JP5482694B2

JP5482694B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP5482694B2
Application number: JP2011049871A
Authority: JP
Inventors: 智之村穗; 恒男前原; 義行濱中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-03-08
Filing date: 2011-03-08
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2031-03-08
Also published as: JP2012186968A

Description

本発明は、複数のスイッチング素子と、スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子とを備えた電力変換装置に関する。

従来、複数のスイッチング素子と、スイッチング素子の温度を検出する温度検出素子とを備えた電力変換装置として、例えば特許文献１に開示されている半導体モジュールがある。

この半導体モジュールは、複数のＩＧＢＴ素子と、温度検出用ダイオードと、温度推定手段とを備えている。温度検出用ダイオードは、選択した１つのＩＧＢＴ素子の温度を検出する。温度推定手段は、予め設定されている、温度を検出しているＩＧＢＴ素子と温度を検出していない特定のＩＧＢＴ素子の温度に関する相関データと、検出したＩＧＢＴ素子の温度に基づいて、温度を検出していない特定のＩＧＢＴ素子の温度を推定する。

特許第４０３２７４６号公報

ところで、ＩＧＢＴ素子には特性にばらつきがあり、それに伴って温度もばらつく。そのため、ＩＧＢＴ素子の温度を精度よく推定するために、特性に応じて相関データを設定しなければならない。しかし、相関データは、固定されている。そのため、ＩＧＢＴ素子の温度を精度よく推定することができないという問題があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

そこで、本発明者らは、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、記憶部に記憶されている複数のスイッチング素子のそれぞれの特性情報に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することで、スイッチング素子の特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定できることを見出し、本発明を完成するに至った。

請求項１に記載の電力変換装置は、複数のスイッチング素子と、１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、を備えた電力変換装置において、温度推定回路は、スイッチング素子のそれぞれのオン抵抗を記憶する記憶部を有し、記憶部に記憶されているオン抵抗に基づいて、温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子のオン抵抗の差を求め、温度検出素子の検出結果と求めたオン抵抗の差に基づいて温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子がオンした後の定常状態におけるスイッチング素子の温度は、スイッチング素子のオン抵抗によって変化する。スイッチング素子のオン抵抗が小さいと、定常状態における損失が小さくなり、それに伴ってスイッチング素子の温度上昇も小さくなる。一方、スイッチング素子のオン抵抗が大きいと、定常状態における損失が大きくなり、それに伴ってスイッチング素子の温度上昇も大きくなる。そのため、温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子のオン抵抗の差に基づいて温度を推定することで、スイッチング素子の特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

請求項２に記載の電力変換装置は、温度推定回路は、求めたオン抵抗の差からそれに伴う温度差を求め、温度検出素子の検出結果と求めた温度差に基づいて温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、温度を検出していないスイッチング素子の温度を確実に推定することができる。

請求項３に記載の電力変換装置は、記憶部には、オン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶され、温度推定回路は、記憶部に記憶されているオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、求めたオン抵抗の差からそれに伴う温度差を求めることを特徴とする。この構成によれば、オン抵抗の差に伴う温度差を確実に求めることができる。

請求項４に記載の電力変換装置は、複数のスイッチング素子と、１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、を備えた電力変換装置において、温度推定回路は、スイッチング素子のそれぞれの制御端子の入力容量を記憶する記憶部を有し、記憶部に記憶されている制御端子の入力容量に基づいて、温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子の制御端子の入力容量の差を求め、温度検出素子の検出結果と求めた制御端子の入力容量の差に基づいて温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子がオフからオンする際の過渡状態におけるスイッチング素子の温度は、スイッチング素子のスイッチング速度によって変化する。スイッチング速度が速いと、過渡状態における損失が小さくなり、それに伴ってスイッチング素子の温度上昇も小さくなる。一方、スイッチング速度が遅いと、過渡状態における損失が大きくなり、それに伴ってスイッチング素子の温度上昇も大きくなる。ところで、スイッチング素子の制御端子の入力容量が小さいと、その充電時間が短くなり、スイッチング速度が速くなる。一方、スイッチング素子の制御端子の入力容量が大きいと、その充電時間が長くなり、スイッチング速度が遅くなる。そのため、温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子の制御端子の入力容量の差に基づいて温度を推定することで、スイッチング素子の特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

