JP6547664B2 - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6547664B2 JP6547664B2 JP2016049502A JP2016049502A JP6547664B2 JP 6547664 B2 JP6547664 B2 JP 6547664B2 JP 2016049502 A JP2016049502 A JP 2016049502A JP 2016049502 A JP2016049502 A JP 2016049502A JP 6547664 B2 JP6547664 B2 JP 6547664B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- output
- monitor
- circuit
- arrival
- 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
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 56
- 238000012937 correction Methods 0.000 claims description 42
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 39
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 23
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 claims description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 5
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims 2
- 241000849798 Nita Species 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 6
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 3
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 3
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 3
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
- H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
- H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
- G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
- G01K3/08—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values
- G01K3/10—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving differences of values; giving differentiated values in respect of time, e.g. reacting only to a quick change of temperature
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
- H02M1/088—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters for the simultaneous control of series or parallel connected semiconductor devices
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
- H02M1/327—Means for protecting converters other than automatic disconnection against abnormal temperatures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Description
例えば特許文献1に第3実施形態として開示されたモータ駆動装置では、インバータ回路を構成する六つの素子の一つに温度検出用ダイオード及び「温度モニタ回路」が設けられている。また、温度モニタ回路が設けられていない残り五つの素子に対して、温度検出用ダイオード、及び、素子温度が所定の温度に到達したことを検出する「温度検知回路」が設けられている。
また、温度検知回路が設けられたいずれかの素子の温度が所定の温度Tcaに到達したことが検出されたとき、最高素子温度推定値Tjと所定の温度Tcaとの差を補正値h1とする。そして、最高素子温度推定値Tjに補正値h1を加算し、補正後の最高素子温度推定値とする。
電力変換回路は、複数のスイッチング素子(21−26)の動作により入力電力を変換して出力する。
複数の素子温度出力器は、複数のスイッチング素子の個別の素子温度に応じたアナログ温度信号を出力する。
到達判定回路は、少なくともモニタ素子以外の全てのスイッチング素子である「一般素子(SW−G*)」に対応して設けられ、素子温度出力器から入力されたアナログ温度信号に基づき、対応する素子の温度が上昇して所定の通過温度(TOG)に到達したことを判定する。
出力制限部は、制限対象温度がその素子の出力制限温度に到達したとき、電力変換回路の出力制限を開始する。
