功率转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术得到一种功率转换装置，在防止半导体开关元件达到损坏温度而被损坏的同时实现继续驱动。功率转换装置构成为包括：温度传感器(7)，其对半导体开关元件(311、312、313、314、315、316)的温度进行检测；及温度上升率判定部(911)，其将基于温度传感器(7)检测出的温度检测值所运算出的温度上升率与预定的第一阈值进行比较，并判定温度上升率超过了第一阈值的情况，构成为在由温度上升率判定部(911)判定出温度上升率超过了第一阈值时，执行抑制功率转换部(3)的输出的保护动作。转换部(3)的输出的保护动作。转换部(3)的输出的保护动作。

【技术实现步骤摘要】
功率转换装置


[0001]本申请涉及功率转换装置。

技术介绍

[0002]作为转换功率输出方式的功率转换装置，一般有将交流功率转换为直流功率的AC/DC转换器(Alternate Current/Direc Current CONVERTER)、从直流功率转换为交流功率的逆变器(Inverter)、使输入电压和输入电流的电平变化的DC/DC转换器等。这些功率转换装置大多是具备半导体开关元件的结构。
[0003]半导体开关元件具有电流仅在一个方向上流过的二极管、适于处理大电流的晶闸管、作为能在高开关频率下动作的功率半导体开关元件的功率晶体管。半导体开关元件中，特别是功率晶体管被用于汽车、冰箱、空调等广泛领域。在功率晶体管中，存在IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)、MOS
‑
FET(Metal
‑
Oxide―Semiconductor Field
‑
Effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管)，这些功率晶体管根据各种用途被区分使用。
[0004]近年来，碳化硅(SiC:Silicon Carbide)和氮化镓(GaN:Gallium Nitride)作为半导体开关元件的材料受到关注与使用传统硅(Si:Silicon)的半导体开关元件相比，由这些材料形成的半导体开关元件在导通状态下的半导体开关元件的电阻值更低，能够降低功率损耗。另外，电子饱和速度较高，导通和关断状态的切换很快，能够降低功率损耗。
[0005]与硅相比，使用碳化硅或氮化镓的半导体开关元件能在更高温的环境下驱动。然而，确定半导体开关元件的动作极限温度，如果超过该动作极限温度仍继续驱动，则半导体开关元件有可能损坏。
[0006]半导体开关元件的温度在半导体开关元件中的功率损耗增加的驱动、即在功率转换装置输出大功率的情况、提高开关频率进行驱动的情况等中上升。
[0007]另外，半导体开关元件的温度也依赖于配置有功率转换装置的环境。功率转换装置具备冷却半导体开关元件等发热体的冷却器，但冷却器的冷却介质的温度根据配置有功率转换装置的环境而变高。因此，半导体开关元件的温度进一步上升。特别地，由于使冷却介质流入冷却器的装置的故障等，如果冷却介质的流入停止，则无法从冷却器排出热量，半导体开关元件等的温度有时会急剧连续上升。
[0008]在这种情况下，通过停止功率转换装置，能够使半导体开关元件的温度和冷却介质的温度冷却。然而，例如，搭载于汽车的电动助力转向装置中所使用的功率转换装置控制对汽车的转向进行辅助的电动机，在汽车的驾驶过程中无法使功率转换装置停止，即使半导体开关元件处于高温状态，也需要继续驱动功率转换装置，而不使半导体开关元件损坏。
[0009]如上所述，根据功率转换装置的驱动条件、配置环境等，有可能上升到半导体开关元件损坏的温度(以下称为动作极限温度)。因此，为了防止半导体开关元件达到动作极限温度，并持续驱动功率转换装置，需要在适当的驱动条件、配置环境下驱动功率转换装置。特别地，需要在构成功率转换装置的半导体开关元件的配置环境中，通过在短时间内识别
流过冷却器的冷却介质的流入停止的情况或冷却介质消失的情况即异常状态，并变更功率转换装置的驱动条件来进行控制，从而避免半导体开关元件达到损坏温度。
[0010]以往，与功率转换装置中的半导体开关元件的配置环境相关联地提出了如下技术：由于流过冷却器的冷却介质的流入停止，半导体开关元件等的温度以恒定的温度上升率持续急剧上升，有可能达到半导体开关元件的动作极限温度，在这种情况下，监视流过冷却器的冷却介质的温度，并在该温度的异常时控制功率转换装置的驱动条件来保护半导体开关元件(例如，参照专利文献1)。现有技术文献专利文献
[0011]专利文献1：日本专利特开2008－220042号公报

