CN117280592A - 温度估计装置和转换器系统 - Google Patents

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Abstract

一种温度估计装置，计算设置于转换器的功率半导体元件的结温估计值，该转换器进行三相交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间的电力转换，该温度估计装置具备：电流检测部，其检测流向功率半导体元件的电流的值；以及结温估计部，其基于至少根据由电流检测部检测出的电流的值计算出的结温暂定值以及与转换器连接的三相交流电源的不平衡率，来计算功率半导体元件的结温估计值。

Description

温度估计装置和转换器系统
技术领域
本发明涉及一种温度估计装置和转换器系统。
背景技术
转换器和逆变器是进行从直流电力向交流电力的转换或者从交流电力向直流电力的电力转换的电力转换装置。例如，在对机床、锻压机械、注射成型机、工业机械或者各种机器人内的马达进行驱动的马达驱动装置中，将从交流电源供给的交流电力通过转换器转换为直流电力后向DC支撑输出，并且通过逆变器将DC支撑中的直流电力转换为交流电力，将该交流电力作为驱动电力供给到针对每个驱动轴设置的马达。在此，DC支撑是指将转换器的直流输出侧与逆变器的直流输入侧电连接的电路部分，有时也称为“DC支撑部”、“直流支撑”、“直流支撑部”或“直流中间电路”等。
当在设置于转换器和逆变器内的功率半导体元件中流动电流时，转换器和逆变器会发热。特别是在PWM控制方式的转换器和逆变器中，由于功率半导体元件的固定损耗、由功率半导体元件的开关(switching)动作引起的开关损耗和反向恢复损耗，从而功率半导体元件发热，由此使功率半导体元件的温度上升。当功率半导体元件的温度超过额定温度而变为过热状态时，会导致转换器和逆变器内的功率半导体元件损坏、寿命缩短。因此，要求在运用转换器和逆变器时尽可能准确地掌握功率半导体元件或功率半导体元件附近的温度，来保护功率半导体元件免于过热。
作为掌握转换器和逆变器内的功率半导体元件或功率半导体元件附近的温度的方法，有通过计算来估计功率半导体元件的结温的方法、测定功率半导体元件的外壳温度(模具表面温度和底板表面温度)的方法、测定与功率半导体元件接触的散热器的温度的方法等。
其中，通过计算来估计功率半导体元件的结温的方法是基于流动于功率半导体元件的电流值和热等效电路，通过运算处理装置的计算处理来估计作为功率半导体元件的结部的温度的结温的方法。
例如，已知一种马达控制装置(例如参照专利文献1。)，具备：转换器，其将交流电压转换为直流电压；逆变器，其将所述直流电压转换为交流电压来驱动马达；速度控制部，其基于速度指令和马达速度来生成转矩指令；转矩控制部，其基于所述转矩指令和马达电流生成PWM信号，来驱动逆变器；电流检测部，其检测所述马达电流；逆变器温度检测部，其检测所述逆变器的温度并生成逆变器温度信号；以及过载保护部，其基于马达温度信号、所述逆变器温度信号、所述马达电流以及所述马达速度来生成转矩限制信号，所述马达控制装置的特征在于，所述过载保护部具备：功率元件损耗估计部，其根据所述马达电流来生成所述逆变器的功率元件估计损耗；结温估计部，其基于所述功率元件估计损耗和所述逆变器温度来估计结温；马达损耗估计部，其根据所述马达电流和所述马达速度来估计马达损耗；线圈温度估计部，其根据所述马达估计损耗和所述马达温度信号来估计线圈温度；以及过载处理部，其基于所述结估计温度和所述线圈估计温度来生成转矩限制信号或警报信号。
例如，已知一种升降机控制装置(例如参照专利文献2。)，具有对用于使升降篮在上下方向上运行的交流电动机进行驱动控制的逆变器装置，所述升降机控制装置的特征在于，具备：开关损耗运算器，其运算所述逆变器装置内半导体功率元件进行开关时的瞬时的开关损耗；以及导通损耗运算器，其运算在所述半导体功率元件导通并流过恒定电流时的瞬时的导通损耗，其中，基于这些开关损耗和导通损耗来估计瞬时的结温上升，根据该结温来减轻针对所述功率元件的负荷。
已知一种功率元件过热保护装置(例如参照专利文献3。)，被配置于使用将直流转换为期望的交流的逆变器并通过PWM控制来驱动负载的驱动装置，用于保护构成所述逆变器的多个功率元件免于过热，所述功率元件过热保护装置的特征在于，具备：温度检测单元，其检测遮盖所述多个功率元件的外壳的温度；温度估计单元，其运算每个所述功率元件的结温与所述外壳温度之间的温度差的上升量，并对获得的温度差的上升量加上所述外壳的温度，根据运算的结果来估计每个所述功率元件的结温；过热异常判定单元，其将每个所述功率元件的结温与每个所述功率元件的容许动作温度分别进行比较运算，根据运算的结果，在结温比容许动作温度高时，判定为功率元件为过热状态，并输出过热异常信号；以及电力切断信号输出单元，其在从所述过热异常判定单元输入了至少一个过热异常信号的情况下，输出用于切断所述功率元件的栅极的电力切断信号。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-261078号公报
专利文献2：日本特开平11-255442号公报
专利文献3：日本特开2008-131722号公报
发明内容
发明要解决的问题
一般而言，如果与转换器连接的三相交流电源正常，则电压或电流的不平衡率小，因此存在于转换器内的多个功率半导体元件中的各个功率半导体元件的结温的偏差少。因而，即使以减轻在运算处理装置的运算处理中结温估计处理所占的比例(例如CPU使用率)为目的而基于一个热等效电路来估计功率半导体元件的结温，所计算出的结温的估计值与各功率半导体元件所具有的结温的真值之间的偏离也少。像这样，在与转换器连接的三相交流电源的电压或电流的不平衡率小的情况下，能够通过基于一个热等效电路进行的功率半导体元件的结温的估计处理同时实现运算处理装置的计算处理的负担的减轻和高精度的温度估计。
然而，在与转换器连接的三相交流电源的电力质量差的情况、三相交流电源发生了断相等异常的情况下，电压或电流的不平衡率变大，因此存在于转换器内的多个功率半导体元件中的各个功率半导体元件的结温的偏差也变大。当在三相交流电源的不平衡率大的状况下基于一个热等效电路来估计功率半导体元件的结温时，所计算出的结温的估计值较大地偏离了多个功率半导体元件中的几个功率半导体元件的结温的真值。即，导致出现了具有相对于所计算出的结温的估计值较大地偏离了的结温的真值的功率半导体元件。虽然也考虑为了准确地估计多个功率半导体元件中的各个功率半导体元件的结温而针对各功率半导体元件设定热等效电路来执行结温估计处理，但是在该情况下，在运算处理装置的运算处理中结温估计处理所占的比例(例如CPU使用率)变大，可能导致对结温估计处理以外的其它运算处理造成影响。另外，为了抑制对其它运算处理的影响，考虑使用高性能的运算处理装置，但这样的运算处理装置昂贵。因而，期望实现一种即使在与转换器连接的三相交流电源的不平衡率高的情况下也能够高精度地计算设置在转换器内的功率半导体元件的结温估计值的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统。
用于解决问题的方案
根据本公开的一个方式，一种温度估计装置，计算设置于转换器的功率半导体元件的结温估计值，转换器进行三相交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间的电力转换，温度估计装置具备：电流检测部，其检测流向功率半导体元件的电流的值；以及结温估计部，其基于至少根据由电流检测部检测出的电流的值计算出的结温暂定值以及与转换器连接的三相交流电源的不平衡率，来计算功率半导体元件的结温估计值。
另外，根据本公开的一个方式，转换器系统具备：上述温度估计装置；以及转换器，其设置有功率半导体元件，通过功率半导体元件进行通断动作来进行三相交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间的电力转换，其中，结温估计部计算功率半导体元件的结温估计值。
