JP2008206345A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた熱保護機能を有する電力変換装置を提供しようとするものである。
【解決手段】半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュール２と半導体モジュール２の両主面に配されて半導体モジュール２を冷却するための複数の冷却管３１を有する冷却器３を備えた電力変換装置１。複数の半導体モジュール２のうちの一部である被検モジュール２０における半導体素子の温度情報を用いて電力変換装置１の熱保護制御を行うよう構成されている。少なくとも使用時における温度上昇が最も大きい半導体素子を有する半導体モジュール２は、被検モジュール２０である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールによって構成される電力変換装置に関する。

インバータやＤＣ−ＤＣコンバータ等の電力変換装置は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールによって構成されている。そして、各半導体モジュールのスイッチング動作によって被制御電力を制御する。
かかる電力変換装置においては、上記のスイッチング動作が繰り返されることにより半導体素子が発熱して高温となる。そこで、半導体モジュールの正常な動作を確保するために、半導体素子の温度を検出し、半導体素子の温度が所定の温度に達したときに通電制御を行うことで半導体素子の過熱を防ぐ熱保護機能を備えた電力変換装置がある（特許文献１参照）。

ところが、全ての半導体素子の温度をそれぞれ測定して熱保護制御に用いることは、効率的ではない。そこで、最も温度上昇の大きい半導体素子の温度を検出して熱保護制御に用いることが考えられる。特許文献１にも、６個の半導体素子のうち冷却フィンの中央の上側に配される半導体素子の近傍に、温度検出素子を一つだけ取付けて温度検出を行う構成が開示されている。しかしながら、この温度検出素子の配置は、６個の半導体素子に均等に電流が流れ、発熱量が均等であること、更には他の電力変換装置などの発熱体が隣接配置されていないことを前提とした配置である。それ故、６個の半導体素子に均等に電流が流れない場合など、必ずしも上記温度検出素子を配置した半導体素子が最も高温となるとは限らない。
その結果、電流の流れ方が不均一となった場合や、周囲の温度環境の影響がある場合などには、熱保護機能が適切に働かずに、半導体素子が破損することも考えられる。

また、特許文献１に記載の電力変換装置は、半導体素子の片面側からのみ冷却する構成となっている。そのため、半導体素子の冷却効率を充分に大きくすることが困難であるという問題もある。

特開２００６−４１４０７号公報

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、優れた熱保護機能を有する電力変換装置を提供しようとするものである。

本発明は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと該半導体モジュールの両主面に配されて該半導体モジュールを冷却するための複数の冷却管を有する冷却器を備えた電力変換装置であって、
上記複数の半導体モジュールのうちの一部である被検モジュールにおける上記半導体素子の温度情報を用いて上記電力変換装置の熱保護制御を行うよう構成されており、
少なくとも使用時における温度上昇が最も大きい上記半導体素子を有する上記半導体モジュールは、上記被検モジュールであることを特徴とする電力変換装置にある（請求項１）。

次に、本発明の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置においては、上記被検モジュールにおける上記半導体素子の温度情報を用いて上記電力変換装置の熱保護制御を行うよう構成されている。これにより、例えば、上記被検モジュールにおける半導体素子の温度が所定の温度に達したとき、全ての半導体モジュールへの通電を遮断したり、供給される電力を減少させたりすることによって、半導体素子の過熱を防ぎ、正常な動作を確保することができる。
そして、少なくとも使用時における温度上昇が最も大きい上記半導体素子を有する上記半導体モジュールが上記被検モジュールであるため、被検モジュール以外の半導体モジュールも充分に熱保護することができる。

また、上記被検モジュールは、電力変換装置を構成する複数の半導体モジュールのうちの一部の半導体モジュールであるため、効率的に電力変換装置の熱保護制御を行うことができる。
また、上記電力変換装置の冷却器は、半導体モジュールの両主面に配された冷却管を有するため、半導体モジュールの冷却性能を高くすることができる。これにより、半導体素子の過熱による故障を効果的に防ぐことができる。

