DE102019107508B4

DE102019107508B4 - Leistungswandler und diagnosesystem für diesen

Info

Publication number: DE102019107508B4
Application number: DE102019107508.4A
Authority: DE
Inventors: Kazuki Tani; Yoshinobu Kimura; Takashi Ogawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2024-04-25
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: CN110361672B; JP7043327B2; US20190310322A1; US10451687B1; DE102019107508A1; JP2019187055A; CN110361672A

Abstract

Leistungswandler, der mit einem Leistungshalbleitermodul mit einem Schaltelement versehen ist, wobei der Leistungswandler Folgendes aufweist:
eine Gate-Treiberschaltung, die dafür ausgelegt ist, das Schaltelement anzusteuern und ein Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines Schaltvorgangs des Schaltelements auszugeben,
eine erste Erkennungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms des Leistungswandlers zu erkennen,
eine zweite Erkennungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers zu erkennen,
eine Zeitmesseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die erste Erkennungseinheit und dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die zweite Erkennungseinheit zu messen, und
eine Abnormitätsdiagnoseeinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Diagnose des Leistungswandlers auf der Grundlage eines von der Zeitmesseinheit erhaltenen Messergebnisses auszuführen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Konfiguration eines Leistungswandlers und insbesondere eine Technik, die wirksam auf die Diagnose eines Leistungswandlers hoher Kapazität anwendbar ist.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Bei Leistungswandlern beispielsweise zur Steuerung von Anwendungen von Elektromotoren für Schienenfahrzeuge und große industrielle Geräte und Frequenzwandlern hoher Kapazität für elektrische Energieversorgungssysteme geschieht eine Hochspannungs- und Hochstromsteuerung unter Verwendung eines Leistungshalbleiterelements hoher Kapazität.
Falls bei einer solchen Vorrichtung während des Betriebs ein Fehler auftritt, kann dieser zu einer Beschädigung oder einem nicht geplanten Herunterfahren des Systems führen, wodurch große wirtschaftliche Verluste hervorgerufen werden können. Um eine solche Situation zu verhindern, müssen Verschlechterungen und Abnormitäten des Leistungswandlers erkannt werden, um eine Zerstörung durch eine Funktionsunterbrechung zu verhindern, betroffene Parteien über die Notwendigkeit einer Wartung zu informieren und die Lebensdauer des Leistungswandlers zu verlängern.
Bei Leistungswandlern wird eine sehr wirksame Leistungswandlung durch genaues Steuern eines Halbleiterschaltelements erreicht.
Wenn jedoch eine Abnormität im Zeitablauf der Steuerung eines Halbleiterschaltelements auftritt, wenn beispielsweise einen oberen Arm bildende Halbleiterschaltelemente und einen unteren Arm bildende Halbleiterschaltelemente gleichzeitig eingeschaltet werden, werden die Halbleiterschaltelemente kurzgeschlossen, was zu Elementbeeinträchtigungen durch Überhitzen und zu einem schweren Geräteversagen durch Kurzschlüsse führen kann.
Deshalb wurde zur einfachen Überwachung des Zustands des Leistungswandlers eine Technik zum Erkennen einer Steuerabnormität während des Systembetriebs und einer Zeitabnormität beim Schalten untersucht.
Eine Hintergrundtechnik auf diesem Gebiet ist beispielsweise in JP 2010- 11 660 A dargelegt. JP 2010- 11 660 A offenbart „eine Technik zum Erkennen des Ein-/Ausschaltzustands eines Halbleiterschaltelements und zur Überwachung der Konsistenz mit einem Steuersignal“.
Zusätzlich offenbart JP H09- 172 782 A „eine Technik zur Prüfung, ob die Schaltzeit eines Halbleiterelements normal ist, bei einer Wartungsüberpüfung eines Leistungswandlers“.
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
In der vorstehend beschriebenen JP 2010- 11 660 A ist eine Technik zur Erkennung einer Zeitdifferenz zwischen einem Steuersignal und einem Rückkopplungssignal offenbart, die Zeitdifferenz zwischen dem Schalten eines Schaltelements des oberen Arms und dem Schalten eines Schaltelements des unteren Arms wird jedoch nicht berücksichtigt.
Wie zuvor beschrieben wurde, tritt ein Kurzschlusszustand auf, wenn der obere und der untere Arm gleichzeitig eingeschaltet werden. Daher ist die Zeitdifferenz zwischen dem Schalten von Elementen des oberen Arms und dem Schalten von Elementen des unteren Arms ein wichtiger Parameter für die Zuverlässigkeit von Leistungswandlern.
Ferner offenbart JP H09- 172 782 A eine Technik zum Messen der Zeitdifferenz zwischen dem Schalten der Schaltelemente des oberen Arms und dem Schalten der Schaltelemente des unteren Arms, wenn während einer Wartungsinspektion kein hoher Strom/keine hohe Spannung angewendet wird. Es wird jedoch keine Messung unter tatsächlichen Betriebsbedingungen, in denen ein hoher Stromleine hohe Spannung angewendet wird, erwogen.
Weil die Schaltzeit von der auf eine Hauptschaltungsvorrichtung einwirkenden Spannung/vom darauf einwirkenden Strom abhängt, ist eine Messung in einem Zustand, in dem der Strom/die Spannung nicht angewendet wird, unzureichend, und ist es wichtig, die Zeitdifferenz zwischen dem Schalten von Elementen des oberen Arms und dem Schalten von Elementen des unteren Arms während des tatsächlichen Betriebs zu messen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen sehr zuverlässigen Leistungswandler mit mehreren Leistungshalbleitermodulen, der in der Lage ist, eine Steuerabnormität eines Halbleiterschaltelements mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration sehr genau zu erkennen, ein Diagnosesystem und ein Diagnoseverfahren für den Leistungswandler und ein Motorsteuersystem, das sie verwendet, bereitzustellen.
Zur Lösung des vorstehenden Problems ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Leistungswandler mit einem Leistungshalbleitermodul mit einem Schaltelement vorgesehen, wobei der Leistungswandler eine Gate-Treiberschaltung, eine erste Erkennungseinheit, eine zweite Erkennungseinheit, eine Zeitmesseinheit und eine Abnormitätsdiagnoseeinheit aufweist. Die Gate-Treiberschaltung steuert das Schaltelement an und gibt ein Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines Schaltvorgangs des Schaltelements aus. Die erste Erkennungseinheit erkennt eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms des Leistungswandlers. Die zweite Erkennungseinheit erkennt eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers. Die Zeitmesseinheit misst die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die erste Erkennungseinheit und dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die zweite Erkennungseinheit. Die Abnormitätsdiagnoseeinheit führt eine Diagnose des Leistungswandlers auf der Grundlage eines von der Zeitmesseinheit erhaltenen Messergebnisses aus.
Ferner ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Diagnosesystem für einen Leistungswandler vorgesehen, das mehrere Leistungshalbleitermodule, eine Gate-Treiberschaltung, eine erste Erkennungseinheit, eine zweite Erkennungseinheit, eine Zeitmesseinheit, eine Abnormitätsdiagnoseeinheit und eine Anzeigeeinheit aufweist. Die Leistungshalbleitermodule weisen ein Schaltelement auf. Die Gate-Treiberschaltung steuert das Schaltelement an und gibt ein Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines Schaltvorgangs des Schaltelements aus. Die erste Erkennungseinheit erkennt eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms des Leistungswandlers. Die zweite Erkennungseinheit erkennt eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers. Die Zeitmesseinheit misst die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die erste Erkennungseinheit und dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die zweite Erkennungseinheit. Die Abnormitätsdiagnoseeinheit führt eine Diagnose des Leistungswandlers auf der Grundlage des von der Zeitmesseinheit erhaltenen Messergebnisses aus. Die Anzeigeeinheit gibt das Diagnoseergebnis der Abnormitätsdiagnoseeinheit aus.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können in einem Leistungswandler mit mehreren Leistungshalbleitermodulen eine Abnormität und eine Beschädigung des Leistungswandlers sehr genau mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration erkannt werden.
Dadurch können ein Leistungswandler, ein Diagnosesystem und ein Diagnoseverfahren für den Leistungswandler mit ausgezeichneter Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit sowie ein Motorsteuersystem, das diese verwendet, bereitgestellt werden.
Andere Aspekte, Konfigurationen und Wirkungen als die vorstehend erwähnten werden durch die Beschreibung der folgenden Ausführungsformen erklärt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigen:

