JP6015544B2 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP6015544B2
JP6015544B2 JP2013092824A JP2013092824A JP6015544B2 JP 6015544 B2 JP6015544 B2 JP 6015544B2 JP 2013092824 A JP2013092824 A JP 2013092824A JP 2013092824 A JP2013092824 A JP 2013092824A JP 6015544 B2 JP6015544 B2 JP 6015544B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
terminal
group
elements
power
power conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2013092824A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014217175A (en
Inventor
卓也 杉江
卓也 杉江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2013092824A priority Critical patent/JP6015544B2/en
Publication of JP2014217175A publication Critical patent/JP2014217175A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6015544B2 publication Critical patent/JP6015544B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161—Disposition
    • H01L2224/16151—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/16221—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/16225—Disposition the bump connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1305—Bipolar Junction Transistor [BJT]
    • H01L2924/13055—Insulated gate bipolar transistor [IGBT]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10—Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11—Device type
    • H01L2924/13—Discrete devices, e.g. 3 terminal devices
    • H01L2924/1304—Transistor
    • H01L2924/1306—Field-effect transistor [FET]
    • H01L2924/13091—Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor [MOSFET]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/19—Details of hybrid assemblies other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/191—Disposition
    • H01L2924/19101—Disposition of discrete passive components
    • H01L2924/19105—Disposition of discrete passive components in a side-by-side arrangement on a common die mounting substrate

Landscapes

  • Cooling Or The Like Of Semiconductors Or Solid State Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

本発明は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する、電力変換装置に関する。   The present invention relates to a power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts voltage and current from the DC power supply, and supplies power to the load.

直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置が、例えば、特開２００６−４１４０７号公報（特許文献１）に開示されている。   A power converter that is inserted between a DC power supply and a load and converts the voltage and current from the DC power supply to supply power to the load is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-41407 (Patent Document 1). Yes.

ＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ等のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）は、動作中のスイッチング損失に起因する発熱を伴うため、許容温度を越えた場合、熱劣化するおそれがある。また、大きな電流を処理する電力変換装置では、短絡（ショート）が発生した場合においても、特定のＰＷ素子に過大な電流が流れて発熱し、熱劣化するおそれがある。このため、一般的に、従来の電力変換装置では各ＰＷ素子の近くに温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）を１個ずつ配置して、ＰＷ素子の異常昇温をそれぞれのＴ素子で検出し、ＰＷ素子を熱劣化から保護するようにしている。   Since power semiconductor elements such as MOSFETs and IGBTs (hereinafter referred to as PW elements) generate heat due to switching loss during operation, there is a risk of thermal degradation when the temperature exceeds an allowable temperature. In addition, in a power conversion device that processes a large current, even when a short circuit occurs, an excessive current flows through a specific PW element to generate heat, which may cause thermal degradation. For this reason, in general, in a conventional power conversion device, one temperature detection element (hereinafter referred to as a T element) is arranged near each PW element, and abnormal temperature rise of the PW element is caused by each T element. The PW element is detected and protected from thermal degradation.

一方、上記した各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成では、ＰＷ素子の数と同じ数だけＴ素子が必要であり、電力変換装置が大型化すると共に高コストとなってしまう。このため、特許文献１の電力変換装置では、３相インバータを構成する６個のＰＷ素子のうち特定のＰＷ素子の近くに１個だけＴ素子を配置する、次のような構成を採用している。該電力変換装置では、垂直に取り付けられる冷却フィンに対して、上アームと下アームの６個のＰＷ素子が、横方向に３個、縦方向に２段に並べて配置されている。そして、冷却フィンと対向する回路基板上において、上段中央に配置される上アームのＰＷ素子のエミッタ端子またはコレクタ端子が接続される回路パターンに接して、１個のＴ素子を配置するようにしている。該電力変換装置の構成は、温度が最も高くなると考えられる特定配置にあるＰＷ素子の特定端子近くに、１個のＴ素子を配置する構成である。従って、６個のＰＷ素子に対してＴ素子をそれぞれ１個ずつ配置する従来の構成に較べて、電力変換装置を小型化かつ低コスト化することができる。   On the other hand, the conventional configuration in which one T element is arranged for each PW element described above requires the same number of T elements as the number of PW elements, which increases the size and cost of the power converter. End up. For this reason, the power converter of Patent Document 1 adopts the following configuration in which only one T element is arranged near a specific PW element among the six PW elements constituting the three-phase inverter. Yes. In the power conversion device, six PW elements of an upper arm and a lower arm are arranged in three rows in the horizontal direction and in two rows in the vertical direction with respect to the cooling fins mounted vertically. Then, on the circuit board facing the cooling fin, one T element is arranged in contact with the circuit pattern to which the emitter terminal or collector terminal of the upper arm PW element arranged in the upper center is connected. Yes. The configuration of the power converter is a configuration in which one T element is arranged near a specific terminal of a PW element in a specific arrangement that is considered to have the highest temperature. Therefore, the power converter can be reduced in size and cost compared to the conventional configuration in which one T element is arranged for each of six PW elements.

特開２００６−４１４０７号公報JP 2006-41407 A

各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成では、上記した大型化・高コスト化の問題以外にも、次のような問題点がある。前述した電力変換装置で短絡が発生する場合においては、特定のＰＷ素子で急激な異常昇温が起きるため、該ＰＷ素子の熱劣化を防止するためには、この短絡による異常昇温を直ちに検出して通電を停止する必要がある。しかしながら、部品配置が高密度化・複雑化している近年の回路基板においては、周りの部品や配線の配置によってはＴ素子をＰＷ素子の近くに配置できず、ＰＷ素子の発熱がＴ素子まで効率的に伝わらない場合がある。このような場合には、短絡によるＰＷ素子の急激な異常昇温を、Ｔ素子で確実かつ迅速に検出することができない。   In the conventional configuration in which one T element is arranged for each PW element, there are the following problems in addition to the above-described problems of increase in size and cost. When a short circuit occurs in the power conversion device described above, a sudden abnormal temperature rise occurs in a specific PW element. Therefore, in order to prevent thermal degradation of the PW element, the abnormal temperature rise due to this short circuit is detected immediately. Therefore, it is necessary to stop energization. However, in recent circuit boards in which the arrangement of components is increasing in density and complexity, the T element cannot be arranged near the PW element depending on the arrangement of surrounding components and wiring, and the heat generation of the PW element is efficient up to the T element. May not be transmitted. In such a case, a sudden abnormal temperature rise of the PW element due to a short circuit cannot be reliably and quickly detected by the T element.

一方、特許文献１の電力変換装置の構成では、次のような問題点がある。該電力変換装置の構成は、垂直に取り付けられる特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものであり、任意の配置状態にある電力変換装置に適用することはできない。例えば、回路基板とＰＷ素子が水平に取り付けられる場合には、遠くにあるＰＷ素子の発熱は、複数個のＰＷ素子に対して１個だけ配置されるＴ素子まで効率的に伝わらない。従って、該電力変換装置において、短絡が発生する場合には、各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成に較べて、さらにＰＷ素子の短絡による異常昇温の検出が遅れることになる。   On the other hand, the configuration of the power conversion device of Patent Document 1 has the following problems. The configuration of the power converter is based on the premise that the circuit board and the PW element are in a special arrangement state mounted vertically, and cannot be applied to a power converter in an arbitrary arrangement state. For example, when the circuit board and the PW element are mounted horizontally, the heat generated by the distant PW element is not efficiently transmitted to only one T element arranged for a plurality of PW elements. Therefore, when a short circuit occurs in the power converter, detection of abnormal temperature rise due to a short circuit of the PW element is further delayed compared to the conventional configuration in which one T element is arranged for each PW element. It will be.

そこで、本発明は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する、任意の配置状態にある電力変換装置を対象としている。そして、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置を提供することを目的としている。   Therefore, the present invention is directed to a power conversion device in an arbitrary arrangement state that is inserted between a DC power supply and a load, converts voltage and current from the DC power supply, and supplies power to the load. And even when a short circuit occurs, it aims at providing the small and low-cost power converter device which can detect the rapid abnormal temperature rise of a PW element reliably and rapidly with few T elements.

本発明に係る電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して、負荷に電力を供給する電力変換装置である。入力側には、直流電源の高電位側に接続する高電位電源端子（以下、Ｂ＋端子と記載）、および直流電源の低電位側に接続する低電位電源端子（以下、Ｂ−端子と記載）を有している。出力側には、負荷の高電位側に接続する高電位負荷端子（以下、Ｍ＋端子と記載）、および負荷の低電位側に接続する低電位負荷端子（以下、Ｍ−端子と記載）を有している。また、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路とＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間には、直列に、２個以上のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）が挿入されている。   The power conversion device according to the present invention is a power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts voltage and current from the DC power supply, and supplies power to the load. On the input side, a high potential power supply terminal (hereinafter referred to as B + terminal) connected to the high potential side of the DC power supply, and a low potential power supply terminal (hereinafter referred to as B− terminal) connected to the low potential side of the DC power supply. have. The output side has a high potential load terminal (hereinafter referred to as M + terminal) connected to the high potential side of the load and a low potential load terminal (hereinafter referred to as M− terminal) connected to the low potential side of the load. doing. Two or more power semiconductor elements (hereinafter referred to as PW elements) are inserted in series between the current path from the B + terminal to the M + terminal and the current path from the M− terminal to the B− terminal. Yes.

そして、上記電力変換装置において、直列に挿入されている前記した２個以上のＰＷ素
子が、Ｂ＋端子側の上流群とＢ−端子側の下流群に分類されている。また、上流群と下流
群には、それぞれ、１個の温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）が配置される。そして、
上流群のＴ素子と下流群のＴ素子の温度差を検出して、前記した２個以上のＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されている。また、温度差の傾きを検出して、ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されている。 In the power converter, the two or more PW elements inserted in series are classified into an upstream group on the B + terminal side and a downstream group on the B− terminal side. In addition, one temperature detection element (hereinafter referred to as a T element) is disposed in each of the upstream group and the downstream group. And
A temperature difference between the upstream group T element and the downstream group T element is detected, and the abnormal temperature rise of the two or more PW elements is detected. Moreover, it is configured to detect an abnormal temperature rise of the PW element by detecting the gradient of the temperature difference.

上記電力変換装置は、Ｂ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に直列に挿入されている２個以上のＰＷ素子が、上流群と下流群に分類され、該上流群と下流群にそれぞれ１個のＴ素子が配置される構成である。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、それぞれ１個であってもよいが、任意の複数個であってよい。従って、複数個のＰＷ素子で上流群または下流群が構成される場合には、それら複数個のＰＷ素子に対して、１個のＴ素子が配置されることになる。このため、上記電力変換装置の構成は、前述した従来の各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。   In the power conversion device, two or more PW elements inserted in series between current paths from the B + terminal to the M + terminal and from the M− terminal to the B− terminal are classified into an upstream group and a downstream group, One T element is arranged in each of the upstream group and the downstream group. The number of PW elements classified into the upstream group and the downstream group may be one each, but may be any plural number. Therefore, when an upstream group or a downstream group is constituted by a plurality of PW elements, one T element is arranged for the plurality of PW elements. For this reason, the structure of the said power converter device can be reduced in size and cost compared with the structure which arrange | positions one T element to each conventional PW element mentioned above.

尚、上記電力変換装置において、それぞれ１個のＴ素子が配置される上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものである。従って、例えば特許文献１に記載された電力変換装置のように、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。言い換えれば、上記電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、回路基板やＰＷ素子の配置とは無関係に、任意の配置状態をとる電力変換装置において行うことができる。   In the above power conversion device, the classification of the upstream group and the downstream group PW elements in which one T element is arranged is determined only by the relationship between the upstream and downstream in the electric circuit configuration. Therefore, unlike the power converter described in Patent Document 1, for example, the circuit board and the PW element in a special arrangement state are not assumed. In other words, the classification of the upstream group and the downstream group of PW elements in the power conversion apparatus can be performed in a power conversion apparatus that takes an arbitrary arrangement state regardless of the arrangement of the circuit board and the PW element.

