JP6362812B2 - 車載用充電器 - Google Patents

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Description

本発明は、車載用充電器に関する。
従来、直流電力を交流電力に変換する変換器、いわゆる「インバータ」が開発されている。インバータには、複数個のスイッチング素子を有しており、これらのスイッチング素子のオンオフにより出力をオンオフする回路、いわゆる「スイッチング出力回路」が用いられている。
一般に、スイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じると、スイッチング出力回路に過電流が流れる。この過電流により、短絡故障が生じていなかった他のスイッチング素子の温度が上昇して、当該他のスイッチング素子の短絡故障、すなわち二次故障が発生する。特許文献１には、インバータにおいて、スイッチング素子に流れる過電流を検出して表示する技術が開示されている。
特開平１０−２１５５７８号公報
ＥＶ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）、ＨＥＶ（Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）又はＰＨＥＶ（Ｐｌｕｇ−ｉｎ Ｈｙｂｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ）などの電気自動車には、家庭用電源又は専用の充電スタンドなどの外部電源により駆動用バッテリを充電する充電器、いわゆる「ＯＢＣ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｃｈａｒｇｅｒ）」が搭載されている。ＯＢＣは、直流電力を直流電力に変換する変換器（以下「直流直流変換器」という。）を有している。また、ＯＢＣは、外部電源が交流電源である場合、交流電力を直流電力に変換する変換器（以下「交流直流変換器」という。）を有している。
ＯＢＣ用の直流直流変換器には、上記インバータと同様のスイッチング出力回路が用いられている。具体的には、例えば、４個のスイッチング素子によるブリッジ回路、いわゆる「フルブリッジ回路」が用いられている。または、例えば、２個のスイッチング素子によるブリッジ回路、いわゆる「ハーフブリッジ回路」が用いられている。ＯＢＣ用の直流直流変換器には、これらのスイッチング出力回路に流れる過電流を検出する回路が設けられている。
ＯＢＣは、電気自動車の充電系統における重要な部材であるため、故障を確実に検出することが求められる。他方、ＯＢＣは交換費用が高いため、故障の誤検出を防ぐことが求められる。このため、従来のＯＢＣは、直流直流変換器のスイッチング出力回路にて過電流が検出されると、充電動作を一旦停止した後に再開して、過電流が所定回数（例えば３回）連続して検出された場合に直流直流変換器が故障したと判定している。これにより、過電流の発生原因が一過性のものである場合、すなわち直流直流変換器の故障がない場合に故障があると誤判定するのを防ぎ、かつ、過電流の発生原因がスイッチング素子の短絡故障である場合は直流直流変換器が故障したと判定できるようにしている。
ここで、ＯＢＣ用の直流直流変換器は、駆動用バッテリの充電を開始するとき、充電開始直後の充電動作を安定させる観点から、スイッチング出力回路による出力動作のデューティ比の初期値が小さい値（例えば数パーセント）に設定されており、その後、デューティ比の値が次第に大きくなるように設定されている。充電開始後、数十回〜数百回分のオン時間は、個々のオン時間が短いため、仮にスイッチング出力回路に過電流が流れたとしてもこの過電流を検出することができない。
すなわち、従来のＯＢＣは、直流直流変換器のスイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じた場合、過電流が所定回数検出されて直流直流変換器が故障したと判定されるまでに時間がかかり、直流直流変換器の故障を早期に発見することができない問題があった。また、当該時間において、直流直流変換器のスイッチング出力回路に、数十回〜数百回に所定回数を乗じた回数分の過電流が流れる。この過電流により、短絡故障が生じていなかった他のスイッチング素子の温度が上昇して、二次故障が発生する問題があった。
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、車載用充電器において、直流直流変換器の故障を早期に発見するとともに、過電流による二次故障の発生を抑制することを目的とする。
本発明の車載用充電器は、スイッチング出力回路を有する直流直流変換部と、スイッチング出力回路による出力動作を実行するスイッチングモードと、出力動作を停止させた状態にてスイッチング出力回路における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部とを備え、車両に設けられた駆動用バッテリの充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作し、スイッチング出力回路における故障がないと判定された場合にスイッチングモードに移行し、スイッチングモードによる動作中にスイッチング出力回路の異常状態が検出されたとき、スイッチングモードから故障判定モードに移行して、スイッチング出力回路における故障の有無を判定するものである。
本発明の車載用充電器は、スイッチングモードとは別個の故障判定モードを有し、駆動用バッテリの充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作する。これにより、直流直流変換部の故障を早期に発見するとともに、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。
本発明の実施の形態１に係る車載用充電器の要部を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係るスイッチング出力回路及び制御部の要部を示す説明図である。 本発明の実施の形態１に係る制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係る制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１に係るスイッチング出力回路及び制御部の動作のうち、スイッチング素子に短絡故障が生じていない場合の動作の一例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態１に係るスイッチング出力回路及び制御部の動作のうち、スイッチング素子に短絡故障が生じている場合の動作の一例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態２に係る制御部の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係るスイッチング出力回路及び制御部の動作のうち、スイッチング素子に短絡故障が生じていない場合の動作の一例を示すタイミング図である。 本発明の実施の形態２に係るスイッチング出力回路及び制御部の動作のうち、スイッチング素子に短絡故障が生じている場合の動作の一例を示すタイミング図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る車載用充電器の要部を示す説明図である。図１を参照して、実施の形態１の車載用充電器１００について説明する。
図中、１は外部電源である。外部電源１は、交流電源により構成されている。具体的には、例えば、外部電源１は、家庭用電源又は専用の充電スタンドにより構成されている。
車両２は、例えば、ＥＶ、ＨＥＶ又はＰＨＥＶなどの電気自動車により構成されている。車両２は、外部電源１と接続自在な充電用端子３を有しており、かつ、駆動用バッテリ４を有している。駆動用バッテリ４は、例えば、リチウムイオン二次電池又はニッケル水素二次電池により構成されている。
充電用端子３と駆動用バッテリ４間に、交流直流変換部１１が設けられている。交流直流変換部１１は、例えば、フルブリッジ回路を用いた交流直流変換器、いわゆる「フルブリッジ型ＡＣ／ＤＣコンバータ」により構成されている。
