JP4654940B2

JP4654940B2 - インバータ装置及びインバータ回路の駆動制御方法

Info

Publication number: JP4654940B2
Application number: JP2006050187A
Authority: JP
Inventors: 正寿用皆; 聡史吉村; 昭安藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-02-27
Filing date: 2006-02-27
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2026-02-27
Also published as: US20070201176A1; DE102007008928A1; US7453679B2; JP2007228775A; DE102007008928B4

Description

本発明は、複数の半導体スイッチング素子によって構成されるインバータ回路をＰＷＭ駆動信号よって駆動するインバータ装置、及び前記インバータ回路の駆動制御方法に関する。

複数の半導体スイッチング素子によって構成されるインバータ回路については、各半導体スイッチング素子が定格温度以上に発熱して破壊に至ることが無いように各素子の温度を監視し、過熱保護動作を行なうものが多い。
例えば、特許文献１には、インバータを構成する複数のパワーデバイスの温度を個別に検出し、それらのうちの最高温度値の情報に基づいてインバータの出力電流を制限して過熱保護を行う電気自動車の制御装置が開示されている。
特開２００１−１６９４０１号公報

しかしながら、特許文献１のようにインバータを構成する全てのパワーデバイスの温度を個別に検出する場合には、温度センサを配置するためのスペースをより大きく確保する必要があり、コストアップにも繋がってしまう。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、インバータ回路を構成する全ての半導体スイッチング素子の温度を検出せずとも、過熱保護動作を確実に行なうことができるインバータ装置、及びインバータ回路の駆動制御方法を提供することにある。

本発明のインバータ装置によれば、温度検出手段を、インバータ回路を構成する上アーム側の半導体スイッチング素子群、下アーム側の半導体スイッチング素子群の何れか一方だけに対応して配置し、制御手段は、前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティが、前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量以上となるＰＷＭデューティの場合は、前記インバータ回路に出力するＰＷＭデューティを前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティそのままで前記インバータ回路に出力し、前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティが、前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量未満となるＰＷＭデューティの場合は、前記インバータ回路に出力するＰＷＭデューティを前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量以上となるＰＷＭデューティに設定して前記インバータ回路に出力する。そして、過熱保護手段は、温度検出手段によって検出される温度が所定値以上になるとインバータ回路の過熱保護動作を行なうので、温度検出を上アーム側、下アーム側の何れか一方の素子群についてのみ行うだけで、過熱保護動作を確実に行なうことが可能となる。従って、温度検出手段の配置数を削減することで省スペース化、並びに低コスト化を図ることができる。

以下、本発明を車両に搭載される冷却機器（ラジエータ）に使用されるファンモータを駆動するインバータ装置に適用した場合の一実施例について図面を参照して説明する。図１は、インバータ装置の構成を、本発明の要旨に係る部分について示すものである。インバータ回路１は、６個のＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ，２Ｘ，２Ｙ，２Ｚを三相ブリッジ接続して構成されている。インバータ回路１には、車両のバッテリ３からの直流電源が、コンデンサ４ａ，４ｂ並びにコイル４ｃよりなるπ型フィルタ４を介して供給されている。

制御回路部（過熱保護手段，制御手段）５は、マイクロコンピュータによって構成されており、外部より与えられる駆動信号に応じてインバータ回路１を構成する各ＦＥＴ２のゲートにＰＷＭ駆動信号を出力する。インバータ回路１の各相出力端子には、負荷として例えばブラシレスＤＣモータ６の各相巻線が接続されている。このモータ６は、冷却機器のラジエータファンを回転駆動するものである。

インバータ回路１を構成する上アーム側のＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗには、例えばサーミスタからなる温度センサ（温度検出手段）７Ｕ，７Ｖ，７Ｗが夫々配置されており、それらの温度センサ７Ｕ，７Ｖ，７Ｗによる検出信号は何れも制御回路部５に与えられている。制御回路部５は、それらの温度検出信号を、内蔵されている図示しないＡ／Ｄ変換回路によりＡ／Ｄ変換して順次読み込む。そして、各ＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗについて検出される温度が上限値を超えた場合には、過熱保護動作を行うようになっている。以上がインバータ装置８を構成している。