上記電力変換装置においては、短絡による急激な異常昇温を確実かつ迅速に検出するため、従来の電力変換装置とは異なる、次の構成が採用されている。すなわち、上記電力変換装置においては、上流群と下流群にそれぞれ１個ずつ配置されるＴ素子によって各温度が検出されるだけでなく、その温度差も検出するようにしている。   In the above power converter, the following configuration different from the conventional power converter is adopted in order to reliably and quickly detect a sudden abnormal temperature rise due to a short circuit. That is, in the above power converter, not only each temperature is detected by one T element arranged in each of the upstream group and the downstream group, but also the temperature difference is detected.

短絡によるＰＷ素子の異常昇温は急激であるため、例えば従来構成のように各ＰＷ素子に対して１個ずつ配置されているＴ素子であっても、異常昇温の検出とそれによる通電停止が間に合わず、ＰＷ素子が熱劣化してしまう場合がある。この事情は、特許文献１に記載された電力変換装置ではさらに厳しくなり、特定の配置関係にある複数個のＰＷ素子に対して１個だけ配置されるＴ素子では、短絡による異常昇温の検出がさらに遅れる。   Since the abnormal temperature rise of the PW element due to the short circuit is abrupt, even if one T element is arranged for each PW element as in the conventional configuration, for example, the abnormal temperature rise is detected and the energization is stopped. May not be in time, and the PW element may be thermally deteriorated. This situation becomes more severe in the power conversion device described in Patent Document 1, and in the case of only one T element arranged for a plurality of PW elements in a specific arrangement relationship, detection of abnormal temperature rise due to a short circuit Is delayed further.

これに対して、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差を検出する上記電力変換装置は、以下のように機能する。上記電力変換装置において、通常動作時にＢ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の途中で短絡が発生した場合、上流群と下流群をそれぞれ構成しているＰＷ素子は、昇温に対する逆の挙動を示すことになる。すなわち、短絡経路が並列接続される上流群または下流群のいずれか一方の群に属するＰＷ素子は、電流がほとんど流れなくなって、通常動作時よりも昇温が遅くなったり、昇温が停止したりする。これに対して、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも急激な昇温が起きる。   On the other hand, the power converter that detects the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group functions as follows. In the above power converter, when a short circuit occurs in the middle of the current path from the B + terminal to the M + terminal and from the M− terminal to the B− terminal during normal operation, the PW elements constituting the upstream group and the downstream group, The reverse behavior with respect to the temperature rise will be shown. In other words, the PW elements belonging to either the upstream group or the downstream group to which the short-circuit path is connected in parallel have almost no current flowing, and the temperature rise is slower than in normal operation, or the temperature rise is stopped. Or On the other hand, a large current flows through the PW elements belonging to the other group, and the temperature rises more rapidly than during normal operation.

上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の検出は、短絡が発生した場合の上記した昇温に対する逆の挙動を利用して、短絡による急激な異常昇温をより敏感に検出するものである。すなわち、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値は、各Ｔ素子の温度の測定値に較べて絶対値が小さいものの、前述した短絡に伴う上流群と下流群をそれぞれ構成するＰＷ素子の昇温に対する逆の挙動が含まれている。従って、この温度差を精密に測定することによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の検出を、少数のＴ素子で、確実かつ迅速に行うことができる。   The temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group is detected more sensitively by detecting the sudden abnormal temperature rise due to the short circuit by using the reverse behavior to the temperature rise described above when a short circuit occurs. Is. That is, the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group has a smaller absolute value than the measured value of the temperature of each T element. The reverse behavior with respect to the temperature rise of the PW element is included. Therefore, by accurately measuring this temperature difference, it is possible to reliably and quickly detect a sudden abnormal temperature rise due to a short circuit, which cannot be achieved only by conventional temperature measurement, with a small number of T elements.

例えば、通常動作時においては、全てのＰＷ素子が昇温するため、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値には、上流群と下流群で顕著な差は表れない。しかしながら、短絡が発生した場合、上流群と下流群に分類されたＰＷ素子のうち、短絡経路が並列接続される群に属するＰＷ素子には電流が流れなくなって、昇温速度が小さくなる。逆に、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも昇温速度が大きくなる。このため、上流群と下流群に配置された各Ｔ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになる。これによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の迅速な検出が可能となる。そして、この短絡による異常昇温を素早く検出して、通電を直ちに停止することで、短絡による各ＰＷ素子の熱劣化を確実に防止できるようになる。   For example, during normal operation, since all PW elements are heated, the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group does not show a significant difference between the upstream group and the downstream group. . However, when a short circuit occurs, current does not flow to PW elements belonging to the group in which the short circuit path is connected in parallel among the PW elements classified into the upstream group and the downstream group, and the rate of temperature rise is reduced. Conversely, a large current flows through the PW elements belonging to the other group, and the temperature rising rate becomes larger than that during normal operation. For this reason, in the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group, a remarkable difference that differs from that in the normal operation appears from the moment when the short circuit occurs. As a result, it is possible to quickly detect a sudden abnormal temperature rise due to a short circuit, which cannot be achieved only by conventional temperature measurement. Then, the abnormal temperature rise due to the short circuit is detected quickly and the energization is immediately stopped, so that the thermal deterioration of each PW element due to the short circuit can be surely prevented.

以上のようにして、上記電力変換装置は、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出可能な、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。   As described above, the power conversion device is a small-sized and low-cost power conversion device capable of reliably and quickly detecting a sudden abnormal temperature rise of a PW element with a small number of T elements even when a short circuit occurs. It can be.

また、上記電力変換装置においては、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差だけでなく、温度差の傾き（微分値）を検出して、ＰＷ素子の異常昇温を検出する。上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の傾きの変化を検出することで、前述した短絡が発生した場合の通常動作時から昇温速度の変化を、より迅速かつ確実に検出することが可能である。さらに、上記電力変換装置は、例えば、ＰＷ素子が、樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔ素子が、チップ部品であり、ＰＷ素子とＴ素子が、絶縁基体に配線が形成された一枚の回路基板に搭載されてなる構成であってよい。 In the above power conversion apparatus is not only the temperature difference of the deployed T element upstream group and a downstream group, by detecting the inclination of the temperature difference (differential value), that detect the abnormal Atsushi Nobori of the PW element . By detecting the change in the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group, the change in the temperature rise rate can be detected more quickly and reliably from the normal operation when the short circuit described above occurs. It is possible. Further, the power conversion device is, for example, a package component in which a PW element is molded with resin, a T element is a chip component, and a PW element and a T element are formed on a single insulating substrate. It may be configured to be mounted on the circuit board.

上記電力変換装置は、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子および下流群に分類されるＰＷ素子のうち、少なくとも一方が、複数個であってもよい。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、前述したように任意の複数個であってよく、同じ群に属するＰＷ素子の数が多くなるほど、各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。   In the power conversion device, for example, at least one of the PW elements classified into the upstream group and the PW elements classified into the downstream group may be plural. The number of PW elements classified into the upstream group and the downstream group may be an arbitrary plural number as described above. As the number of PW elements belonging to the same group increases, one T element is assigned to each PW element. Compared to the conventional configuration in which the individual pieces are arranged, the size and cost can be reduced.

上記電力変換装置は、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路の間に挿入されてなり、下流群に分類されるＰＷ素子が、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に挿入されてなる構成とすることができる。しかしながらこれに限らず、上流群と下流群に分類されるＰＷ素子が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路またはＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路のどちらか一方の電流経路に挿入されてなる構成であってもよい。   In the power converter, for example, a PW element classified into the upstream group is inserted between current paths from the B + terminal to the M + terminal, and a PW element classified into the downstream group is connected to the B− terminal from the B− terminal. -It can be set as the structure inserted between the current paths to a terminal. However, the present invention is not limited to this, and the PW elements classified into the upstream group and the downstream group are inserted into either the current path from the B + terminal to the M + terminal or the current path from the M− terminal to the B− terminal. The structure which consists of may be sufficient.

上記電力変換装置は、例えば、下流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、所定の制御信号に基づいて負荷に制御電力を出力するためのスイッチング素子（以下、ＳＷ素子と略記）とすることができる。また、上流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路を断続するためのスイッチ素子とすることができる。しかしながらこれに限らず、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子を、インバータ回路における上アームのＳＷ素子とし、下流群に分類されるＰＷ素子を、下アームのＳＷ素子としてもよい。   In the power converter, for example, at least one of the PW elements classified into the downstream group is a switching element (hereinafter abbreviated as SW element) for outputting control power to a load based on a predetermined control signal. be able to. Further, at least one of the PW elements classified into the upstream group can be a switching element for interrupting a current path from the B + terminal to the M + terminal. However, the present invention is not limited to this. For example, a PW element classified into the upstream group may be used as an upper arm SW element in the inverter circuit, and a PW element classified into the downstream group may be used as a lower arm SW element.

さらに、本発明に係る他の電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して、負荷に電力を供給する電力変換装置である。入力側には、直流電源の高電位側に接続する高電位電源端子（以下、Ｂ＋端子と記載）、および直流電源の低電位側に接続する低電位電源端子（以下、Ｂ−端子と記載）を有している。出力側には、負荷の高電位側に接続する高電位負荷端子（以下、Ｍ＋端子と記載）、および負荷の低電位側に接続する低電位負荷端子（以下、Ｍ−端子と記載）を有している。また、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路とＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間には、直列に、２個以上のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）が挿入されている。そして、上記電力変換装置において、直列に挿入されている前記した２個以上のＰＷ素子が、Ｂ＋端子側の上流群とＢ−端子側の下流群に分類されている。また、上流群と下流群には、それぞれ、１個の温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）が配置される。そして、上流群のＴ素子と下流群のＴ素子の温度差を検出して、前記した２個以上のＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されている。また、上記電力変換装置は、例えば、ＰＷ素子が、樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔ素子が、チップ部品であり、ＰＷ素子とＴ素子が、絶縁基体に配線が形成された一枚の回路基板に搭載されてなる構成である。 Furthermore, another power conversion device according to the present invention is a power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts voltage and current from the DC power supply, and supplies power to the load. On the input side, a high potential power supply terminal (hereinafter referred to as B + terminal) connected to the high potential side of the DC power supply, and a low potential power supply terminal (hereinafter referred to as B− terminal) connected to the low potential side of the DC power supply. have. The output side has a high potential load terminal (hereinafter referred to as M + terminal) connected to the high potential side of the load and a low potential load terminal (hereinafter referred to as M− terminal) connected to the low potential side of the load. doing. Two or more power semiconductor elements (hereinafter referred to as PW elements) are inserted in series between the current path from the B + terminal to the M + terminal and the current path from the M− terminal to the B− terminal. Yes. In the power converter, the two or more PW elements inserted in series are classified into an upstream group on the B + terminal side and a downstream group on the B− terminal side. In addition, one temperature detection element (hereinafter referred to as a T element) is disposed in each of the upstream group and the downstream group. The temperature difference between the upstream T element and the downstream T element is detected, and the abnormal temperature rise of the two or more PW elements is detected. In the power conversion device, for example, the PW element is a package part molded with resin, the T element is a chip part, and the PW element and the T element are formed on a single insulating substrate. configuration der consisting mounted on a circuit board of Ru.

この場合において、例えばＰＷ素子とＴ素子が回路基板の同じ第１面上に搭載されてなる場合には、ＰＷ素子とＴ素子とが、配線と別体とされ、絶縁基体よりも熱伝導性に優れる伝熱部により、熱的に接続されてなる構成とする。 In this case, for example, when the PW element and the T element are mounted on the same first surface of the circuit board, the PW element and the T element are separated from the wiring and are more thermally conductive than the insulating base. the heat transfer portion of excellent, and thermally connected to become a configuration.

