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JP5152573B2 - Control device for rotating electrical machine - Google Patents

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JP5152573B2
JP5152573B2 JP2008081508A JP2008081508A JP5152573B2 JP 5152573 B2 JP5152573 B2 JP 5152573B2 JP 2008081508 A JP2008081508 A JP 2008081508A JP 2008081508 A JP2008081508 A JP 2008081508A JP 5152573 B2 JP5152573 B2 JP 5152573B2
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Description

本発明は、直流電源の出力を変換して駆動電圧を生成する電圧変換部と、回転電機を制御対象とし、前記駆動電圧を交流電圧に変換する周波数変換部と、を備えた回転電機の制御装置に関する。   The present invention controls a rotating electrical machine comprising: a voltage converting unit that converts the output of a DC power source to generate a driving voltage; and a frequency converting unit that controls the rotating electrical machine and converts the driving voltage into an AC voltage. Relates to the device.

近年、地球温暖化の抑制に有効な車両として、モータを動力源として利用するハイブリッド自動車や電気自動車が実用化されると共に、高出力化、低燃費化、低コスト化を実現すべく開発が進められている。しかしながら、これらの高出力化と、低燃費化と、低コスト化との間には、以下に記載するようなトレードオフの関係がある。   In recent years, hybrid vehicles and electric vehicles that use motors as power sources have been put into practical use as vehicles effective in suppressing global warming, and development has been promoted to achieve higher output, lower fuel consumption, and lower costs. It has been. However, there is a trade-off relationship described below between these high output, low fuel consumption, and low cost.

高出力化を実現するには、モータの出力トルクを大きくすることが有効であり、その手段として、モータを駆動する駆動電圧を高くすることが挙げられる。駆動電圧を高くするには、当該駆動電圧を生成する昇圧回路における昇圧比を大きくしなければならない。したがって、昇圧回路や、当該昇圧回路により生成された昇圧電圧を交流電圧に変換するインバータに用いられる部品は、耐圧特性が優れたものを選定する必要がある。この結果、部品に係るコストが高くなってしまう。また、昇圧回路における昇圧比を大きくすると、変換効率が悪くなると共に、昇圧回路やインバータに用いられる部品に生じるサージ電圧が大きくなってしまう。このようなサージ電圧を小さくするには、スイッチング速度を遅くする必要がある。しかしながら、スイッチング速度を遅くすると、スイッチング損失が大きくなってしまう。したがって、燃費が悪化してしまう。   In order to achieve high output, it is effective to increase the output torque of the motor, and one means for this is to increase the drive voltage for driving the motor. In order to increase the drive voltage, the boost ratio in the boost circuit that generates the drive voltage must be increased. Therefore, it is necessary to select a component having excellent withstand voltage characteristics for a booster circuit or an inverter that converts a boosted voltage generated by the booster circuit into an AC voltage. As a result, the cost related to the components increases. Further, when the boosting ratio in the booster circuit is increased, the conversion efficiency is deteriorated and the surge voltage generated in components used in the booster circuit and the inverter is increased. In order to reduce such a surge voltage, it is necessary to slow down the switching speed. However, when the switching speed is slowed, the switching loss increases. Therefore, fuel consumption is deteriorated.

そこで、低燃費化を実現する手段の一つとして、スイッチング損失を小さくすることが行われる。スイッチング損失を小さくするには、スイッチング速度を速くすると好適である。しかしながら、スイッチング速度を速くすると、昇圧回路やインバータに用いられる部品に生じるサージ電圧が大きくなってしまう。このため、昇圧回路における昇圧比を小さくする必要がある。この結果、モータの出力トルクが小さくなり、高出力化を実現することができなくなってしまう。モータ駆動用のインバータについては、このような問題を改善する技術は、既にいくつか開示されている(例えば、特許文献1及び2)。   Therefore, as one of means for realizing low fuel consumption, the switching loss is reduced. In order to reduce the switching loss, it is preferable to increase the switching speed. However, when the switching speed is increased, surge voltage generated in components used in the booster circuit and the inverter increases. For this reason, it is necessary to reduce the boost ratio in the booster circuit. As a result, the output torque of the motor becomes small and high output cannot be realized. Regarding the inverter for driving a motor, several techniques for improving such a problem have already been disclosed (for example, Patent Documents 1 and 2).

特許文献1に記載の電源装置は、3相モータを駆動させるインバータが備えるスイッチング素子のスイッチング時に生じるサージ電圧と損失との低減を両立させる技術に関するものである。この電源装置は、サージ電圧がスイッチング素子の温度に応じて変化する耐圧特性を超えないようにするために、スイッチング素子の温度に応じて、当該スイッチング素子に供給する電源電圧を変更している。したがって、ゲート抵抗の抵抗値を耐圧特性の高い常温側の耐圧特性に基づいて決定することができるため、ゲート抵抗の抵抗値を小さくすることができる。このため、スイッチング速度を速くすることができる。   The power supply device described in Patent Document 1 relates to a technique that achieves both reduction of surge voltage and loss that occur during switching of a switching element included in an inverter that drives a three-phase motor. In this power supply device, the power supply voltage supplied to the switching element is changed according to the temperature of the switching element so that the surge voltage does not exceed the withstand voltage characteristic that changes according to the temperature of the switching element. Therefore, since the resistance value of the gate resistance can be determined based on the withstand voltage characteristic on the normal temperature side having high withstand voltage characteristics, the resistance value of the gate resistance can be reduced. For this reason, the switching speed can be increased.

また、特許文献2に記載の電気自動車の制御装置は、モータの駆動インバータが備えるIGBTに生じるサージ電圧を許容サージ耐圧以下に抑えながら、スイッチング損失を低減する技術に関するものである。この制御装置は、IGBT温度検出手段により検出されるIGBTの温度に基づいて、当該温度に応じてゲート抵抗を変更する。このゲート抵抗の抵抗値は、IGBTの温度に応じて変化する許容サージ電圧以下になるように、温度に応じて変更される。したがって、IGBTの温度に適したゲート抵抗を設定するため、スイッチング損失もその温度に応じて低減させることができる。   Moreover, the control apparatus of the electric vehicle of patent document 2 is related with the technique which reduces switching loss, suppressing the surge voltage which arises in IGBT with which the drive inverter of a motor is provided below to an allowable surge withstand pressure | voltage. This control device changes the gate resistance according to the temperature based on the temperature of the IGBT detected by the IGBT temperature detecting means. The resistance value of the gate resistance is changed according to the temperature so as to be equal to or lower than an allowable surge voltage that changes according to the temperature of the IGBT. Therefore, since the gate resistance suitable for the temperature of the IGBT is set, the switching loss can be reduced according to the temperature.

特開2007−143293号公報JP 2007-143293 A 特開2001−169407号公報JP 2001-169407 A

上述のように、特許文献1及び2に開示されている技術は、いずれもモータ駆動用のインバータのみを対象とするものである。このため、昇圧コンバータとインバータとを備える場合には、以下のような問題が生じる可能性がある。
特許文献1に記載の電源装置では、インバータが備えるスイッチング素子の温度に応じて電源電圧を変更しているため、当該電源電圧を生成する昇圧コンバータのスイッチング素子の温度によっては、サージ電圧が昇圧コンバータのスイッチング素子の耐圧を超えてしまい、スイッチング素子が劣化し破損する可能性がある。
As described above, the techniques disclosed in Patent Documents 1 and 2 are intended only for the inverter for driving the motor. For this reason, when a boost converter and an inverter are provided, the following problems may occur.
In the power supply device described in Patent Document 1, since the power supply voltage is changed according to the temperature of the switching element included in the inverter, the surge voltage may be increased depending on the temperature of the switching element of the boost converter that generates the power supply voltage. May exceed the withstand voltage of the switching element, and the switching element may deteriorate and be damaged.

また、特許文献2に記載の制御装置では、駆動インバータが備えるIGBTの温度に応じてスイッチング速度を変更することにより、駆動インバータでのスイッチング速度は最適化することができる。しかしながら、駆動インバータの前段に昇圧回路が設けられる場合には、当該昇圧回路が備えるIGBT等のスイッチング素子のスイッチング速度を変更することはできない。したがって、制御装置全体の効率を向上させて、低燃費化を実現することは容易ではない。   In the control device described in Patent Document 2, the switching speed in the drive inverter can be optimized by changing the switching speed in accordance with the temperature of the IGBT included in the drive inverter. However, when a booster circuit is provided in front of the drive inverter, the switching speed of a switching element such as an IGBT provided in the booster circuit cannot be changed. Therefore, it is not easy to improve fuel efficiency by improving the efficiency of the entire control device.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、昇圧コンバータ等の電圧変換部と、インバータ等の周波数変換部とを備える回転電機の制御装置において、高出力化を実現すると共に、低コスト化も図ることが可能な回転電機の制御装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to realize high output in a control device for a rotating electrical machine including a voltage converter such as a boost converter and a frequency converter such as an inverter. In addition, an object of the present invention is to provide a control device for a rotating electrical machine that can reduce costs.

上記目的を達成するための本発明に係る回転電機の制御装置の特徴構成は、直流電源の出力を変換して駆動電圧を生成する電圧変換部と、回転電機を制御対象とし、前記駆動電圧を交流電圧に変換する周波数変換部と、を備え、前記電圧変換部が有する第1のスイッチング素子の素子温度に基づいて、当該電圧変換部における前記駆動電圧の制限値を第1制限値として決定する第1制限値決定部と、前記周波数変換部が有する第2のスイッチング素子の素子温度に基づいて、当該周波数変換部における前記駆動電圧の制限値を第2制限値として決定する第2制限値決定部と、前記第1制限値及び前記第2制限値のうち低い方の制限値を共通制限値として決定する共通制限値決定部と、を備え、前記第1制限値及び前記第2制限値のうち、高い方を制限値とする前記電圧変換部又は前記周波数変換部が有するスイッチング素子のスイッチング速度を、当該制限値と前記共通制限値との差に応じて速める点にある。 In order to achieve the above object, a characteristic configuration of a control device for a rotating electrical machine according to the present invention includes: a voltage conversion unit that converts a DC power supply output to generate a driving voltage; and the rotating electrical machine as a control target. A frequency conversion unit for converting to an AC voltage, and based on the element temperature of the first switching element included in the voltage conversion unit, the limit value of the drive voltage in the voltage conversion unit is determined as the first limit value Based on the first limit value determination unit and the element temperature of the second switching element included in the frequency conversion unit, the second limit value determination that determines the limit value of the drive voltage in the frequency conversion unit as the second limit value parts and, e Bei common limit value determining section, the determining the lower limit value of the first limit value and the second limit value as the common limit value, the first limit value and the second limit value High The switching speed of the voltage converter or the switching element, wherein the frequency conversion unit has a limiting value lies in accelerating according to a difference between the limit value and the common limit.

このような特徴構成とすれば、電圧変換部が有する第1スイッチング素子及び周波数変換部が有する第2スイッチング素子の双方について、素子温度に応じて定まる素子耐圧に基づいて、電圧変換部が生成する駆動電圧の制限値を決定することにより、第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の素子耐圧が夫々の素子温度に応じて変化した場合であっても、各スイッチング素子に加わる電圧が素子耐圧を超えないように制御することができる。このため、制御装置の運転状況に応じて変化する第1スイッチング素子及び第2スイッチング素子の双方の素子温度に応じた駆動電圧を各スイッチング素子に供給するので、各スイッチング素子に加わる電圧が素子耐圧を超えない範囲で高い電圧をスイッチング素子に供給することができる。したがって、回転電機の高出力化を図ることができる。更に、温度条件が悪い状況、すなわち素子温度が非常に低い状況を基準として素子耐圧を設定する必要がないので、耐圧特性の優れたスイッチング素子を使用する必要がなく、低コスト化を図ることが可能となる。
また、このような特徴構成とすれば、共通制限値と第1制限値との差に応じて第1のスイッチング素子のスイッチング速度を速めることが可能となる。或いは、共通制限値と第2制限値との差に応じて第2のスイッチング素子のスイッチング速度を速めることが可能となる。したがって、スイッチング素子のスイッチング損失を減らすことができ、更に効率を上げることができる。また、本特徴構成であれば、各スイッチング素子の素子温度に基づいて決定される第1制限値、第2制限値、及び共通制限値のみに基づいてスイッチング速度を算出するため、スイッチング速度の算出に係る演算処理負荷を軽減することができる。
なお、本願では、「回転電機」は、モータ(電動機)、ジェネレータ(発電機)、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
With such a characteristic configuration, the voltage conversion unit generates the first switching element included in the voltage conversion unit and the second switching element included in the frequency conversion unit based on the element breakdown voltage determined according to the element temperature. By determining the limit value of the driving voltage, the voltage applied to each switching element exceeds the device withstand voltage even when the withstand voltage of the first switching element and the second switching element changes according to the respective element temperatures. It can be controlled so that there is no. For this reason, since the drive voltage according to the element temperature of both the 1st switching element and the 2nd switching element which changes according to the driving | running state of a control apparatus is supplied to each switching element, the voltage added to each switching element is element withstand voltage | voltage. A high voltage can be supplied to the switching element within a range not exceeding. Therefore, high output of the rotating electrical machine can be achieved. Furthermore, since it is not necessary to set the element withstand voltage based on the situation where the temperature condition is bad, that is, the condition where the element temperature is very low, it is not necessary to use a switching element having an excellent withstand voltage characteristic, and the cost can be reduced. It becomes possible.
In addition, with such a characteristic configuration, the switching speed of the first switching element can be increased according to the difference between the common limit value and the first limit value. Alternatively, the switching speed of the second switching element can be increased according to the difference between the common limit value and the second limit value. Therefore, the switching loss of the switching element can be reduced and the efficiency can be further increased. Further, according to this feature configuration, the switching speed is calculated based on only the first limit value, the second limit value, and the common limit value determined based on the element temperature of each switching element. It is possible to reduce the processing load related to the above.
In the present application, the “rotary electric machine” is used as a concept including any of a motor (electric motor), a generator (generator), and a motor / generator functioning as both a motor and a generator as necessary.

また、前記第1制限値は、前記第1のスイッチング素子の素子温度に応じて定まる素子耐圧から当該第1のスイッチング素子に流れる電流に応じて生じるサージ電圧の推定値を減じて決定され、前記第2制限値は、前記第2のスイッチング素子の素子温度に応じて定まる素子耐圧から当該第2のスイッチング素子に流れる電流に応じて生じるサージ電圧の推定値を減じて決定されると好適である。   The first limit value is determined by subtracting an estimated value of a surge voltage generated according to a current flowing through the first switching element from an element withstand voltage determined according to an element temperature of the first switching element, The second limit value is preferably determined by subtracting an estimated value of a surge voltage generated according to a current flowing through the second switching element from an element breakdown voltage determined according to an element temperature of the second switching element. .

このような構成であれば、電圧変換部における第1制限値を、第1のスイッチング素子の素子耐圧と、当該第1のスイッチング素子に流れる電流から推定したサージ電圧の推定値とから決定するため、確実に第1スイッチング素子の素子耐圧を超えないようにすることができる。また、周波数変換部における第2制限値を、第2のスイッチング素子の素子耐圧と、当該第2のスイッチング素子に流れる電流から推定したサージ電圧の推定値とから決定するため、確実に第2スイッチング素子の素子耐圧を超えないようにすることができる。したがって、夫々のスイッチング素子の通電状況に応じて、容易に制限値を決定することができる。   With such a configuration, the first limit value in the voltage conversion unit is determined from the element withstand voltage of the first switching element and the estimated value of the surge voltage estimated from the current flowing through the first switching element. The element withstand voltage of the first switching element can be surely not exceeded. In addition, since the second limit value in the frequency conversion unit is determined from the element breakdown voltage of the second switching element and the estimated value of the surge voltage estimated from the current flowing through the second switching element, the second switching value is surely set. It is possible not to exceed the element breakdown voltage of the element. Therefore, the limit value can be easily determined according to the energization state of each switching element.

また、前記駆動電圧は、前記回転電機の目標トルクと回転数とに応じて決定され、前記電圧変換部は、前記駆動電圧を前記共通制限値以下に制限すると好適である。   The drive voltage is determined according to a target torque and a rotation speed of the rotating electrical machine, and the voltage conversion unit preferably limits the drive voltage to the common limit value or less.

このような構成とすれば、共通制限値を超えない範囲で目標トルクと回転数とに応じた駆動電圧を生成することができる。このため、素子耐圧を超えないようにしながら、回転電機を適切に駆動することが可能となる。   With such a configuration, it is possible to generate a drive voltage according to the target torque and the rotation speed within a range not exceeding the common limit value. For this reason, it becomes possible to drive the rotating electrical machine appropriately without exceeding the element breakdown voltage.

例えば、スイッチング素子のスイッチング速度を変更するには、スイッチング素子を駆動するドライバが、前記スイッチング素子の制御端子に接続される制御抵抗に印加する電圧又は前記制御抵抗の抵抗値を変更することにより実現可能である。   For example, the switching speed of the switching element can be changed by changing the voltage applied to the control resistor connected to the control terminal of the switching element or the resistance value of the control resistor by the driver driving the switching element. Is possible.

このような構成とすれば、容易にスイッチング素子のスイッチング速度を変更することが可能となる。   With such a configuration, the switching speed of the switching element can be easily changed.

