(57)【要約】【課題】瞬時的な温度上昇からも電力用半導体素子を高精度で保護することができるインバータ装置を提供する。【解決手段】インバータ制御部１２はＰＷＭ制御部２７におけるＰＷＭキャリア周期毎に、損失計算部３１により電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部３２により電力用半導体素子のジャンクション温度を推定する。温度保護部３３はジャンクション温度推定計算部が推定したＰＷＭキャリヤ周期毎の電力用半導体素子のジャンクション温度が所定値を超えた場合、所定の保護動作を実行する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブリッジ構成を成す電力用半導体素子を有するインバータ回路と、前記電力用半導体素子を駆動するＰＷＭ制御部を有するインバータ制御部を備えたインバータ装置において、
前記電力用半導体素子近傍の温度を検出する温度検出器と、前記インバータ回路の相電流を検出する相電流検出器を備え、
前記インバータ制御部は、
前記相電流検出器が検出する少なくとも一相の相電流と印加電圧から前記電力用半導体素子の損失を計算する損失計算部と、
前記温度検出器が検出する温度に、前記損失計算部が計算した前記電力用半導体素子の損失から得られる温度上昇値を加えて、当該電力用半導体素子のジャンクション温度を推定するジャンクション温度推定計算部と、を有し、
前記ＰＷＭ制御部におけるＰＷＭキャリア周期毎に、前記損失計算部により前記電力用半導体素子の損失を計算し、前記ジャンクション温度推定計算部により前記電力用半導体素子のジャンクション温度を推定すると共に、
該ジャンクション温度推定計算部が推定した前記ＰＷＭキャリヤ周期毎の前記電力用半導体素子のジャンクション温度が所定値を超えた場合、所定の保護動作を実行することを特徴とするインバータ装置。
【請求項２】
前記ＰＷＭキャリア周期は前記インバータ回路の相電流の周波数よりも十分に小さく、前記電力用半導体素子の熱時定数よりも十分短いことを特徴とする請求項１に記載のインバータ装置。
【請求項３】
前記損失計算部は、前記電力用半導体素子のスイッチング損失と定常損失から当該電力用半導体素子の損失を計算し、
前記ジャンクション温度推定計算部は、前記損失計算部が計算した前記電力用半導体素子の損失に当該電力用半導体素子の熱抵抗値を掛けることで前記温度上昇値を算出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置。
【請求項４】
前記損失計算部は、前記インバータ回路の各相の相電流と印加電圧からブリッジ構成の各相の前記電力用半導体素子の損失を計算すると共に、
前記インバータ制御部は、最も高い前記電力用半導体素子のジャンクション温度に基づいて前記保護動作を実行することを特徴とする請求項１乃至請求項３のうちの何れかに記載のインバータ装置。
【請求項５】
前記電力用半導体素子は、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの複合体であり、前記損失計算部は、前記半導体スイッチング素子の損失と前記還流ダイオードの損失を計算し、前記ジャンクション温度推定計算部は、前記半導体スイッチング素子のジャンクション温度と前記還流ダイオードのジャンクション温度を推定することを特徴とする請求項１乃至請求項４のうちの何れかに記載のインバータ装置。
【請求項６】
前記インバータ制御部は、前記電力用半導体素子のジャンクション温度が第１の所定値を超えた場合、前記インバータ回路に流れる電流を制限すると共に、
前記ジャンクション温度が前記第１の所定値より高い第２の所定値を超えた場合、前記インバータ回路に流す電流を遮断することを特徴とする請求項１乃至請求項５のうちの何れかに記載のインバータ装置。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のうちの何れかに記載のインバータ装置により運転されるモータを備えて車両に搭載されることを特徴とする車両用電動圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば電動圧縮機のモータを運転するインバータ装置、及び、それを備えた車両用電動圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題からハイブリッド自動車や電気自動車が注目されてきているが、この種ハイブリッド自動車等の空調装置では冷媒圧縮機として電動圧縮機が使用される。この電動圧縮機は、車両のバッテリから給電されるモータにより圧縮要素を駆動するものであるが、このモータはインバータ装置により運転される。
【０００３】
この種のインバータ装置は、ブリッジ構成の電力用半導体素子（ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等）をスイッチングすることにより、モータの各相の通電を制御するものであるが、これら電力用半導体素子は、損失分の発熱を生じるため、特に電動圧縮機がエンジンルームなどの過酷な温度（高温）環境下で使用される車両用電動圧縮機である場合には、インバータ装置を構成する電力用半導体素子の過熱保護が極めて重要となる。
【０００４】
