JP6219154B2

JP6219154B2 - 温度検出装置

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Publication number: JP6219154B2
Application number: JP2013256362A
Authority: JP
Inventors: 智宏田邊; 和也岡部; 大輔萩原
Original assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Shindengen Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-10-25
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: US20150160074A1; US9863818B2; JP2015114202A

Description

本発明は、温度検出装置およびそのプログラムに関する。

従来、素子や装置などの検出対象の温度を検出する際に、サーミスタといった温度センサが用いられることがある（例えば、特許文献１参照）。この温度センサは、自身の温度を検出することで、検出対象の温度を検出する。このため、温度センサは、検出対象の熱が伝わりやすいように配置される。

特開２００６−２３７３３１号公報

検出対象で生じた熱は、検出対象と温度センサとの間の物質を介して、温度センサに伝わる。このため、検出対象で熱が生じてから、この熱が温度センサに伝わって、温度センサの温度の変化が完了するまでの間で、時間がかかってしまう。また、この時間は、検出対象の温度の単位時間当たりの変化が大きくなるに従って、長くなる。したがって、検出対象の温度が急激に変化すると、この変化に温度センサが追従できず、温度センサの検出値が検出対象の温度と大きく乖離してしまうおそれがあった。

上述の課題に鑑み、本発明は、検出対象の温度が急激に変化しても、検出対象の温度を高精度に検出することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するために、以下の事項を提案している。
（１）本発明は、スイッチ素子を有する検出対象（例えば、図１の検出対象３に相当）の温度を検出する温度検出装置（例えば、図１の温度検出装置１に相当）であって、前記スイッチ素子のオンオフに応じて変化する前記検出対象の出力電流を検出する電流検出手段（例えば、図１の電流検出部１１に相当）と、前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記スイッチ素子の導通損失（例えば、後述の導通損失Ｔ_１に相当）と、当該スイッチ素子のスイッチング損失（例えば、後述のスイッチング損失Ｔ_２に相当）と、を求め、求めた導通損失およびスイッチング損失に基づいて当該検出対象の温度を推定する温度推定手段（例えば、図１の温度推定部１３に相当）と、を備えることを特徴とする温度検出装置を提案している。

ここで、検出対象の温度は、スイッチ素子の導通損失およびスイッチング損失から推定することができ、これら導通損失およびスイッチング損失は、検出対象の出力電流から求めることができる。また、検出対象の出力電流と、検出対象の温度と、の間には、相関関係が存在している。

そこで、この発明によれば、電流検出手段により、スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象の出力電流を検出することとした。また、温度推定手段により、電流検出手段による検出結果に基づいて、スイッチ素子の導通損失およびスイッチング損失を求め、これら導通損失およびスイッチング損失に基づいて検出対象の温度を推定することとした。このため、検出対象の温度の推定結果には、検出対象の急激な温度変化も反映されることになる。したがって、検出対象の温度が急激に変化しても、検出対象の温度を高精度に検出することができる。

（２）本発明は、（１）の温度検出装置について、自身の温度を検出することで前記検出対象の温度を検出する温度検出手段（例えば、図１の温度検出部１２に相当）を備え、前記温度推定手段は、前記温度検出手段による検出結果（例えば、後述の温度検出値に相当）と、前記温度推定手段による推定結果（例えば、後述の温度推定値に相当）と、のいずれかを前記検出対象の温度とすることを特徴とする温度検出装置を提案している。

この発明によれば、（１）の温度検出装置において、自身の温度を検出することで検出対象の温度を検出する温度検出手段を設け、温度検出手段による検出結果と、温度推定手段による推定結果と、のいずれかを温度推定手段により検出対象の温度とすることとした。このため、検出対象の温度として採用する結果を、温度検出手段による検出結果と、温度推定手段による推定結果と、の間で適宜切り替えることができる。したがって、切り替えにより、温度検出手段による検出結果と、温度推定手段による推定結果と、のうち検出対象の実際の温度に近い結果を、検出対象の温度として採用することができる。

（３）本発明は、（２）の温度検出装置について、前記温度推定手段は、前記電流検出手段により検出された電流値が予め定められた閾値（例えば、図３の持替え電流閾値Ｉｔｈに相当）未満である場合には、前記温度検出手段による検出結果を前記検出対象の温度とし、前記電流検出手段により検出された電流値が前記閾値以上である場合には、前記温度推定手段による推定結果を前記検出対象の温度とすることを特徴とする温度検出装置を提案している。

