(57)【要約】      （修正有）【課題】確実に過電流保護が可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置１０は、主電流をスイッチングするスイッチング素子４０ａ、４０ｂと、スイッチング素子４０ａ、４０ｂの温度を検出する温度センサ４２ａ、４２ｂと、スイッチング素子４０ａ、４０ｂがオンのときの主端子間の電圧値を検出し、スイッチング素子４０ａ、４０ｂのオン抵抗とスイッチング素子４０ａ、４０ｂの温度との関係を表す温度特性のデータ３７にもとづいて、スイッチング素子４０ａ、４０ｂの温度に対するオン抵抗の値を推定し、推定されたオン抵抗および検出された主端子間の電圧値にもとづいて、スイッチング素子４０ａ、４０ｂに流れる電流を推定し、推定された電流が、あらかじめ設定されたしきい値以上の場合に、スイッチング素子４０ａ、４０ｂのスイッチングを停止させる過電流保護回路３６と、を含む変換回路２０を備える。【選択図】図１
2020058192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主電流をスイッチングするスイッチング素子と、
前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、
前記スイッチング素子がオンのときの主端子間の電圧値を検出し、前記スイッチング素子のオン抵抗と前記スイッチング素子の温度との関係を表す温度特性のデータにもとづいて、前記スイッチング素子の温度に対するオン抵抗の値を推定し、前記推定されたオン抵抗および検出された主端子間の電圧値にもとづいて、前記スイッチング素子に流れる電流を推定し、前記推定された電流が、あらかじめ設定されたしきい値以上の場合に、前記スイッチング素子のスイッチングを停止させる過電流保護回路と、
を含む変換回路
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
前記スイッチング素子にゲート信号を供給して、前記変換回路の動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記変換回路は、前記制御装置と前記過電流保護回路とを絶縁する絶縁回路をさらに含む請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記変換回路は、前記推定された電流が、前記しきい値よりも小さい場合には、前記制御装置から供給される前記ゲート信号にもとづいて前記スイッチング素子を駆動する駆動回路をさらに含む請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記変換回路は、パワーモジュールを含み、
前記パワーモジュールは、前記スイッチング素子と、前記スイッチング素子に熱結合され前記温度センサとを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
接続された電源や負荷等の異常により電力変換装置に過大な電流が流れると、電力変換装置の主回路のスイッチング素子等に大きなストレスが加わるおそれがある。そのため、電力変換装置には、自身の回路素子や、電力変換装置に接続される電源、負荷等を保護するために各種保護機能や保護回路が設けられている。
【０００３】
主回路のスイッチング素子を過電流から保護するために、さまざまな過電流保護回路が提案され、実用化されている。電力変換装置の用途によっては、過電流による破損や不具合が社会に大きな影響を与える場合もあり、確実な保護により電力変換装置の安全で安定した運転が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１８−８５８５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実施形態は、確実に過電流保護が可能な電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態に係る電力変換装置は、主電流をスイッチングするスイッチング素子と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、前記スイッチング素子がオンのときの主端子間の電圧値を検出し、前記スイッチング素子のオン抵抗と前記スイッチング素子の温度との関係を表す温度特性のデータにもとづいて、前記スイッチング素子の温度に対するオン抵抗の値を推定し、前記推定されたオン抵抗および検出された主端子間の電圧値にもとづいて、前記スイッチング素子に流れる電流を推定し、前記推定された電流が、あらかじめ設定されたしきい値以上の場合に、前記スイッチング素子のスイッチングを停止させる過電流保護回路と、を含む変換回路を備える。
