JP6490275B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置を構成する中間コンデンサーには、電圧センサーが取り付けられている。この電圧センサーにおける電圧異常を検出する。【解決手段】第１スイッチング素子から第４スイッチング素子と、入力側コンデンサーと、中間コンデンサーと、出力側コンデンサーと、電流センサーと、中間コンデンサーの両端電圧を検出する第１電圧センサーと、出力側コンデンサーの両端電圧を検出する第２電圧センサーと、中間コンデンサーの目標値が前記第１電圧センサーの検出値と一致するように、スイッチング素子のオン時間比率を制御するコントローラーと、を備え、コントローラーは、中間コンデンサーの目標値と第１電圧センサーの検出値との差分を求め、この差分の絶対値が異常判定閾値よりも大きいかどうかを比較し、絶対値が異常判定閾値よりも大きい場合には、電圧異常が発生したと判定することを特徴とする電力変換装置。【選択図】 図２１

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

電力変換装置には、ＤＣ／ＤＣコンバーターが含まれている。例えば、特許文献１に開示されているＤＣ／ＤＣコンバーターは、低圧側電圧を保持する低圧側平滑コンデンサーと、負極側端子が前記低圧側平滑コンデンサーの負極側端子に接続され高圧側電圧を保持する高圧側平滑コンデンサーと、一端が前記低圧側平滑コンデンサーの負極側端子に接続された第１の半導体回路と、一端が前記第１の半導体回路の他端に接続され他端がリアクトルを介して前記低圧側平滑コンデンサーの正極側端子に接続された第２の半導体回路と、を備えている。

さらに、このＤＣ／ＤＣコンバーターは、一端が前記第２の半導体回路の他端に接続された第３の半導体回路と、一端が前記第３の半導体回路の他端に接続され他端が前記高圧側平滑コンデンサーの正極側端子に接続された第４の半導体回路と、一端が前記第１の半導体回路と前記第２の半導体回路との中間接続点に接続され他端が前記第３の半導体回路と前記第４の半導体回路との中間接続点に接続された充放電コンデンサーと、および前記各半導体回路を制御する制御装置と、を備えている。

このＤＣ／ＤＣコンバーターは、昇圧動作の機能と降圧動作の機能のうちすくなくとも一方の動作が可能である。昇圧動作の機能を実行するために、前記第１および第２の半導体回路にいずれもスイッチング素子の機能を持たせ、前記第３および第４の半導体回路にいずれもダイオード素子の機能を持たせている。ＤＣ／ＤＣコンバーターは、昇圧動作を行う際に、前記第１および第２の半導体回路に持たせたスイッチング素子のオンオフスイッチング機能によって、入力された前記低圧側平滑コンデンサーの電圧を昇圧した電圧に変換して、前記高圧側平滑コンデンサーに出力する。

また、降圧動作の機能を実行するために、前記第３および第４の半導体回路にいずれもスイッチング素子の機能を持たせ、前記第１および第２の半導体回路にいずれもダイオード素子の機能を持たせている。ＤＣ／ＤＣコンバーターは、降圧動作を行う際に、前記第３および第４の半導体回路に持たせたスイッチング素子のオンオフスイッチング機能によって、入力された前記高圧側平滑コンデンサーの電圧を降圧した電圧に変換して、前記低圧側平滑コンデンサーに出力する。

前記制御装置は、第１の演算部と第２の演算部と開閉制御部とを有している。前記第１の演算部は、前記高圧側電圧の指令値と前記高圧側電圧の検出値との差電圧、または、前記低圧側電圧の指令値と前記低圧側電圧の検出値との差電圧に基づいて第１の演算値を算出する。前記第２の演算部は、前記充放電コンデンサーの電圧指令値と前記充放電コンデンサーの電圧検出値との差電圧に基づいて第２の演算値を演算する。

前記開閉制御部は、前記第１の演算値と前記第２の演算値とに基づいて通電率を求める。さらに、前記開閉制御部は、通電率に基づき前記オンオフスイッチング機能を持たせた第１の半導体回路および第２の半導体回路または前記オンオフスイッチング機能を持たせた第３の半導体回路および第４の半導体回路の開閉動作を制御することによって、前記高圧側電圧または前記低圧側電圧、及び前記充放電コンデンサーの電圧を制御するものである。

また、特許文献２には、別の電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、入力電源からの直流電圧を昇圧し、所定の直流電圧に制御して負荷に出力するＤＣ／ＤＣ電力変換部を有している。さらに、この電力変換装置は、電圧センサーと、設定部と、タイマと、異常検出部を備えている。電圧センサーは、ＤＣ／ＤＣ電力変換部のスイッチングにより充放電動作を行う中間コンデンサーの電圧を検出する。設定部は、中間コンデンサーに蓄電される電圧の不足電圧を検出するための検出開始電圧値を設定する電圧設定手段と所定の判定時間を設定する時間設定手段とを有している。

タイマは、ＤＣ／ＤＣ電力変換部の運転開始後に中間コンデンサーの充電が可能となった時点から時間計測する。異常検出部は、このタイマで計測された時間が時間設定手段で設定された所定の判定時間以上経過しても、中間コンデンサーに蓄電される電圧が電圧設定手段で設定された検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、中間コンデンサーの不足電圧として検出する。異常検出部が中間コンデンサーの不足電圧を検出した場合に、ＤＣ／ＤＣ電力変換部の制御を停止するようにしたものである

特許５４５７５５９号 特許５８１４０５６号

しかしながら、上記特許文献１に記載された電力変換装置では、充放電コンデンサーの電圧の異常を検出する手段がないため、該電圧が異常な値となった場合、該電圧が電圧指令値から乖離する。想定よりも高い電圧がスイッチング素子に印加されることで、スイッチング素子が過電圧破壊することが懸念されている。

また、上記特許文献２に記載された電力変換装置では、中間コンデンサーの充電が可能となった時点から時間計測するタイマを有している。この計測時間が判定時間以上経過しても、中間コンデンサーの電圧が検出開始電圧値以上に上昇しない場合に、中間コンデンサー電圧を検出する電圧センサーの異常と判定している。このため、電圧センサーの検出値が検出開始電圧値以上の領域に固着する異常である固着異常が発生した場合、電圧センサーの異常を検出することができない。

本願に開示される電力変換装置は、電力変換装置における前述の課題を解決するためになされたものである。すなわち、本願は、電力変換装置が備えている中間コンデンサーに関わり、この中間コンデンサーの電圧を検出する第１電圧センサーでの電圧異常を検出可能とした電力変換装置を得ることを目的とするものである。

本願に開示される電力変換装置は、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が直流電源の負極側に接続されている第１スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第１スイッチング素子の正極側端子に接続されている第２スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第２スイッチング素子の正極側端子に接続されている第３スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている第４スイッチング素子と、前記直流電源と直列に接続されているリアクトルと、前記直流電源と並列に接続されている入力側コンデンサーと、一端が前記第２スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている中間コンデンサーと、一端が前記第１スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第４スイッチング素子の正極側端子に接続されている出力側コンデンサーと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流センサーと、前記中間コンデンサーの両端電圧を検出する第１電圧センサーと、前記出力側コンデンサーの両端電圧を検出する第２電圧センサーと、スイッチング素子を有し、前記出力側コンデンサーの両端と接続されているドライバーと、前記第２電圧センサーの検出値から中間コンデンサーの目標値を演算し、この演算された中間コンデンサーの目標値が前記第１電圧センサーの検出値と一致するように、前記第１スイッチング素子のオン時間比率、前記第２スイッチング素子のオン時間比率、前記第３スイッチング素子のオン時間比率、および第４スイッチング素子のオン時間比率を制御するコントローラーと、を備え、前記コントローラーは、前記中間コンデンサーの目標値と前記第１電圧センサーの検出値との差分を求め、この差分の絶対値が異常判定閾値よりも大きい場合に、電圧異常が発生したと判定することを特徴とするものである。

本願に開示される電力変換装置は、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が直流電源の負極側に接続されている第１スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第１スイッチング素子の正極側端子に接続されている第２スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第２スイッチング素子の正極側端子に接続されている第３スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている第４スイッチング素子と、前記直流電源と直列に接続されているリアクトルと、前記直流電源と並列に接続されている入力側コンデンサーと、一端が前記第２スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている中間コンデンサーと、一端が前記第１スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第４スイッチング素子の正極側端子に接続されている出力側コンデンサーと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流センサーと、前記中間コンデンサーの両端電圧を検出する第１電圧センサーと、前記出力側コンデンサーの両端電圧を検出する第２電圧センサーと、スイッチング素子を有し、前記出力側コンデンサーの両端と接続されているドライバーと、前記第２電圧センサーの検出値から中間コンデンサーの目標値を演算し、この演算された中間コンデンサーの目標値が前記第１電圧センサーの検出値と一致するように、前記第１スイッチング素子のオン時間比率、前記第２スイッチング素子のオン時間比率、前記第３スイッチング素子のオン時間比率、および第４スイッチング素子のオン時間比率を制御するコントローラーと、を備え、前記コントローラーは、前記中間コンデンサーの目標値と前記第１電圧センサーの検出値との差分を求め、この差分の絶対値が異常判定閾値よりも大きい場合に、電圧異常が発生したと判定することを特徴とするものである。したがって、この電力変換装置によれば、中間コンデンサーの電圧を検出する第１電圧センサーでの電圧異常を検出可能である。