1 ein Blockdiagramm der Gesamtkonfiguration eines Diagnosesystems für den Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (erste Ausführungsform),
2 eine Graphik einer Gate-Emitter-Spannungswellenform und eines Rückkopplungssignals beim Einschalten eines Leistungshalbleitermoduls,
3 eine Graphik einer Gate-Emitter-Spannungswellenform und eines Rückkopplungssignals beim Ausschalten eines Leistungshalbleitermoduls,
die 4A bis 4C Graphiken einer Gate-Emitter-Spannungswellenform des oberen und des unteren Arms, eines Rückkopplungssignals und einer Kollektor-Emitter-Stromwellenform des unteren Arms bei einer Totzeitkurzschlussabnormität,
die 5A bis 5C Graphiken einer Gate-Emitter-Spannungswellenform des oberen und des unteren Arms, eines Rückkopplungssignals und einer Kollektor-Emitter-Stromwellenform des unteren Arms bei einer Selbsteinschaltabnormität,
6 ein Diagramm eines Anwendungsbeispiels eines Diagnosesystems für den Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7 ein Diagramm einer GUI gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
8 ein Blockdiagramm einer Teilkonfiguration eines Diagnosesystems für den Leistungswandler gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (zweite Ausführungsform).

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. In jeder Zeichnung sind die gleichen Komponenten mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und es wird auf eine detaillierte Beschreibung überlappender Abschnitte verzichtet.
Erste Ausführungsform
Mit Bezug auf die 1 bis 7 werden ein Leistungswandler und ein Diagnosesystem für den Leistungswandler sowie ein Elektromotor-Steuersystem, welches diese verwendet, gemäß einer ersten Ausführungsform beschrieben.
1 ist ein Blockdiagramm der Gesamtkonfiguration eines Diagnosesystems für den Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie in 1 dargestellt ist, weist das System hauptsächlich einen Leistungswandler 1, einen Dreiphasen-Elektromotor 2, der durch den Leistungswandler 1 als Last angetrieben wird, und eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) 3 zur Überwachung des Zustands des Leistungswandlers 1 und des Elektromotors 2 auf. Der Leistungswandler 1 weist eine Steuereinrichtung 4 auf. Zwischen dem Leistungswandler 1 und dem Elektromotor 2 sind Stromsensoren 18a und 18b zum Messen des dem Elektromotor 2 zugeführten Phasenstroms angeordnet. Zusätzlich ist der Leistungswandler 1 mit einer Leistungswandler-Anzeigeeinheit 5 zur Anzeige des Vorhandenseins/Nichtvorhandenseins einer Abnormität durch Statusüberwachung versehen.
Der Leistungswandler 1 ist eine Vorrichtung, die den Elektromotor 2 durch Wandeln einer Gleichspannungsquelle 6 in eine Dreiphasen-Wechselspannung steuert. Der Leistungswandler 1 weist einen Glättungskondensator 7, mehrere Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f, Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f und die Steuereinrichtung 4 auf. Die Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f und die Steuereinrichtung 4 sind durch ein isolierendes Kopplungselement 10 isoliert. Für das isolierende Kopplungselement 10 wird beispielsweise ein optisches Kopplungselement, ein magnetisches Kopplungselement, ein elektrostatisches Kopplungselement oder dergleichen verwendet. In 1 sind die Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f außerhalb der Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f angeordnet, sie können jedoch auch in die Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f aufgenommen sein.
In den Leistungshalbleitermodulen 8a bis 8f sind beispielsweise ein Transistor in der Art eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT) und eine Diode in der Art einer PN-Diode oder einer Schottky-Barrierediode antiparallel zueinander geschaltet. Jedes der Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f ist mit einem Emitteranschluss, einem Kollektoranschluss und einem Gate-Anschluss versehen. Wenngleich der IGBT gemäß der vorliegenden Ausführungsform für die Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f verwendet wird, genügt es bei Verwendung eines MOSFET, den Emitteranschluss als Source-Anschluss und den Kollektoranschluss als Drain-Anschluss zu lesen.
Die Steuereinrichtung 4 weist eine Logikeinheit 11, eine Steuereinheit 12, Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f, Zeitmesseinheiten 14a bis 14c, eine Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 und eine Stromerfassungseinheit 17 auf.
Die Steuereinheit 12 sendet das Pulsbreitenmodulations(PWM)-Befehlssignal von der Logikeinheit 11 zu den Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f. Eine vorgegebene Einschalt-Referenzspannung und Abschalt-Referenzspannung sind in den Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f vorgegeben, und durch Vergleichen der Spannung zwischen einem Gate-Anschluss und einem Emitteranschluss während des Schaltvorgangs wird ein Rückkopplungssignal zu den Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f gesendet.
Die Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f bestehen aus Operationsverstärkern, Vergleichern, Hochpassfiltern und dergleichen, erkennen eine Änderung im Rückkopplungssignal infolge eines Schaltvorgangs und senden das Signal zu den Zeitmesseinheiten 14a bis 14c.
Die Zeitmesseinheiten 14a bis 14c messen die Zeitdifferenz eines Signals zwischen dem oberen und dem unteren Arm der gleichen Phase (d. h. zwischen der Signaländerungs-Erkennungseinheit 13a und der Signaländerungs-Erkennungseinheit 13b, zwischen der Signaländerungs-Erkennungseinheit 13c und der Signaländerungs-Erkennungseinheit 13d, zwischen der Signaländerungs-Erkennungseinheit 13e und der Signaländerungs-Erkennungseinheit 13f) und senden die gemessene Zeitdifferenz zur Abnormitätsdiagnoseeinheit 15.
