KR102469942B1 - 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치 - Google Patents

인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치 Download PDF

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Abstract

인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치가 개시된다. 본 발명의 장치는, 적어도 하나 이상의 스위칭 소자로 구성되는 전력 반도체 모듈을 포함하는 인버터부와, 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하여, 상기 스위칭 소자의 초기 콜렉터-이미터 전압 및 콜렉터-이미터 저항을 결정하는 제어부를 포함한다.

Description

인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치{APPARATUS FOR DETERMINING PARAMETER WHEN ESTIMATING TEMPERATURE OF SWITCHING ELEMENT IN INVERTER}
본 발명은 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치에 대한 것이다.
일반적으로, 범용 인버터는 정류부, DC 링크 커패시터 및 인버터부로 구성되며, 인버터부는 전력 반도체 모듈로 구성된다. 이러한 전력 반도체 모듈은 인버터가 동작하는 동안 전류를 온 또는 오프하게 되며, 이에 따라 열이 발생한다. 일정 온도 이상으로 온도가 상승하면 전력 반도체 모듈을 구성하는 스위칭 소자가 파괴되므로, 온도의 상승은 전력 반도체 모듈을 선정하는데 주요한 고려대상이다.
도 1은 일반적으로 전력 반도체 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
인쇄회로기판(printed circuit board, PCB)(100) 상에 전력 반도체 모듈(200)이 배치되고, 그 하부에 전력 반도체 모듈(200)에서 발생하는 열을 방출하는 히트싱크(heatsink)(300)가 배치된다. 전력 반도체 모듈(200)의 내부에는, 내부 기판(210)의 상부에 칩 형태의 복수의 스위칭 소자(220)가 배치된다. 스위칭 소자(220)는 예를 들어 절연 게이트 양극성 트랜지스터(insulated gate bipolar transistor, IGBT)이다.
이와 같이 구성되는 전력 반도체 모듈(200)에서, 가장 높은 온도의 발열점은 스위칭 소자(220) 내부의 정션(junction)(A)이지만, 모듈(200) 내부이므로 온도를 직접 측정할 수 없다. 따라서, 스위칭 소자(220)의 정션의 온도를 간접적으로 추정하고 이에 마진을 더하여 정션의 온도 상승을 보호한다.
정션의 온도를 간접적으로 추정하는 방법은, 온도 측정이 가능한 한 지점(예를 들어 도 1의 B)의 온도를 기준으로 손실을 계산하고, 그 손실과 온도를 측정한 지점과 스위칭 소자(220)의 정션 사이의 열저항을 이용하여 온도 차이를 계산하여, 정션 온도를 추정하는 것이다. 이 과정에서 손실을 계산할 때 스위칭 소자(220) 고유의 파라미터가 이용되는데, 각 제조사들은 이 파라미터를 실험적으로 제공한다. 즉, 온도변화에 따라 달라지는 파라미터를 이용하여 특정 조건에서의 파라미터를 이용하여 손실을 추정하게 된다.
스위칭 소자의 정션의 온도추정을 위하여 스위칭 소자(220)의 손실을 계산하는 과정은 다음과 같다. 스위칭 소자(220)가 IGBT인 경우를 설명하기로 한다.
즉, 스위칭 소자(220의 도통손실(conduction loss), 스위칭 손실(switching loss) 및 IGBT의 역병렬 다이오드의 도통손실 및 스칭 손실의 합과, 제조사에서 제공하는 열저항을 곱해 온도차이를 계산한 후, 측정한 기준온도로부터 온도차를 더해 IGBT 정션 온도를 추정하는 것이다. 이때 사용되는 수학식은 아래와 같다.
Figure 112016037509184-pat00001
Figure 112016037509184-pat00002
위 수학식 1 및 수학식 2에서, VCEO, RCE, Eon, Eoff 등은 제조사로부터 제공되는 모듈(200)의 파라미터이다. 이때 도통손실(PC_IGBT)을 계산하는 수학식 1에 사용되는 파라미터인 초기 컬렉터-이미터 전압(VCEO)과 컬렉터-이미터 저항(RCE ))은 도 2와 같이 제조사로부터 제공되는 그래프로부터 결정할 수 있다. 도 2는 제조사에서 제공되는 온도에 따른 IGBT 특성 그래프이고, 도 3은 도 2에서 파라미터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도통손실에 사용되는 파라미터는 비선형적이므로, 도 2로부터 조건에 해당하는 값을 그래프로부터 찾거나, 도 3과 같이 선형화하여 1차 함수를 이루는 기울기(저항)와 x 절편(VCEO)을 구해 이로부터 파라미터를 찾는 것이다.