図２乃至図４は、インバータ回路１の各ＦＥＴ２に出力されるＰＷＭ信号パターンの一例を示すもので、夫々ＰＷＭデューティが３０％，８０％，１００％に対応したパターンである。即ち、上アーム側のＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗは通電相を切り替えているだけであり、下アーム側のＦＥＴ２Ｘ，２Ｙ，２ＺについてＰＷＭデューティを変化させることでモータ６に対する印加電圧を変化させている。

そして、図５は、図２乃至図４に示すパターンのＰＷＭ信号が与えられた場合、横軸にＰＷＭ駆動信号のデューティ（％）、縦軸に上アーム側のＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの温度ＴＵ、下アーム側のＦＥＴ２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの温度ＴＤを示す。この図５によれば、ＰＷＭデューティ０％〜８０数％の領域ではＴＵ＞ＴＤとなり、８０数％〜１００％の領域ではＴＵ＜ＴＤとなっている。また、デューティ１００％の場合はスイッチング損失が大幅に減少してＴＵ＝ＴＤとなっている。

そこで、本実施例では、制御回路部５は、インバータ回路１に与えるＰＷＭ駆動信号のデューティを、ＴＵ≧ＴＤを満たす領域だけを使用してモータ６を駆動する。この駆動制御条件を前提として、上アーム側のＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗだけに温度センサ７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを配置し、ＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの温度を監視する。尚、ＰＷＭデューティが３０％未満の領域では、モータ６を駆動するためのトルクが十分得られないことから、制御回路部５に入力される駆動信号はデューティ３０％以上に相当するものが与えられるようになっている。

次に、本実施例の作用について図６も参照して説明する。図６は、制御回路部５による制御内容を示すフローチャートである。制御回路部５は、外部より駆動信号が与えられるとモータ６に対する通電を開始する（ステップＳ１）。その場合、与えられた駆動信号に対応するＰＷＭデューティが８０％を超えているか否かを判断し（ステップＳ２）、ＰＷＭデューティが８０％以下であれば（「ＮＯ」）その駆動信号に応じたデューティのＰＷＭ信号をそのままインバータ回路１に出力する（ステップＳ３）。

一方、ステップＳ２において、駆動信号に対応するＰＷＭデューティが８０％を超えている場合（「ＹＥＳ」）、制御回路部５は、ＰＷＭデューティを１００％に設定してインバータ回路１に出力する（ステップＳ４）。即ち、図５に示したように、ＰＷＭデューティ８０数％〜１００％の領域はＴＵ＜ＴＤとなるため、当該領域内のデューティを有するＰＷＭ信号の出力は回避する。

それから、制御回路部５は、温度センサ７Ｕ，７Ｖ，７Ｗによって出力される温度検出信号を参照し、インバータ回路１の上アーム側ＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの温度を順次検出する（ステップＳ５）。そして、何れか１つ以上の温度が予め定めた所定値以上になったか否かを判断し（ステップＳ６）、何れの温度も所定値未満であれば（「ＮＯ」）ステップＳ２に戻る。また、何れか１つ以上の温度が所定値以上になれば（「ＹＥＳ」）インバータ回路１に対する過熱保護機能を作動させて（ステップＳ７）ステップＳ５に戻る。

ここで、ステップＳ７における「過熱保護機能」とは、インバータ回路１に出力するＰＷＭ信号のデューティを下限である３０％付近まで低下させるか、若しくはＰＷＭ信号の出力自体を停止させることを言う。そして、過熱保護機能を作動させた結果、ステップＳ５で検出される温度が何れも所定値未満になれば（ステップＳ６：「ＮＯ」）、再びステップＳ２に戻って従前通りの駆動制御を行う。

以上のように本実施例によれば、温度センサ７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを、インバータ回路１を構成する上アーム側のＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗだけに配置し、制御回路部５は、インバータ回路１を、ＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗの発熱量がＦＥＴ２Ｘ，２Ｙ，２Ｚの発熱量以上となるＰＷＭデューティの範囲で駆動する。そして、温度センサ７によって検出される温度が所定値以上になるとインバータ回路１の過熱保護動作を行なうので、温度検出を上アーム側のＦＥＴ２Ｕ，２Ｖ，２Ｗについてのみ行うだけで、過熱保護動作を確実に行なうことが可能となる。従って、温度センサ７の配置数を削減することで省スペース化、並びに低コスト化を図ることができる。

