JP2018191412A - 昇降圧コンバータおよび電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】故障発生時にも負荷の動作時間を延ばせる可能性が高まった昇降圧コンバータおよび電源システムを提供する。【解決手段】昇降圧コンバータ１１は、使用電圧範囲がほぼ等しく管理された鉛バッテリとリチウムイオンバッテリとの間に接続される。昇降圧コンバータ１１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、インダクタＬ１とを含む。制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するゲート信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する。制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ３がオン固定となるように、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ４を制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、昇降圧コンバータおよび電源システムに関し、特にスイッチング素子に故障が発生した時の動作に関する。

特開２０１１−１２６４３１号公報（特許文献１）には、２つの蓄電池を備えた電源装置が開示される。この電源装置は、鉛蓄電池に対して電気的に並列接続されたリチウム蓄電池と、鉛蓄電池とリチウム蓄電池との間に電気的に接続され、通電及び遮断を切り替えるＭＯＳ−ＦＥＴ（開閉手段）と、ＭＯＳ−ＦＥＴに対して並列接続されたＤＣ／ＤＣコンバータと、を備える。この電源装置は、回生発電によりリチウム蓄電池を充電する時には、ＭＯＳ−ＦＥＴを通電作動させ、リチウム蓄電池から放電する時には、リチウム蓄電池から放電される電力をＤＣ／ＤＣコンバータで昇圧させて鉛蓄電池の側へ供給させる。

特開２０１１−１２６４３１号公報

特開２０１１−１２６４３１号公報に開示された構成のように、近年は従来の鉛蓄電池に加えてリチウム蓄電池を並列に接続して使用することが提案されている。２つのバッテリの電圧は概ね等しく管理されるが、充放電が行なえるようにするため、バッテリの間の電力変換には双方向昇降圧コンバータを用いることが望ましい。

双方向昇降圧コンバータが、２つの電池の間に接続され、一方電池に大きな負荷装置および発電機が接続され、他方電池に定電圧負荷が接続されている構成はしばしば見られる。大きな負荷装置の起動時などに一方電池が電圧低下しても、間に双方向昇降圧コンバータがあるので、他方電池は電圧降下が少なくて済むので定電圧負荷は安定して作動する。

しかし、双方向昇降圧コンバータが故障すると、双方向昇降圧コンバータを停止してしまうことが一般的である。双方向昇降圧コンバータが停止すると、他方電池がそのうちにバッテリ上がりを起こしてしまい、定電圧負荷が停止してしまう。双方向昇降圧コンバータが故障しても、必ずしも停止させなくても良い場合があり、その場合には負荷を止めないほうがユーザにとって便利であり、バッテリ上がりも予防できる。

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、故障発生時にも負荷の動作時間を延ばせる可能性が高まった昇降圧コンバータおよび電源システムを提供することである。

本開示は、昇降圧コンバータに関する。昇降圧コンバータは、第１電池と第２電池の間に接続される。昇降圧コンバータは、第１電池の電圧を受ける第１電源ノードと第１中間ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、第１中間ノードと接地ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、第２電池の電圧を受ける第２電源ノードと第２中間ノードとの間に接続された第３スイッチング素子と、第２中間ノードと接地ノードとの間に接続された第４スイッチング素子と、第１中間ノードと第２中間ノードとの間に接続された第１インダクタとを備える。第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に、第２，第４スイッチング素子がオフ固定となり、第３スイッチング素子がオン固定となる。

本開示の昇降圧コンバータおよび電源システムによれば、故障発生時にも負荷の動作時間を延ばせる可能性が高まる。

電源システムの全体構成を示す図である。 図１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の構成を示す回路図である。 通常動作時におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御状態を説明するための図である。 制御回路２０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係るマルチフェーズコンバータ構成のＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成を示す図である。 制御回路２１が実行する制御を説明するためのフローチャートである。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［電源システムの全体構成］
図１は、電源システムの全体構成を示す図である。図１を参照して、電源システム１は、鉛バッテリ２と、モーター３と、発電機４と、一般負荷５と、定電圧負荷６と、リチウムイオンバッテリ７と、マイコン８と、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０とを含む。鉛バッテリ２は、発電機４に接続される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間の双方向の電圧変換を行なう昇降圧コンバータである。鉛バッテリ２の正電極は、電源線ＰＬ１によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の一方の電源ノードＰＮ１に接続される。リチウムイオンバッテリ７の正電極は、電源線ＰＬ２によってＤＣ／ＤＣコンバータ１０の他方の電源ノードＰＮ２に接続される。鉛バッテリ２の負電極およびリチウムイオンバッテリ７の負電極は、接地ノードＧＮＤに接続される。

