JP5422909B2 - Power converter - Google Patents

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Description

本発明は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のスイッチング素子を具えて電圧源からの電圧を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置に関し、電力変換装置が負荷に大出力を供給する時であっても正確にスイッチング素子の状態を判断する技術に関するものである。   The present invention relates to a power conversion device that includes a switching element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and converts a voltage from a voltage source to supply power to the load, and when the power conversion device supplies a large output to the load Even so, the present invention relates to a technique for accurately determining the state of the switching element.

電力変換装置としては一般に、直流の電圧源と負荷とを接続するインバータ装置がある。インバータ装置に設けられた半導体よりなるスイッチング素子は高温に弱く、温度上昇によりスイッチング素子が破壊しないよう、スイッチング素子の状態を判断する発明としては従来、例えば特許文献1に記載のごときものが知られている。
特許文献1記載の技術は、スイッチング素子をオンオフ動作させるゲート信号を、スイッチング素子の制御端子へ出力するスイッチング素子駆動回路に、高周波電圧発生機構を設けたものである。この高周波電圧発生機構は、高周波駆動信号をスイッチング素子に与えることで、素子寄生静電容量を測定し、該測定結果からスイッチング素子の温度を推定するというものである。
特開平5−56553号公報
As a power converter, there is generally an inverter device that connects a DC voltage source and a load. A switching element made of a semiconductor provided in an inverter device is vulnerable to high temperatures, and an invention for determining the state of a switching element so that the switching element does not break down due to a rise in temperature is conventionally known, for example, as described in Patent Document 1. ing.
The technique described in Patent Document 1 is provided with a high-frequency voltage generation mechanism in a switching element driving circuit that outputs a gate signal for turning on / off a switching element to a control terminal of the switching element. This high-frequency voltage generation mechanism measures the element parasitic capacitance by applying a high-frequency drive signal to the switching element, and estimates the temperature of the switching element from the measurement result.
JP-A-5-56553

しかし、上記従来のような特許文献1記載の技術にあっては、以下に説明するような問題を生ずる。つまり、スイッチング素子に測定用の高周波電圧を与えるため、スイッチング素子の通常駆動に影響を与えないよう、スイッチング素子が休止しているオフ期間においてのみ測定が可能となる。しかしながらPWM駆動などにおける大出力時などの素子の時間が微小となるオフ期間では十分な測定が行えない。したがって、最も素子温度が上昇していると考えられる、電力変換装置が大出力である時のスイッチング素子温度は測定が困難であった。   However, the technique described in Patent Document 1 as described above causes problems as described below. That is, since a high-frequency voltage for measurement is applied to the switching element, measurement can be performed only in the off period in which the switching element is idle so as not to affect the normal driving of the switching element. However, sufficient measurement cannot be performed in the off period where the element time is very small, such as during high output in PWM drive. Therefore, it is difficult to measure the switching element temperature when the element temperature is considered to be the highest, and when the power converter has a high output.

本発明は、電力変換装置の大出力時であっても正確にスイッチング素子の状態を判断することができ、しかも、スイッチング損失を伴わない電力変換装置を提案することを目的とする。   An object of the present invention is to propose a power conversion device that can accurately determine the state of a switching element even when the power conversion device has a large output and that is not accompanied by a switching loss.

この目的のため本発明による電力変換装置は、
電圧源と負荷とを電気的に接続するスイッチング素子と、該スイッチング素子にオンオフ動作のためのゲート信号を与えるスイッチング素子動作手段とを具え、前記スイッチング素子をオンオフしてパルス状電圧を生成することにより前記電圧源から前記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
前記スイッチング素子動作手段は、スイッチング素子の制御端子に前記ゲート信号を出力するスイッチング素子駆動回路と、
スイッチング素子がオフからオンへ動作してパルス状電圧を生成する際の前記制御端子の電圧平行期間の電圧の大小に基づきスイッチング素子の状態を判断するスイッチング素子状態判断手段を具えたことを特徴としたものである。
For this purpose, the power conversion device according to the present invention comprises:
A switching element for electrically connecting a voltage source and a load; and a switching element operating means for supplying a gate signal for on / off operation to the switching element, and generating a pulsed voltage by turning on and off the switching element. In the power converter for supplying power from the voltage source to the load by
The switching element operating means includes a switching element driving circuit that outputs the gate signal to a control terminal of the switching element;
A switching element state determining means for determining the state of the switching element based on the magnitude of the voltage in the voltage parallel period of the control terminal when the switching element operates from off to on to generate a pulsed voltage is provided. It is a thing.

かかる本発明の電力変換装置によれば、オフからオンへ動作してパルス状電圧を生成する際の制御端子の電圧平行期間の電圧の大小に基づきスイッチング素子の状態を判断するため、スイッチング素子の温度が最も大きくなる電力変換装置の大出力時に、スイッチング素子温度を正確に把握することが可能になる。したがって、スイッチング素子を有効に保護することができる。   According to the power conversion device of the present invention, since the state of the switching element is determined based on the magnitude of the voltage in the voltage parallel period of the control terminal when operating from off to on to generate the pulse voltage, It is possible to accurately grasp the switching element temperature at the time of a large output of the power conversion device in which the temperature becomes the highest. Therefore, the switching element can be effectively protected.

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail based on examples shown in the drawings.

図1は本発明の一実施例になる電力変換装置、電圧源および負荷の全体概略を示す回路構成図である。直流の電圧源10の正極側端子および負極側端子間には、6個のスイッチング素子41〜46を電気的に接続する。スイッチング素子41〜46はIGBTであり、これらスイッチング素子41〜46の接続および配置は周知のインバータ装置と同様である。スイッチング素子41〜46には負荷である三相交流モータ30を電気的に接続する。
各スイッチング素子41〜46のゲート端子には、これらスイッチング素子41〜46をオンオフ動作させるスイッチング素子動作手段20を接続する。スイッチング素子41〜46およびスイッチング素子動作手段20は電力変換装置を構成する。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an overall outline of a power converter, a voltage source, and a load according to an embodiment of the present invention. Six switching elements 41 to 46 are electrically connected between the positive terminal and the negative terminal of the DC voltage source 10. The switching elements 41 to 46 are IGBTs, and the connection and arrangement of these switching elements 41 to 46 are the same as those of a known inverter device. A three-phase AC motor 30 as a load is electrically connected to the switching elements 41 to 46.
The switching element operating means 20 for turning on and off the switching elements 41 to 46 is connected to the gate terminals of the switching elements 41 to 46. Switching elements 41 to 46 and switching element operating means 20 constitute a power converter.

電圧源10は三相交流モータ30の電源である。図1に示すようにスイッチング素子41〜46はこれら電圧源10と三相交流モータ30とを電気的に接続する。スイッチング素子動作手段20はスイッチング素子41〜46の制御端子にオンオフ動作のためのゲート信号を与え、スイッチング素子41〜46をオンオフする。これによりパルス状電圧を生成して電圧源10から三相交流モータ30へ電力を供給する。スイッチング素子動作手段20は、スイッチング素子41〜46をオン時間とオフ時間の割合、つまりパルス状電圧の期間(幅)、を制御することにより、三相交流モータ30の駆動電流を制御するPWM制御を実行する。   The voltage source 10 is a power source for the three-phase AC motor 30. As shown in FIG. 1, the switching elements 41 to 46 electrically connect the voltage source 10 and the three-phase AC motor 30. The switching element operating means 20 gives a gate signal for on / off operation to the control terminals of the switching elements 41 to 46 to turn on and off the switching elements 41 to 46. Thereby, a pulse voltage is generated and electric power is supplied from the voltage source 10 to the three-phase AC motor 30. The switching element operating unit 20 controls the drive current of the three-phase AC motor 30 by controlling the ratio of the on-time and the off-time, that is, the period (width) of the pulse voltage, for the switching elements 41 to 46. Execute.

