CN1866717B - 变换器装置 - Google Patents

Abstract

变换器装置；为了对变换器装置的直流-交流变换电路(3)的第一～第六开关元件(Q1～Q6)进行热保护而设置散热体(6)。在散热体(6)上连接温度检出器(7)。设有通过运算推定散热体(6)温度的部件。求出散热体(6)温度的推定值与检出值之差值。根据该差值控制第一～第六开关元件(Q1～Q6)的开关频率。当所述差值较大时，将开关频率设成非可听频率。从而，实现变换器装置的开关元件的保护及噪声减小。

Description

变换器装置

技术领域

本发明涉及具有考虑开关元件的温度将开关频率设定为最佳或接近该最佳状态的功能的变换器装置。

背景技术

作为PWM(脉宽控制)型变换器的变换用开关元件，采用IGBT(绝缘栅型双极晶体管)等功率器件。开关元件具有稳态损耗及开关损耗(导通/截止时的损耗)，因此随着该损耗，开关元件的结部温度上升。开关元件的结部温度的容许值一般为150℃。为了抑制开关元件的结部温度的上升，使用散热体即散热器或冷却用扇。若将散热器或冷却用扇构成为具有较大的余量，则必然会导致大型且成本提高。为了防止开关元件的破坏，例如在专利文献日本特开2002-262580号公报中公开了检出散热器温度，并在该检出温度高于容许温度时停止对开关元件的通电的方法。

为了合理实现开关元件热破坏的防止，在专利文献日本特开2002-262580号公报中，将变换器的输出电流与预定系数相乘后确定容许温度。

PWM型变换器的另一问题是在负载含有交流电动机或变压器时，或者变换器的输出级包含平滑用电抗器时，存在基于开关频率发生磁噪声(磁致伸缩音)的问题。该磁噪声可通过将开关频率设定成高于可听频率来改善。但是，若设开关频率常时高于可听频率，则单位时间的开关元件的开关次数增大，单位时间的开关损耗增大。

另外，要求变换器装置更加可靠且更加简单地防止开关元件的热破坏。

发明内容

因而，本发明要解决的课题是在传统的变换器装置中难以将开关元件的开关频率设定为最佳或接近该最佳状态的情况。

另外，本发明要解决的另一课题是在传统的变换器装置中难以合理地抑制其本身或负载的磁噪声的情况。

另外，本发明要解决的另一课题是在传统的变换器装置中，难以合理防止开关元件的热破坏且合理设定开关频率的情况。

用以解决上述课题的本发明的变换器装置，其特征在于设有：

用以供给直流电力的直流输入端子；

用以向负载供给交流电力的交流输出端子；

连接在所述直流输入端子与所述交流输出端子之间且包括根据导通/截止动作将直流变换成交流的开关元件的直流-交流变换电路；

与所述开关元件热耦合的散热体；

形成用以控制将所述开关元件导通/截止控制的脉冲宽度的脉宽控制信号的脉宽控制信号形成电路；

检出流过所述开关元件的电流或具有与该电流成比例的值的电流作为主电流(I)的电流检出器；

可得到随着所述主电流(I)的增大而按第一斜率增大的检出值(Tf)作为所述散热体的温度的温度检出器；

包括与所述电流检出器连接，且对从所述电流检出器获得的所述主电流(I)上乘以预定系数的部件，且可得到随着所述主电流(I)的增大而按比所述第一斜率缓和的第二斜率增大的推定值(Toh)作为所述散热体的推定温度地形成的温度推定部件；

与所述温度推定部件和所述温度检出器连接且具有形成表示所述推定值(Toh)与所述检出值(Tf)之差值(ΔT)的差值信号的功能的差值信号形成部件；

与所述差值信号形成部件连接且具有形成设有与所述推定值(Toh)与所述检出值(Tf)之差值(ΔT)对应的值的频率指令(fc^*)的功能的频率指令形成部件；

发生为形成用以与所述脉宽控制信号进行比较，对开关元件进行导通/截止控制的脉冲而使用的比较波，与所述频率指令形成部件连接且具有以与所述频率指令(fc^*)对应的频率发生所述比较波的功能的比较波发生电路；

与所述脉宽控制信号形成电路及所述比较波发生电路连接且具有形成用以将所述脉宽控制信号和所述比较波比较而对所述开关元件进行导通/截止控制的开关控制脉冲的功能的开关控制脉冲形成电路；以及

在所述开关控制脉冲形成电路与所述开关元件的控制端子之间连接的开关驱动电路。

本发明中，所述检出值(Tf)的所述第一斜率不仅可以是响应所述主电流的增大而所述检出值(Tf)直线地增大的斜率，而且也可以是响应所述主电流的增大而所述检出值(Tf)曲线地即2次曲线地增大的斜率。另外，所述推定值(Toh)的所述第二斜率不仅可以是响应所述主电流的增大而所述推定值(Toh)直线地增大或减少的斜率，而且也可以是响应所述主电流的增大而所述推定值(Toh)曲线地即2次曲线地增大或减少的斜率。另外，本发明中，所述散热体指的是可放出所述开关元件的电流通路(半导体部分)的热量的所有部件。

