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Dokumentenidentifikation DE10196347T5 29.07.2004
Titel Energiewandlervorrichtung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nishizawa, Yuji, Tokio/Tokyo, JP;
Hatai, Akira, Tokio/Tokyo, JP;
Terada, Kei, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter HOFFMANN · EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 10196347
Vertragsstaaten DE, JP, US
WO-Anmeldetag 13.04.2001
PCT-Aktenzeichen PCT/JP01/03195
WO-Veröffentlichungsnummer 0002084855
WO-Veröffentlichungsdatum 24.10.2002
Date of publication of WO application in German translation 29.07.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.07.2004
IPC-Hauptklasse H02M 7/48

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiewandlervorrichtung wie beispielsweise eine Invertervorrichtung zum Ansteuern eines Motors mit einer variablen Geschwindigkeit, eine ununterbrechbare Energieversorgungseinheit oder ähnliches.

Stand der Technik

11 zeigt eine Ansicht einer Konfiguration einer in Invertervorrichtung als eine Energiewandlervorrichtung im Stand der Technik.

In 11 bezeichnet das Bezugszeichen 30 eine Wechselspannungsenergieversorgung, das Bezugszeichen 31 zeigt eine Invertervorrichtung, Bezugszeichen 32 eine Wandlerabschnitt zum Umwandeln der Wechselspannungsenergie in die Gleichspannungsenergie, und das Bezugszeichen 33 bezeichnet einen Kondensator zum Glätten der Gleichspannung. Weiter ist das Bezugszeichen 34 ein Inverterabschnitt zum Invertieren der Gleichspannungsenergie in die Wechselspannungsenergie, die eine variable Frequenz und variable Spannung aufweist, wobei der Inverterabschnitt Ausgangsenergieelemente aufweist die Selbst-Ausschaltelemente (im Folgenden als "Schaltelemente" bezeichnet) Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6 aufweist, und Freilaufdioden D1, D2, D3, D4, D5, D6. Weiter ist Vuo ein Potential eines Verbindungspunktes u zwischen des Schaltelementen Tr1 und Tr2, Vv0 ist ein Potential eines Verbindungspunktes v zwischen den Schaltelementen Tr3 und Tr4, und Vw0 ist ein Potential eines Verbindungspunktes w zwischen den Schaltelementen Tr5 und Tr6.

Weiter bezeichnet Bezugszeichen 35 einen Steuerabschnitt zum AN/AUS Steuern des Schaltelements des Inverterabschnitts 34, und ein Bezugszeichen 36 bezeichnet einen Motor wie beispielsweise den Induktionsmotor, der mit einer variablen Geschwindigkeit als eine Last angesteuert.

Weiter bezeichnet das Bezugszeichen 40 eine CPU als eine arithmetische Einheit zum Empfang von verschiedenen Befehlen wie beispielsweise einen Betriebsbefehl, einem Geschwindigkeitsbefehl, etc., und verschiedenen Einstellwerten, wie beispielsweise einer Beschleunigungs-/Verzögerungszeit, einem V/f Muster etc. als Eingangssignal, zum Berechnen einer Ausgangsfrequenz und Ausgangsspannung, und zum Ausgeben von Schaltsignalen Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2, um die Schaltelement AN/AUS zu schalten. Weiter bezeichnet das Bezugszeichen 41 einen Speicher als eine Speichereinrichtung zum Speichern verschiedener Daten wie beispielsweise die Beschleunigungs-/Verzögerungszeiten, einen Verhältnisausdruck zwischen der Ausgangsfrequenz/Ausgangsspannung etc..

Weiter bezeichnen Bezugszeichen 24a bis 24f Treiberabschnitte zum Verstärken der Schaltsignale Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2, die von dem Steuerabschnitt 35 ausgegeben werden, hinauf auf Basissignale, die Amplituden aufweisen, die die Schaltelemente Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6 ansteuern können.

Als dieses Ausgangsspannungssteuersystem gibt es eine Pulsbreitenmodulation (im Folgenden als "PWM" abgekürzt), und die Pulsamplitudenmodulation (im Folgenden als "PAM" abgekürzt). Mit Bezug auf das Beispiel des PWM-Systems, bei dem die Ausgangsspannung durch ein Ändern von Zeitperioden gesteuert wird, während denen die Schaltelemente Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6 des Inverterabschnitts 34 AN sind, wird im Folgenden beschrieben.

Die CPU 40 empfängt verschiedene Befehle (nicht gezeigt), wie beispielsweise den Betriebsbefehl, den Geschwindigkeitsbefehl, etc. und verschiedene Einstellwerte, wie beispielsweise die Beschleunigungs-/Verzögerungszeit, das V/f Muster etc., in dem Speicher 41 als die Eingangssignale gespeichert, berechnet die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung und gibt die Schaltsignale Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2 aus, um die Schaltelemente AN/AUS zu schalten.

12 zeigt in einer Ansicht verschiedene Wellenformen der Invertervorrichtung in dem PWM-System in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik, wobei (a) eine Darstellung ist, die Verhältnisse zwischen Befehlsspannungswellenformen Vur, Vvr, Vwr, in einer U-Phase, einer V-Phase, einer W-Phase und einer Trägerwelle Vtri zeigt, (b) zeigt eine Darstellung einer Befehlsspannungswellenform Vu an einem Verbindungspunkt u zwischen den Schaltelementen Tr1 Tr2, (c) zeigt eine Darstellung einer Befehlsspannungswellenform Vv an einem Verbindungspunkt v zwischen den Schaltelementen Tr3 und Tr4, (d) zeigt eine Darstellung einer Befehlsspannungswellenform Vw an einem Verbindungspunkt w zwischen den Schaltelementen Tr5 und Tr6, und (e) zeigt eine Darstellung einer Inverterausgangsspannungswellenform Vuv = Vu – Vv.

Die CPU 40 vergleicht die Befehlsspannungswellenformen Vur, Vvr, Vwr, in (a) gezeigt, mit der Trägerwelle Vtri, und bringt dann die Schaltelemente in den AN-Zustand, falls die Befehlsspannungswellenformen größer als die Trägerwelle sind, und bringt die Schaltelemente in deren AUS-Zustand, falls die Befehlsspannungswellenformen kleiner als die Trägerwelle sind, wie in (b), (c), (d) gezeigt.

Als nächstes wird ein Betrieb der Invertervorrichtung gemäß dem Stand der Technik im Folgenden erläutert.

Wenn die Energieversorgung AN ist wandelt der Wandlerabschnitt 32 die Wechselspannungsenergie der Wechselspannungsenergieversorgung 30 in die Gleichspannungsenergie um und glättet diese Gleichspannungsenergie durch den Kondensator 33.

Weiter empfängt der Steuerabschnitt 35 verschiedene Befehle, wie beispielsweise denn Betriebsbefehl, den Geschwindigkeitsbefehl, etc. und verschiedene Einstellwerte wie beispielsweise die Beschleunigungs-/Verzögerungszeit, das V/f Muster etc. als die Eingangssignale, berechnet die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung, und gibt die Schaltsignale Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2, aus, um die Schaltelemente AN/AUS zu steuern.

Weiter wandelt der Inverterabschnitt 34 die Gleichspannungsenergie in die Wechselspannungsenergie mit der variablen Frequenz und der variablen Spannung um, durch AN/AUS Steuern der Schaltelemente Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6 basierend auf den Schaltsignalen Su1, Su2, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2, ausgegeben von dem Steuerabschnitt 35.

Die Wechselspannungsenergie mit der variablem Frequenz und der variablen Spannung wird an dem Motor 36 angelegt, wodurch dieser Motor 36 mit einer variablen Geschwindigkeit angetrieben werden kann.

13 zeigt in einer Ansicht Ausgangsspannungen der Invertervorrichtung gemäß dem Stand der Technik, wobei (a) eine Ansicht der Spannungswellenform Vu0 an dem Verbindungspunkt u zeigt, (b) eine Ansicht der Spannungswellenform Vv0 an dem Verbindungspunkt v zeigt, (c) eine Ansicht der Spannungswellenform Vw0 an dem Verbindungspunkt w zeigt, und (d) eine Ansicht der Spannungswellenform der Ausgangsspannung Vuv0 (= Vu0 – Vv0) zeigt.

