JP2012157211A - Insulation circuit for power transmission and power converter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力伝達用絶縁回路および電力変換装置に関し、特に、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する電力伝達用絶縁回路および電力変換装置に関する。 The present invention relates to an insulating circuit for power transmission and a power converter, and more particularly to an insulating circuit for power transmission and a power converter that transmit power while insulating between an input side and an output side.
一般家庭の交流電力を用いて電気自動車(EV:Electric Vehicle)およびプラグイン方式のハイブリッドカー(HV:Hybrid Vehicle)等の駆動用の主電池を充電するための電力変換装置が開発されている。 2. Description of the Related Art Power converters for charging driving main batteries such as electric vehicles (EV) and plug-in hybrid vehicles (HV) using ordinary household AC power have been developed.
このようなEV等の主電池への充電を目的とするものではないが、交流電力を直流電力に変換する電源装置用絶縁回路の一例が、たとえば、特許第3595329号公報(特許文献1)に記載されている。すなわち、この電源装置用絶縁回路は、交流電圧を直流電圧に変換する整流回路と、上記整流回路から供給される直流電流に残存する脈流成分を低減する第1のコンデンサーと、上記第1のコンデンサーから供給される直流電流のプラス側およびマイナス側を同時に開閉する第1のスイッチ回路と、上記第1のスイッチ回路から供給される電流を蓄積する第2のコンデンサーと、上記第2のコンデンサーから供給される直流電流のプラス側およびマイナス側を同時に開閉する第2のスイッチ回路と、上記第2のスイッチ回路から供給される電流を保持するとともに負荷側に放出する第3のコンデンサーとを備える。また、ONとなる時間がOFFとなる時間よりも短く設定された方形波によって構成されるコントロール信号φ1、および上記コントロール信号φ1と相補的にONするとともにON時間がOFF時間よりも短く設定されたコントロール信号φ2を生成するゲートコントロール回路を備える。上記コントロール信号φ1により上記第1のスイッチ回路の開閉を行い、上記コントロール信号φ2により上記第2のスイッチ回路の開閉を行なう。このような構成により、大きな容積を占める電源トランスを使用することなく交流電圧を直流電圧に変換し、かつ交流電源側と負荷側とを電気的に絶縁することができる。 Although not intended to charge such a main battery such as an EV, an example of an insulating circuit for a power supply device that converts AC power into DC power is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 3595329 (Patent Document 1). Are listed. That is, the power supply device insulating circuit includes a rectifier circuit that converts an AC voltage into a DC voltage, a first capacitor that reduces a pulsating current component remaining in a DC current supplied from the rectifier circuit, and the first capacitor. A first switch circuit that simultaneously opens and closes a positive side and a negative side of a direct current supplied from a capacitor; a second capacitor that stores current supplied from the first switch circuit; and a second capacitor A second switch circuit that simultaneously opens and closes a positive side and a negative side of the supplied direct current; and a third capacitor that holds the current supplied from the second switch circuit and discharges the current to the load side. Further, the ON time is set shorter than the OFF time while the ON time is set to be complementary to the control signal φ1 configured by the square wave set shorter than the OFF time and the control signal φ1. A gate control circuit for generating the control signal φ2 is provided. The first switch circuit is opened and closed by the control signal φ1, and the second switch circuit is opened and closed by the control signal φ2. With such a configuration, an AC voltage can be converted to a DC voltage without using a power transformer that occupies a large volume, and the AC power supply side and the load side can be electrically insulated.
特許文献1に記載の電源装置用絶縁回路では、各スイッチ回路におけるスイッチ素子が故障して短絡した場合、入力側および出力側間の絶縁が確保できない可能性がある。しかしながら、特許文献1には、このような問題に対処するための構成は開示されていない。 In the insulation circuit for a power supply device described in Patent Document 1, when a switch element in each switch circuit fails and is short-circuited, there is a possibility that insulation between the input side and the output side cannot be ensured. However, Patent Document 1 does not disclose a configuration for dealing with such a problem.
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることが可能な電力伝達用絶縁回路および電力変換装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to detect a failure of a switch element with a simple configuration in a circuit that transmits power while insulating the input side and the output side. Thus, it is an object to provide an insulating circuit for power transmission and a power conversion device capable of improving the reliability of the circuit.
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力伝達用絶縁回路は、第1端および第2端を有する第1の蓄電素子と、第1端および第2端を有する第2の蓄電素子と、第1端、および上記第1の蓄電素子の第1端と電気的に接続された第2端を有する第1のスイッチ素子、ならびに第1端、および上記第1の蓄電素子の第2端と電気的に接続された第2端を有する第2のスイッチ素子を含み、上記第1のスイッチ素子の第1端および上記第2のスイッチ素子の第1端において受けた電力を上記第1の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、上記第1の蓄電素子の第1端と上記第2の蓄電素子の第1端との間に接続された第3のスイッチ素子および上記第1の蓄電素子の第2端と上記第2の蓄電素子の第2端との間に接続された第4のスイッチ素子を含み、上記第1の蓄電素子に蓄えられた電力を上記第2の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子のうち少なくともいずれか2つの温度を検出するための温度検出部と、上記温度検出部によって検出された各上記スイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における上記スイッチ素子の故障を検出するための制御部とを備える。 In order to solve the above-described problem, an insulating circuit for power transmission according to an aspect of the present invention includes a first power storage element having a first end and a second end, and a second power having a first end and a second end. A first switch element having a power storage element, a first end, and a second end electrically connected to the first end of the first power storage element; a first end; and the first power storage element. A second switch element having a second end electrically connected to the second end, wherein the power received at the first end of the first switch element and the first end of the second switch element is An input switch unit for supplying to the first power storage element; a third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element; and Connected between the second end of the first power storage element and the second end of the second power storage element. An output switch unit for supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element, and the first switch element to the fourth switch element. A temperature detection unit for detecting at least any two of the temperatures, and the temperature of each of the switch elements detected by the temperature detection unit, and the input switch unit or the output switch unit based on the comparison result And a controller for detecting a failure of the switch element.
このような構成により、電力伝達用絶縁回路の故障検出を、簡易な構成および処理で安価に実現することができる。また、各スイッチ素子の短絡故障を検出し、故障時にはエラー出力およびシステムの停止を行い、また、ユーザ等が必要な処置を講ずることにより、電力伝達用絶縁回路の入力側および出力側間の短絡による不具合を防ぐことが可能となる。これにより、システム全体の信頼性を向上することができる。したがって、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 With such a configuration, failure detection of the power transmission insulating circuit can be realized at low cost with a simple configuration and processing. In addition, short circuit failure of each switch element is detected, error output and system shutdown are performed at the time of failure, and a short circuit between the input side and output side of the insulation circuit for power transmission by taking necessary measures. It is possible to prevent problems caused by Thereby, the reliability of the whole system can be improved. Therefore, in a circuit that transmits power while insulating between the input side and the output side, the reliability of the circuit can be improved by detecting a failure of the switch element with a simple configuration.
好ましくは、上記制御部は、検出した上記各スイッチ素子の温度間の差を算出し、算出した上記差が第1の閾値以上である場合には、上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における上記スイッチ素子が故障したと判定する。 Preferably, the control unit calculates a difference between the detected temperatures of the switch elements, and when the calculated difference is equal to or greater than a first threshold, the input switch unit or the output switch unit It is determined that the switch element has failed.
