JP2017135818A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置の長寿命化を可能とする電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】複数のパワー半導体モジュールと、パワー半導体モジュール制御部を有する電力変換装置であって、前記パワー半導体モジュール制御部では、前記電力変換装置の出力電力値と、前記パワー半導体モジュールの熱抵抗値に基づいて、前記パワー半導体モジュールの稼働と停止を制御し、前記熱抵抗値が所定値より大きいパワー半導体モジュールを稼働状態とし、前記熱抵抗値が所定値より小さいパワー半導体モジュールは停止状態とすることを特徴とする電力変換装置【選択図】 図４

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

電力変換装置であるインバータ、コンバータ、及びチョッパは、ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ−ｓｕｐｐｌｙ Ｓｙｓｔｅｍ、無停電電源装置）、ＰＣＳ（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＡＣドライブ等の産業用電力変換装置や、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ ： Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、電気自動車（ＥＶ ： Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）等の車載用電力変換装置、更に家電用電力変換装置等で多く採用されている。これら電力変換装置には、小型化に加え、電力変換器効率に起因するランニングコストや、部品交換等のメンテナンスコストを低く抑えた長寿命な製品が望まれている。

電力変換装置は、半導体モジュール、冷却器に加え、各部品を電気的に接続するバスバー、直流電力を平滑化させるためのコンデンサ等の部品から形成される電力変換ユニットを有している。電力変換ユニットの多並列化により構成される電力変換機では、出力をＮ倍化するために、前記電力変換ユニットをＮ並列化することで対応できる。

一方、電力変換ユニットの稼働と停止を繰り返すと、パワー半導体モジュールにかかる電力負荷が変動（パワーサイクル）し、高温状態、低温状態に変化する。このとき、パワー半導体モジュールは熱膨張係数の異なる材料（銅配線、半田、シリコンチップ、樹脂等の絶縁部材、アルミ等金属ケース）で構成されているため、熱膨張、熱収縮の繰り返しによる熱応力の発生で、半田のクラックや、絶縁部材の剥離等が生じ、パワー半導体モジュールの絶縁特性や放熱特性（熱抵抗特性）が劣化する。この様に、電力変換ユニットの稼働と停止を繰り返すと、パワーサイクルによる熱疲労が進行し、パワー半導体モジュールの故障の原因となる。そこで電力変換ユニット、及びパワー半導体モジュールの長寿命化には、熱疲労を進行させない運転制御が課題となる。

例えば、特許文献１には、冷却フィンの温度上昇からチップとパワー半導体モジュールの外側ケース間の熱抵抗を推定する手法が提案されている。

特開２０１２−１９１８４９号公報

しかしながら、特許文献１ではパワーサイクルに対するパワー半導体モジュールの劣化情報を検知できるが、長寿命化のための具体的な制御方法が課題となる。

そこで本発明は、電力変換装置の長寿命化を可能とする電力変換装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば、パワー半導体モジュールを具備した電力変換ユニットを複数有する電力変換装置であり、負荷電力に応じて電力変換器内の運転電力変換ユニット数を最適化し、変換器効率を改善する電力変換装置において、本発明に係る電力変換装置は、複数の前記電力変換ユニットは、パワー半導体モジュール、冷却器を備え、前記電力変換ユニットは、出力電力負荷情報と、当該パワー半導体モジュールの熱抵抗値に基づいて、各電力変換ユニットの稼働と停止を制御し、前記熱抵抗値が所定値よりも大きい電力変換ユニットを稼働状態とし、前記熱抵抗値が所定値よりも小さい電力変換ユニットは停止状態とする。

本発明によれば、電力変換装置の効率を最適化しつつ、電力変換装置の長寿命化を可能とすることができる。

三相インバータ部の構成を示す。 パワー半導体モジュールのパワーサイクル寿命特性例を示す図である。 本実施例における、インバータ１０３の構成図を示す。 本実施例における、パワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の稼働、停止切り替えフローを示している。 本発明の第２の実施の形態における、パワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の稼働、停止切り替えフローを示している。 本発明の第２の実施の形態における、インバータの単相電力変換器の構成図を示す。 本発明の第３の実施の形態における、インバータの構成図を示す。 本発明の第４の実施の形態における、単相電力変換部３０１の構造図である。 本発明の第４の実施の形態における、並列運転切り替えフローを示している。