以上のごとく、本発明によれば、優れた熱保護機能を有する電力変換装置を提供することができる。

本発明（請求項１）において、上記電力変換装置としては、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータやインバータ等がある。
上記被検モジュールは、一つの電力変換装置において１個であってもよいし、２個以上であってもよい。ただし、複数の被検モジュールが存在する場合には、その中の１つが、使用時における温度上昇の最も大きい上記半導体素子を有する上記半導体モジュールとなる。
また、上記半導体素子の温度情報を用いた電力変換装置の熱保護制御は、例えば、上記半導体素子の温度が所定の温度に達したときに、全ての半導体モジュールへの通電を遮断したり、供給される電力を減少させたりすることによって、半導体素子の過熱を防ぐという制御方法が考えられる。

また、上記被検モジュールは、隣合う一対の上記冷却管の間に複数個並列配置された上記半導体モジュールのうち、上記冷却管を流れる冷却媒体の最も下流側に位置する半導体モジュールであることが好ましい（請求項２）。
この場合には、温度上昇しやすい半導体モジュールを上記被検モジュールとすることができる。即ち、冷却管を流れる冷却媒体の下流側へ行くほど冷却媒体の温度が上昇するため、下流側の半導体モジュールほど冷却され難い。それ故、上記複数の半導体モジュールの発熱量に大きな差がなければ、下流側の半導体モジュールほど温度上昇しやすい。そこで、最も下流側に位置する半導体モジュールを被検モジュールとすることにより、効果的に電力変換装置の熱保護制御を行うことができる。

また、上記被検モジュールは、上記電力変換装置に隣接配置され該電力変換装置よりも発熱量の大きい発熱体に最も近い位置に配された上記半導体モジュールであることが好ましい（請求項３）。
この場合にも、温度上昇しやすい半導体モジュールを上記被検モジュールとすることができる。即ち、上記電力変換装置に上記発熱体が隣接配置している場合には、上記発熱体に最も近い半導体モジュールの温度が上昇しやすい。そこで、その半導体モジュールを被検モジュールとすることにより、効果的に電力変換装置の熱保護制御を行うことができる。
なお、上記発熱体としては、例えば、対象としている電力変換装置とは別の電力変換装置等がある。

また、上記被検モジュールは、上記電力変換装置に隣接配置され該電力変換装置よりも発熱量の大きい複数の発熱体のうち、最も発熱量の大きい発熱体に最も近い位置に配された上記半導体モジュールであることが好ましい（請求項４）。
この場合にも、効果的に電力変換装置の熱保護制御を行うことができる。

また、上記被検モジュールは、隣合う一対の上記冷却管の間に複数個並列配置された上記半導体モジュールのうち、上記電力変換装置の使用時における通電量が最も多い半導体モジュールであることが好ましい（請求項５）。
この場合にも、温度上昇しやすい半導体モジュールを上記被検モジュールとすることができる。即ち、複数個並列配置された上記半導体モジュールのうち、通電量が最も多い半導体モジュールは、電力変換装置の使用時において最も発熱量が大きくなる。それ故、これらの半導体モジュールの冷却効率に大きな差がなければ、通電量が最も多い半導体モジュールの温度上昇が最も大きくなる。
そこで、この半導体モジュールを被検モジュールとすることにより、電力変換装置の熱保護を効果的に行うことができる。

また、上記複数の半導体モジュールのうちの２個以上の半導体モジュールは互いに並列接続されており、並列接続された上記２個以上の半導体モジュールのうち使用時における温度上昇が最も大きい半導体素子を有する半導体モジュールは上記被検モジュールであることが好ましい（請求項６）。
この場合には、並列接続された２個以上の半導体モジュールには、基本的には同時に同等の電流が流れるため、発熱量も基本的には同等である。しかし、これらの半導体モジュールは、その配置などによって、温度上昇しやすいものとし難いものが生じることもある。そこで、並列接続された２個以上の半導体モジュールの中でも、最も温度上昇がしやすい半導体モジュールを被検モジュールとすることにより、効果的に半導体モジュールの過熱を防ぐことができる。

