JP2020010600A - Power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源から供給される電力を変換して出力する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter that converts power supplied from a power supply and outputs the converted power.
電気自動車、ハイブリッド自動車等の車両は、電力変換を行う電力変換装置を搭載している。例えば、下記の特許文献１には、半導体素子を内蔵した複数の半導体モジュールを備える電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、電源から供給される電力を変換して出力する電力変換回路と、この電力変換回路を制御する制御部と、を備えている。制御部は、温度上昇の最も大きい半導体素子の素子温度を検出し、検出した素子温度に基づいて電力変換回路の過熱保護制御を行うように構成されている。
Vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles are equipped with a power conversion device for performing power conversion. For example,
上記の特許文献１に開示の電力変換装置は、電力変換回路の過熱保護制御について以下のような問題を抱えている。
この電力変換装置は、半導体モジュールや半導体素子の個体差などが原因で、半導体モジュールの動作時に半導体素子ごとに異なる大きさの電流が流れる状態（以下、「電流アンバランス状態」という。）を形成し得る。例えば、上アーム及び下アームのそれぞれにおいて２つの半導体素子が互いに並列接続された相において、２つの半導体素子のそれぞれを大きさの異なる電流が流れる場合に電流アンバランス状態になる。
このような場合、電流が小さい方の半導体素子のみの温度情報を検出してしまうと、流れる電流が大きい方の半導体素子の素子温度が予め設定された管理温度（閾値）を大きく上回ることが想定される。このため、この種の電力変換装置の設計に際しては、電力変換回路の過熱保護制御を行うのに電流アンバランス状態を考慮する必要がある。
The power conversion device disclosed in
This power conversion device forms a state in which a current of a different magnitude flows for each semiconductor element during operation of the semiconductor module (hereinafter, referred to as a “current unbalanced state”) due to individual differences between the semiconductor modules and the semiconductor elements. I can do it. For example, in a phase in which two semiconductor elements are connected in parallel to each other in each of the upper arm and the lower arm, a current imbalance occurs when currents of different magnitudes flow through each of the two semiconductor elements.
In such a case, if temperature information of only the semiconductor element with the smaller current is detected, it is assumed that the element temperature of the semiconductor element with the larger current greatly exceeds the preset management temperature (threshold). Is done. For this reason, when designing this type of power converter, it is necessary to consider the current imbalance state when performing overheat protection control of the power conversion circuit.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、電流アンバランス状態を考慮して電力変換回路の過熱保護制御を行うことができる電力変換装置を提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of such a problem, and has as its object to provide a power conversion device capable of performing overheat protection control of a power conversion circuit in consideration of a current imbalance state.
本発明の一態様は、
電源（３）から供給される電力を変換して出力する電力変換回路（２）と、上記電力変換回路を制御する制御部（８）と、を備えた電力変換装置（１）であって、
上記電力変換回路は、１つの相（４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃ）が、上記電源の高電位側端子（３ａ）に接続された上アーム（２ａ）と上記電源の低電位側端子（３ｂ）に接続された下アーム（２ｂ）とのそれぞれにおいて複数の半導体素子（１１）が互いに並列接続された並列接続相（４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃ）として構成されており、
上記制御部は、上記並列接続相の上記上アーム及び上記下アームのいずれか一方である対象アームの上記複数の半導体素子の全ての素子温度についての温度情報を検出し、互いに並列接続された複数の半導体素子（１１）の間に異なる大きさの電流が流れる電流アンバランス状態を考慮して温度の閾値（Ｔｒ）を設定し、検出した上記温度情報と設定した上記閾値とに基づいて上記電力変換回路の過熱保護制御を行う、電力変換装置（１）にある。
One embodiment of the present invention provides:
A power conversion device (1) including a power conversion circuit (2) that converts and outputs power supplied from a power supply (3), and a control unit (8) that controls the power conversion circuit,
In the power conversion circuit, one phase (4a, 6a, 6b, 6c) includes an upper arm (2a) connected to a high-potential terminal (3a) of the power supply and a low-potential terminal (3b) of the power supply. A plurality of semiconductor elements (11) are connected in parallel with each other with each of the lower arms (2b) connected to the second arm (2b), and are configured as parallel connection phases (4a, 6a, 6b, 6c).