以下、図を参照して本発明を実施するための形態について説明する。以下では、三相インバータ電力変換装置を例とするが、単相インバータ部、コンバータ部、ＤＣＤＣ変換部にも適用することが可能である。

図１は、三相インバータ部の構成を示す。

インバータ１０３は、ＰＮ間の直流電力を３相交流電力に変換させるものである。各相変換器３０１、３０２、３０３は、パワー半導体２１、２２、２３、２４からなるパワー半導体モジュール２０を備える。ＰＮ端子から供給される直流電圧を、各相に備えられた上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４とにおいて、インバータ制御部３０４でスイッチングタイミングを制御することにより交流電力に変換させ、各相変換器３０１、３０２、３０３の交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗに出力する。

本実施例においては、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、整流素子としてダイオード、を用いているが、これらに限らず、他の種類の素子を適用することも可能である。

また、本実施例のインバータ１０３は、上アームのスイッチング素子２１及び整流素子２３と、下アームのスイッチング素子２２及び整流素子２４と、が直列に接続された２レベルハーフブリッジ部２０を基本構成としているが、３レベルを基本構成としたインバータ、コンバータ、昇圧部を適用することも可能である。

図２は、パワー半導体モジュールのパワーサイクル寿命特性例を示す図である。縦軸はパワーサイクル寿命回数、横軸はパワー半導体モジュール温度変化であり、各パラメータの関係性を示したものである。

パワー半導体モジュールは熱膨張係数の異なる材料である銅配線、半田、シリコンチップ、樹脂等の絶縁部材、アルミ等の金属ケース等で構成されているため、熱膨張、熱収縮の繰り返しによる熱応力の発生で、半田のクラックや、絶縁部材の剥離等が生じる。このことにより、パワー半導体モジュールの絶縁特性や放熱特性（熱抵抗特性）が劣化する。図２に示すように、パワー半導体モジュールの温度変化ΔＴが大きいと、内部熱応力は大きくなり、パワー半導体モジュールの特性が劣化するまでのパワーサイクル寿命回数は少なくなる。

図３は、各相が２並列接続されたパワーモジュールを有している場合のインバータの全体構成図を示す。

三相インバータを構成するＵ相３０１、Ｖ相３０２、Ｗ相３０３は、それぞれ２つのパワー半導体モジュール２０で構成される。各相には、ＤＣ電源からＰＮ端子を介して直流電圧が入力され、パワー半導体モジュールＰＭ１およびパワー半導体モジュールＰＭ２は、パワー半導体モジュール内部のパワー半導体デバイス２１、２２、２３、２４のチップジャンクション温度をモニタする不図示の温度センサ３１を具備しており、温度情報を制御部３０４へ入力される。

また各相変換器３０１、３０２、３０３は、負荷電流をモニタする付図示の電流センサ３２を具備しており、負荷電流情報を制御部３０４へ入力される。

図４は、本実施例における、パワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の稼働、停止切り替えフローを示している。

２並列接続されたパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２がいずれも稼働している状態において（ステップ４０１）、出力負荷電流が負荷電流基準値以下となったとき（ステップ４０２のｙｅｓ）、片方のパワーモジュールを停止状態とする判定を行う（ステップ４０３）。すなわち上下アーム両方のパワー半導体ＩＧＢＴをオフ状態とし、他方のパワー半導体モジュールをＰＷＭ制御による稼働状態とする、片側運転モードへの切り替え判定を行う。一方、出力電流が規定値以下でないとき（ステップ４０２のｎｏ）は２並列運転（ステップ４０１）を継続する。

