DE112021007283T5

DE112021007283T5 - Temperaturinferenzvorrichtung und wandlersystem

Info

Publication number: DE112021007283T5
Application number: DE112021007283.8T
Authority: DE
Inventors: Wataru KUROKI
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2021-05-19
Filing date: 2021-05-19
Publication date: 2024-01-11
Also published as: CN117280592A; JPWO2022244166A1; WO2022244166A1

Abstract

Eine Temperaturinferenzvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung berechnet einen Sperrschichttemperaturinferenzwert einer Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Wandler bereitgestellt ist, der eine Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung einer Dreiphasenwechselstromleistungsquellenseite und Gleichstromleistung einer Gleichstromseite durchführt. Die Temperaturinferenzvorrichtung umfasst: eine Elektrische-Strom-Detektionseinheit, die den Wert eines elektrischen Stroms detektiert, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt; und eine Sperrschichttemperaturinferenzeinheit, die einen Sperrschichttemperaturinferenzwert der Leistungshalbleitervorrichtung auf der Basis der Ungleichgewichtsrate einer Dreiphasenwechselstromleistungsquelle, die mit dem Wandler verbunden ist, und eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts berechnet, der auf der Basis mindestens des elektrischen Stromwerts berechnet wurde, der durch die Elektrische-Strom-Detektionseinheit detektiert wurde.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Temperaturschätzvorrichtung und ein Wandlersystem.
STAND DER TECHNIK
Ein Wandler und ein Wechselrichter sind Leistungsumwandlungsvorrichtungen zum Durchführen einer Umwandlung von Gleichstromleistung in Wechselstromleistung oder einer Leistungsumwandlung von Wechselstromleistung in Gleichstromleistung. Beispielsweise wandelt in einer Motorantriebsvorrichtung zum Antreiben von Motoren in einer Werkzeugmaschine, einer Schmiedemaschine, einer Spritzgießmaschine, einer Industriemaschine oder verschiedenen Arten von Robotern ein Wandler Wechselstromleistung, die von einer Wechselstromleistungsversorgung zugeführt wird, in Gleichstromleistung um und gibt die umgewandelte Leistung an eine Gleichstromverbindung aus, ein Wechselrichter wandelt ferner die Gleichstromleistung in der Gleichstromverbindung in Wechselstromleistung um und führt die Wechselstromleistung einem Motor zu, der für jede Antriebswelle als Antriebsleistung bereitgestellt ist. Die Gleichstromverbindung bezieht sich auf einen Schaltungsteil, der die Gleichstromausgangsseite des Wandlers mit der Gleichstromeingangsseite des Wechselrichters elektrisch verbindet und kann auch als eine „Gleichstromverbindungseinheit“, eine „Gleichstromverbindung“, eine „Gleichstromverbindungseinheit“, eine „Gleichstromzwischenschaltung“ oder dergleichen bezeichnet werden.
Wenn Strom durch Leistungshalbleitervorrichtungen fließt, die in einem Wandler und einem Wechselrichter bereitgestellt sind, erzeugen der Wandler und der Wechselrichter Wärme. Insbesondere in einem PWM-gesteuerten Wandler und einem PWM-gesteuerten Wechselrichter steigt die Temperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung durch Wärmeerzeugung der Leistungshalbleitervorrichtung aufgrund eines stetigen Verlusts der Leistungshalbleitervorrichtung und eines Schaltverlusts und eines Sperrerholungsverlusts, die durch Schaltbetrieb der Leistungshalbleitervorrichtung verursacht werden, an. Das Eintreten der Leistungshalbleitervorrichtung in dem Wandler oder dem Wechselrichter in einen überhitzten Zustand aufgrund dessen, dass die Temperatur der Leistungshalbleitervorrichtung eine Nenntemperatur überschreitet, führt zu einer Beschädigung und einer verkürzten Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung. Daher ist es im Betrieb eines Wandlers und eines Wechselrichters erforderlich, die Temperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung oder eines Bereichs um die Leistungshalbleitervorrichtung herum so genau wie möglich zu erkennen und die Leistungshalbleitervorrichtung vor Überhitzung zu schützen.
Beispiele für ein Verfahren zum Erkennen der Temperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung oder eines Bereichs um die Leistungshalbleitervorrichtung herum in einem Wandler und einem Wechselrichter umfassen ein Verfahren zum Schätzen der Sperrschichttemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung durch Berechnung, ein Verfahren zum Messen der Gehäusetemperatur (der Formoberflächentemperatur und der Basisplattenoberflächentemperatur) einer Leistungshalbleitervorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Temperatur eines Radiators in Kontakt mit einer Leistungshalbleitervorrichtung.
Unter den vorgenannten Verfahren ist das Verfahren zum Schätzen der Sperrschichttemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung durch Berechnung ein Verfahren zum Schätzen der Sperrschichttemperatur, die die Temperatur eines Sperrschichtteils der Leistungshalbleitervorrichtung ist, durch Berechnungsverarbeitung durch eine arithmetische Verarbeitungseinheit basierend auf einem Wert des Stroms, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung und eine thermische Ersatzschaltung fließt.
Zum Beispiel ist eine Motorsteuerung, die umfasst: einen Wandler, der Wechselstromspannung in Gleichstromspannung umwandelt; einen Wechselrichter, der die Gleichstromspannung in Wechselstromspannung umwandelt und einen Motor antreibt; eine Drehzahlsteuereinheit, die einen Drehmomentbefehl basierend auf einem Drehzahlbefehl und einer Motordrehzahl erzeugt; eine Drehmomentsteuereinheit, die ein PWM-Signal basierend auf dem Drehmomentbefehl und dem Motorstrom erzeugt und einen Wechselrichter antreibt; eine Stromerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um den Motorstrom zu erfassen; eine Wechselrichtertemperaturerfassungseinheit, die die Temperatur des Wechselrichters erfasst und ein Wechselrichtertemperatursignal erzeugt; und eine Überlastschutzeinheit, die ein Drehmomentgrenzsignal basierend auf einem Motortemperatursignal, dem Wechselrichtertemperatursignal, dem Motorstrom und der Motordrehzahl erzeugt, wobei die Überlastschutzeinheit umfasst: eine Leistungselementverlustschätzeinheit, die einen geschätzten Leistungselementverlust des Wechselrichters aus dem Motorstrom erzeugt; eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit, die konfiguriert ist, um die Sperrschichttemperatur basierend auf dem geschätzten Leistungselementverlust und der Wechselrichtertemperatur zu schätzen; eine Motorverlustschätzeinheit, die einen Motorverlust aus dem Motorstrom und der Motordrehzahl schätzt; eine Spulentemperaturschätzeinheit, die die Spulentemperatur aus dem geschätzten Motorverlust und dem Motortemperatursignal schätzt; und eine Überlastverarbeitungseinheit, die ein Drehmomentgrenzsignal oder ein Alarmsignal basierend auf der geschätzten Sperrschichttemperatur und der geschätzten Spulentemperatur erzeugt, bekannt (zum Beispiel siehe PTL 1).
Zum Beispiel ist eine Aufzugssteuerung, die umfasst: eine Wechselrichtervorrichtung, die einen Wechselstrommotor antreibt, der eine Aufzugskabine in einer vertikalen Richtung betreibt; einen Schaltverlustrechner, der einen momentanen Schaltverlust berechnet, wenn ein Schalten an einem Halbleiterleistungselement in der Wechselrichtervorrichtung durchgeführt wird; und einen Einschaltverlustrechner, der einen momentanen Einschaltverlust berechnet, wenn das Halbleiterleistungselement eingeschaltet wird und Konstantstrom fließt, wobei ein momentaner Sperrschichttemperaturanstieg aus dem Schaltverlust und dem Einschaltverlust geschätzt wird und eine Last auf dem Leistungselement gemäß der Sperrschichttemperatur reduziert wird, bekannt (zum Beispiel siehe PTL 2).
Eine Leistungselement-Überhitzungsschutzvorrichtung, die in einer Antriebsvorrichtung enthalten ist, die eine Last durch PWM-Steuerung unter Verwendung eines Wechselrichters antreibt, der Gleichstrom in gewünschten Wechselstrom umwandelt, und die Schutz vor Überhitzung einer Mehrzahl von Leistungselementen bereitstellt, die den Wechselrichter bilden, wobei die Leistungselement-Überhitzungsschutzvorrichtung umfasst: ein Temperaturerfassungsmittel zum Erfassen einer Temperatur eines Gehäuses, an dem die Mehrzahl von Leistungselementen montiert ist; ein Temperaturschätzmittel zum Berechnen eines Betrags einer Zunahme einer Temperaturdifferenz zwischen einer Sperrschichttemperatur für jedes Leistungselement und der Gehäusetemperatur, Addieren der Gehäusetemperatur zu dem erfassten Betrag einer Zunahme einer Temperaturdifferenz und Schätzen einer Sperrschichttemperatur für jedes Leistungselement basierend auf einem Berechnungsergebnis; ein Überhitzungsanomaliebestimmungsmittel zum Vergleichen einer Sperrschichttemperatur für jedes Leistungselement mit einer zulässigen Betriebstemperatur für jedes Leistungselement durch Berechnung und, wenn die Sperrschichttemperatur höher als die zulässige Betriebstemperatur gemäß einem Berechnungsergebnis ist, Bestimmen eines Leistungselements, in einem überhitzten Zustand zu sein, und Ausgeben eines Überhitzungsanomaliesignals; und ein Leistungsabschaltsignalausgabemittel zum Ausgeben eines Leistungsabschaltsignals zum Abschalten eines Gates des Leistungselements, wenn wenigstens ein Überhitzungsanomaliesignal vom Überhitzungsanomaliebestimmungsmittel eingegeben wird, bekannt (zum Beispiel siehe PTL 3).
[ZITAT LISTE]
[PATENTLITERATUR]

