(57)【要約】  本方法は、サーモアコースティック効果を利用することでパワースイッチング電子デバイス（ＯＴ１）の不良を検出するものであり、電子デバイスでその動作時にサーモアコースティック効果により発生する音響信号（ＳＡ）を検出するステップと、ｂ）検出された音響信号の周波数スペクトルを計測（ＦＦＴ）し、周波数スペクトルから、検出された音響信号に伴うスペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）を取得するステップと、ｃ）スペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）を複数の標準スペクトルシグネチャ（Ｓｇｎ）と比較（ＣＳＧ）するステップと、ｄ）スペクトルシグネチャと複数の標準スペクトルシグネチャとの比較するステップｃ）で少なくとも１つの一致が特定されたとき、電子デバイスに少なくとも１つの不良が存在すると判定（ＣＳＧ）するステップとを含む。【選択図】図１
2020522713.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サーモアコースティック効果を利用してパワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）の不良検出および保護を行う方法であって、
−ａ）前記パワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）でその動作時にサーモアコースティック効果により発生する音響信号（ＳＡ）を検出するステップと、
−ｂ）検出された前記音響信号（ＳＡ）の周波数スペクトルを計測（ＦＦＴ）し、前記周波数スペクトルから、前記検出された音響信号（ＳＡ）に伴うスペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）を取得するステップと、
−ｃ）前記スペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）を複数の標準スペクトルシグネチャ（Ｓｇｎ）と比較（ＣＳＧ）するステップと、
−ｄ）前記スペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）と前記複数の標準スペクトルシグネチャ（Ｓｇｎ）との前記比較するステップｃ）で少なくとも１つの一致が特定されたとき、前記パワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）に少なくとも１つの不良が存在すると判定（ＣＳＧ）するステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記計測するステップｂ）が、前記検出された音響信号（ＳＡ）の前記周波数スペクトルのフーリエ変換による計算（ＦＦＴ）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法を実施するための不良検出および保護のための装置であって、不良が現れる可能性のあるパワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）を監視するための装置において、少なくとも１つの音響センサ（ＣＡ、ＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣ）と、増幅手段（ＡＰ）およびアナログ−デジタル変換手段（ＣＡＮ）を含む入力インターフェース（ＩＴ、ＩＴ２）と、前記音響センサ（ＣＡ、ＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣ）で検出された音響信号（ＳＡ）のスペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）を計算することができるスペクトルシグネチャ計算ソフトウェアモジュール（ＦＦＴ）を備えるデジタル信号処理ユニット（ＳＰＵ、ＳＰＵ２）と、複数の標準スペクトルシグネチャ（Ｓｇｎ）を記憶できる記憶装置（ＭＥＭ）と、前記検出された音響信号（ＳＡ）の前記スペクトルシグネチャ（ＳＥＰ）と前記記憶装置に記憶されている前記複数の標準スペクトルシグネチャ（Ｓｇｎ）との間で特定される少なくとも１つの一致をもとに前記パワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）における少なくとも１つの不良の存在を検出できる比較および不良判定（ＣＳＧ）ソフトウェアモジュールとを備える装置。
