CN112019007B - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可以根据冷却器状态来实施直接保护动作的功率转换装置。控制部(50)包括：半导体开关元件损耗计算部(52)，该半导体开关元件损耗计算部(52)使用半导体开关元件(13)的开关状态、以及电流检测值(23)或者电压检测值(21b)来计算半导体开关元件(13)的损耗；以及冷却器状态推定部(53)，该冷却器状态推定部(53)根据半导体开关元件损耗计算部(52)的损耗计算值(24)和温度检测器(17)的温度检测值(22)来推定冷却器(35)的状态，所述控制部(50)基于冷却器(35)的冷却器状态，来限制流过半导体开关元件(13)的电流。

Description

功率转换装置
技术领域
本申请涉及功率转换装置。
背景技术
要求面向电动车辆的功率转换装置在各种条件下都无故障地动作，此外在异常时持续进行车辆的动作。
功率转换装置的半导体开关元件在开关动作中产生功率损耗、并且半导体开关元件的结温超过规定的值时，可能产生故障。虽然正确检测出该结温是重要的，但结是半导体芯片的接合部，难以直接测定。
为了解决该问题，公开了检测半导体开关元件的温度、并且使用温度检测值和根据半导体开关元件的动作而计算出的损耗来推定结温的方法(例如，专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特许第5880734号公报(第[0023]-[0031]段、以及图1、图2)
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1公开方法中，虽然根据计算出的损耗与温度上升之间的相关关系来推定结温，但未考虑冷却器状态的变化。因此，在冷却器状态发生变化时，存在无法正确推定结温、从而无法实施可靠的保护这样的问题。
本申请公开了用于解决上述那样的问题的技术，其目的在于提供一种可以通过判定冷却器状态来根据冷却器状态从而实施直接保护动作的功率转换装置。
解决技术问题所采用的技术方案
本申请中所公开的功率转换装置包括：半导体开关元件，该半导体开关元件通过开关动作来转换功率；冷却器，该冷却器冷却半导体开关元件；控制部，该控制部控制半导体开关元件；温度检测器，该温度检测器检测半导体开关元件的温度；电流检测器，该电流检测器检测流过半导体开关元件的电流；以及电压检测器，该电压检测器检测被施加到半导体开关元件的电压，控制部包括：半导体开关元件损耗计算部，该半导体开关元件损耗计算部使用半导体开关元件的开关状态、以及电流检测值和电压检测值双方或其中任1个来计算半导体开关元件的损耗；以及冷却器状态推定部，该冷却器状态推定部根据半导体开关元件损耗计算部的损耗计算值和温度检测器的温度检测值来推定冷却器的状态，所述控制部基于冷却器的冷却器状态，来限制流过半导体开关元件的电流。
发明效果
根据本申请中所公开的功率转换装置，可以获得即使在冷却器状态发生变化时、也可以可靠地进行保护动作的功率转换装置。
附图说明
图1是表示根据实施方式1的功率转换装置的结构的框图。
图2是表示对根据实施方式1的功率转换装置所涉及的冷却器状态的变化的影响进行说明的冷却器热回路网的示意图。
图3是表示根据实施方式1的功率转换装置所涉及的冷却器状态推定部的结构的框图。
图4是表示根据实施方式2的功率转换装置所涉及的控制部的结构的框图。
图5是表示根据实施方式2的功率转换装置的结温计算部的结构的框图。
具体实施方式
实施方式1.
