(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子の温度の推定演算を行う周期において、前記半導体素子の平均損失を算出する平均損失算出部と、
前記半導体素子を１つの熱抵抗と熱時定数の組を少なくとも１組有する熱回路網としてとらえて、前記半導体素子の損失及び前記熱抵抗と熱時定数の組から、当該組の部分温度の変化を推定する部分温度変化推定部と、を備え、
前記部分温度変化推定部は、前記平均損失から前記損失の脈動周波数に応じて脈動する部分温度を推定するゲイン及び一次ローパスフィルタを有し、
前記一次ローパスフィルタの時定数は、前記脈動周波数が高いほど前記熱時定数に近く設定し、前記脈動周波数が低いほど前記熱時定数よりも小さく設定する
ことを特徴とする電力変換機の制御装置。
【請求項２】
前記部分温度変化推定部は、前記半導体素子を１つの熱抵抗と熱時定数の組を２組以上有する熱回路網としてとらえて、前記損失及び前記熱抵抗と熱時定数の組から、当該組毎の部分温度の変化を推定し、
前記組毎に推定された部分温度の変化を合成して、前記半導体素子の温度変化を推定する素子温度変化推定部を更に有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換機の制御装置。
【請求項３】
前記ゲインは、前記脈動周波数が高いほど熱抵抗に近く設定し、前記脈動周波数が低いほど熱抵抗より大きく設定し、
前記一次ローパスフィルタの時定数は、前記脈動周波数と前記組毎に定めた所定の周波数との差が大きいほど前記熱時定数に近く設定し、前記差が小さいほど前記熱時定数よりも小さく設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換機の制御装置。
【請求項４】
前記部分温度変化推定部は、前記半導体素子を１つの熱抵抗と熱時定数の組を４組以上有する熱回路網としてとらえた場合、そのうちの３組を抽出して、当該組毎の部分温度の変化を推定し、
素子温度変化推定部は、前記組毎に推定された３つの部分温度の変化を合成して、前記半導体素子の温度変化を推定する
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の電力変換機の制御装置。
【請求項５】
複数の半導体素子を備えるインバータ装置において、総ての半導体素子について熱回路網及び平均損失が共通しているとみなせる場合、任意に選択した１つの半導体素子について推定した温度を、複数の半導体素子のうちの最も高温な半導体素子の温度とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換機の制御装置。
【請求項６】
複数の半導体素子を備えるインバータ装置において、熱回路網及び平均損失が共通している半導体素子の中から、任意に選択した１つの半導体素子について推定した温度を、熱回路網及び平均損失が共通している半導体素子の温度とし、
熱回路網又は平均損失の少なくとも一方が異なる半導体素子の数だけ推定演算を行い、前記インバータ装置が備える複数の半導体素子のうちの最も高温な半導体素子の温度を求める
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電力変換機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、インバータ装置における半導体スイッチング素子（以後、「素子」と略する）を熱的破壊から保護する技術が知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１では、出力電流１周期における平均損失から素子の平均温度を推定している。また、出力電流１周期の間に素子の温度がほとんど脈動しないモータ回転数が高い領域では平均温度を推定温度としている。