In 13 ist E eine Befehlsspannung, Vuo eine Potentialwellenform des Verbindungspunktes u zwischen den Schaltelementen Tr1 und Tr2, Vv0 ist eine Potentialwellenform des Verbindungspunkts v zwischen den Schaltelementen Tr3 und Tr4, Vw0 ist eine Potentialwellenform des Verbindungspunktes w zwischen den Schaltelementen Tr5 und Tr6, und VTr1_ON, VTr2_ON, VTr3_ON, VTr4_ON, VTr5_ON, Vtr6_ON sind Sättigungsspannungen, jeweilig wenn die Schaltelemente (Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6) AN-geschaltet sind.

Wie in 13 gezeigt sind bei der AN/AUS Steuerung der Schaltelemente (Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6) die Sättigungsspannungen (VTr1_ON, VTr2_ON, VTr3_ON, VTr4_ON, VTr5_ON, Vtr6_ON) vorhanden, wenn die Schaltelemente (Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6) AN sind. Daher weist das Potential Vu0 an dem Verbindungspunkt u eine Amplitude E-VTr1-ON ~ VTr2_ON auf, wie in (a) gezeigt, das Potential, Vv0 an dem Verbindungspunkt v weist eine Amplitude von E-VTr3-ON ~ VTr4_ON wie in (b) gezeigt, und das Potential Vw0 an dem Verbindungspunkt w weist eine Amplitude von E-VTr5_ON ~ VTr6_ON auf, wie in (c) gezeigt.

Aus diesem Grund ist die Ausgangsspannung Vuv0, wenn die Schaltelemente Tr1, Tr4 AN sind, nicht als Vv0 = E – 0 = E gegeben, sondern durch

Im Gegensatz dazu ist die Ausgangsspannung Vuv0 (= Vu0 – Vv0) wenn die Schaltelemente Tr2 und Tr3 AN sind nicht als Vuv0 = 0 – E = –E gegeben, sondern durch

Bei der Invertervorrichtung gemäß dem Stand der Technik wird die Befehlsspannung an den Inverter als die Eingangsspannung so angelegt, wie sie ist. Daher weist die Amplitude der Ausgangsspannung nicht die Amplitude der Befehlsspannung E ~ –E auf, sondern die Amplitude der tatsächlichen Ausgangsspannung ist im Bereich von E – (VTr1_ON + VTr4_ON) ~ –E + (VTr2_ON + VTr3_ON), wobei der Teil der Sättigungsspannung zum Fehler wird.

Es ist möglich, den geglätteten Ausgang zu erhalten, bei dem die in der Ausgangsspannung des Inverters enthaltenen harmonischen niedriger Ordnung durch das PWM reduziert sind. Die Befehlsspannung wird jedoch an den Inverter als die Eingangsspannung so angelegt, wie sie ist, und somit werden die Sättigungsspannungen der Schaltelemente beim Inverterbetrieb nicht berücksichtigt. Daher entspricht beim Inverterbetrieb die Inverterausgangsspannung zu Erzeugung der Sättigungsspannung der Schaltelemente nicht der durch den Befehlswert bezeichneten Spannung, und somit besteht ein Problem darin, dass keine präzise Spannung ausgegeben werden kann.

Weiter gibt es ein System dergestalt, dass die tatsächliche Ausgangsspannung so gemessen wird, dass die Inverterausgangsspannung dem durch den Befehl bezeichneten Wert entspricht, und dann wird die Spannung, die der Sättigungsspannungskompensation unterzogen wurde, in den Inverter eingegeben. Jedoch muss dieses System die Schaltung separat aufweisen, und somit besteht ein Problem darin, das Kosten erhöht werden und eine Größe der Schaltung vergrößert wird.

Zusätzlich ist die Eingangsspannung des Motors beim Niedergeschwindigkeitsbetriebsbereich niedrig, und der Einfluss der Sättigungsspannung der Schaltelemente wird relativ erhöht. Somit besteht das Problem darin, dass die Geschwindigkeitswelligkeit im Niedriggeschwindigkeitsbetriebsbereich erhöht ist.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen solchen Punkte zu vermeiden, und es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Variabelgeschwindigkeitssteuervorrichtung bereitzustellen, die Sättigungsspannungen von Schaltelementen beim Inverterbetrieb schätzen kann, um eine Sättigungsspannungskompensation durchzuführen, und um somit eine Inverterausgangsspannung zu erhalten, die durch einen Befehlswert angezeigt ist.

Es ist weiter eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Variabelgeschwindigkeitssteuervorrichtung bereitzustellen, die die Sättigungsspannungen von Schaltelementen beim Inverterbetrieb einfach schätzen kann.

Offenbarung der Erfindung

Eine Energiewandlervorrichtung der vorliegenden Erfindung weist auf einen Inverterabschnitt mit einem Schaltelement und einem Freilaufdiodenelement, wobei der Inverterabschnitt für ein Umwandeln einer Gleichspannungsenergie in eine Wechselspannungsenergie bereitgestellt ist, einen Steuerabschnitt für AN/AUS-Steuerung der Schaltelemente des Inverterabschnitts, und einen Stromsensor zum Abtasten eines durch das Schaltelemente oder das Freilaufdiodenelement fließenden Stroms, wobei der Steuerabschnitt eine Stromunterscheidungsschaltung aufweist, zum Unterscheiden, ob die durch die Stromsensoren abgetastete Abtastströme entweder ein Strom sind, der durch die Schaltelemente fließt, oder ein Strom, der durch die Freilaufdiodenelemente fließt, eine Sättigungsspannungsschätztabelle zum Aufzeigen von Verhältnissen zwischen einer Temperatur der Schaltelemente, einem Stromwert der Schaltelemente, einer Temperatur des Freilaufelements, und einem Stromwert des Freilaufelements und Sättigungsspannungen der Schaltelemente; und eine Sättigungsspannungskompensationseinheit zum Empfang der Temperatur des Schaltelements und des durch die Stromunterscheidungsschaltung unterschiedenen Stroms, Schätzen einer Sättigungsspannung des Schaltelements unter Verwendung der Sättigungsspannungsschätztabelle und Bilden einer Sättigungsspannungskompensationsspannung, bei der eine Befehlsspannung an einen Inverter mit der geschätzten Sättigungsspannung kompensiert ist, und wobei die Elemente des Inverterabschnitts auf Grundlage der Sättigungsspannungskompensationsspannung AN/AUS gesteuert werden. Daher kann die Reduktion der Inverterausgangsspannung aufgrund der Sättigungsspannung des Schaltelements verhindert werden, und somit kann eine präzisere Spannungssteuerung erzielt werden.

Eine Energiewandlervorrichtung der Erfindung weist auf einen Inverterabschnitt mit einem Schaltelement und einem Freilaufdiodenelement, wobei der Inverterabschnitt bereitgestellt ist zum Umwandeln einer Gleichspannungsenergie in eine Wechselspannungsenergie, einen Steuerabschnitt für eine AN/AUS-Steuerung der Schaltelemente des Inverterabschnitts, und eine Gate-Spannungserfassungsschaltungs-Isolierschaltung, zum Erfassen einer Gate-Spannung des Schaltelements, wobei der Steuerabschnitt eine Stromunterscheidungsschaltung aufweist zum Unterscheiden, ob die durch die Stromsensoren abgetasteten Abtastströme entweder ein Strom sind, der durch die Schaltelemente fließt, oder ein Strom, der durch die Freilaufdiodenelemente fließt, eine Sättigungsspannungsschätztabelle zum Aufzeigen von Verhältnissen zwischen einer Temperatur des Schaltelements, einem Stromwerte des Schaltelements, einer Temperatur des Freilaufelements, und einem Stromwert des Freilaufelements und Sättigungsspannungen der Schaltelemente, und eine Sättigungsspannungskompensationseinheit zum Empfangen der Gate-Spannung des Schaltelements und des durch die Stromunterscheidungsschaltung unterschiedenen Stroms, zum Schätzen einer Sättigungsspannung des Schaltelements unter Verwendung der Sättigungsspannungsschätztabelle, und zum Bilden einer Sättigungsspannungskompensationsspannung, bei der eine Befehlsspannung an einen Inverter mit der geschätzten Sättigungsspannung kompensiert ist, und wobei die Schaltelemente des Inverterabschnitts auf Grundlage der Sättigungsspannungskompensationsspannung AN/AUS-gesteuert werden. Daher kann, auch wenn die Last hoch ist, und die Sättigungsspannung in Abhängigkeit von der Größe der Gate-Emitterspannung in dem AN-Zustand der Schaltelemente geändert wird, die Sättigungsspannung mit guter Präzision kompensiert werden, und somit kann die präzisere Spannungssteuerung erzielt werden.

