JP5473399B2 - Overheat protection device - Google Patents

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Description

本発明は、電力変換器に関するものであり、特に、電力変換器に使用される主回路素子の過熱保護を行う過熱保護装置に関するものである。   The present invention relates to a power converter, and more particularly to an overheat protection device that performs overheat protection of a main circuit element used in the power converter.

従来の電力変換器では、インバータの主回路素子や回生抵抗器または負荷等の保護対象の温度をサーミスタ等の温度検出器で検出し、その検出温度が予め設定された温度以上の時に、インバータを停止することにより過負荷保護を行うのが一般的である。ただし、主回路素子等の保護対象と温度検出器との設置状態によっては、熱伝導に時間がかかるため急速な温度上昇に対する過負荷保護を行うことができない場合があるという問題点があった。   In a conventional power converter, the temperature of a protection target such as a main circuit element of the inverter, a regenerative resistor or a load is detected by a temperature detector such as a thermistor, and the inverter is turned on when the detected temperature is equal to or higher than a preset temperature. It is common to perform overload protection by stopping. However, depending on the installation state of the protection target such as the main circuit element and the temperature detector, there is a problem that overload protection against a rapid temperature rise may not be possible because heat conduction takes time.

一方、このような問題を解決する手段として、下記特許文献1に示される従来技術は、温度検出器を用いずに、電流指令や出力電流の積算値が予め設定された閾値を超えた場合にインバータを停止することにより過負荷保護を行うように構成されている。具体的には、負荷電流を検出し、当該負荷電流から主回路素子の電力損失を求め、電力損失の所定時間ごとの積算値を求めると、この積算値が所定時間内の電力損失量を示すことになる。その電力損失量に比例して温度が上昇するから、予め設定した値と比較し、測定積算値が設定値を超えると負荷電流の制限または遮断を行って装置の異常温度上昇を防止する。   On the other hand, as a means for solving such a problem, the conventional technique shown in Patent Document 1 below is used when the integrated value of the current command and the output current exceeds a preset threshold without using a temperature detector. It is configured to perform overload protection by stopping the inverter. Specifically, when the load current is detected, the power loss of the main circuit element is obtained from the load current, and the integrated value of the power loss for each predetermined time is obtained, this integrated value indicates the amount of power loss within the predetermined time. It will be. Since the temperature rises in proportion to the amount of power loss, it is compared with a preset value. When the measured integrated value exceeds the set value, the load current is limited or cut off to prevent an abnormal temperature rise of the apparatus.

特開平05−056557号公報Japanese Patent Laid-Open No. 05-056557

しかしながら、上記特許文献1に示される従来技術は、使用環境(周囲温度)が低い場合、過負荷保護設定が保守的となり、主回路素子の性能を十分に発揮することができないという問題があった。すなわち、電力変換器は、周囲温度によって過負荷特性が変化するものであり、例えば、周囲温度が低い場合に主回路素子へ供給できる電力は、周囲温度が高い場合に主回路素子へ供給できる電力に比して大きくできる。したがって、従来のように周囲温度が高い場合を想定して過負荷保護を設定すると、周囲温度が低い環境下で電力変換器を運転したとき、主回路素子の性能を十分に利用することが出来ない場合があるという課題があった。   However, the prior art disclosed in Patent Document 1 has a problem that when the use environment (ambient temperature) is low, the overload protection setting becomes conservative, and the performance of the main circuit element cannot be fully exhibited. . That is, the power converter changes overload characteristics depending on the ambient temperature. For example, the power that can be supplied to the main circuit element when the ambient temperature is low is the power that can be supplied to the main circuit element when the ambient temperature is high. Can be larger than Therefore, if overload protection is set assuming that the ambient temperature is high as in the past, the performance of the main circuit elements can be fully utilized when the power converter is operated in an environment where the ambient temperature is low. There was a problem that there might not be.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、使用条件に応じた過負荷保護を可能としながら、電力変換器の性能を最大限に利用することが可能な過熱保護装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and provides an overheat protection device capable of maximizing the performance of a power converter while enabling overload protection according to use conditions. Objective.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の半導体スイッチング素子で構成された電力変換器と、前記電力変換器の動作を制御する制御部とを備えた電力変換装置に適用され、前記電力変換器を停止させる過負荷保護信号を前記制御部に出力する過熱保護装置において、前記電力変換器から負荷に供給される電流を検出し負荷電流検出値として出力する電流検出部と、インバータ主回路素子の周囲温度を検出し周囲温度検出値として出力する温度検出部と、前記負荷電流検出値と前記周囲温度検出値とに基づいて、前記インバータ主回路素子のジャンクション温度推定値を演算し、前記ジャンクション温度推定値の高低に応じて前記過負荷保護信号を出力する過負荷保護部と、を備えたことを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a power converter including a power converter composed of a plurality of semiconductor switching elements and a control unit that controls the operation of the power converter. In an overheat protection device that outputs an overload protection signal that stops the power converter to the control unit, current detection that detects a current supplied from the power converter to the load and outputs it as a load current detection value A temperature detection unit that detects an ambient temperature of the inverter main circuit element and outputs the detected temperature as an ambient temperature detection value, and estimates a junction temperature of the inverter main circuit element based on the load current detection value and the ambient temperature detection value An overload protection unit that calculates a value and outputs the overload protection signal according to the level of the estimated junction temperature value.