上記した電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、前述したように電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものであり、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。一方、同じ群に属する複数個のＰＷ素子を１個のＴ素子で温度測定し、上流群と下流群の温度差で短絡による異常を検出する上記電力変換装置は、短絡によるＰＷ素子の異常昇温を素早くＴ素子に伝える必要がある。この２つの要件を両立させるため、上記構成では、電気回路を構成する回路基板の配線とは別体の伝熱部により、ＰＷ素子とＴ素子の間を伝熱させるようにしている。これによれば、例えば、ＰＷ素子の電極に印加される電位に制限されることなく、Ｔ素子とＰＷ素子との間を熱的に接続することができる。また、伝熱部は、ＰＷ素子やＴ素子およびそれらに接続する配線が配置される回路基板の第１面を避けて、回路基板の内部やもう一方の第２面に形成することも可能である。従って、該伝熱部によれば、ＰＷ素子とＴ素子を近接して配置する場合に限らず、回路基板の第１面の任意の位置に配置する場合であっても、ＰＷ素子からＴ素子への良好な熱伝達を担保することができる。   As described above, the classification of the upstream group and the downstream group of PW elements in the power conversion device is determined only by the relationship between the upstream and downstream in the electric circuit configuration, and the circuit board and PW in a special arrangement state are determined. It is not premised on the element. On the other hand, the power converter that measures the temperature of a plurality of PW elements belonging to the same group with a single T element and detects an abnormality due to a short circuit based on a temperature difference between the upstream group and the downstream group is provided. It is necessary to quickly transmit the temperature to the T element. In order to make these two requirements compatible, in the above configuration, heat is transferred between the PW element and the T element by a heat transfer part separate from the wiring of the circuit board constituting the electric circuit. According to this, for example, the T element and the PW element can be thermally connected without being limited to the potential applied to the electrode of the PW element. Further, the heat transfer section can be formed inside the circuit board or on the other second surface, avoiding the first surface of the circuit board on which the PW element, the T element, and the wiring connected thereto are arranged. is there. Therefore, according to the heat transfer section, not only when the PW element and the T element are arranged close to each other, but also when the PW element and the T element are arranged at an arbitrary position on the first surface of the circuit board, Good heat transfer to can be ensured.

該伝熱部は、例えば、電気絶縁性を有する伝熱ゲル、および配線と同じ構成要素の金属層とビアで構成することができる。   The heat transfer section can be constituted by, for example, a heat transfer gel having electrical insulation, and a metal layer and vias having the same components as the wiring.

この場合、例えば、前記ビアが、スルーホールビアであり、前記金属層には、回路基板のＰＷ素子とＴ素子が搭載される第１面と反対の第２面上に形成される金属層が含まれてなる構成であってよい。   In this case, for example, the via is a through-hole via, and the metal layer has a metal layer formed on a second surface opposite to the first surface on which the PW element and the T element of the circuit board are mounted. The composition may be included.

以上のようにして、上記電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。   As described above, the power conversion device is a power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts voltage and current from the DC power supply and supplies power to the load, and a short circuit occurs. Even in this case, a small and low-cost power conversion device that can detect a sudden abnormal temperature rise of the PW element reliably and quickly with a small number of T elements can be provided.

従って、上記電力変換装置は、小型・低コストが要求され、種々の環境下で使用されて
短絡が発生した場合においても確実かつ迅速な検出が必要とされる、車載用の電力変換装置として好適である。 Therefore, the power conversion device is suitable as a vehicle-mounted power conversion device that is required to be small and low in cost and needs to be reliably and quickly detected even when a short circuit occurs when used in various environments. It is.

本発明に係る電力変換装置の一例を示す図で、電力変換装置１００の主な構成要素を示したブロック図である。It is a figure which shows an example of the power converter device which concerns on this invention, and is the block diagram which showed the main components of the power converter device. 電力変換装置１０１の通常動作時の動作状態で、（ａ）は、回路図上で電流経路を示した図であり、（ｂ）は、通電直後において検出される各部の代表的な温度上昇例を示した図である。FIG. 4A is a diagram showing a current path on a circuit diagram in an operation state during normal operation of the power conversion apparatus 101, and FIG. 4B is a typical temperature rise example of each part detected immediately after energization. FIG. 電力変換装置１０１のＭ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態で、（ａ）は、回路図上で電流経路を示した図であり、（ｂ）は、通電直後において検出される各部の代表的な温度上昇例を示した図である。The operation state when a short circuit occurs between the M + terminal and the B− terminal of the power converter 101, (a) is a diagram showing a current path on the circuit diagram, (b) is immediately after energization It is the figure which showed the typical temperature rise example of each part detected. 電力変換装置１０１のＢ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態で、（ａ）は、回路図上で電流経路を示した図であり、（ｂ）は、通電直後において検出される各部の代表的な温度上昇例を示した図である。The operation state when a short circuit occurs between the B + terminal and the M− terminal of the power converter 101, (a) is a diagram showing a current path on the circuit diagram, (b) is immediately after energization It is the figure which showed the typical temperature rise example of each part detected. 図１に示した電力変換装置１００の変形例で、電力変換装置１１０の主な構成要素を示したブロック図である。FIG. 2 is a block diagram showing main components of a power conversion device 110 in a modification of the power conversion device 100 shown in FIG. 1. 図１に示した電力変換装置１００の別の変形例で、電力変換装置１２０の主な構成要素を示したブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing main components of power conversion device 120 in another modification of power conversion device 100 shown in FIG. 1. 同じ群Ｇに分類されたＰＷ素子ＰＷ１，２とＴ素子Ｔｇについて、回路基板Ｋへの好ましい実装構造を示す図で、（ａ）は回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である。FIG. 4 is a diagram showing a preferred mounting structure on the circuit board K for the PW elements PW1 and P2 and the T element Tg classified in the same group G, (a) is a top view of the circuit board K, and (b) is ( It is sectional drawing in the dashed-dotted line AA in a). 図７に示した実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した図で、（ａ）は、回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ｂ−Ｂでの断面図である。7 is a diagram in which the upstream group U and the downstream group L of the power conversion device 101 in FIG. 2A are configured using the mounting structure shown in FIG. 7, and (a) is a top view of the circuit board K; (b) is sectional drawing in the dashed-dotted line BB in (a). 別の実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した回路基板Ｋの上面図である。It is a top view of the circuit board K which comprised the upstream group U and the downstream group L of the power converter device 101 of Fig.2 (a) using another mounting structure.

以下、本発明を実施するための形態を、図に基づいて説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明に係る電力変換装置の一例を示す図で、電力変換装置１００の主な構成要素を示したブロック図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a power conversion device according to the present invention, and is a block diagram illustrating main components of the power conversion device 100.

図１において一点鎖線で囲って示した電力変換装置１００は、直流電源１０と負荷２０の間に挿入され、直流電源１０からの電圧および電流を変換して、負荷２０に電力を供給する電力変換装置である。電力変換装置１００の入力側には、直流電源１０の高電位側に接続する高電位電源端子（Ｂ＋端子）、および直流電源１０の低電位側に接続する低電位電源端子（Ｂ−端子）を有している。電力変換装置１００の出力側には、負荷２０の高電位側に接続する高電位負荷端子（Ｍ＋端子）、および負荷２０の低電位側に接続する低電位負荷端子（Ｍ−端子）を有している。図１の電力変換装置１００において、直流電源１０から流れ出る太線矢印で示した電流は、Ｂ＋端子に流れ込み、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１を通って、負荷２０に供給される。そして、負荷２０を流れ出る電流が、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路Ｋ２を通って直流電源１０に戻る。   A power conversion device 100 surrounded by a one-dot chain line in FIG. 1 is inserted between a DC power supply 10 and a load 20, converts power and voltage from the DC power supply 10, and supplies power to the load 20. Device. On the input side of the power converter 100, a high potential power terminal (B + terminal) connected to the high potential side of the DC power supply 10 and a low potential power supply terminal (B− terminal) connected to the low potential side of the DC power supply 10. Have. The output side of the power converter 100 has a high potential load terminal (M + terminal) connected to the high potential side of the load 20 and a low potential load terminal (M− terminal) connected to the low potential side of the load 20. ing. In the power conversion apparatus 100 of FIG. 1, the current indicated by the thick line arrow flowing out from the DC power supply 10 flows into the B + terminal, and is supplied to the load 20 through the current path K1 from the B + terminal to the M + terminal. Then, the current flowing out of the load 20 returns to the DC power supply 10 through the current path K2 from the M-terminal to the B-terminal.

図１の電力変換装置１００において、電流経路Ｋ１と電流経路Ｋ２の間には、直列に、２個以上のパワー半導体素子（ＰＷ素子１〜４）が挿入されている。図１の例では、電流経路Ｋ１，Ｋ２の間に挿入されている４個のＰＷ素子１〜４の中で、ＰＷ素子１，２，３およびＰＷ素子１，２，４が、それぞれ、直列接続となっている。そして、直列に挿入されている上記４個のＰＷ素子１〜４が、破線で囲ったＢ＋端子側の上流群ＵとＢ−端子側の下流群Ｌに分類されている。図１の例では、ＰＷ素子１，２が上流群Ｕに分類され、ＰＷ素子３，４が下流群Ｌに分類されている。また、上流群Ｕと下流群Ｌには、それぞれ、１個の温度検出素子（Ｔ素子Ｔｕ，Ｔｌ）が配置されている。そして、制御部に設けられた温度差検出部ＤＴにおいて、上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差を検出して、４個のＰＷ素子１〜４の異常昇温を検出するように構成されている。   In the power conversion device 100 of FIG. 1, two or more power semiconductor elements (PW elements 1 to 4) are inserted in series between the current path K1 and the current path K2. In the example of FIG. 1, among the four PW elements 1 to 4 inserted between the current paths K1 and K2, the PW elements 1, 2, and 3 and the PW elements 1, 2, and 4 are each in series. Connected. The four PW elements 1 to 4 inserted in series are classified into an upstream group U on the B + terminal side and a downstream group L on the B− terminal side surrounded by a broken line. In the example of FIG. 1, the PW elements 1 and 2 are classified into the upstream group U, and the PW elements 3 and 4 are classified into the downstream group L. In the upstream group U and the downstream group L, one temperature detection element (T element Tu, Tl) is arranged. Then, in the temperature difference detection unit DT provided in the control unit, the temperature difference between the T element Tu of the upstream group U and the T element Tl of the downstream group L is detected, and the abnormal temperature rise of the four PW elements 1 to 4 is detected. Is configured to detect.

図１に例示した電力変換装置１００のように、本発明に係る電力変換装置は、以下の構成を有している。すなわち、Ｂ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に直列に挿入されている２個以上のＰＷ素子が、上流群と下流群に分類され、該上流群と下流群にそれぞれ１個のＴ素子が配置される構成である。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、それぞれ１個であってもよいが、任意の複数個であってよい。従って、複数個のＰＷ素子で上流群または下流群が構成される場合には、それら複数個のＰＷ素子に対して、１個のＴ素子が配置されることになる。このため、上記電力変換装置の構成は、従来の各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。   Like the power converter 100 illustrated in FIG. 1, the power converter according to the present invention has the following configuration. That is, two or more PW elements inserted in series between the current paths from the B + terminal to the M + terminal and from the M− terminal to the B− terminal are classified into an upstream group and a downstream group. In this configuration, one T element is arranged in each group. The number of PW elements classified into the upstream group and the downstream group may be one each, but may be any plural number. Therefore, when an upstream group or a downstream group is constituted by a plurality of PW elements, one T element is arranged for the plurality of PW elements. For this reason, the structure of the said power converter device can be reduced in size and cost compared with the structure which arrange | positions one T element for each PW element conventionally.

尚、上記電力変換装置において、それぞれ１個のＴ素子が配置される上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものである。従って、例えば先の特許文献１に記載された電力変換装置のように、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。言い換えれば、本発明の電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、回路基板やＰＷ素子の配置とは無関係に、任意の配置状態をとる電力変換装置において行うことができる。   In the above power conversion device, the classification of the upstream group and the downstream group PW elements in which one T element is arranged is determined only by the relationship between the upstream and downstream in the electric circuit configuration. Therefore, for example, unlike the power conversion device described in Patent Document 1, the circuit board and the PW element in a special arrangement state are not assumed. In other words, the classification of the upstream group and the downstream group of PW elements in the power conversion apparatus of the present invention can be performed in a power conversion apparatus that takes an arbitrary arrangement state regardless of the arrangement of the circuit board and the PW element.