Eine Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 diagnostiziert das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormität der Schaltsteuerung auf der Grundlage der gesendeten Zeitdifferenz und sendet das Diagnoseergebnis zur Logikeinheit 11. Zusätzlich zeigt die Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 das Diagnoseergebnis auf der GUI 3 und der außerhalb des Leistungswandlers 1 angeordneten Leistungswandler-Anzeigeeinheit 5 an (gibt dieses aus).
Über die GUI 3 kann ein Benutzer einen Betriebsbefehl für den Leistungswandler 1 auf der Grundlage der Logikeinheit 11 und einer Umgebungsinformations-Erfassungseinheit 16 (Wetterdaten, Lastdaten usw.) eingeben, und die eingegebenen Daten werden zur Logikeinheit 11 übertragen.
Auf der Grundlage der über die GUI 3 eingegebenen Daten, der Daten der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15, der Daten der Stromerfassungseinheit 17 und der Wetterinformationen und Lastinformationen von der Umgebungsinformations-Erfassungseinheit 16 berechnet die Logikeinheit 11 die Schaltzeit der Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f. Auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses an der Logikeinheit 11 sendet die Steuereinheit 12 Verringerungstreiberbefehle zur Begrenzung des maximalen Stroms und zur Erweiterung des Spielraums der Schaltzeit zu den Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f.
Die Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f verringern die Ansteuerung der Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f, und ein Verringerungstreiberergebnis wird zur GUI 3 gesendet. Die Verringerungsansteuerung der Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f kann von einem Benutzer auch direkt über die GUI 3 als Befehl eingegeben werden. Auf der GUI 3 wird nach der Verringerungsansteuerung auf der Grundlage, des Diagnoseergebnisses der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 eine Wartungsanweisung des Leistungswandlers 1 angezeigt.
Als ein spezifisches Konfigurationsbeispiel des Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es bevorzugt, dass eine Speicherschaltung zum Speichern von Zeitreihendaten des Abschwächungstreiberbefehls, von Zeitreihendaten der Stromerfassungseinheit, von Wetterdaten, von Lastdaten und von Zeitreihendaten der Zeitmesseinheiten 14a bis 14c und der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 bereitgestellt wird. Dies liegt daran, dass die Berechnung der Schaltzeit mit einer höheren Genauigkeit und die Abschwächungstreibersteuerung eines Leistungshalbleitermoduls auf der Grundlage früherer Daten ausgeführt werden können.
Zusätzlich können die Logikeinheit 11 und die Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 als integrierte Einheit ausgelegt sein. Beispielsweise wird durch Aufnahme der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 in die Logikeinheit 11 die zeitliche Verzögerung (Zeitdifferenz) der Kommunikation zwischen der Logikeinheit 11 und der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 beseitigt, wodurch eine genauere Steuerung ermöglicht wird.
Bei einem spezifischen Anwendungsbeispiel des vorliegenden Systems können die Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f, die Zeitmesseinheiten 14a bis 14c und die Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 integral mit dem Leistungswandler 1 ausgebildet sein oder durch drahtgestützte Kommunikation, drahtlose Kommunikation oder eine abnehmbare Verbindung durch Anschlussverbindung miteinander verbunden sein.
Die Benutzerschnittstelle (GUI 3) kann mit der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 integriert sein, oder die GUI 3 und die Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 können durch drahtgestützte Kommunikation, drahtlose Kommunikation oder eine abnehmbare Verbindung durch Anschlussverbindung verbunden sein. Durch getrenntes Anordnen der jeweiligen Einheiten und Verbinden der jeweiligen Einheiten durch drahtgestützte Kommunikation oder drahtlose Kommunikation wird der Freiheitsgrad der Systemkonfiguration erhöht und kann beispielsweise der später beschriebene an einem Zug oder dergleichen angebrachte Leistungswandler mit einem sich an einem fernen Ort befindenden Überwachungssystem diagnostiziert werden.
Die Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f weisen einen Operationsverstärker, ein Hochpassfilter, einen Vergleicher und dergleichen auf und senden ein Rechteckwellensignal mit 3,3 V oder 5 V zu den Zeitmesseinheiten 14a bis 14c. Als Beispiel der Zeitmesseinheiten 14a bis 14c ist eine Konfiguration vorstellbar, bei der eine TDC(Zeit-Digital-Wandler)-Schaltung und ein Mikrocomputer verwendet werden.
Ein anderer Aspekt der vorliegenden Ausführungsform ist ein Verfahren zur Diagnose eines Leistungswandlers, der ein Halbleiterschaltelement aufweist und einen Schaltvorgang zum Leiten und Unterbrechen eines Hauptstroms ausführt. Bei diesem Verfahren ist eine Funktion zum Feststellen einer Abnormität der Steuerung auf der Grundlage der Zeitdifferenz der Rückkopplungssignaländerung der Leistungshalbleitermodule des oberen und des unteren Arms vorgesehen.
Als nächstes wird die spezifische Arbeitsweise des Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf die 2 bis 5C beschrieben.
2 gibt einen Übergang einer Wellenform einer Gate-Emitter-Spannung 20 und eines Rückkopplungssignals 21 an, wenn ein Leistungshalbleitermodul eingeschaltet wird. Wenn die Gate-Emitter-Spannung 20 ansteigt und die vorgegebene Einschalt-Referenzspannung 23 überschreitet, wird nach Verstreichen der Schaltungsverzögerungszeit 24 der Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f das Rückkopplungssignal 21 durch einen in die Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f aufgenommenen Vergleicher ausgegeben und über das isolierende Kopplungselement 10 zu den Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f gesendet.
