JP2014073036A - 電源装置および電源装置の異常判定方法 - Google Patents

電源装置および電源装置の異常判定方法 Download PDF

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Abstract

【課題】第１の直流電源および負荷回路側に第２の直流電源を含む電源装置においても電源装置の故障の有無の判定が可能な電源装置等を提供する。
【解決手段】第１の直流電源(１)に第１のスイッチング素子(Ｑ１)と還流用半導体素子(Ｑ３)が順次直列に接続され、第１のスイッチング素子(Ｑ１)と還流用半導体素子(Ｑ３)の接続点にリアクトル(Ｌ)と第２の直流電源(２)が順次直列に接続された電源装置において、リアクトル(Ｌ)と第２の直流電源(２)の間に、第２のスイッチング素子(Ｑ２)と、第１のスイッチング素子(Ｑ１)と第２のスイッチング素子(Ｑ２)間を充電する充電回路(７)とを挿入し、第１および第２のスイッチング素子(Ｑ１，Ｑ２)、還流用半導体素子(Ｑ３)を駆動制御した時の電源装置の各部の電圧から各素子の異常を判定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、直流電源に接続されたＤＣＤＣコンバータ等の電源装置等に関するものである。
従来の電源装置は、例えば以下の構成を有する(例えば下記特許文献１参照)。直流電源に、直流電源の出力電流のチョッパ用のチョッパ用スイッチング素子、還流用半導体素子が順次直列に接続され、チョッパ用スイッチング素子と還流用半導体素子との間の接続点にリアクトルＬと負荷回路が順次直列に接続されている。そしてチョッパ用スイッチング素子をオン、オフ制御する駆動回路、チョッパ用スイッチング素子と還流用半導体素子との間の接続点に接続された充電回路、リアクトルと負荷回路の間の電圧を検出する出力電圧検出回路、出力電圧検出回路の検出結果から異常判定を行う異常判定回路を備える。
チョッパ用スイッチング素子をオフ状態のときに充電回路を駆動させ、出力電圧検出回路での出力電圧検出値が所定の値以下の場合に異常判定回路が故障と判定し、電源装置を通常動作、つまりチョッパ用スイッチング素子をオン、オフ制御させることを禁止することで、電源装置の他の構成部品にダメージが拡大することを防止している。
特開２０１２−７５２０７号公報
上記のような従来の電源装置において、負荷回路が第２の直流電源を含む構成の場合、出力電圧検出回路の出力電圧検出値は第２の直流電源電圧となるため、検出値から電源装置の故障の有無を判定することが困難であった。
この発明は、第１の直流電源および負荷回路側に第２の直流電源を含む電源装置においても電源装置の故障の有無の判定が可能な電源装置等を提供することを目的とする。
この発明は、第１の直流電源と、前記第１の直流電源に順次直列に接続された第１のスイッチング素子および還流用半導体素子と、前記第１のスイッチング素子と前記還流用半導体素子の接続点に順次直列に接続されたリアクトル、第２のスイッチング素子および第２の直流電源と、前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を駆動する駆動制御部と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間の第１のラインを充電する充電回路と、前記第１のラインのライン電圧を検出する第１の電圧検出回路と、前記駆動制御部の制御状態および前記第１の電圧検出回路の検出電圧により異常の有無を判定する異常判定回路を備え、前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、第１および第２のスイッチング素子がオフされた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が所定の電圧未満のとき、前記還流用半導体素子がショート故障状態であると判定することを特徴とする電源装置等にある。
この発明の電源装置では、第１の直流電源および負荷回路側に第２の直流電源を含む電源装置においても電源装置の故障の有無の判定が可能である。
この発明の実施の形態１に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態３に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態４に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態５に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態６に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態７に係る電源装置の構成図である。 この発明の実施の形態８に係る電源装置の構成図である。 従来の電源装置の構成図である。
以下、この発明による電源装置等を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電源装置の構成を示す。この実施の形態１における電源装置では、第１の直流電源１と例えばグランド間に、第１のスイッチング素子Ｑ１と、ダイオードからなる還流用半導体素子Ｑ３が順次直列に接続されている。第１のスイッチング素子Ｑ１と還流用半導体素子Ｑ３との間の接続点と例えばグランド間には、リアクトルＬ、第２のスイッチング素子Ｑ２、および第２の直流電源２が順次直列に接続されている。
さらに、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２を駆動する駆動回路３ａ，３ｂ、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間を接続するリアクトルＬを含むライン(線路)ＬＮ１(第１のライン)に充電を行う充電回路７と、第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２との間のラインＬＮ１のライン電圧を検出する電圧検出回路(Ａ)５ａと、電圧検出回路(Ａ)５ａの検出電圧により電源装置の異常の有無を判定する異常判定回路６、駆動回路３ａ，３ｂ等の制御を行うことで電源装置の全体の制御を行う制御部ＣＮを含む。各駆動回路３ａ，３ｂと制御部ＣＮで駆動制御部３０を構成し、後述する各スイッチング素子の制御を行う。
