(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指令に従ってオンまたはオフ動作する半導体スイッチング素子、および前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続され規定の方向に電流が流れるように制限する半導体素子を有し、前記半導体スイッチング素子のオン、オフ動作により外部からの入力電圧をＰＷＭ制御し、外部へ電流を出力する電力変換部と、
前記各素子が正常に動作するための温度許容値である許容温度を記憶する素子許容温度記憶手段、前記各素子の温度を検出する素子温度検出手段、前記素子許容温度記憶手段に記憶された各素子の許容温度と前記素子温度検出手段により検出された各素子の温度との差分を演算する温度余裕度演算手段、および、前記各素子のうち前記温度余裕度演算手段で演算された前記差分が他の素子に比べて低い素子の導通率を下げるように前記半導体スイッチング素子に指令する電圧指令手段、を有する温度制御部と、
を備える半導体電力変換装置であって、
前記電圧指令手段は、前記温度余裕度演算手段で演算された前記差分の推移を予測して電圧指令を行うことを特徴とする半導体電力変換装置。
【請求項２】
前記電圧指令手段は、前記温度余裕度演算手段で前回演算された前記差分と今回演算された前記差分の差をとり、当該差分の変化量に応じて電圧指令を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体電力変換装置。
【請求項３】
指令に従ってオンまたはオフ動作する半導体スイッチング素子、および前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続され規定の方向に電流が流れるように制限する半導体素子を有し、前記半導体スイッチング素子のオン、オフ動作により外部からの入力電圧をＰＷＭ制御し、外部へ電流を出力する電力変換部と、
前記各素子が正常に動作するための温度許容値である許容温度を記憶する素子許容温度記憶手段、前記各素子の温度を検出する素子温度検出手段、前記素子許容温度記憶手段に記憶された各素子の許容温度と前記素子温度検出手段により検出された各素子の温度との差分を演算する温度余裕度演算手段、および、前記各素子のうち前記温度余裕度演算手段で演算された前記差分が他の素子に比べて低い素子の導通率を下げるように前記半導体スイッチング素子に指令する電圧指令手段、を有する温度制御部と、
を備える半導体電力変換装置であって、
前記半導体スイッチング素子または半導体素子の少なくとも一がワイドバンドギャップ半導体によって形成され、前記電圧指令手段がこのワイドバンドギャップ半導体によって形成された素子の導通率が上がるように電圧指令を行うことを特徴とする半導体電力変換装置。
【請求項４】
前記素子温度検出手段は、前記各素子の温度を検出する温度検出器を備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体電力変換装置。
【請求項５】
前記素子温度検出手段は、前記電力変換部の出力電流値を検出する電流検出器と、前記電流検出器の検出結果と前記半導体スイッチング素子のゲート端子に入力される信号とから前記各素子の温度を推定する素子温度推定手段とを備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複数の半導体素子を用いて電動機を駆動する半導体電力変換装置において、半導体素子が熱破壊するのを防止するために、変調制御方式を採用した半導体電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を駆動させる場合、電力変換装置として、半導体素子を搭載したＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）インバータを用いることが多い。ＰＷＭインバータで電動機を駆動させる場合、例えば極めて低い周波数での動作や、モータロック状態などのときに、上記インバータ内の複数の半導体素子のうちの特定の素子に電流が集中して流れ、半導体素子が熱破壊する問題が発生する。
【０００３】
上記問題に対して、特許文献１には、半導体素子の瞬時的な損失の大きさに差があることに着目して、各半導体素子の通電率を分配することによって、損失が最大になる半導体素子の損失を他の素子に負担させることで発熱を抑え、素子の熱破壊を防ぐ方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、電動車両の制御装置において、温度検出部を備え、該温度検出部は、インバータの各トランジスタの温度を実際に検出する。そして最も高いトランジスタの温度が下がるように、インバータに印加されるPWM波形の搬送波の中央値よりも小さくなるように変調波の中心値を変更したり、位相を変更する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８９６６８号公報