そして、最小猶予温度推定部は、当該到達判定時(Tj)における特定素子の猶予温度(EXG*)がモニタ素子の猶予温度(EXM)よりも小さい場合、「通過温度と当該到達判定時におけるモニタ温度(TOM)との差分(ΔT*)をモニタ温度に加えた温度」を「特定素子の学習温度(TG*)」として推定する。
出力制限部は、到達判定時まではモニタ温度を制限対象温度とし、到達判定時以後、特定素子の学習温度を制限対象温度として出力制限の実施を判断する。
これにより、ばらつきを吸収するための安全マージンを減らし、出力制限温度を可及的に高く設定することが可能となる。その結果、過剰な出力制限の実施を抑制し、素子性能を有効に発揮させることができる。したがって、スイッチング素子の高スペック化を回避し、装置全体の小型化に貢献する。
(第1実施形態)
第1実施形態の電力変換装置について、図1〜図8を参照して説明する。ここで、図1〜図3については、第1及び第2実施形態において共通に参照する。
昇圧コンバータ201は、バッテリ11と負荷16との間に接続され、バッテリ11の直流電圧を昇圧して負荷16に出力する。負荷16は、例えば第5実施形態の電力変換回路であるインバータであってもよい。
昇圧コンバータ201の動作自体は周知技術であるため、詳しい説明を省略する。
また、複数のスイッチング素子24、25、26は、典型的には同一基板上のように、通電時の放熱条件が極端には変わらない環境下に設置されるものと考える。この前提は、以下の実施形態を通じて同様とする。
ただし、そのような前提においても、各スイッチング素子の素子温度に関し、現実には様々なばらつき要因が存在する。その点について詳しくは後述する。以下、本明細書において「素子温度」とは、電力変換回路を構成するスイッチング素子の温度を意味する。
このように、各実施形態の電力変換装置が備える電力変換回路は、同等レベルの動作をする複数のスイッチング素子により構成される。なお、スイッチング素子の数は、三つに限らず、二つでもよく、四つ以上でもよい。ただし、後述の出力制限処理を説明する上での都合上、スイッチング素子の数が三つの形態を具体例として取り上げる。
この例ではモニタ素子SW−Mが一つ、一般素子SW−Ga、Gbが二つである。一般化して言うと、モニタ素子SW−Mは、電力変換回路を構成する複数のスイッチング素子のうちから一つ以上選択される。また、少なくとも、モニタ素子以外の全てのスイッチング素子が一般素子SW−G*に該当する。以下、Ga、Gb・・・を包括して「G*」というように記す。なお、特許請求の範囲の括弧内の参照符号にも「G*」を用いる。
モニタ回路40は、モニタ素子SW−Mであるスイッチング素子25に対応して設けられる。モニタ回路40は、感温ダイオード35から入力されたアナログ温度信号に基づき、モニタ素子SW−Mの素子温度であるモニタ温度TMを経時的に検出する。
到達判定回路50は、一般素子SW−Gaであるスイッチング素子24、及び、一般素子SW−Gbであるスイッチング素子26に対応して設けられる。到達判定回路50は、感温ダイオード34、36から入力されたアナログ温度信号に基づき、一般素子SW−Ga、Gbの素子温度が上昇して所定の「通過温度TOG」に到達したことを判定する。
制御ECU70は、周知のマイコンやカスタムIC等により構成される。マイコンは、図示しないCPU、ROM、I/O、及び、これらを接続するバスライン等を内部に備え、予め記憶されたプログラムをCPUで実行することによるソフトウェア処理や、専用の電子回路によるハードウェア処理による制御を実行する。
本来、制御ECU70は、外部からの指令信号やフィードバック信号に基づき、所望の電力を負荷16に出力するようにスイッチング素子に対する駆動信号を演算する。ただし本実施形態では、制御ECU70による通常の駆動制御に関する説明や信号入出力の図示を省略し、特徴的な温度検出に関する処理について詳しく説明する。
定電流供給部41は、感温ダイオード35のアノードに定電流を供給する。また、感温ダイオード35のカソードは基準電位に接続されている。そして、温度検出対象であるモニタ素子SW−Mの温度、すなわちモニタ温度TMに応じたアノード−カソード間電圧がアナログ温度信号としてコンパレータ42の+端子に入力される。
一方、コンパレータ42の−端子には、三角波生成回路43で生成された三角波が入力される。モニタ温度TMに応じたアナログ温度信号としての電圧値が三角波と比較されることにより、逐次Duty信号に変換されてコンパレータ42から出力される。こうしてモニタ回路40は、モニタ温度TMを経時的に検出する。
制御ECU70は、モニタ温度TMのDuty信号を電圧信号に変換する。それ以後の制御ECU70における処理については後述する。
図4に示すように、第1実施形態の制御ECU701は、Duty−V変換部71、最小猶予温度推定部72、及び、出力制限部73を有している。
Duty−V変換部71は、モニタ回路40から絶縁伝送回路60を経由して入力されたモニタ温度TMのDuty信号を電圧信号に変換する。
最小猶予温度推定部72は、Duty−V変換部71からモニタ温度TMの電圧信号を取得する。また、到達判定回路50から、一般素子SW−Ga、Gbが通過温度T0Gに到達したことを示す到達判定信号rjを取得する。
出力制限温度は、昇圧コンバータ201を構成する三つのスイッチング素子について、それ以上の温度では、素子を過熱から保護するために電力変換回路の出力制限が求められる温度である。三つのスイッチング素子の仕様及び特性は基本的に同等であるとはいえ、現実には、素子特性のばらつきや温度検出に関するばらつきが存在する。
そこで本実施形態では、素子毎に適切な出力制限温度が設定されることを特徴とする。以下、各素子の出力制限温度を次の記号で記す。
TlimM:モニタ素子SW−Mの出力制限温度
TlimGa、TlimGb:一般素子SW−Ga、Gbの出力制限温度
また、これらを包括して「出力制限温度Tlim」と記す。
したがって、従来技術のように全ての素子の出力制限温度を一定に設定する思想では、素子を過熱から保護するために余裕を持った安全マージンを加味して出力制限温度を設定する必要があると考えられる。
