WO2022264270A1 - 寿命診断装置および電力変換装置 - Google Patents

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WO2022264270A1
WO2022264270A1 PCT/JP2021/022706 JP2021022706W WO2022264270A1 WO 2022264270 A1 WO2022264270 A1 WO 2022264270A1 JP 2021022706 W JP2021022706 W JP 2021022706W WO 2022264270 A1 WO2022264270 A1 WO 2022264270A1
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幸彦 和田
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三菱電機株式会社
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    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G01R31/42—AC power supplies

Definitions

  • the present disclosure relates to a life diagnosis device and a power conversion device for semiconductor devices.
  • Patent Document 1 discloses a technique for diagnosing deterioration of joints between electrodes of a semiconductor element in a semiconductor module used in a semiconductor device and terminals of the semiconductor module. . This technology measures the voltage between multiple terminals of a semiconductor module, estimates the degree of deterioration of the junction from the results of comparison between the measured voltage change over time and a predetermined diagnostic criterion, and determines the residual of the semiconductor device. Predict lifespan.
  • Patent Document 1 In general, even if the specifications of a plurality of semiconductor modules are the same, individual differences exist in the characteristics of the plurality of semiconductor modules. Therefore, in the technology disclosed in Patent Document 1, if the change in voltage over time according to the characteristics of a certain semiconductor module is used as a diagnostic criterion, there is a possibility of erroneously diagnosing the remaining life of a semiconductor device using another semiconductor module. There is That is, the technique disclosed in Patent Document 1 does not eliminate individual differences in the characteristics of semiconductor modules, so the accuracy of diagnosing the remaining life is low.
  • the present disclosure has been made to solve the above problems, and the purpose thereof is to provide a life diagnosis device and a power conversion device capable of accurately diagnosing the remaining life of a semiconductor device.
  • a lifespan diagnosis device diagnoses the lifespan of a semiconductor device.
  • the lifespan diagnostic device includes a first voltage meter, a second voltage meter, and a diagnosis section.
  • a first voltage measuring instrument measures voltage between a first terminal connected to a first electrode of a semiconductor element mounted on a semiconductor device and a second terminal connected to a second electrode of the semiconductor element.
  • a first voltage is measured.
  • a second voltage meter measures a second voltage between the second terminal and a third terminal connected to the second electrode.
  • the diagnosis unit diagnoses the life of the semiconductor device using a correlation value between the change over time of the first voltage and the change over time of the second voltage.
  • the correlation value between the change over time of the first voltage and the change over time of the second voltage is used for life diagnosis.
  • the change over time of the first voltage and the change over time of the second voltage vary for each individual semiconductor module including the semiconductor element, the first terminal, the second terminal and the third terminal.
  • the variation of the correlation value over time for each individual semiconductor module is small. Therefore, it is possible to diagnose the lifespan of a semiconductor module with high precision, eliminating the influence of individual differences in semiconductor modules.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a lifespan diagnosis device according to Embodiment 1 of the present disclosure
  • FIG. It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the internal structure of a semiconductor module.
  • 4 is a diagram showing the relationship between the degree of progress of deterioration (life consumption rate) of the semiconductor module 30A and changes over time in voltages Vce and Vee
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the degree of progress of deterioration (life consumption rate) of the semiconductor module 30B and changes over time in voltages Vce and Vee
  • FIG. 4 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A
  • FIG. 3 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B;
  • FIG. 4 is a diagram showing the effect of slight fluctuations in the values of voltages Vce and Vee;
  • FIG. 10 is a diagram showing temporal changes in the correlation value “Vee magnification/Vce magnification” calculated in the second example of life diagnosis.
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the time when the life consumption rate is 30% is used as the reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the point of time when the life consumption rate is 30% is used as the reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the point of life consumption rate of 40% is used as a reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 40% is used as the reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 40% is used as the reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the point of time when the life consumption rate is 50% is used as a reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the point of time when the life consumption rate is 50% is used as a reference value;
  • FIG. 7 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the point of time when the life consumption rate is 60% is used as a reference value;
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 60% is used as the reference value;
  • FIG. 11 is a block diagram showing an example of a configuration of a lifespan diagnosis device according to Embodiment 3 of the present disclosure;
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which a power conversion device according to a fourth embodiment of the present disclosure is applied;
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a configuration of a lifespan diagnosis device according to Embodiment 1 of the present disclosure.
  • the life diagnosis device 1 is connected to the semiconductor device 2 and diagnoses the life of the semiconductor device 2 .
  • the lifespan diagnosis apparatus 1 diagnoses the lifespan of the semiconductor device 2 by diagnosing the state of deterioration of the electrical joints in the semiconductor module 30 inside the semiconductor device 2 .
  • the semiconductor module 30 includes a semiconductor element 5.
  • the semiconductor element 5 is, for example, an IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), or another semiconductor element.
  • the semiconductor element 5, which is an IGBT will be described below.
  • the semiconductor element 5 has a collector electrode, an emitter electrode and a gate electrode.
  • the semiconductor module 30 has a collector main terminal 6 , a gate terminal 7 , an emitter main terminal 8 and an emitter reference terminal 9 as terminals connected to electrodes of the semiconductor element 5 .
  • the collector main terminal 6 is connected to the collector electrode of the semiconductor element 5 via a collector-side main circuit connection portion 10 such as a metal wire, metal ribbon, or metal plate.
  • the emitter main terminal 8 is connected to the emitter electrode of the semiconductor element 5 via an emitter-side main circuit connection portion 11 such as a metal wire, metal ribbon, or metal plate.
  • Gate terminal 7 is connected to the gate terminal of semiconductor element 5 .
  • Emitter reference terminal 9 is connected to the emitter electrode of semiconductor element 5 .
  • the semiconductor element 5 is driven so as to be either an ON state in which a large current flows from the collector main terminal 6 to the emitter main terminal 8 or an OFF state in which no current flows from the collector main terminal 6 to the emitter main terminal 8 .
  • the ON state and OFF state are switched depending on whether or not a positive or negative voltage is applied between the gate terminal 7 and the emitter reference terminal 9 .
  • a large current does not flow between the gate terminal 7 and the emitter reference terminal 9 .
  • a large current is intermittently applied from the collector main terminal 6 to the emitter main terminal 8 in the semiconductor element 5 . Therefore, the collector-side main circuit connection portion 10 and the emitter-side main circuit connection portion 11 are likely to deteriorate. On the other hand, since a large current does not flow through the gate terminal 7 and the emitter reference terminal 9, deterioration is less likely to occur at these connections. Therefore, the lifetimes of the collector-side main circuit connection portion 10 and the emitter-side main circuit connection portion 11 are selected as objects to be diagnosed.
  • the lifespan diagnostic device 1 includes a diagnostic processing unit 3 and a display unit 4.
  • the diagnostic processing unit 3 diagnoses the life of the semiconductor device 2 by diagnosing the state of deterioration of the collector-side main circuit connecting portion 10 and the emitter-side main circuit connecting portion 11 .
  • the diagnostic processing unit 3 displays the diagnostic result on the display unit 4 .
  • the display unit 4 is, for example, a liquid crystal display. Note that the display unit 4 may exist outside the lifespan diagnosis device 1 .
  • the diagnostic processing unit 3 is composed of software executed on an arithmetic unit such as a microcomputer or CPU (Central Processing Unit), and hardware such as circuit devices that implement various functions.
  • an arithmetic unit such as a microcomputer or CPU (Central Processing Unit)
  • hardware such as circuit devices that implement various functions.
  • the diagnostic processing unit 3 includes a Vce amplifier 12, a Vee amplifier 13, reference value storage units 14 and 15, temporal change extracting units 16 and 17, a correlation value calculating unit 18, a storage unit 19, and a temporal change calculating unit. 20 and a lifespan diagnosis unit 21 .
  • the Vce amplifier 12 measures the voltage between the collector main terminal 6 and the emitter main terminal 8 and amplifies the measurement result to a voltage Vce suitable for post-processing.
  • the Vce amplifier 12 outputs the voltage Vce to the secular change extractor 16 .
  • the Vee amplifier 13 measures the voltage between the emitter reference terminal 9 and the emitter main terminal 8 and amplifies the measurement result to a voltage Vee suitable for post-processing.
  • the Vee amplifier 13 outputs the voltage Vee to the temporal change extractor 17 .
  • the reference value storage unit 14 stores a first reference value that is the value of the voltage Vce measured before the semiconductor device 2 is started to be used (that is, in an unused state). A first reference value is measured when the semiconductor module 30 is in the ON state.
  • the reference value storage unit 15 stores a second reference value that is the value of the voltage Vee measured before the semiconductor device 2 is started to be used (that is, in an unused state). A second reference value is measured when the semiconductor module 30 is in the ON state.
  • the first reference value and the second reference value are preferably representative values of values repeatedly measured under an environment suitable for measuring the voltages Vce and Vee.
  • the secular change extracting unit 16 compares the voltage Vce output from the Vce amplifier 12 with the first reference value stored in the reference value storage unit 14 to determine the time from when the first reference value was measured. A change in the voltage Vce over time is extracted. Specifically, the time-dependent change extraction unit 16 calculates a value indicating the time-dependent change of the voltage Vce (hereinafter referred to as "time-dependent change amount ⁇ Vce").
  • the amount of change over time ⁇ Vce is, for example, the difference between the value of the voltage Vce output from the Vce amplifier 12 and the first reference value, the magnification of the value of the voltage Vce output from the Vce amplifier 12 with respect to the first reference value, For example, it is a value obtained by subtracting the first constant from the magnification.
  • the first constant is 1, for example.
  • the secular change extracting unit 17 compares the voltage Vee output from the Vee amplifier 13 with the second reference value stored in the reference value storage unit 15 to determine the time from when the second reference value was measured. A change in voltage Vee over time is extracted. Specifically, the time-dependent change extraction unit 17 calculates a value indicating the time-dependent change of the voltage Vee (hereinafter referred to as "time-dependent change amount ⁇ Vee").
  • the amount of change over time ⁇ Vee is, for example, the difference between the value of the voltage Vee output from the Vee amplifier 13 and the second reference value, the magnification of the value of the voltage Vee output from the Vee amplifier 13 with respect to the second reference value, For example, it is a value obtained by subtracting a second constant from the magnification.
  • the second constant is 1, for example.
  • the correlation value calculation unit 18 calculates a correlation value between changes in the voltage Vce over time and changes in the voltage Vee over time. Specifically, the correlation value calculator 18 calculates a correlation value between the amount of change over time ⁇ Vce calculated by the change over time extractor 16 and the amount of change over time ⁇ Vee calculated by the change over time extractor 17 .
  • the correlation value is, for example, the difference between the amount of change over time ⁇ Vce and the amount of change over time ⁇ Vee, or the ratio obtained by dividing the amount of change over time ⁇ Vee by the amount of change over time ⁇ Vce.