【特許文献２】特開２００９−１７１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述の特許文献１に示されている技術では、単純に損失が最も高い素子の損失を他の素子に負担させるだけでは、素子許容温度が高い素子の損失を、素子許容温度が低い素子に負担させる場合があり、例えば、電動機を低周波で運転するように電力変換装置を制御するような場合には、電力変換装置内の一部の素子の出力電流が多くなるため、この素子だけ温度が他の素子に比較して高くなるので、素子許容温度に対して必ずしも最適な温度の制御がされておらず、熱破壊のリスクが十分に解消されているとはいえない、という課題があった。
【０００７】
また、上述の特許文献２に示されている技術では、特許文献１の場合と同様に、単純に損失が最も高い素子の損失を他の素子に負担させるだけでは、素子許容温度が高い素子の損失を、素子許容温度が低い素子に負担させる場合があるため、素子許容温度に対して、必ずしも最適な温度の制御がされているとはいえず、熱破壊のリスクが十分に解消されているとはいえない、という課題があった。
【０００８】
この発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、半導体電力変換装置において、該半導体電力変換装置に使用されている素子毎に、各素子の許容温度からの温度余裕度を算出し、前記温度余裕度が低い素子の導通率を下げるように半導体電力変換装置を温度制御し、半導体電力変換装置内で使用されている素子の温度上昇を均一化することにより、半導体電力変換装置内の素子が発熱により破壊されることを防ぐ、半導体電力変換装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
指令に従ってオンまたはオフ動作する半導体スイッチング素子、および前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続され規定の方向に電流が流れるように制限する半導体素子を有し、前記半導体スイッチング素子のオン、オフ動作により外部からの入力電圧をＰＷＭ制御し、外部へ電流を出力する電力変換部と、前記各素子が正常に動作するための温度許容値である許容温度を記憶する素子許容温度記憶手段、前記各素子の温度を検出する素子温度検出手段、前記素子許容温度記憶手段に記憶された各素子の許容温度と前記素子温度検出手段により検出された各素子の温度との差分を演算する温度余裕度演算手段、および、前記各素子のうち前記温度余裕度演算手段で演算された前記差分が他の素子に比べて低い素子の導通率を下げるように前記半導体スイッチング素子に指令する電圧指令手段、を有する温度制御部と、を備え、前記電圧指令手段が、前記温度余裕度演算手段で演算された前記差分の推移を予測して電圧指令を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように、この発明に係る半導体電力変換装置によれば、前記半導体スイッチング素子および前記半導体素子の許容温度を各々の素子毎に設定し、各々の素子毎に前記温度余裕度を算出した上で、前記温度余裕度が低い素子の導通率を下げるように前記ゲート信号へ出力すべき電圧指令信号を生成するようにしたことにより、該半導体電力変換装置に使用されている素子毎に、各素子の許容温度からの温度余裕度を算出し、前記温度余裕度が低い素子の導通率を下げるように半導体電力変換装置を制御し、半導体電力変換装置内で使用されている素子の温度上昇を均一化することにより、半導体電力変換装置内の素子が発熱により破壊されることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、Ｕ相電流が最大の場合における、Ｕ相の半導体スイッチング素子およびＵ相半導体素子の素子温度と、それぞれの素子許容温度との関係の一例を示した図である。
【図３】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行なう前の半導体スイッチング素子および半導体素子の温度余裕度を示した図である。
【図４】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行なう前の電圧指令を示したである。
【図５】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行なう前の電流を示した図である。
【図６】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行った場合のある素子の温度と素子許容温度との関係を示した図である。
【図７】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行った場合の半導体スイッチング素子および半導体素子の温度余裕度を示した図である。