发明的效果
根据本公开的一个方式，能够实现即使在与转换器连接的三相交流电源的电力质量差的情况、三相交流电源发生了断相等异常的情况等三相交流电源的不平衡率高的情况下也能够高精度地计算设置在转换器内的功率半导体元件的结温估计值的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统。即，根据本公开的一个方式，能够减轻在运算处理装置的运算处理中结温估计处理所占的比例(例如CPU使用率)，因此能够抑制对该运算处理装置中的除温度估计处理以外的其它运算处理的影响。
附图说明
图1是示出本公开的第一实施方式和第四实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统的图。
图2是示出本公开的第一实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统中的不平衡率计算部的变形例的图。
图3是例示通过温度补偿系数的第二计算方法计算出的不平衡率k与温度补偿系数A的关系的图。
图4是示出本公开的第一实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
图5是示出本公开的第二实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统的图。
图6是示出本公开的第二实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
图7是示出本公开的第三实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统的图。
图8是示出本公开的第四实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
图9是示出本公开的第四实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
具体实施方式
下面，参照附图来对温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统进行说明。为了易于理解，附图适当变更了比例尺。另外，附图所示的方式是用于实施的一个例子，本公开不限定于图示的方式。
作为具备本公开的实施方式的温度估计装置的转换器系统的直流侧的负载，有由逆变器和交流马达构成的组、以及直流马达等。设置有交流马达或直流马达的机械例如包括机床、锻压机械、注射成型机、工业机械或者各种机器人等。
下面，作为一例，对设置逆变器和交流马达来作为具备本公开的实施方式的温度估计装置的转换器系统的直流侧的负载的例子进行说明。交流马达的种类没有特别限定，例如既可以是感应马达，也可以是同步马达。另外，交流马达的相数并非用于特别地限定本公开的实施方式，例如既可以是三相，也可以是单相。此外，对于设置直流马达来作为具备本公开的实施方式的温度估计装置的转换器系统的直流侧的负载的情况，也同样能够应用下面的说明。
首先，对本公开的第一实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统进行说明。
图1是示出本公开的第一实施方式和第四实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统的图。图1所示的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统中的各要素的连接关系也能够应用于后述的第四实施方式。
转换器系统100具备本公开的第一实施方式的温度估计装置1、转换器2以及转换器控制装置3。在转换器2的交流侧，例如经由电磁接触器(MCC)和三相交流反应器而连接三相交流电源4。如果要举出三相交流电源4的一例，则有三相交流400V电源、三相交流200V电源、三相交流600V电源等。
转换器系统100内的转换器2具备三相桥式电路31、平滑电容器32、DC支撑电容器33、预充电电路34以及温度检测元件35。
转换器2内的三相桥式电路31只要能够将交流电力转换为直流电力即可，例如有PWM开关控制方式的整流电路、同步整流方式的整流电路以及二极管整流方式的整流电路等。在图1所示的例子中，作为一例，将三相桥式电路31设为PWM开关控制方式的整流电路或同步整流方式的整流电路。
三相桥式电路31具有与三相的各相对应的三个引线。各引线具有上臂和下臂。在转换器2由PWM开关控制方式的整流电路或同步整流方式的整流电路构成的情况下，在三相桥式电路31的各上臂和各下臂设置有由半导体开关元件以及与该半导体开关元件反向并联连接的二极管构成的功率半导体元件。作为半导体开关元件的例子，有IGBT、FET、晶闸管、GTO以及晶体管等。在转换器2由二极管整流方式的整流电路构成的情况下，在三相桥式电路31的各上臂和各下臂设置有由二极管构成的功率半导体元件。
平滑电容器32设置在三相桥式电路31的直流侧，具有抑制来自三相桥式电路31的直流输出的脉动成分的功能。作为平滑电容器32的例子，例如有电解电容器、薄膜电容器等。
DC支撑电容器33设置在平滑电容器32与逆变器5的直流侧之间，具有蓄积直流电力的功能。作为DC支撑电容器33的例子，例如有电解电容器、薄膜电容器等。
设置预充电电路(初始充电电路)34，以在逆变器5的动作开始前对DC支撑电容器33进行预充电(初始充电)。预充电电路34具有用于对三相桥式电路31与DC支撑电容器33之间的电路进行断开和闭合的开关以及与开关并联连接的充电电阻。在从逆变器5刚启动后(电源刚接通后)起直到逆变器5的通常动作开始前为止的预充电期间，开关开放(断开)。在预充电期间中，开关维持断开状态，因此从三相桥式电路31输出的电流经由充电电阻而作为充电电流向DC支撑电容器33流入，DC支撑电容器33被充电(预充电)。在预充电期间中，从三相桥式电路31输出的电流流过充电电阻，因此能够防止涌流的产生。当DC支撑电容器33被充电至规定的电压时，开关从断开切换为闭合，完成通过预充电电路34进行的预充电。在预充电完成后，从三相桥式电路31输出的电流通过处于闭合状态的开关而向与DC支撑连接的逆变器5和DC支撑电容器33流动。
温度检测元件35设置在功率半导体元件的附近，是输出随着温度检测元件35的温度变化而变化的元件。从温度检测元件35输出的信号被发送到后述的温度估计装置1内的周围温度检测部14。作为温度检测元件35的例子，例如有PTC热敏电阻、NTC热敏电阻以及铂测温电阻体等。
转换器系统100内的转换器控制装置3具备开关控制部41和DC支撑部电压检测部42。
DC支撑部电压检测部42检测DC支撑电容器33的两端的电位差即DC支撑电容器电压值。该电容器电压值与直流支撑电压值相当。即，在三相桥式电路31的直流输出侧的正侧端子出现的正电位与在三相桥式电路31的直流输出侧的负侧端子出现的负电位之间的电位差的值为DC支撑电容器电压值。由DC支撑部电压检测部42检测出的DC支撑电容器电压值被发送到开关控制部41，另外，还被发送到用于控制逆变器5的上级控制装置(未图示)。
开关控制部41基于从上级控制装置(未图示)接收到的驱动指令、由DC支撑部电压检测部42检测出的DC支撑电容器电压值、由后述的电流检测部11检测出的输入到转换器2的电流的值(流向功率半导体元件的电流的值)以及由后述的电压检测部13检测出的转换器2的三相交流电源侧的端子间电压的值等，来生成用于针对三相桥式电路31内的各功率半导体元件的半导体开关元件指示导通和截止的开关指令。所生成的开关指令被发送到半导体开关元件的驱动电路(未图示)。驱动电路根据开关指令的内容向各半导体开关元件施加用于使半导体开关元件通断的栅极电压。
此外，在图1所示的例子中，电流检测部11和电压检测部13是由温度估计装置1和转换器控制装置3共用的。作为其代替例，也可以是，针对温度估计装置1和转换器控制装置3分别独立地设置电流检测部和电压检测部。
