(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱素子と、
前記発熱素子を冷却する冷媒と前記発熱素子との間に設けられ、前記発熱素子とは熱膨張係数が異なる部材と、
前記発熱素子に設けられ、前記発熱素子の素子温度を検出する素子温度センサと、
前記冷媒の冷媒温度を検出する冷媒温度センサと、
前記冷媒温度が第１温度である場合に許容される前記発熱素子の素子温度が、前記冷媒温度が前記第１温度よりも高い第２温度である場合に許容される前記発熱素子の素子温度よりも低くなるように、前記発熱素子の動作を制限する制御装置とを含む、車載電子装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記素子温度が所定閾値を超えた場合に、前記発熱素子の動作を制限し、
前記所定閾値は、前記冷媒温度が高くなるにつれて高くなるように可変される、請求項１に記載の車載電子装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記素子温度が前記所定閾値を超えた場合に、超えない場合に比べて前記発熱素子の動作に対する制限度合いを高める、請求項２に記載の車載電子装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記素子温度の上昇率が所定上昇率を越えた場合に、超えない場合に比べて前記所定閾値を小さくする、請求項２又は３に記載の車載電子装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記冷媒温度と前記素子温度との差が所定閾値を超えた場合に、前記発熱素子の動作を制限する制御装置とを含み、
前記所定閾値は、前記冷媒温度が前記第１温度である場合と、前記冷媒温度が前記第２温度である場合とで同じである、請求項１に記載の車載電子装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車載電子装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、昇圧コンバータの負荷率制限を、昇圧コンバータの複数のスイッチング素子の素子温度が高いほど小さくすると共に複数のスイッチング素子を冷却する冷却水の冷却水温が高いほど小さくするハイブリッド自動車が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2013-095147号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この種のスイッチング素子は、一般的に、基板上に半田等を介して接合されるので、スイッチング素子は、複数の材料を介して冷媒に接触する。従って、スイッチング素子の発熱に関しては、耐熱温度のみならず、各材料の熱膨張係数の差異に起因した熱応力による破壊が問題なる。
【０００５】
この点、上記の特許文献１に記載の構成では、スイッチング素子の耐熱温度のみを考慮するため、熱応力による破壊が生じうる虞がある。例えば、上記の特許文献１に記載の構成では、冷却水温が低い場合は、素子温度の比較的大きい上昇が許容されるが、素子温度が比較的大きく上昇した場合には、スイッチング素子の熱変形量とスイッチング素子の下側の要素（半田等）との熱変形量の差が大きくなることによりスイッチング素子の破壊が生じうる虞がある。
【０００６】
そこで、本開示は、熱応力による発熱素子の破壊の可能性を低減することができる車載電子装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一局面によれば、発熱素子と、
前記発熱素子を冷却する冷媒と前記発熱素子との間に設けられる部材と、
前記発熱素子に設けられ、前記発熱素子の素子温度を検出する素子温度センサと、
前記冷媒の冷媒温度を検出する冷媒温度センサと、
前記冷媒温度が第１温度である場合に許容される前記発熱素子の素子温度が、前記冷媒温度が前記第１温度よりも高い第２温度である場合に許容される前記発熱素子の素子温度よりも低くなるように、前記発熱素子の動作を制限する制御装置とを含む、車載電子装置が得られる。
【０００８】
これにより、冷媒温度が第１温度である場合に許容される発熱素子の素子温度の上昇幅が制限されるので、熱応力による発熱素子の破壊の可能性を低減することができる。
【０００９】
また、本開示の他の一局面によれば、発熱素子と、
前記発熱素子を冷却する冷媒と前記発熱素子との間に設けられ、前記発熱素子とは熱膨張係数が異なる部材と、
前記発熱素子を冷却する冷媒の冷媒温度を検出する冷媒温度センサと、
前記冷媒温度に基づいて、前記冷媒温度と前記発熱素子の温度との差が所定範囲内に収まるように、前記発熱素子の動作を制限する制御装置とを含み、
前記所定範囲は、前記冷媒温度が第１温度であるときと、前記冷媒温度が前記第１温度よりも高い第２温度であるときとで同じである、車載電子装置が得られる。
【００１０】
これにより、冷媒温度と発熱素子の温度との差が所定範囲を超えないように制限されるので、熱応力による発熱素子の破壊の可能性を低減することができる。また、所定範囲は、冷媒温度が第１温度であるときと、第２温度であるときとで同じであるので、冷媒温度が異なる場合でも、熱応力による発熱素子の破壊の可能性を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、熱応力による発熱素子の破壊の可能性を低減することができる車載電子装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】電動自動車用モータ駆動システム１の全体構成の一例を示す図である。
【図２】インバータ３０の冷却構造２の一例を示す断面図である。
【図３】半導体制御装置５０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。