この発明によれば、負荷電流を検出する負荷電流検出回路とインバータの放熱フィン等の温度を測定する温度検出部とを備え、電力変換器の運転環境に応じて主回路素子のジャンクション温度を推定するようにしたので、ジャンクション温度が閾値を超えた場合には電力変換器の運転を中断するので、使用条件に応じた過負荷保護を可能としながら、電力変換器の性能を最大限に利用することができるという効果を奏する。   According to this invention, the load current detection circuit that detects the load current and the temperature detection unit that measures the temperature of the radiating fin of the inverter, etc. are provided, and the junction temperature of the main circuit element is estimated according to the operating environment of the power converter. Since the operation of the power converter is interrupted when the junction temperature exceeds the threshold value, the maximum performance of the power converter can be used while enabling overload protection according to the usage conditions. There is an effect that can be.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる過熱保護装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the overheat protection device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、主回路素子にて発生した熱が放熱フィンの周囲に移動する状態を説明するための図である。FIG. 2 is a diagram for explaining a state in which heat generated in the main circuit element moves around the radiating fin. 図3は、温度推定部の内部における状態オブザーバを説明するための図である。FIG. 3 is a diagram for explaining a state observer inside the temperature estimation unit. 図4は、電流指令値を入力とする過負荷保護部の構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of an overload protection unit that receives a current command value. 図5は、本発明の実施の形態2にかかる過熱保護装置の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the overheat protection device according to the second embodiment of the present invention.

以下に、本発明にかかる過熱保護装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Embodiments of an overheat protection device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかる過熱保護装置の構成を示す図である。図1に示される電力変換器は、主たる構成としてコンバータ3およびインバータ2を有して構成されている。制御部1は電流指令値9を生成し、インバータ2はモータなどの負荷4に対して、当該電流指令値9に応じた負荷電流を供給する。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a diagram illustrating the configuration of the overheat protection device according to the first embodiment of the present invention. The power converter shown in FIG. 1 includes a converter 3 and an inverter 2 as main components. The control unit 1 generates a current command value 9, and the inverter 2 supplies a load current corresponding to the current command value 9 to a load 4 such as a motor.

負荷電流検出部14は、負荷4に供給される電流を検出し負荷電流検出値10として出力する。温度検出部5は、インバータ主回路素子の放熱フィン付近に設置され、放熱フィンの周囲温度を検出し周囲温度検出値Taとして出力する。過負荷保護部20は、インバータ主回路素子のジャンクション温度を推定する温度推定部6と、比較部であるコンパレータ8とを有して構成されている。上述した負荷電流検出部14、温度検出部5、および過負荷保護部20を過熱保護装置と称する。   The load current detection unit 14 detects the current supplied to the load 4 and outputs it as a load current detection value 10. The temperature detector 5 is installed in the vicinity of the radiation fin of the inverter main circuit element, detects the ambient temperature of the radiation fin, and outputs it as an ambient temperature detection value Ta. The overload protection unit 20 includes a temperature estimation unit 6 that estimates the junction temperature of the inverter main circuit element, and a comparator 8 that is a comparison unit. The load current detection unit 14, the temperature detection unit 5, and the overload protection unit 20 described above are referred to as an overheat protection device.