在转换器控制装置3内设置运算处理装置(处理器)。该运算处理装置具有上述的开关控制部41和DC支撑部电压检测部42。运算处理装置所具有的这些各部例如是通过在处理器上执行的计算机程序实现的功能模块。例如，在以计算机程序形式构筑开关控制部41和DC支撑部电压检测部42的情况下，能够通过使运算处理装置按照该计算机程序进行动作，来实现各部的功能。用于执行开关控制部41和DC支撑部电压检测部42的各处理的计算机程序也可以以记录于半导体存储器、磁记录介质或光记录介质之类的计算机可读记录介质的形式来被提供。另外，或者也可以将开关控制部41和DC支撑部电压检测部42实现为写入有用于实现各部的功能的计算机程序的半导体集成电路。
在转换器2的直流侧连接逆变器5。逆变器5由开关元件以及与该开关元件反向并联连接的二极管的桥式电路构成。作为开关元件的例子，有IGBT、FET、晶闸管、GTO以及晶体管等，但也可以是其它半导体元件。在图1所示的例子中，将马达6设为三相交流马达，因此逆变器5由三相桥式电路构成。在马达6为单相交流马达的情况下，逆变器5由单相桥式电路构成。基于上级控制装置(未图示)的指令来对逆变器5内部的开关元件的通断动作进行PWM控制，由此逆变器5将DC支撑中的直流电力转换为交流电力后向交流输入输出侧的马达6供给，并且将通过马达6的减速而再生的交流电力转换为直流电力并返回到DC支撑。基于从逆变器5供给的交流电力来对马达6的速度、转矩或转子的位置进行控制。用于控制逆变器5的上级控制装置可以由模拟电路与运算处理装置的组合构成，或者也可以仅由运算处理装置构成。能够构成用于控制逆变器5的上级控制装置的运算处理装置例如有IC、LSI、CPU、MPU、DSP等。
本公开的第一实施方式的温度估计装置1计算在转换器2内的三相桥式电路31中设置的功率半导体元件的结温估计值。温度估计装置1具备电流检测部11、结温估计部12、电压检测部13、周围温度检测部14、温度比较部15以及警报输出部16。
电流检测部11检测流向设置在转换器2的三相桥式电路31内的功率半导体元件的电流的值(输入到转换器2的电流的值)。由电流检测部11检测出的电流的值被发送到结温估计部12内的暂定值计算部23和转换器控制装置3内的开关控制部41。此外，电流检测部11也可以与设置于转换器控制装置3的电流检测部共用。
电压检测部13检测转换器2的三相交流电源4侧的端子间电压(线间电压)的值。由电压检测部13检测出的端子间电压的值被发送到结温估计部12内的暂定值计算部23和不平衡率计算部21、以及转换器控制装置3内的开关控制部41。此外，电压检测部13也可以与设置于转换器控制装置3的电压检测部共用。
周围温度检测部14基于从设置在功率半导体元件的附近的温度检测元件35发送来的信号来检测功率半导体元件的周围温度。由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度被发送到结温估计部12内的暂定值计算部23。
结温估计部12基于至少根据由电流检测部11检测出的电流的值计算出的结温暂定值以及与转换器2连接的三相交流电源4的不平衡率，来计算功率半导体元件的结温估计值。因此，结温估计部12具有不平衡率计算部21、温度补偿系数计算部22、暂定值计算部23以及估计值计算部24。
暂定值计算部23基于由电流检测部11检测出的电流的值、由电压检测部13检测出的端子间电压的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。结温暂定值是在三相交流电源4平衡的状态下估计出的结温的值，即，是不考虑三相交流电源4的不平衡率而估计出的值。
功率半导体元件的结温暂定值Tj1能够如式1那样表示。在式1中，将在功率半导体元件中通过流动电流而产生的电力设为W。另外，在式1中，将预先规定的功率半导体元件的单位基准电力设为W0，将功率半导体元件的每单位基准电力W0的温度上升率定义为“ΔT/W0”(常数)。另外，在式1中，将由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度设为Ta，将热时间常数设为τ，将在功率半导体元件中产生有电力的时间(在功率半导体元件中流动着电流的时间)设为t。
[数1]
在式1中，在功率半导体元件中产生的电力W能够通过将由电流检测部11检测出的电流的值的平方与功率半导体元件的电阻成分的值相乘来求出。例如，在将功率半导体元件的电阻设为R且将流向功率半导体元件的电流设为I时，在功率半导体元件中产生的电力W为“W＝R×I2”。因此，暂定值计算部23按照式1，基于由电流检测部11检测出的电流的值、由电压检测部13检测出的端子间电压的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。此外，例如也可以在如转换器2的设置场所的温度大致恒定那样的情况下，通过在式1中将功率半导体元件的周围温度Ta设为常数(即，转换器2的设置场所的温度)，从而省略周围温度检测部14和温度检测元件35。
不平衡率计算部21计算三相交流电源4的不平衡率。在图1所示的例子中，不平衡率计算部21基于由电压检测部13检测出的端子间电压(线间电压)的值，来计算三相交流电源4的电压的不平衡率。
能够按照公知的式子来计算三相交流电源4的电压的不平衡率。在此，作为一例，列出两种三相交流电源4的电压的不平衡率的计算方法。两种计算方法的出处为公益社团法人日本电气技术者协会的主页(https://jeea.or.jp/course/contents/05102/)。
针对三相交流电源4的电压的不平衡率的第一计算方法的说明如下。
当将由电压检测部13检测出的三相RST的端子间电压(线间电压)的值设为ERS、EST以及ETR时，端子间电压平均值Eavg能够如式2那样表示。
[数2]
正相电压E1能够如式3那样表示。
[数3]
反相电压E2能够如式4那样表示。
[数4]
因此，根据三相交流电源4的电压的不平衡率的第一计算方法，能够使用式3所示的正相电压E1和式4所示的反相电压E2来如式5那样表示三相交流电源4的电压的不平衡率k。
[数5]
针对三相交流电源4的电压的不平衡率的第二计算方法的说明如下。
当将由电压检测部13检测出的三相RST的端子间电压(线间电压)的值设为ERS、EST以及ETR时，端子间电压平均值Eavg能够如上述的式2那样表示。此时，各端子间电压ERS、EST以及ETR与端子间电压平均值Eavg之差的绝对值的最大值Ediffmax能够如式6那样表示。
[数6]
Ediffmax＝max{|ERS-Eavg|，|EST-Eavg|，|ETE-Eavg|}...(6)
因此，根据三相交流电源4的电压的不平衡率的第二计算方法，能够使用式2所示的端子间电压平均值Eavg和式6所示的Ediffmax来如式7那样表示三相交流电源4的电压的不平衡率k。
[数7]
不平衡率计算部21例如按照上述的式5或式7，基于由电压检测部13检测出的端子间电压的值，来计算三相交流电源4的电压的不平衡率。
此外，不平衡率计算部21也可以基于由电流检测部11检测出的电流的值(输入到转换器2的电流的值)，计算三相交流电源4的电流的不平衡率来作为三相交流电源4的不平衡率。图2是示出本公开的第一实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统中的不平衡率计算部的变形例的图。由电流检测部11检测出的电流的值被发送到不平衡率计算部21。不平衡率计算部21基于由电流检测部11检测出的电流的值，来计算三相交流电源4的电流的不平衡率。在计算三相交流电源4的电流的不平衡率时，例如使用将上述的式5或式7的“电压的值”替换为“电流的值”后的式子即可。在图2中，不平衡率计算部21以外的电路构成要素与图1所示的电路构成要素是同样的，因此对相同的电路构成要素标注相同的附图标记并省略关于该电路构成要素的详细的说明。