そして、出力電流１周期の間に素子温度が大きく脈動するモータ回転数が低い領域では、上記の平均温度に対して、回転数に基づいた係数を乗じることで、脈動する温度のピーク値を推定温度としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２２８８８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に開示された技術では、モータ回転数が低い領域において、素子の温度変化の時定数に比べて十分長い時間、一定の損失が発生して平均温度が飽和している飽和状態では、素子を保護することができる。しかし、素子の温度変化の時定数に比べて短い時間で損失が変化して、素子の平均温度が飽和していない過渡状態では、脈動する温度の極大値が推定温度を超えてしまい、素子を保護することができない。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、少なくとも平均温度の過渡状態において、脈動する温度の極大値を上回る温度を推定して、素子の熱的保護を効果的に行う電力変換機の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の特徴に係わる電力変換機の制御装置は、半導体素子の温度の推定演算を行う周期において、半導体素子の平均損失を算出する平均損失算出部と、半導体素子を１つの熱抵抗と熱時定数の組を少なくとも１組有する熱回路網としてとらえて、半導体素子の損失及び熱抵抗と熱時定数の組から、当該組の部分温度の変化を推定する部分温度変化推定部と、を備える。部分温度変化推定部は、平均損失から損失の脈動周波数に応じて脈動する部分温度を推定するゲイン及び一次ローパスフィルタを有する。そして、一次ローパスフィルタの時定数は、脈動周波数が高いほど熱時定数に近く設定し、脈動周波数が低いほど熱時定数よりも小さく設定する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の電力変換機の制御装置によれば、少なくとも平均温度の過渡状態において、脈動する温度の極大値を上回る温度を推定して、半導体素子の熱的保護を効果的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる電力変換機及びその制御装置を含む電力変換システムの全体構成を示す概略図である。
【図２】図１の制御装置において、電力変換機や三相交流モータ１０５の運転条件に応じて、半導体素子の温度を推定する演算処理の概略を示すブロック図である。
【図３】図３（ａ）は、半導体モジュール１０４を構成する各半導体素子の具体的な構成例を示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の半導体素子の３次の熱回路網モデルの一例を示す回路図である。
【図４】平均損失は等しいが、通電位相が異なる２つの半導体素子Ａ、Ｂの実際の瞬時温度ＲＡＴ、ＲＢＴ、半導体素子Ａ、Ｂに共通の平均温度ＡＶＴ、及び素子温度変化推定部２０８から出力される推定素子温度ＥＤＴを示すグラフであり、図４（ａ）は損失脈動周波数が低い場合を、図４（ｂ）は損失脈動周波数が高い場合をそれぞれ示す。
【図５】第２の実施の形態に係わる電力変換機の制御装置により行われる、半導体素子の温度を推定する演算処理の概略を示すブロック図である。
【図６】第２の実施の形態における、瞬時温度ＲＡＴ、ＲＢＴ、平均温度ＡＶＴ、及び推定素子温度ＥＤＴを示すグラフであり、図６（ａ）は損失脈動周波数が低い場合を、図６（ｂ）は損失脈動周波数が高い場合をそれぞれ示す。
【図７】図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図６には異なる脈動パターンにおける、瞬時温度ＲＡＴ、ＲＢＴ、平均温度ＡＶＴ、及び推定素子温度ＥＤＴを示すグラフである。
【図８】図８（ａ）及び図８（ｂ）は、通電位相の異なる４つの半導体素子Ａ〜Ｄの瞬時温度ＲＡＴ、ＲＢＴ、ＲＣＴ、ＲＤＴ、その平均温度ＡＶＴ、及び推定素子温度ＥＤＴを示すグラフである。
