特開 2024-168140 インバータのパワーデバイス温度推定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168140

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】インバータのパワーデバイス温度推定装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241128BHJP

   H02M 1/00 20070101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M1/00 R ZHV

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023084574

(22)【出願日】2023-05-23

(71)【出願人】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 玄理

【テーマコード（参考）】

5H740

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H740MM08

5H770BA02

5H770DA03

5H770DA41

5H770HA02Z

5H770HA06X

5H770HA06Z

5H770LA04X

5H770LB09

(57)【要約】

【課題】パワーデバイスの温度を精度高く推定できる装置を提供する。
【解決手段】パワーデバイス４０が実装されているインバータ１０に付設されていて、還流ダイオード４２の温度によってパワーデバイス４０の温度を推定する装置３０である。直列に接続された第１素子及び第２素子で構成された分圧回路を有する分圧部３２と、第２素子の分圧に基づいて還流ダイオード４２の順方向電圧を検出するダイオード電圧検出部３３と、還流ダイオード４２の順方向電流を検出するダイオード電流検出部３１と、検出された順方向電圧及び順方向電流と特性データとに基づいて還流ダイオード４２の温度を推定するダイオード温度推定部３４とを備える。第１素子が還流ダイオード４２と順並列に配置されたダイオード３２ａからなり、第２素子が抵抗３２ｂからなることを特徴とする。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

スイッチング素子と、当該スイッチング素子と逆並列に接続された還流ダイオードとからなるパワーデバイスが実装されているインバータに付設されていて、前記還流ダイオードの温度によって前記パワーデバイスの温度を推定するパワーデバイス温度推定装置であって、
直列に接続された第１素子及び第２素子で構成されていて、前記還流ダイオードと並列に接続された分圧回路を有する分圧部と、
前記第２素子と並列に接続されていて、当該第２素子の分圧に基づいて前記還流ダイオードの順方向電圧を検出するダイオード電圧検出部と、
前記還流ダイオードの順方向電流を検出するダイオード電流検出部と、
前記還流ダイオードの電圧及び電流と温度に関する特性データを有し、検出された前記順方向電圧及び前記順方向電流と前記特性データとに基づいて前記還流ダイオードの温度を推定するダイオード温度推定部と、
を備え、
前記第１素子が前記還流ダイオードと順並列に配置されたダイオードからなり、前記第２素子が抵抗からなる、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項2】

請求項１に記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記ダイオード電圧検出部が、前記第２素子の分圧を増大させるトランス部を有している、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項3】

請求項１に記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記ダイオード電圧検出部が、前記第２素子と並列に接続された保護ダイオードを有している、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記インバータは、前記パワーデバイスを設置した基板と、当該基板に取り付けられた放熱器とを更に実装し、
前記第１素子が、前記基板と別個に配置されるか、前記放熱器に接した状態で前記基板に配置されることにより、当該第１素子の温度が前記順方向電圧の検出に対して許容し得る範囲内に保持されている、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項5】

請求項１に記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記ダイオード温度推定部が、前記パワーデバイスの温度を算出する動的熱モデルを更に有し、前記ダイオード温度推定部によって推定される前記パワーデバイスの温度である推定素子温度と、前記動的熱モデルによって算出される前記パワーデバイスの温度である算出素子温度との誤差及びカルマンゲインを算出し、当該誤差及びカルマンゲインを導入することによって前記動的熱モデルを修正し、修正した当該動的熱モデルによる算出値を前記パワーデバイスの温度として採用する、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項6】

請求項１に記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記ダイオード温度推定部が、前記パワーデバイスの温度を算出する動的熱モデルと、前記インバータのノイズに関連した特定出力と前記動的熱モデルに対応したゲインとに関するゲイン設定データとを更に有し、前記ダイオード温度推定部によって推定される前記パワーデバイスの温度である推定素子温度と、前記動的熱モデルによって算出される前記パワーデバイスの温度である算出素子温度との誤差を算出するとともに前記ゲイン設定データから前記ゲインを取得し、当該誤差及びゲインを導入することによって前記動的熱モデルを修正し、修正した当該動的熱モデルによる算出値を前記パワーデバイスの温度として採用する、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項7】

請求項６記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記特定出力は、前記インバータが出力する電流値であり、前記ゲイン設定データに、当該電流値が大きくなるほど前記ゲインが小さくなるように設定されている、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項8】

請求項６記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記特定出力は、前記インバータのキャリア周波数であり、前記ゲイン設定データに、当該キャリア周波数が低くなるほど前記ゲインが小さくなるように設定されている、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項9】

請求項５～８のいずれか１つに記載のパワーデバイス温度推定装置において、
前記還流ダイオードの順方向電圧の検出は、前記スイッチング素子がオフとなっている期間に行われ、当該期間の大小に関係なく行われる、パワーデバイス温度推定装置。

【請求項10】

請求項９記載のパワーデバイス温度推定装置において、
予め設定された所定の電気角の範囲内で検出される複数の前記順方向電圧を平均化して得られる値を前記還流ダイオードの温度の推定に用いる、パワーデバイス温度推定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

開示する技術は、インバータが備えるパワーデバイスの温度を推定する装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の電動化が著しい。それに伴い、自動車に搭載されている駆動モータやこれを制御するインバータの出力も増大する傾向にある。インバータの出力が増大すると、スイッチング素子を含むパワーデバイスが高温になる。それにより、インバータの熱的損傷を防止するために、スイッチング素子の温度を精度高く検知することが求められている。

【0003】

そこで、パワーデバイスが設置されている基板に温度センサを取り付けて、スイッチング素子の温度を検出することが一般に行われている。しかしながらその場合、温度センサがパワーデバイスから離れて位置するために、検出の応答性に欠けるし誤差も大きいという課題があった。

【0004】

それに対し、スイッチング素子と逆並列に接続されている還流ダイオード（フリーホイールダイオード）の温度を検知し、その温度をスイッチング素子の温度とみなす方法が提案されている（例えば特許文献１）。

【0005】

詳細には、還流ダイオードの順方向電流が１Ａのときの順方向電圧を、２つの抵抗で構成された抵抗分圧回路を用いて検出し、その検出値と還流ダイオードの電流電圧特性と温度との関係に基づいて還流ダイオードの温度を判定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１６－２０８７７０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の方法では、分圧された電圧値の検出信号を制御部に出力し、その制御部において還流ダイオードの温度を判定している。一般に、制御部が許容できる電圧は数Ｖ程度である。従って、車載インバータのように、数百Ｖ等の高電圧が作用するスイッチング素子を対象とする場合には、１／１００のレベルで分圧する必要がある。

【0008】

この場合、上述した抵抗分圧回路では、検出対象である還流ダイオードの順方向電圧のうち、温度による変動成分も１／１００のレベルで分圧されてしまう。その結果、微小な電圧変化（例えば１００μＶレベル）を検出することが必要になり、高精度な温度推定が困難になる。

【0009】

そこで、開示する技術では、高電圧が用いられるインバータでも、スイッチング素子の温度を精度高く推定できる装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