図2はスイッチング素子動作手段20の機能ブロック図である。スイッチング素子動作手段20はスイッチング素子41〜46に共通であることから、説明の重複を避けるため図2にはスイッチング素子41〜46のうち1個のスイッチング素子41のみにつき代表して示す。   FIG. 2 is a functional block diagram of the switching element operating means 20. Since the switching element operating means 20 is common to the switching elements 41 to 46, only one switching element 41 of the switching elements 41 to 46 is representatively shown in FIG.

スイッチング素子動作手段20は、パルス幅変調制御のためのパルス動作指令sig_PWMを出力するPWM駆動信号生成手段201と、パルス動作指令sig_PWMに基づきスイッチング素子41の制御端子411にゲート信号を出力し、実際にスイッチング素子41をオンオフするスイッチング素子駆動回路202を具える。さらにスイッチング素子動作手段20は、スイッチング素子41がオフからオンへ動作してパルス状電圧を生成する際の制御端子411の電圧変化に基づきスイッチング素子の状態を判断するスイッチング素子状態判断手段203を具える。   The switching element operation unit 20 outputs a gate signal to the control terminal 411 of the switching element 41 based on the PWM drive signal generation unit 201 that outputs a pulse operation command sig_PWM for pulse width modulation control, and the pulse operation command sig_PWM. The switching element drive circuit 202 for turning on and off the switching element 41 is provided. Further, the switching element operating means 20 includes switching element state determining means 203 for determining the state of the switching element based on the voltage change of the control terminal 411 when the switching element 41 operates from off to on to generate a pulse voltage. Yeah.

PWM駆動信号生成手段201は、図示しない、PWM搬送波と電圧指令値を比較することで、パルス動作指令sig_PWMを生成し、前記スイッチング素子駆動回路202へスイッチング素子のオンオフ指令を出力すると同時に、スイッチング素子41をオフからオンに切り替える動作を知らせる素子オン信号sig_swon = 1をスイッチング素子状態判断手段203へ出力する。スイッチング素子状態判断手段203は素子オン信号sig_swon = 1を受信次第、スイッチング素子駆動回路202から出力される制御端子411の電圧Vgをサンプリングし、制御端子電圧変化からスイッチング素子41の状態を判断する。そしてスイッチング素子状態判断手段203は判断結果sig_resultを、PWM駆動信号生成手段201に出力する。判断結果sig_resultが0:素子正常であれば、PWM駆動信号生成手段201は通常のパルス幅変調制御を行う。これに対し、判断結果sig_resultが1:素子異常であれば、PWM駆動信号生成手段201はオン期間を短くしオフ期間を長くしてパルス状電圧の期間を通常よりも短くするスイッチング素子保護動作を行う。   The PWM drive signal generation means 201 generates a pulse operation command sig_PWM by comparing a PWM carrier wave and a voltage command value (not shown), and outputs a switching element on / off command to the switching element drive circuit 202. An element on signal sig_swon = 1 indicating the operation of switching 41 from off to on is output to the switching element state determination means 203. Upon receiving the element ON signal sig_swon = 1, the switching element state determination means 203 samples the voltage Vg of the control terminal 411 output from the switching element drive circuit 202, and determines the state of the switching element 41 from the control terminal voltage change. Then, the switching element state determination unit 203 outputs the determination result sig_result to the PWM drive signal generation unit 201. If the determination result sig_result is 0: the element is normal, the PWM drive signal generation unit 201 performs normal pulse width modulation control. On the other hand, if the determination result sig_result is 1: element abnormality, the PWM drive signal generation unit 201 performs a switching element protection operation that shortens the ON period and lengthens the OFF period to shorten the pulse voltage period. Do.

上述した図1および図2に示す本実施例の構成によれば、スイッチング素子41〜46の制御端子電圧からスイッチング素子41〜46の素子状態を判断できる。したがって、スイッチング素子41〜46に温度検知用素子を付加的に設ける必要が無くなり、素子状態の検知におけるコストの低減を実現することができる。また、熱電対などの感温素子をスイッチング素子41〜46近傍に配置する必要が無くなり、電力変換装置の小型化にも貢献することができる。   According to the configuration of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 described above, the element states of the switching elements 41 to 46 can be determined from the control terminal voltages of the switching elements 41 to 46. Therefore, it is not necessary to additionally provide a temperature detecting element in the switching elements 41 to 46, and a reduction in cost in detecting the element state can be realized. Moreover, it is not necessary to arrange a thermosensitive element such as a thermocouple in the vicinity of the switching elements 41 to 46, which can contribute to miniaturization of the power conversion device.

更には、インバータのような電力変換装置において素子状態の測定用信号をスイッチング素子41〜46に出力する従来技術にあっては、スイッチング素子に測定用信号を印加することでスイッチが開き、これにより電圧源が短絡してしまうことを防ぐため、測定しているアームと逆側のアームをオフ状態にする必要がある。このときにアームをオンオフする際のスイッチング損失が発生するが、上述した図1および図2に示す本実施例の構成によれば、逆側のアームをオンオフする必要が無くなり、スイッチング損失を低減することが可能となる。   Furthermore, in the prior art that outputs the measurement signal of the element state to the switching elements 41 to 46 in the power conversion device such as an inverter, the switch is opened by applying the measurement signal to the switching element. In order to prevent the voltage source from being short-circuited, it is necessary to turn off the arm opposite to the arm being measured. At this time, a switching loss occurs when the arm is turned on / off. However, according to the configuration of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2 described above, it is not necessary to turn on / off the opposite arm, thereby reducing the switching loss. It becomes possible.

また、スイッチング素子の温度が最も大きくなる範囲は電力変換装置が大出力時であり、素子保護の観点からは大出力時の素子温度を正確に把握することが必要となる。しかし大出力時では、スイッチング素子がオンとなる期間が長くなるため、相対的にスイッチング素子がオフとなる期間が短くなる。仮にキャリア周波数10kHzのPWM駆動をする電力変換装置において変調率が0.9の場合、スイッチング素子がオンとなる時間は90μsである。これにデッドタイムなどが加味されるため、スイッチング素子がオフとなる時間は10μs以下となってしまう。このため、素子オフ期間に素子温度を検知する従来技術では大出力時には十分な測定時間がとれず、その結果、出力の低い範囲において温度を検知し、大出力時の素子温度を推定するしかなかった。本実施例によれば上記問題が解決でき、素子オフ時間の長短に関わらずスイッチング素子温度を迅速、かつ正確に検知することができる。   Moreover, the range where the temperature of the switching element becomes the largest is when the power converter is at a high output, and it is necessary to accurately grasp the element temperature at the time of the high output from the viewpoint of element protection. However, at the time of high output, since the period during which the switching element is turned on becomes longer, the period during which the switching element is turned off becomes relatively shorter. If the modulation factor is 0.9 in a power converter that performs PWM driving with a carrier frequency of 10 kHz, the time for which the switching element is on is 90 μs. Since the dead time is added to this, the time for which the switching element is turned off is 10 μs or less. For this reason, in the conventional technology for detecting the element temperature during the element off period, sufficient measurement time cannot be taken at the time of large output, and as a result, the temperature can be detected in a low output range and the element temperature at the time of large output can be estimated. It was. According to the present embodiment, the above problem can be solved, and the switching element temperature can be detected quickly and accurately regardless of the length of the element off time.

