JP6934071B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換装置に関する。

従来、スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するパワーモジュールが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

従来のパワーモジュール９００は、図１２に示すように、第１電極、第２電極及びゲート電極を有するスイッチング素子８００と、スイッチング素子８００のオン／オフ動作を制御するためにゲート電圧を制御するゲート電圧制御部９１０とを有する。

従来のパワーモジュール９００によれば、ゲート電圧制御部９１０によってゲート電圧を制御することによりスイッチング素子８００のオン／オフ動作を制御することができる。

国際公開第２０１２／１５３４５９号

ところで、近年、スイッチング損失を小さくすることが可能なパワーモジュールが求められている。これを実現するための方法の一つとして、閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることによって、スイッチング損失を小さくすることが考えられる。

しかしながら、動作時のスイッチング素子の動作温度Ｔが初期閾値電圧（出荷時の閾値電圧）を測定したときのスイッチング素子の初期温度Ｔ_０よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈが初期閾値電圧Ｖｔｈ_０から変動するため（図３参照。）、動作時の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超える電圧をゲート電極に印加してターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることが難しく、スイッチング損失を小さくすることが難しい、という問題がある。

また、一般的に、複数のパワーモジュールを並列に接続した電力変換装置を動作させる場合には、各パワーモジュールのスイッチング素子に流れる電流をオン抵抗Ｒｏｎの温度特性を利用して分担している。しかしながら、スイッチング素子の動作温度にバラツキが生じた場合には、各スイッチング素子に分担される電流のバランスにもバラツキが生じ、特定のスイッチング素子（高温のスイッチング素子）が早く劣化してしまうため、装置としての寿命が短くなってしまう、という問題もある。

そこで、本発明は、上記した問題を解決するためになされたものであり、スイッチング素子のスイッチング損失を小さくすることができ、かつ、複数のパワーモジュールを並列に接続させて動作させる場合でも、装置としての寿命を長くすることができる電力変換装置を提供することを目的とする。

［１］本発明の電力変換装置は、第１電極、第２電極、及び、第３電極を有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部、及び、前記スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出部を有するスイッチング素子制御回路と、を有するパワーモジュールを２組以上備える電力変換装置であって、前記パワーモジュールは互いに並列に接続されており、前記スイッチング素子制御回路はそれぞれ、前記電力変換装置内の全ての前記スイッチング素子の平均動作温度を算出するとともに、対応する前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度とを比較する温度比較部をさらに有し、前記第３電極電圧制御部は、前記平均動作温度、前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の動作温度、及び、当該動作温度に基づいて算出された動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする。

［２］本発明の電力変換装置においては、前記温度比較部は、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも低い場合には、前記第３電極電圧を増加させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信し、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも高い場合には、前記第３電極電圧を減少させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信することが好ましい。

［３］本発明の電力変換装置においては、前記温度比較部は、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも低い場合には、前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度との温度差に対応した増加量で前記第３電極電圧を増加させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信し、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも高い場合には、前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度との温度差に対応した減少量で前記第３電極電圧を減少させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信することが好ましい。

［４］本発明の電力変換装置において、前記温度検出部においては、温度検出素子として、サーミスタを用いることが好ましい。

［５］本発明の電力変換装置においては、前記各スイッチング素子制御回路は、前記スイッチング素子の初期閾値電圧、及び、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度を含む情報、並びに、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報を記憶する記憶部と、前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、前記スイッチング素子の初期閾値電圧、及び、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度を含む情報、並びに、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報に基づいて前記スイッチング素子の動作時の閾値電圧を算出する閾値電圧算出部とをさらに有し、前記第３電極電圧制御部は、当該動作温度に基づいて算出された動作時の閾値電圧として、前記閾値電圧算出部によって算出された前記動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することが好ましい。

［６］本発明の電力変換装置においては、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度係数をαとし、動作時の閾値電圧をＶｔｈとし、前記初期閾値電圧をＶｔｈ_０とし_、前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度をＴとし、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度をＴ_０としたときに、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ−Ｔ_０）の関係を満たす特性式であることが好ましい。

［７］本発明の電力変換装置においては、前記各スイッチング素子制御回路は、対応する前記スイッチング素子の前記初期閾値電圧を測定する初期閾値電圧測定モードと、対応する前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードとを実施するスイッチング素子制御回路であって、前記各スイッチング素子制御回路は、前記スイッチング素子の前記第１電極に閾値電圧測定用電流を供給する閾値電圧測定用電源と、前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部と、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部とをさらに有し、前記初期閾値電圧測定モードにおいて、前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部で検出された前記第１電極電流に基づいて前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記スイッチング素子の温度を記憶するとともに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の前記初期閾値電圧として記憶することが好ましい。

［８］本発明の電力変換装置においては、前記各スイッチング素子制御回路は、前記制御モードを所定時間実施した後に、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードをさらに実施するスイッチング素子制御回路であって、前記各スイッチング素子制御回路は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する温度特性算出部をさらに有し、前記温度特性測定モードにおいて、前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記オン／オフ状態判定部は、前記スイッチング電流検出部で検出された前記スイッチング電流に基づいて前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記スイッチング素子の前記動作温度を記憶するとともに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の温度特性測定時閾値電圧として記憶し、前記温度特性算出部は、前記初期閾値電圧、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度、前記温度特性測定モードにおいて前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、及び、前記温度特性測定時閾値電圧を含む情報に基づいて前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出することが好ましい。

［９］本発明の電力変換装置においては、前記各スイッチング素子制御回路は、前記制御モードを所定時間実施した後に、対応する前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードを実施するスイッチング素子制御回路であって、前記スイッチング素子の前記第１電極に閾値電圧測定用電流を供給する閾値電圧測定用電源と、前記スイッチング素子を流れるスイッチング電流を検出するスイッチング電流検出部と、前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部と、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する温度特性算出部とをさらに備え、前記温度特性測定モードにおいては、前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、前記オン／オフ状態判定部は、前記スイッチング電流検出部で検出された前記スイッチング電流に基づいて前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の温度特性測定時閾値電圧として記憶し、前記温度特性算出部は、前記初期閾値電圧、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度、前記温度特性測定モードにおいて前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、及び、前記温度特性測定時閾値電圧を含む情報に基づいて前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出することが好ましい。

［１０］本発明の電力変換装置においては、前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はＨＥＭＴであることが好ましい。