  • the correlation value calculator 18 stores the calculated correlation value in the storage unit 19 .
  • the storage unit 19 stores the correlation value calculated by the correlation value calculation unit 18 in association with the time information.
  • the temporal change calculation unit 20 uses the correlation value calculated by the correlation value calculation unit 18 and the past correlation value stored in the storage unit 19 to calculate a temporal change amount ⁇ Cor that indicates the temporal change of the correlation value.
  • the amount of change over time ⁇ Cor is, for example, the absolute value of the correlation value calculated by the correlation value calculation unit 18, or the difference between the correlation value calculated by the correlation value calculation unit 18 and the past correlation value stored in the storage unit 19.
  • the past correlation value is, for example, the most recent correlation value among the correlation values stored in the storage unit 19, or the correlation value at the time that preceded a predetermined period from the present time among the correlation values stored in the storage unit 19. .
  • the amount of change over time ⁇ Cor is a value obtained by dividing the difference between the correlation value calculated by the correlation value calculation unit 18 and the past correlation value stored in the storage unit 19 by the elapsed time (that is, the first order differential coefficient with respect to time).
  • the elapsed time is the time from the time indicated by the time information corresponding to the past correlation value to the present time.
  • the amount of change over time ⁇ Cor is a value obtained by dividing the difference between the correlation value calculated by the correlation value calculation unit 18 and the past correlation value stored in the storage unit 19 by the elapsed time (that is, second derivative).
  • the lifespan diagnosis unit 21 diagnoses the lifespan of the semiconductor device 2 based on the amount of change over time ⁇ Cor calculated by the change over time calculation unit 20 . Specifically, the life diagnosis section 21 diagnoses the lives of the collector side main circuit connection section 10 and the emitter side main circuit connection section 11 based on the amount of change ⁇ Cor over time.
  • the lifespan diagnosis unit 21 displays information indicating the diagnosis result (hereinafter referred to as “lifespan information”) on the display unit 4 . As a result, the user of the semiconductor device 2 can perform maintenance of the semiconductor device 2 at appropriate timing by checking the life information.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the internal structure of a semiconductor module.
  • semiconductor module 30 includes semiconductor element 5 .
  • the semiconductor element 5 is generally obtained by subjecting a planar semiconductor to electrode processing.
  • the semiconductor element 5 has a collector electrode 5a formed on the bottom surface of the semiconductor and an emitter electrode 5b formed on the top surface of the semiconductor.
  • the collector electrode 5 a is connected to the metal plate 22 .
  • the metal plate 22 is connected to the collector main terminal 6 via the collector side main circuit connection portion 10 .
  • a bonding wire is used as the collector side main circuit connecting portion 10 . Bonding wires are made of aluminum, copper, or other alloys. A bonding wire is joined to a terminal or an electrode by crushing it with ultrasonic waves.
  • the emitter electrode 5b is connected to the emitter main terminal 8 via the emitter-side main circuit connection portion 11.
  • a bonding wire is used as the emitter-side main circuit connection portion 11 .
  • the emitter electrode 5b is connected to the emitter reference terminal 9 via the connection portion 23. As shown in FIG. A bonding wire is used as the connecting portion 23 .
  • a large current flows through a current path 24 that flows from the collector main terminal 6 to the emitter main terminal 8 .
  • no large current flows through the connection portion 23 connecting the emitter reference terminal 9 and the emitter electrode 5b.
  • the collector electrode 5a is connected to the collector side main circuit connecting portion 10 via the metal plate 22.
  • the contact area between the collector electrode 5a and the metal plate 22 is much larger than the contact area between the emitter electrode 5b and the emitter-side main circuit connecting portion 11. FIG. Therefore, the joint between the semiconductor element 5 and the metal plate 22 is less susceptible to distortion due to heat.
  • Both the collector-side main circuit connection portion 10 and the metal plate 22 are made of metal. Therefore, although the contact area between the collector side main circuit connection portion 10 and the metal plate 22 is small, the joint portion between the collector side main circuit connection portion 10 and the metal plate 22 is less susceptible to distortion due to heat.
  • the emitter-side main circuit connection portion 11 is directly connected to the emitter electrode 5b, and the contact area between the emitter-side main circuit connection portion 11 and the emitter electrode 5b is small. Therefore, the junction between the semiconductor element 5 and the emitter-side main circuit connecting portion 11 is susceptible to distortion due to heat.
  • the connection portion 23 is directly connected to the emitter electrode 5b, and the contact area between the connection portion 23 and the emitter electrode 5b is small. Therefore, the joints between the semiconductor element 5 and the connection parts 23 are also susceptible to distortion due to heat.
  • the current flowing through the emitter-side main circuit connection portion 11 is larger than the current flowing through the connection portion 23. Therefore, the junction between the semiconductor element 5 and the emitter-side main circuit connection portion 11 is the source of the semiconductor element 5. Because it is directly exposed to heat, it deteriorates the fastest.
  • Voltage Vce is the voltage between collector main terminal 6 and emitter main terminal 8 on path 24 shown in FIG.
  • Voltage Vee is the voltage between emitter reference terminal 9 and emitter main terminal 8 .
  • Emitter reference terminal 9 is not present on path 24 .
  • the voltages Vce and Vee are voltages on different paths. Therefore, temporal changes in the voltages Vce and Vee due to deterioration of the junction may differ from each other.
  • FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the degree of progress of deterioration (lifetime consumption rate) of the semiconductor module 30A and changes over time in the voltages Vce and Vee.
  • FIG. 3 shows the "magnification with respect to the reference value" as the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee. That is, the magnification of the value of the voltage Vce output from the Vce amplifier 12 with respect to the first reference value (hereinafter referred to as "Vce magnification”), and the voltage output from the Vee amplifier 13 with respect to the second reference value Vee value magnification (hereinafter referred to as "Vee magnification”) is graphed.
  • Vce magnification the magnification of the value of the voltage Vce output from the Vce amplifier 12 with respect to the first reference value
  • Vee value magnification the voltage output from the Vee amplifier 13 with respect to the second reference value Vee value magnification
  • the vertical axis indicates the magnification (Vce magnification, Vee magnification) with respect to the reference value.
  • the horizontal axis indicates the ratio of the elapsed time from the start of use divided by the total life span during which the semiconductor module becomes unusable (hereinafter referred to as "life consumption rate").
  • the Vce and Vee magnifications increase with the passage of time (that is, the life consumption rate increases).
  • the semiconductor module 30A starts to be used (that is, when the life consumption rate is 0%)
  • the voltages Vce and Vee are the same as the first and second reference values, respectively. Therefore, both the Vce scale factor and the Vee scale factor are one.
  • the Vee magnification is always larger than the Vce magnification.
  • the life consumption rate is 80% (that is, when 80% of the entire life span has elapsed)
  • the Vee magnification is 1.5
  • the Vce magnification is 1.015. That is, the value of voltage Vee increases by 50% from the second reference value, while the value of voltage Vce increases by only 1.5% from the first reference value.
  • the Vee magnification is 4, while the Vce magnification is 1.5.
  • the life of a semiconductor module it is important to accurately predict how much longer the semiconductor module can be used, that is, the remaining life. For example, when the life of a semiconductor module reaches 20%, if it is possible to notify the user of the semiconductor module that the remaining life is 20% as the life diagnosis information, the user of the semiconductor module can arrange replacement of the semiconductor module in advance. It is possible to perform planned maintenance such as If the accuracy of this prediction is low, the semiconductor module may reach the end of its service life before the user performs the replacement work, and the semiconductor device may become unusable.
  • remaining life information is notified based on changes in the Vce and Vee magnifications as shown in FIG. For example, when the Vee magnification reaches 1.5, remaining life information indicating that the remaining life is 20% is notified.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the degree of progress of deterioration (life consumption rate) of the semiconductor module 30B and the change over time of the voltages Vce and Vee.
  • the semiconductor module 30B is a separate module having the same specifications as the semiconductor module 30A. Similar to FIG. 3, FIG. 4 shows a graph in which the vertical axis is the magnification (Vce magnification, Vee magnification) with respect to the reference value, and the horizontal axis is the life consumption rate.
  • the Vce magnification and the Vee magnification increase with the passage of time (that is, an increase in the life consumption rate).
  • the changes in the Vce and Vee magnifications in the semiconductor module 30B are different from the changes in the Vce and Vee magnifications in the semiconductor module 30A.
  • the semiconductor module 30A has a life consumption rate of 80%
  • the semiconductor module 30B has a life consumption rate of 90%.
  • the Vee magnification is 1.3.
  • a life diagnosis method is adopted that notifies remaining life information indicating that the remaining life is 20% at the timing when the Vee magnification reaches 1.5. If so, the following problems will arise: That is, when the life diagnosis method is applied to the semiconductor module 30B, remaining life information indicating that the remaining life is 20% is notified when the life consumption rate is 90%. In this way, the remaining life information indicating the remaining life that is different from the actual remaining life is notified, and the accuracy of the life diagnosis is low.
  • the lifespan diagnosis apparatus 1 uses the correlation value between the voltage Vce and the voltage Vee with time to perform more accurate lifespan diagnosis. The reason why the accuracy of life diagnosis is improved by using the correlation value will be described below.
  • Parameters indicating the characteristics of the semiconductor module 30 include various parameters in addition to the voltages Vce and Vee. In general, the values of these parameters vary among individual semiconductor modules 30 even if they have the same specifications. Possible causes include variations in the quality of members and variations in processing conditions during the manufacturing process. In this way, although the values of the parameters indicating the characteristics vary from individual to individual, the correlation of the values of these parameters is maintained in the same individual. This is because the factors that determine the values of these parameters depend on product specifications, that is, design. For example, if the amount of change ⁇ Vce with time increases under certain manufacturing conditions, the amount of change ⁇ Vee with time also increases.
  • the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee is the same for products with the same specifications even if the individual products are different.
  • the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in a plurality of semiconductor modules 30 with the same specification is constant.
  • the amount of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee increases early, and the rate of increase gradually increases toward the end of the life. go.
  • the amount of change over time .DELTA.Vce does not increase easily from the early stage to the middle period, and maintains a value considerably lower than the amount of change over time .DELTA.Vee.
  • the amount of change over time ⁇ Vce increases rapidly at the end of the period. Such a relationship can also be seen in the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B shown in FIG.
  • the values of the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in semiconductor module 30B are smaller than the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in semiconductor module 30A. Therefore, the values of the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B cannot simply be compared with the values of the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A.
  • the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B is the same as the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A. That is, the shape of the graph shown in FIG. 4 has the shape of the graph shown in FIG. 3 reduced along the vertical axis.
