JP2017085771A - 多相コンバータ - Google Patents

Abstract

【課題】複数の電圧変換部を備えた多相式のＤＣＤＣコンバータにおいて、異常が発生している部分を動作開始後の初期段階でより具体的に特定し得る構成を、より簡易に実現する。【解決手段】多相コンバータ１は、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４を備えた多相変換部２と、電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４を制御信号によって個々に制御する制御部３とを備える。制御部３は、電圧変換部毎に期間をずらしてソフトスタート制御を行う。検出部８は、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４からの共通の出力経路（出力側導電路７）での出力電流又は出力電圧を反映した値を検出する。異常特定部は、各々のソフトスタート制御が行われる各期間における検出部８での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を特定する。【選択図】図１

Description

本発明は、多相コンバータに関するものである。

スイッチング素子の駆動によって直流電圧を昇圧又は降圧するＤＣＤＣコンバータでは、複数の電圧変換部を並列に接続した構成の多相ＤＣＤＣコンバータが知られている。この種の多相ＤＣＤＣコンバータの例としては、例えば特許文献１のような技術が存在する。

特開２０１３−４６５４１号公報

ところで、多相式のＤＣＤＣコンバータでは、いずれかの相のみが故障する場合も想定され、いずれかの相が故障した場合、ＤＣＤＣコンバータの動作を全て中止するのではなく、故障が発生していない相を利用して動作を継続することが望ましい場合もあり得る。特許文献１の電源装置は、このような要求に応えるものであり、各相チョッパ部のスイッチング素子に対する制御信号の立下りのエッジタイミングで、電流検出器により検出された電流値を取得し、取得した各電流値が異なればいずれかの各相チョッパ部の故障と判定している。そして、いずれかの各相チョッパ部で故障が発生していることが検出された場合でも、故障していない各相チョッパ部の動作を継続させ、故障していない各相チョッパ部の耐電流を超えないように発電機の出力を制限している。

しかしながら、特許文献１の電源装置は、単に各相チョッパ部のスイッチング素子がオープン故障になった場合に全体の出力を制限しているだけであり、故障が発生している部分を正確に特定した上で、その部分の動作を確実に停止させるという思想は存在しない。

本発明は上述した事情に基づいてなされたものであり、複数の電圧変換部を備えた多相式のＤＣＤＣコンバータにおいて、異常が発生している部分を動作開始後の初期段階でより具体的に特定し得る構成を、より簡易に実現することを目的とするものである。

本発明の多相コンバータは、
入力された電圧を変換して出力する電圧変換部を複数備えた多相変換部と、
出力が目標値となるように各々の前記電圧変換部を制御信号によって個々に制御し、前記多相変換部の動作開始に伴い、各々の前記電圧変換部に対して出力の目標値を次第に上昇させるソフトスタート制御を行い、前記電圧変換部毎に又は前記電圧変換部の組毎にソフトスタート制御の期間をずらして行う制御部と、
複数の前記電圧変換部からの共通の出力経路における出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかを反映した値を検出する検出部と、
前記制御部によって各々のソフトスタート制御が行われる各期間における前記検出部での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を特定する異常特定部とを含む。

本発明の多相コンバータは、各々の前記電圧変換部を制御信号によって個々に制御する制御部を備える。この制御部は、多相変換部の動作開始に伴い、各々の電圧変換部に対して出力の目標値を次第に上昇させるソフトスタート制御を行い、電圧変換部毎に又は電圧変換部の組毎にソフトスタート制御の期間をずらして行う。このような構成により出力開始時の突入電流を抑え、且つ各々の電圧変換部又は各々の電圧変換部の組がソフトスタート制御を行う各期間を設定することができる。

更に、検出部は、複数の電圧変換部からの共通の出力経路における出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかを反映した値を検出するように構成される。そして、異常特定部は、各々のソフトスタート制御が行われる各期間における検出部での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を特定するように構成される。この構成によれば、多相コンバータの動作開始に伴う初期段階で異常が発生している電圧変換部又は電圧変換部の組を特定することができる。しかも、共通の出力経路での出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかを反映した値を検出し、この値に基づいて異常を特定することができるため、検出部の数を抑えることができる。

従って、異常が発生している部分を動作開始後の初期段階でより具体的に特定し得る構成を、より簡易に実現することができる。

実施例１の多相コンバータを概略的に例示する回路図である。 実施例１の多相コンバータにおける出力開始時の制御の流れを例示するフローチャートである。 実施例１の多相コンバータにおける出力開始時の各相の制御目標電流値と時間との関係を例示するグラフである。

発明の望ましい形態を以下に例示する。
本発明において、制御部は、異常特定部によって異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組が特定された場合、異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組の電圧変換を停止させ、多相変換部のうち、停止させた異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を少なくとも除いた残余の電圧変換部に電圧変換を行わせ、残余の電圧変換部による出力の目標値を、多相変換部の全部を動作させる場合の目標値よりも小さく設定する構成であってもよい。

この構成によれば、異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組が特定された場合、その部分の電圧変換を停止させて保護を図りつつ、残余の電圧変換部によって電圧変換を継続することができる。しかも、残余の電圧変換部によって電圧変換を継続する場合には、多相変換部の全部を動作させるときよりも出力の目標値を小さく設定するため、駆動相数の減少に伴う負荷の集中を軽減することができる。

