特許 7544129 スイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】スイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置

(51)【国際特許分類】

   H03K 17/14 20060101AFI20240827BHJP

   H03K 17/567 20060101ALI20240827BHJP

   H03K 17/16 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H03K17/14

H03K17/567

H03K17/16 F

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2022545233

(86)(22)【出願日】2020-08-28

(86)【国際出願番号】 JP2020032779

(87)【国際公開番号】W WO2022044298

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】奥山 祐加

(72)【発明者】

【氏名】並木 一茂

(72)【発明者】

【氏名】阿部 圭太

【審査官】志津木 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１５９７１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０８６８５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０９６３１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２４００７（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０３８９５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０１７０９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／０３１９５７１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０３Ｋ１７／００－１７／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

各相に含まれる複数のスイッチング素子及び複数の前記スイッチング素子を駆動する駆動回路を備えたスイッチング素子駆動装置において実行されるスイッチング素子駆動方法であって、
各相ごとに複数の前記スイッチング素子の内の少なくとも一つの温度を検出し、
各相ごとで検出された温度を含む複数の温度の内の最低値を前記スイッチング素子のスイッチング速度を変化させる基準となる切り替え判定温度として演算し、
前記切り替え判定温度が所定の閾値以下となると、全ての前記スイッチング素子のスイッチング速度を低下させる、
スイッチング素子駆動方法。

【請求項2】

請求項１に記載のスイッチング素子駆動方法であって、
前記スイッチング素子を具備する素子モジュールの外部の温度であって、前記スイッチング素子の温度に相関する外部温度をさらに検出し、
前記切り替え判定温度及び前記外部温度の双方に基づいて全ての前記スイッチング素子のスイッチング速度を変化させる、
スイッチング素子駆動方法。

【請求項3】

請求項２に記載のスイッチング素子駆動方法であって、
前記スイッチング素子のスイッチング速度の制御モードとして、スイッチング速度を相対的に高くする高速モード又は相対的に低くする低速モードを設定し、
前記制御モードとして前記低速モードが設定されている場合には、前記スイッチング素子の温度の内の最低値が所定の第１高速閾値を超えるか、又は前記外部温度が所定の第２高速閾値を超えると、前記制御モードを前記高速モードに切り替え、
前記制御モードとして前記高速モードが選択されている場合には、前記スイッチング素子の温度の内の最低値が所定の第１低速閾値以下且つ前記外部温度が所定の第２低速閾値以下となると、前記制御モードを前記低速モードに切り替える、
スイッチング素子駆動方法。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載のスイッチング素子駆動方法であって、
前記スイッチング素子のスイッチング速度を変化させる場合に、変化のタイミングに合わせて、前記スイッチング素子のデッドタイム補償値を変化させる、
スイッチング素子駆動方法。

【請求項5】

各相に含まれる複数のスイッチング素子と、各相ごとに複数の前記スイッチング素子の温度の内の少なくとも一つを検出する温度センサと、前記スイッチング素子を駆動する駆動回路と、前記温度センサによって各相ごとで検出された温度を含む複数の温度検出値に基づいて前記駆動回路を制御する制御部と、を備えたスイッチング素子駆動装置であって、
前記制御部は、
複数の前記温度検出値の内の最低値を、前記スイッチング素子のスイッチング速度を変化させる基準となる切り替え判定温度として演算し、
前記切り替え判定温度が所定の閾値以下となると、全ての前記スイッチング素子のスイッチング速度を低下させる、
スイッチング素子駆動装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＷＯ２０１６／１１７４５９Ａ１には、複数の半導体スイッチング素子を具備する駆動回路の制御方法が提案されている。特に、ＷＯ２０１６／１１７４５９Ａ１の制御方法では、スイッチング素子の温度に基づいてスイッチング速度（スイッチング素子の動作速度）を調節することにより、スイッチング素子の損失を低減している。

【発明の概要】

【0003】

ＷＯ２０１６／１１７４５９Ａ１の制御方法では、各半導体スイッチング素子の温度を検出して素子ごとに個別にスイッチング速度を調節している。したがって、スイッチング速度を制御するための駆動回路を素子ごとに個別に設ける必要があり、装置全体が大型化するという問題がある。

【0004】

したがって、本発明は、装置全体の大型化を抑制しつつ好適にスイッチング速度を調節することのできるスイッチング素子駆動方法、及びスイッチング素子駆動装置を提供することを目的とする。