도 2와 같이, 손실 계산에 이용되는 파라미터는 온도에 따라 변화함을 알 수 있다. 따라서, 제조사에서는 3개의 온도(25℃, 125℃, 150℃)를 기준으로 파라미터를 제공한다. 직접 그래프로부터 파라미터를 찾는 경우는 온도에 따라 적절한 지점을 찾아 결정할 수 있지만, 프로세서를 통해 진행하는 경우에는 적절한 값을 찾기 위해 파라미터에 대한 정보를 모두 가지고 있어야 한다.
또는 도 3을 이용하는 경우에도, 적절한 온도에 대한 그래프를 구성하기 위해 필요한 파라미터를 모두 메모리에 저장하여야 하고, 해당 온도에 적절한 파라미터를 통해 1차 선형화하는 수식 또한 저장하여야 한다.
따라서, 온도 변화성을 감안하기 위해 메모리에 저장하여야 할 데이터가 많아지고 연산과정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 온도변화에 따른 파라미터 변동을 수식화함으로써, 메모리에 저장할 데이터를 감소시키고 연산과정을 간략화하는, 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 파라미터 결정장치는, 적어도 하나 이상의 스위칭 소자로 구성되는 전력 반도체 모듈을 포함하는 인버터부; 및 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하여, 상기 스위칭 소자의 초기 콜렉터-이미터 전압 및 콜렉터-이미터 저항을 결정하는 제어부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 기준전류 영역에서 제1전류 및 제2전류로 규정되는 전류의 영역을 결정하고, 소정 제1 및 제2온도 각각에서, 제1전류 및 제2전류에 대한 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제1전압 및 제2전압)을 이용하여, 제1 및 제2전류에서의 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제3 및 제4전압)을 결정하고, 이로부터 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 제1전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제3전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 제3전압을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, 제2전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제4전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 제4전압을 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제어부는, (제1전류, 제3전압) 및 (제2전류, 제4전압)을 이용하여 선형화할 수 있다.
또한, 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일실시예의 적어도 하나 이상의 스위칭 소자로 구성되는 전력 반도체 모듈을 포함하는 인버터에서, 상기 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터를 결정하는 본 발명의 방법은, 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하는 단계; 및 상기 스위칭 소자의 초기 콜렉터-이미터 전압 및 콜렉터-이미터 저항을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 선형화하는 단계는, 기준전류 영역에서 제1전류 및 제2전류로 규정되는 전류의 영역을 결정하는 단계; 소정 제1 및 제2온도 각각에서, 제1전류 및 제2전류에 대한 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제1전압 및 제2전압)을 이용하여, 제1 및 제2전류에서의 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제3 및 제4전압)을 결정하는 단계; 및 이로부터 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제3전압은, 제1전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제3전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 결정될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서, 상기 제4전압은, 제2전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제4전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 결정될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 파라미터를 메모리에 저장하여 적절한 VCE를 찾거나, 또는 VCE를 탐색하기 위해 복잡한 연산을 할 필요 없이, 온도에 따른 파라미터의 변화를 선형성을 이용하여 수식으로 간략화함으로써, 메모리 저장용량을 감소시키고, 프로그램의 크기를 간소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은, 온도의 변화에 따른 파라미터 변동을 1차 함수로 수식화하여 적용함으로써, 간단한 수식을 이용하여 온도에 따른 변동이 보정된 파라미터를 구하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 일반적으로 전력 반도체 모듈의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 제조사에서 제공되는 온도에 따른 IGBT 특성 그래프이다.
도 3은 도 2에서 파라미터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치의 구성도이다.
도 5는 제조사에서 제공되는 온도에 따른 IGBT 특성 그래프이다.
