JP2009258016A - 温度検出回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 わずかな部品の追加によりコストの増大を最小限に抑え、絶縁と高応答性を満足する温度検出回路を提供する。
【解決手段】 温度検出回路１５は、第１温度センサＴＤ_Ｘの温度に対応する第１ＰＷＭ信号を、第１温度センサＴＤ_Ｘとは絶縁された信号としてフォトインタラプタ３２から出力する。温度検出回路部３４は、第２温度センサＴＤ_Ｕの温度に対応する第２ＰＷＭ信号を、第２温度センサＴＤ_Ｕとは絶縁された信号としてフォトインタラプタ５６から出力する。制御演算装置１０はフォトインタラプタ３２、５６から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、前記第１及び第２温度センサＴＤ_Ｕ、ＴＤ_Ｘにより検出される温度のうち、高い方の温度を演算する。
【選択図】 図２

Description

本発明は温度検出回路に関し、特にインバータ装置を構成するスイッチング素子の温度検出に関する。

電動機は、エンジンと組み合わせたハイブリッド自動車または電気自動車等の動力源として用いられる。電動機を駆動する際、所定のトルク、周波数を得るのにインバータが用いられる。インバータは自動車内に組み込まれ、搭乗スペースの確保のために小型化及び高パワー化が望まれている。

自動車の走行環境によってインバータの運転温度が大きく変動し、特にエンジンルームにインバータを搭載したハイブリッド自動車においては、エンジンの発熱の影響でインバータは高温になる。インバータ内のスイッチング素子（以下ＳＷ素子）は、このような周囲温度に加えて、ＳＷ素子自身に電流が流れることによる定常損失、オン・オフによるスイッチング損失の影響で温度が上昇し、ある温度を超えると破壊に至る恐れがある。

ＳＷ素子の破壊を回避するために、ＳＷ素子の温度を検出し、得た情報を基にインバータを冷却するか、またはＳＷ素子やインバータの温度を測定してトルクやスイッチング周波数を制限する方法が提案されている。ダイオードなどのＰＮ接合半導体素子は温度変化に対して電圧が線形に変化する。温度検出センサとしてダイオードをＳＷ素子近傍に設置し、電圧を観測すると、高精度、高応答性の温度情報を得られる。高精度な温度情報が得られればＳＷ素子の破壊温度近くまでトルクを出力でき、インバータの高密度化が期待できる。

特許文献１では、ある温度を超えたらトルク制限を開始し、上昇温度と温度変化率に比例したトルク制限をかけている。この手法でＳＷ素子の発熱を抑え、破壊を回避することができる。
特開平１０−２１０７９０号公報

インバータはマイクロコントローラ（以下マイコン）などの演算装置によって制御されるものが多い。上記文献のようにトルク制御を行う場合、温度センサから出力される信号をマイコンに入力する必要がある。インバータは複数のＳＷ素子で構成されるため、全てのＳＷ素子温度を検出するには温度センサがＳＷ素子の数だけ必要となる。これら複数の温度情報をマイコンに入力する必要があるが、インバータ運転に欠かせない電流センサ、電圧センサ、角度センサなどからの信号が既に入力され、マイコンの入力ポートに空きがない場合がある。

入力ポートの多いマイコンを使用すればこの問題を回避できるが、コストの増大につながる。そこで、最も温度が高いＳＷ素子の温度情報のみを伝達する方法が考えられる。

温度情報に高精度、高応答性を求める場合、センサをＳＷ素子近傍に設置するため、センサはＳＷ素子とほぼ同電位となり、マイコンとの間を絶縁する必要がある。センサからマイコンに温度情報を伝達する温度検出回路も絶縁を必要とするため、温度検出回路の段階で最も温度が高い温度情報を抽出することは困難である。

