JP2017147910A - 電力変換装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】素子温度が上限値を超えることを抑制でき、耐オフサージ性に優れ、かつ製造コストを低減できる電力変換装置を提供すること。
【解決手段】半導体素子２を内蔵した半導体モジュール３と、制御部４と、冷却器５と、温度センサ６とを備える。制御部４は、半導体モジュール３に接続しており、半導体素子２のスイッチング動作を制御する。温度センサ６は、冷媒５０の温度である冷媒温度Ｔrを測定する。制御部４は、冷媒温度Ｔrに基づいて半導体素子２のオフ速度を制御している。制御部４は、冷媒温度Ｔrが上昇するほど、オフ速度を速くするよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールを冷却する冷却器と、半導体素子のスイッチング動作を制御する制御部とを備える電力変換装置に関する。
直流電力と交流電力との間で電力変換を行う電力変換装置として、ＩＧＢＴ等の半導体素子を内蔵した半導体モジュールと、該半導体モジュールに接続した制御部とを備えるものが知られている（下記特許文献１参照）。この電力変換装置は、上記制御部を用いて半導体素子をスイッチング動作させ、これにより、上記直流電力を交流電力に変換するよう構成されている。
電力変換を行うと半導体素子が発熱するため、上記電力変換装置では、冷却器を用いて半導体素子を冷却している。冷却器内には、冷媒が流れる流路が形成されている。冷媒と半導体素子との間で熱交換を行うことにより、上記半導体素子を冷却している。
また、特許文献１の電力変換装置では、半導体モジュール内に、半導体素子の温度（以下、素子温度とも記す）を測定するための温度センサを設けてある。上記制御部は、素子温度の測定値に基づいて、半導体素子のオフ速度を制御している。すなわち、例えば、素子温度が予め定められた閾値以上になった場合はオフ速度を速くし、素子温度が閾値未満になった場合はオフ速度を遅くしている。これにより、素子温度が上昇し過ぎることを抑制すると共に、半導体素子をオフサージから保護している。
すなわち、オフ速度を速くすると発熱量（損失）が低減し、遅くすると発熱量が増大する。そのため、素子温度が高くなった場合にオフ速度を速くすれば、発熱量を低減できるため、素子温度が上昇し過ぎることを抑制できる。したがって、素子温度が、予め定められた上限値を超えることを抑制できる。
また、素子温度が高いときにオフ速度を速くし、素子温度が低いときにオフ速度を遅くすれば、後述するように、半導体素子をオフサージから保護することもできる。
特開２００８−１７８２００号公報
しかしながら、上記電力変換装置は、素子温度が上限値を超えることを抑制しつつ、製造コストを低減することが難しい。すなわち、電力変換装置を稼働しているときには、上記冷媒の温度（以下、冷媒温度とも記す）が比較的高く、かつ素子温度が上記閾値より低いことがある。このとき、素子温度が閾値を超えていないため、制御部はオフ速度を遅くする。そのため、半導体素子の発熱量が高くなる。したがって、冷媒温度が高く、半導体素子を冷却しにくい状況であるにもかかわらず、発熱量が高くなり、素子温度が急に上昇して、上限値を超えるおそれが考えられる。
そのため、この場合でも素子温度が上限値を大きく超えないようにするためには、半導体素子の面積を大きくし、単位面積当たりの発熱量を低減して、半導体素子の温度上昇量を抑制する必要がある。したがって、半導体素子の製造コストが上昇しやすい。
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、素子温度が上限値を超えることを抑制でき、耐オフサージ性に優れ、かつ製造コストを低減できる電力変換装置を提供しようとするものである。
本発明の一態様は、半導体素子（２）を内蔵した半導体モジュール（３）と、
該半導体モジュールに接続し、上記半導体素子のスイッチング動作を制御する制御部（４）と、
冷媒（５０）が流れる流路（５１）を有し、上記半導体素子を冷却する冷却器（５）と、
上記冷媒の温度である冷媒温度（Ｔr）を測定する温度センサ（６）とを備え、
上記制御部は、上記冷媒温度の測定値に基づいて上記半導体素子のオフ速度を制御しており、上記冷媒温度が上昇するほど、上記オフ速度を速くするよう構成されている、電力変換装置（１）にある。
上記電力変換装置の制御部は、冷媒温度の測定値に基づいてオフ速度を制御しており、冷媒温度が上昇するほど、オフ速度を速くするよう構成されている。