また、前記回転電機を第1の回転電機とすると共に、当該第1の回転電機を制御対象とする前記周波数変換部を第1の周波数変換部とし、前記第1の回転電機に加えて第2の回転電機を備えると共に、当該第2の回転電機を制御対象とし、前記駆動電圧を交流電圧に変換する第2の周波数変換部と、当該第2の周波数変換部が有する第3のスイッチング素子の素子温度に基づいて、前記第2の周波数変換部における前記駆動電圧の制限値を第3制限値として決定する第3制限値決定部と、を更に備え、前記共通制限値決定部は、前記第1制限値、前記第2制限値、及び前記第3制限値のうち最も低い制限値を共通制限値として決定すると好適である。   Further, the rotating electrical machine is a first rotating electrical machine, and the frequency converter that controls the first rotating electrical machine is a first frequency converting unit, in addition to the first rotating electrical machine, a second A second frequency converter that converts the drive voltage into an AC voltage, and a third switching element included in the second frequency converter. A third limit value determining unit that determines a limit value of the drive voltage in the second frequency conversion unit as a third limit value based on an element temperature, and the common limit value determining unit includes the first limit value determining unit, It is preferable to determine the lowest limit value among the one limit value, the second limit value, and the third limit value as the common limit value.

このように、回転電機を2つ備える構成であっても、本回転電機の制御装置であれば、上述と同様の効果を得ることができる。   Thus, even if it is the structure provided with two rotary electric machines, if it is a control apparatus of this rotary electric machine, the effect similar to the above can be acquired.

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本実施形態においては、本発明に係る回転電機の制御装置100(以下、制御装置とする)をハイブリッド車両に適用した場合を例として説明する。図1は、本実施形態に係る制御装置100の構成を概略的に示した模式図である。本制御装置100は、ハイブリッド車両が備える高圧(例えば210V)系のバッテリB1と、低圧(例えば12V)系のバッテリB2と、第1の回転電機MG1と、第2の回転電機MG2とが接続される。本制御装置100は、これらの高圧系のバッテリB1の出力及び低圧系のバッテリB2の出力を用いて、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を回転駆動させる際に、従来用いられる廉価な部品を変更することなく、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を高出力且つ高効率で回転駆動させる機能を備えている。以下、制御装置100の各部の構成に関して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a case where a control device 100 (hereinafter referred to as a control device) for a rotating electrical machine according to the present invention is applied to a hybrid vehicle will be described as an example. FIG. 1 is a schematic diagram schematically showing the configuration of the control device 100 according to the present embodiment. This control device 100 is connected to a high-voltage (for example, 210V) battery B1, a low-voltage (for example, 12V) battery B2, a first rotating electrical machine MG1, and a second rotating electrical machine MG2 provided in the hybrid vehicle. The The control device 100 is conventionally used when the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 are rotationally driven using the output of the high-voltage battery B1 and the output of the low-voltage battery B2. The first rotary electric machine MG1 and the second rotary electric machine MG2 are provided with a function of rotating and driving with high output and high efficiency without changing inexpensive parts. Hereinafter, the configuration of each unit of the control device 100 will be described.

高圧系のバッテリB1及び低圧系のバッテリB2は、数V程度のバッテリセルを複数個、直並列接続することにより、所定の電圧及び電流が出力可能なように構成される。高圧系のバッテリB1は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を駆動する駆動源として用いられ、例えば210V程度の電圧を出力する。また、このバッテリB1の出力は、ハイブリッド車両が備えるエアコン等の比較的消費電力の大きい電装品(図示しない)の電源としても用いられる。一方、低圧系のバッテリB2は、ドライバ3(後述する)の電源として用いられ、例えば12V程度の電圧を出力する。また、このバッテリB2の出力は、ハイブリッド車両が備えるマイコン等の比較的消費電力の小さい電装品(図示しない)の電源としても用いられる。   The high-voltage battery B1 and the low-voltage battery B2 are configured to output a predetermined voltage and current by connecting a plurality of battery cells of about several volts in series and parallel. The high-voltage battery B1 is used as a drive source for driving the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2, and outputs a voltage of about 210V, for example. The output of the battery B1 is also used as a power source for electrical components (not shown) with relatively large power consumption such as an air conditioner provided in the hybrid vehicle. On the other hand, the low-voltage battery B2 is used as a power source for the driver 3 (described later), and outputs a voltage of about 12V, for example. The output of the battery B2 is also used as a power source for electrical components (not shown) with relatively low power consumption such as a microcomputer provided in the hybrid vehicle.

第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2は、夫々電力の供給を受けて回転動力を発生するモータ(電動機)としての機能と、回転動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ(発電機)としての機能とを備えている。従って、以下の説明において、特に何れかの回転電機を特定する必要がない場合には、符号MG1及びMG2を省略することがある。回転電機がモータとして機能する際に供給される電力は、上述の高圧系のバッテリB1の出力に基づいて電圧変換部1により生成された駆動電圧又はジェネレータとして機能する他方の回転電機に発電された電気エネルギーが用いられる(詳細は、後述する)。また、回転電機がジェネレータとして機能する際に供給される回転動力は、ハイブリッド車両が備えるエンジンにより発生される回転駆動力又は車両の慣性走行時に車輪側から伝達される回転駆動力が用いられる。   The first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 each have a function as a motor (electric motor) that receives the supply of electric power and generates rotational power, and a generator (electric power generation) that receives the supply of rotational power and generates electric power. Function). Therefore, in the following description, reference numerals MG1 and MG2 may be omitted when it is not particularly necessary to specify any rotating electrical machine. The electric power supplied when the rotating electrical machine functions as a motor is generated by the other rotating electrical machine functioning as the drive voltage generated by the voltage conversion unit 1 or the generator based on the output of the high-voltage battery B1 described above. Electric energy is used (details will be described later). Further, as the rotational power supplied when the rotating electrical machine functions as a generator, the rotational driving force generated by the engine provided in the hybrid vehicle or the rotational driving force transmitted from the wheel side during the inertia traveling of the vehicle is used.

制御装置100は、主に、電圧変換部1、周波数変換部2、ドライバ3、ドライバ用電源部4、素子温度検出部5、電流検出部6、回転角検出部7、TCU(trans-axle control unit)10の各機能部を備える。上述のように、制御装置100は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を回転駆動させる。   The control device 100 mainly includes a voltage conversion unit 1, a frequency conversion unit 2, a driver 3, a driver power supply unit 4, an element temperature detection unit 5, a current detection unit 6, a rotation angle detection unit 7, a TCU (trans-axle control). unit) 10 functional units. As described above, the control device 100 drives the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 to rotate.

第1の回転電機MG1は、主にハイブリッド車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。また、ハイブリッド車両の減速時には、第1の回転電機MG1は、ハイブリッド車両の慣性力を電気エネルギーとして回生するジェネレータとして機能する。   The first rotating electrical machine MG1 mainly functions as a motor that assists the driving force for traveling the hybrid vehicle. Further, at the time of deceleration of the hybrid vehicle, the first rotating electrical machine MG1 functions as a generator that regenerates the inertial force of the hybrid vehicle as electric energy.

一方、第2の回転電機MG2は、主にエンジンからの回転駆動力により発電を行うジェネレータとして機能し、バッテリB1を充電し、或いは第1の回転電機MG1を駆動させるための電力を供給する。ただし、ハイブリッド車両の高速走行時には、第2の回転電機MG2がモータとして機能する場合もある。このような第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2の運転は、TCU10により制御される。   On the other hand, the second rotating electrical machine MG2 functions as a generator that generates power mainly by the rotational driving force from the engine, and charges the battery B1 or supplies electric power for driving the first rotating electrical machine MG1. However, when the hybrid vehicle travels at a high speed, the second rotating electrical machine MG2 may function as a motor. Such operations of the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 are controlled by the TCU 10.

これらの回転電機MG1及び回転電機MG2は、図示はしないが、永久磁石を備えるロータと、当該ロータに回転力を与えるための磁界を発生させるステータとを備える。このステータは、U相、V相、W相からなる3相のステータコイルs1u,s1v,s1w、及びs2u,s2v,s2wを備える。各ステータコイルの一端は、電気的に中性な中性点で共通に接続され、Y結線される。各ステータコイルの他端は、後述の周波数変換部2に接続される。   The rotary electric machine MG1 and the rotary electric machine MG2 include a rotor (not shown) including a permanent magnet and a stator that generates a magnetic field for applying a rotational force to the rotor. This stator includes three-phase stator coils s1u, s1v, s1w, and s2u, s2v, s2w composed of a U phase, a V phase, and a W phase. One end of each stator coil is connected in common at an electrically neutral point and Y-connected. The other end of each stator coil is connected to a frequency converter 2 described later.

電圧変換部1は、直流電源の出力を変換して駆動電圧を生成する。直流電源は、上述の高圧系のバッテリB1が相当する。したがって、直流電源の出力とは、バッテリB1から出力される電圧に相当する。また、駆動電圧とは、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を回転駆動するために、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2に供給される電圧を示す。したがって、電圧変換部1は、バッテリB1の出力を変換して、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を回転駆動するための駆動電圧を生成する。この駆動電圧は、目標トルクと回転数とに応じて決定される。目標トルクとは、走行状態や運転者の操作等(アクセル操作やブレーキ操作等)に応じてハイブリッド車両を適切に走行させるために、回転電機が出力することを要求されるトルクである。また、回転数とは、レゾルバなどの回転角検出部7で検出した回転数である。   The voltage converter 1 converts the output of the DC power source to generate a drive voltage. The DC power source corresponds to the above-described high-voltage battery B1. Therefore, the output of the DC power supply corresponds to the voltage output from the battery B1. The driving voltage indicates a voltage supplied to the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 in order to rotationally drive the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2. Therefore, the voltage converter 1 converts the output of the battery B1 to generate a drive voltage for rotationally driving the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2. This drive voltage is determined according to the target torque and the rotational speed. The target torque is a torque that is required to be output by the rotating electrical machine in order for the hybrid vehicle to travel appropriately in accordance with the traveling state and the driver's operation (accelerator operation, brake operation, etc.). The rotation speed is the rotation speed detected by the rotation angle detector 7 such as a resolver.

ここで、電圧変換部1は、第1の平滑用コンデンサ1a、コイル1b、上下対のスイッチング素子1c,1d、上下対のダイオード1e,1f、放電用抵抗器1g、第2の平滑用コンデンサ1hから構成される。本実施形態における、電圧変換部1は、回転電機がモータとして機能する際には昇圧コンバータとして機能する。したがって、電圧変換部1が行う出力の変換とは、バッテリB1から出力される電圧を、当該電圧より高い電圧にする(昇圧する)昇圧変換を指す。また、詳細は後述するが、電圧変換部1は、回転電機がジェネレータとして機能する際には降圧コンバータとして機能し、回転電機により生成された電気エネルギー(電圧)をバッテリB1に回生するのに適した電圧に降圧する降圧変換を行うことも可能である。   Here, the voltage conversion unit 1 includes a first smoothing capacitor 1a, a coil 1b, a pair of upper and lower switching elements 1c and 1d, a pair of upper and lower diodes 1e and 1f, a discharging resistor 1g, and a second smoothing capacitor 1h. Consists of The voltage conversion unit 1 in this embodiment functions as a boost converter when the rotating electrical machine functions as a motor. Therefore, the conversion of the output performed by the voltage conversion unit 1 refers to a boost conversion in which the voltage output from the battery B1 is set to a voltage higher than the voltage. Although details will be described later, the voltage conversion unit 1 functions as a step-down converter when the rotating electrical machine functions as a generator, and is suitable for regenerating electric energy (voltage) generated by the rotating electrical machine to the battery B1. It is also possible to perform step-down conversion that steps down the voltage.

ここで、電圧変換部1が備えるスイッチング素子1c,1dは、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOS−FET(Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor)やバイポーラトランジスタを用いることができる。以下の説明においては、特に断りがない限り、スイッチング素子1c,1dは、IGBT1c,1dとして説明する。   Here, as the switching elements 1c and 1d included in the voltage conversion unit 1, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOS-FET (Metal Oxide Semiconductor-Field Effect Transistor), or a bipolar transistor can be used. In the following description, unless otherwise specified, the switching elements 1c and 1d are described as IGBTs 1c and 1d.

電圧変換部1が昇圧コンバータとして機能する場合には、バッテリB1から出力される電圧を昇圧して駆動電圧を生成する。この場合には、主に、第1の平滑用コンデンサ1aと、コイル1bと、IGBT1dと、ダイオード1eと、第2の平滑用コンデンサ1hとが用いられる。   When the voltage converter 1 functions as a boost converter, the voltage output from the battery B1 is boosted to generate a drive voltage. In this case, the first smoothing capacitor 1a, the coil 1b, the IGBT 1d, the diode 1e, and the second smoothing capacitor 1h are mainly used.

第1の平滑用コンデンサ1aは、バッテリB1の出力に重畳するリップル成分の除去を行う。コイル1bは、IGBT1dのON動作に応じてエネルギーが蓄えられ、OFF動作に応じて前記蓄えられたエネルギーを放出する。IGBT1dは、上述のようにコイル1bのエネルギーを蓄えたり放出したりするためにON/OFF制御される。IGBT1dは、ON動作時にコレクタ−エミッタ間が導通し、コレクタ電流が流れる。このコレクタ電流が流れている際に、コイル1bにエネルギーが蓄えられる。このON/OFF制御は、TCU10によりドライバ3(後述する)を介してPWM(Pulse Width Modulation)制御により行われる。   The first smoothing capacitor 1a removes a ripple component superimposed on the output of the battery B1. The coil 1b stores energy according to the ON operation of the IGBT 1d, and releases the stored energy according to the OFF operation. The IGBT 1d is ON / OFF controlled to store and release the energy of the coil 1b as described above. The IGBT 1d conducts between the collector and the emitter during the ON operation, and a collector current flows. When this collector current is flowing, energy is stored in the coil 1b. This ON / OFF control is performed by PWM (Pulse Width Modulation) control by the TCU 10 via a driver 3 (described later).

ダイオード1eは、IGBT1dのOFF動作時に、バッテリB1からの出力に前記コイルに蓄えられたエネルギーを重畳して、アノード側からカソード側に電流を流す。第2の平滑用コンデンサ1hは、ダイオード1eを介して流れてきた電流によりエネルギーを蓄えると共に、平滑を行う。したがって、第2のコンデンサ1hの一端に接続される電源ライン20において、バッテリB1から出力される電圧から昇圧された昇圧電圧を出力することができる。なお、放電用抵抗器1gは、電圧変換部1及び回転電機が停止した際、第2の平滑用コンデンサ1hに充電されているエネルギーを放電させる放電手段として機能する。このように電圧変換部1は、バッテリB1の出力を変換して駆動電圧に適した昇圧電圧を生成する。   When the IGBT 1d is turned off, the diode 1e superimposes the energy stored in the coil on the output from the battery B1, and causes a current to flow from the anode side to the cathode side. The second smoothing capacitor 1h stores energy by the current flowing through the diode 1e and performs smoothing. Therefore, a boosted voltage boosted from the voltage output from the battery B1 can be output from the power supply line 20 connected to one end of the second capacitor 1h. The discharging resistor 1g functions as a discharging unit that discharges the energy charged in the second smoothing capacitor 1h when the voltage converter 1 and the rotating electrical machine are stopped. As described above, the voltage conversion unit 1 converts the output of the battery B1 to generate a boosted voltage suitable for the drive voltage.

ここで、電圧変換部1が昇圧コンバータとして機能する際のPWM制御においては、IGBT1dがDUTY制御される。このDUTY制御は、入力電圧と出力電圧との比である昇圧比及び出力負荷に応じて行われる。本実施形態の場合、入力電圧はバッテリB1の出力が相当し、出力電圧は回転電機に供給される駆動電圧に相当する。また、昇圧比とは出力電圧を入力電圧で除した比である。例えば、入力電圧と出力電圧との差が小さい場合には、昇圧比が1に近くなる。係る場合、IGBT1dのオンDUTYは小さくなる。一方、入力電圧と出力電圧との差が大きい場合には、昇圧比が大きくなる。係る場合、IGBT1dのオンDUTYは大きくなる。したがって、昇圧比が1よりも大きくなると、IGBT1dのコレクタ電流が大きくなる。   Here, in PWM control when the voltage conversion unit 1 functions as a boost converter, the IGBT 1d is DUTY-controlled. This DUTY control is performed according to the step-up ratio, which is the ratio between the input voltage and the output voltage, and the output load. In the present embodiment, the input voltage corresponds to the output of the battery B1, and the output voltage corresponds to the drive voltage supplied to the rotating electrical machine. The step-up ratio is a ratio obtained by dividing the output voltage by the input voltage. For example, when the difference between the input voltage and the output voltage is small, the boost ratio is close to 1. In such a case, the on-duty of the IGBT 1d becomes small. On the other hand, when the difference between the input voltage and the output voltage is large, the boost ratio becomes large. In such a case, the on-duty of the IGBT 1d increases. Therefore, when the step-up ratio is greater than 1, the collector current of the IGBT 1d increases.