モーター３と、発電機４とは、電源線ＰＬ１に接続される。定電圧負荷６は、電源線ＰＬ２に接続される。

鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、双方ともたとえば８Ｖ〜１６Ｖ程度の電圧になるようにマイコン８によって管理されている。電圧は８Ｖ〜１６Ｖに限定されないが、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、少なくとも使用電圧範囲に重なる部分がある。なお、２つのバッテリも鉛バッテリやリチウムイオンバッテリに限定されず、他の種類のものであっても良く、使用電圧範囲に重なる部分がある２つのバッテリであればよい。

モーター３は、消費電力の大きい一般負荷の例であり、発電機４は、バッテリを充電する発電機であり、例えば車両などでは、オルタネータなどに該当するが、他の用途では他の発電装置が接続される場合も考えられる。電源線ＰＬ１の電源電圧は、一般負荷の電力消費により電圧降下が発生したり、発電機の発電電力によって電圧上昇が発生したりするため変動幅が大きい。

定電圧負荷６は、一般負荷５よりも電源電圧の変動の許容幅が小さい。したがって、電源線ＰＬ２の電圧変動はＤＣ／ＤＣコンバータ１０によって小さく抑えられている。

［実施の形態１］
図２は、図１のＤＣ／ＤＣコンバータ１０の構成を示す回路図である。図２を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、電源ノードＰＮ１と接地ノードＧＮＤとの間に接続されたキャパシタＣ１と、電源ノードＰＮ２と接地ノードＧＮＤとの間に接続されたキャパシタＣ２と、昇降圧コンバータ１１と、昇降圧コンバータ１１を制御する制御回路２０とを含む。電源ノードＰＮ１は、鉛バッテリ２の電圧を受ける。電源ノードＰＮ２は、リチウムイオンバッテリ７の電圧を受ける。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１０は、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間に接続される。昇降圧コンバータ１１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬ１とを含む。

スイッチング素子Ｑ１は、電源ノードＰＮ１と中間ノードＮ１との間に接続される。スイッチング素子Ｑ２は、中間ノードＮ１と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ３は、電源ノードＰＮ２と中間ノードＮ２との間に接続される。スイッチング素子Ｑ４は、中間ノードＮ２と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。インダクタＬ１は、中間ノードＮ１と中間ノードＮ２との間に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４がＭＯＳＦＥＴなどの場合、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードで構成されてもよい。

制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を制御するゲート信号Ｓ１〜Ｓ４を出力する。制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ３がオン固定となるように、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ４を制御する。

図３は、通常動作時におけるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の制御状態を説明するための図である。図２に示したスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が図３のように動作することによって、双方向及び昇降圧の電力変換を行うことができる。なお、図３において、「ＳＷ」はオンとオフを繰り返すスイッチング動作を示し、「ＳＲ」は電圧の変化に同期して整流を行なう動作を示す。

このような動作を行なうＤＣ／ＤＣコンバータ１０において、制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１及びＱ３のショート故障を検知するように構成される。ショート故障は、スイッチング素子に流れる電流やスイッチング素子の両端の電圧を監視することによって検出することができる。制御回路２０は、スイッチング素子にショート故障が発生した場合、可能な場合には、中間ノードＮ１，Ｎ２を電源ノードＰＮ１，ＰＮ２にそれぞれ接続した状態にして、定電圧負荷６の動作を維持するとともに、リチウムイオンバッテリ７のバッテリ上がりを防ぐ。

図４は、制御回路２０が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図２、図４を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、まずステップＳＴ１において、制御回路２０は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に故障が発生しているか否かを判断する。ステップＳＴ１において故障が発生していない場合は（ＳＴ１でＮＯ）、制御回路２０は、引き続き故障の監視を実行する。

ステップＳＴ１において故障が発生したと判断された場合には（ＳＴ１でＹＥＳ）、制御回路２０は、ステップＳＴ２に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であるか否かを判断する。スイッチング素子のショート故障は、図示しないが、電流センサや電圧センサによって、スイッチング素子の電流や電圧を監視することにより検出することができる。

