JP2020137201A - Electric power conversion apparatus and operation method thereof, as well as vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この開示は、電力変換装置およびその動作方法、ならびに車両に関する。 This disclosure relates to a power converter and its operating method, as well as a vehicle.
電力変換装置では、系統事故点が連系トランス一次側で発生した場合に、二次側電圧(電力変換装置の出力電圧)の追従遅れが発生する。この場合の応答性を更に向上させることで過電流をできるかぎり小さくすることが望ましい。 In the power conversion device, when a system accident point occurs on the primary side of the interconnection transformer, a follow-up delay of the secondary side voltage (output voltage of the power conversion device) occurs. It is desirable to reduce the overcurrent as much as possible by further improving the responsiveness in this case.
そうした電力変換装置の例が後掲の特許文献1に開示されている。特許文献1に開示されている電力変換装置は、通常は、系統側からの入力電圧をモニタリングし、ローパスフィルタによって高調波を除いた値をインバータのスイッチング素子に加算してインバータの制御信号に加算することでインバータのスイッチング素子をフィードフォワードする。この電力変換装置はさらに、系統事故点が発生したときの入力側の電圧降下を検出したときには、系統との連携点の電圧検出値と電流検出値とからかと変動電流抑制のための制御電圧偏差を推定する回路を持つ。系統事故点が発生したときには、通常のフィードフォワード信号ではなく、制御電圧偏差を選択し、インバータのスイッチング素子の駆動信号にその電圧偏差をフィードフォワードする。 An example of such a power conversion device is disclosed in Patent Document 1 described later. The power conversion device disclosed in Patent Document 1 normally monitors the input voltage from the system side, adds the value excluding harmonics by a low-pass filter to the switching element of the inverter, and adds it to the control signal of the inverter. By doing so, the switching element of the inverter is fed forward. Furthermore, when this power converter detects a voltage drop on the input side when a system accident point occurs, the voltage detection value and current detection value of the cooperation point with the system and the control voltage deviation for suppressing the fluctuation current of the heel. Has a circuit to estimate. When a system fault point occurs, a control voltage deviation is selected instead of the normal feedforward signal, and the voltage deviation is fedforwarded to the drive signal of the switching element of the inverter.
特許文献1に開示されたようなフィードフォワードを用いた電力変換装置にはまだ改良の余地がある。フィードフォワード制御を行うためには、電力変換装置への入力電圧を何らかの回路によりモニタする必要がある。仮にこの回路に異常が発生した場合には、入力電圧の変化を検知できず、電力変換装置の出力が乱れる可能性がある。したがって、入力電圧をモニタする回路に異常が発生した可能性がある場合には、それを検知できるようにしておく必要がある。特にこの回路に経年劣化が生じた場合には注意が必要である。また、仮にこの回路に異常が発生した場合でも、電力変換装置の動作を停止させないようにしておくことが望ましい。 There is still room for improvement in the power conversion device using the feed forward as disclosed in Patent Document 1. In order to perform feed forward control, it is necessary to monitor the input voltage to the power converter by some kind of circuit. If an abnormality occurs in this circuit, the change in the input voltage cannot be detected, and the output of the power converter may be disturbed. Therefore, if there is a possibility that an abnormality has occurred in the circuit that monitors the input voltage, it is necessary to be able to detect it. Particular attention should be paid when this circuit deteriorates over time. Further, even if an abnormality occurs in this circuit, it is desirable not to stop the operation of the power conversion device.
特に、最近では電気自動車等のように、電力変換装置を搭載している車両等が増加している。将来、電気自動車の数が増加したときに備え、電力変換装置の出力を安定化させることが望ましい。入力電圧をモニタする回路に異常が発生したときでも、電力変換装置自体は通常と同様の動作を続行することが、車両の運用上好ましいことはいうまでもない。 In particular, recently, the number of vehicles equipped with a power conversion device, such as electric vehicles, is increasing. It is desirable to stabilize the output of the power converter in case the number of electric vehicles increases in the future. Needless to say, it is preferable in terms of vehicle operation that the power converter itself continues to operate in the same manner as usual even when an abnormality occurs in the circuit that monitors the input voltage.
したがって、この開示は、系統側からの入力電圧をモニタする回路に異常が発生した可能性がある場合には、それを検知できる電力変換装置およびその動作方法、ならびに車両を提供することを目的とする。 Therefore, the purpose of this disclosure is to provide a power conversion device and an operation method thereof, and a vehicle capable of detecting an abnormality in a circuit that monitors an input voltage from the system side when there is a possibility that an abnormality has occurred. To do.
第1の開示の電力変換装置は、電力変換器と、電力変換器への入力電圧をモニタリングする入力電圧モニタ回路と、電力変換器の出力電圧と入力電圧モニタ回路の出力に応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する制御回路と、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する異常判定回路とを含む。 The power converter according to the first disclosure is a power converter, an input voltage monitor circuit for monitoring the input voltage to the power converter, and a power conversion in response to the output voltage of the power converter and the output of the input voltage monitor circuit. The output system and input voltage of the power converter based on the control circuit that controls the power converter so that the output of the device becomes the target value, the output of the input voltage monitor circuit, and the voltage at a predetermined position in the power converter. It includes an abnormality determination circuit that determines whether or not an abnormality has occurred in any of the monitor circuits and adjusts the control of the power converter by the control circuit according to the determination result.
第2の開示の車両は、車体と、車体に設けられ、第1の電圧で電力を蓄積し、出力するバッテリーと、車体に設けられ、第1の電圧より低い第2の電圧で動作する低電圧動作部と、車体に、バッテリーの出力を入力として受け、第2の電圧に変換して低電圧動作部に供給するように設けられた、上記した電力変換装置とを含む。 The second disclosed vehicle includes a vehicle body, a battery provided in the vehicle body that stores and outputs power at a first voltage, and a low battery that is installed in the vehicle body and operates at a second voltage lower than the first voltage. It includes the voltage operating unit and the above-mentioned power conversion device provided in the vehicle body so as to receive the output of the battery as an input, convert it into a second voltage, and supply it to the low voltage operating unit.
第3の開示の電力変換装置の動作方法は、電力変換器と、電力変換器への入力電圧をモニタリングする入力電圧モニタ回路と、電力変換器の出力電圧と入力電圧モニタ回路の出力に応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する制御回路と、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する異常判定回路とを含む、電力変換装置の動作方法であって、入力電圧モニタ回路が電力変換器への入力電圧をモニタリングし、当該入力電圧を表す信号を出力するステップと、制御回路が、入力電圧モニタ回路の出力する信号と、電力変換器の出力電圧とに応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御するステップと、異常判定回路が、入力電圧モニタ回路の出力する信号と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整するステップとを含む。 The operation method of the power converter of the third disclosure responds to the power converter, the input voltage monitor circuit for monitoring the input voltage to the power converter, and the output voltage and the output of the input voltage monitor circuit of the power converter. , The output system of the power converter based on the control circuit that controls the power converter so that the output of the power converter becomes the target value, the output of the input voltage monitor circuit, and the voltage at the predetermined position in the power converter. And an operation method of the power conversion device including an abnormality determination circuit that determines whether or not an abnormality has occurred in any of the input voltage monitor circuits and adjusts the control of the power converter by the control circuit according to the determination result. The step that the input voltage monitor circuit monitors the input voltage to the power converter and outputs a signal representing the input voltage, the control circuit outputs the signal of the input voltage monitor circuit, and the power converter A step of controlling the power converter so that the output of the power converter becomes a target value in response to the output voltage, a signal output by the input voltage monitor circuit by the abnormality determination circuit, and a predetermined position in the power converter. This includes a step of determining whether or not an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit based on the voltage of the above, and adjusting the control of the power converter by the control circuit according to the determination result.
