JP5317881B2 - Power converter and protection method for power converter - Google Patents

Power converter and protection method for power converter Download PDF

Info

Publication number
JP5317881B2
JP5317881B2 JP2009182351A JP2009182351A JP5317881B2 JP 5317881 B2 JP5317881 B2 JP 5317881B2 JP 2009182351 A JP2009182351 A JP 2009182351A JP 2009182351 A JP2009182351 A JP 2009182351A JP 5317881 B2 JP5317881 B2 JP 5317881B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor element
temperature
power semiconductor
power
loss
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2009182351A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011036095A (en
Inventor
剛司 堀口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009182351A priority Critical patent/JP5317881B2/en
Publication of JP2011036095A publication Critical patent/JP2011036095A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5317881B2 publication Critical patent/JP5317881B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Protection Of Static Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power converter and a protection method of the power converter, which is increased in reliability while retaining high characteristics. <P>SOLUTION: The power converter includes a power semiconductor module 101 using a power semiconductor element Tr, a reference temperature measurement part 3 for measuring the temperature T<SB>0</SB>of a reference point, a semiconductor element temperature calculation part 2 for calculating the temperature T<SB>j</SB>of the power semiconductor element Tr using a predetermined transfer function, and a drive control part 4 for driving and controlling the power semiconductor module 101 based on calculated temperature T<SB>j</SB>of the power semiconductor element. The semiconductor element temperature calculation part 2 calculates a temperature difference &Delta;T<SB>k</SB>between the reference point and the power semiconductor element Tr, based on a power loss P generated in the semiconductor element Tr, in each of a plurality of first order lag transfer functions (r<SB>k</SB>/(1+s&tau;<SB>k</SB>)) having different thermal time constants &tau;, and calculates the temperature T<SB>j</SB>of the power semiconductor element Tr, based on a sum &Sigma;&Delta;T<SB>k</SB>of each calculated temperature difference and the temperature T<SB>0</SB>of the reference point. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、モータを駆動する電力変換装置、特に過熱保護機能を有するパワー半導体モジュールを用いた電力変換装置および電力変換装置の保護方法に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that drives a motor, and more particularly to a power conversion device using a power semiconductor module having an overheat protection function and a method for protecting the power conversion device.

モータを駆動する電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュールでは、スイッチング素子としてIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)といったパワー半導体素子がよく使われている。また、最近では、スイッチング素子としてSiC(炭化ケイ素)を適用したパワー半導体モジュールが開発されている。パワー半導体素子がスイッチング動作を繰り返すことによりモータは駆動するが、その際、パワー半導体素子の接合部分(以下、ジャンクション部)の電力損失により発熱が生じ、温度(以下、ジャンクション温度)が上昇する。ジャンクション温度には許容温度があり、許容温度を超えるとパワー半導体素子の性能は劣化し、場合によっては、破壊を引き起こすことになる。   In a power semiconductor module used in a power conversion device for driving a motor, a power semiconductor element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is often used as a switching element. Recently, a power semiconductor module using SiC (silicon carbide) as a switching element has been developed. When the power semiconductor element repeats the switching operation, the motor is driven. At that time, heat is generated due to the power loss of the junction part (hereinafter, junction part) of the power semiconductor element, and the temperature (hereinafter, junction temperature) rises. The junction temperature has an allowable temperature. When the junction temperature exceeds the allowable temperature, the performance of the power semiconductor element is deteriorated, and in some cases, destruction is caused.

上述のようなパワー半導体素子の温度上昇に起因する素子の破壊や劣化を防ぐためには、ジャンクション温度を測定し、過熱時に半導体素子を保護動作する必要があるため、過熱保護機能を備えた電力変換装置が開発されている。このような過熱保護機能が有効に動作するためには、ジャンクション温度の正確な測定が必要である。しかし、実際の製品においてジャンクション温度を直接測定することは困難である。そこで、パワー半導体モジュールに対しての所定位置の温度を温度センサにより測定し、パワー半導体素子内の発熱量(電力損失)により、所定部分とジャンクション部との温度差を計算し、ジャンクション温度を推定する方法が提案されている。(例えば、特許文献1または特許文献2参照。)   In order to prevent the destruction and deterioration of the element due to the temperature rise of the power semiconductor element as described above, it is necessary to measure the junction temperature and perform the protective operation of the semiconductor element at the time of overheating, so power conversion with overheat protection function Equipment has been developed. In order for such an overheat protection function to operate effectively, it is necessary to accurately measure the junction temperature. However, it is difficult to directly measure the junction temperature in an actual product. Therefore, the temperature at a predetermined position with respect to the power semiconductor module is measured by a temperature sensor, and the temperature difference between the predetermined portion and the junction portion is calculated from the heat generation amount (power loss) in the power semiconductor element, and the junction temperature is estimated. A method has been proposed. (For example, refer to Patent Document 1 or Patent Document 2.)

特許第3075303号(段落0006、図1)Japanese Patent No. 3075303 (paragraph 0006, FIG. 1) 特開平7−135731号公報(段落0017〜0020、図1)Japanese Patent Laid-Open No. 7-135731 (paragraphs 0017 to 0020, FIG. 1)

しかし、特許文献1に開示されたパワー半導体素子の過熱保護方法では、パワー半導体素子のジャンクション−ヒートシンク間の熱抵抗を一定値として扱い、温度差を計算している。すなわち、特許文献1で算出される温度差は、一定の損失が常時発生している場合の温度差となり、過渡的な状態における温度差を評価できておらず、温度差を安全側(高め)に評価してしまうことになる。また、特許文献2に開示された半導体素子の過熱保護装置では、ジャンクションと温度測定点との過渡的な温度差を考慮しているものの、温度差が指数関数的に温度差の飽和値に向かって変化する場合を想定して温度差を計算している。しかしながら、実際のジャンクションと温度測定点間の過渡熱インピーダンスは緩やかに増大した後、急峻に増大し、一定値へと漸近していくような過渡応答を示す。したがって、特許文献2で算出される温度差も実際の温度差より高温側に評価することになり、過剰な保護をかけてしまい、電力変換装置の特性が低下することになる。   However, the power semiconductor element overheat protection method disclosed in Patent Document 1 treats the thermal resistance between the junction and the heat sink of the power semiconductor element as a constant value, and calculates the temperature difference. That is, the temperature difference calculated in Patent Document 1 is a temperature difference when a constant loss is constantly occurring, and the temperature difference in a transient state cannot be evaluated, and the temperature difference is on the safe side (higher). Will be evaluated. Further, although the semiconductor element overheat protection device disclosed in Patent Document 2 considers a transient temperature difference between the junction and the temperature measurement point, the temperature difference exponentially moves toward the saturation value of the temperature difference. The temperature difference is calculated on the assumption that it changes. However, the transient thermal impedance between the actual junction and the temperature measurement point increases gradually, then increases rapidly, and shows a transient response that gradually approaches a constant value. Therefore, the temperature difference calculated in Patent Document 2 is also evaluated on the higher temperature side than the actual temperature difference, so that excessive protection is applied and the characteristics of the power conversion device are deteriorated.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、パワー半導体モジュールにおけるパワー半導体素子(のジャンクション)温度を高精度に推定し、高特性を保ちながら信頼性の高い電力変換装置および電力変換装置の保護方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The power semiconductor element (junction) temperature in the power semiconductor module is estimated with high accuracy, and highly reliable power is maintained while maintaining high characteristics. It is an object of the present invention to provide a conversion device and a method for protecting a power conversion device.

本発明の電力変換装置は、スイッチング素子としてパワー半導体素子を用いたパワー半導体モジュールと、前記パワー半導体素子から離れた基準点の温度を測定する基準温度測定部と、定の伝達関数と、前記基準点の温度と、前記パワー半導体素子で発生する電力損失と、を用いて前記パワー半導体素子の温度を算出する半導体素子温度算出部と、
前記算出したパワー半導体素子の温度に基づいて前記パワー半導体モジュールを駆動制御する駆動制御部と、を備え、前記半導体素子温度算出部は、前記所定の伝達関数として、熱時定数の異なる複数の一次遅れ系伝達関数を有し、前記一次遅れ系伝達関数毎に前記電力損失に基づいて前記基準点と前記パワー半導体素子との温度差を演算し、演算したそれぞれの温度差の和と前記基準点の温度とに基づいて前記パワー半導体素子の温度を算出することを特徴とする。
Power converter of the present invention, a power semiconductor module using the power semiconductor element as the switching element, and the reference temperature measuring unit for measuring the temperature of the reference point away from the power semiconductor device, a transfer function of Jo Tokoro, the A semiconductor element temperature calculation unit for calculating a temperature of the power semiconductor element using a reference point temperature and a power loss generated in the power semiconductor element ;
A drive control unit that drives and controls the power semiconductor module based on the calculated temperature of the power semiconductor element, and the semiconductor element temperature calculation unit includes a plurality of first-orders having different thermal time constants as the predetermined transfer function. It has a delay transfer function, the calculated temperature difference between the power semiconductor element and the reference point based on the previous SL power loss for each first-order lag transfer function, wherein the sum of the temperature difference computed The temperature of the power semiconductor element is calculated based on the temperature of the reference point.

本発明の電力変換装置の保護方法は、スイッチング素子としてパワー半導体素子を用いたパワー半導体モジュールを有する電力変換装置の保護方法であって、前記パワー半導体素子から離れた基準点の温度を測定する基準温度測定工程と、前記パワー半導体素子で発生する電力損失を演算する工程と、前記演算した電力損失を用いて熱時定数の異なる複数の一次遅れ系伝達関数毎に前記基準点と前記パワー半導体素子との温度差を演算し、演算したそれぞれの温度差の和と前記基準点の温度とに基づいて前記パワー半導体素子の温度を算出する半導体素子温度算出工程と、前記算出したパワー半導体素子の温度に基づいて前記パワー半導体モジュールを駆動制御する駆動制御工程と、を備えたことを特徴とする。   A protection method for a power conversion device according to the present invention is a protection method for a power conversion device having a power semiconductor module using a power semiconductor element as a switching element, and a reference for measuring the temperature of a reference point away from the power semiconductor element A temperature measuring step; a step of calculating a power loss generated in the power semiconductor element; and the reference point and the power semiconductor element for each of a plurality of first-order lag transfer functions having different thermal time constants using the calculated power loss. A semiconductor element temperature calculating step of calculating a temperature of the power semiconductor element based on a sum of the calculated temperature differences and the temperature of the reference point, and the calculated temperature of the power semiconductor element And a drive control step for driving and controlling the power semiconductor module based on the above.

本発明の電力変換装置および電力変換装置の保護方法によれば、パワー半導体素子から離れた基準点までの過渡熱インピーダンスを模擬する熱時定数の異なる複数の一次遅れ系伝達関数を有し、伝達関数毎に算出した温度差の和と測定した基準点の温度に基づいてパワー半導体素子の温度を算出するように構成したので、高精度でリアルタイムにパワー半導体素子のジャンクション温度を推定することができるので、電力変換装置の性能を高く保ちながら、パワー半導体素子の劣化や破損を防止し、信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。   According to the power conversion device and the power conversion device protection method of the present invention, the power conversion device has a plurality of first-order lag transfer functions having different thermal time constants that simulate transient thermal impedance to a reference point away from the power semiconductor element. Since the temperature of the power semiconductor element is calculated based on the sum of the temperature differences calculated for each function and the temperature of the measured reference point, the junction temperature of the power semiconductor element can be estimated in real time with high accuracy. Therefore, while maintaining the performance of the power conversion device high, the power semiconductor device can be prevented from being deteriorated or damaged, and a highly reliable power conversion device can be obtained.

本発明の実施の形態1に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法を示す図である。It is a figure which shows the estimation method and overheat protection method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示す図である。伝達関数を表すブロック図である。It is a figure which shows the structure of the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram showing a transfer function. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子−基準点間の過渡熱インピーダンスおよび複数の熱伝達関数を説明するためのである。It is for demonstrating the transient thermal impedance between a power semiconductor element and a reference point, and a some heat transfer function in the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置における複数の伝達関数を使用した温度差の演算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the temperature difference which uses the some transfer function in the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子温度の算出方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the power semiconductor element temperature in the power converter device which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法を示す図である。It is a figure which shows the estimation method and overheat protection method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子での電力損失の演算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the power loss in the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法を示す図である。It is a figure which shows the estimation method and the overheat protection method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子での電力損失の演算方法を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation method of the power loss in the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法を示す図である。It is a figure which shows the estimation method and overheat protection method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法を示す図である。It is a figure which shows the estimation method and overheat protection method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 5 of this invention.