［１１］本発明の電力変換装置においては、前記スイッチング素子は、ＧａＮ、ＳｉＣ又はＧａ_２Ｏ_３を含む材料により形成されたものであることが好ましい。

［１２］本発明の他の電力変換装置は、第１電極、第２電極、及び、第３電極を有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部、及び、前記スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出部を有するスイッチング素子制御回路と、を有するパワーモジュールを２組以上備える電力変換装置であって、前記パワーモジュールは互いに並列に接続されており、前記電力変換装置は、前記電力変換装置内の全ての前記スイッチング素子の平均動作温度を算出するとともに、対応する前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度とを比較する温度比較部をさらに備え、前記第３電極電圧制御部は、前記平均動作温度、前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の動作温度、及び、当該動作温度に基づいて算出された動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする。

本発明の電力変換装置によれば、各スイッチング素子制御回路の第３電極電圧制御部は、温度検出部で検出されたスイッチング素子の動作温度、及び、当該動作温度に基づいて算出された動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて第３電極電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子の動作温度が初期閾値電圧を測定したときのスイッチング素子の初期温度よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧が初期閾値電圧から変動する場合でも、動作時の閾値電圧をわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、設計時の閾値電圧を用いて第３電極電圧を制御した場合と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、スイッチング損失を小さくすることができる。

また、本発明の電力変換装置によれば、第３電極電圧制御部は、平均動作温度、温度検出部で検出されたスイッチング素子の動作温度、及び、当該動作温度に基づいて算出された閾値電圧を含む情報に基づいて第３電極電圧を制御するため、各スイッチング素子の動作温度にバラツキが生じた場合であっても、平均動作温度と、対応するスイッチング素子の動作温度との温度差に基づいて第３電極電圧を制御することができ、各スイッチング素子に分担される電流のバランスにバラツキが生じ難くなる。従って、高温のスイッチング素子が速く劣化することを防ぐことができ、その結果、複数のパワーモジュールを並列に接続させて動作させる場合でも、装置としての寿命を長くすることができる。

実施形態１に係る電力変換装置１の回路図である。 実施形態１における制御モードのブロック図である。 スイッチング素子の閾値電圧Ｖｔｈ・動作温度Ｔの関係を示すグラフの模式図である。 閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合の効果について説明するために示すゲート電圧（ゲート・ソース間電圧）Ｖｇｓの時間変化のグラフの模式図である。図４（ａ）は比較例のパワーモジュールにおいてゲート電極にゲート電圧を印加する場合のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの時間変化を示すグラフの模式図であり、図４（ｂ）は実施形態１の電力変換装置１において閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加する場合のゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの時間変化を示すグラフの模式図である。 スイッチング素子の温度とゲート・ソース間電圧Ｖｇｓの時間変化を説明するために示すグラフの模式図である。 実施形態２に係る電力変換装置２の回路図である。 実施形態２のパワーモジュールＰＭ１における初期閾値電圧測定モードのブロック図である。 実施形態２のパワーモジュールＰＭ１における初期閾値電圧測定モードを説明するために示すゲート・ソース間電圧Ｖｇｓのグラフの模式図である。 実施形態３のパワーモジュールＰＭ１における温度特性測定モードのブロック図である。 実施形態４に係る電力変換装置３の回路図である。 変形例に係る電力変換装置の初期閾値電圧測定モードを説明するために示すグラフの模式図である。 従来のパワーモジュール９００を説明するために示す図である。

以下、本発明の電力変換装置について、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、各図面は模式図であり、必ずしも実際の回路構成やグラフを厳密に反映したものではない。

［実施形態１］
１．実施形態１に係る電力変換装置１の構成
実施形態１に係る電力変換装置１は、図１に示すように、２組のパワーモジュール（スイッチング素子２００と、スイッチング素子制御回路１００とを有するパワーモジュールＰＭ１と、スイッチング素子２０２と、スイッチング素子制御回路１０２とを有するパワーモジュールＰＭ２）と、パワー回路４００とを備える。実施形態１に係る電力変換装置１は、高耐熱性・高絶縁性の樹脂やセラミックス等により形成されたパッケージで覆われている。各パワーモジュールＰＭ１（ＰＭ２）には、直流の電源電圧Ｖ_ＤＤを入力する（＋）側入力端子Ｔ１１（Ｔ２１）、接地側の（−）側入力端子Ｔ１２（Ｔ２２）、（＋）側出力端子Ｔ１３（Ｔ２３）、接地側の（−）側出力端子Ｔ１４（Ｔ２４）、駆動信号Ｐｇ（例えば、ゲートパルス）を入力する制御端子Ｔ１５（Ｔ２５）、及び、温度比較信号を入出力する端子Ｔ１６（Ｔ２６）が設けられている。

（＋）側入力端子Ｔ１１（Ｔ２１）と（−）側入力端子Ｔ１２（Ｔ２２）との間には、電源電圧Ｖ_ＤＤを印加するためのゲートドライブ用電源３００が接続されている。ゲートドライブ用電源３００は、ゲート電圧制御部１０（１２）を介してスイッチング素子２００（２０２）のゲート電極と接続されており、ゲート電極に電圧を供給する。（＋）側出力端子Ｔ１３（Ｔ２３）及び（−）側出力端子Ｔ１４（Ｔ２４）には、パワー回路４００が接続されている。すなわち、２組のパワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２は、電源電圧Ｖ_ＤＤを印加するためのゲートドライブ用電源３００と、パワー回路４００との間で並列に接続されている。

パワー回路４００は、スイッチング素子２００，２０２と直列に接続されている。パワー回路４００は、負荷抵抗４１０及び直流の駆動電源４２０を有し、負荷抵抗４１０及び直流の駆動電源４２０が（＋）側出力端子Ｔ１３，Ｔ２３と（−）側出力端子Ｔ１４，Ｔ２４との間に直列に接続されている。なお、（−）側出力端子Ｔ１４，Ｔ２４は接地されている。

各パワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２のスイッチング素子２００，２０２は、それぞれソース電極（第２電極）、ドレイン電極（第１電極）及びゲート電極（第３電極）を備えるＭＯＳＦＥＴである。スイッチング素子２００，２０２は、ゲート電極に閾値電圧を超えるゲート電圧（第３電極電圧）を印加するとオン状態となり、ゲート電圧が閾値電圧を下回るとオフ状態となる。ゲート電圧は、電源電圧Ｖ_ＤＤから供給され、ゲート電圧制御部１０，１２によって制御される。なお、スイッチング素子２００，２０２は、実施形態１においてはＭＯＳＦＥＴを用いるが、適宜のスイッチング素子を用いることができる。また、スイッチング素子２００，２０２は、ＧａＮを含む材料により形成されたものである。スイッチング素子２００，２０２においては、ＧａＮを含む場合、ゲート電極の絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さくなる。

