JP2016077102A - 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】本明細書が開示する技術は、昇圧動作を行うための下アームＳＷ素子にもう一つのＳＷ素子を直列に挿入した双方向コンバータの改良に関する。
【解決手段】双方向コンバータ１２では、上アームＳＷ素子ＴＨと下アーム第１ＳＷ素子ＴＬ１と下アーム第２ＳＷ素子ＴＬ２がこの順で直列に接続されている。リアクトル１５は、一端が低電圧側端子ＬＴに接続されており、他端が上アームＳＷ素子と下アーム第１ＳＷ素子の間に接続されている。フィルタコンデンサ１４は、低電圧側端子ＬＴとグランド線ＮＬの間に接続されている。スナバコンデンサ８は、一端が上アームＳＷ素子ＴＨのコレクタ電極ＴＨＣに接続されており、他端が下アーム第１ＳＷ素子ＴＬ１と下アーム第２ＳＷ素子ＴＬ２の間に接続されている。スナバコンデンサ８を含む閉ループは下アーム第２ＳＷ素子ＴＬ２を含まないので、その閉ループのインダクタンスが大きくならない。
【選択図】図１

Description

本発明が開示する技術は、低電圧側端子に印加された電圧を昇圧して高電圧側端子に出力する昇圧機能と、高電圧側端子に印加された電圧を降圧して低電圧側端子に出力する降圧機能を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータに関する。本明細書では、説明を簡単にするため、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータを単に双方向コンバータと称することがある。

双方向コンバータの一つの典型的な適用例は、電気自動車である。その電気自動車では、双方向コンバータの低電圧側端子にバッテリが接続され、高電圧側端子にインバータが接続される。双方向コンバータは、バッテリの電圧を昇圧してインバータに供給する昇圧機能と、インバータから供給される回生電力を降圧してバッテリを充電する降圧機能を備える。特許文献１に、そのような双方向コンバータとインバータを組み合わせた電力制御装置の例が開示されている。双方向コンバータは、上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子とリアクトルとフィルタコンデンサを含む。上アームスイッチング素子は、その高電圧側電極が双方向コンバータの高電圧側端子に接続されており、その低電圧側電極が下アームスイッチング素子に直列に接続されている。下アームスイッチング素子の低電圧側電極はグランド線に接続している。リアクトルは、その一端が双方向コンバータの低電圧側端子に接続されており、他端が上アームスイッチング素子と下アームスイッチング素子の間に接続されている。フィルタコンデンサは、その一端が低電圧側端子に接続されており、他端がグランド線に接続されている。

特開２０１３−１８８１０６号公報

本願の発明者の一人は、上記した双方向コンバータにおいて、下アームスイッチング素子にもう一つのスイッチング素子を直列に接続した双方向コンバータを発明した（特願２０１４−７４４３、２０１４年１月２０日出願、本願出願時は未公開）。もう一つのスイッチング素子は、通常は導通状態に保持される。もう一つのスイッチング素子は、下アームスイッチング素子の短絡故障が検知されると開放される。その双方向コンバータは、下アームスイッチング素子が短絡故障した場合にバッテリの短絡を防止しつつ高電圧側端子にバッテリの電力を出力することができる。

本明細書が開示する技術は、もう一つのスイッチング素子を備えた双方向コンバータの改良に関する。本明細書は、スイッチング素子が発生するサージ電流を抑制するスナバコンデンサを導入するものであり、スナバコンデンサを含む閉ループのインダクタンスが大きくならないように、スナバコンデンサの接続箇所を工夫するものである。