The control unit detects temperature information on all the element temperatures of the plurality of semiconductor elements of the target arm, which is one of the upper arm and the lower arm of the parallel connection phase, and detects a plurality of the plurality of semiconductor elements connected in parallel to each other. A temperature threshold (Tr) is set in consideration of a current imbalance state in which currents of different magnitudes flow between the semiconductor elements (11), and the power is set based on the detected temperature information and the set threshold. A power converter (1) for performing overheat protection control of a conversion circuit.
上記電力変換装置によれば、過熱保護制御に際して対象アームについては複数の半導体素子の全ての素子温度に関する温度情報が検出される。そして、この温度情報に基づいて過熱保護制御が行われる。このため、これら複数の半導体素子の間で電流アンバランス状態が生じても各半導体素子の素子温度が上昇し過ぎるのを防ぐことができる。要するに、電流アンバランス状態を考慮した過熱保護制御が可能になる。
また、上アーム及び下アームのうち対象アームのみの半導体素子を温度検出対象とするため、両アームの半導体素子を温度検出対象とする場合に比べて、温度検出対象の数が少なくて済む。このため、制御部の処理負荷を下げることができ効率的である。
According to the power conversion device, temperature information on all element temperatures of the plurality of semiconductor elements is detected for the target arm during the overheat protection control. Then, overheat protection control is performed based on this temperature information. For this reason, even if a current imbalance state occurs between the plurality of semiconductor elements, it is possible to prevent the element temperature of each semiconductor element from excessively increasing. In short, the overheat protection control in consideration of the current imbalance state becomes possible.
Further, since the semiconductor element of only the target arm among the upper arm and the lower arm is set as the temperature detection target, the number of temperature detection targets can be reduced as compared with the case where the semiconductor elements of both arms are set as the temperature detection target. For this reason, the processing load on the control unit can be reduced, which is efficient.
以上のごとく、上記態様によれば、電力変換装置において、電流アンバランス状態を考慮して電力変換回路の過熱保護制御を行うことができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As described above, according to the above aspect, in the power conversion device, overheat protection control of the power conversion circuit can be performed in consideration of the current imbalance state.
The reference numerals in the parentheses described in the claims and the means for solving the problems indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described below, and limit the technical scope of the present invention. Not something.
以下、電力変換装置に係る実施形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of a power converter will be described with reference to the drawings.
なお、本明細書の図面では、特に断わらない限り、半導体積層ユニットにおける半導体モジュールと冷却管との積層方向である第１方向を矢印Ｘで示し、半導体積層ユニットにおける半導体モジュールの幅方向及び冷却管の長手方向である第２方向を矢印Ｙで示すものとする。 In the drawings of the present specification, unless otherwise specified, the first direction which is the laminating direction of the semiconductor module and the cooling pipe in the semiconductor laminated unit is indicated by an arrow X, and the width direction of the semiconductor module and the cooling pipe in the semiconductor laminated unit. The second direction, which is the longitudinal direction, is indicated by an arrow Y.
