DE112020001279T5 - Power converter - Google Patents

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DE112020001279T5
DE112020001279T5 DE112020001279.4T DE112020001279T DE112020001279T5 DE 112020001279 T5 DE112020001279 T5 DE 112020001279T5 DE 112020001279 T DE112020001279 T DE 112020001279T DE 112020001279 T5 DE112020001279 T5 DE 112020001279T5
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Ryuji Kurihara
Koichi Yahata
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Hitachi Astemo Ltd
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Hitachi Astemo Ltd
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Abstract

In der Nähe eines U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul ist eine temperaturempfindliche Diode Td angeordnet. Eine Gate-Steuerschaltung 131 schaltet das U-Phasen-Unterzweig- Halbleiterelement Tul durch Ausgeben eines EIN-Signals an den Ein-Seiten-Gate-Widerstand Rg1 als Antwort auf das aus dem Mikrocomputer 151 eingegebene Ansteuersignal ein. Die Schaltcharakteristik des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul ist durch den Gate-Widerstand bestimmt, der durch zwei von dem Ein-Seiten-Gate-Widerstand Rg1 und dem Aus-Seiten-Gate-Widerstand Rg2 ausgebildet ist. Ein Widerstandswert eines Gate-Widerstands, der die Schaltcharakteristik des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul definiert, in dem die Temperatur durch einen Temperaturdetektor 14 detektiert wird, ist auf einen Wert eingestellt, bei dem die Wärmeerzeugung aufgrund von Schaltverlust größer ist als die des Gate-Widerstands, der die Schaltcharakteristik eines anderen Halbleiterelements definiert, in dem die Temperatur nicht detektiert wird.A temperature-sensitive diode Td is arranged in the vicinity of a U-phase sub-branch semiconductor element Tul. A gate control circuit 131 turns on the U-phase sub-arm semiconductor element Tul by outputting an ON signal to the one-side gate resistor Rg1 in response to the drive signal input from the microcomputer 151. The switching characteristic of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul is determined by the gate resistance formed by two of the one-side gate resistor Rg1 and the off-side gate resistor Rg2. A resistance value of a gate resistor defining the switching characteristic of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul in which the temperature is detected by a temperature detector 14 is set to a value at which the heat generation due to switching loss is greater than that of the Gate resistance that defines the switching characteristics of another semiconductor element in which the temperature is not detected.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leistungsumsetzer.The present invention relates to a power converter.

Stand der TechnikState of the art

Der Leistungsumsetzer umfasst ein Halbleiterelement, das Gleichstromleistung in Wechselstromleistung umsetzt. Als Halbleiterelement wird ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) oder dergleichen verwendet. Das Halbleiterelement, das hohe Spannungen und große Stromstärke schaltet, erzeugt aufgrund von Schaltverlusten oder dergleichen Wärme. Aus diesem Grund ist ein Temperaturdetektionselement wie beispielsweise eine temperaturempfindliche Diode in der Nähe des Halbleiterelements angeordnet, um die Temperatur des Halbleiterelements zu detektieren, und eine Steuerung wird so durchgeführt, dass das Halbleiterelement die zulässige Temperatur nicht überschreitet. In dem Leistungsumsetzer werden beispielsweise in dem Fall, in dem ein Dreiphasenmotor angetrieben wird, zwei Halbleiterelemente in jeder der UVW-Phasen, also insgesamt sechs Halbleiterelemente, verwendet, zudem sind in jeder Phase mehrere Temperaturdetektoren der Halbleiterelemente erforderlich.The power converter includes a semiconductor element that converts DC power to AC power. As a semiconductor element, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) or the like is used. The semiconductor element that switches high voltages and large currents generates heat due to switching loss or the like. For this reason, a temperature detection element such as a temperature sensitive diode is arranged in the vicinity of the semiconductor element to detect the temperature of the semiconductor element, and control is performed so that the semiconductor element does not exceed the allowable temperature. In the power converter, for example, in the case where a three-phase motor is driven, two semiconductor elements are used in each of the UVW phases, that is, a total of six semiconductor elements, and a plurality of temperature detectors of the semiconductor elements are required in each phase.

PTL 1 beschreibt einen Leistungsumsetzer, der eine temperaturempfindliche Diode umfasst, die die Temperatur eines IGBT detektiert und die Temperatur des Halbleiterelements, in dem die Temperatur nicht detektiert wird, durch Berechnungsverarbeitung schätzt.PTL 1 describes a power converter comprising a temperature sensitive diode that detects the temperature of an IGBT and estimates the temperature of the semiconductor element in which the temperature is not detected through calculation processing.

EntgegenhaltungslisteCitation list

Patentdokument(e)Patent document (s)

PTL 1: J P 2012-186968 A PTL 1: JP 2012-186968 A

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Die in PTL1 beschriebene Vorrichtung hat insofern ein Problem, als eine komplizierte Rechenverarbeitung und dergleichen zum Schätzen der Temperatur erforderlich ist.The apparatus described in PTL1 has a problem that complicated arithmetic processing and the like are required for estimating the temperature.

