特許 6805623 半導体素子の状態監視装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6805623

(24)【登録日】2020年12月8日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】半導体素子の状態監視装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

   H02M7/48 R

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-160320(P2016-160320)

(22)【出願日】2016年8月18日

(65)【公開番号】特開2018-29439(P2018-29439A)

(43)【公開日】2018年2月22日

【審査請求日】2019年7月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 弘

(72)【発明者】

【氏名】篠原 博

【審査官】 栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５８−１０８７８９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１３−０２６７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１２５４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０４１９１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０７０５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−００９５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４７６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２３８４７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力変換部に含まれる半導体素子の状態を検出して前記半導体素子の状態に応じた電圧を出力する検出部と、
前記検出部から出力された電圧が入力されるとともに、入力された電圧を所定の基準値と比較し、その比較結果を出力する複数の比較部と、
前記複数の比較部から出力される比較結果を経時的に記憶する記憶部と、を含み、
前記複数の比較部に設定された前記所定の基準値は、前記半導体素子の故障の種類を判別可能となるように、それぞれ異なる値に設定される、半導体素子の状態監視装置。

【請求項2】

前記検出部は、電力系統に接続されたインバータ装置の前記電力変換部に含まれる前記半導体素子の状態を検出して、前記半導体素子の状態に応じた電圧を出力する、請求項１に記載の半導体素子の状態監視装置。

【請求項3】

前記複数の比較部による比較結果を、シリアル信号として合成する合成部をさらに備える、請求項１または２に記載の半導体素子の状態監視装置。

【請求項4】

前記複数の比較部は、入力された電圧が、前記所定の基準値以上の場合に真値を出力するとともに、入力された電圧が、前記所定の基準値未満の場合に偽値を出力し、
前記合成部は、前記複数の比較部の各々から出力される、真値または偽値をシリアル信号として合成する、請求項３に記載の半導体素子の状態監視装置。

【請求項5】

前記複数の比較部は、アナログ回路からなる複数のコンパレータを含み、
前記合成部は、アナログ回路からなるマルチプレクサを含む、請求項３または４に記載の半導体素子の状態監視装置。

【請求項6】

前記検出部は、前記半導体素子の電圧を分圧する分圧部を含み、
前記複数の比較部には、前記分圧部により分圧された前記半導体素子の電圧が入力される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体素子の状態監視装置。

【請求項7】

前記検出部は、前記半導体素子の温度を検出する温度検出部を含み、
前記複数の比較部には、前記温度検出部により検出された前記半導体素子の温度に応じた電圧が入力される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体素子の状態監視装置。

【請求項8】

前記検出部は、前記電力変換部に含まれる前記半導体素子の状態を定期的に検出する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体素子の状態監視装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、半導体素子の状態監視装置に関し、特に、半導体素子の状態を検出する検出部を備える半導体素子の状態監視装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体素子の状態を検出する検出部を備える半導体素子の状態監視装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、自励インバータの自己消弧型素子をオンオフするための信号（以下、オンオフ信号という）を出力するパルス発生回路と、自己消弧型素子の電圧を監視する監視回路とを備える半導体素子の状態監視装置が開示されている。この半導体素子の状態監視装置では、監視回路は、自己消弧型素子の電圧が、所定のレベル以上であればＨレベルの信号（以下、監視信号という）を出力し、所定のレベル以下の場合は、Ｌレベルの信号を出力する。そして、パルス発生回路から出力されるオンオフ信号と、監視回路から出力される監視信号とが比較される。そして、パルス発生回路から出力されるオンオフ信号と、監視回路から出力される監視信号との論理が一致する場合は、カウンタによりカウントされ、論理が不一致の場合は、カウントされた値がクリアされる。

【0004】

ここで、オンオフ信号と監視信号との論理が一致する場合は、たとえば、自己消弧型素子をオンするオン信号（Ｈレベル）が出力されているにもかかわらず、自己消弧型素子の電圧が高い状態（Ｈレベル）となっている。つまり、自己消弧型素子が故障している（オン信号が与えられてもオンしない）と考えられる。そして、カウンタによりカウントされた値が予め定められた所定の値以上になった場合に、自己消弧型素子が故障していると判断される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００３−１４３８６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に記載の半導体素子の状態監視装置では、自己消弧型素子が故障したか否かの２つの状態が監視可能である一方、半導体素子のさらなる詳細な状態の監視が望まれている。

