JP3209004B2 - パワースイッチング素子の寿命監視装置及び同寿命監視装置を有するパワースイッチング素子を用いた装置 - Google Patents
パワースイッチング素子の寿命監視装置及び同寿命監視装置を有するパワースイッチング素子を用いた装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はパワースイッチング素子
を用いた装置に関し、特には、パワーサイクルによって
パワースイッチング素子が破壊する前に、同素子の破壊
を防止したり、あるいは保守の時期を把握するための技
術に関する。
を用いた装置に関し、特には、パワーサイクルによって
パワースイッチング素子が破壊する前に、同素子の破壊
を防止したり、あるいは保守の時期を把握するための技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】パワースイッチング素子を用いた装置の
一例として、図３により、インバータを説明する。図３
において、インバータ２は整流回路３と平滑回路４とイ
ンバータ回路５から構成され、インバータ回路５にはパ
ワートランジスタやＩＧＢＴ等のパワースイッチング素
子６が適当数含まれている。
一例として、図３により、インバータを説明する。図３
において、インバータ２は整流回路３と平滑回路４とイ
ンバータ回路５から構成され、インバータ回路５にはパ
ワートランジスタやＩＧＢＴ等のパワースイッチング素
子６が適当数含まれている。
【０００３】インバータ２の動作として、第１には、交
流入力電源１から例えば商用三相交流を入力して整流回
路３と平滑回路４とにより直流電力に変換し、第２に
は、直流電力をインバータ回路５内のパワースイッチン
グ素子６のスイッチングにより例えば３相の所定周波数
の交流に変換し、モータ７に与える。その結果、モータ
７はインバータ回路５から与えられる交流電力の周波数
に応じた回転速度で駆動される。
流入力電源１から例えば商用三相交流を入力して整流回
路３と平滑回路４とにより直流電力に変換し、第２に
は、直流電力をインバータ回路５内のパワースイッチン
グ素子６のスイッチングにより例えば３相の所定周波数
の交流に変換し、モータ７に与える。その結果、モータ
７はインバータ回路５から与えられる交流電力の周波数
に応じた回転速度で駆動される。
【０００４】インバータ２に対する制御回路１０はパワ
ースイッチング素子用ドライブ回路１１とインバータ制
御回路１２から構成され、インバータ制御回路１２には
モータ回転速度の指令値８が入力され、また運転指令器
としてのスイッチ９を通して運転指令９ａが入力され
る。制御回路１０の動作として、スイッチ９がオンの間
は、指令値８に応じた周波数の交流電力をインバータ回
路５が生成するに必要な各パワースイッチング素子６の
オン／オフを行わせるためのタイミング制御信号を、指
令値８に応じてインバータ制御回路１２が生成し、この
タイミング制御信号をパワースイッチング素子６がオン
／オフするのに必要なレベルまでドライブ回路１１が増
幅して、パワースイッチング素子６をオン／オフさせ
る。即ち、スイッチ９がオンの間、インバータ２が運転
状態になり、モータ７が回転する。スイッチ９がオフの
間は、インバータ制御回路１２はインバータ回路５内の
全てのパワースイッチング素子６をオフにさせる制御信
号を生成する。即ち、スイッチ９がオフの間、インバー
タ２が停止状態になり、モータ７が停止する。
ースイッチング素子用ドライブ回路１１とインバータ制
御回路１２から構成され、インバータ制御回路１２には
モータ回転速度の指令値８が入力され、また運転指令器
としてのスイッチ９を通して運転指令９ａが入力され
る。制御回路１０の動作として、スイッチ９がオンの間
は、指令値８に応じた周波数の交流電力をインバータ回
路５が生成するに必要な各パワースイッチング素子６の
オン／オフを行わせるためのタイミング制御信号を、指
令値８に応じてインバータ制御回路１２が生成し、この
タイミング制御信号をパワースイッチング素子６がオン
／オフするのに必要なレベルまでドライブ回路１１が増
幅して、パワースイッチング素子６をオン／オフさせ
る。即ち、スイッチ９がオンの間、インバータ２が運転
状態になり、モータ７が回転する。スイッチ９がオフの
間は、インバータ制御回路１２はインバータ回路５内の
全てのパワースイッチング素子６をオフにさせる制御信
号を生成する。即ち、スイッチ９がオフの間、インバー
タ２が停止状態になり、モータ７が停止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来は、インバ
ータ２などパワースイッチング素子を用いた装置では、
パワーサイクルによるパワースイッチング素子の寿命を
考慮していないため、同素子が破壊するまで寿命が尽き
たことが分らないという問題点がある。
ータ２などパワースイッチング素子を用いた装置では、
パワーサイクルによるパワースイッチング素子の寿命を
考慮していないため、同素子が破壊するまで寿命が尽き
たことが分らないという問題点がある。
【０００６】＜パワーサイクルの説明＞ここで、パワー
サイクルについて述べる。 （１）まず、インバータ２など、パワースイッチング素
子を用いた装置では、同装置の運転時にはパワースイッ
チング素子が発熱してチップのジャンクション温度が上
昇し、同装置の停止時には発熱が止ってジャンクション
温度が低下する。そのため、運転と停止の繰り返しによ
りパワースイッチング素子のチップ部分が熱膨脹と熱収
縮を繰り返す。 （２）一方、パワースイッチング素子は一般に熱膨脹係
数の異なる種々の材料を使って組み立てられているた
め、特にボンディングワイヤ部がパワースイッチング素
子の発熱により温度上昇すると、チップのコート剤であ
るエンキャップの熱膨脹応力により徐々にボンディング
ワイヤがチップから剥離させられはじめ、装置の運転と