そのため、素子温度が上限値を超えることを抑制でき、かつ、製造コストを低減することができる。すなわち、上記制御部は、冷媒温度が高いときには、オフ速度を速くする。そのため、冷媒温度が高く、半導体素子を冷却しにくいときには、半導体素子の発熱量を低減させることができる。したがって、素子温度が上限値を超えることを抑制しやすい。そのため、半導体素子の面積を小さくし、単位面積当たりの発熱量を増加させても、素子温度が上限値を超えにくくなる。したがって、半導体素子を小型化でき、製造コストを低減することが可能になる。
また、冷媒温度が高いときは、半導体素子の耐圧は高くなり、冷媒温度が低いときには耐圧が低くなる。そのため、冷媒温度が高いときにオフ速度を速くし、高いオフサージが発生しても、半導体素子の耐圧が高いため、半導体素子をオフサージから充分に保護できる。また、上記制御部は、冷媒温度が低いときは、オフ速度を遅くするため、オフサージを低減できる。したがって、冷媒温度が低く、耐圧が低いときには、オフサージを低減でき、半導体素子をオフサージから保護することができる。
以上のごとく、上記態様によれば、素子温度が上限値を超えることを抑制でき、耐オフサージ性に優れ、かつ製造コストを低減できる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、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り、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
実施形態１における、制御部のフローチャート。 実施形態１における、半導体素子のオフ速度と冷媒温度との関係を表したグラフ。 実施形態１における、半導体素子の損失と冷媒温度との関係を表したグラフ。 実施形態１における、半導体素子の温度上昇量および冷媒温度の時間変化を表したグラフ。 実施形態１における、半導体素子のオフ速度および損失の時間変化を表したグラフ。 実施形態１における、素子温度の時間変化を表したグラフ。 実施形態１における、半導体素子の耐圧と素子温度との関係を表したグラフ。 実施形態１における、冷媒温度が閾温度より低い場合での、オン速度及びオフ速度を表したグラフ。 実施形態１における、冷媒温度が閾温度より高い場合での、オン速度及びオフ速度を表したグラフ。 実施形態１における、電力変換装置の断面図であって、図１１のX-X断面図。 図１０のXI-XI断面図。 図１１のXII-XII断面図。 実施形態１における、電力変換装置の回路図。 実施形態１における、半導体素子をオンするときの、制御部の回路図の一部。 実施形態１における、冷媒温度が閾温度より低い場合に半導体素子をオフするときの、制御部の回路図の一部。 実施形態１における、冷媒温度が閾温度より高い場合に半導体素子をオフするときの、制御部の回路図の一部。 実施形態２における、制御部の回路図の一部。 実施形態３における、半導体素子のオフ速度と冷媒温度との関係を表したグラフ。 実施形態３における、半導体素子の損失と冷媒温度との関係を表したグラフ。 実施形態４における、半導体素子のオフ速度と冷媒温度との関係を表したグラフ。 実施形態４における、半導体素子の損失と冷媒温度との関係を表したグラフ。 比較形態における、半導体素子の温度上昇量および冷媒温度の時間変化を表したグラフ。 比較形態における、素子温度の時間変化を表したグラフ。
上記電力変換装置は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置とすることができる。
（実施形態１）
上記電力変換装置に係る実施形態について、図１〜図１６を用いて説明する。図１０〜図１２に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、半導体素子２を内蔵した半導体モジュール３と、制御部４と、冷却器５と、温度センサ６とを備える。
制御部４は、半導体モジュール３に接続しており、半導体素子２のスイッチング動作を制御する。冷却器５には、冷媒５０が流れる流路５１が形成されている。この冷却器５によって、半導体素子２を冷却している。温度センサ６は、冷却器５の流路５１内に配されている。温度センサ６は、冷媒５０の温度である冷媒温度Ｔrを測定する。温度センサ６は、制御部４に接続している。
制御部４は、冷媒温度Ｔrの測定値に基づいて半導体素子２のオフ速度を制御している。図２に示すごとく、制御部４は、冷媒温度Ｔrが上昇するほど、オフ速度を速くするよう構成されている。