なお、本発明は、このような特徴的な処理部を備える電力変換装置として実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理をステップとする電力変換装置の動作方法として実現したり、かかるステップをコンピュータに実行させるためのプログラムとして実現したりすることができる。また、電力変換装置の一部または全部を実現する半導体集積回路として実現したり、電力変換装置を含む車両等のシステムとして実現したりすることができる。 The present invention can be realized not only as a power conversion device provided with such a characteristic processing unit, but also as an operation method of the power conversion device having such a characteristic processing as a step, or such a step. Can be realized as a program for causing a computer to execute. Further, it can be realized as a semiconductor integrated circuit that realizes a part or all of the power conversion device, or can be realized as a system of a vehicle or the like including the power conversion device.
この開示によれば、入力電圧モニタ回路に異常が発生した可能性がある場合には、それを検知できる電力変換装置およびその動作方法、ならびに車両を提供できる。 According to this disclosure, when there is a possibility that an abnormality has occurred in the input voltage monitor circuit, it is possible to provide a power conversion device capable of detecting the abnormality, an operation method thereof, and a vehicle.
[この開示の実施形態の説明]
以下の説明および図面では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。なお、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組合せてもよい。
[Explanation of Embodiments of this Disclosure]
In the following description and drawings, the same parts are given the same reference numbers. Therefore, detailed explanations about them will not be repeated. In addition, at least a part of the embodiments described below may be arbitrarily combined.
(1)第1の開示にかかる電力変換装置は、電力変換器と、電力変換器への入力電圧をモニタリングする入力電圧モニタ回路と、電力変換器の出力電圧と入力電圧モニタ回路の出力に応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する制御回路と、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する異常判定回路とを含む。 (1) The power converter according to the first disclosure responds to a power converter, an input voltage monitor circuit for monitoring the input voltage to the power converter, and an output voltage of the power converter and an output of the input voltage monitor circuit. However, the output of the power converter is based on the output of the control circuit that controls the power converter so that the output of the power converter becomes the target value, the output of the input voltage monitor circuit, and the voltage at a predetermined position in the power converter. It includes an abnormality determination circuit that determines whether or not an abnormality has occurred in either the system or the input voltage monitor circuit and adjusts the control of the power converter by the control circuit according to the determination result.
制御回路は電力変換器の出力電圧と入力電圧モニタ回路の出力に応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する。異常判定回路は、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する。入力電圧モニタ回路の出力を用いて電力変換器を制御している場合、入力電圧モニタ回路に異常が発生すると電力変換器の制御が不安定になる可能性がある。しかし、この開示では、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したと異常判定回路が判定できる。異常が発生した場合、異常判定回路は電力変換器の制御を調整する。入力電圧モニタ回路に異常が発生しても電力変換器を適切に調整できるので、電力変換器の動作を安定にできる。 The control circuit responds to the output voltage of the power converter and the output of the input voltage monitor circuit, and controls the power converter so that the output of the power converter becomes a target value. The abnormality determination circuit determines whether or not an abnormality has occurred in either the output system of the power converter or the input voltage monitor circuit based on the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. Then, the control of the power converter by the control circuit is adjusted according to the determination result. When the power converter is controlled by using the output of the input voltage monitor circuit, the control of the power converter may become unstable if an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit. However, in this disclosure, an abnormality determination circuit indicates that an abnormality has occurred in either the output system of the power converter or the input voltage monitor circuit based on the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. Can be determined. When an abnormality occurs, the abnormality determination circuit adjusts the control of the power converter. Even if an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit, the power converter can be adjusted appropriately, so that the operation of the power converter can be stabilized.
(2)好ましくは、異常判定回路は、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との間に所定の関係が成立するか否かによって出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定する判定回路と、判定回路の判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する調整回路とを含む。 (2) Preferably, the abnormality determination circuit has an abnormality in either the output system or the input voltage monitor circuit depending on whether or not a predetermined relationship is established between the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position. It includes a determination circuit for determining whether or not it has occurred, and an adjustment circuit for adjusting the control of the power converter by the control circuit according to the determination result of the determination circuit.
入力電圧モニタ回路と、所定位置の電圧を生成する回路部分とに同時に異常が発生するおそれはほとんどない。そして正常時には互いの間に所定の関係が成立する。そこで、異常判定回路は、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との間に所定の関係が成立するか否かによって出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定する。この判定により異常が発生したと判定されたとしても、それが入力電圧モニタ回路の異常であるとは断定できない。しかし、入力電圧モニタ回路に異常が発生したときにはその異常を検知でき、適切な対処を採ることができる。 There is almost no possibility that an abnormality will occur at the same time in the input voltage monitor circuit and the circuit portion that generates the voltage at a predetermined position. And in the normal state, a predetermined relationship is established between each other. Therefore, the abnormality determination circuit determines whether or not an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit depending on whether or not a predetermined relationship is established between the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position. Is determined. Even if it is determined that an abnormality has occurred by this determination, it cannot be determined that it is an abnormality of the input voltage monitor circuit. However, when an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit, the abnormality can be detected and appropriate measures can be taken.
(3)より好ましくは、制御回路は、入力電圧モニタ回路の出力を用いて電力変換器内のスイッチング回路のフィードフォワード制御を行うものであり、調整回路は、異常判定回路により異常が発生したと判定されたことに応答して、制御回路によるフィードフォワード制御を停止する。 (3) More preferably, the control circuit uses the output of the input voltage monitor circuit to perform feed-forward control of the switching circuit in the power converter, and the adjustment circuit is said to have caused an abnormality by the abnormality determination circuit. In response to the determination, the feed forward control by the control circuit is stopped.
入力電圧モニタ回路の出力は、電力変換器のスイッチング回路のフィードフォワード制御に用いられる。このフィードフォワード制御は、電力変換器の出力を用いた電力変換器のフィードバック制御の制御量を補正するために用いられる。フィードフォワード制御を停止しても、フィードバック制御は行われるため、電力変換装置の動作が停止することはなく、引き続き電力変換装置はほぼ通常通り動作できる。 The output of the input voltage monitor circuit is used for feed forward control of the switching circuit of the power converter. This feedforward control is used to correct the control amount of the feedback control of the power converter using the output of the power converter. Even if the feedforward control is stopped, the feedback control is performed, so that the operation of the power converter does not stop, and the power converter can continue to operate almost normally.
(4)さらに好ましくは、判定回路は、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との間で、入力電圧モニタ回路と電力変換器とが正常に動作しているときの、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との換算後の値が等しくなるように、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との少なくとも一方を所定の換算式にしたがって換算する換算回路と、換算回路により少なくとも一方が換算された後の入力電圧モニタ回路の出力および所定位置の電圧が一致するか否かにしたがって出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定する換算値比較回路とを含む。 (4) More preferably, the determination circuit monitors the input voltage between the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position when the input voltage monitor circuit and the power converter are operating normally. A conversion circuit that converts at least one of the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at the predetermined position according to the predetermined conversion formula so that the output of the circuit and the value after conversion with the voltage at the predetermined position are equal. Determines whether an error has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit according to whether the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at the predetermined position match after at least one of them has been converted by the conversion circuit. Includes a conversion value comparison circuit.