このように、温度差の閾値を用いる構成により、簡易な処理で各スイッチ素子の故障判定を行なうことができる。 As described above, the configuration using the threshold value of the temperature difference makes it possible to determine the failure of each switch element with a simple process.
より好ましくは、上記制御部は、上記温度検出部によって検出された上記スイッチ素子の温度が第2の閾値以上の場合には上記スイッチ素子の温度が異常上昇の状態にあると判定し、上記制御部は、算出した上記差が略ゼロであり、かつ上記各スイッチ素子の温度が上記第2の閾値より低い第3の閾値未満である場合には、上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子が故障したと判定する。 More preferably, the control unit determines that the temperature of the switch element is in an abnormally rising state when the temperature of the switch element detected by the temperature detection unit is equal to or higher than a second threshold, and the control And when the calculated difference is substantially zero and the temperature of each switch element is lower than a third threshold value lower than the second threshold value, the first switch element to the fourth switch It is determined that the switch element has failed.
このような構成により、第1のスイッチ素子ないし第4のスイッチ素子がすべて短絡故障したために温度差では故障判定が困難な場合でも、第1のスイッチ素子ないし第4のスイッチ素子の故障を検出することができるため、回路の信頼性をさらに向上させることができる。 With such a configuration, even if it is difficult to determine a failure with a temperature difference because all of the first switch element to the fourth switch element are short-circuited, the failure of the first switch element to the fourth switch element is detected. Therefore, the reliability of the circuit can be further improved.
好ましくは、上記温度検出部は、上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子の温度を検出し、上記制御部は、上記温度検出部によって検出された上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における上記スイッチ素子の故障を検出する。 Preferably, the temperature detection unit detects a temperature of the first switch element to the fourth switch element, and the control unit detects the first switch element to the first switch element detected by the temperature detection unit. The temperature of the four switch elements is compared, and a failure of the switch element in the input switch section or the output switch section is detected based on the comparison result.
このように、第1のスイッチ素子ないし第4のスイッチの温度をすべて検出する構成により、電力伝達用絶縁回路における各スイッチ素子の故障をより確実に検出することが可能である。 As described above, by detecting all the temperatures of the first switch element to the fourth switch, it is possible to more reliably detect a failure of each switch element in the power transmission insulating circuit.
好ましくは、上記入力スイッチ部は、さらに、上記第1のスイッチ素子および上記第2のスイッチ素子にそれぞれ直列接続された第1のダイオードおよび第2のダイオードを含み、上記出力スイッチ部は、さらに、上記第3のスイッチ素子および上記第4のスイッチ素子にそれぞれ直列接続された第3のダイオードおよび第4のダイオードを含み、上記温度検出部は、さらに、上記第1のダイオードないし上記第4のダイオードのうち少なくともいずれか2つの温度を検出し、上記制御部は、さらに、上記温度検出部によって検出された各上記ダイオードの温度を比較し、比較結果に基づいて上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における上記ダイオードの故障を検出する。 Preferably, the input switch unit further includes a first diode and a second diode connected in series to the first switch element and the second switch element, respectively, and the output switch unit further includes: A third diode and a fourth diode connected in series to the third switch element and the fourth switch element, respectively, and the temperature detection unit further includes the first diode to the fourth diode. At least any two of the temperatures are detected, and the control unit further compares the temperatures of the diodes detected by the temperature detection unit, and the input switch unit or the output switch unit based on the comparison result The failure of the diode in is detected.
このように、スイッチ素子に加えて、ダイオードの温度検出および故障検出を行なう構成により、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子およびダイオードの故障を検出することにより、回路の信頼性をさらに向上させることができる。 As described above, in addition to the switch element, the circuit that transmits power while insulating the input side and the output side by detecting the temperature of the diode and detecting the failure can prevent the switch element and the diode from failing with a simple configuration. By detecting, the reliability of the circuit can be further improved.
より好ましくは、上記第1の閾値は設定変更可能である。 More preferably, the first threshold value can be changed.
このような構成により、電力伝達用絶縁回路の使用環境に応じて柔軟に閾値を設定することが可能となるため、使用環境に関わらず各スイッチ素子の故障を確実に検出することができる。 With such a configuration, the threshold value can be set flexibly in accordance with the usage environment of the power transmission insulating circuit, so that the failure of each switch element can be reliably detected regardless of the usage environment.
より好ましくは、上記第2の蓄電素子の第1端および第2端は負荷に接続され、上記第1の閾値は、上記電力伝達用絶縁回路から上記負荷への出力電流が大きい場合には大きく設定され、上記電力伝達用絶縁回路から上記負荷への出力電流が小さい場合には小さく設定される。 More preferably, the first end and the second end of the second power storage element are connected to a load, and the first threshold value is large when the output current from the power transmission insulating circuit to the load is large. When the output current from the power transmission insulating circuit to the load is small, the value is set small.
このような構成により、電力供給対象である負荷の種類に応じて適切に閾値を設定することができ、各スイッチ素子の故障を確実に検出することができる。 With such a configuration, a threshold value can be appropriately set according to the type of load to be supplied with power, and a failure of each switch element can be reliably detected.
好ましくは、上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子はPN接合を有する。 Preferably, the first switch element to the fourth switch element have a PN junction.
PN接合を有するIGBT等のスイッチ素子は、短絡故障時におけるオン電圧が正常時と比べて大幅に小さくなることから、このようなスイッチ素子を用いる構成により、第1の閾値の設定が容易となり、故障判定をより正確に行なうことが可能となる。 Since a switch element such as an IGBT having a PN junction has a significantly reduced ON voltage at the time of a short-circuit failure compared to a normal state, the configuration using such a switch element facilitates the setting of the first threshold value. Failure determination can be performed more accurately.
好ましくは、上記制御部は、上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子のオン・オフを制御し、上記制御部は、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第1の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子および上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第2の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフし、かつ上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオンする第3の期間と、上記入力スイッチ部における上記各スイッチ素子および上記出力スイッチ部における上記各スイッチ素子をオフする第4の期間とをこの順番で繰り返す。 Preferably, the control unit controls on / off of the first switch element to the fourth switch element, the control unit turns on each of the switch elements in the input switch unit, and outputs the output A first period in which the switch elements in the switch unit are turned off; a second period in which the switch elements in the input switch unit and the switch elements in the output switch unit are turned off; A third period in which each switch element is turned off and each switch element in the output switch section is turned on, and each switch element in the input switch section and each switch element in the output switch section is turned off. Are repeated in this order.
このように、デッドタイムを設ける構成により、電力伝達用絶縁回路の入力側および出力側間の絶縁を確実に確保することができる。 As described above, by providing the dead time, the insulation between the input side and the output side of the power transmission insulating circuit can be reliably ensured.