Zusätzlich sind Stromsensoren an dem Schaltelement und dem Freilaufdiodenelement angebracht, um eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements abzutasten. Daher können die Temperaturen der Schaltelemente und der Freilaufdiodenelemente präzise abgetastet werden.

Weiter ist ein Temperatursensor angebracht in der Umgebung des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements, die ein Paar darstellen, auf einem Substrat, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind. Der Steuerabschnitt schätzt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements basierend auf der durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, einem stationären thermischen Widerstand zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, stationären thermischen Widerständen zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, einem auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswert des Schaltelements, und einem auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswert des Freilaufdiodenelements. Daher kann das Einpassen der Temperatursensoren erleichtert werden.

Zusätzlich ist ein Temperatursensor an einem Ort auf einem Substrat eingepasst, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind. Der Steuerabschnitt schätzt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements basierend auf einer durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, einem stationären thermischen Widerstand zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, stationären thermischen Widerständen zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, einem auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswert des Schaltelements, und einem auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswert des Freilaufdiodenelements. Daher kann des Einpassen der Temperatursensoren viel einfacher gestaltet werden.

Weiter sind Temperatursensoren an einem Ort auf einer an ein Substrat angebrachten Lamelle eingepasst, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind, wobei der Ort dem Schaltelement und dem Freilaufdiodenelement entspricht. Die Steuerabschnitte schätzen eine Temperatur des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements auf Grundlage einer durch die Temperatursensoren abgetasteten Substrattemperatur, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, des stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle – dem Substrat, und Erwärmungswerten des Schaltelements, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme, und Erwärmungswerten des Freilaufdiodenelements. Daher kann das Anpassen der Temperatursensoren weiter erleichtert werden.

Weiter ist ein Temperatursensor an einem Ort auf einer an einem Substrat befestigten Lamelle angebracht, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind, wobei der Ort einem Paar des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements entspricht. Der Steuerabschnitt schätzt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements auf Grundlage einer durch den Temperatursensor angetasteten Substrattemperatur, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationären thermisches Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, des stationären Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Schaltelements, und eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Freilaufdiodenelements. Daher kann das Einpassen der Temperatursensoren weiter erleichtert werden.

Daneben ist ein Temperatursensor an einem Ort auf einer Lamelle eingepasst, die an einem Substrat angebracht ist, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind. Der Steuerabschnitt schätzt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements auf Grundlage einer durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Schaltelements, und eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Freilaufdiodenelements.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 zeigt eine Darstellung einer Konfiguration einer Invertervorrichtung als eine Energiewandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;

2 zeigt eine Darstellung einer Sättigungsspannungsschätztabelle in der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;

3 zeigt eine Darstellung eines äußeren Erscheinungsbildes einer Hauptinverterschaltung der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung;

4 zeigt eine Darstellung einer Konfiguration einer Invertervorrichtung als eine Energiewandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;

5 zeigt eine Darstellung einer Sättigungsspannungsschätztabelle in der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung;

6 veranschaulicht in einer Darstellung eine Temperaturmessung eines Schaltelements und eines Freilaufdiodenelements in einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung;

7 veranschaulicht in einer Darstellung eine Temperaturmessung eines Schaltelements und eines Freilaufdiodenelements bei einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung;

8 zeigt eine Darstellung einer Temperaturmessung eines Schaltelements und eines Freilaufdiodenelements bei einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels 5 der vorliegenden Erfindung;

9 zeigt eine Darstellung einer Temperaturmessung eines Schaltelements und eines Freilaufdiodenelements bei einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels 6 der vorliegenden Erfindung;

10 veranschaulicht eine Darstellung einer Temperaturmessung eines Schaltelements und eines Freilaufdiodenelements bei einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung;

11 zeigt eine Darstellung einer Konfiguration einer Invertervorrichtung als eine Energiewandlervorrichtung gemäß dem Stand der Technik;

12 zeigt eine Darstellung verschiedener Wellenformen der Invertervorrichtung in dem PWM-System gemäß dem Stand der Technik; und

13 zeigt eine Darstellung von Ausgangsspannungen der Invertervorrichtung gemäß Stand der Technik.

Bevorzugtes Ausführungsbeispiel zum Durchführen der Erfindung Ausführungsbeispiel 1

1 zeigt eine Ansicht einer Konfiguration einer Invertervorrichtung als eine Energiewandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In 1 bezeichnen die Bezugszeichen 30, 32, 33, 36, 40, 41, 42a bis 42f, Tr1 bis Tr6, D1 bis D6 ähnliches zu 11, und somit wird deren Erläuterung ausgelassen. Weiter bezeichnet Bezugszeichen 1a eine Invertervorrichtung, Bezugszeichen 2a einen Inverterabschnitt, Bezugszeichen 3a bis 3f Stromsensoren, und Bezugszeichen Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2 Abtastströme.

Weiter bezeichnen die Bezugszeichen Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2 Ströme, die durch die Schaltelemente Tr1 Tr6 oder die Freilaufdiodenelemente D1 bis D6 fließen, und durch in 1 gezeigte Pfeile angezeigte Richtungen werden als die positiven Richtungen erachtet.

Weiter ist das Bezugszeichen 5a ein Steuerabschnitt für eine AN/AUS-Steuerung der Schaltelemente des Inverterabschnitts 2a. Weiter bezeichnen Bezugszeichen 6a bis 6f Stromunterscheidungsschaltungen zum Unterscheiden, ob die abgetasteten Ströme Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2, abgetastet durch die Stromsensoren 3a bis 3f, entweder Ströme sind, die durch die Schaltelemente Tr1 bis Tr6 fließen, oder Ströme, die durch die Freilaufdioden D1 bis D6 fließen.

Die Stromunterscheidungsschaltungen 6a bis 6f unterscheiden, ob die abgetasteten Ströme Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2, abgetastet durch die Stromsensoren 3a bis 3f, entweder die Ströme sind, die durch die Schaltelemente Tr1 bis Tr6 fließenden, oder die Ströme, die durch die Freilaufdioden D1 bis D6 fließen. Beispielsweise unterscheidet die Stromunterscheidungsschaltung 6a den durch den Stromsensor 3a abgetasteten Abtaststrom Iu1 als IU1TR = Iu1, IU1D = 0 im Falle, dass Iu1 ≥ 0, und IU1TR = 0, IU1D = Iu1 im Falle, dass Iu1 < 0.

Weiter markiert das Bezugszeichen 7a eine Sättigungsspannungsschätztabelle, die Verhältnisse zwischen den Temperaturen der Schaltelemente, den Stromwerten der Schaltelemente, den Temperaturen der Freilaufdioden, den Stromwerten der Freilaufdioden, und den Sättigungsspannungen der Schaltelemente beim Inverterbetrieb angeben, und das Bezugszeichen 8a zeigt eine Sättigungsspannungskompensationseinheit. Weiter zeigt das Bezugszeichen 9 einen Befehlsspannungskorrekturabschnitt.

2 zeigt in einer Darstellung die Sättigungsspannungsschätztabelle der Invertervorrichtung gemäß Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung, wobei die Gate-Spannung (die Gate-Emitterspannung VGE) 15 V ist. In 2 bezeichnen a1 bis a7 Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristiken der Schaltelemente für jeden Strom, wenn die Ströme durch die Schaltelemente fließen, und b1 bis b7 bezeichnen Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristiken der Freilaufdiodenelemente bei jedem Strom, wenn die Ströme durch die Freilaufdiodenelemente fließen.

Es ist a1 die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass der durch die Schaltelemente TR1 bis Tr6 fließende Strom (im Folgenden als "ITR" bezeichnet) 1A ist, a2 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 5A, a3 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 10A, a4 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 20A, a5 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 30A, a6 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 40a, und a7 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 50A.

Weiter ist b1 die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass der durch die Freilaufdiodenelemente D1 bis D6 fließende Strom (im Folgeneden als "ID" bezeichnet). 1A ist, b2 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass 2D = 5A, b3 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ID = 5A, b4 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass 2D = 5A, b5 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ID = 5A, b6 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, das ID = 5A, und b7 ist die Temperatur/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ID = 5A.

Falls die abgetasteten Ströme Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2, abgetastet durch die Stromsensoren 3a bis 3f, sich von den Stromwerten ITR oder ID, ausgeführt in der Sättigungsspannungsschätztabelle, unterscheiden, wird die Temperatur/Sättigungscharakteristik basierend auf der Temperatur/Sättigungscharakteristik des Stromwertes ITR oder der Temperatur/Sättigungscharakteristik des Stromwertes ID geschätzt, welcher nahe am Wert in der Tabelle ist.