図3は、実際のスイッチング素子制御端子411の電圧変化を示した経時変化図である。図3に示すように、瞬時t1で素子オン信号sig_swon = 1を出力し、パルス状電圧の生成を開始する。素子オン信号sig_swon = 1の出力後、続く瞬時t2でスイッチング素子がフルオンとなるまでには多少のずれが生じる。このずれ期間を素子オフオン移行期間と呼ぶ。この期間で制御端子電圧Vgは立ち上がって上昇を続けるが、途中で制御端子電圧Vgの電圧増加率が0近傍となる。これは一般に、ミラー効果として知られ、制御端子電圧Vgはミラー効果電圧Vmになる期間Mが存在する。このミラー効果電圧Vmを電圧平行期間Mにおける電圧と定義する。このミラー効果電圧Vmはスイッチング素子がオフ状態からオン状態へ変化する境界電圧である制御端子閾値電圧Vgth(図示せず)の変動に大きく影響を受け、VmとVgthは連動して変化する特性を有する。またスイッチング素子の素子温度Tjが上昇するに伴い、制御端子閾値電圧Vgthは低下する特性を有するため、素子オフオン移行期間のミラー効果電圧Vmの変動を検知することによってスイッチング素子の状態である素子温度の判断が可能となる。なお、瞬時t2以降でパルス状電圧の生成が終了すると、続く瞬時t3で素子オフ信号sig_swon = 1を出力する。   FIG. 3 is a time-dependent change diagram showing the actual voltage change of the switching element control terminal 411. As shown in FIG. 3, the element-on signal sig_swon = 1 is output at the instant t1, and the generation of the pulse voltage is started. After the output of the element ON signal sig_swon = 1, there is a slight deviation until the switching element is fully turned on at the subsequent instant t2. This shift period is called an element off-on transition period. During this period, the control terminal voltage Vg rises and continues to rise, but the voltage increase rate of the control terminal voltage Vg becomes near zero along the way. This is generally known as the Miller effect, and there is a period M during which the control terminal voltage Vg becomes the Miller effect voltage Vm. This mirror effect voltage Vm is defined as a voltage in the voltage parallel period M. This Miller effect voltage Vm is greatly affected by fluctuations in the control terminal threshold voltage Vgth (not shown), which is a boundary voltage at which the switching element changes from the OFF state to the ON state, and Vm and Vgth have characteristics that change in conjunction with each other. Have. Also, since the control terminal threshold voltage Vgth decreases as the element temperature Tj of the switching element rises, the element temperature that is the state of the switching element is detected by detecting the change in the mirror effect voltage Vm during the element off-on transition period. Can be determined. When the generation of the pulse voltage is finished after the instant t2, the element off signal sig_swon = 1 is output at the following instant t3.

図4はスイッチング素子状態判断手段203が実行するスイッチング素子状態判断を示すフローチャートである。素子オン信号sig_swon = 1がスイッチング素子状態判断手段203に入力されるとこのフローチャートに入り、図3に示す素子オフオン移行期間(t1〜t2)における制御端子411の電圧Vgのサンプリングを行い、制御端子電圧増加率が0近傍となる付近の制御端子電圧Vgを検出することで、素子状態検知が可能となる。まずステップS1では、制御端子電圧Vgを連続サンプリングして制御端子411の電圧変化を算出する。   FIG. 4 is a flowchart showing the switching element state determination executed by the switching element state determination unit 203. When the element on signal sig_swon = 1 is input to the switching element state determination means 203, this flowchart is entered, and the voltage Vg of the control terminal 411 is sampled during the element off / on transition period (t1 to t2) shown in FIG. By detecting the control terminal voltage Vg in the vicinity where the voltage increase rate is near 0, the element state can be detected. First, in step S1, the control terminal voltage Vg is continuously sampled to calculate a voltage change at the control terminal 411.

次のステップS2では、制御端子411の電圧変化になる制御端子電圧変化率ΔVg/ΔtがVg上昇期間(素子オンオフ移行期間t1〜t2)におけるΔVg/Δtと比較して大幅に減少したか否かを判断する。制御端子電圧変化率ΔVg/ΔtがVg上昇期間におけるΔVg/Δtと比較して大幅に減少した場合(Yes)、制御端子電圧変化率ΔVg/Δtが0近傍であると判断し、次のステップS3へ進む。これに対し大幅に減少していない場合(No)、上記ステップS1へ戻り制御端子電圧Vgの連続サンプリングを続行する。   In the next step S2, whether or not the control terminal voltage change rate ΔVg / Δt, which is the voltage change of the control terminal 411, is significantly reduced compared to ΔVg / Δt in the Vg rising period (element on / off transition period t1 to t2). Judging. If the control terminal voltage change rate ΔVg / Δt is significantly reduced compared to ΔVg / Δt during the Vg increase period (Yes), it is determined that the control terminal voltage change rate ΔVg / Δt is close to 0, and the next step S3 Proceed to On the other hand, if not significantly decreased (No), the process returns to step S1 to continue the continuous sampling of the control terminal voltage Vg.

ステップS3では、直前にサンプリングした制御端子電圧Vgを上述した図3に示すミラー効果電圧Vmとする。
次のステップS4では、ミラー効果電圧Vmが素子異常判定値Vj未満であるか否かを判断する。素子異常判定値Vj以上である場合(No)、スイッチング素子41は正常に動作可能な温度範囲にあると判断してステップS5へ進む。ステップS5では、スイッチング素子41が正常範囲であるとし判断結果sig_result=0(素子正常)をPWM駆動信号生成手段201へ出力する。そして本フローを抜ける。PWM駆動信号生成手段201は、通常のパルス幅変調制御に係るパルス動作指令sig_PWMを出力する。これは図5にIで示す波形である。
In step S3, the control terminal voltage Vg sampled immediately before is set as the mirror effect voltage Vm shown in FIG.
In the next step S4, it is determined whether or not the mirror effect voltage Vm is less than the element abnormality determination value Vj. If the element abnormality determination value Vj is equal to or greater than (No), it is determined that the switching element 41 is in a temperature range in which it can operate normally, and the process proceeds to step S5. In step S <b> 5, it is assumed that the switching element 41 is in the normal range, and the determination result sig_result = 0 (element normal) is output to the PWM drive signal generation unit 201. And this flow is exited. The PWM drive signal generation unit 201 outputs a pulse operation command sig_PWM related to normal pulse width modulation control. This is the waveform indicated by I in FIG.

これに対し素子異常判定値Vj未満である場合(Yes)、スイッチング素子41が正常に動作することができないほど高温であり、異常範囲にあると判断してステップS6へ進む。ステップS6では、判断結果sig_result=1(素子異常)をPWM駆動信号生成手段201へ出力する。そして本フローを抜ける。PWM駆動信号生成手段201は、スイッチング素子保護モードに入り、図5にIIで示す波形のパルス動作指令sig_PWMを出力する。この素子オン期間IIは、通常の素子オン期間Iよりも短いことから、スイッチング素子41〜46の温度上昇を回避して、これらを保護する。   On the other hand, if it is less than the element abnormality determination value Vj (Yes), it is determined that the switching element 41 is so hot that it cannot operate normally and is in the abnormal range, and the process proceeds to step S6. In step S 6, the determination result sig_result = 1 (element abnormality) is output to the PWM drive signal generation means 201. And this flow is exited. The PWM drive signal generation unit 201 enters the switching element protection mode and outputs a pulse operation command sig_PWM having a waveform indicated by II in FIG. Since the element on period II is shorter than the normal element on period I, the temperature rise of the switching elements 41 to 46 is avoided to protect them.

上述した本実施例によれば、制御端子411の電圧変化率ΔVg/Δtが0近傍となる時の制御端子411の電圧値に基づきスイッチング素子41の状態を判断することから、PWM制御によるパルス状電圧の生成に影響を与えることなく、スイッチング素子温度を正確に把握することが可能になる。またアームのスイッチング素子状態の測定のために逆アームのスイッチング素子をオンオフする必要も無くなり、スイッチング損失を低減することが可能となる。   According to the above-described embodiment, the state of the switching element 41 is determined based on the voltage value of the control terminal 411 when the voltage change rate ΔVg / Δt of the control terminal 411 is close to 0. It is possible to accurately grasp the switching element temperature without affecting the voltage generation. Further, it is not necessary to turn on or off the switching element of the reverse arm for measuring the switching element state of the arm, and the switching loss can be reduced.

