(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力端子から出力端子に直流電圧を昇圧するコンバータを制御する電力変換装置の制御装置であって、
前記コンバータは、逆並列接続された正極側のダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、逆並列接続された負極側のダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、前記正極側のスイッチング素子及び正極側のダイオードの一方又は双方の温度を検出する温度センサと、を有し、前記出力端子の正極側と負極側との間に前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子とが直列接続され、前記正極側のスイッチング素子と前記負極側のスイッチング素子との接続点が、前記リアクトルを介して前記入力端子の正極側にされ、前記出力端子の負極側と前記入力端子の負極側とが接続され、
前記電力変換装置の制御装置は、前記出力端子の電圧を前記入力端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、前記入力端子と前記出力端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子をオンにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにし、
前記温度以外の条件に基づいて前記昇圧制御及び前記直結制御のいずれを実行するかが決定された基本制御指令を設定し、
前記基本制御指令が前記直結制御の実行である場合であっても、前記温度センサにより検出した温度が、判定温度を上回っている場合は、前記昇圧制御を実行し、前記温度が前記判定温度以下の場合は、前記直結制御を実行し、
前記基本制御指令が前記昇圧制御の実行である場合は、前記温度が前記判定温度を上回っているか、以下であるかにかかわらず、前記昇圧制御を実行する電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記出力端子は、直流電力を交流電力に変換して交流回転電機に供給するインバータに接続され、
前記基本制御指令は、前記交流回転電機の回転速度が判定速度を上回った場合に、前記昇圧制御を実行すると決定され、前記回転速度が前記判定速度以下の場合に、前記直結制御を実行すると決定された指令である請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
前記コンバータを遮断するゲート遮断を行うと判定した場合であっても、前記温度が、前記判定温度を上回っている場合は、前記正極側のスイッチング素子及び前記負極側のスイッチング素子を遮断用のオンオフ周期でオンオフ制御し、前記温度が前記判定温度以下である場合は、前記正極側のスイッチング素子をオフにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにする請求項１または２に記載の電力変換装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、スイッチング素子を使用した電力変換装置において、スイッチング素子の温度が高くなると、素子の損失が大きくなる。一方、インバータのスイッチング素子の素子耐圧は、素子温度の低下に伴って低下するという温度依存性を有する。スイッチング素子の素子温度が低いほど、駆動回路の入力電圧の上限値を低く設定するとともに、電気負荷からの要求に従って、設定された入力電圧の上限値を超えないように直流電圧の出力電圧を設定して、駆動回路のスイッチング損失を低減するようにしたものが、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７５０４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、インバータのスイッチング素子の温度が高いほど直流電源配線の電圧を高くしており、直流電源配線の電圧に比例するインバータのスイッチング損が増加することになる。また、インバータのスイッチング素子の温度が高くなれば、スイッチング素子の性能が低下する可能性、および寿命が短くなる可能性がある。なお、コンバータのスイッチング素子およびダイオードにおいても、素子温度が高くなれば、インバータのスイッチング素子と同様に性能が低下する可能性、および寿命が短くなる可能性があるが、これらについては対策が取られていない。
