(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
並列に接続された複数のパワーモジュールを耐久試験する繰返し耐久試験装置において、
前記パワーモジュールに電力を供給する第１安定化電源と、
第１安定化電源に接続され第１安定化電源からパワーモジュールに供給される電力を可変に設定する電子負荷と、
パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定するためにパワーモジュールに電力を供給する第２安定化電源と、
第１安定化電源からパワーモジュールに対する電力の供給と、第２安定化電源からパワーモジュールに対する電力の供給とのいずれか一方に切換える切換手段と、
切換手段によって第２安定化電源から電力が供給されている状態でパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを検出する電圧検出手段と、
パワーモジュールのゲートに電圧を印加する第３安定化電源と、
パワーモジュール毎に設けられ、パワーモジュールに対する通電を導通／遮断する開閉器と、
前記電圧検出手段の検出出力に応答し、第１安定化電源からパワーモジュールに電力が供給される通電時間を制御する制御手段とを含むことを特徴とするパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
第１安定化電源からパワーモジュールに電力が供給される通電時間と、
電子負荷によって設定される第１安定化電源からパワーモジュールに供給される電力とを、
耐久試験するべき各パワーモジュール毎に制御できるように構成されることを特徴とする請求項１記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項３】
前記制御手段にはメモリが備えられ、
各パワーモジュール毎に通電された前記通電時間と前記電子負荷による設定値との実績が前記メモリにストアされることを特徴とする請求項１または２記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項４】
前記第１安定化電源からパワーモジュールに対して電力を供給する回路には電流を検出する電流検出手段が設けられ、
前記制御手段は、
各パワーモジュール毎に設けられる前記開閉器が遮断され第１安定化電源または電子負荷の電流が出力されている状態で、
電流検出手段の検出出力に応答し、電子負荷の出力をＯＦＦもしくは電子負荷の設定電流を零アンペアまたは第１安定化電源の出力電流を零アンペアになるように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
耐久試験すべきパワーモジュールに設けられる前記開閉器が導通され第１安定化電源または電子負荷の電流が出力されていない状態で、
電流検出手段の検出出力に応答し、前記耐久試験すべきパワーモジュールのゲート駆動シーケンスをスキップするように制御することを特徴とする請求項４記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項６】
前記パワーモジュールには、各パワーモジュール毎に温度検出手段が設けられ、パワーモジュールの温度が予め定める限界温度Ｔｃｒ以上である状態で、
前記制御手段は、
温度検出手段の出力に応答し、電子負荷の出力をＯＦＦもしくは電子負荷の設定電流を零アンペアまたは第１安定化電源の出力電流を零アンペアになるように制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項７】
前記パワーモジュールのゲートに印加される電圧を検出するゲート電圧検出手段と、
パワーモジュールにおいて発生する熱を放熱させる放熱板と、
放熱板をパワーモジュールに対して近接離反するように移動させる移動手段とをさらに備え、
前記制御手段は、
ゲート電圧検出手段の検出出力に応答し、第３安定化電源からパワーモジュールのゲートに電圧が印加されている状態で放熱板がパワーモジュールに当接し、第３安定化電源からパワーモジュールのゲートに電圧が印加されていない状態で放熱板がパワーモジュールから離間するように移動手段を制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験装置。
【請求項８】
耐久試験するべきパワーモジュールに通電する通電電流値Ｉ１を定め、
パワーモジュールに通電電流値Ｉ１を通電する通電時間ｗ１を定め、
パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ１通電することをｎ回繰返し、
通電の繰返し回数ｎ回目に通電を終了したとき、パワーモジュールの温度が、予めそれぞれ定められる温度である上限温度ＴＨと下限温度ＴＬとによって設定される基準温度範囲（ＴＬ以上、ＴＨ以下）内にあるか否かを判断し、
前記基準温度範囲内にあるとき、パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ１で通電することをｎ回繰返し、
前記基準温度範囲外にあるとき、ｎ回目の通電時においてパワーモジュールの温度が、下限温度ＴＬまたは下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの中間において予め定められる温度ＴＭに到達する通電時間ｗ２を定め、パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ２で通電することをｎ回繰返し、
通電の繰返し回数ｎ回目毎に、通電終了時のパワーモジュールの温度が、前記基準温度範囲内にあるか否かを判断し、判断結果に応答して定められる通電時間でパワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電することを、通電の繰返し回数の累積回数が予め定める回数に達するまでまたはパワーモジュールが損壊して通電することができない状態になるまで繰返すことを特徴とするパワーモジュールの繰返し耐久試験方法。
【請求項９】
前記パワーモジュールの温度は、
パワーモジュールに電圧を印加する印加時間ｔと、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定する測定点数ｍとを予め定め、
パワーモジュールへの印加開始時の順方向立上がり初期電圧ＶＦ１を測定し、
前記初期電圧ＶＦ１に対応するパワーモジュールの温度を求め、
印加時間ｔを測定点数ｍで除した繰返し印加時間：ｔ／ｍを印加して順方向立上がり電圧ＶＦを測定し、
パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１に戻ったとき、印加時間：２×ｔ／ｍを印加して印加後順方向立上がり電圧ＶＦを測定し、さらにパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１に戻ったとき、電圧を印加して順方向立上がり電圧ＶＦを測定する操作を、印加時間：ｍ×ｔ／ｍを印加するまで繰返し、
各測定点における順方向立上がり電圧ＶＦと前記初期電圧ＶＦ１との電圧差ΔＶＦ（＝ＶＦ−ＶＦ１）と、前記初期電圧ＶＦ１に対応するパワーモジュールの温度とパワーモジュール固有の順方向立上がり電圧ＶＦに対する温度勾配の特性とに基づいて求められる温度であることを特徴とする請求項８記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験方法。
【請求項１０】
耐久試験するべきパワーモジュールの順方向立上がり初期電圧ＶＦ１はメモリにストアされ、
パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１が通電されていない状態でパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定し、
測定された順方向立上がり電圧ＶＦとメモリから読出された前記初期電圧ＶＦ１とを比較し、
パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１と等しくなったとき、通電電流値Ｉ１の通電を開始することを特徴とする請求項９記載のパワーモジュールの耐久試験方法。
【請求項１１】
パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１の通電が開始されるべき順方向立上がり初期電圧ＶＦ１には、
プラスおよびマイナス側に許容電圧範囲ΔＶＦ１が設けられることを特徴とする請求項１０記載のパワーモジュールの繰返し耐久試験方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パワーモジュールの耐久性能を試験する繰返し耐久試験装置および試験方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パワーモジュールの耐久性能を試験する装置として、定電流定電圧の電源を備え、電源からパワーモジュールに通電可能な回路を構成し、試験すべきパワーモジュールのゲートに予め定められた時間ＯＮ信号を入力することによって、パワーモジュールに一定電流を前記予め定められた時間だけ通電してパワーモジュールの温度を上昇させ、その後パワーモジュールのゲートに予め定められた時間ＯＦＦ信号を入力することによって、パワーモジュールへの通電を遮断して温度を下降させるものがある。この従来の試験装置は、前述したようなパワーモジュールの温度上昇と下降とを１サイクルとして指定サイクル数を繰返し、パワーモジュールの素子および接合部の局所発熱に基づく熱応力に対する耐久性能の評価を行うものである。
【０００３】
しかしながらパワーモジュールの素子および接合部などの電気的特性たとえば全抵抗値などは試験サイクル数の増加とともに経時変化する。このことによってパワーモジュールのゲートに入力されるＯＮ信号の時間が予め定められた時間に固定されたままであると、パワーモジュールの昇温する温度が試験サイクル数の増加に伴って変化するので、パワーモジュールの耐久性能評価を精度良く得ることができないという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するべく改善された技術として、パワーモジュールのゲートにＯＮ信号が入力されている状態でパワーモジュールの出力電圧を検出し、このパワーモジュールの出力電圧が高い場合にはＯＮ信号を入力する時間を短縮し、出力電圧が低い場合にはＯＮ信号を入力する時間を延長し、各試験サイクルにおけるパワーモジュールの上昇温度が均一になるように制御する試験装置が案出されており、またパワーモジュールに温度センサの設けられているものでは、温度センサの検出出力に応答し、パワーモジュールのゲートに入力するＯＮ／ＯＦＦ信号の動作制御を行い、各試験サイクルにおけるパワーモジュールの上昇温度が均一になるように制御する試験装置が案出されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のような改善された試験装置においてもなお次のような問題がある。従来のパワーモジュールの耐久試験装置では、複数のパワーモジュールの耐久性能を同時に試験することができるけれども、同一仕様の複数のパワーモジュールを同一条件の下において評価することを目的としているので、同一仕様の複数のパワーモジュールを個々に異なる条件で同時に耐久性能を試験し、または仕様がそれぞれ異なる複数のパワーモジュールをそれぞれ異なる条件で同時に耐久性能を試験することができないという問題がある。
【０００６】
また、パワーモジュールの耐久性能の評価試験を行うに際して用いられる前述した指定サイクル数には、たとえば１×１０6サイクルといった長いサイクル数が選択される。このようにパワーモジュールの耐久性能試験には、長いサイクル数が用いられるので、１サイクルあたりの時間を短くし、トータルの試験時間をできる限り短縮することが要求されている。
【０００７】
したがって一般的に加速試験が多用されており、できる限り加速するために発熱体であるパワーモジュールの素子を最大限に発熱させる方法が採られている。しかしながら、パワーモジュールを発熱させて昇温させる温度にも限界があり、パワーモジュールの素子ジャンクション温度以下でなければならない。何故ならば、パワーモジュールが不所望に高い温度に曝されて素子ジャンクションが損壊すると、耐久試験を継続することが不可能となるので、パワーモジュールが実際に使用されるであろう温度範囲内における耐久性能を評価したことにならないからである。
【０００８】
実用のパワーモジュールには、温度センサを伴わないものも多数ある。温度センサを伴わないパワーモジュールの耐久性能を試験する場合、別途熱電対を設けなければならないけれども、パワーモジュールの素子上に熱電対を別途設けることは難しいので、熱電対はパワーモジュールの素子の付近に配置される。パワーモジュールの構造および素子と熱電対との熱応力に対する劣化特性の相違によって、試験サイクルの進捗に伴い熱電対が検出する温度とパワーモジュールの素子温度との間に誤差が生じる。したがって、熱電対の検出出力に応答してパワーモジュールの耐久試験温度を制御していたのでは、パワーモジュールの素子ジャンクションに最大限の熱負荷を与えることができないので、パワーモジュールの耐久性能を精度良く評価することができないばかりでなく、最大限の加速を与えることができず試験所要時間の長期化を招くという問題がある。
【０００９】
このようなことから、別途熱電対を設けて温度を検出することなく、パワーモジュールのゲートがＯＮである時間によってパワーモジュールの素子温度を制御する方法の採られている装置もある。しかしながら、この方法においても試験サイクル数の進捗すなわち経時とともに一定時間におけるパワーモジュールの温度上昇特性が変化するので、パワーモジュールの素子に対する熱負荷の正確さに欠けるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、温度センサを伴わないパワーモジュールにおいても別途温度検出手段を設けることなく、精度よくパワーモジュールの試験温度を制御して耐久性能を精度良く評価することができ、また複数のパワーモジュールを異なる条件によって同時に試験することができるパワーモジュールの繰返し耐久試験装置および試験方法を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、並列に接続された複数のパワーモジュールを耐久試験する繰返し耐久試験装置において、
前記パワーモジュールに電力を供給する第１安定化電源と、
第１安定化電源に接続され第１安定化電源からパワーモジュールに供給される電力を可変に設定する電子負荷と、
パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定するためにパワーモジュールに電力を供給する第２安定化電源と、
第１安定化電源からパワーモジュールに対する電力の供給と、第２安定化電源からパワーモジュールに対する電力の供給とのいずれか一方に切換える切換手段と、
切換手段によって第２安定化電源から電力が供給されている状態でパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを検出する電圧検出手段と、
パワーモジュールのゲートに電圧を印加する第３安定化電源と、