还有，所述温度检出器最好在设散热体的温度为Tf、预定系数为a、所述主电流为I、第一常数为Kr时，发生按照Tf＝aI+Kr的输出，另外，所述温度推定部件在假设所述开关元件按预定基准频率的脉冲被导通/截止控制，且将所述开关元件的结部或所述散热体的温度的推定值设为Toh、比上述式的系数a小的系数设为b、所述主电流设为I、比上述式的所述第一常数Kr大的第二常数设为Kc时，执行按照Toh＝bI+Kc的运算。

另外，所述温度推定部件为了获得所述系数b，最好设有发生具有随着所述交流输出端子的交流电压的频率(fo)的增大而减少的值的第一系数A(fo)的第一系数发生部件；发生具有与所述基准频率成比例的值的第二系数B(fcr)的第二系数发生部件；以及将所述第一系数A(fo)与所述第二系数B(fcr)相乘后得到所述系数b的乘法部件。

另外，所述频率指令形成部件最好与所述差值信号形成部件连接且具有对所述差值(ΔT)乘以预定系数(α)而得到所述频率指令(fc^*)的功能。

另外，所述第二系数发生部件最好具有对应于彼此不同值的多个基准频率发生多个第二系数的功能。

另外，所述比较波发生电路最好包括：可变电流源电路；与所述可变电流源电路连接的比较波发生用电容器；与所述比较波发生用电容器并联连接的放电用开关；用以确定所述比较波的最大振幅的比较波发生用基准电压源；设有与所述比较波发生用电容器连接的一个输入端子和与所述比较波发生用基准电压源连接的另一输入端子及与所述放电用开关的控制端子连接的输出端子的比较波发生用比较器；以及在所述频率指令形成部件与所述可变电流源电路的控制端子之间连接且与所述频率指令成比例地控制所述可变电流源电路的输出电流(Ic)的电流控制电路。

另外，最好还包括与所述差值信号形成部件连接且具有判断所述差值(ΔT)是否小于预定值的功能及根据表示所述差值(ΔT)小于预定值的判定结果停止对所述开关元件的导通/截止控制的功能的停止控制部件。

另外，最好还包括发生表示所述差值(ΔT)的预定值的基准电压的停止控制用基准电压源；以及设有与所述差值信号形成部件连接的一个输入端子和与所述停止控制用基准电压源连接的另一输入端子及与所述放电用开关的控制端子连接的输出端子的停止控制用比较器。

另外，所述频率指令形成部件最好具有所述推定值(Toh)和所述检出值(Tf)之差值(ΔT)大于预定值时，形成用以将所述开关元件的开关频率设为非可听频率的频率指令(fc^*)的功能。

依据本发明，可将开关元件的开关频率设定在最佳或接近最佳状态。

另外，依据优选实施例的发明，可合理实现开关元件的热破坏的防止。

另外，依据优选实施例的发明，可容易且合理地防止基于开关频率发生的磁噪声(磁致伸缩音)。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的变换器装置的电路图。

图2是概略表示图1的控制电路的框图。

图3是更详细表示图2的控制电路的电路图。

图4是详细表示图1的频率指令及保护信息作成部件的电路图。

图5是表示图3的各部分状态的波形图。

图6是输出电流与温度的推定值及检出值的关系示图。

图7是温度的推定值与检出值之差值ΔT和比较波用频率指令fc^*的关系示图。

图8是输出电压的频率fo与第一系数A(f)的关系示图。

图9是开关的基准频率fcr与第二系数B(fcr)的关系示图。

(符号说明)

3直流-交流变换电路，5控制电路，6散热体，7温度检出器，8、8’、8”电流检出器，9频率指令及保护信息作成部件，22可变频率型比较发生电路，25停止控制部件。

具体实施方式

以下，参照图1～图9，说明本发明的实施例。

实施例1

图1表示的本发明实施例的可变电压可变频率型(VWF型)变换器装置中设有：与直流电源I连接的第一和第二直流输入端子1a、1b；平滑用或稳定化用电容器2；三相桥型直流-交流变换电路3；第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c；控制电路5；直流-交流变换电路3用的散热器即散热体6；温度检出器7；电流检出器8；频率指令及保护信息作成部件9；电压检出电路10；第一、第二和第三滤波用电抗器L1、L2、L3；以及第一、第二和第三滤波用电容器C1、C2、C3。