[PTL 1] JP2009-261078A
[PTL 2] JPH11(1999)-255442A
[PTL 3] JP2008-131722A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
[Technische Aufgabe]
Im Allgemeinen ist, da ein Unsymmetriefaktor von Spannung oder Strom niedrig ist, wenn eine Dreiphasenleistungsversorgung, die mit einem Wandler verbunden ist, normal ist, eine Variation der Sperrschichttemperatur von jeder von mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen, die in dem Wandler vorhanden sind, klein. Dementsprechend ist, selbst wenn die Sperrschichttemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einer einzelnen thermischen Ersatzschaltung geschätzt wird, um den Anteil der Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitung durch eine arithmetische Verarbeitungseinheit (wie etwa eine CPU-Nutzungsrate) zu reduzieren, die Abweichung eines berechneten geschätzten Werts der Sperrschichttemperatur von dem wahren Wert der Sperrschichttemperatur jeder Leistungshalbleitervorrichtung klein. Somit kann, wenn ein Unsymmetriefaktor von Spannung oder Strom einer Dreiphasenleistungsversorgung, die mit einem Wandler verbunden ist, niedrig ist, eine Reduzierung einer Belastung der Berechnungsverarbeitung durch die arithmetische Verarbeitungseinheit und eine hochpräzise Temperaturschätzung in der Schätzverarbeitung der Sperrschichttemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einer einzelnen thermischen Ersatzschaltung gleichzeitig vorhanden sein.
Da jedoch ein Unsymmetriefaktor von Spannung oder Strom zunimmt, wenn eine Leistungsqualität einer Dreiphasenleistungsversorgung, die mit einem Wandler verbunden ist, schlecht ist oder wenn eine Anomalie, wie etwa eine Phasenunterbrechung, in der Dreiphasenleistungsversorgung auftritt, nimmt auch eine Variation der Sperrschichttemperatur von jeder von mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen, die in dem Wandler vorhanden sind, zu. Wenn die Sperrschichttemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einer einzelnen thermischen Ersatzschaltung in einer Situation geschätzt wird, in der ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung hoch ist, weicht ein berechneter geschätzter Wert der Sperrschichttemperatur stark von dem wahren Wert der Sperrschichttemperatur für einige der mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen ab. Mit anderen Worten erscheint eine Leistungshalbleitervorrichtung mit einem wahren Wert der Sperrschichttemperatur, der stark von einem berechneten geschätzten Wert der Sperrschichttemperatur abweicht. Das Einstellen einer thermischen Ersatzschaltung für jede von mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen und das Ausführen einer Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung, um die Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung genau zu schätzen, kann in Betracht gezogen werden; in diesem Fall kann jedoch der Anteil der Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitung durch eine arithmetische Verarbeitungseinheit (wie etwa eine CPU-Nutzungsrate) zunehmen und eine andere arithmetische Verarbeitung als die Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung beeinflussen. Während ferner die Verwendung einer hochleistungsfähigen arithmetischen Verarbeitungseinheit in Betracht gezogen werden kann, um die Auswirkung auf eine andere Art von arithmetischer Verarbeitung zu unterdrücken, ist eine solche arithmetische Verarbeitungseinheit teuer. Dementsprechend besteht ein Wunsch nach der Bereitstellung einer Temperaturschätzvorrichtung und eines Wandlersystems, das dieselbe umfasst, die eine hochpräzise Berechnung eines geschätzten Sperrschichttemperaturwerts einer Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Wandler bereitgestellt ist, auch dann ermöglichen, wenn ein Unsymmetriefaktor einer Dreiphasenleistungsversorgung, die mit dem Wandler verbunden ist, hoch ist.
[Lösung der Aufgabe]
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Temperaturschätzvorrichtung, die einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung berechnet, die in einem Wandler bereitgestellt ist, der eine Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung auf einer Dreiphasenleistungsversorgungsseite und Gleichstromleistung auf einer Gleichstromseite durchführt: eine Stromerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Wert eines Stroms zu erfassen, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt; und eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit, die konfiguriert ist, um einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem vorläufigen Sperrschichttemperaturwert zu berechnen, der basierend auf mindestens einem Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, und einem Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung, die mit dem Wandler verbunden ist, berechnet wird.
Ferner umfasst gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein Wandlersystem: die oben erwähnte Temperaturschätzvorrichtung; und den Wandler, der mit der Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um eine Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung auf einer Dreiphasenleistungsversorgungsseite und Gleichstromleistung auf einer Gleichstromseite durch Ein-Aus-Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung durchzuführen, wobei die Sperrschichttemperaturschätzeinheit einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung berechnet.
[VORTEILHAFTE EFFEKTE DER ERFINDUNG]
Die Aspekte der vorliegenden Offenbarung ermöglichen die Bereitstellung einer Temperaturschätzvorrichtung und eines Wandlersystems, das dieselbe umfasst, die eine hochpräzise Berechnung eines geschätzten Sperrschichttemperaturwerts einer Leistungshalbleitervorrichtung, die in einem Wandler bereitgestellt ist, auch dann ermöglichen, wenn ein Unsymmetriefaktor einer Dreiphasenleistungsversorgung, die mit dem Wandler verbunden ist, hoch ist, wie etwa wenn eine Leistungsqualität der Dreiphasenleistungsversorgung schlecht ist oder wenn eine Anomalie, wie etwa eine Phasenunterbrechung, in der Dreiphasenleistungsversorgung auftritt. Mit anderen Worten ermöglichen die Aspekte der vorliegenden Offenbarung eine Reduzierung des Anteils der Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitung durch eine arithmetische Verarbeitungseinheit (wie etwa eine CPU-Nutzungsrate) und ermöglichen daher eine Unterdrückung einer anderen Auswirkung auf die arithmetische Verarbeitung als die Temperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitungseinheit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Diagramm, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform und einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt.
2 ist ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel einer Unwuchtfaktorberechnungseinheit in der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und dem Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt.
3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A darstellt, wobei die Beziehung durch ein zweites Verfahren zum Berechnen eines Temperaturkompensationsfaktors berechnet wird.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
5 ist ein Diagramm, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
7 ist ein Diagramm, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf einer Temperaturschätzvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Temperaturschätzvorrichtung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, werden nachstehend unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Zum leichteren Verständnis verwenden die Zeichnungen gegebenenfalls unterschiedliche Maßstäbe. Ferner sind in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen Beispiele, und die Vorrichtung und das System sind nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt.
Beispiele für eine Last eines Wandlersystems, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf einer Gleichstromseite umfasst, umfassen eine Gruppe, die aus einem Wechselrichter und einem Wechselstrommotor und einem Gleichstrommotor besteht. Beispiele für eine Maschine, die mit einem Wechselstrommotor oder einem Gleichstrommotor bereitgestellt ist, umfassen eine Werkzeugmaschine, eine Schmiedemaschine, eine Spritzgießmaschine, eine Industriemaschine und verschiedene Arten von Robotern.
Ein Beispiel für einen Wechselrichter und einen Wechselstrommotor, der als eine Last eines Wandlersystems bereitgestellt ist, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf der Gleichstromseite umfasst, wird nachstehend als ein Beispiel beschrieben. Die Art des Wechselstrommotors ist nicht besonders beschränkt und kann beispielsweise ein Induktionsmotor oder ein Synchronmotor sein. Ferner beschränkt die Anzahl der Phasen des Wechselstrommotors die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht besonders und kann beispielsweise drei Phasen oder eine einzelne Phase sein. Es ist anzumerken, dass die folgende Beschreibung in ähnlicher Weise auf einen Fall anwendbar ist, in dem ein Gleichstrommotor als eine Last eines Wandlersystems bereitgestellt ist, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung auf der Gleichstromseite umfasst.
Zunächst werden eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, beschrieben.
1 ist ein Diagramm, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt. Eine Verbindungsbeziehung zwischen Komponenten in der Temperaturschätzvorrichtung und dem Wandlersystem, das diese umfasst, die in 1 dargestellt sind, ist auch auf die vierte Ausführungsform anwendbar, die später beschrieben werden soll.
Ein Wandlersystem 100 umfasst eine Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, einen Wandler 2 und eine Wandlersteuerung 3. Zum Beispiel ist eine Dreiphasenleistungsversorgung 4 mit der Wechselstromseite des Wandlers 2 durch ein elektromagnetisches Schütz (MCC) und einen Dreiphasenreaktor verbunden. Beispiele für die Dreiphasenleistungsversorgung 4 umfassen eine 400-V-Dreiphasenleistungsversorgung, eine 200-V-Dreiphasenleistungsversorgung und eine 600-V-Dreiphasenleistungsversorgung.
Der Wandler 2 in dem Wandlersystem 100 umfasst eine Dreiphasenbrückenschaltung 31, einen Glättungskondensator 32, einen Zwischenkreiskondensator 33, eine Vorladeschaltung 34 und eine Temperaturerfassungsvorrichtung 35.
Die Dreiphasenbrückenschaltung 31 in dem Wandler 2 muss nur in der Lage sein, Wechselstromleistung in Gleichstromleistung umzuwandeln, und Beispiele für die Schaltung umfassen eine PWM-schaltgesteuerte Gleichrichterschaltung, eine Synchrongleichrichterschaltung und eine Diodengleichrichterschaltung. Als ein Beispiel wird angenommen, dass die Dreiphasenbrückenschaltung 31 in dem in 1 dargestellten Beispiel eine PWM-schaltgesteuerte Gleichrichterschaltung oder eine Synchrongleichrichterschaltung ist.
Die Dreiphasenbrückenschaltung 31 umfasst drei Zweige, die sich jeweils auf jede von drei Phasen beziehen. Jeder Zweig umfasst einen oberen Arm und einen unteren Arm. Wenn der Wandler 2 mit einer PWM-schaltgesteuerten Gleichrichterschaltung oder einer Synchrongleichrichterschaltung konfiguriert ist, ist eine Leistungshalbleitervorrichtung, die aus einer Halbleiterschaltvorrichtung und einer Diode besteht, die antiparallel mit der Halbleiterschaltvorrichtung verbunden ist, in jedem oberen Arm und jedem unteren Arm in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 bereitgestellt. Beispiele für die Halbleiterschaltvorrichtung umfassen einen IGBT, einen FET, einen Thyristor, einen GTO und einen Transistor. Wenn der Wandler 2 mit einer Diodengleichrichterschaltung konfiguriert ist, ist eine Leistungshalbleitervorrichtung, die aus einer Diode besteht, in jedem oberen Arm und jedem unteren Arm in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 bereitgestellt.
Der Glättungskondensator 32 ist auf der Gleichstromseite der Dreiphasenbrückenschaltung 31 bereitgestellt und weist eine Funktion zum Unterdrücken einer pulsierenden Komponente eines Gleichstromausgangs von der Dreiphasenbrückenschaltung 31 auf. Beispiele für den Glättungskondensator 32 umfassen einen Elektrolytkondensator und einen Filmkondensator.
Der Zwischenkreiskondensator 33 ist zwischen dem Glättungskondensator 32 und der Gleichstromseite des Wechselrichters 5 bereitgestellt und weist eine Funktion zum Akkumulieren von Gleichstromleistung auf. Beispiele für den Zwischenkreiskondensator 33 umfassen einen Elektrolytkondensator und einen Filmkondensator.
Die Vorladeschaltung (Anfangsladeschaltung) 34 ist bereitgestellt, um den Zwischenkreiskondensator 33 vorzuladen (anfänglich zu laden), bevor der Wechselrichter 5 den Betrieb startet. Die Vorladeschaltung 34 umfasst einen Schalter zum Öffnen und Schließen eines elektrischen Pfads zwischen der Dreiphasenbrückenschaltung 31 und dem Zwischenkreiskondensator 33 und einen Ladewiderstand, der parallel zu dem Schalter geschaltet ist. Der Schalter ist während einer Vorladeperiode von unmittelbar nach dem Start des Wechselrichters 5 (unmittelbar nach dem Einschalten der Leistung) bis zum Start des normalen Betriebs des Wechselrichters 5 offen (ausgeschaltet). Da der Schalter während der Vorladeperiode den offenen Zustand beibehält, fließt der von der Dreiphasenbrückenschaltung 31 ausgegebene Strom durch den Ladewiderstand als Ladestrom in den Zwischenkreiskondensator 33 und der Zwischenkreiskondensator 33 wird geladen (vorgeladen). Da der von der Dreiphasenbrückenschaltung 31 ausgegebene Strom während der Vorladeperiode durch den Ladewiderstand fließt, kann das Auftreten von Stoßstrom verhindert werden. Wenn der Zwischenkreiskondensator 33 auf eine vorbestimmte Spannung geladen wird, wird der Schalter von offen auf geschlossen geschaltet und schließt das Vorladen durch die Vorladeschaltung 34 ab. Nach Abschluss des Vorladens fließt der von der Dreiphasenbrückenschaltung 31 ausgegebene Strom zu dem Wechselrichter 5, der mit der Gleichstromverbindung verbunden ist, und dem Zwischenkreiskondensator 33 durch den Schalter im geschlossenen Zustand.
Die Temperaturerfassungsvorrichtung 35 ist eine Vorrichtung, die nahe einer Leistungshalbleitervorrichtung vorgesehen ist und den Ausgang mit einer Änderung der Temperatur der Temperaturerfassungsvorrichtung 35 variiert. Ein von der Temperaturerfassungsvorrichtung 35 ausgegebenes Signal wird an eine Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 in der Temperaturschätzvorrichtung 1 gesendet, um später beschrieben zu werden. Beispiele für die Temperaturerfassungsvorrichtung 35 umfassen einen PTC-Thermistor, einen NTC-Thermistor und eine Platinwiderstandsthermometer-Bime.
Die Wandlersteuerung 3 in dem Wandlersystem 100 umfasst eine Schaltsteuereinheit 41 und eine Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42.
Die Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42 erfasst einen Zwischenkreiskondensatorspannungswert, der die Potentialdifferenz zwischen beiden Enden des Zwischenkreiskondensators 33 ist. Der Kondensatorspannungswert entspricht einem Gleichstromzwischenkreisspannungswert. Mit anderen Worten, ein Wert der Potentialdifferenz zwischen einem positiven Potential, das an einem positiven Anschluss der Dreiphasenbrückenschaltung 31 auf der Gleichstromausgangsseite auftritt, und einem negativen Potential, das an einem negativen Anschluss der Dreiphasenbrückenschaltung 31 auf der Gleichstromausgangsseite auftritt, ist der Zwischenkreiskondensatorspannungswert. Der Zwischenkreiskondensatorspannungswert, der durch die Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42 erfasst wird, wird an die Schaltsteuereinheit 41 gesendet und wird auch an eine übergeordnete Steuerung (nicht dargestellt) zum Steuern des Wechselrichters 5 gesendet.
Die Schaltsteuereinheit 41 erzeugt einen Schaltbefehl zum Befehlen, dass eine Halbleiterschaltvorrichtung in jeder Leistungshalbleitervorrichtung in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 ein- und ausschaltet, basierend auf einem Ansteuerbefehl, der von der übergeordneten Steuerung (nicht dargestellt) empfangen wird, dem Zwischenkreiskondensatorspannungswert, der durch die Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42 erfasst wird, einem Wert des in den Wandler 2 eingegebenen Stroms, der durch eine später zu beschreibende Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird (einem Wert des in eine Leistungshalbleitervorrichtung fließenden Stroms), einem Wert der Spannung zwischen den Anschlüssen (d. h. Zwischenanschlussspannung) des Wandlers 2 auf der Dreiphasenleistungsversorgungsseite, der durch eine später zu beschreibende Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird, und dergleichen. Der erzeugte Schaltbefehl wird an eine Ansteuerschaltung (nicht dargestellt) der Halbleiterschaltvorrichtung gesendet. Die Ansteuerschaltung legt eine Gate-Spannung zum Ein- oder Ausschalten der Halbleiterschaltvorrichtung an die Halbleiterschaltvorrichtung gemäß dem Inhalt des Schaltbefehls an.
Es ist anzumerken, dass die Stromerfassungseinheit 11 und die Spannungserfassungseinheit 13 in dem in 1 dargestellten Beispiel von der Temperaturschätzvorrichtung 1 und der Wandlersteuerung 3 gemeinsam genutzt werden. Als ein alternatives Beispiel können die Temperaturschätzvorrichtung 1 und die Wandlersteuerung 3 separat mit einer Stromerfassungseinheit und einer Spannungserfassungseinheit versehen sein.
Eine arithmetische Verarbeitungseinheit (Prozessor) ist in der Wandlersteuerung 3 vorgesehen. Die arithmetische Verarbeitungseinheit umfasst die oben erwähnte Schaltsteuereinheit 41 und die Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42. Zum Beispiel ist jede in der arithmetischen Verarbeitungseinheit enthaltene Einheit ein Funktionsmodul, das durch ein auf dem Prozessor ausgeführtes Computerprogramm bereitgestellt wird. Wenn zum Beispiel die Schaltsteuereinheit 41 und die Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42 in einem Computerprogrammformat aufgebaut sind, kann die Funktion jeder Einheit durch Betreiben der arithmetischen Verarbeitungseinheit gemäß dem Computerprogramm bereitgestellt werden. Das Computerprogramm zum Ausführen einer Verarbeitung in jeder der Schaltsteuereinheit 41 und der Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42 kann in einer Form bereitgestellt werden, in der es auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium wie einem Halbleiterspeicher, einem magnetischen Aufzeichnungsmedium oder einem optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist. Alternativ können die Schaltsteuereinheit 41 und die Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit 42 als eine integrierte Halbleiterschaltung bereitgestellt werden, in die das Computerprogramm, das die Funktion jeder Einheit bereitstellt, geschrieben ist.
Der Wechselrichter 5 ist mit der Gleichstromseite des Wandlers 2 verbunden. Der Wechselrichter 5 besteht aus einer Brückenschaltung, die aus einer Schaltvorrichtung und einer Diode besteht, die antiparallel mit der Schaltvorrichtung verbunden ist. Beispiele für die Schaltvorrichtung umfassen einen IGBT, einen FET, einen Thyristor, einen GTO und einen Transistor, können jedoch ein anderes Halbleiterelement umfassen. Da angenommen wird, dass ein Motor 6 in dem in 1 dargestellten Beispiel ein Dreiphasenwechselstrommotor ist, ist der Wechselrichter 5 mit einer Dreiphasenbrückenschaltung konfiguriert. Wenn der Motor 6 ein Einphasenmotor ist, ist der Wechselrichter 5 mit einer Einphasenbrückenschaltung konfiguriert. Durch PWM-Steuerung des Ein-Aus-Betriebs einer internen Schaltvorrichtung basierend auf einem Befehl von der übergeordneten Steuerung (nicht dargestellt) wandelt der Wechselrichter 5 Gleichstromleistung in der Gleichstromverbindung in Wechselstromleistung um und führt die umgewandelte Leistung dem Motor 6 auf der Wechselstromeingangsausgangsseite zu und wandelt auch Wechselstromleistung, die durch Verlangsamung des Motors 6 regeneriert wird, in Gleichstromleistung um und gibt die umgewandelte Leistung an die Gleichstromverbindung zurück. Die Drehzahl, das Drehmoment oder die Rotorposition des Motors 6 wird gemäß Wechselstromleistung gesteuert, die vom Wechselrichter 5 zugeführt wird. Die übergeordnete Steuerung, die den Wechselrichter 5 steuert, kann mit einer Kombination aus einer Analogschaltung und einer arithmetischen Verarbeitungseinheit konfiguriert sein oder kann nur mit einer arithmetischen Verarbeitungseinheit konfiguriert sein. Beispiele für eine arithmetische Verarbeitungseinheit, die die übergeordnete Steuerung bilden kann, die den Wechselrichter 5 steuert, umfassen einen IC, einen LSI, eine CPU, eine MPU und einen DSP.
Die Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung, die in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 im Wandler 2 bereitgestellt ist. Die Temperaturschätzvorrichtung 1 umfasst die Stromerfassungseinheit 11, eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12, die Spannungserfassungseinheit 13, die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14, eine Temperaturvergleichseinheit 15 und eine Alarmausgabeeinheit 16.
Die Stromerfassungseinheit 11 erfasst einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, die in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 im Wandler 2 bereitgestellt ist (einen Wert eines Stroms, der in den Wandler 2 eingegeben wird). Der von der Stromerfassungseinheit 11 erfasste Stromwert wird an eine vorläufige Wertberechnungseinheit 23 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 und die Schaltsteuereinheit 41 in der Wandlersteuerung 3 gesendet. Es ist anzumerken, dass die Stromerfassungseinheit 11 auch als eine Stromerfassungseinheit dienen kann, die in der Wandlersteuerung 3 bereitgestellt ist.
Die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst einen Wert der Zwischenanschlussspannung (Leitungsspannung) des Wandlers 2 auf der Dreiphasenleistungsversorgungsseite 4. Der von der Spannungserfassungseinheit 13 erfasste Zwischenanschlussspannungswert wird an die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 und eine Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 und die Schaltsteuereinheit 41 in der Wandlersteuerung 3 gesendet. Es ist anzumerken, dass die Spannungserfassungseinheit 13 auch als eine Spannungserfassungseinheit dienen kann, die in der Wandlersteuerung 3 bereitgestellt ist.
Die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst die Umgebungstemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem Signal, das von der Temperaturerfassungsvorrichtung 35 gesendet wird, die nahe der Leistungshalbleitervorrichtung vorgesehen ist. Die Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die von der Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird, wird an die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 gesendet.
Die Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 berechnet einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der basierend auf mindestens einem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, und einem Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4, die mit dem Wandler 2 verbunden ist, berechnet wird. Somit umfasst die Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21, eine Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22, die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 und eine Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert 24.
Die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, einem Zwischenanschlussspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird, und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird. Der vorläufige Sperrschichttemperaturwert ist ein Wert der Sperrschichttemperatur, der in einem symmetrischen Zustand der Dreiphasenleistungsversorgung 4 geschätzt wird, d. h. ein Wert, der ohne Berücksichtigung eines Unsymmetriefaktors der Dreiphasenleistungsversorgung 4 geschätzt wird.
Ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert T_j1 einer Leistungshalbleitervorrichtung kann als Gleichung 1 ausgedrückt werden. In Gleichung 1 wird Leistung, die durch Strom erzeugt wird, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt, durch W bezeichnet. Ferner wird in Gleichung 1 eine vordefinierte Einheitsreferenzleistung der Leistungshalbleitervorrichtung durch W₀ bezeichnet und eine Rate des Temperaturanstiegs der Leistungshalbleitervorrichtung pro Einheitsreferenzleistung W₀ wird als „ΔT/W₀“ (konstant) definiert. Ferner wird in Gleichung 1 die Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird, durch T_a bezeichnet, eine thermische Zeitkonstante wird durch τ bezeichnet und eine Zeit, während der Leistung in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt wird (eine Zeit, während der Strom durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt) wird durch t bezeichnet.

