JP6019651B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた電力変換装置に関する。

従来より、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた電力変換装置が知られている。このような電力変換装置として、例えば、特許文献１に開示されるように、入力される直流電圧をスイッチングにより所定レベルの直流電圧に変換する複数の電源回路ユニットを備えた直流電源装置が知られている。

特開２００２−１６５４４１号公報

ところで、上述のように、複数の電源回路ユニットを備えた構成では、一部の電源回路ユニットが故障した場合、その故障情報を他の電源回路ユニットに対して迅速に伝達する必要がある。これに対し、電源回路ユニット同士で直接、通信を行うことにより、互いに情報を共有する構成が考えられる。しかしながら、電源回路ユニット同士で直接、通信を行うと、電源回路ユニットの数が多い場合には、信号線の数が増えるとともに、信号処理も複雑になる。

本発明の目的は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた電力変換装置において、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットで発生した故障を他のＤＣ−ＤＣコンバータユニットの制御部により確実に伝達可能な構成を、より簡単な構成によって実現することにある。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置は、互いに電気的に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットと、前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットをそれぞれ制御する複数のユニット制御部と、前記複数のユニット制御部との間で信号の授受を行うメイン制御部とを備え、前記ユニット制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの故障を検出する故障検出部と、前記故障検出部が故障を検出した場合に、前記メイン制御部に対して故障信号を送信するユニット通信部とを有し、前記メイン制御部は、前記ユニット通信部との間で信号の授受を行うメイン通信部と、前記メイン通信部が、前記複数のユニット制御部のうち一のユニット制御部のユニット通信部から前記故障信号を受信した場合、前記メイン通信部に、他のユニット制御部へ故障通知信号を送信させる故障通知部とを有する（第１の構成）。

以上の構成では、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットをそれぞれ制御する複数のユニット制御部のうち、一のユニット制御部で故障を検出した場合、故障信号が該ユニット制御部からメイン制御部に送信される。そして、メイン制御部は、他のユニット制御部に対して、故障通知信号を送信する。これにより、一のユニット制御部で発生した故障を、メイン制御部を介して他のユニット制御部に迅速に伝達することができる。したがって、上述の構成により、ユニット制御部同士で通信を行う構成に比べて簡単な構成で、複数のユニット制御部に対して故障を伝達することが可能になる。

前記第１の構成において、前記メイン制御部は、前記複数のユニット制御部に対し、それぞれ、信号の授受が可能な信号線によって接続されていて、前記メイン通信部及び前記ユニット通信部は、前記信号線を介してシリアル通信を行うように構成されているのが好ましい（第２の構成）。

このようにメイン制御部と複数のユニット制御部とをそれぞれ信号線によって接続するとともに、該メイン制御部とユニット制御部との間でシリアル通信を行う構成において、上述の第１の構成を適用することにより、一のユニット制御部で検出された故障を他のユニット制御部に迅速に伝達することができる。

前記第２の構成において、前記ユニット通信部は、前記故障検出部が前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの故障を検出した場合、前記信号線を介して、前記メイン通信部へ前記故障信号を送信するように構成されていて、前記ユニット制御部は、前記ユニット通信部に、前記信号線を介して前記メイン通信部へ故障情報に関する信号である故障情報信号を送信させる故障情報通知部をさらに備えるのが好ましい（第３の構成）。

こうすることで、メイン制御部と複数のユニット制御部とをそれぞれ接続する信号線を用いて、故障信号を出力したユニット制御部からメイン制御部に対して故障情報信号を送信することができる。これにより、故障検出と故障情報の取得とを共通の信号線によって行うことができる。よって、簡単な構成により、メイン制御部に対して故障検出及び故障情報の送信を行うことが可能になる。

前記第３の構成において、前記メイン制御部は、前記メイン通信部に、前記故障信号を出力したユニット制御部に対して前記故障情報信号の出力を求める出力指示信号を、前記信号線を介して前記ユニット制御部のユニット通信部へ送信させる出力指示部をさらに備え、前記故障情報通知部は、前記ユニット通信部が出力指示信号を受信した場合、前記ユニット通信部に、前記信号線を介して前記メイン通信部へ前記故障情報信号を送信させるように構成されているのが好ましい（第４の構成）。