交流直流変換部１１と駆動用バッテリ４間に、スイッチング出力回路１２、変圧回路１３、整流回路１４及び平滑回路１５が順次接続されている。スイッチング出力回路１２、変圧回路１３、整流回路１４及び平滑回路１５により、直流直流変換部１６が構成されている。また、スイッチング出力回路１２用の制御部１７が設けられている。
スイッチング出力回路１２は、例えば、フルブリッジ回路等により構成されている。変圧回路１３は、例えば、鉄心に一次巻線と二次巻線とを巻回してなる変圧器により構成されている。整流回路１４は、例えば、ダイオードにより構成されている。平滑回路１５は、例えば、鉄心に巻線を巻回してなるコイル（Ｌ）と、蓄電器（Ｃ）とからなるＬＣフィルタにより構成されている。すなわち、直流直流変換部１６は、いわゆる「フルブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータ」により構成されている。制御部１７は、例えば、マイクロコントローラ又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのプロセッサにより構成されている。
交流直流変換部１１、直流直流変換部１６及び制御部１７により、車載用充電器１００の要部が構成されている。車載用充電器１００は、車両２に搭載されており、外部電源１を用いて駆動用バッテリ４を充電する充電器、すなわちＯＢＣである。
次に、図２を参照して、スイッチング出力回路１２及び制御部１７について説明する。
フルブリッジ回路２１は、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４により構成されている。個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−ｏｘｉｄｅ−ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）により構成されている。
駆動回路２２は、制御部１７から入力された駆動信号に応じて、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のゲート端子に所定値（例えば５ボルト）の駆動電圧を供給することにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオン状態に設定するものである。また、駆動回路２２は、駆動電圧の供給を停止することにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をオフ状態に設定するものである。
電流検出回路２３は、フルブリッジ回路２１に流れる電流の電流値を検出するものである。電流検出回路２３は、例えば、鉄心に一次巻線と二次巻線とを巻回してなる変流器により構成されている。
過電流検出回路２４は、フルブリッジ回路２１に流れる過電流を検出するものである。すなわち、過電流検出回路２４には、電流検出回路２３により検出された電流値との比較対象となる閾値が予め設定されている。過電流検出回路２４は、電流検出回路２３により検出された電流値と閾値とを比較する。過電流検出回路２４は、電流値が閾値を超えたとき、その旨を示す信号を制御部１７に出力するとともに、ゲート遮断信号を駆動回路２２に出力する。過電流検出回路２４は、例えば、演算増幅器を用いた比較器により構成されている。
駆動回路２２は、過電流検出回路２４からゲート遮断信号を入力された場合、制御部１７から駆動信号を入力されているか否かに関わらず、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４への駆動電圧の供給を停止するようになっている。
フルブリッジ回路２１、駆動回路２２、電流検出回路２３及び過電流検出回路２４により、スイッチング出力回路１２の要部が構成されている。
ここで、直流直流変換部１６は、充電開始モード、スイッチングモード、充電停止モード及び故障判定モードの４つの動作モードを有している。
充電開始モードは、駆動用バッテリ４の充電を開始する度毎に、最初に設定される動作モードである。充電開始モードにおいて、駆動回路２２は、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対する駆動電圧の供給を停止する。
スイッチングモードは、スイッチング出力回路１２による出力動作（以下、単に「出力動作」ということがある。）を実行して、駆動用バッテリ４を充電する動作モードである。スイッチングモードにおいて、駆動回路２２は、フルブリッジ回路２１に含まれる４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、２個のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３と残余のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４とに交互に駆動電圧を供給する。スイッチングモードにおける出力動作の周期は、例えば、１３マイクロ秒に設定されている。
スイッチングモードには、出力動作におけるデューティ比の値が次第に大きくなるスロースタートモードと、スロースタートモードから移行してデューティ比の値が一定値である定常スイッチングモードとが含まれている。スロースタートモードにおけるデューティ比は、例えば、下限値（すなわち初期値）が０パーセントよりも大きくかつ１０パーセント未満の値に設定されており、上限値（すなわち最終値）が４０パーセントよりも大きくかつ５０パーセント未満の値に設定されている。定常スイッチングモードにおけるデューティ比は、スロースタートモードにおける上限値と同等の値に設定されている。
充電停止モードは、駆動用バッテリ４の充電を停止する動作モードである。充電停止モードにおいて、駆動回路２２は、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対する駆動電圧の供給を停止する。
故障判定モードは、出力動作を停止させた状態にて、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定する動作モードである。具体的には、例えば、フルブリッジ回路２１に含まれる４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、高電位側に接続された２個のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３における短絡故障の有無を判定するとともに、低電位側に接続された２個のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４における短絡故障の有無を判定するものである。
すなわち、故障判定モードにおいて、駆動回路２２は、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４と高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３とに交互に１回ずつ駆動電圧を供給する。低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に駆動電圧が供給されたとき、過電流検出回路２４が過電流を検出した場合、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定される。高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に駆動電圧が供給されたとき、過電流検出回路２４が過電流を検出した場合、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定される。