Lösung des Problemsthe solution of the problem

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Leistungsumsetzer: eine Leistungsumsetzungsschaltungseinheit, die mehrere Halbleiterelemente aufweist, die Gleichstromleistung in mehrere Phasen von Wechselstromleistung umsetzen; und einen Temperaturdetektor, der eine Temperatur des Halbleiterelements, das einer der mehreren Phasen der Wechselstromleistung entspricht, detektiert. Der Leistungsumsetzer steuert das Halbleiterelement, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor detektiert wird, so an, dass die Wärmeerzeugung aufgrund von Schaltverlusten größer ist als die eines anderen Halbleiterelements, in dem die Temperatur nicht detektiert wird.According to one aspect of the present invention, a power converter comprises: a power conversion circuit unit including a plurality of semiconductor elements that convert DC power into a plurality of phases of AC power; and a temperature detector that detects a temperature of the semiconductor element corresponding to one of the plurality of phases of the AC power. The power converter controls the semiconductor element in which the temperature is detected by the temperature detector in such a way that the heat generation due to switching losses is greater than that of another semiconductor element in which the temperature is not detected.

Vorteilhafte Wirkungen der ErfindungAdvantageous Effects of the Invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Temperaturdetektor minimiert und das Erfordernis einer komplizierten Berechnungsverarbeitung oder dergleichen zum Schätzen der Temperatur wird beseitigt.According to the present invention, the temperature detector is minimized and the need for complicated calculation processing or the like for estimating the temperature is eliminated.

FigurenlisteFigure list

  • [1] 1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Leistungsumsetzers.[ 1 ] 1 Fig. 13 is a circuit configuration diagram of a power converter.
  • [2] 2 ist ein Schaltbild, das einen Hauptteil einer Ansteuerschaltungseinheit darstellt.[ 2 ] 2 Fig. 13 is a circuit diagram showing a main part of a drive circuit unit.
  • [3(A) und 3(B)] 3(A) und 3(B) sind Graphen, die eine Beziehung zwischen einer Motorstromstärke, einer Temperatur und einem Verlust zeigen.[ 3 (A) and 3 (B) ] 3 (A) and 3 (B) are graphs showing a relationship among a motor amperage, a temperature and a loss.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

[Erste Ausführungsform][First embodiment]

1 ist ein Schaltungskonfigurationsdiagramm eines Leistungsumsetzers 1. 1 Fig. 13 is a circuit configuration diagram of a power converter 1 .

Der Leistungsumsetzer 1 umfasst eine Schaltung, die ein Halbleiterelement aufweist, das einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umsetzt. Der Leistungsumsetzer 1 verwendet eine Batterie 2 als Leistungsquelle, schaltet das Halbleiterelement ein und aus und bewirkt, dass ein gewünschter Strom fließt, wodurch der Antrieb eines Motors 3 gesteuert wird. Dann werden die Gleichstromleistung und die Wechselstromleistung zwischen der Batterie 2 und dem Motor 3 umgesetzt. Die Batterie 2 und der Leistungsumsetzer 1 sind über ein Relais 4 verbunden. Ein höherer Controller 5 ist mit dem Leistungsumsetzer 1 verbunden.The power converter 1 comprises a circuit having a semiconductor element that converts a direct current to an alternating current. The power converter 1 uses a battery 2 As a power source, the semiconductor element turns on and off and causes a desired current to flow, thereby driving a motor 3 is controlled. Then the DC power and the AC power are between the battery 2 and the engine 3 implemented. The battery 2 and the power converter 1 are via a relay 4th tied together. A higher controller 5 is with the power converter 1 tied together.

Der Leistungsumsetzer 1 umfasst eine Leistungsumsetzungsschaltungseinheit 10, die die Leistungsumsetzung durchführt, einen Kondensator 11, der den Gleichstrom glättet, eine Ansteuerleistungsversorgungseinheit 12, eine Ansteuerschaltungseinheit 13, einen Temperaturdetektor 14 und einen Controller 15. Leistung wird von einer externen Leistungsversorgung 6 an den Controller 15 geliefertThe power converter 1 comprises a power conversion circuit unit 10 that carries out the power conversion, a capacitor 11th that smoothes the direct current, a drive power supply unit 12th , a drive circuit unit 13th , a temperature detector 14th and a controller 15th . Power is from an external power supply 6th to the controller 15th delivered

Die Leistungsumsetzungsschaltungseinheit 10 umfasst UVW-Phasen-Oberzweig- und -Unterzweig-Reihenschaltungen. Die U-Phasen-Oberzweig- und -Unterzweig-Reihenschaltung umfasst ein U-Phasen-Oberzweig-Halbleiterelement Tuu 5, eine U-Phasen-Oberzweig-Diode Duu, ein U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelement Tul und eine U-Phasen-Unterzweig-Diode Dul. Die V-Phasen-Oberzweig- und -Unterzweig-Reihenschaltung umfasst ein V-Phasen-Oberzweig-Halbleiterelement Tvu, eine V-Phasen-Oberzweig-Diode Dvu, ein V-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelement Tvl und eine V-Phasen-Unterzweig-Diode Dvl. Die W-Phasen-Oberzweig- und -Unterzweig-Reihenschaltung umfasst ein W-Phasen-Oberzweig-Halbleiterelement Twu, eine W-Phasen-Oberzweig-Diode Dwu, ein W-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelement Twl und eine W-Phasen-Unterzweig-Diode Dwl.The power conversion circuit unit 10 includes UVW-phase upper branch and sub-branch series connections. The U-phase upper arm and lower arm series connection includes a U-phase upper arm semiconductor element Tuu 5 , a U-phase upper branch diode You , a U-phase sub-branch semiconductor element Tul and a U-phase sub-branch diode Dul . The V-phase upper arm and lower arm series connection includes a V-phase upper arm semiconductor element Tvu , a V-phase upper arm diode Dvu , a V-phase sub-branch semiconductor element Tvl and a V-phase sub-branch diode Dvl . The W-phase upper arm and lower arm series connection includes a W-phase upper arm semiconductor element Twu , a W-phase upper arm diode Dwu , a W-phase sub-branch semiconductor element Twl and a W-phase sub-branch diode Dwl .