【発明の効果】
【０００７】
本実施形態では、確実に過電流保護が可能な電力変換装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【図２】スイッチング素子のオン抵抗の温度特性を例示する模式的なグラフである。
【図３】実施形態の電力変換装置の動作を説明するための特性を表す模式的なグラフである。
【図４】比較例の電力変換装置の主要部を例示するブロック図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較例の電力変換装置の動作を説明するための特性を表す模式的なグラフである。
【図６】実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１０】
図１は、実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、実施形態の電力変換装置１０は、交流回路１と直流回路２との間に接続される。電力変換装置１０は、端子１１ａ〜１１ｃを介して交流回路１に接続される。電力変換装置１０は、端子１２ａ，１２ｂを介して直流回路２に接続される。交流回路１は、たとえば交流電源である。交流回路１は、交流電源を含む電力系統等であってもよい。交流回路１は、電動機等の交流負荷であってもよい。直流回路２は、たとえば直流電源である。直流回路２は、直流電源を含む直流系統等であってもよい。
【００１１】
電力変換装置１０は、交流回路１の交流電圧を直流電圧に変換して直流回路２に供給し、直流回路２の直流電圧を交流電圧に変換して交流回路１に供給する。電力変換装置１０は、交流−直流間で双方向に、あるいは単一方向に電力変換する。
【００１２】
なお、本明細書では、上述のように交流−直流間の電力変換を行う電力変換装置について説明するが、直流−直流間の変換や交流−交流間の電力変換をする変換回路を有する電力変換装置にも適用することができる。
【００１３】
電力変換装置１０は、変換回路２０を備える。変換回路２０は、交流回路１の相ごとに設けられている。この例では、三相分の変換回路２０が設けられている。３つの変換回路２０は、端子１２ａ，１２ｂの間で並列に接続されている。３つの変換回路２０は、端子１１ａ〜１１ｃにそれぞれ接続されている。３つの変換回路２０は、制御装置６０に接続されている。３つの変換回路は、すべて同じであり、以下ではそのうちの１つについて説明する。
【００１４】
変換回路２０は、ゲート制御回路３０ａ，３０ｂと、スイッチング素子４０ａ，４０ｂと、温度センサ４２ａ，４２ｂと、を含む。ゲート制御回路３０ａ，３０ｂは、たとえば１つの配線基板上に設けられ、あるいは、ゲート制御回路３０ａ，３０ｂごとの配線基板上に設けられる。
【００１５】
スイッチング素子４０ａ，４０ｂは、端子１２ａ，１２ｂ間で直列に接続されている。スイッチング素子４０ａ，４０ｂは、いずれも自己消弧型の半導体スイッチング素子でＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等である。好ましくは、ＳｉＣ等のワイドバンドギャップ半導体を用いたＭＯＳＦＥＴ等である。
【００１６】
温度センサ４２ａ，４２ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの近傍に設けられており、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの温度を検出する。温度センサ４２ａ，４２ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの近傍で、熱的に十分結合されて設けられるのが好ましい。たとえば、温度センサ４２ａ，４２ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂのパッケージ上に設けられる。たとえば、スイッチング素子４０ａ，４０ｂは、パワーモジュールであってもよく、温度センサ４２ａ，４２ｂは、スイッチング素子が封止されたパワーモジュール内にすでに設けられている場合には、これを流用してもかまわない。あるいは、温度センサ４２ａ，４２ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂが取り付けられたヒートシンク上に設けられる。温度センサ４２ａ，４２ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂのそれぞれのチップ上に設けられていてもよい。
【００１７】
