(57)【要約】【課題】本発明は上述の問題に鑑み、複数の電力半導体応用装置を含む電力半導体応用システムにおいて、各電力半導体応用装置の動作温度に基づき電力半導体応用装置を制御することにより、システムの効率を向上させることを目的とする。【解決手段】ホスト制御装置４Ａは、各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作温度に基づき、各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度ｆを決定する動作余裕度決定部４４と、各電力半導体応用装置１，２，３における複数の電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置１，２，３を選択する順位決定部４６と、を備える。【選択図】図２
2019092348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電力半導体応用装置と、
前記複数の電力半導体応用装置を管理するホスト制御装置とを備え、
各前記電力半導体応用装置には、複数の電力半導体装置が組み込まれ、
前記ホスト制御装置は、
各前記電力半導体装置の動作温度に基づき、各前記電力半導体装置の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度を決定する動作余裕度決定部と、
各前記電力半導体応用装置における前記複数の電力半導体装置の前記動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの前記電力半導体応用装置を選択する選択部と、を備える、
電力半導体応用システム。
【請求項２】
前記動作余裕度決定部は、予め定められた識別情報を有する前記電力半導体装置の前記動作余裕度のみを決定する、
請求項１に記載の電力半導体応用システム。
【請求項３】
前記動作余裕度決定部は、前記電力半導体装置の動作温度および限界動作温度の温度差と、前記動作温度の減少傾きとに基づき、前記動作余裕度を決定する、
請求項１又は２に記載の電力半導体応用システム。
【請求項４】
前記動作温度は接合温度であり、前記限界動作温度は限界接合温度である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力半導体応用システム。
【請求項５】
前記動作温度はチップ温度であり、前記限界動作温度は限界チップ温度である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力半導体応用システム。
【請求項６】
前記動作温度はケース温度であり、前記限界動作温度は限界ケース温度である、
請求項１から３のいずれか１項に記載の電力半導体応用システム。
【請求項７】
前記動作余裕度決定部は、前記電力半導体装置の接合温度を除く使用履歴に基づき前記電力半導体装置の接合温度を算出し、算出した接合温度に基づき前記動作余裕度を決定する、
請求項４に記載の電力半導体応用システム。
【請求項８】
前記電力半導体装置の接合温度を除く使用履歴は、前記電力半導体装置のコレクタ電流、スイッチング周波数およびケース温度である、
請求項７に記載の電力半導体応用システム。
【請求項９】
前記電力半導体装置の接合温度を除く使用履歴は、前記電力半導体装置の発生損失およびケース温度である、
請求項７に記載の電力半導体応用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の電力半導体装置が組み込まれた電力半導体応用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、温度履歴等の使用履歴を外部に出力する手段を備えた電力半導体装置としての電力半導体モジュールと、複数の電力半導体装置が組み込まれた電力半導体応用装置としての電力変換装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−９２８７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電力半導体応用装置には、温度履歴を外部に出力する手段を有する電力半導体装置が組み込まれているが、電力半導体応用装置が電力半導体装置の温度履歴を基に制御されるものではないという問題点があった。本発明は上述の問題に鑑み、複数の電力半導体応用装置を含む電力半導体応用システムにおいて、各電力半導体応用装置の動作温度に基づき電力半導体応用装置を制御することにより、システムの効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電力半導体応用システムは、複数の電力半導体応用装置と、複数の電力半導体応用装置を管理するホスト制御装置とを備え、各電力半導体応用装置には、複数の電力半導体装置が組み込まれ、ホスト制御装置は、各電力半導体装置の動作温度に基づき、各電力半導体装置の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度を決定する動作余裕度決定部と、各電力半導体応用装置における複数の電力半導体装置の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置を選択する選択部と、を備える。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電力半導体応用システムは、複数の電力半導体応用装置と、複数の電力半導体応用装置を管理するホスト制御装置とを備え、各電力半導体応用装置には、複数の電力半導体装置が組み込まれ、ホスト制御装置は、各電力半導体装置の動作温度に基づき、各電力半導体装置の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度を決定する動作余裕度決定部と、各電力半導体応用装置における複数の電力半導体装置の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置を選択する選択部と、を備える。選択部により選択された電力半導体応用装置を次に稼働させることで、使用途中で電力半導体応用装置を交代する可能性を小さくし、電力半導体応用システムの効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１の電力半導体応用システムの構成図である。
