(57)【要約】【課題】スイッチング素子の温度異常を未然に防ぎつつ、運転効率を向上させることができる電力変換装置を提供すること。【解決手段】電力変換装置１は、スイッチング素子２１及び感温素子２２を内蔵した複数の半導体モジュール２と、半導体モジュール２を直流電源ＢＡＴと接続する正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎと、感温素子２２によって検出されたスイッチング素子２１の検出温度が所定のパワーセーブ用閾値以上であるときに、パワーセーブ信号ＰＳを出力するパワーセーブ部４とを有する。パワーセーブ用閾値は、複数の半導体モジュール２ごとに個別に設定されている。複数の半導体モジュール２のうち、少なくとも一つの半導体モジュール２Ｂは、総経路長が、他の半導体モジュール２Ａ、２Ｃと異なる。総経路長が最も長い半導体モジュール２Ｂのパワーセーブ用閾値は、複数の半導体モジュール２のパワーセーブ用閾値の中で最も高い。【選択図】図１
2020022264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子（２１）及び該スイッチング素子の温度を検出する感温素子（２２）を内蔵した複数の半導体モジュール（２）と、
上記複数の半導体モジュールを直流電源（ＢＡＴ）と接続する正極バスバー（３Ｐ）及び負極バスバー（３Ｎ）と、
いずれかの上記半導体モジュールにおいて、上記感温素子によって検出された上記スイッチング素子の検出温度（Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ）が、所定のパワーセーブ用閾値（Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃ）以上であるときに、パワーセーブ信号（ＰＳ）を出力するパワーセーブ部（４）と、
を有し、
上記正極バスバーは、上記直流電源の正極に電気的に接続される正極接続端子（３１Ｐ）を有し、上記負極バスバーは、上記直流電源の負極に電気的に接続される負極接続端子（３１Ｎ）を有し、
上記パワーセーブ用閾値は、上記複数の半導体モジュールごとに、個別に設定されており、
上記複数の半導体モジュールのうち、少なくとも一つの半導体モジュールは、上記正極バスバーに沿った上記正極接続端子までの電流経路の経路長と、上記負極バスバーに沿った上記負極接続端子までの電流経路の経路長との合計である総経路長が、他の上記半導体モジュールと異なり、
上記総経路長が最も長い上記半導体モジュール（２Ｂ）の上記パワーセーブ用閾値（Ｔｓｂ）は、複数の上記半導体モジュールの上記パワーセーブ用閾値の中で、最も高い、電力変換装置（１）。
【請求項２】
３個以上の上記半導体モジュールを備え、上記総経路長が長い上記半導体モジュールほど、上記パワーセーブ用閾値が高い、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
上記半導体モジュールは、上記スイッチング素子として、上記正極バスバーに電気的に接続される上アームスイッチング素子（２１Ｐ）と、上記負極バスバーに電気的に接続される下アームスイッチング素子（２１Ｎ）と、を互いに直列接続した状態で備えており、上記パワーセーブ部は、上記下アームスイッチング素子の温度を検出する上記感温素子による検出温度に基づいて、上記パワーセーブ信号を出力するよう構成されている、請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
同じ上記半導体モジュールに接続される上記正極バスバーと上記負極バスバーとは、互いに主面が対向するように配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
上記感温素子による検出温度が所定の保護用閾値（Ｔｐ）以上となったとき、上記スイッチング素子をオフにして、該スイッチング素子への電流の流れを遮断するよう構成されており、上記パワーセーブ用閾値は、上記保護用閾値よりも低い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチング素子を有する半導体モジュールを備えた電力変換装置において、半導体モジュールにおけるスイッチング素子を過熱から保護することが求められる。
特許文献１には、スイッチング素子の温度を検出する温度測定素子を設けて、スイッチング素子の保護を図る、半導体モジュールが開示されている。
【０００３】
また、特許文献２には、半導体モジュールにおける複数のスイッチング素子のそれぞれに感温素子を設けた構成が開示されている。そして、特許文献２に開示の電力変換装置は、スイッチング素子の温度異常を検出したとき、スイッチング素子をオフ状態にして、スイッチング素子を過熱から保護する保護回路を有する。また、特許文献２には、スイッチング素子の温度の状況に応じて、スイッチング素子のオンオフ駆動を制御して、スイッチング素子の温度異常を未然に抑制することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５３００７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スイッチング素子を含めた電流経路を流れる電流に起因するノイズの影響を、感温素子の検出信号が受けることがある。つまり、バスバーのインダクタンスや、正負のバスバーの間の寄生容量によって、共振が発生して、これが感温素子の検出信号に対するノイズとなることが考えられる。そして、スイッチング素子と直流電源との間の電流経路が長いと、インダクタンスや寄生容量が大きくなりやすく、検出信号にノイズが重畳しやすい。その結果、検出温度の誤差が大きくなりやすい。
【０００６】