なお、周囲温度検出値Taは、放熱フィンの周囲温度に限定されず、例えば、インバータ主回路素子の周囲温度を用いてもよい。また、インバータ2と負荷4とを接続する3本の結線の全てに電流検出手段を配置しなくとも、例えばu相とv相の2結線にCTを配置し、W相の結線にはCTを配置せず、W相の相電流iWは演算によって求める構成でもよい。   Note that the ambient temperature detection value Ta is not limited to the ambient temperature of the radiating fin, and for example, the ambient temperature of the inverter main circuit element may be used. Further, even if the current detection means is not arranged in all the three connections connecting the inverter 2 and the load 4, for example, CT is arranged in two connections of the u phase and the v phase, and CT is arranged in the connection of the W phase. The arrangement may be such that the W-phase current iW is obtained by calculation without being arranged.

(過負荷保護部)
以下、過負荷保護部20の動作の概要を説明すると、まず温度推定部6は、負荷電流検出部14にて検出された負荷電流検出値10と温度検出部5からの周囲温度検出値Taとに基づいて、インバータ主回路素子のジャンクション温度推定値(以下単に「推定値」と称する)11を算出する。次に、コンパレータ8は、推定値11と予め設定された過負荷保護設定値(以下単に「設定値」と称する)7を比較し、インバータ主回路素子のチップ温度Tcが設定値7よりも大きい場合、過負荷保護信号12を出力する。制御部1は、過負荷保護部20から出力された過負荷保護信号12に応じてインバータ2を停止し、電力変換器の過負荷保護を行う。
(Overload protection unit)
Hereinafter, the outline of the operation of the overload protection unit 20 will be described. First, the temperature estimation unit 6 calculates the load current detection value 10 detected by the load current detection unit 14 and the ambient temperature detection value Ta from the temperature detection unit 5. Based on the above, a junction temperature estimated value (hereinafter simply referred to as “estimated value”) 11 of the inverter main circuit element is calculated. Next, the comparator 8 compares the estimated value 11 with a preset overload protection set value (hereinafter simply referred to as “set value”) 7, and the chip temperature Tc of the inverter main circuit element is larger than the set value 7. In the case, the overload protection signal 12 is output. The control unit 1 stops the inverter 2 according to the overload protection signal 12 output from the overload protection unit 20 and performs overload protection of the power converter.

図2は、主回路素子にて発生した熱が放熱フィンの周囲に移動する状態を説明するための図であり、図3は、温度推定部の内部における状態オブザーバを説明するための図である。   FIG. 2 is a diagram for explaining a state in which heat generated in the main circuit element moves around the radiating fin, and FIG. 3 is a diagram for explaining a state observer inside the temperature estimation unit. .

図2において、主回路素子である半導体チップ31が発熱すると、チップ温度Tcが上昇するが、半導体チップ31から放熱フィン32に熱量Qcfが移動することによって、半導体チップ31は冷却される。同様に、放熱フィン32から外部に熱量Qfaが移動することで放熱フィン32は冷却される。このように、発熱と熱量の移動との関係から、図1に示される温度推定部6は半導体チップ31の温度の推定を行う。   In FIG. 2, when the semiconductor chip 31 as the main circuit element generates heat, the chip temperature Tc rises, but the semiconductor chip 31 is cooled by the amount of heat Qcf moving from the semiconductor chip 31 to the radiation fin 32. Similarly, the heat radiation fin 32 is cooled by the amount of heat Qfa moving from the heat radiation fin 32 to the outside. Thus, the temperature estimation unit 6 shown in FIG. 1 estimates the temperature of the semiconductor chip 31 from the relationship between the heat generation and the movement of the heat amount.

以下、温度推定部6による演算を詳説する。まず、演算に用いられる記号は下記のように定義される。
Tc:インバータ主回路素子のチップ温度
Tf:放熱フィン温度
Ta:周囲温度検出値
W:単位時間当たりのチップ発熱量
Qcf:半導体チップから放熱フィンへ移動した熱量
Qfa:放熱フィンから周囲に放熱された熱量
Cc:半導体チップの熱容量
Cf:放熱フィンの熱容量
Kcf:半導体チップと放熱フィン間の熱抵抗の逆数に比例する定数
Kfa:放熱フィンと空気間の熱抵抗の逆数に比例する定数
Hereinafter, the calculation by the temperature estimation unit 6 will be described in detail. First, symbols used for the calculation are defined as follows.
Tc: Chip temperature of the inverter main circuit element Tf: Radiation fin temperature Ta: Ambient temperature detection value W: Chip heat generation per unit time Qcf: Heat transferred from the semiconductor chip to the heat dissipation fin Qfa: Heat dissipation from the heat dissipation fin to the surroundings Amount of heat Cc: heat capacity of semiconductor chip Cf: heat capacity of radiating fin Kcf: constant proportional to reciprocal of thermal resistance between semiconductor chip and radiating fin Kfa: constant proportional to reciprocal of thermal resistance between radiating fin and air