係る電力用半導体素子の発熱を考慮した保護方式として、電力用半導体素子のジャンクション温度を推定し、当該ジャンクション温度が所定値に上昇したことに基づいて運転を停止するものがある。このジャンクション温度とは、電力用半導体素子内部のチップの温度（ＩＧＢＴチップやＭＯＳＦＥＴチップと、ＦＷＤチップの表面温度）であり、電力用半導体素子が実装された基板の温度（電力用半導体素子の近傍の温度）を温度センサ（温度検出器）で検出し、この検出値に電力用半導体素子のスイッチング損失と定常損失（導通損失又は通電損失）から成る損失で生じる発熱量に相当する温度上昇値を加えることで得られるものである（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７５３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図５は係るジャンクション温度による従来の保護方式を説明する図である。この図において縦軸はブリッジ構成の電力用半導体素子から成るインバータ回路の相電流値の値、横軸は電力用半導体素子が実装された基板の温度（電力用半導体素子の近傍の温度）を検出する温度センサの検出値である。
【０００７】
図５中に示された折れ線は、温度センサの検出値がＴ１に上昇するまでは、相電流が所定値Ａｓｔｏｐに達したときに電流を遮断し、温度センサの検出値がＴ１からＴ２に上昇するまでは、所定値Ａｓｔｏｐより小さい値（図５の折れ線中の斜め線）で遮断を行う保護閾値を示しており、この保護閾値の計算方法は以下の通りである。
【０００８】
即ち、車両のバッテリ（車両用ＨＶ電源）から印加される電圧（ＨＶ電圧）が最大値（例えば、３００Ｖなど）であると想定して、電力用半導体素子の特性に基づき、印加電圧（ＨＶ電圧）と相電流の値から当該電力用半導体素子の損失（発熱量）を計算し、この損失から温度上昇値を予め計算しておく（相電流と温度上昇値との関係を、印加電圧が最大値として予め求めておく）。そして、この温度上昇値に温度センサの検出値を加えたジャンクション温度が、電力用半導体素子の温度限界である所定値（例えば、＋１７５℃等）となる相電流と温度センサの検出値との関係を示したのが図５中の保護閾値（折れ線）である。
【０００９】
そして、従来では図５に示した保護閾値に基づき、例えばそのときの温度センサの検出値がＴ１になるまでは、相電流の値がＡｓｔｏｐまで上昇した時点で電流を遮断すると云う電力用半導体素子の保護を行っていた。しかしながら、この保護閾値は印加電圧（ＨＶ電圧）が最大値のとき、即ち、最悪条件での保護閾値であるため、印加電圧（ＨＶ電圧）が低いときには、保護を行う必要が無い段階で電流を遮断してしまうという欠点があった。
【００１０】
また、最悪条件での損失計算についても、従来では相電流を正弦波と仮定して比較的長い周期の平均値から損失を計算していた。しかしながら、印加電圧には変調を掛けるため、相電流の波形も理想的な正弦波とはならず、リプルや高調波成分を含んだものとなる。そのため、平均値では分からなくても、瞬時的には電力用半導体素子の温度限界を超える状況も生じており、従来ではこれを的確に判定して保護することができていなかった。
【００１１】
本発明は、係る従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、瞬時的な温度上昇からも電力用半導体素子を高精度で保護することができるインバータ装置及びそれを用いた車両用電動圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のインバータ装置は、ブリッジ構成を成す電力用半導体素子を有するインバータ回路と、電力用半導体素子を駆動するＰＷＭ制御部を有するインバータ制御部を備えたものであって、電力用半導体素子近傍の温度を検出する温度検出器と、インバータ回路の相電流を検出する相電流検出器を備え、インバータ制御部は、相電流検出器が検出する少なくとも一相の相電流と印加電圧から電力用半導体素子の損失を計算する損失計算部と、温度検出器が検出する温度に、損失計算部が計算した電力用半導体素子の損失から得られる温度上昇値を加えて、当該電力用半導体素子のジャンクション温度を推定するジャンクション温度推定計算部と、を有し、ＰＷＭ制御部におけるＰＷＭキャリア周期毎に、損失計算部により電力用半導体素子の損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部により電力用半導体素子のジャンクション温度を推定すると共に、このジャンクション温度推定計算部が推定したＰＷＭキャリヤ周期毎の電力用半導体素子のジャンクション温度が所定値を超えた場合、所定の保護動作を実行することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明のインバータ装置は、上記発明においてＰＷＭキャリア周期はインバータ回路の相電流の周波数よりも十分に小さく、電力用半導体素子の熱時定数よりも十分短いことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明のインバータ装置は、上記各発明において損失計算部は、電力用半導体素子のスイッチング損失と定常損失から当該電力用半導体素子の損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部は、損失計算部が計算した電力用半導体素子の損失に当該電力用半導体素子の熱抵抗値を掛けることで温度上昇値を算出することを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明のインバータ装置は、上記各発明において損失計算部は、インバータ回路の各相の相電流と印加電圧からブリッジ構成の各相の電力用半導体素子の損失を計算すると共に、インバータ制御部は、最も高い電力用半導体素子のジャンクション温度に基づいて保護動作を実行することを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明のインバータ装置は、上記各発明において電力用半導体素子は、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの複合体であり、損失計算部は、半導体スイッチング素子の損失と還流ダイオードの損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部は、半導体スイッチング素子のジャンクション温度と還流ダイオードのジャンクション温度を推定することを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明のインバータ装置は、上記各発明においてインバータ制御部は、電力用半導体素子のジャンクション温度が第１の所定値を超えた場合、インバータ回路に流れる電流を制限すると共に、ジャンクション温度が第１の所定値より高い第２の所定値を超えた場合、インバータ回路に流す電流を遮断することを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明の車両用電動圧縮機は、上記各発明のインバータ装置により運転されるモータを備えて車両に搭載されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、ブリッジ構成を成す電力用半導体素子を有するインバータ回路と、電力用半導体素子を駆動するＰＷＭ制御部を有するインバータ制御部を備えたインバータ装置において、電力用半導体素子近傍の温度を検出する温度検出器と、インバータ回路の相電流を検出する相電流検出器を備えており、インバータ制御部が、相電流検出器が検出する少なくとも一相の相電流と印加電圧から電力用半導体素子の損失を計算する損失計算部と、温度検出器が検出する温度に、損失計算部が計算した電力用半導体素子の損失から得られる温度上昇値を加えて、当該電力用半導体素子のジャンクション温度を推定するジャンクション温度推定計算部と、を有して、ＰＷＭ制御部におけるＰＷＭキャリア周期毎に、損失計算部により電力用半導体素子の損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部により電力用半導体素子のジャンクション温度を推定するようにした。このＰＷＭキャリア周期は、請求項２の発明の如くインバータ回路の相電流の周波数よりも十分に小さく、電力用半導体素子の熱時定数よりも十分短いので、係るＰＷＭキャリア周期毎といった高速の周期で電力用半導体素子のジャンクション温度の瞬時値を推定することができるようになる。
【００２０】
そして、このジャンクション温度推定計算部が推定したＰＷＭキャリヤ周期毎の電力用半導体素子のジャンクション温度（瞬時値）が所定値を超えた場合、所定の保護動作を実行するようにしたので、瞬時的な温度上昇からも電力用半導体素子を高精度で保護することができるようになる。
【００２１】
この場合、請求項３の発明の如く損失計算部が、電力用半導体素子のスイッチング損失と定常損失から当該電力用半導体素子の損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部が、損失計算部が計算した電力用半導体素子の損失に当該電力用半導体素子の熱抵抗値を掛けることで温度上昇値を算出するようにすれば、電力用半導体素子のジャンクション温度の瞬時値を的確に計算して推定することができるようになる。
【００２２】
また、請求項４の発明の如く損失計算部が、インバータ回路の各相の相電流と印加電圧からブリッジ構成の各相の電力用半導体素子の損失を計算し、インバータ制御部が、最も高い電力用半導体素子のジャンクション温度に基づいて保護動作を実行するようにすれば、最も温度上昇が激しい相の電力用半導体素子を安全、且つ、正確に保護することができるようになる。
【００２３】
特に、請求項５の発明の如く電力用半導体素子が、半導体スイッチング素子と還流ダイオードとの複合体である場合に、損失計算部が、半導体スイッチング素子の損失と還流ダイオードの損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部は、半導体スイッチング素子のジャンクション温度と還流ダイオードのジャンクション温度を推定するようにすれば、還流ダイオードを有する電力用半導体素子の場合にも支障無く保護を行うことができるようになる。
【００２４】
更に、請求項６の発明の如くインバータ制御部が、電力用半導体素子のジャンクション温度が第１の所定値を超えた場合、インバータ回路に流れる電流を制限し、ジャンクション温度が第１の所定値より高い第２の所定値を超えた場合、インバータ回路に流す電流を遮断するようにすることで、電力用半導体素子の保護を確実に行いながら、不必要な電流遮断の発生を回避することが可能となる。
【００２５】
そして、高温環境下で使用される請求項７の発明の如き車両用電動圧縮機において、上記各発明のインバータ装置によりモータを運転することで、極めて効果的な過熱保護を実現することができるようになるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明のインバータ装置を適用した一実施例の車両用電動圧縮機の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例のインバータ装置の電気回路図である。
【図３】図２のインバータ装置のスイッチング制御と半導体スイッチング素子及び還流ダイオードの損失、ジャンクション温度の推定値を示す図である。
【図４】図２のインバータ制御部が実行するジャンクション温度の推定計算の流れを示す図である。
