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JP4925763B2 - Semiconductor module - Google Patents

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JP4925763B2
JP4925763B2 JP2006209724A JP2006209724A JP4925763B2 JP 4925763 B2 JP4925763 B2 JP 4925763B2 JP 2006209724 A JP2006209724 A JP 2006209724A JP 2006209724 A JP2006209724 A JP 2006209724A JP 4925763 B2 JP4925763 B2 JP 4925763B2
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Description

本発明は半導体モジュールに関し、特に、負荷の部分放電を監視する機能を備える半導体モジュールに関する。   The present invention relates to a semiconductor module, and more particularly to a semiconductor module having a function of monitoring partial discharge of a load.

たとえば特開2003−274667号公報(特許文献1)は、三相モータの巻線電流を検出する回路を備えた三相インバータ用パワーモジュールを開示する。このパワーモジュールでは、三相フルブリッジ回路の下アームを構成するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)に、エミッタが主エミッタとセンスエミッタとに2分割されたセンスIGBTが用いられる。センスエミッタと接地端子との間には電流/電圧変換用のシャント抵抗が接続される。センスエミッタから電流が出力されるとシャント抵抗の両端に電圧が生じる。この電圧に基づいて主電流の大きさあるいは回生電流の大きさが検出される。
特開2003−274667号公報
For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2003-274667 (Patent Document 1) discloses a power module for a three-phase inverter provided with a circuit for detecting a winding current of a three-phase motor. In this power module, a sense IGBT in which an emitter is divided into a main emitter and a sense emitter is used for an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) constituting the lower arm of a three-phase full-bridge circuit. A shunt resistor for current / voltage conversion is connected between the sense emitter and the ground terminal. When current is output from the sense emitter, a voltage is generated across the shunt resistor. Based on this voltage, the magnitude of the main current or the magnitude of the regenerative current is detected.
JP 2003-274667 A

回転機等の負荷に含まれる絶縁体中に微小な空隙等が存在すると、その部分に電界が集中して微弱な放電が発生する。このような放電は一般的に「部分放電」と呼ばれる。部分放電が生じると絶縁体が劣化しやすくなるので、長時間使用する間にこの部分放電発生部において絶縁破壊が生じることがある。回転機において部分放電が起こる場所は様々であるが、たとえば固定子巻線のターン間、単固定端子間、巻線の端部等で部分放電が生じることがある。   If a minute gap or the like is present in an insulator included in a load such as a rotating machine, an electric field concentrates on the portion and a weak discharge is generated. Such discharge is generally called “partial discharge”. When the partial discharge occurs, the insulator is liable to deteriorate. Therefore, dielectric breakdown may occur in the partial discharge generation portion during long-time use. There are various places where the partial discharge occurs in the rotating machine. For example, the partial discharge may occur between the turns of the stator winding, between the single fixed terminals, the end of the winding, or the like.

部分放電が生じると負荷を流れる電流に微弱な高周波成分が重畳する。上述のごとく従来の半導体モジュールにおいても負荷に流れる電流を検出する機能を有し、特開2003−274667号(特許文献1)に開示されているように、従来はセンスエミッタに接続された抵抗に生じる電圧を測定する。しかしながらこの方法は負荷の通常運転時あるいは地絡時等における大きな電流を測定するには優れているものの、部分放電の測定のように微弱な高周波電流の測定に関しては十分な検出感度が得られない。   When partial discharge occurs, a weak high-frequency component is superimposed on the current flowing through the load. As described above, the conventional semiconductor module also has a function of detecting the current flowing through the load. As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2003-274667 (Patent Document 1), the conventional semiconductor module has a resistance connected to the sense emitter. Measure the resulting voltage. However, although this method is excellent for measuring large currents during normal operation of the load or during ground faults, sufficient detection sensitivity cannot be obtained for measurement of weak high-frequency currents such as partial discharge measurement. .

一方、回転機に部分放電が生じているかどうかを検出するため、高周波アンプを用いて電流の高周波成分を測定する方法、あるいは部分放電により生じた電波をアンテナにより検出する方法等が用いられている。しかしこれらの方法を実施する場合には、部分放電を検出する装置を回転機の内部あるいは近傍に設ける必要がある。   On the other hand, in order to detect whether a partial discharge is generated in the rotating machine, a method of measuring a high frequency component of a current using a high frequency amplifier or a method of detecting a radio wave generated by the partial discharge by an antenna is used. . However, when implementing these methods, it is necessary to provide a device for detecting partial discharge in or near the rotating machine.

本発明の目的は、半導体スイッチング素子から出力される電流に重畳する微小な高周波ノイズを検出可能な半導体モジュールを提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor module capable of detecting minute high-frequency noise superimposed on a current output from a semiconductor switching element.

本発明は要約すれば、半導体モジュールであって、半導体スイッチング素子と、検出器とを備える。半導体スイッチング素子は、主電流を出力する主セル部と、主電流に比例するセンス電流を出力するセンスセル部とを有する。検出器は、半導体スイッチング素子のスイッチング周波数よりも周波数が高い所定の周波数成分がセンス電流に含まれているか否かを検出する。   In summary, the present invention is a semiconductor module comprising a semiconductor switching element and a detector. The semiconductor switching element has a main cell unit that outputs a main current and a sense cell unit that outputs a sense current proportional to the main current. The detector detects whether or not a predetermined frequency component having a frequency higher than the switching frequency of the semiconductor switching element is included in the sense current.

本発明によれば、半導体スイッチング素子から出力される主電流に重畳する微小な高周波ノイズをセンス電流により検出できる。   According to the present invention, minute high frequency noise superimposed on the main current output from the semiconductor switching element can be detected by the sense current.

以下において、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、実施の形態1の半導体モジュールの構成例を示す図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of the semiconductor module according to the first embodiment.

図1を参照して、IPM(インテリジェントパワーモジュール)100は、本発明の半導体モジュールに対応する。IPM100は負荷である三相モータ102を駆動する。   Referring to FIG. 1, an IPM (intelligent power module) 100 corresponds to the semiconductor module of the present invention. The IPM 100 drives a three-phase motor 102 that is a load.

IPM100は、端子T1,T2,TU,TV,TWと、U相アーム1と、V相アーム2と、W相アーム3とを含む。   IPM 100 includes terminals T 1, T 2, TU, TV, TW, U-phase arm 1, V-phase arm 2, and W-phase arm 3.

端子T1には電位VCCが与えられ、端子T2には接地電位が与えられる。
U相アーム1は、端子T1と端子T2との間に直列に接続されるIGBT素子Q1,Q2と、IGBT素子Q1,Q2にそれぞれ逆並列に接続されるダイオードD1,D2と、監視部11,12と、IGBT素子Q1,Q2をそれぞれ駆動する駆動回路21,22とを含む。
A potential VCC is applied to the terminal T1, and a ground potential is applied to the terminal T2.
U-phase arm 1 includes IGBT elements Q1 and Q2 connected in series between terminals T1 and T2, diodes D1 and D2 connected in reverse parallel to IGBT elements Q1 and Q2, respectively, 12 and drive circuits 21 and 22 for driving IGBT elements Q1 and Q2, respectively.

