JP2024047184A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器に異常が生じたときの半導体スイッチング素子の故障を抑制できる電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換装置は、半導体スイッチング素子３ａと、半導体スイッチング素子３ａを冷却する液冷式の冷却器８と、半導体スイッチング素子３ａの温度を検出するサーミスタ４ａと、半導体スイッチング素子３ａを可変のスイッチング速度で駆動するゲート駆動回路６ａを有する制御部６と、を備え、制御部６は、サーミスタ４ａの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づいて冷却器８の異常の有無を判定し、判定結果に基づいて半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、冷却器を備えた電力変換装置に関するものである。

特許文献１には、電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、パワー半導体モジュールと、パワー半導体モジュールを駆動するゲート駆動回路と、を備えている。ゲート駆動回路は、ゲート電圧閾値検知判定回路と、ゲート抵抗切り替え回路と、抵抗可変機能を備えたゲート抵抗と、を有している。ゲート電圧閾値検知判定回路は、パワー半導体モジュール内部のパワー半導体素子の素子温度に基づき、ゲート抵抗値を変更制御する。

特開２０１９－１２９５４５号公報

上記のような電力変換装置には、通常、冷却器が設けられる。パワー半導体素子が冷却器によって冷却されることにより、パワー半導体素子の素子温度の上昇が抑えられる。しかしながら、冷却器に異常が生じると、パワー半導体素子の素子温度が上昇する。特に、冷却器が液冷式である場合、ポンプの故障、冷却媒体の漏れ等の異常が生じると、冷却器の冷却性能が大きく低下する。したがって、冷却器が液冷式である場合、冷却器に異常が生じると、パワー半導体素子の素子温度は大きく上昇する。この場合、パワー半導体素子のサージ電圧が増大するため、ドレイン－ソース間の電圧が耐圧を超過し、パワー半導体素子が故障してしまうおそれがあるという課題があった。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、冷却器に異常が生じたときの半導体スイッチング素子の故障を抑制できる電力変換装置を提供することを目的とする。

本開示に係る電力変換装置は、半導体スイッチング素子と、前記半導体スイッチング素子を冷却する液冷式の冷却器と、前記半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、前記半導体スイッチング素子を可変のスイッチング速度で駆動するゲート駆動回路を有する制御部と、を備え、前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づいて前記冷却器の異常の有無を判定し、判定結果に基づいて前記半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を制御する。

本開示によれば、冷却器に異常が生じたときの半導体スイッチング素子の故障を抑制することができる。

実施の形態１に係る電力変換装置の概略構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置における１つの半導体スイッチング素子及びそれを駆動するゲート駆動回路の構成図である。 実施の形態１に係る電力変換装置の要部構成を示す断面図である。 半導体スイッチング素子がスイッチングする際の一連の動作について説明する図である。 半導体スイッチング素子がスイッチングする際の一連の動作について説明する図である。 半導体スイッチング素子がスイッチングする際の一連の動作について説明する図である。 半導体スイッチング素子がターンオンする際における当該半導体スイッチング素子の電流波形を示すグラフである。 半導体スイッチング素子がターンオンする際における反対側のアームの半導体スイッチング素子の電圧波形を示すグラフである。 半導体スイッチング素子がターンオンする際における反対側のアームの半導体スイッチング素子のリカバリ電流波形を示すグラフである。 ターンオン時のスイッチング速度が低下した場合における当該半導体スイッチング素子の電流波形を示すグラフである。 ターンオン時のスイッチング速度が低下した場合における反対側のアームの半導体スイッチング素子の電圧波形を示すグラフである。 ターンオン時のスイッチング速度が低下した場合における反対側のアームの半導体スイッチング素子のリカバリ電流波形を示すグラフである。 実施の形態１に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度の調整方法を説明する図である。 実施の形態１に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子の電流波形を示すグラフである。 実施の形態１に係る電力変換装置における反対側のアームの半導体スイッチング素子の電圧波形を示すグラフである。 実施の形態１に係る電力変換装置における反対側のアームの半導体スイッチング素子のリカバリ電流波形を示すグラフである。 実施の形態１の比較例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のジャンクション温度及びサーミスタの検出温度の推移の例を示すグラフである。 実施の形態１に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のジャンクション温度、サーミスタの検出温度、及び温度上昇率の推移の例を示すグラフである。 実施の形態１に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のジャンクション温度、サーミスタの検出温度、及び温度上昇率の推移の例を示すグラフである。 実施の形態１の第１変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子及びゲート駆動回路の構成図である。 実施の形態１の第１変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のゲート電圧、ゲートソース間電圧及びドレイン電流の波形の例を示すグラフである。 実施の形態１の第１変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のゲート電圧、ゲートソース間電圧及びドレイン電流の波形の例を示すグラフである。 実施の形態１の第２変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子及びゲート駆動回路の構成図である。 実施の形態１の第２変形例に係る電力変換装置におけるゲート駆動回路の動作を説明する図である。 実施の形態１の第２変形例に係る電力変換装置におけるゲート駆動回路の動作を説明する図である。 実施の形態１の第２変形例に係る電力変換装置におけるゲート駆動回路のスイッチング素子の動作、並びにツェナーダイオード電圧、ゲートソース間電圧、及びドレイン電流の波形の例を示すグラフである。 実施の形態１の第２変形例に係る電力変換装置におけるゲート駆動回路のスイッチング素子の動作、並びにツェナーダイオード電圧、ゲートソース間電圧、及びドレイン電流の波形の例を示すグラフである。 実施の形態１に係る電力変換装置において制御部により実行される処理の一例を示すフローチャートである。 実施の形態２に係る電力変換装置における制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２に係る電力変換装置における冷却器状態判定部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２の変形例に係る電力変換装置における制御部の構成を示すブロック図である。 実施の形態２の変形例に係る電力変換装置におけるジャンクション温度計算部の構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係る電力変換装置について説明する。図１は、本実施の形態に係る電力変換装置の概略構成図である。図１に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、３相インバータを有している。

インバータの入力部には、直流入力電源１が接続されている。直流入力電源１は、直流電圧を出力するバッテリである。本実施の形態の電力変換装置が電気自動車又はハイブリッド自動車に適用される場合、直流入力電源１としては、通常、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池が用いられる。インバータの出力部には、インバータの負荷であるモータ７が接続されている。モータ７は、発電電動機であってもよい。便宜上、モータ７の各相をＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする。

インバータの入力段には、平滑用コンデンサ２と、複数の半導体スイッチング素子３ａ～３ｆと、が設けられている。平滑用コンデンサ２は、電圧リプル及びノイズを除去するために設けられている。

各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆは、電力変換用のパワー半導体素子である。各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆは、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されている。各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆは、内部にボディダイオードを有している。各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆは、例えば、シリコンカーバイド（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ：ＳｉＣ）などのワイドバンドギャップ半導体により形成されている。

平滑用コンデンサ２の出力電圧は、半導体スイッチング素子３ａ～３ｆのスイッチング動作により３相交流電圧に変換される。３相交流電圧は、３相出力端子Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗを介してモータ７に出力される。

電力変換装置には、冷却器８が設けられている。冷却器８は、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆを含む半導体モジュール、平滑用コンデンサ２等の電子部品を冷却するように構成されている。図１において符号８を付した長破線は、冷却器８によって冷却される範囲を表している。

冷却器８は、液冷式冷却器である。液冷式冷却器には、水冷式冷却器及び油冷式冷却器が含まれる。冷却器８の冷却媒体としては、水、オイル、ＬＬＣ等の液状冷却媒体が用いられている。冷却器８は、ホース、電動ポンプ、放熱器等と共に、冷却媒体回路を構成している。電動ポンプが駆動することにより、冷却媒体は冷却媒体回路を循環する。これにより、冷却器８には冷却媒体が流通する。

制御部６は、プロセッサ、記憶装置、入出力インターフェース回路などをハードウェア構成として備えている。制御部６は、デッドタイムを挟んで各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆをオン・オフ制御する。制御部６は、制御線３２ａを介して半導体スイッチング素子３ａに制御信号を出力する。半導体スイッチング素子３ａは、制御部６から入力される制御信号に基づき、スイッチング動作を行う。

同様に、半導体スイッチング素子３ｂは、制御線３２ｂを介して制御部６から入力される制御信号に基づき、スイッチング動作を行う。半導体スイッチング素子３ｃは、制御線３２ｃを介して制御部６から入力される制御信号に基づき、スイッチング動作を行う。半導体スイッチング素子３ｄは、制御線３２ｄを介して制御部６から入力される制御信号に基づき、スイッチング動作を行う。半導体スイッチング素子３ｅは、制御線３２ｅを介して制御部６から入力される制御信号に基づき、スイッチング動作を行う。半導体スイッチング素子３ｆは、制御線３２ｆを介して制御部６から入力される制御信号に基づき、スイッチング動作を行う。

インバータの入力段には、電圧センサ回路２０が平滑用コンデンサ２と並列に設けられている。電圧センサ回路２０は、信号線３１ａを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、電圧センサ回路２０からの信号に基づき、インバータの入力電圧の情報を取得する。

インバータの出力段には、電流センサ回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃが設けられている。電流センサ回路２１ａは、３相出力端子Ｖｕとモータ７との間、すなわちインバータの出力段のＵ相に設けられている。電流センサ回路２１ａは、信号線３１ｂを介して、制御部６に接続されている。電流センサ回路２１ｂは、３相出力端子Ｖｖとモータ７との間、すなわちインバータの出力段のＶ相に設けられている。電流センサ回路２１ｂは、信号線３１ｃを介して、制御部６に接続されている。電流センサ回路２１ｃは、３相出力端子Ｖｗとモータ７との間、すなわちインバータの出力段のＷ相に設けられている。電流センサ回路２１ｃは、信号線３１ｄを介して、制御部６に接続されている。

電流センサ回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、３相出力端子Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとモータ７との間の３相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを検出する。制御部６は、各電流センサ回路２１ａ、２１ｂ、２１ｃからの信号に基づき、インバータから出力される出力電流の情報を取得する。

半導体スイッチング素子３ａは、半導体モジュール５ａの内部に設けられている。半導体モジュール５ａの内部には、サーミスタ４ａがさらに設けられている。サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａの温度を検出する温度センサである。サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａと近接して配置されている。サーミスタ４ａは、信号線３３ａを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、サーミスタ４ａからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ａの温度の情報を取得する。

半導体スイッチング素子３ｂは、半導体モジュール５ｂの内部に設けられている。半導体モジュール５ｂの内部には、サーミスタ４ｂがさらに設けられている。サーミスタ４ｂは、半導体スイッチング素子３ｂの温度を検出する温度センサである。サーミスタ４ｂは、半導体スイッチング素子３ｂと近接して配置されている。サーミスタ４ｂは、信号線３３ｂを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、サーミスタ４ｂからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ｂの温度の情報を取得する。

