CN107408896B - 电力转换装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使宽禁带宽度半导体元件高温工作也能够安全地运转的电力转换装置及其控制方法，该电力转换装置包括：将交流电力转换为直流电力的整流器；平滑由所述整流器所转换的所述直流电力的中间电路；将通过所述中间电路平滑后的所述直流电力转换为交流电力的逆变器；驱动所述逆变器的驱动电路；控制所述驱动电路的控制部；检测所述逆变器的温度的温度检测部；和至少将所述逆变器密封的密封材料，所述控制部累计电力转换装置在由所述温度检测部检测出的温度持续运转的运转时间，基于所累计的所述运转时间、所述检测温度和电力转换装置的允许运转时间的关系，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止。

Description

电力转换装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电力转换装置及其控制方法。

背景技术

作为本技术领域的背景技术，具有日本特开平9-233832号公报(专利文献1)。在该公报中记载有：“在控制部的存储装置中，作为存储器存储有逆变器的开关元件的常ON损失、开关损失、瞬态热阻抗等开关特性和开关元件损失计算式，在控制部的CPU，将近似检测后矩形波的逆变器的输出电流与控制率和输出频率作为变量，取得存储在上述存储器的常ON损失、开关损失等，根据计算式导出开关元件的损失，使用该损失和存储器的瞬态热阻抗计算元件结温，以使得该温度不超过设定温度的方式进行逆变器的输出电流控制。”(参照摘要)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平9-233832号公报

发明内容

发明所要解决的技术课题

近年来，作为具有超越硅(Si)的物性值界限的性能的宽禁带宽度(WBG)半导体元件，碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等受到瞩目，作为下一代功率半导体元件被期待。这些材料是兼具与Si相比绝缘击穿电压为约10倍、导热系数为约3倍、熔点为约2倍、饱和电子速度为约2倍的特征的半导体元件，特别是具有高的绝缘击穿电压，因此能够使用于确保耐受电压的漂移层薄至1/10左右，能够降低功率半导体的导通电压。关于这一点，如果利用这些材料构成功率半导体元件，则与作为现有的代表性功率半导体元件的Si-IGBT(Insulated-GateBipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)相比较，能够大幅降低发生的损失，进而，能够期待达成电力转换装置的大幅的小型化。

WBG半导体元件的另一特长为能够进行高温工作方面。在以Si-IGBT为代表的Si半导体元件的情况下，通常150℃～175℃左右为工作温度的界限，但在WBG半导体元件的情况下在300℃以上也能够进行工作，作为元件单体的比较，能够进行大幅超过Si半导体元件的高温工作。

在将能够进行高温工作的WBG半导体元件应用于电力转换装置的情况下，为了使WBG半导体实际上以Si半导体元件以上的高温进行工作，需要将焊料或密封材料等元件周边部件也改为同样具有能够进行高温工作的材质·性质的材料。但是，这样的元件周边部件存在由于成本、制作工艺或结合剂的特性上的问题等而不能应用于电力转换装置的情况。在这种情况下，在元件周边部件通常使用具有与Si半导体元件的工作温度同等的使用额定温度的部件，因此，过热温度保护的对象需要从WBG半导体元件变更为耐热性比WBG半导体元件低的元件周边部件。但是，如果与耐热性低的元件周边部件的使用额定温度相配合地进行过热保护，则结果WBG半导体元件的工作温度会停留在与装载现有的Si半导体元件时同样的水平，并不能发挥WBG半导体元件的高耐热性的优势。

与此相对，在上述专利文献1的过热保护方法中，计算元件结温的温度上升，在温度上升超过设定值时进行逆变器的输出限制。因此，在使用WBG半导体元件的电力转换装置中应用上述专利文献1的过热保护方法的情况下，当使元件周边部件的保护优先而将上述设定值设定得较低时，每当WBG半导体元件过热时就发生电力转换装置的过热温度保护的跳闸，进行电力转换装置的运转停止或输出限制。其结果是，不仅不能发挥WBG半导体元件的高温工作的优势，而且稳定的电力转换装置的运转也变得困难。另一方面，当使WBG半导体元件的高温工作的优势优先而将上述设定值设定得高时，在WBG半导体元件为该设定值以下的温度但热得超过了元件周边部件的耐热性以上的情况下，难以保护元件周边部件不受过热影响，在安全面上产生问题。