次に、上記電力変換装置の効果について、より具体的な構成例で説明する。   Next, the effect of the power conversion device will be described with a more specific configuration example.

図２〜図４は、ブロック図で示した図１の電力変換装置１００の具体化例である電力変換装置１０１を用いて、通常動作時と短絡発生時における動作状態の違いを示した図である。図２は、通常動作時における動作状態を示している。図３は、Ｍ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態を示している。また、図４は、Ｂ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生した時の動作状態を示している。尚、図２〜図４の各図において、（ａ）は、電力変換装置１０１の回路図上で、各動作状態での電流経路を示している。また、（ｂ）は、各動作状態での通電直後において、電力変換装置１０１で検出される各部の代表的な温度上昇例を示している。   2 to 4 are diagrams illustrating differences in operation states during normal operation and when a short circuit occurs using the power conversion device 101 that is a specific example of the power conversion device 100 of FIG. 1 shown in the block diagram. is there. FIG. 2 shows an operating state during normal operation. FIG. 3 shows an operation state when a short circuit occurs between the M + terminal and the B− terminal. FIG. 4 shows an operation state when a short circuit occurs between the B + terminal and the M− terminal. 2A to 4A, (a) shows current paths in each operation state on the circuit diagram of the power conversion device 101. Further, (b) shows a typical temperature rise example of each part detected by the power conversion device 101 immediately after energization in each operation state.

図２（ａ）に示す電力変換装置１０１は、車載用のブロアモータの駆動装置で、直流電源１０は車のバッテリであり、負荷２０はモータコイルのインダクタンスＬである。尚、負荷２０の抵抗Ｒｉは、モータコイルの内部抵抗である。図２（ａ）の電力変換装置１０１において、電流経路Ｋ１，Ｋ２の間に挿入されている４個のＭＯＳトランジスタ（ＭＯＳ１〜４）が、それぞれ、図１の電力変換装置１００における４個のＰＷ素子１〜４に対応する。また、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１に挿入された直列接続のＭＯＳ１とＭＯＳ２が、Ｂ＋端子側の上流群Ｕに分類され、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路Ｋ２に挿入された並列接続のＭＯＳ３とＭＯＳ４が、Ｂ−端子側の下流群Ｌに分類される。上流群ＵにおけるＭＯＳ１は、バッテリの逆接続防止用のトランジスタであり、ＭＯＳ２は、異常時等においてＢ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１を断続するためのスイッチ素子である。また、下流群Ｌにおける並列接続のＭＯＳ３とＭＯＳ４は、所定の制御信号に基づいて負荷に制御電力を出力するためのＳＷ素子である。尚、ＭＯＳ３とＭＯＳ４の２個のＳＷ素子が並列接続されているのは、各ＳＷ素子での発熱を緩和するためである。   A power conversion device 101 shown in FIG. 2A is a drive device for a vehicle-mounted blower motor, the DC power supply 10 is a car battery, and the load 20 is an inductance L of the motor coil. The resistance Ri of the load 20 is an internal resistance of the motor coil. In the power conversion device 101 of FIG. 2A, four MOS transistors (MOS1 to MOS4) inserted between the current paths K1 and K2 are respectively connected to four PWs in the power conversion device 100 of FIG. Corresponds to elements 1-4. Further, the serially connected MOS1 and MOS2 inserted in the current path K1 from the B + terminal to the M + terminal are classified into the upstream group U on the B + terminal side and inserted into the current path K2 from the M− terminal to the B− terminal. The parallel-connected MOS3 and MOS4 are classified into the downstream group L on the B-terminal side. The MOS1 in the upstream group U is a transistor for preventing reverse connection of the battery, and the MOS2 is a switching element for interrupting the current path K1 from the B + terminal to the M + terminal in an abnormal state or the like. Further, the MOS3 and MOS4 connected in parallel in the downstream group L are SW elements for outputting control power to the load based on a predetermined control signal. The reason why the two SW elements MOS3 and MOS4 are connected in parallel is to alleviate the heat generated in each SW element.

また、図２（ａ）に示す電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌには、それぞれ、サーミスタ（登録商標）からなる１個のＴ素子Ｔｕ，Ｔｌが配置されている。そして、電力変換装置１０１では、Ｔ素子Ｔｕ，Ｔｌで検出される温度だけでなく、制御部に設けられた温度差検出部ＤＴで上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差を検出して、ＭＯＳ１〜４の異常昇温を検出するようにしている。   Further, in the upstream group U and the downstream group L of the power conversion device 101 shown in FIG. 2A, one T element Tu, Tl made of the thermistor (registered trademark) is arranged. In the power conversion device 101, not only the temperatures detected by the T elements Tu and Tl, but also the T element Tu of the upstream group U and the T element Tl of the downstream group L are detected by the temperature difference detection unit DT provided in the control unit. A temperature difference is detected to detect an abnormal temperature rise of the MOS1-4.

図２（ａ）において太線矢印で示したように、通常動作時においては、バッテリの直流電源１０から流れ出た電流は、電流経路Ｋ１にある上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２を通って、Ｍ＋端子から負荷２０のモータコイルに供給される。そして、モータコイルを流れ出た電流経路Ｋ２にある下流群ＬのＭＯＳ３とＭＯＳ４を通って、Ｂ−端子から直流電源１０に戻る。   As indicated by the thick arrows in FIG. 2A, during normal operation, the current flowing out of the DC power supply 10 of the battery passes from the M + terminal through the MOS1 and MOS2 of the upstream group U in the current path K1. It is supplied to the motor coil of the load 20. Then, the current returns to the DC power source 10 from the B-terminal through the MOS 3 and MOS 4 of the downstream group L in the current path K2 flowing out of the motor coil.

図２（ａ）に示す電力変換装置１０１において、通常動作時の通電直後における各部の代表的な温度上昇は、図２（ｂ）のようになる。   In the power conversion device 101 shown in FIG. 2A, the typical temperature rise of each part immediately after energization during normal operation is as shown in FIG.

図２（ｂ）において、細い実線で示したＴｕ（上流群）とＴｌ（下流群）は、それぞれ、上流群Ｕと下流群Ｌの各Ｔ素子Ｔｕ，Ｔｌで検出される検出温度の上昇である。また、太い実線で示した｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、温度差検出部ＤＴで検出される上記Ｔｕ（上流群）とＴｌ（下流群）の温度差の上昇である。尚、点線で示したＭＯＳ１，２（上流群）とＭＯＳ３，４（下流群）は、それぞれ、上流群Ｕと下流群Ｌの各ＭＯＳにおける実際の発熱温度の上昇である。また、各ＭＯＳが劣化する素子劣化温度（ＭＯＳ１〜４）を点線で、各Ｔ素子が異常発生と判断する異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）を一点鎖線で、温度差検出部ＤＴが異常発生と判断する異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）を二点鎖線で示してある。   In FIG. 2B, Tu (upstream group) and Tl (downstream group) indicated by thin solid lines are the rises in detection temperatures detected by the T elements Tu and Tl of the upstream group U and the downstream group L, respectively. is there. In addition, | Tu−Tl | indicated by a thick solid line is an increase in the temperature difference between the Tu (upstream group) and Tl (downstream group) detected by the temperature difference detection unit DT. Note that MOS1, 2 (upstream group) and MOS3, 4 (downstream group) indicated by dotted lines are actual heat generation temperatures in the upstream group U and downstream group L, respectively. Further, the element deterioration temperature (MOS1 to MOS4) at which each MOS deteriorates is indicated by a dotted line, the abnormal setting temperature 1 (Tu, Tl) at which each T element is determined to be abnormal is indicated by a one-dot chain line, and the temperature difference detection unit DT is abnormally generated. The abnormal set temperature 2 (| Tu−Tl |) determined to be indicated by a two-dot chain line.

図２（ｂ）のグラフに示すように、通常動作時の通電直後においては、各ＭＯＳの実際の発熱温度であるＭＯＳ１，２（上流群）とＭＯＳ３，４（下流群）は、点線で示したように、ほとんど同じ温度と勾配で上昇していく。また、上流群Ｕと下流群Ｌの各Ｔ素子の検出温度であるＴｕ（上流群）とＴｌ（下流群）についても、上記の各ＭＯＳの発熱温度の上昇から遅れて、細い実線で示したように、ほとんど同じ温度と勾配で上昇していく。一方、温度差検出部ＤＴで検出される温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜については、上記のＴｕ（上流群）とＴｌ（下流群）の温度上昇傾向がほとんど同じであり、その値と傾きは、太い実線で示したように、小さなものとなる。   As shown in the graph of FIG. 2 (b), immediately after energization during normal operation, the MOS 1, 2 (upstream group) and MOS 3, 4 (downstream group), which are the actual heat generation temperatures of each MOS, are indicated by dotted lines. As you can see, it rises at almost the same temperature and gradient. Further, Tu (upstream group) and Tl (downstream group), which are detection temperatures of the T elements of the upstream group U and the downstream group L, are also shown by thin solid lines after being delayed from the rise in the heat generation temperature of each MOS. So that it rises at almost the same temperature and gradient. On the other hand, with respect to the temperature difference | Tu−Tl | detected by the temperature difference detection unit DT, the temperature increasing tendency of the above-mentioned Tu (upstream group) and Tl (downstream group) is almost the same, and its value and inclination are As shown by the thick solid line, it becomes small.

通常動作時の通電直後においては、Ｔｕ（上流群）とＴｌ（下流群）および温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜が、それぞれ、図２（ｂ）に示すように上昇していく。しかしながら、これらの温度上昇は、ある程度の時間で飽和する。図２（ｂ）に示されている異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）および異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）は、それぞれ、Ｔｕ（上流群）とＴｌ（下流群）の上昇温度の飽和値および温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜の上昇温度の飽和値に合わせて、少し高い値に設定される。尚、二点鎖線で示した異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）は、前述した通常動作時における温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜の小さな値に対応して、一点鎖線で示した異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）に較べてかなり低い値に設定される。   Immediately after energization during normal operation, Tu (upstream group) and Tl (downstream group) and the temperature difference | Tu−Tl | rise as shown in FIG. However, these temperature increases saturate in some time. The abnormal set temperature 1 (Tu, Tl) and the abnormal set temperature 2 (| Tu−Tl |) shown in FIG. 2B are respectively the rising temperatures of Tu (upstream group) and Tl (downstream group). The saturation value and the temperature difference | Tu−Tl | are set to a slightly higher value in accordance with the saturation value of the rising temperature. The abnormal set temperature 2 (| Tu−Tl |) indicated by a two-dot chain line corresponds to the small value of the temperature difference | Tu−Tl | It is set to a value considerably lower than 1 (Tu, Tl).

