JPH03139174A - 高キャリアインバータの温度上昇抑制方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高キャリア周波数でスイッチング動作する
インバータのスイッチング素子発熱による温度上昇の抑
制方法に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種の高キャリアインバータの温度上昇抑制方
法としては、前記インバータの出力電流制限運転、或い
はスイッチング用半導体素子の冷却フィン温度上昇の発
生に伴う該半導体素子スイッチング用のキャリア周波数
の手動低減操作、更にはまた前記冷却フィンの過熱発生
による前記インバータの運転停止等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら上記の如き従来方法の何れの場合において
も所要負荷容量に対するインバータ容量の利用率の低下
は避けられず、所要負荷に対して相対的に大なる容量の
インバータを適用せざるを得なかった。

上記に鑑み本発明は、前記キャリア周波数の適当な自動
低減制御によって前記インバータ利用率の向上を可能と
する高キャリアインバータの温度上昇抑制方法の提供を
目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の高キャリアインバ
ータの温度上昇抑制方法は、高キャリア周波数でスイッ
チング動作するインバータにおいて、該インバータのス
イッチング用半導体素子等を搭載した該諸素子の冷却フ
ィンに取り付けられた温度検出器と、前記インバータの
出力電流検出用の電流検出器と、該雨検出器それぞれの
出力を受け前記冷却フィンの温度と前記インバータの出
力電流とを変数とする予め決定された関数関係に従って
前記キャリア周波数の補正値を演算する演算回路とを設
け、該演算回路の出力に従って前記の冷却フィン温度或
いはインバータ出力電流の変動に対し前記キャリア周波
数をその設定値以内において補正制御するものであり、
或いはまた前記演算回路に代えて、前記の温度検出器と
電流検出器との出力をそれぞれの入力とし且つそれぞれ
適当な不感帯中を有する２組の比較器と、該両比較器の
出力を入力とする論理積要素と、該論理積要素の出力を
受け適当な時間巾と変更値とを有して段階状に変化する
前記キャリア周波数の補正値を出力する補正回路とを設
け、前記の冷却フィン温度とインバータ出力電流とが共
にそれぞれの所定値を超過した場合には前記補正回路の
出力に従って前記キャリア周波数の低減制御を行うもの
である。

〔作用〕

一般に、インバータのスイッチング用半導体素子の冷却
フィンにおける温度上昇は該インバータの運転を制約す
る重要な要素であり、熱源となる前記半導体素子のスイ
ッチング動作に伴う発生損失ＰＬＯ３Ｓは下記の式（１
１の如くなる。

但し、Ｐ、はスイッチング損失、ｐｓｗ　（。０は前記
半導体素子のＯＦＦ状態からＯＮ状態への移行時の損失
、同様にｐｓｗ　（。ＦＦ）はＯＮ状態からＯＦＦ状態
への移行時の損失、ＰＯＩＩはＯＮ状態での損失、ＰＯ
ＦＦはＯＦＦ状態での損失である。従って前記ｐｓｗ　
（。、４）とｐｓｗ＋。□１、或いは該両者の和である
前記ｐｓｗは前記インバータの出力電流とそのスイッチ
ング動作のキャリア周波数とに比例し、前記ＰＧＭは前
記インバータの出力電流に比例する。なお前記Ｐ。Ｆ、
はその値が小であり無視可能である。

例えば前記キャリア周波数が１６ｋＨ２の如き高キャリ
アインバータにおいては前記のＰＩＷはｐｔｏｓｓの約
半分を占める場合もある。

従って前記の如き高キャリアインバータにおいては、前
記冷却フィンの温度上昇を抑え該冷却フィンの温度と特
定の関係にある前記のスイッチング用半導体素子の内部
ジャンクション温度を所定値以下となすために、前記の
冷却フィン温度とインバータ出力電流との両者の関連の
もとに、すなわち該両者を変数とする適当な関数として
前記キャリア周波数を規定しその制御を行うことが極め
て有効となる。

上記に従い本発明は、前記の冷却フィン温度とインバー
タ出力電流それぞれの検出器と、前記関数演算を行う演
算回路とを設け、前記関数の形態としては例えば前記キ
ャリア周波数の対インバータ出力電流低減特性を前記冷
却フィン温度をパラメータとして適当に推移させるもの
とし、前記関数演算の結果を以って前記キャリア周波数
の新目標値或いは場合によっては該キャリア周波数の現
在値に対する補正値として前記インバータのスイッチン
グ動作を行わせ、高キャリアインバータの温度上昇の抑
制を図るものである。