本形態の電力変換装置１は、電気自動車やハイブリッド車等の車両に搭載するための、車載用電力変換装置である。図１３に示すごとく、本形態の電力変換装置１は、複数の半導体モジュール３を備える。上述したように、半導体モジュール３は、半導体素子２を内蔵している。本形態の半導体素子２はＩＧＢＴである。
上述したように、制御部４は、半導体素子２のスイッチング動作を制御している。これにより、直流電源８から供給される直流電力を交流電力に変換している。そして、得られた交流電力を用いてモータ８１を駆動し、上記車両を走行させている。また、電力変換装置１は、コンデンサ７を備える。このコンデンサ７によって、半導体モジュール３に加わる直流電圧を平滑化している。
次に、制御部４のフローチャートについて説明する。図１に示すごとく、制御部４は、ステップＳ１において、冷媒温度Ｔrが、予め定められた閾温度Ｔth以上か否かを判断する。ここでＹｅｓと判断した場合は、ステップＳ２に移る。そして、半導体素子２のオフ速度を、相対的に速い第１オフ速度にする。また、ステップＳ１においてＮｏと判断した場合は、ステップＳ３に移り、半導体素子２のオフ速度を、第１オフ速度よりも遅い第２オフ速度にする。
そのため、図２に示すごとく、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔth以上のときは、オフ速度は相対的に速い第１オフ速度となり、閾温度Ｔth未満のときは、オフ速度は相対的に遅い第２オフ速度になる。また、オフ速度を速くすると、半導体素子２の損失（発熱量）が低減し、オフ速度を遅くすると、半導体素子２の損失が増加する。したがって、図３に示すごとく、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔth以上のときは損失が低下し、閾温度Ｔth未満のときは損失が増加する。
図７に示すごとく、半導体素子２は、温度が低いときには耐圧が低く、温度が高いときには耐圧が高くなる性質がある。また、電力変換装置１を稼働すると、電源電圧ＶBとオフサージΔＶとの和ＶB＋ΔＶが、半導体素子２に加わる。したがって、温度が低いときには、オフサージΔＶを低くし、ＶB＋ΔＶを耐圧以下にする必要がある。
図８に、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthより低いときにおける、半導体素子２のスイッチング速度ｄｉ／ｄｔと、オフサージΔＶと、耐圧との関係を表したグラフを示す。本形態では上述したように、冷媒温度Ｔrが低く、耐圧が低いときには、オフ速度ｄｉ／ｄｔを遅くしている。そのため、オフサージΔＶを小さくすることができる。したがって、電源電圧ＶBとオフサージΔＶとの和ＶB＋ΔＶを、耐圧以下にすることができ、半導体素子２をオフサージから保護することができる。また、オフ速度を遅くすると、損失が大きくなるが、このときは冷媒温度Ｔrが低く、半導体素子２を冷却しやすいため、損失が大きくなることを許容できる。
次に、図９に、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthより高いときにおける、半導体素子２のスイッチング速度ｄｉ／ｄｔと、オフサージΔＶと、耐圧との関係を表したグラフを示す。本形態では上述したように、冷媒温度Ｔrが高く、耐圧が高いときには、オフ速度ｄｉ／ｄｔを速くしている。そのため、オフサージΔＶが高くなる。このとき、半導体素子２の耐圧は高いため、オフサージΔＶが高くなっても、ＶB＋ΔＶを耐圧以下にすることができる。また、冷媒温度Ｔrが高いときには、半導体素子２を冷却しにくくなるが、オフ速度ｄｉ／ｄｔを速くすると、損失を低減できるため、素子温度Ｔsが上昇しすぎることを抑制できる。
次に、図４〜図６を用いて、冷媒温度Ｔrと、半導体素子２の冷媒温度Ｔrに対する温度上昇量ΔＴと、オフ速度と、損失Ｐと、素子温度Ｔsとの時間変化について説明する。図４〜図６の横軸は、全て同一である。つまり、図４〜図６は、同一の時刻における、冷媒温度Ｔr、温度上昇量ΔＴ等の値をグラフにしたものである。
半導体素子２の温度（素子温度Ｔs）は、冷媒温度Ｔrに温度上昇量ΔＴを加えた値である。すなわち、
Ｔs＝Ｔr＋ΔＴ ・・・（１）
である。また、温度上昇量ΔＴは、損失Ｐに半導体素子２の熱抵抗θを乗じた値である。すなわち、ΔＴ＝Ｐθである。従って、上記式（１）は、
Ｔs＝Ｔr＋Ｐθ ・・・（２）
と書き換えることができる。
