JP2022124588A

JP2022124588A - Semiconductor contactor, condition monitoring device for semiconductor contactor, and condition monitoring method for semiconductor contactor

Info

Publication number: JP2022124588A
Application number: JP2021022318A
Authority: JP
Inventors: 隆仁米澤; Takahito Yonezawa; 悟志町田; Satoshi Machida; 貴裕田口; Takahiro Taguchi; 広脩石橋; Kosuke Ishibashi
Original assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric FA Components and Systems Co Ltd
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2022-08-26
Anticipated expiration: 2041-02-16
Also published as: JP7476818B2

Abstract

To provide a semiconductor contactor useful for preventing occurrence of failure.SOLUTION: A semiconductor contactor includes: a first terminal; a second terminal; at least one semiconductor switching element inserted in series in a current path between the first terminal and the second terminal; a control circuit that turns on or off the semiconductor switching element; a voltage measurement circuit that measures a voltage between the first terminal and the second terminal; and a processing unit that monitors a change in the voltage measured by the voltage measurement circuit while the semiconductor switching element is on, and determines that the semiconductor switching element is degraded when the change is a gradual increase.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本開示は、半導体接触器、半導体接触器用状態監視装置及び半導体接触器の状態監視方法に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor contactor, a condition monitoring device for a semiconductor contactor, and a condition monitoring method for a semiconductor contactor.

従来、サイリスタを主回路の開閉素子として採用した通称ソリッドステートコンタクタと呼ばれる半導体接触器が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、サイリスタなどのスイッチング素子からなる主開閉回路と、主開閉回路の点弧回路と、点弧回路に操作入力を出力する操作回路とを備える無接点接触器の異常を検出する異常検出装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。この異常検出装置は、点弧回路への操作入力が有り、且つ、スイッチング素子の入出力電極間の電圧が有るとき、主開閉回路の開放異常と判別する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor contactor commonly called a solid-state contactor that employs a thyristor as a switching element of a main circuit is known (see, for example, Patent Document 1). In addition, there is an abnormality detection device that detects an abnormality in a non-contact contactor that includes a main switching circuit composed of a switching element such as a thyristor, an ignition circuit for the main switching circuit, and an operation circuit that outputs an operation input to the ignition circuit. known (see, for example, Patent Document 2). When there is an operation input to the ignition circuit and there is a voltage between the input and output electrodes of the switching element, this abnormality detection device determines that the main switching circuit has an open abnormality.

特開平１０－１２５８９８号公報JP-A-10-125898 特開平５－７６１２３号公報JP-A-5-76123

しかしながら、従来の異常検出技術は、スイッチング素子の入出力電極間の電圧の有無を検知することによって、半導体接触器に実際に発生した開放異常等の故障を検出する方式のため、半導体接触器の故障の発生を未然に防止することが難しかった。 However, the conventional abnormality detection technology detects the presence or absence of voltage between the input and output electrodes of the switching element to detect a failure such as an open abnormality that actually occurs in the semiconductor contactor. It was difficult to prevent failures from occurring.

本開示は、故障発生の未然防止に有益な半導体接触器、半導体接触器用状態監視装置及び半導体接触器の状態監視方法を提供する。 The present disclosure provides a semiconductor contactor, a state monitoring device for a semiconductor contactor, and a method for monitoring the state of a semiconductor contactor, which are useful for preventing failures from occurring.

本開示の一態様では、
第１端子と、
第２端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間の電流経路に直列に挿入された少なくとも一つの半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子をオン又はオフさせる制御回路と、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電圧測定回路により前記半導体スイッチング素子のオン状態で測定された前記電圧の変化を監視し、前記変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する処理部と、を備える、半導体接触器が提供される。 In one aspect of the present disclosure,
a first terminal;
a second terminal;
at least one semiconductor switching element inserted in series in a current path between the first terminal and the second terminal;
a control circuit for turning on or off the semiconductor switching element;
a voltage measuring circuit that measures the voltage between the first terminal and the second terminal;
a processing unit that monitors a change in the voltage measured by the voltage measurement circuit while the semiconductor switching element is on, and determines that the semiconductor switching element is degraded when the change is a gradual increase. is provided.

本開示の一態様によれば、半導体接触器の故障発生の未然防止に貢献できる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to contribute to the prevention of failure of the semiconductor contactor.

第１実施形態の半導体接触器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor contactor of 1st Embodiment. 第２実施形態の半導体接触器の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor contactor of 2nd Embodiment. 第３実施形態の半導体接触器及び半導体接触器用状態監視装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor contactor of 3rd Embodiment, and the state-monitoring apparatus for semiconductor contactors. 第４実施形態の半導体接触器及び半導体接触器用状態監視装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor contactor of 4th Embodiment, and the state-monitoring apparatus for semiconductor contactors. 半導体スイッチング素子の両端に発生する電圧とその半導体スイッチング素子に流れる電流との関係の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of the relationship between the voltage generated across a semiconductor switching element and the current flowing through the semiconductor switching element;

以下、各実施形態の半導体接触器及び半導体接触器用状態監視装置について図面を参照して説明する。 A semiconductor contactor and a state monitoring device for a semiconductor contactor of each embodiment will be described below with reference to the drawings.