制御部ＣＮは、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の制御を総合的に行い、駆動回路３ａ，３ｂから出力される駆動信号の有無やデューティー比をそれぞれに制御することで、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の駆動／停止状態、さらに駆動状態でのオン／オフ比等が制御され、電源装置全体の制御が行われる。
異常判定回路６は、制御部ＣＮとの信号の送受により、制御部ＣＮで制御される第１のスイッチング素子Ｑ１，第２のスイッチング素子Ｑ２等の各素子の状態を検出すると共に、制御部ＣＮに各スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２等の制御指令を行うことが可能である。
そして、第１のスイッチング素子Ｑ１において所定の時間Ｔ１の間オン状態、所定の時間Ｔ２の間オフ状態、が交互に繰り返されるように駆動回路３ａから駆動信号が出力されることで(Ｔ１／(Ｔ１＋Ｔ２))のデューティー比の信号)、第１の直流電源１の電圧を第２の直流電源２の電圧に降圧させて電力を供給している。
制御部ＣＮが駆動回路３ａ，３ｂを制御することで、例えば第１のスイッチング素子Ｑ１がオンオフ動作を行なう通常運転の前に、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２がオフされる。これにより、充電回路７により第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間のラインＬＮ１が充電される。この場合、電源装置が正常な場合は、電圧検出回路(Ａ)５ａによる検出電圧が所定の電圧以上となる。しかしながら還流用半導体素子Ｑ３がショート故障(オープン(開放)状態にならない)している場合、充電回路７による十分な充電ができず、検出電圧が所定の電圧未満となる。
異常判定回路６は電圧検出回路(Ａ)５ａでの検出電圧が所定の電圧未満の場合に、還流用半導体素子Ｑ３がショート故障であると判定することができる。そして異常と判定した異常判定回路６から制御部ＣＮに異常信号が送られると、例えば駆動回路３ａは駆動信号を出力せず、第１のスイッチング素子Ｑ１が駆動されない。そのため、電源装置を通常動作、つまり第１のスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ制御させる前に、還流用半導体素子Ｑ３の故障を判定することができるので、電源装置の他の構成部品にダメージが拡大することを防止することが可能となる。
なお、図９には上述の従来の電源装置の構成図の一例を示す。図９の電源装置では、充電回路４が第１のスイッチング素子Ｑ１と還流用半導体素子Ｑ３との間の接続点に接続され、第２のスイッチング素子Ｑ２はなく、リアクトルＬに負荷回路２ａが接続されている。このような構成の場合、負荷回路２ａに直流電源が含まれていると、還流用半導体素子Ｑ３のショート故障等を判定することはできない。
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における電源装置の構成を示す。この実施の形態２における電源装置は、実施の形態１に対して、還流用半導体素子Ｑ３がダイオードよりもオン動作時の導通損失が小さいスイッチング素子(第３のスイッチング素子Ｑ３)で構成され、駆動回路３ｃが追加されている。還流用半導体素子Ｑ３がスイッチング素子で構成されたことで、第１のスイッチング素子Ｑ１において所定の時間Ｔ１の間オン状態、所定の時間Ｔ２の間オフ状態が交互に繰り返され、第１のスイッチング素子Ｑ１がオンの間、スイッチング素子Ｑ３がオフし、第１のスイッチング素子Ｑ１がオフの間、スイッチング素子Ｑ３がオンするように駆動制御部３０で駆動回路３ａ，３ｃから駆動信号を出力することで、第１の直流電源１の電圧を第２の直流電源２の電圧に降圧させて電力を供給している。
上記動作により還流用半導体素子Ｑ３がダイオードの場合に比べて、駆動回路３ａ，３ｃの動作(制御部ＣＮでの制御)は複雑になるものの、還流用半導体素子Ｑ３を構成するスイッチ素子に電流が流れる際の損失が低減でき、電源装置の変換効率の向上が可能となる。
さらに、第１のスイッチング素子Ｑ１が交互にオンオフ動作行なう前に、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３をオフとした状態で、充電回路７により第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間を接続するラインＬＮ１を充電し、電圧検出回路(Ａ)５ａによる検出電圧が所定の電圧以上の場合、次にスイッチング素子Ｑ３をオンさせる。このとき、正常な場合は電圧検出回路(Ａ)５ａによる検出電圧が所定の電圧未満となるが(スイッチング素子Ｑ３をオンすることでラインＬＮ１の電圧が低下するため)、スイッチング素子Ｑ３がオープン故障(ショート(導通)状態にならない)している場合、検出電圧が所定の電圧以上となることから、異常判定回路６によりスイッチング素子Ｑ３がオープン故障であると判定することができる。
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３における電源装置の構成を示す。この実施の形態３における電源装置は、実施の形態２に対して、リアクトルＬと第２の直流電源２の間を接続するライン(線路)ＬＮ２(第２のライン)に電流検出回路８を設けている。電流検出回路８は異常判定回路６に接続されている。第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の少なくとも一方がオープン故障している状態で、第２のスイッチング素子Ｑ２をオン、第１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフ動作させた場合、電流検出回路８における検出電流が所定の電流未満となることから、異常判定回路６により第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の少なくとも一方がオープン故障状態と判定することができる。
