特許 7422300 パワーデバイスモニタリングシステム及びモニタリング方法

(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】

(24)【登録日】2024-01-18

(45)【発行日】2024-01-26

(54)【発明の名称】パワーデバイスモニタリングシステム及びモニタリング方法

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/00 20060101AFI20240119BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20240119BHJP

   H03K 17/567 20060101ALI20240119BHJP

【ＦＩ】

H03K17/00 B

H02M1/00 C

H03K17/567

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2021559928

(86)(22)【出願日】2020-03-25

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-06-10

(86)【国際出願番号】 KR2020004038

(87)【国際公開番号】W WO2020209526

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2021-10-08

(31)【優先権主張番号】10-2019-0042103

(32)【優先日】2019-04-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】593121379

【氏名又は名称】エルエス、エレクトリック、カンパニー、リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＬＳ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】１２７，ＬＳ－ｒｏ，Ｄｏｎｇａｎ－ｇｕ，Ａｎｙａｎｇ－ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ－ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【復代理人】

【識別番号】100143823

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 英彦

(74)【代理人】

【識別番号】100232275

【弁理士】

【氏名又は名称】和田 宣喜

(72)【発明者】

【氏名】カン、ソンヒ

【審査官】工藤 一光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１０－２５１１０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２７１０９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３６６２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１９３１２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】欧州特許出願公開第３２８２５８４（ＥＰ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１５７９０４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ７／００－７／３０

Ｈ０２Ｍ１／００

Ｈ０２Ｍ１／０８－１／０９６

Ｈ０３Ｋ１７／００

Ｈ０３Ｋ１７／５６－１７／５６７

Ｇ０１Ｒ１９／１６５－１９／１７

Ｇ０１Ｒ１９／３２

Ｇ０１Ｒ３１／２６－３１／２７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれが半導体エレメントを含む第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスと、
前記第１パワーデバイス及び前記第２パワーデバイスのそれぞれに接続され、前記第１パワーデバイスに流れる第１電流を検知する第１センサ、及び前記第２パワーデバイスに流れる第２電流を検知する第２センサと、
前記第１パワーデバイスと前記第２パワーデバイス間に流れる第３電流を検知する第３センサと、
前記第３電流を基準に、前記第１電流及び前記第２電流と比較し、
前記第１電流又は前記第２電流のどちらかが前記第３電流と同じ場合、前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスに状態異常がないと判断し、
前記第１電流又は前記第２電流のどちらかが前記第３電流と電流量の違いがある場合、第１電流又は第２電流のどちらが前記第３電流より電流量が高いか低いかによって、個別に前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスのどちらかに異常があることを判断する
ことを特徴とするパワーデバイスモニタリングシステム。

【請求項2】

前記制御部は、
前記第１センサ及び前記第２センサの各センサは温度センサを含み、前記第１パワーデバイスと前記第２パワーデバイスの温度情報を取得し、前記第１センサ又は前記第２センサの少なくとも１つから電流と温度情報を受信すると、受信した前記電流を前記温度情報に基づいて補償することを特徴とする請求項１に記載のパワーデバイスモニタリングシステム。

【請求項3】

前記制御部は、
各パワーデバイス毎に各パワーデバイスの特性に応じて温度と電流の関係をモデリングしたテーブルに基づいて前記補償を行い、前記第１電流又は前記第２電流を検出することを特徴とする請求項２に記載のパワーデバイスモニタリングシステム。

【請求項4】

前記第１センサ及び前記第２センサは電圧センサであり、
前記制御部は、
前記第１センサ又は前記第２センサから電圧情報及び温度情報を受信すると、各パワーデバイス毎に各パワーデバイスの特性に応じて温度と電圧の関係をモデリングしたテーブルに基づいて前記補償を行い、前記第１電流又は前記第２電流を検出することを特徴とする請求項２に記載のパワーデバイスモニタリングシステム。

【請求項5】

前記第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスは、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor）でそれぞれ構成され、
前記第１電流は、
前記第１パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であり、
前記第２電流は、
前記第２パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であることを特徴とする請求項１に記載のパワーデバイスモニタリングシステム。

【請求項6】

それぞれが半導体エレメントを含む第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスを含む電力スイッチングシステムのパワーデバイスモニタリング方法において、
前記第１パワーデバイスに流れる第１電流、前記第２パワーデバイスに流れる第２電流、及び前記第１パワーデバイスと前記第２パワーデバイス間に流れる第３電流を検知するステップと、
前記第３電流を基準電流に設定するステップと、
前記基準電流と前記第１電流及び前記第２電流を比較するステップと、
前記比較の結果、前記第１電流又は前記第２電流が前記第３電流と同じ量の電流の場合、前記第１パワーデバイスの状態及び前記第２パワーデバイスの状態に異常がないと判断するステップと、
前記比較の結果、前記第１電流又は前記第２電流のどちらかが前記第３電流と電流量の違いがある場合、第１電流と第２電流のどちらが前記第３電流より電流量が高いか低いかによって、個別に前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスのどちらかに異常があることを判断するステップを含む
ことを特徴とするパワーデバイスモニタリング方法。

