JP5258927B2 - Power converter, refrigeration air conditioning system, and control method - Google Patents
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本発明は、電力変換装置、冷凍空調システムおよび制御方法に関する。 The present invention relates to a power conversion device, a refrigeration air conditioning system, and a control method.
可変電圧・可変周波数インバータが実用化されるに従って、各種の電力変換装置および電力変換にかかるデバイスの応用分野が開拓されてきた。 As variable voltage / variable frequency inverters are put into practical use, application fields of various power converters and devices related to power conversion have been developed.
電力変換装置としては、昇降圧コンバータの応用技術開発が盛んである。併せて、近年、新デバイスとして、電流容量は小さいが高耐圧である素子(例えば、ワイドバンドギャップ半導体)の開発が盛んに行われている。新デバイスは、整流器を中心に実用化されてきている(例えば、下記特許文献1参照)。
As power converters, development of applied technology for buck-boost converters is thriving. In addition, in recent years, as a new device, an element having a small current capacity but a high breakdown voltage (for example, a wide band gap semiconductor) has been actively developed. New devices have been put into practical use centering on rectifiers (see, for example,
しかしながら、上述の新デバイスは、電気特性(特にリカバリー特性)が良く高効率な素子のうち電流容量が大きい素子は、高コスト,結晶欠陥等の実用化に向けて多くの課題があり、普及にはまだ時間がかかる。従って、小容量の素子を用いることを前提する必要があり、異常等に大きな電流が当該素子に流れるのを防ぐ必要がある、という問題があった。 However, the above-mentioned new devices have high electrical characteristics (especially recovery characteristics) and high efficiency, and devices with large current capacity have many problems for practical use such as high cost and crystal defects. Still takes time. Therefore, it is necessary to use a small-capacity element, and there is a problem that it is necessary to prevent an abnormally large current from flowing through the element.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小容量の素子を用いた場合に、高効率・高信頼性を確保し、かつ異常時に故障を防いでシステム停止できる電力変換装置、冷凍空調システムおよび制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and when a small-capacity element is used, a power conversion device, a refrigeration system that can ensure high efficiency and high reliability and can stop the system while preventing a failure in the event of an abnormality An object is to provide an air conditioning system and a control method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電源供給部と、昇圧部と、前記昇圧部外の電流経路である転流経路を形成する転流部と、前記昇圧部および前記転流部からの出力電圧を平滑する平滑部と、前記昇圧部に流れる電流を検出する制御用電流検出部と、前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出部と、のうち少なくともいずれか一方と、前記昇圧部と前記平滑部との間に流れる電流を検出する異常判定用電流検出部と、前記制御用電流検出部は検出した電流と前記両端電圧とのうち少なくともいずれか一方に基づいて前記昇圧部および前記転流部を制御する制御部と、前記異常判定用電流検出部が検出した電流に基づいて前記転流部が異常であるか否かを判定する異常判定処理部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a power supply unit, a boosting unit, a commutation unit that forms a commutation path that is a current path outside the boosting unit, and the boosting unit. And / or a smoothing unit that smoothes the output voltage from the commutation unit, a control current detection unit that detects a current flowing through the boosting unit, and a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing unit. Any one of the detected current and the both-ends voltage of the abnormality determination current detection unit that detects a current flowing between the boosting unit and the smoothing unit, and the control current detection unit. A control unit that controls the boosting unit and the commutation unit, and an abnormality determination processing unit that determines whether the commutation unit is abnormal based on a current detected by the abnormality determination current detection unit; It is characterized by providing.
本発明によれば、小容量の半導体スイッチを用いた場合、高効率・高信頼性を確保し、かつ異常時に故障を防いでシステム停止できる、という効果を奏する。 According to the present invention, when a small-capacity semiconductor switch is used, there is an effect that high efficiency and high reliability are ensured, and the system can be stopped while preventing a failure at the time of abnormality.
以下に、本発明にかかる電力変換装置、冷凍空調システムおよび電力変換装置の制御方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Embodiments of a power conversion device, a refrigeration / air conditioning system, and a control method for a power conversion device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態1の構成例を示す図である。図1に例示する本実施の形態の電力変換装置は、高効率に電力変換を行うことができる電力変換装置である。本実施の形態の電力変換装置は、例えば、冷凍空調システムに内蔵される電力変換装置として用いることができる。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a power conversion device according to the present invention. The power conversion device of this embodiment illustrated in FIG. 1 is a power conversion device that can perform power conversion with high efficiency. The power converter of this Embodiment can be used as a power converter built in a refrigerating and air-conditioning system, for example.
