KR100986928B1

KR100986928B1 - 파워 모듈을 테스트하기 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100986928B1
Application number: KR1020020044745A
Authority: KR
Inventors: 엠마뉴엘 뒤따르드; 파브리스 브레; 죠세 세르; 쏘린느 댕뀌르쉬; 띠에리 르베이
Original assignee: 알스톰
Priority date: 2001-08-02
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2010-10-08
Also published as: JP2003130909A; AU2002300263B2; HK1052746A1; CN1405571A; US20030025522A1; DE60231940D1; EP1281978B1; EP1281978A1; CA2396190C; FR2828288A1; HK1052746B; FR2828288B1; ATE428935T1; KR20030011668A; ES2329661T3; CN1272636C; RU2298201C2; TWI221205B; CA2396190A1; JP4249956B2

Abstract

제어 게이트(12)와, 에미터(11)와, 컬렉터(10)와, 유전체 기판(5) 상의 적어도 하나의 파워 컴포넌트(3)와, 상기 파워 컴포넌트(3)와 역병렬(antiparallel)로 접속된 다이오드(4)를 포함하는 파워 모듈(1)을 테스트하는 방법으로서, 직류 전압원에 중첩된 교류 전압원이 상기 파워 모듈의 컬렉터(10)와 에미터(11) 사이에 접속되고, 상기 다이오드(4)가 도통되지 않도록 상기 컬렉터(10)와 에미터(11) 사이에서 파워 모듈(1)에 의해 수신되는 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하고, 상기 제어 게이트(12)와 에미터(11) 사이에 접속된 직류 전압원에 의해 상기 파워 컴포넌트(3)가 테스트 중에 턴오프 상태로 유지될 때, 상기 에미터(11)와 컬렉터(10) 사이에 발생하는 부분 방전을 측정하는 것을 특징으로 하는 파워 모듈 테스트 방법이 개시된다.

파워 모듈, 파워 컴포넌트, IGBT, 부분 방전, 유전체 기판

Description

파워 모듈을 테스트하기 위한 방법 및 장치{A METHOD AND A DEVICE FOR TESTING A POWER MODULE}

도 1은 IEC 표준 1287-1에 따른 테스트 방법에 의해 테스트되는 파워 모듈을 도시하는 개략도.

도 2는 IGBT 형식으로 도 1에 도시된 파워 모듈의 파워 컴포넌트를 개략적으로 분리하여 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 테스트 장치의 제1 실시예에 의해 테스트되는, 도 1에 도시된 파워 모듈의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 테스트 장치의 제2 실시예에 의해 테스트되는, 도 1에 도시된 파워 모듈의 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 파워 모듈

2: 파워 엘리먼트

3: IGBT

4: 다이오드

5: 유전체 기판

6: 제1 회로 (종래 기술)

7: 제2 회로 (종래 기술)

8: 금속 기저판

10: 컬렉터

11: 에미터

12: 제어 게이트

13: 제1 회로 (제1 실시예)

14: 제2 회로 (제1 실시예)

15: 발생기

20, 30: 테스트 장치

21: 측정 기기

31: 제1 단자

32: 제2 단자

33: 교류 전압 발생기

34: 직류 전압 발생기

본 발명은 파워 모듈을 테스트하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 파워 모듈의 정확한 절연 상태를 확인하기 위한 테스트 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 철도 차량 상의 내장형 파워 컨버터(on-board power converter)를 위한 파워 모듈을 테스트하는 데 적용된다. 또한 본 발명은 본 발명에 따른 테스트 방법을 구현하기 위한 장치와도 관련이 있다.

IEC(International Electrotechnical Commission) 표준 1287-1은, 철도 차량 상의 내장형 파워 컨버터를 테스트하는 한 방법을 개시하고 있는 데, 그 목적은 완전하게 조립된 컨버터의 정확한 절연 상태를 확인하는 것이다. 이 방법에서는, 컨버터의 주 단자들과, 모든 반도체 컴포넌트를 제어하는 컬렉터, 에미터 및 게이트들이 함께 접속된다. 파워 모듈의 컴포넌트들을 지지하는 유전체 기판을 지지하는 금속 기저판과 배선 단자들 간에 교류 전압 또는 직류 전압이 인가되면 부분 방전의 레벨이 측정된다.