電力変換器では、入力電圧と出力電圧とは相違することが前提であり、両者を単純に比較できない。そこで、換算回路が、入力電圧モニタ回路と電力変換器とが正常に動作しているときの、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との換算後の値が等しくなるように、入力電圧モニタ回路の出力と、所定位置の電圧との少なくとも一方を所定の換算式にしたがって換算する。この換算により、両者の値を比較できるようになる。その結果、換算値比較回路が出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定できる。 In the power converter, it is premised that the input voltage and the output voltage are different, and it is not possible to simply compare the two. Therefore, the conversion circuit inputs so that the output of the input voltage monitor circuit and the converted value of the voltage at the predetermined position become equal when the input voltage monitor circuit and the power converter are operating normally. At least one of the output of the voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position is converted according to a predetermined conversion formula. This conversion makes it possible to compare both values. As a result, the converted value comparison circuit can determine whether or not an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit.
(5)好ましくは、電力変換器は、入力電圧を入力として受け、制御回路の制御にしたがってスイッチングを行う複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路と、スイッチング回路の出力に一次側コイルが接続されたトランスと、トランスの二次側コイルに接続された整流回路とを含み、整流回路は、トランスの出力電圧を整流するためのダイオードを含み、所定位置は、ダイオードのカソード側の電圧である。 (5) Preferably, the power converter is a switching circuit including a plurality of switching elements that receive an input voltage as an input and perform switching according to the control of the control circuit, and a transformer in which a primary side coil is connected to the output of the switching circuit. And a rectifier circuit connected to the secondary side coil of the transformer, the rectifier circuit includes a diode for rectifying the output voltage of the transformer, and a predetermined position is the voltage on the cathode side of the diode.
電力変換回路の出力系のダイオードのカソード側の電圧は比較的安定している。そのため、入力電圧モニタ回路の出力との比較が安定して行える。 The voltage on the cathode side of the diode of the output system of the power conversion circuit is relatively stable. Therefore, the comparison with the output of the input voltage monitor circuit can be performed stably.
(6)より好ましくは、換算回路は、所定位置に接続された一方端子と、換算値比較回路の入力に接続された他方端子とを持つ、抵抗値R1である第1の抵抗と、第1の抵抗の他方端子と基準電圧との間に接続された、抵抗値R2である第2の抵抗とを含み、第1の抵抗および第2の抵抗による、他方端子における分圧比は、以下の式により計算され、 (6) More preferably, the conversion circuit has a first resistor having a resistance value of R1 having one terminal connected at a predetermined position and the other terminal connected to the input of the conversion value comparison circuit, and a first resistor. is connected between the other terminal and a reference voltage of the first resistance, the resistance value comprises a second resistor and a R 2, according to the first resistor and the second resistor, the voltage dividing ratio in the other terminal, the following Calculated by the formula of
2つの抵抗により得られる分圧比で、所定位置の電圧を変換した後、式(2)の換算式で入力電圧が計算できる。簡単な回路で換算のための値を計算できる。 After converting the voltage at a predetermined position with the voltage division ratio obtained by the two resistors, the input voltage can be calculated by the conversion formula of the formula (2). A simple circuit can calculate the value for conversion.
(7)さらに好ましくは、換算値比較回路は、式(2)により計算される値VINと入力電圧モニタ回路の出力との差分の絶対値が所定の正のしきい値以上であるときに、出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したと判定する。 (7) More preferably, the conversion value comparison circuit is used when the absolute value of the difference between the value VIN calculated by the equation (2) and the output of the input voltage monitor circuit is equal to or greater than a predetermined positive threshold value. , It is determined that an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit.
差分の絶対値という簡単な指標で異常の発生の有無を判定できる。 The presence or absence of an abnormality can be determined by a simple index called the absolute value of the difference.
(8)好ましくは、換算値比較回路は、入力電圧モニタ回路の出力に対する、式(2)により計算される値VINの値の割合が1より大きな第1のしきい値以上、または1より小さな第2のしきい値以下であるときに、出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したと判定する。 (8) Preferably, in the conversion value comparison circuit, the ratio of the value of the value VIN calculated by the equation (2) to the output of the input voltage monitor circuit is greater than or equal to the first threshold value greater than 1, or greater than 1. When it is equal to or less than a small second threshold value, it is determined that an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit.
2つの値の比という簡単な指標で異常の発生の有無を判定できる。 The presence or absence of an abnormality can be determined by a simple index called the ratio of two values.
(9)第2の開示にかかる車両は、車体と、車体に設けられ、第1の電圧で電力を蓄積し、出力するバッテリーと、車体に設けられ、第1の電圧より低い第2の電圧で動作する低電圧動作部と、車体に、バッテリーの出力を入力として受け、第2の電圧に変換して低電圧動作部に供給するように設けられた、上記したいずれかの電力変換装置とを含む。 (9) The vehicle according to the second disclosure includes a vehicle body, a battery provided in the vehicle body that stores and outputs electric power at the first voltage, and a second voltage provided in the vehicle body that is lower than the first voltage. And any of the above-mentioned power conversion devices provided in the vehicle body to receive the output of the battery as an input, convert it to a second voltage, and supply it to the low-voltage operating unit. including.
制御回路は電力変換器の出力電圧と入力電圧モニタ回路の出力に応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する。異常判定回路は、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する。入力電圧モニタ回路の出力を用いて電力変換器を制御している場合、入力電圧モニタ回路に異常が発生すると電力変換器の制御に悪影響が及ぶ危険性がある。しかし、この開示では、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したと異常判定回路が判定できる。異常が発生した場合、異常判定回路は電力変換器の制御を調整する。入力電圧モニタ回路に異常が発生しても電力変換器を適切に調整できるので、電力変換器の動作を安定にできる。また、上記した各電力変換装置を採用することでそれぞれ上記した効果を得ることができる。 The control circuit responds to the output voltage of the power converter and the output of the input voltage monitor circuit, and controls the power converter so that the output of the power converter becomes a target value. The abnormality determination circuit determines whether or not an abnormality has occurred in either the output system of the power converter or the input voltage monitor circuit based on the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. Then, the control of the power converter by the control circuit is adjusted according to the determination result. When the power converter is controlled by using the output of the input voltage monitor circuit, there is a risk that the control of the power converter will be adversely affected if an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit. However, in this disclosure, an abnormality determination circuit indicates that an abnormality has occurred in either the output system of the power converter or the input voltage monitor circuit based on the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. Can be determined. When an abnormality occurs, the abnormality determination circuit adjusts the control of the power converter. Even if an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit, the power converter can be adjusted appropriately, so that the operation of the power converter can be stabilized. Further, by adopting each of the above-mentioned power conversion devices, the above-mentioned effects can be obtained.