図1に示すように、本実施の形態の電力変換装置は、電源供給部1と、昇圧部2と、昇圧部2の出力電圧を平滑する平滑部3と、平滑部3により平滑化された電圧を検出する電圧検出部5と、昇圧部2に流れる電流を必要なタイミングで異なった経路に転流する転流部4と、を備える。また、本実施の形態の電力変換装置は、電源供給部1と負荷9との接続線を流れる電流を検出する電流検出素子10と、電流検出素子10より得られる信号を制御可能量に変換する電流検出部11と、昇圧部2内のスイッチ(昇圧用スイッチ)22に流れる電流を検出する電流検出素子12と、電流検出素子12より得られる信号を制御可能量に変換する電流検出部13と、転流部4内のスイッチ(転流用スイッチ)44にかかる電圧を検出する電圧検出部(異常判定用電圧検出部)46と、電圧検出部5より得られる電圧値と電圧検出部46より得られる電圧値と電流検出部10より得られる電流値と電流検出部13により得られる電流値とを用いて昇圧部2と転流部4を制御する制御部6と、制御部6より発生する昇圧部2の駆動信号を伝達する駆動信号伝達部7と、制御部6より発生する転流部4の転流信号を伝達する転流信号伝達部8と、昇圧部2および平滑部3の後段に接続される負荷9と、を備える。
As shown in FIG. 1, the power conversion device according to the present embodiment is smoothed by the
本実施の形態の昇圧部2は、例えば、電源供給部1の正側または負側に接続されたリアクトル21と、その後段に接続されるスイッチ22および整流器(逆流防止部)23で構成される。図1に示すように、リアクトル21の後段で、電源供給部1と負荷9との接続線とスイッチ22との接続点をA点とする。また、B点を、リアクトル21と負荷9の接続線上の整流器23(アノード側)とA点との間とし、C点を、リアクトル21と負荷9の接続線上の整流器23(カソード側)と平滑部3との間とする。なお、スイッチ22には、例えば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOS(Metal Oxide Semiconductor)−FET(Field Effect Transistor)等が用いられる。
The
本実施の形態の電流検出素子10は、電源供給部1と負荷9との下側(リアクトル21が接続されない側)の接続線上のスイッチ22との接続点をD点とするとき、電源供給部1とD点との間を流れる電流を検出する。電流検出素子10としては、例えばACCT(カレントトランス)やDCCT(ホール素子・ホールIC等利用)等を用いることができる。また、電流検出部11は、電流検出素子10により検出された値を制御部6内で処理可能な値(Idc)として取り込めるようにするための、増幅回路、レベルシフト回路およびフィルタ回路等で構成される。制御部6は、Idcを用いてスイッチ22を制御する。電流検出部11は、その機能を制御部6が有する場合は、適宜省略しても良い。また電流制御を行わないアプリケーションを適用する場合は、電流検出素子10および電流検出部11を適宜省略しても良い。
The
制御部6は、電圧検出部5が検出した平滑部3の両端電圧Vdcと、電流検出部11から出力されるIdcと、の両方またはいずれか一方を用いてスイッチ22の開閉を制御する。制御部6が、両端電圧Vdcを用いない場合は、電圧検出部5を備えなくてもよい。
The control unit 6 controls the opening / closing of the
本実施の形態の電流検出素子12には、例えば、ACCTやシャント抵抗等を用いることができる。また、電流検出部13は、電流検出素子12により検出された値を制御手段6内で処理可能な適正値(Ip)として取り込めるようにするための、増幅回路、レベルシフト回路およびフィルタ回路等で構成される。電流検出部13についても、電流検出部11と同様に、その機能を制御部6が有する場合は、適宜省略しても良い。
For example, an ACCT or a shunt resistor can be used for the
なお、電流検出素子12および電流検出部13により、制御部6に入力する電流を生成しているため、電流検出素子12および電流検出部13を広義の電流検出部と考えることができる。同様に、電流検出素子10および電流検出部11を広義の電流検出部と考えることができる。また、電流検出素子12および電流検出部13は、後述のように異常判定処理に用いる電流を測定するため、異常判定用電流検出部としての機能を有し、電流検出素子10および電流検出部11は、スイッチ22を制御するための制御用電流検出部としての機能を有する。
In addition, since the electric current input into the control part 6 is produced | generated by the electric
スイッチ22の開閉状態は、駆動信号伝達部7から出力される駆動信号SAにより操作される。駆動信号伝達部7は、制御装置6が生成したスイッチ22の開閉を制御する駆動制御信号saを駆動信号SAへ変換する。駆動信号伝達部7は、例えば、バッファ、ロジックIC、レベルシフト回路等により構成される。ただし、制御装置6が駆動制御信号saを駆動信号SAに変換する機能を内蔵する場合等は、駆動信号伝達部7を適宜省略しても良い。その場合、スイッチ22の開閉は、制御装置6から出力される駆動信号SAにより直接操作される。
The open / closed state of the
また転流部4は、変圧器41と、変圧器41と直列に接続される整流器(転流用整流器)42と、変圧器41を駆動する変圧器駆動回路43と、で構成される。図1では変圧器41の1次側巻線と2次側巻線の極性は同一としている。変圧器41の2次側巻線は整流器42と直列接続される。さらに整流器42は、昇圧部2の整流器23と並列接続される。
The commutation unit 4 includes a
変圧器駆動回路43は、例えば変圧器41を駆動するための電源45と、変圧器41と電源45とを接続するか否かを切り替えるスイッチ44と、で構成される。ノイズ対策や故障時保護を考慮し、必要に応じて電源45、スイッチ44、変圧器41の1次側巻線の経路に制限抵抗、高周波コンデンサ、スナバ回路、保護回路等を挿入しても良い。また本例では変圧器41には、励磁電流をリセットするリセット巻線を設けていないが、必要に応じて1次側巻線にリセット巻線を付加し、更に整流器等を設けて励磁エネルギーを電源側に回生することで、高効率化が可能となる。
The
スイッチ44の開閉状態は、転流信号伝達部8から出力される転流信号SBにより操作される。転流信号伝達部8は、制御装置6が生成したスイッチ44の開閉を制御する転流制御信号sbを転流信号SBへ変換する。転流信号伝達部8は、駆動信号伝達部7と同様に、例えば、バッファ、ロジックIC、レベルシフト回路等により構成される。ただし、制御装置6が転流制御信号sbを転流信号SBに変換する機能を内蔵する場合等は、転流信号伝達部8を適宜省略しても良い。その場合、スイッチ44の開閉は、制御装置6から出力される駆動信号SAにより直接操作される。
The open / closed state of the
電圧検出部5、46は、分圧抵抗によるレベルシフト回路等で構成される。電圧検出部5、46は、必要に応じて、検出した信号を制御部6が演算可能となるようにアナログ/デジタル変換器を付加しても良い。
The
制御部6は、マイクロコンピュータや、デジタルシグナルプロセッサ等の演算装置、あるいはその同様機能を内部に有する装置等で構成される。 The control unit 6 is configured by a microcomputer, an arithmetic device such as a digital signal processor, or a device having the same function therein.
次に、図1に示した本実施の形態の電力変換装置に関して、電源供給部1から負荷9に電力供給される場合の通流経路について説明する。本実施の形態の電力変換装置の動作は、昇圧チョッパーに整流器の転流動作を加えたものとなる。従って、スイッチ22及びスイッチ44の開閉状態の4種類の組み合わせがあり、合計4モードの動作モードが存在する。図2−1〜2−4は、各モードの電流経路を示す図である。
Next, with regard to the power conversion device according to the present embodiment shown in FIG. 1, a flow path when power is supplied from the
まず、スイッチ22がオン、且つスイッチ44がオフのモード(モード(1)とする)を考える。通常、整流器42にはリカバリー特性の良好な素子を用い、整流器23は、整流器42と比較して順方向電圧が低い素子を用いる。また変圧器41の巻線はインダクタ成分であるため、励磁電流を流さない場合電流が流れない。従って、スイッチ44がオフであるモード(1)については、転流部4の経路には電流は流れ込まない。また、スイッチ22はオンであるから、図2−1に示した電流経路Rでリアクトル21にエネルギーを蓄積することができる。
First, consider a mode (mode (1)) in which the
次に、スイッチ22がオフ、且つスイッチ44がオフのモード(モード(2))を考える。この場合も、スイッチ44がオフであり、転流部4の経路には電流は流れ込まない。また、スイッチ22がオフであるから、図2−2に示した電流経路Rでリアクトル21のエネルギーを負荷側に供給することができる。
Next, consider a mode (mode (2)) in which the
次に、スイッチ22がオン、且つスイッチ44がオンのモード(モード(3))を考える。この場合、スイッチ44がオンであるが、スイッチ22も同時にオン状態であり、電源供給部1側のインピーダンスが低いため、転流部4の経路にはほとんど電流は流れ込まず、図2−3に示した電流経路Rでリアクトル21にエネルギーを蓄積することができる。モード(3)では、転流信号SBの伝達遅延等により、瞬間的に転流部4の経路への流れ込みが発生する場合があるが、使用上特に問題にならない。
Next, consider a mode (mode (3)) in which the
次に、スイッチ22がオフ、且つスイッチ44がオンのモード(モード(4))を考える。この場合、スイッチ22がオフであり、整流器23を介して負荷9側に電流が流れ込む(図2−4の電流経路R1)。またスイッチ44もオンしているため変圧器41が励磁され、図2−4に示したように転流部4の経路にも電流が流れ込む(電流経路R2)。そして、一定時間経過後、整流器42側に完全に転流することとなる。
Next, consider a mode (mode (4)) in which the
以上より、モード(4)の場合(スイッチ22がオフ、且つスイッチ44がオン)に転流動作が生ずるものの、本実施の形態の電力変換装置におけるスイッチ22の開閉によるエネルギー蓄積動作は、従来の昇圧チョッパーを踏襲したものとなる。従って、スイッチ22がオン時間Ton、オフ時間Toffで繰返しスイッチングを行うと、C点には以下の式(1)で示す平均電圧ECが得られる。ここでは簡単化のため、電源供給部1の電圧は直流電源E1とする。
EC=((Ton+Toff)/Toff)・E1 …(1)
