JP6718141B2 - Power converter - Google Patents

Power converter Download PDF

Info

Publication number
JP6718141B2
JP6718141B2 JP2016126789A JP2016126789A JP6718141B2 JP 6718141 B2 JP6718141 B2 JP 6718141B2 JP 2016126789 A JP2016126789 A JP 2016126789A JP 2016126789 A JP2016126789 A JP 2016126789A JP 6718141 B2 JP6718141 B2 JP 6718141B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
switching element
switching
circuit
snubber
temperature
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
JP2016126789A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018007310A (en
Inventor
秀和 杉浦
秀和 杉浦
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor 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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2016126789A priority Critical patent/JP6718141B2/en
Publication of JP2018007310A publication Critical patent/JP2018007310A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6718141B2 publication Critical patent/JP6718141B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Description

本明細書で開示される技術は、電力変換器に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a power converter.

スイッチング素子は、様々な用途で必要とされており、例えば、直流電圧を変圧する電圧コンバータ装置、直流電圧と交流電圧の間で変換するインバータ装置に用いられる。スイッチング素子の一例には、絶縁ゲートを備えるスイッチング素子が知れられている。この種のスイッチング素子では、絶縁ゲートに電荷が充放電されることによって、オンとオフが切換わるように構成されている。この種のスイッチング素子の一例には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を含むパワー半導体素子が挙げられる。 The switching element is required for various applications, and is used, for example, in a voltage converter device that transforms a DC voltage and an inverter device that converts between a DC voltage and an AC voltage. A switching element having an insulated gate is known as an example of the switching element. This type of switching element is configured to switch on and off by charging and discharging the insulated gate. An example of this type of switching element is a power semiconductor element including an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).

スイッチング素子には、短時間のうちにオフ状態からオン状態に切り換わることが求められている。すなわち動作速度が速いことが求められている。動作速度が速いと、スイッチング損失を減少することができる。それと同時に、電力用スイッチング素子には、過大なサージ電圧が発生しないように電力をオン・オフ制御することが求められる。電力のオン・オフ制御に伴って発生するサージ電圧が高ければ、スイッチング素子に求められる耐圧が高くなってしまう。
スイッチング素子の動作速度を早くすることと、サージ電圧を抑制することは、トレードオフの関係にあり、一般には、動作速度を早くすると、サージ電圧が高くなる関係にある。動作速度を早くしながら、サージ電圧を抑制することは難しい。
The switching element is required to switch from the off state to the on state within a short time. That is, high operating speed is required. Higher operating speeds can reduce switching losses. At the same time, the power switching element is required to control power on/off so as not to generate an excessive surge voltage. If the surge voltage generated by the on/off control of electric power is high, the breakdown voltage required for the switching element will be high.
Increasing the operating speed of the switching element and suppressing the surge voltage have a trade-off relationship, and generally, increasing the operating speed has a relationship of increasing the surge voltage. It is difficult to suppress surge voltage while increasing operating speed.

特許文献1に記載された電力変換器では、スイッチング素子がターンオフ動作を開始し、スイッチング素子のコレクタ電流が急激に減少すると、それまでスイッチング素子に流れていた主電流がスナバコンデンサに転流する。すなわち、スイッチング素子のターンオフ動作時に発生するサージ・エネルギをスナバコンデンサに吸収させる。従って、スナバコンデンサの作用によりサージ電圧を抑制することで、スイッチング素子の動作速度を速くすることができ、スイッチング損失を低減できる。 In the power converter described in Patent Document 1, when the switching element starts the turn-off operation and the collector current of the switching element sharply decreases, the main current flowing in the switching element up to that time commutates to the snubber capacitor. That is, the snubber capacitor absorbs the surge energy generated during the turn-off operation of the switching element. Therefore, by suppressing the surge voltage by the action of the snubber capacitor, the operating speed of the switching element can be increased and the switching loss can be reduced.

特開2006−230168号公報JP, 2006-230168, A

スイッチング素子のターンオフ動作時にスナバコンデンサに吸収されたサージ・エネルギは、その後、スイッチング素子がターンオンすると、スナバコンデンサの電荷がゼロになるまで、回路上の抵抗やスイッチング素子にて消費されることになる。そのため、特許文献1に記載された電力変換器では、スナバ回路によって回路損失が発生する。 The surge energy absorbed in the snubber capacitor during the turn-off operation of the switching element will be consumed by the resistor and switching element in the circuit until the charge of the snubber capacitor becomes zero when the switching element turns on. .. Therefore, in the power converter described in Patent Document 1, the snubber circuit causes a circuit loss.

本発明は、スイッチング時のサージを抑制しつつ、回路損失を低減する電力変換器を提供するものである。 The present invention provides a power converter that reduces circuit loss while suppressing surge during switching.

本発明の電力変換器は、スイッチング素子と、スイッチング素子のターンオフ時に生じる過渡的な高電圧を吸収するコンデンサを含むスナバ回路と、を備えており、さらに、スイッチング素子の温度を取得する素子温度取得手段と、スナバ回路と前記スイッチング素子との電気的接続を導通・遮断する切替スイッチと、素子温度取得手段によって取得したスイッチング素子の温度が閾値以下のとき、スナバ回路と前記スイッチング素子の電気的接続を導通し、スイッチング素子の温度が閾値を超えたとき、スナバ回路と前記スイッチング素子の電気的接続を遮断するよう、切替スイッチを制御する、制御装置と、を備える。 The power converter of the present invention includes a switching element and a snubber circuit including a capacitor that absorbs a transient high voltage generated when the switching element is turned off, and further, an element temperature acquisition that acquires the temperature of the switching element. Means, a changeover switch for connecting/disconnecting the electrical connection between the snubber circuit and the switching element, and an electrical connection between the snubber circuit and the switching element when the temperature of the switching element acquired by the element temperature acquisition means is equal to or lower than a threshold value. And a controller for controlling the changeover switch so as to disconnect the electrical connection between the snubber circuit and the switching element when the temperature of the switching element exceeds a threshold value.

スイッチング素子は、素子温度が低いほど、電流がゼロとなるまでのdi/dtが高くなる。ターンオフ時に発生するサージ電圧は、配線インダクタンス値との積となるため、di/dtが高くなるほどサージ電圧が高くなる。
上記の構成によれば、素子温度が閾値以下である場合には、スイッチング時に発生するサージ・エネルギをスナバコンデンサに吸収させることで、過大なサージ電圧が発生することを抑制し、スイッチング素子を所定の耐圧の範囲で動作させる。
一方で、素子温度が閾値を超える場合には、サージ電圧が低いため、スナバコンデンサを使用しなくても、スイッチング素子を所定の耐圧の範囲で動作させることができる。さらに、スナバコンデンサを使用しないため、スナバコンデンサにサージ・エネルギが吸収されず、吸収したサージ・エネルギを、回路上の抵抗やスイッチング素子にて消費する必要がなく、回路損失を低減することができる。
As for the switching element, the lower the element temperature, the higher di/dt until the current becomes zero. Since the surge voltage generated at turn-off is the product of the wiring inductance value, the higher di/dt, the higher the surge voltage.
According to the above configuration, when the element temperature is equal to or lower than the threshold value, the snubber capacitor absorbs the surge energy generated at the time of switching, thereby suppressing the generation of an excessive surge voltage and keeping the switching element at a predetermined level. Operate within the range of withstand voltage.
On the other hand, when the element temperature exceeds the threshold value, since the surge voltage is low, the switching element can be operated within a predetermined withstand voltage range without using a snubber capacitor. Further, since the snubber capacitor is not used, surge energy is not absorbed by the snubber capacitor, and the absorbed surge energy does not have to be consumed by the resistor or switching element on the circuit, and the circuit loss can be reduced. ..

第1の実施形態に係る電力変換器10を説明するである。It is a description of the power converter 10 according to the first embodiment. 第1の実施形態に係る電力変換器10における電圧コンバータ回路12のスイッチング部T7、T8を説明する図である。It is a figure explaining the switching parts T7 and T8 of the voltage converter circuit 12 in the power converter 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電力変換器10におけるインバータ回路16のスイッチング部T1〜T6を説明する図である。It is a figure explaining the switching parts T1-T6 of the inverter circuit 16 in the power converter 10 which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に掛かる制御装置15が実行するルーチンの一例である。It is an example of a routine executed by the control device 15 according to the first embodiment. 第2実施形態に係る電力変換器20を説明する図である。It is a figure explaining the power converter 20 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る電力変換器20における電圧コンバータ回路12のスイッチング部T7、T8を説明する図である。It is a figure explaining the switching parts T7 and T8 of the voltage converter circuit 12 in the power converter 20 which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る電力変換器10におけるインバータ回路16のスイッチング部T1〜T6を説明する図である。It is a figure explaining the switching parts T1-T6 of the inverter circuit 16 in the power converter 10 which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に掛かる制御装置15が実行するルーチンの一例である。It is an example of a routine executed by the control device 15 according to the second embodiment.

(第1の実施形態)
本明細書が開示する第1の実施形態に係る電力変換器10について説明する。
図1に示すように、第1の実施形態に係る電力変換器10は、バッテリ14と接続されている。電力変換器10は、バッテリ電圧を昇圧する電圧コンバータ回路12と、昇圧後の直流電力を交流に変換するインバータ回路16と、を含んでいる。
(First embodiment)
The power converter 10 according to the first embodiment disclosed in this specification will be described.
As shown in FIG. 1, the power converter 10 according to the first embodiment is connected to a battery 14. The power converter 10 includes a voltage converter circuit 12 that boosts the battery voltage, and an inverter circuit 16 that converts the boosted DC power into AC.

電圧コンバータ回路12の回路構成について説明する。電圧コンバータ回路12の高電位側のラインにおける出力側と入力側の間には、リアクトル2及びスイッチング素子T7aが接続されている。そして、低電位側のラインは、電圧コンバータ回路12の入力側と出力側を直結している。低電位側のラインはグランド線に相当する。即ち、電圧コンバータ回路12の入力側(バッテリ14側)の低電位端と出力側(インバータ回路16の側)の低電位端を直結するラインがグランド線に相当する。 The circuit configuration of the voltage converter circuit 12 will be described. The reactor 2 and the switching element T7a are connected between the output side and the input side of the high potential side line of the voltage converter circuit 12. The line on the low potential side directly connects the input side and the output side of the voltage converter circuit 12. The line on the low potential side corresponds to the ground line. That is, a line that directly connects the low potential end on the input side (battery 14 side) of the voltage converter circuit 12 and the low potential end on the output side (side of the inverter circuit 16) corresponds to the ground line.