(10)第3の開示にかかる電力変換装置の動作方法は、電力変換器と、電力変換器への入力電圧をモニタリングする入力電圧モニタ回路と、電力変換器の出力電圧と入力電圧モニタ回路の出力に応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する制御回路と、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する異常判定回路とを含む、電力変換装置の動作方法であって、入力電圧モニタ回路が電力変換器への入力電圧をモニタリングし、当該入力電圧を表す信号を出力するステップと、制御回路が、入力電圧モニタ回路の出力する信号と、電力変換器の出力電圧とに応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御するステップと、異常判定回路が、入力電圧モニタ回路の出力する信号と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整するステップとを含む。 (10) The operation method of the power converter according to the third disclosure is the power converter, the input voltage monitor circuit for monitoring the input voltage to the power converter, and the output voltage and input voltage monitor circuit of the power converter. Power conversion based on the control circuit that responds to the output and controls the power converter so that the output of the power converter becomes the target value, the output of the input voltage monitor circuit, and the voltage at a predetermined position in the power converter. Power conversion including an abnormality determination circuit that determines whether or not an abnormality has occurred in either the output system of the device or the input voltage monitor circuit and adjusts the control of the power converter by the control circuit according to the determination result. The operation method of the device is that the input voltage monitor circuit monitors the input voltage to the power converter and outputs a signal representing the input voltage, and the control circuit outputs the signal of the input voltage monitor circuit. In response to the output voltage of the power converter, the step of controlling the power converter so that the output of the power converter becomes the target value, the abnormality determination circuit outputs the signal of the input voltage monitor circuit, and the power converter A step of determining whether or not an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit based on the voltage at a predetermined position inside, and adjusting the control of the power converter by the control circuit according to the determination result. And include.
入力電圧モニタ回路が電力変換器への入力電圧をモニタリングし、当該入力電圧を表す信号を出力する。制御回路は入力電圧モニタ回路の出力する信号と、電力変換器の出力電圧とに応答し、電力変換器の出力が目標値となるように電力変換器を制御する。異常判定回路は、入力電圧モニタ回路の出力する信号と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、制御回路による電力変換器の制御を調整する。入力電圧モニタ回路の出力を用いて電力変換器を制御している場合、入力電圧モニタ回路に異常が発生すると電力変換器の制御に悪影響が及ぶ危険性がある。しかし、この開示では、入力電圧モニタ回路の出力と、電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、電力変換器の出力系および入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したと異常判定回路が判定できる。異常が発生した場合、異常判定回路は電力変換器の制御を調整する。入力電圧モニタ回路に異常が発生しても電力変換器を適切に調整できるので、電力変換器の動作を安定にできる。
[この開示の実施形態の詳細]
この開示の実施形態にかかる電力変換装置およびその動作方法、ならびに車両の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、この開示はこれらの例示に限定されるものではなく、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および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
The input voltage monitor circuit monitors the input voltage to the power converter and outputs a signal representing the input voltage. The control circuit responds to the signal output by the input voltage monitor circuit and the output voltage of the power converter, and controls the power converter so that the output of the power converter becomes a target value. The abnormality determination circuit determines whether or not an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit based on the signal output by the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. The control of the power converter by the control circuit is adjusted according to the determination result. When the power converter is controlled by using the output of the input voltage monitor circuit, there is a risk that the control of the power converter will be adversely affected if an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit. However, in this disclosure, an abnormality determination circuit indicates that an abnormality has occurred in either the output system of the power converter or the input voltage monitor circuit based on the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. Can be determined. When an abnormality occurs, the abnormality determination circuit adjusts the control of the power converter. Even if an abnormality occurs in the input voltage monitor circuit, the power converter can be adjusted appropriately, so that the operation of the power converter can be stabilized.
[Details of Embodiments of this Disclosure]
A power conversion device according to an embodiment of this disclosure, an operation method thereof, and a specific example of a vehicle will be described below with reference to the drawings. It should be noted that this disclosure is not limited to these examples, and is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
[実施形態1]
〈構成〉