ステップＳＴ２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ２でＹＥＳ）、制御回路２０は、ステップＳＴ３においてスイッチング素子Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ４がともにＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４を設定する。その後ステップＳＴ４において、制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ３がＯＮ状態になるように信号Ｓ３を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１によって接続された状態となる。したがって、電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるが、リチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。

なおこの場合、制御回路２０がステップＳＴ５においてユーザに警告を報知することが好ましい。

ステップＳＴ２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ２でＮＯ）、制御回路２０は、ステップＳＴ６に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であるか否かを判断する。

ステップＳＴ６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ６でＹＥＳ）、制御回路２０は、ステップＳＴ７においてスイッチング素子Ｑ２およびスイッチング素子Ｑ４がともにＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４を設定する。その後ステップＳＴ８において、制御回路２０は、スイッチング素子Ｑ１がＯＮ状態になるように信号Ｓ３を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。

なおこの場合、制御回路２０がステップＳＴ９においてユーザに警告を報知することが好ましい。

一方、ステップＳＴ６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障でないと判断された場合には（ＳＴ６でＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０を停止するほうが良い。このため、制御回路２０は、ステップＳＴ１０においてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ１〜Ｓ４を設定する。そして、ステップＳＴ１１において、制御回路２０は、ランプやブザー音などによって故障の発生をユーザに報知する。

ステップＳＴ５、ＳＴ９、ＳＴ１１のいずれかの処理の後には、ステップＳＴ１２においてこのフローチャートの処理は終了する。

上記のように、実施の形態１においては、ハイサイドスイッチ素子（Ｑ１およびＱ３の一方）のショート故障を検出した場合、ショート故障していない方のハイサイドスイッチ素子（Ｑ１およびＱ３の他方）もオンさせる。すなわちＱ１，Ｑ３ともにショート状態とする。またこの状態のとき、ローサイドスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４）はオン状態にしてはならず、常にオフにする。

ハイサイドのスイッチング素子のどちらかがショートした場合は、もう一方のハイサイドスイッチング素子をオン（ショート状態）にすると、ほぼ同じ電圧で用いられる２つのバッテリは同一の系統に接続された状態となり、負荷を継続して使用することができる。この場合、鉛バッテリ系統の電圧変動がリチウムイオンバッテリ系統へも伝わってしまい正常状態からの性能は低下するが、その影響は限定的である。たとえば、モーター動作時などにおいては電圧が変動するが、システムの動作を継続することができる。なお、この処置は応急処置であり、早々に修理をすることが望ましい。

実施の形態１によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０に故障が発生した場合でも、多くの場合は定電圧負荷６の使用を継続できるので、ユーザにとって便利である。また、リチウムイオンバッテリ７は電力が消費されても適宜充電されるので、バッテリ上がりを防ぐことができる。すなわち、ハイサイドスイッチング素子の故障に対して、追加の素子を不要とせず比較的安価で簡易な対策を実現できる。

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１で説明した双方向昇降圧コンバータを２つ以上並列接続したマルチフェーズコンバータ構成にする場合を説明する。あるフェーズのハイサイドスイッチング素子がショートしたら、他のフェーズのハイサイドスイッチング素子も含めすべてオンさせ、ローサイドスイッチング素子はオフさせる。

図５は、実施の形態２に係るマルチフェーズコンバータ構成のＤＣ／ＤＣコンバータ３０の構成を示す図である。実施の形態２の電源システムは、図１の構成においてＤＣ／ＤＣコンバータ１０に代えてＤＣ／ＤＣコンバータ３０を備える。図５を参照して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間に接続される昇降圧コンバータ１１と、昇降圧コンバータ１１と並列に、鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７との間に接続される昇降圧コンバータ１２と、制御回路２１とを備える。

昇降圧コンバータ１１は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４と、ダイオードＤ１〜Ｄ４と、インダクタＬ１とを含む。昇降圧コンバータ１１の内部構成は、図２と同様であるので、説明は繰り返さない。

昇降圧コンバータ１２は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８と、ダイオードＤ５〜Ｄ８と、インダクタＬ２とを含む。

