JP2009183081A - チョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータに用いられるリアクトルの状態を検出する。
【解決手段】過電流検知回路１２６は、コンバータ１２に設けられているスイッチング素子１２４に流れる電流が所定電流以上になると、過電流検知信号を出力する。制御回路１５は、スイッチング素子１２４を所定時間オンさせた時に、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力されたか否かに基づいて、コンバータ１２に用いられるリアクトル１２０の状態を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョッパ型コンバータに用いられるリアクトルの状態を検出する装置に関する。

従来、コンバータに用いられているリアクトルの故障を診断する技術が知られている（特許文献１参照）。この故障診断技術では、コンバータの負荷側に接続されているモータのトルク指令値に基づいて、モータの駆動を制御するためのインバータ内に設けられているスイッチング素子の温度を推定し、推定した温度と、温度センサによって検出されるスイッチング素子の温度とが所定温度以上であれば、リアクトルのインダクタンスが異常であると判定している。

特開２００４−１９４４７６号公報

しかしながら、従来の技術では、リアクトルが正常か故障かを判定するだけであり、例えば、インダクタンスが低下しているが、故障と判定されない場合のリアクトルの状態を検出することはできなかった。

本発明によるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置は、チョッパ型コンバータに設けられている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子を所定時間オンさせた時に、スイッチング素子の過電流を検知する過電流検知手段から過電流検知信号が出力されたか否かに基づいて、リアクトルの状態を検出することを特徴とする。

本発明によるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、リアクトルの故障の有無に関わらず、リアクトルの状態を検出することができる。

−第１の実施の形態−
図１は、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置の構成を示す図である。このチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置は、例えば、ハイブリッド自動車に搭載されて使用される。

チョッパ型コンバータ１２（以下、単にコンバータ１２と呼ぶ）は、直流電源（バッテリ）１０の直流電圧を昇圧して、インバータ１３に供給する昇圧型ＤＣ−ＤＣコンバータである。直流電源１０には、電圧を平滑化させるための平滑コンデンサ１１が並列に接続されている。インバータ１３は、直流電圧を交流電圧に変換して、三相交流モータ１４に供給する。三相交流モータ１４は、例えば、車両駆動用のモータである。

コンバータ１２は、リアクトル１２０と、スイッチング素子であるＩＧＢＴ１２３，１２４と、ダイオード１２７，１２８と、駆動回路１２１，１２２とを備える。ＩＧＢＴ１２３，１２４にはそれぞれ、過電流が流れたことを検知するためのセンサが備わり、そのセンサからの信号を処理する過電流検知回路１２５，１２６が駆動回路１２１，１２２に設けられている。なお、過電流検知回路１２５，１２６はそれぞれ、駆動回路１２１，１２２の内部に設けられており、その詳細な構成については、後述する。

高圧側に設けられるＩＧＢＴ１２３のコレクタ端子は、コンバータ１２のプラス側の出力端子に接続されており、エミッタ端子は、リアクトル１２０の出力端と接続されている。リアクトル１２０の入力端は、直流電源１０のプラス端子と接続されている。ダイオード１２７は、ＩＧＢＴ１２３と並列に、ＩＧＢＴ１２３のエミッタ端子からコレクタ端子の方向に電流が流れるように設けられている。ＩＧＢＴ１２３のオン／オフは、駆動回路１２１によって制御される。

低圧側に設けられるＩＧＢＴ１２４のエミッタ端子は、コンバータ１２のマイナス側の出力端子に接続されており、コレクタ端子は、リアクトル１２０の出力端と接続されている。ダイオード１２８は、ＩＧＢＴ１２４と並列に、ＩＧＢＴ１２４のエミッタ端子からコレクタ端子の方向に電流が流れるように設けられている。ＩＧＢＴ１２４のオン／オフは、駆動回路１２２によって制御される。

制御回路１５は、ＩＧＢＴ１２３，１２４の動作を制御するための信号（例えば、ＰＷＭ信号）を駆動回路１２１，１２２に出力するとともに、インバータ１３の制御を行う。記憶装置１６には、リアクトル１２０の様々なインダクタンス値に応じた制御定数が記憶されている。リアクトル１２０のインダクタンスに応じた制御定数については後述する。