因此，本发明的目的在于提供能够同时实现WBG半导体元件的高温工作和电力转换装置的安全运转的电力转换装置及其控制方法。

用于解决问题的方式

为了解决上述问题，本发明采用发明请求保护的范围记载的结构。

举例本发明的代表性电力转换装置的一个例子，该电力转换装置包括：将交流电力转换为直流电力的整流器；平滑由所述整流器所转换的所述直流电力的中间电路；将通过所述中间电路平滑后的所述直流电力转换为交流电力的逆变器；驱动所述逆变器的驱动电路；控制所述驱动电路的控制部；检测所述逆变器的温度的温度检测部；和至少将所述逆变器密封的密封材料，所述控制部累计电力转换装置在由所述温度检测部检测出的温度持续运转的运转时间，基于所累计的所述运转时间、所述检测温度和电力转换装置的允许运转时间的关系，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止。

此外，举例本发明的代表性电力转换装置的控制方法的一个例子，该电力转换装置包括：将交流电力转换为直流电力的整流器；平滑由所述整流器所转换的所述直流电力的中间电路；将通过所述中间电路平滑后的所述直流电力转换为交流电力的逆变器；驱动所述逆变器的驱动电路；控制所述驱动电路的控制部；检测所述逆变器的温度的温度检测部；和至少将所述逆变器密封的密封材料，该电力转换装置的控制方法包括：所述控制部累计电力转换装置在由所述温度检测部检测出的温度持续运转的运转时间的步骤；和所述控制部基于所累计的所述运转时间、所述检测温度和电力转换装置的允许运转时间的关系，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止的步骤。

发明的效果

根据本发明，能够提供能够同时实现WBG半导体元件的高温工作和电力转换装置的安全运转的电力转换装置及其控制方法。

上述以外的课题、结构和效果通过以下的实施例的说明能够明了。

附图说明

图1是实施例1的电力转换装置的结构图的一个例子。

图2是现有的电力转换装置的整流器和逆变器的内部电路结构示例。

图3是现有的半导体组件的构造示例。

图4是表示在现有的半导体器件自身内置有温度传感器的情况下温度保护检测电路保护装载有Si半导体元件的电力转换装置的工作的概念图。

图5是表示在利用现有的电力转换装置内的热敏电阻进行温度检测的情况下，温度保护检测电路保护装载有Si半导体元件的电力转换装置的工作的概念图。

图6是高温时的环氧树脂的重量减少的试验结果例。

图7是表示实施例1的各温度与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。

图8是本发明的温度保护控制的流程图。

图9是表示实施例3的各温度与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。

图10是表示实施例4的各温度与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。

图11是表示实施例5的各温度与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。

具体实施方式

以下，使用附图对本发明的实施例进行说明。以下说明的各实施例并不限定于图示例。

实施例1

图1是实施例1的电力转换装置的结构图的一个例子。图1的电力转换装置30包括整流器1、逆变器2、平滑用电容器3、冷却扇5、散热片5A、控制电路6、驱动电路(Drivecircuit)7、数字操作面板8、分流电阻9、存储部12。图1表示作为任意的输入电源使用未图示的交流电源的情况。整流器1将从交流电源供给的交流电力转换为直流电力。平滑用电容器3设置于直流中间电路，使由整流器1转换后的直流电力平滑。逆变器2具有WBG半导体开关元件，将通过半导体开关元件的驱动由平滑用电容器平滑后的直流电力转换为任意的频率的交流电力。由逆变器转换后的交流电力例如被输出至所连接的交流电动机4。

另外，作为WBG半导体，使用SiC和GaN等。此外，作为WBG半导体的开关元件，使用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)、J(Junction：结型)-FET。此外，SiC的MOSFET也可以使用SiC的SBD(SchottkyBarrier Diode：萧特基势垒二极管)作为与半导体开关元件反并联连接的回流二极管，不过有时也可以不设置，在这种情况下，能够减少零件个数。

在逆变器2的内部装载有温度保护检测电路，装载图1那样的热敏电阻10来检测温度。此外，有时还在逆变器内的半导体元件内置有温度感知用的传感功能。

冷却扇5通过摄取外气来将电力转换装置30的内部冷却。散热片5A通过热传导将在整流器1和逆变器2等产生的热排出。驱动电路7驱动逆变器2，控制电路6(控制部)控制冷却扇和驱动电路7等的电力转换装置30整体的运转。数字操作面板8进行各种数据的输入和从控制部或存储部12输入的数据等的显示。分流电阻9用于监控电力转换装置30内的电流值。存储部12存储数字操作面板8的各种数据的输入值或来自控制部6的输入值等，并将所存储的输入值和数据等向数字操作面板8和控制部6输出。