それゆえ、電流経路が長い半導体モジュールにおける検出温度は、ノイズの影響によって、閾値を超えやすくなるおそれがある。その結果、実際にスイッチング素子の温度が閾値を超えていなくても、例えば、電力変換装置の出力を低下させる制御が働いてしまうことも懸念される。そうすると、電力変換装置の運転効率の低下にもつながるおそれがある。
【０００７】
そして、複数の半導体モジュールを備えた電力変換装置において、電流経路が最も長い半導体モジュールにおける検出温度が、他の半導体モジュールにおける検出温度に比べて、ノイズの影響によって閾値を超えやすいといえる。
【０００８】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の温度異常を未然に防ぎつつ、運転効率を向上させる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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、スイッチング素子（２１）及び該スイッチング素子の温度を検出する感温素子（２２）を内蔵した複数の半導体モジュール（２）と、
上記複数の半導体モジュールを直流電源（ＢＡＴ）と接続する正極バスバー（３Ｐ）及び負極バスバー（３Ｎ）と、
いずれかの上記半導体モジュールにおいて、上記感温素子によって検出された上記スイッチング素子の検出温度（Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ）が、所定のパワーセーブ用閾値（Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃ）以上であるときに、パワーセーブ信号（ＰＳ）を出力するパワーセーブ部（４）と、
を有し、
上記正極バスバーは、上記直流電源の正極に電気的に接続される正極接続端子（３１Ｐ）を有し、上記負極バスバーは、上記直流電源の負極に電気的に接続される負極接続端子（３１Ｎ）を有し、
上記パワーセーブ用閾値は、上記複数の半導体モジュールごとに、個別に設定されており、
上記複数の半導体モジュールのうち、少なくとも一つの半導体モジュールは、上記正極バスバーに沿った上記正極接続端子までの電流経路の経路長と、上記負極バスバーに沿った上記負極接続端子までの電流経路の経路長との合計である総経路長が、他の上記半導体モジュールと異なり、
上記総経路長が最も長い上記半導体モジュール（２Ｂ）の上記パワーセーブ用閾値（Ｔｓｂ）は、複数の上記半導体モジュールの上記パワーセーブ用閾値の中で、最も高い、電力変換装置（１）にある。
【発明の効果】
【００１０】
上記電力変換装置は、複数の半導体モジュールを備え、上記総経路長が最も長い半導体モジュールのパワーセーブ用閾値を、複数の半導体モジュールのパワーセーブ用閾値の中で、最も高くしている。これにより、ノイズの影響によって比較的変動しやすい検出温度が、ノイズの影響によってパワーセーブ用閾値以上となることを抑制することができる。それゆえ、実際にスイッチング素子の温度がパワーセーブ用閾値に達していない状態において、ノイズの影響によって、パワーセーブ部が作動することを、抑制することができる。その結果、電力変換装置の運転効率を向上させることができる。
【００１１】
その一方で、上記総経路長が最も長い半導体モジュール以外の半導体モジュールにおいて、パワーセーブ用閾値を高くしないことにより、当該半導体モジュールにおけるスイッチング素子の実際の温度が高くなったとき、適切にパワーセーブ部が作動するようにすることができる。これにより、スイッチング素子の温度異常を、適切に、未然に防ぐことができる。
【００１２】
以上のごとく、上記態様によれば、スイッチング素子の温度異常を未然に防ぎつつ、運転効率を向上させることができる電力変換装置を提供することができる。
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１における、電力変換装置の回路ブロック図。
【図２】実施形態１における、半導体モジュールの回路図。
【図３】実施形態１における、パワーセーブ用閾値及び保護用閾値の説明図。
【図４】実施形態１における、電力変換装置の平面説明図。
【図５】実施形態１における、電力変換装置及び回転電機の回路図。
【図６】実施形態１における、異常検出回路の回路図。
【図７】実施形態１における、保護回路の回路図。
【図８】実施形態１における、検出温度とパワーセーブ動作と時間変化の一例を示す線図。
【図９】パワーセーブ用閾値に差を設けない場合の、検出温度とパワーセーブ動作と時間変化の一例を示す線図。
【図１０】実施形態３における、電力変換装置の回路ブロック図。
【図１１】実施形態３における、電力変換装置の平面説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図８を参照して説明する。
本実施形態の電力変換装置１は、図１に示すごとく、複数の半導体モジュール２と、正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎと、パワーセーブ部４と、を有する。
【００１５】
図２に示すごとく、半導体モジュール２は、スイッチング素子２１及び感温素子２２を内蔵している。感温素子２２は、スイッチング素子２１の温度を検出する。
図１に示すごとく、正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎは、半導体モジュール２を直流電源ＢＡＴと接続する。
パワーセーブ部４は、いずれかの半導体モジュール２において、感温素子２２によって検出されたスイッチング素子２１の検出温度が、所定のパワーセーブ用閾値以上であるときに、パワーセーブ信号ＰＳを出力するよう構成されている。
【００１６】
図４に示すごとく、正極バスバー３Ｐは、直流電源ＢＡＴの正極に電気的に接続される正極接続端子３１Ｐを有する。負極バスバー３Ｎは、直流電源ＢＡＴの負極に電気的に接続される負極接続端子３１Ｎを有する。
【００１７】