【図２】ホスト制御装置の内部構成を示すブロック図である。
【図３】入力データを示す図である。
【図４】装置情報を示す図である。
【図５】実施の形態１のホスト制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２のホスト制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態３の入力データを示す図である。
【図８】実施の形態３の装置情報を示す図である。
【図９】実施の形態４の入力データを示す図である。
【図１０】実施の形態４の装置情報を示す図である。
【図１１】実施の形態５のホスト制御装置の構成図である。
【図１２】実施の形態５の入力データを示す図である。
【図１３】実施の形態５の装置情報を示す図である。
【図１４】実施の形態５のホスト制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態６の入力データを示す図である。
【図１６】実施の形態６の装置情報を示す図である。
【図１７】実施の形態６のホスト制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図１８】ホスト制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【図１９】ホスト制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
＜Ａ．実施の形態１＞
＜Ａ−１．構成＞
図１は、実施の形態１の電力半導体応用システムの構成図である。
【０００９】
実施の形態１の電力半導体応用システムは、３個の電力半導体応用装置１，２，３と、ホスト制御装置４Ａとを備えている。電力半導体応用装置１には、電力半導体装置１１，１２，１３が組み込まれており、電力半導体装置１１，１２，１３はそれぞれ、装置を特定できる唯一の特定番号であるＩＤ番号と使用履歴を外部に出力することが可能である。電力半導体応用装置２，３の構成は電力半導体応用装置１と同様であり、電力半導体応用装置２には電力半導体装置２１，２２，２３が、電力半導体応用装置３には電力半導体装置３１，３２，３３がそれぞれ組み込まれている。ホスト制御装置４Ａは、電力半導体応用装置１，２，３を集中管理する。
【００１０】
電力半導体装置１１は、上下アームを備える３相インバータであり、サーボモータ１４を駆動する。同様に、他の電力半導体装置１２〜１３、２１〜２３、３１〜３３も上下アームを備える３相インバータであり、それぞれサーボモータ１５〜１６、２４〜２６、３４〜３６を駆動する。
【００１１】
なお、図１では３個の電力半導体装置が組み込まれた３個の電力半導体応用装置を示しているが、実施の形態１の電力半導体応用システムにおいて電力半導体応用装置は３個に限らず２個以上の複数個であればよい。また各電力半導体応用装置に組み込まれる電力半導体装置は３個に限らず２個以上の複数個であればよい。また、電力半導体応用装置毎に電力半導体装置の個数が異なっていてもよい。また、複数個の電力半導体装置が一つのサーボモータを駆動しても良い。なお、図１ではサーボモータ１４を電力半導体応用装置１の駆動対象として示しているが、駆動対象はサーボモータに限らずいかなるモータであっても良い。
【００１２】
図２は、実施の形態１の電力半導体応用システムにおけるホスト制御装置４Ａの内部構成を示すブロック図である。ホスト制御装置４Ａは、入力データ格納部４１、装置情報格納部４２、温度格納部４３、動作余裕度決定部４４、最小動作余裕度更新部４５、および順位決定部４６を備えて構成される。
【００１３】
入力データ格納部４１は、電力半導体応用装置１，２，３に組み込まれた電力半導体装置から入力データを取得し、格納する。図３に示すように、入力データは電力半導体装置の使用履歴を、電力半導体装置の識別情報であるＩＤ番号Ｎｎと紐付けたデータである。電力半導体装置の使用履歴には、電力半導体装置が有する電力半導体素子の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）が含まれる。
【００１４】
装置情報格納部４２は、電力半導体応用装置１，２，３に組み込まれた電力半導体装置の特性を示す装置情報を格納する。図４に示すように、装置情報は電力半導体装置が有する電力半導体素子の限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）を、電力半導体装置の識別情報であるＩＤ番号Ｎｎと紐付けたデータである。
【００１５】
＜Ａ−２．動作＞
図５は、実施の形態１のホスト制御装置４Ａの動作を示すフローチャートである。以下、図５のフローチャートに沿って、図２に示すホスト制御装置４Ａの各部の構成の動作を説明する。
【００１６】
図５のフローは、入力データ格納部４１が、電力半導体応用装置１，２，３の各電力半導体装置１１−１３、２１−２３、３１−３３からＩＤ番号と使用履歴を入力データとして取り込むことにより、開始する。
【００１７】
まず、動作余裕度決定部４４は、電力半導体応用装置１〜３の最小動作余裕度ｆ（１）ｍｉｎ〜ｆ（３）ｍｉｎを初期値に設定する（ステップＳ１０１）。電力半導体応用装置の最小動作余裕度とは、電力半導体応用装置に組み込まれた複数の電力半導体装置の動作余裕度の最小値のことである。
【００１８】
次に、動作余裕度決定部４４は、処理対象のＩＤ番号Ｎｎを初期値に設定する（ステップＳ１０２）。ここでは、ＩＤ番号Ｎｎの初期値を１１とする。次に、動作余裕度決定部４４は、ＩＤ番号Ｎｎに対応する接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）および限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）を読み込む（ステップＳ１０３）。
【００１９】
