JP5802502B2 - 故障検出装置および方法 - Google Patents
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同図に示すDC−DCコンバータは、入力端子Tin、グランド端子GND、昇圧コイルL、トランジスタQ1、ダイオードD1、出力端子Tout、直結スイッチQ2を備えて構成される。ここで、入力端子Tinとグランド端子GNDとの間には直流入力電源Vinが接続され、出力端子Toutとグランド端子GNDとの間には負荷Fが接続され、入力端子Tinと出力端子Toutとの間には直結スイッチQ2が接続されている。
従って、直結スイッチQ2を備えたDC−DCコンバータによれば、昇圧された所望の直流電力のみならず、必要に応じて直流入力電源Vinを負荷Fに直接供給することができる。
即ち、例えば直結スイッチQ2がショートモードで故障した場合であれば、入力端子Tinに印加された直流入力Vinが直結スイッチQ2を介して出力端子Toutに現れ、出力端子Toutの電圧が直流入力Vinの電圧に固定される。従って、出力端子Toutの電圧を観測することで、直結スイッチQ2のショートモードでの故障を知ることができる。
図1に示すように、故障検出対象のスイッチSWと並列に電圧降下素子EDが接続され、スイッチSWの一端には直流電源Vdcが接続され、その他端には負荷Rが接続される。本発明の原理によれば、以下に説明するように、故障検出対象のスイッチSWを開状態に制御したときに電圧降下素子EDの端子間に現れる相対電圧(端子間の電位差)VEと、スイッチSWを閉状態に制御したときに電圧降下素子EDの端子間に現れる相対電圧(端子間の電位差)VEとの両方から、スイッチSWの故障を判定する。
このように、スイッチSWが正常に機能する場合、相対電圧VEとして、スイッチSWの開閉状態に応じて異なる電圧が検出され、このような検出結果からスイッチSWが正常に機能することを知ることができる。
このうち、図1(b)は、スイッチSWがショートモードで故障した場合を示す。この場合、スイッチSWの制御状態とは無関係に、電圧降下素子EDの端子間はスイッチSWにより短絡され、相対電圧VEは0Vに固定される。従って、スイッチSWを開状態に制御したときに検出される相対電圧VEが0Vであり、且つ、閉状態に制御したときに検出される相対電圧VEも同じく0Vであれば、スイッチSWがショートモードで故障していると考えることができる。
この場合、スイッチSWの制御状態とは無関係に、直流電源Vdcとグランドとの間に電圧降下素子EDと負荷Rとが電気的に直列接続され、電圧降下素子EDの端子間には、電圧降下素子EDの電気的特性によって与えられる電圧が相対電圧VEとして固定的に現れる。従って、例えば電圧降下素子EDをダイオードとした場合、スイッチSWを開状態に制御したときに検出される相対電圧VEが上記ダイオード固有の順方向降下電圧(Vf)であり、且つ、閉状態に制御したときに検出される相対電圧VEも同じく上記ダイオード固有の順方向効果電圧(Vf)であれば、スイッチSWがオープンモードで故障していると考えることができる。
このように、本発明の原理によれば、スイッチSWを開状態に制御したときの相対電圧VEと、スイッチSWを開状態に制御したときの相対電圧VEとの両方の相対電圧から故障を判定する。
(構成の説明)
図2に、昇圧チョッパー型のDC−DCコンバータ20に適用された本発明の実施形態による故障検出装置10の構成を示す。
故障検出装置10は、直流入力電源Vinと負荷Fとの間に接続された直結スイッチQ2の故障を検出する故障検出装置であって、電圧降下素子D2、電圧検出部11、故障判定部12、スイッチ制御部13から構成される。
故障判定部12は、後述のように、直結スイッチQ2を開状態に制御した場合に電圧検出部11で検出された相対電圧VEと、直結スイッチSWを閉状態に制御した場合に電圧検出部11で検出された相対電圧とに基づきスイッチSWの故障を判定するものである。
次に、図2に示すDC−DCコンバータ20を構成する直結スイッチQ2の故障を検出する場合について、図3のフローに沿って本実施形態による故障検出装置10の動作を説明する。
故障検出装置10の動作の前提として、DC−DCコンバータ20のスイッチング動作は停止されているものとする。
まず、スイッチSWがオープンモードで故障している場合について説明する。
スイッチ制御部13は、直結スイッチQ2を開状態に制御する(ステップS1)。この制御状態で、電圧検出部11は、スイッチSWと並列接続されたダイオードD2の端子間の相対電圧VEを検出して故障判定部12に供給する(ステップS2)。ここで、スイッチ制御部11が直結スイッチQ2を開状態に制御した場合に電圧検出部11で検出される相対電圧VEを「相対電圧VEopen」と称す。
次に、直結スイッチQ2がショートモードで故障している場合について説明する。
