DE112017004631T5 - Wechselrichterapparatur und elektrischer Fahrzeugkompressor, der mit derselben versehen ist - Google Patents

Wechselrichterapparatur und elektrischer Fahrzeugkompressor, der mit derselben versehen ist Download PDF

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Abstract

Eine Wechselrichterapparatur wird bereitgestellt, die in der Lage ist, ein Leistungshalbleiterelement mit einer hohen Genauigkeit selbst vor einer sofortigen Temperaturerhöhung zu schützen. Eine Wechselrichtersteuerungseinheit 12 berechnet Verluste von Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W durch eine Verlustberechnungseinheit 31 und schätzt Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente durch eine Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 für jede PWM-Trägerperiode in einer PWM-Steuerungseinheit 27 ab. Eine Temperaturschutzeinheit 33 führt eine vorbestimmte Schutzoperation aus, wenn die Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente für jede durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit abgeschätzte PWM-Trägerperiode einen vorbestimmten Wert überschreitet.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselrichterapparatur, die beispielsweise einen Motor eines elektrischen Kompressors betreibt, und einen elektrischen Fahrzeugkompressor, der mit derselben versehen ist.
  • Stand der Technik
  • Aus jüngsten Umweltproblemen haben ein Hybridauto und ein Elektroauto auf sich aufmerksam gemacht. In Klimaanlagen von diesem Typ oder desgleichen von dem Hybridauto wurde ein elektrischer Kompressor als ein Kältemittelkompressor verwendet. Der elektrische Kompressor treibt durch einen Motor, zu dem Energie von einer Batterie eines Fahrzeugs zugeführt wird, ein Kompressionselement an, und der Motor wird durch eine Wechselrichterapparatur betrieben.
  • Die Wechselrichterapparatur von diesem Typ steuert durch schaltende Leistungshalbleiterelemente (IGBT, MOSFET, oder dergleichen) in einer Brückenkonfiguration eine Stromversorgung von jeder Phase des Motors. Die Leistungshalbleiterelemente erzeugen Verlusten-entsprechende Wärme. Daher wird, insbesondere wenn der elektrische Kompressor ein elektrischer Fahrzeugkompressor ist, der in einer Umgebung mit einer heftigen Temperatur (Hochtemperatur), wie etwa einem Motorraum, zu verwenden ist, der Überhitzungsschutz der Leistungshalbleiterelemente, die die Wechselrichterapparatur ausbilden, sehr wichtig.
  • Als ein Schutzsystem in Anbetracht der Wärmeerzeugung der Leistungshalbleiterelemente ist ein System genannt, das die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements abschätzt und dann den Betrieb basierend auf der Tatsache anhält, dass die Sperrschichttemperatur angestiegen ist, um einen vorbestimmten Wert zu erreichen. Die Sperrschichttemperatur ist die Temperatur von Halbleiterchips (Oberflächentemperaturen eines IGBT-Chips oder eines MOSFET-Chips und eines FWD-Chips) innerhalb des Leistungshalbleiterelements und wird durch Erfassen der Temperatur (Temperatur nahe dem Leistungshalbleiterelement) einer Platine, auf die die Leistungshalbleiterelemente montiert sind, mit einen Temperatursensor (Temperaturdetektor) erhalten, und dann wird ein Temperaturerhöhungswert, der äquivalent zu der Wärmeerzeugungsmenge, die durch Verluste, einschließlich Schaltverluste und ständige Verluste (Leitungsverluste oder Stromversorgungsverluste) der Leistungshalbleiterelemente, erzeugt wird, zu dem erfassten Wert addiert (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
  • Referenzdokumentliste
  • Patentdokument
  • Patentdokument 1: japanisches Patent Nr. 3075303
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • 5 ist eine Figur, die ein konventionelles Schutzsystem mit einer Sperrschichttemperatur erklärt. In dieser Figur stellt die vertikale Achse einen Wert eines Phasenstromwerts eines Wechselrichterschaltkreises, der Leistungshalbleiterelemente in einer Brückenkonfiguration enthält, dar, und die horizontale Achse stellt einen Temperatursensorerfassungswert, der die Temperatur (Temperatur nahe den Leistungshalbleiterelementen) einer Platine, auf die die Leistungshalbleiterelemente montiert sind, dar.
  • Eine in 5 dargestellte vieleckige Linie gibt einen Schutzschwellwert an, bei dem, bis ein Erfassungswert des Temperatursensors auf T1 ansteigt, ein Strom abgesperrt wird wenn ein Phasenstrom einen vorbestimmten Wert Astop erreicht, und, bis der Erfassungswert des Temperatursensors von T1 auf T2 ansteigt, ein Strom bei einem Wert abgesperrt wird, der kleiner als der vorbestimmte Wert Astop ist (schräge Linie in der vieleckigen Linie von 5). Ein Verfahren zum Berechnen des Schutzschwellwerts ist folgendermaßen.
  • Im Einzelnen wird angenommen, dass eine Spannung (HV-Spannung), die von einer Fahrzeugbatterie (Fahrzeug-HV-Stromversorgung) angelegt wird, der Maximalwert (beispielsweise 300 V oder dergleichen) ist, Verluste (Wärmeerzeugungsmenge) der Leistungshalbleiterelemente werden basierend auf den Eigenschaften der Leistungshalbleiterelemente aus der angelegten Spannung (HV-Spannung) und den Phasenstromwerten berechnet und dann wird ein Temperaturerhöhungswert aus den Verlusten im Voraus berechnet (Das Verhältnis zwischen dem Phasenstrom und dem Temperaturerhöhungswert wird im Voraus unter einer Bedingung bestimmt, dass die angelegte Spannung der Maximalwert ist.). Der Schutzschwellwert (vieleckige Linie) in 5 zeigt das Verhältnis zwischen dem Phasenstrom und dem Erfassungswert des Temperatursensors, bei dem die durch Addieren des Erfassungswerts des Temperatursensors zu dem Temperaturerhöhungswert erhaltene Sperrschichttemperatur ein vorbestimmter Wert (beispielsweise +175 °C oder dergleichen) ist, der die Temperaturgrenze des Leistungshalbleiterelements ist.
