電力変換装置
【課題】スイッチングトランジスタの異常を精度よく検知することのできる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置が備えるスイッチング回路ＳＷには、並列に接続された２個のトランジスタＴｒａ、Ｔｒｂと、各トランジスタの温度を計測する温度センサＱａ、Ｑｂが備えられている。電力変換装置のコントローラは、温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差が予め定められた温度差閾値を超えている場合に、そのスイッチング回路ＳＷに含まれるトランジスタに異常が発生していることを示す診断結果を出力する。
【解決手段】電力変換装置が備えるスイッチング回路ＳＷには、並列に接続された２個のトランジスタＴｒａ、Ｔｒｂと、各トランジスタの温度を計測する温度センサＱａ、Ｑｂが備えられている。電力変換装置のコントローラは、温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差が予め定められた温度差閾値を超えている場合に、そのスイッチング回路ＳＷに含まれるトランジスタに異常が発生していることを示す診断結果を出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の大きさを変換する装置、直流を交流に変換する装置（インバータ）、交流を直流に変換する装置に関する。本明細書では、それらの装置を電力変換装置と総称する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には多くのスイッチングトランジスタ（パワートランジスタとも呼ばれる）が使われている。それらのトランジスタには通常、還流ダイオードが並列に接続されている。従って、トランジスタがＯＮしない異常（オープン故障）が発生しても、還流ダイオードを通じて電流が流れる。その結果、電力変換装置の出力からは、そのような異常を検知できない場合がある。そこで、トランジスタの異常を検知する技術が望まれている。以下、本明細書では、特に断らない限り、「トランジスタ」とは「スイッチングトランジスタ」を意味する。
【０００３】
特許文献１にトランジスタの異常を検知する技術が開示されている。その技術では、各トランジスタの温度を計測する温度センサを設け、複数のトランジスタの温度を比較し、温度の低いトランジスタがあればそのトランジスタが異常であると判断する。あるいは、各トランジスタの温度を雰囲気温度又は冷却水温度と比較し、温度の低いトランジスタがあればそのトランジスタが異常であると判断する。その技術は、機能していないトランジスタは他の機能しているトランジスタよりも温度が低くなっているはずである、という知見に基づいている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術を採用することによって、多くの場合はトランジスタの異常を検知できる。しかしながら、複数のトランジスタの間でもともと温度がばらつく状況においては特許文献１の技術は適切に機能しない。例えば、もともと異なる目的の複数のトランジスタは温度が異なって当然である。また、本来は似たような動きをするインバータ各アームのトランジスタであっても、モータがロックしたときには１つのアームに電流が集中するため他のアームのトランジスタとは温度が異なることになる。また、トランジスタ温度を雰囲気温度や冷却水温度と比較する場合、それらの温度はトランジスタの温度とはもともと異なるため、温度比較による異常検知精度は高くはない。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、上記の課題を解決する。本明細書は、電力変換装置においてスイッチングトランジスタの異常を従来よりも精度よく検知することのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する技術では、従来は一つのトランジスタが配置されていた箇所に２個のトランジスタを並列に接続する。例えば、インバータの各アームには従来は一つのトランジスタがスイッチング素子として接続されていた。本明細書が開示する電力変換装置は、インバータの少なくとも一つのアーム（トランジスタの異常を検知したい箇所）に、２個のトランジスタを並列に配置する。２個のトランジスタのゲート（ベース）は短絡しておく。即ち、２個の並列のトランジスタで一つのスイッチング回路を構成させる。電力変換装置のコントローラは、それぞれのトランジスタの温度を計測し、温度差をとる。コントローラは、温度差が所定の温度差閾値を超えている場合に、そのスイッチング回路で異常が発生していることを示す診断結果を出力する。好ましくはコントローラは、温度の低い方のトランジスタが異常であることを示す診断結果を出力する。上記の電力変換装置は、トランジスタの異常を確実に検知することができる。なお、「診断結果を出力する」とは、具体的には、診断結果を示す信号を外部へ出力すること、あるいは、診断結果を示すデータを記憶装置に記憶することである。
【０００８】
並列に接続されたトランジスタの温度に差がない場合には、それらのトランジスタは正常である蓋然性が高い。この知見を利用し、本明細書が開示する技術は次の構成を備えることも好適である。即ち、コントローラは、モータを一定回転で駆動した後、温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差をとる。コントローラは、温度差が予め定められた第１温度差閾値よりも小さく、かつ、一定回転後の温度とモータ一定回転前の温度との温度差が予め定められた第２温度差閾値よりも小さい場合に、温度計測したトランジスタ以外で異常が発生していることを示す診断結果を出力する。並列に接続された２個のトランジスタの温度差が小さいということはトランジスタが正常に動作していることを示す。にもかかわらず、一定回転後のトランジスタの温度が上昇しないということは、並列に接続されたトランジスタのいずれにも電流が流れていないことを示す。そのような状況は、温度計測したトランジスタ以外で異常が発生している可能性が極めて高い。本明細書が開示する電力変換装置の一態様は、トランジスタ以外で異常が発生したことも検知することができる。
【０００９】
ここまで、インバータのアームに挿入されたトランジスタの異常を検知することを例に本発明を説明した。本明細書が開示する技術は、インバータのアームに挿入されたトランジスタに限定されるものではない。例えば、電圧を変換するコンバータに含まれるスイッチングトランジスタに適用することも好適である。なお、「インバータのアーム」とは、インバータと負荷（モータ）との間の電力経路を意味する。さらに、「上アーム」とは、インバータから負荷へ電力を供給する経路を意味し、「下アーム」とは、電流が負荷から戻る経路を意味する。「上アーム」、「下アーム」という場合には、特に、電力経路をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング回路を指すこともある。本明細書が開示する技術のさらなる詳細は、以下の「実施の形態」において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の電力変換装置の回路図である。
【図２】スイッチング回路の回路図である。
【図３】異常診断処理のフローチャートである。
