JP2012135119A - Inverter device - Google Patents

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Hiroyuki Mizuno
博之 水野
Hideaki Yuasa
英昭 湯浅
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter device capable of accurately detecting the temperature of a semiconductor element and capable of adjusting an operating condition before occurrence of an abnormal stop.SOLUTION: An inverter device that drives a motor 10 by a power module 20 using a PWM modulation method comprises: PWM signal generation means 100 that generates a PWM signal and drives the power module by supplying the PWM signal to the power module; control means 80 for giving a voltage command to the PWM signal generation means; abnormality determination means 70 that determines occurrence of abnormality including temperature abnormality and overcurrent abnormality of a semiconductor element in the power module 20 and transmits an abnormal signal to the control means 80 when determining the occurrence of the abnormality; and temperature information acquisition means 73 for transmitting the temperature information of the semiconductor element to the control means 80. The control means 80 performs an operating-condition adjusting process that lowers the carrier frequency of the PWM signal based on the temperature information received from the temperature information acquisition means 73.

Description

本発明は、インバータ装置に関し、特に、モータを、ＰＷＭ変調方式を用いてパワーモジュールにより駆動するインバータ装置に関する。   The present invention relates to an inverter device, and more particularly to an inverter device that drives a motor by a power module using a PWM modulation method.

従来から、ＰＷＭ信号でインバータのスイッチング素子をオン／オフ制御してサーボモータを駆動するサーボモータ制御装置において、インバータの現在のスイッチング素子温度が素子温度基準値を越えており、かつ、サーボモータの回転速度検出値が回転速度基準値を下回っているときに、ＰＷＭ信号を生成するＰＷＭ周期を長くするようにしたサーボモータ制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。   Conventionally, in a servo motor control device that drives a servo motor by turning on / off the inverter switching element with a PWM signal, the current switching element temperature of the inverter exceeds the element temperature reference value, and the servo motor 2. Description of the Related Art A servo motor control device is known in which a PWM cycle for generating a PWM signal is lengthened when a rotation speed detection value is below a rotation speed reference value (see, for example, Patent Document 1).

かかる特許文献１に記載のサーボモータ制御装置においては、スイッチング素子の温度を検出する温度検出手段を特別に設けておらず、サーボアンプに設けられた検出手段から各相の駆動電流をそれぞれ積算し、積算値に基づいて各相のスイッチング素子の温度を推定することによってスイッチング素子の温度を求めている。   In the servo motor control device described in Patent Document 1, temperature detection means for detecting the temperature of the switching element is not particularly provided, and the drive currents of the respective phases are integrated from the detection means provided in the servo amplifier. The temperature of the switching element is obtained by estimating the temperature of the switching element of each phase based on the integrated value.

一方、インバータ装置において、パワーモジュールやパワーモジュール内の半導体素子に温度検出手段を設置し、温度検出手段で得られた温度情報に基づいてパワーモジュールの異常検出を行い、異常が発生する一歩手前で異常警告、異常停止処理等を行って装置保護を図ったインバータ装置が知られている。   On the other hand, in the inverter device, temperature detection means is installed in the power module and the semiconductor element in the power module, and abnormality detection of the power module is performed based on the temperature information obtained by the temperature detection means. There is known an inverter device that protects the device by performing abnormality warning, abnormal stop processing, and the like.

図１は、第１の従来例に係るインバータ装置の一例を示した図である。図１において、第１の従来例に係るインバータ装置は、半導体素子１２１を内部に収容したパワーモジュール１２０がヒートシンク等の冷却器１３０上に配置され、パワーモジュール１２０の近傍に温度検出手段１７２が設けられている。温度検出手段１７２で検出された温度情報は、電圧等で示されており、コントローラ１８０の温度読み込み手段１８２で読み込まれて温度換算され、異常判定手段１８３で温度異常の発生の有無が判定される。そして、温度異常が検出された場合には、インバータ装置の運転者への異常警告、異常停止処理等がなされる。   FIG. 1 is a diagram showing an example of an inverter device according to a first conventional example. In FIG. 1, the inverter device according to the first conventional example includes a power module 120 in which a semiconductor element 121 is accommodated in a cooler 130 such as a heat sink, and a temperature detector 172 is provided in the vicinity of the power module 120. It has been. The temperature information detected by the temperature detection means 172 is indicated by a voltage or the like, read by the temperature reading means 182 of the controller 180 and converted into a temperature, and the abnormality determination means 183 determines whether or not a temperature abnormality has occurred. . When a temperature abnormality is detected, an abnormality warning to the driver of the inverter device, an abnormal stop process, etc. are performed.

ここで、温度検出手段１７２は、パワーモジュール１２０の近傍ではあるものの、温度発生源である半導体素子１２１から遠い位置に設けられているため、温度情報の検出の感度が良好ではなく、温度検出が不正確であるという問題があった。   Here, although the temperature detection means 172 is provided in the vicinity of the power module 120 but at a position far from the semiconductor element 121 that is a temperature generation source, the temperature information detection sensitivity is not good and the temperature detection is not performed. There was a problem of being inaccurate.