ここで、故障判定モードにおける個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちのいずれかの短絡故障によりフルブリッジ回路２１に過電流が流れた場合に、過電流検出回路２４によりこの過電流を検出できる程度に大きい値に設定されている。かつ、当該オン時間は、所定回数（例えば３回）の故障判定モードにおける当該過電流によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度上昇値が、予め設定された基準値以下となる程度に小さい値に設定されている。この基準値は、例えば、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の耐熱温度の上限値（例えば１５０度〜１７５度）から、充電時における車載用充電器１００内の環境温度の予測値又は測定値を減算した値である。当該オン時間は、具体的には、例えば、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン時間が５０ミリ秒に設定されており、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン時間も５０ミリ秒に設定されている。
動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを設定するものである。駆動信号出力部３２は、動作モード設定部３１により設定された動作モードに応じたタイミングにて、各々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する駆動信号を駆動回路２２に出力するものである。
動作モード設定部３１は、駆動用バッテリ４の充電を開始するとき、まず、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードに設定し、次いで、故障判定モードに移行する。動作モード設定部３１は、故障判定モードにてスイッチング出力回路１２における故障がないと判定された場合、スイッチングモードに移行する。
異常検出部３３は、スイッチングモードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視して、スイッチング出力回路１２の異常状態を検出するものである。すなわち、異常状態とは、フルブリッジ回路２１に過電流が流れている状態である。
動作モード設定部３１は、異常検出部３３が異常状態を検出したとき、直流直流変換部１６の動作モードをスイッチングモードから充電停止モードに移行し、次いで、充電開始モード、故障判定モードに順次移行するようになっている。
故障判定部３４は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視して、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定するものである。具体的には、例えば、故障判定部３４は、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定する。また、故障判定部３４は、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定する。
動作モード設定部３１は、故障判定部３４により高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３又は低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定された場合、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行するようになっている。また、動作モード設定部３１は、故障判定部３４により高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３又は低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方について所定回数（例えば３回）連続して短絡故障があると判定された場合、直流直流変換部１６の動作モードを充電停止モードに固定して、以後、動作モードを変更しないようになっている。また、このとき、動作モード設定部３１は、車載用充電器１００が故障したことを示す信号（以下「故障信号」という。）の送信を故障信号送信部３５に指示する。
故障信号送信部３５は、故障信号を図示しない外部装置に送信するものである。外部装置は、例えば、車両２に設けられた計器盤用の制御装置である。この制御装置は、故障信号を受信すると、計器盤に設けられた警告灯のうち、駆動用バッテリ４の充電系統が故障したことを示す警告灯を点灯させる。
動作モード設定部３１、駆動信号出力部３２、異常検出部３３、故障判定部３４及び故障信号送信部３５により、制御部１７の要部が構成されている。
次に、図３のフローチャートを参照して、制御部１７の動作について、動作モード設定部３１、異常検出部３３、故障判定部３４及び故障信号送信部３５の動作を中心に説明する。なお、動作モードの固定及び故障信号の送信に係る基準となる故障判定部３４による故障判定回数は、３回に設定されている。充電用端子３が外部電源１と接続されたとき、又は図示しない入力装置の操作により駆動用バッテリ４の充電開始を指示されたとき、制御部１７はステップＳＴ１の処理を開始する。
まず、ステップＳＴ１にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードに設定する。次いで、ステップＳＴ２にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードから故障判定モードに移行する。また、動作モード設定部３１は、故障判定モードに移行したことを故障判定部３４に通知する。動作モード設定部３１は、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に対応する駆動信号が出力されるタイミングと、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に対応する駆動信号が出力されるタイミングとを故障判定部３４に通知する。
次いで、ステップＳＴ３にて、故障判定部３４は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視して、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定する。すなわち、故障判定部３４は、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に短絡故障が生じているか否かを判定するとともに、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に短絡故障が生じているか否かを判定する。故障判定部３４は、判定結果を動作モード設定部３１に出力する。
故障判定部３４により、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３又は低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方に短絡故障が生じていると判定された場合（ステップＳＴ３“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ４にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。
次いで、ステップＳＴ５にて、動作モード設定部３１は、直近３回のステップＳＴ３における故障判定部３４の判定結果を参照する。故障判定部３４により高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に短絡故障が生じていると判定された回数が３回未満であり、かつ、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に短絡故障が生じていると判定された回数が３回未満である場合（ステップＳＴ５“ＮＯ”）、動作モード設定部３１はステップＳＴ１に戻り、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードに設定する。