이러한 테스트 방법은, 파워 모듈에 사용되는 유전체 스택의 일부만을 나타내는 기판에 연관된 절연만을 테스트할 뿐이고, 가령 컴포넌트의 밀봉과 연관된 절연은 테스트되지 못한다고 하는 결점을 갖는다.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 파워 단자들 사이에서, 또는 다양한 유전체 재료들 사이의 계면에서 파워 컴포넌트들을 둘러싸는 유전체 겔(gel) 내의 부분 방전 문제를 검출할 수 있는, 간단하고 경제적인 파워 모듈 테스트 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 제어 게이트와, 에미터와, 컬렉터와, 유전체 기판 상의 적어도 하나의 파워 컴포넌트와, 상기 파워 컴포넌트와 역병렬(antiparallel)로 접속된 다이오드를 포함하는 파워 모듈을 테스트하는 방법으로서, 직류 전압원에 중첩된 교류 전압원이 상기 파워 모듈의 컬렉터와 에미터 사이에 접속되고, 상기 다이오드가 도통되지 않도록 상기 컬렉터와 에미터 사이에서 파워 모듈에 의해 수신되는 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하고, 상기 제어 게이트와 에미터 사이에 접속된 직류 전압원에 의해 파워 컴포넌트가 테스트 중에 턴오프 상태로 유지될 때, 상기 에미터와 컬렉터 사이에 발생하는 부분 방전을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 파워 모듈은 복수의 에미터와, 복수의 컬렉터와, 공통 제어 게이트와, 병렬 접속된 복수의 파워 컴포넌트와, 각 파워 컴포넌트와 역병렬로 접속된 다이오드를 포함하며, 이 파워 모듈의 테스트 방법은 직류 전압원에 중첩된 교류 전압원이 상기 파워 모듈의 컬렉터들과 에미터들 사이에 접속되고, 상기 다이오드들이 도통되지 않도록 상기 컬렉터들와 에미터들 사이에서 파워 모듈에 의해 수신되는 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하고, 상기 공통 제어 게이트와 상기 에미터들 사이에 접속된 직류 전압원에 의해 파워 모듈들이 테스트 중에 턴오프 상태로 유지될 때, 서로 전기적으로 접속된 에미터들과 서로 전기적으로 접속된 컬렉터들 사이에 발생하는 부분 방전을 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면 파워 컴포넌트는 IGBT이다.

또한, 본 발명은 상기 방법을 구현하기 위한 파워 모듈 테스트용 장치를 제공하며, 이 장치는 직류 전압원에 중첩된 교류 전압원에 접속되는 2개의 단자들과, 상기 2개의 단자들 사이의 부분 방전을 측정하기 위한 수단을 포함하며, 상기 단자들 간의 전압(V_test)가 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 2개의 단자들은 교류 전압 발생기와 직렬로 연결된 직류 전압 발생기에 접속된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 상기 2개의 단자들은 교류 전압 발생기와 병렬로 연결된 직류 전압 발생기에 접속된다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 전력 공급 단자들은 파워 모듈의 다양한 컬렉터들과 함께 접속하기 위한 제1 회로와, 파워 모듈의 다양한 에미터들과 함께 접속하기 위한 제2 회로에 각각 접속된다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점들은 본 발명의 특정 실시예에 대한 다음의 설명으로부터 명확하게 될 것이며, 첨부 도면을 참조하여 비 한정적인 예를 통해 설명된다.

도면 판독을 용이하게 하기 위해 본 발명을 이해하는 데 필수적인 구성 요소만을 도시하였다. 동일한 구성 요소들은 여러 도면에서 동일한 도면 부호로 나타낸다.

도 1은 IEC 표준 1287-1에 의한 종래 방법에 따라 테스트되는 철도 차량 상의 내장형 파워 컨버터를 위한 파워 모듈(1)을 도시한다.

테스트되는 파워 모듈(1)은 전기적으로 병렬 접속되며 금속 기저판(8) 상에 지지되는 3개의 파워 엘리먼트(2)를 포함한다. 개별적으로, 도 2에 보다 상세히 도시된 각 파워 엘리먼트(2)는, IGBT(3)와 역병렬로 접속된 연관 다이오드(4)를 지지하는 유전체 기판(5)을 포함하며, 다이오드(4)는 모듈(1) 내의 전류를 역류시킨다. IGBT(3)와 다이오드(4)는 대개 유전체 겔(gel)로 덮혀 있다.