図３に示すごとく、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃは、複数の半導体モジュール２ごとに、個別に設定されている。
複数の半導体モジュール２のうち、少なくとも一つの半導体モジュール２は、総経路長が、他の半導体モジュール２と異なる。ここで、総経路長は、各半導体モジュール２における、正極バスバー３Ｐに沿った正極接続端子３１Ｐまでの電流経路の経路長と、負極バスバー３Ｎに沿った負極接続端子３１Ｎまでの電流経路の経路長との合計である。
【００１８】
総経路長が最も長い半導体モジュール２のパワーセーブ用閾値Ｔｓｂは、複数の半導体モジュール２のパワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃの中で、最も高い。
【００１９】
半導体モジュール２のパワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃというときは、当該半導体モジュール２に内蔵されたスイッチング素子２１の温度を検出する感温素子２２によって検出される検出温度と比較すべき、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃを意味する。
また、図１において、符号Ｃｐを付した破線の記号は寄生容量を示し、符号Ｌｐを付した破線の記号は寄生インダクタンスを示す。
【００２０】
本形態の電力変換装置１は、図１、図４に示すごとく、３個の半導体モジュール２（２Ａ、２Ｂ、２Ｃ）を備えている。総経路長が長い半導体モジュール２ほど、パワーセーブ用閾値が高い。本形態においては、図４に示すごとく、３個のうちの一つの半導体モジュール２Ｂが、他の２つの半導体モジュール２Ａ、２Ｃよりも、総経路長が長い。そして、半導体モジュール２Ａと半導体モジュール２Ｃとは、総経路長が等しい。これに基づき、半導体モジュール２Ｂのパワーセーブ用閾値Ｔｓｂは、他の半導体モジュール２Ａのパワーセーブ用閾値Ｔｓａよりも、半導体モジュール２Ｃのパワーセーブ用閾値Ｔｓｃよりも、高い（図３参照）。そして、半導体モジュール２Ａのパワーセーブ用閾値Ｔｓａと、半導体モジュール２Ｃのパワーセーブ用閾値Ｔｓｃとは等しい。
【００２１】
また、電力変換装置１は、感温素子２２による検出温度が所定の保護用閾値Ｔｐ以上となったとき、スイッチング素子２１をオフにして、スイッチング素子２１への電流の流れを遮断するよう構成されている。図３に示すごとく、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃは、保護用閾値Ｔｐよりも低い。保護用閾値Ｔｐは、複数の半導体モジュール２において共通の値である。
例えば、保護用閾値Ｔｐを２００℃とし、パワーセーブ用閾値Ｔｓｂを１７５℃とし、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｃを共に１５０℃とすることができる。
【００２２】
このように、パワーセーブ用閾値を保護用閾値Ｔｐよりも低い温度において設定しておくことにより、スイッチング素子２１の温度が、極力、保護用閾値Ｔｐに達しないようにすることができる。すなわち、スイッチング素子２１がパワーセーブ用閾値以上となったとき、電力変換装置１のパワーをセーブすることによって、スイッチング素子２１が、極力、保護用閾値Ｔｐに達しないようにする。
【００２３】
図４に示すごとく、３つの半導体モジュール２は、電力変換装置１の筐体内に、周状に配列してある。つまり、図４の紙面の法線方向から見たとき、第１の半導体モジュール２Ａに対して、９０°姿勢を変化させた状態で、第２の半導体モジュール２Ｂが配置されている。また、第３の半導体モジュール２Ｃは、第１の半導体モジュール２Ａに対して、電力変換装置１の中央を挟んで反対側に配置されている。
【００２４】
各半導体モジュール２は、２つの正極パワー端子２４Ｐ及び２つの負極パワー端子２４Ｎを、電力変換装置１の中央部側に設けている。また、各半導体モジュール２は、２つの交流パワー端子２４Ｍを外周側に設けている。
【００２５】
交流パワー端子２４Ｍは、後述する回転電機６に接続されている（図５参照）。正極パワー端子２４Ｐは、正極バスバー３Ｐに接続されている。負極パワー端子２４Ｎは、負極バスバー３Ｎに接続されている。正極バスバー３Ｐの正極接続端子３１Ｐは、バッテリＢＡＴの正極に電気的に接続されている。負極バスバー３Ｎの負極接続端子３１Ｎは、バッテリＢＡＴの負極に接続されると共に、接地される筐体等に電気的に接続されている。
【００２６】
図４に示すごとく、正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎは、それぞれ略環状に形成されている。
正極バスバー３Ｐは、半導体モジュール２Ａの内周側の一辺に沿うように形成された、第１直線部３ＰＡと、半導体モジュール２Ｂの内周側の一辺に沿うように形成された、第２直線部３ＰＢと、半導体モジュール２Ｃの内周側の一辺に沿うように形成された、第３直線部３ＰＣと、を有する。これらの第１直線部３ＰＡと第２直線部３ＰＢと第３直線部３ＰＣとが連結されており、第１直線部３ＰＡの一端及び第３直線部３ＰＣの一端からは、互いに近付く方向に一旦屈曲した後、外周側へ延びて、正極接続端子３１Ｐが形成されている。また、第２直線部３ＰＢは、長手方向の中央において、分断されている。
【００２７】
負極バスバー３Ｎも、半導体モジュール２Ａの内周側の一辺に沿うように形成された、第１直線部３ＮＡと、半導体モジュール２Ｂの内周側の一辺に沿うように形成された、第２直線部３ＮＢと、半導体モジュール２Ｃの内周側の一辺に沿うように形成された、第３直線部３ＮＣと、を有する。これらの第１直線部３ＮＡと第２直線部３ＮＢと第３直線部３ＮＣとが連結されており、第１直線部３ＮＡの一端及び第３直線部３ＮＣの一端からは、互いに近付く方向に一旦屈曲した後、外周側へ延びて、負極接続端子３１Ｎが形成されている。また、第２直線部３ＮＢは、長手方向の中央において、分断されている。