Die Ansteuerleistungsversorgungseinheit 12 ist mit einer Positivelektroden-Sammelschiene P und einer Negativelektroden-Sammelschiene N verbunden und der Ansteuerleistungsversorgungseinheit 12 wird Leistung zugeführt, und die Ansteuerleistungsversorgungseinheit 12 enthält einen Gleichstrom/Wechselstrom-Umsetzer , einen Transformator und einen Wechselstrom/Gleichstrom-Umsetzer und gibt Leistungsversorgungsspannungen Vuu, Vvu, Vwu, Vul, Vvl, Vwl der Ansteuerschaltungen aus, die die Halbleiterelemente der jeweiligen Phasen ansteuern.The control power supply unit 12th is connected to a positive electrode bus bar P and a negative electrode bus bar N and the drive power supply unit 12th power is supplied, and the drive power supply unit 12th includes a DC / AC converter, a transformer and an AC / DC converter, and outputs power supply voltages Vuu, Vvu, Vwu, Vul, Vvl, Vwl of the drive circuits that drive the semiconductor elements of the respective phases.

Die Ansteuerschaltungseinheit 13 umfasst eine Ansteuerschaltung Guu, in der die Leistungsversorgungsspannung Vuu zugeführt wird, um eine Ein- und Aus-Steuerung des U-Phasen-Oberzweig-Halbleiterelements Tuu durchzuführen, eine Ansteuerschaltung Gvu, in der die Leistungsversorgungsspannung Vvu zugeführt wird, um eine Ein- und Aus-Steuerung des V-Phasen-Oberzweig-Halbleiterelements Tvu durchzuführen, und eine Ansteuerschaltung Gwu, in der die Leistungsversorgungsspannung Vwu zugeführt wird, um eine Ein- und Aus-Steuerung des W-Phasen-Oberzweig-Halbleiterelements Twu durchzuführen. Die Ansteuerschaltungseinheit 13 umfasst ferner eine Ansteuerschaltung Gul, in der die Leistungsversorgungsspannung Vul zugeführt wird, um die Ein- und Aus-Steuerung des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul durchzuführen, eine Ansteuerschaltung Gvl, in der die Leistungsversorgungsspannung Vvl zugeführt wird, um die Ein- und Aus-Steuerung des V-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tvl durchzuführen, und eine Ansteuerschaltung Gwl, in der die Leistungsversorgungsspannung Vwl zugeführt wird, um die Ein- und Aus-Steuerung des W-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Twl. durchzuführen.The control circuit unit 13th comprises a control circuit Guu in which the power supply voltage Vuu is supplied to control on and off the U-phase upper arm semiconductor element Tuu perform a control circuit Gvu in which the power supply voltage Vvu is supplied to control on and off the V-phase upper arm semiconductor element Tvu perform, and a control circuit Gwu in which the power supply voltage Vwu is supplied to control on and off the W-phase upper arm semiconductor element Twu perform. The control circuit unit 13th furthermore comprises a control circuit Gul in which the power supply voltage Vul is supplied to control the on and off of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul perform a control circuit Gvl in which the power supply voltage Vvl is supplied to control the on and off of the V-phase sub-branch semiconductor element Tvl perform, and a control circuit Gwl in which the power supply voltage Vwl is supplied to control the on and off of the W-phase sub-branch semiconductor element Twl . perform.

Der Temperaturdetektor 14 umfasst eine Temperaturdetektionsschaltung 141, die die Temperatur basierend auf einer temperaturempfindlichen Diode Td detektiert. In der ersten Ausführungsform ist die temperaturempfindliche Diode Td in der Nähe des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul angeordnet und die temperaturempfindliche Diode ist nicht in der Nähe anderer Halbleiterelemente angeordnet.The temperature detector 14th includes a temperature detection circuit 141 that the temperature based on a temperature sensitive diode Td detected. In the first embodiment is the temperature sensitive diode Td near the U-phase sub-branch semiconductor element Tul arranged and the temperature sensitive diode is not arranged in the vicinity of other semiconductor elements.

Der Controller 15 umfasst einen Mikrocomputer 151, gibt einen Stromwert ein, der von einem Stromsensor 16 detektiert und dem Motor 3 zugeführt wird, und gibt ein Ansteuersignal an die Ansteuerschaltung Guu und an die Ansteuerschaltung Gwl als Antwort auf einen Befehlswert aus dem höheren Controller 5 aus. Die von dem Temperaturdetektor 14 detektierte Temperatur wird in den Controller 15 eingegeben und der Controller 15 führt eine Steuerung derart durch, dass das Halbleiterelement eine zulässige Temperatur nicht überschreitet.The controller 15th includes a microcomputer 151 , inputs a current value obtained from a current sensor 16 detected and the engine 3 is supplied, and outputs a control signal to the control circuit Guu and to the control circuit Gwl in response to a command value from the higher controller 5 the end. The one from the temperature detector 14th detected temperature is entered in the controller 15th entered and the controller 15th performs control such that the semiconductor element does not exceed an allowable temperature.