本発明は、わずかな部品の追加によりコストの増大を最小限に抑え、絶縁と高応答性を満足する温度検出回路を提案し、上記に挙げた課題を解決するものである。

本発明に係る温度検出回路は、第１温度センサを有する第１温度検出回路部と、第２温度センサを有し第１温度検出回路部とは絶縁された第２温度検出回路部とを含む。前記第１温度検出回路部は、第１方形波を出力する第１比較回路と、前記第１方形波を積分して第１三角波を出力する第１積分回路と、前記第１三角波と前記第１温度センサから得られる温度値を比較して第１ＰＷＭ信号を出力する第２比較回路と、前記第１ＰＷＭ信号を絶縁し、該第１ＰＷＭ信号に対応する第２ＰＷＭ信号を出力する第１絶縁回路とを備える。前記第２温度検出回路部は、前記第１方形波を絶縁し、該第１方形波に対応する第２方形波を出力する第２絶縁回路と、前記第２方形波を積分して第２三角波を出力する第２積分回路と、前記第２温度センサから得られる温度値と前記第２三角波を比較して第３ＰＷＭ信号を出力する第２比較回路と、前記第３ＰＷＭ信号を絶縁し、該第３ＰＷＭ信号に対応する第４ＰＷＭ信号を出力する第３絶縁回路とを備える。演算装置は、前記第１及び第３絶縁回路ら出力される前記第２及び第４ＰＷＭ信号に基づいて、前記第１及び第２温度センサにより検出される温度のうち、高い方の温度を演算する。

わずかな部品の追加によりコストの増大を最小限に抑え、絶縁と高応答性を満足する温度検出回路が提供される。

以下、本発明に係る温度検出回路ついて、図面を参照して説明する。尚、同一の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

（全体構成）
図１は本発明による温度検出回路を電気車用のインバータ装置に適用したときの構成を示す。本発明による温度検出回路は、インバータ装置のみならず、複数の互いに絶縁が必要な温度センサからＰＷＭ信号を用いて温度情報を得る用途に適用できる。

このインバータ装置は、アクセル装置１からトルク指令値３を入力し、トルク指令値３に応じて直流電源４の出力電圧を所望周波数及び大きさの交流電圧に変換し、電動機５を駆動して車輪６の回転を制御する。インバータ２は電動機５と３本の電線で接続され、三相交流電力により電動機５を駆動する。

インバータ２は、直流電圧を平滑化するコンデンサ７が入力段に接続され、ＳＷ素子によりＵ相、Ｖ相、Ｗ相のブリッジ回路が構成されている。Ｕ相のブリッジ回路は、ＳＷ素子Ｓ_Ｕとスイッチング素子Ｓ_Ｘの接続点が電線によって電動機５に接続されている。この電線には電流を測定する電流センサ８を設置し、得られた電流値９を制御演算装置１０に入力する。スイッチング素子Ｓ_Ｕとスイッチング素子Ｓ_Ｘには還流ダイオードＦＤ_ＵとＦＤ_Ｘがそれぞれ逆並列に接続されている。

ＳＷ素子Ｓ_ＶとＳ_Ｙ，還流ダイオードＦＤ_ＶとＦＤ_Ｙで構成されるＶ相のブリッジ回路、ＳＷ素子Ｓ_ＷとＳ_Ｚ，還流ダイオードＦＤ_ＷとＦＤ_Ｚで構成されるＷ相のブリッジ回路も同様に構成されている。

ＳＷ素子Ｓ_Ｕ〜Ｓ_Ｚの近傍に温度センサＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚがそれぞれ設けられる。本実施例では温度センサＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚをダイオードとする。この温度センサとしてのダイオード１１は、スイッチング素子及び還流ダイオードと共に同一半導体チップ上に近接して形成されている。従って、ダイオード１１はスイッチング素子の温度を正確に検出することができる。ダイオードは定電流の条件では、温度が上昇すると順方向電圧が小さくなる特性を有している。ダイオードに一定の電流を供給し、順方向電圧を測定することによって、ＳＷ素子の温度が得られる。温度センサＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚはダイオード以外の素子でもよいが、応答性が高く、高精度のものが望ましい。温度センサＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚが出力した電圧Ｖｆ_Ｕ〜Ｖｆ_Ｚは、温度検出回路１１を通して制御演算装置１０に入力される。

制御演算装置１０は、アクセル装置１から入力されるトルク指令値３と、電流センサ８からフィードバックされる電流値９に基づいて、所望のトルクが得られるようなゲート信号１２をゲート駆動回路１３に出力する。また制御演算装置１０は、温度検出回路から入力される信号１４から各ＳＷ素子温度を演算し、温度の上昇によりＳＷ素子が破壊する恐れがあれば、各種の保護手段を講じる。

ゲート駆動回路１３はＳＷ素子Ｓ_Ｕ〜Ｓ_Ｚが有するゲートの全てに接続され、制御演算装置１０から入力されたゲート信号１２に応じてゲート電圧Ｖｇ_Ｕ〜Ｖｇ_Ｚの切り替えを行う。以上がインバータ装置全体の構成である。