図２は、第２の従来例に係るインバータ装置の一例を示した図である。図２において、第２の従来例に係るインバータ装置は、パワーモジュール２２０の内部に異常判定手段２７０、過電流検出手段２７１及び温度検出手段２７２を備えており、電流発生源及び温度発生源である半導体素子２２１に組み込まれるように、半導体素子２２１と同一基板上に設けられている。過電流検出手段２７１及び温度検出手段２７２で検出された検出結果は、異常判定手段２７０で異常判定がなされ、異常が発生していると判定された場合には、コントローラ２８０に異常信号が送信される。コントローラ２８０は、異常判定手段２８３で受信した異常信号から異常判定を行い、インバータ装置の異常警告・異常停止処理を行う。かかる第２の従来例によれば、温度検出及び過電流検出が半導体素子２２１から直接的に行えるので、より正確に異常警告・異常停止処理を行うことができる。   FIG. 2 is a diagram showing an example of an inverter device according to a second conventional example. In FIG. 2, the inverter device according to the second conventional example includes an abnormality determination means 270, an overcurrent detection means 271 and a temperature detection means 272 inside the power module 220, and is a current generation source and a temperature generation source. The semiconductor element 221 is provided over the same substrate so as to be incorporated in the semiconductor element 221. The detection results detected by the overcurrent detection means 271 and the temperature detection means 272 are determined to be abnormal by the abnormality determination means 270, and if it is determined that an abnormality has occurred, an abnormality signal is transmitted to the controller 280. The The controller 280 performs abnormality determination from the abnormality signal received by the abnormality determination unit 283, and performs abnormality warning / abnormal stop processing of the inverter device. According to the second conventional example, temperature detection and overcurrent detection can be performed directly from the semiconductor element 221, so that the abnormality warning / abnormal stop process can be performed more accurately.

特開２００７−２０９１５７号公報JP 2007-209157 A

しかしながら、上述の第２の従来例に係るインバータ装置においては、コントローラ２８０に方には、異常信号の結果のみが与えられるため、異常判定及びそれに伴う異常警告・異常停止処理は行うことができるが、異常に到達する前に何らかの運転条件の調整等の処置を行い、異常の発生を防止する措置を講ずることができなかった。   However, in the inverter device according to the second conventional example described above, only the result of the abnormality signal is given to the controller 280, so that abnormality determination and associated abnormality warning / abnormal stop processing can be performed. It was not possible to take measures to prevent the occurrence of abnormalities by taking some measures such as adjusting the operating conditions before reaching the abnormalities.

また、特許文献１に記載の構成では、温度を直接的に検出している訳ではないので、半導体素子の温度検出の正確性に欠けるという問題があった。   Further, the configuration described in Patent Document 1 has a problem in that the temperature is not accurately detected because the temperature is not directly detected.

そこで、本発明は、半導体素子の温度を正確に検出し、異常警告や異常停止が発生する前に運転条件の調整を行うことができるインバータ装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide an inverter device capable of accurately detecting the temperature of a semiconductor element and adjusting operating conditions before an abnormal warning or abnormal stop occurs.

上記目的を達成するため、第１の発明に係るインバータ装置は、モータを、ＰＷＭ変調方式を用いてパワーモジュールにより駆動するインバータ装置であって、
ＰＷＭ信号を発生させ、該ＰＷＭ信号を前記パワーモジュールに供給して前記パワーモジュールを駆動するＰＷＭ信号発生手段と、
該ＰＷＭ信号発生手段に電圧指令を与える制御手段と、
前記パワーモジュール内に設けられ、少なくとも該半導体素子の温度異常及び過電流異常を含む異常の発生を判別し、該異常の発生を判別したときに、前記制御手段に異常信号を送信する異常判別手段と、
該異常判別手段が前記温度異常の発生の判別のために検出する前記半導体素子の温度情報を、前記制御手段に送信する温度情報取得手段と、を有し、
前記制御手段は、前記温度情報取得手段から受信した温度情報に基づいて、前記ＰＷＭ信号のキャリア周波数を低下させる運転条件調整処理を行うことを特徴とする。 To achieve the above object, an inverter device according to a first invention is an inverter device that drives a motor by a power module using a PWM modulation method,
PWM signal generating means for generating a PWM signal and supplying the PWM signal to the power module to drive the power module;
Control means for providing a voltage command to the PWM signal generating means;
An abnormality determination unit provided in the power module, for determining occurrence of abnormality including at least temperature abnormality and overcurrent abnormality of the semiconductor element, and transmitting an abnormality signal to the control unit when the occurrence of abnormality is determined When,
Temperature information acquisition means for transmitting, to the control means, temperature information of the semiconductor element detected by the abnormality determination means for determination of occurrence of the temperature abnormality;
The control means performs an operation condition adjustment process for reducing the carrier frequency of the PWM signal based on the temperature information received from the temperature information acquisition means.

これにより、半導体素子の異常を適切に検出できるとともに、温度異常が発生する前に運転条件の調整を行うことができ、異常検出機能に運転条件調整制御機能を付加し、パワーモジュールの長寿命化を図ることができる。   As a result, abnormalities in the semiconductor elements can be properly detected, and operating conditions can be adjusted before temperature abnormalities occur, and an operating condition adjustment control function is added to the abnormality detection function to extend the life of the power module. Can be achieved.

第２の発明は、第１の発明に係るインバータ装置において、
前記制御手段は、前記温度情報取得手段から受信した前記温度情報が、所定温度以上となっているか否かの判定を行い、前記温度情報が前記所定温度以上のときに、前記運転条件調整処理を行うことを特徴とする。 A second invention is an inverter device according to the first invention,
The control means determines whether or not the temperature information received from the temperature information acquisition means is equal to or higher than a predetermined temperature. When the temperature information is equal to or higher than the predetermined temperature, the operation condition adjustment process is performed. It is characterized by performing.

これにより、半導体素子が所定温度以上のときには、キャリア周期を長くすることができ、パワーモジュールの負担を低減させることができる。   Thereby, when a semiconductor element is more than predetermined temperature, a carrier cycle can be lengthened and the burden of a power module can be reduced.

