JP2018011432A - Dc/dc conversion device, computer program, and abnormality determination method for dc/dc conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、DC/DC変換装置、該DC/DC変換装置の異常を判定するためのコンピュータプログラム及びDC/DC変換装置の異常判定方法に関する。 The present invention relates to a DC / DC converter, a computer program for determining an abnormality of the DC / DC converter, and an abnormality determination method of the DC / DC converter.
入力側の直流電圧を出力側の直流電圧に変換するDC/DCコンバータが車載機器及び産業用機器に使用されている。近年、車載機器や産業用機器の小型化要求が高く、DC/DCコンバータに用いられる受動素子(例えば、インダクタ、キャパシタなど)の小型化のため、DC/DCコンバータの動作周波数(スイッチング周波数)が高くなりつつある。しかし、動作周波数を高くすると、スイッチングデバイスのスイッチング損失が大きくなる。 A DC / DC converter that converts a direct-current voltage on the input side into a direct-current voltage on the output side is used in in-vehicle devices and industrial devices. In recent years, there is a high demand for miniaturization of in-vehicle equipment and industrial equipment, and the operating frequency (switching frequency) of the DC / DC converter is reduced due to miniaturization of passive elements (for example, inductors, capacitors, etc.) used in the DC / DC converter. It is getting higher. However, when the operating frequency is increased, the switching loss of the switching device increases.
そこで、共振用インダクタと共振用キャパシタとから構成される共振回路の共振により通電スイッチに流れる共振電流がゼロになったときに通電スイッチをオフにするゼロ電流スイッチング(ZCS:Zero Current Switching)を行うことにより、ターンオフ時のスイッチング損失を低減する電流共振型DC/DCコンバータが開示されている(特許文献1参照)。 Therefore, zero current switching (ZCS) is performed to turn off the energization switch when the resonance current flowing through the energization switch becomes zero due to resonance of the resonance circuit composed of the resonance inductor and the resonance capacitor. Thus, a current resonance type DC / DC converter that reduces switching loss during turn-off is disclosed (see Patent Document 1).
特許文献1のような従来のDC/DCコンバータにあっては、共振キャパシタには大きな電流が流れるため、電流を分散すべく複数のキャパシタを並列に接続する場合がある。しかし、複数のキャパシタの一部が故障した場合に、速やかに故障を判定する手法はこれまで示されてこなかった。
In a conventional DC / DC converter such as
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、共振キャパシタの異常を判定することができるDC/DC変換装置、該DC/DC変換装置の異常を判定するためのコンピュータプログラム及びDC/DC変換装置の異常判定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a DC / DC converter that can determine an abnormality of a resonance capacitor, a computer program for determining an abnormality of the DC / DC converter, and a DC / DC It is an object of the present invention to provide an abnormality determination method for a DC converter.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部と、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部とを備える。 A DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a switching device for turning on / off a current flowing from an input side to an output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, and a resonance with the resonant inductor. A plurality of parallel-connected resonance capacitors constituting a circuit, a control unit that controls on / off of the switching device, and one of the plurality of parallel-connected resonance capacitors based on whether or not a predetermined condition is satisfied A determination unit that determines whether there is an abnormality in the resonance capacitor of the unit.
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部とを備えるDC/DC変換装置の異常を判定させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部として機能させる。 A computer program according to an embodiment of the present invention causes a computer to resonate with a switching device that turns on / off a current flowing from the input side to the output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, and the resonant inductor. A computer program for determining an abnormality of a DC / DC converter comprising a plurality of resonant capacitors connected in parallel constituting a circuit and a control unit for controlling on / off of the switching device, the computer comprising: Based on whether or not a predetermined condition is satisfied, it functions as a determination unit that determines whether or not there is an abnormality in some of the plurality of parallel-connected resonance capacitors.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置の異常判定方法は、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部とを備えるDC/DC変換装置の異常判定方法であって、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定部が判定する。 An abnormality determination method for a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a switching device for turning on / off a current flowing from an input side to an output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, An abnormality determination method for a DC / DC conversion apparatus, comprising: a plurality of parallel-connected resonance capacitors that form a resonance circuit together with a resonance inductor; and a control unit that controls on / off of the switching device. The determination unit determines whether there is an abnormality in some of the plurality of parallel-connected resonance capacitors based on whether or not to do so.
本発明によれば、共振キャパシタの異常を判定することができる。 According to the present invention, it is possible to determine abnormality of the resonance capacitor.
[本願発明の実施形態の説明]
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部と、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部とを備える。
[Description of Embodiment of Present Invention]
A DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a switching device for turning on / off a current flowing from an input side to an output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, and a resonance with the resonant inductor. A plurality of parallel-connected resonance capacitors constituting a circuit, a control unit that controls on / off of the switching device, and one of the plurality of parallel-connected resonance capacitors based on whether or not a predetermined condition is satisfied A determination unit that determines whether there is an abnormality in the resonance capacitor of the unit.
本発明の実施の形態に係るコンピュータプログラムは、コンピュータに、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部とを備えるDC/DC変換装置の異常を判定させるためのコンピュータプログラムであって、コンピュータを、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部として機能させる。 A computer program according to an embodiment of the present invention causes a computer to resonate with a switching device that turns on / off a current flowing from the input side to the output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, and the resonant inductor. A computer program for determining an abnormality of a DC / DC converter comprising a plurality of resonant capacitors connected in parallel constituting a circuit and a control unit for controlling on / off of the switching device, the computer comprising: Based on whether or not a predetermined condition is satisfied, it functions as a determination unit that determines whether or not there is an abnormality in some of the plurality of parallel-connected resonance capacitors.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置の異常判定方法は、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイスと、該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部とを備えるDC/DC変換装置の異常判定方法であって、所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定部が判定する。 An abnormality determination method for a DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a switching device for turning on / off a current flowing from an input side to an output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, An abnormality determination method for a DC / DC conversion apparatus, comprising: a plurality of parallel-connected resonance capacitors that form a resonance circuit together with a resonance inductor; and a control unit that controls on / off of the switching device. The determination unit determines whether there is an abnormality in some of the plurality of parallel-connected resonance capacitors based on whether or not to do so.
スイッチングデバイスは、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフする。スイッチングデバイスは、例えば、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などのデバイスである。共振インダクタは、スイッチングデバイスに直列に接続されている。複数の並列接続された共振キャパシタは、共振インダクタとともに共振回路を構成する。制御部は、スイッチングデバイスのオン/オフを制御する。 The switching device turns on / off current flowing from the input side to the output side. The switching device is, for example, a device such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor). The resonant inductor is connected in series with the switching device. A plurality of resonant capacitors connected in parallel constitute a resonant circuit together with a resonant inductor. The control unit controls on / off of the switching device.
判定部は、所定条件を充足するか否かに基づいて複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する。一部の共振キャパシタの異常とは、例えば、一部の共振キャパシタのオープン故障とすることができる。例えば、複数の並列接続された共振キャパシタのうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合、並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスは小さくなる。このため、共振電流の共振周期が変化する(短くなる)。そこで、共振電流の変化を捉えるような所定条件を設けることにより、共振キャパシタの異常を判定することができる The determination unit determines whether or not there is an abnormality in some of the resonance capacitors connected in parallel based on whether or not a predetermined condition is satisfied. The abnormality of some resonance capacitors can be, for example, an open failure of some resonance capacitors. For example, when one resonance capacitor among a plurality of resonance capacitors connected in parallel has an open failure, the combined capacitance of the resonance capacitors connected in parallel becomes small. For this reason, the resonance period of the resonance current changes (shortens). Therefore, it is possible to determine abnormality of the resonance capacitor by providing a predetermined condition that captures the change of the resonance current.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、前記スイッチングデバイスの温度を取得するデバイス温度取得部と、所定箇所の基準温度を取得する基準温度取得部と、出力電流を取得する電流取得部と、前記スイッチングデバイスの温度、前記基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する記憶部と、前記基準温度取得部で取得した基準温度、前記電流取得部で取得した出力電流及び前記特定情報に基づいて前記スイッチングデバイスの温度を特定する温度特定部とを備え、前記判定部は、前記デバイス温度取得部で取得した温度と前記温度特定部で特定した温度との温度差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する。 A DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a device temperature acquisition unit that acquires the temperature of the switching device, a reference temperature acquisition unit that acquires a reference temperature at a predetermined location, and a current acquisition that acquires an output current. A storage unit that stores specific information that preliminarily specifies the relationship between the temperature of the switching device, the reference temperature, and the output current, the reference temperature acquired by the reference temperature acquisition unit, and the output current acquired by the current acquisition unit And a temperature specifying unit that specifies the temperature of the switching device based on the specifying information, and the determination unit determines a temperature difference between the temperature acquired by the device temperature acquiring unit and the temperature specified by the temperature specifying unit. Based on this, it is determined whether or not the resonance capacitor is abnormal.
