記素子温度と、各々の前記半導体素子に係る前記予測残存寿命と、をディスプレイに表示させる表示制御部
をさらに有し、
前記表示制御部は、前記素子温度が所定温度以上である前記半導体素子の前記デバイス情報を、他の前記半導体素子の前記デバイス情報とは異なる表示態様で表示する
ことを特徴とする請求項３に記載の電気機器。
一または複数の半導体素子と、前記半導体素子のオン状態またはオフ状態を指令する制御信号を受信して、前記制御信号に基づいて前記半導体素子を駆動する駆動回路と、前記半導体素子に出力電力を与える直流電圧電源と、前記直流電圧電源の出力に重畳された、前記半導体素子で発生したノイズ成分を検出する検出器と、前記制御信号が前記オフ状態を指令したタイミングと、前記ノイズ成分の発生タイミングとの差である偏差時間を計測する偏差時間計測部と、を各々が有する複数の電気機器から、通信ネットワーク網を介して前記偏差時間を受信する受信部と、
前記偏差時間と、前記半導体素子の温度である素子温度との関係を記憶する関係記憶部と、
前記偏差時間と、前記関係記憶部の記憶内容とに基づいて前記素子温度を推定する温度推定部と、
前記素子温度に基づいて、前記半導体素子の予測残存寿命を推定する残存寿命推定部と、
を有することを特徴とする電気機器の診断装置。