本明細書が開示する双方向コンバータは、上アームスイッチング素子と、下アーム第１スイッチング素子と、下アーム第２スイッチング素子と、３個のダイオードと、リアクトルと、フィルタコンデンサと、スナバコンデンサを備える。上アームスイッチング素子の高電圧側電極は双方向コンバータの高電圧側端子に接続されている。下アーム第１スイッチング素子は、上アームスイッチング素子の低電圧側電極に直列に接続されている。下アーム第２スイッチング素子は、下アーム第１スイッチング素子の低電圧側電極に直列に接続されている。下アーム第２スイッチング素子の低電圧側電極は、グランド線に接続されている。３個のダイオードは、夫々が、上アームスイッチング素子と下アーム第１スイッチング素子と下アーム第２スイッチング素子の夫々に個別に逆並列に接続されている。リアクトルは、その一端が双方向コンバータの低電圧側端子に接続されており、他端が上アームスイッチング素子と下アーム第１スイッチング素子の間に接続されている。フィルタコンデンサは、一端が低電圧側端子に接続されており、他端がグランド線に接続されている。スナバコンデンサは、一端が上アームスイッチング素子の高電圧側電極に接続されており、他端が下アーム第１スイッチング素子と下アーム第２スイッチング素子の間に接続されている。

上記した双方向コンバータは、スナバコンデンサと上アームスイッチング素子と下アーム第１スイッチング素子と２個のダイオードでサージ電流吸収用の閉ループが構成される。上アームスイッチング素子または下アーム第１スイッチング素子が発するサージ電流は、下アーム第２スイッチング素子またはそれに逆並列に接続されているダイオードを通過せずにスナバコンデンサに吸収される。下アーム第２スイッチング素子またはそれに逆並列に接続されているダイオードを通過しない分だけ閉ループのインダクタンスの増加が抑制される。

実施例の双方向コンバータを含む電気自動車の電力系のブロック図である。 システム起動時の短絡対策処理のフローチャート図である。 走行時の短絡対策処理のフローチャート図である。

図面を参照して実施例の双方向コンバータを説明する。実施例の双方向コンバータは、電気自動車に搭載されたパワーコントロールユニットに実装されている。図１に電気自動車１００の電力系のブロック図を示す。電気自動車１００は、実施例の双方向コンバータ１２を含むパワーコントロールユニット１０を備える。電気自動車１００は、バッテリ２１の電力で走行用のモータ２３を駆動し、走行する。パワーコントロールユニット１０は、バッテリ２１の電力をモータ駆動に適した電力に変換してモータ２３に供給する。以下では、説明を簡略するため、パワーコントロールユニット１０をＰＣＵ１０と略称する。

ＰＣＵ１０は、システムメインリレー２２を介してバッテリ２１に接続されている。ＰＣＵ１０は、双方向コンバータ１２とインバータ１３を備えている。双方向コンバータ１２は、バッテリ２１の出力電圧を昇圧してインバータ１３に供給する。インバータ１３は、昇圧された電力を交流に変換してモータ２３に供給する。

電気自動車１００は、車両の減速エネルギを使ってモータ２３で発電し、バッテリ２１を充電する場合もある。その動作は回生と呼ばれている。回生では、インバータ１３は、モータ２３が発電した交流電力を直流に変換して双方向コンバータ１２へ供給する。双方向コンバータ１２は、インバータ１３から供給された電力を降圧してバッテリ２１へ送る。このように、双方向コンバータ１２は、低電圧側端子ＬＴに印加された電圧を昇圧して高電圧側端子ＨＴに出力する昇圧機能と、高電圧側端子ＨＴに印加された電圧を降圧して低電圧側端子ＬＴに出力する降圧機能を有する。なお、低電圧側のグランド端子ＬＧＴは、高電圧側のグランド端子ＨＧＴと直結されている。低電圧側のグランド端子ＬＧＴと高電圧側のグランド端子ＨＧＴを結ぶ線を負極母線ＮＬと称する。負極母線ＮＬは、インバータ１３の低電圧側にも繋がっている。以下では、負極母線ＮＬをグランド線ＮＬと称する場合がある。他方、高電圧側端子ＨＴとインバータ１３の高電圧側を結ぶ線を正極母線ＰＬと称する。負極母線ＮＬは、双方向コンバータ１２のグランド線に相当する。