具体的には、動作余裕度決定部４４は、ＩＤ番号Ｎｎに対応する電力半導体装置Ｎｎの接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を入力データから読込み（ステップＳ１０３）、温度格納部４３に格納する（ステップＳ１０４）。Ｎｎ＝１１の場合、ここでは電力半導体装置１１の接合温度Ｔｊ（１１）が入力データから読み込まれて温度格納部４３に格納される。
【００２０】
また、動作余裕度決定部４４は、ＩＤ番号Ｎｎに対応する電力半導体装置Ｎｎの限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）を装置情報格納部４２から読み込む。Ｎｎ＝１１の場合、ここでは電力半導体装置１１の限界接合温度Ｔｊｍａｘ（１１）が装置情報格納部４２から読み込まれる。
【００２１】
そして、動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置Ｎｎの限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）と接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）との温度差ΔＴｊｍ（Ｎｎ）を算出する（ステップＳ１０５）。Ｎｎ＝１１の場合、ここでは電力半導体装置１１の限界接合温度Ｔｊｍａｘ（１１）と接合温度Ｔｊ（１１）との温度差ΔＴｊｍ（１１）が算出される。温度差ΔＴｊｍ（Ｎｎ）を式（１）で定義すると、温度差ΔＴｊｍ（１１）は式（２）で表される。
【００２２】
【数１】
2019092348.tif 000003
【００２３】
またステップＳ１０５において動作余裕度決定部４４は、接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｊ（Ｎｎ）／∂ｔを算出する。Ｎｎ＝１１の場合、ここでは接合温度Ｔｊ（１１）の減少傾き−∂Ｔｊ（１１）／∂ｔが算出される。接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｊ（Ｎｎ）／∂ｔを、温度格納部４３から読み込まれた前回の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）＊と、前回から今回までの時間Δｔとを用いて式（３）で定義すると、−∂Ｔｊ（１１）／∂ｔは式（４）で表される。
【００２４】
【数２】
2019092348.tif 000004
【００２５】
次に動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置Ｎｎの動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を算出する（ステップＳ１０５）。電力半導体装置Ｎｎの動作余裕度の関数ｆ（Ｎｎ）を、温度差ΔＴｊｍ（Ｎｎ）と接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｊ（Ｎｎ）／∂ｔとを用いた関数として式（５）で定義すると、電力半導体装置１１の動作余裕度ｆ（１１）は式（６）で表される。
【００２６】
【数３】
2019092348.tif 000005
【００２７】
例えば、動作開始までの待ち時間をｔｗとして、ｆ（Ｎｎ）を式（７）で定義すると、動作開始時点での接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）と限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）との温度差を動作余裕度とすることができる。このとき、動作余裕度ｆ（１１）は式（８）で表される。以下、式（７）を動作余裕度の関数として説明する。
【００２８】
【数４】
2019092348.tif 000006
【００２９】
次に最小動作余裕度更新部４５は、電力半導体装置Ｎｎの動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を、電力半導体応用装置Ｎに組み込まれた電力半導体装置の動作余裕度の最小値、すなわち最小動作余裕度ｆ（Ｎ）ｍｉｎと比較する（ステップＳ１０７）。最小動作余裕度更新部４５は、ｆ（Ｎｎ）＜ｆ（Ｎ）ｍｉｎであればステップＳ１０８でｆ（Ｎ）ｍｉｎの値をｆ（Ｎｎ）の値に入れ替えてステップＳ１０９に進み、そうでなければそのままステップＳ１０９に進む。Ｎｎ＝１１の場合、ステップＳ１０７では電力半導体装置１１の動作余裕度ｆ（１１）が、電力半導体装置１１，１２，１３の動作余裕度の最小値ｆ（１）ｍｉｎと比較される。
【００３０】
ステップＳ１０９において動作余裕度決定部４４は、全てのＩＤ番号について処理が終了しているかどうかを判定する。全てのＩＤ番号について処理が終了していない場合、動作余裕度決定部４４は処理対象のＩＤ番号を次の番号に更新して（ステップＳ１１０）、ステップＳ１０３に戻る。ここでは、次のＩＤ番号を１２とする。
【００３１】
動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置１１に対すると同様に電力半導体装置１２についても動作余裕度ｆ（１２）を算出する（ステップＳ１０６）。そして、最小動作余裕度更新部４５は動作余裕度ｆ（１２）をｆ（１）ｍｉｎと比較し（ステップＳ１０７）、ｆ（１２）＜ｆ（１）ｍｉｎの時はステップＳ１０８でｆ（１）ｍｉｎの値をｆ（１２）の値に入れ替えてステップＳ１０９に進み、そうでない時はそのままステップＳ１０９に進む。最後のＩＤ番号（Ｎｎ＝３３）についてステップＳ１０７またはステップＳ１０８が終わると、動作余裕度決定部４４はステップＳ１０９で全てのＩＤ番号について処理が終了したと判定する。
【００３２】
そして、順位決定部４６は、最小動作余裕度ｆ（Ｎ）ｍｉｎが大きい値の順に電力半導体応用装置１，２，３の順位を付ける（ステップＳ１１１）。すなわち、電力半導体応用装置１，２，３に組み込まれた電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の中で、動作開始時点での接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）と限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）との温度差の最小値が各電力半導体応用装置の代表値として比較され、代表値が大きい順に電力半導体応用装置に順位が付けられる。なお、ここで順位決定部４６は電力半導体応用装置に順位づけを行ったが、最小動作余裕度ｆ（Ｎ）ｍｉｎが最も大きい一つの電力半導体応用装置を選択しても良いし、最小動作余裕度ｆ（Ｎ）ｍｉｎが閾値を超える１又は複数の電力半導体応用装置を選択しても良い。すなわち、順位決定部４６は、最小動作余裕度ｆ（Ｎ）ｍｉｎに基づき少なくとも１つの電力半導体応用装置を選択する選択部として機能する。