図２は、過電流検知回路１２５の詳細な構成を示す図である。以下では、過電流検知回路１２５の詳細な構成について説明するが、過電流検知回路１２６の構成も同様である。過電流検知回路１２５は、基準電源７０２と、抵抗７０３，７０４，７０５と、比較器７０７とを備える。なお、回路７０１は、ＩＧＢＴ１２３のゲート端子の電圧を制御することにより、ＩＧＢＴ１２３のオン／オフを制御する回路である。

比較器７０７の非反転入力端子には、基準電源７０２の基準電圧を抵抗７０４および７０５で分圧した電圧が入力される。比較器７０７の反転入力端子には、ＩＧＢＴ１２３のコレクタ電流の大きさに比例した電圧が入力される。具体的には、ＩＧＢＴ１２３のコレクタ電流のうち、分流された電流がセンス抵抗７０３に流れることによって電圧に変換されて、比較器７０７の反転入力端子に入力される。比較器７０７は、非反転入力端子に入力される電圧（しきい値電圧）が反転入力端子に入力される電圧より高ければ、ＩＧＢＴ１２３に過電流が流れたことを示す過電流検知信号を出力する。なお、コレクタ電流から分流される電流は、例えば、コレクタ電流の１／１０００の大きさである。

昇圧コンバータ回路の一般的な動作について説明する。直流電源１０の電圧値Ｖinと、コンバータ回路１２の出力電圧Ｖoutとの間には、次式（１）の関係が成立する。
Ｖout＝｛１／（１−Ｄuty）｝×Ｖin （１）
ただし、Ｄutyは、ＩＧＢＴ１２４のオンデューティであり、ＩＧＢＴ１２４のオン時間をＴon、スイッチング周期をＴとすると、次式（２）で表される。
Ｄuty＝Ｔon／Ｔ （２）

式（１）において、例えば、Ｖin＝３００（Ｖ）、Ｄuty＝５０（％）とすると、Ｖout＝６００（Ｖ）となる。すなわち、ＩＧＢＴ１２４のデューティを制御することによって、出力電圧Ｖoutを制御することができる。

図３は、制御回路１５の内部に設けられている、ＩＧＢＴ１２４のデューティＤutyを決定するための回路の構成の一例を示す図である。この回路は、電圧制御部３０および電流制御部４０から構成されている。電圧制御部３０は、減算器３１と、制御ブロック３２と、積分器３３と、制御ブロック３４と、加算器３５とを備え、昇圧コンバータの出力電圧Ｖoutを電圧指令値Ｖout^*に一致させるためのリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ ^*を求めて電流制御部４０に出力する。

減算器３１は、昇圧コンバータの出力電圧指令値Ｖout^*から、図示しない電圧センサによって検出される昇圧コンバータの出力電圧Ｖoutを減算する。制御ブロック３２は、減算器３１の減算結果に、所定の比例ゲインＫpvを乗算して出力する。積分器３３は、減算器３１の減算結果を積分して出力する。制御ブロック３４は、積分器３３の積分結果に、所定の積分ゲインＫivを乗算して出力する。加算器３５は、制御ブロック３２の出力と、制御ブロック３４の出力とを加算して、加算結果であるリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ ^*を電流制御部９１に出力する。

電流制御部４０は、減算器４１と、制御ブロック４２と、積分器４３と、制御ブロック４４と、加算器４５とを備え、リアクトル１２０に流れるリアクトル電流ｉ_Ｌとリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ ^*とが一致するように、ＩＧＢＴ１２４をオンさせるデューティＤutyを決定する。

減算器４１は、電圧制御部３０から入力されるリアクトル電流指令値ｉ_Ｌ ^*から、リアクトル電流ｉ_Ｌを減算する。制御ブロック４２は、減算器４１の減算結果に、所定の比例ゲインＫpiを乗算して出力する。積分器４３は、減算器４１の減算結果を積分して出力する。制御ブロック４４は、積分器４３の積分結果に、所定の積分ゲインＫiiを乗算して出力する。加算器４５は、制御ブロック４２の出力と、制御ブロック４４の出力とを加算して、加算結果であるデューティＤutyを出力する。