停止の繰り返しにより最終的には、ボンディングワイヤ
が完全に剥離してオープン状態になる。即ち、パワース
イッチング素子の不良あるいは破壊に至る。 （３）このボンディングワイヤが熱膨脹応力により完全
に剥離して不良あるいは破壊に至るまでの熱膨脹と熱収
縮のサイクルがパワーサイクルと呼ばれる。
サイクルについて述べる。 （１）まず、インバータ２など、パワースイッチング素
子を用いた装置では、同装置の運転時にはパワースイッ
チング素子が発熱してチップのジャンクション温度が上
昇し、同装置の停止時には発熱が止ってジャンクション
温度が低下する。そのため、運転と停止の繰り返しによ
りパワースイッチング素子のチップ部分が熱膨脹と熱収
縮を繰り返す。 （２）一方、パワースイッチング素子は一般に熱膨脹係
数の異なる種々の材料を使って組み立てられているた
め、特にボンディングワイヤ部がパワースイッチング素
子の発熱により温度上昇すると、チップのコート剤であ
るエンキャップの熱膨脹応力により徐々にボンディング
ワイヤがチップから剥離させられはじめ、装置の運転と
停止の繰り返しにより最終的には、ボンディングワイヤ
が完全に剥離してオープン状態になる。即ち、パワース
イッチング素子の不良あるいは破壊に至る。 （３）このボンディングワイヤが熱膨脹応力により完全
に剥離して不良あるいは破壊に至るまでの熱膨脹と熱収
縮のサイクルがパワーサイクルと呼ばれる。
【０００７】従って、インバータ２をＡＣサーボ装置あ
るいはエレベータのモータ駆動に用いた場合など、運転
と停止の繰り返し頻度が高い装置では、特にパワーサイ
クルによりパワースイッチング素子の寿命が短かくなる
ので、何らかの対策が必要である。
るいはエレベータのモータ駆動に用いた場合など、運転
と停止の繰り返し頻度が高い装置では、特にパワーサイ
クルによりパワースイッチング素子の寿命が短かくなる
ので、何らかの対策が必要である。
【０００８】本発明は上述した事情に鑑み、パワーサイ
クルによるパワースイッチング素子の寿命を監視し、寿
命が尽きる前にパワースイッチング素子の保守の時期を
把握したり、同素子の破壊を防止することを可能とする
装置を提供することを目的とする。
クルによるパワースイッチング素子の寿命を監視し、寿
命が尽きる前にパワースイッチング素子の保守の時期を
把握したり、同素子の破壊を防止することを可能とする
装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する第１
の発明に係るパワースイッチング素子の寿命監視装置
は、パワースイッチング素子のパワーサイクルによる寿
命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命に至る前に
パワースイッチング素子の保護を指示する信号を出力す
る保護指示手段とを具備するパワースイッチング素子の
寿命監視装置において、前記寿命推定手段は、前記パワ
ースイッチング素子のチップのジャンクション温度の温
度差即ちジャンクション温度差と同パワースイッチング
素子のパワーサイクルとの関係を予めパワーサイクル特
性として格納した記憶手段と、同パワースイッチング素
子が用いられている装置の運転時と停止時との間での同
パワースイッチング素子のジャンクション温度差として
設定値を入力し、この設定値に対応するパワーサイクル
を前記記憶手段のパワーサイクル特性から求め同パワー
スイッチング素子の寿命とする演算手段を含むこと、前
記保護指示手段は、前記パワースイッチング素子が用い
られている装置の運転回数を計数し、その計数値が基準
値を越えた時に保護指示信号を出力する計数手段と、前
記記憶手段のパワーサイクル特性から求めたパワーサイ
クルに１未満の計数を乗じて前記基準値とする演算手段
を含むことを特徴とするものである。
の発明に係るパワースイッチング素子の寿命監視装置
は、パワースイッチング素子のパワーサイクルによる寿
命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命に至る前に
パワースイッチング素子の保護を指示する信号を出力す
る保護指示手段とを具備するパワースイッチング素子の
寿命監視装置において、前記寿命推定手段は、前記パワ
ースイッチング素子のチップのジャンクション温度の温
度差即ちジャンクション温度差と同パワースイッチング
素子のパワーサイクルとの関係を予めパワーサイクル特
性として格納した記憶手段と、同パワースイッチング素
子が用いられている装置の運転時と停止時との間での同
パワースイッチング素子のジャンクション温度差として
設定値を入力し、この設定値に対応するパワーサイクル
を前記記憶手段のパワーサイクル特性から求め同パワー
スイッチング素子の寿命とする演算手段を含むこと、前
記保護指示手段は、前記パワースイッチング素子が用い
られている装置の運転回数を計数し、その計数値が基準
値を越えた時に保護指示信号を出力する計数手段と、前
記記憶手段のパワーサイクル特性から求めたパワーサイ
クルに１未満の計数を乗じて前記基準値とする演算手段
を含むことを特徴とするものである。
【００１０】
【００１１】更に、第２の発明に係るパワースイッチン
グ素子の寿命監視装置は、前記計数手段が、前記保護指
示信号として警報信号を出力することを特徴とするもの
である。
グ素子の寿命監視装置は、前記計数手段が、前記保護指
示信号として警報信号を出力することを特徴とするもの
である。
【００１２】また更に、第３の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置は、前記計数手段が、前記保
護指示信号として前記パワースイッチング素子を用いた
装置を停止させるトリップ信号を出力することを特徴と
するものである。
チング素子の寿命監視装置は、前記計数手段が、前記保
護指示信号として前記パワースイッチング素子を用いた
装置を停止させるトリップ信号を出力することを特徴と