温度センサは、上述のように、スイッチング素子ごとに設けられることが望ましいが、たとえばすべてのスイッチング素子が取り付けられたヒートシンク上のいずれかの位置に１つまたは複数個を設けてもよい。この場合には、温度センサは、同一のヒートシンク上に設けられた複数のスイッチング素子およびゲート制御回路のために用いられる。
【００１８】
ゲート制御回路３０ａは、スイッチング素子４０ａおよび温度センサ４２ａに接続されている。ゲート制御回路３０ｂは、スイッチング素子４０ｂおよび温度センサ４２ｂに接続されている。また、ゲート制御回路３０ａ，３０ｂは、制御装置６０から供給されるゲート信号Ｖｇ１，Ｖｇ２を入力する。
【００１９】
ゲート制御回路３０ａ，３０ｂは、ゲート信号Ｖｇ１，Ｖｇ２にしたがって、スイッチング素子４０ａ，４０ｂをそれぞれ駆動する。ゲート制御回路３０ａ，３０ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの両端の電圧値および温度センサ４２ａ，４２ｂの検出値を入力し、これらにもとづいて、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの過電流状態を検出し、過電流と判断した場合には、スイッチング素子４０ａ，４０ｂをオフさせる。ゲート制御回路３０ａ，３０ｂは、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの駆動部分が相違するが他の点では同じなので、以下では、高電位側のスイッチング素子４０ａを駆動するゲート制御回路３０ａについて説明する。
【００２０】
ゲート制御回路３０ａは、入力回路３２と、絶縁回路３４と、過電流保護回路３６と、ゲート駆動回路３８と、を含む。入力回路３２は、制御装置６０に接続されている。入力回路３２の出力は、絶縁回路３４を介して過電流保護回路３６に接続されている。過電流保護回路３６の出力は、ゲート駆動回路３８に接続されている。
【００２１】
入力回路３２には、制御装置６０からゲート信号Ｖｇ１が入力される。入力回路３２は、ゲート信号Ｖｇ１を適切な形式にして、絶縁回路３４に供給する。適切な形式にするとは、たとえば制御装置６０から送信された符号データを復号して、スイッチング素子４０ａを駆動するパルス幅のゲート信号に変換する。スイッチング素子４０ａは、変換されたゲート信号に応じてオンオフする。以下では、スイッチング素子４０ａは、ゲート信号がハイレベルのときにオンし、ゲート信号がローレベルのときにオフするものとする。
【００２２】
絶縁回路３４は、高電圧回路と低電圧回路を絶縁して、低電圧回路から入力されたゲート信号を高電圧回路に供給する。この例では、過電流保護回路３６からスイッチング素子４０ａの側を高電圧回路とし、入力回路３２から制御装置６０の側を低電圧回路としている。絶縁回路３４は、たとえば光結合回路や磁気結合回路等である。
【００２３】
過電流保護回路３６は、スイッチング素子４０ａの主端子（たとえば、ＭＯＳＦＥＴの場合、ドレイン端子およびソース端子）に接続されており、主端子間の電圧が入力される。過電流保護回路３６は、絶縁回路３４を介して入力されるゲート信号に同期してスイッチング素子４０ａの主端子間の電圧値を取得する。より具体的には、過電流保護回路３６は、ハイレベルのゲート信号が入力され、これに応じてスイッチング素子４０ａがオンしている期間の主端子間の電圧値を取得する。
【００２４】
過電流保護回路３６は、スイッチング素子４０ａのオン抵抗の温度特性を表すデータ３７を含む。スイッチング素子４０ａのオン抵抗の温度特性のデータ３７は、たとえば、ジャンクション温度のデータにオン抵抗のデータを関連付けたデータベースがテーブル形式で保存されている。なお、このデータベースは、過電流保護回路３６内に設けられる場合に限らず、過電流保護回路３６がリアルタイムでデータ３７を有するデータベースから所望のデータを取得することができれば、ゲート制御回路３０ａの外に設けられていてもよい。オン抵抗の温度特性のデータ３７を、近似関数で表すことができる場合には、過電流保護回路３６は、この近似関数を表す式にアクセスすることができればよく、近似関数の式の格納場所は問わない。
【００２５】
データベースや近似関数のジャンクション温度のデータは、温度センサ４２ａによって測定できる箇所の温度（たとえば、スイッチング素子のケース温度等）に補正されてデータベースに格納されていてもよいし、温度センサ４２ａによって測定できる箇所の温度からジャンクション温度に換算してデータベースに格納されてもよい。これらの場合には、温度センサ４２ａとの間の熱抵抗のデータやスイッチング素子４０ａに印加される電力があらかじめ設定されている。
【００２６】