此处，使用图2～5说明现有的温度保护控制。

图2是现有的电力转换装置的整流器和逆变器的内部电路结构示例，图3是现有的半导体组件构造示例，图4是表示在现有半导体器件自身内置有温度传感器的情况下，温度保护检测电路保护装载有Si半导体元件的电力转换装置30的工作的概念图，图5是表示在利用现有的电力转换装置30内的热敏电阻10进行温度检测的情况下，温度保护检测电路保护装载有Si半导体元件的电力转换装置30的工作的概念图。

图2表示现有的整流器1和逆变器2的内部电路结构示例。本图中，逆变器2由Si-IGBT和Si-FRD构成，是当前最普遍的半导体组件的形态。Si-IGBT是半导体开关元件，通过驱动电路7将开关元件导通/断开和驱动，将直流电力转换为交流电力。Si-FRD流动在Si-IGBT断开的情况下流动的来自交流电动机4的回流电流。

图3表示现有的半导体组件的构造示例。半导体组件具有整流器组件1A和逆变器组件2A，分别收纳在组件盒11。在Si半导体元件的情况下，一般而言150℃～175℃水平(level)为工作保证温度。因此，在电力转换装置30内，在运转中时常通过热敏电阻10等进行温度的监控，使得装载于逆变器2内的以通常成为最高温度的Si-MOSFET和Si-IGBT为代表的开关用半导体元件的温度不超过该工作保证温度。

Si半导体元件形成在裸芯片14上，在电力转换装置内通常利用以焊料为代表的接合材料安装于绝缘基板15。此外，裸芯片14或电连接裸芯片与绝缘基板上的各元件(例如分流电阻9)的接合线16等的周围，为了对它们进行保护，由以环氧树脂等树脂或硅凝胶等为代表的密封材料17填充保护。这些元件周边部件的与半导体元件相接的部分与半导体元件的温度大致相同，因此半导体元件的元件周边部件也同样需要选定具有150℃～175℃水平的工作保证的部件。

通常，焊料在安装后发生重熔直接关系到化学上、物理上向半导体器件的背面的镀层、正面的引线接合面施加的多余的应力而可靠性下降，因此哪怕只是瞬间也需要避免焊料的温度超过熔点。因此，焊料要使用可靠地高于半导体元件的工作温度的熔点的材料。通常在SnAg类的无Pb焊料的情况下等，熔点为215～220℃左右，是大幅高于上述的Si的工作保证温度150℃水平的温度。根据组成金属的组合，如果使用更高熔点的焊料，则能够作为能够承受WBG半导体元件的高温工作的工作保证温度。

另一方面，与通过改变组成金属的组合而比较容易进行熔点的操作的焊料相比，密封材料17一般是难以实现高温工作保证的材料。这是因为例如在环氧树脂类树脂的情况下等，内在的各种有机成分由于高温时的反应而特性发生变化、或者成分的一部分分解而流出至外部，前者以玻化转变温度为代表，后者以重量减少的现象等为代表。因此，环氧树脂类树脂即使是比较高温工作类的材料，一般也采用以与Si相同的150℃附近为工作保证温度的环氧树脂类树脂。

这样，密封材料17在为环氧树脂等树脂的情况下通常根据玻化转变温度确定为能够使用的额定温度。但是，这与熔融温度不同，是膨胀系数等特性开始变化的变化点的温度，只要时间短即使超过该温度也不会立即达到引起产品品质问题的水平。

因而，通过在低于焊料的熔融温度的温度区域内，进行在超过该密封材料的额定温度的情况下在运转时间上设置限制的控制，电力转换装置能够进行即使在超过现有的Si芯片时的可使用温度的高温工作时也不会立即达到跳闸的持续性优异的电力转换装置的运转。

图4是表示在Si半导体器件自身内置有温度传感器的情况下、温度保护检测电路保护装载有Si半导体元件的电力转换装置30的工作的概念图。在这种情况下，由于在温度检测时的温度(Tj)与实际的Si半导体元件的温度之间几乎不存在时间滞后，所以能够如图4所示那样，令工作保证温度为150℃，能够持续进行运转直至150℃。但是，当检测到的温度一旦超过150度时，就进行电力转换装置30的运转停止或输出限制等，保护Si半导体元件不受过热影响。