デバイス温度取得部は、スイッチングデバイスの温度を取得する。スイッチングデバイスの温度は、スイッチングデバイス又はその近傍に温度センサを設けることにより取得することができる。基準温度取得部は、所定箇所の基準温度を取得する。所定箇所は、スイッチングデバイスの雰囲気温度が得られる箇所であればよく、例えば、DC/DC変換装置内の基板などとすることができる。基準温度は、所定箇所に温度センサを設けることにより取得することができる。 The device temperature acquisition unit acquires the temperature of the switching device. The temperature of the switching device can be obtained by providing a temperature sensor at or near the switching device. The reference temperature acquisition unit acquires a reference temperature at a predetermined location. The predetermined location may be a location where the atmospheric temperature of the switching device can be obtained, and can be, for example, a substrate in a DC / DC converter. The reference temperature can be acquired by providing a temperature sensor at a predetermined location.
電流取得部は、DC/DC変換装置の出力電流を取得する。出力電流の取得は、例えば、シャント抵抗などを用いることができる。記憶部は、スイッチングデバイスの温度、基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する。温度特定部は、記憶部に記憶した特定情報を参照して、基準温度取得部で取得した基準温度及び電流取得部で取得した出力電流に対応するスイッチングデバイスの温度を特定する。 The current acquisition unit acquires the output current of the DC / DC converter. For example, a shunt resistor can be used to acquire the output current. The storage unit stores specific information that specifies in advance the relationship between the temperature of the switching device, the reference temperature, and the output current. The temperature specifying unit specifies the temperature of the switching device corresponding to the reference temperature acquired by the reference temperature acquisition unit and the output current acquired by the current acquisition unit with reference to the specific information stored in the storage unit.
判定部は、デバイス温度取得部で取得した温度と温度特定部で特定した温度との温度差に基づいて共振キャパシタの異常の有無を判定する。制御部は、共振インダクタに流れる共振電流(すなわち、スイッチングデバイスに流れる電流)がゼロ又は負になる状態でスイッチングデバイスをオフにする、いわゆるゼロ電流スイッチング(ZCS)を行う。このため、共振キャパシタが正常である場合には、ゼロ電流スイッチングが行われるので、スイッチングデバイスの損失は小さく温度上昇も所定温度以下となる。しかし、一の共振キャパシタが異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が変化するため、ゼロ電流スイッチングを行うことができず、スイッチングデバイスの損失は大きくなり温度上昇も所定温度を超えることになる。そこで、取得した温度と特定した温度との温度差が所定の温度閾値(例えば、20℃、30℃など)を超える場合には、共振キャパシタが異常であると判定することができる。 The determination unit determines whether the resonance capacitor is abnormal based on a temperature difference between the temperature acquired by the device temperature acquisition unit and the temperature specified by the temperature specifying unit. The control unit performs so-called zero current switching (ZCS) in which the switching device is turned off in a state where the resonance current flowing through the resonance inductor (that is, the current flowing through the switching device) becomes zero or negative. For this reason, when the resonant capacitor is normal, zero current switching is performed, so that the loss of the switching device is small and the temperature rise is also below a predetermined temperature. However, if one resonance capacitor is abnormal (open failure), the resonance period of the resonance current changes, so zero current switching cannot be performed, the switching device loss increases, and the temperature rise also exceeds the predetermined temperature. become. Therefore, when the temperature difference between the acquired temperature and the specified temperature exceeds a predetermined temperature threshold (for example, 20 ° C., 30 ° C., etc.), it can be determined that the resonance capacitor is abnormal.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、前記スイッチングデバイスおよび前記共振インダクタに流れる共振電流を取得する共振電流取得部と、前記スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を予め記憶する記憶部とを備え、前記判定部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記共振電流取得部で取得する共振電流がゼロになる時点までの導通時間と前記基準導通時間との時間差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する。 A DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a resonance current acquisition unit that acquires a resonance current flowing through the switching device and the resonance inductor, and a point when the resonance current becomes zero from when the switching device is turned on. A storage unit that stores in advance the reference conduction time until the resonance current acquired by the resonance current acquisition unit becomes zero from the time when the switching device is turned on and the reference Whether or not the resonance capacitor is abnormal is determined based on a time difference from the conduction time.
共振電流取得部は、スイッチングデバイスおよび共振インダクタに流れる共振電流を取得する。共振電流の取得は、例えば、共振インダクタに直列に接続したシャント抵抗などを用いることができる。記憶部は、スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を予め記憶する。基準導通時間は、共振キャパシタが正常である場合に、取得した共振電流がゼロになる時点を特定することにより求めることができる。 The resonance current acquisition unit acquires a resonance current flowing through the switching device and the resonance inductor. For obtaining the resonance current, for example, a shunt resistor connected in series with the resonance inductor can be used. The storage unit stores in advance a reference conduction time from when the switching device is turned on to when the resonance current becomes zero. The reference conduction time can be obtained by specifying a point in time when the acquired resonance current becomes zero when the resonance capacitor is normal.
判定部は、スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流取得部で取得する共振電流がゼロになる時点までの導通時間と基準導通時間との時間差に基づいて共振キャパシタの異常の有無を判定する。共振キャパシタが正常である場合の基準導通時間をT0とする。一の共振キャパシタが異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、導通時間は基準導通時間T0よりも短くなる。そこで、取得する共振電流に基づく導通時間と基準導通時間T0との時間差が所定の時間閾値を超える場合には、共振キャパシタが異常であると判定することができる。 The determination unit determines whether there is an abnormality in the resonance capacitor based on a time difference between the conduction time from the time when the switching device is turned on to the time when the resonance current acquired by the resonance current acquisition unit becomes zero and the reference conduction time. The reference conduction time when the resonant capacitor is normal is T0. When one resonance capacitor is abnormal (open failure), the resonance period of the resonance current is shortened, so that the conduction time is shorter than the reference conduction time T0. Therefore, when the time difference between the conduction time based on the acquired resonance current and the reference conduction time T0 exceeds a predetermined time threshold, it can be determined that the resonance capacitor is abnormal.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、前記スイッチングデバイスおよび前記共振インダクタに流れる共振電流を取得する共振電流取得部と、前記スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を予め記憶する記憶部とを備え、前記判定部は、前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記所定時間経過時点で前記共振電流取得部が取得する共振電流と前記基準電流値との電流差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する。 A DC / DC converter according to an embodiment of the present invention includes a resonance current acquisition unit that acquires a resonance current flowing through the switching device and the resonance inductor, and a resonance at a time when a predetermined time has elapsed since the switching device was turned on. A storage unit that stores a reference current value of current in advance, and the determination unit includes a resonance current acquired by the resonance current acquisition unit when the predetermined time elapses from the time when the switching device is turned on, and the reference current value. The presence or absence of abnormality of the resonant capacitor is determined based on the current difference.