次に、図３に示すＭ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生する場合には、図３（ａ）において太い点線で示した短絡経路ＳＫ２が生じる。このとき、バッテリの直流電源１０から流れ出た電流は、負荷２０と電流経路Ｋ２には流れず、電流経路Ｋ１にある上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２を通って短絡経路ＳＫ２に流れ込み、Ｂ−端子から直流電源１０に戻ることになる。従って、上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２には、通常動作時と異なる大電流が流れ、下流群ＬのＭＯＳ３とＭＯＳ４には、ほとんど電流が流れなくなる。このため、図３（ｂ）のグラフに示すように、Ｍ＋端子とＢ−端子間の短絡発生時には、上流群Ｕにおいて、大電流の流れるＭＯＳ１，２（上流群）の発熱温度が、急激に上昇する。また、Ｔｕ（上流群）の検出温度については、通常動作時より昇温速度が大きくなる。逆に、電流が流れなくなる下流群Ｌにおいては、ＭＯＳ３，４（下流群）の発熱温度とＴｌ（下流群）の検出温度は、通常動作時と較べて、昇温速度が小さくなる。このため、上流群Ｕと下流群Ｌに配置された各Ｔ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。   Next, when a short circuit occurs between the M + terminal and the B− terminal shown in FIG. 3, a short circuit path SK2 indicated by a thick dotted line in FIG. At this time, the current flowing out of the DC power supply 10 of the battery does not flow into the load 20 and the current path K2, but flows into the short-circuit path SK2 through the MOS1 and MOS2 of the upstream group U in the current path K1, and from the B-terminal. It will return to DC power supply 10. Therefore, a large current different from that in the normal operation flows through the upstream group U MOS1 and MOS2, and almost no current flows through the downstream group L MOS3 and MOS4. Therefore, as shown in the graph of FIG. 3B, when a short circuit occurs between the M + terminal and the B− terminal, in the upstream group U, the heat generation temperature of the MOSs 1 and 2 (upstream group) through which a large current flows rapidly increases. To rise. As for the detected temperature of the Tu (upstream group), the rate of temperature increase is greater than during normal operation. On the other hand, in the downstream group L where the current does not flow, the heating rate of the heat generation temperature of the MOSs 3 and 4 (downstream group) and the detected temperature of Tl (downstream group) is lower than that during normal operation. For this reason, in the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group U and the downstream group L, a significant difference from the normal operation appears from the moment when the short circuit occurs, and the temperature difference | Tu−Tl | rises more rapidly than during normal operation.

短絡発生時に大電流が流れるＭＯＳ１，２（上流群）の温度上昇は非常に急激であり、図３（ｂ）に示す時刻ｔａで素子劣化温度（ＭＯＳ１〜４）を超えると、ＭＯＳ１，２が壊れてしまう。従って、ＭＯＳ１，２の劣化を防止するためには、Ｔｕ（上流群）による時刻ｔｂでの異常検出が、時刻ｔａより先になる必要がある。しかしながら、プリント基板等を介した熱（温度）の伝播遅れがあるため、Ｔｕ（上流群）が通常動作時の飽和値に合わせて設定された異常設定温度１（Ｔｕ，Ｔｌ）を超える時刻ｔｂは、図のように素子劣化が起きる時刻ｔａより遅れてしまう場合がある。従って、Ｔｕ（上流群）による検出温度だけでは、短絡発生時の素子劣化を防止することができない場合がある。   The temperature rise of the MOSs 1 and 2 (upstream group) through which a large current flows when a short circuit occurs is very rapid. When the element deterioration temperature (MOSs 1 to 4) is exceeded at time ta shown in FIG. It will break. Therefore, in order to prevent the deterioration of the MOSs 1 and 2, the abnormality detection at the time tb by Tu (upstream group) needs to come before the time ta. However, since there is a delay in the propagation of heat (temperature) through the printed circuit board or the like, the time tb when Tu (upstream group) exceeds the abnormal set temperature 1 (Tu, Tl) set in accordance with the saturation value during normal operation. May be delayed from the time ta at which element degradation occurs as shown in the figure. Therefore, it may not be possible to prevent element degradation at the time of occurrence of a short circuit only by the temperature detected by Tu (upstream group).

そこで、電力変換装置１０１では、制御部に設けられた温度差検出部ＤＴで、上流群ＵのＴ素子Ｔｕと下流群ＬのＴ素子Ｔｌの温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜を検出するようにしている。前述したように、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。このため、通常動作時の飽和値に合わせて低く設定された異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）を超える時刻ｔｃは、図３（ｂ）に示すように、素子劣化が起きる時刻ｔａよりかなり早くなる。この温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜による時刻ｔｃでの異常検出によって、スイッチ素子であるＭＯＳ２を制御部でＯＦＦし、素子劣化が起きる時刻ｔａより先に電流経路Ｋ１を遮断する。これによって、ＭＯＳ１，２の発熱を止めて温度の上昇を抑えることで、ＭＯＳ１，２を熱劣化から防止することができる。   Therefore, in the power conversion device 101, the temperature difference detection unit DT provided in the control unit detects the temperature difference | Tu−Tl | between the T element Tu in the upstream group U and the T element Tl in the downstream group L. Yes. As described above, the temperature difference | Tu−Tl | starts to show a significant difference from the normal operation from the moment when the short circuit occurs, and rises more rapidly than the normal operation. For this reason, the time tc that exceeds the abnormal set temperature 2 (| Tu−Tl |) that is set low in accordance with the saturation value during normal operation is higher than the time ta at which element degradation occurs, as shown in FIG. It will be considerably faster. By detecting an abnormality at time tc due to this temperature difference | Tu−Tl |, the control element turns off MOS2 as a switch element, and cuts off the current path K1 before time ta at which element degradation occurs. Thereby, by stopping the heat generation of the MOSs 1 and 2 and suppressing the temperature rise, the MOSs 1 and 2 can be prevented from being thermally deteriorated.

また、図４に示すＢ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生する場合には、図４（ａ）において太い点線で示した短絡経路ＳＫ１が生じる。このとき、バッテリの直流電源１０から流れ出た電流は、短絡経路ＳＫ１に流れ込み、電流経路Ｋ１と負荷２０にはほとんど流れず、Ｍ−端子から電流経路Ｋ２にある下流群ＬのＭＯＳ３またはＭＯＳ４を通って、直流電源１０に戻ることになる。従って、下流群ＬのＭＯＳ３とＭＯＳ４には、通常動作時と異なる大電流が流れ、上流群ＵのＭＯＳ１とＭＯＳ２には、ほとんど電流が流れなくなる。このため、図４（ｂ）のグラフに示すように、Ｂ＋端子とＭ−端子間の短絡発生時には、下流群Ｌにおいて、大電流の流れるＭＯＳ３，４（下流群）の発熱温度が、急激に上昇する。また、Ｔｌ（下流群）の検出温度については、通常動作時より昇温速度が大きくなる。逆に、電流が流れなくなる上流群Ｕにおいては、ＭＯＳ１，２（上流群）の発熱温度とＴｕ（上流群）の検出温度は、通常動作時と較べて、昇温速度が小さくなる。このため、上流群Ｕと下流群Ｌに配置された各Ｔ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。   In addition, when a short circuit occurs between the B + terminal and the M− terminal shown in FIG. 4, a short circuit path SK1 indicated by a thick dotted line in FIG. At this time, the current flowing out of the DC power supply 10 of the battery flows into the short circuit path SK1, hardly flows through the current path K1 and the load 20, and passes through the MOS3 or MOS4 of the downstream group L in the current path K2 from the M-terminal. Thus, the DC power supply 10 is returned. Therefore, a large current different from that in the normal operation flows through the MOS 3 and MOS 4 in the downstream group L, and almost no current flows through the MOS 1 and MOS 2 in the upstream group U. For this reason, as shown in the graph of FIG. 4B, when a short circuit occurs between the B + terminal and the M− terminal, in the downstream group L, the heat generation temperature of the MOSs 3 and 4 (downstream group) through which a large current flows rapidly increases. To rise. Further, regarding the detected temperature of Tl (downstream group), the rate of temperature increase is greater than that during normal operation. On the contrary, in the upstream group U where current does not flow, the heating rate of the heat generation temperatures of the MOSs 1 and 2 (upstream group) and the detected temperature of the Tu (upstream group) is lower than that during normal operation. For this reason, in the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group U and the downstream group L, a significant difference from the normal operation appears from the moment when the short circuit occurs, and the temperature difference | Tu−Tl | rises more rapidly than during normal operation.

短絡発生時に大電流が流れるＭＯＳ３，４（下流群）の温度上昇は、非常に急激である。このため、図４（ｂ）に示すように、Ｔｌ（下流群）による時刻ｔｅでの異常検出が、プリント基板等を介した熱（温度）の伝播遅れで、ＭＯＳ３，４の素子劣化が起きる時刻ｔｄより遅れてしまう場合がある。しかしながら、温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、短絡が発生した瞬間から通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになり、通常動作時に較べて急速に立ち上がる。このため、通常動作時の飽和値に合わせて低く設定された異常設定温度２（｜Ｔｕ−Ｔｌ｜）を超える時刻ｔｆは、素子劣化が起きる時刻ｔｄよりかなり早くなる。この温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜による時刻ｔｆでの異常検出によって、ＭＯＳ３，４の通電を止めて温度上昇を抑えることで、ＭＯＳ３，４を熱劣化から防止することができる。   The temperature rise of the MOSs 3 and 4 (downstream group) through which a large current flows when a short circuit occurs is very rapid. For this reason, as shown in FIG. 4B, the abnormality detection at time te by Tl (downstream group) causes the element deterioration of the MOSs 3 and 4 due to the propagation delay of the heat (temperature) through the printed circuit board or the like. There is a case where it is delayed from the time td. However, the temperature difference | Tu−Tl | begins to show a significant difference from the normal operation from the moment when the short circuit occurs, and rises more rapidly than in the normal operation. For this reason, the time tf that exceeds the abnormal set temperature 2 (| Tu−Tl |) that is set low in accordance with the saturation value during normal operation is considerably earlier than the time td at which element degradation occurs. By detecting the abnormality at time tf based on this temperature difference | Tu−Tl |, the MOSs 3 and 4 can be prevented from being thermally deteriorated by stopping the energization of the MOSs 3 and 4 to suppress the temperature rise.

尚、図３のＭ＋端子とＢ−端子の間で短絡が発生する場合と図４のＢ＋端子とＭ−端子の間で短絡が発生する場合とで、異常発熱が起きる群は、上記したように上流群Ｕと下流群Ｌで逆転する。このため、絶対値である温度差｜Ｔｕ−Ｔｌ｜は、図３（ｂ）と図４（ｂ）で同じような傾向であっても、符号は正と負で逆転する。従って、この符号から、上流群Ｕと下流群Ｌのどちらで異常発熱が起きているかを判別することができる。   The group in which abnormal heat generation occurs between the case where the short circuit occurs between the M + terminal and the B− terminal in FIG. 3 and the case where the short circuit occurs between the B + terminal and the M− terminal in FIG. Reversely in the upstream group U and the downstream group L. Therefore, even if the temperature difference | Tu−Tl |, which is an absolute value, has the same tendency in FIGS. 3B and 4B, the sign is reversed between positive and negative. Therefore, it can be determined from this code whether the upstream group U or the downstream group L is generating abnormal heat.

以上、図１〜図４で例示した電力変換装置１００，１０１のように、上記電力変換装置においては、短絡による急激な異常昇温を確実かつ迅速に検出するため、従来の電力変換装置とは異なる次の構成が採用されている。すなわち、上流群と下流群にそれぞれ１個ずつ配置されるＴ素子によって各温度が検出されるだけでなく、その温度差も検出するようにしている。   As described above, like the power conversion devices 100 and 101 illustrated in FIGS. 1 to 4, in the power conversion device described above, in order to reliably and quickly detect a sudden abnormal temperature rise due to a short circuit, The following different configurations are adopted. That is, not only each temperature is detected by one T element arranged in each of the upstream group and the downstream group, but also the temperature difference is detected.

短絡によるＰＷ素子の異常昇温は急激であるため、例えば従来構成のように各ＰＷ素子に対して１個ずつ配置されているＴ素子であっても、異常昇温の検出とそれによる通電停止が間に合わず、ＰＷ素子が熱劣化してしまう場合がある。この事情は、先の背景技術と課題欄で説明した特許文献１に記載された電力変換装置ではさらに厳しくなり、特定の配置関係にある複数個のＰＷ素子に対して１個だけ配置されるＴ素子では、短絡による異常昇温の検出がさらに遅れる。   Since the abnormal temperature rise of the PW element due to the short circuit is abrupt, even if one T element is arranged for each PW element as in the conventional configuration, for example, the abnormal temperature rise is detected and the energization is stopped. May not be in time, and the PW element may be thermally deteriorated. This situation becomes more severe in the power conversion device described in Patent Document 1 described in the background art and the problem column, and only one T is arranged for a plurality of PW elements having a specific arrangement relationship. In the element, detection of abnormal temperature rise due to a short circuit is further delayed.

