JP2012170200A - Load control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reconcile capacitor miniaturization and motor drive efficiency improvement.SOLUTION: An inverter comprising a bridge connection of IGBTs 51-56 and a smoothing capacitor 57 are arranged in parallel across a DC power supply. A communication arbitrating microcomputer 10 and power semiconductor driving microcomputers 15 instruct (S106-S118) a switching rate adjustment circuit 30 for adjusting the switching rate of switching signals controlling the IGBTs 51-56 to slow the switching rate of the switching signals with increasing temperature of the smoothing capacitor 57 estimated from a signal output from a temperature sensor 57a for outputting a signal depending on the temperature of the smoothing capacitor 57.

Description

本発明は、負荷制御装置に関するものである。   The present invention relates to a load control device.

従来、電気自動車の車両駆動用モータをインバータにより駆動するモータ駆動装置においては、スイッチング素子をブリッジ接続して構成されたインバータを直流電源間に配置し、PWM信号に従って上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子とを相補的にオンオフ制御するようになっている。   2. Description of the Related Art Conventionally, in a motor drive device that drives a vehicle drive motor of an electric vehicle by an inverter, an inverter configured by bridge-connecting switching elements is arranged between DC power supplies, and the switching element on the upper arm side and the lower arm are arranged according to a PWM signal. The arm-side switching element is complementarily turned on / off.

このような装置では、バッテリや直流電源線にインダクタンス成分が存在するので、インバータのスイッチング素子のオンオフに伴い生じるサージ電圧を抑制するため、直流電源間に高周波特性に優れたコンデンサ(例えば、フィルムコンデンサ)を設ける必要がある。   In such a device, since an inductance component exists in the battery or the DC power supply line, a capacitor (for example, a film capacitor) having excellent high frequency characteristics between the DC power supplies is suppressed in order to suppress a surge voltage generated when the switching element of the inverter is turned on / off. ) Must be provided.

しかし、このようなインバータを備えたモータ制御装置により実際に車両駆動用のモータを駆動すると、上記コンデンサが発熱する現象が生じる。コンデンサは、温度が高くなるに従い急速に劣化が進むため、コンデンサの容量を増大したり、コンデンサ用に冷却器を設けたりする必要がある。このため、装置の大型化を招く結果となってしまう。   However, when a motor for driving a vehicle is actually driven by a motor control device including such an inverter, a phenomenon occurs in which the capacitor generates heat. Since the capacitor rapidly deteriorates as the temperature rises, it is necessary to increase the capacity of the capacitor or to provide a cooler for the capacitor. For this reason, it will result in the enlargement of an apparatus.

そこで、インバータのスイッチング信号のオンオフの切替に伴って平滑コンデンサにリプル電流が流れ、インバータ出力が大きくなるとリプル電流も大きくなりコンデンサの発熱量も大きくなるという点に着目し、インバータ出力が大きい場合はスイッチング回数の少ない矩形波モードで動作させ、インバータの出力が小さくコンデンサの発熱が小さくなる場合は効率良くモータを駆動することができるPWMモードで動作させるようにして、インバータ出力が大きい場合の平滑コンデンサの温度上昇を抑えるようにしたものがある(例えば、特許文献1参照)。   Therefore, paying attention to the fact that the ripple current flows through the smoothing capacitor as the inverter switching signal is switched on and off, and when the inverter output increases, the ripple current also increases and the amount of heat generated by the capacitor also increases. Smoothing capacitor when the inverter output is large by operating in the rectangular wave mode with few switching times and operating in the PWM mode that can drive the motor efficiently when the output of the inverter is small and the heat generation of the capacitor is small There is one that suppresses the temperature rise (see, for example, Patent Document 1).

特開2008−154431号公報JP 2008-154431 A

しかしながら、上記特許文献1に記載されたような装置は、矩形波モードでモータを駆動しても、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況では、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することは困難となってしまうため、平滑コンデンサを小型化するにも限界がある。   However, the apparatus described in Patent Document 1 suppresses the temperature rise of the smoothing capacitor in a situation where the temperature of the smoothing capacitor further rises even when the motor is driven in the rectangular wave mode. This makes it difficult to reduce the size of the smoothing capacitor.

また、上記特許文献1に記載されたような装置は、効率良くモータを駆動することができるPWMモードで平滑コンデンサの温度上昇を抑制するといったことはできない。このため、効率が良くないといった問題がある。   Moreover, the apparatus as described in the said patent document 1 cannot suppress the temperature rise of a smoothing capacitor in the PWM mode which can drive a motor efficiently. For this reason, there exists a problem that efficiency is not good.

本発明は上記問題に鑑みたもので、コンデンサの小型化とモータ駆動効率の向上の両立を図ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to achieve both reduction in the size of a capacitor and improvement in motor drive efficiency.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明は、直流電源間に配置され、複数のスイッチング素子(51〜56)をブリッジ接続してなるインバータと、直流電源間に配置された平滑コンデンサ(57)と、平滑コンデンサ(57)の温度に応じた信号を出力する温度検出手段(57a)と、複数のスイッチング素子(51〜56)を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路(30)と、温度検出手段(57a)より出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ(57)の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路(30)に指示する速度調整指示手段(S106〜S118)と、を備えたことを特徴としている。   In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is an inverter arranged between a DC power supply and having a plurality of switching elements (51 to 56) bridge-connected, and a smoothing capacitor arranged between the DC power supplies. (57), temperature detection means (57a) for outputting a signal corresponding to the temperature of the smoothing capacitor (57), and switching speed adjustment for adjusting the switching speed of the switching signal for controlling the plurality of switching elements (51 to 56) The switching speed adjustment circuit (30) so that the switching speed of the switching signal becomes slower as the temperature of the circuit (30) and the smoothing capacitor (57) estimated based on the signal output from the temperature detection means (57a) becomes higher. And a speed adjustment instruction means (S106 to S118) for instructing.

このような構成によれば、温度検出手段(57a)より出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ(57)の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路(30)に指示される。すなわち、PWMモード、矩形波モード等の動作モードと関係なく、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。したがって、矩形波モードでモータを駆動して、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況でも、平滑コンデンサの温度を抑制することができ、平滑コンデンサの小型化を図ることができる。また、PWMモードでも、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制されるので、モータ駆動効率の向上を図ることができる。   According to such a configuration, the switching speed adjustment circuit (such that the switching speed of the switching signal becomes slower as the temperature of the smoothing capacitor (57) estimated based on the signal output from the temperature detection means (57a) becomes higher. 30). That is, regardless of the operation mode such as the PWM mode and the rectangular wave mode, the higher the smoothing capacitor temperature, the slower the switching speed of the switching signal, and the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed. Therefore, even when the motor is driven in the rectangular wave mode and the temperature of the smoothing capacitor further increases, the temperature of the smoothing capacitor can be suppressed, and the smoothing capacitor can be downsized. Even in the PWM mode, the higher the smoothing capacitor temperature, the slower the switching speed of the switching signal and the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed, so that the motor drive efficiency can be improved.

また、請求項2に記載の発明は、スイッチング速度調整回路(30)は、複数のスイッチング素子(51〜56)の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、速度調整指示手段(S106〜S118)は、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路に指示することを特徴としている。   Further, in the invention according to claim 2, the switching speed adjustment circuit (30) changes the resistance value of the gate resistance connected to each gate of the plurality of switching elements (51 to 56) step by step. The switching speed is adjusted stepwise, and the speed adjustment instruction means (S106 to S118) instructs the switching speed adjustment circuit so that the switching speed of the switching signal decreases stepwise. Yes.

このように、スイッチング速度調整回路(30)は、複数のスイッチング素子(51〜56)の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、速度調整指示手段(S106〜S118)は、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路に指示することができる。   As described above, the switching speed adjustment circuit (30) changes the resistance value of the gate resistance connected to each gate of the plurality of switching elements (51 to 56) stepwise to change the switching speed of the switching signal stepwise. The speed adjustment instructing means (S106 to S118) can instruct the switching speed adjusting circuit so that the switching speed of the switching signal is gradually reduced.

