JP2019030048A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数のスイッチング素子を有する半導体モジュールを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a semiconductor module having a plurality of switching elements.
複数のスイッチング素子を有する半導体モジュールを備えた電力変換装置において、半導体モジュールにおけるスイッチング素子を過熱から保護することが求められる。
特許文献1には、スイッチング素子の温度を検出する温度測定素子を設けて、スイッチング素子の保護を図る、半導体モジュールが開示されている。すなわち、特許文献1には、複数のスイッチング素子を内蔵した半導体モジュールにおいて、一つのスイッチング素子のみに温度測定素子を接続した構成が開示されている。これは、設計的に温度がより高くなりやすい方のスイッチング素子の温度のみを測定するようにしたものである。
In a power conversion device including a semiconductor module having a plurality of switching elements, it is required to protect the switching elements in the semiconductor module from overheating.
しかしながら、スイッチング素子の制御方式や、ドライバ回路のばらつきなどが要因となり、必ずしも特定のスイッチング素子が最も高温となるとは限らない。また、故障等によって、スイッチング素子が異常に発熱したような場合には、特許文献1に開示されたような温度測定素子の設け方では対応することができない。
However, a specific switching element does not always reach the highest temperature due to factors such as switching element control methods and driver circuit variations. Further, when the switching element abnormally generates heat due to a failure or the like, the method of providing the temperature measuring element as disclosed in
また、例えば運転を停止せざるを得ないほどスイッチング素子の温度が上昇する前に、対処することができるようにすることも、電力変換装置の運転効率等の観点において、重要である。 It is also important from the viewpoint of the operation efficiency of the power converter, etc., to be able to cope with the temperature of the switching element, for example, so that the operation must be stopped.
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、スイッチング素子の温度を正確かつ迅速に検出できると共に、運転効率を向上させることのできる電力変換装置を提供するものである。 This invention is made | formed in view of this subject, and provides the power converter device which can improve the operating efficiency while being able to detect the temperature of a switching element correctly and rapidly.
本発明の一態様は、複数のスイッチング素子(500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711)を有する半導体モジュール(5、6、7)と、
上記スイッチング素子を駆動するプリドライバ(8)と、
上記プリドライバを制御する制御回路(9)と、を有し、
上記半導体モジュールは、複数の上記スイッチング素子の温度をそれぞれ検出する、複数の感温素子(520〜523、620〜623、720〜723)と、
上記感温素子の検出信号に基づいて、上記スイッチング素子の温度異常を検出する異常検出回路(544)と、
上記異常検出回路が温度異常を検出したとき、上記スイッチング素子をオフ状態にして、上記スイッチング素子を過熱から保護する保護回路(55)と、
複数の上記感温素子の検出信号に基づいて、温度情報信号を生成すると共に出力する温度情報出力回路(541)と、
を内部に一体的に設けてなり、
また、上記半導体モジュールは、上記温度情報信号を上記制御回路へ出力する温度情報出力端子(OUT)を有する、電力変換装置(3)にある。
One embodiment of the present invention is a semiconductor module (5, 6, 7) including a plurality of switching elements (500, 501, 510, 511, 600, 601, 610, 611, 700, 701, 710, 711);
A pre-driver (8) for driving the switching element;
A control circuit (9) for controlling the pre-driver,
The semiconductor module includes a plurality of temperature sensing elements (520 to 523, 620 to 623, 720 to 723) that detect temperatures of the plurality of switching elements, respectively.
An abnormality detection circuit (544) for detecting a temperature abnormality of the switching element based on a detection signal of the temperature sensing element;
A protection circuit (55) for turning off the switching element and protecting the switching element from overheating when the abnormality detection circuit detects a temperature abnormality;
A temperature information output circuit (541) for generating and outputting a temperature information signal based on the detection signals of the plurality of temperature sensing elements;
Is provided integrally inside,
The semiconductor module is in a power converter (3) having a temperature information output terminal (OUT) for outputting the temperature information signal to the control circuit.
上記電力変換装置は、複数の上記スイッチング素子の温度をそれぞれ検出する、複数の感温素子を有する。それゆえ、複数のスイッチング素子の温度を確実に検出し、保護することができる。 The power converter includes a plurality of temperature sensing elements that detect temperatures of the plurality of switching elements, respectively. Therefore, it is possible to reliably detect and protect the temperatures of the plurality of switching elements.
また、感温素子、異常検出回路及び保護回路が、半導体モジュール内に一体に設けられている。それゆえ、感温素子及び異常検出回路が、温度検出対象であるスイッチング素子の近傍に設けられることになる。また、保護回路が、感温素子や、保護対象であるスイッチング素子の近傍に設けられることになる。そのため、スイッチング素子の温度を正確に検出することができる。また、スイッチング素子の温度を検出する温度センサを別途設ける必要がないため、部品点数を削減することができる。また、配線の抵抗等の影響による検出結果の誤差を抑えることができる。また、配線の影響による検出結果や制御信号の伝達遅れを抑えることができる。従って、スイッチング素子の温度異常を正確に検出でき、スイッチング素子を速やかに保護することができる。 Further, the temperature sensing element, the abnormality detection circuit, and the protection circuit are integrally provided in the semiconductor module. Therefore, the temperature sensing element and the abnormality detection circuit are provided in the vicinity of the switching element that is a temperature detection target. Further, the protection circuit is provided in the vicinity of the temperature sensitive element and the switching element to be protected. Therefore, the temperature of the switching element can be accurately detected. Further, since it is not necessary to provide a separate temperature sensor for detecting the temperature of the switching element, the number of parts can be reduced. Further, errors in detection results due to the influence of wiring resistance and the like can be suppressed. Further, detection results and control signal transmission delays due to the influence of wiring can be suppressed. Accordingly, the temperature abnormality of the switching element can be accurately detected, and the switching element can be protected quickly.
また、半導体モジュールは、温度情報出力回路及び温度情報出力端子を有する。これにより、スイッチング素子の温度情報に基づいて、制御回路によるプリドライバの制御を行うことが可能となる。それゆえ、各スイッチング素子の温度の状況に応じて、スイッチング素子のオンオフ駆動を制御して、スイッチング素子の温度異常を未然に抑制することが可能となる。 The semiconductor module has a temperature information output circuit and a temperature information output terminal. Accordingly, it becomes possible to control the pre-driver by the control circuit based on the temperature information of the switching element. Therefore, it is possible to control the on / off driving of the switching element according to the temperature condition of each switching element to suppress the temperature abnormality of the switching element.
以上のごとく、上記態様によれば、スイッチング素子の温度を正確かつ迅速に検出できると共に、運転効率を向上させることのできる電力変換装置を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
As mentioned above, according to the said aspect, while being able to detect the temperature of a switching element correctly and rapidly, the power converter device which can improve driving | operation efficiency can be provided.
In addition, the code | symbol in the parenthesis described in the means to solve a claim and a subject shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later, and limits the technical scope of this invention. It is not a thing.
(実施形態1)
電力変換装置、及びこれを適用した制御装置一体型回転電機に係る実施形態について、図を参照して説明する。
特に、本実施形態においては、車両に搭載される制御装置一体型回転電機につき、説明する。
(Embodiment 1)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments relating to a power conversion device and a control device-integrated rotating electrical machine to which the power conversion device is applied will be described with reference to the drawings.