開示する技術は、スイッチング素子と、当該スイッチング素子と逆並列に接続された還流ダイオードとからなるパワーデバイスが実装されているインバータに付設されていて、前記還流ダイオードの温度によって前記パワーデバイスの温度を推定するパワーデバイス温度推定装置に関する。

【0011】

前記パワーデバイス温度推定装置は、直列に接続された第１素子及び第２素子で構成されていて、前記還流ダイオードと並列に接続された分圧回路を有する分圧部と、前記第２素子と並列に接続されていて、当該第２素子の分圧に基づいて前記還流ダイオードの順方向電圧を検出するダイオード電圧検出部と、前記還流ダイオードの順方向電流を検出するダイオード電流検出部と、前記還流ダイオードの電圧及び電流と温度に関する特性データを有し、検出された前記順方向電圧及び前記順方向電流と前記特性データとに基づいて前記還流ダイオードの温度を推定するダイオード温度推定部とを備える。そして、前記第１素子が前記還流ダイオードと順並列に配置されたダイオードからなり、前記第２素子が抵抗からなることを特徴とする。

【0012】

すなわち、このパワーデバイス温度推定装置も、特許文献１と同様に、還流ダイオードの順方向電圧からスイッチング素子ないしパワーデバイスの温度を推定する。特許文献１の技術では、２つの抵抗で構成された抵抗分圧回路を用いて還流ダイオードの順方向電圧を検出しているが、このパワーデバイス温度推定装置では、ダイオードと抵抗とで構成された分圧回路を用いて還流ダイオードの順方向電圧を検出する。

【0013】

いわば、その抵抗は、還流ダイオードからそのダイオードの分だけ順方向電圧を小さくしたダイオードと並列に接続されているのと同等の構成となっている。すなわち、この構成の分圧回路によれば、温度変化に伴う順方向電圧の変動量を、分圧されることなく、それ自体を検出できる。従って、微小な電圧変化を検出する必要が無くなるので、温度の推定が容易になり、その推定精度が高まる。

【0014】

前記ダイオード電圧検出部が、前記第２素子の分圧を増大させるトランス部を有している、としてもよい。

【0015】

そうすれば、ダイオード電圧検出部の出力側を、数百Ｖの高電圧な電力系の回路から独立（絶縁）した状態にできる。従って、分圧部の電力が異常になったとしても、直接、ダイオード電圧検出部の出力側にその影響が及ぶことはない。

【0016】

前記ダイオード電圧検出部が、前記第２素子と並列に接続された保護ダイオードを有している、としてもよい。

【0017】

還流ダイオードの順方向電圧は高いので、分圧回路のダイオード（第１素子）が故障して短絡した場合には、その高電圧が抵抗（第２素子）に作用する。そうした場合、温度推定装置が破損するおそれがある。それに対し、保護ダイオードがあれば、そうした場合でも、これを通じて電流を正極側から負極側に流すことができる。従って、抵抗に異常な高電圧が印加されるのを防止できる。トランス部に異常な大電流が流れるのを防止できる。

【0018】

前記インバータは、前記パワーデバイスを設置した基板と、当該基板に取り付けられた放熱器とを更に実装し、前記第１素子が、前記基板と別個に配置されるか、前記放熱器に接した状態で前記基板に配置されることにより、当該第１素子の温度が前記順方向電圧の検出に対して許容し得る範囲内に保持されている、としてもよい。

【0019】

そうすれば、第１素子を構成しているダイオードの温度変化の影響を無視できるので、分圧の演算が簡略化できる。

【0020】

前記ダイオード温度推定部が、前記パワーデバイスの温度を算出する動的熱モデルを更に有し、前記ダイオード温度推定部によって推定される前記パワーデバイスの温度である推定素子温度と、前記動的熱モデルによって算出される前記パワーデバイスの温度である算出素子温度との誤差及びカルマンゲインを算出し、当該誤差及びカルマンゲインを導入することによって前記動的熱モデルを修正し、修正した当該動的熱モデルによる算出値を前記パワーデバイスの温度として採用する、としてもよい。

【0021】

ダイオード温度推定部によって推定されるパワーデバイスの温度（推定素子温度）は、スイッチングノイズを含む。一方、動的熱モデルはスイッチングの影響を受けないので、算出素子温度はスイッチングノイズを含まない。そこで、公知のカルマンフィルタの手法を用いて、これら推定素子温度と算出素子温度の誤差とカルマンゲインとにより、動的熱モデルを修正し、修正した動的熱モデルによる算出値をパワーデバイスの温度として採用する。

【0022】

そうすれば、動的熱モデルは逐次修正されていき、算出素子温度は真の値に収束するので、ダイオード温度推定部は、スイッチングノイズが低減されたパワーデバイスの温度を推定できるようになる。従って、パワーデバイスの温度の推定精度が向上する。

【0023】

前記ダイオード温度推定部が、前記パワーデバイスの温度を算出する動的熱モデルと、前記インバータのノイズに関連した特定出力と前記動的熱モデルに対応したゲインとに関するゲイン設定データとを更に有し、前記ダイオード温度推定部によって推定される前記パワーデバイスの温度である推定素子温度と、前記動的熱モデルによって算出される前記パワーデバイスの温度である算出素子温度との誤差を算出するとともに前記ゲイン設定データから前記ゲインを取得し、当該誤差及びゲインを導入することによって前記動的熱モデルを修正し、修正した当該動的熱モデルによる算出値を前記パワーデバイスの温度として採用する、としてもよい。

【0024】

カルマンゲインＫの算出は演算負荷が大きい。そのため、応答性に遅れが生じるおそれがあるうえに、ハードウエアが大型になる。それに対し、スイッチングノイズの変化を事前に予測し、それによってゲインを変化させるように構成（いわゆるフィードフォワード制御）すれば、カルマンゲインの算出が不要になるので、パワーデバイスの温度の推定精度の向上とともに、演算負荷を低減して高い応答性も実現できる。

【0025】

前記特定出力は、前記インバータが出力する電流値であり、前記ゲイン設定データに、当該電流値が大きくなるほど前記ゲインが小さくなるように設定されている、としてもよいし、前記特定出力は、前記インバータのキャリア周波数であり、前記ゲイン設定データに、当該キャリア周波数が低くなるほど前記ゲインが小さくなるように設定されている、としてもよい。

【0026】

すなわち、インバータが出力する電流が大きくなればスイッチングノイズは大きくなり、インバータが出力する電流が小さくなればスイッチングノイズは小さくなる。また、インバータのキャリア周波数が低くなればスイッチングノイズは大きくなり、インバータのキャリア周波数が高くなればスイッチングノイズは小さくなる。すなわち、インバータが出力する電流値及びインバータのキャリア周波数は、スイッチングノイズの変化と相関がある。