パワーモジュール毎に設けられ、パワーモジュールに対する通電を導通／遮断する開閉器と、
前記電圧検出手段の検出出力に応答し、第１安定化電源からパワーモジュールに電力が供給される通電時間を制御する制御手段とを含むことを特徴とするパワーモジュールの繰返し耐久試験装置である。
【００１２】
本発明に従えば、パワーモジュールに対する電力の供給は、第１または第２安定化電源からのいずれか一方に切換手段によって切換えられ、第２安定化電源から電力供給されている状態ではパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを検出し、順方向立上がり電圧ＶＦの検出出力に応答して、第１安定化電源からパワーモジュールに電力が供給される通電時間が制御される。ここでパワーモジュールは、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦに対する固有の温度勾配特性を有する。したがって、順方向立上がり電圧ＶＦからパワーモジュールの温度を求めることができる。順方向立上がり電圧ＶＦを検出する電圧検出手段の検出出力すなわちパワーモジュールの温度に応答して、制御手段はパワーモジュールに電力が供給される通電時間を制御するので、温度センサを伴わないパワーモジュールにおいても、パワーモジュールの温度検出手段を別途設けることなく精度よくパワーモジュールの試験温度を制御して耐久性能を精度良く評価することができる。
【００１３】
また本発明は、前記制御手段は、
第１安定化電源からパワーモジュールに電力が供給される通電時間と、
電子負荷によって設定される第１安定化電源からパワーモジュールに供給される電力とを、
耐久試験するべき各パワーモジュール毎に制御できるように構成されることを特徴とする。
【００１４】
本発明に従えば、制御手段は、各パワーモジュール毎に繰返し耐久試験条件を制御することができる。このことによって、仕様が同一の複数のパワーモジュールをそれぞれ異なる条件で同一の機会に繰返し耐久試験することができる。また仕様の異なる複数のパワーモジュールを、個々のパワーモジュールに適したそれぞれ異なる試験条件によって同一の機会に繰返し耐久試験することができる。
【００１５】
また本発明は、前記制御手段にはメモリが備えられ、
各パワーモジュール毎に通電された前記通電時間と前記電子負荷による設定値との実績が前記メモリにストアされることを特徴とする。
【００１６】
本発明に従えば、各パワーモジュールにおいて実施された繰返し耐久試験条件の実績をメモリにストアすることができる。このことによって、メモリから読出された試験条件の実績を用いて、たとえば外挿法によって次回にパワーモジュールに印加される通電時間を予測することが可能になる。また同一仕様のパワーモジュールについての試験条件および試験結果を読出し比較することによって、試験結果の異常等を容易に検知することが可能になる。
【００１７】
また本発明は、前記第１安定化電源からパワーモジュールに対して電力を供給する回路には電流を検出する電流検出手段が設けられ、
前記制御手段は、
各パワーモジュール毎に設けられる前記開閉器が遮断され第１安定化電源または電子負荷の電流が出力されている状態で、
電流検出手段の検出出力に応答し、電子負荷の出力をＯＦＦもしくは電子負荷の設定電流を零アンペアまたは第１安定化電源の出力電流を零アンペアになるように制御することを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、各パワーモジュール毎に設けられる開閉器がいずれも遮断されて耐久試験を実施する状態にないとき、制御手段は、電子負荷の出力をＯＦＦもしくは電子負荷の設定電流を零アンペアまたは第１安定化電源の出力電流を零アンペアになるように制御する。このことによって、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００１９】
また本発明は、前記制御手段は、
耐久試験すべきパワーモジュールに設けられる前記開閉器が導通され第１安定化電源または電子負荷の電流が出力されていない状態で、
電流検出手段の検出出力に応答し、前記耐久試験すべきパワーモジュールのゲート駆動シーケンスをスキップするように制御することを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、耐久試験するべきパワーモジュールが装置にセットされていないとき、または装置にセットされているパワーモジュールが耐久試験の結果損壊して通電不能の状態であるとき、試験サイクルを実施することなく次の耐久試験するべきパワーモジュールに移行することができる。このことによって、損壊または通電異常等の発生したパワーモジュールに試験サイクルの通電を行うことがないフェイルセイフが可能になる。
【００２１】
また本発明は、前記パワーモジュールには、各パワーモジュール毎に温度検出手段が設けられ、パワーモジュールの温度が予め定める限界温度Ｔｃｒ以上である状態で、
前記制御手段は、
温度検出手段の出力に応答し、電子負荷の出力をＯＦＦもしくは電子負荷の設定電流を零アンペアまたは第１安定化電源の出力電流を零アンペアになるように制御することを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、パワーモジュールの予め定められる限界温度Ｔｃｒを、たとえばパワーモジュールの素子ジャンクションの耐熱温度に設定することによって、パワーモジュールが素子ジャンクションの耐熱温度以上に曝されることを防止できる。このことによって、耐久試験するべきパワーモジュールを不所望な高温に曝して損壊させることなく、所望の温度範囲において精度良く繰返し耐久試験することができる。
【００２３】
また本発明は、前記パワーモジュールのゲートに印加される電圧を検出するゲート電圧検出手段と、
パワーモジュールにおいて発生する熱を放熱させる放熱板と、
放熱板をパワーモジュールに対して近接離反するように移動させる移動手段とをさらに備え、
前記制御手段は、
ゲート電圧検出手段の検出出力に応答し、第３安定化電源からパワーモジュールのゲートに電圧が印加されていない状態で放熱板がパワーモジュールに当接し、第３安定化電源からパワーモジュールのゲートに電圧が印加されている状態で放熱板がパワーモジュールから離間するように移動手段を制御することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、制御手段は、ゲート電圧検出手段の検出出力に応答し、パワーモジュールに通電されていないときには放熱板をパワーモジュールに当接し、パワーモジュールに通電されているときには放熱板をパワーモジュールから離間させる。このようにパワーモジュールに通電されていない冷却期間に、放熱板をパワーモジュールに当接させ伝熱損失を促進することによって、パワーモジュールの冷却速度を速くすることができる。このことによって、試験サイクルにおける冷却過程の時間を短くすることができるので、パワーモジュールの耐久試験に要する時間の短縮を実現することができる。
【００２５】
また本発明は、耐久試験するべきパワーモジュールに通電する通電電流値Ｉ１を定め、
パワーモジュールに通電電流値Ｉ１を通電する通電時間ｗ１を定め、
パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ１通電することをｎ回繰返し、
通電の繰返し回数ｎ回目に通電を終了したとき、パワーモジュールの温度が、予めそれぞれ定められる温度である上限温度ＴＨと下限温度ＴＬとによって設定される基準温度範囲（ＴＬ以上、ＴＨ以下）内にあるか否かを判断し、
