JP2004201409A

JP2004201409A - Power module

Info

Publication number: JP2004201409A
Application number: JP2002366812A
Authority: JP
Inventors: Akio Kitami; 明朗北見
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-12-18
Filing date: 2002-12-18
Publication date: 2004-07-15

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power module which prolongs a lifetime by making the thermal stress of a switching element substantially uniform. <P>SOLUTION: The power module 100 includes a DC power source B, a reactor L1, arms 13 to 19, a load switching unit 20, and a controller 30. The arms 13 to 19 are respectively connected to arm terminals 1 to 7. A load terminal DU is connected to the reactor L1. The load terminals U1, V1, and W1 are respectively connected to the U phase, the V phase and the W phase of an AC motor M1. The load terminals U2, V2 and W2 are respectively connected to the U phase, the V phase and the W phase of an AC motor M2. The controller 30 generates a switching signal EXC at each predetermined time and outputs the switching signal EXC to the load switching unit 20. The load switching unit 20 switches the connections of the arm terminals 1 to 7 to the load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2 and W2 in response to the switching signal EXC. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電源からの直流電圧を昇圧してモータを駆動するパワーモジュールに関し、特に、信頼性が高いパワーモジュールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
最近、環境に配慮した自動車としてハイブリッド自動車（ＨｙｂｒｉｄＶｅｈｉｃｌｅ）が大きな注目を集めている。そして、ハイブリッド自動車は、一部、実用化されている。
【０００３】
このハイブリッド自動車は、従来のエンジンに加え、直流電源とインバータとインバータによって駆動されるモータとを動力源とする自動車である。つまり、エンジンを駆動することにより動力源を得るとともに、直流電源からの直流電圧をインバータによって交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によりモータを回転することによって動力源を得るものである。
【０００４】
このようなハイブリッド自動車は、たとえば、図４に示すようなモータ駆動装置３００を搭載している。図４を参照して、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂ１と、昇圧コンバータ３１０と、コンデンサ３２０と、インバータ３３０，３４０とを備える。
【０００５】
昇圧コンバータ３１０は、ＮＰＮトランジスタ３１１，３１２と、ダイオード３１３，３１４と、リアクトルＬ１とを含む。
【０００６】
リアクトルＬ１は、一方端が直流電源Ｂ１に接続され、他方端がＮＰＮトランジスタ３１１とＮＰＮトランジスタ３１２との中間点に接続される。
【０００７】
ＮＰＮトランジスタ３１１，３１２は、インバータ３３０，３４０の電源ラインとアースラインとの間に直列に接続される。ＮＰＮトランジスタ３１１は、コレクタが電源ラインに接続され、エミッタがＮＰＮトランジスタ３１２のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタ３１２のエミッタは、アースラインに接続される。
【０００８】
ダイオード３１３，３１４は、エミッタからコレクタへ電流が流れるようにそれぞれＮＰＮトランジスタ３１１，３１２に並列に接続される。
【０００９】
コンデンサ３２０は、ノードＮ１とノードＮ２との間に接続される。
インバータ３３０は、Ｕ相アーム３３０Ａと、Ｖ相アーム３３０Ｂと、Ｗ相アーム３３０Ｃとを含む。Ｕ相アーム３３０Ａ，Ｖ相アーム３３０ＢおよびＷ相アーム３３０Ｃは、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。
【００１０】
Ｕ相アーム３３０Ａは、直列接続されたＮＰＮトランジスタ３３１，３３２から成る。Ｖ相アーム３３０Ｂは、直列接続されたＮＰＮトランジスタ３３３，３３４から成る。Ｗ相アーム３３０Ｃは、直列接続されたＮＰＮトランジスタ３３５，３３６から成る。
【００１１】
ＮＰＮトランジスタ３３１，３３３，３３５のコレクタは、電源ラインに接続される。ＮＰＮトランジスタ３３２，３３４，３３６のエミッタは、アースラインに接続される。ＮＰＮトランジスタ３３１，３３３，３３５のエミッタは、それぞれ、ＮＰＮトランジスタ３３２，３３４，３３６のコレクタに接続される。
【００１２】
ＮＰＮトランジスタ３３１〜３３６には、エミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオードＤ３３７〜３３９，３４１〜３４３が接続されている。
【００１３】
ＮＰＮトランジスタ３３１とＮＰＮトランジスタ３３２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３３１のエミッタおよびＮＰＮトランジスタ３３２のコレクタは、交流モータＭ１のＵ相コイルの一方端に接続される。また、ＮＰＮトランジスタ３３３とＮＰＮトランジスタ３３４との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３３３のエミッタおよびＮＰＮトランジスタ３３４のコレクタは、交流モータＭ１のＶ相コイルの一方端に接続される。さらに、ＮＰＮトランジスタ３３５とＮＰＮトランジスタ３３６との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３３５のエミッタおよびＮＰＮトランジスタ３３６のコレクタは、交流モータＭ１のＷ相コイルの一方端に接続される。
【００１４】
インバータ３４０は、Ｕ相アーム３４０Ａと、Ｖ相アーム３４０Ｂと、Ｗ相アーム３４０Ｃとを含む。Ｕ相アーム３４０Ａ，Ｖ相アーム３４０ＢおよびＷ相アーム３４０Ｃは、ノードＮ１とノードＮ２との間に並列に接続される。
【００１５】
Ｕ相アーム３４０Ａは、直列接続されたＮＰＮトランジスタ３４４，３４５から成る。Ｖ相アーム３４０Ｂは、直列接続されたＮＰＮトランジスタ３４６，３４７から成る。Ｗ相アーム３４０Ｃは、直列接続されたＮＰＮトランジスタ３４８，３４９から成る。
【００１６】
ＮＰＮトランジスタ３４４，３４６，３４８のコレクタは、電源ラインに接続される。ＮＰＮトランジスタ３４５，３４７，３４９のエミッタは、アースラインに接続される。ＮＰＮトランジスタ３４４，３４６，３４８のエミッタは、それぞれ、ＮＰＮトランジスタ３４５，３４７，３４９のコレクタに接続される。
【００１７】
ＮＰＮトランジスタ３４４〜３４９には、エミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオードＤ３５０〜３５５が接続されている。
【００１８】
ＮＰＮトランジスタ３４４とＮＰＮトランジスタ３４５との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３４４のエミッタおよびＮＰＮトランジスタ３４５のコレクタは、交流モータＭ２のＵ相コイルの一方端に接続される。また、ＮＰＮトランジスタ３４６とＮＰＮトランジスタ３４７との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３４６のエミッタおよびＮＰＮトランジスタ３４７のコレクタは、交流モータＭ２のＶ相コイルの一方端に接続される。さらに、ＮＰＮトランジスタ３４８とＮＰＮトランジスタ３４９との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタ３４８のエミッタおよびＮＰＮトランジスタ３４９のコレクタは、交流モータＭ２のＷ相コイルの一方端に接続される。
【００１９】
直流電源Ｂ１は、直流電圧を出力する。昇圧コンバータ３１０は、ＮＰＮトランジスタ３１１，３１２がオン／オフされることにより、直流電源Ｂ１から出力された直流電圧の電圧レベルを昇圧してコンデンサ３２０へ出力する。すなわち、昇圧コンバータ３１０は、ＮＰＮトランジスタ３１２がオンされた期間に応じてリアクトルＬ１に電力を蓄積し、その蓄積した電力に応じた直流電圧をコンデンサ３２０へ出力する。
【００２０】
コンデンサ３２０は、昇圧コンバータ３１０から出力された直流電圧を受け、その受けた直流電圧を平滑化してインバータ３３０，３４０へ供給する。
【００２１】
インバータ３３０は、昇圧コンバータ３１０から受けた直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によって交流モータＭ１を駆動する。また、インバータ３４０は、昇圧コンバータ３１０から受けた直流電圧を交流電圧に変換し、その変換した交流電圧によって交流モータＭ２を駆動する。
【００２２】
このように、モータ駆動装置３００は、直流電源Ｂ１から出力された直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１，Ｍ２を駆動する。
【００２３】
また、発電機を駆動するインバータと電動機を駆動するインバータとを含む駆動システムが特開平８−７９９１４号公報に開示されている。そして、この駆動システムにおいては、発電機により発電された交流電圧をバッテリ側へ供給する回生制動時に、インバータが発電機の１つのコイルを用いて昇圧回生制動を行なう。
【００２４】
【特許文献１】
特開平８−７９９１４号公報
【００２５】
【特許文献２】
特開昭６４−７７１５３号公報
【００２６】
【特許文献３】
特開２０００−１５６９３７号公報
【００２７】
【特許文献４】
特開２００２−２７２１２１号公報
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
従来のモータ駆動装置３００に含まれる昇圧コンバータ３１０、およびインバータ３３０，３４０は、直列接続された２つのＮＰＮトランジスタを用いて構成される。
【００２９】
しかし、直流電圧を昇圧する昇圧コンバータ３１０に用いられるＮＰＮトランジスタ３１１，３１２は、インバータ３３０，３４０に用いられるＮＰＮトランジスタ３３１〜３３６，３４４〜３４９よりも熱ストレスが大きく、昇圧コンバータ３１０に用いられたＮＰＮトランジスタ３１１，３１２の寿命が短くなるという問題がある。
【００３０】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、信頼性の高いパワーモジュールを提供することである。
【００３１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明によれば、パワーモジュールは、複数のアームと、複数のアーム端子、複数の負荷端子と、切換手段とを備える。複数のアームは、各々が直列接続された第１および第２のスイッチング素子を含む。複数のアーム端子は、複数のアームに対応して設けられ、各々が対応するアームに含まれる第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子との中間点に接続される。複数の負荷端子は、複数のアーム端子に対応して設けられ、各々が負荷に接続される。切換手段は、特定の負荷に接続された負荷端子とアーム端子との接続時間が複数のアーム端子間でほぼ等しくなるように複数のアーム端子と複数の負荷端子との接続を切換える。
【００３２】
好ましくは、切換手段は、一定時間ごとに複数のアーム端子と複数の負荷端子との接続を切換える。
【００３３】
好ましくは、切換手段は、所定の順序に従って複数のアーム端子と複数の負荷端子との接続を切換える。
【００３４】
好ましくは、特定の負荷は、負荷端子をアーム端子に接続したときの第１および第２のスイッチング素子の熱ストレスが最大となる負荷である。
【００３５】
好ましくは、特定の負荷は、一方端子が直流電源に接続され、他方端子が複数の負荷端子に含まれる特定負荷端子に接続されるリアクトルである。
【００３６】
好ましくは、リアクトルおよび特定負荷端子に接続されたアームは、直流電源からの直流電圧を昇圧して他のアームに供給する。
【００３７】
好ましくは、特定負荷端子以外の負荷端子は、モータの端子に接続される。
好ましくは、モータは、車両の駆動輪を駆動するためのモータである。
【００３８】
好ましくは、複数のアームは、３ｎ＋１（ｎは自然数）個のアームであり、複数のアーム端子は、３ｎ＋１個のアーム端子であり、複数の負荷端子は、３ｎ＋１個の負荷端子であり、リアクトルおよび特定負荷端子に接続された１つのアームは、直流電源から出力された直流電圧を昇圧して出力するコンバータを構成し、１つのアームを除く３ｎ個のアームは、少なくとも１個のモータを駆動する少なくとも１個のインバータを構成し、少なくとも１個のインバータは、コンバータにより昇圧された直流電圧を受け、その受けた直流電圧を交流電圧に変換して少なくとも１つのモータを駆動する。
【００３９】
好ましくは、少なくとも１つのインバータは、第１および第２のインバータから成り、少なくとも１つのモータは、第１および第２のモータから成り、第１のインバータは、コンバータにより昇圧された直流電源を交流電圧に変換して第１のモータを駆動し、第２のインバータは、第２のモータが発電した交流電圧を直流電圧に変換して前記コンバータへ供給し、コンバータは、第２のインバータから供給された交流電圧を降圧して直流電源に供給する。
【００４０】
この発明によるパワーモジュールにおいては、最大の負荷に接続される各アームの接続時間が複数のアーム間でほぼ等しくなるように、複数のアームに対応して設けられた複数のアーム端子と複数のアーム端子に対応して設けられた複数の負荷端子との接続が切換えられる。
【００４１】
したがって、複数のアームに含まれる複数のスイッチング素子における熱ストレスをほぼ均等にできる。その結果、パワーモジュールの寿命を長くできる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００４３】
図１を参照して、この発明の実施の形態によるパワーモジュール１００は、直流電源Ｂと、電圧センサー１０，１１と、リアクトルＬ１と、コンデンサＣ１と、アーム１３〜１９と、負荷切換ユニット２０と、電流センサー２１，２２と、制御装置３０とを備える。
【００４４】
アーム１３〜１９は、電源ラインＢＬ１とアースラインＢＬ２との間に並列に接続される。アーム１３は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ２から成る。アーム１４は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４から成る。アーム１５は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６から成る。
【００４５】
アーム１６は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ７，Ｑ８から成る。アーム１７は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０から成る。アーム１８は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１１，Ｑ１２から成る。アーム１９は、直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１３，Ｑ１４から成る。
【００４６】
ＮＰＮトランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１１，Ｑ１３の各々は、コレクタが電源ラインＢＬ１に接続され、エミッタがそれぞれＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ１２，Ｑ１４のコレクタに接続される。ＮＰＮトランジスタＱ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８，Ｑ１０，Ｑ１２，Ｑ１４のエミッタはアースラインＢＬ２に接続される。
【００４７】
ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ１４は、エミッタ側からコレクタ側へ電流が流れるように、それぞれ、ダイオードＤ１〜Ｄ１４が接続されている。
【００４８】
なお、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ１４は、相互に同じ特性を有する。
コンデンサＣ１は、電源ラインＢＬ１とアースラインＢＬ２との間にアーム１３〜１９に並列に接続される。
【００４９】
リアクトルＬ１は、その一方端が負荷切換ユニット２０の負荷端子ＤＵに接続され、他方端が直流電源Ｂの正電極に接続される。
【００５０】
負荷切換ユニット２０は、アーム端子１〜７と、負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２とを有する。
【００５１】