また、請求項3に記載の発明のように、温度検出手段(57a)を、平滑コンデンサに内蔵された温度検出素子により構成することにより、精度良く平滑コンデンサの温度を推定することができる。   Further, as in the third aspect of the invention, the temperature detecting means (57a) is constituted by the temperature detecting element incorporated in the smoothing capacitor, so that the temperature of the smoothing capacitor can be estimated with high accuracy.

また、請求項4に記載の発明のように、温度検出手段(57a)を、複数のスイッチング素子の各々に内蔵された温度検出素子、インバータに接続された負荷の温度を検出する温度検出素子、インバータに接続された負荷に流れる電流を検出する電流センサのいずれか1つにより構成することもできる。   According to a fourth aspect of the present invention, the temperature detection means (57a) includes a temperature detection element incorporated in each of the plurality of switching elements, a temperature detection element that detects the temperature of a load connected to the inverter, It can also be configured by any one of current sensors that detect a current flowing through a load connected to the inverter.

また、請求項5に記載の発明は、複数のスイッチング素子(51〜56)の各々には、当該スイッチング素子と並列にダイオード(51a〜56a)が接続されており、直流電源間に、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減する手段を有していることを特徴としている。   In the invention according to claim 5, a diode (51a to 56a) is connected to each of the plurality of switching elements (51 to 56) in parallel with the switching element. A recovery current flowing through the diode (51a to 56a) during ON switching of (51 to 56) and means for reducing the frequency thereof are provided.

このような構成によれば、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減し、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。   According to such a configuration, it is possible to reduce the recovery current and the frequency that the diodes (51a to 56a) flow when the switching elements (51 to 56) are turned on, and to suppress the temperature rise of the smoothing capacitor.

また、請求項6に記載の発明は、インバータは、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子を直列接続して成る直列回路(51と52、53と54、55と56)を3つ並列接続して構成されており、リカバリ電流低減手段は、3つの直列回路(51と52、53と54、55と56)と並列に接続されたスナバコンデンサ(59)を有していることを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, the inverter includes three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56) formed by connecting the switching elements on the upper arm side and the switching elements on the lower arm side in series. The recovery current reducing means has a snubber capacitor (59) connected in parallel with three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56). It is characterized by.

このように、3つの直列回路(51と52、53と54、55と56)と並列に接続されたスナバコンデンサ(59)により、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流が平滑コンデンサに流入するのを低減できる。   In this way, the diodes (51a to 56a) are turned on when the switching elements (51 to 56) are turned on by the snubber capacitor (59) connected in parallel with the three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56). ) Can be reduced from flowing into the smoothing capacitor.

また、請求項7に記載の発明は、リカバリ電流とその周波数を低減する手段であり、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の一端に接続された第1のインダクタ(58a)と、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の他端に接続された第2のインダクタ(58b)を有していることを特徴としている。   The invention according to claim 7 is a means for reducing the recovery current and its frequency, wherein the first end is connected to the power supply line of the DC power supply and the other end is connected to one end of the snubber capacitor (59). And the second inductor (58b) having one end connected to the ground line of the DC power source and the other end connected to the other end of the snubber capacitor (59). .

このように、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の一端に接続された第1のインダクタ(58a)と、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ(59)の他端に接続された第2のインダクタ(58b)を備えることにより、スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減することができる。   In this way, one end is connected to the power supply line of the DC power supply, the other end is connected to one end of the snubber capacitor (59), one end is connected to the ground line of the DC power supply, and the other By providing the second inductor (58b) whose end is connected to the other end of the snubber capacitor (59), the recovery current and the frequency that the diode (51a-56a) flows when the switching element (51-56) is turned on Can be reduced.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の全体の構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the load control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 図1中のA部の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the A section in FIG. 平滑コンデンサに流れるリプル電流の計測波形の例である。It is an example of the measurement waveform of the ripple current which flows into a smoothing capacitor. 平滑コンデンサのESR特性を示す図である。It is a figure which shows the ESR characteristic of a smoothing capacitor. 通信調停用マイコンとパワー半導体用マイコンのフローチャートである。It is a flowchart of the microcomputer for communication arbitration, and the microcomputer for power semiconductors. スイッチング信号のスイッチングスピードを変化させた場合の平滑コンデンサの温度特性を示した図である。It is the figure which showed the temperature characteristic of the smoothing capacitor at the time of changing the switching speed of a switching signal. スナバコンデンサの有無と平滑コンデンサの温度特性の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the presence or absence of a snubber capacitor, and the temperature characteristic of a smoothing capacitor. インダクタンスの有無とリカバリ電流の関係を示した図である。It is the figure which showed the relationship between the presence or absence of an inductance, and a recovery current.

本発明の一実施形態に係る負荷制御装置の全体の構成を図1に示す。本負荷制御装置1には、直流電源(バッテリ)2および負荷としての3相高電圧交流モータ3が接続されている。なお、モータ3は、車両の走行用の動力源として用いられる。   FIG. 1 shows the overall configuration of a load control apparatus according to an embodiment of the present invention. The load control device 1 is connected to a DC power source (battery) 2 and a three-phase high-voltage AC motor 3 as a load. The motor 3 is used as a power source for traveling the vehicle.

本負荷制御装置1は、通信調停用マイコン10、6つのパワー半導体駆動用マイコン15、6つのスイッチングスピード調整回路(図中では、SWスピード調整回路と記す)30、絶縁ゲート型トランジスタ(以下、IGBTと記す)51〜56、平滑コンデンサ57、インダクタンス58a、58b、スナバコンデンサ59、MG−ECU60を備えている。なお、IGBT51〜56は、それぞれ並列に接続されたダイオード51a〜56aを備えている。また、平滑コンデンサ57には、平滑コンデンサ57の温度に応じた信号を出力する温度センサ57aが内蔵されている。具体的には、温度センサ57aは、サーミスタにより構成されている。   The load control device 1 includes a communication arbitration microcomputer 10, six power semiconductor drive microcomputers 15, six switching speed adjustment circuits (referred to as SW speed adjustment circuits in the figure) 30, an insulated gate transistor (hereinafter, IGBT). 5) to 56, a smoothing capacitor 57, inductances 58a and 58b, a snubber capacitor 59, and an MG-ECU 60. The IGBTs 51 to 56 include diodes 51a to 56a connected in parallel, respectively. Further, the smoothing capacitor 57 includes a temperature sensor 57 a that outputs a signal corresponding to the temperature of the smoothing capacitor 57. Specifically, the temperature sensor 57a is configured by a thermistor.

平滑コンデンサ57は、IGBT51〜56のオンオフに伴い生じるサージ電圧を抑え、また直流電源の電圧変動を小さくするためのものであり、直流電源間に設けられている。平滑コンデンサ57としては、セラミックコンデンサ、フィルムコンデンサ等が用いられる。   The smoothing capacitor 57 is provided between the DC power supplies for suppressing a surge voltage generated when the IGBTs 51 to 56 are turned on and off, and for reducing a voltage fluctuation of the DC power supply. As the smoothing capacitor 57, a ceramic capacitor, a film capacitor, or the like is used.

スナバコンデンサ59は、セラミックコンデンサにより構成され、IGBT51〜56により構成されるインバータと並列に接続されている。   Snubber capacitor 59 is formed of a ceramic capacitor, and is connected in parallel with an inverter formed of IGBTs 51 to 56.

インダクタンス58aは、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の一端に接続されている。   One end of the inductance 58 a is connected to the power supply line of the DC power supply, and the other end is connected to one end of the snubber capacitor 59.

インダクタンス58bは、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の他端に接続されている。   One end of the inductance 58 b is connected to the ground line of the DC power supply, and the other end is connected to the other end of the snubber capacitor 59.