実施の形態に関わる電力変換装置を説明するための回路図である。 実施の形態に関わるコントローラーの内部構成を説明するための回路図である。 実施の形態に関わる動作モードＡを説明するための回路図である。 実施の形態に関わる動作モードＢを説明するための回路図である。 実施の形態に関わる動作モードＣを説明するための回路図である。 実施の形態に関わる動作モードＤを説明するための回路図である。 実施の形態に関わる第１電圧センサーの固着異常を説明するための図であり、Ｖ０検出値がＶ０目標値よりも大きい場合を対象にしている電圧波形図である。 実施の形態に関わる第１電圧センサーの固着異常を説明するための図であり、Ｖ０検出値がＶ０目標値よりも小さい場合を対象にしている電圧波形図である。 実施の形態に関わる第１半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するための図であり、４種類の動作モードを示している回路図である。 実施の形態に関わる第１半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するためのタイムチャートを示している図である。 実施の形態に関わる第２半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するための図であり、４種類の動作モードを示している回路図である。 実施の形態に関わる第２半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するためのタイムチャートを示している図である。 実施の形態に関わる第３半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するための図であり、４種類の動作モードを示している回路図である。 実施の形態に関わる第３半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するためのタイムチャートを示している図である。 実施の形態に関わる第４半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するための図であり、４種類の動作モードを示している回路図である。 実施の形態に関わる第４半導体スイッチング回路のオン固着異常を説明するためのタイムチャートを示している図である。 実施の形態に関わる第１半導体スイッチング回路のオフ固着異常を説明するための図であり、４種類の動作モードを示している回路図である。 実施の形態に関わる第１半導体スイッチング回路のオフ固着異常を説明するためのタイムチャートを示している図である。 実施の形態に関わる第２半導体スイッチング回路のオフ固着異常を説明するための図であり、４種類の動作モードを示している回路図である。 実施の形態に関わる第２半導体スイッチング回路のオフ固着異常を説明するためのタイムチャートを示している図である。 実施の形態に関わるＶ０電圧異常を判定するためのフロー図である。 実施の形態において、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびＳ３をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。 実施の形態に関わるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図２４Ａは、ゲート信号Ｇ１の動作を表している図である。図２４Ｂは、ゲート信号Ｇ２の動作を表している図である。図２４Ｃは、ゲート信号Ｇ３の動作を表している図である。図２４Ｄは、ゲート信号Ｇ４の動作を表している図である。図２４Ｅは、Ｖ０、Ｖ１および、Ｖ２の動作を表している図である。 実施の形態において、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。図２５Ａは、動作モードＡにおける電流経路を表している図である。図２５Ｂは、動作モードＤにおける電流経路を表している図である。 実施の形態において、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電圧変化と電流変化を示した説明図である。図２６Ａは、ソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。図２６Ｂは、ソフトスタート制御した場合の電流変化を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。図２９Ａは、動作モードＢにおける電流経路を表している図である。図２９Ｂは、動作モードＤにおける電流経路を表している図である。 実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。図３１Ａは、動作モードＡにおける電流経路を表している図である。図３２Ｂは、動作モードＤにおける電流経路を表している図である。 実施の形態において、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電圧変化と電流変化を示した説明図である。図３２Ａは、ソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。図３２Ｂは、ソフトスタート制御した場合の電流変化を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合の電流経路を示した説明図である。 実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示した説明図である。 実施の形態１に関わる異常種類判定処理を説明するためのフロー図である。 実施の形態２に関わる異常種類判定処理を説明するためのフロー図である。 実施の形態３に関わる異常種類判定処理を説明するためのフロー図である。

本願の実施の形態に関わる電力変換装置について、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズと縮尺はそれぞれ独立している。例えば、構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズと縮尺が異なっている場合もある。また、電力変換装置は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。

実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１について説明する。図１は、本願の実施の形態を説明するための電力変換装置の回路図である。同図に示すように、電力変換装置１００は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５０と、モータードライバー５１と、コントローラー６などから構成されている。また、電力変換装置１００の入力側（低圧側）、すなわち、端子Ｐ１と端子Ｎ１の間には、直流電源１０１（またはバッテリー）が、接続されている。電力変換装置１００の出力側（高圧側）、すなわち、端子Ｐ２と端子Ｎ２の間には、モータードライバー５１を介して、モーター１０２が接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバーター５０は、リアクトル１（Ｌ１）と、第１半導体スイッチング回路２ａと、第２半導体スイッチング回路２ｂと、第３半導体スイッチング回路２ｃと、第４半導体スイッチング回路２ｄと、低圧側コンデンサー３（Ｃ１）と、高圧側コンデンサー４（Ｃ２）と、中間コンデンサー５（Ｃ０）と、電流センサー７と、第１電圧センサー８と、第２電圧センサー９などから構成されている。電流センサー７は、リアクトル１（Ｌ１）を流れる電流を検出する。第１電圧センサー８は、中間電圧とも称せられる中間コンデンサー５の両端電圧（Ｖ０真値）を検出する。第２電圧センサー９は、出力電圧とも称せられる高圧側コンデンサー４の両端電圧（Ｖ２真値）を検出する。

第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄは、スイッチング素子Ｓ１〜スイッチング素子Ｓ４と、それに逆並列に接続されたダイオードとで構成されている。スイッチング素子Ｓ１〜スイッチング素子Ｓ４は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を適用する。さらに、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄのエミッタ端子（負極側端子）には、センス電流が流れるセンス端子を設けている。ここで、センス電流は、コレクタ電流を分流させた電流を指していて、各センス端子は、コントローラー６に接続されている。

コントローラー６は、第１半導体スイッチング回路２ａ、第２半導体スイッチング回路２ｂ、第３半導体スイッチング回路２ｃ、第４半導体スイッチング回路２ｄ、モータードライバー５１、モーター１０２を制御するものである。また、モータードライバー５１は、モーター１０２を駆動するために直流電圧を交流電圧に変換するＤＣ／ＡＣインバータである。例えば、モータードライバー５１は、スイッチング素子とそれに逆並列に接続されたダイオードとで構成されている、半導体スイッチング回路を６組フルブリッジ接続して構成される。コントローラー６は、制御信号ＭＤをモータードライバー５１に、送信することで、モータードライバー５１の動作を制御することができる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター５０は、低圧側（入力側）と高圧側（出力側）との間で双方向の電力変換が可能な双方向型のものである。低圧側の端子（端子Ｐ１および端子Ｎ１）の間に入力された入力電圧（低圧側電圧；第１電圧）Ｖ１を、Ｖ１以上の電圧に昇圧し、昇圧後の出力電圧（高圧側電圧；第２電圧）Ｖ２を高圧側の端子（端子Ｐ２および端子Ｎ２）の間に出力するものである。第１半導体スイッチング回路２ａ、第２半導体スイッチング回路２ｂ、第３半導体スイッチング回路２ｃ、および、第４半導体スイッチング回路２ｄは、直列に、接続されている。

第１半導体スイッチング回路２ａは、一端が低圧側コンデンサー３（Ｃ１；入力側コンデンサー）の負極側端子に接続されている。第２半導体スイッチング回路２ｂは、一端が第１半導体スイッチング回路２ａの他端に接続され、他端がリアクトル１（Ｌ１）を介して低圧側コンデンサー３の正極側端子に接続されている。第３半導体スイッチング回路２ｃは、一端が第２半導体スイッチング回路２ｂの他端に接続されている。第４半導体スイッチング回路２ｄは、一端が第３半導体スイッチング回路２ｃの他端に接続され、他端が高圧側コンデンサー４（Ｃ２；出力側コンデンサー）の正極側端子に接続されている。

中間コンデンサー５（Ｃ０）は、一端が第１半導体スイッチング回路２ａと第２半導体スイッチング回路２ｂとの中間接続点に接続され、他端が第３半導体スイッチング回路２ｃと第４半導体スイッチング回路２ｄとの中間接続点に接続されている。ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４は、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄに対して、コントローラー６が生成する。コントローラー６は、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄをスイッチング周波数ｆｓｗ（スイッチング周期Ｔｓｗ）にてオンオフ動作させる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作は、本出願人による特許文献１（特許第５４５７５５９号公報）に詳しく説明されているので、ここでは簡単に言及するに留める。定常状態におけるＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作状態として、直流電源１０１からモーター１０２に電力が供給されることによりモーター１０２を駆動する状態（力行動作）と、モーター１０２が発電状態で発電した電力が直流電源１０１に供給される状態（回生動作）の２つの状態が存在する。

図２は、本願の実施の形態におけるコントローラーを説明するための回路図である。コントローラー６は、ＣＰＵ６ａ（ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ ）と記憶装置６ｂなどから構成されている。コントローラー６は、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄに対して、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４を発信する。この実施の形態においては、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４がＨｉｇｈの時に、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄが、オンする（図２４Ａ〜図２４Ｄを参照）。

コントローラー６の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアとファームウェアはプログラムとして記述され、記憶装置６ｂに格納される。ＣＰＵ６ａ（処理回路）は、記憶装置６ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、コントローラー６は、処理回路により実行されるときに、各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するための記憶装置６ｂを備える。

また、これらのプログラムは、コントローラー６の手順と方法を、コンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、記憶装置６ｂとは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。

本願の実施の形態に関わるＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作モードを、図３〜図６に示された回路図を用いて説明する。定常状態におけるＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作モードとして、動作モードＡ、動作モードＢ、動作モードＣ、および、動作モードＤを定義する。図３は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作モードＡを示している。動作モードＡでは、第１半導体スイッチング回路２ａと第２半導体スイッチング回路２ｂがオン、第３半導体スイッチング回路２ｃと第４半導体スイッチング回路２ｄがオフとなっている。

動作モードＡの力行動作時は、リアクトル１（Ｌ１）にエネルギーを蓄積する状態、回生動作時は、リアクトル１（Ｌ１）のエネルギーを放出する状態となる。スイッチング素子Ｓ１（第１スイッチング素子）、スイッチング素子Ｓ２（第２スイッチング素子）、スイッチング素子Ｓ３（第３スイッチング素子）、およびスイッチング素子Ｓ４（第４スイッチング素子）は、それぞれ、負極側端子Ｓ−、正極側端子Ｓ＋、およびゲートＳｇを有している。

図４は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作モードＢを示している。動作モードＢでは、第１半導体スイッチング回路２ａと第３半導体スイッチング回路２ｃがオン、第２半導体スイッチング回路２ｂと第４半導体スイッチング回路２ｄがオフとなっている。力行動作時は、中間コンデンサー５にエネルギーを蓄積する状態、回生動作時は、中間コンデンサー５のエネルギーを放出する状態となる。

図５は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作モードＣを示している。動作モードＣでは、第２半導体スイッチング回路２ｂと第４半導体スイッチング回路２ｄがオン、第１半導体スイッチング回路２ａと第３半導体スイッチング回路２ｃがオフとなっている。力行動作時は、中間コンデンサー５のエネルギーを放出する状態、回生動作時は、中間コンデンサー５にエネルギーを蓄積する状態となる。