アーム端子１は、ＮＰＮトランジスタＱ１とＮＰＮトランジスタＱ２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ２のコレクタとに接続される。アーム端子２は、ＮＰＮトランジスタＱ３とＮＰＮトランジスタＱ４との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタとに接続される。アーム端子３は、ＮＰＮトランジスタＱ５とＮＰＮトランジスタＱ６との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ５のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ６のコレクタとに接続される。
【００５２】
アーム端子４は、ＮＰＮトランジスタＱ７とＮＰＮトランジスタＱ８との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ７のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ８のコレクタとに接続される。アーム端子５は、ＮＰＮトランジスタＱ９とＮＰＮトランジスタＱ１０との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ９のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ１０のコレクタとに接続される。アーム端子６は、ＮＰＮトランジスタＱ１１とＮＰＮトランジスタＱ１２との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１１のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ１２のコレクタとに接続される。アーム端子７は、ＮＰＮトランジスタＱ１３とＮＰＮトランジスタＱ１４との中間点、すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ１３のエミッタとＮＰＮトランジスタＱ１４のコレクタとに接続される。
【００５３】
負荷端子ＤＵは、リアクトルＬ１の一方端に接続される。負荷端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１は、それぞれ、交流モータＭ１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。負荷端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２は、それぞれ、交流モータＭ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に接続される。
【００５４】
交流モータＭ１，Ｍ２は、ハイブリッド自動車の駆動輪を駆動するためのトルクを発生するための駆動モータである。あるいは、これらのモータはエンジンにて駆動される発電機の機能を持つように、そして、エンジンに対して電動機として動作し、たとえば、エンジン始動を行ない得るようなものとしてハイブリッド自動車に組み込まれるようにしてもよい。
【００５５】
直流電源Ｂは、ニッケル水素またはリチウムイオン等の二次電池から成る。電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。
【００５６】
リアクトルＬ１は、直流電源Ｂから出力される直流電流に応じた電力を蓄積する。コンデンサＣ１は、電源ラインＢＬ１とアースラインＢＬ２との間に印加される直流電圧を平滑化する。電圧センサー１１は、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。
【００５７】
負荷切換ユニット２０は、制御装置３０からの切換信号ＥＸＣに応じて、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２との接続を切換える。より具体的には、負荷切換ユニット２０は、アーム端子１〜７の各々が負荷端子ＤＵに接続される接続時間がほぼ等しくなるように、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｕ２，Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２との接続を切換える。
【００５８】
アーム端子１が負荷端子ＤＵに接続されているとき、リアクトルＬ１およびアーム１３は昇圧コンバータＣＶを構成する。また、アーム端子２〜４がそれぞれ負荷端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続されているとき、アーム１４〜１６は、交流モータＭ１を駆動するインバータＩＶＴ１を構成する。さらに、アーム端子５〜７がそれぞれ負荷端子Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に接続されているとき、アーム１７〜１９は、交流モータＭ２を駆動するインバータＩＶＴ２を構成する。
【００５９】
一般的には、アーム端子１が負荷端子ＤＵに接続されているとき、インバータＩＶＴ１は、アーム１４〜１９から任意に選択された３つのアームにより構成され、インバータＩＶＴ２は、アーム１４〜１９のうちインバータＩＶＴ１を構成する３つのアーム以外の３つのアームにより構成される。たとえば、インバータＩＶＴ１は、アーム１４，１７，１８により構成され、インバータＩＶＴ２は、アーム１５，１６，１９により構成される。
【００６０】
また、昇圧コンバータＣＶを構成するアームは、アーム１３に限らず、アーム１３〜１９から任意に選択された１つのアームにより構成される。
【００６１】
したがって、負荷切換ユニット２０は、制御装置３０から切換信号ＥＸＣを受けると、負荷端子ＤＵに接続すべき１つのアームを決定し、次に、負荷端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に接続すべき６つのアームを決定する。たとえば、負荷切換ユニット２０は、負荷端子ＤＵに接続するアーム端子をアーム端子１→アーム端子２→アーム端子３→アーム端子４→アーム端子５→アーム端子６→アーム端子７→アーム端子１・・・の順序で切換える。そして、負荷切換ユニット２０は、これに伴って負荷端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２に接続するアーム端子を、負荷端子ＤＵに接続するアーム端子の切換方向と同じ方向に従って順次切換える。そして、負荷切換ユニット２０は、制御装置３０から信号ＥＸＣを受けるごとに、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との接続を１回切換える。
【００６２】
昇圧コンバータＣＶは、制御装置３０から信号ＰＷＭＵを受けると、直流電源Ｂからの直流電圧Ｖｂを昇圧して電源ラインＢＬ１とアースラインＢＬ２との間に供給する。また、昇圧コンバータＣＶは、制御装置３０から信号ＰＷＭＤを受けると、インバータＩＶＴ１またはＩＶＴ２から供給された直流電圧を降圧して直流電源Ｂに供給する。
【００６３】
インバータＩＶＴ１は、コンデンサＣ１を介して昇圧コンバータＣＶから直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。これにより、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータＩＶＴ１は、パワーモジュール１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ１が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣ１に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ１を介して昇圧コンバータＣＶへ供給する。
【００６４】
インバータＩＶＴ２は、コンデンサＣ１を介して昇圧コンバータＣＶから直流電圧が供給されると制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２に基づいて直流電圧を交流電圧に変換して交流モータＭ２を駆動する。これにより、交流モータＭ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生するように駆動される。また、インバータＩＶＴ２は、パワーモジュール１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、交流モータＭ２が発電した交流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＣ２に基づいて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧をコンデンサＣ１を介して昇圧コンバータＣＶへ供給する。
【００６５】
なお、ここで言う回生制動とは、ハイブリッド自動車または電気自動車を運転するドライバーによるフットブレーキ操作があった場合の回生発電を伴う制動や、フットブレーキを操作しないものの、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速（または加速の中止）させることを含む。
【００６６】
電流センサー２１は、交流モータＭ１の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ１を制御装置３０へ出力する。電流センサー２２は、交流モータＭ２の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出し、その検出したモータ電流ＭＣＲＴ２を制御装置３０へ出力する。
【００６７】
制御装置３０は、外部に設けられたＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）からトルク指令値ＴＲ１，２およびモータ回転数ＭＲＮ１，２を受け、電圧センサー１０から直流電圧Ｖｂを受け、電圧センサー１１から電圧Ｖｍを受け、電流センサー２１からモータ電流ＭＣＲＴ１を受け、電流センサー２２からモータ電流ＭＣＲＴ２を受ける。そして、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ１、トルク指令値ＴＲ１およびモータ回転数ＭＲＮ１に基づいて、後述する方法によりインバータＩＶＴ１が交流モータＭ１を駆動するときにインバータＩＶＴ１を構成するＮＰＮトランジスタをスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１をインバータＩＶＴ１へ出力する。
【００６８】
また、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ２、トルク指令値ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、後述する方法によりインバータＩＶＴ２が交流モータＭ２を駆動するときにインバータＩＶＴ２を構成するＮＰＮトランジスタをスイッチング制御するための信号ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ２をインバータＩＶＴ２へ出力する。
【００６９】
さらに、制御装置３０は、インバータＩＶＴ１（またはＩＶＴ２）が交流モータＭ１（またはＭ２）を駆動するとき直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ１（またはＭＣＲＴ２）、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）およびモータ回転数ＭＲＮ１（またはＭＲＮ２）に基づいて、後述する方法により、昇圧コンバータＣＶを構成するＮＰＮトランジスタをスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータＣＶへ出力する。
【００７０】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１またはＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣ１，２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＣ１をインバータＩＶＴ１へ出力し、信号ＰＷＭＣ２をインバータＩＶＴ２へ出力する。そして、インバータＩＶＴ１，２を構成するＮＰＮトランジスタは、信号ＰＷＭＣ１，２によってスイッチング制御される。これにより、インバータＩＶＴ１は、交流モータＭ１で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータＣＶへ供給し、インバータＩＶＴ２は、交流モータＭ２で発電された交流電圧を直流電圧に変換して昇圧コンバータＣＶへ供給する。
【００７１】
さらに、制御装置３０は、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータＩＶＴ１，２から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成し、その生成した信号ＰＷＭＤを昇圧コンバータＣＶへ出力する。これにより、交流モータＭ１またはＭ２が発電した交流電圧は、直流電圧に変換され、降圧されて直流電源Ｂに供給される。
【００７２】
図２は、制御装置３０の機能ブロック図である。図２を参照して、制御装置３０は、モータトルク制御手段３０１と、電圧変換制御手段３０２と、切換手段３０３とを含む。
【００７３】
モータトルク制御手段３０１は、トルク指令値ＴＲ１，２（車両におけるアクセルペダルの踏み込み度合い、ハイブリッド車両においてはエンジンの動作状態をも考慮しながらモータに与えるべきトルク指令を演算して得られている）、直流電源Ｂの出力電圧Ｖｂ、モータ電流ＭＣＲＴ１，２、モータ回転数ＭＲＮ１，２および昇圧コンバータＣＶの出力電圧Ｖｍに基づいて、交流モータＭ１またはＭ２の駆動時、後述する方法により昇圧コンバータＣＶを構成するＮＰＮトランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＭＵと、インバータＩＶＴ１を構成するＮＰＮトランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＭＩ１と、インバータＩＶＴ２を構成するＮＰＮトランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＭＩ２とを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータＣＶへ出力し、信号ＰＷＭＩ１をインバータＩＶＴ１へ出力し、信号ＰＷＭＩ２をインバータＩＶＴ２へ出力する。
【００７４】
電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、ハイブリッド自動車または電気自動車が回生制動モードに入ったことを示す信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、交流モータＭ１，Ｍ２が発電した交流電圧を直流電圧に変換するための信号ＰＷＭＣ１，２を生成してそれぞれインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２へ出力する。
【００７５】
また、電圧変換制御手段３０２は、回生制動時、信号ＲＧＥを外部ＥＣＵから受けると、インバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２から供給された直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータＣＶへ出力する。このように、昇圧コンバータＣＶは、直流電圧を降圧するための信号ＰＷＭＤにより電圧を降下させることもできるので、双方向コンバータの機能を有するものである。
【００７６】
切換手段３０３は、一定時間ごとに切換信号ＥＸＣを生成して負荷切換ユニット２０へ出力する。なお、切換手段３０３は、たとえば、一定時間を内蔵したタイマーにより計測する。
【００７７】
図３は、モータトルク制御手段３０１の機能ブロック図である。図３を参照して、モータトルク制御手段３０１は、モータ制御用相電圧演算部４０と、インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２と、インバータ入力電圧指令演算部５０と、フィードバック電圧指令演算部５２と、デューティー比変換部５４とを含む。
【００７８】
モータ制御用相電圧演算部４０は、昇圧コンバータＣＶの出力電圧Ｖｍ、すなわち、インバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２への入力電圧を電圧センサー１１から受け、交流モータＭ１，Ｍ２の各相に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１，２を電流センサー２１，２２から受け、トルク指令値ＴＲ１，２を外部ＥＣＵから受ける。そして、モータ制御用相電圧演算部４０は、これらの入力される信号に基づいて、交流モータＭ１，Ｍ２の各相のコイルに印加する電圧を計算し、その計算した結果をインバータ用ＰＷＭ信号変換部４２へ供給する。インバータ用ＰＷＭ信号変換部４２は、モータ制御用相電圧演算部４０から受けた計算結果に基づいて、実際にインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２を構成する各ＮＰＮトランジスタをオン／オフする信号ＰＷＭＩ１，２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１，２をそれぞれインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２を構成する各ＮＰＮトランジスタへ出力する。
【００７９】
これにより、インバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２を構成する各ＮＰＮトランジスタは、スイッチング制御され、交流モータＭ１，Ｍ２が指令されたトルクを出力するように交流モータＭ１，Ｍ２の各相に流す電流を制御する。このようにして、モータ駆動電流が制御され、トルク指令値ＴＲ１，２に応じたモータトルクが出力される。
【００８０】
一方、インバータ入力電圧指令演算部５０は、トルク指令値ＴＲ１，２およびモータ回転数ＭＲＮ１，２に基づいてインバータ入力電圧の最適値（目標値）、すなわち、電圧指令を演算し、その演算した電圧指令をフィードバック電圧指令演算部５２へ出力する。
【００８１】
フィードバック電圧指令演算部５２は、電圧センサー１１からの電圧Ｖｍと、インバータ入力電圧指令演算部５０からの電圧指令とに基づいて、フィードバック電圧指令を演算し、その演算したフィードバック電圧指令をデューティー比変換部５４へ出力する。
【００８２】
