JP7420771B2 - 電源制御装置および温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電源制御装置および温度制御方法に関する。

例えば車両に搭載される機器については、近年では通電により大きな発熱を伴う半導体デバイスを搭載した電装品が増えている。また、車両に搭載される機器には従来より小型化や軽量化が求められている。

しかし、発熱による温度上昇の悪影響を避けるために機器に十分な冷却能力を持たせようとすると、放熱器（ヒートシンク）や冷却ファンなどが大型化したり重量が増えてしまう。また、冷却能力が不足すると異常な温度上昇に起因して機器の誤動作が生じやすくなる。

例えば、特許文献１に画像監視装置の温度制御方法が開示されている。特許文献１においては、測定温度が設定温度を超えた場合に、冷却部に流す電流を調整することが示されている。

一方、特許文献２は電気自動車用電力変換装置の冷却方法を開示している。特許文献２において、冷却ファンの運転のために消費される電気エネルギーを節約し、冷却ファンの騒音を低減することを目的とする技術が開示されている。特許文献２は、電気自動車用電動機を制御する電力変換装置の半導体素子に取り付けられた放熱フィンの温度Ｔfnと素子に通じる電流値Ｉa、電圧値Ｖdcとを検出し、半導体素子の接合部温度Ｔjnを推定して、最高使用設定値Ｔjmax以下の場合、冷却風速を制御することを示している。また、特許文献２に記載された装置構成には、熱損失計算回路、熱抵抗計算回路、及び熱抵抗－風速データテーブルが含まれている。

特開２０１８－１８０２５７号公報 特開平８－３３１０４号公報

例えば、特許文献２のように熱損失や熱抵抗を考慮した計算を行うことで、温度制御の精度を上げることが可能である。しかし、実際の温度制御においては、制御量を変更してからそれが出力の温度に反映されるまでに時間遅れが発生する。したがって、制御量の過不足が発生したり、制御結果の温度変動が大きくなる傾向がある。
また、様々な装置には機器毎に固有の個体差が存在する。したがって、個体差の影響で温度制御の性能にばらつきが生じる可能性がある。

本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、機器毎の個体差の影響を受けにくく、しかも必要以上の温度変動を防止することが可能な電源制御装置および温度制御方法を提供することである。

前述した目的を達成するために、本発明に係る電源制御装置は、下記を特徴としている。
通電により発熱する発熱部品と冷却機構とを搭載した機器の温度を制御する電源制御装置であって、
少なくとも前記機器の熱抵抗および熱容量を含む固有特性を表す情報が前記発熱部品の電流毎に保持された不揮発性記憶部と、
前記発熱部品に流れる電流Ｉを測定する電流測定部と、
前記発熱部品の入出力間の電位差ΔＶを測定する電位差測定部と、
前記発熱部品の現在の温度Ｔ１を測定する温度測定部と、
前記機器の冷却制御を行う制御部と、
を備え、
前記不揮発性記憶部は、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱抵抗との対応関係である第１対応関係、及び、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱容量との対応関係である第２対応関係、を表す情報を保持しており、
前記制御部は、前記電流測定部が測定した電流Ｉと前記第１対応関係とに基づいて得られる熱抵抗Ｒｔｈと、前記電流測定部が測定した電流Ｉと前記第２対応関係とに基づいて得られる熱容量Ｃｔｈと、前記電位差測定部が測定した電位差ΔＶと、に基づいて一定の遅延時間ｔ２後における温度上昇値ΔＴ２を推定し、前記温度測定部が測定した温度Ｔ１と前記推定された温度上昇値ΔＴ２とに基づいて得られる遅延時間ｔ２後の推定温度Ｔ２を、前記冷却制御に反映する、
電源制御装置。

また、前述した目的を達成するために、本発明に係る温度制御方法は、下記を特徴としている。
通電により発熱する発熱部品と冷却機構とを搭載した機器の温度を制御する温度制御方法であって、
事前に行うキャリブレーション工程において、前記機器の熱抵抗および熱容量の固有特性を表す情報を前記発熱部品の電流毎に算出し、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱抵抗との対応関係である第１対応関係、及び、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱容量との対応関係である第２対応関係として、記憶し、
前記発熱部品に流れる電流Ｉ、前記発熱部品の入出力間の電位差ΔＶ、および現在の温度Ｔ１を測定により取得し、
取得した前記電流Ｉと前記第１対応関係とに基づいて得られる熱抵抗Ｒｔｈと、取得した前記電流Ｉと前記第２対応関係とに基づいて得られる熱容量Ｃｔｈと、取得した前記電位差ΔＶと、に基づいて一定の遅延時間ｔ２後における温度上昇値ΔＴ２を推定し、取得した前記温度Ｔ１と前記推定された温度上昇値ΔＴ２とに基づいて得られる遅延時間ｔ２後の推定温度Ｔ２を、前記機器の冷却制御に反映する、
温度制御方法。