由不平衡率计算部21计算出的三相交流电源4的不平衡率被发送到温度补偿系数计算部22。温度补偿系数计算部22基于不平衡率来计算温度补偿系数。由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数被发送到估计值计算部24。估计值计算部24将结温暂定值与温度补偿系数相乘所得到的值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
在此，对结温暂定值、温度补偿系数以及结温估计值进行更详细的说明。
如上所述，由暂定值计算部23按照式1计算出的结温暂定值是在三相交流电源4平衡(非不平衡)的状况下估计出的结温的值。在三相交流电源4平衡(非不平衡)的状况下基于由电流检测部11检测出的电流的值和由电压检测部13检测出的电压的值来按照式1计算出的结温暂定值是与结温的真值接近的值，因此即使将该结温暂定值直接估计为功率半导体元件的结温(即，即使用作结温估计值)，误差也少。
然而，在三相交流电源4的不平衡率大的状况下基于由电流检测部11检测出的电流的值和由电压检测部13检测出的电压的值来按照式1计算出的结温暂定值较大地偏离了多个功率半导体元件中的几个功率半导体元件的结温的真值。因此，在本公开的第一实施方式中，作为用于使在三相交流电源4的不平衡率大的状况下由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与结温的真值之间的偏离变小的参数，计算反映了三相交流电源4的不平衡率的温度补偿系数，并将结温暂定值与温度补偿系数相乘所得到的值确定为功率半导体元件的结温估计值。
在此，作为一例，列出两种温度补偿系数的计算方法。
针对温度补偿系数的第一计算方法的说明如下。
例如，通过上述的三相交流电源4的电压的不平衡率的第二计算方法来计算不平衡率k。此时，如果假设式6中的端子间电压ERS、EST以及ETR中的最小值为ERS，则式8成立。
[数8]
Ediffmax＝|ERS-Eavg|＝EavgERS...(8)
如果使用式7来对式8进行变形，则能够获得式9。
[数9]
在三相交流电源4的电压不平衡时，在向R相与S相之间施加电压ERS时在R相或S相的功率半导体元件中产生的电力WRS能够如式10那样表示。
[数10]
另一方面，在三相交流电源4的电压平衡时，在向R相与S相之间施加电压ERS时在R相或S相的功率半导体元件中产生的电力WRS能够如式11那样表示。
[数11]
可知，如果将式11所示的三相交流电源4的电压平衡时的电力WRS乘以式12所示的系数A，则能够获得式10所示的三相交流电源4的电压不平衡时的电力WRS。
[数12]
将式12所示的系数A用作用于使在三相交流电源4的不平衡率大的状况下由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与结温的真值之间的偏离变小的温度补偿系数。例如在不平衡率k为0％时，温度补偿系数A为1。温度补偿系数计算部22按照式12，使用由不平衡率计算部21计算出的不平衡率k来计算温度补偿系数A，并向估计值计算部24发送该温度补偿系数A。估计值计算部24例如将式1所表示的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数A相乘所得到的值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
针对温度补偿系数的第二计算方法的说明如下。
在温度补偿系数的第二计算方法中，通过转换器系统100的实际运用前的实验，使连接了能够输出0％～100％的任意的不平衡率的线间电压的实验用三相交流电源的转换器系统100进行动作，来求出不平衡率与温度补偿系数之间的关系式。在实验中，使实验用三相交流电源输出0％～100％中的特定的不平衡率的线间电压来实际测量三相桥式电路31内的各功率半导体元件的结温，通过将实际测量出的结温中的最大值除以式1所表示的结温估计值，来计算该特定的不平衡率时的温度补偿系数A。图3是例示通过温度补偿系数的第二计算方法计算出的不平衡率k与温度补偿系数A之间的关系的图。在图3中，通过黑圆点来表示通过实验得到的与0％～30％的不平衡率k对应的温度补偿系数A。根据通过实验得到的不平衡率k和温度补偿系数A的值，求出表示不平衡率k与温度补偿系数A之间的关系的近似式。在图3中，作为一例，通过直线近似(一次函数)来求出不平衡率k与温度补偿系数A之间的关系，但是也可以将一次函数以外的函数使用为近似式。另外，关于表示不平衡率k与温度补偿系数A之间的关系的近似式，也可以求出将不平衡率0％至100％设为一个区间的近似式。或者，也可以将不平衡率0％至100％之间分割为多个区间，并针对各区间求出表示不平衡率k与温度补偿系数A之间的关系的近似式。通过实验求出的表示不平衡率k与温度补偿系数A之间的关系的近似式被预先保存于温度补偿系数计算部22。温度补偿系数计算部22按照该近似式来计算与由不平衡率计算部21计算出的不平衡率k对应的温度补偿系数A，并向估计值计算部24发送该温度补偿系数A。估计值计算部24例如将式1所表示的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数A相乘所得到的值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
像这样，功率半导体元件的结温估计值是将式1所表示的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数A相乘所得到的。即，功率半导体元件的结温估计值Tj2能够如式13那样表示。
[数13]
此外，在按照式1计算结温暂定值时，通过将由电流检测部11检测出的电流进行平方所得到的值与功率半导体元件的电阻成分的值相乘来求出在功率半导体元件中产生的电力W。作为代替方法，也可以将功率半导体的正向电压Vf、集电极发射极间饱和电压VCE(sat)与由电流检测部11检测出的电流值相乘来求出在功率半导体元件中产生的电力W。在将功率半导体元件的电阻设为R且将流向功率半导体元件的电流设为I时，在功率半导体元件中产生的电力W为“W＝R×I2”，因此式1能够如式14那样变形。
[数14]
在式14中，温度上升率ΔT、功率半导体元件的电阻R以及功率半导体元件的基准电力W0为了运算的简单化而视为恒定值，导入式15所示的常数M。
[数15]
当将式15代入式14时，能够获得式16所表示的结温暂定值Tj1。
[数16]
暂定值计算部23能够按照式16，基于由电流检测部11检测出的电流的值和由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。因此，结温估计值Tj2能够如式17那样表示。
[数17]
如上所述，由估计值计算部24计算出的结温估计值例如被显示于显示部(未图示)。作为显示部的例子，有单独的显示器装置、附属于上级控制部的显示器装置、附属于温度估计装置1的显示器装置、附属于转换器系统100的显示器装置、附属于具备转换器系统100的马达驱动装置的显示器装置、以及附属于个人计算机和携带式终端的显示器装置等。另外，或者也可以代替显示部而通过音响设备(未图示)以声音的方式输出由温度估计装置1计算出的结温估计值。由此，即使在三相交流电源4的电力质量差的情况、三相交流电源4发生了断相等异常的情况等三相交流电源4的不平衡率高的情况下，作业者也能够准确地掌握功率半导体元件的结温估计值。
另外，向温度比较部15发送由估计值计算部24如上述那样计算出的结温估计值。
温度比较部15将由结温估计部12内的估计值计算部24计算出的结温估计值与规定的温度阈值进行比较。温度比较部15的比较结果被发送到警报输出部16。温度阈值例如被设定为比功率半导体元件由于过热而被破坏的温度低百分之几十左右的温度、比转换器系统100由于功率半导体元件过热而被破坏的温度低百分之几十左右的温度、或者比针对功率半导体元件或转换器系统预先规定的额定温度高百分之几十左右的温度等即可。在此列举出的数值仅是一例，也可以是除此以外的数值。另外，例如也可以通过实验或实际的运用使转换器系统100进行动作、或者通过由计算机进行的模拟，来事先求出与转换器系统100的应用环境、由警报输出部16进行的警报输出的有无之间的关系性等，之后设定温度阈值。所设定的温度阈值被存储于存储部(未图示)。此外，通过将存储温度阈值的存储部(未图示)设为能够由外部设备进行重写，由此即使暂时设定了温度阈值之后，也能够根据需要来变更为适当的值。