도 6은 도 5에서 본 발명의 일실시예에서 파라미터를 추정하기 위한 과정을 설명하기 위한 일예시도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에서 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예의 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터 결정장치의 구성도이고, 도 5는 제조사에서 제공되는 온도에 따른 IGBT 특성 그래프이고, 도 6은 도 5에서 본 발명의 일실시예에서 파라미터를 추정하기 위한 과정을 설명하기 위한 일예시도이다.
본 발명의 일실시예의 결정장치는, 정류부(10), 평활부 및 인버터부(30)로 구성되는 인버터에서, 인버터부(30)를 구성하는 스위칭 소자의 정션온도 추정을 위한 것으로서, 제어부(40)를 포함할 수 있다.
인버터부(30)는, 도 1에서 설명한 바와 같이 전력 반도체 모듈을 포함하여 구성되며, 전력 반도체 모듈은 복수의 스위칭 소자가 배치되어 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 스위칭 소자는 IGBT인 것을 예를 들어 설명하겠으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 반도체 스위칭 소자가 인버터의 구성에 따라 사용될 수 있음은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명하다 할 것이다.
제어부(40)는 예를 들어 인버터 내부에 제공되는 마이크로 제어장치(microcontroller unit, MCU)일 수 있으며, 제조사로부터 제공되는 파라미터로부터, 실제 온도에서의 파라미터를 다음 과정을 통해 구할 수 있다.
본 발명의 일실시예의 제어부(40)는, 도 5와 같이 제조사로부터 제공되는 파라미터에서, 기준이 되는 전류를 선정할 수 있다. 이때, 선정되는 전류영역은, 인버터부(30)의 정격전류에 따라 변화할 수 있으며, 본 발명의 일실시예에서는 IA 및 IB에 의해 규정되는 영역으로 정의한다.
인버터부(30)에 적용되는 전류범위가 IA 및 IB 사이 영역이며, 이때 선형적이라고 가정하면, 도 6과 같이 1차 함수의 형태로 표현할 수 있다.
도 5의 제조사에서 제공되는 그래프는, 제한된 온도에 대한 파라미터를 제공하며, 예를 들어 25℃, 125℃, 150℃를 제공하고 있다. 여기서, 두 온도(본 발명의 일실시예에서는 25℃ 및 150℃)에 대하여 선형적 근사화한 결과를 도 6에 나타내었다.
도 5 및 도 6에서 검정색 실선은 25℃에서 전류변화에 따른 VCE를 나타낸 것이, 검정색 점선은 150℃에서 전류변화에 따른 VCE를 나타낸 것이고, 청색 실선은 25℃에서 전류변화에 따른 VCE를 선형화한 것이고, 붉은색 실선은 150℃에서 전류변화에 따른 VCE를 선형화한 것이고, 연두색 실선은 임의의 온도 TK에서 ℃에서 전류변화에 따른 VCE를 선형화한 것을 나타낸 것이다.
각 온도에 해당하는 파라미터의 결과와 선형적 근사화 결과는, 전류가 매우 적을 때를 제외하면 거의 유사하게 나타남을 도 5를 참조로 확인할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 도 5 및 도 6과 같이 온도변화에 따라 파라미터 변화 발생을 1차 선형적이라고 가정하였다.
기준전류 IC가 IA 및 IB인 경우, 25℃ 및 150℃에 해당하는 VCE를 각각 VCE _A25, VCE_A150, VCE _B25, VCE _B150이라 하고, 특정 온도에서의 VCE를 VCE _ ATK, VCE _ BTK라 하기로 하면, 도 5에 도시된 바와 같이, VCE는 기준전류에 대한 교차점이다. 도 5 및 도 6에서 VCE _ BTK는 파라미터의 변화가 온도에 대해 선형적이라고 가정한 경우 아래 수학식과 같이 계산할 수 있다.
Figure 112016037509184-pat00003
Figure 112016037509184-pat00004
유사하게, 전류 IA에서도 TK일 때 VCE는 아래와 같이 구할 수 있다.