また、並列接続された上記２個以上の半導体モジュールにおける上記半導体素子の温度情報の全てを上記電力変換装置の制御部へ送信し、該制御部は、上記２個以上の温度情報のうち最も高い温度情報を有する上記半導体モジュールを上記被検モジュールとして認定するよう構成してなることが好ましい（請求項７）。
この場合には、並列接続された２個以上の半導体モジュールのうち、実際に最も温度上昇したものを被検モジュールとするため、確実に電力変換装置の熱保護を行うことができる。

また、上記複数の半導体モジュールのうちの３個以上の半導体モジュールは、互いに並列接続されており、上記被検モジュールは、並列接続された３個以上の半導体モジュールのうちの端部以外に配置された半導体モジュールであることが好ましい（請求項８）。
この場合には、温度上昇のしやすい内側に配された半導体モジュールを被検モジュールとするため、効果的に電力変換装置の熱保護を行うことができる。
なお、奇数個の半導体モジュールが並列接続されている場合には、他の要因がなければ、中央に配された半導体モジュールが最も温度上昇しやすいと考えられるため、その中央に配された半導体モジュールを被検モジュールとすることが好ましい。

また、上記被検モジュールは、並列接続された上記２個以上の半導体モジュールのうち上記冷却器の冷媒入口からの距離が最も遠い半導体モジュールであることが好ましい（請求項９）。
この場合には、冷却効率が低い半導体モジュールを被検モジュールとすることとなるため、効果的に電力変換装置の熱保護制御を行うことができる。

（実施例１）
本発明の実施例にかかる電力変換装置につき、図１を用いて説明する。
本例の電力変換装置１は、半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュール２と該半導体モジュール２の両主面に配されて該半導体モジュール２を冷却するための複数の冷却管３１を有する冷却器３を備えている。

上記電力変換装置１は、複数の半導体モジュール２のうちの一部である被検モジュール２０における半導体素子の温度情報を用いて電力変換装置１の熱保護制御を行うよう構成されている。
そして、使用時における温度上昇が最も大きい半導体素子を有する半導体モジュール２が、上記被検モジュール２０である。

少なくとも被検モジュール２０である半導体モジュール２には、温度検出素子が配設されている。温度検出素子は、半導体モジュール２に内蔵された半導体素子の近傍に埋設することができる。そして、温度検出素子としては、例えば、半導体素子と同一チップに形成した感温ダイオード素子や、温度によって電気的抵抗値が変化するサーミスタ素子を用いることができる。
なお、本例においては、温度検出素子は、被検モジュール２０のみならず、その他の半導体モジュール２を含め、全ての半導体モジュール２に配設されている。これは、電力変換装置１を組み立てる際に、被検モジュール２０とその他の半導体モジュール２とを区別して組み立てる必要をなくし、組立て作業を容易にするためである。

冷却器３は、図１に示すごとく、半導体モジュール２の両主面に配され、該半導体モジュール２と共に積層配置される複数の冷却管３１と、該複数の冷却管３１の上流側端部３１１同士及び下流側端部３１２同士を連結する連結部３２とを有する。そして、各冷却管３１の内部に、冷却媒体Ｗが流通する冷媒流路が形成されている。また、積層方向の一端に配された冷却管３１の上流側端部３１１及び下流側端部３１２には、それぞれ冷媒入口３３１及び冷媒出口３３２が形成されている。

これにより、冷媒入口３３１から導入された冷却媒体Ｗは、上記連通部３２を通じて、各冷却管３１に、上流側端部３１１から分配供給されると共に下流側端部３１２に向かって流れる。この間に、冷却媒体Ｗは半導体モジュール２と熱交換する。そして、冷却媒体Ｗは、各冷却管３１の下流側端部３１２から連通部３２を通じて冷媒出口３２２へ向かい、冷媒出口３２２から排出される。
また、隣合う冷却管３１の間には、２個の半導体モジュール２が冷媒流路の形成方向に並べて配置してある。

