JP2011193549A - チョッパ回路の故障検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、チョッパ回路の故障検出装置に係り、スイッチング素子の固着故障を正確に検出することにある。
【解決手段】スイッチング素子ＳＷと、ＳＷ側から出力側へ電流を流す整流回路と、出力電圧を平滑化する平滑回路と、出力電圧が設定電圧になるようにＳＷをスイッチング駆動する駆動制御回路と、ＳＷの端子電圧に基づいて、ＳＷの固着故障を検出する故障検出回路と、ＳＷの端子電圧の時間変化成分を算出する微分回路と、その算出される時間変化成分がゼロ近傍の所定範囲から逸脱するか否かを判別する非安定区間判定回路と、ＳＷがスイッチング駆動されるタイミングと、上記の時間変化成分が所定範囲から逸脱するとの判別結果と、に基づいて、ＳＷの固着故障検出を中断する故障検出マスク区間を設定する故障検出マスク区間設定回路と、を備え、故障検出回路は、その設定される故障検出マスク区間を除いてＳＷの固着故障検出を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、チョッパ回路の故障検出装置に係り、特に、出力電圧が設定電圧になるようにスイッチング素子をスイッチング駆動するチョッパ回路においてスイッチング素子の固着故障を検出するうえで好適な故障検出装置に関する。

従来、出力電圧が設定電圧になるようにスイッチング素子をスイッチング駆動するチョッパ回路が知られている（例えば、特許文献１参照）。このチョッパ回路においては、通常動作中にスイッチング素子や駆動制御回路の故障等に起因してスイッチング素子のショート故障又はオープン故障（以下、これらの故障を固着故障という。）を起こすことがあり、その結果として、出力電圧が異常変動して素子焼損や負荷破壊等の二次故障を起こす場合がある。かかる事態の発生を防止するため、スイッチング素子の固着故障を検出するうえで出力電圧を監視し或いはスイッチング素子の両端電圧自体を監視して、その出力電圧が異常な低電圧又は高電圧である場合にチョッパ回路動作を停止するシステムのフェールセーフ処置をとることが考えられる。

特開２００５−５１９５１号公報

しかしながら、出力電圧はスイッチング素子の固着故障が発生した際に平滑用コンデンサからの負荷電流の放電を伴って低下するので、上記の如く出力電圧を監視してスイッチング素子の固着故障を検出する手法では、出力電圧の低下又は上昇に時間がかかり、その結果として、スイッチング素子の固着故障を検出するまでに多くの時間を費やしてしまう。また、スイッチング素子のスイッチング（オン／オフ）駆動時にはその端部に生ずる電圧の立ち下がり又は立ち上がりでリンギングが発生するので、スイッチング素子の両端電圧を監視してスイッチング素子の固着故障を検出する手法では、リンギング区間で電圧モニタが行われると、故障が誤検知されるおそれがある。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、上記の課題を解決することが可能なチョッパ回路の故障検出装置を提供することを目的とする。

上記の目的は、スイッチング駆動されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子側から出力側へ電流を流す整流回路と、出力電圧を平滑化する平滑回路と、出力電圧が設定電圧になるように前記スイッチング素子をスイッチング駆動する駆動制御回路と、前記スイッチング素子の端子電圧に基づいて、該スイッチング素子の固着故障を検出する故障検出回路と、を備えるチョッパ回路の故障検出装置であって、前記スイッチング素子の端子電圧の時間変化成分を算出する微分回路と、前記微分回路により算出される前記時間変化成分がゼロ近傍の所定範囲から逸脱するか否かを判別する非安定区間判定回路と、前記駆動制御回路により前記スイッチング素子がスイッチング駆動されるタイミングと、前記非安定区間判定回路により前記時間変化成分が前記所定範囲から逸脱すると判別される結果と、に基づいて、前記故障検出回路により前記スイッチング素子の固着故障を検出するのを中断する故障検出マスク区間を設定する故障検出マスク区間設定回路と、を備え、前記故障検出回路は、前記故障検出マスク区間設定回路により設定される前記故障検出マスク区間を除いて、前記スイッチング素子の固着故障検出を行うチョッパ回路の故障検出装置により達成される。

この態様の発明においては、スイッチング素子のスイッチング駆動のタイミングと、スイッチング素子の端子電圧の時間変化成分がゼロ近傍の所定範囲から逸脱すると判別される結果と、に基づいて、スイッチング素子の固着故障検出を中断する故障検出マスク区間が設定される。そして、その故障検出マスク区間を除いて、スイッチング素子の固着故障検出が行われる。スイッチング素子のスイッチング駆動が行われると、その端子電圧の立ち上がり又は立下りでリンギングが発生するが、本発明においては、そのリンギング発生区間でスイッチング素子の固着故障検出が中断されるので、その固着故障が生じていないにもかかわらずその固着故障が生じていると誤って検出されるのは防止される。また、本発明においては、スイッチング素子の固着故障検出を行ううえでスイッチング素子の端子電圧が用いられるので、出力側の出力電圧を用いてスイッチング素子の固着故障検出を行う構成に比べて、その固着故障検出を速やかに行うことが可能である。

尚、上記したチョッパ回路の故障検出装置において、前記故障検出マスク区間設定回路は、前記駆動制御回路により前記スイッチング素子がスイッチング駆動された以後の前記非安定区間判定回路により前記時間変化成分が前記所定範囲から逸脱すると判別される期間を、前記故障検出マスク区間として設定することとすればよい。

ところで、電流不連続モードでの動作時、直流電源側から出力側へ向けて電流が流れるコイルの流通電流がゼロ以下になることがあるが、コイルの流通電流がゼロ以下になった後は、コイルの端部に生ずる電圧が低下又は上昇するので、スイッチング素子の両端電圧を監視してスイッチング素子の固着故障を検出する手法では、電流不連続モードでの動作中に故障が誤検知されるおそれがある。

そこで、上記したチョッパ回路の故障検出装置において、直流電源側から出力側へ向けて電流が流れるコイルを備え、前記故障検出マスク区間設定回路は、また、電流不連続モードでの動作時において、前記スイッチング素子が前記コイルに直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動された後、前記非安定区間判定回路により前記時間変化成分が前記所定範囲から逸脱すると判別される時から次に前記スイッチング素子が前記コイルに直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が増加するようにスイッチング駆動される時までの期間を、前記故障検出マスク区間として設定することとしてもよい。

この態様の発明においては、電流不連続モードでの動作時、スイッチング素子がコイルを直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動された後、スイッチング素子の端子電圧の時間変化成分がゼロ近傍の所定範囲から逸脱すると判別される時から次のスイッチング駆動時までの期間が、故障検出マスク区間として設定される。コイルに流れる電流が減少してゼロになると、以後、スイッチング素子の端子電圧が低下又は上昇するが、本発明においては、そのスイッチング素子の端子電圧の時間変化が検知されて、その検知時から次のスイッチング駆動時までの期間、スイッチング素子の固着故障検出が中断されるので、電流不連続モードでの動作時においても、スイッチング素子の固着故障が生じていないにもかかわらず生じていると誤って検出されるのは防止される。

また、上記したチョッパ回路の故障検出装置において、前記故障検出回路は、前記スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が増加するようにスイッチング駆動される時から次に該スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動される時までの過程で、前記故障検出マスク区間設定回路により設定される前記故障検出マスク区間を除いて、前記スイッチング素子のオープン固着故障の検出を行うこととすればよい。

また、上記したチョッパ回路の故障検出装置において、前記故障検出回路は、前記スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動される時から次に該スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が増加するようにスイッチング駆動される時までの過程で、前記故障検出マスク区間設定回路により設定される前記故障検出マスク区間を除いて、前記スイッチング素子のショート固着故障の検出を行うこととすればよい。

更に、上記したチョッパ回路の故障検出装置において、前記故障検出回路は、前記スイッチング素子の端子電圧が第１基準電圧を上回る場合に前記スイッチング素子のオープン固着故障又はショート固着故障が生じていると判定し、また、前記スイッチング素子の端子電圧が前記第１基準電圧よりも高い第２基準電圧を下回る場合に前記スイッチング素子のショート固着故障又はオープン固着故障が生じていると判定することとすればよい。