スナバコンデンサ59、インダクタンス58a、58bは、後述するIGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流を平滑コンデンサに流入させにくくすると共に、リカバリ電流の周波数を低減するために設けられている。   The snubber capacitor 59 and the inductances 58a and 58b are provided to make it difficult for the recovery current flowing through the diodes (51a to 56a) to flow into the smoothing capacitor when the IGBTs 51 to 56 described later are turned on, and to reduce the frequency of the recovery current. ing.

本負荷制御装置1は、IGBT51〜56のゲートに正弦波PWM信号を入力してモータ3をPWM駆動する正弦波PWM制御モードと、IGBT51〜56のゲートに過変調PWM信号を入力してモータ3をPWM駆動する過変調PWM制御モードと、IGBT51〜56のゲートに矩形波信号を入力してモータ3を矩形波駆動する矩形波制御モードを有している。   The load control device 1 is configured to input a sine wave PWM signal to the gates of the IGBTs 51 to 56 and PWM drive the motor 3, and input an overmodulation PWM signal to the gates of the IGBTs 51 to 56. And a rectangular wave control mode in which a rectangular wave signal is input to the gates of the IGBTs 51 to 56 to drive the motor 3 to a rectangular wave.

通信調停用マイコン10は、MG−ECU60と通信を行うためのものである。通信調停用マイコン10は、直流電源2の端子間電圧を検出する電圧検出回路(図示せず)を備え、この電圧検出回路により検出された直流電源2の端子間電圧をMG−ECU60へ通知するようになっている。なお、MG−ECU60は、通信調停用マイコン10より通知された直流電源2の端子間電圧等に基づいてモータ3を最適に駆動するための動作モード(制御モードに相当する)を決定し、決定した動作モードを特定するための情報を通信調停用マイコン10に通知するようになっている。   The communication arbitration microcomputer 10 is for communicating with the MG-ECU 60. The communication arbitration microcomputer 10 includes a voltage detection circuit (not shown) that detects a voltage between terminals of the DC power supply 2, and notifies the MG-ECU 60 of the voltage between terminals of the DC power supply 2 detected by the voltage detection circuit. It is like that. The MG-ECU 60 determines an operation mode (corresponding to a control mode) for optimally driving the motor 3 based on the voltage between terminals of the DC power supply 2 notified from the communication arbitration microcomputer 10. The communication arbitration microcomputer 10 is notified of information for specifying the operation mode.

また、MG−ECU60には、サーミスタ57aからの信号が入力されるようになっている。MG−ECU60は、サーミスタ57aから入力される信号に基づいて平滑コンデンサ57の温度を推定し、これに基づいてインバータをスイッチングするスイッチング信号の最適な速度の度合い(低速、中速、高速)を決定し、決定した速度の度合いを表すスイッチスピード特定情報を通信調停用マイコン10に通知するようになっている。   In addition, a signal from the thermistor 57a is input to the MG-ECU 60. The MG-ECU 60 estimates the temperature of the smoothing capacitor 57 based on the signal input from the thermistor 57a, and determines the optimum speed degree (low speed, medium speed, high speed) of the switching signal for switching the inverter based on this. The switch arbitration microcomputer 10 is notified of switch speed specifying information indicating the determined speed.

通信調停用マイコン10は、MG−ECU60より動作モードを特定するための情報を受信すると、動作モードに適した各IGBT51〜56のゲートに入力する信号のスイッチングスピード値を特定し、各パワー半導体駆動用マイコン15に通知する。   Upon receiving information for specifying the operation mode from the MG-ECU 60, the communication arbitration microcomputer 10 specifies the switching speed value of the signal input to the gate of each IGBT 51 to 56 suitable for the operation mode, and drives each power semiconductor. Is notified to the microcomputer 15.

パワー半導体駆動用マイコン15は、通信調停用マイコン10より通知されたスイッチングスピード値に応じてスイッチングスピード調整回路30を制御する。   The power semiconductor drive microcomputer 15 controls the switching speed adjustment circuit 30 according to the switching speed value notified from the communication arbitration microcomputer 10.

スイッチングスピード調整回路30は、IGBT51〜56の各ゲートに印加する電圧の立ち上がりスピードと立ち下がりスピードを調整するための回路である。このスイッチングスピード調整回路30についても後で詳細に説明する。   The switching speed adjustment circuit 30 is a circuit for adjusting the rising speed and falling speed of the voltage applied to each gate of the IGBTs 51 to 56. The switching speed adjustment circuit 30 will also be described in detail later.

IGBT51〜56は、3相インバータとして構成されている。本実施形態では、IGBT51はU相の上アーム、IGBT52はU相の下アーム、IGBT53はV相の上アーム、IGBT54はV相の下アーム、IGBT55はW相の上アーム、IGBT56はW相の下アームとなっている。   The IGBTs 51 to 56 are configured as three-phase inverters. In this embodiment, the IGBT 51 is the U-phase upper arm, the IGBT 52 is the U-phase lower arm, the IGBT 53 is the V-phase upper arm, the IGBT 54 is the V-phase lower arm, the IGBT 55 is the W-phase upper arm, and the IGBT 56 is the W-phase. It is a lower arm.

MG−ECU60は、マイコン67を備えている。マイコン67は、前述したように、通信調停用マイコン10より通知される直流電源2の端子間電圧に基づいてモータ3を最適に駆動するための動作モードを決定し、この決定した動作モードを示す情報を通信調停用マイコン10へ通知する処理を実施する。   The MG-ECU 60 includes a microcomputer 67. As described above, the microcomputer 67 determines an operation mode for optimally driving the motor 3 based on the voltage across the terminals of the DC power supply 2 notified from the communication arbitration microcomputer 10, and indicates the determined operation mode. A process of notifying information to the communication arbitration microcomputer 10 is performed.

マイコン67は、直流電源2の端子間電圧が高電圧(例えば、700V程度)の場合は、正弦波PWM制御モード、直流電源2の端子間電圧が中間の電圧(例えば、600V程度)では過変調PWM制御モード、直流電源2の端子間電圧が低電圧(例えば、500V程度)の場合は矩形波制御モードとなるように動作モードを決定する。   The microcomputer 67 is over-modulated when the voltage between the terminals of the DC power supply 2 is a high voltage (for example, about 700 V) and when the voltage between the terminals of the DC power supply 2 is an intermediate voltage (for example, about 600 V). In the PWM control mode, when the voltage between the terminals of the DC power supply 2 is a low voltage (for example, about 500 V), the operation mode is determined so that the rectangular wave control mode is set.

図2に、図1中のA部の詳細を示す。この図には、スイッチングスピード調整回路30、半導体駆動用マイコン15およびIGBT51が示されている。   FIG. 2 shows the details of part A in FIG. In this figure, a switching speed adjustment circuit 30, a semiconductor drive microcomputer 15 and an IGBT 51 are shown.

スイッチングスピード調整回路30は、レベルシフト回路31、抵抗301、スピード調整回路32〜35を備えている。   The switching speed adjustment circuit 30 includes a level shift circuit 31, a resistor 301, and speed adjustment circuits 32-35.

レベルシフト回路31には、スイッチ端子SWを介して半導体駆動用マイコン15より動作モードに応じたスイッチング信号が入力される。   A switching signal corresponding to an operation mode is input to the level shift circuit 31 from the semiconductor drive microcomputer 15 via the switch terminal SW.

レベルシフト回路31は、このスイッチング信号の電圧レベル(例えば、5V)を、入力端子INを介して入力される定電圧の範囲(例えば、0V〜30V)にレベルシフトした電圧を出力する。   The level shift circuit 31 outputs a voltage obtained by shifting the voltage level (for example, 5 V) of the switching signal to a constant voltage range (for example, 0 V to 30 V) input via the input terminal IN.

スピード調整回路32、33は、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち上がりを調整するための回路であり、スピード調整回路34、35は、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち下がりを調整するための回路である。   The speed adjustment circuits 32 and 33 are circuits for adjusting the rise of the waveform of the gate voltage of the IGBT 51, and the speed adjustment circuits 34 and 35 are circuits for adjusting the fall of the waveform of the gate voltage of the IGBT 51. .