【図４】他の例の異常診断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】
【００１１】
図１に、実施例に係る電力変換装置２０の回路図を示す。この電力変換装置２０は、ハイブリッド車両に搭載される装置であり、バッテリＢＴの直流電力をモータＭＧへ供給する交流電力に変換する装置である。バッテリＢＴの出力は例えば直流２００Ｖであり、電力変換装置２０の出力（即ちモータＭＧへの供給電力）は、例えば交流６００Ｖである。電力変換装置２０は、インバータを含み、交流出力の周波数を変えることによって、モータＭＧの回転数を制御することができる。
【００１２】
電力変換装置２０の概要を説明する。電力変換装置２０は、主なモジュール（部品）として、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２、電圧コンバータ２３、インバータ２１、平滑化コンデンサＣ１、Ｃ２、及び、モータコントローラ２５を備える。システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、バッテリＢＴと電力変換装置２０との電力供給路を遮断／接続する所謂メインスイッチである。システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、モータコントローラ２５からの指令ＳＣによりＯＮ／ＯＦＦする。
【００１３】
電圧コンバータ２３は、バッテリＢＴの２００Ｖ電圧を６００Ｖに昇圧する所謂ＤＣＤＣコンバータである。電圧コンバータ２３は、リアクトルＬ１と、２個のスイッチング回路ＳＷ７、ＳＷ８で構成される。スイッチング回路とは、スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴなど）と還流ダイオードが並列接続された回路である。スイッチングトランジスタを特にスイッチング素子と呼ぶこともある。
【００１４】
電圧コンバータ２３は、モータコントローラ２５からのスイッチング指令（ＰＷＭＡ）を受けて動作する。スイッチング指令は、いわゆるパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）である。スイッチング回路については後に具体的に説明する。
【００１５】
平滑化コンデンサＣ１はバッテリＢＴの出力電流を平滑化するために挿入されており、平滑化コンデンサＣ２は電圧コンバータ２３の出力（即ちインバータ２１への入力）の電流を平滑化するために挿入されている。
【００１６】
インバータ２１は、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２１は、６個のスイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ６を備えている。図１に示す構成から明らかな通り、スイッチング回路ＳＷ１は、３相のモータ駆動指令のうちのＵ相の上アームに挿入されたスイッチング回路に相当し、スイッチング回路ＳＷ２は、Ｕ相の下アームに挿入されたスイッチング回路に相当する。同様に、スイッチング回路ＳＷ３とＳＷ４は夫々、Ｖ相の上アームと下アームに挿入されたスイッチング回路に相当する。また、スイッチング回路ＳＷ５とＳＷ６は夫々、Ｗ相の上アームと下アームに挿入されたスイッチング回路に相当する。スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ６は、モータコントローラ２５からのスイッチング指令（ＰＷＭＢ）を受けて動作する。インバータ２１に対するスイッチング指令もパルス幅変調信号である。
【００１７】
モータコントローラ２５は、上位のコントローラであるＨＶコントローラ１０からの指令を受けてモータＭＧを制御する。ＨＶコントローラ１０は、車両の状態（例えば車速、アクセルペダルの踏み込み量、バッテリの充電量など）を収集し、適宜にモータコントローラ２５へ指令を出す。図１の符号２は、モータＭＧの温度を計測する温度センサである。図１の符号４は、メモリである。メモリ４は、不揮発性のメモリであり、車両の状態（本実施例では、電力変換装置２０内で発生した異常）を通知するデータが格納される。メモリ４に格納されたデータは、例えば外部のメンテナンスコンピュータによって読み出され、車両の修理／保全に役立てられる。
【００１８】
スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８は、いずれも同じ構成を有している、以下、スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８のいずれか一つをスイッチング回路ＳＷと称することにする。図２にスイッチング回路ＳＷの回路図を示す。スイッチング回路ＳＷは、２個のトランジスタ（第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂ）が並列に接続された構成を有している。より詳しくは、２個のトランジスタのソースＳ同士が接続されており、ドレインＤ同士も接続されており、ゲートＧ同士も接続されている。また、第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂは同じ性能のパワートランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴである。夫々のトランジスタのソースＳとゲートＧの間に還流ダイオード（ダイオードＤａ、Ｄｂ）が挿入されている。一般には、一つのトランジスタと一つの還流ダイオードが並列に接続された回路でスイッチング回路が構成される。従って別言すれば、図２のスイッチング回路ＳＷは、トランジスタと還流ダイオードからなる組が２組並列に接続されて一つのスイッチング回路を構成している。夫々のトランジスタのゲートＧには、同時に、モータコントローラ２５から出力されるスイッチング信号（ＰＷＭＡもしくはＰＷＭＢ）に対応したゲート信号が入力される。
【００１９】
スイッチング回路ＳＷにはさらに、それぞれのトランジスタＴｒａ、Ｔｒｂの温度を計測する温度センサＱａ、Ｑｂが備えられている。以後、第１トランジスタＴｒａの温度を符号Ｔｔａで表し、第２トランジスタＴｒｂの温度を符号Ｔｔｂで表す。電力変換装置２０が正常に動作しているときには、第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂは同じように動作し、それらの温度Ｔｔａと温度Ｔｔｂはほぼ同じとなる。この事情は、スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８のいずれでも同じである。
【００２０】
図示を省略しているが、電力変換装置２０は、いくつかの電圧センサ、電流センサ、及び他の温度センサを備えている。また、モータＭＧにも温度センサ２が備えられている。モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷの温度センサＱａ、Ｑｂを含むいずれかのセンサの計測値が、予め定められた範囲（正常動作を保証する範囲）を外れた場合、異常が発生していると判断する。何らかの異常を検知すると、モータコントローラ２５は、いずれかのトランジスタで異常が発生していないかをチェックするため、図３の異常診断処理を実行する。なお、モータコントローラ２５は、図３の異常診断処理だけでなく、他の部品をチェックする処理を実行し得るが、ここではトランジスタの異常診断のみを説明する。