実施の形態1.
本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法について図を用いて説明する。図1〜図5は、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法について説明するためのもので、図1は電力変換装置の機能ブロック図、図2は電力変換装置の構成を示す図、図3は電力変換装置におけるジャンクション−温度測定位置間の過渡熱インピーダンスについて説明するための図、図4は過渡熱インピーダンス(伝達関数)を用いたロジックについて説明するための図、図5は伝達関数を用いた温度差の演算について説明するための図である。
Embodiment 1 FIG.
A power converter according to a first embodiment of the present invention and a method for protecting the power converter will be described with reference to the drawings. 1 to 5 are diagrams for explaining a power conversion device and a method for protecting the power conversion device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a functional block diagram of the power conversion device, and FIG. 2 is a power conversion. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the apparatus, FIG. 3 is a diagram for explaining the transient thermal impedance between the junction and the temperature measurement position in the power converter, and FIG. 4 is a diagram for explaining the logic using the transient thermal impedance (transfer function). FIG. 5 and FIG. 5 are diagrams for explaining the calculation of the temperature difference using the transfer function.

はじめに、図1および図2を用いて本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法、およびこれら方法を実行するための構成について説明する。本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置は、電力変換装置のスイッチング素子であるパワー半導体素子Trに流れる電流を測定する電流測定部11とパワー半導体素子Trで発生する電圧を測定する電圧測定部12とを有し、電圧値信号および電流値信号を出力する出力測定部1と、電力変換装置の所定の位置に設置され、半導体素子Trから離れた基準点の温度(基準温度T)を測定する基準温度測定部3と、パワー半導体素子Trの電流・電圧、および基準温度に基づいて半導体素子の温度(ジャンクション温度T)を算出する半導体素子温度算出部2と、算出したジャンクション温度Tを基に半導体素子Trを保護動作制御部41による保護動作により保護するための動作制御を行う駆動制御部4と、を備えている。 First, the method for estimating the junction temperature of the power semiconductor element and the overheat protection method in the power conversion device according to the first embodiment of the present invention and the configuration for executing these methods will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The power conversion device according to the first exemplary embodiment of the present invention includes a current measurement unit 11 that measures a current flowing in a power semiconductor element Tr that is a switching element of the power conversion device, and a voltage measurement that measures a voltage generated in the power semiconductor element Tr. Output measurement unit 1 that outputs a voltage value signal and a current value signal, and a temperature at a reference point (reference temperature T 0 ) that is installed at a predetermined position of the power conversion device and is away from the semiconductor element Tr. A reference temperature measurement unit 3 that measures the semiconductor element temperature, a semiconductor element temperature calculation unit 2 that calculates the temperature (junction temperature T j ) of the semiconductor element based on the current and voltage of the power semiconductor element Tr, and the reference temperature, and the calculated junction temperature and a, a drive control unit 4 for controlling the operation for protecting the protection operation by the semiconductor element Tr protective operation control unit 41 based on T j.

図2はモータを含む電力変換装置全体を示した図であり、モータ102は電力変換装置のパワー半導体モジュール101から出力される3相交流電力により駆動される。電流測定部11としては、モータ102に流れる電流を測定する。3相分の電流の和は零であることから、電流測定部11のセンサは2個備えておけば、残りの相の電流は計算により算出することができる。また、負荷電流とスイッチングタイミングがわかれば、各パワー半導体素子Trに流れる電流がわかるため、電力損失演算部21での電力損失Pの演算に必要な電流値が得られる。基準温度測定部3の温度センサは、パワー半導体素子モジュール101の所定位置に固定されている。電流測定部11により測定した負荷電流値、基準温度測定部3により測定した電力変換装置の基準温度値Tは、半導体素子温度算出部2に送られる。 FIG. 2 is a diagram illustrating the entire power conversion device including a motor. The motor 102 is driven by three-phase AC power output from the power semiconductor module 101 of the power conversion device. The current measuring unit 11 measures the current flowing through the motor 102. Since the sum of the currents for the three phases is zero, if two sensors of the current measuring unit 11 are provided, the currents of the remaining phases can be calculated. Further, if the load current and the switching timing are known, the current flowing through each power semiconductor element Tr can be known, so that a current value necessary for calculating the power loss P in the power loss calculating unit 21 can be obtained. The temperature sensor of the reference temperature measurement unit 3 is fixed at a predetermined position of the power semiconductor element module 101. The load current value measured by the current measuring unit 11 and the reference temperature value T 0 of the power converter measured by the reference temperature measuring unit 3 are sent to the semiconductor element temperature calculating unit 2.

半導体素子温度算出部2は、出力測定部1から出力されたパワー半導体素子Trの電流値信号や電圧値信号といったパワー半導体素子Trの動作情報をもとに、パワー半導体素子Tr(のジャンクション部)で発生する電力損失(発生熱量)Pを演算する電力損失演算部21と、後述するあらかじめ設定した複数の一次遅れ系の伝達関数を用い、演算した電力損失Pからパワー半導体素子Trと基準温度測定部3の温度センサ(の温度測定点=基準点)間の温度差ΔTを演算する温度差演算部22と、基準温度測定部3から出力された基準温度Tの値に温度差演算部22から出力された温度差ΔTの値を加算してパワー半導体素子Trの温度(ジャンクション温度T)を演算するジャンクション温度演算部23と、を備えている。 The semiconductor element temperature calculation unit 2 is based on the operation information of the power semiconductor element Tr such as a current value signal and a voltage value signal of the power semiconductor element Tr output from the output measurement unit 1 (junction part thereof). The power loss calculation unit 21 for calculating the power loss (generated heat amount) P generated in the above and the transfer functions of a plurality of first-order lag systems set in advance, which will be described later, are used to calculate the power semiconductor element Tr and the reference temperature from the calculated power loss P A temperature difference calculation unit 22 for calculating a temperature difference ΔT between the temperature sensors of the unit 3 (temperature measurement point = reference point), and a temperature difference calculation unit 22 to the value of the reference temperature T 0 output from the reference temperature measurement unit 3 And a junction temperature calculation unit 23 for calculating the temperature (junction temperature T j ) of the power semiconductor element Tr by adding the value of the temperature difference ΔT output from the.

さて、ケースやヒートシンク(図示せず)といったパワー半導体素子Trから離れた位置に設置した基準温度測定部3(のセンサー)とパワー半導体素子Tr(のジャンクション部)間の過渡熱インピーダンスZth(t)は、図3(a)に示すような時間変化を示す。この過渡熱インピーダンスZth(t)は、製品と同仕様の試験機に対して実際に温度測定を行う、あるいは、過渡熱解析を実施して等価回路を構成することにより予め得ることができる。温度差演算部22は、このように予め得られた過渡熱インピーダンスZth(t)に対し、合算することで過渡熱インピーダンスZth(t)を模擬できる複数の伝達関数の和を用い、パワー半導体素子Trにおける電力損失Pを入力とし、基準温度測定部3とパワー半導体素子(のジャンクション部)Tr間の温度差ΔTを演算し、出力する。 Now, a transient thermal impedance Z th (t) between the reference temperature measuring unit 3 (sensor) and the power semiconductor element Tr (junction part) installed at a position away from the power semiconductor element Tr such as a case or a heat sink (not shown). ) Shows a time change as shown in FIG. This transient thermal impedance Z th (t) can be obtained in advance by actually measuring the temperature of a tester having the same specifications as the product or by constructing an equivalent circuit by performing transient thermal analysis. The temperature difference calculation unit 22 uses the sum of a plurality of transfer functions that can simulate the transient thermal impedance Z th (t) by adding the transient thermal impedance Z th (t) obtained in advance as described above. Using the power loss P in the semiconductor element Tr as an input, the temperature difference ΔT between the reference temperature measuring unit 3 and the power semiconductor element (junction part) Tr is calculated and output.

図3(a)に示したように、実際の過渡熱インピーダンスZth(t)は、最初、緩やかに増大していき、その後、急峻に増大し、最終的に一定値へと漸近していく。これは、パワー半導体素子Trにおいて発生する電力損失(熱)が3次元方向に拡散していくためである。このような過渡熱インピーダンスZth(t)は、図3(b)に示すように、熱時定数の短い一次遅れ系の伝達関数f(t)と、熱時定数の長い一次遅れ系の伝達関数f(t)の少なくとも2つの伝達関数の和で表現することができる。熱時定数の短い伝達関数f(t)により短時間の過渡的な温度変化を再現でき、熱時定数の長い伝達関数f(t)により長時間における緩やかな温度上昇を再現することができる。 As shown in FIG. 3A, the actual transient thermal impedance Z th (t) gradually increases at first, then increases rapidly, and finally gradually approaches a constant value. . This is because power loss (heat) generated in the power semiconductor element Tr diffuses in the three-dimensional direction. As shown in FIG. 3B, such transient thermal impedance Z th (t) is related to the transfer function f 1 (t) of the first-order lag system having a short thermal time constant and the first-order lag system having a long thermal time constant. It can be expressed by the sum of at least two transfer functions of the transfer function f 2 (t). A short-term transient temperature change can be reproduced by a transfer function f 1 (t) having a short thermal time constant, and a gradual temperature increase can be reproduced by a long transfer function f 2 (t) having a long thermal time constant. it can.

一方、例えば、上述した過渡熱インピーダンスZth(t)をひとつの関数で正確に模擬しようとすると、演算が複雑(直列演算が増大)になり、たとえ高速なハードウェアを用いても、時間遅れが発生して、リアルタイムに正確なジャンクション温度Tを算出することは困難であった。しかし、過渡熱インピーダンスZth(t)を上記のように単純な一次遅れ系の伝達関数の和で表現することにより、並列演算(単純な演算の並列処理)による高速化ができ、リアルタイム算出を行うことができる。 On the other hand, for example, if the transient thermal impedance Z th (t) described above is accurately simulated with one function, the computation becomes complicated (increase in serial computation), and even if high-speed hardware is used, time delay It was difficult to calculate the accurate junction temperature T j in real time. However, by expressing the transient thermal impedance Z th (t) as the sum of the transfer functions of a simple first-order lag system as described above, the speed can be increased by parallel computation (simple computation parallel processing), and real-time computation can be performed. It can be carried out.

ここで、一次遅れ系の伝達関数は、熱抵抗をr、熱時定数をτとしたとき、ラプラス演算子sを用いてr/(1+sτ)と表される。そこで、過渡熱インピーダンスZth(t)を式1のように複数の一次遅れ系の伝達関数の和として表現することにより、ジャンクション−基準点間の過渡熱インピーダンスZth(t)を高精度に模擬することができる。 Here, the transfer function of the first-order lag system is expressed as r / (1 + sτ) using the Laplace operator s, where r is the thermal resistance and τ is the thermal time constant. Therefore, by expressing the transient thermal impedance Z th (t) as the sum of the transfer functions of a plurality of first-order lag systems as shown in Equation 1, the transient thermal impedance Z th (t) between the junction and the reference point can be obtained with high accuracy. Can be simulated.

Figure 0005317881
なお、nは正の整数であるが、式1において、図3(b)のように、過渡熱インピーダンスZth(t)を2つの伝達関数の和で表現する場合はn=2となる。
Figure 0005317881
Note that n is a positive integer, but in Equation 1, when the transient thermal impedance Z th (t) is expressed by the sum of two transfer functions as shown in FIG. 3B, n = 2.

これら熱時定数の異なる2つの伝達関数の和による表現で不十分な場合、合算する伝達関数の和を3つ、4つと増やしていくことになるが、一方、伝達関数の数を多くすると、パラメータ数が多くなるために計算モデルが煩雑なものとなり、かえって使い勝手が悪くなる。以上から、2つないし3つ程度の伝達関数の和で表現することが望ましい。   If the expression by the sum of two transfer functions with different thermal time constants is not sufficient, the sum of transfer functions to be combined will be increased to three or four. On the other hand, if the number of transfer functions is increased, Since the number of parameters increases, the calculation model becomes complicated, and on the contrary, the usability deteriorates. From the above, it is desirable to represent the sum of about two to three transfer functions.

なお、各一次遅れ系の伝達関数は、ほとんどの場合、熱抵抗rもそれぞれ異なることになる。しかし、熱時定数τが異なることにより、短時間の過渡的な温度変化と長時間における緩やかな温度変化をそれぞれ再現することができるので、熱抵抗が同じになったとしても構わない。   In most cases, the transfer function of each first-order lag system also has a different thermal resistance r. However, since the thermal time constant τ is different, a transient temperature change for a short time and a gradual temperature change for a long time can be reproduced, respectively, so that the thermal resistance may be the same.

つぎに、一次遅れ系の伝達関数を用いた演算について説明する。
半導体素子温度算出部2で算出されるパワー半導体素子Trのジャンクション温度T(t)は、パワー半導体素子Trで発生する損失をP(t)、基準温度測定部3から出力された温度をT(t)としたとき、式2のように表される。
Next, calculation using a transfer function of a first-order lag system will be described.
The junction temperature T j (t) of the power semiconductor element Tr calculated by the semiconductor element temperature calculation unit 2 is the loss generated in the power semiconductor element Tr P (t), and the temperature output from the reference temperature measurement unit 3 is T When 0 (t), it is expressed as in Equation 2.