図６は、ＤＣ／ＤＣコンバーター５０の動作モードＤを示している。動作モードＤでは、第３半導体スイッチング回路２ｃと第４半導体スイッチング回路２ｄがオン、第１半導体スイッチング回路２ａと第２半導体スイッチング回路２ｂがオフとなっている。力行動作時は、リアクトル１（Ｌ１）のエネルギーを放出する状態、回生動作時は、リアクトル１（Ｌ１）のエネルギーを蓄積する状態となる。ＤＣ／ＤＣコンバーター５０は、これらの動作モードＡ〜動作モードＤの時間比率を適宜調整することにより、端子Ｐ１−端子Ｎ１の間に入力された入力電圧Ｖ１（低圧側電圧）を任意の電圧に昇圧して、端子Ｐ２−端子Ｎ２の間に出力電圧Ｖ２（高圧側電圧）として出力することができる。

なお、入力電圧Ｖ１に対する出力電圧Ｖ２の昇圧比Ｎが２倍未満の場合は、「動作モードＢ→動作モードＤ→動作モードＣ→動作モードＤ」が繰り返される。この繰り返しにより、中間コンデンサー５の両端電圧（Ｖ０）をＶ２の２分の１の電圧に保ちながら、入力電圧Ｖ１を１倍から２倍未満の任意の電圧に昇圧して出力電圧Ｖ２として出力する。入力電圧Ｖ１に対する出力電圧Ｖ２の昇圧比Ｎが２倍以上の場合は、「動作モードＡ→動作モードＢ→動作モードＡ→動作モードＣ」が繰り返される。この繰り返しにより、中間コンデンサー５の両端電圧（Ｖ０）をＶ２の２分の１の電圧に保ちながら、入力電圧Ｖ１を２倍以上の任意の電圧に昇圧して出力電圧Ｖ２として出力する。

ところで、ＤＣ／ＤＣコンバーター５０では、第１電圧センサー８で検出した中間コンデンサー５の両端電圧（Ｖ０）の検出値（Ｖ０検出値：第１電圧センサーの検出値）と、中間コンデンサー５の両端電圧（Ｖ０）の目標値（Ｖ０目標値；中間コンデンサーの目標値）が一致するように、コントローラー６において、フィードバック制御が行われる。ここで、中間コンデンサーの目標値（Ｖ０目標値）は、第２電圧センサー９で検出した高圧側コンデンサー４の両端電圧Ｖ２の検出値（Ｖ２検出値：第２電圧センサーの検出値）の２分の１の電圧とする。したがって、第１電圧センサー８に異常が発生しても、該異常を検出できない場合、誤ったＶ０検出値とＶ０目標値が一致するようにフィードバック制御されるため、Ｖ０真値はＶ０目標値からずれることとなる。

この第１電圧センサー８の異常例として、Ｖ０検出値（第１電圧センサーの検出値）がＶ０真値（Ｖ０目標値）以外の値に固着する状態を挙げる。この現象を、以降、固着異常と称することにする。本願の実施の形態における第１電圧センサーの固着異常（Ｖ０センサーの固着異常）を、電圧波形図を使って説明する。図７は、Ｖ０検出値＞Ｖ０目標値となる固着異常が発生した場合の電圧波形図である。この場合、Ｖ０目標値に対するＶ０検出値のプラスの差分がゼロとなることはなく、フィードバック制御の結果、Ｖ０真値＝０Ｖとなる。

一方、図８は、Ｖ０検出値＜Ｖ０目標値となる固着異常（Ｖ０センサーの固着異常）が発生した場合の電圧波形図である。この場合、Ｖ０目標値に対するＶ０検出値のマイナスの差分がゼロとなることはなく、フィードバック制御の結果、Ｖ０真値＝出力電圧Ｖ２となる。また、このＤＣ／ＤＣコンバーター５０では、第１半導体スイッチング回路〜第４半導体スイッチング回路のいずれかが故障した場合においても、前記第１電圧センサーの固着異常と同様、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

第１電圧センサーの固着異常の他に、オン固着異常とオフ固着異常が存在する。実施の形態に関わる第１半導体スイッチング回路のオン固着異常を、図を参照しながら、説明する。図９は、各動作モードにおける電流経路を示す回路図である。一方、図１０は、各動作モードにおけるタイミングチャートである。第１半導体スイッチング回路２ａにオン固着異常（第１スイッチング素子のオン固着異常）が発生した場合、動作モードＣにおいて、高圧側コンデンサー４（Ｃ２）→第４半導体スイッチング回路２ｄ（Ｓ４）→中間コンデンサー５（Ｃ０）→第１半導体スイッチング回路２ａ（Ｓ１）→高圧側コンデンサー４（Ｃ２）という経路で短絡する。中間コンデンサー５（Ｃ０）と高圧側コンデンサー４（Ｃ２）が短絡しているので、その結果、Ｖ０真値＝Ｖ２真値となる。したがって、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

実施の形態に関わる第２半導体スイッチング回路のオン固着異常（第２スイッチング素子のオン固着異常）を、図を参照しながら、説明する。図１１は、各動作モードにおける電流経路を示す回路図である。一方、図１２は、タイミングチャートである。第２半導体スイッチング回路２ｂにオン固着異常が発生した場合、動作モードＢにおいて、中間コンデンサー５（Ｃ０）→第３半導体スイッチング回路２ｃ（Ｓ３）→第２半導体スイッチング回路２ｂ（Ｓ２）→中間コンデンサー５（Ｃ０）という経路で短絡する。中間コンデンサー５（Ｃ０）が短絡しているので、その結果、Ｖ０真値＝０Ｖとなる。したがって、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

実施の形態に関わる第３半導体スイッチング回路のオン固着異常（第３スイッチング素子のオン固着異常）を、図を参照しながら、説明する。図１３、は各動作モードにおける電流経路を示す回路図である。一方、図１４は、タイミングチャートである。第３半導体スイッチング回路２ｃにオン固着異常が発生した場合、動作モードＡおよび動作モードＣにおいて、中間コンデンサー５（Ｃ０）→第３半導体スイッチング回路２ｃ（Ｓ３）→第２半導体スイッチング回路２ｂ（Ｓ２）→中間コンデンサー５（Ｃ０）という経路で短絡する。中間コンデンサー５（Ｃ０）が短絡しているので、その結果、Ｖ０真値＝０Ｖとなる。したがって、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

実施の形態に関わる第４半導体スイッチング回路のオン固着異常（第４スイッチング素子のオン固着異常）を、図を参照しながら、説明する。図１５は、各動作モードにおける電流経路を示す回路図である。一方、図１６は、タイミングチャートである。第４半導体スイッチング回路２ｄにオン固着異常が発生した場合、動作モードＡおよび動作モードＢにおいて、高圧側コンデンサー４（Ｃ２）→第４半導体スイッチング回路２ｄ（Ｓ４）→中間コンデンサー５（Ｃ０）→第１半導体スイッチング回路２ａ（Ｓ１）→高圧側コンデンサー４（Ｃ２）という経路で短絡する。中間コンデンサー５（Ｃ０）と高圧側コンデンサー４（Ｃ２）が短絡しているので、その結果、Ｖ０真値＝Ｖ２真値となる。したがって、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

実施の形態に関わる第１半導体スイッチング回路のオフ固着異常（第１スイッチング素子のオフ固着異常）を、図を参照しながら、説明する。図１７は、各動作モードにおける電流経路を示す回路図である。一方、図１８は、タイミングチャートである。第１半導体スイッチング回路２ａにオフ固着異常が発生した場合、動作モードＡにおいて電流経路が無く、リアクトル１（Ｌ１）が励磁不可となる。続く動作モードＢにおいても電流経路が無く、中間コンデンサー５（Ｃ０）が充電不可となる。そして、動作モードＣにおいて、中間コンデンサー５（Ｃ０）が放電される。その結果、Ｖ０真値＝０Ｖ、Ｖ２真値＝Ｖ１真値、となる。したがって、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

実施の形態に関わる第２半導体スイッチング回路のオフ固着異常（第２スイッチング素子のオフ固着異常）を、図を参照しながら、説明する。図１９は、各動作モードにおける電流経路を示す回路図である。一方、図２０は、タイミングチャートである。第２半導体スイッチング回路２ｂにオフ固着異常が発生した場合、動作モードＡにおいて電流経路が無く、リアクトル１（Ｌ１）が励磁不可となる。続く動作モードＢにおいて中間コンデンサー５（Ｃ０）が充電されるため、Ｖ０真値＝Ｖ１真値となる。続く動作モードＡにおいて電流経路が無く、リアクトル１（Ｌ１）が励磁不可である。そして、動作モードＣにおいて電流経路が無く中間コンデンサー５（Ｃ０）が放電されない。その結果、Ｖ０真値＝Ｖ１真値のままとなる。したがって、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。

以上のように、第１電圧センサー８の固着異常、第１半導体スイッチング回路２ａのオン固着異常、第２半導体スイッチング回路２ｂのオン固着異常、第３半導体スイッチング回路２ｃのオン固着異常、第４半導体スイッチング回路２ｄのオン固着異常、第１半導体スイッチング回路２ａのオフ固着異常、第２半導体スイッチング回路２ｂのオフ固着異常、の場合、Ｖ０真値がＶ０目標値（Ｖ２検出値の１／２）から乖離する異常な状態となる。すなわち、Ｖ０目標値とＶ０検出値の差分が大きくなる。このような異常をＶ０電圧異常と呼称する。本願では、コントローラー６において、以降で説明する異常検出処理を実行することで、Ｖ０電圧異常を判定する。

図２１は、実施の形態に関わるＶ０電圧異常を判定するためのフロー図である。同図に示すように、まず、Ｖ０目標値をＶ２検出値×０．５により演算する（ステップＳ１１）。つぎに、ステップＳ１１で演算したＶ０目標値とＶ０検出値の差分の絶対値と、異常判定閾値とを比較することにより、Ｖ０電圧異常が発生しているかどうかを判定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で異常判定条件が成立する場合は、ステップＳ１３に進み、Ｖ０電圧異常が発生していると判定する。ステップＳ１２で異常判定条件が成立しない場合は、ステップＳ１４に進み、Ｖ０電圧異常が発生していないと判定する。異常判定閾値については、第２電圧センサー９の誤差と、第１電圧センサー８の誤差を考慮するなどして決定すればよい。