另一方面，图5是表示在利用电力转换装置30内的热敏电阻10进行温度检测的情况下，温度保护检测电路保护装载有Si半导体元件的电力转换装置30的工作的概念图。在这种情况下，由于相对于Si半导体器件的最高温度部位在热敏电阻安装部的温度(Tth)上发生时间滞后，所以一般如图5所示那样，预先在低于半导体元件和密封材料的工作保证温度的温度实施基于热敏电阻10的温度检测的保护。图5为100℃的情况，但需要根据热敏电阻的位置等选定恰当的温度。

例如，只要将热敏电阻10设置在Si半导体元件的附近，Si半导体元件的温度与利用热敏电阻检测的温度之间的时间滞后变小，因此设定为较高的工作保证温度即可。相反，如果远离Si半导体元件地设置热敏电阻10，该时间滞后变大，因此设定为较低的工作保证温度即可。

以上对现有的电力转换装置的运转时的温度保护的概略进行了说明。

此处设想Si半导体元件改变为WBG半导体元件的情况。WBG半导体元件的能够进行工作的温度远高于上述无Pb焊料，即使在300℃以上WBG半导体元件也不会被破坏而能够进行工作。在这种情况下，作为元件周边部件，本就能够将焊料以更高熔点的焊料或银的烧结材料那样的非焊料类的高熔点的金属代替。但是，实际上材料成本、制作工艺还不及现有的焊料。

此外，关于密封材料17，虽然能够进行高温工作的高耐热树脂的研究也在进展，但是与焊料代替同样，在合理的(低价格的)量产性方面还有很多问题。因而，当前除必须进行高温工作的部品以外，还充分地设想应用现有的焊料和密封材料的选择。

此处，WBG半导体元件除与Si-IGBT相比能够进行高温工作的优势以外，还具有与Si-IGBT相比损失低的优势。因此，即使进行一定程度的小型化，也保持与现有的Si同样的温度上升水平，因此如果进行以150℃水平的工作温度为最大的现有的控制，则能够享有WBG半导体元件具有的低损失的优势。但是，在期望更大幅度的小型化的情况下和进行现有以上的高温环境下的运转的情况下，WBG半导体元件的温度十分有可能超过150℃水平的工作温度。在这种情况下，WBG半导体元件自身也能够进行高温工作，但当然也要求在作为用于安装WBG半导体元件的元件周边部件的焊料和密封材料在同样高温下不产生问题。在这样的焊料和密封材料的可使用温度低于WBG半导体元件的情况下，结果是，成为不能最大限度地发挥WBG半导体元件的特长的电力转换装置。

此处，以上述密封材料的环氧树脂为例进行说明，当超过玻化转变温度(Tg)时线膨胀系数变大，因此热应力增大。此外，Br类的阻燃剂在高温时开始分解，由此引起环氧树脂的重量减少的情况也很多。图6表示高温时的环氧树脂的重量减少的试验结果例。一般在减少3％左右的重量时，在树脂较多地产生破裂、膨胀的变形，被认为是重量减少允许值的基准。在超过玻化转变温度的情况下，线膨胀系数的影响如果不伴随有电力转换装置30的运转状态大幅变化、温度的上下变动则不会引起应力变化。但是，如图6所示，在维持高温状态时，环氧树脂其自身进行重量的减少。而且，环氧树脂的重量减少根据维持的温度而重量减少的速度不同。因此，在半导体元件的高温工作时，需要对环氧树脂的重量减少更加注意。

本发明着眼于该部分，在电力转换装置中，WBG半导体元件的温度即使在超过环氧树脂密封材料的工作温度的情况下，只要时间短也能够运转，并且能够通过管理长时间连续的情况下的重量减少来实现安全的运转。另外，在本发明中作为需要控制的特性以重量减少为例进行说明，除此以外当存在在高温维持时具有经时劣化的特性的情况下，也可以进行该特性优先的运转控制，优先以在高温时劣化进展最快的特性为控制对象。