In particular, in the present embodiment, a controller-integrated rotating electrical machine mounted on a vehicle will be described.
図1に示す制御装置一体型回転電機1は、車両に搭載され、バッテリBATから電力が供給されることで、車両を駆動するための駆動力を発生する装置である。また、車両のエンジンから駆動力が供給されることで、バッテリBATを充電するための電力を発生する装置でもある。制御装置一体型回転電機1は、回転電機2と、制御装置3とを備えている。ここで、制御装置3が本開示の電力変換装置に相当する。
A controller-integrated rotating
制御装置3である電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有する半導体モジュール5、6、7と、スイッチング素子を駆動するプリドライバ8と、プリドライバ8を制御する制御回路9と、を有する。
各半導体モジュール5、6、7は、複数の感温素子と、異常検出回路544と、保護回路55と、温度情報出力回路541とを内部に一体的に設けてなる。
The power conversion device that is the control device 3 includes
Each
複数の感温素子は、複数のスイッチング素子の温度をそれぞれ検出する。
異常検出回路544は、感温素子の検出信号に基づいて、スイッチング素子の温度異常を検出する。
保護回路55は、異常検出回路544が温度異常を検出したとき、スイッチング素子をオフ状態にして、スイッチング素子を過熱から保護する。
温度情報出力回路541は、複数の感温素子の検出信号に基づいて、温度情報信号を生成すると共に出力する。
また、半導体モジュール5、6、7は、温度情報信号を制御回路9へ出力する温度情報出力端子OUTを有する。
The plurality of temperature sensitive elements respectively detect the temperatures of the plurality of switching elements.
The
When the
The temperature
The
電力変換装置である制御装置3は、直流電力を交流電力に変換して、交流の回転電機2を駆動するよう構成されていると共に、回転電機2にて発電した交流電力を直流電力に変換して、バッテリBATに充電するよう構成されている。そして、上述のように、制御装置3は、回転電機2と一体化されている。
The control device 3, which is a power converter, is configured to convert DC power to AC power and drive the AC rotating
回転電機2は、バッテリBATから電力が供給されることで、車両を駆動するための駆動力を発生する機器である。また、エンジンから駆動力が供給されることで、バッテリBATを充電するための電力を発生する機器でもある。回転電機2は、固定子20と、回転子21と、回転角度検出装置22とを備えている。
The rotating
固定子20は、磁路の一部を構成するとともに、電流が流れることで回転磁界を発生する部材である。また、磁路の一部を構成するとともに、回転子21の発生する磁束と鎖交することで交流を発生する部材でもある。固定子20は、固定子巻線200、201を備えている。固定子巻線200は、U相巻線200a、V相巻線200b及びW相巻線200cをY結線して構成されている。固定子巻線201は、U相巻線201a、V相巻線201b及びW相巻線201cをY結線して構成されている。U相巻線200a、201a、V相巻線200b、201b及びW相巻線200c、201cは、制御装置3にそれぞれ接続されている。
The
回転子21は、磁路の一部を構成するとともに、電流が流れることで磁極を形成する部材である。回転子21は、界磁巻線210を備えている。界磁巻線210は、制御装置3に接続されている。
The
回転角度検出装置22は、回転子21の回転角度を検出装置である。回転角度検出装置22は、制御装置3に接続されている。
The rotation
制御装置3は、回転電機2に駆動力を発生させるために、バッテリBATから回転電機2に供給される電力を制御する装置である。また、バッテリBATを充電するために、回転電機2の発生した電力を変換してバッテリBATに供給する装置でもある。制御装置3は、平滑コンデンサ4と、半導体モジュール5、6、7と、プリドライバ8と、制御回路9とを備えている。
The control device 3 is a device that controls electric power supplied from the battery BAT to the rotating
平滑コンデンサ4は、バッテリBATから供給される直流を平滑化するための素子である。平滑コンデンサ4の一端は、バッテリBATの正極端に接続されている。また、他端は、バッテリBATの負極端が接続される電位基準点であるグランドGNDに接続されている。具体的には、車体に接続されている。
The smoothing
半導体モジュール5、6、7は、制御回路9によって制御され、バッテリBATから供給される直流を3相交流に変換して固定子巻線200、201に供給するモジュールである。また、固定子巻線200、201の発生する3相交流を直流に変換してバッテリBATに供給するモジュールでもある。具体的には、半導体モジュール5と半導体モジュール6の一部が、バッテリBATから供給される直流を3相交流に変換して固定子巻線200に供給する。また、固定子巻線200の発生する3相交流を直流に変換してバッテリBATに供給する。半導体モジュール6の一部と半導体モジュール7が、バッテリBATから供給される直流を3相交流に変換して固定子巻線201に供給する。また、固定子巻線201の発生する3相交流を直流に変換してバッテリBATに供給する。
The
図2に示すように、半導体モジュール5は、スイッチング回路50、51と、感温素子としての感温ダイオード520〜523と、保護IC53とを備えている。半導体モジュール5に設けられた温度情報出力端子OUTは、一つである。なお、半導体モジュール6、7にそれぞれ設けられた温度情報出力端子OUTも、それぞれ一つである。つまり、各半導体モジュール5、6、7は、それぞれ一つの温度情報出力端子OUTから制御回路9へ温度情報信号を出力するよう構成されている。そして、各半導体モジュール5、6、7は、それぞれ一つの温度情報出力端子OUTにおいて、1本の信号線を介して制御回路9へ、温度情報信号を出力するよう構成されている。
As shown in FIG. 2, the
なお、3つの半導体モジュール5、6、7は、図2、図8、図9に示すごとく、略同様の構成および機能を備えている。本明細書においては、3つの半導体モジュール5、6、7の共通事項については、これらを代表して半導体モジュール5を用いて詳細に説明する。特に言及しない部分については、半導体モジュール6、7は、半導体モジュール5と同様である。
The three
スイッチング回路50は、制御回路9によって制御され、スイッチングすることでバッテリBATから供給される直流を交流に変換してU相巻線200aに供給する回路である。また、U相巻線200aから供給される交流を直流に変換してバッテリBATに供給する回路である。スイッチング回路50は、FET500、501と、抵抗502とを備えている。FET500、501は、スイッチングすることで直流を交流に変換するスイッチング素子である。抵抗502は電流を検出するための素子である。FET500、501はドレイン−ソース間にダイオードを備えている。FET500、501は直列接続されている。FET500のソースがFET501のドレインに接続されている。FET500のドレインは、バッテリBATに接続される半導体モジュール5の端子Bに接続されている。FET501のソースは、抵抗502を介して、グランドGNDに接続される半導体モジュール5の端子Gに接続されている。抵抗502のFET501側の一端は、制御回路9に接続される半導体モジュール5の端子S1+、及び、保護IC53の端子LS1にそれぞれ接続されている。抵抗502の端子G側の他端は、制御回路9に接続される半導体モジュール5の端子S1−に接続されている。FET500、501の直列接続点は、U相巻線200aに接続される半導体モジュール5の端子P1に接続されている。
The switching
スイッチング回路50は、FET500、501を所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリBATから供給される直流を交流に変換してU相巻線200aに供給する。また、FET500、501のダイオードによってU相巻線200aから供給される交流を直流に変換してバッテリBATに供給する。