共振電流取得部は、スイッチングデバイスおよび共振インダクタに流れる共振電流を取得する。共振電流の取得は、例えば、共振インダクタに直列に接続したシャント抵抗などを用いることができる。記憶部は、スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を予め記憶する。一の共振キャパシタが異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が変化するので、共振電流の瞬時値も変化する。所定時間経過時点は、例えば、正常時の共振電流の瞬時値と異常時の共振電流の瞬時値との電流差が大きくなる時点とすることができる。共振電流の基準電流値は、共振キャパシタが正常である場合の電流値である。 The resonance current acquisition unit acquires a resonance current flowing through the switching device and the resonance inductor. For obtaining the resonance current, for example, a shunt resistor connected in series with the resonance inductor can be used. The storage unit stores in advance a reference current value of the resonance current when a predetermined time has elapsed since the switching device was turned on. When one resonance capacitor is abnormal (open failure), the resonance period of the resonance current changes, so the instantaneous value of the resonance current also changes. The predetermined time elapse time can be, for example, a time when the current difference between the instantaneous value of the normal resonance current and the instantaneous value of the abnormal resonance current becomes large. The reference current value of the resonance current is a current value when the resonance capacitor is normal.
判定部は、スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点で共振電流取得部が取得する共振電流と基準電流値との電流差に基づいて共振キャパシタの異常の有無を判定する。一の共振キャパシタが異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、共振電流の瞬時値も変化する。そこで、スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点で取得する共振電流と基準電流値との電流差が所定の電流閾値より大きい場合には、共振キャパシタが異常であると判定することができる。 The determination unit determines whether there is an abnormality in the resonance capacitor based on a current difference between the resonance current acquired by the resonance current acquisition unit and a reference current value when a predetermined time has elapsed since the switching device was turned on. When one resonance capacitor is abnormal (open failure), the resonance period of the resonance current is shortened, so the instantaneous value of the resonance current also changes. Therefore, when the current difference between the resonance current acquired at the time when the predetermined time has elapsed from when the switching device is turned on and the reference current value is larger than the predetermined current threshold, it can be determined that the resonance capacitor is abnormal.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、前記共振電流の誤差をIeとし、前記所定時間経過時点をTzとし、前記共振インダクタのインダクタンスをLとし、共振電流の交流成分の振幅をIrとし、出力電流をIとした場合、前記複数の並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスCと、一の共振キャパシタのキャパシタンスCdとは、Ie<I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}という式を充足する。 In the DC / DC converter according to the embodiment of the present invention, the error of the resonance current is Ie, the predetermined time lapse time is Tz, the inductance of the resonance inductor is L, and the amplitude of the AC component of the resonance current is When the output current is I, the combined capacitance C of the plurality of resonance capacitors connected in parallel and the capacitance Cd of one resonance capacitor are Ie <I + Ir · sin {Tz / √ [L · (C -Cd)]} is satisfied.
共振電流の誤差をIeとし、所定時間経過時点をTzとし、共振インダクタのインダクタンスをLとし、共振電流の交流成分の振幅をIrとし、出力電流をIとした場合、複数の並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスCと、一の共振キャパシタのキャパシタンスCdとは、Ie<I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}という式を充足する。 When a resonance current error is Ie, a predetermined time point is Tz, an inductance of the resonance inductor is L, an amplitude of an alternating current component of the resonance current is Ir, and an output current is I, a plurality of resonances connected in parallel The combined capacitance C of the capacitor and the capacitance Cd of one resonance capacitor satisfy the equation Ie <I + Ir · sin {Tz / √ [L · (C−Cd)]}.
共振キャパシタが正常である場合に、スイッチングデバイスがオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間をT0とし、スイッチングデバイスがオンした時点から共振電流がゼロから負となり再度ゼロになる時点までの時間(共振電流の共振周期に等しい)をTnとすると、時間T0から時間Tnの間では、共振電流の瞬時値は0又は負となる。一方、一の共振キャパシタがオープン故障すると、共振キャパシタの合成キャパシタンスが小さくなり、共振電流の共振周期が短くなるので、スイッチングデバイスがオンした時点から時間Tnが経過した時点での共振電流の瞬時値は正となるケースが存在する。そこで、所定時間経過時点Tzを、共振キャパシタが正常である場合の所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値が≦0となり、共振キャパシタが異常である場合の所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値が>0となるように設定することができる。 When the resonant capacitor is normal, the time from when the switching device is turned on to when the resonant current becomes zero is T0, and from when the switching device is turned on to when the resonant current becomes negative from zero and becomes zero again. If the time (equal to the resonance period of the resonance current) is Tn, the instantaneous value of the resonance current is 0 or negative between time T0 and time Tn. On the other hand, if one resonant capacitor is open-failed, the combined capacitance of the resonant capacitor is reduced and the resonant period of the resonant current is shortened. Therefore, the instantaneous value of the resonant current when the time Tn elapses from when the switching device is turned on. There are cases where are positive. Therefore, when the predetermined time elapses Tz, the instantaneous value of the resonance current at the predetermined time elapse Tz when the resonance capacitor is normal becomes ≦ 0, and the resonance at the predetermined time elapse Tz when the resonance capacitor is abnormal The instantaneous value of current can be set to be> 0.
共振電流の誤差Ieは、シャント抵抗などの電流センサによる検出誤差である。(C−Cd)は、複数の共振キャパシタのうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振キャパシタの合成キャパシタンスである。すなわち、I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}は、一の共振キャパシタがオープン故障した場合に所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、0<I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが異常であると判定することができる。従って、Ie<I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}という式を充足すれば、共振電流の誤差Ieが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが異常であると判定することができる。 The resonance current error Ie is a detection error by a current sensor such as a shunt resistor. (C-Cd) is a combined capacitance of the resonance capacitors when one of the plurality of resonance capacitors has an open failure. That is, I + Ir · sin {Tz / √ [L · (C−Cd)]} represents an instantaneous value of the resonance current at a predetermined time Tz when one resonance capacitor has an open failure. In an ideal case where there is no error in the resonance current, if the equation 0 <I + Ir · sin {Tz / √ [L · (C−Cd)]} is satisfied, the resonance capacitor is determined based on the instantaneous value of the resonance current. It can be determined that there is an abnormality. Therefore, if the equation of Ie <I + Ir · sin {Tz / √ [L · (C−Cd)]} is satisfied, the resonance capacitor can be determined based on the instantaneous value of the resonance current even when the resonance current error Ie exists. It can be determined that there is an abnormality.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、前記合成キャパシタンスCは、−Ie≧I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}という式を充足する。 In the DC / DC converter according to the embodiment of the present invention, the combined capacitance C satisfies the equation −Ie ≧ I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)}.
さらに、合成キャパシタンスCは、−Ie≧I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}という式を充足する。I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}は、共振キャパシタが正常である場合に所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、0≧I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが正常であると判定することができる。従って、−Ie≧I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}という式を充足すれば、共振電流の誤差Ieが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタが正常であると判定することができる。 Further, the combined capacitance C satisfies the equation −Ie ≧ I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)}. I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)} represents an instantaneous value of the resonance current at a predetermined time point Tz when the resonance capacitor is normal. In an ideal case where there is no error in the resonance current, if the equation 0 ≧ I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)} is satisfied, the resonance capacitor is normal based on the instantaneous value of the resonance current. Can be determined. Therefore, if the equation −Ie ≧ I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)} is satisfied, the resonance capacitor is normal based on the instantaneous value of the resonance current even when the resonance current error Ie exists. Can be determined.
本発明の実施の形態に係るDC/DC変換装置は、前記制御部は、前記判定部で前記共振キャパシタの異常があると判定した場合、前記スイッチングデバイスのオン/オフを停止する。 In the DC / DC converter according to the embodiment of the present invention, the control unit stops turning on / off the switching device when the determination unit determines that the resonance capacitor is abnormal.