【請求項7】

前記第１電流と前記第２電流の検知にさらに、
第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスの温度をそれぞれ検知するステップと、
前記第１電流を前記第１パワーデバイスの検知温度に基づいて補正し、前記第２電流を前記第２パワーデバイスの検知温度に基づいて補正するステップと、を含み、
前記第１電流と前記第２電流の補正は各パワーデバイス毎に、各パワーデバイスの特性に応じて温度と電流の関係をモデリングしたテーブルに基づいて行うことを特徴とする請求項６に記載のパワーデバイスモニタリング方法。

【請求項8】

前記第１パワーデバイスの状態及び前記第２パワーデバイスの状態を判断するステップは、
前記基準電流と決定された前記第１電流及び前記第２電流の差が予め設定された許容誤差範囲内であるか否かを判断するステップと、
前記基準電流との差が前記許容誤差範囲を超えた場合、前記基準電流より大きいか、小さいかによって、決定された前記第１電流に対応する第１パワーデバイスの状態、又は決定された前記第２電流に対応する第２パワーデバイスの状態についてお互いに異なる判断をするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のパワーデバイスモニタリング方法。

【請求項9】

前記第１パワーデバイスの状態又は前記第２パワーデバイスの状態についてお互いに異なる判断をするステップは、
前記第１電流又は前記第２電流のいずれかが前記基準電流より大きい場合、前記いずれかの電流に対応する前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスに漏れ電流の流入があったと判断するステップであることを特徴とする請求項８に記載のパワーデバイスモニタリング方法。

【請求項10】

決定された前記第１電流又は前記第２電流のいずれかが前記基準電流より小さい場合、前記いずれかの電流に対応する前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスに焼損又は不良が発生したと判断することを特徴とする請求項８に記載のパワーデバイスモニタリング方法。

【請求項11】

前記第１電流と前記第２電流を検知するステップから前記第１パワーデバイスの状態及び前記第２パワーデバイスの状態を判断するステップまでを予め設定された周期で繰り返し行うステップとをさらに含むことを特徴とする請求項６に記載のパワーデバイスモニタリング方法。

【請求項12】

前記第１パワーデバイス及び前記第２パワーデバイスは、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor）でそれぞれ構成され、
前記第１電流は、
前記第１パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であり、
前記第２電流は、
前記第２パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であることを特徴とする請求項６に記載のパワーデバイスモニタリング方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電流伝達経路の主回路において直列に接続された複数のパワーデバイスのモニタリングシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

通常、インバータや半導体ベースの遮断器などにおいては、電流伝達経路の主回路に半導体エレメントを含むパワーデバイスを直列に接続した電力スイッチングシステムにより、電力分配バス内の電力をスイッチングする。

【0003】

図１は複数のパワーデバイスが直列に接続された電力スイッチングシステムの構成例を示す図である。

【0004】

図１に示すように、通常の電力スイッチングシステムは、第１端子１１０及び第２端子１１２と、第１半導体エレメント１１４及び第２半導体エレメント１１６と、第１半導体エレメント１１４及び第２半導体エレメント１１６に接続されたダイオード１１８、１２０と、制御器１２６とからなる。ここで、第１半導体エレメント１１４及び第２半導体エレメント１１６は、それぞれ第１ダイオード１１８、第２ダイオード１２０に接続され、お互いに異なるパワーデバイス（power device）を形成する。

【0005】

第１半導体エレメント１１４及び第２半導体エレメント１１６は、第１端子１１０から第２端子１１２に、又は第２端子１１２から第１端子１１０に流れる電流を制御する。

【0006】

制御器１２６は、第１半導体エレメント１１４及び第２半導体エレメント１１６にそれぞれ電圧信号を印加し、第１半導体エレメント１１４で形成される第１パワーデバイス、及び第２半導体エレメント１１６で形成される第２パワーデバイス２２０のオン又はオフを制御する。

【0007】

一方、電力スイッチングシステム１０８は、第１端子１１０と第１バスセクション１０４間に電気接続される第１接続解除装置１３６と、第２端子１１２と第２バスセクション１０６間に電気接続される第２接続解除装置１３８とを含む。接続解除装置１３６、１３８は、正常動作中は閉鎖されており、それにより各バスセクションと端子間に電気接続を提供することができる。一方、接続解除装置１３６、１３８は、メンテナンスなどの目的で開放され、それにより電力分配バス１０２から電力スイッチングシステム１０８への接続が解除される。