实施方式1涉及一种功率转换装置，该功率转换装置包括：半导体开关元件，该半导体开关元件转换功率；冷却器，该冷却器冷却半导体开关元件；控制部，该控制部控制半导体开关元件；温度检测器，该温度检测器检测半导体开关元件的温度；电流检测器，该电流检测器检测流过半导体开关元件的电流；以及电压检测器，该电压检测器检测被施加到半导体开关元件的电压，控制部使用半导体开关元件的开关状态、以及电流检测值或电压检测值来计算半导体开关元件的损耗，根据该损耗计算值和温度检测值来推定冷却器的状态，并基于冷却器的冷却器状态，来限制流过半导体开关元件的电流。
以下，基于表示功率转换装置的结构的框图即图1、对冷却器状态的变化的影响进行说明的冷却器热回路网的示意图即图2、和表示冷却器状态推定部的结构的框图即图3，来对实施方式1所涉及的功率转换装置的结构和动作进行说明。
首先，基于图1来对实施方式1的功率转换装置100的结构进行说明。
功率转换装置100具备功率转换电路10以及控制部50A。
实施方式1的功率转换装置100假设为在电动汽车和混合动力汽车等电动车辆中所使用的、用于利用高电压电池的功率来驱动作为动力的电动机的功率转换装置。
功率转换装置100通过使用了IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、和MOSFET(Metal―Oxide―Semiconductor Field―EffectTransistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)等半导体开关元件的开关动作来转换功率。
功率转换电路10是二相交错式升压DC/DC转换器电路。功率转换电路10大致被分为输入部、功率转换部和输出部。
功率转换电路10的输入部具备输入平滑电容器11和升压电抗器12a、12b。这里，将输入电压设为Vi。
功率转换电路10的功率转换部分别具备开关元件对即半导体开关元件13a、13b、以及半导体开关元件13c、13d。
在图1中，半导体开关元件13a、13b、13c、13d分别被内置于半导体模块30a、30b、30c、30d。
功率转换电路10的输出部具备输出平滑电容器14。这里，将输出电压设为Vo。
此外，功率转换电路10具备对半导体开关元件13a～13d进行冷却的冷却器35。实施方式1的功率转换装置100的冷却器35假设为水冷冷却器。
半导体开关元件13a～13d是在源极·漏极间内置有二极管的MOSFET。
另外，半导体开关元件的种类、个数和功率转换装置的种类不限于此，也可以是例如IGBT和SiC-MOSFET等半导体开关元件，功率转换装置也可以是逆变器等。
接着，说明功率转换电路10所具备的检测器。
在功率转换电路10的功率转换部中，为了检测半导体开关元件13a～13d的温度，分别在半导体模块30a～30d的内部或附近分别设置有作为温度检测器的温度检测器17a、17b、17c、17d。
另外，对半导体开关元件13a～13d的温度进行检测的温度检测器17a～17d可设置在半导体模块30a～30d的内部，也可在设置有半导体模块30a～30d的基板上设置于半导体模块30a～30d附近。温度检测器假设为热敏电阻。
功率转换电路10的输入部具备输入电压检测器15和电抗器电流检测器16a、16b。
功率转换电路10的输出部具备输出电压检测器18。
接着，对控制部50A进行说明。
控制部50A具备半导体开关元件损耗计算部52、冷却器状态推定部53、升压动作控制部54a以及栅极驱动电路55。
另外，在图1中，将半导体开关元件损耗计算部记载为元件损耗计算部。
在说明控制部50A的功能、动作之前，对各传感器和功能部的输出信号进行说明。
输入电压检测器15的检测值设为输入电压检测值21a，电抗器电流检测器16a、16b的检测值设为电抗器电流检测值23a、23b，温度检测器17a～17d的检测值设为温度检测值22a～22d，以及输出电压检测器18的检测值设为输出电压检测值21b。
另外，温度检测值22a～22d在无需特别区分的情况下，适当地记载为温度检测值22。此外，电抗器电流检测值23a、23b适当地记载为电抗器电流检测值23。
此外，在图1中，省略了对电抗器电流检测值23a、23b和温度检测值22a～22d的记载。
将半导体开关元件损耗计算部52的输出信号设为半导体开关元件损耗计算值24，将冷却器状态推定部53的输出信号设为冷却器状态信息25，将升压动作控制部54a的输出信号设为半导体开关元件损耗计算信息26及栅极控制信号27，以及将栅极驱动电路55的输出信号设为栅极驱动信号28。
半导体开关元件损耗计算部52将来自升压动作控制部54a的半导体开关元件损耗计算信息26作为输入，计算半导体开关元件的损耗，并输出半导体开关元件损耗计算值24。
