JP2009005555A - 降圧電源回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 降圧部が２つ以上並設された降圧電源回路において、各降圧部の電流値を比較することにより、降圧部の故障を検出し、故障が検出された場合には、非故障の降圧部が過負荷にならないように出力を制限することができる降圧電源回路を提供すること。
【解決手段】 直流電源２１と接続され、出力側にコイル２７２、２８２が介装されたスイッチング回路のスイッチング動作により、前記直流電源の電圧を所定の降下直流電圧に変換する降圧部２７Ａ、２８Ａが２つ以上並設された降圧電源回路２０Ａにおいて、前記降圧部の電流値を検出する電流検出手段２７５、２７６、２８５、２８６と、前記各降圧部の所定箇所の電流値を比較することにより、前記降圧部の故障を検出する故障検出手段とを装備する。
【選択図】 図３

Description

本発明は降圧電源回路に関し、より詳細には、降圧チョッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に関する。

直流電源と接続されているスイッチング素子のスイッチング動作により、直流電源の電圧を設定電圧に変換するチョッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、車両の制御装置などへ直流電源を供給するための電源回路に広く採用されている。

図１は従来の降圧チョッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（以下、降圧電源回路と称する）を示す回路図である。図１に示したように、降圧電源回路１０Ａは、降圧部１７、制御回路１２、コンパレータ１３及び参照電圧電源１４を含んで構成されている。

降圧部１７は、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１７１、コイル１７２、ダイオード１７３及びコンデンサ１７４を含んで構成されている。降圧部１７において、ＭＯＳＦＥＴ１７１のドレインには直流電源１１が接続され、ゲートには制御回路１２が接続され、ソースにはアノードが接地されたダイオード１７３のカソード、及びコイル１７２の一端が接続されており、コイル１７２の他端が降圧部１７の出力端子となり、コンデンサ１７４、コンパレータ１３の第１の入力端子及び負荷１５と接続されている。

また、コンパレータ１３の第２の入力端子には参照電圧電源１４が接続され、コンパレータ１３の出力端子には制御回路１２が接続されている。コンデンサ１７４、負荷１５、直流電源１１、参照電圧電源１４の一端がそれぞれ接地されている。

ＭＯＳＦＥＴ１７１は、ゲートとソースとの間に印加される電圧が閾値電圧以上になると、ドレインとソースとの間がオンされ、コイル１７２へ電流が流れ、他方、ゲートとソースとの間に印加される電圧が閾値電圧より小さくなると、ドレインとソースとの間がオフされ、電流が遮断される。そのため、コイル１７２に交流電流が誘起されてコンデンサ１７４が充電され、電圧Ｖｄを負荷へ出力するようになっている。

一方、コンパレータ１３は、第１の入力端子を介して入力された降圧部１７の出力電圧Ｖｄと第２の入力端子を介して入力された参照電圧電源１４の設定電圧Ｖｇ（直流電源１１の電圧より低い目標電圧）とを比較して、電圧の偏差（Ｖｇ−Ｖｄ）に応じた信号を制御回路１２に出力する。制御回路１２は、偏差値（Ｖｇ−Ｖｄ）が最小値になる（即ち、出力電圧Ｖｄが設定電圧Ｖｇに近づく）ように、デューティ駆動電圧をＭＯＳＦＥＴ１７１のゲートとソースとの間に印加してＭＯＳＦＥＴ１７１をスイッチングさせる。

近年、負荷の高電力化などに対応するために、降圧部が複数並列接続されて構成された降圧電源回路が広く採用されている。図２は降圧部が２つ並設されている降圧チョッパ型ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（以下、降圧電源回路と称する）を示す回路図である。図２に示したように、降圧電源回路１０Ｂは、降圧電源回路１０Ａにおける降圧部１７に、降圧部１８が並設されて構成された回路である。降圧部１８は、降圧部１７と同じように、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）１８１、コイル１８２、ダイオード１８３及びコンデンサ１８４を含んで構成されている。降圧部１８において、ＭＯＳＦＥＴ１８１のドレインには直流電源１１が接続され、ゲートには制御回路１２が接続され、ソースにはアノードが接地されたダイオード１８３のカソード、及びコイル１８２の一端が接続されており、コイル１８２の他端が降圧部１８の出力端子となり、コンデンサ１８４、コンパレータ１３の第１の入力端子、降圧部１７の出力端子及び負荷１５が接続されている。

降圧部１８は降圧部１７と同じように、制御回路１２のデューティ駆動の下でＭＯＳＦＥＴ１８１のオン・オフにより、コンデンサ１８４が充電され、電圧Ｖｄを負荷１５へ出力するようになっている。

通常、過負荷による過電流から降圧電源回路のスイッチング素子を保護するために、過電流保護回路（図示せず）が設置されている。該過電流保護回路は降圧電源回路の出力電流Ｉｄをモニターし、出力電流Ｉｄが所定値を超えた場合、保護措置を実行させるようにしている。しかしながら、複数の降圧部を有する降圧電源回路の場合、一部の降圧部が故障しても、出力電流Ｉｄが過電流保護の限界値にならない限り、残りの降圧部による負荷への給電が継続されるため、残りの降圧部の負荷が大きくなり、長期間の給電を続けると、過負荷による素子の過熱が引き起こされ、素子の破壊（ＦＨ）に至る恐れがあるといった課題があった。
特開２００１−００８４４５号公報 特開平１０−１４６０４８号公報