半導体スイッチング素子３ｃは、半導体モジュール５ｃの内部に設けられている。半導体モジュール５ｃの内部には、サーミスタ４ｃがさらに設けられている。サーミスタ４ｃは、半導体スイッチング素子３ｃの温度を検出する温度センサである。サーミスタ４ｃは、半導体スイッチング素子３ｃと近接して配置されている。サーミスタ４ｃは、信号線３３ｃを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、サーミスタ４ｃからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ｃの温度の情報を取得する。

半導体スイッチング素子３ｄは、半導体モジュール５ｄの内部に設けられている。半導体モジュール５ｄの内部には、サーミスタ４ｄがさらに設けられている。サーミスタ４ｄは、半導体スイッチング素子３ｄの温度を検出する温度センサである。サーミスタ４ｄは、半導体スイッチング素子３ｄと近接して配置されている。サーミスタ４ｄは、信号線３３ｄを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、サーミスタ４ｄからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ｄの温度の情報を取得する。

半導体スイッチング素子３ｅは、半導体モジュール５ｅの内部に設けられている。半導体モジュール５ｅの内部には、サーミスタ４ｅがさらに設けられている。サーミスタ４ｅは、半導体スイッチング素子３ｅの温度を検出する温度センサである。サーミスタ４ｅは、半導体スイッチング素子３ｅと近接して配置されている。サーミスタ４ｅは、信号線３３ｅを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、サーミスタ４ｅからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ｅの温度の情報を取得する。

半導体スイッチング素子３ｆは、半導体モジュール５ｆの内部に設けられている。半導体モジュール５ｆの内部には、サーミスタ４ｆがさらに設けられている。サーミスタ４ｆは、半導体スイッチング素子３ｆの温度を検出する温度センサである。サーミスタ４ｆは、半導体スイッチング素子３ｆと近接して配置されている。サーミスタ４ｆは、信号線３３ｆを介して、制御部６に接続されている。制御部６は、サーミスタ４ｆからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ｆの温度の情報を取得する。

不図示の回転角センサは、モータ７の回転角θｍを検出する。制御部６は、回転角センサからの信号に基づき、モータ７の回転角θｍの情報を取得する。制御部６には、電力変換装置の外部から、モータ７のトルク指令値Ｔｒｑ＊の情報と、直流電圧指令値Ｖ２＊の情報と、が入力される。

図２は、本実施の形態に係る電力変換装置における１つの半導体スイッチング素子及びそれを駆動するゲート駆動回路の構成図である。図２に示すように、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａを駆動するゲート駆動回路６ａを有している。図２にはゲート駆動回路６ａのみが示されているが、制御部６は、複数の半導体スイッチング素子３ａ～３ｆをそれぞれ駆動する複数のゲート駆動回路を有している。ゲート駆動回路６ａ以外のゲート駆動回路は、ゲート駆動回路６ａと同様の構成を有している。

ゲート駆動回路６ａは、駆動回路本体６ｂと、ゲート抵抗切替回路６ｃと、を有している。駆動回路本体６ｂは、ゲート抵抗切替回路６ｃを介して、半導体スイッチング素子３ａのゲート部Ｇに接続されている。ゲート抵抗切替回路６ｃには、ターンオン（Ｔｏｎ）用の回路とターンオフ（Ｔｏｆｆ）用の回路とが別々に設けられている。

ターンオン用の回路には、抵抗Ｒｇｏｎ１と、抵抗Ｒｇｏｎ１と並列に接続されたバイパス回路６ｄと、が設けられている。バイパス回路６ｄには、スイッチング素子ＳＷ及び抵抗Ｒｇｏｎ２が直列に設けられている。

例えば通常時には、スイッチング素子ＳＷはオフ状態になっている。スイッチング素子ＳＷがオフ状態のとき、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のゲート抵抗は、Ｒｇｏｎ１である。

スイッチング素子ＳＷがオン状態になると、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のゲート抵抗は、Ｒｇｏｎ１から合成抵抗Ｒｇｏｎ１／／Ｒｇｏｎ２に減少する。ここで、Ｒｇｏｎ１／／Ｒｇｏｎ２は、抵抗Ｒｇｏｎ１と抵抗Ｒｇｏｎ２とが並列に接続されているときの合成抵抗の値を表している。

すなわち、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を上昇させる場合、制御部６は、スイッチング素子ＳＷをオン状態にする。これにより、ゲート抵抗が減少するため、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が上昇する。本実施の形態では、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度等に基づいて、スイッチング素子ＳＷを制御する。

ターンオフ用の回路には、抵抗Ｒｇｏｆｆが設けられている。半導体スイッチング素子３ａは、ターンオフ時には、抵抗Ｒｇｏｆｆを介してスイッチングされる。

なお、図２に示す構成では、抵抗Ｒｇｏｎ１とスイッチング素子ＳＷ及び抵抗Ｒｇｏｎ２とが並列に接続されているが、これには限られない。ターンオン時のゲート抵抗は、ゲート駆動回路６ａ内のリレーにより、抵抗Ｒｇｏｎ１と、それより低い抵抗Ｒｇｏｎ２と、を切り替え可能なように構成されていてもよい（Ｒｇｏｎ１＞Ｒｇｏｎ２）。制御部６は、通常時には、ターンオン時のゲート抵抗を抵抗Ｒｇｏｎ１に設定する。制御部６は、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を上昇させる場合、ターンオン時のゲート抵抗を抵抗Ｒｇｏｎ１から抵抗Ｒｇｏｎ２に切り替える。

次に、本実施の形態に係る電力変換装置の物理的な構成について説明する。図３は、本実施の形態に係る電力変換装置の要部構成を示す断面図である。図３には、半導体モジュール５ａの断面構成が示されている。以下、半導体モジュール５ａを例に挙げて説明するが、半導体モジュール５ｂ～５ｆは半導体モジュール５ａと同様の構成を有している。

図３に示すように、半導体モジュール５ａは、冷却器８の外側の表面８ａに搭載されている。半導体モジュール５ａは、基板４３、半導体スイッチング素子３ａ、サーミスタ４ａ、バスバー４１及び樹脂成形体４４を有している。半導体スイッチング素子３ａ及びサーミスタ４ａは、基板４３の一方の面４３ａに実装されている。バスバー４１は、はんだ層４２を介して半導体スイッチング素子３ａに接続されている。

基板４３の面４３ａにおいて、サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａと近接する位置に配置されている。ただし、サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａと直接接触していない。

サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａの内部ではなく、半導体スイッチング素子３ａの外部に設けられている。つまり、サーミスタ４ａは、検温ダイオードとは異なっている。検温ダイオードは、半導体スイッチング素子の温度検出のために、半導体スイッチング素子と同一の半導体チップ内に設けられる。

サーミスタ４ａは、後述する熱回路網を介して、半導体スイッチング素子３ａに間接的に接続されている。半導体スイッチング素子３ａの熱は、熱回路網を介してサーミスタ４ａに伝達する。これにより、サーミスタ４ａでは、半導体スイッチング素子３ａの温度が間接的に検出される。

樹脂成形体４４は、基板４３、半導体スイッチング素子３ａ、サーミスタ４ａ、及びバスバー４１の一部を覆っている。樹脂成形体４４は、基板４３、半導体スイッチング素子３ａ、サーミスタ４ａ及びバスバー４１と共に一体成形されている。基板４３の他方の面４３ｂは、樹脂成形体４４から露出している。基板４３の面４３ｂは、絶縁部材４５を介して冷却器８の表面８ａに固定されている。

冷却器８の内部には、冷却媒体流路８ｂが形成されている。冷却媒体流路８ｂには、冷却媒体が流通する。半導体モジュール５ａで発生した熱は、冷却媒体によって吸熱される。これにより、半導体モジュール５ａが冷却される。

次に、半導体スイッチング素子においてダイオードのリカバリにより生じるリカバリサージについて説明する。図４～図６は、半導体スイッチング素子がスイッチングする際の一連の動作について説明する図である。図４～図６における破線矢印は、電流の流れを表している。

図４に示す動作モードでは、半導体スイッチング素子３ａ、３ｂがいずれもオフ状態であり、３相出力端子Ｖｕからモータ７に向かって電流が流れている。このとき、半導体スイッチング素子３ｄはオン状態であり、モータ７のＶ相から電力変換装置に流れ込んだ電流は、半導体スイッチング素子３ｄを通る。さらに、電流は半導体スイッチング素子３ｂの内部ダイオードを通り、モータ７のＵ相に流れる。

次に、図５に示す動作モードでは、半導体スイッチング素子３ａがターンオンする。これにより、半導体スイッチング素子３ａからモータ７のＵ相に電流が流れ始め、半導体スイッチング素子３ａを通る電流が増加する。一方で、反対側のアームの半導体スイッチング素子３ｂを通る電流は減少する。モータ７の内部コイルのインダクタンス成分が大きいため、モータ７のＵ相に流れる電流はほぼ一定である。

次に、図６に示す動作モードでは、半導体スイッチング素子３ａを通る電流とモータ７のＵ相に流れる電流とが等しくなり、反対側のアームの半導体スイッチング素子３ｂを通る電流がなくなる。半導体スイッチング素子３ｂを通る電流がなくなると、半導体スイッチング素子３ｂの内部ダイオードの状態は、順方向バイアスから逆方向バイアスに変化する。これにより、半導体スイッチング素子３ａ、３ｂには、図６中の点線矢印に示すようなリカバリ電流が流れる。

その後、半導体スイッチング素子３ｂの内部ダイオードでは、外部電圧によって空乏層が広がり、リカバリ電流により空乏層が充電される。これにより、半導体スイッチング素子３ｂの内部ダイオードにおいて、内部ダイオード電圧が上昇する。このとき、リカバリ電流の時間変化（ｄｉｒｒ／ｄｔ）と、経路のインダクタンスＬｓとにより、リカバリサージ電圧ΔＶが発生する（ΔＶ＝Ｌｓ×ｄｉｒｒ／ｄｔ）。半導体スイッチング素子３ｂのドレイン－ソース間の電圧Ｖｄｓには、リカバリサージ電圧ΔＶが加わる。

次に、上記のようなリカバリ特性が温度によって受ける影響について説明する。図７は、半導体スイッチング素子がターンオンする際における当該半導体スイッチング素子の電流波形を示すグラフである。図８は、半導体スイッチング素子がターンオンする際における反対側のアームの半導体スイッチング素子の電圧波形を示すグラフである。図９は、半導体スイッチング素子がターンオンする際における反対側のアームの半導体スイッチング素子のリカバリ電流波形を示すグラフである。

