JP5546687B2 - モータ制御装置 - Google Patents
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Description
図1は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態1の構成例を示す図である。図1に示すように、本実施の形態のモータ制御装置の主回路インバータ20は、インバータ電源21の電圧を交流に変換し、モータ22に与える。なお、図1では、インバータ電源21を直流電源としているが、インバータ電源21は、例えば交流電源を整流したものやバッテリーなどでも構わない。またモータ22は、例えば産業用途や電気自動車などで使われている駆動用動力源である。
ターンオン損失は、インバータ出力電流Iu、インバータ電源電圧Vdc、ゲート電圧Vg[UP]、素子温度Tj(IGBT)[UP](入力変数)によって変化する。そこであらかじめこれらの入力変数の値を変えて実験をすることなどにより、これらの入力変数とターンオン損失の関係(入力変数に応じたターンオン損失)を求めておき、メモリ等にテーブルデータの形態で保持しておく。すなわち、入力変数とターンオン損失との関係を示す特性情報をテーブルデータとして保持しておく。そして、検出したインバータ出力電流Iu、インバータ電源電圧Vdc、ゲート電圧Vg[UP]、素子温度Tj(IGBT)[UP](入力変数)の値と、テーブルデータと、に基づいてターンオン損失Pon[UP]を算出する。なお、全ての入力変数に対する情報を有しておき、全ての入力変数を用いてターンオン損失Pon[UP]を求めると最も精度を向上させることができるが、これらの入力変数のうち1つ以上を用いればよく必ずしもここに示す全ての入力変数を使う必要はない。
同様にターンオフ損失も、インバータ出力電流Iu、インバータ電源電圧Vdc、ゲート電圧Vg[UP]、素子温度Tj(IGBT)[UP]によって変化する。そこであらかじめこれらの入力変数の値を変えて実験をすることなどにより、これらの入力変数に応じたターンオフ損失を求めておき、メモリ等にテーブルデータの形態で保持しておく。すなわち、入力変数とターンオフ損失との関係を示す特性情報をテーブルデータとして保持しておく。なお、全ての入力変数を用いると最も精度を向上させることが可能であるが、これらの入力変数のうち1つ以上を用いればよく必ずしもここに示す全ての入力変数を使う必要はない。
IGBT7aの導通損失は、図2でも説明した通り、コレクタ−エミッタ間電圧Vce[UP]およびコレクタ電流Ic[UP]の掛け算により求めることができる。コレクタ−エミッタ間電圧は、コレクタ電流Ic[UP]、素子温度Tj(IGBT)[UP]によって変化する。そこであらかじめ入力変数の値を変えて実験をすることなどで入力変数に応じたコレクタ−エミッタ間電圧を求めておき、メモリ等にテーブルデータの形態で保持しておく。すなわち、入力変数と導通損失との関係を示す特性情報をテーブルデータとして保持しておく。
リカバリー損失は、インバータ出力電流Iu、インバータ電源電圧Vdc、ゲート電圧Vg[UP]、素子温度Tj(FWD)[UP]によって変化する。そこであらかじめ入力変数の値を変えて実験をすることなどで入力変数に応じたリカバリー損失を求めておき、メモリ等にテーブルデータの形態で保持しておく。すなわち、入力変数とリカバリー損失との関係を示す特性情報をテーブルデータとして保持しておく。なお、全ての入力変数を用いると最も精度を向上させることが可能であるが、これらの入力変数のうち1つ以上を用いればよく必ずしもここに示す全ての入力変数を使う必要はない。
FWDの導通損失は、図3でも説明した通り、順方向電圧Vf[UP]および順方向電流If[UP]の掛け算により求める。順方向電圧Vf[UP]は、順方向電流If[UP]、素子温度Tj(FWD)[UP]によって変化する。そこであらかじめ入力変数の値を変えて実験をすることなどで入力変数に応じた順方向電圧を求めておき、メモリ等にテーブルデータの形態で保持しておく。
ΔTj(IGBT)[UP]
=P(IGBT)[UP]×Rth(IGBT)[UP] …(1)
式中のP(IGBT)[UP]は先ほど求めたU相上側IGBTの素子損失である。Rth(IGBT)[UP]は熱抵抗と呼ばれるものであり、素子固有の特性値である。
ΔTj(IGBT)[UP]
=P(IGBT)[UP]×[Rth(IGBT)[UP]×{1−exp(−t/(Rth(IGBT)[UP]×Cth(IGBT)[UP]))}] …(2)
Cth(IGBT)[UP]は熱容量と呼ばれるものであり、素子固有の特性値である。
Tj(IGBT)[UP]=ΔTj(IGBT)[UP]+Tfin …(3)
次に、本発明にかかる実施の形態2の損失算出方法について説明する。本実施の形態のモータ制御装置の構成は実施の形態1と同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。実施の形態1では、素子損失計算部5a〜5fには電流検出器1a〜1cからのインバータ出力電流が入力されている。素子損失の計算は、例えば、所定の計算タイミング(所定の時間間隔ごとの計算タイミング)で、逐次行われているため、インバータ出力電流の瞬時値を使用することになる。