ところで、このＶ０電圧異常には前述の通り７種類の異常が含まれている。本実施の形態では、Ｖ０電圧異常を判定した後、さらに異常箇所を特定する（異常種類判定処理）。まず、第１半導体スイッチング回路２ａ（スイッチング素子Ｓ１）のゲート信号Ｇ１のオンデューティー比（Ｓ１＿Ｄｕｔｙ：Ｓ１オン時間比率）および第３半導体スイッチング回路２ｃ（スイッチング素子Ｓ３）のゲート信号Ｇ３のオンデューティー比（Ｓ３＿Ｄｕｔｙ：Ｓ３オン時間比率）を０％〜１００％に徐々に変化させるソフトスタート制御を行うことで、第２半導体スイッチング回路２ｂ（スイッチング素子Ｓ２）のオン固着異常を判定する。

図２２は、本願に開示される実施の形態において、Ｓ１オン固着時に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路を示している回路図である。一方、図２３は、Ｓ１オン固着時に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電圧変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ１オン固着の場合、Ｖ０の初期電圧はＶ２である。

この時に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、動作モードＢ（ただし、電流の向きは回生方向）の経路で電流が流れ、Ｖ０は徐々に減少し、Ｖ０＝Ｖ１となる。また、後述の通り、電力伝送が力行方向となるようにモータードライバー５１を駆動制御するため、高圧側電圧Ｖ２は徐々に減少し、Ｖ２＝Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖｂａｔｔとなる。ここで、Ｖｂａｔｔは、直流電源１０１の両端電圧（第１電圧）を指している。したがって、この場合は過電流または過電圧等の異常は発生しない、すなわち、過電流または過電圧等の異常発生からまぬがれることができる。

図２４Ａ〜図２４Ｅは、実施の形態に関わるソフトスタート制御を説明するためのタイミングチャートである。図２４Ａは、第１半導体スイッチング回路２ａ（スイッチング素子Ｓ１）のスイッチングパターンを示すタイミングチャートである。図２４Ｂは、第２半導体スイッチング回路２ｂ（スイッチング素子Ｓ２）のスイッチングパターンを示すタイミングチャートである。図２４Ｃは、第３半導体スイッチング回路２ｃ（スイッチング素子Ｓ３）のスイッチングパターンを示すタイミングチャートである。図２４Ｄは、第４半導体スイッチング回路２ｄ（スイッチング素子Ｓ４）のスイッチングパターンを示すタイミングチャートである。

図２４Ｅは、Ｖ１とＶ０とＶ２の電圧変化を示すタイミングチャートである。図２４Ａ〜図２４Ｄに示した通り、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３に対してソフトスタート制御を行い、ソフトスタート制御を行わない半導体スイッチング回路であるスイッチング素子Ｓ２およびスイッチング素子Ｓ４をオフする。なお、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄは、ゲート信号Ｇ１〜Ｇ４がＨｉｇｈの場合にオンし、Ｌｏｗの場合にオフする。図２４Ｅに示した通り、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔの状態でソフトスタート制御は、開始する。

この場合、ゲート信号Ｇ１がＨｉｇｈの期間に、動作モードＢの経路で電流が流れ、Ｖ０が徐々に上昇し、Ｖ０＝Ｖ１（＝Ｖ２＝Ｖｂａｔ）に収束する。ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔについては、定格電流の最も小さい構成部品が破壊することのないように設定している。設定値は、コンデンサー間に流れる電流が該部品の定格電流未満となるように、予めシミュレーション等により決定しておく。なお、コンデンサー間の電位差に応じて流れる電流が大きくなる。想定される最大電位差を条件にして、シミュレーション等により、ソフトスタート時間Ｔｓｏｆｔを算出しておくと良い。

つぎに、実施の形態において、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合を、図を参照しながら、説明する。図２５Ａと図２５Ｂは、電流経路を示す回路図である。一方、図２６Ａは、電圧変化を示す説明図であり、図２６Ｂは、電流変化を示す説明図である。Ｓ２オン固着の場合、Ｖ０の初期電圧は０Ｖである。この時に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、Ｓ１オン時に動作モードＡの経路で電流が流れるためリアクトル１（Ｌ１）がエネルギーを蓄積する。Ｓ１オフ時には動作モードＤの経路で電流が流れるため、リアクトル１（Ｌ１）に蓄積したエネルギーが放出され、Ｖ２が増加する。

このスイッチング素子Ｓ１のオンオフ動作を繰り返すことで、Ｖ２が徐々に増加する。またその際、リアクトル１（Ｌ１）を流れる電流ＩＬも徐々に上昇する。したがって、Ｖ２の過電圧閾値（Ｖ２閾値３）を所定値に設定し、Ｖ２≧過電圧閾値（Ｖ２閾値３）の条件を満足した場合にＳ２オン固着を判定することができる。また、ＩＬの過電流閾値（ＩＬ閾値）を所定値に設定し、ＩＬ≧過電流閾値となった場合にＳ２オン固着を判定することができる。なお、過電圧閾値（Ｖ２閾値３）はスイッチング素子Ｓ２がオン固着していない場合のＶ２最大電圧に第１電圧センサー８の誤差等を考慮し設定すれば良い。同様に、過電流閾値はＳ２がオン固着していない場合のＩＬ最大電流に電流センサー７の誤差等を考慮し設定すれば良い。

つぎに、実施の形態において、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路および電圧変化を、図を参照しながら、説明する。図２７は、電流経路を示す回路図である。一方、図２８は、電圧変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ３オン固着の場合、Ｖ０の初期電圧は０Ｖである。この時に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、動作モードＢの経路で電流が流れる。Ｖ０は徐々に増加し、Ｖ０＝Ｖ１（＝Ｖｂａｔｔ）となる。また、後述の通り、電力伝送が力行方向となるようにモータードライバー５１を駆動制御するため、Ｖ２は徐々に減少し、Ｖ２＝Ｖ０＝Ｖ１＝Ｖｂａｔｔとなる。したがって、この場合は過電流または過電圧等の異常は発生しない、すなわち、過電流または過電圧等の異常発生からまぬがれることができる。

つぎに、実施の形態１において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合の電流経路および電圧変化を、図を参照しながら、説明する。図２９Ａおよび図２９Ｂは、電流経路を示す回路図である。一方、図３０は、電圧変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ４オン固着の場合、Ｖ０の初期電圧はＶ２である。この時に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、動作モードＢおよび動作モードＤの経路で電流が流れる。Ｖ０およびＶ２は徐々に減少し、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔとなる。したがって、この場合は過電流または過電圧等の異常は発生しない、すなわち、過電流または過電圧等の異常発生からまぬがれることができる。

なお、Ｓ１オフ固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合は、図１８に示した通り、Ｖ０電圧異常時にＶ１＝Ｖ２、Ｖ０＝０Ｖの状態となっている。回路に電流が流れないため、過電流等の異常は発生せず、電圧状態も変化しない。また、Ｓ２オフ固着時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタートした場合は、図２０に示した通り、Ｖ０電圧異常時に、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２の状態となっている。回路に電流が流れないため、過電流等の異常は発生せず、電圧状態も変化しない。

さらに、Ｖ０センサーの固着異常時にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合を説明する。図７に示した通り、Ｖ０検出値＞Ｖ０目標値となる固着異常が発生した場合には、Ｖ０＝０Ｖとなっている。スイッチング素子Ｓ１をオンした際に電流は動作モードＢの経路（図２７を参照）で流れる。ソフトスタート制御しているため、過電流等の異常は発生せず、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔの状態となる。

また、図８に示した通り、Ｖ０検出値＜Ｖ０目標値となる固着異常が発生した場合は、Ｖ０＝Ｖ２となっている。スイッチング素子Ｓ３をオンした際に電流が動作モードＢ（ただし、電流の向きは回生方向）の経路（図２９Ａおよび図２９Ｂを参照）で流れる。ソフトスタート制御しているため、過電流等の異常は発生せず、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔの状態となる。

以上のように、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した時、Ｓ２オン固着の場合のみ、新たに異常が発生する。したがって、Ｖ０電圧異常に含まれる７種類の異常から、Ｓ２オン固着異常を判定することができる。

つぎに、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後に、第２半導体スイッチング回路２ｂ（スイッチング素子Ｓ２）のゲート信号Ｇ２のオンデューティー比（Ｓ２＿Ｄｕｔｙ：Ｓ２オン時間比率）を０％〜１００％に徐々に変化させるソフトスタート制御を実施する。これにより、スイッチング素子Ｓ１のオン固着またはスイッチング素子Ｓ３のオン固着異常を判定する。

つぎに、本願に開示される実施の形態において、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路および電圧変化を、図を参照しながら、説明する。図３１Ａと図３１Ｂは、電流経路を示す回路図である。一方、図３２Ａは、電圧変化を示す説明図、図３２Ｂは、電流変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ１オン固着の場合にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後の電圧状態は、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔである。

この時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合、Ｓ２オン時には、動作モードＡの経路でリアクトル１（Ｌ１）がエネルギーを蓄積する。Ｓ２オフ時には、動作モードＤの経路でリアクトル１（Ｌ１）に蓄積したエネルギーが放出され、Ｖ２が増加する。このスイッチング素子Ｓ２のオンオフ動作を繰り返すことでＶ２が徐々に増加する。またその際、リアクトル１（Ｌ１）を流れる電流ＩＬも徐々に上昇する。したがって、図２６Ａおよび図２６Ｂでの説明と同様に、Ｓ１オン固着異常を判定することができる。

つぎに、本願に開示される実施の形態１においてＳ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路および電圧変化を、図を参照しながら、説明する。図３３は、電流経路を示す回路図である。一方、図３４は、電圧変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ３オン固着の場合にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後の電圧状態はＶ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔである。この時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合、Ｓ２オン時にＣ０→Ｓ３→Ｓ２→Ｃ０の経路で短絡する。その結果、経路には短絡電流が流れる。