【図９】図９は、第２の実施の形態に係わる損失脈動周波数と一次ローパスフィルタ２０７の時定数の関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、損失脈動周波数と一次ローパスフィルタ２０７の時定数の関係を示すグラフである。
【図１１】分布定数回路で構成される熱回路網を、複数組の集中定数回路に近似した場合の温度上昇を示すグラフであり、図１１（ａ）は、２組の熱抵抗と熱時定数を用いて近似した場合の温度上昇ＰＥＤ２を示し、図１１（ｂ）は、３組の熱抵抗と熱時定数を用いて近似した場合の温度上昇ＰＥＤ３を示す。
【図１２】第１の比較例に係わる推定素子温度の一例を示すグラフであり、図１２（ａ）は半導体素子Ａ、Ｂに発生する損失の時間変化ＲＡＬ、ＲＢＬ及び平均値ＡＶＬを示し、図１２（ｂ）は推定素子温度ｅｄｔ、平均温度ＡＶＴ、半導体素子Ａ、Ｂの瞬時温度ＲＤＡＴ、ＲＤＢＴを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる電力変換機及びその制御装置を含む電力変換システムの全体構成を説明する。電力変換システムは、例えば、電池１０１の直流電力を、例えば三相交流モータ１０５等の三相誘導電動機を駆動するための交流電力に変換するインバータ装置を構成する半導体モジュール１０４と、その電力の大きさを制御する制御装置１０６とを備える。
【００１２】
半導体モジュール１０４は、半導体スイッチング素子（以後、「半導体素子」と略する）を６個用いたインバータ装置（三相出力インバータ）を構成している。具体的には、電池１０１の両端子間に、直列に接続された２つの半導体素子を３組、並列に接続されている。直列に接続された２つの半導体素子の間の電位が、それぞれ三相交流モータ１０５の３つの入力端子に印加されている。各半導体素子の制御電極は制御装置１０６に接続され、制御装置１０６は、各半導体素子に対して、ＰＷＭ方式による電圧・周波数可変制御を行う。
【００１３】
例えば、制御装置１０６は、車両がドライバーの意図に従った走行をするために、ドライバーの加減速要求に応じて、駆動用モータから発生すべきトルクを演算する。そして、演算されたトルクの大きさに基づいて、半導体モジュール１０４を構成する各半導体素子のスイッチング制御を行うことにより、電池１０１から駆動用モータである三相交流モータ１０５に供給する電力量を制御する。
【００１４】
また、一般的に、半導体モジュール１０４のスイッチング周波数は、三相交流モータ１０５の相電流周波数よりおよそ５倍以上高い、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度に設定されている。そして、半導体モジュールの入力電流１０７には、スイッチング周波数に近い周波数のリプルが多く含まれている。このため、入力電流１０７を総てバッテリなどの電池１０１からまかなうとすると、電力ケーブルを含む電池１０１側のインピーダンス１０２が大きくなり、電力変換システムの構成部品の耐電圧を超えるような電圧脈動が発生する。そこで、半導体モジュール１０４の直近に、電池１０１よりもインピーダンスが低い平滑コンデンサ１０３を並列に接続して、上記した電圧脈動を抑制する。
【００１５】
半導体モジュール１０４を構成する各半導体素子は、その駆動時において流れる電流の大きさに応じた損失を発生する。そして、その損失によって半導体素子は発熱し、半導体素子の温度が上昇する。半導体素子の温度が過度に上昇すると故障に到ることが知られている。よって、図１の制御装置１０６は、半導体素子の過度の温度上昇を抑制するための制御を行う。
【００１６】
半導体素子の過度の温度上昇を抑制するため、例えば、半導体素子の近傍に測温素子を取付けた場合、測温素子と制御装置との間に絶縁処理が必要となり、回路構成が複雑なる。そこで、本発明の第１の実施の形態に係わる制御装置１０６は、電力変換機や三相交流モータ１０５の運転条件に応じて、半導体素子の温度を推定し、推定された半導体素子の温度に基づいて、半導体素子の電流量を制御する。
【００１７】