図４〜図６のグラフでは、時刻ｔ0〜ｔ1の間に、電力変換装置１を稼働している。また、時刻ｔ1〜ｔ2の間には、電力変換装置１を停止している。そして、時刻ｔ2〜ｔ3の間に、電力変換装置１を再び稼働している。
例えば、停止した車両を、モータ８１（図１３参照）によって走行させることがある。このとき、モータ８１を用いて車両を数秒程度加速し、その後、エンジンによる走行に切り替える。そのため、電力変換装置１が使用される時間、すなわち半導体モジュール２が発熱する時間（ｔ0〜ｔ1，ｔ2〜ｔ3）は、数秒程度である。
図４に示すごとく、時刻ｔ0において電力変換装置１を稼働すると、半導体素子２から熱（損失Ｐ）が発生し、ΔＴが上昇する。半導体素子２には熱容量があるため、ΔＴは急には立ち上がらず、徐々に増加する。また、時刻ｔ0では、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthよりも高いため、制御部４は、半導体素子２のオフ速度を、相対的に速い第１オフ速度にする。図５に示すごとく、第１オフ速度では損失Ｐが比較的少ないため、温度上昇量ΔＴが比較的少ない。そのため、図６に示すごとく、素子温度Ｔsは、冷媒温度Ｔrよりも僅かに高い値に抑制される。したがって、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えることを抑制できる。
時刻ｔ1において電力変換装置１の稼働を停止すると、冷媒温度Ｔrが徐々に低下する。その後、時刻ｔ2において、電力変換装置１が再び稼働する。時刻ｔ2では冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthよりも低いため、制御部４は、半導体素子２のオフ速度を、相対的に遅い第２オフ速度にする。第２オフ速度では損失Ｐが比較的高いため、温度上昇量ΔＴは高くなるが、冷媒温度Ｔrが低いため、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えることを抑制できる。
ここで仮に、従来のように素子温度Ｔsに基づいてオフ速度を制御したとすると、冷媒温度Ｔrが高い場合に素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えやすくなる可能性がある。図２２、図２３に、その場合の、冷媒温度Ｔr等の時間変化を表したグラフを示す。図２２に示す冷媒温度Ｔrに温度上昇量ΔＴを加えたものが、図２３に示す素子温度Ｔsとなる。素子温度Ｔsに基づいてオフ速度を制御する場合、図２３に示すごとく、素子温度Ｔsが上限値Ｔuよりも低いとき（時刻ｔ0〜ｔ0’）は、制御部４によって、オフ速度は、相対的に遅い第２オフ速度にされる。そのため、このとき、半導体素子２の損失が大きくなり、ΔＴが急に上昇する（図２２参照）。したがって、図２３に示すごとく、時刻ｔ0’において素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超える。そのため、この後、制御部４は、オフ速度を相対的に速い第１オフ速度に切り替える。したがって、この後は、発熱量が低下し、ΔＴがゆっくり上昇して（図２２参照）、素子温度Ｔsが緩やかに上昇することになる。しかしながら、時刻ｔ0’〜ｔ1の間において素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えるため、半導体素子２が劣化しやすくなる。したがって、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えないようにするためには、半導体素子２の面積を大きくし、単位面積当たりの発熱量を小さくして、素子温度Ｔsの上昇量を抑制する必要が生じる。そのため、半導体素子２の製造コストが上昇しやすくなる。
これに対して、本形態のように、冷媒温度Ｔrに基づいてオフ速度を制御すれば、このような問題を抑制できる。すなわち、本形態では図４、図５に示すごとく、冷媒温度Ｔrが高いとき（時刻ｔ0〜ｔ1）はオフ速度を速くするため、損失Ｐを低減でき、ΔＴを抑制できる。そのため、図６に示すごとく、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えにくくなる。したがって、半導体素子２の面積を小さくし、単位面積当たりの発熱量を大きくしても、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えにくくなる。そのため、半導体素子２を小型化しやすくなり、半導体素子２の製造コストを低減できる。