〔実施例〕

以下この発明の実施例を図面により説明する。

第１図はこの発明の実施例を示す全体回路図、第２図と
第４図と第５図とは第１図に示す演算回路の第１と第２
と第３の実施例を示す回路図、第３図は第２図の演算回
路におけるキャリア周波数特性図、第６図はスイッチン
グ損失対冷却フィン温度特性図である。

第１図において、１はキャリア周波数設定値ｆ、。を指
定するキャリア指令発生器、２は前記設定値ｆ、。をそ
の補正値Δｆ、により加算演算器１４にて補正演算して
得た新たな指令値ｆ、を入力とし周波数ｆｃの所定の三
角波を出力するキャリア波形発生器、３はインバータの
所要の出力周波数と該インバータの出力電圧に比例した
大きさを有する正弦波を出力する正弦波形発生器、４は
該正弦波形発生器の出力と前記キャリア波形発生器２の
出力とを入力とじ該両市力の大小関係に従ってそのパル
ス巾が変調されたパルス列のＰＷＭ信号を出力するコン
パレータ回路、５は該ＰＷＭ信号を前記インバータの各
相スイッチング素子の制御入力部へ所要の信号レベルに
て配分するドライブ回路、６は図示トランジスタの如き
前記インバータの各相スイッチング素子、７は該スイッ
チング素子の冷却フィン、８は該冷却フィンの温度検出
器、９は前記インバータの出力電流１．に対する電流検
出器、１０は前記インバータの負荷となる交流モータ、
１１は前記温度検出器８の出力を所要レベルの温度検出
信号Ｓｔに変換する温度検出回路、１２は前記電流検出
器９の出力を所要レベルの電流検出信号Ｓ、に変換する
電流検出回路、１３は前記両信号ＳＬと別とを入力とし
該両信号を変数とする関数演算を行って前記のキャリア
周波数補正値Δｆｃを出力する演算回路、１４は加算演
算器である。

第２図は前記演算回路１３の第１の実施例を示す回路図
であり、ＦＧ、とＦＧｚとはそれぞれ前記周波数指令ｆ
ｃの前記両信号ＳｔとＳ、とに関する所定の関数関係に
従った演算を行う関数発生器、ＦＧ、は該両開数発生器
の出力を合成し前記両信号Ｓｔと８１とを変数とする適
当な関数関係に従って前記周波数指令ｆｃＯ適値を演算
すると共に前記周波数設定値ｆ。。に対する補正値Δｆ
Ｃを演算する関数発生器である。

第３図は第２図に示す関数発生器ＦＧ、における関数に
対応するキャリア周波数ｆｃの特性図であり、前記のイ
ンバータ出力電流Ｉｔ　と冷却フィンの温度Ｔ、とに対
する前記キャリア周波数ｆ。

の低減特性を示すものである。すなわち、前記冷却フィ
ンの温度Ｔｆｌ　＋　Ｔｒｉ　ｌ　Ｔｆｌ・・・に対応
し、前記周波数ｆｃは前記電流ＩｔがＩｉ＋　＋　ｌｉ
ｔ　＋　Ｔｉｓ・・・に至までは特性線Ｌ０に従って前
記設定値ｒ、。

を保ち、前記電流■、が前記１ｔｔ　ｌ　Ｉｔｚ　ｌ　
Ｉｉ３・・・を超過すると共に所定の勾配にて各特性線
Ｌｌ。

Ｌｚ、Ｌｓ・・・に従ってその値を減少させるものであ
る。ここに前記温度Ｔ、はＴｆｌ＞　Ｔｆｔ＞　Ｔｆｌ
・・・の関係となる。従って実際上前記周波数「、は前
記特性線上をＬ０→Ｌ、→Ｌ！→Ｌ１　と移動しながら
順次その値を減少させることになり、この移行は前記設
定値ｆｅ６を上限として可逆なものとなる。従ってまた
、前記補正値Δｆ、は前記設定値ｒｅｏの特性線Ｌ０を
基準レベルとして前記電流１、の増大と共に前記各特性
線Ｌｔ、　　Ｌ４＋　　Ｌ３・・・に従って直線的に増
大する減算指令値となる。