本発明によれば、スイッチング素子の固着故障が生じていないにもかかわらず、その固着故障が生じていると誤って検出されるのを防止することができ、スイッチング素子の固着故障を正確に検出することができる。

本発明の第１実施例であるチョッパ回路の故障検出装置の構成図である。 本実施例の故障検出装置において故障検出を行うべく実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。 本実施例においてチョッパ回路に故障が生じない場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートである。 本実施例においてチョッパ回路に故障が発生する場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートである。 本実施例においてチョッパ回路に故障が生じない場合に実現される電流連続モード動作時の一例のタイムチャートである。 本発明の第２実施例であるチョッパ回路の故障検出装置の構成図である。 本実施例の故障検出装置において故障検出を行うべく実行される制御ルーチンの一例のフローチャートである。 本実施例においてチョッパ回路に故障が生じない場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートである。 本実施例においてチョッパ回路に故障が発生する場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートである。 本実施例においてチョッパ回路に故障が生じない場合に実現される電流連続モード動作時の一例のタイムチャートである。

以下、図面を用いて、本発明に係るチョッパ回路の故障検出装置の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の第１実施例であるチョッパ回路２０の故障検出装置２２の構成図を示す。本実施例のチョッパ回路２０は、直流電源の電圧を昇圧して出力する昇圧チョッパ式のＤＣ−ＤＣ回路であり、例えば電動パワーステアリングシステムなどの車載システムに用いられる。以下、チョッパ回路２０を昇圧チョッパ回路２０と称す。

図１に示す如く、昇圧チョッパ回路２０は、直流電源Ｂ、コンデンサＣ１，Ｃ２、コイルＬ、トランジスタＴＲ、整流ダイオードＤ、及びＰＷＭ駆動制御回路２４を有している。直流電源Ｂは、例えば車載バッテリであり、所定の直流電圧ＶＩＮを出力する。直流電源Ｂの−端子は接地されており、また、その＋端子はコンデンサＣ１の一端に接続されている。コンデンサＣ１の他端は接地されている。コンデンサＣ１は、直流電圧ＶＩＮの変動を除去するためのノイズフィルタ用コンデンサである。

直流電源Ｂの＋端子及びコンデンサＣ１の一端には、コイルＬの一端が接続されている。コイルＬは、直流電源Ｂから供給される電圧ＶＩＮを昇圧するための昇圧用コイルである。コイルＬの他端には、トランジスタＴＲのドレインが接続されている。トランジスタＴＲのソースは接地されていると共に、トランジスタＴＲのゲートはＰＷＭ駆動制御回路２４に接続されている。ＰＷＭ駆動制御回路２４は、後述の如く、トランジスタＴＲのゲートに駆動信号を供給してドレイン−ソース間を導通／遮断（スイッチング）する制御を行う。トランジスタＴＲは、ゲートに入力される駆動信号に応じてスイッチングされてドレイン−ソース間を導通／遮断するＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどである。

コイルＬの他端には、また、整流ダイオードＤのアノードが接続されている。整流ダイオードＤのカソードには、負荷２６が接続されていると共に、コンデンサＣ２の一端が接続されている。整流ダイオードＤは、負荷２６側からコイルＬの他端側への電流の流通を禁止してコイルＬの他端側から負荷２６側への電流の流通を許容する機能を有している。負荷２６は、整流ダイオードＤのカソードに現れる出力電圧ＶＯＵＴが印加されることにより作動される、例えば電動パワーステアリングシステムの電動モータ用インバータ回路などである。コンデンサＣ２の他端は接地されている。コンデンサＣ２は、負荷２６に供給する出力電圧ＶＯＵＴを平滑化する平滑用コンデンサである。

整流ダイオードＤのカソード及びコンデンサＣ２の一端と負荷２６との間の出力電圧ＶＯＵＴは、上記のＰＷＭ駆動制御回路２４に供給されている。ＰＷＭ駆動制御回路２４は、供給される出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴが負荷２６に印加すべき一定の目標電圧になるようにトランジスタＴＲをスイッチングするデューティ比を算出し、トランジスタＴＲのゲートに供給すべき駆動信号を生成し、そして、その生成した駆動信号をトランジスタＴＲのゲートに供給する。

上記した昇圧チョッパ回路２０において、直流電源Ｂの電圧からの昇圧が行われないとき（すなわち負荷２６が作動されないとき）は、ＰＷＭ駆動制御回路２４は、トランジスタＴＲをオフ状態に維持すべくそのゲートにローレベルの駆動信号を供給する。トランジスタＴＲのゲートにローレベルの駆動信号が供給されているときは、トランジスタＴＲがオフ状態にされて、そのドレイン−ソース間が遮断される。一方、直流電源Ｂの電圧からの昇圧が行われるとき（すなわち負荷２６が作動されるとき）は、ＰＷＭ駆動制御回路２４は、供給される出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴが目標電圧になるようにトランジスタＴＲのディーティ比を算出する。そして、トランジスタＴＲがその算出したデューティ比でスイッチングされるようにそのゲートにローレベル及びハイレベルの駆動信号を所定周期で交互に供給する。

具体的には、ＰＷＭ駆動制御回路２４は、昇圧チョッパ回路２０の昇圧動作中、トランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知すると、以後、トランジスタＴＲのゲートにハイレベルの駆動信号を供給する。トランジスタＴＲのゲートに供給される駆動信号がローレベルからハイレベルへ移行された際は、トランジスタＴＲがオフからオンへスイッチングされる。そして、トランジスタＴＲのゲートにハイレベルの駆動信号が供給されているときは、トランジスタＴＲがオン状態にされて、そのドレイン−ソース間が導通される。

トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が導通されると、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍になり、コイルＬの両端にほぼ直流電圧ＶＩＮ程度の電位差が生じることで、そのコイルＬに直流電源Ｂ側からトランジスタＴＲ側へ向けて電流ＩＬが流れる。このコイルＬに流れる電流ＩＬは、トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が導通される時間が長いほど一定の傾きで増加して大きくなる。

また、ＰＷＭ駆動制御回路２４は、昇圧チョッパ回路２０の昇圧動作中、トランジスタＴＲをオンからオフへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知すると、以後、トランジスタＴＲのゲートにローレベルの駆動信号を供給する。トランジスタＴＲのゲートに供給される駆動信号がハイレベルからローレベルへ移行された際は、トランジスタＴＲがオンからオフへスイッチングされる。そして、トランジスタＴＲのゲートにローレベルの駆動信号が供給されているときは、トランジスタＴＲがオフ状態にされて、そのドレイン−ソース間が遮断される。

トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が導通状態から遮断状態へ移行されると、コイルＬの両端に生ずる電位差がコイル電流の変化を妨げる向きに変化して（逆起電力が発生して）、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍から出力電圧ＶＯＵＴよりも高い電圧へ上昇すると共に、コイルＬに直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けて流れる電流ＩＬが減少する。このコイルＬに流れる電流ＩＬは、トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が遮断される時間が長いほど一定の傾きで減少して小さくなる。

トランジスタＴＲがオンされているときは、整流ダイオードＤのアノードがカソードに比べて低圧であるので、整流ダイオードＤに電流が流れない。一方、トランジスタＴＲがオフされているときは、コイルＬの両端での逆起電力の発生後、直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けてコイル電流ＩＬがゼロを超えている限り、整流ダイオードＤのアノードがカソードに比べて高圧であり、整流ダイオードＤに電流が流れる。この場合は、コンデンサＣ２が充電されると共に、負荷２６に負荷電流が供給される。整流ダイオードＤに電流が流れるとき、整流ダイオードＤのカソードに現れる出力電圧ＶＯＵＴは、直流電圧ＶＩＮよりも高圧のドレイン電圧ＶＸ近傍（具体的には、そのドレイン電圧ＶＸよりも整流ダイオードＤの順方向電圧分だけ低い電圧）になる。また、整流ダイオードＤに電流が流れないとき、整流ダイオードＤのカソードに現れる出力電圧ＶＯＵＴは、整流ダイオードＤに電流が流れたときに充電されたコンデンサＣ２が放電することで、直流電圧ＶＩＮよりも高い電圧に維持される。