【図８】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行った場合の電圧指令を示した図である。
【図９】この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置で、電圧指令の変調を行った場合の電流を示した図である。
【図１０】この発明の実施の形態２における半導体電力変換装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３における半導体電力変換装置の構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る半導体電力変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における半導体電力変換装置の構成を示す図である。図１において、１は半導体電力変換装置であり、１０は半導体電力変換装置のＰ側母線とＮ側母線との間に接続される直流電源装置、２は半導体電力装置１からの三相電圧出力により駆動される電動機である。なお、直流電源装置１０は、交流電源を整流および平滑したものでもよい。また、電動機２は、誘導電動機、永久磁石型電動機など何でもよく、電動機の種類は問わない。
【００１４】
また、５ａ乃至５ｆは、それぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のＰ側およびＮ側の半導体スイッチング素子で、ゲート信号発生器８ａからのゲート信号により、オンまたはオフを切替えることでその出力電圧のオンまたはオフを切替えるものである。また６ａ乃至６ｆは、それぞれ半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆに逆並列に接続され、規定の方向に電流が流れるように制限する半導体素子である。半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆとしては、Ｓｉ半導体である、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴが用いられることが多く、半導体素子６ａ乃至６ｆとしては、ダイオードが用いられることが多い。さらに、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆ並びに半導体素子６ａ乃至６ｆとして、ＳｉＣやＧａＮ等を用いたワイドバンドギャップ半導体を用いても良い。なお４は、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆ並びに半導体素子６ａ乃至６ｆをパッケージ化したモジュールを示している。ここで、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆと半導体素子６ａ乃至６ｆにより構成される部分を電力変換部とする。
【００１５】
半導体電力変換装置１は、電圧指令演算手段１２および電圧指令手段１３により可変周波数の電圧指令を生成し、前記電圧指令にもとづいてゲート信号生成器８ａが半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆへのゲート信号を生成の上、当該半導体スイッチング素子に出力する。そして、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆの出力信号により、電動機２を可変速で制御する。電圧指令演算手段における演算としては、例えばＶ／Ｆ制御やベクトル制御が用いられることが多い。ここで、ベクトル制御には、空間ベクトル制御、磁束ベクトル制御、センサレスベクトル制御などがある。また、電圧指令の演算は、一般的にマイコン（図示せず）を使用して行われることが多い。
【００１６】
ここで、ゲート信号生成器８ａでは、その内部で予め設定されている三角波やノコギリ波などのうちのいずれかを主成分とするキャリア波形と、電圧指令手段１３から入力される電圧指令との大小比較を行い、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆに出力するゲート信号を生成する。具体的には、電圧指令がキャリア波形よりも大きい場合には、半導体素子の出力を導通（オン）させるためのゲート信号を生成し、逆に電圧指令がキャリア波形よりも小さい場合には、半導体素子の出力を遮断（オフ）するためのゲート信号を生成する。このゲート信号により、半導体素子のオン／オフを切換えることができ、電動機２を可変速で駆動することが可能になる。
【００１７】
次に、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆ及び半導体素子６ａ乃至６ｆの各素子の素子温度余裕度を算出し、電圧指令を変調する方法について以下に詳述する。
【００１８】
