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JP2016093074A - Inverter system - Google Patents

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JP2016093074A
JP2016093074A JP2014229081A JP2014229081A JP2016093074A JP 2016093074 A JP2016093074 A JP 2016093074A JP 2014229081 A JP2014229081 A JP 2014229081A JP 2014229081 A JP2014229081 A JP 2014229081A JP 2016093074 A JP2016093074 A JP 2016093074A
Authority
JP
Japan
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temperature
control
switch element
load factor
inverter
Prior art date
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Pending
Application number
JP2014229081A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
山本 一成
Kazunari Yamamoto
一成 山本
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.)
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Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter system capable of protecting all switch elements included in the inverter from overheating timely even without obtaining temperatures for overall switch elements.SOLUTION: An inverter system includes: an inverter; a first sensor part for detecting a temperature of one switch element; a second sensor part for detecting whether it is in a state where another switch exceeding a first temperature exists; and a control part that sets, if it is not in the aforementioned state, an upper limit load ratio at 100% for a detected temperature of the first temperature or less, and uses a control map with which to lower the upper limit load ratio from 100% proportionately with a temperature rise starting from a detected temperature exceeding the first temperature, or sets, if it is in the state, an upper limit load ratio at 100% for a detected temperature of a second temperature, or less, being lower than the first temperature, and uses a control map with which to lower the upper limit load ratio from 100% proportionately with a temperature rise starting from a detected temperature exceeding the second temperature.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、変換電力を負荷に供給するインバータを備えたシステムに関する。   The present invention relates to a system including an inverter that supplies converted power to a load.

インバータを始めとする電力変換装置においては、高電圧下および高電流下での素子の動作に起因する損失が大きな発熱となる。したがって、素子の温度を監視して熱破壊から保護することが行われる。   In a power conversion device such as an inverter, a loss due to the operation of the element under a high voltage and a high current generates a large amount of heat. Therefore, the temperature of the element is monitored to protect it from thermal destruction.

特許文献1には、複数の電源回路のそれぞれに設けられた温度センサからの検出信号を取得して、温度異常が検知された電源回路の動作を停止する制御を行う温度検出回路が記載されている。   Patent Document 1 describes a temperature detection circuit that acquires a detection signal from a temperature sensor provided in each of a plurality of power supply circuits and performs control to stop the operation of the power supply circuit in which a temperature abnormality is detected. Yes.

特許文献2には、インバータを構成する複数のパワーデバイスのそれぞれについて温度を検出し、当該温度の中の最高温度が限界温度に達したか否かに基づいてインバータの出力電流を制限することにより過熱保護を行う制御装置が記載されている。   In Patent Document 2, the temperature is detected for each of a plurality of power devices constituting the inverter, and the output current of the inverter is limited based on whether or not the maximum temperature among the temperatures reaches the limit temperature. A control device for overheat protection is described.

特開2008−014798号公報JP 2008-014798 A 特開2001−169401号公報JP 2001-169401 A

インバータにおいては、単相あるいは多相の各相出力を分担するスイッチ素子が複数設けられる。いずれかのスイッチ素子が高温になると、インバータの機能単位を構成する全てのスイッチ素子が一斉に過熱保護制御を受けるようになっている。しかしながら、全てのスイッチ素子に亘って温度を取得して過熱保護の制御を行うには、多くの高価な部品が必要となってしまう。例えば、電力変換装置においては弱電力系回路もしくは微弱電力系回路を高電圧系回路から絶縁する絶縁構造が導入される。例えば、スイッチ素子に配した温度センサの出力を、フォトカプラ絶縁や高耐圧構造を用いて伝送することが行われる。この場合に、計測出力を保護制御のフィードバックに十分な精度(例えば温度の測定誤差が1℃以内程度に抑えられる精度)で制御系回路に伝送するためには、伝送遅延歪を抑制することのできる高価な部品をスイッチ素子ごとに要することとなる。   In the inverter, a plurality of switching elements that share single-phase or multi-phase outputs are provided. When any one of the switch elements reaches a high temperature, all the switch elements constituting the functional unit of the inverter are subjected to overheat protection control all at once. However, in order to obtain the temperature over all the switch elements and control overheat protection, many expensive parts are required. For example, in a power converter, an insulating structure for insulating a weak power system circuit or a weak power system circuit from a high voltage system circuit is introduced. For example, the output of a temperature sensor arranged in the switch element is transmitted using photocoupler insulation or a high voltage structure. In this case, in order to transmit the measurement output to the control system circuit with sufficient accuracy for feedback of protection control (for example, accuracy in which the temperature measurement error is suppressed to within about 1 ° C.), it is necessary to suppress transmission delay distortion. Expensive parts that can be produced are required for each switch element.

本発明は、上記課題に鑑み、インバータが備える全てのスイッチ素子に亘って温度を取得せずとも全てのスイッチ素子を適時に過熱保護することのできる、インバータシステムを提供するものである。   In view of the above problems, the present invention provides an inverter system capable of overheating protection of all switch elements in a timely manner without acquiring temperature over all switch elements included in the inverter.

第1の発明は、スイッチ素子を駆動して負荷電力を供給するインバータと、前記インバータが備えるスイッチ素子のうちの所定の1つのスイッチ素子の温度を検出する第1センサ部と、前記インバータが備えるスイッチ素子のうちに、前記所定の1つの前記スイッチ素子以外の第1の温度を超えているスイッチ素子が存在する状態である閾値超え状態にあるか否かを検出する第2センサ部と、前記第1センサ部による検出温度を制御用温度として用いて、前記インバータが備えるスイッチ素子の駆動制御を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記第2センサ部による検出結果が前記閾値超え状態にないことを示す場合には、前記第1の温度以下の前記制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、前記第1の温度を超える前記制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させる、第1制御マップを用いて前記駆動制御を行い、前記第2センサ部による検出結果に前記閾値超え状態にあることを示す場合には、前記第1の温度よりも低く設定された第2の温度以下の前記制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、前記第2の温度を超える前記制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させる、第2制御マップを用いて前記駆動制御を行う、ことを特徴とする。   The first invention includes an inverter that drives a switch element to supply load power, a first sensor unit that detects a temperature of a predetermined one of the switch elements included in the inverter, and the inverter. A second sensor unit that detects whether or not a switch element that exceeds a first temperature other than the predetermined one switch element is in a state that exceeds a threshold value; A control unit that performs drive control of a switch element included in the inverter using the temperature detected by the first sensor unit as a control temperature, and the control unit detects that the detection result by the second sensor unit exceeds the threshold value. In the case of indicating not in a state, the upper limit of the load factor is set to 100% at the control temperature equal to or lower than the first temperature, and the temperature exceeding the first temperature is exceeded. The drive control is performed using the first control map, and the upper limit of the load factor is decreased from 100% as the temperature rises from the control temperature, and the detection result by the second sensor unit is in the state exceeding the threshold. In the case of showing, the upper limit of the load factor is set to 100% at the control temperature equal to or lower than the second temperature set lower than the first temperature, and from the control temperature exceeding the second temperature. Is characterized in that the drive control is performed using a second control map that reduces the upper limit of the load factor from 100% in response to a temperature rise.