冷却器状态推定部53将来自半导体开关元件损耗计算部52的半导体开关元件损耗计算值24和温度检测器17a～17d的温度检测值22作为输入，推定冷却器35的状态，并输出冷却器状态信息25。
升压动作控制部54a的输入是来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25、以及来自输入电压检测器15的输入电压检测值21a、来自电抗器电流检测器16a、16b的电抗器电流检测值23、以及来自输出电压检测器18的输出电压检测值21b。
升压动作控制部54a将它们作为输入，并输出用于通过半导体开关元件13a～13d的导通截止来控制功率转换电路10的升压动作的栅极控制信号27。此外，升压动作控制部54a输出半导体开关元件损耗计算信息26。
栅极驱动电路55将升压动作控制部54a所生成的栅极控制信号27转换为栅极驱动信号28。
接着，为了使得容易理解实施方式1的功率转换装置100的功能、动作，基于图2来对半导体开关元件的结温上升和冷却器的冷却效果进行说明。
图2是表示使用了冷却器35的功率转换装置的一个示例中的半导体开关元件、温度检测器、和冷却器35的热回路网的图。
对伴随着冷却器状态的变化的热阻或电损耗与温度上升之间的相关关系的变化进行说明。另外，冷却器35假设为水冷冷却器。
基于图2来对构成冷却器热回路网的各要素进行说明。
半导体模块30由半导体开关元件13、汇流条31、焊料32、基板33、温度检测器17构成。
基板33上设置有半导体开关元件13和温度检测器17，汇流条31通过焊料32连接到半导体开关元件13上。
此外，半导体模块30通过绝缘构件34接合至冷却器35，冷却器35通过冷却水36进行冷却。
温度检测器17虽然是为了检测半导体开关元件13的结温而设置的，但由于在构造上无法直接设置于结部，因此如图2所示的那样，温度检测器17设置于半导体开关元件13附近。
接着，对构成热回路网的热阻进行说明。
将作为从半导体开关元件13的结部到温度检测器17的直接热传递路径的热阻设为热阻37、38a、38b、40。
将经由冷却器35的热传递路径的热阻设为热阻39a、39b、39c、41a、41b。
此外，将朝向冷却水36的散热路径的热阻设为热阻42a、42b、42c。
这里，在冷却器35的冷却器状态为正常时，以冷却水36的温度为基准，与半导体开关元件13所产生的损耗相对应的温度上升由图2的热回路网来决定。
因此，唯一地决定半导体开关元件13的结温、温度检测器17的温度检测值、和冷却水36的温度。
由于图2的热回路网为已知的，因此，可以根据温度检测器17的检测温度来推定半导体开关元件13的结温。
但是，作为冷却器35的冷却器状态的变化的示例，在冷却水泄漏时，由于冷却水36流出，因此失去了朝向冷却水36的散热路径。在该情况下，图2的热回路网中的热阻42a～42c消失。
在图2中，虽然为了简单起见而仅利用热阻来记载热回路网，但实际上与热阻并联地还具有热容。以失去冷却水36的温度分布作为初始状态，半导体开关元件13的结温和温度检测器17的检测温度变为热容主导的过渡温度推移。
如以上那样，在冷却器35的冷却器状态发生变化时，热回路网发生变化，因此，半导体开关元件13的结温与温度检测器17的检测温度的关系发生变化。
实施方式1的功率转换装置100的目的在于，可与冷却器35的冷却器状态发生变化相对应地适当持续进行功率转换动作。
以下，对实施方式1所涉及的功率转换装置100的基本动作原理进行说明。
在控制部50A中，升压动作控制部54a基于来自输入电压检测器15的输入电压检测值21a、来自输出电压检测器18的输出电压检测值21b、以及来自电抗器电流检测器16a、16b的电抗器电流检测值23，决定并控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，以使得输出电压Vo变为目标值。此外，升压动作控制部54a基于来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25、来自温度检测器17a～17d的温度检测值22，根据冷却器35的冷却器状态和温度检测值22进行规定的保护动作。
接着，对实施方式1所涉及的功率转换装置100的主要技术即冷却器35的冷却器状态的推定方法进行说明。
冷却器状态推定部53基于半导体开关元件损耗计算部52的半导体开关元件损耗计算值24和温度检测值22，推定冷却器35的冷却器状态。
半导体开关元件13a～13d的损耗基于从升压动作控制部54a输出的半导体开关元件损耗计算信息26来计算。
半导体开关元件损耗计算信息26基于升压动作控制部54a所生成的载波频率和开关导通时间、或者由电抗器电流检测器16a～16b得到的电抗器电流检测值23、由输入电压检测器15得到的输入电压检测值21a、由输出电压检测器18得到的输出电压检测值21b来计算。