するものである。
【００１３】一方、上記目的を達成する第４の発明に係
るパワースイッチング素子を用いた装置は、第１の発明
または第２の発明に係るパワースイッチング素子の寿命
監視装置を具備したことを特徴とするものである。
るパワースイッチング素子を用いた装置は、第１の発明
または第２の発明に係るパワースイッチング素子の寿命
監視装置を具備したことを特徴とするものである。
【００１４】また、第５の発明に係るパワースイッチン
グ素子を用いた装置は、第３の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリッ
プ信号により運転を停止する制御手段と、を具備したこ
とを特徴とするものである。
グ素子を用いた装置は、第３の発明に係るパワースイッ
チング素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリッ
プ信号により運転を停止する制御手段と、を具備したこ
とを特徴とするものである。
【００１５】
【作用】第１の発明では、基本的に、パワースイッチン
グ素子の寿命をパワーサイクルにより推定し、寿命に至
る前に保護指示信号を出力する。この保護指示信号を利
用することにより、パワースイッチング素子の破壊前
に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断した
り、同素子を用いている装置の運転を停止して同素子の
破壊を防止することが可能となる。
グ素子の寿命をパワーサイクルにより推定し、寿命に至
る前に保護指示信号を出力する。この保護指示信号を利
用することにより、パワースイッチング素子の破壊前
に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断した
り、同素子を用いている装置の運転を停止して同素子の
破壊を防止することが可能となる。
【００１６】特に、第１の発明では、パワースイッチン
グ素子のパワーサイクル特性を利用して寿命を推定す
る。即ち、パワースイッチング素子を用いた装置の運転
と停止を行った場合、前述の如くパワースイッチング素
子のチップのジャンクション温度に温度差が生じる。パ
ワーサイクルはこのジャンクション温度差と深い相関関
係があり、図２に例示するように、ジャンクション温度
差ΔＴj が高い程パワーサイクルＣp が短く（短寿
命）、ジャンクション温度差ΔＴj が低い程パワーサイ
クルＣp が長い（長寿命）というパワーサイクル特性が
ある。そこで、使用するパワースイッチング素子の技術
資料により、あるいは実験等により、図２に示すような
パワーサイクル特性を予め用意しておき、ジャンクショ
ン温度差ΔＴj を設定すれば、パワーサイクル特性から
簡単にパワースイッチング素子の寿命を推定することが
できる。そして、パワースイッチング素子の寿命と推定
したパワーサイクルに１未満の係数を乗じて基準値に
し、同パワースイッチング素子を用いた装置の運転回数
が基準値を越えた時に、保護指示信号を出力する。ジャ
ンクション温度差ΔＴj はパワースイッチング素子を用
いた装置の運転と停止を実験的に行って求めることもで
き、あるいは、同装置におけるパワースイッチング素子
の電力損失の計算と放熱特性等から計算によって求める
こともできる。但し、ジャンクション温度差ΔＴj の値
は装置の運転と停止における代表的な一点を選び固定値
とするのが好ましい。これはジャンクション温度差ΔＴ
j の値は通常変化するが、ΔＴj の値が変化すると図２
のようなパワーサイクル特性から寿命を計算するのが非
常に難しくなること、及び代表的な値を用いても大きな
誤差が生じないことによる。
グ素子のパワーサイクル特性を利用して寿命を推定す
る。即ち、パワースイッチング素子を用いた装置の運転
と停止を行った場合、前述の如くパワースイッチング素
子のチップのジャンクション温度に温度差が生じる。パ
ワーサイクルはこのジャンクション温度差と深い相関関
係があり、図２に例示するように、ジャンクション温度
差ΔＴj が高い程パワーサイクルＣp が短く（短寿
命）、ジャンクション温度差ΔＴj が低い程パワーサイ
クルＣp が長い（長寿命）というパワーサイクル特性が
ある。そこで、使用するパワースイッチング素子の技術
資料により、あるいは実験等により、図２に示すような
パワーサイクル特性を予め用意しておき、ジャンクショ
ン温度差ΔＴj を設定すれば、パワーサイクル特性から
簡単にパワースイッチング素子の寿命を推定することが
できる。そして、パワースイッチング素子の寿命と推定
したパワーサイクルに１未満の係数を乗じて基準値に
し、同パワースイッチング素子を用いた装置の運転回数
が基準値を越えた時に、保護指示信号を出力する。ジャ
ンクション温度差ΔＴj はパワースイッチング素子を用
いた装置の運転と停止を実験的に行って求めることもで
き、あるいは、同装置におけるパワースイッチング素子
の電力損失の計算と放熱特性等から計算によって求める
こともできる。但し、ジャンクション温度差ΔＴj の値
は装置の運転と停止における代表的な一点を選び固定値
とするのが好ましい。これはジャンクション温度差ΔＴ
j の値は通常変化するが、ΔＴj の値が変化すると図２
のようなパワーサイクル特性から寿命を計算するのが非
常に難しくなること、及び代表的な値を用いても大きな
誤差が生じないことによる。
【００１７】第２の発明では、保護指示信号として警報
信号を出力する。この警報信号を利用することにより、
パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交
換すべき保守の時期と判断したり、同素子を用いている
装置の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可
能となる。
信号を出力する。この警報信号を利用することにより、
パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交
換すべき保守の時期と判断したり、同素子を用いている
装置の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可
能となる。
【００１８】第３の発明では、保護指示信号としてトリ
ップ信号を出力する。このトリップ信号を利用すること
により、パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を
用いている装置の運転を停止して同素子の破壊を防止す
ることが可能となり、また停止中に新品と交換すること
も可能となる。
ップ信号を出力する。このトリップ信号を利用すること
により、パワースイッチング素子の破壊前に、同素子を
用いている装置の運転を停止して同素子の破壊を防止す
ることが可能となり、また停止中に新品と交換すること
も可能となる。
【００１９】第４の発明では、パワースイッチング素子
の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワース
イッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換すべき
保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置の運
転を停止して同素子の破壊を防止することが可能とな
る。
の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワース
イッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換すべき
保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置の運
転を停止して同素子の破壊を防止することが可能とな
る。
【００２０】第５の発明によれば、トリップ信号を出力
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。
【００２１】
【実施例】以下、図面を参照して本発明とその一実施例
を説明する。図１にはパワースイッチング素子を用いた
装置の一例としてインバータ２が、その制御回路１０及
び寿命監視装置２０と共に示されている。
を説明する。図１にはパワースイッチング素子を用いた
装置の一例としてインバータ２が、その制御回路１０及
び寿命監視装置２０と共に示されている。
【００２２】図１において、インバータ２は従来例と同
じく、整流回路３と平滑回路４とインバータ回路５から
構成され、インバータ回路５にはパワートランジスタや
ＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子６が適当数含まれ
ている。また、インバータ２の動作も従来例と同じであ
り、第１には、交流入力電源１から例えば商用三相交流
を入力して電流回路３と平滑回路４とにより直流電力に
変換し、第２には、直流電力をインバータ回路５内のパ
ワースイッチング素子６のスイッチングにより例えば３
相の所定周波数の交流に変換し、モータ７に与える。そ
の結果、モータ７はインバータ回路５から与えられる交
流電力の周波数に応じた回転速度で駆動される。
じく、整流回路３と平滑回路４とインバータ回路５から
構成され、インバータ回路５にはパワートランジスタや
ＩＧＢＴ等のパワースイッチング素子６が適当数含まれ
ている。また、インバータ２の動作も従来例と同じであ
り、第１には、交流入力電源１から例えば商用三相交流
を入力して電流回路３と平滑回路４とにより直流電力に
変換し、第２には、直流電力をインバータ回路５内のパ
ワースイッチング素子６のスイッチングにより例えば３
相の所定周波数の交流に変換し、モータ７に与える。そ
の結果、モータ７はインバータ回路５から与えられる交
流電力の周波数に応じた回転速度で駆動される。
【００２３】インバータ２に対する制御回路１０は従来
例と同じくパワースイッチング素子用ドライブ回路１１
とインバータ制御回路１２から構成されるが、インバー
タ制御回路１２にはモータ回転速度の指令値８が入力さ
れ、また運転指令器としてのスイッチ９を通して運転指
令９ａが入力されるだけでなく、後述する如く寿命監視
装置２０から警報信号１３ａ及びトリップ信号１４ａが
入力される。また、インバータ制御回路１２から寿命監
視装置２０に対し、後述する如く制御信号としてリセッ
ト信号１２ａ，１２ｂが出力される。
例と同じくパワースイッチング素子用ドライブ回路１１
とインバータ制御回路１２から構成されるが、インバー
タ制御回路１２にはモータ回転速度の指令値８が入力さ
れ、また運転指令器としてのスイッチ９を通して運転指
令９ａが入力されるだけでなく、後述する如く寿命監視
装置２０から警報信号１３ａ及びトリップ信号１４ａが
入力される。また、インバータ制御回路１２から寿命監
視装置２０に対し、後述する如く制御信号としてリセッ
ト信号１２ａ，１２ｂが出力される。
【００２４】制御回路１０の動作として、基本的には従
来例と同じく、スイッチ９がオンの間は、指令値８に応
じた周波数の交流電力をインバータ回路５が生成するに
必要な各パワースイッチング素子６のオン／オフを行わ
せるためのタイミング制御信号を、指令値８に応じてイ
ンバータ制御回路１２が生成し、このタイミング制御信
号をパワースイッチング素子６がオン／オフするのに必
要なレベルまでドライブ回路１１が増幅して、パワース
イッチング素子６をオン／オフさせる。即ち、スイッチ
９がオンの間、インバータ２が運転状態になり、モータ
７が回転する。但し、スイッチ９がオンの間でも、トリ
ップ信号１４ａを入力した場合には、インバータ制御回
路１２は全てのパワースイッチ素子６をオフにさせる制
御信号を生成し、インバータ２を強制的に停止させる。
また、警報信号１３ａを入力した場合には、インバータ
