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公開番号2024173128
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023091336
出願日2023-06-02
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機モビリティ株式会社
代理人弁理士法人ぱるも特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20241205BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】温度検出器等の配置の制約をなくし、電力変換装置の作動状態、電力変換装置の置かれた環境による断線故障の誤検知を防ぐことができる電力変換装置を得る。
【解決手段】並列接続されたN個のスイッチング素子とN個より少ない温度検出器を有する単一部品の正極側のアーム、並列接続されたN個のスイッチング素子とN個より少ない温度検出器を有する単一部品の負極側のアーム、および正極側と負極側のスイッチング素子を直列に接続するとともに負荷に接続された外部接続点、が設けられた電力変換回路、ならびに故障判定部を有しスイッチング素子を制御して電力変換を行う制御装置、を備えた電力変換装置において、アームの温度検出器の出力値と他のアームの温度検出器の出力値との差分の絶対値が、所定の差分閾値よりも大きい場合にアームを構成するスイッチング素子の断線故障と判定する電力変換装置。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
Ｎを自然数、ＭをＮよりも小さい自然数として、
直流電源の正極側に並列接続されたＮ個のスイッチング素子と正極側の前記スイッチング素子の温度を検出するＭ個の温度検出器とを有する単一部品として構成された正極側のアーム、前記直流電源の負極側に並列接続されたＮ個のスイッチング素子と負極側の前記スイッチング素子の温度を検出するＭ個の温度検出器とを有する単一部品として構成された負極側のアーム、および前記正極側のアームのスイッチング素子と前記負極側のアームのスイッチング素子を直列に接続するとともに負荷に接続された外部接続点、が設けられた電力変換回路、ならびに
前記スイッチング素子の故障判定を行う故障判定部を有し前記電力変換回路の前記スイッチング素子を制御して電力変換を行う制御装置、を備えた電力変換装置において、
前記制御装置の前記故障判定部は、前記アームの前記温度検出器の出力から求められた値と他の前記アームの前記温度検出器の出力から求められた値との差分の絶対値が、予め定められた差分閾値よりも大きい場合に前記アームを構成する前記スイッチング素子の断線故障と判定する電力変換装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記電力変換回路の前記アームは、前記温度検出器が夫々前記スイッチング素子のいずれかに隣接して配置されて構成された請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換回路の前記アームは、同一のリードフレーム上に前記Ｎ個のスイッチング素子と前記Ｍ個の温度検出器とが配置されて構成された請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置の前記故障判定部は、前記電力変換回路のスイッチング素子が制御されて、全ての正極側のアームをオンし全ての負極側のアームをオフするもしくは全ての正極側のアームをオフし全ての負極側のアームをオンする全相短絡状態の場合または電力変換を行っている場合に、前記アームの前記温度検出器の出力から求められた温度と他の前記アームの前記温度検出器の出力から求められた温度との差分の絶対値が、前記差分閾値よりも大きい状態が継続する時間が予め定められた判定時間よりも長い場合に前記アームを構成する前記スイッチング素子の断線故障を判定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記制御装置の前記故障判定部は、前記電力変換回路のスイッチング素子が制御されて電力変換を行っている場合に、前記アームの前記温度検出器の出力から求められた温度と他の前記アームの前記温度検出器の出力から求められた温度との差分の絶対値が、前記差分閾値よりも大きい状態が継続する時間が予め定められた判定時間よりも長い場合に前記アームを構成する前記スイッチング素子の断線故障を判定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御装置の前記故障判定部は、前記電力変換回路のスイッチング素子が制御されて、全ての正極側のアームをオンし全ての負極側のアームをオフするもしくは全ての正極側のアームをオフし全ての負極側のアームをオンする全相短絡状態が継続しているまたは電力変換が行われている状態が継続している駆動継続時間が予め定められた駆動継続判定時間よりも大きい場合に、前記アームの前記温度検出器の出力から求められた前記駆動継続時間前の温度から現在の温度までの温度上昇値と他の前記アームの前記温度検出器の出力から求められた前記駆動継続時間前の温度から現在の温度までの温度上昇値との差分の絶対値が、予め定められた差分閾値よりも大きい場合に前記アームを構成する前記スイッチング素子の断線故障と判定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御装置の前記故障判定部は、前記電力変換回路のスイッチング素子が制御されて電力変換行われている状態が継続している駆動継続時間が予め定められた駆動継続判定時間よりも大きい場合に、前記アームの前記温度検出器の出力から求められた前記駆動継続時間前の温度から現在の温度までの温度上昇値と他の前記アームの前記温度検出器の出力から求められた前記駆動継続時間前の温度から現在の温度までの温度上昇値との差分の絶対値が、予め定められた差分閾値よりも大きい場合に前記アームを構成する前記スイッチング素子の断線故障と判定する請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記電力変換回路の前記外部接続点と前記負荷の間に流れる電流を検出する電流検出器を備え、
前記制御装置の前記故障判定部は、前記電流検出器によって検出された電流値に応じて前記差分閾値を定める請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記電力変換回路の周囲の温度を検出する周囲温度検出器を備え、
前記制御装置の前記故障判定部は、前記周囲温度検出器によって検出された周囲温度に応じて前記差分閾値を定める請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記電力変換回路の前記外部接続点と前記負荷の間に流れる電流を検出する電流検出器を備え、