次に、第１オフ速度と第２オフ速度とを切り替える方法について説明する。図１４に示すごとく、制御部４は、第１スイッチ４１と、可変抵抗器４８とを備える。可変抵抗器４８は、半導体素子２の制御電極２１（ゲート電極）とグランドとの間に設けられている。可変抵抗器４８は、２個の抵抗Ｒ（第２抵抗Ｒ2、第３抵抗Ｒ3）と、２個のスイッチ（第２スイッチ４２、第３スイッチ４３）とを備える。２個の抵抗Ｒ2，Ｒ3は、互いに並列に接続されている。第２スイッチ４２と第２抵抗Ｒ2とは、直列に接続されている。また、第３スイッチ４３と第３抵抗Ｒ3とは、直列に接続されている。
半導体素子２をオンするときは、図１４に示すごとく、第２スイッチ４２及び第３スイッチ４３をオフしつつ、第１スイッチ４１をオンする。このようにすると、電源回路４９の電圧が、半導体素子２の制御電極２１に加わる。そのため、半導体素子２がオンする。
また、半導体素子２をオフするときは、図１５、図１６に示すごとく、第１スイッチ４１をオフし、可変抵抗器４８に設けられた２つのスイッチ４２，４３のうち少なくとも一方をオンする。このようにすると、半導体素子２の制御電極２１（ゲート電極）に蓄えられた電荷が電流Ｉgとなり、スイッチ及び抵抗Ｒを通ってグランドへ流れる。
冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthより低いときは、図１５に示すごとく、２個のスイッチ４２，４３のうち第２スイッチ４２のみオンする。このようにすると、２個のスイッチ４２，４３を両方ともオンした場合（図１６参照）と比べて、可変抵抗器４８の抵抗値が高くなる。したがって、制御電極２１から流れる電流Ｉgの量は少なくなり、オフ速度は、相対的に遅い第２オフ速度になる。
また、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthより高いときは、図１６に示すごとく、第２スイッチ４２と第３スイッチ４３とを両方ともオンする。このようにすると、可変抵抗器４８の抵抗値が低くなる。そのため、制御電極２１から流れる電流Ｉgの量は多くなり、オフ速度は、相対的に速い第１オフ速度になる。
次に、電力変換装置１全体の構成について説明する。図１１に示すごとく、本形態では、複数の半導体モジュール３と複数の冷却管５５とを積層して、積層体１０を構成してある。積層体１０の積層方向（Ｘ方向）において積層体１０に隣り合う位置には、コンデンサ７が配されている。積層体１０とコンデンサ７とは、ケース１１に収容されている。
図１０に示すごとく、半導体モジュール３は、本体部３１と、該本体部３１から突出した制御端子３２と、パワー端子３３とを備える。本体部３１には、半導体素子２が内蔵されている。また、パワー端子３３には、直流電圧が加わる直流端子３３ｐ，３３ｎと、モータ８１（図１３参照）に接続される交流端子３３ｃとがある。制御端子３２は、制御部４に接続している。
また、図１１に示すごとく、Ｘ方向に隣り合う２個の冷却管５５は、パワー端子３３の突出方向（Ｚ方向）とＸ方向との双方に直交する幅方向（Ｙ方向）における両端にて、連結管５２によって連結されている。また、複数の冷却管５５のうち、コンデンサ７から最も離れた端部冷却管５５ａには、冷媒５０を導入するための導入管５３と、冷媒５０を導出するための導出管５４とが接続している。導入管５３から冷媒５０を導入すると、冷媒５０は、連結管５２を通って全ての冷却管５５内を流れ、導出管５４から導出する。これにより、半導体モジュール３を冷却している。なお、本形態の上記冷却器５は、複数の冷却管５５と、連結管５２と、導入管５３と、導出管５４とにより構成されている。
また、図１１に示すごとく、積層体１０とコンデンサ７との間には、加圧部材１２（板ばね）が配されている。この加圧部材１２により、積層体１０を、ケース１１の壁部１１１に向けて加圧している。これにより、冷却管５５と半導体モジュール３との接触圧を確保すると共に、積層体１０をケース１１内に固定している。
また、図１２に示すごとく、コンデンサ７は、コンデンサ素子７１と、コンデンサケース７２と、封止部材７３と、電極板７４とを備える。コンデンサ素子７１は、コンデンサケース７２に収容されており、封止部材７３によって封止されている。また、コンデンサ素子７１の電極面に、上記電極板７４が接続している。電極板７４は、図示しない直流バスバーを介して、半導体モジュール３の上記直流端子３３ｐ，３３ｎ（図１０参照）に接続している。また、図１２に示すごとく、コンデンサケース７２の底壁７２１に、制御部４が固定されている。