【００２１】
モータコントローラ２５は、スイッチング回路ごとに図３の処理を繰り返す。例えばまず、スイッチング回路ＳＷ１に着目する。モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷ１内の温度センサＱａ、Ｑｂを使ってその回路内の第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａと第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂを計測する（Ｓ２）。次にモータコントローラ２５は、２個のトランジスタの温度差ｄＴ＝｜Ｔｔａ−Ｔｔｂ｜が、予め定められた温度差閾値ｄＴｈを超えているか否かを判定する（Ｓ３）。ここで温度差閾値ｄＴｈは、例えば１０℃に定められている。第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂは、並列に接続されており同じ性能を有しているので、両者ともに正常であれば温度はほぼ同じはずである。従って、両者が正常に動作していれば温度差ｄＴは温度差閾値ｄＴｈよりも小さくなるはずである。温度差ｄＴが温度差閾値ｄＴｈよりも小さい場合（Ｓ３：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷ１内の２個のトランジスタは正常であると判断し、プログラム上の変数であるフラグに、正常であることを示す「０」をセットする（Ｓ５）。ここで、変数「フラグ」は、チェックするスイッチング回路の数と同数が用意されている。具体的にはスイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８に対応して８個のフラグが、診断処理のプログラム内に用意されている。
【００２２】
温度差ｄＴが温度差閾値ｄＴｈを超えている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷ１のトランジスタに異常が発生していると判断する。この場合モータコントローラ２５は、温度ＴｔａとＴｔｂを比較し、いずれが大きいかを判定する（Ｓ４）。第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも大きい場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、第２トランジスタＴｒｂに異常が発生していることを示す「ｂ」をフラグにセットする（Ｓ６）。逆に、第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも小さい場合（Ｓ４：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、第１トランジスタＴｒａに異常が発生していることを示す「ａ」をフラグにセットする（Ｓ７）。これらの処理は、トランジスタの温度が低いということは、そのトランジスタが動作していないことを示すという知見に基づく。
【００２３】
モータコントローラ２５は、以上の処理を、診断対象の全てのスイッチング回路に対して実施する（Ｓ８：ＹＥＳ）。全てのスイッチング回路に対して上記の処理が終了したら（Ｓ８：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、全てのフラグをメモリ４に書き込み（Ｓ９）、処理を終了する。
【００２４】
以上説明したように、電力変換装置２０は、従来は一つのトランジスタ（スイッチングトランジスタ）でスイッチング回路を構成すればよかったところを２個並列のトランジスタでスイッチング回路を構成する。並列接続されたトランジスタは、両者ともに正常であれば両者の温度に差はほとんど生じない。いずれか一方のトランジスタに異常が発生して機能していない場合、両者に温度差が生じる。上記の電力変換装置２０は、その温度差により異常の発生を検知する。メモリ４に記憶されたフラグは、他のデバイス、例えばメンテナンス用のコンピュータによって読み出される。メンテナンス用のコンピュータは、フラグの値により、どのトランジスタで異常が発生しているかを把握することができる。
【００２５】
図４に、異常診断処理の別の例を示す。ハードウエア構成は図１、図２に示した構成と同じでよい。図４の異常診断処理は、モータを一定時間一定回転させる前後の温度差を用いる点に特徴がある。
【００２６】
図４の異常診断処理ではまず、モータコントローラ２５は、全てのスイッチング回路（ＳＷ１〜ＳＷ８）の各トランジスタの温度を計測する（Ｓ１２）。ここでは、各スイッチング回路において一方のトランジスタ（例えば第１トランジスタ）の温度を計測して記憶しておけばよい。ステップＳ１２にて計測した温度を、初期温度Ｔｔ＿ｉｎｉと称する。次にモータコントローラ２５は、モータＭＧを一定回転駆動する指令を出力する（Ｓ１３）。この指令は、具体的には、電圧コンバータ２３へのスイッチングパルス指令ＰＷＭＡと、インバータ２１に対するスイッチングパルス指令ＰＷＭＢである。
【００２７】
モータコントローラ２５は、一定時間（例えば１分）モータの回転を維持する（Ｓ１４）。その後、モータコントローラ２５は、スイッチング回路毎に以下の処理（Ｓ２２〜Ｓ３０）を繰り返す。モータコントローラ２５は、第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａと第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂを計測する（Ｓ２２）。次にモータコントローラ２５は、２個のトランジスタの温度差ｄＴ＝｜Ｔｔａ−Ｔｔｂ｜が、予め定められた第１温度差閾値ｄＴｈを超えているか否かを判定する（Ｓ２３）。ここで第１温度差閾値ｄＴｈは、先の実施例の場合と同じく例えば１０℃でよい。
【００２８】
温度差ｄＴが第１温度差閾値ｄＴｈを超えている場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、現在着目しているスイッチング回路ＳＷのトランジスタに異常が発生していると判断する。この場合モータコントローラ２５は、温度ＴｔａとＴｔｂのいずれが大きいかを判定する（Ｓ２５）。第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも大きい場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、第２トランジスタＴｒｂに異常が発生していることを示す「ｂ」をフラグにセットする（Ｓ２８）。逆に、第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも小さい場合（Ｓ２５：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、第１トランジスタＴｒａに異常が発生していることを示す「ａ」をフラグにセットする（Ｓ２９）。ステップＳ２５、Ｓ２８、及び、Ｓ２９の処理は、図３のフローチャートでの処理（Ｓ４、Ｓ６、及び、Ｓ７）と同一である。
【００２９】