The switching
スイッチング回路51は、制御回路9によって制御され、スイッチングすることでバッテリBATから供給される直流を交流に変換してV相巻線200bに供給する回路である。また、V相巻線200bから供給される交流を直流に変換してバッテリBATに供給する回路である。スイッチング回路51は、FET510、511と、抵抗512とを備えている。FET510、511は、スイッチングすることで直流を交流に変換するスイッチング素子である。抵抗512は電流を検出するための素子である。FET510、511はドレイン−ソース間にダイオードを備えている。FET510、511は直列接続されている。FET510のソースがFET511のドレインに接続されている。FET510のドレインは、バッテリBATに接続される半導体モジュール5の端子Bに接続されている。FET501のソースは、抵抗512を介して、グランドGNDに接続される半導体モジュール5の端子Gに接続されている。抵抗512のFET511側の一端は、制御回路9に接続される半導体モジュール5の端子S2+、及び、保護IC53の端子LS2にそれぞれ接続されている。抵抗512の端子G側の他端は、制御回路9に接続される半導体モジュール5の端子S2−に接続されている。FET510、511の直列接続点は、V相巻線200bに接続される半導体モジュール5の端子P2に接続されている。
The switching
スイッチング回路51は、FET510、511を所定のタイミングで相補的にスイッチングすることで、バッテリBATから供給される直流を交流に変換してV相巻線200bに供給する。また、FET510、511のダイオードによってV相巻線200bから供給される交流を直流に変換してバッテリBATに供給する。
The switching
半導体モジュール5は、スイッチング素子として、スイッチング回路50、51における上アームのスイッチング素子と下アームのスイッチング素子とを、それぞれ複数有する。本実施形態において、FET500、510が、上アームのスイッチング素子であり、FET501、511が、下アームのスイッチング素子である。
The
感温ダイオード520〜523は、FET500、501、510、511の温度をそれぞれ検出するための素子である。具体的には、定電流を流すことで温度に応じた電圧を出力する素子である。より具体的には、温度上昇に伴って電圧が低下する素子である。本実施形態においては、感温ダイオード520〜523は、それぞれ4つの素子を直列接続してなり、保護IC53にそれぞれ接続されている。
The temperature
保護IC53は、半導体モジュール5内に一体的に設けられ、FET500、501、510、511に関連する異常を検出し、FET500、501、510、511を保護する素子である。保護IC53は、図3に示す異常検出回路544と、図4に示す保護回路55と、図5に示す温度情報出力回路541とを備えている。
The
図3に示す異常検出回路544は、FET500、501、510、511の温度異常を検出回路である。異常検出回路544は、定電流回路544a〜544dと、コンパレータ544e〜544hと、フィルタ回路544i〜544lと、OR回路544mと、ラッチ回路544nとを備えている。
An
定電流回路544a〜544dは、感温ダイオード520〜523に定電流を供給する回路である。定電流回路544a〜544dは、電圧Vcの電源に接続されている。定電流回路544a〜544dの出力端は、感温ダイオード520〜523のアノードに接続される保護IC53の端子AH1、AL1、AH2、AL2にそれぞれ接続されている。感温ダイオード520〜523のカソードに接続される保護IC53の端子KH1、KL1、KH2、KL2は、グランドGNDに接続される保護IC53の端子Gに接続されている。
The constant
コンパレータ544e〜544hは、感温ダイオード520〜523の端子間電圧を電圧閾値Vth4と比較し、比較結果を出力する素子である。電圧閾値Vth4は、感温ダイオード520〜523の端子間電圧に基づいてFETが温度異常であると判断する温度閾値に対応した所定電圧に設定されている。コンパレータ544e〜544hは、FET500、501、510、511の温度が温度閾値より小さい場合、感温ダイオード520〜523の端子間電圧が電圧閾値Vth4より大きくなり、出力電圧がハイレベルHになる。一方、FET500、501、510、511の温度が温度閾値以上である場合、感温ダイオード520〜523の端子間電圧が電圧閾値Vth4以下になり、出力電圧がローレベルLになる。コンパレータ544e〜544hの非反転入力端は感温ダイオード520〜523のアノードに接続される保護IC53の端子AH1、AL1、AH2、AL2に、反転入力端は電圧閾値Vth4に設定された基準電源にそれぞれ接続されている。
The
フィルタ回路544i〜544lは、コンパレータ544e〜544hの出力に含まれるノイズを除去し、所定の処理時間経過後に出力する回路である。具体的には、デジタルフィルタである。フィルタ回路544i〜544lの入力端はコンパレータ544e〜544hの出力端にそれぞれ接続されている。
The
OR回路544mは、フィルタ回路544i〜544lによってノイズが除去されたコンパレータ544e〜544hの出力の論理和を演算し、演算結果を出力する回路である。OR回路544mは、フィルタ回路544i〜544lによってノイズが除去されたコンパレータ544e〜544hの出力の少なくともいずれかが、FETの温度が温度閾値以上であることを示すローレベルLである場合、FET500、501、510、511の少なくともいずれかの温度が異常であると判定し、出力の論理レベルがハイレベルHになる。OR回路544mの4つの入力端はフィルタ回路544i〜544lの出力端にそれぞれ接続されている。
The OR
ラッチ回路544nは、OR回路544mの出力を所定のホールド時間保持し、FET温度異常として出力する回路である。ラッチ回路544nは、OR回路544mの出力の論理レベルがハイレベルHである場合、所定のホールド時間、出力の論理レベルがハイレベルHになる。つまり、FET500、501、510、511の温度異常を検出した場合、出力の論理レベルがハイレベルHになる。ラッチ回路544nの入力端はOR回路544mの出力端に接続されている。
The
図4に示す保護回路55は、異常検出回路544が異常を検出した場合、FET500、501、510、511を全てオフ状態にして、FET500、501、510、511を保護する回路である。保護回路55は、処理回路550と、プリドライバ551とを備えている。
The
処理回路550は、異常検出回路544が異常を検出した場合、FET500、501、510、511をオフ状態にするための駆動信号を出力する回路である。具体的には、FET温度異常がハイレベルHである場合、FET500、501、510、511をオフ状態にするための駆動信号を出力する回路である。処理回路550は、FETをオフ状態にする際のターンオフ時間が制御回路9に比べ長くなるように設定されている。処理回路550の入力端は、図3に示す異常検出回路544の出力端に接続されている。具体的には、ラッチ回路544nの出力端に接続されている。
The
図4に示すプリドライバ551は、処理回路550によって制御され、プリドライバ8の出力に関係なく、図2に示すFET500、501、510、511をオフ状態にする回路である。図4に示すように、プリドライバ551は、FET551a〜551dと、抵抗551e〜551hと、駆動回路551i、551jとを備えている。
The pre-driver 551 shown in FIG. 4 is a circuit that is controlled by the
FET551a〜551dは、オン状態になってFET500、501、510、511のゲートをグランドGNDに接続することでゲート−ドレイン間電圧Vgsを低下させ、プリドライバ8の出力に関係なくFET500、501、510、511をオフ状態にするスイッチング素子である。抵抗551e〜551hは、FET500、501、510、511のゲートをグランドGNDに接続する際に流れる電流を制限するための素子で
ある。FET551a〜551dのドレインは、抵抗551e〜551hを介して保護IC53の端子HG1、LG1、HG2、LG2にそれぞれ接続されている。保護IC53の端子HG1、LG1、HG2、LG2は、FET500、501、510、511のゲートに接続される半導体モジュール5の端子HG1、LG1、HG2、LG2に接続されている。FET551a〜551dのソースは保護IC53の端子Gに接続されている。保護IC53の端子Gは、グランドGNDに接続される半導体モジュール5の端子Gに接続されている。
