JP6168836B2 - 直流電源装置およびコンバータ出力電流制限方法 - Google Patents

Description

本発明は、コンバータの出力に蓄電池を接続した直流電源装置に関するものであり、特に、蓄電池の不要な放電を回避することのできる直流電源装置およびコンバータ出力電流制限方法に関する。

従来の直流電源装置の定格電流は、ある固定の周囲温度に対して、コンバータ主回路素子のジャンクション温度がジャンクション温度許容値以下となる値に設定されていた。具体的には、従来の直流電源装置は、コンバータ主回路素子のジャンクション温度許容値と、出力電流、出力電圧から、ある固定の定格電流値（電流保護設定値）を算出する。

そして、従来の直流電源装置は、コンバータの出力電流検出値が大きくなった時、コンパレータが保護信号を出力し、制御部から出力される電圧指令値により、コンバータの出力電圧を低下させ、蓄電池を放電させる。この結果、コンバータの出力電流検出値が、電流保護設定値（装置定格電流）より小さくなるように動作する。

特開２０１０−２６８６１４号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来の直流電源装置は、以上のように、最悪ケース（固定）の周囲温度を使って定格電流を決めていた。このため、周囲温度が、十分低い場合であっても（すなわち、コンバータに余裕がある場合であっても）、最悪ケースの周囲温度より算出した定格電流値までの出力しか出せず、不要に蓄電池を放電させてしまう場合があるという課題があった。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、コンバータ主回路素子の電流容量を最大限に利用して、蓄電池の不要な放電を回避できる直流電源装置およびコンバータ出力電流制限方法を得ることを目的とする。

本発明に係る直流電源装置は、供給される交流電力を直流に変換し、負荷に対して出力電流を供給するコンバータと、コンバータの変換動作を制御する制御部と、コンバータの出力に接続され、負荷に対して供給すべき負荷電流がコンバータから出力される出力電流だけでは不足する場合に、放電電流を出力する蓄電池と、コンバータの出力電流を制限するためにコンバータの出力電圧を低下させ、蓄電池から放電電流を供給させる保護信号を制御部に出力する保護回路とを備えた直流電源装置であって、使用環境に応じて、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度を求めるために使用する温度データを検出する温度検出部と、温度検出部で検出された温度データに基づいて、コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値を算出する温度計算部とをさらに備え、保護回路は、コンバータの出力電流を制限するためにあらかじめ設定された温度保護設定値よりも、温度計算部で算出されたジャンクション温度計算値が大きい場合には、保護信号を出力するものである。

また、本発明に係るコンバータ出力電流制限方法は、供給される交流電力を直流に変換し、負荷に対して出力電流を供給するコンバータと、コンバータの変換動作を制御する制御部と、コンバータの出力に接続され、負荷に対して供給すべき負荷電流がコンバータから出力される出力電流だけでは不足する場合に、放電電流を出力する蓄電池と、コンバータの出力電流を制限するためにコンバータの出力電圧を低下させ、蓄電池から放電電流を供給させる保護信号を制御部に出力する保護回路とを備えた直流電源装置に用いられるコンバータ出力電流制限方法であって、使用環境に応じて、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度を求めるために使用する温度データを検出する温度検出ステップと、温度検出ステップで検出された温度データに基づいて、コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値を算出する温度計算ステップと、コンバータの出力電流を制限するためにあらかじめ設定された温度保護設定値よりも、温度計算部で算出されたジャンクション温度計算値が大きい場合には、制御部に対して保護信号を出力する出力ステップとを備えるものである。

本発明によれば、ある固定の周囲温度ではなく、使用環境や使用状況に応じて変化する温度データに基づいてコンバータの出力電流を制限することにより、コンバータ主回路素子のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を出力できることで、コンバータ主回路素子の電流容量を最大限に利用して、蓄電池の不要な放電を回避できる直流電源装置およびコンバータ出力電流制限方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成図である。 本発明の実施の形態１における温度計算部の内部構成図である。 本発明の実施の形態２における直流電源装置の構成図である。 本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成図である。 本発明の実施の形態３における温度計算部の内部構成図である。 本発明の実施の形態４における直流電源装置の構成図である。 本発明の実施の形態５における直流電源装置の構成図である。 本発明の実施の形態６における直流電源装置の構成図である。 従来の直流電源装置の構成図である。