半导体开关元件损耗计算部52预先保持开关元件及回流二极管的损耗特性，并且将利用它们针对开关元件及回流二极管分别计算出的导通损耗与开关损耗的合计值计算作为半导体开关元件损耗计算值24。
由半导体开关元件损耗计算部52进行的半导体开关元件损耗计算值24的计算可使用与半导体开关损耗相关联的在上文中所说明的全部信息来进行，也可使用所需的最小限度的信息、例如载波频率和开关导通时间、及电抗器电流检测值23或输出电压检测值21b来进行。
接着，基于图3来说明冷却器状态推定部53的结构、功能。
图3是表示冷却器状态推定部53的结构的框图。
冷却器状态推定部53具备温度检测值保持部53A、温度检测值推定部53B、加减法器53C、以及冷却器状态判别部53D。
温度检测值保持部53A保持由温度检测器17a～17d检测到的过去的温度检测值22。
温度检测值推定部53B基于温度检测值保持部53A所保持的过去的温度检测值22、和来自半导体开关元件损耗计算部52的半导体开关元件损耗计算值24，来推定当前的温度检测值。
加减法器3C获取当前的温度检测值的推定値与温度检测值22的差分。
冷却器状态判别部53D根据加减法器53C的输出(当前的温度检测值的推定值与温度检测值22的差分)判别冷却器35的冷却器状态。
这里，实施方式1的功率转换装置100的冷却器35假设为水冷冷却器，冷却器状态判别部53D所判别的冷却器35的冷却器状态设为冷却器正常状态、和因冷却水泄漏而造成的冷却器异常状态这两种。
温度检测值推定部53B中，预先存储有温度检测值22与半导体开关元件损耗之间的相关关系。
温度检测值推定部53B基于当前的半导体开关元件损耗、过去的温度检测值22、和由温度检测值推定部53B所存储的相关关系，来推定当前的应当检测到的温度检测值。将“所推定出的应当检测到的温度检测值”记载为“温度检测值的推定值”。
这里，所谓应当检测到的温度检测值，是指冷却器35在冷却器正常状态下的温度检测值。
冷却器状态判别部53D针对温度检测值的推定值与温度检测值22的差分来设定阈值，并在该差分超过所设定的阈值时，输出冷却器异常作为冷却器状态信息25。
温度检测器22与半导体开关元件损耗之间的相关关系由0次以上的延迟要素来近似。
如果目的在于可以不考虑时间要素的稳定动作中的保护，则0次(仅利用热阻进行的近似)的近似即可，且可降低控制部50A中的处理负载。
此外，如果功率转换电路10的输出变动大而需要考虑时间要素，则优选为1次以上的延迟要素(利用热阻和热容进行的近似)的近似。虽然越增大相关关系的次数，越能以高精度对相关关系进行近似，但是，由于控制部50A中的处理负载变大，所以需要适当选择。
接着，对实施方式1的功率转换装置100的规定的保护动作进行说明。
在规定的保护动作中，针对温度检测值22设置阈值，在超过该阈值的情况下，控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，以限制流过半导体开关元件13a～13d的电流。
该阈值是以冷却器35的冷却器状态为正常这一情况为前提而设定的，针对超过规定的动作范围的情况，以实施保护动作为目的来进行设定。
此外，如果冷却器状态推定部53的输出即冷却器状态信息25为冷却器异常，则同样地，功率转换装置100控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，以限制半导体开关元件13a～13d的电流。
如以上所说明的那样，实施方式1的功率转换装置100推定冷却器35的冷却器状态，根据冷却器状态来进行保护动作。因此，即使在以往的方法中无法适当进行保护的冷却器35的冷却器状态发生变化时，也可以可靠地进行保护动作。
此外，通过使用0次以上的延迟要素的相关关系来进行冷却器35的冷却器状态的推定，从而可在抑制控制部50A的处理负载的同时，对于时间上的输出变化也可以正确地追踪并推定冷却器状态。
如以上说明的那样，实施方式1的功率转换装置包括：半导体开关元件，该半导体开关元件转换功率；冷却器，该冷却器冷却半导体开关元件；控制部，该控制部控制半导体开关元件；温度检测器，该温度检测器检测半导体开关元件的温度；电流检测器，该电流检测器检测流过半导体开关元件的电流；以及电压检测器，该电压检测器检测被施加到半导体开关元件的电压，控制部使用半导体开关元件的开关状态、以及电流检测值或电压检测值来计算半导体开关元件的损耗，根据该损耗计算值和温度检测值来推定冷却器的状态，并基于冷却器的冷却器状态，来限制流过半导体开关元件的电流。
因此，实施方式1的功率转换装置即使在冷却器状态发生变化时也可以可靠地进行保护动作。
实施方式2.