制御部は、判定部で共振キャパシタの異常があると判定した場合、スイッチングデバイスのオン/オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタの一部に異常があればDC/DC変換装置のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。 When the determination unit determines that the resonance capacitor is abnormal, the control unit stops turning on / off the switching device. As a result, if there is an abnormality in some of the plurality of resonance capacitors, the switching operation of the DC / DC converter is stopped, so that the abnormality can be detected promptly and overcurrent to other normal resonance capacitors is also possible. Can be prevented.
[本願発明の実施形態の詳細]
(第1実施形態)
以下、本発明を実施の形態を示す図面に基づいて説明する。図1は第1実施形態のDC/DC変換装置100の構成の一例を示す説明図である。第1実施形態のDC/DC変換装置100は、入力端子G1及びG2、出力端子G3及びG4を備え、入力端子G1及びG2に印加される入力電圧を降圧変換して出力端子G3及びG4から出力する。入力端子G2は出力端子G4に接続されている。
[Details of the embodiment of the present invention]
(First embodiment)
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments. FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the DC /
入力端子G1には、入力側から出力側に流れる電流をオン/オフするスイッチングデバイス10のドレインを接続してある。スイッチングデバイス10のソースには、共振インダクタ11の一端を接続してある。すなわち、スイッチングデバイス10と共振インダクタ11とは、直列に接続されている。以下では、スイッチングデバイス10をMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)として説明する。スイッチングデバイス10は、ソース・ドレイン間に逆並列に接続されたダイオードを含む。
The input terminal G1 is connected to the drain of the
共振インダクタ11の他端と入力端子G2との間には、共振インダクタ11とともに共振回路を構成する共振キャパシタ12を接続してある。共振キャパシタ12は、複数の共振キャパシタ121、122、123(図1の例では3個であるが、並列数は3に限定されない)を並列に接続してある。また、共振インダクタ11及び共振キャパシタ12の接続点と出力端子G3との間には、インダクタ14を接続してある。出力端子G3及びG4の間にはキャパシタ15を接続してある。また、共振インダクタ11及び共振キャパシタ12の接続点には、ダイオード13のカソードを接続してあり、ダイオード13のアノードは、出力端子G4に接続してある。
Between the other end of the
共振インダクタ11及び共振キャパシタ12は、スイッチングデバイス10のゼロ電流スイッチング(ZCS:Zero Current Switching)を実現するために設けられている。
The
出力端子G3には、出力電流を検出する電流検出部21を接続してある。電流検出部21は、例えば、シャント抵抗で構成することができる。電流検出部21は、検出した電流を制御ユニット30へ出力する。
A
スイッチングデバイス10又はその近傍には温度センサ22を設けている。温度センサ22は、スイッチングデバイス10の温度を検出し、検出した温度を制御ユニット30へ出力する。また、DC/DC変換装置100の所定箇所には温度センサ23を設けている。所定箇所は、スイッチングデバイス10の雰囲気温度が得られる箇所であればよく、例えば、DC/DC変換装置100内の基板(不図示)などとすることができる。温度センサ23は、基準温度を検出し、検出した基準温度を制御ユニット30へ出力する。
A
制御ユニット30は、電流取得部31、基準温度取得部32、デバイス温度取得部33、温度特定部34、記憶部35、判定部36、及び制御部37などを備える。
The
制御部37は、スイッチングデバイス10のオン/オフを制御する。すなわち、スイッチングデバイス10がオンすると、入力端子G1及びG2間の入力電圧によりスイッチングデバイス10に電流が流れ、インダクタ11、14を介して出力端子G3から出力電流が出力される。インダクタ14には、電流が流れている間にエネルギーが蓄積される。そして、スイッチングデバイス10がオフとなると、インダクタ14に蓄えられたエネルギーにより、ダイオード13を介して、インダクタ14、出力端子G3、出力端子G4と電流が流れる。スイッチングデバイス10のオン/オフを繰り返すことにより、出力端子G3及びG4間から入力電圧を降圧した出力電圧が出力される。
The
また、制御部37は、ゼロ電流スイッチングを実現すべくスイッチングデバイス10をオフするタイミングを制御する。以下、ゼロ電流スイッチングについて説明する。
Further, the
図2は共振インダクタ11に流れる共振電流の波形の一例を示す説明図である。横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。共振インダクタ11に流れる共振電流をiとすると、共振電流iは、式(1)で表すことができる。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of a waveform of a resonance current flowing through the
ここで、Iは出力端子G3を流れる出力電流を示し、Irは共振電流iの交流成分の振幅であり、wは共振インダクタ11及び共振キャパシタ12からなる共振回路の共振角周波数である。共振角周波数wは式(2)で表すことができる。ここで、Lは共振インダクタ11のインダクタンスであり、Cは共振キャパシタ12のキャパシタンス(合成キャパシタンス)である。なお、共振キャパシタ121、122、123それぞれのキャパシタンスをCdとすると、C=3×Cdとなる。
Here, I represents an output current flowing through the output terminal G3, Ir is the amplitude of the alternating current component of the resonance current i, and w is the resonance angular frequency of the resonance circuit including the
図2において、T0は、共振電流i≧0の時間であり、T1はi=0からi=Iになるまでの時間であり、Tnは共振電流iの周期である。図2から分かるように、式(3)の関係が成立する。式(3)から、T1は式(4)で表すことができる。 In FIG. 2, T0 is the time when the resonance current i ≧ 0, T1 is the time from i = 0 to i = I, and Tn is the period of the resonance current i. As can be seen from FIG. 2, the relationship of equation (3) is established. From Formula (3), T1 can be represented by Formula (4).
また、共振電流iの交流成分の振幅Irは、式(5)で表すことができる。ここで、Znは、特性インピーダンスであり、式(6)で表すことができる。また、Vは入力端子G1およびG2に印加される入力電圧である。式(5)を式(4)に代入すると、式(4)は式(7)で表すことができる。 Further, the amplitude Ir of the alternating current component of the resonance current i can be expressed by Expression (5). Here, Zn is a characteristic impedance and can be expressed by Equation (6). V is an input voltage applied to the input terminals G1 and G2. When Expression (5) is substituted into Expression (4), Expression (4) can be expressed by Expression (7).
また、図2から式(8)が成立する。ここで、I=0のときは、T1=0となるので、T0=Tn/2となる。また、I=Irのときは、T0=Tnとなる。式(8)から、I=0の場合、T1=0であり、I=Irの場合、T1=Tn/4となる。すなわち、Iが0からIrに変化すると、T1は0からTn/4に変化する。このT1の変化をIの一次関数で近似すると、式(7)により、式(9)が得られる。 Further, the equation (8) is established from FIG. Here, when I = 0, T1 = 0 and T0 = Tn / 2. When I = Ir, T0 = Tn. From equation (8), when I = 0, T1 = 0, and when I = Ir, T1 = Tn / 4. That is, when I changes from 0 to Ir, T1 changes from 0 to Tn / 4. When this change in T1 is approximated by a linear function of I, equation (9) is obtained from equation (7).
式(9)を式(8)に代入すると式(10)が得られる。共振電流iの周期Tnは、式(11)で表すことができる。式(11)を式(10)に代入すると、通電時間T0は、式(12)で算出することができる。 Substituting equation (9) into equation (8) yields equation (10). The period Tn of the resonance current i can be expressed by Expression (11). By substituting equation (11) into equation (10), the energization time T0 can be calculated by equation (12).