IGBT素子Q1,Q2の各々は、主セル部と、センスセル部とを有する半導体スイッチング素子である。IGBT素子Q1,Q2のエミッタは主セル部のエミッタ(主エミッタ)とセンスセル部のエミッタ(センスエミッタ)とに2分割される。主エミッタから流れ出る主電流とセンスエミッタから流れ出るセンス電流との比率としては例えば1000:1に設定される。   Each of IGBT elements Q1 and Q2 is a semiconductor switching element having a main cell portion and a sense cell portion. The emitters of IGBT elements Q1 and Q2 are divided into two parts: an emitter (main emitter) in the main cell portion and an emitter (sense emitter) in the sense cell portion. The ratio of the main current flowing out from the main emitter and the sense current flowing out from the sense emitter is set to 1000: 1, for example.

一般的にIGBT素子は半導体チップに形成された多数の単位セルから構成されている。主セル部のセル数とセンスセル部のセル数とを適切に設定することによって、上記のような電流比を設定することが可能になる。   In general, an IGBT element is composed of a large number of unit cells formed on a semiconductor chip. By appropriately setting the number of cells in the main cell portion and the number of cells in the sense cell portion, the current ratio as described above can be set.

IGBT素子Q1のコレクタは端子T1に接続され、IGBT素子Q1のゲートは駆動回路21に接続され、IGBT素子Q1の主エミッタは端子TUに接続される。IGBT素子Q2のコレクタは端子TUに接続され、IGBT素子Q2のゲートは駆動回路22に接続され、IGBT素子Q2の主エミッタは端子T2に接続される。   The collector of IGBT element Q1 is connected to terminal T1, the gate of IGBT element Q1 is connected to drive circuit 21, and the main emitter of IGBT element Q1 is connected to terminal TU. The collector of IGBT element Q2 is connected to terminal TU, the gate of IGBT element Q2 is connected to drive circuit 22, and the main emitter of IGBT element Q2 is connected to terminal T2.

監視部11はIGBT素子Q1のセンスエミッタと端子TUとの間に設けられる。監視部12はIGBT素子Q2のセンスエミッタと端子T2との間に設けられる。   Monitoring unit 11 is provided between the sense emitter of IGBT element Q1 and terminal TU. The monitoring unit 12 is provided between the sense emitter of the IGBT element Q2 and the terminal T2.

駆動回路21,22は、特定の周波数を有する信号をIGBT素子Q1,Q2にそれぞれ送る。IGBT素子Q1,Q2はその信号の周波数(スイッチング周波数)でオン/オフを繰返す。三相モータ102に部分放電が生じた場合には、このスイッチング周波数よりも高い周波数を有する周波数成分(高周波ノイズ)が、三相モータ102の内部を流れる主電流に重畳する。   Drive circuits 21 and 22 send signals having specific frequencies to IGBT elements Q1 and Q2, respectively. IGBT elements Q1, Q2 are repeatedly turned on / off at the frequency (switching frequency) of the signal. When partial discharge occurs in the three-phase motor 102, a frequency component (high frequency noise) having a frequency higher than the switching frequency is superimposed on the main current flowing in the three-phase motor 102.

IGBT素子Q1,Q2のセンスエミッタから出力されるセンス電流は主電流に比例する。よって主電流に高周波ノイズが重畳すると、IGBT素子Q1,Q2のスイッチング周波数よりも周波数が高い高周波成分がセンス電流に含まれる。   The sense current output from the sense emitters of IGBT elements Q1, Q2 is proportional to the main current. Therefore, when high-frequency noise is superimposed on the main current, a high-frequency component having a frequency higher than the switching frequency of IGBT elements Q1 and Q2 is included in the sense current.

監視部11,12は、IGBT素子Q1,Q2からそれぞれ出力されるセンス電流に上記の高周波成分が含まれるか否かを監視する。監視部11,12は監視結果を信号S1,S2としてそれぞれ出力する。   Monitoring units 11 and 12 monitor whether or not the above-described high frequency components are included in the sense currents output from IGBT elements Q1 and Q2, respectively. The monitoring units 11 and 12 output the monitoring results as signals S1 and S2, respectively.

信号S1,S2はIPM100の外部に設けられた制御装置104に送られる。制御装置104は信号S1,S2に応じて、各種の処理を行なう。たとえば制御装置104は駆動回路21,22を制御したり、三相モータ102の交換が必要か否かを判断したりする。   The signals S1 and S2 are sent to the control device 104 provided outside the IPM 100. The control device 104 performs various processes according to the signals S1 and S2. For example, the control device 104 controls the drive circuits 21 and 22 and determines whether or not the three-phase motor 102 needs to be replaced.

V相アーム2およびW相アーム3はU相アーム1と同一の構成を有する。よってV相アーム2の構成およびW相アーム3の構成について詳細な説明は以後繰返さない。   V-phase arm 2 and W-phase arm 3 have the same configuration as U-phase arm 1. Therefore, detailed description of the configuration of V-phase arm 2 and the configuration of W-phase arm 3 will not be repeated hereinafter.

次に、IGBT素子Q1および監視部11の構成をより詳細に説明する。IGBT素子Q2および監視部12の構成は、以下の図においてIGBT素子Q1をIGBT素子Q2に、監視部11を監視部12にそれぞれ置き換えた構成となる。   Next, the configuration of the IGBT element Q1 and the monitoring unit 11 will be described in more detail. The configuration of the IGBT element Q2 and the monitoring unit 12 is a configuration in which the IGBT element Q1 is replaced with the IGBT element Q2 and the monitoring unit 11 is replaced with the monitoring unit 12 in the following drawings.

図2は、図1のIGBT素子Q1および監視部11の構成を示す図である。
図2を参照して、IGBT素子Q1は、主セル部31と、センスセル部32とを含む。主セル部31は主エミッタ端子に対応するパッドP1を有する。センスセル部32はセンスエミッタ端子に対応するパッドP2を有する。
FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the IGBT element Q1 and the monitoring unit 11 of FIG.
Referring to FIG. 2, IGBT element Q <b> 1 includes a main cell portion 31 and a sense cell portion 32. The main cell portion 31 has a pad P1 corresponding to the main emitter terminal. The sense cell unit 32 has a pad P2 corresponding to the sense emitter terminal.

なお、図2はIGBT素子Q1の表面を模式的に示す。IGBT素子Q1の表面の全体はエミッタ電極に覆われている。図示しないがIGBT素子Q1のゲート電極は、エミッタ電極の下部に設けられている。また、IGBT素子Q1の裏面(図示せず)にはIGBT素子Q1のコレクタ電極が設けられている。   FIG. 2 schematically shows the surface of the IGBT element Q1. The entire surface of IGBT element Q1 is covered with an emitter electrode. Although not shown, the gate electrode of the IGBT element Q1 is provided below the emitter electrode. The collector electrode of IGBT element Q1 is provided on the back surface (not shown) of IGBT element Q1.