また上述した本実施例によれば、スイッチング素子状態判断手段203により判断したスイッチング素子41〜46の状態が正常範囲から外れた場合(sig_result=1)に、スイッチング素子動作手段20のPWM駆動信号生成手段201は、次回のオフからオンへ動作時以降で、スイッチング素子保護モードに移行することから(図5のII)、スイッチング素子41〜46を有効に保護することができる。   Further, according to the above-described embodiment, when the state of the switching elements 41 to 46 determined by the switching element state determination unit 203 is out of the normal range (sig_result = 1), the PWM drive signal generation of the switching element operation unit 20 is performed. Since the means 201 shifts to the switching element protection mode after the next operation from OFF to ON (II in FIG. 5), the switching elements 41 to 46 can be effectively protected.

本実施例の変形例として、PWM駆動信号生成手段201は図6や図7の図に示す波形のパルス動作指令sig_PWMを出力してもよい。これは、オン動作しない程度の弱いスイッチング素子状態判断指令Iと、該Iと連続するオン動作指令IIからなる。なお、スイッチン素子状態の判断が終了次第、指令Iから指令IIへの切り替えを即時実施する。これにより、スイッチン素子状態の判断に要する時間的な損失を問題とならない程度に小さく抑えることができる。   As a modification of the present embodiment, the PWM drive signal generation unit 201 may output a pulse operation command sig_PWM having a waveform shown in FIGS. 6 and 7. This consists of a switching element state determination command I that is weak enough not to turn on, and an on operation command II that is continuous with the I. As soon as the determination of the switched element state is completed, switching from the command I to the command II is immediately performed. Thereby, the time loss required for the determination of the switch-on element state can be suppressed to a level that does not cause a problem.

これら指令Iおよび指令IIからなるパルス動作指令sig_PWMに連動したゲート信号を出力するスイッチング素子駆動回路202も、ゲート信号がオフからオンに切り替わってオン動作ゲート信号を出力することに先立ち、該オン動作ゲート信号と連続するスイッチング素子状態判断ゲート信号を制御端子411に出力する。これによりスイッチング素子41〜46は、図5に示すようなオフおよびオン間の瞬時の移行ではなく、オフ状態からオン状態へ徐々に移行する。   The switching element drive circuit 202 that outputs a gate signal linked to the pulse operation command sig_PWM composed of the command I and the command II also performs the ON operation before the gate signal is switched from OFF to ON and the ON operation gate signal is output. A switching element state determination gate signal continuous with the gate signal is output to the control terminal 411. As a result, the switching elements 41 to 46 gradually shift from the off state to the on state rather than the instantaneous transition between off and on as shown in FIG.

図7に示すスイッチング素子状態判断指令Iに対応するスイッチング素子状態判断ゲート信号は、図3で前述した素子オンオフ期間t1〜t2における制御端子411のミラー効果電圧Vmに略等しい。これにより、このスイッチング素子状態判断ゲート信号による制御端子411の電圧変化に基づきスイッチング素子41〜46の状態を判断することができる。   The switching element state determination gate signal corresponding to the switching element state determination command I shown in FIG. 7 is substantially equal to the mirror effect voltage Vm of the control terminal 411 in the element on / off periods t1 to t2 described above with reference to FIG. Thereby, the states of the switching elements 41 to 46 can be determined based on the voltage change of the control terminal 411 by the switching element state determination gate signal.

図6、図7に示した、スイッチング素子状態判断指令Iによれば、ミラー効果電圧が素子異常判定値Vj未満となる場合、速やかに指令IIへの切り替えを中止できるので、スイッチング素子の保護機能を高めることができる。
上述したスイッチング素子状態判断ゲート信号によるスイッチング素子41〜46の状態判断は、素子オン期間が素子オフ期間よりも短い電力変換装置の小出力時に有用であり、大出力時は図5に示すスイッチング素子保護モードを利用すると良い。
According to the switching element state determination command I shown in FIGS. 6 and 7, when the mirror effect voltage becomes less than the element abnormality determination value Vj, the switching to the command II can be quickly stopped. Can be increased.
The above-described state determination of the switching elements 41 to 46 by the switching element state determination gate signal is useful when the power conversion device has a short output period shorter than the element off period, and the switching element shown in FIG. Use protected mode.

なお、スイッチング素子状態判断ゲート信号により制御端子411に流れる電流変化または電流値に基づきスイッチング素子41〜46の状態を判断してもよい。制御端子411に流れる電流Igについては後述する。   Note that the states of the switching elements 41 to 46 may be determined based on a change in current flowing through the control terminal 411 or a current value based on the switching element state determination gate signal. The current Ig flowing through the control terminal 411 will be described later.

上述した変形例によれば、素子状態判断に要する制御端子電圧サンプリング速度を抑えることが可能になる。特に小出力時での素子状態判断手段203への過大な負荷を防ぐことが可能となる。このためスイッチング素子動作手段20の熱対策が容易となる。また大出力時では図6,図7に連動する素子状態判断ゲート信号を用いず、図3で前述したオフオン即時切り替え動作での状態判断を用いることで、スイッチング素子41〜46の負担が大となる大出力時でのスイッチング素子状態を正確に判断することが可能となる。   According to the above-described modification, it is possible to suppress the control terminal voltage sampling rate required for element state determination. In particular, it is possible to prevent an excessive load on the element state determination means 203 at the time of a small output. For this reason, the thermal countermeasure of the switching element operating means 20 becomes easy. Further, when the output is large, the element state determination gate signal interlocked with FIGS. 6 and 7 is not used, and the state determination in the off-on immediate switching operation described above with reference to FIG. It becomes possible to accurately determine the state of the switching element at the time of large output.

次に、本発明の第2実施例になる電力変換装置について説明する。この第2実施例の基本構成は、前述した図1および図2と同様である。   Next, the power converter device which becomes 2nd Example of this invention is demonstrated. The basic configuration of the second embodiment is the same as that shown in FIGS.

図8は、第2実施例のスイッチング素子状態判断手段203が実行するスイッチング素子状態判断を示すフローチャートである。素子オン信号sig_swon = 1がスイッチング素子状態判断手段203に入力されるとこのフローチャートに入り、まずステップS21では、タイマTtimerのカウントダウンを開始する。   FIG. 8 is a flowchart showing the switching element state determination executed by the switching element state determination unit 203 of the second embodiment. When the element ON signal sig_swon = 1 is input to the switching element state determination means 203, this flowchart is entered. First, in step S21, the timer Ttimer starts to count down.

次のステップS22では、タイマTtimerが所定時間Tsに達したか否かを判断する。未だ達していなければ(No)、素子オン信号sig_swon=1出力後所定時間Tsが経過するまでタイマTtimerのカウントダウンを続行する。そして素子オン信号sig_swon=1を出力した後の経過時間が所定時間Tsに達すると(Yes)、ステップS23へ進む。   In the next step S22, it is determined whether or not the timer Ttimer has reached a predetermined time Ts. If not reached yet (No), the timer Ttimer continues to count down until a predetermined time Ts elapses after the element on signal sig_swon = 1 is output. When the elapsed time after outputting the element ON signal sig_swon = 1 reaches the predetermined time Ts (Yes), the process proceeds to step S23.

ステップS23では、素子オン信号sig_swon=1出力後所定時間Tsが経過したときの制御端子電圧Vgをサンプリングして、このVgをミラー効果電圧Vmとする。そして図4で前述したステップS4以降に進む。   In step S23, the control terminal voltage Vg is sampled when a predetermined time Ts elapses after the element on signal sig_swon = 1 is output, and this Vg is set as the mirror effect voltage Vm. And it progresses after step S4 mentioned above in FIG.