１６ａ乃至１６ｌは、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆ及び半導体素子６ａ乃至６ｆの素子温度を検出する素子温度検出器である。当該素子温度検出器としては、例えば熱電対などの半導体素子の温度を検出できる部品を前記半導体スイッチング素子及び半導体素子の近傍に接合したり、前記半導体スイッチング素子及び半導体素子の内部に温度検出ダイオードなどの温度検出機能を有する素子を内蔵させることにより、前記半導体スイッチング素子及び半導体素子の温度を正確に検出することができる。
【００１９】
素子許容温度記憶手段１５は、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆ及び半導体素子６ａ乃至６ｆの素子許容温度を記憶するものである。この素子許容温度は、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆ及び半導体素子６ａ乃至６ｆが正常に動作するための素子の許容温度であり、全ての素子の許容温度を同一温度として素子許容温度記憶手段１５に記憶してもよいし、半導体スイッチング素子としてＳｉ半導体素子を用いて、半導体素子としてＳｉＣ半導体素子を用いるようなハイブリッドモジュールなどのように、素子許容温度がそれぞれ異なる素子が混在している場合には、前記素子の種類毎に個別の素子許容温度を素子許容温度記憶手段１５に記憶してもよい。さらに、素子の製造時の許容温度のばらつきを考慮して、１素子毎に個別の素子許容温度を素子許容温度記憶手段１５に記憶してもよい。
【００２０】
素子余裕度演算手段１８ａは、素子温度検出器１６ａ乃至１６ｌで検出された各素子の素子温度と、素子許容温度記憶手段１５に記憶されている各素子の許容温度とを比較することにより、各素子の温度余裕度を算出する。この各素子の温度余裕度は、前記素子許容温度から各素子の温度を減算することにより求められる。素子余裕度演算手段１８ａは、例えば電圧指令演算手段１２などと同じくマイコンに内蔵してもよいし、独立した回路としてもよい。ここで、電圧指令手段１３、素子許容温度設定手段１５および素子余裕度演算手段１８ａ並びに、素子温度検出器１６ａ乃至１６ｌにより構成される部分を温度制御部とする。
【００２１】
図２は、Ｕ相電流が最大の場合における、Ｕ相の半導体スイッチング素子およびＵ相半導体素子の素子温度と、それぞれの素子許容温度との関係の一例を示した図である。図２では、Ｕ相上側の半導体スイッチング素子すなわちＱＵＰ（素子５ａ）、半導体素子すなわちＤＵＰ（素子６ａ）、Ｕ相下側の半導体スイッチング素子すなわちＱＵＮ（素子５ｂ）および半導体素子ＤＵＮ（素子６ｂ）並びに前記それぞれの半導体スイッチング素子と半導体素子の素子許容温度の時間変化を示している。図２に示すように、電動機駆動時の素子温度は周期的に変化する。また、特に低周波運転時は一部の素子に熱が集中する。
【００２２】
図３は、前記半導体スイッチング素子および半導体素子の温度余裕度を示した図であり、図３の時間軸は図２の時間軸と同一である。各半導体スイッチング素子または半導体素子毎に素子許容温度が異なるため、素子温度が最も高い素子が必ずしも温度余裕度が最も小さくなるとは限らない。具体的には、図３において０秒から０．０５秒まではＱＵＮ（素子５ｂ）の温度余裕度が最も小さく、０．０５秒から０．３秒付近まではＱＵＰ（素子５ａ）の温度余裕度が最も小さくなり、また、０．３秒から１秒までは再度ＱＵＮ（素子５ｂ）の温度余裕度が最も小さくなる。特に０．６秒から０．７秒の間は、ＱＵＮ（素子５ｂ）の温度余裕度が０以下であるため、ＱＵＮ（素子５ｂ）が熱破壊する可能性がある。前記の温度余裕度が最も小さい素子の導通率を下げるように、電圧指令の変調をおこなえばよい。
【００２３】
電圧指令手段１３は、温度余裕度が最も低い素子の導通率を下げるように、電圧指令演算装置１２から入力された電圧指令を変調する。電圧指令は、各相の電圧指令の相対的な関係が崩れないように与えられれば、変調前の電圧指令と同じように電動機を駆動できるため、変調前の電圧指令のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相にそれぞれ同じ値を加算したり、減算したりすることで電圧指令の変調を行うことができる。例えば、Ｕ相電圧指令を５０Ｖ増加させても、同様にＶ相電圧指令とＷ相電圧指令を５０Ｖ増加させれば、Ｕ相とＶ相の間の相対的な関係は崩れない。
【００２４】
温度余裕度が最も低い素子の導通率を下げる変調方法の一例としては、電圧指令を三角波の下限値と上限値に増減させる方法がある。最も温度余裕度の低い素子が、図１の５ａ、６ｂ、５ｃ、６ｄ、５ｅ、６ｆの場合には、電圧指令を減少させる。逆に、最も温度余裕度の低い素子が、図１の６ａ、５ｂ、６ｃ、５ｄ、６ｅ、５ｆの場合には、電圧指令を増加させる。このとき、電圧指令を増加または減少させる値としては、電圧指令を増加させる場合には、増加後のいずれかの電圧指令の最大値が三角波の最大値と同じくらいになる値であり、また、電圧指令を減少させる場合には、減少させた後の電圧指令のいずれかの最小値が三角波の最小値と同じくらいになる値である。また、変調により最も温度余裕度が小さい素子の温度余裕度は大きくなるが、他の素子の温度余裕度が小さくなってしまうことがある。さらにこのことにより、二つ以上の素子の温度余裕度が等しい値になる場合がある。この場合に、片方の素子の温度余裕度を大きくすると、他方の素子の温度余裕度が小さくなってしまうので、電圧指令を最大値に増加させる場合と、電圧指令値を最小値に減少させる条件が短時間で交互に出るため、電圧指令が振動してしまう。このことを防ぐために、温度余裕度が近い場合には変調を行わなくてもよい。