【0027】

従って、これらの変化に応じてゲインを大小に変化させれば、適切なゲインを予測的に取得できる。

【0028】

前記還流ダイオードの順方向電圧の検出は、前記スイッチング素子がオフとなっている期間に行われ、当該期間の大小に関係なく行われる、としてもよい。

【0029】

動的熱モデルの導入により、ノイズの影響を抑制できる。それにより、オフ期間の大小に関係なく、順方向電圧の検出を行うことができる。その結果、順方向電圧を検出するタイミングの制限が無くなるので、パワーデバイスの温度を適切に推定できる。

【0030】

予め設定された所定の電気角の範囲内で検出される複数の前記順方向電圧を平均化して得られる値を前記還流ダイオードの温度の推定に用いる、としてもよい。

【0031】

そうすれば、安定した順方向電圧を取得することが可能になり、温度の推定精度が向上する。また、所定の電気角で検出できる順方向電圧の数は、キャリア周波数に依存しているので、キャリア周波数が高くなれば検出できる順方向電圧の数は多くなる。上述したように、キャリア周波数が高くなれば、スイッチングノイズは小さくなるので、よりいっそう安定した順方向電圧を取得できる。

【発明の効果】

【0032】

開示する技術によれば、高電圧が用いられるインバータでも、スイッチング素子の温度を精度高く推定できる。従って、インバータの熱的損傷を効果的に防止できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0033】

【図1】開示する技術を適用した電気自動車を説明するための概略図である。

【図2】パワーデバイス温度推定装置の構成を説明するための概略図である。

【図3】還流ダイオードの順方向電圧の検出を説明するための概略図である。

【図4】電圧温度特性データ及び電流補正データを説明するための概略図である。

【図5】パワーデバイスの温度の推定に関するブロック図である。

【図6】第１ゲイン設定データの概念図である。

【図7】第２ゲイン設定データの概念図である。

【図8】パワーデバイスの温度管理制御に関するフローチャートである。

【図9】図８に続くフローチャートである。

【図10】各パワーデバイスのオンオフに関するタイミングチャートを表した概略図である。

【図11】電流制限データの概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0034】

以下、開示する技術について説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎない。

【0035】

＜開示する技術の適用例＞
図１に、開示する技術に好適な適用例（電気自動車１）を示す。電気自動車１には、その駆動源として駆動モータ２が搭載されている。駆動モータ２は、永久磁石同期モータであり、インバータ１０と電気的に接続されている。インバータ１０は、駆動バッテリ４と高電圧配線５を介して接続されている。インバータ１０はまた、制御用の低電圧配線６を介して制御装置７と接続されている。

【0036】

駆動バッテリ４は、複数のリチウムイオン電池で構成されている。駆動バッテリ４の定格電圧は例えば３００Ｖ以上である。駆動バッテリ４は、インバータ１０に高電圧な直流電力を供給する。インバータ１０は、制御装置７によってＰＷＭ制御され、その直流電力を３相の交流電流に変換して駆動モータ２に供給する。それにより、駆動モータ２は回転する。

【0037】

駆動モータ２の後方には、変速機８が連結されている。駆動モータ２によって出力される回転動力は、変速機８で変速された後、プロペラシャフト、デファレンシャルギア、一対の駆動シャフトを介して駆動輪９に伝達される。それにより、電機自動車は走行する。

【0038】

インバータ１０には、図１に簡略化して示すように、基板２０ａと放熱器２０ｂを備えたパワーモジュール２０が実装されている。パワーモジュール２０には更に、パワーデバイス温度推定装置３０が組み付けられている（これについては別途後述）。基板２０ａの表面には、６個のパワーデバイス４０が設置されている。図２に示すように、これらパワーデバイス４０の各々は、スイッチング素子４１と、このスイッチング素子４１と逆並列に接続された還流ダイオード４２を含む。

【0039】

基板２０ａには公知のインバータ回路が設けられている。インバータ回路は、３相の交流で回転する駆動モータ２に、駆動バッテリ４の直流電力を３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流電力に変換して出力する。インバータ回路には、駆動バッテリ４の正極側と接続されている正極側配線１１と、駆動バッテリ４の負極側と接続されている負極側配線１２とが設けられている。そして、これら正極側配線１１及び負極側配線１２の間に、各相に対応した３つの回路（ハーフブリッジ回路１３）が並列に接続されている。

【0040】

これらハーフブリッジ回路１３、１３，１３の各々に、２つのパワーデバイス４０，４０が直列に接続されている。そして、これら２つのパワーデバイス４０，４０の間に、駆動モータ２に交流電力を出力する出力配線１４が接続されている。これらハーフブリッジ回路１３、１３，１３よりも入力側の正極側配線１１及び負極側配線１２の間には、これらハーフブリッジ回路１３、１３，１３と並列に平滑コンデンサ１５が接続されている。

【0041】

インバータ１０の作動時には、ＰＷＭ制御により、スイッチング素子４１の各々が高速でオンオフされる。それにより、擬似的に交流波形の電流が形成され、その電流がいずれかの相の出力配線１４を介して駆動モータ２に流れる。そして、他の相の出力配線１４を介して駆動モータ２から負極側配線１２に電流が流れる。

【0042】

還流ダイオード４２は、対応するスイッチング素子４１がオフされた時に発生する瞬間的な逆起電力でスイッチング素子４１が損傷するのを防止するために設けられている。従って、対応するスイッチング素子４１がオフされた時に、還流ダイオード４２には順方向電圧が印加されて順方向電流が流れる。

【0043】

高速でオンオフし、大電流を断続的に遮断するスイッチング素子４１は発熱する。そのため、パワーデバイス４０を冷却するために、図１に示すように、基板２０ａの裏面に放熱器２０ｂが取り付けられている。放熱器２０ｂは、図外の冷却装置から循環供給される冷媒によって冷却されるように構成されている。

【0044】

スイッチング素子４１は、温度が上限を超えると破損するおそれがある。そのため、スイッチング素子４１の温度を検出し、それによってインバータ１０の制御を制限することが行われている。しかし、スイッチング素子４１の発熱量は、そのオンオフする頻度に応じて大きく変化するし、作動時は常に冷却されていることから、スイッチング素子４１の温度は短時間で大きく変化する。従って、スイッチング素子４１の温度を精度高く検出してその温度を適切に管理するためには、高い応答性が求められる。

【0045】

例示のパワーデバイス４０は、スイッチング素子４１及び還流ダイオード４２が一体に構成されているＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）又はＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）を示している。従って、還流ダイオード４２の温度はスイッチング素子４１の温度とみなすことができる。

【0046】

パワーデバイス４０には、スイッチング素子４１と還流ダイオード４２とが別体に構成されているタイプもある。この場合でも、同じパワーデバイス４０を構成しているスイッチング素子４１と還流ダイオード４２は、互いに近接した状態で基板２０ａに配置される。従って、そのタイプでも還流ダイオード４２の温度をスイッチング素子４１の温度とみなすことができる。

【0047】

すなわち、還流ダイオード４２の温度は、同じパワーデバイス４０を構成しているスイッチング素子４１の温度とみなすことができる。還流ダイオード４２及びスイッチング素子４１の温度は、そのパワーデバイス４０の温度ともいえる。そこで、このインバータ１０には、還流ダイオード４２の順方向電圧に基づいてパワーデバイス４０の温度を高い応答性と精度で推定できるように工夫されたパワーデバイス温度推定装置３０が付設されている。