在第一和第二直流输入端子1a、1b与第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c之间连接的直流-交流变换电路3即变换器电路，是将直流电压变换成三相交流电压，并将它供给与第一、第二和第三输出端子4a、4b、4c连接的例如由感应电动机构成的负载11的公知的三相桥型变换器电路，由IGBT构成的第一、第二、第三、第四、第五和第六开关元件Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和与它们分别反向并联连接的保护用或反馈用第一、第二、第三、第四、第五和第六二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6构成。还有，可将第一～第六二极管D1～D6作成第一～第六开关元件Q1～Q6的内置或寄生二极管。第一和第二开关元件Q1、Q2的第一串联电路、第三和第四开关元件Q3、Q4的第二串联电路及第五和第六开关元件Q5、Q6的第三串联电路，在第一和第二直流输入端子1a、1b之间连接，第一、第二和第三串联电路的中间点经由第一、第二和第三滤波用电抗器L1、L2、L3连接到第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c。第一、第二和第三滤波用电容器C1、C2、C3分别在第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c之间连接。

第一、第二和第三滤波用电抗器L1、L2、L3及第一、第二和第三滤波用电容器C1、C2、C3去除因第一～第六开关元件Q1～Q6进行导通/截止动作而产生的高频分量。因而，在感应电动机等负载11不要求去除高频分量时，可省去第一、第二和第三滤波用电抗器L1、L2、L3及第一、第二和第三滤波用电容器C1、C2、C3。

第一～第六开关元件Q1～Q6及第一～第六二极管D1～D6配置在由金属等散热性良好的材料构成的散热体6上，与散热体6热耦合。因而，散热体6的温度与开关元件Q1～Q6的结部温度具有比例的关系。

温度检出器7固定于散热体6，将散热体6的温度变换成电信号后检出，通过线7a，将表示检出值Tf的信号发送给频率指令及保护信息作成部件9。开关元件Q1～Q6和散热体6经由预定热电阻热耦合，因此温度检出器7间接检出第一～第六开关元件Q1～Q6的结部温度。还有，这里为了使说明容易，将温度检出器7检出的散热体6的温度和从温度检出器7输出的检出值两个用同一的Tf表示。

将作为电流检出器7检出的直流-交流变换电路3的主电流的输出电流I和检出值Tf之间的关系，例如可用下式(1)表示。

Tf＝aI+Kr        (1)

这里，a是表示斜率的预定系数，Kr是第一常数。由该式(1)及图6可知检出值Tf响应输出电流I按第一斜率成比例地变化。

还有，取代从温度检出器7输出的表示散热体6温度的信号，在可确定散热体6与第一～第六开关元件Q1～Q6的结部温度之间的温度差值时，在散热体6的温度上加上所述温度差值，形成表示第一～第六开关元件Q1～Q6的结部温度的信号，可由温度检出器7输出表示第一～第六开关元件Q1～Q6的结部温度的信号。

电流检出器7与直流-交流变换电路3的输出线连接，并检出直流-交流变换电路3的输出电流I，通过线8a传送给频率指令及保护信息作成部件9。图1中用电流检出器8仅检出流过第一交流输出端子4a的输出电流I，将该输出电流I作为与流过第一～第六开关元件Q1～Q6的电流成比例的主电流加以使用，但如虚线所示，可沿着达到第三交流输出端子4c的通路追加配置另一电流检出器8’，并且在达到第二交流输出端子4b的通路上也配置其它电流检出器(未图示)。这样设置多个电流检出器时，根据这些输出的平均值检出第一～第六开关元件Q1～Q6的电流。另外，取代检出直流-交流变换电路3的输出电流I，而如虚线所示，可沿着输入侧的直流电流通路配置另一电流检出器8”，将由此得到的输入电流作为与流过第一～第六开关元件Q1～Q6的电流成比例的主电流加以使用。另外，可设置检出流过与第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c连接的负载11的电流的电流检出器，将该输出作为与第一～第六开关元件Q1～Q6的电流成比例的主电流加以使用。

频率指令及保护信息作成部件9与温度检出器7、电流检出器8及控制电路5通过线7a、8a、12连接。该频率指令及保护信息作成部件9中设有：通过运算求散热体6温度后得到推定值Toh的部件；通过运算求出表示推定值Toh与从温度检出器7得到的检出值Tf之差值ΔT的差值信号的差值信号形成部件；以及在该差值ΔT上乘以系数α形成用以确定第一～第六开关元件Q1～Q6的导通/截止控制用开关控制脉冲的频率(开关频率)的频率指令fc^*的频率指令形成部件。通过线9a，将频率指令fc^*发送给控制电路5，且通过线9b，将作为保护信息的表示所述差值ΔT的信号发送给控制电路5。图1中为了便于理解而将频率指令及保护信息作成部件9与控制电路5区别显示，但可令频率指令及保护信息作成部件9包含于控制电路5内而加以显示。对于该频率指令及保护信息作成部件9，将在后面详细说明。

电压检出电路10与第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c连接，检出变换器输出电压Vo，且通过线10a，将它发送给控制电路5。

控制电路5通过线9a、9b、12连接到频率指令及保护信息作成部件9，且通过线10a连接到电压检出电路10，还有，通过线13～18连接到第一～第六开关元件Q1～Q6的控制端子。还有，为了简化图示，图1中省略了线13～18与第一～第六开关元件Q1～Q6的控制端子之间的连接线。

