JP2024010800A - 電圧変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】第１スイッチング素子３１の異常を適正に判定する。【解決手段】上アームとしての第１スイッチング素子と、下アームとしての第２スイッチング素子と、リアクトルと、を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、ＤＣ／ＤＣコンバータと負荷とを接続する電力ラインに取りつけられた平滑コンデンサと、平滑コンデンサと並列に電力ラインに接続された放電素子と、電力ラインに取りつけられたリレーと、第１、第２スイッチング素子とリレーとを制御する制御装置と、を備える電圧変換装置であって、オフになるように第１、第２スイッチング素子を制御している場合において、リレーを開成し、その後に、平滑コンデンサの電圧が所定閾値未満になったときには第１スイッチング素子が正常であると判定し、平滑コンデンサの電圧が所定閾値以上になったときには第１スイッチング素子が異常であると判定する。【選択図】図２

Description

本発明は、電圧変換装置に関する。

従来、この種の電圧変換装置としては、電力用のトランスを有するＤＣ／ＤＣコンバータと、トランスの一次側巻線に直列接続されるスイッチング素子と、を備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、スイッチング素子に異常判定閾値を超える電流が流れているときに、異常であると判定している。

特開２０２０－２０５６６０号公報

しかし、上述の電圧変換装置では、スイッチング素子がある程度の抵抗値を有する状態で短絡したときには、スイッチング素子に流れる電流が異常判定閾値を下回ることがある。この場合、スイッチング素子の異常を適正に判定できない。

本発明の電圧変換装置は、スイッチング素子の異常を適正に判定することを目的とする。

本発明の電圧変換装置は、
上アームとしての第１スイッチング素子と、下アームとしての第２スイッチング素子と、リアクトルと、を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと負荷とを接続する電力ラインに取りつけられた平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサと並列に前記電力ラインに接続された放電素子と、前記電力ラインに取りつけられたリレーと、前記第１、第２スイッチング素子と前記リレーとを制御する制御装置と、を備える電圧変換装置であって、
前記制御装置は、オフになるように前記第１、第２スイッチング素子を制御している場合において、前記リレーを開成し、その後に、前記平滑コンデンサの電圧が所定閾値未満になったときには前記第１スイッチング素子が正常であると判定し、前記平滑コンデンサの電圧が前記所定閾値以上になったときには前記第１スイッチング素子が異常であると判定する
ことを要旨とする。

本発明の一実施例としての電圧変換装置２０の構成の概略を示す構成図である。 制御装置４０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 第１スイッチング素子３１の出力電圧Ｖｏの時間変化の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての電圧変換装置２０の構成の概略を示す構成図である。電圧変換装置２０は、第１バッテリ１０と、第１バッテリ１０より定格電圧が低い第２バッテリ１２との間に接続されており、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０と、低電圧電力ラインＬＬに接続される平滑コンデンサ３５と、システムメインリレーＳＭＲと、出力側リレー（リレー）Ｒｏと、制御装置４０と、を備える。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、高電圧電力ラインＬＨおよびシステムメインリレーＳＭＲを介して第１バッテリ１０に接続されると共に、低電圧電力ラインＬＬおよび出力側リレーＲｏを介して負荷としての第２バッテリ１２や各種補機１４に接続される。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、上アームである第１スイッチング素子３１と、下アームである第２スイッチング素子３２と、コイル（リアクトル）３３と、第１、第２スイッチング素子３１、３２をスイッチング制御する制御ＩＣ３４と、を備える。第１スイッチング素子３１は、ドレインが高電圧電力ラインＬＨに接続されたトランジスタとして構成されている。第２スイッチング素子３２は、ドレインが第１スイッチング素子３１のトランジスタのソースに接続されると共にソースが接地されたトランジスタとして構成されている。コイル３３の一端は、第１スイッチング素子３１のソースおよび第２スイッチング素子３２のドレインに接続され、コイル３３の他端は、低電圧電力ラインＬＬに接続される。制御ＩＣ３４は、制御装置４０からの電圧指令値に基づいて第１、第２スイッチング素子３１、３２をスイッチング制御する。