【請求項４】
複数の音響センサ（ＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣ）を備えること、および前記入力インターフェース（ＩＴ２）が複数の音響信号入力チャンネルを有するタイプのものであり、サンプリング手段も備えることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
不良が検出されると、前記デジタル信号処理ユニット（ＳＰＵ、ＳＰＵ２）が監視下のパワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）について出力に不良信号（ＤＩ、ＤＩＡＢＣ）を与えることを特徴とする、請求項３または４に記載の装置。
【請求項６】
不良が検出されると、前記デジタル信号処理ユニット（ＳＰＵ）が不良アラート（ＷＡ）を出力に与え、前記不良アラート（ＷＡ）が照光通知、音声通知または不良タイプの指示を伴った、もしくは伴わない画面表示を備えることを特徴とする、請求項３から５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも１つの超音波音響センサを備えることを特徴とする、請求項３から６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
少なくとも１つのパワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）と、付属の不良検出および保護のための装置（ＤＥＰ、ＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣ、ＵＣ）とを備えるパワースイッチング電子アセンブリにおいて、前記付属の不良検出および保護のための装置（ＤＥＰ、ＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣ、ＵＣ）が請求項３から６のいずれか一項に記載の装置であることを特徴とする、アセンブリ。
【請求項９】
不良が検出されると、前記付属の不良検出および保護のための装置（ＤＥＰ、ＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣ、ＵＣ）が前記パワースイッチング電子デバイス（ＰＭ、ＯＴ１、ＯＴ２）の動作の停止するよう、または低位モードで動作するよう操作することを特徴とする、請求項８に記載のアセンブリ。
【請求項１０】
前記パワースイッチング電子デバイス（ＰＭ２Ａ）がパワーモジュール、コンバータまたはインバータの形をなし、音響センサ（ＣＡＡ）が収められた少なくとも１つの空所（ＨＯ）を含むことを特徴とする、請求項８または９に記載のアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は２０１７年６月７日出願の仏国特許出願公開第１７５５０４１号の優先権を主張するものであり、その内容（明細書、図面および特許請求の範囲）は参照によって本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、一般に、パワーエレクトロニクスの分野に関する。より詳細には、本発明は、パワーモジュール、コンバータ、インバータなどのパワースイッチング電子デバイスにおける不良検出および正常動作保護の方法ならびに装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
パワースイッチング電子デバイスは、鉄道、電気車両およびハイブリッド車両、航空など、様々な活動分野で用いられており、その役割はますます重要性を帯びるようになっている。ＣＯ２排出量の少ない再生可能エネルギー源へのエネルギー転換が望まれるなか、パワーエレクトロニクスはなお一層の普及が求められており、次第に高まる経済的、技術的制約に応えていく必要があると思われる。
【０００４】
