CN117156793A - 功率转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种功率转换装置，能够更早期地判定冷却器的异常状态等发热异常状态，即使在发热异常状态下也能够可靠地实施保护动作。控制部(90)至少根据基于电流检测值计算出的半导体开关元件的损耗计算值来推定温度检测值的变化率，将根据温度检测值计算出的温度检测变化率计算值与温度检测变化率推定值进行比较，来推定半导体开关元件的发热异常状态。

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
面向电动车辆的功率转换装置要求在各种条件下无故障地动作，并且在异常时继续车辆的动作。
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，在半导体开关元件的结温超过规定值的情况下，有可能导致故障。因此，需要保护该结温不超过规定值，但结是半导体芯片的接合部，难以直接测定。因此，公开了一种检测半导体开关元件的温度并利用从温度检测值和半导体开关元件的动作计算出的损耗来推定结温的方法(例如，专利文献1)。
但是，在专利文献1所公开的方法中，根据计算出的损耗与温度上升的相关关系来推定结温，但未考虑冷却器状态的变化。因此，当冷却器状态发生变化时，存在无法准确推定结温，无法实施可靠保护的问题。
为了解决这一问题，公开了一种方法，利用从半导体开关元件的动作计算出的损耗和过去的温度检测值来推定当前的温度检测值，将该温度检测推定值与温度检测值进行比较来推定冷却器状态，并基于推定出的冷却器状态来限制流过半导体开关元件的电流(专利文献2)。更详细地说，在温度检测推定值和温度检测值的差分大于阈值的情况下，推定为冷却器异常状态。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5880734号公报
专利文献2：日本专利第6847158号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献2所公开的方法中，基于利用从半导体开关元件的动作计算出的损耗和过去的温度检测值而推定出的温度检测推定值和温度检测值的差分，来判定冷却器的异常状态，但在冷却器为正常状态的情况下误判定为异常状态时，尽管是在半导体开关元件中流过电流也没有问题的状态，却变成过度限制电流的动作，而不是在正常时所希望的动作，因此需要避免错误地判定为异常状态。因此，用于比较温度检测推定值与温度检测值之间的差分的阈值需要考虑温度检测值的检测误差以及温度检测推定值的推定运算误差来设定，因此不得不将阈值设定得较大。
但是，如果将阈值设定得较大，则在冷却器为异常状态的情况下，温度检测推定值与温度检测值的差分大于阈值的定时变迟，不能早期判定冷却器的异常状态。在冷却器的异常状态下，半导体开关元件的温度为可能急剧上升的状态，需要早期进行过热保护，因此，即使是专利文献2公开的方法也可能无法实施可靠的保护。
本发明公开了一种用于解决上述问题的技术，其目的是提供一种功率转换装置，其根据从半导体开关元件的动作计算出的损耗推定温度检测值的变化率，并将从温度检测值运算出的温度检测变化率与温度检测变化率推定值进行比较，以判定冷却器的异常状态等发热异常状态，从而能够更早地判定发热异常状态，即使在发热异常状态下也能够可靠地实施保护动作。
用于解决技术问题的技术手段
本申请所公开的功率转换装置包括：通过开关动作来转换功率的半导体开关元件；冷却半导体开关元件的冷却器；控制半导体开关元件的控制部；检测半导体开关元件的温度的温度检测器；以及检测流过半导体开关元件的电流的电流检测器，控制部包括：至少根据电流检测值计算半导体开关元件的损耗的半导体开关元件损耗计算部；根据半导体开关元件损耗计算部的损耗计算值，推定温度检测值的变化率的温度检测变化率推定运算部；根据温度检测值计算温度检测变化率的温度检测变化率计算部；以及比较温度检测变化率推定值和温度检测变化率计算值，并推定半导体开关元件的发热异常状态的发热异常状态判定部。
发明效果
根据本申请所公开的功率转换装置，通过构成为对在冷却器的异常等发热异常状态下与正常发热状态相比产生显著差异的温度变化率进行推定值和检测值的比较，得到能够更早期地判定发热异常状态、即使在发热异常状态下也能够可靠地实施保护动作的功率转换装置。
附图说明
图1是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的结构的框图。
图2是实施方式1所涉及的功率转换装置中的控制部的硬件结构图。
图3是实施方式1所涉及的功率转换装置中的控制部的功能框图。
图4是实施方式1所涉及的功率转换装置中的控制部的发热异常状态判定功能部的功能框图。
图5是实施方式1所涉及的功率转换装置中的控制部的发热异常状态判定功能部的变形例的功能框图。
图6是表示实施方式1所涉及的功率转换装置中的从半导体开关元件到温度检测器的热传递路径的热回路的图。
图7A是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的效果的图。
图7B是表示实施方式1所涉及的功率转换装置的效果的图。
图8是实施方式2所涉及的功率转换装置中的控制部的功能框图。
图9是实施方式2所涉及的功率转换装置中的控制部的发热异常状态判定功能部的功能框图。
图10是表示实施方式1和2所涉及的功率转换装置的变形例的结构的框图。
图11是表示实施方式1和2所涉及的功率转换装置的其他变形例的结构的框图。
图12是表示实施方式1和2所涉及的功率转换装置的其他变形例的结构的框图。
具体实施方式
实施方式1.