図1に示す三相モータ102の動作時にはパッドP1を介して主セル部31から主電流I1が出力される。センスセル部32からはパッドP2を介して主電流I1に比例するセンス電流Iが出力される。   When the three-phase motor 102 shown in FIG. 1 operates, the main current I1 is output from the main cell unit 31 via the pad P1. A sense current I proportional to the main current I1 is output from the sense cell unit 32 via the pad P2.

監視部11はインダクタ(コイル)L1と電圧検出部41とを含む。インダクタL1の一方端はパッドP2に結合される。インダクタL1の他方端およびパッドP1はともに端子TUに結合される。   The monitoring unit 11 includes an inductor (coil) L1 and a voltage detection unit 41. One end of inductor L1 is coupled to pad P2. Both the other end of inductor L1 and pad P1 are coupled to terminal TU.

インダクタL1の一方端から他方端に向けてセンス電流Iが流れるとインダクタの両端に起電圧が生じる。この起電圧を電圧V1とし、インダクタL1のインダクタンス成分をLとすると、電圧V1はV1=L×(dI/dt)となる。つまりインダクタL1はセンス電流Iを時間微分する役割を果たす。電圧検出部41はたとえば電圧V1のピーク値を検出して、電圧V1のピーク値の情報を監視結果(信号S1)として出力する。   When a sense current I flows from one end of the inductor L1 to the other end, an electromotive voltage is generated at both ends of the inductor. If this electromotive voltage is V1, and the inductance component of the inductor L1 is L, the voltage V1 is V1 = L × (dI / dt). That is, the inductor L1 serves to differentiate the sense current I with respect to time. For example, the voltage detector 41 detects the peak value of the voltage V1 and outputs information on the peak value of the voltage V1 as a monitoring result (signal S1).

従来のIPMではパッドP2と端子TUとの間に抵抗が接続される。パッドP2からセンス電流Iが出力されると、抵抗の両端子間に電圧が生じる。この電圧に基づいて主電流I1の大きさが検出される。   In the conventional IPM, a resistor is connected between the pad P2 and the terminal TU. When the sense current I is output from the pad P2, a voltage is generated between both terminals of the resistor. Based on this voltage, the magnitude of the main current I1 is detected.

センス電流I自体が主電流I1に比べて非常に小さいため、主電流I1に高周波ノイズが重畳したとしても、センス電流Iに含まれる高周波成分の大きさは非常に小さくなる。しかし、V1=L×(dI/dt)の関係から、高周波成分の周波数が高くなるほど電圧V1が大きくなるので、電圧V1を検出することが容易になる。これにより主電流I1に高周波ノイズが重畳したこと、すなわち負荷に部分放電が生じたことを検出できる。   Since the sense current I itself is much smaller than the main current I1, even if high frequency noise is superimposed on the main current I1, the magnitude of the high frequency component contained in the sense current I is very small. However, from the relationship of V1 = L × (dI / dt), the voltage V1 increases as the frequency of the high frequency component increases, so that the voltage V1 can be easily detected. Thereby, it is possible to detect that high-frequency noise is superimposed on the main current I1, that is, that partial discharge has occurred in the load.

なお、電圧V1の大きさとセンス電流Iの高周波成分の大きさとは、相関関係にあるとみなすことができる。つまりセンス電流Iの高周波成分が大きくなるほど電圧V1も大きくなる。このことは電圧V1が高くなるほど負荷の絶縁低下が進行していることを示す。   Note that the magnitude of the voltage V1 and the magnitude of the high-frequency component of the sense current I can be regarded as having a correlation. That is, the voltage V1 increases as the high frequency component of the sense current I increases. This indicates that the lower the voltage V1, the lower the insulation of the load.

このように実施の形態1によればIPMが負荷の部分放電を監視する。このため実施の形態1によれば負荷の内部あるいは近傍に部分放電を測定する装置を設けなくてもよくなる。また、図1に示すように、信号S1,S2を制御装置104に送ることで部分放電をオンラインで監視することができる。さらに、負荷に発生する部分放電をリアルタイムで監視することが可能になる。   Thus, according to the first embodiment, the IPM monitors the partial discharge of the load. Therefore, according to the first embodiment, it is not necessary to provide a device for measuring partial discharge in or near the load. Further, as shown in FIG. 1, partial discharge can be monitored online by sending signals S <b> 1 and S <b> 2 to the control device 104. Furthermore, partial discharge generated in the load can be monitored in real time.

[実施の形態2]
図3は、実施の形態2の半導体モジュールの構成例を示す図である。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the semiconductor module according to the second embodiment.

図3および図1を参照して、IPM100AはU相アーム1に代えてU相アーム1Aを含む点でIPM100と異なる。V相アーム2およびW相アーム3はU相アーム1Aと同一の構成を有する。IPM100Aの他の部分の構成はIPM100の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   Referring to FIGS. 3 and 1, IPM 100 </ b> A is different from IPM 100 in that it includes U-phase arm 1 </ b> A instead of U-phase arm 1. V-phase arm 2 and W-phase arm 3 have the same configuration as U-phase arm 1A. Since the configuration of other parts of IPM 100A is the same as the configuration of the corresponding part of IPM 100, the following description will not be repeated.

U相アーム1Aは監視部11,12に代えて監視部11A,12Aを含む点でU相アーム1と異なる。U相アーム1Aの他の部分の構成はU相アーム1の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   The U-phase arm 1A differs from the U-phase arm 1 in that it includes monitoring units 11A and 12A instead of the monitoring units 11 and 12. Since the structure of the other part of U-phase arm 1A is similar to the structure of the corresponding part of U-phase arm 1, the following description will not be repeated.

監視部11A,12Aは負荷の部分放電を監視することができるだけでなく、従来のIPMと同様にIGBT素子から出力される主電流の大きさを検出することができる。   The monitoring units 11A and 12A can not only monitor the partial discharge of the load, but also can detect the magnitude of the main current output from the IGBT element as in the conventional IPM.

監視部11A,12Aは、IGBT素子Q1,Q2からそれぞれ出力されるセンス電流に含まれる高周波成分の有無を監視して、監視結果を示す信号S1,S2をそれぞれ出力する。この点は実施の形態1と同様である。   Monitoring units 11A and 12A monitor the presence or absence of high-frequency components contained in the sense currents output from IGBT elements Q1 and Q2, respectively, and output signals S1 and S2 indicating the monitoring results, respectively. This is the same as in the first embodiment.

監視部11AはIGBT素子Q1の主セルから出力される電流の大きさを検出して、検出結果を示す信号S1Aを出力する。駆動回路21は信号S1Aを受け、たとえばIGBT素子Q1に流れる電流が過大であることを検知するとIGBT素子Q1をオフする。   Monitoring unit 11A detects the magnitude of the current output from the main cell of IGBT element Q1, and outputs signal S1A indicating the detection result. Drive circuit 21 receives signal S1A, and turns off IGBT element Q1 when detecting that the current flowing through IGBT element Q1 is excessive, for example.