スイッチング素子２００，２０２のドレイン電極は、（＋）側出力端子Ｔ１３，Ｔ２３を介してパワー回路４００と接続されている。スイッチング素子２００，２０２のゲート電極は、ゲート電圧制御部１０，１２と接続されている。スイッチング素子２００，２０２のソース電極は抵抗を介して（−）側出力端子Ｔ１４，Ｔ２４と接続されている。

パワーモジュールＰＭ１は、ゲート電圧制御部１０（第３電極電圧制御部）と、温度検出部２０と、温度比較部３０と、記憶部４０と、閾値電圧算出部５０とを備える（図１参照。）。

ゲート電圧制御部１０は、閾値電圧算出部５０、記憶部４０及び温度比較部３０と接続されている。ゲート電圧制御部１０は、入力された駆動信号Ｐｇに基づいてスイッチング素子２００のオン／オフを制御するためにゲート電圧を制御する。

温度検出部２０は、温度検出素子ＴＤを有し、閾値電圧算出部５０及び温度比較部３０と接続されている。温度検出素子ＴＤとしては、ダイオードやサーミスタ等適宜の温度検出素子を用いることができる。

温度比較部３０については後述する。

記憶部４０は、ゲート電圧制御部１０及び閾値電圧算出部５０と接続されている。記憶部４０においては、スイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１（あらかじめ設定した、使用するスイッチング素子２００の閾値電圧の下限値）、及び、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１（あらかじめ設定した、初期閾値電圧測定温度）を含む情報、並びに、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報が、あらかじめ記憶されている。このため、スイッチング素子２００をパワーモジュールＰＭ１に組み込んだ後に初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１、及び、初期温度Ｔ_０１を計測する必要がない。

スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報は、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度係数をαとし、動作時の閾値電圧をＶｔｈとし、初期閾値電圧をＶｔｈ_０とし_、温度検出部２０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度をＴ_１とし、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度をＴ_０としたときに、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ_１−Ｔ_０）の関係を満たす特性式である（図３参照。）。すなわち、閾値電圧Ｖｔｈとスイッチング素子２００の動作温度Ｔとの関係は、傾きが負の１次関数となっている。

閾値電圧算出部５０は、記憶部４０から、スイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１を含む情報、並びに、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報を読み取るとともに、温度検出部２０からスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１を読み取り、Ｖｔｈ_０＝Ｖｔｈ_０１、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_１，Ｔ_０＝Ｔ_０１としてＶｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ_１−Ｔ_０）の特性式に代入し、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１を算出する。

温度比較部３０は、電力変換装置１内の全てのスイッチング素子２００，２０２（スイッチング素子制御回路で制御されるすべてのスイッチング素子）の平均動作温度ａｖｅＴを算出するとともに、対応するスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとを比較する。具体的には、温度比較部３０は、温度検出部２０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１をパワーモジュールＰＭ２の温度比較部３２に送信するとともに、パワーモジュールＰＭ２の温度比較部３２から送信されたスイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２を受信して平均動作温度ａｖｅＴを算出し、平均動作温度ａｖｅＴとスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１との差を算出する。

温度比較部３０は、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１が平均動作温度ａｖｅＴよりも低い場合には、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した増加量でゲート電圧を増加させる信号をゲート電圧制御部１０に送信し、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１が平均動作温度ａｖｅＴよりも高い場合には、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した減少量でゲート電圧を減少させる信号をゲート電圧制御部１０に送信する。

パワーモジュールＰＭ２は、ゲート電圧制御部１２（第３電極電圧制御部）と、温度検出部２２と、温度比較部３２と、記憶部４２と、閾値電圧算出部５２とを備える（図１参照。）。ゲート電圧制御部１２（第３電極電圧制御部）、温度検出部２２、記憶部４２、及び、閾値電圧算出部５２の構成は、パワーモジュールＰＭ１と同様であるので説明を省略する。

温度比較部３２は、電力変換装置１内の全てのスイッチング素子２００，２０２の平均動作温度ａｖｅＴを算出するとともに、対応するスイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２と平均動作温度ａｖｅＴとを比較する。具体的には、温度比較部３２は、温度検出部２２で検出されたスイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２をパワーモジュールＰＭ１の温度比較部３０に送信するとともに、パワーモジュールＰＭ１の温度比較部３０から送信されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１を受信して平均動作温度ａｖｅＴを算出し、平均動作温度ａｖｅＴとスイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２との差を算出する。

温度比較部３２は、スイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２が平均動作温度ａｖｅＴよりも低い場合には、スイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した増加量でゲート電圧を増加させる信号をゲート電圧制御部１２に送信し、スイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２が平均動作温度ａｖｅＴよりも高い場合には、スイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した減少量でゲート電圧を減少させる信号をゲート電圧制御部１２に送信する。

スイッチング素子２００をオン状態とするとき、実施形態１に係る電力変換装置１は、ゲート電極に印加するゲート電圧を以下のようにして決定する。ここでは、パワーモジュールＰＭ１の場合について説明するが、パワーモジュールＰＭ２についても同様の動作を行う。

（１）動作時の閾値電圧算出
まず、温度検出部２０が温度検出素子ＴＤを介してスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１を検出する。
閾値電圧算出部５０は、記憶部４０から、スイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１を含む情報、並びに、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性に関する情報を読み取るとともに、温度検出部２０からスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１を読み取り、Ｖｔｈ_０＝Ｖｔｈ_０１、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_１，Ｔ_０＝Ｔ_０１としてＶｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ_１−Ｔ_０）の特性式に代入し、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１を算出する。

（２）温度比較
温度比較部３０は、電力変換装置１内の全てのスイッチング素子２００，２０２の平均動作温度ａｖｅＴを算出するとともに、対応するスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとを比較する。具体的には、温度比較部３０は、温度検出部２０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１をパワーモジュールＰＭ２の温度比較部３２に送信するとともに、パワーモジュールＰＭ２の温度比較部３２から送信されたスイッチング素子２０２の動作温度Ｔ_２を受信して平均動作温度ａｖｅＴを算出し、平均動作温度ａｖｅＴとスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１との差を算出する。

温度比較部３０は、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１が平均動作温度ａｖｅＴよりも低い場合には、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した増加量でゲート電圧を増加させる信号（ゲート電圧Ｖｇｓを補正する信号）をゲート電圧制御部１０に送信し、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１が平均動作温度ａｖｅＴよりも高い場合には、スイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した減少量でゲート電圧を減少させる信号をゲート電圧制御部１０に送信する。