従って、本実施例の昇圧チョッパ回路２０においては、トランジスタＴＲのオン／オフを繰り返すスイッチング駆動を行うことで、負荷２６に印加する出力電圧ＶＯＵＴを、直流電源Ｂの直流電圧ＶＩＮを昇圧して高い状態に維持させることができ、その昇圧された出力電圧ＶＯＵＴを負荷２６に印加することができる。このため、本実施例によれば、昇圧チョッパ回路２０の昇圧動作により負荷２６を高圧で作動させることが可能である。

尚、トランジスタＴＲのスイッチング周期と、コイルＬのインダクタンス及びトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のキャパシタンスに基づく共振周波数と、の関係に基づいてコイルＬに直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けて流れる電流がゼロ以下にならない電流連続モードにおいては、トランジスタＴＲのオフによりコイルＬに流れる電流ＩＬが減少しても、そのコイル電流ＩＬがゼロにならない。すなわち、コイル電流ＩＬがゼロ以下になる前に、ＰＷＭ駆動制御回路２４がトランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知してトランジスタＴＲのゲートに供給する駆動信号をローレベルからハイレベルへ移行させるので、トランジスタＴＲがオン状態にされてドレイン電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍になることで、コイルＬに流れる電流ＩＬが減少傾向から反転して増加する。従って、電流連続モードの動作時は、コイルＬに流れる電流ＩＬがゼロ以下になることなくトランジスタＴＲのスイッチングにより増減される。

また、トランジスタＴＲのスイッチング周期と、コイルＬのインダクタンス及びトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のキャパシタンスに基づく共振周波数と、の関係に基づいてコイルＬに直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けて流れる電流がゼロ以下となり得る電流不連続モードにおいては、トランジスタＴＲのオフによりコイルＬに流れる電流ＩＬが減少する過程で、そのコイル電流ＩＬがゼロ以下になることがある。コイル電流ＩＬがゼロ以下になると、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸが高圧からゼロへ向けて低下する。すなわち、ＰＷＭ駆動制御回路２４がトランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知してトランジスタＴＲのゲートに供給する駆動信号をローレベルからハイレベルへ移行させることで、トランジスタＴＲがオン状態にされてドレイン電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍になる前に、コイル電流ＩＬがゼロ以下になってドレイン電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍に低下する。従って、電流不連続モードでの動作時は、コイルＬに流れる電流ＩＬがトランジスタＴＲのスイッチングにより増減されつつ、トランジスタＴＲのオフ中にコイルＬに流れる電流ＩＬがゼロになる。

次に、図２〜図５を参照して、本実施例の昇圧チョッパ回路２０の故障検出装置２２による故障検出について説明する。

図２は、本実施例の故障検出装置２２において故障検出を行うべく実行される制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図３は、本実施例において昇圧チョッパ回路２０に故障が生じない場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートを示す。図４（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施例において昇圧チョッパ回路２０に故障が発生する場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートを示す。また、図５は、本実施例において昇圧チョッパ回路２０に故障が生じない場合に実現される電流連続モード動作時の一例のタイムチャートを示す。尚、図３〜図５にはそれぞれ、トランジスタＴＲのゲート電圧ＶＧと、コイルＬに直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けて流れるコイル電流ＩＬと、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸと、そのドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔと、の各タイムチャートを示す。

本実施例において、故障検出装置２２は、昇圧チョッパ回路２０の故障（具体的には、トランジスタＴＲやＰＷＭ駆動制御回路２４の故障等に起因したトランジスタＴＲのショート固着故障やオープン固着故障）を検出する装置である。故障検出装置２２は、図１に示す如く、ＶＸ電圧異常監視回路３０を備えている。ＶＸ電圧異常監視回路３０には、トランジスタＴＲのドレインに生ずるドレイン電圧ＶＸが入力されている。ＶＸ電圧異常監視回路３０は、入力されるトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいて昇圧チョッパ回路２０の故障有無を検出する。

故障検出装置２２は、また、ＶＸ電圧微分回路３２、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４、及び故障検出マスク区間設定部３６を備えている。ＶＸ電圧微分回路３２には、トランジスタＴＲのドレインに生ずるドレイン電圧ＶＸが入力されている。ＶＸ電圧微分回路３２は、例えばオペアンプからなり、入力されるトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸを微分して、その時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔを出力する。

ＶＸ電圧微分回路３２の出力には、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４の入力が接続されている。ＶＸ電圧非安定区間判定部３４は、入力されるドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔを第３基準電圧Ｖｒｅｆ３（尚、この第３基準電圧Ｖｒｅｆ３は、ゼロを中心にしてそのゼロ近傍の＋側及び−側に一つずつある。）と比較して、その時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔがゼロ近傍の所定範囲から逸脱するか否かすなわちドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かを判別し、その判別結果を出力する。尚、上記の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３は、ドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態と安定状態との何れであるか否かを示す時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔの境界値であり、予め定められている。

ＶＸ電圧非安定区間判定部３４の出力には、故障検出マスク区間設定部３６の入力が接続されている。故障検出マスク区間設定部３６には、また、ＰＷＭ駆動制御回路２４からトランジスタＴＲのスイッチングが行われるタイミングを示す信号が入力される。故障検出マスク区間設定部３６は、入力されるトランジスタＴＲのスイッチタイミングを示す信号とドレイン電圧ＶＸの非安定区間を示す信号とに基づいて、後に詳述する如く、昇圧チョッパ回路２０の故障検出を行うのを中断する時間的範囲（故障検出マスク区間）を設定する。そして、その故障検出マスク区間を示す信号（例えばそのマスク区間の始期及び終期を示す信号）を出力する。

故障検出マスク区間設定部３６の出力には、上記したＶＸ電圧異常監視回路３０の入力が接続されている。ＶＸ電圧異常監視回路３０は、故障検出マスク区間設定部３６側から入力される信号に基づいて故障検出マスク区間を認識し、そして、その故障検出マスク区間を除いて、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいた昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を行う。ＶＸ電圧異常監視回路３０による故障有無検出の結果は、ＰＷＭ駆動制御回路２４に供給される。ＰＷＭ駆動制御回路２４は、ＶＸ電圧異常監視回路３０から昇圧チョッパ回路２０の故障が生じていることを示す信号が供給される場合は、システムのフェールセーフ処置としてトランジスタＴＲのスイッチング駆動を停止して昇圧チョッパ回路２０の回路動作を停止する。尚、昇圧チョッパ回路２０の故障が生じていると判別される場合は、故障発生を示す表示や音声案内が行われることとしてもよい。

以下、本実施例において故障検出装置２２が実行する故障検出の手順について説明する。

本実施例において、ＰＷＭ駆動制御回路２４は、供給される出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴが負荷２６に印加すべき一定の目標電圧になるようにトランジスタＴＲをスイッチングするデューティ比を算出し、トランジスタＴＲのゲートに供給すべきデューティ駆動信号を生成する。そして、そのデューティ駆動信号がトランジスタＴＲをオンさせるオン信号であるときは、そのオン信号をトランジスタＴＲのゲートに供給すると共に、トランジスタＴＲのオフからオンへの切替時にはトランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングであることを示す信号を故障検出マスク区間設定部３６へ出力する（ステップ１００）。

故障検出マスク区間設定部３６は、ＰＷＭ駆動制御回路２４からトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知すると、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４から供給されるドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かの判別結果に基づいて、昇圧チョッパ回路２０の故障検出を中断する故障検出マスク区間を設定する（ステップ１０２）。具体的には、トランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知した後、ドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を境界値とするゼロ近傍の所定範囲から逸脱してドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にある期間（すなわち、オンへのスイッチタイミングからドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態から安定状態へ移行するまでの期間）を、故障検出マスク区間として設定する。そして、その故障検出マスク区間を示す信号をＶＸ電圧異常監視回路３０へ出力する。

ＶＸ電圧異常監視回路３０は、故障検出マスク区間設定部３６側から入力される信号に基づいて故障検出マスク区間を認識する。ＶＸ電圧異常監視回路３０は、認識した故障検出マスク区間においては、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいた昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を行わないが、故障検出マスク区間以外の区間においては、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいた昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を行う。

尚、ＶＸ電圧異常監視回路３０は、例えばＰＷＭ駆動制御回路２４又は故障検出マスク区間設定部３６からの信号に基づいて或いは入力されるドレイン電圧ＶＸが立ち下がるか否かに基づいて、上記の如く認識した故障検出マスク区間がトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチング駆動直後のものであるか否かを判別することが可能であるものとする。