監視部12AはIGBT素子Q2の主セルから出力される電流の大きさを検出して、検出結果を示す信号S2Aを出力する。駆動回路22は信号S2Aを受け、たとえばIGBT素子Q2に流れる電流が過大であることを検知するとIGBT素子Q2をオフする。   Monitoring unit 12A detects the magnitude of the current output from the main cell of IGBT element Q2, and outputs signal S2A indicating the detection result. Drive circuit 22 receives signal S2A, and turns off IGBT element Q2 when detecting that the current flowing through IGBT element Q2 is excessive, for example.

図4は、図3のIGBT素子Q1および監視部11Aの構成を示す図である。
図4を参照して、監視部11Aは、電流センサSNSと、監視部11とを備える。電流センサSNSは、抵抗R1と、抵抗R1に対応して設けられる電圧検出部41Aとを含む。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the IGBT element Q1 and the monitoring unit 11A in FIG.
With reference to FIG. 4, the monitoring unit 11 </ b> A includes a current sensor SNS and a monitoring unit 11. The current sensor SNS includes a resistor R1 and a voltage detection unit 41A provided corresponding to the resistor R1.

抵抗R1の一方端はパッドP2に結合され、抵抗R1の他方端はインダクタL1の一方端に結合される。抵抗R1にセンス電流Iが流れると電圧V1Aが生じる。電圧検出部41Aはこの電圧V1Aを検出して検出結果を信号S1Aとして出力する。   One end of resistor R1 is coupled to pad P2, and the other end of resistor R1 is coupled to one end of inductor L1. When the sense current I flows through the resistor R1, a voltage V1A is generated. The voltage detector 41A detects this voltage V1A and outputs the detection result as a signal S1A.

また、図4に示す監視部11の構成は図2に示す監視部11の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   Also, the configuration of monitoring unit 11 shown in FIG. 4 is similar to the configuration of monitoring unit 11 shown in FIG.

実施の形態1では監視部11はセンス電流Iの高周波成分のみ検出可能である。言い換えると実施の形態1ではセンス電流Iの低周波成分を検出できない。つまり実施の形態1では三相モータ102の動作時に三相モータ102に流れる電流の大きさは検出できない。   In the first embodiment, the monitoring unit 11 can detect only the high-frequency component of the sense current I. In other words, the low frequency component of the sense current I cannot be detected in the first embodiment. That is, in the first embodiment, the magnitude of the current flowing through the three-phase motor 102 during the operation of the three-phase motor 102 cannot be detected.

これに対し、実施の形態2では抵抗R1およびインダクタL1を用いることでセンス電流Iの低周波成分および高周波成分をそれぞれ検出できる。これにより実施の形態2によれば1つのセンスセル部から流れ出る電流により負荷に流れる電流の大きさを検出できるだけでなく、負荷に部分放電が生じたことも検出できる。   On the other hand, in the second embodiment, the low frequency component and the high frequency component of the sense current I can be detected by using the resistor R1 and the inductor L1. Thus, according to the second embodiment, not only the magnitude of the current flowing through the load can be detected by the current flowing out from one sense cell unit, but also the occurrence of partial discharge in the load can be detected.

なお、図4では抵抗R1がインダクタL1よりもIGBT素子Q1の近くに設けられているが、インダクタL1を抵抗R1よりもIGBT素子Q1の近くに設けてもよい。   In FIG. 4, the resistor R1 is provided closer to the IGBT element Q1 than the inductor L1, but the inductor L1 may be provided closer to the IGBT element Q1 than the resistor R1.

[実施の形態3]
実施の形態3の半導体モジュールの全体構成は図3に示すIPM100Aの構成と同様である。ただし実施の形態3では図3に示すIGBT素子Q1および監視部11Aの構成が実施の形態2と異なる。よって以下、IGBT素子Q1および監視部11Aの構成について説明する。
[Embodiment 3]
The overall configuration of the semiconductor module of the third embodiment is the same as the configuration of IPM 100A shown in FIG. However, the third embodiment is different from the second embodiment in the configuration of the IGBT element Q1 and the monitoring unit 11A shown in FIG. Therefore, hereinafter, the configuration of the IGBT element Q1 and the monitoring unit 11A will be described.

図5は、実施の形態3におけるIGBT素子Q1および監視部11Aの構成を示す図である。   FIG. 5 is a diagram showing a configuration of IGBT element Q1 and monitoring unit 11A in the third embodiment.

図5および図4を参照して、実施の形態3ではIGBT素子Q1は主セル部31、センスセル部32に加えてセンスセル部33を含む。この点で実施の形態3は実施の形態2と異なる。   Referring to FIGS. 5 and 4, in the third embodiment, IGBT element Q <b> 1 includes a sense cell unit 33 in addition to main cell unit 31 and sense cell unit 32. In this respect, the third embodiment is different from the second embodiment.

センスセル部33はセンスエミッタ端子に対応するパッドP3を有する。主セル部31のパッドP1から主電流I1が出力されると、主電流I1に比例するセンス電流I2がパッドP3から出力される。   The sense cell unit 33 has a pad P3 corresponding to the sense emitter terminal. When the main current I1 is output from the pad P1 of the main cell unit 31, a sense current I2 proportional to the main current I1 is output from the pad P3.

電流センサSNSはセンス電流I2の大きさを検出する。抵抗R1の一方端はパッドP3に結合され、抵抗R1の他方端は端子TUに結合される。抵抗R1にセンス電流I2が流れると抵抗R1の両端に電圧V2が生じる。電圧検出部41Aは電圧V2を検出して検出結果を示す信号S1Aを出力する。   The current sensor SNS detects the magnitude of the sense current I2. One end of resistor R1 is coupled to pad P3, and the other end of resistor R1 is coupled to terminal TU. When the sense current I2 flows through the resistor R1, a voltage V2 is generated across the resistor R1. The voltage detector 41A detects the voltage V2 and outputs a signal S1A indicating the detection result.

センスセル部から出力される電流の大きさはセンスセル部の面積に依存する。主電流I1の大きさおよび主電流I1に含まれる高周波ノイズの大きさをともに精度よく検出するためには、抵抗R1に流れる電流量とインダクタL1に流れる電流量とを別々に設定したほうがよい場合もある。   The magnitude of the current output from the sense cell unit depends on the area of the sense cell unit. In order to accurately detect both the magnitude of the main current I1 and the magnitude of the high-frequency noise included in the main current I1, it is better to set the amount of current flowing through the resistor R1 and the amount of current flowing through the inductor L1 separately. There is also.

センスセル部32,33の面積は抵抗R1およびインダクタL1にそれぞれ流れる電流量に対応した面積に設定される。これにより実施の形態3によれば、負荷の部分放電を精度よく検出できるとともに、負荷に流れる電流の大きさ(主電流の大きさ)を精度よく検出することができる。   The areas of the sense cell portions 32 and 33 are set to areas corresponding to the amounts of current flowing through the resistor R1 and the inductor L1, respectively. Thus, according to the third embodiment, the partial discharge of the load can be detected with high accuracy, and the magnitude of the current flowing through the load (the magnitude of the main current) can be detected with high accuracy.