ここで、リアクトル１２０に用いられているコア材の比透磁率が変化する等、なんらかの原因によって、リアクトル１２０のインダクタンス値が変化すると、図３に示す制御回路で用いられる制御定数の最適値も変わる。制御定数とは、比例ゲインＫpv，Ｋpi、および、積分ゲインＫiv，Ｋiiである。リアクトル１２０のインダクタンス値が変化した場合に、制御定数Ｋpv，Ｋpi，Ｋiv，Ｋiiとして同じ値を用いると、コンバータ１２の出力電圧の変動が増加したり、発振余裕度が減少したりする等、コンバータ１２の動作が不安定になる可能性がある。従って、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置では、リアクトル１２０のインダクタンス値が変化すると、変化したインダクタンス値に応じて、制御定数の値も変化させる。

リアクトル１２０のインダクタンス値を検出する方法について説明する。ＩＧＢＴ１２４をオンさせた時に、ＩＧＢＴ１２４に流れる最大電流ＩLmaxは、次式（３）で表される。
ＩLmax＝（Ｖin×Ｔon）／（Ｌ） （３）
ただし、ＴonはＩＧＢＴ１２４のオン時間であり、Ｌはリアクトル１２０のインダクタンス値である。

図４は、ＩＧＢＴ１２４のオン時間Ｔonを徐々に長くしていく場合に、ＩＧＢＴ１２４に対応して設けられている過電流検知回路１２６に流れる電流の大きさの変化を示す図である。ただし、リアクトル１２０のインダクタンス値は低下しておらず、初期値と同じであるとする。図４において、オン時間Ｔon1〜Ton8の間には、Ｔon1＜Ｔon2＜…＜Ｔon8の関係が成り立つ。制御回路１５は、ＩＧＢＴ１２４のオン時間Ｔonを徐々に長くするＰＷＭ信号を駆動回路１２２に出力する。ＩＧＢＴ１２４は、スイッチング周期Ｔ内で、徐々に長くなるオンと、徐々に短くなるオフとを交互に繰り返す動作を行う。

図４に示すように、ＩＧＢＴ１２４のオン時間Ｔonを徐々に長くしていくと、ＩＧＢＴ１２４のコレクタ電流も徐々に大きくなるので、過電流検知回路１２６に流れる電流も徐々に大きくなる。図４に示す例では、オン時間がＴon8になると、比較器７０７の反転入力端子に入力される電圧が非反転入力端子に入力されるしきい値電圧より高くなって、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力される。

ここで、リアクトル１２０のインダクタンス値が低下すると、インダクタンス値が低下する前に比べて、ＩＧＢＴ１２４のオン時に、ＩＧＢＴ１２４に流れる電流は大きくなる。図５は、リアクトル１２０のインダクタンス値が低下した場合に、過電流検知回路１２６に流れる電流の大きさを示す図であり、図４と同様に、ＩＧＢＴ１２４のオン時間Ｔonを徐々に長くしている。図５に示す例では、オン時間がＴon4になると、比較器７０７の反転入力端子に入力される電圧が非反転入力端子に入力されるしきい値電圧より高くなって、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力される。

リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌは、上式（３）を変形して得られる次式（４）から求めることができる。
Ｌ＝（Ｖin×Ｔon）／（ＩLmax） （４）
ここで、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力された時に、ＩＧＢＴ１２４から過電流検知回路１２６に流れる電流Ｉqは、実験等を行うことによって予め求めておくことができる。過電流検知回路１２６に流れる電流Ｉqと、ＩＧＢＴ１２４に流れる電流ＩLmaxとは所定の関係があるため、電流ＩLmaxも予め求めておくことができる。例えば、過電流検知回路１２６に流れる電流Ｉqが、ＩＧＢＴ１２４に流れる電流ＩLmaxの１／１０００の大きさの場合には、電流Ｉqを１０００倍した電流値がＩLmaxとなる。制御回路１５には、電流値ＩLmaxを予め記憶させておく。