以下、本発明の直流電源装置およびコンバータ出力電流制限方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
まず始めに、本発明の直流電源装置を説明する前に、比較対象となる従来の直流電源装置について、図面を用いて説明する。図９は、従来の直流電源装置の構成図である。従来の直流電源装置２０は、交流電源１から供給される交流電源を、負荷４に応じた直流電源に変換して出力する。

図９に示した従来の直流電源装置２０は、コンバータ２、制御部３、コンパレータ９、出力電流計測部１０、および蓄電池１５を備えて構成されている。コンバータ２は、交流電源１から供給される交流を直流に変換する。そして、負荷４に対しては、コンバータ２から出力される出力電流（２１）と、蓄電池１５から出力される放電電流（１６）との合計値である負荷電流（１４）が供給される。

出力電流計測部１０は、コンバータから出力される出力電流（２１）の電流値（１１）を検出する。コンパレータ（比較器）９は、電流保護設定値（７）と、出力電流計測部１０により検出された電流値（１１）とを比較して、電流値（１１）が電流保護設定値（７）よりも大きい場合に保護信号０（１９）を制御部３に対して出力する。

制御部３は、コンパレータ９から保護信号０（１９）を受信した場合には、コンバータ２に対して電圧指令値（１８）を出力することで、コンバータ２の出力電圧を低下させる。この結果、負荷電流が不足する場合には、蓄電池１５から放電電流（１６）が放電させることとなり、コンバータの出力電流検出値（１１）が、電流保護設定値Ｉｒ（装置定格電流７）より小さくなるように動作することとなる。

換言すると、従来の直流電源装置２０は、以下のように動作する。
・最悪ケースの周囲温度と、コンバータ主回路素子のジャンクション温度許容値と、出力電流、出力電圧からある固定の電流保護設定値Ｉｒ（装置定格電流７）が算出される。
・算出された固定の電流保護設定値Ｉｒ（装置定格電流７）に対して、コンバータ２の出力電流検出値（１１）が大きくなったときには、コンパレータ９が保護信号０（１９）を出力する。
・コンパレータ９が保護信号０（１９）を出力した場合には、制御部３から出力される電圧指令値（１８）により、コンバータ２の出力電圧を低下させ、不足電流分は、蓄電池１５を放電させることで補う。
・この結果、コンバータの出力電流検出値１１が、電流保護設定値Ｉｒ（装置定格電流７）より小さくなるように動作し、コンバータ２の出力電流を制限することができる。

このような動作においては、実際の使用状況における周囲温度が、ある固定の周囲温度よりも低く、コンバータ主回路素子のジャンクション温度がジャンクション温度許容値よりも低い場合であっても、出力電流検出値（１１）が電流保護設定値（７）を超えた場合には、蓄電池１５を放電させてしまう。このため、コンバータ主回路素子の通電容量を最大限に利用できず、蓄電池の劣化を抑制できない動作となっていた。

このような従来技術を前提として、以下に、本実施の形態１における直流電源装置について、図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における直流電源装置の構成図である。図１に示した本実施の形態１の直流電源装置２０ａは、コンバータ２、制御部３、コンパレータ９ａ、出力電流計測部１０、および蓄電池１５に加えて、周囲温度検出部５、温度計算部６、および出力電圧計測部１２を備えて構成されている。

ここで、コンバータ２、制御部３、コンパレータ９ａ、出力電流計測部１０、および蓄電池１５は、先の図９にも含まれている構成であり、基本的な動作は同じである。そこで、先の図９とは異なる構成である、周囲温度検出部５、温度計算部６、および出力電圧計測部１２を中心に、以下に説明する。

出力電圧計測部１２は、コンバータ２の出力電圧を検出する。周囲温度検出部５は、使用環境における現状の周囲温度を検出する。そして、温度計算部６は、出力電流計測部１０による出力電流検出値（１１）と、出力電圧計測部１２による出力電圧検出値（１３）と、周囲温度検出部により検出された周囲温度Ｔａ（１７）とから、コンバータ主回路素子のジャンクション温度ΔＴ１（８）を、固定値ではなく動的に計算する。