3 gibt einen Übergang einer Wellenform einer Gate-Emitter-Spannung 30 und eines Rückkopplungssignals 31 an, wenn das Leistungshalbleitermodul ausgeschaltet wird. Wenn die Gate-Emitter-Spannung 30 absinkt und eine vorgegebene Ausschalt-Referenzspannung 33 unterschreitet, wird nach Verstreichen einer Schaltungsverzögerungszeit 34 der Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f das Rückkopplungssignal 31 durch einen in die Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f aufgenommenen Vergleicher ausgegeben und über das isolierende Kopplungselement 10 zu den Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f gesendet.
Die Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f wandeln beim Einschalten ein Eingangsrückkopplungssignal in ein ansteigendes Pulssignal und beim Ausschalten in ein abfallendes Pulssignal um, senden das Signal zu den Zeitmesseinheiten 14a bis 14c und geben das Signal in einem Zeitraum ohne Änderung nicht aus.
Die Pulssignale (13a und 13b, 13c und 13d, 13e und 13f) des oberen und des unteren Arms der gleichen Phase werden in die jeweiligen Zeitmesseinheiten 14a bis 14c eingegeben, und es wird die Zeitdifferenz zwischen den Signalen des oberen und des unteren Arms gemessen. Die von den Zeitmesseinheiten 14a bis 14c gemessene Zeit (Zeitdifferenz) wird zur Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 gesendet, um eine Abnormität der Schaltsteuerung zu diagnostizieren.
Die 4A bis 4C sind schematische Diagramme einer unzureichenden Totzeit, wobei es sich um eine der Steuerabnormitäten handelt. 4A zeigt einen Übergang einer Gate-Emitter-Spannungswellenform 41 und eines Rückkopplungssignals 42 der Leistungshalbleitermodule 8a, 8c und 8e, welche den oberen Arm bilden. 4B zeigt einen Übergang einer Gate-Emitter-Spannungswellenform 43 und eines Rückkopplungssignals 44 der Leistungshalbleitermodule 8b, 8d und 8f, welche den unteren Arm bilden. 4C zeigt einen Übergang einer Kollektor-Emitter-Stromwellenform 45 des unteren Arms.
In den schematischen Diagrammen aus den 4A bis 4C geschieht, weil das Einschalten des oberen Arms eingeleitet wird, bevor das Ausschalten des unteren Arms abgeschlossen ist, ein Kurzschluss in dem Zeitraum, in dem sowohl der obere als auch der untere Arm eingeschaltet sind, und fließt ein zu starker Strom durch das Element. Dadurch kann in einigen Fällen ein Kurzschlussdurchbruch auftreten. Daher ist es zum Vermeiden eines Zustands einer unzureichenden Totzeit erforderlich, eine ausreichende Zeitdifferenz zwischen dem Schalten des oberen und des unteren Arms einzuhalten.
Andererseits ist es zur Verbesserung des Wirkungsgrads der Leistungswandlung erforderlich, die Zeitdifferenz zwischen dem Schalten des oberen und des unteren Arms kurz zu halten, so dass sich ein Kompromiss zwischen dem Wirkungsgrad und der Zuverlässigkeit ergibt. Daher ist zum Erreichen sowohl eines hohen Wirkungsgrads der Leistungswandlung als auch einer hohen Zuverlässigkeit der Steuerung eine dynamische Steuerung der Schaltzeitdifferenz durch Überwachen der Zeitdifferenz des Schaltens des oberen und des unteren Arms gemäß der vorliegenden Ausführungsform wichtig.
Die 5A bis 5C zeigen ein anderes Beispiel einer unzureichenden Totzeit, wobei es sich um eine der Steuerabnormitäten handelt. 5A zeigt einen Übergang einer Gate-Emitter-Spannungswellenform 51 und eines Rückkopplungssignals 52 der Leistungshalbleitermodule 8a, 8c und 8e, welche den oberen Arm bilden. 5B zeigt einen Übergang einer Gate-Emitter-Spannungswellenform 53 und eines Rückkopplungssignals 54 der Leistungshalbleitermodule 8b, 8d und 8f, welche den unteren Arm bilden. 5C zeigt einen Übergang einer Kollektor-Emitter-Stromwellenform 55 des unteren Arms.
Die schematischen Diagramme aus den 5A bis 5C geben einen Selbsteinschaltfehler an, bei dem die Gate-Spannung des unteren Armelements nach dem Ausschalten des unteren Arms vorübergehend ansteigt, wenn der obere Arm eingeschaltet ist und das untere Armelement eingeschaltet ist, und es wird dadurch ein Kurzschluss zwischen dem oberen und dem unteren Arm hervorgerufen. Der Grund dafür, dass die Gate-Spannung des unteren Armelements vorübergehend ansteigt, besteht darin, dass ein Strom über eine Gate-Kollektor-Kapazität des unteren Armelements in ein Gate fließt, weil sich die Kollektor-Emitter-Spannung des unteren Armelements abrupt ändert, wenn das obere Armelement eingeschaltet wird.
Zur Unterdrückung eines Selbsteinschaltfehlers wird normalerweise die Einschaltgeschwindigkeit verringert und wird eine geregelte Kapazität zwischen einem Gate und einem Emitter eingefügt. Das Erstgenannte hat jedoch den Nachteil, dass der Wirkungsgrad der Leistungswandlung verringert wird, und das Letztgenannte hat den Nachteil, dass die Steuerbarkeit durch eine Erhöhung der Kapazität zwischen dem Gate und dem Emitter verschlechtert wird, und es ist zur Optimierung der Steuerung erforderlich, gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Selbsteinschalten zu überwachen.
Tabelle 1 zeigt die Beziehung zwischen den Ausgaben der Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a bis 13f des oberen und des unteren Arms, den Zeitmesswerten der Zeitmesseinheiten 14a bis 14c und der Abnormitätsdiagnoseausgabe der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15.
Wenn einer vom oberen und vom unteren Arm während eines Zeitraums eingeschaltet wird, der kürzer als ein vorgegebener Zeitraum nach dem Ausschalten des anderen Arms (einschließlich eines negativen Zeitraums) ist, wird festgestellt, dass die Totzeit unzureichend ist (Muster Nr. 2 und Nr. 6 in Tabelle 1).
Andererseits wird, falls einer vom oberen Arm und vom unteren Arm innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums nach dem Ausschalten des anderen Arms eingeschaltet wird, ein normaler Zustand festgestellt (Muster Nr. 1 und Nr. 5 in Tabelle 1).
Falls einer vom oberen Arm und vom unteren Arm ausgeschaltet wird und der andere Arm nach dem vorgegebenen Zeitraum eingeschaltet wird, wird festgestellt, dass ein Einschaltfehler aufgetreten ist (Muster Nr. 3 und Nr. 7 in Tabelle 1).