  • Bislang wurde der Schutz des Leistungshalbleiterelements, bei dem, zu der Zeit bis der Erfassungswert des Temperatursensors T1 erreicht hat, ein Strom abgesperrt wurde wenn der Wert des Phasenstroms auf den Astop angestiegen ist, beispielsweise basierend auf dem in 5 dargestellten Schutzschwellwert durchgeführt. Jedoch ist der Schutzschwellwert ein Schutzschwellwert wenn die angelegte Spannung (HV-Spannung) der Maximalwert ist, d.h. unter den schlechtesten Bedingungen, und daher war der Schutz dahingehend nachteilig, dass, wenn die angelegte Spannung (HV-Spannung) niedrig war, ein Strom in einem Stadium abgesperrt wurde, in dem es nicht nötig war, den Schutz durchzuführen.
  • Darüber hinaus wurde, in Bezug auf die Verlustberechnung unter den schlechtesten Bedingungen, der Verlust bislang unter der Annahme, dass der Phasenstrom eine Sinuswelle ist, aus einem Mittelwert eines relativ langen Zeitraums berechnet. Jedoch wird die angelegte Spannung moduliert und daher wird die Wellenform des Phasenstroms auch nicht eine ideale Sinuswelle und wird eine, die eine Welligkeit oder eine harmonische Komponente enthält. Daher war eine Situation eines sofortigen Überschreitens der Temperaturgrenze des Leistungshalbleiterelements, die durch den Mittelwert nicht gefunden wurde, aufgetreten, und es war bislang nicht möglich, das Leistungshalbleiterelement durch eine exakte Beurteilung der Situation zu schützen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die konventionellen technischen Probleme zu lösen. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wechselrichterapparatur, die in der Lage ist, ein Leistungshalbleiterelement mit einer hohen Genauigkeit selbst vor einer sofortigen Temperaturerhöhung zu schützen, und einen elektrischen Fahrzeugkompressor, der dieselbe verwendet, bereitzustellen.
  • Mittel zum Lösen der Probleme
  • Eine Wechselrichterapparatur der vorliegenden Erfindung ist mit einem Wechselrichterschaltkreis, der Leistungshalbleiterelemente, die eine Brückenkonfiguration ausbilden, hat, und einer Wechselrichtersteuerungseinheit, die eine die Leistungshalbleiterelemente ansteuernde PWM-Steuerungseinheit hat, versehen, in welcher ein Temperaturdetektor, der die Temperatur nahe dem Leistungshalbleiterelement erfasst, und ein Phasenstromdetektor, der einen Phasenstrom des Wechselrichterschaltkreises erfasst, vorgesehen sind, und die Wechselrichtersteuerungseinheit hat eine Verlustberechnungseinheit, die einen Verlust des Leistungshalbleiterelements aus einem durch den Phasenstromdetektor erfassten Phasenstrom von zumindest einer Phase und einer angelegten Spannung berechnet, und eine Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit, die eine Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements durch Addieren eines aus dem durch die Verlustberechnungseinheit berechneten Verlust des Leistungshalbleiterelements erhaltenen Temperaturerhöhungswerts zu der durch den Temperaturdetektor erfassten Temperatur abschätzt, den Verlust des Leistungshalbleiterelements durch die Verlustberechnungseinheit berechnet und die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit für jede PWM-Trägerperiode in der PWM-Steuerungseinheit abschätzt, und dann eine vorbestimmte Schutzoperation ausführt wenn die für jede PWM-Trägerperiode durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit abgeschätzte Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  • In der Wechselrichterapparatur der Erfindung von Anspruch 2 ist die PWM-Trägerperiode in der oben beschriebenen Erfindung ausreichend kleiner als die Frequenz des Phasenstroms des Wechselrichterschaltkreises und ist ausreichend kürzer als eine thermische Zeitkonstante des Leistungshalbleiterelements.
  • In jeder oben beschriebenen Erfindung berechnet die Verlustberechnungseinheit in der Wechselrichterapparatur der Erfindung von Anspruch 3 den Verlust des Leistungshalbleiterelements aus einem Schaltverlust und einem ständigen Verlust des Leistungshalbleiterelements, und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit berechnet den Temperaturerhöhungswert durch Multiplizieren des durch die Verlustberechnungseinheit berechneten Verlusts des Leistungshalbleiterelements mit dem thermischen Widerstand des Leistungshalbleiterelements.
  • In jeder oben beschriebenen Erfindung berechnet die Verlustberechnungseinheit in der Wechselrichterapparatur der Erfindung von Anspruch 4 den Verlust des Leistungshalbleiterelements von jeder Phase der Brückenkonfiguration aus dem Phasenstrom von jeder Phase des Wechselrichterschaltkreises und der angelegten Spannung und die Wechselrichtersteuerungseinheit führt die Schutzoperation basierend auf der höchsten Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements aus.
  • In jeder oben beschriebenen Erfindung ist das Leistungshalbleiterelement in der Wechselrichterapparatur der Erfindung von Anspruch 5 ein Komplex aus einem Halbleiterschaltelement und einer Schutzdiode, die Verlustberechnungseinheit berechnet einen Verlust des Halbleiterschaltelements und einen Verlust der Schutzdiode und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit schätzt die Sperrschichttemperatur des Halbleiterschaltelements und die Sperrschichttemperatur der Schutzdiode ab.
  • In der Wechselrichterapparatur der Erfindung von Anspruch 6 begrenzt die Wechselrichtersteuerungseinheit in jeder oben beschriebenen Erfindung einen Strom, der in dem Wechselrichterschaltkreis fließt, wenn die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet und sperrt einen Strom ab, der veranlasst wird, in dem Wechselrichterschaltkreis zu fließen, wenn die Sperrschichttemperatur einen zweiten vorbestimmten Wert, der höher als der erste vorbestimmte Wert ist, überschreitet.
  • Ein elektrischer Fahrzeugkompressor der Erfindung von Anspruch 7 ist in einem Fahrzeug montiert und ist mit einem Motor versehen, der durch die Wechselrichterapparatur von jeder oben beschriebenen Erfindung betrieben wird.