本発明の電源制御装置および温度制御方法によれば、機器毎の個体差の影響を受けにくく、しかも必要以上の温度変動を防止することが可能になる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、本発明の実施形態における温度制御装置の構成例を示す電気回路図である。 図２は、冷却対象の熱源の近傍において、放熱器が取り付けられた状態を示す斜視図である。 図３は、冷却対象の熱源の近傍において、放熱器が取り外された状態を示す斜視図である。 図４は、温度制御装置のキャリブレーション処理の具体例を示すフローチャートである。 図５は、電流と熱抵抗との対応関係の例を示すグラフである。 図６は、温度制御装置の温度制御動作の例を示すフローチャートである。

本発明に関する具体的な実施の形態について、各図を参照しながら以下に説明する。以下の説明では、本発明の電源制御装置を、車両に搭載される温度制御装置に適用した例を示すが、本発明はこの例に限定されず、例えばＤＣ／ＤＣコンバータ―等といった、スイッチング機能を有する種々の電源制御装置に適用可能である。

＜温度制御装置の概要＞
－＜装置の用途＞
本発明の実施形態における温度制御装置１００（電源制御装置）の構成例を図１に示す。

図１に示した温度制御装置１００は、各種パワー半導体デバイスのように通電動作に伴って発熱する部品を有する電装品などを適正な状態で効率よく冷却する制御を実現するために利用できる。

例えばパワー半導体デバイスを通電すると、その内部抵抗により電力損失が発生し、電力損失に応じた発熱の影響で温度が上昇する。また、温度が異常に上昇すると半導体等の部品に誤動作が発生したり故障する可能性が高くなるので、冷却して異常な温度上昇を止める必要がある。

一般的な冷却方法として、放熱器（ヒートシンク）が用いられる。また、電動ファンやペルチェ素子を利用して強制的に冷却する場合も多い。すなわち、電動ファンを回転させて送風することで、送風量に応じた冷却が可能になる。また、ペルチェ素子に通電することで、熱源の近傍を冷却することができる。

しかし、必要以上に冷却能力を高めると、大型の放熱器や、大型の電動ファンが必要になる。また、電動ファンの高速回転により消費電力が増大したり、風切り音や機械振動などに起因する騒音が発生しやすくなる。また、ペルチェ素子が大きな電力を消費することになる。特に、車両に搭載する機器の場合には小型化、軽量化、消費電力の削減などが求められるので、冷却機構の外形、重量、消費電力などを増やすことなく十分な冷却性能を実現することが非常に重要になる。

－＜温度制御装置１００の構成＞
図１に示した温度制御装置１００は、スイッチング回路１２の部位で発生する発熱の影響による温度上昇を適正な範囲内に維持するための制御機能を実現する。また、この温度制御装置１００は後述するキャリブレーションにより得られる機器毎に固有のデータに基づいて温度制御を実施する。但し、事前に決定した固有のデータが不揮発性メモリ２８等に保持されている場合には、温度制御装置１００はキャリブレーションを必要としない。したがって、キャリブレーションでのみ必要とされる機能や構成要素については、必ずしも温度制御装置１００に搭載する必要はない。

図１において、温度制御装置１００が制御対象とする機器（被制御機器）は、電源１１、スイッチング回路１２、負荷１３、及びゲートドライバ１４を含んでいる。負荷１３は、例えば車両に搭載されたモータ、照明用のランプ、ヒータなどに相当する。

この被制御機器において、電源１１から供給される直流電源電力は、電源線１５、入力端子１２ａ、スイッチング回路１２、出力端子１２ｂ、抵抗器２５、及び電流経路１６を通って負荷１３に供給される。

スイッチング回路１２の内部には、互いに逆極性の状態で直列に接続された２つの半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２が含まれている。半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２はパワーＭＯＳ ＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）デバイスである。

すなわち、半導体スイッチ素子ＦＥＴ１のドレイン端子（Ｄ）が入力端子１２ａと接続され、半導体スイッチ素子ＦＥＴ１のソース端子（Ｓ）と半導体スイッチ素子ＦＥＴ２のソース端子（Ｓ）とが互いに接続されている。また、半導体スイッチ素子ＦＥＴ２のドレイン端子（Ｄ）が出力端子１２ｂと接続されている。