この発明によれば、（２）の温度検出装置において、温度推定手段により、電流検出手段により検出された電流値が閾値未満である場合には、温度検出手段による検出結果を検出対象の温度とし、電流検出手段により検出された電流値が閾値以上である場合には、温度推定手段による推定結果を検出対象の温度とすることとした。このため、閾値を設定することで、検出対象の温度として採用する結果を、温度検出手段による検出結果と、温度推定手段による推定結果と、の間で検出対象の温度に応じて切り替えることができる。

（４）本発明は、（２）の温度検出装置について、前記温度推定手段は、前記温度推定手段による推定結果と、前記温度検出手段による検出結果と、の差分が予め定められた閾値（例えば、後述の持替え温度閾値Ｔｔｈに相当）未満である場合には、当該温度検出手段による検出結果を前記検出対象の温度とし、前記差分が前記閾値以上である場合には、前記温度推定手段による推定結果を前記検出対象の温度とすることを特徴とする温度検出装置を提案している。

この発明によれば、（２）の温度検出装置において、温度推定手段により、温度推定手段による推定結果と、温度検出手段による検出結果と、の差分が閾値未満である場合には、温度検出手段による検出結果を検出対象の温度とし、上述の差分が閾値以上である場合には、温度推定手段による推定結果を検出対象の温度とすることとした。このため、閾値を設定することで、検出対象の温度として採用する結果を、温度検出手段による検出結果と、温度推定手段による推定結果と、の間でこれらの差分に応じて切り替えることができる。

（５）本発明は、（２）から（４）のいずれかの温度検出装置について、前記温度検出手段は、サーミスタであることを特徴とする温度検出装置を提案している。

この発明によれば、（２）から（４）のいずれかの温度検出装置において、温度検出手段としてサーミスタを適用することができる。

（６）本発明は、（１）から（５）のいずれかの温度検出装置について、前記スイッチ素子のオンオフに応じて変化する前記検出対象の出力電圧を検出する電圧検出手段（例えば、後述の電圧検出部に相当）を備え、前記温度推定手段は、前記電圧検出手段による検出結果を用いて、前記スイッチ素子のスイッチング損失を求めることを特徴とする温度検出装置を提案している。

ここで、スイッチング損失を求めるためには、スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象の出力電圧を用いる。

そこで、この発明によれば、（１）から（５）のいずれかの温度検出装置において、スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象の出力電圧を検出する電圧検出手段を設け、温度推定手段により、電圧検出手段による検出結果を用いてスイッチ素子のスイッチング損失を求めることとした。このため、検出対象の出力電圧が変化しても、スイッチング損失を高精度に求めることができ、検出対象の温度を高精度に検出することができる。

（７）本発明は、スイッチ素子を有する検出対象（例えば、図１の検出対象３に相当）の温度を検出する温度検出方法を、コンピュータ（例えば、図１の温度推定部１３に相当）に実行させるためのプログラムであって、前記検出対象の出力電流の検出結果を取得する第１のステップ（例えば、図１の電流検出部１１の電流検出値を取得する図１の温度推定部１３による処理に相当）と、前記第１のステップにおいて取得した電流値に基づいて、前記スイッチ素子の導通損失（例えば、後述の導通損失Ｔ_１に相当）と、当該スイッチ素子のスイッチング損失（例えば、後述のスイッチング損失Ｔ_２に相当）と、を求め、求めた導通損失およびスイッチング損失に基づいて当該検出対象の温度を推定する第２のステップ（例えば、図１の温度推定部１３による処理に相当）と、をコンピュータに実行させるためのプログラムを提案している。

この発明によれば、コンピュータを用いてプログラムを実行することで、スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象の出力電流を検出することとした。また、上述の検出結果に基づいて、スイッチ素子の導通損失およびスイッチング損失を求め、これら導通損失およびスイッチング損失に基づいて検出対象の温度を推定することとした。このため、検出対象の温度の推定結果には、検出対象の急激な温度変化も反映されることになる。したがって、検出対象の温度が急激に変化しても、検出対象の温度を高精度に検出することができる。

本発明によれば、検出対象の温度が急激に変化しても、検出対象の温度を高精度に検出することができる。

本発明の一実施形態に係る温度検出装置を備える駆動装置のブロック図である。本発明の一実施形態に係る温度検出装置の処理を示すフローチャートである。本発明の一実施形態に係る検出対象の温度と出力電流との関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態における構成要素は適宜、既存の構成要素などとの置き換えが可能であり、また、他の既存の構成要素との組み合わせを含む様々なバリエーションが可能である。したがって、以下の実施形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

図１は、本発明の一実施形態に係る温度検出装置１を備える駆動装置ＡＡのブロック図である。駆動装置ＡＡは、駆動対象５に対して電力を供給するものであり、温度検出装置１、スイッチング制御部２、および検出対象３を備える。