Figure 0005317881
伝達関数はラプラス演算子sを用いて表現している。
Figure 0005317881
The transfer function is expressed using a Laplace operator s.

式1において、n=1とした場合の伝達関数をブロック図で表現すると図4(a)に示すようになり、これは式3に示す微分方程式と等価である。   In Expression 1, when the transfer function when n = 1 is expressed by a block diagram, it is as shown in FIG. 4A, which is equivalent to the differential equation shown in Expression 3.

Figure 0005317881
さらに、式3を差分方程式に書き換えると、式4のようになる。
Figure 0005317881
Furthermore, when Equation 3 is rewritten as a difference equation, Equation 4 is obtained.

Figure 0005317881
ただし、mは時刻(ステップ)を示す正の整数である。
Figure 0005317881
Here, m is a positive integer indicating time (step).

このように、ある時刻mにおける温度差ΔT(m)は、式4で示したように、1ステップ前の時刻における損失P(m−1)と温度差ΔT(m−1)と、熱抵抗r、熱時定数τを用いて表すことができる。   As described above, the temperature difference ΔT (m) at a certain time m is calculated as follows: the loss P (m−1), the temperature difference ΔT (m−1), and the thermal resistance at the time one step before r and the thermal time constant τ can be used.

ここで、過渡熱インピーダンスZth(t)は、熱時定数τの異なる2つの一次遅れ系の伝達関数f(t)、f(t)の和で模擬できるので、過渡熱インピーダンスZth(t)をブロック図で表現すると図4(b)に示すようになる。したがって、一次遅れ系の伝達関数f(t)、f(t)毎に式4に示す等価な差分方程式による演算(温度差ΔT(m)演算)を実行し、各伝達関数における温度差(サブ温度差ともいえる)の和を求めれば、ジャンクション−温度測定点間の温度差ΔT(m)を正確に演算することができる。したがって、式2に示すように、演算した温度差ΔT(m)を測定した基準温度Tに加えることで、ジャンクション温度Tを算出することができる。つまり、図5に示すような構成をとることにより、半導体素子温度算出部2では、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tを高速(リアルタイム)に算出することができる。 Here, since the transient thermal impedance Z th (t) can be simulated by the sum of the transfer functions f 1 (t) and f 2 (t) of two first-order lag systems having different thermal time constants τ, the transient thermal impedance Z th When (t) is expressed in a block diagram, it is as shown in FIG. Therefore, an operation (temperature difference ΔT k (m) operation) using an equivalent difference equation shown in Equation 4 is performed for each transfer function f 1 (t), f 2 (t) of the first-order lag system, and the temperature in each transfer function is calculated. If the sum of the differences (which can also be referred to as sub-temperature differences) is obtained, the temperature difference ΔT (m) between the junction and the temperature measurement point can be accurately calculated. Therefore, as shown in Equation 2, the junction temperature T j can be calculated by adding the calculated temperature difference ΔT (m) to the measured reference temperature T 0 . That is, by taking the configuration shown in FIG. 5, in the semiconductor device temperature calculation section 2, it is possible to calculate a junction temperature T j of the power semiconductor element Tr fast (real-time).

保護動作制御部41において、パワー半導体素子Trに対して有効な過熱保護制御を実行させるためには、電力変換装置が動作中にリアルタイムでパワー半導体素子Trのジャンクション温度Tを算出する必要がある。パワー半導体素子Trは1μs程度以下の高速でスイッチング動作しているため、ジャンクション温度Tをリアルタイムに算出するためには、半導体素子温度算出部2で、上記スイッチング動作の速度以上の高速演算が必要となり、半導体素子温度算出部2をマイコン等に組み込むことが有効である。 In order for the protection operation control unit 41 to perform effective overheat protection control for the power semiconductor element Tr, it is necessary to calculate the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr in real time during operation of the power conversion device. . Since the power semiconductor element Tr performs a switching operation at a high speed of about 1 μs or less, in order to calculate the junction temperature T j in real time, the semiconductor element temperature calculation unit 2 needs to perform a high-speed calculation that exceeds the switching operation speed. Therefore, it is effective to incorporate the semiconductor element temperature calculation unit 2 in a microcomputer or the like.

なお、パワー半導体素子TrとしてSiCを用いる場合、200℃あるいはそれ以上の高温で使用することが想定される。一方、基準温度測定部3の具体的なセンサとしてチップサーミスタを用いる場合、その許容使用温度はせいぜい150℃であることから、パワー半導体素子Trの近傍に設置することは難しい。パワー半導体素子Trから離れた位置にサーミスタを設置する場合、その設置位置(基準点)とパワー半導体素子Tr間の過渡熱インピーダンスは複雑になり、より正確に表現しなければならない。過渡熱インピーダンスZth(t)を式1のように熱時定数の異なる複数の一次遅れ系の伝達関数の和で表すことにより、過渡熱インピーダンスを正確に模擬することができる。このように、本発明は、高温で運転されるSiCを用いた電力変換装置における算出したジャンクション温度Tに基づいて保護動作を行う場合に特に好適である。 When SiC is used as the power semiconductor element Tr, it is assumed that it is used at a high temperature of 200 ° C. or higher. On the other hand, when a chip thermistor is used as a specific sensor of the reference temperature measuring unit 3, its allowable use temperature is 150 ° C. at most, so it is difficult to install it near the power semiconductor element Tr. When the thermistor is installed at a position away from the power semiconductor element Tr, the transient thermal impedance between the installation position (reference point) and the power semiconductor element Tr becomes complicated and must be expressed more accurately. By expressing the transient thermal impedance Z th (t) as a sum of transfer functions of a plurality of first-order lag systems having different thermal time constants as shown in Equation 1, the transient thermal impedance can be accurately simulated. As described above, the present invention is particularly suitable when the protection operation is performed based on the calculated junction temperature T j in the power conversion device using SiC operated at a high temperature.

つぎに、本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法における保護動作制御について説明する。
電力変換装置の駆動制御部4には、半導体素子温度算出部2により算出したパワー半導体素子Tr(のジャンクション)温度Tから、パワー半導体素子Trが過熱状態にあるか否かを判定する第1の判定Jg1と第2の判定Jg2を実施し、その判定出力に応じて、保護動作Crla(電力変換装置の駆動条件を変更)を実行する保護動作制御部41を備えている。保護動作Crlaは、上記判定結果に基づいて選択される3種類を用意しており、パワー半導体素子Trで発生する電力損失を抑制するため、電力変換装置の出力を抑制する損失抑制動作を実行するCa2と、パワー半導体素子Trのスイッチング動作を停止するCa3と、通常動作指令を継続するCa1がある。Ca2の場合、パワー半導体素子Trで発生する損失を抑制する図示しない損失抑制部を起動させ、Ca3の場合、パワー半導体素子Trのスイッチング動作を停止する図示しない停止部を起動させることになる。
Next, protection operation control in the power conversion device and the power conversion device protection method according to the first exemplary embodiment of the present invention will be described.
The drive control unit 4 of the power conversion device is configured to first determine whether the power semiconductor element Tr is in an overheated state from the power semiconductor element Tr (junction) temperature T j calculated by the semiconductor element temperature calculation unit 2. The protection operation control unit 41 that executes the determination Jg1 and the second determination Jg2 and executes the protection operation Crla (changes the driving condition of the power converter) according to the determination output is provided. The protection operation Crla is prepared in three types selected based on the determination result, and performs a loss suppression operation for suppressing the output of the power conversion device in order to suppress power loss generated in the power semiconductor element Tr. There are Ca2, Ca3 for stopping the switching operation of the power semiconductor element Tr, and Ca1 for continuing the normal operation command. In the case of Ca2, a loss suppression unit (not shown) that suppresses loss generated in the power semiconductor element Tr is activated, and in the case of Ca3, a stop unit (not shown) that stops the switching operation of the power semiconductor element Tr is activated.

保護動作制御部41における第1の判定Jg1は、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tを第一の設定温度Tth1と比較するもので、TとTth1の大小関係により、電力変換装置の駆動方法を決定するものである。ここで、第一の設定温度Tth1はジャンクション温度Tの許容最大温度(例えば200℃)より小さな値(例えば180℃)に設定しておく。Tth1>Tのとき、動作Ca1が選択され、損失抑制部または停止部を動作させることなく、電力変換装置は通常の運転動作を続ける。 The first determination Jg1 in the protection operation control unit 41 compares the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr with the first set temperature T th1, and the power conversion device of the power conversion device depends on the magnitude relationship between T j and T th1 . The driving method is determined. Here, the first set temperature T th1 is set to a value (for example, 180 ° C.) smaller than the allowable maximum temperature (for example, 200 ° C.) of the junction temperature T j . When T th1 > T j , the operation Ca1 is selected, and the power conversion device continues normal operation without operating the loss suppression unit or the stop unit.

また、第1の判定Jg1においてTth1≦Tのとき、第2の判定Jg2を実施する。第2の判定Jg2では、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tを第一の設定温度Tth1(=180℃)と許容最大温度(200℃)の間の温度に設定された第二の設定温度Tth2(Tth1より高く、許容最大温度より低い温度、例えば190℃)と比較するもので、TとTth2の大小関係により、電力変換装置の駆動方法を決定するものである。T<Tth2のとき、保護動作Ca2を選択し、駆動制御部4の損失抑制部が動作して、パワー半導体素子Trで発生する電力損失Pが低減され、Tの温度上昇が抑制される。一方、Tth2≦Tのとき、パワー半導体素子のジャンクション温度Tが許容最大温度近くまで上昇していることから、保護動作Ca3を選択し、駆動制御部4の停止部が動作し、電力変換装置を停止するようにはPWM指令部42の動作を制御する。 When T th1 ≦ T j in the first determination Jg1, the second determination Jg2 is performed. In the second determination Jg2, the second set temperature in which the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is set to a temperature between the first set temperature T th1 (= 180 ° C.) and the allowable maximum temperature (200 ° C.). Compared with T th2 (a temperature higher than T th1 and lower than the allowable maximum temperature, for example, 190 ° C.), the driving method of the power converter is determined by the magnitude relationship between T j and T th2 . When T j <T th2 , the protection operation Ca2 is selected, the loss suppression unit of the drive control unit 4 operates, the power loss P generated in the power semiconductor element Tr is reduced, and the temperature increase of T j is suppressed. The On the other hand, when T th2 ≦ T j , the junction temperature T j of the power semiconductor element has risen to near the maximum allowable temperature. Therefore, the protection operation Ca3 is selected, the stop unit of the drive control unit 4 operates, and the power The operation of the PWM command unit 42 is controlled to stop the conversion device.

なお、図1において、保護動作制御部41内をフローチャートで表現し、ソフトウェアで構築しているように記載しているが、各動作を実行するハードウェア、例えば「第1の判定Jg1に対しては、第1判定実行部」、のようにハード部材を用いて構成するようにしてもよい。   In FIG. 1, the inside of the protection operation control unit 41 is expressed by a flowchart and described as being constructed by software. However, hardware for executing each operation, for example, “for the first determination Jg1” May be configured using a hard member such as “first determination execution unit”.

このような構成とすることにより、第1の判定Jg1において、Tth1>Tと判定されたときは、損失抑制部あるいは停止部は動作せず、通常の運転制御の指令どおりに電力変換装置は動作を続ける。一方、Tth1≦Tのとき、第2の判定Jg2での判定に委ね、パワー半導体素子Trで発生する電力損失を抑制する損失抑制部が動作するか、あるいは、パワー半導体素子Trのスイッチング動作を停止する停止部が動作することになる。第2の判定Jg2において、Tth2>Tのとき、ジャンクション温度Tの許容最大温度よりは小さいものの、第一の設定温度よりは高温状態にあり、このとき、パワー半導体素子で発生する損失を抑制するように駆動制御部4内の損失抑制部が動作する。その結果、パワー半導体素子Trで発生する電力損失が抑制され、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tが低下し、パワー半導体素子Trの劣化を抑制することが可能となる。一方、Tth2≦のとき、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tが許容最大温度近くまで上昇していることから、駆動制御部4における停止部が動作し、電力変換装置の動作は停止する。そのため、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tは低下していき、パワー半導体素子Trの過熱による破壊を抑制することができる。 With such a configuration, when it is determined that T th1 > T j in the first determination Jg1, the loss suppression unit or the stop unit does not operate, and the power conversion device according to the normal operation control command Continues to work. On the other hand, when T th1 ≦ T j , it is left to the determination in the second determination Jg2 to operate the loss suppressing unit that suppresses the power loss generated in the power semiconductor element Tr or the switching operation of the power semiconductor element Tr The stop unit for stopping the operation will operate. In the second determination Jg2, when T th2 > T j , the temperature is lower than the maximum allowable temperature of the junction temperature T j but is higher than the first set temperature, and at this time, the loss generated in the power semiconductor element The loss suppression unit in the drive control unit 4 operates so as to suppress this. As a result, the power loss generated in the power semiconductor element Tr can be suppressed, and decrease the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is, it is possible to suppress deterioration of the power semiconductor element Tr. On the other hand, when T th2 ≦ T j , the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr has increased to near the maximum allowable temperature, so that the stop unit in the drive control unit 4 operates and the operation of the power conversion device stops. To do. Therefore, the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is gradually reduced, it is possible to suppress damage due to overheating of the power semiconductor element Tr.