二値信号である電気信号ＳＧ１をゲートドライバ１４を介して半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２のゲート端子（Ｇ）に印加することで、半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２のオン（導通）オフ（非導通）を切り替えることができる。すなわち、スイッチング回路１２における入力端子１２ａと出力端子１２ｂの間の導通／非導通を電気信号ＳＧ１により切り替えることができる。

スイッチング回路１２が導通状態の時に電流経路１６に電流Ｉが流れ、負荷１３に電源電力が供給される。スイッチング回路１２が非導通の時には電流Ｉが遮断されるので負荷１３への電力供給が遮断される。また、例えばスイッチング回路１２のオンオフをパルス幅変調（ＰＷＭ）により制御すれば、電流Ｉの大きさ（実効値）を調整可能である。

一方、上記被制御機器のスイッチング回路１２における電流Ｉの測定を可能にするために、抵抗器２５及び増幅器２２が備わっている。なお、抵抗器２５の抵抗値は電流Ｉに影響を及ぼさない程度に非常に小さい。増幅器２２は、抵抗器２５に流れる電流Ｉによる電圧降下を検出して増幅した電気信号ＳＧ３を生成する。

また、スイッチング回路１２の入力端子１２ａ及び出力端子１２ｂの端子間の電位差を検出するために増幅器２１が設けてある。増幅器２１はスイッチング回路１２の動作に影響を及ぼすことなくこの電位差を検出し、その電位差に相当する電気信号ＳＧ４を生成する。

一方、上記被制御機器においてはスイッチング回路１２の通電により半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２の内部で電力損失が発生し発熱する。つまり、半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２が熱源となり、温度が上昇する。この温度上昇を抑制するために冷却ユニット１７が備わっている。この冷却ユニット１７は、後述する放熱器の他に例えば電動ファンやペルチェ素子のようにアクティブ制御が可能な冷却機構を備えている。

熱源温度測定器２４は、例えばサーミスタのように温度を検出可能なセンサを備えており、熱源である半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２の近傍でその温度を検出することができる。熱源温度測定器２４は、検出した温度を表す電気信号ＳＧ２を生成する。

温度測定器２３は、熱源から少し離れた位置でその温度を検出する。具体的には、半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２を冷却する放熱器の外側の表面における温度を検出する。本実施形態では、例えば放射温度計のように非接触で測定可能な測定器を温度測定器２３として採用している。温度測定器２３は検出した温度の情報を表す電気信号ＳＧ５を生成する。

図１に示した温度制御装置１００は制御部２６により制御される。本実施形態では、制御部２６としてマイクロコンピュータ（マイコン）を利用している。また、この制御部２６は不揮発性メモリ２８を内蔵している。

制御部２６は、ポートＰ１から出力する電気信号ＳＧ１の制御によりスイッチング回路１２のオンオフを切り替えることができる。熱源温度測定器２４が出力する電気信号ＳＧ２は制御部２６のポートＰ２に入力される。また、増幅器２２が出力する電気信号ＳＧ３は制御部２６のポートＰ３に入力される。また、増幅器２１が出力する電気信号ＳＧ４は制御部２６のポートＰ４に入力される。

制御部２６は、各ポートＰ２～Ｐ４に入力される電気信号ＳＧ２～ＳＧ４のアナログレベルをそれぞれ逐次サンプリングしてデジタル信号に変換し、各信号の情報を取得することができる。また、制御部２６は例えば通信により温度測定器２３が出力する電気信号ＳＧ５の情報をポートＰ５で取得できる。

また、制御部２６はポートＰ６に出力する電気信号ＳＧ６により、冷却ユニット１７の状態を制御することができる。すなわち、冷却ユニット１７が冷却を促進するように電気信号ＳＧ６で制御したり、冷却ユニット１７が冷却を抑制するように電気信号ＳＧ６で制御することができる。

制御部２６のポートＰ７に接続されている操作部２７は、ユーザのスイッチ操作による指示を受け付けることができる。制御部２６は、操作部２７からの指示に従いモード切替などの制御を行うことができる。

＜制御対象の例＞
冷却対象の熱源近傍の外観の例を図２及び図３に示す。図２は放熱器が取り付けられた状態、図３は放熱器が取り外された状態をそれぞれ表す。

冷却対象（被制御対象）の機器においては、例えば図３に示すように筐体５１上に回路基板５２が設置され、回路基板５２上に熱源５３が取り付けられている。この熱源５３は、図１中の半導体スイッチ素子ＦＥＴ１及びＦＥＴ２に相当する。また、図１中に示した熱源温度測定器２４は、熱源５３の近傍における温度を測定できる位置、すなわち温度測定点ＴＰ１に設置されている。