デューティー比変換部５４は、電圧センサー１０からのバッテリ電圧Ｖｂと、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令とに基づいて、電圧センサー１１からの電圧Ｖｍを、フィードバック電圧指令演算部５２からのフィードバック電圧指令に設定するためのデューティー比を演算し、その演算したデューティー比に基づいて昇圧コンバータＣＶを構成するＮＰＮトランジスタをオン／オフするための信号ＰＷＭＵを生成する。そして、デューティー比変換部５４は、生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータＣＶを構成するＮＰＮトランジスタへ出力する。
【００８３】
なお、昇圧コンバータＣＶを構成するアームの下側のＮＰＮトランジスタのオンデューティーを大きくすることによりリアクトルＬ１における電力蓄積が大きくなるため、より高電圧の出力を得ることができる。一方、上側のＮＰＮトランジスタのオンデューティーを大きくすることにより電源ラインＢＬ１の電圧が下がる。そこで、昇圧コンバータＣＶを構成する２つのＮＰＮトランジスタのデューティー比を制御することで、電源ラインＢＬ１の電圧を直流電源Ｂの出力電圧以上の任意の電圧に制御可能である。
【００８４】
再び、図１を参照して、パワーモジュール１００における全体動作について説明する。全体の動作が開始されると、制御装置３０は、切換信号ＥＸＣを生成して負荷切換ユニット２０へ出力する。そして、負荷切換ユニット２０は、制御装置３０からの切換信号ＥＸＣに応じて、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との接続を上述した方法によって切換える。これにより、昇圧コンバータＣＶおよびインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２が構成される。直流電源Ｂは直流電圧Ｖｂを昇圧コンバータＣＶへ出力する。
【００８５】
電圧センサー１０は、直流電源Ｂから出力される直流電圧Ｖｂを検出し、その検出した直流電圧Ｖｂを制御装置３０へ出力する。また、電圧センサー１１は、コンデンサＣ１の両端の電圧Ｖｍを検出し、その検出した電圧Ｖｍを制御装置３０へ出力する。さらに、電流センサー２１は、交流モータＭ１に流れるモータ電流ＭＣＲＴ１を検出して制御装置３０へ出力し、電流センサー２２は、交流モータＭ２に流れるモータ電流ＭＣＲＴ２を検出して制御装置３０へ出力する。そして、制御装置３０は、外部ＥＣＵからトルク指令値ＴＲ１，２、およびモータ回転数ＭＲＮ１，２を受ける。
【００８６】
そうすると、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ１、トルク指令値ＴＲ１およびモータ回転数ＭＲＮ１に基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩ１を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ１をインバータＩＶＴ１へ出力する。また、制御装置３０は、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ２、トルク指令値ＴＲ２およびモータ回転数ＭＲＮ２に基づいて、上述した方法により信号ＰＷＭＩ２を生成し、その生成した信号ＰＷＭＩ２をインバータＩＶＴ２へ出力する。さらに、制御装置３０は、インバータＩＶＴ１（またはＩＶＴ２）が交流モータＭ１（またはＭ２）を駆動するとき、直流電圧Ｖｂ、電圧Ｖｍ、モータ電流ＭＣＲＴ１（またはＭＣＲＴ２）、トルク指令値ＴＲ１（またはＴＲ２）、およびモータ回転数ＭＲＮ１（またはＭＲＮ２）に基づいて、上述した方法により昇圧コンバータＣＶを構成する２つのＮＰＮトランジスタをスイッチング制御するための信号ＰＷＭＵを生成し、その生成した信号ＰＷＭＵを昇圧コンバータＣＶへ出力する。
【００８７】
そうすると、昇圧コンバータＣＶは、信号ＰＷＭＵに応じて、直流電源Ｂからの直流電圧を昇圧し、その昇圧した直流電圧を電源ラインＢＬ１とアースラインＢＬ２との間に供給する。そして、インバータＩＶＴ１は、コンデンサＣ１によって平滑化された直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ１によって交流電圧に変換して交流モータＭ１を駆動する。また、インバータＩＶＴ２は、コンデンサＣ１によって平滑化された直流電圧を制御装置３０からの信号ＰＷＭＩ２によって交流電圧に変換して交流モータＭ２を駆動する。これによって、交流モータＭ１は、トルク指令値ＴＲ１によって指定されたトルクを発生し、交流モータＭ２は、トルク指令値ＴＲ２によって指定されたトルクを発生する。
【００８８】
また、パワーモジュール１００が搭載されたハイブリッド自動車または電気自動車の回生制動時、制御装置３０は、外部ＥＣＵから信号ＲＧＥを受け、その受けた信号ＲＧＥに応じて、信号ＰＷＭＣ１，２を生成してそれぞれインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２へ出力し、信号ＰＷＭＤを生成して昇圧コンバータＣＶへ出力する。
【００８９】
そうすると、インバータＩＶＴ１は、交流モータＭ１が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣ１に応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータＣＶへ供給する。また、インバータＩＶＴ２は、交流モータＭ２が発電した交流電圧を信号ＰＷＭＣ２に応じて直流電圧に変換し、その変換した直流電圧を昇圧コンバータＣＶへ供給する。そして、昇圧コンバータＣＶは、インバータＩＶＴ１またはＩＶＴ２からの直流電圧を受け、その受けた直流電圧を信号ＰＷＭＤによって降圧し、その降圧した直流電圧を直流電源Ｂに供給する。これにより、交流モータＭ１またはＭ２によって発電された電力が直流電源Ｂに充電される。
【００９０】
その後、制御装置３０は、一定時間が経過すると、切換信号ＥＸＣを生成して負荷切換ユニット２０へ出力する。そして、負荷切換ユニット２０は、制御装置３０からの切換信号ＥＸＣに応じて、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との接続を上述した方法により切換える。これにより、昇圧コンバータＣＶおよびインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２は、異なるアームによって構成される。そして、上述した動作が、再度、実行される。
【００９１】
このように、パワーモジュール１００においては、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との接続が一定時間ごとに切換えられ、昇圧コンバータＣＶおよびインバータＩＶＴ１，ＩＶＴ２を構成するアームが順次変更される。したがって、アーム１３〜１９の各々が負荷端子ＤＵに接続される接続時間は、アーム１３〜１９間で等しくなり、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ１４の損失が等しくなる。その結果、パワーモジュール１００の寿命を長くできる。
【００９２】
上記においては、アーム１３〜１９の各々を負荷端子ＤＵに接続する接続時間がアーム１３〜１９間で等しくなるように、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との接続を切換えると説明したが、これは、アーム１３〜１９の各々をリアクトルＬ１に接続する接続時間、すなわち、アーム１３〜１９の各々をＮＰＮトランジスタの熱ストレスが最大である負荷端子に接続する接続時間が等しくなるように、アーム端子１〜７と負荷端子ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２との接続を切換えることを意味する。したがって、この発明は、一般的には、複数のアームの各々をスイッチング素子の熱ストレスが最大である負荷端子に接続する接続時間が等しくなるように、複数のアーム端子と複数の負荷端子との接続を切換えるパワーモジュールに適用される。
【００９３】
また、上記においては、１個の昇圧コンバータと、２個のインバータとを構成する７個のアームを含むパワーモジュールについて説明したが、この発明によるパワーモジュールは、１個の昇圧コンバータと１個のインバータとを構成する４個のアームを含むパワーモジュールであってもよい。
【００９４】
なお、この発明においては、リアクトルＬ１は、「特定の負荷」を構成する。この発明によれば、パワーモジュールは、各々が直列接続された２個のＮＰＮトランジスタから成る複数のアームと、複数のアームに対応して設けられた複数のアーム端子と、複数のアーム端子に対応して設けられ、各々が負荷に接続された負荷端子と、最大の負荷に接続された負荷端子とアーム端子との接続時間が複数のアーム端子間で等しくなるように複数のアーム端子と複数の負荷端子との接続を切換える負荷切換ユニットとを備えるので、複数のアームに含まれる複数のＮＰＮトランジスタの熱ストレスをほぼ均等にできる。その結果、パワーモジュールの寿命を長くできる。
【００９５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態によるパワーモジュールの概略ブロック図である。
【図２】図１に示す制御装置の機能ブロック図である。
【図３】図２に示すモータトルク制御手段の機能を説明するための機能ブロック図である。
【図４】従来のモータ駆動装置の概略ブロック図である。
【符号の説明】
１〜７アーム端子、１０，１１電圧センサー、１３〜１９アーム、２０負荷切換ユニット、２１，２２電流センサー、３０制御装置、４０モータ制御用相電圧演算部、４２インバータ用ＰＷＭ信号変換部、５０インバータ入力電圧指令演算部、５２フィードバック電圧指令演算部、５４デューティー比変換部、１００パワーモジュール、３００モータ駆動装置、３０１モータトルク制御手段、３０２電圧変換制御手段、３０３切換手段、３１０，ＣＶ昇圧コンバータ、３３０，３４０，ＩＶＴ１，ＩＶＴ２インバータ、３２０，Ｃ１コンデンサ、３１１，３１２，３３１〜３３６，３４４〜３４９，Ｑ１〜Ｑ１４ＮＰＮトランジスタ、３１３，３１４，３３７〜３３９，３４１，３５０〜３５５，Ｄ１〜Ｄ１４ダイオード、３３０Ａ，３４０ＡＵ相アーム、３３０Ｂ，３４０ＢＶ相アーム、３３０Ｃ，３４０ＣＷ相アーム、Ｂ，Ｂ１直流電源、Ｌ１リアクトル、ＤＵ，Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１，Ｕ２，Ｖ２，Ｗ２負荷端子、Ｎ１，Ｎ２ノード、Ｍ１，Ｍ２交流モータ。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power module that drives a motor by boosting a DC voltage from a DC power supply, and particularly to a highly reliable power module.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Recently, a hybrid vehicle has attracted much attention as an environmentally friendly vehicle. Some hybrid vehicles have been put to practical use.
[0003]
This hybrid vehicle is a vehicle that uses, in addition to a conventional engine, a DC power source, an inverter, and a motor driven by the inverter as power sources. That is, a power source is obtained by driving the engine, a DC voltage from a DC power supply is converted into an AC voltage by an inverter, and a motor is rotated by the converted AC voltage to obtain a power source.
[0004]
Such a hybrid vehicle includes, for example, a motor drive device 300 as shown in FIG. Referring to FIG. 4, motor driving device 300 includes a DC power supply B1, a boost converter 310, a capacitor 320, and inverters 330 and 340.
[0005]
Boost converter 310 includes NPN transistors 311 and 312, diodes 313 and 314, and reactor L1.
[0006]
Reactor L1 has one end connected to DC power supply B1 and the other end connected to an intermediate point between NPN transistor 311 and NPN transistor 312.
[0007]
NPN transistors 311 and 312 are connected in series between the power supply lines of inverters 330 and 340 and the ground line. The NPN transistor 311 has a collector connected to the power supply line and an emitter connected to the collector of the NPN transistor 312. The emitter of NPN transistor 312 is connected to the ground line.
[0008]
Diodes 313 and 314 are connected in parallel to NPN transistors 311 and 312, respectively, so that current flows from the emitter to the collector.
[0009]
Capacitor 320 is connected between nodes N1 and N2.
Inverter 330 includes a U-phase arm 330A, a V-phase arm 330B, and a W-phase arm 330C. U-phase arm 330A, V-phase arm 330B and W-phase arm 330C are connected in parallel between nodes N1 and N2.
[0010]
U-phase arm 330A includes NPN transistors 331 and 332 connected in series. V-phase arm 330B includes NPN transistors 333 and 334 connected in series. W-phase arm 330C includes NPN transistors 335 and 336 connected in series.
[0011]
Collectors of NPN transistors 331, 333, 335 are connected to a power supply line. The emitters of NPN transistors 332, 334, 336 are connected to a ground line. The emitters of NPN transistors 331, 333, 335 are connected to the collectors of NPN transistors 332, 334, 336, respectively.
[0012]
Diodes D337 to 339 and 341 to 343 are connected to the NPN transistors 331 to 336 such that current flows from the emitter side to the collector side.
[0013]
An intermediate point between NPN transistor 331 and NPN transistor 332, that is, an emitter of NPN transistor 331 and a collector of NPN transistor 332 are connected to one end of a U-phase coil of AC motor M1. An intermediate point between NPN transistor 333 and NPN transistor 334, that is, an emitter of NPN transistor 333 and a collector of NPN transistor 334 are connected to one end of a V-phase coil of AC motor M1. Further, an intermediate point between NPN transistor 335 and NPN transistor 336, that is, the emitter of NPN transistor 335 and the collector of NPN transistor 336 are connected to one end of the W-phase coil of AC motor M1.
[0014]
Inverter 340 includes a U-phase arm 340A, a V-phase arm 340B, and a W-phase arm 340C. U-phase arm 340A, V-phase arm 340B and W-phase arm 340C are connected in parallel between nodes N1 and N2.
[0015]