[実施の形態4]
実施の形態4の半導体モジュールの全体構成は図1に示すIPM100の構成と同様である。ただし実施の形態4と実施の形態1とは図1に示す監視部11,12の内部構成が異なる。以下、代表的に監視部11の構成について説明する。監視部12の構成は監視部11の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。
[Embodiment 4]
The overall configuration of the semiconductor module of the fourth embodiment is the same as the configuration of IPM 100 shown in FIG. However, the internal configuration of the monitoring units 11 and 12 shown in FIG. Hereinafter, the configuration of the monitoring unit 11 will be described representatively. Since the configuration of monitoring unit 12 is the same as that of monitoring unit 11, the following description will not be repeated.

図6は、実施の形態4におけるIGBT素子Q1および監視部11の構成を示す図である。   FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the IGBT element Q1 and the monitoring unit 11 in the fourth embodiment.

図6を参照して、監視部11は、インダクタL1と、フィルタF1と電圧検出部41とを含む。図6および図2を参照すれば分かるように、実施の形態4ではインダクタL1の前段にフィルタF1が設けられる。フィルタF1の入力端子はパッドP2に結合され、フィルタF1の出力端子はインダクタL1の一方端に結合される。この点で実施の形態4の半導体モジュールは実施の形態1の半導体モジュールと相違する。   Referring to FIG. 6, monitoring unit 11 includes an inductor L1, a filter F1, and a voltage detection unit 41. As can be seen from FIG. 6 and FIG. 2, in the fourth embodiment, a filter F1 is provided before the inductor L1. The input terminal of filter F1 is coupled to pad P2, and the output terminal of filter F1 is coupled to one end of inductor L1. In this respect, the semiconductor module of the fourth embodiment is different from the semiconductor module of the first embodiment.

パッドP1から主電流I1が出力されるとパッドP2からは主電流I1に比例するセンス電流I0が出力される。フィルタF1は、たとえば10MHz以下の周波数を有する周波数成分をカットするために設けられる。   When the main current I1 is output from the pad P1, a sense current I0 proportional to the main current I1 is output from the pad P2. The filter F1 is provided to cut a frequency component having a frequency of 10 MHz or less, for example.

多くの場合、負荷の部分放電が生じたときに主電流に重畳する高周波信号の周波数は数GHz程度である。よってセンス電流I0にも数GHz程度の周波数を有する高周波成分が含まれる。フィルタF1は、センス電流I0からこの高周波成分よりも周波数の低い周波数成分を取り除く。   In many cases, the frequency of the high-frequency signal superimposed on the main current when a partial discharge of the load occurs is about several GHz. Therefore, the sense current I0 also includes a high frequency component having a frequency of about several GHz. The filter F1 removes a frequency component having a frequency lower than the high frequency component from the sense current I0.

主電流I1のほとんどは低周波成分である。言い換えればセンス電流のほとんどは低周波成分である。このため実施の形態1〜3によれば高周波成分がセンス電流の中に含まれているかどうかを検出しにくい可能性がある。これに対し実施の形態4ではセンス電流から低周波成分を予め除去するので、高周波成分を精度よく検出できる。よって負荷の部分放電を精度よく検出できる。   Most of the main current I1 is a low frequency component. In other words, most of the sense current is a low frequency component. Therefore, according to the first to third embodiments, it may be difficult to detect whether a high-frequency component is included in the sense current. On the other hand, since the low frequency component is removed from the sense current in advance in the fourth embodiment, the high frequency component can be accurately detected. Therefore, the partial discharge of the load can be detected with high accuracy.

なお、監視部11は図4に示す電流センサSNSをさらに備えてもよい。これにより実施の形態4においても主電流I1の大きさを検出することができる。ただしこの場合にはフィルタF1よりもIGBT素子Q1に近い側に抵抗を設ける必要がある。   The monitoring unit 11 may further include a current sensor SNS shown in FIG. As a result, the magnitude of the main current I1 can also be detected in the fourth embodiment. However, in this case, it is necessary to provide a resistor closer to the IGBT element Q1 than the filter F1.

[実施の形態5]
実施の形態5の半導体モジュールの全体構成は図1に示すIPM100の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。実施の形態5は実施の形態4に対して、監視部11の内部に設けられるフィルタの種類が異なる。以下、実施の形態4と同様に、監視部11の構成について代表的に説明する。監視部12の構成は監視部11の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。
[Embodiment 5]
Since the overall configuration of the semiconductor module of the fifth embodiment is similar to the configuration of IPM 100 shown in FIG. 1, the following description will not be repeated. The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in the type of filter provided in the monitoring unit 11. Hereinafter, like the fourth embodiment, the configuration of the monitoring unit 11 will be described representatively. Since the configuration of monitoring unit 12 is the same as that of monitoring unit 11, the following description will not be repeated.

図7は、実施の形態5におけるIGBT素子Q1および監視部11の構成を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the configuration of IGBT element Q1 and monitoring unit 11 in the fifth embodiment.

図7および図6を参照して、実施の形態5では監視部11は、フィルタF1に代えてバンドパスフィルタであるフィルタF2を含む。この点で実施の形態5は実施の形態4と異なる。なお図7に示す監視部11の他の部分の構成は図6に示す監視部11の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   7 and 6, in the fifth embodiment, monitoring unit 11 includes a filter F2 that is a bandpass filter instead of filter F1. In this respect, the fifth embodiment is different from the fourth embodiment. Since the configuration of other parts of monitoring unit 11 shown in FIG. 7 is the same as the configuration of the corresponding part of monitoring unit 11 shown in FIG. 6, the following description will not be repeated.

フィルタF2はセンス電流I0に含まれる高周波成分のみを選択的に通過させる。フィルタF2はセンス電流I0に含まれる高周波成分(図7ではセンス電流Iと示す)が出力される。よって実施の形態5によれば負荷の部分放電を精度よく検出できる。   The filter F2 selectively passes only the high frequency component contained in the sense current I0. The filter F2 outputs a high frequency component (indicated as the sense current I in FIG. 7) included in the sense current I0. Therefore, according to the fifth embodiment, the partial discharge of the load can be detected with high accuracy.