各実施形態の半導体接触器は、交流が流れる配線に直列に挿入され、当該配線を開閉する開閉器である。半導体接触器は、サイリスタやトライアックなどの半導体スイッチング素子を主回路の開閉素子として備え、ソリッドステートコンタクタとも称される。各実施形態の半導体接触器用状態監視装置は、半導体接触器の状態を監視する装置であり、その具体例として、半導体接触器の異常を検出する機能を有する異常検出ユニットが挙げられる。 The semiconductor contactor of each embodiment is a switch that is inserted in series into a wiring through which an alternating current flows and opens and closes the wiring. A semiconductor contactor is equipped with a semiconductor switching element such as a thyristor or a triac as a switching element of a main circuit, and is also called a solid state contactor. The semiconductor contactor state monitoring device of each embodiment is a device for monitoring the state of a semiconductor contactor, and a specific example thereof is an abnormality detection unit having a function of detecting an abnormality in the semiconductor contactor.

図１は、第１実施形態の半導体接触器の構成例を示す図である。図１に示す半導体接触器１０１は、サイリスタ２１，２２を主回路２０の開閉素子として備える開閉器である。半導体接触器１０１は、例えば、主端子１１、主端子１２、制御端子１３、制御端子１４、主回路２０、制御回路３０、電圧測定回路４０、処理部５０及びメモリ６０を備える。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the semiconductor contactor of the first embodiment. A semiconductor contactor 101 shown in FIG. 1 is a switch including thyristors 21 and 22 as switching elements of a main circuit 20 . Semiconductor contactor 101 includes, for example, main terminal 11 , main terminal 12 , control terminal 13 , control terminal 14 , main circuit 20 , control circuit 30 , voltage measurement circuit 40 , processing section 50 and memory 60 .

主端子１１は、第１端子の一例であり、配線８１の一端に接続される。配線８１の他端は、例えば、電源側に接続される。主端子１２は、第２端子の一例であり、配線８２の一端に接続される。配線８２の他端は、例えば、負荷側に接続される。 The main terminal 11 is an example of a first terminal and is connected to one end of the wiring 81 . The other end of the wiring 81 is connected to the power supply side, for example. The main terminal 12 is an example of a second terminal and is connected to one end of the wiring 82 . The other end of the wiring 82 is connected to the load side, for example.

主回路２０は、主端子１１と主端子１２との間の電流経路２３に直列に挿入され、相互に逆並列に接続された複数のサイリスタ２１，２２を有する。サイリスタ２１，２２は、それぞれ、ゲート、カソード及びアノードの三端子を有する半導体スイッチング素子である。 The main circuit 20 has a plurality of thyristors 21 and 22 inserted in series in a current path 23 between the main terminals 11 and 12 and connected in anti-parallel to each other. The thyristors 21 and 22 are semiconductor switching elements each having three terminals of gate, cathode and anode.

なお、主回路２０の半導体スイッチング素子は、サイリスタに限られず、トライアック、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などの他のスイッチング素子でもよい。 The semiconductor switching elements of the main circuit 20 are not limited to thyristors, and may be other switching elements such as triacs, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

制御回路３０は、主回路２０のサイリスタ２１，２２をオン又はオフさせる回路である。制御回路３０は、例えば、不図示の外部電源から一対の制御端子１３，１４を介して入力される制御電圧Ｖｃの有無に従って、サイリスタ２１，２２のオン又はオフを制御する。 The control circuit 30 is a circuit that turns on or off the thyristors 21 and 22 of the main circuit 20 . The control circuit 30 controls ON/OFF of the thyristors 21 and 22, for example, according to the presence or absence of a control voltage Vc input via a pair of control terminals 13 and 14 from an external power supply (not shown).

制御回路３０は、例えば、制御電圧Ｖｃが入力されると、サイリスタ２１，２２をオン状態にする。これにより、配線８１，８２及び電流経路２３が導通し、交流が配線８１，８２及び電流経路２３に流れる。一方、制御回路３０は、例えば、制御電圧Ｖｃの入力が停止すると、サイリスタ２１，２２をオフ状態にする。これにより、配線８１，８２及び電流経路２３の導通が遮断され、交流が配線８１，８２及び電流経路２３に流れなくなる。制御回路３０によるサイリスタ２１，２２の点弧方式は、ゼロクロス点弧方式でも非ゼロクロス点弧方式でもよい。 The control circuit 30 turns on the thyristors 21 and 22, for example, when the control voltage Vc is input. As a result, the wirings 81 and 82 and the current path 23 become conductive, and alternating current flows through the wirings 81 and 82 and the current path 23 . On the other hand, the control circuit 30 turns off the thyristors 21 and 22, for example, when the input of the control voltage Vc stops. As a result, electrical continuity between the wirings 81 and 82 and the current path 23 is interrupted, and alternating current does not flow through the wirings 81 and 82 and the current path 23 . A method of firing the thyristors 21 and 22 by the control circuit 30 may be a zero-cross firing method or a non-zero-cross firing method.