The
駆動回路551i、551jは、処理回路550によって制御され、FET551a〜551dをオン状態にする回路である。駆動回路551i、551jは、処理回路550がFET500、501、510、511をオフ状態にする駆動信号を出力した場合、FET551a〜551dをオン状態にする。駆動回路551i、551jの入力端は処理回路550の出力端に、出力端はFET551a〜551dのゲートにそれぞれ接続されている。
The
図5に示す温度情報出力回路541は、複数の感温ダイオード520〜523の検出信号のうち、対応する温度が最も高い検出信号を選択して用いて、温度情報信号を生成する。温度情報出力回路541は、複数のセレクタ541a〜541cを有する。また、温度情報出力回路541は、温度情報信号を増幅する増幅回路541dを有する。さらに、温度情報出力回路541は、後述する、増幅率補正部541eと、リミッタ541fとを有する。
The temperature
温度情報出力回路541には、各FET500、501、510、511の温度の検出信号として、感温ダイオード520〜523の端子間電圧V0〜V3が入力される。端子AH1を介して入力される感温ダイオード520の検出信号V0と、端子AL1を介して入力される感温ダイオード521の検出信号V1とは、セレクタ541aに入力される。入力された2つの検出信号V0、V1は、セレクタ541aにおいて大小が判定される。セレクタ541aにおいては、より小さいと判断された検出信号が選択され、出力端Yから出力される。
The temperature
同様に、端子AH2を介して入力される感温ダイオード522の検出信号V2と、端子AL2を介して入力される感温ダイオード523の検出信号V3とは、セレクタ541bに入力される。入力された2つの検出信号V2、V3は、セレクタ541bにおいて大小が判定される。セレクタ541bにおいては、より小さいと判断された検出信号が選択され、出力端Yから出力される。
Similarly, the detection signal V2 of the
セレクタ541aにおいて選択された検出信号と、セレクタ541bにおいて選択された検出信号とは、それぞれセレクタ541cに入力される。そして、セレクタ541cにおいても、これらの検出信号の大小が判定され、より小さい検出信号が選択され、出力端Yから出力される。このようにして、4つの感温ダイオード520〜523の検出信号V0〜V3のうち、最も小さいと判定された検出信号が、増幅回路541dに入力される。
The detection signal selected by the
なお、セレクタ541a〜541cは、入力端A、Bにそれぞれ入力される信号(それぞれ、電圧VA、VBというものとする)が、VA<VBであるとき、増幅率補正部541eへの出力をハイレベルHとし、VA≧VBであるとき、増幅率補正部541eへの出力をローレベルLとするようにしてある。そして、セレクタ541aにおいては、入力端AにV0、入力端BにV1が入力される。また、セレクタ541bにおいては、入力端AにV2、入力端BにV3が入力される。セレクタ541cにおいては、入力端Aに、セレクタ541aにて選択された検出信号が入力され、入力端Bに、セレクタ541bにて選択された検出信号が入力される。
The
増幅回路541dは、2つの入力電圧の差分を、所定の増幅率にて増幅することにより、検出信号を増幅するものである。ここで、2つの入力電圧の一方が、検出信号の電圧であり、他方が、基準電圧である。増幅回路541dは、オペアンプと複数の抵抗器r1、r2、r3とからなる。セレクタ541cの出力は、オペアンプの非反転入力端子に入力される。
The
オペアンプの出力端子が、抵抗器r1の一端に接続されている。抵抗器r1の他端は、他の抵抗器r2、r3の一端に接続されていると共に、オペアンプの反転入力端子に接続されている。抵抗器r2の他端は接地されている。抵抗器r3の他端は、増幅率補正部541eに接続されている。増幅率補正部541eは、抵抗器r3における低電位側の端子の電位を変化させることで、増幅回路541dの増幅率を調整できるよう構成されている。
The output terminal of the operational amplifier is connected to one end of the resistor r1. The other end of the resistor r1 is connected to one ends of the other resistors r2 and r3, and is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier. The other end of the resistor r2 is grounded. The other end of the resistor r3 is connected to the amplification
すなわち、増幅回路541dは、予め記憶された複数の増幅率の中から適宜選択した増幅率にて、温度情報信号を増幅することができるよう構成されている。
That is, the
増幅率補正部541eは、セレクタ541a〜541cから得られた信号を基に、増幅率を選択して、増幅回路541dの増幅率を調整する。すなわち、セレクタ541a〜541cからは、各セレクタ541a〜541cにて選択された検出信号の情報が、増幅率補正部541eに入力される。つまり、増幅回路541dに入力される検出信号が、いずれの感温ダイオードの検出信号であるかが、増幅率補正部541eに入力される。この情報を基に、増幅率を選択する。つまり、増幅回路541dに入力される検出信号を出力した感温素子520、521、522、523に応じた増幅率を、選択する。
The amplification
増幅率補正部541eには、感温ダイオード520、521、522、523ごとに対応する増幅率の補正値が、予め記憶されている。つまり、感温ダイオード520、521、522、523には、個体差があり、半導体モジュール5内における設置状態にも差が生じうる。それゆえ、感温ダイオード520〜523の検出信号である端子間電圧V0〜V3と、各感温ダイオード520〜523の検出対象であるFET500、501、510、511の温度との関係は、感温ダイオード520〜523ごとに異なり得る。そこで、各感温ダイオード520〜523とFET500、501、510、511の温度との関係を、予め測定しておく。そして、それらの関係から、増幅回路541dにおける増幅率の補正値を求める。つまり、例えば、比較的感度の低い感温ダイオードの検出信号に対しては増幅率を大きくする。一方、比較的感度の高い感温ダイオードの検出信号に対しては増幅率を小さくする。
In the amplification
このように、複数の感温ダイオード520〜523の検出信号に対応して、個別の増幅率を用意しておく。そして、セレクタ541a〜541cによって選ばれた検出信号の出力元である感温ダイオード520〜523に対応して、増幅回路541dにおける増幅率を決定する。これにより、温度情報出力回路541から出力する温度情報の精度を向上させている。
In this way, individual amplification factors are prepared corresponding to the detection signals of the plurality of temperature
また、増幅回路541dにて増幅された温度情報信号は、リミッタ541fを通過した後、温度情報出力端子OUTから制御回路9へ出力される。リミッタ541fは、増幅後の温度情報信号(すなわち、電圧)が、所定の出力値の範囲内となるようにする。すなわち、温度情報出力回路541は、温度情報信号を、所定の下限出力値Vmin以上でありかつ所定の上限出力値Vmax以下の出力値にて、制御回路9へ出力するよう構成してある。
Further, the temperature information signal amplified by the
図5に示すごとく、リミッタ541fは、低電位部にアノードを接続したダイオードd1と、高電位部にカソードを接続したダイオードd2とを有する。ダイオードd1のカソードと、ダイオードd2のアノードは、増幅回路541dと温度情報出力端子OUTとの間の出力配線に接続されている。低電位部は、下限出力値Vminの電位となっている部分である。高電位部は、上限出力値Vmaxの電位となっている部分である。これにより、リミッタ541fは、温度情報出力端子OUTから出力される温度情報信号を、所定の電圧値の範囲内となるようにしている。
As shown in FIG. 5, the