図７の縦軸は、半導体スイッチング素子３ａのドレイン－ソース間の電流Ｉｄｓを表している。図８の縦軸は、半導体スイッチング素子３ｂのドレイン－ソース間の電圧Ｖｄｓを表している。図９の縦軸は、半導体スイッチング素子３ｂの内部ダイオード電流を表している。図７～図９の横軸は、時間を表している。図７～図９の各グラフにおいて、破線は常温時の波形を表しており、実線は高温時の波形を表している。

一般に、ダイオードのリカバリ電流は、図９に示すように負のピークをとる。負のピークは、高温になるほど深くなる。すなわち、負のピークの値は、高温になるほど小さくなる。リカバリ電流は、負のピークをとった後、０Ａに戻ろうとする。このため、高温時には、リカバリ電流の戻り速度が増加する。図９では、リカバリ電流の戻り速度をｄｉｒｒ／ｄｔと表記している。これにより、図８に示すように、高温時にはリカバリサージ電圧ΔＶが増加するため、電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ｂの耐圧を超過するおそれがある。

このため、高温時に電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ｂの耐圧を超過しないように、ターンオン時のスイッチング速度（ｄｉ／ｄｔ）が調整される。ターンオン時のスイッチング速度は、ターンオン時のゲート抵抗によって調整される。ターンオン時のゲート抵抗が高いほど、ターンオン時のスイッチング速度は低下する。

図１０は、ターンオン時のスイッチング速度が低下した場合における当該半導体スイッチング素子の電流波形を示すグラフである。図１１は、ターンオン時のスイッチング速度が低下した場合における反対側のアームの半導体スイッチング素子の電圧波形を示すグラフである。図１２は、ターンオン時のスイッチング速度が低下した場合における反対側のアームの半導体スイッチング素子のリカバリ電流波形を示すグラフである。図１０～図１２の縦軸及び横軸は、図７～図９の縦軸及び横軸とそれぞれ同じである。図１０～図１２の各グラフにおいて、太線は、ターンオン時のスイッチング速度が低下したときの波形を表している。

図１０～図１２に示すように、ターンオン時のスイッチング速度（ｄｉ／ｄｔ）が低下すると、リカバリ電流の負のピークが浅くなる。このため、リカバリ電流の戻り速度（ｄｉｒｒ／ｄｔ）が低下し、リカバリサージ電圧ΔＶが減少する。したがって、電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ｂの耐圧を超過するのを防ぐことができる。

一方で、高温時の耐圧のみを考慮してターンオン時のスイッチング速度を低下させてしまうと、リカバリサージが比較的小さい常温時においても、スイッチング速度が低いままになってしまう。この場合、スイッチング損失が増加してしまう。

電気自動車、ハイブリッド自動車等の市場走行において、通常、ユーザーに使用されるモータの出力は、基本的に定格出力の半分以下である。カタログ燃費の代表であるＷＬＴＣ（Ｗｏｒｌｄ ｗｉｄｅ－ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ Ｌｉｇｈｔ ｖｅｈｉｃｌｅｓ Ｔｅｓｔ Ｃｙｃｌｅ）モードの燃費測定条件は、市場走行をベースとして設定されている。このため、ＷＬＴＣモードの燃費測定条件においても、モータの出力は、基本的に定格出力の半分以下である。このため、市場走行、及びＷＬＴＣモードの燃費測定条件を考慮した場合、インバータからモータに流れる電流は比較的少ない。

半導体スイッチング素子の損失は、インバータ損失のほぼ全てを占める。半導体スイッチング素子の損失には、上記のスイッチング損失の他に、導通損失が含まれる。導通損失は、電流の２乗に比例する。このため、インバータからモータに流れる電流が少ない場合には、半導体スイッチング素子の損失に占める導通損失の割合が小さくなり、スイッチング損失の割合が大きくなる。

また、モータの出力が低い場合、すなわちインバータの負荷が低い場合、半導体スイッチング素子の損失が小さいため、半導体スイッチング素子の温度はさほど高くならない。

これらのことから、一般ユーザーが気にする常用領域の測定条件では、ターンオン時のスイッチング速度が低い場合、インバータ損失が増加し、電費又は燃費が低下する。高温時のリカバリ特性が悪い半導体スイッチング素子ほど、高温時のリカバリサージによる電圧Ｖｄｓの耐圧超過を抑制する必要があるため、ターンオン時のスイッチング速度を低下させる必要がある。このため、高温時のリカバリ特性が悪い半導体スイッチング素子ほど、電費又は燃費が低下しやすい。

この問題を解決するため、本実施の形態では、半導体スイッチング素子の温度に基づいて、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度が調整される。具体的には、半導体スイッチング素子の温度が高温ではない場合、リカバリサージが比較的小さいため、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を上昇させる。これにより、インバータの負荷が比較的低い常用領域において、インバータ損失を低減させることができる。

図１３は、本実施の形態に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度の調整方法を説明する図である。以下の説明では、主に半導体スイッチング素子３ａを例に挙げているが、他の半導体スイッチング素子についても同様である。

まず、制御部６は、サーミスタ４ａからの信号に基づき、半導体スイッチング素子３ａの温度の情報を取得する。制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が閾値温度以下である場合には、半導体スイッチング素子３ａの温度が常温であると判定する。制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が閾値温度よりも高い場合には、半導体スイッチング素子３ａの温度が高温であると判定する。閾値温度の情報は、制御部６が備える記憶装置に記憶されている。

制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が常温であると判定した場合には、ゲート駆動回路６ａのスイッチング素子ＳＷをオンにする。スイッチング素子ＳＷがオンになると、ターンオン時のゲート電流は、抵抗Ｒｇｏｎ１を通る実線矢印の経路に加えて、抵抗Ｒｇｏｎ２を通る破線矢印の経路にも流れる。これにより、ゲート抵抗が減少し、半導体スイッチング素子３ａのゲート電圧の立ち上がり速度が上昇する。したがって、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が上昇する。

図１４は、本実施の形態に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子の電流波形を示すグラフである。図１５は、本実施の形態に係る電力変換装置における反対側のアームの半導体スイッチング素子の電圧波形を示すグラフである。図１６は、本実施の形態に係る電力変換装置における反対側のアームの半導体スイッチング素子のリカバリ電流波形を示すグラフである。

図１４～図１６の縦軸及び横軸は、図７～図９の縦軸及び横軸とそれぞれ同じである。図１４～図１６の各グラフにおいて、細線は、スイッチング速度が調整される前の波形を表している。太線は、スイッチング速度が調整された後、すなわち、スイッチング速度が上昇した後の波形を表している。上述のように、スイッチング速度の調整は、半導体スイッチング素子３ａの温度が常温であるときに行われる。

図１４～図１６に示すように、半導体スイッチング素子３ａの温度が常温であるため、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度（ｄｉ／ｄｔ）を上昇させても、半導体スイッチング素子３ｂのリカバリ電流への影響は軽微である。したがって、リカバリサージによる電圧Ｖｄｓの増加は軽微であるため、電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ｂの耐圧を超過するのを抑制できる。

一方で、スイッチング速度を上昇させることによりスイッチング損失は減少する。したがって、常温時にスイッチング速度を上昇させることにより、常温時のスイッチング損失を低減できるため、インバータ損失を低減することができる。

本実施の形態のゲート駆動回路６ａにおいて、抵抗Ｒｇｏｎ２の値は、半導体スイッチング素子の温度が常温であるときにゲート抵抗が抵抗Ｒｇｏｎ１から合成抵抗Ｒｇｏｎ１／／Ｒｇｏｎ２に減少しても、電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子の耐圧を超えないように設定される。

一般に、スイッチング損失の低い半導体スイッチング素子ほど、ターンオン時のスイッチング速度によるスイッチング損失への影響が大きくなる。したがって、ワイドバンドギャップ半導体のようにスイッチング損失の低い半導体スイッチング素子に本実施の形態が適用されると、特に高い損失低減効果が得られる。

次に、サーミスタの応答性について、サーミスタ４ａを例に挙げて説明する。サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度を検出するために設置されている。しかしながら、ジャンクション部はチップ中心部に位置するため、サーミスタ４ａは、構造上、ジャンクション部には直接設置できない。このため、サーミスタ４ａは、半導体スイッチング素子３ａと近接する位置に配置されている。

図３に示すように、半導体スイッチング素子３ａとサーミスタ４ａとの間の熱回路網は、熱抵抗５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃによって構成されている。熱抵抗５０ａ、５１ａ、５１ｂ、５０ｂは、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション部からサーミスタ４ａへの直接の熱伝達経路に形成される。熱抵抗５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂは、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション部からサーミスタ４ａへの冷却器８を介した熱伝達経路に形成されている。熱抵抗５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、冷却器８を介した熱伝達経路から、冷却媒体流路８ｂを流通する冷却媒体への放熱経路に形成されている。

冷却器８に異常がない場合、半導体モジュール５ａの各部分の温度は、冷却媒体流路８ｂ内の冷却媒体の温度を基準として、半導体スイッチング素子３ａで発生する損失、及び熱回路網の各熱抵抗に応じて上昇する。これにより、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度、サーミスタ４ａの検出温度、及び冷却媒体流路８ｂ内の冷却媒体の温度は、一意に定まる。したがって、上記の熱回路網の各熱抵抗を既知とすることにより、サーミスタ４ａの検出温度から、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度を推測できる。

しかしながら、冷却器８の状態が変化し、例えば冷却媒体の漏れによって冷却媒体流路８ｂ内に冷却媒体が存在しなくなった場合、冷却媒体への放熱経路が失われるため、熱回路網の熱抵抗５４ａ、５４ｂ、５４ｃがなくなる。ここで、図３に示した熱回路網は複数の熱抵抗のみによって表現されているが、実際の熱回路網は、熱抵抗のそれぞれと並列に熱容量を持つ。これにより、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度、及びサーミスタ４ａの検出温度は、冷却媒体が消失したときの温度分布を初期状態とし、熱容量が支配的となる過渡的な温度推移をとる。このように、冷却器８の状態が変化した場合、熱回路網が変化するため、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度とサーミスタ４ａの検出温度との関係が変わる。したがって、サーミスタ４ａの検出温度から半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度を推測するのが困難になる。

図１７は、本実施の形態の比較例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のジャンクション温度及びサーミスタの検出温度の推移の例を示すグラフである。横軸は時間を表しており、縦軸は温度を表している。実線は、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度Ｔｊの推移を表している。破線は、サーミスタ４ａの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの推移を表している。なお、図１７では半導体スイッチング素子３ａの温度推移が示されているが、他の半導体スイッチング素子３ｂ～３ｆの温度も半導体スイッチング素子３ａの温度と同様に推移する。