第1の発明によれば、インバータが備えるスイッチ素子のうち所定の1つのスイッチ素子のみの温度を第1センサ部で検出し、検出温度を制御部が制御用温度として取得する。そして、他のスイッチ素子については、第2センサ部により第1の温度を超えたスイッチ素子が存在するか否か検出し、当該検出結果を制御部が取得する。制御部は、これら取得内容に基づき、所定の1つのスイッチ素子以外のいずれのスイッチ素子も第1の温度以下である場合には、第1制御マップを用いて、第1の温度以下の制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、前記第1の温度を超える前記制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させるように、各スイッチ素子の駆動制御を行う。また、制御部は、これら取得内容に基づき、第2センサ部による検出結果が所定の1つのスイッチ素子以外に第1の温度を超えているスイッチ素子が存在する状態にあることを示す場合には、第2制御マップを用いて、第1の温度よりも低く設定された第2の温度以下の前記制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、前記第2の温度を超える前記制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させるように、各スイッチ素子の駆動制御を行う。このようなインバータシステムによれば、制御部が温度を取得する対象ではない、所定の1つのスイッチ素子以外のスイッチ素子が、第1の温度を超えた過熱保護を要する状態になったとしても、制御用温度に従って、第1の温度よりも低い第2の温度から負荷率制限制御を行うこととなる。これにより、インバータが備える全てのスイッチ素子に亘って温度を取得せずとも、全てのスイッチ素子を適時に過熱保護することができる。   According to the first aspect, the temperature of only one predetermined switch element among the switch elements included in the inverter is detected by the first sensor unit, and the control unit acquires the detected temperature as the control temperature. For other switch elements, the second sensor unit detects whether there is a switch element that exceeds the first temperature, and the control unit acquires the detection result. Based on the acquired contents, the control unit uses the first control map to control the first temperature or less when any switch element other than the predetermined one switch element is equal to or lower than the first temperature. In the temperature, the upper limit of the load factor is set to 100%, and the drive control of each switch element is performed so that the upper limit of the load factor is decreased from 100% as the temperature rises from the control temperature exceeding the first temperature. I do. In addition, when the control unit indicates that there is a switch element that exceeds the first temperature in addition to the predetermined one switch element based on the acquired contents, The upper limit of the load factor is set to 100% at the control temperature equal to or lower than the second temperature set lower than the first temperature using the second control map, and the control exceeds the second temperature. The drive control of each switch element is performed so that the upper limit of the load factor is decreased from 100% according to the temperature rise from the service temperature. According to such an inverter system, even if a switch element other than the predetermined one switch element that is not a target for acquiring the temperature is in a state that requires overheat protection exceeding the first temperature, According to the control temperature, the load factor limiting control is performed from the second temperature lower than the first temperature. Thereby, all the switch elements can be protected from overheating in a timely manner without acquiring temperatures over all the switch elements included in the inverter.

本発明によれば、インバータが備える全てのスイッチ素子に亘って温度を取得せずとも全てのスイッチ素子を適時に過熱保護することができる、インバータシステムを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if it does not acquire temperature over all the switch elements with which an inverter is equipped, the inverter system which can carry out overheat protection of all the switch elements in a timely manner can be provided.

本発明の実施形態に係るインバータシステムの構成を示す回路ブロック図The circuit block diagram which shows the structure of the inverter system which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係るインバータシステムの一部の構成を示す回路ブロック図The circuit block diagram which shows the structure of a part of inverter system which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る負荷率制御の原理を説明するグラフThe graph explaining the principle of the load factor control which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る負荷率制御を説明するグラフGraph explaining load factor control according to an embodiment of the present invention 本発明の実施形態に係る負荷率制御の変形例を説明するグラフThe graph explaining the modification of the load factor control which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係る負荷率制御の他の変形例を説明するグラフThe graph explaining the other modification of the load factor control which concerns on embodiment of this invention 本発明の実施形態に係るインバータシステムの制御部による動作を説明するフローチャートThe flowchart explaining operation | movement by the control part of the inverter system which concerns on embodiment of this invention.

以下、図1〜図7を参照しながら、実施の形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to FIGS.

[インバータシステムの構成] [Inverter system configuration]

図1に、本実施形態に係るインバータシステム10の構成を示す。インバータシステム10は、例えば自動車などの車両に備えられ、インバータ1、昇降圧コンバータ2、温度情報伝送部3、制御部4を備えて、モータM1などの負荷に電力を供給する。温度情報伝送部3は、インバータ1における1つのスイッチ素子のみについて取得した検出温度を伝送する。また、温度情報伝送部3は、インバータ1におけるその他のスイッチ素子について温度が閾値温度を超えたスイッチ素子が存在するか否かを検出し、検出結果を伝送する。制御部4は温度情報伝送部3から取得したこれらの情報に基づいて、全スイッチ素子が過熱保護されるように負荷率を制御する。   FIG. 1 shows a configuration of an inverter system 10 according to the present embodiment. The inverter system 10 is provided in a vehicle such as an automobile, and includes an inverter 1, a step-up / down converter 2, a temperature information transmission unit 3, and a control unit 4, and supplies power to a load such as a motor M <b> 1. The temperature information transmission unit 3 transmits the detected temperature acquired for only one switch element in the inverter 1. Further, the temperature information transmission unit 3 detects whether or not there is a switch element having a temperature exceeding the threshold temperature for the other switch elements in the inverter 1 and transmits the detection result. Based on these pieces of information acquired from the temperature information transmission unit 3, the control unit 4 controls the load factor so that all the switch elements are overheat protected.

インバータ1は、モータM1に負荷電力を供給する三相インバータである。インバータ1は、電力変換部1aと駆動部1bとを備えている。   The inverter 1 is a three-phase inverter that supplies load power to the motor M1. The inverter 1 includes a power conversion unit 1a and a drive unit 1b.

電力変換部1aは、UVW相の相出力を行うスイッチ素子S1〜S6を備えている。例えば、スイッチ素子S1はU相上アーム素子、スイッチ素子S2はV相上アーム素子、スイッチ素子S3はW相上アーム素子、スイッチ素子S4はU相下アーム素子、スイッチ素子S5はV相下アーム素子、スイッチ素子S6はW相下アーム素子である。スイッチ素子S1とスイッチ素子S2とスイッチ素子S3とは高電位側電源ラインL1に接続されている。スイッチ素子S4とスイッチ素子S5とスイッチ素子S6とは低電位側電源ラインL2に接続されている。高電位側電源ラインL1は直流電圧VHを出力し、低電位側電源ラインL2は直流電圧VLを出力する。例えばVH=300V、VL=−300Vである。スイッチ素子S1〜S6は、それぞれ、例えば図2に代表してスイッチ素子S1で示したように、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)101と還流ダイオード102との逆並列回路からなる。スイッチ素子としては、IGBTを用いるものの他、任意のスイッチング素子を用いるものが使用可能である。   The power conversion unit 1a includes switch elements S1 to S6 that perform UVW phase output. For example, switch element S1 is a U-phase upper arm element, switch element S2 is a V-phase upper arm element, switch element S3 is a W-phase upper arm element, switch element S4 is a U-phase lower arm element, and switch element S5 is a V-phase lower arm element. The element, switch element S6 is a W-phase lower arm element. The switch element S1, the switch element S2, and the switch element S3 are connected to the high potential side power supply line L1. The switch element S4, the switch element S5, and the switch element S6 are connected to the low potential side power supply line L2. The high potential side power supply line L1 outputs a DC voltage VH, and the low potential side power supply line L2 outputs a DC voltage VL. For example, VH = 300V and VL = −300V. Each of the switch elements S1 to S6 is composed of an anti-parallel circuit of an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) 101 and a free-wheeling diode 102, for example, as shown by the switch element S1 on behalf of FIG. As the switch element, an element using any switching element can be used in addition to an element using IGBT.

駆動部1bは、制御部4から入力される制御信号に従って、電力変換部1aのスイッチ素子S1〜S6を駆動する。駆動部1bは、例えばパルス幅変調(PWM:Pulse Width Modulation)制御によりスイッチ素子S1〜S6の駆動を行い、UVW相から、直流電圧VHと直流電圧VLとを用いた波形で三相交流電力を出力させる。図2に示したスイッチ素子の構成で説明すれば、駆動部1bからIGBT101のゲートに駆動信号が入力されることでスイッチ素子が駆動される。   The drive unit 1b drives the switch elements S1 to S6 of the power conversion unit 1a according to a control signal input from the control unit 4. The drive unit 1b drives the switch elements S1 to S6 by, for example, pulse width modulation (PWM) control, and generates three-phase AC power from the UVW phase in a waveform using the DC voltage VH and the DC voltage VL. Output. In the configuration of the switch element shown in FIG. 2, the switch element is driven by inputting a drive signal from the drive unit 1 b to the gate of the IGBT 101.

インバータシステム10は、このようなインバータを任意数だけ含んでいてよいものである。例えば、モータM1がコンプレッサのモータであって、その他にポンプのモータであるモータM2が備えられているような場合に、インバータシステム10は各モータに対応したインバータを備え得る。また、例えば、昇降圧コンバータ2に接続された、走行用モータのインバータも含み得る。   The inverter system 10 may include an arbitrary number of such inverters. For example, when the motor M1 is a compressor motor and a motor M2 that is a pump motor is provided, the inverter system 10 may include an inverter corresponding to each motor. Further, for example, an inverter of a traveling motor connected to the step-up / down converter 2 may be included.