上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電力変換装置は、交流電力を直流電力に変換して負荷に供給するための電力変換装置であって、受けた交流電力を整流するための整流部と、上記整流部および上記負荷間を絶縁しながら、上記整流部によって整流された電力を上記負荷に伝達するための電力伝達用絶縁回路とを備え、上記電力伝達用絶縁回路は、第1端および第2端を有する第1の蓄電素子と、第1端および第2端を有する第2の蓄電素子と、上記整流部と上記第1の蓄電素子の第1端との間に接続された第1のスイッチ素子および上記整流部と上記第1の蓄電素子の第2端との間に接続された第2のスイッチ素子を含み、上記整流部によって整流された電力を上記第1の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、上記第1の蓄電素子の第1端と上記第2の蓄電素子の第1端との間に接続された第3のスイッチ素子および上記第1の蓄電素子の第2端と上記第2の蓄電素子の第2端との間に接続された第4のスイッチ素子を含み、上記第1の蓄電素子に蓄えられた電力を上記第2の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、上記第1のスイッチ素子ないし上記第4のスイッチ素子のうち少なくともいずれか2つの温度を検出するための温度検出部と、上記温度検出部によって検出された各上記スイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて上記入力スイッチ部または上記出力スイッチ部における上記スイッチ素子の故障を検出するための制御部とを含む。 In order to solve the above problems, a power conversion device according to an aspect of the present invention is a power conversion device for converting alternating current power into direct current power and supplying it to a load, and rectifies the received alternating current power. And a power transmission insulating circuit for transmitting the power rectified by the rectifying unit to the load while insulating between the rectifying unit and the load. A first power storage element having a first end and a second end, a second power storage element having a first end and a second end, and between the rectifying unit and the first end of the first power storage element The first switch element connected and the second switch element connected between the rectifier and the second end of the first power storage element, and the electric power rectified by the rectifier is the first An input switch unit for supplying power to the storage element A third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element; a second end of the first power storage element; and the second power storage. An output switch unit including a fourth switch element connected between the second end of the element and supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element; The temperature detection unit for detecting the temperature of at least any two of the one switch element to the fourth switch element is compared with the temperature of each of the switch elements detected by the temperature detection unit, and the comparison result is obtained. And a control unit for detecting a failure of the switch element in the input switch unit or the output switch unit.
このような構成により、電力伝達用絶縁回路の故障検出を、簡易な構成および処理で安価に実現することができる。また、各スイッチ素子の短絡故障を検出し、故障時にはエラー出力およびシステムの停止を行い、また、ユーザ等が必要な処置を講ずることにより、電力伝達用絶縁回路の入力側および出力側間の短絡による不具合を防ぐことが可能となる。これにより、システム全体の信頼性を向上することができる。したがって、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 With such a configuration, failure detection of the power transmission insulating circuit can be realized at low cost with a simple configuration and processing. In addition, short circuit failure of each switch element is detected, error output and system shutdown are performed at the time of failure, and a short circuit between the input side and output side of the insulation circuit for power transmission by taking necessary measures. It is possible to prevent problems caused by Thereby, the reliability of the whole system can be improved. Therefore, in a circuit that transmits power while insulating between the input side and the output side, the reliability of the circuit can be improved by detecting a failure of the switch element with a simple configuration.
本発明によれば、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, in a circuit that transmits power while insulating the input side and the output side, it is possible to improve the reliability of the circuit by detecting a failure of the switch element with a simple configuration.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[構成および基本動作]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
[Configuration and basic operation]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
図1を参照して、電力変換装置201は、電力伝達用絶縁回路101と、整流部51とを備える。電力伝達用絶縁回路101は、キャパシタC0〜C2と、入力スイッチ部21と、出力スイッチ部22と、制御部14と、温度検出部15と、温度検出素子K1〜K4を含む。入力スイッチ部21は、スイッチ素子Z1,Z2と、ダイオードD1,D2とを含む。出力スイッチ部22は、スイッチ素子Z3,Z4と、ダイオードD3,D4とを含む。
Referring to FIG. 1,
電力伝達用絶縁回路101において、スイッチ素子Z1〜Z4は、たとえばNチャネルIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。なお、スイッチ素子Z1〜Z4は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)FET(Field Effect Transistor)等、他の種類のトランジスタであってもよい。
In the power
ここでは、スイッチ素子Z1の第1端および第2端がそれぞれスイッチ素子Z1のコレクタおよびエミッタに相当し、スイッチ素子Z2の第1端および第2端がそれぞれスイッチ素子Z2のエミッタおよびコレクタに相当し、スイッチ素子Z3の第1端および第2端がそれぞれスイッチ素子Z3のコレクタおよびエミッタに相当し、スイッチ素子Z4の第1端および第2端がそれぞれスイッチ素子Z4のエミッタおよびコレクタに相当する。 Here, the first end and the second end of the switch element Z1 correspond to the collector and the emitter of the switch element Z1, respectively, and the first end and the second end of the switch element Z2 correspond to the emitter and the collector of the switch element Z2, respectively. The first end and the second end of the switch element Z3 correspond to the collector and emitter of the switch element Z3, respectively, and the first end and the second end of the switch element Z4 correspond to the emitter and collector of the switch element Z4, respectively.
ダイオードD1〜D4は、電力伝達用絶縁回路101における電流の逆流を防ぐために設けられている。
The diodes D <b> 1 to D <b> 4 are provided to prevent a backflow of current in the power
スイッチ素子Z1は、ダイオードD1を介してキャパシタC0の第1端T11と電気的に接続された第1端、およびキャパシタC1の第1端T13と電気的に接続された第2端を有する。スイッチ素子Z2は、ダイオードD2を介してキャパシタC0の第2端T12と電気的に接続された第1端、およびキャパシタC1の第2端T14と電気的に接続された第2端を有する。スイッチ素子Z3は、ダイオードD3を介してキャパシタC1の第1端T13と電気的に接続された第1端、およびキャパシタC2の第1端T15と電気的に接続された第2端を有する。スイッチ素子Z4は、ダイオードD4を介してキャパシタC1の第2端T14と電気的に接続された第1端、およびキャパシタC2の第2端T16と電気的に接続された第2端を有する。 Switch element Z1 has a first end electrically connected to first end T11 of capacitor C0 via diode D1, and a second end electrically connected to first end T13 of capacitor C1. Switch element Z2 has a first end electrically connected to second end T12 of capacitor C0 via diode D2, and a second end electrically connected to second end T14 of capacitor C1. Switch element Z3 has a first end electrically connected to first end T13 of capacitor C1 through diode D3, and a second end electrically connected to first end T15 of capacitor C2. Switch element Z4 has a first end electrically connected to second end T14 of capacitor C1 through diode D4, and a second end electrically connected to second end T16 of capacitor C2.
ダイオードD1は、キャパシタC0の第1端T11とスイッチ素子Z1の第1端との間に接続されている。ダイオードD2は、キャパシタC0の第2端T12とスイッチ素子Z2の第1端との間に接続されている。ダイオードD3は、キャパシタC1の第1端T13とスイッチ素子Z3の第1端との間に接続されている。ダイオードD4は、キャパシタC1の第2端T14とスイッチ素子Z4の第1端との間に接続されている。 The diode D1 is connected between the first end T11 of the capacitor C0 and the first end of the switch element Z1. The diode D2 is connected between the second end T12 of the capacitor C0 and the first end of the switch element Z2. The diode D3 is connected between the first end T13 of the capacitor C1 and the first end of the switch element Z3. The diode D4 is connected between the second end T14 of the capacitor C1 and the first end of the switch element Z4.