Falls einer vom oberen Arm und vom unteren Arm eingeschaltet wird und der andere Arm innerhalb eines bestimmten Zeitraums eingeschaltet wird, wird ein Selbsteinschalten festgestellt (Muster Nr. 4 und Nr. 8 in Tabelle 1). [Tabelle 1]

Nr.	1	2	3	4	5	6	7	8
AUSGABE DER SIGNALÄNDERUNGS-ERKENNUNGSEINHEIT a FÜR DEN OBEREN ARM	EIN	EIN	EIN	EIN	AUS	AUS	AUS	EIN
AUSGABE DER SIGNALÄNDERUNGS-ERKENNUNGSEINHEIT b FÜR DEN UNTEREN ARM	AUS	AUS	AUS	EIN	EIN	EIN	EIN	EIN
AUSGABE DER ZEITMESSEINHEIT (ERKENNUNGSEINHEIT a → ERKENNUNGSEINHEIT b)	WERT 1 < t < WERT 2	WERT 2 < t	t < WERT 1	t < WERT 4	WERT 5 < t < WERT 6	t < WERT 7	WERT 1 < t	t < WERT 4
ABNORMITÄTS-DIAGNOSE-AUSGABE	NORMAL	UNZUREICHENDE TOTZEIT	EINSCHALTFEHLER	SELBSTEINSCHALTEN	NORMAL	UNZUREICHENDE TOTZEIT	EINSCHALTFEHLER	SELBSTEINSCHALTEN