図1に、この開示の実施形態1にかかる電力変換装置50の回路ブロック図を示す。図1を参照して、電力変換装置50は、直流電源60の正負双方の端子に接続され、直流電源60からの直流電圧と異なる直流電圧に変換して負荷64に与える電力変換器62と、直流電源60の正極側の電圧を測定し電圧を表すアナログ信号を出力する電圧センサ66と、この電圧センサ66の出力する信号をモニタリングし、入力電圧を表すデジタル信号を出力する入力電圧モニタIC70(Integrated Circuit)と、電力変換器62の出力電圧を測定しアナログ信号を出力する電圧センサ68と、電力変換器62の出力系の所定位置の電圧を検知し、正常時の入力電圧モニタIC70の出力する電圧と等しくなるようにこの所定位置の電圧を変換する電圧調整回路74と、入力電圧モニタIC70の出力および電圧センサ68からの信号に基づいてスイッチング回路であるハーフブリッジ回路78を構成するスイッチング素子の駆動信号を生成し出力するMCU(マイクロコントローラユニット)72とを含む。
[Embodiment 1]
<Constitution>
FIG. 1 shows a circuit block diagram of the
電力変換器62は、直流電源60の正負の端子間に接続されたコンデンサ90と、このコンデンサ90と並列に接続されたハーフブリッジ回路78と、ハーフブリッジ回路78の出力側に接続された一次側コイルを持つトランス80と、トランス80の二次側コイルにそれぞれ接続されたアノードおよび互いに接続されたカソードを持つダイオード96および98と、ダイオード96および98のカソードに一端が接続されたリアクトル100と、リアクトル100の他端と接地電位との間に接続されたコンデンサ102と、ダイオード96およびダイオード98のカソード側の電圧を検出し当該電圧を表すアナログ信号を電圧調整回路74に出力する電圧センサ104とを含む。コンデンサ102の双方の端子は負荷64に接続されている。
The
ハーフブリッジ回路78は、直流電源60の正端子と負端子との間に直列に接続されたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)82および86と、これらとそれぞれ並列に接続されたボディダイオード84および88と、これらMOSFET82および86と並列に、直流電源60の正電極と負電極との間に直列に接続された2つのコンデンサ92および94とを含む。MOSFET82および86の接続ノード、ならびにコンデンサ92及び94の接続ノードは、それぞれトランス80の一次側コイルの両端に接続されている。
The half-
MCU72は、後述するようにプログラムで動作し、入力電圧モニタIC70の出力、電圧調整回路74および電圧センサ68の出力に基づいてハーフブリッジ回路78のMOSFET82および86を駆動する駆動信号を出力する制御器120と、入力電圧モニタIC70の出力に基づいて入力電圧が異常な値となったことを検出し、必要な処理を行うための異常検出器122とを実現する。制御器120によるハーフブリッジ回路78のスイッチング素子の制御には、入力電圧モニタIC70の出力によるフィードフォワードが組込まれている。図1において、MCU72に入力されるアナログ信号は、図示しないアナログ/デジタル(A/D)変換器によりデジタル信号に変換される。
The
ダイオード98のカソード側の電圧は比較的安定している。そのため、その電圧値と入力電圧モニタIC70の出力との比較が安定して行える。なお、この実施の形態では電圧センサ104はダイオード98のカソード側に接続されている。しかし実際には、ダイオード98の整流回路内で入力電圧との関係が計算できる箇所であれば、どのような位置の電圧を用いてもよい。例えばダイオード98のアノード側の電圧を用いてもよい。
The voltage on the cathode side of the
電圧調整回路74はこの実施の形態ではアナログ回路からなる。図2に電圧調整回路74の回路ブロック図を示す。図2を参照して、電圧調整回路74は、電圧センサ104の出力するアナログ信号の電圧を分圧して、理論的に入力電圧モニタIC70の出力する信号の電圧と等しくなるように調整するための分圧回路200と、分圧回路200の出力信号からノイズを除去しMCU72に与えるためのフィルタ202とを含む。
The
分圧回路200は、一端が電圧センサ104の出力に接続され、抵抗値R1を持つ第1の抵抗210と、抵抗210の他端と接地電位との間に接続された、抵抗値R2を持つ第2の抵抗212とを含む。抵抗210および212の接続ノードはフィルタ202の入力に接続される。
One end of the
理論的に入力電圧モニタIC70の出力する信号の電圧値をRaとすると、抵抗210および212の抵抗値R1およびR2は以下の式(a1)を満足するように選択される。
When the voltage value of the output signal of the theoretical input voltage monitor IC70 and R a, the resistance value R 1 and R 2 of the
図1に示すMCU72は、後述するプログラムを実行することにより、図1の制御器120および異常検出器122を実現する。
The
より具体的には、制御器120は、電力変換器62の出力電圧を用いたフィードバックと入力電圧モニタIC70の出力を用いたフィードフォワードとにより、電力変換器62の出力が高い応答性で目標値となるように電力変換器62を制御する。しかし制御器120はそれだけでなく、入力電圧モニタIC70の出力と電圧調整回路74の出力とに基づいて、入力電圧モニタIC70および電力変換器62の出力系(トランス80の二次側回路)の少なくともいずれか一方に異常が発生したことに応答して、電力変換器62に対するフィードフォワード制御を停止する処理を行う。ただしフィードフォワード制御を停止した後も、制御器120は電圧センサ68の出力を用いて電力変換器62のフィードバック制御を行う。
More specifically, the
このように、この実施の形態では、入力電圧モニタIC70の出力と電圧調整回路74の出力とに基づいて、入力電圧モニタIC70および電力変換器62の出力系の少なくともいずれか一方に異常が発生したことに応答して、電力変換器62に対するフィードフォワード制御を停止する。入力電圧モニタIC70に異常が発生したと断定はできないが、少なくとも入力電圧モニタIC70に異常が発生したときにはそれを検知しフィードフォワード制御を停止する。その結果、誤ったフィードフォワード制御により電力変換器62の出力が不安定になることが防止できる。さらに、フィードフォワード制御を停止した場合でもフィードバック制御を引き続き実行する。したがって、入力電圧の変化に対する電力変換器62の応答性は低下するものの、ほぼ通常と同様の動作を継続できる。
As described above, in this embodiment, an abnormality has occurred in at least one of the input
図3に、MCU72が実行するプログラムの制御構造をフローチャート形式で示す。このプログラムは、電力変換器62の制御をするために必要な所定間隔で繰返し起動される。
FIG. 3 shows the control structure of the program executed by the
図3を参照して、このプログラムは、入力電圧モニタIC70からの入力に基づいて、電力変換器62への入力電圧が正常範囲にあるか否かを判定するステップ230と、ステップ230において入力電圧が正常と判定されたか否かにより制御の流れを分岐させるステップ232と、ステップ232の判定が否定であるときに、入力電圧値が異常であるときの処理を実行し、このプログラムの実行を終了するステップ234とを含む。ステップ234では、例えば制御器120の制御により電力変換器62の動作を停止させる処理、またはエラーメッセージを表示して図示しない操作盤等から操作者の指示を受ける、等適切な処理を行うことができる。そのため、入力電圧値が異常値となっているときにそのまま処理を続行し何らかの問題が生じることが防止できる。
With reference to FIG. 3, this program determines whether or not the input voltage to the
このプログラムはさらに、ステップ232の判定が肯定であることに応答して、図1に示す電圧センサ68の出力に基づいてハーフブリッジ回路78をフィードバック制御するための制御量を演算するステップ236と、ステップ236に続き、入力電圧センサ(入力電圧モニタIC70)の劣化を判定するステップ238と、ステップ238における判定結果に応じて制御の流れを分岐させるステップ240とを含む。ステップ238の判定では、後述するように、入力電圧モニタIC70の劣化なのか電力変換器62の二次側回路の異常なのかは判定できない。しかし、少なくとも入力電圧モニタIC70の劣化が生じた場合にはそれを検知できる。以下の説明では、記載を簡明にするため、このように入力電圧モニタIC70および電力変換器62の二次側回路の少なくとも一方に異常が生じたか否かを判定することを、単に「入力電圧センサに異常が発生したか否かを判定する」という。
The program further comprises
このプログラムはさらに、ステップ238において入力電圧センサに異常が発生していないと判定されたことに応答して、入力電圧モニタIC70の出力を用いてハーフブリッジ回路78をフィードフォワード制御するための制御量を演算するステップ242と、ステップ242で演算されたフィードフォワード制御量を用いてステップ236において演算されたフィードバック制御量を補正するステップ244と、ステップ246の実行後にハーフブリッジ回路78の最終的な制御量を決定しMOSFET82および86を駆動するための信号を出力して処理を終了するステップ246とを含む。
This program further controls the amount of control for feed-forward control of the half-
ステップ240の判定が肯定のときには、ステップ242およびステップ244の処理は実行されず、ただちにステップ246が実行される。すなわち入力電圧センサが劣化していると判定されたときには、フィードフォワード制御は実行されず、フィードバック制御のみが実行される。このようにフィードバック制御が続行されるので、電力変換器62が停止することはなく、多少応答性は落ちるものの通常の動作を続行できる。
When the determination in
図4に、図3のステップ232で実行されるルーチンの制御構造をフローチャート形式で示す。図4を参照して、このルーチンは、入力電圧モニタIC70からの入力電圧VIN_ICと電圧調整回路74の出力する換算後の電圧VIN_Dとを比較し、両者が一致しているか否かを判定し、その結果により制御の流れを分岐させるステップ250と、ステップ250の判定が否定のときに入力電圧センサが劣化していることを示すフラグをセットしてこのルーチンの実行を終了するステップ252とを含む。ステップ250での判定が肯定なら、何もせずこのルーチンの実行を終了する。図3のステップ240では、このフラグの値を見て入力電圧センサが劣化し異常が発生しているか否かを判定する。なお、入力電圧センサの劣化を示すフラグは、ステップ250の処理前にリセットしておく。
FIG. 4 shows the control structure of the routine executed in