U-phase arm 340A includes NPN transistors 344 and 345 connected in series. V-phase arm 340B includes NPN transistors 346 and 347 connected in series. W-phase arm 340C includes NPN transistors 348 and 349 connected in series.
[0016]
Collectors of NPN transistors 344, 346 and 348 are connected to a power supply line. The emitters of NPN transistors 345, 347, 349 are connected to a ground line. The emitters of NPN transistors 344, 346, 348 are connected to the collectors of NPN transistors 345, 347, 349, respectively.
[0017]
Diodes D350 to D355 are connected to the NPN transistors 344 to 349 such that current flows from the emitter side to the collector side.
[0018]
An intermediate point between NPN transistor 344 and NPN transistor 345, that is, an emitter of NPN transistor 344 and a collector of NPN transistor 345 are connected to one end of a U-phase coil of AC motor M2. An intermediate point between NPN transistor 346 and NPN transistor 347, that is, an emitter of NPN transistor 346 and a collector of NPN transistor 347 are connected to one end of a V-phase coil of AC motor M2. Further, an intermediate point between NPN transistor 348 and NPN transistor 349, that is, an emitter of NPN transistor 348 and a collector of NPN transistor 349 are connected to one end of the W-phase coil of AC motor M2.
[0019]
DC power supply B1 outputs a DC voltage. Boost converter 310 boosts the voltage level of the DC voltage output from DC power supply B1 and outputs it to capacitor 320 by turning on / off NPN transistors 311 and 312. That is, boost converter 310 accumulates power in reactor L1 according to the period in which NPN transistor 312 is turned on, and outputs a DC voltage corresponding to the accumulated power to capacitor 320.
[0020]
Capacitor 320 receives the DC voltage output from boost converter 310, smoothes the received DC voltage, and supplies the smoothed DC voltage to inverters 330 and 340.
[0021]
Inverter 330 converts the DC voltage received from boost converter 310 into an AC voltage, and drives AC motor M1 with the converted AC voltage. Inverter 340 converts the DC voltage received from boost converter 310 into an AC voltage, and drives AC motor M2 with the converted AC voltage.
[0022]
As described above, motor drive device 300 boosts the DC voltage output from DC power supply B1, converts the boosted DC voltage into an AC voltage, and drives AC motors M1 and M2.
[0023]
A driving system including an inverter for driving a generator and an inverter for driving a motor is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-79914. In this drive system, the inverter performs step-up regenerative braking by using one coil of the generator during regenerative braking for supplying the AC voltage generated by the generator to the battery side.
[0024]
[Patent Document 1]
JP-A-8-79914
[0025]
[Patent Document 2]
JP-A-64-77153
[0026]
[Patent Document 3]
JP 2000-156937 A
[0027]
[Patent Document 4]
JP-A-2002-272121
[0028]
[Problems to be solved by the invention]
Boost converter 310 and inverters 330 and 340 included in conventional motor drive device 300 are configured using two NPN transistors connected in series.
[0029]
However, the NPN transistors 311 and 312 used in the boost converter 310 that boosts the DC voltage have higher thermal stress than the NPN transistors 331 to 336 and 344 to 349 used in the inverters 330 and 340, and are used for the boost converter 310. There is a problem that the life of the NPN transistors 311 and 312 is shortened.
[0030]
Therefore, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a highly reliable power module.
[0031]
Means for Solving the Problems and Effects of the Invention
According to the present invention, a power module includes a plurality of arms, a plurality of arm terminals, a plurality of load terminals, and switching means. The plurality of arms include first and second switching elements each connected in series. The plurality of arm terminals are provided corresponding to the plurality of arms, and each is connected to an intermediate point between the first switching element and the second switching element included in the corresponding arm. The plurality of load terminals are provided corresponding to the plurality of arm terminals, and each is connected to a load. The switching means switches the connection between the plurality of arm terminals and the plurality of load terminals such that the connection time between the load terminal connected to the specific load and the arm terminal becomes substantially equal between the plurality of arm terminals.
[0032]
Preferably, the switching means switches the connection between the plurality of arm terminals and the plurality of load terminals at regular intervals.
[0033]
Preferably, the switching means switches the connection between the plurality of arm terminals and the plurality of load terminals in a predetermined order.
[0034]
Preferably, the specific load is a load that maximizes the thermal stress of the first and second switching elements when the load terminal is connected to the arm terminal.
[0035]
Preferably, the specific load is a reactor having one terminal connected to a DC power supply and the other terminal connected to a specific load terminal included in the plurality of load terminals.
[0036]
Preferably, the arm connected to the reactor and the specific load terminal boosts a DC voltage from the DC power supply and supplies the boosted DC voltage to another arm.
[0037]
Preferably, a load terminal other than the specific load terminal is connected to a terminal of the motor.
Preferably, the motor is a motor for driving driving wheels of the vehicle.
[0038]
Preferably, the plurality of arms are 3n + 1 (n is a natural number) arms, the plurality of arm terminals are 3n + 1 arm terminals, the plurality of load terminals are 3n + 1 load terminals, One arm connected to the specific load terminal constitutes a converter for boosting and outputting the DC voltage output from the DC power supply, and 3n arms excluding one arm drive at least one motor. The at least one inverter receives the DC voltage boosted by the converter, converts the received DC voltage into an AC voltage, and drives at least one motor.
[0039]
Preferably, the at least one inverter includes first and second inverters, the at least one motor includes first and second motors, and the first inverter converts a DC power boosted by the converter into an AC power. Converts the voltage into a voltage to drive the first motor, the second inverter converts the AC voltage generated by the second motor into a DC voltage and supplies the DC voltage to the converter, and the converter supplies the DC voltage from the second inverter. The supplied AC voltage is stepped down and supplied to a DC power supply.
[0040]
In the power module according to the present invention, the plurality of arm terminals and the plurality of arms provided corresponding to the plurality of arms are connected so that the connection time of each arm connected to the maximum load is substantially equal among the plurality of arms. Connection with a plurality of load terminals provided corresponding to the terminals is switched.
[0041]
Therefore, the thermal stress in the switching elements included in the arms can be substantially equalized. As a result, the life of the power module can be extended.
[0042]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding portions have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.
[0043]
Referring to FIG. 1, a power module 100 according to an embodiment of the present invention includes a DC power supply B, voltage sensors 10 and 11, a reactor L1, a capacitor C1, arms 13 to 19, a load switching unit 20, , Current sensors 21 and 22, and a control device 30.
[0044]
The arms 13 to 19 are connected in parallel between the power supply line BL1 and the ground line BL2. The arm 13 includes NPN transistors Q1 and Q2 connected in series. The arm 14 includes NPN transistors Q3 and Q4 connected in series. The arm 15 includes NPN transistors Q5 and Q6 connected in series.
[0045]
The arm 16 includes NPN transistors Q7 and Q8 connected in series. The arm 17 includes NPN transistors Q9 and Q10 connected in series. The arm 18 includes NPN transistors Q11 and Q12 connected in series. The arm 19 includes NPN transistors Q13 and Q14 connected in series.
[0046]