【００２８】
そして、正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎは、それぞれ、第１直線部３ＰＡ、３ＮＡ、第２直線部３ＰＢ、３ＮＢ、第３直線部３ＰＣ、３ＮＣにおいて、半導体モジュール２のパワー端子２４Ｐ、２４Ｎにそれぞれ接続されている。
【００２９】
同じ半導体モジュール２に接続される正極バスバー３Ｐと負極バスバー３Ｎとは、互いに主面が対向するように配置されている。すなわち、正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎは、第１直線部３ＰＡ、３ＮＡ同士、第２直線部３ＰＢ、３ＮＢ同士、第３直線部３ＰＣ、３ＮＣ同士、において、それぞれ主面が対向するように、配置されている。
【００３０】
負極バスバー３Ｎは、正極バスバー３Ｐの内周側に沿って、配置されている。正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎは、それぞれ金属板を屈曲させて、上記のような略環状形状に形成されている。そして、各金属板の主面、すなわち正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎの主面同士を、互いに対向させると共に、近接させて、配置されている。正極バスバー３Ｐと負極バスバー３Ｎとは、これらを部分的にモールドした、絶縁樹脂３２によって、互いに絶縁されつつ一体化されている。なお、正極バスバー３Ｐと負極バスバー３Ｎとの間には、平滑コンデンサ１１が接続されている。
【００３１】
本形態の電力変換装置１は、図５に示すごとく、バッテリＢＡＴと回転電機６との間に接続され、両者間の電力変換を行うよう構成されたものである。そして、電力変換装置１は、回転電機６と一体化されたものとすることができる。特に、本形態においては、回転電機６と一体化された状態で、車両に搭載される電力変換装置１として、説明する。
【００３２】
電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換して、交流の回転電機６を駆動するよう構成されていると共に、回転電機６にて発電した交流電力を直流電力に変換して、バッテリＢＡＴに充電するよう構成されている。
【００３３】
回転電機６は、バッテリＢＡＴから電力が供給されることで、車両のエンジンを駆動するための駆動力を発生する。また、エンジンから駆動力が供給されることで、バッテリＢＡＴを充電するための電力を発生する。回転電機６は、固定子６０と、回転子６１と、回転角度検出装置６２とを備えている。
【００３４】
固定子６０は、磁路の一部を構成するとともに、電流が流れることで回転磁界を発生する部材である。また、磁路の一部を構成するとともに、回転子６１の発生する磁束と鎖交することで交流を発生する部材でもある。固定子６０は、２組の固定子巻線６００を備えている。各固定子巻線６００は、Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線をＹ結線して構成されている。Ｕ相巻線、Ｖ相巻線及びＷ相巻線は、電力変換装置１にそれぞれ接続されている。
【００３５】
回転子６１は、磁路の一部を構成するとともに、電流が流れることで磁極を形成する部材である。回転子６１は、界磁巻線６１０を備えている。界磁巻線６１０は、電力変換装置１に接続されている。
【００３６】
回転角度検出装置６２は、回転子６１の回転角度を検出する装置である。回転角度検出装置６２は、電力変換装置１に接続されている。
【００３７】
電力変換装置１は、回転電機６に駆動力を発生させるために、バッテリＢＡＴから回転電機６に供給される電力を制御する。また、バッテリＢＡＴを充電するために、回転電機６の発生した電力を変換してバッテリＢＡＴに供給する。電力変換装置１は、平滑コンデンサ１１と、半導体モジュール２と、プリドライバ８と、制御回路９とを備えている。
【００３８】
平滑コンデンサ１１は、バッテリＢＡＴから供給される直流を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ１１の一端は、バッテリＢＡＴの正極端に接続されている。また、他端は、バッテリＢＡＴの負極端が接続される電位基準点であるグランドＧＮＤに接続されている。具体的には、車体に接続されている。
【００３９】
複数の半導体モジュール２は、制御回路９によって制御され、バッテリＢＡＴから供給される直流を３相交流に変換して固定子巻線６００に供給する。また、固定子巻線６００の発生する３相交流を直流に変換してバッテリＢＡＴに供給する。具体的には、半導体モジュール２Ａと半導体モジュール２Ｂの一部が、バッテリＢＡＴから供給される直流を３相交流に変換して、一方の固定子巻線６００に供給する。また、半導体モジュール２Ａと半導体モジュール２Ｂの一部が、一方の固定子巻線６００の発生する３相交流を直流に変換してバッテリＢＡＴに供給する。
【００４０】
半導体モジュール２Ｂの一部と半導体モジュール２Ｃが、バッテリＢＡＴから供給される直流を３相交流に変換して、他方の固定子巻線６００に供給する。また、半導体モジュール２Ｂの一部と半導体モジュール２Ｃが、他方の固定子巻線６００の発生する３相交流を直流に変換してバッテリＢＡＴに供給する。
【００４１】
図２に示すように、半導体モジュール２は、２つのスイッチング回路２０と、感温素子２２と、保護ＩＣ２３とを備えている。本形態において、感温素子２２は感温ダイオードからなる。また、スイッチング回路２０は、互いに直列接続された２つのスイッチング素子２１として、上アームスイッチング素子２１Ｐと下アームスイッチング素子２１Ｎとを有する。
なお、３つの半導体モジュール２は、略同様の構成および機能を備えている。
【００４２】