［実施例１］
図２はＳＷ素子Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｘの温度を測定する温度検出回路の構成を示す図である。温度センサＴＤ_ＵとＴＤ_ＸはＳＷ素子Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｘに近接して設置されるので、ＳＷ素子のオン・オフの状態によって、ＳＷ素子と同様に数１００Ｖ以上の電圧が印加される。このような高電圧となっても破壊しないように、温度センサを含めた温度検出回路同士に絶縁をとる必要がある。

先ずはＳＷ素子Ｓ_Ｘの温度検出回路１５の詳細を説明する。温度検出回路１５は電源電圧Ｖ_Ｎ、基準電位Ｇ_Ｎで動作し、三角波発生回路１６、コンパレータ１７を含む。

三角波発生回路１６はコンパレータ１８と積分回路１９を含む。積分回路１９は抵抗２０、コンデンサ２１、ＯＰアンプ２２を使用して構成される。三角波発生の動作を説明する。先ず、コンパレータ１８の出力端子がＬｏｗ（以下Ｌ）の状態とする。抵抗２０を通してコンデンサ２１が放電し、ＯＰアンプ２２の出力端子電位が徐々に上がっていく。コンパレータ１８の非反転入力端子電位は、ＯＰアンプ２２の出力とコンパレータ１８の出力を抵抗２３と抵抗２４で分圧した電位である。コンパレータ１８の出力端子は初期状態のＬで固定されており、ＯＰアンプ２２の出力電圧が上がっていくので、コンパレータ１８の非反転入力端子の電位も上がる。さらに、コンパレータ１８の反転入力端子の電位（電源電圧Ｖ_Ｎの２分の１）を超えると、出力端子がＬからＨｉｇｈ（以下Ｈ）に転じる。抵抗２０を通してコンデンサ２１が充電され、ＯＰアンプ２２の出力電圧はＨからＬに下がっていく。抵抗２３，２４で分圧されたコンパレータ１８の非反転入力端子の電位も下がり、反転入力端子の電位Ｖ_Ｎ／２以下となる。すると、再びコンパレータ１８の出力端子はＬに転じて初期の状態に戻り、以下同じ動作を繰り返す。その結果、コンパレータ１８の出力端子からは方形波２５が、ＯＰアンプ２２の出力端子からは三角波２６がそれぞれ出力される。

三角波２６を出力するＯＰアンプ２２の出力端子はコンパレータ１７の反転入力端子に接続する。コンパレータ１７の非反転入力端子には温度センサＴＤ_Ｘの順方向電圧Ｖｆ_Ｘが印加される。温度センサＴＤ_Ｘのアノードは、例えば抵抗を介してこの温度検出回路１５の電源Ｖ_Ｎに接続される。Ｖｆ_Ｘが三角波の電圧より高いときはコンパレータ１７の出力がＨ状態、逆のときはＬ状態となり、ＰＷＭ信号２７が出力端子から生成される。

本実施例においては、温度が上昇すると順方向電圧が低下するダイオードを温度センサに用いている。図３を参照すると、温度が上昇して順方向電圧が２８から２９に低下し、ＰＷＭ信号のオンパルス幅（Ｈレベル信号幅）が３０から３１のように短くなる。用途によってはコンパレータの非反転入力端子と反転入力端子の関係を逆にして、温度が上昇するとオンパルス幅が長くなるようにしてもよい。

ＰＷＭ信号２７はオープンコレクタまたはオープンドレイン出力のフォトカプラ３２と電流制限用の抵抗３３を通じて、低圧側へ伝達される。ＰＷＭ信号２７はフォトカプラ３２の入力ダイオードのカソードに入力する。ＰＷＭ信号２７をフォトカプラ入力のアノードに接続し、カソードを接地すれば、温度上昇によりオンパルス幅が長くなる。これも用途に応じて接続を変更してよい。

次に、ＳＷ素子Ｓ_Ｕの温度検出回路３４の構成及び動作を説明する。本回路３４は三角波絶縁同期回路３５、コンパレータ３６を含み、温度検出回路１５の電源Ｖ_Ｎ、基準電位Ｇ_Ｎと絶縁された電源Ｖ_Ｕ、基準電位Ｇ_Ｕで動作する。

上述のように三角波絶縁同期回路３５は、ＳＷ素子Ｓ_Ｘの温度検出回路１５と絶縁され、三角波２６と同期した三角波３７を発生する。三角波絶縁同期回路３５は絶縁回路３８、コンパレータ３９、積分回路４０、反転フィルタ回路４１で構成する。大まかな動作としては、三角波発生回路１６で付随的に発生する方形波２５を積分し、三角波２６とほぼ同じ波形の三角波３７を発生する。

先ず、三角波発生回路１６で発生する方形波２５を絶縁回路３８に入力する。絶縁回路３８は電流を制限する入力抵抗４２、フォトカプラ４３、プルアップ抵抗４４で構成する。フォトカプラ４３を通し、温度検出回路１５とは絶縁された方形波４５が出力される。方形波４５はＬのときにフォトカプラ４３の出力オン抵抗により、基準電位Ｇ_Ｕよりわずかに高い電位になる。これにより、方形波４５は方形波２５と異なる波形になるので、絶縁同期三角波３７は三角波２６と同じ波形にならない。コンパレータ３９をコンパレータ１８と同じ性能とし、反転入力端子に方形波４５を入力すれば、コンパレータ３９から出力される方形波４６のＬ電位は方形波２５のＬ電位にシフトして、この問題を回避できる。

コンパレータ３９から出力した方形波４６は積分回路４０に入力する。この積分回路４０は積分回路１９と同様、抵抗４７、コンデンサ４８、ＯＰアンプ４９で構成される。また、積分回路１９と時定数が同じになるように抵抗４７、コンデンサ４８を選択する。方形波４６のＨ・Ｌの期間がちょうど半分ずつ（デューティ比５０％）であれば、積分回路４０は三角波を発生する。しかし、方形波４６のＨ・Ｌの期間がちょうど半分であることはなく、わずかにずれている。その結果、積分回路４０の出力は正または負のどちらかに飽和してしまい、三角波を出力することができない。

そこで、積分回路４０の出力をフィルタ回路４１に入力し、その出力を積分回路４０のＯＰアンプ４９の非反転入力端子にフィードバックする。フィルタ回路４１は抵抗５０、５１、コンデンサ５２、ＯＰアンプ５３で構成する。時定数を三角波の周期より十分に大きくなるように、抵抗５０、コンデンサ５２を選択する。

以下に飽和を回避する回路動作を説明する。例えば積分回路４０の出力電圧が上昇し、正の方向へ飽和しようとすると、抵抗５０を通してコンデンサ５２が充電され、ＯＰアンプ５３の出力電圧が下がる。これと同電位のＯＰアンプ４９の非反転入力端子の電位も下がるので、仮想短絡されている反転入力端子の電位も下がる。コンパレータ３９から抵抗４７を通じて積分回路４０へ流れる電流が大きくなり、ＯＰアンプ４９の出力電圧は下がる。このように、積分回路４０の出力は正・負の方向どちらにも飽和することなく、三角波３７を発生できる。フィルタ回路４１のゲインを抵抗５１で大きくすれば、積分回路４０の飽和に対してより早く修正をかけられる。図４のように、方形波４６を抵抗７９、コンデンサ８０で構成したフィルタ回路８１に入力し、フィルタ回路の出力をＯＰアンプ４９の非反転入力端子に入力しても、同様の効果が得られる。

三角波３７と温度センサＴＤ_Ｕの電圧Ｖｆ_ｕはコンパレータ１７と同様、コンパレータ３６により比較され、ＰＷＭ信号５４が出力する。この時点で、ＰＷＭ信号５４はＰＷＭ信号２７と同様、温度が上昇するとオンパルス幅が短くなる関係にある。

ＰＷＭ信号５４を電流制限用の抵抗５５とフォトカプラ５６を通じで低圧側に伝達する。フォトカプラ５６のコレクタ出力をフォトカプラ３２のコレクタ出力と接続し、抵抗５７でプルアップする。このように接続することで、各ＰＷＭ信号の関係は、図５のようになる。尚、低圧側は電源電圧Ｖ_Ｌ、基準電圧Ｇ_Ｌで動作する。

ここで、ＳＷ素子Ｓ_ＵがＳ_Ｘより温度が高い場合を例として、フォトカプラ５６，３２の出力信号動作を図５を参照して説明する。このとき、ＰＷＭ信号５４はＰＷＭ信２７よりパルス幅は短い。期間５８のようにＰＷＭ信号５４がＬでＰＷＭ信号２７がＨのときは、フォトカプラ５６の出力トランジスタがオン、フォトカプラ３２の出力トランジスタがオフになる。よって、フォトカプラの接続点は基準電位Ｇ_Ｌに定まり、ＰＷＭ信号５９はＬとなる。期間６０はＰＷＭ信号５４、ＰＷＭ信号２７共にＨ状態である。このときは両方のフォトカプラの出力トランジスタがオフになるため、ＰＷＭ信号５９はＨになる。期間６１のＰＷＭ信号５４、ＰＷＭ信号２７共にＬのときは、フォトカプラの出力トランジスタは共にオンし、ＰＷＭ信号５９はＬになる。以上の動作の結果、ＰＷＭ信号５９はＰＷＭ信号５４と同じ波形になり、温度が高い方のＳＷ素子のＰＷＭ信号を伝達する。本実施例では温度検出回路が２つのときの例を示しているが、後述するように３つ以上のときも同じ構成を実施すれば、最も温度が高いＳＷ素子のＰＷＭ信号のみを伝達できる。このように、複数のＳＷ素子の温度を検出する必要があっても、制御演算装置１０の入力ポートは１つで足りる。