図２を参照して、制御装置１０６が、電力変換機や三相交流モータ１０５の運転条件に応じて、半導体素子の温度を推定する演算処理の概略を説明する。制御装置１０６は、以下に示す平均損失算出部２０２、損失脈動周波数算出部２０３、部分温度変化推定部２０４、及び素子温度変化推定部２０８としての演算機能を備える。
【００１８】
平均損失算出部２０２は、三相交流モータ１０５及び電力変換機の運転条件２０１に基づいて、半導体素子の温度の推定演算を行う周期において、半導体素子の平均損失を算出する。半導体素子の平均損失に主に寄与する運転条件としては、例えば、スイッチング周波数、相電流実効値、変調率、力率が挙げられる。
【００１９】
損失脈動周波数算出部２０３は、三相交流モータ１０５及び電力変換機の運転条件２０１に基づいて、半導体素子の損失の脈動周波数を算出する。半導体素子の損失の脈動周波数に主に寄与する運転条件としては、例えば、モータ回転数及び極対数が挙げられる。
【００２０】
部分温度変化推定部２０４は、半導体素子を１つの熱抵抗と熱時定数の組を２組以上（図２ではｍ組）有する熱回路網としてとらえて、半導体素子の損失及び熱抵抗と熱時定数の組２０５から、組毎の部分温度の変化を推定する。具体的に、部分温度変化推定部２０４は、半導体素子の平均損失及び損失の脈動周波数に基づいて、１つの熱抵抗と熱時定数の組毎に部分温度を算出する。ここで、１つの熱抵抗と熱時定数の組毎の部分温度は、半導体素子の損失の脈動周波数に応じて脈動する。
【００２１】
部分温度変化推定部２０４は、上記した熱回路網における熱抵抗と熱時定数の組の数（
ｍ）に応じて、第１組部分温度変化推定部２０４１、第２組部分温度変化推定部２０４２、第３組部分温度変化推定部２０４３、・・・、及び第ｍ組部分温度変化推定部２０４ｍから構成される。
【００２２】
第１組部分温度変化推定部２０４１は、半導体素子の平均損失から部分温度を推定するゲイン２０６及び一次ローパスフィルタ２０７を有する。具体的に、第１組部分温度変化推定部２０４１は、半導体素子の平均損失を入力とし、組毎の熱抵抗２０５により定まるゲイン２０６と、損失脈動周波数により定まる時定数を持つ１次のローパスフィルタ２０７とを伝達特性として、部分温度を出力する。なお、図２には示さないが、部分温度変化推定部２０４に含まれる他の第２組〜第ｍ組部分温度変化推定部２０４２〜２０４ｍも、同様にして、半導体素子の平均損失から部分温度を推定するゲイン２０６及び一次ローパスフィルタ２０７を有する。第１組〜第ｍ組部分温度変化推定部２０４１〜２０４ｍは、それぞれ、半導体素子の平均損失から、組毎の部分温度を算出する。
【００２３】
素子温度変化推定部２０８は、組毎に推定された部分温度の変化を合成して、半導体素子の温度変化を推定する。
【００２４】
図３を参照して、熱抵抗と熱時定数の組を３組有する熱回路網としてとらえた半導体素子について説明する。図３（ａ）は１つの半導体素子の断面構成を示す。図１の半導体素子は、当該半導体素子が形成された半導体チップ１１が、複数の基板１３、１５、１６及び複数の接続層１２、１４が介して、ヒートシンク１７に接続された積層構造を有する。半導体チップ１１の損失により発生する熱は、この積層構造を経てヒートシンク１７内の冷却液１８へ伝達される。そこで、半導体チップ１１から冷却液１８までの間に、複数の点ｊ、ｃ、ｆ、ｗを設定し、ｊ−ｃ間の熱抵抗ｒｊｃ及び熱時定数ｒｊｃｃｊ、ｃ−ｆ間の熱抵抗ｒｃｆ及び熱時定数ｒｃｆｃｃ、ｆ−ｗ間の熱抵抗ｒｆｗ及び熱時定数ｒｆｗｃｆを規定する。これにより、図３（ａ）の半導体素子を、図３（ｂ）に示すように、熱抵抗ｒと熱時定数（τ＝ｒ・ｃ）の組を３組有する熱回路網としてとらえることができる。
【００２５】
図２に示した部分温度変化推定部２０４では、図３の熱回路網モデルに基づいて、半導体素子を熱抵抗と熱時定数の組をｍ組有する熱回路網としてとらえた場合を示している。すなわち、部分温度変化推定部２０４は、図３（ａ）の半導体チップ１１から冷却液１８までの間に、ｍ＋１個の点を設定した場合を示している。
【００２６】