スピード調整回路32は、抵抗321、322、コンデンサ323、ダイオード324およびNチャネル型MOSトランジスタ325を備えている。   The speed adjustment circuit 32 includes resistors 321 and 322, a capacitor 323, a diode 324, and an N-channel MOS transistor 325.

同様に、スピード調整回路33は、抵抗331、332、コンデンサ333、ダイオード334およびNチャネル型MOSトランジスタ335を備えている。   Similarly, the speed adjustment circuit 33 includes resistors 331 and 332, a capacitor 333, a diode 334, and an N-channel MOS transistor 335.

スピード調整回路32における抵抗321およびスピード調整回路33における抵抗331は、抵抗301と並列に接続されている。   The resistor 321 in the speed adjustment circuit 32 and the resistor 331 in the speed adjustment circuit 33 are connected in parallel with the resistor 301.

スピード調整回路32におけるトランジスタ325およびスピード調整回路33におけるトランジスタ335をオンまたはオフすることにより、抵抗301、スピード調整回路32における抵抗321およびスピード調整回路33における抵抗331から成る合成抵抗が変化して、IGBT51のゲート抵抗が変化する構成となっている。なお、抵抗301、抵抗321および抵抗331から成る合成抵抗の抵抗値が大きくなるほど、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち上がりが緩やかになる。   By turning on or off the transistor 325 in the speed adjustment circuit 32 and the transistor 335 in the speed adjustment circuit 33, the combined resistance including the resistor 301, the resistor 321 in the speed adjustment circuit 32, and the resistor 331 in the speed adjustment circuit 33 is changed. The gate resistance of the IGBT 51 is changed. Note that as the resistance value of the combined resistor composed of the resistor 301, the resistor 321 and the resistor 331 increases, the rise of the waveform of the gate voltage of the IGBT 51 becomes gentler.

また、スピード調整回路34は、抵抗341、342、コンデンサ343、ダイオード344およびNチャネル型MOSトランジスタ345を備えている。   The speed adjustment circuit 34 includes resistors 341 and 342, a capacitor 343, a diode 344, and an N-channel MOS transistor 345.

同様に、スピード調整回路35は、抵抗351、352、コンデンサ353、ダイオード354およびNチャネル型MOSトランジスタ355を備えている。   Similarly, the speed adjustment circuit 35 includes resistors 351 and 352, a capacitor 353, a diode 354, and an N-channel MOS transistor 355.

スピード調整回路35におけるダイオード354およびスピード調整回路34におけるダイオード344は、スピード調整回路32、33におけるダイオード324、334と接続方向が逆となっている。   The diode 354 in the speed adjustment circuit 35 and the diode 344 in the speed adjustment circuit 34 are connected in the opposite direction to the diodes 324 and 334 in the speed adjustment circuits 32 and 33.

スピード調整回路34におけるトランジスタ345およびスピード調整回路35におけるトランジスタ355をオンまたはオフすることにより、抵抗301、抵抗341および抵抗351から成る合成抵抗が変化して、IGBT51のゲート抵抗が変化する構成となっている。なお、抵抗301、抵抗341および抵抗351から成る合成抵抗の抵抗値が大きくなるほど、IGBT51のゲート電圧の波形の立ち下がりが緩やかになる。   By turning on or off the transistor 345 in the speed adjustment circuit 34 and the transistor 355 in the speed adjustment circuit 35, the combined resistance composed of the resistor 301, the resistor 341, and the resistor 351 changes, and the gate resistance of the IGBT 51 changes. ing. Note that the fall of the waveform of the gate voltage of the IGBT 51 becomes gentler as the resistance value of the combined resistor including the resistor 301, the resistor 341, and the resistor 351 increases.

ところで、本発明者は、実験等の結果、平滑コンデンサの発熱の主要因は、リプル電流に含まれるリカバリ電流に起因する高周波の電流成分であり、低い周波数成分は平滑コンデンサの発熱にあまり影響しないということを見出した。   By the way, as a result of experiments and the like, the present inventors have found that the main factor of heat generation of the smoothing capacitor is a high-frequency current component caused by the recovery current included in the ripple current, and the low frequency component does not significantly affect the heat generation of the smoothing capacitor. I found out.

なお、リカバリ電流は、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号がオフからオンに変化し、IGBT51〜56と並列に接続されたダイオード51a〜56aに電流が流れている状態からダイオード51a〜56aに電流が流れない状態になるときに発生する電流である。   Note that the recovery current is changed from a state in which a switching signal input to each of the gates of the IGBTs 51 to 56 is changed from OFF to ON, and currents are flowing through the diodes 51a to 56a connected in parallel to the IGBTs 51 to 56. This is a current that is generated when no current flows in the circuit.

以下、リカバリ電流と平滑コンデンサの発熱の関係について説明する。図3に、平滑コンデンサ57に流れるリプル電流の計測波形の例を示す。図3中の(b)は、図3中の(1)の拡大図である。図3(b)には、数MHz帯の周波数成分を有するパルス電流と、十数kHz帯の周波数成分を有するパルス電流が示されている。   Hereinafter, the relationship between the recovery current and the heat generation of the smoothing capacitor will be described. FIG. 3 shows an example of a measurement waveform of the ripple current flowing through the smoothing capacitor 57. (B) in FIG. 3 is an enlarged view of (1) in FIG. FIG. 3B shows a pulse current having a frequency component in the several MHz band and a pulse current having a frequency component in the tens of kHz band.

この例では、平滑コンデンサ57に流れるリプル電流には、大きく分けて、数MHz帯、十数kHz帯の2種類のパルス電流が含まれる。これらのパルス電流のうち、数MHz帯のパルス電流がリカバリ電流による電流成分である。このリカバリ電流成分は、他のパルス電流と比較して、電流の流れている時間は短いがピーク値は数百アンペア程度の非常に大きな値となっている。   In this example, the ripple current flowing through the smoothing capacitor 57 is roughly divided into two types of pulse currents of several MHz band and tens of kHz band. Among these pulse currents, a pulse current of several MHz band is a current component due to the recovery current. The recovery current component has a very large value of about several hundred amperes, although the current flowing time is short compared to other pulse currents.

ここで、平滑コンデンサの発熱量は、平滑コンデンサで消費される電力量で表すことができる。すなわち、(平滑コンデンサの発熱量)=(平滑コンデンサに流れる電流)×(直列等価抵抗)として算出することができる。なお、直列等価抵抗ESR(Equivalent Series Resistance)は、平滑コンデンサに流れる電流の周波数に応じてその抵抗値が変化する。 Here, the calorific value of the smoothing capacitor can be represented by the amount of power consumed by the smoothing capacitor. That is, it can be calculated as (heat generation amount of the smoothing capacitor) = (current flowing through the smoothing capacitor) 2 × (series equivalent resistance). Note that the resistance value of the series equivalent resistance ESR (Equivalent Series Resistance) changes according to the frequency of the current flowing through the smoothing capacitor.

図4に、平滑コンデンサのESR特性を示す。この図の例では、十数kHzのときのESRは1mオーム(Ω)程度、数MHzのときのESRは30mオーム(Ω)程度となっている。このように、平滑コンデンサの直列等価抵抗ESRは、周波数が高くなるほど大きくなる。   FIG. 4 shows the ESR characteristics of the smoothing capacitor. In the example of this figure, the ESR at the time of ten and several kHz is about 1 m ohm (Ω), and the ESR at the time of several MHz is about 30 m ohm (Ω). Thus, the series equivalent resistance ESR of the smoothing capacitor increases as the frequency increases.

つまり、電流値のピーク値が小さく、かつ、平滑コンデンサに流れ込む電流の周波数が低い場合には、平滑コンデンサの発熱量は少ないが、電流値のピーク値が大きく、かつ、平滑コンデンサに流れ込む電流の周波数が高い場合、平滑コンデンサの発熱量は大幅に増加することが分かる。   In other words, when the peak value of the current value is small and the frequency of the current flowing into the smoothing capacitor is low, the amount of heat generated by the smoothing capacitor is small, but the peak value of the current value is large and the current flowing into the smoothing capacitor is small. It can be seen that when the frequency is high, the amount of heat generated by the smoothing capacitor increases significantly.

