評価基板

【課題】評価環境を簡易化し、評価の効率化を図ることができる評価基板を得る。
【解決手段】評価基板１はパワーモジュール２を評価するために用いられる。パワーモジュール２は、パワー半導体装置３と、パワー半導体装置３の特性を検出する温度検出部４及び電圧検出部５とを有する。評価基板１の１枚の基板７に、電源回路８、フォトカプラ駆動回路９、及び表示部１０が設けられている。電源回路８はパワーモジュール２に電力を供給する。フォトカプラ駆動回路９はパワー半導体装置３を駆動する。表示部１０は温度検出部４及び電圧検出部５から入力した検出信号を表示する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーモジュールを評価するための評価基板に関し、特に評価環境を簡易化し、評価の効率化を図ることができる評価基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１つのモジュール内に多数のパワー半導体素子を実装したパワーモジュールがインバータなどに適用されている（例えば、特許文献１参照）。このパワーモジュールを評価するために評価基板が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４９６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
パワーモジュールを評価する際に、パワーモジュールと評価基板に複数の電源と計測器をケーブル接続する必要があった。そして、ケーブル配線が複雑で誤接続の恐れがあるため、接続後にケーブル配線を確認する必要があった。また、パワーモジュールの評価は高電圧・大電流を使用するので、安全のためにパワーモジュールと評価基板をプラスチックのカバーで覆う必要がある。このため、パワーモジュール及び評価基板と複数の電源と計測器を接続するには、安全カバーの間隙からケーブル配線や計測プローブを入れる必要がある。従って、評価環境が複雑であったため、その準備に時間がかかっていた。
【０００５】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は評価環境を簡易化し、評価の効率化を図ることができる評価基板を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る評価基板は、パワー半導体装置と前記パワー半導体装置の特性を検出する検出部を有するパワーモジュールを評価するための評価基板であって、前記パワーモジュールに電力を供給する電源回路と、前記パワー半導体装置を駆動する駆動回路と、前記検出部から入力した検出信号を表示する表示部と、前記電源回路、前記駆動回路、及び前記表示部が設けられた１枚の基板とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、評価環境を簡易化し、評価の効率化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態１に係る評価基板及びパワーモジュールを示すブロック図である。
【図２】電力用コネクタを持つパワーモジュールに評価基板が接続された状態を示す斜視図である。
【図３】電力用コネクタを持つパワーモジュールに評価基板が接続された状態を示す側面図である。
【図４】電源端子を持つパワーモジュールに評価基板が接続された状態を示す斜視図である。
【図５】電源端子を持つパワーモジュールに評価基板が接続された状態を示す側面図である。
【図６】図５のＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図７】比較例に係る評価基板及びパワーモジュールを示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る表示部に含まれる回路を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る表示部に含まれる回路を示す図である。
【図１０】検出信号の電圧と点灯する発光素子の関係を示す図である。
【図１１】検出信号の電圧と点灯する発光素子の関係を示す図である。
【図１２】発光素子の配置順と発光色を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態３に係る表示部を示すブロック図である。
【図１４】三角波発生部が発生させた三角波を示す図である。