例えば、制御電圧Ｖｃが制御回路３０に入力されると、制御電圧がサイリスタ２１，２２の制御電極（具体的には、ゲート）に制御回路３０により印加される。ゼロクロス点弧方式の場合、制御電圧がサイリスタ２１，２２の制御電極に印加されと、サイリスタ２１，２２の主電極間（具体的には、アノードとカソードとの間）の電圧（極間電圧）がゼロ電圧近傍になってから、サイリスタ２１，２２はオンする。これにより、サイリスタ２１，２２のオン時の電流立ち上がり速度が遅いため、ノイズの発生を抑制できる。これに対し、非ゼロクロス点弧方式の場合、制御電圧がサイリスタ２１，２２の制御電極に印加されたタイミングで、サイリスタ２１，２２はオンする。これにより、配線８１，８２に電流を速やかに流し始めることができる。 For example, when the control voltage Vc is input to the control circuit 30 , the control voltage is applied to the control electrodes (specifically, gates) of the thyristors 21 and 22 by the control circuit 30 . In the case of the zero-cross firing method, when a control voltage is applied to the control electrodes of the thyristors 21 and 22, the voltage (inter-electrode voltage) between the main electrodes of the thyristors 21 and 22 (specifically, between the anode and the cathode) becomes near zero voltage, the thyristors 21 and 22 are turned on. As a result, the current rising speed when the thyristors 21 and 22 are turned on is slow, so noise generation can be suppressed. On the other hand, in the case of the non-zero cross firing method, the thyristors 21 and 22 are turned on at the timing when the control voltage is applied to the control electrodes of the thyristors 21 and 22 . As a result, the current can start flowing through the wirings 81 and 82 quickly.

一方、例えば、制御回路３０への制御電圧Ｖｃの入力が停止すると、サイリスタ２１，２２の制御電極への制御電圧の印加が制御回路３０により遮断される。上記のいずれの点弧方式でも、サイリスタ２１，２２の制御電極への制御電圧の印加が遮断されると、サイリスタ２１，２２に流れる電流がゼロ近傍になってから、サイリスタ２１，２２はオフする。 On the other hand, for example, when the input of the control voltage Vc to the control circuit 30 stops, the control circuit 30 cuts off the application of the control voltage to the control electrodes of the thyristors 21 and 22 . In any of the ignition methods described above, when the application of the control voltage to the control electrodes of the thyristors 21 and 22 is cut off, the thyristors 21 and 22 turn off after the current flowing through the thyristors 21 and 22 becomes near zero. .

電圧測定回路４０は、主端子１１と主端子１２との間の電圧（以下、"電圧Ｖ"とも称する）を測定する回路である。電圧Ｖは、主回路２０の両端電圧（サイリスタ２１，２２の主電極間の電圧）に相当する。電圧測定回路４０は、電圧Ｖの測定結果を処理部５０に出力する。電圧測定回路４０は、例えば、測定された電圧Ｖの大きさを表すアナログの電圧測定信号を処理部５０に出力する。 The voltage measurement circuit 40 is a circuit that measures the voltage between the main terminals 11 and 12 (hereinafter also referred to as "voltage V"). The voltage V corresponds to the voltage across the main circuit 20 (the voltage across the main electrodes of the thyristors 21 and 22). The voltage measurement circuit 40 outputs the measurement result of the voltage V to the processing section 50 . The voltage measurement circuit 40 outputs, for example, an analog voltage measurement signal representing the magnitude of the measured voltage V to the processing section 50 .

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化を監視する回路であり、その具体例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが挙げられる。処理部５０の機能は、メモリに記憶されたプログラムによって、プロセッサが動作することにより実現される。処理部５０は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）によって形成されてもよい。 The processing unit 50 is a circuit that monitors changes in the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 while the thyristors 21 and 22 are on, and a specific example thereof is a processor such as a CPU (Central Processing Unit). The functions of the processing unit 50 are implemented by the processor operating according to the programs stored in the memory. The processing unit 50 may be formed by an FPGA (Field Programmable Gate Array).

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化を監視し、その変化が漸増か否かを判定する。サイリスタ２１，２２の劣化が進行すると、サイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが漸増する現象が現れる。つまり、サイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの漸増は、サイリスタ２１，２２の開放異常等の故障の兆候とみなすことができる。処理部５０は、電圧Ｖが故障前に漸増する現象を利用して、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が漸増の場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定する。これにより、サイリスタ２１，２２が開放異常等の故障が実際に発生する前段階でサイリスタ２１，２２の劣化を把握可能となるので、半導体接触器１０１のサイリスタ２１，２２の故障発生の未然防止に貢献できる。 The processing unit 50 monitors changes in the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 while the thyristors 21 and 22 are in the ON state, and determines whether the change is a gradual increase. As the deterioration of the thyristors 21 and 22 progresses, a phenomenon appears in which the voltage V measured in the on state of the thyristors 21 and 22 gradually increases. That is, the gradual increase in the voltage V measured when the thyristors 21 and 22 are on can be regarded as a symptom of a failure such as an open failure of the thyristors 21 and 22 . Using the phenomenon that the voltage V gradually increases before a failure, the processing unit 50 detects deterioration of the thyristors 21 and 22 when the change in the voltage V measured with the thyristors 21 and 22 in the ON state by the voltage measurement circuit 40 gradually increases. I judge. As a result, deterioration of the thyristors 21 and 22 can be grasped before a failure such as an open failure of the thyristors 21 and 22 actually occurs. can contribute.

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が漸増の場合、サイリスタ２１，２２の劣化を出力部５１から通知してもよい。このような劣化通知を受けることで、ユーザ又は外部装置は、サイリスタ２１，２２の劣化を認知でき、例えば、半導体接触器１０１の交換を促すことができる。処理部５０は、電気信号、音、光、表示又はそれらのいずれかの組み合わせによって、サイリスタ２１，２２の劣化を通知してもよい。 If the change in the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state gradually increases, the processing unit 50 may notify the deterioration of the thyristors 21 and 22 from the output unit 51 . By receiving such deterioration notification, the user or the external device can recognize the deterioration of the thyristors 21 and 22, and can prompt replacement of the semiconductor contactor 101, for example. The processing unit 50 may notify deterioration of the thyristors 21, 22 by an electrical signal, sound, light, display, or any combination thereof.