上記電力変換装置１は、各半導体モジュール２の半導体素子によるスイッチング動作によって被制御電流を制御する。そして、この被制御電流が各半導体素子に流れることにより、半導体素子が発熱し温度上昇する。一方、この温度上昇を防ぐべく、上記冷却器３の冷却管３１を流れる冷却媒体Ｗによって、半導体モジュール２を冷却して温度上昇を抑制している。

ところが、種々の要因によって、半導体素子の温度が上昇しすぎることがある。これにより、半導体素子の正常な動作を確保することが困難となるおそれがある。このとき、最も温度が高くなる半導体素子を有する半導体モジュール２が、上記被検モジュール２０である。
そこで、被検モジュール２０の温度を温度検出素子によって検出し、この温度が予め設定した所定の温度に達した時点で、全ての半導体モジュール２への通電を遮断したり、供給される被制御電力を減少させたりすることによって、半導体素子２の過熱を防いでいる。

具体的には、温度検出素子によって検出された被検モジュール２０の温度を、電力変換装置１を制御する制御部へ送信し、該制御部において受信した温度が予め設定された設定温度に達しているか否かを判断する。そして、受信温度が設定温度に達していると判断したとき、制御部からの指令により、全ての半導体モジュール２をスイッチオフとする。或いは、電源より供給される電力を停止させたり、供給電力を低下させたりする。
このようにして、被検モジュール２０の温度情報を基に、全ての半導体モジュール２の過熱を防ぎ、電力変換装置１を熱保護する。

次に、本例の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置１においては、上記被検モジュール２０における半導体素子の温度情報を用いて電力変換装置１の熱保護制御を行うよう構成されている。これにより、例えば、被検モジュール２０における半導体素子の温度が所定の温度に達したとき、全ての半導体モジュール２への通電を遮断したり、供給される電力を減少させたりすることによって、半導体素子２の過熱を防ぎ、正常な動作を確保することができる。
そして、少なくとも使用時における温度上昇が最も大きい半導体素子を有する半導体モジュール２が上記被検モジュール２０であるため、被検モジュール２０以外の半導体モジュール２も充分に熱保護することができる。

また、被検モジュール２０は、電力変換装置１を構成する複数の半導体モジュール２のうちの一部の半導体モジュール２であるため、効率的に電力変換装置１の熱保護制御を行うことができる。
また、電力変換装置１の冷却器３は、半導体モジュール２の両主面に配された冷却管３１を有するため、半導体モジュール２の冷却性能を高くすることができる。これにより、半導体素子２の過熱による故障を効果的に防ぐことができる。

以上のごとく、本例によれば、優れた熱保護機能を有する電力変換装置を提供することができる。

（実施例２）
本例は、図２に示すごとく、複数の電力変換装置１が一体化された状態にある例である。
そして、複数の電力変換装置１の半導体モジュール２は、一つの冷却器３における冷却管３１の間に配置されている。
即ち、図２において、左端から３列目までの半導体モジュール２が第１の電力変換装置１１を構成し、４〜６列目までの半導体モジュール２が第２の電力変換装置１２を構成し、７〜１２列目までの半導体モジュール２が第３の電力変換装置１３を構成し、１３〜１５列目までの半導体モジュール２が第４の電力変換装置１４を構成している。

このように、複数の電力変換装置１（１１〜１４）が一体化されている場合、それぞれの電力変換装置１（１１〜１４）における温度上昇が最も大きい半導体モジュール２を被検モジュール２０とする。
その他は、実施例１と同様である。
本例によれば、複数の電力変換装置１が一体化された状態にある場合にも、各電力変換装置について優れた熱保護機能を確保することができる。
その他、実施例１と同様の作用効果を有する。

（実施例３）
本例も、図３に示すごとく、複数の電力変換装置１が一体化された状態にある例であるが、各電力変換装置１における被検モジュール２０の位置を具体的に検討した例である。
本例の電力変換装置１は、電気自動車又はハイブリッド自動車に搭載され、その駆動源となる３相交流電力を生成するものである。