また、DUTY制御は、電圧変換部1の出力負荷に応じても行われる。出力負荷とは、電圧変換部1の出力側に接続される負荷である。本実施形態の場合、回転電機が相当する。この負荷は、回転電機が備えるステータコイルに流す電流の変化に応じて変動する。即ち、ステータコイルに流す電流が大きい場合には、電圧生成部1の出力負荷が重くなることに相当し、IGBT1dのオンDUTYが大きくなる。一方、ステータコイルに流す電流が小さい場合には、電圧生成部1の出力負荷が軽くなることに相当し、IGBT1dのオンDUTYが小さくなる。したがって、電圧変換部1の出力負荷が重くなった場合には、IGBT1dのコレクタ電流が大きくなる。   The DUTY control is also performed according to the output load of the voltage conversion unit 1. The output load is a load connected to the output side of the voltage conversion unit 1. In the case of this embodiment, a rotary electric machine corresponds. This load fluctuates according to a change in current flowing in a stator coil provided in the rotating electrical machine. That is, when the current flowing through the stator coil is large, this corresponds to an increase in the output load of the voltage generator 1, and the on-duty of the IGBT 1d increases. On the other hand, when the current flowing through the stator coil is small, this corresponds to a reduction in the output load of the voltage generator 1, and the on-duty of the IGBT 1d is reduced. Therefore, when the output load of the voltage conversion unit 1 becomes heavy, the collector current of the IGBT 1d increases.

このように、IGBT1dのコレクタ電流は、昇圧比及び出力負荷に応じて増加する。ここで、IGBTは、コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流との積に応じたコレクタ損失が発生し、当該コレクタ損失に応じてIGBTが発熱することが知られている。したがって、上述のように、昇圧比及び出力負荷に応じて、IGBT1dのコレクタ損失が大きくなると、IGBT1dの素子温度が高くなる。なお、このコレクタ損失には、IGBTの定常状態の損失だけでなく、IGBTのターンオン及びターンオフに係るスイッチング損失も含まれる(後述する)。   Thus, the collector current of the IGBT 1d increases according to the boost ratio and the output load. Here, it is known that the IGBT generates a collector loss corresponding to the product of the collector-emitter voltage and the collector current, and the IGBT generates heat according to the collector loss. Therefore, as described above, when the collector loss of the IGBT 1d increases according to the boost ratio and the output load, the element temperature of the IGBT 1d increases. The collector loss includes not only the steady state loss of the IGBT but also the switching loss related to the turn-on and turn-off of the IGBT (described later).

電圧変換部1が降圧用コンバータとして機能する場合には、回転電機の回転に応じて第2の平滑用コンデンサ1hに蓄えられたエネルギーをバッテリB1の充電に適した電圧に降圧する。この場合には、主に、第1の平滑用コンデンサ1aと、コイル1bと、スイッチング素子1cと、ダイオード1fと、第2の平滑用コンデンサ1hとが用いられる。   When the voltage conversion unit 1 functions as a step-down converter, the energy stored in the second smoothing capacitor 1h is stepped down to a voltage suitable for charging the battery B1 according to the rotation of the rotating electrical machine. In this case, the first smoothing capacitor 1a, the coil 1b, the switching element 1c, the diode 1f, and the second smoothing capacitor 1h are mainly used.

第2の平滑用コンデンサ1hは、回転電機のジェネレータ機能により生成される電気エネルギーを充電する。コイル1bは、スイッチング素子1cのON動作に応じてエネルギーが蓄えられ、OFF動作に応じて前記蓄えられたエネルギーを放出する。IGBT1cは、上述のようにコイル1bにエネルギーを蓄えたり放出したりするためにON/OFF制御される。IGBT1cは、ON動作時にコレクタ−エミッタ間が導通し、コレクタ電流が流れる。このコレクタ電流が流れている際に、コイル1bにエネルギーが蓄えられる。この場合も、ON/OFF制御は、電圧変換部1が昇圧用コンバータとして機能する場合と同様に、TCU10によりドライバ3を介してPWM制御される。   The second smoothing capacitor 1h charges electrical energy generated by the generator function of the rotating electrical machine. The coil 1b stores energy according to the ON operation of the switching element 1c, and releases the stored energy according to the OFF operation. The IGBT 1c is ON / OFF controlled in order to store and release energy in the coil 1b as described above. The IGBT 1c conducts between the collector and the emitter during the ON operation, and a collector current flows. When this collector current is flowing, energy is stored in the coil 1b. Also in this case, the ON / OFF control is PWM-controlled by the TCU 10 via the driver 3 as in the case where the voltage conversion unit 1 functions as a boost converter.

ダイオード1fは、IGBT1cのOFF動作時にコイル1bから放出されたエネルギーに応じた電流を、第1の平滑用コンデンサ1aを介して転流させる転流ダイオードとして機能する。第1の平滑用コンデンサ1aは、コイル1bから流れてきた電流によりエネルギーを蓄えると共に、平滑を行う。このように電圧変換部1は、回転電機から出力される電気エネルギーに応じた電圧から、バッテリB1への回生に応じた電圧に適した降圧電圧を生成する。   The diode 1f functions as a commutation diode that commutates the current corresponding to the energy released from the coil 1b during the OFF operation of the IGBT 1c via the first smoothing capacitor 1a. The first smoothing capacitor 1a stores energy by the current flowing from the coil 1b and performs smoothing. As described above, the voltage conversion unit 1 generates a step-down voltage suitable for a voltage according to regeneration to the battery B1 from a voltage according to electric energy output from the rotating electrical machine.

ここで、電圧変換部1が降圧用インバータとして機能する場合のPWM制御では、IGBT1cがDUTY制御される。このDUTY制御は、入力電圧と出力電圧との比である降圧比に応じて行われる。本実施形態の場合、入力電圧は回転電機の回転により第2のコンデンサ1hに充電された電気エネルギーに応じた電圧に相当する。出力電圧はバッテリB1の充電に適した電圧に相当する。また、降圧比とは、出力電圧を入力電圧で除した比である。例えば、入力電圧と出力電圧との差が小さい場合には、降圧比が1に近くなる。係る場合、IGBT1cのオンDUTYは大きくなる。一方、入力電圧と出力電圧との差が大きい場合には、降圧比が1よりも大きくなる。係る場合、IGBT1cのオンDUTYは小さくなる。したがって、降圧比が小さくなると、IGBT1cのコレクタ電流が大きくなる。   Here, in the PWM control when the voltage conversion unit 1 functions as a step-down inverter, the IGBT 1c is DUTY-controlled. This DUTY control is performed according to a step-down ratio that is a ratio between the input voltage and the output voltage. In the case of this embodiment, the input voltage corresponds to a voltage corresponding to the electrical energy charged in the second capacitor 1h by the rotation of the rotating electrical machine. The output voltage corresponds to a voltage suitable for charging the battery B1. The step-down ratio is a ratio obtained by dividing the output voltage by the input voltage. For example, when the difference between the input voltage and the output voltage is small, the step-down ratio is close to 1. In such a case, the on-duty of the IGBT 1c increases. On the other hand, when the difference between the input voltage and the output voltage is large, the step-down ratio is greater than 1. In such a case, the on-duty of the IGBT 1c is reduced. Therefore, when the step-down ratio is reduced, the collector current of the IGBT 1c is increased.

周波数変換部2は、回転電機を制御対象とし、駆動電圧を交流電圧に変換する。本実施形態においては、回転電機は、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2からなる。したがって、周波数変換部2は、第1の回転電機MG1を制御対象とする第1の周波数変換部21と、第2の回転電機MG2を制御対象とする第2の周波数変換部22とからなる。ここで、第1の周波数変換部21及び第2の周波数変換部22が備えるスイッチング素子も、上述の電圧変換部1と同様に、特に断りがない限り、IGBTを用いた場合の例として説明する。なお、第1の周波数変換部21と第2の周波数変換部22とは、その構成においては、同様であるため、以下では、第1の周波数変換部21についてのみ説明する。   The frequency conversion unit 2 converts the drive voltage into an AC voltage with the rotating electrical machine as a control target. In the present embodiment, the rotating electrical machine includes a first rotating electrical machine MG1 and a second rotating electrical machine MG2. Therefore, the frequency conversion unit 2 includes the first frequency conversion unit 21 that controls the first rotating electrical machine MG1 and the second frequency conversion unit 22 that controls the second rotating electrical machine MG2. Here, the switching elements included in the first frequency conversion unit 21 and the second frequency conversion unit 22 will also be described as an example of using an IGBT unless otherwise specified, as in the case of the voltage conversion unit 1 described above. . The first frequency conversion unit 21 and the second frequency conversion unit 22 are similar in configuration, and therefore only the first frequency conversion unit 21 will be described below.

第1の周波数変換部21は、電源ライン20側にコレクタ端子が接続されたハイサイドのIGBT21a,21b,21cと、バッテリB1の負電極側にエミッタ端子が接続されたローサイドのIGBT21d,21e,21fと、の合計6つのIGBT21a〜21fで構成される。このように構成された各IGBTは、例えば、IGBT21a及びIGBT21fのみを同時にオンさせると、電圧変換部1で昇圧された電圧に応じた電流が、電源ライン20を介してIGBT21a、ステータコイルs1w、ステータコイルs1v、IGBT21qを介して流れる。一方、IGBT21b及びIGBT21dのみを同時にオンさせると、電圧変換部1で昇圧された電圧に応じた電流は、電源ライン20を介してIGBT21b、ステータコイルs1u、ステータコイルs1w、IGBT21dを介して流れる。   The first frequency converter 21 includes high-side IGBTs 21a, 21b, and 21c that have collector terminals connected to the power supply line 20, and low-side IGBTs 21d, 21e, and 21f that have emitter terminals connected to the negative electrode side of the battery B1. And a total of six IGBTs 21a to 21f. For example, when only the IGBT 21a and the IGBT 21f are simultaneously turned on, each of the IGBTs configured as described above has a current corresponding to the voltage boosted by the voltage conversion unit 1 via the power supply line 20, and the IGBT 21a, the stator coil s1w, the stator. It flows through the coil s1v and the IGBT 21q. On the other hand, when only the IGBT 21b and the IGBT 21d are simultaneously turned on, a current corresponding to the voltage boosted by the voltage conversion unit 1 flows through the power supply line 20 through the IGBT 21b, the stator coil s1u, the stator coil s1w, and the IGBT 21d.

このようにIGBT21a及びIGBT21fのみをオンさせた場合と、IGBT21b及びIGBT21dのみをオンさせた場合とでは、ステータコイルs1wに流れる電流の方向が異なる。そのため、各ステータコイルには電流の流れる方向に応じた電磁力が働き、当該電磁力とロータが備える永久磁石との間で引力及び斥力が発生することとなる。したがって、IGBT21a〜21fの中から選択されたハイサイドのIGBTとローサイドのIGBTとで形成される上下対のIGBTを順次オンさせることにより、ロータが回転力を得ることができる。即ち、回転電機MG1を回転駆動させることができる。このように、夫々のIGBTには、ステータコイルに電流を流す際にコレクタ電流が流れる。ここで、上述のように、回転電機MG1の出力を上げるには、ステータコイルに流す電流を増やす必要がある。したがって、IGBTのコレクタ電流も、回転電機MG1に要求される出力の上昇に応じて増加する。なお、回転電機の出力とは、回転電機のトルクと回転数とに応じて決まるものであり、例えば、回転電機の仕事率やパワーに相当する。   Thus, the direction of the current flowing through the stator coil s1w differs between the case where only the IGBT 21a and the IGBT 21f are turned on and the case where only the IGBT 21b and the IGBT 21d are turned on. Therefore, an electromagnetic force corresponding to the direction in which the current flows acts on each stator coil, and an attractive force and a repulsive force are generated between the electromagnetic force and a permanent magnet provided in the rotor. Therefore, the rotor can obtain rotational force by sequentially turning on the upper and lower IGBTs formed by the high-side IGBT and the low-side IGBT selected from the IGBTs 21a to 21f. That is, the rotary electric machine MG1 can be driven to rotate. Thus, a collector current flows through each IGBT when a current flows through the stator coil. Here, as described above, in order to increase the output of the rotating electrical machine MG1, it is necessary to increase the current flowing through the stator coil. Therefore, the collector current of the IGBT also increases according to the increase in output required for the rotating electrical machine MG1. The output of the rotating electrical machine is determined according to the torque and the rotational speed of the rotating electrical machine, and corresponds to, for example, the power and power of the rotating electrical machine.

IGBT21a〜21fのON/OFF制御はPWM制御により行われる。IGBT21a〜21fのコレクタ電流は、当該PWM制御に応じてオンDUTYが大きくなると増加し、オンDUTYが小さくなると減少する。また、IGBT21a〜21fのコレクタ電流は、電圧変換部1により生成される昇圧電圧によっても変化する。即ち、昇圧電圧が高くなるにつれて、電源ライン20からバッテリB1の負極までの電位差が大きくなるため、IGBT21a〜21fのコレクタ電流も大きくなる。一方、昇圧電圧が低くなると、電源ライン20からバッテリB1の負極までの電位差が小さくなるため、IGBT21a〜21fのコレクタ電流も小さくなる。このようなPWM制御は、TCU10によりドライバ3を介して制御される(後述する)。   The ON / OFF control of the IGBTs 21a to 21f is performed by PWM control. The collector currents of the IGBTs 21a to 21f increase when the on-duty increases according to the PWM control, and decrease when the on-duty decreases. The collector currents of the IGBTs 21 a to 21 f also change depending on the boosted voltage generated by the voltage conversion unit 1. That is, as the boosted voltage increases, the potential difference from the power supply line 20 to the negative electrode of the battery B1 increases, so that the collector currents of the IGBTs 21a to 21f also increase. On the other hand, when the boosted voltage is lowered, the potential difference from the power supply line 20 to the negative electrode of the battery B1 is reduced, so that the collector currents of the IGBTs 21a to 21f are also reduced. Such PWM control is controlled by the TCU 10 via the driver 3 (described later).

このように、IGBT21a〜21fのコレクタ電流は、電圧変換部1により生成される昇圧電圧(昇圧比)及び回転電機MG1に要求される出力に応じて増加する。したがって、昇圧比及び回転電機MG1に要求される出力に応じてIGBT21a〜21fのコレクタ損失が発生し、当該コレクタ損失が大きくなると素子温度が高くなる。   As described above, the collector currents of the IGBTs 21a to 21f increase in accordance with the boosted voltage (boost ratio) generated by the voltage conversion unit 1 and the output required for the rotating electrical machine MG1. Therefore, collector losses of the IGBTs 21a to 21f are generated according to the boost ratio and the output required for the rotating electrical machine MG1, and the element temperature increases as the collector loss increases.

IGBT21a〜21fには、コレクタ端子にカソード端子が、またエミッタ端子にアノード端子が接続されるように夫々ダイオード21l〜21qが配設されている。ここで、各ステータコイルには、通電中にエネルギーが蓄えられる。これらのダイオード21l〜21qは、回転電気MG1がモータとして機能する場合、各ステータコイルの通電を停止した際に該エネルギーに起因して発生する逆起電力によって周辺部品に悪影響を及ぼさないようにするために配設されるものである。   The IGBTs 21a to 21f are provided with diodes 21l to 21q so that the cathode terminal is connected to the collector terminal and the anode terminal is connected to the emitter terminal, respectively. Here, energy is stored in each stator coil during energization. When the rotating electricity MG1 functions as a motor, the diodes 21l to 21q prevent the peripheral components from being adversely affected by the counter electromotive force generated due to the energy when the energization of each stator coil is stopped. It is arranged for this purpose.

また、ダイオード21l〜21qは、回転電機MG1がジェネレータとして機能する場合には、第2の平滑用コンデンサ1hと共に、ブリッジ整流回路を構成する。回転電機MG1がジェネレータとして機能する際に、例えば、ステータコイルs1wからステータコイルs1uに流れていた電流により蓄えられたエネルギーを取り出す場合には、s1w、ダイオード21l、第2の平滑用コンデンサ1h、ダイオード21p、s1uを介して、電流が流れることで、第2の平滑用コンデンサ1hに当該電流に応じた電気エネルギーが蓄えられる。そして、回転電機MG1の回転に応じて、他のステータコイルからも第2の平滑用コンデンサ1hに電気エネルギーが蓄えられる。この電気エネルギーは、回転電機MG2を駆動させるための電力として使用される。また、この電気エネルギーをバッテリB1に回生するには、当該電気エネルギーに基づく電圧を、電圧変換部1がバッテリB1の充電に適した電圧に降圧することにより、バッテリB1に充電電流が流れることとなる。したがって、バッテリB1を充電することが可能となる。   The diodes 21l to 21q constitute a bridge rectifier circuit together with the second smoothing capacitor 1h when the rotating electrical machine MG1 functions as a generator. When the rotating electrical machine MG1 functions as a generator, for example, when the energy stored by the current flowing from the stator coil s1w to the stator coil s1u is extracted, s1w, the diode 21l, the second smoothing capacitor 1h, the diode When current flows through 21p and s1u, electrical energy corresponding to the current is stored in the second smoothing capacitor 1h. And according to rotation of the rotary electric machine MG1, electric energy is also stored in the second smoothing capacitor 1h from other stator coils. This electric energy is used as electric power for driving the rotary electric machine MG2. In order to regenerate the electric energy to the battery B1, the voltage conversion unit 1 steps down the voltage based on the electric energy to a voltage suitable for charging the battery B1, so that a charging current flows through the battery B1. Become. Therefore, the battery B1 can be charged.