实施方式1涉及功率转换装置，该功率转换装置包括：转换功率的半导体开关元件、冷却半导体开关元件的冷却器、控制半导体开关元件的控制部、检测半导体开关元件的温度的温度检测器、以及检测流过半导体开关元件的电流的电流检测器，控制部至少根据电流检测值计算半导体开关元件的损耗，根据该损耗计算值推定运算温度检测值的变化率，并且根据温度检测值计算温度检测变化率，通过比较该温度检测变化率推定值和温度检测变化率计算值，来推定半导体开关元件的发热异常状态。特别是涉及用于功率转换装置的IGBT或MOSFET等半导体开关元件的过热保护。
以下，基于附图说明实施方式1所涉及的功率转换装置的结构和动作。
＜功率转换装置的结构＞
首先，基于图1说明实施方式1的功率转换装置100的结构。
实施方式1的功率转换装置100假定为在电动汽车及插电式混合动力汽车等电动车辆中使用的、用于利用高压电池的电力驱动作为动力的电动机的功率转换装置。
在图1中，图示出了包含向功率转换装置提供直流电并利用再生电力进行充电的电池等直流电源12、以及控制对象的电动机10。另外，控制对象不限于电动机10，也可以是电动机10以外的对象。
在图1中，功率转换装置100通过正极侧的直流母线1a和负极侧的直流母线1b与直流电源12连接，与直流电源12交换驱动电力或再生电力。此外，功率转换装置100通过交流母线2与电动机10连接，与电动机10交换驱动电力或再生电力。
此外，电动机10中设有检测电动机的旋转角θm的旋转角传感器11。另外，电动机10是对负载进行旋转驱动并且将负载的旋转能量作为电能可再生的电动机，例如使用永磁体三相交流同步电动机或三相无刷电动机。
功率转换装置100由功率转换部20、控制部90和冷却器35构成。
功率转换部20包括：连接在电源输入侧的正极侧的直流母线1a与负极侧的直流母线1b之间的电容器21；检测功率转换部20的直流母线电压的电压检测部24；由多个开关元件构成并进行直流/交流的功率转换的逆变器电路25；检测流过交流母线2的电动机10的电流的电流检测部26；以及执行对开关元件的导通和关断进行切换的驱动控制的驱动电路27。
电容器21具有抑制直流母线电压的纹波的功能、或使功率转换部20的电源阻抗降低来使功率转换部20的交流电流驱动能力提高的功能、以及吸收浪涌电压的功能等。此外，电压检测部24通过分压电阻等将直流母线电压分压为由控制部90读入的电压，向控制部90输出直流母线电压信息。
逆变器电路25是一般众所周知的将6个开关元件进行全桥连接而得的逆变器。即，如图1所示，开关元件51、52、开关元件53、54、开关元件55、56中，上级侧的开关元件和下级侧的开关元件分别串联连接，并与直流电源12并联连接。
此外，开关元件51、52的中点与电动机10的U相的输入连接，开关元件53、54的中点与电动机10的V相的输入连接，开关元件55、56的中点与电动机10的W相的输入连接。
在图1中，半导体开关元件51、52、53、54、55、56分别内置于半导体模块61、62、63、64、65、66中。
开关元件例如是在图1所示的源极和漏极之间内置有二极管的MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)。另外，半导体开关元件的种类、个数并不限定于此，例如也可以是IGBT(Insulated GateBipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)及SiC-MOSFET等半导体开关元件。
此外，在逆变器电路25中，为了检测半导体开关元件51～56的温度，分别在半导体模块61～66的内部或附近设置有温度检测器71、72、73、74、75、76。由温度检测器71～76检测出的温度检测值被输入到控制部90。
另外，检测半导体开关元件51～56的温度的温度检测器71～76可以设置在半导体模块61～66的内部，也可以在设置半导体模块61～66的基板上设置在半导体模块61～66的附近。假定温度检测器为热敏电阻。另外，温度检测器并不限定于热敏电阻，也可以构成为利用配置在开关元件51～56的半导体基板上的例如温度检测用二极管来检测温度。
电流检测部26由U相电流检测部261、V相电流检测部262和W相电流检测部263构成。U相电流检测部261、V相电流检测部262和W相电流检测部263例如使用分流电阻来构成。U相电流检测部261将对应于U相电流Iu的U相电流检测值输出到控制部90。V相电流检测部262将对应于V相电流Iv的V相电流检测值输出到控制部90。W相电流检测部263将对应于W相电流Iw的W相电流检测值输出到控制部90。另外，在以下的说明中，U相电流检测值、V相电流检测值和W相电流检测值有时统称为电流检测值。此外，电流检测部26可以设为使用了霍尔元件等的电流传感器。
驱动电路27基于从控制部90输入的PWM信号进行控制。驱动电路27具有切换开关元件51～56的导通及关断的功能。
旋转角传感器11通过旋转变压器或编码器等对电动机10的转子旋转角θm进行检测。旋转角传感器11所检测出的转子旋转角θm被输出到开关控制部90。另外，基于电动机10的极对数将转子旋转角θm换算成电气角θe。
冷却器35冷却半导体开关元件51～56。冷却器35例如是水冷式冷却器。具体而言，是将水冷式冷却器、散热器(radiator)、电动机驱动水泵等用软管连接的结构，使水、油或LLC(Long Life Coolant：耐用冷却剂)等冷却介质从电动机驱动水泵流入水冷式冷却器。另外，冷却器35不仅限于水冷式冷却器，例如也可以是空气冷却式冷却器。冷却器35也可以是与开关元件51～56连接并进行热传导的散热器。
＜控制部的硬件结构＞
图2是实施方式1所涉及的功率转换装置100的控制部90的硬件结构图。本实施方式中，控制部90是控制功率转换装置100的控制装置。控制部90的各功能由控制部90所具备的处理电路来实现。具体而言，控制部90作为处理电路，包括CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)等运算处理装置80(计算机)、与运算处理装置80进行数据交换的存储装置81、向运算处理装置80输入外部的信号的输入电路82、以及从运算处理装置80向外部输出信号的输出电路83等。
作为运算处理装置80，可以具备ASIC(Application Specific IntegratedCircuit：专用集成电路)、IC(Integrated Circuit：集成电路)、DSP(Digital SignalProcessor：数字信号处理器)、FPGA(Field Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)、各种逻辑电路、以及各种信号处理电路等。此外，作为运算处理装置80，也可以具备多个同种或不同种的运算处理装置来分担执行各处理。作为存储装置81，可以具备构成为能从运算处理装置80读取并写入数据的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)(易失性的主存储装置81a)、构成为能从运算处理装置80读取数据的ROM(Read only Memory：只读存储器)(非易失性的辅助存储装置81b)等。输入电路82包含旋转角传感器11、电压检测部24、电流检测部26、温度检测器71～76，连接有各种传感器和开关，并具备将这些传感器和开关的输出信号输入到运算处理装置80的AD转换部、输入电路等接口电路。输出电路83包含驱动电路27，连接有开关元件、致动器等电负载，并具备将来自运算处理装置80的输出信号进行转换并输出到这些电负载的驱动电路、通信电路等接口电路。