この短絡電流は、コントローラー６において、センス電流と短絡電流閾値を比較することで検出する。すなわち、センス電流≧短絡電流閾値の条件を満足した場合にＳ３オン固着異常を判定することができる。短絡電流閾値は、短絡異常が発生していない場合の最大電流にセンス端子の分流比等を考慮して設定すれば良い。なお、ここでは、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄに流れる電流により、短絡異常を検出する方式としたが、例えば、公知技術であるゲート電圧またはコレクタ電圧により短絡異常を検出する方式としても良い。

つぎに、本願に開示される実施の形態において、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路および電圧変化を、図を参照しながら、説明する。図３５は、電流経路を示す回路図である。一方、図３６は、電圧変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ４オン固着の場合にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後の電圧状態は、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔである。

この時に、スイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合、Ｓ２オン時に動作モードＣの経路で電流が流れる。Ｖ０が徐々に減少し、Ｖ１＋Ｖ０＝Ｖ２の状態、すなわち、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶｂａｔｔおよびＶ０＝０Ｖの状態となる。したがって、この場合は過電流または過電圧等の異常は発生しない、すなわち、過電流または過電圧等の異常の発生からまぬがれることができる。

なお、Ｓ１オフ固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合は、前述の通り、Ｖ１＝Ｖ２、Ｖ０＝０Ｖの状態となっている。回路に電流が流れないため過電流等の異常は発生せず、電圧状態も変化しない。さらに、Ｖ０センサーの固着異常時にＳ２をソフトスタート制御した場合は、前述の通り、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔの状態から電圧が変化する。この場合の電流経路および電圧変化は、図３５および図３６と同様である。Ｖ１＝Ｖ２＝ＶｂａｔｔおよびＶ０＝０Ｖの状態となり、過電流等の異常は発生しない、すなわち、過電流等の異常発生からまぬがれることができる。

以上のように、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後、スイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した時、Ｓ１オン固着およびＳ３オン固着の場合、新たに異常が発生する。したがって、Ｖ０電圧異常に含まれる７種類の異常からＳ１オン固着異常またはＳ３オン固着異常を判定することができる。なお、スイッチング素子Ｓ２に加えて、例えばスイッチング素子Ｓ４を同時にソフトスタート制御しても良い。

この場合、Ｓ１オン固着時は、図３２Ａに示した電圧変化および図３２Ｂに示した電流変化をする。このため、新たな異常が発生し、Ｓ１オン固着を判定することができる。Ｓ３オン固着時は、図３３に示した経路で短絡電流が流れる。このため、新たな異常が発生し、Ｓ３オン固着を判定することができる。最後に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後に、スイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御し、その後、スイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御する。これにより、Ｓ４オン固着異常を判定する。

つぎに、本願に開示される実施の形態においてＳ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合の電流経路および電圧変化を、図を参照しながら、説明する。図３７は、電流経路を示す回路図である。一方、図３８は、電圧変化を示す説明図である。図に示すように、Ｓ４オン固着の場合にスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御する。

その後、スイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電圧状態は、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔである。この時に、スイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合、Ｓ１オン時にＣ２→Ｓ４→Ｃ０→Ｓ１→Ｃ２の経路で短絡する。その結果、経路には短絡電流が流れる。したがって、図３３および図３４での説明と同様に、Ｓ４オン固着異常を判定することができる。

なお、Ｓ２オフ固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタートした場合は、前述の通り、Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２の状態となっている。回路に電流が流れないため、過電流等の異常は発生せず、電圧状態も変化しない。さらに、Ｖ０センサーの固着異常時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合は、前述の通り、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶｂａｔｔおよびＶ０＝０Ｖの状態から電圧が変化する。この場合は、図２７および図２８と同様、動作モードＢの経路で電流が流れる。Ｖ１＝Ｖ０＝Ｖ２＝Ｖｂａｔｔの状態となり、過電流等の異常は発生しない。

以上のように、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した後、スイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御し、その後、スイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した時、Ｓ４オン固着の場合、新たに異常が発生する。したがって、Ｖ０電圧異常に含まれる７種類の異常から、Ｓ４オン固着異常を判定することができる。

なお、スイッチング素子Ｓ１に加えて、例えばスイッチング素子Ｓ３を同時にソフトスタート制御しても良い。また、スイッチング素子Ｓ１をオン、またはスイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をオンしても良い。これらの場合、図３７に示した経路で短絡電流が流れるため、Ｓ４オン固着異常を判定することができる。

図３９は、本願に開示される実施の形態１における異常種類判定処理を説明するためのフロー図である。本処理は、Ｖ０電圧異常が発生している場合に実施される。図に示すように、まず、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄを構成するスイッチング素子のゲート、およびモータードライバー５１を構成するスイッチング素子のゲートを全てオフする（ステップＳ２１）。つぎに、Ｖ２がＶ２閾値１（第１閾値）以下であるか判定する（ステップＳ２２）。判定条件が成立する場合はステップＳ２３に進み、成立しない場合は本処理を繰り返す。本処理は、モータードライバー５１の過電圧破壊防止のために実施する。

なお、Ｖ２閾値１（第１閾値）は、サージ電圧等を考慮した上で、モータードライバー５１を構成するスイッチング素子が破壊しないように決定される。つぎに、電力伝送が力行方向となるように、モータードライバー５１およびモーター１０２を制御する（ステップＳ２３）。本処理は、高圧側コンデンサー４の電荷を放電するために実施する。具体的には、コントローラー６は、モータードライバー５１を構成するスイッチング素子のゲートを全てオンする。

つぎに、Ｖ２がＶ２閾値２（第２閾値）以下であるか判定する（ステップＳ２４）。判定条件が成立する場合はステップＳ２５に進み、成立しない場合は本処理を繰り返す。本処理は、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄの過電圧破壊防止のために実施する。なお、Ｖ２閾値２（第２閾値）は、サージ電圧等を考慮した上で、該半導体スイッチング回路が破壊しないように決定される。

つぎに、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御する（ステップＳ２５）。言い換えれば、Ｓ１＿ＤｕｔｙおよびＳ３＿Ｄｕｔｙを所定変化量で除変させる。ソフトスタート制御を行わない第２半導体スイッチング回路２ｂおよび第４半導体スイッチング回路２ｄのゲート信号はオフする。本処理の目的は、Ｓ２オン固着の場合に異常を発生させること、さらに、後述の２回目のソフトスタート制御時に短絡電流を発生させＳ３オン固着を特定できるように中間コンデンサー５（Ｃ０）を充電することである。

ソフトスタート時間については、定格電流の最も小さい構成部品が破壊することがないように設定する。設定値は、コンデンサー間に流れる電流が該部品の定格電流未満となるように、予めシミュレーション等により決定しておく。なお、コンデンサー間の電位差に応じて流れる電流が大きくなる。このため、想定される最大電位差の条件の基、シミュレーション等により、ソフトスタート時間を算出しておくと良い。

つぎに、Ｖ２がＶ２閾値３（過電圧閾値；第３閾値）以上、ＩＬがＩＬ閾値（過電流閾値）以上、短絡電流が発生（短絡電流閾値以上の電流が流れること）のいずれかの条件が成立するか否か判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の異常判定条件が成立する場合はステップＳ２７に進み、第２半導体スイッチング回路２ｂのオン固着異常を確定する。異常判定条件が成立しない場合は、Ｓ１＿ＤｕｔｙおよびＳ３＿Ｄｕｔｙが１００％となるまで（ステップＳ２８が成立するまで）、ステップＳ２６を繰り返す。Ｓ１＿ＤｕｔｙおよびＳ３＿Ｄｕｔｙが１００％となった場合、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３をオフする（ステップＳ２９）。

つぎに、スイッチング素子Ｓ１（第１スイッチング素子）からスイッチング素子Ｓ４（第４スイッチング素子）のうちすくなくともスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御する（ステップＳ３０）。ソフトスタート制御を行わない第１半導体スイッチング回路２ａおよび第３半導体スイッチング回路２ｃおよび第４半導体スイッチング回路２ｄのゲート信号はオフする。本処理の目的は、Ｓ１オン固着の場合またはＳ３オン固着の場合に異常を発生させること、さらに、後述の３回目のソフトスタート制御時に短絡電流を発生させＳ４オン固着を特定できるように中間コンデンサー５（Ｃ０）を放電することである。ソフトスタート時間については、前記同様に決定する。

つぎに、Ｖ２がＶ２閾値３（過電圧閾値；第３閾値）以上、ＩＬがＩＬ閾値（過電流閾値）以上、短絡電流が発生（短絡電流閾値以上の電流が流れること）のいずれかの条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１の異常判定条件が成立する場合は、ステップＳ３２に進み、第１半導体スイッチング回路２ａおよび第３半導体スイッチング回路２ｃのオン固着異常を確定する。異常判定条件が成立しない場合は、Ｓ２＿Ｄｕｔｙが１００％となるまで（ステップＳ３３が成立するまで）、ステップＳ３１を繰り返す。

Ｓ２＿Ｄｕｔｙが１００％となった場合、スイッチング素子Ｓ２をオフする（ステップＳ３４）。つぎに、スイッチング素子Ｓ１（第１スイッチング素子）からスイッチング素子Ｓ４（第４スイッチング素子）のうちすくなくともスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御する（ステップＳ３５）。ソフトスタート制御を行わない第２半導体スイッチング回路から第４半導体スイッチング回路のゲート信号は、オフする。本処理の目的は、Ｓ４オン固着の場合に異常を発生させることである。ソフトスタート時間については、前記同様に決定する。

つぎに、短絡電流が発生するか否か判定する（ステップＳ３６）。判定条件が成立する場合はステップＳ３７に進み、第４半導体スイッチング回路２ｄのオン固着異常を確定する。判定条件が成立しない場合は、Ｓ１＿Ｄｕｔｙが１００％となるまで（ステップＳ３８が成立するまで）、ステップＳ３６を繰り返す。Ｓ１＿Ｄｕｔｙが１００％となった場合、半導体スイッチング回路Ｓ１をオフする（ステップＳ３９）。最後に、Ｓ１オフ固着およびＳ２オフ固着およびＶ０センサーの固着異常を確定する（ステップＳ４０）。

