JP2018023199A - 電圧変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
Vin:入力電圧(直流電源1の電圧)
Vo:出力電圧
Vs1:補助スイッチング素子S1の両端電圧
Vs2:主スイッチング素子S2の両端電圧
Vc1:コンデンサC1の両端電圧
Vc2:コンデンサC2の両端電圧
Vc3:コンデンサC3の両端電圧
Vc4:コンデンサC4の両端電圧
Vm:監視電圧(P点の電圧)
Vp:トランスTrの一次巻線W1の両端電圧
Vs:トランスTrの二次巻線W2の両端電圧
VLin:入力インダクタLinの両端電圧
VLK:漏れインダクタンスLkの両端電圧
iin:入力電流
io:出力電流
iSW1:補助スイッチング素子S1に流れる電流
iSW2:主スイッチング素子S2に流れる電流
iLK:漏れインダクタンスLkに流れる電流
Vc1=[D/(1−D)]・Vin
Vc2=Vin
Vm=Vc1+Vc2=[1/(1−D)]・Vin
Vc3=Vc1・N=[D/(1−D)]・Vin・N
Vc4=Vc2・N=Vin・N
Vo=Vc3+Vc4=[1/(1−D)]・Vin・N
図6は、補助スイッチング素子S1が、動作中にON故障した状態を示している。ここでは、各スイッチング素子S1、S2を簡略化した回路記号で示してある(図7以下も同様)。この場合、(a)、(b)のように、ON故障した補助スイッチング素子S1は導通したままの状態となり、主スイッチング素子S2は、正常にON・OFF動作を行える状態にある。(c)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
<S1がOFF故障した場合>
図7は、補助スイッチング素子S1が、動作中にOFF故障した状態を示している。この場合、(a)、(b)のように、OFF故障した補助スイッチング素子S1は遮断したままの状態となり、主スイッチング素子S2は、正常にON・OFF動作を行える状態にある。(c)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
図8は、主スイッチング素子S2が、動作中にON故障した状態を示している。この場合、(a)、(b)のように、ON故障した主スイッチング素子S2は導通したままの状態となり、補助スイッチング素子S1は、正常にON・OFF動作を行える状態にある。(c)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
図9は、主スイッチング素子S2が、動作中にOFF故障した状態を示している。この場合、(a)、(b)のように、OFF故障した主スイッチング素子S2は遮断したままの状態となり、補助スイッチング素子S1は、正常にON・OFF動作を行える状態にある。(c)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
図10は、補助スイッチング素子S1と主スイッチング素子S2の双方が動作中にON故障した状態を示している。この場合、(a)のように、スイッチング素子S1、S2は共に導通したままの状態となる。(b)はスイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
図11は、補助スイッチング素子S1が動作中にON故障し、主スイッチング素子S2が動作中にOFF故障した状態を示している。この場合、(a)のように、ON故障した補助スイッチング素子S1は導通したままの状態となり、OFF故障した主スイッチング素子S2は遮断したままの状態となる。(b)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
図12は、補助スイッチング素子S1が動作中にOFF故障し、主スイッチング素子S2が動作中にON故障した状態を示している。この場合、(a)のように、OFF故障した補助スイッチング素子S1は遮断したままの状態となり、ON故障した主スイッチング素子S2は導通したままの状態となる。(b)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
図13は、補助スイッチング素子S1と主スイッチング素子S2の双方が、動作中にOFF故障した状態を示している。この場合、(a)のように、スイッチング素子S1、S2は共に遮断したままの状態となる。(b)は、スイッチング素子S1、S2のON・OFF動作と、各電圧Vin、Vc1、Vc2、Vmの変化の様子を示したタイムチャートである。
10 リレー
11 第1変換回路
12、22 第2変換回路
20 電圧検出回路
23 第3変換回路
30 CPU(故障検出部)
40 ゲートドライバ
100、200 電圧変換装置
C1 コンデンサ(第1コンデンサ)
C2 コンデンサ(第2コンデンサ)
Lin 入力インダクタ
P 接続点
S1 補助スイッチング素子
S2 主スイッチング素子
Tr トランス
W1 一次巻線
W2 二次巻線
Claims (10)
- 直流電源の直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換する第1変換回路と、
前記第1変換回路で変換された交流電圧を整流して直流電圧に変換する第2変換回路と、を備え、
前記第1変換回路と前記第2変換回路とは、トランスによって絶縁されており、
前記第1変換回路は、主スイッチング素子と、補助スイッチング素子と、入力インダクタと、前記トランスの一次巻線と、第1コンデンサと、第2コンデンサとを有し、
前記直流電源に対して、前記入力インダクタと前記主スイッチング素子とは直列に接続されており、
前記一次巻線と前記第2コンデンサとの直列回路が、前記主スイッチングに対して並列に接続されており、
前記第1コンデンサと前記補助スイッチング素子との直列回路が、前記一次巻線に対して並列に接続されており、
前記第2変換回路は、前記トランスの二次巻線と、前記二次巻線に発生した交流電圧を整流する整流素子と、を有している電圧変換装置において、
前記補助スイッチング素子と前記第1コンデンサとの接続点の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路で検出された前記接続点の電圧の所定期間における変化を監視し、当該電圧の変化に基づいて、動作中の前記主スイッチング素子および前記補助スイッチング素子の一方または両方に発生した故障を検出する故障検出部と、をさらに備えたことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項1に記載の電圧変換装置において、
前記所定期間は、前記各スイッチング素子の駆動信号の周期を基準とする短周期および長周期であり、
前記故障検出部は、
前記短周期の期間において、前記各スイッチング素子の一方に、当該スイッチング素子が導通したままの状態となるON故障が発生したことを検出し、
前記長周期の期間において、前記各スイッチング素子の一方または両方に、当該スイッチング素子が遮断したままの状態となるOFF故障が発生したことを検出する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記直流電源の直流電圧をVinとしたとき、
前記短周期の期間において、前記接続点の電圧が所定値Vx(0<Vx<Vin)まで低下した場合に、前記補助スイッチング素子がON故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記長周期の期間において、前記接続点の電圧が上昇を継続している場合に、前記補助スイッチング素子がOFF故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記短周期の期間において、前記接続点の電圧がゼロまたはゼロ近傍まで低下した場合に、前記主スイッチング素子がON故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記長周期の期間において、前記接続点の電圧が所定の勾配αで低下を継続している場合に、前記主スイッチング素子がOFF故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記直流電源の直流電圧をVinとしたとき、
前記短周期の期間において、前記接続点の電圧がVinまで低下した場合に、前記補助スイッチング素子がON故障し、かつ前記主スイッチング素子がOFF故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記直流電源の直流電圧をVin、前記主スイッチング素子のデューティをDとしたとき、
前記短周期の期間において、前記接続点の電圧が[D/(1−D)]・Vinまで低下した場合に、前記補助スイッチング素子がOFF故障し、かつ前記主スイッチング素子がON故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項2に記載の電圧変換装置において、
前記故障検出部は、
前記長周期の期間において、前記接続点の電圧が所定の勾配β(β≪α)で低下を継続している場合に、前記主スイッチング素子と前記補助スイッチング素子が共にOFF故障したと判定する、ことを特徴とする電圧変換装置。 - 請求項1ないし請求項9のいずれかに記載の電圧変換装置において、
前記第2変換回路で変換された直流電圧をスイッチングして交流電圧に変換する第3変換回路を設けた、ことを特徴とする電圧変換装置。
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