  • Vorteilhafter Effekt der Erfindung
  • Entsprechend der vorliegenden Erfindung sind in der Wechselrichterapparatur, die mit dem Wechselrichterschaltkreis, der die Leistungshalbleiterelemente hat, die die Brückenkonfiguration ausbilden, und der Wechselrichtersteuerungseinheit, die die PWM-Steuerungseinheit hat, die die Leistungshalbleiterelemente ansteuert, versehen ist, der Temperaturdetektor, der die Temperatur nahe dem Leistungshalbleiterelement erfasst, und der Phasenstromdetektor, der den Phasenstrom des Wechselrichterschaltkreis erfasst, vorgesehen, und die Wechselrichtersteuerungseinheit hat die Verlustberechnungseinheit, die den Verlust des Leistungshalbleiterelements aus dem durch den Phasenstromdetektor erfassten Phasenstrom von zumindest einer Phase und der angelegten Spannung berechnet, und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit schätzt die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements durch Addieren des Temperaturerhöhungswerts, der aus dem durch die Verlustberechnungseinheit berechneten Verlust des Leistungshalbleiterelements erhalten wird, zu der durch den Temperaturdetektor erfassten Temperatur, ab, berechnet den Verlust des Leistungshalbleiterelements durch die Verlustberechnungseinheit und schätzt die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit für jede PWM-Trägerperiode in der PWM-Steuerungseinheit ab. Da die PWM-Trägerperiode ausreichend kleiner als die Frequenz des Phasenstromwechselrichterschaltkreises und ausreichend kürzer als die thermische Zeitkonstante des Leistungshalbleiterelements ist, kann, wie in der Erfindung von Anspruch 2, der sofortige Wert der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements in einer Hochgeschwindigkeitsperiode, wie etwa der PWM-Trägerperiode, abgeschätzt werden.
  • Wenn die durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit für jede PWM-Trägerperiode abgeschätzte Sperrschichttemperatur (sofortiger Wert) des Leistungshalbleiterelements einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird die vorbestimmte Schutzoperation ausgeführt, und daher kann das Leistungshalbleiterelement mit einer hohen Genauigkeit selbst vor einer sofortigen Temperaturerhöhung geschützt werden.
  • In diesem Fall, wenn, wie in der Erfindung von Anspruch 3, die Verlustberechnungseinheit den Verlust des Leistungshalbleiterelements aus dem Schaltungsverlust und dem ständigen Verlust des Leistungshalbleiterelements berechnet und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit den Temperaturerhöhungswert durch Multiplizieren des durch die Verlustberechnungseinheit berechneten Verlusts des Leistungshalbleiterelements mit dem thermischen Widerstand des Leistungshalbleiterelemente berechnet, kann der sofortige Wert der Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements exakt berechnet und abgeschätzt werden.
  • Darüber hinaus kann, wenn, wie in der Erfindung von Anspruch 4, die Verlustberechnungseinheit den Verlust des Leistungshalbleiterelements von jeder Phase der Brückenkonfiguration aus dem Phasenstrom von jeder Phase des Wechselrichterschaltkreises und der angelegten Spannung berechnet und die Wechselrichtersteuerungseinheit die Schutzoperation basierend auf der höchsten Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelemente ausführt, das Leistungshalbleiterelement einer Phase, in der die Temperaturerhöhung die schärfste ist, sicher und fehlerlos geschützt werden.
  • Insbesondere in dem Fall, in dem, wie in der Erfindung von Anspruch 5, das Leistungshalbleiterelement der Komplex aus dem Halbleiterschaltelement und der Schutzdiode ist, kann, wenn die Verlustberechnungseinheit den Verlust des Halbleiterschaltelements und den Verlust der Schutzdiode berechnet und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit die Sperrschichttemperatur des Halbleiterschaltelements und die Sperrschichttemperatur der Schutzdiode abschätzt, selbst in dem Fall des Leistungshalbleiterelements, das die Schutzdiode hat, der Schutz ohne ein Problem ausgeführt werden.
  • Darüber hinaus beschränkt, wie in der Erfindung von Anspruch 6, die Wechselrichtersteuerungseinheit den in dem Wechselrichterschaltkreis fließenden Strom wenn die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements die erste vorbestimmte Temperatur überschreitet und die Wechselrichtersteuerungseinheit sperrt den Strom, der veranlasst wird, in dem Wechselrichterschaltkreis zu fließen, ab, wenn die Sperrschichttemperatur den zweiten vorbestimmten Wert, der höher als der erste vorbestimmte Wert ist, überschreitet, und das Auftreten eines unnötigen Stromabsperrens kann vermieden werden während der Schutz des Leistungshalbleiterelemente sicher durchgeführt wird.
  • Durch Betreiben des Motors durch die Wechselrichterapparatur von jeder oben beschriebenen Erfindung in dem elektrischen Fahrzeugkompressor kann, wie mit der Erfindung von Anspruch 7, in der der elektrische Fahrzeugkompressor in einer Hochtemperaturumgebung verwendet wird, ein sehr effektiver Überhitzungsschutz erzielt werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines elektrischen Fahrzeugkompressors eines Beispiels, auf den eine Wechselrichterapparatur der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
    • 2 ist ein elektrischer Schaltplan der Wechselrichterapparatur von einem Beispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 3 ist eine Figur, die eine Umschaltsteuerung, Verluste eines Halbleiterschaltelements und einer Schutzdiode und abgeschätzte Werte der Sperrschichttemperaturen der Wechselrichterapparatur von 2 darstellt.
    • 4 ist eine Figur, die den Ablauf einer Abschätzungsberechnung der Sperrschichttemperatur, die durch die Wechselrichtersteuerungseinheit von 2 ausgeführt wird, darstellt.
    • 5 ist eine Figur, die ein konventionelles Schutzsystem durch eine Sperrschichttemperatur erklärt.
  • Art und Weise zum Ausführen der Erfindung
  • Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. 1 stellt eine schematische Querschnittsansicht eines elektrischen Fahrzeugkompressors 1, auf den die vorliegende Erfindung angewendet ist, dar. Der elektrische Kompressor 1 eines Beispiels bildet einen Teil eines Kältemittelkreises einer Klimaanlage aus, die Luft eines Fahrzeuginnenraums eines Fahrzeugs, das nicht dargestellt ist, klimatisiert, und ist in einem Motorraum eines Fahrzeugs montiert. Der elektrische Kompressor 1 ist in dem Gehäuse 2 mit einem Motor 3 und einem Kompressionselement 6 von einem Schneckentyp oder dergleichen, das durch eine Rotationswelle 4 des Motors 3 angetrieben wird, vorgesehen. An dem Gehäuse 2 ist ferner eine Wechselrichterapparatur 7 der vorliegenden Erfindung angebracht. Der Motor 3 wird durch die Wechselrichterapparatur 7 betrieben, um das Kompressionselement 6 anzutreiben. Das Kompressionselement 6 wird durch die Rotationswelle 4 des Motors 3 angetrieben, um ein Kältemittel von dem Kältemittelkreis anzusaugen, das Kältemittel zu verdichten und dann das Kältemittel wieder in den Kältemittelkreis auszustoßen.