図６のように、フォトカプラ３２、５６の出力をそれぞれ抵抗６２、６３でプルアップし、ＡＮＤ回路６４に入力しても、出力されるＰＷＭ信号６５はＰＷＭ信号５９と同じになる。このときはロジックＩＣが必要となるため、部品点数は増える。

最後に、ＰＷＭ信号５９または６５を制御演算装置１０に入力し、オンパルス幅とパルスの周期の比（以下デューティ比）を演算する。制御演算装置１０には、ＳＷ素子温度とデューティ比の関係をあらかじめ記憶しておき、この関係を利用してＳＷ素子温度が得られる。このとき、デューティ比ではなく、オンパルスまたはオフパルス幅のみを利用してＳＷ素子温度を得てもよい。

ここで、インバータの全てのＳＷ素子について温度センサならびに温度検出回路を設ける場合の回路構成について説明する。図１のように全てのＳＷ素子について温度センサを設け、対応する温度検出回路をそれぞれ設置する場合は、図２の構成に加え、温度センサＴＤ_Ｖ、ＴＤ_Ｗについて温度検出回路３４と同様な温度検出回路を構成し、各温度検出回路の入力端子に、三角波生成回路１６で生成される方形波２５を供給する。又、温度センサＴＤ_Ｙ、ＴＤ_Ｚについては、温度検出回路１５の図中右側の回路つまりコンパレータ及びフォトインタラプタで構成される回路を設け、各コンパレータの反転入力端子には、三角波生成回路１６で生成される三角波２６をそれぞれ供給する。そして全ての温度検出回路のフォトインタラプタ出力端子を図２のように共通に接続してプルアップする。

また、上記のように全てのＳＷ素子に温度センサ及び温度検出回路を設けた場合、インバータ２のＳＷ素子あるいは還流ダイオードに大電流が流れると、基準電位配線Ｎにも大電流が流れ、温度センサＴＤ_Ｘ、ＴＤ_Ｙ、ＴＤ_Ｚの基準電位Ｇ_Ｎに電位差が生じる。この結果、各コンパレータ１７にて発生されるＰＷＭ波にも偏差が発生し、正確な温度の測定が困難となることがある。そのような場合は、図２の構成に加え、温度センサＴＤ_Ｖ、ＴＤ_Ｗ、ＴＤ_Ｙ、ＴＤ_Ｚについて温度検出回路３４と同様な回路を設け、各温度検出回路の入力端子に、三角波生成回路１６で生成される方形波２５を供給する。そして全ての温度検出回路のフォトインタラプタ出力端子を図２のように共通に接続してプルアップする。これにより、各温度検出回路で生成されるＰＷＭ波における偏差の発生が防止できる。

［実施例２］
実際には、温度センサや検出回路のばらつきにより、ＳＷ素子の温度検出精度が低下する。本実施例では、インバータ２を運転する際の温度検出精度の向上方法を述べる。

各温度センサＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚと温度検出回路に精度等のばらつきがあると、ＳＷ素子の「温度―デューティ比」の関係にもばらつきが生じる。入力されたＰＷＭ信号に、同一の「ＳＷ素子温度―デューティ比」の関係を画一的に適用すると、ＳＷ素子温度の検出精度が下がる。温度センサＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚそれぞれに合わせたＳＷ素子温度―デューティ比の関係を適用すればばらつきの問題は回避できるが、制御演算装置１０に入力される最も温度の高いＳＷ素子のＰＷＭ信号が、どのＳＷ素子のものかを判定する必要がある。