本実施形態の電力変換装置１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に搭載され、直流の電源電力を駆動用モータの駆動に必要な交流電力に変換するインバータとして用いられる。
The
図１に示されるように、電力変換装置１は、半導体積層ユニット４０を備えている。この半導体積層ユニット４０は、それぞれが半導体素子１１を内蔵した複数の半導体モジュール１０と、複数の半導体モジュール１０を冷却する冷却器３０と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
冷却器３０は、流入管３１、複数の冷却管３２、及び流出管３３を備えている。図１では、冷却管３２の数が１５である。この冷却器３０において、流入管３１を通じて流入した冷媒は、複数の冷却管３２のそれぞれを上流側端部３２ａから下流側端部３２ｂに向けて流れた後、流出管３３を通じて流出する。即ち、複数の冷却管３２を冷媒が並列的に流れる。冷媒として、例えば、水やアンモニア等の自然冷媒、エチレングリコール系の不凍液を混入した水、フロリナート（登録商標）等のフッ化炭素系冷媒、ＨＣＦＣ１２３、ＨＦＣ１３４ａ等のフロン系冷媒、メタノール、アルコール等のアルコール系冷媒、アセトン等のケトン系冷媒等を用いることができる。
The
半導体積層ユニット４０において、冷却器３０の複数の冷却管３２と複数の半導体モジュール１０とが第１方向Ｘに交互に積層配置されている。複数の冷却管３２は、第２方向Ｙを長手方向として互いに隙間３４を隔てて第１方向Ｘに平行配置されている。そして、互いに隣接する２つの冷却管３２，３２の間の隙間３４に半導体モジュール１０が介装されている。
In the
半導体モジュール１０は、隙間３４に介装された状態で２つの冷却管３２，３２によって第１方向Ｘの両側面から挟持される。このとき、２つの冷却管３２，３２を流れる冷媒によって半導体モジュール１０が第１方向Ｘの両側面から冷却される。すなわち、半導体モジュール１０は、該半導体モジュール１０で生じた熱が２つの冷却管３２，３２のそれぞれを流れる冷媒側へと移動することによって冷却される。このような冷却器３０は、「積層型冷却器」とも称呼され、冷却に有効な表面積を増やすのに有効である。
The
図２に示されるように、半導体モジュール１０において、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子（「スイッチング素子」ともいう。）１１の２つが直列接続されている。各半導体素子１１のコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオード１２が接続されている。
As shown in FIG. 2, in the
また、この半導体モジュール１０は、各半導体素子１１の素子温度に関する温度情報を検出する検出素子としての感温ダイオード１３を備えている。この半導体モジュール１０は、半導体素子１１のスイッチング動作を制御する制御部（図３中の制御部８）に電気的に接続されている。このため、感温ダイオード１３によって検出された温度情報が制御部８に伝送される。ここでいう「温度情報」には、半導体素子１１の素子温度を導出することが可能な各種の情報が包含される。
Further, the
図３に示されるように、電力変換装置１のインバータ回路としての電力変換回路２は、図２中の半導体モジュール１０を複数組み合わせることによって構成されている（本実施形態では半導体モジュール１０の数が１４である。）。また、この電力変換回路２には、電源３、コンデンサ１４，１６、リアクトル１５が含まれている。制御部８は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって構成されている。
As shown in FIG. 3, the
電力変換回路２において、上アーム２ａは、各半導体モジュール１０において電源３の高電位側配線３ａに接続された部位である。下アーム２ｂは、各半導体モジュール１０において電源３の低電位側配線３ｂに接続された部位である。この電力変換回路２は、冷却器３０の冷却管３２に接合されている。
In the
電源３は、例えばニッケル水素電池やリチウムイオン電池などの二次電池セルが複数直列に接続されてなる高電圧の直流のバッテリとして構成される。なお、この電源３を、二次電池以外に、キャパシタ、コンデンサ、或いは燃料電池などで構成することもできる。 The power supply 3 is configured as a high-voltage DC battery in which a plurality of secondary battery cells such as a nickel-metal hydride battery and a lithium-ion battery are connected in series. The power supply 3 may be constituted by a capacitor, a capacitor, a fuel cell, or the like, in addition to the secondary battery.