制御回路１２は図示省略の警報器を作動させ、音や発光
によりパワースイッチング素子６を保守すべき時期が来
たことを係員に知らせて、新品との交換を促す。パワー
スイッチング素子６を新品と交換した場合は、その旨を
図示省略したリセットスイッチ等により係員が入力する
ことにより、インバータ制御回路１２から寿命監視装置
２０に対してリセット信号１２ａ，１２ｂを出力する。
来例と同じく、スイッチ９がオンの間は、指令値８に応
じた周波数の交流電力をインバータ回路５が生成するに
必要な各パワースイッチング素子６のオン／オフを行わ
せるためのタイミング制御信号を、指令値８に応じてイ
ンバータ制御回路１２が生成し、このタイミング制御信
号をパワースイッチング素子６がオン／オフするのに必
要なレベルまでドライブ回路１１が増幅して、パワース
イッチング素子６をオン／オフさせる。即ち、スイッチ
９がオンの間、インバータ２が運転状態になり、モータ
７が回転する。但し、スイッチ９がオンの間でも、トリ
ップ信号１４ａを入力した場合には、インバータ制御回
路１２は全てのパワースイッチ素子６をオフにさせる制
御信号を生成し、インバータ２を強制的に停止させる。
また、警報信号１３ａを入力した場合には、インバータ
制御回路１２は図示省略の警報器を作動させ、音や発光
によりパワースイッチング素子６を保守すべき時期が来
たことを係員に知らせて、新品との交換を促す。パワー
スイッチング素子６を新品と交換した場合は、その旨を
図示省略したリセットスイッチ等により係員が入力する
ことにより、インバータ制御回路１２から寿命監視装置
２０に対してリセット信号１２ａ，１２ｂを出力する。
【００２５】スイッチ９がオフの間は、従来例と同じく
インバータ制御回路１２はインバータ回路５内の全ての
パワースイッチング素子６をオフにさせる制御信号を生
成する。即ち、スイッチ９がオフの時、インバータ２が
停止状態になり、モータ７が停止する。
インバータ制御回路１２はインバータ回路５内の全ての
パワースイッチング素子６をオフにさせる制御信号を生
成する。即ち、スイッチ９がオフの時、インバータ２が
停止状態になり、モータ７が停止する。
【００２６】＜パワースイッチング素子の寿命監視装置
＞寿命監視装置２０はカウンタ１３及びカウンタ１４
と、基準値演算回路１５と、メモリ（テーブル）１６か
ら構成され、各カウンタ１３，１４には運転指令器９の
オン毎に運転指令９ａが入力され、基準値演算回路１５
から基準値Ｋ1 ＣP，Ｋ2 ＣP が入力され、またインバ
ータ制御回路１２からリセット信号１２ａ，１２ｂが入
力される。また基準値演算回路１５には、ジャンクショ
ン温度差ΔＴ j 設定用の入力回路１９と、基準値算出用
係数Ｋ1 ，Ｋ2 設定用の入力回路１７，１８が接続され
ている。
＞寿命監視装置２０はカウンタ１３及びカウンタ１４
と、基準値演算回路１５と、メモリ（テーブル）１６か
ら構成され、各カウンタ１３，１４には運転指令器９の
オン毎に運転指令９ａが入力され、基準値演算回路１５
から基準値Ｋ1 ＣP，Ｋ2 ＣP が入力され、またインバ
ータ制御回路１２からリセット信号１２ａ，１２ｂが入
力される。また基準値演算回路１５には、ジャンクショ
ン温度差ΔＴ j 設定用の入力回路１９と、基準値算出用
係数Ｋ1 ，Ｋ2 設定用の入力回路１７，１８が接続され
ている。
【００２７】まず、メモリ１６には、インバータ２に用
いられているパワースイッチング素子６のパワーサイク
ル特性、即ち図２に示すようなジャンクション温度ΔＴ
j とパワーサイクルＣP との相関関係が予めテーブルの
形で格納されている。
いられているパワースイッチング素子６のパワーサイク
ル特性、即ち図２に示すようなジャンクション温度ΔＴ
j とパワーサイクルＣP との相関関係が予めテーブルの
形で格納されている。
【００２８】基準値演算回路１５は、入力回路１９によ
りジャンクション温度差ΔＴj を設定されると、このジ
ャンクション温度差ΔＴj に対応するパワーサイクルＣ
P をメモリ１６から読み出し、パワースイッチング素子
６の寿命として推定する。更に、基準値演算回路１５
は、入力回路１７により係数Ｋ1 （０＜Ｋ1 ＜１）が設
定されると、パワーサイクルＣP に係数Ｋ1 を乗じ、そ
の値Ｋ1 ＣP を警報用基準値としてカウンタ１３に与え
る。同様に、入力回路１８により係数Ｋ2 （Ｋ1＜Ｋ2
＜１）が設定されると、パワーサイクルＣP に係数Ｋ2
を乗じ、その値Ｋ 2 ＣP をトリップ用基準値としてカウ
ンタ１４に与える。
りジャンクション温度差ΔＴj を設定されると、このジ
ャンクション温度差ΔＴj に対応するパワーサイクルＣ
P をメモリ１６から読み出し、パワースイッチング素子
６の寿命として推定する。更に、基準値演算回路１５
は、入力回路１７により係数Ｋ1 （０＜Ｋ1 ＜１）が設
定されると、パワーサイクルＣP に係数Ｋ1 を乗じ、そ
の値Ｋ1 ＣP を警報用基準値としてカウンタ１３に与え
る。同様に、入力回路１８により係数Ｋ2 （Ｋ1＜Ｋ2
＜１）が設定されると、パワーサイクルＣP に係数Ｋ2
を乗じ、その値Ｋ 2 ＣP をトリップ用基準値としてカウ
ンタ１４に与える。
【００２９】カウンタ１３はカウントアップ形のもので
あり、基準値演算回路１５から与えられた基準値Ｋ1 Ｃ
P を設定値とし、スイッチ９のオン毎に入力される運転
指令９ａの入力回数を運転回数としてカウントし、カウ
ント値ＣC が増大して設定値（基準値）Ｋ1 ＣP を越え
た時に、警報信号１３ａをインバータ制御回路１２及び
外部に出力する。なお、インバータ制御回路１２からリ
セット信号１２ａを入力すると、カウンタ１３は警報信
号を停止し、同時にカウント値をゼロに戻す。
あり、基準値演算回路１５から与えられた基準値Ｋ1 Ｃ
P を設定値とし、スイッチ９のオン毎に入力される運転
指令９ａの入力回数を運転回数としてカウントし、カウ
ント値ＣC が増大して設定値（基準値）Ｋ1 ＣP を越え