処理部５０は、サイリスタ２１，２２の劣化判定の結果をメモリ６０に保存してもよい。これにより、サイリスタ２１，２２の劣化判定の結果を、メモリ６０を参照することで把握することができる。処理部５０は、サイリスタ２１，２２の劣化判定の結果を時系列にメモリ６０に保存してもよい。これにより、サイリスタ２１，２２の劣化判定の経緯を、メモリ６０を参照することで把握することができる。 The processing unit 50 may store the results of deterioration determination of the thyristors 21 and 22 in the memory 60 . As a result, the result of deterioration determination of the thyristors 21 and 22 can be grasped by referring to the memory 60 . The processing unit 50 may store the results of deterioration determination of the thyristors 21 and 22 in time series in the memory 60 . Thus, the history of deterioration determination of the thyristors 21 and 22 can be grasped by referring to the memory 60 .

処理部５０は、サイリスタ２１，２２がオン状態かオフ状態かのオンオフ情報を、サイリスタ２１，２２をオン又はオフさせる制御回路３０から入手してもよい。例えば、処理部５０は、サイリスタ２１，２２がオン状態であることを表す情報が制御回路３０から入力されている期間に電圧測定回路４０から入力される電圧Ｖの測定結果を、サイリスタ２１，２２の劣化判定に利用する。 The processing unit 50 may obtain on/off information indicating whether the thyristors 21 and 22 are on or off from the control circuit 30 that turns the thyristors 21 and 22 on or off. For example, the processing unit 50 measures the measurement result of the voltage V input from the voltage measurement circuit 40 during a period in which information indicating that the thyristors 21 and 22 are in the ON state is input from the control circuit 30, and the thyristors 21 and 22 used for determining the deterioration of

処理部５０は、電圧Ｖが電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定されるごとに増加する場合、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が漸増と判断できる。よって、処理部５０は、電圧Ｖが電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定されるごとに増加する場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。 If the voltage V increases each time the voltage measurement circuit 40 measures the voltage V while the thyristors 21 and 22 are in the ON state, the processing unit 50 measures the change in the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 while the thyristors 21 and 22 are in the ON state. can be judged to be a gradual increase. Therefore, if the voltage V increases each time the voltage measurement circuit 40 measures the thyristors 21 and 22 in the on state, the processing unit 50 may determine that the thyristors 21 and 22 have deteriorated.

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で前回測定された電圧Ｖに比べて、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で今回測定された電圧Ｖが大きい場合、電圧Ｖの変化が漸増と判断できる。よって、処理部５０は、このような場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖを、メモリ６０に蓄積することで、過去に測定された電圧Ｖをメモリ６０から参照できる。 If the voltage V measured this time with the thyristors 21 and 22 in the ON state by the voltage measurement circuit 40 is greater than the voltage V previously measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state, the processing unit 50 , the voltage V can be determined to gradually increase. Therefore, the processing unit 50 may determine that the thyristors 21 and 22 are deteriorated in such a case. The processing unit 50 can refer to the voltage V measured in the past from the memory 60 by accumulating the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 in the ON state of the thyristors 21 and 22 in the memory 60 .

処理部５０は、電圧Ｖの一周期を超える測定周期（例えば、電圧Ｖの一周期の整数倍の周期）で電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が漸増の場合、サイリスタ２１，２２を劣化と判定してもよい。これにより、処理部５０は、電圧Ｖが漸増か否かを高精度に判断できる。 The processing unit 50 measures the change in the voltage V measured by the voltage measuring circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the on state at a measurement period exceeding one period of the voltage V (for example, a period that is an integral multiple of one period of the voltage V). In the case of gradual increase, the thyristors 21 and 22 may be determined as deteriorated. Thereby, the processing unit 50 can determine with high accuracy whether or not the voltage V is gradually increasing.

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが漸増し所定の電圧範囲（以下、"電圧範囲Ａ"とも称する）から外れた場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。電圧範囲Ａがサイリスタ２１，２２の劣化特性に応じて適切に設定されることで、サイリスタ２１，２２の劣化の判定精度が向上する。 When the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state gradually increases and deviates from a predetermined voltage range (hereinafter also referred to as “voltage range A”), the processing unit 50 controls the thyristors 21 and 22 may be determined as the deterioration of By appropriately setting the voltage range A according to the deterioration characteristics of the thyristors 21 and 22, the accuracy of determining the deterioration of the thyristors 21 and 22 is improved.