リアクトル2の一端は、入力側(バッテリ14側)の高電位端に接続され、その他端(出力側)にはスイッチング素子T7a(図2参照)が接続されている。また、リアクトル2の他端(スイッチング部T7の低電位端)とグランド線の間に別のスイッチング素子T8a(図2参照)が接続されている。すなわち、電圧コンバータ回路12には、2個のスイッチング素子(T7a、T8a)の直列回路が含まれており、その中点にリアクトル2が接続されている。 One end of the reactor 2 is connected to the high potential end on the input side (battery 14 side), and the switching element T7a (see FIG. 2) is connected to the other end (output side). Further, another switching element T8a (see FIG. 2) is connected between the other end of the reactor 2 (the low potential end of the switching section T7) and the ground line. That is, the voltage converter circuit 12 includes a series circuit of two switching elements (T7a, T8a), and the reactor 2 is connected to the midpoint thereof.

リアクトル2の中点側のライン側とグランド線の間には、フィルタコンデンサ3が接続されている。他方、電圧コンバータ回路12のインバータ回路側の高電位側のラインとグランド線の間には平滑化コンデンサ4が接続されている。フィルタコンデンサ3は、電圧コンバータ回路12の昇圧動作/降圧動作の際に電気エネルギを一時的に蓄えるデバイスであり、平滑化コンデンサ4は、インバータ回路16に入力される電流の脈動を抑制するデバイスである。 A filter capacitor 3 is connected between the midpoint line side of the reactor 2 and the ground line. On the other hand, the smoothing capacitor 4 is connected between the high potential side line on the inverter circuit side of the voltage converter circuit 12 and the ground line. The filter capacitor 3 is a device that temporarily stores electric energy during the step-up/step-down operation of the voltage converter circuit 12, and the smoothing capacitor 4 is a device that suppresses the pulsation of the current input to the inverter circuit 16. is there.

図2に示すように、各スイッチング素子(T7a、T8a)は、2つの主電極と、1つの制御電極を有している。制御電極には、制御装置15からパルス信号が送られ、各スイッチング素子(T7a、T8a)のオン・オフが制御される。また、各スイッチング素子(T7a、T8a)には、それぞれ、ダイオード(D7a、D8a)が逆並列に接続されている。 As shown in FIG. 2, each switching element (T7a, T8a) has two main electrodes and one control electrode. A pulse signal is sent from the control device 15 to the control electrode to control ON/OFF of each switching element (T7a, T8a). Further, diodes (D7a, D8a) are connected in antiparallel to the switching elements (T7a, T8a), respectively.

各スイッチング素子(T7a、T8a)の2つの主電極間には、各スイッチング素子(T7a、T8a)に対して並列となるよう、スナバコンデンサ(C7、C8)が接続されている。さらに、各スイッチング素子(T7a、T8a)とスナバコンデンサ(C7、C8)との接続を導通又は遮断する切替スイッチ(T7b、T8b)が設けられている。各切替スイッチ(T7b、T8b)には、それぞれ、ダイオード(D7b、D8b)が逆並列に接続されている。以下では、各スイッチング素子(T7a、T8a)、ダイオード(D7a、D8a)、切替スイッチ(T7b、T8b)、ダイオード(D7b、D8b)、スナバコンデンサ(C7、C8)を総称し、スイッチング部(T7、T8)と呼称する。また、スナバコンデンサC7、切替スイッチT7b及びダイオードD7b(スナバコンデンサC8、切替スイッチT8b及びダイオードD8b)から構成される回路をスナバ回路と称呼する。 A snubber capacitor (C7, C8) is connected between the two main electrodes of each switching element (T7a, T8a) so as to be in parallel with each switching element (T7a, T8a). Further, changeover switches (T7b, T8b) for connecting or disconnecting the connection between each switching element (T7a, T8a) and the snubber capacitor (C7, C8) are provided. Diodes (D7b, D8b) are connected in antiparallel to the respective changeover switches (T7b, T8b). Below, each switching element (T7a, T8a), diode (D7a, D8a), changeover switch (T7b, T8b), diode (D7b, D8b), snubber capacitor (C7, C8) are generically referred to, and a switching part (T7, Call T8). A circuit including the snubber capacitor C7, the changeover switch T7b and the diode D7b (the snubber capacitor C8, the changeover switch T8b and the diode D8b) is called a snubber circuit.

インバータ回路16の回路構成について説明する。インバータ回路16は、図3に示すように、2個のスイッチング素子の直列回路が3セット並列に接続された構成を有している(T1aとT4a、T2aとT5a、T3aとT6a)。3セットの直列回路の高電位側がインバータ回路16の高電位側の入力端に接続されており、3セットの直列回路の低電位側がインバータ回路16の低電位側の入力端に接続されている。 The circuit configuration of the inverter circuit 16 will be described. As shown in FIG. 3, the inverter circuit 16 has a configuration in which three sets of series circuits of two switching elements are connected in parallel (T1a and T4a, T2a and T5a, T3a and T6a). The high potential side of the three sets of series circuits is connected to the high potential side input end of the inverter circuit 16, and the low potential side of the three sets of series circuits is connected to the low potential side input end of the inverter circuit 16.

各スイッチング素子(T1a〜T6a)は、2つの主電極と、1つの制御電極を有している。制御電極には、制御装置15からパルス信号が送られ、各スイッチング素子(T1a〜T6a)のオン・オフが制御される。これにより、3セットの直列回路の中点から三相交流が出力される。また、また、各スイッチング素子(T1a〜T6a)には、それぞれ、ダイオードD1a〜D6aが逆並列に接続されている。 Each switching element (T1a to T6a) has two main electrodes and one control electrode. A pulse signal is sent from the control device 15 to the control electrode to control ON/OFF of each switching element (T1a to T6a). As a result, three-phase alternating current is output from the midpoint of the three sets of series circuits. Further, diodes D1a to D6a are connected in antiparallel to the switching elements (T1a to T6a), respectively.