【００３３】
以上で、ホスト制御装置４Ａの処理が終了する。
【００３４】
＜Ａ−３．効果＞
実施の形態１の電力半導体応用システムは、複数の電力半導体応用装置１，２，３と、複数の電力半導体応用装置１，２，３を管理するホスト制御装置４Ａとを備え、各電力半導体応用装置１，２，３には、複数の電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３が組み込まれ、ホスト制御装置４Ａは、各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作温度に基づき、各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度ｆを決定する動作余裕度決定部４４と、各電力半導体応用装置１，２，３における複数の電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作余裕度の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置１，２，３を選択する選択部である順位決定部４６と、を備える。従って、電力半導体応用システム内で休止中の電力半導体応用装置の中で、順位決定部４６が選択した電力半導体応用装置、例えば最上位の順位の電力半導体応用装置を次に稼働すべき装置とすることにより、最も動作余裕度のある電力半導体応用装置を投入することができる。従って、使用途中で電力半導体応用装置を交代する可能性を小さくし、電力半導体応用システム内の効率を向上させることができる。
【００３５】
また、動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作温度および限界動作温度の温度差と、動作温度の減少傾きとに基づき、動作余裕度ｆを決定することにより、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３が限界動作温度に達するまでどの程度の余裕があるかを表す指標として動作余裕度ｆを決定することができる。
【００３６】
また、実施の形態１では、動作温度が接合温度であり、限界動作温度が限界接合温度である。接合温度は、ケース温度等に比べて応答速度が速いため、動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を高精度に決定することができる。
【００３７】
＜Ｂ．実施の形態２＞
＜Ｂ−１．構成、動作＞
実施の形態２の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図１，２に示した通りであり、実施の形態１と同様である。図６は、実施の形態２のホスト制御装置４Ａの動作を示すフローチャートである。以下、図６のフローチャートに沿ってホスト制御装置４Ａの動作を説明する。
【００３８】
図６のフローは、図５のフローにステップＳ１１２を追加したものであるため、図５のフローとの相違点のみ説明する。動作余裕度決定部４４は、ステップＳ１０２またはステップＳ１１０で処理対象のＩＤ番号Ｎｎを初期値に設定または更新した後、ＩＤ番号Ｎｎが指定の番号であるか否かを判断する（ステップＳ１１２）。ＩＤ番号Ｎｎが指定の番号であれば、動作余裕度決定部４４はステップＳ１０３以降の処理を行って動作余裕度を算出する。しかし、ＩＤ番号Ｎｎが指定の番号でなければ、動作余裕度決定部４４は処理対象のＩＤ番号Ｎｎを更新し（ステップＳ１１０）、再びステップＳ１１２に戻る。
【００３９】
すなわち、動作余裕度決定部４４は、予め定められたＩＤ番号を持つ電力半導体装置についてのみ、その動作余裕度を算出する。例えば、指定のＩＤ番号が「下一桁が２のＩＤ番号」である場合、動作余裕度決定部４４は電力半導体装置１２，２２，３２の動作余裕度を算出する。この場合、電力半導体装置１２，２２，３２の動作余裕度が電力半導体応用装置１，２，３の代表値となる。そして、順位決定部４６は、動作余裕度が高い順に電力半導体応用装置１，２，３を順位づけする。
【００４０】
実施の形態２は、実施の形態１において、指定のＩＤ番号を有する電力半導体装置に限り動作余裕度を算出するという修正を加えた実施の形態である。この修正は、実施の形態１に限らず、後述する実施の形態３−６にも適用可能である。
【００４１】
＜Ｂ−２．効果＞
実施の形態２において、動作余裕度決定部４４は、予め定められた識別情報を有する電力半導体装置の動作余裕度を決定する。従って、ホスト制御装置４Ａは、次に稼働すべき電力半導体応用装置を、次の稼働で必要とされる部位（ＩＤ番号）の電力半導体装置の動作余裕度のみに基づき選択することが出来るため、電力半導体応用システムの効率を高めることができる。
【００４２】
＜Ｃ．実施の形態３＞
＜Ｃ−１．構成、動作＞
実施の形態３の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図１，２に示した通りであり、実施の形態１と同様である。
【００４３】
図７は、実施の形態３において、入力データ格納部４１が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図８は、実施の形態３において、装置情報格納部４２に格納される装置情報を示している。図７，８に示すように、実施の形態３では、実施の形態１の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）に代えてチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）が入力データに含まれ、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）に代えて限界チップ温度Ｔｃｈｍａｘ（Ｎｎ）が入力データに含まれる。