【0048】

＜パワーデバイス温度推定装置＞
図１に示すように、本実施形態のパワーデバイス温度推定装置３０（単に「温度推定装置３０」ともいう）は、基板２０ａから独立した形態で、パワーモジュール２０に設けられている。具体的には、温度推定装置３０は、基板２０ａに外付けされた状態で放熱器２０ｂに取り付けられている。なお、温度推定装置３０の一部は、基板２０ａに組み込むことにより、基板２０ａと一体に構成されていてもよい。

【0049】

図２に示すように、温度推定装置３０は、ダイオード電流検出部３１、分圧部３２、ダイオード電圧検出部３３、ＡＤ変換器３５などで構成されている。分圧部３２は、分圧ダイオード３２ａ（第１素子）、分圧抵抗３２ｂ（第２素子）などで構成されている。ダイオード電圧検出部３３は、保護ダイオード３３ａ、トランス部３３ｂなどで構成されている。

【0050】

この温度推定装置３０では、１つのパワーデバイス４０を推定対象としている。具体的には、Ｕ相の下側アーム１３ａに配置されたパワーデバイス４０を推定対象としている。この場合、パワーモジュール２０の構造上、各パワーデバイス４０の温度に差が生じる場合には、最も温度が高くなるパワーデバイス４０を推定対象とするとよい。

【0051】

また、Ｕ，Ｖ，Ｗの相毎やパワーデバイス４０毎に分圧部３２等を設け、複数のパワーデバイス４０を推定対象としてもよい。この場合、構成は複雑になるが、インバータ１０の熱的損傷をより精度高く防止できる。

【0052】

（ダイオード電流検出部３１）
ダイオード電流検出部３１は、推定対象とされるパワーデバイス４０に対応して設けられており、その還流ダイオード４２に流れる順方向電流を検出する。ダイオード電流検出部３１は、電流検知器や電流センサなどの電流値が計測できるものであればよい。

【0053】

ダイオード電流検出部３１は、例えば、図２に示すように、推定対象とされるパワーデバイス４０の上流側または下流側の配線の所定箇所に設置される。そうして、スイッチング素子４１がオフの期間に、還流ダイオード４２を流れる電流（順方向電流）を検出する。

【0054】

（分圧部３２）
分圧部３２は、還流ダイオード４２の高い順方向電圧を所定の割合で２つに分ける機能を有している。分圧ダイオード３２ａ（第１素子）と分圧抵抗３２ｂ（第２素子）は互い直列に接続された状態で、推定対象とされる還流ダイオード４２と並列に接続されている。分圧ダイオード３２ａは、還流ダイオード４２と同じ向きである順並列に配置されている。つまり、スイッチング素子４１に対して逆並列となる向きに配置されている。

【0055】

分圧ダイオード３２ａは、同じ順方向電流で比較した場合、還流ダイオード４２よりも順方向電圧が少し低いものが用いられている。分圧抵抗３２ｂの大きさは、分圧ダイオード３２ａの順方向電圧に対応して選択される。

【0056】

これら分圧ダイオード３２ａ及び分圧抵抗３２ｂは分圧回路を構成しており、この分圧回路を用いて還流ダイオード４２の順方向電圧が検出される。すなわち、ダイオード電圧検出部３３は、分圧抵抗３２ｂと並列に接続されており、分圧抵抗３２ｂの分圧に基づいて還流ダイオード４２の順方向電圧を検出する。

【0057】

従来の分圧回路では、第１素子にも抵抗が用いられている（抵抗分圧回路）。しかし、その場合、対象とするスイッチング素子４１に数百Ｖ等の高電圧が作用する場合には、１／１００のレベルで分圧する必要があり、上述したように、検出対象である還流ダイオード４２の順方向電圧のうち、温度変化に伴う変動成分も１／１００のレベルで分圧されてしまう。その結果、微小な電圧変化（例えば１００μＶレベル）を検出することが必要になり、高精度な温度推定が困難になる。

【0058】

それに対し、この分圧部３２では、第１素子が分圧ダイオード３２ａとされている。いわば、分圧抵抗３２ｂは、還流ダイオード４２から分圧ダイオード３２ａの分だけ順方向電圧を小さくしたダイオードと並列に接続されているのと同等の構成となっている。

【0059】

図３の左上図に、分圧部３２の回路構成を簡略化して示す。図３の右上図は、ダイオードの順方向電圧Ｖｆと順方向電流ｉｆとの関係を表したグラフである。実線は、還流ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆｄを示している。還流ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆｄは、順方向電流ｉｆが大きくなってもその変化量は比較的小さい。

【0060】

還流ダイオード４２の温度が上昇すると、その順方向電圧Ｖｆｄは、その温度の上昇量に応じて、仮想線で示すように低くなる方向にシフトし、低下する（ΔＶｆ）。

【0061】

ダイオードは、抵抗と異なり、順方向電流の大きさが異なる場合でも、温度に対する電圧変化量ΔＶｆは同等なうえに小さい。例えば、パワーデバイス４０の場合、その温度上昇に伴う順方向電圧Ｖｆの変化量ΔＶｆは、その順方向電流が大小に変化しても、－０．１Ｖ程度である。

【0062】

図３に示すように、還流ダイオード４２に順方向電流ｉｆ＿１が流れて順方向電圧Ｖｆ＿１が作用している場合を想定する。対応するスイッチング素子４１はオフされているので、無視できる。そして、このとき、還流ダイオード４２が常温の基準温度から上昇し、順方向電圧がＶｆｄからΔＶｆ変化したとする。そうした場合、分圧抵抗３２ｂの分圧Ｖｒｆは、図３で示す式のように、Ｖｆ＿１－Ｖｆｐであり、温度変化を反映すると、Ｖｆｄ＋ΔＶｆ－Ｖｆｐとなる。

【0063】

すなわち、この構成の分圧回路によれば、温度変化に伴う順方向電圧Ｖｆの変動量ΔＶｆを、分圧されることなく、それ自体を検出できる。従って、微小な電圧変化を検出する必要が無くなるので、温度の推定が容易になり、その推定精度が高まる。

【0064】

ちなみに、分圧ダイオード３２ａが抵抗値Ｒ０の抵抗で構成された抵抗分圧回路であった場合、その温度による変動成分は（Ｒｆ／Ｒ０＋Ｒｆ）・ΔＶｆとなる。分圧によって小さくなったこの圧力を検出しなければならない。

【0065】

ここで、分圧ダイオード３２ａは、基板２０ａとは別個に配置されており、その温度変化による分圧ダイオード３２ａの順方向電圧への影響は実質的に無視できるように構成されている（実質的にＶｆｐは一定とみなせる）。