【0005】

本発明のある態様によれば、複数のスイッチング素子及び複数のスイッチング素子を駆動する駆動回路を備えたスイッチング素子駆動装置において実行されるスイッチング素子駆動方法が提供される。このスイッチング素子駆動方法では、複数の前記スイッチング素子の温度を検出し、検出した複数の温度からスイッチング素子のスイッチング速度を変化させる基準となる切り替え判定温度を演算する。そして、切り替え判定温度に基づいて全てのスイッチング素子のスイッチング速度を変化させる。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、本発明の実施形態によるスイッチング素子駆動装置が提供される電動機制御システムの構成を説明する図である。

【図2】図２は、スイッチング素子駆動装置の要部構成を示す図である。

【図3】図３は、コントローラにおけるスイッチング素子駆動方法を実行するための機能を説明するブロック図である。

【図4】図４は、切り替え信号生成処理のフローチャートである。

【図5】図５は、変形例による切り替え信号生成処理のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら本発明の各実施形態について説明する。

【0008】

図１は、本実施形態に係るスイッチング素子駆動装置１００が適用される電動機制御システム１の構成を説明する図である。図示のように、電動機制御システム１は、主として、直流電源としてのバッテリ１２と、スイッチング素子駆動装置１００と、例えば車載用の３相交流モータとして構成されるモータ２０と、により構成される。

【0009】

特に、本実施形態のスイッチング素子駆動装置１００は、バッテリ１２からモータ２０への供給電力（又はモータ２０からバッテリ１２への回生電力）を調節する電力変換器として構成される。より具体的に、スイッチング素子駆動装置１００としては、バッテリ１２とモータ２０との間で直流から三相交流又は三相交流から直流への電力変換を行うインバータが想定される。

【0010】

スイッチング素子駆動装置１００は、リプルを抑制する平滑コンデンサ１４と、スイッチング回路を構成する複数（図では６つ）のパワー半導体素子部１６－１～１６－６と、パワー半導体素子部１６を駆動させる駆動回路３０と、冷却器４０と、制御部としてのコントローラ５０と、を有する。

【0011】

パワー半導体素子部１６－１～１６－６は、３相６アーム、すなわち、ＵＶＷの３相のそれぞれにおいて上アームＵＰ，ＶＰ，ＷＰと下アームＵＮ，ＶＮ，ＷＮとにより構成されており、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体素子により構成される電圧制御型のスイッチング素子１７－１～１７－６と、各スイッチング素子１７－１～１７－６のオフ時にモータ２０からの還流電流を流す還流ダイオード１８－１～１８－６と、を備える。また、パワー半導体素子部１６－１～１６－６には、それぞれ、温度センサとして機能する温度検出用ダイオード１９－１～１９－６が設けられている。そして、本実施形態では、この複数のパワー半導体素子部１６－１～１６－６が素子モジュールを構成している。

【0012】

駆動回路３０は、各スイッチング素子１７－１～１７－６に対して並列に接続されている。そして、駆動回路３０は、コントローラ５０から入力されるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号及び速度切り替え信号Ｓ_swに基づいて、各スイッチング素子１７を駆動（オン・オフ）する。このスイッチング動作により、モータ２０の力行時には、バッテリ１２からの直流電力が所望の交流電力に変換されてモータ２０に供給される。一方、モータ２０の回生時には、モータ２０の回転エネルギーが直流電力に変換されてバッテリ１２に供給される。

【0013】

また、駆動回路３０は、温度検出用ダイオード１９－１～１９－６により生起されるＶＦ電圧Ｖ_f1～Ｖ_f6を監視し、これを素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6として検出する。そして、駆動回路３０は、検出した素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6をコントローラ５０に出力する。

【0014】

冷却器４０は、パワー半導体素子部１６を冷却する。冷却器４０は、例えば、冷却水をパワー半導体素子部１６に供給して冷却するためのウォータージャケットなどにより構成される。また、冷却器４０には、冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ４１が具備されている。

【0015】

コントローラ５０は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備え、後述する各処理を実行可能となるようにプログラムされたコンピュータにより構成される。なお、コントローラ５０を、各処理を分散して実行する複数のコンピュータハードウェアにより構成することも可能である。