控制部90所具备的各功能通过由运算处理装置80执行存储于辅助存储装置81b中的软件(程序)，并与存储装置81、输入电路82以及输出电路83等控制部90的其他硬件协作来实现。另外，控制部90使用的阈值、判定值等设定数据作为软件(程序)的一部分存储在辅助存储装置81b中。
控制部90的内部所搭载的各功能可以分别由软件的模块来构成，但也可以由软件和硬件的组合来构成。
＜控制部的功能块＞
图3是实施方式1所涉及的功率转换装置100的控制部90的功能框图。在图3中，控制部90具有发热异常判定功能部91、过热保护限制部92、电流指令生成部93、三相/二相转换部94、电压指令生成部95、二相/三相转换部96、占空比转换部97以及PWM信号生成部98。
从上位的系统(未图示)向电流指令生成部93输入转矩指令Trq*。另外，作为用于控制电动机10的控制指令，例如可举出转矩指令、电流指令、电压指令等。在实施方式1中，例示了采用转矩指令Trq*作为控制指令的情况。电流指令生成部93根据该转矩指令值Trq*生成d轴电流指令值Id*及q轴电流指令值Iq*。
这里，d轴表示电动机10的磁极位置、即磁通的方向，q轴表示与d轴在电气上正交的方向，构成d-q轴坐标系。d-q轴坐标系是旋转坐标系，当具有磁铁的电动机10的转子旋转时，d-q轴坐标系也旋转。
发热异常判定功能部91具有作为本申请的特征的如下功能：至少根据电流检测值计算半导体开关元件的损耗，根据该损耗计算值推定运算温度检测值的变化率，并且根据温度检测值计算温度检测变化率，通过比较该温度检测变化率推定值和温度检测变化率计算值，从而推定半导体开关元件的发热异常状态。
发热异常判定功能部91从电流检测部26输入电流检测值Iu、Iv、Iw，从温度检测器71～76输入温度检测值T1～T6，从电压检测部24输入电压检测值Vpn，根据这些信息，推定半导体开关元件的发热异常状态，并作为发热异常判定结果OT输出到过热保护限制部92。这里，电流检测部26的电流检测值由与U相电流检测部261检测出的U相电流Iu相对应的U相电流检测值、与V相电流检测部262检测出的V相电流Iv相对应的V相电流检测值、以及与W相电流检测部263检测出的W相电流Iw相对应的W相电流检测值构成。对于发热异常判定功能部91的更详细结构将在后面描述。
过热保护限制部92具有作为本申请的特征的、根据发热异常状态的判定结果限制开关元件的动作以限制电流的功能。过热保护限制部92在输入了d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*及发热异常判定结果OT、且发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值，并生成d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc。在发热异常判定结果为发热正常状态的情况下，生成d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*以作为d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc。
三相/二相转换部94根据电流检测部26的电流检测值和与旋转角传感器11检测到的电气角θe相对应的角度检测值，计算d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq。这里，电流检测部26的电流检测值由与U相电流检测部261检测出的U相电流Iu相对应的U相电流检测值、与V相电流检测部262检测出的V相电流Iv相对应的V相电流检测值、以及与W相电流检测部263检测出的W相电流Iw相对应的W相电流检测值构成。
电压指令生成部95根据d轴电流指令Idc和q轴电流指令Iqc、以及d轴电流检测值Id和q轴电流检测值Iq来进行电流反馈运算，从而计算d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc。具体地，例如，电压指令生成部95构成为计算d轴电压指令Vdc和q轴电压指令Vqc，从而使得d轴电流指令Idc与d轴电流检测值Id之间的偏差即电流偏差ΔId、q轴电流指令Iqc与q轴电流检测值Iq之间的偏差即电流偏差ΔIq分别收敛于“0”。(ΔId、ΔIq未图示)
二相/三相转换部96根据从电压指令生成部95获取到的d轴电压指令Vdc及q轴电压指令Vqc、以及从旋转角传感器11获取到的电气角θe，计算三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc。另外，三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc优选设定为输入到功率转换部20的直流电源电压、即由电压检测部24检测出的输入电压Vpn以下。
占空比转换部97根据从二相/三相转换部96获取到的三相电压指令Vuc、Vvc、Vwc及输入电压Vpn，生成三相各相的占空比指令Du、Dv、Dw。占空比转换部97生成与最佳校正控制指令相对应的占空比指令Du、Dv、Dw并输出。
PWM信号生成部98生成PWM信号。PWM信号生成部98根据从占空比转换部97获取的各相的占空比指令Du、Dv、Dw，生成用于将开关元件51～56分别切换控制为导通及关断的PWM信号。
具体地，PWM信号生成部98通过比较各相的占空比指令Du、Dv、Dw和载波来生成PWM信号。PWM信号生成部98例如构成为采用三角波比较方式、锯齿波比较方式等来生成PWM信号，该三角波比较方式将具有上升速度和下降速度相互相等的2等边三角形形状的三角波设为载波。
另外，在图3中，作为由PWM信号生成部98生成的PWM信号，分别示出了提供给U相上臂的开关元件51的PWM信号UH_SW、提供给V相上臂的开关元件53的PWM信号VH_SW、提供给W相上臂的开关元件55的PWM信号WH_SW、提供给U相下臂的开关元件52的PWM信号UL_SW、提供给V相下臂的开关元件54的PWM信号VL_SW、提供给W相下臂的开关元件56的PWM信号WL_SW。
PWM信号生成部98生成的PWM信号从控制部90输入到功率转换部20的驱动电路27。通过利用驱动电路27，根据PWM信号使开关元件51～56进行导通关断动作，从而将直流电转换为交流电并提供给电动机10，并且将电动机10在再生状态下产生的再生电力充电到直流电源12。
这里，作为实施方式1所涉及的功率转换装置的特征点在于，在控制部90中设置发热异常判定功能部91及过热保护限制部92，在发热异常判定功能部91中判定为发热异常状态的情况下，在过热保护限制部92中将d轴电流指令值及q轴电流指令值限制为规定的电流指令值。
此外，实施方式1所涉及的功率转换装置的特征点在于，发热异常判定功能部91至少根据电流检测值计算半导体开关元件的损耗，根据该损耗计算值推定运算温度检测值的变化率，并且根据温度检测值计算温度检测变化率，通过比较该温度检测变化率推定值和温度检测变化率计算值，从而推定半导体开关元件的发热异常状态。
以下，对实施方式1所涉及的功率转换装置的特征即发热异常判定功能部91及过热保护限制部92的动作进行详细说明。
＜发热异常状态判定功能部的功能块＞
图4是实施方式1所涉及的功率转换装置100的控制部90的发热异常状态判定功能部91的功能框图。在图4中，发热异常状态判定功能部91由开关元件损耗计算部911、温度检测变化率推定运算部912、温度检测变化率计算部913、发热异常状态判定部914构成。