以上のようにして、この実施の形態に関わる電力変換装置では、第１電圧センサーの検出値が所定目標値から所定値以上乖離しているかどうか判定することで中間コンデンサーの電圧の異常（Ｖ０電圧異常）を判定することができる。また、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、第１半導体スイッチング回路および第３半導体スイッチング回路をソフトスタート制御した時に、過電圧、または過電流、または短絡電流が発生するかどうか判定することで、第２半導体スイッチング回路のオン固着異常を判定することができる。

なお、半導体スイッチング回路をソフトスタート制御するのではなく単純にオンする場合では、上記過電圧は発生しない。したがって、ソフトスタート制御することにより、単純にオンする場合と比較して、新たな異常を発生させることが可能であり、異常検知率を高くすることができる。さらに、第１半導体スイッチング回路および第３半導体スイッチング回路をソフトスタート制御した時に上記異常が発生しない場合に、すくなくとも第２半導体スイッチング回路をソフトスタート制御する。その際に、上記異常が発生するかどうか判定することで、第１半導体スイッチング回路または第３半導体スイッチング回路のオン固着異常を判定することができる。

さらに、すくなくとも第２半導体スイッチング回路をソフトスタート制御した時に、上記異常が発生しない場合に、すくなくとも第１半導体スイッチング回路をソフトスタート制御する。その際に、短絡異常が発生するかどうか判定することで、第４半導体スイッチング回路のオン固着異常を判定することができる。さらに、すくなくとも第１半導体スイッチング回路をソフトスタート制御した時に上記異常が発生しない場合に、第１半導体スイッチング回路のオフ固着または第２半導体スイッチング回路のオフ固着またはＶ０センサーの固着異常を判定することができる。

また、Ｖ０電圧異常を判定した後、第２電圧センサーの検出値が所定値以下の場合に高圧側コンデンサーの電荷を放電するようにモーターおよびモータードライバーを制御することで、高圧側コンデンサーおよびモータードライバーの破壊を防止できる。また、異常時に高圧側電圧が増加することを検知することで、異常判定可能とする。さらに、Ｖ０電圧異常を判定した後、第２電圧センサーの検出値が所定値以下の場合に、第１半導体スイッチング回路〜第４半導体スイッチング回路のすくなくとも１つをオンすることで、第１半導体スイッチング回路〜第４半導体スイッチング回路の過電圧破壊を防止できる。

したがって、本願に開示される電力変換装置は、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が直流電源の負極側に接続されている第１スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第１スイッチング素子の正極側端子に接続されている第２スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第２スイッチング素子の正極側端子に接続されている第３スイッチング素子と、負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている第４スイッチング素子と、前記直流電源と直列に接続されているリアクトルと、前記直流電源と並列に接続されている入力側コンデンサーと、一端が前記第２スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている中間コンデンサーと、一端が前記第１スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第４スイッチング素子の正極側端子に接続されている出力側コンデンサーと、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流センサーと、前記中間コンデンサーの両端電圧を検出する第１電圧センサーと、前記出力側コンデンサーの両端電圧を検出する第２電圧センサーと、スイッチング素子を有し、前記出力側コンデンサーの両端と接続されているドライバーと、前記第２電圧センサーの検出値から中間コンデンサーの目標値を演算し、この演算された中間コンデンサーの目標値が前記第１電圧センサーの検出値と一致するように、前記第１スイッチング素子のオン時間比率、前記第２スイッチング素子のオン時間比率、前記第３スイッチング素子のオン時間比率、および第４スイッチング素子のオン時間比率を制御するコントローラーと、を備え、前記コントローラーは、前記中間コンデンサーの目標値と前記第１電圧センサーの検出値との差分を求め、この差分の絶対値が異常判定閾値よりも大きい場合に、電圧異常が発生したと判定することを特徴とするものである。

また、本願に開示される電力変換装置は、半導体スイッチング回路、前記半導体スイッチング回路のスイッチングによって充放電動作を行うコンデンサー、および前記コンデンサーの電圧を検出する電圧検出手段を備えた電力変換装置において、前記電圧検出手段の検出値が所定目標値から所定値以上乖離する場合に前記コンデンサーの電圧の異常を判定することを特徴とする電力変換装置である。

また、本願に開示される電力変換装置は、低圧側に直流電源が接続され、出力側に回生可能な負荷が接続され、低圧側電圧を保持する低圧側コンデンサー、負極が前記低圧側コンデンサーの負極に接続され高圧側電圧を保持する高圧側コンデンサー、負端が前記低圧側コンデンサーの負極に接続される第１半導体スイッチング回路、負端が前記第１半導体スイッチング回路の他端に接続され、他端が前記リアクトルを介して前記入力側コンデンサーの正極に接続される第２半導体スイッチング回路、一端が前記第２半導体スイッチング回路の他端に接続される第３半導体スイッチング回路、一端が前記第３半導体スイッチング回路の他端に接続され、他端が前記高圧側コンデンサーの正極に接続される第４半導体スイッチング回路、一端が前記第１半導体スイッチング回路と前記第２半導体スイッチング回路の接続点に接続され、前記第３半導体スイッチング回路と前記第４半導体スイッチング回路の接続点に接続された中間コンデンサー、前記中間コンデンサーの電圧を検出する第１電圧センサー、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のオン時間比率を制御することにより、前記中間コンデンサーの電圧を所定目標値に制御するコントローラーを備えた電力変換装置において、前記電圧検出手段の検出値が所定目標値から所定値以上乖離する場合に前記中間コンデンサーの電圧の異常を判定することを特徴とする電力変換装置である。

前記コントローラーは、前記中間コンデンサーの電圧の異常を判定した後、所定の半導体スイッチング回路をオンした時、さらに所定の異常が発生した場合に異常箇所を特定することを特徴とするものである。また、前記負荷を駆動する負荷駆動部を備え、前記コントローラーは前記負荷と前記負荷駆動部を制御可能であり、前記中間コンデンサーの電圧の異常を判定した後、前記高圧側コンデンサーの電荷を放電するように前記負荷および前記負荷駆動部を制御することを特徴とするものである。

さらに、前記高圧側コンデンサーの電圧を検出する第２電圧検出手段を備え、前記コントローラーは、該電圧検出手段の検出値が所定値以下の場合に、前記高圧側コンデンサーの電荷を放電するように前記負荷および前記負荷駆動部を制御することを特徴とするものである。前記コントローラーは、前記第１半導体スイッチング回路および前記第３半導体スイッチング回路をソフトスタート制御した時に所定の異常が発生した場合に、前記第２半導体スイッチング回路のオン固着異常を判定することを特徴とするものである。

さらに、電力変換装置において所定の異常が発生しない場合に、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のうちすくなくとも前記第２半導体スイッチング回路をソフトスタート制御し、所定の異常が発生した場合に、前記第１半導体スイッチング回路または前記第３半導体スイッチング回路のオン固着異常と判定することを特徴とするものである。上記記載の電力変換装置において所定の異常が発生しない場合に、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のうちすくなくとも前記第１半導体スイッチング回路をオンし、所定の異常が発生した場合に、前記第４半導体スイッチング回路のオン固着異常と判定することを特徴とするものである。

さらに、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のうちすくなくとも前記第１半導体スイッチング回路をソフトスタート制御し、所定の異常が発生した場合に、前記第４半導体スイッチング回路のオン固着異常と判定することを特徴とするものである。上記記載の電力変換装置において所定の異常が発生しない場合に、前記第１半導体スイッチング回路のオフ固着異常または前記第２半導体スイッチング回路のオフ固着異常または前記第１電圧センサーの固着異常と判定することを特徴とするものである。

さらに、前記リアクトルに流れる電流を検出するリアクトル電流検出手段を備え、該電流検出手段の検出値が所定値以上の場合に、異常箇所を特定することを特徴とする電力変換装置である。前記第１〜第４半導体スイッチング回路それぞれに流れる電流を検出する第１〜第４電流検出手段を備え、該電流検出手段の検出値のすくなくとも１つが所定値以上の場合に、異常箇所を特定することを特徴とする電力変換装置である。前記高圧側コンデンサーの電圧を検出する第２電圧検出手段を備え、該電圧検出手段の検出値が所定値以上の場合に、異常箇所を特定することを特徴とする電力変換装置である。

実施の形態２．
以下、本願に開示される実施の形態２に関わる電力変換装置について説明する。本実施の形態に関わる電力変換装置の回路構成は、図１に示した回路構成と同様であるため説明を省略する。また、Ｖ０電圧異常を判定するまでの異常検出処理は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

図４０は、本願に開示される実施の形態２に関わる異常種類判定処理を説明するためのフロー図である。本処理は、Ｖ０電圧異常が発生している場合に実施される。ステップＳ２１からステップＳ２４の処理は実施の形態１と同様であるため説明を省略し、ステップＳ１０１から説明する。まず、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４のうち、すくなくとも１つをオンする（ステップＳ１０１）。つぎに、ＩＬがＩＬ閾値（過電流閾値）以上、短絡電流が発生（短絡電流閾値以上の電流が流れること）のいずれかの条件が成立するか否か判定する（ステップＳ１０２）。

ステップＳ１０２の判定条件が成立する場合は、ステップＳ１０３に進み、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４のいずれかのオン固着異常またはＶ０センサーの固着異常を確定する。判定条件が成立しない場合は、全ゲートをオフする（ステップＳ１０４）。最後に、Ｖ０電圧異常を確定する（ステップＳ１０５）。なお、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４をオンした場合の電流経路、電圧変化については以下の通りである。

まず、Ｓ１オン固着時の電流経路、電圧変化について説明する。Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をオンした場合、図２５Ａおよび図２５Ｂに示したＣ１→Ｌ１→Ｓ２→Ｓ１の経路で電流が流れ続ける。したがって、ＩＬ≧ＩＬ閾値（過電流閾値）または短絡電流が発生することとなり、オン固着異常を判定することができる。

また、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をオンした場合、図２２に示したＣ０→Ｓ３→Ｌ１→Ｃ１→Ｓ１→Ｃ０の経路でＶ０＝Ｖ１となるまで電流が流れ続ける。このため、上述と同様、オン固着異常を判定することができる。さらに、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ４をオンする場合は、スイッチング素子Ｓ４をオンする前の電圧状態がＶ０＝Ｖ２であるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。

