JP2009232656A - パワーモジュール、車載用電力変換装置、及び車両制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッケージ内に半導体素子を収納したパワーモジュールと、その半導体素子のスイッチング動作を制御する電力変換制御装置とを備え、パワーモジュールと車載電力変換装置を構成する何れかの構成体とのうちの少なくとも一方に、半導体素子の温度算出に用い得る個体損失特性情報を記録した記録部を備え、電力変換制御装置は、記録部から読取られた個体損失特性情報を用いて半導体素子の温度を算出する機能を備えている。
【選択図】図5
Description
スイッチング素子の中心点温度
=(オンチップ温度サンサの温度)+(スイッチング素子損失×熱抵抗Rjs)
以下、この発明の実施の形態1に係る車載用電力変換装置について、図に基づいて詳細に説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る車載用電力変換装置に用いるパワーモジュールの平面図、図2は、その内部回路を示す回路図である。図1及び図2に示されたパワーモジュール100は、車載用電力変換装置のインバータ若しくはコンバータとして動作する三相ブリッジ回路の、一相分の正極側アーム及び負極側アームを構成する一対の半導体素子からなるスイッチング素子を備えたモジュールとして構成されている。
Vce(sat)=a+(b×電流) 式(1)
IGBT損失
=[定常損失P(sat)ave]+[スイッチング損失P(sw)ave]
式(2)
FWDi損失
=[定常損失P(f)ave]+[スイッチング損失P(r)ave]
式(7)
負極側アームIGBT4bの中心点温度Tjl
=Tjs+[負極側アームIGBT4bの損失×Rjs] 式(12)
正極側アームFWDi5aの中心点温度Tju
=Tpu+[正極側アームFWDi5aの損失×(Ru−jp)] 式(13)
Tpu
=Tf+[正極側アームFWDi5a損失×(Ru−pf)] 式(14)
Tf
=Tpl−[負極側アームIGBT4bの損失×(Rl−pf)] 式(15)
Tpl
=Tjl−[負極側アームIGBT4bの損失×(Rl−jp)] 式(16)
図11は、この発明の実施の形態2に係る車載用電力変換装置の内部構成を示す平面図、図12は、制御基板を取り付けた状態でのこの発明の実施の形態2に係る車載用電力変換装置の内部構成に示す平面図である。図11、図12に示す車載電力変換装置200は、図1乃至図4に示すパワーモジュール100を3個使用した3相PWMインバータの例である。図11及び図12に於いて、3個のパワーモジュール100のパッケージの表面には、実施の形態1の場合と同様に、内蔵する半導体素子であるIGBT、FWDiの個体損失特性情報を記録したラベル2が貼着されている。
1 パッケージ
2 ラベル
4a 正極側アームIGBT
4b 負極側アームIGBT
5a 正極側アームFWDi
5b 負極側アームFWDi
6 オンチップ温度センサ
7a、7b ヒートスプレッダ
8 絶縁シート
200 車載電力変換装置
10 ケース
12 冷却器
13、16 制御基板
15 電力変換制御装置
17 情報伝達手段
18 コネクタ
131、132、133、134、135、136、137、138、139 貫通穴
11U、11V、11W 電流センサ
P 正極側端子
N 負極側端子
AC 交流側端子
G1、G2 ゲート端子
E1、E2 エミッタ端子
A アノード端子
K カソード端子
ICa1、ICa2、ICa3、ICb1、ICb2、ICb3 駆動回路
U0、V0、W0 交流側導体
U01、V01、W01 導出端子
Claims (13)
- パッケージ内に収納された半導体素子を備え前記半導体素子に接続された端子を前記パッケージの外部に導出してなるパワーモジュールに於いて、前記パッケージは、前記半導体素子の温度算出に用い得る個体損失特性情報を記録した記録部を備え、前記記録された個体損失特性情報は、前記記録部からの読取りが可能に構成されていることを特徴とするパワーモジュール。
- 前記半導体素子は、トランジスタと前記トランジスタのエミッタとコレクタとの間に接続されたダイオードとにより構成され、前記個体損失特性情報は、規定された電気量での下記(1)乃至(4)に記載のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項1に記載のパワーモジュール。
(1)前記トランジスタのコレクタ・エミッタ間飽和電圧値
(2)前記トランジスタのスイッチング損失値
(3)前記ダイオードの順方向電圧降下値