課題を解決するための手段及びその効果

本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、降圧部が２つ以上並設された降圧電源回路において、各降圧部の電流値を比較することにより、降圧部の故障を検出し、故障が検出された場合には、非故障の降圧部が過負荷にならないように出力を制限することができる降圧電源回路を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明に係る降圧電源回路（１）は、直流電源と接続され、出力側にコイルが介装されたスイッチング回路のスイッチング動作により、前記直流電源の電圧を所定の降下直流電圧に変換する降圧部が２つ以上並設された降圧電源回路において、前記降圧部の電流値を検出する電流検出手段と、前記各降圧部の所定箇所の電流値を比較することにより、前記降圧部の故障を検出する故障検出手段とを備えていることを特徴としている。

通常は、前記降圧電源回路における複数の降圧部が負荷を均等に負担しているため、前記各降圧部が正常に動作している場合、前記各降圧部の電流値（例えば、スイッチング素子に流れる電流、コイルに流れる電流など）は同じである。しかしながら、複数の降圧部のうちの一部が故障した場合、故障した降圧部の電流は異常になり、非故障の降圧部の電流も変化する。

上記降圧電源回路（１）によれば、前記各降圧部の電流値を検出し、前記各降圧部の所定箇所（例えば、スイッチング素子の高圧側など）の電流値を比較するため、比較結果によって、いずれかの降圧部に故障が発生したことを判断することができる。これにより、故障状況を知らずに前記降圧電源回路の給電を継続することを避けることができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（２）は、上記降圧電源回路（１）において、前記電流検出手段が、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流値、前記コイルの入力側又は出力側の電流値のうちの少なくとも１つを検出するものであることを特徴としている。

通常、前記降圧部におけるスイッチング素子、コイルのうちのいずれかに故障が発生した場合、該降圧部全体の電流が異常になってしまう。

上記降圧電源回路（２）によれば、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流値、前記コイルの入力側又は出力側の電流値のうちの少なくとも１つを検出するため、前記降圧部に故障があった場合、異常電流値を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（３）は、上記降圧電源回路（１）又は（２）において、前記故障検出手段が、前記各降圧部の所定のスイッチング素子のそれぞれのオン状態における高圧側又は低圧側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の間の差分値が所定値より大きくなると、故障が発生したと判断するものであることを特徴としている。

通常、前記降圧部が正常に動作している場合、該降圧部におけるスイッチング素子がオンの状態にあるときのみ、その高圧側（ドレイン）から低圧側（ソース）に電流が流れるようになっている。しかしながら、前記降圧部のスイッチング素子またはコイルがオープン故障した場合、該スイッチング素子がオンの状態であってもその高圧側（ドレイン）から低圧側（ソース）に電流が流れなくなるため、故障の降圧部におけるスイッチング素子の電流値と非故障の降圧部におけるスイッチング素子の電流値との差分値が大きくなる。

上記降圧電源回路（３）によれば、前記各降圧部の所定のスイッチング素子のそれぞれオン状態における高圧側又は低圧側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の間の差分値が所定値より大きくなると、故障が発生したと判断するため、前記降圧部のオープン故障を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（４）は、上記降圧電源回路（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記故障検出手段が、前記各降圧部の所定のスイッチング素子のそれぞれのオフ状態における高圧側又は低圧側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の間の差分値が所定値より大きくなると、故障が発生したと判断するものであることを特徴としている。

通常、前記降圧部が正常に動作している場合、該降圧部のスイッチング素子がオフの状態にあるときに、その高圧側（ドレイン）から低圧側（ソース）に電流が流れないようになっているが、前記降圧部におけるスイッチング素子またはコイルがショート故障した場合、該スイッチング素子の高圧側（ドレイン）から低圧側（ソース）に大きな電流が流れるようになる。このため、故障の降圧部におけるスイッチング素子の電流値と非故障の降圧部におけるスイッチング素子の電流値との差分値が大きくなる。

上記降圧電源回路（４）によれば、前記各降圧部の所定のスイッチング素子のそれぞれのオフ状態における高圧側又は低圧側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の間の差分値が所定値より大きくなると、故障が発生したと判断するため、前記降圧部のショート故障を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（５）は、上記降圧電源回路（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記故障検出手段が、所定期間、前記各降圧部におけるコイルの入力側又は出力側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の平均値の差分値が所定値以上になると、前記降圧部に故障が発生したと判断するものであることを特徴としている。

通常、前記降圧部が正常に動作している場合、各降圧部におけるコイルに同じ交流電流が流れるため、所定期間における前記各降圧部のコイルの電流の平均値の間の差分値は０に近い値になるはずである。しかしながら、いずれかの降圧部が故障した場合、故障の降圧部におけるコイルの電流値が異常になるので、前記各降圧部のコイルの電流値の平均値の間の差分値が大きくなる。

上記降圧電源回路（５）によれば、所定期間、前記各降圧部におけるコイルの入力側又は出力側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の平均値の間の差分値が所定値以上になると、前記降圧部に故障が発生したと判断するため、前記降圧部の故障を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（６）は、直流電源と接続され、出力側にコイルが介装されたスイッチング回路のスイッチング動作により、前記直流電源の電圧を所定の直流電圧に変換する降圧部が２つ以上並設された降圧電源回路において、前記降圧部の電流値を検出する電流検出手段と、前記スイッチング回路の所定のスイッチング素子のオン状態における前記降圧部の電流の検出値と、前記スイッチング素子のオフ状態における前記降圧部の電流の検出値とを比較することにより、前記降圧部の故障を検出する故障検出手段とを備えていることを特徴としている。