【0016】

コントローラ５０は、電気負荷であるモータ２の要求トルクを入力として、各スイッチング素子１７のスイッチングパターン（デューティー比）を規定するためのＰＷＭ信号を生成する。より詳細には、コントローラ５０は、外部からの要求負荷（車両の場合にはアクセルペダルに対する操作量など）に応じた所望の要求トルクを実現するようにモータ２への目標供給電力（電圧指令値）を演算し、演算した電圧指令値を実現するようにＰＷＭ信号を生成する。

【0017】

また、コントローラ５０は、駆動回路３０からの素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6及び冷却水温度センサ４１の検出値である冷却水温Ｔ_wを入力として、切り替え信号生成処理を実行する。より詳細には、コントローラ５０は、素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6及び冷却水温Ｔ_wを参照して、全てのスイッチング素子１７－１～１７－６のスイッチング速度を後述する高速モード又は低速モードに応じたスイッチング速度で駆動させるように駆動回路３０に指令するための速度切り替え信号Ｓ_swを生成する。なお、切り替え信号生成処理について後に詳細に説明する。以下では、スイッチング素子駆動装置１００の構成に関するさらなる詳細について説明する。

【0018】

図２は、スイッチング素子駆動装置１００の要部構成を説明する図である。なお、図２においては簡略化のため、駆動回路３０と一つのパワー半導体素子部１６の接続部分のみを示している。しかしながら、本実施形態では、全てのパワー半導体素子部１６－１～１６－６は、駆動回路３０に対して図２に示す態様で接続されているものとする。

【0019】

コントローラ５０は、上記ＰＷＭ信号とともに、駆動回路３０のゲート駆動ＩＣ３０ａからの素子温度Ｔ_j、及び冷却水温度センサ４１からの冷却水温Ｔ_wを入力としている。そして、コントローラ５０は、これら入力値から速度切り替え信号Ｓ_swを生成し、当該速度切り替え信号Ｓ_swをゲート駆動ＩＣ３０ａに出力する。

【0020】

駆動回路３０のゲート駆動ＩＣ３０ａは、速度切り替え信号Ｓ_swを入力として、スイッチング素子１７のゲート抵抗Ｒ_gを設定する。より詳細には、ゲート駆動ＩＣ３０ａは、速度切り替え信号Ｓ_swを参照して、スイッチング素子１７のゲート抵抗Ｒ_gを、相対的に高い第１ゲート抵抗Ｒ_g1と、相対的に低い第２ゲート抵抗Ｒ_g2と、の間で切り替える。ここで、ゲート抵抗Ｒ_gを相対的に高い第１ゲート抵抗Ｒ_g1に設定すると、スイッチング速度は相対的に低くなる。一方、ゲート抵抗Ｒ_gを相対的に低い第２ゲート抵抗Ｒ_g2に設定すると、スイッチング速度は相対的に高くなる。より詳細には、スイッチング素子１７のゲート抵抗Ｒ_gが大きく設定されるほどスイッチング素子１７の容量を充放電するゲート電流が小さくなるので、スイッチング速度は低くなる。逆に、スイッチング素子１７のゲート抵抗Ｒ_gが小さく設定されるほどゲート電流が大きくなるので、スイッチング速度は高くなる。すなわち、本実施形態では、スイッチング素子１７のゲート抵抗Ｒ_gに相対的に高い第１ゲート抵抗Ｒ_g1が設定されている状態が、制御モードとして低速モードが設定されている状態に対応する。一方、ゲート抵抗Ｒ_gに相対的に低い第２ゲート抵抗Ｒ_g2が設定されている状態が、制御モードとして高速モードに設定されている状態に対応する。さらに、図２から理解されるように、ゲート駆動ＩＣ３０ａは、全てのパワー半導体素子部１６－１～１６－６に対して同一のゲート抵抗Ｒ_gを設定するように構成されている。このため、ゲート駆動ＩＣ３０ａは、全てのパワー半導体素子部１６－１～１６－６に対して、同時に第１ゲート抵抗Ｒ_g1又は第２ゲート抵抗Ｒ_g2を設定することとなる。すなわち、ゲート駆動ＩＣ３０ａは、全てのパワー半導体素子部１６－１～１６－６のスイッチング速度を一斉に低速と高速の間で切り替えるように、これらを駆動する。

【0021】

したがって、本実施形態のスイッチング素子駆動装置１００では、一つの駆動回路３０により全てのパワー半導体素子部１６－１～１６－６のスイッチング速度をまとめて調節される。すなわち、パワー半導体素子部１６－１～１６－６ごとに駆動のための回路を設けずとも、これら全てのスイッチング速度を調節することができる。このため、回路構成を簡素化して装置全体の大型化を抑制することができる。次に、コントローラ５０における処理（特に、速度切り替え信号Ｓ_swの生成に関連する処理）についてより詳細に説明する。