【0008】

一方、電力スイッチングシステム１０８は、第１接続解除装置１３６と第１半導体エレメント１１４間、又は第２接続解除装置１３８と第２半導体エレメント１１６間に電流センサ１２２を含む。よって、制御器１２６は、電流センサ１２２で計測される電流値により、第１パワーデバイスと第２パワーデバイスに流れる電流をモニタリングする。

【0009】

一方、このような電力スイッチングシステムには、電流センサ１２２の電流計測結果から異常状態が検知された場合に、検知された異常状態が外部電流の引き込みによるものであるか、電力スイッチングシステム内部の電力用半導体や回路の焼損により発生したものであるかが分からないという問題がある。また、パワーデバイスを構成する電力用半導体の不良であるか、電力スイッチングシステム内部の回路の不良であるかを正確に判断できないという問題がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は、上記問題及び他の問題を解決するために、電力スイッチングシステムを構成する各パワーデバイスの欠陥の有無を各パワーデバイス毎に判断することのできるモニタリングシステム及び方法を提供することを目的とする。

【0011】

また、本発明は、電力スイッチングから異常状態が検知されると、検知された異常状態が外部電流の流入により発生したものであるか、前記電力システムを構成するパワーデバイスの不良によるものであるかを検出することのできるモニタリングシステム及び方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記目的又は他の目的を達成するための本発明の一態様によれば、本発明の実施形態によるモニタリングシステムは、それぞれが半導体エレメントを含む第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスと、前記第１パワーデバイス及び前記第２パワーデバイスのそれぞれに接続され、前記第１パワーデバイスに流れる第１電流に関する第１電流関連情報を検知する第１センサ、及び前記第２パワーデバイスに流れる第２電流に関する第２電流関連情報を検知する第２センサと、前記第１パワーデバイスと前記第２パワーデバイス間に流れる第３電流に関する第３電流関連情報を検知する第３センサと、前記第３電流を基準に、前記第１電流及び前記第２電流と比較し、前記第１、第２電流と前記第３電流の差により各パワーデバイス毎に状態異常の有無を判断する制御部とを含むことを特徴とする。

【0013】

一実施形態において、前記第１センサ及び前記第２センサは、それぞれが温度センサをさらに含み、前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスの温度を測定し、検知した前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスに流れる電流関連情報と、前記測定した温度に関する情報を前記制御部に送信することを特徴とする。

【0014】

一実施形態において、前記制御部は、前記第１センサ及び前記第２センサの少なくとも１つから電流関連情報と温度情報を受信すると、前記電流関連情報を前記温度情報に基づいて補償することを特徴とする。

【0015】

一実施形態において、前記制御部は、各パワーデバイス毎に各パワーデバイスの特性に応じて温度と電流の関係をモデリングしたテーブルに基づいて前記補償を行い、前記第１電流又は前記第２電流を検出することを特徴とする。

【0016】

一実施形態において、前記制御部は、各パワーデバイス毎に各パワーデバイスの特性に応じて温度と電圧の関係をモデリングしたテーブルに基づいて前記補償を行い、前記第１電流又は前記第２電流を検出することを特徴とする。

【0017】

一実施形態において、前記第１パワーデバイス及び前記第２パワーデバイスは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor）でそれぞれ構成され、前記第１電流は、前記第１パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であり、前記第２電流は、前記第２パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であることを特徴とする。

【0018】

一実施形態において、前記第１センサと前記第２センサのいずれかは、他のセンサに比べて高い精度と信頼性を有するセンサであることを特徴とする。

【0019】

上記目的又は他の目的を達成するための本発明の一態様によれば、本発明の実施形態による、それぞれが半導体エレメントを含む第１パワーデバイス及び第２パワーデバイスを含む電力スイッチングシステムのパワーデバイスモニタリング方法において、前記第１パワーデバイスに流れる第１電流、前記第２パワーデバイスに流れる第２電流、及び前記第１パワーデバイスと前記第２パワーデバイス間に流れる第３電流に関する電流関連情報を検知する第１ステップと、前記電流関連情報に基づいて、前記第１電流、前記第２電流及び前記第３電流を検出する第２ステップと、前記第３電流を基準電流に設定する第３ステップと、前記基準電流と前記第１電流及び前記第２電流を比較する第４ステップと、前記比較の結果に基づいて、前記第１パワーデバイスの状態及び前記第２パワーデバイスの状態を判断する第５ステップとを含むことを特徴とする。

【0020】

一実施形態において、前記第１電流に関する第１電流関連情報、及び前記第２電流に関する第２電流関連情報は、前記第１パワーデバイスの温度、及び前記第２パワーデバイスの温度をさらに含み、前記第２ステップは、前記第１電流関連情報を前記第１パワーデバイスの温度に応じて補償し、前記第２電流関連情報を前記第２パワーデバイスの温度に応じて補償する第２－１ステップをさらに含むことを特徴とする。