另外，在图4中，以与U相上的开关元件51有关的发热异常状态判定功能为代表进行了图示，省略了与其他开关元件52～56有关的发热异常状态判定功能的记载。在以后的说明中，也以与U相上的开关元件51有关的发热异常状态判定功能为代表进行记载。其他开关元件52～56也能够同样构成发热异常状态判定功能。
开关元件损耗计算部911将来自电流检测部26的电流检测值Iu和来自电压检测部24的输入电压Vpn作为输入，计算半导体开关元件51的损耗，输出半导体开关元件损耗计算值LO1。
具体地，开关元件损耗计算部911预先保持开关元件及回流二极管的损耗特性，将使用它们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为半导体开关元件损耗计算值LO1。
更详细地，开关元件和回流二极管的导通损耗可以根据流过元件的电流和电流导通时间来计算。根据电流检测值Iu计算流过各元件的电流。各元件的电流导通时间通过预先设定的死区时间的时间和开关频率计算，以避免高电位侧的开关元件和低电位侧的开关元件同时导通。开关频率与由生成向开关元件的导通关断信号的PWM信号生成部98生成的PWM信号的频率相同，将PWM信号生成部98设定的PWM信号的频率作为开关频率来存储使用。
开关元件和回流二极管的开关损耗可以通过流过各元件的电流、施加于各元件的电压、以及开关次数来计算。根据电流检测值Iu计算流过各元件的电流。根据输入电压Vpn计算施加到各元件的电压。通过开关频率计算开关次数。
开关元件损耗计算部911进行的半导体开关元件损耗计算值LO1的计算中，既可以使用与半导体开关元件损耗相关的上述说明的所有信息进行，也可以使用所需最小限度的信息进行。例如，如果开关频率或死区时间固定或变动微小，则也可以仅根据电流检测值和输入电压来计算半导体开关元件损耗。另外，如果是输入电压也被认为是固定或变动微小的系统，则也可以仅根据电流检测值来计算半导体开关元件损耗。
此外，开关元件及回流二极管的导通损耗及开关损耗具有基于元件的温度的特性变化的温度依赖性。因此，如图5所示的变形例那样，也可以采用作为开关元件损耗计算部911的输入而进一步输入温度检测值的结构，例如也可以采用基于温度检测值Ta反映元件的温度的特性变化来计算半导体开关元件损耗的结构。由此，能够更高精度地计算半导体开关元件损耗。此外，在如上所述的图4那样的结构、即温度检测值信息不被输入到开关元件损耗计算部911的结构中，优选使用半导体开关元件损耗最大的温度条件下的元件的特性来计算半导体开关元件损耗。
温度检测变化率推定运算部912将来自开关元件损耗计算部911的半导体开关元件损耗LO1作为输入，推定运算温度检测器71的温度检测值T1的每单位时间的变化量即温度检测变化率，输出温度检测变化率推定值dT1a。(以下，将温度检测值的每单位时间的变化量简称为温度检测变化率)
这里，为了容易理解根据半导体开关元件损耗计算温度检测器的温度检测变化率的方法，根据图6，与冷却器的冷却效果相关联地说明半导体开关元件损耗与温度检测器的温度上升的关系。
图6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、冷却器35的热回路网。另外，冷却器35假设为水冷冷却器。
基于图6对构成冷却器热回路网的各要素进行说明。
半导体模块61由半导体开关元件51、汇流条31、焊料32、基板33、温度检测器71构成。
在基板33上设置半导体开关元件51和温度检测器71，汇流条31通过焊料32连接在半导体开关元件51上。
此外，半导体模块61通过绝缘构件34与冷却器35接合，冷却器35通过冷却水36冷却。
温度检测器71为了检测半导体开关元件51的结温的目的而设置，但由于在结构上不能直接设置在结部，因此如图6所示，设置在半导体开关元件51的附近。
接着，对构成热回路网的热阻进行说明。
作为从半导体开关元件51的结部向温度检测器71直接的热传递路径的热阻为热阻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的冷却器状态正常的情况下，以冷却水36的温度为基准，由图6的热回路网决定与半导体开关元件51产生的损耗对应的温度上升。
因此，半导体开关元件51的结温、温度检测器71的温度检测值和冷却水36的温度是唯一确定的。
即，如果已知图6的热回路网，则以冷却水36的温度为基准的温度检测器71的检测温度的温度上升可以根据半导体开关元件51的损耗来计算。
接着，对伴随冷却器状态的变化的热阻或电损耗与温度上升的相关关系的变化进行说明。
作为冷却器35的异常状态的示例，考虑发生了冷却水泄漏的情况。在发生冷却水泄漏的情况下，由于冷却水36流出，因此失去向冷却水36的散热路径。该情况下，图6的热回路网中的热阻42a～42c消失。
图6中，为了简化，热回路网仅用热阻来记载，但实际上热阻并联地具有热容量。半导体开关元件51的结温和温度检测器71的检测温度成为以冷却水36流失后的温度分布为初始状态的、热容量占主导的瞬态温度推移。
即，在发生了冷却器35的冷却水泄漏那样的冷却异常状态下，热回路网发生变化，因此，基于图6的热回路网根据半导体开关元件51的损耗推定的温度检测器71的检测温度的温度上升与实际的检测温度的温度上升背离。
如上所述，如果已知图6的热回路网，则以冷却水36的温度为基准的温度检测器71的检测温度的温度上升可以根据半导体开关元件51的损耗来推定。
根据以上说明的原理，温度检测变化率推定运算部912根据从开关元件损耗计算部911输入的半导体开关元件损耗LO1，推定运算温度检测器71的温度检测变化率推定值dT1a。
更详细地说，温度检测变化率推定运算部912预先存储如图6所示的从半导体开关元件51向温度检测器71的热传递路径的热回路，基于该热回路和半导体开关元件51的损耗LO1计算以冷却水36的温度为基准的温度检测器71的检测温度的温度上升量ΔT1。另外，在基于该热回路和半导体开关元件51的损耗LO1的温度上升量ΔT1的计算中，也使用过去计算出的检测温度的温度上升量ΔT1old进行计算。
然后，温度检测变化率推定运算部912根据计算出的检测温度的温度上升量ΔT1，计算温度上升量ΔT1的每单位时间的变化量，并作为温度检测变化率推定值dT1a输出。另外，如上所述，由于温度检测变化率推定值dT1a是使用根据预先存储的热回路和半导体开关元件51的损耗LO1计算出的温度检测器71的检测温度的温度上升量ΔT1来计算的，因此在计算中不需要冷却水36的温度信息本身。
温度检测变化率计算部913将来自温度检测器71的温度检测值T1作为输入，计算作为温度检测值T1的每单位时间的变化量的温度检测变化率，并作为温度检测变化率计算值dT1b输出。
发热异常状态判定部914将温度检测变化率推定值dT1a和温度检测变化率计算值dT1b作为输入，检测开关元件51发热过大的异常发热或冷却器35的冷却性能降低的冷却异常状态等,并将该判定结果作为发热异常状态判定结果OT1输出。
具体地，发热异常状态判定部914比较温度检测变化率推定值dT1a和温度检测变化率计算值dT1b。在其比较结果是温度检测变化率计算值dT1b大于温度检测变化率推定值dT1a的情况下，将发热异常状态判定结果OT1判定为发热异常状态。由此，能够检测出实际的温度检测值的上升率比正常状态时假定的温度检测值的上升率要大，能够检测开关元件发热过大的异常发热或冷却器35的冷却性能降低的冷却异常状态，并判定为发热异常状态。