【図５】ジャンクション温度による従来の保護方式を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明を適用した車両用電動圧縮機１の概略断面図を示している。実施例の電動圧縮機１は、図示しない車両の車室内を空調する空気調和装置の冷媒回路の一部を構成するもので、車両のエンジンルームに搭載される。電動圧縮機１は、ハウジング２内にモータ３と、このモータ３の回転軸４により駆動されるスクロール型等の圧縮要素６を備えている。ハウジング２には更に本発明のインバータ装置７が取り付けられており、このインバータ装置７によりモータ３は運転され、圧縮要素６を駆動する。圧縮要素６はモータ３の回転軸４により駆動されて冷媒回路から冷媒を吸い込み、圧縮して再度冷媒回路に吐出するものである。
【００２８】
次に、図２は係るインバータ装置７の電気回路図を示している。実施例のインバータ装置７は、インバータ回路８及び平滑コンデンサ９が実装された制御基板１１と、マイクロコンピュータ（プロセッサ）により構成されたインバータ制御部１２を備えている。インバータ回路８の正側の直流母線１３は、図示しない車両のバッテリ（車両用ＨＶ電源）Ｂの＋端子に接続され、負側の直流母線１４は、バッテリＢの−端子に接続されている。そして、平滑コンデンサ９はインバータ回路８の二つの直流母線１３、１４間に接続されている。
【００２９】
インバータ回路８は、ブリッジを構成する複数の電力用半導体素子のスイッチング状態をそれぞれ変化させて、バッテリＢから印加される直流を交流に変換し、モータ３に供給するものである。具体的には、ブリッジの上相を構成する三つの電力用半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗと、ブリッジの下相を構成する三つの電力用半導体素子１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗを備えている。各電力用半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ、及び、１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗは、何れも半導体スイッチング素子１８とそれに逆並列で接続された還流ダイオード１９との複合体であり、このインバータ回路８の直流母線１３、１４にはバッテリＢより直流電源が供給される。
【００３０】
このインバータ回路８では、上相の電力用半導体素子１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗの各半導体スイッチング素子１８と下相の電力用半導体素子１７Ｕ、１７Ｖ、１７Ｗの各半導体スイッチング素子１８とが、１対１に対応して直列接続されている。以下では、直列接続された電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの各半導体スイッチング素子１８の対をスイッチングレグと称する。即ち、実施例では電力用半導体素子１６Ｕの半導体スイッチング素子１８と電力用半導体素子１７Ｕの半導体スイッチング素子１８の対で構成されたスイッチングレグ２１Ｕと、電力用半導体素子１６Ｖの半導体スイッチング素子１８と電力用半導体素子１７Ｖの半導体スイッチング素子１８の対で構成されたスイッチングレグ２１Ｖと、電力用半導体素子１６Ｗの半導体スイッチング素子１８と電力用半導体素子１７Ｗの半導体スイッチング素子１８の対で構成されたスイッチングレグ２１Ｗとがある。
【００３１】
これらスイッチングレグ２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗは、正側の直流母線１３と負側の直流母線１４との間にそれぞれ接続されている。また、それぞれのスイッチングレグ２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの各中間点ＭＵ、ＭＶ、ＭＷが出力交流の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを出力するノードであり、各中間点ＭＵ、ＭＶ、ＭＷがモータ３の各相に接続されている。
【００３２】
実施例のインバータ回路８では、半導体スイッチング素子１８はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いている。尚、半導体スイッチング素子１８としては係るＩＧＢＴに限らず、ＭＯＳＦＥＴ等でも良い。また、制御基板１１には電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの近傍に位置して温度検出器としての温度センサ２２が実装されている。この温度センサ２２は実施例ではサーミスタから構成されている。
【００３３】
更に、モータ３からの電流が流れ込む位置の負側の直流母線１４には相電流検出器としてのシャント抵抗２３が接続されている。このシャント抵抗２３にモータ３からの電流が流れると、シャント抵抗２３の両端には電位差が生じ、この両端間の電圧を検出することで、相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出することができる。尚、相電流検出器としては係るシャント抵抗に限らず、カレントトランス等で構成しても良い。
【００３４】
一方、インバータ制御部１２は、モータ制御部２６と、ＰＷＭ制御部２７と、電流検出部２８と、ゲートドライバ２９と、損失計算部３１と、ジャンクション温度推定計算部３２と、温度保護部３３を備えている。そして、正側の直流母線１３のＨＶ電圧（印加電圧）はＰＷＭ制御部２７と損失計算部３１に入力される。
【００３５】
モータ制御部２６はモータ３に印加する三相正弦波の目標とする波形（変調波）をＰＷＭ制御部２７に出力する。ＰＷＭ制御部２７はモータ制御部２６が出力する変調波とキャリア（三角波）の高低を比較することにより、ドライブ信号であるデューティ（Ｄｕｔｙ：上相ＯＮ時間）を生成する。このデューティはＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相について生成され、各半導体スイッチング素子１８のゲートをドライブ（ＯＮ−ＯＦＦ）するゲートドライバ２９に送出される。
