JP2000069761A - 電力変換器の保護回路 - Google Patents

電力変換器の保護回路

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JP2000069761A
JP2000069761A JP10239939A JP23993998A JP2000069761A JP 2000069761 A JP2000069761 A JP 2000069761A JP 10239939 A JP10239939 A JP 10239939A JP 23993998 A JP23993998 A JP 23993998A JP 2000069761 A JP2000069761 A JP 2000069761A
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Tsutomu Matsuki
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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電気自動車のインバータ過熱を防止しつつ、
ノイズなども抑制する。 【解決手段】 メインバッテリ10からの直流電力をイ
ンバータ12で交流電力に変換し、モータ14に供給す
る。車輪ロック判定部16が車輪ロック状態を検出する
と、キャリア信号切替部18及びキャリア信号発生部2
0はある時間高周波数(低ノイズ)のキャリア信号をP
WM変調部22に供給した後、低周波数のキャリア信号
を供給する。短時間の内に再び車輪がロックした場合、
高周波数の継続時間を前回よりも減少させ、インバータ
12の過熱を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電力変換器の保護回
路、特にインバータの温度保護に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、電力変換用インバータの温度
保護を図る回路が提案されている。例えば、特開平9−
121595号公報には、インバータの温度を監視し、
一定温度以上に上昇した場合に、高周波なキャリア信号
から低周波なキャリア信号に切り替えてPWM変調し、
インバータのスイッチングを制御する技術が開示されて
いる。
【0003】しかし、キャリア信号の周波数を低く設定
すると、応答性が低下するとともにノイズが増大するた
め、低周波数状態が継続して続くと特に電気自動車に適
用した場合に走行性の低下を招くことになる。
【0004】そこで、キャリア周波数を一律に高周波か
ら低周波に切り替えるのではなく、インバータがある一
定温度以上に上昇した場合には高周波状態を一定時間継
続し、その後低周波に切り替えることで温度保護と走行
性の両立を図ることが考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、坂道も
しくは車止めなどで車輪がロックしてしまう場合、イン
バータにロック電流が流れてインバータの温度が急激に
上昇することになる。このような状況下で一定時間で高
周波と低周波を切り替え制御していると、低周波数制御
時にインバータの温度が充分低下せず、次の高周波数制
御時に再びインバータの温度が上昇してしまい、低周波
数制御に切り替わる前に過熱してしまうおそれがあっ
た。
【0006】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
なされたものであり、その目的は、インバータの過熱を
確実に防止するとともに騒音や応答性の低下を抑制し、
電気自動車の走行性に与える影響を抑制できる保護回路
を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、直流電力を交流電力に変換するインバー
タと、前記インバータのスイッチングタイミングを制御
するPWM変調手段と、前記PWM変調部にキャリア信
号を供給するキャリア信号供給手段とを有する電力変換
器の保護回路であって、前記キャリア信号は少なくとも
高低2つの周波数を有し、前記キャリア信号供給手段
は、高周波数キャリア信号と低周波数キャリア信号を切
り替えて供給するとともに、前記高周波数キャリア信号
の供給時間を減少させることを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について、車両に搭載する場合を例にとり説明す
る。
【0009】図1には、本実施形態の構成ブロック図が
示されている。メインバッテリ10からの直流電力をイ
ンバータ12で3相交流電力に変換し、交流モータ14
を駆動する。
【0010】インバータ12はIGBT(インシュレー
テッドゲートバイポーラトランジスタ)をスイッチング
素子とし、これらのスイッチング素子をON、OFF制
御することで電力変換を行う。各スイッチング素子のO
N、OFFは、PWM変調部22からのPWM信号によ
り制御される。
【0011】PWM変調部22に対してキャリア信号を