図3に示すように、各スイッチング素子(T1a〜T6a)の2つの主電極間には、各スイッチング素子(T1a〜T6a)に対して並列となるよう、スナバコンデンサ(C1〜C6)が接続されている。さらに、各スイッチング素子(T1a〜T6a)とスナバコンデンサ(C1〜C6)との接続を導通又は遮断する切替スイッチ(T1b〜T6b)が設けられている。各切替スイッチ(T1b〜T6b)には、それぞれ、ダイオード(D1b〜D6b)が逆並列に接続されている。以下では、各スイッチング素子(T1a〜T6a)、ダイオード(D1〜D6)、切替スイッチ(T1b〜T6b)、ダイオード(D1b〜D6b)、スナバコンデンサ(C1〜C6)を総称し、スイッチング部(T1〜T)6と呼称する。また、電圧コンバータ回路12と同様に、スナバコンデンサ(C1〜C6)、切替スイッチ(T1a〜T6a)及びダイオード(D1b〜D6b)から構成される回路をスナバ回路と称呼する。 As shown in FIG. 3, snubber capacitors (C1 to C6) are connected between the two main electrodes of each switching element (T1a to T6a) in parallel with each switching element (T1a to T6a). ing. Further, changeover switches (T1b to T6b) for connecting or disconnecting the connection between the switching elements (T1a to T6a) and the snubber capacitors (C1 to C6) are provided. Diodes (D1b to D6b) are connected in antiparallel to the respective changeover switches (T1b to T6b). Hereinafter, the switching elements (T1a to T6a), the diodes (D1 to D6), the changeover switches (T1b to T6b), the diodes (D1b to D6b), and the snubber capacitors (C1 to C6) are collectively referred to as a switching unit (T1 to T6a). T)6. Further, like the voltage converter circuit 12, a circuit including snubber capacitors (C1 to C6), changeover switches (T1a to T6a) and diodes (D1b to D6b) is referred to as a snubber circuit.

図2及び図3に示すように、電力変換器10は、各スイッチング素子(T1〜T8)の温度を検出するために、素子温度取得手段(S1〜S8)を有している。素子温度取得手段(S1〜S8)には、スイッチング素子のチップの温度を検出するもの(例えば、センスダイオード)や、スイッチング素子の放熱用媒体(冷却水や放熱フィン)の温度を検出するもの(例えば、サーミスタや熱電対)がある。 As shown in FIGS. 2 and 3, the power converter 10 has element temperature acquisition means (S1 to S8) in order to detect the temperature of each switching element (T1 to T8). The element temperature acquisition means (S1 to S8) detects the temperature of the chip of the switching element (for example, a sense diode) and the temperature of the heat radiation medium (cooling water or heat radiation fin) of the switching element ( For example, a thermistor or a thermocouple).

電圧コンバータ回路12及びインバータ回路16に含まれる各スイッチング部(T1〜T8)の動作について説明する。以下では、電圧コンバータ回路12のスイッチング部T8を例に説明するが、その他のスイッチング部(T1〜T7)についても同様である。 The operation of each switching unit (T1 to T8) included in the voltage converter circuit 12 and the inverter circuit 16 will be described. Hereinafter, the switching unit T8 of the voltage converter circuit 12 will be described as an example, but the same applies to the other switching units (T1 to T7).

図4は、制御装置15が実行するルーチンの一例である。制御装置15は、素子温度取得手段S8によって取得したスイッチング素子T8aの温度が閾値Tth以下か否かを定期的に監視している(ステップ11)。制御装置15は、スイッチング素子T8aの温度が閾値Tthを超える場合には、スイッチング素子T8aとスナバコンデンサC8の接続が遮断するよう切替スイッチT8bを制御する(ステップ12)。 FIG. 4 is an example of a routine executed by the control device 15. The controller 15 regularly monitors whether the temperature of the switching element T8a acquired by the element temperature acquisition means S8 is equal to or lower than the threshold value Tth (step 11). When the temperature of the switching element T8a exceeds the threshold value Tth, the control device 15 controls the changeover switch T8b so that the connection between the switching element T8a and the snubber capacitor C8 is cut off (step 12).

一方、制御装置15は、スイッチング素子T8aの温度が閾値Tth以下である場合には、スイッチング素子T8aとスナバコンデンサC8の接続が導通するよう切替スイッチT8bを制御する。(ステップ13)スイッチング素子T8aがオフ動作を開始すると、スイッチング素子T8aのリアクトル側2の端子の電位は、グランド電位からバッテリ14の電位まで持ち上がる。このとき、スナバコンデンサC8に電荷が流入し、サージ・エネルギが吸収されるため、スイッチング素子T8aのサージ電圧を抑制することができる。この後、スイッチング素子T8aがオン動作を開始すると、スナバコンデンサC8からスイッチング素子T8aに電荷が流れ、スイッチング素子T8aのリアクトル側の端子の電位がグランド電位まで下がる。 On the other hand, when the temperature of the switching element T8a is equal to or lower than the threshold value Tth, the control device 15 controls the changeover switch T8b so that the connection between the switching element T8a and the snubber capacitor C8 becomes conductive. (Step 13) When the switching element T8a starts the OFF operation, the potential of the terminal on the reactor side 2 of the switching element T8a rises from the ground potential to the potential of the battery 14. At this time, electric charge flows into the snubber capacitor C8 and the surge energy is absorbed, so that the surge voltage of the switching element T8a can be suppressed. After that, when the switching element T8a starts the ON operation, charges flow from the snubber capacitor C8 to the switching element T8a, and the potential of the reactor side terminal of the switching element T8a drops to the ground potential.