【００４４】
すなわち、実施の形態３の電力半導体応用システムは、実施の形態１又は実施の形態２において、接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）をチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）に、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）を限界チップ温度Ｔｃｈｍａｘ（Ｎｎ）に、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）と接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）との温度差ΔＴｊｍ（Ｎｎ）を限界チップ温度Ｔｃｈｍａｘ（Ｎｎ）とチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）との温度差ΔＴｃｈｍ（Ｎｎ）に、接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｊ（Ｎｎ）／∂ｔをチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｃｈ（Ｎｎ）／∂ｔに、それぞれ置き換えたものである。温度差ΔＴｃｈｍ（Ｎｎ）は式（９）で定義され、温度差ΔＴｃｈｍ（１１）は式（１０）で表される。
【００４５】
【数５】
2019092348.tif 000007
【００４６】
チップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｃｈ（Ｎｎ）／∂ｔを、温度格納部４３から読み込まれた前回のチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）＊と、前回から今回までの時間Δｔとを用いて式（１１）で定義すると、チップ温度Ｔｃｈ（１１）の減少傾き−∂Ｔｃｈ（１１）／∂ｔは式（１２）で表される。
【００４７】
【数６】
2019092348.tif 000008
【００４８】
動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置Ｎｎの動作余裕度ｇ（Ｎｎ）を算出する。電力半導体装置Ｎｎの動作余裕度ｇ（Ｎｎ）を、温度差ΔＴｃｈｍ（Ｎｎ）とチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｃｈ（Ｎｎ）／∂ｔとを用いた関数として式（１３）で定義すると、電力半導体装置１１の動作余裕度ｇ（１１）は式（１４）で表される。
【００４９】
【数７】
2019092348.tif 000009
【００５０】
例えば、動作開始までの待ち時間をｔｗとして、ｇ（Ｎｎ）を式（１５）で定義すると、動作開始時点でのチップ温度Ｔｃｈ（Ｎｎ）と限界チップ温度Ｔｃｈｍａｘ（Ｎｎ）との温度差を動作余裕度とすることができる。このとき、動作余裕度ｇ（１１）は式（１６）で表される。
【００５１】
【数８】
2019092348.tif 000010
【００５２】
＜Ｃ−２．効果＞
実施の形態３において、動作余裕度決定部４４は、各電力半導体装置のチップ温度に関する使用履歴に基づき、各電力半導体装置の限界チップ温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度ｇ（Ｎｎ）を決定する。電力半導体装置内の電力半導体素子のチップ温度は、電力半導体素子の表面に温度センサを搭載することで測定できる。従って、電力半導体装置の構成を簡単にすることができる。
【００５３】
＜Ｄ．実施の形態４＞
＜Ｄ−１．構成、動作＞
実施の形態４の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図１，２に示した通りであり、実施の形態１と同様である。
【００５４】
図９は、実施の形態４において、入力データ格納部４１が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図１０は、実施の形態４において、装置情報格納部４２に格納される装置情報を示している。図９，１０に示すように、実施の形態４では、実施の形態１の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）に代えてケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）が入力データに含まれ、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）に代えて限界ケース温度Ｔｃｍａｘ（Ｎｎ）が入力データに含まれる。
【００５５】
すなわち、実施の形態４の電力半導体応用システムは、実施の形態１又は実施の形態２において、接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を電力半導体装置のケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）に、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）を電力半導体装置の限界ケース温度Ｔｃｍａｘ（Ｎｎ）に、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）と接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）との温度差ΔＴｊｍ（Ｎｎ）を限界ケース温度Ｔｃｍａｘ（Ｎｎ）とケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）との温度差ΔＴｃｍ（Ｎｎ）に、接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｊ（Ｎｎ）／∂ｔをケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｃ（Ｎｎ）／∂ｔに、それぞれ置き換えたものである。温度差ΔＴｃｍ（Ｎｎ）は式（１７）で定義され、温度差ΔＴｃｍ（１１）は式（１８）で表される。
【００５６】
【数９】