前記基準温度範囲内にあるとき、パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ１で通電することをｎ回繰返し、
前記基準温度範囲外にあるとき、ｎ回目の通電時においてパワーモジュールの温度が、下限温度ＴＬまたは下限温度ＴＬと上限温度ＴＨとの中間において予め定められる温度ＴＭに到達する通電時間ｗ２を定め、パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ２で通電することをｎ回繰返し、
通電の繰返し回数ｎ回目毎に、通電終了時のパワーモジュールの温度が、前記基準温度範囲内にあるか否かを判断し、判断結果に応答して定められる通電時間でパワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電することを、通電の繰返し回数の累積回数が予め定める回数に達するまでまたはパワーモジュールが損壊して通電することができない状態になるまで繰返すことを特徴とするパワーモジュールの繰返し耐久試験方法である。
【００２６】
本発明に従えば、パワーモジュールの繰返し耐久試験サイクル数ｎ回目ごとにパワーモジュールの温度を測定し、パワーモジュールの温度が基準温度範囲内にあるとき、前回と同じ通電時間で通電電流Ｉ１をパワーモジュールに対して通電することをｎサイクル繰返し、パワーモジュールの温度が基準温度範囲外にあるとき、パワーモジュールの温度が、予め定める基準温度範囲の下限温度ＴＬまたは基準温度範囲内の中間温度ＴＭに到達するために要する時間に従って通電時間を新たに定め、新たに定めた通電時間に基づいてパワーモジュールに対して通電することをｎサイクル繰返す。
【００２７】
このように、試験サイクル数ｎ回目ごとにパワーモジュールの温度を検出し、各試験サイクルにおいてパワーモジュールの昇温到達温度が予め定める基準温度範囲内にあるように、パワーモジュールに対する通電時間を補正するので、試験すべきパワーモジュールに精度の良い熱履歴を与えることが可能であり、耐久性能を精度良く評価することができる。
【００２８】
また本発明は、前記パワーモジュールの温度は、
パワーモジュールに電圧を印加する印加時間ｔと、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定する測定点数ｍとを予め定め、
パワーモジュールへの電圧印加開始時の順方向立上がり初期電圧ＶＦ１を測定し、
前記初期電圧ＶＦ１に対応するパワーモジュールの温度を求め、
印加時間ｔを測定点数ｍで除した繰返し印加時間：ｔ／ｍを印加して順方向立上がり電圧ＶＦを測定し、
パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１に戻ったとき、印加時間：２×ｔ／ｍを印加して印加後順方向立上がり電圧ＶＦを測定し、
さらにパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１に戻ったとき、電圧を印加して順方向立上がり電圧ＶＦを測定する操作を、印加時間：ｍ×ｔ／ｍを印加するまで繰返し、
各測定点における順方向立上がり電圧ＶＦと前記初期電圧ＶＦ１との電圧差ΔＶＦ（＝ＶＦ−ＶＦ１）と、前記初期電圧ＶＦ１に対応するパワーモジュールの温度とパワーモジュール固有の順方向立上がり電圧ＶＦに対する温度勾配の特性とに基づいて求められる温度であることを特徴とする。
【００２９】
本発明に従えば、パワーモジュールの温度は、複数の測定点において測定されるパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦと前記初期電圧ＶＦ１との電圧差ΔＶＦと、前記初期電圧ＶＦ１に対応するパワーモジュールの温度とパワーモジュール固有の順方向立上がり電圧ＶＦに対する温度勾配の特性とに基づいて求められる。したがって、パワーモジュールに別途温度検出手段を設けることなく、繰返し耐久試験におけるパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定することによって、パワーモジュールの温度を検出することができる。ここで順方向立上がり初期電圧ＶＦ１は、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係を求めるに際し、第２安定化電源によってパワーモジュールに電圧が印加されるとき、その電圧印加開始時に計測される順方向立上がり電圧値のことである。
【００３０】
また本発明は、耐久試験するべきパワーモジュールの順方向立上がり初期電圧ＶＦ１はメモリにストアされ、
パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１が通電されていない状態でパワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定し、
測定された順方向立上がり電圧ＶＦとメモリから読出された前記初期電圧ＶＦ１とを比較し、
パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１と等しくなったとき、通電電流値Ｉ１の通電を開始することを特徴とする。
【００３１】
本発明に従えば、パワーモジュールの順方向立上がり初期電圧ＶＦ１は、メモリにストアされる。この初期電圧ＶＦ１は、パワーモジュールの繰返し耐久試験サイクルにおいて、パワーモジュールに対して通電電流Ｉ１の通電が開始される温度に対応する。各試験サイクルのパワーモジュールの温度が下降する過程において、パワーモジュールの測定された順方向立上がり電圧ＶＦとメモリから読出された前記初期電圧ＶＦ１とが比較され、順方向立上がり電圧ＶＦが前記初期電圧ＶＦ１と等しくなったとき、通電電流値Ｉ１の通電が開始される。すなわち繰返し耐久試験サイクルにおいて、パワーモジュールに対する通電開始温度が前記初期温度ＶＦ１に基づいて制御されるので、精度の良い温度履歴をパワーモジュールに与えることが可能になる。
【００３２】
また本発明は、パワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１の通電が開始されるべき順方向立上がり初期電圧ＶＦ１には、
プラスおよびマイナス側に許容電圧範囲ΔＶＦ１が設けられることを特徴とする。
【００３３】
本発明に従えば、前記初期電圧ＶＦ１には、プラスおよびマイナス側に許容電圧範囲ΔＶＦ１が設けられる。このことによって、各試験サイクルにおけるパワーモジュールの温度が下降する過程で、パワーモジュールの温度下降に要する時間および到達温度にばらつきが生じた場合であっても、許容電圧範囲ΔＶＦ１内に達することによって、次の試験サイクルの通電が開始されるので、繰返し耐久試験が長時間断絶することなく継続が可能である。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の一形態であるパワーモジュールの繰返し耐久試験装置１の電気的構成を示す回路図であり、図２は図１に示すパワーモジュールの繰返し耐久試験装置１の全体構成を簡略化して示す系統図である。
【００３５】