そして、上記第１の電力変換装置１１は、主に回転機で発生したに交流電力を回生するインバータである。また、上記第２の電力変換装置１２は、直流電源から供給される直流電力を昇圧し、一方回転機で発生した交流電力を直流電源へ回生する双方向昇降圧コンバータである。また、第３の電力変換装置１３は、主駆動用の回転機に供給する交流電力を生成するインバータである。また、第４の電力変換装置１４は、補助駆動用の回転機に供給する交流電力を生成するインバータである。

昇降圧コンバータである第２の電力変換装置１２と、主に回転機で発生した交流電力を回生するインバータである第１の電力変換装置１１とを組合わせた電力変換回路の回路図を図４に示す。
第１の電力変換装置１１及び第２の電力変換装置１２には、ＩＧＢＴ素子等の半導体素子２１３とダイオード２１４と温度検出素子２１５を内蔵した半導体モジュール２がそれぞれ複数配設されている。

第１の電力変換装置１１及び第２の電力変換装置１２において、電源５２の正極端子側（図面の上側）の半導体モジュール２を上アームの半導体モジュールといい、電源５２の負極端子側（図面の下側）の半導体モジュール２を下アームの半導体モジュールという。即ち、図４において破線ｕにて囲んだものが上アームの半導体モジュール２であり、破線ｄにて囲んだものが下アームの半導体モジュール２である。上アームの半導体モジュール２と下アームの半導体モジュール２とは互いに直列接続されて一対をなしている。そして、第１の電力変換装置１１においては、上アームの半導体モジュール２と下アームの半導体モジュール２との間に、三相の交流モータである回転機５１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電極へ接続されるパワー配線４１が接続されている。

第２の電力変換装置１２には、入力電圧を昇圧するためのリアクトル４３が配設されている。
また、第２の電力変換装置１２の電源５２側には、コンデンサ４２１が接続されている。該コンデンサ４２１は、直流の電源５２から昇降圧コンバータである第２の電力変換装置１２に入力される電源電流に含まれるリプル電流を吸収して、電源電圧を安定化する。

また、第１の電力変換装置１１と第２の電力変換装置１２との間には、コンデンサ４２２が接続されている。コンデンサ４２２は、断続電流となる第２の電力変換装置１２の出力電圧を平滑化して、安定した直流電圧を第１の電力変換装置１１に入力させる。

なお、第３の電力変換装置１３及び第４の電力変換装置１４も、上記第１の電力変換装置１１と略同様の回路構成を有している。
また、直列接続された一対の上下アームの半導体モジュール２は、互いに共通の冷却管３１の間に配設されており、上アームの半導体モジュール２が冷却管３１の上流側、下アームの半導体モジュール２が冷却管３１の下流側の位置に配されている。

そして、本例においては、各電力変換装置１（１１〜１４）における被検モジュール２０を、図３に示すように配置している。即ち、第１の電力変換装置１１については、中央の下アーム（冷媒流路の下流側）の半導体モジュール２を被検モジュール２０とした。
また、第２の電力変換装置１２については、右端の上下アームの２つの半導体モジュール２を被検モジュール２０とした。第３の電力変換装置１３については、右端から３列目の下アームの半導体モジュール２を被検モジュール２０とした。第４の電力変換装置１４については、左端の下アームの半導体モジュール２を被検モジュール２０とした。なお、ここで、「右」、「左」は、図３における左右方向を基準にしたものである。

次に、上記のごとく各電力変換装置１において、いずれの半導体モジュール２を被検モジュール２０とするかについての決定方法を説明する。
まず、第１の電力変換装置１１について検討する。
第１の電力変換装置１の６個の半導体モジュール２に対しては、基本的には均等に被制御電流が流れる。なお、ここで、均等とは、熱的平衡状態が実現される程度の時間で見たときに均等であることを意味し、瞬間的な通電量の均等を意味するものではない。以下においても同様である。