より詳細には、ダイオードD1は、キャパシタC0の第1端T11に電気的に接続されたアノードと、スイッチ素子Z1のコレクタに電気的に接続されたカソードとを有する。ダイオードD2は、スイッチ素子Z2のエミッタに電気的に接続されたアノードと、キャパシタC0の第2端T12に電気的に接続されたカソードとを有する。ダイオードD3は、キャパシタC1の第1端T13に電気的に接続されたアノードと、スイッチ素子Z3のコレクタに電気的に接続されたカソードとを有する。ダイオードD4は、スイッチ素子Z4のエミッタに電気的に接続されたアノードと、キャパシタC1の第2端T14に電気的に接続されたカソードとを有する。 More specifically, the diode D1 has an anode electrically connected to the first terminal T11 of the capacitor C0 and a cathode electrically connected to the collector of the switch element Z1. Diode D2 has an anode electrically connected to the emitter of switching element Z2 and a cathode electrically connected to second end T12 of capacitor C0. The diode D3 has an anode electrically connected to the first terminal T13 of the capacitor C1 and a cathode electrically connected to the collector of the switch element Z3. The diode D4 has an anode electrically connected to the emitter of the switching element Z4 and a cathode electrically connected to the second terminal T14 of the capacitor C1.
スイッチ素子Z1は、ダイオードD1のカソードに電気的に接続されたコレクタと、キャパシタC1の第1端T13に電気的に接続されたエミッタと、制御部14からのゲート制御信号G1を受けるゲートとを有する。スイッチ素子Z2は、キャパシタC1の第2端T14に電気的に接続されたコレクタと、ダイオードD2のアノードに電気的に接続されたエミッタと、制御部14からのゲート制御信号G2を受けるゲートとを有する。スイッチ素子Z3は、ダイオードD3のカソードに電気的に接続されたコレクタと、キャパシタC2の第1端T15に電気的に接続されたエミッタと、制御部14からのゲート制御信号G3を受けるゲートとを有する。スイッチ素子Z4は、キャパシタC2の第2端T16に電気的に接続されたコレクタと、ダイオードD4のアノードに電気的に接続されたエミッタと、制御部14からのゲート制御信号G4を受けるゲートとを有する。
Switch element Z1 has a collector electrically connected to the cathode of diode D1, an emitter electrically connected to first terminal T13 of capacitor C1, and a gate for receiving gate control signal G1 from
キャパシタC2の第1端T15と負荷302のプラス側端子とが接続され、キャパシタC2の第2端T16と負荷302のマイナス側端子とが接続されている。
The first end T15 of the capacitor C2 and the plus side terminal of the
電力変換装置201は、交流電源301から供給された交流電力を直流電力に変換して負荷302に供給する。負荷302は、たとえば、EVおよびプラグイン方式のHV等の駆動用の主電池である。
The
整流部51は、たとえば、ダイオードブリッジを含み、交流電源301から受けた交流電力を全波整流して電力伝達用絶縁回路101へ出力する。
The rectifying
電力伝達用絶縁回路101において、キャパシタC0は、整流部51によって整流された電力を蓄える。入力スイッチ部21は、スイッチ素子Z1の第1端およびスイッチ素子Z2の第1端において受けた電力すなわちキャパシタC0に蓄えられた電力をキャパシタC1に供給する。出力スイッチ部22は、キャパシタC1に蓄えられた電力をキャパシタC2に供給する。キャパシタC2に蓄えられた電力は、放電されて負荷302に供給される。
In the power
制御部14は、ゲート駆動信号G1〜G4をスイッチ素子Z1〜Z4に出力することにより、スイッチ素子Z1〜Z4のオンおよびオフを切り替える。電力伝達用絶縁回路101は、制御部14のスイッチ制御により、整流部51および負荷302間を絶縁しながら、キャパシタC0に蓄えられた電力を負荷302に伝達する。
The
温度検出素子K1〜K4は、たとえば、サーミスタ、熱電対、またはダイオードである。温度検出素子K1〜K4は、それぞれスイッチ素子Z1〜Z4の近傍またはスイッチ素子Z1〜Z4に接触して設けられ、スイッチ素子Z1〜Z4の温度を示す電圧または電流を温度検出部15へ出力する。
The temperature detection elements K1 to K4 are, for example, a thermistor, a thermocouple, or a diode. The temperature detection elements K1 to K4 are provided in the vicinity of the switch elements Z1 to Z4 or in contact with the switch elements Z1 to Z4, respectively, and output a voltage or current indicating the temperature of the switch elements Z1 to Z4 to the
温度検出部15は、温度検出素子K1〜K4から受けた電圧または電流に基づいて温度検出素子K1〜K4の温度をそれぞれ検出し、検出結果を示す信号を制御部14へ出力する。
The
制御部14は、温度検出部15から受けた信号に基づいて、スイッチ素子Z1〜Z4の故障を判定する。
Based on the signal received from
[動作]
次に、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路が電力伝達を行なう際の動作について図面を用いて説明する。
[Operation]
Next, the operation when the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention performs power transmission will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路によるスイッチング動作を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing a switching operation by the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention.
図2を参照して、まず、制御部14は、期間T1において、スイッチ素子Z1をオンし、スイッチ素子Z2をオンし、スイッチ素子Z3をオフし、スイッチ素子Z4をオフする。これにより、キャパシタC0に蓄えられた電荷が放電され、放電された電荷がキャパシタC1に蓄えられる。スイッチ素子Z3およびZ4がオフされていることにより、整流部51および負荷302間の絶縁が確保される。
With reference to FIG. 2, first, in a period T1, the
次に、制御部14は、期間T2において、スイッチ素子Z1〜Z4をオフする。これにより、電力伝達用絶縁回路101の入力側および出力側間の絶縁を確保するためのデッドタイムが設けられる。すなわち、入力スイッチ部21における各スイッチおよび出力スイッチ部22における各スイッチを介して電力伝達用絶縁回路101の入力側および出力側間、すなわち整流部51および負荷302間が短絡することを防ぐことができる。
Next, the
次に、制御部14は、期間T3において、スイッチ素子Z1をオフし、スイッチ素子Z2をオフし、スイッチ素子Z3をオンし、スイッチ素子Z4をオンする。これにより、キャパシタC1に蓄えられた電荷が放電され、放電された電荷がキャパシタC2に蓄えられる。スイッチ素子Z1およびZ2がオフされていることにより、整流部51および負荷302間の絶縁が確保される。
Next, in the period T3, the
次に、制御部14は、期間T4において、スイッチ素子Z1〜Z4をオフする。これにより、期間T2と同様に、電力伝達用絶縁回路101の入力側および出力側間の絶縁を確保するためのデッドタイムが設けられる。
Next, the
ここで、期間T1〜T4において、キャパシタC1は整流部51からの電力により充電されており、また、キャパシタC2に蓄えられた電力は放電されて負荷302に供給されている。また、期間T2およびT4においては、キャパシタC1における電荷の移動はない。
Here, in the period T <b> 1 to T <b> 4, the capacitor C <b> 1 is charged with power from the rectifying
そして、制御部14は、これら期間T1、期間T2、期間T3および期間T4をこの順番で繰り返すことにより、電力伝達用絶縁回路101の入力側および出力側間を絶縁しながら、整流部51と協働して、交流電源301からの交流電力を直流電力に変換して負荷302に供給する。
Then, the
次に、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路がスイッチ素子の故障判定を行なう際の動作について図面を用いて説明する。 Next, the operation when the insulation circuit for power transmission according to the first embodiment of the present invention performs failure determination of the switch element will be described with reference to the drawings.