第３の発明は、第２の発明に係るインバータ装置において、
前記所定温度は、前記温度異常が発生していると判別される温度未満の範囲で複数設定されており、
前記運転条件調整処理も複数段で設定されていることを特徴とする。 A third invention is an inverter device according to the second invention, wherein
A plurality of the predetermined temperatures are set in a range below the temperature at which it is determined that the temperature abnormality has occurred,
The operating condition adjustment process is also set in a plurality of stages.

これにより、段階的にキャリア周波数を低減させることができ、半導体素子の温度状態に応じてきめ細かい制御を行うことが可能となる。   Thereby, the carrier frequency can be reduced step by step, and fine control can be performed according to the temperature state of the semiconductor element.

第４の発明は、第１〜３のいずれかの発明に係るインバータ装置において、
前記制御手段は、前記異常判別手段から前記異常信号を受信したときには、前記パワーモジュールの駆動を停止させる異常停止処理を行うことを特徴とする。 A fourth invention is an inverter device according to any one of the first to third inventions,
When the abnormality signal is received from the abnormality determination unit, the control unit performs an abnormality stop process for stopping the driving of the power module.

これにより、異常信号を検出した場合には、本来の機能である異常停止処理を行い、インバータ装置の破損を防ぐことができる。   Thereby, when an abnormal signal is detected, the abnormal stop process which is the original function is performed, and the inverter device can be prevented from being damaged.

第５の発明は、第１〜４のいずれかの発明に係るインバータ装置において、
前記半導体素子の温度情報を検出する温度検出手段を有し、
該温度検出手段は、前記半導体素子の近傍に設けられたことを特徴とする。 A fifth invention is an inverter device according to any one of the first to fourth inventions,
Temperature detecting means for detecting temperature information of the semiconductor element;
The temperature detecting means is provided in the vicinity of the semiconductor element.

これにより、半導体素子の温度を高精度に検出することができ、高精度の制御を行うことができる。   Thereby, the temperature of the semiconductor element can be detected with high accuracy, and control with high accuracy can be performed.

本発明によれば、パワーモジュールの温度変化に対応して適切に運転条件の調整を行うことができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, a driving | running condition can be adjusted appropriately according to the temperature change of a power module.

第１の従来例に係るインバータ装置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the inverter apparatus which concerns on a 1st prior art example. 第２の従来例に係るインバータ装置の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the inverter apparatus which concerns on a 2nd prior art example. 本発明の実施例に係るインバータ装置の一例を示した構成図である。It is the block diagram which showed an example of the inverter apparatus which concerns on the Example of this invention. 本実施例に係るインバータ装置のコントローラ及びパワーモジュールの構成詳細図である。It is a detailed configuration diagram of the controller and power module of the inverter device according to the present embodiment. 本実施例に係るインバータ装置による異常停止処理の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of the abnormal stop process by the inverter apparatus which concerns on a present Example.

以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態の説明を行う。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図３は、本発明の実施例に係るインバータ装置の一例を示した構成図である。図３において、本実施例に係るインバータ装置は、パワーモジュール２０と、平滑コンデンサ４０と、コンバータ部５０と、三相交流電源６０と、異常判別手段７０と、温度情報取得手段７３と、コントローラ８０と、キャリア発生手段９０と、ＰＷＭ信号発生手段１００とを備える。パワーモジュール２０は、内部に半導体素子２１を備える。また、ＰＷＭ信号発生手段１００は、コントローラ８０を備える。更に、図３において、本実施例に係るインバータ装置の関連構成要素として、駆動対象であるモータ１０が示されている。   FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of the inverter device according to the embodiment of the present invention. 3, the inverter device according to the present embodiment includes a power module 20, a smoothing capacitor 40, a converter unit 50, a three-phase AC power source 60, an abnormality determination unit 70, a temperature information acquisition unit 73, and a controller 80. And a carrier generating means 90 and a PWM signal generating means 100. The power module 20 includes a semiconductor element 21 inside. The PWM signal generating means 100 includes a controller 80. Furthermore, in FIG. 3, the motor 10 which is a drive object is shown as a related component of the inverter apparatus which concerns on a present Example.

モータ１０は、パワーモジュール２０に接続され、パワーモジュール２０の前段には平滑コンデンサ４０が接続され、更に平滑コンデンサ４０の前段には、コンバータ部５０が接続されている。コンバータ部５０には、三相交流電源６０が接続されている。パワーモジュール２０は、ＰＷＭ信号発生手段１００に接続され、ＰＷＭ変調方式により駆動されるように構成されている。ＰＷＭ信号発生手段１００は、キャリア発生手段９０からのキャリアと、コントローラ８０から与えられる電圧指令に基づいて、ＰＷＭ信号を発生させ、パワーモジュール２０に供給する。パワーモジュール２０内部には、異常判別手段７０と、温度情報取得手段７３が形成されて設けられている。異常判別手段７０と、温度情報取得手段７３の出力は、コントローラ８０に送信させる構成となっている。なお、異常判別手段７０及び温度情報取得手段７３は、パワーモジュール２０の内部の種々の位置に設けることができる。例えば、異常判別手段７０及び温度情報取得手段７３は、半導体素子２１の近傍に設けられてもよく、半導体素子２１が形成された基板と同一基板内に設けられてもよい。   The motor 10 is connected to the power module 20, a smoothing capacitor 40 is connected to the front stage of the power module 20, and a converter unit 50 is connected to the front stage of the smoothing capacitor 40. A three-phase AC power source 60 is connected to the converter unit 50. The power module 20 is connected to the PWM signal generating means 100 and is configured to be driven by the PWM modulation method. The PWM signal generation unit 100 generates a PWM signal based on the carrier from the carrier generation unit 90 and a voltage command given from the controller 80 and supplies the PWM signal to the power module 20. Inside the power module 20, an abnormality determination unit 70 and a temperature information acquisition unit 73 are formed and provided. The outputs of the abnormality determination unit 70 and the temperature information acquisition unit 73 are configured to be transmitted to the controller 80. The abnormality determination unit 70 and the temperature information acquisition unit 73 can be provided at various positions inside the power module 20. For example, the abnormality determination unit 70 and the temperature information acquisition unit 73 may be provided in the vicinity of the semiconductor element 21 or may be provided in the same substrate as the substrate on which the semiconductor element 21 is formed.