2019092348.tif 000011
【００５７】
また、電力半導体装置のケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｃ（Ｎｎ）／∂ｔを、前回の電力半導体装置のケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）＊と、前回から今回までの時間Δｔとを用いて式（１９）で定義すると、ケース温度Ｔｃ（１１）の減少傾き−∂Ｔｃ（１１）／∂ｔは式（２０）で表される。
【００５８】
【数１０】
2019092348.tif 000012
【００５９】
動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置Ｎｎの動作余裕度ｈ（Ｎｎ）を算出する。動作余裕度ｈ（Ｎｎ）を、温度差ΔＴｃｍ（Ｎｎ）とケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）の減少傾き−∂Ｔｃ（Ｎｎ）／∂ｔとを用いた関数として式（２１）で定義すると、電力半導体装置１１の動作余裕度ｈ（１１）は式（２２）で表される。
【００６０】
【数１１】
2019092348.tif 000013
【００６１】
例えば、動作開始までの待ち時間をｔｗとして、ｈ（Ｎｎ）を式（２３）で定義すると、動作開始時点でのケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）と限界ケース温度Ｔｃｍａｘ（Ｎｎ）との温度差を動作余裕度とすることができる。このとき、動作余裕度ｈ（１１）は式（２４）で表される。
【００６２】
【数１２】
2019092348.tif 000014
【００６３】
＜Ｄ−２．効果＞
実施の形態４において、動作余裕度決定部４４は、各電力半導体装置のケース温度に関する使用履歴に基づき、各電力半導体装置の限界ケース温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度ｈ（Ｎｎ）を決定する。電力半導体装置のケース温度は、一定の休止時間後には電力半導体装置内の電力半導体素子の接合温度とほぼ同じになる。従って、一定の休止時間がある場合はケース温度を接合温度の代用とすることができ、この場合は限界ケース温度を限界接合温度の代用とすることができる。また、電力半導体装置のケース温度は、電力半導体装置のベース板又はそれに相当する部位に温度センサを搭載することで測定できるため、電力半導体装置の構成を実施の形態３より簡単にすることができる。
【００６４】
＜Ｅ．実施の形態５＞
＜Ｅ−１．構成、動作＞
実施の形態５の電力半導体応用システムの構成は図１に示した通りであり、実施の形態１の電力半導体応用システムと同様である。図１１は、実施の形態５のホスト制御装置４Ｂの構成図である。実施の形態５のホスト制御装置４Ｂでは、動作余裕度決定部４４が温度算出部４４１を備えており、それ以外の点では図２に示した実施の形態１のホスト制御装置４Ａと同様である。
【００６５】
図１２は、実施の形態５において、入力データ格納部４１が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図１３は、実施の形態５において、装置情報格納部４２に格納される装置情報を示している。図１２に示すように、実施の形態５の入力データにおいて、使用履歴はコレクタ電流Ｉｃ（Ｎｎ）、スイッチング周波数ｆｓｗ（Ｎｎ）、ケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）を含んでいる。また、図１３に示すように、装置情報は、電力半導体装置が有する電力半導体素子の限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）、コレクタ−エミッタ間飽和電圧ＶＣＥｓａｔ（Ｉｃ）（Ｎｎ）、スイッチング損失エネルギーＥｓｗ（Ｉｃ）（Ｎｎ）、および接合−ケース間熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｃ）（Ｎｎ）を、電力半導体装置の識別情報であるＩＤ番号Ｎｎと紐付けたデータである。
【００６６】
図１４は、実施の形態５のホスト制御装置４Ｂの動作を示すフローチャートである。以下、図１４のフローチャートに沿って実施の形態５のホスト制御装置４Ｂの動作を説明する。図１４のフローは、図５のフローのステップＳ１０３をステップＳ１１３、Ｓ１１４，Ｓ１１５に置き換えたものであるため、図５のフローとの相違点のみ説明する。
【００６７】
動作余裕度決定部４４はステップＳ１０２またはステップＳ１１０で処理対象のＩＤ番号Ｎｎを初期値に設定または更新した後、入力データからＩＤ番号Ｎｎに対応する電力半導体装置の使用履歴としてコレクタ電流Ｉｃ（Ｎｎ）、スイッチング周波数ｆｓｗ（Ｎｎ）、ケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）を読み込む（ステップＳ１１３）。
【００６８】
さらに動作余裕度決定部４４は、装置情報格納部４２からＩＤ番号Ｎｎに対応する電力半導体装置の装置情報として、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）、コレクタ−エミッタ間飽和電圧ＶＣＥｓａｔ（Ｉｃ）（Ｎｎ）、スイッチング損失エネルギーＥｓｗ（Ｉｃ）（Ｎｎ）、および接合−ケース間熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｃ）（Ｎｎ）を読み込む（ステップＳ１１４）。
【００６９】
次に、温度算出部４４１は、ステップＳ１１３およびステップＳ１１４で読み込まれた情報に基づき、以下の式で接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を算出する（ステップＳ１１５）。
【００７０】
【数１３】
2019092348.tif 000015
【００７１】
＜Ｅ−２．効果＞