From the above, although the commutation operation occurs in the mode (4) (the
E C = ((T on + T off ) / T off ) · E 1 (1)
図3は、転流制御を無効とした(転流部4を備えない)際の各動作波形の一例を示す図である。図3では、制御部6より出力する昇圧部2に対する駆動制御信号sa、リアクトル21を流れる電流I1、スイッチ22を流れる電流I2、A点−B点間を流れる電流I3の波形を上から順にそれぞれ示している。なお、図3では、駆動制御信号saは、HighとLowの2値とし、Highの場合にスイッチ22をオン(閉)とすることを示すこととする。上述のように、本ケースでは転流部4の経路に電流は流れ込まない。本ケースにおいては、図4に示すように、スイッチ22のオンとなるタイミングにおいて整流器23の逆回復動作が完了するまでの区間では、矢印で示した経路にリカバリー電流Irが流れる。
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of each operation waveform when commutation control is disabled (the commutation unit 4 is not provided). In FIG. 3, the waveforms of the drive control signal sa output from the control unit 6 for the boosting
図5は、転流制御を有効とした際の各動作波形の一例を示す図である。図5では、制御部6より出力する昇圧部2に対する駆動制御信号sa、転流制御信号sb、電流I1、電流I2、電流I3、整流器23を流れる電流I4、変圧器41の2次側巻線及び整流器42に流れる電流I5の波形を上から順にそれぞれ示している。なお、図5では、駆動制御信号sa、転流制御信号sbは、HighとLowの2値とし、Highの場合にスイッチ22、スイッチ44をそれぞれオン(閉)とすることを示すこととする。
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of each operation waveform when commutation control is enabled. In FIG. 5, the drive control signal sa, the commutation control signal sb, the current I1, the current I2, the current I3, the current I4 flowing through the
図5の各波形は、電源供給部1の電源投入より負荷9や出力電圧Vdcが一定出力になるように駆動制御信号saのオン時間・オフ時間を制御し、十分時間が経過した後の例を示している。また図5では、駆動制御信号saのオン時間とオフ時間の比率(デューティ)はほぼ一定の場合の例を図示している。なお、図5では、電源供給部1が直流電源の場合を想定してオン時間とオフ時間の比率を一定として示しているが、電源供給部1を交流電源として直流側の電圧を比例積分制御等を用いて一定に制御する際等には、駆動制御信号saのオン時間とオフ時間の比率(デューティ)を可変とすることでデューティ調整すれば良い。
Each waveform in FIG. 5 is an example after a sufficient time has elapsed after the on-time and off-time of the drive control signal sa are controlled so that the
また、図5では、転流制御信号sbはパルス幅を固定とした場合の波形例を示している。転流制御信号sbのパルス幅を可変とする事例は、後述することとする。I1は、図1のA点で分岐後、スイッチ22を流れる電流I2、整流器23に向かって流れる電流I3に分流するため、以下の式(2)で表すことができる。
I1=I2+I3 …(2)
In FIG. 5, the commutation control signal sb shows a waveform example when the pulse width is fixed. An example in which the pulse width of the commutation control signal sb is variable will be described later. I1 is branched at a point A in FIG. 1 and then is divided into a current I2 flowing through the
I1 = I2 + I3 (2)
I3はB点で分岐後、整流器23を流れる電流I4、変圧器41の2次側巻線及び整流器42に向かって流れる電流I5に分流するため、以下の式(3)で表すことができる。
I3=I4+I5 …(3)
After branching at point B, I3 is shunted into a current I4 flowing through the
I3 = I4 + I5 (3)
整流器23に順方向電流が流れている状態で駆動信号saをオンすると、A点−D点間が導通するため、B点電位はほぼD点電位と等しくなる(A点とB点は同電位)。たとえば、スイッチ22に絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)や電界効果トランジスタ(MOSFET)等を用いれば、スイッチ22の素子のオン電圧がB点とD点の電位差となる(すなわち、B点の電位は電源供給部1の負側電位とほぼ等しくなる)。一方、平滑部3によりC点電位は充電電位状態にほぼ保持されている。従って、この時、整流器23にはC点−B点間の電位差分逆バイアスが印加され、整流器23はオフ動作に移行する。
When the driving signal sa is turned on while a forward current is flowing through the
通常、整流器23にはpn接合ダイオードが用いられるが、整流器23の逆回復までの間、整流器23からスイッチ22の経路で短絡電流(以後、リカバリー電流と称す)が流れることとなる。そこで、リカバリー電流による回路損失増大を防ぐため、駆動制御信号saがオンとなる直前に、転流部4に与える転流制御信号sbをオンとし、変圧器41を介して整流器23に流れている電流を整流器42に転流する。
Normally, a pn junction diode is used for the
整流器42は、スイッチ22のオン直前のみ電流が流れる。すなわち通流区間が限られる。よって、繰り返し尖塔電流に耐えられる素子である必要はあるが、整流器23と比較すると電流容量(定格)の小さな素子を用いることができる。一般に整流器は電流容量の大きい素子よりも小さい素子の方が、蓄積キャリア量は小さくなる傾向にある。従って、電流容量が小さくなる程、逆回復までの時間が短縮でき、結果的にリカバリー電流は減少する。また、印加する逆バイアス電圧が小さくなるほど、リカバリー電流は減少する。以上より、転流制御信号sbを用いて、整流器23から整流器42への転流動作を付加することでリカバリー電流を低減することができる。
A current flows through the
なお、整流器42にSiCやGaN、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップバンド半導体を用いることで更に高効率化することが可能である。
It is possible to further increase the efficiency by using a wide band gap semiconductor such as SiC, GaN or diamond for the
以上では、スイッチ22、スイッチ44の開閉を操作するための制御信号により転流動作を行う方法を説明した。これまで、転流部4が回路故障や動作不具合を生じた場合の故障検出方法とその後の対処方法について、技術開示された例はほとんど無かった。一方、整流器42にワイドバンドギャップ半導体を用いる場合、大容量の素子は高価であり、小容量の素子を用いる場合が多い。通常の動作では、整流器42の素子の容量を超えないように設計がなされるが、故障時などにも、整流器42の素子の容量を超えないよう保護する必要があり、回路故障や動作不具合の検出は重要である。
In the above, the method of performing the commutation operation by the control signal for operating the opening and closing of the
本実施の形態では、転流部4における特定部品がオープン故障やショート故障した場合の故障の検出方法を説明する。はじめに、転流部4における特定部品(例えば、スイッチ44(MOSFETの場合は素子のドレイン−ソース間)、整流器42、変圧器41の1次巻線または2次巻線等)がオープン故障した場合の検出方法とその後の対処方法について述べる。
In the present embodiment, a failure detection method when a specific component in the commutation unit 4 has an open failure or a short failure will be described. First, when a specific component (for example, the switch 44 (between the drain and source of the element in the case of a MOSFET), the
リカバリー電流は整流器23または整流器42の逆回復動作に起因して発生する。従って、電流が整流器23、42のいずれかを流れた後のスイッチ22のオンタイミング(スイッチ22がオンとなるタイミング)にて、以下の経路で観測される。
(1)「平滑部3→整流器23→スイッチ22→電流検出素子12→平滑部3」の経路
(2)「平滑部3→整流器42→変圧器41の2次巻線→スイッチ22→電流検出素子12→平滑部3」の経路
The recovery current is generated due to the reverse recovery operation of the
(1) Path of “smoothing
従って、上記の(1)、(2)の経路に電流検出素子を挿入することで、リカバリー電流の観測が可能である。また、昇圧用のスイッチ22は(1)、(2)の両経路に含まれるため、昇圧用のスイッチ22を流れる電流I2を検出することで、経路(1)、(2)の両方についてリカバリー電流の大きさを観測可能である。すなわち、電流検出素子12によりリカバリー電流の検出が可能である。ただし、電流検出素子の挿入位置は本箇所に限るものでなく、構成に応じて所望のリカバリー電流を検出できるように配置すればよい。