これに対して、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差を検出する上記電力変換装置は、以下のように機能する。通常動作時にＢ＋端子からＭ＋端子およびＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の途中で短絡が発生した場合、上流群と下流群をそれぞれ構成しているＰＷ素子は、昇温に対する逆の挙動を示すことになる。すなわち、短絡経路が並列接続される上流群または下流群のいずれか一方の群に属するＰＷ素子は、電流がほとんど流れなくなって、通常動作時よりも昇温が遅くなったり、昇温が停止したりする。これに対して、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも急激な昇温が起きる。   On the other hand, the power converter that detects the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group functions as follows. When a short circuit occurs in the middle of the current path from the B + terminal to the M + terminal and from the M− terminal to the B− terminal during normal operation, the PW elements constituting the upstream group and the downstream group, respectively, have a reverse behavior with respect to the temperature rise. Will be shown. In other words, the PW elements belonging to either the upstream group or the downstream group to which the short-circuit path is connected in parallel have almost no current flowing, and the temperature rise is slower than in normal operation, or the temperature rise is stopped. Or On the other hand, a large current flows through the PW elements belonging to the other group, and the temperature rises more rapidly than during normal operation.

上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の検出は、短絡が発生した場合の上記した昇温に対する逆の挙動を利用して、短絡による急激な異常昇温をより敏感に検出するものである。すなわち、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値は、各Ｔ素子の温度の測定値に較べて絶対値が小さいものの、前述した短絡に伴う上流群と下流群をそれぞれ構成するＰＷ素子の昇温に対する逆の挙動が含まれている。従って、この温度差を精密に測定することによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の検出を、少数のＴ素子で、確実かつ迅速に行うことができる。   The temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group is detected more sensitively by detecting the sudden abnormal temperature rise due to the short circuit by using the reverse behavior to the temperature rise described above when a short circuit occurs. Is. That is, the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group has a smaller absolute value than the measured value of the temperature of each T element. The reverse behavior with respect to the temperature rise of the PW element is included. Therefore, by accurately measuring this temperature difference, it is possible to reliably and quickly detect a sudden abnormal temperature rise due to a short circuit, which cannot be achieved only by conventional temperature measurement, with a small number of T elements.

例えば、図２で例示したように、通常動作時においては、全てのＰＷ素子が昇温するため、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値には、上流群と下流群で顕著な差は表れない。しかしながら、図３と図４で例示したように、短絡が発生した場合、上流群と下流群に分類されたＰＷ素子のうち、短絡経路が並列接続される群に属するＰＷ素子には電流が流れなくなって、昇温速度が小さくなる。逆に、もう一方の群に属するＰＷ素子のほうには大電流が流れて、通常動作時よりも昇温速度が大きくなる。このため、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の測定値には、短絡が発生した瞬間から、通常動作時とは異なる顕著な差が表れるようになる。これによって、従来の温度の測定だけではできなかった短絡による急激な異常昇温の迅速な検出が可能となる。そして、この短絡による異常昇温を素早く検出して、通電を直ちに停止することで、短絡による各ＰＷ素子の熱劣化を確実に防止できるようになる。   For example, as illustrated in FIG. 2, since all PW elements are heated during normal operation, the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group includes the upstream group and the downstream group. There is no significant difference between groups. However, as illustrated in FIGS. 3 and 4, when a short circuit occurs, a current flows through the PW elements belonging to the group in which the short circuit path is connected in parallel among the PW elements classified into the upstream group and the downstream group. It disappears and the heating rate becomes small. Conversely, a large current flows through the PW elements belonging to the other group, and the temperature rising rate becomes larger than that during normal operation. For this reason, in the measured value of the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group, a remarkable difference different from that in the normal operation appears from the moment when the short circuit occurs. As a result, it is possible to quickly detect a sudden abnormal temperature rise due to a short circuit, which cannot be achieved only by conventional temperature measurement. Then, the abnormal temperature rise due to the short circuit is detected quickly and the energization is immediately stopped, so that the thermal deterioration of each PW element due to the short circuit can be surely prevented.

以上のようにして、上記電力変換装置は、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出可能な、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。   As described above, the power conversion device is a small-sized and low-cost power conversion device capable of reliably and quickly detecting a sudden abnormal temperature rise of a PW element with a small number of T elements even when a short circuit occurs. It can be.

尚、上記電力変換装置においては、上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差だけでなく、温度差の傾き（微分値）を検出して、ＰＷ素子の異常昇温を検出することが好ましい。上流群と下流群に配置されたＴ素子の温度差の傾きの変化を検出することで、前述した短絡が発生した場合の通常動作時から昇温速度の変化を、より迅速かつ確実に検出することが可能である。   In the above power conversion device, not only the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group but also the gradient (differential value) of the temperature difference is detected to detect an abnormal temperature rise of the PW element. Is preferred. By detecting the change in the temperature difference between the T elements arranged in the upstream group and the downstream group, the change in the temperature rise rate can be detected more quickly and reliably from the normal operation when the short circuit described above occurs. It is possible.

次に、図１に例示した電力変換装置１００の変形例について説明する。   Next, a modification of the power conversion apparatus 100 illustrated in FIG. 1 will be described.

図１に例示した電力変換装置１００は、２個のＰＷ素子１，２が上流群Ｕに分類され、２個のＰＷ素子３，４が下流群Ｌに分類されていた。上記電力変換装置は、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子および下流群に分類されるＰＷ素子のうち、少なくとも一方が、複数個であってもよい。上流群および下流群に分類されるＰＷ素子の数は、前述したように任意の複数個であってよく、同じ群に属するＰＷ素子の数が多くなるほど、各ＰＷ素子に対してＴ素子を１個ずつ配置する従来の構成に較べて、小型化かつ低コスト化が可能である。また、これに限らず、上流群に分類されるＰＷ素子と下流群に分類されるＰＷ素子は、それぞれ１個ずつであってもよい。   In the power conversion apparatus 100 illustrated in FIG. 1, the two PW elements 1 and 2 are classified into the upstream group U, and the two PW elements 3 and 4 are classified into the downstream group L. In the power conversion device, for example, at least one of the PW elements classified into the upstream group and the PW elements classified into the downstream group may be plural. The number of PW elements classified into the upstream group and the downstream group may be an arbitrary plural number as described above. As the number of PW elements belonging to the same group increases, one T element is assigned to each PW element. Compared to the conventional configuration in which the individual pieces are arranged, the size and cost can be reduced. Further, the present invention is not limited to this, and there may be one PW element classified into the upstream group and one PW element classified into the downstream group.

図５は、図１に示した電力変換装置１００の変形例で、ＰＷ素子２とＰＷ素子３がそれぞれ上流群Ｕと下流群Ｌに分類されている、電力変換装置１１０の主な構成要素を示したブロック図である。図５に示す電力変換装置１１０の具体化例としては、例えば図２（ａ）に示した電力変換装置１０１において、上流群ＵをＭＯＳ２のスイッチ素子だけとし、下流群ＬをＭＯＳ３のＳＷ素子だけとしたものである。   FIG. 5 is a modified example of the power conversion device 100 shown in FIG. 1, and shows main components of the power conversion device 110 in which the PW element 2 and the PW element 3 are classified into the upstream group U and the downstream group L, respectively. It is the block diagram shown. As a specific example of the power conversion device 110 shown in FIG. 5, for example, in the power conversion device 101 shown in FIG. 2A, the upstream group U is only the switch element of MOS2, and the downstream group L is only the SW element of MOS3. It is what.

図１に例示した電力変換装置１００は、上流群Ｕに分類される２個のＰＷ素子１，２が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１の間に挿入され、下流群Ｌに分類される２個のＰＷ素子３，４が、Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路Ｋ２の間に挿入されていた。しかしながらこれに限らず、例えば、上流群と下流群に分類されるＰＷ素子が、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路またはＭ−端子からＢ−端子へ至る電流経路のどちらか一方の電流経路に挿入されてなる構成であってもよい。   In the power conversion apparatus 100 illustrated in FIG. 1, two PW elements 1 and 2 classified into the upstream group U are inserted between the current paths K1 from the B + terminal to the M + terminal, and are classified into the downstream group L. The two PW elements 3 and 4 are inserted between the current paths K2 from the M-terminal to the B-terminal. However, the present invention is not limited to this. For example, the PW elements classified into the upstream group and the downstream group have either a current path from the B + terminal to the M + terminal or a current path from the M− terminal to the B− terminal. The structure inserted may be sufficient.

図６は、図１に示した電力変換装置１００の別の変形例で、上流群Ｕと下流群Ｌに分類されるＰＷ素子１〜４がＢ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路Ｋ１に挿入されている、電力変換装置１２０の主な構成要素を示したブロック図である。   FIG. 6 shows another modification of the power conversion apparatus 100 shown in FIG. 1, in which PW elements 1 to 4 classified into an upstream group U and a downstream group L are inserted into a current path K1 from the B + terminal to the M + terminal. It is the block diagram which showed the main components of the power converter device 120 which is.

図２に例示した電力変換装置１０１は、下流群Ｌに分類されるＰＷ素子のＭＯＳ３，４が、負荷２０に制御電力を出力するＳＷ素子であり、上流群Ｕに分類されるＰＷ素子のＭＯＳ２が、電流経路Ｋ１を断続するためのスイッチ素子であった。このように、上記電力変換装置は、例えば、下流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、所定の制御信号に基づいて負荷に制御電力を出力するためのＳＷ素子とすることができる。また、上流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個を、Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路を断続するためのスイッチ素子とすることができる。しかしながら、このような構成に限らず、例えば、上流群に分類されるＰＷ素子をインバータ回路における上アームのＳＷ素子とし、下流群に分類されるＰＷ素子を下アームのＳＷ素子としてもよい。   In the power conversion device 101 illustrated in FIG. 2, the PW element MOSs 3 and 4 classified into the downstream group L are SW elements that output control power to the load 20, and the PW element MOS2 classified into the upstream group U However, it was a switch element for interrupting the current path K1. Thus, in the power conversion device, for example, at least one of the PW elements classified into the downstream group can be a SW element for outputting control power to the load based on a predetermined control signal. Further, at least one of the PW elements classified into the upstream group can be a switching element for interrupting a current path from the B + terminal to the M + terminal. However, the present invention is not limited to this configuration. For example, the PW element classified into the upstream group may be the upper arm SW element in the inverter circuit, and the PW element classified into the downstream group may be the lower arm SW element.

次に、上記電力変換装置について、回路基板への実装構造の好ましい構成例を説明する。   Next, the preferable structural example of the mounting structure to a circuit board is demonstrated about the said power converter device.

上記電力変換装置は、例えば、ＰＷ素子が樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔ素子がチップ部品であり、ＰＷ素子とＴ素子が絶縁基体に配線が形成されたプリント基板等の一枚の回路基板に搭載されてなる構成であってよい。この場合において、例えばＰＷ素子とＴ素子が回路基板の同じ第１面上に搭載される場合には、ＰＷ素子とＴ素子とが、配線と別体とされ絶縁基体よりも熱伝導性に優れる伝熱部により、熱的に接続される構成とすることが好ましい。   The power conversion device is, for example, a package component in which a PW element is molded with resin, a T element is a chip component, and a PW element and a T element are printed on a single printed circuit board having wiring formed on an insulating substrate. It may be configured to be mounted on a circuit board. In this case, for example, when the PW element and the T element are mounted on the same first surface of the circuit board, the PW element and the T element are separated from the wiring and have better thermal conductivity than the insulating base. It is preferable that the heat transfer unit be thermally connected.