【０００５】
本願は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンバータの駆動回路を構成するスイッチング素子およびダイオードの温度が高くなっても、素子の性能の低下、および寿命の短縮を抑制するようにした電力変換装置の制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願に係る電力変換装置の制御装置は、入力端子から出力端子に直流電圧を昇圧するコンバータを制御する電力変換装置の制御装置であって、
コンバータは、逆並列接続された正極側のダイオードを有する正極側のスイッチング素子と、逆並列接続された負極側のダイオードを有する負極側のスイッチング素子と、リアクトルと、正極側のスイッチング素子及び正極側のダイオードの一方又は双方の温度を検出する温度センサと、を有し、
出力端子の正極側と負極側との間に正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子とが直列接続され、
正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子との接続点が、リアクトルを介して入力端子の正極側にされ、
出力端子の負極側と入力端子の負極側とが接続され、
電力変換装置の制御装置は、出力端子の電圧を入力端子の電圧よりも高くする昇圧制御を行う場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御し、
入力端子と出力端子とを直結状態にする直結制御を行う場合は、前記正極側のスイッチング素子をオンにすると共に前記負極側のスイッチング素子をオフにし、
温度以外の条件に基づいて昇圧制御及び直結制御のいずれを実行するかが決定された基本制御指令を設定し、
基本制御指令が直結制御の実行である場合であっても、温度センサにより検出した温度が、判定温度を上回っている場合は、昇圧制御を実行し、温度が判定温度以下の場合は、直結制御を実行し、
基本制御指令が昇圧制御の実行である場合は、温度が判定温度を上回っているか、以下であるかにかかわらず、昇圧制御を実行する電力変換装置の制御装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本願に係る電力変換装置の制御装置によれば、「直結制御」を行っている状態では、コンバータの入力端子の正極側と出力端子の正極側との間を電流が流れるとき、正極側のスイッチング素子または正極側のダイオードを継続的に電流が通過することとなる。よって、大電流の通過に伴って正極側のスイッチング素子または正極側のダイオードの温度が上昇し過熱状態となる場合がある。
【０００８】
温度センサで検出された正極側のスイッチング素子の温度、または温度センサで検出された正極側のダイオードの温度が、判定温度より高くなった場合、制御装置はコンバータの正極側のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御することで、正極側のスイッチング素子または正極側のダイオードへの継続的な電流の集中を抑制し、正極側のスイッチング素子または正極側のダイオードの温度を低下させることができる。これにより、過熱による素子の性能の低下、および寿命の短縮を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置の構成図である。
【図２】実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置の電圧指令設定手段のブロック図である。
【図３】実施の形態１に係る電力変換装置の制御装置の電圧指令設定手段の論理を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る昇圧制御及び直結制御によるコンバータのスイッチング素子の動作状態を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るインバータ制御手段による基本制御指令の設定を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に係る電力変換装置の素子温度に応じたコンバータの動作状態を説明するタイムチャートである。