  • the present disclosure diagnoses the life of the semiconductor module 30 by utilizing the fact that the correlation between the characteristics of the plurality of semiconductor modules 30 having the same specifications is constant. Specifically, in Embodiment 1, the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee is used. This enables a highly accurate lifespan diagnosis that eliminates individual variation.
  • FIG. 5 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A.
  • FIG. 6 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B. 5 and 6, a value obtained by subtracting the first constant "1" from the magnification of the voltage Vce with respect to the first reference value (hereinafter referred to as "Vce increase rate”) is extracted as the amount of change ⁇ Vce with time. An example is shown. Similarly, FIGS.
  • 5 and 6 show a value obtained by subtracting the second constant "1" from the magnification of the voltage Vee with respect to the second reference value (hereinafter referred to as "Vee increase rate") as the amount of change over time ⁇ Vee. is extracted.
  • Vee increase rate the second constant (hereinafter referred to as "Vee increase rate") as the amount of change over time ⁇ Vee. is extracted.
  • 5 and 6 show graphs in which the horizontal axis is the life consumption rate, the left vertical axis is the Vce increase rate and the Vee increase rate, and the right vertical axis is the correlation value.
  • the correlation value is the ratio of the Vee rise rate divided by the Vce rise rate.
  • the correlation value that indicates the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee does not monotonically increase, but becomes a curve with a mountain-like peak that rises once and then turns to fall. .
  • the voltage Vee increases early and continues to rise relatively monotonously, whereas the voltage Vce does not increase easily in the early stage and rises sharply at the end.
  • the correlation value shows an increase in the early stage, strongly reflecting the increase in the voltage Vee. becomes maximum. After that, at the end of the period, the rate of increase of the voltage Vce sharply increases, so the correlation value begins to decrease. Therefore, the correlation value becomes a mountain-shaped curve with a peak.
  • the shape of the graph showing the change over time of the correlation value in the semiconductor module 30A matches the shape of the graph showing the change over time of the correlation value in the semiconductor module 30B.
  • the time when the correlation value reaches its maximum that is, the time when the first order differential coefficient of the correlation value becomes 0 is the time when the life consumption rate is 80%.
  • the point in time when the correlation value reaches its maximum that is, the point in time when the first order differential coefficient of the correlation value becomes 0, is when the life consumption rate is 80%.
  • the point in time when the correlation value becomes maximum is the point in time when the life consumption rate is 80% for both of the semiconductor modules 30A and 30B.
  • the temporal change calculation unit 20 calculates the first order differential coefficient of the correlation value as the temporal change amount ⁇ Cor that indicates the temporal change of the correlation value.
  • the life diagnosis unit 21 can determine that the remaining life is 20% when the first order differential coefficient of the correlation value becomes 0. As a result, individual variation can be eliminated, and highly accurate lifespan diagnosis is possible.
  • the temporal change calculation unit 20 may further calculate the second order differential coefficient of the correlation value as the temporal change amount ⁇ Cor that indicates the temporal change of the correlation value.
  • the lifespan diagnosis unit 21 may perform lifespan diagnosis using not only the first-order differential coefficient of the correlation value but also the second-order differential coefficient. For example, the time when the second order differential coefficient of the correlation value becomes 0 corresponds to the inflection point of the curve of the correlation value, and is the time when the rate of increase of the correlation value turns from increasing to decreasing. As shown in FIGS. 5 and 6, in both semiconductor modules 30A and 30B, the point in time when the second order differential coefficient of the correlation value becomes 0 is the point in time when the life consumption rate reaches 70%. Therefore, the life diagnosis unit 21 can determine that the remaining life is 30% when the second order differential coefficient of the correlation value becomes 0. This enables a highly accurate lifespan diagnosis that eliminates individual variation.
  • the change-over-time calculation unit 20 calculates the ratio of the peak value, which is the correlation value when the first-order differential coefficient becomes 0, to the correlation value after that as the amount of change over time ⁇ Cor that indicates the change over time of the correlation value. may By confirming the ratio, the life diagnosing unit 21 may diagnose that the life consumption rate is 96% and the remaining life is 4% when the correlation value has decreased to half of the peak value. Thereby, the lifespan diagnosis unit 21 can display an end-of-life warning on the display unit 4 .
  • the correlation value may fluctuate greatly. This is because the correlation value is calculated by dividing a small value close to zero by a small value close to zero. As a result, small fluctuations in the measured values of the voltages Vce and Vee can cause large fluctuations in the correlation values. Therefore, the correlation value tends to be inaccurate at the beginning.
  • FIG. 7 is a diagram showing the effect of slight fluctuations in the values of the voltages Vce and Vee.
  • the correlation value which is the ratio divided by ) fluctuates greatly. Large variations in such correlation values may affect lifespan diagnosis.
  • the temporal change extracting unit 16 extracts a value obtained by subtracting the first constant "0" from the Vce magnification (that is, the Vce magnification itself) as the temporal variation ⁇ Vce.
  • the temporal change extracting unit 17 extracts a value obtained by subtracting the second constant "0" from the Vee magnification (that is, the Vee magnification itself) as the temporal variation ⁇ Vee.
  • the correlation value calculating unit 18 calculates a ratio obtained by dividing the Vee scale by the Vce scale (Vee scale/Vce scale) as a correlation value indicating the correlation between the voltage Vce change over time and the voltage Vee change over time. good.
  • FIG. 8 is a diagram showing temporal changes in the correlation value "Vee magnification/Vce magnification" calculated in the second example of life diagnosis.
  • the correlation value "Vee magnification/Vce magnification” gradually increases with the increase in the life consumption rate in the initial stage. This allows monitoring of minor deterioration of the joint at an early stage.
  • the correlation value "Vee magnification/Vce magnification” is not suitable for detecting a sudden rise in the voltage Vce near the end of the period. Therefore, the temporal change extraction units 16 and 17 set the Vce magnification and Vee Extract the magnification, respectively. After the switching timing, the secular change extraction units 16 and 17 extract the Vce increase rate and the Vee increase rate as the secular change amounts ⁇ Vce and ⁇ Vee, respectively.
  • the correlation value calculator 18 calculates the correlation value "Vee scale factor/Vce scale factor” as a correlation value indicating the correlation between the change in voltage Vce over time and the change in voltage Vee over time until the switching timing, and after the switching timing, the correlation value "Vee increase rate/Vce increase rate" is calculated.
  • the life diagnosis unit 21 diagnoses the life using the temporal change of the correlation value "Vee magnification/Vce magnification” at the early stage, and uses the temporal change of the correlation value "Vee increase rate/Vce increase rate” at the end. Life expectancy can be diagnosed. As a result, both initial deterioration and final deterioration can be monitored with high accuracy.
  • the constant subtracted from the magnification is not limited to 0 or 1, and may change from a value close to 0 to a value close to 1 from the beginning to the end. As a result, it is possible to calculate a more appropriate correlation value for predicting the life according to the use of the semiconductor module 30 .
  • the lifespan diagnosis device 1 includes the Vce amplifier 12 , the Vee amplifier 13 , and the lifespan diagnosis unit 21 .
  • the Vce amplifier 12 measures the voltage Vce between the collector main terminal 6 connected to the collector electrode of the semiconductor element 5 mounted on the semiconductor device 2 and the emitter main terminal 8 connected to the emitter electrode of the semiconductor element 5. It works as a voltage measuring instrument.
  • the Vee amplifier 13 operates as a voltage meter that measures the voltage Vee between the emitter main terminal 8 and the emitter reference terminal 9 connected to the emitter electrode.
  • the lifespan diagnosis unit 21 diagnoses the lifespan of the semiconductor device 2 using a correlation value between changes in the voltage Vce with time and changes in the voltage Vee with time.
  • the correlation value of the changes over time of the voltages Vce and Vee is used for life diagnosis.
  • the voltages Vce and Vee vary with time depending on the individual semiconductor modules 30, variations in the variation with time of the correlation value with respect to each individual semiconductor module 30 are small. Therefore, it is possible to diagnose the lifespan of the semiconductor module 30 with high accuracy, eliminating the influence of individual differences of the semiconductor modules 30 .
  • the amount of change ⁇ Vce in the voltage Vce over time is indicated, for example, by a value obtained by subtracting the first constant from the multiplier of the value of the voltage Vce with respect to the first reference value (Vce multiplier or Vce increase rate).
  • the amount of change ⁇ Vee in the voltage Vee over time is indicated by a value (Vee multiplier or Vee increase rate) obtained by subtracting the second constant from the multiplier of the value of the voltage Vee with respect to the second reference value.
  • the correlation value is, for example, the ratio of the amount of change over time ⁇ Vce to the amount of change over time ⁇ Vee (Vee magnification/Vce magnification or Vee increase rate/Vce increase rate).
  • the life diagnosis unit 21 can detect that a specific life consumption rate has been reached and output life information indicating the remaining life according to the maximal correlation value.
  • a user of the semiconductor device 2 can perform maintenance at an appropriate time by checking the life information.
  • the first constant and the second constant are 1, for example.
  • the first constant and the second constant are 0, for example. Therefore, in the initial stage of use of the semiconductor device 2, the correlation value becomes a stable value and gradually increases as the life consumption rate increases. This makes it possible to monitor minute deterioration of the junctions in the semiconductor device 2 at an early stage.
  • the first reference value is the value of the voltage Vce measured before the semiconductor device 2 is started to be used.
  • the second reference value is the voltage Vee measured before the semiconductor device 2 is put into use.
  • the semiconductor device 2 Before the semiconductor device 2 is used, it is possible to repeatedly measure the voltages Vce and Vee in an environment suitable for measuring the voltages Vce and Vee, and the voltages Vce and Vee can be measured with high accuracy. As a result, the reliability of the correlation value calculated for the subsequent lifespan diagnosis is increased, and the accuracy of the lifespan diagnosis is improved.
  • Embodiment 2 values of voltages Vce and Vee measured before the start of use of semiconductor device 2 (that is, in an unused state) are used as the first and second reference values, respectively. However, in this case, it is not possible to diagnose the life of semiconductor device 2 whose voltages Vce and Vee have not been measured before use.
  • reference value storage units 14 and 15 provide The values of the measured voltages Vce and Vee are stored as first and second reference values, respectively.
  • FIG. 9 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the point of time when the life consumption rate is 30% is used as the reference value.
  • FIG. 10 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 30% is used as the reference value.
  • 9 and 10 as in FIGS. 5 and 6, the horizontal axis represents the life consumption rate, the left vertical axis represents the amount of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee (Vce increase rate, Vee increase rate), and the right vertical axis represents the correlation value.
  • a graph labeled "Vee magnification/Vce magnification" is shown.
  • the values of the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee at the same life consumption rate differ between the semiconductor module 30A and the semiconductor module 30B. That is, the life consumption rate cannot be estimated and the remaining life cannot be predicted only from the values of the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee.