本発明は、異常特定部によって異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組が所定回数特定された場合に、所定回数特定された異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を示す異常特定情報を記憶する記憶部を備えていてもよい。制御部は、記憶部に異常特定情報が記憶されている場合、多相変換部の動作開始の際に、異常特定情報に該当する電圧変換部又は該当する電圧変換部の組のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止し、非該当の電圧変換部に対してソフトスタート制御を行う構成であってもよい。異常特定部は、非該当の電圧変換部に対するソフトスタート制御の期間における検出部での検出結果に基づいて、非該当の電圧変換部が異常電流又は異常電圧を生じさせるか否かを特定する構成であってもよい。

この構成では、記憶部に異常特定情報が記憶されている場合、即ち、いずれかの電圧変換部又は電圧変換部の組の異常が所定回数特定されている場合、多相変換部の動作開始の際に、その電圧変換部又は電圧変換部の組のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止することができる。つまり、故障の可能性の高い電圧変換部又は電圧変換部の組については再検査を行うことなく電圧変換を中止して迅速に保護を図ることができる。特に、異常特定情報に該当する電圧変換部のソフトスタート制御が除かれるため、残りの電圧変換部を駆動する上で、動作開始からソフトスタート制御が終了するまでの期間を短縮することができる。また、異常特定情報に該当しない非該当の電圧変換部については、ソフトスタート制御中に異常特定部によって再度検査がなされるため、中止された電圧変換部以外で新たな異常が生じていても、その異常を特定することができる。

本発明は、異常特定部によって異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組が特定される毎に、特定された異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を示す相情報と特定回数とを対応付けて記憶する記憶部を備えていてもよい。制御部は、多相変換部の動作開始に伴い、記憶部に相情報が記憶され且つ相情報の対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組の特定回数が所定の複数回に達しているときには、対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止させ、記憶部に相情報が記憶され且つ特定回数が所定の複数回に達していないときには、対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組のソフトスタート制御を行う構成であってもよい。異常特定部は、対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組のソフトスタート制御を行う場合、検出部での検出結果に基づき、対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組が異常電流又は異常電圧を生じさせるか否かを再度特定する構成であってもよい。そして、制御部は、多相変換部の動作開始に伴い、異常特定部により対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組が異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定された場合、対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組の電圧変換を中止させ、再度特定されない場合、少なくとも対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組の電圧変換を継続する構成であってもよい。

この構成では、いずれかの電圧変換部又は電圧変換部の組の異常が所定の複数回特定されている場合、多相変換部の動作開始の際に、その電圧変換部又は電圧変換部の組のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止することができる。つまり、故障等の可能性の高い電圧変換部又は電圧変換部の組については再検査を行うことなく電圧変換を中止して迅速に保護を図ることができる。特に、異常が所定の複数回特定された電圧変換部のソフトスタート制御が除かれるため、残りの電圧変換部を駆動する上で、動作開始からソフトスタート制御が終了するまでの期間を短縮することができる。

一方、異常が特定されているものの所定の複数回に達していない電圧変換部又は電圧変換部の組については、多相変換部の動作開始の際にソフトスタート制御を行い、再度検査することができる。そして、そのソフトスタート制御の期間に異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定された場合には、その電圧変換部又は電圧変換部の組の電圧変換を中止して迅速に保護することができる。逆に、そのソフトスタート制御の期間に異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定されない場合には、その電圧変換部又は電圧変換部の組による電圧変換を継続することができる。つまり、いずれかの電圧変換部又は電圧変換部の組について何らかの原因により過去に異常が特定されたとしても、異常の特定回数が少なく且つ新たに多相変換部を動作させる際に異常状態となっていない場合には、過去の異常特定が一時的な原因（ノイズ等）によるものであった可能性がある。このように根本的な故障等が生じていない可能性が高い場合には、その電圧変換部又は電圧変換部の組による電圧変換を継続し、相数を確保することができる。

＜実施例１＞
以下、本発明を具体化した実施例１について説明する。
図１で示す多相コンバータ１は、例えば、車載用の多相型ＤＣＤＣコンバータとして構成されており、入力側導電路６に印加された直流電圧（入力電圧）を多相方式且つ降圧方式で電圧変換し、入力電圧を降圧した出力電圧を出力側導電路７に出力する構成となっている。

多相コンバータ１は、入力側導電路６と出力側導電路７とを備えた電源ライン５と、入力された電圧を変換して出力するｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍを備えた多相変換部２と、電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍを制御信号によって個々に制御する制御部３とを備える。なお、電圧変換部の個数であるｍは２以上の自然数であればよい。以下では、図１で示す構成、即ち、ｍ＝４である場合を代表例として説明する。

入力側導電路６は、例えば、相対的に高い電圧が印加される一次側（高圧側）の電源ラインとして構成され、一次側電源部９１の高電位側の端子に導通するとともに、その一次側電源部９１から所定の直流電圧（例えば、４８Ｖ）が印加される構成をなす。この入力側導電路６は、各電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４の個別入力路ＬＡ１，ＬＡ２，ＬＡ３，ＬＡ４にそれぞれ接続されている。一次側電源部９１は、例えば、リチウムイオン電池、或いは電気二重層キャパシタ等の蓄電手段によって構成され、高電位側の端子は例えば４８Ｖに保たれ、低電位側の端子は例えばグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。

出力側導電路７は、相対的に低い電圧が印加される二次側（低圧側）の電源ラインとして構成されている。この出力側導電路７は、例えば、二次側電源部９２の高電位側の端子に導通するとともに、その二次側電源部９２から一次側電源部９１の出力電圧よりも小さい直流電圧（例えば１２Ｖ）が印加される構成をなす。二次側電源部９２は、例えば、鉛蓄電池等の蓄電手段によって構成され、高電位側の端子は、例えば１２Ｖに保たれ、低電位側の端子は、例えばグラウンド電位（０Ｖ）に保たれている。