Bei spezifischen Beispielen der Betriebsbedingungssteuerung durch Erkennen einer Steuerabnormität wird ein Grenzwert des maximalen Stroms der Leistungshalbleitermodule 8a bis 8f des Leistungswandlers 1 festgelegt und eine Verringerungsansteuerung ausgeführt, um den Spielraum der Zeitdfferenz zwischen dem Schalten des oberen Arms und dem Schalten des unteren Arms zu vergrößern.
Als spezifisches Beispiel des Schaltelements für das Leistungshalbleiterelement kann ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) oder dergleichen verwendet werden.
Silicium (Si), Siliciumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) oder dergleichen kann als Halbleitermaterial eines Schaltelements (Leistungshalbleiterelements) verwendet werden. Zusätzlich kann als Schaltelement ein Halbleitermodul hoher Kapazität, bei dem Halbleiterchips geringer Kapazität parallel geschaltet sind, verwendet werden.
Als nächstes wird ein Anwendungsbeispiel des Diagnosesystems für den Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit Bezug auf 6 beschrieben. 6 ist ein Systemblockdiagramm für den Fall, in dem das Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf ein Schienenfahrzeug angewendet wird.
Durch Anordnen der Leistungswandler-Anzeigeeinheit 5 außerhalb (an einer von außen sichtbaren Position) des Leistungswandlers 1 (beispielsweise eines VVVF-Wechselrichters oder dergleichen), der sich in einem unteren Abschnitt des Schienenfahrzeugs 60 befindet, können Wartungsarbeitern Diagnoseergebnisse der Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 mitgeteilt werden. Zusätzlich wird die Wirksamkeit von Wartungsarbeiten verbessert, weil der Ort des Leistungshalbleitermoduls, in dem die Steuerabnormität auftritt, direkt an der Stelle erkannt (identifiziert) werden kann.
Zusätzlich zur die Steuerabnormität des Leistungshalbleitermoduls angebenden Anzeige kann beispielsweise eine Warnung, die zum Beispiel auf die Notwendigkeit einer Reinigung (Wartung) eines Kühlers 66 hinweist, an die Leistungswandler-Anzeigeeinheit 5 ausgegeben werden.
Ein Fahrzeuginformations-Integrationssystem 61 dient der Überwachung der Klimaanlage im Schienenfahrzeug 60, des Öffnungs- und Schließzustands einer Tür, der Beleuchtung und dergleichen und befindet sich am Fahrersitz. Die GUI 3 kann in dieses Fahrzeuginformations-Integrationssystem 61 aufgenommen sein. Die Informationen der GUI 3 können auch durch einen Drahtlosweg 64 über das Internet 63 mit einer im Schienenfahrzeug 60 angeordneten Antenne zu einer zentralen Überwachungsvorrichtung 62 gesendet werden.
Ferner kann durch Erhalten anderer Fahrzeuginformationen über das Internet 63 ein noch wirksamerer Wartungsplan formuliert werden. Zusätzlich können die Wartungskosten durch Erhöhen der Wirksamkeit der Anordnung von Wartungselementen verringert werden. Ferner ist durch Erhalten von Wetterinformationen und Fahrgastinformationen durch die Umgebungsinformations-Erfassungseinheit 16 eine weiter verbesserte Fahrzeuganordnung möglich.
7 zeigt ein Beispiel einer spezifischen Konfiguration der in die zentrale Überwachungsvorrichtung 62 integrierten GUI 3. Bei dieser Anzeigeform können der Motorstrom jedes Fahrzeugs und das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Abnormität jedes Wechselrichters klar erkannt werden und kann auch auf detaillierte Informationen jeder Phase (U-Phase, V-Phase, W-Phase) jedes Wechselrichters Bezug genommen werden. Durch die Konfiguration des Diagnosesystems des Leistungswandlers gemäß der vorliegenden Ausführungsform in Kombination mit der graphischen Benutzerschnittstelle (GUI 3), wie in 7 dargestellt ist, können mehrere Fahrzeuge überwacht werden und kann ein Wartungsplan optimiert werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, können gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Abnormität oder Beschädigung einer Leistungshalbleitervorrichtung und eines Leistungswandlers, bei dem die Leistungshalbleitervorrichtung mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration verwendet wird, sehr genau erkannt werden, Fehler und Schwierigkeiten verhindert werden und eine lange Nutzungsdauer erreicht werden.
Zweite Ausführungsform
Mit Bezug auf 8 werden ein Leistungswandler gemäß einer zweiten Ausführungsform und ein Diagnosesystem für den Leistungswandler beschrieben. 8 ist ein Blockdiagramm, das eine Teilkonfiguration des Diagnosesystems für den Leistungswandler gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird eine Konfiguration beschrieben, bei der die Steuerdiagnoseeinheit (die Steuereinrichtung 4) mit Redundanz versehen ist.
Wie in 8 dargestellt ist, weist das System hauptsächlich einen Leistungswandler 1, einen Dreiphasen-Elektromotor 2, der durch den Leistungswandler 1 als Last angetrieben wird, und eine GUI 3 zur Überwachung des Zustands des Leistungswandlers 1 und des Elektromotors 2 auf. In 8 ist im Interesse der Klarheit der Konfiguration nur eine Phase eines Dreiphasen-Wechselstroms dargestellt.
Die in 8 dargestellte Konfiguration gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird hauptsächlich anhand des Unterschieds gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben. Beim Diagnosesystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind Signalteiler 81a bis 81d zwischen einer Steuereinheit 12 und einem isolierenden Kopplungselement 10 und zwischen dem isolierenden Kopplungselement 10 und Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a und 13b bereitgestellt. Signale werden von den Signalteilern 81a bis 81d abgezweigt, welche ein Befehlssignal und ein Rückkopplungssignal zu Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheiten 82a und 82b zur Bestimmung des Ein-/Ausschaltzustands des Befehlssignals und des Rückkopplungssignals abzweigen.
Es ist auch vorstellbar, die Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheiten 82a und 82b zusätzlich mit einer Funktion zur Messung einer Zeitdifferenz zu versehen und eine Elementübergangstemperatur eines Leistungshalbleitermoduls 8b anhand der Zeitdifferenz zwischen einem Befehlssignal und einem Steuersignal zu schätzen.
Es wird die spezifische Arbeitsweise des Diagnosesystems gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. Das Diagnosesystem sendet an den Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a und 13b bestimmte Ergebnisse (Beobachtungsergebnisse) in regelmäßigen Intervallen (beispielsweise 1 µs) zu einer Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 und vergleicht die Daten mit den in eine Abnormitätsdiagnoseeinheit 15 eingegebenen Daten der Zeitmesseinheit 14a. Wenn das von den Signaländerungs-Erkennungseinheiten 13a und 13b bestimmte Ergebnis (Beobachtungsergebnis) nicht mit den Daten der Zeitmesseinheit 14a übereinstimmt (beispielsweise in einem Fall, in dem ein Einschaltsignal anhand der Daten der Messeinheit 14a ausgegeben wird, wenngleich in den Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheiten 82a und 82b ein Ausschaltzustand festgestellt wird), wird festgestellt, dass die Ausgabe der Zeitmesseinheit 14a fehlerhaft ist, und dafür gesorgt, dass das Diagnoseergebnis nicht zur Logikeinheit 11 gesendet wird.
Wenn die Zeitmesseinheit 14a beispielsweise infolge von Rauschen während des Betriebs des Systems fehlerhaft Daten erfasst, kann deshalb vermieden werden, dass fehlerhaft erfasste Daten zur Logikeinheit 11 gesendet werden. Wenn die Zeitmesseinheit 14a infolge von Rauschen fehlerhaft Daten erfasst, kann daher eine Steuerabnormität (beispielsweise eine unnötige Verringerungsansteuerung, ein unnötiges Herunterfahren des Systems usw.) infolge einer fehlerhaften Erfassung verhindert werden und kann die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems verbessert werden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform eine Abnormität oder eine Beschädigung einer Leistungshalbleitervorrichtung und eines die Leistungshalbleitervorrichtung verwendenden Leistungswandlers mit einer verhältnismäßig einfachen Konfiguration sehr genau erkannt werden, können Probleme in Zusammenhang mit Fehlern vermieden werden und kann folglich die Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung und des Leistungswandlers verlängert werden.
Zusätzlich kann durch Bereitstellen der Signalteiler 81a bis 81d und der Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheiten 82a und 82b in der Steuereinrichtung 4 des Leistungswandlers 1 eine fehlerhafte Erfassung durch Rauschen oder dergleichen verhindert werden und kann durch den Leistungswandler 1 eine Antriebssteuerung bei einer stabilen Last (Elektromotor 2) ausgeführt werden. Die Signalteiler 81a bis 81d verzweigen ein Pulsbreitenmodulations(PWM)-Befehlssignal von der Steuereinheit 12 (Logikeinheit 11) und ein Rückkopplungssignal von den Gate-Treiberschaltungen 9a bis 9f. Die Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheiten 82a und 82b überwachen Ein-/Ausschaltzustände von Schaltelementen (Leistungshalbleitermodulen) mit Signalen von den Signalteilern 81a bis 81d als Eingabe.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt und schließt verschiedene Variationen ein. Beispielsweise beschreiben die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen die vorliegende Erfindung detailliert, um sie zu erklären, und es braucht nicht notwendigerweise jede vorstehend beschriebene Konfiguration aufgenommen sein. Ferner kann eine Konfiguration der Ausführungsform teilweise durch eine Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Ferner kann eine Konfiguration der Ausführungsform zu einer Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann ein Teil einer Konfiguration jeder Ausführungsform zu einer anderen Konfiguration hinzugefügt, daraus entfernt und dadurch ersetzt werden.
Die vorliegende Erfindung weist auch die folgenden Merkmale auf.
[Anhang 1]
Ein Elektromotor-Steuersystem zum Antreiben und Steuern eines Elektromotors weist Folgendes auf:

mehrere Leistungshalbleitermodule mit einem Schaltelement,
eine Gate-Treiberschaltung zum Ansteuern des Schaltelements und zur Ausgabe eines Rückkopplungssignals auf der Grundlage eines Schaltvorgangs des Schaltelements,
eine erste Erkennungseinheit zum Erkennen einer Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms des Leistungswandlers,
eine zweite Erkennungseinheit zum Erkennen einer Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers,
eine Zeitmesseinheit zum Messen der Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die erste Erkennungseinheit und dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die zweite Erkennungseinheit und
eine Abnormitätsdiagnoseeinheit zum Ausführen einer Diagnose des Leistungswandlers auf der Grundlage eines von der Zeitmesseinheit erhaltenen Messergebnisses.

[Anhang 2]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 1, welches Folgendes aufweist:

eine Logikeinheit, die den Zeitpunkt der Betätigung des Schaltelements auf der Grundlage eines Diagnoseergebnisses von der Abnormitätsdiagnoseeinheit berechnet, und
eine Steuereinheit, die ein Befehlssignal zum Steuern der Gate-Treiberschaltung auf der Grundlage eines in der Logikeinheit erhaltenen Berechnungsergebnisses ausgibt.

[Anhang 3]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 2, welches Folgendes aufweist:

eine Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheit, die den Ein-/Ausschaltzustand des Schaltelements auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals von der Gate-Treiberschaltung und eines Befehlssignals von der Steuereinheit bestimmt.

[Anhang 4]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 1,
wobei die Gate-Treiberschaltung das Rückkopplungssignal ausgibt, wenn die Gate-Emitter-Spannung des Schaltelements eine vorgegebene Referenzspannung überschreitet.
[Anhang 5]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 1,
wobei die Abnormitätsdiagnoseeinheit feststellt, dass die Totzeit des Leistungswandlers unzureichend ist, wenn das von der Zeitmesseinheit erhaltene Messergebnis eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.
[Anhang 6]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 1,
wobei die Abnormitätsdiagnoseeinheit feststellt, dass ein Selbsteinschalten des Leistungswandlers auftritt, wenn das von der Zeitmesseinheit erhaltene Messergebnis innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
[Anhang 7]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 2, welches Folgendes aufweist:

eine Temperaturerfassungseinheit, welche die Verbindungstemperatur des Schaltelements auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals von der Gate-Treiberschaltung und eines Befehlssignals von der Steuereinheit berechnet.

[Anhang 8]
Elektromotor-Steuersystem nach Anhang 2,
wobei die Abnormitätsdiagnoseeinheit in die Logikeinheit aufgenommen ist.
[Anhang 9]
Diagnoseverfahren für einen Leistungswandler, der mehrere Leistungshalbleitermodule mit Schaltelementen umfasst, welches Folgendes aufweist:

Erkennen einer Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms und einer Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers,
Berechnen der Differenz zwischen der Änderung des Rückkopplungssignals des oberen Arms und der Änderung des Rückkopplungssignals des unteren Arms und
Diagnostizieren des Leistungswandlers auf der Grundlage der berechneten Differenz.

[Anhang 10]
Diagnoseverfahren für den Leistungswandler nach Anhang 9, welches Folgendes aufweist:

Berechnen des Zeitpunkts der Betätigung des Schaltelements auf der Grundlage des Diagnoseergebnisses des Leistungswandlers und
Steuern einer Gate-Treiberschaltung des Schaltelements auf der Grundlage des Berechnungsergebnisses.