半導体チップ31から放熱フィン32に移動する熱量Qcfは、(1)式に示すように両者の温度差に比例する。   The amount of heat Qcf transferred from the semiconductor chip 31 to the radiation fins 32 is proportional to the temperature difference between the two as shown in the equation (1).

Figure 0005473399
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半導体チップ31の温度Tcは、ジャンクションの温度に等しいとする。放熱フィン32から外部に移動する熱量Qfaは、(2)式に示すように両者の温度差に比例する。   It is assumed that the temperature Tc of the semiconductor chip 31 is equal to the junction temperature. The amount of heat Qfa moving to the outside from the radiating fin 32 is proportional to the temperature difference between the two as shown in the equation (2).

Figure 0005473399
Figure 0005473399

半導体チップ31の温度Tcは、(3)式に示すように、半導体チップ31に蓄積されている熱量に比例する。   The temperature Tc of the semiconductor chip 31 is proportional to the amount of heat accumulated in the semiconductor chip 31 as shown in the equation (3).

Figure 0005473399
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単位時間当たりのチップ発熱量Wは(4)式で与えられる。ただし、Rjはジャンクションの抵抗値である。このように、図3に示される損失計算部40は、負荷電流検出値10に基づいて熱損失であるチップ発熱量Wを演算する。   The chip heat generation amount W per unit time is given by equation (4). However, Rj is the resistance value of the junction. As described above, the loss calculation unit 40 shown in FIG. 3 calculates the chip heat generation amount W, which is a heat loss, based on the load current detection value 10.

Figure 0005473399
Figure 0005473399

放熱フィン32の温度Tfは、(5)式に示すように、放熱フィン32に蓄積されている熱量に比例する。   The temperature Tf of the radiating fin 32 is proportional to the amount of heat accumulated in the radiating fin 32 as shown in the equation (5).

Figure 0005473399
Figure 0005473399

(3)式、(5)式を時間で微分して(1)式、(2)式を代入すると、(6)式、(7)式を得る。   When the expressions (3) and (5) are differentiated by time and the expressions (1) and (2) are substituted, the expressions (6) and (7) are obtained.

Figure 0005473399
Figure 0005473399

Figure 0005473399
Figure 0005473399

(6)式、(7)式を、状態変数を[Tc Tf Ta]として状態方程式で書く、(8)、(9)式を得る。   The expressions (6) and (7) are written in the state equation with the state variable as [Tc Tf Ta], and the expressions (8) and (9) are obtained.

Figure 0005473399
Figure 0005473399

Figure 0005473399
Figure 0005473399

(8)式、(9)式を(10)式のように表わす。   Expressions (8) and (9) are expressed as Expression (10).

Figure 0005473399
Figure 0005473399

ただしA,B,C,D,x,yは以下の通りである。図3の上側には(10)式の内容が示されている。   However, A, B, C, D, x, and y are as follows. The content of equation (10) is shown on the upper side of FIG.

Figure 0005473399
Figure 0005473399

また、オブザーバゲインhを用いて状態オブザーバを構築すると、図3の下側に示される状態オブザーバのシステム方程式は(11)式のようになる。ただし、x2は状態推定ベクトル、y1は出力の推定信号である。   Further, when the state observer is constructed using the observer gain h, the system equation of the state observer shown at the lower side of FIG. Here, x2 is a state estimation vector, and y1 is an output estimation signal.

Figure 0005473399
Figure 0005473399

チップ温度推定値Tc1は、状態推定ベクトルx2から(12)式で求められる。(12)式で求められたチップ温度推定値Tc1には、図1に示される周囲温度検出値Taが加算され、ジャンクション温度推定値11としてコンパレータ8に出力される。   The chip temperature estimated value Tc1 is obtained by the equation (12) from the state estimation vector x2. The detected ambient temperature value Ta shown in FIG. 1 is added to the estimated chip temperature value Tc1 obtained by the equation (12), and is output to the comparator 8 as the estimated junction temperature value 11.

