(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項２】
半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項３】
半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項４】
半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路と主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項５】
前記温度抑制制御回路は、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作を記憶し、この１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制を許容する記憶回路を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項６】
前記温度抑制制御回路は、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけ、冷却水流量の低下検出をマスクするタイマ回路を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項７】
前記温度抑制制御回路は、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制を開始する記憶回路と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけ冷却水流量の低下検出をマスクするタイマ回路を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体電力変換装置の冷却装置。
【請求項８】
前記温度抑制制御回路は、冷却水流量が冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときはワーニング（危険予告）通知をし、この潰食に至る流量が一定時間を越えたときはパワーデバイスの動作停止・装置停止を行う冷却水流路系の潰食防止回路を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体電力変換装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマレーザ用パルス電源装置などの半導体電力変換装置におけるパワーデバイスの冷却装置に係り、特にパワーデバイスを接触させた冷却フィン中に冷却水を流すことでパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図２１は、エキシマレーザ用パルス電源装置の構成例を示し、放電によってパルス電流を発生するコンデンサの充放電動作タイミングチャートを図２２に示す。コンデンサ１は３相電源や整流回路等を用いて直流電力を蓄える。図２２の期間Ｔ１では、単相インバータ２のスイッチＳ１をオンすることでトランス３と整流器４の回路にはＡ，Ｂの経路で電流が流れ、リアクトル５にエネルギーを蓄積しつつコンデンサ６を充電する。次に、図２２の期間Ｔ２では、インバータ２のスイッチＳ１をオフすることで、回路にはＣの経路で電流が流れ、リアクトル５に蓄えられたエネルギーがコンデンサ６へ移行し、コンデンサ６が目標電圧を少し超えた高い電圧に充電される（以後、粗調動作と称す）。この粗調整動作後、図２２の期間Ｔ３では、パワーデバイスＭＣ１をＯＮすることで、コンデンサ６を所定の目標電圧まで低下させ、コンデンサ６の充電電圧を目標電圧に一致させる（以後、微調動作と称す）。その後、図２２の期間Ｔ４では、パワーデバイスＭＣ２をＯＮすることで、コンデンサ６に蓄積されたエネルギーをパルス圧縮回路・磁気圧縮回路（Ｐｕｌｓｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｍｏｄｕｌｅ）７に放電電流として供給し、負荷（レーザ管）８には昇圧および狭幅に圧縮したパルス電流を供給する。
【０００３】
上記のようなパルス電源装置において、インバータ２やパワーデバイスＭＣ２の制御により、コンデンサ６の急速充電制御と急速放電制御を行う。インバータ２やパワーデバイスＭＣ２で使用する半導体スイッチング素子としては、数千ボルト、数百〜数千アンペアの電圧電流が制御でき、かつ数μｓのスイッチングスピードを兼ね備えたデバイスが必要となる。これらのスイッチとしては、他に寿命、コストやメンテナンス性等も考え、例えばＩＧＢＴ等のパワーデバイスが採用される。しかしながら、パワーデバイスを用いる場合、主にスイッチング（ターンオン、ターンオフ）時と定常ＯＮ時により電力損失が生じ、デバイス自体が発熱する。
【０００４】
一方でエキシマレーザ用パルス電源装置においては、小型化、使用環境（クリーンルーム内で使用）や高繰り返し動作（周波数；数キロＨｚ）の要求がある。高繰り返し動作すると、周波数にほぼ比例して電力損失が増え、発熱量も損失に比例して増加する。発熱によるデバイス破損を防ぐため、冷却手段を設けなければいけない。この冷却手段は、小型化、クリーンルーム内での使用を考慮すると、冷却フィン等の熱交換器の外形をよりコンパクトにしなければならず、さらに熱を大気中になるべく逃がしたくない。したがって、エキシマレーザ用パルス電源装置など、大電流、高電圧で高い繰り返しでスイッチング動作するパワーデバイスを搭載した半導体電力変換装置の冷却方式としては水冷方式が一般的である。
【０００５】
パワーデバイスを冷却（水冷）する装置としては、熱交換器としての冷却フィンにパワーデバイスを面接触で固定し、冷却する方法が一般的である。冷却フィンの構造例を図２３に示す。冷却フィン１１は、その中に冷却水流路を作るため、冷却水配管１２を埋め込み、または溝を切った構造とする。パワーデバイス１３で発生した熱は、冷却フィン１１中の流路を通る冷却水を通して、外部に放出される。
【０００６】
この種の水冷式のパワーデバイスの冷却装置としては、半導体装置の通電電流より半導体装置の損失を演算し、この損失を基に外水温度上昇を演算し、この演算結果と外水の温度上昇検出器による検出値を比較し、この比較結果で外水の流量不足を判定および報知するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３４００６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
パワーデバイスを水冷する従来の冷却装置では、冷却フィンとパワーデバイスケースとの接合部およびパワーデバイスケースとその内部の半導体チップとの接合部には、その接触面積の大きさや材料の熱伝導率等によって決まる熱抵抗が存在し、実際には半導体チップのジャンクション温度と冷却水温度間には、温度差が生まれる。ジャンクション温度や各部の温度と熱抵抗の関係を式（１）に示す（但し、１つのフィンに１つの素子が実装された構造とする）。