【図７】実施の形態に係る交流回転電機の回転速度に応じたコンバータの動作状態を説明するタイムチャートである。
【図８】実施の形態１に係るゲート遮断を行うと判断した場合のコンバータのスイッチング素子の動作状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
実施の形態１に係る電力変換装置１の制御装置５（以下、単に、制御装置５と称す）について図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る電力変換装置１及び制御装置５の構成図である。
【００１１】
１．電力変換装置
制御装置５は、入力端子１１、１２から入力した直流電流を昇圧して出力端子１３、１４から出力するコンバータ３を制御する。コンバータ３は、逆並列接続された正極側のダイオードＤ１を有する正極側のスイッチング素子Ｓ１と、逆並列接続された負極側のダイオードＤ２を有する負極側のスイッチング素子Ｓ２と、リアクトル８とを有する。
【００１２】
本実施の形態では、正極側のスイッチング素子Ｓ１は、逆並列接続された正極側の寄生ダイオードＤ１を有するＦＥＴ（Field effect transistor）とされており、負極側のスイッチング素子Ｓ２は、逆並列接続された負極側の寄生ダイオードＤ２を有するＦＥＴとされている。各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のゲート端子は、制御装置５に接続され、制御装置５の制御信号によりオン又はオフされる。
【００１３】
コンバータ３は、正極側の素子温度を検出する正極側の温度センサ１７を有している。この正極側の温度センサ１７により、正極側の寄生ダイオードＤ１を含めた正極側のスイッチング素子Ｓ１全体の温度を検出することができる。正極側の温度センサ１７の出力信号は、制御装置５に入力される。正極側の温度センサ１７には、サーミスタ、熱電対、などの温度検出素子が使用される。
【００１４】
出力端子の正極側１３（以下、正極側出力端子１３と称す）と出力端子の負極側１４（以下、負極側出力端子１４と称す）との間に正極側のスイッチング素子Ｓ１と負極側のスイッチング素子Ｓ２とが直列接続され、その接続点が、リアクトル８を介して入力端子の正極側１１（以下、正極側入力端子１１と称す）に接続されている。また、負極側出力端子１４は、入力端子の負極側１２（以下、負極側入力端子１２と称す）と接続されている。
【００１５】
コンバータ３は、外部の直流電源１０から入力端子１１、１２を介して供給された電流をスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２とダイオードＤ１、Ｄ２により昇圧し、出力端子１３、１４から出力する。コンバータ３の出力端子１３、１４に並列接続されたキャパシタ９が出力電圧を平滑化する。平滑化された昇圧電流は、電力変換装置１のインバータ４の正極側入力端子１５と、負極側入力端子１６を介してインバータの複数のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、Ｓ８により交流電流に変換され、インバータ４の出力端子２６、２７、２８から外部に供給される。
【００１６】
インバータ４の正極側入力端子１５と負極側入力端子１６の間に、３相の相毎に正極側のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７と負極側のスイッチング素子Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８がそれぞれ直列に接続され、それぞれ接続点から相毎のインバータの出力が出力端子２６、２７、２８を介して外部の交流回転電機２の３相の各相の巻線に接続されている。インバータ４の正極側のスイッチング素子Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７は、それぞれ、逆並列接続された正極側のダイオードＤ３、Ｄ５、Ｄ７を有する。インバータ４の負極側のスイッチング素子Ｓ４、Ｓ６、Ｓ８は、それぞれ、逆並列接続された負極側のダイオードＤ４、Ｄ６、Ｄ８を有する。