インバータ１３について説明する。インバータ１３は、２個のスイッチング素子の直列回路が３組（スイッチング素子Ｔ１とＴ４、Ｔ２とＴ５、Ｔ３とＴ６）並列に接続された回路構成を有している。各スイッチング素子には夫々個別に還流ダイオードＤ１−Ｄ６が逆並列に接続されている。２個のスイッチング素子の直列回路の中点から交流が出力される。スイッチング素子Ｔ１−Ｔ６は、コントローラ１７からの制御信号により駆動される。スイッチング素子Ｔ１−Ｔ６はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であり、その制御信号はＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｒａｔｉｏｎ）信号である。

双方向コンバータ１２について説明する。双方向コンバータ１２は、上アームスイッチング素子ＴＨ、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２、リアクトル１５、３個の還流ダイオードＤ７、Ｄ８、Ｄ９、フィルタコンデンサ１４、スナバコンデンサ８で構成されている。上アームスイッチング素子ＴＨ、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は、ＩＧＢＴである。各スイッチング素子は、閾値以上のゲート電圧が印加されるとコレクタ電極からエミッタ電極へ向けて電流が流れる。従ってコレクタ電極が高電圧側電極に相当し、エミッタ電極が低電圧側電極に相当する。

上アームスイッチング素子ＴＨ、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は、この順で直列に接続されている。上アームスイッチング素子ＴＨのコレクタ電極ＴＨＣは、双方向コンバータ１２の高電圧側端子ＨＴに接続されている。上アームスイッチング素子ＴＨのエミッタ電極ＴＨＥには、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のコレクタ電極Ｌ１Ｃが接続されている。下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のエミッタ電極Ｌ１Ｅには、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２のコレクタ電極Ｌ２Ｃが接続されている。下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２のエミッタ電極Ｌ２Ｅは、負極母線ＮＬ（グランド線ＮＬ）に接続されている。即ち、上アームスイッチング素子ＴＨのエミッタ電極ＴＨＥに下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が直列に接続されており、その下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のエミッタ電極Ｌ１Ｅに下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２が直列に接続されている。各スイッチング素子ＴＨ、ＴＬ１、ＴＬ２には、夫々個別に還流ダイオードＤ７、Ｄ８、Ｄ９が逆並列に接続されている。具体的には、スイッチング素子のコレクタ電極にカソード電極が接続されており、エミッタ電極にアノード電極が接続されている。

リアクトル１５は、その一端が双方向コンバータ１２の低電圧側端子ＬＴに接続されており、他端が上アームスイッチング素子ＴＨと下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の間に接続されている。別言すれば、リアクトル１５の他端は上アームスイッチング素子ＴＨのエミッタ電極ＴＨＥに接続されている。フィルタコンデンサ１４は、低電圧側端子ＬＴと低電圧側のグランド端子ＬＧＴの間に接続されている。

スナバコンデンサ８は、その一端が上アームスイッチング素子ＴＨのコレクタ電極ＴＨＣに接続されており、他端が下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１と下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２の間に接続されている。別言すれば、スナバコンデンサ８の他端は下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のエミッタ電極Ｌ１Ｅに接続されている。

双方向コンバータ１２の動作を概説する。上アームスイッチング素子ＴＨ、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は、コントローラ１７から供給されるＰＷＭ信号によりそれらのスイッチング動作（ＯＮ／ＯＦＦ動作）が制御される。以下では、スイッチング素子がＯＮすることを、スイッチング素子が導通する、または、スイッチング素子を閉じる、と表現することがある。同様に、スイッチング素子がＯＦＦすることを、スイッチング素子を遮断する、または、スイッチング素子を開放する、と表現することがある。