次に、制御部３０４では、パワー半導体モジュール２０に取り付けられた温度センサ３１と、電流センサ３２からの温度、負荷電流情報を基に、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の熱抵抗を算出する。このとき、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の熱抵抗のうち、少なくともいずれか一方の熱抵抗が規定値以下であったとき（ステップ４０４のｙｅｓ）、片側運転モードへと移行する。一方、熱抵抗が所定値よりも大きい場合には、２並列運転（ステップ４０１）を行う。

次に、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の算出熱抵抗を比較し、熱抵抗が小さいパワー半導体モジュールを停止状態とする（ステップ４０５）。例えば、パワー半導体モジュールＰＭ１の熱抵抗がパワー半導体モジュールＰＭ２の熱抵抗よりも大きいときは、パワー半導体モジュールＰＭ１を継続稼働状態とし、パワー半導体モジュールＰＭ２を停止状態とする（ステップ４０６）。一方、パワー半導体モジュールＰＭ２の熱抵抗が大きい場合は、パワー半導体モジュールＰＭ１を停止状態にする（ステップ４０７）。

片側運転モードにおいて、負荷電流が規定値以上となるとき（ステップ４０８のｙｅｓ）、停止していたパワー半導体モジュールを稼働状態とし、並列運転モードに復帰する。

一方、負荷電流が規定値以下となり（ステップ４０８のｎｏ）、かつ片側運転中に稼働しているパワー半導体モジュールの熱抵抗が規定値以下（ステップ４１０のｙｅｓ）を満足している間、片側運転を継続する。このとき、片側運転中に稼働しているパワー半導体モジュールの熱抵抗が規定値以上（ステップ４１０のｎｏ）となったときは、片側運転中に停止状態のパワー半導体モジュールを稼働させ、２並列運転に復帰する。

本実施の形態によれば、電力変換器の稼働電力変換ユニット数を、電力負荷情報に基づいて最適化することで、負荷ごとに電力変換装置の効率を最適化できる。稼働状態から停止状態に移り、再び稼働状態へ移行すると、パワー半導体モジュールは高温から低温、再び高温と温度変化が起こり、パワーサイクル累積回数が増え、パワー半導体モジュール内部の熱疲労により、熱抵抗特性や、絶縁特性が劣化する。この課題に対し、本実施の形態では、熱抵抗をモニタし、熱抵抗が大きい、すなわち、熱疲労が進行しているパワー半導体モジュールの温度変化（稼働から停止制御）を回避することで、長寿命化が可能となる。また、パワーモジュールの初期熱抵抗特性ばらつきが小さい条件下では、熱抵抗値の判定が可能であるため、本実施例では熱抵抗値に基づいて判定を行っている。

図５は、本発明の第２の実施の形態における、パワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の稼働、停止切り替えフローを示している。

２並列接続されたパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２がいずれも稼働している状態において（ステップ５０１）、出力負荷電流が負荷電流基準値以下となったとき（ステップ５０２のｙｅｓ）、片方のパワーモジュールを停止状態とする判定を行う（ステップ５０３）。すなわち上下アーム両方のパワー半導体ＩＧＢＴをオフ状態とし、他方のパワー半導体モジュールをＰＷＭ制御による稼働状態とする、片側運転モードへの切り替え判定を行う。一方、出力電流が規定値以下でないとき（ステップ５０２のｎｏ）は２並列運転（ステップ５０１）を継続する。

次に、制御部３０４では、パワー半導体モジュール２０に取り付けられた温度センサ３１と、電流センサ３２からの温度、負荷電流情報を基に、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の熱抵抗を算出する。さらに、算出した現状熱抵抗値と初期熱抵抗値を比較し、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の熱抵増分値を算出する。このとき、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の熱抵抗増分値のうち、少なくともいずれか一方の熱抵抗増分値が規定値以下であったとき（ステップ５０４のｙｅｓ）、片側運転モードへと移行する。一方、熱抵抗増分値が所定値よりも大きい場合には、２並列運転（ステップ５０１）を行う。