  • the curve of the correlation value "Vee increase rate/Vce increase rate” shows the same shape for the semiconductor module 30A and the semiconductor module 30B. Specifically, the curve of the correlation value “Vee increase rate/Vce increase rate” is mountain-shaped with a peak near the life consumption rate of 76%. Therefore, the lifespan diagnosis unit 21 can more accurately diagnose the lifespan of the semiconductor module 30 based on the curve of the correlation value, regardless of individual differences in the semiconductor module 30 .
  • the curve showing the temporal change of the correlation value has a different shape from the curves shown in FIGS.
  • the curve showing the temporal change of the correlation value shows the same shape regardless of the individual difference of the semiconductor modules 30 .
  • FIG. 11 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage when the life consumption rate is 40% is used as the reference value.
  • FIG. 12 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 40% is used as the reference value.
  • FIG. 13 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the time when the life consumption rate is 50% is used as the reference value.
  • FIG. 12 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 40% is used as the reference value.
  • FIG. 13 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at
  • FIG. 14 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 50% is used as the reference value.
  • FIG. 15 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30A when the voltage at the time when the life consumption rate is 60% is used as the reference value.
  • FIG. 16 is a diagram showing the correlation between the amounts of change over time ⁇ Vce and ⁇ Vee in the semiconductor module 30B when the voltage at the time when the life consumption rate is 60% is used as the reference value.
  • FIGS. 11 to 16 as in FIGS.
  • the horizontal axis is the life consumption rate
  • the left vertical axis is the amount of change over time ⁇ Vce
  • ⁇ Vee Vce increase rate, Vee increase rate
  • the right vertical axis is the correlation.
  • a graph is shown with the values "Vee scale/Vce scale”.
  • the curve showing the change over time of the correlation value "Vee rise rate/Vce rise rate” is the same if the consumption life rate at the time of measurement of the voltage set as the reference value is the same. They show the same shape. That is, the correlation value curve shown in FIG. 11 has the same shape as the correlation value curve shown in FIG. The correlation value curve shown in FIG. 13 has the same shape as the correlation value curve shown in FIG. The correlation value curve shown in FIG. 15 has the same shape as the correlation value curve shown in FIG.
  • the life consumption rate at the time of measurement is usually unknown.
  • the shape of the correlation value curve depends on the life consumption rate when measuring the voltages Vce and Vee used as the first and second reference values. Therefore, the life diagnosis unit 21 stores in advance a plurality of correlation value curves having different life consumption rates when measuring the voltages Vce and Vee used as the first and second reference values.
  • the lifespan diagnosis unit 21 compares the curve indicating the temporal change of the correlation value output from the temporal change calculation unit 20 with a plurality of curves stored in advance.
  • the lifespan diagnosis unit 21 selects, from among a plurality of curves stored in advance, the curve that has the highest degree of agreement with the curve indicating the temporal change of the correlation value output from the temporal change calculation unit 20, and the selected curve Based on this, the life of the semiconductor module 30 can be diagnosed. For example, as shown in FIGS. 15 and 16, when the correlation value consistently decreases from the start of measurement, the life diagnosis unit 21 estimates that the life consumption rate at the start of measurement exceeds 60%. can. 11 and 12, the life diagnosis unit 21 estimates that the life consumption rate is approximately 73% in response to the change in correlation value from increase to decrease. can.
  • the lifetime diagnosis of the semiconductor device 2 is possible.
  • FIG. 17 is a block diagram showing an example of a configuration of a lifespan diagnosis device according to Embodiment 3 of the present disclosure.
  • a lifespan diagnosis device 1A according to Embodiment 3 differs from the lifespan diagnosis device 1 shown in FIG.
  • the diagnostic processing section 3A differs from the diagnostic processing section 3 in that it includes a Vce amplifier 12A instead of the Vce amplifier 12.
  • FIG. 12A is a Vce amplifier 12A instead of the Vce amplifier 12.
  • the Vce amplifier 12A measures the voltage between the collector main terminal 6 and the emitter reference terminal 9, and amplifies the measurement result to a voltage Vce suitable for post-processing.
  • the Vce amplifier 12 ⁇ /b>A outputs the voltage Vce to the secular change extractor 16 .
  • the lifetime of the semiconductor device 2 can be diagnosed based on the correlation value indicating the correlation between the voltage Vce and the voltage Vee over time.
  • the voltage Vce is less likely to be affected by the emitter-side main circuit connecting portion 11.
  • FIG. Therefore, the difference between the amount of change over time ⁇ Vce and the amount of change over time ⁇ Vee may increase as compared to the first embodiment. Therefore, depending on the configuration of the semiconductor module 30, the configuration of the first embodiment or the configuration of the third embodiment may be adopted. As a result, the life of the semiconductor device 2 can be diagnosed more appropriately according to the configuration of the semiconductor module 30 .
  • Embodiment 4 applies the semiconductor device to be diagnosed by the lifetime diagnosis apparatus according to Embodiments 1, 2, and 3 described above to a power conversion device.
  • the present disclosure is not limited to a specific power converter, a case where the present disclosure is applied to a three-phase inverter will be described below as a fourth embodiment.
  • FIG. 18 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which a power conversion device according to Embodiment 4 of the present disclosure is applied.
  • the power conversion system shown in FIG. 18 is composed of a power supply 100, a power converter 200, and a load 300.
  • the power supply 100 is a DC power supply and supplies DC power to the power converter 200 .
  • the power supply 100 can be composed of various things, for example, it can be composed of a DC system, a solar battery, a storage battery, or it can be composed of a rectifier circuit or an AC/DC converter connected to an AC system. good too.
  • the power supply 100 may be configured by a DC/DC converter that converts DC power output from the DC system into predetermined power.
  • the power conversion device 200 is a three-phase inverter connected between the power supply 100 and the load 300 , converts the DC power supplied from the power supply 100 into AC power, and supplies the AC power to the load 300 .
  • the power conversion device 200 includes a main conversion circuit 201 that converts DC power into AC power and outputs it, and a control circuit 203 that outputs a control signal for controlling the main conversion circuit 201 to the main conversion circuit 201. and Further, the power conversion device 200 includes the life diagnosis device 1 (or life diagnosis device 1A) described above.
  • the load 300 is a three-phase electric motor driven by AC power supplied from the power converter 200 .
  • the load 300 is not limited to a specific application, but is an electric motor mounted on various electrical equipment, such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, a railway vehicle, an elevator, or an electric motor for air conditioning equipment.
  • the main conversion circuit 201 includes a switching element and a freewheeling diode (not shown). By switching the switching element, the DC power supplied from the power supply 100 is converted into AC power and supplied to the load 300 .
  • the main conversion circuit 201 according to the present embodiment is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and It can consist of six freewheeling diodes in anti-parallel.
  • the semiconductor device 2 according to any one of the first to third embodiments described above is applied to at least one of each switching element and each freewheeling diode of the main conversion circuit 201 .
  • each upper and lower arm forms each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit.
  • Output terminals of the upper and lower arms, that is, three output terminals of the main conversion circuit 201 are connected to the load 300 .
  • the main conversion circuit 201 includes a drive circuit (not shown) for driving each switching element. It may be a configuration provided.
  • the drive circuit generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 201 and supplies it to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 201 .
  • a drive signal for turning on the switching element and a drive signal for turning off the switching element are output to the control electrode of each switching element.
  • the driving signal When maintaining the switching element in the ON state, the driving signal is a voltage signal (ON signal) equal to or higher than the threshold voltage of the switching element, and when maintaining the switching element in the OFF state, the driving signal is a voltage equal to or less than the threshold voltage of the switching element. signal (off signal).
  • the control circuit 203 controls the switching elements of the main conversion circuit 201 so that the desired power is supplied to the load 300 . Specifically, based on the power to be supplied to the load 300, the time (on time) during which each switching element of the main conversion circuit 201 should be in the ON state is calculated. For example, the main conversion circuit 201 can be controlled by PWM control that modulates the ON time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) to the drive circuit provided in the main conversion circuit 201 so that an ON signal is output to the switching element that should be in the ON state at each time point, and an OFF signal is output to the switching element that should be in the OFF state. to output The drive circuit outputs an ON signal or an OFF signal as a drive signal to the control electrode of each switching element according to this control signal.
  • the semiconductor device 2 according to any one of Embodiments 1 to 3 is applied as the switching element and the freewheel diode of the main converter circuit 201, and the life of the semiconductor device 2 is diagnosed.
  • a diagnostic device 1 is implemented. Therefore, it is possible to accurately diagnose the remaining life of the semiconductor device 2 .
  • Embodiment 4 an example in which the present disclosure is applied to a two-level three-phase inverter has been described, but the present disclosure is not limited to this, and can be applied to various power converters.
  • a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used. You can apply it.
  • the present invention can be applied to a DC/DC converter or an AC/DC converter.
  • the power conversion device to which the present disclosure is applied is not limited to the case where the above-described load is an electric motor. It can also be used as a device, and can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, an electric storage system, or the like.