この例では、時刻ｔ０にインバータの動作が開始されている。その後、インバータは一定の出力で動作している。インバータの出力が一定になってから十分に長い時間が経過した後、時刻ｔ１に冷却器８の冷却媒体が消失している。時刻ｔ１よりも前は、冷却器８に異常がない冷却器正常状態である。時刻ｔ１以降は、冷却器８に異常が生じた冷却器異常状態である。

冷却器８に異常がない場合、インバータの出力が一定になってから十分に長い時間が経過すると、ジャンクション温度Ｔｊ及び検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓは、それぞれ一定温度に整定する。ジャンクション温度Ｔｊの整定温度は、半導体スイッチング素子３ａの損失による発熱、及び冷却器８の冷却性能により定まる。検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓは、ジャンクション温度Ｔｊを間接的に測定した温度である。このため、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの時定数はジャンクション温度Ｔｊの時定数よりも長くなり、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの整定温度はジャンクション温度Ｔｊの整定温度よりも低くなる。ジャンクション温度Ｔｊの整定温度と検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの整定温度との温度差は、ΔＴ１である。

冷却器８の冷却媒体が消失して冷却器８が異常状態になると、冷却器８の冷却性能が低下する。このため、半導体スイッチング素子３ａの発熱により、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度Ｔｊは大きく上昇する。サーミスタ４ａの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓは、ジャンクション温度Ｔｊから遅れて上昇する。

時刻ｔ２に検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈに達すると、ゲート抵抗が低抵抗から高抵抗に切り替えられ、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下する。

閾値温度Ｔｔｈは、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの整定温度と比較して、高めの温度に設定されている。これは、駆動条件及び配置環境が正常なとき、サーミスタ４ａの検出誤差、半導体スイッチング素子３ａの発熱量のばらつき、及び冷却媒体の流量のばらつき等を加味しつつ、半導体スイッチング素子３ａの損失が比較的低い常用領域ではスイッチング速度をできるだけ高めることが望まれるためである。このため、冷却媒体が消失した時刻ｔ１から、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈに達する時刻ｔ２までの時間（ｔ２－ｔ１）は、比較的長くなる。

冷却器８の冷却媒体が消失した後におけるジャンクション温度Ｔｊと検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓとの温度差ΔＴ２は、ΔＴ１よりも大きくなる。さらに、温度差ΔＴ２は、時刻ｔ１からの経過時間が長くなるほど増加する。このため、時間（ｔ２－ｔ１）が長くなると、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈに達したときのジャンクション温度Ｔｊは、高い温度Ｔ１に達してしまう。

検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈに達するまでは、ゲート駆動回路６ａのスイッチング素子ＳＷはオン状態になっている。このため、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈに達するまでは、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度は高いままである。したがって、ジャンクション温度Ｔｊが高くなると、リカバリサージによる耐圧超過によって、半導体スイッチング素子３ａが故障してしまうおそれがある。

耐圧超過による半導体スイッチング素子３ａの故障を防ぐためには、冷却器８の異常時における温度差ΔＴ２の拡大を考慮して、閾値温度Ｔｔｈを低めの温度、すなわち検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの整定温度に近い温度に設定することも考えられる。しかしながら、閾値温度Ｔｔｈが低く設定されると、サーミスタ４ａの検出誤差、半導体スイッチング素子３ａの発熱量のばらつき、及び冷却媒体の流量のばらつき等により、冷却器８が正常でかつインバータの負荷が比較的低い場合であっても、ゲート抵抗が低抵抗から高抵抗に切り替えられてしまう場合がある。このため、常用領域における半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が必ずしも上昇せず、電費又は燃費がさほど向上しなくなる。

これらの問題を解決するため、本実施の形態の制御部６は、サーミスタ４ａの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づき冷却器８の異常の有無を判定し、判定結果に基づいて半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を調整する。本実施の形態では、冷却器８の異常の有無は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率と、あらかじめ設定されている閾値上昇率ＴＲｔｈ１と、を比較することにより判定される。温度上昇率は、時間当たりの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの上昇率である。温度上昇率は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づいて演算される。閾値上昇率ＴＲｔｈ１の情報は、制御部６が備える記憶装置に記憶されている。

図１８は、本実施の形態に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のジャンクション温度、サーミスタの検出温度、及び温度上昇率の推移の例を示すグラフである。グラフの上段は、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度Ｔｊ及びサーミスタ４ａの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓのそれぞれの推移を表している。上段の横軸は、時間を表している。上段の縦軸は、温度を表している。グラフの下段は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率の推移を表している。下段の横軸は、上段の横軸と共通の時間軸である。下段の縦軸は、温度上昇率を表している。

図１８に示すように、冷却器８に異常がない場合、時刻ｔ０にインバータの動作が開始されると、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが上昇する。これにより、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率は、急激に上昇して温度上昇率ＴＲ１に達する。温度上昇率ＴＲ１は、冷却器８に異常がないときにおける温度上昇率の最大値である。その後、温度上昇率は、温度上昇率ＴＲ１から緩やかに減少する。インバータの出力が一定になってから十分に長い時間が経過すると、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが一定温度に整定するため、温度上昇率は０になる。

閾値上昇率ＴＲｔｈ１は、温度上昇率の閾値としてあらかじめ設定されている。閾値上昇率ＴＲｔｈ１は、サーミスタ４ａの検出誤差、半導体スイッチング素子３ａの発熱量のばらつき、及び冷却媒体の流量のばらつき等を加味して、温度上昇率ＴＲ１よりも高い値に設定されている。つまり、冷却器８に異常がないときには、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ１に達しないようになっている。

時刻ｔ１に冷却器８の冷却媒体が消失し、冷却器８が異常状態になると、温度上昇率は、０から温度上昇率ＴＲ１よりも高い値にまで急激に上昇する。時刻ｔ３には、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ１を上回る。制御部６は、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ１を上回った場合、冷却器８に異常があると判定する。

冷却器８に異常が生じると、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓは、一定の整定温度から上昇に転じる。このため、冷却器８に異常が生じると、温度上昇率は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの上昇と比較して急激に上昇する。したがって、温度上昇率に基づいて冷却器８の異常を判定することにより、冷却器８に異常が発生してから異常が検知されるまでの時間（ｔ３－ｔ１）を短縮できる。時間（ｔ３－ｔ１）は、図１７の時間（ｔ２―ｔ１）よりも短くなる。

制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合、半導体スイッチング素子３ａを保護する保護動作として、ゲート抵抗を低抵抗から高抵抗に切り替える処理を行う。具体的には、制御部６は、図２に示したゲート駆動回路６ａのスイッチング素子ＳＷをオフに設定する。これにより、ゲート抵抗がＲｇｏｎ１／／Ｒｇｏｎ２からＲｇｏｎ１に増加し、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下する。

本実施の形態では、冷却器８に異常が発生してから異常が検知されるまでの時間（ｔ３－ｔ１）が短いため、ゲート抵抗が切り替えられるときのジャンクション温度Ｔｊは、図１７の温度Ｔ１よりも低い温度Ｔ２に抑えられる。したがって、リカバリサージによる耐圧超過を抑制できるため、半導体スイッチング素子３ａが故障してしまうのを抑制できる。

また、制御部６は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回ったときには、制御部６は、上記と同様に、ゲート駆動回路６ａのスイッチング素子ＳＷをオフに設定する。これにより、ゲート抵抗がＲｇｏｎ１／／Ｒｇｏｎ２からＲｇｏｎ１に増加し、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下する。

本実施の形態では、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回った場合の半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度は、冷却器８に異常が生じた場合の半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度と同じである。

冷却器８に異常が生じた場合、温度上昇率の上昇率は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの上昇率と比較して十分に高い。このため、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈに達するよりも前に、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ１に達する。したがって、結果的に、閾値温度Ｔｔｈは、冷却器８に異常がある場合には機能せず、冷却器８に異常がない場合にのみ機能する。

一方、閾値上昇率ＴＲｔｈ１は、冷却器８に異常がない場合の温度上昇率が到達する値よりも高い値に設定されている。例えば、冷却器８以外の電力変換装置に異常が生じたり、電力変換装置に過出力が生じたりしたとしても、冷却器８に異常がない場合の温度上昇率は、閾値上昇率ＴＲｔｈ１までは到達しない。このため、閾値上昇率ＴＲｔｈ１は、冷却器８に異常がない場合には機能せず、冷却器８に異常がある場合にのみ機能する。

図１８に示した温度上昇率の推移は、ノイズの影響を回避するため、単位時間を比較的長く設定したランプ関数により表されている。ただし、冷却器８に異常が発生してから異常が検知されるまでの時間（ｔ３－ｔ１）を短縮するためには、単位時間をより短く設定した方が効果的である。

図１９は、本実施の形態に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のジャンクション温度、サーミスタの検出温度、及び温度上昇率の推移の例を示すグラフである。図１９には、図１８の時刻ｔ３以降のジャンクション温度Ｔｊ、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓ及び温度上昇率の推移がより詳細に示されている。

図１９に示すように、温度上昇率には、２つの閾値上昇率ＴＲｔｈ１、ＴＲｔｈ２が設定されている。閾値上昇率ＴＲｔｈ２は、閾値上昇率ＴＲｔｈ１よりも高い（ＴＲｔｈ２＞ＴＲｔｈ１）。閾値上昇率ＴＲｔｈ１及び閾値上昇率ＴＲｔｈ２の情報は、制御部６が備える記憶装置に記憶されている。

時刻ｔ３にゲート抵抗が低抵抗から高抵抗に切り替えられた後、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率はさらに上昇し、時刻ｔ４に閾値上昇率ＴＲｔｈ２を上回る。制御部６は、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ２を上回った場合、あらかじめ設定された閾値時間Δｔ１０の間、インバータの出力を低下させる。インバータの出力の低下により、時刻ｔ４以降、ジャンクション温度Ｔｊの上昇が緩和され、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率は徐々に低下する。

温度上昇率は、時刻ｔ５に閾値上昇率ＴＲｔｈ２を下回る。しかしながら、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ２を上回ってからの経過時間は、まだ閾値時間Δｔ１０に達していない。このため、制御部６は、インバータの出力低下を継続する。

温度上昇率は、時刻ｔ６に閾値上昇率ＴＲｔｈ１を下回る。制御部６は、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ１を下回った場合、ゲート抵抗を高抵抗から低抵抗に切り替える処理を行ってもよい。

時刻ｔ７には、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ２を上回ってからの経過時間は、閾値時間Δｔ１０に達する。制御部６は、温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ２を上回ってからの経過時間が閾値時間Δｔ１０に達した場合、インバータを停止する。これにより、インバータの出力は０になる。インバータが停止することにより、ジャンクション温度Ｔｊの上昇が止まる。ジャンクション温度Ｔｊは、時刻ｔ７以降、徐々に低下する。これにより、ジャンクション温度Ｔｊが素子の故障温度に達してしまうことが抑制される。