温度差ｄＴが第１温度差閾値ｄＴｈよりも小さい場合（Ｓ２３：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、一定時間の一定回転後の第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａと、ステップＳ１２にて計測した初期温度Ｔｔ＿ｉｎｉとの温度差（Ｔｔａ−Ｔｔ＿ｉｎｉ）が所定の第２温度差閾値ｄＴｉｎｉよりも大きいか小さいかをチェックする（Ｓ２４）。ここで、温度差閾値ｄＴｉｎｉは例えば５０℃である。第２温度差閾値ｄＴｉｎｉは、スイッチング回路ＳＷが正常に動作すると仮定したときのモータ一定回転後の温度上昇幅に相当する。第２温度差閾値ｄＴｉｎｉは、モータを一定時間駆動する際の指令電流値（ステップＳ１３でのパルス指令によって定まる電流値）と持続時間（ステップＳ１４での待機時間）によって定められる。
【００３０】
温度差（Ｔｔａ−Ｔｔ＿ｉｎｉ）が第２温度差閾値ｄＴｉｎｉよりも大きい場合、モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷが正常に動作していることを示す値「０」をフラグにセットする（Ｓ２４：ＹＥＳ、Ｓ２７）。温度差（Ｔｔａ−Ｔｔ＿ｉｎｉ）が第２温度差閾値ｄＴｉｎｉよりも小さい場合は、スイッチング回路ＳＷが正常に機能していないことを示す。ただし、ステップＳ２３の判断により第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂはいずれも正常であることが確認されているので、ステップＳ２４の判断がＮＯの場合は、スイッチング回路ＳＷに電流が供給されていないことを意味する。従ってその場合には、モータコントローラ２５は、現在着目しているスイッチング回路内のトランジスタ以外で異常が発生していることを示す符号「ｃ」をフラグにセットする（Ｓ２６）。この場合は、例えば冷却系統の異常や、モータＭＧそのものの異常が考えられる。
【００３１】
モータコントローラ２５は、上記ステップＳ２２〜Ｓ２９までの処理を、スイッチング回路毎に繰り返す（Ｓ３０：ＹＥＳ）。全てのスイッチング回路に対して上記処理を行った後、モータコントローラ２５は、全のフラグをメモリ４に記憶し（Ｓ３１）、処理を終了する。
【００３２】
図４の異常診断処理においてメモリ４に記憶されたフラグは、他のデバイス、例えばメンテナンス用のコンピュータによって読み出される。メンテナンス用のコンピュータは、フラグの値により、どのトランジスタで異常が発生しているかを把握することができる。
【００３３】
以上説明したように、実施例の電力変換装置２０では、本来は一つのトランジスタ（スイッチングトランジスタ）を配置すればよい場所に２個のトランジスタ（スイッチングトランジスタ）を並列に接続し、その両者の温度差に基づいてトランジスタの異常を検知する。さらに図４の異常診断処理では、並列接続された２個のトランジスタの温度差が小さい場合にはその２個のトランジスタは正常であるという蓋然性に基づき、他の箇所で異常が発生していることを検知する。
【００３４】
図４に示した異常診断処理の変形例を説明する。この変形例では、ステップＳ１２において、スイッチング回路内の２個のトランジスタそれぞれの初期温度（Ｔｔａ＿ｉｎｉ、Ｔｔｂ＿ｉｎｉ）を計測する。そして、ステップＳ２３の処理では、それぞれのトランジスタの温度上昇幅（ｄＴａ＝Ｔｔａ−Ｔｔａ＿ｉｎｉ、ｄＴｂ＝Ｔｔｂ−Ｔｔｂ＿ｉｎｉ）を算出し、さらにその温度上昇幅の差分（ｄｄＴ＝｜ｄＴａ−ｄＴｂ｜）が、所定の温度差閾値ｄＴよりも大きいか否かをチェックする。温度上昇分の差分ｄｄＴが温度差閾値ｄＴよりも大きかった場合、温度上昇幅（ｄＴａ又はｄＴｂ）が小さかったトランジスタで異常が発生していると判断する。温度上昇分の差分ｄｄＴが温度差閾値ｄＴよりも小さかった場合、双方の温度上昇幅（ｄＴａ及びｄＴｂ）が共に所定の上昇幅閾値よりも小さかった場合には、そのスイッチング回路以外で異常が発生していると判断する。この方法は、並列接続されたそれぞれのトランジスタについてモータ一定回転前後の温度上昇幅をチェックするので、より精密な異常診断ができる。
【００３５】
本明細書が開示する技術に関する留意点をいくつか述べる。図３と図４のフローチャート内の処理（ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５等）において用いられた不等号「＞」は、「≧」であってもよい。それらの処理では２個の値を比較することが重要であり、等号を含むか否かは重要ではない点に留意されたい。
【００３６】
実施例の電力変換装置は、電圧コンバータとインバータを含むものであった。本明細書が開示する技術は、ＤＣＤＣコンバータやインバータ単体に適用することも可能である。また、実施例の電力変換装置は、ハイブリッド車のモータを駆動するための装置であった。本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車用の装置に限られるものではない。また、実施例では、一つのスイッチング回路に２個のトランジスタを並列に接続した。一つのスイッチング回路に３個以上のトランジスタを並列に接続することも好適である。３個のトランジスタの温度を比較し、温度差が所定の温度差閾値よりも小さい２個は正常に動作していることが確認でき、温度差が大きい残りの一つのトランジスタに異常が発生しているものと特定することができる。
【００３７】
異常診断を行うスイッチング回路は、電力変換装置が有する複数のスイッチング回路のうちのいくつかであってもよい。スイッチング回路を構成するトランジスタは、典型的にはＩＧＢＴであるが、例えばＭＯＳＦＥＴなど、別のタイプのトランジスタであってもよい。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
２：温度センサ
４：メモリ
１０：ＨＶコントローラ
２０：電力変換装置
２１：インバータ
２３：電圧コンバータ
２５：モータコントローラ
ＢＴ：バッテリ
Ｃ１：平滑化コンデンサ
Ｃ２：平滑化コンデンサ
Ｄ：還流ダイオード
Ｌ１：リアクトル
ＭＧ：モータ
Ｑａ、Ｑｂ：温度センサ
ＳＷ：スイッチング回路
Ｔｒａ、Ｔｒｂ：トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧の大きさを変換する装置、直流を交流に変換する装置（インバータ）、交流を直流に変換する装置に関する。本明細書では、それらの装置を電力変換装置と総称する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置には多くのスイッチングトランジスタ（パワートランジスタとも呼ばれる）が使われている。それらのトランジスタには通常、還流ダイオードが並列に接続されている。従って、トランジスタがＯＮしない異常（オープン故障）が発生しても、還流ダイオードを通じて電流が流れる。その結果、電力変換装置の出力からは、そのような異常を検知できない場合がある。そこで、トランジスタの異常を検知する技術が望まれている。以下、本明細書では、特に断らない限り、「トランジスタ」とは「スイッチングトランジスタ」を意味する。
【０００３】