ここで、制限対象温度となり得る温度は、モニタ温度TM、又は、後述する「特定素子SW−Ga、Gbの学習温度TGa、TGb」のいずれかである。各素子の出力制限温度Tlimの設定により、最高素子温度が必ずしも制限対象温度になるとは限らない。
出力制限部73は、制限対象温度がその素子の出力制限温度Tlimに到達したとき、昇圧コンバータ201の出力制限を開始する。したがって、素子温度が耐熱温度を超えて上昇し、素子破壊に至ることを防止することができる。
下記の記号のうち「tj#」は、tj1、tj2・・・を包括した表記であり、時間軸での順序を表す。なお、特許請求の範囲の括弧内の参照符号にも「tj#」を用いる。
T0M#:到達判定時tj#におけるモニタ温度TM
ΔTa:第1の特定素子SW−Gaの到達判定時tj1における通過温度T0Gとモニタ温度T0M1との差分(ΔTa=T0G−T0M1)
TGa: 第1の特定素子SW−Gaの学習温度(TGa=TM+ΔTa)
ΔTb:第2の特定素子SW−Gbの到達判定時tj2における通過温度T0Gとモニタ温度T0M2との差分(ΔTb=T0G−T0M2)
TGb:第2の特定素子SW−Gbの学習温度(TGb=TM+ΔTb)
EXGa1:第1の特定素子SW−Gaの到達判定時tj1における特定素子SW−Gaの猶予温度(EXGa1=TlimGa−T0G)
EXGa2:第2の特定素子SW−Gbの到達判定時tj2における特定素子SW−Gaの猶予温度(EXGa2=TlimGa−TGa(tj2))
EXGb2:第2の特定素子SW−Gbの到達判定時tj2における特定素子SW−Gbの猶予温度(EXGb2=TlimGb−T0G)
出力制限部73は、出力制限処理の初期には、モニタ温度TMを制限対象温度とする。そして、モニタ温度TMが出力制限温度TlimMに到達するまで、猶予温度が最小の素子が常にモニタ素子SW−Mであれば、制限対象温度は更新されない。この場合、一般素子SW−Ga、Gbは、結果的に出力制限処理に関与しない。
時刻tj1に一般素子SW−Gaの素子温度が通過温度T0Gに到達すると、最小猶予温度推定部72は、一般素子SW−Gaを「第1の特定素子」として認定する。そして、到達判定時tj1におけるモニタ素子SW−Mの猶予温度EXM1と第1の特定素子SW−Gaの猶予温度EXGa1とを比較する。
その後、時刻txbに第2の特定素子SW−Gbの学習温度TGbが出力制限温度TlimGbに到達すると、出力制限部73は昇圧コンバータ201の出力制限を開始する。この場合、第2の特定素子SW−Gbの学習温度TGbが通過温度T0Gから出力制限温度TlimGbまで上昇する期間が「猶予期間Pex」となる。
図7に記載された温度誤差に関する各記号の意味は以下の通りである。
Tres:素子耐熱温度(全ての素子に共通とする)
ΔTanaM:モニタ素子温度TMについての感温ダイオードのアナログ出力誤差
ΔTanaGa:一般素子温度TGaについての感温ダイオードのアナログ出力誤差
ΔTM:モニタ回路40の検出誤差
ΔTRGa:到達判定回路50の検出誤差
ΔTGa-M:到達判定時からの猶予期間における特定素子とモニタ素子との発熱差
ΔTwid:温度変動幅
感温ダイオードのアナログ出力特性に関し、図8に示すように、実出力特性と理想出力特性との間には出力誤差が存在する。なお、図8には、高温ほど出力が減少する負特性の例を示しているが、正特性か負特性かは適宜設定してよい。
図8(b)に、実出力と理想出力との傾きが異なるゲイン誤差を含む例を示す。この場合、温度領域に応じてアナログ出力誤差ΔTanaの値が変化する。実出力と理想出力とが一致する一致温度Tcoが実使用領域に存在する場合、一致温度Tcoの高温側と低温側とでアナログ出力誤差ΔTanaの符号が反転することとなる。
ΣΔT_1=ΔTanaM+ΔTM+ΔTwid ・・・(1.1)
ΣΔT_2=ΔTanaGa+ΔTRGa+ΔTGa-M+ΔTwid ・・・(1.2)
仮に、モニタ素子温度TM及び一般素子温度TGaについての感温ダイオードのアナログ出力誤差が「ΔTanaM≒ΔTanaGa」であり、また、モニタ回路40及び到達判定回路50の検出誤差が「ΔTM≒ΔTRGa」であるとする。すると、温度誤差の要因として発熱差ΔTGa-Mを余分に含む第2群マージンΣΔT_2が、第1群マージンΣΔT_1より大きくなる傾向にある。
TlimM≦Tres−ΣΔT_1 ・・・(2.1)
TlimGa≦Tres−ΣΔT_2 ・・・(2.2)
なお、図7では、誤差の積み上げ値と素子耐熱温度Tresとの微小余裕δ(≧0)により、「≦」の意味合いを表している。微小余裕δは各素子について共通と考えてよい。
第2群マージンΣΔT_2が第1群マージンΣΔT_1より大きいとすると、一般素子SW−Gaの出力制限温度TlimGaは、モニタ素子SW−Mの出力制限温度TlimMよりも低い値に設定される。
そして、出力制限部73は、素子毎に設定された出力制限温度Tlimに制限対象温度が到達したとき出力制限を開始する。
(1)上述の通り、複数のスイッチング素子のうちの最高素子温度を推定する特許文献1の従来技術では、素子毎の感温ダイオードによるアナログ出力誤差や回路の検出誤差等の温度ばらつきを考慮していない。そのため、素子を過熱から確実に保護する観点から、各種ばらつき要因を総合して見積もった余裕のある安全マージンを加味して出力制限温度を設定せざるを得ない。その結果、過剰な出力制限を実施する傾向となり、素子性能を有効に発揮させることができない。したがって、スイッチング素子の高スペック化や回路規模の増加による装置全体の大型化につながる。
最小猶予温度推定部72は、到達判定時Tjにおける特定素子SW−G*の猶予温度EXG*がモニタ素子の猶予温度EXMよりも小さい場合、通過温度T0Gと到達判定時におけるモニタ温度TOMとの差分ΔT*をモニタ温度TMに加えた温度を特定素子SW−G*の学習温度TG*として推定する。出力制限部73は、到達判定時まではモニタ温度TMを制限対象温度とし、到達判定時以後、特定素子SW−G*の学習温度TG*を制限対象温度として出力制限の実施を判断する。