バンドパスフィルタの周波数帯域の下限値および上限値はたとえば以下の方法により定めることができる。たとえば下限値は、負荷運転時の電流のスイッチング波形(特に立ち上がり時)に応じて設定される。立ち上がり時の電流波形がどれだけ急峻になるかはIGBT等、IPMに用いられる半導体スイッチング素子の特性に依存する。立上がり時の周波数が500kHzであれば、下限値は500kHzよりも若干高く(たとえば1MHz)設定される。一方、部分放電に伴う高周波成分の周波数の上限は、一般的に数GHz程度と考えられている。この点を考慮して上限値はたとえば10GHzに設定される。   The lower limit value and the upper limit value of the frequency band of the bandpass filter can be determined by the following method, for example. For example, the lower limit value is set according to the switching waveform of current during load operation (particularly at the time of rising). How steep the current waveform at the time of rising depends on the characteristics of a semiconductor switching element used for IPM such as IGBT. If the rising frequency is 500 kHz, the lower limit value is set slightly higher than 500 kHz (for example, 1 MHz). On the other hand, the upper limit of the frequency of the high-frequency component accompanying partial discharge is generally considered to be about several GHz. Considering this point, the upper limit value is set to 10 GHz, for example.

なお、実施の形態5において監視部11は図4に示す電流センサSNSをさらに備えてもよい。これにより実施の形態5においても主電流I1の大きさを検出することができる。ただしこの場合には実施の形態4と同様にフィルタF2よりもIGBT素子Q1に近い側に抵抗を設ける必要がある。   In the fifth embodiment, the monitoring unit 11 may further include a current sensor SNS shown in FIG. Thus, the magnitude of the main current I1 can be detected also in the fifth embodiment. However, in this case, it is necessary to provide a resistor closer to the IGBT element Q1 than the filter F2 as in the fourth embodiment.

[実施の形態6]
図8は、実施の形態6の半導体モジュールの構成例を示す図である。
[Embodiment 6]
FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example of the semiconductor module according to the sixth embodiment.

図8および図1を参照して、IPM100BはU相アーム1に代えてU相アーム1Bを含む点でIPM100と異なる。V相アーム2およびW相アーム3はU相アーム1Bと同一の構成を有する。IPM100Bの他の部分の構成はIPM100の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   Referring to FIGS. 8 and 1, IPM 100 </ b> B is different from IPM 100 in that it includes U-phase arm 1 </ b> B instead of U-phase arm 1. V-phase arm 2 and W-phase arm 3 have the same configuration as U-phase arm 1B. Since the configuration of other parts of IPM 100B is similar to the configuration of the corresponding part of IPM 100, the following description will not be repeated.

U相アーム1Bは監視部11,12に代えて監視部11B,12Bを含む点でU相アーム1と異なる。U相アーム1Bの他の部分の構成はU相アーム1の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   The U-phase arm 1B differs from the U-phase arm 1 in that it includes monitoring units 11B and 12B instead of the monitoring units 11 and 12. Since the structure of the other part of U-phase arm 1B is the same as the structure of the corresponding part of U-phase arm 1, the following description will not be repeated.

監視部11B,12Bは、三相モータ102の部分放電がある程度大きくなったことを検知すると、制御装置104に対して検知結果、すなわち負荷の部分放電がある程度大きくなったことを示す信号S11,S12をそれぞれ送信する。制御装置104が表示画面を有するコンピュータである場合、たとえば制御装置104は信号S11,S12を受けると絶縁劣化が進んでいることを知らせるメッセージを画面に表示させる。   When the monitoring units 11B and 12B detect that the partial discharge of the three-phase motor 102 has increased to some extent, signals S11 and S12 indicating to the control device 104 that the detection result, that is, the partial discharge of the load has increased to some extent. Respectively. When the control device 104 is a computer having a display screen, for example, when the control device 104 receives the signals S11 and S12, the control device 104 displays a message on the screen informing that the insulation deterioration is progressing.

図9は、図8に示すIGBT素子Q1および監視部11Bの構成を示す図である。
図9および図2を参照して、監視部11Bは、電圧検出部41に代えて電圧検出部41Bを含む点で監視部11と異なる。監視部11Bの他の部分の構成については監視部11と同様であるので以後の説明は繰返さない。
FIG. 9 shows a configuration of IGBT element Q1 and monitoring unit 11B shown in FIG.
Referring to FIGS. 9 and 2, monitoring unit 11 </ b> B is different from monitoring unit 11 in that it includes a voltage detection unit 41 </ b> B instead of voltage detection unit 41. Since the configuration of other parts of monitoring unit 11B is the same as that of monitoring unit 11, the following description will not be repeated.

図10は、図9のインダクタL1の両端に発生する電圧V1の波形を模式的に示す図である。   FIG. 10 is a diagram schematically showing the waveform of the voltage V1 generated across the inductor L1 in FIG.

図10および図9を参照して、三相モータ102の内部に部分放電が生じたまま三相モータ102の動作を続けた場合には、時間tの経過に従って電圧V1のピーク値が大きくなる。   Referring to FIGS. 10 and 9, when the operation of three-phase motor 102 is continued with partial discharge generated in three-phase motor 102, the peak value of voltage V <b> 1 increases as time t elapses.

一般的に絶縁劣化が進むにつれて部分放電の大きさは大きくなる。部分放電が大きくなると絶縁破壊が生じる確率が高くなる。電圧V1の大きさは部分放電の大きさ(すなわちセンス電流Iに含まれる高周波成分の大きさ)と相関がある。つまり電圧V1のピークが次第に大きくなっているということは絶縁劣化が進行していることを示す。   Generally, the magnitude of partial discharge increases as insulation deterioration progresses. When partial discharge increases, the probability of dielectric breakdown increases. The magnitude of the voltage V1 has a correlation with the magnitude of the partial discharge (that is, the magnitude of the high-frequency component contained in the sense current I). In other words, the fact that the peak of the voltage V1 gradually increases indicates that the insulation deterioration is progressing.

電圧検出部41Bは電圧V1の値がしきい値VH以上か否かを監視して監視結果である信号S11を出力する。これにより負荷が絶縁破壊を起こす可能性が高くなったこと、すなわち負荷のメンテナンスあるいは交換が必要になったことをIPM100Bは外部に通知することができる。なお電圧検出部41Bは本発明の「電圧監視部」に対応する。   The voltage detector 41B monitors whether or not the value of the voltage V1 is equal to or higher than the threshold value VH, and outputs a signal S11 as a monitoring result. As a result, the IPM 100B can notify the outside that there is a high possibility that the load will cause a dielectric breakdown, that is, that the load needs to be maintained or replaced. The voltage detection unit 41B corresponds to the “voltage monitoring unit” of the present invention.

なお実施の形態6のIPMが行なう通知の方法は様々であり、たとえば以下のような方法でもよい。   There are various notification methods performed by the IPM according to the sixth embodiment. For example, the following method may be used.

図11は、実施の形態6の半導体モジュールの変形例を示す図である。
図11および図8を参照して、IPM100B1はU相アーム1Bに代えてU相アーム1B1を含む。U相アーム1B1はLED(Light Emitting Diode)51A,52Aと、信号S11を受けるとLED51Aを点灯させる点灯回路51と、信号S12を受けるとLED52Aを点灯させる点灯回路52とを含む。この構成によれば、たとえば保守員がIPMを見た場合に、三相モータのメンテナンス(あるいは交換)が必要かどうかを容易に把握できる。
FIG. 11 is a diagram showing a modification of the semiconductor module of the sixth embodiment.
Referring to FIGS. 11 and 8, IPM 100B1 includes U-phase arm 1B1 instead of U-phase arm 1B. U-phase arm 1B1 includes LEDs (Light Emitting Diodes) 51A and 52A, a lighting circuit 51 that lights LED 51A when receiving signal S11, and a lighting circuit 52 that lights LED 52A when receiving signal S12. According to this configuration, for example, when a maintenance person looks at the IPM, it is possible to easily grasp whether maintenance (or replacement) of the three-phase motor is necessary.