次に第４図は第１図の演算回路１３の第２の実施例１３
ａを示す回路図であり、第２図の場合の特例である。す
なわち前記冷却フィンの温度検出は行わず、前記周波数
設定値ｆ　ｃｏの補正演算を前記インバータ出力電流Ｉ
ｉのみによって行うものであり、第３図の特性図におけ
る前記の特性線Ｌ０と各特性線Ｌｌ＋　　Ｌｘ、　　Ｌ
ｌ・・・中の適当に選択された一本の特性線とから成る
低減特性に従って補正動作を行うものである。

また第５図は第１図の演算回路１３の第３の実施例１３
ｂを示す回路図であり、ｃｐ、とｃｐ。

とはそれぞれ適当な不感帯中を有する比較器、ＡＮＤは
該両比較器の出入を入力とする論理積要素、ＰＣは該Ａ
ＮＤの出力を受け適当な周期Ｔのパルス列を出力するパ
ルス発生器、ＩＴは該ＰＧの出力を受け前記周期Ｔ毎に
適当な一定値Ｐづつその出力値を段階状に増加させる積
分回路である。

前記の温度信号Ｓ１と電流信号Ｓ、とがそれぞれの設定
値ＳｔＯとＳ、。とを共に超過した場合、前記積分回路
ＩＴの段階状出力信号は前記周波数設定値ｆｃａに対す
る低減補正値となり、前記の信号ＳＬとＳｔＯ及びＳｉ
とＳ、。との大小関係が解消される迄継続する。

次に第６図は、前記冷却フィンの温度Ｔ、に対する前記
スイッチング動作に伴う発生損失ＰＬＯ□の許容値低減
特性を示すスイッチング素子発生損失対冷却フィン温度
特性図である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、高キャリアインバータにおいて、該イ
ンバータのスイッチング素子冷却フィン温度と出力電流
との両者を変数とする適当な関数としてスイッチング動
作のキャリア周波数の低減特性を規定し制御することに
より、前記インバータの温度上昇に関する許容運転域の
拡大従って該インバータのその負荷電動機に対する利用
率の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示すインバータの全体回路
図、第２図と第４図と第５図とは第１図に示す演算回路
の実施例をそれぞれ示す回路図、第３図は第２図の演算
回路におけるキャリア周波数特性図、第６図はスイッチ
ング素子発生損失対冷却フィン温度特性図である。 １・・・キャリア指令発生器、２・・・キャリア波形発
生器、３・・・正弦波形発生器、４・・・コンパレータ
回路、５・・・ドライブ回路、６・・・スイッチング素
子、７・・・冷却フィン、８・・・温度検出器、９・・
・電流検出器、１０・・・交流モータ、１１・・・温度
検出回路、１２・・・電流検出回路、１３．　１３ａ　
、　　１３ｂ・・・演算回路、１４・・・加算演算器、
ＡＮＤ・・・論理積要素、ＣＰ、、ＣＰ２・・・比較器
、ＦＣ，〜ＦＧ、・・・関数発生器、ＩＴ・・・積分回
路、ＰＣ・・・パルス発生器。 ４ｒ 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高キャリア周波数でスイッチング動作するインバー
   タにおいて、該インバータのスイッチング用半導体素子
   等を搭載した該諸素子の冷却フィンに取り付けられた温
   度検出器と、前記インバータの出力電流検出用の電流検
   出器と、該両検出器それぞれの出力を受け前記冷却フィ
   ンの温度と前記インバータの出力電流とを変数とする予
   め決定された関数関係に従って前記キャリア周波数の補
   正値を演算する演算回路とを設け、該演算回路の出力に
   従って前記の冷却フィン温度或いはインバータ出力電流
   の変動に対し前記キャリア周波数をその設定値以内にお
   いて補正制御することを特徴とする高キャリアインバー
   タの温度上昇抑制方法。 ２）請求項１記載の高キャリアインバータの温度上昇抑
   制方法において、前記演算回路に代えて、前記の温度検
   出器と電流検出器との出力をそれぞれの入力とし且つそ
   れぞれ適当な不感帯巾を有する２組の比較器と、該両比
   較器の出力を入力とする論理積要素と、該論理積要素の
   出力を受け適当な時間巾と変更値とを有して段階状に変
   化する前記キャリア周波数の補正値を出力する補正回路
   とを設け、前記の冷却フィン温度とインバータ出力電流
   とが共にそれぞれの所定値を超過した場合には前記補正
   回路の出力に従って前記キャリア周波数の低減制御を行
   うことを特徴とする高キャリアインバータの温度上昇抑
   制方法。