ゲート電圧制御部１０は、閾値電圧算出部５０によって算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１、及び、温度比較部３０から送信された、平均動作温度ａｖｅＴとスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１との温度差に対応した増加量又は減少量でゲート電圧を増加又は減少させる信号に基づいて、閾値電圧Ｖｔｈ_１に基づき、かつ、動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した増加量又は減少量で補正したゲート電圧をゲート電極に印加する(図４(ｂ)及び図５参照。)。

なお、各パワーモジュールにおいては、逐次スイッチング素子２００，２０２の温度に追従してゲート電圧を制御してもよいし、所定時間ごとにスイッチング素子２００，２０２の動作温度を検出して動作時の閾値電圧を算出し、当該動作時の閾値電圧に基づいてゲート電圧を制御してもよい。

２．実施形態１に係る電力変換装置１の効果
実施形態１に係る電力変換装置１によれば、各スイッチング素子制御回路１００，１０２のゲート電圧制御部１０，１２は、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２を測定したときのスイッチング素子２００，２０２の初期温度Ｔ_０１，Ｔ_０２よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２から変動する場合でも、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２をわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、設計時の閾値電圧を用いてゲート電圧を制御した場合と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、スイッチング損失を小さくすることができる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、各ゲート電圧制御部１０，１２は、平均動作温度ａｖｅＴ、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて算出された閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、平均動作温度ａｖｅＴと、各スイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２との温度差に基づいてゲート電圧を制御することができる。従って、各スイッチング素子２００，２０２の動作温度にバラツキが生じた場合であっても、各スイッチング素子２００，２０２に分担される電流のバランスにバラツキが生じ難くなる。従って、高温のスイッチング素子が速く劣化することを防ぐことができ、その結果、複数のパワーモジュールを並列に接続させて動作させる場合でも、装置としての寿命を長くすることができる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、対応するスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が平均動作温度ａｖｅＴよりも低い場合に温度比較部３０,３２は、ゲート電圧を増加させる信号をゲート電圧制御部１０，１２に送信し、ゲート電圧を高くするため（図５の一点鎖線参照。）、オン抵抗が小さくなり、対応するスイッチング素子を流れる電流量が大きくなる。従って、温度が高く、流れる電流量が大きい他のスイッチング素子との電流量のバランスが取れた状態となる。従って、特定のスイッチング素子（高温のスイッチング素子）が早く劣化することを防ぐことができ、装置としての寿命を長くし易くなる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、対応するスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が平均動作温度ａｖｅＴよりも高い場合に温度比較部３０,３２は、ゲート電圧を減少させる信号をゲート電圧制御部１０，１２に送信し、ゲート電圧を低くするため（図５の破線参照。）、オン抵抗が大きくなり、対応するスイッチング素子を流れる電流量が小さくなる。従って、温度が低く、流れる電流量が小さい他のスイッチング素子との電流量のバランスが取れた状態となる。従って、特定のスイッチング素子（高温のスイッチング素子）が早く劣化することを防ぐことができ、装置としての寿命を長くし易くなる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、各温度比較部３０，３２は、対応するスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が平均動作温度ａｖｅＴよりも低い場合には、対応するスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した増加量でゲート電圧を増加させる信号をゲート電圧制御部に送信し、スイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が平均動作温度ａｖｅＴよりも高い場合には、スイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した減少量でゲート電圧を減少させる信号をゲート電圧制御部１０，１２に送信するため、対応するスイッチング素子以外のスイッチング素子との電流量の差が小さい状態となる。従って、特定のスイッチング素子（高温のスイッチング素子）が早く劣化することを確実に防ぐことができ（すなわち、スイッチング素子の寿命が揃いやすくなり）、その結果、装置としての寿命をより長くすることができる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、温度検出部２０，２２は、温度検出素子として、サーミスタを用いるため、高い精度で、かつ、簡便にスイッチング素子の動作温度を検出することができる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、閾値電圧算出部５０は、温度検出部２０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１を含む情報に基づいてスイッチング素子２００の動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１を算出し、ゲート電圧制御部１０は、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、閾値電圧算出部５０によって算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１に基づいてゲート電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１から変動する場合でも、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１をわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、その結果、スイッチング損失を小さくすることができる(パワーモジュールＰＭ２においても同様である。）。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報は、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度係数をαとし、動作時の閾値電圧をＶｔｈとし、初期閾値電圧をＶｔｈ_０とし_、温度検出部によって検出されたスイッチング素子の動作温度をＴとし、初期閾値電圧を測定したときのスイッチング素子の初期温度をＴ_０としたときに、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ−Ｔ_０）の関係を満たす特性式であるため、比較的容易にスイッチング素子２００の動作時の閾値電圧Ｖｔｈを算出することができる(パワーモジュールＰＭ２においても同様である。）。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、ＧａＮを含む材料により形成されたスイッチング素子のようにゲート電極の絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さい場合であっても、動作時の閾値電圧Ｖｔｈをわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、その結果、スイッチング損失を小さくすることができる。また、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子２００，２０２がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００，２０２のオン／オフ動作を確実に制御することができる。

また、実施形態１に係る電力変換装置１によれば、スイッチング素子２００，２０２がＧａＮを含む材料により形成されたものであるため、スイッチング素子２００，２０２のオン抵抗が低くなり、導通損失が小さい電力変換装置とすることができる。

［実施形態２］
実施形態２に係る電力変換装置２は、基本的には実施形態１に係る電力変換装置１と同様の構成を有するが、スイッチング素子制御回路の構成が異なる点で実施形態１に係る電力変換装置１の場合とは異なる。すなわち、実施形態２に係る電力変換装置２において、各スイッチング素子制御回路１００，１０２は、閾値電圧測定用電源６０，６２、スイッチング電流検出部７０，７２及びオン／オフ状態判定部８０．８２をさらに備え、スイッチング素子２００，２０２の初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２を測定する初期閾値電圧測定モードと、スイッチング素子２００，２０２のオン／オフ動作を制御する制御モードとを切り替えて実施する（図６及び図７参照。）。

ここでは、パワーモジュールＰＭ１のスイッチング素子制御回路１００について説明するが、パワーモジュールＰＭ２のスイッチング素子制御回路１０２も同様の構成を有し、同様の動作を行う。

