JP6407366B1 - Power converter - Google Patents
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Abstract
【課題】ＤＣ／ＤＣコンバータに設けられたスイッチング素子の異常を確実に検知する。
【解決手段】電力変換器はＤＣ／ＤＣコンバータ１０と制御部２４とを備え、制御部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧が過電圧か否かを検知し（Ｓ００２）、過電圧を検知した場合に、過電圧の検知結果を用いて、通常の動作中に過電圧になった回数を異常判定カウンタでカウントし（Ｓ００５）、異常判定カウンタのカウント値が閾値以上の場合に、スイッチング素子が異常であると判定し（Ｓ００６，Ｓ００７）、一方、過電圧でないと検知した場合に、直流電源から入力される入力電流ＩＬが入力閾値未満になる回数を正常判定カウンタでカウントし（Ｓ０１６）、正常判定カウンタのカウント値が閾値以上の場合に、スイッチング素子が正常であると判定する（Ｓ０１７，Ｓ０１８）。
【選択図】図２An abnormality of a switching element provided in a DC / DC converter is reliably detected.
A power converter includes a DC / DC converter and a control unit. The control unit detects whether or not the output voltage of the DC / DC converter is overvoltage (S002), and detects the overvoltage. In this case, using the detection result of the overvoltage, the number of times of overvoltage during normal operation is counted by the abnormality determination counter (S005), and the switching element is abnormal when the count value of the abnormality determination counter is greater than or equal to the threshold value. On the other hand, when it is determined that there is no overvoltage, the normal determination counter counts the number of times the input current IL input from the DC power source is less than the input threshold value (S016). When the count value is equal to or greater than the threshold, it is determined that the switching element is normal (S017, S018).
[Selection] Figure 2
Description
この発明は電力変換器に関し、特に、故障検知が可能な電力変換器に関するものである。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a power converter capable of detecting a failure.
近年、電力変換器を搭載した車両が開発されている。 In recent years, vehicles equipped with power converters have been developed.
特許文献１には、電力変換器として、昇圧装置が記載されている。特許文献１に記載の昇圧装置は、例えば、車両の運転者の手動操舵力を補助するためのアシストトルクをモータから出力させる電動パワーステアリング装置に設けられている。電動パワーステアリング装置は、モータとモータ駆動部とを備えている。モータ駆動部は、複数のスイッチング素子から構成されたブリッジ回路を有し、昇圧装置から供給される直流電力に基づき、ＰＷＭ制御により、各スイッチング素子をオン／オフ駆動させ、モータの各相への通電を順次転流させる。 Patent Document 1 describes a booster device as a power converter. The booster described in Patent Literature 1 is provided, for example, in an electric power steering device that outputs an assist torque for assisting a manual steering force of a vehicle driver from a motor. The electric power steering apparatus includes a motor and a motor drive unit. The motor drive unit has a bridge circuit composed of a plurality of switching elements, drives each switching element on / off by PWM control based on the DC power supplied from the booster, and supplies the motor to each phase. The energization is commutated sequentially.
特許文献１においては、電源に接続されて電源電圧が印加されるコイルから出力される電流の平均値が所定値以下である場合に、前記コイルに流れる電流の検出結果に基づき、回生動作は正常であるか否か、或いは、異常であるか否かを診断する診断手段を備えている。前記診断手段は、前記コイルに流れる電流が０をまたぐ場合に、回生動作は正常であると診断する。特許文献１では、上アームのスイッチング素子がオフ故障となった場合、リアクトル電流が０をまたぐことがなくなること、すなわち、回生方向に電流が流れなくなることを利用している。 In Patent Document 1, when the average value of the current output from the coil connected to the power source and applied with the power source voltage is not more than a predetermined value, the regenerative operation is normal based on the detection result of the current flowing through the coil. It is provided with a diagnostic means for diagnosing whether or not it is abnormal or not. The diagnostic means diagnoses that the regenerative operation is normal when the current flowing through the coil crosses zero. Patent Document 1 utilizes the fact that when the switching element of the upper arm becomes an off-failure, the reactor current does not cross 0, that is, the current does not flow in the regeneration direction.
特許文献２には、入力された電力の電圧を調節する昇降圧コンバータと電動機を回転させるインバータとを備えた車両が提案されている。ここで、昇降圧コンバータは、上アームと下アームと称されるスイッチング素子を有するチョッパ回路からなり、下アームをオンしてバッテリの低電圧の電力を入力し高電圧の電力に昇圧して電動機に出力し、且つ、上アームをオンして電動機の回生運転により生じる高電圧の電力を入力し低電圧の電力に降圧してバッテリに出力する。 Patent Document 2 proposes a vehicle including a buck-boost converter that adjusts the voltage of input electric power and an inverter that rotates an electric motor. Here, the step-up / step-down converter is composed of a chopper circuit having switching elements called an upper arm and a lower arm. The lower arm is turned on to input low-voltage power of the battery and boost it to high-voltage power. In addition, the upper arm is turned on, high voltage power generated by the regenerative operation of the motor is input, the voltage is stepped down to low voltage power, and output to the battery.