ＶＸ電圧異常監視回路３０は、トランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が終了した時から次にトランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が開始される時までの過程では、昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出としてトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のオープン固着故障の有無検出を行う（ステップ１０４）。具体的には、そのオープン固着故障の有無検出をトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回るか否かの判別結果に基づいて行う。尚、第１基準電圧Ｖｅｒｆ１は、トランジスタＴＲのオン時に通常到達する可能性のある最大のドレイン電圧ＶＸであり、ゼロを僅かに上回る値に設定されている。

通常、トランジスタＴＲがオン状態にあるときは、ドレイン電圧ＶＸは接地電圧ゼロ近傍である。ＶＸ電圧異常監視回路３０は、トランジスタＴＲのオープン固着故障の有無検出時、ドレイン電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１以下であると判別する場合にはトランジスタＴＲのオープン固着故障は生じていないと判定し、一方、ドレイン電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回ると判別する場合にはトランジスタＴＲのオープン固着故障が生じていると判定する（図４（Ａ）参照）。

ＰＷＭ駆動制御回路２４は、出力電圧ＶＯＵＴに基づくトランジスタＴＲのゲートに供給するディーティ駆動信号がトランジスタＴＲをオフさせるオフ信号であるときは、そのオフ信号をトランジスタＴＲのゲートに供給すると共に、トランジスタＴＲのオンからオフへの切替時にはトランジスタＴＲをオンからオフへスイッチングすべきタイミングであることを示す信号を故障検出マスク区間設定部３６へ出力する（ステップ１０６）。

故障検出マスク区間設定部３６は、ＰＷＭ駆動制御回路２４からトランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知すると、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４から供給されるドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かの判別結果に基づいて、昇圧チョッパ回路２０の故障検出を中断する故障検出マスク区間を設定する（ステップ１０８）。具体的には、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知した後、ドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を境界値とするゼロ近傍の所定範囲から逸脱してドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にある期間（すなわち、オフへのスイッチタイミングからドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態から安定状態へ移行するまでの期間）を、故障検出マスク区間として設定する。そして、その故障検出マスク区間を示す信号をＶＸ電圧異常監視回路３０へ出力する。

尚、ＶＸ電圧異常監視回路３０は、例えばＰＷＭ駆動制御回路２４又は故障検出マスク区間設定部３６からの信号に基づいて或いは入力されるドレイン電圧ＶＸが立ち上がるか否かに基づいて、上記の如く認識した故障検出マスク区間がトランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後のものであるか否かを判別することが可能であるものとする。

ＶＸ電圧異常監視回路３０は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が開始されてから終了されるまでの期間は、昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を中断するが、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が終了した直後からは、昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出としてトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のショート固着故障の有無検出を行う（ステップ１１０）。具体的には、そのショート固着故障の有無検出をトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回るか否かの判別結果に基づいて行う。尚、第２基準電圧Ｖｅｒｆ２は、トランジスタＴＲのオフ時に通常到達する可能性のある最小のドレイン電圧ＶＸであり、上記した第１基準電圧Ｖｒｅｆ１よりも高くかつ直流電源Ｂの電圧ＶＩＮよりも高い値に設定されている。

通常、トランジスタＴＲがオフ状態にあるときは、ドレイン電圧ＶＸは時間的に安定し始めた後は直流電源Ｂの電圧ＶＩＮよりも昇圧された高い値に維持される。ＶＸ電圧異常監視回路３０は、トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出時、ドレイン電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２以上であると判別される場合にはトランジスタＴＲのショート固着故障は生じていないと判定し、一方、ドレイン電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回ると判別される場合にはトランジスタＴＲのショート固着故障が生じていると判定する（図４（Ｂ）参照）。

尚、コイルＬに直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けて流れる電流がゼロとならない電流連続モードにおいては、通常は、そのコイル電流ＩＬは常にゼロを上回った状態で時間変化するので、そのコイル電流ＩＬが減少するようにトランジスタＴＲがオフされているときにも、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸは常に直流電源Ｂの電圧ＶＩＮよりも昇圧された高い値に維持される（図５参照）。一方、コイルＬに直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へ向けて流れる電流がゼロ以下となり得る電流不連続モードにおいては、通常は、コイル電流ＩＬが減少するようにトランジスタＴＲがオフされているとき、コイル電流ＩＬがゼロ以下になるまでは、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸが高い値に時間的に安定して維持されるが、コイル電流ＩＬがゼロ以下になると、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸがゼロへ向けて低下する（図３参照）。

本実施例において、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４は、入力されるドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔを第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と比較して、ドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かを判別する。故障検出マスク区間設定部３６は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した後、トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出が行われている際にも、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４から供給されるドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かの判別結果に基づいて、昇圧チョッパ回路２０の故障検出（トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出）を中断する故障検出マスク区間を設定することが可能である。

故障検出マスク区間設定部３６は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した時から、次にトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチングが行われる時までの過程（すなわち、コイルＬを直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れる電流ＩＬが減少する過程）で、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４からの供給信号に基づいて、ドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態になること（具体的には、ドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが−側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも低いこと）があるか否かを判別する。

その判別の結果、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した時から、次にトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチングが行われる時までの過程で、ドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態になることがないと判別した場合には、電流連続モードでの動作中と判定し、故障検出マスク区間の設定を行わない。

一方、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した時から、次にトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチングが行われる時までの過程で、ドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態になったと判別した場合には、電流不連続モードでの動作時においてコイル電流ＩＬがゼロ以下になってドレイン電圧ＶＸがゼロへ向けて低下し始めたと判定し、その判定時点から次にＰＷＭ駆動制御回路２４からトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知する時までの期間を、故障検出マスク区間として設定する（ステップ１１２）。そして、その故障検出マスク区間を示す信号をＶＸ電圧異常監視回路３０へ出力する。

尚、ドレイン電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かを判別するための第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と、トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出を行うための第２基準電圧Ｖｒｅｆ２と、の関係は、一般的に、電流不連続モードでの動作時において、コイル電流ＩＬがゼロ以下になってドレイン電圧ＶＸがゼロへ向けて低下し始めた後、そのドレイン電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回る前に、ドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を境界値とする所定範囲を逸脱する（具体的には、−側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも低くなる）ように設定されている。

ＶＸ電圧異常監視回路３０は、故障検出マスク区間以外の区間においては、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいた昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を行うが、故障検出マスク区間においては、トランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいた昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を中断する。

このように、本実施例の故障検出装置２２においては、昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出がトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいて行われると共に、トランジスタＴＲのスイッチング駆動によりその昇圧チョッパ回路２０の昇圧動作が行われている最中に行われる。このドレイン電圧ＶＸは、トランジスタＴＲのスイッチング駆動が行われる際に直接的に変動する電圧である。

トランジスタＴＲのオープン固着故障が発生した場合は、トランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングから次のオンからオフへのスイッチタイミングまでの、故障検出マスク区間を除いたオープン固着故障の有無検出区間で、ドレイン電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１をその故障発生後直ちに上回ることで、そのオープン固着故障が発生していることが検出される。また、トランジスタＴＲのショート固着故障が発生した場合は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチタイミングから次のオフからオンへのスイッチタイミングまでの、故障検出マスク区間を除いたショート固着故障の有無検出区間で、ドレイン電圧ＶＸがその故障発生後直ちに第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回ることで、そのショート固着故障が発生していることが検出される。

従って、本実施例の故障検出装置２２によれば、昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出を行うのに昇圧動作中におけるトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸの異常を監視し、すなわち、その故障有無検出を昇圧動作中にトランジスタＴＲのドレイン電圧ＶＸに基づいて行うので、その故障有無検出を行うのに昇圧動作中に平滑用コンデンサＣ２により平滑化される出力電圧ＶＯＵＴの異常（上昇・低下）を監視する構成、すなわち、昇圧動作中における出力電圧ＶＯＵＴに基づいてその故障有無検出を行う構成に比べて、トランジスタＴＲのオープン固着故障及びショート固着故障をその故障発生後速やかに検出することが可能である。