本実施例によれば図8の制御フローに示すように、スイッチング素子状態判断手段203は、ゲート信号がオフからオンに切り替わった瞬時t1からの経過時間Ttimerを求め、経過時間Ttimerが電圧変化0近傍の期間Mに要する所定時間Tsに達した時の制御端子電圧値Vgを検出し、この制御端子電圧値Vgをミラー効果電圧Vmとしてスイッチング素子41の状態を判断することから、以下の効果が得られる。
つまり三相交流モータ30の負荷特性が明確である等、制御端子電圧Vgの立ち上がりに要する時間や、これに続く制御端子電圧増加率が0近傍となる期間が予めわかっている場合には、予め制御端子電圧立ち上がり所要時間を算出ないし記憶しておき、これを所定時間Tsとすることで、最適な制御端子取得タイミングを得ることができる。
また、スイッチング素子41〜46がオフからオンへ切り替わった後所定時間Ts後の制御端子電圧を検出することで、過剰な電圧サンプリングを避け、素子状態検知に必要となるシステムを簡素化できる。
According to the present embodiment, as shown in the control flow of FIG. 8, the switching element state determination unit 203 obtains the elapsed time Ttimer from the instant t1 when the gate signal is switched from OFF to ON, and the elapsed time Ttimer has a voltage change of 0. Since the control terminal voltage value Vg when the predetermined time Ts required for the neighboring period M has been reached is detected and the state of the switching element 41 is determined using the control terminal voltage value Vg as the mirror effect voltage Vm, the following effects are obtained. can get.
In other words, when the load characteristic of the three-phase AC motor 30 is clear or the like, the time required for the control terminal voltage Vg to rise and the subsequent period during which the control terminal voltage increase rate is close to 0 are known in advance. An optimal control terminal acquisition timing can be obtained by calculating or storing the control terminal voltage rise time and setting it as the predetermined time Ts.
Further, by detecting the control terminal voltage after a predetermined time Ts after the switching elements 41 to 46 are switched from OFF to ON, it is possible to avoid excessive voltage sampling and simplify the system required for element state detection.

次に、本発明の第3実施例になる電力変換装置について説明する。この実施例では、第1実施例における制御端子電圧変化率0近傍の制御端子電圧取得タイミングを、制御端子電流を用いて決定する。この第3実施例の基本構成は、前述した図1と同様である。   Next, the power converter device which becomes 3rd Example of this invention is demonstrated. In this embodiment, the control terminal voltage acquisition timing near the control terminal voltage change rate 0 in the first embodiment is determined using the control terminal current. The basic configuration of the third embodiment is the same as that shown in FIG.

図9はスイッチング素子動作手段20の機能ブロック図である。スイッチング素子動作手段20はスイッチング素子41〜46に共通であることから、説明の重複を避けるため図にはスイッチング素子41〜46のうち1個のスイッチング素子41のみにつき代表して示す。 FIG. 9 is a functional block diagram of the switching element operating means 20. Since the switching element operating means 20 is common to the switching element 41 to 46, in FIG. 9 to avoid duplicate description representatively shown per only one switching element 41 of the switching elements 41 to 46.

スイッチング素子動作手段20は、図2で前述したPWM駆動信号生成手段201と、スイッチング素子駆動回路202と、スイッチング素子状態判断手段203を具える。さらにスイッチング素子動作手段20は、制御端子411を流れる電流を検出してVg取得タイミングを決定する機能を有した、素子制御端子電流検出・判断手段204を具える。   The switching element operation means 20 includes the PWM drive signal generation means 201, the switching element drive circuit 202, and the switching element state determination means 203 described above with reference to FIG. Further, the switching element operating unit 20 includes an element control terminal current detecting / determining unit 204 having a function of detecting the current flowing through the control terminal 411 and determining the Vg acquisition timing.

素子駆動回路202と素子41の制御端子411とを抵抗素子412を介して接続する。素子制御端子電流検出・判断手段204は抵抗素子412に発生する電圧降下を取得することで、素子制御端子電流値を算出する構成とする。この抵抗素子412はスイッチング素子オンオフ速度を調整するものとして一般的に用いられており、特にゲート抵抗の名称で知られている。このため抵抗素子412は本構成を実現するために新たに追加する構成部品ではない。   The element driving circuit 202 and the control terminal 411 of the element 41 are connected via the resistance element 412. The element control terminal current detection / determination means 204 is configured to calculate the element control terminal current value by acquiring a voltage drop generated in the resistance element 412. This resistance element 412 is generally used to adjust the switching element on / off speed, and is particularly known by the name of gate resistance. For this reason, the resistance element 412 is not a component newly added in order to implement | achieve this structure.

素子制御端子電流検出・判断手段204は、抵抗素子412の両端と電気的に接続し、制御端子電流Igを検出する。そして検出/非検出指令sig_searchを、PWM駆動信号生成手段201に出力する。   The element control terminal current detection / determination means 204 is electrically connected to both ends of the resistance element 412, and detects the control terminal current Ig. Then, the detection / non-detection command sig_search is output to the PWM drive signal generation unit 201.

図10は、実際のスイッチング素子制御端子411の電流変化および電圧変化を示したものである。図10に示すように、瞬時t1で素子オン指令sig_swon = 1を出力してから、続く瞬時t2でスイッチング素子がフルオンとなるまでの素子オフオン移行期間で、制御端子電圧変化率が0近傍となる付近において、制御端子電流Igは急増加して立ち上がり、続けて急減少して立ち下がることから、顕著な変化を示す。   FIG. 10 shows the actual current change and voltage change of the switching element control terminal 411. As shown in FIG. 10, the control terminal voltage change rate becomes close to 0 in the element off-on transition period from the output of the element on command sig_swon = 1 at the instant t1 until the switching element is fully turned on at the subsequent instant t2. In the vicinity, the control terminal current Ig rapidly increases and rises, and then suddenly decreases and falls, thus showing a remarkable change.

そこで図10中、素子オフオン移行期間で、電流変化率が負になる立ち下がり期間において制御端子電流Igが制御端子電圧検出用判定電流値Ijとが同一となった時点での制御端子電圧Vgを検出することで、図10中、期間Mでの制御端子電圧Vmを確実に検知することが可能となる。   Therefore, in FIG. 10, the control terminal voltage Vg at the time when the control terminal current Ig becomes equal to the control terminal voltage detection determination current value Ij in the falling period in which the current change rate is negative in the element off-on transition period. By detecting it, it becomes possible to reliably detect the control terminal voltage Vm in the period M in FIG.

図11はスイッチング素子状態判断手段203が素子制御端子電流検出・判断手段204と協働して実行するスイッチング素子状態判断を示すフローチャートである。素子オン信号sig_swon = 1が素子制御端子電流検出・判断手段204に入力されるとこのフローチャートに入り、まずステップS31では、制御端子電圧を取得しないsig_search=0の非検出指令と、スイッチング素子は正常であるsig_result=0の検出結果とを出力する。   FIG. 11 is a flowchart showing switching element state determination executed by the switching element state determination unit 203 in cooperation with the element control terminal current detection / determination unit 204. When the element ON signal sig_swon = 1 is input to the element control terminal current detection / determination means 204, this flow chart is entered. First, in step S31, the non-detection command of sig_search = 0 that does not acquire the control terminal voltage and the switching element is normal. And a detection result of sig_result = 0 is output.

次のステップS32では、制御端子電流Igをサンプリングし、制御端子電流Igが制御端子電流検出開始値Isに達したか否かを監視する。未だ達していない場合(No)、制御端子電流検出開始値Isに達するまで上記ステップS32の監視を続行する。そして制御端子電流検出開始値Isに達すると(Yes)、ステップS33へ進む。なお上記ステップS32でIs以上ではなく、Isを超えたか否かを監視してもよい。この様子については図10を参照されたい。   In the next step S32, the control terminal current Ig is sampled to monitor whether or not the control terminal current Ig has reached the control terminal current detection start value Is. If not reached yet (No), the monitoring in step S32 is continued until the control terminal current detection start value Is is reached. When the control terminal current detection start value Is is reached (Yes), the process proceeds to step S33. In step S32, it may be monitored whether or not Is is exceeded, and whether or not Is is exceeded. Refer to FIG. 10 for this state.