【0022】

図３は、コントローラ５０におけるスイッチング素子駆動方法を実行するための機能を説明するブロック図である。図示のように、コントローラ５０は、最低値演算部５２と、切り替え信号生成部５４と、を有する。最低値演算部５２は、素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の内で最も低い値（以下、「最低素子温度Ｔ_jmin」とも称する）を演算し、切り替え信号生成部５４に出力する。

【0023】

切り替え信号生成部５４は、冷却水温度センサ４１からの冷却水温Ｔ_w及び最低値演算部５２からの最低素子温度Ｔ_jminに基づき、制御モードとして、スイッチング速度を相対的に高くする高速モード、及びスイッチング速度を相対的に低くする低速モードの何れを設定すべきかを判定する。そして、切り替え信号生成部５４は、設定すべき制御モードに応じて駆動回路３０に適切なゲート抵抗Ｒ_gを設定すべき指令を含めた速度切り替え信号Ｓ_swを生成する。

【0024】

なお、一般的に半導体スイッチング素子の耐圧は温度に対して正の傾きをもつ傾向にあることが知られている。このため、高温時は半導体スイッチング素子のスイッチング速度を比較的高くすることができる。さらに、スイッチング速度を高くすると、スイッチングによる素子の損失が低減される。したがって、本実施形態では、スイッチング素子１７が高温であると判断できる場合に、スイッチング速度を相対的に高くすべく制御モードを高速モードに設定する（ゲート抵抗Ｒ_gを第２ゲート抵抗Ｒ_g2に設定する）。

【0025】

一方、半導体スイッチング素子の低温時において、スイッチング速度を高くするとスイッチングサージが発生し易くなる。このため、低温時にはスイッチング速度を比較的低くすることが好ましい。したがって、本実施形態では、スイッチング素子１７が低温であると判断できる場合に、スイッチング速度を相対的に低くすべく制御モードを低速モードに設定する（ゲート抵抗Ｒ_gを第１ゲート抵抗Ｒ_g1に設定する）。

【0026】

これにより、スイッチング素子１７の高温時にはスイッチング速度を高くしてスイッチングによる損失を低減する一方、低温時にはスイッチング速度を低くしてスイッチングサージの抑制しスイッチング素子１７の損傷をより確実に防ぐことができる。

【0027】

次に、切り替え信号生成処理のさらなる詳細について説明する。

【0028】

図４は、切り替え信号生成処理を説明するためのフローチャートである。なお、本実施形態において、コントローラ５０は、図４に示す切り替え信号生成処理を所定の演算周期毎に繰り返し実行する。

【0029】

先ず、ステップＳ１１０において、コントローラ５０は、スイッチング素子１７のスイッチング速度に係る現在の制御モードが、高速モードに設定されているか否かを判定する。例えば、コントローラ５０は、駆動回路３０のメモリなどを参照し、前回制御周期におけるゲート抵抗Ｒ_gが第２ゲート抵抗Ｒ_g2に設定されているか否かを判定する。コントローラ５０は、本判定結果が否定的である場合（制御モードとして低速モードが設定されている場合）にはステップＳ１２０の処理に移行する。

【0030】

ステップＳ１２０において、コントローラ５０は、最低素子温度Ｔ_jminが所定の第１高速閾値Ｔ_hith1を超えるか、又は冷却水温Ｔ_wが所定の第２高速閾値Ｔ_hith2を超えるか否かを判定する。

【0031】

ここで、第１高速閾値Ｔ_hith1は、低速モードを維持し続けると許容範囲を超えるスイッチング素子１７のスイッチング損失が生じると判断する観点から好適な最低素子温度Ｔ_jminの値に設定される。また、第２高速閾値Ｔ_hith2は、低速モードを維持し続けると許容範囲を超えるスイッチング損失が生じると判断する観点から好適な冷却水温Ｔ_wの値に設定される。なお、第１高速閾値Ｔ_hith1及び第２高速閾値Ｔ_hith2は、予め実験結果等に基づいて定めた固定値としても良いし、スイッチング素子駆動装置１００又はモータ２０の動作状態などに応じて変動する可変値としても良い。

