(57)【要約】【課題】スイッチング素子の温度に応じて当該スイッチング素子を従来よりも制御することが可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】複数のスイッチング素子１〜６が接続されてなる電力変換回路Ｄと、スイッチング素子１〜６の温度を検出する複数の温度センサ７〜１２と、複数の温度センサ７〜１２の検出値を当該検出値毎に予め設定されたしきい値と比較し、当該比較に結果に基づいてスイッチング素子１〜６を制御する制御部Ｃとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子が接続されてなる電力変換回路と、
前記スイッチング素子の温度を検出する複数の温度センサと、
複数の前記温度センサの検出値を当該検出値毎に予め設定されたしきい値と比較し、当該比較に結果に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、モータを駆動するインバータのスイッチング素子近傍に温度センサを３つ配置し、各温度センサが検出する温度のうち、最も高い温度を閾値と比較し、当該最も高い温度が閾値を越えた場合にはトルク指令値を制限するスイッチング素子保護装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１９４０９４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、上記背景技術は、スイッチング素子の異常温度に対してトルク指令値を単純に制限するものであり、スイッチング素子に対して温度に応じて細かな制御対応を取るものではない。電力変換回路の制御では、スイッチング素子の温度に応じてより細かな制御対応が求められている。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の温度に応じて当該スイッチング素子を従来よりも制御することが可能な電力変換装置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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明では、電力変換装置に係る第１の解決手段として、複数のスイッチング素子が接続されてなる電力変換回路と、前記スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、当該温度センサの検出値を当該検出値毎に予め設定されたしきい値と比較し、当該比較に結果に基づいて前記スイッチング素子を制御する制御部とを備える、という手段を採用する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、温度センサによって検出されたスイッチング素子の個々の温度を当該検出値毎に予め設定されたしきい値と比較することによってスイッチング素子を制御するので、個々のスイッチング素子の温度に応じて当該スイッチング素子に対して異なる制御対応を採ることが可能である。したがって、本発明によれば、個々のスイッチング素子の温度に応じて当該スイッチング素子を従来よりも細かく制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態に係る電力変換装置は、図１に示すように三相インバータＤと制御部Ｃとから構成されている。三相インバータＤは、一対の入力端子Ｔ１，Ｔ２に入力される直流電源を三相交流電力に変換し、３つの出力端子Ｔｕ〜Ｔｗから負荷に出力する電力変換回路である。上記一対の入力端子Ｔ１，Ｔ２のうち、一方の入力端子Ｔ１には直流電源のプラス端子が接続され、他方の入力端子Ｔ２には直流電源のマイナス端子が接続される。また、３つの出力端子Ｔｕ〜Ｔｗには、負荷として例えば三相モータが接続される。
【００１０】
この三相インバータＤは、図示するように上記一対の入力端子Ｔ１，Ｔ２及び３つの出力端子Ｔｕ〜Ｔｗに加え、６つ（複数）のＩＧＢＴ１〜６及び６つ（複数）の温度センサ７〜１２を備えている。６つのＩＧＢＴ１〜６は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor）であり、バイポーラトランジスタのベース部にＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜型電界効果トランジスタ）を組み込んだ構造の半導体スイッチング素子である。
【００１１】
これら６つのＩＧＢＴ１〜６のうち、一対のＩＧＢＴ１とＩＧＢＴ２とは互いに直列接続されており、Ｕ相用スイッチングレグＲｕを構成している。すなわち、ＩＧＢＴ１のコレクタ端子は一方の入力端子Ｔ１に接続され、エミッタ端子はＩＧＢＴ２のコレクタ端子及び第１出力端子Ｔｕに接続される。またＩＧＢＴ２のコレクタ端子は上記ＩＧＢＴ１のエミッタ端子及び第１出力端子Ｔｕに接続され、エミッタ端子は他方の入力端子Ｔ２に接続される。このような一対のＩＧＢＴ１及びＩＧＢＴ２のうち、一方のＩＧＢＴ１はＵ相用スイッチングレグＲｕの上アームＡＵを構成し、他方のＩＧＢＴ２はＵ相用スイッチングレグＲｕの下アームＡＬを構成している。