通常、前記降圧部が正常に動作している場合、スイッチング回路におけるスイッチング素子がオンの状態にあるときに、電流が流れ、オフの状態にあるときに、電流が流れないようになっている。しかしながら、前記スイッチング素子またコイルがオープン故障した場合、または前記スイッチング素子がショート故障した場合、前記スイッチング素子のオン・オフ状態による電流値の変化がなくなる。

上記降圧電源回路（６）によれば、前記スイッチング回路の所定のスイッチング素子のオン状態における前記降圧部の電流の検出値と、前記スイッチング素子のオフ状態における前記降圧部の電流の検出値とを比較するため、前記降圧部におけるオープン故障またはショート故障を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（７）は、上記降圧電源回路（６）において、前記電流検出手段が、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流値を検出することを特徴としている。

上記降圧電源回路（７）によれば、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流値を検出するため、故障が発生した降圧部を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（８）は、上記降圧電源回路（６）又は（７）において、前記故障検出手段が、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子のオン及びオフ状態における該スイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流の検出値をそれぞれ取り込み、取り込んだた前記オン状態における電流の検出値と前記オフ状態における電流の検出値との間の差分値が所定値より小さい場合、前記スイッチング素子が存在する降圧部に故障が発生したと判断するものであることを特徴としている。

上記降圧電源回路（８）によれば、オン状態における前記スイッチング素子の電流の検出値とオフ状態における前記スイッチング素子の電流の検出値との間の差分値により、前記スイッチング素子が存在する降圧部に故障が発生したと判断するため、故障が発生した降圧部を検出することができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（９）は、上記降圧電源回路（１）〜（８）のいずれかにおいて、前記故障検出手段が、前記降圧電源回路の故障を検出した場合、故障告知信号を出力するものであることを特徴としている。

上記降圧電源回路（９）によれば、前記降圧電源回路の故障が検出された場合、故障告知信号を出力するため、例えば、過熱保護装置を作動させるような対応措置を取らせることにより、非故障の降圧部の過負荷によるスイッチング素子の熱破壊を防ぐことができる。

また、本発明に係る降圧電源回路（１０）は、上記降圧電源回路（１）〜（９）のいずれかにおいて、前記故障検出手段が、前記降圧電源回路の故障を検出した場合、前記スイッチング回路の出力電流を制限する制御信号を出力するものであることを特徴としている。

上記降圧電源回路（１０）によれば、前記降圧電源回路の故障が検出された場合、前記スイッチング回路の出力電流を制限する制御信号を出力するため、非故障の降圧部の過負荷によるスイッチング素子の熱破壊を防ぐことができる。

以下、本発明に係る降圧電源回路の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図３は、本発明の第１の実施の形態に係る降圧電源回路の要部を示した回路図である。図中２０Ａは降圧電源回路を示しており、降圧電源回路２０Ａは、第１降圧部２７Ａと第２降圧部２８Ａ、制御回路２２、フィルタ用コイル２３（例えば、１０μＨ）とコンデンサ２４（例えば、１０００μＦ）、マイクロコンピュータ（マイコン）２５Ａ、コンパレータ２９１及び参照電圧電源２９２を含んで構成されている。

第１降圧部２７Ａは、ＭＯＳＦＥＴ２７１と２７３、コイル２７２（例えば、１０μＨ）、コンデンサ２７４（例えば、１０００μＦ）、電流検出器２７５と２７６を含んで構成されている。第２降圧部２８Ａは第１降圧部と同じ、ＭＯＳＦＥＴ２８１と２８３、コイル２８２（例えば、１０μＨ）、コンデンサ２８４（例えば、１０００μＦ）、電流検出器２８５と２８６を含んで構成されている。

直流電源２１（例えば、２０Ａ）は、コイル２３を介してコンデンサ２４と接続されており、コンデンサ２４が接地されている。コイル２３とコンデンサ２４によって、フィルタ回路が構成されている。該フィルタ回路の出力端子Ｆ（コイル２３とコンデンサ２４とが接続されている端子）には、第１降圧部２７Ａの１次側Ｉ１、第２降圧部２８Ａの１次側Ｉ２及び制御回路２２がそれぞれ接続されている。

第１降圧部２７Ａにおいて、電流検出器２７５が設置されているＭＯＳＦＥＴ２７１の高圧側（ドレイン側）が第１降圧部２７Ａの１次側Ｉ１となっており、ＭＯＳＦＥＴ２７１の低圧側（ソース側）がコイル２７２の一端と接続されており、コイル２７２の他端が、接地されているコンデンサ２７４と接続されて第１降圧部２７Ａの２次側Ｏ１となっており、また、電流検出器２７６が設置されているＭＯＳＦＥＴ２７３の高圧側（ドレイン側）がＭＯＳＦＥＴ２７１の低圧側（ソース側）と接続されており、また、ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３のそれぞれのゲートが制御回路２２と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２７３の低圧側（ソース側）が接地されている。

第２降圧部２８Ａにおいて、電流検出器２８５が設置されているＭＯＳＦＥＴ２８１の高圧側（ドレイン側）が第２降圧部２８Ａの１次側Ｉ２となっており、ＭＯＳＦＥＴ２８１の低圧側（ソース側）がコイル２８２の一端と接続されており、コイル２８２の他端が、接地されているコンデンサ２８４と接続されて第２降圧部２８Ａの２次側Ｏ２となっており、また、電流検出器２８６が設置されているＭＯＳＦＥＴ２８３の高圧側（ドレイン側）がＭＯＳＦＥＴ２８１の低圧側（ソース側）と接続されており、ＭＯＳＦＥＴ２８１、２８３のそれぞれのゲートが制御回路２２と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２８３の低圧側（ソース側）が接地されている。また、第２降圧部２８Ａの２次側Ｏ２と第１降圧部２７Ａの２次側Ｏ１及び負荷２６（例えば、２０Ａ）とが接続されている。

