JP2022089339A - Temperature estimation device and control unit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、温度推定装置及び制御装置に関する。 The present invention relates to a temperature estimation device and a control device.
下記特許文献1には、電力変換器が開示されている。この電力変換器は、急峻な温度上昇に追従するスイッチング素子のジャンクション温度を高精度に推定することを目的とするものであり、半導体スイッチング素子を使用する電力変換器であって、半導体スイッチング素子に流れる電流を検出する電流検出部と、半導体スイッチング素子の飽和電圧と順方向電圧を検出する電圧検出部と、飽和電圧と順方向電圧と電流(順方向電流)から半導体スイッチング素子のジャンクション温度を推定する制御部とを有する。 The following Patent Document 1 discloses a power converter. The purpose of this power converter is to estimate the junction temperature of the switching element that follows a steep temperature rise with high accuracy. It is a power converter that uses a semiconductor switching element and is used as a semiconductor switching element. The junction temperature of the semiconductor switching element is estimated from the current detector that detects the flowing current, the voltage detector that detects the saturation voltage and forward voltage of the semiconductor switching element, and the saturation voltage, forward voltage, and current (forward current). It has a control unit and a control unit.
ところで、上記電力変換器では、半導体スイッチング素子の特性量である飽和電圧、順方向電圧及び順方向電流に基づいて半導体スイッチング素子のジャンクション温度を半導体スイッチング素子の動作温度として推定する。しかしながら、上記電力変換器では、半導体スイッチング素子の特性量を比較的短時間で検出する必要があり、このためには高速動作が必要なのでノイズタフネスが低くなる。 By the way, in the power converter, the junction temperature of the semiconductor switching element is estimated as the operating temperature of the semiconductor switching element based on the saturation voltage, the forward voltage and the forward current which are the characteristic quantities of the semiconductor switching element. However, in the power converter, it is necessary to detect the characteristic amount of the semiconductor switching element in a relatively short time, and for this purpose, high-speed operation is required, so that the noise toughness is low.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、高速動作を必要とすることなく半導体スイッチング素子の動作温度を推定することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to estimate the operating temperature of a semiconductor switching element without requiring high-speed operation.
上記目的を達成するために、本発明では、温度推定装置に係る第1の解決手段として、各々に還流ダイオードが設けられた上アーム用半導体スイッチング素子及び下アーム用半導体スイッチング素子を備えるスイッチングレグが1あるいは複数設けられたインバータ回路において、前記上アーム用半導体スイッチング素子及び前記下アーム用半導体スイッチング素子の動作温度を推定する温度推定装置であって、前記上アーム用半導体スイッチング素子と前記下アーム用半導体スイッチング素子とのデッドタイムを既定の時間幅よりも拡大した拡大時間幅において前記インバータ回路から取得した前記還流ダイオードの順方向電圧及び順方向電流に基づいて前記動作温度を推定する、という手段を採用する。 In order to achieve the above object, in the present invention, as a first solution to the temperature estimation device, a switching leg including a semiconductor switching element for an upper arm and a semiconductor switching element for a lower arm, each of which is provided with a freewheeling diode, is provided. A temperature estimation device for estimating the operating temperature of the semiconductor switching element for the upper arm and the semiconductor switching element for the lower arm in one or a plurality of inverter circuits provided, wherein the semiconductor switching element for the upper arm and the semiconductor switching element for the lower arm are used. A means of estimating the operating temperature based on the forward voltage and the forward current of the freewheeling diode acquired from the inverter circuit in an extended time width in which the dead time with the semiconductor switching element is expanded beyond the predetermined time width. adopt.
本発明では、温度推定装置に係る第2の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記拡大時間幅は、前記上アーム用半導体スイッチング素子及び前記下アーム用半導体スイッチング素子を各々に制御する一方及び他方のゲート信号のうち、他方のON時間を一方のON時間よりも短くすることによって設定される、という手段を採用する。 In the present invention, as a second solution for the temperature estimation device, in the first solution, the expansion time width controls the upper arm semiconductor switching element and the lower arm semiconductor switching element, respectively. Among the gate signals of one and the other, the means of setting by making the ON time of the other shorter than the ON time of one is adopted.
本発明では、温度推定装置に係る第3の解決手段として、上記第1の解決手段において、前記拡大時間幅は、前記上アーム用半導体スイッチング素子及び前記下アーム用半導体スイッチング素子を各々に制御する一方及び他方のゲート信号のうち、他方のゲート信号のONパルスを除去することによって設定される、という手段を採用する。 In the present invention, as a third solution according to the temperature estimation device, in the first solution, the expansion time width controls the upper arm semiconductor switching element and the lower arm semiconductor switching element, respectively. Of the one and the other gate signals, the means of being set by removing the ON pulse of the other gate signal is adopted.
本発明では、温度推定装置に係る第4の解決手段として、上記第1~第3の何れかの解決手段において、前記インバータ回路は、前記スイッチングレグが3つ設けられた三相インバータ回路であり、当該三相インバータ回路から得られる前記順方向電圧及び前記順方向電流に基づいて前記動作温度を推定する、という手段を採用する。 In the present invention, as the fourth solution means for the temperature estimation device, in any one of the first to third solutions, the inverter circuit is a three-phase inverter circuit provided with three switching legs. , The means of estimating the operating temperature based on the forward voltage and the forward current obtained from the three-phase inverter circuit is adopted.
本発明では、制御装置に係る解決手段として、第1~第4の何れかの解決手段に係る温度推定装置と、該温度推定装置が推定した前記動作温度に基づいて前記上アーム用半導体スイッチング素子及び前記下アーム用半導体スイッチング素子を制御するゲート信号を生成するゲート信号生成部とを備える、という手段を採用する。 In the present invention, as a solution relating to the control device, the temperature estimation device according to any one of the first to fourth solutions and the semiconductor switching element for the upper arm based on the operating temperature estimated by the temperature estimation device. A means of comprising a gate signal generation unit for generating a gate signal for controlling the lower arm semiconductor switching element is adopted.
本発明によれば、拡大時間幅において取得した順方向電圧及び順方向電流に基づいて上アーム用半導体スイッチング素子及び下アーム用半導体スイッチング素子の動作温度を推定するので、高速動作を必要とすることなく動作温度を推定することが可能である。 According to the present invention, since the operating temperatures of the semiconductor switching element for the upper arm and the semiconductor switching element for the lower arm are estimated based on the forward voltage and the forward current acquired in the extended time width, high-speed operation is required. It is possible to estimate the operating temperature without any problem.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。
本実施形態に係る制御装置Aは、図1に示すように三相インバータ回路Bを制御対象とする装置であり、温度推定部a1及びゲート信号生成部a2を機能構成要素として備えている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the control device A according to the present embodiment is a device whose control target is the three-phase inverter circuit B, and includes a temperature estimation unit a1 and a gate signal generation unit a2 as functional components.
三相インバータ回路Bは、第1~第6MOS型トランジスタ1~6によって構成されており、直流電源7から供給された直流電力を三相交流電力に変換してモータ8に供給する。この三相インバータ回路Bは、各相に対応する第1~第3スイッチングレグRu、Rv、Rwを備え、また第1~第4電圧センサ9~12及び第1~第3電流センサ13~15を付帯的に備えている。
The three-phase inverter circuit B is composed of first to sixth MOS type transistors 1 to 6, and converts the DC power supplied from the
これら第1~第3スイッチングレグRu、Rv、Rwのうち、第1スイッチングレグRuはU相に対応するU相スイッチングレグである。第2スイッチングレグRvはV相に対応するV相スイッチングレグである。第3スイッチングレグRwはW相に対応するW相スイッチングレグである。 Of these first to third switching legs Ru, Rv, and Rw, the first switching leg Ru is a U-phase switching leg corresponding to the U phase. The second switching leg Rv is a V-phase switching leg corresponding to the V-phase. The third switching leg Rw is a W phase switching leg corresponding to the W phase.