【００１２】
一対のＩＧＢＴ３とＩＧＢＴ４とは互いに直列接続されており、Ｖ相用スイッチングレグＲｖを構成している。すなわち、ＩＧＢＴ３のコレクタ端子は一方の入力端子Ｔ１に接続され、エミッタ端子はＩＧＢＴ４のコレクタ端子及び第２出力端子Ｔｖに接続される。またＩＧＢＴ４のコレクタ端子は上記ＩＧＢＴ３のエミッタ端子及び第２出力端子Ｔｖに接続され、エミッタ端子は他方の入力端子Ｔ２に接続される。このような一対のＩＧＢＴ３及びＩＧＢＴ４のうち、一方のＩＧＢＴ３はＶ相用スイッチングレグＲｖの上アームＡＵを構成し、他方のＩＧＢＴ２はＶ相用スイッチングレグＲｖの下アームＡＬを構成している。
【００１３】
一対のＩＧＢＴ５とＩＧＢＴ６とは互いに直列接続されており、Ｗ相用スイッチングレグＲｗを構成している。すなわち、ＩＧＢＴ５のコレクタ端子は一方の入力端子Ｔ１に接続され、エミッタ端子はＩＧＢＴ６のコレクタ端子及び第３出力端子Ｔｗに接続される。またＩＧＢＴ６のコレクタ端子は上記ＩＧＢＴ５のエミッタ端子及び第３出力端子Ｔｗに接続され、エミッタ端子は他方の入力端子Ｔ２に接続される。このような一対のＩＧＢＴ５及びＩＧＢＴ６のうち、一方のＩＧＢＴ５はＷ相用スイッチングレグＲｗの上アームＡＵを構成し、他方のＩＧＢＴ６はＷ相用スイッチングレグＲｗの下アームＡＬを構成している。
【００１４】
６つの温度センサ７〜１２は、各々に対応するＩＧＢＴ１〜６の温度を示す検出値を制御部Ｃに出力する。すなわち、第１温度センサ７は、ＩＧＢＴ１の近傍に配置され、ＩＧＢＴ１の温度を示す第１検出値を制御部Ｃに出力する。第２温度センサ８は、ＩＧＢＴ２の近傍に配置され、ＩＧＢＴ２の温度を示す第２検出値を制御部Ｃに出力する。第３温度センサ９は、ＩＧＢＴ３の近傍に配置され、ＩＧＢＴ３の温度を示す第３検出値を制御部Ｃに出力する。
【００１５】
第４温度センサ１０は、ＩＧＢＴ４の近傍に配置され、ＩＧＢＴ４の温度を示す第４検出値を制御部Ｃに出力する。第５温度センサ１１は、ＩＧＢＴ５の近傍に配置され、ＩＧＢＴ５の温度を示す第５検出値を制御部Ｃに出力する。第６温度センサ１２は、ＩＧＢＴ６の近傍に配置され、ＩＧＢＴ６の温度を示す第６検出値を制御部Ｃに出力する。このような６つの温度センサ７〜１２は、例えばサーミスタであり、各々に温度を示す電圧を第１〜第６検出値として制御部Ｃに出力する。
【００１６】
制御部Ｃは、このように構成された三相インバータＤ（電力変換回路）を制御する装置であり、温度検出部１３、しきい値設定部１４及びプロセッサ１５を備えている。温度検出部１３は、上記６つの温度センサ７〜１２から第１〜第６検出値を取り込んで６つのＩＧＢＴ１〜６の温度（素子温度）を検出する。この温度検出部１３は、例えば第１〜第６検出値と素子温度との対応関係を示す変換テーブルを備えており、第１〜第６検出値を用いて変換テーブルを検索することにより、第１〜第６検出値（ＩＧＢＴ１〜６）に対応する第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６を取得してプロセッサ１５に出力する。
【００１７】
しきい値設定部１４は、例えば操作部及び記憶部から構成されており、第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６に対するしきい値Ｓth、つまり６つのＩＧＢＴ１〜６の動作上限温度を設定する。すなわち、しきい値設定部１４は、ユーザが操作部を操作することによって指定した第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６に対するしきい値Ｓthを記憶部で保持（記憶）するものであり、プロセッサ１５からの要求に応じて記憶部に予め記憶されたしきい値Ｓthをプロセッサ１５に出力する。
【００１８】
ここで、上記しきい値Ｓthは、例えば第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６毎（つまり第１〜第６検出値毎）に設定される第１〜第６しきい値Ｓth1〜Ｓth6、３つのスイッチングレグ（Ｕ相用スイッチングレグＲｕ、Ｖ相用スイッチングレグＲｖ及びＷ相用スイッチングレグＲｗ）毎に設定されるレグ用しきい値Ｓthu〜Ｓthwあるいは上下のアーム（上アームＡＵ及び下アームＡＬ）毎に設定される一対のアーム用しきい値ＳthH，ＳthLである。
【００１９】
プロセッサ１５は、外部から入力される制御指令及び負荷状態を示す検出量とに基づいて６つのＩＧＢＴ１〜６のスイッチング動作を決定するゲート信号（制御信号）を生成することにより、三相インバータＤの電力変換動作を制御し、以って負荷状態を制御指令に則した状態に制御する。また、このプロセッサ１５は、第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６をしきい値Ｓthと比較することにより第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６に応じて上記ゲート信号に変更を加える。なお、このようなゲート信号の変更処理については、以下に動作説明として詳細を説明する。