【0021】

一実施形態において、前記第２－１ステップは、各パワーデバイス毎に、各パワーデバイスの特性に応じて温度と電流の関係をモデリングしたテーブル、又は温度と電圧の関係をモデリングしたテーブルに基づいて前記補償を行うステップであることを特徴とする。

【0022】

一実施形態において、前記第５ステップは、前記基準電流と前記第１電流及び前記第２電流の差が予め設定された許容誤差範囲内であるか否かを判断する第５－１ステップと、前記基準電流との差が前記許容誤差範囲を超えた場合、前記基準電流より大きいか、小さいかによって、前記第１電流に対応する第１パワーデバイスの状態、又は前記第２電流に対応する第２パワーデバイスの状態についてお互いに異なる判断をする第５－２ステップとをさらに含むことを特徴とする。

【0023】

一実施形態において、前記第５－２ステップは、前記第１電流又は前記第２電流のいずれかが前記基準電流より大きい場合、前記いずれかの電流に対応する前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスに外部電流の流入があったと判断するステップであることを特徴とする。

【0024】

一実施形態において、前記第１電流又は前記第２電流のいずれかが前記基準電流より小さい場合、前記いずれかの電流に対応する前記第１パワーデバイス又は前記第２パワーデバイスに焼損又は不良が発生したと判断することを特徴とする。

【0025】

一実施形態において、予め設定された周期の満期であるか否かを判断する第６ステップと、前記予め設定された周期の満期であるか否かに応じて、前記第１ステップ～前記第５ステップを繰り返し行う第７ステップとをさらに含むことを特徴とする。

【0026】

一実施形態において、前記第１パワーデバイス及び前記第２パワーデバイスは、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）でそれぞれ構成され、前記第１電流は、前記第１パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であり、前記第２電流は、前記第２パワーデバイスのドレイン端子とソース端子間の電流であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0027】

本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、本発明は、電力スイッチングシステムを構成する各パワーデバイス毎に電流を計測することにより、各パワーデバイス毎に欠陥の有無を判断できるようになるという効果がある。

【0028】

本発明の実施形態の少なくとも１つによれば、本発明は、各パワーデバイス間に流れる電流を基準に、各パワーデバイスに流れる電流と比較することにより、各パワーデバイス毎に欠陥の有無を判断できるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0029】

【図1】複数のパワーデバイスが直列に接続された通常の電力スイッチングシステムの構成例を示す図である。

【図2】電力スイッチングシステムにおいて本発明の実施形態により各パワーデバイスの状態をモニタリングするモニタリングシステムの構成を示す構成図である。

【図3】本発明の第１実施形態によるパワーモニタリングシステムにおいて各センサの計測結果に基づいて各パワーデバイスの状態を判断する過程を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第２実施形態によるパワーデバイスモニタリングシステムの構成を示す構成図である。

【図5】本発明の第３実施形態によるパワーデバイスモニタリングシステムの構成を示す構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本明細書において用いられる技術用語は、単に特定の実施形態について説明するために用いられるものにすぎず、本発明を限定するものではない。また、本明細書において用いられる単数の表現には、特に断らない限り、複数の表現が含まれる。本明細書における「構成される」、「含む」などは、明細書に記載された様々な構成要素又はステップを必ず全て含むものと解釈されてはならず、そのうちの一部の構成要素又はステップを含まないこともあり、さらなる構成要素又はステップをさらに含むこともあるものと解釈されるべきである。

【0031】

さらに、本明細書に開示される技術について説明するにあたり、関連する公知技術についての具体的な説明が本明細書に開示される技術の要旨を不明にすると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

【0032】

以下、添付図面を参照して、本明細書に開示される実施形態について詳細に説明する。

【0033】

図２は電力スイッチングシステムにおいて本発明の実施形態により各パワーデバイス２００の状態をモニタリングするモニタリングシステムの構成を示す構成図である。

【0034】

図２に示すように、本発明の実施形態によるパワーデバイスモニタリングシステム２００は、第１パワーデバイス２１０及び第２パワーデバイス２２０と、第１パワーデバイス２１０に流れる電流を検知する第１センサ２０１と、第２パワーデバイス２２０に流れる電流を検知する第２センサ２０２と、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０間に流れる電流を検知する第３センサ２０３と、第１パワーデバイス２１０のオン又はオフを制御する第１駆動部２０６と、第２パワーデバイス２２０のオン又はオフを制御する第２駆動部２０７と、第１駆動部２０６及び第２駆動部２０７の駆動を制御する制御部２０８とからなる。