そして、コンパレータ９ａは、温度計算部６で計算されたジャンクション温度ΔＴ１（８）と、ジャンクション温度許容値Ｔｊである温度保護設定値（７ａ）とを比較して、ジャンクション温度ΔＴ１（８）が温度保護設定値（７ａ）よりも大きい場合に、保護信号１（１９ａ）を制御部３に対して出力する。

換言すると、本実施の形態１における直流電源装置２０ａは、以下のように動作する。
・周囲温度Ｔａ（１７）と、出力電圧検出値（１３）と、出力電流検出値（１１）から、現状のジャンクション温度ΔＴ１（８）を動的に算出する。
・算出されたジャンクション温度ΔＴ１（８）が、ジャンクション温度許容値Ｔｊ（７ａ）に対して大きくなった場合には、コンパレータ９ａが保護信号１（１９ａ）を出力する。
・コンパレータ９ａが保護信号１（１９ａ）を出力した場合には、制御部３から出力される電圧指令値（１８）により、コンバータ２の出力電圧を低下させ、不足電流分は、蓄電池１５を放電させることで補う。
・この結果、ジャンクション温度ΔＴ１（８）が、ジャンクション温度許容値Ｔｊ（７ａ）より小さくなるように動作し、コンバータ２の出力電流を制限することができる。

次に、本実施の形態１における温度計算部６について、詳細に説明する。図２は、本発明の実施の形態１における温度計算部６の内部構成図である。図２に示した温度計算部６は、最大値検出器２２、および損失計算部２３を備えており、以下のような一連の処理により、周囲温度Ｔａ（１７）と出力電流検出値（１１）と出力電圧検出値（１３）の３入力に基づいて、コンバータ主回路素子のジャンクション温度ΔＴ１（８）を計算することができる。

損失計算部２３は、出力電流検出値（１１）と出力電圧検出値（１３）から素子の損失を計算する。具体的には、損失計算部２３は、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）と、フリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）を計算する。

そして、最大値検出器２２は、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）とＩＧＢＴの熱抵抗Ｒｔｈｑ（２８）により算出されるＩＧＢＴの温度上昇値ΔＴｑ（２６）と、フリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）とフリーホイールダイオードの熱抵抗Ｒｔｈｄ（２９）により算出されるフリーホイールダイオードの温度上昇値ΔＴｄ（２７）とを読み込む。

さらに、最大値検出器２２は、ＩＧＢＴの温度上昇値ΔＴｑ（２６）と、フリーホイールダイオードの温度上昇値ΔＴｄ（２７）の大きい方の値である、ジャンクションからＩＧＢＴのケース間の温度上昇値ΔＴｊｃ（３２）を出力する。

また、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）とフリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）との加算値と、ＩＧＢＴのケースとＩＧＢＴを冷却するフィンの間の接触熱抵抗Ｒｔｈｃｆ（３０）により、ＩＧＢＴのケースとＩＧＢＴを冷却するフィンの間の温度上昇値ΔＴｃｆ（３１）が計算される。

また、温度上昇値ΔＴｃｆ（３１）と温度上昇値ΔＴｊｃ（３２）との加算値として、ジャンクションからフィン間の温度上昇値ΔＴｊｆ（３３）が計算される。

また、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）とフリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）との加算値と、ＩＧＢＴを冷却するフィンの熱抵抗Ｒｔｈｆ（３４）により、フィンの温度上昇値ΔＴｆ（３５）が計算される。

そして、最終的に、温度計算部６は、周囲温度Ｔａ（１７）と、温度上昇値ΔＴｊｆ（３３）と、温度上昇値ΔＴｆ（３５）とを加算することで、コンバータ主回路素子のジャンクション温度ΔＴ１（８）を計算し、コンバータ９ａに対して出力する。

以上のように、本実施の形態１の直流電源装置によれば、周囲温度と出力電流検出値と出力電圧検出値とに基づいて、現状のジャンクション温度を動的に算出している。そして、算出した現状のジャンクション温度とジャンクション温度許容値との比較結果に基づいて、コンバータの出力電流を定格出力電流となるように制御している。

