(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源と、前記直流電源に接続されたスイッチング素子および還流ダイオードと、スイッチング素子のオン／オフによって直流電圧を所定の交流電圧、電流、周波数に変換する手段と、１つ以上のスイッチング素子近傍に設置した温度検出部を備えたインバータ装置において、
スイッチング素子および還流ダイオードの損失モデルと、前記スイッチング素子および還流ダイオードを固定するモジュールの熱抵抗モデルと、前記損失モデルおよび熱抵抗モデルを利用して算出された推定温度上昇値と、前記温度検出部で検出したスイッチング素子の温度とに基づいて、温度検出部を備えていないスイッチング素子および還流ダイオードの温度を推定する推定手段を備え、
前記推定手段は、
前記スイッチング素子の損失モデルを、導通損失ａとスイッチング損失との和とし、前記導通損失ａをスイッチング素子に流れる電流と、前記温度検出部で検出されたスイッチング素子の温度とで表される多項式で算出される値とし、前記スイッチング損失をスイッチング素子および還流ダイオードに流れる電流と、前記直流電圧と、前記温度検出部で検出されたスイッチング素子の温度とで表す多項式で算出される値とし、
前記還流ダイオードの損失モデルを、導通損失ｂとリカバリ損失との和とし、前記導通損失ｂを還流ダイオードに流れる電流と、前記温度検出部で検出したスイッチング素子の温度とで表す多項式で算出する値とし、リカバリ損失を還流ダイオードに流れる電流と、前記直流電圧と、前記温度検出部で検出したスイッチング素子の温度とで表す多項式で算出する値とすることを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記温度検出部は、前記インバータ装置を構成する低電位側のスイッチング素子に設置され、該スイッチング素子の温度のうち最も高い温度を選択して前記推定手段に入力する手段を備えることを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記推定手段は、前記モジュールの熱抵抗モデルを、全てのスイッチング素子および還流ダイオード自身と冷却器との間にある熱抵抗と、全てのスイッチング素子および還流ダイオードとで互いに生じる熱干渉によるものとし、自身の熱抵抗および互いに及ぼす熱干渉を熱抵抗および熱容量で表すことを特徴とする請求項１記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子および還流ダイオードの損失を求める多項式に用いる温度検出部で検出したスイッチング素子の温度を、直前に推定した該スイッチング素子の温度および還流ダイオードの温度とすることを特徴とする請求項２記載のインバータ装置。
【請求項５】
シリパラ方式のハイブリッド自動車に搭載される、走行用の電動機を駆動するインバータを構成するスイッチング素子と、エンジンが駆動する発電機用のインバータを構成するスイッチング素子とが一体化しているモジュールを備えるインバータ装置において、
前記発電機用インバータのスイッチング素子および還流ダイオードで発生する損失を推定する請求項２記載の手段を備え、
前記推定手段は、電動機用インバータと発電機用インバータとが発生する損失によって互いに及ぼす影響を考慮して温度上昇値を推定することを特徴とする請求項１または請求項３記載のインバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機を駆動するインバータ装置に関し、特にインバータを構成するスイッチング素子及びダイオードの温度を推定する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機は、エンジンと組み合わせたハイブリッド自動車、または電動機のみで駆動する電気自動車等に用いられる。電動機を駆動する際、所定のトルク、周波数を得るのにインバータが用いられる。インバータは自動車内に組み込まれ、搭乗スペースの確保のためにその高パワー高密度化が望まれている。
【０００３】
自動車の走行環境によってインバータの運転温度が大きく変動し、特にハイブリッド自動車においては、エンジンの発熱の影響でインバータは高温になる。インバータ内のスイッチング素子は、このような周囲温度に加えて、スイッチング素子自身に電流が流れることによる定常損失、オン・オフによるスイッチング損失の影響で温度が上昇し、ある温度を超えると破壊に至る恐れがある。