  • Als nächstes stellt 2 einen elektrischen Schaltplan der Wechselrichterapparatur 7 dar. Die Wechselrichterapparatur 7 des Beispiels ist mit einer Steuerungsplatine 11 versehen, auf die ein Wechselrichterschaltkreis 8 und ein Glättungskondensator 9 und eine durch einen Mikrocomputer (Prozessor) ausgebildete Wechselrichtersteuerungseinheit 12 montiert sind. Eine DC-Stromschiene 13 auf der positiven Seite des Wechselrichterschaltkreises 8 ist mit einem + Anschluss einer Batterie B eines Fahrzeugs (Fahrzeug-HV-Stromversorgung), die nicht dargestellt ist, verbunden und eine DC-Stromschiene 14 auf der negativen Seite ist mit einem - Anschluss der Batterie B verbunden. Der Glättungskondensator 9 ist zwischen den zwei DC-Stromschienen 13 und 14 des Wechselrichterschaltkreises 8 angeschlossen.
  • Der Wechselrichterschaltkreis 8 ändert die Schaltzustände einer Mehrzahl von Leistungshalbleiterelementen, die eine Brücke ausbilden, individuell, wandelt einen von der Batterie B angelegten Gleichstrom in einen Wechselstrom um und führt dann denselben dem Motor 3 zu. Im Speziellen sind drei Leistungshalbleiterelemente 16U, 16V und 16W, die eine obere Phase der Brücke ausbilden, und drei Leistungshalbleiterelemente 17U, 17V und 17W, die eine untere Phase der Brücke ausbilden, vorgesehen. All die Leistungshalbleiterelemente 16U, 16V und 16W und 17U, 17V und 17W sind Komplexe aus Halbleiterschaltelementen 18 und dazu antiparallel verbundenen Schutzdioden 19. Eine DC-Stromversorgung wird den DC-Stromschienen 13 und 14 des Wechselrichterschaltkreises 8 von der Batterie B zugeführt.
  • In dem Wechselrichterschaltkreis 8 sind die Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U, 16V und 16W der oberen Phase und die Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 17U, 17V und 17W der unteren Phase in Reihe in eindeutiger Entsprechung verbunden. Nachstehend wird sich auf ein Paar der Halbleiterschaltelemente 18 der in Reihe verbundenen Leistungshalbleiterelemente 16U bis 16W, als ein Schaltzweig bezogen. Spezieller sind ein Schaltzweig 21U, der durch ein Paar des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelements 16U und des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelements 17U ausgebildet ist, ein Schaltzweig 21V, der durch ein Paar des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelemente 16V und des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelements 17V ausgebildet ist, und ein Schaltzweig 21W, der durch ein Paar des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelements 16W und des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelements 17W ausgebildet ist, in dem Beispiel vorgesehen.
  • Die Schaltzweige 21U, 21V und 21W sind alle zwischen der DC-Stromschiene 13 auf der positiven Seite und der DC-Stromschiene 14 auf der negativen Seite angeschlossen. Mittelpunkte MU, MV und MW der Schaltzweige 21U, 21V und 21W sind jeweils Knoten, die eine Phasenspannung Vu, Vv und Vw von Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) eines ausgegebenen Wechselstroms ausgeben und die Mittelpunkte MU, MV und MW sind mit den jeweiligen Phasen des Motors 3 verbunden.
  • In dem Wechselrichterschaltkreis 8 des Beispiels verwendet das Halbleiterschaltelement 18 einen IGBT (Isoliertes-Gate-Bipolarer-Transistor). Das Halbleiterschaltelement 18 ist nicht auf den IGBT beschränkt und kann ein MOSFET oder dergleichen sein. Darüber hinaus ist auf der Steuerungsplatine 11 ein Temperatursensor 22 als ein Temperaturdetektor, der sich nahe den Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W befindet, montiert. Der Temperatursensor 22 wird in dem Beispiel aus einem Thermistor gebildet.
  • Darüber hinaus ist ein Shunt-Widerstand 23 als ein Phasenstromdetektor an einer Stelle, an der ein Strom von dem Motor 3 fließt, auf der negativen Seite mit der DC-Stromschiene 14 verbunden. Wenn ein Strom von den Motor 3 in den Shunt-Widerstand 23 fließt, tritt eine Potenzialdifferenz an beiden Enden des Shunt-Widerstands 23 auf. Durch Erfassen einer Spannung zwischen den beiden Enden können Phasenströme Iu, Iv und Iw berechnet werden. Der Phasenstromdetektor ist nicht auf den Shunt-Widerstand beschränkt und kann durch einen Stromtransformator oder dergleichen ausgebildet sein.
  • Währenddessen ist die Wechselrichtersteuerungseinheit 12 mit einer Motorsteuerungseinheit 26, einer PWM-Steuerungseinheit 27, einer Stromerfassungseinheit 28, einem Gate-Treiber 29, einer Verlustberechnungseinheit 31, einer Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 und einer Temperaturschutzeinheit 33 versehen. Eine HV-Spannung (angelegte Spannung) der DC-Stromschiene 13 auf der positiven Seite wird in die PWM-Steuerungseinheit 27 und die Verlustberechnungseinheit 31 eingegeben.
  • Die Motorsteuerungseinheit 26 gibt eine Soll-Wellenform (modulierte Welle) einer dreiPhasen-Sinuswelle, die an dem Motor 3 anzulegen ist, an die PWM-Steuerungseinheit 27 aus. Die PWM-Steuerungseinheit 27 erzeugt eine Einschaltdauer (Einschaltdauer: obere-Phase-Ein-Zeit), die ein Ansteuerungssignal ist, durch Vergleichen der Höhe der durch die Motorsteuerungseinheit 26 ausgegebenen modulierten Welle und dem Träger (Dreieckwelle). Die Einschaltdauer wird für die Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase erzeugt und wird zu dem Gate-Treiber 29, der das Gate von jedem Halbleiterschaltelement 18 ansteuert (Ein-Aus), hinaus geschickt.