以上のように本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置によれば、スイッチング素子としてパワー半導体素子Trを用いたパワー半導体モジュール101と、パワー半導体素子Trから離れた所定位置にある基準点の温度Tを測定する基準温度測定部3と、パワー半導体素子Trの温度Tを所定の伝達関数を用いて算出する半導体素子温度算出部2と、算出した半導体素子の温度Tに基づいてパワー半導体モジュール101を駆動制御する駆動制御部4と、を備え、パワー半導体素子Trから基準点までの過渡熱インピーダンスZth(t)が予め得られており、半導体素子温度算出部2は、所定の伝達関数として、熱時定数τの異なる複数の一次遅れ系伝達関数(r/(1+sτ):それぞれの合算(Σr/(1+sτ))が半導体素子Trから基準点までの過渡熱インピーダンスZth(t)を模擬)を有し、一次遅れ系伝達関数(r/(1+sτ))毎にパワー半導体素子Trで発生する電力損失Pに基づいて基準点とパワー半導体素子Trとの(サブ)温度差ΔTを演算し、演算したそれぞれの(サブ)温度差の和ΣΔTと基準点の温度Tとに基づいてパワー半導体素子Trの温度Tを算出するように構成したので、高精度でリアルタイムにパワー半導体素子Trの(ジャンクション)温度Tを算出することができるので、電力変換装置の性能を高く保ちながら、パワー半導体素子Trの劣化や破損を防止し、信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。 As described above, according to the power conversion device according to the first embodiment of the present invention, the power semiconductor module 101 using the power semiconductor element Tr as a switching element, and the reference point at a predetermined position away from the power semiconductor element Tr. Based on the reference temperature measurement unit 3 that measures the temperature T 0 , the semiconductor element temperature calculation unit 2 that calculates the temperature T j of the power semiconductor element Tr using a predetermined transfer function, and the calculated temperature T j of the semiconductor element A drive control unit 4 that drives and controls the power semiconductor module 101, the transient thermal impedance Z th (t) from the power semiconductor element Tr to the reference point is obtained in advance, and the semiconductor element temperature calculation unit 2 As a transfer function, a plurality of first-order lag transfer functions having different thermal time constants τ (r k / (1 + sτ k ): sum of each (Σr k / (1 + sτ k )) has a transient thermal impedance Z th (t) from the semiconductor element Tr to the reference point), and is generated in the power semiconductor element Tr for each first-order lag transfer function (r k / (1 + sτ k )). It calculates the (sub) temperature difference [Delta] T k between the reference point and the power semiconductor element Tr based on the power loss P, based on the temperature T 0 of the sum ShigumaderutaT k and the reference point of the respective (sub) temperature difference computed Since the temperature T j of the power semiconductor element Tr is calculated, the (junction) temperature T j of the power semiconductor element Tr can be calculated with high accuracy in real time, while keeping the performance of the power converter high. Thus, it is possible to prevent the power semiconductor element Tr from being deteriorated or damaged, and to obtain a highly reliable power conversion device.

とくに、一次遅れ系伝達関数(r/(1+sτ))毎の(サブ)温度差ΔTの演算は、各別に差分計算されるように構成したので、ジャンクション温度Tの演算に係る時間が短くなり、高速演算によって、リアルタイムにパワー半導体素子Trの(ジャンクション)温度Tを算出することができる。 In particular, since the calculation of the (sub) temperature difference ΔT k for each first-order lag transfer function (r k / (1 + sτ k )) is configured so as to calculate the difference separately, the time required for calculating the junction temperature T j Thus, the (junction) temperature T j of the power semiconductor element Tr can be calculated in real time by high-speed calculation.

また本発明の実施の形態1にかかる電力変換装置の保護方法によれば、スイッチング素子としてパワー半導体素子Trを用いたパワー半導体モジュール101を有する電力変換装置の保護方法であって、パワー半導体素子Trから離れた所定位置にある基準点の温度Tを測定する基準温度測定工程と、パワー半導体素子Trで発生する電力損失Pを演算する工程と、演算した電力損失Pを用いて熱時定数τの異なる複数の一次遅れ系伝達関数(r/(1+sτ):それぞれの合算(Σr/(1+sτ))がパワー半導体素子Trから基準点までの過渡熱インピーダンスZth(t)を模擬)毎に基準点とパワー半導体素子Trとの(サブ)温度差ΔTを演算し、演算したそれぞれの(サブ)温度差ΔTの和(ΔT=ΣΔT)と基準点の温度Tとに基づいてパワー半導体素子Trの温度Tを算出する半導体素子温度算出工程と、算出したパワー半導体素子Trの温度Tに基づいてパワー半導体モジュール101を駆動制御する駆動制御工程と、を備えるように構成したので、電力変換装置の性能を高く保ちながら、パワー半導体素子Trの劣化や破損を防止し、信頼性の高い電力変換装置を得ることができる。 Moreover, according to the protection method of the power converter device concerning Embodiment 1 of this invention, it is a protection method of the power converter device which has the power semiconductor module 101 which used the power semiconductor element Tr as a switching element, Comprising: Power semiconductor element Tr A reference temperature measuring step of measuring a temperature T 0 of a reference point located at a predetermined position away from the step, a step of calculating a power loss P generated in the power semiconductor element Tr, and a thermal time constant τ using the calculated power loss P different first-order lag transfer function of (r k / (1 + sτ k): simulated respective summing (Σr k / (1 + sτ k)) is a transient thermal impedance Z th (t to the reference point from the power semiconductor element Tr) ) calculates the (sub) temperature difference [Delta] T k between the reference point and the power semiconductor element Tr for each, computed for each (sub) the sum of the temperature difference ΔT k (ΔT = ΣΔT ) And the semiconductor element temperature calculation step of calculating the temperature T j of the power semiconductor element Tr based on the temperature T 0 of the reference point, the drive control power semiconductor module 101 based on the temperature T j of the calculated power semiconductor element Tr Therefore, the power semiconductor device Tr can be prevented from being deteriorated or damaged while maintaining high performance of the power conversion device, and a highly reliable power conversion device can be obtained.

なお、上記実施の形態では熱時定数の異なる一次遅れ系伝達関数毎に温度差を並列計算する例を示したが、伝達関数毎の計算はいたって簡易であり、また分離した数も2や3と少ないので、ハードウェアの計算能力によっては逐次計算するようにしてもよい。   In the above embodiment, an example is shown in which the temperature difference is calculated in parallel for each first-order lag transfer function having different thermal time constants. However, the calculation for each transfer function is simple, and the number of separations is 2 or 3 Therefore, the calculation may be performed sequentially depending on the calculation capability of the hardware.

また、上記実施の形態では保護動作制御部41を駆動制御部4中に設ける構成について示したが、動作制御部41は駆動制御部4と独立していても同様の効果を奏することができる。   In the above embodiment, the protection operation control unit 41 is provided in the drive control unit 4. However, even if the operation control unit 41 is independent of the drive control unit 4, the same effect can be obtained.

実施の形態1の他の例.
上記実施の形態1では、パワー半導体モジュール101中のひとつのパワー半導体素子Trのジャンクション温度Tに基づいて保護動作を実行する例について説明したが、本形態では、複数のパワー半導体素子のジャンクション温度Tを評価した場合の例について説明する。
Another example of the first embodiment.
In the first embodiment, the example in which the protection operation is performed based on the junction temperature T j of one power semiconductor element Tr in the power semiconductor module 101 has been described. However, in the present embodiment, the junction temperatures of a plurality of power semiconductor elements Tr. An example when T j is evaluated will be described.

モータを駆動する電力変換装置に用いられるパワー半導体モジュールの内部構成は、様々である。例えば、小容量のモータを駆動するためのパワー半導体モジュールでは、図2に示したように、一つのパワー半導体モジュール内に3相上下アームのインバータ回路を構成していることが多い。一方、大容量のモータを駆動するためのパワー半導体モジュールでは、複数個のパワー半導体素子を並列に接続して、3相インバータにおける1相片側アーム分のみを構成しているものがある。このような大容量用のパワー半導体モジュールの場合では、複数のパワー半導体モジュールを組み合わせることにより、3相インバータ回路が構成される。このように、一つのパワー半導体モジュールでインバータ回路を構成されているものや、複数のパワー半導体モジュールを組み合わせることによりインバータ回路を構成するものがあるが、いずれの場合においても、パワー半導体モジュール内部には、複数のパワー半導体素子が存在している。   There are various internal configurations of a power semiconductor module used in a power conversion device that drives a motor. For example, in a power semiconductor module for driving a small-capacity motor, an inverter circuit having three-phase upper and lower arms is often configured in one power semiconductor module as shown in FIG. On the other hand, in some power semiconductor modules for driving a large-capacity motor, a plurality of power semiconductor elements are connected in parallel to constitute only one-phase one-side arm in a three-phase inverter. In the case of such a large capacity power semiconductor module, a three-phase inverter circuit is configured by combining a plurality of power semiconductor modules. As described above, there are inverters configured with one power semiconductor module, and inverter circuits configured by combining a plurality of power semiconductor modules. There are a plurality of power semiconductor elements.

そのため、パワー半導体モジュール内部に存在するパワー半導体素子それぞれに対して、基準温度測定部3と各パワー半導体素子間の過渡熱インピーダンスZth(t)を表現している熱時定数の異なる複数の伝達関数の組を設定し、各パワー半導体素子のジャンクション温度Tを推定するとともに、それぞれのジャンクション温度Tに対して、第1の判定Jg1、第2の判定Jg2を実施して、電力変換装置の駆動方法を決定することが望ましい。複数あるパワー半導体素子Trのうち、一つのパワー半導体素子Trのジャンクション温度が、第2の判定Jg2により第二の設定温度TTh2を超えると判定されたときには、他のパワー半導体素子のジャンクション温度Tが第一の設定温度TTh1より低い場合でも、駆動制御部4内の停止部により遮断(Ca3選択)するものとする。また、全てのパワー半導体素子Trのジャンクション温度Tが第二の設定温度TTh2より低い場合において、一つのパワー半導体素子のジャンクション温度Tが第一の設定温度TTh1を超える場合においては、駆動制御部4内の損失抑制部が動作(Ca2選択)するものとする。 Therefore, a plurality of transmissions with different thermal time constants representing the transient thermal impedance Z th (t) between the reference temperature measurement unit 3 and each power semiconductor element are transmitted to each power semiconductor element existing inside the power semiconductor module. A set of functions is set, the junction temperature T j of each power semiconductor element is estimated, and the first determination Jg1 and the second determination Jg2 are performed on each junction temperature T j , and the power conversion device It is desirable to determine the driving method. Among a plurality of power semiconductor elements Tr, the junction temperature of a power semiconductor element Tr is, when it is determined that the second determination Jg2 exceeds the second set temperature T Th2 is the junction temperature T of the other power semiconductor devices even if j is less than the first set temperature T Th1, it is assumed that block (Ca3 selected) by the stop portion of the drive control unit 4. Further, when the junction temperature T j of all the power semiconductor elements Tr is lower than the second set temperature T Th2 , when the junction temperature T j of one power semiconductor element exceeds the first set temperature T Th1 , It is assumed that the loss suppression unit in the drive control unit 4 operates (Ca2 selection).

以上のように、本変形例にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法によれば、半導体素子温度算出部2は、パワー半導体モジュール101内の複数のパワー半導体素子Trのそれぞれに対して予め得られた当該パワー半導体素子から基準点までの過渡熱インピーダンスZth(t)を模擬する伝達関数の組を用いて、複数のパワー半導体素子のそれぞれの温度を算出し、保護動作制御部41は、算出した複数のパワー半導体素子のそれぞれの温度のうちの最も高い温度に基づいて駆動制御部4の動作を制限(Ca1〜Ca3を選択)するように構成したのでパワー半導体素子それぞれの熱的条件が異なっても、最適な保護動作を選択し、パワー半導体素子の破壊や劣化を防ぐことができる。 As described above, according to the power conversion device and the method for protecting a power conversion device according to this modification, the semiconductor element temperature calculation unit 2 preliminarily applies to each of the plurality of power semiconductor elements Tr in the power semiconductor module 101. Using the set of transfer functions that simulate the obtained transient thermal impedance Z th (t) from the power semiconductor element to the reference point, the temperature of each of the plurality of power semiconductor elements is calculated, and the protection operation control unit 41 Since the operation of the drive control unit 4 is limited (selects Ca1 to Ca3) based on the highest temperature among the calculated temperatures of the plurality of power semiconductor elements, the thermal conditions of each power semiconductor element Even if they are different, it is possible to select an optimal protection operation and prevent the power semiconductor element from being destroyed or deteriorated.