これら第1~第3スイッチングレグRu、Rv、Rwは、各々に上アームを構成する第1、第3、第5MOS型トランジスタ1、3、5と下アームを構成する第2、第4、第6MOS型トランジスタ2、4、6とを備える。これら第1~第6MOS型トランジスタ1~6は、本発明の半導体スイッチング素子に相当する。
The first to third switching legs Ru, Rv, and Rw each form the first, third, and fifth
すなわち、U相スイッチングレグRuは、上アーム用MOS型トランジスタ1と下アーム用MOS型トランジスタ2を備える。V相スイッチングレグRvは、上アーム用MOS型トランジスタ3と下アーム用MOS型トランジスタ4を備える。W相スイッチングレグRwは、上アーム用MOS型トランジスタ5と下アーム用MOS型トランジスタ6を備える。
That is, the U-phase switching leg Ru includes a MOS transistor 1 for the upper arm and a
これらU相スイッチングレグRu、V相スイッチングレグRv及びW相スイッチングレグRwについてさらに説明すると、U相スイッチングレグRuにおいて、上アーム用MOS型トランジスタ1と下アーム用MOS型トランジスタ2とは、直流電源7に対して直列接続されている。
Further explaining these U-phase switching leg Ru, V-phase switching leg Rv, and W-phase switching leg Rw, in the U-phase switching leg Ru, the upper arm MOS transistor 1 and the lower
すなわち、上アーム用MOS型トランジスタ1は、ドレイン端子が直流電源7のプラス電極に接続され、ソース端子が下アーム用MOS型トランジスタ2のドレイン端子に接続され、ゲート端子がゲート信号生成部a2に接続されている。この上アーム用MOS型トランジスタ1は、ゲート信号生成部a2から入力される第1ゲート信号によってON状態(オン状態)/OFF状態(オフ状態)が制御される。
That is, in the upper arm MOS transistor 1, the drain terminal is connected to the positive electrode of the
下アーム用MOS型トランジスタ2は、ドレイン端子が上記上アーム用MOS型トランジスタ1のソース端子に接続され、ソース端子が直流電源7のマイナス電極に接続され、ゲート端子がゲート信号生成部a2に接続されている。この下アーム用MOS型トランジスタ2は、ゲート信号生成部a2から入力される第2ゲート信号によってON状態(オン状態)/OFF状態(オフ状態)が制御される。
In the lower
V相スイッチングレグRvは、上記U相スイッチングレグRuと同様に、上アーム用MOS型トランジスタ3と下アーム用MOS型トランジスタ4とが直流電源7に対して直列接続されている。
In the V-phase switching leg Rv, the upper
すなわち、上アーム用MOS型トランジスタ3は、ドレイン端子が直流電源7のプラス電極に接続され、ソース端子が下アーム用MOS型トランジスタ4のドレイン端子に接続され、ゲート端子がゲート信号生成部a2に接続されている。この上アーム用MOS型トランジスタ3は、ゲート信号生成部a2から入力される第3ゲート信号によってON状態(オン状態)/OFF状態(オフ状態)が制御される。
That is, in the upper
下アーム用MOS型トランジスタ4は、ドレイン端子が上記上アーム用MOS型トランジスタ3のソース端子に接続され、ソース端子が直流電源7のマイナス電極に接続され、ゲート端子がゲート信号生成部a2に接続されている。この下アーム用MOS型トランジスタ4は、ゲート信号生成部a2から入力される第4ゲート信号によってON状態(オン状態)/OFF状態(オフ状態)が制御される。
In the lower
W相スイッチングレグRwは、上述したU相スイッチングレグRu及びV相スイッチングレグRvと同様に、上アーム用MOS型トランジスタ5と下アーム用MOS型トランジスタ6とが直流電源7に対して直列接続されている。
In the W-phase switching leg Rw, the upper
すなわち、上アーム用MOS型トランジスタ5は、ドレイン端子が直流電源7のプラス電極に接続され、ソース端子が下アーム用MOS型トランジスタ6のドレイン端子に接続され、ゲート端子がゲート信号生成部a2に接続されている。この上アーム用MOS型トランジスタ5は、ゲート信号生成部a2から入力される第5ゲート信号によってON状態(オン状態)/OFF状態(オフ状態)が制御される。
That is, in the upper
下アーム用MOS型トランジスタ6は、ドレイン端子が上記上アーム用MOS型トランジスタ5のソース端子に接続され、ソース端子が直流電源7のマイナス電極に接続され、ゲート端子がゲート信号生成部a2に接続されている。この下アーム用MOS型トランジスタ6は、ゲート信号生成部a2から入力される第6ゲート信号によってON状態(オン状態)/OFF状態(オフ状態)が制御される。
In the lower
また、U相スイッチングレグRuにおいて、相互に接続された上アーム用MOS型トランジスタ1のソース端子及び下アーム用MOS型トランジスタ2のドレイン端子は、U相スイッチングレグRuの出力端である。この出力端は、三相インバータ回路BにおけるU相出力端であり、モータ8のU相入力端に接続されている。
Further, in the U-phase switching leg Ru, the source terminal of the interconnected upper arm MOS transistor 1 and the drain terminal of the lower
また、V相スイッチングレグRvにおいて、相互に接続された上アーム用MOS型トランジスタ3のソース端子及び下アーム用MOS型トランジスタ4のドレイン端子は、V相スイッチングレグRvの出力端である。この出力端は、三相インバータ回路BにおけるV相出力端であり、モータ8のV相入力端に接続されている。
Further, in the V-phase switching leg Rv, the source terminal of the interconnected upper
さらに、W相スイッチングレグRwにおいて、相互に接続された上アーム用MOS型トランジスタ5のソース端子及び下アーム用MOS型トランジスタ6のドレイン端子は、W相スイッチングレグRwの出力端である。この出力端は、三相インバータ回路BにおけるW相出力端であり、モータ8のW相入力端に接続されている。
Further, in the W-phase switching leg Rw, the source terminal of the interconnected upper
このような三相インバータ回路Bを構成する第1~第6MOS型トランジスタ1~6は、各々に第1~第6ボディダイオードD1~D6を付帯的に備えている。これら第1~第6ボディダイオードD1~D6は、モータ8の逆起電力に基づく回生電流を直流電源7に還流させる還流ダイオードとして機能する。
The first to sixth MOS type transistors 1 to 6 constituting such a three-phase inverter circuit B are incidentally provided with first to sixth body diodes D1 to D6, respectively. These first to sixth body diodes D1 to D6 function as recirculation diodes that recirculate the regenerative current based on the back electromotive force of the
すなわち、U相スイッチングレグRuの上アーム用MOS型トランジスタ1は、第1ボディダイオードD1を備えている。この第1ボディダイオードD1は、図示するように、カソード端子が上アーム用MOS型トランジスタ1のドレイン端子に接続され、アノード端子が上アーム用MOS型トランジスタ1のソース端子に接続されている。 That is, the upper arm MOS transistor 1 of the U-phase switching leg Ru includes a first body diode D1. As shown in the figure, the cathode terminal of the first body diode D1 is connected to the drain terminal of the upper arm MOS transistor 1, and the anode terminal is connected to the source terminal of the upper arm MOS transistor 1.