入力側導電路６と出力側導電路７との間には、多相変換部２が設けられている。この多相変換部２は、入力側導電路６と出力側導電路７との間に並列に接続されたｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍを備える。ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍは、同様の構成をなし、いずれも同期整流方式の降圧型コンバータとして機能する。入力側導電路６からはｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各個別入力路ＬＡ１，ＬＡ２…ＬＡｍが分岐している。また、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各個別出力路ＬＢ１，ＬＢ２…ＬＢｍは、共通の出力路である出力側導電路７に接続されている。なお、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍは、それぞれ１相目、２相目…ｍ相目とされている。

ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍのうち、第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋについて説明する。以下において、ｋは、ｍ以下の自然数である。第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋは、ハイサイド側のスイッチング素子ＳＡｋと、ローサイド側のスイッチング素子ＳＢｋと、インダクタＬｋと、保護用のスイッチング素子ＳＣｋとを備える。例えば、第１相の電圧変換部ＣＶ１は、ハイサイド側のスイッチング素子ＳＡ１と、ローサイド側のスイッチング素子ＳＢ１と、インダクタＬ１と、保護用のスイッチング素子ＳＣ１とを備えており、第２相の電圧変換部ＣＶ２は、ハイサイド側のスイッチング素子ＳＡ２と、ローサイド側のスイッチング素子ＳＢ２と、インダクタＬ２と、保護用のスイッチング素子ＳＣ２とを備えている。第３相、第４相も同様である。

第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋにおいて、スイッチング素子ＳＡｋは、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴとして構成され、スイッチング素子ＳＡｋのドレインには、入力側導電路６から分岐した個別入力路ＬＡｋが接続されている。スイッチング素子ＳＡｋのソースには、ローサイド側のスイッチング素子ＳＢｋのドレイン及びインダクタＬｋの一端が接続されている。スイッチング素子ＳＢｋは、スイッチング素子ＳＡｋとインダクタＬｋとの接続点にドレインが接続され、ソースは接地されている。インダクタＬｋの他端は、スイッチング素子ＳＣｋのソースに接続されている。スイッチング素子ＳＣｋのドレインは、出力側導電路７に接続されている。なお、スイッチング素子ＳＣｋは、過電流、過電圧、逆流等の異常時に経路の導通を遮断するように機能するものである。

制御部３は、主として、制御回路１０とＰＷＭ駆動部１８とを備える。制御回路１０は、例えばＣＰＵを有するマイクロコンピュータを含んでなる。この制御回路１０は、異常特定部として機能する部分（ＣＰＵ等）と、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリなどによって構成される記憶部１４と、アナログ電圧をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１６とを備える。Ａ／Ｄ変換器１６には、後述する電流検出部９Ａから出力される電圧値や、出力側導電路７の電圧値が入力される。

制御部３において、制御回路１０は、デューティ比を決定する機能、及び決定したデューティ比のＰＷＭ信号を生成し出力する機能を有しており、具体的には、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍのそれぞれに対するＰＷＭ信号を生成し、出力する。例えば、後述するソフトスタート制御の終了後の定常出力状態において、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍを全て駆動する場合、制御回路１０は、位相が２π／ｍずつ異なるＰＷＭ信号を生成し、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍのそれぞれに出力する。例えば、図１のように４個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４であれば、それぞれに対して位相が２π／４ずつ異なるＰＷＭ信号が与えられる。

ＰＷＭ駆動部１８は、制御回路１０で生成された各相に対するＰＷＭ信号に基づき、各相のスイッチング素子ＳＡｋ，ＳＢｋ（ｋは、１〜ｍの自然数）のそれぞれを交互にオンするためのオン信号をスイッチング素子ＳＡｋ，ＳＢｋのゲートに印加する。スイッチング素子ＳＡｋ，ＳＢｋへのＰＷＭ信号の出力中においてスイッチング素子ＳＢｋのゲートに与えられる信号は、デッドタイムが確保された上で、スイッチング素子ＳＡｋのゲートに与えられる信号に対して位相が略反転する。

検出部８は、出力電流を検出する電流検出部９Ａと、出力電圧を検出する電圧検出部９Ｂとを備え、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍからの共通の出力経路（出力側導電路７）における出力電流及び出力電圧を反映した値をそれぞれ検出する。電流検出部９Ａは、出力側導電路７を流れる電流に対応する電圧値を検出値として出力する構成であればよい。例えば、電流検出部９Ａは、出力側導電路７に介在する抵抗器と差動増幅器とを有し、抵抗器の両端電圧が差動増幅器に入力され、出力側導電路７を流れる電流によって抵抗器に生じた電圧降下量が差動増幅器で増幅され、検出値として制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１６に出力するようになっている。電圧検出部９Ｂは、例えば出力側導電路７の電圧を反映した値（例えば、出力側導電路７の電圧そのもの、或いは分圧値等）を制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１６に入力する経路として構成され、図１の例では、出力側導電路７から分岐して制御回路１０のＡ／Ｄ変換器１６と導通するように構成されている。