請求項５に記載の電力変換装置は、温度推定回路は、求めた制御端子の入力容量の差からそれに伴う温度差を求め、温度検出素子の検出結果と求めた温度差に基づいて温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、温度を検出していないスイッチング素子の温度を確実に推定することができる。

請求項６に記載の電力変換装置は、記憶部には、制御端子の入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶され、温度推定回路は、記憶部に記憶されている制御端子の入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、求めた制御端子の入力容量の差からそれに伴う温度差を求めることを特徴とする。この構成によれば、制御端子の入力容量の差に伴う温度差を確実に求めることができる。

請求項７に記載の電力変換装置は、複数のスイッチング素子と、１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、を備えた電力変換装置において、温度推定回路は、スイッチング素子のそれぞれの端子間の蓄積可能電荷量を記憶する記憶部を有し、記憶部に記憶されている温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子の端子間の蓄積可能電荷量の差を求め、温度検出素子の検出結果と求めた端子間の蓄積可能電荷量の差に基づいて温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子がオフからオンする際の過渡状態におけるスイッチング素子の温度は、スイッチング素子のスイッチング速度によって変化する。スイッチング速度が速いと、過渡状態における損失が小さくなり、それに伴ってスイッチング素子の温度上昇も小さくなる。一方、スイッチング速度が遅いと、過渡状態における損失が大きくなり、それに伴ってスイッチング素子の温度上昇も大きくなる。ところで、スイッチング素子の端子間の蓄積可能電荷量が小さいと、電荷の蓄積時間が短くなり、スイッチング速度が速くなる。一方、スイッチング素子の端子間の蓄積可能電荷量が大きいと、電荷の蓄積時間が長くなり、スイッチング速度が遅くなる。そのため、温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子の端子間の蓄積可能電荷量の差に基づいて温度を推定することで、スイッチング素子の特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

請求項８に記載の電力変換装置は、温度推定回路は、求めた端子間の蓄積可能電荷量の差からそれに伴う温度差を求め、温度検出素子の検出結果と求めた温度差に基づいて温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、温度を検出していないスイッチング素子の温度を確実に推定することができる。

請求項９に記載の電力変換装置は、記憶部には、端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶され、温度推定回路は、記憶部に記憶されている端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、求めた端子間の蓄積可能電荷量の差からそれに伴う温度差を求めることを特徴とする。この構成によれば、端子間の蓄積可能電荷量の差に伴う温度差を確実に求めることができる。

請求項１０に記載の電力変換装置は、複数のスイッチング素子と、１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、を備えた電力変換装置において、温度推定回路は、温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子の損失の差を記憶する記憶部を有し、温度検出素子の検出結果と、記憶部に記憶されている温度を検出しているスイッチング素子と温度を検出していないスイッチング素子の損失の差に基づいて温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする。この構成によれば、スイッチング素子の特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。図１における制御装置の回路図である。第１実施形態における温度推定動作を説明するためのグラフである。第２実施形態における温度推定動作を説明するためのグラフである。第３実施形態における温度推定動作を説明するためのグラフである。

次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る電力変換装置を、車両に搭載され、車両駆動用モータを制御するモータ制御装置に適用した例を示す。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して第１実施形態のモータ制御装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態におけるモータ制御装置の回路図である。

図１に示すモータ制御装置１（電力変換装置）は、車体から絶縁された高電圧バッテリＢ１の出力する直流高電圧（例えば２８８Ｖ）を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給し、車両駆動用モータＭ１を制御する装置である。モータ制御装置１は、平滑コンデンサ１０と、インバータ装置１１と、制御装置１２とを備えている。

平滑コンデンサ１０は、高電圧バッテリＢ１の直流高電圧を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ１０の一端は、高電圧バッテリＢ１の正極端子に接続されている。また、他端は、高電圧バッテリＢ１の負極端子に接続されている。さらに、高電圧バッテリＢ１の負極端子は、車体から絶縁された高電圧バッテリ用のグランドに接続されている。

インバータ装置１１は、平滑コンデンサ１０によって平滑化された直流電圧を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給する装置である。インバータ装置１１は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆ（スイッチング素子）と、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆと、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃ（温度検出素子）とを備えている。

ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆは、ゲート（制御端子）の電圧を制御することで駆動され、オン、オフすることで平滑コンデンサ１０に平滑化された直流電圧を３相交流電圧に変換するためのスイッチング素子である。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆは、コレクタ電流に比例し、コレクタ電流より小さい電流が流れる電流センス端子を備えている。ＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆはそれぞれ直列接続されている。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのエミッタが、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのコレクタにそれぞれ接続されている。直列接続された３組のＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆは並列接続されている。ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｃのコレクタは平滑コンデンサ１０の一端に、ＩＧＢＴ１１０ｄ〜１１０ｆのエミッタは平滑コンデンサ１０の他端にそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのゲートとエミッタは制御装置１２にそれぞれ接続されている。さらに、直列接続されたＩＧＢＴ１１０ａ、１１０ｄ、ＩＧＢＴ１１０ｂ、１１０ｅ及びＩＧＢＴ１１０ｃ、１１０ｆの直列接続点は、車両駆動用モータＭ１にそれぞれ接続されている。

電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆは、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆに流れる電流を電圧に変換するための素子である。具体的には、電流センス端子に流れる電流を電圧に変換する素子である。電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの一端はＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの電流センス端子に、他端はＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのエミッタにそれぞれ接続されている。また、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの両端は、制御装置１２にそれぞれ接続されている。

感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃは、インバータ装置１１を構成する複数のＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのうち、１つのＩＧＢＴ１１０ｅの温度を検出するための素子である。具体的には、定電流を流すことで温度に応じた電圧を出力する素子である。感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃは、ＩＧＢＴ１１０ｅに一体的に構成され、直列接続されている。直列接続された感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃのうち、一端側の感温ダイオード１１２ａのアノードは制御装置１２に、多端側の感温ダイオード１１２ｃのカソードはＩＧＢＴ１１０ｅのエミッタにそれぞれ接続されている。

制御装置１２は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを制御する装置である。制御装置１２は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆに流れる電流を検出するため、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの両端にそれぞれ接続されている。さらに、ＩＧＢＴ１１０ｅの温度を検出するため、感温ダイオード１１２ａのアノードに接続されている。

次に、図２及び図３を参照して制御装置について詳細に説明する。ここで、図２は、図１における制御装置の回路図である。具体的には、１つのＩＧＢＴに対する回路部分を示す回路図である。図３は、第１実施形態における温度推定動作を説明するためのグラフである。

図２に示すように、制御装置１２は、ＩＧＢＴ１１０ｅに対して、変換回路１２０と、フォトカプラ１２１と、駆動回路１２２とを備えている。また、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆに対して、それぞれ、変換回路と、フォトカプラと、駆動回路とを備えている。さらに、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆに対してメモリ１２３（温度推定回路、記憶部）と、マイクロコンピュータ１２４（温度推定回路）とを備えている。

変換回路１２０は、電流センス抵抗１１１ｅの電圧を、その電圧に応じた周期のパルス信号に変換して出力する回路である。また、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃの電圧を、その電圧に応じた周期のパルス信号に変換して出力する回路でもある。なお、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆに対する変換回路は、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｄ、１１１ｆの電圧だけを、その電圧に応じた周期のパルス信号に変換して出力する回路である。変換回路１２０の入力端子は、電流センス抵抗１１１ｅの一端と感温ダイオード１１２ａのアノードにそれぞれ接続されている。また、出力端子は、フォトカプラ１２１に接続されている。

フォトカプラ１２１は、変換回路１２０の出力するパルス信号を電気的に絶縁してマイクロコンピュータ１２４に伝達する素子である。フォトカプラ１２１の入力端子は、変換回路１２０の出力端子に接続されている。また、出力端子は、マイクロコンピュータ１２４に接続されている。

駆動回路１２２は、マイクロコンピュータ１２４によって制御され、ＩＧＢＴ１１０ｅを駆動する回路である。駆動回路１２２は、マイクロコンピュータ１２４に接続されている。また、ＩＧＢＴ１１０ｅのゲートに接続されている。

メモリ１２３は、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を推定するための情報を記憶する素子である。メモリ１２３には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報として、事前に測定しておいたそれぞれのオン抵抗が記憶されている。また、図３に示すように、事前に測定しておいたＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶されている。具体的には、ＩＧＢＴに流れる電流がＩ１、Ｉ２（＞Ｉ１）、Ｉ３（＞Ｉ２）の場合における、ＩＧＢＴのオン抵抗と温度の関係を示すデータが記憶されている。メモリ１２３は、マイクロコンピュータ１２４に接続されている。