上述のオープンモードでの故障の検出と同様に、スイッチ制御部13が直結スイッチQ2の開閉を制御し、電圧検出部11が相対電圧VEopenおよび相対電圧VEcloseを検出して故障判定部12に供給する(ステップS1〜S4)。
以上で、本実施形態の動作を説明した。
例えば、上述の実施形態では、オープンモードおよびショートモードの故障を検出するもととしたが、オープンモードのみを検出するものとしてもよく、ショートモードのみを検出するものとしてもよい。
また、上述の実施形態では、スイッチSWを開状態に制御した後に閉状態に制御するものとしたが、これらの制御の順番は任意である。
Claims (5)
- 電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出装置であって、
前記スイッチと並列接続された電圧降下素子と、
前記スイッチの開閉を制御するスイッチ制御部と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に前記電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する電圧検出部と、
前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する故障判定部と、
を備え、
前記故障判定部は、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とが同じであり、且つ前記電圧降下素子の電気的特性が反映された電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定し、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とが同じであり、且つ前記電圧降下素子の電気的特性が反映された電圧ではない場合、前記スイッチがショートモードで故障していると判定し、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧が、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧よりも小さい場合、前記スイッチの故障がオープンモードの故障でもなく、ショートモードの故障でもない異常な故障であると判定することを特徴とする故障検出装置。 - 前記電圧降下素子は、前記電源から前記負荷に向かう電流方向を順方向としたダイオードであり、
前記故障判定部は、前記電圧検出部で検出された相対電圧が、前記ダイオードの順方向降下電圧(Vf)によって与えられる電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定することを特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - 前記スイッチは、昇圧チョッパ型のDC−DCコンバータの入力端子と出力端子との間に接続された直結スイッチであることを特徴とする請求項1または2に記載の故障検出装置。
- 前記電圧降下素子は、前記直結スイッチの保護用ダイオードであることを特徴とする請求項3に記載の故障検出装置。
- 電源と負荷との間に接続されたスイッチの故障を検出する故障検出方法であって、
スイッチ制御部が、前記スイッチの開閉を制御する第1段階と、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態および閉状態に制御した場合に、電圧検出部が前記スイッチと並列接続された電圧降下素子の端子間の相対電圧を検出する第2段階と、
故障判定部が、前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とに基づき前記スイッチの故障を判定する第3段階と、
を含み、
前記第3段階では、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とが同じであり、且つ前記電圧降下素子の電気的特性が反映された電圧である場合、前記スイッチがオープンモードで故障していると判定し、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧と、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧とが同じであり、且つ前記電圧降下素子の電気的特性が反映された電圧ではない場合、前記スイッチがショートモードで故障していると判定し、
前記スイッチ制御部が前記スイッチを開状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧が、前記スイッチ制御部が前記スイッチを閉状態に制御した場合に前記電圧検出部で検出された相対電圧よりも小さい場合、前記スイッチの故障がオープンモードの故障ではなく、ショートモードの故障でもない異常な故障であると判定することを特徴とすることを特徴とする故障検出方法。
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