熱源５３の通電により発生する熱は、金属で構成されるバスバー５４に熱伝導により伝達され、更にバスバー５４から放熱器５５に熱伝導により伝達される。十分な冷却性能を実現するために、図２に示した放熱器５５は十分な大きさを有し、更に外気と接触可能な表面の面積を大きくするために多数のフィンを有している。

また、放熱器５５を用いた自然空冷だけでは十分な冷却性能が得られない。したがって、図１に示した冷却ユニット１７に含まれる電動ファンを用いた送風により、放熱器５５の表面と接触する空気を強制的に流動させ、冷却性能を上げる。更に、電動ファンの回転速度を上げることで、単位時間あたりの送風量を増やして放熱器５５及び電動ファンを含む冷却ユニット１７全体の冷却性能を向上することができる。

図１中に示した温度測定器２３は、図２に示した温度測定点ＴＰ２の温度を測定する。すなわち、放熱器５５の外側の表面における中央付近で放熱器５５の表面温度を測定する。なお、温度測定器２３は後述するキャリブレーションの時のみ利用し、その後の実際の冷却制御においては利用しない。

＜キャリブレーション処理＞
温度制御装置１００のキャリブレーション処理の内容を図４に示す。すなわち、冷却対象（被制御対象）の機器における固有の特性を表すデータを取得するために、図１に示した温度制御装置１００の制御部２６が図４のキャリブレーション処理を実行する。

例えば、ユーザが操作部２７を操作することで、制御部２６にモード切替の指示を与え、予め組み込まれているプログラムの実行により図４のキャリブレーション処理を開始することができる。この処理の内容について以下に説明する。

制御部２６は、最初に電気信号ＳＧ１を制御し、スイッチング回路１２に第１の既定値（ｉ１）で電流Ｉが流れるようにＳ１１で通電制御を実施する。
この制御により、電源１１からスイッチング回路１２内の半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２を通り、負荷１３に第１の既定値ｉ１の電流Ｉが流れる状態になる。

制御部２６は、次のＳ１２で熱源温度測定器２４及び温度測定器２３を用いて２箇所の温度をそれぞれ同時に測定し、第１の既定値ｉ１の電流Ｉに対応する２点間の温度差ΔＴ（ｉ１）を検出する。

なお、キャリブレーションを行う際には機器固有の静特性と無関係な温度の過渡的な変動の影響を排除する必要があるので、温度が飽和し安定している状態で測定を実施する。すなわち、電流Ｉを変更してから十分な時間を経過し、温度が十分に安定している状態でＳ１２の測定を実施する。

制御部２６は、次のＳ１３で電気信号ＳＧ４の電圧を観測する。これにより、スイッチング回路１２の入出力間の電位差ΔＶを検出する。Ｓ１３で検出される電位差ΔＶは、電流Ｉの第１の既定値ｉ１に対応付けられる。

制御部２６は、第１の既定値ｉ１に相当する電流Ｉと、Ｓ１３で得られた電位差ΔＶとに基づき、次のＳ１４でスイッチング回路１２における電力損失Ｐ（ｉ１）を次式により算出する。
Ｐ（ｉ１）＝ΔＶ×Ｉ ・・・（１）

次のＳ１５で、制御部２６は電気信号ＳＧ１の制御量を変更し、スイッチング回路１２に第２の既定値（ｉ２）で電流Ｉが流れるように通電制御を実施する。これにより、電源１１からスイッチング回路１２内の半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２を通り、負荷１３に第２の既定値ｉ２の電流Ｉが流れる状態になる。

制御部２６は、次のＳ１６で熱源温度測定器２４及び温度測定器２３を用いて２箇所の温度をそれぞれ同時に測定し、第２の既定値ｉ２の電流Ｉに対応する２点間の温度差ΔＴ（ｉ２）を検出する。また、Ｓ１２の場合と同様に、電流Ｉを変更してから十分な時間を経過し、温度が十分に安定している状態でＳ１６の測定を実施する。

制御部２６は、次のＳ１７で電気信号ＳＧ４の電圧を再び観測する。これにより、スイッチング回路１２の入出力間の電位差ΔＶを検出する。Ｓ１７で検出される電位差ΔＶは、電流Ｉの第２の既定値ｉ２に対応付けられる。

制御部２６は、第２の既定値ｉ２に相当する電流Ｉと、Ｓ１７で得られた電位差ΔＶとに基づき、次のＳ１８でスイッチング回路１２における電力損失Ｐ（ｉ２）を次式により算出する。
Ｐ（ｉ２）＝ΔＶ×Ｉ ・・・（２）