【０００４】
スイッチング素子の破壊を回避するために、スイッチング素子の温度を検出して保護を行う必要がある。温度検出には素子上にダイオードを作りこんだオンチップセンサを利用すると精度が高く検出できるので、ハイブリッド自動車用インバータに搭載されている。オンチップセンサは高電位になるため、絶縁回路を通してマイクロコントローラ（以下マイコン）などに温度情報を伝送する必要がある。少なくとも６個のスイッチング素子が搭載されているインバータにおいては、全てのスイッチング素子の温度を検出するために絶縁回路が複数必要となり、基板面積が増大してインバータ容積が大きくなる恐れがある。
【０００５】
このような課題を解決するために、一部のスイッチング素子のみ温度検出を行い、残りのスイッチング素子温度は推定する方法が考えられる。１つ以上のスイッチング素子温度を検出し、スイッチング素子の損失モデル、およびＩＧＢＴモジュールの熱伝達モデルから最高温度のスイッチング素子の温度を推定する方法が開示されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９５３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、スイッチング素子の損失モデルおよび熱伝達モデルが、定常状態におけるものであり、モータがロックしたときや低周波で回転しているときのように、一部のスイッチング素子に電流が集中する状態に遷移するときは、最高温度となるスイッチング素子が確実に特定できず、スイッチング素子温度を精確に推定できない。また、最高温度となるスイッチング素子周囲にあるスイッチング素子の温度推定値を基に、熱伝達モデルが構成されているために、基になるスイッチング素子温度の推定値に誤差がある場合には、最高温度を示すスイッチング素子温度の推定誤差が増大する。
【０００８】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、インバータの運転モードがどのような状態であっても、１つのスイッチング素子から検出した温度を基に、他のスイッチング素子温度を精確に推定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施例に係るインバータ装置は、直流電源と、直流電源に接続されたスイッチング素子および還流ダイオードと、スイッチング素子のオン／オフによって直流電圧を所定の交流電圧、電流、周波数に変換する手段と、１つ以上のスイッチング素子近傍に設置した温度検出部を備えたインバータ装置において、スイッチング素子および還流ダイオードの損失モデルと、前記スイッチング素子および還流ダイオードを固定するモジュールの熱抵抗モデルと、前記損失モデルおよび熱抵抗モデルを利用して算出された推定温度上昇値と、前記温度検出部で検出したスイッチング素子の温度とに基づいて、温度検出部を備えていないスイッチング素子および還流ダイオードの温度を推定する推定手段とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
インバータの運転モードがどのような状態であっても、１つのスイッチング素子から検出した温度に基に、他のスイッチング素子温度が精確に推定される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施例１に係るインバータ回路と制御ブロックを示す図。
【図２】本発明の実施例１に係る温度検出回路を示す図。
【図３】温度推定部１７により行われる温度推定方法の概要を示すフローチャート。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体モジュールを示す図。
【図５】本発明の実施例１に係る通電電流とスイッチング素子温度の時系列変化を示す図。
【図６】本発明の実施例３に係るインバータ回路と制御ブロックを示す図。
【図７】本発明の実施例２に係る半導体モジュールを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るインバータ装置の実施例について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１３】
（構成）
図１は本発明によるインバータ装置を電気車に適用したときの実施例の構成を示す図である。本発明によるインバータ装置は、電気車のみならず、電気推進船等にも適用できる。