在温度比较部15的比较结果表示结温估计值为温度阈值以上的情况下，警报输出部16输出警报。从警报输出部16输出的警报被发送到例如显示部(未图示)，从而显示部例如进行向作业者通知“功率半导体元件过热”的显示。作为显示部的例子，有单独的显示器装置、附属于上级控制部的显示器装置、附属于温度估计装置1的显示器装置、附属于转换器系统100的显示器装置、附属于具备转换器系统100的马达驱动装置的显示器装置、以及附属于个人计算机和携带式终端的显示器装置等。另外，或者是从警报输出部16输出的警报例如被发送到音响设备(未图示)。另外，例如，从警报输出部16输出的警报例如被发送到LED、灯等发光设备(未图示)，发光设备通过在接收到警报时发光，来向作业者通知“功率半导体元件过热”。另外，例如，从警报输出部16输出的警报例如被发送到音响设备(未图示)，音响设备通过在接收到警报时例如发出如语音、扬声器、蜂鸣器、门铃等那样的声音，来向作业者通知“功率半导体元件过热”。由此，作业者能够可靠且容易地掌握功率半导体元件的过热。作业者例如采取使转换器系统100紧急停止、或者更换功率半导体元件之类的应对也变得容易。另外，从警报输出部16输出的警报既可以被使用于转换器系统100的保护动作，或者也可以被使用于具备转换器系统100的马达驱动装置的保护动作。
图4是示出本公开的第一实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
本公开的第一实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中的功率半导体元件的温度估计处理是在将转换器系统100与三相交流电源4连接来实际运用时被周期性地执行的处理。
在步骤S101中，电压检测部13检测转换器2的三相交流电源4侧的端子间电压的值。另外，虽然在图4中省略了图示，但是电流检测部11检测流向设置在转换器2的三相桥式电路31中的功率半导体元件的电流的值(输入到转换器2的电流的值)，周围温度检测部14基于从温度检测元件35发送来的信号来检测功率半导体元件的周围温度。
在步骤S102中，不平衡率计算部21计算三相交流电源4的不平衡率。所计算的三相交流电源4的不平衡率既可以是电压的不平衡率，也可以是电流的不平衡率。
在步骤S103中，温度补偿系数计算部22使用由不平衡率计算部21计算出的不平衡率来计算温度补偿系数。
在步骤S104中，暂定值计算部23基于由电流检测部11检测出的电流的值、由电压检测部13检测出的端子间电压的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。
在步骤S105中，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。向温度比较部15发送由估计值计算部24计算出的结温估计值。另外，对于由估计值计算部24计算出的结温估计值，例如既可以被显示于显示部(未图示)，也可以通过音响设备(未图示)以声音的方式被输出。
在步骤S106中，温度比较部15将由结温估计部12内的估计值计算部24计算出的结温估计值与规定的温度阈值进行比较。在步骤S106中判定为结温估计值为温度阈值以上的情况下，进入步骤S107，在判定为结温估计值小于温度阈值的情况下，返回到步骤S101。
在步骤S107中，警报输出部16输出警报。
上述的步骤S101～S107的处理被周期性地重复执行，直到在步骤S107中由警报输出部16输出警报为止。
接下来，对本公开的第二实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统进行说明。
本公开的第二实施方式根据流向功率半导体元件的电流的大小，来切换是将结温暂定值与温度补偿系数相乘所得到的值作为结温估计值进行输出、或者是将结温暂定值直接作为结温估计值进行输出。
图5是示出本公开的第二实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统的图。
本公开的第二实施方式的温度估计装置1是在图1或图2所示的第一实施方式的温度估计装置1内的结温估计部12中添加电流比较部25而得到的。即，结温估计部12还具有电流比较部25。
由电流检测部11检测出的电流的值除了被发送到结温估计部12内的暂定值计算部23和转换器控制装置3内的开关控制部41以外，还被发送到电流比较部25。
电流比较部25将由电流检测部11检测出的电流的值与规定的电流阈值进行比较。电流比较部25的比较结果被发送到估计值计算部24。电流阈值例如被设定为功率半导体元件的额定电流的60％，但是在此列举出的数值仅是一例，也可以是除此以外的数值。另外，例如也可以通过实验或实际的运用来使转换器系统100进行动作、或者通过由计算机进行的模拟，来事先求出与转换器系统100的应用环境、由警报输出部16进行的警报输出的有无之间的关系性等，之后设定电流阈值。所设定的电流阈值被存储于存储部(未图示)。此外，通过将存储电流阈值的存储部(未图示)设为能够由外部设备进行重写，由此即使在暂时设定了电流阈值之后，也能够根据需要来变更为适当的值。
在流向功率半导体元件的电流小的情况下，三相交流电源4的不平衡率所造成的影响小，因此能够认为由暂定值计算部23计算出的结温暂定值接近真值。因此，在本公开的第二实施方式中，在流向功率半导体元件的电流小的情况下，不使不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22进行动作，而是将结温暂定值确定为结温估计部，由此减轻构成不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22的运算处理装置的计算负荷。另一方面，在流向功率半导体元件的电流大的情况下，三相交流电源4的不平衡率所造成的影响大，因此能够认为由暂定值计算部23计算出的结温暂定值较大地偏离了真值。因此，在本公开的第二实施方式中，在流向功率半导体元件的电流大的情况下，将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值确定为结温估计值，由此相较于计算负荷的减轻而言，优先提高温度估计处理的精度。
在电流比较部25的比较结果表示由电流检测部11检测出的电流的值为电流阈值以上的情况下，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为结温估计值进行输出。另外，在电流比较部25的比较结果表示由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值直接作为结温估计值进行输出。
在本公开的第二实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中，除了电流检测部11、估计值计算部24以及电流比较部25以外的结构和动作与参照图1所说明的结构和动作是同样的，因此省略说明。
图6是示出本公开的第二实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
本公开的第二实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中的功率半导体元件的温度估计处理是在将转换器系统100与三相交流电源4连接来实际运用时被周期性地执行的处理。
在步骤S201中，电压检测部13检测转换器2的三相交流电源4侧的端子间电压的值。另外，虽然在图6中省略了图示，但是周围温度检测部14基于从温度检测元件35发送来的信号，来检测功率半导体元件的周围温度。
在步骤S202中，电流检测部11检测流向设置于转换器2的三相桥式电路31的功率半导体元件的电流的值(输入到转换器2的电流的值)。