マイクロコンピュータ１２４は、外部から入力される駆動信号とＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆに流れる電流に基づいて駆動回路を制御して、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを駆動する素子である。また、ＩＧＢＴ１１０ｅに流れる電流と、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報と、ＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を推定して、ＩＧＢＴを保護する素子でもある。マイクロコンピュータ１２４は、フォトカプラ１２１の出力端子に接続されている。また、メモリ１２３に接続されている。さらに、駆動回路１２２に接続されている。

次に、図１を参照してモータ制御装置の動作について説明する。車両のイグニッションスイッチ（図略）がオンすると、図１に示すモータ制御装置１が動作を開始する。高電圧バッテリＢ１の直流高電圧は、平滑コンデンサ１０によって平滑化される。制御装置１２は、外部から入力される駆動信号と、電流センス抵抗１１１ａ〜１１１ｆの検出結果に基づいて、インバータ装置１１を構成するＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを制御する。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆを所定周期でオン、オフする。インバータ装置１１は、平滑コンデンサ１０によって平滑化された直流高電圧を３相交流電圧に変換して車両駆動用モータＭ１に供給する。このようにして、モータ制御装置１が車両駆動用モータＭ１を制御する。

また、制御装置１２は、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃによって検出したＩＧＢＴ１１０ｅの温度と、内部に記憶されているＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報に基づいて、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を推定する。そして、検出したＩＧＢＴ１１０ｅの温度と、推定したＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆ温度に基づいて、ＩＧＢＴの温度異常の有無を判断し、異常がある場合、インバータ装置１１の動作を停止する。

次に、図２及び図３を参照してＩＧＢＴの温度推定動作について説明する。具体的には、ＩＧＢＴ１１０ｆの温度を推定する場合を例に挙げて説明する。

図２において、電流センス抵抗１１１ｅによって検出されたＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流と、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃによって検出されたＩＧＢＴ１１０ｅの温度が、変換回路１２０によってパルス信号に変換され、フォトカプラ１２３を介してマイクロコンピュータ１２４に入力される。マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴ１１０ｅ、１１０ｆのそれぞれのオン抵抗Ｒ０、Ｒ１から、ＩＧＢＴ１１０ｅとＩＧＢＴ１１０ｆのオン抵抗の差ΔＲを求める。そして、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流に基づいて、図３に示す、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータの中から、温度推定に用いるデータを特定する。例えば、ＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流がＩ２である場合、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータの中から、電流Ｉ２に対応するデータを特定する。さらに、特定した電流Ｉ２に対応するＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータと、求めたオン抵抗の差ΔＲから、ＩＧＢＴ１１０ｅのオン抵抗Ｒ０を基準としてオン抵抗の差ΔＲに伴う温度差ΔＴを求める。そして、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅの温度に求めた温度差ΔＴを加算して、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ｆの温度を推定する。同様にして、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜ＩＧＢＴ１１０ｄの温度も推定する。

次に、効果について説明する。第１実施形態によれば、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報に基づいて、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を推定する。そのため、ＩＧＢＴの特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

第１実施形態によれば、ＩＧＢＴがオンした後の定常状態におけるＩＧＢＴの温度は、ＩＧＢＴのオン抵抗によって変化する。ＩＧＢＴのオン抵抗が小さいと、定常状態における損失が小さくなり、それに伴ってＩＧＢＴの温度上昇も小さくなる。一方、ＩＧＢＴのオン抵抗が大きいと、定常状態における損失が大きくなり、それに伴ってＩＧＢＴの温度上昇も大きくなる。そのため、温度を検出しているＩＧＢＴ１１０ｅと温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆのオン抵抗の差に基づいて温度を推定することで、ＩＧＢＴの特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

第１実施形態によれば、マイクロコンピュータ１２４は、オン抵抗の差ΔＲからそれに伴う温度差ΔＴを求め、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃの検出結果と求めた温度差ΔＴに基づいて温度を推定する。そのため、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を確実に推定することができる。

第１実施形態によれば、図３に示すように、マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２３に記憶されているオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、オン抵抗の差ΔＲからそれに伴う温度差ΔＴを求める。そのため、オン抵抗の差ΔＲに伴う温度差ΔＴを確実に求めることができる。