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Abstract

寿命診断装置（１）は、Ｖｃｅ増幅器（１２）と、Ｖｅｅ増幅器（１３）と、寿命診断部（２１）と、を備える。Ｖｃｅ増幅器（１２）は、半導体装置（２）に搭載される半導体素子（５）のコレクタ電極に接続されたコレクタ主端子（６）と、半導体素子（５）のエミッタ電極に接続されたエミッタ主端子（８）との間の電圧（Ｖｃｅ）を計測する。Ｖｅｅ増幅器（１３）は、エミッタ主端子（８）とエミッタ電極に接続されたエミッタ参照端子（９）との間の電圧Ｖｅｅを計測する。寿命診断部（２１）は、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関値を用いて、半導体装置（２）の寿命を診断する。

Description

寿命診断装置および電力変換装置
　本開示は、半導体装置の寿命診断装置および電力変換装置に関する。
　特開２０１０－８１７９６号公報（特許文献１）は、半導体装置に使用される半導体モジュール内の半導体素子の電極と半導体モジュールの端子との間の接合部の劣化を診断する技術を開示している。当該技術は、半導体モジュールの複数の端子間の電圧を計測し、計測された電圧の経時変化と予め定められた診断基準との比較結果から接合部の劣化の度合いを推測し、半導体装置の残寿命を予測する。
特開２０１０－８１７９６号公報
　一般に、複数の半導体モジュールの仕様が同一であっても、当該複数の半導体モジュールの特性には個体差が存在する。そのため、特許文献１に開示の技術において、ある半導体モジュールの特性に応じた電圧の経時変化を診断基準として使用した場合、別の半導体モジュールを使用した半導体装置の残寿命を誤って診断する可能性がある。すなわち、特許文献１に開示の技術では、半導体モジュールの特性の個体差が排除されないため、残寿命の診断精度が低い。
　本開示は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、半導体装置の残寿命を精度良く診断可能な寿命診断装置および電力変換装置を提供することである。
　本開示のある局面の寿命診断装置は、半導体装置の寿命を診断する。寿命診断装置は、第１の電圧計測器と、第２の電圧計測器と、診断部と、を備える。第１の電圧計測器は、半導体装置に搭載される半導体素子の第１の電極に接続された第１の端子と、半導体素子の第２の電極に接続された第２の端子との間の第１の電圧を計測する。第２の電圧計測器は、第２の端子と第２の電極に接続された第３の端子との間の第２の電圧を計測する。診断部は、第１の電圧の経時変化と第２の電圧の経時変化との相関値を用いて、半導体装置の寿命を診断する。
　本開示によれば、寿命診断のために、第１の電圧の経時変化と第２の電圧の経時変化との相関値が利用される。第１の電圧の経時変化および第２の電圧の経時変化は、半導体素子、第１の端子、第２の端子および第３の端子を含む半導体モジュールの個体ごとにばらつく。しかしながら、半導体モジュールの個体ごとの、相関値の経時変化のばらつきは小さい。そのため、半導体モジュールの個体差の影響を排除した、高精度な寿命診断ができる。
本開示の実施の形態１に係る寿命診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 半導体モジュールの内部構造の一例を示す断面模式図である。 半導体モジュール３０Ａの劣化度の進行度合い（寿命消費率）と電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化との関係を示す図である。 半導体モジュール３０Ｂの劣化度の進行度合い（寿命消費率）と電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化との関係を示す図である。 半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値の少しの揺らぎの影響を示す図である。 第２の寿命診断例において算出される相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」の経時変化を示す図である。 寿命消費率３０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率３０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率４０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率４０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率５０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率５０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率６０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 寿命消費率６０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。 本開示の実施の形態３に係る寿命診断装置の構成の一例を示すブロック図である。 本開示の実施の形態４にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則として繰り返さない。以下の図は各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
　実施の形態１．
　（寿命診断装置の全体構成）
　図１は、本開示の実施の形態１に係る寿命診断装置の構成の一例を示すブロック図である。寿命診断装置１は、半導体装置２と接続され、半導体装置２の寿命を診断する。具体的には、寿命診断装置１は、半導体装置２の内部の半導体モジュール３０における電気的な接合部の劣化状態を診断することにより、半導体装置２の寿命を診断する。
　半導体モジュール３０は、半導体素子５を含む。半導体素子５は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated-Gate　Bipolar　Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor　Field-Effect　Transistor）、その他の半導体素子である。以下では、ＩＧＢＴである半導体素子５について説明する。半導体素子５は、コレクタ電極、エミッタ電極、ゲート電極を有する。半導体モジュール３０は、半導体素子５の電極に接続される端子として、コレクタ主端子６、ゲート端子７、エミッタ主端子８、およびエミッタ参照端子９を有する。コレクタ主端子６は、金属ワイヤ、金属リボン、金属板などのコレクタ側主回路接続部１０を介して、半導体素子５のコレクタ電極に接続される。エミッタ主端子８は、金属ワイヤ、金属リボン、金属板などのエミッタ側主回路接続部１１を介して、半導体素子５のエミッタ電極に接続される。ゲート端子７は、半導体素子５のゲート端子に接続される。エミッタ参照端子９は、半導体素子５のエミッタ電極に接続される。
　半導体素子５は、コレクタ主端子６からエミッタ主端子８へ大きな電流が流れるオン状態と、コレクタ主端子６からエミッタ主端子８へ電流が流れないオフ状態とのいずれかとなるように駆動される。オン状態およびオフ状態は、ゲート端子７とエミッタ参照端子９との間への正または負の電圧の印加の有無に応じて切り替えられる。なお、ゲート端子７とエミッタ参照端子９との間に大きな電流は流れない。
　半導体素子５において、コレクタ主端子６からエミッタ主端子８には大きな電流が断続的に通電される。そのため、コレクタ側主回路接続部１０およびエミッタ側主回路接続部１１において、劣化が生じやすい。一方、ゲート端子７やエミッタ参照端子９には大きな電流が流れないため、これらの接続部には劣化が生じにくい。そのため、コレクタ側主回路接続部１０およびエミッタ側主回路接続部１１の寿命が診断対象として選択される。
　図１に示されるように、寿命診断装置１は、診断処理部３と表示部４とを備える。診断処理部３は、コレクタ側主回路接続部１０およびエミッタ側主回路接続部１１の劣化状態を診断することにより、半導体装置２の寿命を診断する。診断処理部３は、診断結果を表示部４に表示する。表示部４は、例えば液晶ディスプレイである。なお、表示部４は、寿命診断装置１の外部に存在していてもよい。
　診断処理部３は、例えばマイクロコンピュータあるいはＣＰＵ（Central　Processing　Unit）などの演算装置上で実行されるソフトウェア、および各種機能を実現する回路デバイスなどのハードウェア等によって構成される。
　診断処理部３は、Ｖｃｅ増幅器１２と、Ｖｅｅ増幅器１３と、基準値記憶部１４，１５と、経時変化抽出部１６，１７と、相関値算出部１８と、記憶部１９と、経時変化算出部２０と、寿命診断部２１と、を含む。
　Ｖｃｅ増幅器１２は、コレクタ主端子６とエミッタ主端子８との間の電圧を計測し、計測結果を後処理に適した電圧Ｖｃｅに増幅する。Ｖｃｅ増幅器１２は、電圧Ｖｃｅを経時変化抽出部１６に出力する。
　Ｖｅｅ増幅器１３は、エミッタ参照端子９とエミッタ主端子８との間の電圧を計測し、計測結果を後処理に適した電圧Ｖｅｅに増幅する。Ｖｅｅ増幅器１３は、電圧Ｖｅｅを経時変化抽出部１７に出力する。
　基準値記憶部１４は、半導体装置２の使用の開始前（つまり、未使用状態）に計測された電圧Ｖｃｅの値である第１の基準値を記憶する。第１の基準値は、半導体モジュール３０がオン状態であるときに計測される。
　基準値記憶部１５は、半導体装置２の使用の開始前（つまり、未使用状態）に計測された電圧Ｖｅｅの値である第２の基準値を記憶する。第２の基準値は、半導体モジュール３０がオン状態であるときに計測される。
　第１の基準値および第２の基準値は、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの計測に適した環境下において繰り替えし計測された値の代表値であることが好ましい。
　経時変化抽出部１６は、Ｖｃｅ増幅器１２から出力される電圧Ｖｃｅと基準値記憶部１４に記憶される第１の基準値とを比較することにより、第１の基準値が計測された時点からの経過時間に従った電圧Ｖｃｅの経時変化を抽出する。具体的には、経時変化抽出部１６は、電圧Ｖｃｅの経時変化を示す値（以下、「経時変化量ΔＶｃｅ」と称する。）を算出する。経時変化量ΔＶｃｅは、例えば、Ｖｃｅ増幅器１２から出力される電圧Ｖｃｅの値と第１の基準値との差、Ｖｃｅ増幅器１２から出力される電圧Ｖｃｅの値の第１の基準値に対する倍率、当該倍率から第１の定数を引いた値などである。第１の定数は、例えば１である。
　経時変化抽出部１７は、Ｖｅｅ増幅器１３から出力される電圧Ｖｅｅと基準値記憶部１５に記憶される第２の基準値とを比較することにより、第２の基準値が計測された時点からの経過時間に従った電圧Ｖｅｅの経時変化を抽出する。具体的には、経時変化抽出部１７は、電圧Ｖｅｅの経時変化を示す値（以下、「経時変化量ΔＶｅｅ」と称する。）を算出する。経時変化量ΔＶｅｅは、例えば、Ｖｅｅ増幅器１３から出力される電圧Ｖｅｅの値と第２の基準値との差、Ｖｅｅ増幅器１３から出力される電圧Ｖｅｅの値の第２の基準値に対する倍率、当該倍率から第２の定数を引いた値などである。第２の定数は、例えば１である。
　相関値算出部１８は、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関値を算出する。具体的には、相関値算出部１８は、経時変化抽出部１６によって算出された経時変化量ΔＶｃｅと経時変化抽出部１７によって算出された経時変化量ΔＶｅｅとの相関値を算出する。相関値は、例えば、経時変化量ΔＶｃｅと経時変化量ΔＶｅｅとの差、経時変化量ΔＶｅｅを経時変化量ΔＶｃｅで除した比などである。相関値算出部１８は、算出した相関値を記憶部１９に格納する。
　記憶部１９は、相関値算出部１８によって算出された相関値を時刻情報と対応付けて記憶する。
　経時変化算出部２０は、相関値算出部１８によって算出された相関値と記憶部１９が記憶する過去の相関値とを用いて、相関値の経時変化を示す経時変化量ΔＣｏｒを算出する。経時変化量ΔＣｏｒは、例えば、相関値算出部１８によって算出された相関値の絶対値、相関値算出部１８によって算出された相関値と記憶部１９が記憶する過去の相関値との差である。過去の相関値は、例えば、記憶部１９が記憶する相関値のうち直近の相関値、記憶部１９が記憶する相関値のうち現時点から予め定められた期間だけ遡った時刻の相関値などである。あるいは、経時変化量ΔＣｏｒは、相関値算出部１８によって算出された相関値と記憶部１９が記憶する過去の相関値との差を経過時間で除した値（すなわち、時間による一階微分係数）であってもよい。当該経過時間は、過去の相関値に対応する時刻情報によって示される時刻から現時点までの時間である。経時変化量ΔＣｏｒは、相関値算出部１８によって算出された相関値と記憶部１９が記憶する過去の相関値との差を経過時間で除した値をさらに経過時間で除した値（すなわち時間による二階微分係数）であってもよい。
　寿命診断部２１は、経時変化算出部２０によって算出された経時変化量ΔＣｏｒに基づいて、半導体装置２の寿命を診断する。具体的には、寿命診断部２１は、経時変化量ΔＣｏｒに基づいて、コレクタ側主回路接続部１０およびエミッタ側主回路接続部１１の寿命を診断する。寿命診断部２１は、診断結果を示す情報（以下、「寿命情報」と称する。）を表示部４に表示する。これにより、半導体装置２の使用者は、寿命情報を確認することにより、適切なタイミングで半導体装置２の保守を実行できる。
　（半導体モジュールの内部構造）
　図２は、半導体モジュールの内部構造の一例を示す断面模式図である。図２に示されるように、半導体モジュール３０は、半導体素子５を含む。半導体素子５は、一般に平板状の半導体に電極加工を実施することにより得られる。図２に示す例では、半導体素子５は、半導体の下面に形成されたコレクタ電極５ａと、半導体の上面に形成されたエミッタ電極５ｂと、を有する。
　コレクタ電極５ａは、金属板２２に接続される。金属板２２は、コレクタ側主回路接続部１０を介して、コレクタ主端子６に接続される。図２の例では、コレクタ側主回路接続部１０として、ボンディングワイヤが使用されている。ボンディングワイヤの材質にはアルミ、銅、またはその他の合金が使用される。ボンディングワイヤは、超音波をかけて押しつぶすことで端子や電極に接合される。