スイッチング回路２０は、制御回路９によって制御され、スイッチングすることでバッテリＢＡＴから供給される直流を交流に変換して固定子巻線６００に供給する回路である。また、固定子巻線６００から供給される交流を直流に変換してバッテリＢＡＴに供給する回路である。
【００４３】
本形態において、スイッチング回路２０におけるスイッチング素子２１は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭＯＳ型電界効果トランジスタの略）からなる。ただし、スイッチング素子２１として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタの略）を用いることもできる。
【００４４】
スイッチング素子２１（本形態においてはＭＯＳＦＥＴ）は、ドレイン−ソース間にダイオードを備えている。上アームスイッチング素子２１Ｐと下アームスイッチング素子２１Ｎとは互いに直列接続されている。上アームスイッチング素子２１Ｐのソースが下アームスイッチング素子２１Ｎのドレインに接続されている。上アームスイッチング素子２１Ｐのドレインは、正極バスバー３Ｐに接続される正極パワー端子２４Ｐに電気的に接続されている。下アームスイッチング素子２１Ｎのソースは、負極バスバー３Ｎに接続される負極パワー端子２４Ｎに電気的に接続されている。上アームスイッチング素子２１Ｐと下アームスイッチング素子２１Ｎとの直列接続点は、固定子巻線６００に接続される交流パワー端子２４Ｍに電気的に接続されている。
【００４５】
スイッチング回路２０は、スイッチング素子２１を所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリＢＡＴから供給される直流を交流に変換して固定子巻線６００に供給する。また、スイッチング素子２１のダイオードによって固定子巻線６００から供給される交流を直流に変換してバッテリＢＡＴに供給する。
【００４６】
感温素子２２としての感温ダイオードは、定電流を流すことで温度に応じた電圧を出力する。より具体的には、感温ダイオードは、温度上昇に伴って電圧が低下する素子である。本実施形態においては、感温素子２２は、それぞれ４つの素子（感温ダイオード）を直列接続してなり、保護ＩＣ２３にそれぞれ接続されている。
【００４７】
保護ＩＣ２３は、半導体モジュール２内に一体的に設けられ、スイッチング素子２１に関連する異常を検出し、スイッチング素子２１を保護する。保護ＩＣ２３は、図６に示す異常検出回路５４４と、図７に示す保護回路５５とを備えている。
【００４８】
図６に示す異常検出回路５４４は、スイッチング素子２１の温度異常を検出する回路である。異常検出回路５４４は、定電流回路５４４ａ〜５４４ｄと、コンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈと、フィルタ回路５４４ｉ〜５４４ｌと、ＯＲ回路５４４ｍと、ラッチ回路５４４ｎとを備えている。
【００４９】
定電流回路５４４ａ〜５４４ｄは、感温素子２２に定電流を供給する回路である。定電流回路５４４ａ〜５４４ｄは、電圧Ｖｃの電源に接続されている。定電流回路５４４ａ〜５４４ｄの出力端は、感温素子２２のアノードに接続される保護ＩＣ２３の端子ＡＨ１、ＡＬ１、ＡＨ２、ＡＬ２にそれぞれ接続されている。感温素子２２のカソードに接続される保護ＩＣ２３の端子ＫＨ１、ＫＬ１、ＫＨ２、ＫＬ２は、グランドＧＮＤに接続される保護ＩＣ２３の端子Ｇに接続されている。
【００５０】
コンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈは、感温素子２２の端子間電圧を電圧閾値Ｖｔｈ４と比較し、比較結果を出力する素子である。電圧閾値Ｖｔｈ４は、感温素子２２の端子間電圧に基づいてスイッチング素子２１が温度異常であると判断する温度閾値に対応した所定電圧に設定されている。コンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈは、スイッチング素子２１の温度が温度閾値（すなわち保護用閾値Ｔｐ）より小さい場合、感温素子２２の端子間電圧が電圧閾値Ｖｔｈ４より大きくなり、出力電圧がハイレベルＨになる。一方、スイッチング素子２１の温度が温度閾値（すなわち保護用閾値Ｔｐ）以上である場合、感温素子２２の端子間電圧が電圧閾値Ｖｔｈ４以下になり、出力電圧がローレベルＬになる。コンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈの非反転入力端は感温素子２２のアノードに接続される保護ＩＣ２３の端子ＡＨ１、ＡＬ１、ＡＨ２、ＡＬ２に、反転入力端は電圧閾値Ｖｔｈ４に設定された基準電源にそれぞれ接続されている。
【００５１】
フィルタ回路５４４ｉ〜５４４ｌは、コンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈの出力に含まれるノイズを除去し、所定の処理時間経過後に出力する回路である。具体的には、デジタルフィルタである。フィルタ回路５４４ｉ〜５４４ｌの入力端はコンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈの出力端にそれぞれ接続されている。
【００５２】
ＯＲ回路５４４ｍは、フィルタ回路５４４ｉ〜５４４ｌによってノイズが除去されたコンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈの出力の論理和を演算し、演算結果を出力する回路である。ＯＲ回路５４４ｍは、フィルタ回路５４４ｉ〜５４４ｌによってノイズが除去されたコンパレータ５４４ｅ〜５４４ｈの出力の少なくともいずれかが、スイッチング素子２１の温度が保護用閾値Ｔｐ以上であることを示すローレベルＬである場合、スイッチング素子２１の少なくともいずれかの温度が異常であると判定し、出力の論理レベルがハイレベルＨになる。ＯＲ回路５４４ｍの４つの入力端はフィルタ回路５４４ｉ〜５４４ｌの出力端にそれぞれ接続されている。