3 zeigt eine Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes einer Inverterhauptschaltung der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 der vorliegenden Erfindung. In 3 zeigt das Bezugszeichen 10 eine Kühllamelle, Bezugszeichen 11 ein Hauptschaltungssubstrat, Bezugszeichen 12 ein Gehäuse, Bezugszeichen 13 ein Schaltelement, an dem ein Sensor (Temperatursensor) angebracht ist, Bezugszeichen 14 zeigt ein Freilaufdiodenelement, an dem ein Sensor (Temperatursensor angebracht ist, Tr1 bis Tr6 zeigen Schaltelemente, und D1 bis D6 zeigen Freilaufdiodenelemente. In 3 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der Sensor (Temperatursensor) an den Schaltelementen Tr1 bis Tr6 und den Freilaufdiodenelementen D1 bis D6 angebracht ist.

Eine Spannungssteuerung in der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 wird mit Bezug auf 1 bis 3 im Folgenden erläutert.

Im Steuerabschnitt 5a der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 unterscheiden die Stromunterscheidungsschaltungen 6a bis 6f beim Inverterbetrieb, ob die abgetasteten Ströme Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2, abgetastet durch die Stromsensoren 3a3f, entweder die Ströme sind, die durch die Schaltelemente Tr1 – Tr6 fließen, oder die Ströme, die durch die Freilaufdioden D1 bis D6 fließen, und geben dann die Stromwerte 2TR oder ID (Iu1TR, Iu1D, Iu2TR, Iu2D, Iv1TR, Iv1D, Iu2TR, Iv2D, Iw1TR, Iw1D, Iw2TR, Iw2D) an die Sättigungsspannungskompensationseinheit 8a aus.

Die Sättigungsspannungskompensationseinheit 8a empfängt die Temperatur Tj der Schaltelemente oder die der Freilaufdioden, abgetastet durch die an den Schaltelementen 13 angebrachten Temperatursensoren, beim Inverterbetrieb, und die von den Stromunterscheidungsschaltungen 6a bis 6f ausgegebenen Stromwerte (ITR oder ID), schätzt dann die Sättigungsspannungen der Schaltelemente unter Verwendung der Sättigungsspannungsschätztabelle 7a, und gibt dann die Sättigungsspannungskompensationsspannung aus, bei der die Befehlsspannung an den Inverter durch die geschätzte Sättigungsspannung kompensiert ist.

Unter der Annahme, das die Temperaturen der Schaltelemente Tr1, Tr4 beim Inverterbetrieb Tj_Tr1, TjTR4 sind, die Stromwerte der Schaltelemente Tr1, Tr4, Iu1, Iu2 sind, und die geschätzten Sättigungsspannungen der Schaltelemente Tr1, Tr4 Von (Tj_Tr1, Iu1), Von (Tj_Tr4, Iu2) sind, wenn die Schaltelemente Tr1, Tr4 AN-geschaltet werden, kann nach einem Durchführen der Spannungskompensation durch Addieren dieser Sättigungsspannung zu der Befehlsspannungen an den Inverter die Eingangsspannung E' an den Inverter durch die Gleichung (1) dargestellt werden. E' = E + Von(Tj_Tr1, Iu1) + Von(Tj_Tr4, Iu2)(1)

Weiter, wie in 13 gezeigt, sind die Potentiale Vu0, Vv0 des Punkts u, des Punktes v zu einer Zeit, wenn die Schaltelemente Tr1, Tr4 AN-geschaltet sind, gegeben durch Vu0 = E' – VTr1_ON(2) Vv0 = VTr4_ON(3) und die Ausgangsspannung Vuv0 (= Vu0 – Vv0) kann durch Gleichung (4) ausgedrückt werden

Durch ein Substituieren von E' in Gleichung (1) in Gleichung (4), ist die Ausgangsspannung Vuv0 durch Gleichung (5) gegeben

Hier, da Von(Tj_Tr1, Iu1) ≈ VTr1_ON und Von(Tj_Tr4, Iu2) VTr4_ON, kann Gleichung (5) durch die Gleichung (6) ausgedrückt werden.

Der Motor 36 Vuv0 (= Vu0 – Vv0) ≈ E(6)

Somit kann die Ausgangsspannung E erhalten werden, wie durch den Befehlswert bezeichnet.

Im Gegensatz dazu, unter der Annahme, dass die geschätzten Sättigungsspannungen der Schaltelemente Tr2, Tr3 Von(Tj_Tr2, Iu2), Von(Tj_Tr3, Iv1) sind, wenn die Schaltelemente Tr2, Tr3 AN-geschaltet sind, kann nach einem Durchführen der Spannungskompensation durch Hinzufügen dieser Sättigungsspannungen zu den Befehlsspannungen an den Inverter die Eingangsspannung E' durch die Gleichung (7) ausgedrückt werden. E' = E + Von (Tj_Tr2, Iu2) + ( Von (Tj_Tr3, Iv1)(7)

Weiter, wie in 13 gezeigt, sind die Potentiale Vu0, Vv0 des Punktes u, des Punktes v zu einem Zeitpunkt, wenn die Schaltelemente Tr2, Tr3 AN-geschaltet sind, gegeben durch Vu0 = VTr2_ON(8) Vv0 = E' – VTr3_ON(9) und die Ausgangsspannung VuvO (= Vu0 – Vv0) kann durch Gleichung (10) ausgedrückt werden.

Durch Substituieren von E' in Gleichung (7) in die Gleichung (10), wird die Ausgangsspannung Vuv0 durch die Gleichung (11) gegeben Vuv0 = (E + Von(Tj_Tr2, Iu2) + Von (Tj_Tr3, Iv1)) + VTr2_ON + VTr3_ON(11)

Da Von(Tj_Tr2, Iu2) ≈ VTr2_ON und Von(Tj_Tr3, Iv1) ≈ VTr3_ON, kann die Gleichung (11) durch die Gleichung (12) ausgedrückt werden.

Der Motor 36 Vuv0 ( = Vu0 – Vv0) ≈ –E(12)

Somit kann die Ausgangsspannung –E erhalten werden, wie durch den Befehlswert angezeigt.

Ein Befehlsspannungskorrekturabschnitt 9 bereitet eine Spannung vor, die der Sättigungsspannungskompensation unterzogen wird, durch Hinzufügen der Sättigungsspannung, die durch die Sättigungsspannungskompensationseinheit 8a geschätzt wird, zum Befehlswert an den Inverter, unter Verwendung der charakteristischen Daten der Schaltelemente, und gibt dann die Spannung an die CPU 40 aus.

Die CPU 40 empfängt verschiedene Befehle wie beispielsweise den Betriebsbefehl, den Geschwindigkeitsbefehl, etc. und verschiedene Einstellwerte wie beispielsweise die Beschleunigungs-/Verzögerungszeit, das V/f Muster, etc. gespeichert in Speicher 41, als die Eingangssignale, berechnet die Ausgangsfrequenz und die Ausgangsspannung, und gibt die Schaltsignale Su1, Su1, Sv1, Sv2, Sw1, Sw2 aus, um die Schaltelemente des Inverterabschnittes 2a AN/AUS zu schalten.

Der Inverterabschnitt 2a wandelt die Gleichspannungsenergie in die Wechselspannungsenergie mit der variablen Frequenz und der variablen Spannung um, durch AN/AUS-Steuern der Schaltelemente Tr1, Tr2, Tr3, Tr4, Tr5, Tr6.

Bei der Invertervorrichtung nach Ausführungsbeispiel 1 ist die Sättigungsspannungsschätztabelle bereitgestellt, die die Verhältnisse zwischen den Temperaturen der Schaltelemente, den Stromwerten der Schaltelemente, den Temperaturen der Freilaufdioden, und den Stromwerten der Freilaufdioden und den Sättigungsspannungen der Schaltelemente beim Inverterbetrieb angibt, und dann werden die Sättigungsspannungen der Schaltelemente basierend auf den Temperaturen der Schaltelemente, den Stromwerten der Schaltelemente, den Temperaturen der Freilaufdioden, und den Stromwerten der Freilaufdioden, die beim Inverterbetrieb erfasst werden, unter Verwendung dieser Sättigungsspannungsschätztabelle geschätzt, und dann wird die geschätzte Sättigungsspannung bei der Steuerung der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung des Inverters verwendet. Daher kann eine Reduktion der Ausgangsspannung des Inverters aufgrund der Sättigungsspannung der Schaltelemente verhindert werden, und somit kann eine präzisere Spannungssteuerung erzielt werden. Zusätzlich kann eine Geschwindigkeitswelligkeit reduziert werden, da der Einfluss der Sättigungsspannung auch im Niedriggeschwindigkeitsbetriebsbereich reduziert werden kann.