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４における電源装置の構成を示す。この実施の形態４における電源装置は、実施の形態３に対して、第１の直流電源１の電圧を検出する第２の電圧検出回路(Ｂ)５ｂと、第２の直流電源２の電圧を検出する第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃを設けている。第１のスイッチング素子Ｑ１がオープン故障している状態で、第２のスイッチング素子Ｑ２をオン、第１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフ動作させた場合、電流検出回路８における検出電流が所定の電流未満となり、かつ第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がオープン故障状態と判定することができる。
また、第２のスイッチング素子Ｑ２がオープン故障している状態で、第２のスイッチング素子Ｑ２をオン、第１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフ動作させた場合、電流検出回路８における検出電流が所定の電流未満となり、かつ第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第１の直流電源１の電圧すなわち第２の電圧検出回路(Ｂ)５ｂの検出電圧と略一致することから異常判定回路６が第２のスイッチング素子Ｑ２がオープン故障状態と判定することができる。
また、第２のスイッチング素子Ｑ２と並列に、アノード端子がリアクトルＬ側に、カソード端子が第２の直流電源２側に接続されたダイオードＤ１が設けられた構成、例えばボディーダイオードを有するＭＯＳＦＥＴにより第２のスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ１が構成されている場合、第２のスイッチング素子Ｑ２がオープン故障している状態で、第２のスイッチング素子Ｑ２をオン、第１のスイッチング素子Ｑ１をオンオフ動作させた場合、ダイオードＤ１を通って電流が第２の直流電源２に流れるため、ダイオードＤ１のＶｆ分の電圧降下が生じるため、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧に対してＶｆ分大きくなることから、異常判定回路６により第２のスイッチング素子Ｑ２がオープン故障状態と判定することができる。
実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５における電源装置の構成を示す。この実施の形態５における電源装置は、実施の形態４に対して、充電回路７ａが抵抗７１と半導体スイッチ等からなるスイッチ７２で構成されており、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２の少なくとも一方がショート故障している状態で、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、充電回路７ａの半導体スイッチ７２をオフとした状態でも、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が所定の電圧以上となることから、異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方がショート故障状態であると判定することができる。そのため、電源装置を通常動作、つまりスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ制御させる前に、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方の故障を判定することができるので、電源装置の他の構成部品にダメージが拡大することを防止することが可能となる。
なお、充電回路７ａの半導体スイッチ７２は駆動制御部３０の制御部ＣＮにより他のスイッチング素子と同様に制御される。
また、第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障している状態で、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、充電回路７ａの半導体スイッチ７２をオフした場合、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第１の直流電源１の電圧すなわち第２の電圧検出回路(Ｂ)５ｂの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障状態と判定することができる。
また、第２のスイッチング素子Ｑ２がショート故障している状態で、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、充電回路７ａの半導体スイッチ７２をオフした場合、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第２のスイッチング素子Ｑ２がショート故障状態と判定することができる。
また、第２のスイッチング素子Ｑ２と並列に、アノード端子がリアクトルＬ側に、カソード端子が第２の直流電源２側に接続されたダイオードＤ１が設けられた構成、例えばボディーダイオードを有するＭＯＳＦＥＴにより第２のスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ１が構成されている場合、第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障している状態で、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と、充電回路７ａの半導体スイッチ７２をオフした場合でも、ダイオードＤ１を通って電流が第２の直流電源２に流れるため、ダイオードＤ１のＶｆ分の電圧降下が生じるため、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧に対してＶｆ分大きくなることから、異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障状態と判定することができる。