【図１５】検出信号が第１の電圧の場合の電圧比較回路の出力電圧を示す図である。
【図１６】検出信号が第２の電圧の場合の電圧比較回路の出力電圧を示す図である。
【図１７】発光素子の点灯や音発生部の発生音のデューティと検出信号の電圧との関係を示す図である。
【図１８】本発明の実施の形態４に係る表示部を示すブロック図である。
【図１９】発振回路の出力を示す図である。
【図２０】本発明の実施の形態５に係る評価基板及びパワーモジュールを示すブロック図である。
【図２１】本発明の実施の形態５に係る評価基板及びパワーモジュールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態に係る評価基板について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る評価基板及びパワーモジュールを示すブロック図である。この評価基板１はパワーモジュール２を評価するために用いられる。パワーモジュール２は、パワー半導体装置３と、パワー半導体装置３の特性を検出する温度検出部４、電圧検出部５、及び異常検出部６とを有する。パワー半導体装置３は、Ｕ相とＶ相とＷ相を有する三相インバータである。
【００１１】
評価基板１の１枚の基板７に、電源回路８、フォトカプラ駆動回路９、及び表示部１０が設けられている。評価基板１の信号用コネクタ１１がパワーモジュール２の信号用コネクタ１２に接続される。評価基板１の電力用コネクタ１３がパワーモジュール２の電力用コネクタ１４に接続されるか、又は評価基板１の電源端子接続部１５がパワーモジュール２の電源端子（後述）に接続される。
【００１２】
電源回路８は、外部の供給電源１６から入力した単一電力から複数の電力を生成して、パワー半導体装置３のＵ相とＶ相とＷ相にそれぞれ供給する。また、電源回路８は、表示部１０やフォトカプラ駆動回路９にも電力を供給する。供給電源１６からの電源電圧の極性を逆接続した場合に評価基板１の破壊を防止するために、電源回路８の入力前段には保護ダイオード１７が接続されている。
【００１３】
フォトカプラ駆動回路９は、外部のコントロールユニット１８に制御用コネクタ１９を介して接続され、外部のパルスジェネレータ２０にパルスジェネレータ接続端子２１を介して接続されている。フォトカプラ駆動回路９は、信号用コネクタ１１，１２を介してパワーモジュール２の絶縁部のフォトカプラ２２に接続され、駆動信号によりフォトカプラ２２を駆動してパワー半導体装置３のＵ相とＶ相とＷ相を駆動する。
【００１４】
切り替えスイッチ２３，２４によりパワーモジュール２のフォトカプラ２２への電力を供給／遮断して、パワーモジュール２のＵ相とＶ相とＷ相を駆動許可／駆動禁止にする。これにより、誤って外部のパルスジェネレータから駆動信号を入力した場合等の誤作動を防止する。この駆動許可／駆動禁止の設定は、評価基板１の制御用コネクタ１９を介して外部で行うか、又は内部の切り替えスイッチ２３，２４で行う。
【００１５】
パワーモジュール２の温度検出部４はパワー半導体装置３の温度を検出し、電圧検出部５はパワー半導体装置３のＰＮ端子に印加される電圧を検出して、それぞれ検出信号を出力する。
【００１６】
温度検出部４及び電圧検出部５から出力された検出信号は、パルス変換部２５により電圧に応じたパルス幅を持つパルス信号に一旦変換され、絶縁部を通過した後、アナログ電圧変換部２６によりアナログ電圧に復調される。この復調された検出信号は、評価基板１の表示部１０に入力される。表示部１０は、この温度検出部４及び電圧検出部５から入力した検出信号の電圧レベルを表示する。
【００１７】
パワー半導体装置３内のＩＧＢＴなどの温度過熱や過電流、パワーモジュール２のＵ相とＶ相とＷ相に印加する電圧の低下などが発生した場合は、異常検出部６が異常信号を出力する。異常検出部６から異常信号が入力されると、表示部１０はその旨を表示する。これにより、作業者が異常を確認することができる。この異常信号は、評価基板１の制御用コネクタ１９を介して上位のコントロールユニット１８に入力してもよい。
【００１８】
続いて、評価基板１とパワーモジュール２の接続の仕方を説明する。パワーモジュール２の電力入力部の形態（電力用コネクタ、電源端子）に応じて、評価基板１とパワーモジュール２の接続の仕方が以下の２通りに分かれる。ただし、何れの場合でも、パワーモジュール２上にスペーサ２７を介して評価基板１が載せられ、評価基板１の信号用コネクタ１１とパワーモジュール２の信号用コネクタ１２がケーブル２８を介して接続される。