このような制御を行うことで、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を出力できるとともに、負荷急増時でも、蓄電池の不要な放電を回避することができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、検出した周囲温度を使って算出した、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、先の実施の形態１のように、検出した周囲温度を現状のジャンクション温度の計算に使用して保護信号を生成することに加え、コンバータの出力電圧を低下させるための別の保護信号をさらに加味する場合について説明する。

具体的には、本実施の形態２では、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値より出力電流検出値が大きくなった場合にも、コンバータの出力電圧を低下させ、蓄電池からも電力を供給させることで、コンバータ主回路素子以外の主回路部材を保護する保護信号を制御部に出力する保護回路を追加する場合について説明する。このような別の保護回路を備えることで、直流電源装置の高信頼化を図ることができる。

以下、本実施の形態２を図３に基づいて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における直流電源装置の構成図である。図３に示した本実施の形態２の直流電源装置２０ｂは、先の図１に示した実施の形態１の直流電源装置２０ａの構成に加え、さらに、コンパレータ９ｂを備えて構成されている。そこで、この新たな構成であるコンパレータ９ｂを中心に、以下に説明する。

コンパレータ９ｂは、出力電流検出値（１１）と、コンバータ主回路素子以外の部材の電流許容値Ｉｍａｘである電流保護設定値（７ｂ）とを比較し、出力電流検出値（１１）が電流保護設定値（７ｂ）よりも大きい場合には、保護信号４（１９ｄ）を出力する。

そして、制御部３は、コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値に基づく保護信号１（１９ａ）が出力されない場合であっても、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値Ｉｍａｘより出力電流検出値（１１）が大きくなった場合には、保護信号４（１９ｄ）を受信することで、コンバータ２の出力電圧を低下させ、蓄電池１５からも電力を供給させ、コンバータ主回路素子以外の主回路部材も保護するように動作する。

以上のように、本実施の形態２の直流電源装置によれば、先の実施の形態１と同様の効果に加え、固定の周囲温度から計算される電流保護設定値より大きい、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値に基づいて保護信号を出力するコンパレータを備えている。このような構成を備えることで、コンバータ主回路素子のジャンクション温度がジャンクション温度許容値以下となる出力電流で、かつコンバータ主回路素子以外の部材の保護も可能となる出力電流を超えないよう動作させることができる。この結果、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避しつつ、より信頼性の高い動作が可能となる。

実施の形態３．
先の実施の形態１では、検出した周囲温度を使って算出した、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、周囲温度の代わりにコンバータ主回路素子を冷却するフィンの温度Ｔｆを使って算出した、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明する。このような制御を行うことでも、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避させることができる。

以下、本実施の形態３を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の実施の形態３における直流電源装置の構成図である。図４に示した本実施の形態３の直流電源装置２０ｃは、先の図１に示した実施の形態１の直流電源装置２０ａの構成に含まれている周囲温度検出部５の代わりに、フィン温度検出部５ａを備えて構成されている。そこで、この新たな構成であるフィン温度検出部５ａを中心に、以下に説明する。

フィン温度検出部５ａは、フィン温度Ｔｆ（１７ａ）を検出する。また、温度計算部６ａは、出力電流検出値（１１）と出力電圧検出値（１３）とフィン温度（１７ａ）から、コンバータ主回路素子のジャンクション温度ΔＴ２（８ａ）を、固定値ではなく動的に計算する。

そして、コンパレータ９ａは、温度計算部６ａで計算されたジャンクション温度ΔＴ２（８ａ）と、ジャンクション温度許容値Ｔｊである温度保護設定値（７ａ）とを比較して、ジャンクション温度ΔＴ２（８ａ）が温度保護設定値（７ａ）よりも大きい場合に、保護信号２（１９ｂ）を制御部３に対して出力する。

制御部３は、コンパレータ９ａから保護信号２（１９ｂ）を受信した場合には、先の実施の形態１と同様に、電圧指令値（１８）を出力する。この結果、制御部３は、コンパレータ９ａから保護信号２（１９ｂ）によっても、コンバータ２の出力電圧を低下させ、蓄電池１５を放電させることで、ジャンクション温度ΔＴ２（８ａ）が、ジャンクション温度許容値Ｔｊ（７ａ）より小さくなるように制御することができる。