検出対象３は、スイッチ素子を有し、スイッチング制御部２から供給される制御信号に応じてスイッチ素子をオンオフさせて、駆動対象５へ電力を出力する。この検出対象３は、基板４上に形成される。

温度検出装置１は、検出対象３の温度を検出する。この温度検出装置１は、電流検出部１１、温度検出部１２、および温度推定部１３を備える。

電流検出部１１は、例えば電流センサで構成され、スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象３の出力電流を検出する。

温度検出部１２は、例えばサーミスタで構成され、自身の温度を検出することで検出対象３の温度を検出する。この温度検出部１２は、検出対象３と同様に、基板４上に形成される。

温度推定部１３は、電流検出部１１の電流検出値に基づいて検出対象３の温度を推定し、この推定結果と、温度検出部１２の温度検出値と、のいずれかを検出対象の温度とする。この温度推定部１３は、ＭＣＵ（Micro Controller Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）といったマイコンで構成され、非一時的な記憶媒体に記憶されたプログラムを実行することによって、以下に説明する各処理を実現する。上述の記憶媒体としては、例えば、マイコンに設けられたＲＯＭ（Read Only Memory）や、ＥＰＲＯＭやフラッシュメモリといった不揮発性のメモリ、ハードディスクといった磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどを適用できる。

図２は、温度検出装置１の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、電流検出部１１による検出対象３の出力電流の検出結果を取得し、ステップＳ２に処理を移す。

ステップＳ２において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、ステップＳ１で取得した電流値と、予め定められた持替え電流閾値Ｉｔｈと、を比較する。ステップＳ１で取得した電流値が持替え電流閾値Ｉｔｈ未満であると判別した場合には、ステップＳ３に処理を移し、ステップＳ１で取得した電流値が持替え電流閾値Ｉｔｈ以上であると判別した場合には、ステップＳ５に処理を移す。

持替え電流閾値Ｉｔｈについて、図３を用いて以下に詳述する。図３において、縦軸は、検出対象３の温度を示し、横軸は、検出対象３の出力電流を示す。また、Ｔ−ｒｅａｌで表された曲線は、検出対象３の出力電流と、検出対象３の実際の温度と、の関係を示す。Ｔ−ｅｓｔで表された曲線は、検出対象３の出力電流と、温度推定部１３により推定された検出対象３の温度と、の関係を示す。Ｔ−ＱＴＭは、検出対象３の出力電流と、温度検出部１２により検出された検出対象３の温度と、の関係を示す。

Ｔ−ＱＴＭで表された曲線は、検出対象３の出力電流が小さい領域では、Ｔ−ｒｅａｌで表された曲線と非常に近い。しかし、Ｔ−ＱＴＭで表された曲線は、検出対象３の出力電流が大きくなるに従って、Ｔ−ｒｅａｌで表された曲線から乖離していく。検出対象３の出力電流が大きくなるに従って、Ｔ−ＱＴＭで表された曲線がＴ−ｒｅａｌで表された曲線から乖離していくことの原因としては、以下の第１の原因が考えられる。

第１の原因とは、検出対象３の温度の急激な変化に温度検出部１２が追従できないことである。上述のように、検出対象３で熱が生じてから、この熱が温度検出部１２に伝わって、温度検出部１２の温度の変化が完了するまでの間で、時間がかかってしまうとともに、この時間は、検出対象３の温度の単位時間当たりの変化が大きくなるに従って、長くなる。また、Ｔ−ｒｅａｌで表された曲線から分かるように、検出対象３の出力電流が大きくなるに従って、検出対象３の実際の温度の変化が大きくなる。以上より、検出対象３の出力電流が大きくなるに従って、検出対象３の実際の温度と、温度検出部１２の温度検出値と、のずれが大きくなるものと考えられる。

一方、Ｔ−ｅｓｔで表された曲線は、検出対象３の出力電流が小さい領域では、Ｔ−ＱＴＭで表された曲線と比べるとＴ−ｒｅａｌで表された曲線から離れている。しかし、Ｔ−ｅｓｔで表された曲線は、検出対象３の出力電流が大きくなっても、Ｔ−ＱＴＭで表された曲線と比べるとＴ−ｒｅａｌで表された曲線に近い。検出対象３の出力電流が小さい領域で、Ｔ−ｅｓｔで表された曲線が、Ｔ−ＱＴＭで表された曲線と比べるとＴ−ｒｅａｌで表された曲線から離れている原因としては、以下の第２の原因が考えられる。