【００１９】
図２は、電力用コネクタを持つパワーモジュールに評価基板が接続された状態を示す斜視図であり、図３は側面図である。評価基板１の電力用コネクタ１３とパワーモジュール２の電力用コネクタ１４がケーブル２９を介して接続される。
【００２０】
図４は、電源端子を持つパワーモジュールに評価基板が接続された状態を示す斜視図であり、図５は側面図である。図６は図５のＩ−ＩＩに沿った断面図である。評価基板１の電源端子接続部１５にパワーモジュール２の電源端子３０が挿入されて接続される。
【００２１】
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図７は、比較例に係る評価基板及びパワーモジュールを示すブロック図である。比較例では、検出信号や異常信号を計測する電圧計やオシロスコープ等の計測器３１を評価基板１の電圧検出端子３２に接続する必要がある。さらに、評価基板１に制御電源３３を接続し、パワーモジュール２にＵＰ相駆動電源３４、ＶＰ相駆動電源３５、ＷＰ相駆動電源３６、及びＵＮ／ＶＮ／ＷＮ相駆動電源３７を接続する必要がある。従って、ケーブル配線が複雑である。
【００２２】
一方、本実施の形態では、１枚の基板７にパワーモジュール２の評価に必要な電源回路８、フォトカプラ駆動回路９、及び表示部１０を設けている。これにより、ケーブル配線を減少させ、パワーモジュールからの検出信号を確認する計測器類を省くことが可能となる。この結果、評価環境を簡易化し、評価の効率化を図ることができる。
【００２３】
また、比較例では、パワーモジュール２に複数の電源を接続するため、ケーブル配線が複雑である。一方、本実施の形態では、電源回路８が、外部から入力した単一電力から複数の電力を生成してパワー半導体装置３のＵ相とＶ相とＷ相にそれぞれ供給する。従って、電源の個数を減らし、ケーブル配線を簡略化できる。
【００２４】
また、本実施の形態では、評価基板１の電力用コネクタ１３と電源端子接続部１５の何れを介しても電源回路８からパワーモジュール２に電力を供給できる。これにより、パワーモジュール２の電力入力部の形態（電力用コネクタ、電源端子）に関わらず、同一の評価基板１を用いることができ、評価基板１の標準化を図ることができる。また、評価基板１の個体差による測定結果誤差の発生を防ぐことができる。
【００２５】
また、比較例では、電源が故障した場合や評価基板１に供給電源１６を誤接続した場合には、パワーモジュール２の動作不良の原因確認が困難であり、不良原因の特定と改修に時間がかかる。一方、本実施の形態では、電源回路８が表示部１０やフォトカプラ駆動回路９にも電力を供給する。従って、電源回路８が故障した場合や評価基板１に電源を誤接続した場合に電源回路８の電力供給が停止するため、表示部１０の発光素子が全消灯となり、異常を容易に認識することができる。また、異常状態においてフォトカプラ駆動回路９によるパワー半導体装置３の駆動が停止されるため、パワーモジュール２の破壊を防ぎ、評価実施者の安全を確保することができる。
【００２６】
実施の形態２．
図８及び図９は、本発明の実施の形態２に係る表示部に含まれる回路を示す図である。表示部１０は図８の回路を２個、図９の回路を１個含む。図８の回路はパワーモジュール２の温度検出部４又は電圧検出部５からの検出信号（アナログ電圧）を表示し、図９の回路は異常検出部６からの異常信号を表示する。
【００２７】
電圧比較回路３８〜４３の出力はオープンコレクタであり、互いの出力を接続することができる。電圧比較回路３８〜４３が検出信号の電圧と基準電圧Ｖ１〜Ｖ３を比較し、検出信号の電圧範囲に対応した発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４を点灯させる。電圧比較回路４４が異常信号の電圧と基準電圧Ｖ４を比較し、発光素子ＬＥＤ５を点灯させる。
【００２８】
図１０及び図１１は、検出信号の電圧と点灯する発光素子の関係を示す図である。検出信号の電圧が基準電圧Ｖ１以下ではＬＥＤ１、基準電圧Ｖ１と基準電圧Ｖ２の間ではＬＥＤ２、基準電圧Ｖ２と基準電圧Ｖ３の間ではＬＥＤ３、基準電圧Ｖ３以上ではＬＥＤ４がそれぞれ点灯する。図１２は、発光素子の配置順と発光色を示す図である。発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は、対応する検出信号の電圧の大きさ順に配置され、互いに異なる発光色を持つ。