したがって、第１降圧部２７Ａ及び第２降圧部２８Ａは、それぞれの１次側Ｉ１とＩ２との接続、それぞれの２次側Ｏ１とＯ２との接続によって、並設されるようになっている。

コンパレータ２９１は、第１の入力端子が負荷２６と接続されており、第２の入力端子が参照電圧電源２９２と接続され、出力端子がマイコン２５Ａと接続されている。

マイコン２５Ａは、アナログ電気入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、ディジタル信号をアナログ電気出力信号に変換するＤ／Ａ変換器（図示せず）、ディジタル処理を行うＣＰＵ（図示せず）、及びデータを記憶するメモリ（図示せず）などを備えており、電流検出器２７５、２７６、２８５、２８６とそれぞれ接続されている。

制御回路２２は、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３）のゲートとソースとの間にそれぞれパルス電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）を印加することにより、スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３）をスイッチングさせる。

第１降圧部２７Ａ及び第２降圧部２８Ａにおける各スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３）は、ゲートとソースとの間に印加される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）が閾値電圧以上になると、ドレインとソースとの間がオンされ、他方、ゲートとソースとの間に印加される電圧（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４）が閾値電圧より小さくなると、ドレインとソースとの間がオフされるため、コイル２７２、２８２の中に蓄えたエネルギーを放出することにより、コンデンサ２７４、２８４が充電され、負荷２６へ電圧を出力するようになっている。

マイコン２５Ａは、ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３のそれぞれのゲート電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４、及びＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３のそれぞれの高圧側に設置されている電流検出器２７５、２７６、２８５、２８６により検出された電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４を所定のタイミングでそれぞれ取り込み、各ゲートのオン／オフタイミング及び電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４の値を解析することにより、第１降圧部２７Ａと第２降圧部２８Ａの故障を検出する。

通常、第１降圧部２７Ａと第２降圧部２８Ａが正常に動作している場合、両者が負荷２６を均等に負担しているため、第１降圧部２７Ａの電流値と第２降圧部２８Ａの電流値が同じである。即ち、ＭＯＳＦＥＴ２７１に流れる電流がＭＯＳＦＥＴ２８１に流れる電流と同じ、ＭＯＳＦＥＴ２７３に流れる電流がＭＯＳＦＥＴ２８３に流れる電流と同じ、コイル２７２に流れる電流がコイル２８２に流れる電流と同じである。そのため、第１降圧部２７Ａと第２降圧部２８Ａのそれぞれにおける相同箇所から検出された電流値の差分値が０になる。しかしながら、第１降圧部２７Ａ又は第２降圧部２８Ａに故障が発生した場合、故障した降圧部の電流が異常になるため、故障の降圧部の電流と非故障の降圧部の電流との間の差分値が大きくなる。

マイコン２５Ａは、ＭＯＳＦＥＴ２７１がオン／オフ状態（即ち、Ｖ１がハイ／ローレベルにある状態）におけるＭＯＳＦＥＴ２７１の高圧側の電流Ｉ１と、ＭＯＳＦＥＴ２８１がオン／オフ状態（即ち、Ｖ３がハイ／ローレベルである状態）におけるＭＯＳＦＥＴ２８１の高圧側の電流Ｉ３とを比較し、ＭＯＳＦＥＴ２７３がオン／オフ状態（即ち、Ｖ２がハイ／ローレベルである状態）におけるＭＯＳＦＥＴ２７３の高圧側の電流Ｉ２と、ＭＯＳＦＥＴ２８３がオン／オフ状態（即ち、Ｖ４がハイ／ローレベルである状態）におけるＭＯＳＦＥＴ２８３の高圧側の電流Ｉ４とを比較することにより、第１降圧部２７Ａ又は第２降圧部２８Ａの故障を検出し、故障が検出された場合、故障告知信号Ｅを外部へ出力する。

次に、マイコン２５ＡにおけるＣＰＵが行う処理動作を図４、５に示したフローチャートに基づいて説明する。

まず、図４に示したフローチャートに基づいて、マイコン２５ＡにおけるＣＰＵが行う処理Ａについて説明する。図４に示したように、まず、ステップＳ１０では、第１降圧部２７Ａにおける電流検出器２７５により検出されたＭＯＳＦＥＴ２７１の高圧側の電流Ｉ１を取り込み、その後、ステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、ＭＯＳＦＥＴ２７１をオンにしているか否かを判断し、ＭＯＳＦＥＴ２７１をオンにしていると判断した場合、電流Ｉ１をオン状態電流メモリＩｏ１に記憶させ（ステップＳ１２）、他方、電流Ｉ１をオフ状態電流メモリＩｆ１に記憶させ（ステップＳ１３）、その後ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、第２降圧部２８Ａにおける電流検出器２８５により検出されたＭＯＳＦＥＴ２８１の高圧側の電流Ｉ３を取り込み、その後、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、ＭＯＳＦＥＴ２８１をオンにしているか否かを判断し、ＭＯＳＦＥＴ２８１をオンにしていると判断した場合、電流Ｉ３をオン状態電流メモリＩｏ３に記憶させ（ステップＳ１６）、他方、電流Ｉ３をオフ状態電流メモリＩｆ３に記憶させ（ステップＳ１７）、その後ステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８では、第１降圧部２７Ａにおける電流検出器２７６により検出されたＭＯＳＦＥＴ２７３の高圧側の電流Ｉ２を取り込み、その後、ステップＳ１９に進む。ステップＳ１９では、ＭＯＳＦＥＴ２７３をオンにしているか否かを判断し、ＭＯＳＦＥＴ２７３をオンにしていると判断した場合、電流Ｉ２をオン状態電流メモリＩｏ２に記憶させ（ステップＳ２０）、他方、電流Ｉ２をオフ状態電流メモリＩｆ２に記憶させ（ステップＳ２１）、その後ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、第２降圧部２８Ａにおける及び電流検出器２８６により検出されたＭＯＳＦＥＴ２８３の高圧側の電流Ｉ４を取り込み、その後、ステップＳ２３に進む。ステップＳ２３では、ＭＯＳＦＥＴ２８３をオンにしているか否かを判断し、ＭＯＳＦＥＴ２８３をオンにしていると判断した場合、電流Ｉ４をオン状態電流メモリＩｏ４に記憶させ（ステップＳ２４）、他方、電流Ｉ４をオフ状態電流メモリＩｆ４に記憶させ（ステップＳ２５）、その後処理Ｂに進む。