Each of NPN transistors Q1, Q3, Q5, Q7, Q9, Q11, and Q13 has a collector connected to power supply line BL1 and an emitter connected to the collectors of NPN transistors Q2, Q4, Q6, Q8, Q10, Q12, and Q14, respectively. Is done. The emitters of NPN transistors Q2, Q4, Q6, Q8, Q10, Q12, Q14 are connected to ground line BL2.
[0047]
Diodes D1 to D14 are connected to NPN transistors Q1 to Q14, respectively, so that current flows from the emitter side to the collector side.
[0048]
The NPN transistors Q1 to Q14 have the same characteristics.
The capacitor C1 is connected in parallel to the arms 13 to 19 between the power supply line BL1 and the ground line BL2.
[0049]
Reactor L1 has one end connected to load terminal DU of load switching unit 20, and the other end connected to a positive electrode of DC power supply B.
[0050]
The load switching unit 20 has arm terminals 1 to 7 and load terminals DU, U1, U2, V1, V2, W1, W2.
[0051]
Arm terminal 1 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q1 and NPN transistor Q2, that is, to the emitter of NPN transistor Q1 and the collector of NPN transistor Q2. Arm terminal 2 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q3 and NPN transistor Q4, that is, to the emitter of NPN transistor Q3 and the collector of NPN transistor Q4. Arm terminal 3 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q5 and NPN transistor Q6, that is, to the emitter of NPN transistor Q5 and the collector of NPN transistor Q6.
[0052]
Arm terminal 4 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q7 and NPN transistor Q8, that is, to the emitter of NPN transistor Q7 and the collector of NPN transistor Q8. Arm terminal 5 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q9 and NPN transistor Q10, that is, to the emitter of NPN transistor Q9 and the collector of NPN transistor Q10. Arm terminal 6 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q11 and NPN transistor Q12, that is, to the emitter of NPN transistor Q11 and the collector of NPN transistor Q12. Arm terminal 7 is connected to an intermediate point between NPN transistor Q13 and NPN transistor Q14, that is, to the emitter of NPN transistor Q13 and the collector of NPN transistor Q14.
[0053]
Load terminal DU is connected to one end of reactor L1. Load terminals U1, V1, and W1 are connected to the U, V, and W phases of AC motor M1, respectively. Load terminals U2, V2, and W2 are connected to the U, V, and W phases of AC motor M2, respectively.
[0054]
AC motors M1 and M2 are drive motors for generating torque for driving drive wheels of a hybrid vehicle. Alternatively, these motors have the function of a generator driven by the engine, and operate as an electric motor for the engine, for example, to be incorporated into a hybrid vehicle so that the engine can be started. You may.
[0055]
The DC power supply B is composed of a secondary battery such as a nickel hydrogen battery or a lithium ion battery. Voltage sensor 10 detects DC voltage Vb output from DC power supply B, and outputs the detected DC voltage Vb to control device 30.
[0056]
Reactor L1 accumulates power corresponding to the DC current output from DC power supply B. Capacitor C1 smoothes the DC voltage applied between power supply line BL1 and ground line BL2. Voltage sensor 11 detects voltage Vm across capacitor C1 and outputs the detected voltage Vm to control device 30.
[0057]
The load switching unit 20 switches the connection between the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, U2, V1, V2, W1, W2 according to a switching signal EXC from the control device 30. More specifically, the load switching unit 20 sets the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, U2, and so on so that the connection time when each of the arm terminals 1 to 7 is connected to the load terminal DU is substantially equal. The connection with V1, V2, W1, W2 is switched.
[0058]
When arm terminal 1 is connected to load terminal DU, reactor L1 and arm 13 form a boost converter CV. When the arm terminals 2 to 4 are connected to the load terminals U1, V1, W1, respectively, the arms 14 to 16 constitute an inverter IVT1 that drives the AC motor M1. Further, when arm terminals 5 to 7 are connected to load terminals U2, V2, and W2, arms 17 to 19 constitute inverter IVT2 that drives AC motor M2.
[0059]
Generally, when arm terminal 1 is connected to load terminal DU, inverter IVT1 is constituted by three arms arbitrarily selected from arms 14 to 19, and inverter IVT2 is connected to arm 14 to 19 It is constituted by three arms other than the three arms constituting the inverter IVT1. For example, inverter IVT1 is configured by arms 14, 17, and 18, and inverter IVT2 is configured by arms 15, 16, and 19.
[0060]
The arm constituting boost converter CV is not limited to arm 13 but is constituted by one arm arbitrarily selected from arms 13 to 19.
[0061]
Accordingly, when receiving the switching signal EXC from the control device 30, the load switching unit 20 determines one arm to be connected to the load terminal DU, and then determines the arm to be connected to the load terminals U1, V1, W1, U2, V2, W2. Determine the six arms to be connected. For example, the load switching unit 20 changes the arm terminal connected to the load terminal DU to arm terminal 1 → arm terminal 2 → arm terminal 3 → arm terminal 4 → arm terminal 5 → arm terminal 6 → arm terminal 7 → arm terminal 1 ...・ Switch in order. Then, the load switching unit 20 sequentially switches the arm terminals connected to the load terminals U1, V1, W1, U2, V2, and W2 in accordance with the same direction as the switching direction of the arm terminals connected to the load terminal DU. Then, each time the load switching unit 20 receives the signal EXC from the control device 30, the connection between the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2, W2 is switched once.
[0062]
Upon receiving signal PWMU from control device 30, boost converter CV boosts DC voltage Vb from DC power supply B and supplies it between power supply line BL1 and ground line BL2. Further, upon receiving signal PWMD from control device 30, boost converter CV steps down the DC voltage supplied from inverter IVT1 or IVT2 and supplies it to DC power supply B.
[0063]
When DC voltage is supplied from boost converter CV via capacitor C1, inverter IVT1 converts the DC voltage into an AC voltage based on signal PWMI1 from control device 30, and drives AC motor M1. Thus, AC motor M1 is driven to generate a torque specified by torque command value TR1. The inverter IVT1 converts an AC voltage generated by the AC motor M1 into a DC voltage based on a signal PWMC1 from the control device 30 during regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle on which the power module 100 is mounted, and performs the conversion. The supplied DC voltage is supplied to boost converter CV via capacitor C1.
[0064]
When a DC voltage is supplied from boost converter CV via capacitor C1, inverter IVT2 converts the DC voltage into an AC voltage based on signal PWMI2 from control device 30, and drives AC motor M2. Thus, AC motor M2 is driven to generate a torque specified by torque command value TR2. Further, the inverter IVT2 converts the AC voltage generated by the AC motor M2 into a DC voltage based on a signal PWMC2 from the control device 30 during regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle on which the power module 100 is mounted, and converts the AC voltage. The supplied DC voltage is supplied to boost converter CV via capacitor C1.
[0065]
Note that the regenerative braking referred to here is braking with regenerative power generation when a driver driving a hybrid vehicle or an electric vehicle performs a foot brake operation, and does not operate the foot brake, but turns off the accelerator pedal during traveling. This includes decelerating the vehicle (or stopping acceleration) while generating regenerative power.
[0066]
Current sensor 21 detects motor current MCRT1 flowing through each phase of AC motor M1 and outputs the detected motor current MCRT1 to control device 30. Current sensor 22 detects motor current MCRT2 flowing through each phase of AC motor M2, and outputs the detected motor current MCRT2 to control device 30.
[0067]