閾値電圧測定用電源６０は、スイッチング素子２００のドレイン電極と接続されており、初期閾値電圧測定モードにおいては、閾値電圧測定用スイッチＳＷ１をオンすることにより、スイッチング素子２００のドレイン電極（第１電極）に閾値電圧測定用電流を供給する。
閾値電圧測定用スイッチＳＷ１としては、適宜のスイッチを用いることができ、例えば、フォトカプラを用いることができる。
スイッチング電流検出部（第１電極電流検出部）７０は、スイッチング素子２００のソース電極と接続され、初期閾値電圧測定モードにおいて、スイッチング素子２００のスイッチング電流（第１電極電流、ドレイン電流、ソース電流）Ｉｄを検出する。また、スイッチング電流検出部７０は、後述するオン／オフ状態判定部８０と接続されている。なお、スイッチング電流検出部７０は、スイッチング素子２００のソース電極に接続した抵抗に電流を流して電圧に変換することによって計測しているが、適宜の検出装置を用いてもよい。
オン／オフ状態判定部８０は、初期閾値電圧測定モードにおいて、スイッチング電流検出部７０から受信した検出結果に基づいてスイッチング素子２００のオン／オフ状態を判定する。オン／オフ状態判定部８０は、スイッチング電流検出部７０及びゲート電圧制御部１０と接続されている。
記憶部４０は、ゲート電圧制御部１０及び閾値電圧算出部５０だけでなく、温度検出部２０とも接続されている。

実施形態２に係る電力変換装置２において、各パワーモジュールは、以下のような動作を行う。ここでは、パワーモジュールＰＭ１の場合を例にとって説明する。
（１）初期閾値電圧測定モード
初期閾値電圧測定モードは、スイッチング素子２００の初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定するモードである。このモードは、スイッチング素子制御回路１００及びスイッチング素子２００を駆動させる前に行う。

まず、駆動電源４２０から電流供給をしない状態で閾値電圧測定用電源６０からスイッチング素子２００のドレイン電極に閾値電圧測定用の電流を供給する（図６及び図７参照。）。
次に、ゲート電圧制御部１０は、想定されている初期閾値電圧よりも低い電圧をゲート電極に印加するようにゲート電圧を制御する。このとき、スイッチング電流検出部７０によってスイッチング電流は検出されない（スイッチング電流の値が０である）ため、オン／オフ状態判定部８０は、スイッチング素子２００がオフ状態であると判定する。オン／オフ状態判定部８０によってスイッチング素子２００がオフ状態であると判定すると、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電圧が一段階高くなるようにゲート電圧を制御する(図８参照。)。

これを繰り返してゲート電圧を段階的に高くしていき（具体的には階段状に高くしていき）、スイッチング電流検出部７０によってスイッチング電流が検出されたとき（スイッチング電流の値が０でなくなったとき）、オン／オフ状態判定部８０は、スイッチング素子２００がオン状態であると判定する。このとき、温度検出部２０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度を初期温度Ｔ_０１として記憶部４０へ送信するとともに、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電極に印加したゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１として記憶部４０へ送信する。そして、記憶部４０では、当該ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１として記憶する。

（２）制御モード
制御モードにおいては、スイッチング素子２００をオン状態とするときに、初期閾値電圧測定モードにおいて測定された初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１及びスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１、温度検出部２０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１、あらかじめ記憶部４０に記憶されているスイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報（温度係数α）に基づいて（Ｖｔｈ_１＝Ｖｔｈ_０１−α（Ｔ_１−Ｔ_０１）の特性式に代入して）動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１を算出し、ゲート電圧制御部１０は、閾値電圧算出部５０によって算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１、及び、平均動作温度ａｖｅＴとスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１との温度差に対応した増加量又は減少量でゲート電圧を増加又は減少させる信号に基づいて、閾値電圧Ｖｔｈ_１に基づき（図４（ｂ）参照。）、かつ、動作温度Ｔ_１と平均動作温度ａｖｅＴとの温度差に対応した増加量又は減少量で補正したゲート電圧をゲート電極に印加する。

このように、実施形態２に係る電力変換装置２は、スイッチング素子制御回路の構成が異なる点で実施形態１に係る電力変換装置１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電力変換装置１の場合と同様に、各スイッチング素子制御回路１００，１０２のゲート電圧制御部１０，１２は、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２を測定したときのスイッチング素子２００，２０２の初期温度Ｔ_０１，Ｔ_０２よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２から変動する場合でも、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２をわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、設計時の閾値電圧を用いて第３電極電圧を制御した場合と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、スイッチング損失を小さくすることができる。

また、実施形態２に係る電力変換装置２によれば、ゲート電圧制御部１０，１２は、平均動作温度ａｖｅＴ、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて算出された閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、平均動作温度ａｖｅＴと、対応するスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２との温度差に基づいてゲート電圧を制御することができる。各スイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２にバラツキが生じた場合であっても、各スイッチング素子２００，２０２に分担される電流のバランスにバラツキが生じ難くなる。従って、高温のスイッチング素子が速く劣化することを防ぐことができ、その結果、複数のパワーモジュールを並列に接続させて動作させる場合でも、装置としての寿命を長くすることができる。

また、実施形態２に係る電力変換装置２によれば、初期閾値電圧測定モードにおいて、各スイッチング素子２００，２０２の実際の閾値電圧を測定することができるため、実際の閾値電圧がスイッチング素子の製造バラツキによって設計上の閾値電圧から変動していた場合でも、スイッチング素子２００，２０２をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができる。従って、スイッチング素子２００，２０２のオン／オフ動作を制御するために閾値電圧を大きく超えるゲート電圧をスイッチング素子２００，２０２のゲート電極に印加する場合（比較例。図４（ａ）参照。）と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができるため、スイッチング速度を速くすることができ、その結果、スイッチング損失を小さくすることができる。

また、実施形態２に係る電力変換装置２によれば、上記したようにスイッチング素子２００，２０２をオン状態とするときに、実際の閾値電圧に基づいて実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができるため、実際の閾値電圧がスイッチング素子２００の製造バラツキによって設計上の閾値電圧よりも高くなる方向に変動していた場合であっても、実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができる。従って、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子２００，２０２がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００のオン／オフ動作を確実に制御することができる。
特に、スイッチング素子２００，２０２が（ＧａＮを含む場合のように）ゲート電極の絶対最大定格電圧と閾値電圧との差が小さい場合であっても、実際の閾値電圧をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加することができるため、閾値電圧（設計上の閾値電圧）をわずかに超えるゲート電圧をゲート電極に印加してもスイッチング素子２００，２０２がオン状態にならない現象が発生することを防ぐことができ、その結果、スイッチング素子２００，２０２のオン／オフ動作を確実に制御することができる。

また、実施形態２に係る電力変換装置２によれば、初期閾値電圧測定モードにおいて、実際の閾値電圧を測定することができ、制御モードにおいては、スイッチング素子をオン状態とするときに、実際の閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電極に印加するゲート電圧を制御することができるため、スイッチング素子２００，２０２を大量生産したとしても、スイッチング素子制御回路１００，１０２にスイッチング素子２００，２０２を接続する前に、製造されたスイッチング素子それぞれの閾値電圧を測定する必要がない。従って、作業が煩雑にならず、生産性を高くすることが容易となる。