Ausführungsbeispiel 2

4 zeigt eine Ansicht einer Konfiguration einer Invertervorrichtung als eine Energiewandlervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiels 2 der Erfindung. In 4 zeigen die Bezugszeichen 3a bis 3f, 6a bis 6f, 9, 13, 14, 30, 32, 33, 36, 40, 41, 42a bis 42f, Tr1 bis Tr6, D1 bis D6, Iu1, Iu2, Iv1, Iv2, Iw1, Iw2 ähnliches wie in 1, und somit wird deren Erläuterung ausgelassen. Weiter zeigt das Bezugszeichen 1b eine Invertervorrichtung, das Bezugszeichen 2b einen Inverterabschnitt, die Bezugszeichen 4a bis 4f Gate-Spannungserfassungsschaltungsisolierschaltungen, und VGu1, VGu2, VGv1, VGv2, VGw1, VGw2 Gate-Spannungen.

Weiter zeigt das Bezugszeichen 5b einen Steuerabschnitt zum AN/AUS-Steuern der Schaltelemente in dem Inverterabschnitt 2b. Weiter zeigt das Bezugszeichen 7b eine Sättigungsspannungsschätztabelle zum Aufzeigen von Verhältnissen zwischen der Temperatur der Schaltelemente, den Gate-Spannungen der Schaltelemente, den Temperaturen der Freilaufdiodenelemente, und den Stromwerten der Schaltelemente, den Freilaufdiodenelementen, und den Gate-Spannungen der Freilaufdiodenelemente und den Sättigungsspannungen der Schaltelemente beim Inverterbetrieb, und ein Bezugszeichen 8b zeigt eine Sättigungsspannungskompensationseinheit.

5 zeigt in einer Ansicht die Sättigungsspannungsschätztabelle in der Invertervorrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel 2 der vorliegenden Erfindung, und es ist ein Fall gezeigt, bei dem der Emitter geerdet ist und die Substrattemperatur Tc = 125°C.

In 5 ist die Kollektor-Emitterspannung VCE auf einer Ordinate angegeben, die sich über einen Bereich von 12 V bis 18 V der Gate-Emitterspannung VGE auf einer Abszisse erstreckt, die Sättigungsspannung als die AN-Zustandsspannung des Schaltelements. Weiter ist c1 eine Gate-Spannung/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle das ITR = 100 A, c2 ist eine Gate-Spannung/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 50 A, und c3 ist eine Gate-Spannung/Sättigungsspannungscharakteristik im Falle, dass ITR = 25 A.

Im Falle, dass ITR = 25 A ist die Sättigungsspannung fast konstant bei 2,2 V. Falls jedoch die Last groß ist, wie beispielsweise ITR = 100 A, wird die Veränderung mit 4, 4 V – 5 V groß, und daher wird die Sättigungsspannung geschätzt, um die Gate-Emitterspannung VGE im Ausführungsbeispiel 2 zu berücksichtigen.

Die Sättigungsspannungsschätztabelle 7b im Ausführungsbeispiel 2 ist eine (temperatur-abhängige) Sättigungsspannungsschätztabelle, die Verhältnisse zwischen den Gate-Spannungen und den Stromwerten der Schaltelemente und den Sättigungsspannungen der Schaltelemente beim Inverterbetrieb anzeigt, wie in 5 gezeigt. Die Sättigungsspannungskompensationseinheit 8b empfängt die Temperaturen Tj der Schaltelemente und der Freilaufdiodenelemente, durch die an den Schaltelementen 13 und den Freilaufdiodenelementen 14 angebrachten Temperatursensoren beim Inverterbetrieb abgetastet, die von den Stromunterscheidungsschaltungen 6a bis 6f ausgegebenen Stromwerte (ITR oder ID), und die durch die Gate-Spannungsschaltungsisolierschaltungen 4a bis 4f abgetasteten Gate-Spannungen Vgu1, Vgu2, VGv1, VGv2, VGw1, VGw2, schätzt dann die Sättigungsspannungen der Schaltelemente unter Verwendung der Sättigungsspannungsschätztabelle 7b und erzeugt dann die Sättigungsspannungskompensationsspannung, bei der die Befehlsspannung an den Inverter mit der geschätzten Sättigungsspannung kompensiert ist.

Im obigen wurde das Beispiel beschrieben, bei dem die Temperatursensoren an den Schaltelementen und den Freilaufdiodenelementen jeweilig in der Inverterhauptschaltung angebracht sind, wobei die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente aus voneinander getrennten Elementen aufgebaut sind. Im Falle des integrierten Elements jedoch, bei dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente in ein Element vereinigt sind, ist der Temperatursensor an jedem integrierten Element angebracht.

In dem Ausführungsbeispiel 2 wird die Sättigungsspannung unter Berücksichtigung der Gate-Emitterspannung geschätzt. Daher kann die Sättigungsspannung mit guter Präzision kompensiert werden, und die präzisere Spannungssteuerung kann erzielt werden, auch wenn die Last hoch ist und somit die Sättigungsspannung in Abhängigkeit von der Größe der Gate-Emitterspannung im AN-Zustand der Schaltelemente geändert wird.

Ausführungsbeispiel 3

6 zeigt in einer Ansicht die Temperaturmessung des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements in einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 3 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Ansicht eines äußeres Erscheinungsbildes einer Inverterhauptschaltung zeigt, bei der die Temperatursensoren in der Umgebung der Schaltelemente und der Freilaufdiodenelemente, welche ein Paar auf dem Substrat darstellen, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind, angebracht sind, und (b) zeigt thermische Widerstandsmodelle.

In 6 zeigt das Bezugszeichen 15 den Temperatursensor, die Bezugszeichen 16 (16a1, 16a2, 16b1, 16b2, 16c1, 16c2, 16d1, 16d2, 16e1, 16e2, 16f1, 16f2) sind thermische Widerstände, und Tc (Tc1, Tc2, Tc3, Tc4, Tc5, Tc6) sind Substrattemperaturen.

Weiter sind Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2, Tj_Tr3, Tj_Tr4, Tj_Tr5, Tj_Tr6) Temperaturen der Schaltelemente, und Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) Temperaturen der Freilaufdiodenelemente. Weiter sind W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) sind Erwärmungswerte (W) der Schaltelemente, basierend auf den abgetasteten Strömen berechnet, und W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) sind Erwärmungswerte (W) der Freilaufdiodenelemente, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme. Weiter sind r11 stationäre thermische Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, r21 zeigt stationäre thermische Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, c11 sind transiente thermische Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, und c21 sind transiente thermische Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat.

Im Ausführungsbeispiel 1 und dem Ausführungsbeispiel 2 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Temperatursensoren an den Schaltelementen (Tr1 bis Tr6) und den Freilaufdiodenelementen (D1 bis D6) angebracht sind, und dann werden die Temperaturen der Schaltelemente (Tr1 bis Tr6) 13 und der Freilaufdiodenelemente (D1 bis D6) 14 direkt abgetastet. Im Ausführungsbeispiel 3 sind jedoch die Temperatursensoren in der Umgebung der Schaltelemente (Tr1 bis Tr6) und der Freilaufdiodenelemente (D1 bis D6) angebracht, die ein Paar auf dem Substrat darstellen, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind, und der Steuerabschnitt schätzt die Temperaturen der Schaltelemente (Tr1 bis Tr6) und der Freilaufdiodenelemente (D1 bis D6) aus der Substrattemperatur, abgetastet durch die Temperatursensoren, auf Grundlage des thermischen Widerstandsmodells.

