TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
公開番号2021069234
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2019194463
出願日20191025
発明の名称半導体素子制御装置
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人快友国際特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20210402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】半導体素子の制御装置において、半導体素子の温度変化による劣化を正確に判断し保護する。
【解決手段】半導体素子の制御装置は、半導体素子の温度を検出する素子温度センサと、半導体素子に対して所定の保護動作を実行するための保護部と、素子温度センサによる検出温度と、上限閾値とを比較することにより、保護部による保護動作の要否を判断する判断部とを備え、判断部は、素子温度センサによる検出温度が下限閾値を下回ったときに、上限閾値を低下させる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
半導体素子の制御装置であって、
前記半導体素子の温度を検出する素子温度センサと、
前記半導体素子に対して所定の保護動作を実行するための保護部と、
前記素子温度センサによる検出温度と、上限閾値とを比較することにより、前記保護部による前記保護動作の要否を判断する判断部と、
を備え、
前記判断部は、前記素子温度センサによる検出温度が下限閾値を下回ったときに、前記上限閾値を低下させる、
制御装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本明細書が開示する技術は、半導体素子の制御装置に関する。
続きを表示(約 5,400 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1に、半導体素子の制御装置の一例として、エレベータの制御装置が開示されている。この制御装置は、インバータ内の半導体素子が寿命に到達したと判断されると、通常動作から保護動作に変更する保護部と、インバータ内の半導体素子の発熱温度変化から寿命を判定する判断部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特許4896992号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
上記した制御装置では、かご走行パターン毎に異なる半導体素子の発熱温度変化幅の推定値が、かご走行パターンに対応付けて予め登録されており、走行指令に基づいて、かご走行パターンに対応する発熱温度変化幅での発熱回数が積算される。そして、積算された発熱回数に基づいて、半導体素子が寿命に到達したかどうかが、判断部によって判定される。一般的に、半導体素子のような脆性部材は、温度変化だけでなく、これまで経験した最大温度や最小温度といった温度履歴が、半導体素子の劣化に影響することが知られている。しかしながら、上述した制御装置では、半導体素子のこれまでに経験した最大温度や最小温度によらず、寿命判定の閾値が一定であるため、正確に劣化の度合いを判断し損ねるおそれが生じる。本明細書では、このような問題を解決又は少なくとも低減し、半導体素子の劣化を正確に判断し得る技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本明細書が開示する、半導体素子の制御装置は、半導体素子の温度を検出する素子温度センサと、半導体素子に対して所定の保護動作を実行するための保護部と、素子温度センサによる検出温度と、上限閾値を比較することにより、保護部による保護動作の要否を判断する判断部とを備え、判断部は素子温度センサによる検出温度が下限閾値を下回ったときに、上限閾値を低下させる。
【0006】
上記した制御装置は、半導体素子の温度を検出する温度センサによって、半導体素子温度が監視され、半導体素子の最低温度が下限閾値を下回ったときに、上限閾値を低下させる。従って、半導体素子の最大温度と最小温度の差が一定の値を超えないよう制御することができる。その結果、半導体素子が実際に経験した温度履歴を考慮して、半導体素子を適切に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
実施例の制御装置10の構成を示す。
処理装置14による半導体素子2の保護動作に係る処理を示す。