特許文献１にトランジスタの異常を検知する技術が開示されている。その技術では、各トランジスタの温度を計測する温度センサを設け、複数のトランジスタの温度を比較し、温度の低いトランジスタがあればそのトランジスタが異常であると判断する。あるいは、各トランジスタの温度を雰囲気温度又は冷却水温度と比較し、温度の低いトランジスタがあればそのトランジスタが異常であると判断する。その技術は、機能していないトランジスタは他の機能しているトランジスタよりも温度が低くなっているはずである、という知見に基づいている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１０４８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の技術を採用することによって、多くの場合はトランジスタの異常を検知できる。しかしながら、複数のトランジスタの間でもともと温度がばらつく状況においては特許文献１の技術は適切に機能しない。例えば、もともと異なる目的の複数のトランジスタは温度が異なって当然である。また、本来は似たような動きをするインバータ各アームのトランジスタであっても、モータがロックしたときには１つのアームに電流が集中するため他のアームのトランジスタとは温度が異なることになる。また、トランジスタ温度を雰囲気温度や冷却水温度と比較する場合、それらの温度はトランジスタの温度とはもともと異なるため、温度比較による異常検知精度は高くはない。
【０００６】
本明細書が開示する技術は、上記の課題を解決する。本明細書は、電力変換装置においてスイッチングトランジスタの異常を従来よりも精度よく検知することのできる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書が開示する技術では、従来は一つのトランジスタが配置されていた箇所に２個のトランジスタを並列に接続する。例えば、インバータの各アームには従来は一つのトランジスタがスイッチング素子として接続されていた。本明細書が開示する電力変換装置は、インバータの少なくとも一つのアーム（トランジスタの異常を検知したい箇所）に、２個のトランジスタを並列に配置する。２個のトランジスタのゲート（ベース）は短絡しておく。即ち、２個の並列のトランジスタで一つのスイッチング回路を構成させる。電力変換装置のコントローラは、それぞれのトランジスタの温度を計測し、温度差をとる。コントローラは、温度差が所定の温度差閾値を超えている場合に、そのスイッチング回路で異常が発生していることを示す診断結果を出力する。好ましくはコントローラは、温度の低い方のトランジスタが異常であることを示す診断結果を出力する。上記の電力変換装置は、トランジスタの異常を確実に検知することができる。なお、「診断結果を出力する」とは、具体的には、診断結果を示す信号を外部へ出力すること、あるいは、診断結果を示すデータを記憶装置に記憶することである。
【０００８】
並列に接続されたトランジスタの温度に差がない場合には、それらのトランジスタは正常である蓋然性が高い。この知見を利用し、本明細書が開示する技術は次の構成を備えることも好適である。即ち、コントローラは、モータを一定回転で駆動した後、温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差をとる。コントローラは、温度差が予め定められた第１温度差閾値よりも小さく、かつ、一定回転後の温度とモータ一定回転前の温度との温度差が予め定められた第２温度差閾値よりも小さい場合に、温度計測したトランジスタ以外で異常が発生していることを示す診断結果を出力する。並列に接続された２個のトランジスタの温度差が小さいということはトランジスタが正常に動作していることを示す。にもかかわらず、一定回転後のトランジスタの温度が上昇しないということは、並列に接続されたトランジスタのいずれにも電流が流れていないことを示す。そのような状況は、温度計測したトランジスタ以外で異常が発生している可能性が極めて高い。本明細書が開示する電力変換装置の一態様は、トランジスタ以外で異常が発生したことも検知することができる。
【０００９】
ここまで、インバータのアームに挿入されたトランジスタの異常を検知することを例に本発明を説明した。本明細書が開示する技術は、インバータのアームに挿入されたトランジスタに限定されるものではない。例えば、電圧を変換するコンバータに含まれるスイッチングトランジスタに適用することも好適である。なお、「インバータのアーム」とは、インバータと負荷（モータ）との間の電力経路を意味する。さらに、「上アーム」とは、インバータから負荷へ電力を供給する経路を意味し、「下アーム」とは、電流が負荷から戻る経路を意味する。「上アーム」、「下アーム」という場合には、特に、電力経路をＯＮ／ＯＦＦするスイッチング回路を指すこともある。本明細書が開示する技術のさらなる詳細は、以下の「実施の形態」において説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の電力変換装置の回路図である。
【図２】スイッチング回路の回路図である。
【図３】異常診断処理のフローチャートである。
【図４】他の例の異常診断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】
【００１１】
図１に、実施例に係る電力変換装置２０の回路図を示す。この電力変換装置２０は、ハイブリッド車両に搭載される装置であり、バッテリＢＴの直流電力をモータＭＧへ供給する交流電力に変換する装置である。バッテリＢＴの出力は例えば直流２００Ｖであり、電力変換装置２０の出力（即ちモータＭＧへの供給電力）は、例えば交流６００Ｖである。電力変換装置２０は、インバータを含み、交流出力の周波数を変えることによって、モータＭＧの回転数を制御することができる。
【００１２】
電力変換装置２０の概要を説明する。電力変換装置２０は、主なモジュール（部品）として、システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２、電圧コンバータ２３、インバータ２１、平滑化コンデンサＣ１、Ｃ２、及び、モータコントローラ２５を備える。システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、バッテリＢＴと電力変換装置２０との電力供給路を遮断／接続する所謂メインスイッチである。システムメインリレーＳＭＲ１、ＳＭＲ２は、モータコントローラ２５からの指令ＳＣによりＯＮ／ＯＦＦする。
【００１３】
電圧コンバータ２３は、バッテリＢＴの２００Ｖ電圧を６００Ｖに昇圧する所謂ＤＣＤＣコンバータである。電圧コンバータ２３は、リアクトルＬ１と、２個のスイッチング回路ＳＷ７、ＳＷ８で構成される。スイッチング回路とは、スイッチングトランジスタ（ＩＧＢＴなど）と還流ダイオードが並列接続された回路である。スイッチングトランジスタを特にスイッチング素子と呼ぶこともある。
【００１４】
電圧コンバータ２３は、モータコントローラ２５からのスイッチング指令（ＰＷＭＡ）を受けて動作する。スイッチング指令は、いわゆるパルス幅変調信号（ＰＷＭ信号）である。スイッチング回路については後に具体的に説明する。
【００１５】
平滑化コンデンサＣ１はバッテリＢＴの出力電流を平滑化するために挿入されており、平滑化コンデンサＣ２は電圧コンバータ２３の出力（即ちインバータ２１への入力）の電流を平滑化するために挿入されている。
【００１６】