【図４】半導体制御装置５０により実行される処理の他の一例を示すフローチャートである。
【図５】所定閾値Ｔｔｈ２と水温Ｔｗとの関係の一例を示す図である。
【図６】熱応力に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊（熱破壊）の発生原理の説明図である。
【図７】素子温度上昇率を考慮した所定閾値Ｔｔｈ２の可変方法の一例を示すフローチャートである。
【図８】素子温度上昇率に応じた所定閾値Ｔｔｈ２の可変方法の一例を示す図である。
【図９】素子温度上昇率が高い場合のスイッチング素子Ｑ１の破壊（熱破壊）の発生原理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しながら各実施例について詳細に説明する。
【００１４】
図１は、電動自動車用モータ駆動システム１の全体構成の一例を示す図である。モータ駆動システム１は、バッテリ１０の電力を用いて走行用モータ４０を駆動することにより車両を駆動させるシステムである。尚、電動自動車は、電力を用いて走行用モータ４０を駆動して走行するものであれば、その方式や構成の詳細は任意である。電動自動車は、典型的には、動力源がエンジンと走行用モータ４０であるハイブリッド自動車（ＨＶ）や、動力源が走行用モータ４０のみである電気自動車を含む。
【００１５】
モータ駆動システム１は、図１に示すように、バッテリ１０、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０、インバータ３０、走行用モータ４０、及び、半導体制御装置５０を備える。
【００１６】
バッテリ１０は、電力を蓄積して直流電圧を出力する任意の蓄電装置であり、ニッケル水素バッテリ、リチウムイオンバッテリや電気２重層キャパシタ等の容量性素子から構成されてもよい。
【００１７】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、双方向のＤＣ／ＤＣコンバータ（可逆チョッパ方式の昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ）であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、例えば２００Ｖから６５０Ｖへの昇圧変換、及び、６５０Ｖから２００Ｖへの降圧変換が可能であってよい。ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のリアクトル（コイル）Ｌ１の入力側と負極ラインとの間には平滑用コンデンサＣ１が接続されてよい。
【００１８】
図示の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０は、２つのスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４と、リアクトルＬ１とを有する。２つのスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４は、インバータ３０の正極ラインと負極ラインとの間に互いに直列に接続される。リアクトルＬ１は、バッテリ１０の正極側に直列に接続される。リアクトルＬ１は、出力側が２つのスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４の接続部に接続される。
【００１９】
図示の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の２つのスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。尚、スイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４は、ダイオード（例えばフリーホイールダイオード）Ｄ２２，Ｄ２４を外付け素子と用いる通常のＩＧＢＴであってもよいし、ダイオードＤ２２，Ｄ２４を内蔵した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ（Reverse Conducting）−ＩＧＢＴ）であってもよい。いずれの場合も、上アームのスイッチング素子Ｑ２２のコレクタはインバータ３０の正極ラインに接続されており、上アームのスイッチング素子Ｑ２２のエミッタは下アームのスイッチング素子Ｑ２４のコレクタに接続されている。また、下アームのスイッチング素子Ｑ２４のエミッタは、インバータ３０の負極ライン及びバッテリ１０の負極に接続されている。尚、スイッチング素子Ｑ２２、Ｑ２４は、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)のような、ＩＧＢＴ以外の他のスイッチング素子であってもよい。
【００２０】
インバータ３０は、正極ラインと負極ラインとの間に互いに並列に配置されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各アームから構成される。Ｕ相アームはスイッチング素子（本例ではＩＧＢＴ）Ｑ１，Ｑ２の直列接続からなり、Ｖ相アームはスイッチング素子（本例ではＩＧＢＴ）Ｑ３，Ｑ４の直列接続からなり、Ｗ相アームはスイッチング素子（本例ではＩＧＢＴ）Ｑ５，Ｑ６の直列接続からなる。また、各スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のコレクタ−エミッタ間には、それぞれ、エミッタ側からコレクタ側に電流を流すようにダイオードＤ１〜Ｄ６が配置される。尚、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６は、ＭＯＳＦＥＴのような、ＩＧＢＴ以外の他のスイッチング素子であってもよい。
【００２１】