昇降圧コンバータ2は、高電位側電源ラインL1と低電位側電源ラインL2との間にブリッジ接続されたスイッチ素子S11とスイッチ素子S12とを備えている。別途接続されたコイルと高圧バッテリと組み合わされ、スイッチ素子S11およびスイッチ素子S12のスイッチング動作により、高圧バッテリから昇圧した直流電圧(VH−VL)を生成する。生成された電圧は走行用モータの駆動などに供給される。または、直流電圧(VH−VL)から高圧バッテリ電圧を生成し、電流をバッテリに回生する。   The step-up / down converter 2 includes a switch element S11 and a switch element S12 that are bridge-connected between the high potential side power line L1 and the low potential side power line L2. The DC voltage (VH−VL) boosted from the high voltage battery is generated by the switching operation of the switch element S11 and the switch element S12 in combination with the separately connected coil and the high voltage battery. The generated voltage is supplied to the drive of the driving motor. Alternatively, a high voltage battery voltage is generated from the DC voltage (VH−VL), and the current is regenerated to the battery.

温度情報伝送部3は、温度検出部A4と、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6と、温度検出部B1、B2と、判定部31とを備えている。以下では、温度検出部A4を第1センサ部、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6と判定部31との組合せからなる構成を第2センサ部として記載することがある。本実施形態に係るインバータシステム10においては、インバータについて個々のスイッチ素子の温度を検出して過熱保護を行う構成とは異なり、インバータ1において検出温度の値そのものの情報を伝送する対象は第1センサ部により温度が検出されるスイッチ素子S4の1つのみとし、その他のスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6については、第2センサ部の対応する温度範囲検出部によりそれぞれが過熱保護の必要な温度範囲にあるか否かの検出結果を判定部31に伝送する対象とする。また、第2センサ部の判定部31は、伝送された各温度範囲検出部による検出結果から、スイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6の中に、過熱保護の必要な温度範囲にあるものが存在するか否かを検出する。   The temperature information transmission unit 3 includes a temperature detection unit A4, temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6, temperature detection units B1 and B2, and a determination unit 31. Hereinafter, a configuration including the temperature detection unit A4 as a first sensor unit, a combination of the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 and the determination unit 31 may be described as a second sensor unit. In the inverter system 10 according to the present embodiment, unlike the configuration in which overheat protection is performed by detecting the temperature of each switching element in the inverter, the target for transmitting information on the detected temperature value itself in the inverter 1 is the first sensor. Only one of the switch elements S4 whose temperature is detected by the part, and the other switch elements S1, S2, S3, S5, S6 need to be overheat protected by the corresponding temperature range detection part of the second sensor part. A detection result indicating whether or not the temperature is within a certain temperature range is to be transmitted to the determination unit 31. Moreover, the determination part 31 of the 2nd sensor part is in the temperature range which requires overheat protection in switch element S1, S2, S3, S5, S6 from the detection result by each transmitted temperature range detection part. Whether or not exists is detected.

温度検出部A4は、インバータ1の6つのスイッチ素子のうちの1つのみに対応して設けられたものであり、組み合わされたスイッチ素子S4の温度を検出して、検出温度の値の情報を制御部4に伝送する。温度検出部A4は、例えば、温度センサによるスイッチ素子S4の検出温度の値の情報を変調器で変調した信号としてフォトカプラにより後段へ絶縁伝送する構成とすることができる。温度センサは、例えばスイッチ素子S4と同じ半導体チップ上に形成されたサーマルダイオードで構成され、約3mV/℃といった温度係数に従い温度に応じて変化する順方向電圧を温度検出結果として出力する。フォトカプラは、受光素子にPINフォトダイオードなどを用いた高速応答特性を有する構成であり、高速で信号レベルが切り替わる変調信号により駆動される。変調方式としては、PWM、デジタル変調などの任意の方式が用いられる。高速応答特性により伝送遅延歪が抑制されて信号波形が正確に伝達されることから、温度の測定精度が高い。なお、温度検出部A4は、インバータ1の6つのスイッチ素子のうちのいずれの1つと組み合わされてもよいが、ここでは下アームのスイッチ素子S4と組み合わせた。このような下アームのスイッチ素子と組み合わせた温度検出部A4によれば、温度検出結果にノイズが混入しにくいため、温度検出を正確に行うことが容易である。また、上述の高速の絶縁伝送を、フォトカプラに代えてスイッチングトランスを用いて行うようにしてもよい。   The temperature detector A4 is provided corresponding to only one of the six switch elements of the inverter 1, detects the temperature of the combined switch element S4, and provides information on the value of the detected temperature. The data is transmitted to the control unit 4. For example, the temperature detection unit A4 can be configured to insulatively transmit the information of the value of the temperature detected by the switch element S4 by the temperature sensor to the subsequent stage using a photocoupler as a signal modulated by the modulator. The temperature sensor is composed of, for example, a thermal diode formed on the same semiconductor chip as the switch element S4, and outputs a forward voltage that changes according to the temperature according to a temperature coefficient of about 3 mV / ° C. as a temperature detection result. The photocoupler has a high-speed response characteristic using a PIN photodiode or the like as a light receiving element, and is driven by a modulation signal whose signal level is switched at high speed. As a modulation method, any method such as PWM and digital modulation is used. Since the transmission delay distortion is suppressed by the high-speed response characteristic and the signal waveform is accurately transmitted, the temperature measurement accuracy is high. The temperature detector A4 may be combined with any one of the six switch elements of the inverter 1, but here is combined with the switch element S4 of the lower arm. According to the temperature detection unit A4 combined with such a lower arm switch element, it is easy to accurately detect the temperature because noise is hardly mixed in the temperature detection result. Further, the high-speed isolated transmission described above may be performed using a switching transformer instead of the photocoupler.

温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6は、個々に組み合わされたスイッチ素子の温度が閾値を超えているか否かを検出して判定部31に伝送する。ここでは、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6がこの順に、スイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6と組み合わされている。   The temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 detect whether or not the temperatures of the individually combined switch elements exceed the threshold value and transmit the detected values to the determination unit 31. Here, the temperature range detectors A1, A2, A3, A5, and A6 are combined with the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 in this order.

図2を用いて、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6の基本構成を説明する。各温度範囲検出部は、代表して温度検出部A1について示したように、例えば、スイッチ素子SWの温度に応じた温度センサ21の出力電圧Voが、閾値温度(後述の第1の温度(図3〜図6では100℃に相当)に対応する出力)に対応した基準電圧Vrefを超えているか否かを比較器22で判定し、判定結果を駆動部23により駆動されるフォトカプラ24により後段へ絶縁伝送する構成とすることができる。温度センサ21は、例えば組み合わせられるスイッチ素子SWと同じ半導体チップ上に形成されている。温度センサ21の構成は温度検出部A4について説明した温度センサと同様である。フォトカプラ24は、入力側となる発光素子に発光ダイオード24aを備え、出力側となる受光素子にフォトトランジスタ24aを備えている。フォトカプラ24は、受光素子にフォトトランジスタ24aを用いたことで、低速応答特性を有する構成となっており、汎用品が適用可能である。   The basic configuration of the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 will be described with reference to FIG. Each temperature range detection unit is representatively shown for the temperature detection unit A1, for example, the output voltage Vo of the temperature sensor 21 corresponding to the temperature of the switch element SW is a threshold temperature (first temperature described later (FIG. 3 to 6, the comparator 22 determines whether or not the reference voltage Vref corresponding to the output (corresponding to 100 ° C.) corresponds to the output), and the photocoupler 24 driven by the drive unit 23 determines the determination result. It can be set as the structure which carries out insulation transmission to. For example, the temperature sensor 21 is formed on the same semiconductor chip as the switch element SW to be combined. The configuration of the temperature sensor 21 is the same as the temperature sensor described for the temperature detector A4. The photocoupler 24 includes a light emitting diode 24a in the light emitting element on the input side and a phototransistor 24a in the light receiving element on the output side. The photocoupler 24 has a low-speed response characteristic by using the phototransistor 24a as the light receiving element, and a general-purpose product can be applied.