また、U相スイッチングレグRuの下アーム用MOS型トランジスタ2は、第2ボディダイオードD2を備えている。この第2ボディダイオードD2は、図示するように、カソード端子が下アーム用MOS型トランジスタ2のドレイン端子に接続され、アノード端子が下アーム用MOS型トランジスタ2のソース端子に接続されている。
Further, the
V相スイッチングレグRvの上アーム用MOS型トランジスタ3は、第3ボディダイオードD3を備えている。この第3ボディダイオードD3は、図示するように、カソード端子が上アーム用MOS型トランジスタ3のドレイン端子に接続され、アノード端子が上アーム用MOS型トランジスタ3のソース端子に接続されている。
The upper
また、V相スイッチングレグRvの下アーム用MOS型トランジスタ4は、第4ボディダイオードD4を備えている。この第4ボディダイオードD4は、図示するように、カソード端子が下アーム用MOS型トランジスタ4のドレイン端子に接続され、アノード端子が下アーム用MOS型トランジスタ4のソース端子に接続されている。
Further, the
W相スイッチングレグRwの上アーム用MOS型トランジスタ5は、第5ボディダイオードD5を備えている。この第5ボディダイオードD5は、図示するように、カソード端子が上アーム用MOS型トランジスタ5のドレイン端子に接続され、アノード端子が上アーム用MOS型トランジスタ5のソース端子に接続されている。
The upper
また、W相スイッチングレグRwの下アーム用MOS型トランジスタ6は、第6ボディダイオードD6を備えている。この第6ボディダイオードD6は、図示するように、カソード端子が下アーム用MOS型トランジスタ6のドレイン端子に接続され、アノード端子が下アーム用MOS型トランジスタ6のソース端子に接続されている。
Further, the
このような三相インバータ回路Bは、本発明のスイッチング回路に相当し、また第1~第6MOS型トランジスタ1~6は、本発明の半導体スイッチング素子に相当する。すなわち、三相インバータ回路Bは、各々に還流ダイオードが設けられた上アーム用半導体スイッチング素子及び下アーム用半導体スイッチング素子を備えるスイッチングレグが複数設けられたインバータ回路である。 Such a three-phase inverter circuit B corresponds to the switching circuit of the present invention, and the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 correspond to the semiconductor switching element of the present invention. That is, the three-phase inverter circuit B is an inverter circuit provided with a plurality of switching legs including a semiconductor switching element for an upper arm and a semiconductor switching element for a lower arm, each of which is provided with a freewheeling diode.
また、三相インバータ回路Bにおける第1~第6MOS型トランジスタ1~6は、制御装置Aから入力されるゲート信号に基づいてON/OFF状態が設定される。このゲート信号は、制御装置Aによって第1~第6MOS型トランジスタ1~6の各々について生成される制御パルス信号である。また、この制御パルス信号は、例えばPWM(Pulse Width Modulation)信号である。 Further, the ON / OFF states of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 in the three-phase inverter circuit B are set based on the gate signal input from the control device A. This gate signal is a control pulse signal generated for each of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 by the control device A. Further, this control pulse signal is, for example, a PWM (Pulse Width Modulation) signal.
このような三相インバータ回路Bに付帯的に備えられた第1~第4電圧センサ9~12のうち、第1電圧センサ9は、三相インバータ回路Bの入力電圧つまり直流電源7の出力電圧(電源電圧VD)を検出するセンサであり、当該電源電圧VDを示す検出信号(電源電圧信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。
Of the first to
第2電圧センサ10は、U相スイッチングレグRuの出力電圧(U相電圧)を検出するセンサであり、当該U相電圧を示す検出信号(U相電圧信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。第3電圧センサ11は、V相スイッチングレグRvの出力電圧(V相電圧)を検出するセンサであり、当該V相電圧を示す検出信号(V相電圧信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。第4電圧センサ12は、W相スイッチングレグRwの出力電圧(W相電圧)を検出するセンサであり、当該W相電圧を示す検出信号(W相電圧信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。
The
第1~第3電流センサ13~15のうち、第1電流センサ13は、U相スイッチングレグRuの出力電流(U相電流)を検出するセンサであり、当該U相電流を示す検出信号(U相電流信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。第2電流センサ14は、V相スイッチングレグRvの出力電流(V相電流)を検出するセンサであり、当該V相電流を示す検出信号(V相電流信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。第3電流センサ15は、W相スイッチングレグRwの出力電流(W相電流)を検出するセンサであり、当該W相電流を示す検出信号(W相電流信号)を制御装置Aの温度推定部a1及びゲート信号生成部a2に出力する。
Of the first to third
制御装置Aは、上述した第1電圧センサ9の電源電圧信号、第2電圧センサ10のU相電圧信号、第3電圧センサ11のV相電圧信号、第4電圧センサ12のW相電圧信号、第1電流センサ13のU相電流信号、第2電流センサ14のV相電流信号及び第3電流センサ15のW相電流信号に基づいて、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度を推定すると共に、当該推定に基づく値(温度推定値)並びに外部機器から入力される状態量及び制御指令に基づいてゲート信号を生成する。
The control device A includes a power supply voltage signal of the
すなわち、この制御装置Aの温度推定部a1は、第1電圧センサ9から取得した電源電圧VD、第2~第4電圧センサ10~12から取得したU相電圧Vu、V相電圧Vv及びW相電圧Vw、第1~第3電流センサ13~15から取得したU相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iw、またゲート信号生成部a2から入力されるゲート信号の状態を示す状態信号に基づいて、第1~第6ボディダイオードD1~D6に関する第1~第6ジャンクション温度T1~T6を取得する。
That is, the temperature estimation unit a1 of the control device A has a power supply voltage V D acquired from the
ここで、第1~第6ボディダイオードD1~D6と第1~第6MOS型トランジスタ1~6とは、一体的な構造となっているため熱的に密接な関係にある。すなわち、第1~第6ボディダイオードD1~D6に関する第1~第6ジャンクション温度T1~T6は、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度とみなすことができる。したがって、温度推定部a1は、第1~第6ジャンクション温度T1~T6を第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度として取得(推定)する。 Here, the first to sixth body diodes D1 to D6 and the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 have an integral structure, and therefore have a close thermal relationship. That is, the first to sixth junction temperatures T1 to T6 relating to the first to sixth body diodes D1 to D6 can be regarded as the operating temperatures of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6. Therefore, the temperature estimation unit a1 acquires (estimates) the first to sixth junction temperatures T1 to T6 as the operating temperatures of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6.
すなわち、温度推定部a1は、第1電圧センサ9の電源電圧信号、第2電圧センサ10のU相電圧信号及び第1電流センサ13のU相電流信号に基づいて、U相スイッチングレグRuにおける第1ボディダイオードD1のジャンクション温度T1を取得し、当該ジャンクション温度T1を上アーム用MOS型トランジスタ1の動作温度とする。
That is, the temperature estimation unit a1 is the first in the U-phase switching leg Ru based on the power supply voltage signal of the
また、温度推定部a1は、第2電圧センサ10のU相電圧信号及び第1電流センサ13のU相電流信号に基づいて、U相スイッチングレグRuにおける第2ボディダイオードD2のジャンクション温度T2を取得し、当該ジャンクション温度T2を下アーム用MOS型トランジスタ2の動作温度とする。
Further, the temperature estimation unit a1 sets the junction temperature T2 of the second body diode D2 in the U-phase switching leg Ru based on the U-phase voltage signal of the
また、温度推定部a1は、第1電圧センサ9の電源電圧信号、第3電圧センサ11のV相電圧信号及び第2電流センサ14のV相電流信号に基づいて、V相スイッチングレグRvにおける第3ボディダイオードD3のジャンクション温度T3を取得し、当該ジャンクション温度T3を上アーム用MOS型トランジスタ3の動作温度とする。
Further, the temperature estimation unit a1 is the first in the V-phase switching leg Rv based on the power supply voltage signal of the
また、制御装置Aは、第3電圧センサ11のV相電圧信号及び第2電流センサ14のV相電流信号に基づいて、V相スイッチングレグRvにおける第4ボディダイオードD4のジャンクション温度T4を取得し、当該ジャンクション温度T4を下アーム用MOS型トランジスタ4の動作温度とする。
Further, the control device A acquires the junction temperature T4 of the fourth body diode D4 in the V-phase switching leg Rv based on the V-phase voltage signal of the
また、温度推定部a1は、第1電圧センサ9の電源電圧信号、第4電圧センサ12のW相電圧信号及び第3電流センサ15のW相電流信号に基づいて、W相スイッチングレグRwにおける第5ボディダイオードD5のジャンクション温度T5を取得し、当該ジャンクション温度T5を上アーム用MOS型トランジスタ5の動作温度とする。
Further, the temperature estimation unit a1 is the first in the W-phase switching leg Rw based on the power supply voltage signal of the
また、制御装置Aは、第4電圧センサ12のW相電圧信号及び第3電流センサ15のW相電流信号に基づいて、W相スイッチングレグRwにおける第6ボディダイオードD6のジャンクション温度T6を取得し、当該ジャンクション温度T6を下アーム用MOS型トランジスタ6の動作温度とする。
Further, the control device A acquires the junction temperature T6 of the sixth body diode D6 in the W-phase switching leg Rw based on the W-phase voltage signal of the
ここで、周知のようにpn接合ダイオードの接合部(ジャンクション)に流れる順方向電流IFは、下式(1)に示すショックレーのダイオード方程式に従う。この式(1)において、ISは飽和電流、VFは順方向電圧、qは素電荷量、nは理想係数、KBはボルツマン定数、Tはジャンクション温度、RSは接合ダイオードの直列抵抗である。これら各種物理量のうち、飽和電流IS、素電荷量q、ボルツマン定数KB及び接合ダイオードの直列抵抗RSは、既知の定数である。 Here, as is well known, the forward current IF flowing through the junction of the pn junction diode follows the Shockley diode equation shown in the following equation (1). In this equation (1), IS is the saturation current, V F is the forward voltage, q is the elementary charge, n is the ideal coefficient, KB is the Boltzmann constant, T is the junction temperature, and RS is the series resistance of the junction diode. Is. Of these various physical quantities, the saturation current IS , the elementary charge amount q, the Boltzmann constant KB , and the series resistance RS of the junction diode are known constants.