图1的控制电路5大致如图2所示，设有脉宽控制信号形成电路21、本发明的可变频率型比较波发生电路22、PWM(脉宽调制)脉冲形成电路23、驱动电路24和停止控制部件25。

脉宽控制信号形成电路21形成用以对第一～第六开关元件Q1～Q6导通/截止控制用的开关控制脉冲(PWM脉冲)的宽度进行控制的公知的脉宽控制信号(PWM脉宽指令)，然后发送给PWM脉冲形成电路23。还有，脉宽控制形成电路21还具有对线12输出表示第一～第三交流输出端子4a～4c的交流输出电压的频率fo的信号的功能。对于该脉宽控制信号形成电路21，将在后面详细说明。

可变频率型比较波发生电路22通过线9a连接到图1的频率指令及保护信息作成部件9，响应本发明的比较波频率指令fc^*，发生比较波即载波(carrier)。比较波一般由锯齿波或三角波等周期性波形构成。对于该可变频率型比较波发生电路22，将在后面详细说明。

作为开关控制脉冲形成电路的PWM脉冲形成电路23，与脉宽控制信号形成电路21及比较波发生电路22连接且具有形成将多个脉宽控制信号与比较波分别比较后作为开关控制脉冲的PWM脉冲的功能。对于该PWM脉冲形成电路23，将在后面详细说明。

与PWM脉冲形成电路23连接的驱动电路24，是响应PWM脉冲将第一～第六开关元件Q1～Q6导通/截止驱动的公知的电路，向第一～第六线13～18输出第一～第六控制脉冲G1～G6。对于该驱动电路24，将在后面详细说明。

停止控制部件25通过线9b连接到图1的频率指令及保护信息作成部件9，响应该线9b的表示作为保护信息的差值ΔT的信号，判断是否停止直流-交流变换电路3，当判断要停止时对可变频率型比较波发生电路22进行停止控制，结果，对直流-交流变换电路3进行停止控制。对于该停止控制部件25，将在后面详细说明。

接着，参照图3，更详细说明控制电路5的各部分。脉宽控制信号形成电路21由脉宽控制用频率指令电路26、三相正弦波发生电路27、脉宽控制用基准电压源28、脉宽控制用误差放大器29和第一、第二和第三脉宽控制用乘法器30、31、32构成。

脉宽控制用频率指令电路26为了对第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c输出电压的频率fo进行可变控制而发生可变频率指令fo^*。三相正弦波发生电路27向线27a、27b、27c输出具有由频率指令fo^*指示的频率的三相基准正弦波。

脉宽控制用基准电压源28为了改变直流-交流变换电路3的输出电压Vo而构成为可变基准电压源。如点划线所示，使该脉宽控制用基准电压源28与脉宽控制用频率指令电路26联动，可令输出电压Vo与其频率fo同时增大或减少。脉宽控制用误差放大器29输出表示线10a的输出检出电压Vo与脉宽控制用基准电压源28的基准电压Vr之差值的误差信号ΔV。

第一、第二和第三脉宽控制用乘法器30、31、32输出由在线27a、27b、27c的第一、第二和第三相的正弦波基准电压上乘以误差信号ΔV并振幅调整后的正弦波构成的图5(A)所示的第一、第二和第三脉宽控制信号V1、V2、V3。脉宽控制信号形成电路21并不限于图3所示的电路，可为能够形成与第一、第二和第三脉宽控制信号V1、V2、V3相同或等效的信号的其它电路。

可变频率型比较波发生电路22由比较波发生用电容器33、可变电流源电路34、电流控制电路35、放电用开关36、比较波发生用基准电压源37和比较波发生用比较器38构成。

比较波发生用电容器33与可变电流源电路34的串联电路连接在直流电源端子39与接地端之间。因而，比较波发生用电容器33通过可变电流源电路34的电流Ic来充电。可变电流源电路34的控制端子与电流控制电路35连接。因此可变电流源电路34的电流Ic响应电流控制电路35的输出信号而变化。可变电流源电路34例如可由n沟道绝缘栅型场效应晶体管(以下简称FET)和电阻的串联电路构成。这时FET的栅极(控制端子)受电流控制电路35输出的控制，流过FET的电流变化。

电流控制电路35经由线9a连接到图1的频率指令及保护信息作成部件9，将与线9a的比较波频率指令fc^*成比例地变化的电流控制信号供给可变电流源电路34。因而，比较波发生用电容器33通过与比较波频率指令fc^*成比例地变化的电流Ic来充电。