所定の期間における最小値Tmin及び最大値Tmax取得の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図面を参照して、実施例の制御装置10について説明する。本実施例の制御装置10は、半導体素子2の動作を制御する装置である。半導体素子2は、パワー半導体素子であり、例えば、DC/DCコンバータやインバータといった電力変換回路のスイッチング素子であってよい。以下の説明では、単一の半導体素子2について代表して説明するが、本実施例の制御装置10は、複数の半導体素子を有する各種の回路に対しても、同様に適用することができる。特に限定されないが、本実施例の制御装置10は、例えば電気自動車(ハイブリッド車や燃料電池車を含む)の電力変換回路に対して好適に採用することができる。
【0009】
図1に示すように、制御装置10は、素子温度センサ12と、処理装置14と、駆動回路24とを備える。素子温度センサ12は、半導体素子2の近傍に位置し、又は半導体素子2に内蔵されており、半導体素子2の温度を検出する。ここで、素子温度センサ12の具体的な構成については、特に限定されない。素子温度センサ12は、半導体素子2の温度を、直接的又は間接的に測定し得るものであればよい。例えば、素子温度センサ12は、半導体素子2を冷却するために用いられる冷却水の水温を検出する水温センサであってよい。
【0010】
処理装置14は、素子温度センサ12に接続され、素子温度センサ12による検出温度、即ち、半導体素子2の温度を監視する。素子温度センサ12による検出温度が、所定の上限閾値を上回る場合に、処理装置14は、駆動回路24に対して所定の保護信号を出力する。
【0011】
半導体素子2のゲートには、駆動回路24が接続されている。駆動回路24は、外部の制御装置から入力されるPWM信号PWM1に基づいて、半導体素子2を断続的にオンオフさせる。駆動回路24は、処理装置14にも接続されている。駆動回路24は、処理装置14から前述した保護信号を受信した場合、PWM信号PWM1にかかわらず、予め定められた保護動作を実行する。ここでいう保護動作とは、特に限定されないが、半導体素子2の温度上昇を抑制するために、半導体素子2のオン動作を禁止又は制限するものである。
【0012】
処理装置14は、出力部16と、メモリ18と、判断部20と、保護部22とを備える。前述したように、処理装置14には、素子温度センサ12による検出温度が入力される。処理装置14は、入力された検出温度を、メモリ18内へ累積的に記録する。これにより、メモリ18には、半導体素子2がこれまでに経験した温度の履歴が、温度履歴データとして記録されていく。温度履歴データの内容は、特に限定されないが、少なくとも後述する最大値Tmax及び最小値Tminが記録されているとよい。
【0013】
処理装置14は、メモリ18に記録された温度履歴データを、出力部16を介して外部へ出力することができる。出力部16は、例えば有線又は無線の通信手段である。温度履歴データの出力は、例えば外部からのリクエストに応じて、随時に実行されてもよい。例えば、自動車に採用されている場合は、自動車の修理やメンテナンス時において、作業者が温度履歴データを参照できるようにしてもよい。あるいは、予め定められたタイミング又はスケジュールに従って、温度履歴データの出力が自動的に実行されてもよい。例えば、自動車に採用されている場合は、自動車の始動時や所定の走行距離への到達時に、温度履歴データが外部のサーバへ自動的に送信されてもよい。
【0014】
判断部20及び保護部22は、前述した半導体素子2の保護動作を実行するために設けられている。判断部20は、素子温度センサ12による検出温度と、メモリ18に登録されている上限閾値とを比較することにより、保護動作の要否を判断する。そして、判断部20によって保護動作が必要と判断されたときは、保護部22が駆動回路24へ保護信号を出力する。これにより、駆動回路24において前述した保護動作が実行される。
【0015】
図2を参照して、処理装置14による半導体素子2の保護動作に係る処理について説明する。先ず、ステップS30では、判断部20は、素子温度センサ12から、半導体素子2の温度Tを取得する。次に、ステップS32では、判断部20は、取得した半導体素子2の温度Tと、予め記憶された最小値Tminとを比較する。最小値Tminは、半導体素子2がそれまでに経験した温度の内、最も低い温度のことを指す。判断部20は、取得した半導体素子2の温度Tが、最小値Tmin未満であると判断した場合(S32でYES)に、ステップS42の処理に進む。その一方で、判断部20は、取得した半導体素子2の温度Tが、最小値Tmin以上であると判断した場合(S32でNO)には、ステップS34の処理に進む。
【0016】
ステップS42では、メモリ18は、取得した半導体素子2の温度Tを、半導体素子2が経験した新たな温度情報として最小値Tminを記録する。次いで、処理装置14は、ステップS34の処理に進む。
【0017】
ステップS34では、判断部20は、取得した半導体素子2の温度Tと、予め登録されている最大値Tmaxとを比較する。最大値Tmaxは、半導体素子2がそれまでに経験した温度の内、最も高い温度のことを指す。判断部20は、取得した半導体素子2の温度Tが、最大値Tmaxを上回ると判断した場合(S34でYES)に、ステップS44の処理に進む。その一方で、判断部20は、取得した半導体素子2の温度Tが、最大値Tmax以下であると判断した場合(S34でNO)には、ステップS36の処理に進む。