下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のスイッチング動作で昇圧動作が実現される。このとき、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は常時導通状態に保持される。上アームスイッチング素子ＴＨは、導通状態であっても良いし遮断状態であってもよい。昇圧動作時は、還流ダイオードＤ７を通じて低電圧側端子ＬＴから高電圧側端子ＨＴへ向けて電流が流れる。昇圧動作では、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１がＰＷＭ信号に基づいて導通と遮断を繰り返す。下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１と下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２が共に導通状態になるとリアクトル１５に電気エネルギが蓄積される。その後、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が開放されると、リアクトル１５に蓄えられた電気エネルギが放出され、高電圧側端子ＨＴの電圧がブーストされる。コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を導通状態にしつつ下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の導通と遮断を繰り返すことで低電圧側端子ＬＴに印加された電圧を昇圧する。

上アームスイッチング素子ＴＨのスイッチング動作で降圧動作が実現される。このとき、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１と下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は導通状態であってもよいし遮断状態であってもよい。降圧動作時は、還流ダイオードＤ８、Ｄ９を通じて電流が流れる。ここでは、降圧動作の際、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１と下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２はいずれも導通状態に保持される。降圧動作では、上アームスイッチング素子ＴＨがＰＷＭ信号に基づいて導通と遮断を繰り返す。上アームスイッチング素子ＴＨが閉じられると、高電圧側端子ＨＴから入力される電気エネルギの一部がリアクトル１５に蓄積され、残りが低電圧側端子ＬＴに供給される。こうして電圧が下がる。上アームスイッチング素子ＴＨが開放されると、リアクトル１５とフィルタコンデンサ１４と還流ダイオードＤ８、Ｄ９で構成される閉ループを、リアクトル１５に蓄積された電気エネルギが還流する。この還流により、低電圧側端子ＬＴの電圧が保持される。

下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の動作で昇圧動作が実現する。上アームスイッチング素子ＴＨの動作で降圧動作が実現する。先に述べたように、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は、昇圧動作の間、導通状態に保持される。降圧動作の間は導通状態であっても遮断状態であってもよい。下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１に短絡故障が検知されると開放される。下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２の動作も、コントローラ１７によって制御される。短絡対策用の動作については後に説明する。

スナバコンデンサ８の役割について説明する。スナバコンデンサ８は、上アームスイッチング素子ＴＨと下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のサージ電流を吸収するために備えられている。上アームスイッチング素子ＴＨで発生したサージ電流は、スナバコンデンサ８と還流ダイオードＤ８が作る閉ループを流れてスナバコンデンサ８に吸収される。下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１で発生したサージ電流は、スナバコンデンサ８と還流ダイオードＤ７が作る閉ループを流れてスナバコンデンサ８に吸収される。図１の回路では、上アームスイッチング素子ＴＨまたは下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１で発生したサージ電流は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２と還流ダイオードＤ９のいずれにも流れない。

ところで、スナバコンデンサ８は、上アームスイッチング素子ＴＨと下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１と下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２の３個のスイッチング素子の直列回路に対して並列に接続された場合であってもサージ電流を吸収することはできる。しかし、その場合、サージ電流が流れる閉ループには、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２と還流ダイオードＤ９が含まれる。先に述べたように、図１の回路では、サージ電流は下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２と還流ダイオードＤ９のいずれにも流れない。図１の回路は、サージ電流が流れる閉ループに余計なデバイス（下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２）が接続されていないので、その閉ループのインダクタンスが大きくならない、という利点がある。