電源３の電圧は、２つの半導体モジュール１０のそれぞれの回路、コンデンサ１４及びリアクトル１５を含む昇圧回路によって昇圧される。このとき、コンデンサ１４は、電源電流に含まれるリプル電流を吸収して、電源電圧を安定化させる機能を果たす。リアクトル１５は、電気エネルギーを磁気エネルギーに変換するインダクタ（受動素子であるコイル）によって構成されている。コンデンサ１６は、昇圧回路から出力された電圧を平滑化する機能を果たす。
The voltage of the power supply 3 is boosted by the booster circuit including the respective circuits of the two
複数の半導体モジュール１０は、昇圧用モジュール４、モータ用モジュール５，６，７に分類される。
The plurality of
昇圧用モジュール４は、電源３の電圧の昇圧のためのものであり、図１中の左から第１列目及び第２列目の２つの半導体モジュール１０によって構成されている。これら２つの半導体モジュール１０の回路によって１つの相４ａが形成されている。この相４ａは、上アーム２ａの２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続され、且つ下アーム２ｂの２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続された並列接続相である。即ち、この昇圧用モジュール４において、１つの相４ａが、上アーム２ａと下アーム２ｂとのそれぞれにおいて２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続された並列接続相として構成されている。
The boosting module 4 is for boosting the voltage of the power supply 3 and is composed of two
モータ用モジュール５は、三相交流モータ５１のためのものであり、図１中の左から第３列目から第５列目までの３つの半導体モジュール１０によって構成されている。これら３つの半導体モジュール１０の回路によって３つの相５ａ，５ｂ，５ｃが形成されている。第一相５ａは、三相交流モータ５１のＶ相である。第二相５ｂは、三相交流モータ５１のＵ相である。第三相５ｃは、三相交流モータ５１のＷ相である。
The
モータ用モジュール６は、三相交流モータ５２のためのものであり、図１中の左から第６列目から第１１列目までの６つの半導体モジュール１０によって構成されている。これら６つの半導体モジュール１０の回路によって３つの相６ａ，６ｂ，６ｃが形成されている。第一相６ａは、三相交流モータ５２のＶ相である。第二相６ｂは、三相交流モータ５２のＵ相である。第三相６ｃは、三相交流モータ５２のＷ相である。
The
モータ用モジュール７は、三相交流モータ５３のためのものであり、図１中の左から第１２列目から第１４列目までの３つの半導体モジュール１０によって構成されている。これら３つの半導体モジュール１０の回路によって３つの相７ａ，７ｂ，７ｃが形成されている。第一相７ａは、三相交流モータ５３のＶ相である。第二相７ｂは、三相交流モータ５３のＵ相である。第三相７ｃは、三相交流モータ５３のＷ相である。
The
図４に示されるように、上記のモータ用モジュール６において、１つの第一相６ａが、上アーム２ａと下アーム２ｂとのそれぞれにおいて２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続された並列接続相として構成されている。また、１つの第二相６ｂが、上アーム２ａと下アーム２ｂとのそれぞれにおいて２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続された並列接続相として構成されている。更に、１つの第三相６ｃが、上アーム２ａと下アーム２ｂとのそれぞれにおいて２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続された並列接続相として構成されている。
As shown in FIG. 4, in the above-described
上記の電力変換回路２において、各半導体モジュール１０の半導体素子１１のスイッチング動作によって該半導体素子１１に電流が流れる。このとき、半導体素子１１の発熱によってその素子温度が上昇する。この素子温度の上昇を抑制するために、電力変換回路２を冷却する上記の冷却器３０が設けられているが、この冷却器３０による冷却効果のみでは半導体素子１１の素子温度が上昇し過ぎる場合がある。
In the
このため、制御部８は、半導体素子１１の素子温度に応じて電力変換回路２の過熱保護制御を行うように構成されている。この過熱保護制御は、半導体素子１１の過熱を抑制するための制御である。
For this reason, the
また、電力変換回路２は、上アーム２ａ及び下アーム２ｂのそれぞれにおいて２つの半導体素子１１，１１が互いに並列接続された並列接続相（以下、単に「相」という。）４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃを有する。これらの相４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃにおいて、２つの半導体素子１１，１１のそれぞれを大きさの異なる電流が流れる場合に電流アンバランス状態になる。ここで、「電流アンバランス状態」とは、半導体モジュール１０や半導体素子１１の個体差などが原因で、半導体モジュール１０のスイッチング動作時に半導体素子１１ごとに異なる大きさの電流が流れる状態をいう。このような場合、電流が小さい方の半導体素子１１のみの温度情報を検出してしまうと、流れる電流が大きい方の半導体素子１１の素子温度が予め設定された管理温度（閾値）を大きく上回ることが想定される。このため、電流アンバランス状態を考慮する必要がある。
The
そこで、本実施形態では、上記の過熱保護制御に際して、三相交流モータ５２のモータ用モジュール６の３つの相６ａ，６ｂ，６ｃに着目し、これら３つの相６ａ，６ｂ，６ｃのうちの１つにおいて、上アーム２ａ及び下アーム２ｂのいずれか一方の対象アームの２つの半導体素子１１，１１の全ての素子温度に関する温度情報を制御部８によって検出するようにしている。