【0066】

すなわち、分圧ダイオード３２ａの温度は、変化したとしても、還流ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆ＿１の検出に対して許容し得る範囲内に保持されている。なお、分圧ダイオード３２ａを基板２０ａに配置する場合には、放熱器２０ｂに接した状態で配置し、放熱器２０ｂへの放熱によって上述した許容し得る範囲内に保持できるように構成してもよい。

【0067】

そうすれば、分圧ダイオード３２ａの温度変化の影響を無視できるので、分圧の演算が簡略化できる。

【0068】

分圧ダイオード３２ａの温度変化を考慮してその順方向電圧Ｖｆｐを検出するようにしてもよい。すなわち、分圧ダイオード３２ａに温度センサを設置し、それによって分圧ダイオード３２ａの温度を実測する。分圧ダイオード３２ａの温度とその電流電圧特性に関するデータ（特定データ）をダイオード温度推定部３４に予め記憶しておく。そして、実測した分圧ダイオード３２ａの温度とその特性データとに基づいて、温度変化を考慮した分圧ダイオード３２ａの順方向電圧Ｖｆを検出する。

【0069】

（ダイオード電圧検出部３３）
ダイオード電圧検出部３３は、上述したように、保護ダイオード３３ａ、トランス部３３ｂなどで構成されている。ダイオード電圧検出部３３は、インバータ１０の回路から絶縁した状態で、分圧抵抗３２ｂの分圧を所定の大きさのアナログ信号として出力する機能を有している。

【0070】

保護ダイオード３３ａは、還流ダイオード４２及び分圧ダイオード３２ａとは逆向きに配置した状態で、分圧抵抗３２ｂと並列に接続されている。還流ダイオード４２の順方向電圧は高いので、分圧ダイオード３２ａが故障して短絡した場合には、その高電圧が分圧抵抗３２ｂに作用することになる。そうした場合、温度推定装置３０が破損するおそれがある。

【0071】

それに対し、このような保護ダイオード３３ａを設けることで、仮に分圧ダイオード３２ａが短絡しても、保護ダイオード３３ａを通じて電流を正極側から負極側に流すことができる。従って、分圧抵抗３２ｂに異常な高電圧が印加されるのを防止できる。そして、トランス部３３ｂに異常な大電流が流れるのを防止できる。従って、温度推定装置３０を保護できる。

【0072】

ＡＤ変換器３５が、トランス部３３ｂを介して分圧部３２と接続されている。ＡＤ変換器３５は、トランス部３３ｂから入力される電圧または電流のアナログ信号をデジタル信号に変換する。ＡＤ変換器３５とトランス部３３ｂとの間には、負荷抵抗３６が並列に接続されている。

【0073】

トランス部３３ｂは、分圧抵抗３２ｂと並列に接続された公知のパルストランスからなり、ＡＤ変換器３５は、トランス部３３ｂによって分圧部３２から分離されている。従って、数百Ｖの高電圧な電力系の回路からＡＤ変換器３５を独立（絶縁）した状態にできる。分圧部３２の電力が異常になったとしても、直接、ＡＤ変換器３５にその影響が及ぶことはない。

【0074】

しかも、保護ダイオード３３ａにより、トランス部３３ｂに大電流が流れないようになっている。従って、トランス部３３ｂは、大電流に備える必要が無いので、小型化できる。そして、トランス部３３ｂには分圧抵抗３２ｂの分圧に対応した比較的小さな電流しか流れないので、トランス部３３ｂは、比較的小さな巻き数比で、ＡＤ変換器３５に対して適度な電圧に増大できる。

【0075】

具体的には、ＡＤ変換器３５が許容できる電圧は、一般に±５Ｖ程度である。従って、トランス部３３ｂの二次側の電圧Ｖａｄは、その範囲内に納める必要がある。それに対し、トランス部３３ｂは、図３の下図及び式に示すように、分圧抵抗３２ｂと並列に接続されているトランス部３３ｂの一次側巻き数（Ｔ１）と、ＡＤ変換器３５に接続されているトランス部３３ｂの二次側巻き数（Ｔ２）との比（巻き数比Ｔｖｆ：Ｔ２／Ｔ１）に応じて、その一次側の電圧（つまり分圧抵抗３２ｂの分圧Ｖｒｆ）を変換して二次側に出力する（Ｖａｄ＝Ｔｖｆ・Ｖｒｆ）。

【0076】

トランス部３３ｂの一次側を流れる電流は比較的小さいので、巻き数比Ｔｖｆを数倍程度（例えば４倍）に設定することにより、一次側の電圧を増大して二次側に出力できる。そうして、トランス部３３ｂの二次側の電圧を±５Ｖ程度の範囲内に納めることができる。従って、分圧抵抗３２ｂの分圧Ｖｒｆ、ひいては還流ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆを安定して精度高く検出できる。

【0077】

（ダイオード温度推定部３４）
ダイオード温度推定部３４は、ＡＤ変換器３５にオンボードされたＩＣチップ等によって構成されている。すなわち、ダイオード温度推定部３４は、機能的な構成としてＡＤ変換器３５に設けられている。

【0078】

具体的には、ダイオード温度推定部３４は、プロセッサ、メモリなどのＡＤ変換器３５に備えられる公知のハードウエアと、そのメモリに実装されるプログラム、データなどのソフトウエアとで構成されている。ダイオード温度推定部３４は、これらハードウエアとソフトウエアの協働により、検出される順方向電流ｉｆ及び順方向電圧Ｖｆを用いて還流ダイオード４２の温度を推定する。

【0079】

すなわち、ダイオード温度推定部３４は、還流ダイオード４２の電流、電圧、及び、温度に関する特性データを有している。具体的には、図４の上側のグラフに実線Ｌ１で示すように、ダイオード温度推定部３４は、基準となる順方向電流ｉｆにおける還流ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆとその温度ｔｄとの関係を特定した電圧温度特性データを有している。

【0080】

還流ダイオード４２の順方向電圧Ｖｆとその温度ｔｄとの関係は、比較的小さいものではあるが、順方向電流ｉｆの大きさに応じて変化する（図３の右上図参照）。

【0081】

例えば、図４の上側のグラフに仮想線で示すように、順方向電流ｉｆが大きくなると（ｉｆ＋）、それに伴って順方向電圧Ｖｆに対するその温度ｔｄも大きくなる。順方向電流ｉｆが小さくなると（ｉｆ－）、それに伴って順方向電圧Ｖｆに対するその温度ｔｄも小さくなる。順方向電流ｉｆの変化に対する順方向電圧Ｖｆに対するその温度ｔｄの変化は、順方向電流ｉｆが大きくなるほど大きくなる。

【0082】

従って、ダイオード温度推定部３４は更に、図４の下側のグラフに示すように、係る関係に基づいて設定された、順方向電流ｉｆと、上述した電圧温度特性データの補正係数αとの関係を特定した電流補正データを有している。

【0083】

電圧温度特性データ及び電流補正データは、ＡＤ変換器３５のメモリに記憶されている。なお、特性データの形式は仕様に応じて選択できる。電流補正データに代えて、電流値毎の電圧温度特性データを用いてもよい。