2 ist ein Schaltbild, das einen Hauptteil der Ansteuerschaltungseinheit 13 zeigt. 2 Fig. 13 is a circuit diagram showing a main part of the drive circuit unit 13th shows.

Wie in 2 gezeigt ist, ist die temperaturempfindliche Diode Td in der Nähe des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul angeordnet. Der Temperaturdetektor 14 umfasst eine Temperaturdetektionsschaltung 141, die eine Temperatur basierend auf der temperaturempfindlichen Diode Td detektiert, und die detektierte Temperatur wird in den Mikrocomputer 151 eingegeben.As in 2 shown is the temperature sensitive diode Td near the U-phase sub-branch semiconductor element Tul arranged. The temperature detector 14th includes a temperature detection circuit 141 having a temperature based on the temperature sensitive diode Td is detected, and the detected temperature is entered in the microcomputer 151 entered.

Ein Ansteuersignal wird aus dem Mikrocomputer 151 an die Ansteuerschaltung Gul ausgegeben. Die Ansteuerschaltung Gul umfasst eine Gate-Steuerschaltung 131, einen Ein-Seiten-Gate-Widerstand Rg1, einen Aus-Seiten-Gate-Widerstand Rg2 und einen Gate-Emitter-Kondensator Cge. Die Leistungsversorgungsspannung Vul wird von der Ansteuerleistungsversorgungseinheit 12 an die Gate-Steuerschaltung 131 und die Temperaturdetektionsschaltung 141 als Ansteuerleistungsversorgung geliefert.A control signal is generated from the microcomputer 151 to the control circuit Gul issued. The control circuit Gul comprises a gate control circuit 131 , a one-sided gate resistor Rg1 , an off-side gate resistor Rg2 and a gate-emitter capacitor Cge . The power supply voltage Vul is supplied by the drive power supply unit 12th to the gate control circuit 131 and the temperature detection circuit 141 Delivered as a control power supply.

Die Gate-Steuerschaltung 131 schaltet das U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelement Tul durch Ausgeben eines EIN-Signals an den Ein-Seiten-Gate-Widerstand Rg1 als Antwort auf das aus dem Mikrocomputer 151 eingegebene Ansteuersignal ein. Die Gate-Steuerschaltung 131 gibt ein Nullpotential an den Aus-Seiten-Gate-Widerstand Rg2 aus.The gate control circuit 131 switches the U-phase sub-branch semiconductor element Tul by outputting an ON signal to the one-side gate resistor Rg1 in response to that from the microcomputer 151 input control signal. The gate control circuit 131 gives a zero potential to the out-side gate resistor Rg2 the end.

Obwohl die Ansteuerschaltung Gul, die das U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelement Tul ansteuert, in 2 gezeigt ist, haben die Ansteuerschaltungen Guu, Gvu bis Gwl anderer Phasen die gleiche Konfiguration. Jedoch unterscheiden sich in der ersten Ausführungsform, wie es später beschrieben wird, die Widerstandswerte des Ein-Seiten-Gate-Widerstands Rg1 und des Aus-Seiten-Gate-Widerstands Rg2 der Ansteuerschaltung Gul von den Widerstandswerten der Ansteuerschaltungen Guu, Gvu bis Gwl anderer Phasen. Alle Kapazitäten der Kondensatoren Cge der jeweiligen Phasen haben den gleichen Wert.Although the control circuit Gul who have favourited the U-phase sub-branch semiconductor element Tul controls, in 2 shown have the drive circuits Guu , Gvu until Gwl other phases have the same configuration. However, in the first embodiment, as will be described later, the resistance values of the one-side gate resistor are different Rg1 and the out-side gate resistor Rg2 the control circuit Gul of the resistance values of the control circuits Guu , Gvu until Gwl other phases. All capacities of the capacitors Cge of the respective phases have the same value.

Die Schaltcharakteristik des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul wird durch den Gate-Widerstand bestimmt, der durch zwei von dem Ein-Seiten-Gate-Widerstand Rg1 und dem Aus-Seiten-Gate-Widerstand Rg2 ausgebildet ist. Wenn der Widerstandswert des Gate-Widerstands erhöht wird, nimmt ein Schaltverlust des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul zu, aber eine Spitze einer durch das Schalten erzeugten Stoßspannung nimmt ab. Üblicherweise wird der Widerstandswert des Gate-Widerstands 9 so eingestellt, dass der Schaltverlust in einem Bereich minimiert wird, in dem die Stoßspannung eine Nennspannung des Halbleiterelements nicht überschreitet. In der ersten Ausführungsform wird der Widerstandswert des Gate-Widerstands, der die Schaltcharakteristik des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul definiert, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor 14 detektiert wird, auf einen Wert eingestellt, bei dem die Wärmeerzeugung aufgrund des Schaltverlusts größer als die des Gate-Widerstands ist, der die Schaltcharakteristik eines anderen Halbleiterelements definiert, in dem die Temperatur nicht detektiert wird. Das heißt, der Gate-Widerstand wird so erhöht, dass die Temperatur des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul höher wird als die der Halbleiterelemente anderer Phasen, wodurch die Phase, in der der Schaltverlust erhöht ist, absichtlich erzeugt wird, um die Temperatur der Phase zu detektieren.The switching characteristic of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul is determined by the gate resistance divided by two of the one-side gate resistance Rg1 and the out-side gate resistor Rg2 is trained. When the resistance value of the gate resistance is increased, switching loss of the U-phase sub-branch semiconductor element increases Tul increases, but a peak of a surge voltage generated by switching decreases. Usually, the resistance value of the gate resistor 9 is set so that the switching loss is minimized in a range in which the surge voltage does not exceed a nominal voltage of the semiconductor element. In the first embodiment, the resistance value of the gate resistance becomes the switching characteristic of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul defined in which the temperature is determined by the temperature detector 14th is set to a value at which the heat generation due to the switching loss is greater than that of the gate resistance, which defines the switching characteristic of another semiconductor element in which the temperature is not detected. That is, the gate resistance is increased so that the temperature of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul becomes higher than that of the semiconductor elements of other phases, whereby the phase in which the switching loss is increased is intentionally generated to detect the temperature of the phase.