た時に、警報信号１３ａをインバータ制御回路１２及び
外部に出力する。なお、インバータ制御回路１２からリ
セット信号１２ａを入力すると、カウンタ１３は警報信
号を停止し、同時にカウント値をゼロに戻す。
【００３０】カウンタ１４は同じくカウントアップ形の
ものであり、基準値演算回路１５から与えられた基準値
Ｋ2 ＣP を設定値とし、スイッチ９のオン毎に入力され
る運転指令９ａの入力回数を運転回数としてカウント
し、カウント値ＣC が増大して設定値（基準値）Ｋ2 Ｃ
P を越えた時に、トリップ信号１４ａをインバータ制御
回路１２及び外部に出力する。なお、インバータ制御回
路１２からリセット信号１２ｂを入力すると、カウンタ
１４はトリップ信号を停止し、同時にカウント値をゼロ
に戻す。
ものであり、基準値演算回路１５から与えられた基準値
Ｋ2 ＣP を設定値とし、スイッチ９のオン毎に入力され
る運転指令９ａの入力回数を運転回数としてカウント
し、カウント値ＣC が増大して設定値（基準値）Ｋ2 Ｃ
P を越えた時に、トリップ信号１４ａをインバータ制御
回路１２及び外部に出力する。なお、インバータ制御回
路１２からリセット信号１２ｂを入力すると、カウンタ
１４はトリップ信号を停止し、同時にカウント値をゼロ
に戻す。
【００３１】＜寿命監視装置の使い方＞次に寿命監視装
置２０の使い方の一例を説明する。 （１）まず、メモリ１６にパワーサイクル特性を格納す
る。 （２）次に、ジャンクション温度差ΔＴj の代表的な値
（固定値）を電力損失計算に基づいて決定し、入力回路
１９により基準値演算回路１５に設定する。 （３）次に、係数Ｋ1 を例えば０．７≦Ｋ1 ≦０．８の
範囲で、また係数Ｋ2を０．９≦Ｋ2 ＜１．０の範囲
で、それぞれ入力回路１７，１８により基準値演算回路
１５に設定する。 （４）その後は、インバータ２の運転回数ＣC をカウン
タ１３，１４がカウントし、Ｋ1 ＣP ＜ＣC の時にカウ
ンタ１３が警報信号１３ａを出力するので、係員が警報
に応じてインバータ２の運転を停止し、早目にパワース
イッチング素子６を新品に交換する。この時、リセット
スイッチ等を操作して、カウンタ１３及び１４をリセッ
トさせる。これにより、運転再開から運転回数をカウン
トし直す。 （５）警報信号１３ａが出力されたまま放置しておく
と、警報が続き、そのうちにカウンタ１４がＫ2 ＣP ＜
ＣC の時にトリップ信号１４ａを出力し、これによりイ
ンバータ２の運転が自動的に停止するので、係員がパワ
ースイッチング素子６を新品と交換する。この時も、リ
セットスイッチ等を操作して、カウンタ１３及び１４を
リセットさせる。これにより、交換後の運転再開から運
転回数をカウントし直す。
置２０の使い方の一例を説明する。 （１）まず、メモリ１６にパワーサイクル特性を格納す
る。 （２）次に、ジャンクション温度差ΔＴj の代表的な値
（固定値）を電力損失計算に基づいて決定し、入力回路
１９により基準値演算回路１５に設定する。 （３）次に、係数Ｋ1 を例えば０．７≦Ｋ1 ≦０．８の
範囲で、また係数Ｋ2を０．９≦Ｋ2 ＜１．０の範囲
で、それぞれ入力回路１７，１８により基準値演算回路
１５に設定する。 （４）その後は、インバータ２の運転回数ＣC をカウン
タ１３，１４がカウントし、Ｋ1 ＣP ＜ＣC の時にカウ
ンタ１３が警報信号１３ａを出力するので、係員が警報
に応じてインバータ２の運転を停止し、早目にパワース
イッチング素子６を新品に交換する。この時、リセット
スイッチ等を操作して、カウンタ１３及び１４をリセッ
トさせる。これにより、運転再開から運転回数をカウン
トし直す。 （５）警報信号１３ａが出力されたまま放置しておく
と、警報が続き、そのうちにカウンタ１４がＫ2 ＣP ＜
ＣC の時にトリップ信号１４ａを出力し、これによりイ
ンバータ２の運転が自動的に停止するので、係員がパワ
ースイッチング素子６を新品と交換する。この時も、リ
セットスイッチ等を操作して、カウンタ１３及び１４を
リセットさせる。これにより、交換後の運転再開から運
転回数をカウントし直す。
【００３２】なお、図１ではインバータ２と、制御回路
１０と、寿命監視装置２０とが別々のもののように見え
るが、制御回路１０及び寿命監視装置２０をインバータ
２内部に設けても良く、あるいはインバータ２外部に設
けても良い。
１０と、寿命監視装置２０とが別々のもののように見え
るが、制御回路１０及び寿命監視装置２０をインバータ
２内部に設けても良く、あるいはインバータ２外部に設
けても良い。
【００３３】
【発明の効果】第１の発明によれば、基本的に、パワー
スイッチング素子の寿命をパワーサイクルにより推定
し、寿命に至る前に保護指示信号を出力するので、この
保護指示信号を利用してパワースイッチング素子の破壊
前に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断した
り、同素子を用いている装置の運転を停止して同素子の
破壊を防止することが可能となる。
スイッチング素子の寿命をパワーサイクルにより推定
し、寿命に至る前に保護指示信号を出力するので、この
保護指示信号を利用してパワースイッチング素子の破壊
前に、同素子を新品に交換すべき保守の時期と判断した
り、同素子を用いている装置の運転を停止して同素子の
破壊を防止することが可能となる。
【００３４】特に、第１の発明によれば、パワースイッ
チング素子のパワーサイクル特性からジャンクション温
度差として入力した設定値に対応するパワーサイクルを
求めることにより、寿命を推定するので、寿命の推定が
簡単且つ容易である。また、パワースイッチング素子の
寿命と推定したパワーサイクルに１未満の係数を乗じて
基準値とすることにより、同パワースイッチング素子を
用いた装置の運転回数が基準値を越えた時に、保護指示
信号を出力することができる。
チング素子のパワーサイクル特性からジャンクション温