在步骤S203中，电流比较部25将由电流检测部11检测出的电流的值与规定的电流阈值进行比较。在步骤S203中判定为由电流检测部11检测出的电流的值为电流阈值以上的情况下，进入步骤S204，在判定为由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，进入步骤S208。
在步骤S204中，不平衡率计算部21计算三相交流电源4的不平衡率。所计算的三相交流电源4的不平衡率既可以是电压的不平衡率，也可以是电流的不平衡率。
在步骤S205中，温度补偿系数计算部22使用由不平衡率计算部21计算出的不平衡率来计算温度补偿系数。
在步骤S206中，暂定值计算部23基于由电流检测部11检测出的电流的值、功率半导体元件的电阻成分的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。
在步骤S207中，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
另一方面，在步骤S203中判定为由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，在步骤S208中，暂定值计算部23基于由电流检测部11检测出的电流的值、功率半导体元件的电阻成分的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。
在步骤S209中，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
在步骤S207和步骤S209中由估计值计算部24计算出的结温估计值被发送到温度比较部15。另外，对于由估计值计算部24计算出的结温估计值，例如既可以被显示于显示部(未图示)，也可以通过音响设备(未图示)以声音的方式被输出。
在步骤S210中，温度比较部15将由结温估计部12内的估计值计算部24计算出的结温估计值与规定的温度阈值进行比较。在步骤S210中判定为结温估计值为温度阈值以上的情况下，进入步骤S211，在判定为结温估计值小于温度阈值的情况下，返回到步骤S201。
在步骤S211中，警报输出部16输出警报。
上述的步骤S201～S211的处理被周期性地重复执行，直到在步骤S211中由警报输出部16输出警报为止。
如上所述，在步骤S203中判定为由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，不使不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22进行动作，从而减轻构成不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22的运算处理装置的计算负荷。因而，本公开的第二实施方式相较于第一实施方式而言能够减轻在运算处理装置的运算处理中结温估计处理所占的比例(例如CPU使用率)，并且提高结温估计值的精度。此外，在步骤S206和步骤S208中，作为功率半导体元件的电阻成分而言，也可以基于功率半导体的正向电压Vf、集电极发射极间饱和电压VCE(sat)来计算功率半导体元件的结温暂定值。
接下来，对本公开的第三实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统进行说明。
本公开的第三实施方式根据流向功率半导体元件的电流的大小和三相交流电源的不平衡率，来切换是将结温暂定值与温度补偿系数相乘所得到的值作为结温估计值进行输出、或者是将结温暂定值直接作为结温估计值进行输出。
图7是示出本公开的第三实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统的图。
本公开的第三实施方式的温度估计装置1是在图1或图2所示的第一实施方式的温度估计装置1内的结温估计部12中添加电流比较部25和不平衡率比较部26而得到的。即，结温估计部12还具有电流比较部25和不平衡率比较部26。
由电流检测部11检测出的电流的值除了被发送到结温估计部12内的暂定值计算部23和转换器控制装置3内的开关控制部41，还被发送到电流比较部25。
电流比较部25将由电流检测部11检测出的电流的值与规定的电流阈值进行比较。电流阈值例如被设定为功率半导体元件的额定电流的60％，但是在此列举出的数值仅是一例，也可以是除此以外的数值。电流比较部25的比较结果被发送到估计值计算部24。
由不平衡率计算部21计算出的不平衡率除了被发送到温度补偿系数计算部22，还被发送到不平衡率比较部26。
不平衡率比较部26将由不平衡率计算部21计算出的不平衡率与规定的不平衡率阈值进行比较。不平衡率比较部26的比较结果被发送到估计值计算部24。不平衡率阈值例如被设定为2％，但是在此列举出的数值仅是一例，也可以是除此以外的数值。另外，例如也可以通过实验或实际的运用来使转换器系统100进行动作、或者通过由计算机进行的模拟，来事先求出与转换器系统100的应用环境、由警报输出部16进行的警报输出的有无之间的关系性等，之后设定不平衡率阈值。所设定的不平衡率阈值被存储于存储部(未图示)。此外，通过将存储不平衡率阈值的存储部(未图示)设为能够由外部设备进行重写，由此即使在暂时设定了不平衡率阈值之后，也能够根据需要来变更为适当的值
在流向功率半导体元件的电流小的情况下，三相交流电源4的不平衡率所造成的影响小，因此能够认为由暂定值计算部23计算出的结温暂定值接近真值。因此，在本公开的第三实施方式中，在流向功率半导体元件的电流小的情况下，不使不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22进行动作，而是将结温暂定值直接确定为结温估计值，由此减轻构成不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22的运算处理装置的计算负荷。另外，在即使流向功率半导体元件的电流大但在三相交流电源4的不平衡率小的情况下，三相交流电源4的不平衡率所造成的影响小，因此能够认为由暂定值计算部23计算出的结温暂定值接近真值。因此，在本公开的第三实施方式中，通过在流向功率半导体元件的电流小且三相交流电源4的不平衡率小的情况下，不使温度补偿系数计算部22进行动作，而是将结温暂定值直接确定为结温估计值，由此减轻构成温度补偿系数计算部22的运算处理装置的计算负荷。另外，在流向功率半导体元件的电流大且三相交流电源4的不平衡率大的情况下，三相交流电源4的不平衡率所造成的影响大，因此能够认为由暂定值计算部23计算出的结温暂定值较大地偏离了真值。因此，在本公开的第三实施方式中，在流向功率半导体元件的电流大的情况下，将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值确定为结温估计值，由此相较于减轻计算负荷而言，优先提高温度估计处理的精度。
在电流比较部25的比较结果表示由电流检测部11检测出的电流的值为电流阈值以上且不平衡率比较部26的比较结果表示由不平衡率计算部计算出的不平衡率为不平衡率阈值以上的情况下，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为结温估计值进行输出。另外，在电流比较部25的比较结果表示由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值直接作为结温估计值进行输出。另外，在电流比较部25的比较结果表示由电流检测部11检测出的电流的值为电流阈值以上、且表示由不平衡率比较部26计算出的不平衡率小于不平衡率阈值的情况下，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值直接作为结温估计值进行输出。