これにより、ユニット制御部は、メイン制御部から出力される出力指示信号に応じて、故障情報信号を出力するため、メイン制御部は、故障通知とは別のタイミングで故障情報信号を取得することができる。上述の構成により、例えば、メイン制御部から他のユニット制御部に故障通知信号を送信して各ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの駆動を停止している状態で、故障情報信号を取得することが可能になる。これにより、ユニットの故障発生時にシステム全体で処理する情報量が大幅に増大するのを防止できる。

前記第１から第４の構成のうちいずれか一つの構成において、前記ユニット通信部及び前記メイン通信部は、所定の符号化処理によって変換された信号を用いて通信を行うように構成されていて、前記故障信号及び前記故障通知信号の少なくとも一方は、同じ信号レベルの信号が、前記所定の符号化処理によって信号変換した場合に連続しうる信号数よりも多く連続した信号であるのが好ましい（第５の構成）。特に、前記所定の符号化処理は、マンチェスターエンコードであるのが好ましい（第６の構成）。

例えばマンチェスターエンコードを用いて変換された信号は、同じ信号レベルの信号が３回以上は連続しない。そのため、ユニット制御部が故障を検出した際に、同じ信号レベルの信号が４回以上、連続するような信号を故障信号として出力することにより、メイン制御部に、故障信号が送信されたことをより確実に伝達することができる。すなわち、マンチェスターエンコードのような符号化処理を利用することにより、簡単な構成によって、メイン制御部に故障信号をより確実に且つ迅速に検出させることが可能になる。

本発明の一実施形態に係る電力変換装置によれば、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットを制御するユニット制御部で故障を検出した場合、メイン制御部に故障信号が送信されるとともに、該メイン制御部から他のユニット制御部に故障通知信号が送信される。これにより、一のユニット制御部の故障を、簡単な構成によって、他のユニット制御部に対して迅速に伝達することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る電力変換装置の一例の全体構成を示すブロック図である。 図２は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの概略構成を示す回路図である。 図３は、メイン制御部及びユニット制御部の概略構成を示す図である。 図４は、メイン制御部とユニット制御部との間の通信に用いられる通信プロトコルの一例を示す図である。 図５は、メイン制御部とユニット制御部との間の信号の送受信を模式的に示した図である。 図６は、ユニット制御部で故障を検出した場合に、メイン制御部と各ユニット制御部との間で送受信される信号等の一例を示すタイムチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中の同一または相当部分については同一の符号を付してその説明は繰り返さない。

（全体構成）
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１の概略構成を示す図である。この電力変換装置１は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０と、各ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の駆動を制御するための複数のユニット制御部２０と、ユニット制御部２０との間で信号を送受信するメイン制御部３０とを備える。電力変換装置１は、例えばモータ及びバッテリー等を模擬するための自動車用試験装置として用いられる。

電力変換装置１では、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０が、直列及び並列に接続されている。例えば、図１に示す例では、２つのＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０が直列に接続されて直列ユニットを構成するとともに、２つの直列ユニットが並列に接続されている。このような構成にすることで、直列ユニットによって、出力電圧の増大を図れるとともに、直列ユニット同士を並列に接続することによって、出力電流の増大を図れる。

なお、図１の例では、２つのＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０によって直列ユニットを構成しているが、３つ以上のＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０によって直列ユニットを構成してもよい。また、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０が直列に接続された直列ユニットを３つ以上、並列に接続してもよい。

例えば、３つのＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０によって直列ユニットを構成するとともに、その直列ユニットを並列に４つ接続してもよい。また、電力変換装置１が三相交流モータを模擬する場合には、直列ユニットが並列に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の組み合わせが、各相に対応して設けられる。よって、電力変換装置１が三相交流モータを模擬する場合、該電流変換装置１には、例えば３６ユニットのＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０が用いられる。

各ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０では、ユニット制御部２０から出力されるＰＷＭ信号に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０内のスイッチング素子（後述）がスイッチング制御される。ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の構成については後述する。

ユニット制御部２０は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０に対してＰＷＭ信号を出力することにより、該ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０内のスイッチング素子の駆動を制御する。ユニット制御部２０は、メイン制御部３０に対し、光通信ケーブル４１（信号線）によって、信号の授受可能に接続されている。ユニット制御部２０は、メイン制御部３０との間で信号の送受信を行う。ユニット制御部２０は、メイン制御部３０から送信される通信信号に応じて、他のユニット制御部２０とともに電力変換装置１としての動作が実現可能なように、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の駆動を制御する。ユニット制御部２０の構成についても後述する。