次に、本形態の作用効果について説明する。本形態の制御部４は、図２に示すごとく、冷媒温度Ｔrが上昇するほど、半導体素子２のオフ速度を速くするよう構成されている。
そのため、素子温度Ｔsが上限値Ｔu（図６参照）を超えることを抑制でき、かつ、製造コストを低減することができる。すなわち、本形態の制御部４は、図４、図５に示すごとく、冷媒温度Ｔrが高いとき（時刻ｔ0〜ｔ1の間）には、オフ速度を速くする。そのため、冷媒温度Ｔrが高く、半導体素子２を冷却しにくいときには、半導体素子２の損失Ｐを低減させることができる。したがって、図６に示すごとく、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えることを抑制しやすい。そのため、半導体素子２の面積を小さくし、単位面積当たりの発熱量を増加させても、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えにくくなる。したがって、半導体素子２を小型化でき、製造コストを低減することが可能になる。
また、図７に示すごとく、冷媒温度Ｔrが高いときは、半導体素子２の耐圧は高くなり、冷媒温度Ｔrが低いときには、半導体素子２の耐圧は低くなる。そのため、図９に示すごとく、冷媒温度Ｔrが高いときにオフ速度を速くし、高いオフサージΔＶが発生しても、半導体素子２の耐圧が高いため、半導体素子２をオフサージΔＶから充分に保護できる。また、図８に示すごとく、冷媒温度Ｔrが低いときは、オフ速度を遅くするため、オフサージΔＶを低減できる。したがって、冷媒温度Ｔrが低く、耐圧が低いときには、オフサージΔＶを低減でき、半導体素子２をオフサージΔＶから保護することができる。
また、本形態の制御部４は、図２に示すごとく、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、オフ速度を段階的に速くしている。
後述するように、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、オフ速度を連続的に速くすることも可能であるが、この場合、回路構成が複雑になりやすい。そのため、本形態のように、オフ速度を段階的に速くすれば、制御部４の回路構成を簡素にすることができ、電力変換装置１の製造コストを低減することができる。
また、図１４〜図１６に示すごとく、本形態の制御部４は、半導体素子２の制御電極２１とグランドとの間に接続した可変抵抗器４８を備える。制御部４は、可変抵抗器４８の抵抗値を変えることにより、オフ速度を制御するよう構成されている。
そのため、オフ速度を、第１オフ速度又は第２オフ速度に容易に切り替えることができる。
以上のごとく、本形態によれば、素子温度が上限値を超えることを抑制でき、耐オフサージ性に優れ、かつ製造コストを低減できる電力変換装置を提供することができる。
以下の実施形態においては、図面に用いた符号のうち、実施形態１において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、実施形態１と同様の構成要素等を表す。
（実施形態２）
本形態は、制御部４の回路構成を変更した例である。図１７に示すごとく、本形態の制御部４は、半導体素子２の制御電極２１とグランドとの間に接続した定電流回路４７を備える。定電流回路４７は、制御電極２１からグランドに流れる電流Ｉgの値を一定に制御すると共に、その電流値を予め定められた値に変更可能に構成されている。制御部４は、定電流回路４７によって電流Ｉgの値を変更することにより、半導体素子２のオフ速度を制御するよう構成されている。
定電流回路４７は、抵抗Ｒaと、トランジスタ４６と、電流制御部４５とを備える。抵抗Ｒaとトランジスタ４６とは、互いに直列に接続されている。また、電流制御部４５は、トランジスタ４６のベース４６１に接続している。定電流回路４７は、電流Ｉgによって抵抗Ｒaに生じる電圧降下を、電流制御部４５にフィードバックする。電流制御部４５は、この電圧降下が一定になるように、すなわち電流Ｉgが一定になるように、ベース電流ｉbを調節する。
定電流回路４７は、電流Ｉgの値を、相対的に高い第１電流値Ｉg1と、相対的に低い第２電流値Ｉg2とに切り替えることが可能に構成されている。
半導体素子２をオンするときは、実施形態１と同様に、第１スイッチ４１をオンする。これにより、電源回路４９の電圧を制御電極２１に加え、半導体素子２をオンする。また、半導体素子２をオフするときは、第１スイッチ４１をオフし、トランジスタ４６をオンする。そして、制御電極２１に蓄えられた電荷を、電流Ｉgとして、定電流回路４７を介してグランドへ流す。
冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthよりも高い場合は、定電流回路４７は、電流Ｉgの値を相対的に高い第１電流値Ｉg1にする。これにより、オフ速度を、相対的に速い第１オフ速度にする。また、冷媒温度Ｔrが閾温度Ｔthよりも低い場合は、電流Ｉgの値を相対的に低い第２電流値Ｉg2にする。これにより、オフ速度を、相対的に遅い第２オフ速度にする。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
（実施形態３）
本形態は、オフ速度を変更する回数を変更した例である。本形態では図１８に示すごとく、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、オフ速度を、複数回、段階的に上昇するよう構成してある。そのため、図１９に示すごとく、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、半導体素子２の損失は、複数回、段階的に低下する。
本形態では、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、オフ速度を複数回、変更しているため、オフ速度を、冷媒温度Ｔrに、より適した値にすることが可能になる。そのため、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えることを、より効果的に抑制することができる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
（実施形態４）
本形態は、冷媒温度Ｔrに対する、オフ速度の変化の仕方を変更した例である。本形態では図２０に示すごとく、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、オフ速度を連続的に速くするよう構成してある。そのため、図２１に示すごとく、冷媒温度Ｔrが上昇するに伴って、半導体素子２の損失は、連続的に低下する。
上記構成にすると、オフ速度を、冷媒温度Ｔrに最も適した値にすることができる。そのため、素子温度Ｔsが上限値Ｔuを超えることを、さらに効果的に抑制できる。
その他、実施形態１と同様の構成および作用効果を備える。
１ 電力変換装置
２ 半導体素子
３ 半導体モジュール
４ 制御部
５ 冷却器
５０ 冷媒
５１ 流路
６ 温度センサ
Ｔr 冷媒温度

Claims (5)

  1. 半導体素子（２）を内蔵した半導体モジュール（３）と、
    該半導体モジュールに接続し、上記半導体素子のスイッチング動作を制御する制御部（４）と、
    冷媒（５０）が流れる流路（５１）を有し、上記半導体素子を冷却する冷却器（５）と、
    上記冷媒の温度である冷媒温度（Ｔr）を測定する温度センサ（６）とを備え、
    上記制御部は、上記冷媒温度の測定値に基づいて上記半導体素子のオフ速度を制御しており、上記冷媒温度が上昇するほど、上記オフ速度を速くするよう構成されている、電力変換装置（１）。
  2. 上記制御部は、上記冷媒温度が上昇するに伴って、上記オフ速度を段階的に速くするよう構成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 上記制御部は、上記半導体素子の制御電極（２１）とグランドとの間に接続した可変抵抗器（４８）を備え、該可変抵抗器の抵抗値を変えることにより、上記オフ速度を制御するよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 上記制御部は、上記半導体素子の制御電極とグランドとの間に接続し、上記制御電極からグランドに流れる電流の値を一定に制御すると共に、その電流値を予め定められた値に変更可能な定電流回路（４７）を備え、該定電流回路によって上記電流値を変更することにより、上記オフ速度を制御するよう構成されている、請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
  5. 上記制御部は、上記冷媒温度が上昇するに伴って、上記オフ速度を連続的に速くするよう構成されている、請求項１に記載の電力変換装置。
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