【００１４】
このインバータ装置は、アクセル装置１からインバータ２にトルク指令値Ｔｑ＊を入力し、トルク指令値Ｔｑ＊に応じてバッテリなどの直流電圧源４の出力電圧を可変電圧可変周波数の３相交流電圧に変換し、電動機５を駆動して車輪６を駆動制御する。
【００１５】
インバータ２は、直流電圧を平滑化するコンデンサ７が入力段に接続され、スイッチング素子によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路を構成している。Ｕ相のブリッジ回路は、スイッチング素子ＳＵとスイッチング素子ＳＸの接続点が電動機５に接続されている。スイッチング素子ＳＵとスイッチング素子ＳＸには還流ダイオードＤＵとＤＸがそれぞれ逆並列に接続されている。
【００１６】
スイッチング素子ＳＶとＳＹ，還流ダイオードＤＶとＤＹで構成されるＶ相のブリッジ回路、スイッチング素子ＳＷとＳＺ，還流ダイオードＤＷとＤＺで構成されるＷ相のブリッジ回路も同様に構成されている。
【００１７】
スイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ、ＳＺのいずれか１つまたは複数の近傍に温度センサが設けられる。本実施例においては、スイッチング素子ＳＸ、ＳＹ、ＳＺのローサイド素子に温度センサＣＸ，ＣＹ，ＣＺをそれぞれ設置する。温度センサＣＸ，ＣＹ，ＣＺはスイッチング素子上に作り込まれたオンチップのダイオードとする。ダイオードは定電流の条件では、温度が上昇すると順方向電圧が小さくなる傾向にある。ダイオードに一定の電流を供給し、順方向電圧を測定することによって、スイッチング素子の温度が得られる。温度センサはダイオード以外のものでもよいが、応答性が高く、高精度のものが望ましい。
【００１８】
温度センサＣＸ，ＣＹ，ＣＺが出力した電圧は、温度検出回路８に入力される。そのうちの最も高い温度を示すスイッチング素子の温度信号９を制御演算装置１０に伝達する。インバータの下アームを構成するスイッチング素子ＳＸ、ＳＹ、ＳＺは、電位が等しく互いの絶縁をとる必要がないので、最高温度ＴＮＭＡＸを示す温度信号を簡単に抽出できる。図２に最高温度ＴＮＭＡＸを選択する回路８ａの一例を示す。本回路はオペアンプ１１Ｘ、１１Ｙ、１１Ｚとダイオード１２Ｘ、１２Ｙ、１２Ｚから成る最小値回路として一般的に用いられ、温度センサ電圧ＶｆＸ、ＶｆＹ、ＶｆＺのうち最も低い電圧を出力する。ダイオードは温度が上昇すると順方向電圧が下がるので、最も低い電圧は最高温度ＴＮＭＡＸを示す信号となる。
【００１９】
出力した電圧は三角波発生回路１３とコンパレータ１４で比較され、パルスに変換されてフォトカプラなどの絶縁素子１５を通して制御演算装置１０へ伝達される。制御演算装置１０がパルスのデューティ比を計算することによって最高温度ＴＮＭＡＸを得る。図２では温度が上昇するほどデューティが小さくなるように回路を構成している。このように、伝達する信号が１つであれば、温度検出回路８に使用する絶縁素子が１個で足りるので回路規模が大きくならない。スイッチング素子ＳＸ、ＳＹ、ＳＺのうちどれか１つの温度を常に検出してもよいが、最高温度を検出することでより信頼性の高い温度保護システムを提供できる。
【００２０】
制御演算装置１０は、電流制御部１６と温度推定部１７で構成される。電流制御部１６には電流検出器１８から得られた三相電流瞬時値１９と、電動機の角度検出器２０から得られた電気角２１が入力される。トルク指令値Ｔｑｂ＊に対応する電流指令値を電流制御部１６で演算し、所望の電流を得るようなゲート信号２２をゲート駆動回路２３に出力する。ゲート駆動回路２３はスイッチング素子ＳＵ、ＳＸ、ＳＶ、ＳＹ、ＳＷ、ＳＺが有するゲートの全てに接続され、制御演算装置１０から入力されたゲート信号２２に応じてオン・オフの切り替えを行う。
【００２１】
温度推定部１７には三相電流瞬時値１９と直流電圧検出器２４から得られる電圧値２５、温度センサＣＸ，ＣＹ，ＣＺから得られるスイッチング素子温度のうちの最高スイッチング素子温度９が入力される。これらの物理量を基にして全てのスイッチング素子の温度、および還流ダイオードの温度を推定する。
【００２２】
以上がインバータ装置全体の構成である。
【００２３】
（作用）