第２の原因とは、電流検出部１１の電流検出精度である。電流検出部１１の電流検出精度は、検出する電流が小さくなるに従って低下する。このため、電流検出部１１のレンジが広くなるに従って、低域での電流検出部１１の電流検出精度が低下する。したがって、検出対象３の出力電流が小さくなるに従って、検出対象３の実際の温度と、電流検出部１１の電流検出結果を用いて推定された温度推定部１３の温度推定値と、のずれが大きくなるものと考えられる。

以上より、検出対象３の出力電流が小さい領域では、温度検出部１２の温度検出値を検出対象３の温度として採用し、検出対象３の出力電流が大きい領域では、温度推定部１３の温度推定値を検出対象３の温度として採用する。

そこで、検出対象３の温度として採用する値を、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の間で切り替える際の検出対象３の出力電流を、上述の持替え電流閾値Ｉｔｈとして設定する。本実施形態では、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の差分が予め定められた閾値（例えばゼロ）より大きくなった時点における検出対象３の出力電流を予め求めておき、求めた検出対象３の出力電流を持替え電流閾値Ｉｔｈに設定するものとする。

図２に戻って、ステップＳ３において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、温度検出部１２による検出対象３の温度の検出結果を取得し、ステップＳ４に処理を移す。

ステップＳ４において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、ステップＳ３で取得した温度検出部１２による検出結果を検出対象３の温度として採用し、図２の処理を終了する。

ステップＳ５において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、検出対象３が有するスイッチ素子の導通損失Ｔ_１を算出し、ステップＳ６に処理を移す。導通損失Ｔ_１の算出は、以下の数式（１）を用いて行われる。

Ｉ_ｉｎは、電流検出部１１の電流検出値を示し、Ｋ_１は、導通損失温度推定係数を示す。ｔは、電流検出部１１の電流検出値の取得を温度推定部１３が開始してから、検出対象３の温度の推定を温度推定部１３が完了するまでの時間を示す。Ｒ_ｏｎは、検出対象３が有するスイッチ素子のオン抵抗を示す。θ_ｊｃは、検出対象３が有するスイッチ素子のジャンクションと、このスイッチ素子のケース（パッケージ）と、の間の熱抵抗を示す。

ステップＳ６において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、検出対象３が有するスイッチ素子のスイッチング損失Ｔ_２を算出し、ステップＳ７に処理を移す。スイッチング損失Ｔ_２の算出は、以下の数式（２）を用いて行われる。

Ｋ_２は、検出対象３が有するスイッチ素子のスイッチング損失温度推定係数を示す。ｔ_ｆは、検出対象３が有するスイッチ素子のドレイン−ソース間電圧の立ち下がり時間を示し、ｔ_ｒは、検出対象３が有するスイッチ素子のドレイン−ソース間電圧の立ち上がり時間を示す。ｆｓは、検出対象３が有するスイッチ素子の発振周波数を示す。Ｖ_ｏｕｔは、駆動対象５に対して検出対象３から出力される出力電圧を示す。なお、本実施形態では、スイッチング制御部２および検出対象３は、定電圧制御を行うものとする。このため、本実施形態では、Ｖ_ｏｕｔは、予め定められた一定の値となる。

ステップＳ７において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、ステップＳ５で算出した導通損失Ｔ_１と、ステップＳ６で算出したスイッチング損失Ｔ_２と、に基づいて検出対象３の温度を推定して温度推定値Ｔを算出し、ステップＳ８に処理を移す。温度推定値Ｔの算出は、以下の数式（３）を用いて行われる。

αは、スイッチング損失係数を示す。

ステップＳ８において、温度検出装置１は、温度推定部１３により、ステップＳ７で算出した温度検出部１２による算出結果を検出対象３の温度として採用し、図２の処理を終了する。

以上の温度検出装置１は、以下の効果を奏することができる。

温度検出装置１は、電流検出部１１により、スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象３の出力電流を検出する。また、温度推定部１３により、電流検出部１１による検出結果に基づいて、スイッチ素子の導通損失Ｔ_１およびスイッチング損失Ｔ_２を求め、これら導通損失Ｔ_１およびスイッチング損失Ｔ_２に基づいて検出対象３の温度を推定する。このため、温度推定部１３の温度推定値には、検出対象３の急激な温度変化も反映されることになる。したがって、検出対象３の温度が急激に変化しても、検出対象３の温度を高精度に検出することができる。

また、温度検出装置１は、検出対象３の出力電流に応じて、検出対象３の温度として採用する値を、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の間で切り替える。このため、検出対象３の温度として採用する結果を、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の間で検出対象３の温度に応じて切り替えることができる。