このように、本実施の形態では、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を切り替えるゲート駆動回路６ａが設けられている。制御部６は、冷却器８に異常がない場合、半導体スイッチング素子３ａが常温であるときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を上昇させる。これにより、スイッチング損失を低減でき、市場走行における電費又は燃費の改善を図ることができる。

制御部６は、温度上昇率を監視することにより、冷却媒体の流通停止、冷却媒体の消失などの冷却器８の異常を早期に検知できる。このため、リカバリサージによる耐圧超過を抑制しつつ、電力変換装置の駆動条件を工夫して制御できる。したがって、半導体スイッチング素子３ａが高温により故障することを防ぎつつ、電力変換装置の駆動を継続できる。

本実施の形態では、半導体スイッチング素子３ａと同一の半導体チップ内に設けられる検温ダイオードではなく、半導体スイッチング素子３ａの外部に設けられるサーミスタ４ａが温度センサとして用いられている。このため、半導体スイッチング素子３ａの素子面積を縮小でき、電力変換装置の低コスト化を図ることができる。

半導体スイッチング素子３ａの外部のサーミスタ４ａが用いられる場合、ジャンクション温度Ｔｊと検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓとの乖離が大きくなりやすい。このため、冷却器８に異常が生じてジャンクション温度Ｔｊが急激に上昇した場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づいて実行される保護動作が間に合わず、半導体スイッチング素子３ａが故障してしまうおそれがある。

これに対し、本実施の形態では、温度上昇率に基づき冷却器８の異常を早期に検知できるため、冷却器８の状態に応じた保護動作を行うことができるとともに、ジャンクション温度Ｔｊの到達温度を低くすることができる。これにより、半導体スイッチング素子３ａの外部のサーミスタ４ａを用いる場合であっても、コストを増加させることなく、半導体スイッチング素子３ａの故障を抑制することができる。

したがって、本実施の形態によれば、半導体スイッチング素子３ａの素子面積を縮小することにより低コスト化を図りつつ、半導体スイッチング素子３ａの故障を抑制することができる。ＳｉＣ素子、ＧａＮ素子等のワイドバンドギャップ半導体のチップコストは高いため、半導体スイッチング素子３ａにワイドバンドギャップ半導体が用いられる場合には、低コスト化の効果が特に大きい。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。図２に示した構成では、ゲート抵抗値の切替えによってスイッチング速度が変更されているが、これには限られない。図２０は、本実施の形態の第１変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子及びゲート駆動回路の構成図である。

図２０に示すように、本変形例のゲート駆動回路６ａは、可変電圧源Ｖｇを有している。これにより、ゲート駆動回路６ａは、半導体スイッチング素子３ａのゲート部Ｇに印加されるゲート電圧値を変化させることができる。半導体スイッチング素子３ａのスイッチング速度は、ゲート電圧値が高いほど高くなる。このため、ゲート駆動回路６ａは、ゲート電圧値の切替えによって半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を変更することができる。このように、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度は、ゲート電圧値の切替えによって変更されるようにしてもよい。

図２１及び図２２は、本変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子のゲート電圧、ゲートソース間電圧及びドレイン電流の波形の例を示すグラフである。図２１は、半導体スイッチング素子の温度が常温である場合の波形を示している。図２２は、半導体スイッチング素子の温度が高温である場合、又は冷却器に異常がある場合の波形を示している。

図２１に示すように、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が常温であると判定した場合、ゲート電圧を常に相対的に高い電圧のまま維持する。

一方、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が高温であるか、又は冷却器８に異常があると判定した場合、図２２に示すように、ターンオン時からドレイン電流が立ち上がるまでの間のゲート電圧を、定格に対して低い電圧に維持する。これにより、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下する。十分に時間が経過した後に、制御部６は、ゲート電圧を通常のゲート電圧まで上昇させる。これにより、導通時の大半におけるゲート電圧が通常の電圧になるため、オン抵抗の増加による導通損失の増加を抑制できる。

図２３は、本実施の形態の第２変形例に係る電力変換装置における半導体スイッチング素子及びゲート駆動回路の構成図である。図２３に示すように、ターンオン用の回路のうち駆動回路本体６ｂと半導体スイッチング素子３ａとの間には、抵抗Ｒｇｏｎ１、抵抗Ｒｇｏｎ２、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅ及びスイッチング素子ＳＷが設けられている。抵抗Ｒｇｏｎ２、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅ及びスイッチング素子ＳＷは、互いに並列に接続されている。抵抗Ｒｇｏｎ１は、抵抗Ｒｇｏｎ２、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅ及びスイッチング素子ＳＷと直列に接続されている。

図２４及び図２５は、本変形例に係る電力変換装置におけるゲート駆動回路のターンオン時の動作を説明する図である。図２６及び図２７は、本変形例に係る電力変換装置におけるゲート駆動回路のスイッチング素子の動作、並びにツェナーダイオード電圧、ゲートソース間電圧、及びドレイン電流の波形の例を示すグラフである。

図２４に示すように、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が常温であると判定した場合、ゲート駆動回路６ａのスイッチング素子ＳＷをオンにする。これにより、図２６に示すように、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅの両端に電圧がかからなくなる。ゲート電流はスイッチング素子ＳＷを通って半導体スイッチング素子３ａのゲート部Ｇに流れる。

一方、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａの温度が高温であるか、又は冷却器８に異常があると判定した場合、図２５に示すように、ゲート駆動回路６ａのスイッチング素子ＳＷをオフにする。これにより、図２７に示すように、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅの両端に電圧がかかる。このため、半導体スイッチング素子３ａのゲート部Ｇに印加される電圧が抑制され、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下する。

ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅの電圧は、ゲートソース間電圧がある程度上昇するまで印加され続ける。ゲートソース間電圧がある程度上昇すると、ゲート駆動回路６ａのゲート電源電圧とゲートソース間電圧との差が減少するため、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅの電圧が低下する。

ここで、ツェナーダイオードＺｄｉｏｄｅと並列に接続されている抵抗Ｒｇｏｎ２は、ゲートソース間電圧をゲート電源電圧まで上げるために必要な抵抗である。抵抗Ｒｇｏｎ２の抵抗値は、抵抗Ｒｇｏｎ１の抵抗値と比較して十分に大きいことが望ましい。

第１変形例及び第２変形例によれば、半導体スイッチング素子３ａにかかるゲート電圧が制御されることによって、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が調整される。第１変形例及び第２変形例によっても、図２に示した構成と同等の効果を奏する。

次に、本実施の形態に係る電力変換装置において制御部６により実行される処理の概要について説明する。図２８は、本実施の形態に係る電力変換装置において制御部により実行される処理の一例を示すフローチャートである。以下、半導体スイッチング素子３ａについて説明するが、他の半導体スイッチング素子についても同様の処理が実行される。

図２８のステップＳ１では、制御部６は、サーミスタ４ａから検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓを取得する。

次に、ステップＳ２では、制御部６は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づき、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率を演算する。

次に、ステップＳ３及びステップＳ４では、制御部６は、温度上昇率に基づき冷却器８の異常の有無を判定する。本実施の形態では、冷却器８は液冷式冷却器である。本実施の形態において制御部６が判定する冷却器８の状態は、冷却器８に異常がない正常状態、及び冷却媒体に漏れが生じた冷却器８の異常状態のいずれかである。

冷却器８に異常がないと判定した場合には、制御部６の処理がステップＳ１に戻る。冷却器８に異常があると判定した場合には、制御部６の処理がステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を低下させる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置は、半導体スイッチング素子３ａと、液冷式の冷却器８と、温度センサと、制御部６と、を備えている。冷却器８は、半導体スイッチング素子３ａを冷却するように構成されている。温度センサは、半導体スイッチング素子３ａの温度を検出するように構成されている。制御部６は、ゲート駆動回路６ａを有している。ゲート駆動回路６ａは、半導体スイッチング素子３ａを可変のスイッチング速度で駆動するように構成されている。

制御部６は、温度センサの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づいて冷却器８の異常の有無を判定し、判定結果に基づいて半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を制御するように構成されている。本実施の形態では、制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合には、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を低下させるように構成されている。

液冷式の冷却器８に異常がある場合、半導体スイッチング素子３ａの温度が大きく上昇するため、リカバリサージ電圧ΔＶの増加によって電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ｂの耐圧を超過するおそれがある。上記構成によれば、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づいて冷却器８の異常をより早期に検知できる。このため、冷却器８に異常が生じた場合には、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を低下させることにより、電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ａの耐圧を超過するのを抑制することができる。したがって、上記構成によれば、冷却器８に異常が生じたときの半導体スイッチング素子３ａの故障を抑制することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、温度センサは、半導体スイッチング素子３ａの外部に設けられたサーミスタ４ａである。

この構成によれば、半導体スイッチング素子３ａと同一の半導体チップ内に設けられる検温ダイオードを削減できるため、半導体スイッチング素子３ａの素子面積を縮小することができる。したがって、電力変換装置を低コスト化できる。

本実施の形態では、温度上昇率に基づき冷却器８の異常を早期に検知できるため、ジャンクション温度Ｔｊと検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓとの乖離が大きい場合であっても、半導体スイッチング素子３ａの保護動作を早期に行うことができる。したがって、温度センサとしてサーミスタ４ａが用いられる場合にも、半導体スイッチング素子３ａの故障を抑制することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、冷却器８に異常がないと判定した場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を第１速度に設定する。制御部６は、冷却器８に異常がないと判定した場合において、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回ったときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を第１速度よりも低い第２速度に設定する。制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を上記第２速度に設定する。

この構成によれば、半導体スイッチング素子３ａの温度が高温である場合、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を低下させることにより、電圧Ｖｄｓが半導体スイッチング素子３ａの耐圧を超過するのを抑制することができる。また、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下である場合のスイッチング速度と、冷却器８に異常がある場合のスイッチング速度とが同じであるため、ゲート駆動回路６ａの構成を簡素化できる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａのゲート抵抗を調整することによってスイッチング速度を制御する。これにより、スイッチング速度が第１速度に設定されたときの半導体スイッチング素子３ａのゲート抵抗は、スイッチング速度が第２速度に設定されたときの半導体スイッチング素子３ａのゲート抵抗よりも低くなっている。

この構成によれば、半導体スイッチング素子３ａのゲート抵抗を切り替えることにより、半導体スイッチング素子３ａのスイッチング速度を変更することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａのゲート電圧を調整することによってスイッチング速度を制御する。これにより、スイッチング速度が第１速度に設定されたときの半導体スイッチング素子３ａのゲート電圧は、スイッチング速度が第２速度に設定されたときの半導体スイッチング素子３ａのゲート電圧よりも高くなっている。