In Anbetracht der Variationen bei der Temperaturdetektion wird der Schaltverlust der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, so eingestellt, dass der Minimalwert der Temperatur der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, größer ist als der Maximalwert der Temperatur der Phase, in der die Temperatur nicht detektiert wird.In consideration of the variations in temperature detection, the switching loss of the phase in which the temperature is detected is set so that the minimum value of the temperature of the phase in which the temperature is detected is greater than the maximum value of the temperature of the phase in which the temperature is not detected.

Die strukturelle Kühleffizienz, die Charakteristik des Halbleiterelements und die Charakteristik der Temperaturdetektionsschaltung werden als Faktoren der Variation der Temperaturdetektion betrachtet. Wenn die Temperaturvariation beispielsweise ±10 % beträgt, wird dementsprechend der Schaltverlust der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, so erhöht, dass der Temperaturanstieg +20 % oder mehr beträgt.The structural cooling efficiency, the characteristic of the semiconductor element, and the characteristic of the temperature detection circuit are regarded as factors of the variation of the temperature detection. Accordingly, when the temperature variation is ± 10%, for example, the switching loss of the phase in which the temperature is detected is increased so that the temperature rise is + 20% or more.

3(A) und 3(B) sind Graphen, die eine Beziehung zwischen einer Motorstromstärke, einer Temperatur und einem Verlust darstellen, wenn die erste Ausführungsform angewendet wird. 3 (A) and 3 (B) are graphs showing a relationship among motor amperage, temperature and loss when the first embodiment is applied.

In 3(A) repräsentiert eine horizontale Achse die Motorstromstärke und eine vertikale Achse repräsentiert die Temperatur. Wenn der Gate-Widerstand so erhöht wird, dass das U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelement Tul eine Temperatur hat, die höher ist als die des Halbleiterelements anderer Phasen, ist die Temperatur höher als die der anderen Phasen, beispielsweise der W-Phase. Der Temperaturunterschied nimmt proportional zu dem Betrag der Motorstromstärke zu.In 3 (A) a horizontal axis represents motor current and a vertical axis represents temperature. When the gate resistance is increased so that the U-phase sub-branch semiconductor element Tul has a temperature higher than that of the semiconductor element of other phases, the temperature is higher than that of the other phases such as the W phase. The temperature difference increases in proportion to the magnitude of the motor current.

In 3(B) repräsentiert die horizontale Achse die Motorstromstärke und die vertikale Achse repräsentiert den Verlust. Wenn der Gate-Widerstand des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul so erhöht wird, dass die Temperatur höher ist als die des Halbleiterelements anderer Phasen, ist der Verlust höher als der anderer Phasen, beispielsweise der W-Phase. Die Verlustdifferenz nimmt proportional zu dem Betrag der Motorstromstärke zu.In 3 (B) the horizontal axis represents motor current and the vertical axis represents loss. When the gate resistance of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul is increased so that the temperature is higher than that of the semiconductor element of other phases, the loss is higher than that of other phases such as W phase. The difference in loss increases proportionally to the magnitude of the motor current.

Gemäß der ersten Ausführungsform kann durch Detektieren der Temperatur eines Halbleiterelements einer bestimmten Phase ein Übertemperaturschutz, der Halbleiterelemente anderer Phasen umfasst, mit geringen Kosten vorgenommen werden und gleichzeitig die Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden.According to the first embodiment, by detecting the temperature of a semiconductor element of a certain phase, overtemperature protection including semiconductor elements of other phases can be performed at a low cost while maintaining reliability.

[Zweite Ausführungsform][Second embodiment]

Im Folgenden wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Das Schaltungskonfigurationsdiagramm des Leistungsumsetzers in 1, das Schaltungskonfigurationsdiagramm der Ansteuerschaltung und des Temperaturdetektors in 2 und der die Temperatur und den Verlust der U-Phase und der V-Phase zeigende Graph in 3 sind in der zweiten Ausführungsform gleich.A second embodiment will now be described. The circuit configuration diagram of the power converter in 1 , the circuit configuration diagram of the drive circuit and the temperature detector in 2 and the graph showing the temperature and loss of the U-phase and the V-phase in FIG 3 are the same in the second embodiment.