Control device 30 receives torque command values TR1, TR2 and motor rotation speeds MRN1, 2 from an externally provided ECU (Electrical Control Unit), receives DC voltage Vb from voltage sensor 10, and outputs voltage Vm from voltage sensor 11. Receiving the motor current MCRT1 from the current sensor 21 and the motor current MCRT2 from the current sensor 22. Control device 30 configures inverter IVT1 based on DC voltage Vb, voltage Vm, motor current MCRT1, torque command value TR1, and motor speed MRN1 when inverter IVT1 drives AC motor M1 by a method described later. A signal PWMI1 for controlling the switching of the NPN transistor to be performed is generated, and the generated signal PWMI1 is output to the inverter IVT1.
[0068]
Control device 30 configures inverter IVT2 based on DC voltage Vb, voltage Vm, motor current MCRT2, torque command value TR2, and motor speed MRN2 when inverter IVT2 drives AC motor M2 by a method described later. A signal PWMI2 for controlling the switching of the NPN transistor to be performed is generated, and the generated signal PWMI2 is output to the inverter IVT2.
[0069]
Further, when inverter IVT1 (or IVT2) drives AC motor M1 (or M2), control device 30 controls DC voltage Vb, voltage Vm, motor current MCRT1 (or MCRT2), torque command value TR1 (or TR2) and motor Based on rotation speed MRN1 (or MRN2), a signal PWMU for controlling the switching of the NPN transistor forming boost converter CV is generated by a method described later, and the generated signal PWMU is output to boost converter CV.
[0070]
Further, when control device 30 receives a signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU, control device 30 converts the AC voltage generated by AC motor M1 or M2 into a DC voltage. It generates signals PWMC1 and PWMC2, outputs the generated signal PWMC1 to inverter IVT1, and outputs signal PWMC2 to inverter IVT2. The switching of the NPN transistors constituting the inverters IVT1 and IVT2 is controlled by the signals PWMC1 and PWMC2. Accordingly, inverter IVT1 converts the AC voltage generated by AC motor M1 into a DC voltage and supplies the DC voltage to boost converter CV, and inverter IVT2 converts the AC voltage generated by AC motor M2 into a DC voltage. Supply to boost converter CV.
[0071]
Further, when control device 30 receives from external ECU signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode, control device 30 generates signal PWMD for stepping down the DC voltage supplied from inverters IVT1 and IVT2. Then, the generated signal PWMD is output to boost converter CV. Thus, the AC voltage generated by the AC motor M1 or M2 is converted into a DC voltage, stepped down, and supplied to the DC power supply B.
[0072]
FIG. 2 is a functional block diagram of the control device 30. Referring to FIG. 2, control device 30 includes a motor torque control unit 301, a voltage conversion control unit 302, and a switching unit 303.
[0073]
The motor torque control means 301 calculates the torque command value to be given to the motor in consideration of the torque command values TR1 and TR2 (the degree of depression of the accelerator pedal in the vehicle and the operation state of the engine in the hybrid vehicle). Based on the output voltage Vb of the DC power supply B, the motor currents MCRT1 and MCRT2, the motor rotation speeds MRN1 and MRN2, and the output voltage Vm of the boost converter CV, when the AC motor M1 or M2 is driven, the boost converter CV A signal PWMU for turning on / off the constituent NPN transistor, a signal PWMI1 for turning on / off the NPN transistor forming the inverter IVT1, and a signal PWMI2 for turning on / off the NPN transistor forming the inverter IVT2. And the generated No. PWMU the output to boost converter CV, and outputs a signal PWMI1 to inverter IVT1, and outputs a signal PWMI2 to inverter IVT2.
[0074]
Upon receiving a signal RGE indicating that the hybrid vehicle or the electric vehicle has entered the regenerative braking mode from the external ECU during regenerative braking, voltage conversion control means 302 converts the AC voltage generated by AC motors M1 and M2 into a DC voltage. And outputs them to inverters IVT1 and IVT2, respectively.
[0075]
Further, when regenerative braking receives voltage signal RGE from the external ECU, voltage conversion control means 302 generates signal PWMD for lowering the DC voltage supplied from inverters IVT1 and IVT2, and outputs the signal to boost converter CV. As described above, the boost converter CV has a function of a bidirectional converter because the voltage can be decreased by the signal PWMD for decreasing the DC voltage.
[0076]
The switching means 303 generates a switching signal EXC at regular time intervals and outputs it to the load switching unit 20. Note that the switching unit 303 measures the time by using, for example, a timer having a built-in fixed time.
[0077]
FIG. 3 is a functional block diagram of the motor torque control means 301. Referring to FIG. 3, motor torque control means 301 includes motor control phase voltage calculation unit 40, inverter PWM signal conversion unit 42, inverter input voltage command calculation unit 50, feedback voltage command calculation unit 52, And a duty ratio conversion unit 54.
[0078]
Motor control phase voltage calculation unit 40 receives output voltage Vm of boost converter CV, that is, the input voltage to inverters IVT1 and IVT2 from voltage sensor 11, and outputs motor currents MCRT1 and MCRT2 flowing through each phase of AC motors M1 and M2. From the current sensors 21 and 22 and the torque command values TR1 and TR2 from the external ECU. Then, the motor control phase voltage calculation unit 40 calculates a voltage to be applied to each phase coil of the AC motors M1 and M2 based on these input signals, and converts the calculated result into an inverter PWM signal conversion. To the unit 42. Inverter PWM signal converter 42 generates signals PWMI1 and PWMI2 for actually turning on / off each NPN transistor constituting inverters IVT1 and IVT2 based on the calculation result received from motor control phase voltage calculator 40. , And outputs the generated signals PWMI1 and PWMI2 to the respective NPN transistors forming the inverters IVT1 and IVT2.
[0079]
Accordingly, the NPN transistors constituting inverters IVT1 and IVT2 are switching-controlled, and control the current flowing through each phase of AC motors M1 and M2 so that AC motors M1 and M2 output the commanded torque. Thus, the motor drive current is controlled, and a motor torque corresponding to the torque command values TR1, TR2 is output.
[0080]
On the other hand, inverter input voltage command calculation unit 50 calculates an optimum value (target value) of the inverter input voltage, that is, a voltage command, based on torque command values TR1, TR2 and motor rotation speeds MRN1, MRN2, and calculates the calculated voltage. The command is output to feedback voltage command calculation unit 52.
[0081]
The feedback voltage command calculator 52 calculates a feedback voltage command based on the voltage Vm from the voltage sensor 11 and the voltage command from the inverter input voltage command calculator 50, and converts the calculated feedback voltage command into a duty ratio. Output to the unit 54.
[0082]
The duty ratio conversion unit 54 converts the voltage Vm from the voltage sensor 11 based on the battery voltage Vb from the voltage sensor 10 and the feedback voltage command from the feedback voltage command calculation unit 52 from the feedback voltage command calculation unit 52. A duty ratio for setting the feedback voltage command is calculated, and a signal PWMU for turning on / off an NPN transistor included in boost converter CV is generated based on the calculated duty ratio. Then, duty ratio converter 54 outputs generated signal PWMU to an NPN transistor included in boost converter CV.
[0083]
By increasing the on-duty of the NPN transistor on the lower side of the arm constituting boost converter CV, power storage in reactor L1 increases, so that a higher voltage output can be obtained. On the other hand, by increasing the on-duty of the upper NPN transistor, the voltage of the power supply line BL1 decreases. Therefore, by controlling the duty ratio of the two NPN transistors constituting the boost converter CV, the voltage of the power supply line BL1 can be controlled to an arbitrary voltage equal to or higher than the output voltage of the DC power supply B.
[0084]