図3は、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるスイッチ素子の静特性を示す図である。図3は、耐圧1200Vおよび最大コレクタ電流60A(アンペア)のIGBTであるスイッチ素子について、ゲート−エミッタ間電圧が15Vの場合における、正常品および短絡故障品の静特性すなわち電流−電圧特性を実測した結果を示している。図3のグラフにおいて、横軸はスイッチ素子におけるコレクタ−エミッタ間電圧VCEであり、縦軸はスイッチ素子におけるコレクタ電流ICである。 FIG. 3 is a diagram showing the static characteristics of the switch element in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 shows the measured static characteristics, that is, current-voltage characteristics of a normal product and a short-circuit faulty product when the gate-emitter voltage is 15 V for a switching element that is an IGBT having a withstand voltage of 1200 V and a maximum collector current of 60 A (amperes). Results are shown. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents the collector-emitter voltage VCE in the switch element, and the vertical axis represents the collector current IC in the switch element.
図3を参照して、短絡故障品では、正常品に比べて、同じコレクタ電流ICに対するコレクタ−エミッタ間電圧VCEが大幅に小さくなっていることが分かる。 Referring to FIG. 3, it can be seen that the collector-emitter voltage VCE for the same collector current IC is significantly smaller in the short-circuit failure product than in the normal product.
したがって、短絡故障品を含んだ電力伝達用絶縁回路101をそのまま動作させた場合には、短絡故障品の発生損失および正常品の発生損失が異なることになる。
Therefore, when the power
図4は、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路におけるスイッチ素子の発生損失を示す図である。図4は、IGBTの正常品における発生損失と短絡故障品における発生損失とを比較した図である。 FIG. 4 is a diagram showing a generated loss of the switch element in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is a diagram comparing the loss generated in a normal IGBT product and the loss generated in a short-circuit failure product.
具体的には、図4は、電力伝達用絶縁回路101の出力電力が3kWであり、出力電圧の直流レベルが300Vである場合において、電力伝達用絶縁回路101における4つのIGBTのうち、1つが短絡故障した場合における、正常品の発生損失と短絡故障品の発生損失の理論計算値を示している。この理論計算値は、図3に示す静特性を用いて算出した。
Specifically, FIG. 4 shows that when the output power of the power
図4に示す理論計算結果より、短絡故障品の損失は、正常品の約1/5になると予測される。すなわち、短絡故障品の温度上昇と正常品の温度上昇とで差が生じることになる。たとえば、2.9℃/Wの関係を用いて、短絡故障品の温度上昇と正常品の温度上昇との差を算出することが可能である。 From the theoretical calculation results shown in FIG. 4, the loss of the short circuit failure product is predicted to be about 1/5 of the normal product. That is, a difference occurs between the temperature rise of the short-circuit faulty product and the temperature rise of the normal product. For example, it is possible to calculate the difference between the temperature rise of the short-circuit faulty product and the temperature rise of the normal product using the relationship of 2.9 ° C./W.
一方、スイッチ素子Z1〜Z4がすべて正常動作している場合には、スイッチ素子Z1〜Z4の温度上昇は、ほぼ均一となる。 On the other hand, when all of the switch elements Z1 to Z4 are operating normally, the temperature rise of the switch elements Z1 to Z4 is substantially uniform.
そこで、電力伝達用絶縁回路101では、温度検出素子K1〜K4を、それぞれスイッチ素子Z1〜Z4に、接触または非接触の状態で取り付けるかまたは半導体チップ上に形成する。
Therefore, in the power
そして、温度検出部15を介して制御部14にスイッチ素子Z1〜Z4の温度を通知し、スイッチ素子Z1〜Z4間の温度差が大きくなった場合には、スイッチ素子Z1〜Z4のうちの少なくともいずれか1つのスイッチ素子が短絡故障したと判断する。
And when the temperature of switch element Z1-Z4 is notified to the
すなわち、温度検出部15は、スイッチ素子Z1ないしスイッチ素子Z4の温度を検出する。制御部14は、温度検出部15によって検出されたスイッチ素子Z1ないしスイッチ素子Z4の温度を比較し、比較結果に基づいて入力スイッチ部21または出力スイッチ部22におけるスイッチ素子の故障を検出する。
That is, the
具体的には、制御部14は、検出したスイッチ素子Z1ないしZ4の温度間の差を算出し、算出した差が閾値DTh1以上である場合には、入力スイッチ部21または出力スイッチ部22におけるスイッチ素子が故障したと判定する。
Specifically, the
また、制御部14は、スイッチ素子Z1〜Z4の各々の温度に基づいて各スイッチ素子の故障検出を行なう動作をさらに行なってもよい。
すなわち、制御部14は、温度検出部15によって検出されたスイッチ素子の温度が閾値ATh1以上の場合には当該スイッチ素子の温度が異常上昇の状態にあると判定する。ここで、閾値ATh1は、たとえば、デバイスの熱破壊を防止するためにIPM(Intelligent Power Module)等で行なわれる温度異常上昇検出用の閾値である。
That is, when the temperature of the switch element detected by the
そして、制御部14は、検出したスイッチ素子Z1ないしZ4の温度間の差が略ゼロであり、かつスイッチ素子Z1ないしZ4の温度が閾値ATh1より低い閾値ATh2未満である場合には、スイッチ素子Z1ないしZ4が故障したと判定する。
When the difference between the detected temperatures of the switch elements Z1 to Z4 is substantially zero and the temperature of the switch elements Z1 to Z4 is lower than the threshold value ATh2 lower than the threshold value ATh1, the
また、閾値DTh1は設定変更可能であってもよい。閾値DTh1の設定方法の一例として、回路を流れる電流に応じて閾値DTh1を設定することが考えられる。すなわち、故障と判断するための温度差の閾値DTh1については、たとえば電力伝達用絶縁回路101の出力電流に応じて可変とすることが望ましい。
The threshold value DTh1 may be changeable. As an example of a method for setting the threshold value DTh1, it is conceivable to set the threshold value DTh1 according to the current flowing through the circuit. That is, it is desirable that the temperature difference threshold value DTh1 for determining a failure is variable according to the output current of the power
より詳細には、閾値DTh1は、電力伝達用絶縁回路101から負荷302への出力電流が大きい場合には大きく設定され、電力伝達用絶縁回路101から負荷302への出力電流が小さい場合には小さく設定される。
More specifically, the threshold value DTh1 is set large when the output current from the power
具体的には、電力伝達用絶縁回路101の出力電力が3kWである場合、正常品であるスイッチ素子と短絡故障品であるスイッチ素子との温度上昇差が40℃であったとする。この場合、閾値DTh1を20℃に設定すればよい。
Specifically, when the output power of the power
また、電力伝達用絶縁回路101の出力電力が500Wである場合、正常品であるスイッチ素子と短絡故障品であるスイッチ素子との温度上昇差が4℃であったとする。この場合、閾値DTh1を2℃〜3℃に設定すればよい。
Further, when the output power of the power
ところで、特許文献1に記載の電源装置用絶縁回路では、各スイッチ回路におけるスイッチ素子が故障して短絡した場合、入力側および出力側間の絶縁が確保できない可能性がある。これは、電力伝達用絶縁回路101でも同様である。
By the way, in the insulation circuit for power supply devices described in Patent Document 1, when a switch element in each switch circuit fails and is short-circuited, insulation between the input side and the output side may not be ensured. The same applies to the power