前記制御装置は、前記スイッチング素子の断線故障を判定した場合に、前記電流検出器によって検出された電流値が予め定められた停止判定値よりも大きいときは前記スイッチング素子の制御を停止して電力変換を停止する請求項１から７のいずれか一項に記載の電力変換装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本願は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,800 文字）【背景技術】
【０００２】
電動車両などに適用されるモータ制御装置として電力変換装置が用いられることが多い。電力変換装置として、交流電力を直流電力へ変換するＡＣ／ＤＣコンバータ（Alternate Current / Direct Current Converter）、直流電力から交流電力へ変換するインバータ（Inverter）、直流電力の入力電圧と出力電圧のレベルを変化させるＤＣ／ＤＣコンバータ（Direct Current / Direct Current Converter）、などが存在する。これらの電力変換装置は、半導体スイッチング素子を備えた構成であることが多い。
【０００３】
電力変換装置の例として、電動車両に搭載されるインバータは直流電源から出力される直流電力を所望の交流電力に変換し、回転機に供給することで回転機を制御するために用いられる。電力変換装置は、スイッチング素子を組み合わせて構成されるスイッチング回路、スイッチング素子を制御する制御回路、回転機などの負荷に流れる電流を検出するための電流センサ、スイッチングノイズを対策するコンデンサなどから構成される。電力変換装置は例えば三相式のモータを制御する場合、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上側アーム（正極側のアーム）および下側アーム（負極側のアーム）各々にスイッチング回路が備えられているものがある。これらのスイッチング回路は、各相の各アームに複数のスイッチング素子が並列で接続されて構成されるものがある。アームごとに複数のスイッチング素子を並列接続することは、各アームの電流容量を増大する上で有利な手法である。
【０００４】
電力変換装置においてスイッチング素子のオープン故障が発生する可能性がある。特定の相の上側アーム、下側アームいずれかのアームで、並列接続されたスイッチング素子の１つにオープン故障が発生した場合、故障していない残るスイッチング素子に電流が集中する。そして、電流が集中したスイッチング素子の温度上昇が通常の運転時よりも大きくなり、温度が限界を超えるとスイッチング素子が破壊されてしまう可能性がある。このため、スイッチング素子に温度検出器を設け、過熱状態を検出して出力の停止もしくは出力を制限するといった保護手段を備えた電力変換装置が提案されている（例えば特許文献１）。
【０００５】
特許文献１には、並列接続されたスイッチング素子で構成された上側アーム及び下側アームを備えた電力変換装置が記載されている。そして一方のスイッチング素子がオープン故障を起こした場合の検出方法について示されている。コンデンサ、スイッチング素子等の個別の電子部品が配置された主配線基板上に並列に接続された二個のスイッチング素子が設けられている。そして、二個のスイッチング素子の中間の地点となる主配線基板の導電路上に温度検出器が設けられている。診断対象のアームの温度検出器によって検出された温度と、他のアームの温度検出器によって検出された温度の温度差を求める。そして、この温度差を所定値と比較してスイッチング素子のオープン故障を判定するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第５６４２８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の技術では、温度検出器を二個の独立した電子部品であるスイッチング素子の中間となる位置、かつ主配線基板の導電路上に実装する必要がある。そのように配置しなければ、一方のスイッチング素子のオープン故障の場合の残りのスイッチング素子の上昇温度の検出と、他方のスイッチング素子のオープン故障の場合の残りのスイッチング素子の上昇温度の検出との間に、断線故障したスイッチング素子の違いによる大きな誤差が生じるからである。また、電力変換装置の作動状態、電力変換装置の置かれた環境によってアームの温度検出器によって検出された温度が影響を受ける。このため、温度検出器の出力から求められた値に基づいてスイッチング素子の断線判定を行う場合に誤検出が発生する可能性がある。
【０００８】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものである。複数のスイッチング素子を備えた正極側および負極側のアームを有する電力変換装置において、スイッチング素子の断線故障を低コストでかつ正確に検出し、配線基板への温度検出器の配置、スイッチング素子の配置の制約をなくし、かつ、電力変換装置の作動状態、電力変換装置の置かれた環境による誤検知を防ぐことができる電力変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願に係る電力変換装置は、
Ｎを自然数、ＭをＮよりも小さい自然数として、
直流電源の正極側に並列接続されたＮ個のスイッチング素子と正極側のスイッチング素子の温度を検出するＭ個の温度検出器とを有する単一部品として構成された正極側のアーム、直流電源の負極側に並列接続されたＮ個のスイッチング素子と負極側のスイッチング素子の温度を検出するＭ個の温度検出器とを有する単一部品として構成された負極側のアーム、および正極側のアームのスイッチング素子と負極側のアームのスイッチング素子を直列に接続するとともに負荷に接続された外部接続点、が設けられた電力変換回路、ならびに
スイッチング素子の故障判定を行う故障判定部を有し電力変換回路のスイッチング素子を制御して電力変換を行う制御装置、を備えた電力変換装置において、
制御装置の故障判定部は、アームの温度検出器の出力から求められた値と他のアームの温度検出器の出力から求められた値との差分の絶対値が、予め定められた差分閾値よりも大きい場合にアームを構成するスイッチング素子の断線故障と判定するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本願によれば、複数のスイッチング素子を備えた正極側および負極側のアームを有する電力変換装置において、スイッチング素子の断線故障を低コストでかつ正確に検出し、配線基板への温度検出器の配置、スイッチング素子の配置の制約をなくし、かつ、電力変換装置の作動状態、電力変換装置の置かれた環境による誤検知を防ぐことができる電力変換装置を得ることができる。これにより、半導体スイッチング素子の過熱をより適切に防止しつつ、過剰に電力変換装置の出力を制限することを抑制した効率的な電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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