制御部２６は、上記Ｓ１１～Ｓ１８の処理で得られた結果に基づき、電流Ｉの様々な値に対する機器固有の熱抵抗Ｒｔｈ［℃／Ｗ］をＳ１９でそれぞれ算出する。
Ｒｔｈ（Ｉ）＝ΔＴ（Ｉ）／Ｐ（Ｉ） ・・・（３）

また、制御部２６は次のＳ２０で機器固有の熱容量Ｃｔｈ［Ｊ／℃］を電流Ｉのそれぞれの値について算出する。具体的には、次の式（４）、（５）を利用し、蓄熱の関数から比熱を求め、熱容量Ｃｔｈを算出する。

ΔＴ１＝（Ｒｔｈ×Ｐ）×（ＥＸＰ（－ｔ１／（Ｒｔｈ×Ｃｔｈ）））・・・（４）
Ｃｔｈ＝Ｋ１×Ｋ２ ・・・（５）
ΔＴ１：既定電流を既定時間通電後の熱源温度上昇［℃］
Ｒｔｈ：既定電流の通電時に算出された熱抵抗［℃／Ｗ］
Ｐ ：既定電流の通電時に算出された電力損失［Ｗ］
ｔ１ ：既定時間［ｓｅｃ］
Ｋ１：部品の比熱［Ｊ／ｋｇ℃］
Ｋ２：部品（放熱器、基板）の重量（既知）［ｋｇ］
ＥＸＰ（）：括弧内をパラメータとする指数関数

制御部２６は、上記Ｓ１１～Ｓ１９の処理で得られた結果に基づき、様々な電流Ｉの値に対する機器固有の熱抵抗Ｒｔｈ、及び熱容量Ｃｔｈを含むデータを不揮発性メモリ２８若しくは所定のＲＯＭ（読み出し専用メモリ）に書き込む。

＜特性の例＞
スイッチング回路１２の半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２に流れる電流Ｉと、これを熱源とする部位を冷却する際の温度変化特性に影響を及ぼす熱抵抗Ｒｔｈとの対応関係の例を図５に示す。

図５に示した例では、電流Ｉと熱抵抗Ｒｔｈとの関係が線形である場合を想定している。このように特性が線形の場合には、図４に示したステップＳ１１～Ｓ１８のように、２種類の既定の電流値ｉ１、ｉ２に対する熱抵抗Ｒｔｈを特定できれば、他の各電流値に対応する熱抵抗ＲｔｈもＳ１９で計算により簡単に算出できる。すなわち、任意の電流値と電流値ｉ１、又はｉ２との差分と、熱抵抗Ｒｔｈの変化の傾きとに基づいて各電流値に対応する熱抵抗Ｒｔｈを求めることができる。

なお、熱抵抗Ｒｔｈの変化が線形でない場合であっても、３種類以上の既定の電流値のそれぞれについて図４のＳ１１～Ｓ１８と同様の処理を繰り返すことにより、任意の電流値に対する熱抵抗Ｒｔｈを計算で推定することが可能になる。

＜温度制御動作＞
温度制御装置１００における温度制御動作の例を図６に示す。
図６に示した動作を実行する温度制御装置１００においては、図４に示したキャリブレーションの結果として得られた機器固有のデータが、例えば図１の不揮発性メモリ２８上に予め格納されている。

すなわち、スイッチング回路１２に流れる電流Ｉの様々な電流値のそれぞれに対応する熱抵抗Ｒｔｈ及び熱容量Ｃｔｈのデータが不揮発性メモリ２８上に存在している。したがって、制御部２６は不揮発性メモリ２８上の熱抵抗Ｒｔｈ及び熱容量Ｃｔｈのデータを利用して温度制御を行うことができる。

また、本実施形態では図６に示した温度制御のために必要な遅延時間ｔ２の定数データと、２種類の温度閾値を表す定数データＴｔｈ１、及びＴｔｈ２も予め決定し不揮発性メモリ２８上に格納してある。

ここで、遅延時間ｔ２の定数データは、熱源近傍の温度がデバイスの破壊、或いは機能故障に至る最大温度を下回る温度制御、及び動作保証が可能となる冷却制御の遅延時間の長さを表す。この遅延時間ｔ２は、装置固有の冷却性能によって定められる。

また、定数データＴｔｈ１は、冷却ユニット１７における冷却性能増大制御が必要になる熱源近傍の温度［℃］を表す閾値である。また、定数データＴｔｈ２は、冷却ユニット１７における冷却性能を超える熱源近傍の温度［℃］、又は冷却制御が追従できず発熱の抑制又は停止が必要になる温度を表す閾値である。また、したがって、「Ｔｔｈ１＜Ｔｔｈ２」の関係がある。