走行用モータ４０は、３相の永久磁石モータであり、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの一端が中点で共通接続されている。Ｕ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の中点Ｍ１に接続され、Ｖ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ４の中点Ｍ２に接続され、Ｗ相コイルの他端は、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ６の中点Ｍ３に接続される。スイッチング素子Ｑ１のコレクタと負極ラインとの間には、平滑用コンデンサＣ２が接続される。尚、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の３つのコイルの結線方法は、Δ結線であってもよい。また、走行用モータ４０は、電磁石と永久磁石とを組み合わせたハイブリッド型の３相モータであってもよい。
【００２２】
尚、走行用モータ４０に加えて、第２の走行用モータ又は発電機が並列で追加されてもよい。この場合、対応するインバータも並列に追加されればよい。
【００２３】
半導体制御装置５０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０及びインバータ３０を制御する。半導体制御装置５０は、マイコンを含むＥＣＵ（電子制御ユニット）として具現化されてもよい。尚、半導体制御装置５０の各種機能（以下で説明する機能を含む）は、任意のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア又はそれらの組み合わせにより実現されてもよい。例えば、半導体制御装置５０の各種機能は、特定用途向けＡＳＩＣ（application-specific integrated circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）により実現されてもよい。また、半導体制御装置５０の各種機能は、複数のＥＣＵにより協動して実現されてもよい。
【００２４】
ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の制御方法の概要は任意であってよい。典型的には、半導体制御装置５０は、インバータ３０の動作（力行又は回生）に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を制御する。例えば、半導体制御装置５０は、力行時は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の下アームのスイッチング素子Ｑ２４のみをオン／オフ切換し（下アームによる片アーム駆動）、バッテリ１０の電圧を昇圧してインバータ３０側に出力する。この際、下アームのスイッチング素子Ｑ２４は、ＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）制御されてもよい。また、回生時は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０の上アームのスイッチング素子Ｑ２２のみをオン／オフ切換し（上アームによる片アーム駆動）、インバータ３０側の電圧を降圧してバッテリ１０側に出力する。この際、上アームのスイッチング素子Ｑ２２は、ＰＷＭ制御されてよい。また、リアクトルＬ１を流れる電流が０を跨ぐ際（ゼロクロス時）、半導体制御装置５０は、２つのスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４を逆相でオン／オフ駆動してもよい（両アーム駆動）。
【００２５】
インバータ３０の制御方法の概要は任意であってよい。典型的には、半導体制御装置５０は、各相のコイルを流れる相電流が例えば１２０度ずつ位相がずれた関係の正弦波波形となるように、Ｕ相に係る２つのスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオン／オフ駆動し、Ｖ相に係る２つのスイッチング素子Ｑ３，Ｑ４をオン／オフ駆動し、Ｗ相に係る２つのスイッチング素子Ｑ５，Ｑ６をオン／オフ駆動する。
【００２６】
半導体制御装置５０には、水温センサ６０と、素子温度センサ６２とが接続される。
【００２７】
水温センサ６０は、インバータ３０を冷却する冷媒の温度を検出する。冷媒は、油、水、空気等であってよく、典型的には、水（例えば、ＬＬＣ：ロング・ライフ・クーラント）であってよい。本例では、一例として、冷媒は水であるものとする。
【００２８】
素子温度センサ６２は、インバータ３０を形成するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の温度をそれぞれ検出する。素子温度センサ６２は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のそれぞれに内蔵されるセンサであってもよい。素子温度センサ６２は、ダイオードＤ１〜Ｄ６の温度をそれぞれ検出する素子温度センサを含んでもよい。
【００２９】
図２は、インバータ３０の冷却構造２の一例を示す断面図である。インバータ３０の冷却構造は、任意であるが、例えば、図２に示すような構成であってよい。尚、図２には、スイッチング素子Ｑ１の関する部分を示すが、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６についても同様であってよい。尚、インバータ３０の冷却構造２の上下方向は、インバータ３０の冷却構造２の搭載状態に応じて上下方向が異なるが、以下では、便宜上、ヒートスプレッダ７８に対してスイッチング素子Ｑ１が存在する側（図２の上側）を上方とする。
【００３０】
図２に示す例では、インバータ３０の冷却構造２は、冷却器７０と、ヒートシンク７２と、絶縁部材７６と、ヒートスプレッダ７８とを含む。
【００３１】