实施方式2的功率转换装置是向实施方式1的功率转换装置的控制部添加结温计算部、并且还进行基于结温计算值的保护动作的功率转换装置。
以下，基于表示控制部的结构的框图即图4、以及表示结温计算部的结构的框图即图5，以与实施方式1之间的差异为中心，对实施方式2所涉及的功率转换装置的动作进行说明。
在表示实施方式2的控制部的结构的框图即图4中，与实施方式1相同的部分或相当的部分标记相同的标号。
此外，为了与实施方式1进行区别，设为功率转换装置200、控制部50B、升压动作控制部54b。
实施方式2的功率转换装置200具备功率转换电路10和控制部50B。由于功率转换电路10与实施方式1的功率转换装置100相同，因而对控制部50B的结构、功能进行说明。
控制部50B具备半导体开关元件损耗计算部52、冷却器状态推定部53、升压动作控制部54b、栅极驱动电路55、以及结温计算部56。
并且，结温计算部56具备结温上升特性选择部56A、结温上升计算部56B及加减法器56C。
在说明控制部50B的功能、动作之前，对被添加至实施方式1的功率转换装置的信息进行说明。
将结温计算部56的输出信号设为结温计算值29。此外，将结温上升特性选择部56A的输出信号设为结温上升特性29a，将结温上升计算部56B的输出信号设为结温上升值29b。
半导体开关元件损耗计算部52将来自升压动作控制部54b的半导体开关元件损耗计算信息26作为输入，计算半导体开关元件的损耗，并输出半导体开关元件损耗计算值24。
冷却器状态推定部53将来自半导体开关元件损耗计算部52的半导体开关元件损耗计算值24以及温度检测器17a～17d的温度检测值22作为输入，推定冷却器35的状态，并输出冷却器状态信息25。
升压动作控制部54b的输入是来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25、以及来自输入电压检测器15的输入电压检测值21a、来自电抗器电流检测器16a、16b的电抗器电流检测值23、以及来自输出电压检测器18的输出电压检测值21b。
升压动作控制部54b将它们作为输入，并输出用于通过半导体开关元件13a～13d的导通截止来控制功率转换电路10的升压动作的栅极控制信号27。此外，升压动作控制部54b输出半导体开关元件损耗计算信息26。
栅极驱动电路55将升压动作控制部54a所生成的栅极控制信号27转换为栅极驱动信号28。
结温计算部56将来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25、来自半导体开关元件损耗计算部52的半导体开关元件损耗计算值24、以及温度检测值22作为输入，输出结温计算值29。
与实施方式1的控制部50A的升压动作控制部54a相同，实施方式2所涉及的功率转换装置200的控制部50B的升压动作控制部54b决定并控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，以使输出电压Vo变成目标值。此外，升压动作控制部54b基于来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25、来自结温计算部56的结温计算值29、以及来自温度检测器17a～17d的温度检测值22，来进行规定的保护动作。
对实施方式2所涉及的功率转换装置200的主要技术即结温的推定方法进行说明。