In der zweiten Ausführungsform wird für den Gate-Emitter-Kondensator Cge in 2 die Kapazität des Kondensators Cge der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, größer eingestellt als die Kapazität anderer Phasen, in denen die Temperatur nicht detektiert wird. Das heißt, die Kapazität des Kondensators Cge wird so erhöht, dass die Temperatur des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul höher ist als die der Halbleiterelemente anderer Phasen, wodurch die Phase mit erhöhtem Schaltverlust absichtlich erzeugt wird, um die Temperatur der Phase zu detektieren. Die Widerstandswerte der Gate-Widerstände der jeweiligen Phasen sind alle gleich.In the second embodiment, it is used for the gate-emitter capacitor Cge in 2 the capacitance of the capacitor Cge the phase in which the temperature is detected is set greater than the capacity of other phases in which the temperature is not detected. That is, the capacitance of the capacitor Cge is increased so that the temperature of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul is higher than that of the semiconductor elements of other phases, whereby the phase with increased switching loss is intentionally generated to detect the temperature of the phase. The resistance values of the gate resistors of the respective phases are all the same.

In Anbetracht der Variationen bei der Temperaturdetektion wird der Schaltverlust der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, so eingestellt, dass der Minimalwert der Temperatur der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, größer ist als der Maximalwert der Temperatur der Phase, in der die Temperatur nicht detektiert wird.In consideration of the variations in temperature detection, the switching loss of the phase in which the temperature is detected is set so that the minimum value of the temperature of the phase in which the temperature is detected is greater than the maximum value of the temperature of the phase in which the temperature is not detected.

Die strukturelle Kühleffizienz, die Charakteristik des Halbleiterelements und die Charakteristik der Temperaturdetektionsschaltung werden als Faktoren der Variation der Temperaturdetektion betrachtet. Wenn die Temperaturvariation beispielsweise ±10 % beträgt, wird dementsprechend der Schaltverlust der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, so erhöht, dass der Temperaturanstieg +20 % oder mehr beträgt.The structural cooling efficiency, the characteristic of the semiconductor element, and the characteristic of the temperature detection circuit are regarded as factors of the variation of the temperature detection. Accordingly, when the temperature variation is ± 10%, for example, the switching loss of the phase in which the temperature is detected is increased so that the temperature rise is + 20% or more.

Gemäß der ersten Ausführungsform kann durch Detektieren der Temperatur eines Halbleiterelements einer bestimmten Phase ein Übertemperaturschutz, der Halbleiterelemente anderer Phasen umfasst, mit geringen Kosten vorgenommen werden und gleichzeitig die Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden.According to the first embodiment, by detecting the temperature of a semiconductor element of a certain phase, overtemperature protection including semiconductor elements of other phases can be performed at a low cost while maintaining reliability.

[Dritte Ausführungsform][Third embodiment]

Im Folgenden wird eine dritte Ausführungsform beschrieben. Das Schaltungskonfigurationsdiagramm des Leistungsumsetzers in 1, das Schaltungskonfigurationsdiagramm der Ansteuerschaltung und des Temperaturdetektors in 2 und der die Temperatur und den Verlust der U-Phase und der V-Phase zeigende Graph in 3 sind in der zweiten Ausführungsform gleich.A third embodiment will now be described. The circuit configuration diagram of the power converter in 1 , the circuit configuration diagram of the drive circuit and the temperature detector in 2 and the graph showing the temperature and loss of the U-phase and the V-phase in FIG 3 are the same in the second embodiment.

In der dritten Ausführungsform wird die Leistungsversorgungsspannung Vul, die von der Ansteuerleistungsversorgungseinheit 12 in 1 an die Ansteuerschaltung Gul geliefert wird, auf eine Spannung eingestellt, die niedriger ist als die Leistungsversorgungsspannungen Vuu, Vvu, Vwu, Vvl, Vwl, die anderen Ansteuerschaltungen zugeführt werden. Der Schaltverlust unter Verwendung des Gate-Widerstands, der den Ein-Seiten-Gate-Widerstand Rg1 und den Aus-Seiten-Gate-Widerstand Rg2 umfasst, erhöht sich durch Absenken der Spannung. Das heißt, die Ansteuerschaltung Gul wird mit einer niedrigeren Spannung angesteuert, so dass die Temperatur des U-Phasen-Unterzweig-Halbleiterelements Tul höher ist als die der Halbleiterelemente anderer Phasen, wodurch die Phase, in der der Schaltverlust erhöht ist, absichtlich erzeugt wird, um die Temperatur der Phase zu detektieren. Der Widerstandswert des Gate-Widerstands jeder Phase und die Kapazität des Kondensators Cge haben alle den gleichen Wert.In the third embodiment, the power supply voltage Vul supplied by the drive power supply unit 12th in 1 to the control circuit Gul is set to a voltage lower than the power supply voltages Vuu, Vvu, Vwu, Vvl, Vwl supplied to other drive circuits. The switching loss using the gate resistance, which is the one-side gate resistance Rg1 and the out-side gate resistance Rg2 includes, increases by lowering the tension. That is, the control circuit Gul is driven with a lower voltage, so that the temperature of the U-phase sub-branch semiconductor element Tul is higher than that of the semiconductor elements of other phases, whereby the phase in which the switching loss is increased is intentionally generated to detect the temperature of the phase. The resistance of the gate resistance of each phase and the capacitance of the capacitor Cge all have the same value.