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、詳細な状態を監視することが可能な半導体素子の状態監視装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体素子の状態監視装置は、電力変換部に含まれる半導体素子の状態を検出して半導体素子の状態に応じた電圧を出力する検出部と、検出部から出力された電圧が入力されるとともに、入力された電圧を所定の基準値と比較し、その比較結果を比較出力する複数の比較部と、複数の比較部から出力される比較結果を経時的に記憶する記憶部と、を含み、複数の比較部に設定された所定の基準値は、半導体素子の故障の種類を判別可能となるように、それぞれ異なる値に設定される。

【0009】

この発明の一の局面による半導体素子の状態監視装置では、上記のように、検出部から出力された電圧が入力されるとともに、入力された電圧を所定の基準値と比較し、その比較結果を出力する複数の比較部を含む。これにより、複数の比較部により半導体素子の状態の比較が行われるので、比較部が１つの場合と比べて、半導体素子の詳細な状態を監視することができる。たとえば、検出部から出力された電圧が、第１の基準値以上であるか、第２の基準値以上、第１の基準値未満であるか、または、第２の基準値未満であるか、が比較される。すなわち、検出部から出力された電圧が、少なくとも３つの場合（状態）のいずれに該当するかの監視を行うことができる。これにより、２つの状態のみが監視可能な場合に比べて、半導体素子の詳細な状態を監視することができる。
また、複数の比較部に設定された所定の基準値は、半導体素子の状態を判別可能となるように、それぞれ異なる値に設定される。これにより、監視可能な状態の数を増加させることができる。

【0010】

上記一の局面による半導体素子の状態監視装置において、好ましくは、検出部は、電力系統に接続されたインバータ装置の電力変換部に含まれる半導体素子の状態を検出して、半導体素子の状態に応じた電圧を出力する。このように構成すれば、電力系統に接続されたインバータ装置の電力変換部に含まれる半導体素子の状態を、詳細に監視することができる。

【0011】

上記一の局面による半導体素子の状態監視装置において、好ましくは、複数の比較部による比較結果を、シリアル信号として合成する合成部をさらに備える。このように構成すれば、複数の比較部による比較結果を、１つの信号線を介して取得することができるので、構成（信号線）を簡略化することができる。

【0012】

この場合、好ましくは、第１比較部は、入力された電圧が、複数の比較部は、入力された電圧が、所定の基準値以上の場合に真値を出力するとともに、入力された電圧が、所定の基準値未満の場合に偽値を出力し、合成部は、複数の比較部の各々から出力される、真値または偽値をシリアル信号として合成する。このように構成すれば、シリアル信号に含まれる複数の比較結果に対応する信号が、真値であるかまたは偽値であるかを判断することにより、容易に、第１比較部および第２比較部の比較結果を取得することができる。

【0013】

上記合成部が備えられる半導体素子の状態監視装置において、好ましくは、複数の比較部は、アナログ回路からなる複数のコンパレータを含み、合成部は、アナログ回路からなるマルチプレクサを含む。このように構成すれば、マイコンなどにより電圧の比較の処理および信号の合成の処理を行う場合と異なり、半導体素子の状態監視装置の構成を簡略化することができる。

【0014】

上記一の局面による半導体素子の状態監視装置において、好ましくは、検出部は、半導体素子の電圧を分圧する分圧部を含み、複数の比較部には、分圧部により分圧された半導体素子の電圧が入力される。このように構成すれば、半導体素子に比較的高い電圧が印加される場合でも、半導体素子の電圧が分圧部により分圧されるので、比較部に比較的高い電圧が印加されるのを抑制することができる。

【0015】

上記一の局面による半導体素子の状態監視装置において、好ましくは、検出部は、半導体素子の温度を検出する温度検出部を含み、複数の比較部には、温度検出部により検出された半導体素子の温度に応じた電圧が入力される。このように構成すれば、半導体素子の温度（および、半導体素子近傍の電力変換部の温度）が、少なくとも３つの温度領域のいずれに該当するかの監視を行うことができる。