つぎに、Ｓ２オン固着時について説明する。Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をオンした場合、図２５Ａおよび図２５Ｂに示したＣ１→Ｌ１→Ｓ２→Ｓ１の経路で電流が流れ続ける。したがって、ＩＬ≧ＩＬ閾値（過電流閾値）または短絡電流が発生することとなり、オン固着異常を判定することができる。また、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をオンした場合、スイッチング素子Ｓ３をオンする前の電圧状態がＶ０＝０Ｖであるため電流が流れない。

したがって、過電流等の異常は発生しない。さらに、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ４をオンした場合、Ｃ２→Ｓ４→Ｃ０→Ｓ２→Ｌ１→Ｃ１→Ｃ２の経路で、Ｖ１＋Ｖ０＝Ｖ２となるまで電流が流れ続ける。この経路は、図３５に示した経路と電流の向きが逆の経路である。このため、上述と同様、オン固着異常を判定することができる。

つぎに、Ｓ３オン固着異常について説明する。Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をオンした場合、図２７に示したＣ１→Ｌ１→Ｓ３→Ｃ０→Ｓ１→Ｃ１の経路でＶ０＝Ｖ１となるまで電流が流れ続ける。したがって、ＩＬ≧ＩＬ閾値（過電流閾値）または短絡電流が発生することとなり、オン固着異常を判定することができる。

また、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をオンした場合、スイッチング素子Ｓ２をオンする前の電圧状態がＶ０＝０Ｖであるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。さらに、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ４をオンした場合、図２９Ａおよび図２９Ｂに示したＣ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ１→Ｃ１→Ｃ２の経路でＶ２＝Ｖ１となるまで電流が流れ続ける。このため、上述と同様、オン固着異常を判定することができる。

つぎに、Ｓ４オン固着時について説明する。Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をオンした場合、スイッチング素子Ｓ１をオンする前の電圧状態がＶ０＝Ｖ２であるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。また、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をオンした場合、図３５に示したＣ１→Ｌ１→Ｓ２→Ｃ０→Ｓ４→Ｃ２→Ｃ１の経路で、Ｖ１＋Ｖ０＝Ｖ２となるまで電流が流れ続ける。

したがって、ＩＬ≧ＩＬ閾値（過電流閾値）または短絡電流が発生することとなり、オン固着異常を判定することができる。さらに、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をオンした場合、図２９Ａおよび図２９Ｂに示したＣ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ１→Ｃ１→Ｃ２の経路でＶ２＝Ｖ１となるまで電流が流れ続ける。このため、上述と同様、オン固着異常を判定することができる。

つぎに、Ｖ０センサーの固着異常時について説明する。Ｖ０検出値＞Ｖ０目標値となる固着異常の場合は、上述のＳ３オン固着時と同様である。スイッチング素子Ｓ１またはスイッチング素子Ｓ４をオンした場合に、ＩＬ≧ＩＬ閾値（過電流閾値）または短絡電流が発生することとなり、オン固着異常を判定することができる。Ｖ０検出値＜Ｖ０目標値となる固着異常の場合は、上述のＳ４オン固着時と同様である。スイッチング素子Ｓ２またはスイッチング素子Ｓ３をオンした場合に、ＩＬ≧ＩＬ閾値（過電流閾値）または短絡電流が発生することとなり、オン固着異常を判定することができる。

つぎに、Ｓ１オフ固着異常について説明する。この場合の電圧状態はＶ１＝Ｖ２、Ｖ０＝０Ｖである。Ｓ１オフ固着時にスイッチング素子Ｓ２をオンした場合、既にＶ１＋Ｖ０＝Ｖ２が成立しているため、電流が流れず、過電流等の異常は発生しない。また、スイッチング素子Ｓ３をオンした場合は電流経路が無いため、過電流等の異常は発生しない。さらにスイッチング素子Ｓ４をオンした場合は、既にＶ１＋Ｖ０＝Ｖ２が成立しているため、電流が流れず、過電流等の異常は発生しない。

最後に、Ｓ２オフ固着異常について説明する。この場合の電圧状態はＶ１＝Ｖ０＝Ｖ２である。Ｓ２オフ固着時にスイッチング素子Ｓ１またはスイッチング素子Ｓ３をオンした場合、既にＶ０＝Ｖ１が成立しているため、電流が流れず、過電流等の異常は発生しない。また、スイッチング素子Ｓ４をオンした場合は電流経路が無いため、過電流等の異常は発生しない。

なお、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４のいずれか１つをオンする場合を説明したが、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３を同時にオンしても良い。この場合、スイッチング素子Ｓ１またはスイッチング素子Ｓ３のどちらかをオンする場合と電流経路および電圧変化が変わらない。また、同様に、スイッチング素子Ｓ２またはスイッチング素子Ｓ４のどちらかをオンする場合と電流経路および電圧変化が変わらないため、スイッチング素子Ｓ２およびスイッチング素子Ｓ４を同時にオンしても良い。

以上のようにして、本実施の形態に係る電力変換装置では、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、第１半導体スイッチング回路から第４半導体スイッチング回路のすくなくとも１つをオンした時に過電流または短絡電流が発生するかどうか判定することで、第１半導体スイッチング回路から第４半導体スイッチング回路のいずれかのオン固着異常または第１電圧センサーの固着異常を判定することができる。

本実施の形態に開示される電力変換装置は、前記高圧側コンデンサーの電圧を検出する第２電圧検出手段を備え、前記コントローラーは、該電圧検出手段の検出値が所定値以下の場合に、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のすくなくとも１つをオンすることを特徴とする電力変換装置である。前記コントローラーは、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のすくなくとも１つをオンした時に所定の異常が発生した場合に、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のいずれかのオン固着異常または前記第１電圧センサーの固着異常と判定することを特徴とする電力変換装置である。

実施の形態３．
以下、本願に開示される実施の形態３に関わる電力変換装置について説明する。本実施の形態に関わる電力変換装置の回路構成は、図１に示した回路構成と同様であるため説明を省略する。また、Ｖ０電圧異常を判定するまでの異常検出処理は、実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

図４１は、本願に開示される実施の形態３の異常種類判定処理を説明するためのフロー図である。本処理は、Ｖ０電圧異常が発生している場合に実施される。ステップＳ２１からステップＳ２４の処理は、実施の形態１と同様であるため説明を省略し、ステップＳ１０６から説明する。まず、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４のうちすくなくとも１つをソフトスタート制御する（ステップＳ１０６）。ソフトスタート制御を行わない半導体スイッチング回路のゲート信号はオフする。

つぎに、Ｖ２がＶ２閾値３（過電圧閾値；第３閾値）以上、ＩＬがＩＬ閾値（過電流閾値）以上、短絡電流が発生（短絡電流閾値以上の電流が流れること）のいずれかの条件が成立するか否か判定する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６の異常判定条件が成立する場合はステップＳ１０８に進み、Ｓ１オン固着異常またはＳ２オン固着異常を確定する。異常判定条件が成立しない場合は、ソフトスタート制御を実施した半導体スイッチング回路のゲート信号のＤｕｔｙ（オン時間比率）が１００％となるまで（ステップＳ１０７が成立するまで）、ステップＳ２６を繰り返す。Ｄｕｔｙ（オン時間比率）が１００％となった場合、全ゲートをオフする（ステップＳ１０４）。最後に、Ｖ０電圧異常を確定する（ステップＳ１０５）。

なお、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、スイッチング素子Ｓ１またはスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合の電流経路、電圧変化については以下の通りである。まず、Ｓ１オン固着時の電流経路と、電圧変化について説明する。Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合、図２６Ａおよび図２６Ｂでの説明と同様に、Ｖ２増加あるいはＩＬ増加が発生することにより、Ｓ１オン固着異常を判定することができる。

また、Ｓ１オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、図２２に示したＣ０→Ｓ３→Ｌ１→Ｃ１→Ｓ１→Ｃ０の経路で、Ｖ０＝Ｖ１となるまで徐々に電流が流れる。したがって、過電流等の異常は発生しない。さらに、Ｓ１オン固着時にＳ４をソフトスタート制御する場合は、スイッチング素子Ｓ４をオンする前の電圧状態がＶ０＝Ｖ２であるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。

つぎに、Ｓ２オン固着異常について説明する。Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合、上記と同様、Ｖ２増加あるいはＩＬ増加が発生することにより、Ｓ２オン固着異常を判定することができる。また、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、スイッチング素子Ｓ３をオンする前の電圧状態がＶ０＝０Ｖであるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。さらに、Ｓ２オン固着時にスイッチング素子Ｓ４をソフトスタート制御した場合、Ｃ２→Ｓ４→Ｃ０→Ｓ２→Ｌ１→Ｃ１→Ｃ２の経路で、Ｖ１＋Ｖ０＝Ｖ２となるまで徐々に電流が流れる。この経路は、図３５に示した経路と電流の向きが逆の経路である。したがって、過電流等の異常は発生しない。

つぎに、Ｓ３オン固着異常について説明する。Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合は、図２７および図２８での説明と同様、過電流または過電圧等の異常は発生しない。また、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合は、スイッチング素子Ｓ２をオンする前の電圧状態がＶ０＝０Ｖであるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。さらに、Ｓ３オン固着時にスイッチング素子Ｓ４をソフトスタート制御した場合、図２９Ａおよび図２９Ｂに示したＣ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ１→Ｃ１→Ｃ２の経路でＶ２＝Ｖ１となるまで徐々に電流が流れる。したがって、過電流等の異常は発生しない。

つぎに、Ｓ４オン固着異常について説明する。Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ１をソフトスタート制御した場合、スイッチング素子Ｓ１をオンする前の電圧状態がＶ０＝Ｖ２であるため電流が流れない。したがって、過電流等の異常は発生しない。また、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ２をソフトスタート制御した場合、図３５に示したＣ１→Ｌ１→Ｓ２→Ｃ０→Ｓ４→Ｃ２→Ｃ１の経路で、Ｖ１＋Ｖ０＝Ｖ２となるまで徐々に電流が流れる。したがって、過電流等の異常は発生しない。

さらに、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、図２９Ａおよび図２９Ｂに示したＣ２→Ｓ４→Ｓ３→Ｌ１→Ｃ１→Ｃ２の経路でＶ２＝Ｖ１となるまで徐々に電流が流れる。したがって、Ｓ４オン固着時にスイッチング素子Ｓ３をソフトスタート制御した場合、過電流等の異常は発生しない。