  • Die Frequenzen der Phasenströme Iu, Iv und Iw, die Drehzahlen des Motors 3 sind, sind in dem Beispiel 400 Hz bis 500 Hz. Die Periode des Trägers in der PWM-Steuerungseinheit 27 (nachstehend wird sich darauf als PWM-Trägerperiode bezogen) ist ausreichend kleiner (oder ausreichend kürzer) als die Frequenzen und ist 20 kHz. Die thermischen Zeitkonstanten (Zeit, die für eine Übertragung zu dem Temperatursensor 22 als ein Temperaturerhöhungswert entsprechend einem Verlust erforderlich ist) der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 16W sind ungefähr 50 ms. Die PWM-Trägerperiode ist ausreichend kürzer (oder ausreichend früher) als die thermische Zeitkonstante.
  • Die Stromerfassungseinheit 28 gibt eine Spannung zwischen beiden der Enden des Shunt-Widerstands 23 ein und berechnet die Phasenströme Iu, Iv und Iw aus dem Widerstand des Shunt-Widerstands 23. Die berechneten Phasenströme Iu, Iv und Iw werden in die Verlustberechnungseinheit 31 eingegeben.
  • Die Verlustberechnungseinheit 31 berechnet die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 16W jeweils basierend auf den von der Stromerfassungseinheit 28 eingegebenen Phasenströmen Iu, Iv, Iw der Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase, der HV-Spannung (angelegte Spannung) der DC-Stromschiene 13 auf der positiven Seite und den von der PWM-Steuerungseinheit 27 eingegebenen Einschaltdauern. In dem Fall des Beispiels berechnet die Verlustberechnungseinheit 31 Schaltverluste und ständige Verluste (Leitungsverlust oder Stromversorgungsverlust) der Halbleiterschaltelemente 18, die die Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W ausbilden, und Schaltverluste und ständige Verluste (Leitungsverlust oder Stromversorgungsverlust) der Schutzdioden 19 separat.
  • Der Schaltverlust und der ständige Verlust (Leitungsverlust oder Stromversorgungsverlust) des Halbleiterschaltelements 18 sind die Verluste des Halbleiterschaltelements 18 und dienen als die Wärmeerzeugungsmenge des Halbleiterschaltelements 18. Der Schaltverlust und der ständige Verlust (Leitungsverlust oder Stromversorgungsverlust) der Schutzdiode 19 sind die Verluste der Schutzdiode 19 und dienen als die Wärmeerzeugungsmenge der Schutzdiode 19. Die Verluste dienen als die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W. Die in der Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W werden in die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 eingegeben.
  • Die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 berechnet abgeschätzte Werte von Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W und Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 durch Addieren von Temperaturerhöhungswerten ΔT, die aus den durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verlusten der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 16W erhalten werden, zu durch den Temperatursensor 22 erfassten Temperaturen Tth nahe den Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W.
  • In diesem Fall berechnet die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 die Temperaturerhöhungswerte ΔT durch Multiplizieren (Multiplikation) der durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W mit thermischen Widerständen (Wärmeübertragungskoeffizienten) Tr der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W. Wenn die Abschätzungsberechnung in der Temperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 durch eine Gleichung dargestellt wird, ist der folgende Ausdruck (1) gegeben. Tji ,  Tjd = Tth + Δ T
    Figure DE112017004631T5_0001
    ΔT ist durch Verlust x Tr gegeben.
  • Dann werden die berechneten Sperrschichttemperaturen Tji und Tjd in die Temperaturschutzeinheit 33 eingegeben.
  • Die Temperaturschutzeinheit 33 führt basierend auf den durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 abgeschätzten Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 16W und den Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 eine vorbestimmte Schutzoperation aus. Die Schutzoperation wird in dem Beispiel in zwei Stufen unterteilt. Zuerst gibt die Temperaturschutzeinheit 33 ein Strombegrenzungssignal an die Motorsteuerungseinheit 26 aus, wenn die höchsten Temperaturen unter den Sperrschichttemperaturen Tji und Tjd der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W einen ersten vorbestimmten Wert TS 1 überschreiten.
  • Wenn das Strombegrenzungssignal von der Temperaturschutzeinheit 33 empfangen wird, stellt die Motorsteuerungseinheit 26 eine modulierte Welle in einer solchen Weise ein, um so einen in dem Wechselrichterschaltkreis 8 fließenden Strom auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen. Wenn die höchsten Temperaturen unter den Sperrschichttemperaturen Tji und Tjd einen zweiten vorbestimmten Wert TS2, der höher als der erste vorbestimmte Wert TS1 ist, überschreiten, gibt die Temperaturschutzeinheit 33 ein Stromabsperrsignal an die Motorsteuerungseinheit 26 aus. Wenn das Stromabsperrsignal von der Temperaturschutzeinheit 33 empfangen wird, stoppt die Motorsteuerungseinheit 26 die Ausgabe der modulierten Welle, um dabei die Halbleiterschaltelemente 18 von all den Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W auszuschalten, um einen in dem Wechselrichterschaltkreis 8 fließenden Strom abzusperren. Der erste vorbestimmte Wert TS1 und der zweite vorbestimmte Wert TS2 sind Werte die aus den Temperaturgrenzen der Halbleiterschaltelemente 18 und der Schutzdioden 19, die die Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W ausbilden, festgelegt sind.
  • Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 eine spezielle Überhitzungsschutzoperation entsprechend den Wärmeerzeugungsmengen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W durch die Wechselrichtersteuerungseinheit 12 beschrieben. In dem obersten Abschnitt von 3 ist eine Wellenform des Trägers, der für die Erzeugung der Einschaltdauern in der PWM-Steuerungseinheit 27 zu verwenden ist, dargestellt und die Periode ist die PWM-Trägerperiode. Die von der PWM-Steuerungseinheit 27 ausgegebenen Einschaltdauern der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase sind darunter dargestellt. In den Wellenformen der darunter dargestellten Phasenströme gibt die durchgehende Linie den Phasenstrom Iu der U-Phase, die fein-gestrichelte Linie gibt den Phasenstrom Iv der V-Phase und die grob-gestrichelte Linie gibt den Phasenstrom Iw der W-Phase an.