過電流保護回路３６は、温度センサ４２ａの出力データおよび温度特性のデータ３７にもとづいて、その温度のときのスイッチング素子４０ａのオン抵抗値を推定する。過電流保護回路３６は、ゲート信号がハイレベルのときのスイッチング素子４０ａの主端子間の電圧値を測定する。過電流保護回路３６は、オン抵抗の推定値および主端子間の電圧値にもとづいて、スイッチング素子４０ａに流れている電流を推定する。
【００２７】
なお、オン抵抗の温度特性のデータ３７は、たとえば、該当するスイッチング素子のデータシート等から抽出してもよいし、スイッチング素子の代表サンプルを実測等して、そのデータを用いるようにしてもよい。また、実装するスイッチング素子ごとに温度特性のデータを測定して、スイッチング素子ごとにデータ３７を設定するようにしてもよい。
【００２８】
過電流保護回路３６には、過電流保護のためのしきい値があらかじめ設定されている。過電流保護回路３６は、温度特性のデータ３７によって推定された電流がしきい値よりも小さい場合には、絶縁回路３４を介して入力されたゲート信号を、そのままゲート駆動回路３８に出力する。過電流保護回路３６は、温度特性のデータ３７によって推定された電流がしきい値以上の場合には、絶縁回路３４を介して供給されたゲート信号にかかわらず、ローレベルを出力し、スイッチング素子４０ａをオフさせる。
【００２９】
ゲート駆動回路３８は、過電流保護回路３６の出力に接続されている。ゲート駆動回路３８は、入力回路３２が生成するパルス幅を有するゲート信号を、スイッチング素子４０ａを駆動するのに適切な電圧に変換し、スイッチング素子４０ａを駆動する。過電流保護回路３６は、推定された電流値が所定の過電流検出値に達した場合には、ゲート駆動回路３８に入力されるゲート信号にかかわらず、スイッチング素子４０ａをターンオフする。
【００３０】
なお、この例では、変換回路２０は、電流検出器５０を含んでいる。電流検出器５０は、スイッチング素子４０ａ，４０ｂの接続ノードと端子１１ａとの間の配線に設けられている。この電流検出器５０は、端子１１ａに流れる電流を検出して、検出結果を制御装置６０に供給する。制御装置６０は、各相の電流検出器５０から各相の交流電流を検出し、検出された電流値、および図示しない直流電圧検出器や交流電圧検出器等の電圧値にもとづいて、ゲート信号Ｖｇ１，Ｖｇ２を生成して、各変換回路２０に供給する。
【００３１】
このように、実施形態の電力変換装置１０では、過電流の検出は、各ゲート制御回路３０ａにおいて行われ、電流検出器５０が検出する電流は、ゲート信号を生成して各変換回路２０を制御するために用いられる。
【００３２】
実施形態の電力変換装置１０の動作について、より詳細に説明する。
図２は、スイッチング素子のオン抵抗の温度特性を例示する模式的なグラフである。
図２のグラフは、スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合に、ドレイン電流を一定とした場合のオン抵抗の温度特性を示している。グラフは、横軸がスイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊである。グラフの縦軸は、スイッチング素子のオン抵抗Ｒｏｎである。なお、スイッチング素子がＩＧＢＴの場合には、ＩＧＢＴのオン抵抗に相当する特性も、温度特性を有する。以下では、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合について説明する。
図２に示すように、ＭＯＳＦＥＴは、ジャンクション温度Ｔｊが高くなるほど、オン抵抗Ｒｏｎが大きくなる。つまり、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗Ｒｏｎは、ジャンクション温度Ｔｊに対して、正の温度係数を有する。
【００３３】
なお、本発明の実施形態では、オン抵抗Ｒｏｎの温度特性のデータ３７が設定されていればよく、オン抵抗Ｒｏｎのジャンクション温度Ｔｊに対する温度係数が正である場合に限らず、適用することができるのは言うまでもない。
【００３４】
図３は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するための特性を表す模式的なグラフである。
図３は、ジャンクション温度Ｔｊ、主端子間電圧Ｖｄｓおよびオン抵抗Ｒｏｎの関係を表している。図３のＲｏｎの曲線は、図２のオン抵抗の温度特性と同じものである。図３のＶｄｓの曲線は、ジャンクション温度Ｔｊとそのときに実測された主端子間電圧Ｖｄｓの値をプロットしたものである。
【００３５】
図３によれば、ジャンクション温度Ｔｊを知ることによって、オン抵抗Ｒｏｎの温度特性のデータから、そのときのオン抵抗Ｒｏｎの推定値Ｒｏｎ（ｅ）を知ることができる。そのジャンクション温度Ｔｊ（ｍ）のときの主端子間電圧Ｖｄｓを測定（測定値Ｖｄｓ（ｍ））し、Ｒｏｎ（ｅ）で除することによって、スイッチング素子４０ａの主端子に流れている電流Ｉｄを推定することができる。