つぎに、Ｓ１オフ固着異常またはＳ２オフ固着異常またはＶ０センサーの固着異常について説明する。前述までの通り、ソフトスタート制御を実施する場合は、動作モードＡから動作モードＤに遷移する場合、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ４がオンとなる場合、スイッチング素子Ｓ２およびスイッチング素子Ｓ３がオンとなる場合のいずれかの動作において、Ｖ２増加、ＩＬ増加または短絡電流などの異常が発生する。Ｓ１オフ固着またはＳ２オフ固着またはＶ０センサー固着の場合は、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４のいずれか１つをソフトスタート制御した場合、上記異常が発生する動作とならない。

なお、スイッチング素子Ｓ１からスイッチング素子Ｓ４のいずれか１つをソフトスタート制御する場合を説明したが、スイッチング素子Ｓ１およびスイッチング素子Ｓ３を同時にソフトスタート制御しても良い。この場合、スイッチング素子Ｓ１またはスイッチング素子Ｓ３のどちらかをソフトスタート制御する場合と電流経路と電圧変化が変わらない。また、同様に、スイッチング素子Ｓ２またはスイッチング素子Ｓ４のどちらかをソフトスタート制御する場合と電流経路と電圧変化が変わらないため、スイッチング素子Ｓ２およびスイッチング素子Ｓ４を同時にソフトスタート制御しても良い。

以上のようにして、本実施の形態に関わる電力変換装置では、Ｖ０電圧異常が発生している場合に、第１半導体スイッチング回路から第４半導体スイッチング回路のすくなくとも１つをソフトスタート制御した時に過電圧、または過電流、または短絡電流が発生するかどうか判定することで、第１半導体スイッチング回路または第２半導体スイッチング回路のオン固着異常を判定することができる。

なお、前述の実施の形態において、コントローラー６に異常カウンタを設けることが考えられる。異常判定条件が成立した場合に異常カウンタをカウントアップし、異常カウンタのカウント値が閾値を超えた場合に、Ｖ０電圧異常と各オン固着異常の判定を実施する。これにより、瞬間的な異常判定を排除して、確実な異常判定を行うことができる。

本実施の形態に開示される電力変換装置において、前記コントローラーは、前記第１〜第４半導体スイッチング回路のすくなくとも１つのオン時間比率を０％から１００％へ徐々に変化させるソフトスタート制御を実施した時に所定の異常が発生した場合に、前記第１または第２半導体スイッチング回路のオン固着異常と判定することを特徴とする電力変換装置である。

さらに、前述の実施の形態では、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄをＩＧＢＴとダイオードにより構成した例として説明したが、ＩＧＢＴの代わりに、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ＦＩＥＬＤ Ｅｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＪＦＥＴ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｆｅｉｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等としてもよい。

第１半導体スイッチング回路２ａから第４半導体スイッチング回路２ｄに、ＭＯＳＦＥＴを用いる場合は、ダイオードの代わりにＭＯＳＦＥＴのボディダイオードを利用してもよい。また、第１半導体スイッチング回路２ａ〜第４半導体スイッチング回路２ｄは、シリコンに比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体、例えば、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化ガリウム系材料又はダイヤモンドによって形成してもよい。

なお、本願の明細書に開示された技術は、上記の各実施の形態１〜３に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは言うまでもない。また、本願の明細書に開示された技術は、開示された技術思想の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ リアクトル、２ａ 第１半導体スイッチング回路、２ｂ 第２半導体スイッチング回路、２ｃ 第３半導体スイッチング回路、２ｄ 第４半導体スイッチング回路、３ 低圧側コンデンサー、４ 高圧側コンデンサー、５ 中間コンデンサー、６ コントローラー、６ａ ＣＰＵ、６ｂ 記憶装置、７ 電流センサー、８ 第１電圧センサー、９ 第２電圧センサー、５０ ＤＣ／ＤＣコンバーター、５１ モータードライバー、１００ 電力変換装置、１０１ 直流電源、１０２ モーター

Claims (16)

1. 負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が直流電源の負極側に接続されている第１スイッチング素子と、
   負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第１スイッチング素子の正極側端子に接続されている第２スイッチング素子と、
   負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第２スイッチング素子の正極側端子に接続されている第３スイッチング素子と、
   負極側端子と正極側端子とゲートとを有し、この負極側端子が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている第４スイッチング素子と、
   前記直流電源と直列に接続されているリアクトルと、
   前記直流電源と並列に接続されている入力側コンデンサーと、
   一端が前記第２スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第３スイッチング素子の正極側端子に接続されている中間コンデンサーと、
   一端が前記第１スイッチング素子の負極側端子に接続され、他端が前記第４スイッチング素子の正極側端子に接続されている出力側コンデンサーと、
   前記リアクトルに流れる電流を検出する電流センサーと、
   前記中間コンデンサーの両端電圧を検出する第１電圧センサーと、
   前記出力側コンデンサーの両端電圧を検出する第２電圧センサーと、
   スイッチング素子を有し、前記出力側コンデンサーの両端と接続されているドライバーと、
   前記第２電圧センサーの検出値から中間コンデンサーの目標値を演算し、この演算された中間コンデンサーの目標値が前記第１電圧センサーの検出値と一致するように、前記第１スイッチング素子のオン時間比率、前記第２スイッチング素子のオン時間比率、前記第３スイッチング素子のオン時間比率、および第４スイッチング素子のオン時間比率を制御するコントローラーと、を備え、
   前記コントローラーは、
   前記中間コンデンサーの目標値と前記第１電圧センサーの検出値との差分を求め、この差分の絶対値が異常判定閾値よりも大きい場合に、電圧異常が発生したと判定することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記コントローラーは、電圧異常が発生したと判定した場合、
   前記第１スイッチング素子のゲート、前記第２スイッチング素子のゲート、前記第３スイッチング素子のゲート、前記第４スイッチング素子のゲート、および前記ドライバーが有するスイッチング素子のゲートを、全てオフし、
   第２電圧センサーの検出値と第１閾値とを比較する第１判定動作を実施し、
   前記第２電圧センサーの検出値が前記第１閾値よりも大きいと判定した場合、前記第１判定動作を再度実施することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記コントローラーは、第２電圧センサーの検出値と第１閾値とを比較する第１判定動作を実施した結果、
   前記第２電圧センサーの検出値が前記第１閾値よりも小さいと判定した場合、前記ドライバーが有するスイッチング素子のゲートをオンし、
   前記第２電圧センサーの検出値と第２閾値とを比較する第２判定動作を実施し、
   前記第２電圧センサーの検出値が前記第２閾値よりも大きいと判定した場合、前記第２判定動作を再度実施することを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記コントローラーは、前記第２判定動作を実施した結果、前記第２電圧センサーの検出値が前記第２閾値よりも小さいと判定した場合、
   第１スイッチング素子のソフトスタート制御および第３スイッチング素子のソフトスタート制御を実施することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記コントローラーは、前記第１スイッチング素子のソフトスタート制御および前記第３スイッチング素子のソフトスタート制御を実施した結果、
   第１異常判定条件に該当する異常が発生した場合には、第２スイッチング素子のオン固着異常が発生したと判定することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記コントローラーは、前記第１スイッチング素子のソフトスタート制御および前記第３スイッチング素子のソフトスタート制御を実施した時に、
   第１異常判定条件に該当する異常が発生しない場合には、第２スイッチング素子のソフトスタート制御を実施することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
7. 前記コントローラーは、前記第２スイッチング素子のソフトスタート制御を実施した結果、
   第１異常判定条件に該当する異常が発生した場合には、第１スイッチング素子のオン固着異常または第３スイッチング素子のオン固着異常が発生したと判定することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記コントローラーは、前記第２スイッチング素子のソフトスタート制御を実施した時に、第１異常判定条件に該当する異常が発生しない場合には、
   第１スイッチング素子のソフトスタート制御を実施することを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。
9. 前記コントローラーは、前記第１スイッチング素子のソフトスタート制御を実施した結果、短絡電流が発生した場合には、第４スイッチング素子のオン固着異常が発生したと判定することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記コントローラーは、前記第１スイッチング素子のソフトスタート制御を実施した時に、短絡電流が発生しない場合には、
    第１スイッチング素子のオフ固着異常、第２スイッチング素子のオフ固着異常、および第１電圧センサーの固着異常のうち、いずれか１つが発生したと判定することを特徴とする請求項８に記載の電力変換装置。
11. 前記コントローラーは、前記第２判定動作を実施した結果、前記第２電圧センサーの検出値が前記第２閾値よりも小さいと判定した場合、
    前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子のうち、すくなくとも１つをオンすることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
12. 前記コントローラーは、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子および前記第４スイッチング素子のうち、すくなくとも１つをオンした結果、
    第２異常判定条件に該当する異常が発生した場合には、第１スイッチング素子のオン固着異常、第２スイッチング素子のオン固着異常、第３スイッチング素子のオン固着異常、第４スイッチング素子のオン固着異常、および第１電圧センサーの固着異常のうち、いずれか１つが発生したと判定することを特徴とする請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記コントローラーは、前記第２判定動作を実施した結果、前記第２電圧センサーの検出値が前記第２閾値よりも小さいと判定した場合、
    前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子のうち、すくなくとも１つのソフトスタート制御を実施することを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
14. 前記コントローラーは、前記第１スイッチング素子、前記第２スイッチング素子、前記第３スイッチング素子、および第４スイッチング素子のうち、すくなくとも１つのソフトスタート制御を実施した結果、第１異常判定条件に該当する異常が発生した場合には、
    第１スイッチング素子のオン固着異常または第２スイッチング素子のオン固着異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１３に記載の電力変換装置。
15. 前記第１異常判定条件に該当する異常には、
    第２電圧センサーの検出値が第３閾値よりも大きい場合と、
    電流センサーの検出値が過電流閾値よりも大きい場合と、
    短絡電流が発生した場合と、
    が含まれていることを特徴とする請求項５、６、１４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
16. 前記第２異常判定条件に該当する異常には、
    電流センサーの検出値が過電流閾値よりも大きい場合と、
    短絡電流が発生した場合と、
    が含まれていることを特徴とする請求項１２に記載の電力変換装置。

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