　エミッタ電極５ｂは、エミッタ側主回路接続部１１を介して、エミッタ主端子８に接続される。図２の例では、エミッタ側主回路接続部１１として、ボンディングワイヤが使用されている。さらに、エミッタ電極５ｂは、接続部２３を介して、エミッタ参照端子９に接続される。接続部２３として、ボンディングワイヤが使用されている。
　図２において、コレクタ主端子６からエミッタ主端子８に流れる電流の経路２４には、大きな電流が流れる。一方、エミッタ参照端子９とエミッタ電極５ｂとを接続する接続部２３には大きな電流が流れない。
　半導体モジュール３０においてオン状態およびオフ状態が交互に切り替えられることにより、経路２４に大きな電流が流れる状態と、経路２４に電流が流れない状態とが繰り返される。その結果、半導体素子５の発熱量が大きく変動し、半導体素子５の温度は、上がったり下がったりする。これにより、半導体素子５に接続されている金属と半導体素子５との熱膨張率の差から、半導体素子５と金属との間に歪みが繰り返し印加され、半導体素子５と金属との接合部が劣化しやすくなる。
　図２に示す例では、コレクタ電極５ａは、金属板２２を介して、コレクタ側主回路接続部１０と接続される。コレクタ電極５ａと金属板２２との接触面積は、エミッタ電極５ｂとエミッタ側主回路接続部１１との接触面積と比較して、格段に大きい。そのため、半導体素子５と金属板２２との間の接合部は、熱による歪みの影響を受けにくい。なお、コレクタ側主回路接続部１０および金属板２２は、いずれも金属である。そのため、コレクタ側主回路接続部１０と金属板２２との接触面積が小さいものの、コレクタ側主回路接続部１０と金属板２２との間の接合部は、熱による歪みの影響を受けにくい。
　一方、エミッタ側主回路接続部１１は、エミッタ電極５ｂに直接に接続され、エミッタ側主回路接続部１１とエミッタ電極５ｂとの接触面積は小さい。そのため、半導体素子５とエミッタ側主回路接続部１１との間の接合部は、熱による歪の影響を受けやすい。同様に、接続部２３は、エミッタ電極５ｂに直接に接続され、接続部２３とエミッタ電極５ｂとの接触面積は小さい。そのため、半導体素子５と接続部２３との間の接合部も、熱による歪の影響を受けやすい。ただし、エミッタ側主回路接続部１１に流れる電流は、接続部２３に流れる電流よりも大きい、そのため、半導体素子５とエミッタ側主回路接続部１１との間の接合部は、半導体素子５の発生する熱を直接受けるため、最も早く劣化する。
　（電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化）
　次に、接合部の劣化による電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化の例について述べる。電圧Ｖｃｅは、図２に示す経路２４における、コレクタ主端子６とエミッタ主端子８との間の電圧である。電圧Ｖｅｅは、エミッタ参照端子９とエミッタ主端子８の間の電圧である。エミッタ参照端子９は、経路２４上に存在しない。このように、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅは、互いに異なる経路上の電圧である。そのため、接合部の劣化による電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化は、互いに異なり得る。
　図３は、半導体モジュール３０Ａの劣化度の進行度合い（寿命消費率）と電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化との関係を示す図である。図３には、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅとして「基準値に対する倍率」が示される。すなわち、第１の基準値に対する、Ｖｃｅ増幅器１２から出力された電圧Ｖｃｅの値の倍率（以下、「Ｖｃｅ倍率」と称する。）と、第２の基準値に対する、Ｖｅｅ増幅器１３から出力された電圧Ｖｅｅの値の倍率（以下、「Ｖｅｅ倍率」と称する。）と、がグラフ化されている。図３において、縦軸は、基準値に対する倍率（Ｖｃｅ倍率、Ｖｅｅ倍率）を示す。横軸は、使用開始からの経過時間を、半導体モジュールが使用不能となった全寿命期間で除した比（以下、「寿命消費率」を称する。）を示す。
　図３に示されるように、時間の経過（すなわち、寿命消費率の増大）とともに、Ｖｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率が増大する。半導体モジュール３０Ａの使用開始時（すなわち、寿命消費率０％の時点）では、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅは、第１，第２の基準値とそれぞれ同じである。そのため、Ｖｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率はともに１である。
　時間経過とともに接合部の劣化が進むと、接合部の電気抵抗が増大する。そのため、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅが増大し、Ｖｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率も増大する。しかしながら、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅが互いに異なる経路上の電圧であるため、接合部の劣化の進行に対するＶｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率の振る舞いは同一ではない。図３に示す例では、Ｖｅｅ倍率がＶｃｅ倍率よりも常に大きくなっている。例えば、寿命消費率が８０％の時点（すなわち全寿命期間の８０％の時間が経過した時点）では、Ｖｅｅ倍率が１．５であるのに対し、Ｖｃｅ倍率は１．０１５である。すなわち、電圧Ｖｅｅの値は第２の基準値に対して５０％増大しているのに対し、電圧Ｖｃｅの値は第１の基準値から１．５％しか増大していない。寿命消費率１００％の時点では、Ｖｅｅ倍率が４あるのに対し、Ｖｃｅ倍率は１．５である。
　半導体モジュールの寿命予測では、半導体モジュールを使用している途中であとどのくらい使用できるか、すなわち残寿命を正確に予測することが重要である。例えば半導体モジュールの寿命が残り２０％となったときに寿命診断情報として「残寿命２０％」ということを半導体モジュールの使用者に通知できれば、半導体モジュールの使用者は前もって半導体モジュールの交換手配をしておくといった、計画的な保守が可能になる。この予測の精度が低いと、使用者が交換作業を行う前に半導体モジュールが寿命となって使用不能になり、半導体装置が使用できなくなるといった不具合が生じうる。
　従来、図３に示すようなＶｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率の変化に基づいて、残寿命情報が通知される。例えば、Ｖｅｅ倍率が１．５に到達したタイミングで、残寿命が２０％であることを示す残寿命情報が通知される。
　しかしながら、このような従来技術の方法では寿命予測精度が低くなる。なぜなら、半導体モジュール３０の特性には個体差が存在し、同一仕様の半導体モジュール３０であっても、半導体モジュール３０ごとの個体差により、寿命消費率に対する経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの変化が異なり得るからである。
　図４は、半導体モジュール３０Ｂの劣化度の進行度合い（寿命消費率）と電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化との関係を示す図である。半導体モジュール３０Ｂは、半導体モジュール３０Ａと同一仕様の別個体のモジュールである。図４には、図３と同様に、縦軸を基準値に対する倍率（Ｖｃｅ倍率、Ｖｅｅ倍率）とし、横軸を寿命消費率とするグラフが示される。
　図４に示されるように、半導体モジュール３０Ｂにおいても、時間の経過（すなわち、寿命消費率の増大）とともに、Ｖｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率が増大する。しかしながら、半導体モジュール３０ＢにおけるＶｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率の変化は、半導体モジュール３０ＡにおけるＶｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率の変化と異なっている。具体的には、Ｖｅｅ倍率が１．５となる時点は、半導体モジュール３０Ａでは寿命消費率８０％となる時点であるのに対し、半導体モジュール３０Ｂでは寿命消費率９０％となる時点である。半導体モジュール３０Ｂにおいて、寿命消費率８０％の時点では、Ｖｅｅ倍率が１．３である。
　図３に示すようなＶｃｅ倍率およびＶｅｅ倍率の変化に基づいて、Ｖｅｅ倍率が１．５に到達したタイミングで、残寿命が２０％であることを示す残寿命情報を通知する寿命診断方法が採用された場合、以下のような問題が生じる。すなわち、半導体モジュール３０Ｂに対して当該寿命診断方法が適用された場合、寿命消費率９０％のときに、残寿命が２０％であることを示す残寿命情報が通知される。このように、実際の残寿命とは異なる残寿命を示す残寿命情報が通知され、寿命診断の精度が低い。
　実施の形態１に係る寿命診断装置１は、このような問題点を鑑みて、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関値を用いて、より精度の高い寿命診断を行なう。以下に、相関値を用いることにより寿命診断の精度が向上する理由について説明する。
　（寿命診断の精度の向上）
　半導体モジュール３０の特性を示すパラメータには、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの他にも様々なパラメータが含まれる。一般に、これらのパラメータの値は、同一仕様の半導体モジュール３０であっても個体ごとにばらつく。その原因として、部材の品質上のばらつき、製造過程での加工条件のばらつきなどが考えられる。このように個体ごとに特性を示すパラメータの値のばらつきが発生するが、同一の個体では、これらのパラメータの値の相関関係は維持される。なぜなら、これらのパラメータの値の大きさを決める要因は、製品仕様、すなわち設計に依存しているからである。例えば、ある製造上の条件で、経時変化量ΔＶｃｅが大きくなるようなことがあれば、経時変化量ΔＶｅｅも同様に大きくなる。このため、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係は、個体が異なっても、同一仕様の製品であれば同じになる。つまり、同一仕様の複数の半導体モジュール３０における、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係は一定である。
　例えば、図３に示されるように、半導体モジュール３０Ａでは、寿命消費率に対する経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅのうち経時変化量ΔＶｅｅの方が早くから増大し、寿命末期に向かって緩やかに上昇率が高まっていく。一方、経時変化量ΔＶｃｅは、初期から中期にかけてなかなか増大せず、経時変化量ΔＶｅｅよりかなり低い値を維持する。経時変化量ΔＶｃｅは、末期になると急に上昇率が高まる。このような関係は、図４で示される、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅでも見られる。半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの値は、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅより小さい。そのため、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの値は、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの値を単純に比較できない。しかしながら、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係は、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係と同じである。すなわち、図４に示されるグラフの形状は、図３に示されるグラフを縦軸に沿って縮小した形状を有する。
　本開示は、同一仕様の複数の半導体モジュール３０における特性の相関が一定であることを利用して、半導体モジュール３０の寿命を診断する。具体的には、実施の形態１では、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係が利用される。これにより、個体ばらつきを排除した、高精度な寿命診断が可能になる。
　（第１の寿命診断例）
　図５，６を参照して、診断処理部３による第１の寿命診断例について説明する。図５は、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図６は、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図５，６には、経時変化量ΔＶｃｅとして、第１の基準値に対する電圧Ｖｃｅの倍率から第１の定数「１」を引いた値（以下、「Ｖｃｅ上昇率」と称する。）が抽出された例が示される。同様に、図５，６には、経時変化量ΔＶｅｅとして、第２の基準値に対する電圧Ｖｅｅの倍率から第２の定数「１」を引いた値（以下、「Ｖｅｅ上昇率」と称する。）が抽出された例が示される。図５，６には、横軸を寿命消費率とし、左縦軸をＶｃｅ上昇率，Ｖｅｅ上昇率とし、右縦軸を相関値とするグラフが示される。相関値は、Ｖｅｅ上昇率をＶｃｅ上昇率で除した比の値である。