実施の形態５において、動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を除く使用履歴に基づき電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を算出し、算出した接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）に基づき動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を決定する。従って、電力半導体装置の接合温度が使用履歴になくても、電力半導体応用装置に組み込まれた各電力半導体装置の動作余裕度を決定することができる。そのため、電力半導体応用システム内で休止中の電力半導体応用装置の中で、順位決定部４６が選択した電力半導体応用装置、例えば最上位の順位の電力半導体応用装置を次に稼働すべき装置とすることにより、最も動作余裕度のある電力半導体応用装置を投入することができる。従って、使用途中で電力半導体応用装置を交代する可能性を小さくし、電力半導体応用システム内の効率を向上させることができる。
【００７２】
また、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を除く使用履歴は、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３のコレクタ電流Ｉｃ（Ｎｎ）、スイッチング周波数ｆｓｗ（Ｎｎ）およびケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）である。すなわち、動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３のコレクタ電流Ｉｃ（Ｎｎ）、スイッチング周波数ｆｓｗ（Ｎｎ）およびケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）に基づき電力半導体装置の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を算出し、算出した接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）に基づき動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を決定する。従って、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）が使用履歴になくても、電力半導体応用装置１，２，３に組み込まれた各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を決定することができる。
【００７３】
＜Ｆ．実施の形態６＞
＜Ｆ−１．構成、動作＞
実施の形態６の電力半導体応用システムとホスト制御装置の構成は、それぞれ図１，１１に示した通りであり、実施の形態５と同様である。
【００７４】
図１５は、実施の形態６において、入力データ格納部４１が電力半導体装置から取得して格納する入力データを示している。図１６は、実施の形態６において、装置情報格納部４２に格納される装置情報を示している。図１５に示すように、実施の形態６の入力データにおいて、使用履歴は発生損失Ｐ（Ｎｎ）およびケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）を含んでいる。また、図１６に示すように、装置情報は、電力半導体装置が有する電力半導体素子の限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）および接合−ケース間熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｃ）（Ｎｎ）を、電力半導体装置の識別情報であるＩＤ番号Ｎｎと紐付けたデータである。
【００７５】
図１７は、実施の形態６のホスト制御装置４Ｂの動作を示すフローチャートである。以下、図１７のフローチャートに沿って実施の形態５のホスト制御装置４Ｂの動作を説明する。図１７のフローは、図５のフローのステップＳ１０３をステップＳ１１６、Ｓ１１７，Ｓ１１８に置き換えたものであるため、図５のフローとの相違点のみ説明する。
【００７６】
動作余裕度決定部４４はステップＳ１０２またはステップＳ１１０で処理対象のＩＤ番号Ｎｎを初期値に設定または更新した後、入力データからＩＤ番号Ｎｎに対応する電力半導体装置の使用履歴として発生損失Ｐ（Ｎｎ）およびケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）を読み込む（ステップＳ１１６）。
【００７７】
さらに動作余裕度決定部４４は、装置情報格納部４２からＩＤ番号Ｎｎに対応する電力半導体装置の装置情報として、限界接合温度Ｔｊｍａｘ（Ｎｎ）および接合−ケース間熱抵抗Ｒｔｈ（ｊ−ｃ）（Ｎｎ）を読み込む（ステップＳ１１７）。
【００７８】
次に、温度算出部４４１は、ステップＳ１１６およびステップＳ１１７で読み込まれた情報に基づき、以下の式で接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を算出する（ステップＳ１１８）。
【００７９】
【数１４】
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【００８０】
＜Ｆ−２．効果＞
実施の形態６において、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を除く使用履歴は、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の発生損失Ｐ（Ｎｎ）およびケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）である。すなわち、動作余裕度決定部４４は、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の発生損失Ｐ（Ｎｎ）およびケース温度Ｔｃ（Ｎｎ）に基づき電力半導体装置の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）を算出し、算出した接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）に基づき動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を決定する。従って、電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の接合温度Ｔｊ（Ｎｎ）が使用履歴になくても、電力半導体応用装置１，２，３に組み込まれた各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を決定することができる。