本発明は上記し又は図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、以下のような変形が可能である。
ＰＷＭデューティ０％〜３０％の領域については、モータを有効に駆動可能であれば必要に応じて使用すれば良い。
半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ２に限ることなく、例えばパワートランジスタのようなバイポーラトランジスタやＩＧＢＴなどであっても良い。
上アーム側の半導体スイッチング素子の発熱量が、下アーム側の半導体スイッチング素子の発熱量以上となるＰＷＭデューティの範囲については、個別の設計につき実測を行うことで適宜設定すれば良い。

温度センサ７を下アーム側のＦＥＴ２Ｘ，２Ｙ，２Ｚだけに配置して、図２〜図４に示すＰＷＭ信号パターンを上アーム側と下アーム側とで入れ替えて駆動しても良い。
また、例えば上アーム側の複数の半導体素子，下アーム側の複数の半導体素子を夫々まとめて１チップ化した場合には、温度センサを何れか一方のチップに１個だけ配置して温度検出を行なっても良い。
インバータ回路の相数は３相に限ることなく、２相若しくは４相以上であっても良い。
車両用のファンモータに限ることなく、インバータ回路によりモータを駆動制御する場合に、半導体スイッチング素子の過熱保護動作を行なう必要があるものであれば、広く適用が可能である。

本発明を車両に搭載される冷却機器に使用されるファンモータを駆動するインバータ装置に適用した場合の一実施例であり、インバータ装置の構成を示す図インバータ回路の各ＦＥＴに出力されるＰＷＭ信号パターンの一例を示す図（デューティ３０％）デューティ８０％の場合の図２相当図デューティ１００％の場合の図２相当図図２〜図４に示すパターンのＰＷＭ信号が与えられた場合、横軸にＰＷＭ駆動信号のデューティ、縦軸に上アーム側ＦＥＴ，下アーム側ＦＥＴの温度を示す図制御回路部による制御内容を示すフローチャート

符号の説明

図面中、１はインバータ回路、２はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）、５は制御回路部（過熱保護手段，制御手段）、６はモータ、７は温度センサ（温度検出手段）、８はインバータ装置を示す。

Claims

複数の半導体スイッチング素子によって構成されるインバータ回路を駆動信号に応じて駆動するインバータ装置において、
前記複数の半導体スイッチング素子のうち半数を上アーム側の半導体素子群とし、残りの半数を下アーム側の半導体スイッチング素子群として構成し、
前記上アーム側の半導体スイッチング素子群および前記下アーム側の半導体スイッチング素子群の何れか一方だけに対応して配置される温度検出手段と、
前記駆動信号に応じてＰＷＭ駆動信号を前記インバータ回路に出力する制御手段と、
前記温度検出手段によって検出される温度が所定値以上になると、前記インバータ回路の過熱保護動作を行なう過熱保護手段とを備え、
前記制御手段は、前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティが、前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量以上となるＰＷＭデューティの場合は、前記インバータ回路に出力するＰＷＭデューティを前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティそのままで前記インバータ回路に出力し、前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティが、前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量未満となるＰＷＭデューティの場合は、前記インバータ回路に出力するＰＷＭデューティを前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量以上となるＰＷＭデューティに設定して前記インバータ回路に出力することを特徴とするインバータ装置。
請求項１に記載のインバータ装置において、
前記制御手段は、前記駆動信号に対応するＰＷＭデューティが、前記温度検出手段を配置した方の素子群の発熱量が他方の素子群の発熱量未満となるＰＷＭデューティの場合は、前記インバータ回路に出力するＰＷＭデューティを１００％に設定して前記インバータ回路に出力することを特徴とするインバータ装置。
請求項１または２に記載のインバータ装置において、
前記制御手段は、前記温度検出手段を配置した方の素子群を通電相の切り替えで駆動し、、他方の素子群を前記ＰＷＭデューティを変化させて駆動することを特徴とするインバータ装置。
複数の半導体スイッチング素子によって構成されるインバータ回路を駆動信号に応じて駆動する方法において、
前記インバータ回路を、上アーム側の半導体スイッチング素子群の発熱量と、下アーム側の半導体スイッチング素子群の発熱量との間で、何れか一方の発熱量が他方以上となるＰＷＭデューティの範囲で駆動し、
一方の素子群だけについて温度検出を行ない、
前記温度が所定値以上になると、前記インバータ回路の過熱保護動作を行なうように制御することを特徴とするインバータ回路の駆動制御方法。