Figure 112016037509184-pat00005
온도 TK에서 기준전류 IA 및 IB에서의 VCE는 VCE _ ATK, VCE _ BTK이고, 이 두 점을 잇는 직선이 TK에서 전류에 따른 VCE를 나타내는 1차 함수이므로, 도 5 및 도 6에서 연두색 그래프가 됨을 알 수 있다. 따라서, (IA, VCE _ ATK) 및 (IB,VCE _ BTK) 두 점으로부터 선형 방정식을 구하면 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016037509184-pat00006
위 수학식 5에서 IC는 인버터부(30)에 실제 흐르는 전류의 크기이다. 즉, 위 수학식 5로부터 온도 TK일 때 전류 IC가 흐르는 경우 VCE를 계산할 수 있다. 위 식에서 RCE_TK 및 VCE0 _TK는 아래 수학식과 같다.
Figure 112016037509184-pat00007
Figure 112016037509184-pat00008
따라서, 위 수학식 3 내지 6을 이용하면, 제어부(40)는 파라미터 입력 VCE _A25, VCE_A150, VCE _B25, VCE _B150으로부터 온도 TK에서 전류 IC일 때 VCE를 결정할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 의하면, 파라미터를 메모리에 저장하여 적절한 VCE를 찾거나, 또는 VCE를 탐색하기 위해 복잡한 연산을 할 필요 없이, 온도에 따른 파라미터의 변화를 선형성을 이용하여 수식으로 간략화함으로써, 메모리 저장용량을 감소시키고, 프로그램의 크기를 간소화할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에서 인버터 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터를 결정하는 과정을 설명하기 위한 일실시예 흐름도이다.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 제어부(40)는, 인버터부(30)의 온도측정이 가능한 한 지점의 온도를 기준으로 손실을 계산하고, 그 손실과 온도를 측정한 지점과 인버터부(30)의 정션 사이의 열저항을 이용하여 온도차이를 계산하여 정션 온도를 추정하기 위하여 수학식 1 및 수학식 2를 이용하는데, 이때 임의의 온도에서의 파라미터인 스위칭 소자의 초기 콜렉터-이미터 전압(VCEO), 및 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 저항(RCE)을 결정하기 위해, 인버터부(30)에 인가되는 전류의 영역을 결정할 수 있다(S71). 즉, 제조사에서 제공되는 전류와 전압의 관계를 나타내는 도 5의 그래프에서 전류영역의 상한 및 하한인 IA와 IB를 결정할 수 있다. IA와 IB는 인버터의 정격전압과 관련하여 결정될 수 있다.
이에 의해 제어부(40)는, IA 및 IB에서, 각각 제조사가 제공하는 그래프에서 결정가능한 온도(예를 들어 25℃ 및 150℃)에서의 VCE인 VCE _A25, VCE _A150, VCE _B25, VCE _B150를 각각 확인할 수 있다(S72).
이후, 임의의 온도 TK에서 전류 IA 및 IB에 해당하는 교차점 VCE _ ATK 및 VCE _ BTK을 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 결정하고(S73), (IA, VCE _ ATK) 및 (IB,VCE _ BTK) 두 점으로부터 임의의 온도 TK에서 VCE에 해당하는 선형 방정식을 수학식 5와 같이 구할 수 있다(S74).
이후, 제어부(40)는, 수학식 6을 이용하여, 임의의 온도 TK에서 인버터부(30)의 스위칭 소자의 정션온도 추정을 위한 파라미터 RCE _TK 및 VCE0 _TK를 결정할 수 있다(S75).
따라서, 제어부(40)에 의해 결정된 파라미터 RCE _TK 및 VCE0 _TK를 이용하여, 수학식 1의 도통손실을 구할 수 있을 것이다(도시되지 않음).
이와 같이 결정된 도통손실과, 별도의 파라미터를 이용하여 결정되는 스위칭손실의 합과, 제조사로부터 제공되는 열저항의 곱을 통해, 스위칭 소자의 정션과 인버터부(30)의 전력 반도체 모듈의 온도측정이 가능한 지점과의 온도차이를 구하고, 측정한 기준온도로부터 온도차이를 더해 스위칭 소자의 정션의 온도를 추정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 온도의 변화에 따른 파라미터 변동을 1차 함수로 수식화하여 적용함으로써, 간단한 수식을 이용하여 온도에 따른 변동이 보정된 파라미터를 구할 수 있다.