Therefore, the recovery current can be observed by inserting the current detection element into the paths (1) and (2). Further, since the boosting
電流I2に着目すると、転流制御有効の場合(図5)は、転流制御無効の場合(図3)と比較してリカバリー電流(波形の立上り時)が低減している様子が確認できる。しかしながら転流部4内の変圧器41駆動用のスイッチ44が故障した場合には、転流制御の効果は得られないため、転流制御有効時であっても図3と同様の波形形状となる。
Focusing on the current I2, it can be confirmed that the recovery current (at the rise of the waveform) is reduced when the commutation control is enabled (FIG. 5) compared to when the commutation control is disabled (FIG. 3). However, when the
この状態で運転継続すると、スイッチ22の仕様によってはスイッチング損失が増大し(素子温度も上昇し)、システム効率が悪化する場合がある。また、発生ノイズが増加する場合がある。これらの影響を想定してシステムを構築すると、結果的にコストアップを招くこととなる。
If operation is continued in this state, depending on the specifications of the
従って、図1の電流検出素子12及び電流検出部13を用いて、リカバリー電流(I2の立上り)を観測し、この電流値により転流部4が正常か、異常かの判定を行うことは重要であり、本実施の形態では、制御部6がこの判定(異常判定処理)を行う。なお、本実施の形態では、制御部6が、リカバリー電流の検出処理と異常判定処理を行う例を説明するが、制御部6とは別のブロックとして、リカバリー電流の検出処理を行うリカバリー電流検出部を備えるようにしてもよい。
Therefore, it is important to observe the recovery current (rising edge of I2) using the
図6−1は、リカバリー電流の検出を行うリカバリー電流検出部の構成例を示す図である。図6−2は、リカバリー電流検出部の別の構成例を示す図である。また、図7−1は、図6−1の構成例を用いる場合の異常判定処理の過程の各信号の一例を示す図である。図7−2は、図6−2の構成例を用いる場合の異常判定処理の過程の各信号の一例を示す図である。 FIG. 6A is a diagram illustrating a configuration example of a recovery current detection unit that detects a recovery current. FIG. 6B is a diagram of another configuration example of the recovery current detection unit. FIG. 7A is a diagram illustrating an example of each signal in the abnormality determination process when the configuration example of FIG. 6A is used. FIG. 7B is a diagram of an example of each signal in the abnormality determination process when the configuration example of FIG. 6-2 is used.
まず、図6−1の構成例を用いる場合について説明する。図6−1に示すリカバリー電流検出部では、はじめに電流I2を電流検出素子12から電流検出部13を介して制御部6への入力可能なアナログ量Ip(連続量)として取り込んだ後、サンプルホールド回路101及びA/D(Analog/Digital)変換器102を介して検出値Ip1に変換する。具体的には、ホールド回路101は所定の更新タイミング(ホールドタイミング)毎に取り込んだIpの値を保持する。またA/D変換器102は、Ipを離散値である検出値Ip1に変換する。
First, the case where the configuration example of FIG. 6A is used will be described. In the recovery current detection unit shown in FIG. 6A, the current I2 is first taken in from the
図7−1では、ホールドタイミングの一例を示しており、図7−1の検出値Ip1の黒丸はホールドした検出値を示している。なお、図7−1は一例であり、ホールドタイミングは、昇圧部2のスイッチ22のオン(信号saのオンタイミング)またはその直後所定時間経過後のタイミングで行えば良く、図7−1の例に限定されない。またホールド間隔はシステム毎に異なるが、各システムに応じ所定間隔にて行えば良い。例えば、電流制御等を行い、スイッチ22のオンデューティを毎回可変とするような場合は、スイッチ22のオンタイミングをトリガとしてそこから所定のディレイ時間を考慮してホールド回路101にてホールド動作を行い、次にA/D変換器102にてA/D変換実施後、次回の検出タイミング(スイッチ22のオンタイミング)を設定する等の方法で対応すれば良い。
FIG. 7A shows an example of the hold timing, and the black circle of the detection value Ip1 in FIG. 7A shows the held detection value. FIG. 7-1 is an example, and the hold timing may be performed at the timing when the
また、リカバリー電流検出部を制御部6の外部のハードウェアで実施する場合、配線に重畳されるノイズを考慮して、ホールド回路101、A/D変換器102の入力段または出力段にフィルタ回路等のノイズ除去部を追加して対策しても良い。
When the recovery current detection unit is implemented by hardware external to the control unit 6, a filter circuit is provided in the input stage or output stage of the hold circuit 101 and the A /
以上述べた方法によれば、昇圧部2の駆動信号saの立ち上がりタイミングをホールドタイミングとするため、比較的簡易にリカバリー電流を検出することが可能である。またsaの立ち上がりタイミングから、実際にスイッチ22が導通する時間を考慮して、所定のディレイ時間を設けた後のタイミングでホールドできるため、電流の検出値Ip1のS/N比を高くすることができ、後述の異常判定の精度を高めることができる。
According to the method described above, since the rising timing of the drive signal sa of the boosting
異常判定処理は、上記の検出値Ip1と事前に実験等により定めた所定の閾値とを用いて行う。図7−1では、一例としてこの閾値をYとして示している。 The abnormality determination process is performed using the detection value Ip1 and a predetermined threshold value determined in advance through experiments or the like. In FIG. 7A, this threshold is indicated as Y as an example.
図7−1では、転流部4内の故障等により、リカバリー電流が抑えられていない例を示している。図7−1に示すように、ホールドタイミング等によっては、実際には、大きなリカバリー電流が生じていても(リカバリー電流が抑えられていなくても)、検出値Ip1が閾値を下回るケースも出てくる(例えば、図7−1の検出値Ip1の左から4番目の黒丸)。従って、1回の比較(検出値Ip1と閾値との比較)により閾値を超えたか否かにより異常を判定するより、閾値を超えた回数や異常判定の対象とする時間等を考慮して判定を行うことでより信頼性を高めることができる。 FIG. 7A illustrates an example in which the recovery current is not suppressed due to a failure in the commutation unit 4 or the like. As shown in FIG. 7A, depending on the hold timing or the like, there may actually be a case where the detection value Ip1 falls below the threshold value even if a large recovery current is generated (even if the recovery current is not suppressed). (For example, the fourth black circle from the left of the detection value Ip1 in FIG. 7A). Therefore, rather than determining an abnormality based on whether or not the threshold has been exceeded by a single comparison (comparison between the detection value Ip1 and the threshold), the determination is made in consideration of the number of times the threshold has been exceeded, the time for which the abnormality is to be determined, and the like Doing so can increase the reliability.