インバータ２１は、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２１は、６個のスイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ６を備えている。図１に示す構成から明らかな通り、スイッチング回路ＳＷ１は、３相のモータ駆動指令のうちのＵ相の上アームに挿入されたスイッチング回路に相当し、スイッチング回路ＳＷ２は、Ｕ相の下アームに挿入されたスイッチング回路に相当する。同様に、スイッチング回路ＳＷ３とＳＷ４は夫々、Ｖ相の上アームと下アームに挿入されたスイッチング回路に相当する。また、スイッチング回路ＳＷ５とＳＷ６は夫々、Ｗ相の上アームと下アームに挿入されたスイッチング回路に相当する。スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ６は、モータコントローラ２５からのスイッチング指令（ＰＷＭＢ）を受けて動作する。インバータ２１に対するスイッチング指令もパルス幅変調信号である。
【００１７】
モータコントローラ２５は、上位のコントローラであるＨＶコントローラ１０からの指令を受けてモータＭＧを制御する。ＨＶコントローラ１０は、車両の状態（例えば車速、アクセルペダルの踏み込み量、バッテリの充電量など）を収集し、適宜にモータコントローラ２５へ指令を出す。図１の符号２は、モータＭＧの温度を計測する温度センサである。図１の符号４は、メモリである。メモリ４は、不揮発性のメモリであり、車両の状態（本実施例では、電力変換装置２０内で発生した異常）を通知するデータが格納される。メモリ４に格納されたデータは、例えば外部のメンテナンスコンピュータによって読み出され、車両の修理／保全に役立てられる。
【００１８】
スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８は、いずれも同じ構成を有している、以下、スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８のいずれか一つをスイッチング回路ＳＷと称することにする。図２にスイッチング回路ＳＷの回路図を示す。スイッチング回路ＳＷは、２個のトランジスタ（第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂ）が並列に接続された構成を有している。より詳しくは、２個のトランジスタのソースＳ同士が接続されており、ドレインＤ同士も接続されており、ゲートＧ同士も接続されている。また、第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂは同じ性能のパワートランジスタであり、典型的にはＩＧＢＴである。夫々のトランジスタのソースＳとゲートＧの間に還流ダイオード（ダイオードＤａ、Ｄｂ）が挿入されている。一般には、一つのトランジスタと一つの還流ダイオードが並列に接続された回路でスイッチング回路が構成される。従って別言すれば、図２のスイッチング回路ＳＷは、トランジスタと還流ダイオードからなる組が２組並列に接続されて一つのスイッチング回路を構成している。夫々のトランジスタのゲートＧには、同時に、モータコントローラ２５から出力されるスイッチング信号（ＰＷＭＡもしくはＰＷＭＢ）に対応したゲート信号が入力される。
【００１９】
スイッチング回路ＳＷにはさらに、それぞれのトランジスタＴｒａ、Ｔｒｂの温度を計測する温度センサＱａ、Ｑｂが備えられている。以後、第１トランジスタＴｒａの温度を符号Ｔｔａで表し、第２トランジスタＴｒｂの温度を符号Ｔｔｂで表す。電力変換装置２０が正常に動作しているときには、第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂは同じように動作し、それらの温度Ｔｔａと温度Ｔｔｂはほぼ同じとなる。この事情は、スイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８のいずれでも同じである。
【００２０】
図示を省略しているが、電力変換装置２０は、いくつかの電圧センサ、電流センサ、及び他の温度センサを備えている。また、モータＭＧにも温度センサ２が備えられている。モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷの温度センサＱａ、Ｑｂを含むいずれかのセンサの計測値が、予め定められた範囲（正常動作を保証する範囲）を外れた場合、異常が発生していると判断する。何らかの異常を検知すると、モータコントローラ２５は、いずれかのトランジスタで異常が発生していないかをチェックするため、図３の異常診断処理を実行する。なお、モータコントローラ２５は、図３の異常診断処理だけでなく、他の部品をチェックする処理を実行し得るが、ここではトランジスタの異常診断のみを説明する。
【００２１】
モータコントローラ２５は、スイッチング回路ごとに図３の処理を繰り返す。例えばまず、スイッチング回路ＳＷ１に着目する。モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷ１内の温度センサＱａ、Ｑｂを使ってその回路内の第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａと第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂを計測する（Ｓ２）。次にモータコントローラ２５は、２個のトランジスタの温度差ｄＴ＝｜Ｔｔａ−Ｔｔｂ｜が、予め定められた温度差閾値ｄＴｈを超えているか否かを判定する（Ｓ３）。ここで温度差閾値ｄＴｈは、例えば１０℃に定められている。第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂは、並列に接続されており同じ性能を有しているので、両者ともに正常であれば温度はほぼ同じはずである。従って、両者が正常に動作していれば温度差ｄＴは温度差閾値ｄＴｈよりも小さくなるはずである。温度差ｄＴが温度差閾値ｄＴｈよりも小さい場合（Ｓ３：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷ１内の２個のトランジスタは正常であると判断し、プログラム上の変数であるフラグに、正常であることを示す「０」をセットする（Ｓ５）。ここで、変数「フラグ」は、チェックするスイッチング回路の数と同数が用意されている。具体的にはスイッチング回路ＳＷ１〜ＳＷ８に対応して８個のフラグが、診断処理のプログラム内に用意されている。
【００２２】
温度差ｄＴが温度差閾値ｄＴｈを超えている場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷ１のトランジスタに異常が発生していると判断する。この場合モータコントローラ２５は、温度ＴｔａとＴｔｂを比較し、いずれが大きいかを判定する（Ｓ４）。第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも大きい場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、第２トランジスタＴｒｂに異常が発生していることを示す「ｂ」をフラグにセットする（Ｓ６）。逆に、第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも小さい場合（Ｓ４：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、第１トランジスタＴｒａに異常が発生していることを示す「ａ」をフラグにセットする（Ｓ７）。これらの処理は、トランジスタの温度が低いということは、そのトランジスタが動作していないことを示すという知見に基づく。