Figure 0005473399
Figure 0005473399

このように、図3に示される第1の制御系41は、チップ発熱量Wに基づいてインバータ主回路素子のフィン温度を推定する。第2の制御系42は、第1の制御系41と同等の制御系を有し、インバータ主回路素子のフィン温度を推定し、第1の制御系41が推定したフィン温度と自己が推定したフィン温度との差分値に、オブザーバゲインhを乗じてフィードバックするフィードバック系が組み込まれたオブザーバとして機能する。   As described above, the first control system 41 shown in FIG. 3 estimates the fin temperature of the inverter main circuit element based on the chip heat generation amount W. The second control system 42 has a control system equivalent to the first control system 41, estimates the fin temperature of the inverter main circuit element, and the fin temperature estimated by the first control system 41 and the self estimate. It functions as an observer incorporating a feedback system that feeds back the difference value from the fin temperature by the observer gain h.

図1に示されるコンパレータ8は、温度推定部6から出力された推定値11と設定値7とを比較し、推定値11が設定値7よりも大きな値の場合、過負荷保護信号12を制御部1に出力し、制御部1はインバータ2を停止する。このようにして本実施の形態にかかる過熱保護装置は、電力変換器の過負荷保護を行う。   The comparator 8 shown in FIG. 1 compares the estimated value 11 output from the temperature estimating unit 6 with the set value 7, and controls the overload protection signal 12 when the estimated value 11 is larger than the set value 7. The control unit 1 stops the inverter 2. In this way, the overheat protection device according to the present embodiment performs overload protection of the power converter.

なお、本実施の形態にかかる過熱保護装置は、負荷電流検出値10の代わりに電流指令値9を使用して推定値11を演算する構成であってもよい。図4は、電流指令値9を入力とする過負荷保護部20の構成を示す図である。   The overheat protection device according to the present embodiment may be configured to calculate the estimated value 11 using the current command value 9 instead of the load current detection value 10. FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of the overload protection unit 20 that receives the current command value 9.

図5に示される推定部6は、周囲温度検出値Taと電流指令値9とに基づいて推定値11を出力する。この場合、図3に示された損失計算部40は、母線電流値検出値13に基づいてチップ発熱量Wを演算する。   The estimation unit 6 shown in FIG. 5 outputs an estimated value 11 based on the detected ambient temperature value Ta and the current command value 9. In this case, the loss calculation unit 40 shown in FIG. 3 calculates the chip heat generation amount W based on the detected bus current value 13.

以上に説明したように、本実施の形態にかかる過熱保護装置は、放熱フィン32の周囲温度検出値Taと負荷電流検出値10とを用いてインバータ主回路素子のジャンクション温度を推定するようにしたので、主回路素子の周囲温度が低い環境下で電力変換器を運転したときに、主回路素子の性能を十分に利用することが出来ないということが解消され、電力変換器の性能を最大限に引き出しながら過負荷保護を行うことが可能である。   As described above, the overheat protection device according to the present embodiment estimates the junction temperature of the inverter main circuit element using the ambient temperature detection value Ta and the load current detection value 10 of the radiation fin 32. Therefore, when the power converter is operated in an environment where the ambient temperature of the main circuit element is low, it is solved that the performance of the main circuit element cannot be fully utilized, and the performance of the power converter is maximized. It is possible to perform overload protection while pulling it out.

実施の形態2.
図5は、本発明の実施の形態2にかかる過熱保護装置の構成を示す図である。以下、実施の形態1と同様の部分については、同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ述べる。本実施の形態2にかかる過熱保護装置は、コンバータ主回路素子を保護するために、コンバータ主回路素子の周囲温度を検出するとともに、母線電流値検出値13を使用して過負荷保護信号12を出力するように構成されている。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the configuration of the overheat protection device according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, the same parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different parts are described. In order to protect the converter main circuit element, the overheat protection device according to the second embodiment detects the ambient temperature of the converter main circuit element and uses the bus current value detection value 13 to generate the overload protection signal 12. It is configured to output.

本実施の形態2にかかる過熱保護装置、コンパレータ8および温度推定部6を有する過負荷保護20と、コンバータ3の主回路素子の放熱フィン32付近に設置された温度検出部5とで構成される。   The overheat protection device according to the second embodiment, the overload protection 20 having the comparator 8 and the temperature estimation unit 6, and the temperature detection unit 5 installed in the vicinity of the radiation fin 32 of the main circuit element of the converter 3 are configured. .