図１に示した温度制御装置１００においては、例えばユーザが操作部２７で所定の入力操作を行うことで、「推定モード」に切り替えるための指示を制御部２６に与えることができる。「推定モード」に切り替わると、制御部２６は図６に示した通常動作の処理を「推定モード」として実行する。図６の通常動作について以下に説明する。

制御部２６は、Ｓ３１でスイッチング回路１２に流れる電流Ｉの電流値をモニタするために、電気信号ＳＧ３を逐次サンプリングしてその電圧を読み取る。
制御部２６は、Ｓ３１で取得した電流値に対応する熱抵抗Ｒｔｈのデータを不揮発性メモリ２８から取得する（Ｓ３２）。更に、Ｓ３１で取得した電流値に対応する熱容量Ｃｔｈのデータを不揮発性メモリ２８から取得する（Ｓ３３）。

制御部２６は、電気信号ＳＧ４をサンプリングしてその電圧値を電位差ΔＶとして取得する。この電位差ΔＶは、スイッチング回路１２の入出力間の電圧の差分である。そして、制御部２６は電位差ΔＶと、Ｓ３１で取得した電流Ｉの値との積としてスイッチング回路１２の損失Ｐ［Ｗ］を算出する。
Ｐ＝ΔＶ×Ｉ ・・・（６）

更に、制御部２６は損失Ｐに対応する現在の温度上昇値ＴｐをＳ３４で算出する。
Ｔｐ＝Ｒｔｈ×Ｐ ・・・（７）

次に、制御部２６は定数データの前記遅延時間ｔ２を用いて、現在から遅延時間ｔ２を経過した後の時点における温度上昇値ΔＴ２を推定値としてＳ３５で算出する。
ΔＴ２＝Ｔｐ×（－ＥＸＰ（ｔ２／（Ｒｔｈ×Ｃｔｈ））） ・・・（８）

制御部２６は、最新の電気信号ＳＧ２をサンプリングしてこの電圧値を熱源の現在の温度Ｔ１として取得する。そして、現在から遅延時間ｔ２を経過した後の時点における熱源の推定温度Ｔ２を算出し、推定温度Ｔ２と温度の閾値Ｔｔｈ１をＳ３６で比較する。
Ｔ２＝Ｔ１＋ΔＴ２ ・・・（９）

そして「Ｔ２＜Ｔｔｈ１」の条件を満たす場合はＳ３６からＳ３７に進む。この場合は、現在の冷却状態に余裕があるので制御部２６は冷却ユニット１７の冷却性能を抑制するように制御する。具体的には、電動ファンの回転速度を下げる。これにより、騒音の低減や消費電力の低減が可能になる。

また、「Ｔ２≧Ｔｔｈ１」の場合はＳ３６からＳ３８に進み、更に推定温度Ｔ２と温度の閾値Ｔｔｈ２を比較する。そして、「Ｔｔｈ２＞Ｔ２≧Ｔｔｈ１」の条件を満たす場合はＳ３８からＳ３９に進む。この場合は、現在の冷却性能が適正なレベルに対して不足しているので、制御部２６は冷却ユニット１７の冷却性能を上げるように制御する。具体的には、電動ファンの回転速度を上げる。

また、「Ｔ２≧Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合はＳ３８からＳ４０に進む。この場合は、冷却ユニット１７の冷却能力を超えるか、又は冷却制御が熱源の温度変化に対して適正に追従できない状態であるので、制御部２６はＳ４０で電気信号ＳＧ１の出力停止を実行し、スイッチング回路１２の通電を遮断する。なお、スイッチング回路１２の通電を抑制するようにＳ４０で制御してもよい。

＜温度制御装置の利点＞
上述の温度制御装置１００によれば、図４に示したキャリブレーションの処理を行うことにより、冷却対象の実際の装置における電流値毎の熱抵抗Ｒｔｈなどの固有のデータを取得できる。このデータは、予め不揮発性メモリ２８等に保存しておけば、温度制御装置１００の制御部２６が図６に示した推定モードで高精度の温度制御を実現するために利用できる。

また、図６に示した推定モードの動作においては、現在から遅延時間ｔ２を経過した後の未来における温度上昇値ΔＴ２及び推定温度Ｔ２を算出し、この推定温度Ｔ２を閾値Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２と比較した結果を制御に反映する。よって、温度制御に遅れが生じるのを抑制できる。