平滑コンデンサ３５は、一端が低電圧電力ラインＬＬに接続されており、他端が接地されている。電圧センサ３６は、平滑コンデンサ３５と並列に低電圧電力ラインＬＬに接続された図示しない比較的抵抗値が高い内部抵抗を備えており、低電圧電力ラインＬＬと接地との間の電圧差を出力電圧Ｖｏとして検出している。したがって、電圧センサ３６は、低電圧電力ラインＬＬに流れる電流を内部抵抗を介して放電している。

制御装置４０は、図示しないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポート、通信ポート等を備えるマイクロコンピュータとして構成されている。制御装置４０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０の出力電圧（平滑コンデンサ３５の電圧）を検出する電圧センサ３６（放電素子）からの出力電圧Ｖｏなどが入力ポートを介して入力される。制御装置４０からは、システムメインリレーＳＭＲや出力側リレーＲｏへの制御信号などが出力ポートを介して出力されている。制御装置４０は、通信を介して制御ＩＣ３４に電圧指令値を送信する。

こうして構成された電圧変換装置２０では、制御装置４０は、システムメインリレーＳＭＲおよび出力側リレーＲｏを閉成し、制御ＩＣ３４との協働により第１バッテリ１０からの電力（入力電圧Ｖｉ）が目標電圧Ｖ＊まで降圧するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３０の第１、第２スイッチング素子３１、３２をスイッチング制御する。

また、制御装置４０は、システム起動直後およびシステム停止直後の動作チェック時や、システム起動後のシステムメインリレーＳＭＲの閉成時に、当該システムメインリレーＳＭＲに過大な電流が流れないように、スイッチング停止指令（ディスエーブル信号）を制御ＩＣ３４に送信する。スイッチング停止指令を受信した制御ＩＣ３４は、ゲートがオフになるように第１、第２スイッチング素子３１、３２を制御してＤＣ／ＤＣコンバータ３０のスイッチングを停止するスイッチング停止モードへと移行させる。

次に、こうして構成された実施例の電圧変換装置２０の動作、特に、第１スイッチング素子３１に異常が発生しているか否かを判定する際の動作について説明する。図２は、制御装置４０により実行される異常判定ルーチンの一例を示すフローチャートである。本ルーチンは、システムメインリレーＳＭＲの閉成時に上述のスイッチング停止モードへ移行したときに実行される。

本ルーチンが実行されると、制御装置４０は、出力側リレーＲｏを開成し（ステップＳ１００）、電圧センサ３６から出力電圧Ｖｏを取得し（ステップＳ１１０）、出力電圧Ｖｏが閾値（所定閾値）Ｖｒｅｆ１未満であるか否かと（ステップＳ１２０）、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上の閾値Ｖｒｅｆ２を超えているか否かと（ステップＳ１３０）を判定する。閾値Ｖｒｅｆ１は、第１スイッチング素子３１が正常であると判定するための閾値である。閾値Ｖｒｅｆ２は、ゲートがオフになるように第１スイッチング素子３１を制御しているにもかかわらず第１スイッチング素子３１に電流が流れる異常（以下、単に「異常」という）が第１スイッチング素子３１に発生していると判定するための閾値である。

図３は、第１スイッチング素子３１の出力電圧Ｖｏの時間変化の一例を示す説明図である。第１スイッチング素子３１が正常であるときには、ゲートがオフになるように第１スイッチング素子３１を制御すると（時刻ｔ１）、電圧センサ３６の内部抵抗により平滑コンデンサ３５が放電され、実線に示すように、出力電圧Ｖｏが低下して、閾値Ｖｒｅｆ１未満になる（時刻ｔ３）。第１スイッチング素子３１に異常が発生しているときには、ゲートがオフになるように第１スイッチング素子３１を制御しても第１スイッチング素子３１から電流が供給されて平滑コンデンサ３５が充電されるから、破線に示すように、出力電圧Ｖｏが上昇し、閾値Ｖｒｅｆ１以上の閾値Ｖｒｅｆ２を超える（時刻ｔ２）。したがって、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満のときには、第１スイッチング素子３１が正常であると判定でき、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ２を超えているときには第１スイッチング素子３１に異常が発生していると判定できる。そして、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上閾値Ｖｒｅｆ２以下のときには、正常であるか異常であるかを判定できない。