このように構成される多相コンバータ１では、制御部３は、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍのそれぞれに対して、デッドタイムを設定した形でＰＷＭ信号を相補的に出力する。例えば、第ｋ相の電圧変換部ＣＶｋを構成するスイッチング素子ＳＡｋ，ＳＢｋの各ゲートに対しては、制御部３は、デッドタイムを設定した上で、スイッチング素子ＳＡｋのゲートへのオン信号の出力中には、スイッチング素子ＳＢｋのゲートにオフ信号を出力し、スイッチング素子ＳＡｋのゲートへのオフ信号の出力中には、スイッチング素子ＳＢｋのゲートにオン信号を出力する。電圧変換部ＣＶｋは、このような相補的なＰＷＭ信号に応じて、スイッチング素子ＳＡｋのオン動作とオフ動作との切り替えをスイッチング素子ＳＢｋのオフ動作とオン動作との切り替えと同期させて行い、これにより、個別入力路ＬＡｋに印加された直流電圧を降圧し、個別出力路ＬＢｋに出力する。個別出力路ＬＢｋの出力電圧は、スイッチング素子ＳＡｋ，ＳＢｋの各ゲートに与えるＰＷＭ信号のデューティ比に応じて定まる。このような制御は、上述した自然数ｋが１からｍのいずれの場合でも、即ち、第１相から第ｍ相までのいずれの電圧変換部においても、同様に行われる。

制御部３は、多相変換部２を動作させる場合、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの一部又は全部を制御信号（ＰＷＭ信号）によって個々に制御し、多相変換部２からの出力が設定された目標値となるようにフィードバック制御を行う。具体的には、制御部３は、制御回路１０に入力された出力側導電路７の電流値と、出力電流の目標値（目標電流値）とに基づき、公知のＰＩＤ制御方式によるフィードバック演算によって制御量（デューティ比）を決定する。例えば、駆動相数がＮである定常出力状態では、出力電流の目標値（目標電流値）が駆動相数Ｎに対応する値で固定化され、フィードバック演算によって決定したデューティ比のＰＷＭ信号を、位相を２π／Ｎずつ異ならせてＮ個の電圧変換部のそれぞれに出力する。

次に、通常動作中の異常検出について説明する。
多相コンバータ１は、所定の動作開始条件の成立に伴い、制御部３が図２の流れで制御を行う。動作開始条件は、例えばイグニッション信号のオフからオンへの切り替わり等であり、これ以外の動作開始条件であってもよい。

制御部３は、図２の制御を開始する時点では、駆動相数を示すＮの値を、多相変換部２を構成する電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの個数（最大相数）ｍとする。つまり、図２の制御を開始する時点では、Ｎ＝ｍであり、図１のように多相変換部２が４個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４で構成されている場合、Ｎ＝ｍ＝４となる。また、図２の制御を開始する時点では、定常出力状態での多相変換部２の出力の目標値（目標電流値）Ｘは、多相変換部２で全相を駆動する場合の固定値に設定されている。

図２の制御開始に伴い、着目する相番号を示す値であるｉを、ｉ＝１とする（Ｓ１）。Ｓ１の処理の後には、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍのうちのｉ相目が正常であるか否かを判断する（Ｓ２）。Ｓ２の判断処理では、ｉ相目に対して過去にＳ１０の処理が行われ、ｉ相目の故障が確定している場合にＮＯと判断し、ｉ相目の故障が確定していない場合にＹＥＳと判断する。故障が確定しているか否かの判断方法は後述する。

Ｓ２において、ｉ相目の電圧変換部が正常であると判断された場合、即ち、第ｉ相目の電圧変換部の故障が確定していない場合には、Ｓ２にてＹＥＳに進み、ｉ相目の電圧変換部に対してソフトスタート制御を行う（Ｓ３）。Ｓ３にてｉ相目の電圧変換部のソフトスタート制御を行う場合、制御部３は、目標値（目標電流値）を、Ｓ３の処理開始時点での初期値（ｉ相目をソフトスタートする場合の初期値）から時間経過に伴って徐々に上昇させるとともに、目標値（目標電流値）と、電流検出部９Ａで検出される出力側導電路７の電流値とに基づき、公知のＰＩＤ制御方式によるフィードバック演算によって制御量（デューティ比）を決定する処理を繰り返す。これにより、ｉ相目の電圧変換部からの出力電流は徐々に上昇する。

例えば、Ｓ３の処理において、ｉ＝１である場合、Ｓ３の処理開始時点での目標電流値は０（Ａ）であり、１相目のソフトスタート制御の期間では、図３のように目標電流値を０（Ａ）から定常出力状態のときの各相の目標電流値Ｉｔとなるまで徐々に上昇させる。また、Ｓ３の処理において、ｉ＝２である場合、Ｓ３の処理開始時点（即ち、１相目のソフトスタート制御が終わった直後の時点）では、１相目の目標電流値はＩｔであり、２相目の目標電流値は０（Ａ）である。制御部３は、２相目のソフトスタート制御を１相目のソフトスタート制御が終わった時間ｔ１よりも後に行い、目標電流値を０（Ａ）から定常出力状態のときの各相の目標電流値Ｉｔとなるまで徐々に上昇させる。３相目、４相目のソフトスタート制御も同様である。

制御部３は、Ｓ３でｉ相目のソフトスタート制御を開始した後、ｉ相目のソフトスタート制御の期間を通して出力側導電路７における出力電流及び出力電圧が正常状態で保たれたか否かを判断する（Ｓ４）。具体的には、各相のソフトスタート制御に対応付けて正常な電流範囲及び正常な電圧範囲が定められており、ｉ相目のソフトスタート制御での正常な電流範囲をＩＡｉ以上且つＩＢｉ以下とし、正常な電圧範囲をＶＡｉ以上且つＶＢｉ以下とすると、Ｓ４では、制御部３は、ｉ相目のソフトスタート制御中に出力側導電路７を流れる電流値ＩｏがＩＡｉ≦Ｉｏ≦ＩＢｉで維持されれば出力電流が正常状態であると判断し、ｉ相目のソフトスタート制御中にＩｏ＜ＩＡｉ、又はＩｏ＞ＩＢｉとなった場合には異常状態であると判断する。また、制御部３は、ｉ相目のソフトスタート制御中に出力側導電路７の電圧値ＶｏがＶＡｉ≦Ｖｏ≦ＶＢｉで維持されれば出力電圧が正常状態であると判断し、ｉ相目のソフトスタート制御中にＶｏ＜ＶＡｉ、又はＶｏ＞ＶＢｉとなった場合には異常状態であると判断する。