したがって、電流値のピーク値が大きく、直列等価抵抗ESRが大きくなる高周波なリカバリ電流成分を低減することで、平滑コンデンサの発熱を大幅に抑制することが可能となる。   Therefore, by reducing the high-frequency recovery current component that has a large peak current value and a large series equivalent resistance ESR, it is possible to significantly suppress the heat generation of the smoothing capacitor.

上記したように、平滑コンデンサの発熱の主要因は、リプル電流に含まれるリカバリ電流に起因する高周波成分であることが分かった。   As described above, it has been found that the main factor of the heat generation of the smoothing capacitor is a high-frequency component resulting from the recovery current included in the ripple current.

そこで、本負荷制御装置1は、平滑コンデンサ57の温度を検出するサーミスタ57aより出力される信号に基づいて平滑コンデンサ57の温度を推定し、平滑コンデンサ57の温度が高くなるほど、IGBT51〜56を制御するスイッチング信号のスイッチングスピードが遅くなるようにスイッチングスピード調整回路30に指示し、リカバリ電流ピーク値を低減して平滑コンデンサ57の温度上昇を抑制する。   Therefore, the load control device 1 estimates the temperature of the smoothing capacitor 57 based on a signal output from the thermistor 57a that detects the temperature of the smoothing capacitor 57, and controls the IGBTs 51 to 56 as the temperature of the smoothing capacitor 57 increases. The switching speed adjustment circuit 30 is instructed to slow down the switching speed of the switching signal to reduce the recovery current peak value and suppress the temperature rise of the smoothing capacitor 57.

次に、図5に従って、通信調停用マイコン10の処理について説明する。なお、ここでは、通信調停用マイコン10とパワー半導体用マイコン15の処理として説明する。低圧バッテリより電源が供給されると、通信調停用マイコン10とパワー半導体用マイコン15は起動して、図5に示す処理を実施する。なお、ここでは、インバータを正弦波PWM制御モードで動作させるものとして説明する。   Next, processing of the communication arbitration microcomputer 10 will be described with reference to FIG. Here, the processing of the communication arbitration microcomputer 10 and the power semiconductor microcomputer 15 will be described. When power is supplied from the low-voltage battery, the communication arbitration microcomputer 10 and the power semiconductor microcomputer 15 are activated to perform the processing shown in FIG. Here, description will be made assuming that the inverter is operated in the sine wave PWM control mode.

まず、温度センサ57より出力される信号に基づいてMG−ECU60は平滑コンデンサ57の温度を推定する(S100)。   First, the MG-ECU 60 estimates the temperature of the smoothing capacitor 57 based on the signal output from the temperature sensor 57 (S100).

MG−ECU60は、この温度情報に基づいてIGBT51〜56のゲートに入力するスイッチング信号の最適なスイッチングスピードの度合い(低速、中速、高速)を決定し、決定した速度の度合いを表すスイッチスピード特定情報(SWスピード特定情報)を通信調停用マイコン10に通知する。本実施形態では、平滑コンデンサ57の温度が70℃未満の場合は高速、平滑コンデンサ57の温度が70℃以上で、かつ、90℃未満の場合は中速、平滑コンデンサ57の温度が90℃以上の場合は低速となるようにスイッチングスピードの度合いを決定する。   The MG-ECU 60 determines the optimum switching speed degree (low speed, medium speed, high speed) of the switching signal input to the gates of the IGBTs 51 to 56 based on this temperature information, and specifies the switch speed indicating the determined speed degree. Information (SW speed specifying information) is notified to the communication arbitration microcomputer 10. In this embodiment, when the temperature of the smoothing capacitor 57 is less than 70 ° C., the speed is high, when the temperature of the smoothing capacitor 57 is 70 ° C. or more, and when the temperature is less than 90 ° C., the temperature is 90 ° C. or more. In the case of, the degree of switching speed is determined so as to be low.

通信調停用マイコン10は、スイッチスピード特定情報を受信すると(S104)、このスイッチスピード特定情報に基づいてスイッチスピードの判定を行う(S106)。   When receiving the switch speed specifying information (S104), the communication arbitration microcomputer 10 determines the switch speed based on the switch speed specifying information (S106).

ここで、推定された平滑コンデンサ57の温度が70℃未満となっておりスイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが高速であると判定した場合、スイッチングスピードが高速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する(S108)。ここでは、IGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値が小さくなるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図2に示したスイッチングスピード調整回路30において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを急峻にするため、スピード調整回路32のトランジスタ325と、スピード調整回路33のトランジスタ335とがそれぞれオンするようにCnt2端子およびCnt3端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを急峻にするため、スピード調整回路34のトランジスタ345と、スピード調整回路35のトランジスタ355とをそれぞれオンするように、Cnt4端子およびCnt5端子の論理レベルを特定する。   Here, when the estimated temperature of the smoothing capacitor 57 is less than 70 ° C. and it is determined that the degree of the switching speed is high based on the switch speed specifying information, the gate resistance of the high switching speed is determined. A combination is specified (S108). Here, the control signal instructing the switching speed adjustment circuit 30 is specified so that the resistance values of the gate resistors of the IGBTs 51 to 56 are reduced. Specifically, in the switching speed adjustment circuit 30 shown in FIG. 2, the transistor 325 of the speed adjustment circuit 32 and the transistor 335 of the speed adjustment circuit 33 are turned on in order to make the rising speed of the switching signal steep. In order to specify the logic levels of the Cnt2 terminal and the Cnt3 terminal, and to make the falling speed of the switching signal steep, the transistor 345 of the speed adjustment circuit 34 and the transistor 355 of the speed adjustment circuit 35 are respectively turned on. The logic levels of the Cnt4 terminal and the Cnt5 terminal are specified.

この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路32の抵抗321と、スピード調整回路33の抵抗331とを並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。また、スイッチング信号の立ち下がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路34の抵抗341と、スピード調整回路35の抵抗351とを並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。   In this case, the resistance value of the gate resistance of the IGBTs 51 to 56 at the rising edge of the switching signal is the resistance value of the combined resistance in which the resistor 301, the resistor 321 of the speed adjustment circuit 32, and the resistor 331 of the speed adjustment circuit 33 are connected in parallel. It becomes. Further, the resistance value of the gate resistance of the IGBTs 51 to 56 at the falling edge of the switching signal is the resistance value of the combined resistance in which the resistance 301, the resistance 341 of the speed adjustment circuit 34, and the resistance 351 of the speed adjustment circuit 35 are connected in parallel. It becomes.

次に、スイッチングスピードが高速となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する(S110)。具体的には、S108にて特定した論理レベルとなるようにCnt2端子〜Cnt4端子へ制御信号を出力する。これにより、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ高速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを速くすることで、IGBT51〜56のスイッチング損失が低減されるので、効率良くインバータを駆動することができる。   Next, the switching speed adjustment circuit 30 is instructed to increase the switching speed (S110). Specifically, a control signal is output to the Cnt2 terminal to Cnt4 terminal so as to achieve the logic level specified in S108. Thereby, the rising speed and falling speed of the switching signal input to each gate of the IGBTs 51 to 56 are increased. In addition, since the switching loss of IGBT51-56 is reduced by speeding up the switching speed of a switching signal in this way, an inverter can be driven efficiently.