【００２０】
次に、本実施形態に係る電力変換装置の動作について詳しく説明する。
この電力変換装置では、制御部Ｃ（プロセッサ１５）が外部から入力される制御指令及び負荷の状態量に基づいて６つのＩＧＢＴ１〜６のゲート信号（制御信号）を生成することにより三相インバータＤがフィードバック制御される。例えば負荷がモータの場合、上記制御指令はモータの回転数に対する目標値であり、上記負荷の状態量はモータに備えられた回転センサの検出値（実回転数）である。このような制御部Ｃによる三相インバータＤのフィードバック制御によって、負荷が制御指令に則した状態に操作される。
【００２１】
このような電力変換装置の基本動作に対して、プロセッサ１５は、第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６をしきい値Ｓthと比較することにより、第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６に応じて上記ゲート信号に変更を加える。例えばしきい値設定部１４に一対のアーム用しきい値ＳthH，ＳthLが設定されていた場合、プロセッサ１５は、温度検出部１３から入力される第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６のうち、上アームＡＵに関する第１、第３、第５素子温度Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を上アーム用ＡＵに設定されたアーム用しきい値ＳthHと比較し、また下アームＡＬに関する第２、第４、第６素子温度Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６を下アーム用ＡＬに設定されたアーム用しきい値ＳthLと比較する。
【００２２】
この比較の結果、例えば第１、第３、第５素子温度Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がアーム用しきい値ＳthHを越えたものの、第２、第４、第６素子温度Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がアーム用しきい値ＳthLを越えていない場合、プロセッサ１５は、上アームＡＵを構成する３つのＩＧＢＴ１，３，５に関するゲート信号を３つのＩＧＢＴ１，３，５の発熱が抑制されるように調整する。
【００２３】
一方、上記比較の結果、第１、第３、第５素子温度Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がアーム用しきい値ＳthHを越えてなく、第２、第４、第６素子温度Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がアーム用しきい値ＳthLを越えている場合には、プロセッサ１５は、下アームＡLを構成する３つのＩＧＢＴ２，４，６に関するゲート信号を３つのＩＧＢＴ２，４，６の発熱が抑制されるように調整する。
【００２４】
さらに、上記比較の結果、第１、第３、第５素子温度Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５がアーム用しきい値ＳthHを越えており、また第２、第４、第６素子温度Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６がアーム用しきい値ＳthLを越えている場合には、プロセッサ１５は、６つのＩＧＢＴ１〜６に関するゲート信号を当該６つのＩＧＢＴ１〜６の発熱が抑制されるように調整する。
【００２５】
このような本実施形態によれば、温度センサ７〜１２によって検出された６つのＩＧＢＴ１〜６の第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６を当該第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６毎に予め設定されたしきい値Ｓthと比較することによって６つのＩＧＢＴ１〜６のゲート信号を調整するので、第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６に応じて６つのＩＧＢＴ１〜６に対して異なる制御対応を採ることが可能である。したがって、本発明によれば、第１〜第６素子温度Ｓ１〜Ｓ６に応じて６つのＩＧＢＴ１〜６を従来よりも細かく制御することが可能である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｃ  制御部
Ｄ  三相インバータ（電力変換回路）
Ｔ１、Ｔ２  入力端子
Ｔｕ〜Ｔｗ  出力端子
Ｒｕ  Ｕ相用スイッチングレグ
Ｒｖ  Ｖ相用スイッチングレグ
Ｒｗ  Ｗ相用スイッチングレグ
ＡＵ  上アーム
ＡＬ  下アーム
１〜６  ＩＧＢＴ（スイッチング素子）
７〜１２  温度センサ
１３  温度検出部
１４  しきい値設定部
１５  プロセッサ
【図１】
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