次に、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の算出熱抵抗増分値を比較し、熱抵抗増分値が小さいパワー半導体モジュールを停止状態とする（ステップ５０５）。例えば、パワー半導体モジュールＰＭ１の熱抵抗増分値がパワー半導体モジュールＰＭ２の熱抵抗増分値よりも大きいときは、パワー半導体モジュールＰＭ１を継続稼働状態とし、パワー半導体モジュールＰＭ２を停止状態とする（ステップ５０６）。一方、パワー半導体モジュールＰＭ２の熱抵抗増分値が大きい場合は、パワー半導体モジュールＰＭ１を停止状態にする（ステップ５０７）。

片側運転モードにおいて、負荷電流が規定値以上となるとき（ステップ５０８のｙｅｓ）、停止していたパワー半導体モジュールを稼働状態とし、並列運転モードに復帰する。

一方、負荷電流が規定値以下となり（ステップ５０８のｎｏ）、かつ片側運転中に稼働しているパワー半導体モジュールの熱抵抗増分値が規定値以下（ステップ５１０のｙｅｓ）を満足している間、片側運転を継続する。このとき、片側運転中に稼働しているパワー半導体モジュールの熱抵抗増分値が規定値以上（ステップ５１０のｎｏ）となったときは、片側運転中に停止状態のパワー半導体モジュールを稼働させ、２並列運転に復帰する。

電力変換器の稼働電力変換ユニット数を、電力負荷情報に基づいて最適化することで、負荷ごとに電力変換装置の効率を最適化できる。稼働状態から停止状態に移り、再び稼働状態へ移行すると、パワー半導体モジュールは高温から低温、再び高温と温度変化が起こり、パワーサイクル累積回数が増え、パワー半導体モジュール内部の熱疲労により、熱抵抗特性や、絶縁特性が劣化する。この課題に対し、本実施の形態では、熱抵抗増分値をモニタし、熱抵抗増分値が大きい、すなわち、熱疲労が進行しているパワー半導体モジュールの温度変化（稼働から停止制御）を回避することで、長寿命化が可能となる。また、熱抵抗増分値を判定基準とすることで、初期熱抵抗特性ばらつきを考慮した、より好適な判定が可能となる。

図６は、インバータ１０３の単相電力変換器３０１の構成図を示す。

制御部３０４は、負荷電流電圧損失データテーブル３０５と、熱抵抗記憶メモリ３０６と、熱抵抗算出部３０７と、並列運転判定部３０８と、制御信号生成部３０９とを含む。

不図示の負荷電流センサ３２からの出力負荷電流情報および出力電圧情報は、負荷電流電圧損失データテーブル３０５へと入力される。

負荷電流電圧損失データテーブル３０５は、出力負荷電流情報および出力電圧情報からパワー半導体モジュール２０の損失量である損失情報を算出し、損失算出結果を熱抵抗算出部３０７へと入力する。

熱抵抗算出部３０７には、損出算出結果と、パワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のパワー半導体温度情報と、電力変換ユニット３０１に含まれるパワー半導体モジュール用冷却フィンの温度情報とが、入力される。熱抵抗算出部３０７では、損失算出結果と、パワー半導体温度情報、電力変換ユニット冷却フィン温度情報とから、パワー半導体モジュール２０の内部熱抵抗を算出する。そして、算出されたパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のそれぞれの熱抵抗情報は、並列運転判定部３０８へと入力される。

並列運転判定部３０８には、不図示の負荷電流センサ３２からの出力負荷電流情報と、熱抵抗算出部３０７からのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のそれぞれの熱抵抗情報と、熱抵抗記憶メモリ３０６からのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のそれぞれの初期熱抵抗情報が入力される。

並列運転判定部３０８では、図４、図５に示す並列運転、片側運転切り替えフローに従い、並列運転と片側運転の判定、および、片側運転の際の停止パワー半導体モジュールを判定する。

２並列接続されたパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２がいずれも稼働している状態において、負荷電流が規定値以下となったとき、片方のパワーモジュールを停止状態、すなわち上下アーム両方のパワー半導体ＩＧＢＴをオフ状態とし、他方のパワー半導体モジュールをＰＷＭ制御による稼働状態とする、片側運転モードへの切り替え判定を行う。