なお、第１実施形態では、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが、ＩＧＢＴに流れる電流毎に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。ＩＧＢＴに流れる電流が異なる場合であっても、ＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに差異がない場合、ＩＧＢＴのオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示す１組のデータに基づいて温度を推定してもよい。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のモータ制御装置について説明する。第２実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が、ＩＧＢＴの特性情報としてオン抵抗を用い温度を推定するのに対して、ＩＧＢＴの特性情報としてゲートの入力容量を用い温度を推定するようにしたものである。第２実施形態のモータ制御装置は、メモリに記憶されるＩＧＢＴの特性情報と、温度推定動作を除いて第１実施形態のモータ制御装置と同一構成である。

まず、図２及び図４を参照して制御回路の温度推定動作について説明する。ここで、図４は、第２実施形態における温度推定動作を説明するためのグラフである。

図２に示すメモリ１２３には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報として、事前に測定しておいたそれぞれのゲートの入力容量が記憶されている。具体的には、ゲート−コレクタ間容量とゲート−エミッタ間容量の合成容量が記憶されている。また、図４に示すように、事前に測定しておいたＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶されている。具体的には、ＩＧＢＴに流れる電流がＩ１、Ｉ２（＞Ｉ１）、Ｉ３（＞Ｉ２）の場合における、ＩＧＢＴのゲートの入力容量と温度の関係を示すデータが記憶されている。

図２において、マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴ１１０ｅ、１１０ｆのそれぞれのゲートの入力容量Ｃｉｎ０、Ｃｉｎ１から、ＩＧＢＴ１１０ｅとＩＧＢＴ１１０ｆのゲートの入力容量の差ΔＣｉｎを求める。そして、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流に基づいて、図４に示す、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータの中から、温度推定に用いるデータを特定する。例えば、ＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流がＩ２である場合、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータの中から電流Ｉ２に対応するデータを特定する。さらに、特定した電流Ｉ２に対応するＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータと、求めたゲートの入力容量の差ΔＣｉｎから、ＩＧＢＴ１１０ｅのゲートの入力容量Ｃｉｎ０を基準としてゲートの入力容量の差ΔＣｉｎに伴う温度差ΔＴを求める。そして、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅの温度に求めた温度差ΔＴを加算して、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ｆの温度を推定する。同様にして、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜ＩＧＢＴ１１０ｄの温度も推定する。

次に、効果について説明する。第２実施形態によれば、ＩＧＢＴがオフからオンする際の過渡状態におけるＩＧＢＴの温度は、ＩＧＢＴのスイッチング速度によって変化する。スイッチング速度が速いと、過渡状態における損失が小さくなり、それに伴ってＩＧＢＴの温度上昇も小さくなる。一方、スイッチング速度が遅いと、過渡状態における損失が大きくなり、それに伴ってＩＧＢＴの温度上昇も大きくなる。ところで、ＩＧＢＴのゲートの入力容量が小さいと、その充電時間が短くなり、スイッチング速度が速くなる。一方、ＩＧＢＴのゲートの入力容量が大きいと、その充電時間が長くなり、スイッチング速度が遅くなる。そのため、温度を検出しているＩＧＢＴと温度を検出していないＩＧＢＴゲートの入力容量の差に基づいて温度を推定することで、ＩＧＢＴの特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

第２実施形態によれば、マイクロコンピュータ１２４は、ゲートの入力容量の差ΔＣｉｎからそれに伴う温度差ΔＴを求め、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃの検出結果と、求めた温度差ΔＴに基づいて温度を推定する。そのため、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を確実に推定することができる。
第２実施形態によれば、マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２３に記憶されているゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、ゲートの入力容量の差ΔＣｉｎからそれに伴う温度差ΔＴを求める。そのため、ゲートの入力容量の差ΔＣｉｎに伴う温度差ΔＴを確実に求めることができる。

なお、第２実施形態では、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが、ＩＧＢＴに流れる電流毎に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。ＩＧＢＴに流れる電流が異なる場合であっても、ＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに差異がない場合、ＩＧＢＴのゲートの入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示す１組のデータに基づいて温度を推定してもよい。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のモータ制御装置について説明する。第３実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が、ＩＧＢＴの特性情報としてオン抵抗を用い温度を推定するのに対して、ＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量を用い温度を推定するようにしたものである。第２実施形態のモータ制御装置は、メモリに記憶されるＩＧＢＴの特性情報と、温度推定動作を除いて第１実施形態のモータ制御装置と同一構成である。