モータ１０は、種々の用途のモータ１０が用いられてよいが、例えば、加工機械用のモータ１０が用いられてもよい。例えば、射出成形機、スタッカ等に用いられるモータ１０が用いられてよい。これらの加工機械は、サーボモータで駆動しており、低速で大トルクを発生させるような運転条件を含んでいるので、本実施例に係るインバータ装置により、所定条件下でＰＷＭ信号のキャリア周波数を低下させる制御を行うことにより、パワーモジュール２０の駆動による消耗を低減させることができる。なお、モータ１０には、三相誘導電動機が用いられてよい。   As the motor 10, a motor 10 for various uses may be used. For example, a motor 10 for a processing machine may be used. For example, the motor 10 used for an injection molding machine, a stacker, etc. may be used. Since these processing machines are driven by a servo motor and include operating conditions that generate a large torque at a low speed, the inverter device according to the present embodiment sets the carrier frequency of the PWM signal under a predetermined condition. By performing the control to decrease, the consumption due to the driving of the power module 20 can be reduced. The motor 10 may be a three-phase induction motor.

パワーモジュール２０は、モータ１０をスイッチング駆動するためのスイッチング手段である。パワーモジュール２０は、内部に、半導体素子２１を備える。半導体素子２１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulation Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）や、パワーＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）が用いられてよい。パワーモジュール２０内には、模式的に１つの半導体素子２１が示されているが、例えば、三相の各相に２つずつ、合計６つ備えられていてもよい。なお、半導体素子２１は、半導体基板上に形成される。   The power module 20 is a switching means for driving the motor 10 to be switched. The power module 20 includes a semiconductor element 21 inside. As the semiconductor element 21, for example, an IGBT (Insulation Gate Bipolar Transistor) or a power MOS (Metal Oxide Semiconductor) may be used. Although one semiconductor element 21 is schematically shown in the power module 20, for example, a total of six semiconductor elements 21 may be provided, two for each of the three phases. The semiconductor element 21 is formed on a semiconductor substrate.

パワーモジュール２０は、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ部として機能する。パワーモジュール２０の前段には、交流電源６０、コンバータ部５０及び平滑コンデンサ４０が接続されて設けられている。三相交流電源６０から供給された三相交流電圧は、コンバータ部５０で直流電圧に変換される。コンバータ部５０は、三相交流電圧を整流して直流電圧に変換する。平滑コンデンサ４０は、整流された直流電圧を平滑化する。平滑コンデンサ４０で平滑化された直流電圧は、インバータ部であるパワーモジュール２０に供給され、交流電圧に変換され、可変電圧・可変周波数が出力される。   The power module 20 functions as an inverter unit that converts a DC voltage into an AC voltage. An AC power supply 60, a converter unit 50, and a smoothing capacitor 40 are connected and provided at the front stage of the power module 20. The three-phase AC voltage supplied from the three-phase AC power source 60 is converted into a DC voltage by the converter unit 50. Converter unit 50 rectifies the three-phase AC voltage and converts it into a DC voltage. The smoothing capacitor 40 smoothes the rectified DC voltage. The DC voltage smoothed by the smoothing capacitor 40 is supplied to the power module 20 that is an inverter unit, converted into an AC voltage, and a variable voltage and a variable frequency are output.

異常判別手段７０は、パワーモジュール２０の異常発生を判別する手段である。異常判別手段７０は、用途に応じて種々の項目の異常判別が行われてよいが、少なくとも、温度異常及び過電流異常を判別できるように構成される。異常判別手段７０は、パワーモジュール２０内の半導体素子２１と同一基板上に形成され、半導体素子２１の異常状態を適切に検出し、異常判別が行えるように構成される。異常判別手段７０は、過電流については、半導体素子２１を流れる電流を検出する過電流手段（図３には図示せず）を付随して備え、温度異常については、半導体素子２１の温度を検出する温度検出手段（図３には図示せず）を付随して備えて構成される。   The abnormality determination unit 70 is a unit that determines whether an abnormality has occurred in the power module 20. The abnormality determination unit 70 may be configured to determine abnormality of various items depending on the application, but is configured to be able to determine at least temperature abnormality and overcurrent abnormality. The abnormality determination unit 70 is formed on the same substrate as the semiconductor element 21 in the power module 20, and is configured to appropriately detect an abnormal state of the semiconductor element 21 and perform abnormality determination. The abnormality determination means 70 includes an overcurrent means (not shown in FIG. 3) for detecting the current flowing through the semiconductor element 21 for overcurrent, and detects the temperature of the semiconductor element 21 for temperature abnormality. And a temperature detecting means (not shown in FIG. 3).