図6に、セレクタ541a〜541cの回路構成を示す。3つのセレクタ541a〜541cは、いずれも同じ回路構成である。
セレクタ541a〜541cは、コンパレータとアナログスイッチS1、S2とを有する。
FIG. 6 shows a circuit configuration of the
The
セレクタ541a〜541cの入力端A、Bから入力された検出信号VA、VBは、コンパレータにおいて比較され、VA<VBのとき、出力端Eから増幅率補正部541eへの出力レベルは、ハイレベルHとなる。そして、このとき、スイッチS1がオン状態、スイッチS2がオフ状態となる。これにより、出力端Yからは、VAが出力されることとなる。
The detection signals VA and VB input from the input terminals A and B of the
一方、コンパレータにおいて、VA≧VBと判断されたとき、出力端Eから増幅率補正部541eへの出力レベルは、ローレベルLとなる。そして、このとき、スイッチS1がオフ状態、スイッチS2がオン状態となる。これにより、出力端Yからは、VBが出力されることとなる。
On the other hand, when the comparator determines that VA ≧ VB, the output level from the output terminal E to the amplification
図7に、増幅率補正部541eの回路構成を示す。
増幅率補正部541eは、4つのAND回路と、4つのアナログスイッチとを有する。そして、セレクタ541a〜541cの出力端Eから、入力端IN1、IN2、IN3を介して入力された入力信号に応じて、4つのスイッチS3、S4、S5、S6のいずれか一つがオン状態となる。これにより、増幅率補正部541eに記憶されている増幅率K0、K1、K2、K3のいずれか一つが、出力端Yから出力される。
FIG. 7 shows a circuit configuration of the amplification
The amplification
例えば、入力端IN1からの入力と、入力端IN3からの入力との双方が、ハイレベルHである場合、スイッチS3のみがオン状態となり、増幅率K0が出力される。つまり、この場合は、感温ダイオード520の検出信号V0が最も低い場合に相当するため、当該感温ダイオード520に対応する増幅率K0が、増幅回路541dへ出力されるようにする。
For example, when both the input from the input terminal IN1 and the input from the input terminal IN3 are at the high level H, only the switch S3 is turned on and the amplification factor K0 is output. In other words, this case corresponds to the case where the detection signal V0 of the
図8に示す半導体モジュール6は、スイッチング回路60、61と、感温ダイオード620〜623と、保護IC63とを備えている。スイッチング回路60は、スイッチング素子であるFET600、601と、抵抗602とを備えている。スイッチング回路61は、スイッチング素子であるFET610、611と、抵抗612とを備えている。
The
スイッチング回路60、61は、FET600、601の直列接続点、及び、FET610、611の直列接続点の接続を除いて半導体モジュール5のスイッチング回路50、51と同一の回路である。FET600、601の直列接続点は、W相巻線200cに接続される半導体モジュール6の端子P1に接続されている。FET610、611の直列接続点は、U相巻線201aに接続される半導体モジュール6の端子P2に接続されている。感温素子である感温ダイオード620〜623及び保護IC63は、半導体モジュール5の感温ダイオード520〜523及び保護IC53と同一のものであり、同一構成である。
The switching
図9に示す半導体モジュール7は、スイッチング回路70、71と、感温ダイオード720〜723と、保護IC73とを備えている。スイッチング回路70は、スイッチング素子であるFET700、701と、抵抗702とを備えている。スイッチング回路71は、スイッチング素子であるFET710、711と、抵抗712とを備えている。
The semiconductor module 7 shown in FIG. 9 includes switching
スイッチング回路70、71は、FET700、701の直列接続点、及び、FET710、711の直列接続点の接続を除いて半導体モジュール5のスイッチング回路50、51と同一の回路である。FET700、701の直列接続点は、V相巻線201bに接続される半導体モジュール7の端子P1に接続されている。FET710、711の直列接続点は、W相巻線201cに接続される半導体モジュール7の端子P2に接続されている。感温素子である感温ダイオード720〜723及び保護IC73は、半導体モジュール5の感温ダイオード520〜523及び保護IC53と同一のものであり、同一構成である。
The switching
図1に示すプリドライバ8は、制御回路9によって制御され、図2、図8及び図9に示す半導体モジュール5、6、7のFET500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711を駆動する回路である。図1に示すように、プリドライバ8は、バッテリBATの正極端に接続されている。プリドライバ8の出力端は、図2、図8及び図9に示すFET500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711のゲートに接続される半導体モジュール5、6、7の端子HG1、LG1、HG2、LG2にそれぞれ接続されている。
The
図1に示す制御回路9は、回転電機2に駆動力を発生させる場合、バッテリBATから界磁巻線210に供給される直流を制御するとともに、プリドライバ8を介して図2、図8及び図9に示す半導体モジュール5、6、7のFET500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711をスイッチングさせることで、図1に示すバッテリBATから供給される直流を3相交流に変換して固定子巻線200、201に供給する回路である。また、バッテリBATを充電する場合、バッテリBATから界磁巻線210に供給される直流を制御するとともに、プリドライバ8を介して図2、図8及び図9に示すFET500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711をオフ状態にすることで、FETのダイオードによって図1に示す固定子巻線200、201の発生する3相交流を直流に変換してバッテリBATに供給する回路でもある。制御回路9は、回転電機2に駆動力を発生させる場合、回転角度検出装置22の検出結果、及び、図2、図8及び図9に示す半導体モジュール5、6、7の抵抗502、512、602、612、702、712の検出結果に基づいてFET500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711をスイッチングさせる。
The
図1に示すように、制御回路9はバッテリBATの正極端に接続されるとともに、グランドGNDを介してバッテリBATの負極端に接続されている。また、制御回路9は界磁巻線210に接続されている。制御回路9の入力端は回転角度検出装置22、及び、図2、図8及び図9に示す抵抗502、512、602、612、702、712に接続される半導体モジュール5、6、7の端子S1+、S1−、S2+、S2−にそれぞれ接続されている。出力端はプリドライバ8の入力端に接続されている。
As shown in FIG. 1, the
次に、図1、図2、図8及び図9を参照して制御装置一体型回転電機の動作について説明する。まず、回転電機に車両を駆動するための駆動力を発生させる際の動作について説明する。 Next, the operation of the controller-integrated dynamoelectric machine will be described with reference to FIG. 1, FIG. 2, FIG. 8, and FIG. First, an operation when generating a driving force for driving the vehicle in the rotating electrical machine will be described.