度差として入力した設定値に対応するパワーサイクルを
求めることにより、寿命を推定するので、寿命の推定が
簡単且つ容易である。また、パワースイッチング素子の
寿命と推定したパワーサイクルに１未満の係数を乗じて
基準値とすることにより、同パワースイッチング素子を
用いた装置の運転回数が基準値を越えた時に、保護指示
信号を出力することができる。
【００３５】第２の発明によれば、保護指示信号として
警報信号を出力するので、この警報信号を利用してパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。
警報信号を出力するので、この警報信号を利用してパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。
【００３６】第３の発明によれば、保護指示信号として
トリップ信号を出力するので、このトリップ信号を利用
してパワースイッチング素子の破壊前に、同素子を用い
ている装置の運転を強制的に停止して同素子の破壊を防
止することが可能となる。
トリップ信号を出力するので、このトリップ信号を利用
してパワースイッチング素子の破壊前に、同素子を用い
ている装置の運転を強制的に停止して同素子の破壊を防
止することが可能となる。
【００３７】第４の発明によれば、パワースイッチング
素子の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。
素子の寿命監視装置を具備しているので、使用中のパワ
ースイッチング素子の破壊前に、同素子を新品に交換す
べき保守の時期と判断したり、同素子を用いている装置
の運転を停止して同素子の破壊を防止することが可能と
なる。
【００３８】第５の発明によれば、トリップ信号を出力
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。
する寿命監視装置と、トリップ信号により運転を停止す
る制御手段とを具備しているので、使用中のパワースイ
ッチング素子の破壊前に同素子を用いている装置の運転
が自動的に停止して、同素子の破壊を未然に防止する。
また、この時にパワースイッチング素子を新品と交換す
ることができる。
【図１】本発明の一実施例を示す図。
【図２】パワーサイクル特性を示す図。
【図３】従来例を示す図。
１ 交流入力電源 ２ インバータ ３ 整流回路 ４ 平滑回路 ５ インバータ回路 ６ パワースイッチング素子 ７ モータ ８ 回転速度の指令値 ９ 運転指令器（スイッチ） ９ａ 運転指令 １０ 制御回路 １１ ドライブ回路 １２ インバータ制御回路 １２ａ，１２ｂ リセット信号 １３ カウンタ（計数手段） １３ａ 警報信号 １４ カウンタ（計数手段） １４ａ トリップ信号 １５ 基準値演算回路（演算手段） １６ メモリ（記憶手段） １７，１８ 係数設定用入力回路 １９ ジャンクション温度差設定用入力回路 ２０ 寿命監視装置 ＣP パワーサイクル ΔＴj ジャンクション温度差 Ｋ1 ，Ｋ2 係数 Ｋ1 ＣP ，Ｋ2 ＣP 基準値
Claims (5)
- 【請求項１】 パワースイッチング素子のパワーサイク
ルによる寿命を推定する寿命推定手段と、推定した寿命
に至る前にパワースイッチング素子の保護を指示する信
号を出力する保護指示手段とを具備するパワースイッチ
ング素子の寿命監視装置において、 前記寿命推定手段は、前記パワースイッチング素子のチ
ップのジャンクション温度の温度差即ちジャンクション
温度差と同パワースイッチング素子のパワーサイクルと
の関係を予めパワーサイクル特性として格納した記憶手
段と、同パワースイッチング素子が用いられている装置
の運転時と停止時との間での同パワースイッチング素子
のジャンクション温度差として設定値を入力し、この設
定値に対応するパワーサイクルを前記記憶手段のパワー
サイクル特性から求め同パワースイッチング素子の寿命
とする演算手段を含むこと、 前記保護指示手段は、前記パワースイッチング素子が用
いられている装置の運転回数を計数し、その計数値が基
準値を越えた時に保護指示信号を出力する計数手段と、
前記記憶手段のパワーサイクル特性から求めたパワーサ
イクルに１未満の計数を乗じて前記基準値とする演算手
段を含むこと を特徴とするパワースイッチング素子の寿
命監視装置。 - 【請求項２】 前記計数手段が、前記保護指示信号とし
て警報信号を出力することを特徴とする請求項１記載の
パワースイッチング素子の寿命監視装置。 - 【請求項３】 前記計数手段が、前記保護指示信号とし
て前記パワースイッチング素子を用いた装置を停止させ
るトリップ信号を出力することを特徴とする請求項１記
載のパワースイッチング素子の寿命監視装置。 - 【請求項４】 請求項１または２に記載したパワースイ
ッチング素子の寿命監視装置を具備したことを特徴とす
るパワースイッチング素子を用いた装置。 - 【請求項５】 請求項３に記載したパワースイッチング
素子の寿命監視装置と、同寿命監視装置のトリップ信号
により運転を停止する制御手段と、を具備したことを特
徴とするパワースイッチング素子を用いた装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18810194A JP3209004B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | パワースイッチング素子の寿命監視装置及び同寿命監視装置を有するパワースイッチング素子を用いた装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18810194A JP3209004B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | パワースイッチング素子の寿命監視装置及び同寿命監視装置を有するパワースイッチング素子を用いた装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0851768A JPH0851768A (ja) | 1996-02-20 |