このとき、並列運転判定部３０８に入力されるパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のそれぞれの熱抵抗情報と、熱抵抗記憶メモリ３０６からのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のそれぞれの初期熱抵抗情報から、パワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２のそれぞれの熱抵抗増分値を算出し、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の熱抵抗増分値のうち、少なくともいずれか一方の熱抵抗増分値が規定値以下であったとき、片側運転モードへと移行する。

更に、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２の算出熱抵抗増分値を比較し、熱抵抗増分値が小さいパワー半導体モジュールを停止状態とする。例えば、パワー半導体モジュールＰＭ１の熱抵抗増分値がパワー半導体モジュールＰＭ２の熱抵抗増分値よりも大きいときは、パワー半導体モジュールＰＭ１を継続稼働状態とし、パワー半導体モジュールＰＭ２を停止状態とする。このように熱抵抗増分値が大きいパワー半導体モジュールを継続稼働状態とすることで、パワー半導体モジュールの破壊の原因となる
本実施の形態によれば、稼働と停止を行うパワー半導体モジュールを、初期熱抵抗と現状熱抵抗とから算出した熱抵抗増分情報を基に選定することで、一部の電力変換ユニットの早期故障を回避し、電力変換装置の長寿命化が可能となる。更に熱抵抗増分値を判定基準とすることで、初期熱抵抗値のばらつきに依存せず、劣化デバイスの判定を行うことが可能となる。

図７は、本発明の第３の実施の形態における、インバータの構成図を示す。

ここでは図３と共通構成については省略する。単相電力変換部３０１を構成する２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のＡＣ出力は、それぞれ個別のリアクトル４０８へと入力される。

また各相変換器３０１、３０２、３０３は、負荷電流をモニタする電流センサ３２を具備しており、負荷電流情報を制御部３０４へ入力される。そして制御部３０４では、負荷電流情報に応じて、並列運転モードと片側運転モードの切り替えを行う。

本実施の形態によれば、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２のＡＣ出力が個別のリアクトル４０８へ接続されることで、２つのパワー半導体モジュール間の電流アンバランスを回避できる。仮に２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、パワー半導体モジュールＰＭ２を共通のリアクトル４０８へ接続した場合、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の各ＡＣ端子からリアクトル４０８までのインピーダンスのばらつき、または、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の特性ばらつきにより、パワー半導体モジュール間に出力電流アンバランスが課題となる。一方、リアクトル４０８をそれぞれ個別に具備することで、出力負荷端子から、各パワー半導体モジュールのＡＣ端子までのインピーダンスは各リアクトル４０８のインピーダンスが支配的となるため、２つのパワー半導体モジュールＰＭ１、ＰＭ２の特性ばらつきによる電流アンバランスを低減できる。

例えば、エレベータ、ＰＣＳ、汎用インバータ等の電力変換装置のように負荷電力の変動が生じる電力変換装置においては、電力変換器の稼働電力変換ユニット数を、電力負荷情報に基づいて最適化することで、負荷ごとに電力変換装置の効率を最適化できる。また、稼働と停止を行う電力変換ユニットを、熱抵抗情報を基に選定することで、一部の電力変換ユニットの早期故障を回避し、電力変換装置の長寿命化が可能となる。

更に、負荷電流情報に応じて、並列運転モードと片側運転モードの切り替え、各パワー半導体モジュールに接続された各リアクトルのうち軽負荷時に通電するリアクトル数を片方とすることで、リアクトルの固定損失（鉄損）を低減でき、軽負荷時の電力変換効率を改善することが可能となる。

図８は、本発明の第４の実施の形態における、単相電力変換部３０１の構造図である。

単相電力変換部３０１は３つの電力変換ユニット３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、各電力変換ユニットのＤＣ端子（Ｐ、Ｎ端子）を接続する相間バスバー３４と、３つのリアクトル４０８と、３つのＡＣバスバー３３を含み、各電力変換ユニットは、コンデンサ２５と、制御部基板３０４と、パワー半導体モジュール２０と、パワー半導体モジュール冷却フィン２９と、コンデンサとパワー半導体モジュールを電気的に接続する主部バスバー３５を含んでいる。