双方向コンバータ１２の高電圧側端子ＨＴと負極母線ＮＬとの間には、平滑化コンデンサ１６が接続されている。平滑化コンデンサ１６は、双方向コンバータ１２の高電圧出力に含まれる電流の脈動を抑制するために備えられている。平滑化コンデンサ１６とスナバコンデンサ８の相違を説明しておく。スナバコンデンサ８のインピーダンスは、スナバコンデンサ８を含む閉ループの共振周波数より低い周波数領域では平滑化コンデンサ１６のインピーダンスよりも高く、共振周波数よりも高い周波数領域では、平滑化コンデンサ１６のインピーダンスよりも低い。共振周波数よりも低い周波数領域では、電流は、インピーダンスが低いスナバコンデンサ８よりも低い平滑化コンデンサ１６へ流れて平滑化される。共振周波数よりも高い周波数領域、すなわち、サージ電流の周波数領域では、電流（即ちサージ電流）は、インピーダンスが平滑化コンデンサ１６よりも低いスナバコンデンサ８へ流れて吸収される。なお、閉ループの共振周波数は、１／（２π・ＳＱＲＴ（Ｌ・Ｃ））で求められる。ここで、Ｌは閉ループのインダクタンス（寄生インダクタンス）であり、Ｃはスナバコンデンサ８の容量である。共振周波数は、概ね数十［ｋＨｚ］から数百［ｋＨｚ］の間である。また、スナバコンデンサ８の容量は１．０［μＦ］以下であるが、平滑化コンデンサ１６の容量は、１００［μＦ］以上である。

スナバコンデンサ８とフィルタコンデンサ１４の相違についても同様である。フィルタコンデンサ１４の容量も１００［μＦ］以上である。また、スナバコンデンサ８のインピーダンスは、スナバコンデンサ８を含む閉ループの共振周波数より低い周波数領域ではフィルタコンデンサ１４のインピーダンスよりも高く、共振周波数よりも高い周波数領域では、フィルタコンデンサ１４のインピーダンスよりも低い。このようにスナバコンデンサ８と平滑化コンデンサ１６（またはフィルタコンデンサ１４）とは、インピーダンスの周波数特性と容量に大きさ相違がある。

先に述べたように、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２は常時導通状態に保持される。双方向コンバータ１２において、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障を起こした場合、バッテリ２１が短絡してしまう。そこで、コントローラ１７は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１に短絡故障が発見されると、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を開放する。また、コントローラ１７は、システム起動時に下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障を起こしているか否かのチェックも行う。それら処理について説明する。なお、各スイッチング素子は、電流検出用のセンスエミッタ端子を有しており、コントローラ１７は、このセンスエミッタ端子を用いてスイッチング素子の短絡を検出する。この技術はよく知られているので詳細な説明は省略する。

まず、図２を参照して、電気自動車１００のシステム起動時にコントローラ１７が行う短絡チェック処理（短絡対策処理）を説明する。図２（及び後述する図３）では、「スイッチング素子」を「ＳＷ素子」と表している。ユーザがイグニッションスイッチを入れると、コントローラ１７は、システムメインリレー２２を閉じる（Ｓ２）。これにより、バッテリ２１からＰＣＵ１０に電力が供給される。次に、コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を閉じる（Ｓ３）。次に、コントローラ１７は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡しているか否かを確認する（Ｓ４）。先に述べたように、コントローラ１７は、スイッチング素子に設けられているセンスエミッタ端子を用いて短絡を検出する。コントローラ１７は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のゲートに対してスイッチング素子を閉じるような信号を加えているにも関わらずコレクタ電極Ｌ１Ｃとエミッタ電極Ｌ１Ｅの間に所定値以上の電流が流れている場合に、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障していると判断する。

下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡していない場合（Ｓ４：ＮＯ）、コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２の導通を保持する（Ｓ５）。最後にコントローラ１７は、走行モード判別フラグに「通常走行モード」を示す値を代入する（Ｓ６）。走行モード判定フラグは、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の短絡故障に関してコントローラ１７のソフトウエア内に設けられたフラグである。走行モード判定フラグには、「通常走行モード」を示す値と、「フェール走行モード」を示す値のいずれかが代入される。「フェール走行モード」では、コントローラ１７は、モータ２３の出力の制限を行う。コントローラ１７は、モータ２３に供給される電力の電圧がバッテリ２１の出力電圧と同じ場合にＰＣＵ１０が過負荷とならないようにモータ２３の出力を制限する。通常走行モードは、そのようなモータの出力制限を設けない走行モードである。なお、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の短絡故障とは別の要因でモータ２３の出力が制限される場合があることに留意されたい。例えば、バッテリの残量が所定値以下の場合にコントローラ１７はモータ２３の出力を制限する場合がある。