Im Ausführungsbeispiel 3 werden die Temperaturen Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2, Tj_Tr3, Tj_Tr4, Tj_Tr5, Tj_Tr6) der Schaltelemente und die Temperaturen Tj D (Tj D1, Tj D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) der Freilaufdiodenelemente in Übereinstimmung mit Gleichung (13) und Gleichung (14) geschätzt, auf Grundlage der Substrattemperaturen Tc (Tc1, Tc2, Tc3, Tc4, Tc5, Tc6), abgetastet durch die Temperatursensoren, angebracht in der Umgebung der Schaltelemente und der Freilaufdiodenelemente, die als Paare angeordnet sind, auf dem Substrat, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind, der Erwärmungswerte W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) der Schaltelemente, berechnet aus den abgetasteten Strömen, der Erwärmungswerte W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) der Freilaufdiodenelemente, berechnet aus den abgetasteten Strömen. Tj_Tr = Tc + r11 × W_Tr(13) Tj_D = Tc + r21 × W_D(14)

Beispielsweise ist die Temperatur Tj_Tr1 des Schaltelements Tr1 durch den folgenden Ausdruck gegeben. Tj_Tr1 = Tc1 + r11 × W_Tr1

Weiter ist die Temperatur Tj_D1 des Freilaufdiodenelements D1 durch den folgenden Ausdruck gegeben. Tj_D1 = Tc1 + r21 × W_D1

In dem Ausführungsbeispiel 3 sind die Temperatursensoren in der Nachbarschaft der Schaltelemente und der Freilaufdiodenelemente angebracht, um ein Paar auf dem Substrat bereitzustellen, und dann werden die Temperaturen der Schaltelemente und die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente auf Grundlage der thermischen Widerstandsmodelle berechnet. Als eine Folge kann das Anbringen der Temperatursensoren erleichtert werden.

Ausführungsbeispiel 4

7 veranschaulicht in einer Ansicht eine Temperaturmessung eines Schaltelements und eines Freilaufdiodenelements in einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 4 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes einer Inverterhauptschaltung zeigt, bei der der Temperatursensor an einem Ort auf dem Substrat angebracht ist, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind, und (b) zeigt thermische Widerstandsmodelle.

In 7 ist das Bezugszeichen 15 der Temperatursensor, die Bezugszeichen 16 (16a1, 16a2, 16b1, 16b2, 16c1, 16c2, 16d1, 16d2, 16e1, 16e2, 16f1, 16f2) thermische Widerstände, und Tc ist die durch den Temperatursensor abgetastete Substrattemperatur, der an einem Ort auf dem Substrat angebracht ist, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind.

Weiter sind Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2, Tj_Tr3, Tj_Tr4, Tj_Tr5, Tj_Tr6) Temperaturen der Schaltelemente und Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) sind Temperaturen der Freilaufdiodenelemente. Weiter sind W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) Erwärmungswerte (W) der Schaltelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet, und W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) sind Erwärmungswerte (W) der Freilaufdiodenelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet. Weiter sind r11 die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, r21 sind die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, c11 sind die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, und c21 sind die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat.

Im Ausführungsbeispiel 3 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Temperatursensoren in der Umgebung der Schaltelemente und der Freilaufdiodenelemente angebracht sind, die ein Paar auf dem Substrat bereitstellen, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind. Im Ausführungsbeispiel 4 ist der Temperatursensor an einem Ort auf dem Substrat angebracht, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind.

Im Ausführungsbeispiel 4 werden die Temperaturen Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2 , Tj_Tr3 , Tj_Tr4 , Tj_Tr5 , Tj_Tr6) der Schaltelemente und die Temperaturen Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) der Freilaufdiodenelemente in Übereinstimmung mit der Gleichung (13) und der Gleichung (14) geschätzt, auf Grundlage der durch die Temperatursensoren abgetasteten Temperatur Tc, an einem Ort auf dem Substrat angebracht, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind, der stationären thermischen Widerstände r11, r21, der Erwärmungswerte W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) der Schaltelemente, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme, und der Erwärmungswerte W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) der Freilaufdiodenelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet, ähnlich zum Ausführungsbeispiel 3. Tj_Tr = Tc + r11 × W_Tr(13) Tj_D = Tc + r21 × W_D(14)

Beispielsweise ist die Temperatur Tj Tr1 des Schaltelements Tr1 durch einen folgenden Ausdruck gegeben. Tj_Tr1 = Tc + r11 × W_Tr1

Weiter ist die Temperatur Tj D1 des Freilaufdiodenelements D1 durch den folgenden Ausdruck gegeben. Tj_D1 = Tc + r21 × W_D1

Im Ausführungsbeispiel 4 ist der Temperatursensor an einem Ort auf dem Substrat angebracht, auf dem die Schaltelemente und die Freilaufdiodenelemente befestigt sind, und dann werden die Temperaturen der Schaltelemente und die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente auf Grundlage der thermischen Widerstandsmodelle geschätzt. Als ein Ergebnis kann das Anbringen des Temperatursensors viel einfacher gestaltet werden.

Ausführungsbeispiel 5

8 veranschaulicht in einer Ansicht die Temperaturmessung des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements in einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 5 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes einer Inverterhauptschaltung zeigt, (b) eine Ansicht eines Querschnitts der Inverterhauptschaltung zeigt, wobei die Temperatursensoren an Abschnitten einer Kühllamelle entsprechend den Schaltelementen beziehungsweise den Freilaufdiodenelementen angebracht sind, und (c) zeigt thermische Widerstandsmodelle. Hier zeigt 8(b) ein Beispiel, bei dem die Temperatursensoren an der Kühllamelle unter den Schaltelementen (Tr1, Tr2) und den Freilaufdiodenelementen (D1, D2) angebracht sind.

In 8 ist das Bezugszeichen 10 die Kühllamelle, Bezugszeichen 11 das Hauptschaltungssubstrat, Bezugszeichen 12 das Gehäuse, Bezugszeichen 15 ist der Temperatursensor, Tr1 bis Tr6 sind die Schaltelemente, und D1 bis D6 sind die Freilaufdiodenelemente.

Weiter sind Tf_Tr (Tf_Tr1, Tf_Tr2, Tf_Tr3, Tf_Tr4, Tf_Tr5, Tf_Tr6) durch die Temperatursensoren abgetastete Lamellentemperaturen entsprechend den Schaltelementen, Tf_D (Tf_D1, Tf_D2, Tf_D3, Tf_D4, Tf_D5, Tf_D6) durch die Temperatursensoren abgetastete Lamellentemperaturen entsprechend den Freilaufdiodenelementen, Tc_Tr (Tc_Tr1, Tc_Tr2, Tc_Tr3, Tc_Tr4, Tc_Tr5, Tr6) Substrattemperaturen entsprechend den Schaltelementen, und Tc_D (Tc_D1, Tc_D2, Tc_D3, Tc_D4, Tc_D5, Tc_D6) sind Substrattemperaturen entsprechend den Freilaufdiodenelementen.

Weiter sind Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2, Tj_Tr3, Tj_Tr4, Tj_Tr5, Tj_Tr6) die Temperaturen der Schaltelemente, und Tj_D (Tj_D1, Dj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) sind die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente. Weiter sind W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) Erwärmungswerte (W) der Schaltelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet, und W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) sind Erwärmungswerte (W) der Freilaufdiodenelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet. Weiter sind r11 die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, r21 sind die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, r12 ist ein stationärer thermischer Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat und r22 ist ein stationärer thermischer Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat. Weiter sind c11 die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, c21 sind die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, c12 ist ein transienter thermischer Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat, und c22 ist ein transienter thermischer Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat.

In dem Ausführungsbeispiel 5 werden die Temperaturen Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2 , Tj_Tr3 , Tj_Tr4 , Tj_Tr5 , Tj_Tr6) der Schaltelemente und die Temperaturen Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) der Freilaufdiodenelemente in Übereinstimmung mit Gleichung (15) und mit Gleichung (16) geschätzt, auf Grundlage der Lamellentemperaturen Tf_Tr (Tf_Tr1, Tf_Tr2, Tf_Tr3, Tf_Tr4, Tf_Tr5, Tf_Tr6), entsprechend den Schaltelementen, abgetastet durch die Temperatursensoren, der Lamellentemperaturen Tf_D (Tf_D1, Tf_D2 , Tf_D3 , Tf_D4 , Tf_D5 , Tf_D6) entsprechend den Freilaufdiodenelementen, abgetastet durch die Temperatursensoren, der stationären thermischen Widerstände r11, r21, der Erwärmungswerte W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) der Schaltelemente, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme, und der Erwärmungswerte W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) der Freilaufdiodenelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet. Tj_Tr = Tf_Tr + (r11 + r12) × W_Tr(15) Tj_D = Tf_D + (r21 + r22) × W_D(16)

Beispielsweise ist die Temperatur Tj_Tr1 des Schaltelements Tr1 durch den folgenden Ausdruck gegeben. Tj_Tr1 = Tf_Tr1 + (r11 + r12) × W_Tr1

Weiter ist die Temperatur Tj D1 des Freilaufdiodenelements D1 durch den folgenden Ausdruck gegeben. Tj_D1 = Tf_D1 + (r21 + r22) × W_D1)

Im Ausführungsbeispiel 5 sind die Temperatursensoren an der Kühllamelle angebracht, an Orten, die Schaltelementen beziehungsweise den Freilaufdiodenelementen entsprechen, und die Temperaturen der Schaltelemente und die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente werden auf Grundlage der thermischen Widerstandsmodelle geschätzt. Als eine Folge kann das Anbringen der Temperatursensoren weiter erleichtert werden.