この式(1)において、カギかっこ内の第1項が第2項の1よりも十分に大きいと仮定すると、近似式として式(2)が成立する。そして、この近似式(2)をジャンクション温度Tについて解くと、式(3)が得られる。 In this equation (1), assuming that the first term in the key brackets is sufficiently larger than the first term in the second term, the equation (2) is established as an approximate equation. Then, when this approximate equation (2) is solved for the junction temperature T, the equation (3) is obtained.
すなわち、第1~第6ボディダイオードD1~D6の順方向電流I1~I6及び順方向電圧VF1~VF6を取得することによって得られる。第1~第6ボディダイオードD1~D6の順方向電流I1~I6のうち、U相スイッチングレグRuに関する第1ボディダイオードD1の順方向電流I1及び第2ボディダイオードD2の順方向電流I2は、第1電流センサ13が検出するU相電流Iuに相当する。
That is, it is obtained by acquiring the forward currents I 1 to I 6 and the forward voltages V F1 to V F6 of the first to sixth body diodes D1 to D6. Of the forward currents I 1 to I 6 of the first to sixth body diodes D1 to D6, the forward current I 1 of the first body diode D1 and the forward current I of the second body diode D2 with respect to the U-phase switching leg Ru. 2 corresponds to the U -phase current Iu detected by the first
また、V相スイッチングレグRvに関する第3ボディダイオードD3の順方向電流I3及び第4ボディダイオードD4の順方向電流I4は、第2電流センサ14が検出するV相電流Ivに相当する。さらに、W相スイッチングレグRwに関する第5ボディダイオードD5の順方向電流I5及び第6ボディダイオードD6の順方向電流I6は、第3電流センサ15が検出するW相電流Iwに相当する。
Further, the forward current I 3 of the third body diode D3 and the forward current I 4 of the fourth body diode D4 with respect to the V-phase switching leg Rv correspond to the V-phase current I v detected by the second
第1~第6ボディダイオードD1~D6の順方向電圧VF1~VF6のうち、第2、第4、第6ボディダイオードD2、D4、D6の順方向電圧VF2、VF4、VF6は、第2~第4電圧センサ10~12が検出する各相の出力電圧に相当する。さらに、第1、第3、第5ボディダイオードD1、D3、D5の順方向電圧VF1、VF3、VF5は、第1電圧センサ9が検出する電源電圧VDから第2、第4、第6ボディダイオードD2、D4、D6の順方向電圧VF2、VF4、VF6を減算することによって得られる。
Of the forward voltages V F1 to V F6 of the first to sixth body diodes D1 to D6, the forward voltages V F2 , V F4 , and V F6 of the second, fourth, and sixth body diodes D2, D4, and D6 are , Corresponds to the output voltage of each phase detected by the second to
温度推定部a1は、このような第1~第6ボディダイオードD1~D6の順方向電圧VF1~VF6、順方向電流I1~I6及びジャンクション温度T1~T6の関係を示すマップデータ、つまり式(3)に基づくジャンクション温度T1~T6に関する複数の温度データを予め記憶している。 The temperature estimation unit a1 is a map showing the relationship between the forward voltages V F1 to V F6 of the first to sixth body diodes D1 to D6, the forward currents I1 to I6, and the junction temperatures T1 to T6 . Data, that is, a plurality of temperature data relating to the junction temperatures T1 to T6 based on the equation (3) are stored in advance.
温度推定部a1は、第2~第4電圧センサ10~12から順方向電圧VF2に相当するU相電圧Vu、順方向電圧VF4に相当するV相電圧Vv及び順方向電圧VF6に相当するW相電圧Vwを取り込むと共に各電流センサ13~15から順方向電流I1、I2に相当するU相電流Iu、順方向電流I3、I4に相当するV相電流Iv及び順方向電流I5、I6に相当するW相電流Iwを取り込むと、これらU相電圧Vu、V相電圧Vv及びW相電圧Vw並びにU相電流Iu、V相電流Iv及びW相電流Iwに基づいて上記マップデータを検索することによってジャンクション温度T1~T6を取得する。
The temperature estimation unit a1 has a U-phase voltage V u corresponding to the forward voltage V F2 , a V-phase voltage V v corresponding to the forward voltage V F4 , and a forward voltage V F6 from the second to
このような温度推定部a1は、本発明に係る温度推定装置に相当するものであり、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度つまり第1~第6ボディダイオードD1~D6のジャンクション温度T1~T6(温度推定値)をゲート信号生成部a2に出力する。ゲート信号生成部a2は、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度並びに外部機器から入力される状態量及び制御指令に基づいて、第1~第6MOS型トランジスタ1~6を各々制御する第1~第6ゲート信号を生成する。 Such a temperature estimation unit a1 corresponds to the temperature estimation device according to the present invention, and is the operating temperature of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6, that is, the junction temperature of the first to sixth body diodes D1 to D6. T 1 to T 6 (estimated temperature value) are output to the gate signal generation unit a2. The gate signal generation unit a2 controls the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 based on the operating temperature of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6, the state quantity input from the external device, and the control command. Generates the 1st to 6th gate signals.