【００２５】
また、上述の電圧指令を三角波の下限値と上限値に増減させる変調方法の他に、温度余裕度に応じて電圧指令を増減させる方法がある。この方法では、電圧指令の最大値を超えない範囲で、最も温度余裕度が小さい素子の温度余裕度が小さいときには電圧指令を大きく増減させ、温度余裕度が大きいときには小さく増減させる。また、最も温度余裕度の小さい素子の温度余裕度が特に大きい場合には変調させないようにしてもよい。
【００２６】
また、温度余裕度の推移を予測して電圧指令を増減させる方式がある。この場合、前回測定された温度余裕度と今回測定された温度余裕度の差をとり、温度余裕度の変化量に応じて電圧指令を増減させる。
【００２７】
上述の変調手段は、いずれも電圧指令を増減させることによって、半導体スイッチング素子あるいは半導体素子の導通率を変化させている。
【００２８】
電圧指令の変調による温度余裕度の改善効果の一例を、図２乃至図９を用いて説明する。電圧指令の変調を行わない場合に、ある半導体スイッチング素子あるいは半導体素子の温度と、素子許容温度が図２のような関係にあるとき、温度余裕度は図３のようになる。このときの電圧指令は図４のようになり、電流は図５のようになる。ここで、図３ではＱＵＮの温度余裕度が０以下になっており、素子が熱破壊する可能性がある。なお、図４の三角波は約３Ｈｚの周期となっているが、実際には数ｋＨｚから数十ｋＨｚである。
【００２９】
これに対して、電圧指令の変調を行った場合の、ある素子の温度と素子許容温度との関係は図６となり、温度余裕度は図７となる。このときの電圧指令は図８となり、電流は図９となる。なお、図８の三角波は約３Ｈｚ程度の周期となっているが、実際は数ｋＨｚから数十ｋＨｚである。
【００３０】
電圧指令の変調を行わない場合と比べて、温度余裕度が小さかった素子の温度余裕度は増加し、逆に温度余裕度が大きかった素子の温度余裕度は減少している。温度余裕度が０以下になっていたＱＵＮの温度余裕度は５０℃程度まで増加し、素子が熱破壊する可能性が低くなっている。その代わりにＤＵＰの温度余裕度は減少している。
【００３１】
図８の電圧指令は、最も温度余裕度が小さい素子に対して変調を行っており、電圧指令のいずれかが最大値か最小値まで増減されている。また、二つ以上の素子の温度余裕度の値が等しい期間があり、その間では電圧指令の最大値と最小値の増減が交互に行われている。図９の電流では、モータにかかる線間電圧が電圧指令の変調後でも変化していないため、変調後の電流値は変化していない。
【００３２】
以上のように電圧指令の変調を行うことで、温度余裕度が最も小さい半導体スイッチング素子あるいは半導体素子の導通率を下げることが可能となるため、温度余裕度が平均化され、結果的に上記素子の熱破壊を防止するような半導体電力変換装置の運転が可能となる。
【００３３】
実施の形態２．
図１０は、この発明の実施の形態２における半導体電力変換装置の構成を示す図である。なお、図１と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。図１０を用いて、この発明の実施に係る動作を説明する。
【００３４】
図１０において、ゲート信号生成器８ｂは、図１のゲート信号生成器８ａと同様の動作を行い、例えば三角波などのキャリア波形と電圧指令の大小比較により、電圧指令がキャリア波形より大きい場合は、半導体スイッチング素子を導通させるゲート信号（ゲートオン信号）を生成し、電圧指令がキャリア波形より小さい場合は、半導体スイッチング素子を遮断するゲート信号（ゲートオフ信号９を生成する。図１のゲート信号生成器８ａと異なる点としては、ゲート信号を素子温度推定手段へ出力する点である。
【００３５】
７ａ乃至７ｃは電流検出器で、電動機２に出力される電流値（Ｕ相電流値、Ｖ相電流値、Ｗ相電流値）を検出する。検出した値は後述する素子温度推定手段へと出力される。前記電流検出器としては、カレントトランスを用いてもよいし、シャント抵抗を用いてもよい。
【００３６】
素子温度推定手段１７は、電流検出器７ａ乃至７ｃからの電流値とゲート信号生成器８ｂからのゲート信号を入力として、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆと半導体素子６ａ乃至６ｆの素子推定温度を計算によって推定し、余裕度演算装置１８ｂへ出力するものである。素子推定温度の計算手段として、例えばＩＧＢＴのＩｃ−Ｖｃｅ特性テーブル、スイッチング損失テーブル、フライホイールダイオードのＩｃ−Ｖｃｅテーブル、スイッチング特性および、素子の熱抵抗と熱容量を素子温度推定手段１７内に保有しておき、前記電流検出器によって検出された電流とゲート信号によって半導体素子の損失を算出し、それらの値から素子推定温度を算出するという方法がある。素子温度推定手段１７は、例えば電圧指令などを演算するマイコンの中に搭載してもよいし、独立した回路としてもよい。