図４を参照して、図２の演算処理により算出される各要素の波形例を示す。図４の横軸は時間を示し、縦軸は素子温度を示す。図４（ａ）は、平均損失は等しいが、通電位相が異なる２つの半導体素子Ａ、Ｂの実際の瞬時温度ＲＡＴ１、ＲＢＴ１、半導体素子Ａ、Ｂに共通の平均温度ＡＶＴ１、及び素子温度変化推定部２０８から出力される推定素子温度ＥＤＴ１を示す。推定素子温度ＥＤＴ１は、少なくとも平均温度ＡＶＴ１の過渡状態において、脈動する瞬時温度ＲＡＴ１、ＲＢＴ１の極大値を上回っている。即ち、図２に示す制御装置１０６は、少なくとも平均温度ＡＶＴ１の過渡状態において、脈動する瞬時温度ＲＡＴ１、ＲＢＴ１の極大値を上回る温度を推定して、半導体素子の熱的保護を効果的に行うことができる。
【００２７】
詳細には、平均温度ＡＶＴ１の過渡状態において、推定素子温度ＥＤＴ１は、脈動する瞬時温度ＲＡＴ１、ＲＢＴ１の極大値を包絡するように推移している。更に詳細には、推定素子温度ＥＤＴ１の曲線は、平均温度ＡＶＴ１の過渡状態において、脈動する瞬時温度ＲＡＴ１、ＲＢＴ１の曲線の包絡線に対して所定温度だけ上方に移動させた曲線を成している。
【００２８】
図４（ｂ）は、図４（ａ）に比べて、実際の瞬時温度ＲＡＴ２、ＲＢＴ２の脈動周波数
、即ち損失脈動周波数が高い場合を示している。損失脈動周波数が高い場合、一次ローパスフィルタ２０７の時定数を熱時定数２０５に近く設定することにより、脈動する瞬時温度ＲＡＴ２、ＲＢＴ２の極大値を包絡するように推移する推定素子温度ＥＤＴ２を算出することができる。
【００２９】
図１０に示すように、損失脈動周波数が高いほど一次ローパスフィルタ２０７の時定数を熱時定数２０５に近く設定し、損失脈動周波数が低いほど一次ローパスフィルタ２０７の時定数を熱時定数２０５よりも小さく設定する。これにより、脈動する瞬時温度ＲＡＴ１、ＲＢＴ１の極大値を包絡するように推移する推定素子温度ＥＤＴ１を、算出することができる。
【００３０】
（第１の比較例）
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は、第１の比較例に係わる推定素子温度の一例を示すグラフである。第１の比較例は、特許文献１に開示された技術である。横軸に時間をとり、図１２（ａ）の縦軸に半導体素子に発生している損失を示し、図１２（ｂ）の縦軸に半導体素子の温度を示す。図１２（ａ）は、半導体素子Ａ、Ｂに発生する損失の時間変化ＲＡＬ、ＲＢＬ及びその平均値ＡＶＬを示し、図１２（ｂ）は推定素子温度ｅｄｔ、半導体素子Ａ、Ｂの平均温度ＡＶＴ、半導体素子Ａ、Ｂの瞬時温度ＲＤＡＴ、ＲＤＢＴを示す。
【００３１】
時刻ｔ０以前は半導体素子Ａ及びＢ共に損失が０で、温度も飽和している。時刻ｔ０以降にモータへの通電を開始し、一定の平均損失を発生し、素子温度が上昇して飽和状態に向かっている。
【００３２】
半導体素子Ａ及びＢは、電流一周期の平均損失は同等であるものの、通電位相が異なる関係にあるため、モータ回転角に応じた瞬時損失の推移は異なっている。また、半導体素子Ａ及びＢの温度は、電流一周期の平均損失から計算される平均温度ＡＶＴは、半導体素子Ａ、Ｂで共通しているが、瞬時温度は脈動している。
【００３３】
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示すように、例えば、三相交流モータ１０５のモータ回転数が低い領域において、半導体素子の温度変化の時定数に比べて十分長い時間、一定の損失が発生している場合、半導体素子の平均温度が飽和する飽和状態となる。特許文献１に開示された技術では、脈動する温度の極大値を上回る温度を推定することができるので、半導体素子を保護することができる。しかし、半導体素子の温度変化の時定数に比べて短い時間で損失が変化して、半導体素子の平均温度が飽和していない過渡状態では、脈動する温度の極大値が推定温度を超えてしまい、半導体素子を保護することができない。
【００３４】
これに対して、本発明の第１の実施の形態に係わる電力変換機の制御装置１０６は、少なくとも平均温度の過渡状態において、脈動する温度の極大値を上回る温度を推定して、半導体素子の熱的保護を効果的に行うことができる。
【００３５】