また実施の形態6では、電圧検出部41Bがしきい値VHを変更できることが好ましい。たとえば制御装置104からある値が与えられると、電圧検出部41Bは記憶するしきい値VHを制御装置104から与えられた値に変更する。   In the sixth embodiment, it is preferable that voltage detection unit 41B can change threshold value VH. For example, when a certain value is given from the control device 104, the voltage detection unit 41B changes the stored threshold value VH to the value given from the control device 104.

部分放電の大きさは負荷である回転機に大きく依存する。絶縁破壊を生じさせずに回転機を使いつづけるためには、回転機の用途あるいは経済効率を考慮しながら回転機の残り寿命を定める必要がある。   The magnitude of the partial discharge greatly depends on the rotating machine that is the load. In order to continue to use the rotating machine without causing dielectric breakdown, it is necessary to determine the remaining life of the rotating machine in consideration of the use or economic efficiency of the rotating machine.

図面上は同一の回転機であっても、部分放電の大きさや生じやすさは回転機ごとに異なる。ただし部分放電の大きさや生じやすさはいくつかのパターンに分類することができる。これらのパターンに従って、どのくらい後に絶縁破壊が生じるか、あるいは、今後絶縁破壊が生じる確率がどのくらいか、といったことなどをある程度経験的に把握することができる。   Even if the same rotating machine is shown in the drawing, the magnitude and ease of occurrence of partial discharge differ from one rotating machine to another. However, the size and the likelihood of partial discharge can be classified into several patterns. According to these patterns, it is possible to grasp to some extent empirically how long dielectric breakdown will occur, or the probability that dielectric breakdown will occur in the future.

しかしながら回転機の部分放電の大きさは一台ごとに異なる。このため部分放電の傾向を大まかに把握できても、実際に動作させてみないと回転機の部分放電の大きさは正確には分からない。このような理由により、しきい値VHは、実際の部分放電の大きさを測定した後に調整することが好ましい。   However, the magnitude of partial discharge in a rotating machine varies from one machine to another. For this reason, even if the tendency of the partial discharge can be roughly grasped, the magnitude of the partial discharge of the rotating machine cannot be accurately determined unless it is actually operated. For this reason, it is preferable to adjust the threshold value VH after measuring the actual partial discharge magnitude.

以上のように実施の形態6によれば、部分放電が進行した場合に、部分放電が進行したことをIPMが通知する。これにより絶縁破壊が生じる前に負荷のメンテナンスあるいは交換を行なうことが可能になる。   As described above, according to the sixth embodiment, when the partial discharge has progressed, the IPM notifies that the partial discharge has progressed. This makes it possible to perform load maintenance or replacement before dielectric breakdown occurs.

[実施の形態7]
図12は、実施の形態7の半導体モジュールの構成例を示す図である。
[Embodiment 7]
FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor module according to the seventh embodiment.

図12および図1を参照して、IPM100CはU相アーム1に代えてU相アーム1Cを含む点でIPM100と異なる。V相アーム2およびW相アーム3はU相アーム1Cと同一の構成を有する。IPM100Cの他の部分の構成はIPM100の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   Referring to FIGS. 12 and 1, IPM 100 </ b> C is different from IPM 100 in that it includes U-phase arm 1 </ b> C instead of U-phase arm 1. V-phase arm 2 and W-phase arm 3 have the same configuration as U-phase arm 1C. Since the configuration of other parts of IPM 100C is similar to the configuration of the corresponding part of IPM 100, the following description will not be repeated.

U相アーム1Cは監視部11,12に代えて監視部11C,12Cを含む点でU相アーム1と異なる。U相アーム1Cの他の部分の構成はU相アーム1の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰返さない。   The U-phase arm 1C is different from the U-phase arm 1 in that it includes monitoring units 11C and 12C instead of the monitoring units 11 and 12. Since the structure of the other part of U-phase arm 1C is the same as the structure of the corresponding part of U-phase arm 1, the following description will not be repeated.

監視部11C,12Cは、具体的にはインダクタである。図12に示すようにインダクタL1,L2は監視部11C,12Cにそれぞれ対応する。   Specifically, the monitoring units 11C and 12C are inductors. As shown in FIG. 12, the inductors L1 and L2 correspond to the monitoring units 11C and 12C, respectively.

インダクタL1の一方端はIGBT素子Q1のセンスエミッタ端子および端子T1Aに結合され、インダクタL1の他方端は端子T1Bおよび端子TUに結合される。インダクタL2の一方端はIGBT素子Q2のセンスエミッタ端子、および端子T2Aに結合され、インダクタL2の他方端は端子T2に結合される。   One end of inductor L1 is coupled to the sense emitter terminal of IGBT element Q1 and terminal T1A, and the other end of inductor L1 is coupled to terminal T1B and terminal TU. One end of inductor L2 is coupled to sense emitter terminal of IGBT element Q2 and terminal T2A, and the other end of inductor L2 is coupled to terminal T2.

インダクタL1はIGBT素子Q1のセンスエミッタ端子から出力されるセンス電流に含まれる高周波成分を時間微分する。これによりインダクタL1の両端には電圧V1が生じる。インダクタL1の両端に端子T1A,T1Bがそれぞれ結合されているので端子T1A,T1B間の電圧は電圧V1に等しくなる。   Inductor L1 time-differentiates a high-frequency component included in the sense current output from the sense emitter terminal of IGBT element Q1. As a result, a voltage V1 is generated across the inductor L1. Since the terminals T1A and T1B are coupled to both ends of the inductor L1, the voltage between the terminals T1A and T1B becomes equal to the voltage V1.

インダクタL2はIGBT素子Q2のセンスエミッタ端子から出力されるセンス電流に含まれる高周波成分を時間微分する。これによりインダクタL2の両端には電圧V3(起電圧)が生じる。インダクタL2の両端に端子T2A,T2がそれぞれ結合されているので端子T2A,T2間の電圧は電圧V3に等しくなる。   Inductor L2 time-differentiates a high-frequency component included in the sense current output from the sense emitter terminal of IGBT element Q2. As a result, a voltage V3 (electromotive voltage) is generated across the inductor L2. Since the terminals T2A and T2 are coupled to both ends of the inductor L2, the voltage between the terminals T2A and T2 becomes equal to the voltage V3.

制御装置104は電圧V1,V3を受けて三相モータ102における部分放電の有無を監視する。すなわち制御装置104は監視装置として機能する。   The control device 104 receives the voltages V1 and V3 and monitors the presence or absence of partial discharge in the three-phase motor 102. That is, the control device 104 functions as a monitoring device.