これにより、ばらつきを吸収するための安全マージンを減らし、出力制限温度Tlimを可及的に高く設定することが可能となる。その結果、過剰な出力制限の実施を抑制し、素子性能を有効に発揮させることができる。したがって、スイッチング素子の高スペック化を回避し、装置全体の小型化に貢献する。或いは、出力制限温度Tlimを高く設定しない場合には、品質を向上させることができる。
<第1の一般素子SW−Gaが第1の到達判定時Tj1に通過温度T0Gに到達し第1の特定素子として認定された。その後、第1の特定素子SW−Gaの学習温度TGaが出力制限温度TlimGaに到達する以前の第2の到達判定時Tj2に、第2の一般素子SW−Gbが通過温度T0Gに到達し第2の特定素子として認定された。>
このとき、出力制限部73は、第2の到達判定時における猶予温度が小さい方の特定素子の学習温度を制限対象温度として出力制限の実施を判断する。
これにより、複数の一般素子SW−Ga、Gbの猶予温度の比較に基づいて、より適確に出力制限を開始することができる。その結果、出力制限温度Tlimの設定において、ばらつきを吸収するための安全マージンをさらに減らし、出力制限温度Tlimを高く設定することができる。
第1群マージンΣΔT_1は、感温ダイオード35のアナログ出力誤差ΔTanaM、モニタ回路40の検出誤差ΔTM、及び、温度変動幅ΔTwidの合計である。第2群マージンΣΔT_2は、感温ダイオード34、36のアナログ出力誤差ΔTanaG*、到達判定回路50の検出誤差ΔTRG*、猶予期間において特定素子SW−G*とモニタ素子SW−Mとの損失ばらつきに基づいて生じる発熱差ΔTG*-M、及び、温度変動幅ΔTwidの合計である。温度変動幅ΔTwidは、出力制御が追従不能な外乱による前記電力変換回路の過渡動作による温度変化ΔTtrd以上の値に設定されている。
このように、電力変換装置101が用いられるシステムで現実に発生する温度ばらつき要因を詳しく特定することにより、実状に適応した処理を実行することができる。
次に、第2実施形態の制御ECU702の構成、及び、第1実施形態の出力制限処理との違いについて、図9〜図12を参照して説明する。図9、図10、図12は、それぞれ第1実施形態の図4、図8、図7に対応する。また、図11は、第1実施形態の図5及び図6と同様の形式のタイムチャートである。
図9に示すように、第2実施形態の制御ECU702は、第1実施形態の制御ECU701に対し、感温ダイオード34、35、36のアナログ出力誤差ΔTanaGa、ΔTanaM、ΔTanaGbを補正するアナログ出力補正部74をさらに備えている。
実際の製品の製造時には、例えばスイッチング素子と感温ダイオードとがモジュール化された半導体モジュールのQRコード(登録商標)に校正値を書き込む。そして、半導体モジュールを電力変換回路基板に組み付ける時、基板上の不揮発メモリに校正値を書き込むという方法が考えられる。これにより、アナログ出力補正部74は、簡易な構成でアナログ出力誤差を補正することができる。
図10(a)に示すオフセット誤差の例において、アナログ出力補正部74は、実出力Gaが理想出力よりも低い側にずれている場合、実出力Gaを理想出力に一致させるように上げる。その結果、検出温度からアナログ出力誤差ΔTanaGaが差し引かれる。
また、アナログ出力補正部74は、実出力Gbが理想出力よりも高い側にずれている場合、実出力Gbを理想出力に一致させるように下げる。その結果、検出温度にアナログ出力誤差ΔTanaGbが加えられる。
図10(b)には、実出力の傾きの絶対値が理想出力の傾きよりも大きいゲイン誤差を含む例を示す。この場合、アナログ出力補正部74は、温度に応じて、一致温度Tcoの低温側では実出力を下げ、一致温度Tcoの高温側では実出力を上げるように補正する。
最小猶予温度推定部72は、アナログ出力補正部74が補正したモニタ温度TM、及び特定素子SW−G*の学習温度TG*に基づいて、猶予温度が最小である素子の温度を制限対象温度として推定する。
図11において学習温度TGa、TGbの基準となるモニタ素子SW−Mの温度は、モニタ回路40により検出されたモニタ温度TMに対しアナログ出力誤差ΔTanaMが補正された温度(すなわち、「TM+ΔTanaM」)として表す。なお、アナログ出力誤差ΔTanaMについても、理想出力特性と傾きが等しいオフセット誤差であると仮定する。
TGa=(TM+ΔTanaM)−ΔTanaGa+ΔTa ・・・(3.1)
時刻tj1以後、第1の特定素子SW−Gaの学習温度TGaが制限対象温度となる。
TGb=(TM+ΔTanaM)+ΔTanaGb+ΔTb ・・・(3.2)
時刻tj2以後、第2の特定素子SW−Gbの学習温度TGbが制限対象温度となる。
図6と同様に図11でも、時刻txbは、第1の特定素子SW−Gaの学習温度TGaが出力制限温度TlimGaに到達する時刻txaよりも早い。すなわち、制限対象温度を第1の特定素子SW−Gaの学習温度TGaから第2の特定素子SW−Gbの学習温度TGbに更新することにより、複数の一般素子SW−Ga、Gbについての猶予温度を考慮して、より適確に出力制限を開始することができる。
これにより、図12に示すように、第1群マージンΣΔT_1のアナログ出力誤差ΔTanaM、及び、第2群マージンΣΔT_2のアナログ出力誤差ΔTanaG*を0とみなすことができる。したがって、第1実施形態の図7に比べ、出力制限温度TlimM、TlimGaを高く設定し、素子性能をさらに有効に発揮させることができる。
次に、第3実施形態の電力変換装置103及び制御ECU703の構成等について、図13〜図16を参照して説明する。図13は、第1、第2実施形態の図1に対応し、「電力変換回路」として昇圧コンバータ201を備える電力変換装置103の構成を示す。図14は、図4及び図9に対応する。図15は、図5、図6及び図11と同様の形式のタイムチャートである。図16は、図7及び図12に対応する。