なお、本変形例のように複数のパワー半導体素子の過渡熱インピーダンスZth(t)を模擬する伝達関数の組を使用する場合、予め各半導体素子に流れる電流や印加される電圧の偏り等がわかっている場合、これらの偏りによる寄与分を伝達関数に入れ込むようにしてもよい。この場合、温度測定点や、電流等の測定点を増加させることなく、各パワー半導体素子のジャンクション温度を正確に評価し、適切な保護動作を行うことができる。 In addition, when using a set of transfer functions simulating the transient thermal impedance Z th (t) of a plurality of power semiconductor elements as in this modification, the current flowing in each semiconductor element, the bias of the applied voltage, etc. If known, contributions due to these biases may be incorporated into the transfer function. In this case, the junction temperature of each power semiconductor element can be accurately evaluated and an appropriate protection operation can be performed without increasing the temperature measurement points and the measurement points such as current.

実施の形態2.
本実施の形態2にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法は、上述した実施の形態1と較べて、半導体素子温度算出部での電力損失の演算方法が異なる。本実施の形態2にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法の説明の前に、パワー半導体モジュールにおける電力損失について説明する。
Embodiment 2. FIG.
The power conversion device and the power conversion device protection method according to the second embodiment are different from the first embodiment in the power loss calculation method in the semiconductor element temperature calculation unit. Before describing the power conversion device and the power conversion device protection method according to the second embodiment, power loss in the power semiconductor module will be described.

パワー半導体素子Trで発生する電力損失Pは、導通損失とスイッチング損失の和で表される。導通損失は、パワー半導体素子が導通状態において発生する損失であり、スイッチング損失はオン状態からオフ状態、あるいは、オフ状態からオン状態へのスイッチング動作中の過渡状態において生じる損失である。パワー半導体素子で発生する電力損失は、パワー半導体素子を流れる電流と電圧の積として求めることができる。そのためには、実施の形態1に示すようにパワー半導体素子を流れる電流と電圧を電流測定部11と電圧測定部12のそれぞれが精度良く測定されていることが不可欠である。   The power loss P generated in the power semiconductor element Tr is represented by the sum of conduction loss and switching loss. The conduction loss is a loss that occurs when the power semiconductor element is in the conduction state, and the switching loss is a loss that occurs in the transient state during the switching operation from the on state to the off state or from the off state to the on state. The power loss generated in the power semiconductor element can be obtained as a product of current and voltage flowing through the power semiconductor element. For this purpose, it is indispensable that each of the current measuring unit 11 and the voltage measuring unit 12 accurately measures the current and voltage flowing through the power semiconductor element as shown in the first embodiment.

一方、パワー半導体素子Trの導通損失は、パワー半導体素子を流れる電流と飽和電圧の積により算出することができる。また、スイッチング損失に関しては、動作一回あたりに発生するエネルギー、即ち、ターンオンエネルギー[J/パルス]とターンオフエネル
ギー[J/パルス](まとめてスイッチングエネルギーと称する)は動作条件で定まるも
ので、一回のスイッチング動作における平均的なスイッチング損失[W]は、スイッチングエネルギー[J/パルス]とキャリア周波数[Hz]との積により求めることができる。パワー半導体素子Trの飽和電圧特性およびスイッチングエネルギーのコレクタ電流依存性はいずれも、パワー半導体モジュールのデータシートに記載されている。したがって、パワー半導体素子Trで発生する電力損失Pは、パワー半導体素子のターンオン動作及びターンオフ動作のタイミングがわかれば上述したデータシートを利用して算出することが可能となる。
On the other hand, the conduction loss of the power semiconductor element Tr can be calculated by the product of the current flowing through the power semiconductor element and the saturation voltage. Regarding switching loss, energy generated per operation, that is, turn-on energy [J / pulse] and turn-off energy [J / pulse] (collectively referred to as switching energy) is determined by operating conditions. The average switching loss [W] in one switching operation can be obtained by the product of switching energy [J / pulse] and carrier frequency [Hz]. Both the saturation voltage characteristic of the power semiconductor element Tr and the collector current dependency of the switching energy are described in the data sheet of the power semiconductor module. Therefore, the power loss P generated in the power semiconductor element Tr can be calculated using the above-described data sheet if the timing of the turn-on operation and the turn-off operation of the power semiconductor element is known.

そこで、本実施の形態2にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法では、パワー半導体素子のスイッチング信号(ゲート指令信号)と上述したデータシートのデータを用いて半導体素子温度算出部での電力損失の演算を実施する。以下、図を用いて詳細に説明する。   Therefore, in the power conversion device and the method for protecting the power conversion device according to the second embodiment, the power in the semiconductor element temperature calculation unit is obtained using the switching signal (gate command signal) of the power semiconductor element and the data in the data sheet described above. Perform loss calculations. Hereinafter, it demonstrates in detail using figures.

図6は本発明の実施の形態2に係る電力変換装置および保護方法を説明するためのブロック図であり、図7は電力損失演算部における演算方法を説明するためのブロック図である。図において、電力損失演算部21bでは、電流測定部11からの電流値信号SとPWM指令部42bからのゲート指令信号Sとキャリア周波数信号Sに基づいて電力損失Pを算出する。ここで、ゲート指令信号Sは駆動制御部4b(PWM指令部42b)からパワー半導体素子Trのオンオフ指令を与える駆動指令(スイッチング信号)のことであり、キャリア周波数信号SはPWM指令部42bがパワー半導体モジュール101を制御する際のキャリア周波数についての情報を伝えるための情報信号である。 FIG. 6 is a block diagram for explaining a power conversion device and a protection method according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 7 is a block diagram for explaining a calculation method in a power loss calculation unit. In the figure, the power loss calculation unit 21b, calculates the power loss P based on the gate command signal S G and a carrier frequency signal S F from the current value signal S C and PWM commanding part 42b from the current measuring unit 11. Here, the gate command signal S G is that of the drive control unit 4b drive command from (PWM commanding part 42b) give off command of the power semiconductor device Tr (switching signal), the carrier frequency signal S F is PWM commanding part 42b Is an information signal for transmitting information about the carrier frequency when controlling the power semiconductor module 101.

図7を用いて演算の詳細を説明する。電力損失演算部21bは、特性テーブルDS1と、特性テーブルDS2とを保持し、入力した信号に応じて保持した特性テーブルDS1、DS2から導通損失やスイッチングエネルギーを読みだす読み出し処理RO1、RO2を実行し、読みだしたスイッチングエネルギーとキャリア周波数によってスイッチング損失を演算する演算Calb2と、スイッチング損失と読みだした導通損失を加算する演算Calb1とを実行する。特性テーブルDS1はパワー半導体素子Trの導通損失特性の電流値依存性を、特性テーブルDS2はパワー半導体素子Trのスイッチングエネルギーの電流値依存性をそれぞれ記憶しているデータテーブルである。なお、ゲート指令信号Sと電流値信号Sに基づいて特性テーブルDS2から読みだしたスイッチングエネルギーのデータと、キャリア周波数信号Sから換算されるキャリア周波数との積により、スイッチング損失を演算することができる。 Details of the calculation will be described with reference to FIG. The power loss calculation unit 21b holds the characteristic table DS1 and the characteristic table DS2, and executes read processing RO1 and RO2 for reading the conduction loss and the switching energy from the characteristic tables DS1 and DS2 held according to the input signal. Then, an operation Cal b2 for calculating the switching loss based on the read switching energy and the carrier frequency and an operation Cal b1 for adding the switching loss and the read conduction loss are executed. The characteristic table DS1 is a data table storing the current value dependence of the conduction loss characteristic of the power semiconductor element Tr, and the characteristic table DS2 is a data table storing the current value dependence of the switching energy of the power semiconductor element Tr. Incidentally, the data switching energy read from the characteristic table DS2 based on the gate command signal S G and a current value signal S C, the product of the carrier frequency which is converted from the carrier frequency signal S F, and calculates the switching loss be able to.

電流測定部11から出力されたパワー半導体素子Trを流れる電流の測定値に基づく電流値信号Sと、PWM指令部42bから出力されるパワー半導体素子Trへのゲート指令信号Sとキャリア周波数信号Sが、電力損失演算部21bに入力されると、保持した特性テーブルDS1と特性テーブルDS2を参照し、特性テーブルDS1からパワー半導体素子Trで発生する導通損失(RO1)が求められる。また、ゲート指令信号Sが入力されると、特性テーブルDS2からパワー半導体素子Trのスイッチングエネルギー(RO2)が求まり、求まったスイッチングエネルギーとキャリア周波数の積から、そのスイッチ動作におけるスイッチング損失が得られる。このように、パワー半導体素子の電流−導通損失特性テーブルDS1とパワー半導体素子の電流−スイッチングエネルギー特性テーブルDS2に格納されているデータを基にしてパワー半導体素子Trで発生する損失を求めることが可能となる。 A current value signal S C that is based on the measured value of the current flowing through the power semiconductor element Tr output from the current measuring unit 11, the gate command signal S G and carrier frequency signals to the power semiconductor element Tr output from the PWM command unit 42b S F is inputted to the power loss calculation unit 21b, with reference to the characteristic table DS1 and characteristic table DS2 holding, conduction loss (RO1) is found to occur in the power semiconductor element Tr from characteristic table DS1. When the gate command signal SG is input, the switching energy (RO2) of the power semiconductor element Tr is obtained from the characteristic table DS2, and the switching loss in the switching operation is obtained from the product of the obtained switching energy and the carrier frequency. . As described above, it is possible to obtain the loss generated in the power semiconductor element Tr based on the data stored in the current-conduction loss characteristic table DS1 of the power semiconductor element and the current-switching energy characteristic table DS2 of the power semiconductor element. It becomes.

本実施の形態2では、電力損失演算部21bが、電流値信号Sとゲート指令信号Sおよびキャリア周波数信号Sを基にパワー半導体素子Trで発生する電力損失Pを演算している。パワー半導体素子Trで発生する電力損失演算以外の動作については実施の形態1と同様である。このような構成とすることにより、保護動作制御部41(図6)においては、第1の判定Jg1において、Tth1>Tと判定されたときは、損失抑制動作Ca2や停止動作Ca3は選択されず、駆動制御部4bの指令どおりに電力変換装置は動作を続ける。一方、第1の判定Jg1においてTth1≦Tのとき、さらに第2の判定Jg2を実施し、第2の判定Jg2において、Tth2>Tのとき、パワー半導体素子Trで発生する損失を抑制するように損失抑制動作Ca2が選択されることにより、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tが低下し、パワー半導体素子Trの劣化を抑制することが可能となる。一方、Tth2≦Tのとき、電力変換装置を停止するよう駆動制御部4bにおける停止動作Ca3が選択される。パワー半導体素子Trのスイッチング動作が停止するため、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tは低下していき、パワー半導体素子Trの破壊あるいは劣化を防止することができる。 In the second embodiment, the power loss calculation unit 21b has calculated the power loss P generated by the current value signal S C and the gate command signal S G and a carrier frequency signal S F based on the power semiconductor element Tr. Operations other than the calculation of the power loss generated in the power semiconductor element Tr are the same as those in the first embodiment. With this configuration, the protection operation control unit 41 (FIG. 6) selects the loss suppression operation Ca2 and the stop operation Ca3 when it is determined that T th1 > T j in the first determination Jg1. Instead, the power conversion device continues to operate as instructed by the drive control unit 4b. On the other hand, when T th1 ≦ T j in the first determination Jg1, the second determination Jg2 is further performed. When T th2 > T j in the second determination Jg2, the loss generated in the power semiconductor element Tr is reduced. by loss confinement operation to inhibit Ca2 is selected, decrease the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is, it is possible to suppress deterioration of the power semiconductor element Tr. On the other hand, when T th2 ≦ T j , the stop operation Ca3 in the drive control unit 4b is selected to stop the power converter. Since the switching operation of the power semiconductor element Tr is stopped, the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is gradually reduced, it is possible to prevent destruction or degradation of the power semiconductor element Tr.