車両においてイグニッションスイッチがオン状態になると、図1に示す制御回路9は、バッテリBATから界磁巻線210に供給される直流を制御する。界磁巻線210に直流が供給されると、回転子21に磁極が形成される。
When the ignition switch is turned on in the vehicle, the
制御回路9は、回転角度検出装置22の検出結果、及び、図2及び図8に示す半導体モジュール5、6の抵抗502、512、602の検出結果に基づいてバッテリBATから供給される直流が3相交流に変換されるように、プリドライバ8を介して半導体モジュール5、6のFET500、501、FET510、511、FET600、601を所定のタイミングでそれぞれ相補的にスイッチングさせる。また、回転角度検出装置22の検出結果、及び、図8及び図9に示す半導体モジュール6、7の抵抗612、702、712の検出結果に基づいてバッテリBATから供給される直流が3相交流に変換されるように、プリドライバ8を介して半導体モジュール6、7のFET610、611、FET700、701、FET710、711を所定のタイミングでそれぞれ相補的にスイッチングさせる。その結果、固定子巻線200、201にそれぞれ3相交流が供給される。これにより、回転電機2は、車両を駆動するための駆動力を発生する。
The
次に、バッテリを充電する際の動作について説明する。 Next, the operation when charging the battery will be described.
図1に示す界磁巻線210に直流が供給され、回転子21に磁極が形成されている状態において、エンジンから駆動力が供給されると、固定子巻線200、201は、それぞれ3相交流を発生する。半導体モジュール5、6、7のFET500、501、510、511、600、601、610、611、700、701、710、711は、オフ状態にされる。半導体モジュール5、6のFET500、501、510、511、600、601のダイオードは、整流回路を構成し、固定子巻線200の発生する3相交流を整流する。半導体モジュール6、7のFET610、611、700、701、710、711のダイオードは、整流回路を構成し、固定子巻線201の発生する3相交流を整流する。その結果、固定子巻線200、201の発生する3相交流が直流に変換され、バッテリBATに供給される。これにより、バッテリBATは、回転電機2の発生した電力によって充電される。
In a state where direct current is supplied to the field winding 210 shown in FIG. 1 and magnetic poles are formed on the
次に、図3及び図10を参照してFETの温度異常の検出動作について説明する。半導体モジュール5、6、7におけるFETの温度異常の検出動作は全て同一である。そのため、半導体モジュール5について説明する。
Next, the detection operation of the temperature abnormality of the FET will be described with reference to FIGS. The detection operation of the temperature abnormality of the FET in the
図3に示す感温ダイオード520〜523は、FET500、501、510、511の温度に応じた電圧を出力する。コンパレータ544e〜544hは、FET500、501、510、511の温度が温度閾値より小さい場合、感温ダイオード520〜523の端子間電圧V0〜V3が電圧閾値Vth4より大きくなり、出力電圧がハイレベルHになる。一方、FET500、501、510、511の温度が温度閾値以上である場合、感温ダイオード520〜523の端子間電圧V0〜V3が電圧閾値Vth4以下になり、出力電圧がローレベルLになる。
The temperature
フィルタ回路544i〜544lは、コンパレータ544e〜544hの出力に含まれるノイズを除去し、所定の処理時間経過後に出力する。処理時間は、例えば0.1m秒程度とすることができる。OR回路544mは、フィルタ回路544i〜544lによってノイズが除去されたコンパレータ544e〜544hの出力の少なくともいずれかが、FETの温度が温度閾値(例えば、200℃程度)以上であることを示すローレベルLである場合、FET500、501、510、511のいずれかの温度が異常であると判定し、出力の論理レベルがハイレベルHになる。ラッチ回路544nは、OR回路544mの出力の論理レベルがFET500、501、510、511の少なくともいずれかの温度が異常であることを示すハイレベルHである場合、所定のホールド時間、出力の論理レベルがハイレベルHになる。つまり、ラッチ回路544nの出力するFET温度異常が、異常の発生を示すハイレベルHになる。ホールド時間は、例えば100m秒程度とすることができる。
The
例えば、FET500の温度が上昇すると、図10に示すように、感温ダイオード520の端子間電圧V0が徐々に低下する。時刻t1で感温ダイオード520の端子間電圧V0が電圧閾値Vth4以下になると、コンパレータ544eは、出力電圧がローレベルLになる。なお、ここでは、感温ダイオード521〜523の端子間電圧V1〜V3は、電圧閾値Vth4よりも大きい状態を保っていることを前提とする。図3に示すフィルタ回路544iは、コンパレータ544eの出力に含まれるノイズを除去する。
For example, when the temperature of the
仮に、フィルタ回路544iの処理時間中に感温ダイオード520の端子間電圧V0が電圧閾値Vth4より小さくなると、コンパレータ544eは、出力電圧がローレベルLになる。しかし、フィルタ回路544iの処理時間中であるため、フィルタ回路544iからの出力はなく、OR回路544mの出力は、ハイレベルHにはならず、ローレベルLのままである。それゆえ、ラッチ回路544nの出力の論理レベルも、ハイレベルHにはならずローレベルLのままである。
If the inter-terminal voltage V0 of the temperature
FET500の温度が閾値より高く、感温ダイオード520の端子間電圧V0が電圧閾値Vth4以下の状態が、フィルタ回路544iの処理時間継続したとき、OR回路544mの出力の論理レベルがハイレベルHとなる。すなわち、V0>Vth4から、V0≦Vth4の状態に切り替わった時点である、時刻t1から、処理時間経過後である時刻t2において、OR回路544nの論理レベルが、ローレベルLからハイレベルHに切り替わる。この時刻t2において、ラッチ回路544nの論理レベルも、FET温度異常が発生していることを示すハイレベルHに切り替わる。そして、ラッチ回路544nは、ホールド時間の間、出力の論理レベルがハイレベルHの状態を維持する。すなわち、仮にホールド時間の間にFET500の温度が低下して、感温ダイオード520の端子間電圧V0がVth4を超えたとしても、所定のホールド時間の間、ラッチ回路544nの出力論理レベルがハイレベルHに維持される。
When the temperature of the
次に、図4を参照してFETの保護動作について説明する。半導体モジュール5〜7におけるFETの保護動作は全て同一である。そのため、半導体モジュール5について説明する。
Next, the protection operation of the FET will be described with reference to FIG. The FET protective operations in the
FET温度異常がハイレベルHである場合、図4に示す処理回路550は、FET500、501、510、511をオフ状態にする駆動信号を出力する。駆動回路551i、551jは、処理回路550がFET500、501、510、511をオフ状態にする駆動信号を出力した場合、FET551a〜551dのゲートに所定電圧を供給する。図4に示すFET551a〜551dのゲートに電圧が供給されると、FET551a〜551dがオン状態になり、FET500、501、510、511のゲートがグランドGNDに接続される。その結果、FET500、501、510、511のゲート−ソース間電圧Vgsが低下し、FET500、501、510、511がオフ状態になり保護される。
When the FET temperature abnormality is at the high level H, the
次に、図5、図11を参照して、温度情報出力回路541の動作につき、説明する。