Referring again to FIG. 1, the overall operation of power module 100 will be described. When the entire operation is started, control device 30 generates a switching signal EXC and outputs it to load switching unit 20. Then, the load switching unit 20 switches the connection between the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2, W2 according to the switching signal EXC from the control device 30 by the above-described method. . Thus, boost converter CV and inverters IVT1 and IVT2 are configured. DC power supply B outputs DC voltage Vb to boost converter CV.
[0085]
Voltage sensor 10 detects DC voltage Vb output from DC power supply B, and outputs the detected DC voltage Vb to control device 30. Further, voltage sensor 11 detects voltage Vm across capacitor C1 and outputs the detected voltage Vm to control device 30. Further, current sensor 21 detects motor current MCRT1 flowing through AC motor M1 and outputs the same to control device 30, and current sensor 22 detects motor current MCRT2 flowing through AC motor M2 and outputs the same to control device 30. Control device 30 receives torque command values TR1 and TR2 and motor rotation speeds MRN1 and MRN2 from the external ECU.
[0086]
Then, control device 30 generates signal PWMI1 based on DC voltage Vb, voltage Vm, motor current MCRT1, torque command value TR1, and motor speed MRN1 by the above-described method, and transmits generated signal PWMI1 to inverter IVT1. Output. Control device 30 also generates signal PWMI2 by the above-described method based on DC voltage Vb, voltage Vm, motor current MCRT2, torque command value TR2, and motor rotation speed MRN2, and sends generated signal PWMI2 to inverter IVT2. Output. Furthermore, when inverter IVT1 (or IVT2) drives AC motor M1 (or M2), control device 30 controls DC voltage Vb, voltage Vm, motor current MCRT1 (or MCRT2), torque command value TR1 (or TR2), Based on motor speed MRN1 (or MRN2), a signal PWMU for switching control of two NPN transistors forming boost converter CV is generated by the above-described method, and the generated signal PWMU is output to boost converter CV. I do.
[0087]
Then, boost converter CV boosts the DC voltage from DC power supply B according to signal PWMU, and supplies the boosted DC voltage between power supply line BL1 and ground line BL2. Then, inverter IVT1 converts the DC voltage smoothed by capacitor C1 into an AC voltage by signal PWMI1 from control device 30, and drives AC motor M1. Inverter IVT2 converts the DC voltage smoothed by capacitor C1 into an AC voltage by signal PWMI2 from control device 30, and drives AC motor M2. Accordingly, AC motor M1 generates a torque specified by torque command value TR1, and AC motor M2 generates a torque specified by torque command value TR2.
[0088]
Further, at the time of regenerative braking of a hybrid vehicle or an electric vehicle on which the power module 100 is mounted, the control device 30 receives a signal RGE from an external ECU, and generates signals PWMC1 and PWMC2 in accordance with the received signal RGE, respectively. Output to inverters IVT1 and IVT2 to generate signal PWMD and output it to boost converter CV.
[0089]
Then, inverter IVT1 converts the AC voltage generated by AC motor M1 into a DC voltage according to signal PWMC1, and supplies the converted DC voltage to boost converter CV. Inverter IVT2 converts the AC voltage generated by AC motor M2 into a DC voltage according to signal PWMC2, and supplies the converted DC voltage to boost converter CV. Boost converter CV receives a DC voltage from inverter IVT1 or IVT2, reduces the received DC voltage by signal PWMD, and supplies the reduced DC voltage to DC power supply B. Thereby, the electric power generated by AC motor M1 or M2 is charged to DC power supply B.
[0090]
Thereafter, the control device 30 generates a switching signal EXC and outputs the switching signal EXC to the load switching unit 20 after a certain time has elapsed. Then, the load switching unit 20 switches the connection between the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2, W2 in accordance with the switching signal EXC from the control device 30 by the method described above. . Thus, boost converter CV and inverters IVT1 and IVT2 are formed by different arms. Then, the above-described operation is executed again.
[0091]
As described above, in power module 100, the connection between arm terminals 1 to 7 and load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2, W2 is switched at regular intervals, and boost converter CV and inverters IVT1, IVT2 are switched. Are sequentially changed. Therefore, the connection time during which each of the arms 13 to 19 is connected to the load terminal DU is equal between the arms 13 to 19, and the losses of the NPN transistors Q1 to Q14 are equal. As a result, the life of the power module 100 can be extended.
[0092]
In the above, the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2 are set so that the connection time for connecting each of the arms 13 to 19 to the load terminal DU is equal between the arms 13 to 19. , W2 is switched, the connection time for connecting each of the arms 13 to 19 to the reactor L1, that is, each of the arms 13 to 19 is connected to the load terminal where the thermal stress of the NPN transistor is the maximum. Means that the connections between the arm terminals 1 to 7 and the load terminals DU, U1, V1, W1, U2, V2, W2 are switched so that the connection times to be connected are equal. Therefore, the present invention generally provides a method for connecting a plurality of arms to a plurality of load terminals such that connection times for connecting each of the plurality of arms to a load terminal having the maximum thermal stress of the switching element are equal. Applied to power modules that switch connections.
[0093]
In the above description, a power module including seven boosters constituting one boost converter and two inverters has been described. However, the power module according to the present invention includes one boost converter and one inverter. A power module including four arms constituting an inverter may be used.
[0094]
In the present invention, reactor L1 forms a “specific load”. According to the present invention, the power module has a plurality of arms each including two NPN transistors connected in series, a plurality of arm terminals provided corresponding to the plurality of arms, and a plurality of arm terminals. And a plurality of arm terminals and a plurality of arm terminals so that the connection time between the load terminal connected to the load and the arm terminal is equal among the plurality of arm terminals. Since the load switching unit that switches the connection with the load terminal is provided, the thermal stress of the plurality of NPN transistors included in the plurality of arms can be substantially equalized. As a result, the life of the power module can be extended.
[0095]
The embodiments disclosed this time are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description of the embodiments, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram of a power module according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a functional block diagram of the control device shown in FIG.
FIG. 3 is a functional block diagram for explaining a function of a motor torque control unit shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic block diagram of a conventional motor drive device.
[Explanation of symbols]
1 to 7 arm terminals, 10, 11 voltage sensors, 13 to 19 arms, 20 load switching units, 21, 22 current sensors, 30 control devices, 40 motor control phase voltage calculation units, 42 inverter PWM signal conversion units, 50 Inverter input voltage command calculation unit, 52 feedback voltage command calculation unit, 54 duty ratio conversion unit, 100 power module, 300 motor drive device, 301 motor torque control means, 302 voltage conversion control means, 303 switching means, 310, CV boost converter , 330, 340, IVT1, IVT2 inverter, 320, C1 capacitor, 311, 312, 331 to 336, 344 to 349, Q1 to Q14 NPN transistor, 313, 314, 337 to 339, 341, 350 to 355, D1 to D14 Diode, 3 0A, 340A U-phase arm, 330B, 340B V-phase arm, 330C, 340C W-phase arm, B, B1 DC power supply, L1 reactor, DU, U1, V1, W1, U2, V2, W2 Load terminal, N1, N2 node , M1, M2 AC motors.