각 IGBT(3)는 컬렉터(10), 에미터(11) 및 턴온/오프하기 위한 통상의 제어 게이트(12)를 구비한다. 3개의 IGBT(3)의 제어 게이트(12)들이 함께 접속되며 도 1에 도시된 파워 모듈(1) 상의 측부에 공통의 단자로서 배치되어, 3개의 IGBT(3)의 상태(온 또는 오프)를 제어한다.

IEC 표준 1287-1에 따른 테스트 방법에서, 파워 모듈의 모든 접속부, 즉 컬렉터(10), 에미터(11) 및 제어 게이트 단자(12)는 제1 회로(6)와 함께 접속된다. 다음에, 테스트 장치(20)에 의해 금속 기저판(8)과 접촉하는 제2 회로(7)와 제1 회로(6) 사이에 전압이 인가된다. 도시된 예에서, 이 테스트 장치(20)는 교류 전압을 인가한다. 측정 수단(21)을 통해 제1 회로(6)와 제2 회로(7) 사이에서 방전의 레벨이 동시에 측정된다. 이러한 유형의 테스트 방법은 테스트 장치가 유전체 기판(5)과 연관된 절연만을 측정하게 된다는 결점이 있다.

도 3은 본 발명에 따른 테스트 방법의 한 특정 실시예에 의해 테스트되는, 도 1에 도시된 파워 모듈(1)을 도시한다. 이 도면에서, 파워 모듈의 컬렉터들(10)은, 테스트 장치(30)의 제1 단자(31)에 접속된 제1 회로(13)를 통해 함께 접속되어 있다. 파워 모듈(1)의 에미터들(11)은, 테스트 장치(30)의 제2 단자(32)에 접속된 제2 회로(14)를 통해 함께 접속되어 있으며, 후자의 경우 2개의 단자(31, 32) 사이에 직류 전압 발생기(34)와 직렬로 접속된 교류 전압 발생기(33)를 포함한다. 교류 전압 발생기(33)과 직류 전압 발생기(34)의 전압값들은, 단자들(31, 32) 간의 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0 을 충족하여 결코 음이 되지 않는 가변 전압에서 파워 모듈이 테스트되도록 하는 값이며; 이는 다이오드들(4)이 도통되어 부분 방전이 불가능하게 되는 것을 방지하기 위함이다. 제2 회로(14)에 의해 함께 접속되는 에미터들(11)과 제어 게이트 단자(12) 사이에는 발생기(15)에 의해 직류 전압이 인가되어, 모듈(1)의 3개의 파워 엘리먼트(2)의 IGBT(3)를 턴오프한다. 이들 전력 공급 조건들 모두가 검증될 때, 통상의 측정 기기(21)에 의해 제1 회로(13)와 제2 회로(14) 간의 부분 방전이 측정된다.

도 4는, 단자들(31 및 32) 사이에 직류 전압 발생기(34)가 교류 전압 발생기(33)와 병렬로 접속되어 있으며, 발생기(33 및 34)가 단자들(31 및 32) 간의 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하도록 하는 비율로 되어 있다는 점에서 도 3의 장치와 구별되는 테스트 장치(30)에 의한 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서는, 부분 방전을 측정하기 위한 기기(21)가 파워 모듈의 에미터들(11)에 접속되어 있는 제어 회로(14)와 테스트 장치(30)의 단자(32) 사이에 있다. 또한 단자(31)는 제1 회로(13)에 직접 접속되어 있으며, 테스트 방법은 도 3을 참조하여 설명된 방법 그대로이다.

이러한 유형의 테스트 방법은, 파워 컴포넌트들의 밀봉에 따른 부분 방전의 검출을 가능하게 하는 장점이 있다. 따라서, 본 발명에 따른 테스트 방법에서는, 에미터 리드 배선들 사이의 유전체 겔 내와, 파워 단자들 사이의 컬렉터 금속부 내에서, 또는 다양한 유전체 재료들 간의 계면, 가령 겔과 에폭시 수지 사이의 접합에서의 부분 방전을 검출한다.