また、本実施例の故障検出装置２２においては、トランジスタＴＲのスイッチング駆動直後はドレイン電圧ＶＸの立ち上がり又は立ち下がりでリンギングが発生するが、そのリンギング発生区間が故障検出マスク区間として設定されて、そのリンギング期間中は昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出が中断される。このため、スイッチング駆動によるリンギングに起因してドレイン電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回り或いは第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回ったときに、トランジスタＴＲのオープン固着故障やショート固着故障が生じていないにもかかわらずその固着故障が生じていると誤判定されるのを防止することが可能である。

更に、本実施例の故障検出装置２２においては、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動後、トランジスタＴＲがオフ状態にある際に、ドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが−側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも低くなると、電流不連続モードでの動作に伴ってコイル電流ＩＬがゼロ以下になってドレイン電圧ＶＸがゼロへ向けて低下し始めたと判定される。そして、そのドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが−側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも低くなった時点から次にトランジスタＴＲがオフからオンへスイッチング駆動される時までの期間が、故障検出マスク区間として設定されて、昇圧チョッパ回路２０の故障有無検出が中断される。このため、電流不連続モードでの動作時において、トランジスタＴＲのオフに伴って直流電源Ｂ側から整流ダイオードＤ側へのコイル電流ＩＬがゼロ以下になることに起因してドレイン電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回るまで低下したときに、トランジスタＴＲに固着故障（特に、ショート固着故障）が生じていないにもかかわらずその固着故障が生じていると誤判定されるのを防止することが可能である。

また、本実施例においては、電流不連続モードでの動作に伴ってコイル電流ＩＬがゼロ以下まで低下するタイミングを検出するのに、ドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが用いられる。このドレイン電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔは、トランジスタＴＲのスイッチング駆動直後のリンギング発生区間を検出するのにも用いられる。この点、本実施例によれば、コイルＬに直列にシャント抵抗を設けてコイル電流ＩＬを検出する構成と異なり、コイル電流ＩＬのゼロ以下への低下タイミングを検出するうえで、不必要な構成を追加する必要がなく、発生する抵抗損失を抑制して昇圧の高効率化を図ることが可能である。

図６は、本発明の第２実施例であるチョッパ回路１００の故障検出装置１０２の構成図を示す。尚、図６において、上記した第１実施例の図１に示す構成と同一の構成については、同一の符号を付してその説明を省略又は簡略する。本実施例のチョッパ回路１００は、直流電源の電圧を降圧して出力する降圧チョッパ式のＤＣ−ＤＣ回路であり、例えば電動パワーステアリングシステムなどの車載システムに用いられる。以下、チョッパ回路１００を降圧チョッパ回路１００と称す。

図６に示す如く、降圧チョッパ回路１００は、直流電源Ｂ、コンデンサＣ１，Ｃ２、コイルＬ、トランジスタＴＲ、整流ダイオードＤ、及びＰＷＭ駆動制御回路１０４を有している。直流電源Ｂの＋端子及びコンデンサＣ１の一端には、トランジスタＴＲのドレインが接続されている。トランジスタＴＲのソースは整流ダイオードＤのカソードに接続されていると共に、トランジスタＴＲのゲートはＰＷＭ駆動制御回路１０４に接続されている。ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、後述の如く、トランジスタＴＲのゲートに駆動信号を供給してドレイン−ソース間を導通／遮断（スイッチング）する制御を行う。トランジスタＴＲは、ゲートに入力される駆動信号に応じてスイッチングされてドレイン−ソース間を導通／遮断するＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどである。

整流ダイオードＤのアノードは接地されている。整流ダイオードＤは、トランジスタＴＲのソース側から接地側への電流の流通を禁止してその逆の電流流通を許可する機能を有している。

トランジスタＴＲのソース及び整流ダイオードＤのカソードには、コイルＬの一端が接続されている。コイルＬは、直流電源Ｂから供給される電圧ＶＩＮを降圧するための降圧用コイルである。コイルＬの他端には、負荷２６が接続されていると共に、他端が接地されたコンデンサＣ２の一端が接続されている。負荷２６は、コイルＬの他端に現れる出力電圧ＶＯＵＴが印加されることにより作動される、例えば電動パワーステアリングシステムの電動モータ用インバータ回路などである。コンデンサＣ２は、負荷２６に供給する出力電圧ＶＯＵＴを平滑化する平滑用コンデンサである。

コイルＬの他端及びコンデンサＣ２の一端と負荷２６との間の出力電圧ＶＯＵＴは、上記のＰＷＭ駆動制御回路１０４に供給されている。ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、供給される出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴが負荷２６に印加すべき一定の目標電圧になるようにトランジスタＴＲをスイッチングするデューティ比を算出し、トランジスタＴＲのゲートに供給すべき駆動信号を生成し、そして、その生成した駆動信号をトランジスタＴＲのゲートに供給する。

上記した降圧チョッパ回路１００において、直流電源Ｂの電圧からの降圧が行われないとき（すなわち負荷２６が作動されないとき）は、ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、トランジスタＴＲをオフ状態に維持すべくそのゲートにローレベルの駆動信号を供給する。トランジスタＴＲのゲートにローレベルの駆動信号が供給されているときは、トランジスタＴＲがオフ状態にされて、そのドレイン−ソース間が遮断される。一方、直流電源Ｂの電圧からの降圧が行われるとき（すなわち負荷２６が作動されるとき）は、ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、供給される出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴが目標電圧になるようにトランジスタＴＲのディーティ比を算出する。そして、トランジスタＴＲがその算出したデューティ比でスイッチングされるようにそのゲートにローレベル及びハイレベルの駆動信号を所定周期で交互に供給する。

具体的には、ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、降圧チョッパ回路１００の降圧動作中、トランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知すると、以後、トランジスタＴＲのゲートにハイレベルの駆動信号を供給する。トランジスタＴＲのゲートに供給される駆動信号がローレベルからハイレベルへ移行された際は、トランジスタＴＲがオフからオンへスイッチングされる。そして、トランジスタＴＲのゲートにハイレベルの駆動信号が供給されているときは、トランジスタＴＲがオン状態にされて、そのドレイン−ソース間が導通される。

トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が導通されると、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが直流電源Ｂの直流電圧ＶＩＮ近傍になり、コイルＬの両端に生ずる電位差が大きくなることで、そのコイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けて電流ＩＬが流れる。このコイルＬに流れる電流ＩＬは、トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が導通される時間が長いほど一定の傾きで増加して大きくなる。

また、ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、降圧チョッパ回路１００の降圧動作中、トランジスタＴＲをオンからオフへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知すると、以後、トランジスタＴＲのゲートにローレベルの駆動信号を供給する。トランジスタＴＲのゲートに供給される駆動信号がハイレベルからローレベルへ移行された際は、トランジスタＴＲがオンからオフへスイッチングされる。そして、トランジスタＴＲのゲートにローレベルの駆動信号が供給されているときは、トランジスタＴＲがオフ状態にされて、そのドレイン−ソース間が遮断される。

トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が導通状態から遮断状態へ移行されると、コイルＬの両端に生ずる電位差がコイル電流の変化を妨げる向きに変化して（逆起電力が発生して）、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍から接地電圧ゼロ近傍へ低下すると共に、コイルＬに整流ダイオードＤ側から出力側へ向けて流れる電流ＩＬが減少する。このコイルＬに流れる電流ＩＬは、トランジスタＴＲのドレイン−ソース間が遮断される時間が長いほど一定の傾きで減少して小さくなる。

トランジスタＴＲがオンされているときは、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍であるので、コイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けてコイル電流ＩＬが流れる。この場合は、コイルＬの他端に現れる出力電圧ＶＯＵＴが直流電圧ＶＩＮよりも低い所定電圧である状況で、コンデンサＣ２が充電されると共に、負荷２６に負荷電流が供給される。一方、トランジスタＴＲがオフされているときは、コイルＬの両端での逆起電力の発生後、直流電源Ｂ側から出力側へ向けてコイル電流ＩＬがゼロを超えている限り、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍（具体的には、その接地電圧ゼロよりも整流ダイオードＤの順方向電圧分だけ低い電圧）である。この場合は、コイルＬの他端に現れる出力電圧ＶＯＵＴが直流電圧ＶＩＮよりも低い所定電圧に維持された状況で、コンデンサＣ２が充電されると共に、負荷２６に負荷電流が供給される。また、トランジスタＴＲがオフされているときは、コイルＬの両端での逆起電力の発生後、上記のコイル電流ＩＬがゼロ以下に達すると、入力側からコイルＬを介して出力側へ電流が流れない。この場合、コイルＬの他端に現れる出力電圧ＶＯＵＴは、コイル電流ＩＬの電流流通時に充電されたコンデンサＣ２が放電することで、直流電圧ＶＩＮよりも低い所定電圧に維持される。