【0035】

まず、第１パワーデバイス２１０は、第１半導体エレメント２１２と、第１ダイオード２１１とからなる。ここで、第１半導体エレメント２１２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成される。

【0036】

第１パワーデバイス２１０は、予め設定された電圧が第１駆動部２０６により印加されると動作し（オン状態になり）、オン状態では、第１半導体エレメント２１２を介して電流が流れるように形成される。それに対して、予め設定された電圧が第１駆動部２０６により印加されないと、オフ状態になり、第１ダイオード２１１を介して電流が流れるように形成される。

【0037】

同様に、第２パワーデバイス２２０は、第２半導体エレメント２２２と、第２ダイオード２２１とからなる。ここで、第２半導体エレメント２２２は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成される。

【0038】

第２パワーデバイス２２０は、予め設定された電圧が第２駆動部２０７により印加されると動作し（オン状態になり）、オン状態では、第２半導体エレメント２２２を介して電流が流れるように形成される。それに対して、予め設定された電圧が第２駆動部２０７により印加されないと、オフ状態になり、第２ダイオード２２１を介して電流が流れるように形成される。

【0039】

一方、第１センサ２０１は、第１パワーデバイス２１０に流れる電流を直接又は間接的に計測するセンサである。例えば、第１センサ２０１は、第１パワーデバイス２１０に直接接続され、第１パワーデバイス２１０に流れる第１電流を直接計測するセンサ（例えば、ホール（hall）センサ）である。あるいは、前記第１電流を間接測定するための予め設定された抵抗を含む電圧センサである。

【0040】

ここで、第１センサ２０１で測定される電圧は、第１パワーデバイス２１０の第１半導体エレメント２１２におけるドレイン端子とソース端子間の電圧（VDS: Voltage Drain to Source）である。ここで、前記第１電流は、第１半導体エレメント２１２におけるドレイン端子とソース端子間に流れる電流である。

【0041】

同様に、第２センサ２０２は、第２パワーデバイス２２０に流れる電流を直接又は間接的に計測するセンサである。例えば、第２パワーデバイス２２０に流れる第２電流を直接計測する電流センサであるか、前記第１電流を間接測定するための予め設定された抵抗を含む電圧センサである。

【0042】

ここで、第２センサ２０２で測定される電圧は、第２パワーデバイス２２０の第２半導体エレメント２２２におけるドレイン端子とソース端子間の電圧（ＶＤＳ）である。ここで、前記第２電流は、第２半導体エレメント２２２におけるドレイン端子とソース端子間に流れる電流である。

【0043】

一方、第３センサ２０３は、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０間に流れる電流を直接又は間接計測するセンサである。例えば、第３センサ２０３は、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０を接続する接続電線に配置され、前記接続電線に流れる電流を直接計測するセンサであるか、予め設定された抵抗を含む電圧センサである。

【0044】

一方、第１駆動部２０６及び第２駆動部２０７は、制御部２０８の制御により第１パワーデバイス２１０及び第２パワーデバイス２２０の少なくとも１つに予め設定された駆動電圧を印加する。ここで、第１パワーデバイス２１０に印加される駆動電圧と、第２パワーデバイス２２０に印加される駆動電圧は、お互いに異なる電圧であってもよい。

【0045】

一方、制御部２０８は、第１センサ２０１と第２センサ２０２の計測結果に基づいて、第１パワーデバイス２１０に流れる第１電流、及び第２パワーデバイス２２０に流れる第２電流を測定する。

【0046】

例えば、第１センサ２０１と第２センサ２０２が電流センサである場合、制御部２０８は、第１センサ２０１の計測結果と第２センサ２０２の計測結果に基づいて、第１パワーデバイス２１０に流れる第１電流、及び第２パワーデバイス２２０に流れる第２電流を判断する。

【0047】

しかし、第１センサ２０１と第２センサ２０２が電圧センサである場合、各パワーデバイスの特性に応じて電圧と電流の関係をモデリングした電流・電圧テーブルに基づいて、前記第１電流と前記第２電流をそれぞれ検出する。

【0048】

また、制御部２０８は、第３センサ２０３の計測値に基づいて、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０間に流れる第３電流を測定する。ここで、第３センサ２０３が電流センサである場合、計測した電流値に基づいて、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０間に流れる第３電流を直ちに検出する。しかし、第３センサ２０３が電圧センサである場合、予め設定された抵抗に応じて電圧と電流の関係をモデリングしたテーブルに基づいて、前記第３電流を検出する。

【0049】

次に、制御部２０８は、前記第３電流を基準電流に設定する。また、設定された基準電流と前記第１電流及び前記第２電流を比較する。比較の結果、前記第１電流と前記第２電流のいずれかが、前記第３電流との差が予め設定された許容誤差範囲を超える電流である場合、制御部２０８は、異常があると判断する。ここで、制御部２０８は、前記許容誤差範囲を超える電流に基づいて、異常のあるパワーデバイスを検出する。