【００３７】
図１における温度検出手段を温度推定手段に変更したことにより、半導体スイッチング素子および半導体素子にとりつける温度検出器が不要となり、実施の形態１と同様の効果を得ることができることに加えて、装置の小型化および低価格化を実現することができる。
【００３８】
実施の形態３．
図１１は、この発明の実施の形態３における半導体電力変換装置の構成の一例を示す図である。なお、図１および図１０と同一の構成には同一の符号を付し、それらの説明を省略する。図１１を用いて、この発明の実施に係る動作を説明する。
【００３９】
素子温度検出器１６ａおよび１６ｂは、それぞれ半導体スイッチング素子５ａおよび半導体素子６ｂの素子温度を検出する素子温度検出器である。当該素子温度検出器としては、例えば熱電対などの半導体素子の温度を検出できる部品を前記半導体スイッチング素子及び半導体素子の近傍に接合したり、前記半導体スイッチング素子及び半導体素子の内部に温度検出ダイオードなどの温度検出機能を有する素子を内蔵させることにより、前記半導体スイッチング素子及び半導体素子の温度を正確に検出することができる。なお、素子温度検出器１６ａおよび１６ｂは、それぞれ半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆおよび半導体素子６ａ乃至６ｆのどの素子温度を測定してもよく、また素子温度検出器の数を増減してもよい。
【００４０】
素子温度推定手段１７ｃは、電流検出器７ａ乃至７ｃからの電流値と、素子温度検出器１６ａおよび１６ｂからの各素子の素子温度と、ゲート信号生成器８ｂからのゲート信号を入力として、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆおよび半導体素子６ａ乃至６ｆの素子推定温度を計算によって推定し、素子余裕度演算手段１８ｂへ出力する。
【００４１】
素子推定温度の計算手段として、例えばＩＧＢＴのＩｃ−Ｖｃｅ特性テーブル、スイッチング損失テーブル、フライホイールダイオードのＩｃ−Ｖｃｅテーブル、スイッチング特性および、素子の熱抵抗と熱容量を素子温度推定手段１７ｃ内に保有しておき、前記電流検出器によって検出された電流とゲート信号によって半導体素子の損失を算出し、それらの値から素子推定温度を算出し、さらに実際の素子温度と素子推定温度の差から前記算出した素子推定温度を補正することで精度を向上させる方法がある。素子温度推定手段１７ｃは、例えば電圧指令などを演算するマイコンの中に搭載してもよいし、独立した回路としてもよい。
【００４２】
上述のように、素子温度検出器による素子の温度の検出結果を素子温度推定手段に入力することにより、この発明の実施の形態２における場合よりも精度を高めることができる。
【００４３】
なお、半導体スイッチング素子５ａ乃至５ｆおよび半導体素子６ａ乃至６ｆのうちの少なくとも一を、ＳｉＣなどのワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、素子許容温度が高くなるため、何らかの要因で一つの半導体スイッチング素子あるいは半導体素子に電流が集中して発熱が大きくなった場合に、前記ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体スイッチング素子あるいは半導体素子に電流が流れるように温度制御すれば足りるようになり、この発明の実施の形態１乃至３における半導体電力変換装置の温度制御が容易になる。
【符号の説明】
【００４４】
１  半導体電力変換装置
５ａ〜５ｆ  半導体スイッチング素子
６ａ〜６ｆ  半導体素子
７ａ〜７ｃ  電流検出器
１３  電圧指令手段
１５  素子許容温度記憶手段
１６ａ〜１６ｌ  素子温度検出器
１７  素子温度推定手段
１７ｃ  素子温度推定手段
１８ａ  素子余裕度演算手段
１８ｂ  素子余裕度演算手段
【図１】
0005500136.tif 000002
【図２】
0005500136.tif 000003
【図３】
0005500136.tif 000004
【図４】
0005500136.tif 000005
【図５】
0005500136.tif 000006
【図６】
0005500136.tif 000007
【図７】
0005500136.tif 000008
【図８】
0005500136.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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