特許文献２では、昇降圧コンバータの電動機側の電圧がしきい値を超えたときには、該電圧がしきい値以下に回復するように、昇降圧コンバータと電動機とを制御する。また、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が一定期間内にしきい値を超えた回数が基準回数未満のときには、該電圧がしきい値以下に回復したあと、電動機と蓄電手段との間で電力がやり取りされるよう、昇降圧コンバータと電動機とを制御する。一方、昇降圧コンバータの電動機側の電圧が一定期間内にしきい値を超えた回数が基準回数以上のときには、電動機による蓄電手段の充電を禁止した状態で蓄電手段の放電を伴って該蓄電手段の電力により電動機が運転されるよう、昇降圧コンバータと電動機とを制御する。特許文献２では、昇降圧コンバータの上アームがオフ故障となった場合に、回生動作が行われると、出力側から入力側に電力を送ることができずに、出力電圧が上昇することを利用している。 In Patent Document 2, when the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds a threshold value, the buck-boost converter and the motor are controlled so that the voltage recovers below the threshold value. When the number of times that the voltage on the motor side of the buck-boost converter exceeds the threshold value within a certain period is less than the reference number, after the voltage recovers below the threshold value, the electric power is transferred between the motor and the storage means. The buck-boost converter and the electric motor are controlled so that they are exchanged. On the other hand, when the number of times that the voltage on the motor side of the step-up / down converter exceeds the threshold value within a certain period is equal to or more than the reference number, charging of the power storage means by the motor is prohibited and the power storage means is discharged in a state where charging of the power storage means is prohibited. The buck-boost converter and the electric motor are controlled so that the electric motor is operated by electric power. In Patent Document 2, if the regenerative operation is performed when the upper arm of the buck-boost converter has an off failure, the output voltage rises without being able to send power from the output side to the input side. doing.
しかしながら、特許文献１の方法では、正常動作中での故障検知について、リアクトル電流のボトム値もしくはピーク値を必要としているため、リアクトル電流をスイッチング１周期に対して十分に速い周期でサンプリングしなければ、上アームのオフ故障を検知することができない。また、特許文献２の方法では、一定期間で過電圧の判定回数がリセットされるが、一定期間内に回生動作が基準回数以上行われない場合には、上アームのオフ故障を検知することができない。 However, since the method of Patent Document 1 requires the bottom value or peak value of the reactor current for failure detection during normal operation, the reactor current must be sampled at a sufficiently fast cycle with respect to one switching cycle. The upper arm off failure cannot be detected. Further, in the method of Patent Document 2, the number of overvoltage determinations is reset in a certain period, but when the regenerative operation is not performed more than the reference number within a certain period, it is not possible to detect an off failure of the upper arm. .
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、リアクトル電流を速い周期でサンプリングする必要はなく、且つ、一定期間内の回生動作の回数を規定する必要もなく、過電圧の検出とリアクトル電流の平均値の検出とを行うことで、半導体スイッチング素子の異常を確実に検知することが可能な、電力変換器を得ることを目的としている。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and it is not necessary to sample the reactor current at a fast cycle, and it is not necessary to specify the number of regenerative operations within a certain period. It is an object to obtain a power converter capable of reliably detecting an abnormality of a semiconductor switching element by detecting the average value of the reactor current.
この発明は、直流電源と回生動作可能な負荷との間に接続され、内部にスイッチング素子を備えた、ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が過電圧か否かを検知する過電圧検知部と、前記過電圧検知部が前記過電圧を検知した場合に、前記過電圧検知部の前記過電圧の検知結果を用いて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが通常動作中に前記過電圧になった回数をカウントする異常判定カウンタと、前記異常判定カウンタのカウント値が予め設定された異常カウント閾値以上の場合に、前記スイッチング素子が異常であると判定する異常判定部と、前記過電圧検知部が前記過電圧でないと検知した場合に、前記直流電源から入力される入力電流または入力電力の値が予め設定された入力閾値未満になる回数をカウントする正常判定カウンタと、前記正常判定カウンタのカウント値が予め設定された正常カウント閾値以上の場合に、前記スイッチング素子が正常であると判定する正常判定部とを備えた、電力変換器である。 The present invention includes a DC / DC converter that is connected between a DC power source and a load capable of regenerative operation and includes a switching element therein, and a control unit that controls the operation of the DC / DC converter, The control unit uses an overvoltage detection unit that detects whether or not the output voltage of the DC / DC converter is an overvoltage, and the detection result of the overvoltage of the overvoltage detection unit when the overvoltage detection unit detects the overvoltage. An abnormality determination counter that counts the number of times that the DC / DC converter has become the overvoltage during normal operation, and when the count value of the abnormality determination counter is equal to or greater than a preset abnormality count threshold, An input current that is input from the DC power supply when the abnormality determination unit that determines that there is an abnormality and the overvoltage detection unit detects that it is not the overvoltage Or a normal determination counter that counts the number of times the input power value falls below a preset input threshold value, and the switching element is normal when the count value of the normal judgment counter is greater than or equal to a preset normal count threshold value. It is a power converter provided with the normality determination part determined to be.
この発明に係る電力変換器によれば、過電圧の検出とリアクトル電流の平均値の検出とを行うことで、リアクトル電流を速い周期でサンプリングする必要はなく、且つ、一定期間内の回生動作の回数を規定する必要もなく、半導体スイッチング素子の異常を確実に検知することができる。 According to the power converter of the present invention, it is not necessary to sample the reactor current at a fast cycle by detecting overvoltage and detecting the average value of the reactor current, and the number of regenerative operations within a certain period. Therefore, it is possible to reliably detect an abnormality in the semiconductor switching element.
以下、この発明に係る電力変換器を、好適な実施の形態に従って、図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素または相当する要素には同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。 Hereinafter, the power converter concerning this invention is explained using a drawing according to a suitable embodiment. In the description of the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換器の構成を示した概略構成図である。図１に示すように、電力変換器は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０には、入力平滑コンデンサ１と、平滑リアクトル２と、半導体スイッチング素子３，４と、出力平滑コンデンサ５と、リアクトル電流検出回路２３とが設けられている。
Embodiment 1 FIG.