モニタ素子SW−M用の到達判定回路50は、モニタ素子SW−Mが通過温度T0Gに到達したとき到達判定信号rjを出力する。図13では、モニタ素子SW−M用の到達判定回路50が出力する到達判定信号をrj(M)と記し、一般素子SW−Ga、SW−Gb用の到達判定回路50が出力する到達判定信号をrj(G)と記す。
到達判定回路補正部75は、到達判定回路50の個体毎に予め設定された初期検出誤差ΔTRM_ini、ΔTRGa_ini、ΔTRGb_iniの校正値を、EEPROM等の不揮発メモリに記憶している。
例えば、一般素子SW−Gaが通過温度T0Gに到達したと判定されたとき、到達判定時における一般素子SW−Gaの温度は、「T0G+ΔTRGa_ini」に補正される。
また、モニタ素子SW−Mが通過温度T0Gに到達したと判定されたとき、到達判定時におけるモニタ素子SW−Mの温度は、「T0G+ΔTRM_ini」に補正される。この補正後の温度に基づいて、到達判定時以後、モニタ回路40により検出されたモニタ温度TMが補正される。
時刻tj1にモニタ温度「TM+ΔTanaM」が通過温度T0Gに到達すると、到達判定回路補正部75により、時刻tj1におけるモニタ温度「TM+ΔTanaM」に対し、モニタ素子SW−M用到達判定回路50の初期検出誤差ΔTRM_iniが補正される。その結果、時刻tj1以後、「TM+ΔTanaM+ΔTRM_ini」が制限対象温度となる。
これにより、特に、モニタ温度TMが制限対象温度となる場合の出力制限の開始タイミングを適切に決定することができる。
ただし、初期検出誤差が設定された基準温度との温度差による温度特性の影響、又は、初期以後の到達判定回路50の劣化に基づく誤差である「温特劣化誤差ΔTR_TC」が発生する可能性がある。つまり、到達判定回路補正部75による補正後においても、温特劣化誤差ΔTR_TCのみは残る可能性があると考えられる。
そこで、制御ECU703は、各到達判定回路50の検出誤差ΔTRM、ΔTRGa、ΔTRGbを温特劣化誤差ΔTR_TCのみにより規定する。なお、基準温度との温度差による温度特性の影響や劣化の程度が小さい場合、温特劣化誤差ΔTR_TCを無視し、各到達判定回路50の検出誤差ΔTRM、ΔTRGa、ΔTRGbを0とみなしてもよい。
図16に示すように、モニタ素子SW−Mの第1群マージンΣΔT_1について、モニタ回路40の検出誤差ΔTRMは、モニタ素子SW−M用の到達判定回路50の温特劣化誤差ΔTR_TCのみにより規定される。また、一般素子SW−Gaの第2群マージンΣΔT_2について、到達判定回路50の検出誤差ΔTRGaは、温特劣化誤差ΔTR_TCのみにより規定される。したがって、第1実施形態の図7、及び、第2実施形態の図12に比べ、出力制限温度TlimM、TlimGaを高く設定し、素子性能をさらに有効に発揮させることができる。
次に、第1〜第3実施形態とは電力変換回路の構成、及び、モニタ素子SW−M及び一般素子SW−G*の数が異なる第4、第5実施形態の電力変換装置について、図17、図18を参照して説明する。
図17、図18では、スイッチング素子及び制御ECUの符号として、第1実施形態の図1と同じ符号を用いる。ただし、複数のスイッチング素子21〜26については、単に「電力変換回路を構成するスイッチング素子のうち1番目〜6番目のもの」という意味で付番しているに過ぎず、電力変換回路における機能的な観点から「実質的に同一の構成」として扱うわけではない。なお、図1では、図17の回路との配置の共通点から、三つの素子について「24、25、26」の符号を用いている。また、図1、図17、図18の制御ECU70は、それぞれ入力されるモニタ温度TM及び到達判定信号rjの数は異なるが、実行する処理については実質的に同一であると解釈して同一の符号を付す。
例えばモータジェネレータを負荷として駆動するシステムでは、バッテリ11が放電した電力を消費してモータジェネレータを駆動する力行動作、及び、モータジェネレータが発電した電力をバッテリ11へ充電する回生動作の両方が行われる。このようなシステムにおいて、昇降圧コンバータ204は、モータジェネレータの力行動作時にバッテリ11の電圧を昇圧して負荷16に供給し、回生動作時に負荷16側の電圧を降圧してバッテリ11に回生する。
昇降圧コンバータ204では、モータジェネレータが回生動作状態であるか力行動作状態であるかにより、上アームの複数のスイッチング素子21、22、23のグループと、下アームの複数のスイッチング素子24、25、26のグループとの発熱程度が異なる。
制御ECU70による出力制限処理の構成は、第1又は第2実施形態と同様である。また、第3実施形態のように、到達判定回路補正部75を設けてもよい。
インバータ205は、ゲートに入力されるPWM信号等の駆動信号に従って複数のスイッチング素子21〜26が動作することで、電圧指令に応じた三相電圧をモータジェネレータ18の各相巻線に印加することで、モータジェネレータ18の出力を制御する。
制御ECU70による出力制限処理の構成は、第1又は第2実施形態と同様である。また、第3実施形態のように、到達判定回路補正部75を設けてもよい。
また、第5実施形態の変形例として、インバータの上下アームの各相スイッチング素子を二つずつ並列に接続する構成では、十二個のスイッチング素子のうち一つのモニタ素子SW−Mを選択する例が考えられる。このように、一つのモニタ素子SW−Mに対応する一般素子SW−G*の数が多くなるほど、全ての素子にモニタ回路40を設けて全ての素子温度を検出する構成に比べ、モニタ回路40の数を低減し装置を小型化する効果が顕著となる。
(1)上記実施形態では、スイッチング素子の温度に応じたアナログ温度信号を出力する「素子温度出力器」として、感温ダイオードが用いられている。これ以外にも、例えばバイメタル式サーモスタット等の温度検出器を「素子温度出力器」として用いてもよい。
(3)本発明の電力変換装置は、ハイブリッド自動車等のモータジェネレータを駆動するシステムに限らず、複数のスイッチング素子の動作により電力を変換するどのようなシステムに用いられてもよい。