次に、平滑コンデンサ57の温度が上昇して、推定された平滑コンデンサ57の温度が70℃以上で、かつ、90℃未満となり、S106にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが中速であると判定した場合は、スイッチングスピードが中速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する(S112)。ここでは、IGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値が中間の値となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図2に示したスイッチングスピード調整回路30において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを中速にするため、スピード調整回路32のトランジスタ325がオンし、スピード調整回路33のトランジスタ335がオフするようにCnt2端子およびCnt3端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを中速にするため、スピード調整回路34のトランジスタ345がオンし、スピード調整回路35のトランジスタ355がオフするようにCnt4端子およびCnt5端子の論理レベルを特定する。   Next, the temperature of the smoothing capacitor 57 rises, and the estimated temperature of the smoothing capacitor 57 is 70 ° C. or higher and lower than 90 ° C. In S106, the degree of switching speed is determined based on the switch speed specifying information. If it is determined that the speed is medium, a combination of gate resistances is selected so that the switching speed is medium (S112). Here, the control signal instructing the switching speed adjustment circuit 30 is specified so that the resistance values of the gate resistances of the IGBTs 51 to 56 become an intermediate value. Specifically, in the switching speed adjustment circuit 30 shown in FIG. 2, the transistor 325 of the speed adjustment circuit 32 is turned on and the transistor 335 of the speed adjustment circuit 33 is turned off in order to make the rising speed of the switching signal medium. As described above, the logic levels of the Cnt2 terminal and the Cnt3 terminal are specified, and the transistor 345 of the speed adjustment circuit 34 is turned on and the transistor 355 of the speed adjustment circuit 35 is turned off in order to make the falling speed of the switching signal medium. The logic levels of the Cnt4 terminal and the Cnt5 terminal are specified.

この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路32の抵抗321を並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。また、スイッチング信号の立ち下がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と、スピード調整回路34の抵抗341を並列接続した合成抵抗の抵抗値となる。   In this case, the resistance value of the gate resistance of the IGBTs 51 to 56 at the rising edge of the switching signal is the resistance value of the combined resistance in which the resistor 301 and the resistor 321 of the speed adjustment circuit 32 are connected in parallel. Further, the resistance value of the gate resistance of the IGBTs 51 to 56 when the switching signal falls is the resistance value of the combined resistance in which the resistor 301 and the resistor 341 of the speed adjustment circuit 34 are connected in parallel.

次に、スイッチングスピードが中速となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する(S114)。具体的には、S112にて特定した論理レベルとなるようにCnt2端子〜Cnt4端子へ制御信号を出力する。これにより、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ中速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを中速にすることで、平滑コンデンサ57の発熱が抑制される。   Next, the switching speed adjustment circuit 30 is instructed so that the switching speed becomes a medium speed (S114). Specifically, a control signal is output to the Cnt2 terminal to Cnt4 terminal so as to achieve the logic level specified in S112. Thereby, the rising speed and falling speed of the switching signal input to each gate of the IGBTs 51 to 56 are respectively medium speed. In this way, heat generation of the smoothing capacitor 57 is suppressed by setting the switching speed of the switching signal to a medium speed.

また、更に、平滑コンデンサ57の温度が上昇して、推定された平滑コンデンサ57の温度が90℃以上となり、S106にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが低速であると判定した場合は、スイッチングスピードが低速になるようなゲート抵抗の組合せを特定する(S116)。ここでは、IGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値が大きくなるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する制御信号を特定する。具体的には、図2に示したスイッチングスピード調整回路30において、スイッチング信号の立ち上がりスピードを低速にするため、スピード調整回路32のトランジスタ325と、スピード調整回路33のトランジスタ335とがそれぞれオフするようにCnt2端子およびCnt3端子の論理レベルを特定するとともに、スイッチング信号の立ち下がりスピードを低速にするため、スピード調整回路34のトランジスタ345と、スピード調整回路35のトランジスタ355とがそれぞれオフするようにCnt4端子およびCnt5端子の論理レベルを特定する。   Further, the temperature of the smoothing capacitor 57 rises, and the estimated temperature of the smoothing capacitor 57 becomes 90 ° C. or higher. In S106, it is determined that the degree of switching speed is low based on the switch speed specifying information. In such a case, a combination of gate resistances that makes the switching speed low is specified (S116). Here, the control signal instructing the switching speed adjustment circuit 30 is specified so that the resistance values of the gate resistors of the IGBTs 51 to 56 are increased. Specifically, in the switching speed adjustment circuit 30 shown in FIG. 2, the transistor 325 of the speed adjustment circuit 32 and the transistor 335 of the speed adjustment circuit 33 are turned off in order to reduce the rising speed of the switching signal. In order to specify the logic levels of the Cnt2 terminal and the Cnt3 terminal and to lower the falling speed of the switching signal, the transistor 345 of the speed adjustment circuit 34 and the transistor 355 of the speed adjustment circuit 35 are turned off, respectively. The logic levels of the terminal and the Cnt5 terminal are specified.

この場合、スイッチング信号の立ち上がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値は、抵抗301と等しくなり、また、スイッチング信号の立ち下がり時のIGBT51〜56のゲート抵抗の抵抗値も、抵抗301と等しくなる。   In this case, the resistance value of the gate resistance of the IGBTs 51 to 56 when the switching signal rises is equal to the resistance 301, and the resistance value of the gate resistance of the IGBTs 51 to 56 when the switching signal falls is also equal to the resistance 301. Become.

次に、スイッチングスピードが低速となるようにスイッチングスピード調整回路30へ指示する(S118)。具体的には、S116にて特定した論理レベルとなるようにCnt2端子〜Cnt4端子へ制御信号を出力する。これにより、IGBT51〜56の各ゲートに入力するスイッチング信号の立ち上がり速度および立ち下がり速度はそれぞれ低速となる。なお、このように、スイッチング信号のスイッチングスピードを低速にすることで、平滑コンデンサ57の発熱が抑制される。   Next, the switching speed adjustment circuit 30 is instructed to reduce the switching speed (S118). Specifically, a control signal is output to the Cnt2 terminal to Cnt4 terminal so that the logic level specified in S116 is obtained. As a result, the rising speed and falling speed of the switching signal input to each gate of the IGBTs 51 to 56 are low. Note that heat generation of the smoothing capacitor 57 is suppressed by reducing the switching speed of the switching signal in this way.

そして、平滑コンデンサ57の温度が下がり、推定された平滑コンデンサ57の温度が90℃未満となり、S106にて、スイッチスピード特定情報に基づいてスイッチングスピードの度合いが中速であると判定した場合は、スイッチングスピードが中速になるようなゲート抵抗の組合せを特定し(S112)、スイッチングスピードが中速になるようにスイッチングスピード調整回路へ指示する(S114)。   If the temperature of the smoothing capacitor 57 decreases, the estimated temperature of the smoothing capacitor 57 becomes less than 90 ° C., and it is determined in S106 that the degree of switching speed is medium based on the switch speed specifying information, A combination of gate resistors that makes the switching speed medium speed is specified (S112), and the switching speed adjustment circuit is instructed to make the switching speed medium speed (S114).

上記した処理を繰り返すことにより、平滑コンデンサ57の温度が高くなるとスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示されるので、平滑コンデンサ57の温度上昇が抑制され、平滑コンデンサ57の温度が低くなると、スイッチング信号のスイッチング速度が速くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示するので、インバータのスイッチング損失を小さくすることができ、すなわち、効率良く負荷を駆動することが可能となる。   By repeating the above processing, when the temperature of the smoothing capacitor 57 increases, the switching speed adjustment circuit 30 is instructed to slow down the switching speed of the switching signal. Since the switching speed adjustment circuit 30 is instructed to increase the switching speed of the switching signal when the temperature of the inverter decreases, the switching loss of the inverter can be reduced, that is, the load can be driven efficiently. .

したがって、平滑コンデンサの温度上昇を抑えるためにコンデンサを大型にしたり、冷却能力を高めたりする必要がなくなる。   Therefore, it is not necessary to increase the size of the capacitor or increase the cooling capacity in order to suppress the temperature rise of the smoothing capacitor.

また、PWM制御モード、矩形波モードといった動作モードと関係なく、平滑コンデンサ57の温度上昇を抑制することができる。   Further, the temperature rise of the smoothing capacitor 57 can be suppressed regardless of the operation modes such as the PWM control mode and the rectangular wave mode.