パワーモジュールの繰返し耐久試験装置１（以後、耐久試験装置１と略称する）は、並列に接続された複数のパワーモジュール２の耐久性能を試験する装置である。耐久試験装置１は、パワーモジュール２に電力を供給する第１安定化電源３と、第１安定化電源３に接続され第１安定化電源３からパワーモジュール２に供給される電力を可変に設定する電子負荷４と、パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦを測定するためにパワーモジュール２に電力を供給する第２安定化電源５と、第１安定化電源３からパワーモジュール２に対して電力を供給する第１回路６と第２安定化電源５からパワーモジュール２に対して電力を供給する第２回路７とのいずれか一方に切換える切換手段８ａ，８ｂと、切換手段８ａ，８ｂによって第２安定化電源５から電力が供給されている状態でパワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦを検出する電圧検出手段９と、パワーモジュール２のゲートに電圧を印加する第３安定化電源１０と、パワーモジュール２毎に設けられ、パワーモジュール２への通電回路である第３回路１１ａ，１１ｂを導通／遮断する開閉器１２と、電圧検出手段９の検出出力に応答し、第１安定化電源３からパワーモジュール２に電力が供給される通電時間を制御する制御手段１３とを含む。
【００３６】
本実施の形態では、試験すべきパワーモジュール２はたとえばＦＥＴ（Field Effect Transistor）などであり、耐久試験装置１には複数のパワーモジュール２が並列に接続され、各パワーモジュール２には温度検出手段１４である熱電対が設けられる。熱電対１４による温度検出出力は、増幅基板１５を介して制御手段１３に備えられるアナログデジタル変換ボード１６（以後、Ａ／Ｄボード１６と呼ぶ）に入力される。
【００３７】
第１安定化電源３は、耐久性能を試験するためにパワーモジュール２を昇温するべくパワーモジュール２に電力を供給する直流電源である。電子負荷４は、第１安定化電源３に直列に接続される可変抵抗器であり、抵抗値を変化させることによって、第１安定化電源３から出力されて試験すべきパワーモジュール２に供給される電力の設定値を調整する。電子負荷４は、ＧＰＩＢ１９（General Purpose Interface Bus）によって制御手段１３と接続され、制御手段１３によってＧＰＩＢ１９を介して抵抗値が制御される。第１安定化電源３の出力は電子負荷４を介して第１回路６を通じてパワーモジュール２に供給される。
【００３８】
第１安定化電源３と電子負荷４とを接続する第４回路１７には、第４回路１７を導通／遮断する開閉器である第１スイッチ１８が設けられ、第１安定化電源３から電子負荷４への出力の遮断を可能にする。第１スイッチ１８は、制御手段１３に備えられる入出力インターフェイス２０（以後、Ｉ／Ｏ２０と略称する）に接続され、制御手段１３からの制御信号によって開閉動作が制御される。また第１回路６には、第１安定化電源３および電子負荷４からの出力電流を検出する電流検出手段２１が設けられ、電流検出手段２１の検出出力は制御手段１３に入力される。
【００３９】
第２安定化電源５は、前述のようにパワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦを測定するために、パワーモジュール２に電力を供給する直流電源であり、その電源容量は第１安定化電源３よりも小さいものが選択される。第２安定化電源５からの出力は、第２回路７を通じてパワーモジュール２に供給される。
【００４０】
切換手段８ａ，８ｂは、前述のように第１安定化電源３からパワーモジュール２に対して電力を供給する第１回路６と、第２安定化電源５からパワーモジュールに対して電力を供給する第２回路７とをいずれか一方に切換える切換スイッチである。切換手段８ａは端子ａ，端子ｂおよび端子ｃを備え、切換手段８ｂは端子ｄ，端子ｅおよび端子ｆを備える。
【００４１】
耐久試験時、パワーモジュール２を昇温させるために第１安定化電源３からの電力をパワーモジュール２に供給するとき、切換手段８ａの端子ａと端子ｂとが接続され、切換手段８ｂの端子ｄと端子ｅとが接続される。このとき第４回路１７に設けられる第１スイッチ１８は導通状態である。一方、パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦを測定するために、第２安定化電源５からの電力をパワーモジュール２に供給するとき、切換手段８ａの端子ａと端子ｃとが接続され、切換手段８ｂの端子ｄと端子ｆとが接続される。この切換手段８ａ，８ｂによる第１回路６と第２回路７との切換動作は、パワーモジュール２を昇温させるために第１安定化電源３から電力の供給される通電時間に従い制御手段１３によって制御される。
【００４２】
切換手段８ａ，８ｂ以降のパワーモジュール２に対する第１または第２安定化電源３，５からの電力の供給は、第３回路１１ａ，１１ｂを通じて行われる。第３回路１１ａ，１１ｂには、並列に接続されるパワーモジュール２毎にパワーモジュール２に対する通電を導通／遮断する開閉器１２がそれぞれ設けられる。
【００４３】
切換手段８ａ，８ｂによって第２回路７と第３回路１１ａ，１１ｂとが導通するように切換えられ、パワーモジュール２に第２安定化電源５から電力供給されている状態で、電圧検出手段９はパワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦを検出する。電圧検出手段９によって検出されるパワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦは、制御手段１３に入力される。
【００４４】
制御手段１３は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）を搭載するマイクロコンピュータなどによって実現される処理回路である。前述したように制御手段１３にはＡ／Ｄボード１６、Ｉ／Ｏ２０およびＧＰＩＢ１９が備えられ、制御手段１３と各検出手段および各被制御部とが電気的に接続されて信号の伝達と制御とが行われる。制御手段１３には、たとえば電圧検出手段９による検出出力、熱電対１４による温度検出出力および電流検出手段２１による検出出力などが入力され、これらの入力信号に応答し制御手段１３は、パワーモジュールに負荷される電子負荷の設定値、通電時間および後述するフェイルセイフなどの制御を実行する。
【００４５】
また制御手段１３には、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）からなるメモリ２２が備えられ、パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦ、耐久試験に用いられた試験条件の実績および耐久試験の基本動作プログラムなどをストアすることができる。
【００４６】
この制御手段１３は、各パワーモジュール２毎に設けられる開閉器１２の開閉動作制御に対応させて、各パワーモジュール２に負荷される電子負荷の設定値および通電時間すなわち耐久試験条件を個別に制御することが可能である。このことによって、仕様が同一の複数のパワーモジュールをそれぞれ異なる条件で同一の機会に繰返し耐久試験すること、また仕様の異なる複数パワーモジュールを、個々のパワーモジュールに適したそれぞれ異なる試験条件によって同一の機会に繰返し耐久試験することが可能になる。
【００４７】
なお、耐久試験装置１の第１〜第３安定化電源３，５，１０は、図２の系統図において示される操作盤２９に収容され、耐久試験装置１には耐久試験条件および耐久試験結果などを表示することができる表示手段３０が備えられても良い。
【００４８】
次に本実施の形態の耐久試験装置１を用いた繰返し耐久試験方法について説明する。図３は、パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係を示す図である。パワーモジュール２は、順方向立上がり電圧ＶＦに対する固有の温度勾配を有しているので、パワーモジュール２に第２安定化電源５によって電圧が印加されるとき、その電圧印加開始時に計測される順方向立上がり電圧値である初期電圧ＶＦ１（以後、単に初期電圧ＶＦ１と呼ぶ）と環境温度との関係および時間経過に伴う各順方向立上がり電圧ＶＦと前記温度勾配との関係によって、パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係を予め求めておくことができる。このことによって、耐久試験時に検出される順方向立上がり電圧ＶＦからパワーモジュール２の温度情報を得ることができる。