  • Darunter dargestellte IGBT-Verluste sind die durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verluste des Halbleiterschaltelements 18. In gleicher Weise gibt die durchgezogene Linie die Verluste der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U und 17U der U-Phase an, die fein-gestrichelte Linie gibt die Verluste der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16V und 17V der V-Phase an und die grob-gestrichelte Linie gibt die Verluste der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16W und 17W der W-Phase an.
  • Darunter dargestellte Diodenverluste sind die durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verluste der Schutzdioden 19. In gleicher Weise gibt die durchgezogene Linie die Verluste der Schutzdioden 19 der Leistungshalbleiterelemente 16U und 17U der U-Phase an, die fein-gestrichelte Linie gibt die Verluste der Schutzdioden 19 der Leistungshalbleiterelemente 16V und 17V der V-Phase an und die grob-gestrichelte Linie gibt die Verluste der Schutzdioden 19 der Leistungshalbleiterelemente 16W und 17W der W-Phase an. Darunter dargestellte Temperatursensortemperaturen sind die durch den Temperatursensor 22 erfassten Temperaturen Tth nahe den Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W.
  • Darunter dargestellte abgeschätzte IGBT-Sperrschichttemperaturwerte sind die durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 berechneten Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18. In gleicher Weise gibt die durchgezogene Linie die Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U und 17U der U-Phase an, die fein-gestrichelte Linie gibt die Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16V und 17V der V-Phase an und die grob-gestrichelte Linie gibt die Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16W und 17W der W-Phase an. Die abwechselnd lang- und kurzgestrichelte Linie gibt Mittelwerte der Sperrschichttemperaturen Tji an.
  • Darunter dargestellte Diodensperrschichttemperaturabschätzungswerte sind durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 berechnete Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19. In gleicher Weise gibt die durchgezogene Linie die Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 der Leistungshalbleiterelemente 16U und 17U der U-Phase an, die fein-gestrichelte Linie gibt die Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 der Leistungshalbleiterelemente 16V und 17V der V-Phase an und die grob-gestrichelte Linie gibt die Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 der Leistungshalbleiterelemente 16W und 17W der W-Phase an. Die abwechselnd lang- und kurzgestrichelte Linie gibt Mittelwerte der Sperrschichttemperaturen Tjd an.
  • 4 stellt den Ablauf der durch die Wechselrichtersteuerungseinheit 12 ausgeführten Abschätzungsberechnung der Sperrschichttemperatur dar. In der vorliegenden Erfindung berechnet die Wechselrichtersteuerungseinheit 12 die Wärmeerzeugungsmengen der Halbleiterschaltelemente 18 (IGBT) und der Schutzdioden 19 (Diode) für jede PWM-Trägerperiode. Spezieller berechnet die Verlustberechnungseinheit 31 die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W der jeweiligen Phasen (obere und untere Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase) aus der HV-Spannung (angelegte Spannung) während eines Antreibens und sofortigen Werten der Phasenströme Iu, Iv und Ib für jede aus den von der PWM-Steuerungseinheit 27 ausgegebenen Einschaltdauern erhaltene PWM-Trägerperiode (Schritt S1).
  • Hierbei fließt in den Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W ein Strom sicherlich in entweder die Halbleiterschaltelemente 18 oder die Schutzdioden 19 und daher sind die Verluste der Schutzdioden 19 während einer Periode wenn ein Strom in das Halbleiterschaltelement 18 fließt 0 und, umgekehrt, sind die Verluste der Halbleiterschaltelemente 18 während einer Periode wenn ein Strom in die Schutzdioden 19 fließt 0.
  • Somit berechnet die Verlustberechnungseinheit 31 die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) der Halbleiterschaltelemente 18 der oberen Phase aus den in die Halbleiterschaltelemente 18 fließenden Strömen wenn die Halbleiterschaltelemente 18 eingeschaltet sind und der HV-Spannung (angelegte Spannung) und berechnet, wie oben beschrieben, bezüglich der Halbleiterschaltelemente 18 der unteren Phase, die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) der Halbleiterschaltelemente 18 aus den Phasenströmen, die fließen wenn die Halbleiterschaltelemente 18 der oberen Phase ausgeschaltet sind, und der HV-Spannung (angelegte Spannung) basierend auf den Einschaltdauern der jeweiligen Phasen.
  • Hinsichtlich der Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) der Schutzdioden 19 der oberen und unteren Phase, werden die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) der Schutzdioden 19 aus den Phasenströmen, die in die Schutzdioden 19 fließen wenn die Halbleiterschaltelemente, die damit Komplexe damit bilden, ausgeschaltet sind, und der HV-Spannung (angelegte Spannung) berechnet.
  • Beispielsweise werden, wenn die U-Phase von 3 als ein Beispiel genommen wird, während einer Periode in der der Phasenstrom Iu der U-Phase einen positiven Wert annimmt, die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelements 16U der oberen Phase der U-Phase berechnet (Der Verlust der Schutzdiode 19, die damit einen Komplex bildet, ist 0.) und die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) der Schutzdiode 19 des Leistungshalbleiterelements 17U der unteren Phase werden berechnet (Der Verlust des Halbleiterschaltelements 18, das damit einen Komplex bildet, ist 0.).
  • Während einer Periode in der der Phasenstrom Iu der U-Phase einen negativen Wert annimmt werden die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) der Schutzdiode 19 des Leistungshalbleiterelemente 16U der oberen Phase der U-Phase berechnet (Der Verlust des Halbleiterschaltelements 18, der damit einen Komplex bildet, ist 0.) und die Verluste (Schaltverlust und ständiger Verlust) des Halbleiterschaltelements 18 des Leistungshalbleiterelemente 17U der unteren Phase werden berechnet (Der Verlust der Schutzdiode 19, die einen Komplex damit bildet, ist 0. Dasselbe gilt für die anderen Phasen.). Die Verlustberechnungseinheit 31 in dem Beispiel nimmt die Phasenströme (sofortige Werte) in einer Halbperiode der PWM-Trägerperiode herein, führt eine Verlustberechnung in der verbleibenden Halbperiode durch und gibt dann den Verlust an die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 aus. Daher nehmen die Verluste und die Sperrschichttemperaturen in 3 eine Form an, in der die Periode von der Periode der Phasenströme um eine Periode verzögert ist.