Therefore, in the present embodiment, at the time of the above-mentioned overheat protection control, attention is paid to three
そして、制御部８は、検出した温度情報に基づいて、２つの半導体素子１１，１１の素子温度の最高値が予め設定された予め設定された管理温度（以下、「閾値」という。）に達したと判定したときに、電力変換回路２の出力を下げる負荷調整処理を行う。この負荷調整処理として、２つの半導体素子１１，１１に対応している半導体モジュール１０の出力を下げる処理（第１の処理）、全ての半導体モジュール１０をスイッチオフにする処理（第２の処理）、電源３から供給される電力を下げる処理（第３の処理）、電源３から供給される電力を停止させる（第４の処理）などを用いることができる。
Then, based on the detected temperature information, the
以下、電力変換回路２の過熱保護制御に上記の第１の処理を用いた場合について、具体的に説明する。
Hereinafter, a case where the above-described first processing is used for the overheat protection control of the
図５に示されるように、この過熱保護制御では、制御部８によってステップＳ１〜ステップＳ３までの処理が順次実行される。これらのステップに必要に応じて別のステップが追加されてもよい。
As shown in FIG. 5, in the overheat protection control, the
第１ステップＳ１は、予め選択した２つの半導体素子１１，１１のそれぞれの感温ダイオード１３によって検出される温度情報に基づいて、これら２つの半導体素子１１，１１のそれぞれの素子温度の検出を行うステップである。この第１ステップＳ１によれば、電力変換装置１の使用時において、２つの半導体素子１１，１１のそれぞれの素子温度が継続的に検出される。
In a first step S1, based on temperature information detected by the respective temperature-
第２ステップＳ２は、第１ステップＳ１で検出した素子温度の最大値Ｔｍａｘを閾値Ｔｒと比較して、最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒに達したか否かを判定するステップである。この場合、２つの半導体素子１１，１１の一方の素子温度と他方の素子温度とを比較して、高い方を素子温度の最大値Ｔｍａｘとする。この第２ステップＳ２によれば、素子温度の最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒに達した場合（第２ステップＳ２の「Ｙｅｓ」の場合）に第３ステップＳ３にすすむ。素子温度の最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒに達していない場合（第２ステップＳ２の「Ｎｏ」の場合）、第１ステップＳ１に戻り、素子温度の最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒに達したと判定するまで、第１ステップＳ１から第２ステップＳ２までの処理を繰り返す。
The second step S2 is a step of comparing the maximum value Tmax of the element temperature detected in the first step S1 with a threshold value Tr to determine whether the maximum value Tmax has reached the threshold value Tr. In this case, one element temperature of the two
第３ステップＳ３は、電力変換回路２の負荷調整処理を行うステップである。この第３ステップＳ３によれば、２つの半導体素子１１，１１に対応している半導体モジュール１０の負荷を下げる負荷調整処理が行われる。
The third step S3 is a step of performing a load adjustment process of the
この負荷調整処理において、例えば図６に示される相関が使用される。この相関は、２つの半導体素子１１，１１の素子温度の最大値Ｔｍａｘ[℃]と、対応している半導体モジュール１０の出力である負荷Ｐ[％]との関係を示すものであり、制御部８に予め記憶されている。この相関によれば、素子温度の最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒに達するまでは負荷Ｐを最大（１００％）に維持する。そして、素子温度の最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒに達した場合、その最大値Ｔｍａｘの値に応じて負荷Ｐを調整する。素子温度の最大値Ｔｍａｘが例えばＴａであるとき、負荷ＰがＰａに調整される。例えば、温度検出対象として第二相（Ｕ相）２３の下アーム２ｂの２つの半導体素子１１，１１が選択されている場合、モータ用モジュール６を構成する半導体モジュール１０の負荷が調整される。
なお、図６に示される相関図は一例であり、必要に応じて適宜に変更が可能である。
In the load adjustment processing, for example, the correlation shown in FIG. 6 is used. This correlation shows the relationship between the maximum value Tmax [° C.] of the element temperatures of the two
The correlation diagram shown in FIG. 6 is an example, and can be appropriately changed as needed.