他方、故障判定部３４により、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３又は低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方について、短絡故障が生じていると判定された回数が３回以上である場合（ステップＳＴ５“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ６にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電停止モードに固定する。また、動作モード設定部３１は、故障信号の送信を故障信号送信部３５に指示する。
次いで、ステップＳＴ７にて、故障信号送信部３５は、故障信号を外部装置に送信する。
故障判定部３４により、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３及び低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちのいずれにも短絡故障が生じていないと判定された場合（ステップＳＴ３“ＮＯ”）、ステップＳＴ１１にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードからスロースタートモードに移行する。また、動作モード設定部３１は、スイッチングモードに移行したことを異常検出部３３に通知する。
次いで、ステップＳＴ１２にて、異常検出部３３は、スロースタートモードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視する。スイッチング出力回路１２の異常状態、すなわちフルブリッジ回路２１に過電流が流れている状態が検出されたとき（ステップＳＴ１２“ＹＥＳ”）、異常検出部３３はその旨を動作モード設定部３１に通知する。
ステップＳＴ１２の通知を受けて、ステップＳＴ１３にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードをスロースタートモードから充電停止モードに移行する。次いで、動作モード設定部３１はステップＳＴ１に戻り、直流直流変換部１６を充電開始モードに設定する。
他方、異常状態を検出した旨の通知を受けることなくスロースタートモードが終了した場合（ステップＳＴ１２“ＮＯ”）、ステップＳＴ２１にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードをスロースタートモードから定常スイッチングモードに移行する。
次いで、ステップＳＴ２２にて、異常検出部３３は、定常スイッチングモードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視する。スイッチング出力回路１２の異常状態、すなわちフルブリッジ回路２１に過電流が流れている状態が検出されたとき（ステップＳＴ２２“ＹＥＳ”）、異常検出部３３はその旨を動作モード設定部３１に通知する。
ステップＳＴ２２の通知を受けて、ステップＳＴ２３にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを定常スイッチングモードから充電停止モードに移行する。次いで、動作モード設定部３１はステップＳＴ１に戻り、直流直流変換部１６を充電開始モードに設定する。
他方、異常状態を検出した旨の通知を受けることなく定常スイッチングモードが終了した場合（ステップＳＴ２２“ＮＯ”）、制御部１７は処理を終了する。なお、定常スイッチングモードは、駆動用バッテリ４の充電が完了したとき、充電用端子３と外部電源１間の接続が解除されたとき、又は図示しない入力装置の操作により駆動用バッテリ４の充電終了を指示されたときに終了する。
次に、図４及び図５を参照して、スイッチング出力回路１２及び制御部１７の詳細な動作の一例について説明する。
図４は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれにも短絡故障が生じていない場合における、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する駆動信号と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ状態と、故障判定部３４による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。
動作モード設定部３１は、まず、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードに設定する。充電開始モードにおいて、駆動信号出力部３２は、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する駆動信号の出力を停止する。このため、全てのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対する駆動電圧の供給が停止しており、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４はいずれもオフ状態である。
次いで、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードから故障判定モードに移行する。故障判定モードにおいて、駆動信号出力部３２は、まず、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に対応する駆動信号を出力し、次いで、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に対応する駆動信号を出力する。駆動信号に応じて、まず、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４に駆動電圧が供給され、次いで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に駆動電圧が供給される。この結果、まず、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４がオン状態となり、次いで、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がオン状態となる。スイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のオン時間及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３のオン時間は、いずれも５０ミリ秒に設定されている。
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれにも短絡故障が生じていないため、フルブリッジ回路２１に過電流が流れず、過電流検出回路２４により過電流が検出されない。この結果、故障判定部３４は、スイッチング出力回路１２における故障がないと判定する。動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードからスロースタートモードに移行する。
スロースタートモードにおいて、駆動信号出力部３２は、２個のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ３に対応する駆動信号と、残余のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４に対応する駆動信号とを交互に出力する。駆動信号に応じて、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４とに交互に駆動電圧が印加される。この結果、スイッチング素子Ｑ２，Ｑ３とスイッチング素子Ｑ１，Ｑ４とが交互にオン状態となる。これにより、スイッチング出力回路１２の出力動作が実行されて、駆動用バッテリ４が充電される。
スロースタートモードにおいて、出力動作の周期は１３マイクロ秒に設定されている。出力動作のデューティ比は、下限値（すなわち初期値）が０パーセントよりも大きく１０パーセント未満の値、具体的には１パーセントに設定されており、上限値（すなわち最終値）が４０パーセントよりも大きく５０パーセント未満の値、具体的には４８パーセントに設定されている。スロースタートモードは、設定された範囲内でデューティ比の値を次第に大きくしながら、例えば数百周期に亘りオンオフを繰り返す。なお、図４は、説明を分かり易くするため、３周期に亘りデューティ比の値が急激に大きくなるように図示している。