また、ゲート信号生成部a2は、第1ゲート信号を上アーム用MOS型トランジスタ1のゲート端子に出力し、第2ゲート信号を下アーム用MOS型トランジスタ2のゲート端子に出力する。また、ゲート信号生成部a2は、第3ゲート信号を上アーム用MOS型トランジスタ3のゲート端子に出力し、第4ゲート信号を下アーム用MOS型トランジスタ4のゲート端子に出力する。さらに、ゲート信号生成部a2は、第5ゲート信号を上アーム用MOS型トランジスタ5のゲート端子に出力し、第6ゲート信号を下アーム用MOS型トランジスタ6のゲート端子に出力する。
Further, the gate signal generation unit a2 outputs the first gate signal to the gate terminal of the upper arm MOS transistor 1 and outputs the second gate signal to the gate terminal of the lower
詳細については後述するが、U相スイッチングレグRuを構成する上アーム用MOS型トランジスタ1の第1ゲート信号及び下アーム用MOS型トランジスタ2の第2ゲート信号は互いに対を成しており、遷移点に時間幅Δtのデッドタイムが設けられている。また、V相スイッチングレグRvを構成する上アーム用MOS型トランジスタ3の第3ゲート信号及び下アーム用MOS型トランジスタ4の第4ゲート信号は、互いに対を成しており、遷移点に時間幅Δtのデッドタイムが設けられている。
Although the details will be described later, the first gate signal of the upper arm MOS transistor 1 and the second gate signal of the lower
さらに、W相スイッチングレグRwを構成する上アーム用MOS型トランジスタ5の第5ゲート信号及び下アーム用MOS型トランジスタ6の第6ゲート信号は、互いに対を成しており、遷移点に時間幅Δtのデッドタイムが設けられている。このようなデッドタイムの時間幅Δtは、予め設定された既定の値であり、各相のスイッチングレグにおける貫通電流を防止するためのものである。
Further, the fifth gate signal of the upper
ここで、上述した第1~第6ゲート信号のうち、上アーム用MOS型トランジスタ1、3、5に対応する第1、第3、第5ゲート信号は、一方のゲート信号に相当し、また下アーム用MOS型トランジスタ2、4、6に対応する第2、第4、第6ゲート信号は、他方のゲート信号に相当する。
Here, among the above-mentioned first to sixth gate signals, the first, third, and fifth gate signals corresponding to the upper arm
このようなデッドタイムについて、ゲート信号生成部a2は、温度推定部a1における第1~第6ボディダイオードD1~D6のジャンクション温度T1~T6の推定処理時間を十分に確保するために、ジャンクション温度T1~T6の推定処理を行う際に、既定の時間幅Δtを一時的に拡大した拡大時間幅を設定する。なお、既定の時間幅Δtの拡大処理の詳細については後述する。 With respect to such a dead time, the gate signal generation unit a2 has a junction in order to sufficiently secure the estimation processing time of the junction temperatures T1 to T6 of the first to sixth body diodes D1 to D6 in the temperature estimation unit a1. When performing the estimation processing of the temperatures T1 to T6, the expansion time width that is temporarily expanded from the predetermined time width Δt is set. The details of the expansion process of the default time width Δt will be described later.
このゲート信号生成部a2は、時間幅Δtの拡大処理に際して、U相電圧信号、V相電圧信号、W相電圧信号、U相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号を参照し、これらU相電圧信号、V相電圧信号、W相電圧信号、U相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号に基づいて三相インバータ回路Bの出力電力を計算する。 The gate signal generation unit a2 refers to a U-phase voltage signal, a V-phase voltage signal, a W-phase voltage signal, a U-phase current signal, a V-phase current signal, and a W-phase current signal when the time width Δt is expanded. The output power of the three-phase inverter circuit B is calculated based on the U-phase voltage signal, the V-phase voltage signal, the W-phase voltage signal, the U-phase current signal, the V-phase current signal, and the W-phase current signal.
さらに、このゲート信号生成部a2は、上述した状態信号を温度推定部a1に出力する。この状態信号は、第1~第6ゲート信号の状態つまりON状態(オン状態)あるいはOFF状態(オフ状態)を示す信号であり、よって各MOS型トランジスタ1~6のON/OFFを示すスイッチ状態信号である。 Further, the gate signal generation unit a2 outputs the above-mentioned state signal to the temperature estimation unit a1. This state signal is a signal indicating the state of the first to sixth gate signals, that is, the ON state (ON state) or the OFF state (OFF state), and thus the switch state indicating the ON / OFF of each MOS type transistor 1 to 6. It is a signal.
次に、本実施形態に係る制御装置Aの動作について、図2~図4を参照して詳しく説明する。 Next, the operation of the control device A according to the present embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.
上述したゲート信号生成部a2は、図2に示すように、最初に温度推定を実施すべきか否かを判断する(ステップS1)。例えば温度推定を周期的に実施する場合、ゲート信号生成部a2は、自身が把握している温度応答時定数に基づいて温度推定を実施する周期を決定する。ゲート信号生成部a2は、時刻を計時するタイマの値(タイマ値)を参照し、当該タイマ値が予め設定された値(実施時刻)に到達したが否かをステップS1として判断する。 As shown in FIG. 2, the gate signal generation unit a2 described above determines whether or not temperature estimation should be performed first (step S1). For example, when the temperature estimation is periodically performed, the gate signal generation unit a2 determines the cycle for performing the temperature estimation based on the temperature response time constant that it knows. The gate signal generation unit a2 refers to the value (timer value) of the timer that measures the time, and determines in step S1 whether or not the timer value has reached a preset value (execution time).
ゲート信号生成部a2は、上記ステップS1の判断が「No」の場合つまり温度推定を実施しない場合、制御指令及び状態量に基づく通常のゲート信号を生成して三相インバータ回路Bに出力する(ステップS2)。この通常のゲート信号は、三相インバータ回路Bを制御指令及び状態量に基づいてフィードバック制御するためのものであり、温度推定部a1で行われる各MOS型トランジスタ1~6の動作温度の推定処理を全く考慮しないものである。 When the determination in step S1 is "No", that is, when the temperature estimation is not performed, the gate signal generation unit a2 generates a normal gate signal based on the control command and the state quantity and outputs it to the three-phase inverter circuit B ( Step S2). This normal gate signal is for feedback control of the three-phase inverter circuit B based on a control command and a state quantity, and is an estimation process of the operating temperature of each MOS type transistor 1 to 6 performed by the temperature estimation unit a1. Is not considered at all.
ここで、図3は、U相上アーム及びU相下アームの半導体スイッチング素子つまり上アーム用MOS型トランジスタ1のゲート端子及び下アーム用MOS型トランジスタ2のゲート端子に入力される第1ゲート信号及び第2ゲート信号の一例を示している。この図3では、3種類の第1ゲート信号及び第2ゲート信号を示しており、上から2段目及び3段目に示す波形が上記通常のゲート信号に相当する。
Here, FIG. 3 shows a first gate signal input to the semiconductor switching elements of the U-phase upper arm and the U-phase lower arm, that is, the gate terminal of the upper arm MOS transistor 1 and the gate terminal of the lower
ゲート信号生成部a2は、図3の最上段に示すように所定の繰返し周期を有する三角波を搬送波とし、制御指令及び状態量に基づいて生成した電圧指令値と搬送波とを比較することによってゲート信号を生成するが、各相のスイッチングレグにおける貫通電流を防止するためにゲート信号の遷移点に時間幅Δtのデッドタイムを設定する。 As shown in the uppermost stage of FIG. 3, the gate signal generation unit a2 uses a triangular wave having a predetermined repetition period as a carrier wave, and compares the voltage command value generated based on the control command and the state quantity with the carrier wave to obtain a gate signal. However, a dead time with a time width of Δt is set at the transition point of the gate signal in order to prevent a penetration current in the switching leg of each phase.
このデッドタイムは、U相上アーム用のゲート信号及びU相下アーム用のゲート信号が何れもOFF状態となる期間であり、OFF状態からON状態に遷移するタイミング及びON状態からOFF状態に遷移するタイミングの各々に設定される。また、このようなデッドタイムの時間幅Δtは、半導体スイッチング素子の性能等を考慮して予め設定された既定値である。 This dead time is a period in which both the gate signal for the U-phase upper arm and the gate signal for the U-phase lower arm are in the OFF state, and the timing of transitioning from the OFF state to the ON state and the transition from the ON state to the OFF state. It is set for each of the timings to be performed. Further, the time width Δt of such a dead time is a preset value set in consideration of the performance of the semiconductor switching element and the like.
ところで、上記ステップS1の判断が「Yes」の場合つまり温度推定を実施する場合、ステップS3の処理が行われる。すなわち、ゲート信号生成部a2は、三相インバータ回路Bの出力電力と所定の電力しきい値Rwとを比較することにより、三相インバータ回路Bの出力電力が所定の電力しきい値Rw以下か否かを判断する(ステップS3)。 By the way, when the determination in step S1 is "Yes", that is, when the temperature estimation is performed, the process of step S3 is performed. That is, by comparing the output power of the three-phase inverter circuit B with the predetermined power threshold Rw, the gate signal generation unit a2 determines whether the output power of the three-phase inverter circuit B is equal to or less than the predetermined power threshold Rw. It is determined whether or not (step S3).