【0050】

ここで、制御部２０８は、第１電流と基準電流の差が許容誤差範囲を超える場合、第１パワーデバイス２１０に異常があると検知する。それに対して、第２電流と基準電流の差が許容誤差範囲を超える場合、第２パワーデバイス２２０に異常があると検知する。

【0051】

より詳細には、制御部２０８は、第１電流又は第２電流が前記基準電流（第３電流）より大きく、かつ基準電流との差が許容誤差範囲を超える場合、第１パワーデバイス２１０又は第２パワーデバイス２２０に流入する他の電流が存在すると判断する。すなわち、第１パワーデバイス２１０又は第２パワーデバイス２２０に漏洩電流などの外部電流の流入があったと判断する。

【0052】

それに対して、制御部２０８は、第１電流又は第２電流が前記基準電流（第３電流）より小さく、かつ基準電流との差が許容誤差範囲を超える場合、第１パワーデバイス２１０又は第２パワーデバイス２２０に不良又は焼損が発生したと判断する。

【0053】

一方、第１センサ２０１及び第２センサ２０２は、それぞれパワーデバイスに接続されるので、接続されたパワーデバイスから発生する熱による誤差が発生し得る。

【0054】

このような温度差により発生する誤差を防止するために、制御部２０８は、所定の温度・電流テーブル又は温度・電圧テーブルに基づいて前記誤差を補償する。このために、第１センサ２０１及び第２センサ２０２は温度センサをさらに含み、第１電流及び第２電流を検知する際に、各パワーデバイスから計測される電流値又は電圧値と、前記温度センサで計測される温度値を制御部２０８に送信する。

【0055】

また、制御部は、各パワーデバイス毎に、各パワーデバイスの特性に応じて温度と電流の関係をモデリングしたテーブル、又は各パワーデバイスの特性に応じて温度と電圧の関係をモデリングしたテーブルを備える。さらに、備えられたモデリングテーブルに基づいて、第１センサ２０１で計測される情報（電流値又は電圧値）、及び第２センサ２０２で計測される情報（電流値又は電圧値）を補償する。

【0056】

一方、第１センサ２０１と第２センサ２０２はそれぞれ第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０に接続されるのに対して、第３センサ２０３は第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０を接続する接続電線上に備えられるので、第１センサ２０１と第２センサ２０２には第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０から発生する熱が直接伝達され、それによる誤差が第１センサ２０１と第２センサ２０２で検知される情報に含まれるのに対して、第３センサ２０３には各パワーデバイスの熱が直接伝達されないので、熱により発生する誤差（すなわち、温度偏差）が第１センサ２０１及び第２センサ２０２より少ない。

【0057】

よって、第３センサ２０３においては、第１センサ２０１や第２センサ２０２より正確な電流が測定される。よって、制御部２０８は、第３センサ２０３で計測される第３電流を基準電流値に設定する。

【0058】

図３は本発明の第１実施形態によるパワーモニタリングシステムにおいて各センサの計測結果に基づいて各パワーデバイスの状態を判断する過程を示すフローチャートである。

【0059】

図３に示すように、本発明の実施形態によるパワーモニタリングシステムの制御部２０８は、まず第１センサ２０１、第２センサ２０２及び第３センサ２０３から各計測結果を受信する（Ｓ３００）。ここで、第１センサ２０１～第３センサ２０３は、予め設定された電圧を含む電圧センサであるか、又は電流値を直接検知する電流センサである。

【0060】

一方、各センサの計測値が検知されると、制御部２０８は、第１センサ２０１と第２センサ２０２の計測結果に基づいて、第１パワーデバイス２１０に流れる第１電流及び第２電流を測定する（Ｓ３０２）。ここで、第１センサ２０１と第２センサ２０２が電圧センサである場合、各パワーデバイスの特性に応じて電流に対する電圧変化がモデリングされた電圧・電流テーブルにより、前記第１電流及び前記第２電流を測定し、第１センサ２０１と第２センサ２０２が温度センサである場合、各パワーデバイスの特性に応じて電流に対する温度変化がモデリングされた温度・電流テーブルにより、前記第１電流及び前記第２電流を測定する。

【0061】

なお、第１センサ２０１～第２センサ２０２は、それぞれが温度センサをさらに含んでもよい。ここで、第１センサ２０１と第２センサ２０２は、第１パワーデバイス２１０及び第２パワーデバイス２２０の電流値又は電圧値を検知する際に、前記温度センサにより検知される温度値を制御部２０８にさらに送信する。次に、制御部２０８は、送信された第１パワーデバイス２１０の温度値及び第２パワーデバイス２２０の温度値に基づいて、第１センサ２０１で検知された情報（電流値又は電圧値）、第２センサ２０２で検知された情報（電流値又は電圧値）を補償する。