実施の形態６．
図６は、この発明の実施の形態６における電源装置の構成を示す。この実施の形態６における電源装置は、実施の形態５に対して、前記第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間のラインＬＮ１に一端を、グランドに他端を接続されたグランド抵抗ＲＢを設けている。
グランド抵抗ＲＢを設けることで充電回路７ａにより第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間のラインＬＮ１を充電するのをオフした際に、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電位が不定状態とならず、速やかにグランド電位まで低下させることができるため異常判定回路６の判定精度を向上させることができる。このときのグランド抵抗ＲＢの抵抗値ｒｂは、還流用半導体素子Ｑ３のショート故障状態での抵抗値に対して十分大きく、かつ充電回路７ａが充電状態のときに第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間のラインＬＮ１が所定の電圧以上となるような抵抗値を設定する必要がある。
実施の形態７．
図７は、この発明の実施の形態７における電源装置の構成を示す。この実施の形態７における電源装置は、実施の形態６に対して、充電回路７ｂが第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間のラインＬＮ１側に一端を、第２の直流電源２側に他端を接続された充電抵抗ＲＡで構成されており、第１の直流電源１の電圧をＶ１、第２の直流電源２の電圧をＶ２としたとき、充電抵抗ＲＡの抵抗値ｒａおよび、グランド抵抗ＲＢの抵抗値ｒｂは
Ｖ１＞Ｖ２×(ｒｂ／(ｒａ＋ｒｂ))
となる値に設定されている。
第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方がショート故障している状態のとき、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフとした場合でも、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧がＶ２×(ｒｂ／(ｒａ＋ｒｂ))より大きくなるため、異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方がショート故障状態であると判定することができる。そのため、電源装置を通常動作、つまり第１のスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ制御させる前に、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方の故障を判定することができるので、電源装置の他の構成部品にダメージが拡大することを防止することが可能となる。
また、第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障している状態のとき、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第１の直流電源１の電圧すなわち第２の電圧検出回路(Ｂ)５ｂの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障状態と判定することができ、第２のスイッチング素子Ｑ２がショート故障している状態のとき、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第２のスイッチング素子Ｑ２がショート故障状態と判定することができる。
また、第２のスイッチング素子Ｑ２と並列に、アノード端子がリアクトルＬ側に、カソード端子が第２の直流電源２側に接続されたダイオードＤ１が設けられた構成、例えばボディーダイオードを有するＭＯＳＦＥＴにより第２のスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ１が構成されている場合、第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障している状態で、第１及および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフとした場合でも、ダイオードＤ１を通って電流が第２の直流電源２に流れるため、ダイオードＤ１のＶｆ分の電圧降下が生じるため、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧に対してＶｆ分大きくなることから、異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障状態と判定することができる。
実施の形態８．
図８は、この発明の実施の形態８における電源装置の構成を示す。この実施の形態８における電源装置は、実施の形態７に対して、充電回路７ｃが第１のスイッチング素子Ｑ１と第２のスイッチング素子Ｑ２の間のラインＬＮ１側に一端を、第１の直流電源１側に他端を接続された充電抵抗ＲＣで構成されており、第１の直流電源１の電圧をＶ１、第２の直流電源２の電圧をＶ２としたとき、充電抵抗ＲＣの抵抗値ｒｃおよび、グランド抵抗ＲＢの抵抗値ｒｂは
Ｖ２＞Ｖ１×(ｒｂ／(ｒｃ＋ｒｂ))
となる値に設定されている。
第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方がショート故障している状態のとき、第１および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフとした場合でも、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧がＶ１×(ｒｂ／(ｒｃ＋ｒｂ))より大きくなるため、異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方がショート故障状態であると判定することができる。そのため、電源装置を通常動作、つまり第１のスイッチング素子Ｑ１をオン、オフ制御させる前に、第１のスイッチング素子Ｑ１および第２のスイッチング素子Ｑ２の少なくとも一方の故障を判定することができるので、電源装置の他の構成部品にダメージが拡大することを防止することが可能となる。