[Math. 1 $T_{j 1} = Δ T \times \frac{W}{W_{0}} \times (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + T_{a}$
In Gleichung 1 kann die Leistung W, die in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt wird, durch Multiplizieren des Quadrats des Stromwerts, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, mit dem Wert einer Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung berechnet werden. Beispielsweise bezeichnet der Widerstand der Leistungshalbleitervorrichtung durch R und der Strom, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt, durch I, die Leistung W, die in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt wird, ist „W = R × I².“ Daher berechnet die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Gleichung 1 basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, dem Zwischenanschlussspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird, und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird. Es sollte beachtet werden, dass beispielsweise, wenn die Temperatur eines Installationsorts des Wandlers 2 nahezu konstant ist, die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 und die Temperaturerfassungsvorrichtung 35 weggelassen werden können, indem die Umgebungstemperatur T_a der Leistungshalbleitervorrichtung auf eine Konstante (d. h. die Temperatur des Installationsorts des Wandlers 2) in Gleichung 1 eingestellt wird.
Die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet einen Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4. In dem Beispiel, das in 1 dargestellt ist, berechnet die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 basierend auf einem Wert der Zwischenanschlussspannung (Leitungsspannung), die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird.
Der Unsymmetriefaktor der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 kann gemäß einer allgemein bekannten Gleichung berechnet werden. Zwei Beispiele eines Verfahrens zum Berechnen eines Unsymmetriefaktors der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 werden beschrieben. Die Quelle der zwei Berechnungsverfahren ist die Homepage der Japan Electric Engineers' Association Public Service Corporation (https://jeea.or.jp/course/contents/05102/).
Die Beschreibung eines ersten Verfahrens zum Berechnen eines Unsymmetriefaktors der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 ist wie folgt.
Wenn Werte der Zwischenanschlussspannung (Leitungsspannung) in drei Phasen RST, die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst werden, durch E_RS, E_ST und E_TR bezeichnet werden, kann ein durchschnittlicher Zwischenanschlussspannungswert E_avg als Gleichung 2 ausgedrückt werden.