図2に示すように、時間T0から時間Tnまでの間の時間において、共振電流i≦0となり、スイッチングデバイス10のドレインからソースには電流が流れないので、ゼロ電流スイッチングを行うことができる(ZCS成立範囲)。
As shown in FIG. 2, since the resonance current i ≦ 0 and the current does not flow from the drain to the source of the
判定部36は、所定条件を充足するか否かに基づいて複数の並列接続された共振キャパシタ121、122、123の一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する。一部の共振キャパシタの異常とは、例えば、一部の共振キャパシタのオープン故障とすることができる。例えば、複数の並列接続された共振キャパシタ121、122、123のうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合、並列接続された共振キャパシタの合成キャパシタンスは小さくなる。
The
例えば、共振キャパシタ121がオープン故障すると、共振キャパシタ12の合成キャパシタンスは、Cから(C−Cd)となる。このため、共振電流の共振周期が変化する(短くなる)。そこで、共振電流の変化を捉えるような所定条件を設けることにより、共振キャパシタ12の異常を判定することができる。
For example, when the
次に、所定条件が充足するか否かの判定方法について詳細に説明する。所定条件が充足するか否かは、例えば、(1)スイッチングデバイス10の温度に基づく場合、(2)共振電流がゼロになる時点(共振電流が正となっている導通時間)に基づく場合、(3)共振電流の瞬時値に基づく場合などがある。まず、スイッチングデバイス10の温度に基づく場合について説明する。
Next, a method for determining whether or not a predetermined condition is satisfied will be described in detail. Whether or not the predetermined condition is satisfied is, for example, (1) based on the temperature of the
デバイス温度取得部33は、温度センサ22からスイッチングデバイス10の温度を取得する。スイッチングデバイス10の温度は、スイッチングデバイス10又はその近傍の温度である。
The device
基準温度取得部32は、温度センサ23から所定箇所の基準温度を取得する。所定箇所は、スイッチングデバイス10の雰囲気温度が得られる箇所であればよく、例えば、DC/DC変換装置100内の基板などとすることができる。
The reference
電流取得部31は、電流検出部21からDC/DC変換装置100の出力電流を取得する。
The
記憶部35は、スイッチングデバイス10の温度、基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する。
The
図3は第1実施形態のDC/DC変換装置100の記憶部35に記憶した特定情報の一例を示す説明図である。図3に示すように、特定情報は、共振キャパシタ12が正常である場合において、出力電流、基準温度及びスイッチングデバイス10の温度(デバイス温度とも称する)の対応関係を示す。例えば、出力電流がI1であり、基準温度がtr1であるときは、デバイス温度はtd11であることを示す。他の出力電流、基準温度及びスイッチングデバイス10の温度についても同様である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the specific information stored in the
温度特定部34は、記憶部35に記憶した特定情報を参照して、基準温度取得部32で取得した基準温度及び電流取得部31で取得した出力電流に対応するスイッチングデバイス10の温度を特定する。例えば、電流取得部31で取得した出力電流がI1であり、基準温度取得部32で取得した基準温度がtr1であるときは、温度特定部34は、デバイス温度がtd11であると特定する。
The
判定部36は、デバイス温度取得部33で取得した温度と温度特定部34で特定した温度との温度差に基づいて共振キャパシタ12の異常の有無を判定する。
The
図4は共振キャパシタ12の正常/異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。図4の上段の図は共振電流の波形を示し、実線は共振キャパシタ12が正常時の共振電流であり、破線は共振キャパシタ12が異常時の共振電流である。また、下段の図はスイッチングデバイス10のオン/オフ状態を示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of a change in the resonance current based on normality / abnormality of the
制御部37は、共振インダクタ11(すなわち、スイッチングデバイス10)に流れる共振電流がゼロ又は負になる状態でスイッチングデバイス10をオフにする、いわゆるゼロ電流スイッチング(ZCS)を行う。図4の例では、スイッチングデバイス10は、時点t1でオンし、ZCS成立範囲内の時点t2でオフする。時点t2では、共振電流は負となっている。共振キャパシタ12が正常である場合には、ゼロ電流スイッチングが行われるので、スイッチングデバイス10の損失は小さく温度上昇も所定温度以下となる。
The
しかし、一の共振キャパシタが異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が変化する(短くなる)。図4に示すように、共振電流の共振周期が変化するので、時点t2では、共振電流がゼロより大きくなり、ゼロ電流スイッチングを行うことができない。このため、スイッチングデバイス10の損失は大きくなり温度上昇も所定温度を超えることになる。
However, when one resonance capacitor is abnormal (open failure), the resonance period of the resonance current changes (shortens). As shown in FIG. 4, since the resonance period of the resonance current changes, the resonance current becomes larger than zero at time t2, and zero current switching cannot be performed. For this reason, the loss of the
従って、取得した温度と特定した温度との温度差が所定の温度閾値(例えば、20℃、30℃など)を超える場合には、共振キャパシタ12が異常であると判定することができる。
Therefore, when the temperature difference between the acquired temperature and the specified temperature exceeds a predetermined temperature threshold (for example, 20 ° C., 30 ° C., etc.), it can be determined that the
制御部37は、判定部36で共振キャパシタ12の異常があると判定した場合、スイッチングデバイス10のオン/オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタ121、122、123の一部に異常があればDC/DC変換装置100のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
When the
次に、第1実施形態のDC/DC変換装置100の動作について説明する。図5は第1実施形態のDC/DC変換装置100による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。以下では、便宜上、処理の主体を制御ユニット30として説明する。制御ユニット30は、DC/DC変換装置100を動作させて、出力電流を取得し(S11)、基準温度を取得する(S12)。
Next, the operation of the DC /
制御ユニット30は、取得した出力電流及び基準温度に基づいてスイッチングデバイス10の温度を特定する(S13)。制御ユニット30は、スイッチングデバイス10の温度を取得し(S14)、取得した温度と特定した温度との温度差が所定の温度閾値より大きいか否かを判定する(S15)。
The
温度差が所定の温度閾値より大きい場合(S15でYES)、制御ユニット30は、共振キャパシタのオープン故障と判定し(S16)、後述のステップS17の処理を行う。温度差が所定の温度閾値より大きくない場合(S15でNO)、制御ユニット30は、ステップS16の処理を行うことなく、処理を終了するか否かを判定する(S17)。制御ユニット30は、処理を終了しないと判定した場合(S17でNO)、ステップS11以降の処理を続け、処理を終了すると判定した場合(S17でYES)、処理を終了する。
If the temperature difference is larger than the predetermined temperature threshold (YES in S15), the
(第2実施形態)
第2実施形態では、共振電流がゼロになる時点(共振電流が正となっている導通時間)に基づいて、前述の所定条件が充足するか否かを判定する方法について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, a method for determining whether or not the above-described predetermined condition is satisfied based on the time when the resonance current becomes zero (the conduction time during which the resonance current is positive) will be described.