端子AH1、AH2、AL1、AL2から入力される4つの感温ダイオード520〜523の検出信号である端子間電圧V0、V1、V2、V3が、セレクタ541a、541bに入力される。ここでは、図11に示すごとく、4つの端子間電圧V0、V1、V2、V3は、最初の段階において、V0>V1>V2>V3>Vth4であるとする。
Next, the operation of the temperature
Inter-terminal voltages V0, V1, V2, V3, which are detection signals of the four temperature
この場合、4つの端子間電圧V0〜V3のうち最も低い端子間電圧であるV3が、増幅回路541dに入力されることとなる。そして、セレクタ541a〜541cから増幅率補正部541eへ出力される論理レベルは、図11に示すように、いずれもローレベルLである。これは、検出信号V3が増幅回路541dに入力されていることを示す信号を、増幅率補正部541eが受けたことになる。それゆえ、この検出信号V3の出力元である感温ダイオード523に対応する増幅率K3にて、検出信号V3が増幅されて、温度情報信号(V3×K3)が生成される。この増幅された温度情報信号が、上限出力値Vmax以下であり、下限出力値Vmin以上であれば、リミッタ541fにおいて特に制限されることなく、温度情報信号(V3×K3)が温度情報出力端子OUTから出力される。
In this case, V3, which is the lowest inter-terminal voltage among the four inter-terminal voltages V0 to V3, is input to the
その後、FET500の温度が上昇し始めて、感温ダイオード520の端子間電圧V0が低下するとする。そして、時刻t4において、V0がV1を下回ると、セレクタ541aからの増幅率補正部541eへの入力IN1が、ハイレベルHに切り替わる。次いで、時刻t5において、V0がV3をも下回ると、V0が、増幅回路541dに入力されることとなる。そして、セレクタ541cからの増幅率補正部541eへの入力IN3も、ハイレベルHに切り替わる。
Thereafter, the temperature of the
そうすると、増幅率補正部541eにおいては、増幅回路541dに入力される検出信号が、感温ダイオード520の検出信号V0であることを認識する。それゆえ、この感温ダイオード520に対応する増幅率K0にて、検出信号V0が増幅されて、温度情報信号(V0×K0)が生成される。この増幅された温度情報信号が、上限出力値Vmax以下であり、下限出力値Vmin以上であれば、リミッタ541fにおいて特に制限されることなく、温度情報信号(V0×K0)が温度情報出力端子OUTから出力される。この実施形態においては、増幅された温度情報信号(V0×K0)が、時刻t6以降において、下限出力値Vminを下回る場合を例示している。このような場合には、温度情報出力端子OUTから出力される温度情報信号は、リミッタ541fにおいて、下限出力値Vminと同じ値に補正される。
Then, the amplification
このようにして、温度情報出力回路541において生成された温度情報信号は、温度情報出力端子OUTから制御回路9へ出力される。制御回路9は、受け取った温度情報信号を基に、適宜、電力変換装置の運転を制御する。すなわち、例えば、温度情報として、FETの温度が平常時よりも高めである場合には、制御回路9がプリドライバ8を制御して、パワーセーブをしながら、回転電機2を駆動させたり、回転電機2の発電をセーブしたりする。つまり、FETに流す電流を抑制して、その温度上昇を抑制するような調整を行う。ただし、例えば、FETの温度が異常に高い異常時には、上述した保護回路55が作動して、FETをオフ状態にするようにしている。
なお、温度情報信号を受けて制御回路9が行う制御は、特に限定されるものではない。
In this way, the temperature information signal generated in the temperature
The control performed by the
次に、本実施形態の作用効果につき説明する。
上記電力変換装置である制御装置3は、複数のFET500、501、510、511の温度をそれぞれ検出する、複数の感温ダイオード520〜523を有する。それゆえ、複数のFET500、501、510、511の温度を確実に検出し、保護することができる。
Next, the effect of this embodiment is demonstrated.
The control device 3 that is the power conversion device includes a plurality of temperature-
また、感温ダイオード520〜523、異常検出回路544及び保護回路55が、半導体モジュール5内に一体に設けられている。それゆえ、感温ダイオード520〜523及び異常検出回路544が、温度検出対象であるFET500、501、510、511の近傍に設けられることになる。また、保護回路55が、感温ダイオード520〜523や、保護対象であるFET500、501、510、511の近傍に設けられることになる。そのため、FET500、501、510、511の温度を正確に検出することができる。また、FET500、501、510、511の温度を検出する温度センサを別途設ける必要がないため、部品点数を削減することができる。また、配線の抵抗等の影響による検出結果の誤差を抑えることができる。また、配線の影響による検出結果や制御信号の伝達遅れを抑えることができる。従って、FET500、501、510、511の温度異常を正確に検出でき、FET500、501、510、511を速やかに保護することができる。
Further, the temperature
また、半導体モジュール5は、温度情報出力回路541及び温度情報出力端子OUTを有する。これにより、FET500、501、510、511の温度情報に基づいて、制御回路9によるプリドライバ8の制御を行うことが可能となる。それゆえ、各FET500、501、510、511の温度の状況に応じて、FET500、501、510、511のオンオフ駆動を制御して、FET500、501、510、511の温度異常を未然に抑制することが可能となる。
Further, the
また、半導体モジュール5に設けられた温度情報出力端子OUTは、一つである。それゆえ、図12に示すごとく、半導体モジュール5の小型化を図りやすくなる。すなわち、複数のスイッチング素子の温度情報信号を出力するにあたっては、通常は、図13に示す比較例の半導体モジュール95のように、複数の温度情報出力端子OUTが必要となる。本実施形態のように、4つのFET500、501、510、511の温度情報信号を出力するには、通常、図13に示すごとく、4本の温度情報出力端子OUTを設けることとなる。本実施形態においては、温度情報出力回路541を半導体モジュール5内に一体的に設けて、温度情報信号を適切に生成、出力することで、温度情報出力端子OUTを一つにすることを可能としている。
Further, the temperature information output terminal OUT provided in the
これにより、半導体モジュール5の小型化を実現することができる。また、この構成は、複数の半導体モジュール5、6、7において、同様に取り入れている。それゆえ、電力変換装置(制御装置3)の小型化を容易にすることができる。
Thereby, size reduction of the
そして、制御装置3は回転電機2と一体化されて、制御装置一体型回転電機1を構成している。このような制御装置一体型回転電機1においては、特に半導体モジュール5、6、7の配置スペースが制限されやすいため、半導体モジュール5、6、7の小型化は、制御装置一体型回転電機1の小型化において、特に有効となる。
なお、図12、図13において、符号OUTを付した端子以外の端子は、温度情報出力端子以外の信号端子、若しくは被制御電力の入出力端子等である。
The control device 3 is integrated with the rotating
12 and 13, terminals other than the terminal denoted by reference numeral OUT are signal terminals other than temperature information output terminals, input / output terminals of controlled power, and the like.