[Math. 2] $E_{a v g} = \frac{E_{R S} + E_{S T} + E_{T R}}{2}$
Eine positive Phasenspannung E₁ kann als Gleichung 3 ausgedrückt werden.

[Math. 3] $E_{1} = \sqrt{\frac{E_{R S}^{2} + E_{S T}^{2} + E_{T R}^{2}}{6} + \frac{2 \sqrt{E_{a v g} (E_{a v g} - E_{R S}) (E_{a v g} - E_{S T}) (E_{a v g} - E_{T R})}}{\sqrt{3}}}$
Eine negative Phasenspannung E₂ kann als Gleichung 4 ausgedrückt werden.

[Math. 4] $E_{2} = \sqrt{\frac{E_{R S}^{2} + E_{S T}^{2} + E_{T R}^{2}}{6} + \frac{2 \sqrt{E_{a v g} (E_{a v g} - E_{R S}) (E_{a v g} - E_{S T}) (E_{a v g} - E_{T R})}}{\sqrt{3}}}$
Daher kann gemäß dem ersten Verfahren zum Berechnen eines Unsymmetriefaktors der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 der Unsymmetriefaktor k der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 als Gleichung 5 ausgedrückt werden, indem die in Gleichung 3 angegebene positive Phasenspannung E₁ und die in Gleichung 4 angegebene negative Phasenspannung E₂ verwendet werden.

[Math. 5] $k = \frac{E_{2}}{E_{1}} \times 100 [%]$
Die Beschreibung eines zweiten Verfahrens zum Berechnen eines Unsymmetriefaktors der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 ist wie folgt.
Wenn Werte der Zwischenanschlussspannung (Leitungsspannung) in drei Phasen RST, die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst werden, durch E_RS, E_ST und E_TR bezeichnet werden, kann ein durchschnittlicher Zwischenanschlussspannungswert E_avg als die oben erwähnte Gleichung 2 ausgedrückt werden. Zu diesem Zeitpunkt kann der maximale Absolutwert E_diffmax der Differenzen zwischen jedem Wert der Zwischenanschlussspannungen E_RS, E_ST und E_TR und dem durchschnittlichen Zwischenanschlussspannungswert E_avg als Gleichung 6 ausgedrückt werden.

[Math. 6] $E_{d i f f m a x} = max {| E_{R S} - E_{a v g} |, | E_{S T} - E_{a v g} |, | E_{T R} - E_{a v g} |}$
Daher kann gemäß dem zweiten Verfahren zum Berechnen eines Unsymmetriefaktors der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 der Unsymmetriefaktor k der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 als Gleichung 7 ausgedrückt werden, indem der durchschnittliche Zwischenanschlussspannungswert E_avg, der in Gleichung 2 angegeben ist, und E_diffmax, der in Gleichung 6 angegeben ist, verwendet werden.

[Math. 7] $k = \frac{E_{d i f f m a x}}{E_{a v g}} \times 100 [%]$
Beispielsweise berechnet die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 gemäß der oben erwähnten Gleichung 5 oder Gleichung 7 basierend auf dem Wert der Zwischenanschlussspannung, die durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird.
Es sollte angemerkt werden, dass als ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor des Stroms der Dreiphasenleistungsversorgung 4 basierend auf einem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird (einen Wert eines Stroms, der in den Wandler 2 eingegeben wird), berechnen kann. 2 ist ein Diagramm, das ein modifiziertes Beispiel der Unsymmetriefaktorberechnungseinheit in der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und dem Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt. Der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, wird an die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 gesendet. Die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet einen Unsymmetriefaktor des Stroms der Dreiphasenleistungsversorgung 4 basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird. Bei der Berechnung eines Unsymmetriefaktors des Stroms der Dreiphasenleistungsversorgung 4 kann beispielsweise eine Gleichung verwendet werden, die durch Ersetzen von „Spannungswert“ durch „Stromwert“ in der oben erwähnten Gleichung 5 oder Gleichung 7 erhalten wird. Da andere Schaltungskomponenten als die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 in 2 den in 1 dargestellten Schaltungskomponenten ähnlich sind, werden die gleichen Schaltungskomponenten mit dem gleichen Vorzeichen versehen, und eine detaillierte Beschreibung der Schaltungskomponente wird weggelassen.
Ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, wird an die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 gesendet. Die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet einen Temperaturkompensationsfaktor basierend auf dem Unsymmetriefaktor. Der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnete Temperaturkompensationsfaktor wird an die Schätzwertberechnungseinheit 24 gesendet. Als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 einen Wert aus, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit dem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird.
Ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, ein Temperaturkompensationsfaktor und ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert werden ausführlicher beschrieben.
Wie oben beschrieben, ist ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 gemäß Gleichung 1 berechnet wird, ein Wert der Sperrschichttemperatur, der in einer Situation geschätzt wird, in der die Dreiphasenleistungsversorgung 4 symmetrisch (nicht unsymmetrisch) ist. Der vorläufige Sperrschichttemperaturwert, der gemäß Gleichung 1 basierend auf einem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, und einem Spannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 in der Situation erfasst wird, in der die Dreiphasenleistungsversorgung 4 symmetrisch (nicht unsymmetrisch) ist, berechnet wird, ist ein Wert nahe dem wahren Wert der Sperrschichttemperatur, und daher ist selbst wenn der vorläufige Sperrschichttemperaturwert als die Sperrschichttemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung geschätzt wird (d. h. als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert verwendet wird), ein Fehler klein.
Jedoch weicht ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der gemäß Gleichung 1 basierend auf einem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, und einem Spannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 in einer Situation erfasst wird, in der ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 hoch ist, stark von dem wahren Wert der Sperrschichttemperatur für einige von mehreren Leistungshalbleitervorrichtungen ab. Dann wird gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ein Temperaturkompensationsfaktor, der einen Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 widerspiegelt, als ein Parameter zum Reduzieren einer Abweichung eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 in der Situation berechnet wird, in der ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 hoch ist, von dem wahren Wert der Sperrschichttemperatur berechnet, und ein Wert, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit dem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird, wird als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung bestimmt.
Es werden zwei Beispiele eines Verfahrens zum Berechnen eines Temperaturkompensationsfaktors beschrieben.
Die Beschreibung des ersten Verfahrens zum Berechnen eines Temperaturkompensationsfaktors ist wie folgt.
Beispielsweise wird ein Unsymmetriefaktor k durch das oben erwähnte zweite Verfahren zum Berechnen eines Unsymmetriefaktors der Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 berechnet. Zu diesem Zeitpunkt gilt, unter der Annahme, dass der minimale Zwischenanschlussspannungswert unter E_RS, E_ST und E_TR in Gleichung 6 E_RS ist, Gleichung 8.

[Math. 8] $E_{d i f f m a x} = | E_{R S} - E_{a v g} | = E_{a v g} - E_{R S}$
Gleichung 9 wird durch Modifizieren von Gleichung 8 unter Verwendung von Gleichung 7 erhalten.

[Math. 9] $E_{R S} = E_{a v g} - E_{d i f f m a x} = E_{a v g} - (\frac{k}{100}) \times E_{a v g} = (\frac{100 - k}{100}) \times E_{a v g}$
Die Leistung W_RS, die in einer Leistungshalbleitervorrichtung in der R-Phase oder der S-Phase erzeugt wird, wenn die Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 unsymmetrisch ist und die Spannung E_RS zwischen der R-Phase und der S-Phase angelegt wird, kann als Gleichung 10 ausgedrückt werden.

[Math. 10] $W_{R S} = \frac{E_{R S}^{2}}{R} = {(\frac{100 - k}{100})}^{2} \times \frac{1}{R} \times E_{a v g}^{2}$
Andererseits kann die Leistung W_RS, die in der Leistungshalbleitervorrichtung in der R-Phase oder der S-Phase erzeugt wird, wenn die Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 symmetrisch ist und die Spannung E_RS zwischen der R-Phase und der S-Phase angelegt wird, als Gleichung 11 ausgedrückt werden.

[Math. 11] $W_{R S} = \frac{E_{R S}^{2}}{R} = \frac{E_{a v g}^{2}}{R}$
Es versteht sich, dass das Multiplizieren der Leistung W_RS, wenn die Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 symmetrisch ist, wobei die Leistung in Gleichung 11 angegeben ist, mit einem Koeffizienten A, der in Gleichung 12 angegeben ist, die Leistung W_RS ergibt, wenn die Spannung der Dreiphasenleistungsversorgung 4 unsymmetrisch ist, wobei die Leistung in Gleichung 10 angegeben ist.