以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。
201・・・昇圧コンバータ(電力変換回路)、
204・・・昇降圧コンバータ(電力変換回路)、
205・・・インバータ(電力変換回路)、
21〜26・・・スイッチング素子、
31〜36・・・感温ダイオード(素子温度出力器)、
40・・・モニタ回路、
50・・・到達判定回路、
70(701、702)・・・制御ECU、
72・・・最小猶予温度推定部、
73・・・出力制限部。
Claims (10)
- 複数のスイッチング素子(21−26)の動作により入力電力を変換して出力する電力変換回路(201、204、205)と、
前記複数のスイッチング素子の個別の素子温度に応じたアナログ温度信号を出力する複数の素子温度出力器(31−36)と、
前記複数のスイッチング素子のうちから選択された一つ以上のモニタ素子(SW−M)に対応して設けられ、前記素子温度出力器から入力されたアナログ温度信号に基づき、前記モニタ素子の素子温度であるモニタ温度(TM)を経時的に検出する一つ以上のモニタ回路(40)と、
少なくとも前記モニタ素子以外の全ての前記スイッチング素子である一般素子(SW−G*)に対応して設けられ、前記素子温度出力器から入力されたアナログ温度信号に基づき、対応する素子の温度が上昇して所定の通過温度(TOG)に到達したことを判定する一つ以上の到達判定回路(50)と、
前記モニタ温度、及び前記到達判定回路からの到達判定信号に基づき、前記複数のスイッチング素子のうち、素子毎に設定された出力制限温度(TlimM、TlimG*)から素子の現在温度を差し引いた猶予温度(EXM、EXG*)が最小である素子の温度を制限対象温度として推定する最小猶予温度推定部(72)と、
前記制限対象温度がその素子の前記出力制限温度に到達したとき、前記電力変換回路の出力制限を開始する出力制限部(73)と、
を備え、
前記最小猶予温度推定部は、
前記モニタ温度が前記通過温度に到達する以前に、前記到達判定回路により、いずれかの前記一般素子の素子温度が前記通過温度に到達したことが判定されたとき、当該一般素子を特定素子として認定し、
当該到達判定時(tj#)における前記特定素子の猶予温度(EXG*)が前記モニタ素子の猶予温度(EXM)よりも小さい場合、前記通過温度と当該到達判定時における前記モニタ温度(TOM)との差分(ΔT*)を前記モニタ温度に加えた温度を前記特定素子の学習温度(TG*)として推定し、
前記出力制限部は、
前記到達判定時までは前記モニタ温度を前記制限対象温度とし、
前記到達判定時以後、前記特定素子の学習温度を前記制限対象温度として前記出力制限の実施を判断する電力変換装置。 - 前記一般素子は複数であり、
第1の前記一般素子(SW−Ga)が第1の到達判定時(tj1)に前記通過温度に到達し第1の前記特定素子として認定された後、第1の前記特定素子の前記学習温度が前記出力制限温度に到達する以前の第2の到達判定時(tj2)に、第2の前記一般素子(SW−Gb)が前記通過温度に到達し第2の前記特定素子として認定されたとき、
前記出力制限部は、
前記第2の到達判定時における前記猶予温度が小さい方の前記特定素子の前記学習温度を前記制限対象温度として前記出力制限の実施を判断する請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記モニタ素子の素子温度についての前記素子温度出力器のアナログ出力誤差(ΔTanaM)、前記モニタ回路の検出誤差(ΔTM)、及び、温度変動幅(ΔTwid)の合計を第1群マージン(ΣΔT_1)と定義し、
前記一般素子の素子温度についての前記素子温度出力器のアナログ出力誤差(ΔTanaG*)、前記到達判定回路の検出誤差(ΔTRG*)、前記一般素子が前記特定素子として認定された場合に到達判定時から出力制御を開始するまでの猶予期間において前記特定素子と前記モニタ素子との損失ばらつきに基づいて生じる発熱差(ΔTG*-M)、及び、温度変動幅(ΔTwid)の合計を第2群マージン(ΣΔT_2)と定義すると、
前記モニタ素子の前記出力制限温度(TlimM)は、前記スイッチング素子の耐熱温度(Tres)から前記第1群マージンを差し引いた温度以下に設定され、
前記一般素子の前記出力制限温度(TlimG*)は、前記スイッチング素子の耐熱温度から前記第2群マージンを差し引いた温度以下に設定される請求項1または2に記載の電力変換装置。 - 前記温度変動幅は、出力制御が追従不能な外乱による前記電力変換回路の過渡動作による温度変化(ΔTtrd)以上の値に設定されている請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記素子温度出力器のアナログ出力誤差を補正するアナログ出力補正部(74)をさらに備え、
前記出力制限温度の設定において、前記第1群マージン及び前記第2群マージンの前記アナログ出力誤差を0とみなす請求項3または4に記載の電力変換装置。 - 前記アナログ出力補正部は、前記素子温度出力器の個体毎に予め設定されたアナログ出力誤差の校正値を不揮発メモリに記憶している請求項5に記載の電力変換装置。
- 少なくとも一つ以上の前記到達判定回路の初期検出誤差(ΔTRM_ini、ΔTRGa_ini、ΔTRGb_ini)を補正する到達判定回路補正部(75)をさらに備え、
前記到達判定回路補正部の補正対象である前記到達判定回路の検出誤差を、前記初期検出誤差が設定された基準温度との温度差による温度特性の影響、又は、初期以後の前記到達判定回路の劣化に基づく誤差である温特劣化誤差(TR_TC)のみにより規定する請求項3〜6のいずれか一項に記載の電力変換装置。 - 前記到達判定回路補正部の補正対象として、前記モニタ素子に対応して設けられるモニタ素子用到達判定回路が含まれており、且つ、前記モニタ素子用到達判定回路により前記モニタ素子が前記通過温度に到達したと判定されたとき、前記到達判定回路補正部により補正された温度に基づいて、当該到達判定時以後の前記モニタ温度が補正される構成であり、