【０００９】
Ｔj＝ａ×ｆ×（θj-c＋θc-f＋θf-w）＋Ｔw          …（１）
ここで、Ｔjはパワーデバイスのジャンクション温度、ａはパワーデバイス
の１回のスイッチ動作当たりの損失（ジュール／１パルス）、ｆは動作周波数（Ｈｚ）、θj-cはジャンクション−ケース間熱抵抗、θc-fはケース−フィン間熱抵抗、θf-wはフィン−冷却水間熱抵抗、Ｔwは冷却水温度最大値である。
【００１０】
ここで、熱抵抗θj-cは、パワーデバイスの内部構造等により決まる。また、熱抵抗θc-fは、パワーデバイスのケースの形状や使用グリス、使用フィン等によって決まる。しかしながら、熱抵抗θj-cや熱抵抗θc-fは、パワーデバイス・使用グリス・冷却フィンが決まれば、固定定数となっている。熱抵抗θf-wは、冷却フィンの形状や材質によって異なるが、流量によっても大きく変化する。
【００１１】
図２４は、ある冷却フィンの冷却水流量と熱抵抗θf-wの関係を示す。一般的に、流量が小さくなればなるほど熱抵抗が大きくなる（熱抵抗と流量は反比例の関係になる）。この流量が小さくなればなるほど熱抵抗が大きくなる関係は、フーリエの方程式からも求められる。フーリエの方程式を式（２）に、熱抵抗の関係式を式（３）に示す。また一般的に、冷却フィンにおける熱量と流量、入出力の温度差には、式（４）の関係がある。式（２），（３），（４）より式（５）が導出でき、流量と熱抵抗は反比例の関係にあることがわかる。
【００１２】
Ｑ＝ｋＡ×ΔＴ／ｄ…（２）
Ｒ＝ｄ／ｋ…（３）
Ｑ＝０．０７×Ｌ×ΔＴ…（４）
Ｒ×Ｌ＝Ａ／０．０７…（５）
ここで、Ｑは熱量（Ｗ）、ｋは熱伝導率［Ｗ／ｍＫ］、Ａは接触面積（ｍ2）、ΔＴはフィン入出力温度差（Ｋ）、ｄは接触距離（ｍ）、Ｒは熱抵抗（Ｋ／Ｗ）、Ｌは流量（Ｌ／ｍｉｎ）である。
【００１３】
以上より、流量Ｌが下がると熱抵抗θf-wが大きくなる。よって、式（１）よりジャンクション温度Ｔjが大きくなり、この温度Ｔjがパワーデバイスの定格を超えると破損する恐れがある。
【００１４】
しかしながら、前記の特許文献１では、以下の式（６）の関係より、流量Ｌが下がると熱抵抗θf-wが大きくなり、フィンの温度が上昇することを利用し、フィンに温度センサ等を接続してフィン温度を監視することで、流量低下や停止時に対する装置保護を行っていた。
【００１５】
Ｔf＝ａ×ｆ×θf-w＋Ｔw        …（６）
ここで、Ｔfは冷却フィン温度、ａはパワーデバイスの１回のスイッチ動作
当たりの損失（ジュール／１パルス）、ｆは動作周波数（Ｈｚ）、θf-wはフィン−冷却水間熱抵抗、Ｔwは冷却水温度である。
【００１６】
このため、従来の保護方式では、温度センサの反応時間（３０秒程度）が遅く、特に流量低下や停止時に、温度センサが温度上昇を検出する前にパワーデバイスが破損する問題があった。
【００１７】
また、流量上昇時においては、熱抵抗θf-wが小さくなるため発熱によりパワーデバイスが破損する恐れはないが、ラジエータや冷却フィン、冷却水を装置内に流すための冷却水配管などの冷却水流路系が潰食（かいしょく）により損傷する問題があった。
【００１８】
本発明の目的は、パワーデバイスの過熱を高速に判定してその熱的破損から確実な保護ができ、さらには冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる半導体電力変換装置の冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、前記の課題を解決するため、基本的には、パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量まで、流量センサで監視する冷却水流量が低下したことで、パワーデバイスの過熱を判定し、さらに監視する冷却水流量の異常上昇で冷却水流路系の潰食を判定するようにしたもので、以下の構成を特徴とする。
【００２０】
（１）半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
【００２１】
（２）半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
【００２２】
（３）半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
【００２３】
（４）半導体電力変換装置の主回路のパワーデバイスを冷却フィンに接触させ、この冷却フィン中に冷却水を流してパワーデバイスを熱的破損から保護する冷却装置であって、
前記冷却フィン中に流す冷却水流量を検出する流量センサと、
パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量を設定する冷却水流量設定器と、
パワーデバイスの現在の動作周波数から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める周波数−損失変換回路と、
パワーデバイスの現在の主回路電圧から単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に前記冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める主回路電圧−損失変換回路と、
前記流量センサで検出する冷却水流量が、前記冷却水流量設定器で設定および前記周波数−損失変換回路と主回路電圧−損失変換回路の変更係数で変更した冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する温度抑制制御回路を備えたことを特徴とする。
【００２４】
（５）前記温度抑制制御回路は、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作を記憶し、この１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制を許容する記憶回路を備えたことを特徴とする。
【００２５】
（６）前記温度抑制制御回路は、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけ、冷却水流量の低下検出をマスクするタイマ回路を備えたことを特徴とする。
【００２６】
（７）前記温度抑制制御回路は、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制を開始する記憶回路と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけ冷却水流量の低下検出をマスクするタイマ回路を備えたことを特徴とする。