図8−1は、本実施の形態の異常判定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。はじめに、制御部6は、判定時間を所定の値tsに設定し、カウンタ値NをN=0(初期値)と設定する。そして、処理開始からの経過時間がts未満であるか否かを判定する(ステップS11)。処理開始からの経過時間がts以上である場合(ステップS11 No)、処理を終了する。なお、以下では、制御部6が異常判定処理を実施する例を説明するが、制御部6とは別に異常判定処理部を備え、異常判定処理部が異常判定処理を行うようにしてもよい。その場合、リカバリー電流検出部は異常判定処理部に含まれる。 FIG. 8A is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of abnormality determination processing according to the present embodiment. First, the control unit 6 sets the determination time to a predetermined value ts, and sets the counter value N to N = 0 (initial value). Then, it is determined whether or not the elapsed time from the start of processing is less than ts (step S11). When the elapsed time from the start of the process is equal to or longer than ts (No in step S11), the process ends. Although an example in which the control unit 6 performs the abnormality determination process will be described below, an abnormality determination processing unit may be provided separately from the control unit 6 so that the abnormality determination processing unit performs the abnormality determination process. In that case, the recovery current detection unit is included in the abnormality determination processing unit.
処理開始からの経過時間がts未満の場合(ステップS11 Yes)、リカバリー電流検出部が電流Ipに基づいて検出値Ip1を求める(ステップS12)。次に、検出値Ip1が閾値Y以上である(すなわち、リカバリー電流が生じている)か否かを判断し(ステップS13)、検出値Ip1が閾値Y未満である場合(ステップS13 No)、ステップS11へ戻る。 When the elapsed time from the start of processing is less than ts (step S11 Yes), the recovery current detection unit obtains a detection value Ip1 based on the current Ip (step S12). Next, it is determined whether or not the detected value Ip1 is greater than or equal to the threshold Y (that is, a recovery current is generated) (step S13). If the detected value Ip1 is less than the threshold Y (step S13 No), step Return to S11.
検出値Ip1が閾値Y以上である場合(ステップS13 Yes)、カウンタNを1つ進め(ステップS14)、Nが所定値Z以上であるか否かを判断する(ステップS15)。Nが所定値Z以上である場合(ステップS15 Yes)、転流部4の回路・動作が異常であると判定し(ステップS16)、所定の異常処理を実施し(ステップS17)、処理を終了する。 If the detected value Ip1 is greater than or equal to the threshold Y (step S13 Yes), the counter N is incremented by 1 (step S14), and it is determined whether N is greater than or equal to the predetermined value Z (step S15). When N is greater than or equal to a predetermined value Z (step S15 Yes), it is determined that the circuit / operation of the commutation unit 4 is abnormal (step S16), a predetermined abnormality process is performed (step S17), and the process is terminated. To do.
ステップS17の異常処理とは、電力変換装置の保護動作等を示す。具体的には、例えば、昇圧部2の昇圧動作停止、転流部4の転流動作停止、または転流部4への電源供給停止等のうち1つまたは複数を実施する。
The abnormality process in step S17 indicates a protective operation of the power conversion device. Specifically, for example, one or more of the step-up operation stop of the step-up
また、ステップS15でNが所定値Z未満であると判断した場合(ステップS15 No)、ステップS11へ戻る。 If it is determined in step S15 that N is less than the predetermined value Z (No in step S15), the process returns to step S11.
このように、本実施の形態では、tsの期間内で検出値Ip1が閾値Y以上となった回数がZ以上となった場合に、転流部4の回路・動作の異常と判断して異常処理を行うことで、信頼性高く転流部4内等の回路・動作不具合時にシステム保護を行うことができる。 As described above, in the present embodiment, when the number of times the detected value Ip1 becomes equal to or greater than the threshold Y within the period ts is equal to or greater than Z, it is determined that the circuit / operation abnormality of the commutation unit 4 is abnormal. By performing the processing, the system can be protected with high reliability when a circuit / operation failure occurs in the commutation unit 4 or the like.
また、例えば、リカバリー電流が非常に急峻である場合等においては、リカバリー電流検出部を例えば図6−2に示した構成により実現してもよい。 For example, when the recovery current is very steep, the recovery current detection unit may be realized by the configuration shown in FIG.
図6−2の構成例では、リカバリー電流検出部は、フィルタ回路103と比較器104とで構成される。図7−2は、処理過程の各信号の波形の一例を示している。
In the configuration example of FIG. 6B, the recovery current detection unit includes a
図6−2の構成例では、電流検出素子12および電流検出部13により得られたIpは、フィルタ回路103を通過する。フィルタ回路103は高周波ノイズ等を除去するためのローパスフィルタ(CRフィルタ)等で構成する。本実施の形態では、誤検出防止のため、フィルタ回路103にてノイズ除去を行っている。
In the configuration example of FIG. 6B, Ip obtained by the
フィルタ回路103通過後の信号Ip’は、比較器104に入力される。比較器104は、信号Ip’と閾値Yとを比較し、信号Ip’がY未満ではHigh出力(異常)、信号Ip’がY以上ではLow出力(正常)とした検出値Ip1を出力する。なお、閾値Yは、事前に実験により得られた値等を設定する。
The signal Ip ′ after passing through the
この場合、比較器104の出力である検出値Ip1は2値(High、Low)となるので、A/D変換等は不要であり、制御部6は、この検出信号Ip1に基づいて異常判定を行う機能を有していればよい。
In this case, the detection value Ip1 that is the output of the
図6−2に示したリカバリー電流検出部を制御部6の外部に備える場合、閾値Yの設定は制御部6の電源に分圧抵抗を介して設定する等により実施する。また、制御部6と比較器104間の配線によるノイズが無視できない場合、比較器104と制御部6の間にフィルタ回路等を追加して対策しても良い。
When the recovery current detection unit illustrated in FIG. 6B is provided outside the control unit 6, the threshold Y is set by setting the power source of the control unit 6 through a voltage dividing resistor. If noise due to the wiring between the control unit 6 and the
図6−2の構成のリカバリー電流検出部を用いた場合も、制御部6は、1回の判定(1回Ip1がHighとなった)のみで異常と判定してもよいし、図8−1で示したように異常値を示す回数や判定対象とする時間(経過時間)等を考慮して、判定を行っても良い。 Even when the recovery current detection unit having the configuration of FIG. 6-2 is used, the control unit 6 may determine that there is an abnormality by only one determination (one time Ip1 becomes High), or FIG. As shown in FIG. 1, the determination may be performed in consideration of the number of times of showing an abnormal value, the time to be determined (elapsed time), and the like.
図8−2は、図6−2に示したリカバリー電流検出部を用いる場合の異常判定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。ステップS11は、図8−1の例と同様である。ステップS11で経過時間がts未満であると判断した場合(ステップS11 Yes)、ステップS12aでは、制御部6のリカバリー電流検出部により上述のように2値の検出値Ip1を求める(ステップS12a)。そして、制御部6のリカバリー電流検出部は、Ip1がHi(High)であるか否かを判断し(ステップS13a)、Hiである場合(ステップS13a Yes)はステップS14へ進むみ、Hiでない場合(ステップS13a No)はステップS11へ戻る。ステップS15〜ステップS17は図8−1の例と同様である。 FIG. 8-2 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of abnormality determination processing when the recovery current detection unit illustrated in FIG. 6-2 is used. Step S11 is similar to the example of FIG. When it is determined in step S11 that the elapsed time is less than ts (Yes in step S11), in step S12a, the recovery current detection unit of the control unit 6 obtains the binary detection value Ip1 as described above (step S12a). Then, the recovery current detection unit of the control unit 6 determines whether Ip1 is Hi (High) (step S13a). If it is Hi (step S13a Yes), the process proceeds to step S14. (Step S13a No) returns to Step S11. Steps S15 to S17 are the same as in the example of FIG.