Ausführungsbeispiel 6

9 veranschaulicht in einer Ansicht die Temperaturmessung des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements in einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 6 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Ansicht eines äußeren Erscheinungsbilds der Inverterhauptschaltung zeigt, (b) eine Ansicht eines Querschnitts der Inverterhauptschaltung zeigt, bei der die Temperatursensoren an der Kühllamelle angebracht sind, um Paare darstellenden Schaltelementen und Freilaufdiodenelementen zu entsprechen, und (c) zeigen thermische Widerstandsmodelle. 9(b) zeigt ein Beispiel, bei dem die Temperatursensoren an der Kühllamelle unter dem ein Paar darstellenden Schaltelement Tr1 und Freilaufdiodenelement D1 angebracht sind, und unter dem ein Paar darstellenden Schaltelement Tr2 und Freilaufdiodenelement Tr2 und Freilaufdiodenelement D2.

In 9 ist Bezugszeichen 10 die Kühllamelle, Bezugszeichen 11 das Hauptschaltungssubstrat, Bezugszeichen 12 das Gehäuse, Bezugszeichen 15 der Temperatursensor, Tr1 bis Tr6 die Schaltelemente, und D1 bis D6 die Freilaufdiodenelemente.

Weiter sind Tf (Tf1, Tf2, Tf3, Tf4, Tf5, Tf6) die durch die Temperatursensoren abgetasteten Temperaturen, Tc_Tr (TC_Tr1, Tc_Tr2, Tc_Tr3, Tc_Tr4, Tc_Tr5, Tc_Tr6) sind die Substrattemperaturen entsprechend den Schaltelementen, und Tc_D (Tc_D1, Tc_D2, Tc_D3, Tc_D4, Tc_D5, Tc_D6) sind die Substrattemperaturen entsprechend den Freilaufdiodenelementen.

Weiter sind Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2, Tj_Tr3, Tj_Tr4, Tj_Tr5, Tj_Tr6) die Temperaturen der Schaltelemente, und Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) sind die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente. Weiter sind W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) die Erwärmungswerte (W) der Schaltelemente, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme, und W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) sind die Erwärmungswerte (W) der Freilaufdiodenelemente, basierend auf dem abgetasteten Strömen berechnet. Weiter sind r11 die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, r21 sind die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, r21 ist der stationäre thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat, und r22 ist der stationäre thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat. Weiter sind c11 die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, c21 sind die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, c12 ist der transiente thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat, und c22 ist der transiente thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat.

In dem Ausführungsbeispiel 5 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem die Temperatursensoren an der Kühllamelle angebracht sind um den Schaltelementen beziehungsweise den Freilaufdiodenelementen zu entsprechen. Jedoch sind im Ausführungsbeispiel 6 die Temperatursensoren an der Kühllamelle angebracht, um den Paaren darstellenden Schaltelementen und Freilaufdiodenelementen zu entsprechen.

In dem Ausführungsbeispiel 6 werden die Temperaturen Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2 , Tj_Tr3 , Tj_Tr4 , Tj_Tr5 , Tj_Tr6) der Schaltelemente und die Temperaturen Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) der Freilaufdiodenelemente in Übereinstimmung mit der Gleichung (17) und der Gleichung (18) geschätzt, auf Grundlage der Lamellentemperaturen Tf (Tf1, Tf2, Tf3, Tf4, Tf5, Tf6), abgetastet durch die Temperatursensoren, der stationären thermischen Widerstände r11, r12, r21, r22, der Erwärmungswerte W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) der Schaltelemente, auf Grundlage der abgetasteten Ströme berechnet, und der Erwärmungswerte W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) der Freilaufdiodenelemente, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme. Tj_Tr = Tf + (r11 + r12) × W_Tr(17) Tj_D = Tf + (r21 + r22) × W_D(18)

Beispielsweise ist die Temperatur Tj_Tr1 des Schaltelements Tr1 durch einen folgenden Ausdruck gegeben. Tj_Tr1 = Tf + (r11 + r12) × W_Tr1

Weiter ist die Temperatur Tj_D1 des Freilaufdiodenelements D1 durch einen folgenden Ausdruck gegeben. Tj_D1 = Tf + (r21 + r22) × W_D1

In dem Ausführungsbeispiel 6 sind die Temperatursensoren an der Kühllamelle so angebracht, dass sie den Paare darstellenden Schaltelementen und Freilaufdiodenelementen entsprechen, und dann werden die Temperaturen der Schaltelemente und die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente basierend auf dem thermischen Widerstandmodellen geschätzt. Als eine Folge kann das Anbringen der Temperatursensoren sehr stark erleichtert werden.

Ausführungsbeispiel 7

10 veranschaulicht in einer Ansicht die Temperaturmessung des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements in einer Invertervorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel 7 der vorliegenden Erfindung, wobei (a) eine Ansicht eines äußeren Erscheinungsbildes der Inverterhauptschaltung zeigt, (b) eine Ansicht einer Querschnittsform der Inverterhauptschaltung zeigt, bei der der Temperatursensor an einem Ort der Kühllamelle angebracht ist, und (c) die thermischen Widerstandsmodelle sind.

In 10 ist das Bezugszeichen 10 die Kühllamelle, Bezugszeichen 11 ist das Hauptschaltungssubstrat, Bezugszeichen 12 ist das Gehäuse, 15 ist der Temperatursensor, Tr1 bis Tr6 sind die Schaltelemente, und D1 bis D6 sind die Freilaufdiodenelemente.

Weiter ist Tf die durch den Temperatursensor abgetastete Lamellentemperatur, Tc_Tr (Tc_Tr1, Tc_Tr2, Tc_Tr3, Tc_Tr4, Tc_Tr5, Tc_Tr6) sind die den Schaltelementen entsprechenden Substrattemperaturen, und Tc_D (Tc_D1, Tc_D2, Tc_D3, Tc_D4, Tc_D5, Tc_D6) sind die den Freilaufdiodenelementen entsprechenden Substrattemperaturen.

Weiter sind Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2, Tj_Tr3, Tj_Tr4, Tj_Tr5, Tj_Tr6) die Temperaturen der Schaltelemente, und Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3, Tj_D4, Tj_D5, Tj_D6) sind die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente. Weiter sind W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) die Erwärmungswerte (W) der Schaltelemente, auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechnet, und W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) sind die Erwärmungswerte (W) der Freilaufdiodenelemente, auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechnet. Weiter sind r11 die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, r21 sind die stationären thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, r12 ist der stationäre thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat, und r22 ist der stationäre thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat. Weiter sind c11 die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Schaltelementen und dem Substrat, c21 sind die transienten thermischen Widerstände (°C/W) zwischen den Freilaufdiodenelementen und dem Substrat, c12 ist der transiente thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat, und c22 ist der transiente thermische Widerstand (°C/W) zwischen der Lamelle und dem Substrat.

Im Ausführungsbeispiel 6 ist der Fall gezeigt, bei dem die Temperatursensoren an der Kühllamelle so angebracht sind, dass sie den Schaltelementen und den Freilaufdiodenelementen entsprechen, welche Paare darstellen. In Ausführungsbeispiel 7 ist jedoch der Temperatursensor an einer Stelle der Kühllamelle angebracht.