フォトカプラ24の出力は、入力に応じてオープンとなるかショートとなるかが切り替わる。フォトトランジスタ24bのコレクタは抵抗器Rによってプルアップされており、フォトトランジスタ24bのエミッタは接地されている。温度センサ21の出力電圧Voが基準電圧Vref以下であれば比較器22はロー信号を出力し、駆動部23により発光ダイオード24aに電流が流されてフォトトランジスタ24bの出力がショートとなることから、ローの信号t1が判定部31に入力される。温度センサ21の出力電圧Voが基準電圧Vrefを超えていれば比較器22はハイ信号を出力し、駆動部23により発光ダイオード24aへは電流が流されず、フォトトランジスタ24bの出力がオープンとなることから、抵抗器Rを介してハイの信号t1が判定部31に入力される。このようにして、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6は、この順に、検出結果を示す信号t1、t2、t3、t5、t6を判定部31へと出力する。   The output of the photocoupler 24 is switched to open or short according to the input. The collector of the phototransistor 24b is pulled up by a resistor R, and the emitter of the phototransistor 24b is grounded. If the output voltage Vo of the temperature sensor 21 is equal to or lower than the reference voltage Vref, the comparator 22 outputs a low signal, and a current is caused to flow to the light emitting diode 24a by the driving unit 23, so that the output of the phototransistor 24b is short-circuited. A low signal t <b> 1 is input to the determination unit 31. If the output voltage Vo of the temperature sensor 21 exceeds the reference voltage Vref, the comparator 22 outputs a high signal, no current flows to the light emitting diode 24a by the drive unit 23, and the output of the phototransistor 24b is opened. Therefore, a high signal t 1 is input to the determination unit 31 via the resistor R. In this manner, the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 output signals t1, t2, t3, t5, and t6 indicating detection results to the determination unit 31 in this order.

温度検出部B1、B2は、個々に組み合わされたスイッチ素子の温度を検出して、検出温度の値の情報を制御部4に伝送する。ここでは、温度検出部B1、温度検出部B2は、この順に、昇降圧コンバータ2のスイッチ素子S11、昇降圧コンバータ2のスイッチ素子S12と組み合わされている。これら温度検出部B1、B2の構成は、温度検出部A4と同様とすることができる。温度検出部B1はスイッチS11の検出温度を示す信号t11を、温度検出部B2はスイッチ素子S12の検出温度を示す信号t12を、それぞれ制御部4へと出力する。   The temperature detectors B1 and B2 detect the temperatures of the individually combined switch elements and transmit information on the detected temperature value to the controller 4. Here, the temperature detection unit B1 and the temperature detection unit B2 are combined with the switch element S11 of the buck-boost converter 2 and the switch element S12 of the buck-boost converter 2 in this order. The configuration of these temperature detection units B1 and B2 can be the same as that of the temperature detection unit A4. The temperature detection unit B1 outputs a signal t11 indicating the detection temperature of the switch S11, and the temperature detection unit B2 outputs a signal t12 indicating the detection temperature of the switch element S12 to the control unit 4, respectively.

判定部31は、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6から取得した検出結果から、閾値を超えている温度のスイッチ素子が存在するか否かを判定し、判定結果を制御部4へ伝送する。判定部31は、図1に示すように例えばOR回路で構成され、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6から入力される検出結果に、スイッチ素子の温度が閾値を超えていることを示す検出結果が含まれているか否かを2値で区別して出力する。ここで、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6から取得した検出結果が、閾値を超えている温度のスイッチ素子が存在することを示す状態を閾値超え状態と定義する。温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6から出力される信号をこの順にt1、t2、t3、t5、t6とすると、閾値超え状態にあることは、信号t1、t2、t3、t5、t6のうちの少なくとも1つが、スイッチ素子の温度が閾値を超えていることを示していることに相当する。判定部31は、信号t1、t2、t3、t5、t6が閾値超え状態にあることを示すものである場合には、出力U1としてハイ信号かロー信号かいずれか定められた信号を出力する。   The determination unit 31 determines whether there is a switch element having a temperature exceeding the threshold from the detection results acquired from the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6, and the determination result is transmitted to the control unit 4. Transmit to. As shown in FIG. 1, the determination unit 31 is configured by, for example, an OR circuit, and the temperature of the switch element exceeds the threshold in the detection result input from the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6. Whether or not a detection result indicating “” is included is distinguished by binary values and output. Here, a state in which the detection results acquired from the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 indicate that there is a switch element having a temperature that exceeds the threshold is defined as a threshold excess state. If the signals output from the temperature range detectors A1, A2, A3, A5, and A6 are t1, t2, t3, t5, and t6 in this order, the fact that the threshold value is exceeded indicates that the signals t1, t2, t3, t5, At least one of t6 corresponds to indicating that the temperature of the switch element exceeds the threshold value. When the signals t1, t2, t3, t5, and t6 indicate that the signal exceeds the threshold value, the determination unit 31 outputs a signal that is determined as either a high signal or a low signal as the output U1.

なお、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6について、上述した各フォトカプラの出力を直列に接続することにより、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6と判定部31とを同時に構成する、すなわち第2センサ部を一度に構成することができる。図2に示すように、温度範囲検出部A1のフォトトランジスタ24bのエミッタを接地する代わりに、温度範囲検出部A2のフォトトランジスタ24bのコレクタと接続する。同様にして温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6の各フォトトランジスタ24bを順に直列に接続する。但し、図2では温度範囲検出部A2、A3、A5、A6の各構成は、プルアップ抵抗Rを備えていないこと以外は温度範囲検出部A1と同じであるので図示を簡略化してあり、温度範囲検出部A1のものと同じ図記号には同じ符号が適用されるとする。末端に接続された温度範囲検出部A6のフォトトランジスタ24bのエミッタを接地すると、先頭にある温度範囲検出部A1のコレクタは、直列接続全体から構成されるワイヤードORの出力端子となる。当該ワイヤードORの出力は、図1の判定部31への入力となるのではなく、判定部31の出力U1を導出する。すなわち、当該ワイヤードORの構成は判定部31の構成を包含している。温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6のうちいずれか1つでも出力がオープンになれば、直列接続全体として出力がオープンとなる。当該構成を用いれば、前記閾値超え状態にあることを、当該ワイヤードORの出力U1により制御部4へ伝送することができる。なお、上記直列接続における各温度範囲検出部の接続順序は任意でよい。   In addition, about temperature range detection part A1, A2, A3, A5, A6, the temperature range detection part A1, A2, A3, A5, A6 and the determination part 31 are connected by connecting the output of each photocoupler mentioned above in series. Can be configured simultaneously, that is, the second sensor unit can be configured at a time. As shown in FIG. 2, instead of grounding the emitter of the phototransistor 24b of the temperature range detector A1, it is connected to the collector of the phototransistor 24b of the temperature range detector A2. Similarly, the phototransistors 24b of the temperature range detectors A1, A2, A3, A5, and A6 are sequentially connected in series. However, in FIG. 2, each configuration of the temperature range detection units A2, A3, A5, and A6 is the same as the temperature range detection unit A1 except that the pull-up resistor R is not provided. It is assumed that the same symbols are applied to the same graphic symbols as those of the range detection unit A1. When the emitter of the phototransistor 24b of the temperature range detection unit A6 connected to the end is grounded, the collector of the temperature range detection unit A1 at the head becomes the output terminal of the wired OR constituted by the entire series connection. The output of the wired OR does not become an input to the determination unit 31 in FIG. 1, but derives an output U1 of the determination unit 31. That is, the configuration of the wired OR includes the configuration of the determination unit 31. If any one of the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 is open, the output is open as a whole series connection. If the said structure is used, it can transmit to the control part 4 by the output U1 of the said wired OR that it exists in the said threshold value exceeding state. In addition, the connection order of each temperature range detection part in the said serial connection may be arbitrary.

このように、フォトカプラ出力という温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6の一部を直列に接続することにより、判定部31をも同時に構成することができる。この場合に、判定部31としてOR回路を別途用意する必要がなく、回路簡素化および低コスト化が可能である。   In this way, the determination unit 31 can be configured at the same time by connecting a part of the temperature range detection units A1, A2, A3, A5, and A6 called photocoupler outputs in series. In this case, it is not necessary to separately prepare an OR circuit as the determination unit 31, and circuit simplification and cost reduction are possible.

図1で説明したように、モータM2などの他の機器に対応したインバータが設けられる場合にも、当該インバータに対応させて、上述したのと同様の第1センサ部および第2センサ部を設けることができる。   As described in FIG. 1, when an inverter corresponding to another device such as the motor M2 is provided, the same first sensor unit and second sensor unit as described above are provided corresponding to the inverter. be able to.