In Anbetracht der Variationen bei der Temperaturdetektion wird der Schaltverlust der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, so eingestellt, dass der Minimalwert der Temperatur der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, größer ist als der Maximalwert der Temperatur der Phase, in der die Temperatur nicht detektiert wird.In consideration of the variations in temperature detection, the switching loss of the phase in which the temperature is detected is set so that the minimum value of the temperature of the phase in which the temperature is detected is greater than the maximum value of the temperature of the phase in which the temperature is not detected.

Die strukturelle Kühleffizienz, die Charakteristik des Halbleiterelements und die Charakteristik der Temperaturdetektionsschaltung werden als Faktoren der Variation der Temperaturdetektion betrachtet. Wenn die Temperaturvariation beispielsweise ±10 % beträgt, wird dementsprechend der Schaltverlust der Phase, in der die Temperatur detektiert wird, so erhöht, dass der Temperaturanstieg +20 % oder mehr beträgt.The structural cooling efficiency, the characteristic of the semiconductor element, and the characteristic of the temperature detection circuit are regarded as factors of the variation of the temperature detection. Accordingly, when the temperature variation is ± 10%, for example, the switching loss of the phase in which the temperature is detected is increased so that the temperature rise is + 20% or more.

Gemäß der ersten Ausführungsform kann durch Detektieren der Temperatur eines Halbleiterelements einer bestimmten Phase ein Übertemperaturschutz, der Halbleiterelemente anderer Phasen umfasst, zu geringen Kosten vorgenommen werden und gleichzeitig die Zuverlässigkeit aufrechterhalten werden.According to the first embodiment, by detecting the temperature of a semiconductor element of a certain phase, overtemperature protection including semiconductor elements of other phases can be performed at a low cost while maintaining reliability.

Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen kann die folgende Wirkung erzielt werden.
(1) Der Leistungsumsetzer umfasst: die Leistungsumsetzungsschaltungseinheit 10, die die mehreren Halbleiterelemente aufweist, die die Gleichstromleistung in mehrere Phasen Wechselstromleistung umsetzen; und den Temperaturdetektor 14, der die Temperatur des Halbleiterelements, das einer der mehreren Phasen der Wechselstromleistung entspricht, detektiert. Der Leistungsumsetzer steuert das Halbleiterelement, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor 14 detektiert wird, so an, dass die Wärmeerzeugung aufgrund eines Schaltverlusts größer ist als die eines anderen Halbleiterelements, in dem die Temperatur nicht detektiert wird. Somit wird der Temperaturdetektor minimiert und das Erfordernis einer komplizierten Berechnungsverarbeitung oder dergleichen zum Schätzen der Temperatur wird beseitigt.According to the above-described embodiments, the following effect can be obtained.
(1) The power converter includes: the power conversion circuit unit 10 having the plurality of semiconductor elements that convert the DC power into multiple phases of AC power; and the temperature detector 14th that detects the temperature of the semiconductor element corresponding to one of the multiple phases of AC power. The power converter controls the semiconductor element in which the temperature is measured by the temperature detector 14th is detected so that the heat generation due to a switching loss is greater than that of another semiconductor element in which the temperature is not detected. Thus, the temperature detector is minimized and the need for complicated calculation processing or the like for estimating the temperature is eliminated.

[Abwandlungen] Die vorliegende Erfindung kann implementiert werden, indem die oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen wie folgt abgewandelt werden.