이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
10: 정류부 20: 평활부
30: 인버터부 40: 제어부

Claims (9)

  1. 적어도 하나 이상의 스위칭 소자로 구성되는 전력 반도체 모듈을 포함하는 인버터부; 및
    임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하여, 상기 스위칭 소자의 초기 콜렉터-이미터 전압 및 콜렉터-이미터 저항을 결정하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는,
    기준전류 영역에서 제1전류 및 제2전류로 규정되는 전류의 영역을 결정하고,
    소정 제1 및 제2온도 각각에서, 제1전류 및 제2전류에 대한 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제1전압 및 제2전압)을 이용하여, 제1 및 제2전류에서의 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제3 및 제4전압)을 결정하고, 이로부터 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하며,
    상기 제어부는,
    제1전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제3전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 제3전압을 결정하는, 파라미터 결정장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    제2전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제4전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 제4전압을 결정하는 파라미터 결정장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    (제1전류, 제3전압) 및 (제2전류, 제4전압)을 이용하여 선형화하는 파라미터 결정장치.
  6. 적어도 하나 이상의 스위칭 소자로 구성되는 전력 반도체 모듈을 포함하는 인버터에서, 상기 스위칭 소자의 온도추정을 위한 파라미터를 결정하는 방법에 있어서,
    임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하는 단계; 및
    상기 스위칭 소자의 초기 콜렉터-이미터 전압 및 콜렉터-이미터 저항을 결정하는 단계를 포함하며,
    상기 선형화하는 단계는,
    기준전류 영역에서 제1전류 및 제2전류로 규정되는 전류의 영역을 결정하는 단계;
    소정 제1 및 제2온도 각각에서, 제1전류 및 제2전류에 대한 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제1전압 및 제2전압)을 이용하여, 제1 및 제2전류에서의 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압(제3 및 제4전압)을 결정하는 단계; 및
    이로부터 임의의 온도에서의 상기 스위칭 소자의 콜렉터-이미터 전압을 선형화하는 단계;를 포함하며,
    상기 제3전압은,
    제1전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제3전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 결정되는, 파라미터 결정방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6항에 있어서, 상기 제4전압은,
    제2전류에서, 제2온도와 제1온도의 차에 대한 임의의 온도와 제1온도의 차에 대한 비율이, 제2전압과 제1전압의 차에 대한 제4전압과 제1전압의 차의 비율과 동일한 것을 이용하여 결정되는 파라미터 결정방법.
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EP16201178.7A EP3236223B1 (en) 2016-04-19 2016-11-29 Parameter determining apparatus for estimating temperature of switching element of inverter
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CN201611073781.2A CN107305146B (zh) 2016-04-19 2016-11-29 用于估计逆变器的开关元件的温度的参数确定设备
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3627121B1 (en) 2018-09-21 2022-07-06 Maschinenfabrik Reinhausen GmbH Determining a characteristic temperature of an electric or electronic system
JP7472663B2 (ja) 2020-06-05 2024-04-23 富士電機株式会社 電力変換装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101103425B1 (ko) 2010-11-22 2012-01-09 영남대학교 산학협력단 Pwm 컨버터용 전해 커패시터의 온도 보정을 이용한 용량 추정 방법 및 시스템
US20140233278A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Eaton Corporation System and method for single-phase and three-phase current determination in power converters and inverters
KR101443854B1 (ko) 2014-02-27 2014-09-23 연세대학교 산학협력단 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 emtp 시뮬레이션 방법
JP2015153185A (ja) 2014-02-14 2015-08-24 国立大学法人広島大学 パワースイッチングデバイスのシミュレーション方法
KR101567256B1 (ko) 2014-11-06 2015-11-13 현대자동차주식회사 인버터의 정션온도 예측 장치 및 방법
JP2015206792A (ja) 2014-04-17 2015-11-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft 半導体スイッチング素子における電圧降下の正確な測定
JP2015230279A (ja) 2014-06-06 2015-12-21 三菱電機株式会社 半導体素子の検査方法および検査装置

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5237481A (en) * 1991-05-29 1993-08-17 Ixys Corporation Temperature sensing device for use in a power transistor
JP3194353B2 (ja) * 1996-07-26 2001-07-30 トヨタ自動車株式会社 半導体モジュールの温度検出装置
JP2004045305A (ja) * 2002-07-15 2004-02-12 Mitsubishi Electric Corp 過電流検出回路
DE102005036317B4 (de) * 2005-07-29 2010-02-11 Aloys Wobben Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Verlustleistung eines elektronischen Schalters, Wechselrichter, Windenergieanlage mit Verfahren zur Steuerung
FR2901634B1 (fr) * 2006-05-23 2008-08-29 Converteam Sas Procede et dispositif de mesure de temperature de jonction d'un composant electronique.