【００４９】
図３を用いてパワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係を求める方法について説明する。図３に示す測定例においては、パワーモジュール２に電圧を印加する印加時間ｔを６秒とし、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦを測定する測定点数ｍを２点とした。なお厳密には、電圧印加初期時の初期電圧ＶＦ１の測定点を含めると測定点は３点になるけれども、初期電圧ＶＦ１測定時においては印加時間は零秒であるので、測定点数からは除いた。立上がり電圧ＶＦ測定のための通電電流値として１ｍＡを用いた。まずパワーモジュール２への電圧印加開始時である時刻ｔ０すなわち第２安定化電源５からの電力供給開始時の初期電圧ＶＦ１を測定して６５０ｍＶを得、この初期電圧ＶＦ１：６５０ｍＶに対応するパワーモジュールの温度すなわち環境温度３０℃を求める。
【００５０】
次いで印加時間ｔ：６秒を測定点数ｍ：２点で除した繰返し印加時間：３秒の間電圧を印加した時刻ｔ１における順方向立上がり電圧ＶＦを測定する。このときの順方向立上がり電圧ＶＦは５００ｍＶである。時刻ｔ１における順方向立上がり電圧ＶＦ：５００ｍＶと初期電圧ＶＦ１：６５０ｍＶとの電圧差ΔＶＦ：１５０ｍＶ（＝ＶＦ−ＶＦ１）と、初期電圧ＶＦ１に対応するパワーモジュールの温度３０℃と、パワーモジュール固有の順方向立上がり電圧に対する温度勾配の特性、このパワーモジュールでは２ｍＶ／℃とを用い、時刻ｔ１におけるパワーモジュールの温度は、式（１）によって与えられる。
１０５℃＝３０（℃）＋１５０（ｍＶ）／２（ｍＶ／℃）    …（１）
【００５１】
３秒間の電圧印加が終了した後、パワーモジュールの温度が下降すなわち順方向立上がり電圧ＶＦが上昇して初期電圧ＶＦ１：６５０ｍＶに戻ったとき、さらに印加時間：２×ｔ／ｍ＝６秒の間電圧を印加して時刻ｔ２における順方向立上がり電圧ＶＦを測定する。このときの順方向立上がり電圧ＶＦは３５０ｍＶである。時刻ｔ１における場合と同様にして、時刻ｔ２における順方向立上がり電圧ＶＦ：３５０ｍＶに相当するパワーモジュールの温度：１８０℃を得る。
【００５２】
このようにして試験すべき各パワーモジュールについて、順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係を求めることができる。なお試験すべき各パワーモジュールについて測定された順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係および初期電圧ＶＦ１は、制御手段１３に備えられるメモリ２２にストアされる。
【００５３】
図４は、パワーモジュールの繰返し耐久試験方法の概要を示す図である。パワーモジュールの繰返し耐久試験方法（以後、耐久試験方法と略称する）においては、まず耐久試験するべきパワーモジュール２に通電する通電電流値Ｉ１を定める。通電電流値Ｉ１は、第１安定化電源３を手動操作することによって所望の値に設定してもよく、また制御手段１３を介して第１安定化電源３を操作設定できる構成にしても良い。
【００５４】
通電電流値Ｉ１を定めた後、パワーモジュールに通電電流値Ｉ１を通電する通電時間ｗ１を定める。通電時間ｗ１には、試験サイクルにおいて通電によって昇温するパワーモジュール２の温度が、予め定める基準温度範囲内に到達することができる時間が選択される。ここで基準温度範囲とは、予め定められる上限温度ＴＨと下限温度ＴＬとによって画される温度範囲であり、パワーモジュール２の耐久性能を正確に評価するために各試験サイクルにおいてパワーモジュール２を昇温し到達させるべき温度範囲である。
【００５５】
基準温度範囲すなわち上限温度ＴＨおよび下限温度ＴＬが定められるのは、以下の理由による。第１安定化電源３からパワーモジュール２に通電電流値Ｉ１を通電する試験サイクルにおいて、パワーモジュールの到達温度が、下限温度ＴＬ未満ではパワーモジュール２に対する熱負荷が小さ過ぎて耐久性能が不当に長く評価されることになる。また上限温度ＴＨは、加速試験の観点からパワーモジュール２の素子ジャンクションの耐熱温度未満のできるだけ高い温度に設定されるので、試験サイクルにおけるパワーモジュールの到達温度が、上限温度ＴＨを超えると熱負荷が過大になり、耐久性能を不当に短く評価することになる。また甚だしい場合には、パワーモジュール２のジャンクションが溶損することになる。
【００５６】
試験サイクルにおいてパワーモジュール２を到達させるべき目標温度いわゆる狙い値は、下限温度ＴＬに設定されても良く、または上限温度ＴＨと下限温度ＴＬとの中間において定められる温度ＴＭ（以後、中間温度ＴＭと呼ぶ）に設定されても良い。ここでは、中間温度ＴＭを狙い値として設定した。
【００５７】
通電電流値Ｉ１および通電時間ｗ１が定められると、パワーモジュール２に対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ１通電することをｎ回繰返す。図４（ａ）に示す第１ライン３１は、１回目の試験サイクルにおけるパワーモジュール２の昇温曲線である。第１ライン３１にて示す１回目の昇温では、通電時間ｗ１が経過したとき、パワーモジュール２の到達温度Ｔｐ１は、狙い値の中間温度である。
【００５８】
一方図４（ａ）に示す第２ライン３２は、ｎ回目の試験サイクルにおけるパワーモジュール２の昇温曲線である。試験サイクル数を経るのにともない、パワーモジュール２は経時変化するので、第２ライン３２は、第１ライン３１とは異なる挙動を示し、ｎ回目の昇温では、通電時間ｗ１が経過したとき、パワーモジュール２の到達温度Ｔｐｎは、前記基準温度範囲の上限温度ＴＨを超えている。
【００５９】
このパワーモジュール２の温度は、前述のように電圧検出手段９によって検出される順方向立上がり電圧ＶＦから求められる。すなわち通電時間ｗ１の通電終了後、制御手段１３は切換手段８ａ，８ｂの動作をただちに制御し、第１回路６から第２回路７へと接続を切換える。このことによって第２安定化電源５からの電力がパワーモジュール２に供給され、順方向立上がり電圧ＶＦを測定することが可能になる。測定された順方向立上がり電圧ＶＦは、メモリ２２から読出される順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係と比較されパワーモジュール２の到達温度が求められる。
【００６０】
前述のようにｎ回目の試験サイクルを終了した時点におけるパワーモジュール２の到達温度Ｔｐｎは、上限温度ＴＨを超えている。したがって前回と同一の通電時間ｗ１にて試験を継続するとパワーモジュール２に与えられる熱負荷が過大になるので、耐久性能を不当に評価することになる。したがって、パワーモジュール２の到達温度Ｔｐｎが、基準温度範囲外にあるとき、図４（ｂ）に示すようにｎ回目の通電時においてパワーモジュールの温度が、狙い値である中間温度ＴＭに到達する通電時間ｗ２を新たな通電時間として定め、次回にはパワーモジュールに対して通電電流値Ｉ１を通電時間ｗ２で通電することをｎ回繰返す。
【００６１】
図４ではｎ回目の通電終了後のパワーモジュール２の到達温度Ｔｐｎが、基準温度範囲外にあるときについて例示するけれども、ｎ回目の通電終了後のパワーモジュール２の到達温度Ｔｐｎが、基準温度範囲内にあるときには、パワーモジュール２に対して通電電流値Ｉ１を前回と同一の通電時間ｗ１で通電することをｎ回繰返す。