前記モニタ素子の前記出力制限温度の設定において、前記第1群マージンの前記モニタ回路の検出誤差を、前記モニタ素子用到達判定回路の前記温特劣化誤差のみにより規定する請求項7に記載の電力変換装置。
- 前記到達判定回路補正部の補正対象として、前記一般素子に対応する前記到達判定回路が含まれており、
前記一般素子の前記出力制限温度の設定において、前記第2群マージンの前記到達判定回路の検出誤差を、前記一般素子に対応する前記到達判定回路の前記温特劣化誤差のみにより規定する請求項7または8に記載の電力変換装置。 - 前記到達判定回路補正部は、前記到達判定回路の個体毎に予め設定された初期検出誤差の校正値を不揮発性メモリに記憶している請求項7〜9のいずれか一項に記載の電力変換装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016049502A JP6547664B2 (ja) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | 電力変換装置 |
US15/458,261 US9843261B2 (en) | 2016-03-14 | 2017-03-14 | Power conversion apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016049502A JP6547664B2 (ja) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | 電力変換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2017169260A JP2017169260A (ja) | 2017-09-21 |
JP6547664B2 true JP6547664B2 (ja) | 2019-07-24 |
Family
ID=59787234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016049502A Active JP6547664B2 (ja) | 2016-03-14 | 2016-03-14 | 電力変換装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9843261B2 (ja) |
JP (1) | JP6547664B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019083609A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社ダイヘン | 降圧チョッパ回路及びロボット制御装置 |
JP6922846B2 (ja) | 2018-05-24 | 2021-08-18 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 車載用の電源装置 |
JP6922847B2 (ja) * | 2018-05-24 | 2021-08-18 | 株式会社オートネットワーク技術研究所 | 車載用の電源装置 |
KR20210015261A (ko) * | 2019-08-01 | 2021-02-10 | 현대자동차주식회사 | 인버터용 스위칭소자의 과전류 검출기준 보상 시스템 및 이를 이용한 과전류 검출 시스템 |
US11860183B2 (en) * | 2021-08-17 | 2024-01-02 | Texas Instruments Incorporated | Temperature dependent acceleration current source circuitry |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4032746B2 (ja) | 2002-01-09 | 2008-01-16 | トヨタ自動車株式会社 | 半導体モジュール |
JP4473156B2 (ja) * | 2005-02-16 | 2010-06-02 | トヨタ自動車株式会社 | 電圧変換装置および車両 |
JP4710399B2 (ja) * | 2005-04-25 | 2011-06-29 | 日産自動車株式会社 | インバータの保護装置 |
JP2007195343A (ja) * | 2006-01-19 | 2007-08-02 | Nissan Motor Co Ltd | インバータ装置 |
JP5240524B2 (ja) | 2009-07-28 | 2013-07-17 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の温度検出装置 |
CN103250339B (zh) * | 2010-12-07 | 2015-11-25 | 日立汽车系统株式会社 | 电力变换装置 |
JP5644659B2 (ja) * | 2011-05-11 | 2014-12-24 | トヨタ自動車株式会社 | インバータ装置 |
JP5500136B2 (ja) * | 2011-08-18 | 2014-05-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体電力変換装置 |
JP5682593B2 (ja) * | 2012-05-24 | 2015-03-11 | 株式会社デンソー | スイッチング素子の駆動装置 |
DE102012210650A1 (de) * | 2012-06-22 | 2013-12-24 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Ansteuern eines Wechelrichters |
JP5927082B2 (ja) * | 2012-08-28 | 2016-05-25 | 本田技研工業株式会社 | 電動機の駆動装置 |