上記電力変換装置における上流群と下流群のＰＷ素子の分類は、前述したように電気回路構成上の上流と下流の関係だけで決められるものであり、特別な配置状態にある回路基板とＰＷ素子を前提としたものではない。一方、同じ群に属する複数個のＰＷ素子を１個のＴ素子で温度測定し、上流群と下流群の温度差で短絡による異常を検出する上記電力変換装置は、短絡によるＰＷ素子の異常昇温を素早くＴ素子に伝える必要がある。この２つの要件を両立させるため、上記構成では、電気回路を構成する回路基板の配線とは別体の伝熱部により、ＰＷ素子とＴ素子の間を伝熱させるようにしている。これによれば、例えば、ＰＷ素子の電極に印加される電位に制限されることなく、Ｔ素子とＰＷ素子との間を熱的に接続することができる。また、上記伝熱部は、後述するように、ＰＷ素子やＴ素子およびそれらに接続する配線が配置される回路基板の第１面を避けて、回路基板の内部やもう一方の第２面に形成することも可能である。従って、該伝熱部によれば、ＰＷ素子とＴ素子を近接して配置する場合に限らず、回路基板の第１面の任意の位置に配置する場合であっても、ＰＷ素子からＴ素子への良好な熱伝達を担保することができる。   As described above, the classification of the upstream group and the downstream group of PW elements in the power converter is determined only by the relationship between the upstream and downstream in the electric circuit configuration, and the circuit board and the PW element in a special arrangement state. This is not a premise. On the other hand, the power converter that measures the temperature of a plurality of PW elements belonging to the same group with a single T element and detects an abnormality due to a short circuit based on a temperature difference between the upstream group and the downstream group is provided. It is necessary to quickly transmit the temperature to the T element. In order to make these two requirements compatible, in the above configuration, heat is transferred between the PW element and the T element by a heat transfer part separate from the wiring of the circuit board constituting the electric circuit. According to this, for example, the T element and the PW element can be thermally connected without being limited to the potential applied to the electrode of the PW element. In addition, as described later, the heat transfer section avoids the first surface of the circuit board on which the PW element, the T element, and the wiring connected thereto are arranged, and is disposed inside the circuit board or on the other second surface. It is also possible to form. Therefore, according to the heat transfer section, not only when the PW element and the T element are arranged close to each other, but also when the PW element and the T element are arranged at an arbitrary position on the first surface of the circuit board, Good heat transfer to can be ensured.

上記伝熱部は、例えば、電気絶縁性を有する伝熱ゲル、および配線と同じ構成要素の金属層とビアで構成することができる。この場合、例えば、前記ビアが、スルーホールビアであり、前記金属層には、回路基板のＰＷ素子とＴ素子が搭載される第１面と反対の第２面上に形成される金属層が含まれてなる構成であってよい。   The heat transfer section can be constituted by, for example, a heat transfer gel having electrical insulation, and a metal layer and vias having the same components as the wiring. In this case, for example, the via is a through-hole via, and the metal layer has a metal layer formed on a second surface opposite to the first surface on which the PW element and the T element of the circuit board are mounted. The composition may be included.

図７は、上記伝熱部を用いた実装構造の一例を示す図で、同じ群Ｇに分類されたＰＷ素子ＰＷ１，２、およびそこに配置されるＴ素子Ｔｇについて、プリント基板からなる回路基板Ｋへの好ましい実装構造を示す図である。図７の（ａ）は、回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ａ−Ａでの断面図である。   FIG. 7 is a diagram showing an example of a mounting structure using the heat transfer section. The PW elements PW1 and PW2 classified into the same group G and the T element Tg arranged there are circuit boards made of a printed circuit board. It is a figure which shows the preferable mounting structure to K. 7A is a top view of the circuit board K, and FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the alternate long and short dash line AA in FIG.

図７に示す群Ｇは、図１〜図６で例示した電力変換装置における上流群Ｕまたは下流群Ｌに相当し、ＰＷ素子であるＰＷ１，ＰＷ２が群Ｇに分類され、そこに１個のＴ素子であるＴｇが配置される。ＰＷ１，ＰＷ２は、ＭＯＳトランジスタやＩＧＢＴからなる樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、Ｔｇは、サーミスタ等からなるチップ部品である。ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇは、絶縁基体３０に配線３１が形成された回路基板Ｋの同じ第１面上に搭載されている。尚、図７における符号３２は、パッケージ部品ＰＷ１，ＰＷ２やチップ部品Ｔｇの電極である。また、図７（ｂ）に示す符号３０ａ，３０ｂは、絶縁性の表面保護膜であり、符号３３は、配線３１とパッケージ部品ＰＷ１，ＰＷ２やチップ部品Ｔｇの電極３２を接続する半田である。   The group G shown in FIG. 7 corresponds to the upstream group U or the downstream group L in the power conversion device illustrated in FIGS. 1 to 6, and PW1 and PW2 which are PW elements are classified into the group G, and there is one Tg which is a T element is arranged. PW1 and PW2 are package parts molded with a resin made of a MOS transistor or IGBT, and Tg is a chip part made of a thermistor or the like. PW1, PW2 and Tg are mounted on the same first surface of the circuit board K on which the wiring 31 is formed on the insulating base 30. Note that reference numeral 32 in FIG. 7 denotes electrodes of the package parts PW1 and PW2 and the chip part Tg. Further, reference numerals 30a and 30b shown in FIG. 7B are insulating surface protective films, and reference numeral 33 is solder for connecting the wiring 31 and the electrodes 32 of the package parts PW1 and PW2 and the chip part Tg.

図７に示す実装構造では、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇとが、配線３１と別体とされ、絶縁基体３０よりも熱伝導性に優れる伝熱部ＤＨにより、熱的に接続される構成としている。   In the mounting structure shown in FIG. 7, PW 1, PW 2, and Tg are separated from the wiring 31 and are thermally connected by a heat transfer portion DH that is superior in thermal conductivity to the insulating base 30.

図７（ｂ）の伝熱部ＤＨは、配線３１と同じ構成要素のパターニングされた金属層４１〜４３とビア４５，４６、および電気絶縁性を有する伝熱ゲル５１，５２で構成されている。ビア４５，４６はスルーホールビアであり、前記金属層には、回路基板ＫにおいてＰＷ１，ＰＷ２とＴｇが搭載される第１面と反対の第２面上に形成される金属層４２，４３が含まれている。また、熱伝導性を上げるため、電気絶縁性の伝熱ゲル５１，５２は、スルーホールビアビア４５，４６内にも充填されている。尚、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇの電気絶縁を確実にするため、図７の構造では、第２面の金属層４２，４３にわずかな隙間を設けている。しかしながら、第１面の伝熱ゲル５１，５２でＰＷ１，ＰＷ２とＴｇの確実な電気絶縁が得られるならば、該隙間をなくして、金属層４２，４３は一体であってよい。   The heat transfer section DH in FIG. 7B is configured by patterned metal layers 41 to 43, vias 45 and 46, and heat transfer gels 51 and 52 having electrical insulation, which are the same components as the wiring 31. . The vias 45 and 46 are through-hole vias, and the metal layers include metal layers 42 and 43 formed on the second surface of the circuit board K opposite to the first surface on which the PW1, PW2, and Tg are mounted. include. Further, in order to increase thermal conductivity, the electrically insulating heat transfer gels 51 and 52 are also filled in the through-hole via vias 45 and 46. In order to ensure electrical insulation between PW1, PW2 and Tg, in the structure of FIG. 7, a slight gap is provided in the metal layers 42 and 43 on the second surface. However, if reliable electrical insulation of PW1, PW2 and Tg is obtained by the heat transfer gels 51 and 52 on the first surface, the metal layers 42 and 43 may be integrated without the gap.

図７の実装構造では、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇが搭載される第１面と反対の第２面を介して、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇを熱的に接続している。図７に示す回路基板Ｋの第１面には、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇを含めて多数の電子部品が搭載されるため、配線３１の取り回しの自由度が少なく、ＴｇをＰＷ１，ＰＷ２の近くに配置できない場合がある。しかしながら、図７の第２面を介して熱接続する実装構造によれば、ＴｇをＰＷ１，ＰＷ２から離れた位置に配置しても、ＰＷ１，ＰＷ２とＴｇを良好に熱接続することができる。   In the mounting structure of FIG. 7, PW1, PW2, and Tg are thermally connected via a second surface opposite to the first surface on which PW1, PW2, and Tg are mounted. Since a large number of electronic components including PW1, PW2 and Tg are mounted on the first surface of the circuit board K shown in FIG. 7, the degree of freedom of the wiring 31 is small, and Tg is close to PW1 and PW2. May not be able to place. However, according to the mounting structure in which heat connection is performed via the second surface in FIG. 7, even if Tg is disposed at a position away from PW1 and PW2, PW1, PW2 and Tg can be thermally connected well.

図８は、図７に示した実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した図である。図８の（ａ）は、回路基板Ｋの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）における一点鎖線Ｂ−Ｂでの断面図である。   FIG. 8 is a diagram in which the upstream group U and the downstream group L of the power conversion device 101 in FIG. 2A are configured using the mounting structure shown in FIG. 8A is a top view of the circuit board K, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along one-dot chain line BB in FIG.

図８に示す上流群ＵのＴｕと下流群ＬのＴｌは、それぞれ、回路基板Ｋの第１面において配線の取り回しが可能な任意の位置に配置することができる。そして、回路基板Ｋの第２面に形成される金属層４２，４３（およびＭＯＳ１〜４とＴｕ，Ｔｌの直下に配置される伝熱ゲル、第１面の金属層、スルーホールビア等）を介して、Ｔｕ，Ｔｌは、それぞれ、ＭＯＳ１，２およびＭＯＳ３，４と熱接続されている。   The Tu of the upstream group U and the Tl of the downstream group L shown in FIG. 8 can be arranged at arbitrary positions where wiring can be routed on the first surface of the circuit board K, respectively. Then, the metal layers 42 and 43 (and the heat transfer gel disposed immediately below the MOS1 to 4 and Tu and Tl, the metal layer on the first surface, the through-hole via, etc.) formed on the second surface of the circuit board K are provided. Thus, Tu and Tl are thermally connected to MOS1, 2 and MOS3, 4, respectively.

図９は、別の実装構造を用いて、図２（ａ）の電力変換装置１０１の上流群Ｕと下流群Ｌを構成した回路基板Ｋの上面図である。   FIG. 9 is a top view of a circuit board K that configures the upstream group U and the downstream group L of the power conversion device 101 of FIG. 2A using another mounting structure.

図９は、図７に示した実装構造を利用できない場合の実装構造の一例である。図９において、上流群ＵのＭＯＳ１，２とＴｕは、図８と同様で、回路基板Ｋの第２面に形成される金属層４２を介して熱接続されている。一方、下流群Ｌにおいては、配置関係等の理由によりＭＯＳ３，４とＴｌの熱接続に第２面の金属層を利用できないため、電流経路Ｋ２のＭ−端子近くにＴｌを配置して、電流経路Ｋ２の配線３１による熱伝達で、並列接続のＭＯＳ３，４の異常発熱を検出するようにしている。   FIG. 9 is an example of a mounting structure when the mounting structure shown in FIG. 7 cannot be used. In FIG. 9, the MOSs 1, 2 and Tu of the upstream group U are thermally connected via a metal layer 42 formed on the second surface of the circuit board K, as in FIG. 8. On the other hand, in the downstream group L, because the metal layer on the second surface cannot be used for the thermal connection between the MOSs 3 and 4 and Tl for reasons such as the arrangement relationship, Tl is arranged near the M-terminal of the current path K2. Abnormal heat generation of the MOSs 3 and 4 connected in parallel is detected by heat transfer through the wiring 31 of the path K2.

以上のようにして、上記電力変換装置は、直流電源と負荷の間に挿入され、直流電源からの電圧および電流を変換して負荷に電力を供給する電力変換装置であって、短絡が発生する場合においても、ＰＷ素子の急激な異常昇温を少数のＴ素子で確実かつ迅速に検出できる、小型・低コストの電力変換装置とすることができる。   As described above, the power conversion device is a power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts voltage and current from the DC power supply and supplies power to the load, and a short circuit occurs. Even in this case, a small and low-cost power conversion device that can detect a sudden abnormal temperature rise of the PW element reliably and quickly with a small number of T elements can be provided.