次に、本実施の形態３における温度計算部６ａについて、詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態３における温度計算部６ａの内部構成図である。図５に示した温度計算部６は、最大値検出器２２、および損失計算部２３を備えており、以下のような一連の処理により、フィン温度Ｔｆ（１７ａ）と出力電流検出値（１１）と出力電圧検出値（１３）の入力から、コンバータ主回路素子のジャンクション温度ΔＴ２（８ａ）を計算することができる。

損失計算部２３は、出力電流検出値（１１）と出力電圧検出値（１３）から素子の損失を計算する。具体的には、損失計算部２３は、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）と、フリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）を計算する。

そして、最大値検出器２２は、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）とＩＧＢＴの熱抵抗Ｒｔｈｑ（２８）により算出されるＩＧＢＴの温度上昇値ΔＴｑ（２６）と、フリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）とフリーホイールダイオードの熱抵抗Ｒｔｈｄ（２９）により算出されるフリーホイールダイオードの温度上昇値ΔＴｄ（２７）とを読み込む。

そして、最大値検出器２２は、ＩＧＢＴの温度上昇値ΔＴｑ（２６）と、フリーホイールダイオードの温度上昇値ΔＴｄ（２７）の大きい方の値である、ジャンクションからＩＧＢＴのケース間の温度上昇値ΔＴｊｃ（３２）を出力する。

また、ＩＧＢＴの損失Ｗｑ（２４）とフリーホイールダイオードの損失Ｗｄ（２５）との加算値と、ＩＧＢＴのケースとＩＧＢＴを冷却するフィンの間の接触熱抵抗Ｒｔｈｃｆ（３０）により、ＩＧＢＴのケースとＩＧＢＴを冷却するフィンの間の温度上昇値ΔＴｃｆ（３１）が計算される。

また、温度上昇値ΔＴｃｆ（３１）と温度上昇値ΔＴｊｃ（３２）との加算値として、ジャンクションからフィン間の温度上昇値ΔＴｊｆ（３３）が計算される。

そして、最終的に、温度計算部６は、フィン温度Ｔｆ（１７ａ）と、温度上昇値ΔＴｊｆ（３３）とを加算することで、コンバータ主回路素子のジャンクション温度ΔＴ２（８ａ）を計算し、コンバータ９ａに対して出力する。

以上のように、本実施の形態３の直流電源装置によれば、フィン温度と出力電流検出値と出力電圧検出値とに基づいて、現状のジャンクション温度を算出している。そして、算出した現状のジャンクション温度とジャンクション温度許容値との比較結果に基づいて、コンバータの出力電流を定格出力電流となるように制御している。

このような制御を行うことで、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を出力できるとともに、負荷急増時でも、蓄電池の不要な放電を回避することができる。

さらに、本実施の形態３では、実施の形態１、２に比べて、よりジャンクション温度に近い温度（フィン温度）からジャンクション温度を計算している。この結果、より精度よく定格出力電流を計算できるとともに、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避できる。

実施の形態４．
先の実施の形態３では、検出したフィン温度を使って算出した、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、先の実施の形態３のように、検出したフィン温度を現状のジャンクション温度の計算に使用して保護信号を生成することに加え、コンバータの出力電圧を低下させるための別の保護信号をさらに加味する場合について説明する。

具体的には、本実施の形態４では、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値より出力電流検出値が大きくなった場合にも、コンバータの出力電圧を低下させ、蓄電池からも電力を供給させることで、コンバータ主回路素子以外の主回路部材を保護する保護信号を制御部に出力する保護回路を追加する場合について説明する。このような別の保護回路を備えることで、先の実施の形態２と同様に、直流電源装置の高信頼化を図ることができる。

以下、本実施の形態４を図６に基づいて説明する。図６は、本発明の実施の形態４における直流電源装置の構成図である。図６に示した本実施の形態４の直流電源装置２０ｄは、先の図４に示した実施の形態３の直流電源装置２０ｃの構成に加え、さらに、コンパレータ９ｂを備えて構成されている。そこで、この新たな構成であるコンパレータ９ｂを中心に、以下に説明する。