制御回路１５には、図示しない電圧センサから、コンバータ１２の入力電圧Ｖinが入力されている。従って、制御回路１５は、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力された時のオン時間Ｔon、過電流検知信号が出力された時の電流ＩLmax、および、入力電圧Ｖinに基づいて、上式（４）より、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを算出する。

上述したように、記憶装置１６には、リアクトル１２０の様々なインダクタンス値Ｌに応じた最適な制御定数が記憶されている。制御回路１５は、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを算出すると、算出したインダクタンス値Ｌに応じた制御定数を記憶装置１６から読み出して、上述したＩＧＢＴ１２４をオンさせるデューティＤutyを決定する処理を行う際に用いる。

図６は、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によって行われる処理内容を示すフローチャートである。車両のイグニッションスイッチ（不図示）がオンされると、制御回路１５は、ステップＳ１０の処理を開始する。イグニッションスイッチをオンした時には、コンバータ１２からインバータ１３への電力供給や、インバータ１３からコンバータ１２への電力供給は無い。

ステップＳ１０では、変数ｋに１を代入して、ステップＳ２０に進む。ステップＳ２０では、ＩＧＢＴ１２４のオン時間がＴonkとなるデューティＤutyを駆動回路１２２に出力する。ステップＳ１０からステップＳ２０に進んだ場合には、ＩＧＢＴ１２４のオン時間はＴon1となる（図４参照）。

ステップＳ２０に続くステップＳ３０では、過電流検知回路１２６から、過電流検知信号が出力されたか否かを判定する。過電流検知信号が出力されていないと判定すると、ステップＳ４０に進み、変数ｋに１を加算して、ステップＳ２０に戻る。変数ｋに１が加算されることにより、ステップＳ２０で駆動回路１２２に出力されるオン時間Ｔonkは、前回の処理時より長くなる。

一方、ステップＳ３０において、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力されたと判定すると、ステップＳ５０に進む。ステップＳ５０では、上述した方法により、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを算出して、ステップＳ５１に進む。ステップＳ５１では、算出したインダクタンス値Ｌによりリアクトルが故障しているか判断する。故障していると判断した場合、ステップＳ５２へ進む。ステップＳ５２では、コンバータを停止させる。ステップＳ５１で故障していないと判断した場合は、ステップＳ６０へ進む。ステップＳ６０では、ステップＳ５０で算出したインダクタンス値Ｌに応じた制御定数を記憶装置１６から読み出す。読み出した制御定数は、コンバータ１２の制御の際に用いられる。

ステップＳ６０に続くステップＳ７０では、ステップＳ５０で算出したインダクタンス値Ｌを記憶装置１６に記憶させて、フローチャートの処理を終了する。なお、記憶装置１６には、インダクタンス値Ｌが演算されるたびに、演算されたインダクタンス値Ｌが記憶されていく。制御回路１５は、記憶装置１６に記憶された複数のインダクタンス値Ｌに基づいて、リアクトル１２０の劣化（経時劣化）を判定することができる。

第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、チョッパ型コンバータに設けられている第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子を所定時間オンさせた時に、スイッチング素子の過電流を検出する過電流検知回路１２５，１２６から過電流検知信号が出力されたか否かに基づいて、チョッパ型コンバータに設けられているリアクトル１２０の状態を検出する。これにより、リアクトル１２０が故障に至るか否かにかかわらず、リアクトル１２０の状態を検出することができる。一般的に、コンバータには、スイッチング素子に過電流が流れ続けるのを防ぐために、過電流検知回路が設けられている。また、従来の技術では、実際のスイッチング素子の温度を駆動回路から制御回路に送信する必要があり、例えば温度をＰＷＭ信号に一度変換した後に、ホトカプラなどの絶縁手段を介して制御回路に送信するなどの特別な回路が必要になり、コストの増大を招く恐れがある。すなわち、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、リアクトルの状態を検出するために、他の部品やセンサ等を別途設ける必要もない。