下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１に短絡故障が発見された場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を開放する（Ｓ７）。そうすると、バッテリ２１の短絡が回避される。そして、コントローラ１７は、フラグに「フェール走行モード」を示す値を代入する（Ｓ８）。

コントローラ１７は、上記したシステム起動時の短絡対策処理とは別に、モータ２３がアクセル開度に応じたパワーを出力を出するようにＰＣＵ１０を制御する。具体的には、コントローラ１７は、ユーザのアクセル開度に応じてモータ２３の目標パワーを定め、目標パワーが実現されるように、ＰＣＵ１０の各スイッチング素子にＰＷＭ信号を供給する。

下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障を起こすと、昇圧動作ができなくなる。下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１で短絡故障が検知されると、ステップＳ７の処理により下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２が開放される。下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を開放した場合、リアクトル１５と正極母線ＰＬの間に接続された還流ダイオードＤ７により、双方向コンバータ１２の高電圧側端子ＨＴには、バッテリ２１の電力が直接に出力することになる。ユーザがアクセルを踏み込んでも、インバータ１３には通常走行時よりも低い電圧の電力が供給される。先に述べたように、フラグにはフェール走行モードを示す値が代入されている。コントローラ１７は、そのフラグに基づいて、モータ２３の出力を制限しつつ、走行を継続する。

図３を参照して走行中の短絡対策処理を説明する。通常走行では、ＰＣＵ１０の内部で過電流（予定されている電流よりも大きい電流が流れること）が生じていないかコントローラ１７が常に監視している。具体的には、コントローラ１７は、先に述べたセンスエミッタを流れる電流を定期的にモニタしている。コントローラ１７は、センスエミッタの電流値を計測し（Ｓ１２）、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障を生じているか否かを確認する（Ｓ１３）。ここでも、コントローラ１７は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のゲートに対してスイッチング素子を閉じるような信号を加えているにも関わらずコレクタ電極Ｌ１Ｃとエミッタ電極Ｌ１Ｅの間に所定値以上の電流が流れている場合に、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障していると判断する。

下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障を起こしていない場合（Ｓ１３：ＮＯ）、コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２の開放状態（導通状態）を継続する（Ｓ１４）。この場合、電気自動車１００の通常走行が継続される。一方、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１で短絡故障が検知された場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を開放する（Ｓ１５）。そうすると、バッテリ２１の短絡が回避される。また、コントローラ１７は、フラグにフェール走行を示す値を代入する（Ｓ１６）。以後の走行では、モータ２３の出力が制限されるが、走行を継続することができる。

上記の処理により、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡した場合、バッテリ２１の短絡を回避しつつ、走行を継続することができる。フェール走行モードにおいては、バッテリ２１の電圧がダイレクトにモータ２３に出力されるため、電気自動車１００の走行性能は、通常走行のときと比較して劣ることになる。しかし、走行を続けることはできる。

実施例の双方向コンバータ１２は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１が短絡故障を起こした場合にバッテリ２１の短絡を防止しつつ、高電圧側端子ＨＴにバッテリ電圧を供給するスイッチング素子（下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２）を備えている。コントローラ１７は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を導通状態にしつつ下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の導通と遮断を繰り返すことで低電圧側端子ＬＴに印加された電圧を昇圧する。そしてコントローラ１７は、下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１の短絡故障が検知された場合に下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２を開く。