JP6107936B2 (ja) * | 2013-04-01 | 2017-04-05 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置 |
JP6279898B2 (ja) * | 2013-12-26 | 2018-02-14 | 株式会社東芝 | スイッチング制御装置 |
US9859787B2 (en) * | 2015-04-22 | 2018-01-02 | Ge Energy Power Conversion Technology Limited | Life of a semiconductor by reducing temperature changes therein via reactive power |
-
2016
- 2016-03-14 JP JP2016049502A patent/JP6547664B2/ja active Active
-
2017
- 2017-03-14 US US15/458,261 patent/US9843261B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2017169260A (ja) | 2017-09-21 |
US20170264199A1 (en) | 2017-09-14 |
US9843261B2 (en) | 2017-12-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6547664B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US9166499B2 (en) | Electronic circuit operating based on isolated switching power source | |
JP5573587B2 (ja) | 車両用回転電機 | |
CN108134558B (zh) | 电动机系统的控制装置及温度检测状态判定方法 | |
CN106953503B (zh) | 半导体集成电路器件和电子器件 | |
US8736234B2 (en) | Power converter control apparatus | |
US10348218B2 (en) | Power conversion device and electric power steering device using the same | |
JP4017637B2 (ja) | 車両用発電機の制御装置 | |
US10199982B2 (en) | Motor control apparatus | |
US11424670B2 (en) | Drive device for switch | |
US10566925B2 (en) | Motor control device | |
JP2011091960A (ja) | Dcdcコンバータシステム | |
US10530253B2 (en) | DC/DC converter having failure detection based on voltage sensor values | |
JP2017123740A (ja) | スイッチング電源 | |
JP5494445B2 (ja) | 車両用回転電機 | |
JP2015177712A (ja) | モータの制御装置 | |
JP7424407B2 (ja) | 制御装置、モータ駆動装置及びモータ駆動システム | |
US11476793B2 (en) | Motor drive system with correction function of temperature deviation of IGBT module | |
JP2012105467A (ja) | 充電装置 | |
JP2013038828A (ja) | 電力変換装置 | |
JP6807983B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP7283402B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP5846142B2 (ja) | 車両用回転電機 | |
US20240204667A1 (en) | Boost converter control device and control method of boost converter control device | |
JP2023176127A (ja) | 電力変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180605 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190326 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20190327 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190408 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190423 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190510 |
|
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: 20190528 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190610 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 6547664 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 |