特に、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、過電流検知回路１２５，１２６から過電流検知信号が出力されるまで、スイッチング素子をオンさせる時間を徐々に長くしていき、過電流検知信号が出力された時に、スイッチング素子をオンさせていた時間Ｔonと、過電流検知回路が電流を比較する所定電流と、電圧変換前の第１の電圧Ｖinとに基づいて、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを演算する。これにより、リアクトル１２０の状態をより正確に検出することができる。

また、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、演算したリアクトル１２０のインダクタンス値Ｌに基づいて、チョッパ型コンバータを制御する際に用いる制御定数の適正値を読み出して使用する。これにより、なんらかの理由によって、インダクタンス値Ｌの値が変わった場合でも、変更後のインダクタンス値の値に応じた制御定数を用いて、精度良く、コンバータ制御を行うことができる。

さらに、第１の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、インダクタンス値Ｌが演算されるたびに、演算されたインダクタンス値Ｌを記憶装置１６に記憶させておき、記憶装置１６に記憶された複数のインダクタンス値Ｌに基づいて、リアクトル１２０の劣化（経時劣化）を判定する。これにより、例えば、インダクタンス値Ｌの低下度合に基づいて、リアクトル１２０の劣化を精度良く判定することができる。

−第２の実施の形態−
図７は、第２の実施の形態におけるコンバータのリアクトル状態検出装置で用いられる過電流検知回路１２５Ａの詳細な構成を示す図である。以下では、ＩＧＢＴ１２３に対応して設けられている過電流検知回路１２５Ａの詳細な構成について説明するが、ＩＧＢＴ１２４に対応して設けられている過電流検知回路１２６Ａの構成も同様である。過電流検知回路１２５Ａは、基準電源７０２と、抵抗７０３，７０４，７０５，７０８と、比較器７０７と、ＮＰＮトランジスタ７０９とを備える。抵抗７０８は、ＮＰＮトランジスタ７０９と直列に接続された状態で、抵抗７０５と並列に接続されている。

リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを算出する場合、例えば、図６に示すフローチャートのステップＳ１０の処理を開始する前に、制御回路１５は、ＮＰＮトランジスタ７０９のベース端子にオン信号を出力して、ＮＰＮトランジスタ７０９をオンさせる。ＮＰＮトランジスタ７０９がオンすることにより、抵抗７０５と抵抗７０８とが並列に接続されるので、比較器７０７の非反転入力端子に入力される電圧（しきい値電圧）は低下する。

比較器７０７の非反転入力端子に入力される電圧が低下すると、ＩＧＢＴ１２４のオン時間Ｔonを徐々に長くしていった場合に、過電流検知回路１２６から過電流検知信号が出力されるタイミングも早くなる。図８は、リアクトル１２０のインダクタンス値が低下した場合に、過電流検知回路１２６に流れる電流の大きさを示す図である。ただし、インダクタンス値は、図５に示す結果の場合と同じとする。比較器７０７の非反転入力端子に入力される電圧（しきい値電圧）が低下することにより、オン時間がＴon3になると、比較器７０７の反転入力端子に入力される電圧が非反転入力端子に入力される電圧より高くなって、過電流検知信号が出力される。

第２の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、リアクトル１２０の状態を検出する処理を行う場合に、過電流検知回路１２５，１２６が電流を比較する所定電流の大きさを小さくする。これにより、リアクトル１２０の状態を検出する際に、スイッチング素子の負荷を軽減することができるとともに、直流電源１０の電圧低下を抑制することができる。

−第３の実施の形態−
図９は、第３の実施の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置の構成を示す図である。コンバータ２２は、双方向昇降圧コンバータである。すなわち、コンバータ２２は、直流電源１０の電圧を昇圧／降圧して出力することができるとともに、第２の直流電源２７の電圧を昇圧／降圧して出力することができる。

コンバータ２２は、図１に示すコンバータ１２の構成に加えて、ＩＧＢＴ１２９，１３０およびダイオード１３３，１３４を備えている。ＩＧＢＴ１２９のコレクタ端子は、コンバータ２２のプラス側の入力端子に接続されており、エミッタ端子は、リアクトル１２０の入力端と接続されている。また、ＩＧＢＴ１３０のコレクタ端子は、リアクトル１２０の入力端と接続されており、エミッタ端子は、コンバータ２２のマイナス側の入力端子に接続されている。ＩＧＢＴ１２９のオン／オフは、駆動回路１２１Ａによって制御され、ＩＧＢＴ１３０のオン／オフは、駆動回路１２２Ｂによって制御される。