上記の過熱保護制御においては、予め設定された周期で半導体素子１１の素子温度を検出し、その都度、負荷調整処理が必要か否かを判定する。検出した素子温度の最大値Ｔｍａｘが閾値Ｔｒ以下になった時点で、若しくは閾値Ｔｒを下回った時点で負荷調整処理が必要でないと判定して、過熱保護制御を終了する。
In the overheat protection control described above, the device temperature of the
次に、上記の第１ステップＳ１を実行するに際し、三相交流モータ５２の３つの相６ａ，６ｂ，６ｃに属する複数の半導体素子１１の中から温度検出対象を選択するロジックについて説明する。
Next, a description will be given of a logic for selecting a temperature detection target from the plurality of
図７及び図８に示されるように、３つの相６ａ，６ｂ，６ｃについて、冷却器３０の流入管３１から流入した冷媒は、上アーム２ａ側（一方のアーム側）を相６ａから相６ｃに向けて流れる。この冷媒は、３つの相６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれに対応した冷却管３２を上アーム２ａ側から下アーム２ｂ側（他方のアーム側）へと流れる。その後、下アーム２ｂ側を相６ｃから相６ａに向けて流れた冷媒は流出管３３から流出する。
As shown in FIGS. 7 and 8, for the three
上記のような冷媒の流れに基づいた場合、３つの相６ａ，６ｂ，６ｃの中で相６ｃは、冷却器３０において冷却性能が最も低い位置にある相である。また、相６ｃの上アーム２ａと下アーム２ｂの中で下アーム２ｂは、最も下流側に位置するアームである。即ち、相６ｃの両側の冷却管３２，３２のそれぞれは、上アーム２ａ側から下アーム２ｂ側へと冷媒が流れるように構成されている。
Based on the flow of the refrigerant as described above, the
従って、相６ｃの下アーム２ｂ及び２つの半導体素子１１，１１は、冷却器３０において冷却性能が最も低い位置、具体的には冷却器３０の冷却管３２のうち流入管３１から最も離れた位置に設けられている。このため、２つの半導体素子１１，１１は、他の半導体素子１１よりも冷却され難く素子温度が上昇し易い条件下にあり、使用時の素子温度が最も高いと予測される半導体素子である。
Therefore, the
そこで、上記の冷却器３０による冷却性能に基づいた場合、３つの相６ａ，６ｂ，６ｃの各アームのうちＷ相である相６ｃの下アーム２ｂを対象アームとし、この下アーム２ｂに属する２つの半導体素子１１，１１（図８中の斜線で示される２つの半導体素子１１ａ，１１ａ）を温度検出対象として選択するのが好ましい。この場合、対象アームである下アーム２ｂは、使用時の素子温度が最も高い２つの半導体素子１１ａ，１１ａを備える。
Therefore, based on the cooling performance of the cooler 30, the
なお、冷却器３０において冷却性能が最も低い位置は、冷却器３０の具体的な構造などに応じて変わる。このため、冷却管３２のうち流入管３１から最も離れた位置以外の位置であっても冷却性能が最も低い位置に成り得る。
The position where the cooling performance is lowest in the cooler 30 changes depending on the specific structure of the cooler 30 and the like. Therefore, even in a position other than the position of the cooling
また、半導体素子１１の使用時の素子温度は、冷却器３０による冷却性能のみならず、他の要因によっても変わる。このため、冷却器３０による冷却性能に代えて或いは加えて、別の要因に基づいて温度検出対象となる半導体素子１１を選択することもできる。
In addition, the element temperature at the time of using the
図９に示されるように、三相交流モータ５２の３つの相６ａ，６ｂ，６ｃの中で相６ｃは、蓄電部品であるコンデンサ１６から最も離れている。従って、単位配線長さあたりのインダクタンスＬを考慮した場合、相６ｃは、コンデンサ１６からのインダクタンスが最も大きく半導体素子１１の損失が最も大きい相である。つまり、相６ｃに属する半導体素子１１は、他の２つの相６ａ，６ｂに属する半導体素子１１よりも素子温度が上昇し易い条件下にあり、使用時の素子温度が最も高いと予測される半導体素子である。
As shown in FIG. 9, of the three
そこで、コンデンサ１６からのインダクタンスに基づいた場合、３つの相６ａ，６ｂ，６ｃのうちＷ相である相６ｃの上アーム２ａ或いは下アーム２ｂを対象アームとし、この対象アームに属する２つの半導体素子１１，１１（図９中の２つの半導体素子１１ａ，１１ａ）を温度検出対象として選択するのが好ましい。この場合、対象アームは、コンデンサ１６からのインダクタンスが最も大きい位置に設けられており、使用時の素子温度が最も高い２つの半導体素子１１ａ，１１ａを備える。
Therefore, based on the inductance from the