　経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す相関値は、Ｖｃｅ上昇率，Ｖｅｅ上昇率と異なり、単調に増加するのではなく、一旦上昇した後に下降に転じるという山状のピークをもつ曲線になる。この理由は、先に述べたように、電圧Ｖｅｅが早くから増大していき、比較的単調に上昇を続けるのに対し、電圧Ｖｃｅが初期にはなかなか増大せず、末期になって急上昇するという特徴の違いがあるためである。この違いのため、初期には電圧Ｖｅｅの上昇を強く反映して相関値は上昇を見せるが、末期に近づくと電圧Ｖｃｅが急に増大し始めるために、相関値の上昇が抑えられ、相関値は極大となる。その後、末期になると、電圧Ｖｃｅの上昇率が急激に増大するため、相関値は減少に転じる。このため相関値は、ピークを持つ山状のカーブになる。
　図５，６に示されるように、半導体モジュール３０Ａにおける相関値の経時変化を示すグラフ形状は、半導体モジュール３０Ｂにおける相関値の経時変化を示すグラフ形状と一致する。具体的には、図５に示されるように、半導体モジュール３０Ａの場合、相関値が極大となる時点、すなわち相関値の一階微分係数が０となる時点は、寿命消費率が８０％の時点である。図６に示されるように、半導体モジュール３０Ｂの場合も、相関値が極大となる時点、すなわち相関値の一階微分係数が０となる時点は、寿命消費率が８０％の時点である。このように、相関値が極大となる時点は、半導体モジュール３０Ａ，３０Ｂのいずれにおいても寿命消費率が８０％の時点である。
　そのため、経時変化算出部２０は、相関値の経時変化を示す経時変化量ΔＣｏｒとして、相関値の一階微分係数を算出する。寿命診断部２１は、相関値の一階微分係数が０となることに応じて、残寿命が２０％であると判断できる。これにより、個体ばらつきを排除したて、高精度な寿命診断が可能になる。
　あるいは、経時変化算出部２０は、相関値の経時変化を示す経時変化量ΔＣｏｒとして、さらに相関値の二階微分係数を算出してもよい。寿命診断部２１は、相関値の一階微分係数のみならず、二階微分係数を用いて寿命診断を行なってもよい。例えば、相関値の二階微分係数が０となる時点は、相関値のカーブの変曲点に相当し、相関値の上昇速度が増加から減少に転じる時点である。図５，６に示されるように、半導体モジュール３０Ａ，３０Ｂの両者において、相関値の二階微分係数が０となる時点は、寿命消費率が７０％となった時点である。そのため、寿命診断部２１は、相関値の二階微分係数が０となることに応じて、残寿命が３０％となったと判断できる。これにより、個体ばらつきを排除した、高精度な寿命診断が可能になる。
　さらには、経時変化算出部２０は、相関値の経時変化を示す経時変化量ΔＣｏｒとして、一階微分係数が０となるときの相関値であるピーク値とその後の相関値との比を算出してもよい。寿命診断部２１は、当該比を確認することで、相関値がピーク値の半分まで下がったことに応じて、寿命消費率９６％、残寿命４％と診断すればよい。これにより、寿命診断部２１は、終末警報を表示部４に表示できる。
　（第２の寿命診断例）
　第１の寿命診断例では、経時変化量ΔＶｃｅとしてＶｃｅ上昇率（第１の基準値に対する電圧Ｖｃｅの倍率から第１の定数「１」を引いた値）が抽出されるため、初期の段階では、経時変化量ΔＶｃｅは０に近い。同様に、経時変化量ΔＶｅｅとしてＶｅｅ上昇率（第２の基準値に対する電圧Ｖｅｅの倍率から第２の定数「１」を引いた値）が抽出されるため、初期の段階では、経時変化量ΔＶｅｅは０に近い。そのため、相関値として、経時変化量ΔＶｅｅを経時変化量ΔＶｃｅで除した比が算出される場合、相関値が大きく変動し得る。なぜなら、相関値は、０に近い小さな値を０に近い小さな値で割ることにより算出されるためである。その結果、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの測定値の少しの揺らぎによって、相関値に大きな変動が生じ得る。そのため、初期には相関値が不正確になりやすい。
　図７は、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値の少しの揺らぎの影響を示す図である。電圧の測定精度の問題から電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値に揺らぎがある場合、図７に示されるように、初期の段階において、経時変化量ΔＶｅｅ（Ｖｅｅ上昇率）を経時変化量ΔＶｃｅ（Ｖｃｅ上昇率）で除した比である相関値が大きく変動している。このような相関値の大きな変動は、寿命の診断に影響を及ぼす可能性がある。
　そのため、経時変化抽出部１６は、経時変化量ΔＶｃｅとして、Ｖｃｅ倍率から第１の定数「０」を引いた値（つまり、Ｖｃｅ倍率自体）を抽出する。同様に、経時変化抽出部１７は、経時変化量ΔＶｅｅとして、Ｖｅｅ倍率から第２の定数「０」を引いた値（つまり、Ｖｅｅ倍率自体）を抽出する。そして、相関値算出部１８は、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関関係を示す相関値として、Ｖｅｅ倍率をＶｃｅ倍率で除した比（Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率）を算出すればよい。
　図８は、第２の寿命診断例において算出される相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」の経時変化を示す図である。図８に示されるように、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅとしてＶｃｅ倍率，Ｖｅｅ倍率がそれぞれ抽出されるため、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅは、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの測定値の少しの揺らぎの影響を受けることなく、安定している。すなわち、相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」は、初期の段階において、寿命消費率の増加とともに緩やかに増大している。これにより、初期の段階における接合部の微小な劣化の監視が可能となる。
　ただし、相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」は、末期近くの電圧Ｖｃｅの急上昇の検知に適していない。そのため、経時変化抽出部１６，１７は、安定したＶｃｅ上昇率およびＶｅｅ上昇率が抽出可能なタイミング（以下、「切り替えタイミング」と称する。）まで、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅとして、Ｖｃｅ倍率，Ｖｅｅ倍率をそれぞれ抽出する。切り替えタイミングの後、経時変化抽出部１６，１７は、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅとして、Ｖｃｅ上昇率，Ｖｅｅ上昇率をそれぞれ抽出する。相関値算出部１８は、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関関係を示す相関値として、切り替えタイミングまで相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」を算出し、切り替えタイミング以降では相関値「Ｖｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率」を算出する。これにより、寿命診断部２１は、初期において相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」の経時変化を用いて寿命を診断し、末期において相関値「Ｖｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率」の経時変化を用いて寿命を診断できる。その結果、初期の劣化も末期の劣化も精度良く監視することができる。
　なお、倍率から引く定数は、０または１に限定されるものではなく、初期から末期にかけて０に近い値から１に近い値に変化してもよい。これにより、半導体モジュール３０の使用に応じた寿命予測にとってより適切な相関値を算出することができる。
　（利点）
　以上のように、実施の形態１に係る寿命診断装置１は、Ｖｃｅ増幅器１２と、Ｖｅｅ増幅器１３と、寿命診断部２１と、を備える。Ｖｃｅ増幅器１２は、半導体装置２に搭載される半導体素子５のコレクタ電極に接続されたコレクタ主端子６と、半導体素子５のエミッタ電極に接続されたエミッタ主端子８との間の電圧Ｖｃｅを計測する電圧計測器として動作する。Ｖｅｅ増幅器１３は、エミッタ主端子８とエミッタ電極に接続されたエミッタ参照端子９との間の電圧Ｖｅｅを計測する電圧計測器として動作する。寿命診断部２１は、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関値を用いて、半導体装置２の寿命を診断する。
　上記の構成によれば、寿命診断のために、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化の相関値が利用される。電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの経時変化が半導体モジュール３０の個体ごとにばらつくものの、半導体モジュール３０の個体ごとの、相関値の経時変化のばらつきは小さい。そのため、半導体モジュール３０の個体差の影響を排除した高精度な寿命診断ができる。
　電圧Ｖｃｅの経時変化量ΔＶｃｅは、例えば、第１の基準値に対する電圧Ｖｃｅの値の倍率から第１の定数を引いた値（Ｖｃｅ倍率またはＶｃｅ上昇率）によって示される。電圧Ｖｅｅの経時変化量ΔＶｅｅは、第２の基準値に対する電圧Ｖｅｅの値の倍率から第２の定数を引いた値（Ｖｅｅ倍率またはＶｅｅ上昇率）によって示される。相関値は、例えば経時変化量ΔＶｃｅと経時変化量ΔＶｅｅとの比（Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率またはＶｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率）である。
　相関値としてＶｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率またはＶｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率を使用することにより、相関値の経時変化を示す曲線は、特定の寿命消費率においてピークを持つ山状となる。そのため、寿命診断部２１は、相関値が極大となることに応じて、特定の寿命消費率に達したことを検知でき、残寿命を示す寿命情報を出力できる。半導体装置２の使用者は、寿命情報を確認することにより、適切な時期に保守を実施できる。
　第１の定数および第２の定数は例えば１である。これにより、末期において、経時変化量ΔＶｃｅと経時変化量ΔＶｅｅとの差が大きくなり、末期における寿命診断の精度を高くすることができる。
　第１の定数および第２の定数は例えば０である。これにおり、半導体装置２の使用の初期の段階において、相関値は、安定した値となり、寿命消費率の増加とともに緩やかに増大している。これにより、初期の段階における、半導体装置２内の接合部の微小な劣化の監視が可能となる。
　第１の基準値は、半導体装置２の使用の開始前に計測された電圧Ｖｃｅの値である。第２の基準値は、半導体装置２の使用の開始前に計測された電圧Ｖｅｅの値である。
　半導体装置２の使用前であれば、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの計測に適した環境で繰り返し値を計測することが可能となり、電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値を高精度に測定できる。これにより、その後の寿命診断のために算出される相関値の信頼性が高まり、寿命診断の精度が向上する。
　実施の形態２．
　実施の形態１では、第１，第２の基準値として、半導体装置２の使用の開始前（つまり、未使用状態）に計測された電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値がそれぞれ用いられる。しかしながら、この場合、使用の開始前に電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅが計測されていない半導体装置２の寿命診断を行なうことができない。
　そのため、使用の開始前に電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅが計測されていない半導体装置２の寿命診断を行なうために、実施の形態２に係る基準値記憶部１４，１５は、半導体装置２の使用の開始後に計測された電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値を第１，第２の基準値としてそれぞれ記憶する。
　図９は、寿命消費率３０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１０は、寿命消費率３０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図９，１０には、図５，６と同様に、横軸を寿命消費率とし、左縦軸を経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅ（Ｖｃｅ上昇率，Ｖｅｅ上昇率）とし、右縦軸を相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」とするグラフが示される。
　図９および図１０に示されるように、同一の寿命消費率における経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの値は、半導体モジュール３０Ａと半導体モジュール３０Ｂとで異なっている。すなわち、経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの値のみから、寿命消費率を推定できず、残寿命も予測できない。
　これに対し、相関値「Ｖｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率」のカーブは、半導体モジュール３０Ａと半導体モジュール３０Ｂとで同一形状を示している。具体的には、相関値「Ｖｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率」のカーブは、寿命消費率７６％付近にピークを持つ山状である。そのため、寿命診断部２１は、相関値のカーブに基づいて、半導体モジュール３０の個体差に関係なく、半導体モジュール３０の寿命をより精度良く診断できる。