表示为npn型晶体管的放电用开关36与比较波发生用电容器33并联连接。比较波发生用比较器38的一个输入端子与比较波发生用电容器33的一端连接，其另一输入端子与比较波发生用基准电压源37连接。因而，当比较波发生用电容器33两端子间电压即比较波Vt达到比较波发生用基准电压源37的基准电压Va时，比较波发生用比较器38的输出转换为高电平，且放电用开关36成为导通状态、比较波发生用电容器33放电，得到由锯齿波电压构成的比较波Vt。可变频率型比较波发生电路22并不限于图3所示的电路，可由发生与比较波Vt相同或类似的锯齿波或三角波或周期性波形的其它电路构成。

PWM脉冲形成电路23由第一、第二和第三PWM用比较器40、41、42构成。第一、第二和第三PWM用比较器40、41、42的一个输入端子与第一、第二和第三脉宽控制用乘法器30、31、32连接，它们的另一输入端子与比较波发生用电容器33的一端连接。因而，如图5(A)所示，第一、第二和第三PWM用比较器40、41、42比较由锯齿波电压构成的比较波Vt和第一、第二和第三脉宽控制信号V1、V2、V3，发生由图5(B)(D)(F)所示的2值信号形式的PWM信号构成的第一、第三和第五开关控制脉冲G1、G3、G5。

驱动电路24由第一、第二和第三驱动放大电路43、44、45和第一、第二和第三反相放大电路(NOT电路)46、47、48构成。第一、第二和第三驱动放大电路43、44、45放大第一、第二和第三PWM用比较器40、41、42输出后向线13、15、17输出第一、第三和第五开关控制脉冲G1、G3、G5，第一、第二和第三反相放大电路46、47、48使第一、第二和第三PWM用比较器40、41、42的输出反相，然后向线14、16、18输出图5(C)(E)(G)所示的第二、第四和第六开关控制脉冲G2、G4、G6。还有，在驱动电路24可设置用以防止第一和第二开关元件Q1、Q2同时导通，第三和第四开关元件Q3、Q4同时导通，以及第五和第六开关元件Q5、Q6同时导通的电路即公知的滞后时间赋予电路。

作为停止控制部件的停止控制电路25，由停止控制用基准电压源49和停止控制用比较器50构成。停止控制用比较器50的一个输入端子经由线9b连接到图1的频率指令及保护信息作成部件9，其另一输入端子与停止控制用基准电压源49连接，其输出端子与放电用开关36的控制端子(基极)连接。

停止控制用基准电压源49的基准电压Vb与表示线9b的差值ΔT的信号电平进行比较，设定为零或接近零的较低的预定值。因而，表示线9b的作为保护信息的差值ΔT的信号小于停止控制用电压源49的基准电压Vb时，停止控制用比较器50的输出成为高电平，放电用开关36强制成为导通状态，停止来自比较波发生用电容器33的比较波Vt的发生。

本实施例中为了简化电路结构，将放电用开关36兼用于停止用开关，但可个别地设置停止用开关。另外，电源端子39与接地端之间连接停止用开关，可通过用停止控制电路25的输出对停止用开关进行截止控制来停止直流-交流变换电路3的动作。另外，在线13～18连接停止用开关，也可通过用停止控制电路25的输出对停止用开关进行截止控制来停止直流-交流变换电路3的动作。

在图4中详细示出图1的频率指令及保护信息作成部件9的一例。该频率指令及保护信息作成部件9大致由求出散热体6或第一～第六开关元件Q1～Q6结部的温度的推定值Toh的推定值运算部件51、差值信号形成部件52和频率指令运算部件53构成。

推定值运算部件51由以下部分构成：作为发生第一系数A(fo)的部件的第一存储器54，作为发生第二系数B(fcr)的部件的第二存储器55，基准频率指令部件56，包含第一和第二乘法器57a、57b的乘法部件57，发生第二常数Kc的常数发生部件58，以及加法部件59。进行下式(2)的运算。

Toh＝bI+Kc

＝{A(fo)B(fcr)}I+Kc        (2)

这里，b表示{A(fo)B(fcr)}，具有小于所述式(1)的系数a的值，常数Kc具有大于所述式(1)的常数Kr的值。

作为第一系数发生部件的第一存储器54具有存放响应第一、第二和第三交流输出端子4a、4b、4c的输出电压的频率fo变化而变化的多个第一系数的存储表。如图8所示，在该存储表中存放了与输出电压的频率fo的第一、第二，第三和第四值fo1、fo2、fo3、fo4对应的4个第一系数A1(fo)、A2(fo)、A3(fo)、A4(fo)。图8中根据图示状况而示出4个第一系数，但这些数量可增减。还有，图8所示的第一系数A1(fo)、A2(fo)、A3(fo)、A4(fo)由实验确定。

第一存储器54通过线12连接到图3的脉宽控制用频率指令电路26，以表示从脉宽控制用频率指令电路26获得的输出电压的频率fo的信号为地址信号读出第一系数A1(fo)、A2(fo)、A3(fo)、A4(fo)。这时，频率fo整理成阶段性值，例如，设0～fo1的区间为fo1、fo1～fo2的区间为fo2、fo2～fo3的区间为fo3、fo3～fo4的区间为fo4、读出第一系数A(fo)。