従って、本実施例の降圧チョッパ回路１００においては、トランジスタＴＲのオン／オフを繰り返すスイッチング駆動を行うことで、負荷２６に印加する出力電圧ＶＯＵＴを、直流電源Ｂの直流電圧ＶＩＮを降圧して低い状態に維持させることができ、その降圧された出力電圧ＶＯＵＴを負荷２６に印加することができる。このため、本実施例によれば、チョッパ回路１０の降圧動作により負荷２６を低圧で作動させることが可能である。

尚、トランジスタＴＲのスイッチング周期と、コイルＬのインダクタンス及びトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のキャパシタンスに基づく共振周波数と、の関係に基づいてコイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れる電流がゼロ以下にならない電流連続モードにおいては、トランジスタＴＲのオフによりコイルＬに流れる電流ＩＬが減少しても、そのコイル電流ＩＬがゼロにならない。この場合には、コイル電流ＩＬがゼロ以下になる前に、ＰＷＭ駆動制御回路１０４がトランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知してトランジスタＴＲのゲートに供給する駆動信号をローレベルからハイレベルへ移行させるので、トランジスタＴＲがオン状態にされてソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍になることで、コイルＬに流れる電流ＩＬが減少傾向から反転して増加する。従って、電流連続モードの動作時は、コイルＬに流れる電流ＩＬをゼロにすることなくトランジスタＴＲのスイッチングにより増減させることが可能である。

また、トランジスタＴＲのスイッチング周期と、コイルＬのインダクタンス及びトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のキャパシタンスに基づく共振周波数と、の関係に基づいてコイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れる電流がゼロ以下となり得る電流不連続モードにおいては、トランジスタＴＲのオフによりコイルＬに流れる電流ＩＬが減少する過程で、そのコイル電流ＩＬがゼロ以下になることがある。コイル電流ＩＬがゼロ以下になると、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍から直流電圧ＶＩＮへ向けて上昇する。すなわち、ＰＷＭ駆動制御回路１０４がトランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングに至ったことを検知してトランジスタＴＲのゲートに供給する駆動信号をローレベルからハイレベルへ移行させることで、トランジスタＴＲがオン状態にされてソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍になる前に、コイル電流ＩＬがゼロ以下になってソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍に上昇する。従って、電流不連続モードでの動作時は、コイルＬに流れる電流ＩＬがトランジスタＴＲのスイッチングにより増減されつつ、トランジスタＴＲのオフ中にコイルＬに流れる電流ＩＬがゼロになる。

次に、図７〜図１０を参照して、本実施例の降圧チョッパ回路１００の故障検出装置１０２による故障検出について説明する。

図７は、本実施例の故障検出装置１０２において故障検出を行うべく実行される制御ルーチンの一例のフローチャートを示す。図８は、本実施例において降圧チョッパ回路１００に故障が生じない場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートを示す。図９（Ａ）及び（Ｂ）は、本実施例において降圧チョッパ回路１００に故障が発生する場合に実現される電流不連続モード動作時の一例のタイムチャートを示す。また、図１０は、本実施例において降圧チョッパ回路１００に故障が生じない場合に実現される電流連続モード動作時の一例のタイムチャートを示す。尚、図８〜図１０にはそれぞれ、トランジスタＴＲのゲート電圧ＶＧと、コイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れるコイル電流ＩＬと、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸと、そのソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔと、の各タイムチャートを示す。

本実施例において、故障検出装置１０２は、降圧チョッパ回路１００の故障（具体的には、トランジスタＴＲやＰＷＭ駆動制御回路１０４の故障等に起因したトランジスタＴＲのショート固着故障やオープン固着故障）を検出する装置である。故障検出装置１０２は、図６に示す如く、ＶＸ電圧異常監視回路１１０を備えている。ＶＸ電圧異常監視回路１１０には、トランジスタＴＲのソースに生ずるソース電圧ＶＸが入力されている。ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、入力されるトランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいて降圧チョッパ回路１００の故障有無を検出する。

故障検出装置１０２は、また、トランジスタＴＲのソースに生ずるソース電圧ＶＸが入力されるＶＸ電圧微分回路１１２、入力がＶＸ電圧微分回路１１２の出力に接続されるＶＸ電圧非安定区間判定部１１４、及び、入力がＶＸ電圧非安定区間判定部１１４の出力に接続される故障検出マスク区間設定部１１６を備えている。ＶＸ電圧微分回路１１２は、例えばオペアンプからなり、入力されるトランジスタＴＲのソース電圧ＶＸを微分して、その時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔを出力する。

ＶＸ電圧非安定区間判定部１１４は、入力されるソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔを第３基準電圧Ｖｒｅｆ３（尚、この第３基準電圧Ｖｒｅｆ３は、ゼロを中心にしてそのゼロ近傍の＋側及び−側に一つずつある。）と比較して、その時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔがゼロ近傍の所定範囲から逸脱するか否かすなわちソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かを判別し、その判別結果を出力する。尚、上記の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３は、ソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態と安定状態との何れであるか否かを示す時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔの境界値であり、予め定められている。

故障検出マスク区間設定部１１６には、また、ＰＷＭ駆動制御回路１０４からトランジスタＴＲのスイッチングが行われるタイミングを示す信号が入力される。故障検出マスク区間設定部１１６は、入力されるトランジスタＴＲのスイッチタイミングを示す信号とソース電圧ＶＸの非安定区間を示す信号とに基づいて、後に詳述する如く、降圧チョッパ回路１００の故障検出を行うのを中断する時間的範囲（故障検出マスク区間）を設定する。そして、その故障検出マスク区間を示す信号（例えばそのマスク区間の始期及び終期を示す信号）を出力する。

故障検出マスク区間設定部１１６の出力には、上記したＶＸ電圧異常監視回路１１０の入力が接続されている。ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、故障検出マスク区間設定部１１６側から入力される信号に基づいて故障検出マスク区間を認識し、そして、その故障検出マスク区間を除いて、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいた降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を行う。ＶＸ電圧異常監視回路１１０による故障有無検出の結果は、ＰＷＭ駆動制御回路１０４に供給される。ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、ＶＸ電圧異常監視回路１１０から降圧チョッパ回路１００の故障が生じていることを示す信号が供給される場合は、システムのフェールセーフ処置としてトランジスタＴＲのスイッチング駆動を停止して降圧チョッパ回路１００の回路動作を停止する。尚、降圧チョッパ回路１００の故障が生じていると判別される場合は、故障発生を示す表示や音声案内が行われることとしてもよい。

以下、本実施例において故障検出装置１０２が実行する故障検出の手順について説明する。

本実施例において、ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、供給される出力電圧ＶＯＵＴに基づいて、出力電圧ＶＯＵＴが負荷２６に印加すべき一定の目標電圧になるようにトランジスタＴＲをスイッチングするデューティ比を算出し、トランジスタＴＲのゲートに供給すべきデューティ駆動信号を生成する。そして、そのデューティ駆動信号がトランジスタＴＲをオンさせるオン信号であるときは、そのオン信号をトランジスタＴＲのゲートに供給すると共に、トランジスタＴＲのオフからオンへの切替時にはトランジスタＴＲをオフからオンへスイッチングすべきタイミングであることを示す信号を故障検出マスク区間設定部１１６へ出力する（ステップ２００）。

故障検出マスク区間設定部１１６は、ＰＷＭ駆動制御回路１０４からトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知すると、ＶＸ電圧非安定区間判定部１１４から供給されるソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かの判別結果に基づいて、降圧チョッパ回路１００の故障検出を中断する故障検出マスク区間を設定する（ステップ２０２）。具体的には、トランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知した後、ソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を境界値とするゼロ近傍の所定範囲から逸脱してソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にある期間（すなわち、オンへのスイッチタイミングからソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態から安定状態へ移行するまでの期間）を、故障検出マスク区間として設定する。そして、その故障検出マスク区間を示す信号をＶＸ電圧異常監視回路１１０へ出力する。

ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、故障検出マスク区間設定部１１６側から入力される信号に基づいて故障検出マスク区間を認識する。ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、認識した故障検出マスク区間においては、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいた降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を行わないが、故障検出マスク区間以外の区間においては、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいた降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を行う。

尚、ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、例えばＰＷＭ駆動制御回路１０４又は故障検出マスク区間設定部１１６からの信号に基づいて或いは入力されるソース電圧ＶＸが立ち上がるか否かに基づいて、上記の如く認識した故障検出マスク区間がトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチング駆動直後のものであるか否かを判別することが可能であるものとする。

ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、トランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が終了した時から次にトランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が開始される時までの過程では、降圧チョッパ回路１００の故障有無検出としてトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のオープン固着故障の有無検出を行う（ステップ２０４）。具体的には、そのオープン固着故障の有無検出をトランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回るか否かの判別結果に基づいて行う。尚、第２基準電圧Ｖｅｒｆ２は、トランジスタＴＲのオン時に通常到達する可能性のある最小のソース電圧ＶＸであり、直流電圧ＶＩＮよりも低い値に設定されている。

通常、トランジスタＴＲがオン状態にあるときは、ソース電圧ＶＸは直流電圧ＶＩＮ近傍である。ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、トランジスタＴＲのオープン固着故障の有無検出時、ソース電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２以上であると判別する場合にはトランジスタＴＲのオープン固着故障は生じていないと判定し、一方、ソース電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回ると判別する場合にはトランジスタＴＲのオープン固着故障が生じていると判定する（図９（Ａ）参照）。

ＰＷＭ駆動制御回路１０４は、出力電圧ＶＯＵＴに基づくトランジスタＴＲのゲートに供給するディーティ駆動信号がトランジスタＴＲをオフさせるオフ信号であるときは、そのオフ信号をトランジスタＴＲのゲートに供給すると共に、トランジスタＴＲのオンからオフへの切替時にはトランジスタＴＲをオンからオフへスイッチングすべきタイミングであることを示す信号を故障検出マスク区間設定部１１６へ出力する（ステップ２０６）。

故障検出マスク区間設定部１１６は、ＰＷＭ駆動制御回路１０４からトランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知すると、ＶＸ電圧非安定区間判定部１１４から供給されるソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かの判別結果に基づいて、降圧チョッパ回路１００の故障検出を中断する故障検出マスク区間を設定する（ステップ２０８）。具体的には、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知した後、ソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を境界値とするゼロ近傍の所定範囲から逸脱してソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にある期間（すなわち、オフへのスイッチタイミングからソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態から安定状態へ移行するまでの期間）を、故障検出マスク区間として設定する。そして、その故障検出マスク区間を示す信号をＶＸ電圧異常監視回路１１０へ出力する。

尚、ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、例えばＰＷＭ駆動制御回路１０４又は故障検出マスク区間設定部１１６からの信号に基づいて或いは入力されるソース電圧ＶＸが立ち下がるか否かに基づいて、上記の如く認識した故障検出マスク区間がトランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後のものであるか否かを判別することが可能であるものとする。

ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が開始されてから終了されるまでの期間は、降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を中断するが、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後における故障検出マスク区間が終了した直後からは、降圧チョッパ回路１００の故障有無検出としてトランジスタＴＲのドレイン−ソース間のショート固着故障の有無検出を行う（ステップ２１０）。具体的には、そのショート固着故障の有無検出をトランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回るか否かの判別結果に基づいて行う。尚、第１基準電圧Ｖｅｒｆ１は、トランジスタＴＲのオフ時に通常到達する可能性のある最大のソース電圧ＶＸであり、上記した第２基準電圧Ｖｒｅｆ２よりも低くかつ接地電圧ゼロを僅かに上回る値に設定されている。

通常、トランジスタＴＲがオフ状態にあるときは、ソース電圧ＶＸは時間的に安定し始めた後は接地電圧ゼロ近傍に維持される。ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出時、ソース電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１以下であると判別される場合にはトランジスタＴＲのショート固着故障は生じていないと判定し、一方、ソース電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回ると判別される場合にはトランジスタＴＲのショート固着故障が生じていると判定する（図９（Ｂ）参照）。

尚、コイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れる電流がゼロとならない電流連続モードにおいては、通常は、そのコイル電流ＩＬは常にゼロを上回った状態で時間変化するので、そのコイル電流ＩＬが減少するようにトランジスタＴＲがオフされているときにも、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸは常に接地電圧ゼロ近傍に維持される（図１０参照）。一方、コイルＬに直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れる電流がゼロ以下となり得る電流不連続モードにおいては、通常は、コイル電流ＩＬが減少するようにトランジスタＴＲがオフされているとき、コイル電流ＩＬがゼロ以下になるまでは、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが接地電圧ゼロ近傍に時間的に安定して維持されるが、コイル電流ＩＬがゼロ以下になると、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍へ向けて上昇する（図８参照）。

本実施例において、ＶＸ電圧非安定区間判定部１１４は、入力されるソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔを第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と比較して、ソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かを判別する。故障検出マスク区間設定部１１６は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した後、トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出が行われている際にも、ＶＸ電圧非安定区間判定部１１４から供給されるソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かの判別結果に基づいて、降圧チョッパ回路１００の故障検出（トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出）を中断する故障検出マスク区間を設定することが可能である。

故障検出マスク区間設定部１１６は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した時から、次にトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチングが行われる時までの過程（すなわち、コイルＬを直流電源Ｂ側から出力側へ向けて流れる電流ＩＬが減少する過程）で、ＶＸ電圧非安定区間判定部１１４からの供給信号に基づいて、ソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態になること（具体的には、ソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが＋側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも高いこと）があるか否かを判別する。

その判別の結果、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した時から、次にトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチングが行われる時までの過程で、ソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態になることがないと判別した場合には、電流連続モードでの動作中と判定し、故障検出マスク区間の設定を行わない。

一方、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動直後に設定した故障検出マスク区間が終了した時から、次にトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチングが行われる時までの過程で、ソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態になったと判別した場合には、電流不連続モードでの動作時においてコイル電流ＩＬがゼロ以下になってソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮ近傍へ向けて上昇し始めたと判定し、その判定時点から次にＰＷＭ駆動制御回路１０４からトランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングを示す信号が入力されたことを検知する時までの期間を、故障検出マスク区間として設定する（ステップ２１２）。そして、その故障検出マスク区間を示す信号をＶＸ電圧異常監視回路１１０へ出力する。

尚、ソース電圧ＶＸが時間的に非安定状態にあるか否かを判別するための第３基準電圧Ｖｒｅｆ３と、トランジスタＴＲのショート固着故障の有無検出を行うための第１基準電圧Ｖｒｅｆ１と、の関係は、一般的に、電流不連続モードでの動作時において、コイル電流ＩＬがゼロ以下になってソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮへ向けて上昇し始めた後、そのソース電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回る前に、ソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが第３基準電圧Ｖｒｅｆ３を境界値とする所定範囲を逸脱する（具体的には、＋側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも高くなる）ように設定されている。

ＶＸ電圧異常監視回路１１０は、故障検出マスク区間以外の区間においては、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいた降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を行うが、故障検出マスク区間においては、トランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいた降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を中断する。

このように、本実施例の故障検出装置１０２においては、降圧チョッパ回路１００の故障有無検出がトランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいて行われると共に、トランジスタＴＲのスイッチング駆動によりその降圧チョッパ回路１００の降圧動作が行われている最中に行われる。このソース電圧ＶＸは、トランジスタＴＲのスイッチング駆動が行われる際に直接的に変動する電圧である。

トランジスタＴＲのオープン固着故障が発生した場合は、トランジスタＴＲのオフからオンへのスイッチタイミングから次のオンからオフへのスイッチタイミングまでの、故障検出マスク区間を除いたオープン固着故障の有無検出区間で、ソース電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２をその故障発生後直ちに下回ることで、そのオープン固着故障が発生していることが検出される。また、トランジスタＴＲのショート固着故障が発生した場合は、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチタイミングから次のオフからオンへのスイッチタイミングまでの、故障検出マスク区間を除いたショート固着故障の有無検出区間で、ソース電圧ＶＸがその故障発生後直ちに第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回ることで、そのショート固着故障が発生していることが検出される。