なお、本実施の形態では、昇圧部2のスイッチ22から平滑部3の負極の間に電流検出素子12を挿入して、スイッチ2を流れる電流(リカバリー電流の検出用の電流)の測定を行っているが、電流測定箇所はこれに限定されない。例えば、昇圧部2のスイッチ22から整流器23の間や、平滑部3の正極の間から整流器23の間に電流検出素子を挿入してもよい。また、これらのうち複数の箇所を測定して、複数の箇所の測定結果に基づいてリカバリー電流を検出するようにしてもよい。
In the present embodiment, the
次に、本実施の形態のショート故障による異常の検出方法とその対象方法について示す。ショート故障を生じる可能性がある部品としては、変圧器41、整流器42、転流部4中のスイッチ44等があるが、転流部4を付加することにより発生する主要な故障モードとしてはスイッチ44のショート故障が挙げられる(例えばMOSFETの場合は素子のドレイン−ソース間のショート)。よってここでは、この故障モードの検出方法とその対処方法について示す。
Next, an abnormality detection method due to a short fault according to the present embodiment and a target method thereof will be described. Components that may cause a short-circuit failure include a
図9は、スイッチ44をMOSFETとする場合の転流部4の回路構成の一例を示す図である。本実施の形態では、電圧検出部46が、スイッチ44のドレイン−ソース間電圧を検出し、制御部6がこの検出値を取り込み、異常判定を行う。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a circuit configuration of the commutation unit 4 when the
図10は、転流制御信号sbとスイッチ44のゲート電圧およびドレインーソース間電圧の一例を示す図である。通常、転流制御信号sbがオフからオンに状態遷移する際、図10に示すように、スイッチ44のゲート電圧の立ち上がりに応じてスイッチ44のドレインーソース間電圧VaがLo(Low)となり、スイッチ44がオンとなる。
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the commutation control signal sb, the gate voltage of the
しかしながら、スイッチ44のドレイン−ソース間電圧がショートしている際は常時Loを示すこととなる。図11は、スイッチ44のドレインーソース間電圧のショート故障時の転流制御信号sbとスイッチ44のゲート電圧およびドレインーソース間電圧の一例を示す図である。
However, when the drain-source voltage of the
スイッチ44のドレイン−ソース間電圧のショート故障による異常検出についても、上述したリカバリー電流検出部と同様に、制御部6が、例えば、図12−1に示す構成のドレイン−ソース間電圧検出部を備えることにより実現する。なお、制御部6とは別にドレイン−ソース間電圧検出部を備えるようにしてもよい。
As for the abnormality detection due to the short-circuit failure of the drain-source voltage of the
ドレイン−ソース間電圧検出部は、スイッチ44のドレイン−ソース間電圧を電圧部46を介して、アナログ量のドレイン−ソース間電圧Vaとして取り込み、サンプルホールド回路105及びA/D変換器106を介して離散値である検出電圧Va1に変換する。具体的には、ホールド回路105では、所定の更新タイミング(ホールドタイミング)毎に取り込んだVaの値を保持する。またA/D変換器106では、ドレイン−ソース間電圧Vaを離散値である検出電圧Va1に変換する。
The drain-source voltage detection unit takes in the drain-source voltage of the
図10、図11の検出電圧Va1に示した黒丸は、ホールドタイミングの一例を示している(黒丸がホールドした検出電圧を示す)。 A black circle shown in the detection voltage Va1 in FIGS. 10 and 11 shows an example of the hold timing (the black circle indicates the detection voltage held).
このホールドタイミングは、転流部4のスイッチ44のオン区間及びオフ区間における任意のタイミングで行えば良い(ただし、状態遷移タイミングは除く)。ホールド間隔はシステム毎に異なり、スイッチ44のスイッチング周期間隔、あるいはスイッチング数周期間隔等にて行えば良い。図11では、スイッチ44のショート故障の例を示したが、オープン故障時にはVa1がHi状態を維持するため、事前に実験等で定めた閾値Yによりレベル判定を行うことで、異常検出が可能である。
This hold timing may be performed at an arbitrary timing in the ON section and the OFF section of the
図12−2は、ドレイン−ソース間電圧検出部の別の構成例を示す図である。説明は図6−1と同様であるため省略するが、図6−1と同様に、フィルタ回路107及び比較器108を用いて2値の検出値Va1を出力することにより、電流検出と同様にドレイン−ソース間電圧の異常検出を行うことができる。
FIG. 12B is a diagram of another configuration example of the drain-source voltage detection unit. The description is omitted because it is the same as in FIG. 6-1, but as in FIG. 6-1, by using the
また、電圧検出(スイッチ44のドレイン−ソース間電圧)の場合にも、リカバリー電流の検出と同様に、異常値を示す回数や異常判定を実施する時間等を考慮して、判定を行うことでより信頼性を高めることができる。 Also, in the case of voltage detection (drain-source voltage of the switch 44), similarly to the detection of the recovery current, the determination is performed in consideration of the number of times an abnormal value is displayed, the time for performing the abnormality determination, and the like. More reliability can be improved.
図13は、転流部4のスイッチ44のドレイン−ソース間電圧により異常を検出する異常判定処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。はじめに、制御部6は、判定時間を所定の値tsに設定し、カウンタ値NをN=0に設定する。そして、図8−1と同様にステップS11を実施する。ステップS11で経過時間がts未満であると判断した場合(ステップS11 Yes)、許可フラグFAを、ホールド(または取り込み)を許可することを示す値(ここでは例えば1とする)であるか否かを判断する(ステップS21)。許可フラグFAは、図12−1の構成例のドレイン−ソース間電圧検出部を用いる場合には、ドレイン−ソース間電圧Vaのホールド回路105によるホールドを許可(または検出値Va1の取り込みを許可)するか否かを示すフラグである。
FIG. 13 is a flowchart illustrating an example of a processing procedure of an abnormality determination process for detecting an abnormality based on the drain-source voltage of the
許可フラグFAは、初期値を、ホールド(または取り込み)を許可しない値(ここでは例えば0とする)とし、ホールド(または取り込み)を許可する場合に、ホールド(または取り込み)取り込みを許可することを示す値に設定する(ここでは例えば1とする)。例えば、初期値は、許可フラグFAとしてホールド(または取り込み)を許可しない値を設定しておき、ホールド時間間隔(または取り込み時間間隔)ごとにホールド(または取り込み)を許可する値を設定し、その後またホールド(または取り込み)を許可しない値に設定することを繰り返す。すなわち、ホールド時間間隔(または取り込み時間間隔)毎にホールド(または取り込み)を許可するようにする。 The permission flag FA is set to an initial value that does not permit hold (or capture) (here, for example, 0). When hold (or capture) is permitted, hold (or capture) capture is permitted. The value shown is set (here, for example, 1). For example, for the initial value, a value that does not permit hold (or capture) is set as the permission flag FA, and a value that permits hold (or capture) for each hold time interval (or capture time interval) is set. In addition, setting to a value that does not permit hold (or capture) is repeated. In other words, hold (or capture) is permitted at every hold time interval (or capture time interval).