スイッチング素子Ｑ５は、電源ノードＰＮ１と中間ノードＮ３との間に接続される。スイッチング素子Ｑ６は、中間ノードＮ３と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。スイッチング素子Ｑ７は、電源ノードＰＮ２と中間ノードＮ４との間に接続される。スイッチング素子Ｑ８は、中間ノードＮ４と接地ノードＧＮＤとの間に接続される。インダクタＬ２は、中間ノードＮ３と中間ノードＮ４との間に接続される。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、スイッチング素子Ｑ５〜Ｑ８がＭＯＳＦＥＴなどの場合、ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードで構成されてもよい。

制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合にスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ３がオン固定となるとともに、スイッチング素子Ｑ６，Ｑ８がオフ固定となり、スイッチング素子Ｑ５，Ｑ７がオン固定となるように、信号Ｓ２〜Ｓ８を制御する。

制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１に導通故障が発生した場合に、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８をオフ状態に固定してから、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７をオン状態に固定するように信号Ｓ２〜Ｓ８を制御する。

図６は、制御回路２１が実行する制御を説明するためのフローチャートである。図５、図６を参照して、このフローチャートの処理が開始されると、まずステップＳＴ３１において、制御回路２１は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に故障が発生しているか否かを判断する。ステップＳＴ３１において故障が発生していない場合は（ＳＴ３１でＮＯ）、制御回路２１は、引き続き故障の監視を実行する。

ステップＳＴ３１において故障が発生したと判断された場合には（ＳＴ３１でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３２に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であるか否かを判断する。スイッチング素子のショート故障は、図示しないが、電流センサや電圧センサによって、スイッチング素子の電流や電圧を監視することにより検出することができる。

ステップＳＴ３２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ３２でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３３においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ３４において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７がＯＮ状態になるように信号Ｓ３，Ｓ５，Ｓ７を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって、電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるが、リチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。

なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ３５においてユーザに警告を報知することが好ましい。

ステップＳＴ３２において故障がスイッチング素子Ｑ１のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ３２でＮＯ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３６に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であるか否かを判断する。

ステップＳＴ３６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ３６でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ３７においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ３８において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ５，Ｑ７がＯＮ状態になるように信号Ｓ１，Ｓ５，Ｓ７を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。

なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ３９においてユーザに警告を報知することが好ましい。

ステップＳＴ３６において故障がスイッチング素子Ｑ３のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ３６でＮＯ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４０に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ５のショート故障であるか否かを判断する。

ステップＳＴ４０において故障がスイッチング素子Ｑ５のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ４０でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４１においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ４２において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ７がＯＮ状態になるように信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ７を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。

なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ４３においてユーザに警告を報知することが好ましい。

ステップＳＴ４０において故障がスイッチング素子Ｑ５のショート故障であると判断されなかった場合には（ＳＴ４０でＮＯ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４４に処理を進め、発生した故障がスイッチング素子Ｑ７のショート故障であるか否かを判断する。

ステップＳＴ４４において故障がスイッチング素子Ｑ７のショート故障であると判断された場合には（ＳＴ４４でＹＥＳ）、制御回路２１は、ステップＳＴ４５においてスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ２，Ｓ４，Ｓ６，Ｓ８を設定する。その後ステップＳＴ４６において、制御回路２１は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５がＯＮ状態になるように信号Ｓ１，Ｓ３，Ｓ５を設定する。このように設定することによって鉛バッテリ２とリチウムイオンバッテリ７は、インダクタＬ１およびＬ２によって接続された状態となる。したがって電源線ＰＬ２の電圧変動幅は多少大きくなるがリチウムイオンバッテリ７にバッテリ上がりが生じにくくなる。また、定電圧負荷６もほとんどの場合動作を継続することが可能である。

なおこの場合、制御回路２１がステップＳＴ４７においてユーザに警告を報知することが好ましい。

一方、ステップＳＴ４４において故障がスイッチング素子Ｑ７のショート故障でないと判断された場合には（ＳＴ４４でＮＯ）、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０を停止するほうが良い。このため、制御回路２１は、ステップＳＴ４８においてスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ８が全てＯＦＦ状態になるように信号Ｓ１〜Ｓ８を設定する。そして、ステップＳＴ４９において、制御回路２１は、ランプやブザー音などによって故障の発生をユーザに報知する。

ステップＳＴ３５、ＳＴ３９、ＳＴ４３、ＳＴ４７、ＳＴ４９のいずれかの処理の後には、ステップＳＴ５０においてこのフローチャートの処理は終了する。

図５に示したＤＣ／ＤＣコンバータの場合は、昇降圧コンバータが並列接続しているため、ひとつの昇降圧コンバータ中のスイッチング素子のショートが他にも影響する。そのため、他の昇降圧コンバータのハイサイドスイッチング素子もショート状態とする。

