(57)【要約】【課題】電子部品の保護を考慮した上で、電子部品の通電を制御する通電制御装置を提供する。【解決手段】通電制御装置１は、電子部品２通電開始時に、電子部品２が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部１１と、電子部品２が使用可能な使用温度範囲に基づいて規定された電子部品２の許容損失を示す許容損失情報を取得する許容損失情報取得部１２と、温度情報に基づいて許容損失を補正した補正許容損失を算定する算定部１３と、補正許容損失に基づいて電子部品２に対する通電を制御する制御部１４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品の通電開始時に、前記電子部品が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、
前記電子部品が使用可能な使用温度範囲に基づいて規定された前記電子部品の許容損失を示す許容損失情報を取得する許容損失情報取得部と、
前記温度情報に基づいて前記許容損失を補正した補正許容損失を算定する算定部と、
前記補正許容損失に基づいて前記電子部品に対する通電を制御する制御部と、
を備える通電制御装置。
【請求項２】
前記算定部は、前記温度情報に基づいて前記許容損失を補正する補正量を設定し、前記許容損失から前記補正量を減じて前記補正許容損失を算定する請求項１に記載の通電制御装置。
【請求項３】
前記温度情報取得部は、前記電子部品に隣接して設けられる請求項１又は２に記載の通電制御装置。
【請求項４】
前記電子部品の通電開始後、前記電子部品を流れる電流に基づく損失を算定する損失算定部を更に備え、
前記制御部は、前記損失算定部により算定された前記損失が前記補正許容損失よりも大きくなった場合に前記電子部品への通電を停止する請求項１から３のいずれか一項に記載の通電制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の通電を制御する通電制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品や電気機器には、仕様により最大定格が規定されている。このような最大定格を超えて電子部品や電気機器を使用すると、劣化や破損等の原因となる。このため、電子部品や電気機器を最大定格以下で使用する技術が検討されてきた（例えば特許文献１）。
【０００３】
特許文献１にはモータ制御装置が開示されている。このモータ制御装置は、モータに印加する電圧をＤｕｔｙ比指令値に応じてＰＷＭ制御する駆動回路と、モータの印加電圧を検出する電圧検出回路と、予め与えられたモータのコイル等価抵抗、熱容量および熱抵抗、ならびに電圧検出回路の検出する印加電圧およびＤｕｔｙ比指令値に基づいて、モータのコイル温度を推定するコイル温度推定部と、コイル温度推定部の推定したコイル温度が正常温度か否かを判定する温度異常判定部と、コイル温度が正常温度でないと判定された場合に、Ｄｕｔｙ比指令値を低い値に制限するＤｕｔｙ制限部とを備えて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０２２７２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の技術は、モータのコイルの温度を推定することにより、コイルの温度が正常か否かを判定している。コイルの温度が正常でないと判定された場合には、モータに印加する電圧をＤｕｔｙ制御で制限し、モータ自体の発熱を抑制している。このように、特許文献１に記載の技術はモータ自体の発熱を抑制する技術であって、モータの通電に用いられる電子部品（例えばスイッチング素子）の保護まで想定されていない。
【０００６】