[Math. 12] $A = {(\frac{100}{100 - k})}^{2}$
Der Koeffizient A, der in Gleichung 12 angegeben ist, wird als ein Temperaturkompensationsfaktor zum Verringern der Abweichung eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 in der Situation berechnet wird, in der ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 hoch ist, von dem wahren Wert der Sperrschichttemperatur verwendet. Wenn zum Beispiel der Unsymmetriefaktor k 0% ist, ist der Temperaturkompensationsfaktor A 1. Die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet den Temperaturkompensationsfaktor A gemäß Gleichung 12 unter Verwendung des Unsymmetriefaktors k, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, und sendet den Temperaturkompensationsfaktor A an die Schätzwertberechnungseinheit 24. Als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 zum Beispiel einen Wert aus, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch Gleichung 1 ausgedrückt wird, mit dem Temperaturkompensationsfaktor A, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird.
Die Beschreibung eines zweiten Verfahrens zum Berechnen eines Temperaturkompensationsfaktors ist wie folgt.
Das zweite Verfahren zum Berechnen eines Temperaturkompensationsfaktors ist ein Verfahren zum Finden eines relationalen Ausdrucks zwischen einem Unsymmetriefaktor und einem Temperaturkompensationsfaktor durch Betreiben des Wandlersystems 100, das mit einer experimentellen Dreiphasenleistungsversorgung verbunden ist, die eine Leitungsspannung mit einem Unsymmetriefaktor, der von 0 % bis 100 % variiert, durch ein Experiment ausgeben kann, das vor dem tatsächlichen Betrieb des Wandlersystems 100 durchgeführt wird. In dem Experiment wird die Sperrschichttemperatur jeder Leistungshalbleitervorrichtung in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 gemessen, während die experimentelle Dreiphasenleistungsversorgung veranlasst wird, eine Leitungsspannung mit einem spezifischen Unsymmetriefaktor im Bereich von 0 % bis 100 % auszugeben, und ein Temperaturkompensationsfaktor A für den spezifischen Unsymmetriefaktor wird durch Dividieren des Maximalwerts der gemessenen Sperrschichttemperatur durch einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der in Gleichung 1 angegeben ist, berechnet. 3 ist ein Diagramm, das eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A darstellt, wobei die Beziehung durch das zweite Verfahren zum Berechnen eines Temperaturkompensationsfaktors berechnet wird. Temperaturkompensationsfaktoren A, die sich auf Unwuchtfaktoren k beziehen, die von 0 % bis 30 % variieren, die durch das Experiment erhalten werden, sind in 3 durch schwarze Kreise angegeben. Ein Näherungsausdruck, der eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A angibt, wird aus Werten des Unwuchtfaktors k und des Temperaturkompensationsfaktors A berechnet, die durch das Experiment erhalten werden. Während eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A durch eine lineare Näherung (lineare Funktion) als ein Beispiel in 3 berechnet wird, kann eine andere Funktion als eine lineare Funktion als ein Näherungsausdruck verwendet werden. Ferner kann ein Näherungsausdruck, der eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A angibt, mit Unwuchtfaktoren, die von 0 % bis 100 % variieren, als ein Intervall berechnet werden. Alternativ können Unwuchtfaktoren, die von 0 % bis 100 % variieren, in mehrere Intervalle unterteilt werden, und ein Näherungsausdruck, der eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A angibt, kann für jedes Intervall berechnet werden. Ein Näherungsausdruck, der eine Beziehung zwischen einem Unwuchtfaktor k und einem Temperaturkompensationsfaktor A angibt, die durch das Experiment gefunden wird, wird zuvor in der Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 gespeichert. Die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet gemäß dem Näherungsausdruck einen Temperaturkompensationsfaktor A, der sich auf einen durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechneten Unwuchtfaktor k bezieht, und sendet den Temperaturkompensationsfaktor A an die Schätzwertberechnungseinheit 24. Als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 zum Beispiel einen Wert aus, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch Gleichung 1 ausgedrückt wird, mit dem Temperaturkompensationsfaktor A, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird.
Somit wird ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch Gleichung 1 ausgedrückt wird, mit einem Temperaturkompensationsfaktor A, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten. Mit anderen Worten kann ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert T_j2 einer Leistungshalbleitervorrichtung als Gleichung 13 ausgedrückt werden.

[Math. 13] $T_{j 2} = A \times Δ T \times \frac{W}{W_{0}} \times (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + T_{α}$
Es sei angemerkt, dass, wenn ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert gemäß Gleichung 1 berechnet wird, die Leistung W, die in einer Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt wird, durch Multiplizieren eines Werts, der durch Quadrieren eines Stromwerts, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, mit dem Wert einer Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung erhalten wird, berechnet wird. Als ein alternatives Verfahren kann die Leistung W durch Multiplizieren der Vorwärtsspannung V_f oder der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung V_CE(sat) des Leistungshalbleiters mit dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, berechnet werden. Wenn Widerstand der Leistungshalbleitervorrichtung durch Rund Strom, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt, durch I bezeichnet werden, ist die Leistung W, die in der Leistungshalbleitervorrichtung erzeugt wird, „W = R × I²“ und daher kann Gleichung 1 als Gleichung 14 modifiziert werden.

[Math. 14] $T_{j 1} = Δ T \times \frac{R}{W_{0}} \times I^{2} \times (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + T_{a}$
In Gleichung 14 werden eine Rate des Temperaturanstiegs ΔT, der Widerstand R der Leistungshalbleitervorrichtung und die Referenzleistung W₀ der Leistungshalbleitervorrichtung als konstante Werte zur Vereinfachung der Berechnung angenommen und eine Konstante M, die durch Gleichung 15 ausgedrückt wird, wird eingeführt.

[Math. 15] $M = Δ T \times \frac{R}{W_{0}}$
Die Substitution von Gleichung 15 in Gleichung 14 ergibt einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert T_j1, der durch Gleichung 16 ausgedrückt wird.

[Math. 16] $T_{j 1} = M \times I^{2} \times (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + T_{a}$
Die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 kann einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung gemäß Gleichung 16 basierend auf einem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird, berechnen. Daher kann ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert T_j2 als Gleichung 17 ausgedrückt werden.