JP2010139273A (ja) 2008-12-09 2010-06-24 Nissan Motor Co Ltd 半導体素子の試験方法および試験装置
KR101541706B1 (ko) 2009-01-19 2015-08-05 삼성전자주식회사 온도 감지 발진 회로 및 이를 포함하는 반도체 메모리 장치
JP2011125101A (ja) 2009-12-09 2011-06-23 Furukawa Electric Co Ltd:The 電流検出装置、電源供給装置、及び電流検出方法
EP2568268A1 (en) 2011-09-07 2013-03-13 kk-electronic a/s Method for estimating the temperature of a semiconductor chip
KR101327647B1 (ko) * 2012-03-29 2013-11-12 엘에스산전 주식회사 인버터의 직류링크 커패시터 진단장치
JP2014050307A (ja) 2012-09-04 2014-03-17 Ricoh Co Ltd スロープ補償回路及び方法、並びにスイッチングレギュレータ
US9335223B2 (en) 2012-09-05 2016-05-10 Texas Instruments Incorporated Circuits and methods for determining the temperature of a transistor
KR20140064322A (ko) 2012-11-20 2014-05-28 삼성전기주식회사 전력 반도체 소자 및 전력 반도체 모듈의 온도 측정 장치
CN104736981B (zh) 2012-12-12 2017-12-22 富士电机株式会社 半导体芯片温度推定装置及过热保护装置
US9240775B2 (en) * 2013-03-12 2016-01-19 Intel Deutschland Gmbh Circuit arrangements
JP6102452B2 (ja) * 2013-04-17 2017-03-29 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法及びハンダ付け用錘
CN203572583U (zh) * 2013-09-18 2014-04-30 深圳市绿恩环保技术有限公司 一种温度变送电路及温度变送器
CN105556266B (zh) 2013-09-24 2017-10-24 Abb 技术有限公司 用于确定igbt器件的实际结温的方法和装置
JP6511220B2 (ja) 2013-12-19 2019-05-15 高周波熱錬株式会社 電力変換装置及び方法
US9575113B2 (en) 2014-02-07 2017-02-21 Infineon Technologies Ag Insulated-gate bipolar transistor collector-emitter saturation voltage measurement
CN103997108B (zh) * 2014-04-18 2017-09-01 河南速达电动汽车科技有限公司 一种电动汽车铅酸蓄电池充电器
JP6165683B2 (ja) 2014-07-02 2017-07-19 日立オートモティブシステムズ株式会社 インバータ装置
CN204464960U (zh) * 2015-03-18 2015-07-08 吴英明 一种电机温度保护装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101103425B1 (ko) 2010-11-22 2012-01-09 영남대학교 산학협력단 Pwm 컨버터용 전해 커패시터의 온도 보정을 이용한 용량 추정 방법 및 시스템
US20140233278A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-21 Eaton Corporation System and method for single-phase and three-phase current determination in power converters and inverters
JP2015153185A (ja) 2014-02-14 2015-08-24 国立大学法人広島大学 パワースイッチングデバイスのシミュレーション方法
KR101443854B1 (ko) 2014-02-27 2014-09-23 연세대학교 산학협력단 스위칭 소자 모델링 구조 및 이를 이용한 emtp 시뮬레이션 방법
JP2015206792A (ja) 2014-04-17 2015-11-19 シーメンス アクチエンゲゼルシヤフトSiemens Aktiengesellschaft 半導体スイッチング素子における電圧降下の正確な測定
JP2015230279A (ja) 2014-06-06 2015-12-21 三菱電機株式会社 半導体素子の検査方法および検査装置
KR101567256B1 (ko) 2014-11-06 2015-11-13 현대자동차주식회사 인버터의 정션온도 예측 장치 및 방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허문헌 1*

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Publication number Publication date
CN107305146A (zh) 2017-10-31
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JP2017195758A (ja) 2017-10-26

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