【００２３】
モータコントローラ２５は、以上の処理を、診断対象の全てのスイッチング回路に対して実施する（Ｓ８：ＹＥＳ）。全てのスイッチング回路に対して上記の処理が終了したら（Ｓ８：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、全てのフラグをメモリ４に書き込み（Ｓ９）、処理を終了する。
【００２４】
以上説明したように、電力変換装置２０は、従来は一つのトランジスタ（スイッチングトランジスタ）でスイッチング回路を構成すればよかったところを２個並列のトランジスタでスイッチング回路を構成する。並列接続されたトランジスタは、両者ともに正常であれば両者の温度に差はほとんど生じない。いずれか一方のトランジスタに異常が発生して機能していない場合、両者に温度差が生じる。上記の電力変換装置２０は、その温度差により異常の発生を検知する。メモリ４に記憶されたフラグは、他のデバイス、例えばメンテナンス用のコンピュータによって読み出される。メンテナンス用のコンピュータは、フラグの値により、どのトランジスタで異常が発生しているかを把握することができる。
【００２５】
図４に、異常診断処理の別の例を示す。ハードウエア構成は図１、図２に示した構成と同じでよい。図４の異常診断処理は、モータを一定時間一定回転させる前後の温度差を用いる点に特徴がある。
【００２６】
図４の異常診断処理ではまず、モータコントローラ２５は、全てのスイッチング回路（ＳＷ１〜ＳＷ８）の各トランジスタの温度を計測する（Ｓ１２）。ここでは、各スイッチング回路において一方のトランジスタ（例えば第１トランジスタ）の温度を計測して記憶しておけばよい。ステップＳ１２にて計測した温度を、初期温度Ｔｔ＿ｉｎｉと称する。次にモータコントローラ２５は、モータＭＧを一定回転駆動する指令を出力する（Ｓ１３）。この指令は、具体的には、電圧コンバータ２３へのスイッチングパルス指令ＰＷＭＡと、インバータ２１に対するスイッチングパルス指令ＰＷＭＢである。
【００２７】
モータコントローラ２５は、一定時間（例えば１分）モータの回転を維持する（Ｓ１４）。その後、モータコントローラ２５は、スイッチング回路毎に以下の処理（Ｓ２２〜Ｓ３０）を繰り返す。モータコントローラ２５は、第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａと第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂを計測する（Ｓ２２）。次にモータコントローラ２５は、２個のトランジスタの温度差ｄＴ＝｜Ｔｔａ−Ｔｔｂ｜が、予め定められた第１温度差閾値ｄＴｈを超えているか否かを判定する（Ｓ２３）。ここで第１温度差閾値ｄＴｈは、先の実施例の場合と同じく例えば１０℃でよい。
【００２８】
温度差ｄＴが第１温度差閾値ｄＴｈを超えている場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、現在着目しているスイッチング回路ＳＷのトランジスタに異常が発生していると判断する。この場合モータコントローラ２５は、温度ＴｔａとＴｔｂのいずれが大きいかを判定する（Ｓ２５）。第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも大きい場合（Ｓ２５：ＹＥＳ）、モータコントローラ２５は、第２トランジスタＴｒｂに異常が発生していることを示す「ｂ」をフラグにセットする（Ｓ２８）。逆に、第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａが第２トランジスタＴｒｂの温度Ｔｔｂよりも小さい場合（Ｓ２５：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、第１トランジスタＴｒａに異常が発生していることを示す「ａ」をフラグにセットする（Ｓ２９）。ステップＳ２５、Ｓ２８、及び、Ｓ２９の処理は、図３のフローチャートでの処理（Ｓ４、Ｓ６、及び、Ｓ７）と同一である。
【００２９】
温度差ｄＴが第１温度差閾値ｄＴｈよりも小さい場合（Ｓ２３：ＮＯ）、モータコントローラ２５は、一定時間の一定回転後の第１トランジスタＴｒａの温度Ｔｔａと、ステップＳ１２にて計測した初期温度Ｔｔ＿ｉｎｉとの温度差（Ｔｔａ−Ｔｔ＿ｉｎｉ）が所定の第２温度差閾値ｄＴｉｎｉよりも大きいか小さいかをチェックする（Ｓ２４）。ここで、温度差閾値ｄＴｉｎｉは例えば５０℃である。第２温度差閾値ｄＴｉｎｉは、スイッチング回路ＳＷが正常に動作すると仮定したときのモータ一定回転後の温度上昇幅に相当する。第２温度差閾値ｄＴｉｎｉは、モータを一定時間駆動する際の指令電流値（ステップＳ１３でのパルス指令によって定まる電流値）と持続時間（ステップＳ１４での待機時間）によって定められる。
【００３０】
温度差（Ｔｔａ−Ｔｔ＿ｉｎｉ）が第２温度差閾値ｄＴｉｎｉよりも大きい場合、モータコントローラ２５は、スイッチング回路ＳＷが正常に動作していることを示す値「０」をフラグにセットする（Ｓ２４：ＹＥＳ、Ｓ２７）。温度差（Ｔｔａ−Ｔｔ＿ｉｎｉ）が第２温度差閾値ｄＴｉｎｉよりも小さい場合は、スイッチング回路ＳＷが正常に機能していないことを示す。ただし、ステップＳ２３の判断により第１トランジスタＴｒａと第２トランジスタＴｒｂはいずれも正常であることが確認されているので、ステップＳ２４の判断がＮＯの場合は、スイッチング回路ＳＷに電流が供給されていないことを意味する。従ってその場合には、モータコントローラ２５は、現在着目しているスイッチング回路内のトランジスタ以外で異常が発生していることを示す符号「ｃ」をフラグにセットする（Ｓ２６）。この場合は、例えば冷却系統の異常や、モータＭＧそのものの異常が考えられる。
【００３１】
モータコントローラ２５は、上記ステップＳ２２〜Ｓ２９までの処理を、スイッチング回路毎に繰り返す（Ｓ３０：ＹＥＳ）。全てのスイッチング回路に対して上記処理を行った後、モータコントローラ２５は、全のフラグをメモリ４に記憶し（Ｓ３１）、処理を終了する。
【００３２】
図４の異常診断処理においてメモリ４に記憶されたフラグは、他のデバイス、例えばメンテナンス用のコンピュータによって読み出される。メンテナンス用のコンピュータは、フラグの値により、どのトランジスタで異常が発生しているかを把握することができる。
【００３３】
以上説明したように、実施例の電力変換装置２０では、本来は一つのトランジスタ（スイッチングトランジスタ）を配置すればよい場所に２個のトランジスタ（スイッチングトランジスタ）を並列に接続し、その両者の温度差に基づいてトランジスタの異常を検知する。さらに図４の異常診断処理では、並列接続された２個のトランジスタの温度差が小さい場合にはその２個のトランジスタは正常であるという蓋然性に基づき、他の箇所で異常が発生していることを検知する。
【００３４】