ニーズ、とりわけパワー及びコンパクトさに関するニーズに応えるべく、高いパワー密度で動作するパワーモジュールの開発には非常に大きな関心が寄せられている。こうしたパワーモジュールは、典型的には−５０°Ｃから１７５°Ｃまで、またはさらにそれより高い温度までの広い温度範囲で動作させられることになるため、半導体コンポーネントやアセンブリは大きな応力にさらされる。
【０００５】
パワーモジュールの製造では、基板、ベースプレート、金属被覆、はんだ、「ボンディングワイヤ」と呼ばれる電気接続線、その他のチップの電気接続手段など、電子チップやアセンブリにおける起こり得る不良を検出するための厳しい検査が、特に製造工程の最後で求められる。
【０００６】
また、パワーモジュールは供用中に様々な動作条件や温度変化サイクルにさらされ、それによってチップのはんだ付け部や焼結部などに不良が生じたり、パワーモジュールの寿命が大幅に短縮されたりする可能性がある。
【０００７】
そのため、パワースイッチング電子デバイスの性能および信頼性を保証するためにはその製造時および供用中にテストを行うことが必要となる。
【０００８】
Ｋａｒｋｋａｉｎｅｎ  Ｔｏｍｍｉの論文「Ｏｂｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｉｎ  Ｐｏｗｅｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ」、ＩＳＢＮ９７８−９５２−２６５９−１１−８で、著者はパワー半導体チップで明らかになった音響現象に関する研究結果と所見を紹介しており、その現象はチップの不具合検出に利用可能と考えられると示唆している。著者は３種類のアコースティックエミッション、すなわち、チップ内のスイッチングに関係するアコースティックエミッション、チップが不具合を生じた瞬間のアコースティックエミッション、チップが破壊された後のアコースティックエミッションを特定している。著者はこれらの現象を放電または圧電効果と関連づけている。この文書には、パワースイッチング電子デバイスの不良を検出するための解決法は何も記されていない。
【０００９】
技術の現状では、材料中の不良の検出法として、熱放射によって材料をパルス状に加熱し、赤外線サーモグラフィ画像の形によるその熱応答から不良を特定するというものが知られている。
【００１０】
また、超音波音響波によって材料を加熱するためにサーモアコースティック効果を用いるものも知られている。不良の検出は、物質の赤外線による熱応答のフーリエ変換像と材料固有の標準ヒートシグネチャとを比較することによって得られる。
【００１１】
上述の従来技術のサーモグラフィによる解決法は赤外線イメージングカメラを必要とし、デバイス製造時の一回限りの試験またはその供用中に行われるスポット的な検査のためのものとして考えられている。そうした解決法は、パワースイッチング電子デバイスの不良を継続的に検出するのに適したものではない。
【００１２】
パワースイッチング電子デバイスにおける不良の検出および保護の方法で、よりコンパクトで経済的な不良検出と保護のための装置の設計、および不良の継続的検出が可能な方法に対するニーズが存在する。
【発明の概要】
【００１３】
第１の態様によれば、本発明は、サーモアコースティック効果を利用してパワースイッチング電子デバイスの不良検出および保護を行う方法であって、
−ａ）パワースイッチング電子デバイスでその動作時にサーモアコースティック効果により発生する音響信号を検出するステップと、
−ｂ）検出された音響信号の周波数スペクトルを計測し、周波数スペクトルから、検出された音響信号に伴うスペクトルシグネチャを取得するステップと、
−ｃ）検出されたスペクトルシグネチャを複数の標準スペクトルシグネチャと比較するステップと、
−ｄ）検出されたスペクトルシグネチャと複数の標準スペクトルシグネチャとの比較するステップｃ）で少なくとも１つの一致が特定されたとき、パワースイッチング電子デバイスに少なくとも１つの不良が存在すると判定するステップと
を含む方法に関する。
【００１４】
この方法の詳細な特徴によれば、計測するステップｂ）は、検出された音響信号の周波数スペクトルのフーリエ変換による計算を含む。
【００１５】