図７を用いて、最も温度の高いＳＷ素子の推定方法を説明する。電流センサ８によって、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の各電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗと向きがわかる。例えば、図７の点線６６の時点ではＵ相の負の方向に最も大きな電流が流れている。この電流は、ＳＷ素子Ｓ_Ｘに流れているので、この時点でＳ_Ｕ〜Ｓ_ＺのＳＷ素子のうちＳ_Ｘが最も温度が高いと推定される。制御演算装置１０は、入力されるＰＷＭ信号は温度センサＴＤ_Ｘのものと判定し、温度センサＴＤ_Ｘの温度―デューティ比の関係を利用して、ＳＷ素子温度を演算する。つまり制御演算装置１０は、電流センサ８から得られる各電流値Ｉ_Ｕ、Ｉ_Ｖ、Ｉ_Ｗから、最も大きな電流が流れているＳＷ素子を常に又は周期的に検出し、入力されるＰＷＭ信号は検出したＳＷ素子の温度に対応する信号であると判断し、該素子の温度―デューティ比の関係を利用して該素子の温度を演算する。このように、最も温度の高いＳＷ素子が推定できれば、温度センサや検出回路の精度等にばらつきがあっても、ＳＷ素子温度を精度よく求めることができる。

［実施例３］
図８は複数の温度検出回路で発生される三角波を同期させず、最も温度が高いＳＷ素子のＰＷＭ信号を制御演算装置１０へ入力する実施例である。本実施例においても、ＳＷ素子Ｓ_Ｕ、Ｓ_Ｘの温度を測定する場合を例に挙げる。

実施例１で説明した温度検出回路１５と同一構成の回路６７、６８を、温度センサＴＤ_Ｕ、ＴＤ_Ｘそれぞれに設置する。高圧側とは絶縁されたＰＷＭ信号６９、７０をデータセレクタ７１に入力する。ＰＷＭ信号６９は抵抗７２とコンデンサ７３で構成したＲＣフィルタを通し、コンパレータ７４の反転入力端子に入力する。ＰＷＭ信号７０も同様に、抵抗７５とコンデンサ７６のフィルタを通過し、コンパレータ７４の非反転入力端子に入力する。フィルタ回路の時定数は、ＰＷＭ信号６９、７０を十分に平滑化できるように設定する。コンパレータ７４の出力端子はデータセレクタ７１の選択端子に接続する。

例えばＳＷ素子Ｓ_ＵがＳ_Ｘより温度が高い場合、オンデューティ比はＰＷＭ信号６９がＰＷＭ信号７０より小さくなる。それぞれのフィルタ回路を通過すると、電圧信号７７は電圧信号７８より低くなる。コンパレータ７４の出力はＨになり、データセレクタ７１はＰＷＭ信号６９を通過させる。結果、温度が高いＳＷ素子Ｓ_ＵのＰＷＭ信号６９を制御演算装置１０に伝達することになる。逆にＳＷ素子Ｓ_ＸがＳ_Ｕより温度が高い場合、データセレクタ７１はＰＷＭ信号７０を通過させる。信号の選択する感度を調整するために、コンパレータ７４にヒステリシスを持たせてもよい。

このように、コンパレータとデータセレクタを使用し、温度が高いＳＷ素子のＰＷＭ信号が伝えられる。温度センサが３つ以上の場合でも、同様の構成で最も温度が高いＳＷ素子のＰＷＭ信号のみを通過させることができる。図９は温度センサ及び温度検出回路をそれぞれ３つ以上設け、ＰＷＭ信号を非同期で発生させ、最も温度が高いＳＷ素子のＰＷＭ信号について、温度を測定する構成を示す。

ただし、図９のような構成を採用する場合、フィルタ回路によって信号選択の時定数が長くなるので、制御演算装置１０に伝達されるＰＷＭ信号が、最も温度が高い温度センサのものであるかは実施例１に比べると正確でない。よって、フィルタ回路の時定数は、十分にＰＷＭ信号を平滑化できる値のなかで、できるだけ短く設定する。また、実施例２のように各電流の大きさ及び方向から最も温度が高い温度センサを推定する手法を併用し、かつフィルタ回路の時定数を考慮することによって、最も温度が高い温度センサをより正確に推定し、該素子の温度を演算することができる。

［実施例４］
本実施例では温度検出回路の精度向上の方策を述べる。図２の温度検出回路において、三角波発生回路１６で使用する中間電圧Ｖ_Ｎ／２と、絶縁側のコンパレータ３９で使用する中間電圧Ｖ_Ｕ／２は、電源電圧や分圧抵抗の精度によってばらつきが生じる。その結果、温度検出信号として得られるＰＷＭ信号２７とＰＷＭ信号５４の温度−デューティ比の関係がそれぞれ異なってしまい、温度検出精度が低下する。