【0062】

一方、制御部２０８は、第３センサ２０３の計測結果に基づいて、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０間に流れる第３電流を計測する（Ｓ３０４）。ここで、第３センサ２０３が電流センサである場合、計測された値に基づいて前記第３電流を直ちに計測するが、第３センサ２０３が予め設定された電圧センサである場合、前記予め設定された電圧による電圧・電流特性テーブルに基づいて前記第３電流を検出する。

【0063】

一方、第３電流を検出すると、制御部２０８は、検出した第３電流を基準に、前記第１電流及び前記第２電流と比較する（Ｓ３０６）。ステップＳ３０６において、制御部２０８は、基準電流、すなわち第３電流に比べて前記第１電流又は第２電流が大きいか、小さいかを判断し、前記第３電流と第１電流又は第２電流の差が予め設定された許容誤差範囲内であるか否かを検出する。

【0064】

次に、制御部２０８は、ステップＳ３０６の比較結果に基づいて、第１パワーデバイス２１０と第２パワーデバイス２２０の状態をそれぞれ判断する（Ｓ３０８）。

【0065】

例えば、制御部２０８は、第１電流が第３電流より大きく、その差が予め設定された許容誤差範囲を超えると、第１パワーデバイス２１０に外部電流の流入があったと判断する。あるいは、第１電流が第３電流より小さく、その差が予め設定された許容誤差範囲を超えると、第１パワーデバイス２１０が焼損又は不良により劣化したと判断する。

【0066】

また、制御部２０８は、第２電流が第３電流より大きく、その差が予め設定された許容誤差範囲を超えると、第２パワーデバイス２２０に外部電流の流入があったと判断する。あるいは、第２電流が第３電流より小さく、その差が予め設定された許容誤差範囲を超えると、第２パワーデバイス２２０が焼損又は不良により劣化したと判断する。

【0067】

すなわち、制御部２０８は、基準電流（第３電流）と第１電流又は第２電流の差が許容誤差範囲を超えると、第１電流又は第２電流が前記基準電流より小さいか、大きいかによって、前記第１パワーデバイスの状態と第２パワーデバイスの状態についてお互いに異なる判断をする。また、前記第１パワーデバイスの状態と前記第２パワーデバイスの状態をそれぞれ個別に判断する。

【0068】

一方、各パワーデバイスが同じ性能であり、同じ電流が流れ続ける場合、２つのパワーデバイスの特性は、電流の方向に応じた特性を示す。各パワーデバイスは、順方向又は逆方向の電流に応じて所定の特性値を有する。ここで、特定範囲以降のパワーデバイスの特性はＶ／Ｉの比で表すことができるので、いずれか一方が所定の特性値の範囲や比率を超えると損傷したと判断する。

【0069】

また、制御部２０８は、損傷したと判断される領域に入ると、上位システムに直ちに通知し、各パワーデバイスの動作を中止する。ここで、動作中止のために、システムの安定性を考慮して、制御部２０８により各構成要素（例えば、パワーデバイス）の動作中止順序が定められる。

【0070】

一方、図３の過程は、初期のシステム駆動のための点検（initial check）過程で行われる。また、システムの動作中に予め設定された周期で繰り返し行われる持続的な点検（operation check）において、パワーデバイスの状態を点検し、各パワーデバイスの状態を判断する。よって、システムの信頼性が向上する。

【0071】

一方、図４は本発明の第２実施形態によるパワーデバイスモニタリングシステムの構成を示す構成図である。

【0072】

まず、図４の（ａ）に示すように、パワーデバイス４００は、電流の流れに応じて双方向のコントロールが可能な統合パワーデバイスである。ここで、パワーデバイス４００は、１つの駆動部４４０によりオン又はオフが制御される。駆動部４４０は、制御部４５０の制御により、第１半導体エレメント４０５と第２半導体エレメント４０６の駆動電圧を第１半導体エレメント４０５と第２半導体エレメント４０６にそれぞれ印加する。

【0073】

一方、パワーデバイス４００は、図４の（ｂ）に示すように、２つの半導体エレメント４０５、４０６と、２つのダイオード４０１、４０２とからなる。

【0074】

ここで、第１センサ４１０及び第２センサ４２０は、それぞれ第１半導体エレメント４０５に流れる第１電流に関する情報（電流値又は電圧値）、及び第２半導体エレメント４０６に流れる第２電流に関する情報（電流値又は電圧値）を検知する。より詳細には、第１センサ４１０は、第１半導体エレメント４０５のドレイン端子とソース端子間に流れる電流（第１電流）に関する情報を検知し、第２センサ４２０は、第２半導体エレメント４０６のドレイン端子とソース端子間に流れる電流（第２電流）に関する情報を検知する。