図6に、スイッチング信号のスイッチングスピードを変化させた場合の平滑コンデンサ57の温度特性を示す。スイッチング信号のスイッチングスピードを遅くするほどリカバリ電流は小さくなる。この図6には、リカバリ電流のピーク値が、450アンペア、550アンペア、700アンペアの場合の平滑コンデンサ57の温度特性が示されている。図に示すように、リカバリ電流のピーク値が小さくなるほど平滑コンデンサの温度上昇が抑制されていることが分かる。   FIG. 6 shows the temperature characteristics of the smoothing capacitor 57 when the switching speed of the switching signal is changed. The recovery current decreases as the switching speed of the switching signal is decreased. FIG. 6 shows the temperature characteristics of the smoothing capacitor 57 when the peak value of the recovery current is 450 amperes, 550 amperes, and 700 amperes. As shown in the figure, it can be seen that the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed as the peak value of the recovery current becomes smaller.

次に、スナバコンデンサ59の有無による平滑コンデンサの温度特性の相違について説明する。図7に、スナバコンデンサ59の有無と平滑コンデンサの温度特性を示す。   Next, the difference in temperature characteristics of the smoothing capacitor depending on the presence or absence of the snubber capacitor 59 will be described. FIG. 7 shows the presence / absence of the snubber capacitor 59 and the temperature characteristics of the smoothing capacitor.

図に示すように、スナバコンデンサ59が有る場合の方が、スナバコンデンサ59が無い場合よりも平滑コンデンサ57の温度上昇が抑制されている。これは、スナバコンデンサ59により平滑コンデンサ57に流れるリカバリ電流が低減されるためである。   As shown in the figure, when the snubber capacitor 59 is present, the temperature rise of the smoothing capacitor 57 is suppressed more than when the snubber capacitor 59 is not present. This is because the recovery current flowing through the smoothing capacitor 57 is reduced by the snubber capacitor 59.

図8に、インダクタンス58a、58bが設けていない場合と、インダクタンス58a、58bが設けられている場合の平滑コンデンサに流れるリカバリ電流のシミュレーション波形を示す。(a)は、インダクタンス58a、58bが設けていない場合、(b)は、インダクタンス58a、58bが設けられている場合が示されている。   FIG. 8 shows simulation waveforms of the recovery current flowing through the smoothing capacitor when the inductances 58a and 58b are not provided and when the inductances 58a and 58b are provided. (A) shows the case where the inductances 58a and 58b are not provided, and (b) shows the case where the inductances 58a and 58b are provided.

図8(a)、(b)に示すように、コンデンサに流れるリカバリ電流の波形は、インダクタンス58a、58bが設けられていない場合よりも、インダクタンス58a、58bが設けられている場合の方が周波数成分が低くなり、波形も鈍っている。これは、インダクタンス58a、58bにより、高周波のリカバリ電流が平滑コンデンサ57に流れ込みにくくなるためである。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the waveform of the recovery current flowing through the capacitor is higher when the inductances 58a and 58b are provided than when the inductances 58a and 58b are not provided. The component is low and the waveform is dull. This is because the high-frequency recovery current is less likely to flow into the smoothing capacitor 57 due to the inductances 58a and 58b.

このように、スナバコンデンサ59およびインダクタンス58a、58bを備えることで、更に、平滑コンデンサ57の発熱を抑止することが可能である。   Thus, by providing the snubber capacitor 59 and the inductances 58a and 58b, it is possible to further suppress the heat generation of the smoothing capacitor 57.

上記した構成によれば、温度センサ57aより出力される信号に基づいて推定される平滑コンデンサ57の温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示される。すなわち、PWMモード、矩形波モード等の動作モードと関係なく、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制される。したがって、矩形波モードでモータを駆動して、更に、平滑コンデンサの温度が上昇してしまうような状況でも、平滑コンデンサの温度を抑制することができ、平滑コンデンサの小型化を図ることができる。また、PWMモードでも、平滑コンデンサの温度が高くなるほどスイッチング信号のスイッチング速度が遅くなり、平滑コンデンサの温度上昇が抑制されるので、モータ駆動効率の向上を図ることができる。   According to the configuration described above, the switching speed adjustment circuit 30 is instructed so that the switching speed of the switching signal becomes slower as the temperature of the smoothing capacitor 57 estimated based on the signal output from the temperature sensor 57a becomes higher. That is, regardless of the operation mode such as the PWM mode and the rectangular wave mode, the higher the smoothing capacitor temperature, the slower the switching speed of the switching signal, and the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed. Therefore, even when the motor is driven in the rectangular wave mode and the temperature of the smoothing capacitor further increases, the temperature of the smoothing capacitor can be suppressed, and the smoothing capacitor can be downsized. Even in the PWM mode, the higher the smoothing capacitor temperature, the slower the switching speed of the switching signal and the temperature rise of the smoothing capacitor is suppressed, so that the motor drive efficiency can be improved.

また、IGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード51a〜56aが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を低減する手段により、平滑コンデンサに流入されにくくなるので、更に、平滑コンデンサの温度上昇を抑制することができる。   Further, the means for reducing the high-frequency component current caused by the recovery current flowing through the diodes 51a to 56a when the IGBTs 51 to 56 are turned on is less likely to flow into the smoothing capacitor, thereby further suppressing the temperature rise of the smoothing capacitor. Can do.

ここで、高周波成分の電流を低減する手段として、スナバコンデンサ59を備え、このスナバコンデンサ59により、IGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード51a〜56aが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を低減することが可能である。   Here, a snubber capacitor 59 is provided as means for reducing the high-frequency component current, and this snubber capacitor 59 reduces the high-frequency component current caused by the recovery current that the diodes 51a to 56a flow when the IGBTs 51 to 56 are turned on. It is possible.

また、一端が直流電源の電源ラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の一端に接続された第1のインダクタ58aと、一端が直流電源のグランドラインに接続され、他端がスナバコンデンサ59の他端に接続された第2のインダクタ58bを備えることにより、IGBT51〜56のONスイッチング時にダイオード51a〜56aが流すリカバリ電流に起因する高周波成分の電流を平滑コンデンサに流入するのを低減できる。   One end is connected to the power line of the DC power supply, the other end is connected to one end of the snubber capacitor 59, one end is connected to the ground line of the DC power supply, and the other end is connected to the snubber capacitor 59. By providing the second inductor 58b connected to the other end, it is possible to reduce the flow of the high-frequency component current caused by the recovery current flowing through the diodes 51a to 56a into the smoothing capacitor when the IGBTs 51 to 56 are turned on.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, Based on the meaning of this invention, it can implement with a various form.

例えば、上記実施形態では、直流電源2の端子間電圧が高い場合に正弦波PWM制御モードとなり、直流電源2の端子間電圧が低い場合に矩形波制御モードとなる例を示したが、このような動作モードの切替は一例であり、例えば、推定される平滑コンデンサ27の温度が低い場合にはPWM制御モードとし、推定される平滑コンデンサ27の温度が上昇するにつれてスイッチング信号のデューティが大きくなり、推定される平滑コンデンサ27の温度が閾値を超えると矩形波制御モードとなるように動作モードを切り替えるように構成してもよい。また、直流電源2の端子間電圧以外の各種条件に応じて動作モードを切り替えるように構成してもよい。   For example, in the above embodiment, the sine wave PWM control mode is set when the voltage between the terminals of the DC power supply 2 is high, and the rectangular wave control mode is set when the voltage between the terminals of the DC power supply 2 is low. The switching of the operation mode is an example. For example, when the estimated temperature of the smoothing capacitor 27 is low, the PWM control mode is selected. As the estimated temperature of the smoothing capacitor 27 increases, the duty of the switching signal increases. When the estimated temperature of the smoothing capacitor 27 exceeds a threshold value, the operation mode may be switched so that the rectangular wave control mode is set. Moreover, you may comprise so that an operation mode may be switched according to various conditions other than the voltage between terminals of DC power supply 2. FIG.