コンパレータ９ｂは、出力電流検出値（１１）と、コンバータ主回路素子以外の部材の電流許容値Ｉｍａｘである電流保護設定値（７ｂ）とを比較し、出力電流検出値（１１）が電流保護設定値（７ｂ）よりも大きい場合には、保護信号４（１９ｄ）を出力する。

そして、制御部３は、コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値に基づく保護信号２（１９ｂ）が出力されない場合であっても、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値Ｉｍａｘより出力電流検出値（１１）が大きくなった場合には、保護信号４（１９ｄ）を受信することで、コンバータ２の出力電圧を低下させ、蓄電池１５からも電力を供給させ、コンバータ主回路素子以外の主回路部材も保護するように動作する。

以上のように、本実施の形態４の直流電源装置によれば、先の実施の形態３と同様の効果に加え、固定の周囲温度から計算される電流保護設定値より大きい、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値に基づいて保護信号を出力するコンパレータを備えている。このような構成を備えることで、コンバータ主回路素子のジャンクション温度がジャンクション温度許容値以下となる出力電流で、かつコンバータ主回路素子以外の部材の保護も可能となる出力電流を超えないよう動作させることができる。この結果、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避しつつ、より信頼性の高い動作が可能となる。

実施の形態５．
先の実施の形態１では、検出した周囲温度を使って算出した、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明した。これに対して、本実施の形態５では、周囲温度の代わりにコンバータ主回路素子のジャンクション温度（Ｔｊ１、・・・Ｔｊｎ）を直接検出し、検出したジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明する。このような制御を行うことで、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避させることができる。

以下、実施の形態５を図７に基づいて説明する。図７は、本発明の実施の形態５における直流電源装置の構成図である。図７に示した本実施の形態５の直流電源装置２０ｅは、先の図１に示した実施の形態１の直流電源装置２０ａの構成に含まれている周囲温度検出部５、出力電流計測部１０、出力電圧計測部１２がない代わりに、ｎ個の素子温度検出部５ｂ１〜５ｂｎを備えて構成されている。そこで、この新たな構成であるｎ個の素子温度検出部５ｂ１〜５ｂｎを中心に、以下に説明する。

素子温度検出部５ｂ１は、１番目の素子のジャンクション温度を検出する１番目の素子ジャンクション温度検出部であり、１番目の素子ジャンクション温度Ｔｊ１（１７ｂ１）を検出する。また、５ｂｎは、ｎ（ｎは、２以上の整数）番目の素子のジャンクション温度を検出するｎ番目の素子ジャンクション温度検出部であり、ｎ番目の素子ジャンクション温度Ｔｊｎ（１７ｂｎ）を検出する。

温度計算部６ｂは、１番目の素子ジャンクション温度Ｔｊ１（１７ｂ１）からｎ番目の素子ジャンクション温度Ｔｊｎ（１７ｂｎ）までのｎ個のデータを読み込み、それらの最大値を求めることで、ジャンクション温度ΔＴ３（８ｂ）を、固定値ではなく動的に計算する。

そして、コンパレータ９ａは、温度計算部６ｂで計算されたジャンクション温度ΔＴ３（８ｂ）と、ジャンクション温度許容値Ｔｊである温度保護設定値（７ａ）とを比較して、ジャンクション温度ΔＴ３（８ｂ）が温度保護設定値（７ａ）よりも大きい場合に、保護信号３（１９ｃ）を制御部３に対して出力する。

制御部３は、保護信号３（１９ｃ）を受信した場合には、先の実施の形態１と同様に、電圧指令値（１８）を出力する。この結果、制御部３は、コンバータ２の出力電圧を低下させ、蓄電池１５を放電させることで、ジャンクション温度ΔＴ３（８ｂ）が、ジャンクション温度許容値Ｔｊ（７ａ）より小さくなるように制御する。

以上のように、本実施の形態５の直流電源装置によれば、ジャンクション温度検出値から計算できる出力電流を定格出力電流とするため、コンバータ主回路素子のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を出力できる。また、先の実施の形態１〜４に比べて、ジャンクション温度そのものを検出しているため、より精度よく定格出力電流を計算できるとともに、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避することができる。