すなわち、トランスレス絶縁回路である電力伝達用絶縁回路101では、IGBTおよびMOSFET等のスイッチ素子の耐電圧によって入出力間の絶縁を確保する。このため、電力伝達用絶縁回路101を用いるシステムの信頼性を向上させるために、スイッチ素子の短絡故障の検出機能を安価に実現することが課題となる。なお、スイッチ素子の開放故障の場合には、電力伝達用絶縁回路101の入出力間で通電不能となることから、短絡故障と比べて不具合の発生する可能性は低く、また、検出も容易である。
That is, in the power
各スイッチ素子の短絡故障の故障検出方法としては、たとえば、電力伝達用絶縁回路101から負荷302への出力電圧を監視する方法が考えられる。しかしながら、電力伝達用絶縁回路101では、1つのスイッチ素子が短絡故障しても出力電圧のレベルはほぼ変わらないことから、このような方法ではスイッチ素子の短絡故障を確実に検出することは困難である。
As a failure detection method for a short-circuit failure of each switch element, for example, a method of monitoring the output voltage from the power
また、電力伝達用絶縁回路101内における電圧を監視する方法も考えられるが、電圧検出部が別途必要となり、また、内部電圧の正常および異常を判定する処理が必要となることから、構成および処理が複雑になってしまう。
Although a method for monitoring the voltage in the power
これに対して、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、温度検出部15は、スイッチ素子Z1ないしスイッチ素子Z4の温度を検出する。そして、制御部14は、温度検出部15によって検出された各スイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて入力スイッチ部21または出力スイッチ部22におけるスイッチ素子の故障を検出する。
On the other hand, in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, the
すなわち、正常品のスイッチ素子と短絡故障品のスイッチ素子との静特性の差異に着目し、動作中の温度上昇が、正常品および短絡故障品間で異なることを利用して、スイッチ素子の故障検出を行なう。 That is, paying attention to the difference in static characteristics between the normal switch element and the short-circuit faulty switch element, it takes advantage of the fact that the temperature rise during operation differs between the normal product and the short-circuit faulty product. Perform detection.
また、各スイッチ素子の温度を検出するための温度検出素子は、通常、これらのスイッチ素子の保護用に設けられる場合が多い。電力伝達用絶縁回路101では、電圧検出部等を別途設けることなく、保護用の温度検出素子を利用して、スイッチ素子Z1〜Z4の温度差を算出し、故障検出を行なう。
Moreover, the temperature detection element for detecting the temperature of each switch element is usually provided for protection of these switch elements in many cases. In the power
このような構成により、電力伝達用絶縁回路101の故障検出を、簡易な構成および処理で安価に実現することができる。
With such a configuration, failure detection of the power
また、各スイッチ素子の短絡故障を検出し、故障時にはエラー出力およびシステムの停止を行い、また、ユーザ等が必要な処置を講ずることにより、電力伝達用絶縁回路101の入力側および出力側間の短絡による不具合を防ぐことが可能となる。これにより、システム全体の信頼性を向上することができる。
In addition, when a short circuit failure of each switch element is detected, an error output is performed and the system is stopped at the time of the failure, and a user or the like takes necessary measures so that the input side and the output side of the power
したがって、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させることができる。 Therefore, in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, in the circuit that transmits power while insulating the input side and the output side, by detecting a failure of the switch element with a simple configuration, The reliability of the circuit can be improved.
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部14は、検出した各スイッチ素子の温度間の差を算出し、算出した差が閾値DTh1以上である場合には、入力スイッチ部21または出力スイッチ部22におけるスイッチ素子が故障したと判定する。
Further, in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, the
このように、温度差の閾値DTh1を用いる構成により、簡易な処理で各スイッチ素子の故障判定を行なうことができる。 As described above, the configuration using the temperature difference threshold value DTh1 makes it possible to determine the failure of each switch element with a simple process.
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部14は、温度検出部15によって検出されたスイッチ素子の温度が閾値ATh1以上の場合には、当該スイッチ素子の温度が異常上昇の状態にあると判定する。そして、制御部14は、検出した各スイッチ素子の温度間の差が略ゼロであり、かつ各スイッチ素子の温度が閾値ATh1より低い閾値ATh2未満である場合には、スイッチ素子Z1ないしZ4が故障したと判定する。
In the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, when the temperature of the switch element detected by the
このような構成により、スイッチ素子Z1〜Z4がすべて短絡故障したために温度差では故障判定が困難な場合でも、スイッチ素子Z1〜Z4の故障を検出することができるため、回路の信頼性をさらに向上させることができる。 With such a configuration, since all of the switch elements Z1 to Z4 are short-circuited, it is possible to detect a failure of the switch elements Z1 to Z4 even when it is difficult to determine a failure with a temperature difference, thereby further improving circuit reliability. Can be made.
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、閾値DThは設定変更可能である。 Further, in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, the threshold value DTh can be changed.
このような構成により、電力伝達用絶縁回路101の使用環境に応じて柔軟に閾値DTh1を設定することが可能となるため、使用環境に関わらず各スイッチ素子の故障を確実に検出することができる。
With such a configuration, the threshold value DTh1 can be set flexibly in accordance with the use environment of the power
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、閾値DThは、電力伝達用絶縁回路101から負荷302への出力電流が大きい場合には大きく設定され、電力伝達用絶縁回路101から負荷302への出力電流が小さい場合には小さく設定される。
Further, in the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, the threshold value DTh is set large when the output current from the power
このような構成により、電力供給対象である負荷の種類に応じて適切に閾値DTh1を設定することができ、各スイッチ素子の故障を確実に検出することができる。 With such a configuration, the threshold value DTh1 can be appropriately set according to the type of load to be supplied with power, and a failure of each switch element can be reliably detected.
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、スイッチ素子Z1ないしスイッチ素子Z4はPN接合を有する。 In the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, the switch elements Z1 to Z4 have PN junctions.
PN接合を有するIGBT等のスイッチ素子は、短絡故障時におけるオン電圧が正常時と比べて大幅に小さくなることから、このようなスイッチ素子を用いる構成により、閾値DTh1の設定が容易となり、故障判定をより正確に行なうことが可能となる。 Since a switch element such as an IGBT having a PN junction has a significantly lower ON voltage at the time of a short-circuit failure than that at a normal time, the configuration using such a switch element facilitates the setting of the threshold value DTh1 and determines the failure. Can be performed more accurately.