【００１７】
交流回転電機２の回転情報は、回転センサ２４によって検出され、信号線２９によって制御装置５に伝達される。直流電源１０には、鉛電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池を使用することができる。交流回転電機２は、ハイブリッド自動車または電気自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生させる交流モータであってもよい。
【００１８】
電力変換装置１は、直流電源１０から供給された電力を、昇圧して交流に変換して交流回転電機２に伝達するだけでなく、交流回転電機２で発電された交流電力を、インバータ４で直流電力に変換し、その直流電力をコンバータ３で降圧して直流電源１０の充電に供することもできる。交流回転電機２の回生エネルギーを直流電源１０に戻すことにより、エネルギーを無駄なく利用することができる。
【００１９】
２．制御装置５
制御装置５は、コンバータ制御手段５３、温度検知手段５２、電圧指令設定手段５１、及びインバータ制御手段５４を備えている。
【００２０】
制御装置５は、各手段の機能を実現する処理回路を備えている。制御装置５の処理回路は、演算処理装置、記憶装置等のデジタル電子回路により構成されてもよいし、コンパレータ、オペアンプ、差動増幅回路等のアナログ電子回路から構成されてもよいし、デジタル電子回路及びアナログ電子回路の双方により構成されてもよい。
【００２１】
２−１．コンバータ制御手段５３
コンバータ制御手段５３は、正極側のスイッチング素子Ｓ１及び負極側のスイッチング素子Ｓ２をオン又はオフに制御する。コンバータ制御手段５３は、コンバータ３が電力を伝送する場合は、電圧指令設定手段５１の指令に従って、昇圧制御又は直結制御を切り替えて、実行する。
【００２２】
＜昇圧制御＞
図４に示すように、コンバータ制御手段５３は、昇圧制御を実施する場合は、正極側のスイッチング素子Ｓ１と負極側のスイッチング素子Ｓ２をオンオフ周期で交互にオンオフする。本実施の形態では、コンバータ制御手段５３は、出力端子１３、１４から出力される出力電圧が目標電圧に近づくように、スイッチング素子のオンオフ信号のデューティを変化させる。出力電圧は、不図示の電圧センサにより検出される。目標電圧は、入力端子１１、１２に入力される入力電圧よりも高く設定される。正極側のスイッチング素子Ｓ１がオンされている期間は、負極側のスイッチング素子Ｓ２がオフされ、正極側のスイッチング素子Ｓ１がオフされている期間は、負極側のスイッチング素子Ｓ２がオンされる。基本的に、正極側のスイッチング素子Ｓ１のオンデューティは、負極側のスイッチング素子Ｓ２のオフデューティになる。
【００２３】
＜直結制御＞
図４に示すように、コンバータ制御手段５３は、直結制御を実施する場合、正極側のスイッチング素子Ｓ１をオンにすると共に、負極側のスイッチング素子Ｓ２をオフにする。この場合、オンにされた正極側のスイッチング素子Ｓ１及び正極側のダイオードＤ１によって、コンバータの正極側入力端子１１と正極側出力端子１３の間には、リアクトル８を介して双方向に電流が流れることが出来、コンバータ３の入力端子と出力端子がほぼ直結状態となる。
【００２４】
２−２．温度検知手段５２
温度検知手段５２は、正極側の温度センサ１７の出力信号に基づいて、正極側のスイッチング素子Ｓ１及び正極側のダイオードＤ１の双方の温度Ｔｓ１（以下、素子温度Ｔｓ１と称す）を検出する。
【００２５】
２−３．電圧指令設定手段５１
＜過熱状態の抑制＞
直結制御中に、コンバータ３の正極側入力端子１１と正極側出力端子１３の間を電流が流れるとき、正極側のスイッチング素子Ｓ１または正極側のダイオードＤ１を継続的に電流が通過することとなる。よって、大電流の通過の集中に伴って正極側のスイッチング素子Ｓ１または正極側のダイオードＤ１の温度が上昇し過熱状態となる場合がある。
【００２６】
そこで、電圧指令設定手段５１は、直結制御を行うと判定した場合であっても、素子温度Ｔｓ１が、判定温度Ｔ１を上回っている場合は、昇圧制御を実行すると判定し、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１以下の場合は、直結制御を実行すると判定する。そして、電圧指令設定手段５１は、判定結果をコンバータ制御手段５３に指令し、指令した昇圧制御又は直結制御をコンバータ制御手段５３に実行させる。