【0084】

ダイオード温度推定部３４は、ダイオード電流検出部３１で検出される還流ダイオード４２の順方向電流ｉｆと、ダイオード電圧検出部３３で検出される順方向電圧Ｖｆと、これら特性データとに基づいて、還流ダイオード４２の温度ｔｄを推定する。

【0085】

具体的には、検出した順方向電流ｉｆと電流補正データとから補正値αを特定し、その補正値αを用いて、電圧温度特性データをその順方向電流ｉｆに対応したデータに補正する。そうして、検出した順方向電圧Ｖｆと補正した電圧温度特性データとから還流ダイオード４２の温度ｔｄを特定する。上述したように、還流ダイオード４２の温度ｔｄは、スイッチング素子４１の温度でもあり、パワーデバイス４０の温度でもある。

【0086】

＜ノイズ対策＞
上述した順方向電流ｉｆ及び順方向電圧Ｖｆの検出は、推定対象であるパワーデバイス４０のスイッチング素子４１がオフとなっている期間（オフ期間）に行われるが、スイッチング素子４１は高速でオンオフされるし、オフ期間の大きさも変化する。そのため、その検出はスイッチングに起因したノイズ（スイッチングノイズ）の影響を受け易い。

【0087】

例えば、オフ期間が小さいほどスイッチングノイズの影響を受けるので、大きなオフ期間で検出すればスイッチングノイズの影響を低減できる。しかし、オフ期間を大きくすることは、駆動モータ２を適切に駆動できないおそれがあるし、大きなオフ期間に限って検出すれば、パワーデバイス４０の温度を適切に推定できない。

【0088】

一方、小さいオフ期間で検出した順方向電流ｉｆ及び順方向電圧Ｖｆには大きなスイッチングノイズが重畳するため、パワーデバイス４０の温度推定の精度が低下する。すなわち、ダイオード温度推定部３４によって推定されるパワーデバイス４０の温度（推定素子温度）は、スイッチングノイズを含むため、パワーデバイス４０の温度を精度高く推定するためには、その影響を低減させるのが好ましい。

【0089】

そこで、この温度推定装置３０では、上述した還流ダイオード４２の順方向電圧及び順方向電流の検出と還流ダイオード４２の特性データとに基づいたパワーデバイス４０の温度推定と、動的熱モデルを用いたパワーデバイス４０の温度の算出とを組み合わせることにより、スイッチングノイズの影響を低減して、パワーデバイス４０の温度の推定精度が向上できるように工夫されている。

【0090】

図５に、そのパワーデバイス４０の温度の推定に関するブロック図を示す。ダイオード温度推定部３４は、更に動的熱モデル３８を備える。そして、ダイオード温度推定部３４は、更にその動的熱モデル３８と上述したパワーデバイス４０の温度推定とを組み合わせて還流ダイオード４２の温度を推定する拡張ソフトウエアを有している。この拡張ソフトウエアは、公知のカルマンフィルタをベースに構成されている。

【0091】

動的熱モデル３８は、基板２０ａや放熱器２０ｂなどのパワーデバイス４０の周辺構造と、インバータ１０が出力する電流や電圧などのパワーデバイス４０の温度変化に寄与する各因子に基づいて、公知の熱流体解析ソフトなどを用いて設計することができる。

【0092】

インバータ１０の作動中は、常時、駆動モータ２に電流及び電圧が出力される。それと同時に、放熱器２０ｂに冷媒が循環供給される。動的熱モデル３８では、パワーデバイス４０の発熱と放熱の双方に影響するこれらの各因子を検出して導入することにより、パワーデバイス４０の温度を、動的に算出する。

【0093】

動的熱モデル３８は、演算プログラムとしてＡＤ変換器３５のメモリに記憶しておけばよい。更に、ＡＤ変換器３５のメモリに、インバータ１０が出力する電流や電圧とパワーデバイス４０の発熱量との関係に基づいて設定された発熱マップ、及び、冷媒の流量や温度とパワーデバイス４０の放熱量との関係に基づいて設定された放熱マップを記憶し、適宜参照するようにしてもよい。

【0094】

ダイオード温度推定部３４は、インバータ１０が出力する電流及び電圧（電力）を、その指令値や実測値などから特定する。同時に、放熱器２０ｂに供給される冷媒の流量や温度についても、その指令値や実測値などから特定する。そして、パワーデバイス４０の発熱と放熱の双方に影響するこれらの各因子を動的熱モデル３８に導入することにより、逐次、パワーデバイス４０の温度を算出する。

【0095】

ダイオード温度推定部３４は、公知のカルマンフィルタを用いて、動的熱モデル３８によって算出されるパワーデバイス４０の温度（算出素子温度）と推定素子温度の誤差を算出するとともに、その誤差が最小になる最適なゲインＫ（カルマンゲインＫ）を算出する。そして、算出した誤差及びカルマンゲインＫを動的熱モデル３８に導入し、動的熱モデル３８のノイズに関連した修正項を変更する。そうすることによって、ダイオード温度推定部３４は、動的熱モデル３８を修正する。そうした後、修正した動的熱モデル３８によって得られる算出値を、パワーデバイス４０の温度として採用する。

【0096】

その結果、動的熱モデル３８は逐次修正されていき、算出素子温度は真の値に収束するので、ダイオード温度推定部３４は、スイッチングノイズが低減されたパワーデバイス４０の温度を推定できるようになる。従って、パワーデバイス４０の温度の推定精度が向上する。

【0097】

動的熱モデル３８はスイッチングの影響を受けないので、算出素子温度はスイッチングノイズを含まない。対して、上述したように、実測される推定素子温度はスイッチングノイズを含む。従って、これら算出素子温度と推定素子温度の誤差は、動的熱モデル３８に起因したモデル誤差とスイッチングノイズに起因したノイズ誤差とからなる。

【0098】

このとき、カルマンフィルタの場合、ノイズ誤差を最小にしながら、モデル誤差を最小にする。具体的には、これら誤差の共分散を算出し、その値が最小となるゲインＫを最適なゲインＫ、つまりカルマンゲインＫとする。

【0099】

ただし、この場合、共分散の算出は演算負荷が大きい。そのため、応答性に遅れが生じるおそれがある。ハードウエアが大型になり、ＡＤ変換器３５に組み込めない場合もあり得る。

【0100】

従って、スイッチングノイズの変化を事前に予測し、それによってゲインＫを変化させるように構成してもよい（いわゆるフィードフォワード制御）。そうすれば、カルマンゲインＫの算出が不要になるので、パワーデバイス４０の温度の推定精度の向上とともに、演算負荷を低減して高い応答性も実現できる。

【0101】

（フィードフォワード制御の組み合わせ）
具体的には、図５に、破線で示すように、インバータ１０が出力する電流及び電圧に基づいて、適切なゲインＫを予測し、ゲインＫの大きさを変化させる。