  • Wie oben beschrieben, multipliziert die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 die Verluste der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W und die Verluste der Schutzdioden 19, die für jede PWM-Trägerperiode in der Verlustberechnungseinheit 31 berechnet und ausgegeben werden, mit den thermischen Widerständen Tr, um dabei die durch jeden Verlust erzeugten Temperaturerhöhungswerte ΔT zu berechnen (Schritt S2).
  • Als nächstes nimmt die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 die durch den Temperatursensor 22 erfassten Temperaturen Tth nahe den Leistungshalbleiterelementen 16U bis 17W hinein (Schritt S3), und addiert dann die aus den Verlusten des Halbleiterschaltelements 18 und der Schutzdiode 19 berechneten Temperaturerhöhungswerte ΔT zu den Temperaturen Tth (Gleichung 1), um dabei abgeschätzte Werte der Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W und der Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 zu berechnen (Schritt S4).
  • Die Sperrschichttemperaturen Tji und Tjd werden für jede PWM-Trägerperiode berechnet und daher dienen die abgeschätzten Werte als sofortige Werte. Dann werden die berechneten Sperrschichttemperaturen Tji und Tjd der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W an die Temperaturschutzeinheit 33 ausgegeben. Die Temperaturschutzeinheit 33 extrahiert die höchsten Temperaturen unter den Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W und den Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 wie oben beschrieben.
  • Dann, wenn die Sperrschichttemperaturen Tji und Tjd, die die höchsten Werte sind, den oben beschriebenen ersten vorbestimmten Wert TS 1 überschreiten, gibt die Temperaturschutzeinheit 33 ein Strombegrenzungssignal an die Motorsteuerungseinheit 26 aus und wenn ferner der zweite vorbestimmte Wert TS 2 überschritten wird, gibt die Temperaturschutzeinheit 33 ein Stromabsperrsignal an die Motorsteuerungseinheit 26 aus. Die Motorsteuerungseinheit 26 begrenzt einen in dem Wechselrichterschaltkreis 8 fließenden Strom auf einen vorbestimmten Wert oder sperrt den Strom jeweils basierend auf dem Strombegrenzungssignal oder dem Stromabsperrsignal von der Temperaturschutzeinheit 33 ab.
  • Wie oben im Detail beschrieben, hat die Wechselrichtersteuerungseinheit 12 gemäß der vorliegenden Erfindung die Verlustberechnungseinheit 31, die die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W aus den durch den Shunt-Widerstand 23 erfassten Phasenströmen Iu, Iv und Iw und der HV-Spannung (angelegte Spannung) berechnet, und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32, die die Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W durch Addieren der Temperaturerhöhungswerte ΔT, die aus den durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verlusten der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W erhalten werden, zu den durch den Temperatursensor 22 erfassten Temperaturen Tth, abschätzt und die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechnet und die Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 für jede PWM-Trägerperiode in der PWM-Steuerungseinheit 27 abschätzt. Die PWM-Trägerperiode ist ausreichend kleiner als die Frequenzen der Phasenströme des Wechselrichterschaltkreises 8 und ist ausreichend kürzer als die thermischen Zeitkonstanten der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W und daher können die sofortigen Werte der Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W in einer Hochgeschwindigkeit-Periode, wie etwa der PWM-Trägerperiode, äbgeschätzt werden.
  • Wenn die durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 abgeschätzten Sperrschichttemperaturen (sofortige Werte) der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W für jede PWM-Trägerperiode die vorbestimmten Werte (erster vorbestimmter Wert und zweiter vorbestimmter Wert) überschreiten, wird die vorbestimmte Schutzoperation (Strombegrenzung, Absperrung) ausgeführt, und daher können die Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W mit einer hohen Genauigkeit vor einer sofortigen Temperaturerhöhung geschützt werden.
  • In diesem Fall berechnet die Verlustberechnungseinheit 31 die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W aus den Schaltverlusten und ständigen Verlusten der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 berechnet die Temperaturerhöhungswerte ΔT durch Multiplizieren der durch die Verlustberechnungseinheit 31 berechneten Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W mit den thermischen Widerständen Tr der Leistungshalbleiterelemente, und daher können die sofortigen Werte der Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W genau berechnet und abgeschätzt werden.
  • Die Verlustberechnungseinheit 31 berechnet die Verluste der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W der jeweiligen Phasen (U-Phase, V-Phase, W-Phase) der Brückenkonfiguration aus den Phasenströmen Iu, Iv und Iw der jeweiligen Phasen des Wechselrichterschaltkreises 8 und der HV-Spannung (angelegte Spannung) und die Temperaturschutzeinheit 33 führt die Schutzoperation basierend auf der höchsten Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W durch, und daher können die Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W der Phase, in der die Temperaturerhöhung die schärfste ist, sicher und fehlerlos geschützt werden.
  • Insbesondere wenn die Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W, wie in dem Beispiel, die Komplexe aus den Halbleiterschaltelementen 18 und den Schutzdioden 19 sind, berechnet die Verlustberechnungseinheit 31 die Verluste der Halbleiterschaltelemente 18 und die Verluste der Schutzdioden 19 und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit 32 schätzt die Sperrschichttemperaturen Tji der Halbleiterschaltelemente 18 und die Sperrschichttemperaturen Tjd der Schutzdioden 19 ab, und daher kann der Schutz selbst in dem Fall der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W, die die Schutzdioden 18 haben, ohne jegliche Probleme durchgeführt werden.
  • Darüber hinaus beschränkt die Temperaturschutzeinheit 33 einen in dem Wechselrichterschaltkreis 8 fließenden Strom wenn die Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W den ersten vorbestimmten Wert überschreiten und die Temperaturschutzeinheit 33 sperrt einen Strom, der veranlasst wird, in dem Wechselrichterschaltkreis 8 zu fließen, ab, wenn die Sperrschichttemperaturen den zweiten vorbestimmten Wert, der höher als der erste vorbestimmte Wert ist, überschreiten, und daher kann das Auftreten von unnötigem Stromabsperren verhindert werden, während der Schutz der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W sicher durchgeführt wird.
  • Durch Betreiben des Motors 3 in dem elektrischen Fahrzeugkompressor 1 wie in dem Beispiel, in dem der elektrische Fahrzeugkompressor 1 in einer HochtemperaturUmgebung verwendet wird, durch die Wechselrichterapparatur 7 der vorliegenden Erfindung kann ein sehr wirksamer Überhitzungsschutz erzielt werden.