冷却器７０は、冷媒流路を形成する。冷媒流路は、例えば熱交換器やポンプ（図示せず）が設けられてよい。また、冷媒流路には、水温センサ６０が設けられる。水温センサ６０は、冷却器７０内の冷媒流路の任意の位置に配置されてもよい。例えば、水温センサ６０は、冷媒流路におけるインバータ３０に係る流路部よりも上流側（例えば、熱交換器とインバータ３０に係る流路部との間）に設けられてよい。冷媒流路は、インバータ３０に加えて、他の発熱部品を冷却するものであってもよい。
【００３２】
冷却器７０は、ヒートシンク７２のフィン７２ａと接触するように配置される。これにより、冷却器７０内を循環する冷媒は、ヒートシンク７２から熱を受け取る。尚、冷却器７０は、ヒートシンク７２のフィン７２ａと協動して水路を形成する構成であってもよい。この場合、冷媒は、ヒートシンク７２のフィン７２ａ間を通り、ヒートシンク７２から熱を受け取る。尚、フィン７２ａの数や配列態様は任意である。フィン７２ａは、千鳥配置されるピンフィンであってもよいし、ストレートフィンであってもよい。
【００３３】
ヒートシンク７２は、熱伝導性の良い材料から形成され、例えば、アルミなどの金属により形成される。ヒートシンク７２は、上述の如く、下面側にフィン７２ａを備える。
【００３４】
絶縁部材７６は、熱伝導性の良い絶縁材料から形成され、例えば、窒化アルミにより形成される。尚、絶縁部材７６は、樹脂接着剤や樹脂シートから構成されてもよい。例えばアルミナをフィラーとした樹脂で形成されてもよい。
【００３５】
ヒートスプレッダ７８は、スイッチング素子Ｑ１で発生する熱を吸収し拡散する部材である。ヒートスプレッダ７８は、例えば銅、アルミなどの熱拡散性の優れた金属から形成される。尚、ヒートスプレッダ７８の上面側（スイッチング素子Ｑ１が接合される側）は、半田濡れ性を高めるためにメッキ（例えばニッケルメッキ）処理されてもよい。
【００３６】
ヒートスプレッダ７８上には、半田８０を介してスイッチング素子Ｑ１が接合される。尚、ヒートスプレッダ７８には、スイッチング素子Ｑ１と共に、ダイオードＤ１が実装されてよい。この場合、冷却器７０は、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１の双方を冷却する。
【００３７】
尚、冷却器７０及びヒートシンク７２並びに絶縁部材７６は、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６と共用であってもよいし、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６のうちのいくつかと共用であってよいし、スイッチング素子Ｑ１及びダイオードＤ１の専用であってもよい。
【００３８】
図３は、半導体制御装置５０により実行される処理の一例を示すフローチャートである。図３に示す処理は、例えばインバータ３０の駆動中に所定周期毎に実行されてもよい。ここでは、一例として、スイッチング素子Ｑ１に関する処理について説明する。他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６についても独立して同様の処理が実行されてもよい（但し、ステップ３００の処理は共通であってよい）。
【００３９】
ステップ３００では、水温センサ６０からの最新の情報に基づいて、現在の水温Ｔｗを検出する。
【００４０】
ステップ３０２では、スイッチング素子Ｑ１の素子温度センサ６２からの最新の情報に基づいて、現在のスイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓを検出する。
【００４１】
ステップ３０４では、冷媒の温度に対するスイッチング素子Ｑ１の温度上昇量、即ち素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差（＝Ｔｓ−Ｔｗ）が所定閾値Ｔｔｈ１を超えたか否かを判定する。所定閾値Ｔｔｈ１は、熱応力に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊（クラックや半田８０からの剥離等）が生じるときのスイッチング素子Ｑ１の温度上昇量（素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差）の取りうる範囲の下限値に対応し、試験や解析等に基づいて適合されてよい。この際、所定閾値Ｔｔｈ１は、水温（又は所定水温範囲）毎に設定されてもよい。或いは、簡易的に、所定閾値Ｔｔｈ１は、一定であってよい。即ち、所定閾値Ｔｔｈ１は、水温や素子温度の如何に拘らず一定であってよい。但し、所定閾値Ｔｔｈ１は、素子温度Ｔｓがスイッチング素子Ｑ１の耐熱温度を超えないように設定される。即ち、水温Ｔｗ＋所定閾値Ｔｔｈ１≧耐熱温度の場合は、所定閾値Ｔｔｈ１は、耐熱温度から水温Ｔｗを引いた値（又は更に所定のマージンを引いた値）に対応してよい。耐熱温度は、スイッチング素子Ｑ１が熱破壊する上限温度に対応し、設計値等が使用されてもよい。
【００４２】
本ステップ３０４において、素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差が所定閾値Ｔｔｈ１を超えた場合は、ステップ３０６に進み、それ以外の場合は、ステップ３０８に進む。
【００４３】
ステップ３０６では、素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差が所定閾値Ｔｔｈ１を越えないようにインバータ３０の動作を制限する。尚、現時点でインバータ３０の動作を既に制限している場合は、当該制限状態を維持して、今回周期の処理はそのまま終了する。
【００４４】