【００２７】
（８）前記温度抑制制御回路は、冷却水流量が冷却水流路系の潰食になる流量を超えたときはワーニング（危険予告）通知をし、この潰食に至る流量が一定時間を越えたときはパワーデバイスの動作停止・装置停止を行う冷却水流路系の潰食防止回路を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
以上のとおり、本発明によれば、パワーデバイスのジャンクション温度と冷却水温度との間の温度差を冷却装置の各部の温度と熱抵抗の関係式として定め、この関係式で決まるジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量まで、流量センサで監視する冷却水流量が低下したことで、パワーデバイスの過熱を判定するため、従来の温度センサによるパワーデバイスの過熱検出遅れに比べて、流量センサによるパワーデバイスの過熱検出を高速にしてパワーデバイスを熱的破損から確実に保護することができる。
【００２９】
さらに、監視する冷却水流量の異常上昇で冷却水流路系の潰食を判定するため、冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図２】実施形態２に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図３】実施形態３に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図４】実施形態４に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図５】実施形態５に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図６】実施形態６に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図７】実施形態７に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図８】実施形態８に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図９】実施形態９に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１０】実施形態１０に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１１】実施形態１１に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１２】実施形態１２に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１３】実施形態１３に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１４】実施形態１４に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１５】実施形態１５に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１６】実施形態１６に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１７】実施形態１７に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１８】実施形態１８に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図１９】実施形態１９に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図２０】実施形態２０に係る冷却装置の冷却制御回路図。
【図２１】エキシマレーザ用パルス電源装置の構成例。
【図２２】コンデンサの充放電動作タイミングチャート。
【図２３】冷却フィンの構造例。
【図２４】冷却フィンの冷却水流量と熱抵抗θf-wの関係図。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。冷却対象とするパワーデバイス２１はそのデバイスケースが冷却フィン２２に面接触で取り付けられ、この冷却フィン２２に冷却水が強制循環される。冷却フィン２２の冷却水流路に流量センサ２３を設け、冷却水流量を連続的に検出する。流量センサ２３は、例えば、冷却水流路に翼車を介挿したタービン流量計とし、翼車の回転検出信号はアナログ電圧変換器２４によりアナログ電圧信号に変換される。
【００３２】
コンパレータ２５は、冷却水流量設定器２６に設定するジャンクション温度Ｔjが最大値Ｔj（ｍａｘ）以上になる冷却水流量設定値（アナログ電圧値）と、流量センサ２３で検出される冷却水流量（アナログ電圧値）との大小を比較し、パワーデバイス２１が熱的に破損する冷却水流量以下にまで低下したか否かを判定する。冷却水流量設定器２６に設定する冷却水流量設定値は、前記の（１）式の関係から、冷却水流量によって大きく変化する冷却フィン−冷却水間熱抵抗θf-w（図２４参照）と、ジャンクション温度最大値Ｔj（ｍａｘ）との間に下記（７）式の関係にあることを基にして予め求めておく。
【００３３】
（Ｔj（ｍａｘ）−Ｔw（ｍａｘ））／ａ×ｆ−θj-c−θc-f＜θf-w  …（７）
コンパレータ２５は、パワーデバイス２１が熱的に破損するまで冷却水流量が低下した判定となる場合、温度抑制制御回路を起動してパワーデバイスのジャンクション温度の上昇を抑制する。この温度抑制制御回路としては、具体的には、コンパレータ２５の出力で、ＡＮＤゲート２７の入力になるＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８の出力を抑止することで、パワーデバイス２１のゲート駆動回路２９の出力をオフに強制し、冷却水流量不足でパワーデバイス２１が熱的に破損する前にそのスイッチング動作を停止させる。これと並行して、コンパレータ２５の出力は半導体電力変換装置の使用ユーザにエラー信号発信やＬＥＤ表示等で通知する。
【００３４】
なお、温度抑制制御回路としては、パワーデバイスのスイッチング動作を直ちに停止させる場合を示すが、冷却水流量の異常低下でスイッチング動作回数（動作周波数）を速やかに低減させることでもよい。
【００３５】
したがって、本実施形態によれば、パワーデバイスのジャンクション温度の過熱を冷却水流量の低下で監視するため、パワーデバイスの過熱を高速に判定してその熱的破損から確実な保護ができる。さらに、パワーデバイスを破損させないように、使用ユーザに異常通知を行うことで、半導体電力変換装置の運転状況の変化を報知できる。
【００３６】
（実施形態２）