メイン制御部３０は、ユニット制御部２０との間で通信信号を送受信するためのメイン通信部３３を有する。このメイン通信部３３は、ユニット制御部２０に対してシリアル通信を行う。メイン通信部３３は、詳しくは後述するように、送受信する通信信号にノイズが入りにくいようなプロトコルを用いて、各ユニット制御部２０と通信を行う。

メイン制御部３０は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０を有する電力変換装置１が全体として一つの電力変換システムとして機能するように、各ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０を制御する。メイン制御部３０の詳しい構成についても後述する。

なお、図１において、符号２はリアクトルである。

（ＤＣ−ＤＣコンバータユニット）
次に、図２を用いて、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の構成について説明する。

図２に示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０は、トランス１３が双方向に交互に励磁される双方向ＤＣ−ＤＣコンバータである。ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０は、単相ブリッジ部１１，１２と、一方の単相ブリッジ部１１に流れる電流によって励磁されることにより他方の単相ブリッジ部１２に誘導電流を流すトランス１３とを備える。

単相ブリッジインバータ１１，１２の構成について以下で詳しく説明する。

単相ブリッジ部１１は、並列に接続された２つのスイッチングアーム１１ａ，１１ｂを有する。スイッチングアーム１１ａは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２を有する。スイッチングアーム１１ｂは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４を有する。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４には、それぞれ、ダイオードＤ１１〜Ｄ１４が逆並列に接続されている。

スイッチングアーム１１ａにおいて、スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ２との中点は、リアクトル１４を介して、トランス１３の巻線１３ａの一端側に接続されている。スイッチングアーム１１ｂにおいて、スイッチング素子Ｓ３とスイッチング素子Ｓ４との中点は、トランス１３の巻線１３ａの他端側に接続されている。

これにより、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４を用いたブリッジ回路が形成される。

単相ブリッジ部１２は、単相ブリッジ部１１と同様、並列に接続された２つのスイッチングアーム１２ａ，１２ｂを有する。スイッチングアーム１２ａは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ２１，Ｓ２２を有する。スイッチングアーム１２ｂは、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ２３，Ｓ２４を有する。スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４には、それぞれ、ダイオードＤ２１〜Ｄ２４が逆並列に接続されている。

スイッチングアーム１２ａにおいて、スイッチング素子Ｓ２１とスイッチング素子Ｓ２２との中点は、トランス１３の巻線１３ｂの一端側に接続されている。スイッチングアーム１２ｂにおいて、スイッチング素子Ｓ２３とスイッチング素子Ｓ２４との中点は、トランス１３の巻線１３ｂの他端側に接続されている。

これにより、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４を用いたブリッジ回路が形成される。

単相ブリッジ部１２の出力側には、該単相ブリッジ部１２から出力される交流電圧を平滑化するためのコンデンサ１５が設けられている。また、単相ブリッジ部１２の出力側には、リアクトル１６も設けられている。

単相ブリッジ部１１，１２のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４，Ｓ２１〜Ｓ２４は、それぞれ、ユニット制御部２０から出力されるＰＷＭ信号に応じて、オン状態またはオフ状態になる。ユニット制御部２０は、トランス１３の巻線１３ａに交流電流が流れるように、単相ブリッジ部１１のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４をスイッチング制御する。ユニット制御部２０は、トランス１３の巻線１３ｂに流れる交流電流を出力側へ流すように、単相ブリッジ部１２のスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４をスイッチング制御する。

なお、ユニット制御部２０は、単相ブリッジ部１２に一定周期の交流電流が流れるように単相ブリッジ部１２のスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２４を制御する。ユニット制御部２０は、単相ブリッジ部１１のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１４のスイッチングのタイミングを制御することにより、単相ブリッジ部１２から出力される電圧を制御する。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０から出力される直流電圧を制御することができる。

（メイン制御部）
次に、メイン制御部３０の構成について、図１及び図３を用いて説明する。

メイン制御部３０は、図１及び図３に示すように、電力変換装置１全体の制御を行うＣＰＵ３１と、主に各ユニット制御部２０と通信を行う制御回路部３２と、ＣＰＵ３１に対して指令信号を入力するＡ／Ｄコンバータ３６とを備える。