＜補足説明＞
ここで、上述した本発明に係る電源制御装置および温度制御方法の実施形態の特徴をそれぞれ以下［１］～［４］に簡潔に纏めて列記する。

［１］ 通電により発熱する発熱部品と冷却機構とを搭載した機器の温度を制御するための電源制御装置（温度制御装置１００）であって、
少なくとも前記機器の熱抵抗および熱容量を含む固有特性を表す情報が前記発熱部品の電流毎に保持された不揮発性記憶部（不揮発性メモリ２８）と、
前記発熱部品に流れる電流Ｉを測定する電流測定部（抵抗器２５、増幅器２２）と、
前記発熱部品の現在の温度Ｔ１を測定する温度測定部（熱源温度測定器２４）と、
前記機器の冷却制御を行う制御部（２６）と、
を備え、
前記制御部は、前記電流測定部が測定した電流Ｉと、前記温度測定部が測定した温度Ｔ１と、前記不揮発性記憶部が保持している前記固有特性の情報とに基づいて一定の遅延時間ｔ２後における温度上昇値ΔＴ２を推定し、遅延時間ｔ２後の推定温度Ｔ２を前記冷却制御に反映する（Ｓ３５～Ｓ４０）、
電源制御装置。

上記［１］の構成の電源制御装置によれば、前記制御部がある時点から一定の遅延時間ｔ２後の推定温度を対象として制御を実施するので、実際の温度制御において発生する遅延の影響を抑制することが可能であり、高精度の温度制御が実現する。また、機器毎の固有特性を表す情報を前記不揮発性記憶部から取得するので、制御対象機器の個体差に起因する制御の誤差を減らすことができる。

［２］ 前記制御部は、
「Ｔｔｈ１＜Ｔｔｈ２」の関係にある２つの温度閾値Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２を定め、
現在の温度Ｔ１に前記温度上昇値ΔＴ２を加算して推定温度Ｔ２を算出し（Ｓ３６）、
「Ｔ２＜Ｔｔｈ１」の条件を満たす場合は前記冷却機構による冷却を抑制し（Ｓ３７）、
「Ｔｔｈ１≦Ｔ２＜Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合は前記冷却機構による冷却を促進し（Ｓ３９）、
「Ｔ２≧Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合は前記発熱部品の通電を抑制する（Ｓ４０）、
上記［１］に記載の電源制御装置。

上記［２］の構成の電源制御装置によれば、実際の機器の温度変化に応じて適切な制御が可能になる。すなわち、「Ｔ２＜Ｔｔｈ１」の条件を満たす場合には、冷却を抑制しても現在から遅延時間ｔ２後の実際の温度が温度閾値Ｔｔｈ２以下に維持される可能性が高い。また、「Ｔｔｈ１≦Ｔ２＜Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合には、冷却を促進することで現在から遅延時間ｔ２後の実際の温度が温度閾値Ｔｔｈ２以下に維持される可能性が高くなる。また、「Ｔ２≧Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合は冷却だけでは制御しきれないが、前記発熱部品の発熱量を減らすことで現在から遅延時間ｔ２後の実際の温度が異常に上昇するのを避けることが可能になる。

［３］ 前記制御部は、
互いに位置が異なる２点間の温度差ΔＴを検出し（Ｓ１２）、
検出した温度差ΔＴに基づいて前記熱抵抗を算出して前記不揮発性記憶部に保持させる（Ｓ１９）、
上記［１］又は［２］に記載の電源制御装置。

上記［３］の構成の電源制御装置によれば、実際に測定して得られる温度差ΔＴを利用するので、機器の個体差の影響を補償可能な状態で、しかも高精度で前記熱抵抗を算出できる。

［４］ 通電により発熱する発熱部品（半導体スイッチ素子ＦＥＴ１、ＦＥＴ２）と冷却機構（冷却ユニット１７）とを搭載した機器の温度を制御する温度制御方法であって、
事前に行うキャリブレーション工程（図４参照）において、前記機器の熱抵抗（Ｒｔｈ）および熱容量（Ｃｔｈ）の固有特性を表す情報を前記発熱部品の電流毎に算出して記憶し（Ｓ２１）、
前記発熱部品に流れる電流Ｉおよび現在の温度Ｔ１を測定により取得し（Ｓ３１，Ｓ３６）、
記憶されている前記熱抵抗および熱容量と、取得した前記電流Ｉとに基づいて、一定の遅延時間ｔ２後における温度上昇値ΔＴ２を推定し（Ｓ３５）、遅延時間ｔ２後の推定温度（Ｔ２）を冷却制御に反映する（Ｓ３６～Ｓ４０）、
温度制御方法。

上記［４］の手順の温度制御方法によれば、ある時点から一定の遅延時間ｔ２後の推定温度を対象として制御を実施できるので、実際の温度制御において発生する遅延の影響を抑制することが可能であり、高精度の温度制御が実現する。また、前記キャリブレーション工程で機器毎の固有特性を表す情報が得られるので、制御対象機器の個体差に起因する制御の誤差を減らすことができる。