スロースタートモードが終了すると、次いで、制御部１７は、直流直流変換部１６の動作モードをスロースタートモードから定常スイッチングモードに移行する。定常スイッチングモードにおける出力動作の周期は、スロースタートモードと同等の値（１３マイクロ秒）に設定されている。定常スイッチングモードにおけるデューティ比は、スロースタートモードにおける上限値と同等の値（４８パーセント）に設定されている。
図５は、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じた場合における、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する駆動信号と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ状態と、故障判定部３４による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。
動作モード設定部３１は、まず、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードに設定する。次いで、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モードから故障判定モードに移行する。
このとき、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じているため、スイッチング素子Ｑ２は、駆動電圧が供給されているか否かに関わらず、常時オンされているのと等価な状態となる。このため、駆動信号出力部３２がスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に対応する駆動信号を出力したとき、駆動電圧の供給によりオン状態となったスイッチング素子Ｑ１と、短絡故障が生じたスイッチング素子Ｑ２とに過電流が流れる。過電流検出回路２４はこの過電流を検出して、駆動回路２２にゲート遮断信号を出力する。この結果、駆動回路２２はスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３に対する駆動電圧の供給を停止して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ３がオフ状態となる。また、故障判定部３４は、判定結果のフラグをオンにして、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４のうちの少なくとも一方に短絡故障が発生したと判定する。
このように、過電流検出回路２４がゲート遮断信号を出力することにより、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じているとき、個々の故障判定モードにおいて他のスイッチング素子Ｑ１に過電流が流れる時間を所定のオン時間（５０ミリ秒）よりもさらに短くすることができる。これにより、スイッチング素子Ｑ１の温度上昇を抑制して、二次故障の発生をより確実に防ぐことができる。
次いで、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。このとき、動作モード設定部３１は故障判定部３４のフラグをリセットする。その後、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モード、故障判定モードに順次移行する。動作モードが充電開始モードに移行したとき、動作モード設定部３１は、過電流検出回路２４によるゲート遮断信号の出力を解除する。図１において、動作モード設定部３１と過電流検出回路２４間の接続線は図示を省略している。
次に、実施の形態１に係る車載用充電器１００の効果について説明する。
従来の車載用充電器は、実施の形態１の故障判定モードに対応する動作モードを有しておらず、スイッチングモードによる動作中に異常状態（すなわち過電流が流れている状態）を検出した場合、充電停止モード、充電開始モードを経由して、再びスイッチングモードに移行していた。このとき、スイッチングモードにて所定回数連続して過電流が検出された場合に、直流直流変換部が故障したと判定し、動作モードを充電停止モードに固定するとともに故障信号を送信していた。
ここで、スイッチングモードにはスロースタートモードが含まれている。スロースタートモードのうちの前半を含む過半における個々のオン時間は、十数マイクロ秒に対する１〜４０パーセントの時間であり、変流器などを用いた電流検出回路の応答時間よりも短い。このため、仮にいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じて過電流が流れている場合であっても、スロースタートモードのうちの前半を含む過半においてはこの過電流を検出することができない。
この結果、従来の車載用充電器は、直流直流変換部のスイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうちのいずれかのスイッチング素子に短絡故障が生じた場合、過電流が所定回数検出されて直流直流変換部が故障したと判定されるまでに時間がかかり、直流直流変換部の故障を早期に発見することができない問題があった。また、当該時間において、直流直流変換部のスイッチング出力回路に、数十回〜数百回に所定回数を乗じた回数分の過電流が流れる。この過電流により、短絡故障が生じていなかった他のスイッチング素子の温度が上昇して、二次故障が発生する問題があった。
この問題に対し、実施の形態１の車載用充電器１００は、スイッチングモードとは別個の故障判定モードを有しており、駆動用バッテリ４の充電を開始するときスイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作する。故障判定モードにおいて、個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間は、過電流検出回路２４によりフルブリッジ回路２１に流れる過電流を検出することができる程度に大きい値であって、かつ、この過電流によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度上昇値が基準値以下となる程度に小さい値に設定されている。
これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかに短絡故障が生じてから、故障判定部３４により短絡故障が生じていると所定回数（３回）判定されるまでの間にフルブリッジ回路２１に流れる過電流を低減して、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。また、故障判定モードを有しない従来の車載用充電器に対して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかに短絡故障が生じてから故障判定部３４により短絡故障が生じていると所定回数（３回）判定されるまでの時間を短縮して、直流直流変換部１６の故障を早期に発見することができる。
なお、外部電源１は、直流電源により構成されたものであっても良い。この場合、車載用充電器１００は、図１に示す交流直流変換部１１を除去して、直流直流変換部１６及び制御部１７により構成されたものであっても良い。
また、交流直流変換部１１は、フルブリッジ型ＡＣ／ＤＣコンバータに限定されるものではない。交流直流変換部１１は、例えば、ハーフブリッジ回路を用いた交流直流変換器、いわゆる「ハーフブリッジ型ＡＣ／ＤＣコンバータ」により構成されたものであっても良い。
また、変圧回路１３、整流回路１４及び平滑回路１５の回路構成は、図１に示す例に限定されるものではない。スイッチング出力回路１２の出力を変圧、整流及び平滑するものであれば、如何なる回路構成によるものであっても良い。