Ｓ４の処理において、ｉ相目のソフトスタート制御中における出力電流及び出力電圧が正常であると判断された場合には、Ｓ４にてＹＥＳに進み、ｉ相目の電圧変換部を正常であると判断するとともにｉ相目の電圧変換部の出力を継続する（Ｓ５）。そして、ｉ相目のソフトスタート制御の終了後に、現在のｉの値が最大値ＭＡＸ（即ち、多相変換部２における電圧変換部の個数）であるか否かを判断し（Ｓ６）、Ｓ６の処理でｉの値が最大値ＭＡＸであると判断される場合、即ち、多相変換部２の全部の相に対してＳ２以降の処理を終了した場合には、Ｓ６にてＹＥＳに進み、図２の処理を終了する。Ｓ６の処理でｉの値が最大値ＭＡＸでないと判断される場合、Ｓ６にてＮＯに進んでｉの値をインクリメントし（Ｓ７）、次の相に着目してＳ２以降の処理を行う。

Ｓ４において、ｉ相目のソフトスタート制御中における出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかが正常でないと判断された場合には、Ｓ４にてＮＯに進み、ｉ相目の異常カウンタをインクリメントする。本構成では、１相目の電圧変換部ＣＶ１に対応する異常カウンタをfail_cnt[1]、２相目の電圧変換部ＣＶ２に対応する異常カウンタをfail_cnt[2]、・・・ｍ相目の電圧変換部ＣＶｍに対応する異常カウンタをfail_cnt[m]、とするように各相に対応付けて異常カウンタが用意されている。各相の異常カウンタの情報は、記憶部１４の一部（例えば不揮発性メモリなど）に記憶される。Ｓ４でＮＯに進む場合、Ｓ８の処理では、ｉ相目の異常カウンタfail_cnt[i]をインクリメントする。例えば、ｉ＝１であれば、Ｓ８では、１相目の異常カウンタfail_cnt[1]の値を１加算することになる。

そして、Ｓ８の処理の後に行われるＳ９の処理では、Ｓ８の処理でインクリメントされたfail_cnt[i]の値が予め定められた規定値Ｍ以上であるか否かを判断する。規定値Ｍは、例えば２以上の自然数とすることができる。

Ｓ９の処理において、fail_cnt[i]の値が規定値Ｍ以上であると判定される場合には、ｉ相目の電圧変換部の出力を停止し、ｉ相目の電圧変換部が故障であると確定する。この場合、ｉ相目の故障が確定したことを示す故障確定情報が記憶部１４に記憶されることになる（Ｓ１０）。なお、故障確定情報は、fail_cnt[i]＝Ｍの情報であってもよく、これとは別の故障確定フラグなどであってもよい。そして、Ｓ１０の処理でｉ相目の電圧変換部の出力を停止した後には、多相変換部２全体での出力の目標値（総目標出力電流値）を減算する（Ｓ１１）。具体的には、Ｓ１１の処理の前に設定されていた目標電流値（総目標出力電流値）Ｘと、Ｓ１１の処理の前に設定されていた駆動相数Ｎとに基づき、新たな目標電流値（総目標出力電流値）Ｘ’をＸ’＝Ｘ−Ｘ／Ｎとして設定する。つまり、駆動相数が１相分減ることになるため、目標電流値の割合を１相分減らす。このように得られたＸ’が、更新されたＸの値となる。このように、Ｘを新たな目標電流値（総目標出力電流値）Ｘ’の値に更新した後に、駆動相数Ｎを１減算する。

Ｓ９の処理において、fail_cnt[i]の値が規定値Ｍ未満であると判定される場合には、Ｓ９にてＮＯに進み、ｉ相目の電圧変換部の出力を停止し、ｉ相目の電圧変換部が故障であると仮確定する（Ｓ１２）。そして、Ｓ１２の処理でｉ相目の電圧変換部の出力を停止した後には、多相変換部２全体での出力の目標値（総目標出力電流値）を減算する（Ｓ１３）。具体的には、Ｓ１３の処理の前に設定されていた目標電流値（総目標出力電流値）Ｘと、Ｓ１３の処理の前に設定されていた駆動相数Ｎとに基づき、新たな目標電流値（総目標出力電流値）Ｘ’をＸ’＝Ｘ−Ｘ／Ｎとして設定する。このように得られたＸ’が、更新されたＸの値となる。このように、Ｘを新たな目標電流値（総目標出力電流値）Ｘ’の値に更新した後に、駆動相数Ｎを１減算する。

また、図２の制御では、Ｓ２の処理においてｉ相目の電圧変換部が異常確定済みであると判断される場合、即ち、ｉ相目の電圧変換部について故障が確定している場合には、Ｓ２にてＮＯに進む。つまり、過去にｉ相目の電圧変換部に関してＳ１０の処理が実行され、ｉ相目の故障が確定したことを示す上述の故障確定情報が記憶部１４に記憶されている場合、Ｓ２にてＮＯに進むことになる。そして、Ｓ２の処理でＮＯに進む場合、多相変換部２全体での出力の目標値（総目標出力電流値）を減算する（Ｓ１４）。つまり、この相についてはソフトスタート制御を行わずに動作の停止状態を継続することになる。Ｓ１４の処理では、Ｓ１４の処理の前に設定されていた目標電流値（総目標出力電流値）Ｘと、Ｓ１４の処理の前に設定されていた駆動相数Ｎとに基づき、新たな目標電流値（総目標出力電流値）Ｘ’をＸ’＝Ｘ−Ｘ／Ｎとして設定する。このように得られたＸ’が、更新されたＸの値となる。このように、Ｘを新たな目標電流値（総目標出力電流値）Ｘ’の値に更新した後に、駆動相数Ｎを１減算する。