更に、本発明の第１の実施の形態では、半導体素子を熱抵抗と熱時定数の組を２組以上有する熱回路網としてとらえて、組毎の部分温度の変化を推定し、組毎に推定された部分温度の変化を合成して、半導体素子の温度変化を推定している。これにより、半導体素子の温度の推定精度を向上させることができる。
【００３６】
（第２の比較例）
第２の比較例は、特開平９−２３３８３２号公報に開示された技術である。第２の比較例では、インバータの出力電流の変化を検出できるほど十分に短い周期において、半導体素子の損失から半導体素子の温度を逐次演算している。モータの回転数が高いほど出力電流の変化率が大きくなり、演算周期を短くする必要がある。また、半導体素子の通電電流
パターン及びスイッチングパターンが異なる数だけ、個別に温度を推定する必要がある。即ち、相数に比例して演算量が増加する。よって、制御装置内のＣＰＵの演算負荷が増大してしまう。
【００３７】
これに対して、本発明の第１の実施の形態では、半導体素子の平均損失を用いているため、モータトルクの変化を検出できる演算周期（２ｍｓ以上）で損失を計算すればよい。よって、演算負荷を軽減することができる。
【００３８】
なお、本発明は、半導体素子を熱抵抗と熱時定数の組を２組以上有する熱回路網としてとらえる場合のみに限定されない。半導体素子を熱抵抗と熱時定数の組を１組有する熱回路網としてとらえても構わない。この場合、組毎に推定された複数の部分温度の変化を合成する処理は不要となり、上記した１組の部分温度の変化を、そのまま、半導体素子の温度変化として推定することになる。これにより、制御装置１０６の演算負荷を軽減することができる。
【００３９】
（第２の実施の形態）
図５を参照して、第２の実施の形態に係わる電力変換機の制御装置により行われる、半導体素子の温度を推定する演算処理について説明する。図２に示した演算処理と異なる点は、ゲイン５０６は、組毎の熱抵抗２０５ではなく、損失脈動周波数により定まる点であり、その他の構成は、図２に示した演算処理と同じであり、説明を省略する。
【００４０】
即ち、第１組部分温度変化推定部２０４１は、半導体素子の平均損失を入力とし、損失脈動周波数により定まるゲイン５０６と、損失脈動周波数により定まる時定数を持つ１次のローパスフィルタ２０７とを伝達特性として、部分温度を出力する。
【００４１】
なお、図５には示さないが、部分温度変化推定部２０４に含まれる他の第２組〜第ｍ組部分温度変化推定部２０４２〜２０４ｍも、同様にして、ゲイン５０６及び一次ローパスフィルタ２０７を有する。第１組〜第ｍ組部分温度変化推定部２０４１〜２０４ｍは、それぞれ、半導体素子の平均損失から、組毎の部分温度を算出する。そして、素子温度変化推定部２０８は、組毎に推定された部分温度の変化を合成して、半導体素子の温度変化を推定する。
【００４２】
ゲイン５０６は、損失脈動周波数が高いほど熱抵抗２０５に近く設定し、損失脈動周波数が低いほど熱抵抗２０５より大きく設定する。そして、図９に示すように、一次ローパスフィルタ２０７の時定数は、損失脈動周波数と組毎に定めた所定の周波数ｆａとの差が大きいほど熱時定数に近く設定し、当該差が小さいほど熱時定数よりも小さく設定する。換言すれば、一次ローパスフィルタ２０７の時定数は、損失脈動周波数が組毎に定めた所定の周波数ｆａにおいて極小値をとり、所定値から離れるほど熱時定数に近づける。これにより、平均温度の過渡状態のみならず、平均温度の飽和状態においても、脈動する温度の極大値を上回る温度を推定することができる。
【００４３】
図６を参照して、図５の演算処理により算出される各要素の波形例を示す。図６の横軸は時間を示し、縦軸は素子温度を示す。図６（ａ）は、平均損失は等しいが、通電位相が異なる２つの半導体素子Ａ、Ｂの実際の瞬時温度ＲＡＴ３、ＲＢＴ３、半導体素子Ａ、Ｂに共通の平均温度ＡＶＴ３、及び素子温度変化推定部２０８から出力される推定素子温度ＥＤＴ３を示す。推定素子温度ＥＤＴ３は、平均温度ＡＶＴ３の過渡状態のみならず、平均温度ＡＶＴ１の飽和状態においても、脈動する瞬時温度ＲＡＴ３、ＲＢＴ３の極大値を上回っている。即ち、図５に示す制御装置は、平均温度ＡＶＴ３の過渡状態のみならず、平均温度ＡＶＴ３の飽和状態においても、脈動する瞬時温度ＲＡＴ３、ＲＢＴ３の極大値を上回る温度を推定して、半導体素子の熱的保護を効果的に行うことができる。