第2の周波数変換部22も、第1の周波数変換部21と同様に、複数のIGBT22a〜22f及び複数のダイオード22l〜22qから構成される。その機能に関しては、第1の周波数変換部21と同様であるため、説明は省略する。   Similarly to the first frequency conversion unit 21, the second frequency conversion unit 22 includes a plurality of IGBTs 22a to 22f and a plurality of diodes 22l to 22q. Since the function is the same as that of the first frequency converter 21, description thereof is omitted.

素子温度検出部5は、IGBTの素子温度の検出を行う。素子温度とは、IGBTのチップを意味するものに限定されるわけではなく、IGBTのチップが封入される樹脂モールドの温度であっても良い。ここで、上述のように、IGBTは、電圧生成部1、第1の周波数変換部21、及び第2の周波数変換部22に夫々備えられる。したがって、素子温度検出部5は、夫々の機能部が備えるIGBTの素子温度を検出するために、素子温度検出部51〜53として夫々に備えられる。   The element temperature detection unit 5 detects the element temperature of the IGBT. The element temperature is not limited to that which means an IGBT chip, but may be the temperature of a resin mold in which the IGBT chip is enclosed. Here, as described above, the IGBT is provided in each of the voltage generation unit 1, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22. Therefore, the element temperature detection unit 5 is provided as each of the element temperature detection units 51 to 53 in order to detect the element temperature of the IGBT included in each functional unit.

電圧変換部1に備えられる素子温度検出部51は、IGBT1c,1dの素子温度を検出する。上述のように、IGBT1dは電圧生成部1が昇圧コンバータとして機能する場合にコレクタ電流が流れ、IGBT1cは電圧生成部1が降圧コンバータとして機能する場合にコレクタ電流が流れる。上述のように、当該コレクタ電流が流れているIGBTは、コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流とに応じて発熱する。素子温度検出部51は、このように発熱するIGBTの素子温度の検出を行う。また、本実施形態においては、複数のIGBTの素子温度を1つの素子温度検出部51で検出する。したがって、IGBT1c,1dの略中央付近に備えるようにしても良いし、何れか一方の近くに備え、検出結果に基づいて、夫々の素子温度を補正して求めても良い。素子温度検出部51により検出された検出結果は、素子温度情報として、後述のTCU10に伝達される。   The element temperature detection unit 51 provided in the voltage conversion unit 1 detects the element temperatures of the IGBTs 1c and 1d. As described above, the collector current flows through the IGBT 1d when the voltage generation unit 1 functions as a step-up converter, and the collector current flows through the IGBT 1c when the voltage generation unit 1 functions as a step-down converter. As described above, the IGBT through which the collector current flows generates heat according to the collector-emitter voltage and the collector current. The element temperature detection unit 51 detects the element temperature of the IGBT that generates heat in this way. In the present embodiment, the element temperature of a plurality of IGBTs is detected by one element temperature detection unit 51. Therefore, it may be provided near the approximate center of the IGBTs 1c and 1d, or may be provided near either one of the IGBTs 1c and 1d, and may be obtained by correcting each element temperature based on the detection result. The detection result detected by the element temperature detection unit 51 is transmitted to the TCU 10 described later as element temperature information.

第1の周波数変換部21に備えられる素子温度検出部52は、IGBT21a〜21fの素子温度を検出する。上述のように、これらのIGBT21a〜21fは、回転電機MG1が備えるステータコイルに電流を流す際に、ハイサイドのIGBTとローサイドのIGBTとの中から選択された一対のIGBTにコレクタ電流が流れる。したがって、当該コレクタ電流が流れているIGBTは、コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流とに応じたコレクタ損失が発生し、当該コレクタ損失に応じて発熱する。素子温度検出部52は、このようなIGBTの素子温度の検出を行う。また、本実施形態においては、複数のIGBTの素子温度を1つの素子温度検出部52で検出する。したがって、素子温度検出部52を、IGBT21a〜21fの略中央付近に備えるようにしても良いし、何れかのIGBTの近くに備え、検出結果に基づいて、夫々の素子温度を補正して求めても良い。素子温度検出部52により検出された検出結果は、素子温度情報として、後述のTCU10に伝達される。   The element temperature detection unit 52 provided in the first frequency conversion unit 21 detects the element temperatures of the IGBTs 21a to 21f. As described above, in these IGBTs 21a to 21f, when a current flows through a stator coil included in the rotating electrical machine MG1, a collector current flows through a pair of IGBTs selected from a high-side IGBT and a low-side IGBT. Therefore, the IGBT through which the collector current flows generates a collector loss according to the collector-emitter voltage and the collector current, and generates heat according to the collector loss. The element temperature detection unit 52 detects such an element temperature of the IGBT. In the present embodiment, the element temperature of a plurality of IGBTs is detected by one element temperature detection unit 52. Therefore, the element temperature detection unit 52 may be provided near the approximate center of the IGBTs 21a to 21f, or may be provided near any of the IGBTs, and each element temperature may be corrected and obtained based on the detection result. Also good. The detection result detected by the element temperature detection unit 52 is transmitted to the TCU 10 described later as element temperature information.

第2の周波数変換部22には、素子温度検出部53が備えられる。その構成に関しては、第1の周波数変換部21に備えられる素子温度検出部52と同様であるため、説明は省略する。   The second frequency conversion unit 22 includes an element temperature detection unit 53. Since the configuration is the same as that of the element temperature detection unit 52 provided in the first frequency conversion unit 21, description thereof is omitted.

電流検出部6は、回転電機のステータコイルに流れる電流の検出を行う。この電流検出部6は、回転電機MG1のステータコイルに流れる電流の検出を行う電流検出部61と、回転電機MG2のステータコイルに流れる電流の検出を行う電流検出部62とから構成される。尚、図1においては、3相全ての電流を計測する構成を示しているが、3相は平衡状態にあり瞬時値の総和は零であるので2相のみの電流を計測し、その位相差に基づいて残りの一相の電流を演算により求めてもよい。電流検出部6により検出された検出結果は、電流値情報として後述のTCU10に伝達される。   The current detection unit 6 detects the current flowing through the stator coil of the rotating electrical machine. The current detection unit 6 includes a current detection unit 61 that detects a current flowing in the stator coil of the rotating electrical machine MG1, and a current detection unit 62 that detects a current flowing in the stator coil of the rotating electrical machine MG2. Although FIG. 1 shows a configuration in which the currents of all three phases are measured, since the three phases are in an equilibrium state and the sum of instantaneous values is zero, only the currents of the two phases are measured and the phase difference is measured. The remaining one-phase current may be calculated by calculation. The detection result detected by the current detector 6 is transmitted to the TCU 10 described later as current value information.

回転角検出部7は、回転電機のロータの回転角を検出する。この回転角検出部7は、回転電機MG1のロータの回転角を検出する第1の回転角検出部71と、回転電機MG2のロータの回転角を検出する第2の回転角検出部72とから構成される。回転角検出部7は、ロータの回転角を電気角θに変換し、電気角θに応じた信号を回転角情報としてTCU10に出力する。   The rotation angle detector 7 detects the rotation angle of the rotor of the rotating electrical machine. The rotation angle detection unit 7 includes a first rotation angle detection unit 71 that detects the rotation angle of the rotor of the rotary electric machine MG1, and a second rotation angle detection unit 72 that detects the rotation angle of the rotor of the rotary electric machine MG2. Composed. The rotation angle detection unit 7 converts the rotation angle of the rotor into an electrical angle θ and outputs a signal corresponding to the electrical angle θ to the TCU 10 as rotation angle information.

TCU10は、制御部として機能し、電圧変換部1及び周波数変換部2を制御して、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を制御する。上述の説明において、電圧変換部1及び周波数変換部2は、PWM制御により制御されるとして説明したが、このPWM制御は、本TCU10により行われる。また、本TCU10は、本発明の目的を実現するように、第1の回転電機MG1及び第2の回転電機MG2を高出力且つ高効率で回転駆動させる機能を備えている。以下に、TCU10が行う制御について説明する。   The TCU 10 functions as a control unit, controls the voltage conversion unit 1 and the frequency conversion unit 2, and controls the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2. In the above description, the voltage conversion unit 1 and the frequency conversion unit 2 have been described as being controlled by PWM control, but this PWM control is performed by the TCU 10. Further, the TCU 10 has a function of rotating the first rotating electrical machine MG1 and the second rotating electrical machine MG2 with high output and high efficiency so as to realize the object of the present invention. Below, the control which TCU10 performs is demonstrated.

図2は、TCU10の機能構成を示す図である。TCU10は、バッテリ電流推定部10a、第1サージ電圧推定部10c、第1サージ電圧マップ格納部10d、第1制限値決定部10e、第1素子耐圧マップ格納部10f、第1トルク制御値算出部10g、第1電流指令値算出部10h、第1PWM制御部10i、第2サージ電圧推定部10j、第2サージ電圧マップ格納部10k、第2制限値決定部10l、第2素子耐圧マップ格納部10m、第2トルク制御値算出部10n、第2電流指令値算出部10o、第2PWM制御部10p、第3サージ電圧推定部10q、第3サージ電圧マップ格納部10r、第3制限値決定部10s、第3素子耐圧マップ格納部10t、共通制限値決定部10u、電圧変換用PWM制御部10v、スイッチング速度決定部10wの各機能部を備える。本TCU10は、CPUを中核部材として、制御装置100を制御する種々の処理を行うための上述の機能部がハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating a functional configuration of the TCU 10. The TCU 10 includes a battery current estimation unit 10a, a first surge voltage estimation unit 10c, a first surge voltage map storage unit 10d, a first limit value determination unit 10e, a first element withstand voltage map storage unit 10f, and a first torque control value calculation unit. 10g, first current command value calculation unit 10h, first PWM control unit 10i, second surge voltage estimation unit 10j, second surge voltage map storage unit 10k, second limit value determination unit 101, second element withstand voltage map storage unit 10m A second torque control value calculation unit 10n, a second current command value calculation unit 10o, a second PWM control unit 10p, a third surge voltage estimation unit 10q, a third surge voltage map storage unit 10r, a third limit value determination unit 10s, Each functional unit includes a third element withstand voltage map storage unit 10t, a common limit value determination unit 10u, a voltage conversion PWM control unit 10v, and a switching speed determination unit 10w. In the TCU 10, the above-described functional units for performing various processes for controlling the control device 100 are constructed by hardware and / or software, with a CPU as a core member.

第1トルク制御値算出部10gは、ハイブリッド車両を適切に走行させるために回転電機MG1に要求される目標トルクを算出する。この目標トルクの算出は、車両の走行状態や運転者の操作等に応じて行われる。算出された目標トルクを示す信号が、第1トルク指令値としてバッテリ電流推定部10a及び第1電流指令値算出部10hに伝達される。   The first torque control value calculation unit 10g calculates a target torque required for the rotating electrical machine MG1 in order to cause the hybrid vehicle to travel appropriately. The calculation of the target torque is performed according to the traveling state of the vehicle, the operation of the driver, and the like. A signal indicating the calculated target torque is transmitted as the first torque command value to the battery current estimation unit 10a and the first current command value calculation unit 10h.

第1電流指令値算出部10hは、上述の第1トルク指令値と回転電機MG1の回転数とに基づいて、回転電機MG1のステータコイルに流す電流を第1電流指令値として算出する。なお、回転電機MG1の回転数は、上述の第1の回転角検出部71から伝達される回転角情報に基づいて算出される。この第1電流指令値は、第1PWM制御部10i、第2サージ電圧推定部10j、及び電圧変換用PWM制御部10vに伝達される。   The first current command value calculation unit 10h calculates, as the first current command value, the current that flows through the stator coil of the rotating electrical machine MG1 based on the first torque command value and the rotational speed of the rotating electrical machine MG1. The rotational speed of the rotating electrical machine MG1 is calculated based on the rotational angle information transmitted from the first rotational angle detection unit 71 described above. The first current command value is transmitted to the first PWM control unit 10i, the second surge voltage estimation unit 10j, and the voltage conversion PWM control unit 10v.

第1PWM制御部10iは、上述の第1電流指令値に基づいて、第1の周波数変換部21が備えるIGBT21a〜21fのPWM制御を行うPWM制御信号を生成する。当該第1PWM制御部10iにより生成されたPWM制御信号は、後述のドライバ32(図1参照)に伝達される。   The 1st PWM control part 10i produces | generates the PWM control signal which performs PWM control of IGBT21a-21f with which the 1st frequency conversion part 21 is provided based on the above-mentioned 1st electric current command value. The PWM control signal generated by the first PWM control unit 10i is transmitted to a driver 32 (see FIG. 1) described later.

第2サージ電圧マップ格納部10kは、第1の周波数変換部21が備えるIGBT21a〜21fに生じるサージ電圧とコレクタ電流との関係を示す第2サージ電圧マップが格納される。サージ電圧とは、特にIGBTをONからOFFにした場合に発生するパルス状の電圧である。このサージ電圧は、IGBTのコレクタ電流に応じて変化する。このような関係を示す第2サージ電圧マップの一例を図3に示す。図3のように、第2サージ電圧マップは、横軸をコレクタ電流、縦軸をサージ電圧として示される。図3中の実線で示されるように、コレクタ電流の増加に応じて、サージ電圧は大きくなる。なお、本実施形態では、当該サージ電圧の電圧値は、詳細は後述するが、IGBTの素子耐圧を保護することを目的として用いられる。したがって、第2サージ電圧マップは、コレクタ電流に応じて発生しうるサージ電圧の最大値が規定されている。   The second surge voltage map storage unit 10k stores a second surge voltage map indicating a relationship between a surge voltage and a collector current generated in the IGBTs 21a to 21f included in the first frequency conversion unit 21. The surge voltage is a pulse voltage generated particularly when the IGBT is switched from ON to OFF. This surge voltage changes according to the collector current of the IGBT. An example of the second surge voltage map showing such a relationship is shown in FIG. As shown in FIG. 3, in the second surge voltage map, the horizontal axis represents the collector current and the vertical axis represents the surge voltage. As indicated by the solid line in FIG. 3, the surge voltage increases as the collector current increases. In the present embodiment, the voltage value of the surge voltage is used for the purpose of protecting the IGBT element breakdown voltage, as will be described in detail later. Therefore, the second surge voltage map defines the maximum value of the surge voltage that can be generated according to the collector current.

第2サージ電圧推定部10jは、上述の第1電流指令値に基づいて、第1の周波数変換部21が備えるIGBT21a〜21fに生じるサージ電圧を第2サージ電圧として推定する。上述のように、サージ電圧は、IGBTのコレクタ電流に応じて変化することから第1電流指令値に示される電流をコレクタ電流とし、サージ電圧を推定することが可能である。第2サージ電圧推定部10jは、第2サージ電圧マップ格納部10kに格納される第2サージ電圧マップに基づいて、第2サージ電圧の推定を行う。第1電流指令値算出部10hから、第1電流指令値がI0〔A〕であると伝達された場合には、第2サージ電圧推定部10jは、図3に示されるように第2サージ電圧マップを用いて、IGBT21a〜21fに生じるサージ電圧がV01〔V〕であると推定する。第2サージ電圧推定部10jにより推定されたサージ電圧の推定値は、後述の第2制限値決定部10lに伝達される。   The second surge voltage estimation unit 10j estimates the surge voltage generated in the IGBTs 21a to 21f included in the first frequency conversion unit 21 as the second surge voltage based on the first current command value. As described above, since the surge voltage changes according to the collector current of the IGBT, it is possible to estimate the surge voltage using the current indicated by the first current command value as the collector current. The second surge voltage estimation unit 10j estimates the second surge voltage based on the second surge voltage map stored in the second surge voltage map storage unit 10k. When the first current command value calculation unit 10h transmits that the first current command value is I0 [A], the second surge voltage estimation unit 10j receives the second surge voltage as shown in FIG. Using the map, it is estimated that the surge voltage generated in the IGBTs 21a to 21f is V01 [V]. The estimated value of the surge voltage estimated by the second surge voltage estimating unit 10j is transmitted to the second limit value determining unit 101 described later.

第2素子耐圧マップ格納部10mは、第1の周波数変換部21が有するIGBT21a〜21fの素子温度と素子耐圧との関係を示す第2素子耐圧マップが格納される。素子耐圧とは、IGBTのコレクタ−エミッタ間の耐圧を示し、一般的に絶対最大定格で示されるものに相当する。この素子耐圧は、IGBTの素子温度に応じて変化する。このような関係を示す第2素子耐圧マップの一例を図4に示す。図4のように、第2素子耐圧マップは、横軸をIGBTの素子温度、縦軸を素子耐圧として示される。図4に示されるように、素子温度が低くなるにつれて、素子耐圧が低下する。   The second element breakdown voltage map storage unit 10m stores a second element breakdown voltage map indicating the relationship between the element temperature and the element breakdown voltage of the IGBTs 21a to 21f included in the first frequency conversion unit 21. The element breakdown voltage refers to the breakdown voltage between the collector and the emitter of the IGBT, and is generally equivalent to that indicated by the absolute maximum rating. This element withstand voltage changes according to the element temperature of the IGBT. An example of the second element breakdown voltage map showing such a relationship is shown in FIG. As shown in FIG. 4, in the second element breakdown voltage map, the horizontal axis indicates the IGBT element temperature, and the vertical axis indicates the element breakdown voltage. As shown in FIG. 4, the device breakdown voltage decreases as the device temperature decreases.