このように図２の制御を行い、Ｓ６の処理でｉの値が最大値ＭＡＸであると判断された場合、図２の処理を終了し、定常出力状態で電圧変換を行う。定常出力状態では、Ｓ６でＹＥＳに進む時点での目標電流値（総目標出力電流値）Ｘを出力電流の目標値とするように、Ｓ６でＹＥＳに進む時点で動作を継続しているＮ個の電圧変換部による電圧変換を行う。Ｎ個の電圧変換部の各々についての目標電流値はＸ／Ｎとなり、フィードバック演算によって決定したデューティ比のＰＷＭ信号を、位相を２π／Ｎずつ異ならせてＮ個の電圧変換部のそれぞれに出力する。

以上のように、本構成では、制御部３は、多相変換部２の動作開始に伴い、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍのそれぞれに対して出力の目標値を次第に上昇させるソフトスタート制御を行い、図３のように電圧変換部毎に期間をずらしてソフトスタート制御を行っている。なお、図３における各相のグラフでは、縦軸が各相での目標電流値であり、横軸が経過時間である。図３のように１相目のソフトスタートの終了時間ｔ１よりも後に、２相目のソフトスタートが行われ、２相目のソフトスタートの終了時間ｔ２よりも後に、３相目のソフトスタートが行われるといった方式、即ち、ｋ相目のソフトスタートの終了時間ｔｋよりも後に、ｋ＋１相目のソフトスタートが行われる方式となっている。

そして、図２のＳ３、Ｓ４のように、制御部３は、各々のソフトスタート制御が行われる各期間における検出部８での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部を特定する。そして、制御部３は、異常の電圧変換部が特定された場合、Ｓ１０又はＳ１２にて異常の電圧変換部の電圧変換を停止させ、Ｓ１１、Ｓ１３のように、多相変換部２のうち、停止させた異常の電圧変換部を少なくとも除いた残余の電圧変換部に電圧変換を行わせ、残余の電圧変換部による出力の目標値を、多相変換部の全部を動作させる場合の目標値よりも小さく設定している。

また、記憶部１４は、図２のＳ８のように制御部３（異常特定部）によって異常の電圧変換部が特定される毎に、特定された電圧変換部に対応付けられた異常カウンタを更新し、特定された異常の電圧変換部を示す相情報と特定回数とを対応付けて記憶する。具体的には、値が１以上となっている異常カウンタの情報が相情報であり、値が１以上となっている異常カウンタが示す値が特定回数である。そして制御部３（異常特定部）によって異常の電圧変換部が所定回数（規定値Ｍ）特定された場合、記憶部１４は、故障が確定したことを示す故障確定情報を記憶する。この故障確定情報は、所定回数特定された異常の電圧変換部を示す異常特定情報であり、例えば、値が規定値Ｍ以上となっている異常カウンタの情報が故障確定情報（異常特定情報）である。

また、制御部３は、記憶部１４に相情報（値が１以上となっている異常カウンタの情報）が記憶され且つその相情報の対象となる電圧変換部の特定回数が所定の複数回（規定値Ｍ）に達しているとき（即ち、記憶部１４に異常特定情報が記憶されている場合）には、図２のＳ２にてＮＯに進んでＳ１４の処理を行うようになっており、その相情報の対象となる電圧変換部（即ち、異常特定情報に該当する電圧変換部）のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止させる。

また、制御部３は、多相変換部２の動作開始の際に記憶部１４に上記相情報が記憶され且つ特定回数が所定の複数回（規定値Ｍ）に達していないときには、図２のＳ２からＳ３に進むことになり、この相情報の対象となる電圧変換部（非該当の電圧変換部）のソフトスタート制御を行う。制御部３（異常特定部）は、この非該当の電圧変換部のソフトスタート制御を行う場合、Ｓ４の処理を行い、検出部８での検出結果に基づき、この非該当の電圧変換部が異常電流又は異常電圧を生じさせるか否かを再度特定する。そして、制御部３は、この非該当の電圧変換部が異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定された場合、Ｓ４にてＮＯに進み、その後のＳ１０又はＳ１２の処理により、この非該当の電圧変換部の電圧変換を中止させる。逆に、再度特定されない場合には、Ｓ４にてＹＥＳに進み、少なくともこの非該当の電圧変換部の組の電圧変換を継続することになる。

以下、本構成の効果を例示する。
本構成の多相コンバータ１は、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各々を制御信号（ＰＷＭ信号）によって個々に制御する制御部３を備える。この制御部３は、多相変換部２の動作開始に伴い、電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各々に対して出力の目標値を次第に上昇させるソフトスタート制御を行い、電圧変換部毎にソフトスタート制御の期間をずらして行う。このような構成により出力開始時の突入電流を抑え、且つ電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各々のみがソフトスタート制御を行う各期間を設定することができる。