【００２７】
この構成によれば、直結制御中に素子温度Ｔｓ１が、判定温度Ｔ１を上回った場合は、昇圧制御を実行して正極側のスイッチング素子Ｓ１または正極側のダイオードＤ１への継続的な電流の集中を抑制し、これらの素子の温度を低下させることができる。これにより、過熱による素子の性能の低下、および寿命の短縮を抑制することができる。判定温度Ｔ１は、スイッチング素子Ｓ１およびダイオードＤ１の耐熱性を考慮してあらかじめ設定される。
【００２８】
＜基本制御指令を考慮した判定＞
本実施の形態では、電圧指令設定手段５１は、温度以外の条件に基づいて昇圧制御及び前記直結制御のいずれを実行するかが決定された基本制御指令を受け取る。本実施の形態では、電圧指令設定手段５１は、インバータ制御手段５４から基本制御指令を受け取り、他の制御で使用できるように処理する。本実施の形態に係る基本制御指令の処理方法の詳細については、後述する。
【００２９】
電圧指令設定手段５１は、基本制御指令が直結制御の実行である場合であっても、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１を上回っている場合は、昇圧制御を実行し、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１以下の場合は、直結制御を実行する。また、電圧指令設定手段５１は、基本制御指令が昇圧制御の実行である場合は、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１を上回っているか、以下であるかにかかわらず、昇圧制御を実行する。
【００３０】
基本制御指令が昇圧制御である場合は、負荷側（本例では、インバータ４）の機能を発揮するために、昇圧された電圧を供給する必要があり、基本制御指令が直結制御である場合は、負荷側の機能を発揮するために、多くの場合、昇圧された電圧を供給する必要がない。上記の構成によれば、基本制御指令が昇圧制御である場合は、素子温度Ｔｓ１の高低に関わらず、昇圧制御が実行されるので、負荷側の要求を満たし、負荷側の機能を発揮させることができる。一方、基本制御指令が直結制御である場合は、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１よりも高い場合は、昇圧制御を実行し、素子温度Ｔｓ１を低下させることができる。この場合は、負荷側に昇圧された電圧を供給しても、負荷側の機能を発揮できる。
【００３１】
このような電圧指令設定手段５１の判定を、例えば、図２に示すブロック図のように構成することができる。電圧指令設定手段５１は、第一の昇圧判断部５１ｄ、第二の昇圧判断部５１ｅと、ＯＲ論理回路５１ｆとを備えている。
【００３２】
第一の昇圧判断部５１ｄには、基本制御指令が入力される。図３に示すように、第一の昇圧判断部５１ｄは、基本制御指令が直結制御の実行指令である場合は、「０」に設定されたＦｌａｇＡ信号を出力し、基本制御指令が昇圧制御の実行指令である場合は、「１」に設定されたＦｌａｇＡ信号を出力する。
【００３３】
第二の昇圧判断部５１ｅには、温度検知手段５２が検出した素子温度Ｔｓ１が入力される。第二の昇圧判断部５１ｅは、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１を上回っている場合は、「１」に設定されたＦｌａｇＢ信号を出力し、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１以下である場合は、「０」に設定されたＦｌａｇＢ信号を出力する。
【００３４】
ＦｌａｇＡ信号及びＦｌａｇＢ信号は、ＯＲ論理回路５１ｆに入力される。ＯＲ論理回路５１ｆは、図３に示すように、ＦｌａｇＡ信号及びＦｌａｇＢ信号のＯＲ論理の判定結果を、ＦｌａｇＣ信号として出力する。具体的には、ＯＲ論理回路５１ｆは、ＦｌａｇＡ信号及びＦｌａｇＢ信号の一方又は双方が「１」である場合は、「１」に設定されたＦｌａｇＣ信号を出力し、ＦｌａｇＡ信号及びＦｌａｇＢ信号の双方が「０」である場合は、「０」に設定されたＦｌａｇＣ信号を出力する。ＦｌａｇＣ信号が「０」である場合は、電圧指令設定手段５１の判定結果が直結制御であることを示し、ＦｌａｇＣ信号が「１」である場合は、電圧指令設定手段５１の判定結果が昇圧制御であることを示している。ＦｌａｇＣ信号は、コンバータ制御手段５３に伝達される。なお、図２のブロック図の機能は、アナログ回路で実現されてもよく、演算処理装置がプログラムを実行することで実現されてもよい。