処理Ｂは図５に示したように、ステップＳ３１では、ＭＯＳＦＥＴ２７１のオン状態電流メモリＩｏ１の値とＭＯＳＦＥＴ２８１のオン状態電流メモリＩｏ３の値との差分値の大きさが評価値Ｄ１１より大きいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｄ１１より大きいと判断した場合、オープン故障が発生したと判断してオープン故障の告知信号を出力し（ステップＳ３２）、その後ステップＳ３３に進み、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｄ１１より大きくないと判断した場合、直接ステップＳ３３に進む。

ステップＳ３３では、ＭＯＳＦＥＴ２７１のオフ状態電流メモリＩｆ１の値とＭＯＳＦＥＴ２８１のオフ状態電流メモリＩｆ３の値との差分値の大きさが評価値Ｄ１２より大きいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｄ１２より大きいと判断した場合、ショート故障が発生したと判断してショート故障の告知信号を出力し（ステップＳ３４）、その後ステップＳ３５に進み、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｄ１２より大きくないと判断した場合、直接ステップＳ３５に進む。

ステップＳ３５では、ＭＯＳＦＥＴ２７３のオン状態電流メモリＩｏ２の値とＭＯＳＦＥＴ２８３のオン状態電流メモリＩｏ４の値との差分値の大きさが評価値Ｄ２１より大きいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｄ２１より大きいと判断した場合、オープン故障が発生したと判断して、オープン故障の告知信号を出力し（ステップＳ３６）、その後ステップＳ３７に進み、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｄ２１より大きくないと判断した場合、直接ステップＳ３７に進む。

ステップＳ３７では、ＭＯＳＦＥＴ２７３のオフ状態電流メモリＩｆ２の値とＭＯＳＦＥＴ２８３のオフ状態電流メモリＩｆ４の値との差分値の大きさが評価値Ｄ２２より大きいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｄ２２より大きいと判断した場合、ショート故障が発生したと判断して、ショート故障の告知信号を出力し（ステップＳ３８）、その後メイン処理（図示せず）へ戻り、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｄ２２より大きくないと判断した場合、直接メイン処理へ戻る。

上記第１の実施の形態に係る降圧電源回路によれば、第１降圧部２７Ａにおけるスイッチング素子（２７１、２７３）、第２降圧部２８Ａにおけるスイッチング素子（２８１、２８３）のそれぞれの高圧側の電流値を検出し、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）のオン状態及びオフ状態における電流の検出値をそれぞれ取り込み、オン状態及びオフ状態におけるスイッチング素子２７１の電流の検出値とスイッチング２８１の電流の検出値との比較、オン状態及びオフ状態におけるスイッチング素子２７３の電流の検出値とスイッチング素子２８３の電流の検出値との比較を行うため、第１降圧部２７Ａ又は第２降圧部２８Ａのいずれかにオープン故障又はショート故障が発生した場合、その故障を検出し、外部へ故障を告知することにより、故障していない降圧部の過負荷によるスイッチング素子の熱破壊を防ぐことができる。

なお、上記第１の実施の形態では、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の高圧側の電流値を検出するようにしているが、別の実施の形態では、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の低圧側の電流値を検出するようにしてもよい。

図６は、本発明の第２の実施の形態に係る降圧電源回路の要部を示した回路図である。図中２０Ｂは降圧電源回路を示しており、降圧電源回路２０Ｂは、第１降圧部２７Ｂと第２降圧部２８Ｂ、制御回路２２、フィルタ用コイル２３（例えば、１０μＨ）とコンデンサ２４（例えば、１０００μＦ）及びマイクロコンピュータ（マイコン）２５Ｂを含んで構成されている。

なお、図６に示した回路の構成において、図３に示した回路と同様な構成部分について、同じ記号が使用されており、ここではその説明が省略される。

第１降圧部２７Ｂは、ＭＯＳＦＥＴ２７１と２７３、コイル２７２（例えば、１０μＨ）、コンデンサ２７４（例えば、１０００μＦ）、電流検出器２７７を含んで構成されている。第２降圧部２８Ｂは第１降圧部と同じ、ＭＯＳＦＥＴ２８１と２８３、コイル２８２（例えば、１０μＨ）、コンデンサ２８４（例えば、１０００μＦ）、電流検出器２８７を含んで構成されている。

第１降圧部２７Ｂの１次側Ｉ１、第２降圧部２８Ａの１次側Ｉ２及び制御回路２２が、コイル２３とコンデンサ２４によって構成されたフィルタ回路を介して直流電源２１と接続されている。