コンバータ２２の出力端子には、インバータ１３、平滑コンデンサ２６、および、第２の直流電源２７がそれぞれ並列に接続されている。第２の直流電源２７は、例えば、燃料電池である。

駆動回路１２１Ａには、ＩＧＢＴ１２３の過電流を検知するための過電流検知回路１２５とともに、ＩＧＢＴ１２９の過電流を検知するための過電流検知回路１３１が設けられている。また、駆動回路１２２Ａには、ＩＧＢＴ１２４の過電流を検知するための過電流検知回路１２６とともに、ＩＧＢＴ１２９の過電流を検知するための過電流検知回路１３２が設けられている。

図９に示すコンバータ２２では、リアクトル１２０の状態を検出する際に、直流電源１０から、ＩＧＢＴ１２９、リアクトル１２０、ＩＧＢＴ１２４を通じて電流を流す第１の経路と、第２の直流電源２７から、ＩＧＢＴ１２３、リアクトル１２０、ＩＧＢＴ１３０を通じて電流を流す第２の経路とを利用することができる。

まず初めに、第１の経路を利用して、リアクトル１２０の状態を検出する方法について説明する。１つの方法として、ＩＧＢＴ１２４は常時オン、ＩＧＢＴ１２３，１３０は常時オフした状態として、ＩＧＢＴ１２９のオン時間Ｔonを徐々に長くしていく。すなわち、制御回路１５Ａは、ＩＧＢＴ１２９のオン時間Ｔonを徐々に長くするＰＷＭ信号を駆動回路１２１Ａに出力し、過電流検知回路１３１から過電流検知信号が出力された時のオン時間Ｔon、過電流検知信号が出力された時の電流ＩLmax、および、入力電圧Ｖinに基づいて、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを算出する。なお、インダクタンス値Ｌの算出方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同じである。他の方法として、ＩＧＢＴ１２９は常時オン、ＩＧＢＴ１２３，１３０は常時オフした状態として、ＩＧＢＴ１２４のオン時間Ｔonを除々に長くしていく方法もある。インダクタンス値Ｌを算出する方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同じである。

次に、第２の経路を利用して、リアクトル１２０の状態を検出する方法について説明する。１つの方法として、ＩＧＢＴ１３０は常時オン、ＩＧＢＴ１２４，１２９は常時オフした状態として、ＩＧＢＴ１２３のオン時間Ｔonを徐々に長くしていく。すなわち、制御回路１５Ａは、ＩＧＢＴ１２３のオン時間Ｔonを徐々に長くするＰＷＭ信号を駆動回路１２１Ａに出力し、過電流検知回路１２５から過電流検知信号が出力された時のオン時間Ｔon、過電流検知信号が出力された時の電流ＩLmax、および、入力電圧Ｖinに基づいて、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを算出する。他の方法として、ＩＧＢＴ１２３は常時オン、ＩＧＢＴ１２４，１２９は常時オフした状態として、ＩＧＢＴ１３０のオン時間Ｔonを除々に長くしていく方法もある。インダクタンス値Ｌを算出する方法は、第１の実施の形態で説明した方法と同じである。

第３の実施の形態の形態におけるチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置によれば、双方向昇降圧コンバータにおいても、第１の実施の形態と同様に、リアクトル１２０の状態を検出することができる。

本発明は、上述した第１〜第３の実施の形態に限定されることはない。例えば、第１の実施の形態では、チョッパ型コンバータの一例として、昇圧コンバータを挙げて説明したが、降圧コンバータに適用することもできる。この昇圧コンバータおよび降圧コンバータは、力行のみ、または回生のみ可能でもよいし、力行および回生の双方が可能であってもよい。また、チョッパ型コンバータに用いられるスイッチング素子も、上述したＩＧＢＴに限定されることはない。