图8的输出电压的频率fo与第一系数A(fo)的关系与将直流-交流变换电路3的输出电压的频率fo以外的条件固定后改变频率fo时的、输出电压的频率fo与第一～第六开关元件Q1～Q6结部温度或散热体6的温度的关系一致。即，第一系数A(fo)的变化表示与输出电压的频率fo变化对应的第一～第六开关元件Q1～Q6结部温度或散热体6温度的变化。由图8可知第一系数A(fo)对应于直流-交流变换电路3的输出电压的频率fo反比例地变化。因而，第一～第六开关元件Q1～Q6及散热体6的温度上升在直流时最高。

第二存储器55存放了表示第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率的基准值(以下称为基准频率fcr)和第二系数B(fcr)的关系的表。图9表示将基准频率fcr以外的所有条件固定后使直流-交流变换电路3动作时的基准频率fcr的变化与第二系数B(fcr)的关系，对应第一、第二，第三和第四基准频率fcr1、fcr2、fcr3、fcr4，示出4个第二系数B1(fcr)、B2(fcr)、B3(fcr)、B4(fcr)。显然，可增减第二存储器55中第二系数B(fcr)的存放数量。

由图9可知第二系数B(fcr)相对可称为初始设定开关频率的基准频率fcr成比例地变化。该第二系数B(fcr)表示第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率和第一～第六开关元件及散热体6的温度的关系，第一～第六开关元件Q1～Q6及散热体6的温度与开关频率即基准频率fcr成比例地变高。还有，用以确定上述式(2)的第二系数B(fcr)的基准频率fcr，最好确定比第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率可变范围的中间值低的值，若为最低则更好。

为了输出从第二存储器55的多个第二系数B(fcr)中选择的系数，设有基准频率指令部件56。该基准频率指令部件56输出指令第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率的基准值即基准频率fcr的信号。第二存储器55以基准频率fcr作为地址选择图9的第二系数B1(fcr)、B2(fcr)、B3(fcr)、B4(fcr)之一并加以输出。还有，图4中第二存储器55存放了多个第二系数B(fcr)，但可只存放一个第二系数B(fcr)。

第一乘法部件57a与第一和第二存储器54、55连接，将第一系数A(fo)与第二系数B(fcr)相乘后输出A(fo)B(fcr)。该A(fo)B(fcr)与上述式(2)的系数b相当。

第二乘法部件57b与第一乘法部件57a和输出电流I的检出线8a连接，对输出电流I乘以从第一乘法部件57a获得的系数b＝A(fo)B(fcr)后输出A(fo)B(fcr)I。还有，可将乘法部件57变形为可得到A(fo)B(fcr)I的其它乘法运算形式。另外，将第一系数A(fo)看成1也无妨时，可省去作为第一系数发生部件的第一存储器54，并对线8a的输出电流I仅乘以第二存储器55的第二系数B(fcr)后从乘法部件57输出表示B(fcr)I的信号。这时，上述式(2)的系数b成为B(fcr)。

常数发生部件58发生根据散热体6温度的运算求推定值Toh所需的第二常数(一定值)Kc，例如由存储器构成。

与第二乘法部件57b和常数发生部件58连接的加法部件59，对第二乘法部件57b的输出{A(fo)B(fcr)}I加上第二常数Kc后输出表示Toh＝{A(fo)B(fcr)}I+Kc的信号即散热体6温度的推定值Toh。

还有，可将推定值Toh变更为第一～第六开关元件Q1～Q6的温度的推定值Toh。

差值信号形成部件52与传输表示加法部件59与散热体6温度的检出值Tf的信号的线7a连接，从推定值Toh减去检出值Tf后输出表示两者之差值ΔT的信号。从差值信号形成部件52获得的表示差值ΔT的信号供给下一级的频率指令运算部件53，同时通过线9b也供给图3的停止控制部件25。

如图6所示，推定值Toh与检出值Tf对应输出电流I，按不同系数变化，因此当输出电流I按I1、I2、I3、I4变化时，差值ΔT按ΔT1、ΔT2、ΔT3、ΔT4变化。即，对应输出电流I的增大，差值ΔT逐渐减小。因而，可通过差值ΔT预测输出电流I及负载11的大小，可将差值ΔT作为保护信息加以使用。即，图6的与保护温度Toff对应的输出电流为I4时的差值ΔT4包含将直流-交流变换电路3截止的温度信息。

图4的频率指令运算部件53由第三系数发生部件60和第三乘法部件61构成。第三系数发生部件60发生具有预定值的第三系数α。与差值信号形成部件52和第三系数发生部件60连接的第三乘法器61，向线9a输出由对从差值信号形成部件52获得的差值ΔT乘以第三系数α后的值αΔT构成的比较波用频率指令fc^*。