使用图6和图7对本发明的温度保护控制进行说明。图7是表示实施例1的各温度与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。在图7所示的降额曲线中，设想利用在WBG半导体元件形成的温度传感器等直接检测WBG半导体元件的温度的情况下的温度(Tj)，表示各温度与允许运转时间(t(Tj))的关系。图7的降额曲线是在图6中以维持为一定的温度的情况下到达0.3％的重量减少的时间为几点绘图点(plot)、作为函数近似的曲线。另外，在上述的图6的说明中，重量减少的允许值的基准为3％，不过在该基准中取更充分的阈值，将1/10的0.3％水平的重量减少设定为上限值来决定允许运转时间。因为该上限值表示可靠性的余裕量，所以当然需要根据产品采取恰当的水平。

另外，图7中，绘图点的数量越多，函数的精度就越高，越能够更高精度地管理在各温度的允许运转时间。

在本温度保护控制中，在超过作为环氧树脂的工作保证温度的150℃的情况下，进行在可运转时间中具有时限特性(允许运转时间)的控制。在图7中，设想在半导体元件自身形成传感检测温度的元件、从半导体元件直接传感检测到WBG半导体元件的温度的情况下的温度(Tj)，因此采用在150℃以上的情况下的运转时间的降额。另外，降额曲线按与树脂的特性和检测WBG半导体元件的温度的位置相应的阈值的取得方法来决定，并不限定于本图的例子。

在本温度保护控制中，如图7所示那样，根据各温度设定允许运转时间。而且，当电力转换装置30在环氧树脂的工作保证温度以上的温度运转的时间超过允许运转时间时，进行电力转换装置30的运转停止、输出限制等工作。即，例如，在电力转换装置30以检测到的温度为170℃的状态运转时，电力转换装置30持续运转至400h为止。然后，如果在该状态下电力转换装置30的运转时间超过400h，则进入通过电力转换装置30的输出电流的低減、使WBG半导体元件的开关频率减少等来使温度降低的输出限制的运转模式。进一步，在输出限制的运转模式下一定时间(t0)后温度还是不降低的情况下，强制进行电力转换装置的运转停止。

由此，即使WBG半导体元件成为高温，超过环氧树脂的工作保证温度，也能够不进行电力转换装置30的运转停止和输出限制，在能够安全地使用环氧树脂的范围中稳定地持续进行电力转换装置30的运转。

此外，在本温度保护控制中，并不限定于图7那样连续的曲线，例如从某个温度起急剧地发生阻燃剂的分解或焊料的溶融等的情况下等，也可以在该温度以上使允许运转时间为零。由此，只要在安全的范围内进行电力转换装置30的运转并且检测到的温度为该温度以上，就能够立即进行电力转换装置30的运转停止和/或输出限制，使电力转换装置30更安全地运转。

使用图1和图8说明本温度保护控制中的各工作及其流程。图8是本发明的温度保护控制的流程图。这些温度保护控制由图1的控制电路6(控制部)内部的微机根据来自半导体元件的直接的传感检测温度或由热敏电阻10检测到的温度来控制。基于各温度的允许运转时间t(T)例如根据环氧树脂的工作保证的阈值预先存储在存储部12中。

控制部判断检测的温度(T)是否为预先确定的温度(T0)以上(步骤1)。在上述的本实施例的说明中设为150℃。控制部在所检测到的温度为上述预先确定的温度以上时，根据检测的温度，开始进行在该温度的电力转换装置30的运转时间(t)的累计(步骤2)，并且判断所累计的运转时间(t)是否已经超过存储在存储部12的允许运转时间(t(T))(步骤3)。控制部在所累计的运转时间超过允许运转时间时进行电力转换装置30的输出限制(步骤4)。进一步，控制部进行在经过规定的时间(t0)后检测的温度(T)是否为预先确定的温度(T0)以上的判断(步骤5)，在(T)≥(T0)时，停止电力转换装置30的运转(步骤6)。此处，控制部在步骤3中所累计的运转时间(t)没有超过允许运转时间(t(T))时或者在步骤5中T＜T0时，返回步骤1，判断是否T≥T0。由此，在T≥T0时累计运转时间的期间，如果T＜T0，则能够停止运转时间的累计。

另外，此时，针对(T0)以上的各温度(T)的累计时间(t)不被初始化，作为电力转换装置的高温时的总运转时间保存信息，如果再次在步骤1中T≥T0，则从所保存的累计时间(t)起进行运转时间的累计。