そこで、電子部品の保護を考慮した上で、電子部品の通電を制御する通電制御装置が求められる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る通電制御装置の特徴構成は、電子部品の通電開始時に、前記電子部品が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する温度情報取得部と、前記電子部品が使用可能な使用温度範囲に基づいて規定された前記電子部品の許容損失を示す許容損失情報を取得する許容損失情報取得部と、前記温度情報に基づいて前記許容損失を補正した補正許容損失を算定する算定部と、前記補正許容損失に基づいて前記電子部品に対する通電を制御する制御部と、を備えている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、通電前の電子部品の温度を考慮して電子部品の許容損失を補正し、補正した許容損失（補正許容損失）に基づき通電を制御することができる。したがって、電子部品の保護を適切に行うことが可能となる。
【０００９】
また、前記算定部は、前記温度情報に基づいて前記許容損失を補正する補正量を設定し、前記許容損失から前記補正量を減じて前記補正許容損失を算定すると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、電子部品が通電前に受けている熱ストレスを考慮した許容損失（補正許容損失）を容易に算定することが可能となる。したがって、電子部品を適切に保護することが可能となる。
【００１１】
また、前記温度情報取得部は、前記電子部品に隣接して設けられると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、電子部品に通電する前の電子部品の温度を精度良く検出することが可能となる。したがって、電子部品の保護を精度良く行うことが可能となる。
【００１３】
また、前記電子部品の通電開始後、前記電子部品を流れる電流に基づく損失を算定する損失算定部を更に備え、前記制御部は、前記損失算定部により算定された前記損失が前記補正許容損失よりも大きくなった場合に前記電子部品への通電を停止すると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、電子部品に蓄積される損失（熱量）に応じて電子部品の保護を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】通電制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】許容損失の補正についての説明図である。
【図３】通電制御装置の処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明に係る通電制御装置は、電子部品を過熱から保護する機能を備えて構成される。以下、本実施形態の通電制御装置１について説明する。
【００１７】
ここで、理解を容易にするために本実施形態では、通電制御装置１がモータを駆動するインバータ（Ｈブリッジ回路を含む）が有するスイッチング素子（例えばＦＥＴ：Field Effect transistor）に対する通電を制御する場合の例を挙げて説明する。より具体的には、通電制御装置１は、スイッチング素子のオンＤＵＴＹに基づきスイッチング素子に流れる電流（ＦＥＴにあっては、ドレーン電流）を制御する。
【００１８】
図１は、通電制御装置１の構成を模式的に示すブロック図である。図１に示されるように、通電制御装置１は、温度情報取得部１１、許容損失情報取得部１２、算定部１３、制御部１４、損失算定部１５の各機能部を備えて構成される。特に、許容損失情報取得部１２、算定部１３、制御部１４、損失算定部１５は電子部品２の過熱保護に係る処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【００１９】
温度情報取得部１１は、電子部品２の通電開始時に、当該電子部品２が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する。上述したように、本実施形態ではスイッチング素子のドレーン電流を制御する場合の例を挙げて説明している。このため、電子部品２とはスイッチング素子（例えばＦＥＴ：Field Effect transistor）であり、電子部品２の通電開始時とはスイッチング素子に電流が流れ始める時、すなわち、スイッチング素子に制御信号を入力する時が相当する。電子部品２が実装された基板とは、電子部品２が、例えば半田付けによって固定された基板である。したがって、電子部品２が実装された基板の温度とは、電子部品２が固定された基板の温度が相当する。特に当該基板の温度は、電子部品２の温度と等しいと好適である。このため、温度情報取得部１１は、電子部品２の温度として取り扱うことが可能な電子部品２が実装された基板の温度を取得するように構成される。