【００３６】
過電流保護回路３６は、過電流を検出するしきい値があらかじめ設定されているので、推定された電流がしきい値に達した場合に、過電流保護回路３６は、ローレベルのゲート信号を出力し、スイッチング素子４０ａをオフさせる。
【００３７】
実施形態の電力変換装置１０の効果について、比較例の電力変換装置の場合と比較しつつ説明する。
図４は、比較例の電力変換装置の主要部を例示するブロック図である。
図４には、比較例の電力変換装置１１０のうち１相分の高電位側のゲート制御回路１３０ａが示されている。図４には、スイッチング素子４０ａおよび制御装置１６０が示されている。
【００３８】
ゲート制御回路１３０ａは、入力回路３２と絶縁回路３４とゲート駆動回路３８とを含んでおり、実施形態の場合と過電流保護回路を含まない点で相違する。比較例の電力変換装置１１０では、過電流の検出は、電流検出器５０によって主電流を検出することによって行われる。
【００３９】
より具体的には、制御装置１６０は、過電流保護部１６２を有しており、電流検出器５０で検出された主電流は、過電流保護部１６２にあらかじめ設定されたしきい値と比較される。過電流保護部１６２は、主電流の値がしきい値以上の場合に過電流保護動作をする。過電流保護部１６２は、過電流を検出した場合には、ゲート制御回路１３０ａに、スイッチング素子４０ａをターンオフさせるような遮断指令を送信する。
【００４０】
スイッチング素子４０ａに対する遮断指令は、ゲート制御回路の入力回路３２、絶縁回路３４およびゲート駆動回路３８を介して、スイッチング素子４０ａに到達する。つまり、比較例の電力変換装置１１０では、このように、多くの回路ブロックを経由しなければ、スイッチング素子４０ａをオフさせることができない。
【００４１】
ゲート制御回路１３０ａの中でも、絶縁回路３４は、フォトカプラ等を含む光結合回路であったり、絶縁トランス等を含む磁気結合回路であったりする。これらの回路は、寄生容量等を含んでいる。そのため、過電流を検出してから、スイッチング素子４０ａをターンオフするまでの時間遅れを大きくする要素となり得る。また、そもそも数１０Ａから１００Ａを超えるような電流を検出できる電流検出器５０では、変流器を利用する場合も多く、そのような電流検出器５０が電流を検出して、制御装置６０に送信するまでの遅れ時間も無視できるものではない。
【００４２】
これに対して、実施形態の電力変換装置１０では、ゲート制御回路３０ａが過電流保護回路３６を有しているので、過電流の検出から、スイッチング素子４０ａの遮断までの時間遅れを著しく短縮することができる。
【００４３】
また、実施形態の電力変換装置１０の過電流保護回路３６は、スイッチング素子４０ａと同じ高電圧回路の側に設けられているので、絶縁回路３４を経由することなく、スイッチング素子４０ａをターンオフさせることができる。そのため、過電流検出からスイッチング素子４０ａの遮断までの時間遅れをさらに短縮することができる。
【００４４】
実施形態の電力変換装置１０では、過電流を検出した後、スイッチング素子４０ａをオフさせるゲート信号を出力するまでの遅延時間を大幅に短縮することができ、電力変換装置１０をより安全に運用することができる。
【００４５】
比較例の他の場合では、電流検出を電流検出器によらず、スイッチング素子４０ａの主端子に直列に挿入した電流検出抵抗を用いる場合がある（たとえば特許文献１等）。この場合には、電流検出抵抗の両端電圧値が所定のしきい値以上のときに、ゲート信号をローレベルにすることによってスイッチング素子４０ａをオフさせる。このような構成によれば、絶縁回路３４を介さずに、ゲート信号をローレベルにすることができるので、高速な過電流保護を行うことができる。
【００４６】
しかしながら、数１０Ａから１００Ａを超えるような主電流を扱う大容量の電力変換装置においては、主電流の経路に抵抗器を挿入することは、損失の増大を招き、好ましくない。また、抵抗器の挿入にともない、寄生インダクタンスが発生し、インダクタンスによる電圧の発生やコンデンサとの共振を生ずる等の副次的な問題も生じ得る。
【００４７】
本実施の形態の電力変換装置１０では、スイッチング素子４０ａの主端子間の電圧を測定し、スイッチング素子４０ａのオン抵抗を電流検出のために用いることができる。そのため、スイッチング素子４０ａに直列に接続する抵抗器を用いることなく、高精度かつ低損失で過電流検出を行うことができる。
【００４８】