図２の温度検出回路を図１０のように改良すると、温度検出精度が向上する。図２に比べて変更した点は、方形波４６を直流電圧７９に平滑化するフィルタ回路８０を追加し、出力された直流電圧７９をコンパレータ３９とＯＰアンプ５３の非反転入力端子に入力する点である。本実施例においてフィルタ回路８０は抵抗８１とコンデンサ８２で構成されているが、直流電圧に平滑化されればどのような構成でもよい。

方形波４６は方形波２５と同じ波形であり、方形波２５の平均電圧は中間電圧Ｖ_Ｎ／２と等しい。つまり、方形波４６の平均電圧は中間電圧Ｖ_Ｎ／２と等しいので、方形波４６を平滑化した直流電圧７９は中間電圧Ｖ_Ｎ／２と同じ電位になる。つまり、三角波発生回路１６で使用する中間電圧Ｖ_Ｎ／２のみ精度の高い分圧用抵抗を使用して、絶縁側回路３４では精度の高い分圧用抵抗を使用せずにデューティ比が正確に５０％の方形波４６を発生できる。こうして得られた直流電圧７９をＯＰアンプ５３の非反転入力端子に入力すれば、温度−デューティ比の関係のばらつきが抑えられ、温度検出精度が向上する。さらに、直流電圧７９をコンパレータ３９の非反転入力端子に入力すれば、分圧抵抗で中間電圧を作る必要がなくなるので、コストの低減につながる。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。

本発明の実施形態に係るインバータ回路と制御ブロックを示す図。 本発明の実施例１に係る温度検出回路を示す図。 本発明の実施例１に係る温度センサの電圧と三角波とＰＷＭ信号の時系列変化を示す図。 本発明の実施例１に係る温度検出回路を示す図。 本発明の実施例１に係るＰＷＭ信号の時系列変化を示す図。 本発明の実施例１に係る論理回路を用いた温度検出回路を示す図。 本発明の実施例２に係る電流センサから得られる電流波形を示す図。 本発明の実施例３に係る温度検出回路を示す図。 温度センサを３つ以上設け、非同期のＰＷＭ信号から最も温度が高いＳＷ素子の温度を測定する構成を示す。 本発明の実施例４に係る温度検出回路を示す図。

符号の説明

１…アクセル装置、２…インバータ、３…トルク指令値、４…直流電源、５…電動機、６…車輪、７…コンデンサ、８…電流センサ、９…電流値、１０…制御演算装置、１１…ＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚ温度検出回路、１２…ゲート信号、１３…ゲート駆動回路、１４…ＴＤ_Ｕ〜ＴＤ_Ｚ温度センサ信号、１５…ＴＤ_Ｘ温度検出回路、１６…三角波発生回路、１７…ＰＷＭ信号生成コンパレータ、１８…三角波発生回路１６コンパレータ、１９…積分回路、２０…積分回路１９抵抗、２１…積分回路１９コンデンサ、２２…積分回路１９ＯＰアンプ、２３…三角波発生回路１６分圧抵抗、２４…三角波発生回路１６分圧抵抗、２５…三角波発生回路１６方形波、２６…三角波発生回路１６三角波、２７…温度検出回路１５ＰＷＭ信号、２８…温度上昇前電圧信号Ｖｆ、２９…温度上昇後温度センサＴＤ電圧信号Ｖｆ、３０…温度上昇前ＰＷＭ信号、３１…温度上昇後温度センサＴＤ電圧信号Ｖｆ、３２…温度検出回路１５フォトカプラ、３３…温度検出回路１５電流制限抵抗、３４…ＴＤ_Ｕ温度検出回路、３５…三角波同期絶縁回路、３６…温度検出回路３４コンパレータ、３７…温度検出回路３４三角波、３８…温度検出回路３４絶縁回路、３９…三角波同期絶縁回路３５コンパレータ、４０…三角波同期絶縁回路３５積分回路、４１…角波同期絶縁回路３５フィルタ回路、４２…絶縁回路３８電流制限抵抗、４３…絶縁回路３８フォトカプラ、４４…絶縁回路３８プルアップ抵抗、４５…絶縁回路３８出力方形波、４６…コンパレータ３９出力方形波、４７…積分回路４０抵抗、４８…積分回路４０コンデンサ、４９…積分回路４０ＯＰアンプ、５０…フィルタ回路４１入力抵抗、５１…フィルタ回路４１ゲイン抵抗、５２…フィルタ回路４１コンデンサ、５３…フィルタ回路４１ＯＰアンプ、５４…温度検出回路３４ＰＷＭ信号、５５…温度検出回路３４電流制限抵抗、５６…温度検出回路３４フォトカプラ、５７…低圧側プルアップ抵抗、５８…ＰＷＭ信号５４Ｌ、ＰＷＭ信号３４Ｈ期間、５９…低圧側ＰＷＭ信号、６０…ＰＷＭ信号５４Ｈ、ＰＷＭ信号３４Ｈ期間、６１…ＰＷＭ信号５４Ｌ、ＰＷＭ信号３４Ｌ期間、６２…温度検出回路１５低圧側プルアップ抵抗、６３…温度検出回路３４低圧側プルアップ抵抗、６４…低圧側ＡＮＤ回路、６５…ＡＮＤ回路出力ＰＷＭ信号、６６…電流センサ８測定時刻、６７…ＴＤ_Ｕ温
度検出回路、６８…ＴＤ_Ｘ温度検出回路、６９…温度検出回路６７出力ＰＷＭ信号、７０…温度検出回路６８出力ＰＷＭ信号、７１…データセレクタ、７２…ＰＷＭ信号６９フィルタ回路抵抗、７３…ＰＷＭ信号６９フィルタ回路コンデンサ、７４…データセレクタ用コンパレータ、７５…ＰＷＭ信号７０フィルタ回路抵抗、７６…ＰＷＭ信号７０フィルタ回路コンデンサ、７７…ＰＷＭ信号６９フィルタ通過後電圧信号、７８…ＰＷＭ信号７０フィルタ通過後電圧信号