另外，在未发生半导体开关损耗的状态或微小的状态下，无论是正常状态还是异常状态，温度检测变化率推定值dT1a及温度检测变化率计算值dT1b都为0附近。在这种情况下，若通过温度检测变化率推定值dT1a与温度检测变化率计算值dT1b的比较来判定发热异常状态，则在正常状态时有可能误判定为发热异常状态。因此，在温度检测变化率推定值dT1a与温度检测变化率计算值dT1b的比较中，也可以对温度检测变化率推定值dT1a设定规定的0以上的下限值。由此，由于温度检测变化率推定值dT1a能够设定为大于0的规定的下限值，因此在半导体开关损耗未发生的状态或微小的状态下，作为0附近的温度检测变化率计算值dT1b不会比温度检测变化率推定值dT1a要大，即使是正常状态，也能够防止误判定为发热异常状态。
此外，在温度检测变化率推定值dT1a与温度检测变化率计算值dT1b的比较中，在温度检测变化率计算值dT1b比温度检测变化率推定值dT1a大了规定值以上的情况下，也可以将发热异常状态判定结果OT1判定为发热异常状态。由此，通过考虑温度检测变化率计算值dT1b的计算误差或温度检测变化率推定值dT1a的推定误差而设定规定值，能够更可靠地防止在正常状态时误判定为发热异常状态。
＜过热保护限制部92的动作＞
过热保护限制部92具有根据发热异常状态的判定结果限制开关元件的动作以限制电流的功能。过热保护限制部92从电流指令生成部93输入d轴电流指令值Id*及q轴电流指令值Iq*，从发热异常状态判定功能部91输入发热异常状态判定结果OT。
在发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值，生成d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，并输出到电压指令生成部95。
在发热异常判定结果OT为发热正常状态的情况下，生成d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*作为d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，并输出到电压指令生成部95。
由此，在产生冷却器的异常等发热异常状态的情况下，进行以减少流过半导体开关元件的电流的方式限制动作的动作，能够防止在冷却器的异常等发热异常状态下半导体开关元件的温度急剧上升。
此外，在发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，通过将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值的结构，在d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*小于规定的电流指令值的情况下，限制不起作用。由此，即使在产生发热异常状态的状况下，在半导体开关元件不处于过热状态的电流条件下，也能够进行不过度限制电流的动作，因此能够防止不必要地限制功率转换装置的动作。
另外，过热保护限制部92在发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值，生成d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，但限制电流指令值的方法不限于此。例如，也可以生成将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*乘以规定的比1要小的比例后的指令值作为d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc。
＜应用本实施方式时的效果＞
这里，使用图7A、图7B说明在应用了以上的实施方式1的情况下，与现有的方法相比，能够早期检测发热异常状态。
图7A是表示实施方式1所涉及的功率转换装置100的半导体开关元件的温度(结温)和温度检测器的温度检测值的推移的示例的图。纵轴表示温度，横轴表示时间。图7B是表示实施方式1所涉及的功率转换装置100的温度检测器的温度检测变化率的推移的示例的图。纵轴表示温度变化率，横轴表示时间。
具体而言，图7A、图7B是比较了在逆变器电路以某固定的输出进行动作的情况下正常发热状态和发热异常状态的推移的图。更具体地，是假设正常发热状态是表示假设冷却器为正常状态的情况、发热异常状态是冷却器的冷却介质消失了的冷却器的异常状态的情况的推移的图。
在图7A中，L1表示温度检测值(正常发热状态)，L2表示温度检测值(异常发热状态)，L3表示结温(异常发热状态)。此外，在图7B中，M1表示温度检测变化率(正常发热状态)，M2表示温度检测变化率(异常发热状态)。
如图7A所示，温度检测值的推移在初始期间在正常发热状态和发热异常状态下不出现显著的差异，在正常发热状态和发热异常状态下示出显著的差异在A1的定时以后，在该A1以后，发热异常状态的温度检测值相对于正常发热状态的温度检测值显著增大。另一方面，如图7B所示，对于温度检测变化率的推移，在极初期的期间中，在正常发热状态和发热异常状态下没有发现显著的差异，但与在正常发热状态和发热异常状态下示出温度检测值的显著差异的定时A1相比，在更早的定时即B1的定时，温度检测变化率在正常发热状态和发热异常状态下出现显著差异。在该B1以后，发热异常状态的温度检测变化率相对于正常发热状态的温度检测变化率显著增大。由此，温度检测值的变化是温度检测变化率的时间积分，相对于温度检测变化率的变化，温度检测值的变化为延迟确认的推移。
图7A同时示出发热异常状态的开关元件的温度(结温)的推移。在图7A中，能够基于温度检测值判定发热异常状态的定时A1的结温TA1与能够基于温度检测变化率判定发热异常状态的定时B1的结温TB1相比为高温。
如上所述，作为本申请特征，通过构成为将温度检测变化率计算值与温度检测值变化率推定值进行比较来判定发热异常状态，与以往的将温度检测值与温度检测值推定值进行比较的方式相比，能够早期检测发热异常状态，即使在发热异常状态下，也能够在半导体开关元件成为高温之前限制动作并实施保护。
如上所述，实施方式1的功率转换装置100至少根据电流检测值计算半导体开关元件的损耗，根据半导体开关元件的损耗计算值推定温度检测值的变化率，将根据温度检测值计算出的温度检测变化率计算值和温度检测值变化率推定值进行比较，来判定发热异常状态。因此，通过构成为对在冷却器的异常等发热异常状态下与正常发热状态相比产生显著差异的温度变化率进行推定值和检测值的比较，与以往的方法相比，能够更早地检测发热异常状态。
此外，在判定为发热异常状态的情况下，通过以限制流过半导体开关元件的电流的方式限制动作，能够可靠地进行保护动作，以即使在半导体开关元件的温度可能急剧上升的发热异常状态下也能够防止过热。
如上所述，逆变器电路25的开关元件51～56可以使用任何半导体元件构成。例如，可以使用宽带隙半导体构成。作为宽带隙半导体的材料，列举了SiC、GaN等。
通过使用这些半导体构成，能够提高开关元件的耐热性，因此有助于提高性能。另一方面，使用宽带隙半导体构成的开关元件51～56与以往的使用Si构成的开关元件相比，成本变高。因此，具备宽带隙半导体的逆变器电路25的成本变高。
在实施方式1的功率转换装置100中，能够降低半导体开关元件的最大到达温度，能够使用耐热性较低的半导体开关元件，或者使用损耗较大的半导体开关元件，能够由低成本的半导体开关元件构成。进一步，在实施方式1的功率转换装置100中，由于能够适当地控制半导体开关元件的温度上升，因此能够使半导体开关元件的最大到达温度接近动作极限温度。因此，因会导致散热性能降低而不可能实现的半导体开关元件的芯片尺寸缩小也是可应用的，从而能够削减成本。
实施方式2.