従って、本実施例の故障検出装置１０２によれば、降圧チョッパ回路１００の故障有無検出を降圧動作中にトランジスタＴＲのソース電圧ＶＸに基づいて行うので、平滑用コンデンサＣ２により平滑化される出力電圧ＶＯＵＴに基づいてその故障有無検出を行う構成に比べて、トランジスタＴＲのオープン固着故障及びショート固着故障をその故障発生後速やかに検出することが可能である。

また、本実施例の故障検出装置１０２においては、トランジスタＴＲのスイッチング駆動直後はソース電圧ＶＸの立ち上がり又は立ち下がりでリンギングが発生するが、そのリンギング発生区間が故障検出マスク区間として設定されて、そのリンギング期間中は降圧チョッパ回路１００の故障有無検出が中断される。このため、スイッチング駆動によるリンギングに起因してソース電圧ＶＸが第２基準電圧Ｖｒｅｆ２を下回り或いは第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回ったときに、トランジスタＴＲのオープン固着故障やショート固着故障が生じていないにもかかわらずその固着故障が生じていると誤判定されるのを防止することが可能である。

更に、本実施例の故障検出装置１０２においては、トランジスタＴＲのオンからオフへのスイッチング駆動後、トランジスタＴＲがオフ状態にある際に、ソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが＋側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも高くなると、電流不連続モードでの動作に伴ってコイル電流ＩＬがゼロ以下になってソース電圧ＶＸが直流電圧ＶＩＮへ向けて上昇し始めたと判定される。そして、そのソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが＋側の第３基準電圧Ｖｒｅｆ３よりも高くなった時点から次にトランジスタＴＲがオフからオンへスイッチング駆動される時までの期間が、故障検出マスク区間として設定されて、降圧チョッパ回路１００の故障有無検出が中断される。このため、電流不連続モードでの動作時において、トランジスタＴＲのオフに伴って直流電源Ｂ側から出力側へのコイル電流ＩＬがゼロ以下になることに起因してソース電圧ＶＸが第１基準電圧Ｖｒｅｆ１を上回るまで上昇したときに、トランジスタＴＲに固着故障（特に、ショート固着故障）が生じていないにもかかわらずその固着故障が生じていると誤判定されるのを防止することが可能である。

また、本実施例においては、電流不連続モードでの動作に伴ってコイル電流ＩＬがゼロ以下まで低下するタイミングを検出するのに、ソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔが用いられる。このソース電圧ＶＸの時間変化成分ｄＶＸ／ｄｔは、トランジスタＴＲのスイッチング駆動直後のリンギング発生区間を検出するのにも用いられる。この点、本実施例によれば、コイルＬに直列にシャント抵抗を設けてコイル電流ＩＬを検出する構成と異なり、コイル電流ＩＬのゼロ以下への低下タイミングを検出するうえで、不必要な構成を追加する必要がなく、発生する抵抗損失を抑制して昇圧の高効率化を図ることが可能である。

尚、上記の第１及び第２実施例においては、トランジスタＴＲが特許請求の範囲に記載した「スイッチング素子」に、整流ダイオードＤが特許請求の範囲に記載した「整流回路」に、コンデンサＣ２が特許請求の範囲に記載した「平滑回路」に、ＰＷＭ駆動制御回路２４，１０４が特許請求の範囲に記載した「駆動制御回路」に、ドレイン電圧ＶＸ及びソース電圧ＶＸが特許請求の範囲に記載した「端子電圧」に、ＶＸ電圧異常監視回路３０，１１０が特許請求の範囲に記載した「故障検出回路」に、ＶＸ電圧微分回路３２，１１２が特許請求の範囲に記載した「微分回路」に、ＶＸ電圧非安定区間判定部３４，１１４が特許請求の範囲に記載した「非安定区間判定回路」に、故障検出マスク区間設定部３６，１１６が特許請求の範囲に記載した「故障検出マスク区間設定回路」に、それぞれ相当している。

尚、上記の第１実施例は直流電源Ｂの電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路２０の例であり、また、第２実施例は直流電源Ｂの電圧を降圧する降圧チョッパ回路１００の例であるが、直流電源Ｂの電圧を昇圧すると共に直流電源Ｂの電圧を降圧する昇降圧チョッパ回路に適用することとしてもよい。

２０，１００ チョッパ回路
２２，１０２ 故障検出装置
２４，１０４ ＰＷＭ駆動制御回路
３０，１１０ ＶＸ電圧異常監視回路
３２，１１２ ＶＸ電圧微分回路
３４，１１４ ＶＸ電圧非安定区間判定部
３６，１１６ 故障検出マスク区間設定部
ＴＲ トランジスタ
Ｄ 整流ダイオード
Ｃ２ コンデンサ

Claims (6)

1. スイッチング駆動されるスイッチング素子と、前記スイッチング素子側から出力側へ電流を流す整流回路と、出力電圧を平滑化する平滑回路と、出力電圧が設定電圧になるように前記スイッチング素子をスイッチング駆動する駆動制御回路と、前記スイッチング素子の端子電圧に基づいて、該スイッチング素子の固着故障を検出する故障検出回路と、を備えるチョッパ回路の故障検出装置であって、
   前記スイッチング素子の端子電圧の時間変化成分を算出する微分回路と、
   前記微分回路により算出される前記時間変化成分がゼロ近傍の所定範囲から逸脱するか否かを判別する非安定区間判定回路と、
   前記駆動制御回路により前記スイッチング素子がスイッチング駆動されるタイミングと、前記非安定区間判定回路により前記時間変化成分が前記所定範囲から逸脱すると判別される結果と、に基づいて、前記故障検出回路により前記スイッチング素子の固着故障を検出するのを中断する故障検出マスク区間を設定する故障検出マスク区間設定回路と、を備え、
   前記故障検出回路は、前記故障検出マスク区間設定回路により設定される前記故障検出マスク区間を除いて、前記スイッチング素子の固着故障検出を行うことを特徴とするチョッパ回路の故障検出装置。
2. 前記故障検出マスク区間設定回路は、前記駆動制御回路により前記スイッチング素子がスイッチング駆動された以後の前記非安定区間判定回路により前記時間変化成分が前記所定範囲から逸脱すると判別される期間を、前記故障検出マスク区間として設定することを特徴とする請求項１記載のチョッパ回路の故障検出装置。
3. 直流電源側から出力側へ向けて電流が流れるコイルを備え、
   前記故障検出マスク区間設定回路は、また、電流不連続モードでの動作時において、前記スイッチング素子が前記コイルに直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動された後、前記非安定区間判定回路により前記時間変化成分が前記所定範囲から逸脱すると判別される時から次に前記スイッチング素子が前記コイルに直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が増加するようにスイッチング駆動される時までの期間を、前記故障検出マスク区間として設定することを特徴とする請求項２記載のチョッパ回路の故障検出装置。
4. 前記故障検出回路は、前記スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が増加するようにスイッチング駆動される時から次に該スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動される時までの過程で、前記故障検出マスク区間設定回路により設定される前記故障検出マスク区間を除いて、前記スイッチング素子のオープン固着故障の検出を行うことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項記載のチョッパ回路の故障検出装置。
5. 前記故障検出回路は、前記スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が減少するようにスイッチング駆動される時から次に該スイッチング素子が直流電源側から出力側へ向けて流れる電流が増加するようにスイッチング駆動される時までの過程で、前記故障検出マスク区間設定回路により設定される前記故障検出マスク区間を除いて、前記スイッチング素子のショート固着故障の検出を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項記載のチョッパ回路の故障検出装置。
6. 前記故障検出回路は、前記スイッチング素子の端子電圧が第１基準電圧を上回る場合に前記スイッチング素子のオープン固着故障又はショート固着故障が生じていると判定し、また、前記スイッチング素子の端子電圧が前記第１基準電圧よりも高い第２基準電圧を下回る場合に前記スイッチング素子のショート固着故障又はオープン固着故障が生じていると判定することを特徴とする請求項４又は５記載のチョッパ回路の故障検出装置。

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