各電力変換ユニットのＡＣ出力端子は、それぞれ個別のＡＣバスバー、及びリアクトルへと接続される。

３つの電力変換ユニットを含む単相電力変換部３０１は、２つの負荷電流規定値Ｐ１、Ｐ２を基準に３並列動作、２並列動作、１並列動作と切り替わる。負荷電流規定値はＰ１＞Ｐ２の関係であり、負荷電流＞Ｐ１の時は３並列動作、Ｐ１＞負荷電流＞Ｐ２の時は２並列動作、Ｐ２＞負荷電流の時は１並列動作判定を行う。

図９は、本実施形態における並列運転切り替えフローを示している。ここで、負荷電流規定値Ｐ１は負荷電流規定値Ｐ２よりも大きい値であることを前提とする。

制御部３０４では、電力変換ユニットからの負荷電流情報と温度情報とを用いて、並列運転数、稼働・停止電力変換ユニットの選定を行う。

例えば３並列電力変換ユニット運転において（ステップ９０１）、負荷電流がＰ１以下かつＰ２以下である場合（ステップ９０２のｙｅｓ、ステップ９０３のｙｅｓ）、１並列運転判定を行う（ステップ９０４）。ここで、出力負荷電流が規定値Ｐ１よりも大きい場合は（ステップ９０２のｎｏ）、３並列運転を継続する（ステップ９０１）。

ステップ９０４に戻り、３並列電力変換ユニットのうち、少なくとも２ユニットのパワー半導体モジュールＰＭの熱抵抗増分値が規定値以下であったとき（ステップ９０５のｙｅｓ）、各パワー半導体モジュールＰＭの熱抵抗増分値を比較し（ステップ９０６）、熱抵抗増分値が少ない２つの電力変換ユニットを停止状態とする（ステップ９０７）。

ステップ８０３に戻り、負荷電流がＰ２以下である場合は（ステップ９０３のｎｏ）、２並列運転を行う（ステップ９０８）。また、３並列電力変換ユニットのうち、パワー半導体モジュールＰＭの熱抵抗増分値が規定値以下となるのが、１ユニット以下であった場合（ステップ９０５のｎｏ、ステップ９０９のｙｅｓ）、２並列運転判定を行う（ステップ９０９のｙｅｓ）。３並列電力変換ユニットのうち、少なくとも１ユニットのパワー半導体モジュールＰＭの熱抵抗増分値が規定値以下であったとき、各パワー半導体モジュールＰＭの熱抵抗増分値を比較し（ステップ９１０）、熱抵抗増分値が少ない１つの電力変換ユニットを停止状態とする（ステップ９１１）。

本実施の形態によれば、並列接続された電力変換ユニット３０が個別のリアクトル４０８へ接続されることで、各ユニットにあるパワー半導体モジュール間の電流アンバランスを回避できる。

また、電力変換ユニット３０を多並列化した単相電力変換部では、同一ユニットの並列接続数変更により、電力変換装置の許容出力容量を容易に調整可能となる。すなわち、電力変換器の稼働電力変換ユニット数を、電力負荷情報に基づいて最適化することで、負荷ごとに電力変換装置の効率を最適化できる。

さらに、負荷電流情報に応じて、並列運転モードと片側運転モードの切り替える、すなわち、各パワー半導体モジュールに接続された各リアクトルのうち、軽負荷時に通電するリアクトル数を片方とすることで、リアクトルの固定損失（鉄損）を低減でき、軽負荷時の電力変換効率を改善することが可能となる。