温度推定部6は、母線電流検出部15にて検出された母線電流値検出値13と周囲温度検出値Taと基づいて、実施の形態1で説明した演算によりコンバータ主回路素子のジャンクション温度推定値11を算出する。なお、周囲温度検出値Taは、放熱フィンの周囲温度に限定されず、コンバータ主回路素子の周囲温度を用いてもよい。   Based on the bus current value detection value 13 detected by the bus current detection unit 15 and the ambient temperature detection value Ta, the temperature estimation unit 6 calculates the junction temperature estimation value of the converter main circuit element by the calculation described in the first embodiment. 11 is calculated. The ambient temperature detection value Ta is not limited to the ambient temperature of the radiating fins, and the ambient temperature of the converter main circuit element may be used.

図5に示される推定部6は、周囲温度検出値Taと母線電流値検出値13とに基づいて推定値11を出力する。この場合、図3に示された損失計算部40は、母線電流値検出値13に基づいてチップ発熱量Wを演算する。   The estimation unit 6 shown in FIG. 5 outputs an estimated value 11 based on the detected ambient temperature value Ta and the detected bus current value 13. In this case, the loss calculation unit 40 shown in FIG. 3 calculates the chip heat generation amount W based on the detected bus current value 13.

コンパレータ8は、実施の形態1と同様に、推定値11と設定値7とを比較し、推定値11が設定値7よりも大きな値の場合、過負荷保護信号12を制御部1に出力し、制御部1はインバータ2を停止する。このようにして本実施の形態にかかる過熱保護装置は、電力変換器の過負荷保護を行う。   Similarly to the first embodiment, the comparator 8 compares the estimated value 11 with the set value 7, and outputs an overload protection signal 12 to the control unit 1 when the estimated value 11 is larger than the set value 7. The control unit 1 stops the inverter 2. In this way, the overheat protection device according to the present embodiment performs overload protection of the power converter.

以上に説明したように、本実施の形態にかかる過熱保護装置は、コンバータ主回路素子の周囲温度検出値Taと母線電流値検出値13とを用いて、コンバータ主回路素子のジャンクション温度を推定するようにしたので、電力変換器の性能を最大限に引き出しながら過負荷保護を行うことが可能である。   As described above, the overheat protection device according to the present embodiment estimates the junction temperature of the converter main circuit element using the detected ambient temperature value Ta and the bus current value detected value 13 of the converter main circuit element. Thus, overload protection can be performed while maximizing the performance of the power converter.

以上のように、本発明に係る過熱保護装置は、主回路素子の過熱保護を行う過熱保護装置に適用可能であり、特に、様々な温度環境下で使用される電力変換器の性能を、最大限に利用することが可能な発明として有用である。   As described above, the overheat protection device according to the present invention is applicable to an overheat protection device that performs overheat protection of a main circuit element, and in particular, maximizes the performance of a power converter used under various temperature environments. It is useful as an invention that can be utilized to the limit.

1 制御部
2 インバータ
3 コンバータ
4 負荷
5 温度検出部
6 温度推定部
7 過負荷保護設定値
8 コンパレータ(比較部)
9 電流指令値
10 負荷電流検出値
11 ジャンクション温度推定値
12 過負荷保護信号
13 母線電流値検出値
14 負荷電流検出部
15 母線電流検出部
20 過負荷保護部
31 半導体チップ
32 放熱フィン
40 損失計算部
41 第1の制御系
42 第2の制御系
Tc インバータ主回路素子のチップ温度
Tf 放熱フィン温度
Ta 周囲温度検出値
W 単位時間当たりのチップ発熱量
Qcf 半導体チップから放熱フィンへ移動した熱量
Qfa 放熱フィンから周囲に放熱された熱量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Control part 2 Inverter 3 Converter 4 Load 5 Temperature detection part 6 Temperature estimation part 7 Overload protection setting value 8 Comparator (comparison part)
9 Current command value 10 Load current detection value 11 Junction temperature estimation value 12 Overload protection signal 13 Bus current detection value 14 Load current detection unit 15 Bus current detection unit 20 Overload protection unit 31 Semiconductor chip 32 Radiation fin 40 Loss calculation unit 41 1st control system 42 2nd control system Tc Chip temperature of inverter main circuit element Tf Heat dissipation fin temperature Ta Ambient temperature detection value W Chip heat generation per unit time Qcf Heat transfer from semiconductor chip to heat dissipation fin Qfa Heat dissipation fin Of heat radiated from