ステップＳ１２０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満であるときには、第１スイッチング素子３１が正常であると判定して（ステップＳ１５０）、本ルーチンを終了する。これにより、第１スイッチング素子３１が正常であることを適正に判定できる。ステップＳ１２０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上で、ステップＳ１３０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ２を超えているときには、第１スイッチング素子３１に異常が発生していると判定して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。これにより、第１スイッチング素子３１の異常を適正に判定できる。

ステップＳ１２０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上で、ステップＳ１３０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ２以下のときには、第１スイッチング素子３１が正常であるか異常であるかを判定することができないから、ステップＳ１００で出力側リレーＲｏを開成してからの時間ｔｏｐｅｎが所定時間ｔｒｅｆを経過したか否かを判定する（ステップＳ１４０）。所定時間ｔｒｅｆは、第１スイッチング素子３１が正常であるときに出力側リレーＲｏを開成してから出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満になるまでの時間に設定される。ステップＳ１４０で時間ｔｏｐｅｎが所定時間ｔｒｅｆを経過していないときには、第１スイッチング素子３１が正常である可能性があると判断して、ステップＳ１１０に戻り、ステップＳ１２０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満になったり、ステップＳ１３０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ２を超えたりするまで、ステップＳ１１０～Ｓ１４０を繰り返す。ステップＳ１２０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満になったときには、第１スイッチング素子３１が正常であると判定し（ステップＳ１５０）、ステップＳ１４０で時間ｔｏｐｅｎが所定時間ｔｒｅｆを経過したときには、第１スイッチング素子３１に異常が発生していると判定して（ステップＳ１６０）、本ルーチンを終了する。これにより、第１スイッチング素子３１の異常を適正に判定できる。

以上説明した実施例の電圧変換装置２０によれば、オフになるように第１、第２スイッチング素子３１、３２を制御している場合において、出力側リレーＲｏを開成し、その後に、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１未満になったときには第１スイッチング素子３１が正常であると判定し、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上である閾値Ｖｒｅｆ２を超えているときには第１スイッチング素子３１が異常であると判定することにより、第１スイッチング素子３１の異常を適正に判定できる。

実施例の電圧変換装置２０では、図２の異常判定ルーチンのステップＳ１２０～Ｓ１６０で出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上である閾値Ｖｒｅｆ２を超えているときには第１スイッチング素子３１が異常であると判定している。しかし、ステップＳ１３０、Ｓ１４０を判定することなく、出力電圧Ｖｏが閾値Ｖｒｅｆ１以上のときには第１スイッチング素子３１が異常であると判定してもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

２０ 電圧変換装置、３０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、３１ 第１スイッチング素子、３２ 第２スイッチング素子、３３ コイル（リアクトル）、３４ 制御ＩＣ、３５ 平滑コンデンサ、３６ 電圧センサ、４０ 制御装置、ＬＬ 低電圧電力ライン、Ｒｏ 出力側リレー。

Claims (1)

1. 上アームとしての第１スイッチング素子と、下アームとしての第２スイッチング素子と、リアクトルと、を有するＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと負荷とを接続する電力ラインに取りつけられた平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサと並列に前記電力ラインに接続された放電素子と、前記電力ラインに取りつけられたリレーと、前記第１、第２スイッチング素子と前記リレーとを制御する制御装置と、を備える電圧変換装置であって、
   前記制御装置は、オフになるように前記第１、第２スイッチング素子を制御している場合において、前記リレーを開成し、その後に、前記平滑コンデンサの電圧が所定閾値未満になったときには前記第１スイッチング素子が正常であると判定し、前記平滑コンデンサの電圧が前記所定閾値以上になったときには前記第１スイッチング素子が異常であると判定する
   電圧変換装置。

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