【００６２】
このように、通電の繰返し回数ｎ回目に通電を終了したとき、パワーモジュール２の到達温度Ｔｐｎが、基準温度範囲内にあるか否かを制御手段１３に備わる比較手段によって判断し、制御手段１３は判断結果に応答して定められる通電時間でパワーモジュール２に対して通電電流値Ｉ１を通電するように制御し、通電の繰返し回数の累積回数が予め定める回数たとえば１×１０6回に達するまでまたはパワーモジュール２が損壊して通電することができない状態になるまで繰返す。
【００６３】
図５は、耐久試験サイクルにおけるパワーモジュール２の熱履歴を示す図である。図５中に示す第３ライン３３は、試験サイクルにおいて測定されるパワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦの時間推移に伴う変化を示すものである。耐久試験サイクルにおいては、パワーモジュール２に通電電流値Ｉ１が定められた通電時間たとえばｗ１を通電された後、電力が供給されない期間においてはパワーモジュール２の温度が下降するいわゆる冷却過程が存在する。
【００６４】
この冷却過程におけるパワーモジュール２の温度は、前述のように通電時間の終了とともに切換手段８ａ，８ｂによって回路が切換えられ第２安定化電源５から電力供給される状態で、電圧検出手段９の検出出力である順方向立上がり電圧ＶＦとして求められる。パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦが上昇すなわち温度が下降し、前記初期電圧ＶＦ１を中央値としてプラスマイナス（以後、±で表す）ΔＶＦ１を有する電圧範囲内に達したとき、制御手段１３によって切換手段８ａ，８ｂが第２回路７から第１回路６へと切換動作制御されて次の試験サイクルの通電が開始される。
【００６５】
耐久試験するべきパワーモジュールの初期電圧ＶＦ１は、前述のように制御手段１３に備わるメモリ２２にストアされ、前記許容電圧範囲ΔＶＦ１もメモリ２２にストアされる。パワーモジュール２の降温過程において電圧検出手段９によって検出される順方向立上がり電圧ＶＦとメモリ２２から読出された電圧範囲ＶＦ１±ΔＶＦ１とが、制御手段１３に備わる比較手段によって比較され、順方向立上がり電圧ＶＦが電圧範囲ＶＦ１±ΔＶＦ１内に達したとき、比較結果に応答して制御手段１３が前述の通電開始制御を実行する。
【００６６】
このように、試験サイクルにおけるパワーモジュールに対する通電開始温度が初期電圧ＶＦ１に基づいて制御されるので、精度の良い温度履歴をパワーモジュールに与えることが可能になる。また初期電圧ＶＦ１には、プラスおよびマイナス側に許容電圧範囲ΔＶＦ１が設けられるので、パワーモジュールの温度下降に要する時間および到達温度にばらつきが生じた場合であっても、順方向立上がり電圧ＶＦが、電圧範囲ＶＦ１±ΔＶＦ１内に達することによって、次の試験サイクルの通電を開始することができ、長時間断絶することなく耐久試験の継続が可能になる。
【００６７】
本実施の形態の制御手段１３は、前述したような制御に加えてさらに以下のような制御をすることができる。制御手段１３は、各パワーモジュール２毎に設けられる開閉器１２がいずれも第３回路１１ａ，１１ｂを遮断しているにもかかわらず、パワーモジュールに対して電力を供給する第１回路６に第１安定化電源３または電子負荷４の出力電流が流れている状態で、前記電流検出手段２１の検出出力に応答し、ＧＰＩＢ１９を介して電子負荷４の出力をＯＦＦもしくは電子負荷４の設定電流を零アンペアまたはＩ／Ｏ２０を介して第１スイッチ１８を遮断させて第１安定化電源３の出力電流を零アンペアになるように制御する。このことによって、各パワーモジュール２毎に設けられる開閉器１２がいずれも遮断されて耐久試験を実施する状態に無いときの無駄な電力消費を抑制することができる。
【００６８】
また制御手段１３は、耐久試験すべきパワーモジュール２に設けられる開閉器１２が導通状態であるにもかかわらず、パワーモジュール２に対して電力を供給する第１回路６に第１安定化電源３または電子負荷４の出力電流が流れていないとき、電流検出手段２１の検出出力に応答し、耐久試験すべきパワーモジュール２のゲート駆動シーケンスをスキップするように制御する。
【００６９】
このように耐久試験するべきパワーモジュール２が装置にセットされていないとき、または装置にセットされているパワーモジュール２が耐久試験の結果損壊して通電不能の状態であるとき、試験サイクルを実施することなく次の耐久試験するべきパワーモジュール２に移行することができる。このことによって、損壊または通電異常等の発生したパワーモジュールに試験サイクルの通電を行うことがないフェイルセイフが可能になる。
【００７０】
また制御手段１３は、熱電対１４によって検出される検出出力に応答し、パワーモジュール２の温度が予め定める限界温度Ｔｃｒ以上であるとき、ＧＰＩＢ１９を介して電子負荷４の出力をＯＦＦもしくは電子負荷４の設定電流を零アンペアまたはＩ／Ｏ２０を介して第１スイッチ１８を遮断して第１安定化電源３の出力電流を零アンペアになるように制御する。このことによって、耐久試験するべきパワーモジュール２を不所望な高温に曝して損壊させることなく、所望の温度範囲において精度良く繰返し耐久試験することができる。
【００７１】
なお熱電対１４は、耐久試験すべきパワーモジュール２自体に備わるものではなく、別途設けられるものである。したがって、この熱電対１４の検出出力を用いてパワーモジュール２の試験サイクルの温度制御を行うには精度上充分なものではなく、あくまでもパワーモジュール２が過度に異常昇温した場合、パワーモジュール２への電力供給を停止して装置を保護するフェイルセイフ用に設けられるものである。
【００７２】
図６は、パワーモジュール２の繰返し耐久試験における試験サイクル数と通電時間ｗｔとの関係を示す図である。前述したように耐久試験においてパワーモジュール２を到達させるべき温度の狙い値である中間温度ＴＭに到達するために要する通電時間ｗｔは、パワーモジュール２の電気的特性の経時変化によって試験サイクル数の増加とともに短くなる。この通電時間ｗｔの実績は、制御手段１３に備わるメモリ２２にストアされ、試験サイクル数と通電時間ｗｔとの関係をメモリ２２から読出しグラフ化すると図６中の第４ライン３４のように示される。図６中における第４ライン３４上の「○」印は、試験サイクル数と通電時間ｗｔとの関係を表す実績値である。
【００７３】
耐久試験装置１の制御手段１３には演算手段が備わり、メモリ２２から読出した試験サイクル数と通電時間ｗｔとの関係の実績データを演算処理、たとえば補間法による外挿をすることによって、次のｎ回の試験サイクルにおいて中間温度ＴＭに達するのに要する通電時間ｗｔを予測することが可能である。図６中における「●」印は、前述のようにして求めた次のｎ回の試験サイクルにおける通電時間ｗｔの予測値である。
【００７４】
本実施の形態では、試験サイクル数ｎ回目毎に、パワーモジュール２の温度が基準温度範囲内にあるか否かを判断し、基準温度範囲外にあるときには、試験サイクル数ｎ回目に中間温度ＴＭに到達するのに要した時間の実績値を次のｎ回の試験サイクルにおいて用いる通電時間に定めているけれども、このようにして定める通電時間と前記予測値とが一致する場合、試験サイクル数ｎ回目に中間温度ＴＭに到達するのに要した時間の実績値に代えて、前記予測値を次のｎ回の試験サイクルに用いる通電時間として新たに設定するようにしても良い。
【００７５】