【００２０】
このような温度情報取得部１１は、例えば公知のサーミスタを用いることが可能である。係る場合には、上述した温度情報は、サーミスタを流れる電流、或いはサーミスタの端子間電圧が相当する。また、サーミスタを用いる場合には、サーミスタも電子部品２が実装される基板に半田付けにより固定すると良く、特にサーミスタを電子部品２に近接又は隣接して設けると良い。もちろん、電子部品２が実装される基板とは異なる他の基板にサーミスタを実装し、サーミスタを電子部品２に近接又は隣接して設けても良い。温度情報取得部１１により取得された温度情報は、後述する算定部１３に伝達される。
【００２１】
なお、サーミスタを用いて温度情報を取得する場合には、例えば所定の電位が印加される第１接続線と接地電位とされる第２接続線との間に、所定の抵抗値（例えば１０ｋΩ±１％）の抵抗器とサーミスタとを直列に接続して設け、抵抗器とサーミスタとで分圧された電位からマイコンが温度に換算するように構成することが可能である。
【００２２】
許容損失情報取得部１２は、電子部品２が使用可能な使用温度範囲に基づいて規定された電子部品２の許容損失を示す許容損失情報を取得する。電子部品２が使用可能な使用温度範囲とは、電子部品２の仕様により規定されている電子部品２の動作可能な温度範囲である。電子部品２の許容損失とは、電子部品２が仕様上の性能を維持できる消費電力であって、電子部品２の環境温度に応じて規定される。このような許容損失は、一般的に横軸を環境温度とし、縦軸を許容損失としたマップで示されるが、本実施形態でこのようなマップが許容損失情報に相当する。図２の（Ａ）には許容損失情報の一例が示される。このような許容損失情報は、電子部品２毎に許容損失情報取得部１２に予め記憶しておいても良いし、図示しない記憶部に予め記憶しておき、許容損失情報取得部１２が当該記憶部から取得するように構成しても良い。許容損失情報取得部１２により取得された許容損失情報は、後述する算定部１３に伝達される。
【００２３】
算定部１３は、温度情報に基づいて許容損失を補正した補正許容損失を算定する。温度情報は、上述した温度情報取得部１１から伝達される。許容損失は、許容損失情報取得部１２から伝達される許容損失情報から参照される。
【００２４】
本実施形態では、算定部１３は補正許容損失を算定するにあたり、温度情報に基づいて許容損失を補正する補正量を設定する。具体的には、算定部１３は、所定の条件で電子部品２を動作させた結果、電子部品２が温度情報で示される温度に達したと仮定し、このように仮定した場合に電子部品２が受けた熱量（消費電力）を補正量として算定する。このような補正量は、温度毎に予め設定しておき、算定部１３が記憶しておくよう構成すると良い。あるいは、図示しない記憶部に温度と補正量との関係を記憶しておき、算定部１３が当該記憶部から取得するように構成しても良い。また、このような補正量は、全温度範囲に亘って設けても良いが、通電すると電子部品２はジュール熱或いは自己発熱により所定の温度になるため、当該所定の温度以上毎に設定しても良い。
【００２５】
算定部１３は、このような補正量を許容損失から減じて補正許容損失を算定する。これにより、電子部品２が許容できる損失が、上記仮定前の電子部品２の許容損失から減少することになる。
【００２６】
ここで、本実施形態では、通電制御装置１は電子部品２における損失を算定し、算定された損失が所定の値に達した際、電子部品２の通電を停止する。そこで、損失算定部１５は、電子部品２の通電開始後、電子部品２を流れる電流に基づく損失を算定する。損失算定部１５は電子部品２の通電が停止されると、これまでの算定結果を一旦、リセットし、その後、通電が開始されると、初期値（ゼロ）から損失を算定するように構成される。ここで、電子部品２の通電が停止するとは、例えばＦＥＴをＤＵＴＹ制御により動作させる場合、所定の１周期内においてＦＥＴを開状態にするために通電を停止している状態をいうのではなく、ＤＵＴＹ制御を終了することによって、ＦＥＴに対する通電が停止されることを意味する。
【００２７】