また、実施形態２に係る電力変換装置２によれば、ゲート電圧制御部１０、１２は、初期閾値電圧測定モードにおいては、ゲート電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるようにゲート電圧を制御するため、スイッチング素子２００，２０２の閾値電圧を効率的に、かつ、確実に測定することができる。

なお、実施形態２に係る電力変換装置２は、スイッチング素子制御回路の構成が異なる点以外の点においては実施形態１に電力変換装置１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電力変換装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。

［実施形態３］
実施形態３に係る電力変換装置（図示せず。）は、基本的には実施形態２に係る電力変換装置２と同様の構成を有するが、温度特性算出部をさらに備える点で実施形態２に係る電力変換装置２の場合とは異なる。実施形態３に係る電力変換装置において、各スイッチング素子制御回路は、図９に示すように、制御モードを所定時間実施した後に、スイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードを実施する。
なお、ここでは、説明を簡便なものとするために、パワーモジュールＰＭ１のスイッチング素子制御回路１００についてのみ説明するが、パワーモジュールＰＭ２のスイッチング素子制御回路１０２も同様の構成を有し、同様の動作を行う。

温度特性算出部９０は、温度検出部２０及び記憶部４０と接続されており、スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する。

温度特性測定モードにおいては、以下のような動作を行う。
制御モードを所定時間実施した後に、駆動電源４２０から電流供給をしない状態で閾値電圧測定用電源６０からスイッチング素子２００のドレイン電極に閾値電圧測定用の電流を供給する（図９参照。）。
次に、ゲート電圧制御部１０は、想定されている（動作時の）閾値電圧よりも低い電圧をゲート電極に印加するようにゲート電圧を制御する。このとき、スイッチング電流検出部７０によってスイッチング電流は検出されない（スイッチング電流の値が０である）ため、オン／オフ状態判定部８０は、スイッチング素子２００がオフ状態であると判定する。オン／オフ状態判定部８０によってスイッチング素子２００がオフ状態であると判定すると、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電圧が一段階高くなるようにゲート電圧を制御する(図８参照。)。
これを繰り返してゲート電圧が段階的に高くなるように（具体的には階段状に高くなるように）していき、スイッチング電流検出部７０によってスイッチング電流が検出されたとき（スイッチング電流の値が０でなくなったとき）、オン／オフ状態判定部８０は、スイッチング素子２００がオン状態であると判定する。このとき、温度検出部２０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_Ｍを記憶部４０へ送信し、記憶部４０が記憶する。また、ゲート電圧制御部１０は、ゲート電極に印加したゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ_Ｍとして記憶部４０へ送信し、記憶部４０は、当該ゲート・ソース間電圧Ｖｇｓを温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ_Ｍとして記憶する。

次に、温度特性算出部９０は、記憶部４０から、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１及び温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ_Ｍを含む情報を読み取るとともに、温度特性測定モードにおいて温度検出部２０から検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_Ｍを読み取り、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ−Ｔ_０）の特性式にＶｔｈ＝Ｖｔｈ_Ｍ、及び、Ｔ＝Ｔ_Ｍをそれぞれ代入して、温度特性（具体的には温度係数α）を算出する。算出された温度係数αは記憶部４０に記憶される。

制御モードにおいては、閾値電圧算出部５０は、温度特性測定モードで算出された温度係数α、温度検出部２０で検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ、記憶部４０に記憶されている初期閾値電圧Ｖｔｈ_０及び初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０１に基づいて閾値電圧Ｖｔｈ_１を算出する。

このように、実施形態３に係る電力変換装置は、温度特性算出部をさらに備える点で実施形態２に係る電力変換装置２の場合とは異なるが、実施形態２に係る電力変換装置２の場合と同様に、各スイッチング素子制御回路１００，１０２のゲート電圧制御部１０，１２は、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２を測定したときのスイッチング素子２００，２０２の初期温度Ｔ_０１，Ｔ_０２よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２から変動する場合でも、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２をわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、設計時の閾値電圧を用いて第３電極電圧を制御した場合と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、スイッチング損失を小さくすることができる。

また、実施形態３に係る電力変換装置によれば、ゲート電圧制御部１０，１２は、平均動作温度ａｖｅＴ、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度に基づいて算出された閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、平均動作温度ａｖｅＴと、対応するスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２との温度差に基づいてゲート電圧を制御することができる。各スイッチング素子２００，２０２の動作温度にバラツキが生じた場合であっても、各スイッチング素子２００，２０２に分担される電流のバランスにバラツキが生じ難くなる。従って、高温のスイッチング素子が速く劣化することを防ぐことができ、その結果、複数のパワーモジュールを並列に接続させて動作させる場合でも、装置としての寿命を長くすることができる。

また、実施形態３に係る電力変換装置によれば、温度特性算出部９０は、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１を測定したときのスイッチング素子２００の初期温度Ｔ_０、温度特性測定モードにおいて、温度検出部２０によって検出されたスイッチング素子２００の動作温度Ｔ_１、温度特性測定時閾値電圧Ｖｔｈ_Ｍを含む情報に基づいてスイッチング素子２００における閾値電圧の温度特性を算出するため、実際の温度特性がスイッチング素子２００の製造バラツキによって設計上の温度特性から変動していた場合であっても、動作時の閾値電圧を正確に算出することができる。従って、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１をわずかに超える電圧を正確にゲート電極に印加することができる。従って、ターンオン期間及びターンオフ期間を確実に短くすることができ、その結果、スイッチング損失を確実に小さくすることができる(パワーモジュールＰＭ２においても同様である。）。

なお、実施形態３に係る電力変換装置は、温度特性算出部をさらに備える点以外の点においては実施形態２に係る電力変換装置２と同様の構成を有するため、実施形態２に係る電力変換装置２が有する効果のうち該当する効果を有する。

［実施形態４］
実施形態４に係る電力変換装置３は、基本的には実施形態１に係る電力変換装置１と同様の構成を有するが、温度比較部の構成が実施形態１に係る電力変換装置１の場合とは異なる。すなわち、実施形態４に係る電力変換装置３において、温度比較部は、各パワーモジュール（スイッチング素子制御回路）毎に設けられておらず、電力変換装置内に１つだけ設けられている（図１０参照。）。

温度比較部５００は、各パワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２のスイッチング素子２００，２０２の動作温度を受信して、電力変換装置内の全てのスイッチング素子の平均動作温度ａｖｅＴを算出するとともに、対応するスイッチング素子２００，２０２の動作温度と平均動作温度ａｖｅＴとを比較し、比較した結果を各パワーモジュールＰＭ１，ＰＭ２のゲート電圧制御部１０，１２へそれぞれ送信する。