　寿命消費率３０％以外の時点の電圧を基準値として用いた場合、相関値の経時変化を示すカーブは、図９，１０に示すカーブとは異なる形状になる。ただし、相関値の経時変化を示すカーブは、半導体モジュール３０の個体差に関わらず同一形状を示す。
　図１１は、寿命消費率４０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１２は、寿命消費率４０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１３は、寿命消費率５０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１４は、寿命消費率５０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１５は、寿命消費率６０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ａにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１６は、寿命消費率６０％の時点の電圧を基準値として用いたときの、半導体モジュール３０Ｂにおける経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅの相関関係を示す図である。図１１から図１６には、図９，１０と同様に、横軸を寿命消費率とし、左縦軸を経時変化量ΔＶｃｅ，ΔＶｅｅ（Ｖｃｅ上昇率，Ｖｅｅ上昇率）とし、右縦軸を相関値「Ｖｅｅ倍率／Ｖｃｅ倍率」とするグラフが示される。
　図１１から図１６に示されるように、相関値「Ｖｅｅ上昇率／Ｖｃｅ上昇率」の経時変化を示すカーブは、基準値として設定される電圧の計測時の消費寿命率が同一であれば、同一形状を示す。すなわち、図１１に示される相関値のカーブは、図１２に示される相関値のカーブと同一形状である。図１３に示される相関値のカーブは、図１４に示される相関値のカーブと同一形状である。図１５に示される相関値のカーブは、図１６に示される相関値のカーブと同一形状である。
　半導体装置２の使用の開始後に計測された電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの値を第１，第２の基準値としてそれぞれ用いる場合、通常、計測時の寿命消費率が不明である。しかしながら、相関値のカーブの形状は、図９から図１６に示されるように、第１，第２の基準値として用いる電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの計測時の寿命消費率に依存する。そのため、寿命診断部２１は、第１，第２の基準値として用いる電圧Ｖｃｅ，Ｖｅｅの計測時の寿命消費率が互いに異なる、相関値の複数のカーブを予め記憶しておく。寿命診断部２１は、経時変化算出部２０から出力される相関値の経時変化を示すカーブと、予め記憶している複数のカーブとを比較する。寿命診断部２１は、予め記憶している複数のカーブの中から、経時変化算出部２０から出力される相関値の経時変化を示すカーブと最も一致度の高いカーブを選択し、選択したカーブに基づいて、半導体モジュール３０の寿命を診断すればよい。例えば、図１５，１６に示されるように、計測開始時から相関値が一貫して減少している場合、寿命診断部２１は、計測開始時の寿命消費率が６０％を超えていると推定できる。また、選択されたカーブが図１１，１２に示されるカーブである場合、寿命診断部２１は、相関値が増大から減少に変化したことに応じて、寿命消費率が約７３％であると推定できる。
　このように、本実施の形態２では、半導体装置２の使用を開始してから第１，第２の基準値を設定したとしても、半導体装置２の寿命診断が可能である。
　実施の形態３．
　図１７は、本開示の実施の形態３に係る寿命診断装置の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態３に係る寿命診断装置１Ａは、図１に示す寿命診断装置１と比較して、診断処理部３の代わりに診断処理部３Ａを備える点で相違する。診断処理部３Ａは、診断処理部３と比較して、Ｖｃｅ増幅器１２の代わりにＶｃｅ増幅器１２Ａを含む点で相違する。
　Ｖｃｅ増幅器１２Ａは、コレクタ主端子６とエミッタ参照端子９との間の電圧を計測し、計測結果を後処理に適した電圧Ｖｃｅに増幅する。Ｖｃｅ増幅器１２Ａは、電圧Ｖｃｅを経時変化抽出部１６に出力する。
　実施の形態３でも、実施の形態１と同様に、電圧Ｖｃｅの経時変化と電圧Ｖｅｅの経時変化との相関関係を示す相関値に基づいて、半導体装置２の寿命を診断できる。なお、実施の形態３では、電圧Ｖｃｅは、エミッタ側主回路接続部１１の影響を受けにくい。そのため、実施の形態１と比較して、経時変化量ΔＶｃｅと経時変化量ΔＶｅｅとの差が拡大される場合がある。従って、半導体モジュール３０の構成によって、実施の形態１の構成を採用したり、実施の形態３の構成を採用したりすればよい。これにより、半導体モジュール３０の構成に応じて、より適切に半導体装置２の寿命を診断できる。
　実施の形態４．
　実施の形態４は、上述した実施の形態１，２，３に係る寿命診断装置の診断対象となる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態４として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。
　図１８は、本開示の実施の形態４にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。
　図１８に示す電力変換システムは、電源１００、電力変換装置２００、負荷３００から構成される。電源１００は、直流電源であり、電力変換装置２００に直流電力を供給する。電源１００は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やＡＣ／ＤＣコンバータで構成することとしてもよい。また、電源１００を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するＤＣ／ＤＣコンバータによって構成することとしてもよい。
　電力変換装置２００は、電源１００と負荷３００の間に接続された三相のインバータであり、電源１００から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に交流電力を供給する。電力変換装置２００は、図１８に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路２０１と、主変換回路２０１を制御する制御信号を主変換回路２０１に出力する制御回路２０３とを備えている。さらに、電力変換装置２００は、上記の寿命診断装置１（または寿命診断装置１Ａ）を備える。
　負荷３００は、電力変換装置２００から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷３００は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
　以下、電力変換装置２００の詳細を説明する。主変換回路２０１は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており（図示せず）、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源１００から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷３００に供給する。主変換回路２０１の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路２０１は２レベルの三相フルブリッジ回路であり、６つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された６つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路２０１の各スイッチング素子や各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態１から３のいずれかに係る半導体装置２を適用する。６つのスイッチング素子は２つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路２０１の３つの出力端子は、負荷３００に接続される。
　また、主変換回路２０１は、各スイッチング素子を駆動する駆動回路（図示なし）を備えているが、駆動回路は半導体装置２に内蔵されていてもよいし、半導体装置２とは別に駆動回路を備える構成であってもよい。駆動回路は、主変換回路２０１のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路２０１のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路２０３からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号（オン信号）であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号（オフ信号）となる。
　制御回路２０３は、負荷３００に所望の電力が供給されるよう主変換回路２０１のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷３００に供給すべき電力に基づいて主変換回路２０１の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間（オン時間）を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するＰＷＭ制御によって主変換回路２０１を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、主変換回路２０１が備える駆動回路に制御指令（制御信号）を出力する。駆動回路は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
　本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路２０１のスイッチング素子と還流ダイオードとして実施の形態１から３のいずれかに係る半導体装置２を適用し、当該半導体装置２の寿命を診断する寿命診断装置１が実装される。そのため、半導体装置２の残寿命を精度良く診断可能となる。
　実施の形態４では、２レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。実施の形態４では、２レベルの電力変換装置としたが３レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはＤＣ／ＤＣコンバータやＡＣ／ＤＣコンバータに本発明を適用することも可能である。
　また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。
　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１，１Ａ　寿命診断装置、２　半導体装置、３，３Ａ　診断処理部、４　表示部、５　半導体素子、５ａ　コレクタ電極、５ｂ　エミッタ電極、６　コレクタ主端子、７　ゲート端子、８　エミッタ主端子、９　エミッタ参照端子、１０　コレクタ側主回路接続部、１１　エミッタ側主回路接続部、１２，１２Ａ　Ｖｃｅ増幅器、１３　Ｖｅｅ増幅器、１４，１５　基準値記憶部、１６，１７　経時変化抽出部、１８　相関値算出部、１９　記憶部、２０　経時変化算出部、２１　寿命診断部、２２　金属板、２３　接続部、２４　経路、３０　半導体モジュール、１００　電源、２００　電力変換装置、２０１　主変換回路、２０３　制御回路、３００　負荷。

Claims (7)

  1. 　半導体装置の寿命を診断する寿命診断装置であって、
    　前記半導体装置に搭載される半導体素子の第１の電極に接続された第１の端子と、前記半導体素子の第２の電極に接続された第２の端子との間の第１の電圧を計測する第１の電圧計測器と、
    　前記第２の端子と前記第２の電極に接続された第３の端子との間の第２の電圧を計測する第２の電圧計測器と、
    　前記第１の電圧の経時変化と前記第２の電圧の経時変化との相関値を用いて、前記半導体装置の寿命を診断する診断部と、を備える、寿命診断装置。
  2. 　前記第１の電圧の経時変化は、第１の基準値に対する前記第１の電圧の値の倍率から第１の定数を引いた第１の値によって示され、
    　前記第２の電圧の経時変化は、第２の基準値に対する前記第２の電圧の値の倍率から第２の定数を引いた第２の値によって示され、
    　前記相関値は、前記第１の値と前記第２の値との比率である、請求項１に記載の寿命診断装置。
  3. 　前記第１の定数および前記第２の定数は１である、請求項２に記載の寿命診断装置。
  4. 　前記第１の定数および前記第２の定数は０である、請求項２に記載の寿命診断装置。
  5. 　前記第１の基準値および前記第２の基準値はそれぞれ、前記半導体装置の使用の開始前に計測された、前記第１の電圧の値および前記第２の電圧の値である、請求項２から４のいずれか１項に記載の寿命診断装置。
  6. 　前記第１の基準値および前記第２の基準値はそれぞれ、前記半導体装置の使用の開始後に計測された、前記第１の電圧の値および前記第２の電圧の値である、請求項２から４のいずれか１項に記載の寿命診断装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の寿命診断装置と、
    　前記寿命診断装置の診断対象となる半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
    　前記半導体装置を駆動する駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、
    　前記駆動回路を制御する制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、を備える電力変換装置。
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