温度情報取得手段７３は、半導体素子２１の温度情報を取得し、コントローラ８０に送信する手段である。温度情報取得手段７３は、異常判別手段７０に付随して備えられた温度検出手段を利用してアナログ温度検出値を取得し、検出値をコントローラ８０に送信する。温度情報取得手段７３は、パワーモジュール２０側では特にデータの処理を行わず、検出したアナログ温度検出値をコントローラ８０に送信するだけであるので、演算回路等を新たに搭載する必要がなく、そのまま異常判別手段７０を利用することができる。   The temperature information acquisition unit 73 is a unit that acquires temperature information of the semiconductor element 21 and transmits it to the controller 80. The temperature information acquisition unit 73 acquires an analog temperature detection value using a temperature detection unit provided in association with the abnormality determination unit 70, and transmits the detection value to the controller 80. The temperature information acquisition unit 73 does not perform any data processing on the power module 20 side, and only transmits the detected analog temperature detection value to the controller 80. Therefore, it is not necessary to newly install an arithmetic circuit or the like, and The abnormality determination means 70 can be used.

ＰＷＭ信号発生手段１００は、キャリア発生手段９０から供給されるキャリアと、コントローラ８０から供給される電圧指令から、ＰＷＭ変調によりＰＷＭ信号を発生させ、パワーモジュール２０をスイッチング駆動する手段である。   The PWM signal generation means 100 is means for switching the power module 20 by generating a PWM signal by PWM modulation from the carrier supplied from the carrier generation means 90 and the voltage command supplied from the controller 80.

コントローラ８０は、ＰＷＭ信号発生手段に電圧指令を与えるともに、異常判別手段７０からの異常信号に基づいて異常停止処理、温度情報取得手段７３からの温度情報に基づいて運転条件調整処理を行う手段である。具体的には、ＰＷＭ信号については、ＰＷＭ信号発生手段１００に電圧指令を与え、ＰＷＭ信号のデューティ比を定める。また、異常判別手段７０から異常信号を受信したときには、パワーモジュール２０の異常停止処理を行い、温度情報取得手段７３から温度情報を取得したときには、キャリア周波数を低下させる運転条件調整処理を行う制御手段として機能する。例えば、異常停止処理については、パワーモジュール２０に出力指令を出すのを停止し、パワーモジュール２０を停止させる。また、運転条件調整処理については、キャリア発生手段９０にキャリア周波数を低下させる指令を行い、キャリア発生手段９０にキャリア周波数を低下させる処理を行わせる。   The controller 80 is a means for giving a voltage command to the PWM signal generation means, performing an abnormal stop process based on the abnormal signal from the abnormality determination means 70, and an operating condition adjustment process based on the temperature information from the temperature information acquisition means 73. is there. Specifically, for the PWM signal, a voltage command is given to the PWM signal generating means 100 to determine the duty ratio of the PWM signal. Further, when an abnormality signal is received from the abnormality determination means 70, an abnormal stop process for the power module 20 is performed, and when temperature information is acquired from the temperature information acquisition means 73, a control means for performing an operating condition adjustment process for decreasing the carrier frequency. Function as. For example, in the abnormal stop process, the output command to the power module 20 is stopped and the power module 20 is stopped. As for the operating condition adjustment process, the carrier generating unit 90 is instructed to decrease the carrier frequency, and the carrier generating unit 90 is caused to perform the process of decreasing the carrier frequency.

コントローラ８０は、このような制御演算処理を行うため、特定の機能を実現するＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の電子回路や、プログラムを読み込んでＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が処理を行うマイクロコントローラとして構成されてよい。   In order to perform such control calculation processing, the controller 80 reads an electronic circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that realizes a specific function or a program, and a CPU (Central Processing Unit) performs the processing. It may be configured as a microcontroller to perform.

キャリア発生手段９０は、ＰＷＭ信号のキャリアを発生させる手段である。キャリアの周波数は、通常は一定であるが、コントローラ８０からの指令により、キャリア周波数を低下させた低周波数キャリアを発生させる。これにより、キャリア周期を長くすることができる。図３において、検出温度とキャリア周波数の関係の一例がキャリア周波数変化Ａとして示されている。通常の運転状態では、キャリア周波数は通常周波数ｆｎに保たれているが、温度情報取得手段７３により検出された温度が上昇すると、低キャリア周波数ｆ１に変化している。また、キャリア周波数が低くなることにより、キャリア波形Ｂに示されるように、三角波のキャリア周期が長くなっている。このように、キャリア発生手段９０においては、コントローラ９０からの指令に従い、所定周波数のキャリアを発生させ、ＰＷＭ信号発生手段１００に供給する。   The carrier generation means 90 is means for generating a carrier of the PWM signal. The carrier frequency is normally constant, but a low-frequency carrier with a lowered carrier frequency is generated by a command from the controller 80. Thereby, a carrier period can be lengthened. In FIG. 3, an example of the relationship between the detected temperature and the carrier frequency is shown as a carrier frequency change A. In a normal operation state, the carrier frequency is kept at the normal frequency fn, but when the temperature detected by the temperature information acquisition unit 73 rises, the carrier frequency changes to the low carrier frequency f1. Further, as the carrier frequency becomes lower, the carrier period of the triangular wave becomes longer as shown in the carrier waveform B. As described above, the carrier generation unit 90 generates a carrier having a predetermined frequency in accordance with a command from the controller 90 and supplies the carrier to the PWM signal generation unit 100.

なお、図３において、コントローラ８０が出力する電圧指令の一例が、電圧指令信号Ｃとして示されている。また、ＰＷＭ信号発生手段１００が発生するＰＷＭ信号Ｄが一例として示されている。キャリア周波数を変化させることにより、ＰＷＭ信号Ｄの周期を変化させて運転条件を調整する、運転条件調整処理を行うことができる。   In FIG. 3, an example of a voltage command output from the controller 80 is shown as a voltage command signal C. Further, the PWM signal D generated by the PWM signal generating means 100 is shown as an example. By changing the carrier frequency, it is possible to perform an operation condition adjustment process in which the operation condition is adjusted by changing the period of the PWM signal D.