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が減少の場合、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇と判定してもよい。電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの減少は、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇とみなすことができるからである。例えば、処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが漸減し電圧範囲Ａから外れた場合、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇と判定してもよい。 If the change in the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 while the thyristors 21 and 22 are on decreases, the processing unit 50 may determine that there is a short-circuit failure in the thyristors 21 and 22 or an abnormal temperature rise. This is because a decrease in the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 turned on can be regarded as a short-circuit failure of the thyristors 21 and 22 or an abnormal temperature rise. For example, when the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state gradually decreases and deviates from the voltage range A, the processing unit 50 determines that the thyristors 21 and 22 have a short circuit failure or an abnormal temperature rise. You may

処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの実効値又は平均値を算出してもよい。処理部５０は、算出された実効値又は平均値が漸増し電圧範囲Ａの上限値から外れた場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。電圧Ｖの大きさを表す数値として好適な実効値又は平均値を電圧Ｖの漸増か否かの判定に利用することで、サイリスタ２１，２２の劣化の判定精度が向上する。同様に、処理部５０は、算出された実効値又は平均値が漸減し電圧範囲Ａの下限値から外れた場合、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇と判定してもよい。電圧Ｖの大きさを表す数値として好適な実効値又は平均値を電圧Ｖの漸減か否かの判定に利用することで、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇の判定精度が向上する。 The processing unit 50 may calculate the effective value or average value of the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 while the thyristors 21 and 22 are in the ON state. The processing unit 50 may determine that the thyristors 21 and 22 have deteriorated when the calculated effective value or average value gradually increases and deviates from the upper limit value of the voltage range A. By using the effective value or average value, which is suitable as a numerical value representing the magnitude of the voltage V, for determining whether the voltage V is gradually increasing, the accuracy of determining deterioration of the thyristors 21 and 22 is improved. Similarly, when the calculated effective value or average value gradually decreases and deviates from the lower limit value of the voltage range A, the processing unit 50 may determine that the thyristors 21 and 22 are short-circuited or the temperature is abnormally increased. By using the effective value or average value suitable as a numerical value representing the magnitude of the voltage V to determine whether the voltage V is gradually decreasing, the accuracy of determining whether the thyristors 21 and 22 have a short-circuit failure or an abnormal temperature rise is improved. .

第１実施形態は、負荷電流が大きく変動しない場合に特に有効である。 The first embodiment is particularly effective when the load current does not fluctuate greatly.

図２は、第２実施形態の半導体接触器の構成例を示す図である。第２実施形態において、上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図２に示す第２実施形態の半導体接触器１０２は、電流測定回路７０を更に備える点で、図１に示す第１実施形態の半導体接触器１０１と異なる。 FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor contactor according to the second embodiment. In the second embodiment, descriptions of configurations and effects similar to those of the above embodiments are omitted or simplified by citing the above descriptions. The semiconductor contactor 102 of the second embodiment shown in FIG. 2 is different from the semiconductor contactor 101 of the first embodiment shown in FIG. 1 in that a current measuring circuit 70 is further provided.

図２において、電流測定回路７０は、電流経路２３に流れる電流（以下、"電流Ｉ"とも称する）を測定する回路である。電流Ｉは、サイリスタ２１，２２に流れる電流に相当する。電流測定回路７０は、電流Ｉの測定結果を処理部５０に出力する。電流測定回路７０は、例えば、測定された電流Ｉの大きさを表すアナログの電流測定信号を処理部５０に出力する。 In FIG. 2, the current measurement circuit 70 is a circuit that measures the current flowing through the current path 23 (hereinafter also referred to as "current I"). A current I corresponds to a current flowing through the thyristors 21 and 22 . The current measurement circuit 70 outputs the measurement result of the current I to the processing section 50 . The current measurement circuit 70 outputs, for example, an analog current measurement signal representing the magnitude of the measured current I to the processing section 50 .

処理部５０は、電流測定回路７０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電流Ｉが所定の電流範囲にあり、且つ、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が漸増の場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。これにより、定常時の電流Ｉが所定の電流範囲（以下、"電流範囲Ｂ"とも称する）内で変化するシステムであれば、処理部５０は、電流Ｉが変化しても、サイリスタ２１，２２の劣化を高精度に判定できる。 The processing unit 50 determines that the current I measured with the thyristors 21 and 22 in the ON state by the current measurement circuit 70 is within a predetermined current range, and the voltage measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state. If the change in V gradually increases, it may be determined that the thyristors 21 and 22 have deteriorated. As a result, in a system in which the steady-state current I varies within a predetermined current range (hereinafter, also referred to as "current range B"), the processing unit 50 keeps the thyristors 21 and 22 even if the current I varies. deterioration can be determined with high accuracy.

処理部５０は、電流測定回路７０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電流Ｉが電流範囲Ｂを超え、且つ、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが電圧範囲Ａを超えた場合、サイリスタ２１，２２の過電流異常と判定してもよい。電流Ｉの上昇に伴って、サイリスタ２１，２２の電圧降下は大きくなるので、電圧Ｖも上昇する。したがって、処理部５０は、電流Ｉが電流範囲Ｂを超え且つ電圧Ｖが電圧範囲Ａを超える上記の条件が成立した場合、サイリスタ２１，２２に過電流が流れたと判定できる（過電流異常と判定できる）。 The processing unit 50 detects that the current I measured by the current measurement circuit 70 with the thyristors 21 and 22 in the ON state exceeds the current range B, and the voltage V exceeds the voltage range A, it may be determined that the thyristors 21 and 22 have an overcurrent abnormality. As the current I increases, the voltage drop across the thyristors 21 and 22 increases, so the voltage V also increases. Therefore, the processing unit 50 can determine that an overcurrent has flowed through the thyristors 21 and 22 (determined as an overcurrent abnormality) when the above conditions are satisfied, in which the current I exceeds the current range B and the voltage V exceeds the voltage range A. can).

第２実施形態は、負荷電流が大きく変動する場合に特に有効である。 The second embodiment is particularly effective when the load current fluctuates greatly.