【0102】

ダイオード温度推定部３４は、更に所定のゲイン設定データを備える。そして、上述した拡張ソフトウエアは、このゲイン設定データを用いるように構成されている。ゲイン設定データには、インバータ１０のノイズ、つまりスイッチングノイズに関連した特定出力と、動的熱モデル３８に対応したゲインＫ（カルマンゲインＫと区別するために、予測的ゲインＫともいう）との相関関係に関するデータが設けられている。

【0103】

例えば、インバータ１０が出力する電流が大きくなればスイッチングノイズは大きくなり、インバータ１０が出力する電流が小さくなればスイッチングノイズは小さくなる。従って、インバータ１０が出力する電流値は、スイッチングノイズの変化と相関がある（特定出力に相当）。

【0104】

ダイオード温度推定部３４は、図６に示すような、インバータ１０が出力する電流値ｉと予測的ゲインＫとの相関関係に関するゲイン設定データ（第１ゲイン設定データ）を備える。第１ゲイン設定データには、インバータ１０が出力する電流値ｉが大きくなるほど予測的ゲインＫが小さくなるように設定されている。

【0105】

また、インバータ１０のキャリア周波数が低くなればスイッチングノイズは大きくなり、インバータ１０のキャリア周波数が高くなればスイッチングノイズは小さくなる。従って、インバータ１０のキャリア周波数は、スイッチングノイズの変化と相関がある（特定出力に相当）。

【0106】

ダイオード温度推定部３４は、図７に示すような、インバータ１０のキャリア周波数ｆｒと予測的ゲインＫとの相関関係に関するゲイン設定データ（第２ゲイン設定データ）を備える。第２ゲイン設定データには、インバータ１０のキャリア周波数ｆｒが低くなるほど予測的ゲインＫが小さくなるように設定されている。

【0107】

ダイオード温度推定部３４はまた、インバータ１０が出力する電流値及びキャリア周波数の双方と予測的ゲインＫとの相関関係に関するゲイン設定データ（第３ゲイン設定データ）を備えるようにしてもよい。そうすれば、データ量は増加するが、これら特定出力の双方の変化に対応した予測的ゲインＫを取得することができる。

【0108】

ダイオード温度推定部３４は、インバータ１０が出力する電流値やキャリア周波数と、これら第１ゲイン設定データ又は第２ゲイン設定データ（又は第３ゲイン設定データ）とに基づいて、適切なゲインＫを予測し、予測的ゲインＫを取得する。

【0109】

例えば、インバータ１０が出力する電流値が入力されると、ダイオード温度推定部３４は、第１ゲイン設定データからその電流値に応じた予測的ゲインＫを取得する。それにより、インバータ１０が出力する電流値が小さくなれば、それに応じて予測的ゲインＫは大きくなり、インバータ１０が出力する電流値が大きくなれば、それに応じて予測的ゲインＫは小さくなる。

【0110】

同様に、インバータ１０のキャリア周波数が入力されると、ダイオード温度推定部３４は、第２ゲイン設定データからそのキャリア周波数に応じた予測的ゲインＫを取得する。それにより、インバータ１０のキャリア周波数が高くなれば、それに応じて予測的ゲインＫは大きくなり、インバータ１０のキャリア周波数が低くなれば、それに応じて予測的ゲインＫは小さくなる。

【0111】

ダイオード温度推定部３４は、そうして得られる予測的ゲインＫと、推定素子温度と算術素子温度との誤差とを動的熱モデル３８に導入し、動的熱モデル３８のノイズに関連した修正項を変更する。そうすることによって、ダイオード温度推定部３４は、動的熱モデル３８を修正する。そうした後、修正した動的熱モデル３８によって得られる算出値を、パワーデバイス４０の温度として採用する。

【0112】

その結果、動的熱モデル３８は逐次修正されていき、算出素子温度は真の値に収束するので、ダイオード温度推定部３４は、スイッチングノイズが低減されたパワーデバイス４０の温度を推定できるようになる。従って、パワーデバイス４０の温度の推定精度が向上する。しかも、カルマンゲインＫの算出が不要になるので、演算負荷を低減して高い応答性も実現できる。その結果、ハードウエアを小さくできるので、ＡＤ変換器３５に容易に組み込むことができる。

【0113】

＜温度推定装置３０によるパワーデバイス４０の温度管理の具体例＞
図８及び図９に、ノイズ対策を施した温度推定装置３０によるパワーデバイス４０の温度管理制御の一例を示す。この温度推定装置３０では、上述したフィードフォワード制御の組み合わせによるノイズ対策が施されている。

【0114】

電気自動車１がキーインされて、搭載されている電気機器に電力が投入されると、温度推定装置３０は、インバータ１０が出力する電流などの関連データの読み込みを開始する（ステップＳ１）。温度推定装置３０は、インバータ１０の作動中、つまり車載の電気機器に電力が投入されている間は、常に温度管理制御の処理を実行する（ステップＳ２でＹｅｓ）。インバータ１０が停止することによって温度推定装置３０は温度管理制御の処理を停止する（ステップＳ２でＮｏ）。

【0115】

温度推定装置３０（ダイオード温度推定部３４）は、インバータ１０が作動して駆動モータ２へ電力が出力されている時には、還流ダイオード４２の温度に基づくパワーデバイス４０の温度推定処理、動的熱モデル３８を用いたパワーデバイス４０の温度算出処理、及び、予測的ゲインＫの取得処理を、それぞれ併行して実行するのが好ましい。そうすれば、短時間で温度推定できるので、応答性に優れる。

【0116】

（還流ダイオード４２の温度に基づくパワーデバイス４０の温度推定処理）
還流ダイオード４２の温度に基づくパワーデバイス４０の温度推定処理においては、温度推定装置３０は、最初に、所定期間に検出された順方向電圧Ｖｆを平均化する処理を行う（ステップＳ３）。具体的には、予め設定された所定の電気角の範囲内で検出される複数の順方向電圧を平均化する。そうして得られる値（Ｖｆ平均値）を還流ダイオード４２の温度の推定に用いる。

【0117】

図１０に、Ｕ，Ｖ，Ｗの各相の下側アーム１３ａに配置されている各パワーデバイス４０のオンオフに関するタイミングチャートを示す。ハッチングで示す部分がオン期間であり、その間の部分がオフ期間である。この温度推定装置３０では、図２に示すように、Ｕ相のパワーデバイス４０を推定対象としているので、そのオフ期間（Ｒ１やＲ２）に順方向電圧Ｖｆの検出が行われる。

【0118】

上述したように、順方向電圧Ｖｆの検出は、オフ期間が小さいほどスイッチングノイズの影響を受けるので、大きなオフ期間（例えばＲ２）で検出すればスイッチングノイズの影響を低減できる。しかし、大きなオフ期間に限って検出するとすれば、そのタイミングが大幅に制限されるので、パワーデバイス４０の温度を適切に推定できない。

【0119】

それに対し、この温度推定装置３０の場合、上述したノイズ対策により、ノイズの影響を抑制できる。それにより、オフ期間の大小に関係なく、順方向電圧Ｖｆの検出を行うことができる。例えば、オフ期間が最も小さいＲ１の期間でも順方向電圧Ｖｆの検出を行うことができる。