【００５３】
ラッチ回路５４４ｎは、ＯＲ回路５４４ｍの出力を所定のホールド時間保持し、スイッチング素子２１の温度異常として出力する回路である。ラッチ回路５４４ｎは、ＯＲ回路５４４ｍの出力の論理レベルがハイレベルＨである場合、所定のホールド時間、出力の論理レベルがハイレベルＨになる。つまり、スイッチング素子２１の温度異常を検出した場合、出力の論理レベルがハイレベルＨになる。ラッチ回路５４４ｎの入力端はＯＲ回路５４４ｍの出力端に接続されている。
【００５４】
図７に示す保護回路５５は、異常検出回路５４４が異常を検出した場合、スイッチング素子２１を全てオフ状態にして、スイッチング素子２１を保護する回路である。保護回路５５は、処理回路５５０と、プリドライバ５５１とを備えている。
【００５５】
処理回路５５０は、異常検出回路５４４が異常を検出した場合、スイッチング素子２１をオフ状態にするための駆動信号を出力する回路である。具体的には、スイッチング素子２１の温度異常がハイレベルＨである場合、スイッチング素子２１をオフ状態にするための駆動信号を出力する。処理回路５５０の入力端は、図５に示す異常検出回路５４４の出力端に接続されている。具体的には、ラッチ回路５４４ｎの出力端に接続されている。
【００５６】
図７に示すプリドライバ５５１は、処理回路５５０によって制御され、プリドライバ８の出力に関係なく、図２に示すスイッチング素子２１をオフ状態にする回路である。図７に示すように、プリドライバ５５１は、ＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄと、抵抗５５１ｅ〜５５１ｈと、駆動回路５５１ｉ、５５１ｊとを備えている。
【００５７】
ＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄは、オン状態になってスイッチング素子２１のゲートをグランドＧＮＤに接続することでゲート−ソース間電圧Ｖｇｓを低下させ、プリドライバ８の出力に関係なくスイッチング素子２１をオフ状態にする。ＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄのドレインは、抵抗５５１ｅ〜５５１ｈを介して保護ＩＣ２３の端子ＨＧ１、ＬＧ１、ＨＧ２、ＬＧ２にそれぞれ接続されている。保護ＩＣ２３の端子ＨＧ１、ＬＧ１、ＨＧ２、ＬＧ２は、スイッチング素子２１のゲートに接続される半導体モジュール２の端子ＨＧ１、ＬＧ１、ＨＧ２、ＬＧ２に接続されている。ＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄのソースは保護ＩＣ２３の端子Ｇに接続されている。保護ＩＣ２３の端子Ｇは、グランドＧＮＤに接続される半導体モジュール２の端子Ｇに接続されている。
【００５８】
駆動回路５５１ｉ、５５１ｊは、処理回路５５０によって制御され、ＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄをオン状態にする。駆動回路５５１ｉ、５５１ｊは、処理回路５５０がスイッチング素子２１をオフ状態にする駆動信号を出力した場合、ＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄをオン状態にする。駆動回路５５１ｉ、５５１ｊの入力端は処理回路５５０の出力端に、出力端はＦＥＴ５５１ａ〜５５１ｄのゲートにそれぞれ接続されている。
【００５９】
図１に示すごとく、パワーセーブ部４は、制御回路９の一部として設けられている。パワーセーブ部４は、３個の半導体モジュール２からそれぞれ受信される、スイッチング素子２１の温度情報に関する信号（以下において、適宜、温度情報信号ＳＴという。）に基づき、適宜パワーセーブ信号ＰＳを出力して、電力変換装置１のパワーセーブを行う。温度情報信号ＳＴは、各半導体モジュール２の温度情報出力端子ＯＵＴ（図２参照）から出力される。
【００６０】
上述のように、本形態においては、感温素子２２は感温ダイオードからなるため、温度情報信号ＳＴとしては、感温ダイオードの出力電圧となる。この出力電圧は、上述のように、スイッチング素子２１の温度に対応して、変動する。スイッチング素子２１の温度が高いほど、出力電圧は低くなる。
【００６１】
それゆえ、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃに対応するセーブ用電圧閾値Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃがそれぞれ設定されており、感温ダイオードの出力電圧が、これらのセーブ用電圧閾値Ｖｓａ、Ｖｓｂ、Ｖｓｃ以下となったとき、パワーセーブ部４は、パワーセーブ信号ＰＳを出力することとなる。
【００６２】
パワーセーブ部４によるパワーセーブ動作は、例えば、図８のような動作となる。
図８における上の３個のグラフは、３つの半導体モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃのそれぞれにおいて検出される、スイッチング素子２１の検出温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの時間変化を、表す。同図の下から２つ目のグラフは、電力変換装置１の発電動作の際に流れる発電電流Ｉｇの時間変化を示す。同図の最下段のグラフは、パワーセーブ信号ＰＳの有無の時間変化を示す。各グラフは、横軸が時間軸である。また、上の３つのグラフは、縦軸が検出温度の高さを示し、下から２つ目のグラフの縦軸は電流値の大きさを示す。
【００６３】