尚、ステップ３０６におけるインバータ３０の動作の制限方法は任意である。インバータ３０の動作の制限は、インバータ３０の出力を制限することで実現されてもよい。例えば、インバータ３０の出力の制限は、アクセル開度及び車速等に応じて決定される要求トルクを補正（低減する方向に補正）することで実現されてもよい。尚、低減する方向の補正は、要求トルクに対して実行されてもよいし、要求トルクに応じて導出される他の制御値（例えば目標電圧値、目標電流値、目標デューティ）等に対して実行されてもよい。また、インバータ３０の出力の制限は、要求トルク又はそれに基づく制御値に対する上限値（上限ガード値）を補正（低減する方向に補正）することで実現されてもよい。また、インバータ３０の動作の制限は、デューティ制御のキャリア周波数を補正（低減する方向に補正）することで実現されてもよい。また、インバータ３０の動作の制限は、段階的に実行されてもよい。例えば、素子温度Ｔｓと水温との差が所定閾値Ｔｔｈ１を越えるが、素子温度Ｔｓが耐熱温度に近接しない場合は、インバータ３０の動作の制限は、デューティ制御のキャリア周波数を補正（低減する方向に補正）することで実現され、素子温度Ｔｓと水温との差が所定閾値Ｔｔｈ１を越え、且つ、素子温度Ｔｓが耐熱温度に近接する場合は、インバータ３０の動作の制限は、インバータ３０の出力を制限することで実現されてもよい。また、インバータ３０の動作の制限度合いは、素子温度Ｔｓと水温との差や、素子温度Ｔｓ等に応じて可変されてもよい。例えば、インバータ３０の動作の制限度合いは、素子温度Ｔｓと水温との差が大きいほど高められてもよい。この場合、所定閾値Ｔｔｈ１に相当する閾値を複数個用意し、インバータ３０の動作の制限度合いが多段階的に可変されてもよい。或いは、素子温度Ｔｓが耐熱温度に近接する場合は、素子温度Ｔｓが耐熱温度に近づくにつれて制限度合いが高められてもよい。
【００４５】
ステップ３０８では、インバータ３０の動作制限を解除する。即ち、前回周期で実行又は維持したステップ３０６での動作制限を解除する。尚、現時点でインバータ３０の動作を制限していない場合は、当該非制限状態を維持して、今回周期の処理はそのまま終了する。
【００４６】
尚、上述は、スイッチング素子Ｑ１に関する処理であるので、ステップ３０６におけるインバータ３０の動作の制限は、スイッチング素子Ｑ１に係るアームのみに対して実行されてもよいし、インバータ３０全体に対して実行されてもよい。
【００４７】
また、図３に示す処理は、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓを監視しているが、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されるダイオードＤ１の素子温度についても監視してもよい。
【００４８】
また、図３に示す処理は、スイッチング素子Ｑ１に関する処理であったが、インバータ３０全体（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６等）に対して実行されてもよい。この場合、ステップ３０４の処理は、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の素子温度Ｔｓについても同様に実行されてもよい。この場合、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうちの少なくともいずれかの素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差が所定閾値Ｔｔｈ１を超えた場合は、ステップ３０６に進み、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれの素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差も所定閾値Ｔｔｈ１を超えない場合は、ステップ３０８に進むこととしてもよい。或いは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各素子温度Ｔｓの平均値と水温Ｔｗとの差が所定閾値Ｔｔｈ１を超えた場合は、ステップ３０６に進み、それ以外の場合は、ステップ３０８に進むこととしてもよい。
【００４９】
図４は、半導体制御装置５０により実行される処理の他の一例を示すフローチャートである。図４に示す処理は、例えばインバータ３０の駆動中に所定周期毎に実行されてもよい。図４に示す処理は、実質的には図３に示す例と等価であり、ステップ４０３、ステップ４０４の処理が異なる。ステップ４００、ステップ４０２、ステップ４０６、ステップ４０８の各処理は、ステップ３００、ステップ３０２、ステップ３０６、ステップ３０８の各処理とそれぞれ同様であってよい。
【００５０】
ステップ４０３では、上記ステップ４００で検出した水温Ｔｗに応じた所定閾値Ｔｔｈ２を設定する。所定閾値Ｔｔｈ２は、水温Ｔｗが高くなるにつれて高くなる態様で可変される。所定閾値Ｔｔｈ２は、熱応力に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊が生じるときのスイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓの取りうる範囲の下限値に対応し、水温Ｔｗ毎に試験や解析等に基づいて適合されてよい。簡易的には、所定閾値Ｔｔｈ２は、水温Ｔｗよりも所定値ΔＴだけ高い値であってよい。この場合、所定値ΔＴは、図３に示す例における所定閾値Ｔｔｈ１に対応し、この点で、図４に示す処理は、実質的には図３に示す例と等価である。尚、所定閾値Ｔｔｈ２は、スイッチング素子Ｑ１の耐熱温度（又は耐熱温度から所定のマージンを引いた値）を上限値としてよい。
【００５１】
ステップ４０４では、上記ステップ４０２で検出した素子温度Ｔｓが、上記ステップ４０３で設定した所定閾値Ｔｔｈ２を超えたか否かを判定する。素子温度Ｔｓが所定閾値Ｔｔｈ２を超えた場合は、ステップ４０６に進み、それ以外の場合は、ステップ４０８に進む。
【００５２】
尚、図４に示す処理は、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓを監視しているが、スイッチング素子Ｑ１と並列に接続されるダイオードＤ１の素子温度についても監視してもよい。