如图7所示，差值ΔT的值随着ΔT4、ΔT3、ΔT2、ΔT1那样增大，比较波用频率指令fc^*的值也如fc1^*、fc2^*、fc3^*、fc4^*那样增大。由图6可知差值ΔT的值较大时，输出电流I较小且散热体6及第一～第六开关元件Q1～Q6的温度低于保护温度Toff，因此第一～第六开关元件Q1～Q6及第一～第六二极管D1～D6中损耗增大也无妨。因此，本发明中，使磁噪声的减轻优先于开关损耗减轻，当差值ΔT较大时，第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率控制为高于可听频率的值。从而，减轻负载11的感应电动机或变压器或滤波用电抗器L1、L2、L3等磁气电路中的磁噪声(磁致伸缩音)。开关频率的变更如图2中已说明的那样，通过控制可变频率型比较波发生电路22来执行。比较波用频率指令fc^*，在输出电流I为其容许最大值(例如I4)优选10％以下、更优选50％以下、最优选90％以下时设定为非可听频率(例如10kHz以上)，其以外设定为可听频率。

图3的停止控制部件25的停止控制用基准电压源49的基准电压Vb设定为表示图6的推定值Toh横切保护温度Toff的点即输出电流I的值为I4时的推定值Toh与检出值Tf之差值ΔT4的电压。因而，若包含保护信息的差值ΔT的值在ΔT4以下，则停止控制用比较器50的输出成为高电平，如已作的说明，比较波Vt的发生停止，第一～第六开关元件Q1～Q6的导通/截止动作停止，防止第一～第六开关元件Q1～Q6的热破坏。

本实施例具有如下优点。

(1)第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率并不固定于预定基准频率，而根据推定值Toh与检出值Tf之差值ΔT变化。即，第一～第六开关元件Q1～Q6的结部温度有余量时可提高开关频率。特别是，在第一～第六开关元件Q1～Q6的结部温度上有余量时若开关频率高达非可听频率(例如10kHz以上)，则能防止作为负载11的例如包含感应电动机或变压器的电路，或滤波用电抗器L1、L2、L3中的磁噪声。

(2)第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率对差值ΔT以成比例地变化，若差值ΔT较小，则开关频率变得较低，依赖于第一～第六开关元件Q1～Q6的开关频率的损耗及发热变少，优先保护第一～第六开关元件Q1～Q6。从而，能够合理实现第一～第六开关元件Q1～Q6的热破坏的防止与磁噪声的减小。

(3)求推定值Toh时，响应交流输出电压的频率fo的变化，第一系数A(fo)的值变化。因而可提高推定值Toh的精度。另外，用以对第一～第六开关元件Q1～Q6进行开关的基准频率fcr变更时，第二系数B(fcr)也改变。因而可进一步提高推定值Toh的精度。

(4)比较波频率指令fc^*通过对推定值Toh与检出值Tf之差值ΔT乘以第三系数α来求得，因此可容易获得比较波频率指令fc^*。

(5)第一～第六开关元件Q1～Q6的导通/截止动作的停止控制，通过使用表示差值ΔT的电压信号作为保护信息来进行。因而，可容易执行停止控制。

(6)由于将比较波发生用电容器33的放电用开关36兼用于停止控制，可以简单的电路执行停止控制。

本发明并不限于上述的实施例，例如可进行如下变形。

(1)实施例1中，通过实验的方法求得第一系数A(fo)、第二系数B(fcr)、第三系数α及第一常数Kc，但也可取代为根据直流-交流变换电路3、散热体6等的物理结构，通过计算来求出。即，可通过考虑了第一～第六开关元件Q1～Q6的pn结部与它们的壳体之间的热电阻rth(j-c)、壳体与散热体6之间的热电阻rth(c-f)、过渡热电阻、第一～第六开关元件Q1～Q6的稳态损耗及开关损耗的公知的计算方法，求出第一～第六开关元件Q1～Q6的结温度或散热体6温度的推定值Toh。还有，在该计算中最好也考虑第一～第六二极管D1～D6的发热。另外，当第一～第六开关元件Q1～Q6为IGBT时，因集电极-发射极间饱和电压V_CE(sat)的偏差而损耗变化，因此最好考虑集电极-发射极间饱和电压而求出推定值Toh。

(2)直流-交流变换电路3可变形为单相桥型变换器电路或半桥型变换器电路或推挽型变换器电路等。

(3)可将控制电路5置换成具有与图3相同功能的其它电路。另外，控制电路5和频率指令及保护信息作成部件9的至少一部分可由数字电路构成。

(4)第一～第六开关元件Q1～Q6可为IGBT以外的晶体管、FET等其它半导体开关。

(5)图6的检出值Tf的斜率并不限于随着输出电流I的增大而检出值Tf直线地增大的斜率，可变更为曲线即二次曲线地增大的斜率。另外，图6的推定值Toh的斜率并不限于随着输出电流I的增大而推定值Toh直线地增大的斜率，可变更为曲线即二次曲线地增大的斜率。

Claims (8)