スイッチング素子T8aは、素子温度が低いほど、電流がゼロとなるまでのdi/dtが高くなる。ターンオフ時に発生するサージ電圧は、配線インダクタンス値との積となるため、di/dtが高くなるほどサージ電圧が高くなる。また、一派的に、スイッチング素子の耐圧は、低温時に低くなる。このため、低温時のサージ電圧が低温時の耐圧(常温時より低い)を超えないよう、スイッチング素子の動作速度(駆動速度)を設定する必要があり、動作速度(駆動速度)を早めてスイッチング損失を減少するには、限界があった。
また、スイッチング素子T8aのオフ動作時にスナバコンデンサC8に吸収されたサージ・エネルギは、その後、スイッチング素子がオン動作を開始すると、スナバコンデンサC8の電荷がゼロになるまで、回路上の抵抗やスイッチング素子にて消費されることになるので、スナバ回路によって回路損失が発生することになる。
The switching element T8a has a higher di/dt until the current becomes zero as the element temperature becomes lower. Since the surge voltage generated at turn-off is the product of the wiring inductance value, the higher di/dt, the higher the surge voltage. In addition, the breakdown voltage of the switching element becomes low at low temperature. Therefore, it is necessary to set the operating speed (driving speed) of the switching element so that the surge voltage at low temperature does not exceed the breakdown voltage at low temperature (lower than that at normal temperature). There were limits to reducing losses.
Further, the surge energy absorbed by the snubber capacitor C8 during the off operation of the switching element T8a, when the switching element subsequently starts the on operation, the resistance on the circuit and the switching element until the electric charge of the snubber capacitor C8 becomes zero. Therefore, the snubber circuit causes a circuit loss.

第1の実施形態によれば、スイッチング素子T8aの温度が閾値Tth以下である場合には、スイッチング時に発生するサージ・エネルギをスナバコンデンサC8に吸収させることで、スイッチング素子の動作速度(駆動速度)を早めて、スイッチング損失を減少しても、過大なサージ電圧が発生することを抑制し、スイッチング素子T8aを所定の耐圧の範囲で動作させることができる。
一方で、スイッチング素子T8aの温度が閾値Tthを超えた場合には、スイッチング素子T8aの耐圧も比較的高く、且つ、サージ電圧も低いため、スナバコンデンサC8を使用しなくても、スイッチング素子T8aを所定の耐圧の範囲で動作させることができる。さらに、スナバコンデンサC8を使用しないため、スナバコンデンサC8にサージ・エネルギが吸収されず、吸収したサージ・エネルギを、スイッチング素子T8aにて消費する必要がなく、スナバ回路による回路損失の発生を抑制することができる。
上記の通り、第1の実施形態では、温度によって変化するサージ電圧の大きさと、温度よって変化するスイッチング素子の耐圧に着目し、スイッチング素子の温度が閾値Tth以下のときに、スナバ回路とスイッチング素子の電気的接続を導通し、スイッチング素子の温度が閾値Tthを超えたときには、スナバ回路とスイッチング素子の電気的接続を遮断するようにしている。この閾値Tthは、例えば、スナバ回路が遮断されたときに発生するサージ電圧が、閾値Tthを超えた素子温度において、素子の耐圧を超えないよう、実験等によって求め、設定することができる。
According to the first embodiment, when the temperature of the switching element T8a is equal to or lower than the threshold value Tth, the snubber capacitor C8 absorbs the surge energy generated at the time of switching, thereby operating speed (driving speed) of the switching element. Even if the switching loss is reduced earlier, the generation of an excessive surge voltage can be suppressed and the switching element T8a can be operated within a predetermined withstand voltage range.
On the other hand, when the temperature of the switching element T8a exceeds the threshold value Tth, the withstand voltage of the switching element T8a is relatively high and the surge voltage is low, so that the switching element T8a can be operated without using the snubber capacitor C8. It can be operated within a predetermined withstand voltage range. Further, since the snubber capacitor C8 is not used, surge energy is not absorbed by the snubber capacitor C8, and it is not necessary to consume the absorbed surge energy in the switching element T8a, which suppresses the occurrence of circuit loss by the snubber circuit. be able to.
As described above, in the first embodiment, attention is paid to the magnitude of the surge voltage that changes with temperature and the breakdown voltage of the switching element that changes with temperature, and when the temperature of the switching element is equal to or lower than the threshold Tth, the snubber circuit and the switching element are changed. When the temperature of the switching element exceeds the threshold value Tth, the electrical connection between the snubber circuit and the switching element is cut off. This threshold Tth can be set by, for example, an experiment so that the surge voltage generated when the snubber circuit is cut off does not exceed the breakdown voltage of the element at the element temperature exceeding the threshold Tth.