電圧センサ104の出力電圧を換算した後の値は式(a1)で示される値Raとなる。この値を用いて式(a2)により計算した値が、入力電圧モニタIC70からの入力電圧と一致しているという簡単な関係が成立すれば入力電圧モニタIC70および電力変換器62の二次側回路とはいずれも正常と考えられる。そうでなければ入力電圧モニタIC70または電力変換器62の二次側回路のいずれか一方に異常が発生しているということである。なお、図4のステップ250でいう「一致」とは、完全な一致を意味しない。両者の相違量が一定範囲内であれば一致と判断してよい。例えば、両者の差分の絶対値がしきい値以内であれば正常、そうでなければ異常と判断してもよい。そのために、両者の相違量という簡単な指標を用いて入力電圧モニタIC70の異常を判定できる。前者の値に対する後者の値の比が1を中心とした所定範囲内にあれば一致と判断してもよい。この場合にも、両者の比という簡単な指標を用いて入力電圧モニタIC70の異常を判定できる。いずれの場合にも、ハードウェアおよびソフトウェアまたはその双方の組み合わせを用いて容易に実現できる。
Values after converting the output voltage of the voltage sensor 104 becomes a value R a of the formula (a1). If the simple relationship that the value calculated by the equation (a2) using this value matches the input voltage from the input
なお、ステップ250では、電力変換器62側から得られた電圧値を換算した値と、入力電圧モニタIC70の出力値とを比較している。しかし、この実施の形態はそのような換算方法には限定されず、両者の間に、上記した関係と同じことを意味する特定の関係が成立していることが判定できればどのような換算方法を用いてもよい。例えば両者ともそれぞれ別々に換算した値の間に特定の関係が成立していることを確認するようにしてもよい。この換算は、上記した電圧調整回路74のようなハードウェアで行ってもよいし、デジタル化後のデータを用いてソフトウェアにより行ってもよい。
In
〈動作〉
以上に説明した構成を有する電力変換装置50は以下のように動作する。まず正常時、次に入力電圧に異常が発生したとき、最後に入力電圧モニタIC70が劣化したときの順番で説明する。
<motion>
The
―正常時―
図1を参照して、電圧センサ66は電力変換器62への入力電圧を検出し、アナログ信号を入力電圧モニタIC70に与える。入力電圧モニタIC70はこの値をデジタル信号に変換して制御器120および異常検出器122に与える。入力電圧モニタIC70の出力する電圧値は正常値を示す。したがって異常検出器122による異常検出時の動作は行われない。電圧センサ68は電力変換器62の出力電圧を検出し、アナログ信号として制御器120に与える。このアナログ信号は図示しないA/D変換器によりデジタル化され、MCU72(制御器120)に与えられる。
-Normal-
With reference to FIG. 1, the voltage sensor 66 detects the input voltage to the
一方、電圧センサ104の出力するアナログ信号は図2に示す電圧調整回路74の分圧回路200の抵抗210に印加される。この電圧は図2のRaにより示されるように分圧され、フィルタ202を経て制御器120に与えられる。この信号は図示しないA/D変換器によりデジタル信号に変換されて制御器120により処理される。R1およびR2の値は、電圧センサ104からの電圧が正常時の入力電圧モニタIC70の出力信号により表される電圧と一致するように選ばれている。すなわち、電圧調整回路74の出力する信号は、電圧センサ104の出力が入力電圧モニタIC70と一致しているか否か比較できるように換算されたものである。
On the other hand, the analog signal output by the voltage sensor 104 is applied to the resistor 210 of the
正常時には、前述したとおり、制御器120への入力電圧モニタIC70からの入力により表される電圧値と、電圧調整回路74により分圧された出力により表される電圧値を式(a2)により換算した値とは一致する。その結果、制御器120は電圧センサ68の出力を用いたフィードバック制御の制御量を入力電圧モニタIC70からの入力電圧値を用いたフィードフォワード制御量で補正し、ハーフブリッジ回路78の駆動信号を出力できる。
In the normal state, as described above, the voltage value represented by the input from the input
この場合、図3に示すプログラムは、MCU72により定期的に実行される。まずステップ230で入力電圧モニタIC70からの入力電圧値が正常範囲か否かが判定される。この例では入力電圧値は正常範囲内なのでステップ232の判定は肯定となる。制御はステップ236に進む。ステップ230およびステップ232の判定が図1の異常検出器122の機能に相当する。
In this case, the program shown in FIG. 3 is periodically executed by the
ステップ236では、MCU72は、電圧センサ68からの出力を用いて、ハーフブリッジ回路78のフィードバック制御のための制御量が演算される。続くステップ238では、入力電圧センサ(入力電圧モニタIC70)が劣化しているか否かが判定される。具体的には、図4を参照して、ステップ250で入力電圧モニタIC70からの電圧値と、電圧調整回路74からの電圧値とが一致しているか否かが判定される。ここでは入力電圧モニタIC70も電力変換器62の二次側回路も正常であるので、判定は肯定となり、入力電圧センサの劣化を示すフラグはリセットされる。
In
図3に戻り、ステップ240の判定は否定となり、ステップ242および244の処理が実行される。すなわち、入力電圧モニタIC70の出力を用いたフィードフォワードの制御量が演算され(ステップ242)、ステップ236で演算されたフィードバック制御量がステップ242で演算されたフィードフォワード制御量で補正される。最終的にステップ246でハーフブリッジ回路78の制御量が決定され出力されてこのプログラムの実行は終了する。出力された制御量にしたがったデューティ比でハーフブリッジ回路78のスイッチング素子(MOSFET82および86)が駆動され、電力変換器62は入力電圧を所定の電圧に変換して負荷64に与える。
Returning to FIG. 3, the determination in
MCU72は図3に制御構造を示すプログラムを所定間隔で実行することにより電力変換器62を適切に動作させる。
The
―入力電圧の異常時―
入力電圧に異常が発生したときには、入力電圧モニタIC70の出力が正常範囲を逸脱したものとなる。異常検出器122がこれを検出し、定められた処理を入力電圧の異常時に実行する。
-When the input voltage is abnormal-
When an abnormality occurs in the input voltage, the output of the input
具体的には、入力電圧に異常が発生した後に図3に示されるプログラムが起動されると、図3のステップ232の判定が否定となる。ステップ234において入力電圧値が異常であるときの処理が実行される。例えば電力変換器62の動作が停止され、図3に示されるプログラムも異常が解消するまでは実行されない。
Specifically, if the program shown in FIG. 3 is started after an abnormality occurs in the input voltage, the determination in
―入力電圧モニタIC70の異常―
入力電圧モニタIC70が劣化したために入力電圧モニタIC70の出力する電圧値が正常範囲にはあるが、実際には正しい値ではないとき、または電力変換器62の二次側回路に異常が発生したときには、その直後に図3のプログラムが起動されると、図3のステップ232の判定は肯定となり、ステップ236が実行されてフィードバック制御量が演算される。しかし、入力電圧モニタIC70の出力する電圧値が正しい値ではないときには、図2に示す電圧調整回路74の出力が表す電圧値との間に乖離が生じる。その結果、図4に示すステップ250の判定が否定となり、図3のステップ240の判定が否定となる。ステップ242および244の処理を実行することなく制御はステップ240からステップ246に直接進む。ステップ246では、ステップ236で演算されたフィードバック制御量をフィードフォワード制御量による補正をすることなく用いてハーフブリッジ回路78のスイッチング素子を制御する制御量が決定され、出力される。
-Abnormality of input voltage monitor IC70-
When the voltage value output by the input
出力された制御量にしたがったデューティ比でハーフブリッジ回路78のスイッチング素子(MOSFET82および86)が駆動され、電力変換器62は入力電圧を所定の電圧に変換して負荷64に与える。ただしこの場合には、フィードフォワード制御量による制御量の補正が行われていないので、正常時とは異なり、入力電圧の変動に対する電力変換器62の応答はやや遅れることになる。
The switching elements (
以上のようにこの実施の形態によれば、入力電圧モニタIC70または電力変換器62の二次側回路に何らかの異常が生じたときには、フィードフォワード制御が行われない。そのため、この異常によって電力変換器62の動作に問題が生じる危険性を小さくできる。またフィードバック制御は引き続いて行われるので、入力電圧の変動に対する電力変換器62の応答は若干遅くなるものの、ほぼ正常に電力変換器62を動作させることができる。
As described above, according to this embodiment, when some abnormality occurs in the secondary circuit of the input
その結果、入力電圧をモニタリングする部分(または電力変換器62の二次側回路)に何らかの異常が発生した可能性がある場合に、それを検知してほぼ正常な動作を維持できる電力変換装置が得られる。 As a result, if there is a possibility that some abnormality has occurred in the part that monitors the input voltage (or the secondary side circuit of the power converter 62), a power converter that can detect it and maintain almost normal operation can get.