1 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a power converter according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the power converter includes a DC /
以下、図１の電力変換器の構成について詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the power converter of FIG. 1 will be described in detail.
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力端には、バッテリ１１と入力電圧検出回路２１とが並列に接続されている。バッテリ１１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に直流電力を入力する直流電源を構成している。バッテリ１１は、放電／充電が可能な蓄電装置から構成される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端には、モータ駆動部１２と出力電圧検出回路２２とが並列に接続されている。また、モータ駆動部１２の出力側には、モータ１３が接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、バッテリ１１の低電圧の電力を、モータ１３を駆動するための高電圧の電力に変換して、モータ駆動部１２に出力する。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、モータ１３の回生動作により生じる高電圧の電力を低電圧の電力に変換してバッテリ１１を充電する。
A
入力電圧検出回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に入力される入力電圧Ｖｉｎを検出する。また、出力電圧検出回路２２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを検出する。リアクトル電流検出回路２３は、平滑リアクトル２に流れるリアクトル電流ＩＬを検出する。
The input
モータ駆動部１２は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が出力した高電圧の直流電力を交流電力に変換してモータ１３に供給することで、モータ１３を駆動する。モータ駆動部１２は、内部にスイッチング素子を有し、制御部２４の制御により当該スイッチング素子がオン／オフ動作することで、直流／交流変換を行う。モータ駆動部１２は、例えば、インバータ回路から構成される。
The
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のバッテリ１１側の入力端には、入力平滑コンデンサ１が設けられている。入力平滑コンデンサ１の正極は、リアクトル電流検出回路２３と平滑リアクトル２から構成される直列回路の一端に接続されている。当該直列回路の他端は、半導体スイッチング素子３のドレイン端子に接続されている。また、入力平滑コンデンサ１の負極は、半導体スイッチング素子３のソース端子に接続されている。
An input smoothing capacitor 1 is provided at the input end of the DC /
また、半導体スイッチング素子４のソース端子は、半導体スイッチング素子３のドレイン端子に接続されている。半導体スイッチング素子４のドレイン端子は、出力平滑コンデンサ５の正極に接続されている。出力平滑コンデンサ５の負極は、半導体スイッチング素子３のソース端子に接続されている。
The source terminal of the semiconductor switching element 4 is connected to the drain terminal of the semiconductor switching element 3. The drain terminal of the semiconductor switching element 4 is connected to the positive electrode of the
制御部２４は、入力電圧検出回路２１、出力電圧検出回路２２、および、リアクトル電流検出回路２３からの各信号に基づいて、半導体スイッチング素子３および半導体スイッチング素子４のゲート信号を作り出す仕組みになっている。すなわち、制御部２４は、半導体スイッチング素子３，４に対してＰＷＭ制御を行う。以下では、制御部２４がＰＷＭ制御を行うことを、ＰＷＭ動作と呼ぶこととする。また、制御部２４は、モータ駆動部１２およびモータ１３も制御可能である。
The
なお、通常のＰＷＭ動作においては、半導体スイッチング素子３，４のオン／オフのデューティ比、すなわち、オン／オフ状態の比率に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏｕｔが所望の値となるように制御される。
In the normal PWM operation, the output voltage Vout of the DC /
一方、直結動作においては、例えば、半導体スイッチング素子３のオフ状態の設定が維持されると共に、半導体スイッチング素子４のオン状態の設定が維持されるように制御される。 On the other hand, in the direct connection operation, for example, the setting of the semiconductor switching element 3 in the off state is maintained and the semiconductor switching element 4 is controlled to be kept in the on state setting.
また、制御部２４の制御においては、半導体スイッチング素子３，４は、同時にオン状態となることが禁止され、半導体スイッチング素子３，４が同時にオフ状態となるデッドタイムが適宜設けられている。このため、半導体スイッチング素子３，４の各動作の過渡状態においても、半導体スイッチング素子３，４が共にオン状態になることがなく、出力側の相対的な高電圧に応じて電流が逆流してしまうことは防止されている。
In the control of the
図２は、この発明の実施の形態１に係る電力変換器における、半導体スイッチング素子４のオフ固着異常を検出するための検出フローチャートである。 FIG. 2 is a detection flowchart for detecting an off-fixation abnormality of the semiconductor switching element 4 in the power converter according to Embodiment 1 of the present invention.
まず、概略を述べると、電力変換器は、以下のようにして、半導体スイッチング素子４のオフ固着異常を検出する。
・制御部２４は、異常判定カウンタと正常判定カウンタとを有し、それぞれのカウント値が制御部２４の図示しない記憶装置に記憶されている。
・制御部２４の通常のＰＷＭ動作中に、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧であることを検出された場合、異常判定カウンタのカウント値を上昇させるとともに、正常判定カウンタのカウント値をリセットする（図２のステップＳ００１〜Ｓ００５）。
・異常判定カウンタのカウント値がしきい値Ｎｔｈ１に達した場合、異常確定する（図２のステップＳ００６〜Ｓ００８）。
・リアクトル電流検出回路２３が検出したリアクトル電流ＩＬが、しきい値ＩＬｔｈより低い場合、すなわち、ＩＬｔｈ＜０で、この場合は回生動作の場合、正常判定カウンタのカウント値を上昇させる（図２のステップＳ０１４〜Ｓ０１５）。
・正常判定カウンタのカウント値がしきい値Ｎｔｈ２に達した場合、正常確定し、異常判定カウンタのカウント値をリセットする（図２のステップＳ０１６〜Ｓ０１７）。
・通常のＰＷＭ動作中以外（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のゲート遮断時など）に出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧であることを検出した場合、もしくは、異常判定カウンタのカウント値がしきい値Ｎｔｈ２未満の場合に、復帰動作を実行する（図２のステップＳ００９〜Ｓ０１３）。
・復帰動作が完了した場合、もしくは、正常判定を行って正常確定しなかった場合に、ステップＳ００２に戻る。
First, in brief, the power converter detects an off-fixing abnormality of the semiconductor switching element 4 as follows.