なお、比較のために、総経路長が長い半導体モジュール２Ｂのパワーセーブ用閾値Ｔｓｂを、他の半導体モジュール２Ａ、２Ｃのパワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｃと同等の値とした場合のパワーセーブ動作を、図９に示す。同図における各グラフは、図８における各グラフに対応する。
【００６４】
感温素子２２にて、各半導体モジュール２におけるスイッチング素子２１の温度を測定する。例えば、電力変換装置１による発電動作の際には、発電電流Ｉｇが流れ始めると、各半導体モジュール２におけるスイッチング素子２１の温度が上昇する。従って、感温素子２２によって検出される検出温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、３つの半導体モジュール２において、略同様に上昇する。
【００６５】
そして、通常は、検出温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃはパワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃ未満の値を保ちながら推移することとなる。すなわち、特に大きな負荷がない状態で、電力変換装置１が作動している状況においては、スイッチング素子２１の温度は、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃ未満に収まる。これに伴い、検出温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃも、図８、図９に示すごとく、それぞれパワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃ未満に収まる。
【００６６】
ところが、検出温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃは、外来ノイズの影響によって、変動することがある。特に、半導体モジュール２Ｂの検出温度Ｔｂはノイズの影響で変動しやすい。そうすると、仮に、図９に示すごとく、パワーセーブ用閾値Ｔｓｂを特に高く設定していないと、実際のスイッチング素子２１の温度はパワーセーブ用閾値Ｔｓｂ未満に収まっていても、検出温度Ｔｂが、外来ノイズの影響で、パワーセーブ用閾値Ｔｓｂ以上となってしまうことが懸念される。そうすると、パワーセーブ部４がパワーセーブ信号ＰＳを発信して、発電量をセーブするように、電力変換装置１の運転を抑制してしまう。
【００６７】
これに対して、本実施形態においては、パワーセーブ用閾値Ｔｓｂを比較的高く設定してある。それゆえ、図８に示すごとく、外来ノイズの影響で、検出温度Ｔｂが本来の値よりも高く変動しても、検出温度Ｔｂがパワーセーブ用閾値Ｔｓｂに達することを抑制することができる。これにより、不要なパワーセーブ動作を引き起こすことが抑制される。
【００６８】
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２を備え、上記総経路長が最も長い半導体モジュール２Ｂのパワーセーブ用閾値Ｔｓｂを、複数の半導体モジュール２のパワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃの中で、最も高くしている。これにより、ノイズの影響によって比較的変動しやすい検出温度が、ノイズの影響によってパワーセーブ用閾値Ｔｓｂ以上となることを抑制することができる。それゆえ、実際にスイッチング素子２１の温度がパワーセーブ用閾値Ｔｓｂに達していない状態において、ノイズの影響によって、パワーセーブ部４が作動することを、抑制することができる。その結果、電力変換装置１の運転効率を向上させることができる。
【００６９】
その一方で、上記総経路長が最も長い半導体モジュール２Ｂ以外の半導体モジュール２Ａ、２Ｃにおいて、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｃを高くしないことにより、当該半導体モジュール２Ａ、２Ｃにおけるスイッチング素子２１の実際の温度が高くなったとき、適切にパワーセーブ部４が作動するようにすることができる。これにより、スイッチング素子２１の温度異常を、適切に、未然に防ぐことができる。
【００７０】
また、同じ半導体モジュール２に接続される正極バスバー３Ｐと負極バスバー３Ｎとは、互いに主面が対向するように配置されている。これにより、正極バスバー３Ｐ及び負極バスバー３Ｎとこれらに接続されたスイッチング素子２１とにより形成される電流経路において、インダクタンスを低減することができる。その結果、スイッチング素子２１のスイッチングに起因するサージを低減することができる。その一方で、正極バスバー３Ｐと負極バスバー３Ｎとの間に寄生する容量が大きくなりやすく、これに起因して、感温素子２２による検出信号に、ノイズが影響しやすくもなる。かかる構成の電力変換装置１において、総経路長が長い半導体モジュール２Ｂのパワーセーブ用閾値Ｔｓｂを高くしておくことにより、効果的に、不要なパワーセーブの作動を抑制して、運転効率を向上させることができる。
【００７１】
また、パワーセーブ用閾値Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃは、保護用閾値Ｔｐよりも低い。これにより、スイッチング素子２１が保護用閾値Ｔｐに達する前に、確実にパワーセーブすることができる。その結果、半導体モジュール２の長寿命化を、より効果的に図ることができる。
【００７２】
以上のごとく、本実施形態によれば、スイッチング素子の温度異常を未然に防ぎつつ、運転効率を向上させることができる電力変換装置を提供することができる。
【００７３】
（実施形態２）
本形態は、パワーセーブ部４が、下アームスイッチング素子２１Ｎの温度を検出する感温素子２２による検出温度に基づいて、パワーセーブ信号ＰＳを出力するよう構成した、電力変換装置１の形態である。
【００７４】