结温计算部56基于来自半导体开关元件损耗计算部52的半导体开关元件损耗计算值24、来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25、以及来自温度检测器17a～17d的温度检测值22，来计算半导体开关元件13a～13d的结温。
这里，可将结温计算部56所输出的结温计算值29反馈并输入到半导体开关元件损耗计算部52。
通过将结温计算值29输入到半导体开关元件损耗计算部52，可在半导体开关元件损耗计算部52中，对于预先保持的开关元件及回流二极管的损耗特性添加结温依赖性。因此，半导体开关元件损耗计算部52可以更正确地导出半导体开关元件损耗。
接着，基于图5来对结温计算部56的功能进行说明。
结温上升特性选择部56A将来自冷却器状态推定部53的冷却器状态信息25作为输入，并选择与冷却器35的冷却器状态对应的结温上升特性29a。
结温上升计算部56B将来自结温上升特性选择部56A的结温上升特性29a、来自半导体开关元件损耗计算部的半导体开关元件损耗计算值24作为输入，计算结温上升值29b。
加减法器56C通过将来自结温上升计算部56B的结温上升值29b和温度检测值22相加，从而求出结温计算值29。
与实施方式1相同，实施方式2的功率转换装置200的冷却器35假设为水冷冷却器，冷却器状态判别部53D所判别的冷却器35的冷却器状态设为冷却器正常状态和因冷却水泄漏而造成的冷却器异常状态这两种。
此外，将结温上升特性选择部56A所选择的结温上升特性29a设为冷却器35的冷却器正常状态时和因冷却水泄漏而造成的冷却器异常状态时这两种的温度上升特性。
结温上升特性选择部56A针对冷却器35的每个冷却器状态来预先记录温度检测器17a～17d和半导体开关元件13a～13d的结之间的温度差、与半导体开关元件损耗之间的相关关系。结温上升特性选择部56A基于冷却器35的冷却器状态信息25，选择并输出适当的相关关系。
这里，由于和温度检测值22与半导体开关元件损耗之间的相关关系相同的理由，利用0次以上的延迟要素来对温度检测器17a～17d和半导体开关元件13a～13d的结之间的温度差、与半导体开关元件损耗之间的相关关系进行近似。
接着，对实施方式2的功率转换装置200的规定的保护动作进行说明。
在规定的保护动作中，针对结温计算值29设置阈值，在超过该阈值的情况下，控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，以限制流过半导体开关元件的电流。
该阈值是以冷却器35的冷却器状态为正常这一情况为前提而设定的，针对超过规定的动作范围的情况，以实施保护动作为目的来设定。
此外，如果冷却器状态信息25为冷却器异常，则控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，限制电流，以使得半导体开关元件13a～13d的结温变为规定的阈值以下。
如以上所说明的那样，在实施方式2所涉及的功率转换装置200中，根据冷却器35的冷却器状态，来适当地选择温度检测器17a～17d和半导体开关元件13a～13d的结之间的温度差、与半导体开关元件损耗之间的相关关系，并且推定结温。
因此，即使冷却器35的冷却器状态发生变化，也可以正确地推定出半导体开关元件13a～13d的结温，从而即使在冷却器异常状态下，也可以通过监视结温，来可靠地进行保护动作。
实施方式2的功率转换装置是向实施方式1的功率转换装置的控制部添加结温计算部、并且还进行基于结温计算值的保护动作的功率转换装置。
因此，实施方式2的功率转换装置即使在冷却器状态发生变化时也可以可靠地进行保护动作。此外，可通过监视结温，从而可靠地进行保护动作。
实施方式3.