【0016】

上記一の局面による半導体素子の状態監視装置において、好ましくは、検出部は、電力変換部に含まれる半導体素子の状態を定期的に検出する。このように構成すれば、たとえば、半導体素子が故障した場合に、半導体素子の故障直前の比較結果（監視結果）に基づいて、半導体素子の故障直前の状態を認知する（推定する）ことができる。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、上記のように、半導体素子の詳細な状態を監視することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の第１実施形態による半導体素子の状態監視装置の構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１実施形態による半導体素子の状態監視装置のシリアル信号を示す図である。

【図3】本発明の第２実施形態による半導体素子の状態監視装置の構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の第２実施形態による半導体素子の状態監視装置のシリアル信号を示す図である。

【図5】本発明の第３実施形態による半導体素子の状態監視装置の構成を示すブロック図である。

【図6】本発明の第３実施形態による半導体素子の状態監視装置のシリアル信号を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0021】

［第１実施形態］
図１および図２を参照して、第１実施形態による半導体素子２０２の状態監視装置１００（以下、状態監視装置１００という）の構成について説明する。

【0022】

（状態監視装置の構成）
状態監視装置１００は、インバータ装置２００の電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２の状態を監視する。半導体素子２０２の状態監視装置１００は、インバータ装置２００とは別個に、インバータ装置２００を制御する制御盤（図示せず）に配置されている。また、インバータ装置２００の電力変換部２０１とは、直流を交流に変換するインバータ部である。また、半導体素子２０２は、インバータ部に含まれるスイッチング素子である。スイッチング素子は、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）２０２ａおよびダイオード２０２ｂを含む。

【0023】

また、インバータ装置２００は、電力系統２１０に接続されている。電力系統２１０から、比較的高い電圧（たとえば、３ｋＶ）が、インバータ装置２００に入力される。

【0024】

状態監視装置１００は、光電気変換器１を備えている。光電気変換器１は、入力された制御信号（光信号）を、電気信号に変換する。なお、制御信号は、状態監視装置１００の全体を制御する制御部２から出力される。

【0025】

また、状態監視装置１００は、ゲート駆動回路３を備えている。ゲート駆動回路３には、光電気変換器１により変換された電気信号が入力する。そして、ゲート駆動回路３は、入力された電気信号に基づいて、半導体素子２０２をオンまたはオフする。

【0026】

ここで、第１実施形態では、状態監視装置１００は、電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２の状態を検出して半導体素子２０２の状態に応じた電圧を出力する分圧部４を備えている。なお、半導体素子２０２は、電力系統２１０に接続されたインバータ装置２００の電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２である。したがって、半導体素子２０２には、比較的高い電力系統２１０の電圧が印加される。そこで、半導体素子２０２の電圧が、分圧部４により分圧されて、比較的高い電圧から比較的低い電圧に変換される。なお、分圧部４は、特許請求の範囲の「検出部」の一例である。

【0027】

具体的には、分圧部４は、互いに直列に接続された分圧抵抗４ａおよび分圧抵抗４ｂを含む。分圧抵抗４ａの一方端１４１ａは、半導体素子２０２（ＩＧＢＴ）のコレクタ側に接続されている。また、分圧抵抗４ａの他方端１４２ａと、分圧抵抗４ｂの一方端１４１ｂとが接続されている。また、分圧抵抗４ｂの他方端１４２ｂは、半導体素子２０２（ＩＧＢＴ）のエミッタ側に接続されている。そして、分圧抵抗４ａの抵抗をＲ１、分圧抵抗４ｂの抵抗をＲ２、半導体素子２０２（ＩＧＢＴ）のコレクタ側の電圧をＶｉｎとした場合、電圧降下された電圧Ｖｏｕｔ（＝Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）×Ｖｉｎ）が、分圧部４から出力される。