(第2の実施形態)
本明細書が開示する第2の実施形態に係る電力変換器20について説明する。
図4は、本発明の第2の実施形態の電力変換器の回路図である。なお、図4において、図1における構成要素と同一ないし均等の物は同一符号を用いて示している。
第1の実施形態では、電圧コンバータ回路12及びインバータ16回路において、上下アームいずれのスイッチング素子にも並列にスナバ回路が接続されているのに対し、第2の実施形態では、上下アームのうち、何れか一方のスイッチング素子にスナバ回路が接続されている点で相違する。図4では、上アームのスイッチング素子(T1a〜T3a、T7a)にのみスナバコンデンサ(C1〜C3、C7)が接続されている。
(Second embodiment)
A power converter 20 according to a second embodiment disclosed in this specification will be described.
FIG. 4 is a circuit diagram of the power converter according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the same or equivalent components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.
In the first embodiment, in the voltage converter circuit 12 and the inverter 16 circuit, the snubber circuit is connected in parallel to both the switching elements of the upper and lower arms, whereas in the second embodiment, of the upper and lower arms, The difference is that a snubber circuit is connected to either one of the switching elements. In FIG. 4, the snubber capacitors (C1 to C3, C7) are connected only to the switching elements (T1a to T3a, T7a) of the upper arm.

第1の実施形態と同様に、図5及び図6に示すように、電力変換器20は、各スイッチング素子(1〜T8)の温度を検出するために、素子温度取得手段(S1〜S8)を有している。素子温度取得手段(S1〜S8)には、スイッチング素子のチップの温度を検出するもの(例えば、センスダイオード)や、スイッチング素子の放熱用媒体(冷却水や放熱フィン)の温度を検出するもの(例えば、サーミスタや熱電対)がある。 As in the first embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the power converter 20 detects the temperature of each switching element (1 to T8) to obtain the element temperature acquisition means (S1 to S8). have. The element temperature acquisition means (S1 to S8) detects the temperature of the chip of the switching element (for example, a sense diode) and the temperature of the heat radiation medium (cooling water or heat radiation fin) of the switching element ( For example, a thermistor or a thermocouple).

電圧コンバータ回路12及びインバータ回路16に含まれる各スイッチング部(T1〜T8)の動作について説明する。スナバコンデンサを有するスイッチング部(T1〜T3、T7)では、第1の実施形態と同様に、スナバコンデンサ(C1〜C3、C7)を用いて、スイッチング素子(T1a〜T3a、T7a)のサージ電圧を抑制する。スナバコンデンサを有しないスイッチング部(T4〜T6、T8)では、対向アームのスナバコンデンサ(C1〜C3、C7)を用いて、スイッチング素子(T4a〜T6a、T8a)のサージ電圧を抑制する。以下では、電圧コンバータ回路12のスイッチング部(T7・T8)を例に説明するが、その他のスイッチング部(T1・T4、T2・T5、T3・T6)についても同様である。 The operation of each switching unit (T1 to T8) included in the voltage converter circuit 12 and the inverter circuit 16 will be described. In the switching unit (T1 to T3, T7) having the snubber capacitors, the snubber capacitors (C1 to C3, C7) are used to change the surge voltage of the switching elements (T1a to T3a, T7a) as in the first embodiment. Suppress. In the switching units (T4 to T6, T8) having no snubber capacitors, the snubber capacitors (C1 to C3, C7) of the opposing arms are used to suppress the surge voltage of the switching elements (T4a to T6a, T8a). Hereinafter, the switching section (T7/T8) of the voltage converter circuit 12 will be described as an example, but the same applies to the other switching sections (T1/T4, T2/T5, T3/T6).

図8は、制御装置15が実行するルーチンの一例である。制御装置15は、素子温度取得手段(S7、S8)によって取得したスイッチング素子(T7a、T8a)の温度が閾値Tth以下か否かを定期的に監視している(ステップ21、ステップ23)。制御装置15は、スイッチング素子(S7、S8)の両方の温度が閾値Tthを超える場合には、スイッチング素子T7aとスナバコンデンサC7の接続が遮断するよう切替スイッチT7bを制御する(ステップ25)。 FIG. 8 is an example of a routine executed by the control device 15. The control device 15 regularly monitors whether or not the temperature of the switching elements (T7a, T8a) acquired by the element temperature acquisition means (S7, S8) is equal to or lower than the threshold value Tth (step 21, step 23). When the temperature of both switching elements (S7, S8) exceeds the threshold value Tth, the control device 15 controls the changeover switch T7b so that the connection between the switching element T7a and the snubber capacitor C7 is cut off (step 25).

一方、制御装置15は、スイッチング素子(S7、S8)の少なくとも一方の温度が閾値Tth以下である場合には、スイッチング素子T7aとスナバコンデンサC7の接続が導通するよう切替スイッチT7bを制御する。(ステップ22、ステップ23) On the other hand, when the temperature of at least one of the switching elements (S7, S8) is equal to or lower than the threshold value Tth, the control device 15 controls the changeover switch T7b so that the connection between the switching element T7a and the snubber capacitor C7 becomes conductive. (Steps 22 and 23)