１１ 電源
１２ スイッチング回路
１２ａ 入力端子
１２ｂ 出力端子
１２ｃ 制御入力
１３ 負荷
１４ ゲートドライバ
１５ 電源線
１６ 電流経路
１７ 冷却ユニット
２１，２２ 増幅器
２３ 温度測定器
２４ 熱源温度測定器
２５ 抵抗器
２６ 制御部
２７ 操作部
２８ 不揮発性メモリ
５１ 筐体
５２ 回路基板
５３ 熱源
５４ バスバー
５５ 放熱器
１００ 温度制御装置（電源制御装置）
ＦＥＴ１，ＦＥＴ２ 半導体スイッチ素子
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６，Ｐ７ ポート
ＳＧ１，ＳＧ２，ＳＧ３，ＳＧ４，ＳＧ５，ＳＧ６，ＳＧ７ 電気信号
ＴＰ１，ＴＰ２ 温度測定点

Claims (4)

1. 通電により発熱する発熱部品と冷却機構とを搭載した機器の温度を制御する電源制御装置であって、
   少なくとも前記機器の熱抵抗および熱容量を含む固有特性を表す情報が前記発熱部品の電流毎に保持された不揮発性記憶部と、
   前記発熱部品に流れる電流Ｉを測定する電流測定部と、
   前記発熱部品の入出力間の電位差ΔＶを測定する電位差測定部と、
   前記発熱部品の現在の温度Ｔ１を測定する温度測定部と、
   前記機器の冷却制御を行う制御部と、
   を備え、
   前記不揮発性記憶部は、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱抵抗との対応関係である第１対応関係、及び、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱容量との対応関係である第２対応関係、を表す情報を保持しており、
   前記制御部は、前記電流測定部が測定した電流Ｉと前記第１対応関係とに基づいて得られる熱抵抗Ｒｔｈと、前記電流測定部が測定した電流Ｉと前記第２対応関係とに基づいて得られる熱容量Ｃｔｈと、前記電位差測定部が測定した電位差ΔＶと、に基づいて一定の遅延時間ｔ２後における温度上昇値ΔＴ２を推定し、前記温度測定部が測定した温度Ｔ１と前記推定された温度上昇値ΔＴ２とに基づいて得られる遅延時間ｔ２後の推定温度Ｔ２を、前記冷却制御に反映する、
   電源制御装置。
2. 前記制御部は、
   「Ｔｔｈ１＜Ｔｔｈ２」の関係にある２つの温度閾値Ｔｔｈ１、Ｔｔｈ２を定め、
   現在の温度Ｔ１に前記温度上昇値ΔＴ２を加算して推定温度Ｔ２を算出し、
   「Ｔ２＜Ｔｔｈ１」の条件を満たす場合は前記冷却機構による冷却を抑制し、
   「Ｔｔｈ１≦Ｔ２＜Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合は前記冷却機構による冷却を促進し、
   「Ｔ２≧Ｔｔｈ２」の条件を満たす場合は前記発熱部品の通電を抑制する、
   請求項１に記載の電源制御装置。
3. 前記制御部は、
   互いに位置が異なる２点間の温度差ΔＴを検出し、
   検出した温度差ΔＴに基づいて前記熱抵抗を算出して前記不揮発性記憶部に保持させる、
   請求項１又は請求項２に記載の電源制御装置。
4. 通電により発熱する発熱部品と冷却機構とを搭載した機器の温度を制御する温度制御方法であって、
   事前に行うキャリブレーション工程において、前記機器の熱抵抗および熱容量の固有特性を表す情報を前記発熱部品の電流毎に算出し、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱抵抗との対応関係である第１対応関係、及び、前記発熱部品に流れる電流と前記機器の熱容量との対応関係である第２対応関係として、記憶し、
   前記発熱部品に流れる電流Ｉ、前記発熱部品の入出力間の電位差ΔＶ、および現在の温度Ｔ１を測定により取得し、
   取得した前記電流Ｉと前記第１対応関係とに基づいて得られる熱抵抗Ｒｔｈと、取得した前記電流Ｉと前記第２対応関係とに基づいて得られる熱容量Ｃｔｈと、取得した前記電位差ΔＶと、に基づいて一定の遅延時間ｔ２後における温度上昇値ΔＴ２を推定し、取得した前記温度Ｔ１と前記推定された温度上昇値ΔＴ２とに基づいて得られる遅延時間ｔ２後の推定温度Ｔ２を、前記機器の冷却制御に反映する、
   温度制御方法。

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