The
When it is detected that the output voltage Vout is an overvoltage during the normal PWM operation of the
When the count value of the abnormality determination counter reaches the threshold value Nth1, the abnormality is determined (steps S006 to S008 in FIG. 2).
When the reactor current IL detected by the reactor
When the count value of the normal determination counter reaches the threshold value Nth2, normality is determined and the count value of the abnormality determination counter is reset (steps S016 to S017 in FIG. 2).
-When it is detected that the output voltage Vout is an overvoltage other than during normal PWM operation (when the gate of the DC /
When the return operation is completed, or when normality is determined and normality is not confirmed, the process returns to step S002.
以下、図２のフローチャートの各ステップの処理を説明する。 Hereinafter, the process of each step of the flowchart of FIG. 2 will be described.
図２において、ステップＳ００１〜Ｓ００５の処理は、通常のＰＷＭ動作中に、出力電圧Ｖｏｕｔ過電圧を検出した場合、異常判定カウンタを上昇させ、正常判定カウンタをリセットする。ステップＳ００１〜Ｓ００５の処理は、制御部２４の図示しない過電圧検知部によって実行される。以下、具体的に説明する。
In FIG. 2, in steps S001 to S005, when the output voltage Vout overvoltage is detected during normal PWM operation, the abnormality determination counter is increased and the normality determination counter is reset. The processing of steps S001 to S005 is executed by an overvoltage detection unit (not shown) of the
まず、ステップＳ００１で処理を開始する。 First, processing is started in step S001.
次に、ステップＳ００２で、制御部２４は、過電圧検知部により、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧か否かの検出を行う。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔが、予め設定された過電圧検出用閾値以上であれば、過電圧であると判定し、過電圧検出用閾値未満であれば、過電圧でないと判定する。出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧であると判定した場合、ステップＳ００３に進む。一方、過電圧でないと判定した場合はステップＳ０１５に進む。
Next, in step S002, the
ステップＳ００３では、制御部２４は、ゲート遮断を行う。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の半導体スイッチング素子３，４、および、モータ駆動部１２内に設けられている半導体スイッチング素子がすべてゲートオフとなる。
In step S003, the
次に、ステップＳ００４では、制御部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が制御部２４による通常のＰＷＭ動作中か否かを判定する。通常のＰＷＭ動作中の場合、制御部２４は、半導体スイッチング素子４のオフ固着故障と推定し、ステップＳ００５に進む。一方、通常ＰＷＭ動作中でない場合、半導体スイッチング素子４のオフ固着故障ではないと推定し、ステップＳ００９に進む。
Next, in step S004, the
ステップＳ００５では、制御部２４は、異常判定カウンタのカウント値を１上昇させ、正常判定カウンタのカウント値をリセットして、ステップＳ００６に進む。
In step S005, the
次に、図２において、ステップＳ００６〜Ｓ００８の処理は、異常判定カウンタのカウント値が、異常カウント閾値Ｎｔｈ１に達した場合、異常確定する。ステップＳ００６〜Ｓ００８の処理は、制御部２４の図示しない異常判定部によって実行される。以下、具体的に説明する。
Next, in FIG. 2, in the processing of steps S006 to S008, when the count value of the abnormality determination counter reaches the abnormality count threshold Nth1, abnormality is determined. The processes in steps S006 to S008 are executed by an abnormality determination unit (not shown) of the
ステップＳ００６で、制御部２４は、異常判定部により、異常判定カウンタのカウント値が、異常カウント閾値Ｎｔｈ１以上か否かを判定する。異常カウント閾値Ｎｔｈ１以上の場合、半導体スイッチング素子４のオフ固着故障と判断し、ステップＳ００７に進む。一方、異常カウント閾値Ｎｔｈ１未満の場合、ステップＳ００９に進む。
In step S006, the
ステップＳ００７では、半導体スイッチング素子４が異常であるという異常確定を行い、全ゲート遮断を行う。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の半導体スイッチング素子３，４、および、モータ駆動部１２内に設けられている半導体スイッチング素子がすべてゲートオフとなる。
In step S007, abnormality determination that the semiconductor switching element 4 is abnormal is performed, and all gates are cut off. Thereby, the semiconductor switching elements 3 and 4 of the DC /
次に、ステップＳ００８で、処理を終了する。 Next, in step S008, the process ends.