实施方式2的功率转换装置与实施方式1的功率转换装置相比，控制部的发热异常状态判定功能部和过热保护限制部存在差异。更详细地，实施方式2的功率转换装置在发热异常状态判定功能部的温度检测变化率推定运算中使用温度检测值，此外，在过热保护限制部中使用温度检测值。
以下，对于实施方式2所涉及的功率转换装置的动作，将基于作为功率转换装置100的控制部90的功能框图的图8以及作为发热异常状态判定功能部91的功能框图的图9，以与实施方式1的差异为中心进行说明。
在表示实施方式2的控制部的结构的框图即图8及图9中，与实施方式1相同或相当的部分标注相同的标号。
此外，为了与实施方式1区分，设为发热异常状态判定功能部91B、过热保护限制部92B。
实施方式2的功率转换装置由功率转换部20、控制部90和冷却器35构成。由于功率转换部20和冷却器35与实施方式1的功率转换装置100相同，因此对控制部90的结构、功能进行说明。
＜控制部的功能块＞
图8是实施方式2所涉及的功率转换装置的控制部90的功能框图。在图8中，控制部90具有发热异常判定功能部91B、过热保护限制部92B、电流指令生成部93、三相/二相转换部94、电压指令生成部95、二相/三相转换部96、占空比转换部97以及PWM信号生成部98。
电流指令生成部93、三相/二相转换部94、电压指令生成部95、二相/三相转换部96、占空比转换部97以及PWM信号生成部98与实施方式1相同，因此省略说明。
发热异常判定功能部91B具有作为本申请的特征的如下功能：至少根据电流检测值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推定运算温度检测值的变化率，并且根据温度检测值计算温度检测变化率，通过比较该温度检测变化率推定值和温度检测变化率计算值，来推定半导体开关元件的发热异常状态。特别地，与实施方式1的不同点在于，在温度检测变化率推定值的运算中，除了基于损耗计算值，还基于温度检测值进行运算。
发热异常判定功能部91B从电流检测部26输入电流检测值Iu、Iv、Iw，从温度检测器71～76输入温度检测值T1～T6，从电压检测部24输入电压检测值Vpn，根据这些信息，推定半导体开关元件的发热异常状态，并作为发热异常判定结果OT输出到过热保护限制部92B。这里，电流检测部26的电流检测值由与U相电流检测部261检测出的U相电流Iu相对应的U相电流检测值、与V相电流检测部262检测出的V相电流Iv相对应的V相电流检测值、以及与W相电流检测部263检测出的W相电流Iw相对应的W相电流检测值构成。对于发热异常判定功能部91B的更详细结构将在后面描述。
过热保护限制部92B具有作为本申请的特征的、根据发热异常状态的判定结果和温度检测值限制开关元件的动作以限制电流的功能。特别地，除了基于发热异常状态的判定结果，还基于温度检测值限制开关元件的动作这一点与实施方式1不同。
过热保护限制部92B输入d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*、发热异常判定结果OT、以及来自温度检测器71～76的温度检测值T1～T6，根据发热异常判定结果OT和温度检测值T1～T6，将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值，并生成d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc。
这里，作为实施方式2所涉及的功率转换装置的特征点在于，在控制部90中设置发热异常判定功能部91B及过热保护限制部92B，在发热异常判定功能部91B中判定为发热异常状态的情况下，在过热保护限制部92B中将d轴电流指令值及q轴电流指令值限制为规定的电流指令值。
此外，实施方式2所涉及的功率转换装置的特征点在于，发热异常判定功能部91B至少根据电流检测值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推定运算温度检测值的变化率，并且根据温度检测值计算温度检测变化率，通过比较该温度检测变化率推定值和温度检测变化率计算值，来推定半导体开关元件的发热异常状态。
以下，对实施方式2所涉及的功率转换装置的特征即发热异常判定功能部91B及过热保护限制部92B的动作进行详细说明。
＜发热异常状态判定功能部的功能块＞
图9是实施方式2所涉及的功率转换装置的控制部90的发热异常状态判定功能部91B的功能框图。在图9中，发热异常状态判定功能部91B由开关元件损耗计算部911、温度检测变化率推定运算部912B、温度检测变化率计算部913、发热异常状态判定部914构成。
开关元件损耗计算部911、温度检测变化率计算部913、发热异常状态判定部914与实施方式1相同，因此省略说明。
另外，在图9中，以与U相上的开关元件51有关的发热异常状态判定功能为代表进行了图示，省略了与其他开关元件52～56有关的发热异常状态判定功能的记载。在以后的说明中，也以与U相上的开关元件51有关的发热异常状态判定功能为代表进行记载。其他开关元件52～56也能够同样构成发热异常状态判定功能。
温度检测变化率推定运算部912B将来自开关元件损耗计算部911的半导体开关元件损耗LO1和温度检测器71的温度检测值T1作为输入，推定运算温度检测器71的温度检测值T1的每单位时间的变化量即温度检测变化率，输出温度检测变化率推定值dT1a。(以下，将温度检测值的每单位时间的变化量简称为温度检测变化率)
更详细地，温度检测变化率推定运算部912B预先存储如图6所示的从半导体开关元件51向温度检测器71的热传递路径的热回路，基于该热回路和半导体开关元件51的损耗LO1计算以冷却水36的温度为基准的温度检测器71的检测温度的温度上升量ΔT1。另外，在基于该热回路和半导体开关元件51的损耗LO1的温度上升量ΔT1的计算中，也使用过去计算出的检测温度的温度上升量ΔT1old进行计算。
此外，温度检测变化率推定运算部912B预先存储有温度检测器71的检测误差的温度特性，使用该温度检测器71的检测误差的温度特性，根据输入的温度检测器71的温度检测值T1，计算温度检测器71的检测误差Ter。另外，温度检测器71的检测误差的温度特性例如可以作为相对于温度的检测误差的表格来存储，也可以作为以检测温度为自变量的函数式来存储。
然后，温度检测变化率推定运算部912B计算对计算出的检测温度的温度上升量ΔT1考虑了温度检测器71的检测误差Ter后的误差校正后温度上升量ΔT1a，基于该误差校正后温度上升量ΔT1a，计算误差校正后温度上升量ΔT1a的每单位时间的变化量，并作为温度检测变化率推定值dT1a输出。另外，如上所述，由于温度检测变化率推定值dT1a是使用根据预先存储的热回路和半导体开关元件51的损耗LO1计算出的温度检测器71的检测温度的温度上升量ΔT1来计算的，因此在计算中不需要冷却水36的温度信息本身。
通过采用上述的结构，可以包含温度检测器71的检测误差的温度特性来运算温度检测变化率推定值dT1a。由此，在发热异常状态判定部914中，温度检测变化率推定值dT1a与温度检测变化率计算值dT1b的比较能够在包含温度检测器71的检测误差的温度特性的基础上比较，从而能够更准确地判定发热异常状态。
＜过热保护限制部92B的动作＞