また、第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障している状態のとき、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第１の直流電源１の電圧すなわち第２の電圧検出回路(Ｂ)５ｂの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障状態と判定することができ、第２のスイッチング素子Ｑ２がショート故障している状態のとき、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧と略一致することから異常判定回路６により第２のスイッチング素子Ｑ２がショート故障状態と判定することができる。
また、第２のスイッチング素子Ｑ２と並列に、アノード端子がリアクトルＬ側に、カソード端子が第２の直流電源２側に接続されたダイオードＤ１が設けられた構成、例えばボディーダイオードを有するＭＯＳＦＥＴにより第２のスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ１が構成されている場合、第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障している状態で、第１及および第２のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフとした場合でも、ダイオードＤ１を通って電流が第２の直流電源２に流れるため、ダイオードＤ１のＶｆ分の電圧降下が生じるため、第１の電圧検出回路(Ａ)５ａにおける検出電圧が第２の直流電源２の電圧すなわち第３の電圧検出回路(Ｃ)５ｃの検出電圧に対してＶｆ分大きくなることから、異常判定回路６により第１のスイッチング素子Ｑ１がショート故障状態と判定することができる。
なお、この発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。上記、実施の形態の異常判定を組み合わせることにより、故障部位および故障モードの特定が可能となる。
この発明では、第１の直流電源および負荷回路側に第２の直流電源を含む電源装置において、特に電源装置を通常動作、つまりチョッパ用スイッチング素子をオン、オフ制御させる前等に、電源装置の故障有無を判定することで、電源装置の他の構成部品にダメージが拡大することを防止した電源装置等を提供できる。
１ 第１の直流電源、２ 第２の直流電源、３ａ〜３ｃ 駆動回路、５ａ 第１の電圧検出回路(Ａ)、５ｂ 第２の電圧検出回路(Ｂ)、５ｃ 第３の電圧検出回路(Ｃ)、６ 異常判定回路、７〜７ｃ 充電回路、８ 電流検出回路、３０ 駆動制御部、７１ 抵抗、７２ スイッチ(半導体スイッチ)、ＣＮ 制御部、Ｄ１ ダイオード、Ｌ リアクトル、ＬＮ１ 第１のライン、ＬＮ２ 第２のライン、Ｑ１ 第１のスイッチング素子、Ｑ２ 第２のスイッチング素子、Ｑ３ 還流用半導体素子(第３のスイッチング素子)、ＲＡ 充電抵抗、ＲＢ グランド抵抗ＲＣ 充電抵抗。
この発明は、第１の直流電源と、前記第１の直流電源に順次直列に接続された第１のスイッチング素子および還流用半導体素子と、前記第１のスイッチング素子と前記還流用半導体素子の接続点に順次直列に接続されたリアクトル、第２のスイッチング素子および第２の直流電源と、前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を駆動する駆動制御部と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間の第１のラインを充電する充電回路と、前記第１のラインのライン電圧を検出する第１の電圧検出回路と、前記駆動制御部の制御状態および前記第１の電圧検出回路の検出電圧により異常の有無を判定する異常判定回路を備え、前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、第１および第２のスイッチング素子がオフされた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が所定の電圧未満のとき、前記還流用半導体素子がショート故障状態であると判定し、前記リアクトルから第２の直流電源の間の第２のラインの電流を検出する電流検出回路を備え、前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第２のスイッチング素子をオン、前記第１のスイッチング素子をオンオフ動作させた状態で、前記電流検出回路における検出電流が所定の電流未満のとき、前記第１および第２のスイッチング素子の少なくとも一方がオープン故障状態と判定する、ことを特徴とする電源装置等にある。

Claims (18)

  1. 第１の直流電源と、
    前記第１の直流電源に順次直列に接続された第１のスイッチング素子および還流用半導体素子と、
    前記第１のスイッチング素子と前記還流用半導体素子の接続点に順次直列に接続されたリアクトル、第２のスイッチング素子および第２の直流電源と、
    前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子を駆動する駆動制御部と、
    前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子の間の第１のラインを充電する充電回路と、
    前記第１のラインのライン電圧を検出する第１の電圧検出回路と、