ＣＰＵ３１は、図３に示すように、電力変換装置１の出力電流Ｉａ及び出力電圧Ｖａを読み込んで、電力変換装置１の出力を制御するために必要な制御信号を、制御回路部３２に対して出力する。このＣＰＵ３１は、Ａ／Ｄコンバータ３６から出力電流Ｉａ及び出力電圧Ｖａのデジタル値を指令信号として読み込む。そして、ＣＰＵ３１は、読み込んだ指令信号に応じて制御信号を生成し、制御回路部３２に出力する。

Ａ／Ｄコンバータ３６は、電力変換装置１の出力電流Ｉａ及び出力電圧Ｖａのアナログ値をデジタル値に変換する。Ａ／Ｄコンバータ３６は、制御回路部３２から読み出し指示信号が入力されると、ＣＰＵ３１に対して、出力電流及び出力電圧に関するデジタル値を指令信号として出力する。なお、電力変換装置１の出力電流Ｉａは、図示しない電流計によって検出される一方、出力電圧Ｖａは、図示しない電圧計によって検出される。

制御回路部３２は、ＣＰＵ３１から出力される制御信号に基づいて各ユニット制御部２０に対して送信する通信信号を生成する。また、制御回路部３２は、各ユニット制御部２０と通信可能に構成されている。これにより、制御回路部３２は、前記通信信号を各ユニット制御部２０に対して送信するとともに、各ユニット制御部２０から電力変換装置１の制御に必要な通信信号を受信する。

また、本実施形態の制御回路部３２は、ユニット制御部２０から出力される故障信号を受信すると、各ユニット制御部２０に対して、故障通知信号を送信するように構成されている。これらの故障信号及び故障通知信号は、後述するように、通信信号の一部の信号が強制的に変更された信号である。さらに、制御回路部３２は、前記故障信号を出力したユニット制御部２０に対し、故障情報信号を出力するように指示する出力指示信号を送信する。これらの故障情報信号及び出力指示信号は、前記通信信号の一つである。

具体的には、制御回路部３２は、図１及び図３に示すように、各ユニット制御部２０との間で通信を行うメイン通信部３３と、ユニット制御部２０から前記故障信号が出力された場合に、各ユニット制御部２０に対して故障通知を行う故障通知部３４と、故障信号を出力したユニット制御部２０に対して故障情報信号を出力させる出力指示部３５とを備える。なお、制御回路部３２は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などによって構成される回路である。

メイン通信部３３は、各ユニット制御部２０との間でシリアル通信可能に構成されている。メイン通信部３３は、図４に示す通信プロトコルを有する通信信号を用いて通信を行う。

前記通信信号は、図４に示すように、１フレームが、送信開始信号（ＳＴＡＲＴ）、ＩＤ信号（ＩＤ）、データ信号（例えばＤＡＴＡ０からＤＡＴＡ４）及び誤り検出信号（ＦＣＳ）によって構成される。なお、前記通信信号は、図４に示すように、各フレーム間に、フレームを区切るためのＩＤＬＥ信号（ＩＤＬＥ）が挿入されている。

送信開始信号は、ＩＤ信号及びデータ信号等を送信する際に、各フレームの最初に送信される。

ＩＤ信号は、送信する信号の種類を識別するための信号である。後述するように、例えば故障を検出したユニット制御部２０から故障情報に関する故障情報信号を送信する際には、故障情報信号であることを示す特定のＩＤ信号が、前記ユニット制御部２０からメイン制御部３０に送信される。

データ信号は、送信するデータを信号化したものである。なお、図４では、一例として、データ信号をＤＡＴＡ０からＤＡＴＡ４としている。しかしながら、データ信号は、図４に示すデータ信号よりも短いデータ信号であってもよいし、図４に示すデータ信号よりも長いデータ信号であってもよい。

誤り検出信号は、送信するデータ信号がノイズ等の影響を受けて変化していないかどうかを検出するための信号である。誤り検出信号は、例えば、データ信号に基づいて算出される値が信号化された信号である。これにより、受信側は、誤り検出信号に基づいて、正しいデータ信号を受信したかどうかを判別することができる。

上述のような通信プロトコルを有する信号は、４ビットから５ビットに変換（以下、４Ｂ５Ｂ変換という）される。すなわち、メイン通信部３３では、例えば４Ｂ５Ｂ変換テーブル等を用いて、４ビットの信号に１ビットを加えて５ビットの信号に変換する。なお、信号を４ビットから５ビットに変換する方法は従来と同様なので、詳しい説明を省略する。