比較例の電力変換装置の他の例として、ゲート制御回路に過電流保護回路を設け、主端子間の電圧を検出して、その電圧値がしきい値以上の場合にスイッチング素子に過電流が流れたものとして過電流保護をかけるものがある。具体的には、図１のゲート制御回路３０ａの過電流保護回路３６からスイッチング素子４０ａのオン抵抗の温度特性のデータ３７を除いた構成を有するものである。このような例では、過電流保護回路は、スイッチング素子のオン抵抗の温度特性のデータを有しておらず、実際の検出値の温度特性によって、過電流保護をかける電流値が大きくばらつく。
【００４９】
図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較例の電力変換装置の動作を説明するための特性を表すグラフである。
ここで、図５（ａ）の２つの曲線（Ｖｄｓ，Ｒｏｎ）は、図３の２つの曲線（Ｖｄｓ，Ｒｏｎ）と同じものであるが、図５（ａ）では、２つの曲線（Ｖｄｓ，Ｒｏｎ）のデータは、ジャンクション温度Ｔｊとの関係が設定されていない。つまり、この比較例の電力変換装置１１０は、ジャンクション温度Ｔｊ等の温度の測定手段をもたず、また、この比較例の電力変換装置１１０は、ジャンクション温度Ｔｊとオン抵抗Ｒｏｎの関係の温度特性のデータをもたない。この電力変換装置１１０では、スイッチング素子のオン抵抗の温度特性にかかわらず、スイッチング素子４０ａがオンのときの主端子間の電圧が所定値以上となった場合に、過電流であるとして、スイッチング素子４０ａをオフさせる。
【００５０】
図５（ｂ）には、比較例の場合において、スイッチング素子の主端子に流れる電流を主端子間の電圧で測定し、電流値に換算した場合の様子が示されている。この図には、通常運転時にスイッチング素子の主端子に流れる電流の標準値（図では通常運転相当と記述）と、過電流検出値の標準値（図では過電流レベル相当と記述）が細かい破線で表されている。これらの標準値にスイッチング素子のオン抵抗を乗じて、オン抵抗の温度特性を考慮して図に書き入れたものが標準値の上下の粗い破線で示されている。
【００５１】
図５（ｂ）に示すように、オン抵抗の温度特性を考慮せずに、スイッチング素子の主端子間電圧によって、主端子に流れる電流を推定すると、実際にはスイッチング素子のジャンクション温度によって、大きくばらつき、著しい場合には、通常運転時の電流と過電流検出時の電流とが重なり合ってしまい、過電流検出値の標準値をより大きくする必要が生じ得る。過電流検出値を大きくするということは、たとえば、スイッチング素子の電流定格を大きくしたり、スイッチング素子を並列接続したりする必要があり、装置のコストパフォーマンスに大きく影響する。
【００５２】
図６は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのグラフである。
図６の左の図は、図５（ｂ）を同じ図であり、他の比較例の場合のオン抵抗の温度特性によって、通常運転時と過電流検出時の電流値のばらつきが大きいことを表している。図６の右の図は、実施形態の電力変換装置１０の場合で、通常運転時と過電流検出時の電流値を温度特性によるばらつきを抑制することができる様子を表している。
【００５３】
図６に示すように、実施形態の電力変換装置１０では、温度センサによってスイッチング素子の温度を検出し、検出された温度に応じたオン抵抗を抽出して、主端子間の電圧から電流値を推定する。そのため、オン抵抗の温度特性によるばらつきを小さくすることができる。
【００５４】
図６の右の図のように、通常運転時の電流値と過電流検出時の電流値とがオン抵抗の温度特性によるばらつきが小さいなることにより、過電流検出時の電流値をより小さい値に設定することも可能になる。過電流検出時の電流値を小さくすることによって、主電流が流れる配線を細くできる等、コストパフォーマンスを向上させることができる。
【００５５】
以上説明した実施形態によれば、確実に過電流保護が可能な電力変換装置を実現することができる。
【００５６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  交流回路、２  直流回路、１０  電力変換装置、２０  変換回路、３０ａ，３０ｂ  ゲート制御回路、３２  入力回路、３４  絶縁回路、３６  過電流保護回路、３７  温度特性のデータ、３８  ゲート駆動回路、４０ａ，４０ｂ  スイッチング素子、４２ａ，４２ｂ  温度センサ、５０  電流検出器
【図１】
2020058192.tif 000003
【図２】
2020058192.tif 000004
【図３】
2020058192.tif 000005
【図４】
2020058192.tif 000006
【図５】
2020058192.tif 000007
【図６】
2020058192.tif 000008