【0120】

そこで、この温度推定装置３０では、予め所定期間、例えば電気角１２０°（Ｒ３の期間）が設定されており、その範囲内で連続する各オフ期間において順方向電圧Ｖｆを検出し、これら順方向電圧Ｖｆを平均化する。そうすることで、安定した順方向電圧Ｖｆを取得することが可能になる。

【0121】

所定の電気角で検出できる順方向電圧Ｖｆの数は、キャリア周波数に依存している。キャリア周波数が高くなれば検出できる順方向電圧Ｖｆの数は多くなる。上述したように、キャリア周波数が高くなればスイッチングノイズは小さくなるので、より安定した順方向電圧Ｖｆを取得できる。

【0122】

温度推定装置３０は、検出される順方向電流ｉｆに応じて特性データを補正する（ステップＳ４）。すなわち、図４に示したように、検出した順方向電流ｉｆと電流補正データとから補正値αを特定し、その補正値αを用いて、電圧温度特性データをその順方向電流ｉｆに対応したデータに補正する。

【0123】

そして、温度推定装置３０は、取得したＶｆ平均値と補正した電圧温度特性データとに基づいて、素子温度Ｔｓｗを推定する（ステップＳ５）。そうすることによって推定した素子温度Ｔｓｗを、温度推定装置３０は、推定素子温度Ｔｓｗ１として取得する（ステップＳ６）。

【0124】

（動的熱モデル３８を用いたパワーデバイス４０の温度算出処理）
動的熱モデル３８を用いたパワーデバイス４０の温度算出処理においては、温度推定装置３０は、動的熱モデル３８を用いて素子温度Ｔｓｗを算出する（ステップＳ７）。すなわち、インバータ１０が出力する電流及び電圧（電力）を、その指令値や実測値などから特定する。同時に、放熱器２０ｂに供給される冷媒の流量や温度についても、その指令値や実測値などから特定する。そして、パワーデバイス４０の発熱と放熱の双方に影響するこれらの各因子を動的熱モデル３８に導入する。そうすることにより、温度推定装置３０はパワーデバイス４０の温度を算出する。

【0125】

そうすることによって推定した素子温度Ｔｓｗを、温度推定装置３０は、算出素子温度Ｔｓｗ２として取得する（ステップＳ８）。

【0126】

温度推定装置３０は、取得した推定素子温度Ｔｓｗ１と算出素子温度Ｔｓｗ２とを減算処理することにより、これらの誤差を算出する（ステップＳ９）。減算するだけであるので、演算負荷はほとんどない。

【0127】

（予測的ゲインＫの取得処理）
温度推定装置３０は、インバータ１０が出力する電流及び電圧（電力）から、そのノイズに関連した特定出力（電流値、キャリア周波数）に基づいて予測的にゲインＫを取得する（ステップＳ１０）。

【0128】

具体的には、インバータ１０が出力する電流値が入力されると、ダイオード温度推定部３４が、第１ゲイン設定データからその電流値に応じた予測的ゲインＫを取得する。または、インバータ１０のキャリア周波数が入力されると、ダイオード温度推定部３４は、第２ゲイン設定データからそのキャリア周波数に応じた予測的ゲインＫを取得する。温度推定装置３０は、状況に応じて電流値又はキャリア周波数のいずれか一方に基づいた予測的ゲインＫを優先して採用する。

【0129】

なお、ダイオード温度推定部３４が第３ゲイン設定データを備える場合には、インバータ１０が出力する電流値及びキャリア周波数が入力されると、ダイオード温度推定部３４は、第３ゲイン設定データからその電流値及びキャリア周波数に応じた予測的ゲインＫを取得する。

【0130】

推定素子温度Ｔｓｗ１と算出素子温度Ｔｓｗ２との誤差の算出処理、及び、予測的ゲインＫの取得処理が完了すると、図９に示すように、温度推定装置３０は、算出した誤差と取得した予測的ゲインＫとを動的熱モデル３８に導入する（ステップＳ１１）。

【0131】

そうして、上述したように、動的熱モデル３８を修正し、修正した動的熱モデル３８を用いて素子温度Ｔｓｗを推定する（ステップＳ１２、Ｓ１３）。

【0132】

具体的には、予測的ゲインＫと誤差を用いて動的熱モデル３８のノイズに関連した修正項を変更することによって動的熱モデル３８を修正する。そうした後、修正した動的熱モデル３８によって得られる算出値を、最終的に推定されたパワーデバイス４０の素子温度Ｔｓｗとして採用する。

【0133】

温度推定装置３０は、そうして推定した素子温度Ｔｓｗが所定の温度Ｔｓを超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。具体的には、温度推定装置３０（ダイオード温度推定部３４）には、図１１に示すような、インバータ１０が出力可能な最大電流値と素子温度Ｔｓｗの温度との関係を示すデータ（電流制限データ）が予め設定されている。

【0134】

そして、温度推定装置３０は、その電流制限データを参照し、推定した素子温度Ｔｓｗが温度Ｔｓを超えていた場合は（ステップＳ１４でＹｅｓ）、その素子温度Ｔｓｗに応じて、インバータ１０が出力可能な最大電流値を減少させ、その値を超えないように電流を管理する（ステップＳ１５）。

【0135】

推定した素子温度ＴｓｗがＴｍａｘ以上である場合には、インバータ１０の作動を停止し、インバータ１０が電流を出力しないようにする。一方、温度推定装置３０は、電流制限データを参照し、推定した素子温度Ｔｓｗが温度Ｔｓを超えていない場合は（ステップＳ１４でＮｏ）、最大電流値は通常通り（一定値）とし、その値を超えないように電流を管理する。そうして、ステップＳ２に戻り、素子温度Ｔｓｗの推定処理を繰り返す。

【0136】

このように、この温度推定装置３０であれば、高電圧が用いられるインバータ１０でも、スイッチング素子４１の温度を精度高く推定できる。従って、この温度推定装置３０を用いてスイッチング素子４１の温度管理を行うことで、インバータ１０の熱的損傷を効果的に防止できるようになる。

【0137】

なお、開示する技術は、上述した実施形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。例えば、実施形態では電気自動車１の適用例を示したが、開示する技術はハイブリッド車にも適用できる。

【符号の説明】

【0138】

１ 電気自動車
２ 駆動モータ
４ 駆動バッテリ
１０ インバータ
２０ パワーモジュール
２０ａ 基板
２０ｂ 放熱器
３０ パワーデバイス温度推定装置
３１ ダイオード電流検出部
３２ 分圧部
３２ａ 分圧ダイオード（第１素子）
３２ｂ 分圧抵抗（第２素子）
３３ ダイオード電圧検出部
３３ａ 保護ダイオード
３３ｂ トランス部
３４ ダイオード温度推定部
３５ ＡＤ変換器
３６ 負荷抵抗
３８ 動的熱モデル
４０ パワーデバイス
４１ スイッチング素子
４２ 還流ダイオード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】