另外，存储部12也可以为HHD和SSD、存储器等，只要能够存储各温度与允许运转时间的关系就可以为任何存储介质。此外，存储部12既可以设置在电力转换装置30内，也可以设置于外部设备。进一步，也可以将本温度保护控制全部利用外部设备进行。此时，通过未图示的外部输入输出端子进行与外部设备的信号的交换。

以上，根据本实施方式，在工作保证温度以上使用以环氧树脂那样的密封材料为代表的元件周边部件的情况下，能够管理其状态而保护元件周边部件。此外，即使检测的温度超过工作保证温度，电力转换装置30也能够不进行运转停止和输出限制，进行连续的稳定的运转。即，在保持安全性的基础上抑制高温工作时的电力转换装置的温度保护的跳闸引起的运转停止，成为无跳闸的连续运转性优异的电力转换装置。

实施例2

在本实施例中，对在上述的实施例1中追加控制算法的控制的例子进行说明，上述控制算法累计在各温度的运转时间并计算运转允许时间的剩余时间。省略与实施例1重复的说明。使用图7对本实施例进行说明。

对例如WBG半导体元件的温度为170℃和180℃的状态下各运转100h的情况进行说明。根据图7，170℃和180℃的各允许运转时间分别为400h和200h，因此，连续运转的时间为各自的运转允许时间的1/4、1/2，作为合计可以说是相对于能够在150℃以上的区域运转的在各温度的允许运转时间消耗了3/4的状态。因而，在接下来WBG半导体元件的温度在170℃进行运转的情况下，在170℃的全部允许运转时间中的剩余1/4、即100h是作为到达允许运转时间为止的剩余时间而能够运转的时间。

在该例子中，当在170℃超过100h时，判断为在150℃以上的高温工作中能够运转的允许运转时间的剩余量为零，进入通过电力转换装置30的输出电流的降低或使WBG半导体元件的开关频率减少等来降低温度的输出限制的运转模式。进一步，在输出限制的运转模式下一定时间后温度还没有下降时，强制进行电力转换装置的运转停止。由此，能够可靠地进行密封材料的保护。此外，此后将150℃新设定为半导体组件的最大工作温度，作为电力转换装置30不依赖于运转时间地进行输出限制模式或运转停止的判断。利用图1的控制电路6(控制部)进行这些控制和各运转状态的存储。

另外，所检测到的WBG半导体元件的温度处于工作保证温度以上的时间的累计既可以由该微机进行，也可以由定时器电路等的硬件结构进行。

这样，通过累计在各温度的运转时间、计算在各温度的运转允许时间的剩余时间，能够根据电力转换装置30的运转状况，高精度地管理运转允许时间。进而，其结果是，即使WBG半导体元件成为元件周边部件的工作保证温度以上的温度，也能够保护元件周边部件，因此电力转换装置30能够更稳定且安全地运转。

实施例3

在本实施例中，对在上述的实施例1或实施例2中使用热敏电阻10检测WBG半导体元件的温度的情况下的温度保护控制的例子进行说明。省略与实施例1或实施例2重复的部分的说明。

图9是表示实施例3中的各温度与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。在图9所示的降额曲线中，表示设想利用热敏电阻等间接地检测WBG半导体元件的温度的情况下的温度(Tth)，各温度与允许运转时间(t(Tth))的关系。图7所示的允许运转时间设想能够从元件即时地传感检测WBG半导体元件的温度的情况，但一般而言半导体组件内的温度检测大多如图1、图2所示那样使用热敏电阻10。由利用半导体组件内的热敏电阻10检测温度的情况下，在WBG半导体元件的最高温度部位与热敏电阻10的安装部的温度之间产生温度上升的时间滞后。因此，如上所述，一般如图5那样作为热敏电阻预先以低于WBG半导体元件和密封材料的工作保证温度的温度加以保护。

因而，图9为在图7中考虑该温度上升的时间滞后而表示利用热敏电阻检测到的温度(Tth)与允许运转时间的关系的降额曲线。是图7中从150℃开始的降额曲线从120℃开始的例子。降额开始温度需要根据热敏电阻10的位置等选定恰当的温度。即，基于WBG半导体元件与热敏电阻的距离变更允许运转时间。该降额曲线存储在存储部12中，由控制部适当地从存储部参照，用于累计的运转时间t是否超过允许运转时间t(T)的判断。