スイッチング素子(S7、S8)の少なくとも一方の温度が閾値Tth以下である場合における、各スイッチング素子(T7a、T8a)のオフ動作について説明する。
スイッチング素子T7aのオフ動作については、第1実施例と同様である。スイッチング素子T7aがオフ動作を開始すると、スイッチング素子T7aのリアクトル側2の端子の電位は、バッテリ14の電位からグランド電位まで下がる。このとき、スナバコンデンサC7に電荷が流入し、サージ・エネルギが吸収されるため、スイッチング素子T7aのサージ電圧を抑制することができる。この後、スイッチング素子T7aがオン動作を開始すると、スナバコンデンサC7からスイッチング素子T7aに電荷が流れ、スイッチング素子T7aのリアクトル側の端子の電位がバッテリ14の電位まで持ち上がる。
The OFF operation of each switching element (T7a, T8a) when the temperature of at least one of the switching elements (S7, S8) is less than or equal to the threshold value Tth will be described.
The OFF operation of the switching element T7a is the same as in the first embodiment. When the switching element T7a starts the off operation, the potential of the terminal on the reactor side 2 of the switching element T7a decreases from the potential of the battery 14 to the ground potential. At this time, the electric charge flows into the snubber capacitor C7 and the surge energy is absorbed, so that the surge voltage of the switching element T7a can be suppressed. After that, when the switching element T7a starts the ON operation, electric charge flows from the snubber capacitor C7 to the switching element T7a, and the potential of the reactor side terminal of the switching element T7a rises to the potential of the battery 14.

次に、スイッチング素子T8aのオフ動作について説明する。スイッチング素子T8aがオフ動作を開始すると、スイッチング素子T8aのリアクトル側の端子の電位は、グランド電位からバッテリ14の電位まで持ち上がる。このとき、スナバコンデンサC7に電荷が流入し、サージ・エネルギが吸収されるため、スイッチング素子T8aのサージ電圧を抑制することができる。この後、スイッチング素子T8aがオン動作を開始すると、スナバコンデンサC7からスイッチング素子T8aに電荷が流れ、スイッチング素子T8aのリアクトル側の端子の電位がグランド電位まで下がる。 Next, the OFF operation of the switching element T8a will be described. When the switching element T8a starts the OFF operation, the potential of the reactor side terminal of the switching element T8a rises from the ground potential to the potential of the battery 14. At this time, the electric charge flows into the snubber capacitor C7 and the surge energy is absorbed, so that the surge voltage of the switching element T8a can be suppressed. After that, when the switching element T8a starts the ON operation, electric charges flow from the snubber capacitor C7 to the switching element T8a, and the potential of the reactor side terminal of the switching element T8a drops to the ground potential.

第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様に、スイッチング素子(T7a、T8a)の少なくとも一方の温度が閾値Tth以下である場合には、スイッチング時に発生するサージ・エネルギをスナバコンデンサC7に吸収させることで、スイッチング素子の動作速度(駆動速度)を早めて、スイッチング損失を減少しても、過大なサージ電圧が発生することを抑制し、スイッチング素子(T7a、T8a)を所定の耐圧の範囲で動作させることができる。
一方で、スイッチング素子(T7a、T8a)の両方の温度が閾値Tthを超えた場合には、スイッチング素子(T7a、T8a)の耐圧も比較的高く、且つ、サージ電圧も低いため、スナバコンデンサC7を使用しなくても、スイッチング素子(T7a、T8a)を所定の耐圧の範囲で動作させることができる。さらに、スナバコンデンサC7を使用しないため、スナバコンデンサC7にサージ・エネルギが吸収されず、吸収したサージ・エネルギを、スイッチング素子(T7a、T8a)にて消費する必要がなく、スナバ回路による回路損失の発生を抑制することができる。
According to the second embodiment, as in the first embodiment, when the temperature of at least one of the switching elements (T7a, T8a) is equal to or lower than the threshold value Tth, the surge energy generated at the time of switching is changed to the snubber capacitor. By absorbing in C7, the operating speed (driving speed) of the switching element is accelerated, and even if the switching loss is reduced, generation of an excessive surge voltage is suppressed, and the switching element (T7a, T8a) is kept at a predetermined level. It can be operated within the withstand voltage range.
On the other hand, when both the temperatures of the switching elements (T7a, T8a) exceed the threshold value Tth, the withstand voltage of the switching elements (T7a, T8a) is relatively high and the surge voltage is low, so that the snubber capacitor C7 is used. The switching elements (T7a, T8a) can be operated within a predetermined withstand voltage range without using them. Further, since the snubber capacitor C7 is not used, the surge energy is not absorbed by the snubber capacitor C7, and the absorbed surge energy does not have to be consumed by the switching elements (T7a, T8a), and the circuit loss due to the snubber circuit is reduced. Occurrence can be suppressed.

第1の実施形態、第2の実施形態では、スナバ回路として、スナバコンデンサ(C1〜C8)と切替スイッチ(T1a〜T8a)が直列に接続された場合について説明したが、スナバ回路として、スナバコンデンサ(C1〜C8)および切替スイッチ(T1a〜T8a)に直列にスナバ抵抗が接続されていてもよい。これによれば、スナバコンデンサ(C1〜C8)に吸収したサージ・エネルギが、スナバ抵抗においても消費され、サージ・エネルギを消費する際に生じる発熱を分散することができる。 In the first embodiment and the second embodiment, the case where the snubber capacitors (C1 to C8) and the changeover switches (T1a to T8a) are connected in series as the snubber circuit has been described. A snubber resistor may be connected in series with (C1 to C8) and the changeover switches (T1a to T8a). According to this, the surge energy absorbed by the snubber capacitors (C1 to C8) is also consumed by the snubber resistor, and the heat generated when the surge energy is consumed can be dispersed.