【0028】

また、第１実施形態では、状態監視装置１００は、分圧部４から出力された電圧が入力されるとともに、入力された電圧を比較し、その比較結果を出力するコンパレータ５を備えている。すなわち、コンパレータ５には、分圧部４により分圧（電圧降下）された電圧が入力される。また、コンパレータ５は、複数のコンパレータ（コンパレータ５ａ、コンパレータ５ｂ、および、コンパレータ５ｃ）を含む。コンパレータ５ａは、入力された電圧と基準値Ａ１とを比較する。コンパレータ５ｂは、入力された電圧と基準値Ａ１よりも小さい基準値Ａ２とを比較する。コンパレータ５ｃは、入力された電圧と基準値Ａ２よりも小さい基準値Ａ３とを比較する。なお、コンパレータ５（５ａ〜５ｃ）は、特許請求の範囲の「複数の比較部」の一例である。また、基準値Ａ１〜Ａ３は、特許請求の範囲の「所定の基準値」の一例である。また、基準値Ａ１〜Ａ３は、半導体素子２０２の状態が判別可能なように、それぞれ異なる基準値が設定されている。なお、基準値Ａ１〜Ａ３は半導体素子２０２の定格電圧等をもとに、定格電圧の５分の１の値、定格電圧の５分の２の値、定格電圧の５分の３の値、定格電圧の５分の４の値、定格電圧値、と設定してもよく、半導体素子２０２の定格電圧および半導体素子自体の電気特性に限らなくても良い。また、基準値Ａ１〜Ａ３は、すべて異なる値を設定しなくてもよい。

【0029】

また、第１実施形態では、コンパレータ５ａは、入力された電圧が、基準値Ａ１以上の場合に真値（Ｈレベルの信号）を出力するとともに、入力された電圧が、基準値Ａ１未満の場合に偽値（Ｌレベルの信号）を出力する。また、コンパレータ５ｂは、入力された電圧が、基準値Ａ２以上の場合に真値（Ｈレベルの信号）を出力するとともに、入力された電圧が、基準値Ａ２未満の場合に偽値（Ｌレベルの信号）を出力する。また、コンパレータ５ｃは、入力された電圧が、基準値Ａ３以上の場合に真値（Ｈレベルの信号）を出力するとともに、入力された電圧が、基準値Ａ３未満の場合に偽値（Ｌレベルの信号）を出力する。なお、出力された値は、図示しない記憶装置に保存され、時系列ごとに後述するマルチプレクサ６に入力してもよい。

【0030】

また、第１実施形態では、状態監視装置１００は、マルチプレクサ６を備えている。マルチプレクサ６は、コンパレータ５ａによる比較結果と、コンパレータ５ｂによる比較結果と、コンパレータ５ｃによる比較結果とを、シリアル信号として合成する。具体的には、マルチプレクサ６は、コンパレータ５ａ、コンパレータ５ｂおよびコンパレータ５ｃの各々から出力される、真値（Ｈレベル）または偽値（Ｌレベル）をシリアル信号として合成する。なお、シリアル信号の詳細な説明については後述する。また、マルチプレクサ６は、特許請求の範囲の「合成部」の一例である。

【0031】

また、マルチプレクサ６は、コンパレータ５ａ、コンパレータ５ｂおよびコンパレータ５ｃからの出力に、光電気変換器１からの制御信号を結合させてシリアル信号として出力する。

【0032】

また、第１実施形態では、コンパレータ５は、アナログ回路からなる。また、マルチプレクサ６は、アナログ回路からなる。すなわち、制御部２やＡＤコンバータ等を用いることなく、分圧部４から出力された電圧と基準値Ａ１、Ａ２およびＡ３との比較、および、シリアル信号の生成を行うことが可能である。

【0033】

また、状態監視装置１００は、クロック回路７と、カウンタ回路８とを備えている。そして、マルチプレクサ６からのシリアル信号の出力のタイミングは、クロック回路７と、カウンタ回路８とによって決定される。すなわち、クロック回路７が、通信レートに応じたクロックを出力し、カウンタ回路８がクロックの数をカウントし、カウントされたクロックの数が、ある値に達した時、マルチプレクサ６からシリアル信号が出力される。