この構成によれば、半導体スイッチング素子３ａのゲート電圧を切り替えることにより、半導体スイッチング素子３ａのスイッチング速度を変更することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの時間当たりの上昇率である温度上昇率が閾値上昇率ＴＲｔｈ１を上回った場合、冷却器８に異常があると判定する。

冷却器８に異常が生じた場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの上昇と比較して急激に上昇する。したがって、この構成によれば、冷却器８に異常が生じたことをより早期に検知できる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、閾値上昇率は、冷却器８に異常がないときの温度上昇率よりも高い値に設定されている。

この構成によれば、冷却器８の異常の誤検知を生じにくくすることができる。ここで、冷却器８の異常の誤検知とは、冷却器８に異常がないにも関わらず冷却器８に異常があると判定されてしまうことである。

本実施の形態に係る電力変換装置において、半導体スイッチング素子３ａは、ワイドバンドギャップ半導体により形成されている。

ワイドバンドギャップ半導体素子のようにスイッチング損失の低い半導体スイッチング素子に本実施の形態が適用されると、特に高い損失低減効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る電力変換装置について説明する。本実施の形態の電力変換装置の実質的な回路構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態１では、冷却器８の異常の有無が検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率に基づいて判定されているが、本実施の形態では、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓと、半導体スイッチング素子の損失と、に基づいて冷却器８の異常の有無が判定される。本実施の形態では、実施の形態１と同様に、冷却器８の異常の有無に基づいて、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度が調整される。

また、本実施の形態では、冷却器８の状態に応じて、半導体スイッチング素子のジャンクション温度Ｔｊの推定方法が切り替えられる。このため、冷却器８の状態が変化した場合においても、ジャンクション温度Ｔｊを正確に推定することができ、電力変換装置の電力変換動作を安全に継続することができる。

図２９は、本実施の形態に係る電力変換装置における制御部の構成を示すブロック図である。図２９に示すように、本実施の形態の制御部６は、半導体スイッチング素子損失計算部６１、冷却器状態判定部６２、インバータ動作制御部６３、及びゲート駆動回路６４を有している。半導体スイッチング素子損失計算部６１、冷却器状態判定部６２、及びインバータ動作制御部６３は、例えば、記憶装置に記憶されているプログラムをプロセッサが実行することにより実現される機能ブロックである。

半導体スイッチング素子損失計算部６１は、半導体スイッチング素子損失情報６９などの情報に基づいて各半導体スイッチング素子の損失を計算する。半導体スイッチング素子損失計算部６１は、計算により得られた各半導体スイッチング素子の損失を、各半導体スイッチング素子の損失計算値６５として出力する。

冷却器状態判定部６２は、各半導体スイッチング素子の損失計算値６５、及び各サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値に基づいて、冷却器８の状態を推定する。冷却器状態判定部６２は、推定した冷却器８の状態を、冷却器状態情報６６として出力する。

インバータ動作制御部６３は、冷却器状態情報６６に基づいて、各半導体スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート制御信号６７を生成する。インバータ動作制御部６３は、生成したゲート制御信号６７をゲート駆動回路６４に出力する。また、インバータ動作制御部６３からは、半導体スイッチング素子損失情報６９が半導体スイッチング素子損失計算部６１に出力される。

ゲート駆動回路６４は、ゲート制御信号６７に基づいてゲート駆動信号６８を生成する。ゲート駆動回路６４は、ゲート駆動信号６８を各半導体スイッチング素子に出力する。

次に、冷却器８の状態の推定方法について説明する。冷却器状態判定部６２は、各半導体スイッチング素子の損失計算値６５と、各サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、に基づき、冷却器８の異常の有無を判定する。

損失計算値６５は、半導体スイッチング素子損失情報６９に基づき、半導体スイッチング素子損失計算部６１によって計算される。半導体スイッチング素子損失情報６９には、キャリア周波数、スイッチングオン時間、電流センサ回路２１ａ～２１ｃの電流検出値、電圧センサ回路２０の電圧検出値、デッドタイム値などの情報が含まれている。また、半導体スイッチング素子損失計算部６１は、各半導体スイッチング素子の損失特性、及び各半導体スイッチング素子内部のボディダイオードの損失特性の情報をあらかじめ記憶している。半導体スイッチング素子損失計算部６１は、これらの情報に基づき、半導体スイッチング素子及びボディダイオードの各々について導通損失及びスイッチング損失を計算する。半導体スイッチング素子損失計算部６１は、これらの導通損失及びスイッチング損失の合計値を、損失計算値６５として出力する。

図３０は、本実施の形態に係る電力変換装置における冷却器状態判定部の構成を示すブロック図である。図３０に示すように、冷却器状態判定部６２は、温度検出値保持部６２Ａ、温度検出値推測部６２Ｂ、加減算手法６２Ｃ、及び比較判定部６２Ｄを有している。

温度検出値保持部６２Ａは、過去の温度検出値を保持する。温度検出値推測部６２Ｂは、過去の温度検出値と、損失計算値６５と、に基づき、現在の温度検出値を推測する。加減算手法６２Ｃは、現在の温度検出値の推測値と、サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、の差分をとる。比較判定部６２Ｄは、現在の温度検出値の推測値と、サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、の差分に基づき、冷却器８の状態を判定する。

ここで、本実施の形態の冷却器８は液冷式冷却器である。比較判定部６２Ｄが判定する冷却器８の状態は、冷却器８に異常がない正常状態、及び冷却媒体に漏れが生じた冷却器８の異常状態のいずれかである。

温度検出値推測部６２Ｂには、サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、対応する半導体スイッチング素子３ａ～３ｆの損失と、の相関関係があらかじめ記憶されている。この相関関係は、冷却器８が正常状態にある場合のものである。温度検出値推測部６２Ｂは、温度検出値保持部６２Ａに保持されている過去の温度検出値と、現在の損失計算値６５と、上記の相関関係と、を用いて、現在の検出されるべき温度検出値を推測する。検出されるべき温度検出値とは、冷却器８が正常状態にある場合の温度検出値である。

比較判定部６２Ｄには、現在の温度検出値の推測値と、サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、の差分に対する閾値が設定されている。比較判定部６２Ｄは、上記の差分が閾値以下である場合、冷却器８に異常がないと判定する。比較判定部６２Ｄは、上記の差分が閾値を超えた場合、冷却器８に異常があると判定する。比較判定部６２Ｄは、判定の結果に基づき、冷却器８の異常の有無を表す情報を、冷却器状態情報６６として出力する。

サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、対応する半導体スイッチング素子３ａ～３ｆの損失と、の相関関係は、０次以上の遅れ要素により近似される。時間的要素を考えなくてよい定常動作における保護を目的とする場合、０次の近似、すなわち熱抵抗のみによる近似でよいため、制御部６の処理負荷を低減できる。インバータの出力変動が大きく、時間的要素を考える必要がある場合、１次以上の遅れ要素による近似、すなわち熱抵抗及び熱容量による近似が望まれる。遅れ要素の次数を大きくするほど高い精度で相関関係を近似できるが、制御部６の処理負荷が大きくなる。このため、遅れ要素の次数は、相関関係の精度及び制御部６の処理負荷を考慮して適切に設定されるのが望ましい。

これにより、制御部６は、処理負荷を抑えつつ、インバータの時間的な出力変化に対しても正確に追従するように冷却器８の状態を推定できる。

次に、本実施の形態における半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度の調整方法について、半導体スイッチング素子３ａを例に挙げて説明する。冷却器８に異常がない場合、制御部６は、サーミスタ４ａの温度検出値があらかじめ設定されている閾値を超えたときには、半導体スイッチング素子３ａの温度が高温であると判定する。この場合、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下するように、ゲート駆動回路６ａのゲート抵抗を切り替える。この閾値は、冷却器８に異常がないことを前提に、所定の動作範囲を超過した場合の保護動作と、インバータの効率改善とを目的として設定される。

冷却器状態情報６６に基づき冷却器８に異常があると判定した場合、制御部６は、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度が低下するように、ゲート駆動回路６ａのゲート抵抗を切り替える。この処理は、半導体スイッチング素子３ａの温度が高温であると判定したときの処理と同様である。その後、制御部６は、図１９の時刻ｔ３以降と同様に、インバータの出力を低下させる保護動作、インバータを停止させる保護動作等を行う。

次に、本実施の形態の変形例について説明する。本変形例は、制御部６にジャンクション温度計算部が追加されている点、及び、制御部６がジャンクション温度計算値に基づく保護動作を行う点で、図２９及び図３０に示した構成と異なっている。以下、図２９及び図３０に示した構成との差異を中心に説明する。

図３１は、本変形例に係る電力変換装置における制御部の構成を示すブロック図である。図３２は、本変形例に係る電力変換装置におけるジャンクション温度計算部の構成を示すブロック図である。

図３１に示すように、本変形例の制御部６は、半導体スイッチング素子損失計算部６１、冷却器状態判定部６２、インバータ動作制御部６３、及びゲート駆動回路６４に加えて、さらにジャンクション温度計算部７０を有している。

図３２に示すように、ジャンクション温度計算部７０は、ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａ、ジャンクション温度上昇計算部７０Ｂ、及び加減算器７０Ｃを有している。

制御部６の機能及び動作を説明する前に、本変形例で追加された情報について説明する。ジャンクション温度計算部７０の出力信号は、ジャンクション温度計算値７１である。ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａの出力信号は、ジャンクション温度上昇特性７１Ａである。ジャンクション温度上昇計算部７０Ｂの出力信号は、ジャンクション温度上昇値７１Ｂである。

半導体スイッチング素子損失計算部６１は、インバータ動作制御部６３からの半導体スイッチング素子損失情報６９などの情報に基づき、各半導体スイッチング素子の損失を計算する。半導体スイッチング素子損失計算部６１は、計算により得られた各半導体スイッチング素子の損失を、各半導体スイッチング素子の損失計算値６５として出力する。

冷却器状態判定部６２は、各半導体スイッチング素子の損失計算値６５、及び各サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値に基づいて、冷却器８の状態を推定する。冷却器状態判定部６２は、推定した冷却器８の状態を、冷却器状態情報６６として出力する。

インバータ動作制御部６３の入力は、冷却器状態判定部６２からの冷却器状態情報６６、電圧センサ回路２０からの電圧情報、電流センサ回路２１ａ～２１ｃからの電流情報、及びジャンクション温度計算部７０からのジャンクション温度計算値７１である。インバータ動作制御部６３は、これらの入力に基づいて、各半導体スイッチング素子のオン・オフを制御するゲート制御信号６７を生成する。インバータ動作制御部６３は、生成したゲート制御信号６７をゲート駆動回路６４に出力する。また、インバータ動作制御部６３からは、半導体スイッチング素子損失情報６９が半導体スイッチング素子損失計算部６１に出力される。