図３は温度推定部１７により行われる温度推定方法の概要を示すフローチャートである。先ず温度推定部１７は、ＩＧＢＴ温度、直流電圧、相電流、デューティ比、キャリア周波数等を基に、ＩＧＢＴ及び還流ダイオード（ＦＷＤ）全素子の損失を推定する（Ｓ１０）。次に温度推定部１７は、ＩＧＢＴモジュール熱抵抗モデルに損失を入力することで、ＩＧＢＴ及びＦＷＤ全素子の温度上昇値を推定する（Ｓ２０）。そして温度推定部１７は、温度上昇推定値と検出温度の差から温度を推定する（Ｓ３０）。また、検出されたあるＩＧＢＴの温度をベースとして、温度検出していないその他の素子の温度を算出する。
【００２４】
以下に第１の実施例におけるスイッチング素子及び還流ダイオードの温度の推定方法を詳細に述べる。各素子の温度は自身の損失で発生する熱と、周囲の素子の損失がもたらす熱によって決まる。従って、先ずは各素子の損失を推定する必要がある。
【００２５】
最初に、スイッチング素子ＳＵ〜ＳＺの損失の推定方法を記述する。スイッチング素子の損失は、導通損失とスイッチング損失に分けることができる。先ず導通損失は、素子に流れる電流と素子自身の抵抗成分によって生じ、ジャンクション温度に依存するため、式（１）で表される。
【数１】
0005443946.tif 000002
【００２６】
ここで、ＩＣ＝素子に流れる電流、Ｔｊ＝素子のジャンクション温度、ＤＵＴＹ＝スイッチング素子の通流率を表す。電流ＩＣは電流検出器１８から得ることができる。Ｔｊはこれから推定する温度なので得ることができないが、本実施例では温度センサで検出したローサイド素子の最高温度ＴＮＭＡＸを全ての素子に適用する。関数ｆは電流ＩＣと温度Ｔｊの多項式で表され、制御演算装置１０にあらかじめ記憶させておく。Ｕ相のレグを例にすると、Ｕ相電流ＩＵが正の値であればスイッチング素子ＳＵまたは還流ダイオードＤＸを通り、負の値であればスイッチング素子ＳＸまたは還流ダイオードＤＵを通る。従って電流ＩＵが正のとき、式（１）にＩＣ＝ＩＵを代入してスイッチング素子ＳＵの導通損失を求める。スイッチング素子ＳＵはオン／オフしているので、オン期間の割合を示す通流率ＤＵＴＹＵを乗算すれば、スイッチング周期ＴＳＷ期間における平均導通損失が求められる。このときスイッチング素子ＳＸには電流が流れていないので、素子ＳＸの導通損失はゼロとなる。逆に電流ＩＵが負のとき、スイッチング素子Ｓｘに電流が流れており、式（１）にＩＣ＝−ＩＵを代入し、通流率ＤＵＴＹＸを乗算してその導通損失を求めることができる。もちろん、スイッチング素子ＳＵのスイッチング損失はこのときゼロである。Ｖ、Ｗ相の各スイッチング素子の導通損失も同様に計算できる。スイッチング周期ＴＳＷは温度上昇の時定数に比べれば十分短い時間なので、式（１）で求められる損失は瞬時値として扱って問題ない。
【００２７】
一方、スイッチング損失はターンオン時に生じるオン損失ＰＳＷＯＮとターンオフ時に生じるオフ損失ＰＳＷＯＦＦの和であり、電圧、電流の重なりがその原因となる。これもジャンクション温度Ｔｊに依存するので、それぞれ式（２）、（３）で表される。
【数２】
0005443946.tif 000003
【００２８】
【数３】
0005443946.tif 000004
【００２９】
ここで、ＶＤＣ＝直流電圧、ｆＳＷ＝スイッチング周波数を表す。電圧ＶＤＣは電圧検出器２４から得る。これらの関数ｇ、ｈは変数の多項式で記述でき、制御演算装置１０に記憶されている。導通損失と同様に、素子に電流が流れないとスイッチング損失は生じない。再びＵ相のレグを例にとる。電流ＩＵが正のとき、スイッチング素子ＳＵに電流が流れているので、式（２）、（３）にＩＣ＝ＩＵを代入してスイッチング素子ＳＵのスイッチング損失を求める。スイッチング素子ＳＸに電流は流れていないので、素子ＳＸのスイッチング損失はゼロとなる。電流ＩＵが負のとき、式（２）、（３）にＩＣ＝−ＩＵを代入してスイッチング素子ＳＸのスイッチング損失が求まる。このときのスイッチング素子ＳＵのスイッチング損失はゼロである。Ｖ、Ｗ相のスイッチング素子のスイッチング損失も同様にして計算する。
【００３０】
スイッチング素子ＳＵ〜ＳＺそれぞれについて導通損失、スイッチング損失を求める。導通損失とスイッチング損失を合計したものが１つの素子で発生する損失となる。
【００３１】
次に、還流ダイオードから生じる損失の推定方法を述べる。還流ダイオードの損失は導通損失とリカバリ損失の和で計算する。導通損失の基本的な計算方法はスイッチング素子のときと同じである。つまり、電流とジャンクション温度の多項式で表される関数ｉを用いて式（４）で記述できる。
【数４】
0005443946.tif 000005