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、制御部14は、入力スイッチ部21における各スイッチ素子をオンし、かつ出力スイッチ部22における各スイッチ素子をオフする期間T1と、入力スイッチ部21における各スイッチ素子および出力スイッチ部22における各スイッチ素子をオフする期間T2と、入力スイッチ部21における各スイッチ素子をオフし、かつ出力スイッチ部22における各スイッチ素子をオンする期間T3と、入力スイッチ部21における各スイッチ素子および出力スイッチ部22における各スイッチ素子をオフする期間T4とをこの順番で繰り返す。
In the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention, the
このように、デッドタイムを設ける構成により、電力伝達用絶縁回路101の入力側および出力側間の絶縁を確実に確保することができる。
As described above, by providing the dead time, the insulation between the input side and the output side of the power
なお、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路は、スイッチ素子Z1〜Z4の温度を検出する構成であるとしたが、これに限定するものではなく、スイッチ素子Z1〜Z4のうちの少なくともいずれか2つの温度を検出する構成であれば、簡易な構成でスイッチ素子の故障を検出することにより、回路の信頼性を向上させる、という本発明の目的を達成することが可能である。 Although the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention is configured to detect the temperatures of the switch elements Z1 to Z4, the present invention is not limited to this, and the switch elements Z1 to Z4 are not limited thereto. If it is the structure which detects the temperature of at least any two of these, it is possible to achieve the object of the present invention to improve the reliability of the circuit by detecting the failure of the switch element with a simple structure It is.
一方、スイッチ素子Z1〜Z4の温度をすべて検出する構成により、電力伝達用絶縁回路101における各スイッチ素子の故障をより確実に検出することが可能である。
On the other hand, with the configuration that detects all the temperatures of the switch elements Z1 to Z4, it is possible to more reliably detect the failure of each switch element in the power
また、電力伝達用絶縁回路101は、キャパシタC0を備えない構成であってもよい。ただし、キャパシタC0を設けることにより、電力伝達用絶縁回路101への入力電流のリップルを防ぎ、回路動作の安定化を図るという効果が得られる。また、整流部51において、整流された電力を蓄えるためのキャパシタが設けられる場合にも、電力伝達用絶縁回路101においてキャパシタC0を設けない構成が可能となる。
Further, the power
また、本発明の第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路は、キャパシタC0〜C2を備える構成であるとしたが、キャパシタに限らず、コイル(インダクタ)等の他の蓄電素子を備える構成であってもよい。 Further, the power transmission insulating circuit according to the first embodiment of the present invention is configured to include the capacitors C0 to C2, but is not limited to the capacitor and includes other power storage elements such as a coil (inductor). It may be a configuration.
次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
<第2の実施の形態>
本実施の形態は、第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と比べて温度検出対象を追加した電力伝達用絶縁回路に関する。以下で説明する内容以外は第1の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路と同様である。
<Second Embodiment>
The present embodiment relates to a power transmission insulating circuit in which a temperature detection target is added as compared with the power transmission insulating circuit according to the first embodiment. The contents other than those described below are the same as those of the power transmission insulating circuit according to the first embodiment.
図5は、本発明の第2の実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
図5を参照して、電力変換装置202は、電力伝達用絶縁回路102と、整流部51とを備える。電力伝達用絶縁回路102は、電力伝達用絶縁回路101と比べて、さらに、温度検出素子K5〜K8を含む。
Referring to FIG. 5,
入力スイッチ部21は、電力伝達用絶縁回路101と同様に、スイッチ素子Z1およびスイッチ素子Z2にそれぞれ直列接続されたダイオードD1およびダイオードD2を含む。
Similarly to the power
出力スイッチ部22は、電力伝達用絶縁回路101と同様に、スイッチ素子Z3およびスイッチ素子Z4にそれぞれ直列接続されたダイオードD3およびダイオードD4を含む。
The
温度検出素子K5〜K8は、たとえば、サーミスタ、熱電対、またはダイオードである。温度検出素子K5〜K8は、それぞれダイオードD1〜D4の近傍またはダイオードD1〜D4に接触して設けられ、ダイオードD1〜D4の温度を示す電圧または電流を温度検出部15へ出力する。
The temperature detection elements K5 to K8 are, for example, a thermistor, a thermocouple, or a diode. The temperature detection elements K5 to K8 are provided in the vicinity of the diodes D1 to D4 or in contact with the diodes D1 to D4, respectively, and output a voltage or current indicating the temperature of the diodes D1 to D4 to the
温度検出部15は、温度検出素子K5〜K8から受けた電圧または電流に基づいてダイオードD1〜D4の温度をそれぞれ検出し、検出結果を示す信号を制御部14へ出力する。
The
制御部14は、温度検出部15から受けた信号に基づいて、ダイオードD1〜D4の故障を判定する。
Based on the signal received from
電力伝達用絶縁回路102では、温度検出素子K5〜K8を、それぞれダイオードD1〜D4に、接触または非接触の状態で取り付けるかまたは半導体チップ上に形成する。
In the power
そして、温度検出部15を介して制御部14にダイオードD1〜D4の温度を通知し、ダイオードD1〜D4間の温度差が大きくなった場合には、ダイオードD1〜D4のうちの少なくともいずれか1つのダイオードが短絡故障したと判断する。
Then, the temperature of the diodes D1 to D4 is notified to the
すなわち、制御部14は、温度検出部15によって検出された各ダイオードの温度を比較し、比較結果に基づいて入力スイッチ部21または出力スイッチ部22におけるダイオードの故障を検出する。
That is, the
具体的には、制御部14は、検出したダイオードD1ないしD4の各温度間の差を算出し、算出した差が閾値DTh2以上である場合には、入力スイッチ部21または出力スイッチ部22におけるダイオードが故障したと判定する。
Specifically, the
このように、本発明の第2の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路では、スイッチ素子Z1〜Z4に加えて、逆阻止ダイオードD1〜D4の温度検出および故障検出を行なう。このような構成により、入力側および出力側間を絶縁しながら電力を伝達する回路において、簡易な構成でスイッチ素子およびダイオードの故障を検出することにより、回路の信頼性をさらに向上させることができる。 As described above, in the power transmission insulating circuit according to the second embodiment of the present invention, the temperature detection and failure detection of the reverse blocking diodes D1 to D4 are performed in addition to the switching elements Z1 to Z4. With such a configuration, in a circuit that transmits power while insulating the input side and the output side, the reliability of the circuit can be further improved by detecting a failure of the switch element and the diode with a simple configuration. .
なお、本発明の第2の実施の形態に係る電力伝達用絶縁回路は、ダイオードD1〜D4の温度を検出する構成であるとしたが、これに限定するものではなく、ダイオードD1〜D4のうちの少なくともいずれか2つの温度を検出する構成であればよい。 Although the power transmission insulating circuit according to the second embodiment of the present invention is configured to detect the temperatures of the diodes D1 to D4, the invention is not limited to this, and the diodes D1 to D4 are not limited thereto. Any configuration that detects at least any two of the temperatures may be used.