そして第１の電力変換装置１１には、第２の電力変換装置１２が隣接配置しているが、この第２の電力変換装置１２は、第１の電力変換装置１１よりも発熱量が小さい。よって、第１の電力変換装置１１における中央の上下アームの２つの半導体モジュール２が被検モジュール２０の候補となる。
この２つの半導体モジュール２のうち、下アームの半導体モジュール２は冷却管３１の下流側に位置している。そのため、この下アームの半導体モジュール２を被検モジュール２０とする。即ち、第１の電力変換装置１１については、中央の下アームの半導体モジュール２が被検モジュール２０となる。

次に、第２の電力変換装置１２について検討する。
第２の電力変換装置１２は、３つの互いに並列接続された半導体モジュール２が、上アーム側と下アーム側との双方に配されている。それ故、並列接続された３つの半導体モジュール２には均等に電流が流れる。

そして、第２の電力変換装置１２は、左側に第１の電力変換装置１１が隣接しており、右側に第３の電力変換装置１３が隣接している。第１の電力変換装置１１は、第２の電力変換装置１２よりも発熱量は小さいが、第３の電力変換装置１３は、第２の電力変換装置１２よりも発熱量が大きい。そのため、右端、即ち第３の電力変換装置１３に最も近い上下アームの半導体モジュール２が被検モジュール２０の候補となる。

次に、上アームよりも下アームの半導体モジュール２のほうが、冷却管３１の下流側になるため、下アームの半導体モジュール２のみを被検モジュール２０とすることも考えられる。
しかしながら、第２の電力変換装置１２は、昇降圧コンバータであって、上アームの半導体モジュール２と下アームの半導体モジュール２とには、必ずしも均等に電流が流れない。即ち、回生時には、上アームの半導体モジュール２に電流が流れ、昇圧時には下アームの半導体モジュール２に電流が流れる。それ故、電力変換装置１２の運転方法によって、上下アームの半導体モジュール２のうちの何れのほうが通電量が大きくなるかは変動する。

それ故、上アームの半導体モジュール２の温度上昇が下アームの半導体モジュール２の温度上昇よりも大きくなることもあれば、その逆の現象もあり得る。
従って、上アームと下アームの一方のみを被検モジュール２０とすることはできず、両者を被検モジュール２０とする必要がある。
即ち、第２の電力変換装置１２においては、その右端の上下アームの２個の半導体モジュール２を被検モジュール２０とする。

次に、第３の電力変換装置１３について検討する。
第３の電力変換装置１３は、左端から１列目と２列目の半導体モジュール２、３列目と４列目の半導体モジュール２、５列目と６列目の半導体モジュール２が、それぞれ互いに並列接続されている。そして、基本的に全ての半導体モジュール２に均等に電流が流れる。

また、第３の電力変換装置１３には、第２の電力変換装置１２と第４の電力変換装置１４とが隣接しているが、何れも第３の電力変換装置１３よりも発熱量が小さい。それ故、６列の半導体モジュール２の中では、中央の２列、即ち、左から３列目、４列目の半導体モジュール２が温度上昇しやすい。この２列の半導体モジュール２のうち、冷却器３の冷媒入口３３１から遠い方である第４列目の半導体モジュール２の方が冷却効率が低いため、より温度上昇しやすい。
更に、上アームよりも下アームの半導体モジュール２の方が冷却効率が低いため、温度上昇がしやすい。従って、左から４列目の下アームの半導体モジュール２が、被検モジュール２０となる。

次に、第４の電力変換装置１４につき検討する。
第４の電力変換装置１４は、６個の半導体モジュール２に基本的に均等に電流が流れる。
ただし、第４の電力変換装置１４には、左側にのみ、より発熱量の大きい第３の電力変換装置１３が隣接している。それ故、左端の２つの半導体モジュール２が被検モジュール２０の候補となる。
そして、上アームよりも下アームの半導体モジュール２の方が冷却効率が低いため、温度上昇がしやすい。従って、左端の下アームの半導体モジュール２が、被検モジュール２０となる。