以上のように、本実施の形態2にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法によれば、パワー半導体素子Trに流れる電流値を測定し電流値信号Sを出力する電流値測定部11を備えるとともに、駆動制御部4bはパワー半導体素子Trのオンオフを制御するゲート指令信号Sを半導体素子温度算出部2bに出力し、半導体素子温度算出部2bは、パワー半導体素子Trの導通損失に対する電流値依存データDS1、およびパワー半導体素子Trのスイッチング損失に対する電流値依存データDS2を保持し、半導体素子温度算出部2bに、電流値信号Sとゲート指令信号Sが入力されると、入力された電流値信号Sおよびゲート指令信号Sに応じて保持したデータDS1,DS2から必要な導通損失の値またはスイッチング損失の値を読み出し(RO1、RO2)、電力損失Pを算出するように構成したので、パワー半導体素子で発生する電力損失Pを容易に演算することができる。また、電圧センサを用いることなく、パワー半導体素子Trで発生する電力損失を演算することができるので、電圧センサが不要となり、電力変換装置の低コスト化、小型化が可能となる。 As described above, according to the protection method of the power conversion apparatus and a power converting apparatus according to the second embodiment, the current value measuring unit 11 for outputting a current value signal S C to measure the current flowing through the power semiconductor element Tr provided with a drive control unit 4b outputs a gate command signal S G for controlling on and off of the power semiconductor device Tr to the semiconductor element temperature calculating unit 2b, the semiconductor device temperature calculation unit 2b for conduction losses of the power semiconductor element Tr current dependent data DS1, and holds the current value dependent data DS2 to the switching losses of the power semiconductor element Tr, the semiconductor element temperature calculation unit 2b, the current value signal S C and the gate command signal S G is input, the input value or scan the required conduction losses from the data DS1, DS2 held in accordance with the current value signal S C and the gate command signal S G It reads the value of the etching loss (RO1, RO2), since it is configured to calculate a power loss P, it is possible to easily calculate the power loss P generated in the power semiconductor device. Further, since the power loss generated in the power semiconductor element Tr can be calculated without using the voltage sensor, the voltage sensor is not necessary, and the power converter can be reduced in cost and size.

なお、上記実施の形態2では、パワー半導体素子Trの導通損失を求めるために、パワー半導体素子Trの電流−導通損失テーブルDS1を用いる例を示したが、パワー半導体素子の導通損失が、パワー半導体素子の電流と飽和電圧の積で求められることから、パワー半導体素子の飽和電圧特性をテーブル化したものを用いてもよい。   In the second embodiment, the example in which the current-conduction loss table DS1 of the power semiconductor element Tr is used to obtain the conduction loss of the power semiconductor element Tr has been described. Since it is obtained by the product of the current of the element and the saturation voltage, a table of saturation voltage characteristics of the power semiconductor element may be used.

また、上記実施の形態では、キャリア周波数が可変の場合にも対応できるような構成を示したが、キャリア周波数が一定の場合には、キャリア周波数信号Sを電力損失演算部21bへの入力とせず、Calb2において一定値を掛けるようにしてもよい。 In the above embodiment, although the configuration can cope with when the carrier frequency is variable, when the carrier frequency is constant, so the carrier frequency signal S F and the input to the power loss calculation unit 21b Instead, a constant value may be multiplied in Calb2.

実施の形態3.
本実施の形態3にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法では、パワー半導体素子の飽和電圧特性及びスイッチングエネルギーのコレクタ電流依存性に温度依存性があることを考慮し、パワー半導体素子の特性データとして温度依存性を有するものを用い、特性データからの読み出しに際してジャンクション温度演算部において演算したジャンクション温度のデータを用いることが実施の形態2と異なるようにした。他の形態については実施の形態2と同様である。以下、図を用いて詳細に説明する。
Embodiment 3 FIG.
In the power conversion device and the protection method for the power conversion device according to the third embodiment, the power semiconductor element characteristics are considered in consideration of the temperature dependency of the saturation voltage characteristic of the power semiconductor element and the collector current dependency of the switching energy. The data having temperature dependency is used as the data, and the data of the junction temperature calculated in the junction temperature calculation unit when reading from the characteristic data is different from that of the second embodiment. Other aspects are the same as in the second embodiment. Hereinafter, it demonstrates in detail using figures.

図8、9は本発明の実施の形態3に係る電力変換装置および保護方法を説明するためのブロック図である。図において、電力損失演算部21cは、パワー半導体素子Trの導通損失特性の電流値を温度毎にテーブル化したパワー半導体素子の電流−導通損失特性テーブルDSc1を、パワー半導体素子Trのスイッチングエネルギーの電流値を温度毎にテーブル化したパワー半導体素子の電流−スイッチングエネルギー特性テーブルDSc2を保持している。図9においては、導通損失、スイッチングエネルギーのそれぞれについて、実線で25℃のデータを、破線で125℃のデータを示している。他の温度に対するデータについては、線形補間等により算出するものとする。電力損失演算部21cの入力信号として、電流測定部11の電流値信号Sと、ジャンクション温度演算部23cで算出したパワー半導体素子Trの(1ステップ遅れの)ジャンクション温度の演算結果Sを入力信号とすることにより、パワー半導体素子で発生する損失を高精度に演算することが可能となる。他の構成要素や動作については、実施の形態1、2で述べたとおりである。 8 and 9 are block diagrams for explaining a power conversion device and a protection method according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the power loss calculation unit 21c uses a current-conduction loss characteristic table DS c1 of the power semiconductor element in which the current value of the conduction loss characteristic of the power semiconductor element Tr is tabulated for each temperature, and the switching energy of the power semiconductor element Tr. A current-switching energy characteristic table DS c2 of the power semiconductor element in which current values are tabulated for each temperature is held. In FIG. 9, for each of conduction loss and switching energy, data at 25 ° C. is indicated by a solid line, and data at 125 ° C. is indicated by a broken line. Data for other temperatures is calculated by linear interpolation or the like. As input signal of the power loss calculation unit 21c, and a current value signal S C of the current measuring unit 11, the power semiconductor element Tr calculated junction temperature calculating unit 23c of the operation result S T of (1 step delay) Junction Temperature By using the signal, it is possible to calculate the loss generated in the power semiconductor element with high accuracy. Other components and operations are as described in the first and second embodiments.

電流測定部11から出力された電流値信号Sと、ジャンクション温度演算部23cから出力された1ステップ遅れの温度演算結果信号Sと、PWM指令部42cから出力されるゲート指令信号Sとキャリア周波数信号Sが、電力損失演算部21cに入力されると、保持した特性テーブルDSc1と特性テーブルDSc2を参照し、入力された温度および電流(電流値信号S)に対応する導通損失データを読み出す(ROc1)。また、ゲート指令信号Sが入力されると、特性テーブルDSc2のうち、入力された温度および電流値信号Sからパワー半導体素子Trのスイッチングエネルギー(ROc2)が求まり、求まったスイッチングエネルギーとキャリア周波数の積からスイッチング損失が得られる。 A current value signal S C outputted from the current measurement unit 11, and the temperature calculation result signal S T of one step delay output from the junction temperature calculating unit 23c, and the gate command signal S G outputted from the PWM commanding part 42c conductive carrier frequency signal S F is inputted to the power loss calculation unit 21c, which refers to the characteristic table DS c1 and characteristic table DS c2 held, corresponds to the input temperature and the current (current value signal S C) Read the loss data (RO c1 ). When the gate command signal S G is input, the switching energy (RO c2 ) of the power semiconductor element Tr is obtained from the input temperature and current value signal S C in the characteristic table DS c2 , Switching loss is obtained from the product of the carrier frequency.

このような構成とすることにより、保護動作制御部41(図8)においては、第1の判定Jg1において、Tth1>Tと判定されたときは、損失抑制動作Ca2や停止動作Ca3は選択されず、駆動制御部4cの指令どおりに電力変換装置は動作を続ける。一方、第1の判定Jg1においてTth1≦Tのとき、さらに第2の判定Jg2を実施し、第2の判定Jg2において、Tth2>Tのとき、パワー半導体素子Trで発生する損失を抑制するように損失抑制動作Ca2が選択されることにより、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tが低下し、パワー半導体素子Trの劣化を抑制することが可能となる。一方、Tth2≦Tのとき、電力変換装置を停止するよう駆動制御部4cにおける停止動作Ca3が選択される。パワー半導体素子Trのスイッチング動作が停止するため、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tは低下していき、パワー半導体素子Trの破壊あるいは劣化を防止することができる。 With this configuration, the protection operation control unit 41 (FIG. 8) selects the loss suppression operation Ca2 and the stop operation Ca3 when it is determined that T th1 > T j in the first determination Jg1. Instead, the power conversion device continues to operate as instructed by the drive control unit 4c. On the other hand, when T th1 ≦ T j in the first determination Jg1, the second determination Jg2 is further performed. When T th2 > T j in the second determination Jg2, the loss generated in the power semiconductor element Tr is reduced. by loss confinement operation to inhibit Ca2 is selected, decrease the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is, it is possible to suppress deterioration of the power semiconductor element Tr. On the other hand, when T th2 ≦ T j , the stop operation Ca3 in the drive control unit 4c is selected so as to stop the power converter. Since the switching operation of the power semiconductor element Tr is stopped, the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is gradually reduced, it is possible to prevent destruction or degradation of the power semiconductor element Tr.

以上のように本実施の形態3にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法によれば、半導体素子温度算出部2cは、パワー半導体素子Trの温度T毎に導通損失に対する電流値依存データDSc1、およびスイッチング損失に対する電流値依存データDSc2を保持し、1ステップ前に算出した半導体素子Trの温度T(m−1)に応じて温度毎に保持したデータDSc1、DSc2から必要な電流値依存データを選択し、電力損失Pを算出するように構成したので、パワー半導体素子の導通損失及びスイッチング損失のそれぞれについて温度依存性を考慮することができるため、より高精度にパワー半導体素子のジャンクション温度Tを推定することが可能である。 According to the protection method of the above as the power conversion apparatus and a power converting apparatus according to the third embodiment, the semiconductor device temperature calculation unit 2c, a current value dependent data for the conduction losses in each temperature T j of the power semiconductor element Tr DS c1 and current value dependent data DS c2 with respect to switching loss are held, and from data DS c1 and DS c2 held for each temperature according to the temperature T j (m−1) of the semiconductor element Tr calculated one step before Since the required current value dependent data is selected and the power loss P is calculated, the temperature dependency can be taken into consideration for each of the conduction loss and the switching loss of the power semiconductor element. It is possible to estimate the junction temperature T j of the semiconductor element.

なお、図9では、保持している特性テーブルDSc1およびDSc2において、温度依存性として、25℃、125℃における特性を保持している例を示しているが、他の温度における導通損失やスイッチング損失のデータを格納していても問題ないことはいうまでもない。 FIG. 9 shows an example in which the characteristics at 25 ° C. and 125 ° C. are retained as temperature dependence in the retained characteristic tables DS c1 and DS c2 , but conduction loss at other temperatures and It goes without saying that there is no problem even if switching loss data is stored.

実施の形態4.
本実施の形態4にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法では、半導体素子温度算出部において算出されたパワー半導体素子Trのジャンクション温度Tに応じて実行する保護動作を実施の形態1と異なるようにした。他の形態については実施の形態1と同様である。以下、図を用いて詳細に説明する。
Embodiment 4 FIG.
In the power conversion device and the power conversion device protection method according to the fourth embodiment, the protection operation executed according to the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr calculated by the semiconductor element temperature calculation unit is the same as that of the first embodiment. I made it different. Other aspects are the same as in the first embodiment. Hereinafter, it demonstrates in detail using figures.

図10は、本発明の実施の形態4に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法およびこれらを実行するための構成を示す図である。本実施の形態4では、保護動作制御部41dにおける保護動作Crldとして,PWM指令に用いるキャリア周波数を変更するようにしている。つまり、駆動制御部4dによるパワー半導体素子TrのPWM制御におけるキャリア周波数を半導体素子温度算出部2が算出したジャンクション温度Tに基づいて変更することにより、パワー半導体素子での電力損失を抑制しようとしている。 FIG. 10: is a figure which shows the estimation method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 4 of this invention, an overheat protection method, and the structure for performing these. In the fourth embodiment, the carrier frequency used for the PWM command is changed as the protection operation Crld in the protection operation control unit 41d. In other words, by changing based on the junction temperature T j of the carrier frequency semiconductor element temperature calculation unit 2 calculates the PWM control of the power semiconductor element Tr by the drive control unit 4d, an attempt to suppress the power loss in the power semiconductor element Yes.

なお、図10においては、保護動作制御部41dからの指令により、PWM指令部42dにキャリア周波数fcを変更させる信号を出すようにしているが、図示しないキャリア周波数制御部を設け、保護動作制御部41dは、選択した動作についての情報(保護動作信号)をキャリア周波数制御部に出力し、キャリア周波数制御部が入力された保護動作信号に基づいてキャリア周波数fcを変更するようにしてもよい。   In FIG. 10, a signal for changing the carrier frequency fc is output to the PWM command unit 42d in response to a command from the protection operation control unit 41d. However, a carrier frequency control unit (not shown) is provided to provide a protection operation control unit. 41d may output information on the selected operation (protection operation signal) to the carrier frequency control unit, and the carrier frequency control unit may change the carrier frequency fc based on the input protection operation signal.