供給する供給手段として、車輪ロック判定部16、キャ
リア信号切替部18及びキャリア信号発生部22が設け
られている。
【0012】車輪ロック判定部16は、例えばアクセル
ペダルを踏み込んでいるにもかかわらずモータ14の回
転数が0であるか否かにより車輪のロック状態を検出
し、検出信号をキャリア信号切替部18に供給する。
【0013】キャリア信号切替部18はタイマを内蔵
し、車輪がロックしてインバータ12の温度が上昇する
場合に、一定時間高周波とする指令をキャリア信号発生
部20に供給するとともに、その後低周波とする指令を
供給する。そして、車輪ロック状態が継続して存在する
場合、あるいは車輪ロック状態が解除されたが、短時間
のうちに再びロック状態となった場合には、キャリア信
号切替部18は、高周波とする時間を前回の時間よりも
漸次減少させていく。
【0014】キャリア信号発生部20は、キャリア信号
切替部18からの指令に基づいて高周波(例えば10k
Hz)のキャリア信号及び低周波(例えば2kHz)の
キャリア信号を発生してPWM変調部22に供給する。
【0015】なお、キャリア信号切替部18や車輪ロッ
ク判定部16は、例えば車両の走行状態を監視するマイ
クロコンピュータで構成することができる。
【0016】図2には、本実施形態におけるキャリア信
号切替部18の処理フローチャートが示されている。ま
ず、パラメータnを1に初期化し(S101)、車輪が
ロックしているか否かを車輪ロック判定部16からの信
号により判定する(S102)。車輪がロックしている
場合には、次に前回キャリア周波数を高周波数から低周
波数に切り替えてから一定時間Tth以上経過している
か否かを判定する(S103)。一定時間Tth以上経
過している場合には、パラメータnを1のまま維持し、
ノーマルキャリア周波数、つまり高周波数Fの継続時間
Tを
【数1】T=Tノーマル×1/n=Tノーマル×1/1 とする(S105)。すなわち、Tノーマル(sec)
間は高周波数を維持し、その後低周波に切り替える指令
をキャリア信号発生部20に出力する。車輪がロックし
続ける間、この低周波数キャリア信号によりインバータ
12が駆動され、温度上昇が抑制される。車輪ロック状
態が解除されると再びノーマルキャリア周波数、つまり
高周波数指令がキャリア信号発生部20に出力される。
【0017】一方、車輪ロック状態が一旦解除され、再
び車輪がロックした場合であって、前回キャリア周波数
を高周波数から低周波数に切り替えてから一定時間Tt
h以上経過していない場合には、インバータ12の温度
が充分低下していないおそれがあるため、パラメータn
を1だけインクリメントし(S104)、ノーマルキャ
リア周波数、つまり高周波数Fの継続時間Tを
【数2】T=Tノーマル×1/n=Tノーマル×1/2 とする(S105)。すなわち、ノーマルキャリア周波
数の継続時間は前回の継続時間の1/2と半分に減少さ
れる。この結果、より早く低周波数制御に切り替わるこ
とになるので、短時間のうちに再度車輪がロックしても
インバータ12の温度上昇が抑制される。
【0018】図3には、以上述べた処理によるキャリア
周波数の切替の様子がタイミングチャートで示されてい
る。図において、(A)はインバータ12の温度の時間
変化を示し、(B)はキャリア周波数の時間変化を示
し、(C)はアクセル開度の時間変化を示している。
(C)に示すように、電気自動車(ハイブリッド車も含
む)の運転者がある時刻にアクセルを操作し車輪がロッ
クした場合、(A)に示すようにインバータ12の温度
が上昇し始める。このとき、キャリア信号切替部18か
らの指令により(B)に示すように時間T1(T1=T
ノーマル)までは高周波数キャリア信号によりPWM制
御され、その後低周波数キャリア信号に切り替わる。低
周波数キャリア信号に切り替わることにより、(A)に
示すようにインバータ12の温度も低下し、過熱を防止
できる。この状態で運転者がアクセルの操作を中止する
と、キャリア信号発生部からキャリア信号は出力されず
0となる。
【0019】その後、運転者が再びアクセルを操作した
場合、車輪がロック状態にあれば前回低周波数に切り替
えてから一定時間Tthが経過しているか否かが判定さ
れ、経過していない場合には高周波数キャリア信号の継
続時間をT1ではなくT2とする。ここで、T2=T1
/2である。したがって、時間Tthの間にインバータ
12の温度が充分低下していなくても、今回の高周波数
キャリア信号の継続時間が短く迅速に低周波数キャリア
信号に切り替わるので(A)に示すようにインバータ1
2の過熱を防止することができる。
【0020】このように、本実施形態では、インバータ
の温度を低下させるために一律にキャリア信号の周波数
を低下させるのではなく、高周波数と低周波数のキャリ
ア信号をともに用いて切替制御するとともに、高周波数
キャリア信号の継続時間を一定ではなく徐々に減少させ
ることで、ノイズを低減させるとともにインバータの温
度保護を図ることができる。
【0021】なお、本実施形態においてT2=T1/2
としているが、この後さらに運転者がアクセルを操作し