図３は、第３実施形態の半導体接触器及び半導体接触器用状態監視装置の構成例を示す図である。第３実施形態において、上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図３に示す第３実施形態は、状態監視装置２０１が処理部５０及びメモリ６０を備える点で、図１に示す第１実施形態と異なる。 FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the semiconductor contactor and the state monitoring device for the semiconductor contactor of the third embodiment. In the third embodiment, descriptions of the same configurations and effects as those of the above embodiments are omitted or simplified by citing the above descriptions. The third embodiment shown in FIG. 3 differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that a state monitoring device 201 includes a processing unit 50 and a memory 60. FIG.

図３に示す状態監視装置２０１は、半導体接触器用状態監視装置の一例であり、半導体接触器１０３の状態を監視する装置である。半導体接触器１０３は、主端子１１、主端子１２、制御端子１３、制御端子１４、主回路２０、制御回路３０及び電圧測定回路４０を備える。状態監視装置２０１は、処理部５０及びメモリ６０を備える。 A state monitoring device 201 shown in FIG. 3 is an example of a semiconductor contactor state monitoring device, and is a device for monitoring the state of the semiconductor contactor 103 . The semiconductor contactor 103 includes a main terminal 11 , a main terminal 12 , a control terminal 13 , a control terminal 14 , a main circuit 20 , a control circuit 30 and a voltage measurement circuit 40 . The state monitoring device 201 has a processing unit 50 and a memory 60 .

電圧測定回路４０は、電圧Ｖの測定結果を、半導体接触器１０３とは別体の状態監視装置２０１に内蔵される処理部５０に、外部配線を介して出力する。 The voltage measurement circuit 40 outputs the measurement result of the voltage V to the processing unit 50 incorporated in the state monitoring device 201 which is separate from the semiconductor contactor 103 via an external wiring.

電圧測定回路４０は、半導体接触器１０３ではなく、状態監視装置２０１に備えてもよい。この場合、電圧測定回路４０は、主回路２０の両端（サイリスタ２１，２２の両端）を図示のようにモニタすることで電圧Ｖを測定してもよいし、配線８１，８２に接続された一対のモニタ線（不図示）を介して、電圧Ｖを測定してもよい。 The voltage measurement circuit 40 may be provided in the condition monitoring device 201 instead of the semiconductor contactor 103 . In this case, the voltage measurement circuit 40 may measure the voltage V by monitoring both ends of the main circuit 20 (both ends of the thyristors 21 and 22) as shown, or a pair of , the voltage V may be measured via a monitor line (not shown).

図４は、第４実施形態の半導体接触器及び半導体接触器用状態監視装置の構成例を示す図である。第４実施形態において、上述の実施形態と同様の構成及び効果についての説明は、上述の説明を援用することで省略又は簡略する。図４に示す第４実施形態は、状態監視装置２０１が処理部５０及びメモリ６０を備える点で、図２に示す第２実施形態と異なる。 FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of the semiconductor contactor and the state monitoring device for the semiconductor contactor of the fourth embodiment. In the fourth embodiment, descriptions of configurations and effects similar to those of the above embodiments are omitted or simplified by citing the above descriptions. The fourth embodiment shown in FIG. 4 differs from the second embodiment shown in FIG. 2 in that a state monitoring device 201 includes a processing unit 50 and a memory 60. FIG.

図４に示す状態監視装置２０１は、半導体接触器用状態監視装置の一例であり、半導体接触器１０４の状態を監視する装置である。半導体接触器１０４は、主端子１１、主端子１２、制御端子１３、制御端子１４、主回路２０、制御回路３０、電圧測定回路４０及び電流測定回路７０を備える。状態監視装置２０１は、処理部５０及びメモリ６０を備える。 A state monitoring device 201 shown in FIG. 4 is an example of a semiconductor contactor state monitoring device, and is a device that monitors the state of the semiconductor contactor 104 . Semiconductor contactor 104 includes main terminal 11 , main terminal 12 , control terminal 13 , control terminal 14 , main circuit 20 , control circuit 30 , voltage measurement circuit 40 and current measurement circuit 70 . The state monitoring device 201 has a processing unit 50 and a memory 60 .

電圧測定回路４０は、電圧Ｖの測定結果を、半導体接触器１０４とは別体の状態監視装置２０１に内蔵される処理部５０に、外部配線を介して出力する。電流測定回路７０は、電流Ｉの測定結果を、半導体接触器１０４とは別体の状態監視装置２０１に内蔵される処理部５０に、外部配線を介して出力する。 The voltage measurement circuit 40 outputs the measurement result of the voltage V to the processing unit 50 incorporated in the state monitoring device 201 which is separate from the semiconductor contactor 104 via an external wiring. The current measurement circuit 70 outputs the measurement result of the current I to the processing unit 50 built in the state monitoring device 201 which is separate from the semiconductor contactor 104 via an external wiring.