  • Obwohl in dem Beispiel der Schutz durch Abschätzen der Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W der Phasen der U-Phase, der V-Phase und der W-Phase durchgeführt wird, kann der Schutz durch Abschätzen der Sperrschichttemperaturen der Leistungshalbleiterelemente von irgendeiner der Phasen oder nur zwei der Phasen durchgeführt werden ohne in anderen Erfindungen als der Erfindung von Anspruch 4 darauf beschränkt zu sein.
  • Darüber hinaus ist, obwohl die Beschreibung durch Verwenden der Leistungshalbleiterelemente 16U bis 17W, die in dem Beispiel die Komplexe aus den Halbleiterschaltelementen 18 (IGBT, MOS FTC) und den Schutzdioden 19 enthalten, gegeben ist, die vorliegende Erfindung auch für einen Wechselrichterschaltkreis wirksam, der nur die Halbleiterschaltelemente (IGBT, MOSFET) enthält und die Schutzdiode nicht enthält, ohne in anderen Erfindungen als der Erfindung von Anspruch 5 darauf beschränkt zu sein.
  • Darüber hinaus ist, obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Wechselrichterapparatur, die in dem Beispiel den Motor des elektrischen Kompressors ansteuert, der in einem Fahrzeug zu montieren ist, beschrieben ist, die vorliegende Erfindung auch für eine allgemeine Wechselrichterapparatur, die einen Wechselrichterschaltkreis, der die Leistungshalbleiterelemente der Brückenkonfiguration hat, verwendet, wirksam, ohne in anderen Erfindungen als der Erfindung von Anspruch 7 darauf beschränkt zu sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    elektrischer Kompressor
    2
    Gehäuse
    3
    Motor
    4
    Rotationswelle
    6
    Kompressionselement
    7
    Wechselrichterapparatur
    8
    Wechselrichterschaltkreis
    11
    Steuerungsplatine
    12
    Wechselrichtersteuerungseinheit
    16U bis 17W
    Leistungshalbleiterelement
    18
    Halbleiterschaltelement
    19
    Schutzdiode
    22
    Temperatursensor (Temperaturdetektor)
    23
    Shunt-Widerstand (Phasenstromdetektor)
    26
    Motorsteuerungseinheit
    27
    PWM-Steuerungseinheit
    28
    Stromerfassungseinheit
    29
    Gate-Treiber
    31
    Verlustberechnungseinheit
    32
    Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit
    33
    Temperaturschutzeinheit
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 3075303 [0005]

Claims (7)

  1. Wechselrichterapparatur, aufweisend: einen Wechselrichterschaltkreis, der Leistungshalbleiterelemente, die eine Brückenkonfiguration ausbilden, hat; und eine Wechselrichtersteuerungseinheit, die eine die Leistungshalbleiterelemente ansteuernde PWM-Steuerungseinheit hat, wobei ein Temperaturdetektor, der eine Temperatur nahe dem Leistungshalbleiterelement erfasst, und ein Phasenstromdetektor, der einen Phasenstrom des Wechselrichterschaltkreises erfasst, vorgesehen sind, und die Wechselrichtersteuerungseinheit eine Verlustberechnungseinheit, die einen Verlust des Leistungshalbleiterelements aus einem durch den Phasenstromdetektor erfassten Phasenstrom von zumindest einer Phase und einer angelegten Spannung berechnet; und eine Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit, die eine Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements durch Addieren eines aus dem durch die Verlustberechnungseinheit berechneten Verlust des Leistungshalbleiterelements erhaltenen Temperaturerhöhungswerts zu der durch den Temperaturdetektor erfassten Temperatur, abschätzt, hat den Verlust des Leistungshalbleiterelements durch die Verlustberechnungseinheit berechnet und die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit für jede PWM-Trägerperiode in der PWM-Steuerungseinheit abschätzt, und eine vorbestimmte Schutzoperationen ausführt, wenn die durch die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit abgeschätzte Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements für jede PWM-Trägerperiode einen vorbestimmten Wert überschreitet.
  2. Wechselrichterapparatur gemäß Anspruch 1, wobei die PWM-Trägerperiode ausreichend kleiner als eine Frequenz des Phasenstroms des Wechselrichterschaltkreises ist und ausreichend kürzer als eine thermische Zeitkonstante des Leistungshalbleiterelements ist.
  3. Wechselrichterapparatur gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Verlustberechnungseinheit den Verlust des Leistungshalbleiterelements aus einem Schaltverlust und einem ständigen Verlust des Leistungshalbleiterelements berechnet, und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit den Temperaturerhöhungswert durch Multiplizieren des durch die Verlustberechnungseinheit berechneten Verlusts des Leistungshalbleiterelements mit einem thermischen Widerstand des Leistungshalbleiterelements berechnet.
  4. Wechselrichterapparatur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verlustberechnungseinheit den Verlust des Leistungshalbleiterelements von jeder Phase der Brückenkonfiguration aus dem Phasenstrom von jeder Phase des Wechselrichterschaltkreis und der angelegten Spannung berechnet, und die Wechselrichtersteuerungseinheit die Schutzoperation basierend auf einer höchsten Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements ausführt.
  5. Wechselrichterapparatur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Leistungshalbleiterelement ein Komplex aus einem Halbleiterschaltelement und einer Schutzdiode ist, die Verlustberechnungseinheit einen Verlust des Halbleiterschaltelements und einen Verlust der Schutzdiode berechnet, und die Sperrschichttemperaturabschätzungsberechnungseinheit eine Sperrschichttemperatur des Halbleiterschaltelements und eine Sperrschichttemperatur der Schutzdiode abschätzt.
  6. Wechselrichterapparatur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wechselrichtersteuerungseinheit einen in dem Wechselrichterschaltkreis fließenden Strom begrenzt wenn die Sperrschichttemperatur des Leistungshalbleiterelements einen ersten vorbestimmten Wert überschreitet, und einen Strom, der veranlasst wird, in dem Wechselrichterschaltkreis zu fließen absperrt, wenn die Sperrschichttemperatur einen zweiten vorbestimmten Wert, der höher als der erste vorbestimmte Wert ist, überschreitet.
  7. Elektrischer Fahrzeugkompressor, der in ein Fahrzeug montiert ist, wobei der elektrische Fahrzeugkompressor aufweist: einen Motor, der durch die Wechselrichterapparatur gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 betrieben wird.
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