以上に説明した、温度範囲検出部A1、A2、A3、A5、A6の電源は、フォトカプラを備えたことにより、フォトカプラの入力側(発光部側)と出力側(受光部側)とで電気的に絶縁されている。当該フォトカプラの出力側の電源は弱電力電圧系であり、例えば、制御部4と共通の電源か、制御部4の電源とは別個に用意した電源を用いる。当該フォトカプラの入力側の電源は高電圧系であり、例えば、高電位側電源ラインL1および低電位側電源ラインL2から得たレギュレータ電圧か、上記弱電力電圧系の電源からスイッチングトランスによって絶縁して得た電源を用いる。また、接地についても当該フォトカプラの入力側と出力側とで電気的に絶縁されている。例えば、フォトカプラの入力側の接地には制御部4と同様のシグナル接地を用い、フォトカプラの出力側の接地にはインバータ1と同様に筐体への接地を用いる。   The power sources of the temperature range detectors A1, A2, A3, A5, and A6 described above are provided on the input side (light emitting unit side) and output side (light receiving unit side) of the photocoupler by providing the photocoupler. It is electrically insulated. The power source on the output side of the photocoupler is a weak power voltage system. For example, a power source common to the control unit 4 or a power source prepared separately from the power source of the control unit 4 is used. The power supply on the input side of the photocoupler is a high voltage system, and is isolated from the regulator voltage obtained from the high potential side power supply line L1 and the low potential side power supply line L2 or from the above power source of the weak power voltage system by a switching transformer. Use the power source obtained. In addition, grounding is electrically insulated between the input side and the output side of the photocoupler. For example, signal grounding similar to that of the control unit 4 is used for grounding on the input side of the photocoupler, and grounding to the housing is used for grounding on the output side of the photocoupler, similarly to the inverter 1.

次に、制御部4について説明する。制御部4は、マイクロコンピュータまたはASIC(Application Specific Integrated Circuit)で構成され、温度情報伝送部3からの入力に基づいて、インバータ1などの機器の動作を制御する。制御部4は、インバータ1の動作を制御する場合に、駆動部1bが生成する駆動信号の波形情報を生成して駆動部1bに指示する。波形情報は、判定部31から入力される前記閾値超え状態にあるか否かを示す情報と、温度検出部A4から入力されるスイッチ素子S4の温度を示す情報とが加味されて、例えばパルス幅変調により生成される。なお、駆動部1bの内部においても、制御部4に接続される側と、駆動電圧を生成する高圧側との間で電気的な絶縁が行われる。当該絶縁には、例えばフォトカプラやスイッチングトランスが使用される。また、モータM1が車室空調機のコンプレッサに備えられる場合に、ユーザによる温度や風量の設定に応じた指示が制御部4の外部から与えられるといったように、制御部4の外部からの制御信号による情報も、上記波形情報に含められる。また、制御部4は、温度情報伝送部3の温度検出部B1、B2からの入力に基づいて、昇降圧コンバータ2の動作を制御する。以下では、インバータ1の動作を制御する内容について説明を行う。   Next, the control unit 4 will be described. The control unit 4 is configured by a microcomputer or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), and controls the operation of a device such as the inverter 1 based on an input from the temperature information transmission unit 3. When the operation of the inverter 1 is controlled, the control unit 4 generates waveform information of the drive signal generated by the drive unit 1b and instructs the drive unit 1b. The waveform information includes information indicating whether the state exceeds the threshold value input from the determination unit 31, and information indicating the temperature of the switch element S4 input from the temperature detection unit A4. Generated by modulation. Also in the drive unit 1b, electrical insulation is performed between the side connected to the control unit 4 and the high voltage side that generates the drive voltage. For the insulation, for example, a photocoupler or a switching transformer is used. Further, when the motor M1 is provided in the compressor of the passenger compartment air conditioner, a control signal from the outside of the control unit 4 such that an instruction according to the setting of the temperature and the air volume by the user is given from the outside of the control unit 4 Is also included in the waveform information. The control unit 4 controls the operation of the step-up / down converter 2 based on inputs from the temperature detection units B <b> 1 and B <b> 2 of the temperature information transmission unit 3. Below, the content which controls operation | movement of the inverter 1 is demonstrated.

ここで、図3を参照して、制御部4がインバータ1の制御を行う際に適用する基本的な制御原理について説明する。制御部4が備える記憶媒体には、スイッチ素子の温度に応じて全てのスイッチ素子をどのような負荷率の上限まで許容して駆動するかを決める負荷率制御曲線を記述した制御マップが格納されている。負荷率は、負荷電力の最大定格に占める許容負荷電力の割合で表される。図3は、負荷率制御曲線の概念を示すものであり、例えば100℃以下のスイッチ素子の温度では負荷率の上限が100%に設定され、100℃を超えるスイッチ素子の温度では負荷率の上限を温度上昇に応じて100%から減少するように制限し、T0℃で0%とする。T0は、スイッチ素子の定格温度以下の温度に設定される。この負荷率の上限が制限される温度領域で、制御部4によるスイッチ素子の過熱保護が行われる。   Here, with reference to FIG. 3, a basic control principle applied when the control unit 4 controls the inverter 1 will be described. The storage medium provided in the control unit 4 stores a control map that describes a load factor control curve that determines what upper limit of the load factor to drive all the switch elements according to the temperature of the switch elements. ing. The load factor is expressed as a ratio of allowable load power to the maximum rating of load power. FIG. 3 shows the concept of the load factor control curve. For example, the upper limit of the load factor is set to 100% at a temperature of the switch element of 100 ° C. or less, and the upper limit of the load factor at the temperature of the switch element exceeding 100 ° C. Is reduced from 100% as the temperature rises, and is 0% at T0 ° C. T0 is set to a temperature below the rated temperature of the switch element. In the temperature region where the upper limit of the load factor is limited, the control unit 4 performs overheat protection of the switch element.

インバータ1にはスイッチ素子S1〜S6のように複数のスイッチ素子がある。仮にスイッチ素子S1〜S6の温度を個別に検出して負荷率の上限を制御するとすれば、いずれかのスイッチ素子が100℃を超えた時点で全スイッチ素子S1〜S6に対して図3の負荷率制御曲線に従って負荷率の上限を制限する制御を開始すればよいし、さらに高温になった場合には最高温度にあるスイッチ素子の温度を基準にして同制御を行えばよい。これにより、全スイッチ素子S1〜S6が定格温度以下に保たれることになる。しかしながら、スイッチ素子ごとに温度を検出して全スイッチ素子の過熱保護を行うのでは、検出温度の値の情報を絶縁伝送する高価な部品がそれぞれのスイッチ素子からのフィードバック系に必要となってしまう。   The inverter 1 has a plurality of switch elements such as switch elements S1 to S6. If the temperature of the switch elements S1 to S6 is individually detected to control the upper limit of the load factor, the load shown in FIG. 3 is applied to all the switch elements S1 to S6 when any one of the switch elements exceeds 100 ° C. The control for limiting the upper limit of the load factor may be started according to the rate control curve, and when the temperature becomes higher, the control may be performed based on the temperature of the switch element at the maximum temperature. As a result, all the switch elements S1 to S6 are kept below the rated temperature. However, if the temperature is detected for each switch element and the overheat protection of all the switch elements is performed, an expensive component that insulates and transmits information of the detected temperature value is required for the feedback system from each switch element. .

ここでは、制御部4は、スイッチ素子S4のみから温度を認識し、当該認識温度に基づいて全てのスイッチ素子を同じ負荷率制御曲線に従って制御する。実際にスイッチ素子S1〜S6を駆動させるときには、スイッチ素子ごとの温度特性のばらつきやスイッチ素子の置かれた放熱環境の違いなどによって、スイッチ素子ごとに温度が異なり得る。スイッチ素子S4以外のスイッチ素子が如何なる温度にあるかは正確に特定できないことから、上記T0℃は、スイッチ素子S4よりも高温のスイッチ素子が存在する場合を考慮して、全スイッチ素子が安全に過熱保護されるよう、定格温度との間に温度マージンとしての差ΔTmが設定される。例えば定格温度が150℃である場合に、T0[℃]=130[℃]に設定され、20℃の差ΔTmが確保される。   Here, the control unit 4 recognizes the temperature only from the switch element S4, and controls all the switch elements according to the same load factor control curve based on the recognized temperature. When the switch elements S1 to S6 are actually driven, the temperature may be different for each switch element due to variations in temperature characteristics among the switch elements and differences in the heat radiation environment where the switch elements are placed. Since it is not possible to accurately specify the temperature of the switch elements other than the switch element S4, the above T0 ° C. is considered to be safe for all switch elements in consideration of the presence of switch elements having a temperature higher than that of the switch element S4. A difference ΔTm as a temperature margin is set between the rated temperature and the rated temperature so as to protect against overheating. For example, when the rated temperature is 150 ° C., T 0 [° C.] = 130 [° C.] is set, and a difference ΔTm of 20 ° C. is secured.