【0032】

そして、コントローラ５０は、ステップＳ１２０の判定結果が否定的である場合には、ステップＳ１４０に移行する。ステップＳ１４０において、コントローラ５０は、現在の制御モードである低速モードを維持する。すなわち、最低素子温度Ｔ_ｊｍｉｎ及び冷却水温Ｔ_ｗが何れも、スイッチング損失の抑制の観点からそれぞれに設定された第１高速閾値Ｔ_{ｈｉｔｈ１}及び第２高速閾値Ｔ_{ｈｉｔｈ２}に達していない場合には、低速モードが継続されることとなる。これにより、熱源であるスイッチング素子１７の発熱の影響が直接的に反映される最低素子温度Ｔ_ｊｍｉｎに加えて、当該最低素子温度Ｔ_ｊｍｉｎに比べてスイッチング素子１７の発熱に対する感度が低い冷却水温Ｔ_ｗが用いられることとなる。したがって、低速モードを維持するかどうかの判断においては、スイッチング素子駆動装置１００の動作状態と連動して変動し易いだけでなく、変動し難い冷却水温Ｔ_ｗが用いられるため、低速モードと高速モードの間の頻繁な切り替え（チャタリング）の発生を抑制することができる。

【0033】

また、コントローラ５０は、ステップＳ１２０の判定結果が肯定的である場合には、ステップＳ１５０に移行する。ステップＳ１５０において、コントローラ５０は、制御モードを低速モードから高速モードに切り替える。すなわち、最低素子温度Ｔ_jmin及び冷却水温Ｔ_wのどちらか一方でも、それぞれの閾値である第１高速閾値Ｔ_hith1及び第２高速閾値Ｔ_hith2を超えた場合には、制御モードが低速モードから高速モードに切り替えられることとなる。

【0034】

したがって、本実施形態では、制御モードを低速モードから高速モードへの切り替えの要否判断にあたり、最低素子温度Ｔ_jminが第１高速閾値Ｔ_hith1を超えるかという判定と並列に、冷却水温Ｔ_wが第２高速閾値Ｔ_hith2を超えるかという判定を実行することとなる。これにより、制御モードを低速モードから高速モードへ切り替える機会をより増やすことができ、スイッチング損失を低減させる効果をより高めることができる。

【0035】

一方、上記ステップＳ１１０の判定結果が肯定的である場合（制御モードとして高速モードが設定されている場合）には、コントローラ５０は、ステップＳ１３０の処理に移行する。

【0036】

ステップＳ１３０において、コントローラ５０は、最低素子温度Ｔ_jminが所定の第１低速閾値Ｔ_lowth1以下であって、且つ冷却水温Ｔ_wが所定の第２低速閾値Ｔ_lowth2以下となるか否かを判定する。

【0037】

ここで、第１低速閾値Ｔ_lowth1は、高速モードを維持し続けると許容範囲を超えるスイッチングサージが生じると判断する観点から好適な最低素子温度Ｔ_jminの値に設定される。また、第２低速閾値Ｔ_lowth2は、高速モードを維持し続けると許容範囲を超えるスイッチングサージが生じると判断する観点から好適な冷却水温Ｔ_wの値に設定される。第１低速閾値Ｔ_lowth1及び第２低速閾値Ｔ_lowth2は、予め実験結果等に基づいて定めた固定値としても良いし、スイッチング素子駆動装置１００又はモータ２０の動作状態などに応じて変動する可変値としても良い。さらに、第１低速閾値Ｔ_lowth1と第２低速閾値Ｔ_lowth2は適宜、同一の値に設定されても良いし、異なる値に設定されても良い。

【0038】

そして、コントローラ５０は、ステップＳ１３０の判定結果が否定的である場合には、ステップＳ１６０に移行する。ステップＳ１６０において、コントローラ５０は、現在の制御モードである高速モードを維持する。すなわち、最低素子温度Ｔ_jmin及び冷却水温Ｔ_wの内の何れかが、スイッチングサージを回避する観点からそれぞれに設定された第１低速閾値Ｔ_lowth1及び第２低速閾値Ｔ_lowth2を超える場合（最低素子温度Ｔ_jmin及び冷却水温Ｔ_wのどちらも低速モードに切り替えるべき温度まで低下していない場合）には、高速モードが継続されることとなる。

【0039】

これにより、高速モードを継続するか否かの判断に関しても、最低素子温度Ｔ_jminに加えて、スイッチング素子駆動装置１００の動作状態の変動に対して追従し難い冷却水温Ｔ_wが用いられるため、低速モードと高速モードの間の頻繁な切り替え（チャタリング）の発生を抑制することができる。