第２の態様によれば、本発明は、上に概略を説明した方法を実施するための不良検出および保護のための装置であって、不良が現れる可能性のあるパワースイッチング電子デバイスを監視するための装置に関する。本発明によれば、装置は少なくとも１つの音響センサと、典型的には英語で「ｌｏｇ−ｉｎ」と呼ばれるタイプの増幅手段およびアナログ−デジタル変換手段を含む入力インターフェースと、音響センサで検出された音響信号のスペクトルシグネチャを計算することができるスペクトルシグネチャ計算ソフトウェアモジュールを備えるデジタル信号処理ユニットと、複数の標準スペクトルシグネチャを記憶できる記憶装置と、検出された音響信号のスペクトルシグネチャと記憶装置に記憶されている複数の標準スペクトルシグネチャとの間で特定される少なくとも１つの一致をもとにパワースイッチング電子デバイスにおける少なくとも１つの不良の存在を検出できる比較および不良判定ソフトウェアモジュールとを備える。
【００１６】
別の実施形態によれば、本発明による装置は複数の音響センサを備え、入力インターフェースは複数の音響信号入力チャンネルを有するタイプのものであり、サンプリング手段も備える。
【００１７】
ある詳細な特徴によれば、不良が検出されると、デジタル信号処理ユニットは監視下のパワースイッチング電子デバイスについて出力に不良信号を与える。
【００１８】
別の詳細な特徴によれば、不良が検出されると、デジタル信号処理ユニットは不良アラートを出力に与え、その不良アラートは照光通知、音声通知または不良タイプの指示を伴った、もしくは伴わない画面表示を備える。
【００１９】
さらに別の詳細な特徴によれば、本発明による不良検出および保護のための装置は少なくとも１つの超音波音響センサを備える。
【００２０】
さらに別の態様によれば、本発明は少なくとも１つのパワースイッチング電子デバイスと、上に説明したような付属の（ａｓｓｏｃｉｅ）不良検出および保護のための装置とを備えるパワースイッチング電子アセンブリにも関する。
【００２１】
本発明によるパワースイッチング電子アセンブリの詳細な特徴によれば、不良が検出されると、付属の不良検出および保護のための装置は、パワースイッチング電子デバイスの動作を停止するよう、または低位モードで動作するよう操作する。
【００２２】
別の詳細な特徴によれば、パワースイッチング電子デバイスはパワーモジュール、コンバータまたはインバータの形をなし、音響センサが収められた少なくとも１つの空所を含む。
【００２３】
本発明のその他の利点および特徴は、添付の図面を参照しながら本発明のいくつかの具体的実施形態について以下に行う詳しい説明を読むことでより明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】三相インバータと、本発明による不良検出および保護のための装置であって、単一の音響センサを具備する装置とを備えるパワースイッチング電子アセンブリの第１の実施形態のブロックダイヤグラムである。
【図２】三相インバータと、本発明による不良検出および保護のための別の装置であって、３つの音響センサを具備する装置とを備えるパワースイッチング電子アセンブリの第２の実施形態のブロックダイヤグラムである。
【図３】内蔵された音響センサを備える従来型のパワーモジュールであって、図２のパワースイッチング電子アセンブリ用に適合されたパワーモジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
パワースイッチング電子デバイスは、多相インバータのような完備したスイッチングブリッジを形成するように、または所望の電流を流すことができるように並列に接続するようにつないだパワーモジュールによって構成される。パワーモジュールは典型的にはスイッチングブリッジの枝路である。
【００２６】
パワーモジュールは、電子チップの平面的なアーキテクチャで構成されるものであれ、３Ｄアーキテクチャで構成されるものであれ、いずれも絶縁材料または導体材料で作られた層の積層構造を有しており、その層の間に、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴトランジスタのような半導体によるパワースイッチを備えた電子チップが組み込まれている。パワースイッチは典型的には数ヘルツから数百キロヘルツの範囲の周波数でスイッチングを行う。それによって繰返し熱パルスが生じ、そのためにパワーモジュールの積層構造内に熱音響波が発生する。熱パルスはサーモアコースティック効果によって部分的に音響的性格の機械エネルギーに変換される。音波は伝播し、パワーモジュールの積層構造内で偏向または反射し、その構造に関する情報を搬送する。
