[发明专利]功率转换装置、电动机控制系统和功率转换装置的诊断方法

说明书

本发明提供一种功率转换装置、电动机控制系统和功率转换装置的诊断方法，其精度良好地检测功率模块的温度异常。一种功率转换装置，其包括具有开关元件的功率用半导体模块，该功率转换装置还包括：栅极驱动电路，其驱动开关元件，发送开关元件的开关动作时产生的响应信号；控制部装置，其对栅极驱动电路输出用于开关的指令信号；温度检测部，其基于与指令信号对应的响应信号，计算开关元件的结温；和运算部，其根据由温度检测部计算出的结温和响应信号，判断功率用半导体模块的状态。

技术领域

本发明涉及功率转换装置，特别涉及铁路车辆和大型工业用的电动机的控制用或功率用半导体开关元件构成的功率转换装置的维护或者诊断技术。

背景技术

铁路车辆和大型工业用的电动机的控制用途或功率系统用等的大容量的频率转换装置等功率转换装置中，使用大容量的功率模块，进行高电压且大电流的功率控制。这样的设备中，存在运转中发生故障时发生系统损坏或计划外的系统停止，产生较大经济损失的可能性。为了防止这样的状况，需要检查功率转换装置的劣化和异常，防止功能停止导致的破坏，和对相关人员通知是否需要进行部件更换等的维护，进行功率转换装置的延长寿命控制。

大容量功率模块中，设计成将小容量的半导体芯片(晶体管和二极管)并联连接，且各半导体芯片均等地进行开关动作。

但是，只要在功率转换装置运转中功率模块内的半导体芯片中的一个的元件参数超过容许误差范围，开关的时序就会与其他芯片不同，发生该元件中流过的电流集中或难以流过等不均衡。其结果，存在功率模块整体热失控，导致破坏的可能性。

因此，有在各个半导体芯片中安装热敏电阻等温度传感器的方法，但存在成本增加和温度传感器自身的可靠性的问题。于是，已知直接检测半导体芯片自身的温度(结温)的异常的技术。作为这样的例子，有专利文献1。该例中，公开了通过检测IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)元件的开关关断阶段中的栅极-发射极电压的米勒平台阶段的开始和结束阶段时间延迟，来确定IGBT元件的结温的方法。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2013-142704号公报。

发明内容

发明要解决的技术问题

如上所述，对于功率转换装置的稳定运转，作为发热源的功率模块内的半导体芯片的温度和冷却系统的监视是重要的。

但是，存在功率转换装置运转中的功率模块内的各个芯片的热分布，热历程因芯片的位置而不同。其结果，各个芯片的长期可靠性的误差与初始特性的误差相比更大，所以要求精度良好地检测模块内的1个芯片的温度异常。关于这一点，在由并联芯片构成的模块中，使用专利文献1的方法的情况下，结果会表现出并联芯片的平均温度，不能精度良好地检测功率模块的温度异常。另外，在各个芯片中安装温度传感器时，功率模块的成本提高，并且温度传感器的可靠性低的情况下检测精度也会降低。

本发明目的在于提供一种能够精度良好地检测功率模块的温度异常的功率转换装置、电动机控制系统和功率转换装置的诊断方法。

用于解决问题的技术手段

本发明的功率转换装置，其包括具有开关元件的功率用半导体模块，该功率转换装置的特征在于，包括：栅极驱动电路，其驱动开关元件，发送开关元件的开关动作时产生的响应信号；控制部装置，其对栅极驱动电路输出用于开关的指令信号；温度检测部，其基于与指令信号对应的响应信号，计算开关元件的结温；和运算部，其根据由温度检测部计算出的结温和响应信号，判断功率用半导体模块的状态。

另外，本发明也可以理解为具有上述功率转换装置的电动机控制系统和功率转换装置的诊断方法。

发明效果