[Anhang 11]
Diagnoseverfahren für einen Leistungswandler nach Anhang 10, welches Folgendes aufweist:

Bestimmen des Ein-/Ausschaltzustands des Schaltelements auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals von der Gate-Treiberschaltung und eines Befehlssignals für die Gate-Treiberschaltung.

[Anhang 12]
Diagnoseverfahren für den Leistungswandler nach Anhang 9, welches Folgendes aufweist:

Ausgeben eines Rückkopplungssignals des Schaltelements, wenn die Gate-Emitter-Spannung des Schaltelements eine vorgegebene Referenzspannung überschreitet.

[Anhang 13]
Diagnoseverfahren für den Leistungswandler nach Anhang 9, welches Folgendes aufweist:

Feststellen, dass die Totzeit des Leistungswandlers unzureichend ist, wenn die berechnete Differenz eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.

[Anhang 14]
Diagnoseverfahren für den Leistungswandler nach Anhang 9, welches Folgendes aufweist:

Feststellen, dass ein Selbsteinschalten des Leistungswandlers aufgetreten ist, wenn die berechnete Differenz innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.

[Anhang 15]
Diagnoseverfahren für einen Leistungswandler nach Anhang 10, welches Folgendes aufweist:

Berechnen der Verbindungstemperatur des Schaltelements auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals von der Gate-Treiberschaltung und eines Befehlssignals für die Gate-Treiberschaltung.

Claims

Leistungswandler, der mit einem Leistungshalbleitermodul mit einem Schaltelement versehen ist, wobei der Leistungswandler Folgendes aufweist: eine Gate-Treiberschaltung, die dafür ausgelegt ist, das Schaltelement anzusteuern und ein Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines Schaltvorgangs des Schaltelements auszugeben, eine erste Erkennungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms des Leistungswandlers zu erkennen, eine zweite Erkennungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers zu erkennen, eine Zeitmesseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die erste Erkennungseinheit und dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die zweite Erkennungseinheit zu messen, und eine Abnormitätsdiagnoseeinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Diagnose des Leistungswandlers auf der Grundlage eines von der Zeitmesseinheit erhaltenen Messergebnisses auszuführen.
Diagnosesystem für einen Leistungswandler, welches Folgendes aufweist: mehrere Leistungshalbleitermodule mit einem Schaltelement, eine Gate-Treiberschaltung, die dafür ausgelegt ist, das Schaltelement anzusteuern und ein Rückkopplungssignal auf der Grundlage eines Schaltvorgangs des Schaltelements auszugeben, eine erste Erkennungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines oberen Arms des Leistungswandlers zu erkennen, eine zweite Erkennungseinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Änderung eines Rückkopplungssignals eines unteren Arms des Leistungswandlers zu erkennen, eine Zeitmesseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die erste Erkennungseinheit und dem Zeitpunkt der Erkennung der Signaländerung durch die zweite Erkennungseinheit zu messen, eine Abnormitätsdiagnoseeinheit, die dafür ausgelegt ist, eine Diagnose des Leistungswandlers auf der Grundlage eines von der Zeitmesseinheit erhaltenen Messergebnisses auszuführen, und eine Anzeigeeinheit, die dafür ausgelegt ist, das Diagnoseergebnis von der Abnormitätsdiagnoseeinheit auszugeben.
Leistungswandler nach Anspruch 1, oder Diagnosesystem für den Leistungswandler nach Anspruch 2, welcher/welches Folgendes aufweist: eine Logikeinheit, die dafür ausgelegt ist, den Zeitpunkt der Betätigung des Schaltelements auf der Grundlage eines Diagnoseergebnisses von der Abnormitätsdiagnoseeinheit zu berechnen, und eine Steuereinheit, die dafür ausgelegt ist, ein Befehlssignal zum Steuern der Gate-Treiberschaltung auf der Grundlage eines in der Logikeinheit erhaltenen Berechnungsergebnisses auszugeben.
Leistungswandler nach Anspruch 3, wobei die Abnormitätsdiagnoseeinheit in die Logikeinheit aufgenommen ist.
Leistungswandler oder Diagnosesystem für den Leistungswandler nach Anspruch 3, welcher/welches eine Ein-/Ausschaltzustands-Überwachungseinheit aufweist, die dafür ausgelegt ist, den Ein-/Ausschaltzustand des Schaltelements auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals von der Gate-Treiberschaltung und eines Befehlssignals von der Steuereinheit zu bestimmen.
Leistungswandler nach Anspruch 1, oder Diagnosesystem für den Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei die Gate-Treiberschaltung das Rückkopplungssignal ausgibt, wenn die Gate-Emitter-Spannung des Schaltelements eine vorgegebene Referenzspannung überschreitet.
Leistungswandler nach Anspruch 1, oder Diagnosesystem für den Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei die Abnormitätsdiagnoseeinheit feststellt, dass die Totzeit des Leistungswandlers unzureichend ist, wenn das von der Zeitmesseinheit erhaltene Messergebnis eine vorgegebene Schwelle unterschreitet.
Leistungswandler nach Anspruch 1, oder Diagnosesystem für den Leistungswandler nach Anspruch 2, wobei die Abnormitätsdiagnoseeinheit feststellt, dass ein Selbsteinschalten des Leistungswandlers auftritt, wenn das von der Zeitmesseinheit erhaltene Messergebnis innerhalb eines vorgegebenen Bereichs liegt.
Leistungswandler oder Diagnosesystem für den Leistungswandler nach Anspruch 3, welcher/welches Folgendes aufweist: eine Temperaturerfassungseinheit, die dafür ausgelegt ist, die Verbindungstemperatur des Schaltelements auf der Grundlage eines Rückkopplungssignals von der Gate-Treiberschaltung und eines Befehlssignals von der Steuereinheit zu berechnen.