Claims (5)

1. 第１温度センサを有する第１温度検出回路部と、第２温度センサを有し前記第１温度検出回路部とは絶縁された第２温度検出回路部とを含む温度検出回路であって、
   前記第１温度検出回路部は、
   第１方形波を出力する第１比較回路と、
   前記第１方形波を積分して第１三角波を出力する第１積分回路と、
   前記第１三角波と前記第１温度センサから得られる温度値を比較して第１ＰＷＭ信号を出力する第２比較回路と、
   前記第１ＰＷＭ信号を絶縁し、該第１ＰＷＭ信号に対応する第２ＰＷＭ信号を出力する第１絶縁回路と、を備え、
   前記第２温度検出回路部は、
   前記第１方形波を絶縁し、該第１方形波に対応する第２方形波を出力する第２絶縁回路と、
   前記第２方形波を積分して第２三角波を出力する第２積分回路と、
   前記第２温度センサから得られる温度値と前記第２三角波を比較して第３ＰＷＭ信号を出力する第２比較回路と、
   前記第３ＰＷＭ信号を絶縁し、該第３ＰＷＭ信号に対応する第４ＰＷＭ信号を出力する第３絶縁回路と、を備え、
   前記温度検出回路は、前記第１及び第３絶縁回路ら出力される前記第２及び第４ＰＷＭ信号に基づいて、前記第１及び第２温度センサにより検出される温度のうち、高い方の温度を演算する演算手段を備えたことを特徴とする温度検出回路。
2. 前記第２積分回路は演算増幅器を含み、
   前記第２絶縁回路から出力される前記第２方形波のＬｏｗ状態の電位を回路基準電位にシフトさせ、第３方形波を出力するシフト手段と、
   前記シフト手段の出力と前記演算増幅器の反転入力端子の間に接続する抵抗と、
   前記演算増幅器の反転入力端子と出力端子間に接続されるコンデンサと、
   前記第２三角波または前記第３方形波を平滑化するフィルタ回路と、を備え、
   前記フィルタ回路の出力は前記演算増幅器の非反転入力端子に接続されることを特徴とする請求項１記載の温度検出回路。
3. 前記第１及び第３絶縁回路をオープンコレクタまたはオープンドレイン型のトランジスタ出力フォトカプラからなる構成とし、該フォトカプラの出力を互いに接続し、前記演算手段は該接続点から得られるＰＷＭ信号に基づいて温度を演算することを特徴とする請求項１又は２記載の温度検出回路。
4. 前記演算手段は、前記第１及び第３絶縁回路が出力するＰＷＭ信号のうち、高い温度を示すＰＷＭ信号を入力する手段と、前記第１及び第２温度センサのうち、高い温度を検出している温度センサを判定する手段と、前記高い温度を検出している温度センサのＰＷＭ信号デューティ比と温度との関係から前記高い温度を検出しているセンサの温度を演算する手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載の温度検出回路。
5. 前記第３方形波を平滑化して直流電圧信号を得る手段と、前記直流電圧信号を前記反転フィルタ回路及び前記シフト手段の基準電圧とする手段を備えることを特徴とする請求項３又は４記載の温度検出回路。

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