さらに、前記信号は、５ビットの信号からマンチェスターエンコード（所定の符号化処理）を用いて変調される。すなわち、メイン通信部３３では、マンチェスターエンコードを用いて、５ビットの信号のうち“０”を“０１”に、“１”を“１０”に変換する。これにより、データ信号は、“０”または“１”が３つ以上、連続することがない。

このようにマンチェスターエンコードを用いて信号を変調することにより、“１”または“０”が３つ以上、連続した場合に、信号のエラーとして検出することが可能になる。

なお、上述の方法以外にも、マンチェスターエンコードに変調された信号を逆変換した後の信号が、４Ｂ５Ｂ変換の際に用いられる４Ｂ５Ｂ変換表に存在しない信号である場合にも、信号のエラーとして検出される。

以上のように、信号の４Ｂ５Ｂ変換を行うとともにマンチェスターエンコードを用いて変調することにより、ノイズの影響を受けた信号を、エラー信号として容易に検出することが可能になる。しかも、信号の４Ｂ５Ｂ変換を行うとともにマンチェスターエンコードを用いた変調を行うことにより、変換後の信号の長さが一定になる。これにより、ノイズの影響を受けにくい通信を行うことが可能になる。

故障通知部３４は、ユニット制御部２０から故障信号が出力された場合に、メイン通信部３３に対して、各ユニット制御部２０へ故障通知信号を送信させる。本実施形態では、後述するように、故障信号及び故障通知信号は、マンチェスターエンコードによって変換された信号において、同じ信号レベルの信号が連続しうる最大の信号数（２回）よりも多い所定信号数（本実施形態では４回）以上、同じ信号レベルの信号が連続した信号である。すなわち、メイン通信部３３が、ユニット制御部２０から、所定信号数以上、同じ信号レベルの信号が連続して出力されていることを受信した場合、故障通知部３４は、メイン通信部３３に対し、各ユニット制御部２０に出力する信号を、所定信号数以上、同じ信号レベルの信号が連続して出力されるような信号に設定する。これにより、故障通知部３４によって、一のユニット制御部２０の故障を他のユニット制御部２０に通知することができる。

出力指示部３５は、ユニット制御部２０から故障信号が出力された場合に、該ユニット制御部２０に対して故障原因に関する情報を含んだ故障情報信号を出力させるように、メイン通信部３３に対し、前記ユニット制御部２０に出力指示信号を送信させる。具体的には、出力指示部３５は、図４に示すような通信プロトコルにおいて、ＩＤがユニット制御部２０に故障情報信号を出力させる指示を示す特定のＩＤ信号である信号を、メイン通信部３３に出力させる。

（ユニット制御部）
次に、ユニット制御部２０について、図１及び図３を用いて説明する。なお、図１では、図示を簡略化するために、複数のユニット制御部２０のうち、一のユニット制御部２０についてのみ、内部構成を図示している。内部構成を図示していない他のユニット制御部２０も、同様の内部構成を有する。

ユニット制御部２０は、図１及び図３に示すように、ＣＰＵ２１と、制御回路部２２と、Ａ／Ｄコンバータ２７とを備える。ＣＰＵ２１は、メイン制御部３０から送信された信号に基づいて、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０のスイッチング制御に関する制御信号を、回路制御部２２に対して出力する。Ａ／Ｄコンバータ２７は、制御回路部２２から読み出し指示信号が入力されると、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の出力電流Ｉｂ及び出力電圧Ｖｂのデジタル値を指令信号としてＣＰＵ２１に出力する。なお、Ａ／Ｄコンバータ２７は、図示しない電流計によって検出されたＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の出力電流Ｉｂをデジタル値に変換するとともに、図示しない電圧計によって検出されたＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の出力電圧Ｖｂをデジタル値に変換する。

制御回路部２２は、ＣＰＵ２１から送信される制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成して、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０に出力する。また、本実施形態の制御回路部２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の故障を検出した場合に、ＰＷＭ信号の出力を停止するとともに、メイン制御部３０に対して通知する。さらに、本実施形態の制御回路部２２は、メイン制御部３０から故障情報に関する故障情報信号の出力指示があった場合に、故障情報信号をメイン制御部３０に対して出力する。

具体的には、制御回路部２２は、ユニット通信部２３と、故障検出部２４と、故障情報通知部２５と、スイッチング制御部２６とを備える。なお、制御回路部２２は、例えば、ＦＰＧＡなどによって構成される回路である。