【００３５】
＜インバータ制御手段５４と基本制御指令の設定＞
本実施の形態では、インバータ制御手段５４が、基本制御指令を設定し、電圧指令設定手段５１に伝達する。インバータ制御手段５４は、インバータ４のスイッチング素子Ｓ３からＳ８をオンオフ制御することにより交流回転電機２を制御する。インバータ制御手段５４は、公知のベクトル制御方法等を用いて制御するが、その詳細については説明を省略する。インバータ制御手段５４は、回転センサ２４の出力信号に基づいて、交流回転電機２の回転速度を検出する。
【００３６】
図５に示すように、インバータ４に供給される直流電圧が高いほど、交流回転電機２に印加できる交流電圧を高めることができるため、コイルの逆起電圧が大きくなる高回転速度まで、交流回転電機２の動作可能領域を広げることができる。一方、低回転速度では、コンバータ３の昇圧動作による電力損失を低減するため、コンバータ３の昇圧動作を停止することが望ましい。
【００３７】
インバータ制御手段５４は、交流回転電機２の回転速度が判定速度Ｎ１を上回った場合に、昇圧制御を実行すると決定し、交流回転電機２の回転速度が判定速度Ｎ１以下の場合に、直結制御を実行すると決定し、その決定結果を基本制御指令として、電圧指令設定手段５１に伝達する。図５に示すように、インバータ制御手段５４は、交流回転電機２の出力トルクが増加するに従って、判定速度Ｎ１を低下させる。
【００３８】
＜素子温度に応じた動作挙動例＞
図６は、素子温度に応じた制御装置５によるコンバータの動作挙動の例を説明するタイムチャートである。素子温度がＴ１以下からＴ１を上回った場合の、制御装置５によるコンバータ３の動作状態を説明している。
【００３９】
図６は、コンバータ３が直結制御で電力を供給している場合に、素子温度が上昇する場合を示している。時刻ｔ１で、判定温度Ｔ１に対し、素子温度が判定温度Ｔ１以下から判定温度Ｔ１を上回っている。そのため、時刻ｔ１で、第二の昇圧判断部５１ｅが出力を、ＦｌａｇＢ＝０から、ＦｌａｇＢ＝１に変化させている。そして、時刻ｔ１で、ＯＲ論理回路５１ｆが出力を、ＦｌａｇＣ＝０からＦｌａｇＣ＝１に変化させ、コンバータ制御手段５３への指令が、直結制御から昇圧制御に変化されている。その結果、時刻ｔ１で、コンバータ制御手段５３は、昇圧制御を開始し、出力電圧が目標電圧に徐々に増加している。昇圧制御の開始により、素子温度Ｔｓ１の上昇が抑制されている。
【００４０】
＜回転速度に応じた動作挙動例＞
図７は、交流回転電機２の回転速度に応じた制御装置５によるコンバータの動作挙動の例を説明するタイムチャートである。回転速度が、判定速度Ｎ１以下から判定速度Ｎ１を上回った場合の、制御装置５によるコンバータ３の動作状態を説明している。
【００４１】
図７は、コンバータ３が直結制御で電力を供給している時に、交流回転電機２の回転速度が上昇する場合を示している。時刻ｔ２で、判定速度Ｎ１に対し回転速度が判定速度Ｎ１以下から判定速度Ｎ１を上回っている。時刻ｔ２で、回転速度が、判定速度Ｎ１を上回るので、インバータ制御手段５４が、基本制御指令を直結制御から昇圧制御に切り替え、第一の昇圧判断部５１ｄが出力を、ＦｌａｇＡ＝０からＦｌａｇＡ＝１に変化させている。そして、時刻ｔ２で、ＯＲ論理回路５１ｆが出力を、ＦｌａｇＣ＝０からＦｌａｇＣ＝１に変化させ、コンバータ制御手段５３への指令が、直結制御から昇圧制御に変化している。その結果、時刻ｔ２で、コンバータ制御手段５３は、昇圧制御を開始し、出力電圧が目標電圧に徐々に増加している。電圧の昇圧により、交流回転電機２の動作可能領域を高回転速度まで広げることができる。
【００４２】
＜ゲート遮断＞
インバータ制御手段５４は、コンバータ３の電力伝送を停止すると判定した場合は、通常、正極側のスイッチング素子Ｓ１をオフにすると共に負極側のスイッチング素子Ｓ２をオフにするゲート遮断制御を行う。
【００４３】
＜過熱状態の抑制＞