ステップS33では、制御端子電流Igをサンプリングし、この制御端子電流Igが制御端子電圧検出用電流値Ij以下になったか否かを監視する。未だ以下になっていない場合(No)、制御端子電圧検出用電流値Ij以下になるまで上記ステップS33の監視を続行する。そして制御端子電圧検出用電流値Ij以下になると(Yes)、ステップS34へ進む。なお上記ステップS33でIj以下ではなく、Ij未満になったか否かを監視してもよい。この様子については図10を参照されたい。   In step S33, the control terminal current Ig is sampled, and it is monitored whether or not the control terminal current Ig is equal to or less than the control terminal voltage detection current value Ij. If not yet below (No), the monitoring in step S33 is continued until the control terminal voltage detection current value Ij or less. When the current value is equal to or less than the control terminal voltage detection current value Ij (Yes), the process proceeds to step S34. In step S33, it may be monitored whether it is less than Ij and less than Ij. Refer to FIG. 10 for this state.

ステップS34では、制御端子電圧を取得するようsig_search=1の検出指令をスイッチング素子状態判断手段203へ出力する。次のステップS35では、検出指令sig_search=1出力時の制御端子電圧Vgをサンプリングして、このVgをミラー効果電圧Vmとする。そして図4で前述したステップS4以降に進む。   In step S34, a detection command of sig_search = 1 is output to the switching element state determination unit 203 so as to acquire the control terminal voltage. In the next step S35, the control terminal voltage Vg at the time of detection command sig_search = 1 output is sampled, and this Vg is set as the mirror effect voltage Vm. And it progresses after step S4 mentioned above in FIG.

本実施例によれば、スイッチング素子動作手段20は、制御端子411の電流変化を検出する素子制御端子電流検出・判断手段204を具える。そしてスイッチング素子状態判断手段203は、この電流変化に基づき制御端子411の電圧変化を求める。これにより、正確な制御端子電圧サンプルタイミングsig_search=1を確保し、かつ不要な制御端子電圧サンプリングを避けることが可能となり、素子状態検知に必要となるシステムを簡素化できる。   According to this embodiment, the switching element operating unit 20 includes an element control terminal current detecting / determining unit 204 that detects a current change of the control terminal 411. The switching element state determination unit 203 obtains a voltage change at the control terminal 411 based on the current change. As a result, accurate control terminal voltage sampling timing sig_search = 1 can be secured, unnecessary control terminal voltage sampling can be avoided, and the system required for element state detection can be simplified.

さらに本実施例では、スイッチング素子41〜46の接続端子411とスイッチング素子駆動回路202との接続部に設けてある抵抗素子412を流れる電流の電流変化を検出することから、従来から具わっている抵抗素子412を利用して電圧降下からスイッチング素子41〜46の制御端子電流を算出することができる。したがって、制御端子電流検出のために新たな電流検出手段を設ける必要が無く、かつ従来の電流検出手段では応答できなかった変化率の大きな電流検出も可能となる。   Further, in this embodiment, since a change in current flowing through the resistance element 412 provided at the connection portion between the connection terminal 411 of the switching elements 41 to 46 and the switching element drive circuit 202 is detected, it is conventionally provided. The control terminal current of the switching elements 41 to 46 can be calculated from the voltage drop using the resistance element 412. Therefore, it is not necessary to provide a new current detection means for detecting the control terminal current, and it is possible to detect a current having a large change rate that cannot be responded by the conventional current detection means.

さらに本実施例では図11の制御フローに示すように、素子制御端子電流検出・判断手段204が制御端子411の電流値Igを検出し、スイッチング素子状態判断手段203が、Igの電流変化率が負になる立ち下がり期間における電流値Igが所定値Ij以下になった時の制御端子411の電圧値Vgに基づきスイッチング素子41〜46の状態を判断する。すなわち、スイッチング素子41〜46がオフからオン状態へ移行する際の電流立ち下がり期間における所定値Ij以下となった場合に制御端子電圧Vgを検出し(ステップS34)、スイッチング素子状態を検知することで、スイッチング素子状態判断に最適な制御端子電圧Vmを確実に検出することが可能となる。   Furthermore, in this embodiment, as shown in the control flow of FIG. 11, the element control terminal current detection / determination means 204 detects the current value Ig of the control terminal 411, and the switching element state determination means 203 determines that the current change rate of Ig is The state of the switching elements 41 to 46 is determined based on the voltage value Vg of the control terminal 411 when the current value Ig in the negative falling period becomes equal to or less than the predetermined value Ij. That is, the control terminal voltage Vg is detected when the switching elements 41 to 46 are equal to or less than the predetermined value Ij in the current falling period when the switching elements 41 to 46 are switched from the off state to the on state (step S34), and the switching element state is detected. As a result, it is possible to reliably detect the control terminal voltage Vm that is optimal for determining the switching element state.

次に、本発明の第4実施例になる電力変換装置について説明する。この実施例では、第3実施例における制御端子電流の変化に基づく制御端子電圧Vg取得タイミングを、Ig・Ij比較による決定から、Ig変化率を参照することにより決定する。これに伴い、第4実施例では、第3実施例における素子状態判断手段203および素子制御端子電流検出・判断手段204の動作フローチャートを示す図11を、図12のように変更する。この第4実施例の基本構成は、前述した図1および図9と同様である。   Next, a power converter according to a fourth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the control terminal voltage Vg acquisition timing based on the change of the control terminal current in the third embodiment is determined by referring to the Ig change rate from the determination based on the Ig / Ij comparison. Accordingly, in the fourth embodiment, FIG. 11 showing the operation flowchart of the element state determination means 203 and the element control terminal current detection / determination means 204 in the third embodiment is changed as shown in FIG. The basic configuration of the fourth embodiment is the same as that shown in FIGS.

素子オン信号sig_swon = 1が素子制御端子電流検出・判断手段204に入力されると図12に示すフローチャートに入る。まずステップS41では、制御端子電圧を取得しないsig_search=0の非検出指令と、スイッチング素子は正常であるsig_result=0の検出結果とを出力する。   When the element ON signal sig_swon = 1 is input to the element control terminal current detection / determination means 204, the flowchart shown in FIG. 12 is entered. First, in step S41, a non-detection command of sig_search = 0 that does not acquire the control terminal voltage and a detection result of sig_result = 0 in which the switching element is normal are output.

次のステップS42では、制御端子電流Igを連続サンプリングし、時間当たりの電流変化率ΔIg/Δtを算出する。   In the next step S42, the control terminal current Ig is continuously sampled to calculate the current change rate ΔIg / Δt per time.

電流変化率ΔIg/Δtは図10に示したとおりsig_swon=1直後から急増加して立ち上がり、その後急減少に転じて立ち下がる。
次のステップS43では、電流変化率ΔIg/Δtが減少に転じた後、ΔIg/Δtが立ち下がり期間でのΔIg/Δtと比較して大幅に小さくなった時点、つまり減少が緩やかになった時点N、を制御端子電圧Vg検出に最適なタイミングと判断する。また、電流変化率に変化率の小さくなったことを識別するしきい値を設定しても良い。
次のステップS44では、制御端子電圧を取得するよう検出指令sig_search=1を出力する。
As shown in FIG. 10, the current change rate ΔIg / Δt rapidly increases immediately after sig_swon = 1 and rises, and then suddenly decreases and falls.
In the next step S43, after the current change rate ΔIg / Δt starts to decrease, when ΔIg / Δt becomes significantly smaller than ΔIg / Δt in the falling period, that is, when the decrease becomes moderate. N is determined as the optimum timing for detecting the control terminal voltage Vg. Further, a threshold value for identifying that the rate of change has decreased may be set in the current rate of change.
In the next step S44, a detection command sig_search = 1 is output so as to acquire the control terminal voltage.