より具体的には、ゲート信号生成部a2は、U相電圧信号、V相電圧信号、W相電圧信号、U相電流信号、V相電流信号及びW相電流信号に基づいて各相の相電力を計算し、各相電力に基づいて三相インバータ回路Bの出力電力を計算する。そして、ゲート信号生成部a2は、このようにして計算した出力電力を予め記憶している電力しきい値Rwと比較することによりステップS3の判断処理を行う。 More specifically, the gate signal generation unit a2 has a phase power of each phase based on a U-phase voltage signal, a V-phase voltage signal, a W-phase voltage signal, a U-phase current signal, a V-phase current signal, and a W-phase current signal. Is calculated, and the output power of the three-phase inverter circuit B is calculated based on the power of each phase. Then, the gate signal generation unit a2 performs the determination process in step S3 by comparing the output power calculated in this way with the power threshold value Rw stored in advance.
そして、ゲート信号生成部a2は、このステップS3の判断が「Yes」の場合、上述した通常のゲート信号におけるONパルス(オンパルス)の短縮処理を行う(ステップS4)。すなわち、ゲート信号生成部a2は、図3の第4段目及び第5段目に示すように、第2ゲート信号におけるONパルスの時間幅を短縮することによって、デッドタイムを既定の時間幅Δtから時間幅Δ2t(拡大時間幅)に拡大させる。 Then, when the determination in step S3 is "Yes", the gate signal generation unit a2 performs a shortening process of the ON pulse (on pulse) in the above-mentioned normal gate signal (step S4). That is, as shown in the fourth and fifth stages of FIG. 3, the gate signal generation unit a2 sets the dead time to the predetermined time width Δt by shortening the time width of the ON pulse in the second gate signal. To the time width Δ2t (expansion time width).
一方、ステップS3の判断が「No」の場合つまり三相インバータ回路Bの出力電力が電力しきい値Rwより大きい場合には、上述した通常のゲート信号におけるONパルスの除去処理を行う(ステップS5)。すなわち、ゲート信号生成部a2は、図3の第6段目及び第7段目に示すように、第2ゲート信号におけるONパルスを除去することにより、デッドタイムを既定の時間幅Δtから時間幅Δ6t(拡大時間幅)に拡大させる。 On the other hand, when the determination in step S3 is "No", that is, when the output power of the three-phase inverter circuit B is larger than the power threshold value Rw, the ON pulse removal process in the above-mentioned normal gate signal is performed (step S5). ). That is, as shown in the sixth and seventh stages of FIG. 3, the gate signal generation unit a2 sets the dead time from the predetermined time width Δt by removing the ON pulse in the second gate signal. It is expanded to Δ6t (expansion time width).
このようにゲート信号生成部a2は、三相インバータ回路Bの出力電力の電力しきい値Rwに対する大小に応じてデッドタイムの設定方法を切替える。すなわち、ゲート信号生成部a2は、三相インバータ回路Bの出力電力が電力しきい値Rw以下の場合、第2ゲート信号(他方のゲート信号)のON時間(オン時間)を第1ゲート信号(一方のゲート信号)のON時間よりも短くすることによってデッドタイムの時間幅Δ2t(拡大時間幅)を設定し、これに対して三相インバータ回路Bの出力電力が電力しきい値Rwより大きい場合には、第2ゲート信号(他方のゲート信号)のONパルスを除去することによってデッドタイムの時間幅Δ6t(拡大時間幅)を設定する。 In this way, the gate signal generation unit a2 switches the dead time setting method according to the magnitude of the output power of the three-phase inverter circuit B with respect to the power threshold value Rw. That is, when the output power of the three-phase inverter circuit B is equal to or less than the power threshold value Rw, the gate signal generation unit a2 sets the ON time (ON time) of the second gate signal (the other gate signal) to the first gate signal (on time). When the dead time time width Δ2t (expansion time width) is set by making it shorter than the ON time of one of the gate signals), whereas the output power of the three-phase inverter circuit B is larger than the power threshold Rw. The dead time time width Δ6t (expansion time width) is set by removing the ON pulse of the second gate signal (the other gate signal).
ここで、図3ではU相つまり上アーム用MOS型トランジスタ1用の第1ゲート信号及び下アーム用MOS型トランジスタ2用の第2ゲート信号に関するデッドタイムの時間幅Δtの拡大処理について説明したが、V相及びW相つまり上アーム用MOS型トランジスタ3用の第3ゲート信号及び下アーム用MOS型トランジスタ4用の第4ゲート信号並びに上アーム用MOS型トランジスタ5用の第5ゲート信号及び下アーム用MOS型トランジスタ6用の第6ゲート信号についても、同様にデッドタイムの時間幅Δtの拡大処理が行われる。
Here, in FIG. 3, the process of expanding the dead time time width Δt for the U phase, that is, the first gate signal for the upper arm MOS transistor 1 and the second gate signal for the lower
ゲート信号生成部a2は、このような三相に関するデッドタイムの時間幅Δtの拡大処理を完了すると、拡大時間幅つまり時間幅Δ2tあるいは時間幅Δ6tにおいて第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度の推定処理を実行する(ステップS6)。この動作温度の推定処理は、温度推定部a1が、図4に示す一連の処理を実行することによって実現される。 When the gate signal generation unit a2 completes the process of expanding the dead time time width Δt for the three phases, the gate signal generation unit a2 operates the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 in the expansion time width, that is, the time width Δ2t or the time width Δ6t. The temperature estimation process is executed (step S6). This operating temperature estimation process is realized by the temperature estimation unit a1 executing a series of processes shown in FIG.
なお、U相、V相及びW相における第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度の推定手順は、基本的に同一である。したがって、以下では図4を参照することにより、U相の上アーム用MOS型トランジスタ1及び下アーム用MOS型トランジスタ2の動作温度の推定手順について詳しく説明する。
The procedure for estimating the operating temperature of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 in the U phase, the V phase, and the W phase is basically the same. Therefore, in the following, the procedure for estimating the operating temperature of the U-phase upper arm MOS transistor 1 and the lower
温度推定部a1は、U相の上アーム用MOS型トランジスタ1及び下アーム用MOS型トランジスタ2の動作温度の推定に際して、最初に第1電流センサ13から入力されるU相電流信号に基づいてU相電流Iuの極性がプラスであるか否かを判断する(ステップSa1)。
The temperature estimation unit a1 U is based on the U-phase current signal first input from the first
温度推定部a1は、このステップSa1の判断が「Yes」の場合つまりU相電流Iuの極性がプラスの場合、ゲート信号生成部a2から入力される状態信号(スイッチ状態信号)に基づいてU相上アームを構成する上アーム用MOS型トランジスタ1がOFF状態にあるか否かを判断する(ステップSa2)。 When the determination in step Sa1 is "Yes", that is, when the polarity of the U -phase current Iu is positive, the temperature estimation unit a1 U is based on the state signal (switch state signal) input from the gate signal generation unit a2. It is determined whether or not the upper arm MOS type transistor 1 constituting the upper arm is in the OFF state (step Sa2).