    前記駆動制御部の制御状態および前記第１の電圧検出回路の検出電圧により異常の有無を判定する異常判定回路を備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、第１および第２のスイッチング素子がオフされた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が所定の電圧未満のとき、前記還流用半導体素子がショート故障状態であると判定することを特徴とする電源装置。
  2. 前記還流用半導体素子が第３のスイッチング素子で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記異常判定回路が、前記第１の電圧検出回路の検出電圧が所定の電圧以上の時に、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子がオフ、前記第３のスイッチング素子がオンされた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が所定の電圧以上のとき、前記第３のスイッチング素子がオープン故障状態であると判定することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
  4. 前記リアクトルから第２の直流電源の間の第２のラインの電流を検出する電流検出回路を備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第２のスイッチング素子をオン、前記第１のスイッチング素子をオンオフ動作させた状態で、前記電流検出回路における検出電流が所定の電流未満のとき、前記第１および第２のスイッチング素子の少なくとも一方がオープン故障状態と判定することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の電源装置。
  5. 前記第１の直流電源の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路を備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第２のスイッチング素子をオン、前記第１のスイッチング素子をオンオフ動作させた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第１のスイッチング素子がオープン故障状態と判定し、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第２の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第２のスイッチング素子がオープン故障状態と判定することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
  6. 前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続され、アノード端子が前記リアクトル側に接続されカソード端子が前記第２の直流電源側に接続されたダイオードを備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第２のスイッチング素子をオン、前記第１のスイッチング素子をオンオフ動作させた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧に対して前記ダイオードの電圧降下分大きいとき、前記第２のスイッチング素子がオープン故障状態と判定することを特徴とする請求項４に記載の電源装置。
  7. 前記充電回路が抵抗とスイッチから構成され、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子と、前記充電回路のスイッチがオフされた状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が所定の電圧以上のとき、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少なくとも一方がショート故障状態であると判定することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の電源装置。
  8. 前記第１のラインに一端を、グランドに他端が接続されたグランド抵抗を備えたことを特徴とする請求項７に記載の電源装置。
  9. 前記第１の直流電源の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路を備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子と、前記充電回路のスイッチをオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第２の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第１のスイッチング素子がショート故障状態と判定し、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第２のスイッチング素子がショート故障状態と判定することを特徴とする請求項７または８に記載の電源装置。
  10. 前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続されアノード端子が前記リアクトル側に接続されカソード端子が前記第２の直流電源側に接続されたダイオードを備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子と、前記充電回路のスイッチをオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧に対して前記ダイオードの電圧降下分大きいとき、前記第１のスイッチング素子がショート故障状態と判定することを特徴とする請求項７または８に記載の電源装置。
  11. 前記充電回路が前記第１のラインに一端を、前記第２の直流電源側に他端を接続された第１の充電抵抗で構成され、
    前記第１のラインに一端を、グランドに他端が接続されたグランド抵抗を備え、
    前記第１の直流電源の電圧をＶ１、前記第２の直流電源の電圧をＶ２としたとき、前記第１の充電抵抗の抵抗値ｒａおよび前記グランド抵抗の抵抗値ｒｂは、