上記実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The above embodiment should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
10〜12 出力電圧検出部
14 制御部
15 温度検出部
21 入力スイッチ部
22 出力スイッチ部
101,102 電力伝達用絶縁回路
51 整流部
201,202 電力変換装置
301 交流電源
302 負荷
C0〜C2 キャパシタ
K1〜K8 温度検出素子
Z1,Z2,Z3,Z4 スイッチ素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10-12 Output
Claims (10)
第1端および第2端を有する第2の蓄電素子と、
第1端、および前記第1の蓄電素子の第1端と電気的に接続された第2端を有する第1のスイッチ素子、ならびに第1端、および前記第1の蓄電素子の第2端と電気的に接続された第2端を有する第2のスイッチ素子を含み、前記第1のスイッチ素子の第1端および前記第2のスイッチ素子の第1端において受けた電力を前記第1の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、
前記第1の蓄電素子の第1端と前記第2の蓄電素子の第1端との間に接続された第3のスイッチ素子および前記第1の蓄電素子の第2端と前記第2の蓄電素子の第2端との間に接続された第4のスイッチ素子を含み、前記第1の蓄電素子に蓄えられた電力を前記第2の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、
前記第1のスイッチ素子ないし前記第4のスイッチ素子のうち少なくともいずれか2つの温度を検出するための温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された各前記スイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて前記入力スイッチ部または前記出力スイッチ部における前記スイッチ素子の故障を検出するための制御部とを備える、電力伝達用絶縁回路。 A first power storage element having a first end and a second end;
A second power storage element having a first end and a second end;
A first switch element having a first end and a second end electrically connected to the first end of the first power storage element; a first end; and a second end of the first power storage element; A second switch element having a second end electrically connected thereto, wherein the first power storage receives power received at the first end of the first switch element and the first end of the second switch element. An input switch unit for supplying to the element;
A third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element, and a second end of the first power storage element and the second power storage An output switch unit including a fourth switch element connected between the second end of the element and supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element;
A temperature detector for detecting the temperature of at least any two of the first switch element to the fourth switch element;
A control unit for comparing the temperatures of the switch elements detected by the temperature detection unit and detecting a failure of the switch element in the input switch unit or the output switch unit based on a comparison result. Transmission insulation circuit.
前記制御部は、算出した前記差が略ゼロであり、かつ前記各スイッチ素子の温度が前記第2の閾値より低い第3の閾値未満である場合には、前記第1のスイッチ素子ないし前記第4のスイッチ素子が故障したと判定する、請求項2に記載の電力伝達用絶縁回路。 The controller determines that the temperature of the switch element is abnormally increased when the temperature of the switch element detected by the temperature detector is equal to or higher than a second threshold value,
When the calculated difference is substantially zero and the temperature of each switch element is lower than a third threshold value that is lower than the second threshold value, the controller switches the first switch element to the first switch element. The insulating circuit for power transmission according to claim 2, wherein the switch element of 4 is determined to have failed.
前記制御部は、前記温度検出部によって検出された前記第1のスイッチ素子ないし前記第4のスイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて前記入力スイッチ部または前記出力スイッチ部における前記スイッチ素子の故障を検出する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The temperature detection unit detects a temperature of the first switch element to the fourth switch element,
The control unit compares temperatures of the first switch element to the fourth switch element detected by the temperature detection unit, and the switch element in the input switch unit or the output switch unit based on a comparison result The insulation circuit for power transmission according to any one of claims 1 to 3, wherein a failure of the power is detected.
前記出力スイッチ部は、さらに、前記第3のスイッチ素子および前記第4のスイッチ素子にそれぞれ直列接続された第3のダイオードおよび第4のダイオードを含み、
前記温度検出部は、さらに、前記第1のダイオードないし前記第4のダイオードのうち少なくともいずれか2つの温度を検出し、
前記制御部は、さらに、前記温度検出部によって検出された各前記ダイオードの温度を比較し、比較結果に基づいて前記入力スイッチ部または前記出力スイッチ部における前記ダイオードの故障を検出する、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The input switch unit further includes a first diode and a second diode connected in series to the first switch element and the second switch element, respectively.
The output switch unit further includes a third diode and a fourth diode connected in series to the third switch element and the fourth switch element,
The temperature detector further detects the temperature of at least any two of the first diode to the fourth diode,
The control unit further compares the temperature of each of the diodes detected by the temperature detection unit, and detects a failure of the diode in the input switch unit or the output switch unit based on a comparison result. The insulating circuit for power transmission according to any one of claims 1 to 4.
前記第1の閾値は、前記電力伝達用絶縁回路から前記負荷への出力電流が大きい場合には大きく設定され、前記電力伝達用絶縁回路から前記負荷への出力電流が小さい場合には小さく設定される、請求項6に記載の電力伝達用絶縁回路。 The first end and the second end of the second power storage element are connected to a load,
The first threshold value is set large when the output current from the power transmission insulating circuit to the load is large, and is set small when the output current from the power transmission insulating circuit to the load is small. The insulation circuit for power transmission according to claim 6.
前記制御部は、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第1の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子および前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第2の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフし、かつ前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオンする第3の期間と、前記入力スイッチ部における前記各スイッチ素子および前記出力スイッチ部における前記各スイッチ素子をオフする第4の期間とをこの順番で繰り返す、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力伝達用絶縁回路。 The control unit controls on / off of the first switch element to the fourth switch element,
The control unit turns on the switch elements in the input switch unit and turns off the switch elements in the output switch unit; and the switch elements and output switches in the input switch unit A second period for turning off the switch elements in the input section, a third period for turning off the switch elements in the input switch section and turning on the switch elements in the output switch section, and the input switch The insulating circuit for power transmission according to any one of claims 1 to 8, wherein the switch elements in the unit and the fourth period in which the switch elements in the output switch unit are turned off are repeated in this order. .
受けた交流電力を整流するための整流部と、
前記整流部および前記負荷間を絶縁しながら、前記整流部によって整流された電力を前記負荷に伝達するための電力伝達用絶縁回路とを備え、
前記電力伝達用絶縁回路は、
第1端および第2端を有する第1の蓄電素子と、
第1端および第2端を有する第2の蓄電素子と、
前記整流部と前記第1の蓄電素子の第1端との間に接続された第1のスイッチ素子および前記整流部と前記第1の蓄電素子の第2端との間に接続された第2のスイッチ素子を含み、前記整流部によって整流された電力を前記第1の蓄電素子に供給するための入力スイッチ部と、
前記第1の蓄電素子の第1端と前記第2の蓄電素子の第1端との間に接続された第3のスイッチ素子および前記第1の蓄電素子の第2端と前記第2の蓄電素子の第2端との間に接続された第4のスイッチ素子を含み、前記第1の蓄電素子に蓄えられた電力を前記第2の蓄電素子に供給するための出力スイッチ部と、
前記第1のスイッチ素子ないし前記第4のスイッチ素子のうち少なくともいずれか2つの温度を検出するための温度検出部と、
前記温度検出部によって検出された各前記スイッチ素子の温度を比較し、比較結果に基づいて前記入力スイッチ部または前記出力スイッチ部における前記スイッチ素子の故障を検出するための制御部とを含む、電力変換装置。 A power conversion device for converting AC power to DC power and supplying it to a load,
A rectifying unit for rectifying the received AC power;
A power transmission insulating circuit for transmitting the power rectified by the rectifying unit to the load while insulating between the rectifying unit and the load;
The power transmission insulating circuit is:
A first power storage element having a first end and a second end;
A second power storage element having a first end and a second end;
A first switch element connected between the rectifying unit and a first end of the first power storage element, and a second switch element connected between the rectifying unit and a second end of the first power storage element. An input switch unit for supplying the first power storage device with the power rectified by the rectification unit,
A third switch element connected between a first end of the first power storage element and a first end of the second power storage element, and a second end of the first power storage element and the second power storage An output switch unit including a fourth switch element connected between the second end of the element and supplying power stored in the first power storage element to the second power storage element;
A temperature detector for detecting the temperature of at least any two of the first switch element to the fourth switch element;
A control unit for comparing the temperatures of the switch elements detected by the temperature detection unit and detecting a failure of the switch element in the input switch unit or the output switch unit based on a comparison result. Conversion device.
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