技术实现思路

专利技术所要解决的技术问题
[0012]如上所述，以功率转换装置的驱动条件和配置环境为主要因素，半导体开关元件有可能达到动作极限温度，专利文献1所公开的现有技术中，除了测定半导体开关元件的温度的温度传感器以外，另外设置测定冷却介质的温度的温度传感器，以监视配置环境的异常。然而，需要单独设置用于监视冷却介质的温度的温度传感器。此外，还必须追加或增设用于监视冷却介质的控制IC、CPU，并确保用于将监视冷却介质的温度的温度传感器与控制IC、CPU相连接的布线空间等。
[0013]因此，专利文献1公开的现有技术中存在如下问题：除测定半导体开关元件的温度的温度传感器之外，需要追加或增设测定冷却介质的温度的温度传感器、以及用于监视冷却介质的异常的硬件，成本将变高。
[0014]另外，还存在如下技术：对检测半导体开关元件的温度的温度传感器的温度检测值进行监视，并操作功率转换器件的驱动条件，以使得构成半导体开关元件的半导体芯片的温度不达到动作极限温度。该技术是如下技术：当温度检测值超过预定的阈值时进行操作以变更功率转换装置的驱动条件，从而抑制半导体开关元件的温度上升。
[0015]另一方面，考虑温度传感器的检测误差、半导体开关元件的发热量的偏差、冷却介质的流入量的偏差等而将上述阈值设定得较高，以使得在功率转换装置的驱动条件和配置环境正常时不会误检测到异常。因此，在没有上述偏差的状态下，当功率转换装置的驱动条件、配置环境异常时，直到温度检测值达到设置得较高的阈值为止的时间变长。即，从异常发生到检测为止的时间变长。
[0016]特别是在冷却介质的流入停止或冷却介质消失的故障情况下，半导体开关元件的温度持续急剧上升，因此半导体开关元件的到达温度与从异常发生到检测为止的时间成比例地升高。即使在这种情况下，由于需要防止半导体开关元件的损坏，因此需要具有更高耐热性的半导体开关元件或具有低损耗的半导体开关元件等昂贵的半导体开关元件。
[0017]如上所述，通过对温度传感器的温度检测值与预定的阈值进行比较来检测功率转换装置的驱动条件、配置环境的异常的技术存在如下问题：在冷却介质的流入停止或冷却介质消失等故障时所达到的半导体开关元件的温度变高。
[0018]本申请公开了一种用于解决上述问题的技术，其目的在于提供一种功率转换装
置，在防止半导体开关元件达到动作极限温度而被损坏的同时实现继续驱动。用于解决技术问题的技术手段
[0019]本申请所公开的功率转换装置包括：由半导体开关元件构成的功率转换部；冷却所述半导体开关元件的冷却器；以及控制所述半导体开关元件的开关的控制装置，所述功率转换装置的特征在于，包括：温度传感器，该温度传感器对所述半导体开关元件的温度进行检测；以及温度上升率判定部，该温度上升率判定部将基于所述温度传感器检测出的温度检测值所运算出的温度上升率、与预定的第一阈值进行比较，并判定所述温度上升率超过了所述第一阈值的情况，构成为在由所述温度上升率判定部判定出所述温度上升率超过了所述第一阈值时本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率转换装置，包括：由半导体开关元件构成的功率转换部；冷却所述半导体开关元件的冷却器；以及控制所述半导体开关元件的开关的控制装置，所述功率转换装置的特征在于，包括：温度传感器，该温度传感器对所述半导体开关元件的温度进行检测；以及温度上升率判定部，该温度上升率判定部将基于所述温度传感器检测出的温度检测值所运算出的温度上升率、与预定的第一阈值进行比较，并判定所述温度上升率超过了所述第一阈值的情况，构成为在由所述温度上升率判定部判定出所述温度上升率超过了所述第一阈值时，执行抑制所述功率转换部的输出的保护动作。2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，所述第一阈值至少被设定为在所述功率转换部或所述冷却器的异常时、或所述功率转换部的过度输出时所述温度上升率所达到的值以上的值。3.如权利要求1或2所述的功率转换装置，其特征在于，所述第一阈值被设定为使得所述功率转换部能够在所述温度上升率超过所述第一阈值后在预定的时间以上进行动作。4.如权利要求1至3中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，构成为基于所述功率转换部的输出状态来使所述第一阈值变动。5.如权利要求4所述的功率转换装置，其特征在于，构成为在所述功率转换部的输出较低时，将所述第一阈值的值设定得较低，在所述功率转换部的输出较高时，将所述第一阈值的值设定得较高。6.如权利要求4或5所述的功率转换装置，其特征在于，包括对流过所述半导体开关元件的电流进行测定的电流检测器、以及对施加到半导体开关元件的电压进行测定的电压检测器，使用所述电流检测器的检测值、所述电压检测器的检测值和指令所述功率转换部的输出的指令值中的至少一个来运算所述输出状态。7.如权利要求1至6中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，构成为在所述温度上升率超过所述第一阈值后，执行抑制所述功率转换部的输出的保护动作。8.如权利要求1至7中任一项所述的功率转换装置，其特征在于，构成为在执行抑制所述功率转换部的输出的保护动作后，即使所述温度上升率变得低于所述第一阈值，也使抑制所述功率转换部的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：三宅徹，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：