上述した第１の実施の形態では、過電流検知回路１２５，１２６から過電流検知信号が出力されるまで、スイッチング素子をオンさせる時間を徐々に長くしていき、過電流検知信号が出力された時に、スイッチング素子をオンさせていた時間Ｔonと、過電流検知回路が電流を比較する所定電流と、電圧変換前の第１の電圧Ｖinとに基づいて、リアクトル１２０のインダクタンス値Ｌを演算した。しかし、リアクトル１２０の状態を検出する方法はこの方法に限定されることはない。例えば、スイッチング素子をオンさせる時間を徐々に長くしていき、過電流検知回路１２５，１２６から過電流検知信号が出力された時のスイッチング素子のオン時間Ｔonが所定の基準時間より短ければ、リアクトル１２０のインダクタンス値低下故障が生じていると判定することもできる。また、例えば、図４，図５に示す例において、スイッチング素子のオン時間ＴonがＴon7となるように、スイッチング素子を制御した時に、過電流検知回路から過電流検知信号が出力されなければ、リアクトル１２０は正常であると判定することもできる。

ＩＧＢＴの過電流を検知するための過電流検知回路は、ＩＧＢＴに流れる電流を分流させて電圧値に変換し、変換した電圧値と、しきい値電圧とを比較して、過電流検知信号を出力するものとして説明したが、この構成に限定されることはない。例えば、ＩＧＢＴに流れる電流と、所定電流（しきい値電流）とを比較し、ＩＧＢＴに流れる電流が所定電流より大きいと、過電流検知信号を出力する構成としてもよい。

図６に示すフローチャートの処理は、イグニッションスイッチがオンされた時に行うものとして説明したが、処理を開始するタイミングは、イグニッションスイッチのオン時に限定されることはない。ただし、コンバータ１２からの電力供給や、コンバータ１２への電力供給が無いタイミングで行う必要がある。

コンバータ１２内に設けられているスイッチング素子のデューティＤutyを決定するための回路、すなわち、コンバータ１２を制御するための回路の構成は、図３に示す構成に限定されることはない。図３に示す回路では、ＰＩ制御によって、ＩＧＢＴ１２４のデューティＤutyを決定したが、ＰＩＤ制御等の他の制御方法によって、デューティＤutyを決定することもできる。この場合も、リアクトル１２０の様々なインダクタンス値に応じた適切な制御定数を予め求めて記憶装置１６に記憶させておき、演算により求めたインダクタンス値Ｌに応じた制御定数を記憶装置１６から読み出して使用するようにすればよい。

第２の実施の形態では、ＮＰＮトランジスタ７０９をオンさせて、抵抗７０８を抵抗７０５と並列に接続させることによって、比較器７０７の非反転入力端子に入力される電圧（しきい値電圧）を低下させた。しかし、しきい値電圧を変更する方法は、この方法に限定されることはなく、例えば、抵抗７０５として、可変抵抗を用いることにより、しきい値電圧を変更することもできる。

上述した実施の形態では、チョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置を、ハイブリッド自動車に搭載して使用する例を挙げて説明したが、電気自動車や燃料電池車に搭載して使用することもできるし、車両以外のシステムに適用することもできる。

特許請求の範囲の構成要素と第１〜第３の実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、制御回路１５，１５Ａが制御手段および状態検出手段を、抵抗７０８およびＮＰＮトランジスタ７０９が所定電流変更手段をそれぞれ構成する。なお、以上の説明はあくまで一例であり、発明を解釈する上で、上記の実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係に何ら限定されるものではない。

一実施の形態におけるコンバータのリアクトル状態検出装置の構成を示す図 過電流検知回路の詳細な構成を示す図 制御回路の内部において、ＩＧＢＴのデューティＤutyを決定するための回路の構成の一例を示す図 ＩＧＢＴのオン時間Ｔonを徐々に長くしていく場合に、過電流検知回路に流れる電流の大きさを示す図 リアクトルのインダクタンス値が低下した場合に、過電流検知回路に流れる電流の大きさを示す図 一実施の形態におけるコンバータのリアクトル状態検出装置によって行われる処理内容を示すフローチャート 第２の実施の形態におけるコンバータのリアクトル状態検出装置で用いられる過電流検知回路の詳細な構成を示す図 リアクトルのインダクタンス値が低下した場合に、過電流検知回路に流れる電流の大きさを示す図 第３の実施の形態におけるコンバータのリアクトル状態検出装置の構成を示す図