【００３６】
尚、実施例のモータ３の回転速度である相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの周波数は４００Ｈｚ〜５００Ｈｚであり、ＰＷＭ制御部２７におけるキャリアの周期（以下、ＰＷＭキャリア周期と称する）は、それよりも十分小さい（或いは、十分短い）２０ｋＨｚである。また、電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの熱時定数（損失分の温度上昇値として温度センサ２２に伝達するまでにかかる時間）は５０ｍｓｅｃ程であり、ＰＷＭキャリア周期はこの熱時定数よりも十分短い（或いは、十分早い）。
【００３７】
電流検出部２８は、シャント抵抗２３の両端間の電圧を入力し、当該シャント抵抗２３の抵抗値から相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを算出する。算出された相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗは損失計算部３１に入力される。
【００３８】
損失計算部３１は、電流検出部２８から入力されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ、及び、正側の直流母線１３のＨＶ電圧（印加電圧）と、ＰＷＭ制御部２７から入力されるデューティに基づき、各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算する。実施例の場合、損失計算部３１は各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗを構成する半導体スイッチング素子１８のスイッチング損失、及び、定常損失（導通損失又は通電損失）と、還流ダイオード１９のスイッチング損失、及び、定常損失（導通損失又は通電損失）をそれぞれ別個に計算する。
【００３９】
この半導体スイッチング素子１８のスイッチング損失、及び、定常損失（導通損失又は通電損失）が半導体スイッチング素子１８の損失であり、当該半導体スイッチング素子１８の発熱量となる。また、還流ダイオード１９のスイッチング損失、及び、定常損失（導通損失又は通電損失）が還流ダイオード１９の損失であり、当該還流ダイオード１９の発熱量となる。そして、これらが各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失となる。この損失計算部３１で算出された各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失は、ジャンクション温度推定計算部３２に入力される。
【００４０】
ジャンクション温度推定計算部３２は、温度センサ２２が検出する電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの近傍の温度Ｔｔｈに、損失計算部３１が計算した各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失から得られる温度上昇値ΔＴを加えることで、各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉと還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄの推定値を計算する。
【００４１】
この場合、ジャンクション温度推定計算部３２は、電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの熱抵抗値（熱伝達係数）Ｔｒを損失計算部３１が計算した各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失に掛ける（乗算）ことで上記温度上昇値ΔＴを算出する。上記のジャンクション温度推定計算部３２における推定計算を式で表すと下記式（１）のようになる。
Ｔｊｉ、Ｔｊｄ＝Ｔｔｈ＋ΔＴ  ・・・（１）
尚、ΔＴは損失×Ｔｒ。
そして、算出された各ジャンクション温度Ｔｊｉ、Ｔｊｄは温度保護部３３に入力される。
【００４２】
温度保護部３３は、ジャンクション温度推定計算部３２が推定した各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉ、及び、還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄに基づいて所定の保護動作を実行する。この保護動作は、実施例では二段階に分かれており、先ず、何れかの電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの各ジャンクション温度Ｔｊｉ、Ｔｊｄのうちの最も高いものが第１の所定値ＴＳ１を超えた場合、温度保護部３３はモータ制御部２６に電流制限信号を出力する。
【００４３】
モータ制御部２６は温度保護部３３から電流制限信号を受信した場合、インバータ回路８に流れる電流を所定の値に制限するように変調波を調整する。また、温度保護部３３は、前記ジャンクション温度Ｔｊｉ、Ｔｊｄのうちの最も高いものが前記第１の所定値ＴＳ１より高い第２の所定値ＴＳ２を超えた場合、電流遮断信号をモータ制御部２６に出力する。モータ制御部２６は温度保護部３３から電流遮断信号を受信した場合、変調波の出力を停止することで、全ての電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの半導体スイッチング素子１８をＯＦＦし、インバータ回路８に流れる電流を遮断する。これら第１の所定値ＴＳ１及び第２の所定値ＴＳ２は、電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗを構成する半導体スイッチング素子１８及び還流ダイオード１９の温度限界から設定された値である。