  1. (1) In jeder Ausführungsform wurde das Beispiel beschrieben, in dem die Temperatur in einer spezifischen Phase detektiert wird, aber die Temperatur kann in mehreren spezifischen Phasen detektiert werden. In diesem Fall wird die Steuerung so durchgeführt, dass die detektierte Temperatur die zulässige Temperatur basierend auf der detektierten höheren Temperatur nicht überschreitet.
  2. (2) Obwohl die Leistungsumsetzungsschaltungseinheit jeder Ausführungsform als ein Beispiel für die drei Phasen der UVW-Phasen beschrieben wurde, kann die Leistungsumsetzungsschaltungseinheit nicht nur auf die drei Phasen, sondern auch auf mehrere Phasen angewendet werden.
[Modifications] The present invention can be implemented by modifying the above-described first to third embodiments as follows.
  1. (1) In each embodiment, the example in which the temperature is detected in a specific phase has been described, but the temperature can be detected in a plurality of specific phases. In this case, control is performed so that the detected temperature does not exceed the allowable temperature based on the detected higher temperature.
  2. (2) Although the power conversion circuit unit of each embodiment has been described as an example of the three phases of the UVW phases, the power conversion circuit unit can be applied not only to the three phases but also to plural phases.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt, und andere im Rahmen der technischen Idee der vorliegenden Erfindung denkbare Formen sind ebenfalls im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten, solange die Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht beeinträchtigt werden. Außerdem können die oben beschriebenen Ausführungsformen und mehrere Abwandlungen kombiniert werden.The present invention is not limited to the above embodiments, and other forms conceivable within the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention as long as the features of the present invention are not impaired. In addition, the above-described embodiments and various modifications can be combined.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
LeistungsumsetzerPower converter
22
Batteriebattery
33
Motorengine
44th
Relaisrelay
55
Höherer ControllerHigher controller
66th
Externe LeistungsversorgungExternal power supply
1010
LeistungsumsetzungsschaltungseinheitPower conversion circuit unit
1111
Kondensatorcapacitor
1212th
AnsteuerleistungsversorgungseinheitControl power supply unit
1313th
AnsteuerschaltungseinheitControl circuit unit
1414th
TemperaturdetektorTemperature detector
1515th
ControllerController
1616
StromsensorCurrent sensor
131131
Gate-SteuerschaltungGate control circuit
141141
TemperaturdetektionsschaltungTemperature detection circuit
151151
MikrocomputerMicrocomputers
TuuTuu
U-Phasen-Oberzweig-HalbleiterelementU-phase upper branch semiconductor element
TulTul
U-Phasen-Unterzweig-HalbleiterelementU-phase sub-branch semiconductor element
TvuTvu
V-Phasen-Oberzweig-HalbleiterelementV-phase upper arm semiconductor element
TvlTvl
V-Phasen-Unterzweig-HalbleiterelementV-phase sub-branch semiconductor element
TwuTwu
W-Phasen-Oberzweig-HalbleiterelementW-phase upper arm semiconductor element
TwlTwl
W-Phasen-Unterzweig-HalbleiterelementW-phase sub-branch semiconductor element
DuuYou
U-Phasen-Oberzweig-DiodeU-phase upper branch diode
DulDul
U-Phasen-Unterzweig- DiodeU-phase sub-branch diode
DvuDvu
V-Phasen-Oberzweig-diodeV-phase upper arm diode
DvlDvl
V-Phasen-Unterzweig- DiodeV-phase sub-branch diode
DwuDwu
W-Phasen-Oberzweig-DiodeW-phase upper branch diode
DwlDwl
W-Phasen-Unterzweig-DiodeW-phase sub-branch diode
CgeCge
Gate-Emitter-KondensatorGate-emitter capacitor
TdTd
Temperaturempfindliche DiodeTemperature sensitive diode
Rg1Rg1
Ein-Seiten-Gate-WiderstandOne side gate resistor
Rg2Rg2
Aus-Seiten-Gate-WiderstandOff-side gate resistance
Guu, Gvu, Gwu, Gul, Gvl, GwlGuu, Gvu, Gwu, Gul, Gvl, Gwl
AnsteuerschaltungControl circuit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • JP 2012186968 A [0004]JP 2012186968 A [0004]

Claims (4)

Leistungsumsetzer, der umfasst: eine Leistungsumsetzungsschaltungseinheit, die mehrere Halbleiterelemente aufweist, die Gleichstromleistung in mehrere Phasen von Wechselstromleistung umsetzen; und einen Temperaturdetektor, der die Temperatur des Halbleiterelements, das einer der mehreren Phasen von Wechselstromleistung entspricht, detektiert, wobei der Leistungsumsetzer das Halbleiterelement, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor detektiert wird, so ansteuert, dass die Wärmeerzeugung aufgrund eines Schaltverlusts größer ist als die eines anderen Halbleiterelements, in dem die Temperatur nicht detektiert wird.Power converter, which includes: a power conversion circuit unit including a plurality of semiconductor elements that convert DC power into a plurality of phases of AC power; and a temperature detector that detects the temperature of the semiconductor element corresponding to one of the multiple phases of AC power, wherein the power converter drives the semiconductor element in which the temperature is detected by the temperature detector so that the heat generation due to a switching loss is greater than that of another semiconductor element in which the temperature is not detected. Leistungsumsetzer nach Anspruch 1, wobei ein Gate-Widerstand, der eine Schaltcharakteristik des Halbleiterelements definiert, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor detektiert wird, auf einen Wert eingestellt ist, bei dem die Wärmeerzeugung aufgrund des Schaltverlusts größer ist als bei einem Gate-Widerstand, der eine Schaltcharakteristik eines anderen Halbleiterelements definiert, in dem die Temperatur nicht detektiert wird.Power converter according to Claim 1 , wherein a gate resistance, which defines a switching characteristic of the semiconductor element in which the temperature is detected by the temperature detector, is set to a value at which the heat generation due to the switching loss is greater than that of a gate resistance which is a switching characteristic of a other semiconductor element defined in which the temperature is not detected. Leistungsumsetzer nach Anspruch 1, wobei die Kapazität zwischen einem Gate und einem Emitter des Halbleiterelements, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor detektiert wird, auf einen Wert eingestellt ist, bei dem der Schaltverlust größer ist als bei der Kapazität zwischen einem Gate und einem Emitter eines anderen Halbleiterelements, in dem die Temperatur nicht detektiert wird.Power converter according to Claim 1 , wherein the capacitance between a gate and an emitter of the semiconductor element in which the temperature is detected by the temperature detector is set to a value at which the switching loss is larger than the capacitance between a gate and an emitter of another semiconductor element, in which the temperature is not detected. Leistungsumsetzer nach Anspruch 1, wobei eine Ansteuerspannung für eine Ansteuerschaltung des Halbleiterelements, in dem die Temperatur durch den Temperaturdetektor detektiert wird, auf einen niedrigeren Wert als eine Ansteuerspannung für eine Ansteuerschaltung eines anderen Halbleiterelements, in dem die Temperatur nicht detektiert wird, eingestellt ist.Power converter according to Claim 1 wherein a drive voltage for a drive circuit of the semiconductor element in which the temperature is detected by the temperature detector is set to a lower value than a drive voltage for a drive circuit of another semiconductor element in which the temperature is not detected.
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