(4)前記ダイオードのスイッチング損失値 - 半導体素子のスイッチング動作により直流電源と交流機器との間の電力変換を行なう車載用電力変換装置に於いて、パッケージ内に前記半導体素子を収納したパワーモジュールと、前記半導体素子のスイッチング動作を制御する電力変換制御装置とを備え、前記パワーモジュールと前記車載用電力変換装置を構成する前記パワーモジュール以外の構成体とのうちの少なくとも一方は、前記半導体素子の温度算出に用い得る個体損失特性情報を記録した記録部を備え、前記電力変換制御装置は、前記記録部から読取られた前記個体損失特性情報を用いて前記半導体素子の温度を算出する機能を備えていることを特徴とする車載用電力変換装置。
- 前記半導体素子は、トランジスタと前記トランジスタのエミッタとコレクタとの間に接続されたダイオードとにより構成され、前記個体損失特性情報は、規定された電気量での下記(1)乃至(4)に記載のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項3に記載の車載用電力変換装置。
(1)前記トランジスタのコレクタ・エミッタ間飽和電圧値
(2)前記トランジスタのスイッチング損失値
(3)前記ダイオードの順方向電圧降下値
(4)前記ダイオードのスイッチング損失値 - 前記電力変換制御装置は、前記規定された電気量での個体損失特性情報に基づいて前記規定された電気量以外の電気量での個体損失特性情報を補間し、前記補完した個体損失特性情報を用いて前記半導体素子の温度を算出することを特徴とする請求項4に記載の車載用電力変換装置。
- アイドルストップ後のエンジンの再始動に伴う前記半導体素子の個体温度上昇値情報を、システム上位の制御装置に伝達する機能を備えていることを特徴とする請求項3乃至5のうちの何れか一項に記載の車載用電力変換装置。
- 半導体素子のスイッチング動作により直流電源と交流機器との間の電力変換を行なう車載用電力変換装置に於いて、前記半導体素子の温度算出に用い得る個体損失特性情報をシステム上位の電力変換制御装置に伝達する情報伝達手段を備えていることを特徴とする車載用電力変換装置。
- 前記半導体素子は、トランジスタと前記トランジスタのエミッタとコレクタとの間に接続されたダイオードとにより構成され、前記個体損失特性情報は、規定された電気量での下記(1)乃至(4)に記載のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項7に記載の車載用電力変換装置。
(1)前記トランジスタのコレクタ・エミッタ間飽和電圧値
(2)前記トランジスタのスイッチング損失値
(3)前記ダイオードの順方向電圧降下値
(4)前記ダイオードのスイッチング損失値 - 前記半導体素子に流れる電流を検出する電流検出手段と、前記半導体素子に印加される電圧を検出する電圧検出手段とを備え、前記個体損失特性情報は、前記検出された電流と電圧に基づいて算出した前記半導体素子の個体損失特性情報であり、前記電力変換制御装置に伝達する機能は、前記算出した個体損失特性情報のうちの少なくとも一つをリアルタイムで伝達する機能であることを特徴とする請求項7又は8に記載の車載用電力変換装置。
- パワーモジュールのパッケージ内に収納された半導体素子のスイッチング動作により直流電源と交流機器との間の電力変換を行なう電力変換装置と、前記半導体素子のスイッチング動作を制御する電力変換制御装置とを備えた車両制御装置に於いて、前記パワーモジュールと前記電力変換装置を構成する前記パワーモジュール以外の構成体とのうちの少なくとも一方は、前記半導体素子の温度算出に用い得る個体損失特性情報を記録した記録部を備え、前記記録された個体損失特性情報は、前記記録部からの読取りが可能に構成されており、前記記録部から読取られた前記個体損失特性情報を用いて前記半導体素子の温度を算出し、前記算出した前記半導体素子の温度に基づいて前記半導体素子の温度上昇を抑制するように前記半導体素子を制御する機能を有することを特徴とする車両制御装置。
- 前記半導体素子は、トランジスタと前記トランジスタのエミッタとコレクタとの間に接続されたダイオードとにより構成され、前記個体損失特性情報は、規定された電気量での下記(1)乃至(4)に記載のうちの少なくとも一つからなることを特徴とする請求項10に記載の車両制御装置。
(1)前記トランジスタのコレクタ・エミッタ間飽和電圧値
(2)前記トランジスタのスイッチング損失値
(3)前記ダイオードの順方向電圧降下値
(4)前記ダイオードのスイッチング損失値 - 前記規定された電気量での個体損失特性情報に基づいて前記規定された電気量以外の電気量での個体損失特性情報を補間し、前記補完された個体損失特性情報を用いて前記半導体素子の温度を算出することを特徴とする請求項11に記載の車両制御装置。
- アイドルストップ後のエンジン再始動に伴う前記半導体素子の個体温度上昇値情報に基づいて、車両停止時に前記アイドルストップの実施判定を行なうことを特徴とする請求項10乃至12のうちの何れか一項に記載の車両制御装置。
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