| JP3209004B2 true JP3209004B2 (ja) | 2001-09-17 |
Family
ID=16217725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18810194A Expired - Fee Related JP3209004B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-08-10 | パワースイッチング素子の寿命監視装置及び同寿命監視装置を有するパワースイッチング素子を用いた装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3209004B2 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10392498B4 (de) * | 2003-03-12 | 2008-07-24 | Mitsubishi Denki K.K. | Vorrichtung zur Steuerung eines Elektromotors |
| WO2005038918A1 (ja) * | 2003-10-15 | 2005-04-28 | Hitachi, Ltd. | パワー半導体モジュール及びそれを用いた電力変換装置並びに移動体 |
| JP2005354812A (ja) * | 2004-06-11 | 2005-12-22 | Hitachi Ltd | インバータ装置 |
| JP4340603B2 (ja) * | 2004-08-26 | 2009-10-07 | 株式会社日立ビルシステム | 電力変換器用制御装置 |
| JP2006254574A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Yaskawa Electric Corp | インバータの保護装置 |
| JP4591246B2 (ja) * | 2005-07-14 | 2010-12-01 | 株式会社日立製作所 | 電力変換器 |
| JP4920319B2 (ja) | 2006-06-22 | 2012-04-18 | 三菱電機株式会社 | 半導体素子の寿命予測回路 |
| DE102006039592A1 (de) * | 2006-08-01 | 2008-02-07 | Conti Temic Microelectronic Gmbh | Verfahren zur Beurteilung einer Halbleiterschaltung |
| JP5016967B2 (ja) | 2007-04-20 | 2012-09-05 | 株式会社日立産機システム | 電力変換装置及びパワーサイクル寿命予測方法 |
| JP5233198B2 (ja) | 2007-08-06 | 2013-07-10 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| JP5105431B2 (ja) * | 2008-04-01 | 2012-12-26 | シャープ株式会社 | 電力変換装置 |
| JP5343901B2 (ja) * | 2010-03-17 | 2013-11-13 | 富士電機株式会社 | パワーサイクル寿命予測方法、寿命予測装置及び該寿命予測装置を備えた半導体装置 |
| JP5949584B2 (ja) * | 2013-01-30 | 2016-07-06 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の駆動装置 |
| CN107247229A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-10-13 | 湖南中车时代通信信号有限公司 | 易损耗的机械元件的使用寿命的检测方法和电子装置 |
| JP2019187089A (ja) * | 2018-04-10 | 2019-10-24 | 株式会社日立製作所 | 診断装置及び診断システム |
| JP7131066B2 (ja) * | 2018-05-18 | 2022-09-06 | 富士電機株式会社 | 半導体装置 |
| JP2020022294A (ja) * | 2018-08-02 | 2020-02-06 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | 電動機および電動機の潤滑剤充填時期判定システム |
| JP7241652B2 (ja) * | 2019-09-17 | 2023-03-17 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置、電子装置および電子システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2767965B2 (ja) * | 1990-03-12 | 1998-06-25 | 三菱電機株式会社 | 電力変換装置及びインバータ装置 |
| JPH07135731A (ja) * | 1993-11-09 | 1995-05-23 | Fuji Electric Co Ltd | 半導体素子の過熱保護装置 |
-
1994
- 1994-08-10 JP JP18810194A patent/JP3209004B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH0851768A (ja) | 1996-02-20 |
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