在本公开的第三实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中，除电流检测部11、不平衡率计算部21、估计值计算部24、电流比较部25以及不平衡率比较部26以外的结构和动作与参照图1所说明的结构和动作是同样的，因此省略说明。
图8是示出本公开的第三实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
本公开的第三实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中的功率半导体元件的温度估计处理是在将转换器系统100与三相交流电源4连接来实际运用时被周期性地执行的处理。
在步骤S301中，电压检测部13检测转换器2的三相交流电源4侧的端子间电压的值。另外，虽然在图8中省略了图示，但是周围温度检测部14基于从温度检测元件35发送来的信号，来检测功率半导体元件的周围温度。
在步骤S302中，电流检测部11检测流向设置于转换器2的三相桥式电路31的功率半导体元件的电流的值(输入到转换器2的电流的值)。
在步骤S303中，电流比较部25将由电流检测部11检测出的电流的值与规定的电流阈值进行比较。在步骤S303中判定为由电流检测部11检测出的电流的值为电流阈值以上的情况下，进入步骤S304，在判定为由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，进入步骤S309。
在步骤S304中，不平衡率计算部21计算三相交流电源4的不平衡率。所计算的三相交流电源4的不平衡率既可以是电压的不平衡率，也可以是电流的不平衡率。
在步骤S305中，不平衡率比较部26将由不平衡率计算部21计算出的不平衡率与规定的不平衡率阈值进行比较。在步骤S305中判定为由不平衡率计算部21计算出的不平衡率为不平衡率阈值以上的情况下，进入步骤S306，在判定为由不平衡率计算部21计算出的不平衡率小于不平衡率阈值的情况下，进入步骤S309。
在步骤S306中，温度补偿系数计算部22使用由不平衡率计算部21计算出的不平衡率来计算温度补偿系数。
在步骤S307中，暂定值计算部23基于由电流检测部11检测出的电流的值、功率半导体元件的电阻成分的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。
在步骤S308中，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
另一方面，在步骤S303中判定为由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下、或者在步骤S305中判定为由不平衡率计算部21计算出的不平衡率小于不平衡率阈值的情况下，在步骤S309中，暂定值计算部23基于由电流检测部11检测出的电流的值、由电压检测部13检测出的端子间电压的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算功率半导体元件的结温暂定值。
在步骤S310中，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的结温暂定值作为功率半导体元件的结温估计值进行输出。
在步骤S308和步骤S310中由估计值计算部24计算出的结温估计值被发送到温度比较部15。另外，对于由估计值计算部24计算出的结温估计值，例如既可以被显示于显示部(未图示)，也可以通过音响设备(未图示)以声音的方式被输出。
在步骤S311中，温度比较部15将由结温估计部12内的估计值计算部24计算出的结温估计值与规定的温度阈值进行比较。在步骤S311中判定为结温估计值为温度阈值以上的情况下，进入步骤S312，在判定为结温估计值小于温度阈值的情况下，返回到步骤S301。
在步骤S312中，警报输出部16输出警报。
上述的步骤S301～S312的处理被周期性地重复执行，直到在步骤S311中由警报输出部16输出警报为止。
如上所述，在步骤S303中判定为由电流检测部11检测出的电流的值小于电流阈值的情况下，不使不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22进行动作，从而减轻构成不平衡率计算部21和温度补偿系数计算部22的运算处理装置的计算负荷。因而，本公开的第三实施方式相较于第一实施方式而言能够减轻在运算处理装置的运算处理中结温估计处理所占的比例(例如CPU使用率)，并且提高结温估计值的精度。另外，在步骤S305中判定为由不平衡率计算部21计算出的不平衡率小于不平衡率阈值的情况下，不使温度补偿系数计算部22进行动作，从而减轻构成温度补偿系数计算部22的运算处理装置的计算负荷。因而，本公开的第三实施方式相较于第二实施方式而言能够减轻在运算处理装置的运算处理中结温估计处理所占的比例(例如CPU使用率)，并且提高结温估计值的精度。
接下来，对本公开的第四实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统进行说明。
本公开的第四实施方式是针对转换器的各相检测流向功率半导体元件的电流的值，计算流过最大值的电流的功率半导体元件的结温估计值。
本公开的第四实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统中的各要素的连接关系与图1所示的第一实施方式的温度估计装置和具备该温度估计装置的转换器系统中的各要素的连接关系相同。但是，本公开的第四实施方式中的电流检测部11以及结温估计部12内的暂定值计算部23和估计值计算部24的各动作与第一实施方式中的电流检测部11以及结温估计部12内的暂定值计算部23和估计值计算部24的各动作不同。具体如下。
电流检测部11针对所述转换器的各相检测流向转换器2的三相桥式电路31的功率半导体元件的电流的值。即，电流检测部11检测流向三相桥式电路31的R相的功率半导体元件的电流的值、流向S相的功率半导体元件的电流的值、以及流向T相的功率半导体元件的电流的值。由电流检测部11检测出的各相的电流的值被发送到暂定值计算部23。
结温估计部12基于至少根据由电流检测部11检测出的各相的电流的值中的最大值计算出的结温暂定值和不平衡率，来计算流过最大值的电流的功率半导体元件的结温估计值。如下面那样更详细地说明结温估计部12内的暂定值计算部23和估计值计算部24的动作。
暂定值计算部23从电流检测部11所检测出的各相的电流中确定作为最大值的电流的值，基于该作为最大值的电流的值、由电压检测部13检测出的端子间电压的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算流过最大值的电流的功率半导体元件的结温暂定值。
估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的流过最大值的电流的功率半导体元件的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为流过最大值的电流的功率半导体元件的功率半导体元件的结温估计值进行输出。
在本公开的第四实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中，除电流检测部11、以及结温估计部12内的暂定值计算部23和估计值计算部24以外的结构和动作与参照图1所说明的结构和动作是同样的，因此省略说明。
图9是示出本公开的第四实施方式的温度估计装置的动作流程的流程图。
本公开的第四实施方式的温度估计装置1和具备该温度估计装置1的转换器系统100中的功率半导体元件的温度估计处理是在将转换器系统100与三相交流电源4连接来实际运用时被周期性地执行的处理。
在步骤S401中，电压检测部13检测转换器2的三相交流电源4侧的端子间电压的值。另外，虽然在图9中省略了图示，但是周围温度检测部14基于从温度检测元件35发送来的信号，来检测功率半导体元件的周围温度。