【００２７】
本発明は上記の現象を利用してパワースイッチング電子デバイス内の不良を検出するものである。監視対象のパワースイッチング電子デバイスによって生じる音波が検出され、その周波数スペクトルから導き出されたスペクトルシグネチャの変化があらかじめ登録されている標準スペクトルシグネチャとの比較によって検出される。本発明は、音波のスペクトルシグネチャの変化から不良の早期検出を可能にする。本発明は、層の剥離または離層、チップの固定の亀裂、パワーモジュールの構造内の空隙など、不良の種類を検出することもできる。
【００２８】
そのため、本発明では、あらかじめ決められた仕様との比較で音響応答を調べることにより、パワースイッチング電子デバイスを製造時に検査し、選別することができる。供用期間中は、パワースイッチング電子デバイスの健全性は、デバイスから発せられる音波を解析する電子制御ユニットによって、連続的にまたはあらかじめ定めた周期で調査することができ、それによって不良の存在検出および劣化リスクからのデバイス保護を行う。
【００２９】
本発明の実施形態について、以下に三相インバータにおける不良検出および保護の枠組みに沿って説明する。
【００３０】
図１に示すように、三相インバータＯＴ１は３つのパワーモジュールＰＭ１Ａ、ＰＭ１Ｂ、ＰＭ１ｃとスイッチング操作回路ＳＷＣとを備える。
【００３１】
ＩＧＢＴ型トランジスタを備えるパワーモジュールＰＭ１のブロック図を図１に示す。パワーモジュールＰＭ１Ａは、ＴＩＨＳの符号が与えられた上側ＩＧＢＴトランジスタとＴＩＬＳの符号が与えられた下側ＩＧＢＴトランジスタと（それぞれ英語で「ｌｏｗ  ｓｉｄｅ」トランジスタ、「ｈｉｇｈ  ｓｉｄｅ」トランジスタと呼ばれるもの）を備える。トランジスタＴＩＨＳおよびＴＩＬＳには、それぞれ「フリーホイール」と呼ばれるダイオードＩＤＨＳおよびＩＤＬＳが付属している。ダイオードＩＤＨＳ、ＩＤＬＳはそれぞれトランジスタＴＩＨＳ、ＴＩＬＳのコレクタ電極ＣＨＳ、ＣＬＳとエミッタ電極ＥＨＳ、ＥＬＳとの間に取り付けられている。トランジスタＴＩＨＳのコレクタ電極ＣＨＳは正の直流電圧＋ＤＣに連結され、トランジスタＴＩＬＳのエミッタ電極ＥＨＳは負の直流電圧−ＤＣに連結されている。トランジスタＴＩＨＳおよびＴＩＬＳはそれぞれのゲート電極ＧＨＳおよびＧＬＳを通してスイッチングを操作される。モジュールＰＭ１Ａの出力ＯＵＴＡはトランジスタＴＩＨＳおよびＴＩＬＳのエミッタ電極ＥＨＳとコレクタ電極ＣＬＳの相互接続点に相当しており、交流電圧を与える。
【００３２】
パワーモジュールＰＭ１Ａ、ＰＭ１ＢおよびＰＭ１Ｃが、ＭＯＳＦＥＴトランジスタやＧＴＯサイリスタなど、他のパワースイッチを備えるものであってもよいことにも留意されたい。
【００３３】
スイッチング操作回路ＳＷＣは、モジュールＰＭ１Ａ、ＰＭ１ＢおよびＰＭ１ＣのトランジスタＴＩＨＳ、ＴＩＬＳのスイッチングを操作するゲート操作信号ＳＣＨＳ、ＳＣＬＳを与える。
【００３４】
図１に示すように、不良検出装置ＤＥＰは三相インバータＯＴ１に付属している。ここでは、音響センサＣＡは、インバータＯＴ１から発せられる音響信号ＳＡ０を検出するためにインバータＯＴ１に近接して配置されている。音響信号ＳＡ０は不良検出装置ＤＥＰのアナログ入力に供給される。
【００３５】
ここでは、不良検出装置ＤＥＰは専用の電子制御ユニットＥＣＵを囲むように構成されている。別の実施形態では、装置ＤＥＰは適合されたインターフェース回路が具備されたマイクロプロセッサ内に配設することもできよう。
【００３６】
電子制御ユニットＥＣＵは音響信号入力インターフェースＩＴおよびデジタル信号処理ユニットＳＰＵを備えている。
【００３７】