Claims (3)

複数の半導体スイッチング素子で構成された電力変換器と、前記電力変換器の動作を制御する制御部とを備えた電力変換装置に適用され、前記電力変換器を停止させる過負荷保護信号を前記制御部に出力する過負荷保護部を有する過熱保護装置において、
前記過負荷保護部は、
前記電力変換器から負荷に供給される負荷電流の検出値とインバータ主回路素子の周囲温度の検出値とに基づいて、熱損失を演算する損失計算部と、
前記損失計算部で演算された熱損失に基づいて、前記インバータ主回路素子のフィン温度を推定する第1の制御系と、
前記第1の制御系と同等の制御系を有し、前記損失計算部で演算された熱損失に基づいて前記フィン温度を推定し、このフィン温度と前記第1の制御系で推定されたフィン温度との差分値にオブザーバゲインを乗じてフィードバックするフィードバック系が組み込まれたオブザーバとしての第2の制御系と、
この第2の制御系の内部から引き出された値を前記インバータ主回路素子のジャンクション温度推定値として、このジャンクション温度推定値と所定の閾値とを比較し、前記ジャンクション温度推定値が前記所定の閾値を越えた場合、前記過負荷保護信号を出力する比較部と、
を有することを特徴とする過熱保護装置。
Applied to a power converter comprising a power converter composed of a plurality of semiconductor switching elements and a control unit for controlling the operation of the power converter, and controls the overload protection signal for stopping the power converter In the overheat protection device having the overload protection unit that outputs to the unit,
The overload protection unit is
Based on the detected value of the load current supplied to the load from the power converter and the detected value of the ambient temperature of the inverter main circuit element, a loss calculation unit that calculates heat loss
A first control system for estimating a fin temperature of the inverter main circuit element based on the heat loss calculated by the loss calculation unit;
A fin having a control system equivalent to the first control system, estimating the fin temperature based on the heat loss calculated by the loss calculation unit, and the fin temperature and the fin estimated by the first control system; A second control system as an observer incorporating a feedback system that multiplies the difference value with temperature by an observer gain and feedback;
Using the value drawn from the inside of the second control system as the junction temperature estimated value of the inverter main circuit element, the junction temperature estimated value is compared with a predetermined threshold value, and the junction temperature estimated value is determined as the predetermined threshold value. A comparator that outputs the overload protection signal,
An overheat protection device comprising:
複数の半導体スイッチング素子で構成された電力変換器と、前記電力変換器の動作を制御する制御部とを備えた電力変換装置に適用され、前記電力変換器を停止させる過負荷保護信号を前記制御部に出力する過負荷保護部を有する過熱保護装置において、
前記過負荷保護部は、
インバータ主回路素子の周囲温度の検出値と前記制御部から出力され前記電力変換器の動作を制御する電流指令値とに基づいて、熱損失を演算する損失計算部と、
前記損失計算部で演算された熱損失に基づいて、前記インバータ主回路素子のフィン温度を推定する第1の制御系と、
前記第1の制御系と同等の制御系を有し、前記損失計算部で演算された熱損失に基づいて前記フィン温度を推定し、このフィン温度と前記第1の制御系で推定されたフィン温度との差分値にオブザーバゲインを乗じてフィードバックするフィードバック系が組み込まれたオブザーバとしての第2の制御系と、
この第2の制御系の内部から引き出された値を前記インバータ主回路素子のジャンクション温度推定値として、このジャンクション温度推定値と所定の閾値とを比較し、前記ジャンクション温度推定値が前記所定の閾値を越えた場合、前記過負荷保護信号を出力する比較部と、
を有することを特徴とする過熱保護装置。
Applied to a power converter comprising a power converter composed of a plurality of semiconductor switching elements and a control unit for controlling the operation of the power converter, and controls the overload protection signal for stopping the power converter In the overheat protection device having the overload protection unit that outputs to the unit,
The overload protection unit is
A loss calculation unit that calculates heat loss based on a detected value of the ambient temperature of the inverter main circuit element and a current command value that is output from the control unit and controls the operation of the power converter ;
A first control system for estimating a fin temperature of the inverter main circuit element based on the heat loss calculated by the loss calculation unit;
A fin having a control system equivalent to the first control system, estimating the fin temperature based on the heat loss calculated by the loss calculation unit, and the fin temperature and the fin estimated by the first control system; A second control system as an observer incorporating a feedback system that multiplies the difference value with temperature by an observer gain and feedback;