在实施方式3的功率转换装置中，将冷却器正常设为基本，判别多个冷却器异常状态，并进行与各异常状态相对应的规定的适当保护动作。
此外，在实施方式3中，对实施方式1和2的功率转换装置的变形例进行说明。
以下，实施方式3所涉及的功率转换装置的结构与实施方式1和2的功率转换装置的结构相同。
以与实施方式1和2之间的差异为中心，对实施方式3所涉及的功率转换装置的动作进行说明。
在实施方式1和2的功率转换装置中，冷却器35的状态假设为正常和异常这两种。
但是，冷却器35的异常不仅要考虑到冷却水的丧失，还要考虑到冷却水泄漏等不同的等级。
在实施方式3的功率转换装置中，将冷却器正常设为基本，将异常状态的轻微的水泄漏到冷却水的丧失为止分成多个阶段，并针对各阶段来进行规定的适当保护动作。
接着，对实施方式3的功率转换装置的冷却器状态及保护动作进行说明。
针对假设为冷却器正常状态的温度检测器17的温度的推定値与温度检测值的差分，设置与冷却器35的状态相对应的多个阈值，并判别冷却器35的异常状态。
实施方式3的功率转换装置根据所判别的冷却器35的多个异常状态，来实施规定的保护动作。
规定的保护动作的一个示例为电流限制，具体地，控制半导体开关元件13a～13d的开关模式，以限制流过半导体开关元件13a～13d的电流。根据冷却器35的状态，来变更电流限制值或者停止半导体开关元件13a～13d的动作。
根据冷却器35的异常状态，通过最佳地设定保护动作，从而可以将作为异常状态时的功率转换装置的功能损耗抑制为最小限度，同时进行保护动作。
接着，对实施方式1和2的功率转换装置的变形例进行说明。
实施方式1和实施方式2的功率转换装置的半导体模块30虽然设为由1个半导体开关元件13和1个温度检测器17来构成，但不限于此。例如，也可以设为由多个半导体开关元件和1个温度检测器构成。
在该情况下，在与各个半导体开关元件的温度相关的规定的位置，设置1个温度检测器。
这里，温度检测值与各半导体开关元件损耗之间的相关关系分别由0次以上的延迟系统来进行近似，温度检测值推定部53B记录由0次以上的延迟系统来进行近似的相关关系的和。然后，冷却器状态推定部53使用相关关系的和来判定冷却器的冷却器状态。
半导体开关元件的各结温的推定通过以下步骤来进行：结温上升特性选择部56A针对每个半导体开关元件，记录通过分别用0次以上的延迟系统来对1个温度检测器和半导体开关元件的结之间的温度差、与半导体开关元件损耗之间的相关关系进行近似化而得到的结果，并且结温计算部56针对每个半导体开关元件，使用相关关系来计算结温。
通过设为该结构，可以用1个温度检测器来实现对多个半导体开关元件的保护，可以在不增加部件个数的情况下进行过热保护，并且实现功率转换装置的低成本化、小型化。
在实施方式1及实施方式2所涉及的功率转换装置中，具备多组半导体开关元件和半导体开关元件附近的温度检测器。
在结温的推定中，半导体开关元件与温度检测器的热相关越强，来自其他半导体开关元件的干扰越小，精度就越高。
当由多个半导体开关元件来构成功率转换装置时，通过构成为使多个半导体开关元件和1个温度检测器的组具备有多组，减少了对1个温度检测器产生干扰的半导体开关元件的要素，因而可提高结温的推定精度。
在实施方式1及实施方式2所涉及的功率转换装置中，虽然假设冷却器为水冷冷却器，冷却器状态为冷却器正常状态和冷却水泄漏，但并不限于此，例如，也可以将冷却器温度异常等设为判别项目。
在实施方式1及实施方式2所涉及的功率转换装置中，虽然将冷却器设为水冷冷却器，但并不限于此，例如，冷却器也可以为冷却风扇。在该情况下，所判断的冷却器状态假设为冷却器正常、冷却风扇异常、风扇堵塞等。
在实施方式3的功率转换装置中，将冷却器正常设为基本，判别多个冷却器异常状态，并进行与各异常状态相对应的规定的适当保护动作。
因此，本实施方式3的功率转换装置即使在冷却器状态发生变化时也可以可靠地进行保护动作。此外，可进行与冷却器的异常状态相对应的最佳的保护动作。
本申请虽然记载了各种示例性的实施方式及实施例，但在1个或多个实施方式中所记载的各种特征、形态、及功能并不限于适用于特定的实施方式，也可单独地或以各种组合适用于实施方式。
因此，未例示的无数变形例设想为也在本申请所公开的技术范围内。例如，包含对至少1个结构要素进行变形的情况，添加至少1个结构要素的情况或省略至少1个结构要素的情况，还包含提取出至少1个结构要素并与其他实施方式的结构要素进行组合的情况。
标号说明
10功率转换电路，11输入平滑电容器，12a、12b升压电抗器，
13、13a～13d半导体开关元件，14输出平滑电容器，
15输入电压检测器，16a、16b电抗器电流检测器，
17、17a～17d温度检测器，18输出电压检测器，
21a、21b输入电压检测值，22温度检测值，23电抗器电流检测值，
24半导体开关元件损耗计算值，25冷却器状态信息，
26半导体开关元件损耗计算信息，27栅极控制信号，