このように、実施形態４に係る電力変換装置３は、温度比較部の構成が実施形態１に係る電力変換装置１の場合とは異なるが、実施形態１に係る電力変換装置１の場合と同様に、各スイッチング素子制御回路１００，１０２のゲート電圧制御部１０，１２は、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度Ｔ_１，Ｔ_２に基づいて算出された動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、動作時のスイッチング素子２００，２０２の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２を測定したときのスイッチング素子２００，２０２の初期温度Ｔ_０１，Ｔ_０２よりも高くなることに起因して動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２が初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１，Ｖｔｈ_０２から変動する場合でも、動作時の閾値電圧Ｖｔｈ_１，Ｖｔｈ_２をわずかに超える電圧をゲート電極に印加することができる。従って、設計時の閾値電圧を用いて第３電極電圧を制御した場合と比較して、ターンオン期間及びターンオフ期間を短くすることができ、スイッチング損失を小さくすることができる。

また、実施形態４に係る電力変換装置３によれば、ゲート電圧制御部１０，１２は、平均動作温度ａｖｅＴ、温度検出部２０，２２で検出されたスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２、及び、当該動作温度に基づいて算出された閾値電圧を含む情報に基づいてゲート電圧を制御するため、平均動作温度ａｖｅＴと、対応するスイッチング素子の動作温度Ｔ_１，Ｔ_２との温度差に基づいてゲート電圧を制御することができる。各スイッチング素子２００，２０２の動作温度にバラツキが生じた場合であっても、各スイッチング素子２００，２０２に分担される電流のバランスにバラツキが生じ難くなる。従って、高温のスイッチング素子が速く劣化することを防ぐことができ、その結果、複数のパワーモジュールを並列に接続させて動作させる場合でも、装置としての寿命を長くすることができる。

また、実施形態４に係る電力変換装置３によれば、電力変換装置内の全てのスイッチング素子の平均動作温度を算出するとともに、対応するスイッチング素子の動作温度と平均動作温度とを比較する温度比較部を備えるため、各パワーモジュール毎に温度比較部を備えた場合よりも接地面積が小さくて済み、小型化が可能となる。

なお、実施形態４に係る電力変換装置３は、温度比較部の構成以外の点においては実施形態１に係る電力変換装置１と同様の構成を有するため、実施形態１に係る電力変換装置１が有する効果のうち該当する効果を有する。

以上、本発明を上記の実施形態に基づいて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではない。その趣旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

（１）上記実施形態において記載した構成要素の数等は例示であり、本発明の効果を損なわない範囲において変更することが可能である。

（２）上記各実施形態においては、２組のパワーモジュールを備えることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。３組以上のパワーモジュールを備えてもよい。

（３）上記各実施形態においては、スイッチング素子の動作温度と平均動作温度との温度差に対応した増加量（減少量）でゲート電圧を増加させる信号をゲート電圧制御部に送信することとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子の動作温度と平均動作温度との温度差に対応した増加量（減少量）以外の要素を用いて決定された増加量（減少量）でゲ―ト電圧を増加（減少）させる信号をゲート電圧制御部に送信してもよい。

（４）上記実施形態３においては、各スイッチング素子制御回路が初期閾値電圧測定モード、制御モード及び温度特性測定モードを実施する電力変換装置としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、各スイッチング素子制御回路が初制御モード及び温度特性測定モードのみを実施する電力変換装置であってもよい。このとき、初期閾値電圧Ｖｔｈ_０１、Ｖｔｈ_０２及び初期温度Ｔ_０１，Ｔ_０２はあらかじめ記憶部に記憶されている。

（５）上記各実施形態においては、スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報は、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ−Ｔ_０）の関係を満たす特性式であるとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報を、別の特性式としてもよいし、あらかじめ記憶部に記憶された温度−閾値電圧の関係（１対１）を示すデータであるとしてもよい。

（６）上記各実施形態においては、初期閾値電圧定モードにおいて、ゲート電圧制御部は、ゲート電圧が時間経過に伴って階段状に高くなるようにゲート電圧を制御したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ゲート電圧制御部は、ゲート電圧が時間経過に伴って振幅の大きなパルスとなるパルス状の電圧になるようにゲート電圧を制御してもよい（図１１参照。）。

（７）上記各実施形態において、各パワーモジュールが１つのスイッチング素子を備えることとしたが、本発明はこれに限定されるものではない。パワーモジュールが複数のスイッチング素子を備えてもよい。この場合、パワーモジュールは当該複数のスイッチング素子を制御してもよい。

（８）上記各実施形態において、スイッチング素子は、ＧａＮを含む材料により形成されたものであるが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子は、ＳｉＣやＧａ_２Ｏ_３等のワイドギャップ半導体を含む材料や、シリコンを含む材料により形成されたものであってもよい。

（９）上記実施形態においては、スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴを用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。スイッチング素子として、ＭＯＳＦＥＴ以外のスイッチング素子(例えば、ＨＥＭＴ、ＩＧＢＴ等)を用いてもよい。

（１０）上記各実施形態において、パワーモジュールの制御回路とパワー回路とを別々の半導体基体に形成してもよいし、パワーモジュールの制御回路とパワー回路とを同一の半導体基体に形成してもよい。また、スイッチング素子とスイッチング素子以外の回路部とを別々の半導体基体に形成してもよいし、スイッチング素子（例えば、ＧａＮの横型構造の半導体素子）とスイッチング素子以外の回路部とを同一の半導体基体に形成してもよい。

１，２，３…電力変換装置、１０，１２，９１０…ゲート電圧制御部、２０，２２…温度検出部、３０，３２，５００…温度比較部、４０、４２…記憶部、５０、５２…閾値電圧算出部、６０、６２…閾値電圧測定用電源、７０、７２…スイッチング電流検出部、８０、８２…オン／オフ状態判定部、９０…温度特性算出部、１００，１０２…スイッチング素子制御回路、２００，２０２，８００…スイッチング素子、３００…ゲートドライブ用電源、４００…パワー回路、４１０…負荷抵抗、４２０…駆動電源、ＰＭ１，ＰＭ２，９００…パワーモジュール、Ｔ_０，Ｔ_０１，Ｔ_０２…初期温度、Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_Ｍ…動作温度、Ｔ１１，Ｔ２１…（＋）側入力端子、Ｔ１２，Ｔ２２…（−）側入力端子、Ｔ１３，Ｔ２３…（＋）側出力端子、Ｔ１４，Ｔ２４…（−）側出力端子、Ｔ１５，Ｔ２５…制御端子、Ｔ１６，Ｔ２６…端子、Ｖ_ＤＤ…電源電圧、Ｖｔｈ…閾値電圧、Ｖｔｈ_０、Ｖｔｈ_０１、Ｖｔｈ_０２…初期閾値電圧、Ｖｔｈ_１、Ｖｔｈ_２…（動作時の）閾値電圧、Ｖｔｈ_Ｍ…温度特性測定時閾値電圧、ａｖｅＴ…平均動作温度、α…温度係数