【００４４】
次に、図３及び図４を参照しながら、インバータ制御部１２による電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの発熱量に応じた具体的な過熱保護動作を説明する。図３の最上段にはＰＷＭ制御部２７におけるデューティの生成に使用されるキャリアの波形が示されており、その周期がＰＷＭキャリア周期である。そして、その下にＰＷＭ制御部２７から出力されるＵ相、Ｖ相、Ｗ相のデューティが示されており、その下に示された相電流の波形は、実線がＵ相の相電流Ｉｕ、細かい破線がＶ相の相電流Ｉｖ、荒い破線がＷ相の相電流Ｉｗの波形である。
【００４５】
その下に示したＩＧＢＴ損失は損失計算部３１が算出する半導体スイッチング素子１８の損失であり、同じく実線がＵ相の電力用半導体素子１６Ｕ、１７Ｕの半導体スイッチング素子１８の損失、細かい破線がＶ相の電力用半導体素子１６Ｖ、１７Ｖの半導体スイッチング素子１８の損失、荒い破線がＷ相の電力用半導体素子１６Ｗ、１７Ｗの半導体スイッチング素子１８の損失である。
【００４６】
その下に示したＤｉｏｄｅ損失は損失計算部３１が算出する還流ダイオード１９の損失であり、同じく実線がＵ相の電力用半導体素子１６Ｕ、１７Ｕの還流ダイオード１９の損失、細かい破線がＶ相の電力用半導体素子１６Ｖ、１７Ｖの還流ダイオード１９の損失、荒い破線がＷ相の電力用半導体素子１６Ｗ、１７Ｗの還流ダイオード１９の損失である。また、その下の温度センサ温度は、温度センサ２２が検出する電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの近傍の温度Ｔｔｈである。
【００４７】
そして、その下に示したＩＧＢＴジャンクション温度推定値はジャンクション温度推定計算部３２が計算した半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉであり、同じく実線がＵ相の電力用半導体素子１６Ｕ、１７Ｕの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉ、細かい破線がＶ相の電力用半導体素子１６Ｖ、１７Ｖの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉ、荒い破線がＷ相の電力用半導体素子１６Ｗ、１７Ｗの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉである。尚、一点鎖線はジャンクション温度Ｔｊｉの平均値である。
【００４８】
その下に示したＤｉｏｄｅジャンクション温度推定値はジャンクション温度推定計算部３２が計算した還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄであり、同じく実線がＵ相の電力用半導体素子１６Ｕ、１７Ｕの還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄ、細かい破線がＶ相の電力用半導体素子１６Ｖ、１７Ｖの還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄ、荒い破線がＷ相の電力用半導体素子１６Ｗ、１７Ｗの還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄである。尚、一点鎖線はジャンクション温度Ｔｊｄの平均値である。
【００４９】
図４はインバータ制御部１２が実行するジャンクション温度の推定計算の流れを示している。本発明では、インバータ制御部１２は半導体スイッチング素子１８（ＩＧＢＴ）と還流ダイオード１９（Ｄｉｏｄｅ）の発熱量を、ＰＷＭキャリア周期毎に計算する。即ち、損失計算部３１はＰＷＭ制御部２７から出力されるデューティから得られるＰＷＭキャリア周期毎に、駆動中のＨＶ電圧（印加電圧）と相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの瞬時値から、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の上下相）の電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算する（ステップＳ１）。
【００５０】
ここで、各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗにおいて、電流は必ず半導体スイッチング素子１８か還流ダイオード１９の何れかにしか流れないため、半導体スイッチング素子１８に電流が流れている期間は還流ダイオード１９の損失は零、逆に還流ダイオード１９に電流が流れている期間は半導体スイッチング素子１８の損失は零である。
【００５１】
そこで、前述した如く損失計算部３１は各相のデューティに基づいて上相の半導体スイッチング素子１８がＯＮしているときにそれに流れる相電流とＨＶ電圧（印加電圧）から当該半導体スイッチング素子１８の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算し、下相の半導体スイッチング素子１８については上相の半導体スイッチング素子１８がＯＦＦしているときに流れる相電流とＨＶ電圧（印加電圧）から当該半導体スイッチング素子１８の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算する。
【００５２】