許可フラグFAが、ホールド(または取り込み)を許可することを示す値でない場合(ステップS21 No)は、ステップS21を繰り返す。許可フラグFAが、ホールド(または取り込み)を許可することを示す値である場合(ステップS21 Yes)、電圧検出#1を実施する(ステップS22)。
When the permission flag FA is not a value indicating that holding (or capturing) is permitted (No at Step S21), Step S21 is repeated. When the permission flag FA is a value indicating that holding (or capturing) is permitted (step S21 Yes),
電圧検出#1では、ドレイン−ソース間電圧検出部が、入力されたドレイン−ソース間電圧Vaを検出値Va1として出力する。ここでは、電圧検出#1により得られた検出値Va1をαとし、制御部6は、このαを保持する。
In
次に、制御部6は、転流制御信号sbの状態がオンからオフ、あるいはオフからオンに反転したかどうか判定する(ステップS23)。反転していない場合(ステップS23 No)は、ステップS23を繰り返す。反転した場合(ステップS23 Yes)、所定時間経過したかどうかの判定を、許可フラグFBを用いて実施する(ステップS24)。許可フラグFBは、許可フラグFAと同様にホールド(または取り込み)を許可するか否かを示すフラグであり、初期値を、ホールド(または取り込み)を許可しない値(ここでは0とする)とし、ステップ23の終了後から所定時間経過した場合にホールド(または取り込み)を許可する値(ここでは1とする)に設定されるとする。所定時間の未経過時すなわち許可フラグFBが0の場合(ステップS24 No)、ステップS24を繰り返す。
Next, the controller 6 determines whether or not the state of the commutation control signal sb has been turned from on to off or from off to on (step S23). If not reversed (No at step S23), step S23 is repeated. When reversed (Yes in step S23), it is determined whether or not a predetermined time has elapsed using the permission flag FB (step S24). Like the permission flag FA, the permission flag FB is a flag indicating whether or not hold (or capture) is permitted. The initial value is a value that does not permit hold (or capture) (here, 0), Assume that the value (here, 1) is set to permit holding (or capturing) when a predetermined time has elapsed after the end of
また、所定時間が経過した場合すなわち許可フラグFBが1の場合(ステップS24 Yes)、電圧検出#2を実施する(ステップS25)。電圧検出#2は、ステップS22の電圧検出#1と同様であるが、ここでは、検出値Va1をβとし、制御部6はβを保持する。
When the predetermined time has elapsed, that is, when the permission flag FB is 1 (Yes in step S24),
次に、制御部6は、カウンタNを加算するかの判定(カウント判定)を実施する(ステップS26)。カウント判定としては、例えば、「α、βの値が共に事前に設定した所定値Y以上である」または「α、βの値が共にY未満である」か否かを判定する。「α、βの値が共に事前に設定した所定値Y1以上である」場合には、スイッチ44のオープン故障の可能性があるためカウンタNを加算すると判定し、「α、βの値が共に事前に設定した所定値Y以上である」または「α、βの値が共にY未満である」にはスイッチ44のショート故障の可能性があるためカウンタNを加算すると判定する。これら以外の場合は、カウンタNは加算しないと判定する。
Next, the control unit 6 determines whether to add the counter N (count determination) (step S26). As the count determination, for example, it is determined whether “the values of α and β are both equal to or larger than a predetermined value Y set in advance” or “the values of α and β are both less than Y”. If “the values of α and β are both equal to or larger than the predetermined value Y1 set in advance”, it is determined that the counter N is added because there is a possibility of an open failure of the
ステップS26で、カウンタNを加算すると判定した場合(ステップS26 Yes)、ステップS14へ進む。ステップS14〜ステップS17は図8−1の場合と同様である。ステップS26で、カウンタNを加算しないと判定した場合(ステップS26 No)、ステップS11に戻る。 If it is determined in step S26 that the counter N is to be added (step S26 Yes), the process proceeds to step S14. Steps S14 to S17 are the same as in FIG. If it is determined in step S26 that the counter N is not added (No in step S26), the process returns to step S11.
また、図12−2で示したように、検出値Va1が2値で出力される場合には、上述のステップS26のカウント判定では、例えば、「α、βの値がともにHiである」(スイッチ44のドレインーソースがオープン故障時)または「α、βの値が共にLoを示す」(スイッチ44のドレインーソースがショート故障時)であるか否かにより判定を行えばよい。
Also, as shown in FIG. 12B, when the detection value Va1 is output as a binary value, for example, in the count determination in step S26 described above, for example, “the values of α and β are both Hi” ( The determination may be made according to whether the drain-source of the
以上のように、本実施の形態では、リカバリー電流による回路損失増大を防ぐために転流部4を備える場合に、制御部6が、昇圧用のスイッチ22を流れるリカバリー電流を検出し、検出したリカバリー電流とスイッチ44のドレイン−ソース間電圧とのうち少なくとも一方に基づいて転流部4の回路故障や動作不具合を判定するようにした。このため、小容量の半導体スイッチを用いて、高効率・高信頼性を確保し、かつ異常時に故障を防いでシステム停止できる。また、判定時に所定の時間内に所定回数以上異常値となった場合に、異常(転流部4の回路故障や動作不具合)と判定するようにしたので、さらに異常判定の信頼性を高めることができる。
As described above, in this embodiment, when the commutation unit 4 is provided to prevent an increase in circuit loss due to the recovery current, the control unit 6 detects the recovery current flowing through the boosting
実施の形態2.
図14は、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態2の構成例を示す図である。本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態1の電源供給部1の代わりに電源供給部1aを備え、電源供給部1a内の交流電源201の電圧ゼロクロス検出部信号を検出するゼロクロス検出部100を追加する以外は、実施の形態1の電力変換装置と同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 14: is a figure which shows the structural example of
電源供給部1aは、単層の交流電源201と、交流電源201を整流する整流器202と、を備える。ここでは、整流器202はブリッジ接続の構成とする。ゼロクロス検出部100は、交流電源201の電圧ゼロクロス信号ZCを検出して制御部6に入力する。制御装置6は、電圧ゼロクロス信号ZCに基づいて、交流電源201の電源電圧に同期した電流信号を生成するよう駆動制御信号sa等を生成する。
The power supply unit 1 a includes a single-layer
以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態1と同様である。このように、交流電源201と整流器202で構成される電源供給部1aを用いる場合も、実施の形態1の異常判定処理を実施することができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
The operations of the present embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment. Thus, also when using the power supply part 1a comprised by the alternating
実施の形態3.