また、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、いわゆる「パワー半導体」を用いたものであれば良く、Ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴに限定されるものではない。スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、例えば、Ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴ、又はＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いたものであっても良い。
また、スイッチング出力回路１２は、フルブリッジ回路２１に代えてハーフブリッジ回路を設けたものであっても良い。すなわち、直流直流変換部１６はフルブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータに限定されるものではなく、いわゆる「ハーフブリッジ型ＤＣ／ＤＣコンバータ」により構成されたものであっても良い。しかしながら、スイッチング出力回路１２にハーフブリッジ回路を用いた場合、故障判定モードにおいてスイッチングモードと同様に２個のスイッチング素子が交互にオンされる。このため、スイッチング出力回路１２の出力側に、故障判定モードにおける出力動作を停止させるための回路を追加する必要がある。このような追加回路を不要としてコストを低減するとともに、ＯＢＣの大電力に対応する観点から、スイッチング出力回路１２はフルブリッジ回路２１を用いるのがより好適である。
また、電流検出回路２３は電流値を検出できるものであれば良く、変流器に限定されるものではない。電流検出回路２３は、例えば、抵抗器をシャントに接続してなる分流器、又は専用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）により構成されたものであっても良い。
また、動作モードの固定及び故障信号の送信に係る基準となる故障判定部３４による故障判定回数は、３回に限定されるものではない。当該回数は、２回以上の如何なる回数に設定されたものであっても良い。ただし、二次故障の発生をより確実に防ぐ観点から、当該回数は可能な限り少ない回数に設定するのが好適である。特に、過電流検出回路２４が駆動回路２２にゲート遮断信号を出力しない回路構成とした場合は、当該回数を低減することが求められる。
また、故障判定モードにおける個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間は、５０ミリ秒に限定されるものではない。当該オン時間は、過電流検出回路２４によりフルブリッジ回路２１に流れる過電流を検出することができる程度に大きい値であって、かつ、この過電流によるスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４の温度上昇値が基準値以下となる程度に小さい値であれば、如何なる値に設定されたものであっても良い。
また、定常スイッチングモードにおける周期は１３マイクロ秒に限定されるものではなく、如何なる値であっても良い。定常スイッチングモードにおけるデューティ比は５０パーセント未満の値であれば良く、４８パーセントに限定されるものではない。
また、スロースタートモードにおける周期は、１３マイクロ秒に限定されるものではなく、定常スイッチングモードと同等の値であれば良い。スロースタートモードにおけるデューティ比の上限値は、定常スイッチングモードにおけるデューティ比以下の値であれば良く、４８パーセントに限定されるものではない。スロースタートモードにおけるデューティ比の下限値は、上限値未満の値であれば良く、１パーセントに限定されるものではない。
以上のように、実施の形態１の車載用充電器１００は、スイッチング出力回路１２を有する直流直流変換部１６と、スイッチング出力回路１２による出力動作を実行するスイッチングモードと、出力動作を停止させた状態にてスイッチング出力回路１２における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部１７とを備え、車両２に設けられた駆動用バッテリ４の充電を開始するとき、スイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作し、スイッチング出力回路１２における故障がないと判定された場合にスイッチングモードに移行する。スイッチングモードとは別個の故障判定モードを設けて、充電開始時にスイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作することにより、直流直流変換部１６の故障を早期に発見することができる。また、故障判定モードにおける個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間を適切な値に設定することにより、スロースタートモードを有する直流直流変換部１６において、いずれかのスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に短絡故障が生じてから故障判定部３４により短絡故障が生じていると所定回数判定されるまでの間にフルブリッジ回路２１に流れる過電流を低減して、二次故障の発生を抑制することができる。
また、車載用充電器１００は、スイッチングモードによる動作中にスイッチング出力回路１２の異常状態が検出されたとき、スイッチングモードから故障判定モードに移行して、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定する。これにより、上記のように、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。
また、車載用充電器１００は、故障判定モードにてスイッチング出力回路１２における故障があると判定された場合、故障判定モードに再度移行して、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれにも短絡故障が生じていない場合に、一過性の過電流により直流直流変換部１６の故障が誤検出されるのを防ぐことができる。
また、故障判定モードは、スイッチング出力回路１２に含まれる複数個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、高電位側に接続されたスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３における故障の有無を判定するとともに、低電位側に接続されたスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４における故障の有無を判定するものである。これにより、スイッチング出力回路１２における故障部位が高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３であるのか低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４であるのかを特定することができる。
実施の形態２．
実施の形態１の車載用充電器１００は、故障判定モードにおいて、高電位側のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ３における短絡故障の有無を判定するとともに、低電位側のスイッチング素子Ｑ２，Ｑ４における短絡故障の有無を判定するものであった。実施の形態２では、故障判定モードにおいて、個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４における短絡故障の有無を判定する車載用充電器１００について説明する。なお、実施の形態２に係る車載用充電器１００の回路構成等は実施の形態１と同様であるため、図１及び図２を援用して説明する。また、実施の形態１と同様の構成部材には同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態２の故障判定モードにおいて、駆動回路２２は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれに１回ずつ駆動電圧を供給する。具体的には、例えば、駆動回路２２は、スイッチング素子Ｑ４、スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ１に駆動電圧を順次供給する。