第2制限値決定部10lは、第1の周波数変換部21が有するIGBT21a〜21fの素子温度に基づいて、第1の周波数変換部21における駆動電圧の制限値を第2制限値として決定する。IGBT21a〜21fの素子温度は、上述のように、素子温度検出部52により検出され、素子温度情報として当該第2制限値決定部10lに伝達される。駆動電圧とは、回転電機MG1を駆動させるのに必要な電圧であり、電圧変換部1により生成される昇圧電圧が相当する。ここで、上述のようにIGBTには、コレクタ電流に応じてサージ電圧が生じる。また、制限値とは、駆動電圧とサージ電圧との合計が、IGBTの素子耐圧を超えることがないように設定される駆動電圧の制限値である。第2制限値は、IGBT21a〜21fの素子温度に応じて定まる素子耐圧から当該IGBT21a〜21fに流れる電流(コレクタ電流)に応じて生じるサージ電圧の推定値を減じて決定される。サージ電圧の推定値は、上述のように第2サージ電圧推定部10jから伝達される。   The second limit value determination unit 101 determines the drive voltage limit value in the first frequency conversion unit 21 as the second limit value based on the element temperatures of the IGBTs 21a to 21f included in the first frequency conversion unit 21. As described above, the element temperatures of the IGBTs 21a to 21f are detected by the element temperature detection unit 52 and transmitted to the second limit value determination unit 10l as element temperature information. The drive voltage is a voltage necessary for driving the rotary electric machine MG1, and corresponds to a boosted voltage generated by the voltage conversion unit 1. Here, as described above, a surge voltage is generated in the IGBT according to the collector current. The limit value is a limit value of the drive voltage that is set so that the sum of the drive voltage and the surge voltage does not exceed the element breakdown voltage of the IGBT. The second limit value is determined by subtracting the estimated value of the surge voltage generated according to the current (collector current) flowing through the IGBTs 21a to 21f from the element breakdown voltage determined according to the element temperature of the IGBTs 21a to 21f. The estimated value of the surge voltage is transmitted from the second surge voltage estimation unit 10j as described above.

具体的に、図4を用いて説明する。第2制限値決定部10lは、IGBT21a〜21fの素子温度がT0〔℃〕であることを示す素子温度情報が伝達されると、第2素子耐圧マップ格納部10mに格納される第2素子耐圧マップに基づいて、T0〔℃〕における素子耐圧がV0〔V〕であると特定する。そして、第2サージ電圧推定部10jから伝達されるサージ電圧の推定値がV01〔V〕であるとすると、V0〔V〕からV01〔V〕を減じたV1〔V〕を第2制限値として決定する。このようにして決定された第2制限値は、第1の周波数変換部21における駆動電圧の制限値として共通制限値決定部10uに伝達される。   This will be specifically described with reference to FIG. When element temperature information indicating that the element temperatures of the IGBTs 21a to 21f are T0 [° C.] is transmitted, the second limit value determining unit 10l receives the second element breakdown voltage stored in the second element breakdown voltage map storage 10m. Based on the map, the element breakdown voltage at T0 [° C.] is specified to be V0 [V]. If the estimated value of the surge voltage transmitted from the second surge voltage estimation unit 10j is V01 [V], V1 [V] obtained by subtracting V01 [V] from V0 [V] is used as the second limit value. decide. The second limit value determined in this way is transmitted to the common limit value determination unit 10u as the drive voltage limit value in the first frequency converter 21.

また、第2トルク制御値算出部10n、第2電流指令値算出部10o、第2PWM制御部10p、第3サージ電圧推定部10q、第3サージ電圧マップ格納部10r、第3制限値決定部10s、第3素子耐圧マップ格納部10tは、上述の第1トルク制御値算出部10g、第1電流指令値算出部10h、第1PWM制御部10i、第2サージ電圧推定部10j、第2サージ電圧マップ格納部10k、第2制限値決定部10l、第2素子耐圧マップ格納部10mと、同様の処理が行われる。したがって、以下には差異点のみ記載する。   Further, the second torque control value calculation unit 10n, the second current command value calculation unit 10o, the second PWM control unit 10p, the third surge voltage estimation unit 10q, the third surge voltage map storage unit 10r, and the third limit value determination unit 10s. The third element breakdown voltage map storage unit 10t includes the first torque control value calculation unit 10g, the first current command value calculation unit 10h, the first PWM control unit 10i, the second surge voltage estimation unit 10j, and the second surge voltage map. The same processing as that of the storage unit 10k, the second limit value determination unit 101, and the second element breakdown voltage map storage unit 10m is performed. Therefore, only the differences are described below.

第2トルク制御値算出部10nは、回転電機MG2に要求される目標トルクを算出する。算出された目標トルクを示す信号は、第2トルク指令値として、バッテリ電流推定部10a及び第2電流指令値算出部10oに伝達される。また、第2電流指令値算出部10oが算出する第2電流指令値は、第2PWM制御部10p、第3サージ電圧推定部10q、及び電圧変換用PWM制御部10vに伝達される。また、第2PWM制御部10pが生成したPWM制御信号は、後述のドライバ33に伝達される。   Second torque control value calculation unit 10n calculates a target torque required for rotating electrical machine MG2. A signal indicating the calculated target torque is transmitted to the battery current estimation unit 10a and the second current command value calculation unit 10o as a second torque command value. The second current command value calculated by the second current command value calculation unit 10o is transmitted to the second PWM control unit 10p, the third surge voltage estimation unit 10q, and the voltage conversion PWM control unit 10v. Further, the PWM control signal generated by the second PWM control unit 10p is transmitted to the driver 33 described later.

更に、第3制限値決定部10sは、回転電機MG2を制御対象とする第2の周波数変換部22が備えるIGBT22a〜22fの素子温度に基づいて、当該第2の周波数変換部22における駆動電圧の制限値を第3制限値として決定する。第3制限値決定部10sにより決定された第3制限値は、共通制限値決定部10uに伝達される。   Further, the third limit value determination unit 10s determines the drive voltage of the second frequency conversion unit 22 based on the element temperatures of the IGBTs 22a to 22f included in the second frequency conversion unit 22 that controls the rotating electrical machine MG2. The limit value is determined as the third limit value. The third limit value determined by the third limit value determining unit 10s is transmitted to the common limit value determining unit 10u.

バッテリ電流推定部10aは、回転電機を駆動するのに必要な総電力と、バッテリB1から出力されるバッテリ電圧とに基づいてバッテリ電流を推定する。ここで用いられる総電力は、回転電機MG1の第1トルク指令値と回転数とを乗算して求めたパワー及び回転電機MG2の第2トルク指令値と回転数とを乗算して求めたパワーとの合算値である。上述のように、第1トルク指令値は第1トルク制御値算出部10gから伝達され、第2トルク指令値は第2トルク制御値算出部10nから伝達される。バッテリ電流推定部10aは、上述の回転電機MG1及び回転電機MG2の双方を駆動するのに必要な総電力をバッテリ電圧で除算することによって、バッテリ電流を推定する。バッテリ電流推定部10aにより推定されたバッテリ電流は、第1サージ電圧推定部10cに伝達される。   The battery current estimation unit 10a estimates the battery current based on the total power required to drive the rotating electrical machine and the battery voltage output from the battery B1. The total power used here is the power obtained by multiplying the first torque command value of the rotating electrical machine MG1 and the rotational speed and the power obtained by multiplying the second torque command value of the rotating electrical machine MG2 and the rotational speed. Is the sum of As described above, the first torque command value is transmitted from the first torque control value calculation unit 10g, and the second torque command value is transmitted from the second torque control value calculation unit 10n. The battery current estimation unit 10a estimates the battery current by dividing the total power necessary for driving both the rotating electrical machine MG1 and the rotating electrical machine MG2 by the battery voltage. The battery current estimated by the battery current estimation unit 10a is transmitted to the first surge voltage estimation unit 10c.

第1サージ電圧マップ格納部10dは、電圧変換部1が備えるIGBT1c,1dのサージ電圧とコレクタ電流との関係を示す第1サージ電圧マップが格納される。上述のように、サージ電圧とは、特にIGBTをONからOFFにした場合に発生するパルス状の電圧である。このサージ電圧は、IGBTのコレクタ電流に応じて変化する。以下の説明では、第1サージ電圧マップも、図3に示されるものと同様であるとして説明する。   The first surge voltage map storage unit 10d stores a first surge voltage map indicating the relationship between the surge voltage and collector current of the IGBTs 1c and 1d included in the voltage conversion unit 1. As described above, the surge voltage is a pulse voltage generated particularly when the IGBT is turned from ON to OFF. This surge voltage changes according to the collector current of the IGBT. In the following description, it is assumed that the first surge voltage map is the same as that shown in FIG.

第1サージ電圧推定部10cは、上述のバッテリ電流に基づいて、IGBT1c,1dに生じるサージ電圧を第1サージ電圧として推定する。上述のように、サージ電圧は、IGBTのコレクタ電流に応じて変化することから、コレクタ電流からサージ電圧を推定することが可能である。したがって、第1サージ電圧推定部10cは、第1サージ電圧マップ格納部10dに格納される第1サージ電圧マップに基づいて、第1サージ電圧の推定を行う。バッテリ電流推定部10aから、バッテリ電流がI0〔A〕であると伝達された場合には、第1サージ電圧推定部10cは、図3に示されるように第1サージ電圧マップを用いて、サージ電圧がV01〔V〕であると推定する。第1サージ電圧推定部10cにより推定されたサージ電圧の推定値は、後述の第1制限値決定部10eに伝達される。   The first surge voltage estimation unit 10c estimates the surge voltage generated in the IGBTs 1c and 1d as the first surge voltage based on the battery current described above. As described above, since the surge voltage changes according to the collector current of the IGBT, the surge voltage can be estimated from the collector current. Therefore, the first surge voltage estimation unit 10c estimates the first surge voltage based on the first surge voltage map stored in the first surge voltage map storage unit 10d. When the battery current estimation unit 10a transmits that the battery current is I0 [A], the first surge voltage estimation unit 10c uses the first surge voltage map as shown in FIG. It is estimated that the voltage is V01 [V]. The estimated value of the surge voltage estimated by the first surge voltage estimating unit 10c is transmitted to the first limit value determining unit 10e described later.

第1素子耐圧マップ格納部10fは、IGBT1c,1dの素子温度と素子耐圧との関係を示す第1素子耐圧マップが格納される。素子耐圧とは、IGBTのコレクタ−エミッタ間の耐圧を示し、一般的に絶対最大定格で示されるものに相当する。この素子耐圧は、IGBTの素子温度に応じて変化する。以下の説明では、第1素子耐圧マップは、図4に示されるものと同様であるとして説明する。   The first element breakdown voltage map storage unit 10f stores a first element breakdown voltage map indicating the relationship between the element temperature of the IGBTs 1c and 1d and the element breakdown voltage. The element breakdown voltage refers to the breakdown voltage between the collector and the emitter of the IGBT, and is generally equivalent to that indicated by the absolute maximum rating. This element withstand voltage changes according to the element temperature of the IGBT. In the following description, it is assumed that the first element breakdown voltage map is the same as that shown in FIG.

第1制限値決定部10eは、電圧変換部1が有するIGBT1c,1dの素子温度に基づいて、電圧変換部1における駆動電圧の制限値を第1制限値として決定する。IGBT1c,1dの素子温度は、上述のように、素子温度検出部51により検出され、素子温度情報として当該第1制限値決定部10eに伝達される。駆動電圧とは、回転電機MG1,MG2を駆動させるのに必要な電圧であり、電圧変換部1により生成される昇圧電圧が相当する。ここで、上述のようにIGBTには、コレクタ電流に応じてサージ電圧が生じる。また、制限値とは、コレクタ−エミッタ間電圧とサージ電圧とが、IGBTの素子耐圧を超えることがないように設定される制限値である。第1制限値は、IGBT1c,1dの素子温度に応じて定まる素子耐圧から当該IGBT1c,1dに流れる電流に応じて生じるサージ電圧の推定値を減じて決定される。サージ電圧の推定値は、上述のように第1サージ電圧推定部10cから伝達される。   The first limit value determination unit 10e determines the limit value of the drive voltage in the voltage conversion unit 1 as the first limit value based on the element temperatures of the IGBTs 1c and 1d included in the voltage conversion unit 1. As described above, the element temperatures of the IGBTs 1c and 1d are detected by the element temperature detection unit 51 and transmitted as element temperature information to the first limit value determination unit 10e. The drive voltage is a voltage necessary for driving the rotary electric machines MG1 and MG2, and corresponds to a boosted voltage generated by the voltage conversion unit 1. Here, as described above, a surge voltage is generated in the IGBT according to the collector current. The limit value is a limit value that is set so that the collector-emitter voltage and the surge voltage do not exceed the device breakdown voltage of the IGBT. The first limit value is determined by subtracting the estimated value of the surge voltage generated according to the current flowing through the IGBT 1c, 1d from the element breakdown voltage determined according to the element temperature of the IGBT 1c, 1d. The estimated value of the surge voltage is transmitted from the first surge voltage estimation unit 10c as described above.

具体的に、図4を用いて説明する。第1制限値決定部10eは、IGBT1c,1dの素子温度がT0〔℃〕であることを示す素子温度情報が伝達されると、第1素子耐圧マップ格納部10fに格納される第1素子耐圧マップに基づいて、T0〔℃〕における素子耐圧V0〔V〕を特定する。そして、第1サージ電圧推定部10cから伝達されるサージ電圧の推定値がV01〔V〕であるとすると、V0〔V〕からV01〔V〕を減じたV1〔V〕を第1制限値として決定する。このようにして決定された第1制限値は、電圧変換部1における駆動電圧の制限値として共通制限値決定部10uに伝達される。   This will be specifically described with reference to FIG. When element temperature information indicating that the element temperatures of the IGBTs 1c and 1d are T0 [° C.] is transmitted, the first limit value determination unit 10e stores the first element breakdown voltage stored in the first element breakdown voltage map storage 10f. Based on the map, the element withstand voltage V0 [V] at T0 [° C.] is specified. If the estimated value of the surge voltage transmitted from the first surge voltage estimating unit 10c is V01 [V], V1 [V] obtained by subtracting V01 [V] from V0 [V] is used as the first limit value. decide. The first limit value determined in this way is transmitted to the common limit value determination unit 10u as the drive voltage limit value in the voltage converter 1.

共通制限値決定部10uは、第1制限値、第2制限値、及び第3制限値のうち最も低い制限値を共通制限値として決定する。上述のように、第1制限値は、第1制限値決定部10eから、電圧変換部1における駆動電圧の制限値として伝達される。また、第2制限値は、第2制限値決定部10lから、第1の周波数変換部21における駆動電圧の制限値として伝達される。更に、第3制限値は、第3制限値決定部10sから、第2の周波数変換部22における駆動電圧の制限値として伝達される。共通制限値決定部10uは、これらの中から最も低い制限値を共通制限値として決定する。決定された共通制限値は、後述の電圧変換用PWM制御部10v及びスイッチング速度決定部10wに伝達される。   The common limit value determining unit 10u determines the lowest limit value among the first limit value, the second limit value, and the third limit value as the common limit value. As described above, the first limit value is transmitted from the first limit value determination unit 10e as the drive voltage limit value in the voltage conversion unit 1. Further, the second limit value is transmitted from the second limit value determining unit 101 as a drive voltage limit value in the first frequency converting unit 21. Further, the third limit value is transmitted from the third limit value determining unit 10 s as the drive voltage limit value in the second frequency converting unit 22. The common limit value determining unit 10u determines the lowest limit value from among these as the common limit value. The determined common limit value is transmitted to a voltage conversion PWM control unit 10v and a switching speed determination unit 10w, which will be described later.

電圧変換用PWM制御部10vは、電圧変換部1が有するIGBT1c,1dのPWM制御を行う。この電圧変換用PWM制御部10vには、第1電流指令値算出部10hから第1電流指令値が伝達され、第2電流指令値算出部10oから第2電流指令値が伝達される。また、共通制限値決定部10uから共通制限値も伝達される。更に、電圧変換部1の出力となる電源ライン20から出力電圧(回転電機の駆動電圧に相当)も伝達される。   The voltage conversion PWM control unit 10v performs PWM control of the IGBTs 1c and 1d included in the voltage conversion unit 1. The voltage conversion PWM control unit 10v receives the first current command value from the first current command value calculation unit 10h and the second current command value from the second current command value calculation unit 10o. The common limit value is also transmitted from the common limit value determination unit 10u. Further, an output voltage (corresponding to a driving voltage of the rotating electrical machine) is also transmitted from the power supply line 20 that is an output of the voltage conversion unit 1.