【００４４】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に比べて、実際の瞬時温度ＲＡＴ４、ＲＢＴ４の脈動周波数、即ち損失脈動周波数が高い場合を示している。図７（ａ）及び図７（ｂ）は、図６には異なる脈動パターンにおける、瞬時温度ＲＡＴ、ＲＢＴ、平均温度ＡＶＴ、及び推定素子温度ＥＤＴを示すグラフである。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、通電位相の異なる４つの半導体素子Ａ〜Ｄの瞬時温度ＲＡＴ、ＲＢＴ、ＲＣＴ、ＲＤＴ、その平均温度ＡＶＴ、及び推定素子温度ＥＤＴを示すグラフである。図６〜図８に示すように、ゲイン５０６及び一次ローパスフィルタ２０７の時定数を損失脈動周波数に応じて適切に設定する。これにより、脈動する瞬時温度を包絡するような素子温度を推定することができる。
【００４５】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は、６つの実施形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
【００４６】
例えば、部分温度変化推定部２０４は、半導体素子を１つの熱抵抗と熱時定数の組を４組以上有する熱回路網としてとらえた場合、そのうちの３組を抽出して、当該組毎の部分温度の変化を推定し、素子温度変化推定部２０８は、組毎に推定された３つの部分温度の変化を合成して、半導体素子の温度変化を推定してもよい。
【００４７】
図１１は、分布定数回路で構成される熱回路網を、４組の集中定数回路で表現した場合の温度上昇ＰＥＤ４を示す。図１１（ａ）は、４組の集中定数回路で表現した熱回路網を、２組の熱抵抗と熱時定数を用いて近似した場合の温度上昇ＰＥＤ２をＰＥＤ４に重ね合わせて示す。図１１（ｂ）は、４組の集中定数回路で表現した熱回路網を、３組の熱抵抗と熱時定数を用いて近似した場合の温度上昇ＰＥＤ３をＰＥＤ４に重ね合わせて示す。３組の熱抵抗と熱時定数を用いることで十分な近似精度が得られることが分る。
【００４８】
また、図１に示した複数の半導体素子を備える半導体モジュール１０４からなるインバータ装置において、総ての半導体素子について、図３（ｂ）の熱回路網及び平均損失が共通しているとみなせる場合がある。この場合、任意に選択した１つの半導体素子について推定した温度を、複数の半導体素子のうちの最も高温な半導体素子の温度としてもよい。総ての半導体素子について温度推定を行う必要がなくなり、推定演算の負荷を軽減することができる。
【００４９】
図１に示した複数の半導体素子を備えるインバータ装置において、熱回路網及び平均損失が共通している半導体素子の中から、任意に選択した１つの半導体素子について推定した温度を、熱回路網及び平均損失が共通している半導体素子の温度としてもよい。そして、熱回路網又は平均損失の少なくとも一方が異なる半導体素子の数だけ推定演算を行い、インバータ装置が備える複数の半導体素子のうちの最も高温な半導体素子の温度を求めてもよい。これにより、推定演算の負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０６    制御装置
２０２    平均損失算出部
２０４    部分温度変化推定部
２０４１〜２０４ｍ    第１組〜第ｍ組部分温度変化推定部
２０５    熱抵抗と熱時定数の組
２０６、５０６    ゲイン
２０７    ローパスフィルタ
２０８    素子温度変化推定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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