Im Ausführungsbeispiel 7 werden die Temperaturen Tj_Tr (Tj_Tr1, Tj_Tr2 , Tj_Tr3 , Tj_Tr4 , Tj_Tr5 , Tj_Tr6) der Schaltelemente und die Temperaturen Tj_D (Tj_D1, Tj_D2, Tj_D3 , Tj_D4 , Tj_D5 , Tj_D6) der Freilaufdiodenelemente in Übereinstimmung mit Gleichung (19) und Gleichung (20) geschätzt, auf Grundlage der durch den Temperatursensor abgetasteten Lamellentemperaturen Tf, der stationären thermischen Widerstände r11, r12, der Erwärmungswerte W_Tr (W_Tr1, W_Tr2, W_Tr3, W_Tr4, W_Tr5, W_Tr6) der Schaltelemente, auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechnet, und der Erwärmungswerte W_D (W_D1, W_D2, W_D3, W_D4, W_D5, W_D6) der Freilaufdiodenelemente, auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechnet. Tj_Tr = Tf + (r11 + r12) × W_Tr(19) Tj_D = Tf + (r21 + r22) × W_D(20)

Beispielsweise ist die Temperatur Tj Tr des Schaltelements Tr1 durch einen folgenden Ausdruck gegeben. Tj_Tr1 = Tf + (r11 + r12) × W_Tr1

Weiter ist die Temperatur Tj D1 des Freilaufdiodenelements D1 durch einen folgenden Ausdruck gegeben. Tj_D1 = Tf + (r21 + r22) × W_D1

Im Ausführungsbeispiel 7 ist der Temperatursensor an einem Ort der Kühllamelle angebracht, und dann werden die Temperaturen der Schaltelemente und die Temperaturen der Freilaufdiodenelemente auf Grundlage der thermischen Widerstandsmodelle geschätzt. Als eine Folge kann das Anbringen der Temperatursensoren sehr stark vereinfacht werden.

Industrielle Anwendbarkeit

Wie oben beschrieben kann die Energiewandlervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Sättigungsspannungen von jeweiligen Schaltelementen schätzen und die Energiewandlung durchführen, um die Befehlsspannung mit guter Präzision auszugeben. Daher ist die Energiewandlervorrichtung für Anwendungen wie Fördereinrichtungen, Transportwagen, etc., in denen solch eine Energiewandlervorrichtung im Niedriggeschwindigkeitsbetriebsbereich verwendet wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG

Die vorliegende Erfindung stellt ein Steuersystem für eine variable Geschwindigkeit bereit, was Sättigungsspannungen von jeweiligen Schaltelementen beim Inverterbetrieb schätzen kann, um eine Sättigungsspannungskompensation durchzuführen, und um somit eine durch einen Befehlswert angegebene Inverterausgangsspannung zu erlangen.


Anspruch[de]
  1. Eine Energiewandlervorrichtung, umfassend:

    einen Inverterabschnitt mit einem Schaltelement und einem Freilaufdiodenelement, wobei der Inverterabschnitt bereitgestellt ist für ein Wandeln einer Gleichspannungsenergie in eine Wechselspannungsenergie;

    einen Steuerabschnitt für ein AN/AUS-steuern der Schaltelemente des Inverterabschnitts; und

    einen Stromsensor zum Abtasten eines durch das Schaltelement oder das Freilaufdiodenelement fließenden Stroms,

    wobei der Steuerabschnitt umfasst:

    eine Stromunterscheidungsschaltung zum Unterscheiden, ob durch die Stromsensoren abgetastete Ströme entweder ein durch die Schaltelemente fließender Strom sind, oder ein durch die Freilaufdiodenelemente fließender Strom sind;

    eine Sättigungsspannungsschätztabelle zum Aufzeigen von Verhältnissen zwischen einer Temperatur des Schaltelements, einem Stromwert des Schaltelements, einer Temperatur des Freilaufdiodenelements, und einem Stromwert des Freilaufdiodenelements und Sättigungsspannungen der Schaltelemente; und

    eine Sättigungsspannungs-Kompensationseinheit zum Empfangen der Temperatur des Schaltelements und des durch die Stromunterscheidungsschaltung unterschiedenen Stroms, Schätzen einer Sättigungsspannung des Schaltelements unter Verwendung der Sättigungsspannungs-Schätztabelle, und Bilden einer Sättigungsspannungs-Kompensationsspannung, bei der eine Befehlsspannung an einem Inverter mit der geschätzten Sättigungsspannung kompensiert ist; und

    wobei die Schaltelemente des Inverterabschnitts auf Grundlage der Sättigungsspannungs-Kompensationsspannung AN/AUS-gesteuert werden.
  2. Eine Energiewandlervorrichtung, umfassend:

    einen Inverterabschnitt mit einem Schaltelement und einem Freilaufdiodenelement, wobei der Inverterabschnitt bereitgestellt ist zum Umwandeln einer Gleichspannungsenergie in eine Wechselspannungsenergie;

    einen Steuerabschnitt zum AN/AUS-steuern der Schaltelemente des Inverterabschnitts; und

    eine Gatespannungserfassungsschaltungs-Isolierschaltung zum Erfassen einer Gatespannung des Schaltelements,

    wobei der Steuerabschnitt umfasst:

    eine Stromunterscheidungsschaltung zum Unterscheiden, ob durch die Stromsensoren abgetastete Ströme entweder ein durch die Schaltelemente fließender Strom sind oder ein durch die Freilaufdiodenelemente fließender Strom sind;

    eine Sättigungsspannungs-Schätztabelle zum Aufzeigen von Verhältnissen zwischen einer Temperatur des Schaltelements, eines Stromwertes des Schaltelements, einer Temperatur des Freilaufelements, und einem Stromwert des Freilaufelements und Sättigungsspannungen der Schaltelemente; und

    eine Sättigungsspannungs-Kompensationseinheit zum Empfangen der Gatespannung des Schaltelements und des durch die stromunterscheidungsschaltung unterschiedenen Stroms, Schätzen einer Sättigungsspannung des Schaltelements unter Verwendung der Sättigungsspannungs-Schätztabelle, und Bilden einer Sättigungsspannungs-Kompensationsspannung, bei der ein Befehlswert an einen Inverter mit der geschätzten Sättigungsspannung kompensiert ist, und

    wobei die Schaltelemente des Inverterabschnitts auf Grundlage der Sättigungsspannungs-Kompensationsspannung AN/AUS-gesteuert werden.
  3. Die Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

    wobei Temperatursensoren an dem Schaltelement und dem Freilaufdiodenelement angebracht sind, um eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements abzutasten.
  4. Die Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei ein Temperatursensor im Bereich des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements, welche ein Paar darstellen, angebracht ist, auf einem Substrat, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind; und

    wobei der Steuerabschnitt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements schätzt, auf Grundlage einer durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Schaltelements, und eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Freilaufdiodenelements.
  5. Die Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

    wobei ein Temperatursensor an einem Ort auf einem Substrat angebracht ist, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind; und

    wobei der Steuerabschnitt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements schätzt, auf Grundlage einer durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Schaltelements, und eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Freilaufdiodenelements.
  6. Die Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

    wobei Temperatursensoren an einem Ort auf einer Lamelle angebracht sind, die an einem Substrat angebracht ist, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind, wobei der Ort dem Schaltelement und dem Freilaufdiodenelement entspricht; und

    wobei der Steuerabschnitt eine Temperatur des Schaltelements und des Freilaufdiodenelements schätzt, auf Grundlage von durch die Temperatursensoren abgetasteten Substrattemperaturen, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationärem thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, des stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat und Erwärmungswerten des Schaltelements, berechnet auf Grundlage der abgetasteten Ströme, und Erwärmungswerten des Freilaufdiodenelements.
  7. Die Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2,

    wobei ein Temperatursensor an einem Ort auf einer Lamelle angebracht ist, die an einem Substrat angebracht ist, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind, wobei der Ort einem Paar des Schaltelements und Freilaufdiodenelements entspricht; und

    wobei der Steuerabschnitt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements schätzt, auf Grundlage einer durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, des stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Schaltelements, und eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswerts des Freilaufdiodenelements.
  8. Die Energiewandlervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei ein Temperatursensor an einem Ort auf einer Lamelle angebracht ist, die an einem Substrat angebracht ist, auf dem das Schaltelement und das Freilaufdiodenelement befestigt sind; und

    wobei der Steuerabschnitt eine Temperatur des Schaltelements und eine Temperatur des Freilaufdiodenelements schätzt, auf Grundlage einer durch den Temperatursensor abgetasteten Substrattemperatur, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Schaltelement und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, stationärer thermischer Widerstände zwischen dem Freilaufdiodenelement und dem Substrat, eines stationären thermischen Widerstands zwischen der Lamelle und dem Substrat, eines auf Grundlage des abgetasteten Stroms berechneten Erwärmungswert des Schaltelements, und eines Erwärmungswerts des Freilaufdiodenelements auf Grundlage des abgetasteten Stroms.
Es folgen 13 Blatt Zeichnungen






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