図１の構成では、流量異常の判定は冷却制御回路の制御電源投入で直ちに開始される。しかし、パワーデバイスの発熱が始まるのはパワーデバイス２１のオン／オフ制御が開始された後、すなわちＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の出力が開始される主回路動作中のみである。このため、制御電源投入時点から主回路動作開始までの間に冷却水流量制御が所定値に達していないと、コンパレータ２５で流量不足を検出してしまい、パワーデバイス２１の制御を開始できなくなる。また、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、ユーザへ流量異常を発報してしまう。
【００３７】
本実施形態は上記の不都合を解消するもので、その構成を図２に示す。基本的な構成は、図１の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、ＳＲ型フリップフロップ等の記憶回路３０を設け、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８からの１発目のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号出力を記憶回路３０が記憶保持し、この保持出力をＡＮＤゲート２７の第３の入力とすることで、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ＡＮＤゲート３１を設け、コンパレータ２５の出力を記憶回路３０の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
【００３８】
この構成により、流量異常の判定を制御電源投入後、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。
【００３９】
（実施形態３）
前記のように、図１の構成では、流量異常の判定は冷却制御回路の制御電源投入で直ちに開始され、制御電源投入時点から主回路動作開始までの間に冷却水流量制御が所定値に達していないと、コンパレータ２５で流量不足を検出し、パワーデバイス２１の制御開始ができなくなると共に、ユーザへ流量異常を発報してしまう。
【００４０】
本実施形態は上記の不都合を解消するもので、その構成を図３に示す。基本的な構成は、図１の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されたときに、装置に入力されるリセット信号を利用して、そのリセット信号から一定時間（例えば数秒間）は、流量異常検出をマスクするタイマ回路３２を設ける。タイマ回路３２の出力はＡＮＤゲート２７の第３の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけＡＮＤゲート２７の抑止入力とする。また、タイマ回路３２の出力はＡＮＤゲート３１の入力をマスクし、コンパレータ２５の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
【００４１】
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や流量異常で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路３２にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
【００４２】
（実施形態４）
本実施形態の構成を図４に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態１、２，３を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、冷却水流量設定器２６で設定する冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御と、記憶回路３０による１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制開始と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけタイマ回路３２による冷却水流量の低下検出のマスクを可能とする。
【００４３】
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目かつリセット信号入力から一定時間（数秒間）後から開始する。
【００４４】
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、１ＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。
【００４５】
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。
【００４６】
（実施形態５）
本実施形態の構成を図５に示す。基本的な構成は、図１の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに潰食による損傷に至らないため、フィルタを設け、２段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング（危険予告）通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えたときは、異常通知をし、パワーデバイス動作停止・装置停止を行う。
【００４７】
図５において、冷却水流量設定器３３は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値（アナログ電圧値）を設定しておき、コンパレータ３４は流量センサ２３で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器３３で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ３５はコンパレータ３４の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ＯＲゲート３６はコンパレータ２５または３４の判定結果でＡＮＤゲート２７の入力を抑止する。また、コンパレータ３４の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
【００４８】
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ３５を設けることで、２段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００４９】