実施の形態６．
先の実施の形態５では、直接検出したコンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度が、ジャンクション温度許容値以下となる最大の出力電流を定格出力電流とした場合について説明した。これに対して、本実施の形態６では、先の実施の形態５のように、検出した素子ジャンクション温度を使用して保護信号を生成することに加え、コンバータの出力電圧を低下させるための別の保護信号をさらに加味する場合について説明する。

具体的には、本実施の形態６では、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値より出力電流検出値が大きくなった場合にも、コンバータの出力電圧を低下させ、蓄電池からも電力を供給させることで、コンバータ主回路素子以外の主回路部材を保護する保護信号を制御部に出力する保護回路を追加する場合について説明する。このような別の保護回路を備えることで、先の実施の形態２、４と同様に、直流電源装置の高信頼化を図ることができる。

以下、本実施の形態６を図８に基づいて説明する。図８は、本発明の実施の形態６における直流電源装置の構成図である。図８に示した本実施の形態６の直流電源装置２０ｆは、先の図７に示した実施の形態５の直流電源装置２０ｅの構成に加え、さらに、コンパレータ９ｂを備えて構成されている。そこで、この新たな構成であるコンパレータ９ｂを中心に、以下に説明する。

コンパレータ９ｂは、出力電流検出値（１１）と、コンバータ主回路素子以外の部材の電流許容値Ｉｍａｘである電流保護設定値（７ｂ）とを比較し、出力電流検出値（１１）が電流保護設定値（７ｂ）よりも大きい場合には、保護信号４（１９ｄ）を出力する。

そして、制御部３は、コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値に基づく保護信号３（１９ｃ）が出力されない場合であっても、コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値Ｉｍａｘより出力電流検出値（１１）が大きくなった場合には、保護信号４（１９ｄ）を受信することで、コンバータ２の出力電圧を低下させ、蓄電池１５からも電力を供給させ、コンバータ主回路素子以外の主回路部材も保護するように動作する。

以上のように、本実施の形態６の直流電源装置によれば、先の実施の形態５と同様の効果に加え、固定の周囲温度から計算される電流保護設定値より大きい、コンパレータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値に基づいて保護信号を出力するコンパレータを備えている。このような構成を備えることで、コンバータ主回路素子のジャンクション温度がジャンクション温度許容値以下となる出力電流で、かつコンバータ主回路素子以外の部材の保護も可能となる出力電流を超えないよう動作させることができる。この結果、周囲温度が低い場合は、蓄電池の不要な放電を回避しつつ、より信頼性の高い動作が可能となる。

２ コンバータ、３ 制御部、５、５ａ、５ｂ１〜５ｂｎ 温度検出部、６、６ａ、６ｂ 温度計算部、９、９ａ、９ｂ コンパレータ、１０ 出力電流計測部、１２ 出力電圧計測部、１５ 蓄電池、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆ 直流電源装置、２２ 最大値検出器、２３ 損失計算部。

Claims (7)