すなわち、各半導体モジュール２において、下アームスイッチング素子２１Ｎの温度の検出値を、パワーセーブ用閾値との比較に用いる。そして、下アームスイッチング素子２１Ｎの検出温度が、半導体モジュール２毎に設定されたパワーセーブ用閾値以上となったとき、パワーセーブ部４は、パワーセーブ信号を出力する。
【００７５】
その他は、実施形態１と同様である。
なお、実施形態２以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
【００７６】
本形態においては、不要なパワーセーブを、より効果的に抑制することができる。
すなわち、上アームスイッチング素子２１Ｐよりも、下アームスイッチング素子２１Ｎの方が、外来ノイズの影響による検出温度の変動が小さくなりやすい。そうすると、ノイズの影響によって、パワーセーブ部４が作動することを、より効果的に抑制することができる。その結果、電力変換装置１の運転効率をより向上させることができる。
【００７７】
また、比較的変動が小さくなりやすい下アームスイッチング素子２１Ｎの検出温度を利用して、パワーセーブの有無を制御することで、パワーセーブ用閾値Ｔｓｂを、比較的低くすることが可能となる。その結果、実際にスイッチング素子２１の温度が高くなったときに、適切にパワーセーブ機能を作動させることができる。その結果、半導体モジュール２の長寿命化を効果的に図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００７８】
（実施形態３）
本形態は、図１０、図１１に示すごとく、６個の半導体モジュール２を備えた電力変換装置１の形態である。
本形態においては、図示を省略するが、各半導体モジュール２が、上アームスイッチング素子２１Ｐと下アームスイッチング素子２１Ｎとをそれぞれ一つずつ備えている。また、各半導体モジュール２は、保護ＩＣ２３を一つずつ内蔵している。
【００７９】
６個の半導体モジュール２Ａ１、２Ａ２、２Ｂ１、２Ｂ２、２Ｃ１、２Ｃ２は、その役割として、実施形態１における３個の半導体モジュール２Ａ、２Ｂ、２Ｃに、以下のように対応する。すなわち、２つの半導体モジュール２Ａ１、２Ａ２が一組となって、実施形態１における半導体モジュール２Ａに対応する。２つの半導体モジュール２Ｂ１、２Ｂ２が一組となって、実施形態１における半導体モジュール２Ｂに対応する。２つの半導体モジュール２Ｃ１、２Ｃ２が一組となって、実施形態１における半導体モジュール２Ｃに対応する。
【００８０】
そして、図１１に示すごとく、半導体モジュール２Ｂ１、２Ｂ２は、総経路長が互いに等しい。これに伴い、半導体モジュール２Ｂ１、２Ｂ２のパワーセーブ用閾値は、互いに等しい。また、半導体モジュール２Ｂ１、２Ｂ２の総経路長は、他の半導体モジュール２Ａ１、２Ａ２、２Ｃ１、２Ｃ２の総経路長よりも長い、これに伴い、半導体モジュール２Ｂ１、２Ｂ２のパワーセーブ用閾値は、他の半導体モジュール２Ａ１、２Ａ２、２Ｃ１、２Ｃ２のパワーセーブ用閾値よりも高い。
【００８１】
また、半導体モジュール２Ａ１は、半導体モジュール２Ａ２よりも、若干、総経路長が短い。また、半導体モジュール２Ｃ１は、半導体モジュール２Ｃ２よりも、若干、総経路長が短い。これに伴い、また、半導体モジュール２Ａ１、２Ｂ１のパワーセーブ用閾値を、半導体モジュール２Ａ２、２Ｃ２よりも、少しだけ小さくすることもできる。この場合、上記総経路長が長い半導体モジュール２ほど、パワーセーブ用閾値を高くすることとなる。
或いは、半導体モジュール２Ａ１、２Ａ２、２Ｃ１、２Ｃ２のパワーセーブ用閾値を同等としておいてもよい。
その他の構成は、実施形態１と同様である。
【００８２】
本形態においては、上述のように、半導体モジュール２Ｂ１、２Ｂ２のパワーセーブ用閾値を、他の半導体モジュール２Ａ１、２Ａ２、２Ｃ１、２Ｃ２のパワーセーブ用閾値よりも、高くする。これにより、実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００８３】
また、上記総経路長が長い半導体モジュール２ほど、パワーセーブ用閾値を高くすることによって、ノイズの影響による不要なパワーセーブの作動をより効果的に抑制しつつ、複数の半導体モジュール２の長寿命化をより効果的に図ることができる。
その他、実施形態１と同様の作用効果を有する。
【００８４】
なお、上記実施形態においては、パワーセーブの例として、発電量の抑制を挙げたが、これに限らない。例えば、電力変換装置を回転電機の駆動に用いる場合には、回転電機への供給電力を低下させたり、一時的に停止したりすることにより、パワーセーブすることも考えられる。
【００８５】
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００８６】
１  電力変換装置
２、２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  半導体モジュール
２１  スイッチング素子
２２  感温素子
３Ｐ  正極バスバー
３Ｎ  負極バスバー
４  パワーセーブ部
Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ  検出温度
Ｔｓａ、Ｔｓｂ、Ｔｓｃ  パワーセーブ用閾値
【図１】
2020022264.tif 000003
【図２】
2020022264.tif 000004
【図３】
2020022264.tif 000005
【図４】
2020022264.tif 000006
【図５】
2020022264.tif 000007
【図６】
2020022264.tif 000008
【図７】
2020022264.tif 000009
【図８】
2020022264.tif 000010
【図９】
2020022264.tif 000011
【図１０】
2020022264.tif 000012
【図１１】
2020022264.tif 000013