故障判定部３４は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視して、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定するものである。具体的には、故障判定部３４は、スイッチング素子Ｑ１に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じていると判定する。また、故障判定部３４は、スイッチング素子Ｑ２に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Ｑ１に短絡故障が生じていると判定する。故障判定部３４は、スイッチング素子Ｑ３に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Ｑ４に短絡故障が生じていると判定する。故障判定部３４は、スイッチング素子Ｑ４に対応する駆動信号が出力されたときに過電流が検出された場合、スイッチング素子Ｑ３に短絡故障が生じていると判定する。
動作モード設定部３１は、故障判定部３４によりスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちの少なくとも１つに短絡故障が生じていると判定された場合、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行するようになっている。また、動作モード設定部３１は、故障判定部３４により同一のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４について所定回数（例えば３回）連続して短絡故障があると判定された場合、直流直流変換部１６の動作モードを充電停止モードに固定して、故障信号の送信を故障信号送信部３５に指示するようになっている。
次に、図６のフローチャートを参照して、制御部１７の動作について説明する。なお、図６において、図３Ａに示す実施の形態１のフローチャートと同様のステップには同一符号を付して説明を省略する。
ステップＳＴ２に次いで、ステップＳＴ３ａにて、故障判定部３４は、故障判定モードによる動作中、過電流検出回路２４の出力を監視して、スイッチング出力回路１２における故障の有無を判定する。すなわち、故障判定部３４は、個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のそれぞれについて、短絡故障が発生しているか否かを判定する。故障判定部３４は、判定結果を動作モード設定部３１に出力する。
故障判定部３４により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちの少なくとも１つに短絡故障が生じていると判定された場合（ステップＳＴ３ａ“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ４にて、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。
次いで、ステップＳＴ５ａにて、動作モード設定部３１は、直近３回のステップＳＴ３ａにおける故障判定部３４の判定結果を参照する。故障判定部３４によりスイッチング素子Ｑ１に短絡故障が生じていると判定された回数が３回未満であり、かつ、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じていると判定された回数が３回未満であり、かつ、スイッチング素子Ｑ３に短絡故障が生じていると判定された回数が３回未満であり、かつ、スイッチング素子Ｑ４に短絡故障が生じていると判定された回数が３回未満である場合（ステップＳＴ５ａ“ＮＯ”）、動作モード設定部３１はステップＳＴ１に戻る。
他方、故障判定部３４により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちの少なくとも１つについて、短絡故障が生じていると判定された回数が３回以上である場合（ステップＳＴ５ａ“ＹＥＳ”）、動作モード設定部３１はステップＳＴ６に進む。
なお、故障判定部３４により、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうちのいずれにも短絡故障が生じていないと判定された場合（ステップＳＴ３ａ“ＮＯ”）の動作は、実施の形態１にて図３Ｂ及び図３Ｃを参照して説明したものと同様であるため、図示及び説明を省略する。
次に、図７及び図８を参照して、スイッチング出力回路１２及び制御部１７の詳細な動作の一例について説明する。
図７は、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれにも短絡故障が生じていない場合における、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する駆動信号と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ状態と、故障判定部３４による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。なお、故障判定モード以外の動作モードにおけるタイミング図は、図４に示す実施の形態１のタイミング図と同様であるため、説明を省略する。
故障判定モードにおいて、駆動信号出力部３２は、まず、スイッチング素子Ｑ４に対応する駆動信号を出力し、次いで、スイッチング素子Ｑ３に対応する駆動信号、スイッチング素子Ｑ２に対応する駆動信号、スイッチング素子Ｑ１に対応する駆動信号を順次出力する。駆動信号に応じて、スイッチング素子Ｑ４、スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ１に駆動電圧が順次供給される。この結果、スイッチング素子Ｑ４、スイッチング素子Ｑ３、スイッチング素子Ｑ２、スイッチング素子Ｑ１が順次オン状態となる。個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオン時間は、いずれも例えば５０ミリ秒に設定されている。
スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれにも短絡故障が生じていないため、フルブリッジ回路２１に過電流が流れず、過電流検出回路２４により過電流が検出されない。この結果、故障判定部３４は、スイッチング出力回路１２における故障がないと判定する。動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードからスロースタートモードに移行する。
図８は、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じた場合における、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４に対応する駆動信号と、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のオンオフ状態と、故障判定部３４による判定結果を示すフラグと、ゲート遮断信号とを示すタイミング図である。なお、故障判定モード以外の動作モードにおけるタイミング図は、図５に示す実施の形態１のタイミング図と同様であるため、説明を省略する。
スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が生じているため、スイッチング素子Ｑ２は、駆動電圧が供給されているか否かに関わらず、常時オンされているのと等価な状態となる。このため、故障判定モードにおいて、駆動信号出力部３２がスイッチング素子Ｑ１に対応する駆動信号を出力したとき、駆動電圧の供給によりオン状態となったスイッチング素子Ｑ１と、短絡故障が生じたスイッチング素子Ｑ２とに過電流が流れる。過電流検出回路２４はこの過電流を検出して、駆動回路２２にゲート遮断信号を出力する。この結果、駆動回路２２はスイッチング素子Ｑ１への駆動電圧を供給を停止して、スイッチング素子Ｑ１がオフ状態となる。また、故障判定部３４は、判定結果のフラグをオンにして、スイッチング素子Ｑ２に短絡故障が発生したと判定する。