1. 供給される交流電力を直流に変換し、負荷に対して出力電流を供給するコンバータと、
   前記コンバータの変換動作を制御する制御部と、
   前記コンバータの出力に接続され、前記負荷に対して供給すべき負荷電流が前記コンバータから出力される前記出力電流だけでは不足する場合に、放電電流を出力する蓄電池と、
   前記コンバータの出力電流を制限するために前記コンバータの出力電圧を低下させ、前記蓄電池から前記放電電流を供給させる保護信号を前記制御部に出力する保護回路と
   を備えた直流電源装置であって、
   使用環境に応じて、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度を求めるために使用する温度データを検出する温度検出部と、
   前記温度検出部で検出された前記温度データに基づいて、前記コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値を算出する温度計算部と
   をさらに備え、
   前記保護回路は、前記コンバータの前記出力電流を制限するためにあらかじめ設定された温度保護設定値よりも、前記温度計算部で算出された前記ジャンクション温度計算値が大きい場合には、前記保護信号を出力する
   直流電源装置。
2. 請求項１に記載の直流電源装置において、
   前記コンバータの出力電流を検出し出力電流検出値として出力する電流検出部と、
   前記コンバータの出力電圧を検出し出力電圧検出値として出力する電圧検出部と
   をさらに備え、
   前記温度検出部は、前記温度データとして前記コンバータ主回路素子の周囲温度を検出し、周囲温度検出値として出力し、
   前記温度計算部は、前記電流検出部による前記出力電流検出値と、前記電圧検出部による前記出力電圧検出値と、前記温度検出部による前記周囲温度検出値とに基づいて、前記ジャンクション温度計算値を算出する
   直流電源装置。
3. 請求項１に記載の直流電源装置において、
   前記コンバータの出力電流を検出し出力電流検出値として出力する電流検出部と、
   前記コンバータの出力電圧を検出し出力電圧検出値として出力する電圧検出部と
   をさらに備え、
   前記温度検出部は、前記温度データとして前記コンバータ主回路素子の冷却用フィン温度を測定し、フィン温度検出値として出力し、
   前記温度計算部は、前記電流検出部による前記出力電流検出値と、前記電圧検出部による前記出力電圧検出値と、前記温度検出部による前記フィン温度検出値とに基づいて、前記ジャンクション温度計算値を算出する
   直流電源装置。
4. 請求項１に記載の直流電源装置において、
   前記温度検出部は、前記温度データとして前記コンバータ主回路素子のそれぞれのジャンクション温度を直接検出し、複数の素子温度検出値として出力し、
   前記温度計算部は、前記温度検出部により検出された前記複数の素子温度検出値の中から最大値を求めることで前記ジャンクション温度計算値を算出する
   直流電源装置。
5. 請求項２または３に記載の直流電源装置において、
   前記電圧検出部による前記出力電圧検出値が、前記コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値よりも大きくなった場合には、前記コンバータの出力電流を制限するために前記コンバータの出力電圧を低下させ、前記蓄電池から前記放電電流を供給させる第２の保護信号を前記制御部に出力する第２の保護回路をさらに備え、
   前記制御部は、前記保護回路から出力される前記保護信号と、前記第２の保護回路から出力される前記第２の保護回路とに基づいて、前記コンバータの出力電流を制限するために前記コンバータの出力電圧を低下させ、前記蓄電池から前記放電電流を供給させるように前記コンバータの変換動作を制御する
   直流電源装置。
6. 請求項４に記載の直流電源装置において、
   前記コンバータの出力電圧を検出し出力電圧検出値として出力する電圧検出部と
   前記電圧検出部による前記出力電圧検出値が、前記コンバータ主回路素子以外の主回路部材の許容電流値よりも大きくなった場合には、前記コンバータの出力電流を制限するために前記コンバータの出力電圧を低下させ、前記蓄電池から前記放電電流を供給させる第２の保護信号を前記制御部に出力する第２の保護回路と
   をさらに備え、
   前記制御部は、前記保護回路から出力される前記保護信号と、前記第２の保護回路から出力される前記第２の保護回路とに基づいて、前記コンバータの出力電流を制限するために前記コンバータの出力電圧を低下させ、前記蓄電池から前記放電電流を供給させるように前記コンバータの変換動作を制御する
   直流電源装置。
7. 供給される交流電力を直流に変換し、負荷に対して出力電流を供給するコンバータと、
   前記コンバータの変換動作を制御する制御部と、
   前記コンバータの出力に接続され、前記負荷に対して供給すべき負荷電流が前記コンバータから出力される前記出力電流だけでは不足する場合に、放電電流を出力する蓄電池と、
   前記コンバータの出力電流を制限するために前記コンバータの出力電圧を低下させ、前記蓄電池から前記放電電流を供給させる保護信号を前記制御部に出力する保護回路と
   を備えた直流電源装置に用いられるコンバータ出力電流制限方法であって、
   使用環境に応じて、コンバータ主回路素子の現状のジャンクション温度を求めるために使用する温度データを検出する温度検出ステップと、
   前記温度検出ステップで検出された前記温度データに基づいて、前記コンバータ主回路素子のジャンクション温度計算値を算出する温度計算ステップと、
   前記コンバータの前記出力電流を制限するためにあらかじめ設定された温度保護設定値よりも、前記温度計算ステップで算出された前記ジャンクション温度計算値が大きい場合には、前記制御部に対して前記保護信号を出力する出力ステップと
   を備えるコンバータ出力電流制限方法。

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