【００５３】
また、図４に示す処理は、スイッチング素子Ｑ１に関する処理であったが、インバータ３０全体（スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６等）に対して実行されてもよい。この場合、ステップ４０４の処理は、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６の素子温度Ｔｓについても同様に実行されてもよい。この場合、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のうちの少なくともいずれかの素子温度Ｔｓが所定閾値Ｔｔｈ２を超えた場合は、ステップ４０６に進み、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６のいずれの素子温度Ｔｓも所定閾値Ｔｔｈ２を超えない場合は、ステップ４０８に進むこととしてもよい。或いは、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ６の各素子温度Ｔｓの平均値が所定閾値Ｔｔｈ２を超えた場合は、ステップ４０６に進み、それ以外の場合は、ステップ４０８に進むこととしてもよい。
【００５４】
図５は、図４に示したステップ４０３で使用される所定閾値Ｔｔｈ２と水温Ｔｗとの関係の一例を示す図である。
【００５５】
図５に示す例では、水温がＴ０〜Ｔ１までの範囲であるとき、所定閾値Ｔｔｈ２は、Ｔ０〜Ｔ１間の所定温度（例えば、Ｔ０）に対して所定値ΔＴだけ高い値とされる。水温がＴ１〜Ｔ２までの範囲であるとき、所定閾値Ｔｔｈ２は、Ｔ１〜Ｔ２間の所定温度（例えば、Ｔ１）に対して所定値ΔＴだけ高い値とされる。水温がＴ２〜Ｔ３までの範囲であるとき、所定閾値Ｔｔｈ２は、Ｔ２〜Ｔ３間の所定温度（例えば、Ｔ２）に対して所定値ΔＴだけ高い値とされる。水温がＴ３以上のとき、所定閾値Ｔｔｈ２は、Ｔ３以上の所定温度（例えば、Ｔ３）に対して所定値ΔＴだけ高い値（図５に示す例では、耐熱温度Ｔｍａｘ）とされる。
【００５６】
尚、図５に示す例では所定値ΔＴは、簡易的に、各区間で同一であるが、試験や解析結果等に応じて適合される値（各区間で異なりうる値）に設定されてもよい。但し、水温が低い範囲であるとき（例えば、水温がＴ０〜Ｔ１までの範囲であるとき）、所定閾値Ｔｔｈ２は、耐熱温度Ｔｍａｘよりも有意に小さい値とされる。これは、熱応力に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊を防止する観点（後述）からである。また、図５に示す例では、水温範囲を４つの区間（Ｔ０〜Ｔ１、Ｔ１〜Ｔ２、Ｔ２〜Ｔ３、Ｔ３〜）に分割しているが、分割態様（分割数や分割幅）は任意である。例えば、水温範囲を非常に大きい数で分割し、且つ、所定値ΔＴを各区間で同一とした場合は、図３に示した処理において用いる所定閾値Ｔｔｈ１を一定にすることと等価になる。
【００５７】
図６は、熱応力に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊（熱破壊）の発生原理の説明図である。尚、図６では、スイッチング素子Ｑ１について説明するが、他のスイッチング素子Ｑ２〜Ｑ６についても同様である。
【００５８】
一般的に、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓが水温Ｔｗに一致する状態から、スイッチング素子Ｑ１の発熱量が増大すると、かかる発熱に起因して、スイッチング素子Ｑ１の熱変形量と、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素（ヒートシンク７２、絶縁部材７６、ヒートスプレッダ７８及び半田８０）の熱変形量との間に差が生じる。かかる熱変形量の差は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素との熱膨張係数の相違及びスイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの相違に起因する。かかる熱変形量の差は、スイッチング素子Ｑ１に熱応力（圧縮または引張り応力）を発生させる。尚、図６に示す例では、スイッチング素子Ｑ１の熱膨張係数は、ヒートシンク７２、ヒートスプレッダ７８及び半田８０の熱膨張係数よりも有意に小さい。この場合、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素の熱膨張量が、スイッチング素子Ｑ１の熱膨張量よりも大きくなり、図６に模式的に示すように、スイッチング素子Ｑ１に引張り応力Ｓが生じることになる。スイッチング素子Ｑ１に生じる応力が大きくなると、スイッチング素子Ｑ１の破壊を引き起こしうる。従って、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓの変化時において、かかる熱変形量の差に起因した応力が、スイッチング素子Ｑ１の破壊が生じうる値に達しないように、スイッチング素子Ｑ１の動作を制限することが有用となる。
【００５９】
ここで、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓの変化時における熱変形量の差は、上述の如く、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差に関連する。即ち、例えば、水温Ｔｗが０度で素子温度Ｔｓが０度から１００度まで上昇する場合（以下、ケース１という）と、水温Ｔｗが８０度で素子温度Ｔｓが８０度から１００度まで上昇する場合（以下、ケース２という）とでは、ケース１の方がケース２よりも、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素との間の熱変形量の差が大きくなる。即ち、同じ素子温度Ｔｓ（１００度）まで上昇した場合でも、そのときの水温Ｔｗの相違に依存して、スイッチング素子Ｑ１の破壊の危険性が異なってくる。これは、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓの変化に伴って生じるスイッチング素子Ｑ１の下方の半田８０の伸び量（熱膨張量）は、ケース１の方がケース２よりも大きいためである。尚、実際には、半田８０下方の構成要素（ヒートシンク７２、絶縁部材７６及びヒートスプレッダ７８）の熱膨張態様も影響するが、基本的には、ケース１の方がケース２よりも、熱変形量の差が大きくなり、スイッチング素子Ｑ１の破壊の危険性は高くなる。