また、温度情報出力回路541は、複数の感温ダイオード520〜523の検出信号のうち、対応する温度が最も高い検出信号を選択して用いて、温度情報信号を生成する。これにより、温度情報出力端子OUTが一つであっても、制御回路9へ適切な温度情報を提供することができる。
The temperature
また、温度情報出力回路541は増幅回路541dを有する。これにより、温度情報を確実に制御回路9へ出力することができる。つまり、感温ダイオード520〜523の端子間電圧が小さくても、これらを増幅して、正確な温度情報信号として、制御回路9へ出力することができる。
Further, the temperature
また、増幅回路541dは、予め記憶された複数の増幅率の中から適宜選択した増幅率にて、温度情報信号を増幅することができるよう構成されている。これにより、個体差等に起因して生じる各感温ダイオード520〜523の端子間電圧を、適切な増幅率にて増幅することができる。これにより、より正確な温度情報信号を生成して、出力することができる。
The
また、温度情報出力回路541は、温度情報信号を、所定の下限出力値Vmin以上でありかつ所定の上限出力値Vmax以下の出力値にて、制御回路9へ出力するよう構成してある。これにより、制御回路9の誤作動や温度情報以外の異常検出を妨げたりすることを、より確実に防ぎつつ、確実に制御回路9へ温度情報を出力することができる。すなわち、例えば、温度情報信号の出力が小さすぎる場合、温度情報信号を正確に制御回路9へ出力し難くなることが考えられる。また、出力配線の断線等があったとき、その異常を検出し難くなることが考えられる。また、温度情報信号の出力が大きすぎる場合には、例えば出力配線の短絡等があった場合に、その異常を検出し難くなることが考えられる。それゆえ、温度情報信号の出力の大きさを制限することで、より確実に、電力変換装置の制御を行うことができる。
Further, the temperature
また、半導体モジュール5は、スイッチング素子として、スイッチング回路50、51における上アームのFET500、510と下アームのFET501、511とを、それぞれ複数有する。このように、より多くのスイッチング素子を一つの半導体モジュール5に集積化することで、電力変換装置の小型化及びコスト低減を図ることができる。また、このように集積化した半導体モジュール5において問題となりやすい、スイッチング素子の温度上昇等に対して、上述の構成により、適切な対応が可能となる。
The
以上のごとく、本実施形態によれば、スイッチング素子の温度を正確かつ迅速に検出できると共に、運転効率を向上させることのできる電力変換装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a power conversion device that can accurately and quickly detect the temperature of the switching element and improve the operation efficiency.
(実施形態2)
本実施形態は、図14、図15に示すごとく、温度情報出力回路541が、複数の感温ダイオード520〜523の検出信号V0〜V3を、時間差を設けて並べて温度情報信号として生成する形態である。そして、時間差を設けて並べた温度情報信号を、制御回路9へ出力するよう構成してある。
(Embodiment 2)
In this embodiment, as shown in FIGS. 14 and 15, the temperature
具体的には、図14に示すごとく、端子AH1、AL1、AH2、AL2からそれぞれ入力される検出信号V0〜V3は、セレクタ541hの入力端IN1〜IN4に入力される。セレクタ541hは、入力された検出信号V0〜V3を、一つずつ選んで出力端Yから増幅回路541dへ出力する。
Specifically, as shown in FIG. 14, the detection signals V0 to V3 respectively input from the terminals AH1, AL1, AH2, and AL2 are input to the input terminals IN1 to IN4 of the
セレクタ541hには、クロック端子からクロック信号CLKが入力される。このクロック信号CLKに同期して、セレクタ541hが選ぶ検出信号V0〜V3は、順番に切り替わるようにしてある。クロック信号CLKの周期は、例えば数m秒程度とすることができる。
また、セレクタ541hの増幅率補正部541eへの出力端Eからの出力は、いずれの検出信号が選ばれているかを、クロック信号CLKに同期して、切り替わる。これに伴い、増幅率補正部541eからは、セレクタ541hから増幅回路541dへ出力された検出信号に応じた増幅率の信号が、時分割にて順番に出力される。つまり、増幅率K0、K1、K2、K3の信号が、時分割にて順番に出力される。
The
In addition, the output from the output terminal E to the amplification
その結果、図15に示すごとく、温度情報出力回路541から制御回路9へ出力される温度情報信号は、感温ダイオード520〜523のそれぞれの検出信号に基づくものが、時分割にて、順番に並ぶこととなる。つまり、温度情報信号として、V0×K0、V1×K1、V2×K2、V3×K3、が、時分割にて順番に、温度情報出力端子OUTから制御回路9へ出力される。
その他の構成は、実施形態1と同様である。なお、実施形態2以降において用いた符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
As a result, as shown in FIG. 15, the temperature information signal output from the temperature
Other configurations are the same as those of the first embodiment. Of the reference numerals used in the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those used in the above-described embodiments represent the same components as those in the above-described embodiments unless otherwise indicated.
本実施形態においては、複数の感温ダイオード520〜523の検出信号V0〜V3を、時分割にて順番に、温度情報信号として生成して、出力することができる。それゆえ、複数のFET500、501、510、511の温度情報を、すべて出力することができる。それゆえ、複数のスイッチング素子の状態を勘案した制御を行うことが、より行いやすくなる。その一方で、時分割にて順番にこれらの温度情報を出力するため、一つの温度情報出力端子OUTから複数の温度情報信号を出力することができる。
その他、実施形態1と同様の作用効果を有する。
In the present embodiment, the detection signals V0 to V3 of the plurality of temperature
In addition, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の実施形態に適用することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiments, and can be applied to various embodiments without departing from the scope of the invention.
3 制御装置(電力変換装置)
5、6、7 半導体モジュール
500、501、510、511 FET(スイッチング素子)
520、521、522、523 感温ダイオード(感温素子)
541 温度情報出力回路
OUT 温度情報出力端子
544 異常検出回路
55 保護回路
8 プリドライバ
9 制御回路
3 Control device (power converter)
5, 6, 7
520, 521, 522, 523 Temperature-sensitive diode (temperature-sensitive element)
541 Temperature information output circuit OUT Temperature
Claims (9)
上記スイッチング素子を駆動するプリドライバ(8)と、
上記プリドライバを制御する制御回路(9)と、を有し、
上記半導体モジュールは、複数の上記スイッチング素子の温度をそれぞれ検出する、複数の感温素子(520〜523、620〜623、720〜723)と、
上記感温素子の検出信号に基づいて、上記スイッチング素子の温度異常を検出する異常検出回路(544)と、
上記異常検出回路が温度異常を検出したとき、上記スイッチング素子をオフ状態にして、上記スイッチング素子を過熱から保護する保護回路(55)と、
複数の上記感温素子の検出信号に基づいて、温度情報信号を生成すると共に出力する温度情報出力回路(541)と、
を内部に一体的に設けてなり、
また、上記半導体モジュールは、上記温度情報信号を上記制御回路へ出力する温度情報出力端子(OUT)を有する、電力変換装置(3)。 A semiconductor module (5, 6, 7) having a plurality of switching elements (500, 501, 510, 511, 600, 601, 610, 611, 700, 701, 710, 711);
A pre-driver (8) for driving the switching element;
A control circuit (9) for controlling the pre-driver,
The semiconductor module includes a plurality of temperature sensing elements (520 to 523, 620 to 623, 720 to 723) that detect temperatures of the plurality of switching elements, respectively.
An abnormality detection circuit (544) for detecting a temperature abnormality of the switching element based on a detection signal of the temperature sensing element;
A protection circuit (55) for turning off the switching element and protecting the switching element from overheating when the abnormality detection circuit detects a temperature abnormality;
A temperature information output circuit (541) for generating and outputting a temperature information signal based on the detection signals of the plurality of temperature sensing elements;
Is provided integrally inside,
The semiconductor module has a temperature information output terminal (OUT) that outputs the temperature information signal to the control circuit.
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