そして、温度推定部a1は、このステップSa2の判断が「Yes」の場合つまり上アーム用MOS型トランジスタ1がOFF状態の場合、上記状態信号(スイッチ状態信号)に基づいてU相下アームを構成する下アーム用MOS型トランジスタ2がOFF状態にあるか否かを判断する(ステップSa3)。
Then, the temperature estimation unit a1 configures the U-phase lower arm based on the above state signal (switch state signal) when the determination in step Sa2 is "Yes", that is, when the upper arm MOS transistor 1 is in the OFF state. It is determined whether or not the lower
温度推定部a1は、このステップSa3の判断が「Yes」の場合、つまり図3に示したように上アーム用MOS型トランジスタ1と下アーム用MOS型トランジスタ2とが何れもOFF状態であるデッドタイムにおいて、U相電流Iuを取得し(ステップSa4)、また第2電圧センサ10から入力されるU相電圧信号に基づいてU相電圧Vuを取得する(ステップSa5)。
In the temperature estimation unit a1, when the determination in step Sa3 is "Yes", that is, as shown in FIG. 3, the upper arm MOS transistor 1 and the lower
そして、温度推定部a1は、U相電流Iu及びU相電圧Vuを用いてマップデータを検索することにより、U相電流Iu及びU相電圧Vuに対応するマップ値つまりボディダイオードD2のジャンクション温度T2を取得する(ステップSa6)。そして、温度推定部a1は、このようにして取得したボディダイオードD2のジャンクション温度T2を下アーム用MOS型トランジスタ2の動作温度とする(ステップSa7)。 Then, the temperature estimation unit a1 searches the map data using the U-phase current I u and the U-phase voltage V u , so that the map value corresponding to the U-phase current I u and the U-phase voltage V u , that is, the body diode D2 The junction temperature T 2 of the above is acquired (step Sa6). Then, the temperature estimation unit a1 sets the junction temperature T2 of the body diode D2 thus acquired as the operating temperature of the lower arm MOS transistor 2 (step Sa7).
このようにして下アーム用MOS型トランジスタ2の動作温度(ボディダイオードD2のジャンクション温度T2)を取得すると、温度推定部a1は、電流センサ13から入力されるU相電流信号に基づいてU相電流Iuの極性がマイナスであるか否かを判断する(ステップSa8)。
When the operating temperature of the lower arm MOS transistor 2 (junction temperature T2 of the body diode D2) is acquired in this way, the temperature estimation unit a1 is U-phase based on the U-phase current signal input from the
そして、温度推定部a1は、このステップSa8の判断が「Yes」の場合つまりU相電流Iuの極性がマイナスの場合、ゲート信号生成部a2から入力される状態信号(スイッチ状態信号)に基づいてU相上アームを構成する上アーム用MOS型トランジスタ1がOFF状態にあるか否かを判断する(ステップSa9)。 Then, the temperature estimation unit a1 is based on the state signal (switch state signal) input from the gate signal generation unit a2 when the determination in step Sa8 is "Yes", that is, when the polarity of the U -phase current Iu is negative. It is determined whether or not the upper arm MOS type transistor 1 constituting the U-phase upper arm is in the OFF state (step Sa9).
そして、温度推定部a1は、このステップSa9の判断が「Yes」の場合つまり上アーム用MOS型トランジスタ1がOFF状態の場合、上記状態信号(スイッチ状態信号)に基づいてU相下アームを構成する下アーム用MOS型トランジスタ2がOFF状態にあるか否かを判断する(ステップSa10)。
Then, the temperature estimation unit a1 configures the U-phase lower arm based on the above state signal (switch state signal) when the determination in step Sa9 is "Yes", that is, when the upper arm MOS transistor 1 is in the OFF state. It is determined whether or not the lower
温度推定部a1は、このステップSa10の判断が「Yes」の場合、つまり図3に示したように上アーム用MOS型トランジスタ1と下アーム用MOS型トランジスタ2とが何れもOFF状態であるデッドタイムにおいてU相電流Iuを取得し(ステップSa11)、また電圧センサ10から入力されるU相電圧信号から取得したU相電圧Vuを電源電圧VDから減算することによってボディダイオードD1の順方向電圧V1を取得する(ステップSa12)。
In the temperature estimation unit a1, when the determination in step Sa10 is "Yes", that is, as shown in FIG. 3, the upper arm MOS transistor 1 and the lower
そして、温度推定部a1は、U相電流Iu及び順方向電圧V1を用いてマップデータを検索することにより、U相電流Iu及び順方向電圧V1に対応するマップ値つまりボディダイオードD1のジャンクション温度T1を取得する(ステップSa13)。そして、温度推定部a1は、このようにして取得したボディダイオードD1のジャンクション温度T1を下アーム用MOS型トランジスタ1の動作温度とする(ステップSa14)。 Then, the temperature estimation unit a1 searches the map data using the U-phase current I u and the forward voltage V 1 , and the map value corresponding to the U-phase current I u and the forward voltage V 1 , that is, the body diode D1. The junction temperature T 1 of the above is acquired (step Sa13). Then, the temperature estimation unit a1 sets the junction temperature T1 of the body diode D1 thus acquired as the operating temperature of the lower arm MOS transistor 1 (step Sa14).
温度推定部a1は、このようにして上アーム用MOS型トランジスタ1及び下アーム用MOS型トランジスタ2の各動作温度を取得するが、V相スイッチングレグRvを構成する上アーム用MOS型トランジスタ3及び下アーム用MOS型トランジスタ4並びにW相スイッチングレグRwを構成する上アーム用MOS型トランジスタ5及び下アーム用MOS型トランジスタ6についても同様に行う。
The temperature estimation unit a1 acquires the operating temperatures of the upper arm MOS transistor 1 and the lower
すなわち、温度推定部a1は、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の全てについて、各々の動作温度を取得する。そして、温度推定部a1は、このような第1~第6MOS型トランジスタ1~6の各動作温度をゲート信号生成部a2に出力する。 That is, the temperature estimation unit a1 acquires the operating temperature of each of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6. Then, the temperature estimation unit a1 outputs each operating temperature of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 to the gate signal generation unit a2.
ゲート信号生成部a2は、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度が予め設定された許容範囲内にある場合、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度に関わりなく第1~第6MOS型トランジスタ1~6を制御する第1~第6ゲート信号を生成するが、第1~第6MOS型トランジスタ1~6の何れかの動作温度が許容範囲を逸脱すると、つまり異常温度のMOS型トランジスタが発生すると、当該異常温度のMOS型トランジスタを強制的にOFF状態とするゲート信号を生成することにより、異常温度のMOS型トランジスタの出力を抑えて発熱を低減する。 When the operating temperature of the 1st to 6th MOS type transistors 1 to 6 is within the preset allowable range, the gate signal generation unit a2 is the first regardless of the operating temperature of the 1st to 6th MOS type transistors 1 to 6. The 1st to 6th gate signals for controlling the 6th MOS type transistors 1 to 6 are generated, but when the operating temperature of any of the 1st to 6th MOS type transistors 1 to 6 deviates from the allowable range, that is, the abnormal temperature is generated. When a MOS transistor is generated, a gate signal for forcibly turning off the abnormal temperature MOS transistor is generated to suppress the output of the abnormal temperature MOS transistor and reduce heat generation.
本実施形態によれば、通常のゲート信号におけるデッドタイムの時間幅Δtよりも拡大されたデッドタイムの時間幅Δ2tあるいは時間幅Δ6tにおいて第1~第6ボディダイオードD1~D6の順方向電流及び順方向電圧を取得して第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度を推定するので、高速動作を必要とすることなく第1~第6MOS型トランジスタ1~6(半導体スイッチング素子)の動作温度を推定することが可能である。 According to the present embodiment, the forward current and the order of the first to sixth body diodes D1 to D6 in the time width Δ2t or the time width Δ6t of the dead time expanded from the time width Δt of the dead time in the normal gate signal. Since the operating temperature of the 1st to 6th MOS type transistors 1 to 6 is estimated by acquiring the directional voltage, the operating temperature of the 1st to 6th MOS type transistors 1 to 6 (semiconductor switching element) does not require high-speed operation. Can be estimated.
また、本実施形態によれば、このようにして得られた第1~第6MOS型トランジスタ1~6(半導体スイッチング素子)の動作温度に基づいて第1~第6ゲート信号を生成するので、第1~第6MOS型トランジスタ1~6を的確に制御することが可能である。 Further, according to the present embodiment, since the first to sixth gate signals are generated based on the operating temperatures of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 (semiconductor switching elements) thus obtained, the first to sixth gate signals are generated. It is possible to accurately control the 1st to 6th MOS type transistors 1 to 6.