また、上記実施形態では、3相高電圧交流モータ3を負荷として駆動する構成を示したが、このような負荷に限定されるものではない。   Moreover, in the said embodiment, although the structure which drives the three-phase high voltage alternating current motor 3 as a load was shown, it is not limited to such a load.

また、上記実施形態では、温度検出手段として、平滑コンデンサの温度を直接検出する温度センサ57aを用いたが、例えば、IGBT51〜56の各々に内蔵された温度センサ、モータ3の温度を検出する温度センサから平滑コンデンサの温度を推定してもよい。また、モータ3に流れる電流を検出する電流センサの出力から平滑コンデンサの温度を推定するようにしてもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the temperature sensor 57a which detects the temperature of a smoothing capacitor directly was used as a temperature detection means, for example, the temperature sensor incorporated in each of IGBT51-56, the temperature which detects the temperature of the motor 3 The temperature of the smoothing capacitor may be estimated from the sensor. Further, the temperature of the smoothing capacitor may be estimated from the output of a current sensor that detects the current flowing through the motor 3.

また、上記実施形態では、IGBT51〜56の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようにスイッチング速度調整回路30を構成し、スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示する(S106〜S118)ように構成したが、例えば、IGBT51〜56の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を直線的に変化させてスイッチング信号のスイッチング速度を直線的に調整するようにスイッチング速度調整回路30を構成し、スイッチング信号のスイッチング速度が直線的に遅くなるようにスイッチング速度調整回路30に指示する(S106〜S118)ように構成してもよい。   In the above embodiment, the switching speed adjustment circuit 30 is configured to adjust the switching speed of the switching signal in stages by changing the resistance values of the gate resistors connected to the gates of the IGBTs 51 to 56 in stages. The switching speed adjustment circuit 30 is instructed so that the switching speed of the switching signal is gradually decreased (S106 to S118). For example, the resistance value of the gate resistor connected to each gate of the IGBTs 51 to 56 The switching speed adjustment circuit 30 is configured to linearly adjust the switching speed of the switching signal by linearly changing the switching signal, and the switching speed adjustment circuit 30 is instructed to linearly slow the switching speed of the switching signal. (S106 to S118) may be configured.

1 負荷制御装置
2 直流電源
3 モータ
10 通信調停用マイコン
15 パワー半導体駆動用マイコン
30 スイッチングスピード調整回路
51〜56 IGBT
57 平滑コンデンサ
58a、58b インダクタンス
59 スナバコンデンサ
60 MG−ECU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load control apparatus 2 DC power supply 3 Motor 10 Communication arbitration microcomputer 15 Power semiconductor drive microcomputer 30 Switching speed adjustment circuit 51-56 IGBT
57 Smoothing capacitor 58a, 58b Inductance 59 Snubber capacitor 60 MG-ECU

Claims (7)

直流電源間に配置され、複数のスイッチング素子(51〜56)をブリッジ接続してなるインバータと、
前記直流電源間に配置された平滑コンデンサ(57)と、
前記平滑コンデンサ(57)の温度に応じた信号を出力する温度検出手段(57a)と、
前記複数のスイッチング素子(51〜56)を制御するスイッチング信号のスイッチング速度を調整するスイッチング速度調整回路(30)と、
前記温度検出手段(57a)より出力される信号に基づいて推定される前記平滑コンデンサ(57)の温度が高くなるほど前記スイッチング信号のスイッチング速度が遅くなるように前記スイッチング速度調整回路(30)に指示する速度調整指示手段(S106〜S118)と、を備えたことを特徴とする負荷制御装置。
An inverter that is arranged between the DC power sources and that bridge-connects a plurality of switching elements (51 to 56);
A smoothing capacitor (57) disposed between the DC power sources;
Temperature detecting means (57a) for outputting a signal corresponding to the temperature of the smoothing capacitor (57);
A switching speed adjustment circuit (30) for adjusting a switching speed of a switching signal for controlling the plurality of switching elements (51 to 56);
Instructs the switching speed adjustment circuit (30) so that the switching speed of the switching signal becomes slower as the temperature of the smoothing capacitor (57) estimated based on the signal output from the temperature detecting means (57a) becomes higher. And a speed adjustment instruction means (S106 to S118) for performing the load control.
前記スイッチング速度調整回路(30)は、前記複数のスイッチング素子(51〜56)の各ゲートに接続されたゲート抵抗の抵抗値を段階的に変化させて前記スイッチング信号のスイッチング速度を段階的に調整するようになっており、
前記速度調整指示手段(S106〜S118)は、前記スイッチング信号のスイッチング速度が段階的に遅くなるように前記スイッチング速度調整回路に指示することを特徴とする請求項1に記載の負荷制御装置。
The switching speed adjusting circuit (30) adjusts the switching speed of the switching signal stepwise by changing stepwise the resistance value of the gate resistance connected to each gate of the plurality of switching elements (51 to 56). Is supposed to
The load control apparatus according to claim 1, wherein the speed adjustment instruction means (S106 to S118) instructs the switching speed adjustment circuit so that a switching speed of the switching signal is decreased in a stepwise manner.
前記温度検出手段(57a)は、前記平滑コンデンサに内蔵された温度検出素子により構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の負荷制御装置。   The load control device according to claim 1 or 2, wherein the temperature detection means (57a) comprises a temperature detection element built in the smoothing capacitor. 前記温度検出手段(57a)は、前記複数のスイッチング素子の各々に内蔵された温度検出素子、前記インバータに接続された負荷の温度を検出する温度検出素子、前記インバータに接続された負荷に流れる電流を検出する電流センサのいずれか1つにより構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の負荷制御装置。   The temperature detection means (57a) includes a temperature detection element incorporated in each of the plurality of switching elements, a temperature detection element for detecting a temperature of a load connected to the inverter, and a current flowing through the load connected to the inverter The load control device according to claim 1, wherein the load control device is configured by any one of current sensors for detecting the current. 前記複数のスイッチング素子(51〜56)の各々には、当該スイッチング素子と並列にダイオード(51a〜56a)が接続されており、
前記直流電源間に、前記スイッチング素子(51〜56)のONスイッチング時に前記ダイオード(51a〜56a)が流すリカバリ電流とその周波数を低減する手段を有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の負荷制御装置。
A diode (51a-56a) is connected to each of the plurality of switching elements (51-56) in parallel with the switching element,
A means for reducing a recovery current flowing through the diodes (51a to 56a) when the switching elements (51 to 56) are ON-switched and a frequency between the DC power sources is provided. 4. The load control device according to any one of 4.
前記インバータは、上アーム側のスイッチング素子と下アーム側のスイッチング素子を直列接続して成る直列回路(51と52、53と54、55と56)を3つ並列接続して構成されており、
前記リカバリ電流とその周波数低減手段は、前記3つの直列回路(51と52、53と54、55と56)と並列に接続されたスナバコンデンサ(59)を有していることを特徴とする請求項5に記載の負荷制御装置。
The inverter is configured by connecting in parallel three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56) formed by connecting upper arm side switching elements and lower arm side switching elements in series.
The recovery current and its frequency reduction means comprise a snubber capacitor (59) connected in parallel with the three series circuits (51 and 52, 53 and 54, 55 and 56). Item 6. The load control device according to Item 5.
前記リカバリ電流とその周波数低減手段は、一端が前記直流電源の電源ラインに接続され、他端が前記スナバコンデンサ(59)の一端に接続された第1のインダクタ(58a)と、
一端が前記直流電源のグランドラインに接続され、他端が前記スナバコンデンサ(59)の他端に接続された第2のインダクタ(58b)を有していることを特徴とする請求項6に記載の負荷制御装置。
A first inductor (58a) having one end connected to a power supply line of the DC power supply and the other end connected to one end of the snubber capacitor (59);
The second inductor (58b) having one end connected to the ground line of the DC power supply and the other end connected to the other end of the snubber capacitor (59). Load control device.
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