本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、上述の実施形態では、検出対象３の出力電流に応じて、検出対象３の温度として採用する値を、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の間で切り替えるものとした。しかし、これに限らず、例えば、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の差分に応じて、検出対象３の温度として採用する値を、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の間で切り替えるものとしてもよい。具体的には、上述の差分が持替え温度閾値Ｔｔｈ未満である場合には、温度検出部１２の温度検出値を検出対象３の温度として採用し、上述の差分が持替え閾値Ｔｔｈ以上である場合には、温度推定部１３の温度推定値を検出対象３の温度として採用してもよい。持替え温度閾値Ｔｔｈについては、例えば、検出対象３の実際の温度と、温度検出部１２の温度検出値と、の差分（以降、第１の差分と呼ぶこととする）を予め求めておくとともに、検出対象３の実際の温度と、温度推定部１３の温度推定値と、の差分（以降、第２の差分と呼ぶこととする）を予め求め、第１の差分と第２の差分とが等しくなった時点における温度検出部１２の温度検出値と温度推定部１３の温度推定値との差分を予め求めておき、求めた差分を持替え温度閾値Ｔｔｈに設定することとしてもよい。

また、上述の実施形態では、温度検出部１２の温度検出値と、温度推定部１３の温度推定値と、の差分が予め定められた閾値（例えばゼロ）より大きくなった時点における検出対象３の出力電流を予め求めておき、求めた検出対象３の出力電流を持替え電流閾値Ｉｔｈに設定するものとした。しかし、これに限らず、例えば、上述の第１の差分および上述の第２の差分を予め求め、第１の差分と第２の差分とが等しくなった時点における検出対象３の出力電流を予め求めておき、求めた検出対象３の出力電流を持替え電流閾値Ｉｔｈに設定することとしてもよい。

また、上述の実施形態では、スイッチング制御部２および検出対象３は、定電圧制御を行うものとしたが、これに限らない。スイッチ素子のオンオフに応じて変化する検出対象３の出力電圧が変化する場合には、この検出対象３の出力電圧を検出する電圧検出部を温度検出装置１に設けてもよい。これによれば、電圧検出部の電圧検出値を上述のＶ_ｏｕｔとして用いることで、数式（２）によりスイッチング損失Ｔ_２を高精度に求めることができる。このため、検出対象３の出力電圧が変化しても、検出対象３の温度を高精度に検出することができる。

ＡＡ；駆動装置
１；温度検出装置
２；スイッチング制御部
３；検出対象
１１；電流検出部
１２；温度検出部
１３；温度推定部

Claims

スイッチ素子を有する検出対象の温度を検出する温度検出装置であって、
前記スイッチ素子のオンオフに応じて変化する前記検出対象の出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記スイッチ素子の導通損失と、当該スイッチ素子のスイッチング損失と、を求め、求めた導通損失およびスイッチング損失に基づいて当該検出対象の温度を推定する温度推定手段と、
自身の温度を検出することで前記検出対象の温度を検出する温度検出手段と、
を備え、
前記温度推定手段は、
前記電流検出手段により検出された電流値が予め定められた閾値未満である場合には、前記温度検出手段による検出結果を前記検出対象の温度とし、
前記電流検出手段により検出された電流値が前記閾値以上である場合には、前記温度推定手段による推定結果を前記検出対象の温度とすることを特徴とする温度検出装置。
スイッチ素子を有する検出対象の温度を検出する温度検出装置であって、
前記スイッチ素子のオンオフに応じて変化する前記検出対象の出力電流を検出する電流検出手段と、
前記電流検出手段により検出された電流値に基づいて、前記スイッチ素子の導通損失と、当該スイッチ素子のスイッチング損失と、を求め、求めた導通損失およびスイッチング損失に基づいて当該検出対象の温度を推定する温度推定手段と、
自身の温度を検出することで前記検出対象の温度を検出する温度検出手段と、
を備え、
前記温度推定手段は、
前記温度推定手段による推定結果と、前記温度検出手段による検出結果と、の差分が予め定められた閾値未満である場合には、当該温度検出手段による検出結果を前記検出対象の温度とし、
前記差分が前記閾値以上である場合には、前記温度推定手段による推定結果を前記検出対象の温度とすることを特徴とする温度検出装置。
前記温度検出手段は、サーミスタであることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の温度検出装置。
前記スイッチ素子のオンオフに応じて変化する前記検出対象の出力電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記温度推定手段は、前記電圧検出手段による検出結果を用いて、前記スイッチ素子のスイッチング損失を求めることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の温度検出装置。