过热保护限制部92B具有根据发热异常状态的判定结果和温度检测器的温度检测值限制开关元件的动作以限制电流的功能。过热保护限制部92B从电流指令生成部93输入d轴电流指令值Id*及q轴电流指令值Iq*，从发热异常状态判定功能部91输入发热异常状态判定结果OT，从温度检测器71～76输入温度检测值T1～T6。这里，将所输入的温度检测值T1～T6中最高的温度设为温度检测最大值Tmax。
过热保护限制部92B在发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，将温度检测最大值Tmax与预先设定的规定温度Tth1进行比较，在温度检测最大值Tmax大于规定温度Tth1的情况下，将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值，生成d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，并输出到电压指令生成部95。另一方面，在发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，当温度检测最大值Tmax小于规定温度Tth1时，生成d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*以作为d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，并输出到电压指令生成部95。
此外，过热保护限制部92B在发热异常判定结果OT为发热正常状态的情况下，将温度检测最大值Tmax与预先设定的规定温度Tth2进行比较，在温度检测最大值Tmax大于规定温度Tth2的情况下，将d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制为规定的电流指令值，生成d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，并输出到电压指令生成部95。另一方面，在发热异常判定结果OT为发热正常状态的情况下，当温度检测最大值Tmax小于规定温度Tth2时，生成d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*以作为d轴电流指令值Idc、q轴电流指令值Iqc，并输出到电压指令生成部95。另外，优选将规定温度Tth2设定为比规定温度Tth1要高的温度。
由此，在产生冷却器的异常等发热异常状态的情况下，进行以减少流过半导体开关元件的电流的方式限制动作的动作，能够防止在冷却器的异常等发热异常状态下半导体开关元件的温度急剧上升。
此外，通过构成为即使在发热异常判定结果OT为发热异常状态的情况下，也仅在温度检测值大于规定温度的情况下限制电流指令值，由此，即使在产生发热异常状态的状况下，在半导体开关元件成为过热状态而不会产生破损的条件下，能够不过度限制电流地进行动作，因此能够防止不必要地限制功率转换装置的动作。
进一步地，通过构成为相对于在发热异常判定结果OT1为发热异常状态的情况下限制电流指令值的条件即规定温度1，将在发热异常判定结果OT1为发热正常状态的情况下限制电流指令值的条件即规定温度2设定得较高，从而对于半导体开关元件的温度的上升速度较快的发热异常状态和半导体开关元件的温度的上升速度较慢的发热异常状态，能够分别适当地设定半导体开关元件为过热状态而不会产生破损的条件，能够不过度限制电流地进行动作，因此能够防止不必要地限制功率转换装置的动作。
如上所述，实施方式2的功率转换装置200至少根据电流检测值计算半导体开关元件的损耗，根据半导体开关元件的损耗计算值推定温度检测值的变化率，将根据温度检测值计算出的温度检测变化率计算值和温度检测值变化率推定值进行比较，判定发热异常状态。因此，通过对在冷却器的异常等发热异常状态下与正常发热状态相比产生显著差异的温度变化率进行推定值和检测值的比较，与以往的方法相比，能够更早地检测发热异常状态。
＜补充事项＞
上述实施方式的功率转换装置中的半导体模块61～66由一个半导体开关元件和一个温度检测器构成，但并不限于此，例如也可以由如图10所示的变形例那样的多个半导体开关元件和一个温度检测器构成。
在这种情况下，在与各个半导体开关元件的温度相关的规定的部位设置温度检测器。
在该情况下，温度检测变化率推定运算部912预先存储从各个半导体开关元件向温度检测器的热传递路径的热回路，根据该各个热回路和各个半导体开关元件的损耗，计算出各半导体开关元件的损耗引起的以冷却水36的温度为基准的温度检测器71的检测温度的温度上升量，能够根据各温度上升量的总和来计算温度上升量ΔT1。
由此，能够通过一个温度检测器实现多个半导体开关元件的保护，能够在不增加部件数量的情况下进行过热保护，能够实现功率转换器的低成本化、小型化。
进一步地，虽然采用半导体模块61、63、65由上级侧开关元件和一个温度检测器构成，半导体模块62、64、66由下级侧的开关元件和一个温度检测器构成的结构，但并不限于此，例如也可以采用如图11所示的变形例那样的由上级侧的开关元件、下级侧的开关元件和一个温度检测器构成一个半导体模块的结构。此外，例如也可以采用图12所示的变形例那样的由逆变器电路25的全部开关元件和一个温度检测器构成一个半导体模块的结构。
在这些情况下，在与各个半导体开关元件温度相关的规定的部位设置温度检测器，温度检测变化率推定运算部912也与上述相同，分别预先存储从各个半导体开关元件向温度检测器的热传递路径的热回路，计算出各半导体开关元件的损耗引起的以冷却水36的温度为基准的温度检测器71的检测温度的温度上升量，能够根据各温度上升量的总和来计算温度上升量ΔT1。
由此，能够通过一个温度检测器实现多个半导体开关元件的保护，能够在不增加部件数量的情况下进行过热保护，能够实现功率转换器的低成本化、小型化。
在上述实施方式所涉及的功率转换装置中，冷却器是水冷冷却器，假设冷却水泄漏为异常状态，但不限于此，例如也包含因冷却器泵的故障引起的冷却水量的降低。在这种情况下，由于热回路网也发生变化，不能得到假定的冷却性能，因此通过上述方法也可以没有问题地检测为发热异常状态。此外，虽然冷却器设为水冷冷却器，但不限于此，例如也可以是冷却风扇。在这种情况下，将冷却风扇的异常或风扇堵塞等假定为异常状态。在这种情况下，由于热回路网也发生变化，不能得到假定的冷却性能，因此通过上述方法也可以毫无问题地检测为发热异常状态。
此外，发热异常状态不限于冷却器的异常，例如也包含因半导体开关元件的劣化等引起的特性恶化而导致的半导体开关元件的损耗的异常增加。在这种情况下，由于半导体开关元件的损耗比根据已知的半导体开关元件的特性而运算的损耗大，因此温度检测变化率计算值比温度检测变化率推定值要大，因而通过上述方法可以毫无问题地检测为发热异常状态。
此外，在上述实施方式的功率转换装置中，作为电流的限制方法，构成为对d轴电流指令值Id*、q轴电流指令值Iq*限制电流指令值，但如果是等效地限制电流指令的方法，则限制电流的方法不限于此。例如，也可以是限制从上位系统(未图示)输入的指令的方法。更具体地，可以通过将转矩指令Trq*限制为规定的转矩指令值来等效地降低电流指令值，也可以通过限制为对转矩指令Trq*乘以规定的比1小的比例后的指令值来等效地降低电流指令值。