【００６０】
この点、本実施例によれば、上述の如く、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓと水温Ｔｗとの差に応じて、インバータ３０の動作を制限するので、熱応力に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊の危険性を低減することができる。
【００６１】
図７は、素子温度上昇率を考慮した所定閾値Ｔｔｈ２の可変方法の一例を示すフローチャートである。図７に示す処理ルーチンは、例えばインバータ３０の駆動中に所定周期毎に実行されてもよい。図７に示す処理ルーチンは、任意的に、図４に示した処理のステップ４０３の処理とステップ４０４の処理との間に組み込まれてよい。
【００６２】
ステップ７００では、素子温度Ｔｓの時間当たりの上昇率ｄＴｓ／ｄｔ（以下、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔという）が算出される。素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔは、任意の時間当たりの素子温度Ｔｓの上昇率であってもよい。例えば、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔは、素子温度Ｔｓの前回値と今回値の差であってもよい。
【００６３】
ステップ７０２では、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔが所定値αよりも大きいか否かを判定する。所定値αの設定方法の例については後述する。素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔが所定値αよりも大きい場合は、ステップ７０４に進み、それ以外の場合は、ステップ７０６に進む。
【００６４】
ステップ７０４では、所定閾値Ｔｔｈ２を減少方向に補正する。即ち、インバータ３０の動作が制限され易くなる方向に、所定閾値Ｔｔｈ２を補正する。
【００６５】
ステップ７０６では、所定閾値Ｔｔｈ２を補正せずにそのままとする。尚、図７に示す処理ルーチンが、図４に示した処理のステップ４０３の処理とステップ４０４の処理との間に組み込まれた場合は、ステップ７０６の処理は省略され、ステップ４０３で設定された所定閾値Ｔｔｈ２が、ステップ４０４でそのまま使用されることになる。
【００６６】
図８は、図７に示した処理に関連した素子温度上昇率に応じた所定閾値Ｔｔｈ２の可変方法の一例を示す図である。
【００６７】
図８には、補正後の所定閾値Ｔｔｈ２（ステップ７０４）が「所定閾値Ｔ'ｔｈ２」として一点鎖線で示されている。図８に示す例では、図５に示した例に比べて、所定値ΔＴを所定値ΔＴ'に変更することで、所定閾値Ｔ'ｔｈ２が設定される。即ち、所定閾値Ｔ'ｔｈ２は、補正前の所定閾値Ｔｔｈ２と同様、水温に応じて決定されるが、所定値ΔＴ'は所定値ΔＴよりも小さく設定される。
【００６８】
図９は、素子温度上昇率が高い場合のスイッチング素子Ｑ１の破壊（熱破壊）の発生原理の説明図である。
【００６９】
スイッチング素子Ｑ１の素子温度が急増する場合（素子温度上昇率が高い場合）、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素（例えばヒートシンク７２、絶縁部材７６等）に熱が直ぐには伝わらないため、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓと、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素との温度差が大きくなる。即ち、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓが同じ温度だけ上昇する場合であっても、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓの上昇速度が高いほど、スイッチング素子Ｑ１の素子温度Ｔｓと、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素との温度差が一時的に大きくなる。
【００７０】
この場合、スイッチング素子Ｑ１の下方の構成要素がスイッチング素子Ｑ１の端部を一時的に拘束する状態となり、スイッチング素子Ｑ１は、図９に模式的に矢印Ｐにて示すように、上に凸になる態様で反る方向に変形しようとする。この結果、スイッチング素子Ｑ１に圧縮応力Ｓ１が一時的に生じることになる。かかる圧縮応力Ｓ１が大きくなると、スイッチング素子Ｑ１の破壊を引き起こしうる。従って、スイッチング素子Ｑ１の素子温度の急激な変化時においては、かかる圧縮応力Ｓ１が、スイッチング素子Ｑ１の破壊が生じうる値に達しないように、スイッチング素子Ｑ１の動作を制限することが有用となる。
【００７１】
この点、図７に示す処理によれば、上述の如く、素子温度上昇率が高い場合に、インバータ３０の動作が制限され易くなるので、かかる圧縮応力Ｓ１に起因したスイッチング素子Ｑ１の破壊の危険性を低減することができる。
【００７２】