第１降圧部２７Ｂにおいて、ＭＯＳＦＥＴ２７１の高圧側（ドレイン側）が第１降圧部２７Ｂの１次側Ｉ１となっており、ＭＯＳＦＥＴ２７１の低圧側（ソース側）が、電流検出器２７７が設置されているコイル２７２の一端と接続されており、コイル２７２の他端が、接地されているコンデンサ２７４と接続されて第１降圧部２７Ｂの２次側Ｏ１となっており、また、ＭＯＳＦＥＴ２７３の高圧側（ドレイン側）がＭＯＳＦＥＴ２７１の低圧側（ソース側）と接続されており、また、ＭＯＳＦＥＴ２７１のゲート、ＭＯＳＦＥＴ２７３のゲートは、それぞれ制御回路２２と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２７３の低圧側（ソース側）が接地されている。

第２降圧部２８Ｂにおいて、ＭＯＳＦＥＴ２８１の高圧側（ドレイン側）が第２降圧部２８Ｂの１次側Ｉ２となっており、ＭＯＳＦＥＴ２８１の低圧側（ソース側）が、電流検出器２８７が設置されているコイル２８２の一端と接続されており、コイル２８２の他端が、接地されているコンデンサ２８４と接続されて第２降圧部２８Ｂの２次側Ｏ２となっており、また、ＭＯＳＦＥＴ２８３の高圧側（ドレイン側）がＭＯＳＦＥＴ２８１の低圧側（ソース側）と接続されており、ＭＯＳＦＥＴ２８１、２８３のゲートがそれぞれ制御回路２２と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２８３の低圧側（ソース側）が接地されている。また、第２降圧部２８Ｂの２次側Ｏ２が第１降圧部２７Ｂの２次側Ｏ１及び負荷２６と接続されている。

したがって、第１降圧部２７Ｂ及び第２降圧部２８Ｂは、それぞれの１次側Ｉ１とＩ２との接続、それぞれの２次側Ｏ１とＯ２との接続によって、並設されるようになっている。

マイコン２５Ｂは、アナログ電気入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、ディジタル信号をアナログ電気出力信号に変換するＤ／Ａ変換器（図示せず）、ディジタル処理を行うＣＰＵ（図示せず）、及びデータを記憶するメモリ（図示せず）などを備えており、電流検出器２７７、２８７、及び制御回路２２と接続されている。

通常、第１降圧部２７Ｂと第２降圧部２８Ｂが正常に動作している場合、両者が負荷２６を均等に負担しているため、コイル２７２に流れる電流とコイル２８２に流れる電流が同じであるので、所定期間におけるそれぞれの電流の検出値の平均値の間の差分値が０になる。しかしながら、第１降圧部２７Ｂ又は第２降圧部２８Ｂに故障が発生した場合、故障の降圧部の電流が異常になるため、故障の降圧部におけるコイルの電流と非故障の降圧部におけるコイルの電流との間の差分値が大きくなる。

マイコン２５Ｂは、コイル２７２、２８２のそれぞれの高圧側に設置されている電流検出器２７７、２８７により検出された電流Ｉｃ１、Ｉｃ２を所定のサンプリング周期（例えば、０．１秒）毎にそれぞれ取り込み、所定期間（例えば、０．５秒）における電流Ｉｃ１、Ｉｃ２の平均値をそれぞれ算出し、算出されたＩｃ１の平均値とＩｃ２の平均値との間の差分値を判断することにより、第１降圧部２７Ｂと第２降圧部２８Ｂの故障を検出する。故障が検出された場合、制御回路２２に各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる信号Ｇを制御回路２２へ出力する。

次に、マイコン２５ＢにおけるＣＰＵが行う処理動作を図７に示したフローチャートに基づいて説明する。図７に示したように、ステップＳ５０では、平均値メモリＩｋ１、Ｉｋ２及び循環回数ｋの初期化を行う（即ち、Ｉｋ１＝０、Ｉｋ２＝０、ｋ＝０）、その後、ステップＳ５１に進む。ステップＳ５１では、電流検出器２７７により検出された電流Ｉｃ１、電流検出器２８７により検出された電流Ｉｃ２をそれぞれ取り込み、その後、ステップＳ５２に進む。ステップＳ５２では、電流Ｉｃ１を平均値メモリＩｋ１に加算し、電流Ｉｃ２を平均値メモリＩｋ２に加算し（ステップＳ５３）、循環数ｋに１を加算し（ステップＳ５４）、その後、ステップＳ５５に進む。

ステップＳ５５では、循環数ｋは５より大きいであるか否かを判断し、循環数ｋは５より大きいと判断した場合、ステップＳ５１に戻り、他方、循環数ｋは５より大きくないと判断した場合、ステップＳ５６に進む。ステップＳ５６では、平均値メモリＩｋ１の値と平均値メモリＩｋ２の値との間の差分値の大きさが評価値Ｃより大きいであるか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｃより大きくないと判断した場合、ステップＳ５０へ戻り、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｃより大きいと判断した場合、ステップＳ５７に進む。

ステップＳ５７では、制御回路２２にスイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる制御信号Ｇを制御回路２２へ出力し、その後、メイン処理（図示せず）に戻る。

上記第２の実施の形態に係る降圧電源回路によれば、第１降圧部２７Ｂにおけるコイル２７２に流れる電流の平均値と、第２降圧部２８Ｂにおけるコイル２８２に流れる電流の平均値とを比較することにより、第１降圧部２７Ｂ及び第２降圧部２８Ｂの故障を検出し、故障が検出された場合、制御回路２２にスイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制御させる制御信号を制御回路２２へ出力するため、故障が発生した後、降圧回路の過負荷によりスイッチング素子の熱破壊を防ぐことができる。