また、上下相の還流ダイオード１９の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）については、それと複合体となる半導体スイッチング素子１８がＯＦＦしているときに還流ダイオード１９に流れる相電流とＨＶ電圧（印加電圧）から当該還流ダイオード１９の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算する。
【００５３】
例えば、図３のＵ相を例に採ると、Ｕ相の相電流Ｉｕが正の値をとる期間ではＵ相の上相の電力用半導体素子１６Ｕの半導体スイッチング素子１８の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算し（それと複合体となる還流ダイオード１９の損失は零）、下相の電力用半導体素子１７Ｕの還流ダイオード１９の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算する（それと複合体となる半導体スイッチング素子１８の損失は零）。
【００５４】
また、Ｕ相の相電流Ｉｕが負の値をとる期間ではＵ相の上相の電力用半導体素子１６Ｕの還流ダイオード１９の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算し（それと複合体となる半導体スイッチング素子１８の損失は零）、下相の電力用半導体素子１７Ｕの半導体スイッチング素子１８の損失（スイッチング損失、及び、定常損失）を計算する（それと複合体となる還流ダイオード１９の損失は零。他の相も同様）。尚、損失計算部３１は実施例ではＰＷＭキャリア周期の半周期で相電流（瞬時値）を取り込み、残りの半周期で損失計算を行ってジャンクション温度推定計算部３２に出力する。従って、図３中の各損失、及び、ジャンクション温度は相電流より一周期分遅れるかたちをとる。
【００５５】
前述した如くジャンクション温度推定計算部３２は、損失計算部３１においてＰＷＭキャリア周期毎に算出され、出力された各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの半導体スイッチング素子１８の損失と還流ダイオード１９の損失に熱抵抗値Ｔｒを掛ける（乗算）ことで、各損失によって生じる温度上昇値ΔＴを算出する（ステップＳ２）。
【００５６】
次に、ジャンクション温度推定計算部３２は、温度センサ２２が検出する電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの近傍の温度Ｔｔｈを取り込み（ステップＳ３）、この温度Ｔｔｈに、半導体スイッチング素子１８と還流ダイオード１９の損失から算出された温度上昇値ΔＴを加えることで（式１）、各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉと還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄの推定値を計算する（ステップＳ４）。
【００５７】
各ジャンクション温度Ｔｊｉ、ＴｊｄはＰＷＭキャリア周期毎に算出されるので、それらの推定値は瞬時値となる。そして、算出された各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの各ジャンクション温度Ｔｊｉ、Ｔｊｄは温度保護部３３に出力され、温度保護部３３は前述した如く、各電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉと、還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄのうち、最も高いものを抽出する。
【００５８】
そして、当該最も高い値となるジャンクション温度Ｔｊｉ、Ｔｊｄが前述した第１の所定値ＴＳ１を超えた場合、温度保護部３３はモータ制御部２６に電流制限信号を出力し、更に、第２の所定値ＴＳ２を超えた場合は、電流遮断信号をモータ制御部２６に出力する。モータ制御部２６は温度保護部３３からの電流制限信号、又は、電流遮断信号に基づいてインバータ回路８に流れる電流を所定の値に制限し、又は、遮断するものである。
【００５９】
以上詳述した如く本発明では、インバータ制御部１２が、シャント抵抗２３で検出される相電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩｗとＨＶ電圧（印加電圧）から電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算する損失計算部３１と、温度センサ２２が検出する温度Ｔｔｈに、損失計算部３１が計算した電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失から得られる温度上昇値ΔＴを加えて、当該電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度を推定するジャンクション温度推定計算部３２を有しており、ＰＷＭ制御部２７におけるＰＷＭキャリア周期毎に、損失計算部３１により電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部３２により電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度を推定するようにしており、このＰＷＭキャリア周期は、インバータ回路８の相電流の周波数よりも十分に小さく、電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの熱時定数よりも十分短いので、係るＰＷＭキャリア周期毎といった高速の周期で電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度の瞬時値を推定することができるようになる。