以上説明した実施の形態では、単相・三相インバータについて言及しているが、異なる電力変換器への適用も可能であり、上記実施形態の構成に限定されるものではない。

２０…２レベルハーフブリッジ部、パワー半導体モジュール
２１、２２…スイッチング素子（ＩＧＢＴ）
２３、２４…整流素子（ダイオード）
２５…コンデンサ素子
２９…パワー半導体モジュール冷却フィン
３０…電力変換ユニット
３１…温度センサ
３２…電流センサ
３３…ＡＣバスバー
３４…ＤＣ接続バスバー
３５…バスバー
１０３…インバータ
３０１…インバータＵ相電力変換ユニット
３０２…インバータＶ相電力変換ユニット
３０３…インバータＷ相電力変換ユニット
３０４…インバータ制御部
３０５…負荷電流電圧損失データテーブル
３０６…熱抵抗記憶メモリ
３０７…熱抵抗算出部
３０８…並列運転判定部
３０９…パワー半導体モジュール制御信号生成部
４０８…リアクトル
５０２…インバータＡＣ出力端子

Claims (9)

1. 複数のパワー半導体モジュールと、
   前記複数のパワー半導体モジュールを制御するパワー半導体モジュール制御部と、を有する電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュール制御部は、前記パワー半導体モジュールの熱抵抗値が所定値より大きいパワー半導体モジュールを稼働状態にし、前記熱抵抗値が所定値より小さいパワー半導体モジュールは停止状態とする電力変換装置。
2. 請求項１に記載された電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュールは、内蔵されるパワー半導体素子の温度を検知する温度センサを有しており、
   前記パワー半導体モジュール制御部は、前記温度センサから出力された温度検知信号に基づいて前記各パワー半導体モジュールの熱抵抗値を求める電力変換装置。
3. 請求項１に記載された電力変換装置は、
   前記電力変換装置から出力される出力負荷電流値をモニタする電流センサを有し、
   前記パワー半導体モジュール制御部は、前記電流センサで得られた出力電流値が負荷電流基準値よりも小さくなる場合は、前記前記パワー半導体モジュールのうち少なくとも一つを停止状態に制御する電力変換装置。
4. 請求項１に記載された電力変換装置は、複数のリアクトルを備え、前記複数のパワー半導体モジュールは、それぞれ個別の前記リアクトルと接続されることを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項１に記載された電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュール制御部は、前記電力変換装置から出力される出力負荷電流値と前記パワー半導体素子の負荷電流と損失の関係を記憶した負荷電流損失データテーブルを備え、
   前記パワー半導体モジュール制御部では、前記電流センサの検知信号と、前記負荷電流損失データテーブルから、前記パワー半導体素子の損失情報を算出する電力変換装置。
6. 請求項５に記載された電力変換装置は、
   前記パワー半導体モジュールを冷却する冷却フィンを有し、
   前記冷却フィンの温度を検知する冷却フィン温度センサを備え、
   前記パワー半導体モジュール制御部では、前記損失情報と、前記パワー半導体温度情報と、前記冷却フィン温度とに基づいて、前記パワー半導体モジュールの熱抵抗値を求める電力変換装置。
7. 請求項６に記載された電力変換装置であって、
   前記パワー半導体モジュール制御部は、前記パワー半導体モジュールの熱抵抗値を記憶する熱抵抗値記憶メモリ部を備え、
   前記パワー半導体モジュール制御部は、前記損失情報と、前記パワー半導体温度情報と、前記冷却フィン温度と、前記熱抵抗値記憶メモリ部にある初期熱抵抗値とから算出された算出熱抵抗に基づいて、前記パワー半導体モジュールの熱抵抗増分値を算出し、
   前記出力電流値が負荷電流基準値以下となる場合において、前記パワー半導体モジュール制御部は、前記熱抵抗増分値が熱抵抗増分基準値以下となる前記パワー半導体モジュールのうち少なくとも一つを停止状態にする電力変換装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載された電力変換装置は、
   コンデンサと、前記パワー半導体モジュールと、前記冷却フィンと、前記パワー半導体モジュール制御部とを備える複数の電力変換ユニットを有しており、
   前記複数の電力変換ユニットのＤＣ接続端子を、バスバーで並列接続し、
   前記複数の電力変換ユニットは、それぞれ個別の前記リアクトルへと接続された電力変換装置。
9. 請求項７に記載された電力変換装置であって、
   前記電力変換装置から出力される出力負荷電流値、および前記熱抵抗値または前記熱抵抗増分値が相対的に小さい電力変換ユニットを停止させる電力変換装置。

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