【００３２】
ＤＵＴＹは、対になるスイッチング素子（例えば還流ダイオードＤＵに対してスイッチング素子ＳＸ）の通流率である。Ｕ相レグを例にして説明する。還流ダイオードＤＸの導通損失を求めるには、Ｕ相電流ＩＵが正のとき式（４）にＩＣ＝ＩＵを代入する。スイッチング素子ＳＵがオフの期間に還流ダイオードＤＸが通電するので、スイッチング素子ＳＵのオフ期間の割合を示す１−ＤＵＴＹＵを乗算すればよい。このとき還流ダイオードＤＵには電流が流れていないので、還流ダイオードＤＵの導通損失はゼロとなる。Ｕ相電流ＩＵが負のとき式（４）にＩＣ＝−ＩＵを代入し、スイッチング素子ＳＸのオフ期間の割合１−ＤＵＴＹＸを乗算することで、還流ダイオードＤＵの導通損失を求める。還流ダイオードＤＸは通電していないので、当然、還流ダイオードＤＸの導通損失はゼロとなる。
【００３３】
一方、リカバリ損失は還流ダイオードがオンからオフの状態に遷移するときに生じる損失であり、直流電圧、電流、ジャンクション温度に依存するので式（５）で計算できる。
【数５】
0005443946.tif 000006
【００３４】
関数ｊは３つの変数で構成される多項式である。リカバリ損失も還流ダイオードに電流が流れないとスイッチング損失は生じない。Ｕ相のレグを例にとって詳述する。電流ＩＵが正のとき、還流ダイオードＤＸに電流が流れているので、式（５）にＩＣ＝ＩＵを代入して還流ダイオードＤＸのリカバリ損失を求める。還流ダイオードＤＵに電流は流れていないので、還流ダイオードＤＵのリカバリ損失はゼロとなる。電流ＩＵが負のとき、式（５）にＩＣ＝−ＩＵを代入して還流ダイオードＤＵのリカバリ損失が求まる。このとき還流ダイオードＤＸのリカバリ損失はゼロである。Ｖ、Ｗ相の還流ダイオードのリカバリ損失も同様に計算する。
【００３５】
還流ダイオードＤＵ〜ＤＺそれぞれについて導通損失、リカバリ損失を求める。導通損失及びリカバリ損失を合計したものが１つの還流ダイオードで発生する損失となる。
【００３６】
以上の計算を行い、全てのスイッチング素子と還流ダイオードから発生する損失が求められる。
【００３７】
次に、計算した損失を利用して、温度上昇値を求める過程を説明する。損失ＰＬＯＳＳと温度上昇値ΔＴｊは式（６）の関係にある。
【数６】
0005443946.tif 000007
【００３８】
ＰＬＯＳＳは温度上昇値ΔＴｊを計算する対象自身の損失であるが、モジュールは他の半導体素子と隣り合って構成されていることが多く、他の半導体素子から発生する損失の影響も受け、温度が上昇する。つまり、他の半導体素子からの影響も考慮して温度上昇値を求めることが、精度の高い温度推定には必要である。Ｚｔｈは熱伝達インピーダンスと呼ばれ、スイッチング素子や還流ダイオードで構成されるモジュールの形状や材質で決定される。Ｚｔｈは式（７）のような形で表される。
【数７】
0005443946.tif 000008
【００３９】
Ｒｔｈは熱抵抗と呼ばれ、定常状態での損失と温度上昇値の関係を表す定数である。τは熱時定数といい、過渡状態での時間経過に対する温度上昇の割合を示す定数である。モジュールの形状や材質によってこれらの値と自然数ｎの値は決定される。
【００４０】
ある半導体モジュールの構成例を図４に示し、この図を参照して温度上昇値の推定方法を説明する。図４の半導体モジュール２６には、Ｕ相レグを構成する半導体素子が搭載されており、各半導体素子と熱伝達インピーダンスの関係を示している。このとき、スイッチング素子ＳＵ、ＳＸと還流ダイオードＤＵ、ＤＸの温度上昇値をそれぞれΔＴＳＵ、ΔＴＳＸ、ΔＴＤＵ、ΔＴＤＸとおくと、式（８）で表される。熱伝達インピーダンスＺｉｊは全て式（７）の形式であり、モジュール２６の形状や材質、半導体素子の設置位置によって熱抵抗Ｒｔｈ、熱時定数τ、自然数ｎの値が決まり、制御演算装置１０にあらかじめ記憶される。
【数８】
0005443946.tif 000009
【００４１】
Ｖ、Ｗ相の半導体モジュールを構成する各素子も、式（８）を使ってその温度上昇値が求められる。
【００４２】
このように全ての半導体素子の温度上昇値が求まったところで、実際のジャンクション温度を推定する。制御演算装置１０に入力されるジャンクション温度は、ローサイド素子の最高温度ＴＮＭＡＸである。式（８）で計算されるローサイド素子の温度上昇値ΔＴＳＸ、ΔＴＳＹ、ΔＴＳＺのなかで、最も値が大きいものがローサイド素子の最高温度上昇値ΔＴＮＭＡＸを示す。環境温度をＴａとおくと、式（９）が成り立つ。