【００２９】
以上説明したように、電圧比較回路３８〜４３が検出信号の電圧と基準電圧Ｖ１〜Ｖ３を比較し、ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４は検出信号の異なる電圧範囲に対応してそれぞれ点灯する。これにより、検出信号の電圧範囲を発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４で確認できるため、計測のための計測器類を省くことが可能となる。
【００３０】
また、発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が対応する検出信号の電圧範囲の大きさ順に基板７上に配置されていることにより、検出結果を確認しやすくなる。また、発光素子ＬＥＤ１〜ＬＥＤ４が互いに異なる発光色を持つことにより、透明な安全カバーを介し離れて確認する場合でも良好な視認性を得ることができる。
【００３１】
なお、本実施の形態では検出信号の電圧範囲を４分割しているが、基準電圧を増やすことで更に多く分割することもできる。また、点灯させる発光素子を一個とすることで、消費電流を低減できる。
【００３２】
実施の形態３．
図１３は本発明の実施の形態３に係る表示部を示すブロック図である。三角波発生部４５が三角波を発生させる。電圧比較回路４６は、検出信号と三角波の電圧を比較して方形波を出力する。方形波の周期は１秒から１０秒程度が適当である。図１４は三角波発生部が発生させた三角波を示す図である。図１５は検出信号が第１の電圧の場合、図１６は検出信号が第２の電圧の場合の電圧比較回路の出力電圧を示す図である。
【００３３】
電圧比較回路４６の出力に応じて、発光素子ＬＥＤ６は点灯し、音発生部４７は音を発生させる。点灯や断続音を時計等で測り、そのデューティを求めるにより検出信号の電圧を認識できる。図１７は、発光素子の点灯や音発生部の発生音のデューティと検出信号の電圧との関係を示す図である。これにより、検出信号の電圧範囲を発光素子ＬＥＤ６や音発生部４７で確認できるため、計測のための計測器類が不要となる。また、電圧比較回路４６が一系統でよいため、実施の形態２よりも回路構成を簡素化することができる。
【００３４】
また、音発生部４７を用いることにより、目視だけでなく聴覚的にも検出結果を認識できるため、検出結果の確認性が向上する。また、発光素子ＬＥＤ６を目視できない箇所に評価基板１が配置されていても、音により検出結果を認識できる。なお、スイッチで切り替えて発光素子ＬＥＤ６の点滅と音発生部４７の断続音の一方のみ用いてもよい。
【００３５】
なお、発光素子ＬＥＤ６の点灯や音発生部４７の発生音のデューティと検出信号の電圧との関係を示すグラフが、発光素子ＬＥＤ６の近辺にシルク印刷で印字されていることが好ましい。これにより、参照する資料が手元になくても、検出結果を知ることができる。
【００３６】
実施の形態４．
図１８は本発明の実施の形態４に係る表示部を示すブロック図である。実施の形態３の構成に加えて、発振回路４８、基準発光素子ＬＥＤ７、及び基準音発生部４９が設けられている。
【００３７】
図１９は、発振回路の出力を示す図である。発振回路４８は一定の周期の方形波を出力する。この発振回路４８からの方形波に応じて、基準発光素子ＬＥＤ７が一定の時間間隔で点滅し、基準音発生部４９が一定の時間間隔で音を発生させる。発振回路４８からの方形波の周期は、三角波の周期の１／１０程度が妥当である。
【００３８】
発光素子ＬＥＤ６と基準発光素子ＬＥＤ７の点滅の時間間隔を照らし合わせることにより、検出結果の確認精度が向上する。同様に、音発生部４７と基準音発生部４９の音の時間間隔を照らし合わせることにより、検出結果の確認精度が向上する。
【００３９】
実施の形態５．
図２０は本発明の実施の形態５に係る評価基板及びパワーモジュールを示すブロック図であり、図２１はその斜視図である。実施の形態１の電源端子接続部１５の代わりに、パワーモジュール２の電源端子３０に着脱可能な電源供給基板５０を基板７から分離して設けている。評価基板１の電力用コネクタ１３が電源供給基板５０の電力用コネクタ５１にケーブル５２を介して接続される。
【００４０】