次のステップS45では、検出指令sig_search=1出力時の制御端子電圧Vgをサンプリングして、このVgをミラー効果電圧Vmとする。そして図4で前述したステップS4以降に進む。   In the next step S45, the control terminal voltage Vg at the time of detection command sig_search = 1 output is sampled, and this Vg is set as the mirror effect voltage Vm. And it progresses after step S4 mentioned above in FIG.

本実施例によれば図12の制御フローに示すように、スイッチング素子状態判断手段203は、制御端子電流Igが立ち上がりから減少に転じたときの電流変化率ΔIg/Δtを算出し(ステップS42)、電流変化率ΔIg/Δtが電流値の立ち下がり期間における電流変化率よりも大幅に小さくなった時を検知し(ステップS43)、この検知時の前記制御端子の電圧値Vgをミラー効果電圧Vmとしてスイッチング素子の状態を判断する。実際の電流変化および電圧変化を参照すると(図10参照)、立ち下がり期間における電流変化率よりも大幅に小さくなった時点Nで、制御端子電流Igはミラー効果電圧Vmとなるのが理解されよう。
これにより、スイッチング素子4146の製造ばらつき等による制御端子電圧検出における最適タイミングのずれを吸収し、素子状態判断に最適な制御端子電圧Vmを確実に検出することが可能となる。
According to this embodiment, as shown in the control flow of FIG. 12, the switching element state determination unit 203 calculates the current change rate ΔIg / Δt when the control terminal current Ig changes from rising to decreasing (step S42). When the current change rate ΔIg / Δt becomes significantly smaller than the current change rate during the falling period of the current value (step S43), the voltage value Vg of the control terminal at the time of detection is determined as the mirror effect voltage Vm. To determine the state of the switching element. Referring to the actual current change and voltage change (see FIG. 10), it will be understood that the control terminal current Ig becomes the Miller effect voltage Vm at the point N when the current change rate during the falling period becomes significantly smaller. .
As a result, it is possible to absorb the deviation of the optimum timing in the detection of the control terminal voltage due to manufacturing variations of the switching elements 41 to 46 and to reliably detect the optimum control terminal voltage Vm for the element state determination.

次に、本発明の第5実施例になる電力変換装置について説明する。この実施例では、第3実施例におけるVg検出タイミングを、sig_swon=1出力後所定時間が経過した後、制御端子電流を用いて決定する。これに伴い第3実施例におけるスイッチング素子状態判断手段203および素子制御端子電流検出・判断手段204の動作フローを、図11に代えて図13に示すように変更する。この第5実施例の基本構成は、前述した図1および図9と同様である。   Next, a power converter according to a fifth embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the Vg detection timing in the third embodiment is determined using the control terminal current after a predetermined time has elapsed after sig_swon = 1 output. Accordingly, the operation flow of the switching element state determination means 203 and the element control terminal current detection / determination means 204 in the third embodiment is changed as shown in FIG. 13 instead of FIG. The basic configuration of the fifth embodiment is the same as that shown in FIGS.

素子オン信号sig_swon = 1が素子制御端子電流検出・判断手段204に入力されると図13に示すフローチャートに入る。まずステップS51では、制御端子電圧を取得しないsig_search=0の非検出指令と、スイッチング素子は正常であるsig_result=0の検出結果とを出力する。そして、タイマTtimerのカウントダウンを開始する。   When the element ON signal sig_swon = 1 is input to the element control terminal current detection / determination means 204, the flowchart shown in FIG. 13 is entered. First, in step S51, a non-detection command of sig_search = 0 that does not acquire the control terminal voltage and a detection result of sig_result = 0 in which the switching element is normal are output. Then, the timer Ttimer starts to count down.

次のステップS52では、タイマTtimerが所定時間Tsに達したか否かを判断する。未だ達していなければ(No)、素子オン信号sig_swon=1出力後所定時間Tsが経過するまでタイマTtimerのカウントダウンを続行する。そして素子オン信号sig_swon=1を出力した後の経過時間が所定時間Tsに達すると(Yes)、ステップS53へ進む。   In the next step S52, it is determined whether or not the timer Ttimer has reached a predetermined time Ts. If not reached yet (No), the timer Ttimer continues to count down until a predetermined time Ts elapses after the element on signal sig_swon = 1 is output. When the elapsed time after outputting the element ON signal sig_swon = 1 reaches the predetermined time Ts (Yes), the process proceeds to step S53.

ステップS53では、制御端子電流Igをサンプリングし、この制御端子電流Igが制御端子電圧検出用電流値Ij以下になったか否かを監視する。未だIj以下になっていない場合(No)、制御端子電圧検出用電流値Ij以下になるまで上記ステップS53の監視を続行する。そして制御端子電圧検出用電流値Ij以下になると(Yes)、ステップS54へ進む。なお上記ステップS53でIj以下ではなく、Ij未満になったか否かを監視してもよい。この様子については図10を参照されたい。   In step S53, the control terminal current Ig is sampled, and it is monitored whether or not the control terminal current Ig is equal to or less than the control terminal voltage detection current value Ij. If it is not yet lower than Ij (No), the monitoring in step S53 is continued until the current value Ij for detecting the control terminal voltage is lower than Ij. When the current value is equal to or less than the control terminal voltage detection current value Ij (Yes), the process proceeds to step S54. In step S53, it may be monitored whether it is less than Ij and less than Ij. Refer to FIG. 10 for this state.

ステップS54では、制御端子電圧を取得するようsig_search=1の検出指令をスイッチング素子状態判断手段203へ出力する。次のステップS35では、検出指令sig_search=1出力時の制御端子電圧Vgをサンプリングして、このVgをミラー効果電圧Vmとする。そして図4で前述したステップS4以降に進む。   In step S54, a detection command of sig_search = 1 is output to the switching element state determination unit 203 so as to acquire the control terminal voltage. In the next step S35, the control terminal voltage Vg at the time of detection command sig_search = 1 output is sampled, and this Vg is set as the mirror effect voltage Vm. And it progresses after step S4 mentioned above in FIG.

本実施例によれば図13の制御フローに示すように、素子制御端子電流検出・判断手段204は、ゲート信号がオフからオンに切り替わった瞬時t1からの経過時間Ttimerを求め、経過時間Ttimerが所定時間Tsに達した時からの電流値Igを検出し、この電流値Igが所定値Ij以下の時の制御端子電圧値Vmに基づきスイッチング素子の状態を判断する。したがって不要な電流値サンプリングを解消することが可能となり、かつスイッチング素子41〜46の状態判断に必要となる制御端子電圧Vgの確実な検知が可能となる。   According to the present embodiment, as shown in the control flow of FIG. 13, the element control terminal current detection / determination means 204 obtains an elapsed time Ttimer from the instant t1 when the gate signal is switched from OFF to ON, and the elapsed time Ttimer is The current value Ig from when the predetermined time Ts is reached is detected, and the state of the switching element is determined based on the control terminal voltage value Vm when the current value Ig is equal to or less than the predetermined value Ij. Therefore, unnecessary current value sampling can be eliminated, and the control terminal voltage Vg necessary for determining the state of the switching elements 41 to 46 can be reliably detected.

なお、上述したのはあくまでも本発明の実施例であり、本発明はその主旨に逸脱しない範囲において種々変更が加えられうるものである。   The above are only examples of the present invention, and the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention.