図７は、本発明の第２の実施の形態である耐久試験装置３５の要部の構成を簡略化して示す系統図である。本実施の形態の耐久試験装置３５は、実施の第１形態の耐久試験装置１に類似し、対応する部分については同一の参照符号を付して説明を省略する。耐久試験装置３５は、パワーモジュール２のゲートに印加される電圧を検出するゲート電圧検出手段３６と、パワーモジュール２において発生する熱を放熱させる放熱板３７と、放熱板３７をパワーモジュール２に対して近接離反するように移動させる移動手段３８とを含む。
【００７６】
放熱板３７は、たとえば銅またはアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属製の薄板であり、パワーモジュール２に当接したとき、パワーモジュール２から伝導される熱を大気中に放散してパワーモジュール２を迅速に降温させる働きをする。また放熱板３７には、パワーモジュール２と当接する側と反対側に放熱を促進するためのフィンが形成されても良い。
【００７７】
移動手段３８は、たとえば油圧などのシリンダ３９によって一端部に前記放熱板３７の装着されたロッド４０を矢符４１に示す方向に駆動し、放熱板３７をパワーモジュール２に当接させ、また離間させる。
【００７８】
制御手段１３は、ゲート電圧検出手段３６の検出出力に応答して移動手段３８の動作を制御し、第３安定化電源１０からパワーモジュール２のゲートに電圧が印加されている状態で放熱板３７をパワーモジュール２に当接させ、第３安定化電源１０からパワーモジュール２のゲートに電圧が印加されていない状態で放熱板３７をパワーモジュール２から離間させる。
【００７９】
このことによって、パワーモジュール２に通電されていない冷却過程においては、放熱板３７をパワーモジュール２に当接させ伝熱損失を促進することによって、パワーモジュール２の冷却速度を速くすることができる。したがって、試験サイクルにおける冷却過程に要する時間を短くすることができるので、パワーモジュール２の耐久試験に要する時間の短縮を実現することができる。
【００８０】
以上に述べたように、本実施の形態では、パワーモジュール２は、ＦＥＴモジュールであるけれども、これに限定されることなく、ＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)モジュールなど他のモジュールであっても良い。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦからパワーモジュールの温度を求めることができ、順方向立上がり電圧ＶＦを検出する電圧検出手段の検出出力すなわちパワーモジュールの温度に応答して、制御手段はパワーモジュールに電力が供給される通電時間を制御するので、温度センサを伴わないパワーモジュールにおいても、パワーモジュールの温度検出手段を別途設けることなく精度よくパワーモジュールの試験温度を制御して耐久性能を精度良く評価することができる。
【００８２】
また本発明によれば、仕様が同一の複数のパワーモジュールをそれぞれ異なる条件で同一の機会に繰返し耐久試験することができ、また仕様の異なる複数パワーモジュールを、個々のパワーモジュールに適したそれぞれ異なる試験条件によって同一の機会に繰返し耐久試験することができる。
【００８３】
また本発明によれば、耐久試験の実績をメモリにストアすることができるので、メモリから読出された試験条件実績を用いて、たとえば外挿法によって次回にパワーモジュールに印加される通電時間を予測することが可能になり、また同一仕様のパワーモジュールについての試験条件および試験結果を読出し比較することによって、試験結果の異常等を容易に検知することが可能になる。
【００８４】
また本発明によれば、各パワーモジュール毎に設けられる開閉器がいずれも回路を遮断し、耐久試験を実施する状態にないとき、制御手段は、電子負荷の出力をＯＦＦもしくは電子負荷の設定電流を零アンペアまたは第１安定化電源の出力電流を零アンペアになるように制御するので、無駄な電力消費を抑制することができる。
【００８５】
また本発明によれば、耐久試験するべきパワーモジュールが装置にセットされていないとき、または装置にセットされているパワーモジュールが耐久試験の結果損壊して通電不能の状態であるとき、試験サイクルを実施することなく次の耐久試験するべきパワーモジュールに移行できるので、不所望に試験サイクルの通電を行うことがないフェイルセイフが可能になる。
【００８６】
また本発明によれば、耐久試験するべきパワーモジュールを不所望な高温に曝して損壊させることなく、所望の温度範囲において精度良く繰返し耐久試験することができる。
【００８７】
また本発明によれば、制御手段は、パワーモジュールに通電されていない冷却過程において、放熱板をパワーモジュールに当接させ伝熱損失を促進することによって、パワーモジュールの冷却速度を速くすることができるので、試験サイクルにおける冷却過程の時間を短くし、耐久試験に要する時間の短縮を実現することができる。
【００８８】
また本発明によれば、試験サイクル数ｎ回目ごとにパワーモジュールの温度を検出し、各試験サイクルにおいてパワーモジュールの昇温到達温度が予め定める基準温度範囲内にあるように、パワーモジュールに対する通電時間を補正するので、試験すべきパワーモジュールに精度の良い熱履歴を与えることが可能であり、耐久性能を精度良く評価することができる。
【００８９】
また本発明によれば、パワーモジュールに別途温度検出手段を設けることなく、繰返し耐久試験におけるパワーモジュールの順方向立上がり電圧を測定することによって、パワーモジュールの温度を検出することができる。
【００９０】
また本発明によれば、各試験サイクルのパワーモジュールの降温過程において、パワーモジュールの順方向立上がり電圧ＶＦと初期電圧ＶＦ１とが比較され、順方向立上がり電圧ＶＦが初期電圧ＶＦ１と等しくなったとき、通電電流値Ｉ１の通電が開始されるので、精度の良い温度履歴をパワーモジュールに与えることが可能になる。
【００９１】
また本発明によれば、初期電圧ＶＦ１には、プラスおよびマイナス側に許容電圧範囲ΔＶＦ１が設けられるので、パワーモジュールの温度下降に要する時間および到達温度にばらつきが生じた場合であっても、許容電圧範囲ΔＶＦ１内に達することによって、次の試験サイクルの通電が開始され耐久試験が長時間断絶することなく継続される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態であるパワーモジュールの繰返し耐久試験装置１の電気的構成を示す回路図である。
【図２】図１に示すパワーモジュールの繰返し耐久試験装置１の全体構成を簡略化して示す系統図である。
【図３】パワーモジュール２の順方向立上がり電圧ＶＦと温度との関係を示す図である。
【図４】パワーモジュールの繰返し耐久試験方法の概要を示す図である。
【図５】耐久試験サイクルにおけるパワーモジュール２の熱履歴を示す図である。
【図６】パワーモジュール２の繰返し耐久試験における試験サイクル数と通電時間ｗｔとの関係を示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である耐久試験装置３５の要部の構成を簡略化して示す系統図である。
【符号の説明】
１，３５  耐久試験装置
２  パワーモジュール
３  第１安定化電源
４  電子負荷
５  第２安定化電源
８ａ，８ｂ  切換手段
９  電圧検出手段
１０  第３安定化電源
１２  開閉器
１３  制御手段
【図１】
0003769220.tif 000002
【図２】
0003769220.tif 000003
【図３】
0003769220.tif 000004
【図４】
0003769220.tif 000005
【図５】
0003769220.tif 000006
【図６】
0003769220.tif 000007
【図７】
0003769220.tif 000008