電源供給基板５０は、基板７上の電源回路８に電力用コネクタ１３，５１及びケーブル５２を介して接続され、電源回路８からの電力を電源端子３０に供給する。これにより、電源供給基板５０をパワーモジュール２の電源端子３０に装着した状態で、基板７をパワーモジュール２の横に配置することができる。パワーモジュール２に流れる大電流の影響によりパワーモジュール２の上下方向に発生するノイズを避け、安定した評価を行うことができる。
【符号の説明】
【００４１】
１評価基板
２パワーモジュール
３パワー半導体装置
４温度検出部（検出部）
５電圧検出部（検出部）
７基板
８電源回路
９フォトカプラ駆動回路（駆動回路）
１０表示部
１３，１４電力用コネクタ
１５電源端子接続部
３０電源端子
３８〜４３，４６電圧比較回路
４５三角波発生部
４７音発生部
４９基準音発生部
５０電源供給基板
５２ケーブル
ＬＥＤ１〜ＬＥＤ６発光素子
ＬＥＤ７基準発光素子

【特許請求の範囲】
【請求項１】
パワー半導体装置と前記パワー半導体装置の特性を検出する検出部を有するパワーモジュールを評価するための評価基板であって、
前記パワーモジュールに電力を供給する電源回路と、
前記パワー半導体装置を駆動する駆動回路と、
前記検出部から入力した検出信号を表示する表示部と、
前記電源回路、前記駆動回路、及び前記表示部が設けられた１枚の基板とを備えることを特徴とする評価基板。
【請求項２】
前記パワー半導体装置は、Ｕ相とＶ相とＷ相を有する三相インバータであり、
前記電源回路は、外部から入力した単一電力から複数の電力を生成して前記パワー半導体装置のＵ相とＶ相とＷ相にそれぞれ供給することを特徴とする請求項１に記載の評価基板。
【請求項３】
前記パワーモジュールの電力用コネクタに接続されるコネクタと、
前記パワーモジュールの電源端子に接続される電源端子接続部とを更に備え、
前記コネクタと前記電源端子接続部の何れを介しても前記電源回路から前記パワーモジュールに電力を供給できることを特徴とする請求項１又は２に記載の評価基板。
【請求項４】
前記電源回路は前記表示部に電力を供給することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の評価基板。
【請求項５】
前記電源回路は前記駆動回路に電力を供給することを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の評価基板。
【請求項６】
前記表示部は、
前記検出信号の電圧と基準電圧を比較する電圧比較回路と、
前記電圧比較回路の出力に応じて、前記検出信号の異なる電圧範囲に対応してそれぞれ点灯する複数の発光素子とを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の評価基板。
【請求項７】
前記複数の発光素子は、対応する前記検出信号の電圧範囲の大きさ順に配置されていることを特徴とする請求項６に記載の評価基板。
【請求項８】
前記複数の発光素子は、互いに異なる発光色を持つことを特徴とする請求項６又は７に記載の評価基板。
【請求項９】
前記表示部は、
三角波を発生させる三角波発生部と、
前記検出信号と前記三角波の電圧を比較する電圧比較回路と、
前記電圧比較回路のパルス出力に応じて点灯する発光素子とを有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の評価基板。
【請求項１０】
前記発光素子の点灯と前記検出信号の電圧の関係が前記発光素子の近辺に印字されていることを特徴とする請求項９に記載の評価基板。
【請求項１１】
一定の時間間隔で点滅する基準発光素子を更に備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の評価基板。
【請求項１２】
前記電圧比較回路のパルス出力に応じて音を発生させる音発生部を更に備えることを特徴とする請求項９〜１１の何れか１項に記載の評価基板。
【請求項１３】
一定の時間間隔で音を発生させる基準音発生部を更に備えることを特徴とする請求項１２に記載の評価基板。
【請求項１４】
前記基板から分離され、前記パワーモジュールの電源端子に着脱可能であり、前記基板上の前記電源回路にケーブルを介して接続され、前記電源回路からの電力を前記電源端子に供給する電源供給基板を更に備え、
前記電源供給基板を前記パワーモジュールの前記電源端子に装着した状態で、前記基板を前記パワーモジュールの横に配置することができることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の評価基板。

【図１】