なお、蓄電部品からのインダクタンスを考慮する場合、蓄電部品としてコンデンサ以外の部品、例えば電池やキャパシタなどを用いることもできる。 When the inductance from the power storage component is considered, a component other than the capacitor, such as a battery or a capacitor, can be used as the power storage component.
次に、上記の電力変換装置１の作用効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
電力変換装置１によれば、過熱保護制御に際して対象アームの２つの半導体素子１１，１１の全ての素子温度に関する温度情報が検出される。そして、この温度情報に基づいて過熱保護制御が行われる。このため、これら２つの半導体素子１１，１１の間で電流アンバランス状態が生じても各半導体素子１１の素子温度が上昇し過ぎるのを防ぐことができる。要するに、電流アンバランス状態が生じた場合でも温度の高い半導体素子の過熱保護制御を行うことができる。
According to the
電力変換装置１によれば、上アーム２ａ及び下アーム２ｂのうち対象アームのみの半導体素子１１を温度検出対象とするため、両アーム２ａ，２ｂの半導体素子１１を温度検出対象とする場合に比べて、温度検出対象の数が少なくて済む。このため、制御部８の処理負荷を下げることができ効率的である。
According to the
電力変換装置１によれば、三相交流モータ５２のモータ用モジュール６について半導体素子１１の過熱保護制御を行うことができる。
According to the
電力変換装置１によれば、冷却器３０の冷却性能やコンデンサ１６からのインダクタンスに基づいて温度検出対象となる半導体素子１１を選択することによって、使用時の素子温度が最も高い半導体素子１１の温度情報を用いた過熱保護制御を行うことができる。
According to the
本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。 The present invention is not limited to only the above-described exemplary embodiments, and various applications and modifications can be considered without departing from the purpose of the present invention. For example, each of the following embodiments to which the above embodiment is applied can be implemented.
上記の実施形態では、相４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃのそれぞれの上アーム２ａ及び下アーム２ｂにおいて互いに並列接続される半導体素子１１の数が２つである場合について例示したが、この数は３つ以上であってもよい。
In the above embodiment, the case where the number of the
上記の実施形態では、三相交流モータ５１，５２，５３を使用する場合について例示したが、これらの三相交流モータに代えて単相交流モータを使用することもできる。この場合、単相交流モータのための相の数が２つになる。
In the above embodiment, the case where the three-
上記の実施形態では、三相交流モータ５２の相６ｃに属する半導体素子１１を温度検出対象とする場合について例示したが、この相６ｃに代えて或いは加えて、三相交流モータ５２の別の相６ａ，６ｂの少なくとも一方に属する半導体素子１１や、電源３の電圧を昇圧するための相４ａに属する半導体素子１１を温度検出対象とすることもできる。
In the above embodiment, the case where the
上記の実施形態では、半導体素子１１の素子温度に関与する条件として、冷却器３０の冷却性能や蓄電部品からのインダクタンスについて例示したが、これらに代えて、半導体素子１１の素子温度に関与するその他の条件を採用することもできる。
In the above-described embodiment, the cooling performance of the cooler 30 and the inductance from the power storage component have been exemplified as the conditions relating to the element temperature of the
上記の実施形態では、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置における過熱保護制御について例示したが、この過熱保護制御を、交流電力を交流電力に変換する電力変換装置に適用することもできる。 In the above embodiment, the overheat protection control in the power converter that converts DC power into AC power has been described as an example. However, the overheat protection control can be applied to a power converter that converts AC power into AC power.