ここで、電圧変換用PWM制御部10vには、誤差増幅器とPWMコンパレータとが備えられる(共に図示せず)。誤差増幅器は、電源ライン20からの出力電圧に基づく電圧(例えば、抵抗分圧等に得られた電圧)と、第1電流指令値と第2電流指令値とに基づいて決定された出力電圧の目標値に応じた基準電圧との比較を行う。この比較においては、出力電圧に基づく電圧を誤差増幅器の反転端子に入力し、上述の基準電圧を誤差増幅器の非反転端子に入力すると好適である。このようにして比較された比較結果(誤差増幅器の出力)が、PWMコンパレータに入力される。   Here, the voltage conversion PWM control unit 10v includes an error amplifier and a PWM comparator (both not shown). The error amplifier has a voltage based on an output voltage from the power supply line 20 (for example, a voltage obtained by resistance voltage division) and an output voltage determined based on the first current command value and the second current command value. Comparison with the reference voltage according to the target value is performed. In this comparison, it is preferable that a voltage based on the output voltage is input to the inverting terminal of the error amplifier and the above-described reference voltage is input to the non-inverting terminal of the error amplifier. The comparison result (output of the error amplifier) thus compared is input to the PWM comparator.

PWMコンパレータでは、出力電圧を共通制限値以下に制限するようにロジックが組まれる。例えば、PWMコンパレータの第1の非反転端子に上述の誤差増幅器の出力が入力され、第2の非反転端子に共通制限値に基づく電圧(例えば、抵抗分圧等に得られた電圧)を入力する。そして、PWMコンパレータの反転端子にPWM制御の基礎となる波形(例えば、所定の周波数を有する三角波或いは正弦波)が入力される。このような構成とすることにより、電圧変換部1の出力電圧を共通制限値以下に制限することが可能となる。このPWMコンパレータの出力が、電圧変換部1が備えるIGBT1c,1dのON/OFF制御を行うPWM制御信号となり後述のドライバ31に伝達される。電圧変換部1は、このようなPWM制御信号に基づき、且つ、上述のように昇圧電圧が共通制限値以下となるように制御しながら昇圧電圧を生成する。   In the PWM comparator, logic is set so as to limit the output voltage to a common limit value or less. For example, the output of the error amplifier described above is input to the first non-inverting terminal of the PWM comparator, and the voltage based on the common limit value (for example, the voltage obtained by resistance voltage division) is input to the second non-inverting terminal. To do. Then, a waveform (for example, a triangular wave or a sine wave having a predetermined frequency) that is the basis of PWM control is input to the inverting terminal of the PWM comparator. With such a configuration, the output voltage of the voltage conversion unit 1 can be limited to a common limit value or less. The output of the PWM comparator becomes a PWM control signal for performing ON / OFF control of the IGBTs 1c and 1d included in the voltage converter 1, and is transmitted to a driver 31 described later. The voltage conversion unit 1 generates the boosted voltage based on such a PWM control signal and while controlling the boosted voltage to be equal to or less than the common limit value as described above.

このように、電圧変換部1が有するIGBT1c,1d、第1の周波数変換部21が有するIGBT21a〜21f、及び第2の周波数変換部22が有するIGBT22a〜22fについて、素子温度に応じて定まる素子耐圧に基づいて、電圧変換部1が生成する駆動電圧の制限値を決定することにより、IGBT1c,1d、IGBT21a〜21f及びIGBT22a〜22fの素子耐圧が夫々の素子温度に応じて変化した場合であっても、各スイッチング素子に加わる電圧が素子耐圧を超えないように制御することができる。このため、制御装置の運転状況に応じて変化するIGBT1c,1d、IGBT21a〜21f及びIGBT22a〜22fの素子温度に応じた駆動電圧を各IGBTに供給するので、各IGBTに加わる電圧が素子耐圧を超えない範囲で高い電圧をIGBTに供給することができる。したがって、回転電機の高出力化を図ることができる。更に、温度条件が悪い状況、すなわち素子温度が非常に低い状況を基準として素子耐圧を設定する必要がないので、耐圧特性の優れたIGBTを使用する必要がなく、低コスト化を図ることが可能となる。   As described above, the element breakdown voltage determined according to the element temperature of the IGBTs 1c and 1d included in the voltage conversion unit 1, the IGBTs 21a to 21f included in the first frequency conversion unit 21, and the IGBTs 22a to 22f included in the second frequency conversion unit 22. By determining the limit value of the drive voltage generated by the voltage conversion unit 1 based on the above, the device breakdown voltage of the IGBTs 1c, 1d, IGBTs 21a-21f, and IGBTs 22a-22f changes according to the respective device temperatures. However, the voltage applied to each switching element can be controlled so as not to exceed the element breakdown voltage. For this reason, since the drive voltage according to the element temperature of IGBT1c, 1d, IGBT21a-21f and IGBT22a-22f which changes according to the driving | running state of a control apparatus is supplied to each IGBT, the voltage added to each IGBT exceeds element withstand voltage | pressure. A high voltage can be supplied to the IGBT in a range that does not exist. Therefore, high output of the rotating electrical machine can be achieved. Furthermore, since it is not necessary to set the device withstand voltage based on the situation where the temperature condition is bad, that is, the device temperature is very low, it is not necessary to use an IGBT with excellent withstand voltage characteristics, and it is possible to reduce the cost. It becomes.

スイッチング速度決定部10wは、IGBTのスイッチング速度の変更を行う。変更対象となるIGBTは、各機能部(電圧変換部1、第1の周波数変換部21、及び第2の周波数変換部22)が有するIGBTである。   The switching speed determination unit 10w changes the switching speed of the IGBT. The IGBT to be changed is an IGBT included in each functional unit (the voltage conversion unit 1, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22).

例えば、共通制限値決定部10uにより、第2制限値に係る制限値が共通制限値であると決定された場合には、第1制限値及び第3制限値は、共通制限値に対して余裕があることから、第1制限値及び第3制限値を駆動電圧の制限値として決定された機能部(電圧変換部1及び第2の周波数変換部22)が有するIGBTのスイッチング速度が速められる。また、共通制限値として決定された制限値を有する機能部(第1の周波数変換部21)が有するIGBTのスイッチング速度も速められる。このようにスイッチング速度が速められることにより、スイッチング損失を減少させることが可能となる。したがって、制御装置100に係る効率を上げることができる。   For example, when the common limit value determining unit 10u determines that the limit value related to the second limit value is the common limit value, the first limit value and the third limit value are less than the common limit value. Therefore, the switching speed of the IGBT included in the function unit (the voltage conversion unit 1 and the second frequency conversion unit 22) determined using the first limit value and the third limit value as the limit value of the drive voltage is increased. Further, the switching speed of the IGBT included in the functional unit (first frequency conversion unit 21) having the limit value determined as the common limit value is also increased. By increasing the switching speed in this way, switching loss can be reduced. Therefore, the efficiency according to the control device 100 can be increased.

このようにスイッチング速度の変更は、その機能部に係る制限値と駆動電圧との差に応じて速められる。即ち、スイッチング速度を速める対象が、電圧変換部1が備えるIGBT1c,1dであれば、第1制限値と駆動電圧との差に応じて速められる。また、スイッチング速度を速める対象が、第1の周波数変換部21が備えるIGBT21a〜21fであれば、第2制限値と駆動電圧との差に応じて速められる。更に、スイッチング速度を速める対象が、第2の周波数変換部22が備えるIGBT22a〜22fであれば、第3制限値と駆動電圧との差に応じて速められる。スイッチング速度決定部10wは、変更対象とするIGBTのスイッチング速度を変更するために、ドライバ用電源部4(後述する)にスイッチング速度情報を伝達する。ここで、各機能部の制限値と駆動電圧との間に差がない場合には、当該制限値を有する機能部のIGBTのスイッチング速度は変更されない。この場合には、変更対象とならないIGBTを有するドライバ用電源部4に対して、スイッチング速度を変更しないことを示すスイッチング速度情報が伝達される。   In this way, the switching speed can be changed according to the difference between the limit value related to the functional unit and the drive voltage. In other words, if the target of increasing the switching speed is the IGBTs 1c and 1d included in the voltage conversion unit 1, the switching speed is increased according to the difference between the first limit value and the drive voltage. Moreover, if the object which accelerates | stimulates switching speed is IGBT21a-21f with which the 1st frequency conversion part 21 is provided, it will be accelerated according to the difference of a 2nd limit value and a drive voltage. Furthermore, if the target of increasing the switching speed is the IGBTs 22a to 22f included in the second frequency conversion unit 22, the switching speed is increased according to the difference between the third limit value and the drive voltage. The switching speed determination unit 10w transmits the switching speed information to the driver power supply unit 4 (described later) in order to change the switching speed of the IGBT to be changed. Here, when there is no difference between the limit value of each function unit and the drive voltage, the switching speed of the IGBT of the function unit having the limit value is not changed. In this case, switching speed information indicating that the switching speed is not changed is transmitted to the driver power supply unit 4 having the IGBT that is not to be changed.

図1に戻り、ドライバ用電源4は、IGBTを駆動するドライバ3に電源を供給する。当該ドライバ用電源4は、電圧変換部1のIGBT1c,1dを駆動するドライバ3に電源を供給するドライバ用電源部41と、第1の周波数変換部21のIGBT21a〜21fを駆動するドライバ3に電源を供給するドライバ用電源部42と、第2の周波数変換部22のIGBT22a〜22fを駆動するドライバ3に電源を供給するドライバ用電源部43とからなる。夫々のドライバ用電源部41〜43には、スイッチング速度決定部10wからスイッチング速度情報が入力される。ドライバ用電源部41〜43は、スイッチング速度情報のスイッチング速度に対応する電源電圧を生成し、ドライバ3に電源を供給する。   Returning to FIG. 1, the driver power supply 4 supplies power to the driver 3 that drives the IGBT. The driver power supply 4 supplies power to the driver power supply 41 that supplies power to the driver 3 that drives the IGBTs 1 c and 1 d of the voltage converter 1 and the driver 3 that drives the IGBTs 21 a to 21 f of the first frequency converter 21. And a driver power supply unit 43 that supplies power to the driver 3 that drives the IGBTs 22 a to 22 f of the second frequency conversion unit 22. Switching speed information is input to each of the driver power supply units 41 to 43 from the switching speed determining unit 10w. The driver power supply units 41 to 43 generate a power supply voltage corresponding to the switching speed of the switching speed information and supply power to the driver 3.

図5にドライバ用電源部4の回路構成を示す。各ドライバ用電源部41〜43には、同様のものが備えられる。ドライバ用電源部4は、PWM制御部4a、コイル4b、バイポーラトランジスタ4c、ダイオード4d、平滑用コンデンサ4eから構成される。コイル4bの一次側の両端には、夫々低圧系のバッテリB2とバイポーラトランジスタ4cのコレクタ端子とが接続される。当該バイポーラトランジスタ4cのエミッタ端子は接地され、ベース端子にはPWM制御部4aから出力されるPWM制御信号が入力される。PWM制御部4aには、上述のスイッチング速度決定部10wから伝達されるスイッチング速度情報と共に、ダイオード4dのカソード端子から出力される出力電圧V4が入力される。   FIG. 5 shows a circuit configuration of the driver power supply unit 4. Each of the driver power supply units 41 to 43 includes the same one. The driver power supply unit 4 includes a PWM control unit 4a, a coil 4b, a bipolar transistor 4c, a diode 4d, and a smoothing capacitor 4e. A low-voltage battery B2 and a collector terminal of the bipolar transistor 4c are connected to both ends of the primary side of the coil 4b. The emitter terminal of the bipolar transistor 4c is grounded, and the PWM control signal output from the PWM controller 4a is input to the base terminal. The PWM control unit 4a receives the output voltage V4 output from the cathode terminal of the diode 4d together with the switching speed information transmitted from the switching speed determination unit 10w.

PWM制御部4aは、スイッチング速度情報及び出力電圧V4に応じてバイポーラトランジスタ4cに対してPWM制御を行う。即ち、スイッチング速度情報に、スイッチング速度を変更しないことを示す情報が含まれている場合には、PWM制御部は、当該ドライバ用電源4の出力電圧V4が予め設定されている電圧(例えば15V)になるようにバイポーラトランジスタ4cをPWM制御する。また、スイッチング速度情報に、スイッチング速度を変更することを示す情報が含まれている場合には、PWM制御部は、当該ドライバ用電源部4の出力電圧V4がスイッチング速度情報に含まれるスイッチング速度に対応する電圧V4(例えば17V)になるように、バイポーラトランジスタ4cをPWM制御する。なお、この出力電圧V4は、バイポーラトランジスタ4cのオンDUTYに応じて変更することが可能であり、オンDUTYが大きくなれば出力電圧V4は大きくなり、オンDUTYが小さくなれば出力電圧V4は小さくなる。   The PWM control unit 4a performs PWM control on the bipolar transistor 4c according to the switching speed information and the output voltage V4. That is, when the switching speed information includes information indicating that the switching speed is not changed, the PWM control unit sets the output voltage V4 of the driver power supply 4 to a preset voltage (for example, 15V). The bipolar transistor 4c is PWM controlled so that Further, when the switching speed information includes information indicating that the switching speed is changed, the PWM control unit sets the output voltage V4 of the driver power supply unit 4 to the switching speed included in the switching speed information. The bipolar transistor 4c is subjected to PWM control so that the corresponding voltage V4 (for example, 17V) is obtained. The output voltage V4 can be changed according to the ON DUTY of the bipolar transistor 4c. The output voltage V4 increases as the ON DUTY increases, and the output voltage V4 decreases as the ON DUTY decreases. .

なお、コイル4bの二次側は、一端が接地され、他端はダイオード4dのアノードに接続される。ダイオード4dのカソードが、当該ドライバ用電源部4の出力電圧となり、平滑用コンデンサ4eが設けられる。ダイオード4dはバイポーラトランジスタ4cのPWM制御に応じて生じるコイル4bの逆起電力を整流するために設けられ、平滑用コンデンサ4eは出力電圧V4を平滑するために設けられる。出力電圧V4は、後述のドライバ3に供給される。なお、各ドライバ用電源部41〜43の出力電圧V4は、スイッチング速度決定部10wからのスイッチング速度情報に応じて、夫々異なる電圧とすることが可能である。即ち、電圧変換部1、第1の周波数変換部21、及び第2の周波数変換部22が備えるIGBTのスイッチング速度に応じて、各ドライバ用電源部41〜43の出力電圧V4が出力される。   One end of the secondary side of the coil 4b is grounded, and the other end is connected to the anode of the diode 4d. The cathode of the diode 4d becomes the output voltage of the driver power supply unit 4, and a smoothing capacitor 4e is provided. The diode 4d is provided for rectifying the counter electromotive force of the coil 4b generated according to the PWM control of the bipolar transistor 4c, and the smoothing capacitor 4e is provided for smoothing the output voltage V4. The output voltage V4 is supplied to the driver 3 described later. Note that the output voltage V4 of each of the driver power supply units 41 to 43 can be set to a different voltage according to the switching speed information from the switching speed determining unit 10w. That is, the output voltage V4 of each driver power supply unit 41 to 43 is output according to the switching speed of the IGBT provided in the voltage conversion unit 1, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22.

ドライバ3は、IGBTを駆動する。当該ドライバ3は、電圧変換部1のIGBT1c,1dを駆動するドライバ31と、第1の周波数変換部21のIGBT21a〜21fを駆動するドライバ32と、第2の周波数変換部22のIGBT22a〜22fを駆動するドライバ33とからなる。夫々のドライバ3には、夫々のドライバ用電源部4の出力電圧が入力される。即ち、ドライバ31にはドライバ用電源部41の出力電圧が入力され、ドライバ32にはドライバ用電源部42の出力電圧が入力される。また、ドライバ33にはドライバ用電源部43の出力電圧が入力される。   The driver 3 drives the IGBT. The driver 3 includes a driver 31 that drives the IGBTs 1c and 1d of the voltage converter 1, a driver 32 that drives the IGBTs 21a to 21f of the first frequency converter 21, and IGBTs 22a to 22f of the second frequency converter 22. It comprises a driver 33 for driving. The output voltage of each driver power supply unit 4 is input to each driver 3. That is, the output voltage of the driver power supply unit 41 is input to the driver 31, and the output voltage of the driver power supply unit 42 is input to the driver 32. The output voltage of the driver power supply unit 43 is input to the driver 33.

ここで、TCU10は、例えば、2.5Vや3.3V等の低電圧で動作するマイクロコンピュータ等によって構成される。そのため、IGBTに流れる電流やIGBTの電気的特性によっては、第1PWM制御部10i、第2PWM制御部10p、及び電圧変換用PWM制御部10vの夫々から出力されるPWM制御信号では、夫々のIGBTをオンさせるためのドライブ能力が不足し、必要分のコレクタ電流が流せなくなる虞がある。したがって、ドライバ3は、第1PWM制御部10i、第2PWM制御部10p、及び電圧変換用PWM制御部10vの夫々から出力されるPWM制御信号のドライブ能力を上げるために設けられている。   Here, the TCU 10 is configured by, for example, a microcomputer that operates at a low voltage such as 2.5 V or 3.3 V. Therefore, depending on the current flowing through the IGBT and the electrical characteristics of the IGBT, the PWM control signal output from each of the first PWM control unit 10i, the second PWM control unit 10p, and the voltage conversion PWM control unit 10v may change each IGBT. There is a risk that the drive capacity for turning on will be insufficient and the collector current required will not flow. Therefore, the driver 3 is provided to increase the drive capability of the PWM control signal output from each of the first PWM control unit 10i, the second PWM control unit 10p, and the voltage conversion PWM control unit 10v.