以上，根据本实施方式，基于半导体开关元件与温度检测器(热敏电阻10)的距离变更允许运转时间，因此即使在使用热敏电阻10进行温度检测的情况下，也能够高精度地进行元件周边部件的管理，稳定地进行电力转换装置30的安全的运转。

实施例4

在本实施例中，使用图10，对在上述的实施例1～3的任一实施例中追加根据电力转换装置30的输出电流变更允许运转时间的控制的例子进行说明。省略上述的实施例1～3中重复的说明。

图10是表示实施例4中的各温度Tth与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。半导体组件内装载的半导体元件的温度根据电力转换装置的接收电压和输出电流值变化，尤其是很大程度上依赖于输出电流值。图7、图9的降额曲线设想为电力转换装置的额定电流输出时，但电力转换装置一般具有只要时间短就允许上述额定值以上的过电流的输出的功能，在这种情况下半导体组件内的元件温度瞬时上升。因此，热敏电阻10进行的温度检测与图9相比在温度上升时间上进一步发生时间滞后，因此需要更早的降额开始。

考虑到根据过电流水平而该时间滞后的程度不同，预先在存储部12中存储适合于每个该过电流水平的降额曲线(温度与允许运转时间的关系)，使图1的控制电路6(控制部)具有根据需要进行适时选择的控制的功能是有效的。图10表示本例子的每个过电流水平的降额曲线的例子。过电流水平的设定也可以更加细致，按每个过电流水平的范围选择适当的代表曲线也没有问题。这些降额曲线存储在存储部12，由控制部适当地从存储部参照，用于所累计的运转时间t是否超过允许运转时间t(T)的判断。

以上，根据本实施方式，考虑过电流地设定在各温度的允许运转时间，因此能够精度更高地进行元件周边部件的管理，稳定地进行电力转换装置30的安全运转。

实施例5

在本实施例中，使用图11，对在实施例1～4中使降额曲线为阶梯状地设定允许运转时间、进行温度保护控制的例子进行说明。省略与实施例1～4重复的部分进行说明。

图11是表示实施例5中的各温度Tth与允许运转时间(t(T))的关系的降额曲线。图7、9、10的降额曲线为检测的温度和与之相应的电力转换装置30的允许运转时间的连续曲线。但是，为了降低图1的控制电路6(控制部)内的运算的负荷，图11有意地使该降额曲线为阶梯状地设定允许运转时间。如果针对每个规定的温度范围设定允许运转时间，适当地调整成为阶梯状的温度的刻度宽度，则即使是该各种水平的保护，也因为只要是环氧树脂的各种树脂就与焊料不同，不会瞬间熔融，所以能够充分地进行保护。该阶梯状的降额曲线存储在存储部12中，由控制部适当地从存储部参照，用于所累计的运转时间t是否超过允许运转时间t(T)的判断。

以上，根据本实施方式，因为按每个规定的温度范围设定允许运转时间，所以能够减轻对控制部的运算负荷并且进行元件周边部件的管理，能够稳定地进行电力转换装置的安全的运转。

另外，本发明并不限定于上述的实施例，而包括各种各样的变形例。例如，上述的实施例为了将本发明说明得容易明白而进行了详细的说明，但是并不一定限定于包括所说明的所有结构。此外，能够将一个实施例的结构的一部分替换到另一个实施例的结构，此外，还能够在一个实施例的结构中加入另一个实施例的结构。此外，能够对各实施例的结构的一部分进行其它结构的追加·削除·替换。

例如，在实施例1～5，使用WBG半导体元件，但在使用现有的Si半导体元件的情况下，在应用比该Si半导体元件的工作保证温度低的工作保证温度的元件周边部件的情况下，本发明也能够获得在实施例1～5中说明的作用效果。

此外，对于控制线和信息线，仅展示在说明上被认为需要的部分，并不一定展示产品上的所有的控制线和信息线。实际上也可以认为几乎所有的结构相互连接。

附图标记的说明

1 整流器

2 逆变器

3 平滑用电容器

4 交流电动机

5 冷却扇

6 控制电路

7 驱动电路

8 数字操作面板

9 分流电阻

10 热敏电阻

11 组件盒

12 存储部

1A 整流器组件

2A 逆变器组件

5A 散热片

14 裸芯片

15 绝缘基板

16 接合线

17 密封材料

30 电力转换装置。

Claims (15)