【0040】

一方、コントローラ５０は、ステップＳ１３０の判定結果が肯定的である場合には、ステップＳ１７０に移行する。ステップＳ１７０において、コントローラ５０は、制御モードを高速モードから低速モードに切り替える。すなわち、最低素子温度Ｔ_jmin及び冷却水温Ｔ_wの双方が、それぞれの閾値である第１低速閾値Ｔ_lowth1及び第２低速閾値Ｔ_lowth2まで低下した場合には、制御モードが高速モードから低速モードに切り替えられることとなる。

【0041】

したがって、本実施形態では、少なくとも各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の内の最も低い値が第１低速閾値Ｔ_lowth1以下になると、制御モードが高速モードから低速モードに切り替えられることとなる。このため、スイッチングサージを回避する観点からスイッチング速度を低下させるべきシーンの判断をより確実に実行することができる。

【0042】

より詳細には、スイッチング素子駆動装置１００の動作状態によっては、各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の間にばらつきが生じるシーンが想定される。そのようなシーンの一例としては、いわゆるモータロック（モータ２０に電力を供給しても回転しない状態）により、相間で温度のばらつきが生じる場合が挙げられる。このようなシーンでは、各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の一部は第１低速閾値Ｔ_lowth1を超える一方、残りは第１低速閾値Ｔ_lowth1以下であるという状況が生じ得る。

【0043】

これに対して、本実施形態では、高速モードから低速モードへの切り替えタイミングが、最低素子温度Ｔ_jminだけでなく冷却水温Ｔ_wが第１低速閾値Ｔ_lowth1以下であるかに基づいて判断されることとなる。このため、各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の間のばらつきが生じても、スイッチング速度の低下判断における安全マージンをより高めることができ、スイッチングサージの発生をより確実に回避することができる。特に、本実施形態では、熱源であるスイッチング素子１７の発熱の影響が直接的に反映される最低素子温度Ｔ_jminに加えて、当該最低素子温度Ｔ_jminに比べてスイッチング素子１７の発熱に対する感度が低いものの、一定の相関を示す冷却水温Ｔ_wが用いられることとなる。特に、冷却水温Ｔ_wは、最低素子温度Ｔ_jminから上記発熱量相当の冷却水の温度上昇量ΔＴを減じた値にほぼ一致する。したがって、上述のようにスイッチングサージの発生をより確実に回避するための安全マージンをより確実に確保しつつも、切り替えタイミングの設定において現実のスイッチング素子１７の温度の影響も好適に反映させることができるので、当該切り替えタイミングをより適切に定めることができる。

【0044】

そして、コントローラ５０は、上記ステップＳ１４０～ステップＳ１７０の何れかの処理を実行すると、ステップＳ１８０に移行する。ステップＳ１８０において、コントローラ５０は、速度切り替え信号Ｓ_swを生成する。

【0045】

具体的に、コントローラ５０は、ステップＳ１４０又はステップＳ１７０の処理を経た場合には、駆動回路３０に対して、ゲート抵抗Ｒ_gとして相対的に高い第１ゲート抵抗Ｒ_g1を選択する指令（第１ゲート抵抗Ｒ_g1の維持又は第１ゲート抵抗Ｒ_g1への切り替えの指令）を速度切り替え信号Ｓ_swに含める。一方、コントローラ５０は、ステップＳ１５０又はステップＳ１６０の処理を経た場合には、駆動回路３０に対して、ゲート抵抗Ｒ_gとして相対的に低い第２ゲート抵抗Ｒ_g2を選択する指令（第２ゲート抵抗Ｒ_g2の維持又は第２ゲート抵抗Ｒ_g2への切り替えの指令）を速度切り替え信号Ｓ_swに含める。

【0046】

以上説明した本実施形態のスイッチング素子駆動方法によれば、以下の作用効果を奏する。

【0047】

本実施形態によれば、複数のスイッチング素子１７－１～１７－６とスイッチング素子１７を駆動する駆動回路３０を備えたスイッチング素子駆動装置１００において実行されるスイッチング素子駆動方法が提供される。このスイッチング素子駆動方法では、複数のスイッチング素子１７の温度（素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6）を検出し、検出した素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6からスイッチング素子１７のスイッチング速度を変化させる基準となる切り替え判定温度（最低素子温度Ｔ_jmin）を演算する（最低値演算部５２）。そして、上記切り替え判定温度に基づいて全てのスイッチング素子１７－１～１７－６のスイッチング速度を変化させる。