ゲート駆動回路６４は、ゲート制御信号６７をゲート駆動信号６８に変換する。ゲート駆動回路６４は、ゲート駆動信号６８を各半導体スイッチング素子に出力する。

ジャンクション温度計算部７０の入力は、冷却器状態判定部６２からの冷却器状態情報６６、半導体スイッチング素子損失計算部６１からの各半導体スイッチング素子の損失計算値６５、及び各サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値である。ジャンクション温度計算部７０は、これらの入力に基づいて、ジャンクション温度計算値７１を出力する。

ジャンクション温度計算部７０におけるジャンクション温度の計算方法について説明する。ジャンクション温度計算部７０は、上記の入力に基づいて、各半導体スイッチング素子のジャンクション温度を計算する。

ここで、半導体スイッチング素子損失計算部６１には、ジャンクション温度計算部７０が出力したジャンクション温度計算値７１をフィードバックして入力することができる。半導体スイッチング素子損失計算部６１にジャンクション温度計算値７１を入力することによって、半導体スイッチング素子損失計算部６１があらかじめ保持している半導体スイッチング素子及びダイオードの損失特性にジャンクション温度依存性を追加することができる。このため、半導体スイッチング素子損失計算部６１は、各半導体スイッチング素子の損失をさらに正確に計算できる。

次に、ジャンクション温度計算部７０の機能について図３２を用いて説明する。ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａには、冷却器状態判定部６２からの冷却器状態情報６６が入力される。ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａは、冷却器状態情報６６に基づき、冷却器８の状態に応じたジャンクション温度上昇特性７１Ａを選択する。

ジャンクション温度上昇計算部７０Ｂには、ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａからのジャンクション温度上昇特性７１Ａと、半導体スイッチング素子損失計算部６１からの各半導体スイッチング素子の損失計算値６５と、が入力される。ジャンクション温度上昇計算部７０Ｂは、ジャンクション温度上昇特性７１Ａと、各半導体スイッチング素子の損失計算値６５と、に基づいて、ジャンクション温度上昇値７１Ｂを計算する。

加減算器７０Ｃは、ジャンクション温度上昇計算部７０Ｂからのジャンクション温度上昇値７１Ｂと、各サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、を加算する。これにより、各サーミスタ４ａ～４ｆのジャンクション温度計算値７１が求められる。

ここで、本変形例の冷却器８は、液冷式冷却器である。比較判定部６２Ｄが判定する冷却器８の状態は、冷却器８に異常がない正常状態、及び冷却媒体に漏れが生じた冷却器８の異常状態のいずれかである。また、ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａが選択するジャンクション温度上昇特性７１Ａは、冷却器８が正常状態のときの温度上昇特性、及び冷却器８が異常状態のときの温度上昇特性のいずれかである。

ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａは、各サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値及び対応する半導体スイッチング素子３ａ～３ｆのジャンクション温度の間の温度差と、対応する半導体スイッチング素子３ａ～３ｆの損失と、の相関関係を冷却器８の状態毎にあらかじめ記憶している。ジャンクション温度上昇特性選択部７０Ａは、冷却器状態情報６６に基づいて、適切な相関関係を選択して出力する。

上記の相関関係は、サーミスタ４ａ～４ｆの温度検出値と、対応する半導体スイッチング素子３ａ～３ｆの損失と、の相関関係と同様の理由で、０次以上の遅れ要素により近似される。

以上のように、本変形例では、冷却器８の状態が変化しても、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆのジャンクション温度をより正確に推定することができる。このため、冷却器８が異常状態になっても、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆのジャンクション温度を監視することにより、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆの保護動作を確実に行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置は、電流センサ回路２１ａ～２１ｃと、電圧センサ回路２０と、をさらに備えている。電流センサ回路２１ａ～２１ｃは、半導体スイッチング素子３ａに流れる電流を検出する。電圧センサ回路２０は、半導体スイッチング素子３ａに印加される電圧を検出する。

制御部６は、半導体スイッチング素子損失計算部６１と、冷却器状態判定部６２と、を有している。半導体スイッチング素子損失計算部６１は、電流センサ回路２１ａ～２１ｃの検出値と、電圧センサ回路２０の検出値と、を少なくとも用いて、半導体スイッチング素子３ａの損失計算値６５を計算する。冷却器状態判定部６２は、損失計算値６５と検出温度とに基づいて、冷却器８の異常の有無を判定する。

この構成によれば、損失計算値６５と検出温度とに基づいて冷却器８の異常の有無を判定できるため、冷却器８に異常が生じた場合においても、より確実に半導体スイッチング素子３ａの保護動作を行うことができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、冷却器状態判定部６２は、温度検出値推測部６２Ｂと、比較判定部６２Ｄと、を有している。温度検出値推測部６２Ｂは、過去の検出温度と、損失計算値６５と、に基づいて、検出温度の推測値である検出温度推測値を求める。比較判定部６２Ｄは、検出温度推測値と、サーミスタで検出された検出温度と、を比較して、冷却器８の異常の有無を判定する。

この構成によれば、冷却器８の異常の有無をより適切に判定することができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、損失計算値６５と、冷却器８の状態と、サーミスタで検出された検出温度と、に基づいて、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度を推定するジャンクション温度計算部７０をさらに有している。

この構成によれば、半導体スイッチング素子３ａのジャンクション温度をより正確に推定できるため、冷却器８に異常が生じた場合においても、ジャンクション温度に基づいて半導体スイッチング素子３ａの保護動作を確実に行うことができる。

実施の形態３．
実施の形態３に係る電力変換装置について説明する。本実施の形態の電力変換装置の実質的な回路構成は、実施の形態１と同様である。

実施の形態１及び２では、冷却器８に異常がある場合には、リカバリサージにより電圧Ｖｄｓが素子の耐圧を超過しないようにスイッチング速度が抑えられている。これに対し、本実施の形態では、冷却器８に異常がある場合においても、できる限りインバータの損失低減を考慮した保護動作を行う。

本実施の形態では、冷却器８に異常があると制御部６が判定した場合、インバータの出力電流を所定の負荷以下まで減少させつつ、半導体スイッチング素子のスイッチング速度を低下させずに高速スイッチングを続ける。出力電流が減少することにより、ジャンクション温度Ｔｊと検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓとの温度差が一意的に求まるため、制御部６は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓに基づきジャンクション温度Ｔｊをより正確に推定できる。これにより、ジャンクション温度Ｔｊが高温に達するまでは、半導体スイッチング素子のスイッチング速度を高速に維持することができる。

スイッチング速度を高速に維持することにより、半導体スイッチング素子の損失が減少するため、半導体スイッチング素子の温度は高温になりにくい。その結果、冷却器８に異常がある場合においても、電力変換装置の低損失化を実現できる。

ただし、サーミスタの検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを超えた場合には、制御部６は、ゲート抵抗の切替え等により半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を低下させる。その後、制御部６は、図１９の時刻ｔ３以降と同様に、インバータの出力を低下させる保護動作、インバータを停止させる保護動作等を行う。

例えば、制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を相対的に高い値に設定するとともに、インバータの出力電流を減少させる。制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合において、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回ったときには、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を相対的に低い値に設定する。

このように、本実施の形態では、冷却器８に異常がある場合、インバータの出力電流を減少させつつ、半導体スイッチング素子のスイッチング速度は高い値に維持される。しかしながら、車両側の要求により、インバータの出力電流を減少させることが許容されない場合がある。このような場合、制御部６は、インバータの出力電流に基づいてスイッチング速度を制御してもよい。

例えば、制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合、出力電流があらかじめ設定された閾値電流以下でありかつ検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を相対的に高い値に設定する。制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合において、出力電流が閾値電流を上回っているか、又は検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回っている場合、半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を相対的に低い値に設定する。

以上説明したように、本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、冷却器８に異常がないと判定した場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を第１速度に設定する。制御部６は、冷却器８に異常がないと判定した場合において、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回ったときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を第１速度よりも低い第２速度に設定する。

制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を上記第１速度に設定するとともに、電力変換装置の出力電流を減少させる。

この構成によれば、冷却器８に異常がある場合においても、電力変換装置の損失をできる限り低減できるため、電費又は燃費を向上させることができる。

本実施の形態に係る電力変換装置において、制御部６は、冷却器８に異常がないと判定した場合、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を第１速度に設定する。制御部６は、冷却器８に異常がないと判定した場合において、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈを上回ったときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を第１速度よりも低い第２速度に設定する。

制御部６は、冷却器８に異常があると判定した場合、電力変換装置の出力電流が閾値電流以下でありかつ検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓが閾値温度Ｔｔｈ以下であるときには、半導体スイッチング素子３ａのターンオン時のスイッチング速度を上記第１速度に設定する。

この構成によれば、冷却器８に異常がある場合においても、電力変換装置の損失をできる限り低減できるため、電費又は燃費を向上させることができる。

上記実施の形態では、電力変換装置をインバータ回路として説明しているが、電力変換装置はコンバータ回路であってもよい。

上記実施の形態では、冷却器８として液冷式冷却器を例に挙げたが、冷却器８は液冷式には限られない。冷却器８は、空冷式冷却器であってもよい。例えば、空冷式冷却器のファンが故障すると、冷却性能の低下により素子温度が上昇する。したがって、空冷式冷却器を備えた電力変換装置に上記実施の形態を適用しても、同様の効果が得られる。

上記実施の形態では、冷却器８に異常がある状態として、冷却器８の冷却媒体が消失した状態を例に挙げたが、これには限られない。冷却器８に異常がある状態には、冷却媒体の一部が消失した状態、電動ポンプが故障して冷却媒体の循環が停止した状態等も含まれる。

上記実施の形態１では、冷却器８の異常の有無が検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率に基づいて判定されている。上記実施の形態２では、冷却器８の異常の有無が検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓ及び半導体スイッチング素子の損失に基づいて判定されている。実施の形態１及び２のどちらの方がよいのかは、マイコンの負荷処理状況、車両の負荷などによって変わってくる。このため、制御部６は、冷却器８の異常の有無を何に基づいて判定するかを切り替えられるようになっていてもよい。

例えば、電圧センサ回路２０及び電流センサ回路２１ａ～２１ｃのうちのいずれかが故障している場合、半導体スイッチング素子の損失を計算できない。このため、制御部６は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓ及び半導体スイッチング素子の損失に基づいて冷却器８の異常の有無を判定することができない。したがって、この場合、制御部６は、検出温度Ｔｊ＿ｓｅｎｓの温度上昇率に基づいて冷却器８の異常の有無を判定する。