符号の説明

１０…直流電源、１１…平滑コンデンサ、１２…コンバータ、１３…インバータ、１４…三相交流モータ、１５…制御回路、１６…記憶装置、３０…電圧制御部、３１…減算器、３２…制御ブロック、３３…積分器、３４…制御ブロック、３５…加算器、４０…電流制御部、４１…減算器、４２…制御ブロック、４３…積分器、４４…制御ブロック、４５…加算器、１２０…リアクトル、１２１，１２２…駆動回路、１２３，１２４…ＩＧＢＴ、１２５，１２６…過電流検知回路、１２７，１２８…ダイオード、７０２…基準電源、７０３，７０４，７０５，７０８…抵抗、７０７…比較器、７０９…ＮＰＮトランジスタ

Claims (7)

1. リアクトルと、前記リアクトルに接続される第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子とを少なくとも備え、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子をオン／オフすることにより、第１の電圧を第２の電圧に変換するチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置であって、
   前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のうちの少なくとも一方のスイッチング素子に流れる電流が所定電流より大きくなると、過電流が流れたことを示す過電流検知信号を出力する過電流検知手段と、
   前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のオン／オフを制御する制御手段と、
   前記制御手段によって、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子を所定時間オンさせた時に、前記過電流検知手段から前記過電流検知信号が出力されたか否かに基づいて、前記リアクトルの状態を検出する状態検出手段とを備えることを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。
2. 請求項１に記載のチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置において、
   前記制御手段は、前記過電流検知手段から前記過電流検知信号が出力されるまで、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子をオンさせる時間を徐々に長くしていき、
   前記状態検出手段は、前記過電流検知手段から前記過電流検知信号が出力された時に、前記制御手段によってスイッチング素子をオンさせていた時間が所定の基準時間より短い場合には、前記リアクトルのインダクタンス値が低下する故障が生じていると判定することを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置において、
   前記制御手段は、前記過電流検知手段から前記過電流検知信号が出力されるまで、前記第１のスイッチング素子および前記第２のスイッチング素子のうちの一方のスイッチング素子をオンさせる時間を徐々に長くしていき、
   前記状態検出手段が前記リアクトルの状態を検出する処理を行う場合に、前記過電流検知手段が電流を比較する前記所定電流の大きさを小さくする所定電流変更手段をさらに備えることを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置において、
   前記状態検出手段は、前記過電流検知手段から前記過電流検知信号が出力された時に、前記制御手段によってスイッチング素子をオンさせていた時間と、前記過電流検知手段が電流を比較する前記所定電流と、前記第１の電圧とに基づいて、前記リアクトルのインダクタンス値を演算することを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。
5. 請求項４に記載のチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置において、
   前記リアクトルの様々なインダクタンス値に応じた制御定数を記憶する制御定数記憶手段と、
   前記状態検出手段が演算したインダクタンス値に応じた制御定数を前記制御定数記憶手段から読み出し、読み出した制御定数に基づいて、前記制御手段に出力するための制御指令値を算出する制御指令値算出手段とをさらに備えることを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。
6. 請求項４または請求項５に記載のチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置において、
   前記状態検出手段がインダクタンス値を演算するたびに、演算されたインダクタンス値を記憶するインダクタンス値記憶手段と、
   前記インダクタンス値記憶手段に記憶された複数のインダクタンス値に基づいて、前記リアクトルの劣化を判定する劣化判定手段とをさらに備えることを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれか一項に記載のチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置において、
   前記チョッパ型コンバータは、昇圧コンバータ、降圧コンバータ、および、昇降圧コンバータの少なくとも１つであることを特徴とするチョッパ型コンバータのリアクトル状態検出装置。

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