此外，上述实施方式的功率转换装置虽然设想并记载了从直流电转换为交流电的逆变器(Inverter)，但功率转换装置的种类并不限于此，只要是具备半导体开关元件并转换功率的输出形态的功率转换装置即可。例如，也可以是将交流电转换为直流电的AC/DC转换器(Alternate Current/Direct Current Converter)、或者使直流电的电压和电流的电平变化并输出的DC/DC转换器(Direct Current/Direct Current Converter)。
虽然本申请记载了各种示例性实施方式和实施例，但是在一个或多个实施方式中记载的各种特征、方式和功能不限于特定实施方式的应用，可以单独地或以各种组合来应用于实施方式。
由此，可以认为未例示的无数变形例也包含在本申请所公开的技术范围内。例如，设为包括对至少一个构成要素进行变形、追加或省略的情况，以及提取至少一个构成要素并与其他实施方式的构成要素进行组合的情况。
标号说明
90控制部，91发热异常状态判定功能部，911开关元件损耗计算部，912温度检测变化率推定运算部，913温度检测变化率计算部，914发热异常状态判定部。

Claims (21)

1.一种功率转换装置，包括：通过开关动作来转换功率的半导体开关元件、冷却所述半导体开关元件的冷却器、控制所述半导体开关元件的控制部、检测所述半导体开关元件的温度的温度检测器、以及检测流过所述半导体开关元件的电流的电流检测器，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根据由所述电流检测器得到的电流检测值，计算所述半导体开关元件的损耗；
温度检测变化率推定运算部，该温度检测变化率推定运算部根据所述半导体开关元件损耗计算部的损耗计算值，推定由所述温度检测器得到的温度检测值的变化率；
温度检测变化率计算部，该温度检测变化率计算部根据所述温度检测值计算温度检测变化率；以及
发热异常状态判定部，该发热异常状态判定部将由所述温度检测变化率推定运算部得到的温度检测变化率推定值和由所述温度检测变化率计算部得到的温度检测变化率计算值进行比较，推定所述半导体开关元件的发热异常状态。
2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，
所述温度检测变化率推定运算部推定发热正常状态时的所述温度检测值的变化率即温度检测变化率，
所述发热异常状态判定部在所述温度检测变化率计算值比所述温度检测变化率推定值要大的情况下判定为发热异常状态。
3.如权利要求2所述的功率转换装置，其特征在于，
所述发热异常状态判定部对所述温度检测变化率推定值设置0以上的规定下限值。
4.如权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，包括检测施加在所述半导体开关元件上的电压的电压检测器，
所述半导体开关元件损耗计算部根据所述电流检测值及由所述电压检测器得到的电压检测值，计算所述半导体开关元件的损耗。
5.如权利要求1至4中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件损耗计算部根据所述电流检测值及所述半导体开关元件的开关频率，计算所述半导体开关元件的损耗。
6.如权利要求1至5中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件损耗计算部至少根据电流检测值及所述温度检测值，计算所述半导体开关元件的损耗。
7.如权利要求1至6中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述功率转换装置是具备多组串联连接有高电位侧的开关元件和低电位侧的开关元件的串联电路的功率转换装置，
所述控制部为对于各组的所述串联电路，夹着死区时间交替地导通所述高电位侧的开关元件和所述低电位侧的开关元件的控制部，
所述半导体开关元件损耗计算部至少根据电流检测值及开关的死区时间，计算所述半导体开关元件的损耗。
8.如权利要求1至7中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述温度检测变化率推定运算部中，
预先存储有从所述半导体开关元件向所述温度检测器的热传递路径的热回路，利用由所述半导体开关元件损耗计算部得到的开关元件损耗计算值和所述热回路，来运算温度检测器的温度变化量推定值，根据运算出的温度变化量推定值来运算温度变化率推定值。
9.如权利要求1至7中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述温度检测变化率推定运算部中，
预先存储有从所述半导体开关元件向所述温度检测器的热传递路径的热回路，利用由所述半导体开关元件损耗计算部得到的开关元件损耗计算值和所述热回路，来运算温度检测器的温度变化量推定值，根据运算出的温度变化量推定值和所述温度检测值来运算温度变化率推定值。
10.如权利要求1至9中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述控制部包括过热保护限制部，该过热保护限制部至少根据发热异常判定结果来限制开关元件的动作。
11.如权利要求10所述的功率转换装置，其特征在于，
所述过热保护限制部在判定为发热异常状态的情况下，限制开关元件的动作，以限制流过所述半导体开关元件的电流。
12.如权利要求10所述的功率转换装置，其特征在于，
所述过热保护限制部在判定为发热异常状态、且所述温度检测值高于规定温度TA的情况下，限制开关元件的动作，以限制流过所述半导体开关元件的电流。
13.如权利要求10所述的功率转换装置，其特征在于，
所述过热保护限制部在判定为发热异常状态、且流过所述半导体开关元件的电流比规定电流TA大的情况下，限制开关元件的动作，以限制流过所述半导体开关元件的电流。
14.如权利要求12所述的功率转换装置，其特征在于，
所述过热保护限制部在所述温度检测值高于规定温度TB的情况下，限制开关元件的动作，以限制流过所述半导体开关元件的电流。
15.如权利要求14所述的功率转换装置，其特征在于，
所述过热保护限制部中所设定的所述规定温度TB比所述规定温度TA要高。
16.如权利要求1至15中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述发热异常状态是冷却性能降低的所述冷却器的异常状态。
17.如权利要求1至16中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述冷却器是水冷方式的冷却器。
18.如权利要求1至17中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述冷却器是空气冷却方式的冷却器。
19.如权利要求1至18中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，所述发热异常状态是所述半导体开关元件的发热过大的发热异常状态。
20.如权利要求1至19中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件构成为多个半导体开关元件并联连接，所述温度检测器检测多个半导体开关元件的温度。
21.如权利要求1至20中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，
所述半导体开关元件由宽带隙半导体构成。
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