Claims

A plurality of arms each including first and second switching elements connected in series;
A plurality of arm terminals provided corresponding to the plurality of arms, each connected to an intermediate point between the first switching element and the second switching element included in the corresponding arm;
A plurality of load terminals provided corresponding to the plurality of arm terminals and each connected to a load;
Switching means for switching the connection between the plurality of arm terminals and the plurality of load terminals such that the connection time between the load terminal connected to the specific load and the arm terminal is substantially equal between the plurality of arm terminals. Power module equipped.

2. The power module according to claim 1, wherein the switching unit switches connection between the plurality of arm terminals and the plurality of load terminals at regular intervals. 3.

2. The power module according to claim 1, wherein the switching unit switches a connection between the plurality of arm terminals and the plurality of load terminals in a predetermined order. 3.

The said specific load is a load with which the thermal stress of the said 1st and 2nd switching element at the time of connecting the said load terminal to the said arm terminal becomes the largest. The power module according to 1.

The power module according to claim 4, wherein the specific load is a reactor having one terminal connected to a DC power supply and the other terminal connected to a specific load terminal included in the plurality of load terminals.

The power module according to claim 5, wherein the arm connected to the reactor and the specific load terminal boosts a DC voltage from a DC power supply and supplies the boosted DC voltage to another arm.

The power module according to claim 6, wherein a load terminal other than the specific load terminal is connected to a terminal of the motor.

The power module according to claim 7, wherein the motor is a motor for driving a driving wheel of a vehicle.

The plurality of arms are 3n + 1 (n is a natural number) arms,
The plurality of arm terminals are 3n + 1 arm terminals,
The plurality of load terminals are 3n + 1 load terminals,
One arm connected to the reactor and the specific load terminal constitutes a converter that boosts and outputs a DC voltage output from the DC power supply,
The 3n arms excluding the one arm constitute at least one inverter that drives at least one motor;
The power module according to claim 5, wherein the at least one inverter receives the DC voltage boosted by the converter, converts the received DC voltage into an AC voltage, and drives the at least one motor.

The at least one inverter comprises first and second inverters;
The at least one motor comprises first and second motors;
The first inverter converts the DC power supply boosted by the converter into an AC voltage to drive the first motor,
The second inverter converts an AC voltage generated by the second motor into a DC voltage and supplies the DC voltage to the converter,
The power module according to claim 9, wherein the converter steps down the AC voltage supplied from the second inverter and supplies the stepped-down voltage to the DC power supply.