1.一种电力转换装置，其特征在于，包括：

将交流电力转换为直流电力的整流器；

平滑由所述整流器所转换的所述直流电力的中间电路；

将由所述中间电路平滑后的所述直流电力转换为交流电力的逆变器；

驱动所述逆变器的驱动电路；

控制所述驱动电路的控制部；

检测所述逆变器的温度的温度检测部；和

至少将所述逆变器密封的密封材料，

所述控制部在所述温度检测部的检测温度为预先确定的规定的温度以上时，在所述温度检测部的各个检测温度累计电力转换装置持续运转的运转时间，基于所述各个检测温度、在各个检测温度所累计的所述运转时间、和与各个检测温度对应的电力转换装置的允许运转时间的关系，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止。

2.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部在所述检测温度为预先确定的规定的温度以上时，累计所述电力转换装置的运转时间，在所累计的总运转时间超过所述允许运转时间时，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止。

3.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部基于由所述温度检测部检测出的温度和在各温度的累计的所述运转时间，计算至到达在各温度的所述允许运转时间为止的剩余时间。

4.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述逆变器包括由所述驱动电路驱动的、具有比硅宽的禁带宽度的半导体的开关元件。

5.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

还包括具有所述逆变器的电源组件，

所述逆变器具有由所述驱动电路驱动的半导体开关元件，

所述温度检测部设置在所述半导体开关元件内或所述电源组件内。

6.如权利要求5所述的电力转换装置，其特征在于：

所述温度检测部设置在所述电源组件内，

所述控制部还基于所述温度检测部与所述半导体开关元件之间的距离变更所述允许运转时间。

7.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

还包括检测在所述逆变器流动的电流的电流检测部，

所述控制部还基于由所述电流检测部检测出的电流值变更所述允许运转时间。

8.如权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于：

所述控制部按每个规定的检测温度范围确定电力转换装置的所述允许运转时间。

9.一种电力转换装置的控制方法，其特征在于，所述电力转换装置包括：

将交流电力转换为直流电力的整流器；

平滑由所述整流器所转换的所述直流电力的中间电路；

将由所述中间电路平滑后的所述直流电力转换为交流电力的逆变器；

驱动所述逆变器的驱动电路；

控制所述驱动电路的控制部；

检测所述逆变器的温度的温度检测部；和

至少将所述逆变器密封的密封材料，

该电力转换装置的控制方法包括：

所述控制部在所述温度检测部的检测温度为预先确定的规定的温度以上时，在所述温度检测部的各个检测温度累计电力转换装置持续运转的运转时间的步骤；和

所述控制部基于所述各个检测温度、在各个检测温度所累计的所述运转时间、和与各个检测温度对应的电力转换装置的允许运转时间的关系，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止的步骤。

10.如权利要求9所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于，包括：

所述控制部在所述检测温度为预先确定的规定的温度以上时，累计所述电力转换装置的运转时间的步骤；

所述控制部比较所累计的总运转时间与所述允许运转时间的步骤；和

所述控制部在所累计的总运转时间超过所述允许运转时间时，决定电力转换装置的输出抑制或运转停止的步骤。

11.如权利要求10所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：

所述决定电力转换装置的输出抑制或运转停止的步骤包括：

在所累计的总运转时间超过所述允许运转时间时，决定电力转换装置的输出抑制的步骤；

在进行了所述电力转换装置的输出抑制之后，判断在经过规定的时间之后检测的温度是否为预先确定的温度以上的步骤；和

在经过规定的时间之后检测的温度为预先确定的温度以上时，决定所述电力转换装置的运转停止的步骤。

12.如权利要求9所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：

还包括所述控制部基于由所述温度检测部检测出的温度与在各温度的累计的所述运转时间，计算至到达在各温度的所述允许运转时间为止的剩余时间的步骤。

13.如权利要求9所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：

所述逆变器具有由所述驱动电路驱动的半导体开关元件，

还包括所述控制部基于所述半导体开关元件与所述温度检测器的距离变更所述允许运转时间的步骤。

14.如权利要求9所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：

电力转换装置包括检测在所述逆变器流动的电流的电流检测部，

还包括所述控制部基于由所述电流检测部检测出的电流值变更所述允许运转时间的步骤。

15.如权利要求9所述的电力转换装置的控制方法，其特征在于：

所述控制部按每个规定的检测温度范围确定电力转换装置的所述允许运转时间。

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