インフラ設備用パワー半導体モジュールの遠隔異常監視機能の開発

基础设施设备功率半导体模块远程异常监测功能开发

• 批准号: 19K04343
• 负责人: 附田 正則
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kyushu Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-01 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19K04343/
• 关键词: パワーモジュール; 簡易モジュール; 電流センサ; パワーサイクル試験; ダブルパルス試験; 電流センサー; 予知保全

本研究は、現在行われている定期メンテナンスや部品交換が主流である予防保全に代わる手段として、僅かな異常から故障を予知し故障する前にパワー搬送体モジュールを交換する予知保全の手段を開発することが目的である。これにより風力発電機やメガソーラーの故障による長期停止を防ぐことが期待できる。２０１９年度は、今後行うパワーモジュールの異常検知試験に向け簡易モジュールや電流センサの作製と異常検知試験を効率的に行う回路構成の机上検討を行った。簡易モジュールのセラミック基板のパターンは評価に適したパターンを設計し、製造はメーカーへ外注した。セラミック基板、チップ、アルミワイヤを学内の設備で実装し簡易モジュールを作製した。電流センサーは小型かつ低ノイズ化が求められることから、先行研究で開発したプリント基板によるロゴスキコイルを採用した。プリント基板であるため小型化が可能であり、先行研究で開発したフィッシュボーンパターンを用いてノイズを低減することも可能である。また本センサは空芯であるためパワー半導体の数百アンペアレベルの電流も測定することが可能である。異常検知試験用のシステムは机上検討により高速スイッチングと低速スイッチングの２系統の回路を組み合わせたシステム構成を考案した。これにより劣化を加速試験により発生させた上で電力変換器の波形を効率的に取得することが期待できる。２０２０年度は異常検知用のシステムを作製し簡易モジュールにより異常検知試験を行う予定であったが、研究廃止により今年度分として報告できる実績はない。

这项研究开发了一种预测性维护方法，可以从最轻微的异常中预测故障，并在电力载波模块发生故障之前进行更换，以替代目前主要涉及定期维护和零件更换的预防性维护。预计这将防止风力发电机和大型太阳能发电厂因故障而长期停工。 2019财年，我们为未来的功率模块异常检测测试制作了简单的模块和电流传感器，并对可有效进行异常检测测试的电路配置进行了案头研究。为简单模块的陶瓷基板设计了适合评估的图案，并将制造外包给制造商。通过使用校园设备安装陶瓷基板、芯片和铝线来制造一个简单的模块。由于电流传感器需要体积小且噪声低，因此我们采用了带有先前研究开发的印刷电路板的罗氏线圈。由于它是印刷电路板，因此可以做得更小，而且还可以利用之前研究开发的鱼骨图案来降低噪声。此外，由于该传感器具有空心，因此可以测量来自功率半导体的数百安培的电流。对于异常检测测试系统，我们通过案头研究设计了结合高速开关和低速开关两种电路的系统配置。结果，期望在加速测试导致劣化后能够有效地获取功率转换器的波形。 2020年，我们计划创建一个异常检测系统，并使用一个简单的模块进行异常检测测试，但由于研究已停止，今年没有结果报告。