上記実施の形態において、各半導体モジュール５ａ～５ｆの内部のチップ数は１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。また、半導体モジュールの数は１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。

上記実施の形態では、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆが内部ダイオードを有しているが、これには限られない。各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆとは別に設けられたダイオードが、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆと並列に接続されていてもよい。

上記実施の形態では、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆがＭＯＳＦＥＴにより構成されているが、各半導体スイッチング素子３ａ～３ｆは、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）及びダイオードにより構成されていてもよい。

上記実施の形態では、温度センサの例として、半導体スイッチング素子の外部に設けられたサーミスタが用いられているが、温度センサは、半導体スイッチング素子と同一の半導体チップ内に設けられた検温ダイオードであってもよい。

上記の各実施の形態は、互いに組み合わせて実施することが可能である。

以上、好ましい実施の形態等について詳説したが、上述した実施の形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
半導体スイッチング素子と、
前記半導体スイッチング素子を冷却する液冷式の冷却器と、
前記半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、
前記半導体スイッチング素子を可変のスイッチング速度で駆動するゲート駆動回路を有する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づいて前記冷却器の異常の有無を判定し、判定結果に基づいて前記半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を制御する電力変換装置。
（付記２）
前記温度センサは、前記半導体スイッチング素子の外部に設けられたサーミスタである付記１に記載の電力変換装置。
（付記３）
前記制御部は、前記冷却器に異常があると判定した場合には、前記スイッチング速度を低下させる付記１又は付記２に記載の電力変換装置。
（付記４）
前記制御部は、
前記冷却器に異常がないと判定した場合、前記検出温度が閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を第１速度に設定し、前記検出温度が前記閾値温度を上回ったときには、前記スイッチング速度を前記第１速度よりも低い第２速度に設定し、
前記冷却器に異常があると判定した場合、前記スイッチング速度を前記第２速度に設定する付記１～付記３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
（付記５）
前記制御部は、前記半導体スイッチング素子のゲート抵抗を調整することによって前記スイッチング速度を制御する付記４に記載の電力変換装置。
（付記６）
前記制御部は、前記半導体スイッチング素子のゲート電圧を調整することによって前記スイッチング速度を制御する付記４に記載の電力変換装置。
（付記７）
前記制御部は、前記検出温度の時間当たりの上昇率である温度上昇率が閾値上昇率を上回った場合、前記冷却器に異常があると判定する付記１～付記６のいずれか一項に記載の電力変換装置。
（付記８）
前記閾値上昇率は、前記冷却器に異常がないときの温度上昇率よりも高い値に設定されている付記７に記載の電力変換装置。
（付記９）
前記半導体スイッチング素子に流れる電流を検出する電流センサ回路と、
前記半導体スイッチング素子に印加される電圧を検出する電圧センサ回路と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記電流センサ回路の検出値と前記電圧センサ回路の検出値とを少なくとも用いて前記半導体スイッチング素子の損失計算値を計算する半導体スイッチング素子損失計算部と、
前記損失計算値と前記検出温度とに基づいて前記冷却器の異常の有無を判定する冷却器状態判定部と、を有している付記１～付記８のいずれか一項に記載の電力変換装置。
（付記１０）
前記冷却器状態判定部は、
過去の前記検出温度と前記損失計算値とに基づいて、前記検出温度の推測値である検出温度推測値を求める温度検出値推測部と、
前記検出温度推測値と、前記温度センサで検出された前記検出温度と、を比較して、前記冷却器の異常の有無を判定する比較判定部と、を有している付記９に記載の電力変換装置。
（付記１１）
前記制御部は、
前記損失計算値と、前記冷却器の状態と、前記検出温度と、に基づいて、前記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ジャンクション温度計算部をさらに有している付記９又は付記１０に記載の電力変換装置。
（付記１２）
前記制御部は、
前記冷却器に異常がないと判定した場合、前記検出温度が閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を第１速度に設定し、前記検出温度が前記閾値温度を上回ったときには、前記スイッチング速度を前記第１速度よりも低い第２速度に設定し、
前記冷却器に異常があると判定した場合、電力変換装置の出力電流が閾値電流以下でありかつ前記検出温度が前記閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を前記第１速度に設定する付記１又は付記２に記載の電力変換装置。
（付記１３）
前記制御部は、
前記冷却器に異常がないと判定した場合、前記検出温度が閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を第１速度に設定し、前記検出温度が前記閾値温度を上回ったときには、前記スイッチング速度を前記第１速度よりも低い第２速度に設定し、
前記冷却器に異常があると判定した場合、前記検出温度が前記閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を前記第１速度に設定するとともに、電力変換装置の出力電流を減少させる付記１又は付記２に記載の電力変換装置。
（付記１４）
前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されている付記１～付記１３のいずれか一項に記載の電力変換装置。

１ 直流入力電源、２ 平滑用コンデンサ、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ 半導体スイッチング素子、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ サーミスタ、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ 半導体モジュール、６ 制御部、６ａ ゲート駆動回路、６ｂ 駆動回路本体、６ｃ ゲート抵抗切替回路、６ｄ バイパス回路、７ モータ、８ 冷却器、８ａ 表面、８ｂ 冷却媒体流路、２０ 電圧センサ回路、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 電流センサ回路、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ 信号線、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆ 制御線、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ、３３ｅ、３３ｆ 信号線、４１ バスバー、４２ はんだ層、４３ 基板、４３ａ、４３ｂ 面、４４ 樹脂成形体、４５ 絶縁部材、５０ａ、５０ｂ、５１ａ、５１ｂ、５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５３ａ、５３ｂ、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ 熱抵抗、６１ 半導体スイッチング素子損失計算部、６２ 冷却器状態判定部、６２Ａ 温度検出値保持部、６２Ｂ 温度検出値推測部、６２Ｃ 加減算手法、６２Ｄ 比較判定部、６３ インバータ動作制御部、６４ ゲート駆動回路、６５ 損失計算値、６６ 冷却器状態情報、６７ ゲート制御信号、６８ ゲート駆動信号、６９ 半導体スイッチング素子損失情報、７０ ジャンクション温度計算部、７０Ａ ジャンクション温度上昇特性選択部、７０Ｂ ジャンクション温度上昇計算部、７０Ｃ 加減算器、７１ ジャンクション温度計算値、７１Ａ ジャンクション温度上昇特性、７１Ｂ ジャンクション温度上昇値、Ｇ ゲート部、Ｉｄｓ 電流、Ｒｇｏｆｆ 抵抗、Ｒｇｏｎ１ 抵抗、Ｒｇｏｎ２ 抵抗、ＳＷ スイッチング素子、Ｔ１ 温度、Ｔ２ 温度、Ｔｊ ジャンクション温度、Ｔｊ＿ｓｅｎｓ 検出温度、Ｔｔｈ 閾値温度、ＴＲ１ 温度上昇率、ＴＲｔｈ１ 閾値上昇率、ＴＲｔｈ２ 閾値上昇率、Ｖｄｓ 電圧、Ｖｇ 可変電圧源、Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ ３相出力端子、ｔ０、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７ 時刻、Ｚｄｉｏｄｅ ツェナーダイオード、Δｔ１０ 閾値時間、ΔＴ２ 温度差、ΔＶ リカバリサージ電圧。

Claims (14)

1. 半導体スイッチング素子と、
   前記半導体スイッチング素子を冷却する液冷式の冷却器と、
   前記半導体スイッチング素子の温度を検出する温度センサと、
   前記半導体スイッチング素子を可変のスイッチング速度で駆動するゲート駆動回路を有する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記温度センサの検出温度に基づいて前記冷却器の異常の有無を判定し、判定結果に基づいて前記半導体スイッチング素子のターンオン時のスイッチング速度を制御する電力変換装置。
2. 前記温度センサは、前記半導体スイッチング素子の外部に設けられたサーミスタである請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御部は、前記冷却器に異常があると判定した場合には、前記スイッチング速度を低下させる請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、
   前記冷却器に異常がないと判定した場合、前記検出温度が閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を第１速度に設定し、前記検出温度が前記閾値温度を上回ったときには、前記スイッチング速度を前記第１速度よりも低い第２速度に設定し、
   前記冷却器に異常があると判定した場合、前記スイッチング速度を前記第２速度に設定する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記半導体スイッチング素子のゲート抵抗を調整することによって前記スイッチング速度を制御する請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御部は、前記半導体スイッチング素子のゲート電圧を調整することによって前記スイッチング速度を制御する請求項４に記載の電力変換装置。
7. 前記制御部は、前記検出温度の時間当たりの上昇率である温度上昇率が閾値上昇率を上回った場合、前記冷却器に異常があると判定する請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
8. 前記閾値上昇率は、前記冷却器に異常がないときの温度上昇率よりも高い値に設定されている請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記半導体スイッチング素子に流れる電流を検出する電流センサ回路と、
   前記半導体スイッチング素子に印加される電圧を検出する電圧センサ回路と、
   をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記電流センサ回路の検出値と前記電圧センサ回路の検出値とを少なくとも用いて前記半導体スイッチング素子の損失計算値を計算する半導体スイッチング素子損失計算部と、
   前記損失計算値と前記検出温度とに基づいて前記冷却器の異常の有無を判定する冷却器状態判定部と、を有している請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。
10. 前記冷却器状態判定部は、
    過去の前記検出温度と前記損失計算値とに基づいて、前記検出温度の推測値である検出温度推測値を求める温度検出値推測部と、
    前記検出温度推測値と、前記温度センサで検出された前記検出温度と、を比較して、前記冷却器の異常の有無を判定する比較判定部と、を有している請求項９に記載の電力変換装置。
11. 前記制御部は、
    前記損失計算値と、前記冷却器の状態と、前記検出温度と、に基づいて、前記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ジャンクション温度計算部をさらに有している請求項９に記載の電力変換装置。
12. 前記制御部は、
    前記冷却器に異常がないと判定した場合、前記検出温度が閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を第１速度に設定し、前記検出温度が前記閾値温度を上回ったときには、前記スイッチング速度を前記第１速度よりも低い第２速度に設定し、
    前記冷却器に異常があると判定した場合、電力変換装置の出力電流が閾値電流以下でありかつ前記検出温度が前記閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を前記第１速度に設定する請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
13. 前記制御部は、
    前記冷却器に異常がないと判定した場合、前記検出温度が閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を第１速度に設定し、前記検出温度が前記閾値温度を上回ったときには、前記スイッチング速度を前記第１速度よりも低い第２速度に設定し、
    前記冷却器に異常があると判定した場合、前記検出温度が前記閾値温度以下であるときには、前記スイッチング速度を前記第１速度に設定するとともに、電力変換装置の出力電流を減少させる請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
14. 前記半導体スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されている請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の電力変換装置。