更に、検出部８は、複数の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍからの共通の出力経路（出力側導電路７）における出力電流及び出力電圧を反映した各値を検出するように構成される。そして、異常特定部に相当する制御部３は、各々のソフトスタート制御が行われる各期間における検出部８での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部を特定するように構成される。この構成によれば、多相コンバータの動作開始に伴う初期段階で異常が発生している電圧変換部を特定することができる。しかも、共通の出力経路での出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかを反映した値を検出し、この値に基づいて異常を特定することができるため、検出部の数を抑えることができる。従って、異常が発生している部分を動作開始後の初期段階でより具体的に特定し得る構成を、より簡易に実現することができる。

本構成では、異常の電圧変換部が特定された場合、その部分の電圧変換を停止させて保護を図りつつ、残余の電圧変換部によって電圧変換を継続することができる。しかも、残余の電圧変換部によって電圧変換を継続する場合には、多相変換部の全部を動作させるときよりも出力の目標値を小さく設定するため、駆動相数の減少に伴う負荷の集中を軽減することができる。

本構成では、記憶部１４に異常特定情報（規定値Ｍ以上の値を示す異常カウンタ）が記憶されている場合、即ち、いずれかの電圧変換部の異常が所定回数特定されている場合、多相変換部２の動作開始の際に、その電圧変換部のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止することができる。つまり、故障の可能性の高い電圧変換部については再検査を行うことなく電圧変換を中止して迅速に保護を図ることができる。特に、異常特定情報に該当する電圧変換部のソフトスタート制御が除かれるため、残りの電圧変換部を駆動する上で、動作開始からソフトスタート制御が終了するまでの期間を短縮することができる。

また、異常特定情報に該当しない非該当の電圧変換部については、ソフトスタート制御中に異常特定部によって再度検査がなされるため、中止された電圧変換部以外で新たな異常が生じていても、その異常を特定することができる。

例えば、異常が特定されているものの所定の複数回に達していない電圧変換部（即ち、１以上且つ規定値Ｍ未満の値を示す異常カウンタで特定される電圧変換部）については、多相変換部２の動作開始の際にソフトスタート制御を行い、再度検査することができる。そして、そのソフトスタート制御の期間に異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定された場合には、その電圧変換部の電圧変換を中止して迅速に保護することができる。逆に、そのソフトスタート制御の期間に異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定されない場合には、その電圧変換部による電圧変換を継続することができる。つまり、いずれかの電圧変換部について何らかの原因により過去に異常が特定されたとしても、異常の特定回数が少なく且つ新たに多相変換部２を動作させる際に異常状態となっていない場合には、過去の異常特定が一時的な原因（ノイズ等）によるものであった可能性がある。このように根本的な故障等が生じていない可能性が高い場合には、その電圧変換部による電圧変換を継続し、相数を確保することができる。

＜実施例２＞
次に、実施例２について説明する。
実施例２では、ハードウェア構成が実施例１と同様となっている。つまり、実施例２の多相コンバータ１も、図１のように、入力された電圧を変換して出力するｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍを備えた多相変換部２と、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍからの共通の出力経路（出力側導電路７）における出力電流及び出力電圧を反映した値を検出する検出部８とを備える。

また、実施例２でも制御部３は、出力が目標値となるようにｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各々を制御信号（ＰＷＭ信号）によって個々に制御し、多相変換部２の動作開始に伴い、ｍ個の電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２…ＣＶｍの各々に対して出力の目標値を次第に上昇させるソフトスタート制御を行う構成となっている。但し、実施例２では、制御部３は、電圧変換部の組毎にソフトスタート制御の期間をずらして行う。例えば、図１の例では、１相目と２相目の組について先にソフトスタート制御を行い、その組のソフトスタート制御が終了した後に、３相目と４相目の組のソフトスタート制御を行う。相数が４よりも多い場合には、５相目と６相目の組といった具合に組数を増やせばよい。

そして、制御部３は、各々の組のソフトスタート制御が行われる各期間における検出部８での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部の組を特定する。ソフトスタート制御中の異常電流及び異常電圧の判定方法は実施例１と同様の方法で行うことができる。そして、制御部３は、異常の電圧変換部の組が特定された場合、その異常の電圧変換部の組の電圧変換を停止させ、多相変換部２のうち、停止させた異常の電圧変換部の組を少なくとも除いた残余の電圧変換部に電圧変換を行わせ、残余の電圧変換部による出力の目標値を、多相変換部２の全部を動作させる場合の目標値よりも小さく設定する。例えば、２相分停止させる場合には、多相変換部２の全部（全相）を駆動する場合の目標値（目標電流値）Ｘ１から１相分の目標値Ｘ１／２を減算した目標値に設定する。

この場合、記憶部１４は、制御部３（異常特定部）によって異常の電圧変換部の組が特定される毎に、特定された電圧変換部の組に対応付けられた異常カウンタを更新し、特定された異常の電圧変換部の組を示す相情報と特定回数とを対応付けて記憶する。この構成では、値が１以上となっている異常カウンタの情報が相情報であり、値が１以上となっている異常カウンタが示す値が特定回数である。そして、制御部３（異常特定部）によって異常の電圧変換部の組が所定回数（規定値Ｍ）特定された場合、記憶部１４は、故障が確定したことを示す故障確定情報を記憶する。この故障確定情報は、所定回数特定された異常の電圧変換部の組を示す異常特定情報であり、例えば、値が規定値Ｍ以上となっている異常カウンタの情報が故障確定情報（異常特定情報）である。

また、制御部３は、多相変換部２の動作開始の際に、記憶部１４に相情報（値が１以上となっている異常カウンタの情報）が記憶され且つその相情報の対象となる電圧変換部の組の特定回数が所定の複数回（規定値Ｍ）に達しているとき（即ち、記憶部１４に異常特定情報が記憶されている場合）には、その相情報の対象となる電圧変換部の組（即ち、異常特定情報に該当する電圧変換部の組）のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止させる。