図1は本発明の第1実施例になる電力変換装置、電圧源および負荷の全体概略を示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an overall outline of a power converter, a voltage source, and a load according to a first embodiment of the present invention. 同実施例の素子駆動回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the element drive circuit of the same Example. スイッチング素子制御端子の実際の電圧変化を示した経時変化図である。It is a time-dependent change figure which showed the actual voltage change of the switching element control terminal. 同実施例のスイッチング素子状態判断の制御フローを示す。The control flow of switching element state judgment of the same Example is shown. 同実施例のパルス動作指令を波形で示す図である。It is a figure which shows the pulse operation command of the Example by a waveform. 同実施例の変形例になるパルス動作指令を波形で示す図である。It is a figure which shows the pulse operation command used as the modification of the Example with a waveform. 同実施例の変形例になるパルス動作指令を波形で示す図である。It is a figure which shows the pulse operation command used as the modification of the Example with a waveform. 第2実施例になるスイッチング素子状態判断の制御フローを示す。The control flow of switching element state judgment which becomes a 2nd example is shown. 第3実施例の素子駆動回路の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the element drive circuit of 3rd Example. スイッチング素子制御端子の実際の電圧変化を示した経時変化図である。It is a time-dependent change figure which showed the actual voltage change of the switching element control terminal. 同実施例のスイッチング素子状態判断の制御フローを示す。The control flow of switching element state judgment of the same Example is shown. 第4実施例になるスイッチング素子状態判断の制御フローを示す。The control flow of switching element state judgment which becomes a 4th example is shown. 第5実施例になるスイッチング素子状態判断の制御フローを示す。The control flow of the switching element state judgment which becomes 5th Example is shown.

符号の説明Explanation of symbols

10 電圧源
20 スイッチング素子動作手段
30 モータ(負荷)
41 42 43 44 45 46 スイッチング素子
201 PWM駆動信号生成手段
202 スイッチング素子駆動回路
203 スイッチング素子状態判断手段
204 素子制御端子電流検出・判断手段
411 制御端子
412 抵抗素子
10 Voltage source 20 Switching element operating means 30 Motor (load)
41 42 43 44 45 46 Switching element 201 PWM drive signal generation means 202 Switching element drive circuit 203 Switching element state determination means 204 Element control terminal current detection / determination means 411 Control terminal 412 Resistance element

Claims (8)

電圧源と負荷とを電気的に接続するスイッチング素子と、該スイッチング素子にオンオフ動作のためのゲート信号を与えるスイッチング素子動作手段とを具え、前記スイッチング素子をオンオフしてパルス状電圧を生成することにより前記電圧源から前記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
前記スイッチング素子動作手段は、スイッチング素子の制御端子に前記ゲート信号を出力するスイッチング素子駆動回路と、
スイッチング素子がオフからオンへ動作してパルス状電圧を生成する際の前記制御端子の電圧平行期間の電圧の大小に基づきスイッチング素子の状態を判断するスイッチング素子状態判断手段を具え、
前記スイッチング素子駆動回路は、前記ゲート信号がオフからオンに切り替わってオン動作ゲート信号を出力することに先立ち、該オン動作ゲート信号と連続するスイッチング素子状態判断ゲート信号を出力し、
前記スイッチング素子状態判断手段は、
スイッチング素子状態判断ゲート信号による前記制御端子の電圧変化または電流変化に基づきスイッチング素子の状態を判断し、
前記スイッチング素子状態判断手段により判断したスイッチング素子の状態が正常範囲から外れた場合に、前記スイッチング素子動作手段は、次回のオフからオンへ動作時以降で、スイッチング素子保護モードに移行し、通常の前記スイッチング素子のオン期間より短いオン期間のパルス動作指令を前記スイッチング素子駆動回路に出力する
ことを特徴とする電力変換装置。
A switching element for electrically connecting a voltage source and a load; and a switching element operating means for supplying a gate signal for on / off operation to the switching element, and generating a pulsed voltage by turning on and off the switching element. In the power converter for supplying power from the voltage source to the load by
The switching element operating means includes a switching element driving circuit that outputs the gate signal to a control terminal of the switching element;
Switching elements example immediately a switching element state determining means for determining the state of the switching element based on the magnitude of the voltage of the voltage parallel period of the control terminal in generating the pulse voltage operating from OFF to ON,
The switching element driving circuit outputs a switching element state determination gate signal continuous with the on operation gate signal before the gate signal is switched from off to on and outputs the on operation gate signal.
The switching element state determination means includes
Determine the state of the switching element based on the voltage change or current change of the control terminal by the switching element state determination gate signal,
When the state of the switching element determined by the switching element state determination means is out of the normal range, the switching element operation means shifts to the switching element protection mode after the next operation from OFF to ON, The power conversion apparatus according to claim 1, wherein a pulse operation command having an on period shorter than an on period of the switching element is output to the switching element driving circuit .
請求項1に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子状態判断手段は、前記制御端子の電圧変化率が0近傍となる時の制御端子電圧値に基づきスイッチング素子の状態を判断することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 1,
The switching element state determining means determines the state of the switching element based on a control terminal voltage value when the voltage change rate of the control terminal is close to zero.
請求項2に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子状態判断手段は、前記ゲート信号がオフからオンに切り替わった時からの経過時間を求め、該経過時間が所定時間に達した時の制御端子電圧値を検出し、該制御端子電圧値に基づきスイッチング素子の状態を判断することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 2,
The switching element state determining means obtains an elapsed time from when the gate signal is switched from off to on, detects a control terminal voltage value when the elapsed time reaches a predetermined time, and controls the control terminal voltage value The state of a switching element is judged based on this, The power converter device characterized by the above-mentioned.
請求項1または2に記載の電力変換装置において、
前記スイッチング素子動作手段は、前記制御端子の電流変化を検出する素子制御端子電流検出・判断手段を具え、
前記スイッチング素子状態判断手段は、前記電流変化に基づき前記制御端子の電圧変化を求めることを特徴とする電力変換装置。
In the power converter device according to claim 1 or 2,
The switching element operation means comprises element control terminal current detection / determination means for detecting a current change of the control terminal,
The switching element state determining means obtains a voltage change of the control terminal based on the current change.
前記制御端子と前記スイッチング素子駆動回路との接続部に抵抗素子を設けた請求項4に記載の電力変換装置において、
前記素子制御端子電流検出・判断手段は、前記抵抗素子を流れる電流の電流変化を検出することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 4, wherein a resistance element is provided at a connection portion between the control terminal and the switching element drive circuit.
The element control terminal current detection / determination means detects a current change of a current flowing through the resistance element.
請求項4または5に記載の電力変換装置において、
前記素子制御端子電流検出・判断手段は前記制御端子の電流値を検出し、
前記スイッチング素子状態判断手段は、電流値の電流変化率が負になる立ち下がり期間における電流値が所定値以下になった時の前記制御端子の電圧変化に基づきスイッチング素子の状態を判断することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 4 or 5,
The element control terminal current detection / determination means detects a current value of the control terminal,
The switching element state determining means determines the state of the switching element based on a voltage change of the control terminal when the current value in a falling period in which the current change rate of the current value is negative becomes a predetermined value or less. A power conversion device.
請求項4または5に記載の電力変換装置において、
前記素子制御端子電流検出・判断手段は、前記電流変化が立ち上がりから減少に転じたときの電流変化率を算出し、該電流変化率が電流値の立ち下がり期間における電流変化率よりも大幅に小さくなった時を検知し、
前記スイッチング素子状態判断手段は、該検知時の前記制御端子の電圧変化に基づきスイッチング素子の状態を判断することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 4 or 5,
The element control terminal current detection / judgment means calculates a current change rate when the current change starts to decrease, and the current change rate is significantly smaller than the current change rate during the falling period of the current value. Detect when
The switching element state determining means determines the state of the switching element based on a voltage change of the control terminal at the time of detection.
請求項4または5に記載の電力変換装置において、
前記素子制御端子電流検出・判断手段は、前記ゲート信号がオフからオンに切り替わった時からの経過時間を求め、該経過時間が所定時間に達した時からの前記電流値を検出し、
前記スイッチング素子状態判断手段は、検出した電流値が所定値以下になった時の前記制御端子の電圧変化に基づきスイッチング素子の状態を判断することを特徴とする電力変換装置。
The power conversion device according to claim 4 or 5,
The element control terminal current detection / judgment means obtains an elapsed time from when the gate signal is switched from OFF to ON, detects the current value from when the elapsed time reaches a predetermined time,
The switching element state determining means determines the state of the switching element based on a voltage change of the control terminal when the detected current value becomes a predetermined value or less.
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