まず、図２及び図５を参照して制御回路の温度推定動作について説明する。ここで、図５は、第３実施形態における温度推定動作を説明するためのグラフである。

図２に示すメモリ１２３には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報として、事前に測定しておいたそれぞれの端子間の蓄積可能電荷量が記憶されている。具体的には、ゲート、コレクタ、エミッタの各端子間の蓄積可能電荷量が記憶されている。また、図５に示すように、事前に測定しておいたＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶されている。具体的には、ＩＧＢＴに流れる電流がＩ１、Ｉ２（＞Ｉ１）、Ｉ３（＞Ｉ２）の場合における、ＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量と温度の関係を示すデータが記憶されている。

図２において、マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴ１１０ｅ、１１０ｆのそれぞれの端子間の蓄積可能電荷量Ｑｇ０、Ｑｇ１から、ＩＧＢＴ１１０ｅとＩＧＢＴ１１０ｆの端子間の蓄積可能電荷量の差ΔＱｇを求める。そして、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流に基づいて、図５に示す、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータの中から、温度推定に用いるデータを特定する。例えば、ＩＧＢＴ１１０ｅに流れている電流がＩ２である場合、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータの中から電流Ｉ２に対応するデータを特定する。さらに、特定した電流Ｉ２に対応するＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータと、求めた端子間の蓄積可能電荷量の差ΔＱｇから、ＩＧＢＴ１１０ｅの端子間の蓄積可能電荷量Ｑｇ０を基準として端子間の蓄積可能電荷量の差ΔＱｇに伴う温度差ΔＴを求める。そして、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅの温度に求めた温度差ΔＴを加算して、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ｆの温度を推定する。同様にして、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜ＩＧＢＴ１１０ｄの温度も推定する。

次に、効果について説明する。第３実施形態によれば、ＩＧＢＴがオフからオンする際の過渡状態におけるＩＧＢＴの温度は、ＩＧＢＴのスイッチング速度によって変化する。スイッチング速度が速いと、過渡状態における損失が小さくなり、それに伴ってＩＧＢＴの温度上昇も小さくなる。一方、スイッチング速度が遅いと、過渡状態における損失が大きくなり、それに伴ってＩＧＢＴの温度上昇も大きくなる。ところで、ＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量が小さいと、電荷の蓄積時間が短くなり、スイッチング速度が速くなる。一方、ＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量が大きいと、電荷の蓄積時間が長くなり、スイッチング速度が遅くなる。そのため、温度を検出しているＩＧＢＴと温度を検出していないＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差に基づいて温度を推定することで、ＩＧＢＴの特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

第３実施形態によれば、マイクロコンピュータ１２４は、端子間の蓄積可能電荷量の差ΔＱｇからそれに伴う温度差ΔＴを求め、感温ダイオード１１２ａ〜１１２ｃの検出結果と、求めた温度差ΔＴに基づいて温度を推定する。そのため、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの温度を確実に推定することができる。

第３実施形態によれば、マイクロコンピュータ１２４は、メモリ１２３に記憶されている端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、端子間の蓄積可能電荷量の差ΔＱｇからそれに伴う温度差ΔＴを求める。そのため、端子間の蓄積可能電荷量のΔＱｇに伴う温度差ΔＴを確実に求めることができる。

なお、第３実施形態では、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが、ＩＧＢＴに流れる電流毎に設けられている例を挙げているが、これに限られるものではない。ＩＧＢＴに流れる電流が異なる場合であっても、ＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに差異がない場合、ＩＧＢＴの端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示す１組のデータに基づいて温度を推定してもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態のモータ制御装置について説明する。第４実施形態のモータ制御装置は、第１実施形態のモータ制御装置が、ＩＧＢＴの特性情報としてオン抵抗を用い温度を推定するのに対して、ＩＧＢＴの特性情報として、温度を検出しているＩＧＢＴと温度を検出していないＩＧＢＴの損失の差を用い温度を推定するようにしたものである。第４実施形態のモータ制御装置は、メモリに記憶されるＩＧＢＴの特性情報と、温度推定動作を除いて第１実施形態のモータ制御装置と同一構成である。

まず、図２を参照して制御回路の温度推定動作について説明する。図２に示すメモリ１２３には、ＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｆの特性情報として、事前に測定しておいた、温度を検出しているＩＧＢＴ１１０ｅと温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜１１０ｄ、１１０ｆの損失の差が記憶されている。マイクロコンピュータ１２４は、検出されたＩＧＢＴ１１０ｅの温度に、メモリ１２３に記憶されているＩＧＢＴ１１０ｅとＩＧＢＴ１１０ｆの損失の差から求めた温度差を加算して、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ｆの温度を推定する。同様にして、温度を検出していないＩＧＢＴ１１０ａ〜ＩＧＢＴ１１０ｄの温度も推定する。