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
(1)上記実施形態では、三相インバータ回路B(スイッチング回路)を6つのMOS型トランジスタ1~6(半導体スイッチング素子)で構成したが、本発明はこれに限定されない。本発明は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のMOS型トランジスタとは異なる形態の半導体スイッチング素子を用いて構成された三相インバータ回路にも適用することができる。
The present invention is not limited to the above embodiment, and for example, the following modifications can be considered.
(1) In the above embodiment, the three-phase inverter circuit B (switching circuit) is composed of six MOS-type transistors 1 to 6 (semiconductor switching elements), but the present invention is not limited thereto. The present invention can also be applied to a three-phase inverter circuit configured by using a semiconductor switching element having a form different from that of a MOS transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
例えばIGBTを半導体スイッチング素子として採用する場合、ボディダイオードとして一体になっているRC-IGBT(逆導通IGBT)でもMOS型トランジスタと同様に、動作時の順方向電流及び順方向電圧から推定したボディダイオードのジャンクション温度から半導体スイッチング素子の温度を推定することができる。 For example, when an IGBT is used as a semiconductor switching element, the RC-IGBT (reverse conduction IGBT) integrated as a body diode is also a body diode estimated from the forward current and forward voltage during operation, similar to a MOS transistor. The temperature of the semiconductor switching element can be estimated from the junction temperature of.
また、MOS型トランジスタのように寄生ダイオードとしてのボディダイオードを備えていないIGBTにおいても、同一のDCB基板などの熱の影響を受ける程度に近接して設ける必要はあるが、順方向電流及び順方向電圧から推定した還流ダイオードのジャンクション温度から半導体スイッチング素子の温度を推定することができる。 Further, even in an IGBT that does not have a body diode as a parasitic diode like a MOS transistor, it is necessary to install them in close proximity to the extent that they are affected by the heat of the same DCB substrate, but the forward current and forward direction The temperature of the semiconductor switching element can be estimated from the junction temperature of the freewheeling diode estimated from the voltage.
(2)上記実施形態では、スイッチング回路の一種である三相インバータ回路Bについて説明したが、本発明は三相インバータ回路B以外のスイッチング回路にも適用することができる。本発明は、例えば1つの半導体スイッチング素子を備えるスイッチング回路にも適用することができる。すなわち、本発明は、スイッチング回路を構成すると共に各々に還流ダイオードが設けられた1あるいは複数の半導体スイッチング素子の動作温度の推定に適用することができる。 (2) In the above embodiment, the three-phase inverter circuit B, which is a kind of switching circuit, has been described, but the present invention can be applied to switching circuits other than the three-phase inverter circuit B. The present invention can also be applied to, for example, a switching circuit including one semiconductor switching element. That is, the present invention can be applied to estimate the operating temperature of one or a plurality of semiconductor switching elements which constitute a switching circuit and are each provided with a freewheeling diode.
(3)上記実施形態では、三相インバータ回路B(スイッチング回路)を構成する全てのMOS型トランジスタ1~6(半導体スイッチング素子)の動作温度を推定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第1~第6MOS型トランジスタ1~6(半導体スイッチング素子)の一部の動作温度を推定してもよい。 (3) In the above embodiment, the operating temperatures of all the MOS transistor 1 to 6 (semiconductor switching elements) constituting the three-phase inverter circuit B (switching circuit) are estimated, but the present invention is not limited thereto. For example, the operating temperature of a part of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 (semiconductor switching element) may be estimated.
(4)上記実施形態では、温度推定の実施条件が時間条件である場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、時間条件以外の実施条件に基づいて第1~第6MOS型トランジスタ1~6の動作温度を推定してもよい。 (4) In the above embodiment, the case where the temperature estimation implementation condition is the time condition has been described, but the present invention is not limited to this. That is, the operating temperature of the first to sixth MOS type transistors 1 to 6 may be estimated based on the implementation conditions other than the time condition.
A 制御装置
a1 温度推定部
a2 ゲート信号生成部
B 三相インバータ回路(スイッチング回路)
D1 ボディダイオード(還流ダイオード)
D2 ボディダイオード(還流ダイオード)
D3 ボディダイオード(還流ダイオード)
D4 ボディダイオード(還流ダイオード)
D5 ボディダイオード(還流ダイオード)
D6 ボディダイオード(還流ダイオード)
Ru U相スイッチングレグ
Rv V相スイッチングレグ
Rw W相スイッチングレグ
1 上アーム用MOS型トランジスタ(半導体スイッチング素子)
2 下アーム用MOS型トランジスタ(半導体スイッチング素子)
3 上アーム用MOS型トランジスタ(半導体スイッチング素子)
4 下アーム用MOS型トランジスタ(半導体スイッチング素子)
5 上アーム用MOS型トランジスタ(半導体スイッチング素子)
6 下アーム用MOS型トランジスタ(半導体スイッチング素子)
7 直流電源
8 モータ
9 第1電圧センサ
10 第2電圧センサ
11 第3電圧センサ
12 第4電圧センサ
13 第1電流センサ
14 第2電流センサ
15 第3電流センサ
A Control device a1 Temperature estimation unit a2 Gate signal generation unit B Three-phase inverter circuit (switching circuit)
D1 body diode (reflux diode)
D2 body diode (reflux diode)
D3 body diode (reflux diode)
D4 body diode (reflux diode)
D5 body diode (reflux diode)
D6 body diode (reflux diode)
Ru U-phase switching leg Rv V-phase switching leg Rw W-phase switching leg 1 MOS type transistor for upper arm (semiconductor switching element)
2 MOS transistor for lower arm (semiconductor switching element)
3 MOS transistor for upper arm (semiconductor switching element)
4 MOS transistor for lower arm (semiconductor switching element)
5 MOS transistor for upper arm (semiconductor switching element)
6 MOS transistor for lower arm (semiconductor switching element)
7
Claims (5)
前記上アーム用半導体スイッチング素子と前記下アーム用半導体スイッチング素子とのデッドタイムを既定の時間幅よりも拡大した拡大時間幅において前記インバータ回路から取得した前記還流ダイオードの順方向電圧及び順方向電流に基づいて前記動作温度を推定することを特徴とする温度推定装置。 In an inverter circuit provided with one or a plurality of switching legs including a semiconductor switching element for an upper arm and a semiconductor switching element for a lower arm, each of which is provided with a freewheeling diode, the semiconductor switching element for the upper arm and the semiconductor switching for the lower arm are provided. A temperature estimation device that estimates the operating temperature of a device.
The dead time between the upper arm semiconductor switching element and the lower arm semiconductor switching element is set to the forward voltage and forward current of the freewheeling diode acquired from the inverter circuit in an extended time width that is larger than the predetermined time width. A temperature estimation device, characterized in that the operating temperature is estimated based on the above.
当該三相インバータ回路から得られる前記順方向電圧及び前記順方向電流に基づいて前記動作温度を推定することを特徴とする請求項1~3の何れか一項に記載の温度推定装置。 The inverter circuit is a three-phase inverter circuit provided with three switching legs.
The temperature estimation device according to any one of claims 1 to 3, wherein the operating temperature is estimated based on the forward voltage and the forward current obtained from the three-phase inverter circuit.
該温度推定装置が推定した前記動作温度に基づいて前記上アーム用半導体スイッチング素子及び前記下アーム用半導体スイッチング素子を制御するゲート信号を生成するゲート信号生成部と
を備えることを特徴とする制御装置。 The temperature estimation device according to any one of claims 1 to 4, and the temperature estimation device.
A control device including a gate signal generation unit that generates a gate signal for controlling the semiconductor switching element for the upper arm and the semiconductor switching element for the lower arm based on the operating temperature estimated by the temperature estimation device. ..
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