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態２〜４に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【００５０】
（実施形態６）
図６は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図１と異なる部分は、検出される冷却水流量の大小比較基準である冷却水流量設定値を、パワーデバイスの現在の動作周波数ｆと変化するパワーデバイスの１回のスイッチ動作当たりの損失で変化するパワーデバイスの単位時間当たりの現在の損失に応じて変更する流量−損失変換回路を設けた点にある。
【００５１】
この流量−損失変換回路は、具体的にはカウンタ４１でＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８の出力をカウントすることで、パワーデバイス２１の現在の動作周波数ｆとパワーデバイスの１回のスイッチ動作当たりの損失を変数とするパワーデバイス２１の単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める。冷却水流量設定器４２は、カウンタ４１で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数で、ジャンクション温度がその最大値Ｔj（ｍａｘ）にまで上昇する冷却水流量設定値を変更する。この変更係数は、流量と動作周波数を変数としたテーブルデータとして予め設定しておくことでもよい。
【００５２】
したがって、本実施形態によれば、流量センサによる冷却水流量検出によるパワーデバイスの温度抑制制御の他に、動作周波数を基にして冷却水流量設定値を変更する周波数−損失変換回路を設けることで、パワーデバイス２１が破損するまで流量が低下したことを判定するための冷却水流量設定値がパワーデバイス２１の現在の損失に応じて変更され、高い動作周波数ｆのときは冷却水流量設定値を高く変更することでパワーデバイスが熱的な破損に至るまえに早期に検出してその確実な保護ができ、急激な温度変化によるパワーデバイスヘのケースや、ワイヤーボンディングヘのダメージも低減できる。
【００５３】
逆に、低い動作周波数ｆのときは冷却水流量設定値を低く変更することで冷却水流量が低下した場合にもパワーデバイスが熱的な破損に至ることがなくなり、装置を運転停止することなくその動作を継続することができ、装置の動作可能領域をさらに広げることができる。この動作可能領域の拡大により、例えば、エキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００５４】
（実施形態７）
図７は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図６と異なる部分は、温度抑制制御回路としては、ＳＲ型フリップフロップ等の記憶回路４３を設け、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８からの１発目のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号出力を記憶回路４３が記憶保持し、この保持出力をＡＮＤゲート２７の第３の入力とすることで、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ＡＮＤゲート４４を設け、コンパレータ２５の出力を記憶回路４３の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
【００５５】
この構成により、流量異常の検出を制御電源投入後、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。
【００５６】
（実施形態８）
図８は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。基本的な構成は、図６の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されたときに、装置に入力されるリセット信号を利用して、そのリセット信号から一定時間（例えば数秒間）は、流量異常検出をマスクするタイマ回路４５を設ける。タイマ回路４５の出力はＡＮＤゲート２７の第３の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけＡＮＤゲート２７の抑止入力とする。また、タイマ回路４５の出力はＡＮＤゲート４４の入力をマスクし、コンパレータ２５の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
【００５７】
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や装置停止で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路４５にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
【００５８】
（実施形態９）
本実施形態の構成を図９に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態６、７、８を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、冷却水流量設定器２６で設定する冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御と、カウンタ４１による動作周波数変化に応じた冷却水流量設定値の変更と、記憶回路４３による１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制開始と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけタイマ回路４５による冷却水流量の低下検出のマスクを可能とする。
【００５９】
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目かつリセット信号入力から一定時間（数秒間）後から開始する。
【００６０】
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、１ＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。
【００６１】
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。
【００６２】
（実施形態１０）