なお、以下では、負荷率制御曲線がカバーしている全温度範囲について、各温度に対応する負荷率の上限以下の範囲で負荷率を設定してスイッチ素子の駆動制御を行うことを負荷率制御と呼ぶ。また、負荷率制御曲線がカバーしている全温度範囲のうち、負荷率の上限を100%よりも減少させる温度範囲において、負荷率の上限以下の範囲で負荷率を設定してスイッチ素子の駆動制御を行うことを負荷率制限制御と呼ぶ。   In the following, it is assumed that the load factor control is performed by setting the load factor within the range below the upper limit of the load factor corresponding to each temperature for the entire temperature range covered by the load factor control curve. Call it. In addition, among the entire temperature range covered by the load factor control curve, the switch factor is driven by setting the load factor within the range below the upper limit of the load factor in the temperature range in which the upper limit of the load factor is reduced below 100%. Performing the control is called load factor limiting control.

次に、図4を参照し、本実施形態において制御部4が図3の基本的な原理を応用して行う具体的な負荷率制御について説明する。   Next, with reference to FIG. 4, the concrete load factor control which the control part 4 performs in this embodiment by applying the basic principle of FIG. 3 is demonstrated.

スイッチ素子S1〜S6を駆動させるときには、スイッチ素子S1〜S6のうちのある素子が他の素子よりも早く過熱状態になることが起こり得る。このことを考慮した図3の差ΔTm℃は、全スイッチ素子の中で最も高温のスイッチ素子以外のスイッチ素子からみて安全な過熱保護が可能となるように見込んだ温度マージンである。スイッチ素子S4についての検出温度が100℃であるときに、それよりも高温のスイッチ素子は既に100℃を超えながら負荷率が制限されずに温度上昇を続けてきた状態にある。したがって、既に過熱状態にあるスイッチ素子に対する負荷率制限制御が遅れてしまう虞、および、高温素子の温度抑制が意図した負荷率制限通りには効かない虞がある。この場合、差ΔTm℃は実質的に、より大きな値に設定する必要がある。このように、確実な過熱保護を行うための温度マージンの設定は容易でない。   When the switch elements S1 to S6 are driven, one of the switch elements S1 to S6 may be overheated earlier than the other elements. In consideration of this, the difference ΔTm ° C. in FIG. 3 is a temperature margin that allows safe overheat protection from the viewpoint of the switch elements other than the hottest switch element among all the switch elements. When the detected temperature for the switch element S4 is 100 ° C., the switch element having a temperature higher than that has already exceeded 100 ° C. and has continued to rise in temperature without being limited by the load factor. Therefore, there is a possibility that the load factor restriction control for the switch element that is already overheated will be delayed, and that the temperature suppression of the high temperature element may not work as intended. In this case, the difference ΔTm ° C. needs to be set to a substantially larger value. As described above, it is not easy to set a temperature margin for performing reliable overheat protection.

そこで、前述したように、スイッチ素子S4以外のスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6については、過熱保護を要するスイッチ素子が存在する閾値超え状態にあるか否かについての第2センサ部による検出結果を、制御部4が負荷率制限制御と関連付けるようにする。ここでは、過熱保護を要するスイッチ素子の温度範囲を、100℃(第1の温度)を超える範囲とする。そして、制御部4は、前記制御マップとして、第2センサ部から取得した情報(出力U1)に応じて、以下で説明する2種類の制御マップを切り替えて使用する。制御部4は、第1センサ部から取得したスイッチ素子S4の検出温度を制御用温度として、負荷率の上限を設定する際にこれらの制御マップの温度座標に適用する。   Therefore, as described above, the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 other than the switch element S4 are determined by the second sensor unit as to whether or not a switch element requiring overheat protection is in a state exceeding a threshold value. The control unit 4 associates the detection result with the load factor limiting control. Here, the temperature range of the switch element requiring overheat protection is set to a range exceeding 100 ° C. (first temperature). And the control part 4 switches and uses two types of control maps demonstrated below according to the information (output U1) acquired from the 2nd sensor part as the said control map. The control unit 4 uses the detected temperature of the switch element S4 acquired from the first sensor unit as the control temperature, and applies it to the temperature coordinates of these control maps when setting the upper limit of the load factor.

図4に示すように、制御部4は、出力U1からスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6の全てが100℃以下であることを認識した場合に、負荷率制御曲線f1に対応する制御マップである第1制御マップを使用する。負荷率制御曲線f1は、図3の例に示した負荷率制御曲線と同じであり、100℃(第1の温度)以下で負荷率の上限を100%とし、100℃を超え130℃以下の温度範囲で負荷率の上限が温度上昇に応じて100%から0%まで減少するような負荷率制限勾配を有するように定められている。100%から0%まで、負荷率の上限を段階的に減少させてもよい。当該130℃という温度は、100℃という第1の温度よりも高く150℃というスイッチ素子の定格温度以下となる温度範囲から選定して設定した温度である。当該130℃において負荷率の上限が0%となるようにする。スイッチ素子S4が全スイッチ素子の中で最初に100℃を超えても、スイッチ素子S4以外のスイッチ素子が100℃を超えない限り、制御部4は第1制御マップを使用する。   As shown in FIG. 4, when the control unit 4 recognizes from the output U1 that all of the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 are 100 ° C. or less, the control corresponding to the load factor control curve f1 is performed. A first control map that is a map is used. The load factor control curve f1 is the same as the load factor control curve shown in the example of FIG. 3, and the upper limit of the load factor is 100% at 100 ° C. (first temperature) or less, exceeding 100 ° C. and 130 ° C. or less. In the temperature range, the upper limit of the load factor is determined to have a load factor limiting gradient that decreases from 100% to 0% as the temperature rises. The upper limit of the load factor may be decreased stepwise from 100% to 0%. The temperature of 130 ° C. is a temperature selected and set from a temperature range higher than the first temperature of 100 ° C. and lower than the rated temperature of the switch element of 150 ° C. The upper limit of the load factor is set to 0% at 130 ° C. Even if the switch element S4 first exceeds 100 ° C. among all the switch elements, the control unit 4 uses the first control map as long as the switch elements other than the switch element S4 do not exceed 100 ° C.

また、制御部4は、出力U1からスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6のいずれかが100℃を超えていることを認識した場合に、負荷率制御曲線f2に対応する制御マップである第2制御マップを使用する。負荷率制御曲線f2は、85℃(第2の温度)以下で負荷率の上限を100%とし、85℃を超え115℃(第3の温度)以下の温度範囲で負荷率の上限が温度上昇に応じて100%から0%まで減少するような負荷率制限勾配を有するように定められている。100%から0%まで、負荷率の上限を段階的に減少させてもよい。当該85℃という第2の温度は100℃という第1の温度よりも低く設定された温度である。当該115℃という第3の温度は、100℃という第1の温度よりも高く150℃というスイッチ素子の定格温度以下に設定された温度である。当該115℃において負荷率の上限が0%となるようにする。ここでは、85℃と115℃との差分30℃および負荷率制限勾配が、負荷率制御曲線f1における100℃と130℃との差分および負荷率制限勾配と等しくなるように設定されている。   The control unit 4 is a control map corresponding to the load factor control curve f2 when it is recognized from the output U1 that any one of the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 exceeds 100 ° C. Use the second control map. The load factor control curve f2 has an upper limit of the load factor of 100% at 85 ° C. (second temperature) or less, and the upper limit of the load factor is increased in a temperature range of 85 ° C. to 115 ° C. (third temperature). Accordingly, the load factor is limited to a gradient that decreases from 100% to 0%. The upper limit of the load factor may be decreased stepwise from 100% to 0%. The second temperature of 85 ° C. is a temperature set lower than the first temperature of 100 ° C. The third temperature of 115 ° C. is a temperature set higher than the first temperature of 100 ° C. and below the rated temperature of the switch element of 150 ° C. At 115 ° C., the upper limit of the load factor is set to 0%. Here, the difference 30 ° C. between 85 ° C. and 115 ° C. and the load factor limiting gradient are set to be equal to the difference between 100 ° C. and 130 ° C. and the load factor limiting gradient in the load factor control curve f1.