ユニット通信部２３は、メイン制御部３０のメイン通信部３３との間でシリアル通信可能に構成されている。このユニット通信部２３は、図４に示す通信プロトコルを有する通信信号を用いて、メイン制御部３０のメイン通信部３３と通信を行う。図４に示す通信プロトコルについては、既述したとおりなので、詳しい説明を省略する。ユニット通信部２３は、メイン制御部３０のメイン通信部３３から受信した信号を、４Ｂ５Ｂ変換及びマンチェスターエンコードによる変調を行う前の信号に戻すとともに、その信号にノイズ等が含まれているかどうかを、誤り検出信号を用いて判定する。

故障検出部２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０で生じた故障を、図示しない電流計及び電圧計などを用いて検出するように構成されている。具体的には、故障検出部２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０に過電流が流れた場合、または、該ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０に過電圧が発生した場合などのように、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０に異常が発生した際に、故障として検出する。

また、故障検出部２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の故障を検出すると、スイッチング制御部２６に対してＰＷＭ信号の生成及び出力を中止させる。さらに、故障検出部２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の故障を検出した場合に、ユニット通信部２３に対して、故障信号を出力させる。詳しくは、故障検出部２４は、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の故障を検出した場合、ユニット通信部２３に対して、メイン制御部３０に出力する信号を、同じ信号レベルの信号が所定信号数（本実施形態では４回）以上、連続するような信号に変更する。これにより、メイン制御部３０に対し、ユニット制御部２０のユニット通信部２３から出力される信号の変化に基づいて、該ユニット制御部２０の故障を迅速に通知することができる。

故障情報通知部２５は、故障信号が送信されたメイン制御部３０から、故障情報信号の出力を指示する出力指示信号が送信された場合に、ユニット通信部２３に対し、該メイン制御部３０に故障情報信号を出力させる。故障情報信号は、図４に示す通信プロトコルを用いて、故障情報通知部２５で生成される。具体的には、故障情報通知部２５では、図４に示す通信プロトコルにおいて、ＩＤ信号を、故障情報であることを示す特定のＩＤ信号とし、データ信号を、故障の種類等を示す信号とする。

（故障発生時におけるメイン制御部とユニット制御部との通信動作）
次に、以上の構成を有する電力変換装置１において、一のユニット制御部２０で故障が発生した場合におけるメイン制御部３０と各ユニット制御部２０との間の通信動作を、図５及び図６を用いて詳しく説明する。なお、図５及び図６は、一例として、ユニット制御部２０が２つの場合を示している。

メイン制御部３０は、図５に示すように、ユニット制御部２０に対し、送信用の信号線４１ａ及び受信用の信号線４１ｂによって接続されている。すなわち、メイン制御部３０には、複数（図５の例は２つ）のユニット制御部２０に対して信号を送信するための信号線４１ａが接続される送信ポートＴｘＤ１，ＴｘＤ２と、前記複数のユニット制御部２０から信号を受信するための信号線４１ｂが接続される受信ポートＲｘＤ１，ＲｘＤ２とが設けられている。なお、信号線４１ａ，４１ｂによって、既述の光通信ケーブル４１が構成される。

これにより、メイン制御部３０と複数のユニット制御部２０とは、互いに信号を送受信することができる。

なお、メイン制御部３０の送信ポートＴｘＤ１，ＴｘＤ２からは、ユニット制御部２０を制御するための信号、他のユニット制御部２０に故障を伝達するための故障通知信号、故障情報信号をユニット制御部２０に出力させるための出力指示信号などが送信される。

一方、メイン制御部３０の受信ポートＲｘＤ１，ＲｘＤ２には、ユニット制御部２０から、故障信号または故障情報信号などが送信される。

図５において、各ユニット制御部２０から出力されるＰＷＭ信号（ＰＷＭ１，ＰＷＭ２）は、各ＤＣ−ＤＣコンバータユニット２０に入力される。

図６に、図５における一方のユニット制御部２０で故障を検知した場合に、メイン制御部３０の送信ポートＴｘＤ１，ＴｘＤ２及び受信ポートＲｘＤ１，ＲｘＤ２で送受信される信号の一例を示す。なお、図６は、信号を模式的に示した図であり、実際に送信される信号パターンとは異なる。