図15は、本発明にかかる電力変換装置の実施の形態3の構成例を示す図である。本実施の形態の電力変換装置は、実施の形態1の電源供給部1の代わりに電源供給部1bを備える以外は、実施の形態1の電力変換装置と同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 15: is a figure which shows the structural example of
電源供給部1bは、三層の交流電源203と、交流電源203を整流する整流器204と、を備える。ここでは、整流器204はブリッジ接続の構成とする。
The
以上述べた以外の本実施の形態の動作は、実施の形態1と同様である。このように、三層の交流電源203と整流器204で構成される電源供給部1bを用いる場合も、実施の形態1の異常判定処理を実施することができ、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
The operations of the present embodiment other than those described above are the same as those of the first embodiment. As described above, even when the
なお、本発明にかかる異常判定処理は、実施の形態1〜3で述べた構成に限定されず、
昇降圧機能を有する各種コンバータにおいて、逆流防止のための転流部(整流器)を備えた構成であれば、どのような構成にも適用できる。
The abnormality determination process according to the present invention is not limited to the configuration described in the first to third embodiments,
The various converters having the step-up / step-down function can be applied to any configuration as long as it has a commutation portion (rectifier) for preventing backflow.
1,1a,1b 電源供給部
2 昇圧部
3 平滑部
4 転流部
5,46 電圧検出部
6 制御部
7 駆動信号伝達部
8 転流信号伝達部
9 負荷
10,12 電流検出素子
11,13 電流検出部
21 リアクトル
22,44 スイッチ
23,42,202,204 整流器
41 変圧器
43 変圧器駆動部
45 (変圧器駆動用)電源
100 電源ゼロクロス検出部
101,105 ホールド回路
102,106 A/D変換器
103,107 フィルタ回路
104,108 比較器
201,202 交流電源
DESCRIPTION OF
Claims (23)
前記電源供給部からの出力電圧を昇圧する昇圧部と、
前記昇圧部外の電流経路である転流経路を形成する転流部と、
前記昇圧部からの出力電圧を平滑化する平滑部と、
前記昇圧部に流れる電流を検出する制御用電流検出部と、前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出部と、のうち少なくともいずれか一方と、
前記昇圧部と前記平滑部との間に流れる電流を検出する異常判定用電流検出部と、
前記制御用電流検出部が検出した電流と前記両端電圧とのうち少なくともいずれか一方に基づいて前記昇圧部および前記転流部を制御する制御部と、
前記異常判定用電流検出部が検出した電流に基づいて前記転流部が異常であるか否かを判定する異常判定処理部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A power supply unit;
A booster that boosts an output voltage from the power supply;
A commutation section that forms a commutation path that is a current path outside the boosting section;
A smoothing unit that smoothes the output voltage from the boosting unit;
At least one of a control current detection unit that detects a current flowing through the boosting unit and a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing unit;
An abnormality determination current detection unit for detecting a current flowing between the boosting unit and the smoothing unit;
A control unit that controls the boosting unit and the commutation unit based on at least one of the current detected by the control current detection unit and the both-ends voltage;
An abnormality determination processing unit that determines whether or not the commutation unit is abnormal based on the current detected by the abnormality determination current detection unit;
A power conversion device comprising:
リアクトルと、
昇圧用スイッチと、
整流器と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The boosting unit includes:
Reactor,
A boost switch;
A rectifier,
The power converter according to claim 1, further comprising:
ことを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。 The abnormality determination current detection unit is at least one of the boosting switch and the rectifier, the boosting switch and the negative electrode of the smoothing unit, or between the positive electrode of the smoothing unit and the rectifier. The current flowing through
The power conversion device according to claim 2.
測定対象の電流を所定のタイミングでホールドするホールド回路と、
前記ホールド回路がホールドした値をデジタル信号に変換するA/D変換器と、
を備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の電力変換装置。 The abnormality determination current detection unit includes:
A hold circuit for holding the current to be measured at a predetermined timing;
An A / D converter for converting a value held by the hold circuit into a digital signal;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 5, further comprising:
測定対象の電流を2値化する比較器と、
を備え、
前記比較器により2値化された信号に基づいて前記転流部が異常であるか否かを判定する、ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の電力変換装置。 The abnormality determination current detection unit includes:
A comparator that binarizes the current to be measured;
With
6. The power conversion device according to claim 1, wherein it is determined whether or not the commutation unit is abnormal based on a signal binarized by the comparator.
を備え、
前記比較器は、前記ノイズ除去回路によるノイズ除去後の電流を2値化する、ことを特徴とする請求項8に記載の電力変換装置。 A noise removal circuit that removes noise from the current to be measured,
With
The power converter according to claim 8, wherein the comparator binarizes a current after noise removal by the noise removal circuit.
変圧器と、
前記変圧器を駆動する電源と、
前記変圧器と前記電源との間に配置された転流用スイッチと、
前記変圧器に接続される転流用整流器と、
を備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか1つに記載の電力変換装置。 The commutation part is
A transformer,
A power supply for driving the transformer;
A commutation switch disposed between the transformer and the power source;
A commutation rectifier connected to the transformer;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 11, further comprising:
前記異常判定処理部は、前記異常判定用電圧検出部が検出した両端電圧に基づいて、前記転流部が異常であるか否かを判定する、ことを特徴とする請求項12に記載の電力変換装置。 A voltage detector for abnormality determination for detecting a voltage across the switch for commutation,
The power according to claim 12, wherein the abnormality determination processing unit determines whether or not the commutation unit is abnormal based on a both-end voltage detected by the abnormality determination voltage detection unit. Conversion device.
前記電源供給部からの出力電圧を昇圧する昇圧部と、
前記昇圧部外の電流経路である転流経路を形成する転流部と、
前記昇圧部に流れる電流を検出する制御用電流検出部と、前記平滑部の両端電圧を検出する電圧検出部と、のうち少なくともいずれか一方と、
前記転流部内の転流用スイッチの両端電圧を検出する異常判定用電圧検出部と、
前記制御用電流検出部は検出した電流と前記両端電圧とのうち少なくともいずれか一方に基づいて前記昇圧部を制御する制御部と、
前記異常判定用電圧検出部が検出した両端電圧に基づいて前記転流部が異常であるか否かを判定する異常判定処理部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A power supply unit;
A booster that boosts an output voltage from the power supply;
A commutation section that forms a commutation path that is a current path outside the boosting section;
At least one of a control current detection unit that detects a current flowing through the boosting unit and a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing unit;
An abnormality determination voltage detection unit for detecting a voltage across the commutation switch in the commutation unit;
The control current detection unit is configured to control the boosting unit based on at least one of the detected current and the both-ends voltage;
An abnormality determination processing unit that determines whether or not the commutation unit is abnormal based on the both-end voltage detected by the abnormality determination voltage detection unit;
A power conversion device comprising:
前記昇圧部と前記平滑部との間に流れる電流を検出する電流検出ステップと、
前記電流検出ステップで検出した電流に基づいて前記転流部が異常であるか否かを判定する異常判定処理ステップと、
を含むことを特徴とする制御方法。 A power supply unit, a boost unit that boosts the output voltage from the power supply unit, a commutation unit that forms a commutation path that is a current path outside the boost unit, and a smoothing output voltage from the boost unit At least one of a smoothing unit that performs detection, a control current detection unit that detects a current flowing through the boosting unit, and a voltage detection unit that detects a voltage across the smoothing unit, and the control current detection unit includes: A control method in a power converter comprising: a control unit that controls the boosting unit and the commutation unit based on at least one of a detected current and the both-end voltage,
A current detection step of detecting a current flowing between the boosting unit and the smoothing unit;
An abnormality determination processing step for determining whether or not the commutation unit is abnormal based on the current detected in the current detection step;
The control method characterized by including.
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