또한, 이러한 테스트 방법은 파워 모듈의 실제 사용 시 접하는 조건과 밀접한 조건 하에서 부분 방전을 측정한다는 장점을 갖는다.

이러한 유형의 테스트 방법은 구현하기가 매우 간단하며, 향후 유지의 목적에서, 파워 모듈의 특성 파라미터의 시간에 따른 변화를 감시하는데 매우 유용하게 사용될 수 있다.

물론, 이상의 실시예들은 단지 예로써 제공된 것이며 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이는, 특히 다양한 구성 요소들의 특성의 관점에서, 또는 본 발명에 허여된 보호 범위를 벗어나지 않고서 기술적인 균등물을 치환함으로써 변형될 수 있다.

Claims

제어 게이트(12)와, 에미터(11)와, 컬렉터(10)와, 유전체 기판(5) 상의 적어도 하나의 파워 컴포넌트(3)와, 상기 파워 컴포넌트(3)와 역병렬(antiparallel)로 접속된 다이오드(4)를 포함하는 파워 모듈(1)을 테스트하는 방법으로서,

직류 전압원에 중첩된 교류 전압원이 상기 파워 모듈의 컬렉터(10)와 에미터(11) 사이에 접속되고, 상기 다이오드(4)가 도통되지 않도록 상기 컬렉터(10)와 상기 에미터(11) 사이에서 상기 파워 모듈(1)에 의해 수신되는 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하고, 상기 제어 게이트(12)와 상기 에미터(11) 사이에 접속된 직류 전압원에 의해 상기 파워 컴포넌트(3)가 테스트 중에 턴오프 상태로 유지될 때, 상기 에미터(11)와 상기 컬렉터(10) 사이에 발생하는 부분 방전을 측정하는 파워 모듈 테스트 방법.
제1항에 있어서,

상기 파워 모듈(1)은 복수의 에미터(11)와, 복수의 컬렉터(10)와, 공통 제어 게이트(12)와, 병렬 접속된 복수의 파워 컴포넌트(3)와, 각 파워 컴포넌트(3)와 역병렬로 접속된 다이오드(4)를 포함하며,

직류 전압원에 중첩된 교류 전압원이 상기 파워 모듈의 컬렉터들(10)과 에미터들(11) 사이에 접속되고, 상기 다이오드들(4)이 도통되지 않도록 상기 컬렉터들(10)와 상기 에미터들(11) 사이에서 상기 파워 모듈(1)에 의해 수신되는 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하고, 상기 공통 제어 게이트(12)와 상기 에미터들(11) 사이에 접속된 직류 전압원에 의해 파워 컴포넌트들(3)이 테스트 중에 턴오프 상태로 유지될 때, 서로 전기적으로 접속된 에미터들(11)과 서로 전기적으로 접속된 컬렉터들(10) 사이에 발생하는 부분 방전을 측정하는 파워 모듈 테스트 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 파워 컴포넌트(3)는 IGBT인 파워 모듈 테스트 방법.
제1항 또는 제2항에 따른 파워 모듈 테스트 방법을 구현하기 위한 파워 모듈(1) 테스트 장치로서,

직류 전압원에 중첩된 교류 전압원에 접속되는 2개의 단자들(31, 32)과, 상기 2개의 단자들(31, 32) 사이의 부분 방전을 측정하기 위한 수단(21)을 포함하며, 상기 단자들(31 및 32) 간의 전압(V_test)이 항상 조건 V_test > 0인지를 검증하는 파워 모듈 테스트 장치.
제4항에 있어서,

상기 2개의 단자들(31, 32)은 교류 전압 발생기(33)와 직렬로 연결된 직류 전압 발생기(34)에 접속되는 파워 모듈 테스트 장치.
제4항에 있어서,

상기 2개의 단자들(31, 32)은 교류 전압 발생기(33)와 병렬로 연결된 직류 전압 발생기(34)에 접속되는 파워 모듈 테스트 장치.
제4항에 있어서,

상기 전력 공급 단자들(31, 32)은 상기 파워 모듈(1)의 다양한 컬렉터들(10)을 함께 접속하기 위한 제1 회로(13)와, 상기 파워 모듈(1)의 다양한 에미터들(11)을 함께 접속하기 위한 제2 회로(14)에 제각기 접속되는 파워 모듈 테스트 장치.