図４に示した異常診断処理の変形例を説明する。この変形例では、ステップＳ１２において、スイッチング回路内の２個のトランジスタそれぞれの初期温度（Ｔｔａ＿ｉｎｉ、Ｔｔｂ＿ｉｎｉ）を計測する。そして、ステップＳ２３の処理では、それぞれのトランジスタの温度上昇幅（ｄＴａ＝Ｔｔａ−Ｔｔａ＿ｉｎｉ、ｄＴｂ＝Ｔｔｂ−Ｔｔｂ＿ｉｎｉ）を算出し、さらにその温度上昇幅の差分（ｄｄＴ＝｜ｄＴａ−ｄＴｂ｜）が、所定の温度差閾値ｄＴよりも大きいか否かをチェックする。温度上昇分の差分ｄｄＴが温度差閾値ｄＴよりも大きかった場合、温度上昇幅（ｄＴａ又はｄＴｂ）が小さかったトランジスタで異常が発生していると判断する。温度上昇分の差分ｄｄＴが温度差閾値ｄＴよりも小さかった場合、双方の温度上昇幅（ｄＴａ及びｄＴｂ）が共に所定の上昇幅閾値よりも小さかった場合には、そのスイッチング回路以外で異常が発生していると判断する。この方法は、並列接続されたそれぞれのトランジスタについてモータ一定回転前後の温度上昇幅をチェックするので、より精密な異常診断ができる。
【００３５】
本明細書が開示する技術に関する留意点をいくつか述べる。図３と図４のフローチャート内の処理（ステップＳ３、Ｓ４、Ｓ２３、Ｓ２４、Ｓ２５等）において用いられた不等号「＞」は、「≧」であってもよい。それらの処理では２個の値を比較することが重要であり、等号を含むか否かは重要ではない点に留意されたい。
【００３６】
実施例の電力変換装置は、電圧コンバータとインバータを含むものであった。本明細書が開示する技術は、ＤＣＤＣコンバータやインバータ単体に適用することも可能である。また、実施例の電力変換装置は、ハイブリッド車のモータを駆動するための装置であった。本明細書が開示する技術は、ハイブリッド車用の装置に限られるものではない。また、実施例では、一つのスイッチング回路に２個のトランジスタを並列に接続した。一つのスイッチング回路に３個以上のトランジスタを並列に接続することも好適である。３個のトランジスタの温度を比較し、温度差が所定の温度差閾値よりも小さい２個は正常に動作していることが確認でき、温度差が大きい残りの一つのトランジスタに異常が発生しているものと特定することができる。
【００３７】
異常診断を行うスイッチング回路は、電力変換装置が有する複数のスイッチング回路のうちのいくつかであってもよい。スイッチング回路を構成するトランジスタは、典型的にはＩＧＢＴであるが、例えばＭＯＳＦＥＴなど、別のタイプのトランジスタであってもよい。
【００３８】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００３９】
２：温度センサ
４：メモリ
１０：ＨＶコントローラ
２０：電力変換装置
２１：インバータ
２３：電圧コンバータ
２５：モータコントローラ
ＢＴ：バッテリ
Ｃ１：平滑化コンデンサ
Ｃ２：平滑化コンデンサ
Ｄ：還流ダイオード
Ｌ１：リアクトル
ＭＧ：モータ
Ｑａ、Ｑｂ：温度センサ
ＳＷ：スイッチング回路
Ｔｒａ、Ｔｒｂ：トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トランジスタのスイッチング動作によって電力を変換する電力変換装置であって、
並列に接続された２個のトランジスタと、
各トランジスタの温度を計測する温度センサと、
温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差が予め定められた温度差閾値を超えている場合に、異常発生を示す診断結果を出力するコントローラと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
コントローラは、温度が低かったトランジスタを特定する診断結果を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換装置はモータを制御するインバータを含み、インバータの少なくとも一つのアームが、並列に接続されたトランジスタと各トランジスタの温度を計測する温度センサを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
コントローラは、モータを一定回転で駆動した後に温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差をとり、温度差が予め定められた温度差閾値を超えている場合に異常発生を示す診断結果を出力することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
コントローラは、モータを一定回転で駆動した後に温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差をとり、温度差が予め定められた第１温度差閾値よりも小さく、かつ、一定回転後のトランジスタ温度とモータ一定回転前のトランジスタ温度との温度差が予め定められた第２温度差閾値よりも小さい場合に、温度計測したトランジスタ以外で異常が発生していることを示す診断結果を出力することを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【請求項１】
トランジスタのスイッチング動作によって電力を変換する電力変換装置であって、
並列に接続された２個のトランジスタと、
各トランジスタの温度を計測する温度センサと、
温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差が予め定められた温度差閾値を超えている場合に、異常発生を示す診断結果を出力するコントローラと、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
コントローラは、温度が低かったトランジスタを特定する診断結果を出力することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換装置はモータを制御するインバータを含み、インバータの少なくとも一つのアームが、並列に接続されたトランジスタと各トランジスタの温度を計測する温度センサを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
コントローラは、モータを一定回転で駆動した後に温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差をとり、温度差が予め定められた温度差閾値を超えている場合に異常発生を示す診断結果を出力することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
コントローラは、モータを一定回転で駆動した後に温度センサが計測した２個のトランジスタの温度差をとり、温度差が予め定められた第１温度差閾値よりも小さく、かつ、一定回転後のトランジスタ温度とモータ一定回転前のトランジスタ温度との温度差が予め定められた第２温度差閾値よりも小さい場合に、温度計測したトランジスタ以外で異常が発生していることを示す診断結果を出力することを特徴とする請求項３又は４に記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１３−３８８２８（Ｐ２０１３−３８８２８Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０３２３（Ｐ２０１１−１７０３２３）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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