また、制御部３は、多相変換部２の動作開始の際に記憶部１４に上記相情報が記憶され且つ特定回数が所定の複数回（規定値Ｍ）に達していないときには、この相情報の対象となる電圧変換部の組（非該当の電圧変換部の組）のソフトスタート制御を行う。制御部３（異常特定部）は、この非該当の電圧変換部の組のソフトスタート制御を行う場合、検出部８での検出結果に基づき、この非該当の電圧変換部の組が異常電流又は異常電圧を生じさせるか否かを再度特定する。そして、制御部３は、この非該当の電圧変換部の組が異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定された場合、この非該当の電圧変換部の組による電圧変換を中止させる。逆に、再度特定されない場合には、少なくともこの非該当の電圧変換部の組による電圧変換を継続することになる。最終的には、電圧変換が中止されていない電圧変換部のみで定常出力状態の電圧変換を行う。

＜他の実施例＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施例に限定されるものではなく、例えば次のような実施例も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）実施例１では、降圧型の多相コンバータを例示したが、昇圧型の多相コンバータであってもよく昇降圧型の多相コンバータであってもよい。
（２）実施例１では、ｋを１〜ｍの自然数とし、各相のローサイド側にスイッチング素子ＳＢｋを設けたが、接地電位にアノードが接続されたダイオードに置き換えることが可能である。また、スイッチング素子ＳＡｋ，ＳＢｋは、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴであってもよく、バイポーラトランジスタ等の他のスイッチング素子であってもよい。
（３）実施例１における一次側電源部９１や二次側電源部９２の具体例はあくまで一例であり、蓄電手段の種類や発生電圧は上述した例に限定されず、様々に変更することができる。また、例えば二次側電源部が存在しない構成とすることもできる。
（４）図１の例では、入力側導電路や出力側導電路に接続される発電機や負荷などは省略して示したが、様々な装置や電子部品を入力側導電路や出力側導電路に接続することができる。
（５）図１では、４つの電圧変換部ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４が並列に接続された４相構造の多相コンバータ１を代表例として例示したが、電圧変換部の数は４未満の複数であってもよく、５以上の複数であってもよい。

１…多相コンバータ
２…多相変換部
３…制御部（異常特定部）
７…出力側導電路（共通の出力経路）
８…検出部
１４…記憶部
ＣＶ１，ＣＶ２，ＣＶ３，ＣＶ４…電圧変換部

Claims (4)

1. 入力された電圧を変換して出力する電圧変換部を複数備えた多相変換部と、
   出力が目標値となるように各々の前記電圧変換部を制御信号によって個々に制御し、前記多相変換部の動作開始に伴い、各々の前記電圧変換部に対して出力の目標値を次第に上昇させるソフトスタート制御を行い、前記電圧変換部毎に又は前記電圧変換部の組毎にソフトスタート制御の期間をずらして行う制御部と、
   複数の前記電圧変換部からの共通の出力経路における出力電流又は出力電圧の少なくともいずれかを反映した値を検出する検出部と、
   前記制御部によって各々のソフトスタート制御が行われる各期間における前記検出部での検出結果に基づき、異常電流又は異常電圧を生じさせる異常の電圧変換部又は異常の電圧変換部の組を特定する異常特定部とを含む多相コンバータ。
2. 前記制御部は、前記異常特定部によって前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組が特定された場合、前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組の電圧変換を停止させ、前記多相変換部のうち、停止させた前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組を少なくとも除いた残余の電圧変換部に電圧変換を行わせ、前記残余の電圧変換部による出力の目標値を、前記多相変換部の全部を動作させる場合の目標値よりも小さく設定する請求項１に記載の多相コンバータ。
3. 前記異常特定部によって前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組が所定回数特定された場合に、前記所定回数特定された前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組を示す異常特定情報を記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記記憶部に前記異常特定情報が記憶されている場合、前記多相変換部の動作開始の際に、前記異常特定情報に該当する電圧変換部又は該当する電圧変換部の組のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止させ、非該当の電圧変換部に対してソフトスタート制御を行い、
   前記異常特定部は、前記非該当の電圧変換部に対するソフトスタート制御の期間における前記検出部での検出結果に基づいて、前記非該当の電圧変換部が異常電流又は異常電圧を生じさせるか否かを特定する請求項１又は請求項２に記載の多相コンバータ。
4. 前記異常特定部によって前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組が特定される毎に、特定された前記異常の電圧変換部又は前記異常の電圧変換部の組を示す相情報と特定回数とを対応付けて記憶する記憶部を備え、
   前記制御部は、前記多相変換部の動作開始に伴い、前記記憶部に前記相情報が記憶され且つ前記相情報の対象となる電圧変換部又は対象となる電圧変換部の組の前記特定回数が所定の複数回に達しているときには、前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組のソフトスタート制御を行わずに電圧変換を中止させ、前記記憶部に前記相情報が記憶され且つ前記特定回数が前記所定の複数回に達していないときには、前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組のソフトスタート制御を行い、
   前記異常特定部は、前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組のソフトスタート制御を行う場合、前記検出部での検出結果に基づき、前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組が異常電流又は異常電圧を生じさせるか否かを再度特定し、
   前記制御部は、
   前記多相変換部の動作開始に伴い、前記異常特定部により前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組が異常電流又は異常電圧を生じさせると再度特定された場合、前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組の電圧変換を中止させ、再度特定されない場合、少なくとも前記対象となる電圧変換部又は前記対象となる電圧変換部の組の電圧変換を継続する請求項１又は請求項２に記載の多相コンバータ。

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