図５は、サイリスタ２１，２２等の半導体スイッチング素子の両端に発生する電圧Ｖとその半導体スイッチング素子に流れる電流Ｉとの関係の一例を示す図である。半導体スイッチング素子が過電流や熱ストレスによって劣化すると、半導体スイッチング素子のチップの剥離や損傷などによって、電圧Ｖは、増加し、電圧Ｖ－電流Ｉの特性カーブは、右側にシフトする（例えば、カーブＣ１参照）。また、半導体スイッチング素子に過電流が流れると、電流Ｉの増加による電圧Ｖの増加によって、半導体スイッチング素子の動作点は、特性カーブに沿って上方に移動する（例えば、動作点Ｐ１参照）。また、半導体スイッチング素子の短絡故障又は温度（例えば、半導体スイッチング素子のジャンクション温度）の異常上昇が生じると、電圧Ｖは、減少し、電圧Ｖ－電流Ｉの特性カーブは、左側にシフトする（例えば、カーブＣ２参照）。 FIG. 5 is a diagram showing an example of the relationship between the voltage V generated across the semiconductor switching elements such as the thyristors 21 and 22 and the current I flowing through the semiconductor switching elements. When the semiconductor switching element deteriorates due to overcurrent or thermal stress, the voltage V increases due to peeling or damage to the chip of the semiconductor switching element, and the characteristic curve of voltage V-current I shifts to the right (for example, the curve C1). Also, when an overcurrent flows through the semiconductor switching element, the operating point of the semiconductor switching element moves upward along the characteristic curve due to the increase in voltage V due to the increase in current I (see, for example, operating point P1). Further, when a short-circuit failure of the semiconductor switching element or an abnormal temperature rise (for example, the junction temperature of the semiconductor switching element) occurs, the voltage V decreases, and the voltage V-current I characteristic curve shifts to the left (for example, , curve C2).

したがって、処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが漸増し電圧範囲Ａの上限値（例えば、１Ｖ）を超えた場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。これにより、電流測定回路７０を利用しなくても、サイリスタ２１，２２の劣化を簡易に判定できる。また、処理部５０は、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが漸減し電圧範囲Ａの下限値（例えば、０．５Ｖ）よりも低下した場合、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇と判定してもよい。これにより、電流測定回路７０を利用しなくても、サイリスタ２１，２２の短絡故障又は温度の異常上昇を簡易に判定できる。 Therefore, when the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state gradually increases and exceeds the upper limit value (for example, 1 V) of the voltage range A, the processing unit 50 detects deterioration of the thyristors 21 and 22. can be determined. This makes it possible to easily determine the deterioration of the thyristors 21 and 22 without using the current measuring circuit 70 . In addition, when the voltage V measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state gradually decreases and falls below the lower limit value (for example, 0.5 V) of the voltage range A, the processing unit 50 detects that the thyristors 21 and 22 22 or an abnormal rise in temperature. This makes it possible to easily determine whether the thyristors 21 and 22 have a short-circuit failure or an abnormal temperature rise without using the current measuring circuit 70 .

また、処理部５０は、電流測定回路７０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電流Ｉが電流範囲Ｂにあり、且つ、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖの変化が漸増し電圧範囲Ａの上限値（例えば、１Ｖ）を超えた場合、サイリスタ２１，２２の劣化と判定してもよい。これにより、サイリスタ２１，２２の劣化を高精度に判定できる。例えば、電流範囲Ｂは、１Ａ以上１０Ａ以下の範囲である。 Further, the processing unit 50 determines that the current I measured by the current measurement circuit 70 with the thyristors 21 and 22 in the ON state is within the current range B, and that the current I measured by the voltage measurement circuit 40 with the thyristors 21 and 22 in the ON state is When the change in voltage V gradually increases and exceeds the upper limit value (for example, 1 V) of voltage range A, it may be determined that the thyristors 21 and 22 have deteriorated. Thereby, deterioration of the thyristors 21 and 22 can be determined with high accuracy. For example, the current range B is a range of 1 A or more and 10 A or less.

また、処理部５０は、電流測定回路７０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電流Ｉが電流範囲Ｂの上限値を超え、且つ、電圧測定回路４０によりサイリスタ２１，２２のオン状態で測定された電圧Ｖが電圧範囲Ａの上限値を超えた場合、サイリスタ２１，２２の過電流異常と判定してもよい。これにより、サイリスタ２１，２２の過電流異常を高精度に判定できる。例えば、電流範囲Ｂの上限値は、１０Ａであり、電圧範囲Ａの上限値は、１Ｖである。 In addition, the processing unit 50 determines that the current I measured by the current measurement circuit 70 when the thyristors 21 and 22 are on exceeds the upper limit of the current range B, and the voltage measurement circuit 40 detects that the current I is When the measured voltage V exceeds the upper limit value of the voltage range A, it may be determined that the thyristors 21 and 22 are overcurrent abnormal. Thereby, the overcurrent abnormality of the thyristors 21 and 22 can be determined with high accuracy. For example, the upper limit of current range B is 10A, and the upper limit of voltage range A is 1V.

以上、実施形態を説明したが、本開示の技術は上記実施形態に限定されない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。 Although the embodiments have been described above, the technology of the present disclosure is not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements such as combination or replacement with part or all of other embodiments are possible.