【0034】

また、第１実施形態では、分圧部４による、電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２の状態（電圧）の検出は、定期的に行われている。たとえば、検出間隔は、１０ｎｓ毎である。たとえば、カウンタ回路８によってカウントされるクロックの数に基づいて、１０ｎｓ毎に検出が行われる。また、マルチプレクサ６から、１００ｎｓ毎に、シリアル信号が出力される。

【0035】

そして、半導体素子２０２の状態の検出の結果（シリアル信号）は、光電気変換器１を介して、制御部２に送信される。また、制御部２に送信されたシリアル信号は、記憶部９に記憶される。すなわち、定期的に行われた半導体素子２０２の状態の検出の結果（シリアル信号）が、継時的に、記憶部９に記憶されている。

【0036】

（シリアル信号）
次に、図２を参照して、シリアル信号の詳細について説明する。なお、図２は、半導体素子２０２がターンオフした時のシリアル信号の一例を表している。

【0037】

ここで、電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２のコレクタおよびエミッタ間の電圧が１４００Ｖ、基準値Ａ１が１５００Ｖに相当する値、基準値Ａ２が１０００Ｖに相当する値、および、基準値Ａ３が５００Ｖに相当する値であるとする。なお、「１５００Ｖに相当する値」とは、分圧部４の分圧抵抗４ａの一方端１４１ａの電圧（Ｖｉｎ）が、１５００Ｖである場合に、分圧部４から出力される電圧Ｖｏｕｔを意味する。

【0038】

そして、半導体素子２０２のコレクタおよびエミッタ間の電圧１４００Ｖが、コンパレータ５ａの基準値Ａ１（１５００Ｖに相当）よりも小さいので、コンパレータ５ａは、偽値（Ｌレベル）を出力する。また、半導体素子２０２のコレクタおよびエミッタ間の電圧１４００Ｖが、コンパレータ５ｂの基準値Ａ２（１０００Ｖに相当）よりも大きいので、コンパレータ５ｂは、真値（Ｈレベル）を出力する。また、半導体素子２０２のコレクタおよびエミッタ間の電圧１４００Ｖが、コンパレータ５ｃの基準値Ａ３（５００Ｖに相当）よりも大きいので、コンパレータ５ｃは、真値（Ｈレベル）を出力する。

【0039】

そして、マルチプレクサ６は、コンパレータ５ａ〜５ｃの出力値に、光電気変換器１からの制御信号を結合させたシリアル信号を合成する。

【0040】

具体的には、図２に示すように、シリアル信号の先頭には、スタートビットが配置されている。スタートビットは、２ビット分の情報量を有する。次に、スタートビットの後に、コンパレータ５ａ〜５ｃの出力値（Ｖ２信号、Ｖ１信号、Ｖ０信号）が配置されている。コンパレータ５ａ〜５ｃの出力値は、各々、１ビット分（ＨレベルまたはＬレベル）の情報量を有する。次に、検出項目（監視項目）を追加した場合に用いられる予備のピットが配置されている。そして、最後に２ビット分の情報量を有するストップビットが配置されている。

【0041】

図２に示すシリアル信号では、コンパレータ５ａ〜５ｃの各々出力値に相当する部分の論理値は、Ｈ、Ｌ、Ｌである。そして、この論理値を解読することにより、半導体素子２０２のコレクタおよびエミッタ間の電圧（Ｖｉｎ）が、１０００Ｖ以上１５００Ｖ未満であることが判別される。すなわち、半導体素子２０２の詳細な状態（電圧）を監視することが可能になる。たとえば、半導体素子２０２が故障する直前の電圧が、半導体素子２０２の耐圧を超える電圧であった場合、半導体素子２０２が過電圧によって故障したと推定される。また、半導体素子２０２が故障する直前の電圧が、半導体素子２０２の耐圧よりも低い電圧であった場合、半導体素子２０２が過電圧以外の原因によって故障したと推定される。