次に、効果について説明する。第４実施形態によれば、ＩＧＢＴの特性のばらつきに影響されることなく、温度を精度よく推定することができる。

１・・・モータ制御装置（電力変換装置）、１０・・・平滑コンデンサ、１１・・・インバータ装置、１１０ａ〜１１０ｄ・・・ＩＧＢＴ（スイッチング素子）、１１１ａ〜１１１ｆ・・・電流センス抵抗、１１２ａ〜１１２ｃ・・・感温ダイオード（温度検出素子）、１２・・・制御装置、１２０・・・変換回路、１２１・・・フォトカプラ、１２２・・・駆動回路、１２３・・・メモリ（温度推定回路、記憶部）、１２４・・・マイクロコンピュータ（温度推定回路）、Ｂ１・・・高電圧バッテリ、Ｍ１・・・車両駆動用モータ

Claims

複数のスイッチング素子と、
１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、
を備えた電力変換装置において、
前記温度推定回路は、スイッチング素子のそれぞれのオン抵抗を記憶する記憶部を有し、前記記憶部に記憶されているオン抵抗に基づいて、前記温度を検出しているスイッチング素子と前記温度を検出していないスイッチング素子のオン抵抗の差を求め、前記温度検出素子の検出結果と求めたオン抵抗の差に基づいて前記温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする電力変換装置。
前記温度推定回路は、求めたオン抵抗の差からそれに伴う温度差を求め、前記温度検出素子の検出結果と求めた温度差に基づいて温度を推定することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
前記記憶部には、オン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶され、
前記温度推定回路は、前記記憶部に記憶されているオン抵抗の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、求めたオン抵抗の差からそれに伴う温度差を求めることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
複数のスイッチング素子と、
１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、
を備えた電力変換装置において、
前記温度推定回路は、スイッチング素子のそれぞれの制御端子の入力容量を記憶する記憶部を有し、前記記憶部に記憶されている制御端子の入力容量に基づいて、前記温度を検出しているスイッチング素子と前記温度を検出していないスイッチング素子の制御端子の入力容量の差を求め、前記温度検出素子の検出結果と求めた制御端子の入力容量の差に基づいて前記温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする電力変換装置。
前記温度推定回路は、求めた制御端子の入力容量の差からそれに伴う温度差を求め、前記温度検出素子の検出結果と求めた温度差に基づいて温度を推定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
前記記憶部には、制御端子の入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶され、
前記温度推定回路は、前記記憶部に記憶されている制御端子の入力容量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、求めた制御端子の入力容量の差からそれに伴う温度差を求めることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
複数のスイッチング素子と、
１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、
を備えた電力変換装置において、
前記温度推定回路は、スイッチング素子のそれぞれの端子間の蓄積可能電荷量を記憶する記憶部を有し、前記記憶部に記憶されている前記温度を検出しているスイッチング素子と前記温度を検出していないスイッチング素子の端子間の蓄積可能電荷量の差を求め、前記温度検出素子の検出結果と求めた端子間の蓄積可能電荷量の差に基づいて前記温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする電力変換装置。
前記温度推定回路は、求めた端子間の蓄積可能電荷量の差からそれに伴う温度差を求め、前記温度検出素子の検出結果と求めた温度差に基づいて温度を推定することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
前記記憶部には、端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータが記憶され、
前記温度推定回路は、前記記憶部に記憶されている端子間の蓄積可能電荷量の差とそれに伴う温度差の関係を示すデータに基づいて、求めた端子間の蓄積可能電荷量の差からそれに伴う温度差を求めることを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
複数のスイッチング素子と、
１つのスイッチング素子の温度を検出する温度検出素子と、
前記温度検出素子の検出結果に基づいて、温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定する温度推定回路と、
を備えた電力変換装置において、
前記温度推定回路は、前記温度を検出しているスイッチング素子と前記温度を検出していないスイッチング素子の損失の差を記憶する記憶部を有し、前記温度検出素子の検出結果と、前記記憶部に記憶されている前記温度を検出しているスイッチング素子と前記温度を検出していないスイッチング素子の損失の差に基づいて前記温度を検出していないスイッチング素子の温度を推定することを特徴とする電力変換装置。