【0048】

これにより、一つのパラメータである切り替え判定温度参照して全てのスイッチング素子１７－１～１７－６のスイッチング速度が一斉に調節されることとなる。このため、一つの駆動回路３０によって、スイッチング素子駆動装置１００における各スイッチング素子１７－１～１７－６のスイッチング駆動を統一的に実行することができる。したがって、素子ごとに駆動用の回路を個別に設ける場合と比べ、回路構成の簡素化を図ることができるので、装置をより小型化することができる。特に、部品点数も減少させることができるので、製造コストも低減される。

【0049】

また、本実施形態のスイッチング素子駆動方法によれば、各相（Ｕ相、Ｖ相、又はＷ相）に含まれる複数のスイッチング素子１７の内の少なくとも一つの温度（スイッチング素子１７－１及び／又は１７－４の温度、スイッチング素子１７－２及び／又は１７－５の温度、並びにスイッチング素子１７－３及び／又は１７－６の温度）を検出し、検出した温度である素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の内の最低値である最低素子温度Ｔ_jminを上記切り替え判定温度として演算する。そして、最低素子温度Ｔ_jminが所定の閾値（第１低速閾値Ｔ_lowth1）以下となると、スイッチング速度を低下させる（図４のステップＳ１３０のＹｅｓ及びステップＳ１７０）。

【0050】

これにより、全相のスイッチング素子１７の温度の内の何れか一つでも第１低速閾値Ｔ_lowth1以下となった場合に、スイッチング速度を低下させることとなる。したがって、スイッチング素子駆動装置１００の動作状態に応じて各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の間にばらつきが生じるシーンにおいても、より安全マージンをとった判定基準に基づいてスイッチング速度を低下させることができるので、スイッチングサージの発生をより確実に回避することができる。

【0051】

さらに、本実施形態のスイッチング素子駆動方法によれば、スイッチング素子１７を具備する素子モジュール（パワー半導体素子部１６－１～１６－６）の外部の温度であって、スイッチング素子１７の温度である素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6に相関する外部温度（冷却水温Ｔ_w）をさらに検出する。そして、上記切り替え判定温度及び冷却水温Ｔ_wの双方に基づいて全てのスイッチング素子１７－１～１７－６のスイッチング速度を変化させる。

【0052】

これにより、スイッチング速度を変化させるか否かの判定にあたり、最低素子温度Ｔ_jminに加えて、スイッチング素子駆動装置１００の動作状態の変動に対して感度が低い冷却水温Ｔ_wが参照されることとなる。したがって、上記動作状態の変動に対する感度が高い最低素子温度Ｔ_jminのみを判定に用いること生じ得るチャタリングの発生をより確実に抑制することができる。

【0053】

また、本実施形態のスイッチング素子駆動方法によれば、スイッチング素子１７のスイッチング速度の制御モードとして当該スイッチング速度を相対的に高くする高速モード又は相対的に低くする低速モードを設定する。そして、制御モードとして低速モードが設定されている場合（図４のステップＳ１１０のＮｏ）には、最低素子温度Ｔ_jminが所定の第１高速閾値Ｔ_hith1を超えるか、又は冷却水温Ｔ_wが第２高速閾値Ｔ_hith2を超えると、制御モードを高速モードに切り替える（ステップＳ１２０のＹｅｓ及びステップＳ１５０）。一方、制御モードとして高速モードが設定されている場合（図４のステップＳ１１０のＹｅｓ）には、最低素子温度Ｔ_jminが所定の第１低速閾値Ｔ_lowth1以下且つ冷却水温Ｔ_wが第２低速閾値Ｔ_lowth2以下となると、制御モードを低速モードに切り替える（ステップＳ１３０のＹｅｓ及びステップＳ１７０）。

【0054】

これにより、スイッチング損失及びスイッチングサージの発生の双方を好適に抑制し得る具体的なスイッチング速度の制御ロジックが実現される。

【0055】

なお、本実施形態においては、スイッチング速度を変化させる場合（ステップＳ１５０又はステップＳ１７０を実行する場合）には、該スイッチング速度を変化させるタイミングに合わせて、スイッチング素子１７のデッドタイム補償値を変化させることが好ましい。