[Math. 17] $T_{j 2} = A \times M \times I^{2} \times (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + T_{a}$
Beispielsweise wird ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 wie oben beschrieben berechnet wird, auf einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) angezeigt. Beispiele für die Anzeigeeinheit umfassen eine einzelne Anzeigevorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, die an einer übergeordneten Steuerung angebracht ist, eine Anzeigevorrichtung, die an der Temperaturschätzvorrichtung 1 angebracht ist, eine Anzeigevorrichtung, die an dem Wandlersystem 100 angebracht ist, eine Anzeigevorrichtung, die an einer Motorantriebsvorrichtung einschließlich des Wandlersystems 100 angebracht ist, und Anzeigevorrichtungen, die an einem Personalcomputer und einem mobilen Endgerät angebracht sind. Alternativ kann ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert, der durch die Temperaturschätzvorrichtung 1 berechnet wird, durch Sprache durch Audioausrüstung (nicht dargestellt) ausgegeben werden, anstatt durch eine Anzeigeeinheit ausgegeben zu werden. Somit kann ein Bediener einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung auch dann genau erkennen, wenn ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 hoch ist, wie etwa wenn eine Leistungsqualität der Dreiphasenleistungsversorgung 4 schlecht ist oder wenn eine Anomalie, wie etwa eine Phasenunterbrechung, in der Dreiphasenleistungsversorgung 4 auftritt.
Ferner wird ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 wie oben beschrieben berechnet wird, an die Temperaturvergleichseinheit 15 gesendet.
Die Temperaturvergleichseinheit 15 vergleicht einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert. Das Vergleichsergebnis durch die Temperaturvergleichseinheit 15 wird an die Alarmausgabeeinheit 16 gesendet. Zum Beispiel kann der Temperaturschwellenwert auf eine Temperatur, die um etwa einige zehn Prozent niedriger als eine Temperatur ist, bei der eine Leistungshalbleitervorrichtung aufgrund von Überhitzung zerstört wird, eine Temperatur, die um etwa einige zehn Prozent niedriger als eine Temperatur ist, bei der das Wandlersystem 100 aufgrund von Überhitzung einer Leistungshalbleitervorrichtung zerstört wird, oder eine Temperatur, die um etwa einige zehn Prozent höher als eine Nenntemperatur ist, die für eine Leistungshalbleitervorrichtung oder das Wandlersystem vordefiniert ist, eingestellt werden. Die hier erwähnten numerischen Werte sind strikt Beispiele, und der Temperaturschwellenwert kann einen anderen numerischen Wert annehmen. Ferner kann zum Beispiel der Temperaturschwellenwert nach dem Finden einer Beziehung mit einer Anwendungsumgebung des Wandlersystems 100 und dem Vorhandensein einer Alarmausgabe durch die Alarmausgabeeinheit 16 oder dergleichen im Voraus durch Betreiben des Wandlersystems 100 experimentell oder durch tatsächlichen Betrieb oder durch eine Computersimulation eingestellt werden. Der eingestellte Temperaturschwellenwert wird in einer Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert. Es ist anzumerken, dass durch Konfigurieren der Speichereinheit (nicht dargestellt), die den Temperaturschwellenwert speichert, der durch externe Ausrüstung wiederbeschreibbar ist, der Temperaturschwellenwert nach Bedarf auf einen geeigneten Wert geändert werden kann, selbst nachdem er vorübergehend eingestellt wurde.
Wenn ein Vergleichsergebnis durch die Temperaturvergleichseinheit 15 angibt, dass ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert gleich oder größer als der Temperaturschwellenwert ist, gibt die Alarmausgabeeinheit 16 einen Alarm aus. Beispiele für die Anzeigeeinheit umfassen eine einzelne Anzeigevorrichtung, eine Anzeigevorrichtung, die an einer übergeordneten Steuerung angebracht ist, eine Anzeigevorrichtung, die an der Temperaturschätzvorrichtung 1 angebracht ist, eine Anzeigevorrichtung, die an dem Wandlersystem 100 angebracht ist, eine Anzeigevorrichtung, die an einer Motorantriebsvorrichtung einschließlich des Wandlersystems 100 angebracht ist, und Anzeigevorrichtungen, die an einem Personalcomputer und einem mobilen Endgerät angebracht sind. Alternativ wird zum Beispiel die Alarmausgabe von der Alarmausgabeeinheit 16 an Audioausrüstung (nicht dargestellt) gesendet. Ferner wird zum Beispiel die Alarmausgabe von der Alarmausgabeeinheit 16 an lichtemittierende Ausrüstung (nicht dargestellt) gesendet, wie etwa eine LED oder eine Lampe, und durch Emittieren von Licht, wenn der Alarm empfangen wird, benachrichtigt die lichtemittierende Ausrüstung einen Bediener über „Überhitzung einer Leistungshalbleitervorrichtung.“ Ferner wird zum Beispiel die Alarmausgabe von der Alarmausgabeeinheit 16 an Audioausrüstung (nicht dargestellt) gesendet, und zum Beispiel durch Erzeugen eines Tons, wie etwa einer Stimme, eines Lautsprechers, eines Summers oder eines Klingelns, wenn ein Alarm empfangen wird, benachrichtigt die Audioausrüstung den Bediener über „Überhitzung einer Leistungshalbleitervorrichtung.“ Somit kann der Bediener zuverlässig und einfach Überhitzung einer Leistungshalbleitervorrichtung erkennen. Zum Beispiel kann der Bediener einfach Maßnahmen ergreifen, wie etwa Abschalten des Wandlersystems 100 aufgrund eines Notfalls oder Ersetzen einer Leistungshalbleitervorrichtung. Ferner kann die Alarmausgabe von der Alarmausgabeeinheit 16 zum Schutzbetrieb des Wandlersystems 100 verwendet werden oder kann zum Schutzbetrieb einer Motorantriebsvorrichtung einschließlich des Wandlersystems 100 verwendet werden.
4 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die Temperaturschätzverarbeitung einer Leistungshalbleitervorrichtung durch die Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und das Wandlersystem 100, das diese umfasst, wird periodisch ausgeführt, wenn das Wandlersystem 100 mit der Dreiphasenleistungsversorgung 4 verbunden ist und tatsächlich in Betrieb ist.
In Schritt S101 erfasst die Spannungserfassungseinheit 13 einen Wert der Zwischenanschlussspannung des Wandlers 2 auf der Dreiphasenleistungsversorgungsseite 4. Während die Darstellung in 4 weggelassen wird, erfasst die Stromerfassungseinheit 11 ferner einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, die in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 im Wandler 2 bereitgestellt ist (einen Wert eines Stroms, der in den Wandler 2 eingegeben wird), und die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst die Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem Signal, das von der Temperaturerfassungsvorrichtung 35 gesendet wird.
In Schritt S 102 berechnet die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4. Der berechnete Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 kann ein Unsymmetriefaktor der Spannung oder ein Unsymmetriefaktor des Stroms sein.
In Schritt S103 berechnet die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 einen Temperaturkompensationsfaktor unter Verwendung des Unsymmetriefaktors, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird.
In Schritt S104 berechnet die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, dem Zwischenanschlussspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird, und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
In Schritt S105 gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung einen Wert aus, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 berechnet wird, mit dem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird. Der geschätzte Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 berechnet wird, wird an die Temperaturvergleichseinheit 15 gesendet. Ferner kann zum Beispiel der geschätzte Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 berechnet wird, auf einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) angezeigt werden oder durch Sprache durch Audioausrüstung (nicht dargestellt) ausgegeben werden.
In Schritt S106 vergleicht die Temperaturvergleichseinheit 15 den geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert. In Schritt S106 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S107 voran, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert gleich oder gr als der Temperaturschwellenwert ist, und kehrt zu Schritt S101 zurück, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert kleiner als der Temperaturschwellenwert ist.
In Schritt S107 gibt die Alarmausgabeeinheit 16 einen Alarm aus.
Die oben beschriebene Verarbeitung in den Schritten S101 bis S107 wird periodisch und wiederholt ausgeführt, bis ein Alarm durch die Alarmausgabeeinheit 16 in Schritt S107 ausgegeben wird.
Als Nächstes werden eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, beschrieben.
Die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schaltet zwischen dem Ausgeben eines Werts, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit einem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert und dem Ausgeben des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, wie er ist, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert, in Abhängigkeit von der Größe des Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt.
5 ist ein Diagramm, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt.
Eine Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird durch Hinzufügen einer Stromvergleichseinheit 25 zu der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 in der Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 oder 2 dargestellt ist, erhalten. Mit anderen Worten umfasst eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 ferner die Stromvergleichseinheit 25.
Ein von der Stromerfassungseinheit 11 erfasster Stromwert wird zusätzlich zu einer vorläufigen Wertberechnungseinheit 23 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 und einer Schaltsteuereinheit 41 in einer Wandlersteuerung 3 auch an die Stromvergleichseinheit 25 gesendet.
Die Stromvergleichseinheit 25 vergleicht einen Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert. Das Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 wird an eine Schätzwertberechnungseinheit 24 gesendet. Zum Beispiel wird der Stromschwellenwert auf 60 % eines Nennstroms einer Leistungshalbleitervorrichtung eingestellt, aber der hier erwähnte numerische Wert ist strikt ein Beispiel, und der Stromschwellenwert kann einen anderen numerischen Wert annehmen. Ferner kann zum Beispiel der Stromschwellenwert nach dem Finden einer Beziehung mit einer Anwendungsumgebung eines Wandlersystems 100 und dem Vorhandensein einer Alarmausgabe durch eine Alarmausgabeeinheit 16 oder dergleichen im Voraus durch Betreiben des Wandlersystems 100 experimentell oder durch tatsächlichen Betrieb oder durch eine Computersimulation eingestellt werden. Der eingestellte Stromschwellenwert wird in einer Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert. Es ist anzumerken, dass durch Konfigurieren der Speichereinheit (nicht dargestellt), die den Stromschwellenwert speichert, der durch externe Ausrüstung wiederbeschreibbar ist, der Stromschwellenwert nach Bedarf auf einen geeigneten Wert geändert werden kann, selbst nachdem er vorübergehend eingestellt wurde.
Wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, niedrig ist, ist eine Auswirkung eines Unsymmetriefaktors einer Dreiphasenleistungsversorgung 4 klein, und daher wird ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, als nahe an dem wahren Wert betrachtet. Dann wird gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, niedrig ist, eine Berechnungslast einer arithmetischen Verarbeitungseinheit, die eine Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und eine Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 bildet, reduziert, indem die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 nicht betrieben werden und ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert als eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit bestimmt wird. Wenn andererseits der Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, hoch ist, ist eine Auswirkung eines Unsymmetriefaktors der Dreiphasenleistungsversorgung 4 groß, und daher wird ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, als stark vom wahren Wert abweichend betrachtet. Dann wird gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, hoch ist, eine verbesserte Präzision bei der Temperaturschätzverarbeitung Vorrang vor einer reduzierten Berechnungslast gegeben, indem ein Wert, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, mit einem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert bestimmt wird.
Wenn ein Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 angibt, dass ein Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, gleich oder größer als ein Stromschwellenwert ist, als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert ausgibt die Berechnungseinheit 24 für einen geschätzten Wert einen Wert, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, mit einem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird. Wenn ferner das Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 angibt, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist, gibt die Berechnungseinheit 24 für einen geschätzten Wert den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, wie er ist, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert aus.
Die Konfiguration und der Betrieb der Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und des Wandlersystems 100, das diese umfasst, mit Ausnahme der Stromerfassungseinheit 11, der Berechnungseinheit 24 für einen geschätzten Wert und der Stromvergleichseinheit 25, sind der Konfiguration und dem Betrieb, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden, ähnlich, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
6 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die Temperaturschätzverarbeitung einer Leistungshalbleitervorrichtung durch die Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und das Wandlersystem 100, das diese umfasst, wird periodisch ausgeführt, wenn das Wandlersystem 100 mit der Dreiphasenleistungsversorgung 4 verbunden ist und tatsächlich in Betrieb ist.
In Schritt S201 erfasst eine Spannungserfassungseinheit 13 einen Zwischenanschlussspannungswert eines Wandlers 2 auf der Dreiphasenleistungsversorgungsseite 4. Während die Darstellung in 6 weggelassen wird, erfasst eine Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 ferner die Umgebungstemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem Signal, das von einer Temperaturerfassungsvorrichtung 35 gesendet wird.
In Schritt S202 erfasst die Stromerfassungseinheit 11 einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, die in einer Dreiphasenbrückenschaltung 31 im Wandler 2 bereitgestellt ist (einen Wert eines Stroms, der in den Wandler 2 eingegeben wird).
In Schritt S203 vergleicht die Stromvergleichseinheit 25 den Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert. In Schritt S203 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S204 voran, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, gleich oder gr als der Stromschwellenwert ist, und schreitet zu Schritt S208 voran, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist.
In Schritt S204 berechnet die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4. Der berechnete Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 kann ein Unsymmetriefaktor der Spannung oder ein Unsymmetriefaktor des Stroms sein.
In Schritt S205 berechnet die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 einen Temperaturkompensationsfaktor unter Verwendung des Unsymmetriefaktors, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird.
In Schritt S206 berechnet die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, dem Wert einer Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
In Schritt S207 gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung einen Wert aus, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, mit dem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird.
Wenn andererseits in Schritt S203 bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist, berechnet die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 in Schritt S208 einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, dem Wert der Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
In Schritt S209 gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung aus.
Die geschätzten Sperrschichttemperaturwerte, die durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in Schritt S207 und Schritt S209 berechnet werden, werden an die Temperaturvergleichseinheit 15 gesendet. Ferner kann zum Beispiel der geschätzte Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 berechnet wird, auf einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) angezeigt werden oder durch Sprache durch Audioausrüstung (nicht dargestellt) ausgegeben werden.
In Schritt S210 vergleicht die Temperaturvergleichseinheit 15 den geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert. In Schritt S210 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S211 voran, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert gleich oder gr als der Temperaturschwellenwert ist, und kehrt zu Schritt S201 zurück, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert kleiner als der Temperaturschwellenwert ist.
In Schritt S211 gibt die Alarmausgabeeinheit 16 einen Alarm aus.
Die oben beschriebene Verarbeitung in den Schritten S201 bis S211 wird periodisch und wiederholt ausgeführt, bis ein Alarm durch die Alarmausgabeeinheit 16 in Schritt S211 ausgegeben wird.
Wie oben beschrieben, wenn in Schritt S203 bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist, werden die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 nicht betrieben, und eine Berechnungslast der arithmetischen Verarbeitungseinheit, die die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 bildet, wird reduziert. Dementsprechend ermöglicht die zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte Präzision eines geschätzten Sperrschichttemperaturwerts, während der Anteil der Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitung durch die arithmetische Verarbeitungseinheit (wie etwa eine CPU-Nutzungsrate) im Vergleich zu der ersten Ausführungsform reduziert wird. Es ist anzumerken, dass ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf der Vorwärtsspannung V_f oder der Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung V_CE(sat) des Leistungshalbleiters als die Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung in Schritt S206 und Schritt S208 berechnet werden kann.
Als Nächstes werden eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, beschrieben.
Die dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung schaltet zwischen dem Ausgeben eines Werts, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit einem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert und dem Ausgeben des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, wie er ist, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert, basierend auf der Größe des Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, und einem Unsymmetriefaktor einer Dreiphasenleistungsversorgung.
7 ist ein Diagramm, das eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, darstellt.
Eine Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird durch Hinzufügen einer Stromvergleichseinheit 25 und einer Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 zu der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 in der Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform, die in 1 oder 2 dargestellt ist, erhalten. Mit anderen Worten umfasst eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 ferner die Stromvergleichseinheit 25 und die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26.
Ein von einer Stromerfassungseinheit 11 erfasster Stromwert wird zusätzlich zu einer vorläufigen Wertberechnungseinheit 23 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 und einer Schaltsteuereinheit 41 in einer Wandlersteuerung 3 auch an die Stromvergleichseinheit 25 gesendet.
Die Stromvergleichseinheit 25 vergleicht den Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert. Zum Beispiel wird der Stromschwellenwert auf 60 % eines Nennstroms einer Leistungshalbleitervorrichtung eingestellt, aber der hier erwähnte numerische Wert ist strikt ein Beispiel, und der Stromschwellenwert kann einen anderen numerischen Wert annehmen. Das Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 wird an eine Schätzwertberechnungseinheit 24 gesendet.
Ein Unsymmetriefaktor, der durch eine Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, wird zusätzlich zu der Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 auch an die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 gesendet.
Die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 vergleicht einen Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Unsymmetriefaktorschwellenwert. Das Vergleichsergebnis durch die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 wird an die Schätzwertberechnungseinheit 24 gesendet. Zum Beispiel wird der Unsymmetriefaktorschwellenwert auf 2 % eingestellt, aber der hier erwähnte numerische Wert ist strikt ein Beispiel, und der Unsymmetriefaktorschwellenwert kann einen anderen numerischen Wert annehmen. Ferner kann zum Beispiel der Unsymmetriefaktorschwellenwert nach dem Finden einer Beziehung mit einer Anwendungsumgebung eines Wandlersystems 100 und dem Vorhandensein einer Alarmausgabe durch eine Alarmausgabeeinheit 16 oder dergleichen im Voraus durch Betreiben des Wandlersystems 100 experimentell oder durch tatsächlichen Betrieb oder durch eine Computersimulation eingestellt werden. Der eingestellte Unsymmetriefaktorschwellenwert wird in einer Speichereinheit (nicht dargestellt) gespeichert. Es ist anzumerken, dass durch Konfigurieren der Speichereinheit (nicht dargestellt), die den Unsymmetriefaktorschwellenwert speichert, der durch externe Ausrüstung wiederbeschreibbar ist, der Unsymmetriefaktorschwellenwert nach Bedarf auf einen geeigneten Wert geändert werden kann, selbst nachdem er vorübergehend eingestellt wurde.
Wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, niedrig ist, ist eine Auswirkung eines Unsymmetriefaktors einer Dreiphasenleistungsversorgung 4 klein, und daher wird ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, als nahe an dem wahren Wert betrachtet. Dann wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, niedrig ist, eine Berechnungslast einer arithmetischen Verarbeitungseinheit, die die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und eine Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 bildet, reduziert, indem die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 nicht betrieben werden und der vorläufige Sperrschichttemperaturwert, wie er ist, als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert bestimmt wird. Ferner ist, selbst wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, hoch ist, eine Auswirkung eines Unsymmetriefaktors der Dreiphasenleistungsversorgung 4 klein, wenn der Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 niedrig ist, und daher wird ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 berechnet wird, als nahe an dem wahren Wert betrachtet. Dann wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, niedrig ist und ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 klein ist, eine Berechnungslast der arithmetischen Verarbeitungseinheit, die die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 bildet, reduziert, indem die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 nicht betrieben wird und der vorläufige Sperrschichttemperaturwert, wie er ist, als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert bestimmt wird. Ferner ist, wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, hoch ist und ein Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 hoch ist, eine Auswirkung des Unsymmetriefaktors der Dreiphasenleistungsversorgung 4 groß, und daher wird ein vorläufiger Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, als stark vom wahren Wert abweichend betrachtet. Dann wird gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wenn ein Strom, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, hoch ist, eine verbesserte Präzision bei der Temperaturschätzverarbeitung Vorrang vor einer reduzierten Berechnungslast gegeben, indem ein Wert, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, mit einem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert bestimmt wird.
Wenn ein Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 angibt, dass ein Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, gleich oder größer als der Stromschwellenwert ist, und ein Vergleichsergebnis durch die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 angibt, dass ein Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit berechnet wird, gleich oder größer als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist, als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert, gibt die Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert 24 einen Wert aus, der durch Multiplizieren eines vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, mit einem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird. Wenn ferner das Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 angibt, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist, gibt die Berechnungseinheit 24 für einen geschätzten Wert den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, wie er ist, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert aus. Wenn ferner das Vergleichsergebnis durch die Stromvergleichseinheit 25 angibt, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, gleich oder größer als der Stromschwellenwert ist, und der Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 berechnet wird, kleiner als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist, gibt die Berechnungseinheit 24 für einen geschätzten Wert den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, wie er ist, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert aus.
Die Konfiguration und der Betrieb der Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und des Wandlersystems 100, das diese umfasst, mit Ausnahme der Stromerfassungseinheit 11, der Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21, der Berechnungseinheit 24 für einen geschätzten Wert, der Stromvergleichseinheit 25 und der Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26, sind der Konfiguration und dem Betrieb, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden, ähnlich, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
8 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die Temperaturschätzverarbeitung einer Leistungshalbleitervorrichtung durch die Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und das Wandlersystem 100, das diese umfasst, wird periodisch ausgeführt, wenn das Wandlersystem 100 mit der Dreiphasenleistungsversorgung 4 verbunden ist und tatsächlich in Betrieb ist.
In Schritt S301 erfasst eine Spannungserfassungseinheit 13 einen Wert der Zwischenanschlussspannung des Wandlers 2 auf der Dreiphasenleistungsversorgungsseite 4. Während die Darstellung in 8 weggelassen wird, erfasst eine Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 ferner die Umgebungstemperatur einer Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem Signal, das von einer Temperaturerfassungsvorrichtung 35 gesendet wird.
In Schritt S302 erfasst die Stromerfassungseinheit 11 einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung fließt, die in einer Dreiphasenbrückenschaltung 31 in einem Wandler 2 bereitgestellt ist (einen Wert eines Stroms, der in den Wandler 2 eingegeben wird).
In Schritt S303 vergleicht die Stromvergleichseinheit 25 den Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert. In Schritt S303 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S304 voran, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, gleich oder gr als der Stromschwellenwert ist, und schreitet zu Schritt S309 voran, wenn bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist.
In Schritt S304 berechnet die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4. Der berechnete Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 kann ein Unsymmetriefaktor der Spannung oder ein Unsymmetriefaktor des Stroms sein.
In Schritt S305 vergleicht die Unsymmetriefaktorvergleichseinheit 26 den Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Unsymmetriefaktorschwellenwert. In Schritt S305 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S306 voran, wenn bestimmt wird, dass der Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, gleich oder gr als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist, und schreitet zu Schritt S309 voran, wenn bestimmt wird, dass der Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, kleiner als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist.
In Schritt S306 berechnet die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 einen Temperaturkompensationsfaktor unter Verwendung des Unsymmetriefaktors, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird.
In Schritt S307 berechnet die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, dem Wert einer Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
In Schritt S308 gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung einen Wert aus, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, mit dem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird.
Wenn andererseits in Schritt S303 bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist, oder in Schritt S305 bestimmt wird, dass der Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, kleiner als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist, berechnet die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 in Schritt S309 einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf dem Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, dem Zwischenanschlussspannungswert, der durch die Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird, und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
In Schritt S310 gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der durch die vorläufige Wertberechnungseinheit 23 berechnet wird, als einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung aus.
Die geschätzten Sperrschichttemperaturwerte, die durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in Schritt S308 und Schritt S310 berechnet werden, werden an eine Temperaturvergleichseinheit 15 gesendet. Ferner kann zum Beispiel der geschätzte Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 berechnet wird, auf einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) angezeigt werden oder durch Sprache durch Audioausrüstung (nicht dargestellt) ausgegeben werden.
In Schritt S311 vergleicht die Temperaturvergleichseinheit 15 den geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert. In Schritt S311 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S312 voran, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert gleich oder gr als der Temperaturschwellenwert ist, und kehrt zu Schritt S301 zurück, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert kleiner als der Temperaturschwellenwert ist.
In Schritt S312 gibt die Alarmausgabeeinheit 16 einen Alarm aus.
Die oben beschriebene Verarbeitung in den Schritten S301 bis S312 wird periodisch und wiederholt ausgeführt, bis ein Alarm durch die Alarmausgabeeinheit 16 in Schritt S311 ausgegeben wird.
Wie oben beschrieben, wenn in Schritt S303 bestimmt wird, dass der Stromwert, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist, werden die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 nicht betrieben, und eine Berechnungslast einer arithmetischen Verarbeitungseinheit, die die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 und die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 bildet, wird reduziert. Dementsprechend ermöglicht die dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte Präzision eines geschätzten Sperrschichttemperaturwerts, während der Anteil der Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitung durch die arithmetische Verarbeitungseinheit (wie etwa eine CPU-Nutzungsrate) im Vergleich zu der ersten Ausführungsform reduziert wird. Ferner wird, wenn in Schritt S305 bestimmt wird, dass der Unsymmetriefaktor, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird, kleiner als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist, die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 nicht betrieben, und eine Berechnungslast der arithmetischen Verarbeitungseinheit, die die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 bildet, wird reduziert. Dementsprechend ermöglicht die dritte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eine verbesserte Präzision eines geschätzten Sperrschichttemperaturwerts, während der Anteil der Sperrschichttemperaturschätzverarbeitung in der arithmetischen Verarbeitung durch die arithmetische Verarbeitungseinheit (wie etwa eine CPU-Nutzungsrate) im Vergleich zu der zweiten Ausführungsform reduziert wird.
Als Nächstes werden eine Temperaturschätzvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und ein Wandlersystem, das diese umfasst, beschrieben.
Die vierte Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erfasst einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung für jede Phase eines Wandlers fließt, und berechnet einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt.
Eine Verbindungsbeziehung zwischen Komponenten in einer Temperaturschätzvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und einem Wandlersystem, das diese umfasst, ist die gleiche wie die Verbindungsbeziehung zwischen Komponenten in der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform und dem Wandlersystem, das diese umfasst, die in 1 dargestellt sind. Jedoch unterscheidet sich der Betrieb von jeder von einer Stromerfassungseinheit 11 und einer vorläufigen Wertberechnungseinheit 23 und einer Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert 24 in einer Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung von dem Betrieb von jeder von der Stromerfassungseinheit 11 und der vorläufigen Wertberechnungseinheit 23 und der Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 gemäß der ersten Ausführungsform. Einzelheiten sind wie folgt.
Die Stromerfassungseinheit 11 erfasst einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung in einer Dreiphasenbrückenschaltung 31 in einem Wandler 2 für jede Phase des Wandlers fließt. Mit anderen Worten, die Stromerfassungseinheit 11 erfasst einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung in einer R-Phase in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 fließt, einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung in einer S-Phase fließt, und einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung in einer T-Phase fließt. Der Stromwert jeder Phase, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, wird an die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 gesendet.
Basierend auf einem vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der basierend auf mindestens dem Maximalwert aus den Stromwerten in den jeweiligen Phasen, die durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst werden, und einem Unsymmetriefaktor berechnet wird, berechnet die Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung, durch die der Strom mit dem Maximalwert fließt. Eine ausführlichere Beschreibung des Betriebs der Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 und der Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 ist wie folgt.
Die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 bestimmt den maximalen Stromwert aus den Strömen in den jeweiligen Phasen, die durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst werden, und berechnet einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung, durch die der Strom mit dem Maximalwert fließt, basierend auf dem maximalen Stromwert, einem Zwischenanschlussspannungswert, der durch eine Spannungserfassungseinheit 13 erfasst wird, und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch eine Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
Als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt, gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 einen Wert aus, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts der Leistungshalbleitervorrichtung mit einem Temperaturkompensationsfaktor, der durch eine Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird. In dieser Verbindung wird der vorläufige Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt, durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 berechnet.
Die Konfiguration und der Betrieb der Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und des Wandlersystems 100, das diese umfasst, mit Ausnahme der Stromerfassungseinheit 11, und der Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 und der Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12, sind der Konfiguration und dem Betrieb, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden, ähnlich, und daher wird eine Beschreibung davon weggelassen.
9 ist ein Flussdiagramm, das einen Betriebsablauf der Temperaturschätzvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
Die Temperaturschätzverarbeitung einer Leistungshalbleitervorrichtung durch die Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung und das Wandlersystem 100, das diese umfasst, wird periodisch ausgeführt, wenn das Wandlersystem 100 mit der Dreiphasenleistungsversorgung 4 verbunden ist und tatsächlich in Betrieb ist.
In Schritt S401 erfasst die Spannungserfassungseinheit 13 einen Wert der Zwischenanschlussspannung des Wandlers 2 auf der Dreiphasenleistungsversorgungsseite 4. Während die Darstellung in 9 weggelassen wird, erfasst die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 ferner die Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem Signal, das von einer Temperaturerfassungsvorrichtung 35 gesendet wird.
In Schritt S402 erfasst die Stromerfassungseinheit 11 einen Wert eines Stroms, der durch eine Leistungshalbleitervorrichtung in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 im Wandler 2 fließt (einen Wert eines Stroms, der in den Wandler 2 in jeder Phase eingegeben wird), für jede Phase des Wandlers. Der Stromwert in jeder Phase, der durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst wird, wird an die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 gesendet.
In Schritt S403 bestimmt die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 den maximalen Stromwert aus den Strömen in den jeweiligen Phasen, die durch die Stromerfassungseinheit 11 erfasst werden.
In Schritt S404 berechnet eine Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 einen Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4. Der berechnete Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung 4 kann ein Unsymmetriefaktor der Spannung oder ein Unsymmetriefaktor des Stroms sein.
In Schritt S405 berechnet die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 einen Temperaturkompensationsfaktor unter Verwendung des Unsymmetriefaktors, der durch die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit 21 berechnet wird.
Es ist anzumerken, dass die Verarbeitung in Schritt S403 und die Verarbeitung in den Schritten S404 und S405 in umgekehrter Reihenfolge ausgeführt werden können.
In Schritt S406 berechnet die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 einen vorläufigen Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt, basierend auf dem maximalen Stromwert, der in Schritt S403 bestimmt wird, dem Wert einer Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung und der Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung, die durch die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14 erfasst wird.
In Schritt S407 gibt die Schätzwertberechnungseinheit 24 als ein geschätzter Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt, einen Wert aus, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts der Leistungshalbleitervorrichtung mit dem Temperaturkompensationsfaktor, der durch die Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit 22 berechnet wird, erhalten wird. In dieser Verbindung wird der vorläufige Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt, durch die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert 23 berechnet. Der geschätzte Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in Schritt S407 berechnet wird, wird an eine Temperaturvergleichseinheit 15 gesendet. Ferner kann zum Beispiel der geschätzte Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 berechnet wird, auf einer Anzeigeeinheit (nicht dargestellt) angezeigt werden oder durch Sprache durch Audioausrüstung (nicht dargestellt) ausgegeben werden.
In Schritt S408 vergleicht die Temperaturvergleichseinheit 15 einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der durch die Schätzwertberechnungseinheit 24 in der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12 berechnet wird, mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert. In Schritt S408 schreitet die Verarbeitung zu Schritt S409 voran, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert gleich oder gr als der Temperaturschwellenwert ist, und kehrt zu Schritt S401 zurück, wenn bestimmt wird, dass der geschätzte Sperrschichttemperaturwert kleiner als der Temperaturschwellenwert ist.
In Schritt S409 gibt eine Alarmausgabeeinheit 16 einen Alarm aus.
Die oben beschriebene Verarbeitung in den Schritten S401 bis S409 wird periodisch und wiederholt ausgeführt, bis ein Alarm durch die Alarmausgabeeinheit 16 in Schritt S408 ausgegeben wird.
Eine Leistungshalbleitervorrichtung, die in einer Phase bereitgestellt ist, in der der maximale Strom in der Dreiphasenbrückenschaltung 31 fließt, erzeugt die höchste Wärme und ist mit hoher Wahrscheinlichkeit beschädigt und weist eine verkürzte Lebensdauer auf. Gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Alarmausgabe basierend auf einem geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung bestimmt, durch die Strom mit dem Maximalwert fließt, und daher kann die Leistungshalbleitervorrichtung zuverlässiger vor Überhitzung geschützt werden, und die Möglichkeit einer Beschädigung und einer verkürzten Lebensdauer der Leistungshalbleitervorrichtung kann verringert werden.
Eine arithmetische Verarbeitungseinheit (Prozessor) ist in der Temperaturschätzvorrichtung 1 gemäß der ersten bis vierten Ausführungsform vorgesehen. Die arithmetische Verarbeitungseinheit umfasst die Stromerfassungseinheit 11, die Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12, die Spannungserfassungseinheit 13, die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14, die Temperaturvergleichseinheit 15 und die Alarmausgabeeinheit 16, die oben beschrieben sind. Zum Beispiel ist jede in der arithmetischen Verarbeitungseinheit enthaltene Einheit ein Funktionsmodul, das durch ein auf dem Prozessor ausgeführtes Computerprogramm bereitgestellt wird. Wenn zum Beispiel die Stromerfassungseinheit 11, die Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12, die Spannungserfassungseinheit 13, die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14, die Temperaturvergleichseinheit 15 und die Alarmausgabeeinheit 16 in einem Computerprogrammformat aufgebaut sind, kann die Funktion jeder Einheit durch Betreiben der arithmetischen Verarbeitungseinheit gemäß dem Computerprogramm bereitgestellt werden. Das Computerprogramm zum Ausführen einer Verarbeitung durch jede der Stromerfassungseinheit 11, der Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12, der Spannungserfassungseinheit 13, der Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14, der Temperaturvergleichseinheit 15 und der Alarmausgabeeinheit 16 kann in einer Form bereitgestellt werden, in der es auf einem computerlesbaren Aufzeichnungsmedium wie einem Halbleiterspeicher, einem magnetischen Aufzeichnungsmedium oder einem optischen Aufzeichnungsmedium aufgezeichnet ist. Alternativ können die Stromerfassungseinheit 11, die Sperrschichttemperaturschätzeinheit 12, die Spannungserfassungseinheit 13, die Umgebungstemperaturerfassungseinheit 14, die Temperaturvergleichseinheit 15 und die Alarmausgabeeinheit 16 als eine integrierte Halbleiterschaltung bereitgestellt werden, in die das Computerprogramm, das die Funktion jeder Einheit bereitstellt, geschrieben ist.
BEZUGSZEICHENLISTE