以上のようにして、発熱のしやすさ、冷却のされやすさ等、種々の観点から、各電力変換装置１における最も温度上昇しやすい半導体モジュール２を選んで、被検モジュール２０とする。
これにより、一層確実に各電力変換装置１の熱保護を行うことができる。

また、上アームの半導体モジュール２が冷却管３１の上流側、下アームの半導体モジュール２が冷却管３１の下流側の位置に配されていることにより、被検モジュール２０の大半が下アームの半導体モジュール２の一部となることとなる。それ故、被検モジュール２０に搭載した温度検出素子２１５の出力信号にノイズが重畳することを抑制しやすくすることができる。

（実施例４）
本例は、図５に示すごとく、第１の電力変換装置１１、第３の電力変換装置１３、第４の電力変換装置１４にそれぞれ接続された回転機５１においてモータロックがかかる場合を想定して、被検モジュール２０を配置した例である。
即ち、運転中に回転機５１に極めて大きな負荷がかかったとき、通電状態にもかかわらず回転機５１が停止する、いわゆるモータロックの状態が発生することが考えられる。
この場合、各電力変換装置１には、特定の電流経路に大電流が流れ続けることとなる。その結果、その電流経路上にある半導体モジュール２が過熱され損傷するおそれがある。

ところが、モータロックがかかる場合、３相のうちの何れの相において、即ち何れの電流経路において大電流が流れ続けることとなるかは予測できないし、何れの電流経路においても大電流が流れ続けることが想定される。
それ故、Ｕ，Ｖ、Ｗの３相全ての相においてモータロックがかかることを想定して、全ての相の半導体モジュール２を被検モジュール２０とする必要がある。ただし、上記の電流経路は、必ず上アームの半導体モジュール２と下アームの半導体モジュール２とを流れる経路となる。それ故、より温度上昇しやすい下アーム（冷媒流路下流側）の半導体モジュール２を被検モジュール２０とする。
即ち、第１の電力変換装置１１と第４の電力変換装置１４については、全ての下アームの半導体モジュール２を被検モジュール２０とする。

また、第３の電力変換装置１３については、左端から１列目と２列目の半導体モジュール２、３列目と４列目の半導体モジュール２、５列目と６列目の半導体モジュール２は、互いに並列接続されている。そして、並列接続された２個の半導体モジュール２には同時に電流が流れるため、いずれか一方を被検モジュール２０とすればよい。

この並列接続されている半導体モジュール２には、互いに均等な電流が流れるが、そのうちの冷却器３の冷媒入口３３１からの距離が遠い方が、若干ではあるが冷却され難い。即ち、１列目と２列目とでは２列目、３列目と４列目とでは４列目、５列目と６列目とでは６列目の半導体モジュール２が、それぞれより冷却され難い。
従って、第３の電力変換装置１３においては、２列目、４列目、６列目の下アームの半導体モジュール２を、被検モジュール２０とする。

なお、第２の電力変換装置１２は、昇降圧コンバータであって、回転機は直接接続されていないため、モータロックによる過電流が流れることはない。それ故、第２の電力変換装置１２については、上記実施例３と同様に、第３の電力変換装置１３に近い右端の２つの半導体モジュール２を被検モジュール２０としている。
その他は、実施例３と同様である。
本例によれば、モータロックの生じた場合にも、各電力変換装置１を適切に熱保護することができる。

（実施例５）
本例は、図６に示すごとく、複数の半導体モジュールのうちの３個以上の半導体モジュール２が、互いに並列接続されているとき、並列接続された３個以上の半導体モジュール２のうちの中央に配置された半導体モジュール２を被検モジュール２０とする例である。
即ち、中央に配された半導体モジュール２に内蔵した温度検出素子２１５のみが、制御部１９に接続されている。

ただし、本例は、実施例３、４とは異なり、対象とする電力変換装置１に、その電力変換装置１よりも発熱量の大きい別の電力変換装置が隣接配置されていないことを前提とするものである。例えば、実施例３、４に示した昇降圧コンバータである第２の電力変換装置１２が独立して存在するような場合が本例に該当する。
その他は、実施例１と同様である。
本例の場合には、温度上昇のしやすい中央に配された半導体モジュール２を被検モジュール２０とするため、効果的に電力変換装置１の熱保護を行うことができる。