なお上記実施の形態では電力変換器62はスイッチング回路としてハーフブリッジ回路78を含んでいる。しかしこの実施の形態で用いるスイッチング回路はハーフブリッジ回路には限定されない。例えばフルブリッジ回路を用いても同様にこの実施の形態と同様の機能を持つ電力変換器を実施できる。
In the above embodiment, the
[実施形態2]
〈構成〉
実施形態2にかかる車両の概略構成を図5に示す。図5を参照して、この実施形態2にかかる車両260は、車輪等の、車両としての基本的構成を備えた車体270と、車体270に設けられた高圧電源(例えば48〜300V)となる高圧電池280と、高圧電池280から供給される電力により動作し、車体270の駆動力を提供したり、車両260の制動時に車両260が失う運動エネルギーを電力に変換して高圧電池280に供給したりするための発電機/駆動モータ282と、高圧電池280から供給される高圧の直流電圧により作動する高圧作動ユニット284と、低圧(例えば12V)の電池288と、電池288から供給される低圧の電力により動作する補機290と、高圧電池280から供給される高圧の直流電力を例えば12Vに降圧し、電池288および補機290等に供給するためのDC(直流)−DCコンバータ286とを含む。
[Embodiment 2]
<Constitution>
FIG. 5 shows a schematic configuration of the vehicle according to the second embodiment. With reference to FIG. 5, the
DC−DCコンバータ286としては、実施形態1として説明した電力変換装置50を用いることができる。
As the DC-DC converter 286, the
〈動作〉
高圧電池280には高圧の電力が蓄積されており、発電機/駆動モータ282はこの電力を用いて車両260を駆動する。高圧作動ユニット284も同様に高圧電池280からの電力を用いて動作する。一方、DC−DCコンバータ286は高圧電池280からの高圧電力を例えば12Vに降圧し、電池288および補機290に与える。電池288は補機290の消費電力が大きなときには電力を補機290に出力する。補機290の消費電力が小さなときには、電池288はDC−DCコンバータ286から与えられる電力を蓄積する。
<motion>
High-voltage power is stored in the high-
DC−DCコンバータ286は実施形態1にかかる電力変換装置50と同じものなので、実施形態1と同様、通常時にはフィードフォワード制御とフィードバック制御とにより応答性高く動作し、入力電圧に異常が発生したときには適切に対処することができ、入力電圧のモニタ回路に何らかの異常が発生したときでもフィードバック制御のみで、ある程度安定した動作を行うことができる。
Since the DC-DC converter 286 is the same as the
[専用コンピュータによる実現]
上記実施形態1にかかる電力変換装置50および実施形態2のDC−DCコンバータ286において、MCU72は図3および図4に制御構造を示すプログラムによりプログラムされた専用コンピュータにより実現される。MCU72のハードウェア構成を図6に示す。
[Realization by dedicated computer]
In the
図6を参照して、MCU72は、入力電圧モニタIC70、電圧センサ104および電圧センサ66等の各種センサ402と、MCU72から出力される制御信号にしたがってハーフブリッジ回路78の駆動信号を生成する駆動信号生成回路404とに接続され、各種センサ402からの出力にしたがって駆動信号生成回路404への制御信号を出力するよう、図3および図4に示すプログラムによりプログラムされた専用コンピュータ400を含む。
With reference to FIG. 6, the
専用コンピュータ400は、CPU(Central Processing Unit)450と、CPU450に接続され、CPU450とMCU72の各部とのデータおよび制御信号の経路をCPU450に提供するバス452と、バス452に接続され、CPU450が実行する起動プログラム等の各種プログラムを記憶したROM(Read-Only Memory)454と、バス452に接続され、CPU450が実行するプログラムおよびデータを格納するためのRAM456と、バス452に接続され、CPU450によるプログラムおよびその実行に必要なデータ等を記憶するための、書換可能でかつ不揮発性の補助記憶458とを含む。
The
専用コンピュータ400はさらに、バス452に接続され、各種センサ402からの入力をRAM456の所定アドレスにバス452を介して格納したり、CPU450が出力しRAM456に格納した制御信号を読出して駆動信号生成回路404に与えたりするための入出力インターフェイス(I/F)460とを含む。
The
図3および図4に制御構造を示したプログラムは、例えばROM454に格納され、実行時にはRAM456にロードされる。CPU450はRAM456の中で、プログラムカウンタ(図示せず)により指定されるアドレスから命令を読出し、解釈し、CPU450内の図示しないレジスタ、ROM454、RAM456、および入出力I/F460の中の命令により指定されたアドレスからデータを読出して命令を実行する。CPU450は、命令を実行した結果を同じく命令により指定されたアドレスに格納する。CPU450はこのようにしてプログラムを実行することにより、図1に示す制御器120および異常検出器122を実現する。これら複数の装置のコンピュータプログラムは、それぞれ、外部のサーバ装置等からインストールすることができる。また、これら複数の装置のコンピュータプログラムは、それぞれ、CD(Compact Disc)−ROM、DVD(Digital Versatile disc)−ROM、半導体メモリ等の記録媒体に格納された状態で流通する。
The program whose control structure is shown in FIGS. 3 and 4 is stored in, for example,
[変形例]
なお、上記実施の形態では、電圧センサ104の出力を換算するために、電圧調整回路74を用い、その結果と入力電圧モニタIC70の出力をとソフトウェアで比較している。しかしこの開示はそのような実施の形態には限定されない。正常時を表す式(a2)の換算式から、Raを計算できる。したがって、電圧センサ104をそのままデジタル化し、MCU72において式(a2)のVに代入して電圧センサ104の出力を換算することで理論的なVINを求め、求められたVINの値と入力電圧モニタIC70の出力とを図4のステップ250で比較してもよい。
[Modification example]
In the above embodiment, the
または、入力電圧モニタIC70の出力をアナログ信号とし、図1に示す電圧調整回路74による出力との差分を回路的に求め、その信号を正常範囲の上限および下限に対応する2つのコンパレータでしきい値と比較することで図4のステップ250およびステップ252の機能を実現してもよい。
Alternatively, the output of the input voltage monitor IC70 is used as an analog signal, the difference from the output by the
今回開示された実施の形態は全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。この開示の範囲は、発明の詳細な説明の記載により示されるわけではなく、特許請求の範囲の各請求項によって示され、特許請求の範囲の文言と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and not restrictive. The scope of this disclosure is not indicated by the description of the detailed description of the invention, but is indicated by each claim of the claims, and all modifications within the meaning and scope equivalent to the wording of the claims. Is intended to be included.
50 電力変換装置
60 直流電源
62 電力変換器
64 負荷
66、68、104 電圧センサ
70 入力電圧モニタIC
72 MCU
74 電圧調整回路
78 ハーフブリッジ回路
80 トランス
82、86 MOSFET
84、88 ボディダイオード
90、92、94、102 コンデンサ
96、98 ダイオード
100 リアクトル
120 制御器
122 異常検出器
200 分圧回路
202 フィルタ
210、212 抵抗
230、232、234、236、238、240、242、244、246、250、252 ステップ
260 車両
270 車体
280 高圧電池
282 発電機/駆動モータ
284 高圧作動ユニット
286 DC−DCコンバータ
288 電池
290 補機
400 専用コンピュータ
402 各種センサ
404 駆動信号生成回路
450 CPU
452 バス
454 ROM
456 RAM
458 補助記憶
460 入出力I/F
50 Power converter 60
72 MCU
74
84, 88
452
456 RAM
458 Auxiliary storage 460 I / O I / F
Claims (10)
前記電力変換器への入力電圧をモニタリングする入力電圧モニタ回路と、
前記電力変換器の出力電圧と前記入力電圧モニタ回路の出力に応答し、前記電力変換器の出力が目標値となるように前記電力変換器を制御する制御回路と、
前記入力電圧モニタ回路の出力と、前記電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、前記電力変換器の出力系および前記入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、前記制御回路による前記電力変換器の制御を調整する異常判定回路とを含む、電力変換装置。 Power converter and
An input voltage monitor circuit that monitors the input voltage to the power converter,
A control circuit that responds to the output voltage of the power converter and the output of the input voltage monitor circuit and controls the power converter so that the output of the power converter becomes a target value.