制御部4は、スイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6の全てが100℃以下である状態から、スイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6のいずれかが100℃を超えている状態(閾値超え状態)へ移行したことを認識したときに、使用する制御マップを第1制御マップから第2制御マップへと切り替える。また、制御部4は、スイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6のいずれかが100℃を超えている状態(閾値超え状態)から、スイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6の全てが100℃以下である状態へ移行したことを認識したときに、使用する制御マップを第2制御マップから第1制御マップへと切り替える。   From the state where all of the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 are 100 ° C. or less, the control unit 4 is in a state where any one of the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 exceeds 100 ° C. ( When it is recognized that the state has shifted to (exceeding threshold value), the control map to be used is switched from the first control map to the second control map. Further, the control unit 4 starts from a state in which any one of the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 exceeds 100 ° C. (threshold exceeded state), and all of the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 When recognizing that it has shifted to a state of 100 ° C. or lower, the control map to be used is switched from the second control map to the first control map.

上述したように、負荷率を制御するときは、制御部4が認識しているスイッチ素子S4の温度により、負荷率制御曲線上の動作領域が読み取られる。したがって、例えば、第2制御マップを使用開始したときにスイッチ素子S4の温度が90℃であれば、負荷率制御曲線f2の90℃における負荷率の上限が全スイッチ素子の駆動に適用される。スイッチ素子S4以外のスイッチ素子が100℃という第1の温度を超えているときにスイッチ素子S4の温度が常に負荷率制御曲線f2に定められた85℃という第2の温度を超えているように当該第2の温度を定めれば、全スイッチ素子について過熱保護が全く遅れることなく開始される状態を確保することができる。負荷率制御曲線f2におけるこのような負荷率制限制御を開始する第2の温度は、例えば、第1の温度と第2の温度との差が、スイッチ素子の温度特性や放熱環境のばらつきにより引き起こされるスイッチ素子間の最大温度差を包含するように決定すればよい。   As described above, when controlling the load factor, the operation region on the load factor control curve is read based on the temperature of the switch element S4 recognized by the control unit 4. Therefore, for example, if the temperature of the switch element S4 is 90 ° C. when the use of the second control map is started, the upper limit of the load factor at 90 ° C. of the load factor control curve f2 is applied to drive all the switch elements. When the switch elements other than the switch element S4 exceed the first temperature of 100 ° C., the temperature of the switch element S4 always exceeds the second temperature of 85 ° C. defined in the load factor control curve f2. If the second temperature is determined, it is possible to ensure a state in which overheat protection is started for all the switch elements without any delay. As for the second temperature at which such load factor limiting control in the load factor control curve f2 starts, for example, the difference between the first temperature and the second temperature is caused by variations in the temperature characteristics of the switch elements and the heat radiation environment. What is necessary is just to determine so that the maximum temperature difference between the switch elements to be included may be included.

[変形例]
図5に、第2制御マップに記述される他の負荷率制御曲線f2の例を示す。当該負荷率制御曲線f2は、負荷率制御曲線f1の負荷率制限勾配を適用するものではなく、85℃(第2の温度)での100%から負荷率制御曲線f1よりも小さい負荷率制限勾配により、130℃(第3の温度)での0%まで、負荷率の上限を減少させるものである。
[Modification]
FIG. 5 shows an example of another load factor control curve f2 described in the second control map. The load factor control curve f2 does not apply the load factor limiting gradient of the load factor control curve f1, but is a load factor limiting gradient smaller than the load factor control curve f1 from 100% at 85 ° C. (second temperature). Thus, the upper limit of the load factor is reduced to 0% at 130 ° C. (third temperature).

図6に、第2制御マップに記述されるさらに他の負荷率制御曲線f2の例を示す。当該負荷率制御曲線f2は、負荷率制御曲線f1の負荷率制限勾配を適用するものではなく、85℃(第2の温度)での100%から負荷率制御曲線f1よりも小さい負荷率制限勾配により、定格温度150℃(第3の温度)での0%まで、負荷率の上限を減少させるものである。   FIG. 6 shows still another example of the load factor control curve f2 described in the second control map. The load factor control curve f2 does not apply the load factor limiting gradient of the load factor control curve f1, but is a load factor limiting gradient smaller than the load factor control curve f1 from 100% at 85 ° C. (second temperature). Thus, the upper limit of the load factor is reduced to 0% at a rated temperature of 150 ° C. (third temperature).

[制御部の動作について]
次に、図7に、制御部4により実行される負荷率の制御手順を説明するフローチャートを示す。当該制御手順は、制御部4に備えられたコンピュータが記憶媒体に記憶されたプログラムを読み出して実行する、あるいは、制御部4に作り込まれたハードウェアが必要に応じて記憶媒体とのデータ入出力を伴いながら各種入力信号に従った動作をすることにより実行するものである。
[Operation of control unit]
Next, FIG. 7 shows a flowchart for explaining the load factor control procedure executed by the control unit 4. The control procedure is performed by a computer provided in the control unit 4 reading out and executing a program stored in the storage medium, or by hardware built in the control unit 4 inputting data to the storage medium as necessary. It is executed by performing an operation according to various input signals with accompanying output.

まず、ステップS101において、車両の電源がオン状態となるなどしてインバータ1が動作開始可能な状態となると、制御部4は、負荷率制御曲線f1に対応した第1制御マップおよび負荷率制御曲線f2に対応した第2制御マップを予め記憶媒体より読み出す。続くステップS102では、まず第1制御マップに第1センサ部から取得したスイッチS4の検出温度を適用した負荷率制御を開始する。次いでステップS103では、制御部4は、第2センサ部からの入力はスイッチ素子S4以外のスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6についての検出結果が、閾値超え状態にあることを示すか否かを判定する。ステップS103で閾値超え状態にあればステップS104へ進み、ステップS103で閾値超え状態になければステップS103へ戻る。   First, in step S101, when the inverter 1 is in a state where the operation can be started by turning on the power source of the vehicle or the like, the control unit 4 includes a first control map and a load factor control curve corresponding to the load factor control curve f1. A second control map corresponding to f2 is read from the storage medium in advance. In the subsequent step S102, load factor control is first applied by applying the detected temperature of the switch S4 acquired from the first sensor unit to the first control map. Next, in step S103, the control unit 4 determines whether the input from the second sensor unit indicates that the detection results for the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 other than the switch element S4 exceed the threshold value. Determine whether. If it is determined in step S103 that the threshold value is exceeded, the process proceeds to step S104. If the threshold value is not exceeded in step S103, the process returns to step S103.

ステップS104では、制御部4は、第2制御マップに第1センサ部から取得したスイッチS4の検出温度を適用した負荷率制御を開始する。すなわち、制御部4は、使用する制御マップを第1制御マップから第2制御マップへと切り替える。続くステップS105では、制御部4は、第2センサ部からの入力はスイッチ素子S4以外のスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6についての検出結果が、閾値超え状態にあることを示すか否かを判定する。ステップS105で閾値超え状態にあればステップS105に戻り、ステップS105で閾値超え状態になければステップS102へ戻る。ステップS105からステップS102へ戻った場合には、制御部4は、使用する制御マップを第2制御マップから第1制御マップへと切り替える。   In step S104, the control unit 4 starts load factor control in which the detected temperature of the switch S4 acquired from the first sensor unit is applied to the second control map. That is, the control unit 4 switches the control map to be used from the first control map to the second control map. In subsequent step S105, the control unit 4 determines whether the input from the second sensor unit indicates that the detection results for the switch elements S1, S2, S3, S5, and S6 other than the switch element S4 exceed the threshold value. Determine whether. If the threshold value is exceeded in step S105, the process returns to step S105. If the threshold value is not exceeded in step S105, the process returns to step S102. When returning from step S105 to step S102, the control unit 4 switches the control map to be used from the second control map to the first control map.

なお、図示を省略したが、車両の電源がオフ状態になるなどしてインバータが動作しない状態となれば、当該フローは終了する。   Although not shown in the drawings, the flow ends when the inverter is not operated due to the vehicle power being turned off.