ゲート遮断制御で、正極側のスイッチング素子Ｓ１と負極側のスイッチング素子Ｓ２をともにオフした場合でも、正極側のスイッチング素子Ｓ１に逆並列接続された正極側のダイオードＤ１を介して直流電源１０からの直流電流がコンバータ３の正極側出力端子１３を介してインバータ４の正極側入力端子１５に伝達される場合がある。よって、正極側のダイオードＤ１を継続的に電流が通過することとなる。この時、大電流の集中に伴って正極側のダイオードＤ１の温度が上昇し過熱状態となる場合がある。
【００４４】
＜遮断時オンオフ制御＞
そこで、図８に示すように、インバータ制御手段５４は、コンバータ３を遮断するゲート遮断を行うと判定した場合であっても、素子温度Ｔｓ１が、判定温度Ｔ１を上回っている場合は、正極側のスイッチング素子Ｓ１及び負極側のスイッチング素子Ｓ２を遮断用のオンオフ周期でオンオフ制御する遮断用オンオフ制御を実行する。遮断用オンオフ制御において、正極側のスイッチング素子Ｓ１がオンされている期間は、負極側のスイッチング素子Ｓ２がオフされ、正極側のスイッチング素子Ｓ１がオフされている期間は、負極側のスイッチング素子Ｓ２がオンされる。
【００４５】
一方、インバータ制御手段５４は、素子温度Ｔｓ１が判定温度Ｔ１以下である場合は、正極側のスイッチング素子Ｓ１をオフにすると共に負極側のスイッチング素子をオフにするゲート遮断制御を実行する。
【００４６】
正極側のスイッチング素子Ｓ１と負極側のスイッチング素子Ｓ２を遮断用のオンオフ周期でオンオフ制御することで、正極側のダイオードＤ１への継続的な電流の集中を抑制し、正極側のダイオードＤ１の温度上昇を抑制することができる。
【００４７】
ゲート遮断中は、出力電圧を昇圧させたくない場合がある。そのため、遮断用のオンオフ周期が、昇圧制御のオンオフ周期よりも、長く設定してもよい。これにより、遮断用オンオフ制御により、出力電圧が昇圧されることを抑制できる。
【００４８】
また、ゲート遮断制御中に、正極側のスイッチング素子Ｓ１と負極側のスイッチング素子Ｓ２がともにオフされている状態で、負極側のダイオードＤ２に電流が流れる場合、負極側のダイオードＤ２の温度が上昇する。そこで、負極側のスイッチング素子Ｓ２及び負極側のダイオードＤ２の一方又は双方の温度を検出する負極側の温度センサが別途備えられ、温度検知手段５２は、負極側の素子温度を検出してもよい。この場合は、インバータ制御手段５４は、コンバータ３を遮断するゲート遮断を行うと判定した場合であっても、負極側の素子温度が、判定温度Ｔ１を上回っている場合は、正極側のスイッチング素子Ｓ１及び負極側のスイッチング素子Ｓ２を遮断用のオンオフ周期でオンオフ制御する遮断用オンオフ制御を実行してもよい。一方、インバータ制御手段５４は、負極側の素子温度が判定温度以下である場合は、正極側のスイッチング素子Ｓ１をオフにすると共に負極側のスイッチング素子をオフにするゲート遮断制御を実行してもよい。正極側のスイッチング素子Ｓ１と負極側のスイッチング素子Ｓ２、正極側のダイオードＤ１と負極側のダイオードＤ２は同等の製品を使用している場合、判定温度Ｔ１は正極側にも負極側にも共通して利用できる。
【００４９】
［その他の実施の形態］
本願のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
【００５０】
（１）上記実施の形態１では、コンバータ３の正極側及び負極側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は、逆並列接続された寄生ダイオードを有するＦＥＴとされている場合を例に説明した。しかし、正極側及び負極側のスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２は、逆並列接続されたダイオードを有するバイポーラトランジスタ又はＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とされてもよい。
【００５１】
（２）上記実施の形態１では、正極側の温度センサ１７は、一体的に形成された正極側のスイッチング素子Ｓ１及び正極側のダイオードＤ１の双方の温度を検出するように場合を例に説明した。しかし、正極側のスイッチング素子Ｓ１及び正極側のダイオードＤ１が別体とされた場合に、双方に温度センサを設けていずれかの温度センサの温度が判定温度を上回っている場合は昇圧制御を実施するように構成されてもよい。また、正極側の温度センサ１７は、近傍に設けられた正極側のスイッチング素子Ｓ１及び正極側のダイオードＤ１の一方の側に設け、一方の温度から他方の温度を推定できるように構成されてもよい。