次に、図２において、ステップＳ００９〜Ｓ０１４の処理は、通常のＰＷＭ動作中に、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧になった回数が異常カウント閾値未満の場合、あるいは、通常のＰＷＭ動作中以外、例えば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０のゲート遮断時などに、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧であることを検出した場合に実行される、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の復帰動作である。ステップＳ００９〜Ｓ０１４の処理は、制御部２４の図示しない復帰部によって実行される。以下、具体的に説明する。
Next, in FIG. 2, the processing of steps S009 to S014 is performed when the number of times that the output voltage Vout has become an overvoltage is less than the abnormal count threshold during normal PWM operation, or other than during normal PWM operation, for example, This is a return operation of the DC /
ステップＳ００９で、制御部２４は、復帰部により、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が自己保護検出中か否かを確認する。自己保護とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の各箇所の過電圧、過電流、過昇温などＤＣ／ＤＣコンバータ１０が通常動作を行うことが難しい場合に検出されるものである。自己保護検出中の場合は、周期的にステップＳ００９の処理を繰り返し、自己保護がすべて解消された後に、ステップＳ０１０に進む。
In step S009, the
ステップＳ０１０で、制御部２４は、モータ駆動部１２を介してモータ１３を力行（放電）動作させ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を遮断する。
In step S 010, the
ステップＳ０１１では、制御部２４が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとが、ほぼ等しく、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０が直結動作に移行可能かどうかを判定する。すなわち、出力電圧Ｖｏｕｔから入力電圧Ｖｉｎを差し引いた差分が、一定値α以下か否かを判定する。ここでの一定値αは、半導体スイッチング素子４の電圧降下、入力電圧検出回路２１、出力電圧検出回路２２の検出誤差を考慮して設定される値である。
In step S011, the
その後、ステップＳ０１２で、制御部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を直結動作に移行する。直結動作とは、半導体スイッチング素子４をベタオフする動作である。このとき、モータ１３は、力行動作、すなわち、バッテリ１１の放電動作を継続している。
Thereafter, in step S012, the
その後、ステップＳ０１３で、制御部２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を通常のＰＷＭ動作に移行する。このとき、モータ１３は、力行動作、すなわち、バッテリ１１の放電動作を継続している。
Thereafter, in step S013, the
その後、ステップＳ０１４で、制御部２４は、モータ駆動部１２を介して、モータ１３を正常動作に移行して回生動作を許可する。
Thereafter, in step S014, the
なお、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の復帰動作については、ステップＳ００９〜Ｓ０１４で示した方法以外でも、過電圧によるゲート遮断から正常動作に復帰できればどのような方法でもよい。
The return operation of the DC /
次に、図２において、ステップＳ０１５〜Ｓ０１６の処理は、リアクトル電流ＩＬがしきい値ＩＬｔｈより低い場合、すなわち、ＩＬｔｈ＜０とした場合の回生動作時に、正常判定カウンタのカウント値を上昇させる。ステップＳ０１５〜Ｓ０１６の処理は、制御部２４の図示しない正常判定部によって実行される。以下、具体的に説明する。
Next, in FIG. 2, the processing of steps S015 to S016 increases the count value of the normality determination counter when the reactor current IL is lower than the threshold value ILth, that is, when the regeneration operation is performed when ILth <0. The processes in steps S015 to S016 are executed by a normality determination unit (not shown) of the
ステップＳ０１５で、制御部２４は、正常判定部により、リアクトル電流ＩＬが、予め設定されたリアクトル電流閾値ＩＬｔｈより低いかどうかを判定する。低ければＳ０１６に進み、低くなければＳ００２に進む。このとき、リアクトル電流閾値ＩＬｔｈは、リアクトル電流検出回路２３の検出誤差なども考慮したうえで、必ず回生動作となる値に設定する。また、ステップＳ０１５の判定を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に入力される入力電力による判定に変更することも可能である。
In step S015, the
ステップＳ０１６では、制御部２４が、正常判定カウンタのカウント値を１上昇させて、ステップＳ０１７に進む。
In step S016, the
次に、図２において、ステップＳ０１７〜Ｓ０１８の処理は、正常判定カウンタのカウント値が、予め設定された正常カウント閾値Ｎｔｈ２に達した場合、正常確定し、異常判定カウンタのカウント値をリセットする。ステップＳ０１７〜Ｓ０１８の処理は、制御部２４の図示しない正常判定部および異常カウンタリセット部によって実行される。以下、具体的に説明する。
Next, in FIG. 2, in the processes of steps S017 to S018, when the count value of the normal determination counter reaches the preset normal count threshold Nth2, the normal determination is made and the count value of the abnormality determination counter is reset. The processing of steps S017 to S018 is executed by a normality determination unit and an abnormal counter reset unit (not shown) of the
まず、ステップＳ０１７で、制御部２４は、正常判定部により、正常判定カウンタのカウント値が正常カウント閾値Ｎｔｈ２以上かどうかを判定する。正常カウント閾値Ｎｔｈ２以上の場合は、ステップＳ０１８進み、Ｎｔｈ２以上でない場合は、ステップＳ００２に進む。
First, in step S017, the
ステップＳ０１８では、制御部２４は、正常判定部により、半導体スイッチング素子４が正常であるという正常確定を行い、異常カウンタリセット部により、異常判定カウンタのカウント値をリセットする。
In step S018, the
ここで、図２のフローチャートが一定周期で周期的に実行されている場合、正常カウント閾値Ｎｔｈ２の設定により、過電圧判定回数をリセットするために必要な時間を調節することが可能となる。従って、制御部２４の正常判定部は、正常判定カウンタのカウント値による判定を行う代わりに、バッテリ１１から入力される入力電流または入力電力の値が予め設定されたリアクトル電流閾値ＩＬｔｈ未満になる時間が一定時間以上の場合に、半導体スイッチング素子４が正常であると判定するようにしてもよい。
Here, when the flowchart of FIG. 2 is periodically executed at a constant cycle, it is possible to adjust the time necessary for resetting the overvoltage determination count by setting the normal count threshold Nth2. Therefore, the normality determination unit of the