図４は、本実施例に係るインバータ装置のコントローラ８０及びパワーモジュール２０の構成をより詳細に示した図である。図４において、パワーモジュール２０は、半導体素子２１と、異常判別手段７０と、過電流検出手段７１と、温度検出手段７２と、温度情報取得手段７３とを備える。コントローラ８０は、信号読込手段８１と、温度読込手段８２と、異常判定手段８３と、調整判定手段８４とを備える。また、パワーモジュール２０の下方には、半導体素子２１を冷却するための冷却器３０が備えられている。   FIG. 4 is a diagram showing in more detail the configuration of the controller 80 and the power module 20 of the inverter device according to the present embodiment. In FIG. 4, the power module 20 includes a semiconductor element 21, an abnormality determination unit 70, an overcurrent detection unit 71, a temperature detection unit 72, and a temperature information acquisition unit 73. The controller 80 includes a signal reading unit 81, a temperature reading unit 82, an abnormality determination unit 83, and an adjustment determination unit 84. A cooler 30 for cooling the semiconductor element 21 is provided below the power module 20.

過電流検出手段７１及び温度検出手段７２は、半導体素子２１の過電流及び温度を検出できれば、パワーモジュール２０内の種々の位置に設けられてよい。但し、半導体素子２１の過電流及び温度を高精度に検出するために、半導体素子２１の近傍に設けられることが好ましい。例えば、過電流検出手段７１及び温度検出手段７２は、半導体素子２１と同一基板上に形成されてもよい。過電流検出手段７１及び温度検出手段７２は、異常判別手段７０とともに、パワーモジュール２０の異常発生の判別に用いられる。過電流検出手段７１及び温度検出手段７２で検出された信号は、異常判別手段７０で異常が発生しているか否かが判別され、過電流異常又は温度異常が発生していると判別されたときには、異常判別手段７０から異常信号がコントローラ８０に送信される。コントローラ８０においては、信号読込手段８１において異常信号を読み込み、異常判定手段８３でパワーモジュール２０に異常が発生していると判定されたときには、異常警告、異常停止処理等のパワーモジュール２０が破壊に至ることを防止するための処理が行われる。このように、過電流検出手段７１及び温度検出手段７２は、基本的にはパワーモジュール２０の異常判別に用いられる。   The overcurrent detection means 71 and the temperature detection means 72 may be provided at various positions in the power module 20 as long as the overcurrent and temperature of the semiconductor element 21 can be detected. However, in order to detect the overcurrent and temperature of the semiconductor element 21 with high accuracy, it is preferably provided in the vicinity of the semiconductor element 21. For example, the overcurrent detection unit 71 and the temperature detection unit 72 may be formed on the same substrate as the semiconductor element 21. The overcurrent detection means 71 and the temperature detection means 72 are used together with the abnormality determination means 70 to determine the occurrence of an abnormality in the power module 20. The signals detected by the overcurrent detection means 71 and the temperature detection means 72 are used to determine whether an abnormality has occurred in the abnormality determination means 70, and when it is determined that an overcurrent abnormality or temperature abnormality has occurred. An abnormality signal is transmitted from the abnormality determination means 70 to the controller 80. In the controller 80, when the signal reading unit 81 reads an abnormal signal, and the abnormality determining unit 83 determines that an abnormality has occurred in the power module 20, the power module 20 such as an abnormality warning or an abnormal stop process is destroyed. Processing for preventing the occurrence of the failure is performed. As described above, the overcurrent detection means 71 and the temperature detection means 72 are basically used for abnormality determination of the power module 20.

ところで、温度検出手段７２は、温度異常を判別するために、半導体素子２１の温度情報を実際の温度に準じた値で取得している。例えば、温度情報をセンサの電圧信号で取得してもよく、この場合には、温度情報を電圧値として取得する。よって、異常判別手段７０に用いられている温度検出手段８２を、温度情報を検出するアナログセンサとして利用することが可能である。本実施例に係るインバータ装置においては、温度検出手段７２に異常判別手段７０とは別ルートの温度情報取得手段７３を設け、温度異常までに至るまでの温度情報を取得し、かかる温度情報を制御に利用する。これにより、半導体素子２１と同一基板に設けられ、高精度で温度検出が可能な温度検出手段７２を利用して、大きな部品を追加することなく、省スペースで温度情報を取得することができる。なお、温度情報取得手段７３は、例えば、オペアンプ等の増幅器として構成されてよく、温度検出手段７２で検出した温度情報をコントローラ８０で制御に利用できる形のデータとして送信することができれば、種々の手段で実現されてよい。温度情報取得手段７３で取得した温度情報は、コントローラ８０の温度読込手段８２に送信される。   By the way, the temperature detection means 72 acquires the temperature information of the semiconductor element 21 as a value according to the actual temperature in order to determine the temperature abnormality. For example, the temperature information may be acquired by a voltage signal from the sensor. In this case, the temperature information is acquired as a voltage value. Therefore, the temperature detection means 82 used for the abnormality determination means 70 can be used as an analog sensor for detecting temperature information. In the inverter device according to the present embodiment, the temperature detection means 72 is provided with a temperature information acquisition means 73 that is a route different from the abnormality determination means 70, acquires temperature information up to the temperature abnormality, and controls the temperature information. To use. Thereby, temperature information can be acquired in a small space without using a large component by using the temperature detecting means 72 provided on the same substrate as the semiconductor element 21 and capable of detecting the temperature with high accuracy. Note that the temperature information acquisition unit 73 may be configured as an amplifier such as an operational amplifier, for example. If the temperature information detected by the temperature detection unit 72 can be transmitted as data in a form that can be used for control by the controller 80, there are various types. It may be realized by means. The temperature information acquired by the temperature information acquisition unit 73 is transmitted to the temperature reading unit 82 of the controller 80.