すなわち、実施の形態２では、双方向昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータにおいて、ハイサイドスイッチ素子（Ｑ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７のいずれか）のショート故障を検出した場合、ショート故障していないハイサイドスイッチ素子もオンさせる。すなわちＱ１，Ｑ３，Ｑ５，Ｑ７をショート状態とする。またこの状態のとき、ローサイドスイッチ素子（Ｑ２，Ｑ４，Ｑ６，Ｑ８）は常にオフ状態に固定する。

これにより、マルチフェーズのコンバータの場合でも実施の形態１と同様の効果が得られる。すなわち、ハイサイドスイッチ素子の故障に対して、故障した素子の交換までの間、双方向昇降圧ＤＣ／ＤＣコンバータの動作を継続することができる。また、追加の素子を必要としないため、コスト的にもメリットがある。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電源システム、２ 鉛バッテリ、３ モーター、４ 発電機、５ 一般負荷、６ 定電圧負荷、７ リチウムイオンバッテリ、８ マイコン、１０，３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１，１２ 昇降圧コンバータ、２０，２１ 制御回路、Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ、ＧＮＤ 接地ノード、Ｌ１，Ｌ２ インダクタ、Ｎ１〜Ｎ４ 中間ノード、ＰＬ１，ＰＬ２ 電源線、ＰＮ１，ＰＮ２ 電源ノード、Ｑ１〜Ｑ８ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード。

Claims (5)

1. 第１電池と第２電池の間に接続される昇降圧コンバータであって、
   前記第１電池の電圧を受ける第１電源ノードと第１中間ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、
   前記第１中間ノードと接地ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、
   前記第２電池の電圧を受ける第２電源ノードと第２中間ノードとの間に接続された第３スイッチング素子と、
   前記第２中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第４スイッチング素子と、
   前記第１中間ノードと前記第２中間ノードとの間に接続された第１インダクタとを備え、
   前記第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に前記第２，第４スイッチング素子がオフ固定となり、前記第３スイッチング素子がオン固定となる、昇降圧コンバータ。
2. 請求項１に記載の昇降圧コンバータと、
   前記第１電池および前記第２電池とを備え、
   前記第１電池は、発電機に接続される、電源システム。
3. 第１電池と第２電池との間に接続される第１の昇降圧コンバータと、
   前記第１の昇降圧コンバータと並列に、前記第１電池と前記第２電池との間に接続される第２の昇降圧コンバータとを備え、
   前記第１の昇降圧コンバータは、
   前記第１電池の電圧を受ける第１電源ノードと第１中間ノードとの間に接続された第１スイッチング素子と、
   前記第１中間ノードと接地ノードとの間に接続された第２スイッチング素子と、
   前記第２電池の電圧を受ける第２電源ノードと第２中間ノードとの間に接続された第３スイッチング素子と、
   前記第２中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第４スイッチング素子と、
   前記第１中間ノードと前記第２中間ノードとの間に接続された第１インダクタとを含み、
   前記第２の昇降圧コンバータは、
   前記第１電源ノードと第３中間ノードとの間に接続された第５スイッチング素子と、
   前記第３中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第６スイッチング素子と、
   前記第２電源ノードと第４中間ノードとの間に接続された第７スイッチング素子と、
   前記第４中間ノードと前記接地ノードとの間に接続された第８スイッチング素子と、
   前記第３中間ノードと前記第４中間ノードとの間に接続された第２インダクタとを含み、
   前記第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に前記第２，第４スイッチング素子がオフ固定となり、前記第３スイッチング素子がオン固定となるとともに、前記第６，第８スイッチング素子がオフ固定となり、前記第５，第７スイッチング素子がオン固定となる、電源システム。
4. 前記第１〜第８スイッチング素子のオン／オフを制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に、前記第２、第４、第６、第８スイッチング素子をオフ状態に固定してから、前記第３、第５、第７スイッチング素子をオン状態に固定する、請求項３に記載の電源システム。
5. 前記制御回路は、前記第１スイッチング素子に導通故障が発生した場合に、故障が発生したことを報知する、請求項４に記載の電源システム。

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