【0075】

また、第１半導体エレメント４０５と第２半導体エレメント４０６間には、第１半導体エレメント４０５と第２半導体エレメント４０６間に流れる電流に関する情報（電圧値又は電流値）を検知する第３センサ４３０を含む。

【0076】

一方、第１センサ４１０及び第２センサ４２０で計測される情報は、制御部４５０に送信される。また、第３センサ４３０で計測される情報は、駆動部４４０を介して制御部４５０に送信される。次に、制御部４５０は、第１センサ４１０～第３センサ４３０でそれぞれ計測される情報に基づいて、前記第１電流、前記第２電流及び前記第３電流を検出し、基準となる第３電流と前記第１電流及び前記第２電流の比較の結果に基づいて、パワーデバイス４００の異常の有無を検出する。

【0077】

より詳細には、制御部４５０は、前記第３電流と前記第１電流及び前記第２電流を比較した結果に基づいて、パワーデバイス４００を構成する半導体エレメントから異常が発生した半導体エレメントを検出する。

【0078】

一方、第１センサ４１０と第２センサ４２０のいずれか一方は、他方に比べて、より精密で、より信頼性の高いセンサで構成される。ここで、より高い精度と信頼性を有するセンサでパワーデバイス４００に流れる電流又は電圧を計測することにより電流の方向を予測し、他のセンサの計測結果と比較して、パワーデバイス４００の安定性を検討する。

【0079】

一方、本発明の実施形態によるパワーデバイスモニタリングシステムは、少なくとも１つの過電圧防止部をさらに含む。図５は本発明の第３実施形態によるパワーデバイスモニタリングシステムの構成を示す構成図である。

【0080】

図５に示すように、本発明は、パワーデバイス(２１０ 及び２２０)の両端に、過電圧防止のための過電圧防止部５００をさらに含む。過電圧防止部５００は、ＭＯＶ（Metal Oxide Varistor）及びスナバ（snubber）素子の少なくともいずれかを含む。

【0081】

一方、過電圧防止部５００は、パワーデバイス(２１０及び２２０)両端に配置されてもよい。また、パワーデバイス(２１０及び２２０)の両端には、直列に接続される抵抗５１０及び電圧センサ５２１、５２２が備えられる。

【0082】

ここで、直列抵抗５１０及び電圧センサ５２１、５２２は、それぞれパワーデバイス２１０、２２０に入力される電流の電圧を測定する。電圧センサ５２１、５２２は、それぞれ絶縁インタフェースと、アナログ電圧をデジタル値で計測することのできるＡＤＣ（Analog Digital Converter）とを含む。前記絶縁インタフェースは、電圧センサ５２１、５２２で計測された電圧が制御部２０８に印加されることを防止する。

【0083】

通信インタフェース５３０がさらに備えられ、通信インタフェース５３０を介して外部の入力が制御部２０８に入力される。また、制御部２０８は、通信インタフェース５３０を介して外部の他の機器と情報を交換する。

【0084】

なお、前述した本発明の説明においては具体的な実施形態について説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変形を行うことができる。特に、本発明の実施形態においては、各パワーデバイスがダイオードを含む構成について説明したが、パワーデバイスの種類及び特性に応じてダイオードを含まなくてもよいことは言うまでもない。

【0085】

また、前述した本発明は電力用半導体遮断器に適用されるものであり、前述した説明においては、各パワーデバイスが絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）で構成された半導体エレメントを備える構成を例に挙げて説明したが、他の半導体エレメントを備えるものにも適宜適用されることは言うまでもない。例えば、ＳｉＣやＧａＮデバイスなどの他の電力用半導体やパワーデバイスにも本発明が適用されることは言うまでもない。

【0086】

前述した本発明は、プログラム記録媒体にコンピュータ可読コードで実現することができる。コンピュータ可読媒体には、コンピュータシステムにより読み取り可能なデータが記録されるあらゆる種類の記録装置が含まれる。コンピュータ可読媒体には、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Disk）、ＳＤＤ（Silicon Disk Drive）、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピーディスク、光データ記憶装置などが含まれ、かつ搬送波（例えば、インターネットによる送信）状に実現されるものも含まれる。さらに、前記コンピュータは、制御部を含んでもよい。よって、前述した詳細な説明はあらゆる面で制限的に解釈されてはならず、例示的なものとして考慮されるべきである。本発明の範囲は請求の範囲の合理的解釈により定められるべきであり、本発明の等価的範囲内でのあらゆる変更が本発明に含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4(a)】

【図4(b)】

【図5】