【0042】

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0043】

第１実施形態では、上記のように、コンパレータ５は、入力された電圧と、基準値Ａ１とを比較するコンパレータ５ａと、入力された電圧と、基準値Ａ１よりも小さい基準値Ａ２とを比較するコンパレータ５ｂと、入力された電圧と、基準値Ａ２よりも小さい基準値Ａ３とを比較するコンパレータ５ｃとを含む。これにより、複数のコンパレータ５ａ〜５ｃにより半導体素子２０２の状態の比較が行われるので、コンパレータ５が１つの場合と比べて、半導体素子２０２の詳細な状態を監視することができる。すなわち、分圧部４から出力された電圧が、基準値Ａ１以上であるか、基準値Ａ２以上、基準値Ａ１未満であるか、基準値Ａ３以上、基準値Ａ２未満であるか、または、基準値Ａ３未満であるか、が比較される。すなわち、分圧部４から出力された電圧が、４つの場合（状態）のいずれに該当するかの監視を行うことができる。これにより、２つの状態のみが監視可能な場合に比べて、半導体素子２０２の詳細な状態を監視することができる。

【0044】

また、第１実施形態では、上記のように、分圧部４は、電力系統２１０に接続されたインバータ装置２００の電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２の状態を検出して、半導体素子２０２の状態に応じた電圧を出力する。これにより、電力系統２１０に接続されたインバータ装置２００の電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２の状態を、詳細に監視することができる。

【0045】

また、第１実施形態では、上記のように、コンパレータ５ａによる比較結果と、コンパレータ５ｂによる比較結果と、コンパレータ５ｃによる比較結果とを、シリアル信号として合成するマルチプレクサ６をさらに備える。これにより、コンパレータ５ａによる比較結果と、コンパレータ５ｂによる比較結果と、コンパレータ５ｃによる比較結果とを、１つの信号線を介して取得することができるので、構成（信号線）を簡略化することができる。

【0046】

また、第１実施形態では、上記のように、コンパレータ５は、入力された電圧が、基準値（Ａ１、Ａ２、Ａ３）以上の場合に真値を出力するとともに、入力された電圧が、基準値（Ａ１、Ａ２、Ａ３）未満の場合に偽値を出力する。そして、マルチプレクサ６は、コンパレータ５ａ〜５ｃの各々から出力される、真値または偽値をシリアル信号として合成する。これにより、シリアル信号に含まれるコンパレータ５ａ〜５ｃの比較結果に対応する信号が、真値であるかまたは偽値であるかを判断することにより、容易に、コンパレータ５ａ〜５ｃの比較結果を取得することができる。

【0047】

また、第１実施形態では、上記のように、アナログ回路からなるコンパレータ５と、アナログ回路からなるマルチプレクサ６とを用いる。これにより、マイコンなどにより電圧の比較の処理および信号の合成の処理を行う場合と異なり、半導体素子２０２の状態監視装置１００の構成を簡略化することができる。

【0048】

また、第１実施形態では、上記のように、コンパレータ５には、分圧部４により分圧された半導体素子２０２の電圧が入力される。これにより、半導体素子２０２に比較的高い電圧が印加される場合でも、半導体素子２０２の電圧が分圧部４により分圧されるので、コンパレータ５に比較的高い電圧が印加されるのを抑制することができる。

【0049】

また、第１実施形態では、上記のように、分圧部４は、電力変換部２０１に含まれる半導体素子２０２の状態を定期的に検出する。これにより、たとえば、半導体素子２０２が故障した場合に、半導体素子２０２の故障直前の比較結果（監視結果）に基づいて、半導体素子２０２の故障直前の状態を認知する（推定する）ことができる。

【0050】

また、第１実施形態では、上記のように、複数のコンパレータ５ａ〜５ｃに各々設定された所定の基準値Ａ１〜Ａ３は、半導体素子２０２の状態を判別可能となるように、それぞれ異なる値に設定される。これにより、監視可能な状態の数を増加させることができる。

【0051】

［第２実施形態］
次に、図３および図４を参照して、第２実施形態による半導体素子２０２の状態監視装置１１０について説明する。第２実施形態の状態監視装置１１０では、半導体素子２０２の電圧を検出（監視）していた上記第１実施形態と異なり、半導体素子２０２の温度を検出（監視）する。