（実施例６）
本例は、図７に示すごとく、並列接続された３個の半導体モジュール２における半導体素子の温度情報の全てを電力変換装置１の制御部１９へ送信し、制御部１９は、３個の温度情報のうち最も高い温度情報を有する半導体モジュール２を被検モジュール２０として認定するよう構成した例である。
即ち、上記３個の半導体モジュール２の温度検出素子２１５は、全て制御部１９に接続されている。

そして、制御部１９は、被検モジュール２０として認定した半導体モジュール２の温度を基に、全ての半導体モジュール２への通電の遮断を行ったり、被制御電力を低下させたりする。
その他は、実施例１と同様である。

本例の場合には、並列接続された３個の半導体モジュール２のうち、実際に最も温度上昇したものを被検モジュール２０とするため、確実に電力変換装置１の熱保護を行うことができる。

実施例１における、電力変換装置の平面図。 実施例２における、複数の電力変換装置の複合体の平面図。 実施例３における、複数の電力変換装置の複合体の平面図。 実施例３における、電力変換回路の回路図。 実施例４における、複数の電力変換装置の複合体の平面図。 実施例５における、電力変換回路の一部の回路図。 実施例６における、電力変換回路の一部の回路図。

符号の説明

１ 電力変換装置
１１ 第１の電力変換装置
１２ 第２の電力変換装置
１３ 第３の電力変換装置
１４ 第４の電力変換装置
２ 半導体モジュール
２０ 被検モジュール
３ 冷却器
３１ 冷却管

Claims (9)

1. 半導体素子を内蔵する複数の半導体モジュールと該半導体モジュールの両主面に配されて該半導体モジュールを冷却するための複数の冷却管を有する冷却器を備えた電力変換装置であって、
   上記複数の半導体モジュールのうちの一部である被検モジュールにおける上記半導体素子の温度情報を用いて上記電力変換装置の熱保護制御を行うよう構成されており、
   少なくとも使用時における温度上昇が最も大きい上記半導体素子を有する上記半導体モジュールは、上記被検モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、上記被検モジュールは、隣合う一対の上記冷却管の間に複数個並列配置された上記半導体モジュールのうち、上記冷却管を流れる冷却媒体の最も下流側に位置する半導体モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１又は２において、上記被検モジュールは、上記電力変換装置に隣接配置され該電力変換装置よりも発熱量の大きい発熱体に最も近い位置に配された上記半導体モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項１又は２において、上記被検モジュールは、上記電力変換装置に隣接配置され該電力変換装置よりも発熱量の大きい複数の発熱体のうち、最も発熱量の大きい発熱体に最も近い位置に配された上記半導体モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項において、上記被検モジュールは、隣合う一対の上記冷却管の間に複数個並列配置された上記半導体モジュールのうち、上記電力変換装置の使用時における通電量が最も多い半導体モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項において、上記複数の半導体モジュールのうちの２個以上の半導体モジュールは互いに並列接続されており、並列接続された上記２個以上の半導体モジュールのうち使用時における温度上昇が最も大きい半導体素子を有する半導体モジュールは上記被検モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項６において、並列接続された上記２個以上の半導体モジュールにおける上記半導体素子の温度情報の全てを上記電力変換装置の制御部へ送信し、該制御部は、上記２個以上の温度情報のうち最も高い温度情報を有する上記半導体モジュールを上記被検モジュールとして認定するよう構成してなることを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項６において、上記複数の半導体モジュールのうちの３個以上の半導体モジュールは、互いに並列接続されており、上記被検モジュールは、並列接続された３個以上の半導体モジュールのうちの端部以外に配置された半導体モジュールであることを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項６において、上記被検モジュールは、並列接続された上記２個以上の半導体モジュールのうち上記冷却器の冷媒入口からの距離が最も遠い半導体モジュールであることを特徴とする電力変換装置。

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