本実施形態の構成を図１０に示す。基本的な構成は、図６の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに破損に至らないため、フィルタを設け、２段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング（危険予告）通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えた場合は、異常通知をし、主回路動作停止・装置停止を行う。
【００６３】
図１０において、冷却水流量設定器４６は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値（アナログ電圧値）を設定しておき、コンパレータ４７は流量センサ２３で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器４６で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ４８はコンパレータ４７の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ＯＲゲート４９はコンパレータ２５または４７の判定結果でＡＮＤゲート２７の入力を抑止する。また、コンパレータ４７の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
【００６４】
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ４８を設けることで、２段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００６５】
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態７〜９に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
（実施形態１１）
図１１は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図１と異なる部分は、検出される冷却水流量の大小比較基準である冷却水流量設定値を、主回路電圧で変化するパワーデバイスの単位時間当たりの現在の損失に応じて変更する主回路電圧−損失変換回路を設けた点にある。
【００６７】
この主回路電圧−損失変換回路５１は、主回路電圧設定値またはその検出値からパワーデバイス２１の単位時間当たりの現在の損失を求める。なお、主回路電圧とパワーデバイスの損失の関係は、設計や実験等であらかじめ求めておく。冷却水流量設定器５２は、主回路電圧−損失変換回路５１で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数で、ジャンクション温度がその最大値Ｔj（ｍａｘ）まで上昇する冷却水流量設定値を変更する。この変更係数は主回路電圧を変数としたテーブルデータとして予め設定しておくことでもよい。
【００６８】
したがって、本実施形態によれば、流量センサによる冷却水流量検出によるパワーデバイスの温度抑制制御の他に、主回路電圧を基にして冷却水流量設定値を変更する主回路電圧−損失変換回路を設けることで、パワーデバイス２１が破損するまで流量が低下したことを判定するための冷却水流量設定値がパワーデバイス２１の現在の損失に応じて変更され、高い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を高く変更することでパワーデバイスが熱的な破損に至るまえに早期に検出してその確実な保護ができ、急激な温度変化によるパワーデバイスヘのケースや、ワイヤーボンディングヘのダメージも低減できる。
【００６９】
逆に、低い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を低く変更することで冷却水流量が低下した場合にもパワーデバイスが熱的な破損に至ることがなくなり、装置を運転停止することなくその動作を継続することができ、装置の動作可能領域をさらに広げることができる。この動作可能領域の拡大により、例えば、エキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００７０】
（実施形態１２）
図１２は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図１１と異なる部分は、温度抑制制御回路としては、ＳＲ型フリップフロップ等の記憶回路５３を設け、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８からの１発目のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号出力を記憶回路５３が記憶保持し、この保持出力をＡＮＤゲート２７の第３の入力とすることで、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ＡＮＤゲート５４を設け、コンパレータ２５の出力を記憶回路５３の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
【００７１】
この構成により、流量異常の検出を制御電源投入後、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。
【００７２】
（実施形態１３）
図１３は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。基本的な構成は、図１１の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのリセット信号から一定時間（例えば数秒間）は、流量異常検出をマスクするタイマ回路５５を設ける。タイマ回路５５の出力はＡＮＤゲート２７の第３の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけＡＮＤゲート２７の抑止入力とする。また、タイマ回路５５の出力はＡＮＤゲート５４の入力をマスクし、コンパレータ２５の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
【００７３】
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や運転停止で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路５５にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
【００７４】
（実施形態１４）