音響信号入力インターフェースＩＴは入力増幅器ＡＰおよびアナログ−デジタル変換器ＣＡＮを備える。入力増幅器ＡＰは音響センサＣＡから与えられる音響信号ＳＡ０をその入力に受ける。入力増幅器ＡＰは音響信号ＳＡ０に対して帯域濾波を行い、音響信号ＳＡ０の増幅レベルをそれ以降の処理のために調整する。増幅された音響信号ＳＡ１は、増幅器ＡＰによって出力に与えられる。増幅された音響信号ＳＡ１はアナログ−デジタル変換器ＣＡＮによってデジタル化され、次いでデジタル信号処理ユニットＳＰＵのデータ入力ポートに供給される。
【００３８】
デジタル信号処理ユニットＳＰＵは典型的にはマイクロプロセッサμＰを囲むように構成され、マイクロプロセッサμＰには読出し専用メモリＲＯＭおよびランダムアクセスメモリＲＡＭ、入／出力インターフェース手段（図示せず）ならびに記憶装置ＭＥＭが付属する。ユニットＳＰＵのメモリにはファームウェアが実装されており、逐次処理で進められる一連の命令を通して信号処理機能が果たされる。
【００３９】
ユニットＳＰＵによって行われる信号処理機能は、図１ではブロックＦＦＴおよびＣＳＧの形で示されている。
【００４０】
ブロックＦＦＴは音響信号ＳＡ１のスペクトルシグネチャＳＥＰを計算するソフトウェアモジュールである。スペクトルシグネチャＳＥＰはフーリエ変換によって得られる音響信号ＳＡ１の周波数スペクトルから導き出される。
【００４１】
ブロックＣＳＧは、比較および不良判定のソフトウェアモジュールである。ブロックＣＳＧは音響信号ＳＡ１のスペクトルシグネチャＳＥＰを記憶装置ＭＥＭにあらかじめ登録された複数の標準スペクトルシグネチャＳｇｎと比較して、一致するものが１つまたは複数あれば検出する。記憶装置ＭＥＭは、インバータＯＴ１に生じ得る様々な動作状態および様々なタイプの不良を代表する複数の標準スペクトルシグネチャＳｇｎを備えたナレッジベースを記憶している。ブロックＣＳＧは、比較の結果に応じて、不良の存在および推定されるそのタイプを判定する。インバータＯＴ１における不良が比較判定ＣＳＧモジュールによって検出されると、比較判定ＣＳＧモジュールは不良信号ＤＩを出力に与え、不良アラートＷＡを作動させることができる。
【００４２】
不良信号ＤＩはスイッチング操作回路ＳＷＣに伝送され、それを受けたスイッチング操作回路ＳＷＣは、インバータＯＴ１のトランジスタＴＩＨＳ、ＴＩＬＳのスイッチングを操作するゲート操作信号ＳＣＨＳ、ＳＣＬＳを無効レベルにブロックしてインバータＯＴ１の動作を停止することができる。スイッチング操作回路ＳＷＣは、検出された不良がそれほど重大なものでない場合には、インバータＯＴ１が低位モードで動作するよう操作することもできる。
【００４３】
不良アラートＷＡは、たとえば照光もしくは音声による通知、または想定される不良のタイプの指示を伴う、もしくは伴わない画面表示を含むことができる。
【００４４】
ここからは、図２および３を参照しながら、ＯＴ２と呼ぶ三相インバータに関する別の実施形態について説明する。この実施形態では、３つのパワーモジュールＰＭ２Ａ、ＰＭ２Ｂ，ＰＭ２Ｃの各々はその構造中に組み込まれた音響センサＣＡを備える。さらに、この実施形態では、インバータＯＴ２は、本発明による不良検出および保護のための装置専用の電子制御ユニットＥＣＵ２であって、インバータＯＴ２の操作ユニットＵＣに組み込まれた電子制御ユニットＥＣＵ２を含む。
【００４５】
図２に示すように、パワーモジュールＰＭ２Ａ、ＰＭ２ＢおよびＰＭ２Ｃはここでは平面的な配列で横に並んで配列されており、それぞれ組み込まれた音響センサＣＡＡ、ＣＡＢおよびＣＡＣを含んでいる。
【００４６】
操作ユニットＵＣはスイッチング操作回路ＳＷＣ２および電子制御ユニットＥＣＵ２を備えている。そして、操作ユニットＵＣは、ゲート操作信号ＳＣＨＳ、ＳＣＬＳを生じることでパワーモジュールＰＭ２Ａ、ＰＭ２ＢおよびＰＭ２Ｃのスイッチング操作機能を、また音響センサＣＡＡ、ＣＡＢおよびＣＡＣと連携してインバータＯＴ２の不良検出および保護機能を果たす。 
【００４７】
スイッチング操作回路ＳＷＣ２は図１のインバータＯＴ１の回路ＳＷＣと同様のものであり、ここでは説明しない。
【００４８】