従って、上記電力変換装置は、小型・低コストが要求され、種々の環境下で使用されて
短絡が発生した場合においても確実かつ迅速な検出が必要とされる、車載用の電力変換装置として好適である。 Therefore, the power conversion device is suitable as a vehicle-mounted power conversion device that is required to be small and low in cost and needs to be reliably and quickly detected even when a short circuit occurs when used in various environments. It is.

１００，１０１，１１０，１２０ 電力変換装置
１０ 直流電源
２０ 負荷
Ｋ１，Ｋ２ 電流経路
１〜４，ＰＷ１，ＰＷ２ パワー半導体素子（ＰＷ素子）
Ｕ 上流群
Ｌ 下流群
Ｔｕ，Ｔｌ 温度検出素子（Ｔ素子）
ＤＴ 温度差検出部
ＤＨ 伝熱部 100, 101, 110, 120 Power converter 10 DC power supply 20 Load K1, K2 Current path 1-4, PW1, PW2 Power semiconductor element (PW element)
U upstream group L downstream group Tu, Tl Temperature detection element (T element)
DT Temperature difference detection part DH Heat transfer part

Claims (10)

直流電源と負荷の間に挿入され、前記直流電源からの電圧および電流を変換して、前記負荷に電力を供給する電力変換装置であって、
前記直流電源の高電位側に接続する高電位電源端子（以下、Ｂ＋端子と記載）、前記直流電源の低電位側に接続する低電位電源端子（以下、Ｂ−端子と記載）、前記負荷の高電位側に接続する高電位負荷端子（以下、Ｍ＋端子と記載）、および前記負荷の低電位側に接続する低電位負荷端子（以下、Ｍ−端子と記載）を有してなり、
前記Ｂ＋端子から前記Ｍ＋端子へ至る電流経路と前記Ｍ−端子から前記Ｂ−端子へ至る電流経路の間に、直列に、２個以上のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）が挿入されてなる電力変換装置において、
前記２個以上のＰＷ素子が、前記Ｂ＋端子側の上流群と前記Ｂ−端子側の下流群に分類されてなり、
前記上流群と前記下流群に、それぞれ、１個の温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）が配置されてなり、
前記上流群のＴ素子と前記下流群のＴ素子の温度差を検出して、前記ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されてなり、
前記温度差の傾きを検出して、前記ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されてなることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts a voltage and current from the DC power supply, and supplies power to the load.
A high potential power supply terminal (hereinafter referred to as B + terminal) connected to the high potential side of the DC power supply, a low potential power supply terminal (hereinafter referred to as B− terminal) connected to the low potential side of the DC power supply, A high potential load terminal (hereinafter referred to as M + terminal) connected to the high potential side, and a low potential load terminal (hereinafter referred to as M− terminal) connected to the low potential side of the load;
Two or more power semiconductor elements (hereinafter referred to as PW elements) are inserted in series between the current path from the B + terminal to the M + terminal and the current path from the M− terminal to the B− terminal. In the power conversion device
The two or more PW elements are classified into an upstream group on the B + terminal side and a downstream group on the B- terminal side,
One temperature detection element (hereinafter referred to as a T element) is arranged in each of the upstream group and the downstream group,
By detecting the temperature difference between the T element of the downstream group and the upstream group of T elements, Ri Na is configured to detect the abnormal Atsushi Nobori of the PW element,
Wherein by detecting the inclination of the temperature difference, the power converter according to claim Rukoto a is configured to detect the abnormal Atsushi Nobori of the PW element. 前記ＰＷ素子が、樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、
前記Ｔ素子が、チップ部品であり、
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子が、絶縁基体に配線が形成された一枚の回路基板に搭載され
てなることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 The PW element is a package component molded with resin,
The T element is a chip component;
The power converter according to claim 1, wherein the PW element and the T element are mounted on a single circuit board in which wiring is formed on an insulating base . 直流電源と負荷の間に挿入され、前記直流電源からの電圧および電流を変換して、前記負荷に電力を供給する電力変換装置であって、
前記直流電源の高電位側に接続する高電位電源端子（以下、Ｂ＋端子と記載）、前記直流電源の低電位側に接続する低電位電源端子（以下、Ｂ−端子と記載）、前記負荷の高電位側に接続する高電位負荷端子（以下、Ｍ＋端子と記載）、および前記負荷の低電位側に接続する低電位負荷端子（以下、Ｍ−端子と記載）を有してなり、
前記Ｂ＋端子から前記Ｍ＋端子へ至る電流経路と前記Ｍ−端子から前記Ｂ−端子へ至る電流経路の間に、直列に、２個以上のパワー半導体素子（以下、ＰＷ素子と記載）が挿入されてなる電力変換装置において、
前記２個以上のＰＷ素子が、前記Ｂ＋端子側の上流群と前記Ｂ−端子側の下流群に分類されてなり、
前記上流群と前記下流群に、それぞれ、１個の温度検出素子（以下、Ｔ素子と記載）が配置されてなり、
前記上流群のＴ素子と前記下流群のＴ素子の温度差を検出して、前記ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されてなり、
前記ＰＷ素子が、樹脂でモールドされたパッケージ部品であり、
前記Ｔ素子が、チップ部品であり、
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子が、絶縁基体に配線が形成された一枚の回路基板に搭載されてなり、
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子が、前記回路基板の第１面上に搭載されてなり、
前記ＰＷ素子と前記Ｔ素子とが、前記配線と別体とされ、前記絶縁基体よりも熱伝導性に優れる伝熱部により、熱的に接続されてなることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that is inserted between a DC power supply and a load, converts a voltage and current from the DC power supply, and supplies power to the load.
A high potential power supply terminal (hereinafter referred to as B + terminal) connected to the high potential side of the DC power supply, a low potential power supply terminal (hereinafter referred to as B− terminal) connected to the low potential side of the DC power supply, A high potential load terminal (hereinafter referred to as M + terminal) connected to the high potential side, and a low potential load terminal (hereinafter referred to as M− terminal) connected to the low potential side of the load;
Two or more power semiconductor elements (hereinafter referred to as PW elements) are inserted in series between the current path from the B + terminal to the M + terminal and the current path from the M− terminal to the B− terminal. In the power conversion device
The two or more PW elements are classified into an upstream group on the B + terminal side and a downstream group on the B- terminal side,
One temperature detection element (hereinafter referred to as a T element) is arranged in each of the upstream group and the downstream group,
Detecting a temperature difference between the T element in the upstream group and the T element in the downstream group, and detecting an abnormal temperature rise of the PW element;
The PW element is a package component molded with resin,
The T element is a chip component;
The PW element and the T element are mounted on a single circuit board having a wiring formed on an insulating base,
The PW element and the T element are mounted on the first surface of the circuit board,
And the PW element and the T element, wherein the wiring and the separate, the by heat transfer portion having excellent thermal conductivity than the insulating substrate, thermally connected to it to that power conversion apparatus characterized by comprising . 前記伝熱部が、電気絶縁性を有する伝熱ゲル、および前記配線と同じ構成要素の金属層とビアで構成されてなることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 3, wherein the heat transfer unit is configured by a heat transfer gel having electrical insulation, and a metal layer and vias having the same components as the wiring . 前記ビアが、スルーホールビアであり、
前記金属層には、前記回路基板の第２面上に形成される金属層が含まれてなることを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。 The via is a through-hole via;
The power conversion apparatus according to claim 4 , wherein the metal layer includes a metal layer formed on a second surface of the circuit board . 前記温度差の傾きを検出して、前記ＰＷ素子の異常昇温を検出するように構成されてなることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の電力変換装置。 6. The power conversion device according to claim 3 , wherein the power conversion device is configured to detect an abnormal temperature rise of the PW element by detecting an inclination of the temperature difference . 7. 前記上流群に分類されるＰＷ素子および前記下流群に分類されるＰＷ素子のうち、少なくとも一方が、複数個であることを特徴とする請求項１乃至６いずれか一項に記載の電力変換装置。 Of the PW elements classified as PW element and the downstream group are classified into the upstream group, at least one of power conversion apparatus according to any one of claims 1 to 6, characterized in that a plurality . 前記上流群に分類されるＰＷ素子が、前記Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路の間に挿入されてなり、
前記下流群に分類されるＰＷ素子が、前記Ｍ−端子からＢ−端子へ至る電流経路の間に挿入されてなることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の電力変換装置。 PW elements classified into the upstream group are inserted between current paths from the B + terminal to the M + terminal,
The power conversion according to any one of claims 1 to 7 , wherein the PW elements classified into the downstream group are inserted between current paths from the M-terminal to the B-terminal. apparatus. 前記下流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個が、所定の制御信号に基づいて前記負荷に制御電力を出力するためのスイッチング素子であり、
前記上流群に分類されるＰＷ素子の少なくとも１個が、前記Ｂ＋端子からＭ＋端子へ至る電流経路を断続するためのスイッチ素子であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の電力変換装置。 At least one of the PW elements classified into the downstream group is a switching element for outputting control power to the load based on a predetermined control signal,
At least one of the PW elements classified into the upstream unit, in any one of claims 1 to 8, characterized in that a switch element for intermittently a current path from the B + terminal to the M + terminal The power converter described. 前記電力変換装置が、車載用であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の電力変換装置。   The power converter according to any one of claims 1 to 9, wherein the power converter is for in-vehicle use.
JP2013092824A 2013-04-25 2013-04-25 Power converter Active JP6015544B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013092824A JP6015544B2 (en) 2013-04-25 2013-04-25 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013092824A JP6015544B2 (en) 2013-04-25 2013-04-25 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014217175A JP2014217175A (en) 2014-11-17
JP6015544B2 true JP6015544B2 (en) 2016-10-26

Family

ID=51942408

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013092824A Active JP6015544B2 (en) 2013-04-25 2013-04-25 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6015544B2 (en)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11272101A (en) * 1998-03-25 1999-10-08 Toshiba Lighting & Technology Corp Fixing heater, fixing device and image forming device
JP2008022648A (en) * 2006-07-13 2008-01-31 Toyota Motor Corp Failure detection apparatus of power module
JP2008171940A (en) * 2007-01-10 2008-07-24 Advics:Kk Load driving device
JP5461899B2 (en) * 2009-06-26 2014-04-02 株式会社東芝 Power converter
JP2011010480A (en) * 2009-06-26 2011-01-13 Denso Corp Power converter
JP5500107B2 (en) * 2011-03-09 2014-05-21 株式会社デンソー Switching element drive circuit

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014217175A (en) 2014-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5169353B2 (en) Power module
US9338926B2 (en) Cooling structure for electronic circuit component and inverter apparatus using the same
US9807913B2 (en) Cooling structure of heating element and power conversion device
US20140035658A1 (en) Power semiconductor device module
JP2007123644A (en) Power semiconductor device
JP5704121B2 (en) Protection circuit for semiconductor module with snubber capacitor
US11373832B2 (en) Electric-power conversion apparatus
JP6745991B2 (en) Semiconductor power module
JP2009146933A (en) Bus bar and semiconductor device provided with the same
WO2018211735A1 (en) Semiconductor device
US20160027716A1 (en) Semiconductor module
JP2007049810A (en) Semiconductor device for power converter and power converter with temperature protection function having the semiconductor device
JP5709161B2 (en) Power semiconductor module
JP6905356B2 (en) Power semiconductor module
EP2957762B1 (en) Control apparatus
JP6461264B1 (en) Power converter
WO2010084550A1 (en) Semiconductor module and control method of same
Zehringer et al. Material requirements for high voltage, high power IGBT devices
JP6015544B2 (en) Power converter
US9553575B2 (en) Semiconductor device
JP6395164B1 (en) Power converter
JP2007081155A (en) Semiconductor device
KR101904682B1 (en) Current interrupting device
US9123696B2 (en) Semiconductor device
JP6441456B2 (en) Electrical fuse device having foam metal material

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150817

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160531

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160607

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160707

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160830

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160912

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6015544

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250