第1の実施形態、第2の実施形態では、各スイッチング素子(T1a〜T8a)にスナバ回路が並列に接続された場合について説明したが、2個のスイッチング素子(T1a・T4a、T2a・T5a、T3a・T6a、T7a・T8a)の直列回路と並列にスナバ回路(一括スナバ)を接続してもよい。これによれば、回路を簡素化することができる。 In 1st Embodiment and 2nd Embodiment, although the case where the snubber circuit was connected in parallel to each switching element (T1a-T8a) was demonstrated, two switching elements (T1a*T4a, T2a*T5a, A snubber circuit (collective snubber) may be connected in parallel with the series circuit of T3a/T6a, T7a/T8a). According to this, the circuit can be simplified.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載した発明には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した構成は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described above in detail, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The invention described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in the present specification or the drawings exert technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. Further, the configurations illustrated in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and achieving the one object among them has technical utility.

2:リアクトル
3:フィルタコンデンサ
4:平滑化コンデンサ
10、20:電力変換器
12:電圧コンバータ回路
14:バッテリ
15:制御装置
16:インバータ回路
S1〜S8:素子温度取得手段
T1〜T8:スイッチング部
T1a〜T8a:スイッチング素子
T1b〜T8b:切替スイッチ
C1〜C8:スナバコンデンサ
D1a〜D8a、D1b〜D8b:ダイオード
2: Reactor 3: Filter capacitor 4: Smoothing capacitors 10, 20: Power converter 12: Voltage converter circuit 14: Battery 15: Control device 16: Inverter circuits S1 to S8: Element temperature acquisition means T1 to T8: Switching unit T1a -T8a: Switching elements T1b-T8b: Changeover switches C1-C8: Snubber capacitors D1a-D8a, D1b-D8b: Diodes

Claims (1)

スイッチング素子と、
前記スイッチング素子のターンオフ時に生じる過渡的な高電圧を吸収するコンデンサを含むスナバ回路と、
を備えた電力変換器において、
前記スイッチング素子の温度を取得する素子温度取得手段と、
前記スナバ回路と前記スイッチング素子との電気的接続を導通・遮断する切替スイッチと、
前記素子温度取得手段によって取得した前記スイッチング素子の温度が閾値以下のとき、前記スナバ回路と前記スイッチング素子の電気的接続を導通し、前記スイッチング素子の温度が閾値を超えたとき、前記スナバ回路と前記スイッチング素子の電気的接続を遮断するよう、前記切替スイッチを制御する、制御装置と、
を設けた電力変換器。
A switching element,
A snubber circuit including a capacitor that absorbs a transient high voltage generated when the switching element is turned off,
In a power converter equipped with
Element temperature acquisition means for acquiring the temperature of the switching element,
A changeover switch for electrically connecting and disconnecting the electrical connection between the snubber circuit and the switching element,
When the temperature of the switching element acquired by the element temperature acquisition means is equal to or lower than a threshold value, the electrical connection between the snubber circuit and the switching element is conducted, and when the temperature of the switching element exceeds the threshold value, the snubber circuit and A control device for controlling the changeover switch so as to cut off the electrical connection of the switching element,
Power converter provided with.
JP2016126789A 2016-06-27 2016-06-27 Power converter Active JP6718141B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016126789A JP6718141B2 (en) 2016-06-27 2016-06-27 Power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016126789A JP6718141B2 (en) 2016-06-27 2016-06-27 Power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018007310A JP2018007310A (en) 2018-01-11
JP6718141B2 true JP6718141B2 (en) 2020-07-08

Family

ID=60945056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016126789A Active JP6718141B2 (en) 2016-06-27 2016-06-27 Power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6718141B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200129002A (en) * 2019-05-07 2020-11-17 엘지전자 주식회사 Induction heating device having improved interference noise canceling function and power control function

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09275674A (en) * 1996-04-02 1997-10-21 Toshiba Corp Power converter
JP2007143293A (en) * 2005-11-18 2007-06-07 Toyota Motor Corp Power supply device and power feeding method
JP2013131302A (en) * 2011-12-20 2013-07-04 Panasonic Corp Induction heating cooker
JP5799899B2 (en) * 2012-06-27 2015-10-28 株式会社デンソー Power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018007310A (en) 2018-01-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6295485B2 (en) Precharge circuit and photovoltaic inverter
JP6329944B2 (en) Control device for insulated gate semiconductor element and power conversion device using the same
EP2590212A1 (en) Power semiconductor module, electricity transformer device, and railway car
JP6288534B2 (en) Power converter
KR20120100738A (en) Dc power supply
JP6135563B2 (en) Voltage converter
JP2009011013A (en) Power conversion equipment
JP2017118806A (en) Power conversion device and control method
JP2009060691A (en) Inverter apparatus and its design method
JP6314053B2 (en) Power conversion apparatus and control method thereof
EP2509207A2 (en) Power conversion system
JP2004336976A (en) Rectifier circuit
JP2006288161A (en) Power conversion equipment
JP6718141B2 (en) Power converter
JP2017200262A (en) Power conversion device
KR102349362B1 (en) Power converting apparatus
EP3706304A1 (en) Current type inverter
JP5407744B2 (en) AC-DC converter
JP6407775B2 (en) Power storage device
JP2004274801A (en) Inverter circuit
JP2003033044A (en) Snubber circuit
Sack et al. Dimensioning of the Z-source inverter for general purpose drives with three-phase standard motors
JP6447944B2 (en) Power converter and power conditioner using the same
US20240348240A1 (en) Redundant active discharge circuit and control method, and inverter
KR101646402B1 (en) Apparatus and Method for protecting over temperature in converter

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190315

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200115

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200218

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20200304

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: 20200513

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200526

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6718141

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151