上記の実施形態では、半導体モジュール１０を冷却する冷却器３０として冷媒を使用した積層型冷却器を用いる場合について例示したが、この積層型冷却器に代えて別の形式の冷却器を用いることもできる。
In the above-described embodiment, the case where a stacked cooler using a refrigerant is used as the cooler 30 for cooling the
１ 電力変換装置
２ 電力変換回路
２ａ 上アーム
２ｂ 下アーム
３ 電源
３ａ 高電位側配線
３ｂ 低電位側配線
４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃ 相（並列接続相）
８ 制御部
１１，１１ａ 半導体素子
１６ コンデンサ（蓄電部品）
３０ 冷却器
３１ 流入管
３２ 冷却管
５２ 三相交流モータ
Ｔｍａｘ 最大値
Ｔｒ 閾値
DESCRIPTION OF
8
Claims (8)
上記電力変換回路は、１つの相（４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃ）が、上記電源の高電位側端子（３ａ）に接続された上アーム（２ａ）と上記電源の低電位側端子（３ｂ）に接続された下アーム（２ｂ）とのそれぞれにおいて複数の半導体素子（１１）が互いに並列接続された並列接続相（４ａ，６ａ，６ｂ，６ｃ）として構成されており、
上記制御部は、上記並列接続相の上記上アーム及び上記下アームのいずれか一方である対象アームの上記複数の半導体素子の全ての素子温度についての温度情報を検出し、互いに並列接続された複数の半導体素子（１１）の間に異なる大きさの電流が流れる電流アンバランス状態を考慮して温度の閾値（Ｔｒ）を設定し、検出した上記温度情報と設定した上記閾値とに基づいて上記電力変換回路の過熱保護制御を行う、電力変換装置（１）。 A power conversion device (1) including a power conversion circuit (2) that converts and outputs power supplied from a power supply (3), and a control unit (8) that controls the power conversion circuit,
In the power conversion circuit, one phase (4a, 6a, 6b, 6c) includes an upper arm (2a) connected to a high-potential terminal (3a) of the power supply and a low-potential terminal (3b) of the power supply. A plurality of semiconductor elements (11) are connected in parallel with each other with each of the lower arms (2b) connected to the second arm (2b), and are configured as parallel connection phases (4a, 6a, 6b, 6c).
The control unit detects temperature information on all the element temperatures of the plurality of semiconductor elements of the target arm, which is one of the upper arm and the lower arm of the parallel connection phase, and detects a plurality of the plurality of semiconductor elements connected in parallel to each other. A temperature threshold (Tr) is set in consideration of a current imbalance state in which currents of different magnitudes flow between the semiconductor elements (11), and the power is set based on the detected temperature information and the set threshold. A power conversion device (1) for performing overheat protection control of a conversion circuit.
上記対象アームは、上記冷却器において冷却性能が最も低い位置に設けられている、請求項３に記載の電力変換装置。 A cooler (30) for cooling the power conversion circuit;
The power converter according to claim 3, wherein the target arm is provided at a position where cooling performance is lowest in the cooler.
上記対象アームは、上記冷却器の上記冷却管のうち上記流入管から最も離れた位置に設けられている、請求項４に記載の電力変換装置。 The power conversion circuit is joined to a cooling pipe (32) through which a refrigerant flowing from an inflow pipe (31) of the cooler flows,
The power converter according to claim 4, wherein the target arm is provided at a position farthest from the inflow pipe among the cooling pipes of the cooler.
上記対象アームは、上記蓄電部品からのインダクタンスが最も大きい位置に設けられている、請求項３に記載の電力変換装置。 The power conversion circuit has a power storage component (16),
The power converter according to claim 3, wherein the target arm is provided at a position where the inductance from the power storage component is largest.
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