図6に、ドライバ3の回路構成を示す。なお、図6は、ドライバ31を示したものであるが、基本的には、他のドライバ32,33も同様である。また、ドライバ31が駆動するIGBTはIGBT1dであるとして説明する。ドライバ31は、プッシュプルを形成する一対のバイポーラトランジスタ3a,3bと、制御抵抗3c,3dとからなる。プッシュプルのハイサイドのバイポーラトランジスタ3aはNPN型トランジスタが用いられ、ローサイドのバイポーラトランジスタ3bはPNP型トランジスタが用いられる。そして、バイポーラトランジスタ3a,3bは、ベースコモン及びエミッタコモンとして接続される。バイポーラトランジスタ3aのコレクタ端子は、ドライバ用電源部41の出力電圧V4が供給される。一方、バイポーラトランジスタ3bのコレクタ端子は接地される。エミッタコモンとされるエミッタ端子には、制御抵抗3c,3dが接続される。これらの中点3eが、IGBT1dの制御端子であるゲート端子に接続される。   FIG. 6 shows a circuit configuration of the driver 3. FIG. 6 shows the driver 31, but basically the other drivers 32 and 33 are the same. Further, the description will be made assuming that the IGBT driven by the driver 31 is the IGBT 1d. The driver 31 includes a pair of bipolar transistors 3a and 3b that form a push-pull, and control resistors 3c and 3d. The push-pull high-side bipolar transistor 3a is an NPN transistor, and the low-side bipolar transistor 3b is a PNP-type transistor. The bipolar transistors 3a and 3b are connected as a base common and an emitter common. The output voltage V4 of the driver power supply 41 is supplied to the collector terminal of the bipolar transistor 3a. On the other hand, the collector terminal of the bipolar transistor 3b is grounded. Control resistors 3c and 3d are connected to an emitter terminal which is an emitter common. These midpoints 3e are connected to a gate terminal which is a control terminal of the IGBT 1d.

電圧変換用PWM制御部10vから伝達されるPWM制御信号がHiであればバイポーラトランジスタ3aがオンし(バイポーラトランジスタ3bはオフ)、制御抵抗3c,3dに出力電圧V4が印加される。一方、PWM制御信号がLowであればバイポーラトランジスタ3bがオンし(バイポーラトランジスタ3aはオフ)、制御抵抗3c,3dに出力電圧V4は印加されない。制御抵抗3c及び3dの抵抗値は、バイポーラトランジスタ3aがオンした時の中点3eの電圧が、IGBT1dが駆動する閾値以上の電圧となるように決定される。   If the PWM control signal transmitted from the voltage conversion PWM controller 10v is Hi, the bipolar transistor 3a is turned on (the bipolar transistor 3b is turned off), and the output voltage V4 is applied to the control resistors 3c and 3d. On the other hand, if the PWM control signal is Low, the bipolar transistor 3b is turned on (the bipolar transistor 3a is turned off), and the output voltage V4 is not applied to the control resistors 3c and 3d. The resistance values of the control resistors 3c and 3d are determined so that the voltage at the middle point 3e when the bipolar transistor 3a is turned on is equal to or higher than the threshold value for driving the IGBT 1d.

このような構成とされることで、ドライバ31は、ドライバ用電源部41の出力電圧V4を使用して、IGBT1dを駆動するドライバ能力を上げることが可能となる。上述のように、TCU10のスイッチング速度決定部10wがスイッチング速度を変更する場合には、ドライバ用電源部41は、出力電圧V4を予め設定された電圧値から高くする。このため、制御抵抗3c,3dの中点3eの電位も高くなる。したがって、IGBT1dを駆動する駆動電圧が高くなるため、IGBT1dのスイッチング速度が速くなる。本制御装置100は、このようにIGBT1dのゲート端子に接続される制御抵抗3c,3dに印加する出力電圧V4を変更して、IGBT1dのスイッチング速度を変更する。なお、このドライバ用電源41及びドライバ31に係る構成は、他のドライバ用電源42,43及びドライバ32,33についても同様である。したがって、説明は省略する。   With this configuration, the driver 31 can use the output voltage V4 of the driver power supply unit 41 to increase the driver ability to drive the IGBT 1d. As described above, when the switching speed determination unit 10w of the TCU 10 changes the switching speed, the driver power supply unit 41 increases the output voltage V4 from a preset voltage value. For this reason, the potential of the middle point 3e of the control resistors 3c and 3d is also increased. Therefore, since the drive voltage for driving the IGBT 1d is increased, the switching speed of the IGBT 1d is increased. The control device 100 thus changes the switching speed of the IGBT 1d by changing the output voltage V4 applied to the control resistors 3c and 3d connected to the gate terminal of the IGBT 1d. The configuration related to the driver power supply 41 and the driver 31 is the same for the other driver power supplies 42 and 43 and the drivers 32 and 33. Therefore, the description is omitted.

本制御装置100は、このように、共通制限値に対して余裕がある機能部のIGBTのスイッチング速度を速めることにより、夫々のIGBTにおけるスイッチング損失を減少させることが可能となる。したがって、制御装置100に係る効率を上げることができる。   As described above, the control device 100 can reduce the switching loss in each IGBT by increasing the switching speed of the IGBT of the functional unit having a margin with respect to the common limit value. Therefore, the efficiency according to the control device 100 can be increased.

ここで、本制御装置100に係る処理に関して、図を用いて整理する。
nチャネルのIGBTをスイッチングさせる際、図7の(a)に示されるようなPWM制御信号をIGBTのゲート端子に印加するとする。ただし、図7の(a)では、PWM制御信号の所定の1周期分のみ示している。IGBTのゲート端子に(a)のようなPWM制御信号が印加されると、(b)に示されるように、コレクタ−エミッタ間電圧が、(a)で示されたPWM制御信号に応じてターンオン及びターンオフされる。この場合、特にターンオフ時にサージ電圧が発生する。一方、IGBTのスイッチングに合わせて、(c)で示されるようにコレクタ電流が流れる。このようなサージ電圧が、IGBTの素子耐圧を超えるとIGBTが破壊する恐れがある。このため、TCU10は、このようなサージ電圧を考慮して電圧変換部1、第1の周波数変換部21、及び第2の周波数変換部22における駆動電圧の制限値を決定する。
Here, the processing related to the present control apparatus 100 is organized using the drawings.
When switching an n-channel IGBT, a PWM control signal as shown in FIG. 7A is applied to the gate terminal of the IGBT. However, in FIG. 7A, only a predetermined period of the PWM control signal is shown. When a PWM control signal as shown in (a) is applied to the gate terminal of the IGBT, the collector-emitter voltage is turned on in accordance with the PWM control signal shown in (a) as shown in (b). And turned off. In this case, a surge voltage is generated particularly during turn-off. On the other hand, a collector current flows as shown in FIG. If such a surge voltage exceeds the device breakdown voltage of the IGBT, the IGBT may be destroyed. For this reason, the TCU 10 determines the drive voltage limit values in the voltage conversion unit 1, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22 in consideration of such a surge voltage.

この決定は、IGBTのコレクタ電流に基づき、図3に示されるサージ電圧マップを用いて行われる。コレクタ電流がI0〔A〕であれば、IGBTに生じるサージ電圧はV01〔V〕と推定される。   This determination is made using the surge voltage map shown in FIG. 3 based on the collector current of the IGBT. If the collector current is I0 [A], the surge voltage generated in the IGBT is estimated to be V01 [V].

一方、IGBTの素子温度は、素子温度検出部5により測定される。IGBTの素子温度が、T0〔℃〕とすると、その温度におけるIGBTの素子耐圧は、図4に示される素子耐圧マップに示されるようにV0〔V〕である。ここで、TCU10は、この素子耐圧から上述の推定されたサージ電圧V01〔V〕を減じることにより、その温度における制限値をV1〔V〕として決定する。このような処理は、電圧変換部5、第1の周波数変換部21、及び第2の周波数変換部22の各機能部に対して行われる。各機能部の制限値は、夫々第1制限値、第2制限値、及び第3制限値として決定される。   On the other hand, the element temperature of the IGBT is measured by the element temperature detection unit 5. If the IGBT element temperature is T0 [° C.], the IGBT element withstand voltage at that temperature is V0 [V] as shown in the element withstand voltage map shown in FIG. Here, the TCU 10 determines the limit value at the temperature as V1 [V] by subtracting the estimated surge voltage V01 [V] from the element breakdown voltage. Such processing is performed on each functional unit of the voltage conversion unit 5, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22. The limit value of each functional unit is determined as a first limit value, a second limit value, and a third limit value, respectively.

そして、TCU10は、これらの制限値のうち、最も低い制限値を共通制限値として決定する。ここでは、第2制限値が共通制限値として設定されたとする。電圧変換部1は、当該電圧変換部1が生成する駆動電圧を、共通制限値以下に制限してバッテリB1の出力から昇圧電圧を生成する。本制御装置100は、この昇圧電圧を回転電機の駆動電圧として用いると共に、電圧変換部1、第1の周波数変換部21、及び第2の周波数変換部22の制御を行う。   Then, the TCU 10 determines the lowest limit value among these limit values as the common limit value. Here, it is assumed that the second limit value is set as the common limit value. The voltage conversion unit 1 generates a boosted voltage from the output of the battery B1 by limiting the drive voltage generated by the voltage conversion unit 1 to a common limit value or less. The control device 100 uses the boosted voltage as a driving voltage for the rotating electrical machine and controls the voltage conversion unit 1, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22.

ここで、上述したように、この状態におけるIGBTのコレクタ−エミッタ間電圧は図7の(b)で示されるような波形となる。一方、コレクタ電流は図7の(c)で示されるような波形となる。したがって、スイッチング損失はコレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流との積と概算でき、(b)及び(c)が交差するハッチングされた領域の面積に相当する。その算出結果は図7の(d)で示される。なお、(d)には、IGBTがオン時のコレクタ−エミッタ間飽和電圧に係る損失は無視している。   Here, as described above, the collector-emitter voltage of the IGBT in this state has a waveform as shown in FIG. On the other hand, the collector current has a waveform as shown in FIG. Therefore, the switching loss can be estimated as the product of the collector-emitter voltage and the collector current, and corresponds to the area of the hatched region where (b) and (c) intersect. The calculation result is shown by (d) in FIG. In (d), the loss related to the collector-emitter saturation voltage when the IGBT is on is ignored.

このようなスイッチング損失を低減させるには、スイッチング速度を速めると好適である。したがって、TCU10は、第1制限値、第2制限値、及び第3制限値のうち、最も低い制限値でない制限値を有する機能部のスイッチング速度を速めるように制御する。即ち、電圧変換部1及び第2の周波数変換部21が備えるIGBTのスイッチング速度を速めるように制御する。   In order to reduce such switching loss, it is preferable to increase the switching speed. Therefore, the TCU 10 performs control so as to increase the switching speed of the functional unit having a limit value that is not the lowest limit value among the first limit value, the second limit value, and the third limit value. That is, control is performed so as to increase the switching speed of the IGBT provided in the voltage conversion unit 1 and the second frequency conversion unit 21.

ここで、スイッチング速度は、各機能部における制限値と駆動電圧との差に応じて速められる。例えば、電圧変換部1における第1制限値と駆動電圧との差がV02〔V〕である場合には、図3のサージ電圧マップを用いて、コレクタ電流がI0〔A〕の時に、サージ電圧がV02〔V〕以下となる電源電圧を特定する。この場合、スイッチング速度決定部10wにより、図3の一点鎖線で示されるように、ドライバ31に供給する電源電圧が17Vとして特定される。なお、この17〔V〕は単なる例示であり、限定されるわけではない。この電源電圧は、IGBTの特性に応じて決定されるものである。   Here, the switching speed is increased according to the difference between the limit value and the drive voltage in each functional unit. For example, when the difference between the first limit value and the drive voltage in the voltage converter 1 is V02 [V], the surge voltage is calculated when the collector current is I0 [A] using the surge voltage map of FIG. Specifies a power supply voltage that becomes V02 [V] or less. In this case, the switching speed determination unit 10w specifies the power supply voltage supplied to the driver 31 as 17V, as indicated by the one-dot chain line in FIG. This 17 [V] is merely an example and is not limited. This power supply voltage is determined according to the characteristics of the IGBT.

そして、TCU10は、電圧変換部1が備えるIGBTを特定した電源電圧で駆動するようにドライバ用電源部41に対してドライバ用電源を変更するように指示する。このようにドライバ31に供給される電源電圧が変更されると、IGBT1cに印加されるPWM制御信号は、図8の(a)に示されるように図7の(a)に示されるものよりも速められる。図8の(a)で示されるPWM制御信号が印加されると、図8の(b)に示されるようにコレクタ−エミッタ間電圧が(a)で示されたPWM制御信号に応じてターンオン及びターンオフされる。この場合、特にターンオフ時にサージ電圧が発生する。   Then, the TCU 10 instructs the driver power supply unit 41 to change the driver power supply so that the IGBT included in the voltage conversion unit 1 is driven with the specified power supply voltage. When the power supply voltage supplied to the driver 31 is changed in this way, the PWM control signal applied to the IGBT 1c is more than that shown in FIG. 7A as shown in FIG. Speeded up. When the PWM control signal shown in FIG. 8A is applied, as shown in FIG. 8B, the collector-emitter voltage is turned on and off according to the PWM control signal shown in FIG. Turned off. In this case, a surge voltage is generated particularly during turn-off.

このサージ電圧は、図7の(b)で示されるものよりも大きなものとなる。一方、IGBTのスイッチングに合わせて、(c)で示されるようにコレクタ電流が流れる。しかしながら、サージ電圧が大きくなっても、当該IGBT1cは、サージ電圧に対して余裕があるため、問題となることはない。なお、図7と同様、スイッチング損失は、図8の(b)及び(c)が交差するハッチングされた領域の面積に相当する。また、その算出結果を図8の(d)に示す。図8の(d)の面積が、図7(d)の面積に比べて小さくなっていることから明らかなように、スイッチング損失はスイッチング速度を速めると小さくなる。したがって、制御装置100全体で考えて場合に、効率を上げることが可能となる。   This surge voltage is larger than that shown in FIG. On the other hand, a collector current flows as shown in FIG. However, even if the surge voltage increases, the IGBT 1c has no problem because it has a margin with respect to the surge voltage. As in FIG. 7, the switching loss corresponds to the area of the hatched region where (b) and (c) of FIG. 8 intersect. The calculation result is shown in FIG. As apparent from the fact that the area of FIG. 8D is smaller than the area of FIG. 7D, the switching loss is reduced as the switching speed is increased. Therefore, the efficiency can be increased when the entire control apparatus 100 is considered.

このようにして、本制御装置100は、制御装置100の運転状況に応じて変化するIGBTの素子温度に基づいて決定された駆動電圧を各IGBTに供給するため、各IGBTの素子耐圧を超えない範囲の高い電圧でスイッチングを行うことが可能となる。したがって、回転電機の高出力化を図ることができる。また、素子温度に応じて素子耐圧が設定されるので、耐圧特性の優れたIGBTを使用する必要がないことから、低コスト化を図ることが可能となる。更に、素子耐圧に余裕のあるIGBTには、当該余裕分に応じて、スイッチング速度を速めることができる。したがって、夫々のIGBTのスイッチング損失を減らすことができ、更に効率を上げることができる。   In this way, since the present control device 100 supplies each IGBT with the drive voltage determined based on the IGBT element temperature that changes in accordance with the operation status of the control device 100, it does not exceed the device breakdown voltage of each IGBT. It is possible to perform switching at a high voltage in the range. Therefore, high output of the rotating electrical machine can be achieved. In addition, since the device withstand voltage is set according to the device temperature, it is not necessary to use an IGBT having excellent withstand voltage characteristics, so that the cost can be reduced. Furthermore, the switching speed can be increased according to the margin of the IGBT having a margin of device breakdown voltage. Therefore, the switching loss of each IGBT can be reduced and the efficiency can be further increased.

〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、本制御装置100をハイブリッド車両に適用した場合を例として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、本制御装置100を回転電機のみを動力源とする電気自動車にも適用することは、当然に可能である。電気自動車に適用した場合であっても、上述の効果を得ることは可能である。また、上記実施形態では、ハイブリッド車両が回転電機を2つ備える場合の例として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。ハイブリッド車両が備える回転電機が1つの場合であっても、本発明に係る制御装置100を適用することは当然に可能であり、上述の効果を得ることができる。
[Other Embodiments]
In the above embodiment, the case where the present control device 100 is applied to a hybrid vehicle has been described as an example. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, it is naturally possible to apply the control device 100 to an electric vehicle using only a rotating electrical machine as a power source. Even when the present invention is applied to an electric vehicle, the above-described effects can be obtained. Moreover, in the said embodiment, it demonstrated as an example in case a hybrid vehicle is provided with two rotary electric machines. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. Even if the hybrid vehicle has one rotating electric machine, it is naturally possible to apply the control device 100 according to the present invention, and the above-described effects can be obtained.