図9は、本発明にかかるモータ制御装置の実施の形態3の構成例を示す図である。本実施の形態のモータ制御装置の構成は、電気部品損失計算部10を追加し、素子温度計算部6の代わりに温度計算部11を備える以外は、実施の形態1のモータ制御装置と同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。
P=I2×R …(4)
式中のIは電気部品に流れる電流であり、Rは電気部品の抵抗値である。抵抗値は温度によって変化するため、後で導出する電気部品の温度に応じて変化させ、より正確な損失計算を実施することもできる。
ΔT=P×Rth …(5)
式中のPは先ほど求めた電気部品の損失である。Rthは熱抵抗と呼ばれるものであり、電気部品固有の特性値である。
T=ΔT+Tfin …(6)
2 電圧検出器
3a,3b,3c,3d,3e,3f 実スイッチング検出器
4a,4b,4c,4d,4e,4f ゲート電圧検出器
5a,5b,5c,5d,5e,5f 素子損失計算部
6 素子温度計算部
7a,7b,7c,7d,7e,7f IGBT
8a,8b,8c,8d,8e,8f FWD
9 温度検出器
10 電気部品損失計算部
11 温度計算部
20 主回路インバータ
21 インバータ電源
22 モータ
23 モータ制御部
24a,24b,24c,24d,24e,24f ゲート電源
25a,25b,25c,25d,25e,25f ゲート駆動回路
Claims (10)
- 主回路インバータを備え、前記主回路インバータ内のスイッチング素子の損失を計算するモータ制御装置であって、
前記スイッチング素子のゲート電圧を検出するゲート電圧検出器と、
ゲート電圧と前記スイッチング素子のターンオン損失、ターンオフ損失およびリカバリー損失との関係を示す特性情報を保持し、前記ゲート電圧検出器が測定したゲート電圧と前記特性情報とに基づいて前記スイッチング素子のターンオン損失、ターンオフ損失およびリカバリー損失を前記損失として求める素子損失計算部と、
を備えることを特徴とするモータ制御装置。 - 前記主回路インバータから出力されるスイッチング電圧を実スイッチング電圧として検出し、前記実スイッチング電圧に基づいて実スイッチング回数を求める実スイッチング検出部、
を備え、
前記素子損失計算部は、前記特性情報としてさらにスイッチング電圧と前記スイッチング素子のターンオン損失、ターンオフ損失およびリカバリー損失との関係を示す情報を保持し、さらに前記実スイッチング検出部が求めた前記実スイッチング回数に基づいて前記スイッチング素子のターンオン損失、ターンオフ損失およびリカバリー損失を前記損失として求める、ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記実スイッチング検出部は、前記実スイッチング電圧の単位時間当たりのオンオフ比率を求め、
前記素子損失計算部は、前記オンオフ比率に基づいて前記スイッチング素子の導通損失をさらに前記損失として求める、ことを特徴とする請求項2に記載のモータ制御装置。 - 前記主回路インバータから出力されるスイッチング電圧を実スイッチング電圧として検出する実スイッチング検出部、
を備え、
前記実スイッチング検出部は、前記実スイッチング電圧の単位時間当たりのオンオフ比率を求め、
前記素子損失計算部は、前記オンオフ比率に基づいて前記スイッチング素子の導通損失をさらに前記損失として求める、ことを特徴とする請求項1に記載のモータ制御装置。 - 前記スイッチング素子を冷却するフィンの温度を検出する温度検出部と、
前記温度と前記素子損失計算部が求めた損失とに基づいて前記スイッチング素子の素子温度を求める温度計算部、
を備え、
前記素子損失計算部は、さらに前記素子温度に基づいて前記損失を求める、ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載のモータ制御装置。 - 前記素子温度に基づいて前記スイッチング素子が熱破壊しないように過熱保護を行うモータ制御部、を備えることを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。
- 前記主回路インバータを構成する電気部品の損失を求める電気部品損失計算部、
を備え、
前記温度計算部は、前記電気部品損失計算部が求めた前記電気部品の損失に基づいて前記電気部品の温度を求める、ことを特徴とする請求項5に記載のモータ制御装置。 - 前記素子温度に基づいて前記スイッチング素子が熱破壊しないように過熱保護を行い、前記温度計算部が求めた前記電気部品の温度に基づいて前記電気部品が熱破壊しないように過熱保護を行うモータ制御部、を備えることを特徴とする請求項7に記載のモータ制御装置。
- 前記スイッチング素子は、ワイドバンドギャップ半導体により形成されている、ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1つに記載のモータ制御装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項9に記載のモータ制御装置。
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