    Ｖ１＞Ｖ２×(ｒｂ／(ｒａ＋ｒｂ))
    となる値に設定され、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子をオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧がＶ２×(ｒｂ／(ｒａ＋ｒｂ))より大きいとき、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少なくとも一方がショート故障状態であると判定することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の電源装置。
  12. 前記第１の直流電源の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路を備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子をオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第２の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第１のスイッチング素子がショート故障状態と判定し、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第２のスイッチング素子がショート故障状態と判定することを特徴とする請求項１１に記載の電源装置。
  13. 前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続されアノード端子が前記リアクトル側に接続されカソード端子が前記第２の直流電源側に接続されたダイオードを備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子と、前記充電回路のスイッチをオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧に対して前記ダイオードの電圧降下分大きいとき、前記第１のスイッチング素子がショート故障状態と判定することを特徴とする請求項１１に記載の電源装置。
  14. 前記充電回路が前記第１のラインに一端を、前記第１の直流電源側に他端を接続された第２の充電抵抗で構成され、
    前記第１のラインに一端を、グランドに他端を接続されたグランド抵抗を備え、
    前記第１の直流電源の電圧をＶ１、前記第２の直流電源の電圧をＶ２としたとき、前記第２の充電抵抗の抵抗値ｒｃおよび前記グランド抵抗の抵抗値ｒｂは、
    Ｖ２＞Ｖ１×(ｒｂ／(ｒｃ＋ｒｂ))
    となる値に設定され、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子をオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧がＶ１×(ｒｂ／(ｒｃ＋ｒｂ))より大きいとき、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少なくとも一方がショート故障状態であると判定することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の電源装置。
  15. 前記第１の直流電源の電圧を検出する第２の電圧検出回路と、前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路を備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子をオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第２の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第１のスイッチング素子がショート故障状態と判定し、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧と略一致しているとき、前記第２のスイッチング素子がショート故障状態と判定することを特徴とする請求項１４に記載の電源装置。
  16. 前記第２の直流電源の電圧を検出する第３の電圧検出回路と、前記第２のスイッチング素子と並列に接続されアノード端子が前記リアクトル側に接続されカソード端子が前記第２の直流電源側に接続されたダイオードを備え、
    前記異常判定回路が、前記駆動制御部により、前記第１および第２のスイッチング素子と、前記充電回路のスイッチをオフとした状態で、前記第１の電圧検出回路における検出電圧が前記第３の電圧検出回路の検出電圧に対して前記ダイオードの電圧降下分大きいとき、前記第１のスイッチング素子がショート故障状態と判定することを特徴とする請求項１４に記載の電源装置。
  17. 第１の直流電源に第１のスイッチング素子と還流用半導体素子が順次直列に接続され、前記第１のスイッチング素子と前記還流用半導体素子の接続点にリアクトルと第２の直流電源が順次直列に接続された電源装置において、前記リアクトルと第２の直流電源の間に、第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子間を充電する充電回路とを挿入し、駆動制御部で前記第１および第２のスイッチング素子、前記還流用半導体素子を駆動制御した時の電源装置の各部の電圧から異常判定回路で各素子の異常を判定することを特徴とする電源装置。
  18. 第１の直流電源に第１のスイッチング素子と還流用半導体素子が順次直列に接続され、前記第１のスイッチング素子と前記還流用半導体素子の接続点にリアクトルと第２の直流電源が順次直列に接続された電源装置において、前記リアクトルと第２の直流電源の間に、第２のスイッチング素子と、前記第１のスイッチング素子と第２のスイッチング素子間を充電する充電回路とを挿入し、前記第１および第２のスイッチング素子、前記還流用半導体素子を駆動制御した時の電源装置の各部の電圧から各素子の異常を判定することを特徴とする電源装置の異常判定方法。
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