電子部品２を流れる電流に基づく損失とは、電子部品２における消費電力に相当する。電子部品２に応じて消費電力の算定方法は異なるが、例えばＦＥＴの場合にはドレーン電流の二乗とオン抵抗との積に応じた値となる。また、例えばダイオードの場合には順方向電流と順方向電圧との積に応じた値となる。更に、集積回路の場合には印加電圧と消費電流との積に応じた値となる。損失算定部１５は、制御対象となる電子部品２の損失を順次、算定する。損失算定部１５による算定値は、後述する制御部１４により参照される。
【００２８】
制御部１４は、補正許容損失に基づいて電子部品２に対する通電を制御する。補正許容損失は算定部１３から伝達される。制御部１４は、電子部品２の損失が補正許容損失を超えない場合には所期の通電を行い、補正許容損失を超える恐れがある場合には電子部品２の損失が補正許容損失を超える前に通電を停止する。
【００２９】
本実施形態では、制御部１４は、損失算定部１５により算定された損失が補正許容損失よりも大きくなった場合に電子部品２への通電を停止する。このように構成することで、通電前の電子部品２の周囲温度、及び電子部品２の損失に応じて電子部品２を保護することが可能となる。
【００３０】
次に、通電制御装置１の処理について、図２の説明図、及び図３のフローチャートを用いて説明する。なお、図３のフローチャートに係る処理は一例であって、通電制御装置１の処理が限定されるものではない。また、適宜、処理の順序を入れ替えや、処理を省略することが可能である。
【００３１】
通電制御装置１は、電子部品２に対する通電指示を例えば上位システムから受けると（ステップ＃１：Ｙｅｓ）、許容損失情報取得部１２が電子部品２の許容損失を示す許容損失情報を取得する（ステップ＃２）。図２の（Ａ）には、電子部品２の許容損失の一例が示される。許容損失は、電子部品２毎に電子部品２の周囲温度（環境温度）に応じて規定される。すなわち、図２の（Ａ）のハッチングが付された領域内で使用することで電子部品２の性能が維持される。また、温度情報取得部１１は電子部品２が実装された基板の温度を示す温度情報を取得する（ステップ＃３）。
【００３２】
温度情報に基づく基板の温度が予め設定された所定値よりも高い場合（例えば２０℃より高い場合）には（ステップ＃４：Ｙｅｓ）、算定部１３が基板の温度に基づく許容損失の補正量を取得する（ステップ＃５）。ここでは、補正量をＷ０（Ｗ）とする。この補正量は、予め算定部１３が記憶しておいても良いし、都度、算定しても良い。更に算定部１３は、取得した補正量を用いて許容損失情報で示される電子部品２の許容損失を補正した補正許容損失を算定する（ステップ＃６）。
【００３３】
本実施形態では、通電制御装置１は損失算定部１５が電子部品２における損失を算定し、この算定結果に基づき電子部品２の通電を制御する。そこで、算定部１３は、電子部品２が使用される最高周囲温度に係る許容損失を許容損失情報から取得する。本実施形態では、電子部品２が使用される最高周囲温度がＴ１（℃）であり、Ｔ１（℃）における許容損失が図２の（Ａ）に示されるようにＷ１（Ｗ）であるとする。算定部１３は、図２の（Ｂ）に示されるように、このＷ１（Ｗ）を閾値として設定する。
【００３４】
算定部１３は、許容損失Ｗ１（Ｗ）から上述した補正量Ｗ０（Ｗ）を減じ、補正許容損失を算定する。したがって、補正許容損失は、Ｗ１−Ｗ０（Ｗ）になる。本実施形態では、電子部品２の通電時間に応じて増大する損失が図２の（Ｂ）のような許容損失Ｗ１（Ｗ）に達すると電子部品２の通電が停止される。したがって、許容損失Ｗ１（Ｗ）は電子部品２の通電を停止させる閾値に相当する。図２の（Ｂ）では、上述した補正許容損失に応じて、縦軸（損失）のゼロ点がオフセットされる。制御部１４は、このような補正許容損失に基づき電子部品２の通電を開始する（ステップ＃７）。
【００３５】
一方、ステップ＃４において、温度情報に基づく基板の温度が予め設定された所定値以下である場合（例えば２０℃以下である場合）には（ステップ＃４：Ｎｏ）、制御部１４は、ステップ＃２において取得された許容損失に基づき電子部品２の通電を開始する（ステップ＃７）。
【００３６】
係る場合には、図２の（Ｃ）に示されるように、電子部品２が使用される最高周囲温度Ｔ１（℃）における許容損失Ｗ１（Ｗ）が閾値として設定され、算定部１３は、許容損失Ｗ１（Ｗ）を補正することなく許容損失に基づき電子部品２の通電を開始する。