以上のように、実施の形態１においては、通常のＰＷＭ動作中に、出力電圧Ｖｏｕｔが過電圧になる回数が、異常カウント閾値Ｎｔｈ１に達した場合に、半導体スイッチング素子４の異常であるとして、異常検出を行う。また、過電圧の検出が通常のＰＷＭ動作中でなかった場合、あるいは、過電圧の回数が異常カウント閾値Ｎｔｈ１未満の場合は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の復帰動作を行う。また、復帰動作後に、回生動作、すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の平滑リアクトル２のリアクトル電流ＩＬがリアクトル電流閾値ＩＬｔｈより低い状態が、正常カウント閾値Ｎｔｈ２以上続いた場合に、回生動作が正常に行われていて、半導体スイッチング素子４が正常であると確定して、異常判定カウンタのカウント値をリセットする。
As described above, in the first embodiment, when the number of times the output voltage Vout becomes overvoltage during the normal PWM operation reaches the abnormal count threshold Nth1, it is determined that the semiconductor switching element 4 is abnormal. Perform detection. In addition, when the detection of the overvoltage is not in the normal PWM operation, or when the number of overvoltages is less than the abnormal count threshold Nth1, the DC /
このように、実施の形態１では、Ｎｔｈ２回分のリアクトル電流ＩＬの値を用いて、半導体スイッチング素子４が正常かどうかの判定を行っている。すなわち、実質的に、Ｎｔｈ２回分のリアクトル電流の平均値を使用しているため、リアクトル電流のボトム値もしくはピーク値を使用している特許文献１のように、リアクトル電流をスイッチング１周期に対して十分に速い周期でサンプリングする必要はない。 As described above, in the first embodiment, it is determined whether or not the semiconductor switching element 4 is normal using the value of the reactor current IL for Nth2 times. That is, since the average value of the reactor current for Nth2 times is used substantially, the reactor current is set to one switching period as in Patent Document 1 using the bottom value or peak value of the reactor current. It is not necessary to sample at a sufficiently fast period.
また、実施の形態１では、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の回生動作が正常に行われない限り、過電圧を判定するための異常判定カウンタのカウント値がリセットされないので、特許文献２とは異なり、一定期間内に回生動作を基準回数以上行わなくても、過電圧の判定回数が蓄積され、半導体スイッチング素子４のオフ故障を確実に判別することが可能である。
In the first embodiment, the count value of the abnormality determination counter for determining overvoltage is not reset unless the regenerative operation of the DC /
以上説明したように、実施の形態１に係る電力変換器においては、リアクトル電流をスイッチング１周期に対して十分に速い周期でサンプリングする必要がなく、かつ、一定期間内の回生動作の回数を規定する必要もなく、過電圧の検出およびリアクトル電流の平均値の検出を行うことで、半導体スイッチング素子の正常／異常を確実に検知することができる。 As described above, in the power converter according to the first embodiment, it is not necessary to sample the reactor current at a sufficiently fast cycle with respect to one switching cycle, and the number of regenerative operations within a certain period is specified. Therefore, it is possible to reliably detect the normality / abnormality of the semiconductor switching element by detecting the overvoltage and the average value of the reactor current.
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る電力変換器の概略構成図である。図１と図３との違いは、図３においては、（１）ＤＣ／ＤＣコンバータ１０内に４つの半導体スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂが設けられている点と、（２）それらの４つの半導体スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂからなる直列回路に対して、出力平滑コンデンサ５と出力電圧検出回路２２とが並列に接続されている点と、（３）４つの半導体スイッチング素子のうち、半導体スイッチング素子３ｂ，４ａからなる直列回路に対して、中間平滑コンデンサ６と中間電圧検出回路２５とが並列に接続されている点とが、図１と異なる。なお、中間電圧検出回路２５は、中間平滑コンデンサ６の電圧を検出する。以下、図１と異なる点を中心に、実施の形態２に係る電力変換器の構成について簡単に説明する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a power converter according to Embodiment 2 of the present invention. The difference between FIG. 1 and FIG. 3 is that in FIG. 3, (1) four
図３に示すように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力端には、バッテリ１１と入力電圧検出回路２１とが並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力端には、モータ駆動部１２と出力電圧検出回路２２とが並列に接続されている。さらに、モータ駆動部１２の出力には、モータ１３が接続されている。
As shown in FIG. 3, a
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の入力端には、入力平滑コンデンサ１が設けられている。入力平滑コンデンサ１の正極には、平滑リアクトル２とリアクトル電流検出回路２３とからなる直列回路の一端が接続されている。平滑リアクトル２とリアクトル電流検出回路２３からなる直列回路の他端には、半導体スイッチング素子３ｂのドレイン端子と半導体スイッチング素子４ａのソース端子とが接続されている。
An input smoothing capacitor 1 is provided at the input end of the DC /
また、半導体スイッチング素子３ａのドレイン端子と半導体スイッチング素子３ｂのソース端子との接続点に対して、中間コンデンサの負極が接続されている。同様に、半導体スイッチング素子４ａのドレイン端子と半導体スイッチング素子４ｂのソース端子との接続点に対して、中間平滑コンデンサ６の正極が接続されている。
The negative electrode of the intermediate capacitor is connected to the connection point between the drain terminal of the
さらに、半導体スイッチング素子３ａのソース端子に出力平滑コンデンサ５の負極が接続され、半導体スイッチング素子４ｂのドレイン端子に出力平滑コンデンサ５の正極が接続されている。また、出力平滑コンデンサ５には、モータ駆動部１２と出力電圧検出回路２２とが並列に接続されている。
Further, the negative terminal of the
制御部２４は、入力電圧検出回路２１、出力電圧検出回路２２、リアクトル電流検出回路２３、および、中間電圧検出回路２５からの各信号に基づいて、半導体スイッチング素子３と半導体スイッチング素子４のゲート信号を作り出す仕組みになっている。また、制御部２４は、モータ駆動部１２およびモータ１３も制御可能である。
Based on the signals from the input
なお、通常のＰＷＭ動作においては、半導体スイッチング素子３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂのオン／オフのデューティ比、すなわち、オン／オフ状態の比率に応じて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０の出力電圧Ｖｏｕｔが所望の値となるように制御される。