本実施形態の構成を図１４に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態１１、１２、１３を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、冷却水流量設定器２６で設定する冷却水流量以下にまで低下したときにパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御と、主回路電圧−損失変換回路５１による主回路電圧変化に応じた冷却水流量設定値の変更と、記憶回路５３による１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制開始と、半導体電力変換装置の装置エラー解除で入力されるリセット信号から一定時間だけタイマ回路５５による冷却水流量の低下検出のマスクを可能とする。
【００７５】
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目かつリセット信号入力から一定時間（数秒間）後から開始する。
【００７６】
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、１ＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。
【００７７】
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。
【００７８】
（実施形態１５）
本実施形態の構成を図１５に示す。基本的な構成は、図１１の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに破損に至らないため、フィルタを設け、２段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング（危険予告）通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えた場合は、異常通知をし、主回路動作停止・装置停止を行う。
【００７９】
図１５において、冷却水流量設定器５６は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値（アナログ電圧値）を設定しておき、コンパレータ５７は流量センサ２３で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器５６で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ５８はコンパレータ５７の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ＯＲゲート５９はコンパレータ２５または５７の判定結果でＡＮＤゲート２７の入力を抑止する。また、コンパレータ５７の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
【００８０】
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ５８を設けることで、２段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００８１】
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態１２〜１４に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【００８２】
（実施形態１６）
図１６は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図１と異なる部分は、検出される冷却水流量の大小比較基準である冷却水流量設定値を、パワーデバイスの現在の動作周波数ｆおよび主回路電圧で変化するパワーデバイスの単位時間当たりの現在の損失に応じて変更する周波数−損失変換回路と主回路電圧−損失変換回路を設けた点にある。
【００８３】
このうち、周波数−損失変換回路は、具体的にはカウンタ６１でＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８の出力をカウントすることで、パワーデバイス２１の現在の動作周波数ｆを変数とするパワーデバイス２１の単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める。主回路電圧−損失変換回路６２は、主回路電圧設定値またはその検出値からパワーデバイス２１の単位時間当たりの現在の損失を求め、この損失を基に冷却水流量設定器に設定する冷却水流量の変更係数を求める。なお、主回路電圧とパワーデバイスの損失の関係は、設計や実験等であらかじめ求めておくことができる。
【００８４】
冷却水流量設定器６３は、カウンタ６１で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数と、主回路電圧−損失変換回路６２で求める現在の損失の大きさに応じた変更係数に応じて、ジャンクション温度がその最大値Ｔj（ｍａｘ）にまで上昇する冷却水流量設定値を変更する。この変更係数は動作周波数および主回路電圧を変数としたテーブルデータとして予め設定しておくことでもよい。
【００８５】
したがって、本実施形態によれば、流量センサによる冷却水流量検出によるパワーデバイスの温度抑制制御の他に、動作周波数を基にした周波数−損失変換回路、および主回路電圧を基にした主回路電圧−損失変換回路を設けることで、パワーデバイス２１が破損するまで流量が低下したことを判定するための冷却水流量設定値がパワーデバイス２１の現在の損失に応じて変更され、高い動作周波数ｆまたは高い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を高く変更することでパワーデバイスが熱的な破損に至るまえに早期に検出してその確実な保護ができ、急激な温度変化によるパワーデバイスヘのケースや、ワイヤーボンディングヘのダメージも低減できる。
【００８６】
逆に、低い動作周波数ｆまたは低い主回路電圧のときは冷却水流量設定値を低く変更することで冷却水流量が低下した場合にもパワーデバイスが熱的な破損に至ることがなくなり、装置を運転停止することなくその動作を継続することができ、装置の動作可能領域をさらに広げることができる。この動作可能領域の拡大により、例えば、エキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００８７】
（実施形態１７）
図１７は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。同図が図１６と異なる部分は、温度抑制制御回路としては、ＳＲ型フリップフロップ等の記憶回路６４を設け、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器２８からの１発目のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号出力を記憶回路６４が記憶保持し、この保持出力をＡＮＤゲート２７の第３の入力とすることで、パワーデバイスの１発目のスイッチング動作後にパワーデバイスのジャンクション温度の上昇抑制制御を許容する。さらに、ＡＮＤゲート６５を設け、コンパレータ２５の出力を記憶回路６４の保持出力によってマスクし、ユーザへの異常通知を抑止する。