たとえば複数の回転機に対応して複数のIPM100Cがそれぞれ設けられている場合には、制御装置104は各IPM100Cから電圧V1,V3に相当する電圧を受ける。これにより制御装置104は複数の回転機の絶縁劣化の進行状況を一括して監視できる。   For example, when a plurality of IPMs 100C are provided corresponding to a plurality of rotating machines, control device 104 receives voltages corresponding to voltages V1 and V3 from each IPM 100C. As a result, the control device 104 can collectively monitor the progress of insulation deterioration of a plurality of rotating machines.

また、実施の形態7の半導体モジュールによれば監視部の構成を簡単にすることができる。   Further, according to the semiconductor module of the seventh embodiment, the configuration of the monitoring unit can be simplified.

なお、本発明の半導体モジュールが備える検出機能は、負荷の部分放電を検出するための用途に限定されるものではない。本発明の半導体モジュールは半導体スイッチング素子のスイッチング周波数よりも周波数が高い周波数成分がセンス電流に含まれていても、その周波数成分を検出できる。   In addition, the detection function with which the semiconductor module of this invention is provided is not limited to the use for detecting the partial discharge of load. The semiconductor module of the present invention can detect the frequency component even if the sense current contains a frequency component whose frequency is higher than the switching frequency of the semiconductor switching element.

また、上述の説明では負荷の例として回転機を示した。しかし絶縁劣化による部分放電は電気機器一般に見られるものである。すなわち本実施の形態の半導体モジュールは回転機以外の電気機器、および接続ケーブル等に生じた部分放電も監視できる。   In the above description, a rotating machine is shown as an example of the load. However, partial discharge due to insulation deterioration is commonly seen in electrical equipment. That is, the semiconductor module of this embodiment can also monitor partial discharges generated in electrical devices other than the rotating machine, connection cables, and the like.

さらに、上述の説明では本実施の形態の半導体モジュールに用いられる半導体スイッチング素子としてIGBTを示した。ただし、半導体スイッチング素子として、たとえば電流センス機能を有するMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が本実施の形態の半導体モジュールに用いられてもよい。   Further, in the above description, the IGBT is shown as the semiconductor switching element used in the semiconductor module of the present embodiment. However, as a semiconductor switching element, for example, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) having a current sense function may be used in the semiconductor module of the present embodiment.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

実施の形態1の半導体モジュールの構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor module according to the first embodiment. 図1のIGBT素子Q1および監視部11の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of IGBT element Q1 and the monitoring part 11 of FIG. 実施の形態2の半導体モジュールの構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor module according to a second embodiment. 図3のIGBT素子Q1および監視部11Aの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of IGBT element Q1 and monitoring part 11A of FIG. 実施の形態3におけるIGBT素子Q1および監視部11Aの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of IGBT element Q1 in Embodiment 3, and the monitoring part 11A. 実施の形態4におけるIGBT素子Q1および監視部11の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of IGBT element Q1 in Embodiment 4, and the monitoring part 11. FIG. 実施の形態5におけるIGBT素子Q1および監視部11の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of IGBT element Q1 in Embodiment 5, and the monitoring part 11. FIG. 実施の形態6の半導体モジュールの構成例を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor module according to a sixth embodiment. 図8に示すIGBT素子Q1および監視部11Bの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of IGBT element Q1 and monitoring part 11B shown in FIG. 図9のインダクタL1の両端に発生する電圧V1の波形を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the waveform of the voltage V1 which generate | occur | produces at the both ends of the inductor L1 of FIG. 実施の形態6の半導体モジュールの変形例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a modification of the semiconductor module of the sixth embodiment. 実施の形態7の半導体モジュールの構成例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration example of a semiconductor module according to a seventh embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B,1B1,1C U相アーム、2 V相アーム、3 W相アーム、11,12,11A,12A,11B,12B,11C,12C 監視部、21,22 駆動回路、31 主セル部、32,33 センスセル部、41,41A,41B 電圧検出部、51,52 点灯回路、51A,52A LED、100,100A,100B,100B1,100C IPM、102 三相モータ、104 制御装置、D1,D2 ダイオード、F1,F2 フィルタ、L1,L2 インダクタ、P1〜P3 パッド、Q1,Q2 IGBT素子、R1 抵抗、SNS 電流センサ、T1,T2,TU,TV,TW,T1A,T1B,T2A 端子。   1, 1A, 1B, 1B1, 1C U-phase arm, 2 V-phase arm, 3 W-phase arm, 11, 12, 11A, 12A, 11B, 12B, 11C, 12C monitoring unit, 21, 22 drive circuit, 31 main cell Part, 32, 33 sense cell part, 41, 41A, 41B voltage detection part, 51, 52 lighting circuit, 51A, 52A LED, 100, 100A, 100B, 100B1, 100C IPM, 102 three-phase motor, 104 control device, D1, D2 diode, F1, F2 filter, L1, L2 inductor, P1-P3 pad, Q1, Q2 IGBT element, R1 resistance, SNS current sensor, T1, T2, TU, TV, TW, T1A, T1B, T2A terminals.

Claims (2)

主電流を出力する主セル部と、前記主電流に比例するセンス電流を出力するセンスセル部とを有する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のスイッチング周波数よりも周波数が高い所定の周波数成分が前記センス電流に含まれているか否かを検出する検出器とを備え、
前記検出器は、一方端から他方端に向かって前記センス電流が流れ、前記所定の周波数成分に応じた起電圧を検出信号として前記一方端と前記他方端との間に生じさせるインダクタと、
前記インダクタに直列に接続され、前記センス電流の大きさを検出する電流センサとを含み、
前記主電流は、前記半導体モジュールに接続された負荷に流れ、
前記所定の周波数成分は、前記負荷の部分放電に伴って前記主電流に重畳する高周波ノイズの周波数成分に対応する周波数成分であり
前記電流センサは、抵抗素子である、半導体モジュール。
A semiconductor switching element having a main cell portion for outputting a main current and a sense cell portion for outputting a sense current proportional to the main current;
A detector that detects whether or not a predetermined frequency component having a frequency higher than the switching frequency of the semiconductor switching element is included in the sense current;
The detector, whereas the sense current flows toward the other end from the end, an inductor Ru is generated between the other end and the one end an electromotive voltage corresponding to the predetermined frequency component as a detection signal,
It said inductor being connected in series, viewed contains a current sensor for detecting the magnitude of the sense current,
The main current flows to a load connected to the semiconductor module,
The predetermined frequency component is a frequency component corresponding to a frequency component of high-frequency noise superimposed on the main current with a partial discharge of the load ,
The semiconductor module , wherein the current sensor is a resistance element .
前記インダクタの前記一方端および前記他方端にそれぞれ結合される第1および第2の出力端子をさらに備える、請求項1に記載の半導体モジュール。   The semiconductor module according to claim 1, further comprising first and second output terminals respectively coupled to the one end and the other end of the inductor.
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