このような構成とすることにより、保護動作制御部41dにおいては、第1の判定Jg1において、Tth1>Tと判定されたときは、PWM指令部42dに、キャリア周波数fcを通常動作におけるキャリア周波数fc1にするように指令を出す(保護動作Cd1)。つまり、通常の駆動制御部4dの指令どおりに電力変換装置は動作を続ける。一方、第1の判定Jg1においてTth1≦Tのとき、さらに第2の判定Jg2を実施し、第2の判定Jg2において、Tth2>Tのとき、損失抑制動作Cd2が選択されることにより、キャリア周波数fcを通常のキャリア周波数fc1より低いfc2にするようにPWM指令部42dに指令を出す。スイッチング損失は単位時間当たりのスイッチング回数に比例するため、キャリア周波数を低くすることにより、単位時間当たりのスイッチング回数が少なくなり、スイッチング損失を低減することができる。これにより、キャリア周波数fcを通常より低いfc2に設定することでスイッチング回数が通常より減ることになり、スイッチング損失が低減され、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tを低下させることができる。一方、Tth2≦Tのとき、電力変換装置を停止するよう駆動制御部4dにおける停止動作Cd3が選択される。パワー半導体素子Trのスイッチング動作が停止するため、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tは低下していき、パワー半導体素子Trの破壊あるいは劣化を防止することができる。 With such a configuration, in the protection operation control unit 41d, when it is determined in the first determination Jg1 that T th1 > T j , the carrier frequency fc is set to the carrier in the normal operation by the PWM command unit 42d. A command is issued to set the frequency fc1 (protection operation Cd1). That is, the power conversion device continues to operate as instructed by the normal drive control unit 4d. On the other hand, when T th1 ≦ T j in the first determination Jg1, the second determination Jg2 is further performed. When T th2 > T j in the second determination Jg2, the loss suppression operation Cd2 is selected. Thus, the PWM command unit 42d is instructed to set the carrier frequency fc to fc2 lower than the normal carrier frequency fc1. Since the switching loss is proportional to the number of times of switching per unit time, by lowering the carrier frequency, the number of times of switching per unit time can be reduced and the switching loss can be reduced. Thus, the switching times by setting the carrier frequency fc lower than the normal fc2 will be is reduced than normal, the switching loss is reduced, the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr can be reduced. On the other hand, when T th2 ≦ T j , the stop operation Cd3 in the drive control unit 4d is selected so as to stop the power converter. Since the switching operation of the power semiconductor element Tr is stopped, the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is gradually reduced, it is possible to prevent destruction or degradation of the power semiconductor element Tr.

以上のように本実施の形態4にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法では、駆動制御部4dは、パワー半導体モジュール101を動作させるキャリア周波数fcを制御する図示しないキャリア周波数制御部を有し、保護動作制御部41dは、算出した半導体素子温度Tに基づいてキャリア周波数fcを変更させるように構成したので、駆動動作に制限を掛けたいときに、キャリア周波数を低くすることにより、単位時間当たりのスイッチング回数が少なくなり、スイッチング損失を低減することができる。その結果、パワー半導体素子で発生する損失が小さくなり、パワー半導体素子のジャンクション温度が低下するため、パワー半導体素子の劣化を抑制することが可能となる。 As described above, in the power conversion device and the method for protecting a power conversion device according to the fourth embodiment, the drive control unit 4d has a carrier frequency control unit (not shown) that controls the carrier frequency fc for operating the power semiconductor module 101. and, the protection operation control unit 41d, so constituted as to change the carrier frequency fc based on the calculated semiconductor element temperature T j, when you want to restrict driving operation, by reducing the carrier frequency, the unit The number of times of switching per time is reduced, and switching loss can be reduced. As a result, the loss generated in the power semiconductor element is reduced, and the junction temperature of the power semiconductor element is lowered, so that deterioration of the power semiconductor element can be suppressed.

実施の形態5.
本実施の形態5にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法でも、半導体素子温度算出部において算出されたパワー半導体素子Trのジャンクション温度Tに応じて実行する保護動作を実施の形態1や4と異なるようにした。他の形態については実施の形態1と同様である。以下、図を用いて詳細に説明する。
Embodiment 5 FIG.
Also in the power conversion device and the power conversion device protection method according to the fifth embodiment, the protection operation to be executed according to the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr calculated by the semiconductor element temperature calculation unit is described in the first embodiment. Different from 4. Other aspects are the same as in the first embodiment. Hereinafter, it demonstrates in detail using figures.

図11は、本発明の実施の形態5に係る電力変換装置におけるパワー半導体素子のジャンクション温度の推定方法及び過熱保護方法およびこれらを実行するための構成を示す図である。本実施の形態5では、保護動作制御部41eにおける保護動作Crleとして,パワー半導体素子を駆動するゲート抵抗Rgを変更するようにしている。つまり、駆動制御部4eによるパワー半導体素子Trのゲート抵抗Rgを半導体素子温度算出部2が算出したジャンクション温度Tに基づいて変更することにより、パワー半導体素子Trでの電力損失を抑制しようとしている。 FIG. 11: is a figure which shows the estimation method of the junction temperature of the power semiconductor element in the power converter device which concerns on Embodiment 5 of this invention, an overheat protection method, and the structure for performing these. In the fifth embodiment, the gate resistance Rg for driving the power semiconductor element is changed as the protection operation Crle in the protection operation control unit 41e. In other words, by changing based on the junction temperature T j of the gate resistance Rg semiconductor element temperature calculation unit 2 calculates the power semiconductor element Tr by the drive control unit 4e, trying to reduce the power loss in the power semiconductor element Tr .

なお、図11においては、保護動作制御部41eからの指令により、PWM指令部42eにゲート抵抗Rgを変更させる信号を出すようにしているが、図示しないゲート抵抗制御部を設け、保護動作制御部41eは、選択した動作についての情報(保護動作信号)をゲート抵抗制御部に出力し、ゲート抵抗制御部が入力された保護動作信号に基づいてゲート抵抗Rgを変更するようにしてもよい。   In FIG. 11, a signal for changing the gate resistance Rg is output to the PWM command unit 42e according to a command from the protection operation control unit 41e. However, a gate resistance control unit (not shown) is provided to provide a protection operation control unit. 41e may output information about the selected operation (protection operation signal) to the gate resistance control unit, and the gate resistance control unit may change the gate resistance Rg based on the input protection operation signal.

このような構成とすることにより、保護動作制御部41eにおいては、第1の判定Jg1において、Tth1>Tと判定されたときは、PWM指令部42eに、ゲート抵抗Rgを通常動作におけるゲート抵抗Rg1にするように指令を出す(保護動作Ce1)。つまり、通常の駆動制御部4eの指令どおりに電力変換装置は動作を続ける。一方、第1の判定Jg1においてTth1≦Tのとき、さらに第2の判定Jg2を実施し、第2の判定Jg2において、Tth2>Tのとき、損失抑制動作Ce2が選択されることにより、ゲート抵抗Rgを通常のゲート抵抗Rg1より低いRg2にする。ゲート抵抗を小さくすることにより、スイッチング動作が速くなり、スイッチング損失を低減することができるので、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tを低下させることができる。一方、Tth2≦Tのとき、電力変換装置を停止するよう駆動制御部4eにおける停止動作Ce3が選択される。パワー半導体素子Trのスイッチング動作が停止するため、パワー半導体素子Trのジャンクション温度Tは低下していき、パワー半導体素子Trの破壊あるいは劣化を防止することができる。 With this configuration, in the protection operation control unit 41e, when it is determined in the first determination Jg1 that T th1 > T j , the PWM command unit 42e is provided with the gate resistance Rg as a gate in normal operation. A command is issued to set the resistance to Rg1 (protection operation Ce1). That is, the power conversion device continues to operate as instructed by the normal drive control unit 4e. On the other hand, when T th1 ≦ T j in the first determination Jg1, the second determination Jg2 is further performed. When T th2 > T j in the second determination Jg2, the loss suppression operation Ce2 is selected. Thus, the gate resistance Rg is set to Rg2 lower than the normal gate resistance Rg1. By reducing the gate resistance, the switching operation is faster, it is possible to reduce the switching loss, it is possible to lower the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr. On the other hand, when T th2 ≦ T j , the stop operation Ce3 in the drive control unit 4e is selected so as to stop the power converter. Since the switching operation of the power semiconductor element Tr is stopped, the junction temperature T j of the power semiconductor element Tr is gradually reduced, it is possible to prevent destruction or degradation of the power semiconductor element Tr.

ゲート抵抗Rgの変更については、例えば、半導体素子のゲートに対してそれぞれゲート抵抗が異なるように複数の配線を接続し、上記動作に応じて配線を切替えるようにしても良い。   Regarding the change of the gate resistance Rg, for example, a plurality of wirings may be connected so as to have different gate resistances with respect to the gate of the semiconductor element, and the wirings may be switched in accordance with the above operation.

以上のように本実施の形態5にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法では、駆動制御部4eは、パワー半導体素子Trのゲート抵抗Rgを制御する図示しないゲート抵抗制御部を有し、保護動作制御部41eは、算出した半導体素子温度Tに基づいてゲート抵抗Rgを変更させるように構成したので、駆動動作に制限を掛けたいときに、ゲート抵抗Rgを小さくすることにより、スイッチング動作が速くなり、スイッチング損失を低減することができる。その結果、パワー半導体素子で発生する損失が小さくなり、パワー半導体素子のジャンクション温度が低下するため、パワー半導体素子の劣化を抑制することが可能となる。 As described above, in the power conversion device and the power conversion device protection method according to the fifth exemplary embodiment, the drive control unit 4e includes a gate resistance control unit (not shown) that controls the gate resistance Rg of the power semiconductor element Tr. protection operation control unit 41e is so constituted as to change the gate resistor Rg on the basis of the calculated semiconductor element temperature T j, when you want to restrict driving operation, by reducing the gate resistance Rg, the switching operation And switching loss can be reduced. As a result, the loss generated in the power semiconductor element is reduced, and the junction temperature of the power semiconductor element is lowered, so that deterioration of the power semiconductor element can be suppressed.

なお、本実施の形態5において、実施の形態2や3のように、電力損失算出部がゲート指令信号Sを受けるとパワー半導体素子の電流−スイッチングエネルギー特性テーブルからスイッチング損失を読み出すようにしている場合、保護動作信号を電力損失算出部にも出力するようにしてもよい。その場合、電力損失算出部では、ゲート抵抗Rgごとの特性テーブルDsRを保持し、入力された保護動作(またはゲート抵抗値)に基づいてデータを選択するようにすれば、さらに高精度にジャンクション温度を評価することができる。 Incidentally, in the fifth embodiment, as in the Embodiment 2 and the third embodiment, current of the power semiconductor device when the power loss calculation unit receives a gate command signal S G - with the switching energy characteristics table to read out the switching loss If it is, the protection operation signal may be output also to the power loss calculation unit. In this case, if the power loss calculation unit holds the characteristic table DsR for each gate resistance Rg and selects data based on the input protection operation (or gate resistance value), the junction temperature can be more accurately determined. Can be evaluated.

なお、上記各実施の形態においては、算出した半導体素子温度Tを、2つの閾値Tth1、Tth2と比較して保護動作を決定する例について説明したが、保護動作はこれに限定される必要はない。例えば算出した半導体素子温度Tの値に対して多段階のキャリア周波数fcを対応させたLook Up Tableを保持し、半導体素子温度Tが所定値以上になったら段階的にキャリア周波数を低下させていくようにしてもよい。とくに、本発明の各実施の形態にかかる電力変換装置および電力変換装置の保護方法においては高精度に半導体素子温度Tを算出できるので、半導体素子温度Tに応じてきめ細かく保護動作を掛けることにより、電力変換装置の特性を最大限に利用することが可能となる。 In each of the above embodiments, the example in which the protection operation is determined by comparing the calculated semiconductor element temperature T j with the two threshold values T th1 and T th2 has been described. However, the protection operation is limited to this. There is no need. For example, a Look Up Table in which multi-stage carrier frequencies fc are associated with the calculated semiconductor element temperature T j is held, and when the semiconductor element temperature T j becomes a predetermined value or more, the carrier frequency is lowered stepwise. You may make it go. In particular, in the power conversion device and the power conversion device protection method according to each embodiment of the present invention, the semiconductor element temperature T j can be calculated with high accuracy, and therefore a fine protection operation is applied according to the semiconductor element temperature T j. As a result, the characteristics of the power converter can be utilized to the maximum.