【0052】

図３に示すように、第２実施形態の状態監視装置１１０では、電力変換部２０１の半導体素子２０２の近傍に、サーミスタ２０が配置されている。サーミスタ２０は、半導体素子２０２（および、半導体素子２０２近傍）の温度を検出する。そして、コンパレータ２５には、サーミスタ２０により検出された半導体素子２０２の温度に応じた電圧が入力される。ここで、半導体素子２０２の温度に応じた電圧とは、半導体素子２０２の温度が高くなれば高くなる程、高くなる（または、低くなる）電圧を意味する。なお、サーミスタ２０は、特許請求の範囲の「温度検出部」および「検出部」の一例である。また、コンパレータ２５は、特許請求の範囲の「複数の比較部」の一例である。

【0053】

コンパレータ２５ａ〜２５ｃは、各々、予め定められた温度Ｔ１、Ｔ２およびＴ３（Ｔ１＞Ｔ２＞Ｔ３）に各々相当する基準値Ｔ１１、Ｔ１２およびＴ１３と、サーミスタ２０により検出された半導体素子２０２の温度に応じた電圧とを比較する。これにより、半導体素子２０２の温度が、Ｔ１以上、Ｔ２以上Ｔ１未満、Ｔ３以上Ｔ２未満、または、Ｔ３未満のいずれの領域に位置しているかが判別される。すなわち、半導体素子２０２の詳細な状態（温度）を監視することが可能になる。なお、コンパレータ２５（２５ａ〜２５ｃ）は、特許請求の範囲の「複数の比較部」の一例である。また、基準値Ｔ１１〜Ｔ１３は、特許請求の範囲の「所定の基準値」の一例である。なお、基準値Ｔ１１〜Ｔ１３は、すべて異なる必要はない。

【0054】

また、図４に示すように、マルチプレクサ２６から出力されるシリアル信号において、スタートビットの後に、コンパレータ２５ａ〜２５ｃの比較結果（Ｖ２２、Ｖ１１、Ｖ００）が配置されている。また、マルチプレクサ２６は、特許請求の範囲の「合成部」の一例である。

【0055】

なお、第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

【0056】

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0057】

第２実施形態では、上記のように、コンパレータ２５には、サーミスタ２０により検出された半導体素子２０２の温度に応じた電圧が入力される。これにより、半導体素子２０２の温度（および、半導体素子２０２近傍の電力変換部２０１の温度）が、４つの温度領域のいずれに該当するかの監視を行うことができる。

【0058】

なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

【0059】

［第３実施形態］
次に、図５および図６を参照して、第３実施形態による半導体素子２０２の状態監視装置１２０について説明する。第３実施形態の状態監視装置１２０では、半導体素子２０２の電圧と、半導体素子２０２の温度との両方を検出（監視）する。

【0060】

図５に示すように、第３実施形態の状態監視装置１２０は、半導体素子２０２のコレクタ側とエミッタ側とに接続される分圧部３０と、電力変換部２０１の半導体素子２０２の近傍に配置されたサーミスタ３１とを備えている。また、コンパレータ３２は、コンパレータ３２ａとコンパレータ３２ｂとを含む。コンパレータ３２ａは、分圧部３０から出力された電圧と、基準値Ａ１、Ａ２およびＡ３とを比較する。コンパレータ３２ｂは、サーミスタ３１から出力された電圧と、基準値Ｔ１１、Ｔ１２およびＴ１３とを比較する。なお、分圧部３０は、特許請求の範囲の「検出部」の一例である。また、サーミスタ３１は、特許請求の範囲の「検出部」および「温度検出部」の一例である。また、コンパレータ３２、３２ａおよび３２ｂは、特許請求の範囲の「複数の比較部」の一例である。

【0061】

また、マルチプレクサ３３は、コンパレータ３２ａから出力された比較結果と、コンパレータ３２ｂから出力された比較結果とをシリアル信号として合成する。具体的には、図６に示すように、マルチプレクサ３３から出力されるシリアル信号において、スタートビットの後に、コンパレータ３２ａから出力された比較結果（Ｖ２、Ｖ１、Ｖ０）と、コンパレータ３２ｂから出力された比較結果（Ｖ２２、Ｖ１１、Ｖ００）とが配置されている。なお、マルチプレクサ３３は、特許請求の範囲の「合成部」の一例である。