【数９】
0005443946.tif 000010
【００４３】
例えば、スイッチング素子ＳＵのジャンクション温度を推定したければ、式（１０）で計算でき、環境温度Ｔａの検出をする必要がない。
【数１０】
0005443946.tif 000011
【００４４】
同様にして、全てのスイッチング素子と還流ダイオードの温度が求められる。
【００４５】
（効果）
特許文献１においては、全ての半導体素子が同一モジュールに搭載されている場合の温度推定方法が記載されている。ある１つのスイッチング素子のみ温度検出し、かつこの検出温度を基準に温度推定している。そのため特許文献１では、本実施例のようにＵ、Ｖ、Ｗ相ごとに異なるモジュールに分かれている場合には、他２相のモジュールの半導体素子については検出温度を基準に推定できない。本実施例では、ローサイド素子の最高温度ＴＮＭＡＸを検出しているため、少なくともローサイドにおいては確実に最高温度ＴＮＭＡＸを検出できる。しかしながら、基準とする温度をローサイド素子の最高温度ＴＮＭＡＸとせず、特許文献１のように全スイッチング素子のうち１つでもジャンクション温度を検出すれば、精確に温度を推定できることに変わりはない。
【００４６】
特許文献１においては、角度センサから得られた電気角の情報で最高温度となるスイッチング素子を推定している。本実施例のように還流ダイオードを含めたモジュールにおいては、熱干渉が複雑になり、電気角のみで最高温度となるスイッチング素子を推定することは困難となる。
【００４７】
また、特許文献１の推定温度を基準とする熱干渉モデルと異なり、本願では損失を基準とした熱干渉モデルを用いているため、温度検出対象となっている素子が含まれる相以外の相においても、精確に温度上昇値が推定できる。
【００４８】
さらに、特許文献１は熱伝達インピーダンスが熱抵抗成分のみで構成されているため、過渡状態における温度変化に追従できない。例えば、図５を基に説明すると、時間Ｔ０の時点で急激に電流２７が増大したときは、実際は熱容量の影響で緩やかに変化する真の温度２８に対して、推定温度２９が電流に依存して急に高くなるために、真の温度２８より高く推定してしまう。時間Ｔ１で電流が減少したときには、真の温度より推定温度が低くなり、信頼性が損なわれる。
【００４９】
本実施例によれば、モジュールの構成、運転モード、遷移状態に依存することなく、全てのスイッチング素子と還流ダイオードのジャンクション温度が精確に推定できるため、確実な保護を行うことができ、信頼性の高いインバータ装置を提供できる。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明に係るインバータ装置の第２実施例について記述する。本実施例においては、実施例１の損失推定方法に改良を加えたものである。よって、実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５１】
実施例１においては、式（１）〜（５）の損失計算に用いたＴｊに温度センサで検出したローサイド素子の最高温度ＴＮＭＡＸを代入していた。制御演算装置１０を使った演算では、制御周期ＴＣＴＲＬごとに繰り返し温度計算を行っているため、制御周期ＴＣＴＲＬ前に求めた各素子の推定温度が使用できる。一律に最高温度ＴＮＭＡＸを使用して損失を推定するよりも、実際に即した各スイッチング素子、および還流ダイオードの推定温度を用いれば、損失がより精確に推定でき、温度推定精度も高くなる。推定する瞬間の真の温度と、損失の推定に使用する制御周期ＴＣＴＲＬ前の推定温度を近くするために、制御周期ＴＣＴＲＬは半導体素子の熱時定数より十分短くする必要がある。
【実施例３】
【００５２】
次に本発明に係るインバータ装置の第３実施例について述べる。本実施例は、走行用の電動機を駆動するインバータと、エンジンが駆動する発電機用のインバータを搭載するシリパラ方式のハイブリッド自動車に適用する。シリパラ方式のハイブリッド自動車は、インバータが２台搭載されているため、設置スペースを削減するために２台のインバータを一体化する場合がある。このとき、半導体素子で構成されるモジュールに電動機用の半導体素子と発電機用の半導体素子が搭載されるため、互いにその発熱の影響を受ける。実施例１，２においては、電動機用のインバータに限った温度推定であるが、本実施例のように発電機用の半導体素子の発熱の影響を受ける場合には、温度推定誤差が生じる。