図6は第2実施形態のDC/DC変換装置120の構成の一例を示す説明図である。第1実施形態の場合との相違点は、温度センサ22、23、基準温度取得部32、デバイス温度取得部33、温度特定部34及び記憶部35に代えて、電圧検出部24、共振電流検出部25、電圧取得部38、共振電流取得部39、導通時間管理部40及び記憶部41を備える点である。なお、第1実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the DC /
共振インダクタ11と直列に共振電流を検出する共振電流検出部25を接続してある。共振電流検出部25は、例えば、シャント抵抗で構成することができる。共振電流検出部25は、検出した共振電流を制御ユニット30へ出力する。
A resonance
入力端子G1及びG2間には、入力電圧を検出する電圧検出部24を接続してある。電圧検出部24は、例えば、入力端子G1及びG2間に接続された複数の抵抗からなる直列回路とすることができる。電圧検出部24は、検出した電圧を制御ユニット30へ出力する。
A
共振電流取得部39は、共振電流検出部25から共振インダクタ11に流れる共振電流を取得する。また、電圧取得部38は、電圧検出部24から入力電圧を取得する。
The resonance
導通時間管理部40は、共振電流取得部39で取得した共振電流がゼロになる時点に基づいて、スイッチングデバイス10をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を特定する。基準導通時間は、共振キャパシタ12が正常である場合における、スイッチングデバイス10をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間であり、例えば、図2に例示した時間T0である。
The conduction
導通時間管理部40は、共振電流取得部39で取得した共振電流がゼロになる時点又は当該時点の近傍において取得した出力電流及び入力電圧と関連付けて基準導通時間を記憶部41に記憶する。
The conduction
記憶部41は、共振キャパシタ12が正常である場合の、スイッチングデバイス10をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を記憶する。なお、基準導通時間は、式(12)から分かるように、出力電流及び入力電圧に応じて変化し得るので、記憶部41は、出力電流及び入力電圧と関連付けて基準導通時間を記憶する。
The
判定部36は、共振電流取得部39で取得した共振電流がゼロになる時点に基づいて、スイッチングデバイス10をオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの導通時間を特定する。そして、判定部36は、特定した導通時間と記憶部41に記憶した基準導通時間との時間差に基づいて共振キャパシタ12の異常の有無を判定する。
Based on the time when the resonance current acquired by the resonance
図7は共振キャパシタ12の正常/異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。実線は共振キャパシタ12が正常時の共振電流であり、破線は共振キャパシタ12が異常時の共振電流である。図7に示すように、共振キャパシタ12が正常である場合の基準導通時間をT0とする。共振キャパシタ12が異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、導通時間は基準導通時間T0よりも短くなる。図7の例では、共振キャパシタ12が異常である場合の導通時間をTE0とする。
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of a change in the resonance current based on normality / abnormality of the
例えば、共振キャパシタ12が正常時の合成キャパシタンスをCとし、オープン故障した共振キャパシタのキャパシタンスをCdとすると、共振キャパシタ12が異常である場合の導通時間TE0は、式(13)で表すことができる。
For example, assuming that the combined capacitance when the
上述のように、取得した共振電流に基づく導通時間と基準導通時間T0との時間差ΔTが所定の時間閾値を超える場合には、共振キャパシタ12が異常であると判定することができる。
As described above, when the time difference ΔT between the conduction time based on the acquired resonance current and the reference conduction time T0 exceeds a predetermined time threshold, it can be determined that the
制御部37は、判定部36で共振キャパシタ12の異常があると判定した場合、スイッチングデバイス10のオン/オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタ121、122、123の一部に異常があればDC/DC変換装置100のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
When the
次に、第2実施形態のDC/DC変換装置120の動作について説明する。図8及び図9は第2実施形態のDC/DC変換装置120による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、図8について説明する。図8に示す処理は、共振キャパシタ12が正常である場合に事前に行っておく処理である。すなわち、図8に示す処理は、DC/DC変換装置120の設計段階又は製造段階に行ってもよく、あるいは出荷後の動作時の所定のタイミングで行うようにしてもよい。
Next, the operation of the DC /
制御ユニット30は、DC/DC変換装置120を動作させて、共振電流を取得する(S31)。共振電流は、所定のサンプリング周期で取得することができる。制御ユニット30は、取得した共振電流がゼロであるか否かを判定し(S32)、共振電流がゼロでない場合(S32でNO)、ステップS31の処理を続ける。
The
取得した共振電流がゼロである場合(S32でYES)、制御ユニット30は、出力電流を取得し(S33)、入力電圧を取得し(S34)、スイッチングデバイス10がオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間である導通時間を特定する(S35)。制御ユニット30は、特定した導通時間を、取得した出力電流及び入力電圧と対応付けて、基準導通時間として記憶部41に記憶し(S36)、処理を終了する。
When the acquired resonance current is zero (YES in S32), the
図9に示す処理は、共振キャパシタ12の故障を判定する処理である。制御ユニット30は、共振電流を取得する(S41)。共振電流は、所定のサンプリング周期で取得することができる。制御ユニット30は、取得した共振電流がゼロであるか否かを判定し(S42)、共振電流がゼロでない場合(S42でNO)、ステップS41の処理を続ける。
The process shown in FIG. 9 is a process for determining failure of the
取得した共振電流がゼロである場合(S42でYES)、制御ユニット30は、出力電流を取得し(S43)、入力電圧を取得し(S44)、スイッチングデバイス10がオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間である導通時間を特定する(S45)。制御ユニット30は、特定した導通時間と基準導通時間との時間差が時間閾値より大きいか否かを判定する(S46)。なお、導通時間と基準導通時間とを比較する場合、導通時間を特定した際に取得した出力電流及び入力電圧と同等の出力電流及び入力電圧に対応する基準導通時間を用いればよい。
When the acquired resonance current is zero (YES in S42), the
時間差が時間閾値より大きい場合(S46でYES)、制御ユニット30は、共振キャパシタのオープン故障と判定し(S47)、後述のステップS48の処理を行う。時間差が時間閾値より大きくない場合(S46でNO)、制御ユニット30は、ステップS47の処理を行うことなく、処理を終了するか否かを判定する(S48)。制御ユニット30は、処理を終了しないと判定した場合(S48でNO)、ステップS41以降の処理を続け、処理を終了すると判定した場合(S48でYES)、処理を終了する。
When the time difference is larger than the time threshold value (YES in S46), the
(第3実施形態)
第3実施形態では、共振電流の瞬時値に基づいて、前述の所定条件が充足するか否かを判定する方法について説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, a method for determining whether or not the aforementioned predetermined condition is satisfied based on the instantaneous value of the resonance current will be described.