上記実施形態では、IGBTのスイッチング速度の変更は、ドライバ用電源部4からドライバ3に供給される電源電圧を変更することにより行われるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、ドライバ3が備える制御抵抗3c,3dの抵抗値を変更するように構成することも可能である。具体的には、制御抵抗3c及び3dの少なくとも何れか一方に、並列接続で抵抗器を備えるように構成し、スイッチング速度情報に応じて、当該抵抗器を接続したり切り離したりすることにより実現可能である。更に、フレキシブルに抵抗値を制御したい場合には、前記抵抗器を電子制御式のポテンショメータとすることにより、変更可能である。   In the above embodiment, the switching speed of the IGBT has been described as being changed by changing the power supply voltage supplied from the driver power supply unit 4 to the driver 3. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, the resistance values of the control resistors 3c and 3d included in the driver 3 can be changed. Specifically, at least one of the control resistors 3c and 3d can be configured to include a resistor in parallel connection, and can be realized by connecting or disconnecting the resistor according to switching speed information. It is. Furthermore, when it is desired to control the resistance value flexibly, the resistor can be changed by using an electronically controlled potentiometer.

上記実施形態では、電圧変換部1や周波数変換部2が備えるスイッチング素子は、IGBTであるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、IGBTに代えて、MOS−FETを使用することも可能であるし、バイポーラトランジスタを使用することも当然に可能である。このような素子を使用した場合であっても、本発明に係る回転電機の制御装置100を実現することは当然に可能である。なお、スイッチング素子にMOS−FETを使用する場合には、上述の実施形態において、「コレクタ電流」が「ドレーン電流」に相当し、「コレクタ−エミッタ間電圧」が「ドレーン−ソース間電圧」に相当する。   In the said embodiment, the switching element with which the voltage converter 1 and the frequency converter 2 are provided was demonstrated as IGBT. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, it is possible to use a MOS-FET instead of the IGBT, and naturally use a bipolar transistor. Even when such an element is used, it is naturally possible to realize the rotating electrical machine control device 100 according to the present invention. When a MOS-FET is used as the switching element, in the above-described embodiment, “collector current” corresponds to “drain current”, and “collector-emitter voltage” becomes “drain-source voltage”. Equivalent to.

上記実施形態では、回転電機が複数備えられる場合を例として説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。回転電機が一つであっても、本発明にかかる回転電機の制御装置100を構成することは可能である。この場合には、周波数変換部2も一つからなり、共通制限値決定部10uは、電圧変換部1における第1制限値及び周波数変換部2における第2制限値のうち低い方の制限値を共通制限値として決定すると好適である。このような構成であっても、本発明に係る効果を得られることは当然に可能である。   In the above embodiment, the case where a plurality of rotating electrical machines are provided has been described as an example. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. Even if there is only one rotating electrical machine, it is possible to configure the rotating electrical machine control apparatus 100 according to the present invention. In this case, the frequency conversion unit 2 also includes one, and the common limit value determination unit 10u determines the lower limit value of the first limit value in the voltage conversion unit 1 and the second limit value in the frequency conversion unit 2. It is preferable to determine the common limit value. Even with such a configuration, it is naturally possible to obtain the effects according to the present invention.

上記実施形態において、素子温度検出部5は、電圧変換部1、第1の周波数変換部21、第2の周波数変換部22の機能部に夫々1つずつ備えられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、各IGBTに1対1対応で素子温度検出部5を備えることも可能である。或いは、各機能部のIGBTのハイサイドとローサイドとに夫々1つずつ備えるように構成することも可能である。このような構成の場合には、夫々の素子温度検出部5からの検出結果の最高温度のものを素子温度情報としてTCU10で用いると好適である。   In the said embodiment, the element temperature detection part 5 was demonstrated as one provided in the function part of the voltage conversion part 1, the 1st frequency conversion part 21, and the 2nd frequency conversion part 22, respectively. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, it is possible to provide the element temperature detection unit 5 in a one-to-one correspondence with each IGBT. Or it is also possible to comprise one each in the high side and low side of IGBT of each function part. In the case of such a configuration, it is preferable that the TCU 10 uses the highest temperature detection result from each element temperature detection unit 5 as element temperature information.

上記実施形態において、IGBTの素子温度は、素子温度検出部5により検出されるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。素子温度は、計算により算出することも可能である。スイッチング素子が、IGBTやバイポーラトランジスタの場合には、コレクタ−エミッタ間電圧とコレクタ電流とチップを封入するモールドの熱抵抗とから、チップ温度を算出することが可能である。また、スイッチング素子が、MOS−FETの場合には、オン抵抗とドレーン電流とチップを封入するモールドの熱抵抗とから、チップ温度を算出することが可能である。このようにチップ温度を算出し、当該チップ温度に基づいて本発明に係る制御装置100の制御を行うことも当然に可能である。   In the above embodiment, the element temperature of the IGBT is described as being detected by the element temperature detection unit 5. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. The element temperature can also be calculated. When the switching element is an IGBT or a bipolar transistor, the chip temperature can be calculated from the collector-emitter voltage, the collector current, and the thermal resistance of the mold enclosing the chip. When the switching element is a MOS-FET, the chip temperature can be calculated from the on-resistance, the drain current, and the thermal resistance of the mold enclosing the chip. It is naturally possible to calculate the chip temperature in this way and control the control device 100 according to the present invention based on the chip temperature.

上記実施形態において、第1サージ電圧マップ格納部10dに格納される第1サージ電圧マップと、第2サージ電圧マップ格納部10kに格納される第2サージ電圧マップと、第3サージ電圧マップ格納部10rに格納される第3サージ電圧マップとが、それぞれ別体で備えられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、電圧変換部1、第1の周波数変換部21、第2の周波数変換部22が備えるIGBTが夫々同じものを使用する場合には、第1サージ電圧マップ格納部10dと第2サージ電圧マップ格納部10kと第3サージ電圧マップ格納部10rとを、共通して単一のサージ電圧マップ格納部とし、サージ電圧マップ格納部を備えるように構成することも可能である。   In the above embodiment, the first surge voltage map stored in the first surge voltage map storage unit 10d, the second surge voltage map stored in the second surge voltage map storage unit 10k, and the third surge voltage map storage unit. The third surge voltage map stored in 10r has been described as being provided separately. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, when the same IGBT is used in the voltage conversion unit 1, the first frequency conversion unit 21, and the second frequency conversion unit 22, the first surge voltage map storage unit 10d and the second surge voltage map are used. The storage unit 10k and the third surge voltage map storage unit 10r may be configured as a single surge voltage map storage unit in common and provided with a surge voltage map storage unit.

上記実施形態において、サージ電圧マップに基づいて推定されたサージ電圧は、最大値であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、サージ電圧マップには、サージ電圧の平均値を示し、各サージ電圧推定部10c,10j,10qが、当該平均値からディレーティングを考慮し、サージ電圧の最大値を推定するような構成とすることも可能である。   In the said embodiment, the surge voltage estimated based on the surge voltage map demonstrated as a maximum value. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, the surge voltage map shows an average value of the surge voltage, and each surge voltage estimation unit 10c, 10j, 10q considers derating from the average value and estimates the maximum value of the surge voltage. It is also possible to do.

上記実施形態では、各機能部におけるサージ電圧とコレクタ電流との関係を説明の際に、コレクタ電流がI0〔A〕、その際のサージ電圧がV01〔V〕であるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。I0〔A〕及びV01〔V〕は単なる例示であり、各機能部が備えるIGBTのコレクタ電流が変わればサージ電圧も変わることは当然である。本発明に係る制御装置100は、夫々の機能部が備えるIGBTのコレクタ電流に応じて、各機能部におけるIGBTのサージ電圧を推定する。   In the embodiment described above, the relationship between the surge voltage and the collector current in each functional unit has been described on the assumption that the collector current is I0 [A] and the surge voltage at that time is V01 [V]. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. I0 [A] and V01 [V] are merely examples, and it is natural that the surge voltage changes if the collector current of the IGBT provided in each functional unit changes. The control apparatus 100 which concerns on this invention estimates the surge voltage of IGBT in each function part according to the collector current of IGBT with which each function part is provided.

上記実施形態において、ドライバ3にはバイポーラトランジスタ3a,3bが備えられ、ドライバ用電源部4にはバイポーラトランジスタ4cが備えられるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。例えば、これらのバイポーラトランジスタは、IGBT或いはMOS−FETで構成することも当然に可能である。   In the above embodiment, it has been described that the driver 3 includes the bipolar transistors 3a and 3b, and the driver power supply unit 4 includes the bipolar transistor 4c. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. For example, these bipolar transistors can naturally be constituted by IGBTs or MOS-FETs.

上記実施形態において、IGBTのスイッチング速度は、各機能部における制限値と駆動電圧との差に応じて速められるとして説明した。しかしながら、本発明の適用範囲は、これに限定されるものではない。以下のような方法で、スイッチング速度を速めることも可能である。   In the above embodiment, the switching speed of the IGBT has been described as being increased according to the difference between the limit value and the drive voltage in each functional unit. However, the scope of application of the present invention is not limited to this. It is also possible to increase the switching speed by the following method.

例えば、制御装置100が、電圧変換部1と周波数変換部2とを備えて構成される場合には、電圧変換部1における第1制限値及び周波数変換部2における第2制限値のうち、低い方の制限値を共通制限値とし、高い方を制限値とする電圧変換部1又は周波数変換部2が有するIGBTのスイッチング速度を、当該制限値と共通制限値との差に応じて速めると好適である。このような構成であれば、各スイッチング素子の素子温度に基づいて決定される第1制限値、第2制限値、及び共通制限値のみに基づいてスイッチング速度を算出するため、スイッチング速度の算出に係る演算処理負荷を軽減することができる。もちろん、周波数変換部2が、第1の周波数変換部21及び第2の周波数変換部22から構成される場合であっても、同様にスイッチング速度を速めることは、当然に可能である。   For example, when the control device 100 is configured to include the voltage converter 1 and the frequency converter 2, the first limit value in the voltage converter 1 and the second limit value in the frequency converter 2 are low. It is preferable to increase the switching speed of the IGBT of the voltage conversion unit 1 or the frequency conversion unit 2 having the higher limit value as the common limit value and the higher limit value according to the difference between the limit value and the common limit value. It is. With such a configuration, the switching speed is calculated based only on the first limit value, the second limit value, and the common limit value determined based on the element temperature of each switching element. Such a calculation processing load can be reduced. Of course, even when the frequency conversion unit 2 includes the first frequency conversion unit 21 and the second frequency conversion unit 22, it is naturally possible to increase the switching speed in the same manner.

本発明は、直流電源の出力を変換して駆動電圧を生成する電圧変換部と、回転電機を制御対象とし、前記駆動電圧を交流電圧に変換する周波数変換部と、を備えた回転電機の制御装置に利用することが可能である。   The present invention controls a rotating electrical machine comprising: a voltage converting unit that converts the output of a DC power source to generate a driving voltage; and a frequency converting unit that controls the rotating electrical machine and converts the driving voltage into an AC voltage. It can be used for the device.

本発明に係る制御装置の構成を概略的に示した模式図The schematic diagram which showed roughly the structure of the control apparatus which concerns on this invention TCUの機能構成を示す図The figure which shows the functional composition of TCU サージ電圧マップの一例を示す図Figure showing an example of a surge voltage map 素子耐圧マップの一例を示す図Figure showing an example of the device withstand voltage map ドライバ用電源の回路構成を示す図The figure which shows the circuit constitution of the power supply for driver ドライバの回路構成を示す図Diagram showing the circuit configuration of the driver 所定のスイッチング速度におけるサージ電圧とスイッチング損失とを示す図Diagram showing surge voltage and switching loss at a given switching speed 図7のスイッチング速度を速めた場合のサージ電圧とスイッチング損失とを示す図The figure which shows the surge voltage and switching loss when the switching speed of FIG. 7 is increased

符号の説明Explanation of symbols

1:電圧変換部
1c,1d:IGBT(第1のスイッチング素子)
2:周波数変換部
21:第1の周波数変換部(周波数変換部)
21a〜21f:IGBT(第2のスイッチング素子)
22:第2の周波数変換部(周波数変換部)
22a〜22f:IGBT(第3のスイッチング素子)
3:ドライバ
4:ドライバ用電源
5:素子温度検出部
6:電流検出部
7:回転角検出部
10:TCU
B1:高圧系のバッテリ
B2:低圧系のバッテリ
100:制御装置(回転電機の制御装置)
MG1:回転電機
MG2:回転電機
1: Voltage converters 1c, 1d: IGBT (first switching element)
2: Frequency converter 21: First frequency converter (frequency converter)
21a to 21f: IGBT (second switching element)
22: Second frequency converter (frequency converter)
22a to 22f: IGBT (third switching element)
3: Driver 4: Driver power supply 5: Element temperature detection unit 6: Current detection unit 7: Rotation angle detection unit 10: TCU
B1: High-voltage battery B2: Low-voltage battery 100: Control device (control device for rotating electrical machine)
MG1: Rotating electric machine MG2: Rotating electric machine

Claims (5)

直流電源の出力を変換して駆動電圧を生成する電圧変換部と、
回転電機を制御対象とし、前記駆動電圧を交流電圧に変換する周波数変換部と、
を備えた回転電機の制御装置であって、
前記電圧変換部が有する第1のスイッチング素子の素子温度に基づいて、当該電圧変換部における前記駆動電圧の制限値を第1制限値として決定する第1制限値決定部と、
前記周波数変換部が有する第2のスイッチング素子の素子温度に基づいて、当該周波数変換部における前記駆動電圧の制限値を第2制限値として決定する第2制限値決定部と、
前記第1制限値及び前記第2制限値のうち低い方の制限値を共通制限値として決定する共通制限値決定部と、
を備え、
前記第1制限値及び前記第2制限値のうち、高い方を制限値とする前記電圧変換部又は前記周波数変換部が有するスイッチング素子のスイッチング速度を、当該制限値と前記共通制限値との差に応じて速める回転電機の制御装置。
A voltage converter that converts the output of the DC power source to generate a drive voltage;
A frequency converter that controls a rotating electrical machine and converts the drive voltage into an AC voltage;
A control device for a rotating electrical machine comprising:
A first limit value determining unit that determines a limit value of the drive voltage in the voltage conversion unit as a first limit value based on an element temperature of a first switching element included in the voltage conversion unit;
A second limit value determining unit that determines a limit value of the drive voltage in the frequency conversion unit as a second limit value based on the element temperature of the second switching element of the frequency conversion unit;
A common limit value determining unit that determines a lower limit value of the first limit value and the second limit value as a common limit value;
Bei to give a,
The switching speed of the switching element of the voltage conversion unit or the frequency conversion unit having the higher one of the first limit value and the second limit value as a limit value is the difference between the limit value and the common limit value. Rotating electric machine control device that speeds up according to .
前記第1制限値は、前記第1のスイッチング素子の素子温度に応じて定まる素子耐圧から当該第1のスイッチング素子に流れる電流に応じて生じるサージ電圧の推定値を減じて決定され、
前記第2制限値は、前記第2のスイッチング素子の素子温度に応じて定まる素子耐圧から当該第2のスイッチング素子に流れる電流に応じて生じるサージ電圧の推定値を減じて決定される請求項1に記載の回転電機の制御装置。
The first limit value is determined by subtracting an estimated value of a surge voltage generated according to a current flowing through the first switching element from an element withstand voltage determined according to an element temperature of the first switching element,
2. The second limit value is determined by subtracting an estimated value of a surge voltage generated according to a current flowing through the second switching element from an element breakdown voltage determined according to an element temperature of the second switching element. The control apparatus of the rotary electric machine as described in 2.
前記駆動電圧は、前記回転電機の目標トルクと回転数とに応じて決定され、
前記電圧変換部は、前記駆動電圧を前記共通制限値以下に制限する請求項1又は2に記載の回転電機の制御装置。
The drive voltage is determined according to the target torque and the rotational speed of the rotating electrical machine,
The control device for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the voltage conversion unit limits the drive voltage to the common limit value or less.
前記スイッチング素子の制御端子に接続される制御抵抗に印加する電圧又は前記制御抵抗の抵抗値を変更して前記スイッチング速度を変更するドライバを備える請求項1から3のいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。 The rotation according to any one of claims 1 to 3, further comprising a driver that changes the switching speed by changing a voltage applied to a control resistor connected to a control terminal of the switching element or a resistance value of the control resistor. Electric control device. 前記回転電機を第1の回転電機とすると共に、当該第1の回転電機を制御対象とする前記周波数変換部を第1の周波数変換部とし、
前記第1の回転電機に加えて第2の回転電機を備えると共に、当該第2の回転電機を制御対象とし、前記駆動電圧を交流電圧に変換する第2の周波数変換部と、当該第2の周波数変換部が有する第3のスイッチング素子の素子温度に基づいて、前記第2の周波数変換部における前記駆動電圧の制限値を第3制限値として決定する第3制限値決定部と、を更に備え、
前記共通制限値決定部は、前記第1制限値、前記第2制限値、及び前記第3制限値のうち最も低い制限値を共通制限値として決定する請求項1からのいずれか一項に記載の回転電機の制御装置。
The rotating electrical machine is a first rotating electrical machine, and the frequency conversion unit that is controlled by the first rotating electrical machine is a first frequency converting unit,
In addition to the first rotating electrical machine, a second rotating electrical machine is provided, the second rotating electrical machine is a control target, the second frequency converting unit that converts the drive voltage into an AC voltage, and the second rotating electrical machine A third limit value determining unit that determines the limit value of the drive voltage in the second frequency conversion unit as a third limit value based on the element temperature of the third switching element included in the frequency conversion unit; ,
It said common limit value determining unit, the first limit value, the second limit value, and to any one of claims 1 to 4 for determining the lowest limit value of the third limit value as the common limit value The control apparatus of the rotary electric machine described.
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