【００５３】
図６に本実施例の構成例を示す。実施例１と同一の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。電動機５を駆動するインバータは実施例１と全く同じ構成である。発電機用のインバータは、コンデンサ１０１、スイッチング素子ＳＧＵ、ＳＧＶ、ＳＧＷ、ＳＧＸ、ＳＧＹ、ＳＧＺと還流ダイオードＤＧＵ、ＤＧＶ、ＤＧＷ、ＤＧＸ、ＤＧＹ、ＤＧＺで構成される。エンジン１０２で駆動する発電機１０３と接続され、電力を直流電圧源４へ回生する。制御演算装置１１には発電機用の電流制御部１０４を追加する。ハイブリッド自動車からバッテリ（直流電圧源４）の充電状態に応じて指令される電流指令値Ｉ＊１０５に従い、電流制御部は電流センサ１０６で検出した電流値１０７と、発電機の角度センサ１０８から検出される電気角１０９からスイッチング素子のゲート信号１１０を生成する。ゲート信号１１０はゲート駆動回路１１１に入力され、スイッチング素子のオン／オフが行われる。電動機用インバータと同様に、発電機用インバータの温度検出はローサイドの最高温度素子を検出する。温度検出回路１１２の構成も電動機用インバータの温度検出回路９と同じである。
【００５４】
温度推定部１１３は電動機用および発電機用インバータの全ての半導体素子のジャンクション温度を推定する。そのため、発電機用の電流値１０７とローサイドの最高温度素子温度１１４が温度推定部１１３で使用される。以下、推定方法を記述する。図７のように、電動機用インバータのＵ相と発電機用インバータのＵ相が一体化したモジュール１１５を例にとると、搭載される半導体素子数は８個となる。基本的な推定方法は実施例１，２と同じであり、温度推定の対象素子が増加しただけである。まずは、式（１）〜（５）で全ての素子の損失を推定する。ただし、損失推定に利用する検出電流は、電動機側の半導体素子は電流センサ１８で検出した電流値１９を用いて、発電機側の半導体素子は電流センサ１０６で検出した電流値１０７を用いる。式（７）の熱伝達インピーダンスもあらかじめ測定しておく。式（８）の温度上昇と損失の関係を表した式は、式（１１）を用いることになる。
【数１１】
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【００５５】
Ｖ，Ｗ相のモジュールに搭載されている半導体素子の温度上昇値も同様の式を用いて求めることができる。
【００５６】
温度上昇値を求めたところで、式（１０）に従ってジャンクション温度を計算する。実施例１，２では、電動機用インバータのローサイド素子の最高温度ＴＮＭＡＸを基準としており、本実施例でもＴＮＭＡＸを基準とする。ただし、発電機用のローサイド素子にも温度センサによる温度検出がなされており、ローサイド素子の最高温度ＴＮＧＭＡＸが得られるときは、発電機用の半導体素子は最高温度ＴＮＧＭＡＸを基準として式（１０）を使って推定する。このように、温度推定の対象となる半導体素子と、基準となる温度を検出する素子の位置関係を近くすれば、温度推定精度が高くなる。
【００５７】
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。
【符号の説明】
【００５８】
１…アクセル装置、２…インバータ、４…直流電圧源、５…電動機、６…車輪、７…コンデンサ、８…温度検出回路、９…ローサイド素子最高温度、１０…制御演算装置、１１…オペアンプ、１２…ダイオード、１３…三角波発生回路、１４…コンパレータ、１５…フォトカプラ、１６…電流制御部、１７…温度推定部、１８…電流検出器、１９…電流値、２０…角度検出器、２１…電気角、２２…ゲート信号、２３…ゲート駆動回路、２４…電圧検出器、２５…電圧値、２６…半導体モジュール、２７…電流値、２８…真のスイッチング素子の温度、２９…推定したスイッチング素子の温度１０１…コンデンサ、１０２…エンジン、１０３…発電機、１０４…電流制御部、１０５…電流指令値、１０６…電流検出器、１０７…電流値、１０８…角度検出器、１０９…電気角、１１０…ゲート信号、１１１…ゲート駆動回路、１１２…温度検出回路、１１３…温度推定部、１１４…ローサイド素子最高温度、１１５…半導体モジュール。
【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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