一方のユニット制御部２０において、故障検出部２４がＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の異常を故障として検出した場合、該故障検出部２４がユニット通信部２３に対して故障信号を出力させる。すなわち、ユニット制御部２０からは、図６のＲｘＤ１に示すように、同じ信号レベルの信号（例えばゼロ）が所定信号数以上、連続して出力される。ここで、既述のとおり、メイン制御部３０と各ユニット制御部２０とは、マンチェスターエンコードによって変換された信号を用いて通信を行っている。そのため、上述のように、ユニット制御部２０から、マンチェスターエンコードによって変換された場合に同じ信号レベルの信号が連続しうる信号数よりも多い信号数、連続して同じ信号レベルの信号を出力することにより、受信側であるメイン制御部３０は、ユニット制御部２０から故障信号が出力されたと認識することができる。

前記一方のユニット制御部２０では、故障検出部２４がＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の故障を検出すると、該故障検出部２４によって、スイッチング制御部２６におけるＰＷＭ信号の生成及び出力が停止される。これにより、図６にＰＷＭ１で示すように、ユニット制御部２０からＰＷＭ信号が出力されなくなる。

前記一方のユニット制御部２０から故障信号を受信したメイン制御部３０では、ユニット制御部２０に対して故障通知信号を出力する。すなわち、メイン制御部３０の故障通知部３４からは、図６のＴｘＤ１，ＴｘＤ２に示すように、同じ信号レベルの信号（例えばゼロ）が所定信号数以上、連続して出力される。これにより、受信側である各ユニット制御部２０は、メイン制御部３０からの故障通知信号であると認識することができる。なお、図６の例では、メイン制御部３０は、故障信号を出力したユニット制御部２０に対しても故障通知信号を送信しているが、この限りではなく、故障信号を出力したユニット制御部２０以外のユニット制御部２０にのみ故障通知信号を送信してもよい。

メイン制御部３０から故障通知信号を受信した各ユニット制御部２０では、スイッチング制御部２５におけるＰＷＭ信号の生成及び出力を停止し、図６のＰＷＭ２で示すように、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０に対するＰＷＭ信号の出力を停止する。

そして、図６には図示しないが、メイン制御部３０は、故障通知信号を各ユニット制御部２０に送信した後、故障信号を送信したユニット制御部２０に対して、故障原因等の情報を含む故障情報信号を出力するように、送信ポートＴｘＤ１から出力指示信号を送信する。メイン制御部３０から出力指示信号を受信したユニット制御部２０は、故障情報通知部２５によって、ユニット通信部２３から故障情報信号を出力する。ユニット制御部２０から出力された故障情報信号は、メイン制御部３０の受信ポートＲｘＤ１に送信される。

このように、ユニット制御部２０から故障信号を送信する信号線と、該ユニット制御部２０から故障情報信号を送信する信号線とは共通である。これにより、より少ない信号線で、メイン制御部３０と各ユニット制御部２０との間で故障に関する信号の送受信を行うことができる。

（実施形態の効果）
以上より、本実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０の駆動を制御するユニット制御部２０で故障を検知した場合に、メイン制御部３０に通知し、該メイン制御部３０が他のユニット制御部２０に通知する。これにより、ユニット制御部２０同士を信号線で接続する必要がなくなるため、電力変換装置１全体の構成を簡略化することができる。

しかも、メイン制御部３０と各ユニット制御部２０とは、マンチェスターエンコードによって変換された信号を用いてシリアル通信を行っており、メイン制御部３０と各ユニット制御部２０との間で送受信される故障信号及び故障通知信号は、マンチェスターエンコードの特性を利用している。すなわち、マンチェスターエンコードによって変換された信号では、同じ信号レベルの信号が３回以上、連続しない点を利用して、故障信号及び故障通知信号を、３回よりも多い所定信号数以上、同じ信号レベルの信号が連続した信号とする。これにより、少ない信号線によって、メイン制御部３０と各ユニット制御部２０との間で、故障に関する信号の送受信を迅速に行うことができる。

また、ＤＣ−ＤＣコンバータユニット１０の故障を検知したユニット制御部２０からメイン制御部３０に故障信号を送信する信号線と、前記ユニット制御部２０からメイン制御部３０に故障情報信号を送信する信号線とを共通化することにより、信号線の数を極力、少なくすることができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。

前記実施形態では、メイン制御部３０とユニット制御部２０との間で送受信される信号には、４Ｂ５Ｂ変換及びマンチェスターエンコードを用いた変調が行われている。しかしながら、他の符号化技術を用いてもよい。また、信号の通信プロトコルも図４以外の通信プロトコルであってもよい。なお、他の符号化技術としては、同じ信号レベルの信号が所定信号数以上、連続しないような符号化処理が好ましい。