【００８１】
＜Ｇ．ハードウェア構成＞
上述したホスト制御装置４Ａ，４Ｂにおける、入力データ格納部４１、装置情報格納部４２、温度格納部４３、動作余裕度決定部４４、最小動作余裕度更新部４５および順位決定部４６は、図１８に示す処理回路８１により実現される。すなわち、処理回路８１は入力データ格納部４１、装置情報格納部４２、温度格納部４３、動作余裕度決定部４４、最小動作余裕度更新部４５および順位決定部４６（以下、「動作余裕度決定部４４等」と称する）を備える。処理回路８１には、専用のハードウェアが適用されても良いし、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサが適用されても良い。プロセッサは、例えば中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等である。
【００８２】
処理回路８１が専用のハードウェアである場合、処理回路８１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。動作余裕度決定部４４等の各部の機能それぞれは、複数の処理回路８１で実現されてもよいし、各部の機能をまとめて一つの処理回路で実現されてもよい。
【００８３】
処理回路８１がプロセッサである場合、動作余裕度決定部４４等の機能は、ソフトウェア等（ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェア）との組み合わせにより実現される。ソフトウェア等はプログラムとして記述され、メモリに格納される。図１９に示すように、処理回路８１に適用されるプロセッサ８２は、メモリ８３に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、ホスト制御装置４Ａ，４Ｂは、処理回路８１により実行されるときに、各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作温度に基づき、各電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の限界動作温度に達するまでの余裕度を表す指標である動作余裕度ｆ（Ｎｎ）を決定するステップと、各電力半導体応用装置１，２，３における複数の電力半導体装置１１−１３，２１−２３，３１−３３の動作余裕度ｆ（Ｎｎ）の最小値に基づき、少なくとも一つの電力半導体応用装置１，２，３を選択するステップと、が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８３を備える。換言すれば、このプログラムは、動作余裕度決定部４４等の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ８３には、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）及びそのドライブ装置等、または、今後使用されるあらゆる記憶媒体であってもよい。
【００８４】
以上、動作余裕度決定部４４等の各機能が、ハードウェア及びソフトウェア等のいずれか一方で実現される構成について説明した。しかしこれに限ったものではなく、動作余裕度決定部４４等の一部を専用のハードウェアで実現し、別の一部をソフトウェア等で実現する構成であってもよい。例えば、動作余裕度決定部４４については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、それ以外についてはプロセッサ８２としての処理回路８１がメモリ８３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。
【００８５】
以上のように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア等、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。なお、入力データ格納部４１の構成の一部、装置情報格納部４２、および温度格納部４３は、メモリ８３から構成されるが、それらは単一のメモリ８３から構成されてもよいし、それぞれが個別のメモリから構成されてもよい。
【００８６】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
【符号の説明】
【００８７】
１，２，３  電力半導体応用装置、４Ａ，４Ｂ  ホスト制御装置、１１，１２，１３，２１，２２，２３，３１，３２，３３  電力半導体装置、１４，１５，１６，２４，２５，２６，３４，３５，３６  サーボモータ、４１  入力データ格納部、４２  装置情報格納部、４３  温度格納部、４４  動作余裕度決定部、４５  最小動作余裕度更新部、４６  順位決定部、８１  処理回路、８２  ＣＰＵ、８３  メモリ、４４１  温度算出部。
【図１】
2019092348.tif 000017
【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】
2019092348.tif 000022
【図７】
2019092348.tif 000023
【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】
2019092348.tif 000029
【図１４】
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【図１５】
2019092348.tif 000031
【図１６】
2019092348.tif 000032
【図１７】
2019092348.tif 000033
【図１８】
2019092348.tif 000034
【図１９】
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