なお、過電流検出手段の他に、電圧不足を検出するような他の手段を設けるようにしてもよい。   In addition to the overcurrent detection means, other means for detecting a voltage shortage may be provided.

温度読込手段８２は、温度情報取得手段７３から送信された温度情報を受信し、受信した温度情報から温度を読み込む。読み込んだ温度情報は、コントローラ８０内の調整判定手段８４に送られる。   The temperature reading unit 82 receives the temperature information transmitted from the temperature information acquisition unit 73 and reads the temperature from the received temperature information. The read temperature information is sent to the adjustment determination means 84 in the controller 80.

調整判定手段８４は、温度読込手段８２から供給された温度情報から、キャリア周波数を低減させる運転条件調整処理を行うべきか否かの判定を行う。運転条件調整処理を行うべきか否かの判定は、予め、所定温度の基準値を設定しておき、検出温度が設定した所定温度以上又は所定温度を超えている場合に、キャリア周波数を低下させる運転条件調整処理を行う。   The adjustment determination unit 84 determines whether or not to perform the operation condition adjustment process for reducing the carrier frequency, from the temperature information supplied from the temperature reading unit 82. To determine whether or not to perform the operating condition adjustment process, a reference value of a predetermined temperature is set in advance, and the carrier frequency is lowered when the detected temperature is equal to or higher than the predetermined temperature or exceeds the predetermined temperature. Perform operating condition adjustment processing.

なお、検出温度が高くなったときにキャリア周波数を低下させるのは、キャリア周波数が高いほど、パワーモジュール２０に電流を流したときに発熱が大きくなるからである。特に、低速でモータ１０が回転し、大きなトルクを必要とする動作の場合には、特定の相でパワーモジュール２０の温度が上昇する。よって、この温度に応じてキャリア周波数を変更することにより、特定の相の温度上昇を抑制することができる。そして、温度上昇を抑制することで、パワーモジュール２０が疲労破壊に至る期間を延ばすことができる。   The reason why the carrier frequency is lowered when the detected temperature is increased is that the higher the carrier frequency, the greater the heat generated when a current is passed through the power module 20. In particular, when the motor 10 rotates at a low speed and requires a large torque, the temperature of the power module 20 rises in a specific phase. Therefore, the temperature increase of a specific phase can be suppressed by changing the carrier frequency according to this temperature. And the period until the power module 20 leads to fatigue failure can be extended by suppressing a temperature rise.

よって、所定温度の基準値は、異常判別手段７０で異常と判別される温度よりは低い温度に設定され、異常までには到達しないが、パワーモジュール２０の温度が上昇して要注意状態である場合に、運転条件を調整し、パワーモジュール２０の温度が増加し続けることを防止する。キャリア周波数を低下させてパワーモジュール２０のスイッチング周期を長くすることにより、半導体素子２１の動作負担を低減し、パワーモジュール２０の温度を低下させることができる。なお、調整判定手段８４において、異常温度と判定された場合には、異常判定手段８３と同様に、異常警告や異常停止処理等の異常時の処理を行うようにしてよい。   Therefore, the reference value of the predetermined temperature is set to a temperature lower than the temperature determined to be abnormal by the abnormality determination means 70, and does not reach the abnormality, but the temperature of the power module 20 rises and is in a state of caution. In this case, the operating conditions are adjusted to prevent the temperature of the power module 20 from continuing to increase. By lowering the carrier frequency and lengthening the switching cycle of the power module 20, the operation load on the semiconductor element 21 can be reduced and the temperature of the power module 20 can be lowered. When the adjustment determination unit 84 determines that the temperature is abnormal, similarly to the abnormality determination unit 83, processing at the time of abnormality such as an abnormality warning or an abnormal stop process may be performed.

図５は、本実施例に係るインバータ装置による異常停止処理の一例を示した図である。図５において、検出温度とキャリア周波数の関係が示されている。図５において、温度Ｔ０では、キャリア周波数は通常周波数ｆｎに保たれている。次いで、検出温度がＴ１に到達したときに、キャリア周波数が低キャリア周波数ｆ３に切り替わる。次いで、検出温度がＴ２に到達したときには、キャリア周波数は低キャリア周波数ｆ２に切り替わる。次いで、検出温度が更に上昇し、Ｔ３に達したときには、キャリア周波数はｆ１に切り替わる。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an abnormal stop process by the inverter device according to the present embodiment. FIG. 5 shows the relationship between the detected temperature and the carrier frequency. In FIG. 5, at the temperature T0, the carrier frequency is kept at the normal frequency fn. Next, when the detected temperature reaches T1, the carrier frequency is switched to the low carrier frequency f3. Next, when the detected temperature reaches T2, the carrier frequency is switched to the low carrier frequency f2. Next, when the detected temperature further rises and reaches T3, the carrier frequency is switched to f1.

このように、キャリア周波数の変化は、温度上昇の程度に応じて、複数段階に設定するようにしてよい。温度が上昇するにつれてキャリア周波数を低下させることができ、温度上昇の程度を運転条件調整処理に反映させて適切な制御を行うことができる。   As described above, the change of the carrier frequency may be set in a plurality of stages according to the degree of the temperature rise. The carrier frequency can be lowered as the temperature rises, and appropriate control can be performed by reflecting the degree of temperature rise in the operating condition adjustment process.