【0056】

これにより、スイッチング速度の変化に応じたスイッチングの遅延時間の変化に起因して生じるモータ出力の段差を抑制することができる。

【0057】

さらに、本実施形態では、上記スイッチング素子駆動方法が実行されるスイッチング素子駆動装置１００が提供される。

【0058】

スイッチング素子駆動装置１００は、複数のスイッチング素子１７－１～１７－６と、複数のスイッチング素子１７の温度（素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6）を検出する温度センサ（温度検出用ダイオード１９－１～１９－６）と、スイッチング素子１７を駆動する駆動回路３０と、温度検出用ダイオード１９－１～１９－６で検出された複数の温度検出値である素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6に基づいて駆動回路３０を制御する制御部としてのコントローラ５０と、を備える。この制御部としてのコントローラ５０は、素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6から、スイッチング素子１７のスイッチング速度を変化させる基準となる切り替え判定温度（最低素子温度Ｔ_jmin）を演算する（最低値演算部５２）。そして、コントローラ５０は、切り替え判定温度に基づいて全てのスイッチング素子１７－１～１７－６のスイッチング速度を変化させる（切り替え信号生成部５４）。

【0059】

これにより、本実施形態のスイッチング素子駆動方法を実行するための好適なシステム構成が実現されることとなる。

【0060】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記各実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0061】

例えば、上記実施形態では、全てのパワー半導体素子部１６－１～１６－６のそれぞれに、温度検出用ダイオード１９－１～１９－６に設ける例について説明した。しかしながら、これに代えて、パワー半導体素子部１６－１～１６－６の内の一部にのみ温度検出用ダイオード１９を設ける構成を採用しても良い。例えば、図１に示すスイッチング素子駆動装置１００において、各相におけるパワー半導体素子部１６の上アームＵＰ，ＶＰ，ＷＰ又は下アームＵＮ，ＶＮ，ＷＮの何れかのみに温度検出用ダイオード１９を配置し（すなわち、３つの温度検出用ダイオード１９を配置し）、コントローラ５０が、これら３つの温度検出用ダイオード１９でそれぞれ検出される各素子温度Ｔ_jの最小値を最低素子温度Ｔ_jminとして演算し、以降の処理を実行する構成を採用しても良い。この構成により、センサ数を削減して低コスト化を図りつつ、スイッチング素子駆動装置１００の動作状態に応じた温度のばらつきが考慮されたスイッチング速度の調節を実現することができる。

【0062】

また、スイッチング速度を変化させる基準となる切り替え判定温度として、適宜、最低素子温度Ｔ_jmin以外にも、各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の変化に相関する任意の温度パラメータを採用しても良い。例えば、各素子温度Ｔ_j1～Ｔ_j6の最大値、平均値、又は中央値等の任意の代表値を切り替え判定温度として演算しても良い。

【0063】

さらに、上記実施形態では、スイッチング速度を変化させる態様として、高速と低速の２段階（第１ゲート抵抗Ｒ_g1又は第２ゲート抵抗Ｒ_g2）の間で切り替える例を説明した。しかしながら、これに限られず、例えば、スイッチング速度を高速、中速、及び低速等の３段階以上の間で切り替える構成、又はスイッチング速度を連続的に切り替える構成を採用しても良い。また、上記実施形態では、スイッチング素子１７のスイッチング速度を変化させるための操作量として、ゲート抵抗Ｒ_gを用いる例について説明した。しかしながら、これに代えて又はこれとともに、ゲート電圧等のスイッチング素子１７のスイッチング速度を操作し得る任意の操作量を採用しても良い。

【0064】

また、上記実施形態では、パワー半導体素子部１６の外部の温度として、冷却器４０に設けられる冷却水温度センサ４１で検出される冷却水温Ｔ_wを用いる例について説明した。しかしながら、これに代えて、パワー半導体素子部１６内の温度変化に対して一定の感度で追従するものであるならば、他の場所で検出した温度を冷却水温Ｔ_wに代えて用いても良い。

【0065】

さらに、上記実施形態では、最低素子温度Ｔ_jmin及び冷却水温Ｔ_wの双方を参照して切り替え信号生成処理を実行する例を説明した。しかしながら、図５に示すような最低素子温度Ｔ_jminのみに基づいて切り替え信号生成処理を実行する態様も当然に、本願の当初明細書等において開示された範囲に含まれ、且つ本発明の技術的範囲にも含まれる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】