Claims (12)

1. 第１電極、第２電極、及び、第３電極を有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部、及び、前記スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出部を有するスイッチング素子制御回路と、を有するパワーモジュールを２組以上備える電力変換装置であって、
   前記パワーモジュールは互いに並列に接続されており、
   前記スイッチング素子制御回路はそれぞれ、
   前記電力変換装置内の全ての前記スイッチング素子の平均動作温度を算出するとともに、対応する前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度とを比較する温度比較部をさらに有し、
   前記第３電極電圧制御部は、前記平均動作温度、前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の動作温度、及び、当該動作温度に基づいて算出された、前記第３電極電圧の動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記温度比較部は、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも低い場合には、前記第３電極電圧を増加させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信し、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも高い場合には、前記第３電極電圧を減少させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記温度比較部は、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも低い場合には、前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度との温度差に対応した増加量で前記第３電極電圧を増加させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信し、前記スイッチング素子の動作温度が前記平均動作温度よりも高い場合には、前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度との温度差に対応した減少量で前記第３電極電圧を減少させる信号を前記第３電極電圧制御部に送信することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記温度検出部においては、温度検出素子として、サーミスタを用いることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電力変換装置。
5. 前記各スイッチング素子制御回路は、
   前記スイッチング素子の初期閾値電圧、及び、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度を含む情報、並びに、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報を記憶する記憶部と、
   前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、前記スイッチング素子の初期閾値電圧、及び、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度を含む情報、並びに、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報に基づいて前記スイッチング素子の動作時の閾値電圧を算出する閾値電圧算出部とをさらに有し、
   前記第３電極電圧制御部は、当該動作温度に基づいて算出された動作時の閾値電圧として、前記閾値電圧算出部によって算出された前記動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
6. 前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性に関する情報は、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度係数をαとし、動作時の閾値電圧をＶｔｈとし、前記初期閾値電圧をＶｔｈ_０とし_、前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度をＴとし、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度をＴ_０としたときに、Ｖｔｈ＝Ｖｔｈ_０−α（Ｔ−Ｔ_０）の関係を満たす特性式であることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記各スイッチング素子制御回路は、対応する前記スイッチング素子の前記初期閾値電圧を測定する初期閾値電圧測定モードと、対応する前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードとを実施するスイッチング素子制御回路であって、
   前記各スイッチング素子制御回路は、
   前記スイッチング素子の前記第１電極に閾値電圧測定用電流を供給する閾値電圧測定用電源と、
   前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部と、
   前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部とをさらに有し、
   前記初期閾値電圧測定モードにおいて、
   前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、
   前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部で検出された前記第１電極電流に基づいて前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、
   前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記スイッチング素子の温度を記憶するとともに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の前記初期閾値電圧として記憶することを特徴とする請求項５又は６に記載の電力変換装置。
8. 前記各スイッチング素子制御回路は、前記制御モードを所定時間実施した後に、前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードをさらに実施するスイッチング素子制御回路であって、
   前記各スイッチング素子制御回路は、
   前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する温度特性算出部をさらに有し、
   前記温度特性測定モードにおいて、
   前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、
   前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部で検出された前記第１電極電流に基づいて前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、
   前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記スイッチング素子の前記動作温度を記憶するとともに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の温度特性測定時閾値電圧として記憶し、
   前記温度特性算出部は、前記初期閾値電圧、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度、前記温度特性測定モードにおいて前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、及び、前記温度特性測定時閾値電圧を含む情報に基づいて前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出することを特徴とする請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記各スイッチング素子制御回路は、対応する前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御する制御モードを所定時間実施した後に、対応する前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を測定する温度特性測定モードを実施するスイッチング素子制御回路であって、
   前記スイッチング素子の前記第１電極に閾値電圧測定用電流を供給する閾値電圧測定用電源と、
   前記スイッチング素子を流れる第１電極電流を検出する第１電極電流検出部と、
   前記スイッチング素子のオン／オフ状態を判定するオン／オフ状態判定部と、
   前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出する温度特性算出部とをさらに備え、
   前記温度特性測定モードにおいては、
   前記第３電極電圧制御部は、前記第３電極電圧が段階的に高くなるように前記第３電極電圧を制御し、
   前記オン／オフ状態判定部は、前記第１電極電流検出部で検出された前記第１電極電流に基づいて前記スイッチング素子がオンしたか否かを判定し、
   前記記憶部は、前記オン／オフ状態判定部によって前記スイッチング素子がオン状態になったことを判定したときに、前記第３電極に印加した前記第３電極電圧を前記スイッチング素子の温度特性測定時閾値電圧として記憶し、
   前記温度特性算出部は、前記初期閾値電圧、前記初期閾値電圧を測定したときの前記スイッチング素子の初期温度、前記温度特性測定モードにおいて前記温度検出部によって検出された前記スイッチング素子の前記動作温度、及び、前記温度特性測定時閾値電圧を含む情報に基づいて前記スイッチング素子における閾値電圧の温度特性を算出することを特徴とする請求項５又は６に記載の電力変換装置。
10. 前記スイッチング素子は、ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ又はＨＥＭＴであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の電力変換装置。
11. 前記スイッチング素子は、ＧａＮ、ＳｉＣ又はＧａ_２Ｏ_３を含む材料により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の電力変換装置。
12. 第１電極、第２電極、及び、第３電極を有するスイッチング素子と、前記スイッチング素子のオン／オフ動作を制御するために第３電極電圧を制御する第３電極電圧制御部、及び、前記スイッチング素子の動作温度を検出する温度検出部を有するスイッチング素子制御回路と、を有するパワーモジュールを２組以上備える電力変換装置であって、
    前記パワーモジュールは互いに並列に接続されており、
    前記電力変換装置は、
    前記電力変換装置内の全ての前記スイッチング素子の平均動作温度を算出するとともに、対応する前記スイッチング素子の動作温度と前記平均動作温度とを比較する温度比較部をさらに備え、
    前記第３電極電圧制御部は、前記平均動作温度、前記温度検出部で検出された前記スイッチング素子の動作温度、及び、当該動作温度に基づいて算出された、前記第３電極電圧の動作時の閾値電圧を含む情報に基づいて前記第３電極電圧を制御することを特徴とする電力変換装置。

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