[実施の形態の効果等]
本実施形態によれば、インバータ1が備えるスイッチ素子S1〜S6のうち所定の1つのスイッチ素子S4のみの温度を第1センサ部で検出し、検出温度を制御部4が制御用温度として取得する。そして、他のスイッチ素子S1、S2、S3、S5、S6については、第2センサ部により第1の温度を超えたスイッチ素子が存在するか否か検出し、当該検出結果を制御部4が取得する。制御部4は、これら取得内容に基づき、スイッチ素子S4以外のいずれのスイッチ素子も第1の温度以下である場合には、第1制御マップを用いて、第1の温度以下の制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、第1の温度を超える制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させるように、各スイッチ素子の駆動制御を行う。また、制御部4は、これら取得内容に基づき、第2センサ部による検出結果がスイッチ素子S4以外に第1の温度を超えているスイッチ素子が存在する状態にあることを示す場合には、第2制御マップを用いて、第1の温度よりも低く設定された第2の温度以下の制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、第2の温度を超える制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させるように、各スイッチ素子の駆動制御を行う。このようなインバータシステムによれば、制御部4が温度を取得する対象ではない、スイッチ素子S4以外のスイッチ素子が、第1の温度を超えた過熱保護を要する状態になったとしても、制御用温度に従って、第1の温度よりも低い第2の温度から負荷率制限制御を行うこととなる。
[Effects of the embodiment, etc.]
According to the present embodiment, the temperature of only one predetermined switch element S4 among the switch elements S1 to S6 included in the inverter 1 is detected by the first sensor unit, and the control unit 4 acquires the detected temperature as the control temperature. . And about other switch element S1, S2, S3, S5, S6, it is detected by the 2nd sensor part whether the switch element exceeding 1st temperature exists, and the control part 4 acquires the said detection result. To do. Based on these acquisition contents, when any switch element other than the switch element S4 is equal to or lower than the first temperature, the control unit 4 uses the first control map to set the control temperature equal to or lower than the first temperature. Drive control of each switch element is performed so that the upper limit of the load factor is 100% and the upper limit of the load factor is decreased from 100% as the temperature rises from the control temperature exceeding the first temperature. On the basis of these acquired contents, the control unit 4 indicates that the detection result by the second sensor unit indicates that there is a switch element exceeding the first temperature other than the switch element S4. 2 Using the control map, the upper limit of the load factor is set to 100% at the control temperature lower than the second temperature set lower than the first temperature, and the load from the control temperature exceeding the second temperature The drive control of each switch element is performed so that the upper limit of the rate is decreased from 100% as the temperature rises. According to such an inverter system, even if a switch element other than the switch element S4, which is not a target for acquiring the temperature by the control unit 4, is in a state that requires overheat protection exceeding the first temperature, According to the temperature, the load factor limiting control is performed from the second temperature lower than the first temperature.

以上により、インバータ1が備える全てのスイッチ素子S1〜S6に亘って温度を取得せずとも、全てのスイッチ素子S1〜S6を適時に過熱保護することができる。また、第1センサ部による検出温度の値の情報を絶縁伝送するには高速伝送が可能な構成が用いられる一方、第2センサ部においてスイッチ素子の温度が第1の温度という閾値を超えたか否かの情報を伝送できればよい安価な絶縁伝送の構成を用いることが可能である。すなわち、インバータ1が備える全てのスイッチ素子S1〜S6に対して過熱保護を行うのに、制御部4へフィードバックする情報については1つのスイッチ素子S4を除いて高速の伝送が不要な絶縁伝送を行えばよいので、絶縁伝送用の高価な部品の使用点数が抑えられた、安価な構成のインバータシステムとすることができる。   As described above, all the switch elements S1 to S6 can be overheat protected in a timely manner without acquiring the temperature over all the switch elements S1 to S6 included in the inverter 1. In addition, a configuration capable of high-speed transmission is used to insulate and transmit information on the value of the detected temperature by the first sensor unit, while whether or not the temperature of the switch element exceeds the threshold value of the first temperature in the second sensor unit. It is possible to use an inexpensive insulated transmission configuration that can transmit such information. That is, in order to perform overheat protection for all the switch elements S1 to S6 included in the inverter 1, the information fed back to the control unit 4 is subjected to isolated transmission that does not require high-speed transmission except for one switch element S4. Therefore, it is possible to provide an inverter system having an inexpensive configuration in which the number of use points of expensive parts for insulated transmission is suppressed.

また、従来、前記高価な部品を、例えばハイブリッド自動車用のインバータの場合に、図1に示された全てのスイッチ素子に対応する14系統分といった多数個用意する必要があった。また、従来、スイッチ素子ごとに検出温度の値の情報を伝送する構成を簡略化しようとする場合でも、マルチプレクサやラッチ回路といったマイクロコンピュータの外付け部品が多数用いられ、部品コストの他に、それらの実装面積が多大になるという問題があった。本実施形態によれば、これらの多数の部品が省略可能となるので、部品の実装面積が縮小される。   Conventionally, in the case of an inverter for a hybrid vehicle, for example, it has been necessary to prepare a large number of the above-mentioned expensive parts, such as 14 systems corresponding to all the switch elements shown in FIG. Conventionally, even when trying to simplify the configuration for transmitting detected temperature value information for each switch element, many external parts of a microcomputer such as a multiplexer and a latch circuit have been used. There was a problem that the mounting area of was enormous. According to this embodiment, since many of these components can be omitted, the mounting area of the components is reduced.

本発明は、車両システムを始めとしてインバータを備えたシステム等に適用可能である。   The present invention is applicable to a system including an inverter as well as a vehicle system.

1 インバータ
1a 電力変換部
1b 駆動部
2 昇降圧コンバータ
3 温度情報伝送部
4 制御部
10 インバータシステム
21 温度センサ
22 比較器
23 駆動部
24 フォトカプラ
24a 発光ダイオード
24b フォトダイオード
31 判定部
101 IGBT
102 還流ダイオード
A4 温度検出部
A1、A2、A3、A5、A6 温度範囲検出部
B1、B2 温度検出部
f1、f2 負荷率制御曲線
M1、M2 モータ
R 抵抗器
S1、S2、S3、S4、S5、S6、S11、S12 スイッチ素子
t1、t2、t3、t4、t5、t6、t11、t12 信号
ΔTm 差
T0 温度
Vref 基準電圧
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inverter 1a Power conversion part 1b Drive part 2 Buck-boost converter 3 Temperature information transmission part 4 Control part 10 Inverter system 21 Temperature sensor 22 Comparator 23 Drive part 24 Photocoupler 24a Light emitting diode 24b Photodiode 31 Determination part 101 IGBT
102 Freewheeling diode A4 Temperature detection part A1, A2, A3, A5, A6 Temperature range detection part B1, B2 Temperature detection part f1, f2 Load factor control curve M1, M2 Motor R Resistors S1, S2, S3, S4, S5, S6, S11, S12 Switch elements t1, t2, t3, t4, t5, t6, t11, t12 Signal ΔTm Difference T0 Temperature Vref Reference voltage

Claims (1)

スイッチ素子を駆動して負荷電力を供給するインバータと、
前記インバータが備えるスイッチ素子のうちの所定の1つのスイッチ素子の温度を検出する第1センサ部と、
前記インバータが備えるスイッチ素子のうちに、前記所定の1つのスイッチ素子以外の第1の温度を超えているスイッチ素子が存在する状態である閾値超え状態にあるか否かを検出する第2センサ部と、
前記第1センサ部による検出温度を制御用温度として用いて、前記インバータが備えるスイッチ素子の駆動制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第2センサ部による検出結果が前記閾値超え状態にないことを示す場合には、前記第1の温度以下の前記制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、前記第1の温度を超える前記制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させる、第1制御マップを用いて前記駆動制御を行い、
前記第2センサ部による検出結果が前記閾値超え状態にあることを示す場合には、前記第1の温度よりも低く設定された第2の温度以下の前記制御用温度では負荷率の上限を100%とするとともに、前記第2の温度を超える前記制御用温度からは負荷率の上限を100%から温度上昇に応じて減少させる、第2制御マップを用いて前記駆動制御を行う、ことを特徴とするインバータシステム。
An inverter that drives the switch element to supply load power;
A first sensor unit that detects a temperature of a predetermined one of the switch elements included in the inverter;
A second sensor unit that detects whether or not a switch element included in the inverter is in a state exceeding a threshold value, which is a state in which a switch element exceeding a first temperature other than the predetermined one switch element exists. When,
A control unit that performs drive control of a switch element included in the inverter using the temperature detected by the first sensor unit as a control temperature, and
The controller is
When the detection result by the second sensor unit indicates that the threshold value is not exceeded, the upper limit of the load factor is set to 100% at the control temperature equal to or lower than the first temperature, and the first temperature The drive control is performed using the first control map, wherein the upper limit of the load factor is decreased from 100% according to the temperature rise from the control temperature exceeding
When the detection result by the second sensor unit indicates that the threshold value is exceeded, the upper limit of the load factor is set to 100 at the control temperature equal to or lower than the second temperature set lower than the first temperature. %, And from the control temperature exceeding the second temperature, the upper limit of the load factor is decreased from 100% as the temperature rises, and the drive control is performed using a second control map. Inverter system.
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