前記実施形態では、メイン通信部３３及びユニット通信部２３は、信号線を介してシリアル通信を行っているが、この限りではなく、無線通信などの信号線以外の伝送手段を用いてもよいし、シリアル通信ではなくパラレル通信を行ってもよい。

前記実施形態では、ユニット制御部２０及びメイン制御部３０は、同じ信号レベルの信号を、マンチェスターエンコードに変換した際に連続しうる信号数よりも多く連続して出力することにより、故障信号及び故障通知信号としている。しかしながら、故障信号及び故障通知信号のいずれか一方のみを、同じ信号レベルの信号がマンチェスターエンコードに変換した際に連続しうる前記信号数よりも多く連続して出力される信号としてもよい。

前記実施形態では、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０をＰＷＭ制御によって駆動させているが、この限りではなく、ＤＣ／ＤＣコンバータユニット１０を、ＰＡＭ制御など他の制御によって駆動させてもよい。

本発明は、複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットを備えた電力変換装置に利用可能である。

１ 電力変換装置
１０ ＤＣ−ＤＣコンバータユニット
２０ ユニット制御部
２３ ユニット通信部
２４ 故障検出部
２５ 故障情報通知部
３０ メイン制御部
３３ メイン通信部
３４ 故障通知部
３５ 出力指示部
４１ 光通信ケーブル（信号線）

Claims (6)

1. 互いに電気的に接続された複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットと、
   前記複数のＤＣ−ＤＣコンバータユニットをそれぞれ制御する複数のユニット制御部と、
   前記複数のユニット制御部との間で通信信号の授受を行うメイン制御部とを備え、
   前記ユニット制御部は、
   前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの故障を検出する故障検出部と、
   前記故障検出部が故障を検出した場合に、前記メイン制御部に対して故障信号を送信するユニット通信部とを有し、
   前記メイン制御部は、
   前記ユニット通信部との間で信号の授受を行うメイン通信部と、
   前記メイン通信部が、前記複数のユニット制御部のうち一のユニット制御部のユニット通信部から前記故障信号を受信した場合、前記メイン通信部に、他のユニット制御部へ故障通知信号を送信させる故障通知部とを有し、
   前記メイン通信部及び前記ユニット通信部は、所定の符号化処理によって変換された信号を用いて通信を行うように構成されていて、
   前記故障信号及び前記故障通知信号の少なくとも一方は、前記通信信号の一部の信号が、前記所定の符号化処理によって信号変換した場合に同じ信号レベルの信号がエラーとして検出されずに連続しうる信号数よりも多く連続した信号に、強制的に変更された信号である、電力変換装置。
2. 請求項１に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記複数のユニット制御部に対し、それぞれ、信号の授受が可能な信号線によって接続されていて、
   前記メイン通信部及び前記ユニット通信部は、前記信号線を介してシリアル通信を行うように構成されている、電力変換装置。
3. 請求項２に記載の電力変換装置において、
   前記ユニット通信部は、前記故障検出部が前記ＤＣ−ＤＣコンバータユニットの故障を検出した場合、前記信号線を介して、前記メイン通信部へ前記故障信号を送信するように構成されていて、
   前記ユニット制御部は、前記ユニット通信部に、前記信号線を介して前記メイン通信部へ故障情報に関する信号である故障情報信号を送信させる故障情報通知部をさらに備える、電力変換装置。
4. 請求項３に記載の電力変換装置において、
   前記メイン制御部は、前記メイン通信部に、前記故障信号を出力したユニット制御部に対して前記故障情報信号の出力を求める出力指示信号を、前記信号線を介して前記ユニット制御部のユニット通信部へ送信させる出力指示部をさらに備え、
   前記故障情報通知部は、前記ユニット通信部が出力指示信号を受信した場合、前記ユニット通信部に、前記信号線を介して前記メイン通信部へ前記故障情報信号を送信させるように構成されている、電力変換装置。
5. 請求項１から４のいずれか一つに記載の電力変換装置において、
   前記所定の符号化処理は、マンチェスターエンコードである、電力変換装置。
6. 請求項１から５のいずれか一つに記載の電力変換装置において、
   前記故障信号及び前記故障通知信号は、信号レベルがゼロの信号が、３回よりも多い信号数以上、連続した信号である、電力変換装置。
   

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