次いで、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを故障判定モードから充電停止モードに移行する。このとき、動作モード設定部３１は故障判定部３４のフラグをリセットする。その後、動作モード設定部３１は、直流直流変換部１６の動作モードを充電開始モード、故障判定モードに順次移行する。動作モードが充電開始モードに移行したとき、動作モード設定部３１は、過電流検出回路２４によるゲート遮断信号の出力を解除する。
このように、実施の形態２の車載用充電器１００は、実施の形態１の車載用充電器１００と同様に、スイッチングモードとは別個の故障判定モードを有しており、駆動用バッテリ４の充電を開始するときスイッチングモードよりも先に故障判定モードにて動作する。これにより、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかに短絡故障が生じてから、故障判定部３４により短絡故障が生じていると所定回数（例えば３回）判定されるまでの間にフルブリッジ回路２１に流れる過電流を低減して、過電流による二次故障の発生を抑制することができる。また、故障判定モードを有しない従来の車載用充電器に対して、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のいずれかに短絡故障が生じてから故障判定部３４により短絡故障が生じていると所定回数（例えば３回）判定されるまでの時間を短縮して、直流直流変換部１６の故障を早期に発見することができる。
また、実施の形態２の車載用充電器１００は、実施の形態１にて説明したものと同様の種々の変形例を採用することができる。
以上のように、実施の形態２の故障判定モードは、スイッチング出力回路１２に含まれる複数個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４のうち、個々のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４における故障の有無を判定するものである。これにより、故障が生じているスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４を特定することができる。
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
本発明の車載用充電器は、電気自動車用のＯＢＣに用いることができる。
１ 外部電源、２ 車両、３ 充電用端子、４ 駆動用バッテリ、１１ 交流直流変換部、１２ スイッチング出力回路、１３ 変圧回路、１４ 整流回路、１５ 平滑回路、１６ 直流直流変換部、１７ 制御部、２１ フルブリッジ回路、２２ 駆動回路、２３ 電流検出回路、２４ 過電流検出回路、３１ 動作モード設定部、３２ 駆動信号出力部、３３ 異常検出部、３４ 故障判定部、３５ 故障信号送信部、１００ 車載用充電器、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ スイッチング素子。

Claims (8)

  1. スイッチング出力回路を有する直流直流変換部と、
    前記スイッチング出力回路による出力動作を実行するスイッチングモードと、前記出力動作を停止させた状態にて前記スイッチング出力回路における故障の有無を判定する故障判定モードとを切替自在な制御部と、を備え、
    車両に設けられた駆動用バッテリの充電を開始するとき、前記スイッチングモードよりも先に前記故障判定モードにて動作し、前記スイッチング出力回路における故障がないと判定された場合に前記スイッチングモードに移行し、
    前記スイッチングモードによる動作中に前記スイッチング出力回路の異常状態が検出されたとき、前記スイッチングモードから前記故障判定モードに移行して、前記スイッチング出力回路における故障の有無を判定することを特徴とする車載用充電器。
  2. 前記故障判定モードにて前記スイッチング出力回路における故障があると判定された場合、前記故障判定モードに再度移行して、前記スイッチング出力回路における故障の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の車載用充電器。
  3. 前記故障判定モードは、前記スイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうち、高電位側に接続された前記スイッチング素子における故障の有無を判定するとともに、低電位側に接続された前記スイッチング素子における故障の有無を判定するものであることを特徴とする請求項１記載の車載用充電器。
  4. 前記故障判定モードは、前記スイッチング出力回路に含まれる複数個のスイッチング素子のうち、個々の前記スイッチング素子における故障の有無を判定するものであることを特徴とする請求項１記載の車載用充電器。
  5. 前記スイッチングモードは、前記出力動作におけるデューティ比の値が次第に大きくなるスロースタートモードと、前記スロースタートモードから移行して前記デューティ比の値が一定値である定常スイッチングモードとを含むものであることを特徴とする請求項１記載の車載用充電器。
  6. 前記スロースタートモードにおける前記デューティ比は、下限値が０パーセントよりも大きくかつ１０パーセント未満の値に設定されており、上限値が４０パーセントよりも大きくかつ５０パーセント未満の値に設定されていることを特徴とする請求項５記載の車載用充電器。
  7. 前記故障判定モードにおいて、前記スイッチング出力回路に含まれる個々のスイッチング素子のオン時間は、前記スイッチング出力回路に流れる過電流を検出可能であり、かつ、前記過電流による前記スイッチング素子の温度上昇値が基準値以下となる値に設定されていることを特徴とする請求項１記載の車載用充電器。
  8. 前記オン時間は、５０ミリ秒に設定されていることを特徴とする請求項７記載の車載用充電器。
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US12003176B2 (en) * 2019-06-07 2024-06-04 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. In-vehicle power supply system to detect failure for a bi-directional DC-DC converter's conversion circuit
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Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3327631B2 (ja) * 1993-06-30 2002-09-24 株式会社日立製作所 電気自動車車載充電器
JP3480168B2 (ja) * 1996-01-12 2003-12-15 富士電機ホールディングス株式会社 電圧形インバータの制御方法
JPH10215578A (ja) 1997-01-29 1998-08-11 Hitachi Ltd インバータの過電流表示装置
JP5289114B2 (ja) * 2009-03-11 2013-09-11 オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 電源制御装置および方法
JP5168307B2 (ja) * 2010-04-07 2013-03-21 株式会社デンソー 電動機制御装置
JP5737786B2 (ja) * 2011-10-11 2015-06-17 ニチコン株式会社 設置型充電システム
CN102412717B (zh) * 2011-11-18 2014-04-09 广州三晶电气有限公司 无损耗的变频器软启动装置及其方法
JP5769780B2 (ja) * 2013-10-29 2015-08-26 三菱電機株式会社 スイッチング電源装置および電源供給方法
KR101592700B1 (ko) * 2014-05-29 2016-02-12 현대자동차주식회사 자동차의 충전기를 이용한 배터리충전시스템 및 이의 충전기 구동 제어 방법

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