また、上述のように検出温度がＴ３に達するまでｆｎ→ｆ３→ｆ２→ｆ１と段階的にキャリア周波数を下げた後、検出温度が異常温度のＴｅに達したら、コントローラ８０で異常と判定し、ＰＷＭ信号を止めるようにする。これにより、パワーモジュール２０を異常停止させてパワーモジュール２０の熱破壊を防ぐことができる。   Further, as described above, after the carrier frequency is lowered stepwise from fn → f3 → f2 → f1 until the detected temperature reaches T3, when the detected temperature reaches Te of the abnormal temperature, the controller 80 determines that it is abnormal, Stop the PWM signal. Thereby, the power module 20 can be abnormally stopped to prevent thermal destruction of the power module 20.

このように、調整判定手段８４による運転条件調整処理は、検出温度の上昇度合いに応じて、異常温度Ｔｅよりも低い温度の範囲内において、複数段階で設定するようにしてもよい。より高精細な制御を行うことができ、パワーモジュール２０の負担を適切に低減させ、長寿命化を図ることができる。   As described above, the operation condition adjustment process by the adjustment determination unit 84 may be set in a plurality of stages within a temperature range lower than the abnormal temperature Te according to the degree of increase in the detected temperature. Higher-definition control can be performed, the burden on the power module 20 can be appropriately reduced, and the life can be extended.

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。   The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.

本発明は、射出成形機、スタッカ等、サーボモータで駆動しており、低速で大トルクを発生させるような運転条件を有する装置を含む種々のモータ駆動型の装置に利用することができる。   The present invention can be applied to various motor-driven devices including a device driven by a servo motor, such as an injection molding machine or a stacker, and having an operation condition that generates a large torque at a low speed.

１０ モータ
２０ パワーモジュール
２１ 半導体素子
３０ 冷却器
４０ 平滑コンデンサ
５０ コンバータ部
６０ 三相交流電源
７０ 異常判別手段
７１ 過電流検出手段
７２ 温度検出手段
７３ 温度上昇取得手段
８０ コントローラ
８１ 信号読込手段
８２ 温度読込手段
８３ 異常判定手段
８４ 調整判定手段
９０ キャリア発生手段
１００ ＰＷＭ信号発生手段 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motor 20 Power module 21 Semiconductor element 30 Cooler 40 Smoothing capacitor 50 Converter part 60 Three-phase alternating current power supply 70 Abnormality determination means 71 Overcurrent detection means 72 Temperature detection means 73 Temperature rise acquisition means 80 Controller 81 Signal reading means 82 Temperature reading means 83 Abnormality determining means 84 Adjustment determining means 90 Carrier generating means 100 PWM signal generating means

Claims (5)

モータを、ＰＷＭ変調方式を用いてパワーモジュールにより駆動するインバータ装置であって、
ＰＷＭ信号を発生させ、該ＰＷＭ信号を前記パワーモジュールに供給して前記パワーモジュールを駆動するＰＷＭ信号発生手段と、
該ＰＷＭ信号発生手段に電圧指令を与える制御手段と、
前記パワーモジュール内に設けられ、少なくとも該半導体素子の温度異常及び過電流異常を含む異常の発生を判別し、該異常の発生を判別したときに、前記制御手段に異常信号を送信する異常判別手段と、
該異常判別手段が前記温度異常の発生の判別のために検出する前記半導体素子の温度情報を、前記制御手段に送信する温度情報取得手段と、を有し、
前記制御手段は、前記温度情報取得手段から受信した温度情報に基づいて、前記ＰＷＭ信号のキャリア周波数を低下させる運転条件調整処理を行うことを特徴とするインバータ装置。 An inverter device for driving a motor by a power module using a PWM modulation method,
PWM signal generating means for generating a PWM signal and supplying the PWM signal to the power module to drive the power module;
Control means for providing a voltage command to the PWM signal generating means;
An abnormality determination unit provided in the power module, for determining occurrence of abnormality including at least temperature abnormality and overcurrent abnormality of the semiconductor element, and transmitting an abnormality signal to the control unit when the occurrence of abnormality is determined When,
Temperature information acquisition means for transmitting, to the control means, temperature information of the semiconductor element detected by the abnormality determination means for determination of occurrence of the temperature abnormality;
The control device performs an operation condition adjustment process for reducing a carrier frequency of the PWM signal based on temperature information received from the temperature information acquisition device. 前記制御手段は、前記温度情報取得手段から受信した前記温度情報が、所定温度以上となっているか否かの判定を行い、前記温度情報が前記所定温度以上のときに、前記運転条件調整処理を行うことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。   The control means determines whether or not the temperature information received from the temperature information acquisition means is equal to or higher than a predetermined temperature. When the temperature information is equal to or higher than the predetermined temperature, the operation condition adjustment process is performed. The inverter device according to claim 1, wherein the inverter device is performed. 前記所定温度は、前記温度異常が発生していると判別される温度未満の範囲で複数設定されており、
前記運転条件調整処理も複数段で設定されていることを特徴とする請求項２に記載のインバータ装置。 A plurality of the predetermined temperatures are set in a range below the temperature at which it is determined that the temperature abnormality has occurred,
The inverter apparatus according to claim 2, wherein the operation condition adjustment processing is also set in a plurality of stages. 前記制御手段は、前記異常判別手段から前記異常信号を受信したときには、前記パワーモジュールの駆動を停止させる異常停止処理を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインバータ装置。   4. The inverter according to claim 1, wherein when the abnormality signal is received from the abnormality determination unit, the control unit performs an abnormality stop process for stopping the driving of the power module. 5. apparatus. 前記半導体素子の温度情報を検出する温度検出手段を有し、
該温度検出手段は、前記半導体素子の近傍に設けられたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のインバータ装置。 Temperature detecting means for detecting temperature information of the semiconductor element;
5. The inverter device according to claim 1, wherein the temperature detection unit is provided in the vicinity of the semiconductor element. 6.
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