Using the value drawn from the inside of the second control system as the junction temperature estimated value of the inverter main circuit element, the junction temperature estimated value is compared with a predetermined threshold value, and the junction temperature estimated value is determined as the predetermined threshold value. A comparator that outputs the overload protection signal,
An overheat protection device comprising:
複数の半導体スイッチング素子で構成された電力変換器と、前記電力変換器の動作を制御する制御部とを備えた電力変換装置に適用され、前記電力変換器を停止させる過負荷保護信号を前記制御部に出力する過負荷保護部を有する過熱保護装置において、
前記過負荷保護部は、
母線電流の検出値とインバータ主回路素子の周囲温度の検出値とに基づいて、熱損失を演算する損失計算部と、
前記損失計算部で演算された熱損失に基づいて、前記インバータ主回路素子のフィン温度を推定する第1の制御系と、
前記第1の制御系と同等の制御系を有し、前記損失計算部で演算された熱損失に基づいて前記フィン温度を推定し、このフィン温度と前記第1の制御系で推定されたフィン温度との差分値にオブザーバゲインを乗じてフィードバックするフィードバック系が組み込まれたオブザーバとしての第2の制御系と、
この第2の制御系の内部から引き出された値を前記インバータ主回路素子のジャンクション温度推定値として、このジャンクション温度推定値と所定の閾値とを比較し、前記ジャンクション温度推定値が前記所定の閾値を越えた場合、前記過負荷保護信号を出力する比較部と、
を有することを特徴とする過熱保護装置。
Applied to a power converter comprising a power converter composed of a plurality of semiconductor switching elements and a control unit for controlling the operation of the power converter, and controls the overload protection signal for stopping the power converter In the overheat protection device having the overload protection unit that outputs to the
The overload protection unit is
Based on the detected value of the bus current and the detected value of the ambient temperature of the inverter main circuit element, a loss calculation unit that calculates heat loss,
A first control system for estimating a fin temperature of the inverter main circuit element based on the heat loss calculated by the loss calculation unit;
A fin having a control system equivalent to the first control system, estimating the fin temperature based on the heat loss calculated by the loss calculation unit, and the fin temperature and the fin estimated by the first control system; A second control system as an observer incorporating a feedback system that multiplies the difference value with temperature by an observer gain and feedback;
Using the value drawn from the inside of the second control system as the junction temperature estimated value of the inverter main circuit element, the junction temperature estimated value is compared with a predetermined threshold value, and the junction temperature estimated value is determined as the predetermined threshold value. A comparator that outputs the overload protection signal,
An overheat protection device comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2551982B1 (en) * 2011-07-27 2013-09-25 Siemens Aktiengesellschaft Thermal monitoring of a converter
JP5858794B2 (en) * 2012-01-13 2016-02-10 三菱電機株式会社 Induction heating cooker
US9130368B2 (en) * 2013-02-14 2015-09-08 Deere & Company Overload prevention system to improve intermittent load capacity of electric drive applications
CN103218007B (en) * 2013-04-12 2015-04-08 刘昇澔 Circuit system and control method for electronic converter
DE112018008013T5 (en) * 2018-09-25 2021-06-17 Mitsubishi Electric Corporation Control device for an alternating electric rotating machine
TWI683493B (en) * 2019-02-01 2020-01-21 天揚精密科技股份有限公司 Over-load protection device and method

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0171979U (en) * 1987-10-29 1989-05-15
JP2767965B2 (en) * 1990-03-12 1998-06-25 三菱電機株式会社 Power conversion device and inverter device
JP3075303B2 (en) * 1991-09-06 2000-08-14 株式会社安川電機 Protection method for power semiconductor devices
JPH0654572A (en) * 1992-07-31 1994-02-25 Omron Corp Heat protection apparatus for motor
JP2000228882A (en) * 1999-02-04 2000-08-15 Meidensha Corp Protective device for variable speed inverter
DE10006619A1 (en) * 2000-02-15 2001-08-16 Bosch Gmbh Robert Method and device for determining temperature in a motor vehicle hydraulic braking installation measures engine stress and distribution voltage to determine temperature in a hydraulic pump after switching-on.

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