なお、上記第２の実施の形態では、コイル（２７２、２８２）の高圧側の電流値を検出するようにしているが、他の実施の形態では、コイル（２７２、２８２）の低圧側の電流値を検出するようにしてもよい。また、上記第２の実施の形態では、５回の電流の検出値の平均値を取るようにしているが、別の実施の形態では、スイッチング素子（２７１、２８１）がオン状態またはオフ状態における電流の検出値の平均値を取るようにしてもよい。

図８は、本発明の第３の実施の形態に係る降圧電源回路の要部を示した回路図である。図中２０Ｃは降圧電源回路を示しており、降圧電源回路２０Ｃは、第１降圧部２７Ａと第２降圧部２８Ａ、制御回路２２、フィルタ用コイル２３（例えば、１０μＨ）とコンデンサ２４（例えば、１０００μＦ）及びマイクロコンピュータ（マイコン）２５Ｃを含んで構成されている。

なお、図６に示した回路の構成において、図３に示した回路と同様な構成部分について、同じ記号が使用されており、ここではその説明が省略され、マイコン２５Ｃだけを以下に説明する。

マイコン２５Ｃは、アナログ電気入力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（図示せず）、ディジタル信号をアナログ電気出力信号に変換するＤ／Ａ変換器（図示せず）、ディジタル処理を行うＣＰＵ（図示せず）、及びデータを記憶するメモリ（図示せず）などを備えており、ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３のそれぞれのゲート、電流検出器２７５、２７６、２８５、２８６、及び制御回路２２とそれぞれ接続されている。

通常、第１降圧部２７Ａと第２降圧部２８Ａが正常に動作している場合、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）において、オン状態の電流とオフ状態の電流とは異なっているが、ショート故障またはオープン故障した場合では、オン・オフの切換による電流の変換がなくなる。

マイコン２５Ｃは、ＭＯＳＦＥＴ２７１、２７３、２８１、２８３のそれぞれに対して、オン状態における電流の検出値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４と、オフ状態における電流の検出値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４との差分値を算出し、算出された差分値が所定の評価値より小さい場合、故障が発生したと判断し、制御回路２２に各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる信号Ｇを制御回路２２へ出力するとともに、故障した降圧部を告知する異常告知信号Ｆを外部へ出力する。

次に、マイコン２５ＣにおけるＣＰＵが行う処理動作を図９、１０に示したフローチャートに基づいて説明する。図９に示した処理Ｄの処理動作は、図４に示した処理動作Ａと全く同じなため、ここではその説明が省略される。

図１０に示したフローチャートに基づいて、処理動作Ｅを説明する。図１０に示したように、処理動作Ｄに続いて、ステップＳ１０１では、ＭＯＳＦＥＴ２７１のオン状態電流メモリＩｏ１の値とＭＯＳＦＥＴ２７１のオフ状態電流メモリＩｆ１の値との差分値の大きさが評価値Ｔ１１より小さいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｔ１１より小さいと判断した場合、第１降圧部２７Ａに故障が発生したとの故障告知信号Ｆを外部へ出力する（ステップＳ１０２）と共に、制御回路２２にスイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる電流制限信号Ｇを制御回路２２へ出力し（ステップＳ１０３）、その後ステップＳ１０４に進み、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｔ１１より小さいではないと判断した場合、直接ステップＳ１０４に進む。

ステップＳ１０４では、ＭＯＳＦＥＴ２７３のオン状態電流メモリＩｏ２の値とＭＯＳＦＥＴ２７３のオフ状態電流メモリＩｆ２の値との差分値の大きさが評価値Ｔ１２より小さいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｔ１２より小さいと判断した場合、第１降圧部２７Ａに故障が発生したとの故障告知信号Ｆを外部へ出力する（ステップＳ１０５）と共に、制御回路２２にスイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる電流制限信号Ｇを制御回路２２へ出力し（ステップＳ１０６）、その後ステップＳ１０７に進み、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｔ１２より小さいではないと判断した場合、直接ステップＳ１０７に進む。

ステップＳ１０７では、ＭＯＳＦＥＴ２８１のオン状態電流メモリＩｏ３の値とＭＯＳＦＥＴ２８１のオフ状態電流メモリＩｆ３の値との差分値の大きさが評価値Ｔ２１より小さいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｔ２１より小さいと判断した場合、第２降圧部２８Ａに故障が発生したとの故障告知信号Ｆを外部へ出力する（ステップＳ１０８）と共に、制御回路２２にスイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる電流制限信号Ｇを制御回路２２へ出力し（ステップＳ１０９）、その後ステップＳ１１０に進み、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｔ２１より小さいではないと判断した場合、直接ステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、ＭＯＳＦＥＴ２８３のオン状態電流メモリＩｏ４の値とＭＯＳＦＥＴ２８３のオフ状態電流メモリＩｆ４の値との差分値の大きさが評価値Ｔ２２より小さいか否かを判断し、前記差分値の大きさが評価値Ｔ２２より小さいと判断した場合、第２降圧部２８Ａに故障が発生したとの故障告知信号Ｆを外部へ出力する（ステップＳ１１１）と共に、制御回路２２にスイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる電流制限信号Ｇを制御回路２２へ出力し（ステップＳ１１２）、その後、メイン処理（図示せず）へ戻り、他方、前記差分値の大きさが評価値Ｔ２２より小さいではないと判断した場合、直接メイン処理へ戻る。