28栅极驱动信号，29结温计算值，
29a结温上升特性，29b结温上升值，
30、30a～30d半导体模块，31汇流条，32焊料，
33基板，34绝缘构件，35冷却器，36冷却水，
37热阻(半导体开关元件结－基板间)，
38a～38b热阻(基板内)，39a～39c热阻(基板－冷却器间)，
40热阻(热敏电阻－基板间)，41a、41b热阻(冷却器内)，
42a～42c热阻(冷却水－冷却器间)，50A、50B控制部，
52半导体开关元件损耗计算部，53冷却器状态推定部，
53A温度检测值保持部，53B温度检测值推定部，53C、56C加减法器，
53D冷却器状态判别部，54a、54b升压动作控制部，
55栅极驱动电路，56结温计算部，
56A结温上升特性选择部，56B结温上升计算部，
100、200功率转换装置。

Claims (9)

1.一种功率转换装置，所述功率转换装置包括：半导体开关元件，该半导体开关元件通过开关动作来转换功率；冷却器，该冷却器冷却所述半导体开关元件；控制部，该控制部控制所述半导体开关元件；温度检测器，该温度检测器检测所述半导体开关元件的温度；电流检测器，该电流检测器检测流过所述半导体开关元件的电流；以及电压检测器，该电压检测器检测被施加到所述半导体开关元件的电压，
所述功率转换装置的特征在于，
所述控制部包括：半导体开关元件损耗计算部，该半导体开关元件损耗计算部使用电流检测值和电压检测值双方或其中任1个、以及所述半导体开关元件的开关状态，来计算所述半导体开关元件的损耗；以及冷却器状态推定部，该冷却器状态推定部根据所述半导体开关元件损耗计算部的损耗计算值和所述温度检测器的温度检测值，来推定所述冷却器的状态，所述控制部基于所述冷却器的冷却器状态，来限制流过所述半导体开关元件的电流，
所述冷却器状态推定部包括：
温度检测值保持部，该温度检测值保持部保持过去的温度检测值；
温度检测值推定部，该温度检测值推定部利用保持的所述温度检测值和所述半导体开关元件的所述损耗计算值来推定温度检测推定值；以及
冷却器状态判别部，该冷却器状态判别部将所述温度检测推定值与所述温度检测值进行比较，以推定所述冷却器的所述冷却器状态。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制部进一步基于所述温度检测值，来限制流过所述半导体开关元件的电流。
3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述温度检测值推定部基于所述半导体开关元件的所述损耗计算值，利用0次以上的延迟系统对保持的所述温度检测值与所述温度检测推定值之间的相关关系进行近似。
4.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制部包括结温计算部，该结温计算部基于所述半导体开关元件的所述损耗计算值、所述冷却器状态和所述温度检测值，来推定所述半导体开关元件的结温，
所述控制部基于所述结温，来限制流过所述半导体开关元件的电流。
5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，
所述结温计算部包括：
结温特性选择部，该结温特性选择部根据所述冷却器状态，来选择所述温度检测值和所述半导体开关元件的结温之间的差、与所述半导体开关元件的所述损耗计算值之间的相关关系；以及
结温上升计算部，该结温上升计算部使用由所述结温特性选择部选择的所述相关关系、所述半导体开关元件的所述损耗计算值和所述温度检测值，来计算所述温度检测值与所述半导体开关元件的结温之间的温度上升值，
所述结温计算部通过将所述温度检测值和所述温度上升值相加，来推定所述半导体开关元件的结温。
6.如权利要求5所述的功率转换装置，其特征在于，
由所述结温特性选择部选择的所述相关关系利用0次以上的延迟系统来进行近似。
7.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
包括1个所述温度检测器，该1个所述温度检测器对与多个所述半导体开关元件的温度相关的部位的温度进行检测。
8.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
构成包括对与多个所述半导体开关元件的温度相关的部位的温度进行检测的1个所述温度检测器的、所述半导体开关元件与所述温度检测器的组，
使所述半导体开关元件与所述温度检测器的组包括多组。
9.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述冷却器的所述冷却器状态设为正常状态和多个异常状态，基于所述多个异常状态，来限制流过所述半导体开关元件的电流。
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