In the normal PWM operation, the output voltage Vout of the DC /
一方、直結動作においては、例えば、半導体スイッチング素子３ａ，３ｂのオフ状態の設定が維持されると共に、半導体スイッチング素子４ａ，４ｂのオン状態の設定が維持されるように制御される。
On the other hand, in the direct connection operation, for example, the
この発明の実施の形態２に係る故障検知のフローチャートは、実施の形態１で示した図２と同じであるため、ここでは、その説明を省略する。但し、実施の形態１においては、図２のステップＳ００６，Ｓ００７で、半導体スイッチング素子４の異常の判定を行っていたが、実施の形態２においては、図２のステップＳ００６，Ｓ００７で、半導体スイッチング素子４ａ，４ｂの異常の判定を行う点が異なる。同様に、実施の形態１においては、図２のステップＳ０１８で、半導体スイッチング素子４の正常の判定を行っていたが、実施の形態２においては、図２のステップＳ０１８で、半導体スイッチング素子４ａ，４ｂの正常の判定を行う点が異なる。
Since the failure detection flowchart according to the second embodiment of the present invention is the same as that shown in FIG. 2 shown in the first embodiment, the description thereof is omitted here. However, in the first embodiment, the abnormality of the semiconductor switching element 4 is determined in steps S006 and S007 in FIG. 2, but in the second embodiment, the semiconductor switching is performed in steps S006 and S007 in FIG. The difference is that the abnormality of the
以上のように、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、リアクトル電流の平均値を使用するため、リアクトル電流をスイッチング１周期に対して十分に早い周期でサンプリングする必要はない。また、ＤＣ／ＤＣコンバータの回生動作が正常に行われない限り、過電圧の判定回数がリセットされないので、予め設定された期間内に回生動作を予め設定された回数以上行わなくても、過電圧の判定回数が蓄積され、半導体スイッチング素子４ａもしくは半導体スイッチング素子４ｂのオフ故障を判別することが可能である。
As described above, also in the second embodiment, since the average value of the reactor current is used as in the first embodiment, it is not necessary to sample the reactor current at a sufficiently early cycle with respect to one switching cycle. Further, unless the regenerative operation of the DC / DC converter is normally performed, the determination number of the overvoltage is not reset. Therefore, even if the regenerative operation is not performed more than the preset number of times within the preset period, the overvoltage determination is performed. The number of times is accumulated, and it is possible to determine the OFF failure of the
１ 入力平滑コンデンサ、２ 平滑リアクトル、３，３ａ，３ｂ，４，４ａ，４ｂ 半導体スイッチング素子、５ 出力平滑コンデンサ、６ 中間平滑コンデンサ、１０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１ バッテリ、１２ モータ駆動部、１３ モータ、２１ 入力電圧検出回路、２２ 出力電圧検出回路、２３ リアクトル電流検出回路、２４ 制御部、２５ 中間電圧検出回路。 1 input smoothing capacitor, 2 smoothing reactor, 3, 3a, 3b, 4, 4a, 4b semiconductor switching element, 5 output smoothing capacitor, 6 intermediate smoothing capacitor, 10 DC / DC converter, 11 battery, 12 motor drive unit, 13 motor , 21 input voltage detection circuit, 22 output voltage detection circuit, 23 reactor current detection circuit, 24 control unit, 25 intermediate voltage detection circuit.
Claims (8)
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が過電圧か否かを検知する過電圧検知部と、
前記過電圧検知部が前記過電圧を検知した場合に、前記過電圧検知部の前記過電圧の検知結果を用いて、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが通常動作中に前記過電圧になった回数をカウントする異常判定カウンタと、
前記異常判定カウンタのカウント値が予め設定された異常カウント閾値以上の場合に、前記スイッチング素子が異常であると判定する異常判定部と、
前記過電圧検知部が前記過電圧でないと検知した場合に、前記直流電源から入力される入力電流または入力電力の値が予め設定された入力閾値未満になる回数をカウントする正常判定カウンタと、
前記正常判定カウンタのカウント値が予め設定された正常カウント閾値以上の場合に、前記スイッチング素子が正常であると判定する正常判定部と
を備えた、電力変換器。 A DC / DC converter connected between a DC power source and a load capable of regenerative operation, and provided with a switching element therein;
A controller for controlling the operation of the DC / DC converter,
The controller is
An overvoltage detector for detecting whether the output voltage of the DC / DC converter is an overvoltage;
When the overvoltage detection unit detects the overvoltage, an abnormality determination counter that counts the number of times the DC / DC converter has become the overvoltage during normal operation using the detection result of the overvoltage of the overvoltage detection unit; ,
An abnormality determination unit that determines that the switching element is abnormal when the count value of the abnormality determination counter is greater than or equal to a preset abnormality count threshold;
A normality determination counter that counts the number of times that the value of the input current or input power input from the DC power supply is less than a preset input threshold when the overvoltage detection unit detects that it is not the overvoltage;
A power converter comprising: a normal determination unit that determines that the switching element is normal when a count value of the normal determination counter is equal to or greater than a preset normal count threshold.