在步骤S402中，对于电流检测部11，电流检测部11针对所述转换器的各相检测流向转换器2的三相桥式电路31的功率半导体元件的电流的值(输入到转换器2的各相的电流的值)。由电流检测部11检测出的各相的电流的值被发送到暂定值计算部23。
在步骤S403中，暂定值计算部23从电流检测部11所检测出的各相的电流中确定作为最大值的电流的值。
在步骤S404中，不平衡率计算部21计算三相交流电源4的不平衡率。所计算的三相交流电源4的不平衡率既可以是电压的不平衡率，也可以是电流的不平衡率。
在步骤S405中，温度补偿系数计算部22使用由不平衡率计算部21计算出的不平衡率来计算温度补偿系数。
此外，步骤S403中的处理以及步骤S404和S405中的处理也可以调换顺序来执行。
在步骤S406中，暂定值计算部23基于在步骤S403中确定出的作为最大值的电流的值、功率半导体元件的电阻成分的值以及由周围温度检测部14检测出的功率半导体元件的周围温度，来计算流过最大值的电流的功率半导体元件的结温暂定值。
在步骤S407中，估计值计算部24将由暂定值计算部23计算出的流过最大值的电流的功率半导体元件的结温暂定值与由温度补偿系数计算部22计算出的温度补偿系数相乘所得到的值作为流过最大值的电流的功率半导体元件的功率半导体元件的结温估计值进行输出。在步骤S407中由估计值计算部24计算出的结温估计值被发送到温度比较部15。另外，对于由估计值计算部24计算出的结温估计值，例如既可以被显示于显示部(未图示)，也可以通过音响设备(未图示)以声音的方式被输出。
在步骤S408中，温度比较部15将由结温估计部12内的估计值计算部24计算出的结温估计值与规定的温度阈值进行比较。在步骤S408中判定为结温估计值为温度阈值以上的情况下，进入步骤S409，在判定为结温估计值小于温度阈值的情况下，返回到步骤S401。
在步骤S409中，警报输出部16输出警报。
上述的步骤S401～S409的处理被周期性地重复执行，直到在步骤S408中由警报输出部16输出警报为止。
在三相桥式电路31中，针对流过最大的电流的相设置的功率半导体元件发热最大，从而损坏的可能性高且寿命缩短的可能性也高。根据本公开的第四实施方式，基于流过最大值的电流的功率半导体元件的结温估计值来决定是否输出警报，因此能够更可靠地保护功率半导体元件免于过热，能够降低功率半导体元件的损坏和寿命缩短的可能性。
在第一实施方式～第四实施方式的温度估计装置1内设置有运算处理装置(处理器)。该运算处理装置具有上述的电流检测部11、结温估计部12、电压检测部13、周围温度检测部14、温度比较部15以及警报输出部16。运算处理装置所具有的这些各部例如是通过在处理器上执行的计算机程序来实现的功能模块。例如，在以计算机程序形式构筑电流检测部11、结温估计部12、电压检测部13、周围温度检测部14、温度比较部15以及警报输出部16的情况下，能够通过使运算处理装置按照该计算机程序进行动作，来实现各部的功能。用于执行电流检测部11、结温估计部12、电压检测部13、周围温度检测部14、温度比较部15以及警报输出部16的各处理的计算机程序也可以以记录于半导体存储器、磁记录介质或光记录介质之类的计算机可读记录介质的形式来被提供。另外，或者也可以将电流检测部11、结温估计部12、电压检测部13、周围温度检测部14、温度比较部15以及警报输出部16实现为写入有用于实现各部的功能的计算机程序的半导体集成电路。
附图标记说明
1：温度估计装置；2：转换器；3：转换器控制装置；4：三相交流电源；5：逆变器；6：马达；11：电流检测部；12：结温估计部；13：电压检测部；14：周围温度检测部；15：温度比较部；16：警报输出部；21：不平衡率计算部；22：温度补偿系数计算部；23：暂定值计算部；24：估计值计算部；25：电流比较部；26：不平衡率比较部；31：三相桥式电路；32：平滑电容器；33：DC支撑电容器；34：预充电电路；35：温度检测元件；41：开关控制部；42：DC支撑部电压检测部。

Claims (11)

1.一种温度估计装置，计算设置于转换器的功率半导体元件的结温估计值，所述转换器进行三相交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间的电力转换，所述温度估计装置具备：
电流检测部，其检测流向所述功率半导体元件的电流的值；以及
结温估计部，其基于至少根据由所述电流检测部检测出的所述电流的值计算出的结温暂定值以及与所述转换器连接的所述三相交流电源的不平衡率，来计算所述功率半导体元件的结温估计值。
2.根据权利要求1所述的温度估计装置，其中，
所述结温估计部具有：
不平衡率计算部，其计算所述不平衡率；
温度补偿系数计算部，其基于所述不平衡率来计算温度补偿系数；
暂定值计算部，其计算所述结温暂定值；以及
估计值计算部，其将所述结温暂定值与所述温度补偿系数相乘所得到的值作为所述结温估计值进行输出。
3.根据权利要求2所述的温度估计装置，其中，
所述暂定值计算部至少基于由所述电流检测部检测出的所述电流的值和所述功率半导体元件的电阻成分的值，来计算所述结温暂定值。
4.根据权利要求2或3所述的温度估计装置，其中，
还具备周围温度检测部，所述周围温度检测部检测所述功率半导体元件的周围温度，
所述暂定值计算部至少基于所述周围温度和由所述电流检测部检测出的所述电流的值，来计算所述结温暂定值。
5.根据权利要求2所述的温度估计装置，其中，
还具备电压检测部，所述电压检测部检测所述转换器的三相交流电源侧的端子间电压的值，
所述不平衡率计算部基于由所述电压检测部检测出的所述端子间电压的值，来计算所述不平衡率。
6.根据权利要求2所述的温度估计装置，其中，
所述不平衡率计算部基于由所述电流检测部检测出的所述电流的值，来计算所述不平衡率。
7.根据权利要求2～6中的任一项所述的温度估计装置，其中，
所述结温估计部还具有电流比较部，所述电流比较部将由所述电流检测部检测出的所述电流的值与规定的电流阈值进行比较，
在由所述电流检测部检测出的所述电流的值为所述电流阈值以上的情况下，所述估计值计算部将所述结温暂定值与所述温度补偿系数相乘所得到的值作为所述结温估计值进行输出，在由所述电流检测部检测出的所述电流的值小于所述电流阈值的情况下，所述估计值计算部将所述结温暂定值作为所述结温估计值进行输出。
8.根据权利要求2～6中的任一项所述的温度估计装置，其中，
所述结温估计部还具有：电流比较部，其将由所述电流检测部检测出的所述电流的值与规定的电流阈值进行比较；以及不平衡率电流比较部，其将所述不平衡率与规定的不平衡率阈值进行比较，
在由所述电流检测部检测出的所述电流的值为所述电流阈值以上且所述不平衡率为所述不平衡率阈值以上的情况下，所述估计值计算部将所述结温暂定值与所述温度补偿系数相乘所得到的值作为所述结温估计值进行输出，在由所述电流检测部检测出的所述电流的值小于所述电流阈值的情况下或者在由所述电流检测部检测出的所述电流的值为所述电流阈值以上且所述不平衡率小于所述不平衡率阈值的情况下，所述估计值计算部将所述结温暂定值作为所述结温估计值进行输出。
9.根据权利要求1～8中的任一项所述的温度估计装置，其中，
所述电流检测部针对所述转换器的各相检测流向所述功率半导体元件的电流的值，
所述结温估计部基于所述不平衡率和至少根据由所述电流检测部检测出的各相的所述电流的值中的最大值计算出的结温暂定值，来计算流过所述最大值的电流的所述功率半导体元件的结温估计值。
10.根据权利要求1～9中的任一项所述的温度估计装置，还具备：
温度比较部，其将由所述结温估计部计算出的所述结温估计值与规定的温度阈值进行比较；以及
警报输出部，其在所述结温估计值为所述温度阈值以上的情况下，输出警报。
11.一种转换器系统，具备：
根据权利要求1～9中的任一项所述的温度估计装置；以及
所述转换器，其设置有所述功率半导体元件，通过所述功率半导体元件进行通断动作来进行三相交流电源侧的交流电力与直流侧的直流电力之间的电力转换，
其中，所述结温估计部计算所述功率半导体元件的结温估计值。
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