1: Temperaturschätzvorrichtung
2: Wandler
3: Wandlersteuerung
4: Dreiphasenleistungsversorgung
5: Wechselrichter
6: Motor
11: Stromerfassungseinheit
12: Sperrschichttemperaturschätzeinheit
13: Spannungserfassungseinheit
14: Umgebungstemperaturerfassungseinheit
15: Temperaturvergleichseinheit
16: Alarmausgabeeinheit
21: Unsymmetriefaktorberechnungseinheit
22: Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit
23: Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert
24: Schätzwertberechnungseinheit
25: Stromvergleichseinheit
26: Unsymmetriefaktorvergleichseinheit
31: Dreiphasenbrückenschaltung
32: Glättungskondensator
33: Zwischenkreiskondensator
34: Vorladeschaltung
35: Temperaturerfassungsvorrichtung
41: Schaltsteuereinheit
42: Zwischenkreiseinheitsspannungserfassungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2009261078 A [0008]
JP 2008131722 A [0008]

Claims

Temperaturschätzvorrichtung, die konfiguriert ist, um einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert einer Leistungshalbleitervorrichtung zu berechnen, die in einem Wandler bereitgestellt ist, der konfiguriert ist, um eine Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung auf einer Dreiphasenleistungsversorgungsseite und Gleichstromleistung auf einer Gleichstromseite durchzuführen, wobei die Temperaturschätzvorrichtung umfasst: eine Stromerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Wert eines Stroms zu erfassen, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung fließt; und eine Sperrschichttemperaturschätzeinheit, die konfiguriert ist, um einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung basierend auf einem vorläufigen Sperrschichttemperaturwert zu berechnen, der basierend auf mindestens einem Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, und einem Unsymmetriefaktor der Dreiphasenleistungsversorgung, die mit dem Wandler verbunden ist, berechnet wird.
Temperaturschätzvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sperrschichttemperaturschätzeinheit umfasst: eine Unsymmetriefaktorberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um den Unsymmetriefaktor zu berechnen; eine Temperaturkompensationsfaktorberechnungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Temperaturkompensationsfaktor basierend auf dem Unsymmetriefaktor zu berechnen; eine Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert, die konfiguriert ist, um den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert zu berechnen; und eine Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert, die konfiguriert ist, um einen Wert, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit dem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird, als den geschätzten Sperrschichttemperaturwert auszugeben.
Temperaturschätzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert basierend auf mindestens einem Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, und einem Wert einer Widerstandskomponente der Leistungshalbleitervorrichtung berechnet.
Temperaturschätzvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, ferner umfassend eine Umgebungstemperaturerfassungseinheit, die konfiguriert ist, um eine Umgebungstemperatur der Leistungshalbleitervorrichtung zu erfassen, wobei die Berechnungseinheit für einen vorläufigen Wert den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert basierend auf mindestens einem Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, und der Umgebungstemperatur berechnet.
Temperaturschätzvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Spannungserfassungseinheit, die konfiguriert ist, um einen Wert einer Zwischenanschlussspannung des Wandlers auf einer Dreiphasenleistungsversorgungsseite zu erfassen, wobei die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit den Unsymmetriefaktor basierend auf einem Wert der Zwischenanschlussspannung, die durch die Spannungserfassungseinheit erfasst wird, berechnet.
Temperaturschätzvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Unsymmetriefaktorberechnungseinheit den Unsymmetriefaktor basierend auf einem Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, berechnet.
Temperaturschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Sperrschichttemperaturschätzeinheit ferner eine Stromvergleichseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um einen Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert zu vergleichen, und die Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert einen Wert, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit dem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird, als den geschätzten Sperrschichttemperaturwert ausgibt, wenn ein Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, gleich oder größer als der Stromschwellenwert ist, und den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert als den geschätzten Sperrschichttemperaturwert ausgibt, wenn ein Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist.
Temperaturschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die Sperrschichttemperaturschätzeinheit ferner eine Stromvergleichseinheit umfasst, die konfiguriert ist, um einen Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, mit einem vorbestimmten Stromschwellenwert zu vergleichen, und eine Unsymmetriefaktorstromvergleichseinheit, die konfiguriert ist, um den Unsymmetriefaktor mit einem vorbestimmten Unsymmetriefaktorschwellenwert zu vergleichen, und die Berechnungseinheit für einen geschätzten Wert einen Wert, der durch Multiplizieren des vorläufigen Sperrschichttemperaturwerts mit dem Temperaturkompensationsfaktor erhalten wird, als den geschätzten Sperrschichttemperaturwert ausgibt, wenn ein Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, gleich oder größer als der Stromschwellenwert ist und der Unsymmetriefaktor gleich oder größer als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist, und den vorläufigen Sperrschichttemperaturwert als den geschätzten Sperrschichttemperaturwert ausgibt, wenn ein Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, kleiner als der Stromschwellenwert ist oder wenn ein Wert des Stroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird, gleich oder größer als der Stromschwellenwert ist und der Unsymmetriefaktor kleiner als der Unsymmetriefaktorschwellenwert ist.
Temperaturschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Stromerfassungseinheit einen Wert eines Stroms erfasst, der durch die Leistungshalbleitervorrichtung für jede von einer oder mehreren Phasen des Wandlers fließt, und die Sperrschichttemperaturschätzeinheit einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung, durch die Strom mit einem Maximalwert fließt, basierend auf einem vorläufigen Sperrschichttemperaturwert, der basierend auf mindestens dem Maximalwert aus Werten des Stroms in jeweiligen Phasen, die durch die Stromerfassungseinheit erfasst werden, und dem Unsymmetriefaktor berechnet wird, berechnet.
Temperaturschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner umfassend: eine Temperaturvergleichseinheit, die konfiguriert ist, um den geschätzten Sperrschichttemperaturwert, der durch die Sperrschichttemperaturschätzeinheit berechnet wird, mit einem vorbestimmten Temperaturschwellenwert zu vergleichen; und eine Alarmausgabeeinheit, die konfiguriert ist, um einen Alarm auszugeben, wenn der geschätzte Sperrschichttemperaturwert gleich oder größer als der Temperaturschwellenwert ist.
Wandlersystem, umfassend: die Temperaturschätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9; und den Wandler, der mit der Leistungshalbleitervorrichtung bereitgestellt ist und konfiguriert ist, um eine Leistungsumwandlung zwischen Wechselstromleistung auf einer Dreiphasenleistungsversorgungsseite und Gleichstromleistung auf einer Gleichstromseite durch Ein-Aus-Betrieb der Leistungshalbleitervorrichtung durchzuführen, wobei die Sperrschichttemperaturschätzeinheit einen geschätzten Sperrschichttemperaturwert der Leistungshalbleitervorrichtung berechnet.