図10は第3実施形態のDC/DC変換装置140の構成の一例を示す説明図である。第2実施形態の場合との相違点は、導通時間管理部40に代えて基準電流管理部42を備える点である。なお、第2実施形態と同様の構成は同一符号を付して説明を省略する。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the DC /
共振電流取得部39は、共振インダクタ11に流れる共振電流を取得し、取得した共振電流の値を基準電流管理部42へ出力する。また、電流取得部31は、取得した出力電流の値を基準電流管理部42へ出力し、電圧取得部38は、取得した入力電圧の値を基準電流管理部42へ出力する。
The resonance
基準電流管理部42は、共振電流取得部39で取得した共振電流に基づいて、スイッチングデバイス10をオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を特定する。所定時間経過時点は、例えば、正常時の共振電流の瞬時値と異常時の共振電流の瞬時値との電流差が大きくなる時点とすることができる。なお、所定時間経過時点の特定方法の詳細は後述する。共振電流の基準電流値は、共振キャパシタ12が正常である場合の電流値である。
Based on the resonance current acquired by the resonance
共振キャパシタ12が正常である場合の共振電流iは、式(14)で表すことができる。式(14)は、式(1)、式(2)、式(5)及び式(6)から求めることができる。
The resonance current i when the
そして、共振電流の基準電流値irefは、式(15)で表すことができる。ここで、Tzはスイッチングデバイス10をオンした時点からの所定時間である。
The reference current value iref of the resonance current can be expressed by Expression (15). Here, Tz is a predetermined time from when the
基準電流管理部42は、特定した基準電流値を、所定時間経過時点又は当該時点の近傍において取得した出力電流及び入力電圧と関連付けて記憶部41に記憶する。
The reference
記憶部41は、共振電流の基準電流値を記憶する。また、記憶部41は、出力電流及び入力電圧と関連付けて基準電流値を記憶することができる。
The
判定部36は、スイッチングデバイス10をオンした時点から所定時間経過時点で共振電流取得部39が取得する共振電流と記憶部41に記憶した基準電流値との電流差に基づいて共振キャパシタ12の異常の有無を判定する。
The
図11は共振キャパシタ12の正常/異常に基づく共振電流の変化の様子の一例を示す説明図である。実線は共振キャパシタ12が正常時の共振電流であり、破線は共振キャパシタ12が異常時の共振電流である。一の共振キャパシタ121、122、123が異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が変化するので、共振電流の瞬時値も変化する。図11に示すように、スイッチングデバイス10をオンした時点から所定時間(図11の例では、符号Tz1、Tz2で示す)経過時点で、共振電流の瞬時値の差(図11の例では、符号Δiで示す)が大きくなるので、当該所定時間経過時点で共振電流の瞬時値の差を比較することで共振キャパシタ12の異常の有無を判定し易くなる。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a change in resonance current based on normality / abnormality of the
上述のように、一の共振キャパシタ121、122、123が異常(オープン故障)の場合、共振電流の共振周期が短くなるので、共振電流の瞬時値も変化する。そこで、スイッチングデバイス10をオンした時点から所定時間経過時点で取得する共振電流と基準電流値との電流差が所定の電流閾値より大きい場合には、共振キャパシタ12が異常であると判定することができる。
As described above, when one
制御部37は、判定部36で共振キャパシタ12の異常があると判定した場合、スイッチングデバイス10のオン/オフを停止する。これにより、複数の共振キャパシタ121、122、123の一部に異常があればDC/DC変換装置100のスイッチング動作を停止するので、異常を速やかに検出することができるとともに、他の正常な共振キャパシタへの過電流も防止することができる。
When the
次に、スイッチングデバイス10をオンした時点からの所定時間の特定方法について説明する。共振キャパシタ12が正常である場合の共振電流iは、式(16)で表すことができる。式(16)は、式(14)と同様である。
Next, a method for specifying a predetermined time from when the
一の共振キャパシタ(キャパシタンスをCdとする)がオープン故障した場合、共振キャパシタ12の合成キャパシタンスは、(C−Cd)となるので、一の共振キャパシタ(キャパシタンスをCdとする)がオープン故障した場合の共振電流i′は、式(17)で表すことができる。
When one resonant capacitor (capacitance is Cd) has an open failure, the combined capacitance of the
式(16)及び式(17)から、式(18)を求めることができる。極値を求めるため時間tで式(18)を微分すると、式(19)が得られ、式(19)から式(20)を求めることができる。極値は、共振キャパシタ12が正常である場合の共振電流iと、一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振電流i′との差が最大値となる場合を意味する。式(20)を満たすtは、式(21)及び式(22)で導出することができる。すなわち、式(21)で表すTz1、及び式(22)で表すTz2が、スイッチングデバイス10をオンした時点からの所定時間ということになる。所定時間は、共振キャパシタ12が正常である場合の共振電流iと、一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振電流i′との差が最大となるタイミングである。なお、Tz1、Tz2は、図11で示すようなタイミングとなる。
Expression (18) can be obtained from Expression (16) and Expression (17). When the equation (18) is differentiated with respect to time t to obtain the extreme value, the equation (19) is obtained, and the equation (20) can be obtained from the equation (19). The extreme value means a case where the difference between the resonance current i when the
スイッチングデバイス10をオンした時点からの所定時間経過時点は、上述のTz1、Tz2に限定されるものではない。例えば、所定時間経過時点は、ZCS成立範囲内の所要の時点とすることができる。
The time point at which the predetermined time has elapsed since the switching
次に、第3実施形態のDC/DC変換装置140の動作について説明する。図12及び図13は第3実施形態のDC/DC変換装置140による異常判定方法の処理手順の一例を示すフローチャートである。まず、図12について説明する。図12に示す処理は、共振キャパシタ12が正常である場合に事前に行っておく処理である。すなわち、図12に示す処理は、DC/DC変換装置140の設計段階又は製造段階に行ってもよく、あるいは出荷後の動作時の所定のタイミングで行うようにしてもよい。
Next, the operation of the DC /
制御ユニット30は、スイッチングデバイス10をオンした時点からの所定時間経過時点での共振電流を取得し(S51)、出力電流を取得し(S52)、入力電圧を取得する(S53)。制御ユニット30は、取得した共振電流を、取得した出力電流及び入力電圧と対応付けて、基準電流値として記憶部41に記憶し(S54)、処理を終了する。
The
図13に示す処理は、共振キャパシタ12の故障を判定する処理である。制御ユニット30は、スイッチングデバイス10をオンした時点からの所定時間経過時点での共振電流を取得し(S61)、出力電流を取得し(S62)、入力電圧を取得する(S63)。制御ユニット30は、取得した共振電流と基準電流値との電流差が電流閾値より大きいか否かを判定する(S64)。なお、共振電流と基準電流値とを比較する場合、共振電流を取得した際に取得した出力電流及び入力電圧と同等の出力電流及び入力電圧に対応する基準電流値を用いればよい。
The process shown in FIG. 13 is a process for determining failure of the
電流差が電流閾値より大きい場合(S64でYES)、制御ユニット30は、共振キャパシタのオープン故障と判定し(S65)、後述のステップS66の処理を行う。電流差が電流閾値より大きくない場合(S64でNO)、制御ユニット30は、ステップS65の処理を行うことなく、処理を終了するか否かを判定する(S66)。制御ユニット30は、処理を終了しないと判定した場合(S66でNO)、ステップS61以降の処理を続け、処理を終了すると判定した場合(S66でYES)、処理を終了する。
When the current difference is larger than the current threshold (YES in S64), the
次に、共振電流を取得する際の誤差について説明する。誤差は、例えば、共振電流検出部25での検出誤差であり、共振電流検出部25として、シャント抵抗を用いる場合には、シャント抵抗の抵抗値のばらつきなどによる検出誤差である。
Next, an error in obtaining the resonance current will be described. The error is, for example, a detection error in the resonance
共振キャパシタ12が正常である場合に、スイッチングデバイス10がオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの時間をT0とし、スイッチングデバイス10がオンした時点から共振電流がゼロから負となり再度ゼロになる時点までの時間(共振電流の共振周期に等しい)をTnとすると、時間T0から時間Tnの間では、共振電流の瞬時値は0又は負となる。
When the
一方、一の共振キャパシタ121、122、123がオープン故障すると、共振キャパシタ12の合成キャパシタンスが小さくなり、共振電流の共振周期が短くなるので、スイッチングデバイス10がオンした時点から時間Tnが経過した時点での共振電流の瞬時値は正となるケースが存在する。そこで、所定時間経過時点Tzを、共振キャパシタ12が正常である場合の所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値が≦0となり、共振キャパシタ12が異常である場合の所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値が>0となるように設定することができる。
On the other hand, when one of the
図14は共振キャパシタ12が正常である場合の共振電流の波形の一例を示す説明図である。共振電流の誤差をIeとし、所定時間経過時点をTzとし、共振インダクタ11のインダクタンスをLとし、共振電流の交流成分の振幅をIrとし、出力電流をIとした場合、複数の並列接続された共振キャパシタ12の合成キャパシタンスCは、式(23)を充足する。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of the waveform of the resonance current when the
式(23)において、I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}は、共振キャパシタ12が正常である場合に所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、0≧I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ12が正常であると判定することができる。従って、式(23)を充足すれば、図14に示すように、共振電流の誤差Ieが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ12が正常であると判定することができる。
In Expression (23), I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)} represents an instantaneous value of the resonance current at a predetermined time Tz when the
図15は共振キャパシタ12が異常である場合の共振電流の波形の一例を示す説明図である。複数の並列接続された共振キャパシタ12の合成キャパシタンスCと、一の共振キャパシタ121、122、123のキャパシタンスCdとは、式(24)を充足する。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing an example of the waveform of the resonance current when the
(C−Cd)は、複数の共振キャパシタ121、122、123のうち一の共振キャパシタがオープン故障した場合の共振キャパシタ12の合成キャパシタンスである。すなわち、式(24)において、I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}は、一の共振キャパシタがオープン故障した場合に所定時間経過時点Tzでの共振電流の瞬時値を表す。共振電流の誤差がない理想的な場合には、0<I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}という式を充足すれば、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ12が異常であると判定することができる。従って、式(24)を充足すれば、図15に示すように、共振電流の誤差Ieが存在する場合でも、共振電流の瞬時値に基づいて共振キャパシタ12が異常であると判定することができる。
(C-Cd) is a combined capacitance of the
本実施の形態のDC/DC変換装置の異常判定方法は、制御ユニット30を、例えば、CPU(プロセッサ)、RAM(メモリ)などで構成し、図5、図8、図9、図12及び図13に示すような、各処理の手順を定めたコンピュータプログラムをRAM(メモリ)にロードし、コンピュータプログラムをCPU(プロセッサ)で実行することにより、コンピュータ上でDC/DC変換装置の異常判定方法を実現することができる。
In the abnormality determination method for the DC / DC converter according to the present embodiment, the
以上に開示された実施の形態及び実施例は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態及び実施例ではなく、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及び範囲内での全ての修正や変形を含むものと意図される。 The embodiments and examples disclosed above should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above embodiments and examples but by the scope of claims, and is intended to include all modifications and variations within the meaning and scope equivalent to the scope of claims. .