電子制御ユニットＥＣＵ２が図１のユニットＥＣＵと異なるのは、電子制御ユニットＥＣＵのインターフェースＩＴには信号ＳＡ０のための入力チャンネルが１つしかないのに対して、電子制御ユニットＥＣＵ２の入力インターフェースＩＴ２には３つの入力チャンネルを備えているところにある。音響センサＣＡＡ、ＣＡＢ、ＣＡＣから与えられる３つの音響信号（まとめてＳＡＡＢＣと呼ぶ）はそれぞれインターフェースＩＴ２の３つのチャンネルの入力側に供給される。信号ＳＡＡＢＣは濾波され、増幅された後、インターフェースＩＴ（図１）のコンバータＣＡＮと同様のアナログ−デジタルコンバータ（図示せず）によるサンプリングおよび時間多重化を受けることでデジタル化される。電子制御ユニットＥＣＵ２に備えられたデジタル信号処理ユニットＳＰＵ２はデジタル信号処理ユニットＳＰＵ（図１）によって行われるものと同様の処理を音響信号ＳＡＡＢＣの各々に対して行う。不良が検出された場合、不良の通知がスイッチング操作回路ＳＷＣ２に通知され、スイッチング操作回路ＳＷＣ２は、検出された不良の重大さに応じて、インバータＯＴ２の動作を止めるか、または低位モードにするよう操作する。本発明のこの実施形態では、パワーモジュールは各々が固有の音響センサを具備しているため、パワーモジュールレベルでの不良の検出は図１の実施形態より容易である。
【００４９】
本発明の方法は、パワースイッチング電子デバイスにおける不良の空間的な所在特定のために適合されていることに留意されたい。そのため、空間的な所在特定機能を、たとえばそれぞれが空間標準座標系を定義する３つの異なる方向軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）に沿って配置された３つの音響センサなどを用いることで配設することができよう。不良の空間的な所在特定は、３つのセンサによって供給される音響信号から導き出される。
【００５０】
音響センサＣＡＡを備え、インバータＯＴ２に組み込むことができるパワーモジュールＰＭ２Ａの例を図３に示す。
【００５１】
パワーモジュールＰＭ２Ａはここでは従来型の平面的な構成を有しており、ＤＢＣ（英語の「Ｄｉｒｅｃｔ  Ｂｏｎｄ  Ｃｏｐｐｅｒ」より）型の基板ＳＵＢに固定された電子チップＰ１、Ｐ２を備えている。モジュールＰＭ２Ａの筐体ＣＡＳは、ここでは樹脂によるオーバーモールドで製作されている。別の実施形態では、パワーモジュールＰＭ２Ａは、チップをその中に収めた筐体であって、さらに絶縁用ゲルが満たされた筐体を備えるものであり得ることに留意されたい。
【００５２】
図３の断面図に見ることのできるチップＰ１およびＰ２はそれぞれスイッチング枝路のトランジスタＴＩおよびそれに付属するダイオードＤＩ（図１参照）である。チップＰ１およびＰ２は基板ＳＵＢの銅製上面にはんだ付けされる。銅製導体ＣＵおよびボンディングワイヤＢＯがパワーモジュールＰＭ２Ａ内部における電気接続および外部接続端子ＢＣとの電気接続を果たす。基板ＳＵＢの銅製下面は金属製のベースプレートＳＥＭに対してはんだ付けされる。ベースプレートＳＥＭはヒートシンクＤＩＳと熱的に密に接する。ヒートシンクＤＩＳは、ここでは伝熱流体ＣＡＬ循環型である。
【００５３】
図３に示すように、音響センサＣＡＡは、パワーモジュールＰＭ２Ａのオーバーモールド筐体ＣＡＳ内に設けられた空所ＨＯの中央に配置されている。典型的には、音響センサＣＡＡは、共振周波数がパワーモジュールのスイッチング周波数（たとえば４０ｋＨｚ前後）にほぼ相当する圧電式超音波検出器である。空所ＨＯの形状および寸法は、センサＣＡＡによる音響波信号の受信が改善するように選ばれる。オプションとして、音響波のノイズを濾波するために多孔質材料の板ＰＰを空所ＨＯ内に配列することもできよう。
【００５４】
本発明はここに例として説明した具体的な実施形態に限定されるものではない。当業者であれば、本発明の用途に応じて、ここに添付する特許請求の範囲に包含される様々な変更や変形を加えることができよう。
【図１】
2020522713.tif 000003
【図２】
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【図３】
2020522713.tif 000005
【国際調査報告】
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2020522713.tif 000008
2020522713.tif 000009
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