【００６０】
そして、このジャンクション温度推定計算部３２が推定したＰＷＭキャリヤ周期毎の電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度（瞬時値）が所定値（第１の所定値、第２の所定値）を超えた場合、所定の保護動作（電流制限、遮断）を実行するので、瞬時的な温度上昇から電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗを高精度で保護することができるようになる。
【００６１】
この場合、損失計算部３１は電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのスイッチング損失と定常損失から当該電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部３２は損失計算部３１が計算した電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失に当該電力用半導体素子の熱抵抗値Ｔｒを掛けることで温度上昇値ΔＴを算出するので、電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度の瞬時値を的確に計算して推定することができるようになる。
【００６２】
また、損失計算部３１はインバータ回路８の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、ＩｗとＨＶ電圧（印加電圧）からブリッジ構成の各相の電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの損失を計算し、温度保護部３３は最も高い電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度に基づいて保護動作を実行するので、最も温度上昇が激しい相の電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗを安全、且つ、正確に保護することができるようになる。
【００６３】
特に、実施例の如く電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗが、半導体スイッチング素子１８と還流ダイオード１９との複合体である場合には、損失計算部３１は半導体スイッチング素子１８の損失と還流ダイオード１９の損失を計算し、ジャンクション温度推定計算部３２は半導体スイッチング素子１８のジャンクション温度Ｔｊｉと還流ダイオード１９のジャンクション温度Ｔｊｄを推定するようにしたので、還流ダイオード１８を有する電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの場合にも支障無く保護を行うことができるようになる。
【００６４】
更に、温度保護部３３は電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度が第１の所定値を超えた場合、インバータ回路８に流れる電流を制限し、ジャンクション温度が第１の所定値より高い第２の所定値を超えた場合、インバータ回路８に流す電流を遮断するようにするので、電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗの保護を確実に行いながら、不必要な電流遮断の発生を回避することが可能となる。
【００６５】
そして、高温環境下で使用される実施例の如き車両用電動圧縮機１において、本発明のインバータ装置７によりモータ３を運転することで、極めて効果的な過熱保護を実現することができるようになる。
【００６６】
尚、実施例ではＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗのジャンクション温度を推定して保護を行うようにしたが、請求項４以外の発明ではそれに限らず、何れか一相のみ、或いは、二相のみの電力用半導体素子のジャンクション温度を推定して保護を行うようにしてもよい。
【００６７】
また、実施例では半導体スイッチング素子１８（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ）と還流ダイオード１９の複合体から成る電力用半導体素子１６Ｕ〜１７Ｗを例に採って説明したが、請求項５以外の発明ではそれに限らず、還流ダイオードを有しない半導体スイッチング素子（ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ）のみのインバータ回路にも本発明は有効である。
【００６８】
更に、実施例では車両に搭載される電動圧縮機のモータを駆動するインバータ装置で本発明を説明したが、請求項７以外の発明ではそれに限らず、ブリッジ構成の電力用半導体素子を有するインバータ回路を用いたインバータ装置全般に本発明は有効である。
【符号の説明】
【００６９】
１  電動圧縮機
２  ハウジング
３  モータ
４  回転軸
６  圧縮要素
７  インバータ装置
８  インバータ回路
１１  制御基板
１２  インバータ制御部
１６Ｕ〜１７Ｗ  電力用半導体素子
１８  半導体スイッチング素子
１９  還流ダイオード
２２  温度センサ（温度検出器）
２３  シャント抵抗（相電流検出器）
２６  モータ制御部
２７  ＰＷＭ制御部
２８  電流検出部
２９  ゲートドライバ
３１  損失計算部
３２  ジャンクション温度推定計算部
３３  温度保護部
【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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