尚、図７のステップ７０２で用いられる所定値αは、かかる観点から設定されてよい。例えば、所定値αは、スイッチング素子Ｑ１の破壊が生じうる圧縮応力Ｓ１が発生するような素子温度上昇率の取りうる範囲の下限値に対応し、試験や解析結果等に応じて適合されてもよい。また、所定値αは、水温Ｔｗ（又は所定水温範囲）毎に設定されてもよい。或いは、簡易的に、所定値αは、水温Ｔｗの如何にかかわらず一定であってよい。
【００７３】
尚、図７に示した処理は、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔが所定値αを越えるか否かに応じて所定閾値Ｔｔｈ２が２通りに設定されるが、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔに応じて所定閾値Ｔｔｈ２を、よりきめ細かく可変してもよい。この場合、所定閾値Ｔｔｈ２は、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔが高くなるほど、小さい値になる態様で可変（補正）されてもよい。
【００７４】
また、図７に示した処理では、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔが高いほど所定閾値Ｔｔｈ２が小さくなるように所定閾値Ｔｔｈ２を補正しているが、等価的に、素子温度上昇率ｄＴｓ／ｄｔが高いほどインバータ３０の動作の制限度合いを高めることとしてもよい。
【００７５】
また、図７に示した処理は、任意的に、図３に示した処理のステップ３０２の処理とステップ３０４の処理との間に組み込まれてもよい。この場合、ステップ７０４では、ステップ３０４で使用される所定閾値Ｔｔｈ１が減少方向に補正されてもよい。即ち、インバータ３０の動作が制限され易くなる方向に、所定閾値Ｔｔｈ１が補正されてよい。
【００７６】
以上、各実施例について詳述したが、特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。また、前述した実施例の構成要素を全部又は複数を組み合わせることも可能である。
【００７７】
例えば、上述した実施例では、素子温度Ｔｓの検出結果を利用してインバータ３０の動作を制限しているが、素子温度Ｔｓの検出結果は耐熱温度との関係でのみ利用し、水温Ｔｗに応じてインバータ３０の動作を制限してもよい。即ち、素子温度Ｔｓが耐熱温度に到達しない（または近接しない）素子温度領域において、水温Ｔｗに応じてインバータ３０の動作を制限してもよい。この場合も、水温Ｔｗと素子温度Ｔｓとの差が所定値ΔＴ内に収まるように、インバータ３０の動作を制限してよい。例えば、水温Ｔｗに応じて、要求トルク又はそれに基づく制御値に対する上限値（上限ガード値）を決定してよい。この場合、上限ガード値は、水温Ｔｗと素子温度Ｔｓとの差が所定値ΔＴ内に収まるように、水温Ｔｗ毎に試験や解析等により適合されてよい。所定値ΔＴは、図４及び図５で説明した通りであってよい。この場合は、素子温度Ｔｓの検出結果を利用せずに（耐熱温度との関係で利用するだけで）、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。
【００７８】
また、上述した実施例では、半導体制御装置５０は、インバータ３０とＤＣ／ＤＣコンバータ２０とを制御しているが、インバータ３０のみを制御する構成であってもよい。また、モータ駆動システム１の詳細は任意であり、例えば、モータ駆動システム１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０を備えない構成であってもよい。
【００７９】
また、上述の実施例では、冷却構造２は、車両用のインバータに適用されるものであったが、冷却構造２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０に適用されてもよいし、他の発熱素子（例えば、平滑用コンデンサＣ２）を持つモジュールに適用されてもよい。即ち、上述の実施例では、一例として、インバータ３０と、半導体制御装置５０と、水温センサ６０と、素子温度センサ６２とが車載電子装置の一例を形成しているが、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０と、半導体制御装置５０と、水温センサと、素子温度センサとが車載電子装置の一例を形成してもよい。この場合、水温センサは、ＤＣ／ＤＣコンバータ２０のスイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４等を冷却する冷媒の温度を検出し、素子温度センサは、スイッチング素子Ｑ２２，Ｑ２４等の素子を検出するものであればよい。
【００８０】
また、上述の実施例では、スイッチング素子Ｑ１等が接合される基板は、ヒートスプレッダであったが、スイッチング素子Ｑ１等は、他の任意の基板に配置されてもよい。例えば、スイッチング素子Ｑ１等が接合される基板は、セラミック基板の両面にアルミ板を備えたＤＢＡ（Direct Brazed Aluminum）基板や、セラミック基板の両面に銅板を備えたＤＢＣ（Direct Brazed Copper）基板であってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１    モータ駆動システム
２    冷却構造
１０    バッテリ
２０    ＤＣ／ＤＣコンバータ
２２    素子温度センサ
３０    インバータ
４０    走行用モータ
５０    半導体駆動装置
６０    水温センサ
７０    冷却器
【図１】
0005880519.tif 000002
【図２】
0005880519.tif 000003
【図３】
0005880519.tif 000004
【図４】
0005880519.tif 000005
【図５】
0005880519.tif 000006
【図６】
0005880519.tif 000007
【図７】
0005880519.tif 000008
【図８】
0005880519.tif 000009
【図９】
0005880519.tif 000010