【００３７】
電子部品２の通電が開始されると、損失算定部１５が電子部品２の通電に応じた電子部品２の損失を算定する（ステップ＃８）。電子部品２の通電中において、損失が予め設定された閾値以下であって（ステップ＃９：Ｙｅｓ）、通電制御装置１に対する通電指示が継続していれば（ステップ＃１０：Ｎｏ）、ステップ＃８に戻り処理が継続される。
【００３８】
一方、ステップ＃９において、電子部品２の損失が予め設定された閾値を超える場合や（ステップ＃９：Ｎｏ）、通電制御装置１に対して通電指示が終了していれば（ステップ＃１０：Ｙｅｓ）、制御部１４は電子部品２に対する通電を終了し（ステップ＃１１）、損失算定部１５が算定した損失（算定結果）をリセットする（ステップ＃１２）。以上により通電制御装置１の処理が終了する。
【００３９】
上述した通電制御装置１は、例えば数十アンペアの電流が流れるモータ（具体的には、車両のシフトレバーの操作に応じてトランスミッションが有するギヤを制御するモータ）の保護機能として利用すると好適である。係る場合、モータを流れる電流の大きさ、及び当該電流が流れる時間によってモータを保護するのではなく、実際にモータに通電する際のスイッチング素子が実装された基板の温度を検出し、検出された当該基板の温度に基づき、スイッチング素子の故障温度を超えない範囲で電流と通電時間とを制御することが可能となる。したがって、従来の電流の大きさ、及び当該電流が流れる時間による保護のように、通電前に熱を帯びていたスイッチング素子に更に熱が加わり部品故障温度を超えるといったような状況を回避することが可能となる。
【００４０】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、通電制御装置１がモータを駆動するインバータ（Ｈブリッジ回路を含む）が有するスイッチング素子に対する通電を制御する場合の例を挙げて説明したが、通電制御装置１はインバータのスイッチング素子以外の電子部品２に対する通電の制御に用いることも可能である。
【００４１】
上記実施形態では、温度情報取得部１１としてサーミスタを用いることが可能であると説明したが、サーミスタ以外の部品（例えば温度センサ等）を用いて温度情報を取得するように構成することも可能である。
【００４２】
上記実施形態では、算定部１３は、温度情報に基づいて許容損失を補正する補正量を設定し、許容損失から補正量を減じて補正許容損失を算定するとして説明したが、算定部１３は例えば温度情報により示される基板の温度と補正許容損失との関係を示したマップや算定式を記憶しておき、マップや算定式を用いて補正許容損失を算定するように構成することも可能である。
【００４３】
上記実施形態では、温度情報取得部１１は、電子部品２に隣接して設けられるとして説明したが、温度情報取得部１１は電子部品２に離間して設けることも可能であるし、温度情報取得部１１を電子部品２が実装された基板に実装することも可能である。
【００４４】
上記実施形態では、制御部１４は、損失算定部１５により算定された電子部品２の通電開始後の電子部品２を流れる電流に基づく損失に基づき電子部品２への通電を停止するとして説明したが、制御部１４は、電子部品２の損失を積算した積算値に基づき電子部品２への通電を制御するように構成することも可能である。係る場合、損失算定部１５が、電子部品２を流れる電流に応じた損失を積算した積算値を算定し、制御部１４が算定値に基づいて電子部品２の通電を制御すると好適である。なお、この際、電子部品２の通電を停止させる閾値は、許容損失情報から最高使用温度に応じて許容損失を取得し、この許容損失から積算値に係る閾値を設定すると好適である。
【００４５】
本発明は、電子部品の通電を制御する通電制御装置に用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１：通電制御装置
２：電子部品
１１：温度情報取得部
１２：許容損失情報取得部
１３：算定部
１４：制御部
１５：損失算定部
【図１】
2020129941.tif 000003
【図２】
2020129941.tif 000004
【図３】
2020129941.tif 000005