また、双方向コンバータ１２は、上アームスイッチング素子ＴＨと下アーム第１スイッチング素子ＴＬ１のサージ電流を吸収するスナバコンデンサ８を備えている。スナバコンデンサ８は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２とこれに対応する還流ダイオードＤ９を閉ループに含まない。それゆえ、双方向コンバータ１２は、下アーム第２スイッチング素子ＴＬ２とこれに対応する還流ダイオードＤ９を閉ループに含む場合に比べて、サージ電流を吸収する閉ループのインダクタンスが小さい。

以下、実施例で示した技術に関する留意点を述べる。実施例のＰＣＵ１０の特徴は、次の通り表すことができる。ＰＣＵ１０は、電気自動車においてバッテリ２１の電力を変換してモータ２３へ供給する機能と、モータ２３が発電した交流回生電力を変換してバッテリ２１を充電する機能を有している。ＰＣＵ１０は、双方向コンバータ１２とインバータ１３を備える。双方向コンバータ１２の高電圧端子ＨＴにインバータ１３が接続されている。双方向コンバータ１２の機能は前述した通りである。実施例の双方向コンバータ１２は、電気自動車のほか、ハイブリッド車に適用することも好適である。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

８：スナバコンデンサ
１０：パワーコントロールユニット（ＰＣＵ）
１２：双方向コンバータ
１３：インバータ
１４：フィルタコンデンサ
１５：リアクトル
１６：平滑化コンデンサ
１７：コントローラ
２１：バッテリ
２２：システムメインリレー
２３：モータ
１００：電気自動車
Ｄ１−Ｄ９：還流ダイオード
ＨＧＴ、ＬＧＴ：グランド端子
ＨＴ：高電圧側端子
ＴＨＣ、Ｌ１Ｃ、Ｌ２Ｃ：コレクタ電極
ＴＨＥ、Ｌ１Ｅ、Ｌ２Ｅ：エミッタ電極
ＬＴ：低電圧側端子
ＮＬ：負極母線（グランド線）
ＰＬ：正極母線
ＬＴ１：下アーム第１スイッチング素子
ＴＬ２：下アーム第２スイッチング素子
ＴＨ：上アームスイッチング素子
Ｔ１−Ｔ６：スイッチング素子

Claims (2)

1. 低電圧側端子に印加された電圧を昇圧して高電圧側端子に出力する昇圧機能と、高電圧側端子に印加された電圧を降圧して低電圧側端子に出力する降圧機能を有する双方向ＤＣ−ＤＣコンバータであり、
   高電圧側電極が前記高電圧側端子に接続されている上アームスイッチング素子と、
   前記上アームスイッチング素子の低電圧側電極に直列に接続されている下アーム第１スイッチング素子と、
   前記下アーム第１スイッチング素子の低電圧側電極とグランド線の間に直列に接続されている下アーム第２スイッチング素子と、
   前記上アームスイッチング素子と前記下アーム第１スイッチング素子と前記下アーム第２スイッチング素子の夫々に個別に逆並列に接続されている３個のダイオードと、
   一端が前記低電圧側端子に接続されており、他端が前記上アームスイッチング素子と前記下アーム第１スイッチング素子の間に接続されているリアクトルと、
   一端が前記低電圧側端子に接続されており、他端が前記グランド線に接続されているフィルタコンデンサと、
   一端が前記上アームスイッチング素子の高電圧側電極に接続されており、他端が前記下アーム第１スイッチング素子と前記下アーム第２スイッチング素子の間に接続されているスナバコンデンサと、
   を備えることを特徴とする双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 前記下アーム第１スイッチング素子と前記下アーム第２スイッチング素子を制御するコントローラをさらに備えており、当該コントローラは、
   前記下アーム第２スイッチング素子を導通状態にしつつ前記下アーム第１スイッチング素子の導通と遮断を繰り返すことで前記低電圧側端子に印加された電圧を昇圧し、前記下アーム第１スイッチング素子の短絡故障が検知された場合に前記下アーム第２スイッチング素子を開くことを特徴とする請求項１に記載の双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ。

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