10 スイッチングデバイス
11 共振インダクタ
12、121、122、123 共振キャパシタ
13 ダイオード
14 インダクタ
15 キャパシタ
21 電流検出部
22、23 温度センサ
24 電圧取得部
25 共振電流検出部
30 制御ユニット
31 電流取得部
32 基準温度取得部
33 デバイス温度取得部
34 温度特定部
35、41 記憶部
36 判定部
37 制御部
38 電圧取得部
39 共振電流取得部
40 導通時間管理部
42 基準電流管理部
DESCRIPTION OF
Claims (9)
該スイッチングデバイスに直列に接続された共振インダクタと、
該共振インダクタとともに共振回路を構成する複数の並列接続された共振キャパシタと、
前記スイッチングデバイスのオン/オフを制御する制御部と、
所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部と
を備えるDC/DC変換装置。 A switching device for turning on / off the current flowing from the input side to the output side;
A resonant inductor connected in series with the switching device;
A plurality of parallel connected resonant capacitors that together with the resonant inductor constitute a resonant circuit;
A controller for controlling on / off of the switching device;
A DC / DC converter comprising: a determination unit that determines whether or not there is an abnormality in some of the plurality of parallel-connected resonance capacitors based on whether or not a predetermined condition is satisfied.
所定箇所の基準温度を取得する基準温度取得部と、
出力電流を取得する電流取得部と、
前記スイッチングデバイスの温度、前記基準温度及び出力電流の関係を予め特定した特定情報を記憶する記憶部と、
前記基準温度取得部で取得した基準温度、前記電流取得部で取得した出力電流及び前記特定情報に基づいて前記スイッチングデバイスの温度を特定する温度特定部と
を備え、
前記判定部は、
前記デバイス温度取得部で取得した温度と前記温度特定部で特定した温度との温度差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する請求項1に記載のDC/DC変換装置。 A device temperature acquisition unit for acquiring the temperature of the switching device;
A reference temperature acquisition unit for acquiring a reference temperature of a predetermined location;
A current acquisition unit for acquiring an output current;
A storage unit that stores specific information that pre-identifies the relationship between the temperature of the switching device, the reference temperature, and the output current;
A temperature specifying unit that specifies the temperature of the switching device based on the reference temperature acquired by the reference temperature acquisition unit, the output current acquired by the current acquisition unit, and the specific information;
The determination unit
2. The DC / DC converter according to claim 1, wherein presence / absence of abnormality of the resonance capacitor is determined based on a temperature difference between a temperature acquired by the device temperature acquisition unit and a temperature specified by the temperature specifying unit.
前記スイッチングデバイスをオンした時点から共振電流がゼロになる時点までの基準導通時間を予め記憶する記憶部と
を備え、
前記判定部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記共振電流取得部で取得する共振電流がゼロになる時点までの導通時間と前記基準導通時間との時間差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する請求項1又は請求項2に記載のDC/DC変換装置。 A resonance current acquisition unit for acquiring a resonance current flowing through the switching device and the resonance inductor;
A storage unit that stores in advance a reference conduction time from when the switching device is turned on to when the resonance current becomes zero, and
The determination unit
The presence or absence of abnormality of the resonance capacitor is determined based on a time difference between a conduction time from a time when the switching device is turned on to a time when a resonance current acquired by the resonance current acquisition unit becomes zero and a reference conduction time. The DC / DC converter according to claim 1 or 2.
前記スイッチングデバイスをオンした時点から所定時間経過時点での共振電流の基準電流値を予め記憶する記憶部と
を備え、
前記判定部は、
前記スイッチングデバイスをオンした時点から前記所定時間経過時点で前記共振電流取得部が取得する共振電流と前記基準電流値との電流差に基づいて前記共振キャパシタの異常の有無を判定する請求項1又は請求項2に記載のDC/DC変換装置。 A resonance current acquisition unit for acquiring a resonance current flowing through the switching device and the resonance inductor;
A storage unit that stores in advance a reference current value of a resonance current at a predetermined time from the time when the switching device is turned on, and
The determination unit
The presence or absence of abnormality of the resonance capacitor is determined based on a current difference between a resonance current acquired by the resonance current acquisition unit and the reference current value after the predetermined time has elapsed since the switching device was turned on. The DC / DC converter according to claim 2.
Ie<I+Ir・sin{Tz/√[L・(C−Cd)]}
という式を充足する請求項4に記載のDC/DC変換装置。 When the error of the resonance current is Ie, the elapsed time is Tz, the inductance of the resonance inductor is L, the amplitude of the AC component of the resonance current is Ir, and the output current is I, the plurality of parallel currents The combined capacitance C of the connected resonance capacitors and the capacitance Cd of one resonance capacitor are:
Ie <I + Ir · sin {Tz / √ [L · (C−Cd)]}
The DC / DC converter according to claim 4 satisfying the expression:
−Ie≧I+Ir・sin{Tz/√(L・C)}
という式を充足する請求項5に記載のDC/DC変換装置。 The combined capacitance C is
−Ie ≧ I + Ir · sin {Tz / √ (L · C)}
The DC / DC converter according to claim 5 satisfying the expression:
前記判定部で前記共振キャパシタの異常があると判定した場合、前記スイッチングデバイスのオン/オフを停止する請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のDC/DC変換装置。 The controller is
The DC / DC converter according to any one of claims 1 to 6, wherein when the determination unit determines that the resonance capacitor is abnormal, the switching device is turned on / off.
コンピュータを、
所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定する判定部として機能させるコンピュータプログラム。 A switching device for turning on / off a current flowing from an input side to an output side in a computer, a resonant inductor connected in series to the switching device, and a plurality of parallel-connected resonant capacitors that constitute a resonant circuit together with the resonant inductor And a computer program for determining an abnormality of a DC / DC converter comprising a control unit that controls on / off of the switching device,
Computer
A computer program that functions as a determination unit that determines whether there is an abnormality in some of the plurality of resonant capacitors connected in parallel based on whether or not a predetermined condition is satisfied.
所定条件を充足するか否かに基づいて前記複数の並列接続された共振キャパシタの一部の共振キャパシタの異常の有無を判定部が判定する異常判定方法。 A switching device for turning on / off a current flowing from the input side to the output side, a resonant inductor connected in series to the switching device, a plurality of parallel-connected resonant capacitors that constitute a resonant circuit together with the resonant inductor, An abnormality determination method for a DC / DC converter comprising a control unit that controls on / off of a switching device,
An abnormality determination method in which a determination unit determines whether there is an abnormality in some of the plurality of parallel-connected resonance capacitors based on whether or not a predetermined condition is satisfied.
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