1.一种变换器装置，其特征在于设有：

用以供给直流电力的直流输入端子；

用以向负载供给交流电力的交流输出端子；

连接在所述直流输入端子与所述交流输出端子之间且包括根据导通/截止动作将直流变换成交流的开关元件的直流-交流变换电路；

与所述开关元件热耦合的散热体；

形成脉宽控制信号的脉宽控制信号形成电路，所述脉宽控制信号控制用以对所述开关元件进行导通/截止控制的脉冲宽度；

检出流过所述开关元件的电流或具有与该电流成比例的值的电流作为主电流I的电流检出器；

可得到随着所述主电流I的增大而按第一斜率增大的检出值Tf，并将所述检出值Tf作为所述散热体的温度的温度检出器；

与所述电流检出器连接的温度推定部件，包括对从所述电流检出器获得的所述主电流I乘以预定系数的部件，且可得到随着所述主电流I的增大而按比所述第一斜率缓和的第二斜率增大的推定值Toh，并将所述推定值Toh作为所述散热体的推定温度；

与所述温度推定部件和所述温度检出器连接且具有形成表示所述推定值Toh与所述检出值Tf之差值ΔT的差值信号的功能的差值信号形成部件；

与所述差值信号形成部件连接，且具有形成设有对所述推定值Toh与所述检出值Tf之差值ΔT乘以预定系数α的值αΔT的频率指令fc^*的功能的频率指令形成部件；

发生比较波的比较波发生电路，该比较波用于与所述脉宽控制信号进行比较以形成对所述开关元件进行导通/截止控制的脉冲，所述比较波发生电路与所述频率指令形成部件连接且具有以与所述频率指令fc*对应的频率发生所述比较波的功能；

与所述脉宽控制信号形成电路及所述比较波发生电路连接的开关控制脉冲形成电路，其具有将所述脉宽控制信号和所述比较波进行比较并形成对所述开关元件进行导通/截止控制的开关控制脉冲的功能；以及

在所述开关控制脉冲形成电路与所述开关元件的控制端子之间连接的开关驱动电路。

2.如权利要求1所述的变换器装置，其特征在于：

所述温度检出器在设散热体的温度为Tf、预定系数为a、所述主电流为I、第一常数为Kr时，发生按照

Tf＝aI+Kr          (1)的输出；

所述温度推定部件在假设所述开关元件按预定基准频率的脉冲被导通/截止控制，且将所述开关元件的结部或所述散热体的温度的推定值设为Toh、比所述式(1)的系数a小的系数设为b、所述主电流设为I、比所述式(1)的所述第一常数Kr大的第二常数设为Kc时，执行按照

Toh＝bI+Kc    (2)的运算。

3.如权利要求2所述的变换器装置，其特征在于：

所述温度推定部件为了获得所述式(2)的系数b，设有：

发生具有随着所述交流输出端子的交流电压的频率fo的增大而减少的值的第一系数A(fo)的第一系数发生部件；

发生具有与所述基准频率成比例的值的第二系数B(fcr)的第二系数发生部件；以及

将所述第一系数A(fo)与所述第二系数B(fcr)相乘后得到所述式(2)的所述系数b的乘法部件。

4.如权利要求3所述的变换器装置，其特征在于：

所述第二系数发生部件具有对应于彼此不同值的多个基准频率发生多个第二系数的功能。

5.如权利要求1所述的变换器装置，其特征在于：

所述比较波发生电路包括：

可变电流源电路；

与所述可变电流源电路连接的比较波发生用电容器；

与所述比较波发生用电容器并联连接的放电用开关；

用以确定所述比较波的最大振幅的比较波发生用基准电压源；

设有与所述比较波发生用电容器连接的一个输入端子和与所述比较波发生用基准电压源连接的另一输入端子及与所述放电用开关的控制端子连接的输出端子的比较波发生用比较器；以及

在所述频率指令形成部件与所述可变电流源电路的控制端子之间连接，且形成用以得到与所述频率指令成比例的所述可变电流源电路的输出电流Ic的电流控制信号，并将该电流控制信号供给所述可变电流源电路的控制端子的电流控制电路。

6.如权利要求1所述的变换器装置，其特征在于：

还包括与所述差值信号形成部件连接且具有判断所述差值ΔT是否小于预定值的功能及根据表示所述差值ΔT小于预定值的判定结果停止对所述开关元件的导通/截止控制的功能的停止控制部件。

7.如权利要求5所述的变换器装置，其特征在于：

还包括发生表示所述差值ΔT的预定值的基准电压的停止控制用基准电压源；以及

设有与所述差值信号形成部件连接的一个输入端子和与所述停止控制用基准电压源连接的另一输入端子及与所述放电用开关的控制端子连接的输出端子的停止控制用比较器。

8.如权利要求1所述的变换器装置，其特征在于：

所述频率指令形成部件具有所述推定值Toh和所述检出值Tf之差值ΔT大于预定值时，形成用以将所述开关元件的开关频率设为非可听频率的频率指令fc^*的功能。

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