をさらに備えた、請求項１に記載の電力変換器。 The power converter according to claim 1, further comprising: an abnormality determination counter reset unit that resets the count value of the abnormality determination counter when the normality determination unit determines that the switching element is normal.
請求項１または２に記載の電力変換器。 The normality determination unit, instead of performing the determination based on the count value of the normality determination counter, a time during which the value of the input current or input power input from the DC power source is less than a preset input threshold is a certain time or more In the case of determining that the switching element is normal,
The power converter according to claim 1 or 2.
請求項１から３までのいずれか１項に記載の電力変換器。 The abnormality determination unit performs gate blocking of the DC / DC converter when it is determined that the switching element is abnormal.
The power converter according to any one of claims 1 to 3.
前記異常判定カウンタの前記カウント値が前記異常カウント閾値未満の場合に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの出力電圧が前記過電圧から回復した後に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通常動作に復帰させる復帰部
をさらに備えた、請求項１から４までのいずれか１項に記載の電力変換器。 The power converter is
A return unit for returning the DC / DC converter to normal operation after the output voltage of the DC / DC converter recovers from the overvoltage when the count value of the abnormality determination counter is less than the abnormality count threshold; The power converter according to any one of claims 1 to 4.
前記直流電源は、蓄電装置から構成され、
前記復帰部は、
前記モータ駆動部と前記モータとを制御して前記蓄電装置からの放電動作を行い、
前記放電動作中に前記ＤＣ／ＤＣコンバータを通常動作させ、
前記モータ駆動部と前記モータとに対して回生動作を許可する、
請求項５に記載の電力変換器。 The load includes a motor and a motor driving unit that drives the motor,
The DC power source is composed of a power storage device,
The return part is
Control the motor drive unit and the motor to perform a discharging operation from the power storage device,
The DC / DC converter is normally operated during the discharging operation,
Regenerative operation is permitted for the motor drive unit and the motor;
The power converter according to claim 5.
前記直流電源に並列に接続された入力コンデンサと、
前記入力コンデンサの正極に一端が接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他端に接続された第１および第２のスイッチング素子と、
前記第１および第２のスイッチング素子に接続された出力コンデンサと
を備え、
前記リアクトルの前記他端が、前記第１のスイッチング素子のドレイン端子と前記第２のスイッチング素子のソース端子とに接続され、
前記第１のスイッチング素子のソース端子に、前記入力コンデンサの負極と前記出力コンデンサの負極とがそれぞれ接続され、
前記第２のスイッチング素子のドレイン端子に、前記出力コンデンサの正極が接続され、
前記出力コンデンサに対して前記負荷が並列に接続されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換器。 The DC / DC converter is
An input capacitor connected in parallel to the DC power source;
A reactor having one end connected to the positive electrode of the input capacitor;
First and second switching elements connected to the other end of the reactor;
An output capacitor connected to the first and second switching elements;
The other end of the reactor is connected to a drain terminal of the first switching element and a source terminal of the second switching element;
A negative terminal of the input capacitor and a negative terminal of the output capacitor are connected to the source terminal of the first switching element,
A positive terminal of the output capacitor is connected to a drain terminal of the second switching element;
The load is connected in parallel to the output capacitor;
The power converter according to any one of claims 1 to 6.
前記直流電源に並列に接続された入力コンデンサと、
前記入力コンデンサの正極に一端が接続されたリアクトルと、
前記リアクトルの他端に接続された第１から第４までの４つのスイッチング素子から構成された直列体と、
前記直列体のうちの前記第１および第４のスイッチング素子に接続された出力コンデンサと、
前記直列体のうちの前記第２および第３のスイッチング素子に接続された中間コンデンサと
を備え、
前記リアクトルの前記他端が、前記第２のスイッチング素子のドレイン端子と前記第３のスイッチング素子のソース端子との接続点に接続され、
前記第１のスイッチング素子のドレイン端子と前記第２のスイッチング素子のソース端子との接続点に、前記中間コンデンサの負極が接続され、
前記第３のスイッチング素子のドレイン端子と前記第４のスイッチング素子のソース端子との接続点に、前記中間コンデンサの正極が接続され、
前記第１のスイッチング素子のソース端子に、前記入力コンデンサの負極と前記出力コンデンサの負極とがそれぞれ接続され、
前記第４のスイッチング素子のドレイン端子に、前記出力コンデンサの正極が接続され、
前記出力コンデンサに対して前記負荷が並列に接続されている、
請求項１から６までのいずれか１項に記載の電力変換器。 The DC / DC converter is
An input capacitor connected in parallel to the DC power source;
A reactor having one end connected to the positive electrode of the input capacitor;
A series body composed of four switching elements from the first to the fourth connected to the other end of the reactor;
An output capacitor connected to the first and fourth switching elements of the series body;
An intermediate capacitor connected to the second and third switching elements of the series body;
The other end of the reactor is connected to a connection point between a drain terminal of the second switching element and a source terminal of the third switching element;
A negative electrode of the intermediate capacitor is connected to a connection point between a drain terminal of the first switching element and a source terminal of the second switching element;
A positive electrode of the intermediate capacitor is connected to a connection point between a drain terminal of the third switching element and a source terminal of the fourth switching element;
A negative terminal of the input capacitor and a negative terminal of the output capacitor are connected to the source terminal of the first switching element,
A positive terminal of the output capacitor is connected to a drain terminal of the fourth switching element;
The load is connected in parallel to the output capacitor;
The power converter according to any one of claims 1 to 6.
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