１１，１２主端子
１３，１４制御端子
２０主回路
２１，２２サイリスタ
２３電流経路
３０制御回路
４０電圧測定回路
５０処理部
６０メモリ
７０電流測定回路
８１，８２配線
１０１，１０２，１０３，１０４半導体接触器
２０１状態監視装置 11, 12 main terminals 13, 14 control terminal 20 main circuit 21, 22 thyristor 23 current path 30 control circuit 40 voltage measurement circuit 50 processing unit 60 memory 70 current measurement circuit 81, 82 wiring 101, 102, 103, 104 semiconductor contactor 201 condition monitoring device

Claims

第１端子と、
第２端子と、
前記第１端子と前記第２端子との間の電流経路に直列に挿入された少なくとも一つの半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子をオン又はオフさせる制御回路と、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定する電圧測定回路と、
前記電圧測定回路により前記半導体スイッチング素子のオン状態で測定された前記電圧の変化を監視し、前記変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する処理部と、を備える、半導体接触器。 a first terminal;
a second terminal;
at least one semiconductor switching element inserted in series in a current path between the first terminal and the second terminal;
a control circuit for turning on or off the semiconductor switching element;
a voltage measuring circuit that measures the voltage between the first terminal and the second terminal;
a processing unit that monitors a change in the voltage measured by the voltage measurement circuit while the semiconductor switching element is on, and determines that the semiconductor switching element is degraded when the change is a gradual increase. .

前記処理部は、前記電圧が漸増し所定の電圧範囲から外れた場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する、請求項１に記載の半導体接触器。 2. The semiconductor contactor according to claim 1, wherein said processing unit determines deterioration of said semiconductor switching element when said voltage gradually increases and deviates from a predetermined voltage range.

前記処理部は、前記電圧の実効値又は平均値が漸増し前記所定の電圧範囲から外れた場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する、請求項２に記載の半導体接触器。 3. The semiconductor contactor according to claim 2, wherein said processing unit determines deterioration of said semiconductor switching element when the effective value or average value of said voltage gradually increases and deviates from said predetermined voltage range.

前記処理部は、前記電圧の一周期を超える測定周期で前記電圧測定回路により前記オン状態で測定された前記電圧の変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する、請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体接触器。 2. The processing unit determines deterioration of the semiconductor switching element when the change in the voltage measured in the ON state by the voltage measurement circuit in a measurement cycle exceeding one cycle of the voltage gradually increases. 4. The semiconductor contactor of claim 3.

前記処理部は、前記変化が減少の場合、前記半導体スイッチング素子の短絡故障又は温度の異常上昇と判定する、請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体接触器。 5. The semiconductor contactor according to any one of claims 1 to 4, wherein, when said change is a decrease, said processing unit determines that there is a short-circuit failure in said semiconductor switching element or an abnormal rise in temperature.

前記電流経路に流れる電流を測定する電流測定回路を更に備え、
前記処理部は、前記電流測定回路により前記オン状態で測定された前記電流が所定の電流範囲にあり、且つ、前記変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体接触器。 Further comprising a current measurement circuit that measures the current flowing through the current path,
2. When the current measured in the ON state by the current measuring circuit is within a predetermined current range and the change is a gradual increase, the processing unit determines deterioration of the semiconductor switching element. 6. The semiconductor contactor of claim 5.

前記処理部は、前記電流が前記所定の電流範囲を超え、且つ、前記電圧が所定の電圧範囲を超えた場合、前記半導体スイッチング素子の過電流異常と判定する、請求項６に記載の半導体接触器。 7. The semiconductor contact according to claim 6, wherein said processing unit determines an overcurrent abnormality in said semiconductor switching element when said current exceeds said predetermined current range and said voltage exceeds said predetermined voltage range. vessel.

前記処理部は、前記変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化を通知する、請求項１から７のいずれか一項に記載の半導体接触器。 8. The semiconductor contactor according to any one of claims 1 to 7, wherein the processing unit notifies deterioration of the semiconductor switching element when the change is gradual.

前記半導体スイッチング素子は、サイリスタである、請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体接触器。 9. The semiconductor contactor according to any one of claims 1 to 8, wherein the semiconductor switching element is a thyristor.

第１端子と第２端子との間の電流経路に直列に挿入された少なくとも一つの半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子をオン又はオフさせる制御回路とを有する半導体接触器の状態を監視する半導体接触器用状態監視装置であって、
前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定する電圧測定回路により前記半導体スイッチング素子のオン状態で測定された前記電圧の変化を監視し、前記変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する処理部を備える、半導体接触器用状態監視装置。 A semiconductor for monitoring the state of a semiconductor contactor having at least one semiconductor switching element inserted in series in a current path between a first terminal and a second terminal, and a control circuit for turning on or off the semiconductor switching element A contactor condition monitoring device,
monitoring a change in the voltage measured in the ON state of the semiconductor switching element by a voltage measuring circuit that measures the voltage between the first terminal and the second terminal, and if the change gradually increases, the semiconductor switching A condition monitoring device for a semiconductor contactor, comprising a processing unit for determining deterioration of an element.

第１端子と第２端子との間の電流経路に直列に挿入された少なくとも一つの半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子をオン又はオフさせる制御回路とを有する半導体接触器の状態を監視する方法であって、
電圧測定回路は、前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定し、
処理部は、前記電圧測定回路により前記半導体スイッチング素子のオン状態で測定された前記電圧の変化を監視し、前記変化が漸増の場合、前記半導体スイッチング素子の劣化と判定する、半導体接触器の状態監視方法。 A method for monitoring the state of a semiconductor contactor having at least one semiconductor switching device inserted in series in a current path between a first terminal and a second terminal, and a control circuit for turning on or off the semiconductor switching device. and
a voltage measurement circuit that measures a voltage between the first terminal and the second terminal;
The processing unit monitors a change in the voltage measured by the voltage measurement circuit in the ON state of the semiconductor switching element, and determines that the semiconductor switching element is degraded when the change gradually increases, determining the state of the semiconductor contactor. Monitoring method.