【００８８】
この構成により、流量異常の検出を制御電源投入後、ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目より行うことで、流量異常の監視タイミングを制御電源投入後の最初の主回路制御開始時点以降に絞ることができ、その後に流量異常が解消されれば制御も開始できる。また、制御電源投入後に流量変動がある場合にも、流量異常を誤って発報することはない。
【００８９】
（実施形態１８）
図１８は、本実施形態を示す冷却装置の冷却制御回路図である。基本的な構成は、図１６の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、使用ユーザからの装置エラー解除のときに、装置に入力されるリセット信号を利用して、そのリセット信号から一定時間（例えば数秒間）は、流量異常検出をマスクするタイマ回路６６を設ける。タイマ回路６６の出力はＡＮＤゲート２７の第３の入力とし、リセット信号が印加された時点から一定時間だけＡＮＤゲート２７の抑止入力とする。また、タイマ回路６６の出力はＡＮＤゲート６５の入力をマスクし、コンパレータ２５の出力でユーザに誤発報されるのを一定時間だけ抑止する。
【００９０】
この構成により、制御電源投入後、冷却水流量が瞬時的に変化した場合、パワーデバイスの熱的破損の可能性が無いにも関わらず、流量異常による制御停止や運転停止で、使用ユーザ等により装置エラー解除信号が発報されると、そのタイミングでタイマ回路６６にリセット信号を入力することで、冷却水流量が元の安定状態になると想定されるタイマ時限後に制御を開始できると共に、流量異常の誤発報を防止できる。
【００９１】
（実施形態１９）
本実施形態の構成を図１９に示す。本実施形態の基本的な構成は、実施形態１６、１７、１８を組み合わせたもので、温度抑制制御回路としては、主回路電圧−損失変換回路６２による主回路電圧変化に応じた冷却水流量設定値の変更と、記憶回路６４による１発目のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号出力の記憶保持と、タイマ回路６６によるリセット信号入力から一定時間のマスクを可能とする。
【００９２】
この構成により、流量異常の検出による保護動作は、制御電源投入後のＩＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目かつリセット信号入力から一定時間（数秒間）後から開始する。
【００９３】
例えばエキシマレーザ用パルス電源装置の冷却装置に適用する場合、制御電源投入と同時にレーザへのパルス電流供給が開始されるため、冷却水流量が急激に変動する、場合によっては制御電源投入後直ちに主回路動作するため、１ＧＢＴ＿ＯＮ信号の１発目から監視し始めた場合、まだ流量が安定せず、流量異常を誤発報する恐れがある。
【００９４】
そこで、本実施形態では、主回路動作中のタイミングでも、装置が破損しない範囲で流量変動が起きる可能性があれば、そのタイミングでリセット信号を入力し、マスクすることで、流量異常の誤発報を防ぐことができる。
【００９５】
（実施形態２０）
本実施形態の構成を図２０に示す。基本的な構成は、図１６の構成とほぼ同じであるが、温度抑制制御回路としては、冷却水流量が異常に上昇した場合の冷却水流路系の潰食による損傷を防止するため、冷却水流量上限に対しても監視する回路を追加している。但し、冷却水流量上昇では直ちに破損に至らないため、フィルタを設け、２段階での電源保護とする。まず、冷却水流路系の潰食に至る流量を超えたときは、まずワーニング（危険予告）通知をし、主回路動作停止・装置停止も行わない。この潰食に至る流量が一定時間を越えた場合は、異常通知をし、主回路動作停止・装置停止を行う。
【００９６】
図２０において、冷却水流量設定器６７は冷却水流路系が潰食に至る冷却水流量上限値（アナログ電圧値）を設定しておき、コンパレータ６８は流量センサ２３で検出する冷却水流量が冷却水流量設定器６７で設定する冷却水流量上限値を超えたことを判定し、フィルタ６９はコンパレータ６８の判定結果が一定時間以上継続することを確認し、ＯＲゲート７０はコンパレータ２５または６８の判定結果でＡＮＤゲート２７の入力を抑止する。また、コンパレータ６８の出力は使用ユーザへのワーニング通知信号とする。
【００９７】
この構成により、冷却水流量が異常に低下した場合の監視に加えて、冷却水流量が上限設定値を超えた場合の監視も行なうことで、冷却水流量の異常な上昇による冷却水流路系の潰食による損傷も防止できる。また、冷却水流量上昇時は直ちに潰食に至らないため、フィルタ６９を設けることで、２段階での保護とすることで、不用に電源を停止しなくて済み、例えばエキシマレーザを利用する半導体製造ラインのダウンタイム短縮、稼働率向上にもなる。
【００９８】
なお、本実施形態による冷却水流量の異常上昇による冷却水系とパワーデバイスの保護機能は実施形態１７〜１９に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００９９】
２１  パワーデバイス
２２  冷却フィン
２３  流量センサ
２４  アナログ電圧変換器
２５、３４、５７、６８  コンパレータ
２６、３３、４２、４６、５２、５６、６３、６７  冷却水流量設定器
２８  ＩＧＢＴ＿ＯＮ信号発生器
２９  ゲート駆動回路
３０、４３、５３、６４  記憶回路
３２、４５、５５、６６  タイマ回路
３５、５８  フィルタ
４１、６１  カウンタ（周波数−損失変換回路）
５１、６２  主回路電圧−損失変換回路
【図１】
0005521768.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
0005521768.tif 000019
【図１９】
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【図２０】
0005521768.tif 000021
【図２１】
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【図２２】
0005521768.tif 000023
【図２３】
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【図２４】
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