上記第３の実施の形態に係る降圧電源回路によれば、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）に対して、そのオン状態における電流の検出値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４と、そのオフ状態における電流の検出値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４との差分値を比較することにより、各降圧部（２７Ａ、２８Ａ）の故障を検出し、故障が発生したと判断し、制御回路２２に各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の電流を制限させる信号Ｇを制御回路２２へ出力するとともに、故障した降圧部を告知する異常告知信号Ｆを外部へ出力するため、故障が発生した降圧部を速やかに特定できると共に、電流制限を行わせることにより、故障した後、スイッチング素子の過負荷による熱破壊を防ぐことができる。

なお、上記第３の実施の形態では、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の高圧側の電流値を検出するようにしているが、別の実施の形態では、各スイッチング素子（２７１、２７３、２８１、２８３）の低圧側の電流値を検出するようにしてもよい。

また、本発明は車両の電動パワーステアリング制御装置をはじめ、様々な制御装置に適用することが可能である。

従来の降圧電源回路の構成を示した回路図である。 従来の降圧電源回路の構成を示した回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係る降圧電源回路の要部を示した回路図である。 第１の実施の形態に係る降圧電源回路におけるマイコンの一部の処理動作を示したフローチャートである。 第１の実施の形態に係る降圧電源回路におけるマイコンの一部の処理動作を示したフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る降圧電源回路の要部を示した回路図である。 第２の実施の形態に係る降圧電源回路におけるマイコンの一部の処理動作を示したフローチャートである。 本発明の第３の実施の形態に係る降圧電源回路の要部を示した回路図である。 第３の実施の形態に係る降圧電源回路におけるマイコンの一部の処理動作を示したフローチャートである。 第３の実施の形態に係る降圧電源回路におけるマイコンの一部の処理動作を示したフローチャートである。

符号の説明

１０Ａ、１０Ｂ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ 降圧電源回路
１７、１８、２７Ａ、２８Ａ、２７Ｂ、２８Ｂ 降圧部
１１、２１ 直流電源
１２、２２ 制御回路
１３、２９１ コンパレータ
１４、２９２ 参照電圧電源
１５、２６ 負荷
２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ マイコン
１７１、１８１、２７１、２７３、２８１、２８３ ＭＯＳＦＥＴ
１７２、１８２、２７２、２８２ コイル
１７４、１８４、２７４、２８４ コンデンサ
２７５、２７６、２７７、２８５、２８６、２８７ 電流検出器

Claims (10)

1. 直流電源と接続され、出力側にコイルが介装されたスイッチング回路のスイッチング動作により、前記直流電源の電圧を所定の降下直流電圧に変換する降圧部が２つ以上並設された降圧電源回路において、
   前記降圧部の電流値を検出する電流検出手段と、
   前記各降圧部の所定箇所の電流値を比較することにより、前記降圧部の故障を検出する故障検出手段とを備えていることを特徴とする降圧電源回路。
2. 前記電流検出手段が、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流値、前記コイルの入力側又は出力側の電流値のうちの少なくとも１つを検出するものであることを特徴とする請求項１記載の降圧電源回路。
3. 前記故障検出手段が、前記各降圧部の所定のスイッチング素子のそれぞれのオン状態における高圧側又は低圧側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の間の差分値が所定値より大きくなると、故障が発生したと判断するものであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の降圧電源回路。
4. 前記故障検出手段が、前記各降圧部の所定のスイッチング素子のそれぞれのオフ状態における高圧側又は低圧側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の間の差分値が所定値より大きくなると、故障が発生したと判断するものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の降圧電源回路。
5. 前記故障検出手段が、所定期間、前記各降圧部におけるコイルの入力側又は出力側の電流の検出値を取り込み、取り込んだ各電流の検出値の平均値の差分値が所定値以上になると、前記降圧部に故障が発生したと判断するものであることを特徴とする請求項１〜４に記載の降圧電源回路。
6. 直流電源と接続され、出力側にコイルが介装されたスイッチング回路のスイッチング動作により、前記直流電源の電圧を所定の直流電圧に変換する降圧部が２つ以上並設された降圧電源回路において、
   前記降圧部の電流値を検出する電流検出手段と、
   前記スイッチング回路の所定のスイッチング素子のオン状態における前記降圧部の電流の検出値と、前記スイッチング素子のオフ状態における前記降圧部の電流の検出値とを比較することにより、前記降圧部の故障を検出する故障検出手段とを備えていることを特徴とする降圧電源回路。
7. 前記電流検出手段が、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流値を検出することを特徴とする請求項６記載の降圧電源回路。
8. 前記故障検出手段が、前記スイッチング回路におけるスイッチング素子のオン及びオフ状態における該スイッチング素子の高圧側又は低圧側の電流の検出値をそれぞれ取り込み、取り込んだ前記オン状態における電流の検出値と前記オフ状態における電流の検出値との間の差分値が所定値より小さい場合、前記スイッチング素子が存在する降圧部に故障が発生したと判断するものであることを特徴とする請求項６又は請求項７記載の降圧電源回路。
9. 前記故障検出手段が、前記降圧電源回路の故障を検出した場合、故障告知信号を出力するものであることを特徴とする請求項１〜８のいずれかの項に記載の降圧電源回路。
10. 前記故障検出手段が、前記降圧電源回路の故障を検出した場合、前記スイッチング回路の出力電流を制限する制御信号を出力するものであることを特徴とする請求項１〜９のいずれかの項に記載の降圧電源回路。

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