Based on the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter, it is determined whether or not an abnormality has occurred in either the output system of the power converter or the input voltage monitor circuit. A power conversion device including an abnormality determination circuit that adjusts control of the power converter by the control circuit according to a determination result.
前記入力電圧モニタ回路の出力と、前記所定位置の電圧との間に所定の関係が成立するか否かによって前記出力系および前記入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定する判定回路と、
前記判定回路の判定結果に応じて、前記制御回路による前記電力変換器の制御を調整する調整回路とを含む、請求項1に記載の電力変換装置。 The abnormality determination circuit is
It is determined whether or not an abnormality has occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit depending on whether or not a predetermined relationship is established between the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at the predetermined position. Judgment circuit to
The power conversion device according to claim 1, further comprising an adjustment circuit that adjusts control of the power converter by the control circuit according to a determination result of the determination circuit.
前記調整回路は、前記異常判定回路により異常が発生したと判定されたことに応答して、前記制御回路による前記フィードフォワード制御を停止する、請求項2に記載の電力変換装置。 The control circuit performs feed-forward control of the power converter using the output of the input voltage monitor circuit.
The power conversion device according to claim 2, wherein the adjustment circuit stops the feed forward control by the control circuit in response to the determination that an abnormality has occurred by the abnormality determination circuit.
前記入力電圧モニタ回路の出力と、前記所定位置の電圧との間で、前記入力電圧モニタ回路と前記電力変換器とが正常に動作しているときの、前記入力電圧モニタ回路の出力と、前記所定位置の電圧との換算後の値が等しくなるように、前記入力電圧モニタ回路の出力と、前記所定位置の電圧との少なくとも一方を所定の換算式にしたがって換算する換算回路と、
前記換算回路により少なくとも一方が換算された後の前記入力電圧モニタ回路の出力および前記所定位置の電圧が一致するか否かにしたがって前記出力系および前記入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定する換算値比較回路とを含む、請求項2または請求項3に記載の電力変換装置。 The determination circuit
The output of the input voltage monitor circuit and the output of the input voltage monitor circuit when the input voltage monitor circuit and the power converter are operating normally between the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at the predetermined position. A conversion circuit that converts at least one of the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at the predetermined position according to a predetermined conversion formula so that the converted values with the voltage at the predetermined position are equal.
An abnormality occurred in either the output system or the input voltage monitor circuit depending on whether or not the output of the input voltage monitor circuit and the voltage at the predetermined position match after at least one of them has been converted by the conversion circuit. The power conversion device according to claim 2 or 3, further comprising a conversion value comparison circuit for determining whether or not.
前記入力電圧を入力として受け、前記制御回路の制御にしたがってスイッチングを行う複数のスイッチング素子を含むスイッチング回路と、
前記スイッチング回路の出力に一次側コイルが接続されたトランスと、
前記トランスの二次側コイルに接続された整流回路とを含み、
前記整流回路は、前記トランスの出力電圧を整流するためのダイオードを含み、
前記所定位置は、前記ダイオードのカソード側の電圧である、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 The power converter
A switching circuit including a plurality of switching elements that receive the input voltage as an input and perform switching according to the control of the control circuit.
A transformer with a primary coil connected to the output of the switching circuit,
Including a rectifier circuit connected to the secondary coil of the transformer
The rectifier circuit includes a diode for rectifying the output voltage of the transformer.
The power conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the predetermined position is a voltage on the cathode side of the diode.
前記所定位置に接続された一方端子と、前記換算値比較回路の入力に接続された他方端子とを持つ、抵抗値R1である第1の抵抗と、
前記第1の抵抗の前記他方端子と基準電圧との間に接続された、抵抗値R2である第2の抵抗とを含み、
前記第1の抵抗および前記第2の抵抗による、前記他方端子における分圧比は、以下の式(1)により計算され、
N=前記トランスの巻数比、
duty=前記スイッチング回路の前記スイッチング素子のデューティ比、
Vf=前記ダイオードの順方向電圧、
1000はボルトからミリボルトへの単位変換係数を、それぞれ表す。 The conversion circuit
A first resistor having a resistance value of R1 having one terminal connected to the predetermined position and the other terminal connected to the input of the conversion value comparison circuit.
A second resistor having a resistance value of R2, which is connected between the other terminal of the first resistor and the reference voltage, is included.
The voltage division ratio at the other terminal by the first resistor and the second resistor is calculated by the following equation (1).
duty = duty ratio of the switching element of the switching circuit,
Vf = forward voltage of the diode,
1000 represents the unit conversion coefficient from volt to millivolt, respectively.
前記車体に設けられ、第1の電圧で電力を蓄積し、出力するバッテリーと、
前記車体に設けられ、前記第1の電圧より低い第2の電圧で動作する低電圧動作部と、
前記車体に、前記バッテリーの出力を入力として受け、前記第2の電圧に変換して前記低電圧動作部に供給するように設けられた、請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置とを含む、車両。 With the car body
A battery provided in the vehicle body that stores and outputs electric power at the first voltage,
A low-voltage operating unit provided on the vehicle body and operating at a second voltage lower than the first voltage.
The invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the vehicle body receives the output of the battery as an input, converts it into the second voltage, and supplies the output to the low voltage operating unit. Vehicles, including power converters.
前記入力電圧モニタ回路が前記電力変換器への入力電圧をモニタリングし、当該入力電圧を表す信号を出力するステップと、
前記制御回路が、前記入力電圧モニタ回路の出力する前記信号と、前記電力変換器の出力電圧とに応答し、前記電力変換器の出力が目標値となるように前記電力変換器を制御するステップと、
前記異常判定回路が、前記入力電圧モニタ回路の出力する前記信号と、前記電力変換器内の所定位置の電圧とに基づき、前記出力系および前記入力電圧モニタ回路のいずれかに異常が発生したか否かを判定し、判定結果に応じて、前記制御回路による前記電力変換器の制御を調整するステップとを含む、電力変換装置の動作方法。 One of a power converter, an input voltage monitor circuit for monitoring the input voltage to the power converter, a control circuit for controlling the power converter, an output system of the power converter, and an input voltage monitor circuit. An operation method of a power converter including an abnormality determination circuit for determining whether or not an abnormality has occurred.
A step in which the input voltage monitor circuit monitors the input voltage to the power converter and outputs a signal representing the input voltage.
A step in which the control circuit responds to the signal output by the input voltage monitor circuit and the output voltage of the power converter, and controls the power converter so that the output of the power converter becomes a target value. When,
Whether the abnormality determination circuit has caused an abnormality in either the output system or the input voltage monitor circuit based on the signal output by the input voltage monitor circuit and the voltage at a predetermined position in the power converter. A method of operating a power converter, which includes a step of determining whether or not to use the power converter and adjusting the control of the power converter by the control circuit according to the determination result.
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JP2019025469A JP2020137201A (en) | 2019-02-15 | 2019-02-15 | Electric power conversion apparatus and operation method thereof, as well as vehicle |
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