た場合には、高周波数の継続時間T3をT3=T1/2
としてもよく、あるいはT3=T2/2、あるいはT3
=T1/3としてもよい。要は、高周波数の継続時間を
前回よりも減少させるという思想が本質であり、減少の
態様は適宜設定できる。
【0022】また、本実施形態ではキャリア信号の周波
数を高周波数及び低周波数の2段階に切り替えている
が、周波数を3段階あるいはそれ以上に切り替えて制御
することも可能である。
【0023】図4には、キャリア周波数を3段階(3つ
の周波数F1、F2、F3でF1>F2>F3とする)
に切り替える場合の制御例がタイミングチャートで示さ
れている。車輪がロックした場合、周波数F1の継続時
間をT1a、周波数F2の継続時間をT1bとして低周
波数F3のキャリア信号に切り替える。その後、再び車
輪がロックした際、前回切り替えてからの経過時間(F
2からF3に切り替えてからの経過時間)が一定時間T
thに達していない場合には、今回の継続時間としてF
1はT2a、F2はT2bとし、T2a=T1a/3、
T2b=T1b/2などと減少させる。これによって
も、走行性の劣化を防止しつつインバータの温度保護を
図ることができる。なお、このように徐々に周波数を低
下させることでノイズが徐々に増大するため、運転者に
対して車輪ロック状態にありインバータの温度が上昇し
易い状況にあることを報知できるという効果もある。
【0024】さらに、本実施形態では、車輪がロックし
たことをトリガとしてキャリア信号の周波数を制御して
いるが、車輪ロック以外にインバータの過熱のおそれが
ある任意の状況に適用することができる。もちろん、イ
ンバータ12に温度センサを設け、インバータの温度が
ある一定温度以上(例えば、図3(A)に示す温度Ta
を基準温度とする)になったことをトリガとしてキャリ
ア信号の周波数を制御してもよい。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によればノ
イズ発生や応答性低下という走行性能の低下を抑制しつ
つ、電力変換器の過熱を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。
【図2】 本発明の実施形態の処理フローチャートであ
る。
【図3】 本発明の実施形態のタイミングチャートであ
る。
【図4】 本発明の他の実施形態のタイミングチャート
である。
【符号の説明】
10 メインバッテリ、12 インバータ、14 モー
タ、16 車輪ロック判定部、18 キャリア信号切替
部、20 キャリア信号発生部、22 PWM変調部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H007 AA01 BB06 CA00 CB00 CC03 DA03 DB01 DB05 DB12 DC07 DC08 EA02 FA13 5H115 AA03 BB04 BC06 CA12 CB09 FA03 FA06 FA11 FB22 JA01 JA07 JA10 JC17 KA04 KB07 KB11 KB14

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流電力を交流電力に変換するインバー
    タと、 前記インバータのスイッチングタイミングを制御するP
    WM変調手段と、 前記PWM変調部にキャリア信号を供給するキャリア信
    号供給手段と、 を有する電力変換器の保護回路であって、 前記キャリア信号は少なくとも高低2つの周波数を有
    し、 前記キャリア信号供給手段は、高周波数キャリア信号と
    低周波数キャリア信号を切り替えて供給するとともに、
    前記高周波数キャリア信号の供給時間を減少させること
    を特徴とする電力変換器の保護回路。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007143303A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Toyota Motor Corp 電動車両の制御装置
US8040083B2 (en) 2006-03-24 2011-10-18 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Motor drive control system and method for controlling the same
JP2011229304A (ja) * 2010-04-21 2011-11-10 Mitsubishi Electric Corp インバータ装置
US9190896B2 (en) 2011-09-16 2015-11-17 Ford Global Technologies, Llc PWM strategy for reduction of inverter hotspot temperature and overall losses

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