【0018】
ステップS44では、メモリ18は、取得した半導体素子2の温度Tを、半導体素子2が経験した新たな温度情報として最大値Tmaxを記録する。次いで、処理装置14は、ステップS36の処理に進む。これまでのステップにより、図3に例示するように、所定の期間における半導体素子2の温度履歴に関して、時刻t1における温度T1は最小値Tminとして、時刻t2における温度T2は最大値Tmaxとして、メモリ18に記憶される。ここでいう所定の期間は、図3に示すように時間で定められてもよく、例えば自動車であれば走行距離で定められてもよい。
【0019】
ステップS36では、判断部20は、メモリ18に記録された最大値Tmaxと最小値Tminとの温度差を計算するとともに、当該温度差を予め登録されている閾値ΔTと比較する。判断部20は、最大値Tmaxと最小値Tminとの温度差が、閾値ΔTを上回る場合、保護又は警告が必要と判断する。この場合、ステップS46の処理に進み、判断部20は、保護部22に対して半導体素子2の保護を行うように指令を与える。保護部22は、判断部20からの指令に沿って、駆動回路24とともに半導体素子2に対して保護動作を実行する。あるいは、判断部20は、ユーザインターフェース(図示省略)を介して、ユーザに注意を喚起するための警告を与えてもよい。その後、処理装置14は、ステップS38の処理に進む。一方で、最大値Tmaxと最小値Tminとの温度差がΔT以下であれば(S36でNO)、ステップS46をスキップしてステップS38にそのまま進む。
【0020】
ステップS38では、判断部20は、メモリ18に記録された最小値Tminと、メモリ18に予め登録されている下限閾値Tth1とを比較する。判断部20は、最小値Tminが、下限閾値Tth1未満と判断する場合(S38でYES)に、ステップS48の処理に進む。
【0021】
ステップS48では、判断部20は、上限閾値Tth2を低下させるべきと判断し、メモリ18に登録された現在の上限閾値Tth2を、それよりも低い新たな上限閾値Tth2へ更新する。このときの低下幅は、最小値Tminと下限閾値Tth1から決定され、下限閾値Tth1と最小値Tminの差以上となるよう設定される。つまり、半導体素子2の最小値Tminが下限閾値Tth1を下回ったときに、少なくともその下回った温度幅だけ、上限閾値Tth2を低下させる。従って、半導体素子2が経験する最大温度と最小温度の差が、一定の値を超えないよう制御することができる。その結果、半導体素子2が実際に経験した温度履歴を考慮して、半導体素子2を適切に保護することができる。ここで、上限閾値Tth2は、所定の期間でリセットされ、初期値に変更されてもよい。
【0022】
処理装置14は、上述した一連の処理、即ち、図2に示す処理フローを1サイクルとして、所定の間隔で繰り返し実行する。これにより、メモリ18に登録された上限閾値Tth2が、半導体素子2の経験した最小値Tminに応じて更新されていく。前述したように、処理装置14は、判断部20及び保護部22により、素子温度センサ12による検出温度が、メモリ18に登録されている上限閾値Tth2を上回るときに、駆動回路24に保護信号を出力して、半導体素子2に対する保護動作を実行する。その結果、半導体素子2が実際に経験した温度履歴を考慮して、半導体素子2を適切に保護することができる。
【0023】
以上、いくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
【符号の説明】
【0024】
2:半導体素子
10:半導体素子制御装置
12:素子温度センサ
14:処理装置
16:出力部
18:メモリ
20:判断部
22:保護部
24:駆動回路
Tmin:最小値
Tmax:最大値
Tth1:下限閾値
Tth2:上限閾値

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

株式会社デンソー
筐体
株式会社デンソー
筐体
株式会社デンソー
車両
株式会社デンソー
計器
株式会社デンソーテン
筐体
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
ロータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
弁装置
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
モータ
株式会社デンソー
電機子
株式会社デンソー
送風機
株式会社デンソー
電子装置
株式会社デンソー
測距装置
株式会社デンソー
電子装置
株式会社デンソーテン
取付部材
株式会社デンソー
電子装置
株式会社デンソー
表示装置
株式会社デンソー
制御装置
株式会社デンソー
回転電機
株式会社デンソー
制御装置
株式会社デンソー
制御装置
株式会社デンソー
回転電機
株式会社デンソー
検査装置
株式会社デンソー
制御装置
続きを見る