【００５２】
（３）上記実施の形態１では、基本制御指令は、交流回転電機の回転速度が判定速度を上回った場合に、昇圧制御を実行すると決定され、回転速度が判定速度以下の場合に、直結制御を実行すると決定された指令である場合を例に説明した。しかし、基本制御指令は、交流回転電機の回転速度以外の条件により決定された指令であってもよい。例えば、基本制御指令は、コンバータ３の起動時、負極側のスイッチング素子Ｓ２の故障時等に、直結制御を実行すると決定され、負荷の消費電力が増加した時、入力電圧が低下した時等に、昇圧制御を実行すると決定された指令であってもよい。
【００５３】
（４）上記実施の形態１では、コンバータの出力端子は、直流電力を交流電力に変換して交流回転電機に供給するインバータに接続されている場合を例に説明した。しかし、コンバータの出力端子は、各種の負荷に接続されてもよい。
【００５４】
（５）上記実施の形態１では、コンバータ制御手段５３、温度検知手段５２、電圧指令設定手段５１、及びインバータ制御手段５４が、１つの制御装置５に備えられている場合を例に説明した。しかし、コンバータ制御手段５３、温度検知手段５２、及び電圧指令設定手段５１が１つの制御装置に設けられ、インバータ制御手段５４が別の制御装置に設けられてもよい。
【００５５】
（６）上記実施の形態１では、基本制御指令が、同じ制御装置５内に設けられたインバータ制御手段５４から伝達される場合を例に説明した。しかし、基本制御指令は、制御装置５の外部から伝達されてもよい。
【００５６】
（７）上記実施の形態１では、制御装置５は、ゲート遮断を行うと判定した場合に、素子温度に応じて遮断用オンオフ制御とゲート遮断制御とを切り替えて実行する場合を例に説明した。しかし、制御装置５は、ゲート遮断を行うと判定した場合に、遮断用オンオフ制御を行わず、ゲート遮断制御のみを行うように構成されてもよい。
【００５７】
（８）上記実施の形態１では温度センサによって、コンバータ３の正極側のスイッチング素子Ｓ１、正極側のダイオードＤ１、負極側のスイッチング素子Ｓ２、負極側のダイオードＤ２の温度を検出することが出来る。いずれかの素子の温度が判定温度Ｔ１より高い判定温度Ｔ２を超えたとき、交流回転電機２の減速または停止の必要があることを表示し、もしくは減速または停止制御してもよい。各素子の過熱による劣化を避けるためである。Ｔ２は、コンバータ３の正極側のスイッチング素子Ｓ１、正極側のダイオードＤ１、負極側のスイッチング素子Ｓ２、負極側のダイオードＤ２の耐熱性を考慮して劣化の可能性がより高い温度としてあらかじめ設定することが出来る。
【００５８】
本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５９】
１  電力変換装置、２  交流回転電機、３  コンバータ、４  インバータ、５  電力変換装置の制御装置、８  リアクトル、１１  入力端子の正極側、１２  入力端子の負極側、１３  出力端子の正極側、１４  出力端子の負極側、１７  温度センサ、Ｄ１  正極側のダイオード、Ｄ２  負極側のダイオード、Ｎ１  判定速度、Ｓ１  正極側のスイッチング素子、Ｓ２  負極側のスイッチング素子、Ｔ１  判定温度
【要約】
【課題】コンバータの駆動回路を構成するスイッチング素子およびダイオードの温度が高くなっても、素子の性能の低下、および寿命の短縮を抑制するようにした電力変換装置の制御装置を提供する。
【解決手段】直結制御を行うと判定した場合であっても、正極側の素子温度が、判定温度を上回っている場合は、正極側のスイッチング素子及び負極側のスイッチング素子をオンオフ周期でオンオフ制御する昇圧制御を実行し、正極側の素子温度が判定温度以下の場合は、正極側のスイッチング素子をオンにすると共に負極側のスイッチング素子をオフにする直結制御を実行する電力変換装置の制御装置。
【選択図】図１【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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【図８】
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