1 出力測定部(11 電流測定部、 12 電圧測定部)、
2 半導体素子温度算出部(21 電力損失演算部、 22 温度差演算部、 23 ジャンクション温度演算部)、 3 基準温度測定部、
4 駆動制御部(41 保護動作制御部、 42 PWM指令部)、
101 パワー半導体モジュール、 102 モータ、
DS1 半導体素子の電流−導通損失特性テーブル(導通損失の電流依存性データ)、
DS2 半導体素子の電流−スイッチング損失特性テーブル(スイッチング損失の電流依存性データ)、 P 電力損失、 S 電流値信号、 S ゲート指令信号、 S キャリア周波数信号、 T 基準温度、 Tr パワー半導体素子、
th(t) 過渡熱インピーダンス、 r/(1+sτ) 一次遅れ系伝達関数、 ΔT 温度差、
添え字:a,b,c,d,eはそれぞれ実施の形態ごとの変形を示す。
1 output measurement unit (11 current measurement unit, 12 voltage measurement unit),
2 semiconductor element temperature calculation part (21 power loss calculation part, 22 temperature difference calculation part, 23 junction temperature calculation part), 3 reference temperature measurement part,
4 drive control unit (41 protection operation control unit, 42 PWM command unit),
101 power semiconductor module, 102 motor,
DS1 semiconductor element current-conduction loss characteristic table (current dependence data of conduction loss),
DS2 current of the semiconductor device - switching loss characteristic table (current dependency data switching losses), P power loss, S C current signal, S G gate command signal, S F carrier frequency signal, T 0 reference temperature, Tr power semiconductor element,
Z th (t) transient thermal impedance, r / (1 + sτ) first order lag transfer function, ΔT temperature difference,
Subscripts: a, b, c, d, and e indicate modifications for each embodiment.

Claims (8)

スイッチング素子としてパワー半導体素子を用いたパワー半導体モジュールと、
前記パワー半導体素子から離れた基準点の温度を測定する基準温度測定部と、
定の伝達関数と、前記基準点の温度と、前記パワー半導体素子で発生する電力損失と、を用いて前記パワー半導体素子の温度を算出する半導体素子温度算出部と、
前記算出したパワー半導体素子の温度に基づいて前記パワー半導体モジュールを駆動制御する駆動制御部と、を備え、
前記半導体素子温度算出部は、
前記所定の伝達関数として、熱時定数の異なる複数の一次遅れ系伝達関数を有し、
前記一次遅れ系伝達関数毎に前記電力損失に基づいて前記基準点と前記パワー半導体素子との温度差を演算し、演算したそれぞれの温度差の和と前記基準点の温度とに基づいて前記パワー半導体素子の温度を算出することを特徴とする電力変換装置。
A power semiconductor module using a power semiconductor element as a switching element;
A reference temperature measurement unit for measuring the temperature of a reference point away from the power semiconductor element;
Tokoro a constant transfer function, and the temperature of the reference point, and the power loss generated in the power semiconductor element, a semiconductor element temperature calculation unit for calculating a temperature of the power semiconductor device using a
A drive control unit that drives and controls the power semiconductor module based on the calculated temperature of the power semiconductor element,
The semiconductor element temperature calculator is
As the predetermined transfer function, having a plurality of first-order lag transfer functions having different thermal time constants,
Wherein calculating the temperature difference between the power semiconductor element and the reference point based on the previous SL power loss for each first-order lag transfer function, based on the temperature of the reference point and the sum of the temperature difference computed A power converter that calculates a temperature of the power semiconductor element.
記一次遅れ系伝達関数毎の温度差の演算は、各別に差分計算されることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 Calculation of the temperature difference before Symbol first-order lag for each transfer function, the power conversion apparatus according to claim 1, characterized in that to each another is difference calculation. 前記半導体素子温度算出部は、前記パワー半導体モジュール内の複数のパワー半導体素子のそれぞれの温度を算出し、
前記駆動制御部は、前記算出した複数のパワー半導体素子のそれぞれの温度のうちの最も高い温度に基づいて前記パワー半導体モジュールを駆動制御することを特徴とする請求項1または2に記載の電力変換装置。
The semiconductor element temperature calculation unit calculates the temperature of each of the plurality of power semiconductor elements in the power semiconductor module,
3. The power conversion according to claim 1, wherein the drive control unit drives and controls the power semiconductor module based on a highest temperature among the calculated temperatures of the plurality of power semiconductor elements. 4. apparatus.
前記パワー半導体素子に流れる電流値を測定し、電流値信号を前記半導体素子温度算出部に出力する電流値測定部を備え、
前記パワー半導体素子温度算出部は、
前記パワー半導体素子の導通損失に対する電流値依存データ、および前記パワー半導体素子のスイッチング損失に対する電流値依存データを保持し、
前記電流値信号および前記駆動制御部が前記パワー半導体素子のオンオフを制御するために出力する指令信号に応じて、前記保持した電流値依存データから対応する導通損失の値またはスイッチング損失の値を読み出して前記電力損失を算出することを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
A current value measuring unit that measures a current value flowing through the power semiconductor element and outputs a current value signal to the semiconductor element temperature calculating unit;
The power semiconductor element temperature calculator is
Holding current value dependent data for conduction loss of the power semiconductor element, and current value dependent data for switching loss of the power semiconductor element,
The corresponding conduction loss value or switching loss value is read from the held current value dependent data in accordance with the current value signal and a command signal output by the drive control unit to control on / off of the power semiconductor element. The power converter according to any one of claims 1 to 3, wherein the power loss is calculated.
前記半導体素子温度算出部は、
前記パワー半導体素子の温度毎に前記導通損失に対する電流値依存データ、および前記スイッチング損失に対する電流値依存データを保持し、
算出した前記パワー半導体素子の温度に応じて前記温度毎に保持した電流値依存データから必要な電流値依存データを選択することを特徴とする請求項4に記載の電力変換装置。
The semiconductor element temperature calculator is
Holding current value dependent data for the conduction loss and current value dependent data for the switching loss for each temperature of the power semiconductor element,
5. The power conversion device according to claim 4, wherein necessary current value-dependent data is selected from the current value-dependent data held for each temperature in accordance with the calculated temperature of the power semiconductor element.
前記駆動制御部は、前記パワー半導体モジュールを動作させるキャリア周波数を制御するキャリア周波数制御部を有し、
前記算出したパワー半導体素子の温度に基づいて前記キャリア周波数を変更することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The drive control unit includes a carrier frequency control unit that controls a carrier frequency for operating the power semiconductor module,
6. The power conversion apparatus according to claim 1, wherein the carrier frequency is changed based on the calculated temperature of the power semiconductor element.
前記駆動制御部は、前記パワー半導体素子のゲート抵抗を制御するゲート抵抗制御部を有し、
前記算出したパワー半導体素子の温度に基づいて前記ゲート抵抗を変更することを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
The drive control unit includes a gate resistance control unit that controls a gate resistance of the power semiconductor element,
The power converter according to claim 1, wherein the gate resistance is changed based on the calculated temperature of the power semiconductor element.
スイッチング素子としてパワー半導体素子を用いたパワー半導体モジュールを有する電力変換装置の保護方法であって、
前記パワー半導体素子から離れた基準点の温度を測定する基準温度測定工程と、
前記パワー半導体素子で発生する電力損失を演算する工程と、
前記演算した電力損失を用いて熱時定数の異なる複数の一次遅れ系伝達関数毎に前記基準点と前記パワー半導体素子との温度差を演算し、演算したそれぞれの温度差の和と前記基準点の温度とに基づいて前記パワー半導体素子の温度を算出する半導体素子温度算出工程と、
前記算出したパワー半導体素子の温度に基づいて前記パワー半導体モジュールを駆動制御する駆動制御工程と、
を備えたことを特徴とする電力変換装置の保護方法。
A method for protecting a power converter having a power semiconductor module using a power semiconductor element as a switching element,
A reference temperature measuring step for measuring a temperature at a reference point away from the power semiconductor element;
Calculating a power loss generated in the power semiconductor element;
The temperature difference between the reference point and the power semiconductor element is calculated for each of a plurality of first-order lag transfer functions having different thermal time constants using the calculated power loss, the sum of the calculated temperature differences and the reference point A semiconductor element temperature calculating step of calculating the temperature of the power semiconductor element based on the temperature of
A drive control step of driving and controlling the power semiconductor module based on the calculated temperature of the power semiconductor element;
A method for protecting a power converter, comprising:
JP2009182351A 2009-08-05 2009-08-05 Power converter and protection method for power converter Active JP5317881B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009182351A JP5317881B2 (en) 2009-08-05 2009-08-05 Power converter and protection method for power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009182351A JP5317881B2 (en) 2009-08-05 2009-08-05 Power converter and protection method for power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011036095A JP2011036095A (en) 2011-02-17
JP5317881B2 true JP5317881B2 (en) 2013-10-16

Family

ID=43764594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009182351A Active JP5317881B2 (en) 2009-08-05 2009-08-05 Power converter and protection method for power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5317881B2 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4807352B2 (en) * 2007-12-25 2011-11-02 三菱電機株式会社 Temperature detection system
JP2013005067A (en) * 2011-06-14 2013-01-07 Hitachi Automotive Systems Ltd Power conversion apparatus
JP5628994B2 (en) * 2013-01-21 2014-11-19 ファナック株式会社 Machine tool control device having time estimation means for estimating time until motor reaches overheat temperature
JP2014187789A (en) 2013-03-22 2014-10-02 Fanuc Ltd Motor drive device having abnormality detection function
JP5667242B2 (en) 2013-06-10 2015-02-12 ファナック株式会社 Temperature estimation device for estimating temperature of power semiconductor chip and motor control device including the same
JP6576846B2 (en) * 2016-01-27 2019-09-18 株式会社日立製作所 Power converter
JP6218156B2 (en) * 2016-04-21 2017-10-25 三菱電機株式会社 Power converter and control method of power converter
JP6739407B2 (en) * 2017-07-19 2020-08-12 株式会社日立製作所 Ultrasonic diagnostic device and temperature control method
EP3627121B1 (en) 2018-09-21 2022-07-06 Maschinenfabrik Reinhausen GmbH Determining a characteristic temperature of an electric or electronic system
JP6976374B2 (en) * 2020-04-06 2021-12-08 三菱電機株式会社 Power converter
CN113722873A (en) * 2020-05-26 2021-11-30 株洲中车时代电气股份有限公司 Method and system for calculating chip junction temperature in real time based on ambient temperature and power loss
JP7254230B1 (en) * 2022-03-29 2023-04-07 三菱電機株式会社 power converter

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63204303A (en) * 1987-02-19 1988-08-24 Hitachi Ltd Digital signal processing method
JP3075303B2 (en) * 1991-09-06 2000-08-14 株式会社安川電機 Protection method for power semiconductor devices
JPH07135731A (en) * 1993-11-09 1995-05-23 Fuji Electric Co Ltd Overheat protective device for semiconductor element
JPH09140155A (en) * 1995-11-16 1997-05-27 Sanyo Electric Co Ltd Protective method for inverter driver
JP2001069787A (en) * 1999-08-30 2001-03-16 Aisin Seiki Co Ltd Controller for driving motor
JP3983439B2 (en) * 1999-12-07 2007-09-26 本田技研工業株式会社 Electric vehicle control device
JP2004135457A (en) * 2002-10-11 2004-04-30 Yaskawa Electric Corp Power converter
JP4044861B2 (en) * 2003-04-03 2008-02-06 三菱電機株式会社 Power conversion device and power conversion system device including the power conversion device
JP2005124387A (en) * 2003-09-26 2005-05-12 Fuji Electric Systems Co Ltd Control method for synchronous motor driving gear
JP2008154424A (en) * 2006-12-20 2008-07-03 Toyota Central R&D Labs Inc Circuit module temperature calculation apparatus, and circuit module temperature calculation method

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011036095A (en) 2011-02-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5317881B2 (en) Power converter and protection method for power converter
JP5880734B2 (en) Semiconductor chip temperature estimation device and overheat protection device
DK1583197T3 (en) Protection of power semiconductor components
EP2325992A1 (en) Inverter device, inverter control system, motor control system and inverter device control method
US9703337B2 (en) Thermal model optimisation
JP6072290B2 (en) Inverter protection device for vehicle
EP3358730B1 (en) Power conversion apparatus and power conversion method
JP2015017734A (en) Air conditioner
JP6299368B2 (en) Semiconductor device temperature estimation device
Pai et al. A new behavioral model for accurate loss calculations in power semiconductors
KR20140047758A (en) System and method for measuring the temperature of power semiconductor, and storage medium thereof
Li et al. Real-time estimation of junction temperature in IGBT inverter with a simple parameterized power loss model
US11381189B2 (en) Methods and systems for improving current capability for electric motors
KR102484878B1 (en) Temperature estimation system and method for switching device
KR20200007295A (en) Inverter apparatus of electric vehicle
JP7181851B2 (en) power converter
JP5546687B2 (en) Motor control device
KR102273830B1 (en) Determination of motor restraint using IGBT temperature measuring device
JP2016140122A (en) Control method for electric power conversion system
JP2020141457A (en) Power conversion device and temperature detection method for power conversion device
WO2023190776A1 (en) Power conversion device, estimate program, and estimate method
US20240146182A1 (en) Electric-power conversion apparatus
JP2004173347A (en) Overload detection methodology of pulse width overload detecting method for pwm inverter
JP2018528757A (en) Method and device for controlling the operation of a multi-die power module
JP2021128118A (en) Overcurrent detector

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20111018

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130327

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130402

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130521

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130625

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130709

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5317881

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250