【0062】

なお、第３実施形態のその他の構成および効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

【0063】

［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、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、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに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（変形例）が含まれる。

【0064】

たとえば、上記第１〜第３実施形態では、半導体素子の電圧または（および）温度が監視される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体素子の電圧および温度以外の状態（たとえば、電流など）を監視してもよい。

【0065】

また、上記第１〜第３実施形態では、スイッチング素子の状態が監視される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、スイッチング素子以外の半導体素子（たとえば、抵抗、コンデンサなど）の状態を監視してもよい。

【0066】

また、上記第１〜第３実施形態では、１つの分圧部（１つのサーミスタ）に対して、コンパレータが３つ設けられている例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、１つの分圧部（１つのサーミスタ）に対して、コンパレータが２つ、または、４つ以上設けられていてもよい。コンパレータの数が多くなる程、より詳細な半導体素子の状態を監視することが可能になる。

【0067】

また、上記第１〜第３実施形態では、電力系統に接続されたインバータ装置の半導体素子の状態を監視する例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、電力系統に接続されたインバータ装置以外（たとえば、無停電電源装置など）の半導体素子の状態の監視するようにしてもよい。

【0068】

また、上記第１〜第３実施形態では、コンパレータの比較結果を合成するためにマルチプレクサを用いる例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、コンパレータの比較結果を合成するためにマルチプレクサ以外の回路等を用いてもよい。

【0069】

また、上記第１〜第３実施形態では、複数のコンパレータの比較結果がマルチプレクサによりシリアル信号として合成される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、複数のコンパレータの比較結果を合成せずに、複数のコンパレータの比較結果を並行に制御部に出力してもよい。

【0070】

また、上記第１および第３実施形態では、基準値Ａ１（１５００Ｖに相当）、基準値Ａ２（１０００Ｖに相当）、および、基準値Ａ３（５００Ｖに相当）同士の間隔が等間隔（５００Ｖ間隔）である例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、基準値同士の間隔が異なっていてもよく、同じ値であってもよい。

【0071】

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「検出部」として、分圧部を用いる例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の「検出部」として、分圧部以外の検出部を用いて、半導体素子の電圧を検出してもよい。

【0072】

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「検出部」および「温度検出部」として、サーミスタを用いる例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の「検出部」および「温度検出部」として、サーミスタ以外の検出部（温度検出部）を用いて、半導体素子の温度を検出してもよい。

【0073】

また、上記第１〜第３実施形態では、本発明の「複数の比較部」として、アナログ回路からなるコンパレータを用いるとともに、本発明の「合成部」として、アナログ回路からなるマルチプレクサを用いる例について示したが、本発明はこれに限られない。本発明の「複数の比較部」として、アナログ回路からなるコンパレータ以外の回路等を用いてもよいし、本発明の「合成部」として、アナログ回路からなるマルチプレクサ以外の回路などを用いてもよい。

【0074】

また、上記第１および第３実施形態では、半導体素子の電圧が分圧部により分圧された後、コンパレータに入力される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、半導体素子の電圧が比較的低い場合には、半導体素子の電圧を直接コンパレータに入力してもよい。

【0075】

また、上記第１〜第３実施形態では、半導体素子の状態が定期的（一定の時間間隔毎）に検出される例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、検出の時間間隔は、一定でなくてもよい。さらに、複数の比較部に半導体素子の状態（たとえば電圧）が時間的に遅れて入力されてもよい。

【0076】

また、上記第１〜第３実施形態では、状態監視装置が制御盤に配置されている例について示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、状態監視装置をインバータ装置の内部に配置してもよい。

【符号の説明】

【0077】

４、３０ 分圧部（検出部）
５、５ａ〜５ｃ、２５、２５ａ〜２５ｃ コンパレータ（複数の比較部）
６、２６、３３ マルチプレクサ（合成部）
２０、３１ サーミスタ（温度検出部、検出部）
１００、１１０、１２０ 状態監視装置
２００ インバータ装置
２０１ 電力変換部
２０２ 半導体素子
２１０ 電力系統
Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ１３ 基準値（所定の基準値）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】