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公開番号2025068027
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-24
出願番号2025023919,2021025069
出願日2025-02-18,2021-02-19
発明の名称電力変換装置および検知装置
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人ITOH
主分類H02M 1/00 20070101AFI20250417BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知可能な電力変換装置を提供すること。
【解決手段】第1端子と第2端子を有するパワー半導体モジュールと、前記第1端子及び前記第2端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、前記パワー半導体モジュールの温度を検出する温度検出部と、前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、電力変換動作を制御する制御部と、前記制御部から供給されるスイッチング指令に応じて、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路と、を備え、前記制御部は、電力変換装置の運転中に検出された前記電圧を、前記電流と前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知する、電力変換装置。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１端子と第２端子を有するパワー半導体モジュールと、
前記第１端子及び前記第２端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記パワー半導体モジュールの温度を検出する温度検出部と、
前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、
電力変換動作を制御する制御部と、
前記制御部から供給されるスイッチング指令に応じて、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記制御部は、電力変換装置の運転中に検出された前記電圧を、前記電流と前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知する、
電力変換装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を含み、
前記温度検出部は、前記パワー半導体素子の温度を検出し、
前記制御部は、前記両端子間が前記第１端子から前記第２端子への第１導通状態で検出された前記電圧を、前記第１導通状態で検出された前記電流と前記第１導通状態で検出された前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記パワー半導体素子の故障予兆または劣化を検知する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電流と前記パワー半導体素子の温度と前記電圧との関係に基づいて、前記第１導通状態で検出された前記電流と前記第１導通状態で検出された前記温度とに対応する前記電圧を求めることで前記閾値電圧を導出する、
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記パワー半導体モジュールは、ダイオードを含み、
前記温度検出部は、前記ダイオードの温度を検出し、
前記制御部は、前記両端子間が前記第２端子から前記第１端子への第２導通状態で検出された前記電圧を、前記第２導通状態で検出された前記電流と前記第２導通状態で検出された前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記ダイオードの故障予兆または劣化を検知する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電流と前記ダイオードの温度と前記電圧との関係に基づいて、前記第２導通状態で検出された前記電流と前記第２導通状態で検出された前記温度とに対応する前記電圧を求めることで前記閾値電圧を導出する、
請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
第１端子と第２端子を有するパワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知する検知装置であって、
前記第１端子及び前記第２端子の両端子間の電圧を取得する電圧取得部と、
前記パワー半導体モジュールの温度を取得する温度取得部と、
前記両端子間に流れる電流を取得する電流取得部と、
前記パワー半導体モジュールを駆動することで電力を変換する電力変換装置の運転中に検出された前記電圧を、前記電流と前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知する検知部と、を備えた、
検知装置。
【請求項７】
前記パワー半導体モジュールは、パワー半導体素子を含み、
前記温度取得部は、前記パワー半導体素子の温度を取得し、
前記検知部は、前記両端子間が前記第１端子から前記第２端子への第１導通状態で検出された前記電圧を、前記第１導通状態で検出された前記電流と前記第１導通状態で検出された前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記パワー半導体素子の故障予兆または劣化を検知する、
請求項６に記載の検知装置。
【請求項８】
前記検知部は、前記電流と前記パワー半導体素子の温度と前記電圧との関係に基づいて、前記第１導通状態で検出された前記電流と前記第１導通状態で検出された前記温度とに対応する前記電圧を求めることで前記閾値電圧を導出する、
請求項７に記載の検知装置。
【請求項９】
前記パワー半導体モジュールは、ダイオードを含み、
前記温度取得部は、前記ダイオードの温度を取得し、
前記検知部は、前記両端子間が前記第２端子から前記第１端子への第２導通状態で検出された前記電圧を、前記第２導通状態で検出された前記電流と前記第２導通状態で検出された前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記ダイオードの故障予兆または劣化を検知する、
請求項６に記載の検知装置。
【請求項１０】
前記検知部は、前記電流と前記ダイオードの温度と前記電圧との関係に基づいて、前記第２導通状態で検出された前記電流と前記第２導通状態で検出された前記温度とに対応する前記電圧を求めることで前記閾値電圧を導出する、
請求項９に記載の検知装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置および検知装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電力変換装置は、高信頼化が求められる用途（電力系統や移動体など）に拡大し、それに伴い、電力変換装置の高信頼化の要求が高まっている。この要求に対して、故障を予知して事前に対策を講ずる予知保全の実現への期待が高まっている。
【０００３】
一方、電力変換装置の主な故障要因の一つとしてパワー半導体モジュールが挙げられる。パワー半導体モジュールの主な故障は、電流導通やスイッチング動作によって繰り返し発生する熱応力ストレスがボンディングワイヤ及びはんだを劣化させることで生ずることが知られている。ボンディングワイヤ及びはんだの劣化が進むと、パワー半導体モジュールがオン状態（導通状態）にあるときの主端子間の導通抵抗は増加するので、パワー半導体モジュールが導通状態にあるときの主端子間の電圧Ｖｏｎは上昇する。したがって、理論上は、電圧Ｖｏｎの上昇を検出することで、パワー半導体モジュールの劣化を検出できるとされている。
【０００４】
しかしながら、実際には、劣化に伴う電圧Ｖｏｎの上昇は、主端子間に流れる電流の変化やパワー半導体モジュールの温度の変化に伴う電圧Ｖｏｎの上昇よりも小さいため、劣化に伴う電圧Ｖｏｎの上昇を検出することは容易ではない。
【０００５】
そこで、電圧Ｖｏｎの温度依存性が最も小さくなる電流値ＩＸで電圧Ｖｏｎを検出することで、電圧Ｖｏｎの電流依存性及び温度依存性を最小限に抑制する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１０－２２０４７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、電流値ＩＸにおける電圧Ｖｏｎは、パワー半導体素子の種類によって異なり、電流値ＩＸは、パワー半導体素子の定格電流付近である場合が多い。この場合、定格電流付近の電流値ＩＸで電圧Ｖｏｎを検出するため、中軽負荷での運転がメインの用途では、電圧Ｖｏｎを必要な頻度で検出できない可能性がある。その結果、例えば、半導体素子の劣化が進行するおそれがある。
【０００８】
本開示は、パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知可能な電力変換装置および検知装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一態様では、
第１端子と第２端子を有するパワー半導体モジュールと、
前記第１端子及び前記第２端子の両端子間の電圧を検出する電圧検出部と、
前記パワー半導体モジュールの温度を検出する温度検出部と、
前記両端子間に流れる電流を検出する電流検出部と、
電力変換動作を制御する制御部と、
前記制御部から供給されるスイッチング指令に応じて、前記パワー半導体モジュールを駆動する駆動回路と、
を備え、
前記制御部は、電力変換装置の運転中に検出された前記電圧を、前記電流と前記温度に応じて変化する閾値電圧と比較することで、前記パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知する、
電力変換装置が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本開示の一態様によれば、パワー半導体モジュールの故障予兆または劣化を検知できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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